JP6529801B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明に係る実施形態は、電気掃除機に関する。

多段、例えば二段の遠心分離器を備える電気掃除機が知られている。この従来の電気掃除機は、後段の遠心分離器に、分離した塵埃と清浄な空気とを反対方向へと流出させる反転型の遠心分離器を備えている。

特開２０１３−２４０５９８号公報

従来の電気掃除機は、反転型の遠心分離器を採用しているため、吸気口と排気口とが併設される一方で、塵埃の廃棄口は遠心分離器の反対側に配置されている。

そして、従来の電気掃除機は、吸気口と排気口とが併設されるため、遠心分離器の上流側または下流側に中継流路が必要になり、遠心分離器の配置の自由度が低く、遠心分離器を縦置きに配置することになって塵埃分離部全体が大型化してしまっている。

塵埃分離部の大型化は、例えば自律型の、いわゆるロボット掃除機においては、床面からの高さ寸法を増大させ、ベッドや家具の下方への侵入のしやすさを損なう。

そこで、本発明は、従来よりも配置の自由度の高い遠心分離器を採用して小型化可能な電気掃除機を提案する。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る電気掃除機は、空気の吸気口と、空気の排気口と、塵埃の廃棄口と、前記吸気口から流れ込む空気を旋回させて前記排気口へ導く一方、前記空気の旋回によって分離される塵埃を前記廃棄口へ導く流路と、を有する管と、前記排気口側の流路と前記廃棄口側の流路とを隔てる分離舌と、前記流路の中心部に配置されて前記吸気口側から前記排気口側へ向かって延びて、少なくとも前記分離舌よりも前記吸気口に近い位置で細くなり始め、前記管の延び方向において前記分離舌に到達しない位置または到達する位置で実質的に細くなり終える縮径部と、前記管の延び方向において前記分離舌と重なり、一様な太さで前記排気口へ向かって延びる最細部と、を有する芯棒と、を有する遠心分離器と、を備えている。

本発明の実施形態に係る電気掃除機の外観の斜視図。 本発明の実施形態に係る電気掃除機の塵埃分離装置の斜視図。 本発明の実施形態に係る電気掃除機の塵埃分離装置の平断面図。 本発明の実施形態に係る電気掃除機の遠心分離器を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る電気掃除機の遠心分離器を示す縦断面斜視図。 本発明の実施形態に係る第二分離部の、他の例の斜視図。 本発明の実施形態に係る第二分離部の、他の例の斜視図。

本発明に係る電気掃除機の実施形態について、図１から図７を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の外観の斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１は、被掃除場所を自律走行して床面を掃除する、いわゆるロボットクリーナーである。

電気掃除機１は、中空円盤形状の本体ケース５と、本体ケース５内に収容される電動送風機６と、本体ケース５に設けられて電動送風機６の吸込側に接続される塵埃分離部７と、床面上で本体ケース５を移動させる移動部８と、移動部８を駆動させる駆動部９と、駆動部９を制御して床面上の本体ケース５を自律移動させる制御部１１と、電源としての二次電池１２と、を備えている。

また、電気掃除機１は、本体ケース５の底面に設けられる回転清掃体１３と、回転清掃体１３を駆動させる清掃体用駆動部１５と、を備えている。

円盤形状の本体ケース５は、例えば合成樹脂の成形品であり、床面上を容易に旋回できる。本体ケース５は、底面の幅方向中央部に横長の吸込口１６を有している。

吸込口１６の幅寸法は、本体ケース５の幅寸法、つまり直径寸法の３分の２程度である。吸込口１６は、塵埃分離部７に流体的に接続されている。

回転清掃体１３は、吸込口１６に設けられている。回転清掃体１３は、本体ケース５の幅方向に延びる回転中心線回りに回転可能な軸状のブラシである。

塵埃分離部７は、電動送風機６が発生させる吸込負圧によって吸込口１６へ吸い込まれる塵埃を含んだ空気（以下、「含塵空気」と言う。）から塵埃を遠心分離して捕集する。塵埃分離部７は、本体ケース５へ着脱自在に装着されている。

移動部８は、本体ケース５の底面に設けられる左右一対の駆動輪１７と、本体ケース５の底面に設けられる旋回輪（図示省略）と、を備えている。移動部８は、一対の駆動輪１７および旋回輪の三輪で電気掃除機１を支えている。

一対の駆動輪１７は、本体ケース５の底面から突出している。また、一対の駆動輪１７は、本体ケース５の前後方向において略中央部に配置され、かつ吸込口１６の前方を避けて本体ケース５の左右それぞれの側部寄りに配置されている。一対の駆動輪１７の回動軸は、本体ケース５の幅方向に沿って延びる直線上に配置されている。電気掃除機１は、左右の駆動輪１７を同一方向に回転させることによって床面上を前進または後退し、左右の駆動輪１７を相互に反対方向に回転させることによって床面上を旋回する。

旋回輪は、いわゆるキャスターである。旋回輪は、本体ケース５の幅方向において実質的に中央部、かつ、本体ケース５の前後方向において後半部に配置されている。

駆動部９は、一対の駆動輪１７のそれぞれに接続される一対の電動機１８である。駆動部９は、左右の駆動輪１７をそれぞれ独立に駆動させることができる。

制御部１１は、マイクロプロセッサ（図示省略）、およびマイクロプロセッサが実行する各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する記憶装置（図示省略）を備えている。制御部１１は、電動送風機６、清掃体用駆動部１５、および駆動部９に電気的に接続されている。

制御部１１は、電動送風機６、清掃体用駆動部１５、および駆動部９を制御して電気掃除機１を運転する。

二次電池１２は、電動送風機６、清掃体用駆動部１５、駆動部９、および制御部１１の電源である。二次電池１２は、例えば吸込口１６の後方に配置されている。二次電池１２は、本体ケース５の底面に設けられる充電端子（図示省略）に電気的に接続されている。例えば、充電端子は、任意の箇所に設置された充電台（図示省略）の端子に接続されることによって、二次電池１２の充電を可能にする。

次に、塵埃分離部７について詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の塵埃分離装置の斜視図である。

図３は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の塵埃分離装置の平断面図である。

図２および図３に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１の塵埃分離部７は、塵埃分離部７に導かれる空気から粗い塵埃を遠心分離する第一分離部２１と、第一分離部２１を通過した空気から細かい塵埃を遠心分離する第二分離部２２と、第二分離部２２を通過した空気を塵埃分離部７から電動送風機６へ送る排気管２３と、を備えている。

なお、第一分離部２１で分離される粗い塵埃とは、もっぱら糸くずや綿埃などの繊維状の塵埃や砂粒のような粒度の大きい塵埃であり、第二分離部２２で分離される細かい塵埃とは粒子状または粉末状で粒度の小さい塵埃である。

第一分離部２１および第二分離部２２は、円盤形状を有している。第一分離部２１は、円盤形状の周縁側に配置され、第二分離部２２は、円盤形状の中心側に配置されている。換言すると、第一分離部２１および第二分離部２２は、円盤形状の径方向に多層構造を有している。

第一分離部２１は、環状の外殻２５と第二分離部２２とを隔てる環状の第一分離室３１を有している。外殻２５には、第一分離室３１へ空気を導く導入管３２が設けられている。導入管３２は、環状の外殻２５の接線方向に延びており、第一分離室３１内に旋回流を生じさせる方向へ空気を導く。第一分離室３１は、導入管３２から流れ込む含塵空気を旋回させて、粗い塵埃と空気とを分離し、粗い塵埃を蓄積する。

第一分離室３１の内周縁には、メッシュフィルタ３３が設けられている。メッシュフィルタ３３は、外殻２５の内周面を臨む濾過面を有している。メッシュフィルタ３３は電動送風機６の始動直後や停止過渡など第一分離室３１内の旋回流が十分に発達していない期間において、また旋回流が発達した後も当然に、第一分離部２１から第二分離部２２側へ粗い塵埃が流出することを防いでいる。

第二分離部２２は、第一分離部２１を通過する細かい塵埃を空気から分離し、塵埃が電動送風機６に達することを防いでいる。第二分離部２２は、メッシュフィルタ３３を通じて第一分離室３１から空気が流れ込む複数の準備室３５と、放射状に配置される複数の直進型の遠心分離器３６と、遠心分離器３６から廃棄される細かい細塵を蓄積する複数の細塵室３７と、を備えている。

準備室３５は第二分離部２２の外周寄りに配置されている。

準備室３５は、それぞれの遠心分離器３６に対応して設けられており、放射状に並ぶ遠心分離器３６の間に、環状に配置されている。準備室３５は、第二分離部２２の外周であり第一分離部２１の内周でもあるメッシュフィルタ３３越しに開口３０を通じて第一分離室３１に繋がっている。

細塵室３７は、複数の遠心分離器３６に一括して接続されており、塵埃分離部７の中央部に配置される排気管２３に併設されている。

遠心分離器３６は、第一分離部２１を通過する空気からさらに塵埃を分離する。これら遠心分離器３６は、分離する細かい塵埃を細塵室３７へ廃棄する一方、清浄な空気を排気管２３へ排気する。複数の遠心分離器３６は、同一面内に放射状に配置されている。

メッシュフィルタ３３を通過して第二分離部２２に流れ込んだ含塵空気は、先ず準備室３５に入ってそれぞれの遠心分離器３６に流れ込む。遠心分離器３６に流れ込んだ含塵空気は、細かい塵埃と清浄な空気とに遠心分離される。分離された細かい塵埃は、細塵室３７へ廃棄されて蓄積される。分離された清浄な空気は、排気管２３へ排気される。

排気管２３は、塵埃分離部７の中心部に配置され、複数の遠心分離器３６および細塵室３７に囲まれている。

ここで、遠心分離器３６について詳細に説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の遠心分離器を示す斜視図である。

図５は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の遠心分離器を示す縦断面斜視図である。

図２および図３に加えて、図４および図５に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１の遠心分離器３６は、いわゆる直進型である。

遠心分離器３６は、空気の吸気口４１と、空気の排気口４２と、塵埃の廃棄口４３と、吸気口４１から流れ込む空気を旋回させて排気口４２へ導く一方、空気の旋回によって分離される塵埃を廃棄口４３へ導く流路４５と、を有する管４７と、排気口４２側の流路と廃棄口４３側の流路とを隔てる分離舌としての分離環４８と、流路４５の中心部に配置されて吸気口４１側から排気口４２側へ向かって延びて、少なくとも分離環４８よりも吸気口４１に近い位置で細くなり始める芯棒４９と、を備えている。より具体的には、遠心分離器３６は、一方の端部４７ａの側面に設けられる空気の吸気口４１と、他方の端部４７ｂの端面に設けられる空気の排気口４２と、他方の端部４７ｂの側面に設けられる塵埃の廃棄口４３と、吸気口４１から流れ込む空気を旋回させて排気口４２へ導く一方、空気の旋回によって分離される塵埃を廃棄口４３へ導く流路４５と、を有する管４７と、他方の端部４７ｂから一方の端部４７ａへ筒状に延びて排気口４２側の流路４５ａと廃棄口側の流路４５ｂとを隔てる分離環４８と、流路４５の中心部に配置されて一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂへ向かって延びて、少なくとも分離環４８よりも一方の端部４７ａに近い位置で細くなり始める芯棒４９と、を備えている。

管４７の一方の端部４７ａは、遠心分離器３６への含塵空気の流入端、あるいは上流側であり、管４７の他方の端部４７ｂは、遠心分離器３６から空気が流れ出る流出端、あるいは下流側である。つまり、吸気口４１は、遠心分離器３６の流入端、あるいは上流側の側面に配置され、排気口４２は、遠心分離器３６の流出端、あるいは下流側の端面に配置され、廃棄口４３は、遠心分離器３６の流出端、あるいは下流側の側面に配置されている。

吸気口４１は、第二分離部２２の準備室３５に接続されている。

排気口４２は、排気管２３に接続されている。

廃棄口４３は、第二分離部２２の細塵室３７に接続されている。なお、図４および図５には、模式的な矩形の箱体で細塵室３７が示されている。

管４７は、流路４５を画定する内面の形状を保つかぎりにおいて、外面の形状を問わない。また、管４７は、直進型分離器としての機能を保つ限りにおいて、曲管でも良い。

分離環４８と芯棒４９とは、管４７の延び方向において重なり合っている。

分離環４８は、円形の排気口４２の縁に連接して流路４５内へ環状に延びている。分離環４８の突出端部の内面側は、流路４５の上流側、かつ内側へ向かって僅かに窄まっている。分離環４８の突出端部の外面側は、流路４５の上流側、かつ内側へ向かってテーパ状に先細っている。

芯棒４９は、管４７の延び方向において分離環４８に到達する位置で実質的に細くなり終えて、一様な太さに戻っている。芯棒４９は、環状の分離環４８の内面側の空間へ到達している。つまり芯棒４９は、管４７の一方の端部４７ａ側から同径の最太部４９ａと、管４７の他方の端部４７ｂに近づくにつれて徐々に縮径する縮径部４９ｂと、管４７の他方の端部４７ｂに最も近い最細部４９ｃと、を有している。

なお、芯棒４９は、縮径部４９ｂが分離環４８の突出端よりも管４７の一方の端部４７ａ側で細くなり始めていれば、縮径部４９ｂの細くなり終える箇所が分離環４８の突出端に到達していても良いし、分離環４８の突出端に到達していなくても良いし、分離環４８の内側に侵入していても良い。

また、芯棒４９は、中空であっても良いし、中実であっても良い。

流路４５は、吸気口４１側から排気口４２側へ向かって直線状に延びている。つまり、流路４５は、一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂへ向かって直線状に延びている。特に流路４５の外縁は、円筒面を描いている。流路４５は、分離環４８および芯棒４９の形状の関係性によって流れの方向へ見て、大きく３つの部分に分かれている。具体的には、流路４５は、芯棒４９のうち実質的に一定の径で延びる領域を含む導入部５１と、芯棒４９が細くなり始めてから分離環４８の突出端に到達する領域を含む分離部５２と、分離環４８の突出端よりも下流側を含む排出部５３と、に分かれている。

なお、流路４５は、一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂへ向かって円錐面を描いて直線状に延びるものであっても良い。この場合、流路４５は、一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂへ向かって狭まる円錐面を描いて直線状に延びるものであっても良いし、一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂへ向かって拡がる円錐面を描いて直線状に延びるものであっても良い。

導入部５１には、吸気口４１から含塵空気が流入する。吸気口４１が管４７の一方の端部４７ａの側面に配置されているため、導入部５１に流れ込む含塵空気は、管４７の内面に沿う旋回流を生じさせる。

分離部５２は、芯棒４９の形状変化にともない、導入部５１側から排出部５３側へ近づくにつれて旋回流の中心側へ拡張される流路である。導入部５１で生じる旋回流は、遠心力によって、含塵空気中の塵埃を管４７の内面側へ分離する。他方、旋回流の中心である芯棒４９の周囲には、塵埃が分離された清浄な空気が生じる。

排出部５３では、分離環４８の内側と外側とで様子が大きく異なる。排出部５３のうち分離環４８の外側では、分離部５２から管４７の内面に沿って塵埃が流れ込み、廃棄口４３に到達する。他方、排出部５３のうち分離環４８の内側では、分離部５２から芯棒の周囲に沿って清浄な空気が流れ込み、排気口４２に到達する。

このように構成される遠心分離器３６を含む第二分離部２２全体では、メッシュフィルタ３３を通過して準備室３５に流れ込んだ含塵空気を、吸気口４１からそれぞれの遠心分離器３６へ導入し、遠心分離器３６内で細かい塵埃と清浄な空気とに分離し、細かい塵埃を廃棄口４３から細塵室３７へ廃棄し蓄積する一方、塵埃と清浄な空気を排気口４２から排気管２３へ排気する。

次に、本実施形態に係る電気掃除機１の第二分離部２２の他の例を説明する。なお、各例で説明する第二分離部２２Ａ、および３６Ｂにおいて第二分離部２２と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６は、本発明の実施形態に係る第二分離部の、他の例の斜視図である。

図６に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１の第二分離部２２Ａは、第二分離部２２同様に遠心分離器３６が放射状に配置されている。第二分離部２２では、遠心分離器３６が第二分離部２２の中心から放射状に延びている（図２）、第二分離部２２Ａでは、遠心分離器３６が同一径の円の接線方向へ放射状に延びている。第二分離部２２Ａも第二分離部２２同様に、第二分離部２２Ａの内周寄りに配置される排気口４２と、第二分離部２２Ａの外周寄りに配置される吸気口４１と、を有している。

図７は、本発明の実施形態に係る第二分離部の、他の例の斜視図である。

図７に示すように、本実施形態に係る電気掃除機１の第二分離部２２Ｂは、管４７の延び方向が相互に平行に配置される複数の遠心分離器３６を備えている。

直進型の遠心分離器３６は、管４７の一方の端部４７ａの側面に吸気口４１を有し、他方の端部４７ｂに廃棄口４３および排気口４２を有するため、反転型の遠心分離器のように吸気口と排気口とが併設させることがなく、従来の電気掃除機のように遠心分離器３６を縦置きに配置しても、遠心分離器３６の上流側または下流側に複雑な中継路を必要としない、簡便な塵埃分離部７を構成できる。

本実施形態に係る電気掃除機１は、一方の端部４７ａの側面に設けられる空気の吸気口４１と、他方の端部４７ｂの端面に設けられる空気の排気口４２と、他方の端部４７ｂの側面に設けられる塵埃の廃棄口４３と、吸気口４１から流れ込む空気を旋回させて排気口４２へ導く一方、空気の旋回によって分離される塵埃を廃棄口４３へ導く流路４５と、を有する管４７と、他方の端部４７ｂから一方の端部４７ａへ筒状に延びて排気口４２側の流路４５ａと廃棄口側の流路４５ｂとを隔てる分離環４８と、流路４５の中心部に配置されて一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂへ向かって延びて、少なくとも分離環４８よりも一方の端部４７ａに近い位置で細くなり始める芯棒４９と、を有する遠心分離器３６を備えることによって、導入部５１に生じる旋回流で細かい塵埃と清浄な空気とを確実に分離する一方、空気を一方向へ流動させて圧力損失を低減できる。

また、本実施形態に係る電気掃除機１は、複数の直進型の遠心分離器３６を備えるため、吸込効率および塵埃分離性能を維持しつつ、同一面内に複数の直進型の遠心分離器３６を配置して、塵埃分離部７の小型化を可能にする。

さらに、本実施形態に係る電気掃除機１は、複数の直進型の遠心分離器３６を備えるため、遠心分離器３６の上流側または下流側に複雑な中継路を必要とせず、塵埃分離部７を簡便に構成できる。

さらにまた、本実施形態に係る電気掃除機１は、複数の直進型の遠心分離器３６を同一面内に配置できるため、特にロボット掃除機において床面からの高さ寸法の小型化に寄与して、ベッドや家具の下方へ侵入しやすい。

また、本実施形態に係る電気掃除機１は、一方の端部４７ａから他方の端部４７ｂへ向かって直線状に延びる流路４５を備えることによって、遠心分離された塵埃を実質的に平滑な管４７の内面に沿わせて廃棄口４３へと導き、円滑に廃棄できる。

さらに、本実施形態に係る電気掃除機１は、分離環４８と芯棒４９とを管４７の延び方向において重ね合わせることによって、分離環４８の内側から排気口４２までの流路において流路断面積の急激な変化を抑え、ひいては乱流の発生を低減して排気口４２への塵埃の流出を防ぐことができる。

さらにまた、本実施形態に係る電気掃除機１は、管４７の延び方向において分離環４８に到達する位置で実質的に細くなり終える芯棒４９を備えることによって、旋回流中に遠心力が大きく発生する箇所を分離環４８の入口近傍に生じさせて排気口４２への塵埃の流出を防ぐことができる。

また、本実施形態に係る電気掃除機１は、複数の遠心分離器３６を備えることによって、圧力損失を分散し、低減させて吸引力を高めやすい。

さらに、本実施形態に係る電気掃除機１は、放射状に配置される複数の遠心分離器３６を備えることによって、塵埃分離部７内の小さい空間内により多数の遠心分離器３６を配置することができる。

さらにまた、本実施形態に係る電気掃除機１は、管４７の延び方向が相互に平行に配置される複数の遠心分離器３６を備えることによって、従来の電気掃除機同様に縦型の配置にも適用することができる。

したがって、本実施形態に電気掃除機１によれば、従来よりも配置の自由度の高い遠心分離器３６を採用して小型化に寄与することができる。

なお、本実施形態に係る電気掃除機１は、いわゆるロボットクリーナーであるが、非自律型、つまりキャニスタ型、アップライト型、スティック型、あるいはハンディ型などの電気掃除機であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 電気掃除機
５ 本体ケース
６ 電動送風機
７ 塵埃分離部
８ 移動部
９ 駆動部
１１ 制御部
１２ 二次電池
１３ 回転清掃体
１５ 清掃体用駆動部
１６ 吸込口
１７ 駆動輪
１８ 電動機
２１ 第一分離部
２２、２２Ａ、２２Ｂ 第二分離部
２３ 排気管
２５ 外殻
３１ 第一分離室
３２ 導入管
３３ メッシュフィルタ
３５ 準備室
３６ 遠心分離器
３７ 細塵室
４１ 吸気口
４２ 排気口
４３ 廃棄口
４５、４５ａ、４５ｂ 流路
４７ 管
４７ａ 端部
４７ｂ 端部
４８ 分離環
４９ 芯棒
５１ 導入部
５２ 分離部
５３ 排出部

Claims (6)

1. 空気の吸気口と、空気の排気口と、塵埃の廃棄口と、前記吸気口から流れ込む空気を旋回させて前記排気口へ導く一方、前記空気の旋回によって分離される塵埃を前記廃棄口へ導く流路と、を有する管と、
   前記排気口側の流路と前記廃棄口側の流路とを隔てる分離舌と、
   前記流路の中心部に配置されて前記吸気口側から前記排気口側へ向かって延びて、少なくとも前記分離舌よりも前記吸気口に近い位置で細くなり始める、前記管の延び方向において前記分離舌に到達しない位置または到達する位置で実質的に細くなり終える縮径部と、前記管の延び方向において前記分離舌と重なり、一様な太さで前記排気口へ向かって延びる最細部と、を有する芯棒と、を有する遠心分離器を備える電気掃除機。
2. 前記流路は、前記吸気口側から前記排気口側へ向かって直線状に延びている請求項１に記載の電気掃除機。
3. 前記遠心分離器を複数備える請求項１または２に記載の電気掃除機。
4. 前記複数の遠心分離器は、放射状に配置される請求項３に記載の電気掃除機。
5. 前記複数の遠心分離器は、前記管の延び方向が相互に平行に配置される請求項４記載の電気掃除機。
6. 塵埃を含んだ空気から塵埃を遠心分離する第一遠心分離部を備え、
   前記遠心分離器は、前記第一遠心分離部を通過する空気からさらに塵埃を分離する請求項１から５のいずれか１項に記載の電気掃除機。

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