JP5486617B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、主に家庭で用いられる電気掃除機、特に電気掃除機の塵埃捕集手段の構成に関するものである。

従来、広く用いられている電気掃除機は、例えば、特許文献１に開示されている。この開示されている電気掃除機は、塵埃を含んだ気流を電動送風機によりサイクロン集塵部に引き込んで旋回させ、塵埃に遠心力を与えることにより気流から分離して、集積室に塵埃を集める機能を有している。

また、非特許文献１には、性能改善を図ったサイクロン集塵装置が記載されている。このサイクロン集塵装置では、サイクロン中に放電電極と集塵電極とを設けることで、いわゆる電気集塵機能も備えることになり、塵埃への遠心力作用に加えてクーロン力作用も付加することにより、塵埃の捕集能力の向上を図っている。

特開２００３−８８４８５号公報

「エレクトロサイクロンの性能向上に関する研究」中島良、渡辺恒雄：平成１６年電気学会全国大会予稿集（ｐｐ．２６３−２６４，第４分冊）

上述したような、従来のサイクロン集塵部を備えた電気掃除機では、塵埃に遠心力を与えて分離除去することを原理としている為、重量が小さい粒子の捕集が困難となっている。これは粒子が完全な円運動をしているときの遠心力Ｚが、
Ｚ＝ｍ・Ｕ^２ ／ｒ （１）
（ｍ；粒子質量、Ｕ；周分速度、ｒ；円軌道の半径）
で表されるように、粒子質量ｍに比例することによる。

従って、塵埃捕集手段がサイクロン集塵部だけでは、小さい粒子が掃除機外への排気に多く含まれてしまうので、サイクロン集塵部を備える電気掃除機では、サイクロン集塵部の下流側にろ過フィルタを設けて、小さい粒子及びサイクロン集塵部で取り残した塵埃を捕集している。

しかし、ろ過フィルタが追加されると、吸気の圧力損失が大きくなる為、同一性能の送風機では、吸気量が低下してしまう。また、このように多くの塵埃をろ過フィルタで捕集する構成とすると、ろ過フィルタの目詰まりが発生し易くなり、更に吸気量が低下してしまうという問題がある。

これに対し、非特許文献１に記載された電気集塵機能も備えたサイクロン集塵装置では、遠心力に加えてクーロン力も塵埃に付与することにより、高効率で比較的小さい粒子も捕集することが出来る。この為、ろ過フィルタを省略することが出来、また、ろ過フィルタを配置したとしても、その負担が小さいので、目詰まりは発生し難い。

ところで、電気集塵機能も備えたサイクロン集塵装置の、塵埃を帯電させる為の放電電極は、コロナを発生させる必要があり、数ｋＶ以上の高電圧が印加されるので、使用者が直接触れる電気掃除機では、危険が伴う。また、塵埃の種類及びサイズによっては危険なことがある。つまり、髪の毛等の紐状物体及び金属等を吸引する可能性のある家庭用の電気掃除機では、感電、短絡、及び絶縁低下による過電流が発生する虞があり、電気集塵機能を備えたサイクロン集塵装置を適用することは出来ないという問題があった。

また、通常の電気集塵装置は、一般に空気の流速が１０ｍ／秒以下で用いられ、それ以上の流速では、捕集率が大きく低下してしまう。しかし、現行の家庭用電気掃除機は、吸気の流速が２５ｍ／秒以上に達する為、電気集塵装置をそのまま適用しても性能向上は見込めないという問題がある。

非特許文献１に記載されている電気集塵機能も備えたサイクロン集塵装置では、塵埃に遠心力とクーロン力とが作用することに加えて、サイクロン中の乱流部等で流速の低下がある為、電気集塵機能の低下を抑制することは出来るが、まだ充分な捕集率を得ることは出来ていない。

また、サイクロン集塵部への流入経路に比べて、旋回室内は流速分布が偏っており、塵埃分布もばらつくので、安定して塵埃を帯電させることが出来るように、電極を配置設計するのは困難であるという問題がある。

電気集塵装置の放電電極は、その近傍の大きな電界強度によりコロナ電離領域を形成するが、この為には、電気力線が集中するように、電極表面積を小さくする必要がある。一方、コロナ電離領域は大きい方が塵埃への帯電量が増加する。その為、これらの条件に適合する形状として、線状の放電電極が多く使用されるが、機械的強度が小さいので、サイクロン集塵部への流入経路に配置する為には、電極を保持する部材が必要となる等の制約が生じるという問題がある。

更に、この流入経路では、まだ塵埃に遠心力が作用していないので、大きな塵埃が空気から分離されずに、放電電極に衝突して、放電電極が破損する可能性がある。また、電気掃除機本体が移動する為、固定場所に設置されて使用される機器に比べて、放電電極に多くの応力及び振動が発生するという問題もある。

また、空気から分離された塵埃は、集塵電極に接着したままの状態、又は集積室に溜まった状態となるが、このうち、集積室に溜まった塵埃には、排出空気に吸い上げられて再度飛散してしまうという問題がある。研究用又は大規模な工業用の用途であれば、集積室の深さ寸法等を大きくして、この問題を回避できるが、小型化が求められる家庭用電気掃除機では、重要な問題である。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、吸気の圧力損失が小さく、吸気量の低下を抑制出来、比較的重量が小さい塵埃の捕集も可能であり、更には安全に使用出来る電気掃除機を提供することを目的とする。

また、本発明は、塵埃への帯電を安定して行なった上で集塵電極にて捕集することが出来、更には捕集した塵埃の再飛散を防止することが出来る電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明に係る電気掃除機は、塵埃を吸い込む吸引口と、吸気を発生される電動送風機と、前記吸引口から吸気された空気中の塵埃を捕集する集塵部を備える。前記集塵部は、少なくとも空気中の塵埃を遠心分離する第１サイクロン部と、該第１サイクロン部と並んで併設され第１サイクロン部から排気される空気中の塵埃をさらに遠心分離する第１サイクロン部とからなる。

前記第１サイクロン部は、筒形状で遠心分離を行うための第１外筒、前に吸引口からの吸気を導入し前記第１外筒内に旋回気流を形成する第１入口、前記第１外筒内に一端部が位置し他端部が第１外筒内の空気を排気する排気口となる第１内筒、および前記第１外筒の下方に設けられた遠心分離された塵埃を集塵する第１集積室を備える。

また、前記第２サイクロン部は、筒形状で遠心分離を行うための第２外筒、前記第１内筒の排気口に連通し、該第１内筒より排気される空気を前記第２外筒に導入し旋回気流を形成する第２入口、前記第２外筒内に一端部が位置し他端部が第２外筒内の空気を排気する排気口となる第２内筒、および前記第２外筒の下方に前記第１集積室とは別領域に区部にして設けられ遠心分離された塵埃を集塵する第２集積室を備える。

この電気掃除機では、吸引口が塵埃を吸い込み、電動送風機が吸気を発生させる。吸引口から電動送風機に連通し、該電動送風機から電気掃除機外部へ排気する。

本発明に係る電気掃除機は、第２サイクロン部の第２内筒より排気される空気は、前記電動送風機により電気掃除機外部に排気される経路中に塵埃をろ過するフィルタ集塵部を備えることができる。

この電気掃除機は、第１サイクロン部大きい塵埃が除去される。大きい塵埃が除去された吸気は、次に第２サイクロン部に流入し、小さい塵埃が除去されてから電動送風機を介して排気される。

前記電動送風機を介して排気される経路に目の細かいフィルタを設けても、該フィルタの上流で小さい塵埃を捕集する機能がない場合に比べて、目の細かいフィルタであっても、目詰まりが発生し難い。

また本発明に係る電気掃除機は、前記第１及び第２サイクロン部の下方に、捕集した塵埃を集積する集積室を着脱可能に設けることができる。

また本発明に係る電気掃除機は、前記第２サイクロン部にクーロン力による電気集塵手段を設けることができる。

さらに、本発明に係る電気掃除機は、前記電気集塵手段が、塵埃を帯電させるために吸気中でコロナ放電する放電電極を前記内筒に設けられ、前記第２サイクロン部の第２内筒を集塵電極として接地、又は前記放電電極と逆極性の電圧を印加してなる。

この電気掃除機によれば、第２サイクロン部でさらに電気集塵手段により微小粒子の塵埃を集塵することができる。

この電気集塵手段により塵埃を帯電させる放電電極が正極性であれば、放電電極が負極性の場合と比べ、オゾン発生量が少なく、オゾン分解手段を用いることなく、吸気を掃除機外へと排出できる。

本発明に係る電気掃除機によれば、吸気の圧力損失が小さく、吸気量の低下を抑制出来、比較的重量が小さい塵埃の捕集も可能であり、更には安全に使用出来る電気掃除機を実現することが出来る。

本発明に係る電気掃除機によれば、吸気は第１サイクロン部で遠心分離し第１集積室に堆積した塵埃中を透過しない構造であるため、ろ過フィルタ前段に塵埃が堆積する構造に比べて、運転を継続しても吸引力が殆ど低下しない。

本発明に係る電気掃除機によれば、ろ過フィルタが追加されているので、更に塵埃捕集能力が向上する。吸気がこのろ過フィルタを通過するときには、既に上流側の集塵部で小さい塵埃が除去されているので、目の細かいフィルタを排気経路中に配置しても、目詰まりは発生し難い。

また、本発明に係る電気掃除機によれば、第２サイクロン部に電気捕集部を設けているため、構造が簡潔となる。また、コロナ放電により発生するイオンにより塵埃を帯電させるので、摩擦静電気等により帯電させる場合よりも、効率的であり塵埃の捕集能力が向上する。

本発明に係る電気掃除機によれば、第１サイクロン部で大きな塵埃を確実に捕集することができるので、その下流側に、高電圧が印加される電気集塵手段を第２サイクロン部に配置しているので安全である。

本発明に係る電気掃除機によれば、使用者が高電圧を伴う集塵部に直接触れることがないので、安全性が向上する。

本発明に係る電気掃除機によれば、第２サイクロン部の一部が電気捕集部となっている為、構造が簡潔となり小型化を図ることが出来る。

本発明に係る電気掃除機の実施の形態の外観を示す模式図である。 本発明に係る電気掃除機の本体の内部構成を説明する為の模式図である。 本発明に係る電気掃除機の実施の形態における本体の内部構成を説明する為の模式図である。 本発明に係る電気掃除機の実施の形態における本体の内部構成を説明する為の模式図である。 本発明に係る電気掃除機の実施の形態における本体の内部構成を説明する為の模式図である。 本発明に係る電気掃除機の実施の形態における本体の内部構成を説明する為の模式図である。 本発明に係る電気掃除機の実施の形態における本体の内部構成を説明する為の模式図である。 本発明に係る電気掃除機の実施の形態におけるサイクロン集塵部を説明する為の模式図である。 本発明に係る電気掃除機の実施の形態におけるサイクロン集塵部を説明する為の模式図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態１の外観を示す模式図である。

この電気掃除機は、塵埃を吸気と共に吸い込む吸込口１と、一端が吸込口１の出口側に接続された真直ぐな吸引パイプ２と、吸引パイプ２の他端に一端が接続され、取っ手を備え、中途で少し折れ曲がった接続パイプ３と、接続パイプ３の他端に一端が接続された折れ曲がり自在のサクションホース４と、サクションホース４の他端に接続された本体５とを備えている。

図１では、塵埃を含んだ吸気の流れが矢印で示されており、吸込口１から流入した吸気は、吸引パイプ２、接続パイプ３及びサクションホース４の順に吸引経路を流れてから、本体５で塵埃を除去されて本体５の外部へ排気される。

図２は、本体５の内部構成を説明する為の模式図である。

この本体５は、第１塵埃捕集手段であるろ過フィルタ機能を備えた紙袋（ろ過フィルタ集塵部）６と、紙袋６を透過した吸気が通過する第２塵埃捕集手段であるサイクロン集塵部７と、吸気を発生させる電動送風機部８と、電動送風機部８から本体５の外部への排気経路９と、吸気が通過するように各部を接続する吸引経路とを備えている。

サイクロン集塵部７は、吸引経路である入口筒１２、外筒１３、集積室１４及び内筒１５と、サイクロン中心放電ワイヤ１６と、高電圧発生回路１７とを備えている。

外筒１３の上部は、入口筒１２が接線方向に接続された、上底を有する円筒形状であり、下部は逆円錐台形状となっている。外筒１３の下方には、外筒１３へ開口した有底円筒形状の集積室１４が設けられており、外筒１３の中央部から上底を突き抜けた上方には、外筒１３内に開口した内筒１５が貫設され、外筒１３の最下部付近から内筒１５の上端部にかけての中心部には、サイクロン中心放電ワイヤ１６が張設されている。サイクロン中心放電ワイヤ１６には、高電圧発生回路１７により高電圧が印加されている。

内筒１５の上端部は、吸引経路により電動送風機部８に接続されている。

電動送風機部８は、筐体内に、内筒１５からの吸引経路に接続され、吸気を発生させるファン１０と、ファン１０を駆動するモータ１１とを備えている。電動送風機部８の筐体は、吸引経路及び排気経路９が接続されている入口及び出口以外は密閉構造になっている。

入口筒１２、外筒１３、集積室１４及び内筒１５は、絶縁材料であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で作製されている。外筒１３の逆円錐台状部分の内壁はアース接地されたアルミニウム材で作製されている。また、入口筒１２の内壁の一部、集積室１４の側面及び底面の内壁、及び内筒１５の側面の内壁もアース接地されたアルミニウム材で作製されている。

塵埃を含んだ吸気は、図２の矢印に示すように、先ず、ろ過フィルタ機能を備えた紙袋６で大きい塵埃が除去される。この塵埃は、そのまま紙袋６内に保持されて、ある程度溜まった段階で紙袋６ごと纏めて廃棄される。

大きい塵埃が除去された吸気は、次に、サイクロン集塵部７に流入し、小さい塵埃が除去されてから電動送風機部８に吸入される。電動送風機部８のファン１０は、吸気を発生させており、ファン１０から出た気流は、モータ１１付近などを冷却しながら、排気経路９へ到達して本体５の外部へ放出される。

上述したように、サイクロン集塵部７に流入した塵埃を含む吸気は、外筒１３に流入する。外筒１３に流入した吸気は、外筒１３が円筒形状である為、旋回気流となり、中心軸近傍の強制渦領域とその外周側の準自由渦領域とを形成しながら、その外筒経路構造と重力とにより下向きに流れて行く。

このとき、（１）式で表される遠心力が塵埃に作用する為、３μｍ（好ましくは１μｍ）以上の塵埃は、外筒１３の内壁に押し付けられて、吸気から分離され、下降する気流に沿って集積室１４に集められる。その後、気流は、上昇に転じて、内筒１５内及び吸引経路を流れて、電動送風機８へ吸引される。

尚、吸気の主な流れは以上のようになるが、特に外筒１３の入口付近及び集積室１４内では、二次的流れ及び乱流が多く発生し、これらの殆どは、遠心力作用による捕集能力の低下原因となり、また、塵埃の再飛散を生じさせてしまう。

上述したサイクロン集塵部７の動作は、塵埃に作用する遠心力を利用した捕集動作であるが、これと並行して、サイクロン集塵部７内では、塵埃に作用するクーロン力を利用した捕集動作も行われる。以下に、このクーロン力を利用した捕集動作を説明する。

高電圧発生回路１７では、商用交流電源から得た電圧をトランスにより昇圧し、更にダイオードとコンデンサとを直列に積み上げた倍電圧整流回路で昇圧することにより、６ｋＶの正の直流状電圧を発生させる。この＋６ｋＶの電圧が、放電電極である中心放電ワイヤ１６に印加されることにより、中心放電ワイヤ１６と、外筒１３、集積室１４及び内筒１５の各内壁のアルミニウム材の集塵電極との間に、０．０４ｍＡ程度の電流が流れて、いわゆるコロナ放電が発生する。

このとき、中心放電ワイヤ１６近傍の強電界による電離域で生成された正孔が、吸気中の粒子を正イオン化し、これが塵埃と付着することにより、又は電離域で塵埃を直接に正イオン化することにより、塵埃には集塵電極との間にクーロン力が発生して捕集される。

尚、高電圧発生回路で負の電圧を発生させると、逆に負イオンが多く発生し、この作用によりオゾンが生成される。このオゾンが、ある濃度まで上昇して掃除機外へ排出されると、使用者が異臭を感じる為、何らかの防止手段が必要となってしまう。これを回避する為に、本実施の形態１では、中心放電ワイヤ１６に正電圧を印加している。

以上で説明したように、遠心力作用による塵埃捕集原理とクーロン力作用による塵埃捕集原理とは全く異なっているので、同時に（並行して）作用させた場合には、線形に遠心力とクーロン力とを加え合わせることが出来、それぞれを単独で作用させた場合よりも、捕集率を向上させることが出来、また、微小粒子の集塵が可能となる。

更に、本発明に係る電気掃除機の本実施の形態１での動作を具体的に説明する。

外筒１３に流入した吸気は、旋回気流による遠心力により、ある程度の大きさの塵埃が集積室１４に捕集される。それと並行して、中心放電ワイヤ１６によるコロナ放電で塵埃が帯電されて、外筒１３、集積室１４及び内筒１５の集塵電極に捕集される。このとき、特に、帯電した塵埃には、中心放電ワイヤ１６との間にクーロン反発力が発生するので、内筒１５の集塵電極との間のクーロン力により捕集され易い。また、各部で二次的流れ及び乱流が発生しているとき、これらの空気の流速は、殆どが入口筒１２への流入時より遅くなっている為、塵埃は各箇所の集塵電極との間のクーロン力で捕集され易い。これにより、本発明に係る電気掃除機の本実施の形態１では、高効率での塵埃捕集、及び微小粒子の集塵を実現することが出来る。

（実施の形態２）
図３は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態２における本体５の内部構成を説明する為の模式図である。

この本体５は、第１塵埃捕集手段がサイクロン集塵部１８であり、更に、排気経路９中にろ過フィルタ集塵部１９を備えている点が、上述した実施の形態１と異なっている。サイクロン集塵部１８は、実施の形態１のサイクロン集塵部７において、電気集塵関連の部品が存在しない構成であり、特に、集積室１４の代わりに着脱可能な集積室２０を備えている。

塵埃を含んだ吸気の流れは、矢印で示されており、最初に、サイクロン集塵部１８で大きい塵埃が除去される。サイクロン集塵部１８は、大きい塵埃の除去を目的としている為、通常の遠心力のみが作用する構造であり、３μｍ（好ましくは１μｍ）以上の塵埃のみが、捕集されて集積室２０に集められる。この集積室２０は着脱可能であるので、塵埃の廃棄作業を容易に行なうことが出来る。

また、このようなサイクロン構造では、吸気が集積室２０に堆積した塵埃中を通過しない為、ろ過フィルタ前段に塵埃を堆積する構造に比べると、電気掃除機の運転を継続しても、吸引力が殆ど低下しない。

サイクロン集塵部１８で大きい塵埃が除去された吸気は、次に、サイクロン集塵部７に流入するが、このサイクロン集塵部７では、実施の形態１で説明したように、塵埃に遠心力及びクーロン力の双方が作用するので、より小さい塵埃を捕集することが出来る。

その後、電動送風機部８に吸入された吸気は、排気経路９に送り出されて、目の細かいろ過フィルタであるろ過フィルタ集塵部１９を透過する。本実施の形態２では、フィルタ上流側の集塵部で小さい塵埃を捕集する機能がない場合に比べて、サイクロン集塵部７による集塵で塵埃量が大幅に減少している為、目の細かいフィルタであっても、目詰まりが発生し難い。ろ過フィルタ集塵部１９を透過した後は、塵埃が非常に少ない空気が、本体５より放出されることになる。

このように、本実施の形態２では、更に高効率での捕集、及び微小粒子の集塵を実現することが出来る。本発明に係る電気掃除機の実施の形態２のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

以上、実施の形態１及び２について説明したが、本発明は、これら実施の形態１、２に限定されるものではない。第１及び第２塵埃捕集手段を本体５に備える構成を例に挙げたが、第１及び第２塵埃捕集手段を吸引経路の途中に備えている限り、本発明に含まれるものである。また、第１塵埃捕集手段は、大きい粒子の捕集が目的であり、これを複数の手段により実現することも容易に考えられる。

また、特に、第１塵埃捕集手段は、更に簡易な手段により実現することも容易に考えられる。この例を図４により説明する。図４は、本体５の内部構成を説明する為の模式図であるが、第１塵埃捕集手段として、ろ過フィルタ３０と塵埃の集積室３１とを備えている点が、実施の形態１と異なっている。このフィルタ３０は、ポリエステル製でメッシュ目開きが９６μｍであり、集積室３１と入口筒１２との境界に貼り付けられている。このような構成によっても、大きい粒子をろ過捕集して集積室３１に堆積させることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態３における本体５の内部構成を説明する為の模式図である。

この本体５は、紙袋６を備える塵埃捕集手段が存在せず、有底円筒形状の容器５１がサイクロン集塵部７を格納している点が、上述した実施の形態１と異なっている。サクションホース４（図１）から吸気が流入する容器５１の入口筒５５は、容器５１の周面上部に半径方向に設けられている。容器５１は、入口筒５５及び内筒１５の連通部分以外は密閉構造となっている。

容器５１内のサイクロン集塵部７の入口筒１２には、サイクロン集塵部７の集塵電極と電気的に接続されたろ過フィルタ集塵部５２が設けられている。

塵埃を含んだ吸気の流れは、先ず、容器５１へ流入し、ろ過フィルタ集塵部５２で大きい塵埃が除去される。この除去された塵埃はそのまま容器５１内に保持される。ここで、ろ過フィルタ集塵部５２に捕集され絡まった大きい塵埃が、高電位になることを防ぐ為、ろ過フィルタ集塵部５２は、集塵電極と電気的に接続された構成となっている。

大きい塵埃が除去された吸気は、次に、サイクロン集塵部７に流入し、小さい塵埃が除去されてから電動送風機部８に吸入される。電動送風機部８のファン１０が、吸気を発生させており、ファン１０から出た気流は、モータ１１付近などを冷却しながら、排気経路９へ到達して本体外部へ放出される。

ここで、サイクロン集塵部７では、上述したように、６ｋＶにも及ぶ高電圧が印加されており、使用者が簡単に触れることが出来る構造では、安全面で問題となるが、サイクロン集塵部７を容器５１内に配置することで、使用者がサイクロン集塵部７を直接触れることが無くなり、安全性が向上する。

このように、本実施の形態３では、高効率での捕集、及び微小粒子の集塵を実現しつつ、安全性を高めることが出来る。本発明に係る電気掃除機の実施の形態３のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

（実施の形態４）
図６は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態４における本体５の内部構成を説明する為の模式図である。

この本体５は、容器５１に代わり、逆円錐台形状のサイクロン集塵部５３が、サイクロン集塵部７を格納している点が、上述した実施の形態３と異なっている。サイクロン集塵部５３に連通する集積室５０１の内側に集積室１４を配置しているが、集積室５０１及び集積室１４は、直接的には連通していない。

サクションホース４（図１）から吸気が流入するサイクロン集塵部５３の入口筒５６は、サイクロン集塵部５３の周面上部に接線方向に設けられている。サイクロン集塵部５３は、入口筒５６及び内筒１５の連通部分以外は密閉構造となっている。

サイクロン集塵部５３に流入した吸気は、全てサイクロン集塵部７の入口筒１２に設けられたろ過フィルタ集塵部５２を透過するようになっている。ろ過フィルタ集塵部５２は、サイクロン集塵部７の集塵電極と電気的に接続されている。

本体５外部への排気経路９には、ろ過フィルタ集塵部５４が設けられている。

塵埃を含んだ吸気は、先ず、サイクロン集塵部５３へ入り、サイクロン集塵部５３のサイクロン機能及びろ過フィルタ集塵部５２で大きい塵埃が除去される。この除去された塵埃は、そのままサイクロン集塵部５３内に保持される。

大きい塵埃が除去された吸気は、次に、サイクロン集塵部７に流入し、小さい塵埃が除去されてから電動送風機部８に吸入される。

その後、電動送風機部８に吸入された吸気は、排気経路９に送り出されて、目の細かいろ過フィルタであるろ過フィルタ集塵部５４を透過する。本実施の形態４では、フィルタ上流側の集塵部で小さい塵埃を捕集する機能がない場合に比べて、サイクロン集塵部７による集塵で塵埃量が大幅に減少している為、目の細かいフィルタであっても、目詰まりが発生し難い。ろ過フィルタ集塵部５４を透過した後は、塵埃が非常に少ない空気が、本体５より放出されることになる。

本実施の形態４では、実施の形態３の場合と比較して、大きい塵埃は、主にサイクロン集塵部５３のサイクロン集塵機能により集塵されるので、ろ過フィルタ集塵部５２は、目の粗いものを用いることが出来るので、吸気の圧力損失の面で有利となる。これにより、モータ１１の消費電力及び発熱の負担が低減される。また、サイクロン集塵部７に大きい塵埃が流入しないように、別途、他のサイクロン集塵部を前段に配置するよりも、電気掃除機全体の形状を小さくすることが出来る。本発明に係る電気掃除機の実施の形態４のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態３の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

（実施の形態５）
図７は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態５における本体５の内部構成を説明する為の模式図である。

この本体５は、サイクロン集塵部７、電動送風機部８、電動送風機部８から本体５の外部への排気経路９及び各部を接続する経路を備えている。

サイクロン集塵部７は、吸引経路である流入経路１０１、外筒１０２、集積室１０３及び内筒１０４と、流入経路１０１内の線状の放電電極１０５ａ、放電電極１０５ａを保持する電極保持部１０６、サイクロン中心放電ワイヤ１０５ｂ及び高電圧発生回路１０７とを備えている。放電電極１０５ａは、流入経路１０１内で流入方向に張設され、電極保持部１０６に保持されている。

外筒１０２の上部は、流入経路１０１が接線方向に接続された、上底を有する円筒形状であり、下部は逆円錐台形状となっている。外筒１０２の下方には、外筒１０２へ開口した有底円筒形状の集積室１０３が設けられており、外筒１０２の中央部から上底を突き抜けた上方には、外筒１０２内に開口した内筒１０４が貫設され、外筒１０２の最下部付近から内筒１０４の上端部にかけての中心部には、サイクロン中心放電ワイヤ１０５ｂが張設されている。サイクロン中心放電ワイヤ１０５ｂには、高電圧発生回路１０７により高電圧が印加されている。

内筒１０４の上端部は、吸引経路により電動送風機部８に接続されている。

流入経路１０１、外筒１０２、集積室１０３及び内筒１０４は、絶縁材料であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で作製されている。外筒１３の逆円錐台状部分の内壁は、アース接地されたアルミニウム材で作製されている。また、流入経路１０１の内壁の一部、及び内筒１０４の側面の内壁もアース接地されたアルミニウム材で作製されている。

放電電極１０５ａ及びサイクロン中心放電ワイヤ１０５ｂは、直径０．２ｍｍのタングステン線であり、単体では形状を保持できないので、ＰＥＴで形成された電極保持部１０６により張力を与えられて保持されている。

サイクロン集塵部７に流入した塵埃を含む吸気は、流入経路１０１を通過して、外筒１０２に流入する。外筒１０２に流入した吸気は、外筒１０２が円筒形状である為、旋回気流となり、外筒１０２の中心軸近傍の強制渦領域とその外周側の準自由渦領域とを形成しながら、その外筒経路構造と重力とにより下向きに流れて行く。

このとき、（１）式で表される遠心力が塵埃に作用する為、３μｍ（好ましくは１μｍ）以上の塵埃は、外筒１０２の内壁に押し付けられて、吸気から分離され、下降する気流に沿って集積室１０３に集められる。その後、気流は、上昇に転じて、内筒１０４及び吸引経路を流れて、電動送風機８へ吸引される。

尚、吸気の主な流れは以上のようになるが、特に外筒１０２の入口付近及び集積室１０３内では、二次的流れ及び乱流が多く発生し、これらの殆どは、遠心力作用による捕集能力の低下原因となり、また、塵埃の再飛散を生じさせてしまう。

上述したサイクロン集塵部７の動作は、塵埃に作用する遠心力を利用した捕集動作であるが、これと並行して、サイクロン集塵部７内では、塵埃に作用するクーロン力を利用した捕集動作も行われる。以下に、このクーロン力を利用した捕集動作を説明する。

高電圧発生回路１０７では、商用交流電源から得た電圧をトランスにより昇圧し、更にダイオードとコンデンサとを直列に積み上げた倍電圧整流回路で昇圧することにより、６ｋＶの正の直流状電圧を発生させる。この＋６ｋＶの電圧が、放電電極１０５ａ及び中心放電ワイヤ１０５ｂに印加されることにより、流入経路１０１、外筒１０２及び内筒１０４の各内壁のアルミニウム材の集塵電極との間に０．０４ｍＡ程度の電流が流れて、いわゆるコロナ放電が発生する。

このとき、放電電極１０５ａ及び中心放電ワイヤ１０５ｂの各近傍の強電界による電離域で生成された正孔が、吸気中の粒子を正イオン化し、これが塵埃と付着することにより、又は電離域で塵埃を直接に正イオン化することにより、塵埃には集塵電極との間にクーロン力が発生して捕集される。

尚、高電圧発生回路で負の電圧を発生させると、逆に負イオンが多く発生し、この作用によりオゾンが生成される。このオゾンが、ある濃度まで上昇して掃除機外へ排出されると、使用者が異臭を感じる為、何らかの防止手段が必要となってしまう。これを回避する為に、本実施の形態５では、放電電極１０５ａ及び中心放電ワイヤ１０５ｂに正電圧を印加している。

以上で説明したように、遠心力作用による塵埃捕集原理とクーロン力作用による塵埃捕集原理とは全く異なっているので、同時に（並行して）作用させた場合には、線形に遠心力とクーロン力とを加え合わせることが出来、それぞれを単体で作用させた場合よりも、捕集率を向上させることが出来、また、微小粒子の集塵が可能となる。

更に、本発明に係る電気掃除機の本実施の形態５での動作を具体的に説明する。

流入経路１０１に流入した吸気中の塵埃は、放電電極１０５ａによるコロナ放電により帯電される。ここで、一般の家庭用電気掃除機では、流入経路１０１での空気の流速は、ある程度（例えば２５ｍ／秒以上）速いので、いくらかの塵埃は、流入経路１０１内壁の集塵電極に引き寄せられる前に、集塵電極の領域を通過してしまい、捕集率はさほど高くない。

しかし、外筒１０２においては、その内壁の集塵電極との間に働くクーロン力と、旋回気流による遠心力との相乗効果によって、３μｍ（好ましくは１μｍ）以上の塵埃も捕集される。また、旋回気流に沿って集積室１０３へふるい落とされた塵埃は、集積室１０３内で堆積する一方、気流は内筒１０４方向へ上昇していく。

その後、中心放電ワイヤ１０５ｂによるコロナ放電で、塵埃が、再度又は新規に帯電されて、内筒１０４の集塵電極で捕集される。このとき、特に、帯電した塵埃には、中心放電ワイヤ１０５ｂとの間にクーロン反発力が発生するので、放電電極１０５ａにより帯電しながらも、それまでに捕集されなかった塵埃も、内筒１０４の集塵電極との間のクーロン力により捕集され易い。また、各部で二次的流れ及び乱流が発生しているとき、これらの空気の流速は、殆どが流入経路１０１への流入時より遅い為、塵埃は各箇所の集塵極との間のクーロン力により捕集され易い。

以上のように、本発明に係る電気掃除機の本実施の形態５では、複数の放電電極を設け、初段は塵埃の帯電を主な役割として、その後段以降の集塵電極で捕集するようにしたので、吸気の流速が速い場合でも、塵埃の捕集率を高めることが出来る。

また、外筒１０２では、遠心力により塵埃分布がばらつくので、密度が高い部分に初段の放電電極１０５ａを配置して、帯電の効率を高めることが可能であるが、その最適配置は、流速や塵埃の堆積具合等で変化する。本実施の形態５のように、初段の放電電極１０５ａを流入経路１０１に配置すれば、略一定の流入吸気中で、塵埃へ安定した帯電をおこなうことが出来る。本発明に係る電気掃除機の実施の形態５のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態１の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

（実施の形態６）
図８は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態６におけるサイクロン集塵部７を説明する為の模式図である。

このサイクロン集塵部７は、流入経路１０１が、外筒１０２の外周に沿って形成され、流入経路１０１内の放電電極１０５ｃが、ステンレス製の針形状であり、流入経路１０１の上面を貫通しており、放電電極１０５ｃの先端が流入経路１０１断面の中心となるように配置されている点が、実施の形態５と異なっている。

この放電電極１０５ｃに対する集塵電極は、流入経路１０１の側面及び下面の内壁にアルミニウム材で形成され、アース接地されている。放電電極１０５ｃに＋６ｋＶの直流状電圧が印加されると、電界強度が高くなるのは、針先端部のみであり、その付近だけに電離域が生じて塵埃を帯電させる。帯電した塵埃は、実施の形態５と同様にして、遠心力及びクーロン力の双方により捕集することが出来る。

本実施の形態６では、以上にように、初段（流入経路１０１）の放電電極１０５ｃを針形状とすることで、線形状とする場合に比べて、塵埃への帯電量は一般に小さくなる。しかし、放電電極１０５ｃ単独で形状を保持出来るので、部品コスト及び複雑さが増す保持部材が不要であり、また、振動及び大きな塵埃の衝突に対して充分な強度を持たせることができる。本発明に係る電気掃除機の実施の形態６のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態５の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

（実施の形態７）
図９は、本発明に係る電気掃除機の実施の形態７におけるサイクロン集塵部７を説明する為の模式図である。

このサイクロン集塵部７も、外筒１０２の逆円錐台状部分の内壁、流入経路１０１の内壁の一部、及び内筒１０４の側面の内壁は、アース接地されたアルミニウム材で形成されているが、それに加えて、集積室１０３の内壁もアース接地されたアルミニウム材で形成されている点が、実施の形態５と異なっている。

通常、図９の破線矢印で示す、集積室１０３からの排出空気の流量は少ないので、集積室１０３の深さを大きくしたり、外筒１０２と集積室１０３との接続口径を小さくする対策を講じておけば、一旦分離されて集積室１０３内に堆積した塵埃が、再飛散することは殆どない。しかし、省スペース化が必要な家庭用電気掃除機では、以上のような対策を充分に講じることが出来ない。

それに対して、本実施の形態７のように、集積室１０３の内壁も集塵電極にしておけば、クーロン力により塵埃を集積室１０３の内部に留める作用が生じ、再飛散の可能性を低く出来る。本発明に係る電気掃除機の実施の形態７のその他の構成及び動作は、上述した本発明に係る電気掃除機の実施の形態５の構成及び動作と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。

尚、本発明は、上述した実施の形態５乃至７に何ら限定されるものではない。例えば、集塵電極は、吸引経路の構成部材の内壁面に形成したが、網目状にして吸引経路中に形成することも可能である。また、塵埃を集積室内部に留める作用を強めたり、殺菌・脱臭などの効果を付加する為に、放電電極を集積室内に配置する構成としても良い。

１ 吸込口
２ 吸引パイプ
３ 接続パイプ
４ サクションホース
５ （電気掃除機の）本体
６ 紙袋（ろ過フィルタ集塵部、第１塵埃捕集手段）
７，１８，５３ サイクロン集塵部
８ 電動送風機部
９ 排気経路
１０ ファン
１２，５５，５６ 入口筒
１３，１０２ 外筒
１４，２０，３１,１０３，５０１ 集積室
１５，１０４ 内筒
１６，１０５ｂ サイクロン中心放電ワイヤ
１７，１０７ 高電圧発生回路
１９，３０,５２，５４ ろ過フィルタ集塵部
５１ 容器
１０１ 流入経路
１０５ａ，１０５ｃ 放電電極
１０６ 電極保持部

Claims (3)

1. 塵埃を吸い込む吸引口と、吸気を発生される電動送風機と、前記吸引口から吸気された空気中の塵埃を捕集する集塵部を備える電気掃除機において、
   前記集塵部は、少なくとも空気中の塵埃を遠心分離する第１サイクロン部と、該第１サイクロン部と並んで併設され第１サイクロン部から排気される空気中の塵埃をさらに遠心分離する第２サイクロン部とからなり、
   前記第１サイクロン部は、筒形状で遠心分離を行うための第１外筒、前記吸引口からの吸気を導入し前記第１外筒内に旋回気流を形成する第１入口、前記第１外筒内に一端部が位置し他端部が第１外筒内の空気を排気する排気口となる第１内筒、および前記第１外筒の下部に設けられ遠心分離された塵埃を集塵する着脱可能な第１集積室を有し、
   前記第２サイクロン部は、筒形状で遠心分離を行うため下部が逆円錐台形状に形成した第２外筒、前記第１内筒の排気口と連通し、該第１内筒より排気される空気を前記第２外筒に導入し旋回気流を形成する第２入口、前記第２外筒内に一端部が位置し他端部が前記第２外筒の上部を突き抜け当該第２外筒内の空気を排気する排気口となる第２内筒、および前記第２外筒の下部に前記第１集積室とは別領域に個別に設けられ遠心分離された塵埃を集塵する着脱可能な第２集積室を有した電気掃除機。
2. 前記第２内筒より前記電動送風機を介して電気掃除機外部に排気される経路中にフィルタ集塵部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
3. 前記第２サイクロン部にクーロン力による電気集塵手段を設け、
   前記電気集塵手段は、第２内筒の中心部にコロナ放電を行う線形状の放電電極を設け、少なくとも第２内筒を集塵電極として接地または放電電極とは逆極性の電圧を引加してなる請求項１または２に記載の電気掃除機。