JPH06319669A

JPH06319669A - 電気掃除機の吸口部

Info

Publication number: JPH06319669A
Application number: JP11270793A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yamazaki; 山崎　　進; Shigenori Sato; 繁則佐藤; Koji Nakagawa; 幸二中川; Katsumasa Mikami; 克雅三上; Masaro Sunakawa; 正郎砂川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-22

Abstract

(57)【要約】【構成】羽根車２の下部の流路形状を、流路内面１２と
羽根車２との間隙が、回転方向に順次減少していくスパ
イラル流路１１の形状とし、スパイラル流路１１の形状
の幅方向の両端に、羽根車２の外周に近接した漏れ防止
板を設け、ノズル１の出口の上部内面を流れ方向の下方
に傾斜させた。【効果】エアータービンの性能が向上し、電気掃除機吸
口部におけるロータリブラシを回転させるのに十分なト
ルクを有することができ、エアータービンの騒音が低減
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気掃除機の吸口部にお
けるエアータービンに係り、特に、エアータービンの流
路形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エアータービン付きの電気掃除機
の吸口部において、例えば、特開平2−102626号公報に
記載されているように、掃除機本体の吸込気流をノズル
により、高速のジェット気流とし、本ジェット気流をエ
アータービンの羽根車に吹き付けて回転させる。従来の
エアータービン付きの吸口部では、ノズルからの流量の
約半分が、羽根車に流入せずに羽根車と羽根車下部との
間の流路を流れ、羽根車のトルク発生量が少ない構造で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電気掃除機吸口部のエ
アータービンは、じゅうたん等の抵抗やタービンと回転
ブラシ間のタイミングベルトの損失等を補う回転力が必
要なため、大きなトルク（回転力）が必要で、例えば、
回転数が８０００rpmでは０.０１２Ｊ（＝１２０ｇｆ・
cm）のトルクが必要である。エアータービンのトルク
は、ノズルの噴出風量と噴出流速との積に比例する。所
要トルクは、ロータリブラシが回転するときの抵抗体
（じゅうたん，畳等）の抵抗係数によって決定される。
噴出風量は掃除機本体のブロワ性能に影響されるが、一
般にブロワの吸込仕事量が最も大きくなるような風量
（ブロワ効率が最大点付近の風量）でブロワが作動する
ように、掃除機本体内のマイコンで１.２〜１.５ｍ³／m
inに制御されている。この噴出風量において、従来のエ
アータービンでは所要のトルクを出力するためには、ノ
ズル穴からの噴出流速は約１００ｍ／ｓにも達する高速
のジェット気流であった。

【０００４】一方、従来のエアータービンでは高速の噴
出流速のため騒音が大きい欠点があった。エアータービ
ンの主な騒音は、ノズルからのジェット音，ジェッ
ト気流が羽根に衝突するときの衝突音，ノズルから直
接流れる気流及び羽根車を経由した流れが互いに衝突し
て生ずる衝突音，ノズルからの直接流出する気流がタ
ービン周囲の壁面へ衝突して生じる衝突音等、何れも噴
出流速が大きいことに起因している。

【０００５】特に、，の衝突音が大きく、とは
騒音の大きさがほぼ同レベルであるため、ノズルからの
噴出流速が大きいと、羽根車内の衝突音が大きくなる。
衝突音低減のためにはノズルからの噴出流速を小さくす
ればよいが、エアータービンの発生トルクも小さくな
り、ブラシの回転力がじゅうたん等の抵抗に負けて、回
転しなくなる不具合がある。

【０００６】本発明は、このようなエアータービンのト
ルクと騒音の両面からの問題を解決しようとするもの
で、ロータリブラシを回転させるのに必要なトルクを有
し、かつエアータービンの騒音が低い電気掃除機の吸口
部を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、羽根車下部の流路形状を、流路内面と
羽根車との間隙が、回転方向に、順次、減少していくス
パイラル流路形状とし、また、スパイラル流路形状の幅
方向の両端に、羽根車外周に近接した漏れ防止板を設
け、さらに、ノズル出口の上部内面を、流れ方向の下方
に傾斜させたものである。

【０００８】

【作用】本発明では、羽根車下部の流路形状を、流路内
面と羽根車との間隙が、回転方向に順次減少していくス
パイラル状にし、また、スパイラル流路の幅方向の両端
に、羽根車外周に近接した漏れ防止板を設けている。こ
れにより、従来、羽根車に流入せずに羽根車下部を通っ
て流れていた漏れ流れを羽根車に流入させて仕事をさせ
ることができる。さらに、ノズル出口の上部内面を流れ
方向の下方に傾斜させたことにより、ノズルからの噴出
流の羽根流入時の乱れを小さくできる。この結果、羽根
車のトルク発生量が大幅に増加し、所要のトルクで、エ
アータービンの騒音が大幅に低減する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の一実施例につい
て説明する。

【００１０】図１，図２は、本発明の電気掃除機吸口部
を示す図で、図１は、吸口部を被掃除床面に平行な平面
で切断した側断面図、図２は、図１において羽根車回転
軸に垂直なＸ−Ｘ′断面図である。図１及び図２におい
て、電気掃除機用吸口内のエアータービンの構造を述べ
ると、エアータービンはノズル１，複数の羽根を備えた
羽根車２，羽根車回転軸３，気流を集合させブロワに導
く管路５に接続する流路部品である流路受口４から構成
される。また、吸口部全体は、エアータービンの他に、
ロータリブラシ６，エアータービンの回転力をロータリ
ブラシに伝導するタイミングベルト７，吸口部ケース８
から構成される。

【００１１】電気掃除機の電源を起動すると、吸込空気
９は、吸口部ケース８の床面→ロータリブラシ６の近傍
流路，ノズル１，羽根車２，流路受口４の順に流れる。
ノズル１の近傍の吸込流路９は、ノズル１によって絞ら
れてノズル噴出流量Ｑ₀ となり、タービンの羽根車２の
内部に流入し、ノズル噴出流量Ｑ₀ の運動量によって羽
根車に回転力（トルク）を与える。その回転はタイミン
グベルト７によりロータリブラシ６に伝達され、ロータ
リブラシ６を回転させる。ロータリブラシ６の回転によ
り、じゅうたん等の掃除面から塵埃を掻き上げて集塵を
行う。

【００１２】図３，図４は、羽根車２の周囲の流れを説
明するための、羽根車付近の拡大図で、図３は、本発明
の場合の図、図４は、従来構造の場合の図である。従来
のエアータービンでは、図４に示すように、ノズル１か
らの流量Ｑ₀ のうち、羽根車２の内部に流入する流量Ｑ
₁ は、Ｑ₀ の約半分で、残りの流量Ｑ₂ は、羽根車に流
入することなく羽根車下部の流路１０を流れて、無駄な
流れ（漏れ流れ）となり、流路受口４に流れていく。漏
れ流れＱ₂ が大きいため羽根車のトルクの発生量が少な
くなる。本発明では、この漏れ流れＱ₂ を有効に利用
し、羽根車のトルク発生量を増加させるために、羽根車
下部の流路形状を図３に示すように、流路内面１２と羽
根車２との間隙を回転方向に、順次、小さくなるスパイ
ラル流路１１としている。本発明時の実験による、流路
間隙が小さくなる傾向は、図３において、羽根車の最下
点Ｂ（Ｙ−Ｙ′線上）の間隙δ₁ は、羽根径（Ｄ₂ ）の
１５％〜２５％ぐらいが適当であり、スパイラル流路内
面の後縁と対面する羽根外周Ｃ点との間隙δ₂は、Ｄ₂の
約６％〜１４％が適値である。スパイラル流路１１で
は、間隙はＢ点からＣ点まで回転方向に順次減少してい
る。本発明のスパイラル流路では、羽根車の外径４０mm
の場合、δ₁ は８mmに、δ₂ は３mmに採っている。従来
の下部流路１０と、本発明のスパイラル流路１１の場合
について、ノズルからの流れＱ₀が羽根車２に対し、仕
事をする羽根車外周面の長さを比較すると、図４の従来
構造の羽根車外周の円周長さは、ノズル出口の上部側か
らの流入点Ａ点と、ノズル出口の下部側からの流入点Ｂ
点の円周長さＡＢであるから、ＡＢの長さは、羽根車全
体の外周長さの約２０〜２５％である。一方、図３の本
発明の場合は、ノズル出口の上部側からの流入点Ａ点
と、羽根車外周点Ｃ点との間の円周長さＡＣであるか
ら、ＡＣは羽根車全体の外周長さの約４０〜５０％とな
り、本発明の場合の外周長さＡＣが、従来構造のＡＢに
比べ、約２倍の長さとなり、ノズル噴出量Ｑ₀ が羽根車
に流入する面積が大きくなる。すなわち、従来のように
ノズル噴出流量Ｑ₀ のうち、漏れ流れＱ₂ となって仕事
をしない流れとなっていたが、本発明のスパイラル流路
ではＱ₂ が、羽根車２の内部に流入するので、ノズルか
らの噴出流量Ｑ₀ の羽根車に対する仕事量が大幅に増大
する。発明者らの実験によれば、同一風量（Ｑ＝１.４
ｍ³／min)，同一回転数（Ｎ＝８０００rpm ）におい
て、羽根車のトルクは、従来１２０ｇｆ・cmであったの
が、スパイラル流量とすることにより、１４０ｇｆ・cm
となり、約２１％増加した。また騒音面では、従来構造
は、下部流路を流れる流れＱ₂ （流速は約９０ｍ／ｓ）
が羽根車２（周速は約１８ｍ／ｓ）と衝突して乱れが発
生し、ここでも騒音を発生していたため、エアータービ
ン全体の騒音レベルは６２ｄＢもあった。一方、本発明
のスパイラル流路では流れを羽根車にスムーズに流入さ
せているので、流れの乱れが低減し、騒音レベルは６０
ｄＢとなって、従来構造の場合より２ｄＢ静音化してい
る。

【００１３】図５は本発明における他の実施例を示す。
図５は、図３におけるＺ−Ｚ′視面を示す図で、スパイ
ラル流路１１を流れる流量Ｑ₂ のうちの一部が、羽根車
へ流入せずに、幅方向（羽根車の軸方向）に流出して漏
れ流量Ｑ₃ となるのを防ぐために、スパイラル流路１１
の両端に、羽根車外周に近接させた漏れ防止板１３を設
けた構造図を示す。本発明におけるスパイラル流路１１
や漏れ防止板１３の幅方向の良好な寸法を実験によって
求めると、図５において、羽根車の幅方向長さをＢ₀と
したとき、漏れ防止板１３の幅Ｗは、Ｗ／Ｂ₀が０.４〜
０.６５が適値であり、漏れ防止板と羽根車両端との間
隙Ｂ₁，Ｂ₂は、各々とも０.１７〜０.２９が適値であっ
た。また、羽根車外周と漏れ防止板１３の先端との間隙
δ₃ は、１mm〜４mmに採ると、δ₃ からの漏れ流れと羽
根車２との干渉による騒音が小さくなる。このように、
スパイラル流路１１の両端に漏れ防止板１３を設けるこ
とにより、漏れ流れＱ₃ が、羽根車幅方向に流出せず、
羽根車に流入して羽根車にトルクを発生させることがで
きる。実験によると、ノズルからの噴出流量が同一で、
回転数も同一（Ｑ＝１.４ｍ³／min，Ｎ＝８０００rpm）
の場合、スパイラル流路１１に漏れ防止板１３を設ける
と、羽根車のトルクが、１４０ｇｆ・cmから１６０ｇｆ
・cmとなって、１４％増加した。騒音面では、トルクが
増加したにもかかわらず、６０ｄＢで同一であった。

【００１４】図６は、本発明における他の実施例であ
り、ノズルからの噴出流量Ｑ₀ が、羽根車２に対して、
更に大きな仕事（トルク）を発生するように、ノズルの
形状に関する実施例である。本発明では、ノズル出口の
上部内面を従来の形状よりも下方に傾斜させている。ノ
ズル１からの噴出流量Ｑ₀ の羽根車流入時の流れを図６
において述べると、羽根流入口Ａ点における羽根２′に
対する流入状態は、周速をｕ₁ ，流れの絶対速度をｃ
₁ ，相対流れをｗ₁ とすると、相対速度ｗ₁ と羽根外周
の羽根形状が最も大きく関係するから、羽根２′にし入
射角（相対流と羽根との食違い角度）の大きさで流入し
ており、本発明の図６では、約１５°で比較的小さい。
一方、従来のノズル形状の場合、図７に示すように、相
対速度ｗ₁′の羽根２に対する入射角ｉ₁′ は約６０°
もあって羽根流入時に乱れが大きく発生するので、騒音
も大きくなる。発明者らの実験によると、スパイラル流
路に、漏れ防止板を設け、更に、図６のようにノズル出
口の上部内面を流れ方向に下方に傾斜させると、同一風
量（Ｑ＝１.４ｍ³／min），同一回転数（Ｎ＝８０００r
pm ）において、羽根車のトルクが１６０ｇｆ・ｃｍか
ら１７５ｇｆ・ｃｍとなり、９％増加した。一方、騒音
面では、羽根付近Ａ′で発生する渦が少なくなって、乱
れが低減するため、６０ｄＢから５８ｄＢに、２ｄＢ静
音化する。

【００１５】上述のように、流路をスパイラル流路化し
たり、漏れ防止板を付け、さらに、ノズル形状を下方傾
斜させて改良すると、羽根車が発生するトルクは、従来
構造の１２０ｇｆ・ｃｍから１７５ｇｆ・ｃｍに約５０
％も増加した。また騒音レベルは６２ｄＢから５８ｄＢ
に４ｄＢ静音化する。一方、電気掃除機吸口部における
エアータービンの所要トルクは、１２０ｇｆ・ｃｍであ
るから、風量Ｑ₀ を従来の１.４ｍ³／minから１.２ｍ³
／minに低減しても、所要トルク（１２０ｇｆ・ｃｍ）
を出力することができる。これによって騒音は、５８ｄ
Ｂからさらに５６ｄＢ低減できるので、従来構造の６２
ｄＢから５６ｄＢへ６ｄＢも静音化できる

【００１６】。

【発明の効果】本発明によれば、羽根車下部の流路形状
を、流路内面と羽根車との間隙が、回転方向に順次減少
していくスパイラル流路形状にしているので、従来の漏
れ流れを羽根車に流入させて羽根車の仕事量（トルク）
を増加させることができる。また、スパイラル流路形状
の幅方向の両端に、羽根車外周に近接した漏れ防止板を
設けると、スパイラル流路の幅方向への漏れを防止で
き、さらに、羽根車の仕事量を増加させることができ
る。さらに、ノズル出口の上部内面を従来より流れ方向
の下方に傾斜させると、噴出流れの相対流れの羽根先端
に対する入射角が約１／３に低減して、流れの乱れが低
減し、トルクが増加し、騒音も低下する。本発明によっ
て、トルクは、同一風量（１.４ｍ³／min）、同一回転
数(８０００rpm)の場合、従来構造の場合の、１２０ｇ
ｆ・ｃｍから本発明の１７５ｇｆ・ｃｍに５２％大幅に
増加する。また、騒音レベルは従来構造の６２ｄＢが５
８ｄＢに大幅に静音化した。そして所要のトルク（１２
０ｇｆ・ｃｍ）で、エアータービンを作動させると騒音
レベルはさらに２ｄＢ低減して５６ｄＢとなり、合計６
ｄＢも静音化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸口部を被掃除床面に平行な平面で切断した断
面図。

【図２】図１の電気掃除機吸口部の羽根車回転軸に垂直
なＸ−Ｘ′の断面図。

【図３】本実施例の羽根車付近の拡大した断面図。

【図４】従来構造の羽根車付近を拡大した断面図。

【図５】図３におけるＺ−Ｚ′断面図。

【図６】本実施例の羽根車付近を拡大した断面図。

【図７】従来構造の羽根車付近を拡大した断面図。

【符号の説明】

１…ノズル、２…羽根車、４…流路受口、１０…下部流
路、１１…スパイラル流路、１２…流路内面、１６…回
転方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三上克雅茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者砂川正郎茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号株式会社日立製作所リビング機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸の周囲に、前記軸から外方に延びる複数
個の長い羽根を形成し、前記羽根にノズルからの吸込気
流を羽根車の回転方向と直角ないし直角に近い方向から
当てることにより回転するエアータービンと、前記エア
ータービンを駆動源として回転するロータリブラシとを
備えた電気掃除機の吸口部において、前記羽根車の下部
の流路の形状を、前記流路内面と前記羽根車との間隙
が、前記羽根車の方向に順次減少していくスパイラル状
に形成したことを特徴とする電気掃除機の吸口部。