JP6181289B2 - サイクロン分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、分離装置、及び、当該分離装置を有するサイクロン分離器に関する。また、本発明は、本発明に従ったサイクロン分離器を有する掃除機に関する。

サイクロン分離器が、掃除機の吸引エアフローから塵とごみとを分離するために、一般的に使用されている。既知のサイクロン分離器は、空気吸入口と空気排出口とを具備するサイクロンチャンバを有する。空気吸入口は、空気がサイクロンチャンバに入った場合に空気の渦が形成されるように、サイクロンチャンバの中心軸に対して斜めに角度付けられる。エアフローに取り込まれた塵及びごみは、遠心力の下、サイクロンチャンバの周壁に当てられ、これにより、塵及びごみは、サイクロンチャンバの底に落ちる。塵及びごみから分離された綺麗なエアフローが、空気排出口を通じて排出され、塵及びごみが、サイクロンチャンバに格納される。

米国特許第６，５６２，０９３号は、空間を節約するために、サイクロンチャンバと一体化されたごみ容器を持つサイクロン分離器を示している。上記ごみ容器は、ごみ容器に蓄積された塵及びごみがサイクロンチャンバ内に吹き戻されることを防止するために、分離装置によってサイクロンチャンバから分離されている。

米国特許公開第２００６／０５３７５７号明細書は、空気が引き込まれる吸引部と空気が放出される放出部とを持つサイクロン本体と、放出部に接続され、空気をフィルタリングするためのグリルと、サイクロン本体に接続され、吸引部を通じて引き込まれる空気から分離される塵を収集するためのごみ容器と、ごみ容器に収集された塵が散乱するのを防止するとともに、引き込まれた空気に含まれる塵の散乱を防止し、ごみ容器への空気の流れによって、所定の重さ及び所定のサイズのうち少なくとも１つを持つ塵を、螺旋方向において下方にガイドするためのダウンストリームガイド部と、を含むサイクロン塵収集装置を持つ掃除機を示している。

本発明の目的は、より効率的なごみ収集を提供することである。本発明は、独立形式請求項によって規定される。従属形式請求項は、好適な実施形態を規定する。

本発明のある態様によれば、サイクロン分離器の収集チャンバからサイクロンチャンバを分離するための分離装置であって、先端、後端、及び、分離装置の軸周りの螺旋経路におけるサイクロンチャンバ内のエアフローに取り込まれたごみを収集チャンバ内にガイドするためのガイド表面を有するガイド部材を持ち、ガイド表面は、軸方向において、サイクロンチャンバ内のごみがサイクロンチャンバから収集チャンバ内に入ることを可能にするため、３６０度より小さい角度で、分離装置の軸周りに延在する、分離装置が提供される。上記先端は、分離装置の軸に対して３０度と６０度との間の角度でサイクロンチャンバへ向かっていてもよい。上記先端は、空気の螺旋フローを促進するとともに、ごみがガイド表面の上を流れることを促進してもよく、サイクロンチャンバと収集チャンバとの間の分離装置を通るフロー経路の周壁を形成してもよい。ある実施形態では、上記角度は、好ましくは、略４５度である。ごみは、ガイド表面上に堆積することなく、サイクロンチャンバから除去され、収集チャンバにおいて収集されることができるため、より効率的にごみが収集されることができる。さらに、ガイド表面が分離装置の軸周りに３６０度よりも小さい角度で延在していることは、分離装置を通るフロー経路の放射線状の拡がりが、毛及び毛玉などのより大きな塵及びごみが常に収集チャンバ内に流れ込む空気によって影響を受けるように、構成されることを可能にする。従って、上記のより大きな塵及びごみが収集チャンバからサイクロンチャンバに流れ込むことが防止される。

好適には、分離装置は、軸（Ｘ−Ｘ）周りの螺旋経路において流れるエアフローに取り込まれたごみが分離装置を出られるようにするための半径方向と、重力の影響下で、ごみが分離装置を出られるようにするための軸方向との両方において、開口を持つ。

ある実施形態では、ガイド表面の少なくとも一部が、分離装置の軸周りの実質的な螺旋経路を辿る。ガイド表面の螺旋経路は、ガイド表面の上を流れる空気及びごみの螺旋フローを促進する。

ある実施形態では、ガイド表面の少なくとも一部が、分離装置の軸に対して、サイクロンチャンバへ向かう方向に角度付けられており、ガイド表面の少なくとも一部と分離装置の軸との間の上記角度が、ガイド部材の先端から後端への方向において、分離装置の軸周りに増加している。このことは、フローの螺旋経路が阻害されないように、ガイド表面の形状が、サイクロンチャンバから収集チャンバまでの空気の螺旋フロー経路の形状に対応することを可能にする。さらに、分離装置は、サイクロンチャンバの軸方向において、より小さい空間を占めるように構成されることができる。

ガイド部材の後端は、分離装置の軸に対して略垂直に延在していてもよい。従って、後端は、先端から後端までガイド表面の上を流れる空気及びごみの螺旋フローを促進し、サイクロンチャンバと収集チャンバとの間の分離装置を通るフロー経路の周辺端部を形成してもよい。

ある実施形態では、分離装置の軸の近傍にあるガイド部材の先端及び後端の部分が、分離装置の軸方向において重なっている。このことは、分離装置が、サイクロンチャンバの軸方向において、より小さい空間を占めることを可能にする。

ある実施形態では、分離装置が、支持部材を有し、ガイド表面が、支持部材の外縁の一部から延在する。

ある実施形態では、ガイド表面が、２７０度と３４０度との間の角度で、分離装置の軸周りに連続的に延在しており、好ましくは、ガイド表面が、３１５度の角度で、分離装置の軸周りに連続的に延在している。

ある実施形態では、分離装置が、周壁を有する。当該周壁は、サイクロンチャンバの周壁及び／又は収集チャンバの周壁と同一平面上に位置するように構成されてもよい。従って、分離装置は、サイクロンチャンバ及び／又は収集チャンバに対する軸周りの傾斜が制約される。

ある実施形態では、分離装置は、収集チャンバの中に延在するブロック部材を有する。当該ブロック部材は、収集チャンバ内の空気が収集チャンバの中心を横切るように流れることを防止し、このため、収集チャンバ内の空気のサイクロンフロー経路を促進する。

本発明によれば、本発明に従った分離装置を有するサイクロン分離器が提供される。

また、本発明によれば、本発明に従ったサイクロン分離器を有する掃除機が提供される。

本発明のこれらの態様及び他の態様が、以下に説明される実施形態を参照して、明確且つ明らかとなるであろう。

添付の図面を参照して、本発明の実施形態が単なる一例として説明される。
図１は、既知のサイクロン分離器の横断面図である。 図２は、図１のサイクロン分離器の分離装置の斜視図である。 図３は、図２の分離装置の上面図である。 図４は、本発明の実施形態に従った分離装置を有する掃除機のためのサイクロン分離器の横断面図である。 図５は、ごみ容器に配置された図４の分離装置の透視図である。 図６は、図４の分離装置の斜視図である。 図７は、図４の分離装置の代替的な斜視図である。 図８は、図４の分離装置の上面図である。

図１乃至図３には、掃除機のための既知のサイクロン分離器１が示されている。サイクロン分離器１は、サイクロン筺体２と、ごみ容器３と、分離装置４と、を有する。

サイクロン筺体２は、開口端を持ち、サイクロンチャンバ５を囲む概ね円筒形状の周壁２Ａを有する。ごみ容器３は、開口端を持ち、収集チャンバ６を囲む概ね円筒形状の周壁３Ａを有する。サイクロン筺体２の開口端は、サイクロンチャンバ５及び収集チャンバ６が同軸上に配置されるように、ごみ容器３の開口端の近傍に配置される。

分離装置４は、サイクロンチャンバ５が分離装置４によって収集チャンバ６から分離されるように、サイクロン筺体２の開口端及びごみ容器３の開口端の近傍に配置される。使用中、サイクロン筺体２は、ごみ容器３の略上に配置される。

分離装置４は、円筒形状の支持部材７と、ガイド部材８と、を有する。分離装置４のガイド部材８は、支持部材７から放射線状にそれぞれ延在している、先端８Ａ及び後端８Ｂを有する。ガイド部材８は、支持部材７の中心軸周りに、先端８Ａから後端８Ｂまで延在する螺旋ガイド表面８Ｃを有する。ガイド部材８は、先端８Ａが、サイクロンチャンバ５の軸方向において、ガイド部材８の後端８Ｂに重なるように、支持部材７周りに３６０度延在している。従って、分離装置４がサイクロン筺体２とごみ容器３との間に配置される場合、サイクロンチャンバ５と収集チャンバ６との間には、見通し線がない。フロー経路９は、先端８Ａとガイド部材８の後端８Ｂとの間に形成される。当該フロー経路９は、空気が、サイクロンチャンバ５の接線方向において、ガイド部材８の先端８Ａと後端８Ｂとの間を流れることを可能にし、これにより、サイクロンチャンバ５は収集チャンバ６と流体連通する。

空気吸入口２Ｂが、サイクロン筺体２の周壁２Ａにおいて備えられ、サイクロン筺体２の開口端より遠位に配置される。空気排出口２Ｃは、開口端より遠位にあるサイクロン筺体２の端部において備えられる。空気排出口２Ｃは、サイクロンチャンバ５の中心軸の近傍に配置される。

空気吸入口２Ｂは、空気が空気吸入口２Ｂを通じてサイクロンチャンバ５に吸い込まれた場合に、サイクロン分離器１の吸引生成手段（図示省略）の動作により、サイクロンチャンバ５に入ってくる空気が、サイクロン筺体２の開口端に向かって螺旋経路で流れるように、サイクロンチャンバ５の中心軸に対して斜めに角度付けられている。空気吸入口２Ｂからサイクロンチャンバ５に空気が入る場合、空気吸入口２Ｂに対してサイクロンチャンバ５の体積が増加するため、空気の速度が減少される。従って、砂又は泥の粒子などの高密度のごみは、エアフローに引き込まれたままであるために不十分な勢いを持ち、代わりに、重力の影響下で、サイクロン筺体２の開口端に向かって落ちるであろう。

サイクロンチャンバ５におけるエアフローの螺旋経路は、任意の残存している塵及びごみをエアフローに引き込むために与えられる遠心力を発生させ、例えば、毛又は毛玉などの低密度のごみは、塵及びごみがサイクロン筺体２の周壁２Ａの内側表面に対して当てられることとなる。サイクロンチャンバ５内のエアフローに引き込まれる塵及びごみがサイクロン筺体２の周壁２Ａに接触した場合、塵及びごみの運動エネルギーが減少される。このことは、上記塵及びごみを、サイクロンチャンバ５内のエアフローに引き込まれたままにするために不十分な勢いをもたせ、このため、上記塵及びごみは、重力の影響下で、サイクロン筺体２の開口端に向かって落ちる。

サイクロンチャンバ５の軸方向において、サイクロンチャンバ５と収集チャンバ６との間の分離装置４を通る見通し線がないため、分離装置４に向かって落ちる塵及びごみは、ガイド部材８のガイド表面８Ｃ上に堆積する。

サイクロンチャンバ５内のエアフローがサイクロン筺体２の開口端に到達する場合、エアフローは、分離装置４と接触する。分離装置４と接触するエアフローの一部は、分離装置４から離れる方向へ偏向され、サイクロンチャンバ５の軸方向においてサイクロンチャンバ５を通じて戻ってくる。前述のような態様で塵及びごみが除去されたエアフローのこの部分は、空気排出口２Ｃから流れ出て、大気に放出される。分離装置４と接触するエアフローの残りの部分は、エアフローが、ガイド部材８の後端８Ｂに向かって、螺旋経路において流れるように、ガイド表面８Ｃを辿る「第２のエアフロー」を形成する。第２のエアフローがガイド部材８の後端８Ｂに到達した場合、当該エアフローは、分離装置４におけるフロー経路９を辿り、収集チャンバ６の中へ流れ込む。

サイクロンチャンバ５内のエアフローから除去されるとともに、分離装置４のガイド表面８Ｃ上で収集された任意の塵及びごみは、ガイド表面８Ｃの上を通過し、収集チャンバ６の中に流れる第２のエアフローに引き込まれる。

第２のエアフローがガイド部材８の先端８Ａを通って、収集チャンバ６の中に流れ込む場合、第２のエアフローに引き込まれる高密度のごみは、重力の影響下で、分離装置４より遠位にある収集チャンバ６の端部に向かって落ちる。一方、低密度のごみは、収集チャンバ６に入ってくる第２のエアフローに引き込まれたままであり、分離装置４から離れる方向において、収集チャンバ６の中心軸周りの螺旋経路を辿る。

収集チャンバ６における第２のエアフローの螺旋経路は、第２のエアフローに引き込まれる任意の塵及びごみに与えられる遠心力を発生させ、塵及びごみの運動エネルギーが減少されるように、塵及びごみが、ごみ容器３の周壁３Ａの内側表面に当てられることとなる。このことは、塵及びごみを、分離装置４より遠位にある収集チャンバ６の端部に向かって落とす。

収集チャンバ６に入ってくる第２のエアフローは、分離装置４から離れるように、収集チャンバ６の軸方向における螺旋経路を辿り、軸方向に戻る前に分離装置４に向かって戻ってくる。第２のエアフローは、フロー経路９を介して、サイクロンチャンバ５に戻り、空気排出口２Ｃから出て行く。サイクロンチャンバ５内に戻る収集チャンバ６における第２のエアフローは、塵及びごみが空気排出口２Ｃから流れ出ないように、実質的に、塵及びごみを有さない。第２のエアフローから除去された塵及びごみは、分離装置４より遠位にあるごみ容器３の端部において、収集チャンバ６内に収集される。収集された塵及びごみは、ユーザによって、後で、ごみ容器３から除去され廃棄され得る。

サイクロンチャンバ５から収集チャンバ６までフロー経路９を介して伝搬する第２のエアフローは、「吸入空気（air inflow）」と称され、収集チャンバ６からサイクロンチャンバ５までフロー経路９を介して伝搬する第２のエアフローは、「排出空気（air outflow）」と称される。排出空気は、収集チャンバ６の中心軸の近傍を流れる。吸入空気は、ごみ容器３の周壁３Ａの近傍を流れる。従って、フロー経路９を断面から見た場合、吸入空気は、排出空気とごみ容器３の周壁３Ａとの間に位置する。

吸入空気の速度は、排出空気の速度よりも大きい。これは、第２のエアフローが比較的大容量の収集チャンバ６に入るので第２のエアフローが膨張するため、及び、エアフローがごみ容器３の周壁３Ａと接触したときの摩擦損失のためである。吸入空気及び排出空気の質量流量は等しくなければならないため、吸入空気に対して排出空気の減少された速度は、吸入空気よりも大きな断面領域を持つ排出空気につながる。

吸入空気に引き込まれる、より大きな塵及びごみ、特に、低密度のごみは、排出空気による影響を受け、分離装置４の半径方向（radial direction）において、排出空気へ回転及び移動されることが発見されている。このことは、より大きな塵及びごみが排出空気内に単独で引き込まれ、サイクロンチャンバ５の中に流れることにつながる。これは、塵及びごみが空気排出口２Ｃを通じた排出されるため、望ましくない。

ここで、図４乃至図８には、本発明の実施形態に従った掃除機のためのサイクロン分離器１０が示されている。サイクロン分離器１０は、渦ファインダ１１と、サイクロン筺体１２と、ごみ容器１３と、分離装置１４と、を有する。

サイクロン筺体１２は、開口端を持ち、サイクロンチャンバ１５を囲む概ね円筒形状の周壁１２Ａを有する。ごみ容器１３は、開口端を持ち、ごみ容器１３の開口端から離れる軸方向において直径方向において先細っていく概ね円筒形状の周壁１３Ａを有する。ごみ容器１３の周壁１３Ａは、収集チャンバ１６を囲む。サイクロン筺体１２の開口端は、サイクロンチャンバ１５及び収集チャンバ１６が同軸上に配置されるように、ごみ容器１３の開口端の近傍に配置される。

分離装置１４は、分離装置１４がごみ容器１３の中まで延在し、サイクロンチャンバ１５と収集チャンバ１６との間に配置されるように、サイクロン筺体１２の開口端とごみ容器１３の開口端との近傍に配置される。使用中、サイクロン筺体１２は、ごみ容器１３の略上に配置される。

分離装置１４は、ガイド部材１７と、支持部材１８と、周壁１９と、フロー経路２０と、を有する。ガイド部材１７は、支持部材１８及び周壁１９と一体的に形成されている。

支持部材１８は、サイクロンチャンバ１５の中心軸に対して垂直である円板を有する。支持部材１８の直径は、サイクロンチャンバ１５及び収集チャンバ１６の直径よりも小さい。

ガイド部材１７は、支持部材１８の外縁から放射線状に延在し、ごみ容器１３の周壁１３Ａまで延在している。ガイド部材１７は、支持部材１８の外縁周りに３１５度の角度で連続的に延在している。ガイド部材１７は、互いに遠位端にある、先端１７Ａ及び後端１７Ｂを有する。分離装置１４は、中心軸Ｘ−Ｘを有する。ガイド部材１７の先端１７Ａは、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対して、４５度の角度αで、サイクロン筺体１２に向かう方向において、支持部材１８から延在している。ガイド部材１７の後端１７Ｂは、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対して垂直な方向において、支持部材１８から放射線状に延在している。

ガイド部材１７は、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対するガイド表面１７Ｃの角度が、先端１７Ａから後端１７Ｂまで増加するように、先端１７Ａとガイド部材１７の後端１７Ｂとの間に延在するガイド表面１７Ｃを有する。従って、ガイド部材１７のガイド表面１７Ｃは、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対して傾斜され、支持部材１８より遠位にあるガイド部材１７の周辺端部は、螺旋フロー方向をガイド表面１７Ｃの上を流れる空気に分けるように、中心軸Ｘ−Ｘ周りの螺旋経路を辿る。分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対するガイド表面１７Ｃの角度が、先端１７Ａからガイド部材１７の後端１７Ｂまで増加するため、分離装置１４は、支持部材１８から延在している先端１７Ａ及び後端１７Ｂの部分が、サイクロンチャンバ１５の軸方向において、重複するように構成され得る。このことは、分離装置１４が、収集チャンバ１６の軸方向において、上述した既知の分離装置４よりも小さい空間を占めることを可能にする。さらに、分離装置１４は、上述した既知の分離装置４のガイド表面８Ｃと比較して、先端１７Ａからガイド部材１７の後端１７Ｂまでの中心軸Ｘ−Ｘ周りにガイド表面１７Ｃの少なくとも一部の比較的小さい軸配置が存在するように構成され得る。これは、分離装置１４の近傍にあるサイクロンチャンバ１５の端部におけるエアフローが、比較的小さいピッチを持つ螺旋経路を辿り、これにより、ガイド表面１７Ｃが、分離装置１４を通る第２のエアフローに対する乱れを減少させるように、螺旋経路に対応するように構成され得るため、好適である。

分離装置１４の周壁１９は、第１の端部から外側へ放射線状に延在している、へり１９Ｂを具備する連続的な環状部１９Ａを有する。上記へり１９Ｂは、サイクロン分離器１０において適所に分離装置１４を保持するため、ごみ容器１３の周壁１３Ａと係合している。接続部１９Ｃは、第１の端部より遠位にある環状部１９Ａの第２の端部から延在し、支持部材１８の遠位にあるガイド部材１７の周辺端部まで延在している。収集チャンバ１６の軸方向における接続部１９Ｃの長さは、先端１７Ａからガイド部材１７の後端１７Ｂまで増加している。この構造は、ガイド部材１７の周辺端部と連続的な環状部１９Ａとの間の距離の増加につながる、先端１７Ａから後端１７Ｂまでの、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対するガイド表面１７Ｃの減少している角度を提供するためである。

分離装置１４の周壁１９の外側表面は、ごみ容器１３の周壁１３Ａの内側表面に対して同一平面上にある。従って、分離装置１４は、サイクロンチャンバ１５の中心軸に対する傾斜が制限される。

ガイド部材１７は、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘ周りに３６０より小さい角度で延在するため、サイクロンチャンバ１５の軸方向において、サイクロンチャンバ１５と収集チャンバ１６との間の見通し線が確立される。

フロー経路２０の配置は、第２のエアフローが、サイクロンチャンバ１５の接線方向において、分離装置１４を通じて流れることを可能にする。ガイド部材１７の先端１７Ａは、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対して４５度の角度αであるため、フロー経路２０は、概ね三角形状の断面領域を持つ。

空気吸入口１２Ｂが、サイクロン筺体１２の周壁１２Ａにおいて備えられ、サイクロン筺体１２の開口端に対して遠位に配置されている。空気排出口１２Ｃは、開口端より遠位にあるサイクロン筺体１２の端部において備えられている。空気排出口１２Ｃは、サイクロンチャンバ１５の中心軸の近傍に配置されている。渦ファインダ１１は、空気排出口１２Ｃの上に配置されている。

空気吸入口１２Ｂは、空気吸入口１２Ｂを通じて空気がサイクロンチャンバ１５の中に吸い込まれた場合に、吸引生成手段（図示省略）の動作により供給される空気排出口１２Ｃのダウンストリームのため、サイクロンチャンバ１５に入る空気が、サイクロン筺体１２の開口端に向かって、螺旋経路を流れるように、サイクロンチャンバ１５の中心軸に対して斜めに角度付けられている。

空気が空気吸入口１２Ｂからサイクロンチャンバ１５に入る場合、空気吸入口１２Ｂに対してサイクロンチャンバ１５の容積が増加するため、空気の速度は減少する。従って、高密度のごみは、エアフローに引き込まれたままとなるためには不十分な勢いを持ち、代わりに、重力の影響下で、サイクロン筺体１２の開口端に向かって落ちる。さらに、サイクロンチャンバ１５におけるエアフローの螺旋経路は、毛又は毛玉などの低密度のごみなどの、エアフローに引き込まれる任意の残存している塵及びごみに与えられる遠心力を発生させ、これは、塵及びごみの運動エネルギーが減少されるように、サイクロン筺体１２の周壁１２Ａの内側表面に塵及びごみが当たることにつながる。このことは、重力の影響下で、分離装置１４に向かって塵及びごみが落ちることにつながる。

サイクロンチャンバ１５においてエアフローから除去された塵及びごみの大部分は、重力の影響下で、分離装置１４に向かって落ち、ガイド部材１７のガイド表面１７Ｃ上に堆積される。しかしながら、ガイド部材１７が、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘ周りに３６０度より小さい角度で延在しているため、幾つかの塵及びごみは、ガイド部材１７が支持部材１８から延在していない、先端１７Ａと後端１７Ｂとの間のギャップを通じて落ち、ガイド部材１７のガイド表面１７Ｃ上に堆積するよりもむしろ、収集チャンバ１６において収集される。このことは、塵及びごみが、分離装置１４上に最初に堆積した場合よりも、サイクロンチャンバ１５からより素早く除去され、サイクロン分離器１０の効率が改善されるため、好適である。

サイクロンチャンバ１５内のエアフローがサイクロン筺体１２の開口端に到達した場合、エアフローは、分離装置１４のガイド表面１７Ｃと接触する。ガイド表面１７Ｃと接触するエアフローの一部は、分離装置１４から離れる方向へ偏向され、サイクロンチャンバ１５を通じて戻り、空気排出口１２Ｃを通じて大気へ排出される。分離装置１４と接触するエアフローの残りの部分は、ガイド表面１７Ｃの上を流れる「第２のエアフロー」を形成する。第２のエアフローは、概ね螺旋経路を辿り、先端１７Ａからガイド部材１７の後端１７Ｂまでの方向において流れる。サイクロンチャンバ１５におけるエアフローから前に除去され、分離装置１４のガイド表面１７Ｃ上に収集された任意の塵及びごみは、ガイド部材１７の上を通る第２のエアフローに引き込まれ、後端１７Ｂに向かって当てられる。

ガイド表面１７Ｃの上を流れる第２のエアフローがガイド部材１７の後端１７Ｂの上を流れ、収集チャンバ１６の中に流れ込む場合、第２のエアフローに引き込まれる高密度のごみは、重力の影響下で、先端１７Ａとガイド部材１７の後端１７Ｂとの間のギャップを通じて落ち、分離装置１４より遠位にある収集チャンバ１６の端部まで落ちる。従って、ガイド部材１７が支持部材１８の外縁周りに３６０度より小さい角度で延在しているため、高密度の塵及びごみは、分離装置１４の後端１７Ｂの上を通り、重力の影響により、既知のサイクロン分離器１よりも素早く、第２のエアフローから分離される。従って、本発明のサイクロン分離器１０の分離装置１４は、従来技術よりも、素早く且つ効率的に、高密度の塵及びごみを収集することを可能にする。

第２のエアフロー、及び、第２のエアフローに引き込まれる任意の低密度のごみは、後端１７Ｂの上を流れ、フロー経路２０を介して、収集チャンバ１６の中に流れ込む。第２のエアフローが収集チャンバ１６に入る場合、第２のエアフローは、分離装置１４から離れる軸方向において螺旋経路を辿る。

収集チャンバ１６における第２のエアフローの螺旋経路は、第２のエアフローに引き込まれる任意の塵及びごみに与えられる遠心力を発生させ、これにより、塵及びごみの運動エネルギーが減少されるように、塵及びごみが、ごみ容器１３の周壁１３Ａの内側表面に当てられる。従って、上記塵及びごみは、分離装置１４より遠位にある収集チャンバ１６の端部に向かって落ちる。

収集チャンバ１６に入る第２のエアフローは、分離装置１４から離れる収集チャンバ１６の軸方向において螺旋経路を辿り、軸方向に戻る前に、分離装置１４に向かって戻る。第２のエアフローは、流体経路２０を介して、収集チャンバ１６に戻り、空気排出口１２Ｃから排出される。サイクロンチャンバ１５の中に戻ってくる収集チャンバ１６における第２のエアフローは、塵及びごみを実質的に有さず、塵及びごみは、分離装置１４より遠位にあるごみ容器１３の端部において収集チャンバ１６に収集される。サイクロンチャンバ１５の中に戻ってくる第２のエアフローは、渦ファインダ１１を介して、空気排出口１２Ｃを通じて排出される。渦ファインダ１１は、サイクロンチャンバ１５内のエアフローから除去されなかった繊維の束又は毛の束などのより大きなごみが、空気排出口１２Ｃを通じて排出されるのを防止する。

流体経路２０を介してサイクロンチャンバ１５から収集チャンバ１６まで流れる第２のエアフローは、「吸入空気」と称され、流体経路２０を介して収集チャンバ１６からサイクロンチャンバ１５まで流れる第２のエアフローは、「排出空気」と称される。排出空気は、収集チャンバ１６の中心軸の近傍を通る。吸入空気は、ごみ容器１３の周壁１３Ａの近傍を通る。従って、流体経路２０を断面から見た場合、吸入空気は、排出空気とごみ容器１３の周壁１３Ａとの間に位置する。

吸入空気の速度は、排出空気の速度よりも大きい。これは、第２のエアフローが比較的大容量の収集チャンバ１６に入るので第２のエアフローが膨張するため、及び、エアフローがごみ容器１３の周壁１３Ａと接触したときの摩擦損失のためである。吸入空気及び排出空気の質量流量は等しくなければならないため、吸入空気に対して排出空気の減少された速度は、吸入空気よりも大きな断面領域を持つ排出空気につながる。

サイクロンチャンバ１５及び収集チャンバ１６におけるサイクロンフローを促進する分離装置１４を通じた質量流量を達成すべく、特定のサイズでなければならないため、フロー経路２０の領域のサイズが、小さ過ぎずに作られることが重要である。しかしながら、ガイド部材１７が分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘ周りに３６０度よりも小さい角度で延在するため、第２のエアフローは、サイクロンチャンバ１５の軸方向及び接線方向においてフロー経路２０を通じて移動することができる。従って、ガイド部材１７の先端１７Ａとごみ容器１３の周壁１３Ａとの間の距離であるフロー経路２０の半径方向の拡がりが、従来技術の分離装置４のフロー経路９の半径方向の拡がりよりも小さく作られることができる一方、サイクロンチャンバ１５から収集チャンバ１６への第２のエアフローのフローレートを同じにすることができる。従って、エアフローに引き込まれるより大きな塵及びごみが、排出空気によって、影響を受け、分離装置１４の半径方向において、排出空気の中へ回転及び移動される場合であっても、フロー経路２０のより小さい半径方向の拡がりは、より大きなごみの各々の一部が吸入空気と接触していることを意味する。さらに、サイクロンチャンバ１５の接線方向におけるフロー経路２０の断面の三角形状は、既知の分離装置４のフロー経路９の三角形状断面に比して小さい、接線方向におけるフロー経路２０の断面領域のサイズにつながる。サイクロンチャンバ１５の接線方向におけるフロー経路２０の断面領域の減少されたサイズは、接線方向におけるより小さな断面領域を持つ吸入空気につながる。従って、吸入空気が、収集チャンバ１６に入り、収集チャンバ１６内の空気とごみ容器１３の周壁１３Ａとの間の摩擦損失のために、吸入空気より低い速度を持つ収集チャンバ１６内の空気に到達した場合、収集チャンバ１６の接線方向における吸入空気の減少された断面は、収集チャンバ１６におけるより遅い空気に散逸されるより少ないエネルギーにつながり、このため、収集チャンバ１６に入る空気の接線方向の速度は、従来技術のサイクロン分離器１と比較して、高くなる。これは、吸入空気の接線方向の速度におけるより大きな減少が、第２のエアフローの螺旋フロー経路を阻害できるため、好適である。

ある実施形態では、フロー経路２０の半径方向の拡がりは、２ｃｍである。しかしながら、フロー経路２０の半径方向の拡がりは、異なるサイズであってもよいことが認識されるべきである。フロー経路２０のより小さな半径方向の拡がりが、より小さなごみが、収集チャンバ１６からサイクロンチャンバ１５に流れることを防止することが分かっている。

エアフローに引き込まれる各粒子に与えられる力は、以下の等式１によって特徴付けられる。

ここで、Ｆは、エアフローによってごみの各々に与えられる力であり、ρは、空気密度であり、Ａは、エアフローと接触しているごみの表面積であり、Ｃは、ごみの空力係数であり、Ｖは、ごみの速度に対するエアフローの速度である。

エアフローに引き込まれるごみの各々に与えられる力は、エアフローと接触しているごみの表面積及び対気速度の２乗に比例する。フロー経路２０は、より大きなごみの各々の一部が常に吸入空気と接触しているように構成されるため、より大きな塵及びごみは、吸入空気よりも遅い速度を持つ排出空気によって与えられる力よりも、吸入空気によって大きな力を受ける。従って、より大きなごみは、第２のエアフローによって収集チャンバ１６の中へ押し込まれ、このため、収集チャンバ１６からサイクロンチャンバ１５の中に戻ることが防止される。従って、本発明の分離装置１４は、サイクロン分離器１０が、従来技術のサイクロン分離器１よりも、大きな塵及びごみをエアフローから除去することを可能にする。

分離装置１４は、支持部材１８から延在し、収集チャンバ１６の中へ軸方向に延在する管状部材２１Ａを有するブロック部材２１を持つ。収集チャンバ１６内の第２のエアフローは、管状部材２１Ａの外縁周りに伝搬しなければならず、このため、ブロック部材２１は、収集チャンバ１６における空気のサイクロンフロー方向を促進する。

上述した実施形態では、ガイド部材１７の先端１７Ａが、サイクロン筺体１２に向かう方向において、分離装置１４の中心軸Ｘ−Ｘに対して４５度の角度αで、支持部材１８から延在しているが、代替的な実施形態（図示省略）では、先端は、中心軸Ｘ−Ｘに対して、３０度と６０度との間の異なる角度αで延在する。

上述した実施形態では、サイクロン分離器１０は、掃除機において使用されるが、サイクロン分離器１０は、空気濾過システム又は排気濾過システムなどの他のアプリケーションにおいて使用されてもよいことが認識されるべきである。

上述した実施形態では、分離装置１４は、８ｃｍの直径を有する。しかしながら、上述した実施形態の分離装置１４は、代替的な直径を有していてもよいことが認識されるべきである。

上述した実施形態では、ガイド部材１７が、支持部材１８の周縁周りに約３１５度に亘って連続的に延在しているが、代替的な実施形態（図示省略）では、ガイド部材は、支持部材の周縁周りに異なる角度で延在している。

上記実施形態は、本発明を限定するというよりも、例示目的で図示されており、当該技術分野における当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的な実施形態を設計することが可能であることに留意すべきである。当然ながら、「有する」なる用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形は、複数存在することを除外しない。特定の特徴が相互に異なる従属請求項において言及されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが好適に用いられないということを示すものではない。請求項中の任意の参照符号は、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. サイクロン分離器の収集チャンバからサイクロンチャンバを分離するための分離装置であって、前記分離装置は、先端、後端、及び、前記分離装置の軸周りの螺旋経路における前記サイクロンチャンバ内のエアフローに取り込まれたごみを前記収集チャンバ内にガイドするためのガイド表面を有するガイド部材を持ち、前記ガイド表面は、軸方向において、前記サイクロンチャンバ内のごみが前記サイクロンチャンバから前記収集チャンバ内に入ることを可能にするため、３６０度より小さい角度で、前記分離装置の前記軸周りに延在し、前記ガイド部材の前記先端は、前記螺旋経路の延在方向における先端であり、前記分離装置の前記軸に対して３０度と６０度との間の角度で前記サイクロンチャンバへ向かっている、分離装置。
2. 前記ガイド表面の少なくとも一部が、前記分離装置の前記軸周りの螺旋経路を辿る、請求項１記載の分離装置。
3. 前記先端の前記軸に対する前記角度が、略４５度である、請求項１又は２に記載の分離装置。
4. 前記ガイド表面の少なくとも一部が、前記分離装置の前記軸に対して、前記サイクロンチャンバへ向かう方向に角度付けられており、前記ガイド表面の前記少なくとも一部と前記分離装置の前記軸との間の前記角度が、前記ガイド部材の前記先端から前記後端への方向において、前記分離装置の前記軸周りに増加している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分離装置。
5. 前記ガイド部材の前記後端が、前記分離装置の前記軸に略垂直に延在している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分離装置。
6. 前記分離装置の前記軸の近傍にある前記ガイド部材の前記先端及び前記後端の部分が、前記分離装置の前記軸方向において重なっている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の分離装置。
7. 前記分離装置が、支持部材を有し、前記ガイド表面が、前記支持部材の外縁の一部から延在している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の分離装置。
8. 前記ガイド表面が、２７０度と３４０度との間の角度で、前記分離装置の前記軸周りに連続的に延在しており、好ましくは、前記ガイド表面が、３１５度の角度で、前記分離装置の前記軸周りに連続的に延在している、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の分離装置。
9. 前記分離装置が、周壁を有する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の分離装置。
10. 前記周壁が、前記サイクロンチャンバの周壁及び／又は前記収集チャンバの周壁と同一平面上に位置している、請求項９記載の分離装置。
11. 前記収集チャンバの中に延在するブロック部材を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の分離装置。
12. 前記軸周りの螺旋経路において流れるエアフローに取り込まれたごみが前記分離装置を出られるようにするための半径方向と、重力の影響下で、ごみが前記分離装置を出られるようにするための軸方向との両方において、開口を持つ、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の分離装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の分離装置と、サイクロンチャンバと、収集チャンバと、を有する、サイクロン分離器。
14. 請求項１３記載のサイクロン分離器を有する、掃除機。

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