JP6066136B2 - 真空掃除機の分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空掃除機の分野に、特に、真空掃除機で使用される分離装置の設計に関する。

現代の真空掃除機は、主として、「バッグ式」または「バッグレス式」である。

英国特許第２４７５３１２号明細書

バッグ式機械は、使用中の吸引損失に悩まされることがあり、これは、フィルタバッグの細孔がゴミで進行的に塞がれることによって生ずる。

バッグレス式機械は、主として、フィルタバッグよりはむしろサイクロン式ゴミ分離に依存する。これら機械は、サイクロン分離器がフィルタバッグのように容易に閉塞する傾向がないので、バッグ式機械よりも良好な吸引を維持する。しかし、サイクロン分離器は、フィルタバッグと比較してレイアウトが比較的複雑であり、このため、機械内に効率的にこれら分離器をパッケージすることが困難である。この困難性は、二段サイクロン分離装置で増大し、これは、分離装置を形成する２つのサイクロン段を接続するために比較的複雑なダクト経路を必要とすることがある。

本発明によれば、真空モータと、分離組立体であって真空モータによってこの分離組立体を通って引き込まれる気流内に取り込まれたゴミ粒子を分離するための分離組立体と、を備える真空掃除機が提供され、分離組立体は、多段分離組立体であり、この多段分離組立体は、一次分離段と、第１分離段の下流側にある二次非サイクロン分離段と、を備え、非サイクロン分離段は、気流の向きを変更するための流動曲部を備え、それにより、気流に取り込まれたゴミ粒子を分離し、一次分離段によって分離されたゴミ粒子を収集するために一次ゴミ収集器が設けられ、流動曲部によって分離されたゴミ粒子を収集するために二次ゴミ収集器が設けられ、一次ゴミ収集器は、二次ゴミ収集器の少なくとも一部を囲む。

流動曲部は、非サイクロン式であり、したがって、主としてサイクロン式分離段（特に多サイクロン段）に関連する複雑な導管構造計画、及び、比較的空間効率の悪いサイクロンチャンバを使用すること、を必要としない。したがって多段分離器を機械により効率的にパッケージできる。一方、流動曲部がフィルタバッグを必要としないので、流動曲部は、フィルタバッグが閉塞されること及び結果として生ずる吸引損失の問題に悩まされない。

一次ゴミ収集器は、二次ゴミ収集器を完全に囲み、そのため、二次ゴミ収集器は、一次ゴミ収集器の内側に入れ子にされる。

一次分離段は、サイクロン分離段、好ましくは単一のサイクロン段である。単一のサイクロン段は、環状ビンを備え、二次ゴミ収集器は、ビンの内側に入れ子にされている。この配置において、ビンの上側部分は、単一の環状サイクロンチャンバとして機能し、ビンの下側部分は、一次ゴミ収集器として機能する。

特有の形態において、二次ゴミ収集器は、開口部を備え、開口部を流動曲部入口と流動曲部出口とに分割する隔壁部によって流動を形成し、隔壁部は、二次ゴミ収集器内へ部分的に延在し、それにより、その後、流動曲部を通って入る気流は、流動曲部出口を通って出る前に、二次ゴミ収集器の内側で隔壁部を回るように曲げられる。これは、流動曲部に関する単純で小型な配置であり、流動曲部は、二次ゴミ収集器の内側に効率的に配置されている。

二次ゴミ収集器に対する開口部は、環状または円状であり、隔壁部は、開口部の全周にわたって延在し、それにより、環状流動強区部入口と環状の流動曲部出口とを画成する。これは、全「３６０°」流動曲部を形成し、この流動曲部は、流動曲部によって示される流動制限を最小化することを補助し、分離装置における圧力損失を低減する。

流動曲部入口は、好ましくは、隔壁部と二次ゴミ収集器の外壁部とによって形成される。これは、アンダーカット部なく形成できる単純な構造であり、工作コストを低減する。

二次ゴミ収集器自体は、環状である。この場合、流動曲部出口は、隔壁部とゴミ収集器の内壁部とによって形成される。同様に、これにより、工作コストを低減する。

添付の図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

従来のバッグレス式真空掃除機を示す斜視図である。 従来の二段ゴミ分離器を示す横断面図である。 本発明にかかる多段ゴミ分離器を示す横断面図である。 図３のＡ−Ａ矢視断面図である。 図３のゴミ分離器の一部を形成する非サイクロン分離段を示す断面斜視図である。 図５の非サイクロン分離段を通る気流を示す概略図である。 非サイクロン分離段を示す断面図であって、第２ゴミ収集器の内側にある径方向フィンを示す、断面図である。

図１は、二段サイクロン式ゴミ分離装置３を有する従来の真空掃除機１を示す。

図２は、サイクロン式ゴミ分離装置３を通る断面図である。ここで、第１−または「一次」−サイクロン段は、比較的大型のシリンダ状の外側ビン７を備え、この外側ビンは、一次サイクロンのための容器として、かつ、一次ゴミ収集器として、機能する。第２サイクロン段は、多サイクロン段であり、複数の小型のテーパ状をなし、ビン７の上方に配列されたサイクロンチャンバ９を備え、これらサイクロンチャンバそれぞれは、ビン７の内側に入れ子にされた環状の二次ゴミ収集器１１−または「微細ゴミ収集器（ＦＤＣ）」−内に流れ込む。

汚染空気は、ビン７の壁部にある接線方向入口１３を通ってビン７内に入る。これは、ビン７の内側にある気流へ必要なスピンを与え、分離されたゴミは、ビン７の底部に集まる。空気は、シリンダ状のメッシュ出口−または「シュラウド」−１５を通って一次から出て、このシュラウドは、ＦＤＣ１１の外側を囲むように環状ダクトを形成し、二次サイクロン段まで導く。空気は、頂部を通って二次サイクロンチャンバ９から出て、そして、連結管１７内に収集され、（気流中に未だに残存する非常に微細な微粒子を分離するための）ソックフィルタ(sock filter)１９を介して、環状ＦＤＣの中心を通って真空モータ（図示略）まで下方へ導かれる。

図３は、本発明にかかる多段分離装置３０を通る断面である。ここで、一次サイクロン段は、同様に、比較的大型のシリンダ状ビン７０を備え、ビン７０の上側部分は、単一の環状のサイクロンチャンバとして機能し、ビン７０の下側部分は、一次ゴミ収集器として機能する。分離器１０は、同様に、下流側の多サイクロン段を備え、この多サイクロン段は、小型のテーパ状をなす複数のサイクロンチャンバ９０を備え、これらサイクロンチャンバは、ビン７０の上方において２つの平行な列に配列され、ビン７０の内側に入れ子にされたゴミ収集器１３０内に流れ込む。ゴミ収集器１３０は、環状であり、中央ダクト３１０を囲み、このダクトは、サイクロンチャンバ９０の空気出口に接続された連結管２９０から下方へ延在する。

本発明によれば、さらなる非サイクロン分離段は、一次サイクロン段と下流側の多サイクロン段との間に設けられている。したがって、２段ではなく３段の分離、すなわち、一次サイクロン段、二次非サイクロン段及び三次多サイクロン段がある。

分離器の二次非サイクロン段は、環状の第２ゴミ収集器１１０と、非サイクロン式ゴミ分離器と、を備え、これら双方は、ビン７０の内側に収容されている。

二次ゴミ収集器１１０は、三次ゴミ収集器１３０を囲む。二次ゴミ収集器１１０及び三次ゴミ収集器１３０は、共通の分離壁部１５０を共有しており、この分離壁部は、三次ゴミ収集器１３０の外壁部及び二次ゴミ収集器１１０の内壁の双方を構成する。この共通の分離壁部１５０は、ビン７０の全長に延在し、一部のサイクロンチャンバ９０の下端部を収容するために、広げられた上側セクション１５０ａを組み込む。

二次ゴミ収集器１１０の外壁部１７０は、ビン７０の部分的にのみ上方へ延在し、そのため、二次ゴミ収集器１１０の外壁部１７０と二次ゴミ収集器の内壁部（すなわち共通の分離壁部１５０）との間に環状開口部１１１を画成する。二次ゴミ収集器１１０の外壁部１７０は、ビン７０の底部において、二次ゴミ収集器１１０と周囲の一次ゴミ収集器との間にある共通の分離壁部を構成する。

３つのゴミ収集器７０、１１０、１３０は、それらの下端部において開口している。開口下端部は、共通の分離壁部１５０、１７０それぞれによって分割されている。共通のヒンジ式カバー部材７１が設けられており、このカバー部材は、３つの収集器７０、１１０、１３０を同時に空にするために、ゴミ収集器７０、１１０、１３０の開口下端部を閉鎖する。カバー部材７１は、２つの共通する分離壁部１５０、１７０とビン７０の周壁部の壁部とダクト３１０の壁部とに当接して封止する。

封止襟体２１０は、ビン７０の上端部の内側を囲むように位置する。この封止襟体２１０は、三次ゴミ収集器１３０の外側を囲むように環状ダクト２３０を画成し、この環状ダクトは、サイクロン９０の複数の入口につながる。

シリンダ状のメッシュシュラウド１９０は、二次ゴミ収集器１１０の開口上端部を囲む。シュラウド１９０は、その下端部近傍において二次ゴミ収集器１１０の外壁部１７０に固定されており、その上端部において襟体２１０に固定されている。

二次非サイクロンゴミ分離器は、第２ゴミ収集器１１０の内側に、気流の方向を変更してそれによって気流からゴミ粒子を分離するための流動曲部２５０を備える。流動曲部２５０は、シュラウド１９０の後側で三次ゴミ収集器１３０の外側を囲むように同心状に延在する隔壁部２７０によって形成されている。隔壁部２７０の上端部は、襟体２１０に固定されており、隔壁部２７０は、襟体２１０から下方へ延在し、環状ダクト２３０の延長部を形成する。隔壁部２７０は、環状開口部１１１を通って途中まで二次ゴミ収集器１１０内へ下方に延在する。このため、隔壁部２７０は、上流側においてシュラウド１９０を通ってビン７０の内側に接続する環状流動曲部入口２５０ａと、下流側において環状ダクト２３０に接続する環状流動曲部出口２５０ｂと、に環状開口部１１１を分割する。隔壁部２７０の下端部は、流動曲部入口２５０ａのすぐ下流側にある流動曲部２５０のテーパ状入口セクション２５０ｃと、流動曲部出口２５０ｂのすぐ上流側にある流動曲部２５０の逆テーパ状出口セクション２５０ｄと、を形成するように輪郭付けされている。２つのテーパ状セクション２５０ｃ、２５０ｄ間にある流動曲部２５０の中間セクションでは、隔壁部２７０は、円弧状とされ、流動曲部２５０の湾曲内壁部２５０ｅを形成する。

使用中、汚染気流は、ビン７０の壁部にある接線方向入口２９８（図４）を通って分離装置３０に入る。低効率サイクロン分離は、（比較的大きいその半径のおかげで）ビン７０の内側で発生し、気流から比較的大きいゴミ粒子を分離する。これら大きいゴミ粒子は、ビン７０の底部に集まる。そして、気流は、メッシュシュラウド１９０を通って一次サイクロン段から出て、二次非サイクロン段に入る。二次段において、気流は、環状流動曲部入口２５０ａを通って流動曲部２５０に入り、そして、流動曲部出口２５０ｂを通って出る前に、隔壁部２７０を回って曲げられる。流動曲部２５０の２つのテーパ状セクション２５０ｃ、２５０ｄは、組み合わさって、流動曲部２５０内へ気流を加速させ、そして、流動曲部２５０から出る気流を減速させる。

隔壁部２７０の周りの気流速度におけるこの比較的高速な変化は、気流に未だ取り込まれている中間サイズのゴミ粒子を分離する。そして、流動曲部２５０によって分離されたゴミは、二次ゴミ収集器１１０内に集められる。

流動曲部２５０から出る気流は、サイクロンチャンバ９０間に配設された環状ダクト２３０を介して三次サイクロン段まで上方へ導かれる。高効率サイクロン分離は、（これらの比較的小さい半径のおかげで）これらサイクロンチャンバの内側で発生し、二次段から出た後に気流に未だ取り込まれている微細ゴミ粒子を分離する。そして、これら分離された微細ゴミ粒子は、三次ゴミ収集器１３０内に集められる。

清浄な気流は、三次サイクロン段から出て、そして、共通の連結管２９０及び関連するダクト３１０を介して真空モータまで導かれる。

そして、必要な場合には、３つのゴミ収集器７０、１１０、１３０は、ヒンジ式カバー部材７１を手動で開けることによって同時に空にされる。

分離装置３０には、フィルタがない。その替わりに、微粒子は、三次サイクロン段によって分離される。これは、サイクロンチャンバ９０の上流側に中間サイズのゴミ粒子を除去する二次非サイクロン分離を導入することによって可能となる。したがって、サイクロンチャンバ９０は、中間サイズのゴミ粒子を詰め込む危険性がなく、非常に微細な粒子を比較的高効率で分離するために小さいチャンバ半径を有するように設計されることができる。これは、空間効率が良い非サイクロン配置である二次分離器を用いて達成され、これは、フィルタバッグ（または一般的にはフィルタ）の欠点に悩まされない。

三次サイクロンチャンバ９０に関してチャンバ半径を低減することは、三次段にわたって圧力降下を増大させる傾向がある。しかしながら、これは、三次段において平行なサイクロンチャンバ９０の数を増大させることによって相殺される。それにもかかわらず、チャンバ９０は、図３に示すように、平行なサイクロンチャンバを複数段に「積み重ねる」、順に重ねることによって、空間効率のよい態様でパッケージされる、特許文献１も参照。

バッフル３３０は、二次ゴミ収集器１１０の内側で収集されたゴミ１１２を隔壁部２７０の周りを通過する気流から遮蔽するために、二次ゴミ収集器１１０の内側に設けられている。これは、収集したゴミが流動曲部２５０内へ戻って再び取り込まれることを防止し、分離効率を改善する。

バッフル３３０は、収集したゴミを流動曲部出口２５０ｂから出る気流から遮蔽するために、隔壁部２７０の外側において、二次ゴミ収集器１１０の内壁部１５０に設けられている。これにより、流動曲部出口２５０ｂを通る「短絡」再取込経路を防止する。

バッフル３３０は、隔壁部２７０に近接して位置する。バッフル３３０の上面は、反っており(scooped)、流動曲部２５０の湾曲外壁部２５０ｆを形成する。流動曲部２５０のこの湾曲外壁部２５０ｆは、流動曲部２５０の内壁部２５０ｅとほぼ同心状となっている。これにより、気流が隔壁部２７０の下縁部の周りを曲がるので、気流に関する安定した平均速度を維持することを補助する。

バッフル３３０の下側は、同様に反っており、案内面３３０ａを形成する。この案内面３３０ａは、二次ゴミ収集器１１０の内側において空気のための再循環経路Ｒを促進し、この再循環経路は、流動曲部２５０を通った気流とは逆の流れにある（図６参照）。したがって、流動曲部２５０において分離されたゴミは、二次ゴミ収集器１１０の内側にある再循環流動Ａによって二次収集器１１０内へ下方に引きずられる。これにより、流動曲部２５０内へ戻るようにゴミが即時に再度取り込まれる機会を低減し、分離効率を改善する。

一次から出る空気は、軸Ｙ回りにある程度のサイクロン渦を残すことがあり、これは、少なくとも特定の状況において、流動曲部２５０の具体的な性能を危うくすることがある。この渦を抑制するため、一連の径方向フィン３５０は、二次ゴミ収集器１１０の内側に設けられており、軸Ｙに沿って延在する。径方向フィン３５０は、二次ゴミ収集器１１０の環状直径にわたっており、二次ゴミ収集器１１０を個別の区画に効果的に区画する。
径方向フィン３５０は、流動曲部２５０内へ上方に延在し、そのため、流動曲部２５０を区画し、流動曲部２５０自体の内側で軸Ｙ回りに残存するサイクロン渦を抑制する。同様のフィンを設けてもよく、これらフィンは、それにもかかわらず、少なくともある程度、気流の残存渦を抑制する。例えば、フィンは、流動曲部２５０自体にのみ設けてられてもよいが、二次ゴミ収集器１１０内へさらに下方に延在しない。

３０ 多段分離装置，分離装置、７０ ビン，シリンダ状ビン，一次収集器，ゴミ収集器，収集器、９０ 三次サイクロンチャンバ，サイクロンチャンバ，チャンバ，サイクロン、１１０ 二次収集器，第２ゴミ収集器，ゴミ収集器，収集器、１１１ 環状開口部、１３０ 三次ゴミ収集器，ゴミ収集器，収集器、２５０ 流動曲部、２５０ａ 環状流動曲部入口，流動曲部入口、２５０ｂ 環状流動曲部出口，流動曲部出口、２７０ 隔壁部

Claims (7)

1. 真空モータと、
   分離組立体であって前記真空モータによって当該分離組立体を通って引き込まれる気流内に取り込まれたゴミ粒子を分離するための分離組立体と、
   を備える真空掃除機であって、
   前記分離組立体が、多段分離組立体であり、前記多段分離組立体が、一次分離段と、前記一次分離段の下流側にある二次非サイクロン分離段と、を備え、
   前記二次非サイクロン分離段が、気流の向きを変更するための流動曲部を備え、それにより、気流に取り込まれたゴミ粒子を分離し、
   前記一次分離段によって分離されたゴミ粒子を収集するために一次ゴミ収集器が設けられ、
   前記流動曲部によって分離されたゴミ粒子を収集するために二次ゴミ収集器が設けられ、
   前記一次ゴミ収集器が、前記二次ゴミ収集器の少なくとも一部を囲むことを特徴とする真空掃除機。
2. 前記一次分離段が、サイクロン式分離段であることを特徴とする請求項１に記載の真空掃除機。
3. 前記一次分離段が、環状ビンを備える単一のサイクロン段であり、
   前記環状ビンの上側部分が、環状サイクロンチャンバを画成し、
   前記環状ビンの下側部分が、前記一次ゴミ収集器を画成し、
   前記二次ゴミ収集器が、前記環状ビンの内側に入れ子にされていることを特徴とする請求項２に記載の真空掃除機。
4. 前記二次ゴミ収集器が、開口部を備え、
   前記流動曲部が、前記開口部を流動曲部入口と流動曲部出口とに分割する隔壁部によって形成され、
   前記隔壁部が、前記二次ゴミ収集器内へ部分的に延在し、それにより、その後、前記流動曲部入口を通って入る気流が、前記流動曲部出口を通って出る前に、前記二次ゴミ収集器の内側で前記隔壁部を回るように曲げられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の真空掃除機。
5. 前記二次ゴミ収集器の前記開口部が、環状または円状であり、
   前記隔壁部が、前記開口部の全周にわたって延在し、それにより、環状の流動曲部入口と環状の流動出口とを画成することを特徴とする請求項４に記載の真空掃除機。
6. 前記流動曲部入口が、前記隔壁部と前記二次ゴミ収集器の外壁部との間に形成されることを特徴とする請求項５に記載の真空掃除機。
7. 前記二次ゴミ収集器が、環状であり、
   前記流動曲部出口が、前記隔壁部と前記二次ゴミ収集器の内壁部との間に形成されることを特徴とする請求項５に記載の真空掃除機。

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