JP5066282B2 - サイクロン分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、捕集対象物を遠心分離するサイクロン分離装置に係り、特に、捕集された捕集対象の排出を簡単にできるようにしたサイクロン分離装置に関する。

従来から、略円筒状の捕集容器の中心部に設けられた排気部から前記捕集容器内の空気を排気することにより、前記捕集容器の円周部に設けられた空気吸い込み部から吸い込まれた空気を前記捕集容器の内周面に沿って旋回させた後、フィルタ手段を経て前記排気部から排気し、前記空気に含まれる比較的大きい塵埃を前記捕集容器の底部で捕集すると共に、比較的小さい塵埃を前記フィルタ手段において捕集するサイクロン分離装置の一例としてのサイクロン集塵装置が、特許文献１として知られている。

このサイクロン集塵装置は、比較的大きい塵埃を旋回させることで遠心力によって捕集し、空気流に乗って飛翔する比較的小さい塵埃については、空気流中においたフィルタ手段によって捕集するものであるため、騒音が少なく、集塵効率についても改善されたものである。

上記のようなサイクロン集塵装置を一般家庭で使用すると、布団や衣類から生じる綿ホコリが集塵ごみ容積の大半を占める。この綿ホコリを構成する繊維等は、それ自体が弾性を持つため、塵埃の密度は小さく、頻繁に集塵部から取り除く（捨てる）必要がある。また、このような塵埃は、軽くて容易に飛散するため、外部のごみ箱等に廃棄する際、塵埃が舞い散って再飛散することで使用者が不快に感じるという問題がある。

しかしながら、上記特許文献１に記載のサイクロン集塵装置は、あくまで空気の流れに頼って塵埃を捕集するものであるため、捕集された前記繊維などの低密度の埃を一定以上に圧縮することが出来ず、限られた塵埃の捕集空間における塵埃の集積度をそれほど向上させることが出来るものではない。従って、捕集された塵埃を頻繁に捨てないと捕集効率が低下するので、ゴミを捨てる手間がかかる点、あるいは、塵埃を捨てる時に、塵埃が硬く圧縮されておらず、空気中で分散されやすいので、ごみ箱等に廃棄する際、塵埃が舞い散って再飛散することによる不快感を解消することが出来ないという問題を解決することが出来ない。

このような課題を解決するためには、捕集された塵埃を出来るだけ固く圧縮する必要がある。このような、塵埃の圧縮手段を備えた従来の集塵装置として、特許文献２に記載の機械的な圧縮手段を備えた集塵装置がある。このような機械的な圧縮手段を備えた集塵装置では、捕集された塵埃を硬く圧縮することが出来るので、長時間連続的に使用しても集塵効率が低下することがない。

特開２００６−７５５８４号公報 特開２００５−１３３１２号公報 しかしながら、上記特許文献２に記載の集塵装置では、ドーナツ状の圧縮円板を、人によって操作されるハンドルを介して、集塵部上方より押し下げることにより塵埃を圧縮するものであるため、基本的に使用者の手間を煩わせるという新たな問題を生じるものである。

また上記特許文献２の集塵装置では、上記圧縮円板を押し下げることで、埃などを単純に直線的に（回転を伴わずに）圧縮するだけなので、次回運転開始時に上記ドーナツ状の圧縮円盤を上昇させると、綿ホコリ等の形状が復元しやすい塵埃は、圧縮前に近い容積となり、結局圧縮動作の効果が損なわれる結果となってしまうという課題がある。

上記したような課題は、電気掃除機のような集塵装置に限らず、空気中に含まれる粉体や繊維などの材料、あるいは粒度のことなる各種材料を含む空気から材料を粒度の違いによって分離するサイクロン分離装置において、等しく生じる問題である。

このような問題を解決するために本出願人は、内周面が略円筒状の捕集容器を備え、該捕集容器の円周部にその周方向に設けられた空気流入口から吸い込まれた空気を前記略円筒状の内周面に沿って旋回させた後、前記捕集容器の中心部からフィルタ手段を経て排気することにより、前記空気に含まれる比較的大きい捕集対象物を前記捕集容器の底部で捕集すると共に、比較的小さい捕集対象物を前記フィルタ手段において捕集するサイクロン分離装置を改良して、前記捕集容器内に、該捕集容器の垂直中心軸を中心とする螺旋状曲面を備え前記垂直中心軸の周りに回転可能な圧縮部材を備えてなるサイクロン分離装置を開発し、特願２００８−０７２９４２として既に出願した。

このサイクロン分離装置では，捕集容器の底蓋を開放することにより、捕集容器に溜まったゴミ等の捕集対象物を捨てることができるが、空気流に乗った比較的小さい塵埃はフィルタ部材によって空気流から効率よく除去されるので、フィルタ部材の目詰まりについては注意を要し、簡単に且つ速やかにフィルタ部材から除去出来るようにすることが望ましい。このような課題は本発明の典型的な適用対象である電気掃除機などの集塵装置のみでなく、広く各種の材料などを分離するサイクロン分離装置における問題でもある。

従って、本発明は上記事情に鑑み創案されたものであり、空気流からフィルタ部材によって除去された比較的小さい捕集対象物を捕集容器から簡単に取り出しうるようにしたサイクロン集塵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電気掃除機に備えられ、吸気された空気から塵埃を遠心分離するサイクロン分離装置を、
内周面が略円筒状で、吸気された空気を前記略円筒状の内周面に沿って旋回させて遠心分離した塵埃を捕集する集塵容器と、
前記集塵容器の中心部に設けられ遠心分離後の空気を上方へと排気する内筒と、
前記内筒の上部に配置され、上方へと排気される空気に含まれる塵埃をさらに捕集する上部フィルタと、
前記内筒に設けられ、前記集塵容器を、旋回気流により塵埃を分離する分離部、および分離された塵埃を集塵する集塵部を上下に区分する遮蔽部材と、を備え、
前記集塵容器と前記遮蔽部材との間の隙間を、塵埃を分離するための旋回気流を通過させて前記集塵部に集塵された塵埃を圧縮する方向へと気流を導き、前記集塵された塵埃の圧縮を行うことを特徴とするサイクロン分離装置である。

また、本発明は、内周面が略円筒状の捕集容器を備え、該捕集容器の円周部にその周方向に設けられた空気流入口から吸い込まれた空気を前記略円筒状の内周面に沿って旋回させた後、前記捕集容器の中心部からフィルタ部材を経て排気することにより、前記空気に含まれる比較的大きい捕集対象物を前記捕集容器の底部で捕集すると共に、比較的小さい捕集対象物を前記フィルタ部材において捕集するサイクロン分離装置であって、
前記フィルタ部材に対して相対移動可能に設けられ，前記フィルタ部材に対して相対移動することにより前記フィルタ部材に付着した塵埃を除去する除塵部材と、前記除塵部材と連結され、前記サイクロン分離装置の外部から操作可能な操作部材と、を備え
前記操作部材の操作により前記塵埃部材を前記フィルタ部材に対して相対移動させ、前記フィルタ部材に付着した塵埃を除去するサイクロン分離装置として構成されている。

この発明は、前記捕集容器内に設けられた前記フィルタ部材の上部を覆う蓋を備え、前記蓋に外部操作できる前記操作部材が設けられているサイクロン分離装置としても捉えられる。

さらに、前記操作部材に連結される前記除塵部材としては、前記フィルタ部材の上部に移動可能に設けられているものが考えられる。

前記操作部材が回転可能に設けられ、前記操作部材の回転により前記除塵部材が前記フィルタ部材に対して相対移動するものであってもよい。

そして前記除塵部材の態様としては，前記フィルタ部材に対して相対移動することで前記フィルタ部材との当接および離間を繰り返すことで、前記フィルタ手段に振動を与えるもが考えられる。

この場合，前記フィルタと当接および離間を繰り返す接触部を備え、前記接触部が複数設けられているものであってもよい。

前記接触部を弾性部材で構成すると除塵効果が高められる。

上記のようにこの発明によれば、旋回流により分離された塵埃を捕集容器の集塵部に集塵し、集塵された塵埃が圧縮される。

この圧縮された塵埃は、捕集容器の底部に底蓋を開放すれば、簡単に廃棄できる。

本発明の実施の形態に係る電気掃除機Ｘの外観図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための断面図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための断面図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙに設けられた螺旋状回転圧縮部を説明するための図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの上蓋を開けた状態を示す分解斜視図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を螺旋状回転圧縮部を中心として説明するための断面図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための分解斜視図。 本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの螺旋状回転圧縮部への回転力伝達経路を説明するための断面図。 螺旋状回転圧縮部の回転によって、塵埃が圧縮・積層される状況を説明するサイクロン集塵装置Ｙの断面図。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

ここに、図１は、本発明の実施の形態に係る電気掃除機Ｘの外観図、図２及び図３は、本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための断面図、図４は、本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙに設けられた螺旋状回転圧縮部を説明するための図、図５は、本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置の上蓋を開けた状態を示す分解斜視図、図６は、本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を螺旋状回転圧縮部を中心として説明するための断面図、図７は、本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの内部構造を説明するための分解斜視図、図８は、本発明の実施の形態に係るサイクロン集塵装置Ｙの螺旋状回転圧縮部への回転力伝達経路を説明するための断面図、図９は、螺旋状回転圧縮部の回転によって、塵埃が圧縮・積層される状況を説明するサイクロン集塵装置Ｙの断面図である。

まず、図１を用いて、本発明の実施の形態に係る電気掃除機Ｘの概略構成について説明する。図１に示すように、前記電気掃除機Ｘは、掃除機本体部１、吸気口部２、接続管３、接続ホース４、操作ハンドル５などを備えて概略構成されている。前記掃除機本体部１には、不図示の電動送風機、サイクロン集塵装置Ｙ、図外の制御装置などが内蔵されている。なお、前記サイクロン集塵装置Ｙについては後段で詳述する。

前記電動送風機は、吸気を行うための送風ファン及び該送風ファンを回転駆動する送風駆動モータを有している。前記制御装置は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭなどの制御機器を有してなり、前記電気掃除機Ｘを統括的に制御する。具体的には、前記制御装置では、前記ＣＰＵが前記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って各種の処理を実行する。

なお、前記操作ハンドル５には、ユーザが前記電気掃除機Ｘの稼働の有無や運転モードの選択操作などを行うための操作スイッチ（不図示）が設けられている。また、その操作スイッチの近傍には、前記電気掃除機Ｘの現在の状態を表示するＬＥＤなどの表示部（不図示）も設けられている。

前記掃除機本体部１は、該掃除機本体部１の前端に接続された前記接続ホース４と、該接続ホース４に接続された前記接続管３とを介して前記吸気口部２に接続されている。

従って、前記電気掃除機Ｘでは、前記掃除機本体部１に内蔵された前記電動送風機（不図示）が作動されることにより、前記吸気口部２からの吸気が行われる。そして、前記吸気口部２から吸気された空気は、前記接続管３及び前記接続ホース４を通じて前記サイクロン集塵装置Ｙに流入する。前記サイクロン集塵装置Ｙでは、吸い込まれた空気から塵埃が遠心分離される。なお、前記サイクロン集塵装置Ｙで塵埃が分離された後の空気は、前記掃除機本体部１の後端に設けられた不図示の排気口から排気される。

以下、図２〜６を参照しつつ、本発明に係るサイクロン集塵装置の一例であるサイクロン集塵装置Ｙについて詳説する。

図２及び図３に示すように、前記サイクロン集塵装置Ｙは、筐体１０、集塵容器１１（捕集容器の一例）などを備えている。前記筐体１０は、内筒１２、上部フィルタユニット１３、塵埃受部１４及び除塵駆動機構１５、蓋部１６などを備えて概略構成されている。

前記サイクロン集塵装置Ｙでは、前記集塵容器１１、前記内筒１２、前記上部フィルタユニット１３、及び前記塵埃受部１４が、垂直の中心軸Ｐを中心に同軸状に配置されている。また、前記サイクロン集塵装置Ｙは、前記掃除機本体部１に着脱可能に構成されている。

上記上蓋の一例である筐体１０は、フィルタ１２２を備えた内筒１２を備えている。

このサイクロン集塵装置Ｙでは、略円筒状の集塵容器１１の中心部に設けられた前記内筒１２から前記集塵容器１１内の空気を排気することにより、前記集塵容器１１の円周部に設けられた空気流入口１１１ａ（図７参照）から吸い込まれた空気を集塵容器１１の内周面に沿って旋回させた後、フィルタ手段の一例である前記上部フィルタユニット１３などを経て前記内筒１２を経て排気し、前記空気に含まれる比較的重量の大きい捕集対象物を前記集塵容器１１の底部で捕集すると共に、比較的重量の小さい捕集対象物を前記上部フィルタユニット１３などにおいて捕集するものである。

前記集塵容器１１は、吸い込まれた空気から分離された塵埃を収容するための内周面が略円筒状で、且つ外形も円筒状の容器である。前記集塵容器１１は、前記サイクロン集塵装置Ｙの筐体１０に着脱可能に構成されている。

集塵容器１１の底部には、図２に示すように底蓋３１０が開閉自在に取り付けられている。図２は底蓋３１０が閉じた状態を、図３は開いた状態を示す。ユーザは、前記掃除機本体部１から前記サイクロン集塵装置Ｙを取り出した後、上記底蓋３１０を図３に示すように開いて、該集塵容器１１内の塵埃を廃棄する。上記底蓋３１０の開閉機構は追って詳述される。

なお、前記サイクロン集塵装置Ｙの筐体１０と前記集塵容器１１との間には、環状のシール部材１６１が設けられている。このシール部材１６１により、前記筐体１０及び前記集塵容器１１の間の空気の漏れが防止される。

また、前記集塵容器１１の上記底蓋３１０には、前記内筒１２に設けられた後述の回転軸部１２３ｂに嵌合する嵌合部１１ａが設けられている。前記嵌合部１１ａの外周部には、前記内筒１２の回転軸部１２３ｂとの隙間を埋めるための環状のシール部材１１ｂが設けられている。このシール部材１１ｂにより、前記回転軸部１２３ｂ及び前記集塵容器１１の間の空気の漏れが防止される。

さらに、前記集塵容器１１には、前記接続ホース４（図１参照）と連通するように設けられる接続部１１１が設けられている。前記吸気口部２から前記接続管３及び前記接続ホース４を通じて吸い込まれた空気は、前記接続部１１１から前記集塵容器１１内に流入する。

ここで、前記接続部１１１の前記集塵容器１１への空気流入口１１１ａは、前記接続ホース４からの空気が前記集塵容器１１内で旋回するように形成されている。具体的には、前記空気流入口１１１ａは、該集塵容器１１の接線方向に向くように形成されていることで、流入口１１１ａから吸い込まれた空気は集塵容器１１の内周に沿って旋回する。従って、旋回する空気に含まれた塵埃は旋回による遠心力で集塵容器１１の内周面に押し付けられ、そのために旋回の速度を失って集塵容器１１の底に落下し、旋回空気から分離（遠心分離）される。そして、前記集塵容器１１で遠心分離された塵埃は、該集塵容器１１の底部に収容される。

一方、塵埃が分離された後の空気は、前記集塵容器１１から矢印１１２ａ（図２）で示す排気経路１１２に沿って前記掃除機本体部１に設けられた不図示の排気口から外部に排気される。ここで、前記集塵容器１１から前記排気口（不図示）までの前記排気経路１１２上には、前記内筒１２、前記塵埃受部１４、及び前記上部フィルタユニット１３、蓋部１６が順に配置されており、空気流中の比較的細かい塵埃が内筒１２および上部フィルタユニット１３に設けられたフィルタによって取り除かれる。

前記内筒１２は、前記集塵容器１１内に配置された円筒状の部材である。ここで、前記内筒１２は、前記塵埃受部１４によって回転可能に支持されている。具体的に、前記内筒１２は、該内筒１２の上端に設けられた環状の凹部１２ａが、前記塵埃受部１４の下端に設けられた環状の支持部１４ｃに支持されることにより、塵埃受部１４と一体に回転可能な状態で吊り下げられている。なお、前記内筒１２を回転可能に支持する構成は、これに限られるものではない。例えば、前記内筒１２の上下の端部を軸支することが一例として考えられる。詳細には、前記内筒１２の上端には、後述の傾斜除塵部材１３４に設けられた係合部１３４ｃに係合する複数の連結部１２ｂが設けられている。前記連結部１２ｂは、前記内筒１２の上端の開口縁部に上方に突出して設けられたリブである。

前記内筒１２は、前記連結部１２ｂ及び前記係合部１３４ｃの係合によって、前記傾斜除塵部材１３４に一体回転可能に連結されている。これにより、前記内筒１２は、前記傾斜除塵部材１３４に連動して回転することになる。なお、前記内筒１２及び前記傾斜除塵部材１３４の連結構造はこれに限られない。例えば、前記内筒１２及び前記傾斜除塵部材１３４各々に設けられた嵌合部を嵌合させることにより一体回転可能に連結する構成が考えられる。

また、前記内筒１２の上部には、前記集塵容器１１で塵埃が分離された後の空気を、前記上部フィルタユニット１３に向けて排気するための内筒排気口１２１が形成されている。そして、前記内筒排気口１２１には、該内筒排気口１２１全体を覆う円筒状を成す内筒フィルタ１２２が設けられている。前記内筒フィルタ１２２は、前記内筒排気口１２１を通過する空気を濾過する。

例えば、前記内筒フィルタ１２２は、メッシュ状のエアフィルタ等である。なお、前記内筒フィルタ１２２は、前記内筒排気口１２１の内側又は外側のいずれに設けられていてもよい。また、前記排気口１２１及び前記内筒フィルタ１２２に換えて、前記内筒１２にメッシュ状の孔を形成する構成も考えられる。その場合は、そのメッシュ状の孔が前記内筒排気口１２１及び前記内筒フィルタ１２２として機能する。

一方、前記内筒１２の下部には、前記集塵容器１１内の塵埃を圧縮するための垂直中心軸の周りに回転可能な螺旋状回転圧縮部１２３が設けられている。

ここで、図２及び図３に加えて螺旋状回転圧縮部１２３の斜視図である図４を参照しつつ、前記螺旋状回転圧縮部１２３について説明する。

図２〜４に示されているように、前記螺旋状回転圧縮部１２３には、螺旋状曲面を備えた螺旋部１２３ａ、回転軸部１２３ｂ、円盤状遮蔽部材１２３ｃが設けられている。

前記回転軸部１２３ｂは、前記集塵容器１１の底部に設けられた前記嵌合部１１ａに嵌合される中空円筒である。前述したように、前記回転軸部１２３ｂ及び前記嵌合部１１ａの間には前記シール部材１１ｂ（図２、３参照）が介在する。

円盤状遮蔽部材１２３ｃは、前記集塵容器１１内において、後述する旋回流の遠心分離力により塵埃を分離する上側空間の部分（分離部１０４）と、塵埃を蓄積する下側空間の部分（集塵部１０５）との仕切りの役割を果たす。これにより、捕集した塵埃が巻き上がり、内筒フィルタ１２２を詰まらせる事を防ぐ。また、円盤状であるため、サイクロン気流中に含まれる塵埃が引っかかることが無く、塵埃を効率的に集塵容器１１の底部へ誘導することができる。

また、前記回転軸部１２３ｂには、該回転軸部１２３ｂを中心にして、前記集塵部１０５の底面に向かって螺旋状に延び、その上下面が、前記垂直中心軸Ｐを中心とする螺旋状曲面を備えて湾曲した板状の螺旋部１２３ａ（圧縮部材の一例）が設けられている。前記螺旋部１２３ａは、後述するように前記内筒１２が回転されるとき、前記集塵容器１１内に蓄積され、集塵容器１１の内周面に接触して回転することに抵抗がある塵埃を、螺子の運び作用によって集塵容器１１の底部向かって移動させる。この時、前記圧縮部材の前記螺旋状曲面が、該螺旋状曲面を螺子と想定したときに、該圧縮部材の回転により螺子が後退するように形成されていることにより、この螺旋状曲面でゴミを圧縮することができる。

この時、前記螺旋部１２３ａの前記螺旋状曲面は図６矢印Ａの旋回気流と同様の傾斜方向をもって形成されていることが好ましい。このような螺旋部１２３ａを図６矢印Ａの旋回と反対方向に回転させることで前記集塵容器１１内の塵埃は、該集塵容器１１内面との摩擦によって、該集塵容器１１底部へ移動することになる。

ただし、前記螺旋部１２３ａの前記螺旋状曲面を、前記集塵容器１１の内周面に沿って旋回する気流の傾き方向とは反対の方向に傾斜させることも可能である。この時、螺旋部１２３ａの回転方向は、図６矢印Ａの旋回気流の旋回方向と同一、即ち、螺旋部１２３ａを螺子と想定したとき、螺旋部１２３ａの回転により螺子が後退する方向になる。

さらに、前記内筒１２が回転されるとき、前記集塵容器１１の底部まで移動した塵埃に対して前記螺旋部１２３ａは、前記集塵容器１１の底部との摩擦によって、上記底面との間で塵埃を回転により回転軸中心から外側に向かって押し出し圧縮することになる。このような構成によれば、塵埃が回転によって固く圧縮されるので、前記集塵容器１１の塵埃の蓄積可能量を増加させることができる。従って、例えば前記集塵容器１１の小型化を実現することが可能である。また、固く圧縮された塵埃は、容易に解けないので、取り出し時にも空気中に飛散する問題がなく、そのままの形でゴミとして廃棄することが出来る。

また、上記のように螺旋状回転圧縮部１２３が回転することによって螺旋部１２３ａにより圧縮された塵埃の一部は、長い髪の毛などを含んでいるので螺旋部１２３ａに絡みつく。そのために、前記のように底蓋３１０を開放して、集塵容器１１の底部に形成した開口３３０から塵埃を放出しようとしても簡単には外部に放出されない。また、塵埃を勢いよく放出すると塵埃に含まれる細かい塵などが空気中に散乱し、部屋を汚すことになる。そのため、何らかの方法で、簡単な操作で塵埃をゆっくり外部に放出する機構が必要である。そのために設けられた塵埃を簡単な操作でゆっくり外部に放出するための機構について以下に説明する。

前記筐体１０の上部を構成する蓋部１６の上面には取っ手３１４が設けられている。取っ手３１４は、外部から操作可能な操作部材の一例である。

上記取っ手３１４は、上記上部筐体３１２とは独立して垂直軸心の回りに回転自在である。上記取っ手３１４の内部には、斜面を構成する上側取っ手内蔵ギア３１６が一体に内蔵されており、上記上側取っ手内蔵ギア３１６と、同じく斜面を構成する下側取っ手内蔵ギア３１８とが同じ方向の斜面を接して対向している。上記のように上側取っ手内蔵ギア３１６と、下側取っ手内蔵ギア３１８とは、斜面同士であるので、上側の取っ手内蔵ギア３１６が回転すると下側取っ手内蔵ギア３１８が上記斜面に押されて下方に移動する。従って、取っ手３１４を回転させることで上側取っ手内蔵ギア３１６が下側取っ手内蔵ギア３１８と噛み合って取っ手３１４の回転が下側取っ手内蔵ギア３１８に伝えられる。

下側取っ手内蔵ギア３１８は、中間体３２０の上面に形成されており、中間体３２０の下面にはクラッチギア３２２が形成されているので、上記下側取っ手内蔵ギア３１８の下方への移動により中間体３２０と共にクラッチギア３２２も下方に移動することになる。

上記中間体３２０の下方には、図外の隙間を介してフィルタ除塵部材１３２に一体的に固定されたクラッチ受部３２６が設けられており、上記中間体３２０の下方への移動に伴ってクラッチギア３２２と上記クラッチ受部３２６とが噛み合い、取っ手３１４の回転がクラッチギア３２２とクラッチ受部３２６から構成されるクラッチ機構を介して、フィルタ除塵部材１３２に伝達され、フィルタ除塵部材１３２に連結された内筒１２およびこれと一体に連結された螺旋状回転圧縮部材１２３が回転し、螺旋部１２３ａが回転する。これによって、螺旋部１２３ａの螺子の運び作用により螺旋部１２３ａに絡まった塵埃がゆっくりと螺旋部１２３ａの先端方向に運ばれ、底蓋３１０が開くことによって開放された集塵容器１１の底部開口から外部に放出される。

このように操作者によって取っ手３１４が回転されることで塵埃がゆっくりと外部に放出されるので、塵埃に含まれる細かい塵などが舞い上がったり飛散したりすることがなく、室内が塵などによって汚染されることがない。

尚、取っ手３１４から手を離すと、バネ収納部３２８に内蔵された図外のバネによって前記中間対３２０が押し上げられ、クラッチギア３２２とクラッチ受部３２６から構成されるクラッチ機構が開放される。これによって、取っ手３１４を操作しない限り上記クラッチ機構が開放状態にあるので、徐塵駆動モータ１５１によってフィルタ除塵部材１３２が回転されても、取っ手３１４が回転しないので、安全である。

一方、前記内筒１２の内筒フィルタ１２２で濾過された後の空気は、該内筒１２内を通じて前記上部フィルタユニット１３に導かれる。

ここで、図２及び図３に加えて図５を参照しつつ、前記上部フィルタユニット１３について説明する。ここに、図５（ａ）は、前記蓋部１６を下方から見た斜視図、図５（ｂ）は、前記上部フィルタユニット１３を上方から見た斜視図である。

前記上部フィルタユニット１３は、ＨＥＰＡフィルタ(High Efficiency Particulate Air Filter)１３１、フィルタ除塵部材１３２及び傾斜除塵部材１３４などを有している。

前記ＨＥＰＡフィルタ１３１は、前記内筒１２から排気されて前記排気経路１１２上を流れる空気をさらに濾過するエアフィルタの一種である。

前記ＨＥＰＡフィルタ１３１は、前記垂直中心軸Ｐの周りに環状に配置固定された複数枚のフィルタの集合で構成されている。なお、複数枚のフィルタ各々は、例えば図５（ｂ）に示すような骨組みに固定される。また、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に含まれた複数枚のフィルタは、略水平方向に凹凸を繰り返すプリーツ状に配置されている。これにより、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１におけるフィルタ面積が十分に確保されている。なお、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の下端と前記筐体１０との間には、環状のシール部材１６２が設けられている。これにより、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１と前記筐体１０との間の空気の漏れが防止される。

また、図２及び図３に示すように、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の中央には、後述のフィルタ除塵部材１３２に設けられた連結部１３３が嵌挿される中空部１３１ａが形成されている。また、前記中空部１３１ａには、前記連結部１３３を回転可能に支持する支持部１３１ｂが設けられている。

前述したように、前記サイクロン集塵装置Ｙでは、前記内筒フィルタ１２２及び前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の二段階で空気を濾過することにより塵埃の捕集力が高められている。

但し、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に塵埃が堆積して目詰まりが生じると、空気の通過抵抗が大きくなる。そのため、前記電動送風機（不図示）の負荷が大きくなり吸塵力が低下するおそれがある。そこで、前記上部フィルタユニット１３には、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に付着した塵埃を除去する前記フィルタ除塵部材１３２が設けられている。

前記フィルタ除塵部材１３２は、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の中央部に設けられた前記支持部１３１ｂによって回転可能に支持されている。具体的に、前記フィルタ除塵部材１３２には、前記支持部１３１ｂに回転可能に支持される連結部材１３３が設けられている。

また、前記連結部１３３には、該連結部１３３に設けられたネジ穴１３３ａに前記傾斜除塵部材１３４がネジ１３３ｂで螺着される。これにより、前記フィルタ除塵部材１３２及び前記傾斜除塵部材１３４が一体回転可能に連結される。なお、前記傾斜除塵部材１３４及び前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の間には、隙間を埋める環状のシール部材１６３が設けられている。これにより、前記傾斜除塵部材１３４及び前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の間の空気の漏れが防止される。

前記フィルタ除塵部材１３２は、図２及び図５（ａ）に示すように、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の上端部に接触するように該ＨＥＰＡフィルタ１３１に沿って所定間隔で配置された三つの接触部１３２ａを有している。前記接触部１３２ａは板バネ状の弾性部材である。なお、前記接触部１３２ａは、板バネ状の弾性部材に限られるものではない。また、前記接触部１３２ａは、一つであっても或いはさらに複数であってもよい。

そして、前記フィルタ除塵部材１３２には、その外周部にギア１３２ｂが形成されている。このギア１３２ｂは、図８に示すように、前記サイクロン集塵装置Ｙに設けられた除塵駆動機構１５に設けられた除塵駆動モータ１５１の回転軸に設けられたギア１５ａに噛合される。

ここに、前記除塵駆動機構１５は、図８に明らかな如く、前記掃除機本体部１側に設けられた徐塵駆動モータ１５１（駆動モータの一例）を有している。前記除塵駆動機構１５では、前記除塵駆動モータ１５１の回転力が前記ギア１５ａに伝達される。そして、前記除塵駆動機構１５のギア１５ａの回転力は、前記ギア１３２ｂに伝達される。これにより、前記フィルタ除塵部材１３２が回転される。

そして、上記フィルタ除塵部材１３２の回転は、前記したように、傾斜除塵部材１３４に伝達され、傾斜除塵部材１３４と一体に回転する内筒１２及び内筒１２と一体の螺旋状回転圧縮部１２３が前記垂直中心軸Ｐの周りに回転する。

なお、本実施の形態では、前記除塵駆動モータによって前記フィルタ除塵部材１３２が回転される場合を例に挙げて説明するが、前記除塵駆動モータ１５１に換えて、前記フィルタ除塵部材１３２を手動で回転させることのできる機構を設けることも他の実施例として考えられる。

さらに、除塵駆動モータ以外の別のモータによって、螺旋状回転圧縮部１２３を回転させることも当然考えられる。上部フィルタユニット１３の除塵と、螺旋状回転圧縮部１２３の回転とを別に行いたい場合には、このような別駆動の方を採用することも考えられる。

前記フィルタ除塵部材１３２が回転されると、該フィルタ除塵部材１３２に設けられた三つの前記接触部１３２ａ各々は、プリーツ状に形成された前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に断続的に衝突して振動を与える。従って、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に付着した塵埃は、前記フィルタ除塵部材１３２から与えられる振動によって叩き落とされる。なお、前記除塵駆動モータ（不図示）が作動されるタイミングは、例えば前記電気掃除機Ｘにおける集塵動作の開始前や終了後であることが望ましい。これにより、前記電動送風機による吸気によって前記ＨＥＰＡフィルタ１３１に下流側への気流がない状態で、前記ＨＥＰＡフィルタ１３１の除塵を効果的に行うことができる。

また、前述したように、前記塵埃受部１４は、前記内筒１２を回転可能に支持している。具体的に、前記塵埃受部１４の開口１４ａ縁部の下端には、前記内筒１２の上端に設けられた環状の前記凹部１２ａに嵌合される環状の前記支持部１４ｃが設けられている。これにより、前記内筒１２は、前記塵埃受部１４によって回転可能な状態で吊り下げられている。

次に、前記した螺旋状回転圧縮部１２３の構造についてさらに詳しく説明する。

前述したように、サイクロン集塵装置Ｙは、概略円筒形状に形成され、上部に配置された上部フィルタユニット１３と、下部に配置された集塵容器１１とを備えて構成されている。

集塵容器１１内に収納された前記内筒１２の下端には、分離部１０４と集塵部１０５の境界部である円盤状遮蔽部材１２３ｃが一体的に接合されている。上記円盤状遮蔽部材１２３ｃとその下部の前記螺旋部１２３ａの外径は、ほぼ同じで、分離部１０４の内径より小さく、円盤状遮蔽部材１２３ｃの外周と集塵容器１１の内壁との間には隙間（クリアランス）１０６（図２）が存在している。隙間（クリアランス）１０６は、分離部１０４において分離した塵埃を集塵部１０５へ移動する場合に、ある程度の体積を持つ塵埃においてもスムーズに移動することができ、かつ一度集塵部１０５に移動・蓄積した塵埃を巻き上げ、内筒フィルタ１２２を詰まらさないようにするに適した値である。実験によれば１３ｍｍ程度が望ましいことが分かった。

また、円盤状遮蔽部材１２３ｃは、高さ方向に所定の厚みを持つ。円盤状遮蔽部材１２３ｃの高さ方向の厚みは、分離部１０４における遠心分離性能に影響し、本実施例では、実験により求めた１３ｍｍ程度としている。

また、螺旋状回転圧縮部１２３の螺旋部１２３ａは、前記したように上下の螺旋状曲面に挟まれて湾曲した板状に形成されており、円盤状遮蔽部材１２３ｃから下方に向かってほぼ垂直に伸びる回転軸部１２３ｂを中心にして、集塵容器１１の底面に向かって始端（円盤状遮蔽部材１２３ｃとの接続部）から終端（下端）までが１周分以上、回転軸部１２３ｂの周囲に巻き付くように形成されている。上記巻き付き角度の望ましい数字としては、１．６周分である。このような巻き付きによって、螺旋部１２３ａは、集塵容器１１の内周面にそったサイクロン旋回気流の回転方向に沿って下方に向かって傾斜する螺旋状の旋回面が形成されている。

また、螺旋状回転圧縮部１２３の螺旋部１２３ａの終端（下端）と底蓋３１０の底面との間には、隙間（クリアランス）１０８（図２参照）が介在している。これにより、回転軸中心から外側に向け押し出し、圧縮することが出来る塵埃量を大幅に増加することが出来る。

また、上記隙間１０８の幅は、集塵部１０５の底部に押し付けられ、圧縮された塵埃が螺旋部分の終端と集塵部１０５底部の間に詰まることによる破損や、異物等の詰まりを起こすことを防ぐことができる値である。本実施例では、IEC規格に基づくDMT標準ゴミTYPE8を試験ゴミとして１０ｇ使用した実験により求めた上記隙間１０８の幅を６〜１３ｍｍ程度としている。

以上のように構成された電気掃除機の動作について、以下に説明する。

図３、図６に示すように、分離部１０４の周方向に形成された接続部１１１の空気流入口１１１ａから集塵容器１１の分離部１０４に入った気流は、分離部１０４の円筒状の内周面に沿って高速で旋回する。旋回気流中の比較的大きい塵埃には遠心力が作用して気流から分離され、集塵容器１１の内壁へ押し付けられる。図２に示すように、空気の排気口１２１が、下方にあるため、その後、気流は旋回しながら、集塵部１０５に入る。上記旋回する気流（主流）は、集塵部１０５の底面に到達した後は上昇に転じる。

また、図６に二点鎖線で示す矢印Ａの気流により運ばれる塵埃は、螺旋部１２３ａの終端部（下端部）と集塵容器１１の底面との間の空間１１２ａに引っかかり（トラップされ）、蓄積され、螺旋部１２３ａの螺旋形状の湾曲面に沿って下側から順に積層されていく。このため、さらに圧力損失の増加を防ぐことができる。

さらに、螺旋状回転圧縮部１２３のまわりの間隙１０７を旋回する気流の回転方向と螺旋状回転圧縮部１２３の螺旋部１２３ａの傾き方向が一致しているため、蓄積・積層された塵埃は、気流によっても若干圧縮される。これにより、蓄積・積層された塵埃の容積が小さくなり、より効率的な塵埃捕集を達成できる。

次に、塵埃の空気流による蓄積と積層の作用について説明する。前述したように、吸引された塵埃は、分離部１０４において分離され、隙間１０６（図２）を通り、集塵部１０５へ導かれる。集塵部１０５においては、塵埃は隙間１０７を通り、隙間１０８によりせき止められる（トラップされる）ことにより、蓄積される。この蓄積は、螺旋状回転圧縮部１２３が回転されるごとに既に蓄積された塵埃の上に積層されていく。そのため、この集塵装置では、螺旋部１２３ａに沿って、偏ることなく積層が成長していくため、集塵部１０５内で偏って蓄積されていくことがなく、同容積の集塵部と比較して集塵可能容量が飛躍的に向上する。

また、螺旋部１２３ａは、サイクロン旋回気流の回転方向に沿って下方に向かって傾斜する方向性をもつ螺旋形状とすることが出来る。この場合には、サイクロンの気流による圧縮効果も得られる。これにより、さらに集塵可能容量が向上する。

次に、回転圧縮の作用について具体的に説明する。

たとえば、送風駆動モータの駆動が停止されると、気流が旋回を止める。送風駆動モータの駆動停止が確認された後、除塵駆動機構１５が駆動されると、上述したように内筒１２、排気口１２１、円盤状遮蔽部材１２３ｃ、螺旋状回転圧縮部１２３、回転軸部１２３ｂが一体となって、垂直中心軸Ｐを中心として、図８の矢印Ｄ方向（上面から見て、反時計方向）に回転する。このようにして、除塵駆動機構１５による回転が、図８に示される第１の回転軸線１５２と第２の回転軸線１５３を介して回転軸部１２３ｂに伝達される。

こうして螺旋状回転圧縮部１２３が回転すると、螺子の原理により、回転軸方向（図９の矢印Ｅで示す垂直下向き方向）に推力が発生する。この推力により、集塵部１０５に蓄積されている図９の塵埃２００は、回転軸方向に押し出され、集塵容器１１の底面に押し付けられることにより回転軸方向に圧縮される。

また、螺旋状回転圧縮部１２３が回転し圧縮動作を行うものであるため、螺旋状回転圧縮部１２３の回転によって塵埃に軸回転中心から外側向きの力が発生する。そのため、塵埃は円筒状の回転軸部１２３ｂ部分にはあまり付着しない傾向があり、メンテナンス性が飛躍的に高まる。さらに、塵埃が螺旋状回転圧縮部１２３に付着した場合においても、螺旋状回転圧縮部１２３が回転することによって、塵埃を下方へ押し出し圧縮する際に塵埃により、剥がされていく。このように、螺旋状回転圧縮部１２３のメンテナンス性は非常に高い。

さらに、前記したように、圧縮後の塵埃はドーナツ型に固められ一体化しているため、ゴミ捨て時のゴミ飛散やこぼれ落ちなどを防ぐことができ、効率的なゴミ捨てが行える。螺旋状回転圧縮部１２３の回転を、モータなどの駆動手段によって行なうことにより、送風駆動モータの駆動中（吸引中）に螺旋状回転圧縮部１２３を自動的に回転させることができる。この動作によって、塵埃を捕集・集積すると同時に塵埃を圧縮することができる。これにより、さらに効率的に圧縮することができ、上記の効果がさらに高まる。また、一度に大量の塵埃を吸引した場合でも圧縮が可能なため、長時間連続して掃除を行うことができる。

さらにまた、送風駆動モータの駆動中（吸引中）に螺旋状回転圧縮部１２３を間欠的に回転させることにより、塵埃の捕集と同時に圧縮を行うことが出来るとともに、螺旋状回転圧縮部１２３を長い時間にわたって駆動し続けることがないため、消費電力の増加を防ぎ、駆動機構の寿命に伴う製品寿命を高めることができる。さらに、圧縮部駆動機構が駆動する際の騒音を低減することができ、より静かで使用しやすいサイクロン集塵装置が得られる。

１０ …筐体（分離装置本体）
１１ …集塵容器（捕集容器）
１２ …内筒
１３ …上部フィルタユニット
１４ …塵埃受部
１０４ …分離部
１０５ …集塵部
１０６ …隙間（クリアランス）
１２３ …螺旋状回転圧縮部
１２３ａ…螺旋部（圧縮部）
１２３ｂ…回転軸部
１２３ｃ…円盤状遮蔽部材
１２３ｄ…始端部
２００、２０１…塵埃
３１０ …底蓋
１１１ａ…流入口
１１２ａ…矢印 （排気経路）
３１２ …上部筐体
３１４ …取っ手
３１６ …上側取っ手内蔵ギア
３１８ …下側取っ手内蔵ギア
３１９ …隙間
３２０ …中間体
３２２ …クラッチギア
３２４ …隙間
３２６ …クラッチ受部

Claims (2)

1. 電気掃除機に備えられ、吸気された空気から塵埃を遠心分離するサイクロン分離装置は、
   内周面が略円筒状で、吸気された空気を流入口から前記略円筒状の内周面に沿って旋回させて遠心分離した塵埃を捕集する集塵容器と、
   前記集塵容器の中心部に設けられ遠心分離後の空気を上方へと排気する内筒と、
   前記内筒の上部に配置され、該内筒を介して排気される空気に含まれる塵埃をさらに捕集し、該捕集後の空気を上方へ通過させる上部フィルタと、
   前記内筒に設けられ、前記集塵容器を、旋回気流により塵埃を分離する分離部、および分離された塵埃を集塵する集塵部を上下に区分する遮蔽部材と、
   前記上部フィルタの排気側の空気が通過する上部に接触する接触部を移動可能に設け、該接触部の移動により該上部フィルタに付着した塵埃を除塵し、前記集塵容器へと落下させる除塵部材と、を備え、
   前記集塵容器と前記遮蔽部材との間の隙間を、塵埃を分離するための旋回気流を通過させて前記集塵部に集塵された塵埃を圧縮する方向へ気流を導き、前記集塵された塵埃の圧縮を行うことを特徴とするサイクロン分離装置。
2. 前記除塵部材と連結され、該除塵部材を移動させる外部操作部材を備えたことを特徴とする請求項１記載のサイクロン分離装置。