JPWO2014027498A1 - サイクロン分離装置及びこれを備えた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、かつ、集塵室に捕集した塵埃の逆流を抑制することができるサイクロン分離装置を提供する。このため、サイクロン分離装置において、内部において含塵空気を側壁に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室（２０）と、前記旋回室（２０）の前記側壁に形成された第１の開口部（２８）を介して前記旋回室（２０）の内部と連通した第１の集塵室（３１）と、前記旋回室（２０）における前記第１の開口部（２８）よりも下流側に形成された第２の開口部（２９）を介して前記旋回室（２０）の内部と連通した第２の集塵室（３２）と、前記旋回室（２０）内の空気を排出するための排出口（３４）と連通された排出管（３３）と、前記第１の開口部（２８）の上流側に設けられ、前記旋回室（２０）の内部へと含塵空気を流入させる複数の流入口（２１，２５）と、を備える。

Description

この発明は、サイクロン分離装置及びこれを備えた電気掃除機に関するものである。

従来におけるサイクロン分離装置及びこれを備えた電気掃除機においては、吸引した含塵空気を円筒の分離室内で旋回させることにより、まず、含塵空気中の比較的大きな塵埃を遠心力により分離し分離室下方の集塵室に捕集する。その上で、さらに遠心力の高い分離部で空気を旋回させて比較的小さな塵埃を分離し、その下方の集塵室に捕集するものや（例えば、特許文献１参照）、あるいは、さらにフィルタ等で濾過して比較的小さな塵埃を分離し、その下方の集塵室に捕集するもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。

また、旋回室の側壁に設けられた開口部から旋回室の上方で先に比較的大きな塵埃を遠心力で半径方向に飛ばし、旋回室の側壁に設けられた開口部を通して集塵室に捕集するものも従来において知られている（例えば、特許文献３参照）。

日本特開２０１０−２０１１６７号公報 日本特開２００９−０５５９８０号公報 日本特開２０１１−１６０８２８号公報 日本特開平０５−１７６８７１号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に示された従来技術においては、比較的大きな塵埃を捕集する集塵室を分離室の下方に設けているため、集塵室内へ流入する気流が多い。このため、集塵室に捕集した塵埃が流入した気流により飛散して分離室へと戻ってしまい、捕集性能が悪化してしまうという課題がある。

また、特許文献３に示された従来技術においては、旋回室内の気流の旋回力が弱く、気流が下降しやすく、また、旋回室上方での遠心力が弱い。このため、捕集性能を確保するために下流側にさらに旋回室を設ける必要があり、サイクロン分離装置全体として大型化してしまうという課題がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、かつ、集塵室に捕集した塵埃の逆流を抑制することができるサイクロン分離装置及びこのようなサイクロン分離装置を備えた電気掃除機を得るものである。

この発明に係るサイクロン分離装置においては、内部において含塵空気を側壁に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室と、前記旋回室の前記側壁に形成された第１の開口部を介して前記旋回室の内部と連通した第１の集塵室と、前記旋回室における前記第１の開口部よりも下流側に形成された第２の開口部を介して前記旋回室の内部と連通した第２の集塵室と、前記旋回室内の空気を排出するための排出口と連通された排出管と、前記第１の開口部の上流側に設けられ、前記旋回室の内部へと含塵空気を流入させる複数の流入口と、を備えた構成とする。

また、この発明に係る電気掃除機においては、上述したようなサイクロン分離装置と、前記サイクロン分離装置の内部に所定の気流を発生させるための送風機と、を備えた構成とする。

この発明に係るサイクロン分離装置及びこれを備えた電気掃除機においては、装置を大型化させることなく、ごみの分離性能を向上させ、かつ、集塵室に捕集した塵埃の逆流を抑制することができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る電気掃除機を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の掃除機本体と集塵ユニットを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の掃除機本体と集塵ユニットを示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の掃除機本体を示す斜視図である。 図３に示す掃除機本体及び集塵ユニットのＡ−Ａ断面図である。 図３に示す掃除機本体及び集塵ユニットのＢ−Ｂ断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の集塵ユニットを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の集塵ユニットを示す側面図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の集塵ユニットの分解斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の集塵ユニットを示す平面図である。 図１０に示す集塵ユニットのＣ−Ｃ断面図である。 図１０に示す集塵ユニットのＤ−Ｄ断面図である。 図１１に示す集塵ユニットのＥ−Ｅ断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の集塵ユニットの流入部ケースを示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係る電気掃除機の集塵ユニットのバイパス部ケースを示す平面図である。 図１０中にＦで示す切断面で切断した集塵ユニットを側面から見た図である。 図１１に示す集塵ユニットのＧ−Ｇ断面図である。 図１１に示す集塵ユニットのＨ−Ｈ断面図である。

この発明を添付の図面に従い説明する。各図を通じて同符号は同一部分又は相当部分を示しており、その重複説明は適宜に簡略化又は省略する。

実施の形態１．
図１から図１８は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１は電気掃除機を示す斜視図、図２は電気掃除機の掃除機本体と集塵ユニットを示す斜視図、図３は電気掃除機の掃除機本体と集塵ユニットを示す平面図、図４は電気掃除機の掃除機本体を示す斜視図、図５は図３に示す掃除機本体及び集塵ユニットのＡ−Ａ断面図、図６は図３に示す掃除機本体及び集塵ユニットのＢ−Ｂ断面図、図７は電気掃除機の集塵ユニットを示す斜視図、図８は電気掃除機の集塵ユニットを示す側面図、図９は電気掃除機の集塵ユニットの分解斜視図、図１０は電気掃除機の集塵ユニットを示す平面図、図１１は図１０に示す集塵ユニットのＣ−Ｃ断面図、図１２は図１０に示す集塵ユニットのＤ−Ｄ断面図、図１３は図１１に示す集塵ユニットのＥ−Ｅ断面図、図１４は電気掃除機の集塵ユニットの流入部ケースを示す平面図、図１５は電気掃除機の集塵ユニットのバイパス部ケースを示す平面図、図１６は図１０中にＦで示す切断面で切断した集塵ユニットを側面から見た図、図１７は図１１に示す集塵ユニットのＧ−Ｇ断面図、図１８は図１１に示す集塵ユニットのＨ−Ｈ断面図である。

図１に示すように、電気掃除機１は、吸込口体２、吸引パイプ３、接続パイプ４、サクションホース５及び掃除機本体６を要部として構成される。吸込口体２は、下向きに形成された開口から、床面上のごみ（塵埃）を空気と一緒に吸い込むためのものである。吸込口体２の長手方向略中央部には、排気のための接続部が設けられている。

吸込口体２の接続部には、吸引パイプ３の一側（吸気側）の端部が接続される。この吸引パイプ３は、円筒状を呈する真直ぐな部材からなる。吸引パイプ３の他端部には、接続パイプ４の一側（吸気側）の端部が接続される。この接続パイプ４は、途中で折れ曲がった円筒状の部材からなる。

接続パイプ４には、取っ手７が設けられている。取っ手７は、電気掃除機１の使用者が持って操作するためのものである。取っ手７には、電気掃除機１の運転を制御するための操作スイッチ８が設けられている。接続パイプ４の他端部には、サクションホース５の一側（吸気側）の端部が接続される。このサクションホース５は、可撓性を備えた蛇腹状を呈する部材からなる。

掃除機本体６は、ごみを含む空気（含塵空気）からごみを分離し、ごみが取り除かれた空気（清浄空気）を排出する（例えば、室内に戻す）ためのものである。掃除機本体６の前側端部には、ホース接続口９が形成されている。掃除機本体６のホース接続口９には、サクションホース５の他端部が接続される。また、掃除機本体６の両側には車輪１０が取り付けられている。

掃除機本体６は、電源コード１１を備えている。この電源コード１１は、掃除機本体６内部のコードリール部（図示せず）に巻き付けられている。電源コード１１が外部電源に接続されることにより、後述する電動送風機１３等の内部機器が通電する。電動送風機１３は、通電によって駆動し、操作スイッチ８に対する操作に応じて所定の吸引動作を行う。

吸込口体２、吸引パイプ３、接続パイプ４及びサクションホース５は、内部が一続きに形成されている。電動送風機１３が吸引動作を行うと、床面上のごみが空気と一緒に吸込口体２に吸い込まれる。吸込口体２に吸い込まれた含塵空気は、吸込口体２、吸引パイプ３、接続パイプ４、サクションホース５の順にこれらの内部を通って、掃除機本体６に送られる。このように、吸込口体２、吸引パイプ３、接続パイプ４及びサクションホース５は、外部から掃除機本体６の内部に含塵空気を流入させるための風路を形成する。

図２及び図３に示すように、掃除機本体６には、集塵ユニット１２が着脱自在に取り付けられている。掃除機本体６から集塵ユニット１２を取り外した状態が図４である。掃除機本体６は、電動送風機収容ユニット６ａと集塵ユニット収容部６ｂとを備えている。

電動送風機収容ユニット６ａは、箱状を呈する部材（例えば、成型品）からなる。電動送風機収容ユニット６ａは、後側端部から前側寄りの所定の位置までの部分は、後方が高く、前方が低くなるように、その上面が斜めに形成されている。また、電動送風機収容ユニット６ａの前記所定位置よりも前側の部分は、後方が低く、前方が高くなるように、その上面が斜めに形成されている。

したがって、電動送風機収容ユニット６ａの上面の一部は、側方から見ると、略Ｌ字状となっている。この電動送風機収容ユニット６ａの上記略Ｌ字状の部分は、その上方に、集塵ユニット収容部６ｂを形成する。この集塵ユニット収容部６ｂは、集塵ユニット１２を収容するための空間からなる。集塵ユニット１２が電動送風機収容ユニット６ａに適切に取り付けられると、集塵ユニット１２は、その要部が、集塵ユニット収容部６ｂ内、すなわち、電動送風機収容ユニット６ａの上方に配置される。

さらに図５及び図６も参照しながら、掃除機本体６の構成について説明する。掃除機本体６の電動送風機収容ユニット６ａ内には、電動送風機１３やコードリール部等が収容されている。また、電動送風機収容ユニット６ａの内部には、掃除機本体６において、含塵空気を集塵ユニット１２に導くための吸気風路１４が形成されている。

吸気風路１４の一端は、掃除機本体６の前面で開口し、ホース接続口９を形成している。吸気風路１４は、電動送風機収容ユニット６ａの内部空間を通過している。そして、吸気風路１４の他端は、電動送風機収容ユニット６ａの上面（すなわち、集塵ユニット収容部６ｂ側）で開口し、本体側流出口１５を形成している。本体側流出口１５は、電動送風機収容ユニット６ａの上面における、後側端部寄りかつ一側寄りに配置される。

集塵ユニット１２は、含塵空気からごみを分離し、分離したごみを一時的に溜めておくためのものである。集塵ユニット１２は、内部で含塵空気を旋回させることにより、遠心力によってごみを空気から分離する。すなわち、集塵ユニット１２は、サイクロン分離機能を有している。集塵ユニット１２の具体的な構成及び機能については後述する。

電動送風機収容ユニット６ａの内部には、掃除機本体６において、集塵ユニット１２から排出された空気（集塵ユニット１２においてごみが取り除かれた清浄空気）を、排気口（図示せず）に導くための排気風路１６が形成されている。排気風路１６の一端は、電動送風機収容ユニット６ａの上面で開口し、本体側流入口１７を形成している。

排気風路１６は、電動送風機収容ユニット６ａの内部空間を通過している。そして、排気風路１６の他端は、電動送風機収容ユニット６ａの外側に向けて開口して排気口を形成している。本体側流入口１７は、電動送風機収容ユニット６ａの上面における後側端部寄りの略中央に配置される。

電動送風機１３は、電気掃除機１に形成された風路（掃除機本体６の内部に含塵空気を流入させるための風路、吸気風路１４、後述する集塵ユニット１２内の風路、排気風路１６）に、気流を発生させるためのものである。電動送風機１３は、電動送風機収容ユニット６ａ内の後側端部寄りの所定の位置において、排気風路１６内に配置される。

電動送風機１３が吸引動作を開始すると、電気掃除機１に形成された各風路に、気流（吸引風）が発生する。吸込口体２に吸い込まれた含塵空気は、ホース接続口９から掃除機本体６の内部に取り込まれる。掃除機本体６の内部に流入した含塵空気は、吸気風路１４を経て、本体側流出口１５から集塵ユニット１２に送られる。集塵ユニット１２の内部に発生する気流については、後述する。集塵ユニット１２から排出された空気（清浄空気）は、排気風路１６に流入し、排気風路１６内において電動送風機１３を通過する。電動送風機１３を通過した空気は、排気風路１６をさらに進み、排気口から掃除機本体６（電気掃除機１）の外部に排出される。

次に、集塵ユニット１２について詳細に説明する。図７から図１０に示すように、集塵ユニット１２は、全体として、略楕円筒状を呈している。集塵ユニット１２は、排出部ケース１２ａ、バイパス部ケース１２ｂ、流入部ケース１２ｃ及び集塵部ケース１２ｄから構成される。

排出部ケース１２ａ、バイパス部ケース１２ｂ、流入部ケース１２ｃ及び集塵部ケース１２ｄは、例えば、成型品からなる。排出部ケース１２ａ、バイパス部ケース１２ｂ、流入部ケース１２ｃ及び集塵部ケース１２ｄは、所定の操作（例えば、ロック機構に対する操作等）により、図９に示す状態に分解したり、図７に示す状態に組み立てたりすることができるように構成されている。また、図７に示す状態から、集塵部ケース１２ｄのみを取り外すこともできる。

以下、排出部ケース１２ａ、バイパス部ケース１２ｂ、流入部ケース１２ｃ及び集塵部ケース１２ｄを適切に組み合わせて構成された集塵ユニット１２について説明する。また、以下の集塵ユニット１２に関する説明においては、図８に示す向きを基準に、上下を特定する。

図７、図８及び図１０等に示すように、集塵ユニット１２の流入部ケース１２ｃの一側には、ユニット側流入口１８が形成される。集塵ユニット１２の排出部ケース１２ａの略中央には、ユニット側流出口１９が形成される。ユニット側流出口１９は、ユニット側流入口１８よりも上方に配置されている。ユニット側流入口１８とユニット側流出口１９とは同じ側を向いて開口している。ユニット側流出口１９は、ユニット側流入口１８よりも上方の位置に配置されている。

図１１に示すように、流入部ケース１２ｃは旋回室２０を備えている。旋回室２０の上部は、円筒部２０ａからなる。旋回室２０の下部は、円錐部２０ｂからなる。

円筒部２０ａは、中空の円筒状を呈する。円筒部２０ａは、中心軸が上下方向を向くように配置される。円錐部２０ｂは、先端部が切り取られた中空の円錐状を呈する。円錐部２０ｂは、中心軸が円筒部２０ａの中心軸と一致するように、上下方向に配置される。円錐部２０ｂは、上端部が円筒部２０ａの下端部に接続され、下方に向かうに従って径が小さくなるように、円筒部２０ａの下端部から下方に延びるように設けられる。

このように形成された円筒部２０ａの内部空間と円錐部２０ｂの内部空間とからなる一続きの空間は、旋回室２０を構成する。旋回室２０は、含塵空気を旋回させるための空間である。

図１２及び図１３に示すように、円筒部２０ａの上部（旋回室２０を形成する側壁の最上部）には、主流入口２１が形成される。主流入口２１には、主流入管２２の一端が接続される。主流入管２２の他端はユニット側流入口１８に接続される。主流入管２２は、吸気風路１４を通過してきた含塵空気を、円筒部２０ａの内部（旋回室２０）に導くためのものである。主流入管２２の内部空間は、主流入風路を形成する。主流入風路は、吸気風路１４から旋回室２０に含塵空気を流入させるための風路の一つである。

主流入管２２は、例えば、四角筒状を呈し、一直線状を呈する部材からなる。主流入管２２は、その軸が、円筒部２０ａの中心軸に対して直交し、かつ、円筒部２０ａ（旋回室２０の側壁）の接線方向に配置される。

ここで、特に図１２に示すように、主流入管２２の下方側の壁面は、主流入口２１に向かうにつれ旋回室２０の中心軸方向の上方に向かうように傾斜している。換言すれば、主流入管２２の風路断面積が主流入口２１に向かうにつれ小さくなるように、主流入管２２の下方側の壁面が傾斜している。

図１４に示すように、流入部ケース１２ｃにおける主流入管２２の上壁には、第１のバイパス連通口２３ａが設けられている。第１のバイパス連通口２３ａは、主流入管２２の上壁に穿設された複数の微細孔の集合から構成される。また、図１５に示すように、バイパス部ケース１２ｂの底面の所定の位置には、第２のバイパス連通口２３ｂが設けられている。第２のバイパス連通口２３ｂは、バイパス部ケース１２ｂの底面に穿設された複数の微細孔の集合から構成される。

流入部ケース１２ｃとバイパス部ケース１２ｂとを、集塵ユニット１２を構成するように適切に組み合わせると、流入部ケース１２ｃの第１のバイパス連通口２３ａと、バイパス部ケース１２ｂの第２のバイパス連通口２３ｂとが互いに重なり合って、１つのバイパス連通部を構成する。こうしてできたバイパス連通部により、主流入管２２内の空間（すなわち主流入風路）とバイパス部ケース１２ｂ内の空間とが連通される。

なお、第２のバイパス連通口２３ｂは、第１のバイパス連通口２３ａと重なった際に、第１のバイパス連通口２３ａを構成する各微細孔を閉塞する事がないように構成されている。したがって、例えば、第２のバイパス連通口２３ｂを構成する微細孔の開口径は、第１のバイパス連通口２３ａを構成する微細孔の開口径よりも大きくなるように形成される。

バイパス部ケース１２ｂ内の空間には、バイパス風路２４が形成される。バイパス風路２４は、旋回室２０の旋回方向に延在するように形成される。第１のバイパス連通口２３ａ及び第２のバイパス連通口２３ｂから構成されるバイパス連通口は、主流入管２２の主流入風路内の含塵空気の一部を、バイパス風路２４に取り込むための開口である。集塵ユニット１２には、吸気風路１４から旋回室２０に含塵空気を流入させるための風路として、上述した主流入風路の他に、バイパス流入風路が設けられている。

なお、上述したような構成により、バイパス連通口の流路面積（総開口面積）を確保して圧損を低減することでバイパス風路２４への空気の流れを確保するという作用効果と、第１のバイパス連通口２３ａを構成する微細孔の開口径よりも大きなごみがバイパス風路２４へと侵入することを抑制するという作用効果を両立させることができる。

バイパス連通口（第１のバイパス連通口２３ａ及び第２のバイパス連通口２３ｂ）を介して吸気風路１４からバイパス風路２４に流入した含塵空気は、バイパス風路２４を通過した後、副流入口２５から、円筒部２０ａの内部（旋回室２０）に取り込まれる。

副流入口２５は、主流入口２１と同様に、円筒部２０ａの上部（旋回室２０を形成する側壁の最上部）に形成される。例えば、副流入口２５は、主流入口２１と同じ高さに配置される。換言すれば、主流入口２１及び各副流入口２５は、旋回室２０の中心軸方向の略同等な位置に設けられている。ここでは、副流入口２５は５つ設けられている。

これらの副流入口２５とバイパス風路２４とは、副流入管２６により接続されている。バイパス部ケース１２ｂにおけるバイパス風路２４の底面には、副連通口２７が穿設されている。副連通口２７は副流入口２５のそれぞれと対応して設けられる。したがって、副連通口２７は副流入口２５と同数だけ設けられる。ここでは、副流入口２５の数は５であるので、副連通口２７の数も５である。

そして、対応する副流入口２５と副連通口２７同士のそれぞれが、副流入管２６により接続される。したがって、副流入管２６が設けられる数も、副流入口２５及び副連通口２７と同数（ここでは５）である。これらの副流入管２６は、流入部ケース１２ｃにおける円筒部２０ａの上部に、円筒部２０ａの外周を囲むようにして設けられる。副流入管２６は、副流入口２５において円筒部２０ａの側壁の接線方向に沿うようにして接続される。

副流入口２５は、その開口面積が、主流入口２１の開口面積よりも小さくなるように形成される。すなわち、主流入口２１は流入口のうちで最大の開口面積を有する。ここで、特に図１２に示すように、主流入口２１の旋回室２０の中心軸方向に沿った開口寸法ａと、各副流入口２５の旋回室２０の中心軸方向に沿った開口寸法ａ’とは、ほぼ同一となるように調整されている。

また、図１６に示すように、副連通口２７の旋回室２０の旋回方向における下流側の端部ｂは、当該副連通口２７に対応する副流入口２５の旋回室２０の旋回方向における上流側の端部ｂ’よりも、旋回室２０の旋回方向における上流側に配置される。したがって、対応する副連通口２７と副流入口２５とを接続している副流入管２６には、旋回室２０の旋回方向に沿って延在する部分である助走空間ｃが形成される。この助走空間ｃにおいては、副流入管２６内を旋回室２０の旋回方向に気流が流れる。

なお、図１６に示すように、第２のバイパス連通口２３ｂから副連通口２７への風路であるバイパス風路２４は、バイパス部ケース１２ｂの側壁内面と排出部ケース１２ａの上壁内面とにより形成される。また、副連通口２７から副流入口２５への風路を形成する副流入管２６の上端面は、バイパス部ケース１２ｂの底面の一部により形成される。

図１１に示すように、旋回室２０の円筒部２０ａの側壁には、０次開口部２８が形成されている。０次開口部２８は、ユニット側流入口１８よりも旋回室２０の中心軸方向の下方に配置される。さらに言えば、０次開口部２８は、主流入口２１及び全ての副流入口２５よりも、旋回室２０の中心軸方向の下方、すなわち、旋回室２０内の空気流における下流側に配置される。

旋回室２０の円錐部２０ｂの下端部は、下方（中心軸方向）を向いて開口する。円錐部２０ｂの下端部に形成されたこの開口が、１次開口部２９である。したがって、この１次開口部２９は０次開口部２８より旋回室２０内の空気流における下流側に配置されている。また、円錐部２０ｂの外側には、隔壁３０が設けられている。この隔壁３０は、円筒部２０ａとほぼ同径の略円筒状を呈する。隔壁３０の上端は、円筒部２０ａと円錐部２０ｂとの接続部近傍に接続されている。

集塵部ケース１２ｄは、下方が閉じ、上方が開口した略楕円筒状を呈する。集塵部ケース１２ｄは、流入部ケース１２ｃの外側及び下方側に配置される。この状態においては、流入部ケース１２ｃの円筒部２０ａの０次開口部２８の上端よりも下方側と、円錐部２０ｂ及び隔壁３０の全体が、集塵部ケース１２ｄ内に収容される。また、隔壁３０の下端部が、集塵部ケース１２ｄの底面に形成された突起部と係合する。

こうして、流入部ケース１２ｃと集塵部ケース１２ｄとの間に形成された空間は、隔壁３０により２つに区切られる。こうしてできた２つの空間のうち、円筒部２０ａ及び隔壁３０の外側に形成されたものが０次集塵室３１であり、円錐部２０ｂの下方及び外側であって隔壁３０の内側に形成されたものが１次集塵室３２である。

０次集塵室３１は、旋回室２０の外側全周を覆うように包囲している。また、０次集塵室３１は、０次開口部２８から下方に延在している。１次集塵室３２は、１次開口部２９の下方から円錐部２０ｂの外側全周へ延在している。

円筒部２０ａの上端部の中心には、メッシュ状の排出口３４が設けられている。排出口３４は、上部が略円筒形状、下部が略円錐形状の管の側壁及び下方の一部を開口して形成される微細孔により構成される。このため、管の下方のみを開口して排出口を形成する場合と比べ、旋回方向に旋回室２０内の気流を吸引する力が強まり、旋回室２０内の旋回気流が旋回方向に進みやすくなる。よって、旋回室２０内の上方における気流の旋回力が増大し分離性能をさらに向上することができる。そして、この排出口３４とユニット側流出口１９とが、排出管３３により連通される。換言すれば、前述したメッシュ状の排出口３４の一部は、排出管３３の側壁の一部を開口して形成される微細孔により構成される。排出管３３は主に排出部ケース１２ａにより形成されている。なお、排出口３４はバイパス部ケース１２ｂに形成されており、旋回室２０の上端壁は、バイパス部ケース１２ｂの底面の一部により形成される。

以上のような構成を有する集塵ユニット１２が集塵ユニット収容部６ｂに適切に取り付けられると、旋回室２０等の中心軸が、集塵ユニット収容部６ｂの斜面に合わせて斜めに配置される。そして、ユニット側流入口１８及びユニット側流出口１９が前記斜面に対向するように配置され、ユニット側流入口１８が本体側流出口１５に接続される。ユニット側流出口１９は、本体側流入口１７に接続される（図５及び図６）。

次に、以上のような構成を有する集塵ユニット１２の機能について具体的に説明する。電動送風機１３の吸引動作が開始されると、含塵空気は、上述した通り、吸気風路１４を通過し、本体側流出口１５に達する。当該含塵空気は、本体側流出口１５及びユニット側流入口１８を順次通過して、主流入管２２の内部、すなわち、主流入風路に流入する。主流入風路に流入した含塵空気は、その一部が主流入管２２の軸方向に進み（直進し）、主流入口２１を通過して円筒部２０ａの内部（旋回室２０）に流入する。このような経路が、図において経路Ａとして実線の矢印で示されている。

一方、主流入風路に流入した含塵空気の他の一部は、前記経路Ａの途中から、他の経路（図において破線の矢印で示されている経路Ｂ）に進入する。

具体的には、主流入風路を流れる含塵空気の一部は、その進行方向を、主流入管２２の軸方向から上向きに変えて、第１のバイパス連通口２３ａに達する。当該含塵空気は、第１のバイパス連通口２３ａ及び第２のバイパス連通口２３ｂを順次通過して、流入部ケース１２ｃの上方の、バイパス部ケース１２ｂと排出部ケース１２ａとに挟まれた空間であるバイパス風路２４に流入する。

バイパス風路２４に流入した含塵空気は、バイパス風路２４内を旋回室２０の上方を横切るように旋回室２０内の空気の旋回方向に沿って移動する。当該含塵空気は、副連通口２７を通過して下方に移動し、旋回室２０の外側に形成された、副流入管２６内に流入する。副流入管２６内において、含塵空気は、旋回室２０内の空気の旋回方向に沿って移動する。当該含塵空気は、副流入管２６内から副流入口２５を通過して円筒部２０ａの内部（旋回室２０）に流入する。

主流入口２１を通過した含塵空気は、円筒部２０ａの内周面（旋回室２０の内壁面）に沿うように、旋回室２０に、その接線方向から流入する。副流入口２５を通過した含塵空気も同様に、円筒部２０ａの内周面に沿うように、旋回室２０に、その接線方向から流入する。

主流入口２１及び副流入口２５から旋回室２０に取り込まれた含塵空気は、旋回室２０内において、側壁に沿って所定の方向に回る旋回気流を形成する。この旋回気流は、中心軸近傍の強制渦領域とその外側の自由渦領域とを形成しながら、その経路構造と重力とによって下向きに流れていく。

この旋回気流（旋回室２０内の空気）に含まれるごみには、遠心力が作用する。例えば、繊維ごみや毛髪といった比較的嵩の大きなごみ（以下、このようなごみのことを「ごみα」という）は、この遠心力によって、円筒部２０ａの内周面（旋回室２０の内壁面）に押し付けられながら、旋回室２０内を落下する。ごみαは、０次開口部２８の高さに達すると旋回気流から分離され、０次開口部２８を通過して０次集塵室３１に送られる。０次開口部２８から０次集塵室３１に進入したごみαは、旋回室２０内を旋回する気流の方向（旋回方向）と同じ方向に移動しながら、０次集塵室３１内を落下する。そして、ごみαは、０次集塵室３１の最下部に達し、捕集される。

０次開口部２８から０次集塵室３１に進入しなかったごみは、旋回室２０内の気流に乗って、旋回室２０内を旋回しながら下方に進む。砂ごみや細かな繊維ごみといった比較的嵩の小さなごみ（以下、このようなごみのことを「ごみβ」という）は、１次開口部２９を通過する。そして、ごみβは、１次集塵室３２に落下して捕捉される。

旋回室２０内で旋回する気流は、旋回室２０の最下部に達すると、その進行方向を上向きに変えて、旋回室２０の中心軸に沿って上昇する。この上昇気流を形成する空気からは、ごみα及びごみβが除去されている。ごみα及びごみβが取り除かれた気流（清浄空気）は、排出口３４を通過して、旋回室２０の外に排出される。旋回室２０から排出された空気は、排出管３３内を通過して、ユニット側流出口１９に達する。そして、清浄空気は、ユニット側流出口１９及び本体側流入口１７を順次通過して、排気風路１６に送られる。

電動送風機１３が吸引動作を行うことにより、上述したように、ごみαが０次集塵室３１に、ごみβが１次集塵室３２に集積されていく。これらのごみα及びβは、集塵部ケース１２ｄを集塵ユニット１２から取り外すことにより、簡単に捨てることができる。

以上のように構成された集塵ユニット１２においては、含塵空気が、旋回室２０内の旋回気流をその後方から順々に押すように、主流入口２１及び副流入口２５から旋回室２０内に流入する。すなわち、旋回室２０に新たに取り込まれる含塵空気は、旋回室２０内に既に形成されている旋回気流を加速させるように、旋回室２０内に流れ込む。

このため、旋回室２０内の特に０次開口部２８より上方における旋回力を増大させることができ、ごみ（特に比較的嵩の大きなごみα）を分離する機能（分離性能）が大幅に向上する。したがって、集塵ユニット１２の上流側又は下流側に、別の分離装置を備える必要がなく、集塵ユニット１２の小型化が可能となり、掃除機本体６及び電気掃除機１のサイズを小さくすることができる。

なお、旋回室２０内の旋回力が低下すると分離性能は悪化する。例えば、主流入口のみから旋回室に含塵空気を取り込む場合は、主流入口から旋回室に流入する空気の速度（流速）を上げて、所定の旋回力を確保しなければならない。このため、電動送風機が大型化し、掃除機本体、電気掃除機のサイズが大きくなってしまう。上記構成の集塵ユニット１２であれば、このような観点からも、装置の小型化が可能となる。

また、旋回室２０内の０次開口部２８より上方における旋回力が大きく旋回気流が下降しにくいということは、旋回室２０内の０次開口部２８より上方における気流の旋回方向の成分が大きく、当該気流の下降成分が小さいということに他ならない。したがって、０次集塵室３１の底面に溜まったごみαを０次集塵室３１に流入した気流が巻き上げて飛散させてしまうことを抑制し、捕集性能を向上することができる。

また、バイパス連通口２３ａを主流入管２２の側壁に設けているため、主流入管２２からバイパス連通口２３ａを通ってバイパス風路２４に流入する含塵空気は、主流入管２２内でその進行方向が大きく曲げられることになる。したがって、特に嵩の大きいごみαが第１のバイパス連通口２３ａを通過しにくくなる。このため、バイパス連通口２３ａの上流側にごみ詰まりしやすいごみαを予め取り除く旋回室を別途に設けなくとも、バイパス風路２４へのごみ詰まりを抑制することができ、装置の小型化が可能となる。

また、副流入管２６を旋回室２０の旋回方向に沿って延在させることで、旋回室２０内に流入する気流が旋回方向に進みやすくなる。このため、旋回室２０内の上方における気流の旋回力が増大し分離性能をさらに向上することができる。

また、上述したように、バイパス風路２４は旋回室２０の旋回方向に延在するように形成されているため、バイパス風路２４に流入した気流は旋回室２０内の空気の旋回方向に沿って移動する。このため、バイパス風路２４から旋回室２０内に流入する気流が旋回方向にさらに進みやすくなり、旋回室２０内の上方における気流の旋回力が増大し分離性能をさらに向上することができる。

また、主流入口２１及び各副流入口２５を、旋回室２０の中心軸方向の略同等な高さ位置に設けることで、各副流入口２５から旋回室２０に流入する気流が主流入口２１より流入する気流を旋回室２０の旋回方向に押すため、気流がより旋回方向に進みやすくなり、旋回室２０内の上方において旋回力が増大し分離性能をさらに向上することができる。

なお、上記効果は、副流入口２５を主流入口２１より旋回室２０の中心軸方向上方側に配置することで、さらに高めることができる。

さらに、複数の副流入口２５を、主流入口２１を基準に旋回室２０の旋回方向下流側に向かうにつれ旋回室２０の中心軸方向上方側に位置するように配置してもよい。主流入口２１と複数の副流入口２５との位置関係をこのように設定することで、旋回方向下流側で上流側と比較して下降してきている気流をより上方に押すことができるため、上記効果をさらに高めることができる。

また、主流入口２１及び各副流入口２５について、旋回室２０の中心軸方向に沿った開口寸法を略同一にすることで、各流入口から旋回室２０に流入する気流をスムーズに合流させることができ、さらに旋回力が増大し分離性能をさらに向上することができる。

また、副連通口２７の旋回室２０の旋回方向における下流側の端部を、当該副連通口２７に対応する副流入口２５よりも、旋回室２０の旋回方向における上流側に配置し、すなわち、副流入管２６に、旋回室２０の旋回方向に沿って延在する助走空間ｃを設けることで、旋回室２０に流入する前から気流速度の旋回方向成分を強め、旋回室２０内に流入する気流がより旋回方向に進みやすくなるため、旋回室２０内の上方において旋回力が増大し分離性能をさらに向上することができる。

また、主流入管２２を、主流入口２１に向かうにつれ旋回室２０の中心軸方向の上方に向かうように傾斜した壁面を備えたものとすることで、主流入口２１から旋回室２０内に流入する気流が上向きになり旋回気流が下降しにくくなるため、旋回室２０内の上方において旋回力が増大し分離性能をさらに向上することができる。

また、バイパス風路２４を旋回室２０の上方に配置することで、バイパス風路２４について簡素な構成で総風路長を短くできるため、集塵ユニット１２を小型に構成でき、使い勝手を向上できる。

なお、ここでは、副流入口２５の数は５としたが、主流入口２１の他に１つ以上の副流入口２５があれば上で述べた点について一定の効果を期待することができる。また、さらに言えば、主流入口２１と副流入口２５とを区別することなく、互いに対等な関係の複数の流入口を設けることでも、上で述べた点について一定の効果を期待することができる。

さらに、ここでは、バイパス流入口４１を主流入管２２の上面（主流入風路を形成する上壁）に形成する場合について説明したが、主流入管２２のどの位置にバイパス流入口４１を形成しても、一定の効果を期待することができる。

加えて、ここでは、以上のような構成の集塵ユニット１２をキャニスタータイプの電気掃除機１に適用した場合を例に挙げて説明したが、キャニスタータイプ以外（例えばスティックタイプやハンディタイプ等）の電気掃除機１であってもよい。

この発明は、内部において含塵空気を側壁に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室を備えたサイクロン分離装置、及び、そのようなサイクロン分離装置を備えた電気掃除機に利用できる。

１ 電気掃除機、 ２ 吸込口体、 ３ 吸引パイプ、 ４ 接続パイプ、 ５ サクションホース、 ６ 掃除機本体、 ６ａ 電動送風機収容ユニット、 ６ｂ 集塵ユニット収容部、 ７ 取っ手、 ８ 操作スイッチ、 ９ ホース接続口、 １０ 車輪、 １１ 電源コード、 １２ 集塵ユニット、 １２ａ 排出部ケース、 １２ｂ バイパス部ケース、 １２ｃ 流入部ケース、 １２ｄ 集塵部ケース、 １３ 電動送風機、 １４ 吸気風路、 １５ 本体側流出口、 １６ 排気風路、 １７ 本体側流入口、 １８ ユニット側流入口、 １９ ユニット側流出口、 ２０ 旋回室、 ２０ａ 円筒部、 ２０ｂ 円錐部、 ２１ 主流入口、 ２２ 主流入管、 ２３ａ 第１のバイパス連通口、 ２３ｂ 第２のバイパス連通口、 ２４ バイパス風路、 ２５ 副流入口、 ２６ 副流入管、 ２７ 副連通口、 ２８ ０次開口部、 ２９ １次開口部、 ３０ 隔壁、 ３１ ０次集塵室、 ３２ １次集塵室、 ３３ 排出管、 ３４ 排出口

この発明に係るサイクロン分離装置においては、内部において含塵空気を側壁に沿って中心軸のまわりに螺旋状に旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室と、前記旋回室の前記側壁に形成された第１の開口部を介して前記旋回室の内部と連通した第１の集塵室と、前記旋回室における前記第１の開口部よりも下流側に形成された第２の開口部を介して前記旋回室の内部と連通した第２の集塵室と、前記旋回室内の空気を排出するための排出口と連通された排出管と、前記第１の開口部の上流側に設けられ、前記旋回室の内部へと含塵空気を流入させる複数の流入口と、を備え、複数の前記流入口は、最大の開口面積を有する主流入口と、前記主流入口以外の副流入口と、からなり、前記第１の開口部は、前記主流入口及び前記副流入口よりも、下流側に配置された構成とする。

Claims (10)

1. 内部において含塵空気を側壁に沿って旋回させ、含塵空気からごみを分離する旋回室と、
   前記旋回室の前記側壁に形成された第１の開口部を介して前記旋回室の内部と連通した第１の集塵室と、
   前記旋回室における前記第１の開口部よりも下流側に形成された第２の開口部を介して前記旋回室の内部と連通した第２の集塵室と、
   前記旋回室内の空気を排出するための排出口と連通された排出管と、
   前記第１の開口部の上流側に設けられ、前記旋回室の内部へと含塵空気を流入させる複数の流入口と、を備えたサイクロン分離装置。
2. 前記排出口は、前記排出管の側壁の一部を開口して形成される請求項１に記載のサイクロン分離装置。
3. 複数の前記流入口は、最大の開口面積を有する主流入口と、前記主流入口以外の少なくとも１つ以上の副流入口と、からなり、
   前記主流入口に接続される主流入管と、
   前記副流入口に接続される副流入管と、
   前記主流入管の壁部に設けられた主連通口を介して前記主流入管と連通するとともに、前記副流入管と副連通口を介して連通するバイパス風路と、を備えた請求項１又は請求項２に記載のサイクロン分離装置。
4. 前記副流入管のうちの少なくとも１つは、前記旋回室の旋回方向に沿って延在して形成される請求項３に記載のサイクロン分離装置。
5. 前記バイパス風路は、前記旋回室の旋回方向に沿って延在して形成される請求項３又は請求項４に記載のサイクロン分離装置。
6. 前記副流入口は、前記主流入口に対し、前記旋回室の中心軸方向における同等な位置又は上流側に設けられる請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のサイクロン分離装置。
7. 前記副連通口の前記旋回室の旋回方向における下流側の端部は、前記副流入口より前記旋回室の旋回方向における上流側に配置される請求項３から請求項６のいずれか一項に記載のサイクロン分離装置。
8. 前記主流入管及び前記副流入管のうちの少なくとも１つは、当該流入管が接続される前記主流入口又は前記副流入口に向かうにつれ前記旋回室の中心軸方向の上流側に向かうように傾斜した壁面を備えた請求項３から請求項７のいずれか一項に記載のサイクロン分離装置。
9. 前記副流入口は、少なくとも２つ以上設けられ、
   複数の前記副流入口は、前記主流入口を基準として前記旋回室の旋回方向の下流側に向かうにつれ、前記旋回室の中心軸方向の上流側に位置するように配置される請求項３から請求項８のいずれか一項に記載のサイクロン分離装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のサイクロン分離装置と、
    前記サイクロン分離装置の内部に所定の気流を発生させるための送風機と、を備えた電気掃除機。

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