JP7130081B2 - 吸引ツール - Google Patents
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Description
まず、特許文献1に記載された発明による電気掃除機の床用ノズルの場合には、ノズル本体の後側に、超音波振動子と、この超音波振動子によって振動される固体ホーンと、が設置されている。この固体ホーンから発せられる超音波が空気中を伝播していき、被清掃面を振動させて上記被清掃面上の細塵を浮き上がらせ、吸込口から吸引する。
上記超音波除去器を上記電気掃除機のノズルの先端に取り付け、例えば、ホーンの先端を絨毯や風呂場のタイルに接触させることで汚れを落とし、その際に発生した塵埃を上記吸引用の孔から吸引する。このようにして、上記電気掃除機は、絨毯のシミ抜きや風呂場のタイルの目地の汚れを落とす目的で使用される。
すなわち、特許文献1~特許文献5に記載された発明では、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引することができないという問題があった。以下、具体的に説明する。
まず、特許文献2に記載された発明、特許文献3に記載された一部の発明、特許文献5に記載された発明のように、ブラシ、突起を備えた固体振動体、ブラシ部材を振動させながら汚れや塵埃を分離・遊動させるものについては、紙屑や髪の毛がブラシ、突起を備えた固体振動体、ブラシ部材に巻き付いてしまい、その結果、汚れや塵埃の分離・遊動機能が損なわれてしまうという問題があった。
これに対して、特許文献1に記載された発明、特許文献3に記載された残りの発明、特許文献4に記載された発明の場合には、そのような懸念はないが、吸引の為の空気流、及び、超音波振動により被清掃面から分離した塵埃が浮遊される空間が十分ではないという問題があった。
すなわち、特許文献1に記載された発明の場合には、そもそも、固体ホーンが配置される部位と吸込口が区画されているため、吸引の為の効果的な空気流が生じ難く、また、特許文献3に記載された残りの発明の場合には、吸込み口の中に固体振動体が配置されていて、吸込み口の面積が狭められてしまうという事情があり、さらに、特許文献4に記載された発明の場合にも、吸込用の孔がホーンの外周側にのみ設けられているので、吸引の為の領域が限られてしまうという事情があるからである。
又、請求項2による吸引ツールは、請求項1記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは上記吸引口に対して進行方向の後側に配置されていることを特徴とするものである。
又、請求項3による吸引ツールは、請求項1又は請求項2記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは板状であって幅広に設けられていて、上記超音波ホーンは進行方向に沿って後傾した状態で配置されていることを特徴とするものである。
又、請求項4による吸引ツールは、請求項1~請求項3の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記溝の基端部は円弧状に形成されていることを特徴とするものである。
又、請求項5による吸引ツールは、請求項1~請求項4の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンの先端部は円弧状に形成されていることを特徴とするものである。
又、請求項6による吸引ツールは、請求項1~請求項5の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記溝は上記超音波ホーンの超音波振動が空気を媒体とした場合の半波長であって振動の腹となる深さに設定されていることを特徴とするものである。
又、請求項7による吸引ツールは、請求項1~請求項6の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンの超音波振動の周波数及び振幅は被清掃面と上記超音波ホーンが所定時間接触していても、上記被清掃面が溶融し難い範囲で設定されていることを特徴とするものである。
又、請求項8による吸引ツールは、請求項1~請求項7の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引口は所定幅延長されていて、上記超音波ホーンも上記所定幅と略同じ幅延長されていることを特徴とするものである。
又、請求項9による吸引ツールは、請求項1~請求項8の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは対象物に弾性付勢された状態で当接されることを特徴とするものである。
又、請求項10による吸引ツールは、請求項1~請求項9の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは電気掃除機用のものであることを特徴とするものである。
又、請求項2による吸引ツールによると、請求項1記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは上記吸引口に対して進行方向の後側に配置されているので、上記効果をより高めることができる。
又、請求項3による吸引ツールによると、請求項1又は請求項2記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは板状であって幅広に設けられていて、上記超音波ホーンは進行方向に沿って後傾した状態で配置されているので、上記効果をより固めることができる。
又、請求項4による吸引ツールによると、請求項1~請求項3の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記溝の基端部はR状に形成されているので、超音波が先端側に集中し易く、効果的に汚れや塵埃を分離・遊動させることができる。
又、請求項5による吸引ツールによると、請求項1~請求項4の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンの先端部はR状に形成されているので、対象物を傷つけることを防止できる。
又、請求項6による吸引ツールによると、請求項1~請求項5の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記溝は上記超音波ホーンの超音波振動が空気を媒体とした場合の半波長であって振動の腹となる深さに設定されているので、上記超音波ホーンの先端の上記溝が形成された部分においても、上記超音波ホーンの表面から発せられる超音波振動の減衰を抑制でき、効果的に対象物から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
又、請求項7による吸引ツールによると、請求項1~請求項6の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波振動の周波数及び振幅は被清掃面と上記超音波ホーンが所定時間接触していても、上記被清掃面が溶融し難い範囲で設定されているので、上記被清掃面が溶融し難い範囲で設定されているので、対象物を損傷してしまうことを防止できる。
又、請求項8による吸引ツールによると、請求項1~請求項7の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引口は所定幅延長されていて、上記超音波ホーンも上記所定幅と略同じ幅延長されているので、広い範囲にわたって汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
又、請求項9による吸引ツールによると、請求項1~請求項8の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは対象物に弾性付勢された状態で当接されるので、上記超音波ホーンの先端を適切な圧力で対象物に接触させることができる。
又、請求項10による吸引ツールによると、請求項1~請求項9の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは電気掃除機用のものであるので、電気掃除機において、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ、上記効果を奏することができる。
上記電気掃除機1は、図1に示すように、電気掃除機本体3と、吸引ホース5と、この吸引ホース5の先端に着脱可能に取り付けられた吸引ツール7と、から構成される。
なお、上記吸引ホース5は上記外筐8に着脱可能に連結されており、また、上記吸引ホース5の先端部には把持部19が取り付けられている。
なお、上記電圧入力ケーブル50は、上記吸引ホース5の外側に沿うように設置されている。
図9の表に示すように、周波数が28kHzの場合には振幅が11μm0-P以下に設定され、周波数が40kHzの場合には振幅が4μm0-P以下に設定され、周波数が60kHzの場合には振幅が3μm0-P以下に設定されている。
なお、対象物が容易に溶けないとは「溶けるまでに5秒以上を必要とする」状態を意味する。
因みに、通常の掃除機で通常の掃除をする場合は、同じ場所に5秒以上静止して作業を行うことはない。
まず、周波数が28kHzで、振幅を3.8μm0-P、4.4μm0-P、6μm0-P、6.2μm0-P、8.2μm0-P、10.2μm0-Pのそれぞれに設定した場合、ビニール袋が溶けはじめるまでの時間を測定した。これにより、図10(a)に示すような結果が得られた。
なお、図10(a)は横軸に振幅μm0-Pをとり縦軸に溶融開始時間(sec)をとり、両者の関係を示した図である。「0-P」は片振幅を意味している。
上記結果によると、振幅が10.2μm0-Pのときは10秒程度で溶けはじめ、8.2μm0-Pのときは20秒程度で溶けはじめ、6.2μm0-Pのときは60秒程度で溶けはじめ、3.8μm0-P、4.4μm0-P、6μm0-Pのときは120秒程度で溶けはじめた。
この結果に基づいて、溶けはじめるまでの時間が5秒以上かかる振幅を予測するとともに安全率を考慮して、周波数が28kHzの場合は、振幅を11μm0-P以下に設定した。
なお、図10(b)も横軸に振幅μm0-Pをとり縦軸に溶融開始時間(sec)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、振幅が8.3μm0-Pのときは0秒で溶け始め、6.2μm0-Pのときは2秒程度で溶けはじめ、4.0μm0-Pのときは6秒程度で溶け始め、2.3μm0-Pのときは20秒程度で溶け始めた。そこで、周波数が40kHzの場合は、振幅を4μm0-P以下に設定した。
なお、図10(c)も横軸に振幅μm0-Pをとり縦軸に溶融開始時間(sec)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、振幅が6.1μm0-Pのときは0秒程度で溶け始め、4.1μm0-Pのときは1秒程度で溶け始め、2.2μm0-Pのときは20秒程度で溶け始めた。そこで、周波数が40kHzの場合は、振幅を3μm0-P以下に設定した。
なお、図12は横軸に距離をとり縦軸に音圧をとり両者の関係を示した図である。図12中円で囲んだ部分は、音圧が大きくなる、超音波振動の腹の部分となっている。
この図12によると、上記超音波ホーン47の表面上での音圧が最も大きく次に、上記超音波ホーン47の表面から半波長(λ/2)だけ離れた位置で音圧が大きくなっていて、以下、半波長(λ/2)毎に音圧のピークをむかえる。そこで、上記溝51の深さ(d)を半波長(λ/2)以下であって振動の腹となるように設定すれば、上記溝51がある部分においても、上記超音波ホーン47の先端において上記超音波振動の音圧を大きくすることができる。
まず、音速(m/s)は、次の式(I)によって求められる。
C=f×λ―――(I)
ただし、
C:音速(m/s)
f:周波数(kHz)
λ:波長(mm)
λ=C/f―――(II)
ただし、
λ:波長(mm)
C:音速(m/s)
f:周波数(kHz)
λ/2=C/(2×f)―――(III)
ただし、
λ:波長(mm)
C:音速(m/s)
f:周波数(kHz)
気温による音速Cと、この音速Cから算出される周波数fと、波長λ、半波長λ/2の関係を、図13の表に示す。
すなわち、周波数が28.0kHzの場合は上記溝51の深さ(d)を6mm以下に設定し、周波数が40.0kHzの場合は上記溝51の深さ(d)を4mm以下に設定し、周波数が60.0kHzの場合は上記溝51の深さ(d)を3mm以下に設定するのがよい。
また、上記溝51の深さ(d)は、超音波振動によって上記絨毯53から分離された汚れや塵埃を上記吸引口27から吸引させるために上記溝51内で浮遊させることができる程度に設定される必要がある。前記したような溝51の深さ(d)の設定値は、何れも、上記絨毯53から分離された汚れや塵埃を上記溝51内で浮遊させるには十分なものである。
なお、図14(a)は、横軸に振動面からの距離(mm)をとり、縦軸に紙片が動いた距離(mm)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、上記超音波ホーン47の表面から距離が離れるほど紙片が動いた距離は小さくなっていく。また、前述した周波数が28.0kHzの場合に設定される上記溝51の深さ(d)と同じ6mmの位置では、上記紙片が動いた距離が7mm程度と大きなものになっている。
なお、図14(b)は、横軸に振動面からの距離(mm)をとり、縦軸に紙片が動いた距離(mm)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、上記超音波ホーン47の表面から離れるほど、紙片が動いた距離は小さくなっていく。また、前述した周波数が60.0kHzの場合に設定される上記溝51の深さ(d)と同じ3mmの位置では、上記紙片が動いた距離が7mm程度と大きなものになっている。
なお、この図14(b)のグラフでは、3mmの位置に、紙片が動いた距離の山の頂点(振動の腹)が現われている。
なお、図15は、横軸に振動振幅(μm0-P)をとり、縦軸に紙片が動いた距離(mm)を取り、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、超音波振動の振幅が大きいほど、紙片が受ける影響が大きくなっている。
なお、図16(a)は、横軸に周波数(kHz)をとり、縦軸に振幅の減衰率(%)をとり、両者の関係を示した図である。
また、周波数を変化させ、上記超音波ホーン47の表面からの距離が5mmの位置での、振幅の減衰率を測定すると、図16(b)に示すような結果が得られた。
なお、図16(b)は、横軸に周波数(kHz)をとり、縦軸に振幅の減衰率(%)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、周波数が低いほど減衰率が低くなっており、周波数を低く設定すればよいことがわかる。
まず、吸引ツール7を吸引ホース5の先端に取り付け、図示しないモータを動作させると共に、超音波発振器17を動作させる。これにより、吸引口27からの吸引が開始されるとともに、超音波ホーン47の超音波振動が開始される。
次に、対象物である絨毯53に、超音波ホーン47の先端を接触させる。これにより、上記絨毯53が振動され、汚れや塵埃が分離・遊動され、溝51内を浮遊しながら進行方向側に飛ばされる。
上記汚れや塵埃は、上記吸引口27から吸引される。
まず、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引することができる。これは、吸引口27の近傍に超音波ホーン47が設置されていて、この超音波ホーン47によって対象物である絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動されるからであり、また、上記超音波ホーン47には溝51が形成されているので、上記超音波ホーン47の反吸引口27側(図6中右側)から上記吸引口27側(図7中左側)へ空気の流れが促進され、且つ、上記溝51内で上記汚れや塵埃が効果的に浮遊されるからである。
また、上記超音波ホーン47は幅広な形状であるため、広い範囲にわたって、上記絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
また、上記超音波ホーン47が吸引口27の後方に配置されているので、超音波振動により分離・遊動された塵埃を効率良く吸引することができる。
因みに、上記超音波ホーン47が上記吸引口27の前方に設置されていたと仮定すると、吸引により塵埃が上記超音波ホーン47の後方へ遊動されてしまう。このとき、上記吸引により塵埃が誘導された部分は、上記超音波ホーン47が通過したあとなので、この部分については、上記超音波ホーン47の超音波振動の効果が得られなくなってしまうことになる。
また、上記超音波ホーン47の先端を側面側から視ると、図8(b)に示すように、円弧状に突出された形状になっていて、超音波振動が拡散されるので、広範囲で絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
また、上記溝51の深さ(d)は、上記超音波ホーン47の超音波振動の空気を媒体とした場合の半波長(λ/2)以下であって振動の腹となるように設定されているので、上記超音波ホーン47の先端の上記溝51が形成された部分においても、大きな振幅で超音波振動を発生させることができ、効果的に上記絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
なお、前記第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このようなハンディタイプの電気掃除機1であっても同様の効果を奏することができる。
この第3の実施の形態では、吸引ツール61を黒板消しクリーナ63に適用したものである。
上記黒板消しクリーナ63には中空の外筐65がある。この外筐65の図18中上側には吸引口67が開口されている。また、上記外筐65内には、真空吸引部69が設置されており、この真空吸引部69は、図示しないモータと、吸引ファンと、フィルタと、等から構成されている。この真空吸引部69により、上記外筐65外部から上記吸引口67を介して吸引が行われる。
なお、超音波振動子37の構成は、前記第1の実施の形態の場合と同じであり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
まず、真空吸引部69を動作させて吸引を開始するとともに、超音波振動子37の動作を開始させる。
次に、対象物である黒板消し75を、上記吸引口67上で図18中左右方向に移動させる。このとき、超音波ホーン47の超音波振動により、上記黒板消し75に付着したチョークの粉が分離・遊動され、外筐65内へ吸引される。
超音波ホーンの溝の形状、数、溝の深さ、等については、様々な場合が考えられる。
前記第1の実施の形態では、電圧入力ケーブルを吸引ホースの外側に沿うように設置していたが、上記吸引ホースの内部に通してもよい。
又、前記第1乃至第3の実施の形態では、移動式の電気掃除機、ハンディタイプの電気掃除機、黒板消しクリーナ、を例に挙げて説明したが、染み抜き、その他様々な場所で使用される吸引ツールに適用可能である。
その他、図示した構成はあくまで一例でありそれに限定されるものではない。
21 吸引パイプ(吸引ツール本体の一部)
27 吸引口
29 超音波振動ユニット収容部材(吸引ツール本体の一部)
33 コイルスプリング(弾性部材)
37 超音波振動子
47 超音波ホーン
51 溝
Claims (10)
- 吸引口を備えた吸引パイプと、
上記吸引パイプに上記吸引口を介して上記吸引パイプ内に連通された状態で設置された吸引ノズルと、
その先端部が上記吸引ノズル内に配置された超音波ホーンと、
上記超音波ホーンを振動させる超音波振動子と、
上記超音波ホーンの先端に設けられた溝と、
を具備し、
上記超音波ホーンは上記吸引ノズル内を上記吸引口に直接連通する側と上記溝を介して上記吸引口に連通する側とに区画するように配置されていて、
上記吸引ノズル内の空気を上記吸引口に向かって直接流通させ又は上記超音波ホーンの溝を通して上記吸引口に向かって流通させるようにしたことを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1記載の吸引ツールにおいて、
上記超音波ホーンは上記吸引口に対して進行方向の後側に配置されていることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1又は請求項2記載の吸引ツールにおいて、
上記超音波ホーンは板状であって幅広に設けられていて、
上記超音波ホーンは進行方向に沿って後傾した状態で配置されていることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1~請求項3の何れかに記載の吸引ツールにおいて、
上記溝の基端部は円弧状に形成されていることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1~請求項4の何れかに記載の吸引ツールにおいて、
上記超音波ホーンの先端部は円弧状に形成されていることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1~請求項5の何れかに記載の吸引ツールにおいて、
上記溝は上記超音波ホーンの超音波振動が空気を媒体とした場合の半波長であって振動の腹となる深さに設定されていることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1~請求項6の何れかに記載の吸引ツールにおいて、
上記超音波ホーンの超音波振動の周波数及び振幅は被清掃面と上記超音波ホーンが所定時間接触していても、上記被清掃面が溶融し難い範囲で設定されていることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1~請求項7の何れかに記載の吸引ツールにおいて、
上記吸引口は所定幅延長されていて、上記超音波ホーンも上記所定幅と略同じ幅延長されていることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1~請求項8の何れかに記載の吸引ツールにおいて、
上記超音波ホーンは対象物に弾性付勢された状態で当接されることを特徴とする吸引ツール。 - 請求項1~請求項9の何れかに記載の吸引ツールにおいて、
上記吸引ツールは電気掃除機用のものであることを特徴とする吸引ツール。
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