(57)【要約】  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関する。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、ディスクの平面内で延在している長手方向軸線を規定している。穴それぞれの長手方向軸線が、湾曲している。
2020530350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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おり、
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塵埃分離器。
【請求項２】
前記穴それぞれの長手方向軸線が、前記ディスクの曲率半径の３倍以下とされる曲率半径を有していることを特徴とする請求項１に記載の塵埃分離器。
【請求項３】
前記穴それぞれの長手方向軸線が、前記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とを特徴とする請求項２に記載の塵埃分離器。
【請求項４】
前記ディスクが、所定の方向において前記回転軸線を中心として回転するように構成されており、
前記穴それぞれの前記長手方向軸線が、前記ディスクの回転方向において凸状になっている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。
【請求項５】
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位置しており、
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請求項１〜４のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
【請求項６】
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亘って延在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。
【請求項７】
一方の軸線方向端部から他方の軸線方向端部に至る前記穴それぞれの前記長手方向軸線の経路が、前記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していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
【請求項８】
前記穴が、前記ディスクの上流面から下流面に延在しており、
前記穴それぞれが、前記穴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１〜７のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
【請求項９】
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、前記ディスクの厚さを貫通する前記穴それぞれの経路が、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１〜８のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
【請求項１０】
前記ディスクが、所定の方向において前記回転軸線を中心として回転するように配置されており、
前記穴それぞれの中心線が、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９に記載の塵埃分離器。
【請求項１１】
前記ディスクの厚さが、少なくとも１ｍｍとされ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。
【請求項１２】
前記ディスクの厚さが、６ｍｍより薄いことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
【請求項１３】
前記ディスクが、プラスチック材料から作られ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１４】
前記チャンバが、前記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充填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１〜１３のいずれか一項に記載の塵埃分離器。
【請求項１５】
請求項１〜１４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。
【請求項１６】
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１５に記載の真空掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空掃除機のための塵埃分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許第１９６３７４３１号明細書
【特許文献２】米国特許第４３８２８０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、
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、ディスクの平面内で延在している長手方向軸線を規定しており、
穴それぞれの長手方向軸線が、湾曲していることを特徴とする塵埃分離器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
長手方向軸線が湾曲していることによって、（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沿って変化させることできるので、塵埃を含む流体とディスクとの相互作用が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、ディスクを通じて穴それぞれの径方向中心に向かう流れが収束するので、ディスクの周囲及び／又は中心に位置するシール構造体に作用する空気力学的圧力を低減させることができる。
【０００８】
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、３倍以下、又は２倍以下の曲率半径を有している。特に、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
代替的又は付加的には、ディスクは、遠心羽根車として一層効率的に機能する。外向きの流れは、塵埃を含む流体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。
【００１３】
任意には、
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の領域は、第１の領域の径方向外方に位置しており、
第２の領域の有孔率が、第１の領域の有孔率より高い。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。代替的又は付加的には、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。
【００１７】
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、
第３の領域の有孔率は、第２の領域の有孔率より高い。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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亘って延在している。
【００２６】
このことは、穴が全面に設けられているディスクの径方向長さ全体に亘って多数の穴が配設されている構成と比較して、ディスクの製造難度を改善する。
【００２７】
一方の軸線方向端部から他方の軸線方向端部に至る穴それぞれの長手方向軸線の経路は、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している。
【００２８】
これにより、ディスクの性能を分離器の要件全般に一層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。
【００２９】
穴それぞれのベクトルは、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、軸流式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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
ディスクの厚さは、少なくとも１ｍｍとされる。例えば、ディスクの厚さは、少なくとも１．５ｍｍ又は少なくとも２ｍｍとされる。
【００５３】
これにより、優位には、ディスクが塵埃によって摩耗するまで比較的長い期間、当該ディスクを利用することができる。また、傾斜した中心線及び／又はテーパー状部分を具備する穴の効果が、ディスクの挙動に大きく影響を及ぼす。
【００５４】
ディスクの厚さは、１０ｍｍ又は８ｍｍより小さい。例えば、ディスクの厚さは、６ｍｍ、又は４ｍｍより小さい。
【００５５】
これにより、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させることができる。
【００５６】
ディスクは、プラスチック材料から作られている。例えば、ディスクは、ナイロン又はポリプロピレンから作られている。
【００５７】
これにより、優位には、金属製ディスクと比較して、ディスクの重量及び慣性、並びに／又はディスクの製造のコストもしくは複雑性を低減することができる。
【００５８】
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充填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。
【００５９】
ディスクが、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いることによって、塵埃をディスクから排除し、チャンバの内部に収集することができる。結果として、チャンバが塵埃で満たされている場合であっても、効率的な分離を維持することができる。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している。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撹乱することがほとんどなくなるという利益を有している。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。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、分離効率が改善される。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】真空掃除機の斜視図である。
【図２】真空掃除機の一部分の断面図である。
【図３】真空掃除機の塵埃分離器の断面図である。
【図４】塵埃分離器のディスクの平面図である。
【図５】塵埃分離器を通過する塵埃を含む流体の流れを表わす。
【図６】塵埃分離器を空にするための手順を示す。
【図７】床より上方の場所の清掃（above-floor cleaning）のために利用する場合における真空掃除機の一部分の断面図である。
【図８】入口ダクトの周囲においてディスクが塵埃を含む流体に作用させる接線方向力であって、（ａ）ではディスクの中心に向かう向きの接線方向力、（ｂ）ではディスクの中心から離れる向きの接線方向力を示す。
【図９】第１の代替的な塵埃分離器の断面図である。
【図１０】第２の代替的な塵埃分離器を具備する真空掃除機の一部分の断面図である。
【図１１】第３の代替的な塵埃分離器の断面図である。
【図１２】第３の代替的な塵埃分離器を具備する真空掃除機の一部分の断面図である。
【図１３】第３の代替的な塵埃分離器を空にするための手順を示す。
【図１４】第４の代替的な塵埃分離器の断面図である。
【図１５】上述の塵埃分離器のうち任意の一の塵埃分離器の一部分を形成しているディスクについての、代替的な穴の形状及び大きさを示す。
【図１６】上述の塵埃分離器のうち一の塵埃分離器で利用するためのさらなる代替的なディスクを表わす。
【図１７】上述の塵埃分離器のうち一の塵埃分離器で利用するための代替的なディスク構成の概略図である。
【図１８】付加的なディスク構成を表わす。
【図１９】径方向断面で見た場合における、代替的なディスク構成の一部分を表わす。
【図２０】径方向断面で見た場合における、さらなるディスク構成の一部分を表わす。
【図２１】径方向断面で見た場合における、さらにさらなるディスク構成の一部分を表わす。
【図２２】径方向断面で見た場合における、代替的なディスク構成の一部分を表わす。
【図２３】上述の塵埃分離器のうち任意の一の塵埃分離器の一部分を形成している代替的なディスク組立体を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。比較的厚肉のディスク４０は、当然ながら高剛性であり、損傷を受けにくい。さらに、比較的厚肉のディスクは、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、比較的厚肉のディスク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。比較的厚肉のディスク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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【符号の説明】
【０１３２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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