JP7355705B2 - 電気掃除機の延長管およびその延長管を備えた電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電機掃除機の延長管および電気掃除機に関する。

電気掃除機では、軽量化を図る技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、延長管の材料にカーボンを適用することで、軽量で強固なものにする技術が提案されている。

国際公開第２０１８／０８７９３６号

しかしながら、特許文献１に記載の延長管は、均一な肉厚であり、さらなる軽量化を図るために肉厚を薄くすると、強度が低下するという課題がある。

本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、強度を落とさず軽量化が可能な電気掃除機の延長管およびその延長管を備えた電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、筒状に形成される筒状部を有し、前記筒状部は、当該筒状部の一端に掃除機本体と直接的または間接的に接続される基端側接続部と、当該筒状部の他端に吸口が接続される先端側接続部と、を備え、前記筒状部は、厚さが不均一な不定常パターンを有し、前記不定常パターンは、トポロジー最適化によって、最適な材料の密度分布を導き出し、前記筒状部の構造に不必要な部分について削除または薄肉にすることによって形成されることを特徴とする。

本発明によれば、強度を落とさず軽量化が可能な電気掃除機の延長管および電気掃除機を提供できる。

第１実施形態の延長管を備えた電気掃除機を示す斜視図である。 第１実施形態の延長管を示す斜視図である。 第１実施形態の延長管の厚みが不均一な不定常パターンを示す概略断面図である。 第１実施形態の延長管の肉厚を引いた場合の概略断面図である。 第１実施形態の延長管の肉厚を足した場合の概略断面図である。 延長管の横方向圧縮の評価条件を示す模式図である。 延長管の横方向圧縮の評価条件を示す模式図である。 延長管の縦方向圧縮の評価条件を示す模式図である。 延長管の縦方向圧縮の評価条件を示す模式図である。 延長管のたわみ変形の評価条件を示す模式図である。 延長管のたわみ変形の評価条件を示す模式図である。 延長管のねじり変形の評価条件を示す模式図である。 延長管のねじり変形の評価条件を示す模式図である。 延長管のねじり変形の評価条件を示す模式図である。 第２実施形態の延長管を示す断面図である。 第３実施形態の延長管を示す概略図である。 第４実施形態の延長管を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１および図２では、厚さが不均一な不定常パターンＰの図示を省略している。
図１は、第１実施形態の延長管を備えた電気掃除機を示す斜視図である。
図１に示すように、電気掃除機１は、キャニスター式（シリンダー式）の掃除機であり、掃除機本体２と、ホース部３と、操作管４と、延長管５と、吸口６（吸込具）とを含んで構成されている。

掃除機本体２は、吸引力を発生させる電動送風機２０、この電動送風機２０の吸引力で集塵した塵埃を収容する集塵部７などを備えている。集塵部７は、紙パック式やサイクロン式などである。

ホース部３の一端は、掃除機本体２の集塵部７と連通するように掃除機本体２の接続口１１ａに接続されている。また、ホース部３の他端は、操作管４の一端に接続されている。

操作管４は、手元操作スイッチＳＷなどを備えたグリップ４ａなどを備えている。操作管４の手元操作スイッチＳＷを操作することなどによって、電動送風機２０の運転の強弱切り替えなどが可能となっている。

延長管５は、筒状（略円筒状）に形成された筒状部５１を有する。この筒状部５１の長手方向（軸方向）の一端には、操作管４と接続される（掃除機本体２と間接的に接続される）基端側接続部５２と、吸口６と接続される先端側接続部５３と、有している。

吸口６は、例えば、被掃除面（床面など）と接触する回転式のブラシ（不図示）を収容するケース６ａ、このケース６ａと回動自在に連結され、延長管５の先端側接続部５３と着脱可能に接続される継手部６ｂなどで構成されている。

図２は、第１本実施形態の延長管を示す斜視図である。なお、図２では、伸縮しない延長管５を示して説明するが、伸縮可能なものに適用してもよい。

基端側接続部５２は、操作管４に内挿される円筒状の挿入部５２ａを有している。また、基端側接続部５２は、操作管４と電気的に接続される一対の端子部５２ｂを有している。この端子部５２ｂは、挿入部５２ａの径方向の外側に位置している。

先端側接続部５３は、吸口６（図１参照）と接続される開口部５３ａが形成されている。また、先端側接続部５３は、吸口６（図１参照）との接続を解除する押圧式のロック解除ボタン５３ｂを有している。

また、延長管５の材料としては、ガラス繊維入りの強化プラスチック、炭素繊維を含有するカーボン樹脂などを挙げることができる。このような材料を用いることによって、延長管５の肉厚を薄く形成して軽量化を図ったとしても、製品としての強度を確保できる。ただし、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維を含む材料によって形成されるものに限定されるものではなく、強化繊維を含まない合成樹脂で形成されていてもよい。

また、基端側接続部５２と先端側接続部５３との間の筒状部５１は、厚さ（肉厚）が不均一であって、不定常なパターンによって構成された凹凸面（凹凸形状）５１ａ（図３参照）および凹凸面（凹凸形状）５１ｂ（図３参照）が形成されている。なお、延長管５は、空気が通る部材であるので、延長管５の外周面に孔形状のものは形成されていない。この凹凸面５１ａ，５１ｂは、トポロジー最適化によって、最適な材料の密度分布が導き出される。換言すると、トポロジー最適化によって、延長管５の構造に不必要な部分については削除（薄肉にする）することが行われる。これにより、強度を損なわずに軽量化可能な３次元構造のものを生成できる。

図３は、第１実施形態の延長管の不定常パターンを示す概略断面図である。
図３に示すように、延長管５は、管の外壁面５１ｓと内壁面５１ｔとに凹凸面（凹凸部）５１ａ，５１ｂが形成されている。この凹凸面５１ａ，５１ｂは、規則的なパターンではなく、不定常なパターンである。すなわち、凹凸面５１ａは、凹部５５ａ，５５ｂ，５５ｃと、凸部５６ａ，５６ｂと、を有し、凹状部分の面積が異なっている。また、凹凸面５１ｂ（凹凸部）は、凹部５５ａ，５５ｂ，５５ｃと対応する位置に凹部５７ａ，５７ｂ，５７ｃを有し、凸部５６ａ，５６ｂに対応する位置に凸部５８ａ，５８ｂを有している。なお、延長管５は、凹部５５ａ～５５ｃと凹部５７ａ～５７ｃとが対向しない構成であってもよい。また、凸部５６ａ，５６ｂと凸部５８ａ，５８ｂとが互いに対向しない構成であってもよい。

凹部５５ａ～５５ｃ、５７ａ～５７ｃは、延長管５の管壁の肉厚（厚み）が薄く形成されることによって構成されている。凸部５６ａ，５６ｂ，５８ａ，５８ｂは、延長管５の管壁の肉厚（厚み）が凹部５５ａ～５５ｃの肉厚（厚み）よりも厚く形成されることによって構成されている。

なお、図３では、延長管５は、軸方向（長手方向）の凹凸面５１ａ，５１ｂのパターンが不定常となることによって構成されている。しかし、凹凸面５１ａ，５１ｂは、軸方向だけではなく、延長管５の周方向においても不定常パターンＰとなるように構成されている。

図４は、第１実施形態の延長管の肉厚を引いた場合の概略断面図である。
図４に示すように、延長管５の不定常パターンＰ（図３参照）は、肉厚を薄くすること（引くこと：－ｄ）、例えば、延長管５の表面に凹部５５ａを形成することによって構成される。なお、図示していないが、肉厚を薄くする方法は、延長管５の内壁面（裏面）５１ｔに凹部を形成することによって構成してもよく、または図３で示したように延長管５の外壁面５１ｓと内壁面５１ｔの双方に凹部を形成することによって構成してもよい。

図５は、本実施形態の延長管の肉厚を足した場合の概略断面図である。
図５に示すように、延長管５の不定常パターンＰ（図３参照）は、肉厚を増やすこと（足すこと：＋ｄ）、例えば、延長管５の表面に凸部５６ａを形成することによって構成される。なお、図示していないが、肉厚を厚くする方法とは、延長管５の内壁面（裏面）に凸部を形成することによって構成してもよく、または図３で示したように延長管５の外壁面５１ｓと内壁面５１ｔの双方に凸部を形成することによって構成してもよい。

以下、トポロジー最適化によって導き出された延長管５の評価方法について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、延長管の横方向圧縮の評価条件を示す模式図である。図７Ａおよび図７Ｂは、延長管の縦方向圧縮の評価条件を示す模式図である。図８Ａおよび図８Ｂは、延長管のたわみ変形の評価条件を示す模式図である。図９Ａ～図９Ｃは、延長管のねじり変形の評価条件を示す模式図である。なお、以下で示す評価方法は、一例であって本実施形態に限定されるものではなく、これらの一部を選択して評価するようにしてもよい。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、横方向圧縮を評価する場合には、延長管５の４か所（Ａ～Ｄ）に荷重を与えて評価する。なお、図６Ａは、紙面垂直手前方向が延長管５の上面である。また、図６Ｂは、紙面垂直手前方向が延長管５の左側面である。また、図６Ａの評価は、延長管５を単純に横方向からつぶすように荷重をかけた場合を想定している。図６Ｂの評価は、延長管５を上から足で踏んだ場合を想定している。

図６Ａに示すように、延長管５の軸方向を４等分したときに、先端側接続部５３の端部から４分の１（１／４）の位置をＡとし、２分の１（１／２）の位置（中央）をＢとし、４分の３（３／４）の位置をＣとする。これらＡ，Ｂ，Ｃの位置において、延長管５の右側面から荷重を与え、かつ、破線で示すように荷重を与える反対側（左側面）を拘束した状態にして評価する。

図６Ｂに示すように、延長管５の軸方向（長手方向）の中央（先端側接続部５３から２分の１（１／２）の位置）をＤとする。この位置Ｄにおいて、延長管５の上面から荷重を与え、かつ、破線で示すように荷重を与える反対側（下面）を拘束した状態にして評価する。なお、位置Ａ～Ｄに与える荷重は、延長管５の材料や、延長管５の長さおよび径などに応じて適宜決定されるものである。

図７Ａおよび図７Ｂは、延長管５の基端側接続部５２を上側にし、先端側接続部５３を下側にして、白抜き矢印で示すように、基端側接続部５２から先端側接続部５３に向けて押したときを想定している。
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、縦方向（軸方向）圧縮を評価する場合には、基端側接続部５２の軸方向の端面５２ｃから軸方向に荷重を与え（図７Ｂ参照）、かつ、破線で示すように先端側接続部５３の軸方向の端面５３ｃを拘束した状態（図７Ａ参照）にして評価する。

図８Ａおよび図８Ｂは、延長管５の長手方向（軸方向）の中央を手で押したときを想定している。
図８Ａにおいてドットで示すように、延長管５の先端側接続部５３の内壁面５３ａ１を拘束し、かつ、図８Ｂにおいてドットで示すように、延長管５の基端側接続部５２の外壁面５２ａ１を拘束した状態において、延長管５の長手方向（軸方向）の中央（白抜き矢印）に荷重を与えることで評価する。

図９Ａ～図９Ｃは、吸口６（図１参照）を繋いだ状態で、左右にねじった場合を想定している。
図９Ａにおいてドットで示すように、延長管５の先端側接続部５３の内壁面５３ａ１を拘束し、かつ、図９Ｂにおいてドットで示すように、延長管５の基端側接続部５２の外壁面５２ａ１を拘束した状態において、図９Ｃに示すように、外壁面５２ａ１を反時計回り方向をねじる荷重を与えることで評価する。

このように、トポロジー最適化によって、厚さが不均一であり、不定常パターンＰを有する延長管５を構成する。そして、図６Ａおよび図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂ、図８Ａおよび図８Ｂ、図９Ａ～図９Ｃに示す評価試験を行うことによって、トポロジー最適化によって得られた凹凸形状が得られた延長管５が製品として成り立つか否かを確認する。

以上説明したように、第１実施形態の延長管５は、筒状に形成される筒状部５１を有し、筒状部５１は、当該筒状部５１の一端に掃除機本体２と間接的に接続される基端側接続部５２と、当該筒状部５１の他端に吸口６が接続される先端側接続部５３と、を備え、筒状部５１は、厚さが不均一な不定常パターンＰを有する。これによれば、延長管５の強度を落とさずに軽量化できる。

また、第１実施形態は、不定常パターンＰは、筒状部５１の厚さを引くことによって構成されている。これによれば、延長管５の軽量化に寄与できる。

また、第１実施形態は、不定常パターンＰは、筒状部５１の厚さを足すことによって構成されている。これによれば、延長管５の必要な強度を確保できる。

また、第１実施形態の電気掃除機１は、電動送風機２０を内蔵した掃除機本体２と、掃除機本体２に接続される延長管５と、を備えている。これによれば、さらなる軽量化によって、電気掃除機１の取り扱い性を向上させることができる。

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態の延長管を示す断面図である。
図１０に示すように、延長管５Ａは、筒状部５１の外壁面（外面）５１ｓに凹凸面５１ａが形成されている。凹凸面５１ａは、厚さが不均一で不定常パターンＰからなる凹部５５ａ～５５ｃと凸部５６ａ，５６ｂとによって構成されている。また、延長管５Ａの内壁面（裏面）５１ｕは、図３に示す凹凸のある面ではなく、滑らかな面（段差の無い面、凹凸の無い面）が形成されている。換言すると、内壁面５１ｕは、軸方向に沿って略直線状かつ径方向に沿って略円形状に形成されている。

このように、第２実施形態の延長管５Ａは、筒状部５１の外壁面５１ｓ（外側）に凹凸面５１ａを有するとともに、当該筒状部５１の内壁面５１ｕに滑らかな面を有する。これにより、ごみの引っ掛かりを防いで、吸い込み抵抗になることを防止することが可能になる。

（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態の延長管の凸部の粗密を示す概略図である。
図１１に示すように、第３実施形態の延長管５Ｂは、軸方向（長手方向）の一端の基端側接続部５２側に形成される凸部５６ａの密度（密集度）が疎となるように構成されている。また、延長管５Ｂは、軸方向（長手方向）の他端の先端側接続部５３側に形成される凸部５６ａの密度（密集度）が疎となるように構成されている。なお、凸部５６ａの密度が疎とは、凸状に形成されている面積が少なく形成されていることを意味する。これにより、延長管５Ｂにおいて比較的強度を確保できる端部の肉厚を少なくすることによって、延長管５Ｂの軽量化に寄与することができる。

また、延長管５Ｂは、軸方向（長手方向）の中央において、凸部５６ａの密度（密集度）が密となるように構成されている。なお、凸部５６ａの密度が密とは、凸状に形成されている面積が延長管５Ｂの軸方向の両端部より多く形成されていることを意味する。これにより、延長管５Ｂにおいて比較的強度の低い中央部の肉厚を厚くすることによって、延長管５の強度が低下するのを抑えることができる。

（第４実施形態）
図１２は、第４実施形態の延長管の凹凸形状を示す断面図である。
図１２に示すように、第４実施形態の延長管５Ｃは、シート材６０がインサート成形によって一体に形成されている。ところで、延長管５Ｃを軽量化しようとする場合、貫通した孔形状にすることはできないので、なるべく薄い肉厚の凹部５５ａを形成する必要がある。しかし、成形品で形成しようとする場合には、ある程度肉厚がないと、成形の型内において樹脂が流れなくなる。そこで、肉厚をできるだけ薄く形成する方法として、別部品のシート材６０をインサート成形することによって延長管５Ｃを構成したものである。

このように、第４実施形態は、筒状部５１の凹部５５ａが別部品のシート材６０によって構成されている。これによれば、凹部の肉厚を薄く形成することができ、さらなる軽量化を図ることができる。また、さらなる軽量化を求めるのであれば、シート材６０がある程度剛性を有するものに限定されず、膜形状のものであってもよい。

なお、前記した実施形態では、延長管５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）について、トポロジー最適化を利用することによって延長管５に厚さが不均一で不定常なパターンＰが形成される場合を例に挙げて説明したが、延長管５に限定されるものではなく、キャニスター（シリンダー式）掃除機の本体、スティック掃除機の本体、ハンディ掃除機の本体、ロボット掃除機の本体、吸口などの付属品などにもトポロジー最適化を適用して、不均一な厚さで不定常パターンＰを有するものとしてもよい。このような場合においても、強度を落とさず、軽量化を図ることができる。

１ 電気掃除機
２ 掃除機本体
２０ 電動送風機
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 延長管
５１ 筒状部
５１ａ，５１ｂ 凹凸面（凹凸形状）
５２ 基端側接続部
５２ａ 挿入部
５３ 先端側接続部
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ 凹部
５６ａ，５６ｂ，５８ａ，５８ｂ 凸部
Ｐ 不定常パターン

Claims (7)

1. 筒状に形成される筒状部を有し、
   前記筒状部は、当該筒状部の一端に掃除機本体と直接的または間接的に接続される基端側接続部と、当該筒状部の他端に吸口が接続される先端側接続部と、を備え、
   前記筒状部は、厚さが不均一な不定常パターンを有し、
   前記不定常パターンは、トポロジー最適化によって、最適な材料の密度分布を導き出し、前記筒状部の構造に不必要な部分について削除または薄肉にすることによって形成されることを特徴とする電気掃除機の延長管。
2. 請求項１に記載の電気掃除機の延長管であって、
   前記不定常パターンは、前記筒状部の厚さを引くことによって構成されていることを特徴とする電気掃除機の延長管。
3. 請求項１に記載の電気掃除機の延長管であって、
   前記不定常パターンは、前記筒状部の厚さを足すことによって構成されていることを特徴とする電気掃除機の延長管。
4. 請求項１に記載の電気掃除機の延長管であって、
   前記筒状部は、当該筒状部の外側に凹凸形状を有するとともに、当該筒状部の内側に滑らかな形状を有することを特徴とする電気掃除機の延長管。
5. 請求項４に記載の電気掃除機の延長管であって、
   前記筒状部の長手方向の中央部に、他の部分よりも凸部が密に形成されていることを特徴とする電気掃除機の延長管。
6. 請求項４に記載の電気掃除機の延長管であって、
   前記筒状部の凹部は、貫通した孔に別部品としてシート材をインサート成形することによって構成されていることを特徴とする電気掃除機の延長管。
7. 電動送風機を内蔵した掃除機本体と、
   前記掃除機本体に接続され、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の延長管と、を備えたことを特徴とする電気掃除機。

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