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技術 吸引ツール

出願人 ASTI株式会社
発明者 飯田健弥渡邉隆文鷹野光
出願日 2016年10月6日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-197798
公開日 2018年4月12日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2018-057622
状態 特許登録済
技術分野 吸引掃除機の構造 電気掃除機(ノズル)
主要キーワード 超音波振動ユニット 片振幅 固体振動 内側上端 黒板消し 吸込用 ランジュバン型振動子 染み抜き
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年4月12日)のものです。
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図面 (19)

課題

超音波振動によって汚れ塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引できる吸引ツールを提供すること。

解決手段

吸引口を備えた吸引ツール本体と、上記吸引ツール本体に設置された超音波ホーンと、上記吸引ツール本体に設置され上記超音波ホーンを振動させる超音波振動子と、上記超音波ホーンの先端に設けられ上記吸引口に向かって空気を流通させるとともに被清掃面から分離した塵埃が浮遊できる溝と、を具備したものであり、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ、上記溝によって空気を流通させることで効果的に吸引できる。

概要

背景

従来の吸引ツールの構成を開示するものとして、例えば、特許文献1〜特許文献5がある。
まず、特許文献1に記載された発明による電気掃除機床用ノズルの場合には、ノズル本体の後側に、超音波振動子と、この超音波振動子によって振動される固体ホーンと、が設置されている。この固体ホーンから発せられる超音波が空気中を伝播していき、被清掃面を振動させて上記被清掃面上の細塵を浮き上がらせ、吸込口から吸引する。

次に、特許文献2に記載された発明による電気掃除機の床用ノズルの場合には、ノズル本体の後側に、超音波振動子と、この超音波振動子によって振動される固体ホーンと、この固体ホーンによって振動されるブラシと、が設置されている。このブラシによって、絨毯や床を振動させ、塵埃を浮き上がらせ、吸込口から吸引する。

次に、特許文献3に記載された発明による電気掃除機の場合には、吸込み口の中に、超音波振動子と、この超音波振動子によって振動され被清掃面に接触される固体振動体と、が設置されている。この固体振動体によって上記被清掃面を直接振動させ、ごみを上記被清掃面から遊離させて、上記吸込み口から吸引する。

次に、特許文献4に記載された発明による電気掃除機の場合には、超音波除去器着脱可能に取り付けられている。この超音波除去器は、吸引用の孔が先端に設けられた筒状のケース内ランジュバン型振動子が設置されていて、このランジュバン型振動子にホーンが取り付けられている。このホーンの先端は上記ケースの先端から外部に突出されている。
上記超音波除去器を上記電気掃除機のノズルの先端に取り付け、例えば、ホーンの先端を絨毯や風呂場タイルに接触させることで汚れを落とし、その際に発生した塵埃を上記吸引用の孔から吸引する。このようにして、上記電気掃除機は、絨毯のシミ抜きや風呂場のタイルの目地の汚れを落とす目的で使用される。

さらに、特許文献5に記載された発明による吸入口組立体およびそれを含む真空掃除機の場合には、吸入口の中に回転ドラムが設置されており、この回転ドラムの外周面に第1ブラシが突出・配置されていて、上記吸入口の前方に第2ブラシが設置されている。上記第1ブラシと上記第2ブラシは、超音波振動子によって振動され、これにより、被清掃面のゴミを分離および遊動させる。

概要

超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引できる吸引ツールを提供すること。 吸引口を備えた吸引ツール本体と、上記吸引ツール本体に設置された超音波ホーンと、上記吸引ツール本体に設置され上記超音波ホーンを振動させる超音波振動子と、上記超音波ホーンの先端に設けられ上記吸引口に向かって空気を流通させるとともに被清掃面から分離した塵埃が浮遊できる溝と、を具備したものであり、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ、上記溝によって空気を流通させることで効果的に吸引できる。

目的

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、超音波振動によって、被清掃面から汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引できる吸引ツールを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

吸引口を備えた吸引ツール本体と、上記吸引ツール本体に設置された超音波ホーンと、上記吸引ツール本体に設置され上記超音波ホーンを振動させる超音波振動子と、上記超音波ホーンの先端に設けられ上記吸引口に向かって空気を流通させるとともに被清掃面から分離した塵埃が浮遊できる溝と、を具備したことを特徴とする吸引ツール。

請求項2

請求項1記載の吸引ツールにおいて、上記溝の基端部は円弧状に形成されていることを特徴とする吸引ツール。

請求項3

請求項1又は請求項2記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンの先端部は円弧状に形成されていることを特徴とする吸引ツール。

請求項4

請求項1〜請求項3の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記溝は上記超音波ホーンの超音波振動が空気を媒体とした場合の半波長以下であって振動の腹となる深さに設定されていることを特徴とする吸引ツール。

請求項5

請求項1〜請求項4の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波振動の周波数振幅は被清掃面と上記超音波ホーンが所定時間接触していても、上記被清掃面が溶融し難い範囲で設定されていることを特徴とする吸引ツール。

請求項6

請求項1〜請求項5の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引口は所定幅延長されていて、上記超音波ホーンも上記所定幅と略同じ幅延長されていることを特徴とする吸引ツール。

請求項7

請求項1〜請求項6の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは対象物弾性付勢された状態で当接されることを特徴とする吸引ツール。

請求項8

請求項1〜請求項7の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは電気掃除機用のものであることを特徴とする吸引ツール。

請求項9

請求項8記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは上記吸引口の進行方向に沿って後方に配置されていることを特徴とする吸引ツール。

請求項10

請求項1〜請求項8の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは黒板消しクリーナ用のものであることを特徴とする吸引ツール。

技術分野

0001

本発明は、例えば、掃除機黒板消しクリーナ、等に組み込まれる吸引ツールに係り、特に、超音波振動によって、被清掃面から汚れ塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引できるように工夫したものに関する。

背景技術

0002

従来の吸引ツールの構成を開示するものとして、例えば、特許文献1〜特許文献5がある。
まず、特許文献1に記載された発明による電気掃除機床用ノズルの場合には、ノズル本体の後側に、超音波振動子と、この超音波振動子によって振動される固体ホーンと、が設置されている。この固体ホーンから発せられる超音波が空気中を伝播していき、被清掃面を振動させて上記被清掃面上の細塵を浮き上がらせ、吸込口から吸引する。

0003

次に、特許文献2に記載された発明による電気掃除機の床用ノズルの場合には、ノズル本体の後側に、超音波振動子と、この超音波振動子によって振動される固体ホーンと、この固体ホーンによって振動されるブラシと、が設置されている。このブラシによって、絨毯や床を振動させ、塵埃を浮き上がらせ、吸込口から吸引する。

0004

次に、特許文献3に記載された発明による電気掃除機の場合には、吸込み口の中に、超音波振動子と、この超音波振動子によって振動され被清掃面に接触される固体振動体と、が設置されている。この固体振動体によって上記被清掃面を直接振動させ、ごみを上記被清掃面から遊離させて、上記吸込み口から吸引する。

0005

次に、特許文献4に記載された発明による電気掃除機の場合には、超音波除去器着脱可能に取り付けられている。この超音波除去器は、吸引用の孔が先端に設けられた筒状のケース内ランジュバン型振動子が設置されていて、このランジュバン型振動子にホーンが取り付けられている。このホーンの先端は上記ケースの先端から外部に突出されている。
上記超音波除去器を上記電気掃除機のノズルの先端に取り付け、例えば、ホーンの先端を絨毯や風呂場タイルに接触させることで汚れを落とし、その際に発生した塵埃を上記吸引用の孔から吸引する。このようにして、上記電気掃除機は、絨毯のシミ抜きや風呂場のタイルの目地の汚れを落とす目的で使用される。

0006

さらに、特許文献5に記載された発明による吸入口組立体およびそれを含む真空掃除機の場合には、吸入口の中に回転ドラムが設置されており、この回転ドラムの外周面に第1ブラシが突出・配置されていて、上記吸入口の前方に第2ブラシが設置されている。上記第1ブラシと上記第2ブラシは、超音波振動子によって振動され、これにより、被清掃面のゴミを分離および遊動させる。

先行技術

0007

特開昭58−49129号公報
特開昭58−49130号公報
特開平4−347120号公報
特開2005−80822号公報
特開2006−297050号公報

発明が解決しようとする課題

0008

上記従来の構成によると、次のような問題があった。
すなわち、特許文献1〜特許文献5に記載された発明では、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引することができないという問題があった。以下、具体的に説明する。
まず、特許文献2に記載された発明、特許文献3に記載された一部の発明、特許文献5に記載された発明のように、ブラシ、突起を備えた固体振動体、ブラシ部材を振動させながら汚れや塵埃を分離・遊動させるものについては、紙屑や髪の毛がブラシ、突起を備えた固体振動体、ブラシ部材に巻き付いてしまい、その結果、汚れや塵埃の分離・遊動機能が損なわれてしまうという問題があった。
これに対して、特許文献1に記載された発明、特許文献3に記載された残りの発明、特許文献4に記載された発明の場合には、そのような懸念はないが、吸引の為の空気流、及び、超音波振動により被清掃面から分離した塵埃が浮遊される空間が十分ではないという問題があった。
すなわち、特許文献1に記載された発明の場合には、そもそも、固体ホーンが配置される部位と吸込口が区画されているため、吸引の為の効果的な空気流が生じ難く、また、特許文献3に記載された残りの発明の場合には、吸込み口の中に固体振動体が配置されていて、吸込み口の面積が狭められてしまうという事情があり、さらに、特許文献4に記載された発明の場合にも、吸込用の孔がホーンの外周側にのみ設けられているので、吸引の為の領域が限られてしまうという事情があるからである。

0009

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、超音波振動によって、被清掃面から汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引できる吸引ツールを提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記課題を解決するべく本願発明の請求項1による吸引ツールは、吸引口を備えた吸引ツール本体と、上記吸引ツール本体に設置された超音波ホーンと、上記吸引ツール本体に設置され上記超音波ホーンを振動させる超音波振動子と、上記超音波ホーンの先端に設けられ上記吸引口に向かって空気を流通させるとともに被清掃面から分離した塵埃が浮遊できる溝と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項2による吸引ツールは、請求項1記載の吸引ツールにおいて、上記溝の基端部は円弧状に形成されていることを特徴とするものである。
又、請求項3による吸引ツールは、請求項1又は請求項2記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンの先端部は円弧状に形成されていることを特徴とするものである。
又、請求項4による吸引ツールは、請求項1〜請求項3の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記溝は上記超音波ホーンの超音波振動が空気を媒体とした場合の半波長以下であって振動の腹となる深さに設定されていることを特徴とするものである。
又、請求項5による吸引ツールは、請求項1〜請求項4の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波振動の周波数振幅は被清掃面と上記超音波ホーンが所定時間接触していても、上記被清掃面が溶融し難い範囲で設定されていることを特徴とするものである。
又、請求項6による吸引ツールは、請求項1〜請求項5の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引口は所定幅延長されていて、上記超音波ホーンも上記所定幅と略同じ幅延長されていることを特徴とするものである。
又、請求項7による吸引ツールは、請求項1〜請求項6の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは対象物弾性付勢された状態で当接されることを特徴とするものである。
又、請求項8による吸引ツールは、請求項1〜請求項7の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは電気掃除機用のものであることを特徴とするものである。
又、請求項9による吸引ツールは、請求項8記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは上記吸引口の進行方向に沿って後方に配置されていることを特徴とするものである。
又、請求項10による吸引ツールは、請求項1〜請求項8の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは黒板消しクリーナ用のものであることを特徴とするものである。

発明の効果

0011

以上述べたように本願発明の請求項1による吸引ツールによると、吸引口を備えた吸引ツール本体と、上記吸引ツール本体に設置された超音波ホーンと、上記吸引ツール本体に設置され上記超音波ホーンを振動させる超音波振動子と、上記超音波ホーンの先端に設けられ上記吸引口に向かって空気を流通させるとともに被清掃面から分離した塵埃が浮遊できる溝と、を具備したので、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ、上記溝によって空気を流通させることで効果的に吸引できる。
又、請求項2による吸引ツールによると、請求項1記載の吸引ツールにおいて、上記溝の基端部は円弧状に形成されているので、超音波が先端側に集中しやすく、効果的に汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
又、請求項3による吸引ツールによると、請求項1又は請求項2記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンの先端部は円弧状に形成されているので、対象物を傷つけることを防止できる。
又、請求項4による吸引ツールによると、請求項1〜請求項3の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記溝は上記超音波ホーンの超音波振動が空気を媒体とした場合の半波長以下であって振動の腹となる深さに設定されているので、上記超音波ホーンの先端の上記溝が形成された部分においても、上記超音波ホーンの表面から発せられる超音波振動の減衰を抑制でき、効果的に対象物から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
又、請求項5による吸引ツールによると、請求項1〜請求項4の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波振動の周波数/振幅は被清掃面と上記超音波ホーンが所定時間接触していても、上記被清掃面が溶融し難い範囲で設定されているので、対象物を損傷してしまうことを防止できる。
又、請求項6による吸引ツールによると、請求項1〜請求項5の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引口は所定幅延長されていて、上記超音波ホーンも上記所定幅と略同じ幅延長されているので、広い範囲にわたって汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
又、請求項7による吸引ツールによると、請求項1〜請求項6の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは対象物に弾性付勢された状態で当接されるので、上記超音波ホーンの先端を適切な圧力で対象物に接触させることができる。
又、請求項8による吸引ツールによると、請求項1〜請求項7の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは電気掃除機用のものであるので、電気掃除機において、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ、上記効果を奏することができる。
又、請求項9による吸引ツールによると、請求項8記載の吸引ツールにおいて、上記超音波ホーンは上記吸引口の進行方向に沿って後方に配置されているので、分離・遊動された塵埃を効率良く吸引することができる。
又、請求項10による吸引ツールによると、請求項1〜請求項8の何れかに記載の吸引ツールにおいて、上記吸引ツールは黒板消しクリーナ用のものであるので、黒板消しクリーナにおいて、上記効果を奏することができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の第1の実施の形態を示す図で、電気掃除機を示す側面図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、吸引ツールを示す側断面図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンを示す斜視図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンを示す正面図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、図4のV部の拡大図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、図2のVI部の拡大図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンの先端が絨毯と接触した状態を示す正面図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、図8(a)は超音波ホーンの溝内で超音波が集中される様子を示す拡大図、図8(b)は超音波ホーンの先端から外側に向かって超音波が拡散される様子を示す拡大図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、対象物が容易に溶けないような超音波ホーンの周波数と振幅の組み合わせの例を示す表である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンの超音波振動によるビニール袋の溶融の有無に関する実験結果を示す図で、図10(a)は周波数が28kHzの場合における振幅と溶融開始時間の関係を示す図、図10(b)は周波数が40kHzの場合における振幅と溶融開始時間の関係を示す図、図10(c)は周波数が60kHzの場合における振幅と溶融開始時間の関係を示す図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンの超音波振動の振幅を6μm0−Pに設定した場合のビニール袋の溶融の有無に関する実験結果を示す図で、周波数と溶融開始時間の関係を示す図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンの表面からの距離と超音波振動の音圧との関係を示した図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、気温音速、周波数、波長、及び、半波長の関係を示す表である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンの超音波振動により該超音波ホーンの振動面から離れた場所にある紙片を動かす実験の結果を示す図で、図14(a)は周波数が28kHzで振幅が30μm0−Pのときの振動面からの距離と紙片が動いた距離との関係を示す図、図14(b)は周波数が60kHzで振幅が6μm0−Pのときの振動面からの距離と紙片が動いた距離との関係を示す図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、超音波ホーンの超音波振動により該超音波ホーンの振動面から離れた場所にある紙片を動かす実験の結果を示す図で、周波数を28kHzで振動面からの距離を10mmとした場合の振幅と紙片が動いた距離との関係を示す図である。
本発明の第1の実施の形態を示す図で、図16(a)は振動面距離が3mmのときの周波数と減衰率の関係を示す図、図16(b)は振動面距離が5mmのときの周波数と減衰率の関係を示す図である。
本発明の第2の実施の形態を示す図で、ハンディタイプの電気掃除機の外観を示す斜視図である。
本発明の第3の実施の形態を示す図で、黒板消しクリーナを示す正断面図である。

実施例

0013

以下、図1乃至図16を参照して本発明の第1の実施の形態について説明する。この第1の実施の形態は、本願発明による吸引ツールを移動式の電気掃除機1に適用したものである。
上記電気掃除機1は、図1に示すように、電気掃除機本体3と、吸引ホース5と、この吸引ホース5の先端に着脱可能に取り付けられた吸引ツール7と、から構成される。

0014

上記電気掃除機本体3には、図1に示すように、まず、外筐8がある。この外筐8の後端側(図1中右側)の幅方向両側には、後輪9、9(図1中片側のみ示す。)が回転可能に設けられている。また、上記外筐8の前端側(図1中左側)には、自在キャスタ11が設置されており、これにより上記電気掃除機1の向きを円滑に変更できるようになっている。また、上記電気掃除機本体3内には、図示しないモータ吸引ファンフィルタ、等が内装されている。

0015

また、上記外筐8内には、超音波発振器17が設置されている。この超音波発振器17は、所定の周波数及び振幅で電圧パルスを発生させるもので、この電圧パルスにより、後述する超音波振動子を振動させて超音波を発生させる。
なお、上記吸引ホース5は上記外筐8に着脱可能に連結されており、また、上記吸引ホース5の先端部には把持部19が取り付けられている。

0016

上記吸引ツール7には、図2に示すように、吸引パイプ21がある。この吸引パイプ21の基端側(図2中上側)は、上記吸引ホース5の先端側に着脱可能に挿入・連結される。また、上記吸引パイプ21の先端側には吸引ノズル23が、矢印aで示す方向に回動可能に設置されている。この吸引ノズル23には、底面側(図2中下側)に開口された凹部25が形成されており、この凹部25の上側には上記凹部25内と上記吸引パイプ21内を連通させる吸引口27が設けられている。

0017

また、上記吸引パイプ21の後方(図2中右側)には、超音波振動ユニット収容部材29が設置されており、この超音波振動ユニット収容部材29内には、超音波振動ユニット31が弾性部材としてのコイルスプリング33を介して上記吸引パイプ21の軸方向(図2中上下方向)に移動可能に設置されている。

0018

上記超音波振動ユニット31には、図2に示すように、まず、ブラケット35がある。このブラケット35は上記コイルスプリング33を介して上記超音波振動ユニット収容部材29の内側上端図2上端)に連結されている。また、上記ブラケット35には超音波振動子37が設置されている。この超音波振動子37には、基端側振動部材39と先端側振動部材41があり、これら基端側振動部材39と先端側振動部材41の間に、第1ピエゾ素子43と第2ピエゾ素子45が介挿されている。上記先端側振動部材41の先端側(図2中下側)には超音波ホーン47が固着されている。また、上記先端側振動部材41は固定板49を介して上記ブラケット35に固着されている。

0019

上記第1ピエゾ素子43と上記第2ピエゾ素子45は、電圧入力ケーブル50を介して、既に説明した超音波発振器17に接続されている。上記超音波発振器17によって発生された電圧パルスによって、上記第1ピエゾ素子43と第2ピエゾ素子45の厚み(図2中上下方向の大きさ)が変動し、これにより、超音波振動が発生する。これにより、上記超音波ホーン47が超音波振動される。
なお、上記電圧入力ケーブル50は、上記吸引ホース5の外側に沿うように設置されている。

0020

上記超音波ホーン47は、図3図4に示すように、幅広で、先端側47a(図4中左下側)の厚みが基端側47bの厚みに対して薄くなっている。上記幅広であるが、既に説明した吸引ノズル23の内側の幅と略同じ幅に設定されている。また、上記先端側47aと基端側47bの長さは略同じに設定されていて、その境界部にはテーパ部47cが設けられている。また、図3乃至図5に示すように、上記超音波ホーン47の先端(図3中左下側端)には、複数個(この第1の実施の形態の場合は8個)の溝51が形成されている。上記溝51を設けることにより、図6に示すように、上記超音波ホーン47の反吸引口27側(図6中右側)から吸引口27側(図6中左側)への空気の流通を促すようになっている。

0021

また、図7に示すように、上記超音波ホーン47の先端側は、対象物である絨毯53に接触するものであり、それによって、絨緞53に対して近距離で超音波振動の音圧を伝える。上記超音波振動の音圧により、上記絨毯53が振動されて、その表面の汚れや、内部に入り込んでいる塵埃が分離・遊動されるようになっている。上記絨毯53から分離・遊動された汚れや塵埃は溝51内で浮遊し吸引口27から吸引・除去される。

0022

また、図2に示すように、上記超音波ホーン47は、吸引口27に対して、吸引ツール7の進行方向(図2中右から左に向かう方向)の後側に配置されている。これにより、上記絨毯53から分離・遊動された汚れや塵埃が上記吸引口27に効果的に吸い込まれることになる。

0023

また、上記溝51を正面から視ると、図8(a)に示すような形状になっていて、その基端側が円弧状に形成されている。これによって、超音波振動が上記超音波ホーン47の先端に集中することになる。また、上記超音波ホーン47の先端を側面から視ると、図8(b)に示すように、円弧状に突出された形状になっている。これにより、上記超音波ホーン47の先端から超音波が拡散される。

0024

次に、上記超音波ホーン47の超音波振動の周波数と振幅の設定について説明する。上記超音波ホーン47の超音波振動の周波数と振幅は、対象物が容易に溶けないように設定される。
図9の表に示すように、周波数が28kHzの場合には振幅が11μm0−P以下に設定され、周波数が40kHzの場合には振幅が4μm0−P以下に設定され、周波数が60kHzの場合には振幅が3μm0−P以下に設定されている。
なお、対象物が容易に溶けないとは「溶けるまでに5秒以上を必要とする」状態を意味する。
因みに、通常の掃除機で通常の掃除をする場合は、同じ場所に5秒以上静止して作業を行うことはない。

0025

上記設定値は、次のような実験から導き出された。
まず、周波数が28kHzで、振幅を3.8μm0−P、4.4μm0−P、6μm0−P、6.2μm0−P、8.2μm0−P、10.2μm0−Pのそれぞれに設定した場合、ビニール袋が溶けはじめるまでの時間を測定した。これにより、図10(a)に示すような結果が得られた。
なお、図10(a)は横軸に振幅μm0−Pをとり縦軸に溶融開始時間(sec)をとり、両者の関係を示した図である。「0−P」は片振幅を意味している。
上記結果によると、振幅が10.2μm0−Pのときは10秒程度で溶けはじめ、8.2μm0−Pのときは20秒程度で溶けはじめ、6.2μm0−Pのときは60秒程度で溶けはじめ、3.8μm0−P、4.4μm0−P、6μm0−Pのときは120秒程度で溶けはじめた。
この結果に基づいて、溶けはじめるまでの時間が5秒以上かかる振幅を予測するとともに安全率を考慮して、周波数が28kHzの場合は、振幅を11μm0−P以下に設定した。

0026

また、周波数が40kHzで、振幅を2.3μm0−P、4.0μm0−P、6.2μm0−P、8.3μm0−Pのそれぞれに設定した場合は、図10(b)に示すような結果が得られた。
なお、図10(b)も横軸に振幅μm0−Pをとり縦軸に溶融開始時間(sec)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、振幅が8.3μm0−Pのときは0秒で溶け始め、6.2μm0−Pのときは2秒程度で溶けはじめ、4.0μm0−Pのときは6秒程度で溶け始め、2.3μm0−Pのときは20秒程度で溶け始めた。そこで、周波数が40kHzの場合は、振幅を4μm0−P以下に設定した。

0027

また、周波数が60kHzで、振幅を2.2μm0−P、4.1μm0−P、6.1μm0−Pのそれぞれに設定した場合は、図10(c)に示すような結果が得られた。
なお、図10(c)も横軸に振幅μm0−Pをとり縦軸に溶融開始時間(sec)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、振幅が6.1μm0−Pのときは0秒程度で溶け始め、4.1μm0−Pのときは1秒程度で溶け始め、2.2μm0−Pのときは20秒程度で溶け始めた。そこで、周波数が40kHzの場合は、振幅を3μm0−P以下に設定した。

0028

上記試験の結果の妥当性を確認するために、振幅を6μm0−Pに設定し、周波数を28kHz、40kHz、60kHzとした場合について、溶融の有無を確認する実験を行った。その結果を図11に示す。それによると、周波数が60kHzのときは0秒で溶け始め、周波数が40kHzのときは1秒で溶け始め、周波数が28kHzのときは60秒で溶け始めた。このことから、図9の表に示した設定値の妥当性を確認することができる。

0029

次に、上記超音波ホーン47の溝51の深さ(d)(図5に示す。)の設定について説明する。上記溝51の深さ(d)は、上記超音波ホーン47の先端において、上記溝51内の表面から発せられた超音波振動の音圧ができるだけ大きくなるように設定されている。図12に示すように、超音波振動は、上記超音波ホーン47の表面から離れるほど減衰しながら周期的に変化していく。
なお、図12は横軸に距離をとり縦軸に音圧をとり両者の関係を示した図である。図12中円で囲んだ部分は、音圧が大きくなる、超音波振動の腹の部分となっている。
この図12によると、上記超音波ホーン47の表面上での音圧が最も大きく、次に、上記超音波ホーン47の表面から半波長(λ/2)だけ離れた位置で音圧が大きくなっていて、以下、半波長(λ/2)毎に音圧のピークをむかえる。そこで、上記溝51の深さ(d)を半波長(λ/2)以下であって振動の腹となるように設定すれば、上記溝51がある部分においても、上記超音波ホーン47の先端において上記超音波振動の音圧を大きくすることができる。

0030

上記半波長(λ/2)は、次のようにして求められる。
まず、音速(m/s)は、次の式(I)によって求められる。
C=f×λ———(I)
ただし、
C:音速(m/s)
f:周波数(kHz)
λ:波長(mm)

0031

上記式(I)を変形すると、波長が求められる。
λ=C/f———(II)
ただし、
λ:波長(mm)
C:音速(m/s)
f:周波数(kHz)

0032

上記式(II)のλを1/2にしたものが半波長である。
λ/2=C/(2×f)———(III)
ただし、
λ:波長(mm)
C:音速(m/s)
f:周波数(kHz)

0033

また、上記音速C(m/s)は気温によって異なる。
気温による音速Cと、この音速Cから算出される周波数fと、波長λ、半波長λ/2の関係を、図13の表に示す。
すなわち、周波数が28.0kHzの場合は上記溝51の深さ(d)を6mm以下に設定し、周波数が40.0kHzの場合は上記溝51の深さ(d)を4mm以下に設定し、周波数が60.0kHzの場合は上記溝51の深さ(d)を3mm以下に設定するのがよい。
また、上記溝51の深さ(d)は、超音波振動によって上記絨毯53から分離された汚れや塵埃を上記吸引口27から吸引させるために上記溝51内で浮遊させることができる程度に設定される必要がある。前記したような溝51の深さ(d)の設定値は、何れも、上記絨毯53から分離された汚れや塵埃を上記溝51内で浮遊させるには十分なものである。

0034

また、ここで、周波数が28kHz、振幅を30μm0−P、超音波ホーン47をφ8mmの円筒形として、上記超音波ホーン47から発せられる超音波振動によって紙片を移動させる実験を行ったところ、図14(a)に示すような結果が得られた。
なお、図14(a)は、横軸に振動面からの距離(mm)をとり、縦軸に紙片が動いた距離(mm)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、上記超音波ホーン47の表面から距離が離れるほど紙片が動いた距離は小さくなっていく。また、前述した周波数が28.0kHzの場合に設定される上記溝51の深さ(d)と同じ6mmの位置では、上記紙片が動いた距離が7mm程度と大きなものになっている。

0035

また、周波数が60kHz、振幅を6μm0−P、超音波ホーン47をφ7.5mmの円筒形として、上記超音波ホーン47から発せられる超音波振動によって紙片を移動させる実験を行ったところ、図14(b)に示すような結果が得られた。
なお、図14(b)は、横軸に振動面からの距離(mm)をとり、縦軸に紙片が動いた距離(mm)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、上記超音波ホーン47の表面から離れるほど、紙片が動いた距離は小さくなっていく。また、前述した周波数が60.0kHzの場合に設定される上記溝51の深さ(d)と同じ3mmの位置では、上記紙片が動いた距離が7mm程度と大きなものになっている。
なお、この図14(b)のグラフでは、3mmの位置に、紙片が動いた距離の山の頂点(振動の腹)が現われている。

0036

また、周波数を28kHzとし、超音波振動の振幅を変化させて、上記超音波ホーン47の表面からの距離が10mmの位置での、紙片が動いた距離を測定したところ、図15に示すような結果が得られた。
なお、図15は、横軸に振動振幅(μm0−P)をとり、縦軸に紙片が動いた距離(mm)を取り、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、超音波振動の振幅が大きいほど、紙片が受ける影響が大きくなっている。

0037

次に、周波数を変化させ、上記超音波ホーン47の表面からの距離が3mmの位置での、振幅の減衰率を測定すると、図16(a)に示すような結果が得られた。
なお、図16(a)は、横軸に周波数(kHz)をとり、縦軸に振幅の減衰率(%)をとり、両者の関係を示した図である。
また、周波数を変化させ、上記超音波ホーン47の表面からの距離が5mmの位置での、振幅の減衰率を測定すると、図16(b)に示すような結果が得られた。
なお、図16(b)は、横軸に周波数(kHz)をとり、縦軸に振幅の減衰率(%)をとり、両者の関係を示した図である。
上記結果によると、周波数が低いほど減衰率が低くなっており、周波数を低く設定すればよいことがわかる。

0038

以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、吸引ツール7を吸引ホース5の先端に取り付け、図示しないモータを動作させると共に、超音波発振器17を動作させる。これにより、吸引口27からの吸引が開始されるとともに、超音波ホーン47の超音波振動が開始される。
次に、対象物である絨毯53に、超音波ホーン47の先端を接触させる。これにより、上記絨毯53が振動され、汚れや塵埃が分離・遊動され、溝51内を浮遊しながら進行方向側に飛ばされる。
上記汚れや塵埃は、上記吸引口27から吸引される。

0039

また、超音波振動ユニット31はコイルスプリング33を介して上記吸引パイプ21の軸方向(図2中上下方向)に移動可能に設置されているので、上記コイルスプリング33の弾性力により、上記超音波ホーン47の先端が、適切な圧力で上記絨毯53に接触される。

0040

以上、本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引することができる。これは、吸引口27の近傍に超音波ホーン47が設置されていて、この超音波ホーン47によって対象物である絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動されるからであり、また、上記超音波ホーン47には溝51が形成されているので、上記超音波ホーン47の反吸引口27側(図6中右側)から上記吸引口27側(図7中左側)へ空気の流れが促進され、且つ、上記溝51内で上記汚れや塵埃が効果的に浮遊されるからである。
また、上記超音波ホーン47は幅広な形状であるため、広い範囲にわたって、上記絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
また、上記超音波ホーン47が吸引口27の後方に配置されているので、超音波振動により分離・遊動された塵埃を効率良く吸引することができる。
因みに、上記超音波ホーン47が上記吸引口27の前方に設置されていたと仮定すると、吸引により塵埃が上記超音波ホーン47の後方へ遊動されてしまう。このとき、上記吸引により塵埃が誘導された部分は、上記超音波ホーン47が通過したあとなので、この部分については、上記超音波ホーン47の超音波振動の効果が得られなくなってしまうことになる。

0041

また、超音波振動ユニット31はコイルスプリング33を介して上記吸引パイプ21の軸方向(図2中上下方向)に移動可能に設置されているので、上記コイルスプリング33の弾性力により、上記超音波ホーン47の先端を適切な圧力で上記絨毯53に接触させることができる。

0042

また、上記溝51を正面から視ると、図8(a)に示すように、上記溝51の基端側が円弧状になっているので、上記超音波ホーン47の先端に超音波振動を集中させ、上記絨毯53から汚れや塵埃を効果的に分離・遊動させることができる。
また、上記超音波ホーン47の先端を側面側から視ると、図8(b)に示すように、円弧状に突出された形状になっていて、超音波振動が拡散されるので、広範囲で絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。
また、上記溝51の深さ(d)は、上記超音波ホーン47の超音波振動の空気を媒体とした場合の半波長(λ/2)以下であって振動の腹となるように設定されているので、上記超音波ホーン47の先端の上記溝51が形成された部分においても、大きな振幅で超音波振動を発生させることができ、効果的に上記絨毯53から汚れや塵埃が分離・遊動させることができる。

0043

次に、図17を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。この第2の実施の形態の場合には、ハンディタイプの電気掃除機1に本願発明を適用した例を示すものである。
なお、前記第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
このようなハンディタイプの電気掃除機1であっても同様の効果を奏することができる。

0044

次に、図18を参照して本発明の第3の実施の形態について説明する。
この第3の実施の形態では、吸引ツール61を黒板消しクリーナ63に適用したものである。
上記黒板消しクリーナ63には中空の外筐65がある。この外筐65の図18中上側には吸引口67が開口されている。また、上記外筐65内には、真空吸引部69が設置されており、この真空吸引部69は、図示しないモータと、吸引ファンと、フィルタと、等から構成されている。この真空吸引部69により、上記外筐65外部から上記吸引口67を介して吸引が行われる。

0045

上記吸引ツール61は、図18中上側が開口された網状のケース71と、このケース71の内周側に設置されたフィルタ73と、上記ケース71の底面に設置された超音波振動子37とから構成される。この超音波振動子37の超音波ホーン47の先端は、対象物である黒板消し75の表面に接触される。また、図示しない超音波発振器が内装されていて、この超音波発振器と上記超音波振動子37は図示しない電圧入力ケーブルによって接続されている。
なお、超音波振動子37の構成は、前記第1の実施の形態の場合と同じであり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

0046

以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、真空吸引部69を動作させて吸引を開始するとともに、超音波振動子37の動作を開始させる。
次に、対象物である黒板消し75を、上記吸引口67上で図18中左右方向に移動させる。このとき、超音波ホーン47の超音波振動により、上記黒板消し75に付着したチョークの粉が分離・遊動され、外筐65内へ吸引される。

0047

以上、この第3の実施の形態においても、前記第1、第2の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

0048

尚、本発明は前記第1乃至第3の実施の形態に限定されるものではない。
超音波ホーンの溝の形状、数、溝の深さ、等については、様々な場合が考えられる。
前記第1の実施の形態では、電圧入力ケーブルを吸引ホースの外側に沿うように設置していたが、上記吸引ホースの内部に通してもよい。
又、前記第1乃至第3の実施の形態では、移動式の電気掃除機、ハンディタイプの電気掃除機、黒板消しクリーナ、を例に挙げて説明したが、染み抜き、その他様々な場所で使用される吸引ツールに適用可能である。
その他、図示した構成はあくまで一例でありそれに限定されるものではない。

0049

本発明は、吸引ツールに係り、特に、超音波振動によって汚れや塵埃を分離・遊動させ効果的に吸引できるように工夫したものに関し、例えば、電気掃除機や黒板消しクリーナに好適である。

0050

7吸引ツール
21吸引パイプ(吸引ツール本体の一部)
27 吸引口
29超音波振動ユニット収容部材(吸引ツール本体の一部)
33コイルスプリング(弾性部材)
37超音波振動子
47超音波ホーン
51 溝

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