JP5348305B1 - サイクロン分離装置及び電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、且つ、騒音を低減させることができるサイクロン分離装置及びこれを備えた電気掃除機を提供する。
【解決手段】本発明に係るサイクロン分離装置は、流入口１２ａから流入した含塵空気を側面に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室１２と、流入口１２ａに接続された流入管１１と、旋回室１２の側面に形成された開口部１３を介して旋回室１２の内部と連通する集塵室１４と、旋回室１２内の空気を排出するための排出口１７に接続された排出管１８と、を備え、流入管１１は、空気の流通方向に沿って管の風路断面積が連続的に縮小する第１の流入管部１１ｂを有し、第１の流入管部１１ｂの風路側壁１１２ｂに空気の流通方向に沿った複数の突片１１ｃを備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、サイクロン分離装置及びサイクロン分離装置を備えた電気掃除機に関する。

従来、例えば特許文献１には、渦流室分離器に関する技術が記載されている。この渦流室分離器では、円筒形状を呈する容器に開口を形成し、この開口から容器内に空気を取り入れている（特許文献１の図２１、２２、２３、２４、２５参照）。

このような構成を有するサイクロン分離装置では、上記開口の面積を小さくして、容器内に流入する空気の流速を確保しなければならない。このため、上記開口、及び開口に至るまでの風路はノズル状に構成されている。これにより、先立つ流体の流れによって生じる乱流が静められるため、渦流室の分離性能が高められる。

また、特許文献１に記載のサイクロン分離装置では、上記開口や風路内でのごみ詰まりを防止するため、容器の上流側にサイクロン分離機能を備えた別の装置を設置している。即ち、特許文献１に記載のサイクロン分離装置では、上記別の装置によって事前に大きなごみを取り除き、大きなごみが取り除かれた空気を容器内に取り込んでいる。

特表平５−５０６１８２号公報

特許文献１に記載された渦流室分離器は、遠心分離性能を向上させるために旋回室の外側から気流を導入すべく、流入管の断面積を縮小する構成としている。このため、流入管の出口端（縁部）で剥離渦が発生して気流音が発生してしまう課題がある。また、流入管が渦流室の外郭よりも外側から接続されているため、半径方向の寸法が大きくなり装置が大型化するといった課題もある。

本発明の対象の掃除機に代表される家電機器では、構成を可能な限り小さくすることが求められている。このため、従来のサイクロンクリーナでは、変化の大きい曲げや寸法変化を避けた風路構成を採ることができず、旋回室中の旋回流への気流の流入状態によっては剥離流などの乱流の発生により気流音が大きくなり、運転音が大きくなる課題があった。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、且つ、騒音を低減させることができるサイクロン分離装置と、このようなサイクロン分離装置を備えた電気掃除機とを提供することを目的とする。

本発明に係るサイクロン分離装置は、流入口から流入した含塵空気を側面に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室と、流入口に接続された流入管と、旋回室の側面に形成された開口部を介して旋回室の内部と連通する集塵室と、旋回室内の空気を排出するための排出口に接続された排出管と、を備え、流入管は、空気の流通方向に沿って管の風路断面積が連続的に縮小する第１の流入管部と、流入口と第１の流入管部とを接続する第２の流入管部と、を有し、第２の流入管部は、流入口から旋回室の側面の接線方向に延在する面で形成された第１の側壁と、第１の側壁に対して略平行に対向する第３の側壁と、を有し、第１の流入管部は、第１側壁と、第１の流入部の風路幅が流入口へ向かうにつれて狭くなるように、第１の側壁に対して傾斜して対向する第２の側壁と、を有し、第２の側壁の内壁側に空気の流通方向に沿った複数の突片を備えるものである。

本発明によれば、装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、且つ、運転音を低減させることができるサイクロン分離装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る電気掃除機の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る掃除機本体の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る掃除機本体の上面図である。 図３に示す掃除機本体のａ−ａ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る集塵ユニットの外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る集塵ユニットの上面図である。 図６に示す集塵ユニットのＡ−Ａ断面図である。 図７に示す集塵ユニットのＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は図７の電気掃除機の旋回室および流入管のＢ−Ｂ断面を示す模式図であり、（ｂ）は旋回室および流入管を（ａ）中のＡの方向から見た図である。 図８の電気掃除機の集塵ユニットのＣ−Ｃ断面を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の断面鋸歯状の突片の構造を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１の流入管構造およびその比較例の構造を示す概略図である。 本発明の実施の形態１の流入管構造の効果を示すグラフである。

以下、本発明に係るサイクロン分離装置及び電気掃除機の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。尚、各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る電気掃除機の外観を示す斜視図である。図１に示すように、電気掃除機１００は、吸込口体１と、吸引パイプ２と、接続パイプ３と、サクションホース４と、掃除機本体５とから構成されている。

また、掃除機本体５には電源コードが接続されており、電源コードが外部電源に接続されることで通電し、後述する電動送風機５２が駆動されて吸引動作を行う。吸込口体１、吸引パイプ２、接続パイプ３およびサクションホース４は、含塵空気を掃除機本体５の外から内部に流入させるための吸引経路の一部として構成されている。

図２は掃除機本体５の斜視図であり、図３は掃除機本体５の上面図であり、図４は図３に示す掃除機本体５のａ−ａ断面図である。

掃除機本体５は、後述する集塵ユニット５０（サイクロン分離装置）が着脱自在に装着・収容される集塵ユニット収容部５ａと、後述する電動送風機５２を収容する電動送風機収容部５ｂとを備えている。

集塵ユニット収容部５ａは、掃除機本体５の上部側に形成され、前方側が低く後方へ向かうほど高くなる傾斜状で、前方側の一部が該傾斜に略垂直に突出するように形成されている。集塵ユニット５０は、集塵ユニット収容部５ａの傾斜面に沿って装着・収容され、前方側の突出した部分により底面を覆われ安定的に保持される。

電動送風機収容部５ｂには、集塵ユニット５０以外の各種機器が収容されており、例えば、吸入風路４９と、排気風路５１と、電動送風機５２と、図示しない排気口と、コードリールとを収容している。また、電動送風機収容部５ｂには、その側方に車輪５３が設けられている。

次に、集塵ユニット５０の構造について説明する。図５は集塵ユニット５０の外観を示す斜視図であり、図６は集塵ユニット５０の上面図である。また、図７は図６に示す集塵ユニット５０のＡ−Ａ断面図であり、図８は図７に示す集塵ユニット５０のＢ−Ｂ断面図である。

図５〜図８に示すように、集塵ユニット５０は、吸入風路４９を経て含塵空気を取り込む流入管１１と、側壁が円筒部１２ａと円錐部１２ｂとで構成される旋回室１２と、旋回室１２の側壁の一部を開口して形成される第１側方開口部１３ａと、第１側方開口部１３を介して旋回室１２と連通する第１側方集塵室１４ａと、旋回室１２の側壁の一部を開口して形成され、第１側方開口部１３ａより下流側に位置する第２側方開口部１３ｂと、第２側方開口部１３ｂを介して旋回室１２と連通する第２側方集塵室１４ｂと、旋回室１２の軸方向下方の壁面を開口して形成される下方開口部１５と、下方開口部１５を介して旋回室１２と連通する下方集塵室１６と、排気風路５１に空気を排出する排出管１８と、旋回室１２と排出管１８とを連通する排出口１７と、を備えている。

流入管１１は、例えば、四角筒状を呈し、旋回室１２に接続されている。具体的には、流入管１１は、一端が外側を向いて開口し他端が旋回室１２の内部に開口しており、これにより、吸入風路４９を通過してきた含塵空気を旋回室１２に取り込むための流入口１２ａを形成している。

また、流入管１１は、旋回室１２の上部に接続されている。このため、含塵空気の流入口１２ａは、旋回室１２の上部に形成される。流入管１１は、一直線状を呈する部材からなり、その軸が、旋回室１２の中心軸に対して直角をなし、且つ旋回室１２の接線方向に配置されている。

次に、図５〜図８を参照し、掃除機本体５の内部に流入した空気を掃除機本体５の外部に排出する経路について説明する。

掃除機本体５の内部に流入した含塵空気は、吸入風路４９を経て集塵ユニット５０に到達する。集塵ユニット５０において、流入管１１、旋回室１２、排出口１７、排出管１８の順に流通し、掃除機本体５の排気風路５１側へと流通する。その後、該空気は、排気風路５１および図示しない排気口からなる排気経路を経て掃除機本体５の外部に排出される構成となっている。

次に、集塵ユニット５０の動作について説明する。集塵ユニット５０は、吸入風路４９を経て流入管１１から含塵空気を取り込むと、含塵空気は、旋回室１２の側壁に対し略接線方向に流入して旋回気流となり、旋回室１２の中心軸近傍の強制渦領域とその外周側の自由渦領域とを形成しながら、その経路構造と重力とにより旋回室１２の下方に流れていく。このとき、ごみには遠心力が作用するため、例えば大きな繊維ごみや毛髪等の比較的嵩の大きなごみ（以下、「ごみＡ」と称する）は旋回室１２の内壁に押し付けられて旋回気流から分離され、第１側方開口部１３ａを介して第１側方集塵室１４ａに送られる。一方、ごみＡの中でも比較的比重が大きく旋回室内を下降しやすい砂ごみや、第１側方集塵室１４ａで取りきれなかったごみは、第２側方開口部１３ｂを介して第２側方集塵室１４ｂに送られる。

また、第１側方集塵室１４ａおよび第２側方集塵室１４ｂに流入しなかったごみは、旋回室１２を下降する旋回気流に乗って旋回室１２の下方に進む。旋回室１２の下方の円錐部１２ｂでは、遠心力が高められて微細塵や細かな繊維ごみ等の比較的嵩の小さなごみ（以下、「ごみＢ」と称する）が旋回気流から分離され、下方開口部１５を介して下方集塵室１６内に送られて捕捉される。

ごみＡ及びごみＢが除去された旋回気流は、旋回室１２の下方で反転して旋回室１２の中心軸に沿って上昇し、排出口１７から排出される。排出口１７から排出された空気は、排出管１８を通って、掃除機本体５の排気風路５１側へと排出される。

図９は、図７の電気掃除機の旋回室および流入管のＢ−Ｂ断面を示す模式図である。尚、図中（ａ）は旋回室１２および流入管１１のＢ−Ｂ断面を、図中（ｂ）は、旋回室１２および流入管１１を（ａ）中のＡの方向から見た図を、それぞれ示している。

本発明に係るサイクロン分離装置の流入管１１は、管の風路断面積が風の流入方向に沿って連続的に縮小する第１の流入管１１ｂ（第１の流入管部）と旋回室に接続される第２の流入管１１ａ（第２の流入管部）と、が連結して構成されている。また、上記第１の流入管１１ｂの内壁には、断面鋸歯状の複数の突片１１ｃが形成されている。尚、第１の流入管１１ｂと、第２の流入管１１ａの断面形状は、円形や角形など設計上の自由度は高く、また各辺の寸法、長手方向での直線性や湾曲性などは特に制約されるものではなく、任意である。但し、本発明の目的を果たすため、図中第２の流入管１１ａの左側の風路側壁１１２ａ（第３の側壁）は、図中右側風路側壁１１１ａ（第１の側壁）と平行になっていることが最良であり、右側風路側壁１１１ａは旋回室内の旋回気流に対して接線方向に設けられている（つまり、風路側壁１１１ａが流入口１２ａから旋回室１２の側面の接線方向に延在する面で形成されている）ことが好ましい。図中の縁部１１ｄは鋭角になるほどその部分で発生する剥離流は大きくなり、その結果気流音が増大してしまうため、できる限り角度を大きくすることが好ましい。

本発明においては、第１の流入管１１ｂおよび第２の流入管１１ａの断面形状は、四角形状を採用しており、連通部は同一形状および同一寸法になっている。第１の流入管１１ｂは、図中、管の風路断面積の大きさを変更する目的で、第２の流入管１１ａと接続され、風路断面積が流入方向に向かって縮小する左右非対称な形状になっている。図中右側の風路側壁１１１ｂ（第１の側壁）は可能な限り、風路壁が連続的になっていることが必要であるため、旋回室に流入する気流は旋回流に対して接線方向に流入するように、その接線上に形成されている。但し、製造物の構造上、やむを得ない場合は、旋回室１２との連通部から連続的な平面（より好ましくは直線）部を通過気流が整流可能な所定の長さを設けることが可能であれば、右側の風路側壁１１１ｂも同様に、風路断面積が変化するように張り出した形状としてもよい。また、図中、第１の流入管１１ｂの右側の風路側壁１１１ｂについて言及したが、これに限るものではなく、左右側以外の風路壁についても同様である。

次に、本実施の形態の電気掃除機の特徴的な構成について詳細に説明する。流入管１１を流れる風は、流入管の壁面を沿って流れているが、サイクロン旋回室１２との連通部（すなわち流入口１２ａ）までくると、風は壁面から剥がされて旋回室１２に流れ入る。この剥がされた風（剥離流）は、その周囲の風よりも早い流速を持ち、乱流を発生させて流通抵抗を急激に大きくしてしまう現象がある。本実施の形態の複数の突片１１ｃは、この剥離流の発生を抑制してサイクロン旋回室の気流音上昇を抑制することが目的である。

図中、第１の流入管１１ｂの傾斜した左側の風路側壁１１２ｂ（第２の側壁）に形成されている断面鋸歯状の複数の突片１１ｃは、旋回室１２と第２の流入管１１ａの接続部にある縁部１１ｄの位置にあわせて設置されており、縁部１１ｄを通過する気流の上流側に位置している。

図１０は、図８の電気掃除機の集塵ユニットのＣ−Ｃ断面を示す模式図である。また、図１１は、本発明の実施の形態１の断面鋸歯状の突片１１ｃの構造を説明するための模式図である。断面鋸歯状の突片１１ｃは、図示したように、幅ｗ、長さｌ、高さｈ（図示しない）の棒状の突片が間隔ｇで等間隔に配置されて成る。尚、ｗ、ｌ、ｈ、ｇの寸法は任意であり、設計上の自由度は広く、また各辺の寸法、長手方向での直線性や湾曲性などは特に何ら制限されるものではなく、突片１１ｃの配列数も任意である。但し、突片１１ｃの外周上には、角部や突起など、不連続な形状は好ましくなく、各角の屈曲部はできる限り滑らかなＲ形状になっていることが最良である。

また、本発明のように、家庭用の電気掃除機などのような小型の樹脂成型品については、製造可能寸法の範囲で、できる限り多数の突片を配置して剥離流を分散させることが好ましい。本発明においては、ｗ＝２．０ｍｍ、ｌ＝２０．０ｍｍ、ｈ＝２．０ｍｍ、の長方形状の突片を、ｇ＝１．５ｍｍで７本を配列した。

図１２は、本発明の実施の形態１の流入管構造およびその比較例の構造を示す概略図である。尚、図中（ａ）は本発明の実施の形態の構成、（ｂ）は（ａ）において断面鋸歯状突片１１ｃが無い構成、（ｃ）は断面鋸歯状突片１１ｃが無い従来の構成、（ｄ）は（ｃ）に断面鋸歯状突片１１ｃを配置した構成、（ｅ）は（ｃ）の断面鋸歯状突片１１ｃを縁部１１ｄから間隔を設けて配置した構成、をそれぞれ示している。

図１２中（ａ）は、上述の通り、気流を多数の鋸歯状突片の夫々の間を通過させることによって複数に分散させ、第２の流入管１１ａを通じて旋回室１２内の旋回流と合流する。（ｂ）は、第２の流入管１１ａと第１の流入管１１ｂの接続部で大きな剥離流が発生し、第２の流入管１１ａを通じて旋回室１２内の旋回流と合流する。（ｃ）は、縁部１１ｄが（ａ）よりも鋭角であり、縁部１１ｄで大きな剥離流が発生する。（ｄ）は、多数の断面鋸歯状突片で気流が分散された後、縁部１１ｄで夫々の剥離流が発生する。（ｅ）は、（ｄ）と同様に断面鋸歯状突片で気流が分散された後、縁部１１ｄで夫々の剥離流が発生する。

図１３は、本発明の実施の形態１の流入管構造の効果を示すグラフである。上記（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の流入管を夫々有した電気掃除機のサイクロン装置部の圧力損失を測定した結果である。測定に際し、夫々の風量を同一にするため、ブロアモータの入力調節を行い、風量を１．３ｍ^３／ｍｉｎとしたサイクロン本体部を使用した。

測定の結果、本発明の実施の形態の構成である（ａ）が最も圧力損失が低い結果となり、（ｂ）（ｃ）（ｄ）の構成に対して有意な差であった。特に、（ｃ）の構成との差０．５ｋＰａは、運転音では３ｄＢ以上の差になった。

上記実施の形態では、キャニスタータイプの電気掃除機１００について説明したが、本願発明を他のタイプの電気掃除機に適用しても構わない。

以上説明したとおり、本実施の形態に係る集塵ユニット５０は、流入口１２ａから流入した含塵空気を側面に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室１２と、流入口１２ａに接続された流入管１１と、旋回室１２の側面に形成された開口部１３を介して旋回室１２の内部と連通する集塵室１４と、旋回室１２内の空気を排出するための排出口１７に接続された排出管１８と、を備え、流入管１１は、空気の流通方向に沿って管の風路断面積が連続的に縮小する第１の流入管部１１ｂを有し、第１の流入管部１１ｂの風路側壁１１２ｂに空気の流通方向に沿った複数の突片１１ｃを形成したことにより、装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、且つ、騒音を低減させることができる。

また、本実施の形態に係る集塵ユニット５０は、流入管１１の風路側壁１１１ａ，１１１ｂが流入口１２ａから旋回室１２の側面の接線方向に延在する面で形成されているので、風路側壁１１１ａと旋回室１２の流入口１２ａとの接続部において剥離流が発生する事態を有効に抑制することができる。

また、本実施の形態に係る集塵ユニット５０は、傾斜した風路側壁１１２ｂに断面鋸歯状の複数の突片１１ｃが形成されている。このような構成によれば、縁部１１ｄを通過する気流の上流側において気流を複数に分散させた後に旋回室１２内の旋回流と合流させることができるので、装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、且つ、騒音を低減させることができる。

また、本実施の形態に係る集塵ユニット５０は、旋回室１２内の旋回気流に対して接線方向に設けられた右側の風路側壁１１１ａと、当該風路側壁１１１ａと平行に形成された左側の風路側壁１１２ａと、を有する第２の流入管１１ａを備えることとしている。このような構成によれば、縁部１１ｄの角度を極力大きくすることができるので、気流音の増大を有効に抑制することが可能となる。

また、本実施の形態に係る集塵ユニット５０は、流入管１１が略矩形の風路断面形状を有する管で構成されているので、流入口１２ａにおいて発生する剥離流を極力小さなものとすることができる。

また、本実施の形態に係る集塵ユニット５０は電気掃除機１００に搭載されるので、装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、且つ、騒音を低減させた電気掃除機を提供することが可能となる。

１ 吸込口体、２ 吸引パイプ、３ 接続パイプ、４ サクションホース、５ 掃除機本体、５ａ 集塵ユニット収容部、５ｂ 電動送風機収容部、１１ 流入管、１１ｂ 第１の流入管、１１ａ 第２の流入管、１１ｃ 突片、１１ｄ 縁部、１１１ａ 風路側壁（第１の側壁）、１１１ｂ 風路側壁（第１の側壁）、１１２ｂ 風路側壁（第２の側壁）、１１２ａ 風路側壁（第３の側壁）、１２ 旋回室、１２ａ 流入口、１３ａ 第１側方開口部、１３ｂ 第２側方開口部、１４ａ 第１側方集塵室、１４ｂ 第２側方集塵室、１５ 下方開口部、１６ 下方集塵室、１７ 排出口、１８ 排出管、４９ 吸入風路、５０ 集塵ユニット、５１ 排気風路、５２ 電動送風機、５３ 車輪、１００ 電気掃除機

Claims (3)

1. 流入口から流入した含塵空気を側面に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室と、
   前記流入口に接続された流入管と、
   前記旋回室の前記側面に形成された開口部を介して前記旋回室の内部と連通する集塵室と、
   前記旋回室内の空気を排出するための排出口に接続された排出管と、を備え、
   前記流入管は、
   空気の流通方向に沿って管の風路断面積が連続的に縮小する第１の流入管部と、
   前記流入口と前記第１の流入管部とを接続する第２の流入管部と、を有し、
   前記第２の流入管部は、
   前記流入口から前記旋回室の前記側面の接線方向に延在する面で形成された第１の側壁と、
   前記第１の側壁に対して略平行に対向する第３の側壁と、を有し、
   前記第１の流入管部は、
   前記第１側壁と、
   前記第１の流入部の風路幅が前記流入口へ向かうにつれて狭くなるように、前記第１の側壁に対して傾斜して対向する第２の側壁と、を有し、
   前記第２の側壁の内壁側に空気の流通方向に沿った複数の突片を備えるサイクロン分離装置。
2. 前記流入管は、略矩形の風路断面形状を有する管である請求項１に記載のサイクロン分離装置。
3. 請求項１または２に記載のサイクロン分離装置と、
   前記サイクロン分離装置の内部に気流を発生させるための送風機と、
   を備える電気掃除機。

Images