JPH06105772A - 電気掃除機の吸口部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エア−タービンを動力源としてブラシを回転さ
せる電気掃除機吸口部の低騒音化と、エア−タービンの
羽根車出力トルクの増加を図る。 【構成】エアータービンの羽根車２の後方に揺動自在の
回転管４を配置し、回転管４の開口部の軸方向流路幅２
ａを羽根車羽根幅以上に長くし、吸込部方向の羽根車２
の中心位置と回転管４の開口部の中心位置がほぼ同じ位
置になるように構成した。さらに、羽根車回転軸３の床
面からの高さをノズルより上方にし、ノズルの最下点と
羽根車の最下点をほぼ同じにした。

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
係り、特に、エアータービンを備えた電気掃除機に好適
な電気掃除機の吸い口部に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転ブラシ駆動用エアータービン
を備えた電気掃除機の吸口部は吸込口本体と回転管とか
らなり、回転管は吸込口本体と電気掃除機本体とを結ぶ
ホースを接続する構成となっている。そして、回転管の
先端部にはエアータービンを覆うように半円筒部が設け
られており、さらに、この回転管は吸込口本体に対し揺
動自在であり、その揺動中心は半円筒部の両側でエアー
タービンの回転中心の近傍であった。この従来の吸口部
の例としては、実開平1-28761号公報に記載がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、回転管の揺動により、ノズル部により規定されるタ
ービンの入口側からタービンの出口側までの周方向角度
が変化する。そのため、タービン駆動用の空気流のター
ビン内部における流路長さの変化に伴い、流体抵抗が変
化し、タービン及び回転ブラシの回転数が変わる。その
結果、回転ブラシによる集塵にむらが生じて、絨毯面な
どの掃除が不均一になってしまうという不具合があっ
た。また、回転管と吸込口本体の一部がオーバーラップ
するように構成されているので、吸込口本体の高さが高
くなるとともに、２重の円筒面となり、小形軽量化に支
障をきたす。そこで、高さを低くするために、回転管と
タービンの隙間を狭くすると、回転管の揺動により最適
なタービンノズル隙間が確保されず、回転管の壁面に気
流が衝突するなどして流体抵抗が増加し、タービンの出
力トルクが低下してしまう。また、回転管が上方に回転
すると、回転管の上面側の半円筒部が上部ノズル部に回
り込み、逆に回転管が下方に回転すると、回転管の下面
側の半円筒部が下部ノズル部に回り込むのでノズル隙間
を変化させ、流入した気流の壁面との衝突により流れが
剥離し、騒音が大きくなっていた。

【０００４】ところで、エアータービンは、絨毯等の抵
抗やタービン出力を回転ブラシに伝達するタイミングベ
ルトの損失等を補うため、大きなトルク（回転力）が必
要で、例えば、回転数が10000rpmでは180gf・cmのトル
クが必要である。ここで、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。そして、トルクはブラシが回転するときの抵抗体
（絨毯、畳など）の抵抗係数によって決定される。ま
た、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大きくなるような風量
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から1.5m³/minに制御されている。したがって、これ
らの「噴出風量」において、エアータービンが所用のト
ルクを出力するために必要なノズルの「噴出流速」は約
100m/sにも達し、高速のジェット気流が必要となる。エ
アータービンの騒音は、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、ノズルから直接流出する気流
がタービン周囲の壁面に衝突して生ずる衝突音との和で
表される。この中では、特に、とが大きく、そして
その大きさがほぼ同レベルである。このジェット音を低
減するためにはノズルの流速を低くすれば良いが、発生
トルクも小さくなり、回転ブラシの回転力が絨毯等の抵
抗に負けて、回転しなくなる不具合があるので、所用の
流速にてジェット気流が流れるようにしなければならな
い。さらに、との衝突音の低減をも実施しないと吸
込口本体の大幅な騒音低減はできない。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するための
もので、回転ブラシを回転させるに必要なトルクを有す
るとともに、エアータービンの気流音を低減した電気掃
除機の吸込口を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、回転軸とその軸に取り付けられ該軸の半径方向に延
びる複数個の羽根を有する羽根車とを備えたエアーター
ビンと、該エアータービンにジェットを供給するノズル
と、該エアータービンの発生トルクにより駆動されるロ
ータリーブラシとを備えた電気掃除機の吸口部におい
て、前記羽根車に対してノズルと反対側に揺動自在の回
転管を配設し、前記回転軸の軸方向における該回転管の
羽根車側開口部の幅を該方向における前記エアータービ
ンの羽根幅以上としたものである。また、ノズルからの
吸込気流を当てることにより回転する羽根車を有するエ
アータービンと、該エアータービンの発生トルクにより
駆動されるロータリーブラシと、前記タービンに取り付
けた羽根車と、前記エアータービンから吐出され気流を
電気掃除機の本体に導く回転管とを備え、前記羽根車の
中心軸方向における前記羽根車と前記回転管の中心位置
を近接させたものである。また、羽根車の中心軸方向に
おける羽根車と回転管の中心位置を近接させたものであ
る。さらに、前記回転軸を前記ノズルより上方に配設
し、前記ノズルの下端面と前記羽根車の外周最低面の高
さをほぼ同じくし、羽根車の羽根長さ（ｌ）を前記ノズ
ルの開口径（Ｄｎ）の７割以上としたものである。ま
た、前記羽根車の羽根先端を羽根厚みより大きい円弧で
形成した物である。さらに、前記羽根車を２つの分割羽
根車より形成し、該それぞれの分割羽根車の突合せ部側
から軸方向端部に向けて羽根長さを変化させたものであ
る。また、前記羽根車を複数の分割羽根車より形成し、
前記羽根車の軸平行断面におけるボス部形状が前記羽根
車の軸方向中心に対し対称で、それぞれほぼ円弧状とし
たものである。

【０００７】

【作用】本発明では、回転管は上下に揺動自在であり、
エアータービンの後方に配置してあるので、回転管を上
下に回動してもノズルからの吸込気流の羽根車から回転
管開口部までの流路長がほとんど変わらないので、流路
抵抗が変化せず、羽根車の回転数が安定となり、回転ブ
ラシへの伝達トルクも変化せず絨毯面などの掃除性能が
安定する。また、回転管が上方に回転したときも、下方
に回転したときも、羽根車の入り口流路形状が変化せ
ず、さらに、タ−ビン室壁面と回転管壁面が滑らかな曲
線で形成されるので、ノズル及び羽根車からの気流の流
入角度が変化せず、気流の渦発生を抑え騒音エネルギ−
を低減できる。

【０００８】ところで、電気掃除機の吸口部のエア−タ
−ビンでは、針、楊枝、毛髪などの細長い塵埃が羽根車
の回転を阻害することなく、下流に流出することが必須
の条件である。このためノズルから流出したジェットの
速度に対し羽根車の周速を著しく小さくして、ジェット
の大部分は、羽根車を迂回して流れ、一部の流れのみが
羽根車羽根間を通過することが必要となる。本発明で
は、回転管の開口幅を羽根車幅以上とし、これらの中心
位置を近接させることにより、大部分のジェットが羽根
車を迂回できる。

【０００９】ノズルから流出したジェットの速度に対し
羽根車の周速が著しく小さいので、羽根車羽根間を通過
する流れは、羽根車の羽根に衝突する。このため、羽根
車流出直後は、ノズルから流出したジェットを避けて羽
根車の両軸端側にＵターンして流れる。この羽根車に衝
突した気流のほとんどは、羽根車の軸方向に拡散しなが
らエアータ−ビンの底面側を流れて、回転管の開口部に
流れて行く。本発明では回転管の開口部幅を羽根車幅以
上にしたので、羽根車羽根間を通過した流れやノズルか
ら流出したジェットのうち羽根車を迂回した流れがスム
ーズに回転管に流入し、タ−ビン羽根車の下流壁面や回
転管の壁面から剥離することが無いので、剥離による乱
れの発生に基ずく騒音が発生しない。

【００１０】また、羽根車のボス部の断面形状を、左右
に円弧状に構成したので、ジェット羽根間に流入した気
流が、ボス部の曲がり沿ってすみやかに羽根の軸方向へ
拡散するので、羽根に衝突する際の騒音が暖和できる。
さらに、羽根車に衝突した流れが、羽根車の回転軸方向
の両端面側を通過するので、再び、羽根車に衝突するこ
とがなく、騒音の防止が図られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例の電気掃除機吸口
部の被清掃床面に平行な断面の図であり、図２は本発明
の電気掃除機吸口部の羽根車回転軸に垂直な断面図であ
る。エア−タ−ビンはノズル１と、複数の羽根を備えた
羽根車２と、羽根車回転軸３と、羽根車２の後方に上下
に揺動自在な回転管４とを備えている。そして、回転管
４の開口部の揺動軸方向入口幅４ａを羽根車２の羽根幅
２ａとは同一であり、その掃除機本体側に回転自在な吸
口継手５が接続されている。また、吸口部には、エア−
タ−ビンの他に、ロ−タリブラシ６と、エア−タ−ビン
の回転力をロ−タリブラシに伝達するタイミングベルト
７と、吸込部ケ−ス８とを備えている。

【００１２】次にこのように構成した電気掃除機の吸口
部の動作を説明する。電気掃除機の電源を起動すると、
吸込空気は、吸口部ケ−ス８の床面→ロ−タリブラシ６
の近傍流路→ノズル１→エアータービンの羽根車２→回
転管４の順に流れる。ノズル１の近傍の吸込気流９は、
ノズル１に絞られてジェット１０となり、エアータ−ビ
ンの羽根車２の内部に流入し、ジェット１０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−タリブラシ６に伝達さ
れ、ロ−タリブラシ６を回転させる。ロ−タリブラシ６
の回転により、絨毯等の掃除面から塵埃を掻き上げて集
塵を行う。

【００１３】このような構造の吸口部に吸口継手５と図
示しない延長管を接続し、被掃除面上を前後に摺動させ
て掃除する場合、回転管４が上下方向に回動しても、図
２の破線で示すように回転管４が羽根車２の後方、すな
わち下流側に位置しているので、ノズル１から羽根車２
を通って回転管４に抜ける吸込気流の流路長さが一定と
なる。これにより、所要の回転トルクを一定に保持で
き、羽根車の回転が安定して回転ブラシ６に伝達される
ので、絨毯面などの掃除にむらがなく、集塵性能が保持
できる。また、回転管４の前側の先端の軸直角断面形状
は回転管が揺動できるように円弧形状であり、その直径
ｄ₅は羽根車２の直径ｄ₂よりも小さくしている。そのた
め、羽根車を覆う回転管に比べ吸口高さを低くでき、ベ
ッドの下等の狭い空間の掃除が容易になる。

【００１４】また回転管４が上方にあるとき（イの流
れ）でも、下方にあるとき（ロの流れ）でも、羽根車後
流における流れ方向の曲がり具合が緩やかであるので、
ノズル１および羽根車２からの気流がスム−ズに電気掃
除機本体に導かれ、騒音の発生と通気抵抗を抑制でき
る。また、羽根車２の下側外周面とタ−ビン壁面１７と
の間に形成される流路の流路幅は回転管が揺動しても変
化しないので、ゴミ詰まりによる集塵性能の低下を引き
起こす心配がない。さらに、タ−ビン室壁１７と回転管
壁面１８を連続する滑らかな曲線で形成したので、羽根
車２から吐出した気流のこれらの壁面からの剥離が抑制
され、剥離に起因して発生する騒音が発生しにくくな
る。

【００１５】ノズルから流出したジェット気流１０の速
度に対し羽根車の周速は著しく小さいので、ジェットの
大部分は、図２の矢印１４のように羽根車を迂回して流
れ、一部の流れが羽根車羽根間を通過する。羽根車羽根
間を通過する流れは、羽根車羽根に衝突し、矢印１１
ａ、１１ｂのようにノズルから流出したジェット１０を
避けて羽根車両端側にＵターン状に流れる。この羽根車
に衝突した流れは１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂのよ
うに流れ、最終的には吸口継手５に流入する。この間、
羽根車の回転軸方向の両端面の外側の気流通路１５、１
６を通過した気流は、羽根車２の羽根幅２ａと同一長さ
４ａである回転管４の開口部を通り回転管壁面に沿って
流れることになる。これにより、迂回した流れ１３ａ、
１３ｂが急縮小路に流入する時に生じる流れ方向の急激
な変化を防止でき、流れが壁面から剥離せず、剥離によ
る乱れに起因する騒音が発生しない。

【００１６】この実施例では、羽根車２の中心位置と回
転管４の中心位置が重なっていないが、吸込部の幅方向
にこれらを一致させるか、または回転管４の開口部の幅
４ａを羽根車幅２ａより長くすると、羽根車を迂回した
流れが壁面に衝突することなく回転管の開口部に吸い込
まれ、吸口継手５の出口まで流体損失が少なく流れるの
で、騒音の低減効果は一層大きい。

【００１７】図３はノズル１と羽根車２の床面に垂直方
向の位置関係を示したもので、羽根車軸３をノズル穴の
上端より上方に位置し、床面からの高さがほぼ同じ位置
にノズル下点位置と羽根車２の外周面最下点を位置させ
ている。そして、羽根長さｌ（羽根外半径−羽根内半
径）をノズル開口径Ｄｎに対して７割以上に設定してい
る。本実施例では、羽根車２の羽根長さｌを１２.５m
m、ノズル開口径Ｄｎを１６mmにした。図４は、この位
置関係をノズル正面方向から見た図である。羽根車２の
トルクは、羽根における流入部と流出部の角運動量の差
によって発生する。そして、エア−タ−ビンの羽根車の
流れの流入部と流出部は、ともに羽根車２の羽根外周先
端部にあるので、羽根車２の羽根外周先端が最も床面に
近い状態、すなわち羽根半径方向の最下点にあるとき、
このトルクが最も大きくなる。ここで、羽根２ａの長さ
が短いと、ジェット気流１０が羽根間に流入してもすぐ
に軸方向へ流出してしまい十分なトルクが得られない。
一方、羽根２ａの長さが長すぎると、羽根間にジェット
気流が入り込み過ぎて軸方向へ流出した気流が抜けにく
くなった分だけ追従する羽根２ａの背面側へ当たり、羽
根車２を本来の回転方向と逆の方向に回転させるトルク
を生じ、負の仕事をしてしまう。そこで、ノズル１から
のジェット気流１０を羽根車２に対し最も効率よく仕事
をするような羽根長さｌを選ぶ。本発明者の実験によれ
ば、図５のようにノズル開口径Ｄｎに対して、羽根長さ
ｌを７割以上にするとロ−タリ−ブラシに必要な最小限
のタ−ビントルク（２００ｇｆ・ｃｍ）を得ることがで
きることが判明した。

【００１８】そこで、本発明の第一の実施例では、図６
に示すように２つのランナー、ランナ−（右）２Ｒとラ
ンナ−（左）２Ｌを隣り合わせて羽根車２を形成し、各
ランナーは夫々羽根枚数が８枚ずつあり、その羽根は、
周方向に左右でずらして配列している。ノズル１からの
ジェット気流１０は、羽根車２のランナ−２Ｒとランナ
−２Ｌに衝突するが、左右のランナ−が周方向に互にず
れているのでランナー１枚あたりの衝撃が緩和される。
また、羽根の先端を羽根板厚みより大きい円弧で形成
し、例えば、図７に示すように羽根先端１９を丸くする
ことにより、ジェット気流を横切る際に発生する（羽根
枚数×回転数）を基本次とした羽根回転音を抑制でき
る。

【００１９】他の羽根車の実施例を、図８〜図１１に示
す。図８と図９の羽根車は、２つのランナー２０Ｌ、２
０Ｒの継ぎ目から軸方向端部へ向けて羽根高さを変えた
ものである。図８は、羽根車２のランナ−２０Ｒとラン
ナ−２０Ｌにノズルからのジェット気流が当たっている
状況を表している。ノズルから吐出したジェット気流
は、最大速度を有しており、これが、羽根車の羽根に衝
突すると、流れが乱れて騒音が増大する。本実施例によ
れば、気流が羽根に衝突するタイミングがずれるので、
いわゆるスキュ−効果となって左右８枚ずつ交互にずら
した配列だけのものよりもさらに、騒音低減が可能とな
る。

【００２０】図１０と図１１の羽根車は、ランナ−２１
Ｒ（右）、２１Ｃ（中央）、２１Ｌ（左）の３つで構成
されており、ランナ−２１Ｃの中心から左右に略断面円
弧状のボスを形成している。図１０には、ノズルからの
ジェット気流が羽根車に当たって羽根間を流れる状況を
表している。これによって、ジェット気流が羽根間に流
入すると同時にボス部の曲がりに沿って、すみやかに左
右に分散され、羽根車軸方向へと拡散するので、羽根ボ
ス部に衝突して発生する騒音が緩和できるのが分かる。
さらに、羽根断面における曲がりの効果により羽根車に
衝突した流れが、羽根車の回転軸方向の両端面を通過し
やすくなるので、再び、羽根車に衝突したり、ノズル側
へ戻ったりすることが内。これにより、羽根車との再衝
突による騒音、及び戻り流とジェットとの混合による騒
音が防止される。さらに、羽根車の出力が増加する効果
も得られる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、羽根車の後方に揺動自
在の回転管を配置するとともに回転管開口部の軸方向流
路幅を羽根車羽根幅以上に長くしたので、回転管を回動
してもノズルと回転管により形成される吸込流路形状が
変化せず、また、ノズルから羽根車出口までの流路長が
変わらないので羽根車の出力トルクが安定し、そのトル
クが安定して回転ブラシに伝達されるので、絨毯面など
の掃除性能が安定するとともに、流路形状の変化が少な
いので衝突等による騒音の発生を抑制し、低騒音で高性
能な電気掃除機の吸口部を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の吸口部の上ケ−ス２を除
き、部分断面図を併用した平面図である。

【図２】本発明の一実施例の吸口部の羽根車回転軸に垂
直な断面図である。

【図３】図２の羽根車付近の断面図である。

【図４】図３でノズル方向から見た羽根車断面図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例による回転トルクの変化を
示すグラフである。

【図６】本実施例の羽根車の斜視図である。

【図７】羽根車側の断面図である。

【図８】本発明の一実施例の吸込気流が羽根車に当たる
流れ状態を示す図である。

【図９】図８の斜視図である。

【図１０】本発明の一実施例の吸込気流が羽根車に当た
る流れ状態を示す図である。

【図１１】図１０の斜視図である。

【符号の説明】

１ … ノズル、 ２ … 羽根車、 2a … 羽根車軸方向長さ、 ４ … 回転管、 4a … 回転管開口部長さ、 ５ … 吸口継手、 ８ … 吸込部ケ−ス、 ９ … 吸込気流、 10 … ジェット気流、 11 … 羽根車羽根間を通過中の流れ、 12 … 羽根車羽根間を通過した流れ、 13 … 羽根車羽根間を通過した流れ、 14 … 羽根車を迂回する流れ、 ｌ … 羽根長さ、 Dn … ノズル開口長さ、 20R… ランナ−（右）、 20L… ランナ−（左）、 21R… ランナ−（右）、 21C… ランナ−（中央）、 20L… ランナ−（左）。

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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸とその軸に取り付けられ該軸の半径
   方向に延びる複数個の羽根を有する羽根車とを備えたエ
   アータービンと、該エアータービンにジェットを供給す
   るノズルと、該エアータービンの発生トルクにより駆動
   されるロータリーブラシとを備えた電気掃除機の吸口部
   において、 前記羽根車に対してノズルと反対側に揺動自在の回転管
   を配設し、前記回転軸の軸方向における該回転管の羽根
   車側開口部の幅を該方向における前記エアータービンの
   羽根幅以上としたことを特徴とする電気掃除機の吸口
   部。
2. 【請求項２】ノズルからの吸込気流を当てることにより
   回転する羽根車を有するエアータービンと、該エアータ
   ービンの発生トルクにより駆動されるロータリーブラシ
   と、前記タービンに取り付けた羽根車と、前記エアータ
   ービンから吐出され気流を電気掃除機の本体に導く回転
   管とを備え、前記羽根車の中心軸方向における前記羽根
   車と前記回転管の中心位置が近接していることを特徴と
   する電気掃除機の吸口部。
3. 【請求項３】前記羽根車の中心軸方向における前記羽根
   車と前記回転管の中心位置が近接していることを特徴と
   する請求項１に記載の電気掃除機の吸口部。
4. 【請求項４】前記回転軸を前記ノズルより上方に配設
   し、前記ノズルの下端面と前記羽根車の外周最低面の高
   さをほぼ同じくし、羽根車の羽根長さ（ｌ）を前記ノズ
   ルの開口径（Ｄｎ）の７割以上としたことを特徴とする
   請求項１に記載の電気掃除機の吸口部。
5. 【請求項５】前記羽根車の羽根先端を羽根厚みより大き
   い円弧で形成したことを特徴とする請求項１に記載の電
   気掃除機の吸口部。
6. 【請求項６】前記羽根車を２つの分割羽根車より形成
   し、該それぞれの分割羽根車の突合せ部側から軸方向端
   部に向けて羽根長さを変化させたことを特徴とする請求
   項１に記載の電気掃除機の吸口部。
7. 【請求項７】前記羽根車を複数の分割羽根車より形成
   し、前記羽根車の軸平行断面におけるボス部形状が前記
   羽根車の軸方向中心に対し対称で、それぞれほぼ円弧状
   であること特徴とする請求項１記載の電気掃除機の吸口
   部。