JP2020529315A - 真空掃除機のための塵埃分離器 - Google Patents
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Abstract
本発明は、真空掃除機のための塵埃分離器であって、塵埃を含む流体がチャンバに流入する際に通過する入口と、清浄された流体がチャンバから流出する際に通過する出口と、を有しているチャンバと、出口に配置されているディスクであって、回転軸線を中心として回転するように配置されており、清浄された流体を通過させるための穴を備えているディスクと、を備えている塵埃分離器において、穴が、ディスクの少なくとも第1の領域及び第2の領域に亘って配設されており、第2の領域が、第1の領域の径方向外方に配置されており、第2の領域の有孔率が、第1の領域の有孔率より高いことを特徴とする塵埃分離器に関する。
Description
本発明は、真空掃除機のための塵埃分離器に関する。
真空掃除機の塵埃分離器は、有孔バッグ又はサイクロン式分離器を備えている。しかしながら、両タイプの分離器は欠点を有している。例えば、バッグの孔は、利用の際に塵埃によって急速に詰まる一方、サイクロン式分離器によって消費される圧力は高い。
本発明の第1の実施態様は、真空掃除機のための塵埃分離器であって、
塵埃を含む流体がチャンバに流入する際に通過する入口と、清浄された流体が前記チャンバから流出する際に通過する出口と、を有している前記チャンバと、
前記出口に配置されているディスクであって、回転軸線を中心として回転するように配置されており、前記清浄された流体を通過させるための穴を備えている前記ディスクと、
を備えている前記塵埃分離器において、
前記穴が、前記ディスクの少なくとも第1の領域及び第2の領域に亘って配設されており、前記第2の領域が、前記第1の領域の径方向外方に配置されており、
前記第2の領域の有孔率が、前記第1の領域の有孔率より高いことを特徴とする塵埃分離器を提供する。
塵埃を含む流体がチャンバに流入する際に通過する入口と、清浄された流体が前記チャンバから流出する際に通過する出口と、を有している前記チャンバと、
前記出口に配置されているディスクであって、回転軸線を中心として回転するように配置されており、前記清浄された流体を通過させるための穴を備えている前記ディスクと、
を備えている前記塵埃分離器において、
前記穴が、前記ディスクの少なくとも第1の領域及び第2の領域に亘って配設されており、前記第2の領域が、前記第1の領域の径方向外方に配置されており、
前記第2の領域の有孔率が、前記第1の領域の有孔率より高いことを特徴とする塵埃分離器を提供する。
チャンバに流入する塵埃を含む流体が回転しているディスクに接触し、当該ディスクは接線方向力を当該流体に作用させる。塵埃を含む流体が径方向外方に移動すると、ディスクによって作用される接線方向力が大きくなる。従って、流体はディスクの穴を通じて引き込まれ、ディスクの慣性が大きくなることに起因して外方に移動し、チャンバの底部に収集される。
本発明の塵埃分離器は、例えば有孔バッグ又はサイクロン式分離器のような、従来技術に基づく分離器を上回る利点を有している。例えば、バッグの孔は、利用の際に塵埃によって急速に詰まる。本発明の塵埃分離器では、概して、ディスクの回転によって、ディスクの穴からの塵埃の排除が維持され続ける。その結果として、利用の際に、吸引力が著しく減少することがない。一般に、真空掃除機のサイクロン式分離器は、2つ以上の分離段を備えている。第1の段は、粗い塵埃を除去するための単一の比較的大きいサイクロン式チャンバを備えており、第2の段は、細かい塵埃を除去するための比較的小さいサイクロン式チャンバを備えている。その結果として、サイクロン式分離器の全体的なサイズが大きくなった。サイクロン式分離器のさらなる難点は、高い分離効率を実現するためには高い流体速度が必要とされることである。さらに、サイクロン式分離器を通じて移動する流体は、入口から出口に進行する際に比較的長い経路に追従する。その結果として、サイクロン式分離器に関連する圧力降下が高くなる。本発明の塵埃分離器は、一層小型の態様で比較的高い分離効率を実現することができる。特に、塵埃分離器は、単一のチャンバを有している単一段を備えている。さらに、回転しているディスクが塵埃に作用させる角運動量の結果として、分離が発生する。その結果として、比較的低い流体速度であっても、比較的高い分離効率が実現される。さらに、チャンバの入口から出口に移動する際に流体が通過する経路が比較的短くなる。その結果として、塵埃分離器の圧力降下が、同一の分離効率を有しているサイクロン式分離器全体に亘る圧力降下より小さい。
第2の領域の有孔率が比較的高いことによって、第2の領域においてディスクを通過する流体の割合が高くなる(一方、有孔率が両領域に亘って一定であるならば、より多くの空気が回転軸線の近傍に位置する穴を通過する)。従って、このことは幾つかの利点を提供する。例えば、ディスクの直径に亘って一層一様にディスクを貫通する清浄された流体の流れを拡散させるので、ディスクから排出された流れの乱流を低減させることができる。他の例としては、穴の接線方向速度が回転軸線からの径方向距離と共に大きくなるので、第2の領域の穴は一層効率的に塵埃を分離することができる。従って、第2の領域を通過する空気が多くなるので、全体的な分離性能を向上させることができる。
誤解を避けるために、ディスクの領域の有孔率は、ディスクの当該部分の開口領域(すなわち、流体が貫通して流れる領域)について、全体面積に占める当該領域の割合として定義することができる。
第1の領域は、穴が設けられているディスクの径方向長さの少なくとも5%、例えば少なくとも10%又は少なくとも20%に亘って延在している。代替的に又は付加的に、第2の領域は、穴が設けられているディスクの径方向長さの少なくとも5%、例えば少なくとも10%又は少なくとも20%に亘って延在している。
任意には、
穴は、第1の領域及び第2の領域と同様に第3の領域に亘って配設されており、第3の領域は、第2の領域の径方向外方に位置しており、
回転軸線からの径方向距離が大きくなるに従ってその有孔率が大きくなる少なくとも3つの穴の領域を有しているディスクでは、有孔率が一様に増大する。有孔率の急激な変化が小さくなると、ディスクを貫通する流れの乱流が低減される。
穴は、第1の領域及び第2の領域と同様に第3の領域に亘って配設されており、第3の領域は、第2の領域の径方向外方に位置しており、
回転軸線からの径方向距離が大きくなるに従ってその有孔率が大きくなる少なくとも3つの穴の領域を有しているディスクでは、有孔率が一様に増大する。有孔率の急激な変化が小さくなると、ディスクを貫通する流れの乱流が低減される。
第3の領域は、穴が配設されているディスクの径方向長さの少なくとも5%、例えば少なくとも10%又は20%の長さに亘って延在している。
ディスクの有孔率は、穴が配設されているディスクの径方向長さ全体に亘って略連続的に大きくなっている。
これにより、有孔率が一層一様に高くなるので、さらに乱流が低減される。
第2の領域の有孔率は、第1の領域の有孔率より少なくとも10%大きい。例えば、第2の領域の有孔率は、第1の有孔率より少なくとも20%、少なくとも30%、又は少なくとも40%大きい。
好ましくは、第2の領域の有孔率は、第1の領域の有孔率より例えば少なくとも60%又は少なくとも70%大きい。
第1の領域と第2の領域との間における有孔率の大きな差異は、上述の利点を高めることができる。
ディスクに対して垂直に見ると、穴それぞれが杆体状とされ、ディスクの平面内に延在している長手方向軸線を定義している。
穴は、穴が一の寸法に対して90°の角度で計測した寸法(穴の“幅”)より大きい当該一の寸法(穴の“長さ”)を有している場合には、(ディスクに対して垂直に見た場合に)杆体状とされる。従って、杆体状の形状の例としては、例えば直線状の辺と半円状の端部とを組み合わせた“レーストラック”の形状のような、より複雑な形状が挙げられる。
穴それぞれが、穴が設けられているディスクの径方向長さの略全体に沿って延在している。
これにより、穴が設けられているディスクの径方向長さの全体に亘って複数の穴が配設されている構成とは対照的に、ディスクの製造難度が改善される。
穴それぞれの長手方向軸線は、ディスクの径方向に対して傾斜している。
これにより、ディスクの性能を分離器の要件全般に適合させることができる。例えば、(ディスクの回転軸線方向において)当該穴の径方向内側端部が当該穴の径方向外側端部の前方に位置するように、穴が傾斜している場合には、ディスクは、遠心羽根車として機能することができる(又は、遠心羽根車の大部分の機能を果たすことができる)ので、外向きの流れは、塵埃を含む空気がディスクの周囲及び後方に逃げることを防止するための空気シールを提供することに貢献する。他の例としては、穴の径方向外側端部が穴の径方向内側端部の前方に位置するように、穴が傾斜している場合には、穴の長手方向軸線が、ディスク全体に亘って流体の流れに対して略垂直に位置決めされている。さらなる例として、穴がこのように傾斜している場合に、ディスクが空気を径方向内方に付勢する(又は、空気を外方に付勢させるための、ディスクの回転による力を低減する)ようになる。このことは、優位には、ディスクの周囲のシール構成に作用させる空気力学的圧力を低減させることができる。
穴それぞれの長手方向軸線は、径方向と少なくとも5°、例えば少なくとも10°、少なくとも20°、又は少なくとも30°の角度を形成している。
このことは、穴が小さい角度で傾斜している配置と比較して、上述の利点のうち1つ以上の利点を高めることができる。
穴それぞれの長手方向軸線は湾曲している場合がある。
これにより、(径方向に対する)穴それぞれの傾斜を当該穴の径方向長さに亘って変化させることができるので、塵埃を含む流体とディスクとの相互作用を様々な径方向地点において変化させることができる。例えば、穴それぞれの長手方向軸線が、ディスクの回転方向において凸状になっている。これにより、穴の長手方向軸線をディスクを通過する流体の経路に対して略垂直に位置決めすることができるので、後述するように分離性能が改善される。代替的又は付加的には、ディスクを遠心羽根車として一層効率的に機能させることができる。他の例としては、穴それぞれの長手方向軸線が、ディスクの回転方向において凹状になっている。このことは、穴それぞれの径方向中心に向かってディスクを貫通する流れを集中させることができるので、ディスクの周囲及び/又は中心の周りのシール構成に作用する空気力学的圧力が低減される。
穴の長手方向軸線が湾曲している場合には、一方の軸線方向端部から他方の軸線方向端部に至る、当該長手方向軸線が通過する経路がディスクの径方向に対して傾斜しているベクトルを定義するならば、当該穴は、径方向に対して傾斜している。
穴それぞれの長手方向軸線は、ディスクの曲率半径の4倍以下、例えば3倍以下又は2倍以下の曲率半径を有している。例えば、穴それぞれの長手方向軸線は、ディスクの曲率半径より小さい曲率半径を有している。
このような比較的密接な半径が、上述の利点のうち1つ以上の利点を高めることができる。
ディスクは、所定の方向に回転軸線を中心として回転するように構成されており、穴それぞれの長手方向軸線が、ディスクの回転方向において凸状になっている。
これにより、穴の長手方向軸線をディスクに沿った流体の経路に対して略垂直に位置決めされるので、後述するように分離性能を改善することができる。代替的又は付加的に、ディスクを遠心羽根車として一層効率的に機能させることができ、外向きの流れは、塵埃を含む空気がディスクの周囲及び後方に逃げることを防止するための空気シールを提供することに貢献する。
任意には、
穴が、ディスクの上流面から下流面に延在しており、
穴それぞれが、当該穴の上流端部から下流端部に向かって狭窄しているテーパー状部分を有している。
穴が、ディスクの上流面から下流面に延在しており、
穴それぞれが、当該穴の上流端部から下流端部に向かって狭窄しているテーパー状部分を有している。
このことは、穴それぞれが一定の断面積を有している構成又は穴それぞれが上流端部から下流端部に向かって拡幅されている構成と比較して、穴を通じる空気の流れを一様にする。代替的又は付加的には、以下に詳述するように、塵埃が穴を通過するのではなく分離されるために穴に流入する可能性を高めることができる。
穴それぞれのテーパー状部分は、ディスクの穴と上流面とが交差する地点に位置決めされた面取りされた面を含んでいる。
面取りされた面は、穴に流入する空気の流れを一様にすることができる当該穴の傾斜面を備えているので、乱流ひいてはエネルギの浪費を低減させることができる。
面取りされた面は、穴の周囲に延在していても延在していなくても良い。
穴それぞれのテーパー状部分は、丸められた面を含んでいる場合がある。
丸められた面は、穴の弧状の表面又はトランペット状の表面を備えているので、優位には、穴を通じて流れる流体に発生する乱流を低減させることができる。
穴は、面取りされた面においてディスクの上流面と交差している。
穴のテーパー状部分が面取りされた面と丸められた面との両方を備えている場合には、丸められた面は、面取りされた面とディスクの上流面との間に位置決めされている。他の例としては、丸められた面は、面取りされた面が穴の側壁に“合流”する表面を備えている。
丸められた面は、穴の周囲に延在していても延在していなくても良い。
穴それぞれが、テーパー状部分の下流に逆テーパー状部分を含んでおり、逆テーパー状部分は、当該逆テーパー状部分の上流端部から下流端部に向かって拡幅されている。
逆テーパー状部分はディフューザーとして機能するので、(テーパー状部分が空気流を制限したことによって加速された)穴を通過する空気流を減速させることができる。これにより、空気をディスクの下流面から一層一様に流出させることができる。
逆テーパー状部分は、少なくとも5°、例えば少なくとも10°又は少なくとも15°のテーパー角度を定義している。幾つかの実施例では、テーパー状部分が、少なくとも20°又は少なくとも25°のテーパー角度を定義している。
任意には、
ディスクが、所定の方向に回転軸線を中心として回転するように構成されており、
穴それぞれが、先縁部と後縁部とを有している口においてディスクの上流面と交差しており、及び
先縁部に又は当該先縁部の近傍に位置しているテーパー状部分の前方部分は、後縁部に又は当該後縁部の近傍に位置しているテーパー状部分の後方部分より急勾配になっている。
ディスクが、所定の方向に回転軸線を中心として回転するように構成されており、
穴それぞれが、先縁部と後縁部とを有している口においてディスクの上流面と交差しており、及び
先縁部に又は当該先縁部の近傍に位置しているテーパー状部分の前方部分は、後縁部に又は当該後縁部の近傍に位置しているテーパー状部分の後方部分より急勾配になっている。
これにより、テーパー状部分の前方部分を通過した後にテーパー状部分の後方部分に衝突する空気流ひいては大容量の空気流を導入することができるので、当該空気流からの塵埃の分離が特に効率的になる。
任意には、
穴が、ディスクの上流面から下流面に向かって延在しており、及び
ディスクの径方向に沿って見ると、ディスクの厚さを貫通する穴それぞれの経路が中心線を定義しており、当該中心線はディスクに対して非垂直とされるように傾斜している。
穴が、ディスクの上流面から下流面に向かって延在しており、及び
ディスクの径方向に沿って見ると、ディスクの厚さを貫通する穴それぞれの経路が中心線を定義しており、当該中心線はディスクに対して非垂直とされるように傾斜している。
これにより、流体に対する穴の作用(ひいては概してディスクの作用)を分離器の要件全般に良好に適合させることができる。例えば、穴それぞれの中心線は、ディスクの回転方向において中心線がディスクの下流面と交差する地点の前方に位置する地点においてディスクの上流面と交差するように傾斜している。これにより、ディスクを軸流式羽根車として機能させることができる(又は、遠心羽根車の大部分の機能を果たすことができる)ので、流体をディスクを通じて引き込むように配置されている真空モータに作用する負荷が低減される。代替的には、穴を通過する流体流れがディスクを回転させるように付勢するように、ディスクをタービンとして機能させることができるので、ディスクを回転させるように配置されているモータに作用する負荷が低減される。
他の例としては、
ディスクが、所定の方向に回転軸線を中心として回転するように配置されており、及び
穴それぞれの中心線が、ディスクの回転方向において当該中心線がディスクの下流面と交差する地点の後方に位置する地点においてディスクの上流面と交差するように傾斜している。
ディスクが、所定の方向に回転軸線を中心として回転するように配置されており、及び
穴それぞれの中心線が、ディスクの回転方向において当該中心線がディスクの下流面と交差する地点の後方に位置する地点においてディスクの上流面と交差するように傾斜している。
これにより、詳細に後述するように、塵埃粒子が穴を通過する危険性を低減させることができる。
中心線は、ディスクの平面と共に85°より小さい、例えば80°より小さい又は75°より小さい角度を定義している。
例えば、中心線は、ディスクの平面と共に70°より小さい又は65°より小さい角度を定義している。
チャンバが、塵埃を含む流体から分離された塵埃がチャンバの底部に収集されるように且つチャンバの頂部に向かって徐々に蓄積されるように構成されており、出口が、チャンバの頂部に又はチャンバの頂部に隣接して配置されており、チャンバの底部が、軸線方向においてチャンバの頂部から離隔している。
出口をチャンバの頂部に又はチャンバの頂部に隣接して配置させることによって、チャンバの内部に収集されている分離された塵埃からディスクを離すことができる。チャンバの底部は、軸線方向(すなわち、回転軸線に対して平行とされる方向)においてチャンバの頂部から離隔されている。このことは、ディスクによって径方向外方に投げ出された塵埃及び流体がチャンバの底部に収集された塵埃を阻害する可能性が低くなるという利点を有している。さらに、チャンバの内部における旋回は、チャンバを上下動させるのではなく、チャンバの周りを移動する。その結果として、チャンバに収集された塵埃の再混入が低減されるので、結果的に分離効率が改善される。
穴は、少なくとも25%の開口領域を有するディスクの穿孔領域に形成されている。その結果として、ディスクについて比較的大きい開口領域を実現することができる。ディスクの全開口領域を大きくすることによって、穴を通じて移動する流体の軸線方向速度が低下する。その結果として、塵埃が流体を介して穴を通じて輸送されにくくなるので、分離効率が高められる。さらに、ディスクの全開口領域を大きくすることによって、塵埃分離器の圧力降下を小さくすることができる。
ディスクの直径は入口の直径より大きい。このことは少なくとも2つの利益を有している。第一に、ディスクについて比較的大きい全開口領域を実現することができる。特に、ディスクの全開口領域は入口の全開口領域より大きい。上述のように、ディスクの全開口領域を大きくすることによって、穴を通じて移動する流体の軸線方向速度が、塵埃分離器に関連する圧力降下と同様に低下する。第二に、比較的高い接線方向速度がディスクによって実現される。ディスクの接線方向速度が大きくなると、ディスクが塵埃を含む流体に作用させる接線方向力も大きくなる。その結果として、より多くの塵埃がディスクによって流体から分離されるようになるので、分離効率が高められる。
ディスクは、外側領域によって囲まれている内側領域を備えており、内側領域の開口領域は、外側領域の開口領域より小さい。特に、内側領域は、10%より小さい開口領域を有しており、外側領域は、20%より大きい開口領域を有している。ディスクの接線方向速度がディスクの周囲から中心に向かって小さくなるので、ディスクが塵埃を含む流体に作用させる接線方向力は内側領域において小さくなっている。内側領域の開口領域が外側領域の開口領域より確実に小さくすることによって、分離効率を高めることができる。
内側領域の直径は、ディスクの直径の3分の1以上とされる。その結果として、大部分の穴が、塵埃に作用する接線方向速度ひいては接線方向力が比較的高いディスクの領域に設けられている。その結果として、分離効率が高められる。さらに、比較的小さい開口領域を具備する大きい内側領域は、ディスクの剛性を高めることができる。
付加的又は代替的には、内側領域の直径は入口の直径以上とされる。チャンバに流入する塵埃を含む流体は、軸線方向から径方向に転向するように良好に促される。このことの利点は、穴の上を移動する流体の径方向速度が比較的高いので、流体によって輸送される塵埃が転向するようになり、穴を通過して軸線方向に進行しにくくなることである。流体に輸送される比較的硬質の物体がディスクに衝突すると、穴同士の間のランドを破壊又は損傷させる場合がある。入口と少なくとも同一の大きさであり且つ比較的小さい開口領域を具備するディスクの内側領域を有することによって、ディスクが損傷する危険性が低減される。特に、比較的小さい開口領域を有することによって、穴同士の間のランドが比較的大きくなるので、塵埃がランドを破壊する危険性が低減される。
穴は外側領域に形成されており、内側領域は穿孔されていない。内側領域が穿孔されていないことを確実にすることによって、穴は、塵埃に作用する接線方向速度ひいては接線方向力が比較的高いディスクの領域に設けられている。その結果として、分離効率が高められる。さらに、ディスクに衝突する硬質の物体による損傷が低減される。
チャンバに流入する塵埃を含む流体はディスクに向かって方向づけられる。すなわち、塵埃を含む流体は、ディスクと交差する流れ軸線に沿って入口を介してチャンバに流入する。真空掃除機の塵埃分離器の内部に回転式ディスクを設けることが知られている。しかしながら、塵埃分離器は塵埃を流体から分離するためのサイクロン式チャンバを含まねばならないという既存の先入観がある。従って、ディスクは、流体がサイクロン式チャンバから流出する際に塵埃を流体から分離させるための補助フィルタとして利用されているにすぎない。さらに、回転式ディスクは、サイクロン式チャンバに流入する大量のI塵埃から保護されなくてはならないという先入観がある。その結果として、塵埃を含む流体は、ディスクと直接衝突しないようにサイクロン式チャンバに導入される。しかしながら、塵埃を含む流体をディスクに向かって方向づけることによって、塵埃は、回転しているディスクと接触した際に、比較的大きい接線方向力を受ける。流体に含まれる塵埃は径方向外方に投げ出され、流体は軸線方向においてディスクの穴を通過する。その結果として、効率的な塵埃の分離が、サイクロン流れを必要としないで実現することができる。
チャンバに流入する塵埃を含む流体は、ディスクの中心に向かって方向づけられる。すなわち、流れ軸線がディスクの中心と交差している。従って、このことは、ディスクの表面の上を通過する塵埃を含む流体の流れが一層一様に分布するという利点を有している。対照的に、塵埃を含む流体がディスクの中心から外れて方向づけられる場合には、流体は非一様に分布される。穴を通じて移動する流体の軸線方向速度は、最も大きい負荷が作用するディスクの領域において大きくなるので、その結果として分離効率が低下する。さらに、流体から分離された塵埃はチャンバの内部に不均一に収集されるので、塵埃分離器の収容可能容量(capacity)が損なわれる。塵埃の再混入が増加するので、分離効率がさらに低下する。塵埃を含む流体を中心から外れて方向づけることのさらなる欠点は、不均一な構造的負荷に依存する。結果的に、不均衡によって、振動及び騒音が増加し、及び/又は回転式ディスクを支持めに利用される軸受の耐用寿命が短くなる。
穴は、化学エッチング又はレーザー機械加工によって形成されている。その結果として、特定の寸法を有する大量の穴が時間効率及びコスト効果に優れた態様で正確に形成される。
塵埃分離器は、ディスクを駆動するための電気モータを備えている。その結果として、ディスクの速度ひいてはディスクに作用する接線方向力は、流量及び流体速度の影響を比較的受けない。結論として、タービンとは対照的に、比較的低い流速であっても比較的高い分離効率が実現される。
ディスクの厚さは、少なくとも1mm、例えば少なくとも1.5mm又は少なくとも2mmとされる。これにより、優位には、ディスクが強化され、及び/又は、塵埃に起因する摩滅によりディスクが摩耗するまでの長時間に亘ってディスクが利用可能となる。また、傾斜した中心線を有する穴及び/又はテーパ状部分の効果が、ディスクの挙動に大きな影響を及ぼす。
ディスクの厚さは、10mm、例えば8mm、6mm、又は4mmより薄い。このことは、優位には、比較的厚肉のディスクと比較して、ディスクの重量及び慣性を低減することができる。
ディスクは、例えばナイロンやポリプロピレンのようなプラスチック材料から作られている。このことは、優位には、金属製のディスクと比較して、ディスクの重量及び慣性、並びに/又はディスクのコスト若しくは製造の複雑さを低減することができる。
本発明の第2の実施例は、本発明の第1の実施態様における塵埃分離器を備えている真空掃除機を提供する。
真空掃除機は、携行式真空掃除機(例えば、バッテリー駆動型携行式真空掃除機)とされる。真空掃除機の塵埃分離器の内部に回転式ディスクが設けられることが知られているが、塵埃分離器は塵埃を流体から分離するためのサイクロン式チャンバを含まねばならないという既存の先入観がある。その結果として、塵埃分離器の全体の大きさが比較的大きくなり、携行ユニットで利用するのに適さなくなる。本発明における塵埃分離器によって、分離効率が比較的小型の態様で実現することができる。その結果として、塵埃分離器は、携行ユニットで利用するのに特に良好に適合している。
真空掃除機は、杆体状のチューブを介して掃除機ヘッドに取り付けられている携行ユニットを備えているスティック型真空掃除機であって、塵埃分離器と回転軸線に対して平行な軸線に沿って延在している杆体状のチューブとを備えているスティック型真空掃除機とされる。
回転軸線に対して平行に延在している杆体状のチューブを有していることによって、塵埃を含む流体が、比較的直線状の経路に沿って掃除機ヘッドから塵埃分離器及び回転式ディスクに輸送される。その結果として、圧力損失が低減される。
杆体状のチューブは、回転軸線と同一直線状の軸線に沿って延在している。
本発明をより良好に理解するために、本発明の実施例について、添付図面を参照しつつ例示的に説明する。
図1に表わすように、真空掃除機1は、桿体状のチューブ3を介して掃除機ヘッド4に取り付けられている携行ユニット2を備えている。桿体状のチューブ3は、携行ユニット2が独立型真空掃除機として利用されるように、携行ユニット2から取り外し可能とされる。
図2〜図7を参照すると、携行ユニット2は、塵埃分離器10とモータ前フィルタ11と真空モータ12とモータ後フィルタ13とを備えている。モータ前フィルタ11は、塵埃分離器10の下流に且つ真空モータ12の上流に配置されており、モータ後フィルタ13は、真空モータ12の下流に配置されている。利用の際に、真空掃除機12は、掃除機ヘッド4の下面に配設された吸引開口部を通じて、塵埃を含む流体を引き込む。塵埃を含む流体は、掃除機ヘッド4から桿体状のチューブ3に沿って塵埃分離器10の内部に引き込まれる。その後に、塵埃は流体から分離され、塵埃分離器10の内部に保持される。清浄された流体は塵埃分離器10から流出し、真空モータ12を通過する前に残留した塵埃を流体から取り除くためのモータ前フィルタ11を通じて引き込まれる。最後に、真空モータ12によって放出された流体は、モータ後フィルタ13を通過し、携行ユニット2の通気口14を介して真空掃除機1から排出される。
塵埃分離器10は、容器20と入口ダクト21とディスク組立体22とを備えている。
容器20は、頂壁30と側壁31と底壁32とを備えており、頂壁30と側壁31と底壁32とが、チャンバ36を集合的に形成している。頂壁の中心に配設された開口部は、チャンバ36の出口38を形成している。底壁32は、ヒンジ33を介して側壁31に取り付けられている。底壁32に取り付けられているキャッチ34は、底壁32を閉位置に保持するために、側壁31に形成された凹所と係合する。従って、キャッチ34を解除すると、図6に表わすように、底壁32が開位置に向かって揺動する。
入口ダクト21は、容器20の底壁32を通じて上方に延在している。入口ダクト21は、チャンバ36の内部且つ中心において延在しており、ディスク組立体22に近接した位置で終端している。入口ダクト21の一方の端部は、チャンバ36の入口37を形成している。入口ダクト21の反対側の端部は、携行ユニット2が独立型掃除機として利用される場合に、桿体状のチューブ3又はアクセサリツールに取り付け可能とされる。
ディスク組立体22は、電気モータ41に結合されているディスク40を備えている。電気モータ41はチャンバ36の外側に配置されており、ディスク40はチャンバ36の出口38に配置されており、且つ、チャンバ36の出口38をカバーしている。通電時、電気モータ41によって、ディスク40は回転軸線48を中心として回転される。ディスク40は金属から形成されており、穿孔領域46によって囲まれている中央の無穿孔領域45を備えている。ディスク40の周囲部分は、容器20の頂壁30を覆っている。ディスク40が回転すると、ディスク40の周囲部分が頂壁30と接触し、頂壁30と共にシールを形成する。ディスク40と頂壁30との間における摩擦力を低減させるために、低摩擦材料(例えばPTFE)から成るリングが頂壁30の周りに設けられている。
利用の際に、真空モータ12によって、塵埃を含む流体は、入口37を介してチャンバ36の内部に引き込まれる。入口ダクト21は、ディスク40の回転軸線48と一致する軸線に沿って、チャンバ36の内部且つ中心において延在している。その結果として、塵埃を含む流体は、軸線方向(すなわち、回転軸線48に対して平行な方向)においてチャンバ36に流入する。さらに、塵埃を含む流体はディスク40の中心に方向づけられる。ディスク40の中央の無穿孔領域によって、塵埃を含む流体は転向し、径方向(すなわち、回転軸線に対して垂直な方向)において外向きに移動される。回転しているディスク40は接線方向力を塵埃を含む流体に作用させるので、当該流体は旋回される。塵埃を含む流体が径方向外方に移動するので、ディスク40が作用させる接線方向力は大きくなる。ディスク40の穿孔領域46に到達すると、流体はディスク40の穴47を通じて軸線方向に引き込まれる。これにより、流体はさらに転向される。比較的大きく且つ比較的重い塵埃の慣性は、当該塵埃が流体に追従することができない程に大きい。その結果として、塵埃は、穴47を通じて引き込まれるのではなく、径方向外方に移動することを継続し、最終的にチャンバ36の底部に収集される。比較的小さく且つ比較的軽い塵埃は、ディスク40を通過する流体に追従する。その後に、このような塵埃の大部分は、モータ前フィルタ11及びモータ後フィルタ13によって取り除かれる。塵埃分離器10を空にするために、キャッチ34が解除され、容器20の底壁32が揺動し、開位置に至る。図6に表わすように、容器20と入口ダクト21とは、入口ダクト21が底壁32の移動を防止しないように、さもなければ底壁32の移動を阻害しないように構成されている。
真空掃除機1は、床表面の清掃に加えて、例えば本棚、カーテン、及び天井のような床より上方の場所の表面を清掃するために利用される。これら表面を清掃する場合には、図7に表わすように携行ユニット2は反転される。チャンバ36に収集された塵埃50は、ディスク40に向かって落下する。ディスク40に落下した塵埃は、穿孔領域46の幾つかの穴47を通じて引き込まれるか、又は穿孔領域46の幾つかの穴47を塞ぐ可能性がある。その結果として、ディスク40の利用可能な開領域が減少し、ディスク40を通じて軸線方向に移動する流体の速度が大きくなる。より多くの塵埃が流体によってディスク40を通じて輸送されるので、塵埃分離器10の分離効率が低下する可能性がある。容器20の頂壁30は平坦ではなく、階段状になっている。その結果として、チャンバ36は、側壁31と頂壁30のステップとの間に配置されている溝を備えている。当該溝はディスク40を囲んでおり、チャンバ36に落下する塵埃50を収集するように機能する。その結果として、携行ユニット2を反転させた場合にディスク40に落下する塵埃をほぼ解消することができる。
塵埃分離器10は、有孔バッグ(porous bag)を利用する従来技術に基づく分離器を上回る幾つかの利点を有している。有孔バッグの孔は、利用の際に塵埃によって急速に塞がれる。従って、このことが、掃除機ヘッドで実現される吸引力を低減させる。さらに、一般に、有孔バッグは満杯時に交換する必要があるが、有孔バッグが満杯になったタイミングを決定することは常に容易であるとは限らない。本明細書で説明する塵埃分離器では、穿孔領域46の穴47が塵埃から実質的に保護されることが、ディスク40の回転によって確保される。その結果として、利用時における吸引力の著しい低減は確認されない。さらに、容器20の底壁32を開放することによって塵埃分離器10を空にすることができるので、交換バッグの交換を必要としない。さらに、容器20の側壁31に透明材料を利用することによって、利用者は、塵埃分離器10が満杯となり且つ空にする必要があるタイミングを比較的容易に決定することができる。有孔バッグの上述の欠点は周知であり、サイクロン式分離を利用する分離器によって同様に良好に解決されている。しかしながら、本明細書で説明する塵埃分離器10は、サイクロン式分離器を上回る利点も有している。
比較的高い分離効率を実現するために、一般に、真空掃除機のサイクロン式分離器は、2つ以上の分離段を備えている。第1の段は、粗い塵埃を取り除くための単一の比較的大きいサイクロン式チャンバを備えており、第2の段は、細かい塵埃を取り除くための複数の比較的小さいサイクロン式チャンバを備えている。その結果として、サイクロン式分離器全体の大きさが比較的大きくなる。このようなサイクロン式分離器のさらなる難点としては、高い分離効率を実現するために高い流速を必要とすることが挙げられる。さらに、サイクロン式分離器を通じて移動する流体は、当該流体が入口から出口に進行する際に比較的長い経路を追従する。長い経路と高い流速とを要求することの結果として、大きい空力的損失を招く。その結果として、サイクロン式分離器に関連する圧力降下が大きくなる。本明細書で説明する塵埃分離器では、一層小型化された態様で比較的高い分離効率を実現することができる。特に、塵埃分離器は、単一のチャンバを具備する単一の段を備えている。さらに、主にディスク40の回転によって角運動量(angular momentum)が塵埃を含む流体に作用する結果として、分離が発生する。その結果として、比較的低い流速であっても比較的高い分離効率を実現することができる。さらに、塵埃分離器10の入口37から出口38に移動する際に流体が通過する経路を比較的短くすることができる。流速が比較的低く且つ経路が比較的短いので、その結果として、空力的損失を小さくすることができる。その結果として、同一の分離効率であると仮定すれば、塵埃分離器10の圧力降下は、サイクロン式分離器全体の圧力降下より小さくなる。従って、真空掃除機1は、低出力の真空モータを利用することによって、サイクロン式真空掃除機の清浄性能と同等の清浄性能を実現することができる。このことは、真空掃除機1がバッテリー駆動式である場合に特に重要である。真空モータ11の電力消費が低減されることによって、真空掃除機1の稼働時間を増大させることができるからである。
真空掃除機の塵埃分離器の内部に回転式ディスクを設けることが知られている。例えば特許文献1及び特許文献2それぞれが、回転式ディスクを有している塵埃分離器を開示している。しかしながら、塵埃を流体から分離するためには塵埃分離器はサイクロン式チャンバを含んでいなければならないという既存の偏見が存在する。従って、ディスクは、流体がサイクロン式チャンバから流出する場合に当該流体から残留した塵埃を取り除くための補助フィルタとして利用されるにすぎなかった。回転式ディスクはサイクロン式チャンバに流入する大量の塵埃から保護されなくてはならないというさらなる偏見が存在する。従って、塵埃を含む流体は、ディスクと直接衝突しないようにサイクロン式チャンバに導入される。
本明細書で説明する塵埃分離器は、サイクロン式チャンバを必要とすることなく、回転しているディスクによって塵埃の分離が実現されるという知見を利用するものである。さらに、当該塵埃分離器は、塵埃を含む流体をディスクに直接向かうようにチャンバに導入することによって効率的な塵埃の分離が実現されるという知見を利用する。塵埃を含む流体をディスクに方向づけることによって、塵埃には、回転しているディスクとの接触時に比較的大きい力が作用する。その後に、流体が軸線方向において回転式ディスクの穴を通過する際に、流体に含まれる塵埃が径方向外方に飛ばされる。その結果として、サイクロン流れを必要としなくとも、効率的な塵埃の分離を実現することができる。
塵埃分離器10の分離効率と塵埃分離器10の圧力降下とは、ディスク40の穴47の大きさの影響を受ける。全開口面積が一定である場合には、塵埃分離器10の分離効率は、穴の大きさが小さくなるに従って高くなる。しかしながら、塵埃分離器10の圧力降下も、穴の大きさが小さくなるに従って大きくなる。また、分離効率と圧力降下とも、ディスク40の全開口面積の影響を受ける。特に全開口面積が大きくなるに従って、ディスク40を通じて移動する流体の軸線方向速度が小さくなる。その結果として、分離効率が大きくなり、圧力降下が小さくなる。従って、全開口面積を大きくすることが有効である。しかしながら、ディスク40の全開口面積を大きくすることに困難性が無い訳ではない。例えば、既に説明したように、全開口面積を大きくするために穴の大きさを大きくすれば、実際には、分離効率が低下してしまう。代替的には、穿孔領域46を大きくすることによって全開口面積を大きくすることができる。このことは、ディスク40の大きさを大きくすることによって、又は無穿孔領域45の大きさを小さくすることによって実現することができる。しかしながら、これら選択肢それぞれが欠点を有している。例えば、接触シールがディスク40の周囲と頂壁30との間に形成されるので、比較的大きい直径を有するディスク40を駆動するために必要とされる動力が一層大きくなってしまう。さらに、比較的大きい直径を有する回転式ディスク40は、チャンバ36の内部において撹拌を発生させてしまう。その結果として、チャンバ36の内部に既に収集された塵埃の再混入が増加するので、正味の分離効率が実際に低下する。一方、無穿孔領域45の直径が小さくなると、以下に説明する理由により、ディスク40を通じて移動する流体の軸線方向速度が実際に低下する。ディスク40の全開口面積を大きくするための他の方法としては、穴47同士の間のランド(land)を小さくすることが挙げられる。しかしながら、ランドを小さくすること自体が困難である。例えば、ディスク40の剛性が低下し、穿孔領域46が脆くなる傾向にあるので、一層損傷し易くなる。さらに、穴47同士の間のランドを小さくすることによって、製造の難易度が高まる。従って、ディスク40の設計について検討すべき要因が多く存在する。
ディスク40は、穿孔領域46によって囲まれている中央の無穿孔領域45を備えている。無穿孔領域45を中央に設けることは、以下に説明する幾つかの利点を有している。
ディスク40の剛性は、ディスク40と容器20の頂壁30との間に効果的な接触シールを実現する点において重要である。穿孔されていない中央領域45を有することによって、ディスク40の剛性が高められる。その結果として、一層薄肉のディスクを利用することができる。従って、このことは、一層時宜で且つコスト効果に優れた方法でディスク40を製造可能となるという利益を有している。さらに、特定の製造方法(例えば、化学エッチング)では、ディスク40の厚さに基づいて、穴47及びランドの実現可能な最小寸法を規定することができる。従って、ディスクを一層薄肉にすることは、比較的小さい寸法の穴及び/又はランドを有しているディスクを製造するために、このような方法が利用可能となるという利益を有している。さらに、ディスク40を駆動するために必要とされる機械的動力と共に、ディスク40のコスト及び/又は重量が低減される。結果として、ディスク40を駆動するために利用される電気モータ41について、その出力を小さくし、小型且つ安価にすることができる。
中央に無穿孔領域45を有することによって、チャンバ36に流入する塵埃を含む流体が、軸線方向から径方向に強制的に方向転換される。その後に、塵埃を含む流体は、ディスク40の表面上を外方に移動する。このことは、少なくとも2つの利益を有している。第一に、塵埃を含む流体は、穿孔領域46を越えて移動するので、流体は、ディスク40の穴47を通過するために、比較的大きい角度(約90°)で方向転換することが必要とされる。その結果として、流体によって輸送されるほとんどの塵埃が方向転換されず、穴47を通過することができない。第二に、塵埃を含む流体は、ディスク40の表面上を外方に移動するので、穿孔領域46の付着物を取り除くことに貢献する。結論として、穴47に捕捉される可能性がある塵埃が、流体によって一掃される。
ディスク40の接線方向速度は、ディスク40の周囲からディスク40の中心に向かって低下する。その結果として、ディスク40が塵埃を含む流体に作用させる接線方向力は、ディスク40の周囲からディスク40の中心に向かって小さくなる。ディスク40の中央領域45が穿孔されている場合には、より多くの塵埃がディスク40を通過する。中央に無穿孔領域45を有することによって、穴47が、塵埃に作用する接線方向速度ひいては接線方向力が比較的大きいディスク40の領域に設けられる。
チャンバ36に導入される塵埃を含む流体が、軸線方向から径方向に方向転換する場合であっても、比較的重い塵埃は、軸線方向に進行し続けるので、ディスク40に衝突する。ディスク40の中央領域45が穿孔されている場合には、ディスク40に衝突する比較的硬質の物体が、穴47同士の間のランドを破壊する、そうでなくても破損する可能性がある。穿孔されていない中央領域45を有することによって、ディスク40を損傷させる危険性が低減される。
無穿孔領域45の直径は、入口37の直径より大きい。その結果として、流体によって輸送された硬質の物体が穿孔領域46に衝突し、ディスク40を損傷させる可能性が低くなる。さらに、塵埃を含む流体は、チャンバ36に流入する際に軸線方向から径方向に方向転換するように良好に促される。入口37とディスク40との分離距離は、これら利益の両方を実現する点において重要な役割を果たす。入口37とディスク40との分離距離が大きくなるに従って、ディスク40の穿孔領域46における塵埃を含む流体の速度の径方向成分が小さくなる。その結果として、より多くの塵埃が、ディスク40の穴47を通じて輸送される。さらに、分離距離が大きくなるに従って、流体によって輸送される硬質の物体が、穿孔領域46に衝突し、ディスク40を損傷させるようになる。従って、分離距離を比較的短くすることが望ましい。しかしながら、分離距離が短すぎると、分離距離より大きい塵埃は、入口ダクト21とディスク40との間を通過することができないので、捕捉される。流体によって輸送される塵埃の大きさは、とりわけ入口ダクト21の直径によって制限される。特に、塵埃の大きさが入口ダクト21の直径より大きい可能性は低い。従って、入口37の直径以下の分離距離を利用することによって、塵埃が入口ダクト21とディスク40との間を通過するのに十分な空間を提供しつつ、上述の利益を実現することができる。
選択されている分離距離とは関係なく、ディスク40の無穿孔領域45は、依然として優位性を提供する。特に、無穿孔領域45は、ディスク40によって塵埃に作用される接線方向力が比較的大きい領域にディスク40の穴47が設けられることを確実にする。さらに、分離距離が大きくなるに従って、塵埃を含む流体は分岐経路に追従するようになるが、比較的重い物体は、依然として、チャンバ36に流入する際に比較的直線状の経路に沿って進行する。従って、中央の無穿孔領域45は、依然として、ディスク40を潜在的な損傷から保護することができる。
そのような優位性にも関わらず、無穿孔領域45の直径が入口37の直径より大きいことは必ずしも必要でない。無穿孔領域45の大きさを小さくすることによって、穿孔領域46の大きさ、ひいてはディスク46の全開口面積を大きくすることができる。その結果として、塵埃分離器10の圧力降下は減少する。さらに、穿孔領域46を通じて移動する塵埃を含む流体の軸線方向速度の低下が認められる。しかしながら、無穿孔領域45の大きさが小さくなるに従って、チャンバ36に流入する流体が、穿孔領域46に衝突する前に軸線方向から径方向に強制的に方向転換されなくなる。従って、開口面積の増大に起因する軸線方向速度の低下は、転向角の減少に起因する軸線方向速度の増大によって相殺される。
任意ではあるが、ディスク40の中央領域45は穿孔されている場合がある。上述の利点のうち多くの利点が失われるが、それにも関わらず、全体的に穿孔されているディスク40を有することは利点を有している。例えば、ディスク40の製造が単純及び/又は安価になる。特に、ディスク40は、連続的に穿孔されているシートから切り出し可能になる。中央領域45が穿孔されていたとしても、ディスク40は、依然として接線方向力をチャンバ36に流入する塵埃を含む流体に作用させるが、ディスク40の中央に作用する力は小さくなる。従って、ディスク40は、依然として、低い分離効率で塵埃を流体から分離させる。さらに、ディスク40の中央領域45が穿孔されている場合には、ディスク40が作用させる接線方向力が比較的小さいので、塵埃はディスク40の真ん中において穴を塞ぐ。真ん中の穴が塞がれた状態において、ディスク40は、ディスク40の中央が穿孔されていないかのように挙動する。代替的には、中央領域45は穿孔されているが、囲んでいる穿孔領域46の開口面積より小さい開口面積を有している。さらに、中央領域45の開口面積は、ディスク40の中央から径方向外方に移動するに従って大きくなる。このことは、ディスク40の接線方向速度が大きくなるに従って中央領域45の開口面積が大きくなるという利益を有している。
入口ダクト21は、ディスク40の回転軸線48と一致している軸線に沿って延在している。その結果として、チャンバ36に流入する塵埃を含む流体は、ディスク40の中央に方向づけられる。従って、このことは、塵埃を含む流体がディスク40の表面全体に亘って均一に分配されるという利点を有している。対照的に、入口ダクト21がディスク40の中央から外れるように方向づけられている場合には、流体が不均一に分配される。この点について図解するために、図8は、入口ダクト21の周囲において、(a)ディスク40の中央に方向づけられている場合と、(b)ディスク40の中央から外れるように方向づけられている場合における、塵埃を含む流体に作用する接線方向力を表わす。図8から理解されるように、入口ダクト21がディスク40の中央から外れるように方向づけられている場合には、塵埃を含む流体は、ディスク40の表面全体に亘って均一に流れない。図8(b)に表わす例では、ディスク40の下側半分には、塵埃を含む流体がほとんど流れないことが理解される。ディスク40の表面全体における流体の不均一な分配は、1つ以上の悪影響を有している。例えば、ディスク40を通過する流体の軸線方向速度が、大量の塵埃を含む流体を受ける領域において増大する。その結果として、塵埃分離器10の分離効率が低下する。さらに、ディスク40によって分離された塵埃が容器20の内部に不均一に収集される。その結果として、塵埃分離器10の収容可能容量(capacity)が損なわれる。容器20の内部に既に収集された塵埃50の再混入が増大するので、分離効率がさらに低下する。塵埃を含む流体をディスク40の中央から外れるように方向づけることのさらなる欠点は、構造負荷が不均一になることである。その結果としてもたらされるアンバランスによって、容器20の頂壁30との密閉性が不十分となり、真空掃除機1の内部にディスク組立体22を支持するために利用される軸受の耐用寿命が短くなる。
入口ダクト21は、底壁32に取り付けられており、底壁32と一体的に形成されている場合がある。従って、入口ダクト21は、底壁32によって、チャンバ36の内部に支持されている。代替的には、入口ダクト21は、例えば入口ダクト21と側壁31との間において径方向に延在している1つ以上の固定具を利用することによって、容器20の側壁31によって支持されている。このような配置は、入口ダクト21を移動させることなく底壁32を自在に開閉することができるという利点を有している。その結果として、比較的大きい塵埃収容可能容量を有している背高の容器20を利用することができる。しかしながら、このような配置の欠点であるが、入口ダクト21を支持するために利用される固定具が、底壁32が開口している場合に塵埃がチャンバ36から降下することを阻害するので、容器20を空にすることが一層困難になる。
入口ダクト21は、チャンバ36内部において直線的に延在している。従って、このことは、塵埃を含む流体が直線経路に沿って入口ダクト21を通じて移動するという利点を有している。しかしながら、このような配置にも困難性が無い訳ではない。底壁32は開閉するように配置されており、ヒンジ33及びキャッチ34を介して側壁31に取り付けられている。従って、利用者が掃除機ヘッド4を操作するための力(例えば掃除機ヘッド4を前後に操作するための押付力若しくは引張力、掃除機ヘッド4を左右に振るための捻り力、又は掃除機ヘッド4を床から持ち上げるための持ち上げ力)を携行ユニット2に作用させた場合に、当該力は、ヒンジ33及びキャッチ34を介して掃除機ヘッド4に伝達される。従って、ヒンジ33及びキャッチ34は、必要な力に耐えるように構成されている必要がある。代替的な配置としては、底壁32が側壁31に固定されており、側壁31が頂壁30に取り外し可能に取り付けられている。従って、容器20は、側壁31及び底壁32を頂壁30から取り外し且つ逆さにすることによって利用される。このような配置は、ヒンジ及びキャッチを必要な力に耐えることができるように構成する必要がないという利点を有しているが、塵埃分離器10の空にする際の利便性が損なわれる。
図9は、代替的な塵埃分離器101を表わす。入口ダクト21の一部分が、容器20の側壁31に沿って延在しているか、容器20の側壁31に取り付けられているか、又は容器20の側壁31に一体的に形成されている。底壁32は、ヒンジ33及びキャッチ(図示しない)を介して、再び側壁31に取り付けられる。しかしながら、入口ダクト21は、もはや底壁32を通じて延在していない。従って、底壁32が閉位置と開位置との間において移動する場合には、入口ダクト21の位置は変化しない。従って、このことは、ヒンジ及びキャッチを必要な力に耐えるように構成する必要なく、容器20を手間要らずで空にすることができるという利点を有している。しかしながら、図9から自明であるように、入口ダクト21はもはや直線状に形成されていない。その結果として、入口ダクト21の屈曲に起因する損失が増大するので、塵埃分離器10に関連する圧力損失も増大する。図9に表わす構成の入口ダクト21はもはや直線状に形成されていないが、入口ダクト21の端部分は、依然として、ディスク40の回転軸線48と一致している軸線に沿って延在している。その結果として、塵埃を含む流体は、ディスク40の中央に方向づけられている軸線方向においてチャンバ36に流入する。
図10は、入口ダクト21が容器20の側壁31を通じて直線状に延在している、さらなる塵埃分離器102を表わす。底壁32は、ヒンジ33を介して側壁31に取り付けられており、キャッチ34によって閉じた状態で保持されている。図3及び図9に表わす構成では、塵埃分離器10,101のチャンバ36は略円筒状の形状とされ、チャンバ36の長手方向軸線はディスク40の回転軸線48と一致している。ディスク40はチャンバ36の頂部に向かって配置されており、入口ダクト21はチャンバ36の底部から上方に延在している。頂部及び底部の参照が、流体から分離された塵埃はチャンバ36の底部において優先的に収集され、チャンバ36の頂部に向かう方向において徐々に蓄積されることを意味することに留意すべきである。図10に表わす構成では、チャンバ36の形状は、円筒状の頂部分と立方体状の底部分との組み合わせとされる。この場合には、ディスク40と入口ダクト21との両方がチャンバ36の頂部に向かって配置されている。入口ダクト21が容器20の側壁31を通じて延在しているので、このような配置は、掃除機ヘッド4を操作するのに必要とされる力に耐えることができるヒンジ及びキャッチを必要としないで、底壁32を介して容器20を空にすることができるという利点を有している。さらに、入口ダクト21が直線状とされるので、入口ダクト21に関連する圧力損失が低減される。当該構成は、少なくとも3つのさらなる利点を有している。第一に、塵埃分離器102の塵埃収容可能容積が著しく増大することである。第二に、携行ユニット2が床より上方の場所を清掃するために逆さにされた場合であっても、容器20の内部の塵埃がディスク40に降下することがほとんどないことである。従って、チャンバ36が、ディスク40の周囲に保護溝(protective gulley)を具備する必要が無いので、比較的大きい全開口面積を有している比較的大きいディスク40を利用することができる。第三に、容器20の底壁32が、水準面に位置している場合に携行ユニット2を支持するために利用可能とされることである。しかしながら、このような構成にも欠点が無い訳ではない。例えば、比較的大きい容器20は、例えば家具や家電製品の間のような狭い空間へのアクセスを阻害する。さらに、チャンバ36の底部が、径方向においてチャンバ36の頂部から離隔している。すなわち、チャンバ36の底部は、ディスク40の回転軸線48に対して垂直とされる方向においてチャンバ36の頂部から離隔している。その結果として、ディスク40によって径方向外方に投げ出された塵埃及び流体が、チャンバ36の底部に収集された塵埃を撹乱する(disturb)。さらに、チャンバ36の内部における旋回がチャンバ36を上下動させる。結果として、塵埃の再混入が増加するので、分離効率が低下する。対照的に、図3及び図9に表わす配置では、チャンバ36の底部が軸線方向においてチャンバ36の頂部から離隔している。従って、ディスク40によって径方向外方に投げ出された塵埃及び流体が、チャンバ36の底部に収集された塵埃を撹乱することはほとんどない。さらに、チャンバ36の内部における旋回は、チャンバ36を上下動させるのではなく、チャンバ36の周りを移動する。
上述の塵埃分離器10,101,102それぞれにおいて、入口ダクト21の少なくとも端部分(すなわち入口37を有している部分)が、ディスク40の回転軸線48と一致している軸線に沿って延在している。その結果として、塵埃を含む流体が、ディスク40の中央に方向づけられている軸線方向においてチャンバ36に流入する。このような配置の利点は、上述の通りである。しかしながら、代替的な配置を有していることが望ましい実施例も存在する。例えば、図11〜図13は、入口ダクト21がディスク40の回転軸線48に対して傾斜している軸線に沿って延在している、塵埃分離器103を表わす。すなわち、入口ダクト21は、回転軸線48に対して非平行とされる軸線に沿って延在している。このような配置の結果として、塵埃を含む流体が、回転軸線48に対して非平行とされる方向においてチャンバ36に流入する。それにも関わらず、チャンバ36に流入する塵埃を含む流体は、依然としてディスク40に方向づけられている。特に、図11〜図13に表わす塵埃分離器103では、塵埃を含む流体は、依然としてディスク40に方向づけられている。当該配置は、幾つかの理由により利点を有している。第一に、図1に表わすように、真空掃除機1が床清掃のために利用される場合に、携行ユニット2が実質的に約45°の角度で下方に方向づけられる。その結果として、塵埃は塵埃分離器の内部に不均一に収集される。特に、塵埃は、チャンバ36の一方の側面に沿って優先的に収集される。図3に表わす塵埃分離器10では、塵埃のこのような均一な収集は、塵埃がチャンバ36の頂部に至るまで一方の側面に沿って収集されるので、チャンバの満杯状態を検知するためのトリガーとなるが、チャンバ36の他方の側面には塵埃が比較的存在しないことを意味する。図12に表わすように、図11〜図13に表わす塵埃分離器103は、利用可能な空間を良好に利用することができる。その結果として、塵埃分離器10の収容可能容積が改善される。図9に表わす塵埃分離器101もこのような利点を有している。しかしながら、塵埃分離器101の入口ダクト21は2つの屈曲部を含んでいる。対照的に、図11〜図13に表わす塵埃分離器103の入口ダクト21は略直線状とされるので、圧力損失が比較的小さい。図11〜図13に表わす配置のさらなる利点は、容器内の塵埃を空にすることに関する。図3に表わす配置では、入口ダクト21は底壁32に取り付けられており、底壁32と共に移動可能とされる。図6に表わすように、図3に表わす塵埃分離器10が垂直に保持され、且つ、底壁32が開位置に位置している場合に、入口ダクト21は水平に延在している。対照的に、図13に表わすように、図11〜図13に表わす塵埃分離器103が垂直に保持され、且つ、底壁32が開いている場合に、入口ダクト21は下方に傾斜している。その結果として、塵埃は、入口ダクト21から脱離するように良好に促される。
図11〜図13に表わす配置では、チャンバ36に流入する塵埃を含む流体は、ディスク40の中央に向かって方向づけられ続ける。このような配置には利点が存在するが、それにも関わらず、効率的な塵埃の分離は、塵埃を含む流体を中央から外れるように方向づけることによって実現される。さらに、塵埃を含む流体を中央から外れるように方向づけることが望ましい場合がある。ディスク40の中央領域が穿孔されている場合には、塵埃を含む流体は、接線方向速度が最も小さくなるディスク40の領域を避けるように、中央から外れるように方向づけられる。その結果として、分離効率のついての正味の上昇が確認される。例えば、図14は、チャンバ36に流入する塵埃を含む流体が中央から外れるようにディスク40に方向づけられている、配置を表わす。図9に表わす配置と同様に、入口ダクト21は容器20の側壁31と一体的に形成されており、底壁32はヒンジ33及びキャッチ(図示しない)を介して側壁31に取り付けられている。底壁32が閉位置と開位置との間において移動する場合には、入口ダクト21の位置は固定された状態を維持している。このことは、掃除機ヘッド4を操作するために必要とされる力に耐えるようにヒンジ及びキャッチを構成する必要なく、手間要らずで容器20を空にすることができるという利点を有している。さらに、図9に表わす塵埃分離器101とは対照的に、入口ダクト21は直線状とされるので、入口ダクト21を通じた塵埃を含む流体の移動によって発生する圧力損失が低減される。
より一般的な意味では、塵埃を含む流体は、流れ軸線49に沿ってチャンバ36に流入するとみなされる。流れ軸線49は、塵埃を含む流体がディスク40に方向づけられるようにディスク40と交差している。このことは、塵埃を含む流体がチャンバ36に流入した直後にディスク40に衝突するという利点を有している。従って、ディスク40は、接線方向力を塵埃を含む流体に作用させる。塵埃が当該塵埃の比較的大きい慣性力によって径方向外方に移動され、チャンバ36に収集される一方、流体はディスク40の穴47を通じて引き込まれる。図3、図9、図10、及び図11に表わす配置では、流れ軸線49はディスク40の中央と交差している一方、図14に表わす配置では、流れ軸線49はディスク40に中央から外れて交差している。ディスク40の中央と交差している流れ軸線49を有していることについて利点が存在するが、それにも関わらず効率的な塵埃の分離は、ディスク40に中央から外れて交差している流れ軸線49を有していることによって実現される。
上述の配置それぞれでは、入口ダクト21は円状の断面を有しているので、入口37は円状とされる。場合によっては、入口ダクト21と入口37とは代替的な形状を有している。同様に、ディスク40の形状が円状である必要はない。しかしながら、ディスク40は回転するので、非円状のディスクを有することから得られる利点は明らかではない。ディスク40の穿孔領域46と無穿孔領域45とが異なる形状であっても良い。特に、無穿孔領域45は、円状とされる必要は無く、ディスク40の中央に配置されている必要も無い。例えば、入口ダクト21がディスク40に中央から外れるように方向づけられている場合には、無穿孔領域45は環状とされる場合がある。上述の議論の中では、特定の構成要素の直径を参照している場合がある。当該構成要素が非円状の形状を有している場合には、当該直径は、当該構成要素の最大幅に相当する。例えば、入口37が矩形状又は四角状の形状とされる場合には、入口37の直径は入口37の対角線の長さに相当する。代替的には、入口が楕円状の形状とされる場合には、入口37の直径は、主軸に沿った入口37の幅に相当する。
図4に表わすように、ディスク40の穴47は円状の形状とされ、一定の大きさを有している。しかしながら、図15に示すように、代替的な形状及び変化する大きさであっても良い。図示する6つの実施例のうち、最初の3つの実施例は、当該図面で見ると(すなわちディスク40に対する垂直方向で見た場合に)桿体状の穴を有している。従って、穴は、ディスクの平面内で延伸する長手方向軸線を定義している。“湾曲スロット”及び“周方向スロット”の場合には、これらの長手方向軸線が湾曲している。“周方向スロット”は、径方向において凸状になっている。“湾曲スロット”は、ディスク40が図15で見ると時計周りに回転する場合に、ディスク40の回転方向において凸状になっており、ディスク40が図15で見ると反時計回りに回転する場合に、ディスク40の回転方向において凹状になっている。
また、図15は、径方向外方に移動するに従って大きくなる円状の穴、すなわち“段階的に変化する穴”の例示を含んでいる。穿孔領域46は、第1の領域52aと第1の領域52aの径方向外方に位置する第2の領域52bとに分割されている。第1の領域52aの穴の直径は、第2の領域52bの穴の直径より小さいので、第2の領域52bの穴それぞれの断面積は、第1の領域52aの穴それぞれの断面積より大きい。従って、ディスク40の接線方向速度が比較的低い場所では、穴は比較的小さくなる。これにより、塵埃分離器の圧力降下を増大させる必要無く、分離効率を改善することができる。
この場合には、第2の領域52bの穴同士の間のランドが、第1の領域52aの穴同士の間のランドより僅かに広い。これにより、比較的大きい穴によって提供される増大された開口領域が補償される。このことは、第1の領域52aと第2の領域52bとが同一の有孔率(porosity)を有することを意味する。しかしながら、第1の領域52aと第2の領域52bとにおいて穴同士の間のランドが同一の幅を有する場合には、第2の領域52bの有孔率は第1の領域52aの有孔率より高い。
図16は、上述のディスク組立体22で利用するためのディスク40の他の例を表わす。先の例と同様に、ディスク40は、穿孔領域46の径方向長さに沿って断面積が増大する穴47を有している。この場合には、ディスク40は、穴47の10の周方向アレイ54a〜54jから成るセットを有している。穴47の直径ひいては断面積は、径方向最内側のアレイ54aから径方向最外側のアレイ54jに向けて大きくなる。この場合には、穴の大きさが穿孔領域46の径方向長さに沿って徐々に大きくなるので、その結果として有孔率も対応して徐々に高くなる。
穴の大きさ及び有孔率の変化が緩やかであるが、誤解を避けるために言えば、ディスク40が図15に表わす例のような“徐々に変化する穴”に類似する態様の独立した領域を有しているとみなされる。例えば、アレイ54aが第1の領域を占有しており、アレイ54bが第2の領域を占有している(さらには、穴の大きさ及び有孔率が比較的小さい)とされる。他の例としては、アレイ54a,54bが第1の領域を占有しており、アレイ54i,54jが第2の領域を占有している(さらには、第2の領域の穴それぞれが、第1の領域の穴それぞれの直径の2倍の直径を有しており、第2の領域の穴それぞれが第1の領域の穴それぞれの断面積の約175%の断面積を有している)とされる。さらなる例としては、アレイ54a,54bが第1の領域を占有しており、アレイ54d,54eが第2の領域を占有しており、アレイ54g,54iが第2の領域の径方向外方に位置する第3の領域を占有しているとすることができる(第3の領域の穴の大きさ及び有孔率が第2の領域の穴の大きさ及び有孔率より大きい)とされる。
図17は、上述のディスク組立体22で利用するのに適したディスク40の他の例の概略図である。この場合には、図15に表わす“湾曲スロット”、“周方向スロット”、及び“径方向スロット”の例と同様に、ディスクの平面に対して垂直に見ると、穴47それぞれが桿体状とされ、ディスク40の平面内で延伸している長手方向軸線56を規定している。
この場合には、穴47それぞれの長手方向軸線56が、ディスク40の関連する径方向58に対して傾斜している。最下側の穴47及び最上側の穴47に関する図17に表わすように、当該実施例では、穴47それぞれの長手方向軸線56が、関連する径方向58との角度60が約25°となるように傾斜されている。さらに、穴47は、ディスクの回転方向(図17で見ると反時計回り)において穴47の径方向外側端部が穴47の径方向内側端部の前方に位置決めされるように位置合わせされている。これにより、以下に詳述するが、穴47は、ディスク40の上方の空気の流れに対して略垂直に位置決めされる。
図18は、ディスク40の他の例を表わす。図17に表わすディスクと同様に、穴の長手方向軸線56は、径方向に対して傾斜しており、穴それぞれの一方の端部から他方の端部に至る経路が、関連する径方向58に対して傾斜しているベクトル62を定義している。また、図17に表わすディスクと同様に、図18に表わすディスク40は、穴47を有しており、穴47の径方向外側端部が、ディスク40の回転方向(図18で見ると反時計回り)において、穴47の径方向内側端部の前方に配置されている。
図17に表わすディスク40の穴47それぞれが、穿孔領域46の径方向長さの約半分に亘って(すなわち、穴47が配設されているディスク40の一部分の径方向長さの約半分に亘って)延在している一方、図18に表わすディスクでは、穴47それぞれが、穿孔領域46の径方向長さの全体に亘って延在している。また、図18に表わすディスク40は、穴の長手方向軸線56が図15に表わす“湾曲スロット”や“周方向スロット”に類似する態様で湾曲している点において、図17に表わすディスクとは相違する。穴は、ディスクの回転方向において凸状に形成されている。この場合には、中心線の曲率半径がディスクの半径より僅かに小さく、ディスクの半径が43mmであり、長手方向軸線56の曲率半径が41mmである。従って、ディスクの曲率半径はディスクの半径の約95%とされる。
径方向に対する穴47の傾斜と、ディスク40の回転方向における穴47の凸性とは、穴それぞれがディスクを横断する流路に対して垂直に位置決め可能とされることを意味する。このような空気経路は、太線64で示す2つの経路と共に、図18に表わされている。流線は、空気がディスクの上を径方向外方に流れることに起因して、径方向成分を有しており、ディスクの回転に起因して、接線方向成分を有している。接線方向成分は、径方向位置が高くなると増大するディスクの一部の接線方向速度に起因して、流れが径方向外方に移動するに従って一層支配的になる。従って、パスライン64は、徐々に締め付けられる外向きの螺旋の形態となる。穴47の傾斜によって、穴47は、パスライン64の平均的な旋回角度に対して略垂直に位置決めされ、穴47の弓状の性質によって、穴47は、穴47の旋回角度が変化しても、パスライン64に対して略垂直に維持される。
図16に表わすディスク40と同様に、ディスクの有孔率は、穿孔領域46の径方向長さに沿って徐々に大きくなるので、第1の領域及び第2の領域(又は第1の領域、第2の領域、及び第3の領域)の位置は様々な態様で割り当てることができる。例えば、第1の領域は穿孔領域46の最内側部分のみに存在し、第2の領域は最外側のみに存在するものとすることができる。穿孔領域46の最内側部分の有孔率が約12%であり、最外側部分の有孔率は約20%である。従って、第1の領域及び第2の領域がこのように形成されている場合には、第2の領域の有孔性は第1の領域の有孔性より約65%高い。
図19は、径方向で見た場合における、代替的なディスク40の部分断面図である。図19で見ると、ディスク40の回転は視認可能な部分が右方向に向かう移動に対応している。ディスク40を貫通する穴47それぞれの、ディスクの上流面66から下流面68に至る経路が、中心線70を規定している。穴47それぞれの中心線70は、ディスク40に対して非垂直とされる。より具体的には、穴47は、ディスク40の回転方向において中心線70が下流面68と交差する地点の後方(すなわち、図19で見るとさらに左方向)に位置する地点で中心線70が上流面66と交差するように傾斜している。この場合には、穴47それぞれの中心線70が、ディスクの平面と共に約60°の角度72を形成している。
穴47がこのように“後方に”傾斜していることによって、ディスク40の分離性能が改善される。ディスク40が回転すると、経路線75によって示すように、穴47それぞれに流入する空気が、穴47の口74の後方部分に衝突する。中心線70の傾斜に起因して口74の後方部分が後方に傾斜しているので、塵埃は、穴47を通じて進行するのではなく、穴47から跳ね返されるようになる。対照的に、穴47が“前方に”傾斜している場合には、穴の口が窪みのように機能するので、塵埃粒子はディスクを通じる空気流れの中に保持される。
図20は、図19と同一の方向から見た代替的なディスク40の一部分を表わす。ディスク40の穴47それぞれが、下流方向に向かって狭窄しているテーパー状部分76を有している。この場合には、テーパー状部分76は、穴47と上流面66とが交差する地点に位置決めされている錐台状の面取りされた面の形態とされる。面取りされた面のテーパー角度78は、約30°とされる。また、穴47それぞれが、テーパー状部分76の下流に位置決めされている逆テーパー状部分80を有しており、逆テーパー状部分80は、下流方向に向かって拡張されている。逆テーパー状部分80のテーパー角度82も、約30°とされる。
テーパー状部分76は、図19に表わす穴47の口74に関連して上述した機能性と同様の機能性を有しているので、穴47に流入する空気がテーパー状部分76の傾斜面に衝突し、塵埃が穴47を通過するのではなく穴47から跳ね返される可能性がさらに高められる。対照的に、穴47が90°の角を形成するように上流面66と交差する場合には、穴の口に流入する塵埃は当該口の中に保持され、ディスクを通過する。逆テーパー状部分80がディフューザーとして機能するので、(空気流がテーパー状部分76で加速された後に)空気流は穴47を通過する際に減速され、その結果として空気流が一層一様にディスク40から流出する。
図21は、代替的なディスクを表わす。図21に表わすディスクの穴はテーパー状部分を有している。この場合には、穴47それぞれの全体が、テーパー状部分76を構成しており、穴それぞれが、ディスク40を貫通する長さ全体に亘ってテーパー状になっている。この場合には、穴47それぞれが、丸められた面84においてディスク70の上流面66と交差しているので、上流面66の上を越えて穴47の内部に至る空気流が一様になる。
図22は、さらなるディスク40を表わす。当該ディスクの穴47それぞれが、傾斜した中心線70と面取りされた面の形態をしたテーパー状部分76と逆テーパー状部分80とを有している点において、図19及び図20に表わす穴の組み合わせに本質的に対応する。しかしながら、この場合には、面取りされた面は、円錐ではなく斜円錐の一部分であり、面取りされた面の他の部分は、様々なテーパー角度を有している。(ディスクの回転方向において)口74の先縁部88と交差しているテーパー状部分76の前方部分86は、口74の後縁部92と交差しているテーパー状部分の後方部分90より勾配が大きい。前方部分86のテーパー角度94は約30°であり、後方部分90のテーパー角度96は約55°である。
ディスク40の厚さは、上述の分離器の構成において重要なファクターである。比較的肉厚のディスク40は、当然ながら高剛性であり、損傷を受けにくい。さらに、比較的肉厚のディスクは、図19〜図22に関連して説明した特徴を有しているので、当該特徴の効果を高めることができる。しかしながら、比較的肉厚のディスク40は欠点を有していない訳ではない。ディスク40が回転すると、穴47それぞれの壁が、ディスク40を通じて移動するように流体を押し出す。その結果として、ディスク40は、ディスク40を通じて移動している清浄された流体を旋回させる。ディスク40の厚さが増大すると、清浄された流体に作用する旋回が強力になる。このことは2つの悪影響を有している。第一に、塵埃分離器10に関連する圧力降下が大きくなる。第二に、特定の速度でディスク40を駆動するために必要な電力が増大する。比較的肉厚のディスク40を具備することのさらなる困難性としては、製造時間及び製造コストが増大することである。家庭用真空掃除機のために最適な妥協策は、厚さを2mm〜4mmの範囲とすることである。図19〜図22に表わすディスクそれぞれの厚さは3mmである。
上述の構成では、ディスク組立体22は、電気モータ41のシャフトに直接取り付けられているディスク40を備えている。場合によっては、ディスク40は、例えばギヤボックス又は駆動ドッグを介して、電気モータに間接的に取り付けられている。さらに、ディスク組立体22は、ディスク40が取り付けられたキャリアを備えている。例えば、図16は、キャリア42を有しているディスク組立体23を表わす。キャリア42は、ディスク40の剛性を高めるために利用される。その結果として、比較的薄肉のディスク40又は比較的大きい直径及び/若しくは比較的大きい開口面積を有しているディスク40であっても利用可能とされる。また、キャリア42は、ディスク組立体23と容器20との間にシールを形成するために利用される。この点に関して、ディスク40と頂壁30との間における接触シールについては、上述の通りであるが、例えばラビリンスシールや流体シールのような代替的なタイプのシールであっても同様に利用可能とされる。また、キャリア42は、全体が穿孔されたディスクの中央領域を塞ぐために利用される。図16に表わす実施例では、キャリア42は、径方向スポーク43を介してリムに接続されている中央ハブを備えている。従って、流体は、隣り合う径方向スポーク43の間に形成された開口部を介して、キャリア42を通じて移動する。
上述のディスク組立体22,23それぞれが、ディスク40を駆動するための電気モータ41を備えている。場合によっては、ディスク組立体22,23は、ディスク40を駆動するための代替的な手段を備えている。例えば、ディスク40は、真空モータ12によって駆動される。このような構成は、特に図1に表わす配置によって実施可能とされる。図1では、真空モータ12はディスク40の回転軸線48と一致している軸線を中心として回転するようになっている。代替的には、ディスク組立体22,23は、ディスク組立体22,23を通じて移動する流体流れを動力源とするタービンを備えている。タービンは、一般に電気モータより安価であるが、タービンの速度ひいてはディスク40の速度はタービンを通じて移動する流体の流速に依存する。その結果として、低い流速で高い分離効率を実現することが困難になる。さらに、塵埃がディスク40の穴47を詰まらせた場合には、ディスク40の開口面積が減少するので、タービンに至る流体の流れが制限される。その結果として、ディスク40の速度が低減されるので、詰まらせる可能性が増大する。ディスク40の詰まりが進行するに従ってディスク40は次第に低速になり、ディスク40が低速になるに従ってディスク40の詰まりが次第に増加するので、熱暴走を起こす。さらに、掃除機ヘッド4の吸引開口部が一時的に塞がれた場合であっても、ディスク40の速度が著しく低下する。従って、ディスク40上に塵埃が急激に堆積される。その後に障害物が取り除かれると、塵埃は、タービンが塵埃を排除するのに十分な速度でディスク40を駆動させることができない程度で、ディスク40の開口領域を制限する。電気モータは、一般に高価であるが、ディスク40の速度が流れ速度又は流体速度に対して比較的影響を及ぼさないという利点を有している。その結果として、低い流れ速度及び低い流体速度であっても、高い分離効率を実現することができる。さらに、ディスク40は塵埃で詰まりにくい。電気モータを利用することのさらなる利点は、電気モータが電力をあまり必要としないことである。すなわち、所定の流体速度及びディスク速度の場合には、電気モータ41に必要とされる電力が、タービンを駆動するために真空モータ12に必要とされる付加的な電力より小さい。
塵埃分離器10については、独立型掃除機として利用される携行ユニット2の一部を形成するものとして、又はスティック型掃除機1として利用するために桿体状のチューブ3を介して掃除機ヘッド4に取り付けられているものとして、これまで説明してきた。ディスク組立体を携行ユニットに設けることは決して直感的なことではない。回転式ディスクを真空掃除機の塵埃分離器の内部に設けることは既知であるが、塵埃分離器が塵埃を流体から分離するためのサイクロン式チャンバを含んでいなければならないとの考えは既存の偏見である。その結果として、塵埃分離器の全体の大きさが比較的大きくなり、携行ユニットで利用するのに不適切となる。本明細書で説明する塵埃分離器は、比較的小型の態様で効率的な分離を実現することができる。その結果として、塵埃分離器は、携行ユニットでの利用に特に良好に適合している。
携行ユニットの重量は、その構造上、明らかに重要な検討事項である。従って、真空モータに加えて電気モータを具備することは、明らかな設計上の選択ではない。さらに、携行ユニットがバッテリー式である場合には、電気モータによって消費される電力が真空掃除機の稼働時間を短縮させるのは道理である。しかしながら、ディスクを駆動させるために電気モータを利用することによって、比較的適度な圧力降下で比較的高い分離効率を実現することができる。結論として、従来技術に基づく携行式掃除機と比較して、強力な真空モータを利用しなくても同一の清浄性能を実現することができる。従って、電力消費が小さい比較的小型の真空モータであっても利用することができる。その結果として、重量及び/又は電力消費の正味の低減が可能となる。
本明細書で説明した塵埃分離器は携行式真空掃除機で利用するのに特に良好に適しているが、当該塵埃分離器は例えば直立型真空掃除機、キャニスター型真空掃除機、ロボット真空掃除機のような代替的なタイプの真空掃除機でも利用可能であることに留意すべきである。
特許請求の範囲に定義される発明の技術的範囲から逸脱しないことを条件として、上述の実施例に対して様々な変更を加えることができることに留意すべきである。例えば、上述の実施例では、ディスクの穴が一連の別々の表面から構成されているが、他の実施例では、穴の側面が連続的に曲がっている湾曲面の形態とされることに留意すべきである。例えば、図20に表わすディスクの変更では、穴は連続的に流れる曲面であって、穴を砂時計状の形状とするように下流方向において一旦狭まった後に再び拡張される局面によって形成されている。
1 真空掃除機
2 携行ユニット
3 チューブ
4 掃除機ヘッド
10 塵埃分離器
11 モータ前フィルタ
12 真空モータ
13 モータ後フィルタ
14 通気口
20 容器
21 入り口ダクト
22 ディスク組立体
23 ディスク組立体
30 (容器20の)頂壁
31 (容器20の)側壁
32 (容器20の)底壁
33 ヒンジ
34 キャッチ
36 チャンバ
37 (チャンバ36の)入口
38 (チャンバ36の)出口
40 ディスク
41 電気モータ
42 キャリア
43 径方向スポーク
45 (ディスク40の)無穿孔領域
46 (ディスク40の)穿孔領域
47 (ディスク40の)穴
48 回転軸線
49 流れ軸線
50 塵埃
52a 第1の領域
52b 第2の領域
54a アレイ
54b アレイ
54c アレイ
54d アレイ
54e アレイ
54f アレイ
54g アレイ
54h アレイ
54i アレイ
56 (穴47の)長手方向軸線
62 ベクトル
64 パスライン
66 (ディスク40の)上流面
68 (ディスク40の)下流面
70 中心線
72 角度
74 (穴47の)口
75 経路線
76 テーパー部分
78 (テーパー部分76の)テーパー角度
80 逆テーパー部分
82 (逆テーパー部分80の)テーパー角度
86 (テーパー状部分76の)前方部分
88 (口74の)先縁部
90 (テーパー状部分76の)後方部分
92 (口74の)後縁部
101 塵埃分離器
102 塵埃分離器
103 塵埃分離器
2 携行ユニット
3 チューブ
4 掃除機ヘッド
10 塵埃分離器
11 モータ前フィルタ
12 真空モータ
13 モータ後フィルタ
14 通気口
20 容器
21 入り口ダクト
22 ディスク組立体
23 ディスク組立体
30 (容器20の)頂壁
31 (容器20の)側壁
32 (容器20の)底壁
33 ヒンジ
34 キャッチ
36 チャンバ
37 (チャンバ36の)入口
38 (チャンバ36の)出口
40 ディスク
41 電気モータ
42 キャリア
43 径方向スポーク
45 (ディスク40の)無穿孔領域
46 (ディスク40の)穿孔領域
47 (ディスク40の)穴
48 回転軸線
49 流れ軸線
50 塵埃
52a 第1の領域
52b 第2の領域
54a アレイ
54b アレイ
54c アレイ
54d アレイ
54e アレイ
54f アレイ
54g アレイ
54h アレイ
54i アレイ
56 (穴47の)長手方向軸線
62 ベクトル
64 パスライン
66 (ディスク40の)上流面
68 (ディスク40の)下流面
70 中心線
72 角度
74 (穴47の)口
75 経路線
76 テーパー部分
78 (テーパー部分76の)テーパー角度
80 逆テーパー部分
82 (逆テーパー部分80の)テーパー角度
86 (テーパー状部分76の)前方部分
88 (口74の)先縁部
90 (テーパー状部分76の)後方部分
92 (口74の)後縁部
101 塵埃分離器
102 塵埃分離器
103 塵埃分離器
Claims (15)
- 真空掃除機のための塵埃分離器であって、
塵埃を含む流体がチャンバに流入する際に通過する入口と、清浄された流体が前記チャンバから流出する際に通過する出口と、を有している前記チャンバと、
前記出口に配置されているディスクであって、回転軸線を中心として回転するように配置されており、前記清浄された流体を通過させるための穴を備えている前記ディスクと、
を備えている前記塵埃分離器において、
前記穴が、前記ディスクの少なくとも第1の領域及び第2の領域に亘って配設されており、前記第2の領域が、前記第1の領域の径方向外方に配置されており、
前記第2の領域の有孔率が、前記第1の領域の有孔率より高いことを特徴とする塵埃分離器。 - 前記穴が、前記第1の領域及び前記第2の領域と同様に第3の領域の全体に亘って配設されており、前記第3の領域が、前記第2の領域の径方向外方に配置されており、
前記第3の領域の有孔率が、前記第2の領域の有孔率より高いことを特徴とする請求項1に記載の塵埃分離器。 - 前記ディスクの有孔率が、前記穴が設けられている前記ディスクの径方向長さの略全体に沿って略連続的に大きくなっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の塵埃分離器。
- 前記第2の領域の有孔率が、前記第1の領域の有孔率より少なくとも20%高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
- 前記第2の領域の有孔率が、前記第1の領域の有孔率より少なくとも60%高いことを特徴とする請求項4に記載の塵埃分離器。
- 前記ディスクに対して垂直に見ると、前記穴それぞれが、杆体状とされ、前記ディスクの平面内で延在している長手方向軸線を規定していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
- 前記穴それぞれが、前記穴が設けられている前記ディスクの径方向長さの略全体に沿って延在していることを特徴とする請求項6に記載の塵埃分離器。
- 前記穴それぞれの前記長手方向軸線が、前記ディスクの径方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項6又は7に記載の塵埃分離器。
- 前記穴それぞれの前記長手方向軸線が、湾曲していることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
- 前記穴が、前記ディスクの上流面から下流面に至るまで延在しており、
前記穴それぞれが、前記ディスクの上流端部から下流端部に向かって狭窄されているテーパー状部分を有していることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の塵埃分離器。 - 前記穴が、前記ディスクの上流面から下流面に至るまで延在しており、
前記ディスクの径方向に沿って見ると、前記穴それぞれの、前記ディスクの厚さを貫通する経路が、中心線を定義しており、前記中心線が、前記ディスクに対して非垂直に傾斜していることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の塵埃分離器。 - 前記ディスクが、前記回転軸線を中心として所定の方向に回転するように配置されており、
前記穴それぞれの前記中心線が、前記ディスクの回転方向において前記中心線が前記ディスクの下流面と交差している地点の後方に位置する地点で前記ディスクの上流面と交差するように傾斜していることを特徴とする請求項11に記載の塵埃分離器。 - 前記チャンバが、塵埃を含む流体から分離された塵埃が前記チャンバの底部に収集されるように且つ前記チャンバの頂部に向かって徐々に蓄積されるように構成されており、
前記出口が、前記チャンバの前記頂部に又は前記チャンバの前記頂部に隣接して配置されており、
前記チャンバの前記底部が、軸線方向において前記チャンバの前記頂部から離隔していることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の塵埃分離器。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の塵埃分離器を備えていることを特徴とする真空掃除機。
- 前記真空掃除機が、杆体状のチューブを介して掃除機ヘッドに取り付けられている携行ユニットを備えているスティック型真空掃除機とされ、
前記携行ユニットが、前記塵埃分離器を備えており、
杆体状の前記チューブが、前記回転軸線に対して平行とされる軸線に沿って延在していることを特徴とする請求項14に記載の真空掃除機。
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