JPH0686741A

JPH0686741A - 電気掃除機のエアタービン吸込具

Info

Publication number: JPH0686741A
Application number: JP24035792A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Mikami; 克雅三上; Masaro Sunakawa; 正郎砂川; Susumu Yamazaki; 山崎　　進; Shigenori Sato; 繁則佐藤; Koji Nakagawa; 幸二中川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1994-03-29
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JP2803484B2

Abstract

(57)【要約】【構成】複数に分割した羽根車のブレードを、互いに反
ピッチずらしたエアタービン羽根車の構成にし、この分
割面とノズルの中心軸を一致させ、回動継手の受口の中
心軸とノズル入口側の中心点とをほぼ一致させるか、も
しくは、ノズル・羽根車の分割面・回動継手の受口のそ
れぞれの中心軸をほぼ一致させる。回動継手の受口形状
を略ジョウゴ形にし、該受口とタービン室の羽根車の軸
受側側壁を流線形の円弧で結ぶ。タービン室の上下面等
の各々と羽根車とのギャップを適正にした構造にする。【効果】本発明によれば、吸込具の主ノズル・エアター
ビン羽根車・タービン室・回動継手で構成される流路の
主ノズルで噴出される高速ジェット気流を整流化できる
ので、騒音の低減及び発生トルクの増大が図れる効果が
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気掃除機の吸込具に
おけるエアタービンに係り、特にタービン室内の高速ジ
ェット気流の衝突音を抑制できる、流路形状に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】生活習慣の多様性から、床面は木床（フ
ローリング）・畳・絨毯と多岐にわたり、それぞれの種
類も多種多様である。これらに対応するために電気掃除
機の吸込具は、絨毯清掃用の回転ブラシを駆動する動力
源として、電動機（モータ）や空気力によるエアタービ
ンを用いている。前者は、掃除機本体と吸込具を接続し
ているホース・延長管等に給電線を設けなければなら
ず、吸込具にモータが内蔵されて重く、操作力が大き
く、使用者の負担になっている。後者は、吸込具を持上
げたときなどの無負荷状態でのタービン回転数の上昇に
よる騒音の増加がある。

【０００３】従来、エアタービン搭載の吸込具は、例え
ば実開昭53−97568 号公報や特開昭63−194619号公報に
示されるものがある。これらの吸込具は、掃除機本体の
吸込気流を利用しノズルにより、吸込面積を小さくし
て、吸込空気を高速のジェット気流にし、本ジェット気
流によりエアタービンの羽根車を回転させる。従って、
この高速ジェット気流を確保するために、吸込風量を維
持させなければならないので、絨毯清掃時などの吸込具
の沈み込みにより、通気口が閉塞されない構造や、ター
ビンの大きな回転力をえるために、該タービンの両側に
板体を近接して設ける構造が提案されている。

【０００４】しかし、これらの構造は高速ジェット気流
が羽根車やタービン室の周壁に衝突して発生する騒音に
ついては配慮されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電気掃除機吸込具のエ
アタービンは、絨毯等の抵抗やエアタービンとロータリ
ー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１０,０００ｒ／minでは１８０ｇｆ・cmのトル
クが必要である。エア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。トルク
はロータリーブラシが回転するときの絨毯・畳などの抵
抗体の抵抗係数によって決定される。噴出風量は掃除機
本体のブロア性能に影響されるが、一般にブロアの吸込
仕事量が大きくなるような風量でブロアが動作するよう
に、掃除機本体内のマイコンで１.２〜１.５ｍ³／minに
制御されている。従って、これらのノズルでの［噴出流
量］において、エアタービンが所要のトルクを出力する
ためには、ノズル穴の［噴出流速］は約１００ｍ／ｓに
も達する高速のジェット気流が必要である。

【０００６】エアタービン搭載吸込具の騒音は、ノズ
ルからのジェット音と、ジェット気流が羽根に衝突す
るときの衝突音、羽根車からの吐出流がエアタービン
室の周壁や回動継手の壁面へ衝突するときの衝突音、等
があり、これらは相互に影響しあっており、かつ騒音の
大きさはほぼ同じレベルである。壁面への衝突音が大き
いと、吸込具の騒音も大きくなる。衝突音の低減のため
にノズルのジェット気流速を低くすればよいが、発生ト
ルクも小さくなり、ロータリー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
要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。これらのことから、ノズル・羽根車・タービン
室・回動継手の受口等で構成される、従来の流路では吸
込具の騒音が大きいという欠点があった。

【０００７】そこで本発明は、従来の電気掃除機吸込具
におけるエアタービンの高い騒音の欠点を解消させるた
めに、ロータリーブラシを回転させるに必要なトルクを
有し、かつエアタービンの気流衝突を低減した電気掃除
機の吸込具を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数に分割し
た羽根車のブレードを互いに反ピッチずらした構成に
し、この分割面とノズルの中心軸を一致させ、回動継手
の受口の中心軸とノズルの入口側の中心点とをほぼ一致
させる。あるいは、ノズル・羽根車の分割面・回動継手
の受口の中心軸をほぼ一致させる。回動継手の受口形状
を略ジョウゴ形にし、該受口とタービン室の羽根車の軸
受側周壁を流線形の円弧で結ぶ。タービン室の上下面の
各々と羽根車とのギャップを適切に設定した構成にす
る。

【０００９】

【作用】ノズルによって絞りこまれた吸込み気流は、１
００ｍ／ｓ程度の高速なジェット気流になり、これが分
割された羽根車のブレードに衝突して減速する。この減
速量がトルクの発生と騒音に変換される。羽根車に衝突
した気流は、一部がノズル側に逆流する。この逆流気流
は、羽根車とノズル支持板との隙間で渦流となり騒音を
発生する。衝突後の減速したジェット気流のほとんど
は、羽根車の軸方向に拡散しながら羽根車の回転効果と
相俟って、タービン室の底面側を流れて行く。羽根車と
タービン室底面との隙間が小さいと、気流が無理に押込
まれ、流速の増加によるジェット音を発生することにな
る。従って、この隙間を適切に設定して、気流の流速を
更に減速できるようする。タービン室の後壁や回動継手
の受口形状を流線形にすることにより、掃除機本体のブ
ロアの吸込効果と併せて、羽根車に衝突した高速気流
が、これらに衝突しても、気流の渦発生を抑え、騒音に
なるエネルギーを低減できるように作用させる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係るエアタービン搭載
の吸込具の斜視図、図２は図１の上ケースを取り除いた
平面図、図３は図１の断面図、図４はギャップと騒音の
関係を示す説明図、図５は他の実施例で図２と同様に上
ケースを取り除いた平面図である。

【００１１】吸込具本体は、上ケース１と下ケース２よ
り成り、内部にロータリーブラシ３，エアタービン羽根
車４，シャッタ開閉機構５等が内蔵されている。ノズル
取付板６に設けられた主ノズル７で絞り込まれた高速ジ
ェット気流８は、２分割されている羽根車４のブレード
４ａに衝突し、減速されて吐出気流９になって、掃除機
本体のブロア（図示せず）に吸い込まれる。高速ジェッ
ト気流８と吐出気流９の速度差が、回転力即ち発生トル
クとなり、その動力がシャフト１０・プーリ１１・タイ
ミングベルト１２・ロータリーブラシ３に伝達される。
シャフト１０はボールベアリング軸受１３を内蔵してい
る軸受ホルダ１４により支持されている。吸込具本体の
後部には、掃除機本体に接続されるホース・延長管(図
示せず)に連なる回動継手１５があり、上ケース１と下
ケース２で摺回動可能に挟持されている。タービン室１
６は上ケース１と下ケース２で挟持されているノズル支
持板６と上ケース１と下ケース２の左右の側壁１７，１
８及び後壁１９により形成されている。ノズル支持板６
には、主ノズル７とバイパスノズル２０が配置してあ
り、形状は共に円形もしくは楕円形である。主ノズル７
は絨毯等の負荷が大きいときに用い、バイパスノズル２
０は畳・木床等の負荷が軽いときに、シャッタ開閉機構
５のツマミ５ｂで、開閉操作をして主ノズル７と共に用
いる。バイパスノズル２０の開口面積１００mm²、主ノ
ズル７が２５０mm²であり、主ノズル７の１／３程度に
設定してあるが、これは床面の負荷状態及び用途によっ
て設定される。主ノズル７の中心軸は、タービン羽根車
４の分割面に一致させてある。

【００１２】主ノズル７の下端は下ケース２の底面側の
羽根車４の最外周にほぼ一致するように配置してある。
バイパスノズル２０は、噴出気流８が羽根車４のブレー
ド４ａに衝突しないように配置してある。エアタービン
羽根車４は、羽根Ｌ４ｂと羽根Ｒ４ｃに二分割されてお
り、それぞれのブレード４ａを互いに反ピッチずらして
ある。８枚羽根の場合は２２．５°ピッチにしてある。
羽根車４の内外径比及び両側の曲率Ｒは最適化されてい
る。羽根車４はシャフト１０に一体になるようにプッシ
ュオンフイックス２１で締結してある。シャフト１０は
軸受ホルダ１４に保持されているボールベアリング軸受
１３でスムースに回転できるように支持されている。シ
ャフト１０の他端には、タイミングベルト１２を介して
ロータリーブラシ３を回すためのプーリ１１が固定され
ている。回動継手１５の受口２２には、回動の中心にな
る突起２２ａが両側に設けてある。この受口２２にはＬ
形の継手２３が回動可能に取付けてある。受口２２の形
状は略ジョウゴ形の流線形にしてある。吸口即ち、上ケ
ース１・下ケース２の中心軸２４と回動継手１５の受口
の２２，Ｌ形継手２３との接続部の中心軸２５とは一致
するように構成してある。しかし、受口２２の羽根車４
側の中心２６との軸心２７は、主ノズル７の入口側中心
７ａとほぼ一致するようにしてある。即ち吸口の中心軸
２４に対して、略ジョウゴ形を非対称な形状にしてあ
る。タービン室１６の後壁１９は、受口２２の延長形状
かもしくは側壁１７と大きな曲率の円弧で形成してあ
る。タービン室１６の羽根車４とのギャップは、ノズル
支持板６側と軸受１３側の側壁１７は、主ノズル７の並
行部７ｂの長さの概ね２倍にしてある。上ケース１との
ギャップは数ミリメートルでよいが、下ケース２とはノ
ズル支持板６側と同様に、主ノズル７の並行部７ｂの長
さの数倍が必要であり、その寸法になるように構成して
ある。バイパスノズル２０の開閉はシャッタ開閉機構５
のシャッタ５ａで行う。バイパスノズル２０を開くの
は、畳や木床などの比較的負荷の軽い床面を清掃すると
きである。絨毯などの重い負荷の床面を掃除するとき
は、シャッタ開閉機構５のシャッタ５ａでバイパスノズ
ル２０を閉じておく。

【００１３】以上の構成で、絨毯などの重い負荷の床面
を掃除する場合を例にとり説明する。ロータリーブラシ
室２８に流入した吸込空気３２は、主ノズル７で絞り込
まれ、高速のジェット気流８になり、エアタービン羽根
車４のブレード４ａに衝突する。そして衝突後の吐出気
流９との速度差が運動量として作用し、回転力（トル
ク）を発生する。このトルクで、シャフト１０，プーリ
１１，タイミングベルト１２を介してロータリーブラシ
３を回転させる。衝突後のジェット気流９は、羽根車４
の側壁４ｄの円弧に沿って拡散しながら、羽根車４と下
ケース２の底面とのギャップ２９を通り回動継手１５の
受口２２に吐出される。この吐出気流９の大半は、Ｌ形
継手２３に吸い込まれるが、羽根車４で拡散した一部の
気流９ａがタービン室１６の後壁１９や受口２２の側壁
２２ｂに当たるが、衝突した気流が流れやすいように、
大きな曲率の円弧で形成された流線形状にしてあるの
で、速やかにＬ形継手２３に吸い込まれる。従って、衝
突後の気流による渦の発生が少なく騒音が低くなる。

【００１４】図４により説明するが、横軸に主ノズル７
の並行部７ａの長さＬに対する指数、縦軸に騒音の実測
値をとってある。絨毯の床面で、エアタービン羽根車４
の回転数が１０,０００ｒ／min点での騒音値を示す。曲
線Ａはノズル支持板６と羽根車４のギャップ３０の関係
について実験したものである。ギャッブが並行部７ａの
２倍程度を超えると騒音は急激に低下し、それ以上にし
てもほとんど変化がない。従って、主ノズル７の並行部
７ａの長さＬが５mmのときは、１０mm以上のギャップに
する。同様に、曲線Ｂの軸受１３側の側壁１７と羽根車
４の側壁４ａとのギャップ３１について述べるが、１〜
２Ｌ倍で急激に騒音が低下する。本実施例では８mmにし
てある。曲線Ｃは下ケース１の底面と羽根車４とのギャ
ップについて実験したものであるが、２Ｌ程度より大き
いギャップが必要である。

【００１５】エアタービン羽根車４の幅は、羽根車４の
半径の概ね３倍、内外径比は0.25〜０.５５、側壁４ｄ
の曲率はほぼ羽根車の半径に等しいかそれより多少大き
い円弧にしてある。主ノズル７の内径は略羽根車４の半
径とほぼ同じで、並行部７ｂの長さＬは主ノズル７の内
径の１／２〜１／６程度にしてある。エアタービン室１
６の後壁１９の円弧は、概ね羽根車４の半径と等しく、
回動継手１５の受口２２の流入側の幅は、羽根車４の幅
にほぼ等しく、奥行きは羽根車４の外径にほぼ等しくし
てある。本実施例の羽根車４の半径は２０mmである。

【００１６】図５は他の実施例で、吸込具・主ノズル７
・羽根車４の分割面・回動継手１５の受口２２のそれぞ
れの中心軸を一致させたものであり、吐出気流９がター
ビン室１６の周壁などに衝突することなく、吸い込まれ
るので騒音の発生が大幅に抑制できるものである。

【００１７】以上の構成にすれば、主ノズルから噴出さ
れた高速ジェット気流が、エアタービン羽根車やタービ
ン室の側壁・後壁に衝突したときに生じる渦を抑制でき
るので、騒音を大幅に低減できる。実験によれば従来よ
り、５〜１０ｄＢ静音化できさらに、発生トルクが羽根
車の回転数１０,０００ｒ／min点で５％程度増大するこ
とが判った。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、吸込具の主ノズル・エ
アタービン羽根車・タービン室・回動継手で構成される
流路において、主ノズルで噴出される高速ジェット気流
を整流化できるので、騒音の低減及び発生トルクの増大
が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るエアタービン搭載の吸
込具の斜視図である。

【図２】図１の上ケースを取り除いた平面図である。

【図３】図１の断面図である。

【図４】ギャップと騒音の関係を示す説明図である。

【図５】本発明の他実施例を示す図２と同様に上ケース
を取り除いた平面図である。

【符号の説明】

１…上ケース、２…下ケース、３…ロータリーブラシ、
４…エアタービン羽根車、４ａ…ブレード、４ｂ…羽根
Ｌ、４ｃ…羽根Ｒ、４ｄ…側壁、５…シャッタ開閉機
構、５ａ…シャッタ、５ｂ…ツマミ、６…ノズル支持
板、７…主ノズル、７ａ…入口側中心、７ｂ…平行部、
８…高速ジェット気流、９…吐出気流、９ａ…拡散気
流、１０…シャフト、１１…プーリ、１２…タイミング
ベルト、１３…ボールベアリング軸受、１４…軸受ホル
ダ、１５…回動継手、１６…タービン室、１７…Ｒ側
壁、１８…Ｌ側壁、１９…後壁、２０…バイパスノズ
ル、２１…プッシュオンフイックス、２２…受口、２２
ａ…突起、２２ｂ…側壁、２３…Ｌ形継手、２４…吸口
の中心軸、２５…受口とＬ形継手の接続中心軸、２６…
羽根車側の受口の中心、２７…受口の軸心、２８…ロー
タリーブラシ室、２９…羽根車と下ケースのギャップ、
３０…ノズル支持板と羽根車のギャップ、３１…Ｒ側壁
と羽根車側壁のギャップ、３２…吸込空気。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤繁則茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者中川幸二茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸の周囲に、その軸から外方に延設された
複数個の羽根に吸込気流が当ることにより回動するエア
タービンと、該エアタービンを駆動源として回転するロ
ータリーブラシとを備えた吸込具で、該吸込具の中心軸
とエアタービン羽根車の分割面が一致しない構成の電機
掃除機のエアタービン吸込具において、ノズルの中心軸
とエアタービン羽根車の分割面を一致させ、回動継手の
受口の略ジョウゴ形状を、吸込具の中心軸に対して非対
称形とし、該受口の中心軸はノズルの入口側中心点にほ
ぼ一致させた構成としたことを特徴とした電気掃除機の
エアタービン吸込具。
【請求項２】請求項１において、エアタービン羽根車と
ノズル支持板やタービン室の側壁のギャップをノズルの
平行部の２倍程度にしたことを特徴とする電気掃除機の
エアタービン吸込具。
【請求項３】請求項１において、エアタービン羽根車の
幅をノズルの内径の３倍程度にしたことを特徴とする電
気掃除機のエアタービン吸込具。
【請求項４】請求項１において、エアタービン室の後壁
やエアタービン羽根車の側壁の円弧を、該羽根車の半径
にほぼ等しい形状にしたことを特徴とする電気掃除機の
エアタービン吸込具。
【請求項５】請求項１において、ノズルの平行部の長さ
を内径の１／２〜１／６にしたことを特徴とする電気掃
除機のエアタービン吸込具。
【請求項６】請求項１において、主ノズルとバイパスノ
ズル形状を円形もしくは楕円形とし、開口面積比を３対
１程度に設定したことを特徴とする電気掃除機のエアタ
ービン吸込具。
【請求項７】請求項１において、吸込具・主ノズルの中
心軸と羽根車の分割面、そして回転継手及びその受口の
それぞれの中心軸を一致させたことを特徴とする電気掃
除機のエアタービン吸込具。