JP4987072B2 - 斯様なフィルタを有するダストフィルタ及び掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、掃除機において気流の外へ粉塵（dust）をろ過するダストフィルタ、及び斯様なフィルタをそなえた掃除機に関する。

ダストバッグ又はダスト分離サイクロンの下流の二次的なフィルタとして用いられる斯様なフィルタは、やがて、フィルタ膜へ付着するダストケーキを形成する粉塵粒子（dust particle）によって詰まらせられて、フィルタを介して流れるときに空気が流入する抵抗は、掃除機の吸引力に悪影響を及ぼすぐらいに増大する。フィルタの定期的なクリーニングは、フィルタが詰まって効果的な吸引力が過度に低下する度に、フィルタを新しいものに交換することなく吸引力の減少を回避するために役立つ。

米国特許出願公開第２００５／０１８３２３３号明細書によれば、掃くか又はかき回してフィルタ部材の粉塵を払うために、フィルタ部材のプリーツに沿って移動可能な自由端を持ついくつかの清掃部材が提供されている。

フィルタをクリーニングする態様は、フィルタが掃除機の中にあるとともに、除去されるべき粉塵が掃除機の内側にあることから実用的ではあるが、クリーニングプロセスの総合的な有効性の改善、特に細塵（fine dust）の除去に関する改善が望まれる。

本発明の目的は、粉塵及び特に細塵がフィルタ部材から効果的に除去され得る永続的な解決策を提供することにある。本発明によれば、この目的は、請求項１によるフィルタを提供することにより達成される。

サスペンションとそらし板（deflector）の自由端との間の可塑性プレートの少なくとも部分が、サスペンションに対する距離とともに減少する、そらし板の可動方向に対して直角の幅を持つので、可塑性プレートは、使用時の曲げ荷重が比較的大きい領域において、使用時の曲げ荷重が比較的小さい領域よりも堅くなる。これは、永続性の過度な短縮なしに、より高い全体的な剛性（higher overall stiffness）を可塑性プレートに持たせることになる。増大した全体的な剛性は、プリーツに対して比較的大きい力をかけ、プリーツに比較的強く衝突するので、動作中に、フィルタ膜のプリーツがノックされて積極的に振動し、粉塵がフィルタ膜から効果的に振り払われる点で有利である。可塑性プレートの増大した剛性のため、可塑性プレートは、そらしの解放後に比較的すぐに無負荷形状（unloaded shape）に戻る。原形へのそらし板の高速移動は、高い割合で連続的にプリーツをそらすことを可能にする。さらに、無負荷位置（unloaded position）へのそらし板のエネルギ回復は、そらし板に高いエネルギ衝撃で次のプレートを打たせることになるので、粉塵が次のプレートから効果的にたたき落とされる。

さらにまた、可塑性プレートの増大した剛性は、より高い剛性を持つプリーツをそらすことが可能となる。プリーツの増大した剛性は、そらし板により解放された後に、プリーツの比較的速いスプリング後退運動を生じさせる。そらし板により曲げられて解放された後に高い加速及び減速率を伴う原形及び元の位置へのプリーツの回復は、蓄積した粉塵をより効果的にプリーツから振り払うことになる。

本発明の詳細な実施形態は、従属請求項において説明される。

本発明の他の態様、効果及び細部は、概略図に示されたいくつかの例を参照して、詳細な説明において説明される。

図１〜３及び６に示された本発明によるフィルタ１の例は、上端部５及び底端部６を持ち、これらの間に、プリーツが付されたフィルタ膜２が固定されている。フィルタ１の上端部５には、通気道（air passage）７がそなえられている。シャフト４は、各端部５，６から回転自在に懸架されている。シャフト４は、２つのそらし板を持っている。フィルタ１は、フィルタ膜２が各端部５，６の間に取り外せないように取り付けられた一般的な円筒形状（cylindrical）のフィルタカートリッジである。

フィルタ膜２は、プリーツの列８を形成するために、材料にプリーツを付することにより１又はそれ以上のレイヤのシート材から形成されている。フィルタ膜２は、いかなる適切な商用のフィルタ材料で形成されてもよい。ｅＰＴＦＥのような、粉塵が容易に振り払われ得るフィルタレイヤ材料が特に適している。また、好ましくは、フィルタ膜は、実質的なフィルタ機能を持たない、支持用のバッキングレイヤ（backing layer）を持つ。

本例によるフィルタ１のフィルタ膜２は、プリーツが付された円周の円筒壁（pleated circumferential cylinder wall）に形成され、第１及び第２の端部が互いに結合されて、壁が環状である。フィルタ膜２は、上端部５と底端部６との間に配置され、プリーツ８が、上端部５から底端部６への方向に続いており、これにより、フィルタ表面が拡張するだけでなく、フィルタ膜２の補強も提供している。

シャフト４は、上端部５と底端部６との双方において軸受け取付（bearing-mounted）がなされて、シャフト４の回転を駆動させる駆動部へのシャフトのカップリングを可能にするために、底端部６を超えて延在している。シャフト４は、一般的な円筒形状のフィルタ膜２と同軸位置において懸架されている。

そらし板３Ａ，３Ｂは、それぞれがシャフト４からプリーツ８へと延在しており、少なくともプリーツ８及びそらし板３Ａ，３Ｂがそらされていない状態（undeflected condition）であるときにプリーツ８間に突出する自由端９Ａ，９Ｂをそれぞれが持っている。そらし板及びプリーツがそらされていない状態であるときに、自由端９Ａ，９Ｂは、２つの連続するプリーツ壁の間のすきまの対向して隣り合うプリーツ壁の自由端によって規定された面（plane）から、２つの連続するプリーツ壁の間のすきまの終端まで測定されたプリーツ深さの、好ましくは５〜２５％の深さで、より好ましくは１０〜２０％の深さでフィルタプリーツ８間に突出しており、各プリーツの脚部間の角度は、好ましくは２５°よりも小さい。そらし板３Ａ，３Ｂは、それぞれ、シャフト４からプリーツ８に向かって延在する可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂを含んでいる。

フィルタ膜２のクリーニングをするために、そらし板３Ａ，３Ｂの自由端９Ａ，９Ｂは、シャフト４を回転させることにより、プリーツ８の列に沿って動かされる。そらし板３Ａ，３Ｂのそらされていない自由端９Ａ，９Ｂは、そらされていないプリーツ８間に延在するので、プリーツ８は、そらし板３Ａ，３Ｂがプリーツ８に沿って動かされる際に、その列に沿ってそらしとそらしの解放とが相次いでなされる。

そらし板３Ａ，３Ｂがプリーツ８に抗して動かされるときに、その自由端９は、プリーツ８の側面に力をかけ、そらし板シャフト４が更に回転する際に双方のプリーツ８が曲げられる。同時に、可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂは、そらされた状態で曲げられる。図５は、そらされていない状態における可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂを示している。ある瞬間では、そらし板３Ａ，３Ｂがプリーツ８から外れて、プリーツ８が解放されるとともにそらされていない状態の方へ跳ね返る。同時に、そらし板３Ａ，３Ｂは、板バネのようにそらされていない状態の方へ跳ね返って、好ましくは完全にそらされていないことになる前に、次のプリーツ８に当たるだろう。プリーツ８及びそらし板３Ａの構造に依存して、そらし板３Ａは、その時点での一のプリーツ８を曲げるだけか又は同時に２若しくはそれ以上の連続するプリーツ８を曲げてもよく、他のプリーツ８が（部分的に）曲げられた後にだけプリーツ８を開放してもよい。そらし板３Ａにより同時に曲げられたプリーツ８の数は、そらし板がプリーツの列に沿って移動する際に少々変化してもよい。プリーツ８は、好ましくはそらされた後に個別に開放されるが、連続するプリーツ８が同時に開放されてもよい。

可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、そらし板３Ａ，３Ｂが懸架されるサスペンションを形成するシャフト４に対する距離とともに減少する、そらし板３Ａ，３Ｂの可動方向に対して直角の幅を持っている。サスペンションに向かって増大するこの幅のために、可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂは、曲げ荷重が比較的小さいサスペンションから離れた場所よりも、使用中の曲げ荷重が比較的大きいサスペンションの近くで堅くなる。それ故、そらし板の先端の変位に対するそらし板の剛性は、曲げ変形がそらし板の全域でより一様に分散されることで永続性が改善されつつ、同程度のそらし板、例えば同じ厚さ及び平均的な幅を持つそらし板よりも高くなる。特に、サスペンションの近くの高負荷部分における最大変形が削減される。

さらに、比較的高い剛性は、よりすぐに跳ね返る堅いプリーツにより、そらし板に、柔らかいプリーツに比べてより効果的に粉塵を振り払う比較的堅いプリーツ８を十分にそらせることを可能にする。内径が４〜１０ｃｍのフィルタについての堅いプリーツを得るために、フィルタ膜は、好ましくは、少なくとも１５０ｇ／ｍ２及び好ましくは２００ｇ／ｍ２〜３００ｇ／ｍ２のバッキング（backing）を持っている。プリーツ８及びそらし板の剛性は、好ましくは、無負荷状態からプリーツの解放の瞬間での変形した状態への、プリーツの列と直角をなす方向におけるそらし板の変形が、無負荷状態からプリーツ８の解放の瞬間での変形した状態への、プリーツの列と直角をなす方向におけるプリーツ８のそれぞれの変形とほぼ同じである。

可塑性プレートの幅は、好ましくは徐々に、より好ましくは自由端がプリーツに係合するときにこれらにかかる曲げモーメント（bending moment）に比例して減少するが、幅が可塑性プレートの半径方向の長さの部分のみに渡ってサスペンションに対する距離とともに減少すること、及び／又は、幅が段階的に減少することを提供することも可能であることに留意する。

高い剛性を持つそらし板３Ａ，３Ｂの他の利点は、そらし板３Ａ，３Ｂが、フィルタプリーツ８を曲げた後に速く原形に回復することである。これは、次のプリーツ８を曲げるために必要である。伸びた位置に戻るエネルギは、そらし板３Ａ，３Ｂが次のプリーツ８を強い衝撃で打つことになり、フィルタ膜２に付着している粉塵をほぐす。

そらし板３Ａ，３Ｂの自由端９Ａ，９Ｂは、湾曲した輪郭を持ち、より特に、輪郭の湾曲の半径は、自由端の側部よりも、自由端９Ａ，９Ｂの中心位置で大きくなる。そらし板３Ａ，３Ｂにより曲げられた場合には、そらし板のエッジ２４Ａ，２４Ｂの中心部分の経路に沿ったプリーツ８の部分は、そらし板のエッジ２４Ａ，２４Ｂの側部へより向かったそらし板のエッジ２４Ａ，２４Ｂの部分の経路に沿った部分よりも、さらにそらせるべき傾向にある。そらし板のエッジ２４Ａ，２４Ｂの湾曲した輪郭は、そらし板３Ａ，３Ｂとプリーツ８との間の接触圧力がより均等に分散されることになり、これにより、一極に集中したピーク負荷及びこれに応じたプリーツ８の部分的な摩耗を最小限にする。従って、フィルタ膜は、摩耗によりフィルタがリークすることになる前に、より頻繁にクリーニングされ得る。

さらに、そらし板３Ａ，３Ｂの自由端９Ａ，９Ｂは、プラスチック材料１４で被覆されている。プラスチック材料１４は、金属製のエッジよりも柔らかく滑らかであり、従って、フィルタ膜２の摩耗を減らすことになる。そらし板の先端の効果的な射出成形のために、そらし板のエッジ２４Ａ，２４Ｂに示されたような凹部を提供することが有利である。凹部において、射出ゲートにより出されたスプルー（sprue）は、フィルタ膜に対して損傷を引き起こさずに配置されてもよい。

図６において最も良く参照されるように、そらし板３Ａ，３Ｂの自由端９Ａ，９Ｂは、少なくとも部分的に、可動の方向（direction）又は向き（sense）３４の後方へ予め曲げられている。これは、可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂの比較的小さい特定の変形を伴って半径方向内向きにそらし板の先端を曲げることができるので有利である。

本例においては、そらし板３Ａ，３Ｂが、無負荷状態における実質的にフラットな形態（即ち、無負荷状態において予め曲げられる前に）から開始して、プリーツ８の列に沿って動かされるときに、可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂが、上述のように少なくとも部分的に予め曲げられた形状へと塑性的に変形されるように、そらし板３Ａ，３Ｂが懸架されるとともに寸法付けられる。それ故、そらし板３Ａ，３Ｂが予め曲げられる程度は、フィルタ膜２のプリーツ８のロケーション及び剛性に依存するので、そらし板３Ａ，３Ｂが予め曲げられる形状は、使用時にそらし板３Ａ，３Ｂと協働する特定のフィルタ膜２の特性に対して正確に調節される。本例によるフィルタにおいては、端部５，６が、フィルタ膜２に取り外せないように結合され、そらし板３Ａ，３Ｂが、中間に取り付けられ、ひいては、少なくとも実用的なことを考慮すると、同一のフィルタカートリッジのフィルタ膜２から分離できないので、この特徴は、特別な利点である。この例による新たなフィルタカートリッジは、古いものと交換するために提供される場合には、フィルタカートリッジ中に分離できない状態で予め取り付けられた新たなそらし板をそなえている。新たな状態においては、そらし板がプリーツ間を超えて突出する距離は、プリーツに力がかからない場合に、好ましくは少なくとも１．５ｍｍである。使用後、この距離は、そらし板及びプリーツの永続的な変形により、１．５ｍｍよりも小さくなってもよい。

本例によるフィルタ１のそらし板３Ａ，３Ｂの可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂは、シャフト４に取り付けられた単一のコモンプレートの部分であり、シャフト４の互いに反対側に延在している。

低コストでの製作に関して、可塑性プレート１０Ａ，１０Ｂが、実質的に一定の厚さのフラットシート材料、例えば、バネ鋼でできている場合に利点がある。

好ましくは、５ｃｍの内径を持つフィルタに関して、可塑性プレートが、０．１５ｍｍと０．２５ｍｍとの間の一定の厚さを持つバネ鋼である。フィルタは、好ましくは、４〜１０ｃｍの内径を持つ。そらし板の先端での最大のそらしがフィルタの直径及び適宜増大したプリーツサイズにほぼ比例的になることを前提として、フィルタが５ｃｍよりも小さい又は大きい内径を持つ場合には、バネの厚さは、好ましくは、それぞれ、同じレベルでの可塑性プレートにおける最大の応力を保つために、５ｃｍの直径のフィルタについて好ましい厚さ範囲よりも比例的に小さく又は大きく選択される。

図３は、本発明によるフィルタ１が掃除機１１に組み込まれて、本発明による掃除機を形成する一例を示している。掃除機１１は、外側チャンバ１７、中間チャンバ１８、及び流出チャンバ１９を持っている。フィルタ１は、上方に開口する通気道（air passage）７をそなえた中間チャンバ１８の中央に配置され、フィルタ膜２により固定された流出チャンバ１９を中間チャンバ１８から分離する。モータ２６に結合されたファン１５は、通気道７の下流に搭載されている。掃除機の下部において、モータ１６は、フィルタ１のプリーツ８に沿ってそらし板３Ａ，３Ｂの回転を駆動させるためのシャフト４に結合されて配置されている。ホース１２は、掃除機１１のハウジングに接続されて、外側チャンバ１７の中に開口している。

動作において、ファン１５は、矢印２０に示されるように、システムを使用して、ホース１２及び接線入口１３を介して空気を取り込む。空気の流れは、矢印２１に示されるように、外側及び中間リング１７，１８を介して、及びチャンバ１９中のプリーツが付されたフィルタ膜２を介して続いている。その後、ろ過された空気は、出口７を介してフィルタ１の外へ吸引され、矢印２３に示されるように、それぞれの通気スロットを介して掃除機本体の外へ吐き出される。

接線入口１３は、空気及び粉塵をリング形状のチャンバ１７において循環させることになる。これは、特に大きな粉塵粒子を中間チャンバ１８への空気の流れから分離するために十分な強さの遠心力を生成する。大きな粒子は、最終的に、外側リング１７の底部に沈下するだろう。

それ故、エア取り込み中間リング形状チャンバ１８は、空気が中心チャンバ１９内のフィルタ膜２を通り抜けるときに非常に広範囲にろ過して取り除かれる、微細な粉塵粒子を未だ含んでいる。

やがて、フィルタ膜２に付着した粉塵粒子がその表面上でダストケーキを形成し、フィルタにより引き起こされた抵抗が適宜増大することで、掃除機１１がホース１２の入口端での吸引力を減少させることになる。ダストケーキは、好ましくはファン１５がフィルタ２を通る気流をドライブせずに、上述したように、プリーツ８に沿ってそらし板３Ａ，３Ｂを動かすことにより広範囲に除去され得る。プリーツ８の攪拌は、ダストケーキを割ってフィルタ膜２から振り払い、フィルタ１下部の中間チャンバの底部に落とすことになる。外側及び中間チャンバ１７，１８の底部分に収集された粉塵の粒子は、継ぎ目２５に沿って掃除機を開けて、蓄積した粉塵を排出することにより除去され得る。

本例においては、粉塵を取り込んでいる空気は、フィルタ１の外側からフィルタ膜２を介してフィルタ１の内側へとガイドされる。この態様において、空気の流れから外へろ過された粉塵は、フィルタ１の外側に蓄積する。従って、そらし板３Ａ，３Ｂは、大部分の粉塵から保護され、そらし板の動作は、大量の粉塵及びそらし板の周りに蓄積する髪のようなアイテムによって妨げられ得ない。

好ましくは、モータ１６は、少なくとも０．３ｍ／ｓ、好ましくは少なくとも０．５ｍ／ｓのそらし板の自由端９Ａ，９Ｂでの周速度で、プリーツ８の列に沿ってそらし板３Ａ，３Ｂの回転を駆動させるのに適している。

規則的な間隔で、例えば、フィルタ１全体の圧力低下のレベル、又は掃除機が使用されている間の前回のクリーニング後の経過時間に依存して、モータ１６は、ファン１５がフィルタ２を通る気流をドライブすることなく、シャフト４を回転させて、プリーツ８に沿ってそらし板３Ａ，３Ｂを動かすために起動され得る。クリーニングプロセスの間において、そらし板３Ａ，３Ｂの動作は、スピードの変化を生じてもよく、中断されてもよい。回転の向きは、逆方向にされてもよいが、常時同じであることが好ましい。

上記から、特許請求の範囲で説明されたような本発明の構成の範囲内で、上述した例以外の多くのバリエーションも考えられることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、そらし板は、フィルタの外側に位置されてもよい。また、外側に再びそらし板をそなえたフィルタの内側からフィルタの外側へ空気を通過させることも可能である。２つのそらし板に代えて、単一のそらし板又はより多くのそらし板が提供されてもよい。また、可塑性プレートは、繊維やマトリクス材を含む複合材料のような、他のタイプの材料で作られてもよい。さらに、フィルタがそらし板の静止状態で回転されてもよく、又は、フィルタとそらし板との双方が相対的に反対方向に回転されてもよい。図４において、代替実施形態は、フィルタ１１１がパネルフィルタであることが示されている。そらし板１１３は、その接続側端部よりも自由端で僅かに薄く、粉塵を解放するためのプリーツ１１２に沿って上下に移動するために懸架されている。

本発明が図面及び上記説明において詳細に説明されて例示される一方で、斯様な例示及び説明が、実例又は例として考慮されるだろう。本発明は、開示した実施形態に限定されない。開示した実施形態の他のバリエーションは、図面、開示、及び特許請求の範囲の知識から当業者によりもたらされ、理解され得る。特許請求の範囲において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は複数の存在を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載された複数のアイテムの機能を全て具備してもよい。或る寸法が、互いに異なる従属請求項において記載されるという単なる事実は、これらの寸法の組み合わせが有利に用いられることができないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして構成されるべきではない。

空気の流れの外へ粉塵をろ過するためのダストフィルタは、プリーツの列でプリーツが付されたフィルタ膜を有している。プリーツそらし板は、フィルタ膜のクリーニングのために、プリーツの列に沿って移動可能なように可動的に懸架されている。そらし板は、そらし板及びプリーツがそらされていない状態である場合に、プリーツ間に延在する自由端を持っており、このように、そらし板がプリーツの列に沿って動かされる場合に、プリーツは、列に沿ってそらし及びそらしの解放が相次いでなされる。そらし板は、サスペンションと自由端との間の少なくとも一部分が、サスペンションに対する距離とともに減少する、そらし板の可動方向と直角をなす幅を持つ可塑性プレートであるか又は当該可塑性プレートを有している。これにより、増大した剛性のそらし板は、効果的な粉塵の除去に有利であることが得られる。

本発明によるフィルタの一例の斜視図である。 図１に示されたフィルタの断面の正面図である。 図１及び２に示されたフィルタをそなえた掃除機の断面図である。 本発明によるフィルタの他の例の斜視図である。 そらされた状態における、そらし板及び２つのプリーツをそなえた、図１〜３に示されたフィルタの断面の上面図である。 そらされていない状態における、そらし板及びプリーツをそなえた、図５による図である。

Claims (11)

1. 掃除機において気流の外へ粉塵をろ過するダストフィルタであって、
   プリーツの列でプリーツが付されたフィルタ膜と、
   前記フィルタ膜のクリーニングのために、前記プリーツの列に沿って移動可能に可動的に懸架されたそらし板とを有し、
   前記そらし板は、サスペンションから前記プリーツへと突出するとともに、前記そらし板及び前記プリーツがそらされていない状態である場合に、前記プリーツ間に延在する自由端を持ち、前記そらし板が前記プリーツの列に沿って動かされる場合に、前記プリーツが前記列に沿ってそらし及びそらしの解放が相次いでなされ、
   前記そらし板は、前記サスペンションと前記自由端との間の少なくとも一部分が、前記サスペンションに対する距離とともに減少する、前記そらし板の可動方向と直角をなす幅を持つ可塑性プレートであるか又は当該可塑性プレートを有する、ダストフィルタ。
2. 前記可塑性プレートは、実質的に一定の厚さを伴うフラットシート材である、請求項１に記載のダストフィルタ。
3. 前記フィルタ膜は、第１の端部と、前記第１の端部に結合された第２の端部とを持ち、流入又は流出空間の周りに延在する、請求項１又は請求項２に記載のダストフィルタ。
4. 前記フィルタ膜は、プリーツが付された円周の円筒壁の形であり、
   前記そらし板が、前記フィルタ膜と同軸のシャフトから懸架される、請求項３に記載のダストフィルタ。
5. 少なくとも２つの前記そらし板を有し、
   前記そらし板の前記可塑性プレートは、前記シャフトに取り付けられたコモンプレート部材の形状であり、前記シャフトから前記シャフトの互いに反対側に突出する、請求項４に記載のダストフィルタ。
6. 前記そらし板は、可動の方向又は向きで前記プリーツに沿って移動可能であり、
   前記そらし板は、少なくとも部分的に、前記可動の方向又は向きに対して後方へ予め曲げられる、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のダストフィルタ。
7. 前記そらし板は、無負荷状態において実質的にフラットな形態から開始して、前記そらし板が前記プリーツの列に沿って動かされるように懸架されているとともに寸法付けられていて、
   前記可塑性プレートは、少なくとも部分的に移動の方向又は向きに対して後方へ予め曲げられる形状へと塑性的に変形する、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のダストフィルタ。
8. 前記そらし板は、少なくとも部分的に湾曲した輪郭を持つ自由端を持つ、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のダストフィルタ。
9. 前記輪郭の湾曲の半径は、前記自由端の側部よりも前記自由端の中心位置において大きい、請求項８に記載のダストフィルタ。
10. 請求項１〜９のうちいずれか一項に記載のダストフィルタを有する、掃除機。
11. 少なくとも０．３ｍ／ｓ、好ましくは少なくとも０．５ｍ／ｓの、プリーツ先端に対しての速度で、前記プリーツの列に沿って前記そらし板の移動を駆動させる駆動部を有する、請求項１０に記載の掃除機。

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