塵埃凝集路と電気掃除機
【課題】簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供する。
【解決手段】塵埃凝集路は、塵埃を含む気体が流通する流路として、延長管５０２、サクションホース５０４、および、連結部５０５と、延長管５０２内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路１６１と、連結部５０５内に配置されて摩擦帯電経路１６１において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路１６２とを備え、摩擦帯電経路１６１は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路１６２は、第３の材質で形成され、第１の材質の接触電位が第３の材質の接触電位よりも大きく、第３の材質の接触電位が第２の材質の接触電位よりも大きい。
【解決手段】塵埃凝集路は、塵埃を含む気体が流通する流路として、延長管５０２、サクションホース５０４、および、連結部５０５と、延長管５０２内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路１６１と、連結部５０５内に配置されて摩擦帯電経路１６１において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路１６２とを備え、摩擦帯電経路１６１は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路１６２は、第３の材質で形成され、第１の材質の接触電位が第３の材質の接触電位よりも大きく、第３の材質の接触電位が第２の材質の接触電位よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃を含む気体を流通させて塵埃を凝集するための塵埃凝集路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、塵埃を含む気体が流通する管の内壁面に突起を設けた例としては、特開２００２−３２０５７８号公報（特許文献１）に記載されている電気掃除機の延長管がある。これは、電気掃除機本体にホースを介して接続された延長管の入り口付近に増速手段として案内羽根を設け、延長管の内壁面近傍の空気流を増速させることを目的としている。
【０００３】
また、特開平９−１３１５２２号公報（特許文献２）には、流体の混合効率を高めるミキシングエレメントが記載されている。これは筒状の通路管と一体的に螺旋状羽根を設けることで、羽根面に沿う流体に位置移動や合流、せん断という作用を与えて、混合効率を高めることを目的としている。
【０００４】
一方、特開２００５−３２４０９４号公報（特許文献３）には、コロナ放電を利用して微粒子を帯電した後、電圧を印加された導電性体で微粒子を捕集する粒子凝集器が記載されている。これは、その導電性体の表面において、捕集された微粒子が凝集していき、ある程度の大きさになると、気流によって凝集粒子群が導電性体から引き離されて排気されるという機構の粒子凝集器である。
【０００５】
特許第２５１７８７７号公報（特許文献４）には、摩擦接触帯電により粒子を帯電することが記載されている。この公報には、微粒子を管との接触帯電により、一方に正の静電気を、他方に負の静電気をそれぞれ帯電させたのち、両者を混合し、電気的に結合させる微粒子複合体の製造方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３２０５７８号公報
【特許文献２】特開平９−１３１５２２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２４０９４号公報
【特許文献４】特許第２５１７８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、電気掃除機の延長管のような、円筒状の管の内部における気流を模式的に示す図である。図１に示すように、流路１内に矢印の方向に気体Ｐが流入すると、流路１の壁２と気体が接触する部分に剥離領域３が形成される。そのため、流路内の気流Ｑの速度が位置によって不均一になり、速度勾配４が生じる。気体の流れに沿った方向の剥離領域３の長さは、流路１の直径Ｄの４倍〜５倍程度である。
【０００７】
特開２００２−３２０５７８号公報（特許文献１）に記載されている電気掃除機の延長管に設けられた案内羽根は、塵埃を効果的に集塵室に搬送するために、図１に示すような流路入口部の剥離を抑制し、見かけ上の吸い込み口面積を大きくして、圧損低減の効果を狙ったものである。しかしながら、気流に含まれる粒子同士の衝突凝集に関しては特に記述されていない。
【０００８】
また、特開平９−１３１５２２号公報（特許文献２）に記載されているミキシングエレメントは、流体の混合を主な目的としているため、塵埃同士を衝突凝集させることで特に小さな塵埃の数を低減させる手段については記述されていない。
【０００９】
特開２００５−３２４０９４号公報（特許文献３）に記載の粒子凝集器では、粒子を帯電するためにコロナ放電を利用しているので、流路中に高電圧部を設けている。このような場合に、流路径に相当するような物体、特に糸状の物が本高電圧部に引っ掛ると電極ショートにより火災などが発生する危険性がある。
【００１０】
また、特許第２５１７８７７号公報（特許文献４）に記載の微粒子複合体の製造方法では、２系統の管を用いて、一方の管を通る微粒子は正の静電気に、他方の管を通る微粒子は負の静電気に帯電させた後に、両者を合流している。
【００１１】
このように２系統の流路を設けるには、１つの吸入口を途中で分岐するか、吸入口を２つにするかしなければならない。しかし、１つの吸入口を途中で分岐すると、分岐箇所での微粒子の堆積が発生しやすくなる。これを、吸入口を２つにすることで回避すると、それぞれの吸入口間の距離を大きくしなければならず、占有面積が多くなってしまう上に構造も複雑になってしまう。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に従った塵埃凝集路は、塵埃を含む気体が流通する流路と、流路内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路と、流路内に配置されて摩擦帯電経路において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路とを備え、摩擦帯電経路は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、第３の材質で形成され、第１の材質の接触電位が第３の材質の接触電位よりも大きく、第３の材質の接触電位が第２の材質の接触電位よりも大きい。
【００１４】
接触電位が高い物質ほど、他の物質と接触した際に他の物質から電子を奪う力が強い。すなわち、接触電位が高い物質は、負に帯電しやすく、接触する相手を正に帯電させやすい。一方、接触電位が低い物質ほど、他の物質と接触した際に他の物質に電子を奪われやすい。すなわち、接触電位が低い物質は、正に帯電しやすく、接触する相手を負に帯電させやすい。
【００１５】
そこで、このようにすることにより、塵埃凝集路の材質の選択に制限がある場合においても、３つの異なる接触電位をもつ材質を選択し、接触電位が上記の大小関係になるように考慮して構成すれば、従来に比べて塵埃の凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００１６】
このようにして、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【００１７】
この発明に従った塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する所定の塵埃に対して大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する所定の塵埃に対して小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃に対してほぼ同一の接触電位を持つ材質によって形成されていることが好ましい。
【００１８】
このようにすることにより、特定の物質からなる塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００１９】
この発明に従った塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されていることが好ましい。
【００２０】
このようにすることにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００２１】
また、このようにすることにより、凝集させる塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化させることができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００２２】
この発明に従った塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されていることが好ましい。
【００２３】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【００２４】
この発明に従った塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されていることが好ましい。
【００２５】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【００２６】
この発明に従った塵埃凝集路においては、突起は、突起の下流側を流通する気体に渦を発生させることが可能であるように形成されていることが好ましい。
【００２７】
このようにすることにより、渦の作用で全ての粒子どうしが衝突し、効果的に塵埃塊（クラスタ）を形成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、この発明によれば、簡単な構造で、塵埃を帯電し、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図２から図５は、この発明の実施形態にかかる摩擦帯電経路の摩擦帯電部によって塵埃が帯電されて凝集することを説明する図である。
【００３１】
図２は、この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の構成を説明する図である。
【００３２】
図２に示すように、第１摩擦帯電部１０および第２摩擦帯電部１１は、円筒管を軸方向に２分割したハーフパイプ形状をしている。第１摩擦帯電部１０は塵埃を正に帯電させやすい材質で構成されている。また、第２摩擦帯電部１１は塵埃を負に帯電させやすい材質で形成されている。このハーフパイプ形状は、帯電の性能、構成部分の機能により適宜変形した形状にすることが可能である。
【００３３】
図３は、この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の組み立てを説明する図である。
【００３４】
図３に示すように、図２に示す第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１を組み合わせると、図３に示される摩擦帯電経路１２に組み合わせることができ、内部を気密に保って気流を流すことが可能となる。摩擦帯電経路１２が形成された第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１の、一方の接合面１３と他方の接合面１４に垂直な面をＡ−Ａ'断面とする。
【００３５】
図４は、図３に示す摩擦帯電経路をＡ−Ａ'線の方向から見た断面図である。
【００３６】
図４は、細塵が本発明により帯電されるモデルを説明している。以下、図４に基づいて、塵埃の帯電状態を説明する。
【００３７】
摩擦帯電経路１２に気流が発生すると、塵埃として数ミクロン程度の細塵１５Ａ、細塵１６Ａ、細塵１７Ａが通風路１２の入口１８より出口１９に向かって搬送される。細塵１５Ａが第１摩擦帯電部１０の近くに搬送され、第１摩擦帯電部１０に接触したとき、摩擦帯電作用により細塵１５Ａは、正に帯電させられる。また細塵１７Ａは、第２摩擦帯電部１１の近くに搬送され、第２摩擦帯電部１１に接触したとき、摩擦帯電作用により細塵１７Ａは、負に帯電させられる。このようにして正に帯電した細塵１５Ａは、負に帯電した細塵１７Ａと通風路１２の中で混ざり合い、静電気力により相互に吸引されるので吸着し、塵埃塊１９Ａを形成する。通風路１２と帯電部の形状を適宜長く設定することにより塵埃塊１９Ａは、第１摩擦帯電部１０、第２摩擦帯電部１１と再度接触することになり、更に帯電される。このようにして細塵１５Ａ、細塵１７Ａ、塵埃塊１９Ａは、帯電と吸着を繰り返すので、塵埃塊１９Ａは更にサイズが大きくなる。図３では、第１摩擦帯電部１０もしくは第２摩擦帯電部１１と細塵が一回の衝突で１回の吸着を行うように図示されているが、通風路１２の長さと直径を適宜設定することで、複数回の接触を行わせることができる。また材質の選定を適宜行うことで、細塵１５Ａ、細塵１７Ａと第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１が接触するときの帯電量を選択し、設定することができる。
【００３８】
図５は、本発明により塵埃塊が形成される他の場合のモデルを示す図である。
【００３９】
図５に示すように、図４と同様にして第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１に接触した細塵１５Ｂ、細塵１７Ｂが、気流もしくは静電気の吸引作用により相互に吸着し、更に近傍を浮遊している帯電されていないもしくは空気により微量に帯電した細塵１６Ｂと吸引することにより大きい塵埃塊（クラスタ）１９Ｂが形成される。
【００４０】
この発明の摩擦帯電経路は、以上に示した第１と第２の摩擦帯電部を備える。
【００４１】
次に、この発明の実施形態にかかる衝突促進経路における塵埃の凝集について説明する。
【００４２】
図６は、流路内の気流が層流速度分布の場合に粒子が凝集する様子を模式的に示す図である。
【００４３】
図６に示すように、流路１内には矢印の方向に気体Ｐが流入する。流路１内の気流Ｑが層流である場合、流路１の壁２の内面の摩擦と内部を流通する気体の粘性の影響で、気流Ｑ内に速度差が生じ、境界層の速度勾配４が発達する。気体Ｐとともに流路１内に流入した塵埃５ａと、塵埃５ａよりも遅れて流路１内に流入した塵埃５ｂは、気流Ｑ内に生じた速度差によって、塵埃５ａと塵埃５ｂが二点鎖線で示すように近付いて、粒子同士が接触し、凝集する。
【００４４】
流路１内の流れが乱流である場合には、乱流の不均一な速度分布に加えて、乱流速度の時間的変動に対する粒子の追従性が粒子の慣性力により異なるために粒子が凝集する。乱流の不均一な速度分布は、層流の場合と同様の現象が部分的に起きることによって生じているものと考えられる。
【００４５】
いずれの場合においても、塵埃中の粒子どうしの接触確率増大のメカニズムにおいては、流れのせん断が支配的であるため、気流に速度分布を積極的に与えることで粒子同士の凝集を促進させることができる。
【００４６】
しかしながら、流路の流れが層流である場合、粒子径の大きさによって、速度分布が粒子に及ぼす力の大きさと向きとが異なる。そのため、流路内には様々な大きさの粒子が均一に分布せず、粒子の径によって分布に偏りができる。このような流路中での粒子径分布は、粒子どうしの接触確率に影響を及ぼす。このことを以下に説明する。
【００４７】
図７は、流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の大きい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【００４８】
図７に示すように、流路１の中央部付近では気流Ｑの速度が大きいため、粒子５に生じる抗力も大きい。一方、流路１の壁２に近付くほど気流Ｑの速度が小さくなるため、粒子５に生じる抗力も小さい。流路１内に気体Ｐとともに流入した塵埃中の粒子５の径が大きい場合、粒子５は流路１内に生成された速度勾配４の影響を強く受ける。すなわち、粒子５の中央部側に働く抗力が大きく、粒子５の壁側に働く抗力が小さいため、粒子５において中央部と壁側に生じる抗力の差によって、粒子５には、流路１の中央から壁面方向に向かう回転力が加わる。その結果、粒子５が方向Ｖの向き、すなわち、流路１の壁２の方向に移動する。その結果、流路１の壁２側には径の大きい粒子が集まる。
【００４９】
図８は、流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の小さい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【００５０】
図８に示すように、粒子５の径が小さい場合、粒子５の周囲の気流Ｑには速度の差があまりない。そのため、粒子５に働く流路１内に生成された速度勾配４の影響が弱く、粒子５は、流路１に流入した時の位置を大きく変えずに、方向Ｖの向きにそのまま直進する。そのため、流路１の中央部には、相対的に径の小さい粒子が集まる。
【００５１】
その結果、流路１の中央部における径の小さい粒子同士が接触する確率は低くなる。さらに、流路１の中央部には径の小さい粒子、流路１の壁２の付近には径の大きい粒子、というように、径の異なる粒子がそれぞれ分離しているため、表面積の大きい径の大きい粒子に径の小さい粒子が接触する確率も低くなり、全体的に粒子同士の接触確率が低下する。
【００５２】
以上のことから、粒子どうしの凝集効率向上のためには、以下の３点が重要であるといえる。
【００５３】
（１）乱流速度場を形成する。
【００５４】
（２）速度分布を積極的に与える。
【００５５】
（３）粒子径の分布を均一にする。
【００５６】
これらを全て同時に満足するためには、気流に乱れを発生させる手段、すなわち渦発生手段を流路内に設けることが考えられる。
【００５７】
一方、粒子どうしが衝突すると、衝突した粒子は、粒子間に生じる力により凝集するものと考えられる。この力は一般的に粒子間距離の累乗に反比例するため、粒子間の距離が小さくなるとその値は非常に大きくなるものと考えられる。そのため一度接触した粒子の凝集を分散するためには粒子の衝突時に生じた力以上の外力が必要となるものと考えられるため、凝集状態を保持し続けるものと考えられる。
【００５８】
さらに、上記の力は、粒子が巨大化するほど、より大きな引力として働くため、径の大きい粒子と接触した径の小さい粒子の分散はさらに生じにくい。
【００５９】
また、粒子どうしの凝集が生じると、見かけ上、径の大きな粒子が増加するため、さらに粒子同士の接触確率が増加する。
【００６０】
この発明の塵埃凝集路は、上述したような、塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路と、摩擦帯電経路において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路とを備える。
【００６１】
この発明の塵埃凝集路においては、特定の物質からなる塵埃を、塵埃に対し十分大きい接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、塵埃に対し十分小さい接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成した摩擦帯電経路の中を、気流により上流側から下流側へ搬送する。
【００６２】
これにより、第１の材質により構成された第１摩擦帯電部に衝突接触した塵埃は、より接触電位の高い第１の材質により電子を奪われ、正の電荷を持ち、故に正に帯電する。また、第２の材質により構成された第２摩擦帯電部に衝突接触した塵埃は、より接触電位の低い第２の材質から電子を奪い、負の電荷を持ち、故に負に帯電する。
【００６３】
この正に帯電した塵埃と、負に帯電した塵埃は、帯電していない塵埃を吸着しながら、塵埃塊（小クラスタ）に成長し、さらに、相対する電荷を持つ塵埃塊（小クラスタ）同士が、クーロン力（引力）により衝突接触し、さらに大きな塵埃塊（大クラスタ）へと成長する。
【００６４】
これが、上記構成により得られる、塵埃の凝集効果である。これにより、より大きな塵埃塊にクラスタ化して成長した塵埃は、クラスタ化していない塵埃に比べ、例えば流路のさらに下流に設けられる遠心分離機やフィルタにより、より効率よく分離または集塵される。
【００６５】
このとき、塵埃が搬送される気流の流速が増加すると、塵埃塊に働くクーロン力に対して慣性力が支配的となり、十分に塵埃は帯電しているにもかかわらず、塵埃または塵埃塊が衝突接触しにくく、または、塵埃または塵埃塊がある程度以上の衝突接触をしないためにある程度以上の塵埃塊が成長しないことが懸念される。
【００６６】
この問題を効果的に解決するためには、気流に渦や乱れを発生させ、塵埃または塵埃塊同士の衝突接触の回数を増加してやればよい。例えば、衝突促進部（例えば、強い渦を生成する突起からなるもの）を備えた衝突促進経路を、摩擦帯電経路のさらに下流側に設けることが考えられる。
【００６７】
しかしながらこのとき、摩擦帯電経路と衝突促進経路との間の経路に曲がりがあるか、または十分に距離が長い場合には、衝突促進部（例えば、下流側に強い渦を生成する突起からなるもの）の材質を安易に選んでしまうと、次のようなデメリットが生ずる。
【００６８】
例えば、上記第１の材質により構成された衝突促進部を、摩擦帯電経路のさらに下流側に設けた場合、第１の材質は、上記に記載の通り、塵埃から電子を奪う性質がある。
【００６９】
故に、例えば、まだ電荷を持たない塵埃か、または、正負に帯電した塵埃同士の衝突凝集により電荷が中和されて電荷を持たない塵埃塊が、上記第１の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第１の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊が衝突促進部に衝突すれば、塵埃または塵埃塊は正に帯電する。
【００７０】
例えば、既に正に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第１の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第１の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊からさらに電子を奪うため、ますます塵埃または塵埃塊は正の電荷量を増強される。または、塵埃または塵埃塊が既に飽和点まで正に帯電している場合には、衝突促進部と塵埃または塵埃塊との間で電子のやり取りはない。
【００７１】
例えば、既に負に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第１の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第１の材質により構成されているため、負に帯電している塵埃または塵埃塊から電子を奪い、塵埃または塵埃塊のもつ電荷を中和して負の電荷の量を減らし、結果として塵埃または塵埃塊のもつ負の電荷は小さくなるか、あるいはさらに電子を奪われる場合には、正に帯電してしまうこともあり得る。
【００７２】
上記のような場合、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、正の電荷をもつものの数が増加し、負の電荷をもつものの数が減少してしまう。
【００７３】
ところで、正の電荷をもつ塵埃または塵埃塊同士は、斥力のため反発しあい、衝突による凝集が阻害されるため、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、正の電荷をもつものの数が増加し、負の電荷をもつものの数が減少して、全体として正の電荷を持つ塵埃または塵埃の割合が多くなってしまうと、結果として、当初期待していた塵埃または塵埃塊同士の衝突接触による凝集効果を、逆に損なわせてしまうこととなる。
【００７４】
また仮に、衝突促進部が、第１の材質ほどは接触電位が大きくない材質により構成されていたとしても、塵埃よりも大きい接触電位をもつ材質で構成されていれば、程度は違えども、上記に近いデメリットが生ずる。
【００７５】
また同様に、上記第２の材質により構成された衝突促進部を、摩擦帯電経路のさらに下流側に設けた場合、第２の材質は、上記に記載の通り、塵埃により電子を奪われる性質がある。
【００７６】
故に、例えば、まだ電荷を持たない塵埃か、または、正負に帯電した塵埃同士の衝突凝集により電荷が中和されて電荷を持たない塵埃塊が、上記第２の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第２の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊が衝突促進部に衝突すれば、塵埃または塵埃塊は負に帯電する。
【００７７】
例えば、既に負に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第２の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第２の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊によりさらに電子が奪われるため、ますます塵埃または塵埃塊は負の電荷量を増強される。または、塵埃または塵埃塊が既に飽和点まで負に帯電している場合には、衝突促進部と塵埃または塵埃塊との間で電子のやり取りはない。
【００７８】
例えば、既に正に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第２の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第２の材質により構成されているため、正に帯電している塵埃または塵埃塊により電子が奪われ、塵埃または塵埃塊のもつ電荷を中和して正の電荷の量を減らし、結果として塵埃または塵埃塊のもつ正の電荷は小さくなるか、あるいはさらに電子を奪う場合には、負に帯電してしまうこともあり得る。
【００７９】
上記のような場合、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、正の電荷をもつものの数が増加し、負の電荷をもつものの数が減少してしまう。
【００８０】
ところで、負の電荷をもつ塵埃または塵埃塊同士は、斥力のため反発しあい、衝突による凝集が阻害されるため、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、負の電荷をもつものの数が増加し、正の電荷をもつものの数が減少して、全体として負の電荷を持つ塵埃または塵埃の割合が多くなってしまうと、結果として、当初期待していた塵埃または塵埃塊同士の衝突接触による凝集効果を、逆に損なわせてしまうこととなる。
【００８１】
また仮に、衝突促進部が、第２の材質ほどは接触電位が小さくない材質により構成されていたとしても、塵埃よりも小さい接触電位をもつ材質で構成されていれば、程度は違えども、上記に近いデメリットが生ずる。
【００８２】
また、上流側に設置された摩擦帯電経路により摩擦帯電した塵埃または塵埃塊は、下流へ流通する間に、その軌道は流れに任されるため、一般的には管理が極めて難しく、電荷をもつ塵埃または塵埃塊を衝突促進部に衝突接触しないようにするのは困難か、または、衝突促進部に衝突接触しないように新たな工夫を加えれば、今度は、下流側に設けた衝突促進部により、気流に渦や乱れを発生させ、塵埃または塵埃塊同士の衝突接触の回数を充分に増加させることができなくなってしまう。
【００８３】
そこで、衝突促進経路に設けられる衝突促進部の材質を、塵埃に対し略同一の接触電位をもつ第３の材質により構成する。
【００８４】
このようにすることで、衝突促進部と塵埃または塵埃塊との衝突の際に、電子のやり取りを抑制することができる。これにより、衝突促進経路の上流側に設けられた摩擦帯電経路によりバランスよく正負に帯電した塵埃または塵埃塊を、その電荷量をほとんど変化させることなく、塵埃同士の衝突を促進することができ、塵埃の凝集効果をより高めることができる。
【００８５】
これにより、塵埃または塵埃塊を、さらに大きな塵埃塊にクラスタ化して成長させることができるので、上記の衝突促進経路を流通させない場合に比べ、例えば流路のさらに下流に設けられる遠心分離機やフィルタにより、さらに効率よく分離または集塵される。
【００８６】
なお、摩擦帯電経路と衝突促進経路との間の経路に曲がりがなく、かつ、十分に距離が短い場合には、衝突促進部の材質も摩擦帯電経路と同じ２種類の材質を選択し、第１の材質により構成された第１摩擦帯電部のすぐ下流に備えられた衝突促進部も第１の材質により構成し、第２の材質により構成された第２摩擦帯電部のすぐ下流に備えられた衝突促進部も第２の材質により構成することにより、塵埃または塵埃塊を、より大きな塵埃塊にクラスタ化して成長させることができるので、例えば流路のさらに下流に設けられる遠心分離機やフィルタにより、より効率よく分離または集塵される。
【００８７】
図９は、物質の帯電のしやすさを表した帯電列を示す図である。
【００８８】
図９に示すように、帯電列表に記された物質は、表の右側ほど接触電位が高く、すなわち、負に帯電しやすく、接触相手を正に帯電させやすい。一方、帯電列表の左側ほど接触電位が低く、すなわち、正に帯電しやすく、接触相手側を負に帯電させやすい。
【００８９】
したがって、この発明の摩擦帯電経路と衝突促進経路について、接触電位の大きい材質としては、図９に示す帯電列の右側にある物質を用い、接触電位の小さい材質としては、図９に示す帯電列の左側にある物質を用いることができる。
【００９０】
このような考察に基づいて、以下に本発明の実施形態を説明する。
【００９１】
（実施形態１−１）
図１０は、この発明の実施形態１−１として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図である。
【００９２】
図１０に示すように、電気掃除機６ｂは、流路として延長管５０２、サクションホース５０４、連結部５０５を備える。延長管５０２と、サクションホース５０４と、連結部５０５は、順番に接続されている。電気掃除機６ｂは、長さａの延長管５０２の上流側の端部から距離ｃ下流側に長さｂの摩擦帯電経路１６１を備え、さらにその下流側である本体接続部５０５に長さｄの衝突促進経路１６２を備える。摩擦帯電経路１６１においては、塵埃を正に帯電させる第１摩擦帯電部と、塵埃を負に帯電させる第２摩擦帯電部が対向するように配置されて塵埃凝集路の壁を形成している。
【００９３】
摩擦帯電経路１６１は、粒子を帯電させることが可能な機能材料によって形成されているため、塵埃粒子が壁面に接触することで塵埃粒子を帯電させ、帯電した塵埃間に生じるクーロン力を用いて効果的に塵埃粒子の衝突確率を向上させる。
【００９４】
このようにして、摩擦帯電経路１６１においては、粒子同士の衝突確率を増加する。内壁面との接触確率を増加し、帯電した粒子数と粒子の荷電量を増加する。
【００９５】
衝突促進経路１６２においては、塵埃粒子を効果的に撹拌し、衝突確率を高め、摩擦帯電経路１６１で帯電した塵埃粒子を全て凝集させる。衝突促進経路１６２は、粒子が壁面と衝突しても電荷の授受を生じにくい材料によって形成されている。
【００９６】
摩擦帯電経路１６１において帯電した粒子の中には、衝突促進経路１６２に到達するまでに粒子同士で衝突しないものも存在する。また、塵埃凝集路からの距離が遠くなるにつれて渦強度は弱くなるため、撹拌能力が弱まり、粒子同士の衝突確率も低くなる。そのため、衝突促進経路１６２が、粒子を帯電しやすい機能材料で形成されていない塵埃凝集路として設けられることで、摩擦帯電経路１６１において帯電した粒子同士の衝突確率を高くし、さらに粒子の凝集を促進させる。
【００９７】
このように、粒子の帯電状態を作り出し、さらに効果的に衝突させることによって、凝集を効率的に生じさせることが可能となる。
【００９８】
摩擦帯電経路１６１においていずれかの極性に帯電した塵埃粒子を新たに帯電させる効果のある機能材料で衝突促進経路１６２を形成すると、摩擦帯電経路１６１と衝突促進経路１６２によって塵埃粒子が同一極性に帯電される場合は、粒子の帯電量がさらに増加され、より強いクーロン力を生み出すことができるが、摩擦帯電経路１６１と衝突促進経路１６２によって塵埃粒子が異極性に帯電される場合は、粒子の電荷が中和される。
【００９９】
粒子の電荷が中和される別の例としては、流路内において気流が流通する方向に、粒子を正に帯電する機能材料と粒子を負に帯電する機能材料とを等間隔に交互に配置し、突起により流路の中心付近を旋回中心とした流路全体の旋回流を生じさせる場合がある。粒子を正に帯電させる壁面と接触して正に帯電した塵埃粒子が、次に粒子を負に帯電させる壁面と接触して負に帯電するため、結果的に塵埃粒子の電荷は中和される。
【０１００】
また、流路内において気流が流通する方向に平行な方向に流路を二分割し、正と負に帯電する機能材料を同一比率で片側ずつ配置し、突起により旋回流を生じさせた場合も同様に、まず粒子を正に帯電させる壁面と接触して正に帯電した塵埃粒子が、次に粒子を負に帯電させる壁面と接触して負に帯電するため、結果的に塵埃粒子の電荷は中和される。
【０１０１】
しかし、本実施形態のように、衝突促進経路１６２を電荷の授受の生じにくい材料によって形成し、衝突促進経路１６２において、摩擦帯電経路１６１で与えられた塵埃粒子の帯電を中和させることなく、衝突促進経路で形成された渦の作用で全ての粒子同士が衝突することによって、効果的に塵埃塊（クラスタ）を形成することができる。
【０１０２】
塵埃凝集路の上流部である、摩擦帯電経路は、第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成される。
【０１０３】
また、衝突促進経路は、第３の材質により構成された衝突促進部を備えている。
【０１０４】
そして、第１の材質、第２の材質、第３の材質のそれぞれの接触電位は、第１の材質＞第３の材質＞第２の材質になるようにされる。
【０１０５】
例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロンの３種類の材料のみから選択しなければならないといった制約がある場合には、第１の材質はポリエチレン（ＰＥ）、第２の材質はポリスチレン（ＰＳ）、第３の材質はナイロン（ポリアミド）といった組合せにすることによって、本発明の効果を比較的よく得ることができる。
【０１０６】
これにより、塵埃凝集路の材質の選択に制限がある場合においても、３つの異なる接触電位をもつ材質を選択し、接触電位が上記の大小関係になるように考慮して構成すれば、従来に比べて、凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１０７】
このように、塵埃凝集路は、塵埃を含む気体が流通する延長管５０２と、延長管５０２内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路１６１と、連結部５０５内に配置されて摩擦帯電経路１６１において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路１６２とを備え、摩擦帯電経路１６１は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、第３の材質で形成され、第１の材質の接触電位が第３の材質の接触電位よりも大きく、第３の材質の接触電位が第２の材質の接触電位よりも大きい。
【０１０８】
このようにすることにより、塵埃凝集路の材質の選択に制限がある場合においても、３つの異なる接触電位をもつ材質を選択し、接触電位が上記の大小関係になるように考慮して構成すれば、従来に比べて塵埃の凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１０９】
このようにして、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【０１１０】
（実施形態１−２）
図１１は、本発明の実施形態１−２として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図であり、図１２は、本発明の電気掃除機の本体の構成の説明図である。
【０１１１】
実施形態１−２が実施形態１−１と異なる点としては、摩擦帯電経路が接続管の内部に配置されている。実施形態１−２のその他の部分は、実施形態１−１と同様である。
【０１１２】
図１１と図１２に示すように、電気掃除機５００においては、吸引口５０１は、延長管細側５１１、延長管太側５１２、把手５０３ａを有する接続管５０３、折り曲げ自在のサクションホース５０４と順次連結され、連結部５０５を経由して掃除機本体５０６に接続されている。掃除機本体５０６には、電動送風機５６７、集塵部５６１、集塵ケース５６３、HEPAフィルター５７０、コードリール（図示せず）、電動送風機５６７の通電を制御する制御回路（図示せず）等が収容されている。
【０１１３】
図１１、図１２中には、塵埃を含んだ空気の流れが矢印で示されている。電動送風機５６７が駆動すると、吸引口５０１から空気が吸引され、塵埃を含む空気が、延長管細側５１１、延長管太側５１２、接続管５０３、サクションホース５０４、連結部５０５を通り、掃除機本体５０６へと搬送される。掃除機本体５０６に吸引された塵埃は、集塵部５６１、電動送風機５６７、HEPAフィルター５７０を通り排気部５７１より排出される。このようにして吸引口５０１より吸引された塵埃の中でサイズの大きい塵埃は、集塵部５６１に集積される。また、塵埃が捕集され清浄になった空気は、電動送風機５６７を冷却するために電動機５６９内部を通過し、掃除機本体５０６の外に排気される構造となっている。また、掃除機本体５０６の側面には、回転自在に設けられ、掃除機本体５０６を床面５０８上にて移動自在に支持する車輪５０７が備えられている。
【０１１４】
延長管細側５１１の外径と、延長管太側５１２の内径とは略同等であり、延長管細側５１１を延長管太側５１２の内部へスライドして延長管全体の長さを伸縮することができるので、使用者は各人に適した状態で掃除をすることができる。
【０１１５】
電気掃除機５００においては、摩擦帯電経路が接続管５０３の内部に配置され、衝突促進経路が連結部５０５の内部に配置されている。
【０１１６】
図１３は、摩擦帯電経路が配置された接続管の断面を示す図である。
【０１１７】
図１３に示すように、摩擦帯電経路２００は、下流側がサクションホース５０４の上流側の一端に覆われるように挿入される一方、上流端から接続管５０３に挿入されている。ここで、摩擦帯電経路２００の下流端は接続管５０３の下流端より深さｔだけ接続管５０３の内側に保持されている。このようにすることにより、サクションホース５０４が下方に湾曲しても、接続管５０３の下流端により湾曲度合いが制限され、摩擦帯電経路２００にかかる応力が大幅に緩和される。したがって、摩擦帯電経路２００内の圧力損失が高くならないように摩擦帯電経路２００の内径を大きくしたり、摩擦帯電経路２００を二重構造としたりすることも可能となる。
【０１１８】
摩擦帯電経路２００の下流端にかかる応力を緩和するためには、深さｔを長くすればよいので、接続管５０３を長くすることが考えられる。しかし、これでは把手５０３ａの後方の可動箇所が、把手５０３ａより離れていくことになるため、電気掃除機５００の操作性が低減してしまう。本発明者は、種々の試作品での操作の結果、接続管５０３の内径が５８ｍｍ、摩擦帯電経路２００の外径が４６ｍｍ、摩擦帯電経路２００の内径が４２ｍｍの時、深さｔを１９ｍｍとすれば、摩擦帯電経路２００にかかる応力を充分に低減することができること見出した。余裕度を小さくとれば、深さｔを１２ｍｍとしても摩擦帯電経路２００の下流端にかかる応力はかなり緩和される。
【０１１９】
摩擦帯電経路２００の外枠２０３には、外周に沿って溝２０３ｃが形成されており、接続管５０３は、内部に摩擦帯電経路２００を保持するための保持具５１３を備える。保持具５１３は接続管５０３の内部に固定されている。保持具５１３には、突起（凸部）５１３ａが形成されており、突起５１３ａは、溝２０３ｃと嵌合する形状である。したがって、摩擦帯電経路２００は、サクションホース５０４と接続されて、接続管５０３から抜けないように保持された上で、周方向には回転自在となる。
【０１２０】
また、摩擦帯電経路２００の下流側の端をサクションホース５０４で包み込む構造なので、シール性が高く、第１帯電部２０１、第２帯電部２０２、外枠２０３を密着性の高い構造にしなくても空気が漏れず、超音波溶着やねじ止めなどをしなくてもよい。このため、摩擦帯電経路２００の製造時間の短縮や、製造効率の向上、製造コストの低減などにより、利益率を向上することができる。
【０１２１】
図１４は、この発明の実施形態１−２にかかる連結部５０５の断面図である。
【０１２２】
図１４に示すように、衝突促進経路３００の外枠３０３はサクションホース５０４の下流側の一端に覆われるように挿入された後、その他端から連結部５０５に挿入されている。衝突促進経路３００の上流側の端を、サクションホース５０４で包み込む構造なので、シール性が高く、空気が漏れない（超音波溶着やねじ止めなどをしなくてもよい）。このため、製造時間の短縮や、製造効率の向上、製造コストの低減などにより、利益率を向上することができる。
【０１２３】
電動送風機５６７が駆動すると、ファン５６８により、吸い込みの気流が発生し、サクションホース５０４、連結部５０５より掃除機本体５０６に塵埃を含む空気が流入し、接続部５６２、集塵フィルター５６４、接続部５６５、ファン５６８、電動機本体５６９、HEPAフィルター５７０、排気口５７１、に向けて送風が行われる。このとき、吸気に含まれる塵埃は、接続管５０３の内部に配置された摩擦帯電経路２００を通過するときに帯電されて凝集する。細塵、塵埃塊を含む空気は搬送される途中で気流が混合されながら搬送されるので、接触、吸引、吸着が行われ、本発明による塵埃塊が更に大きく成長する。
【０１２４】
大きく成長した塵埃塊は、集塵フィルター５６４の目の大きさより大きくなるので、集塵フィルター５６４に捕集される。帯電部を複数個所設けたり、細塵と帯電部の接触を多く出来るような構成を取れば、集塵塊は集塵フィルター５６４の目の大きさより大きくなるので、HEPAフィルター５７０は不要とすることができる。
【０１２５】
なお、ここで塵埃塊が集塵フィルター５６４の目の大きさよりも大きく成長されなかった場合は、フィルター５６４を通過することもある。このような場合は、HEPAフィルター５７０を設けて捕集してもよい。
【０１２６】
以上の実施形態１−１と実施形態１−２とにおける摩擦帯電経路と衝突促進経路は、以下の実施形態１−Ａから実施形態１−Ｃの摩擦帯電経路と衝突促進経路であってもよい。
【０１２７】
（実施形態１−Ａ）
凝集させるべき塵埃が特定の物質から成る場合、特定の物質から成る塵埃を吸引して集塵する集塵装置であって、塵埃を空気とともに吸引する吸込口と、塵埃を空気の流れ、即ち気流にのせて下流側へ搬送する経路と、経路に連通し、気流を生じさせる駆動源と、経路に配され、空気と塵埃を分離し、塵埃を留める集塵部と、塵埃から分離された空気を外部に排出する吹出口と、を有する集塵装置において、経路の、集塵部よりも上流側に、塵埃を凝集させる塵埃凝集路が配され、塵埃凝集路は、上流部が摩擦帯電経路を成し、下流部が衝突促進経路を成す。
【０１２８】
なお、塵埃凝集路の上流部である、摩擦帯電経路は、上記特定の物質から成る塵埃の接触電位に対し十分大きい接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、上記特定の物質から成る塵埃の接触電位に対し十分小さい接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部と、を並列に配置して形成される。
【０１２９】
第１摩擦帯電部の構成は、第１の材質により形成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第１の材質により形成された複数の突起と、から成る。また、第２摩擦帯電部の構成は、第２の材質により形成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第２の材質により形成された複数の突起と、から成る。
【０１３０】
第１摩擦帯電部と第２摩擦帯電部とは、形状は同一であり、材質が異なる。例えば、第１摩擦帯電部と第２摩擦帯電部とは、どちらも、円筒を軸方向に半分にカットした形状の内壁に複数の突起を持つ形状となっており、それらがカット面にて接合されて１つの管を成し、摩擦帯電経路を成す。
【０１３１】
また、塵埃凝集路の下流部である、衝突促進経路は、上記特定の物質から成る塵埃の接触電位に対し略同等の接触電位をもつ第３の材質により構成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第３の材質により形成された複数の衝突促進部を備えている。衝突促進部は、第３の材質により形成された突起であり、空気の流れによりその下流側に強い渦が発生する形状を成す。
【０１３２】
例えば、凝集させるべき塵埃が、鉄粉の場合、例えば、第１の材質はポリプロピレン（ＰＰ）、第２の材質はナイロン（ポリアミド）、第３の材質は鉄といった組合せとすれば、本発明の効果を得ることができる。
【０１３３】
これにより、特定の物質からなる塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化して、集塵部により集塵することができるので、従来に比べて、極めて集塵効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１３４】
このように、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する所定の塵埃に対して大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する所定の塵埃に対して小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃に対してほぼ同一の接触電位を持つ材質によって形成されている。
【０１３５】
このようにすることにより、特定の物質からなる塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１３６】
また、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１３７】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【０１３８】
また、塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１３９】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【０１４０】
（実施形態１−Ｂ）
凝集させるべき塵埃が複数の物質から成る場合、複数の物質から成る塵埃を吸引して集塵する塵埃凝集路であって、本実施形態は第１の実施形態の塵埃凝集路に対して、構成する材質が異なる。
【０１４１】
即ち、塵埃凝集路の上流部である、摩擦帯電経路は、上記複数の物質から成る塵埃のうち、最大の接触電位をもつものよりも大きい接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、上記複数の物質から成る塵埃のうち、最小の接触電位をもつものよりも小さい接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成される。
【０１４２】
また、塵埃凝集路の下流部である、衝突促進経路は、上記複数の物質から成る塵埃の平均接触電位に対し略同一の接触電位をもつ第３の材質により構成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第３の材質により形成された複数の衝突促進部を備えている。
【０１４３】
例えば、凝集させるべき塵埃が、複数の物質から成り、例えば、人などの皮膚、木綿などの綿埃、紙くず、で構成されているならば、例えば、第１の材質はポリプロピレン（ＰＰ）、第２の材質はナイロン（ポリアミド）、第３の材質はガラス繊維入り樹脂、といった組合せだと、本発明の効果を得ることができる。
【０１４４】
これにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化して、集塵部により集塵することができるので、従来に比べて、極めて集塵効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１４５】
このように、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されている。
【０１４６】
このようにすることにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１４７】
またこのようにすることにより、凝集させる塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化させることができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１４８】
また、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１４９】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【０１５０】
また、塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１５１】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【０１５２】
（実施形態１−Ｃ）
凝集させるべき塵埃の組成が不明の場合、複数の物質から成る塵埃を吸引して集塵する塵埃凝集路であって、本実施形態は第１の実施形態の塵埃凝集路に対して、構成する材質が異なる。
【０１５３】
即ち、塵埃凝集路の上流部である摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路に使用しうる材質のうち、最大の接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、摩擦帯電経路に使用しうる材質のうち、最小の接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成される。
【０１５４】
また、塵埃凝集路の下流部である衝突促進経路は、上記第１の材質の接触電位と第２の材質の接触電位との平均の接触電位をもつ第３の材質により構成された壁面と、その壁から一体的に突出した第３の材質により形成された複数の衝突促進部を備えている。
【０１５５】
例えば、第１の材質は、ポリテトラフルオロエチレン、第２の材質は硝子、第３の材質はアルミニウムといった組合せとすれば、本発明の効果を得ることができる。
【０１５６】
これにより、集塵する塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１５７】
このように、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されている。
【０１５８】
このようにすることにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１５９】
またこのようにすることにより、凝集させる塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化させることができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１６０】
また、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１６１】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【０１６２】
また、塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１６３】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【０１６４】
以上に示された実施形態の摩擦帯電経路と衝突促進経路については、それぞれ、以下の実施形態２−１から実施形態２−８が適用される。
【０１６５】
（実施形態２−１）
図１５は実施形態２−１の摩擦帯電経路の要部を透視した斜視図であり、図１６は実施形態２−１の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図１７は、実施形態２−１の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０１６６】
図１５から図１７に示すように、本発明の実施形態２−１においては、複数の突起１１３が流路１１１の壁１１２の内面上に設けられている。突起１１３は、流れ方向の長さ：ＪＭ＝（１／４）Ｄ、三角錐高さ：ＮＭ＝（１／１６）Ｄの三角錐状突起により形成されている。
【０１６７】
実施形態２−１の摩擦帯電経路１１０によると、突起１１３により、双子渦が生ずる。１つの突起１１３により生ずる双子渦は、突起が大きい場合に比べると強度は弱くなるが、その分突起１１３の個数を多く設定しているため、略同様の攪乱を流れに与えることができる。
【０１６８】
被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路１１１の壁面から（１／８）Ｄまでの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるが、実施形態２−１の複数かつ多段に配置された突起１１３は、高さが（１／１６）Ｄに設定されているため、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路１１１の壁１１２から（１／８）Ｄまでの距離の位置のうち、積極的に攪乱を与えることができるのは約半分の領域のみに限られる。
【０１６９】
実施形態２−１の突起１１３には、次のような利点がある。即ち、突起１１３の高さは、（１／１６）Ｄに設定されており、圧力損失が格段に小さくなる。
【０１７０】
さらに、実施形態２−１の突起１１３の高さは、（１／１６）Ｄに設定されているため、突起１１３により発生する双子渦が摩擦帯電経路１１０の流路１１１の壁１１２に発達する速度の境界層に影響を与え、境界層厚みを薄くする効果が得られる。
【０１７１】
一般に、流路の壁面部近傍には、流路内部を流通する流体の粘性により、速度の境界層ができる。境界層内部の流速は、流路中央部に比べて風速が遅く、その領域は流れに対する抵抗が大きい。即ち、境界層が発達して境界層の厚みが厚くなると、それだけ流れやすい領域の面積が減少し、見かけ上、流路の断面積が小さくなったような挙動を示す。従って、境界層が発達して境界層の厚みが厚くなると、その流路の圧力損失は増大する。
【０１７２】
実施形態２−１の突起１１３により発生する双子渦は、渦のスケールが小さく、また、より壁面部近傍に発生するため、突起１１３により発生する双子渦が上記の境界層の発達を抑制し、そのため、流路壁面の流れに対する抵抗が小さくなり、流路１１１の圧力損失が大幅に低下する。
【０１７３】
例えば、流路１１１の径ＤがＤ＝４０ｍｍ、流れの代表流速が２５ｍ／秒、常温常圧の場合、実験結果によると、（乱れ発生部による圧力損失）＜（乱れ発生部による境界層の発達抑制効果）となり、多数の突起１１３が存在するにもかかわらず、突起のない流路よりも圧力損失が小さい摩擦帯電経路１１０が得られた。
【０１７４】
また、摩擦帯電経路１１０を流通する流体に、異物その他が混入していた場合においても、突起１１３は高さが低いため、異物がより一層引っ掛かりにくい。
【０１７５】
従って、実施形態２−１の摩擦帯電経路１１０を用いれば、多数の双子渦の攪乱により、十分な凝集性能を得ながら、さらに、管路摩擦抵抗を低減することができるため、圧力損失を大幅に低減した摩擦帯電経路１１０を得ることができる。また、例えば、流れに異物その他が混入する可能性のある場合においても、異物が突起１１３に引っ掛かってつまるといった不具合を略完全に防止することができるため、極めて信頼性の高い摩擦帯電経路１１０を得ることができる。
【０１７６】
また、突起１１３を構成する各辺に１ｍｍのアールを形成することで、大幅にごみ詰まりを低減することができる。さらに、鋭角的な溝を排除することでメンテナンス性能のよい塵埃凝集路を形成することができる。
【０１７７】
（実施形態２−２）
図１８は、実施形態２−２の衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図１９は実施形態２−２の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図２０は、実施形態２−２の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０１７８】
図１８から図２０に示すように、実施形態２−２の衝突促進経路１００においては、複数の突起１０３が流路１０１の壁１０２の内面上に設けられている。それぞれの突起１０３は三角錐状突起により形成されている。上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起１０３は、一定の間隔をあけられて配置されている。また、流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の突起１０３が配置されない配列でもよい。
【０１７９】
実施形態２−２の衝突促進経路１００によると、突起１０３により双子渦が生ずる。但し、突起１０３の個数が少なく、また、上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わない配列になっているため、流路１０１の壁１０２に沿って流通する流れの多くは突起１０３に一度だけ出会い、突起１０３と突起１０３の間を流通する流れは、突起１０３に一度も出会わない。故に、実施形態２−２の衝突促進経路１００においては、流れに与えることができる攪乱は大幅に低下する。
【０１８０】
しかしながら、実施形態２−２の衝突促進経路１００は、成型方法が極めて容易となる利点がある。すなわち、上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起１０３は、一定の間隔をあけられて配置されているため、例えば、衝突促進経路１００を樹脂成型する場合、衝突促進経路１００の上流側を金型の可動側に設定し、衝突促進経路１００の下流側を金型の固定側に設定し、金型を構成すれば、複雑な金型構成を必要とせず、衝突促進経路１００を一体で成型することができる。
【０１８１】
また、衝突促進経路１００内を流通する流体に、例えば流路１０１の断面と同程度の面積を持つ板状の異物（例えば牛乳キャップといったもの）その他が混入していた場合、流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の乱れ発生部が配置していると、流路の断面と同程度の面積を持つ板状の異物の端部が同時に複数の突起に引っ掛かる可能性が高く、そのため塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性があるが、実施形態２−２においては、突起１０３は流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の突起１０３が配置されない配列に設定されるため、流路１０１の断面と同程度の面積を持つ板状の異物その他は引っ掛かりにくい。
【０１８２】
従って、実施形態２−２の衝突促進経路１００を用いれば、極めて成形性が良いとともに、例えば、流れに流路の断面と同程度の面積を持つ板状の異物その他が混入する可能性のある場合には、異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができる。このようにして、極めて高い成形性と極めて高い信頼性の両方を同時に有する塵埃凝集路を得ることができる。
【０１８３】
図２１から図２５は、実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。（Ａ）流路方向に垂直な方向に見た図と、（Ｂ）その流れの上流側から投影した模式図である。
【０１８４】
図２１に示すように、流れ方向に垂直な方向の面の周上に、複数の突起１０３が配置されるが、それぞれの突起は互いに近い箇所、円筒状の流路の場合には、望ましくは９０°程度の範囲に、流れ方向に垂直な方向の面内に配置された複数の突起１０３が集まっていれば、極めて高い成形性と極めて高い信頼性の両方を同時に得られる。
【０１８５】
図２２に示すように、隣り合う突起１０３が互いに重ならないように多少ずらして配置し、突起によって生じる異物のつまりを防止したものや、さらに同様の効果を得るものとして、図２３のように、突起をいくつかグループに分けて、そのグループを互いに流路方向にずらして配置したものや、図２４と図２５のように鋸歯状配列が例示できる。これらはいずれも極めて高い成形性が得られる。
【０１８６】
図２６は、実施形態２−２の塵埃凝集路における隣接した突起の配置を示す図である。
【０１８７】
図２６に示すように、流れ方向と平行な方向から見た投影面内に突起１０３が重ならないように配置したとき、隣り合う突起１０３の距離を距離Ｗとすると、次の式によりＷを表すことができる。
【０１８８】
Ｗ＝２α＋γｔａｎβ （ただしα、β、γは任意の正の整数）
突起１０３においてα、βをそれぞれ３ｍｍ以上、γ（ｍｍ）を任意の数とする。
【０１８９】
気流に平行な方向Ｓに分離した金型を用いて衝突促進経路１００を作製すると、流路１０１と突起１０３を一度に成型することができる。このようにすることにより、成型コストを大幅に削減することができる。突起１０３間の距離については、最低限Ｗ（ｍｍ）確保することによって、気流に垂直となる投影面内に突起が互いに重なり合わないように配置し、また、突起と突起の間に入る金型の強度を確保することができる。
【０１９０】
（実施形態２−３）
図２７は、この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図、図２８は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図２９は、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【０１９１】
図２７から図２９に示すように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０は、流路４１と、壁４２と、渦発生手段として複数の突起４３とを備える。流路４１は、円筒状の壁４２によって形成されている。突起４３は、翼形状の突起である。突起４３の形状は、流路４１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとして、翼弦長Ｃ＝（３／８）Ｄ、食違角（翼弦と流れ方向の成す角）が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°、最大そり位置が前縁より０．６５Ｃ位置、下流側に凸、高さｈ＝（１／８）Ｄの形状をなす。突起４３の配置は、流れ方向に垂直な方向の同一面に、等間隔で６個、つまり、円管状の流路４１の壁４２の内面に６０°おきに設置されている。
【０１９２】
図３０は、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【０１９３】
図３０（Ａ）に示すように、翼形状を呈する突起４３の凹側面に沿う流れの流速Ｖ１は、突起４３への流れの衝突のため、せき止められて、流路４１内を流通する流体の流速に対しやや遅くなる。逆に、突起４３の凸側面に沿う流れの流速Ｖ２は、流路内を流通する流体の流速に対しやや速くなる。そのため、図３０（Ｂ）に示すように、突起４３の周囲において、流路４１内を流通する流体の流速を基準とした相対速度を考えると、凸側面においては流路４１の上流側から下流側へ、凹側面においては流路４１の下流側から上流側へ、突起４３の周りを回転する循環Ｖ３が生ずる。
【０１９４】
図３１は、突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【０１９５】
図３１に示すように、図３０（Ｂ）に示す突起４３の周囲の循環Ｖ３により、翼形状を呈する突起４３の翼端部から強い馬蹄渦Ｖ４が発生し、その馬蹄渦Ｖ４は突起４３の下流側の流路４１の壁４２に沿って下流へ移動する。この馬蹄渦Ｖ４は突起４３の下流を流通する流れに強い旋回を与える。
【０１９６】
実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、突起４３の翼高さｈは、ｈ＝（１／８）Ｄであるので、馬蹄渦Ｖ４の発生直後の馬蹄渦Ｖ４の直径は、流路４１内を流通する流体の流速にもよるが、（１／８）Ｄか、またはそれよりもやや大きいサイズになる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーに集中しているような場合、径がＤの流路４１の壁４２の内面からの距離が（１／８）Ｄまでの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、突起４３は、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路４１の壁４２から（１／８）Ｄまでの位置を、馬蹄渦Ｖ４によって積極的に攪拌するように設定されている。
【０１９７】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、突起４３は、壁４２からの高さが、流路４１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの八分の一であることにより、異物が突起４３に引っかかりにくくなる。
【０１９８】
図３２は、本発明の実施形態２−３の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図３２（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図３２（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【０１９９】
図３２に示すように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、気体Ｐが流路４１内に流入すると、流路４１の壁４２の内面に、６か所に突起４３を等間隔に設置しているので、流路４１の壁４２の内面近傍に６本の同一回転方向の馬蹄渦Ｖ４が略等間隔に生ずる。また、隣合う渦同士は同一方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方は流路中央部から壁面部へ向かう方向、他方は流路壁面部から中央部へ向かう方向となり、衝突しあう方向となるため、それぞれの渦の流れに運ばれる微細塵は、より衝突確率が高められる。
【０２００】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、突起４３が複数配置されていることにより、流路４１内に多数の渦を発生させて、塵埃凝集の効果を高めることができる。
【０２０１】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、渦発生手段は突起４３を含み、突起４３は、突起４３の周囲を通過する気体の速度を不均一にするように壁４２の内面から突出して形成されている。
【０２０２】
このようにすることにより、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０を流通する塵埃は、塵埃が気流によって流路４１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路４１内部を搬送される段階と、塵埃が流路４１の壁４２から突出した突起４３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路４１内部を搬送される段階を順次経る。
【０２０３】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０を提供することができる。
【０２０４】
（実施形態２−４）
図３３は、この発明の実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図、図３４は実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図３５は、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【０２０５】
図３３から図３５に示すように、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０においては、実施形態２−３の突起４３に替えて、突起５３が設けられている。１つの突起５３は、実施形態２−３の突起４３と同一形状の翼形状突起により形成されているが、配置が異なる。
【０２０６】
摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０においては、流路方向に隣り合う２つの突起５３が、流れの上流側から下流側に向かって、階段状に配置される。階段状に配置された２つの突起５３は、上流側から見て一部が重なって配置される、すなわち、上流側に配置された突起５３の終端から下流に気流の仮想線を描くと、仮想線が下流側に配置された突起５３に交差するように配置される。実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０のその他の部分は、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０と同様である。
【０２０７】
実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０においては、上流側に配置された突起５３において発生した馬蹄渦Ｖ５を、下流側に配置された突起５３において、さらに増強することにより、より強い馬蹄渦Ｖ６が生成される。渦は下流に移動するに従って徐々に減衰するが、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０において生成する渦は、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０において生成する渦よりも渦の強度が強いので、渦が減衰するまでの距離（到達距離）が長く、より下流にまで渦の影響を及ぼすことができる。流路５１の壁５２の内面近傍には、６本の同一回転方向の馬蹄渦が略等間隔に生ずる。
【０２０８】
図３６は、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【０２０９】
図３６に示すように、２つの突起５３を階段状に配置しているため、上流側で発生した馬蹄渦Ｖ５は、下流側の突起５３によって生じる渦に取り込まれて、効果的に強い馬蹄渦Ｖ６を生成できる。
【０２１０】
さらに、隣合う渦同士は同一方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方は流路中央部から壁面部へ向かう方向、他方は流路壁面部から中央部へ向かう方向となる。このように、流れどうしが衝突しあう方向となるため、それらの流れに運ばれる微細塵は、より衝突確率が高められる。
【０２１１】
従って、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０を用いれば、より強い渦を生成できるので、渦の到達距離が長く、その分、流れにより運ばれる微細塵の衝突確率がより高められるので、塵埃の凝集能力は大幅に高められる。また、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０よりも、流れの摩擦が低減されるので、より圧力損失を低減することができる。
【０２１２】
なお、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０によれば、圧力損失は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０と同等でありながら、微細塵の衝突確率は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０に対して約３０％向上するため、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０によると、さらに高性能の塵埃凝集路を得ることができる。
【０２１３】
（実施形態２−５）
図３７は、この発明の実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図、図３８は実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図３９は、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【０２１４】
図３７から図３９に示すように、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０においては、実施形態２−４の突起５３に替えて、突起６３ａ、突起６３ｂ、突起６３ｃ、突起６３ｄが設けられている。突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、突起５３と同一形状の翼形状突起により形成されており、設置個数も同一であるが、隣合う突起６３ａと突起６３ｃ、突起６３ｂと突起６３ｄは、食違角（翼弦と流れ方向の成す角）が互いに逆になるように配置されている。すなわち、突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、凹部を形成するように湾曲した形状を有し、気体の流れる方向に交差する方向において隣り合う二つの突起は、それぞれ二つの凹部が互いに対向するように配置されている。流路６１内の壁６２においては、気流の方向と垂直に交差する断面の周の方向には、３つの突起６３ａを、食違角が上流側から下流側に見て時計回りに２２．５°になるように等間隔に配置し、その３つの突起６３ａのそれぞれの間に、３つの突起６３ｃを、食違角が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°になるように配置する。また、突起６３ａと突起６３ｃの下流側に、気流の方向と垂直に交差する断面の周の方向に、３つの突起６３ｂを、食違角が上流側から下流側に見て時計回りに２２．５°になるように等間隔に配置し、その３つの突起６３ｂのそれぞれの間に、３つの突起６３ｄを、食違角が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°になるように配置する。気流の流れる方向に沿っては、突起６３ａの下流側に突起６３ｂを配置し、突起６３ｃの下流側に突起６３ｄを配置する。４つの突起は、突起６３ａと突起６３ｃの凹部どうしの間の距離が、突起６３ｂと突起６３ｄの凹部どうしの間の距離よりも大きくなるように配置されている。
【０２１５】
実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０においては、それぞれの突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）においては、実施形態２−３の突起４３と同様の馬蹄渦が発生し、馬蹄渦がその下流側の流路６１の壁６２に沿って下流へ移動するため、突起の下流を流通する流れに強い旋回を与える。
【０２１６】
図４０は、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の突起の周囲に発生する渦の様子を模式的に示す図である。
【０２１７】
図４０に示すように、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０の流路６１内においては、１２個の突起を、それぞれが互い違いの方向を向くように配置している。そのため、流路６１の壁６２の内面近傍において、隣合う渦同士がそれぞれ逆方向に回転する、６本の馬蹄渦Ｖ７が生ずる。上流側の突起６３ａと突起６３ｃで発生した馬蹄渦Ｖ７は、下流側の突起６３ｂと突起６３ｄの間を流れる気流に取り込まれ、強い馬蹄渦Ｖ８を生成する。さらに、突起６３ｂと突起６３ｄを互い違いに配置しているため、下流側の突起６３ｂと突起６３ｄで生成された渦がそれぞれ強めあうように働くため、より強い馬蹄渦Ｖ８を生成することができる。
【０２１８】
また、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁面部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなり、一方が流路壁面部から中央部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなるので、スムーズに合流する方向となり、流れの粘性による摩擦抵抗が減少する。そのため、実施形態２−５の流路６１においては、実施形態２−４の流路５１に比べて、渦による圧力損失が低減する。
【０２１９】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０においては、突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、凹部を形成するように湾曲した形状を有し、気体の流れる方向に交差する方向において隣り合う二つの突起は、それぞれ二つの凹部が互いに対向するように配置されている。このようにすることにより、隣り合う突起で生成された渦は、互いに逆方向に回転しながら下流に進む。そのため、隣り合う渦と渦との接面においては、これらの渦を形成している気流は、同じ方向に進む流れとなる。したがって、隣り合う突起で生成された渦は、スムーズに合流し、流れの粘性による摩擦抵抗が減少する。このようにして、流路６１内の圧力損失を減少することができる。
【０２２０】
従って、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０を用いれば、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０よりも、流れの摩擦が低減されるので、より圧力損失を低減することができる。なお、流れの摩擦による微細塵の衝突確率は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０に対して約５％低下するが、圧力損失は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０に対して約１０％低下するため、実施形態２−５によると、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０よりもさらに高いパフォーマンスの摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０を得ることができる。
【０２２１】
（実施形態２−６）
図４１は、この発明の実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図４２は、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【０２２２】
図４１と図４２に示すように、この発明の実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、実施形態２−３の突起４３に替えて、流路７１の壁７２の内面に、複数の突起７３ａと突起７３ｂが設けられている。突起７３ａと突起７３ｂは、底面が三角形の突起である。
【０２２３】
図４３は、実施形態２−６の突起を示す図である。図４３（Ａ）は、突起の底面図、図４３（Ｂ）は、突起の側面図、図４３（Ｃ）は、突起の正面図である。流路の上流側を正面とする。
【０２２４】
図４３に示すように、突起７３ａの底面部△ＥＦＧの各辺の長さがＥＦ：ＦＧ：ＧＥ＝１：２：√３となる直角三角形を成し、直角三角形の各頂角のうち、３０°を成す角Ｇが、流れの上流側に配置され、６０°と９０°の角に挟まれる辺ＥＦは、流れ方向に対して垂直になるように配置されて、突起７３ａの底面部△ＥＦＧが流路７１の壁７２の内面と接合されている。突起７３ａの残りの一つの頂点Ｉは、壁７２から流路７１内に突出するように形成されている。
【０２２５】
突起７３ａは、流路７１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとすると、流れ方向の長さＧＥ＝（３／８）Ｄ、流れ方向と斜辺のなす角が、上流側から下流側に見て時計回りに３０°、突起７３ａの高さｈがｈ＝（１／８）Ｄである形状をなしている。突起７３ａに隣り合う突起７３ｂにおいては、流れ方向と斜辺のなす角は上流側から下流側に見て反時計回りに３０°である。流路７１の壁７２上では、４つの突起７３ａが等間隔に配置され、４つの突起７３ａのそれぞれの間に突起７３ｂが４つ配置されて、突起７３ａと突起７３ｂがいわゆる互い違いの方向を向けて配置されている。
【０２２６】
図４４は、実施形態２−６の突起の周囲の気流の様子を模式的に示す図である。
【０２２７】
図４４に示すように、突起７３ａの斜辺ＧＩに沿う流れの流速Ｖ９は、突起７３ａの流れの衝突のため、せき止められて、流路７１内を流通する流体の流速Ｐに対しやや遅くなる。一方、突起７３ａの流れ方向の辺ＧＥに沿う流れの流速Ｖ１０は、流路７１内を流通する流体の流速Ｐと略同等となる。そのため、突起７３ａの周りの、流路７１内を流通する流体の流速を基準とした相対速度を考えると、流れ方向の辺ＧＥ上においては流路７１の上流側から下流側へ、斜辺ＦＧ上においては流路７１の下流側から上流側へ、突起７３ａの周りを回転する循環が生ずる。この循環により、三角錐状を呈する突起７３ａの頂点から馬蹄渦Ｖ１１が発生し、その馬蹄渦Ｖ１１は突起７３ａの下流側の流路７１の壁７２に沿って下流へ移動する。この馬蹄渦１１は突起７３ａの下流を流通する流れに旋回を与える。突起７３ｂにおいても、突起７３ａと同様に馬蹄渦が形成されるが、馬蹄渦の回転の向きは逆向きである。
【０２２８】
実施形態２−６においては、突起７３ａと突起７３ｂの高さｈはｈ＝（１／８）Ｄであるので、馬蹄渦発生直後の馬蹄渦Ｖ１１の直径は、流路７１の内部を流通する流体の流速にもよるが、（１／８）Ｄか、またそれよりもやや大きいサイズになる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路７１の壁７２からの距離が（１／８）Ｄまでの位置において、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、実施形態２−６の突起７３ａと突起７３ｂは、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路７１の壁７２から（１／８）Ｄまでの位置を通過する気体を、馬蹄渦を発生させることによって積極的に攪拌する。
【０２２９】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、突起７３ａと突起７３ｂは、壁７２からの高さが、流路７１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの１／８であることにより、異物が突起７３ａと突起７３ｂに引っかかりにくくなる。
【０２３０】
図４５は、本発明の実施形態２−６の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図４５（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図４５（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【０２３１】
図４５に示すように、流路７１の壁７２の近傍に、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転する、８本の馬蹄渦Ｖ１１が生ずる。なお、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁面部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなり、一方が流路壁面部から中央部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなるので、スムーズに合流する方向となるため、流れの粘性による摩擦抵抗が減少し、そのため、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、渦による圧力損失が低減する。
【０２３２】
流路７１を流通する流体に、長さＤ、太さ０．０５Ｄといった棒状の異物その他が混入していた場合、例えば、塵埃凝集路の突起の形状が湾曲構造を成していると、特に突起は上流側が凹、下流側が凸の形状を成しているため、棒状の異物の一端が１つの渦発生手段に引っ掛かり、棒状の異物の他端が他の渦発生手段に引っ掛かった場合、塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性がある。一方、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、突起７３ａに凹部は無く、例えば実施形態２−３の突起４３の凹面に代わり、突起７３ａと突起７３ｂにおいては斜辺面が形成されているため、前述のような棒状の異物その他は突起に引っ掛かりにくい。
【０２３３】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、気体の流れる方向に垂直な方向の突起７３ａと突起７３ｂの断面積は、上流側で小さく下流側で大きい。このようにすることにより、異物が突起７３ａと突起７３ｂに引っかかりにくくなる。
【０２３４】
従って、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０を用いれば、実施形態２−４と略同等の効果が得られるとともに、実施形態２−３から実施形態２−５の塵埃凝集路よりも、例えば、流れに棒状の異物その他が混入する可能性のある場合には、棒状の異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができるため、信頼性の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０２３５】
なお、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０の突起の形状は、図４６〜図４８に示す突起の形状であってもよい。
【０２３６】
図４６は、本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図４７は、本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図であり、図４８は、本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【０２３７】
図４６から図４８に示すように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路１２０の流路１２１内においては、流路１２１の壁１２２の内面上に突起１２３を配置している。
【０２３８】
（実施形態２−７）
図４９は、この発明の実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図５０は実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図５１は、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【０２３９】
図４９から図５１に示すように、実施形態２−７は、実施形態２−６の突起７３ａと突起７３ｂに替えて、複数の突起８３が設けられている。突起８３は、三角錐状の突起である。
【０２４０】
図５２は、実施形態２−７の突起を上から見た形状（Ａ）と横から見た形状（Ｂ）を示す図である。
【０２４１】
図５２に示すように、突起８３の形状は、三角錐の底面部△ＪＫＬの底辺ＫＬ：高さＪＭ＝１：２となる二等辺三角形を成し、底面部二等辺三角形の最小の角Ｊが流れの上流側に配置され、底辺ＫＬが流れ方向に対して垂直になるように配置され、底面部にて流路壁面と接合されている。また、三角錐状突起の頂角をＮとして、頂角Ｎから底面部二等辺三角形に下ろした垂線はＭを通過する、つまり、ＮＭは、ＪＭ、ＫＬに対してそれぞれ垂直になるように構成されている。そして、流路８１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとして、流れ方向の長さＪＭ＝（１／２）Ｄ、三角錐高さＮＭ＝（１／８）Ｄである形状をなしている。
【０２４２】
また、流路８１の壁８２の内面には、多数の突起８３が規則的に配置されている。摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、複数の突起８３を、流れ方向に（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／２）ＫＬおきに配置するとともに、１つの突起８３に対して、流れ方向に（３／４）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／４）ＫＬずれた位置にさらに配置し、またそれに対して複数の突起８３を、流れ方向に（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／２）ＫＬおきにさらに配置するといった配列に設定されている。つまり、流れ方向の１ピッチを（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向の１ピッチを（３／２）ＫＬとすると、流れ方向、流れに垂直な方向ともに、半ピッチずつずらした位置された、いわゆる千鳥配置に複数かつ多段に配置される。
【０２４３】
これらの突起８３を上流側から投影すると、複数の突起８３は互いに完全には重なり合わず、かつ、隣同士の突起８３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されている。その他の部分は実施形態２−４と同様である。
【０２４４】
実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０によると、流路８１の壁８２の内面近傍を流通する流れは、三角錐突起を成す突起８３の面ＪＮＫおよび面ＪＮＬの傾斜により三角錐底面部に対して頂角Ｎ側に持ち上げられ、流路中央側に巻き上げられるとともに、頂角Ｎの下流側に弱い双子渦を発生させる。実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を流通する流れは、最初に出会う突起８３の作る弱い双子渦により攪乱され、下流に流通して、次に出会う突起８３の作る弱い双子渦によりまた攪乱され、更に下流に流通して、更に次に出会う突起８３の作る弱い双子渦によりまた更に攪乱され、といった具合に、次々と攪乱される。このような攪乱が、複数の突起８３の箇所にてそれぞれ生ずる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路であれば、流路８１の壁８２から（１／８）Ｄの距離までの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、実施形態２−７の複数かつ多段に配置された突起８３は、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路の壁面から（１／８）Ｄまで距離の位置を、複数の双子渦にて積極的に攪乱する。
【０２４５】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、突起８３は、壁８２からの高さが、流路８１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの１／８以下であることにより、異物が突起８３に引っかかりにくくなる。
【０２４６】
また、上流側から投影すると、複数の突起８３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起８３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されているので、流路８１の壁８２に沿って流通する流れは、必ず突起８３に出会う。その後、流路８１の壁８２に沿って流通する流れは、下流に流通するに従い、何度も何度も突起８３に出会いながら、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０内を通過する。
【０２４７】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、突起８３は、流路８１内において気体が流れる方向に沿って複数配置され、それぞれの突起８３は、流路８１の上流側から下流側に向かって突起８３を投影したときにそれぞれの突起８３の一部が重なり合うように配置されている。このようにすることにより、流路８１に沿って流れる気体が突起８３の周囲を通過しやすくなり、効率よく渦を発生させることができる。
【０２４８】
したがって、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、流路８１の壁８２から（１／８）Ｄの距離までの位置を流通する気流に対して最も効率的に攪乱できるとともに、発生する双子渦の数を多くすることができる。
【０２４９】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０において、突起８３は、流路８１内において気体が流れる方向に沿って複数配置され、それぞれの突起８３は、流路８１の上流側から下流側に向かって突起８３を投影したときにそれぞれの突起の一部が重なり合うように配置されていることにより、流路８１に沿って流れる気体が突起８３の周囲を通過しやすくなり、効率よく渦を発生させることができる。
【０２５０】
また、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を流通する流体に、例えば柔軟な素材でできた布状のものであって流路８１の径と同程度の大きさの異物（例えば布状や網目状の素材、例えばハンカチやパンティーストッキングといったもの）その他が混入していた場合、例えば、塵埃凝集路の突起の形状が湾曲構造または矩形を成していると、布状の異物が渦発生手段に引っ掛かりやすく、そのため塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性があるが、実施形態２−７においては、突起８３は流れの上流側に滑らかな三角錐突起を成しているため、前述の布状の異物その他は引っ掛かりにくい。
【０２５１】
従って、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を用いれば、多数の双子渦の攪乱により、十分な凝集性能を得ながら、実施形態２−３から実施形態２−６の塵埃凝集路よりも、例えば、流れに布状の異物その他が混入する可能性のある場合には、布状の異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができるため、信頼性の高い摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を得ることができる。
【０２５２】
（実施形態２−８）
図５３は、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図５４は実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図５５は、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部の側断面を示す図である。
【０２５３】
図５３から図５５に示すように、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０においては、実施形態２−７の突起８３に替えて、複数の突起９３が流路９１の壁９２の内面上に設けられている。それぞれの突起９３は、実施形態２−７の突起８３と同一形状の三角錐突起により形成されており、その配列または配置が異なる。すなわち、実施形態２−８においては、実施形態２−７の突起８３の個数に対して１／３の個数の突起９３が、上流側から投影すると突起８３の配列と一致するように配置される。つまり、上流側から投影すると、複数の突起９３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起９３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されている。また、流れ方向に垂直な方向の面内には、なるべく多くの突起９３が配置されず、かつ、流れ方向に垂直な方向の同一面内に配置された複数の突起９３は、なるべく互いを遠い距離に配置するように設定される。その他の部分は実施形態２−７と同様である。
【０２５４】
この発明の実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０によると、突起９３により、実施形態２−７の突起８３において生じた渦と略同一の双子渦が生ずる。また、上流側から投影すると、複数の突起９３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起９３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されているので、流路９１の壁９２に沿って流通する流れは、必ず突起９３を通過する。但し、実施形態２−７の突起８３に対して、突起９３の個数は１／３としているので、流路９１の壁９２に沿って流通する流れが乱れ突起９３に出会う回数も、発生する双子渦の数も１／３となり、被凝集粒子同士の衝突確率は低下する。
【０２５５】
しかしながら、実施形態２−８の突起９３は、次のような利点がある。すなわち、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、流れ方向に垂直な方向の面内に、多数の突起８３が配置されており、また、流れ方向に垂直な方向の面であって突起８３の面△ＮＫＬの位置における流路８１の面積は、他の流れ方向に垂直な方向の面の位置における流路８１の面積に対して、（流れ方向に垂直な方向における同一面内に配置された突起８３の数）×（面△ＮＫＬの面積）の分だけ小さくなる。故に、流れ方向に垂直な方向における同一面内に配置された突起８３の数が多ければ多いほど、その部分における流路面積の減少幅が大きくなるので、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０の圧力損失は大きくなる。それに対して、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０においては、流れ方向に垂直な方向の面内に、なるべく多くの突起９３が配置されず、かつ、流れ方向に垂直な方向の同一面内に配置された複数の突起９３は、なるべく互いを遠い距離に配置するように設定されているので、突起９３が配置されている位置における流路面積の減少が小さく、その分、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０の圧力損失も小さくなる。
【０２５６】
つまり、例えば、実施形態２−８の流路９１の流れ方向の長さを３倍に設定して、実施形態２−８の突起９３の個数を、実施形態２−７の突起８３の個数と同一に設定すれば、被凝集粒子同士の衝突確率については実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０とほぼ同一になるが、突起９３が配置される位置における流路面積の減少幅が小さい分、長さを３倍に設定した摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０の方が圧力損失も小さい。
【０２５７】
従って、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０を用いれば、大きな圧力損失の低減効果が得られる。例えば、長さを３倍に設定した摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０を用いれば、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０に対して、被凝集粒子同士の衝突による凝集性能を損なわず、圧力損失を低減できるので、流路９１の内部を流通する流れを発生させる駆動源（例えば、ファンやブロアなど）の出力や静圧上昇が小さい場合、駆動源が圧力損失に弱い場合などには、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０と駆動源を含むシステム全体のパフォーマンスが向上する。
【０２５８】
なお、この発明の突起の形状は、以上の実施の形態に示された突起の形状に限られるものではない。突起の形状は、円柱、円錐、多角柱、多角錐、楕円錐などであってもよい。
【実施例】
【０２５９】
本発明の一つの効果として、電気掃除機の排気中の微粒子数を低減する効果がある。これは、電気掃除機の集塵手段の上流で微粒子を凝集させて平均サイズを大きくすることにより、集塵手段での捕集効率を高めて、排気に含まれる微粒子数を低減するものである。
【０２６０】
以下、従来の電気掃除機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機について、排気中に含まれる粒子の大きさと数との関係を調べた実験結果について説明する。
【０２６１】
図５６は、対照機として、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機の全体的な概略を示す図であり、図５７は、本発明の塵埃凝集路を備えた電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【０２６２】
図５６に示すように、従来の電気掃除機６ａの延長管５０２の管長ａは、対照機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機のどちらについても、７００ｍｍ、延長管５０２の管内径は３５ｍｍ、管中心の風速は２０ｍ／秒とした。
【０２６３】
図５７に示すように、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂには、長さｂの摩擦帯電経路１６１を延長管５０２の先端から距離ｃの位置に形成した。摩擦帯電経路１６１の長さｂは２００ｍｍ、距離ｃは５００ｍｍとした。また、長さｄの衝突促進経路１６２を連結部５０５に形成した。衝突促進経路１６２の長さｄは１００ｍｍとした。粒子を正に帯電する第１摩擦帯電部を形成する材質としてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、粒子を負に帯電する第２摩擦帯電部を形成する材質としてナイロン（ポリアミド）樹脂、衝突促進経路を形成する材質としてアクリロニトリル・ブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂を用いた。
【０２６４】
排気中に含まれる粒子の大きさと数は、ＪＩＳ Ｃ ９８０２（家庭用掃除機の性能測定方法）に準拠して測定した。
【０２６５】
サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機について、排気中の粒子の大きさと数との関係を比較した。
【０２６６】
本発明の塵埃凝集路としては、摩擦帯電経路として実施形態２−１の突起の形状と配置、衝突促進経路として実施形態２−２の突起の形状と配置を用いた。その結果、０．１μｍ以上の排気粒子の総数で比較すると、本発明の電気掃除機では、従来の電気掃除機に比べて、４３．０％の低減となった。
【０２６７】
なお、図５８から図６０は、以上に開示された実施の形態の突起により発生する渦の様子の他の例を示す。図５８から図６０においては、流路１３１の壁１３２に形成されている突起は図示を省略している。
【０２６８】
図５８に示すように、流路１３１内において、隣り合う渦Ｖ１３１同士が逆方向に回転する場合と順方向に回転する場合を交互に接するように配置することで、流れの粘性による摩擦抵抗を向上させることなく粒子同士の衝突確率を増加させることができる。
【０２６９】
また、図５９に示すように、流路１３１内に発生する渦Ｖ１３２の大きさを小さくし、数を多くすることで粒子の衝突確率を低下させることなく、壁１３２面との摩擦抵抗を低減することが可能である。
【０２７０】
さらに、図６０に示すように、流路１３１内において、隣り合う渦Ｖ１３３同士が全て順方向に回転する場合、渦Ｖ１３２と渦Ｖ１３２の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁１３２面部へ向かう方向ならば他方はその逆の方向となるため、互いに衝突する方向となり衝突確率をより効果的に増加させることができるが、摩擦抵抗が増加する。
【０２７１】
このように、塵埃凝集路においては、突起は、突起の下流側を流通する気体に渦を発生させることが可能であるように形成されている。
【０２７２】
このようにすることにより、渦の作用で全ての粒子どうしが衝突し、効果的に塵埃塊（クラスタ）を形成することができる。
【０２７３】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０２７４】
【図１】円筒状の管の内部における気流を模式的に示す図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の構成を説明する図である。
【図３】この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の組み立てを説明する図である。
【図４】図３に示す摩擦帯電経路をＡ−Ａ’線の方向から見た断面図である。
【図５】本発明により塵埃塊が形成される他の場合のモデルを示す図である。
【図６】流路内の気流が層流速度分布の場合に粒子が凝集する様子を模式的に示す図である。
【図７】流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の大きい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【図８】流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の小さい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【図９】物質の帯電のしやすさを表した帯電列を示す図である。
【図１０】本発明の塵埃凝集路を備えた電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図１１】発明の実施形態１−２として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図である。
【図１２】本発明の電気掃除機の本体の構成の説明図である。
【図１３】摩擦帯電経路が配置された接続管の断面を示す図である。
【図１４】この発明の実施形態１−２にかかる連結部５０５の断面図である。
【図１５】実施形態２−１の摩擦帯電経路の要部を透視した斜視図である。
【図１６】実施形態２−１の摩擦帯電経路の要部を示す正面図である。
【図１７】実施形態２−１の摩擦帯電経路の側断面を示す図である。
【図１８】実施形態２−２の衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図１９】実施形態２−２の衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図２０】実施形態２−２の衝突促進経路の側断面を示す図である。
【図２１】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２２】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２３】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２４】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２５】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２６】実施形態２−２の衝突促進経路における隣接した突起の配置を示す図である。
【図２７】この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図である。
【図２８】この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図２９】この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【図３０】実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【図３１】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【図３２】本発明の実施形態２−３の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【図３３】この発明の実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図である。
【図３４】実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図３５】実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【図３６】実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【図３７】この発明の実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図である。
【図３８】実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図３９】実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【図４０】実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の突起の周囲に発生する渦の様子を模式的に示す図である。
【図４１】この発明の実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図４２】実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図４３】実施形態２−６の突起を示す図である。（Ａ）は、突起の底面図、（Ｂ）は、突起の側面図、（Ｃ）は、突起の正面図である。
【図４４】実施形態２−６の突起の周囲の気流の様子を模式的に示す図である。
【図４５】本発明の実施形態２−６の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。
【図４６】本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図４７】本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図４８】本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【図４９】この発明の実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図５０】実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図５１】実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【図５２】実施形態２−７の突起を上から見た形状（Ａ）と横から見た形状（Ｂ）を示す図である。
【図５３】実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図５４】実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図５５】実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部の側断面を示す図である。
【図５６】対照機として、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図５７】本発明の電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図５８】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【図５９】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【図６０】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２７５】
１０：第１摩擦帯電部、１２：摩擦帯電経路、２０：第２摩擦帯電部、４０，５０，６０，７０，８０，９０，１２０：摩擦帯電経路および／または衝突促進経路、１００：衝突促進経路、１１０：摩擦帯電経路、４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１：流路、４３，５３，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，７３ａ，７３ｂ，８３，９３，１０３，１１３，１２３：突起、１６１：摩擦帯電経路、１６２：衝突促進経路、５０２：延長管、５０３：接続管、５０５：連結部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃を含む気体を流通させて塵埃を凝集するための塵埃凝集路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、塵埃を含む気体が流通する管の内壁面に突起を設けた例としては、特開２００２−３２０５７８号公報（特許文献１）に記載されている電気掃除機の延長管がある。これは、電気掃除機本体にホースを介して接続された延長管の入り口付近に増速手段として案内羽根を設け、延長管の内壁面近傍の空気流を増速させることを目的としている。
【０００３】
また、特開平９−１３１５２２号公報（特許文献２）には、流体の混合効率を高めるミキシングエレメントが記載されている。これは筒状の通路管と一体的に螺旋状羽根を設けることで、羽根面に沿う流体に位置移動や合流、せん断という作用を与えて、混合効率を高めることを目的としている。
【０００４】
一方、特開２００５−３２４０９４号公報（特許文献３）には、コロナ放電を利用して微粒子を帯電した後、電圧を印加された導電性体で微粒子を捕集する粒子凝集器が記載されている。これは、その導電性体の表面において、捕集された微粒子が凝集していき、ある程度の大きさになると、気流によって凝集粒子群が導電性体から引き離されて排気されるという機構の粒子凝集器である。
【０００５】
特許第２５１７８７７号公報（特許文献４）には、摩擦接触帯電により粒子を帯電することが記載されている。この公報には、微粒子を管との接触帯電により、一方に正の静電気を、他方に負の静電気をそれぞれ帯電させたのち、両者を混合し、電気的に結合させる微粒子複合体の製造方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３２０５７８号公報
【特許文献２】特開平９−１３１５２２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２４０９４号公報
【特許文献４】特許第２５１７８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、電気掃除機の延長管のような、円筒状の管の内部における気流を模式的に示す図である。図１に示すように、流路１内に矢印の方向に気体Ｐが流入すると、流路１の壁２と気体が接触する部分に剥離領域３が形成される。そのため、流路内の気流Ｑの速度が位置によって不均一になり、速度勾配４が生じる。気体の流れに沿った方向の剥離領域３の長さは、流路１の直径Ｄの４倍〜５倍程度である。
【０００７】
特開２００２−３２０５７８号公報（特許文献１）に記載されている電気掃除機の延長管に設けられた案内羽根は、塵埃を効果的に集塵室に搬送するために、図１に示すような流路入口部の剥離を抑制し、見かけ上の吸い込み口面積を大きくして、圧損低減の効果を狙ったものである。しかしながら、気流に含まれる粒子同士の衝突凝集に関しては特に記述されていない。
【０００８】
また、特開平９−１３１５２２号公報（特許文献２）に記載されているミキシングエレメントは、流体の混合を主な目的としているため、塵埃同士を衝突凝集させることで特に小さな塵埃の数を低減させる手段については記述されていない。
【０００９】
特開２００５−３２４０９４号公報（特許文献３）に記載の粒子凝集器では、粒子を帯電するためにコロナ放電を利用しているので、流路中に高電圧部を設けている。このような場合に、流路径に相当するような物体、特に糸状の物が本高電圧部に引っ掛ると電極ショートにより火災などが発生する危険性がある。
【００１０】
また、特許第２５１７８７７号公報（特許文献４）に記載の微粒子複合体の製造方法では、２系統の管を用いて、一方の管を通る微粒子は正の静電気に、他方の管を通る微粒子は負の静電気に帯電させた後に、両者を合流している。
【００１１】
このように２系統の流路を設けるには、１つの吸入口を途中で分岐するか、吸入口を２つにするかしなければならない。しかし、１つの吸入口を途中で分岐すると、分岐箇所での微粒子の堆積が発生しやすくなる。これを、吸入口を２つにすることで回避すると、それぞれの吸入口間の距離を大きくしなければならず、占有面積が多くなってしまう上に構造も複雑になってしまう。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に従った塵埃凝集路は、塵埃を含む気体が流通する流路と、流路内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路と、流路内に配置されて摩擦帯電経路において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路とを備え、摩擦帯電経路は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、第３の材質で形成され、第１の材質の接触電位が第３の材質の接触電位よりも大きく、第３の材質の接触電位が第２の材質の接触電位よりも大きい。
【００１４】
接触電位が高い物質ほど、他の物質と接触した際に他の物質から電子を奪う力が強い。すなわち、接触電位が高い物質は、負に帯電しやすく、接触する相手を正に帯電させやすい。一方、接触電位が低い物質ほど、他の物質と接触した際に他の物質に電子を奪われやすい。すなわち、接触電位が低い物質は、正に帯電しやすく、接触する相手を負に帯電させやすい。
【００１５】
そこで、このようにすることにより、塵埃凝集路の材質の選択に制限がある場合においても、３つの異なる接触電位をもつ材質を選択し、接触電位が上記の大小関係になるように考慮して構成すれば、従来に比べて塵埃の凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００１６】
このようにして、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【００１７】
この発明に従った塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する所定の塵埃に対して大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する所定の塵埃に対して小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃に対してほぼ同一の接触電位を持つ材質によって形成されていることが好ましい。
【００１８】
このようにすることにより、特定の物質からなる塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００１９】
この発明に従った塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されていることが好ましい。
【００２０】
このようにすることにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００２１】
また、このようにすることにより、凝集させる塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化させることができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【００２２】
この発明に従った塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されていることが好ましい。
【００２３】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【００２４】
この発明に従った塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されていることが好ましい。
【００２５】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【００２６】
この発明に従った塵埃凝集路においては、突起は、突起の下流側を流通する気体に渦を発生させることが可能であるように形成されていることが好ましい。
【００２７】
このようにすることにより、渦の作用で全ての粒子どうしが衝突し、効果的に塵埃塊（クラスタ）を形成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、この発明によれば、簡単な構造で、塵埃を帯電し、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図２から図５は、この発明の実施形態にかかる摩擦帯電経路の摩擦帯電部によって塵埃が帯電されて凝集することを説明する図である。
【００３１】
図２は、この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の構成を説明する図である。
【００３２】
図２に示すように、第１摩擦帯電部１０および第２摩擦帯電部１１は、円筒管を軸方向に２分割したハーフパイプ形状をしている。第１摩擦帯電部１０は塵埃を正に帯電させやすい材質で構成されている。また、第２摩擦帯電部１１は塵埃を負に帯電させやすい材質で形成されている。このハーフパイプ形状は、帯電の性能、構成部分の機能により適宜変形した形状にすることが可能である。
【００３３】
図３は、この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の組み立てを説明する図である。
【００３４】
図３に示すように、図２に示す第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１を組み合わせると、図３に示される摩擦帯電経路１２に組み合わせることができ、内部を気密に保って気流を流すことが可能となる。摩擦帯電経路１２が形成された第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１の、一方の接合面１３と他方の接合面１４に垂直な面をＡ−Ａ'断面とする。
【００３５】
図４は、図３に示す摩擦帯電経路をＡ−Ａ'線の方向から見た断面図である。
【００３６】
図４は、細塵が本発明により帯電されるモデルを説明している。以下、図４に基づいて、塵埃の帯電状態を説明する。
【００３７】
摩擦帯電経路１２に気流が発生すると、塵埃として数ミクロン程度の細塵１５Ａ、細塵１６Ａ、細塵１７Ａが通風路１２の入口１８より出口１９に向かって搬送される。細塵１５Ａが第１摩擦帯電部１０の近くに搬送され、第１摩擦帯電部１０に接触したとき、摩擦帯電作用により細塵１５Ａは、正に帯電させられる。また細塵１７Ａは、第２摩擦帯電部１１の近くに搬送され、第２摩擦帯電部１１に接触したとき、摩擦帯電作用により細塵１７Ａは、負に帯電させられる。このようにして正に帯電した細塵１５Ａは、負に帯電した細塵１７Ａと通風路１２の中で混ざり合い、静電気力により相互に吸引されるので吸着し、塵埃塊１９Ａを形成する。通風路１２と帯電部の形状を適宜長く設定することにより塵埃塊１９Ａは、第１摩擦帯電部１０、第２摩擦帯電部１１と再度接触することになり、更に帯電される。このようにして細塵１５Ａ、細塵１７Ａ、塵埃塊１９Ａは、帯電と吸着を繰り返すので、塵埃塊１９Ａは更にサイズが大きくなる。図３では、第１摩擦帯電部１０もしくは第２摩擦帯電部１１と細塵が一回の衝突で１回の吸着を行うように図示されているが、通風路１２の長さと直径を適宜設定することで、複数回の接触を行わせることができる。また材質の選定を適宜行うことで、細塵１５Ａ、細塵１７Ａと第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１が接触するときの帯電量を選択し、設定することができる。
【００３８】
図５は、本発明により塵埃塊が形成される他の場合のモデルを示す図である。
【００３９】
図５に示すように、図４と同様にして第１摩擦帯電部１０と第２摩擦帯電部１１に接触した細塵１５Ｂ、細塵１７Ｂが、気流もしくは静電気の吸引作用により相互に吸着し、更に近傍を浮遊している帯電されていないもしくは空気により微量に帯電した細塵１６Ｂと吸引することにより大きい塵埃塊（クラスタ）１９Ｂが形成される。
【００４０】
この発明の摩擦帯電経路は、以上に示した第１と第２の摩擦帯電部を備える。
【００４１】
次に、この発明の実施形態にかかる衝突促進経路における塵埃の凝集について説明する。
【００４２】
図６は、流路内の気流が層流速度分布の場合に粒子が凝集する様子を模式的に示す図である。
【００４３】
図６に示すように、流路１内には矢印の方向に気体Ｐが流入する。流路１内の気流Ｑが層流である場合、流路１の壁２の内面の摩擦と内部を流通する気体の粘性の影響で、気流Ｑ内に速度差が生じ、境界層の速度勾配４が発達する。気体Ｐとともに流路１内に流入した塵埃５ａと、塵埃５ａよりも遅れて流路１内に流入した塵埃５ｂは、気流Ｑ内に生じた速度差によって、塵埃５ａと塵埃５ｂが二点鎖線で示すように近付いて、粒子同士が接触し、凝集する。
【００４４】
流路１内の流れが乱流である場合には、乱流の不均一な速度分布に加えて、乱流速度の時間的変動に対する粒子の追従性が粒子の慣性力により異なるために粒子が凝集する。乱流の不均一な速度分布は、層流の場合と同様の現象が部分的に起きることによって生じているものと考えられる。
【００４５】
いずれの場合においても、塵埃中の粒子どうしの接触確率増大のメカニズムにおいては、流れのせん断が支配的であるため、気流に速度分布を積極的に与えることで粒子同士の凝集を促進させることができる。
【００４６】
しかしながら、流路の流れが層流である場合、粒子径の大きさによって、速度分布が粒子に及ぼす力の大きさと向きとが異なる。そのため、流路内には様々な大きさの粒子が均一に分布せず、粒子の径によって分布に偏りができる。このような流路中での粒子径分布は、粒子どうしの接触確率に影響を及ぼす。このことを以下に説明する。
【００４７】
図７は、流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の大きい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【００４８】
図７に示すように、流路１の中央部付近では気流Ｑの速度が大きいため、粒子５に生じる抗力も大きい。一方、流路１の壁２に近付くほど気流Ｑの速度が小さくなるため、粒子５に生じる抗力も小さい。流路１内に気体Ｐとともに流入した塵埃中の粒子５の径が大きい場合、粒子５は流路１内に生成された速度勾配４の影響を強く受ける。すなわち、粒子５の中央部側に働く抗力が大きく、粒子５の壁側に働く抗力が小さいため、粒子５において中央部と壁側に生じる抗力の差によって、粒子５には、流路１の中央から壁面方向に向かう回転力が加わる。その結果、粒子５が方向Ｖの向き、すなわち、流路１の壁２の方向に移動する。その結果、流路１の壁２側には径の大きい粒子が集まる。
【００４９】
図８は、流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の小さい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【００５０】
図８に示すように、粒子５の径が小さい場合、粒子５の周囲の気流Ｑには速度の差があまりない。そのため、粒子５に働く流路１内に生成された速度勾配４の影響が弱く、粒子５は、流路１に流入した時の位置を大きく変えずに、方向Ｖの向きにそのまま直進する。そのため、流路１の中央部には、相対的に径の小さい粒子が集まる。
【００５１】
その結果、流路１の中央部における径の小さい粒子同士が接触する確率は低くなる。さらに、流路１の中央部には径の小さい粒子、流路１の壁２の付近には径の大きい粒子、というように、径の異なる粒子がそれぞれ分離しているため、表面積の大きい径の大きい粒子に径の小さい粒子が接触する確率も低くなり、全体的に粒子同士の接触確率が低下する。
【００５２】
以上のことから、粒子どうしの凝集効率向上のためには、以下の３点が重要であるといえる。
【００５３】
（１）乱流速度場を形成する。
【００５４】
（２）速度分布を積極的に与える。
【００５５】
（３）粒子径の分布を均一にする。
【００５６】
これらを全て同時に満足するためには、気流に乱れを発生させる手段、すなわち渦発生手段を流路内に設けることが考えられる。
【００５７】
一方、粒子どうしが衝突すると、衝突した粒子は、粒子間に生じる力により凝集するものと考えられる。この力は一般的に粒子間距離の累乗に反比例するため、粒子間の距離が小さくなるとその値は非常に大きくなるものと考えられる。そのため一度接触した粒子の凝集を分散するためには粒子の衝突時に生じた力以上の外力が必要となるものと考えられるため、凝集状態を保持し続けるものと考えられる。
【００５８】
さらに、上記の力は、粒子が巨大化するほど、より大きな引力として働くため、径の大きい粒子と接触した径の小さい粒子の分散はさらに生じにくい。
【００５９】
また、粒子どうしの凝集が生じると、見かけ上、径の大きな粒子が増加するため、さらに粒子同士の接触確率が増加する。
【００６０】
この発明の塵埃凝集路は、上述したような、塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路と、摩擦帯電経路において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路とを備える。
【００６１】
この発明の塵埃凝集路においては、特定の物質からなる塵埃を、塵埃に対し十分大きい接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、塵埃に対し十分小さい接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成した摩擦帯電経路の中を、気流により上流側から下流側へ搬送する。
【００６２】
これにより、第１の材質により構成された第１摩擦帯電部に衝突接触した塵埃は、より接触電位の高い第１の材質により電子を奪われ、正の電荷を持ち、故に正に帯電する。また、第２の材質により構成された第２摩擦帯電部に衝突接触した塵埃は、より接触電位の低い第２の材質から電子を奪い、負の電荷を持ち、故に負に帯電する。
【００６３】
この正に帯電した塵埃と、負に帯電した塵埃は、帯電していない塵埃を吸着しながら、塵埃塊（小クラスタ）に成長し、さらに、相対する電荷を持つ塵埃塊（小クラスタ）同士が、クーロン力（引力）により衝突接触し、さらに大きな塵埃塊（大クラスタ）へと成長する。
【００６４】
これが、上記構成により得られる、塵埃の凝集効果である。これにより、より大きな塵埃塊にクラスタ化して成長した塵埃は、クラスタ化していない塵埃に比べ、例えば流路のさらに下流に設けられる遠心分離機やフィルタにより、より効率よく分離または集塵される。
【００６５】
このとき、塵埃が搬送される気流の流速が増加すると、塵埃塊に働くクーロン力に対して慣性力が支配的となり、十分に塵埃は帯電しているにもかかわらず、塵埃または塵埃塊が衝突接触しにくく、または、塵埃または塵埃塊がある程度以上の衝突接触をしないためにある程度以上の塵埃塊が成長しないことが懸念される。
【００６６】
この問題を効果的に解決するためには、気流に渦や乱れを発生させ、塵埃または塵埃塊同士の衝突接触の回数を増加してやればよい。例えば、衝突促進部（例えば、強い渦を生成する突起からなるもの）を備えた衝突促進経路を、摩擦帯電経路のさらに下流側に設けることが考えられる。
【００６７】
しかしながらこのとき、摩擦帯電経路と衝突促進経路との間の経路に曲がりがあるか、または十分に距離が長い場合には、衝突促進部（例えば、下流側に強い渦を生成する突起からなるもの）の材質を安易に選んでしまうと、次のようなデメリットが生ずる。
【００６８】
例えば、上記第１の材質により構成された衝突促進部を、摩擦帯電経路のさらに下流側に設けた場合、第１の材質は、上記に記載の通り、塵埃から電子を奪う性質がある。
【００６９】
故に、例えば、まだ電荷を持たない塵埃か、または、正負に帯電した塵埃同士の衝突凝集により電荷が中和されて電荷を持たない塵埃塊が、上記第１の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第１の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊が衝突促進部に衝突すれば、塵埃または塵埃塊は正に帯電する。
【００７０】
例えば、既に正に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第１の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第１の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊からさらに電子を奪うため、ますます塵埃または塵埃塊は正の電荷量を増強される。または、塵埃または塵埃塊が既に飽和点まで正に帯電している場合には、衝突促進部と塵埃または塵埃塊との間で電子のやり取りはない。
【００７１】
例えば、既に負に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第１の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第１の材質により構成されているため、負に帯電している塵埃または塵埃塊から電子を奪い、塵埃または塵埃塊のもつ電荷を中和して負の電荷の量を減らし、結果として塵埃または塵埃塊のもつ負の電荷は小さくなるか、あるいはさらに電子を奪われる場合には、正に帯電してしまうこともあり得る。
【００７２】
上記のような場合、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、正の電荷をもつものの数が増加し、負の電荷をもつものの数が減少してしまう。
【００７３】
ところで、正の電荷をもつ塵埃または塵埃塊同士は、斥力のため反発しあい、衝突による凝集が阻害されるため、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、正の電荷をもつものの数が増加し、負の電荷をもつものの数が減少して、全体として正の電荷を持つ塵埃または塵埃の割合が多くなってしまうと、結果として、当初期待していた塵埃または塵埃塊同士の衝突接触による凝集効果を、逆に損なわせてしまうこととなる。
【００７４】
また仮に、衝突促進部が、第１の材質ほどは接触電位が大きくない材質により構成されていたとしても、塵埃よりも大きい接触電位をもつ材質で構成されていれば、程度は違えども、上記に近いデメリットが生ずる。
【００７５】
また同様に、上記第２の材質により構成された衝突促進部を、摩擦帯電経路のさらに下流側に設けた場合、第２の材質は、上記に記載の通り、塵埃により電子を奪われる性質がある。
【００７６】
故に、例えば、まだ電荷を持たない塵埃か、または、正負に帯電した塵埃同士の衝突凝集により電荷が中和されて電荷を持たない塵埃塊が、上記第２の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第２の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊が衝突促進部に衝突すれば、塵埃または塵埃塊は負に帯電する。
【００７７】
例えば、既に負に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第２の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第２の材質により構成されているため、塵埃または塵埃塊によりさらに電子が奪われるため、ますます塵埃または塵埃塊は負の電荷量を増強される。または、塵埃または塵埃塊が既に飽和点まで負に帯電している場合には、衝突促進部と塵埃または塵埃塊との間で電子のやり取りはない。
【００７８】
例えば、既に正に帯電した塵埃または塵埃塊が、上記第２の材質により構成された衝突促進部に衝突接触すれば、衝突促進部は上記第２の材質により構成されているため、正に帯電している塵埃または塵埃塊により電子が奪われ、塵埃または塵埃塊のもつ電荷を中和して正の電荷の量を減らし、結果として塵埃または塵埃塊のもつ正の電荷は小さくなるか、あるいはさらに電子を奪う場合には、負に帯電してしまうこともあり得る。
【００７９】
上記のような場合、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、正の電荷をもつものの数が増加し、負の電荷をもつものの数が減少してしまう。
【００８０】
ところで、負の電荷をもつ塵埃または塵埃塊同士は、斥力のため反発しあい、衝突による凝集が阻害されるため、衝突促進部を通過する塵埃または塵埃塊は、負の電荷をもつものの数が増加し、正の電荷をもつものの数が減少して、全体として負の電荷を持つ塵埃または塵埃の割合が多くなってしまうと、結果として、当初期待していた塵埃または塵埃塊同士の衝突接触による凝集効果を、逆に損なわせてしまうこととなる。
【００８１】
また仮に、衝突促進部が、第２の材質ほどは接触電位が小さくない材質により構成されていたとしても、塵埃よりも小さい接触電位をもつ材質で構成されていれば、程度は違えども、上記に近いデメリットが生ずる。
【００８２】
また、上流側に設置された摩擦帯電経路により摩擦帯電した塵埃または塵埃塊は、下流へ流通する間に、その軌道は流れに任されるため、一般的には管理が極めて難しく、電荷をもつ塵埃または塵埃塊を衝突促進部に衝突接触しないようにするのは困難か、または、衝突促進部に衝突接触しないように新たな工夫を加えれば、今度は、下流側に設けた衝突促進部により、気流に渦や乱れを発生させ、塵埃または塵埃塊同士の衝突接触の回数を充分に増加させることができなくなってしまう。
【００８３】
そこで、衝突促進経路に設けられる衝突促進部の材質を、塵埃に対し略同一の接触電位をもつ第３の材質により構成する。
【００８４】
このようにすることで、衝突促進部と塵埃または塵埃塊との衝突の際に、電子のやり取りを抑制することができる。これにより、衝突促進経路の上流側に設けられた摩擦帯電経路によりバランスよく正負に帯電した塵埃または塵埃塊を、その電荷量をほとんど変化させることなく、塵埃同士の衝突を促進することができ、塵埃の凝集効果をより高めることができる。
【００８５】
これにより、塵埃または塵埃塊を、さらに大きな塵埃塊にクラスタ化して成長させることができるので、上記の衝突促進経路を流通させない場合に比べ、例えば流路のさらに下流に設けられる遠心分離機やフィルタにより、さらに効率よく分離または集塵される。
【００８６】
なお、摩擦帯電経路と衝突促進経路との間の経路に曲がりがなく、かつ、十分に距離が短い場合には、衝突促進部の材質も摩擦帯電経路と同じ２種類の材質を選択し、第１の材質により構成された第１摩擦帯電部のすぐ下流に備えられた衝突促進部も第１の材質により構成し、第２の材質により構成された第２摩擦帯電部のすぐ下流に備えられた衝突促進部も第２の材質により構成することにより、塵埃または塵埃塊を、より大きな塵埃塊にクラスタ化して成長させることができるので、例えば流路のさらに下流に設けられる遠心分離機やフィルタにより、より効率よく分離または集塵される。
【００８７】
図９は、物質の帯電のしやすさを表した帯電列を示す図である。
【００８８】
図９に示すように、帯電列表に記された物質は、表の右側ほど接触電位が高く、すなわち、負に帯電しやすく、接触相手を正に帯電させやすい。一方、帯電列表の左側ほど接触電位が低く、すなわち、正に帯電しやすく、接触相手側を負に帯電させやすい。
【００８９】
したがって、この発明の摩擦帯電経路と衝突促進経路について、接触電位の大きい材質としては、図９に示す帯電列の右側にある物質を用い、接触電位の小さい材質としては、図９に示す帯電列の左側にある物質を用いることができる。
【００９０】
このような考察に基づいて、以下に本発明の実施形態を説明する。
【００９１】
（実施形態１−１）
図１０は、この発明の実施形態１−１として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図である。
【００９２】
図１０に示すように、電気掃除機６ｂは、流路として延長管５０２、サクションホース５０４、連結部５０５を備える。延長管５０２と、サクションホース５０４と、連結部５０５は、順番に接続されている。電気掃除機６ｂは、長さａの延長管５０２の上流側の端部から距離ｃ下流側に長さｂの摩擦帯電経路１６１を備え、さらにその下流側である本体接続部５０５に長さｄの衝突促進経路１６２を備える。摩擦帯電経路１６１においては、塵埃を正に帯電させる第１摩擦帯電部と、塵埃を負に帯電させる第２摩擦帯電部が対向するように配置されて塵埃凝集路の壁を形成している。
【００９３】
摩擦帯電経路１６１は、粒子を帯電させることが可能な機能材料によって形成されているため、塵埃粒子が壁面に接触することで塵埃粒子を帯電させ、帯電した塵埃間に生じるクーロン力を用いて効果的に塵埃粒子の衝突確率を向上させる。
【００９４】
このようにして、摩擦帯電経路１６１においては、粒子同士の衝突確率を増加する。内壁面との接触確率を増加し、帯電した粒子数と粒子の荷電量を増加する。
【００９５】
衝突促進経路１６２においては、塵埃粒子を効果的に撹拌し、衝突確率を高め、摩擦帯電経路１６１で帯電した塵埃粒子を全て凝集させる。衝突促進経路１６２は、粒子が壁面と衝突しても電荷の授受を生じにくい材料によって形成されている。
【００９６】
摩擦帯電経路１６１において帯電した粒子の中には、衝突促進経路１６２に到達するまでに粒子同士で衝突しないものも存在する。また、塵埃凝集路からの距離が遠くなるにつれて渦強度は弱くなるため、撹拌能力が弱まり、粒子同士の衝突確率も低くなる。そのため、衝突促進経路１６２が、粒子を帯電しやすい機能材料で形成されていない塵埃凝集路として設けられることで、摩擦帯電経路１６１において帯電した粒子同士の衝突確率を高くし、さらに粒子の凝集を促進させる。
【００９７】
このように、粒子の帯電状態を作り出し、さらに効果的に衝突させることによって、凝集を効率的に生じさせることが可能となる。
【００９８】
摩擦帯電経路１６１においていずれかの極性に帯電した塵埃粒子を新たに帯電させる効果のある機能材料で衝突促進経路１６２を形成すると、摩擦帯電経路１６１と衝突促進経路１６２によって塵埃粒子が同一極性に帯電される場合は、粒子の帯電量がさらに増加され、より強いクーロン力を生み出すことができるが、摩擦帯電経路１６１と衝突促進経路１６２によって塵埃粒子が異極性に帯電される場合は、粒子の電荷が中和される。
【００９９】
粒子の電荷が中和される別の例としては、流路内において気流が流通する方向に、粒子を正に帯電する機能材料と粒子を負に帯電する機能材料とを等間隔に交互に配置し、突起により流路の中心付近を旋回中心とした流路全体の旋回流を生じさせる場合がある。粒子を正に帯電させる壁面と接触して正に帯電した塵埃粒子が、次に粒子を負に帯電させる壁面と接触して負に帯電するため、結果的に塵埃粒子の電荷は中和される。
【０１００】
また、流路内において気流が流通する方向に平行な方向に流路を二分割し、正と負に帯電する機能材料を同一比率で片側ずつ配置し、突起により旋回流を生じさせた場合も同様に、まず粒子を正に帯電させる壁面と接触して正に帯電した塵埃粒子が、次に粒子を負に帯電させる壁面と接触して負に帯電するため、結果的に塵埃粒子の電荷は中和される。
【０１０１】
しかし、本実施形態のように、衝突促進経路１６２を電荷の授受の生じにくい材料によって形成し、衝突促進経路１６２において、摩擦帯電経路１６１で与えられた塵埃粒子の帯電を中和させることなく、衝突促進経路で形成された渦の作用で全ての粒子同士が衝突することによって、効果的に塵埃塊（クラスタ）を形成することができる。
【０１０２】
塵埃凝集路の上流部である、摩擦帯電経路は、第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成される。
【０１０３】
また、衝突促進経路は、第３の材質により構成された衝突促進部を備えている。
【０１０４】
そして、第１の材質、第２の材質、第３の材質のそれぞれの接触電位は、第１の材質＞第３の材質＞第２の材質になるようにされる。
【０１０５】
例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロンの３種類の材料のみから選択しなければならないといった制約がある場合には、第１の材質はポリエチレン（ＰＥ）、第２の材質はポリスチレン（ＰＳ）、第３の材質はナイロン（ポリアミド）といった組合せにすることによって、本発明の効果を比較的よく得ることができる。
【０１０６】
これにより、塵埃凝集路の材質の選択に制限がある場合においても、３つの異なる接触電位をもつ材質を選択し、接触電位が上記の大小関係になるように考慮して構成すれば、従来に比べて、凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１０７】
このように、塵埃凝集路は、塵埃を含む気体が流通する延長管５０２と、延長管５０２内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路１６１と、連結部５０５内に配置されて摩擦帯電経路１６１において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路１６２とを備え、摩擦帯電経路１６１は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、第３の材質で形成され、第１の材質の接触電位が第３の材質の接触電位よりも大きく、第３の材質の接触電位が第２の材質の接触電位よりも大きい。
【０１０８】
このようにすることにより、塵埃凝集路の材質の選択に制限がある場合においても、３つの異なる接触電位をもつ材質を選択し、接触電位が上記の大小関係になるように考慮して構成すれば、従来に比べて塵埃の凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１０９】
このようにして、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な塵埃凝集路を提供することができる。
【０１１０】
（実施形態１−２）
図１１は、本発明の実施形態１−２として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図であり、図１２は、本発明の電気掃除機の本体の構成の説明図である。
【０１１１】
実施形態１−２が実施形態１−１と異なる点としては、摩擦帯電経路が接続管の内部に配置されている。実施形態１−２のその他の部分は、実施形態１−１と同様である。
【０１１２】
図１１と図１２に示すように、電気掃除機５００においては、吸引口５０１は、延長管細側５１１、延長管太側５１２、把手５０３ａを有する接続管５０３、折り曲げ自在のサクションホース５０４と順次連結され、連結部５０５を経由して掃除機本体５０６に接続されている。掃除機本体５０６には、電動送風機５６７、集塵部５６１、集塵ケース５６３、HEPAフィルター５７０、コードリール（図示せず）、電動送風機５６７の通電を制御する制御回路（図示せず）等が収容されている。
【０１１３】
図１１、図１２中には、塵埃を含んだ空気の流れが矢印で示されている。電動送風機５６７が駆動すると、吸引口５０１から空気が吸引され、塵埃を含む空気が、延長管細側５１１、延長管太側５１２、接続管５０３、サクションホース５０４、連結部５０５を通り、掃除機本体５０６へと搬送される。掃除機本体５０６に吸引された塵埃は、集塵部５６１、電動送風機５６７、HEPAフィルター５７０を通り排気部５７１より排出される。このようにして吸引口５０１より吸引された塵埃の中でサイズの大きい塵埃は、集塵部５６１に集積される。また、塵埃が捕集され清浄になった空気は、電動送風機５６７を冷却するために電動機５６９内部を通過し、掃除機本体５０６の外に排気される構造となっている。また、掃除機本体５０６の側面には、回転自在に設けられ、掃除機本体５０６を床面５０８上にて移動自在に支持する車輪５０７が備えられている。
【０１１４】
延長管細側５１１の外径と、延長管太側５１２の内径とは略同等であり、延長管細側５１１を延長管太側５１２の内部へスライドして延長管全体の長さを伸縮することができるので、使用者は各人に適した状態で掃除をすることができる。
【０１１５】
電気掃除機５００においては、摩擦帯電経路が接続管５０３の内部に配置され、衝突促進経路が連結部５０５の内部に配置されている。
【０１１６】
図１３は、摩擦帯電経路が配置された接続管の断面を示す図である。
【０１１７】
図１３に示すように、摩擦帯電経路２００は、下流側がサクションホース５０４の上流側の一端に覆われるように挿入される一方、上流端から接続管５０３に挿入されている。ここで、摩擦帯電経路２００の下流端は接続管５０３の下流端より深さｔだけ接続管５０３の内側に保持されている。このようにすることにより、サクションホース５０４が下方に湾曲しても、接続管５０３の下流端により湾曲度合いが制限され、摩擦帯電経路２００にかかる応力が大幅に緩和される。したがって、摩擦帯電経路２００内の圧力損失が高くならないように摩擦帯電経路２００の内径を大きくしたり、摩擦帯電経路２００を二重構造としたりすることも可能となる。
【０１１８】
摩擦帯電経路２００の下流端にかかる応力を緩和するためには、深さｔを長くすればよいので、接続管５０３を長くすることが考えられる。しかし、これでは把手５０３ａの後方の可動箇所が、把手５０３ａより離れていくことになるため、電気掃除機５００の操作性が低減してしまう。本発明者は、種々の試作品での操作の結果、接続管５０３の内径が５８ｍｍ、摩擦帯電経路２００の外径が４６ｍｍ、摩擦帯電経路２００の内径が４２ｍｍの時、深さｔを１９ｍｍとすれば、摩擦帯電経路２００にかかる応力を充分に低減することができること見出した。余裕度を小さくとれば、深さｔを１２ｍｍとしても摩擦帯電経路２００の下流端にかかる応力はかなり緩和される。
【０１１９】
摩擦帯電経路２００の外枠２０３には、外周に沿って溝２０３ｃが形成されており、接続管５０３は、内部に摩擦帯電経路２００を保持するための保持具５１３を備える。保持具５１３は接続管５０３の内部に固定されている。保持具５１３には、突起（凸部）５１３ａが形成されており、突起５１３ａは、溝２０３ｃと嵌合する形状である。したがって、摩擦帯電経路２００は、サクションホース５０４と接続されて、接続管５０３から抜けないように保持された上で、周方向には回転自在となる。
【０１２０】
また、摩擦帯電経路２００の下流側の端をサクションホース５０４で包み込む構造なので、シール性が高く、第１帯電部２０１、第２帯電部２０２、外枠２０３を密着性の高い構造にしなくても空気が漏れず、超音波溶着やねじ止めなどをしなくてもよい。このため、摩擦帯電経路２００の製造時間の短縮や、製造効率の向上、製造コストの低減などにより、利益率を向上することができる。
【０１２１】
図１４は、この発明の実施形態１−２にかかる連結部５０５の断面図である。
【０１２２】
図１４に示すように、衝突促進経路３００の外枠３０３はサクションホース５０４の下流側の一端に覆われるように挿入された後、その他端から連結部５０５に挿入されている。衝突促進経路３００の上流側の端を、サクションホース５０４で包み込む構造なので、シール性が高く、空気が漏れない（超音波溶着やねじ止めなどをしなくてもよい）。このため、製造時間の短縮や、製造効率の向上、製造コストの低減などにより、利益率を向上することができる。
【０１２３】
電動送風機５６７が駆動すると、ファン５６８により、吸い込みの気流が発生し、サクションホース５０４、連結部５０５より掃除機本体５０６に塵埃を含む空気が流入し、接続部５６２、集塵フィルター５６４、接続部５６５、ファン５６８、電動機本体５６９、HEPAフィルター５７０、排気口５７１、に向けて送風が行われる。このとき、吸気に含まれる塵埃は、接続管５０３の内部に配置された摩擦帯電経路２００を通過するときに帯電されて凝集する。細塵、塵埃塊を含む空気は搬送される途中で気流が混合されながら搬送されるので、接触、吸引、吸着が行われ、本発明による塵埃塊が更に大きく成長する。
【０１２４】
大きく成長した塵埃塊は、集塵フィルター５６４の目の大きさより大きくなるので、集塵フィルター５６４に捕集される。帯電部を複数個所設けたり、細塵と帯電部の接触を多く出来るような構成を取れば、集塵塊は集塵フィルター５６４の目の大きさより大きくなるので、HEPAフィルター５７０は不要とすることができる。
【０１２５】
なお、ここで塵埃塊が集塵フィルター５６４の目の大きさよりも大きく成長されなかった場合は、フィルター５６４を通過することもある。このような場合は、HEPAフィルター５７０を設けて捕集してもよい。
【０１２６】
以上の実施形態１−１と実施形態１−２とにおける摩擦帯電経路と衝突促進経路は、以下の実施形態１−Ａから実施形態１−Ｃの摩擦帯電経路と衝突促進経路であってもよい。
【０１２７】
（実施形態１−Ａ）
凝集させるべき塵埃が特定の物質から成る場合、特定の物質から成る塵埃を吸引して集塵する集塵装置であって、塵埃を空気とともに吸引する吸込口と、塵埃を空気の流れ、即ち気流にのせて下流側へ搬送する経路と、経路に連通し、気流を生じさせる駆動源と、経路に配され、空気と塵埃を分離し、塵埃を留める集塵部と、塵埃から分離された空気を外部に排出する吹出口と、を有する集塵装置において、経路の、集塵部よりも上流側に、塵埃を凝集させる塵埃凝集路が配され、塵埃凝集路は、上流部が摩擦帯電経路を成し、下流部が衝突促進経路を成す。
【０１２８】
なお、塵埃凝集路の上流部である、摩擦帯電経路は、上記特定の物質から成る塵埃の接触電位に対し十分大きい接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、上記特定の物質から成る塵埃の接触電位に対し十分小さい接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部と、を並列に配置して形成される。
【０１２９】
第１摩擦帯電部の構成は、第１の材質により形成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第１の材質により形成された複数の突起と、から成る。また、第２摩擦帯電部の構成は、第２の材質により形成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第２の材質により形成された複数の突起と、から成る。
【０１３０】
第１摩擦帯電部と第２摩擦帯電部とは、形状は同一であり、材質が異なる。例えば、第１摩擦帯電部と第２摩擦帯電部とは、どちらも、円筒を軸方向に半分にカットした形状の内壁に複数の突起を持つ形状となっており、それらがカット面にて接合されて１つの管を成し、摩擦帯電経路を成す。
【０１３１】
また、塵埃凝集路の下流部である、衝突促進経路は、上記特定の物質から成る塵埃の接触電位に対し略同等の接触電位をもつ第３の材質により構成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第３の材質により形成された複数の衝突促進部を備えている。衝突促進部は、第３の材質により形成された突起であり、空気の流れによりその下流側に強い渦が発生する形状を成す。
【０１３２】
例えば、凝集させるべき塵埃が、鉄粉の場合、例えば、第１の材質はポリプロピレン（ＰＰ）、第２の材質はナイロン（ポリアミド）、第３の材質は鉄といった組合せとすれば、本発明の効果を得ることができる。
【０１３３】
これにより、特定の物質からなる塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化して、集塵部により集塵することができるので、従来に比べて、極めて集塵効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１３４】
このように、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する所定の塵埃に対して大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する所定の塵埃に対して小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃に対してほぼ同一の接触電位を持つ材質によって形成されている。
【０１３５】
このようにすることにより、特定の物質からなる塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１３６】
また、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１３７】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【０１３８】
また、塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１３９】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【０１４０】
（実施形態１−Ｂ）
凝集させるべき塵埃が複数の物質から成る場合、複数の物質から成る塵埃を吸引して集塵する塵埃凝集路であって、本実施形態は第１の実施形態の塵埃凝集路に対して、構成する材質が異なる。
【０１４１】
即ち、塵埃凝集路の上流部である、摩擦帯電経路は、上記複数の物質から成る塵埃のうち、最大の接触電位をもつものよりも大きい接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、上記複数の物質から成る塵埃のうち、最小の接触電位をもつものよりも小さい接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成される。
【０１４２】
また、塵埃凝集路の下流部である、衝突促進経路は、上記複数の物質から成る塵埃の平均接触電位に対し略同一の接触電位をもつ第３の材質により構成された壁面と、その壁面から一体的に突出した第３の材質により形成された複数の衝突促進部を備えている。
【０１４３】
例えば、凝集させるべき塵埃が、複数の物質から成り、例えば、人などの皮膚、木綿などの綿埃、紙くず、で構成されているならば、例えば、第１の材質はポリプロピレン（ＰＰ）、第２の材質はナイロン（ポリアミド）、第３の材質はガラス繊維入り樹脂、といった組合せだと、本発明の効果を得ることができる。
【０１４４】
これにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化して、集塵部により集塵することができるので、従来に比べて、極めて集塵効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１４５】
このように、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されている。
【０１４６】
このようにすることにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１４７】
またこのようにすることにより、凝集させる塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化させることができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１４８】
また、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１４９】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【０１５０】
また、塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１５１】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【０１５２】
（実施形態１−Ｃ）
凝集させるべき塵埃の組成が不明の場合、複数の物質から成る塵埃を吸引して集塵する塵埃凝集路であって、本実施形態は第１の実施形態の塵埃凝集路に対して、構成する材質が異なる。
【０１５３】
即ち、塵埃凝集路の上流部である摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路に使用しうる材質のうち、最大の接触電位をもつ第１の材質により構成された第１摩擦帯電部と、摩擦帯電経路に使用しうる材質のうち、最小の接触電位をもつ第２の材質により構成された第２摩擦帯電部とを並列に配置して形成される。
【０１５４】
また、塵埃凝集路の下流部である衝突促進経路は、上記第１の材質の接触電位と第２の材質の接触電位との平均の接触電位をもつ第３の材質により構成された壁面と、その壁から一体的に突出した第３の材質により形成された複数の衝突促進部を備えている。
【０１５５】
例えば、第１の材質は、ポリテトラフルオロエチレン、第２の材質は硝子、第３の材質はアルミニウムといった組合せとすれば、本発明の効果を得ることができる。
【０１５６】
これにより、集塵する塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１５７】
このように、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、衝突促進経路は、流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されている。
【０１５８】
このようにすることにより、複数の物質から成る塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化することができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１５９】
またこのようにすることにより、凝集させる塵埃の組成が不明の場合においても、塵埃を効果的に凝集し、大きな塵埃塊にクラスタ化させることができるので、従来に比べて、極めて凝集効率の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０１６０】
また、塵埃凝集路においては、摩擦帯電経路は、摩擦帯電経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１６１】
このようにすることにより、摩擦帯電経路内の気流を撹拌し、塵埃と摩擦帯電部との接触確率を増大させて、帯電する塵埃の数と、塵埃の帯電量とを増加させることができる。
【０１６２】
また、塵埃凝集路においては、衝突促進経路は、衝突促進経路を形成する壁を有し、壁の内面上には突起が形成されている。
【０１６３】
このようにすることにより、塵埃を効果的に衝突させることができる。
【０１６４】
以上に示された実施形態の摩擦帯電経路と衝突促進経路については、それぞれ、以下の実施形態２−１から実施形態２−８が適用される。
【０１６５】
（実施形態２−１）
図１５は実施形態２−１の摩擦帯電経路の要部を透視した斜視図であり、図１６は実施形態２−１の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図１７は、実施形態２−１の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０１６６】
図１５から図１７に示すように、本発明の実施形態２−１においては、複数の突起１１３が流路１１１の壁１１２の内面上に設けられている。突起１１３は、流れ方向の長さ：ＪＭ＝（１／４）Ｄ、三角錐高さ：ＮＭ＝（１／１６）Ｄの三角錐状突起により形成されている。
【０１６７】
実施形態２−１の摩擦帯電経路１１０によると、突起１１３により、双子渦が生ずる。１つの突起１１３により生ずる双子渦は、突起が大きい場合に比べると強度は弱くなるが、その分突起１１３の個数を多く設定しているため、略同様の攪乱を流れに与えることができる。
【０１６８】
被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路１１１の壁面から（１／８）Ｄまでの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるが、実施形態２−１の複数かつ多段に配置された突起１１３は、高さが（１／１６）Ｄに設定されているため、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路１１１の壁１１２から（１／８）Ｄまでの距離の位置のうち、積極的に攪乱を与えることができるのは約半分の領域のみに限られる。
【０１６９】
実施形態２−１の突起１１３には、次のような利点がある。即ち、突起１１３の高さは、（１／１６）Ｄに設定されており、圧力損失が格段に小さくなる。
【０１７０】
さらに、実施形態２−１の突起１１３の高さは、（１／１６）Ｄに設定されているため、突起１１３により発生する双子渦が摩擦帯電経路１１０の流路１１１の壁１１２に発達する速度の境界層に影響を与え、境界層厚みを薄くする効果が得られる。
【０１７１】
一般に、流路の壁面部近傍には、流路内部を流通する流体の粘性により、速度の境界層ができる。境界層内部の流速は、流路中央部に比べて風速が遅く、その領域は流れに対する抵抗が大きい。即ち、境界層が発達して境界層の厚みが厚くなると、それだけ流れやすい領域の面積が減少し、見かけ上、流路の断面積が小さくなったような挙動を示す。従って、境界層が発達して境界層の厚みが厚くなると、その流路の圧力損失は増大する。
【０１７２】
実施形態２−１の突起１１３により発生する双子渦は、渦のスケールが小さく、また、より壁面部近傍に発生するため、突起１１３により発生する双子渦が上記の境界層の発達を抑制し、そのため、流路壁面の流れに対する抵抗が小さくなり、流路１１１の圧力損失が大幅に低下する。
【０１７３】
例えば、流路１１１の径ＤがＤ＝４０ｍｍ、流れの代表流速が２５ｍ／秒、常温常圧の場合、実験結果によると、（乱れ発生部による圧力損失）＜（乱れ発生部による境界層の発達抑制効果）となり、多数の突起１１３が存在するにもかかわらず、突起のない流路よりも圧力損失が小さい摩擦帯電経路１１０が得られた。
【０１７４】
また、摩擦帯電経路１１０を流通する流体に、異物その他が混入していた場合においても、突起１１３は高さが低いため、異物がより一層引っ掛かりにくい。
【０１７５】
従って、実施形態２−１の摩擦帯電経路１１０を用いれば、多数の双子渦の攪乱により、十分な凝集性能を得ながら、さらに、管路摩擦抵抗を低減することができるため、圧力損失を大幅に低減した摩擦帯電経路１１０を得ることができる。また、例えば、流れに異物その他が混入する可能性のある場合においても、異物が突起１１３に引っ掛かってつまるといった不具合を略完全に防止することができるため、極めて信頼性の高い摩擦帯電経路１１０を得ることができる。
【０１７６】
また、突起１１３を構成する各辺に１ｍｍのアールを形成することで、大幅にごみ詰まりを低減することができる。さらに、鋭角的な溝を排除することでメンテナンス性能のよい塵埃凝集路を形成することができる。
【０１７７】
（実施形態２−２）
図１８は、実施形態２−２の衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図１９は実施形態２−２の塵埃凝集路の要部を示す正面図、図２０は、実施形態２−２の塵埃凝集路の側断面を示す図である。
【０１７８】
図１８から図２０に示すように、実施形態２−２の衝突促進経路１００においては、複数の突起１０３が流路１０１の壁１０２の内面上に設けられている。それぞれの突起１０３は三角錐状突起により形成されている。上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起１０３は、一定の間隔をあけられて配置されている。また、流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の突起１０３が配置されない配列でもよい。
【０１７９】
実施形態２−２の衝突促進経路１００によると、突起１０３により双子渦が生ずる。但し、突起１０３の個数が少なく、また、上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わない配列になっているため、流路１０１の壁１０２に沿って流通する流れの多くは突起１０３に一度だけ出会い、突起１０３と突起１０３の間を流通する流れは、突起１０３に一度も出会わない。故に、実施形態２−２の衝突促進経路１００においては、流れに与えることができる攪乱は大幅に低下する。
【０１８０】
しかしながら、実施形態２−２の衝突促進経路１００は、成型方法が極めて容易となる利点がある。すなわち、上流側から投影すると、複数の突起１０３は互いに重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起１０３は、一定の間隔をあけられて配置されているため、例えば、衝突促進経路１００を樹脂成型する場合、衝突促進経路１００の上流側を金型の可動側に設定し、衝突促進経路１００の下流側を金型の固定側に設定し、金型を構成すれば、複雑な金型構成を必要とせず、衝突促進経路１００を一体で成型することができる。
【０１８１】
また、衝突促進経路１００内を流通する流体に、例えば流路１０１の断面と同程度の面積を持つ板状の異物（例えば牛乳キャップといったもの）その他が混入していた場合、流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の乱れ発生部が配置していると、流路の断面と同程度の面積を持つ板状の異物の端部が同時に複数の突起に引っ掛かる可能性が高く、そのため塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性があるが、実施形態２−２においては、突起１０３は流れ方向に垂直な方向の面内に、複数の突起１０３が配置されない配列に設定されるため、流路１０１の断面と同程度の面積を持つ板状の異物その他は引っ掛かりにくい。
【０１８２】
従って、実施形態２−２の衝突促進経路１００を用いれば、極めて成形性が良いとともに、例えば、流れに流路の断面と同程度の面積を持つ板状の異物その他が混入する可能性のある場合には、異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができる。このようにして、極めて高い成形性と極めて高い信頼性の両方を同時に有する塵埃凝集路を得ることができる。
【０１８３】
図２１から図２５は、実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。（Ａ）流路方向に垂直な方向に見た図と、（Ｂ）その流れの上流側から投影した模式図である。
【０１８４】
図２１に示すように、流れ方向に垂直な方向の面の周上に、複数の突起１０３が配置されるが、それぞれの突起は互いに近い箇所、円筒状の流路の場合には、望ましくは９０°程度の範囲に、流れ方向に垂直な方向の面内に配置された複数の突起１０３が集まっていれば、極めて高い成形性と極めて高い信頼性の両方を同時に得られる。
【０１８５】
図２２に示すように、隣り合う突起１０３が互いに重ならないように多少ずらして配置し、突起によって生じる異物のつまりを防止したものや、さらに同様の効果を得るものとして、図２３のように、突起をいくつかグループに分けて、そのグループを互いに流路方向にずらして配置したものや、図２４と図２５のように鋸歯状配列が例示できる。これらはいずれも極めて高い成形性が得られる。
【０１８６】
図２６は、実施形態２−２の塵埃凝集路における隣接した突起の配置を示す図である。
【０１８７】
図２６に示すように、流れ方向と平行な方向から見た投影面内に突起１０３が重ならないように配置したとき、隣り合う突起１０３の距離を距離Ｗとすると、次の式によりＷを表すことができる。
【０１８８】
Ｗ＝２α＋γｔａｎβ （ただしα、β、γは任意の正の整数）
突起１０３においてα、βをそれぞれ３ｍｍ以上、γ（ｍｍ）を任意の数とする。
【０１８９】
気流に平行な方向Ｓに分離した金型を用いて衝突促進経路１００を作製すると、流路１０１と突起１０３を一度に成型することができる。このようにすることにより、成型コストを大幅に削減することができる。突起１０３間の距離については、最低限Ｗ（ｍｍ）確保することによって、気流に垂直となる投影面内に突起が互いに重なり合わないように配置し、また、突起と突起の間に入る金型の強度を確保することができる。
【０１９０】
（実施形態２−３）
図２７は、この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図、図２８は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図２９は、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【０１９１】
図２７から図２９に示すように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０は、流路４１と、壁４２と、渦発生手段として複数の突起４３とを備える。流路４１は、円筒状の壁４２によって形成されている。突起４３は、翼形状の突起である。突起４３の形状は、流路４１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとして、翼弦長Ｃ＝（３／８）Ｄ、食違角（翼弦と流れ方向の成す角）が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°、最大そり位置が前縁より０．６５Ｃ位置、下流側に凸、高さｈ＝（１／８）Ｄの形状をなす。突起４３の配置は、流れ方向に垂直な方向の同一面に、等間隔で６個、つまり、円管状の流路４１の壁４２の内面に６０°おきに設置されている。
【０１９２】
図３０は、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【０１９３】
図３０（Ａ）に示すように、翼形状を呈する突起４３の凹側面に沿う流れの流速Ｖ１は、突起４３への流れの衝突のため、せき止められて、流路４１内を流通する流体の流速に対しやや遅くなる。逆に、突起４３の凸側面に沿う流れの流速Ｖ２は、流路内を流通する流体の流速に対しやや速くなる。そのため、図３０（Ｂ）に示すように、突起４３の周囲において、流路４１内を流通する流体の流速を基準とした相対速度を考えると、凸側面においては流路４１の上流側から下流側へ、凹側面においては流路４１の下流側から上流側へ、突起４３の周りを回転する循環Ｖ３が生ずる。
【０１９４】
図３１は、突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【０１９５】
図３１に示すように、図３０（Ｂ）に示す突起４３の周囲の循環Ｖ３により、翼形状を呈する突起４３の翼端部から強い馬蹄渦Ｖ４が発生し、その馬蹄渦Ｖ４は突起４３の下流側の流路４１の壁４２に沿って下流へ移動する。この馬蹄渦Ｖ４は突起４３の下流を流通する流れに強い旋回を与える。
【０１９６】
実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、突起４３の翼高さｈは、ｈ＝（１／８）Ｄであるので、馬蹄渦Ｖ４の発生直後の馬蹄渦Ｖ４の直径は、流路４１内を流通する流体の流速にもよるが、（１／８）Ｄか、またはそれよりもやや大きいサイズになる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーに集中しているような場合、径がＤの流路４１の壁４２の内面からの距離が（１／８）Ｄまでの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、突起４３は、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路４１の壁４２から（１／８）Ｄまでの位置を、馬蹄渦Ｖ４によって積極的に攪拌するように設定されている。
【０１９７】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、突起４３は、壁４２からの高さが、流路４１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの八分の一であることにより、異物が突起４３に引っかかりにくくなる。
【０１９８】
図３２は、本発明の実施形態２−３の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図３２（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図３２（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【０１９９】
図３２に示すように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、気体Ｐが流路４１内に流入すると、流路４１の壁４２の内面に、６か所に突起４３を等間隔に設置しているので、流路４１の壁４２の内面近傍に６本の同一回転方向の馬蹄渦Ｖ４が略等間隔に生ずる。また、隣合う渦同士は同一方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方は流路中央部から壁面部へ向かう方向、他方は流路壁面部から中央部へ向かう方向となり、衝突しあう方向となるため、それぞれの渦の流れに運ばれる微細塵は、より衝突確率が高められる。
【０２００】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、突起４３が複数配置されていることにより、流路４１内に多数の渦を発生させて、塵埃凝集の効果を高めることができる。
【０２０１】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０においては、渦発生手段は突起４３を含み、突起４３は、突起４３の周囲を通過する気体の速度を不均一にするように壁４２の内面から突出して形成されている。
【０２０２】
このようにすることにより、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０を流通する塵埃は、塵埃が気流によって流路４１内に導かれる段階と、塵埃が直進する気流によって流路４１内部を搬送される段階と、塵埃が流路４１の壁４２から突出した突起４３の下流に生ずる渦流に巻き込まれて流通する段階と、複数の塵埃が渦流により互いに衝突する段階と、衝突した複数の塵埃が塵埃塊（クラスタ）を形成する段階と、塵埃塊が気流によって流路４１内部を搬送される段階を順次経る。
【０２０３】
このようにすることにより、簡単な構造で、塵埃中の粒子どうしの衝突回数を増加させて凝集を促し、粒子数を低減させるとともに見かけ上の粒子径を大きくすることが可能な摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０を提供することができる。
【０２０４】
（実施形態２−４）
図３３は、この発明の実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図、図３４は実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図３５は、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【０２０５】
図３３から図３５に示すように、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０においては、実施形態２−３の突起４３に替えて、突起５３が設けられている。１つの突起５３は、実施形態２−３の突起４３と同一形状の翼形状突起により形成されているが、配置が異なる。
【０２０６】
摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０においては、流路方向に隣り合う２つの突起５３が、流れの上流側から下流側に向かって、階段状に配置される。階段状に配置された２つの突起５３は、上流側から見て一部が重なって配置される、すなわち、上流側に配置された突起５３の終端から下流に気流の仮想線を描くと、仮想線が下流側に配置された突起５３に交差するように配置される。実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０のその他の部分は、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０と同様である。
【０２０７】
実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０においては、上流側に配置された突起５３において発生した馬蹄渦Ｖ５を、下流側に配置された突起５３において、さらに増強することにより、より強い馬蹄渦Ｖ６が生成される。渦は下流に移動するに従って徐々に減衰するが、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０において生成する渦は、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０において生成する渦よりも渦の強度が強いので、渦が減衰するまでの距離（到達距離）が長く、より下流にまで渦の影響を及ぼすことができる。流路５１の壁５２の内面近傍には、６本の同一回転方向の馬蹄渦が略等間隔に生ずる。
【０２０８】
図３６は、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【０２０９】
図３６に示すように、２つの突起５３を階段状に配置しているため、上流側で発生した馬蹄渦Ｖ５は、下流側の突起５３によって生じる渦に取り込まれて、効果的に強い馬蹄渦Ｖ６を生成できる。
【０２１０】
さらに、隣合う渦同士は同一方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方は流路中央部から壁面部へ向かう方向、他方は流路壁面部から中央部へ向かう方向となる。このように、流れどうしが衝突しあう方向となるため、それらの流れに運ばれる微細塵は、より衝突確率が高められる。
【０２１１】
従って、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０を用いれば、より強い渦を生成できるので、渦の到達距離が長く、その分、流れにより運ばれる微細塵の衝突確率がより高められるので、塵埃の凝集能力は大幅に高められる。また、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０よりも、流れの摩擦が低減されるので、より圧力損失を低減することができる。
【０２１２】
なお、実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０によれば、圧力損失は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０と同等でありながら、微細塵の衝突確率は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０に対して約３０％向上するため、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路５０によると、さらに高性能の塵埃凝集路を得ることができる。
【０２１３】
（実施形態２−５）
図３７は、この発明の実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図、図３８は実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図３９は、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【０２１４】
図３７から図３９に示すように、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０においては、実施形態２−４の突起５３に替えて、突起６３ａ、突起６３ｂ、突起６３ｃ、突起６３ｄが設けられている。突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、突起５３と同一形状の翼形状突起により形成されており、設置個数も同一であるが、隣合う突起６３ａと突起６３ｃ、突起６３ｂと突起６３ｄは、食違角（翼弦と流れ方向の成す角）が互いに逆になるように配置されている。すなわち、突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、凹部を形成するように湾曲した形状を有し、気体の流れる方向に交差する方向において隣り合う二つの突起は、それぞれ二つの凹部が互いに対向するように配置されている。流路６１内の壁６２においては、気流の方向と垂直に交差する断面の周の方向には、３つの突起６３ａを、食違角が上流側から下流側に見て時計回りに２２．５°になるように等間隔に配置し、その３つの突起６３ａのそれぞれの間に、３つの突起６３ｃを、食違角が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°になるように配置する。また、突起６３ａと突起６３ｃの下流側に、気流の方向と垂直に交差する断面の周の方向に、３つの突起６３ｂを、食違角が上流側から下流側に見て時計回りに２２．５°になるように等間隔に配置し、その３つの突起６３ｂのそれぞれの間に、３つの突起６３ｄを、食違角が上流側から下流側に見て反時計回りに２２．５°になるように配置する。気流の流れる方向に沿っては、突起６３ａの下流側に突起６３ｂを配置し、突起６３ｃの下流側に突起６３ｄを配置する。４つの突起は、突起６３ａと突起６３ｃの凹部どうしの間の距離が、突起６３ｂと突起６３ｄの凹部どうしの間の距離よりも大きくなるように配置されている。
【０２１５】
実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０においては、それぞれの突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）においては、実施形態２−３の突起４３と同様の馬蹄渦が発生し、馬蹄渦がその下流側の流路６１の壁６２に沿って下流へ移動するため、突起の下流を流通する流れに強い旋回を与える。
【０２１６】
図４０は、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の突起の周囲に発生する渦の様子を模式的に示す図である。
【０２１７】
図４０に示すように、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０の流路６１内においては、１２個の突起を、それぞれが互い違いの方向を向くように配置している。そのため、流路６１の壁６２の内面近傍において、隣合う渦同士がそれぞれ逆方向に回転する、６本の馬蹄渦Ｖ７が生ずる。上流側の突起６３ａと突起６３ｃで発生した馬蹄渦Ｖ７は、下流側の突起６３ｂと突起６３ｄの間を流れる気流に取り込まれ、強い馬蹄渦Ｖ８を生成する。さらに、突起６３ｂと突起６３ｄを互い違いに配置しているため、下流側の突起６３ｂと突起６３ｄで生成された渦がそれぞれ強めあうように働くため、より強い馬蹄渦Ｖ８を生成することができる。
【０２１８】
また、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁面部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなり、一方が流路壁面部から中央部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなるので、スムーズに合流する方向となり、流れの粘性による摩擦抵抗が減少する。そのため、実施形態２−５の流路６１においては、実施形態２−４の流路５１に比べて、渦による圧力損失が低減する。
【０２１９】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０においては、突起（６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）は、凹部を形成するように湾曲した形状を有し、気体の流れる方向に交差する方向において隣り合う二つの突起は、それぞれ二つの凹部が互いに対向するように配置されている。このようにすることにより、隣り合う突起で生成された渦は、互いに逆方向に回転しながら下流に進む。そのため、隣り合う渦と渦との接面においては、これらの渦を形成している気流は、同じ方向に進む流れとなる。したがって、隣り合う突起で生成された渦は、スムーズに合流し、流れの粘性による摩擦抵抗が減少する。このようにして、流路６１内の圧力損失を減少することができる。
【０２２０】
従って、実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０を用いれば、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０よりも、流れの摩擦が低減されるので、より圧力損失を低減することができる。なお、流れの摩擦による微細塵の衝突確率は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０に対して約５％低下するが、圧力損失は実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０に対して約１０％低下するため、実施形態２−５によると、実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路４０よりもさらに高いパフォーマンスの摩擦帯電経路および／または衝突促進経路６０を得ることができる。
【０２２１】
（実施形態２−６）
図４１は、この発明の実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図４２は、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【０２２２】
図４１と図４２に示すように、この発明の実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、実施形態２−３の突起４３に替えて、流路７１の壁７２の内面に、複数の突起７３ａと突起７３ｂが設けられている。突起７３ａと突起７３ｂは、底面が三角形の突起である。
【０２２３】
図４３は、実施形態２−６の突起を示す図である。図４３（Ａ）は、突起の底面図、図４３（Ｂ）は、突起の側面図、図４３（Ｃ）は、突起の正面図である。流路の上流側を正面とする。
【０２２４】
図４３に示すように、突起７３ａの底面部△ＥＦＧの各辺の長さがＥＦ：ＦＧ：ＧＥ＝１：２：√３となる直角三角形を成し、直角三角形の各頂角のうち、３０°を成す角Ｇが、流れの上流側に配置され、６０°と９０°の角に挟まれる辺ＥＦは、流れ方向に対して垂直になるように配置されて、突起７３ａの底面部△ＥＦＧが流路７１の壁７２の内面と接合されている。突起７３ａの残りの一つの頂点Ｉは、壁７２から流路７１内に突出するように形成されている。
【０２２５】
突起７３ａは、流路７１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとすると、流れ方向の長さＧＥ＝（３／８）Ｄ、流れ方向と斜辺のなす角が、上流側から下流側に見て時計回りに３０°、突起７３ａの高さｈがｈ＝（１／８）Ｄである形状をなしている。突起７３ａに隣り合う突起７３ｂにおいては、流れ方向と斜辺のなす角は上流側から下流側に見て反時計回りに３０°である。流路７１の壁７２上では、４つの突起７３ａが等間隔に配置され、４つの突起７３ａのそれぞれの間に突起７３ｂが４つ配置されて、突起７３ａと突起７３ｂがいわゆる互い違いの方向を向けて配置されている。
【０２２６】
図４４は、実施形態２−６の突起の周囲の気流の様子を模式的に示す図である。
【０２２７】
図４４に示すように、突起７３ａの斜辺ＧＩに沿う流れの流速Ｖ９は、突起７３ａの流れの衝突のため、せき止められて、流路７１内を流通する流体の流速Ｐに対しやや遅くなる。一方、突起７３ａの流れ方向の辺ＧＥに沿う流れの流速Ｖ１０は、流路７１内を流通する流体の流速Ｐと略同等となる。そのため、突起７３ａの周りの、流路７１内を流通する流体の流速を基準とした相対速度を考えると、流れ方向の辺ＧＥ上においては流路７１の上流側から下流側へ、斜辺ＦＧ上においては流路７１の下流側から上流側へ、突起７３ａの周りを回転する循環が生ずる。この循環により、三角錐状を呈する突起７３ａの頂点から馬蹄渦Ｖ１１が発生し、その馬蹄渦Ｖ１１は突起７３ａの下流側の流路７１の壁７２に沿って下流へ移動する。この馬蹄渦１１は突起７３ａの下流を流通する流れに旋回を与える。突起７３ｂにおいても、突起７３ａと同様に馬蹄渦が形成されるが、馬蹄渦の回転の向きは逆向きである。
【０２２８】
実施形態２−６においては、突起７３ａと突起７３ｂの高さｈはｈ＝（１／８）Ｄであるので、馬蹄渦発生直後の馬蹄渦Ｖ１１の直径は、流路７１の内部を流通する流体の流速にもよるが、（１／８）Ｄか、またそれよりもやや大きいサイズになる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路７１の壁７２からの距離が（１／８）Ｄまでの位置において、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、実施形態２−６の突起７３ａと突起７３ｂは、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路７１の壁７２から（１／８）Ｄまでの位置を通過する気体を、馬蹄渦を発生させることによって積極的に攪拌する。
【０２２９】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、突起７３ａと突起７３ｂは、壁７２からの高さが、流路７１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの１／８であることにより、異物が突起７３ａと突起７３ｂに引っかかりにくくなる。
【０２３０】
図４５は、本発明の実施形態２−６の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。図４５（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、図４５（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【０２３１】
図４５に示すように、流路７１の壁７２の近傍に、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転する、８本の馬蹄渦Ｖ１１が生ずる。なお、隣合う渦同士はそれぞれ逆方向に回転しているため、渦と渦の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁面部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなり、一方が流路壁面部から中央部へ向かう方向ならば他方も同方向の流れとなるので、スムーズに合流する方向となるため、流れの粘性による摩擦抵抗が減少し、そのため、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、渦による圧力損失が低減する。
【０２３２】
流路７１を流通する流体に、長さＤ、太さ０．０５Ｄといった棒状の異物その他が混入していた場合、例えば、塵埃凝集路の突起の形状が湾曲構造を成していると、特に突起は上流側が凹、下流側が凸の形状を成しているため、棒状の異物の一端が１つの渦発生手段に引っ掛かり、棒状の異物の他端が他の渦発生手段に引っ掛かった場合、塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性がある。一方、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、突起７３ａに凹部は無く、例えば実施形態２−３の突起４３の凹面に代わり、突起７３ａと突起７３ｂにおいては斜辺面が形成されているため、前述のような棒状の異物その他は突起に引っ掛かりにくい。
【０２３３】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０においては、気体の流れる方向に垂直な方向の突起７３ａと突起７３ｂの断面積は、上流側で小さく下流側で大きい。このようにすることにより、異物が突起７３ａと突起７３ｂに引っかかりにくくなる。
【０２３４】
従って、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０を用いれば、実施形態２−４と略同等の効果が得られるとともに、実施形態２−３から実施形態２−５の塵埃凝集路よりも、例えば、流れに棒状の異物その他が混入する可能性のある場合には、棒状の異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができるため、信頼性の高い塵埃凝集路を得ることができる。
【０２３５】
なお、実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路７０の突起の形状は、図４６〜図４８に示す突起の形状であってもよい。
【０２３６】
図４６は、本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図４７は、本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図であり、図４８は、本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【０２３７】
図４６から図４８に示すように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路１２０の流路１２１内においては、流路１２１の壁１２２の内面上に突起１２３を配置している。
【０２３８】
（実施形態２−７）
図４９は、この発明の実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図５０は実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図５１は、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【０２３９】
図４９から図５１に示すように、実施形態２−７は、実施形態２−６の突起７３ａと突起７３ｂに替えて、複数の突起８３が設けられている。突起８３は、三角錐状の突起である。
【０２４０】
図５２は、実施形態２−７の突起を上から見た形状（Ａ）と横から見た形状（Ｂ）を示す図である。
【０２４１】
図５２に示すように、突起８３の形状は、三角錐の底面部△ＪＫＬの底辺ＫＬ：高さＪＭ＝１：２となる二等辺三角形を成し、底面部二等辺三角形の最小の角Ｊが流れの上流側に配置され、底辺ＫＬが流れ方向に対して垂直になるように配置され、底面部にて流路壁面と接合されている。また、三角錐状突起の頂角をＮとして、頂角Ｎから底面部二等辺三角形に下ろした垂線はＭを通過する、つまり、ＮＭは、ＪＭ、ＫＬに対してそれぞれ垂直になるように構成されている。そして、流路８１の流れ方向に垂直な面における流路幅の代表長さ（正方形流路の場合は一辺の長さ、円形流路の場合は直径）をＤとして、流れ方向の長さＪＭ＝（１／２）Ｄ、三角錐高さＮＭ＝（１／８）Ｄである形状をなしている。
【０２４２】
また、流路８１の壁８２の内面には、多数の突起８３が規則的に配置されている。摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、複数の突起８３を、流れ方向に（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／２）ＫＬおきに配置するとともに、１つの突起８３に対して、流れ方向に（３／４）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／４）ＫＬずれた位置にさらに配置し、またそれに対して複数の突起８３を、流れ方向に（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向に（３／２）ＫＬおきにさらに配置するといった配列に設定されている。つまり、流れ方向の１ピッチを（３／２）ＪＭ、流れに垂直な方向の１ピッチを（３／２）ＫＬとすると、流れ方向、流れに垂直な方向ともに、半ピッチずつずらした位置された、いわゆる千鳥配置に複数かつ多段に配置される。
【０２４３】
これらの突起８３を上流側から投影すると、複数の突起８３は互いに完全には重なり合わず、かつ、隣同士の突起８３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されている。その他の部分は実施形態２−４と同様である。
【０２４４】
実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０によると、流路８１の壁８２の内面近傍を流通する流れは、三角錐突起を成す突起８３の面ＪＮＫおよび面ＪＮＬの傾斜により三角錐底面部に対して頂角Ｎ側に持ち上げられ、流路中央側に巻き上げられるとともに、頂角Ｎの下流側に弱い双子渦を発生させる。実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を流通する流れは、最初に出会う突起８３の作る弱い双子渦により攪乱され、下流に流通して、次に出会う突起８３の作る弱い双子渦によりまた攪乱され、更に下流に流通して、更に次に出会う突起８３の作る弱い双子渦によりまた更に攪乱され、といった具合に、次々と攪乱される。このような攪乱が、複数の突起８３の箇所にてそれぞれ生ずる。前述のように被凝集粒子の大きさがミクロンオーダーのものに集中しているような場合、径がＤの流路であれば、流路８１の壁８２から（１／８）Ｄの距離までの位置において特に被凝集粒子の分布密度が高くなる現象が見られるので、実施形態２−７の複数かつ多段に配置された突起８３は、特に被凝集粒子の分布密度が高くなる流路の壁面から（１／８）Ｄまで距離の位置を、複数の双子渦にて積極的に攪乱する。
【０２４５】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、突起８３は、壁８２からの高さが、流路８１の気体が流れる方向に垂直な断面の代表長さの１／８以下であることにより、異物が突起８３に引っかかりにくくなる。
【０２４６】
また、上流側から投影すると、複数の突起８３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起８３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されているので、流路８１の壁８２に沿って流通する流れは、必ず突起８３に出会う。その後、流路８１の壁８２に沿って流通する流れは、下流に流通するに従い、何度も何度も突起８３に出会いながら、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０内を通過する。
【０２４７】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、突起８３は、流路８１内において気体が流れる方向に沿って複数配置され、それぞれの突起８３は、流路８１の上流側から下流側に向かって突起８３を投影したときにそれぞれの突起８３の一部が重なり合うように配置されている。このようにすることにより、流路８１に沿って流れる気体が突起８３の周囲を通過しやすくなり、効率よく渦を発生させることができる。
【０２４８】
したがって、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、流路８１の壁８２から（１／８）Ｄの距離までの位置を流通する気流に対して最も効率的に攪乱できるとともに、発生する双子渦の数を多くすることができる。
【０２４９】
このように、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０において、突起８３は、流路８１内において気体が流れる方向に沿って複数配置され、それぞれの突起８３は、流路８１の上流側から下流側に向かって突起８３を投影したときにそれぞれの突起の一部が重なり合うように配置されていることにより、流路８１に沿って流れる気体が突起８３の周囲を通過しやすくなり、効率よく渦を発生させることができる。
【０２５０】
また、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を流通する流体に、例えば柔軟な素材でできた布状のものであって流路８１の径と同程度の大きさの異物（例えば布状や網目状の素材、例えばハンカチやパンティーストッキングといったもの）その他が混入していた場合、例えば、塵埃凝集路の突起の形状が湾曲構造または矩形を成していると、布状の異物が渦発生手段に引っ掛かりやすく、そのため塵埃凝集路の内部に異物がつまってしまうといった不具合が生ずる可能性があるが、実施形態２−７においては、突起８３は流れの上流側に滑らかな三角錐突起を成しているため、前述の布状の異物その他は引っ掛かりにくい。
【０２５１】
従って、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を用いれば、多数の双子渦の攪乱により、十分な凝集性能を得ながら、実施形態２−３から実施形態２−６の塵埃凝集路よりも、例えば、流れに布状の異物その他が混入する可能性のある場合には、布状の異物が乱れ発生部に引っ掛かってつまるといった不具合を未然に防止することができるため、信頼性の高い摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０を得ることができる。
【０２５２】
（実施形態２−８）
図５３は、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図であり、図５４は実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図、図５５は、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部の側断面を示す図である。
【０２５３】
図５３から図５５に示すように、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０においては、実施形態２−７の突起８３に替えて、複数の突起９３が流路９１の壁９２の内面上に設けられている。それぞれの突起９３は、実施形態２−７の突起８３と同一形状の三角錐突起により形成されており、その配列または配置が異なる。すなわち、実施形態２−８においては、実施形態２−７の突起８３の個数に対して１／３の個数の突起９３が、上流側から投影すると突起８３の配列と一致するように配置される。つまり、上流側から投影すると、複数の突起９３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起９３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されている。また、流れ方向に垂直な方向の面内には、なるべく多くの突起９３が配置されず、かつ、流れ方向に垂直な方向の同一面内に配置された複数の突起９３は、なるべく互いを遠い距離に配置するように設定される。その他の部分は実施形態２−７と同様である。
【０２５４】
この発明の実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０によると、突起９３により、実施形態２−７の突起８３において生じた渦と略同一の双子渦が生ずる。また、上流側から投影すると、複数の突起９３は互いに完全には重なり合わず、かつ、上流側から投影すると、隣同士の突起９３は、ある一定分だけ重なり合うように配置されているので、流路９１の壁９２に沿って流通する流れは、必ず突起９３を通過する。但し、実施形態２−７の突起８３に対して、突起９３の個数は１／３としているので、流路９１の壁９２に沿って流通する流れが乱れ突起９３に出会う回数も、発生する双子渦の数も１／３となり、被凝集粒子同士の衝突確率は低下する。
【０２５５】
しかしながら、実施形態２−８の突起９３は、次のような利点がある。すなわち、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０においては、流れ方向に垂直な方向の面内に、多数の突起８３が配置されており、また、流れ方向に垂直な方向の面であって突起８３の面△ＮＫＬの位置における流路８１の面積は、他の流れ方向に垂直な方向の面の位置における流路８１の面積に対して、（流れ方向に垂直な方向における同一面内に配置された突起８３の数）×（面△ＮＫＬの面積）の分だけ小さくなる。故に、流れ方向に垂直な方向における同一面内に配置された突起８３の数が多ければ多いほど、その部分における流路面積の減少幅が大きくなるので、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０の圧力損失は大きくなる。それに対して、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０においては、流れ方向に垂直な方向の面内に、なるべく多くの突起９３が配置されず、かつ、流れ方向に垂直な方向の同一面内に配置された複数の突起９３は、なるべく互いを遠い距離に配置するように設定されているので、突起９３が配置されている位置における流路面積の減少が小さく、その分、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０の圧力損失も小さくなる。
【０２５６】
つまり、例えば、実施形態２−８の流路９１の流れ方向の長さを３倍に設定して、実施形態２−８の突起９３の個数を、実施形態２−７の突起８３の個数と同一に設定すれば、被凝集粒子同士の衝突確率については実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０とほぼ同一になるが、突起９３が配置される位置における流路面積の減少幅が小さい分、長さを３倍に設定した摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０の方が圧力損失も小さい。
【０２５７】
従って、実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０を用いれば、大きな圧力損失の低減効果が得られる。例えば、長さを３倍に設定した摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０を用いれば、実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路８０に対して、被凝集粒子同士の衝突による凝集性能を損なわず、圧力損失を低減できるので、流路９１の内部を流通する流れを発生させる駆動源（例えば、ファンやブロアなど）の出力や静圧上昇が小さい場合、駆動源が圧力損失に弱い場合などには、摩擦帯電経路および／または衝突促進経路９０と駆動源を含むシステム全体のパフォーマンスが向上する。
【０２５８】
なお、この発明の突起の形状は、以上の実施の形態に示された突起の形状に限られるものではない。突起の形状は、円柱、円錐、多角柱、多角錐、楕円錐などであってもよい。
【実施例】
【０２５９】
本発明の一つの効果として、電気掃除機の排気中の微粒子数を低減する効果がある。これは、電気掃除機の集塵手段の上流で微粒子を凝集させて平均サイズを大きくすることにより、集塵手段での捕集効率を高めて、排気に含まれる微粒子数を低減するものである。
【０２６０】
以下、従来の電気掃除機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機について、排気中に含まれる粒子の大きさと数との関係を調べた実験結果について説明する。
【０２６１】
図５６は、対照機として、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機の全体的な概略を示す図であり、図５７は、本発明の塵埃凝集路を備えた電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【０２６２】
図５６に示すように、従来の電気掃除機６ａの延長管５０２の管長ａは、対照機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機のどちらについても、７００ｍｍ、延長管５０２の管内径は３５ｍｍ、管中心の風速は２０ｍ／秒とした。
【０２６３】
図５７に示すように、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機６ｂには、長さｂの摩擦帯電経路１６１を延長管５０２の先端から距離ｃの位置に形成した。摩擦帯電経路１６１の長さｂは２００ｍｍ、距離ｃは５００ｍｍとした。また、長さｄの衝突促進経路１６２を連結部５０５に形成した。衝突促進経路１６２の長さｄは１００ｍｍとした。粒子を正に帯電する第１摩擦帯電部を形成する材質としてポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、粒子を負に帯電する第２摩擦帯電部を形成する材質としてナイロン（ポリアミド）樹脂、衝突促進経路を形成する材質としてアクリロニトリル・ブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂を用いた。
【０２６４】
排気中に含まれる粒子の大きさと数は、ＪＩＳ Ｃ ９８０２（家庭用掃除機の性能測定方法）に準拠して測定した。
【０２６５】
サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機と、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機について、排気中の粒子の大きさと数との関係を比較した。
【０２６６】
本発明の塵埃凝集路としては、摩擦帯電経路として実施形態２−１の突起の形状と配置、衝突促進経路として実施形態２−２の突起の形状と配置を用いた。その結果、０．１μｍ以上の排気粒子の総数で比較すると、本発明の電気掃除機では、従来の電気掃除機に比べて、４３．０％の低減となった。
【０２６７】
なお、図５８から図６０は、以上に開示された実施の形態の突起により発生する渦の様子の他の例を示す。図５８から図６０においては、流路１３１の壁１３２に形成されている突起は図示を省略している。
【０２６８】
図５８に示すように、流路１３１内において、隣り合う渦Ｖ１３１同士が逆方向に回転する場合と順方向に回転する場合を交互に接するように配置することで、流れの粘性による摩擦抵抗を向上させることなく粒子同士の衝突確率を増加させることができる。
【０２６９】
また、図５９に示すように、流路１３１内に発生する渦Ｖ１３２の大きさを小さくし、数を多くすることで粒子の衝突確率を低下させることなく、壁１３２面との摩擦抵抗を低減することが可能である。
【０２７０】
さらに、図６０に示すように、流路１３１内において、隣り合う渦Ｖ１３３同士が全て順方向に回転する場合、渦Ｖ１３２と渦Ｖ１３２の接面における流れは、流れ方向に垂直な面における流線ベクトルを考えると、一方が流路中央部から壁１３２面部へ向かう方向ならば他方はその逆の方向となるため、互いに衝突する方向となり衝突確率をより効果的に増加させることができるが、摩擦抵抗が増加する。
【０２７１】
このように、塵埃凝集路においては、突起は、突起の下流側を流通する気体に渦を発生させることが可能であるように形成されている。
【０２７２】
このようにすることにより、渦の作用で全ての粒子どうしが衝突し、効果的に塵埃塊（クラスタ）を形成することができる。
【０２７３】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０２７４】
【図１】円筒状の管の内部における気流を模式的に示す図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の構成を説明する図である。
【図３】この発明の一つの実施の形態として、摩擦帯電経路の第１と第２の摩擦帯電部の組み立てを説明する図である。
【図４】図３に示す摩擦帯電経路をＡ−Ａ’線の方向から見た断面図である。
【図５】本発明により塵埃塊が形成される他の場合のモデルを示す図である。
【図６】流路内の気流が層流速度分布の場合に粒子が凝集する様子を模式的に示す図である。
【図７】流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の大きい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【図８】流路内の気流が層流速度分布の場合に、径の小さい粒子が速度勾配より受ける影響を示した模式図である。
【図９】物質の帯電のしやすさを表した帯電列を示す図である。
【図１０】本発明の塵埃凝集路を備えた電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図１１】発明の実施形態１−２として、本発明の塵埃凝集路を備える電気掃除機の全体を示す図である。
【図１２】本発明の電気掃除機の本体の構成の説明図である。
【図１３】摩擦帯電経路が配置された接続管の断面を示す図である。
【図１４】この発明の実施形態１−２にかかる連結部５０５の断面図である。
【図１５】実施形態２−１の摩擦帯電経路の要部を透視した斜視図である。
【図１６】実施形態２−１の摩擦帯電経路の要部を示す正面図である。
【図１７】実施形態２−１の摩擦帯電経路の側断面を示す図である。
【図１８】実施形態２−２の衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図１９】実施形態２−２の衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図２０】実施形態２−２の衝突促進経路の側断面を示す図である。
【図２１】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２２】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２３】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２４】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２５】実施形態２−２にかかる突起の他の配列を模式的に示す図である。
【図２６】実施形態２−２の衝突促進経路における隣接した突起の配置を示す図である。
【図２７】この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図である。
【図２８】この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図２９】この発明の実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【図３０】実施形態２−３の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【図３１】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【図３２】本発明の実施形態２−３の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。（Ａ）は、流路を正面から見た図であり、（Ｂ）は、流路を側面から見たときの図である。
【図３３】この発明の実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図である。
【図３４】実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図３５】実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【図３６】実施形態２−４の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路における突起の周囲の気体の流れを模式的に示す図である。
【図３７】この発明の実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す斜視図である。
【図３８】実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図３９】実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路を示す側断面図である。
【図４０】実施形態２−５の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の突起の周囲に発生する渦の様子を模式的に示す図である。
【図４１】この発明の実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図４２】実施形態２−６の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図４３】実施形態２−６の突起を示す図である。（Ａ）は、突起の底面図、（Ｂ）は、突起の側面図、（Ｃ）は、突起の正面図である。
【図４４】実施形態２−６の突起の周囲の気流の様子を模式的に示す図である。
【図４５】本発明の実施形態２−６の突起により発生する渦の様子を模式的に示した図である。
【図４６】本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図４７】本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図４８】本発明の実施形態２−６の別の形状の突起が配置された摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【図４９】この発明の実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図５０】実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図５１】実施形態２−７の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の側断面を示す図である。
【図５２】実施形態２−７の突起を上から見た形状（Ａ）と横から見た形状（Ｂ）を示す図である。
【図５３】実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を透視した斜視図である。
【図５４】実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部を示す正面図である。
【図５５】実施形態２−８の摩擦帯電経路および／または衝突促進経路の要部の側断面を示す図である。
【図５６】対照機として、サイクロン集塵室を備えた従来の電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図５７】本発明の電気掃除機の全体的な概略を示す図である。
【図５８】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【図５９】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【図６０】突起の周囲に生じる渦を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２７５】
１０：第１摩擦帯電部、１２：摩擦帯電経路、２０：第２摩擦帯電部、４０，５０，６０，７０，８０，９０，１２０：摩擦帯電経路および／または衝突促進経路、１００：衝突促進経路、１１０：摩擦帯電経路、４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１，１２１：流路、４３，５３，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，７３ａ，７３ｂ，８３，９３，１０３，１１３，１２３：突起、１６１：摩擦帯電経路、１６２：衝突促進経路、５０２：延長管、５０３：接続管、５０５：連結部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塵埃を含む気体が流通する流路と、
前記流路内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路と、
前記流路内に配置されて前記摩擦帯電経路において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路とを備え、
前記摩擦帯電経路は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、前記衝突促進経路は、第３の材質で形成され、前記第１の材質の接触電位が前記第３の材質の接触電位よりも大きく、前記第３の材質の接触電位が前記第２の材質の接触電位よりも大きい、塵埃凝集路。
【請求項２】
前記摩擦帯電経路は、前記流路内を流通する所定の塵埃に対して大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、前記流路内を流通する所定の塵埃に対して小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、前記衝突促進経路は、前記流路内を流通する塵埃に対してほぼ同一の接触電位を持つ材質によって形成されている、請求項１に記載の塵埃凝集路。
【請求項３】
前記摩擦帯電経路は、前記流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、前記流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、前記衝突促進経路は、前記流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されている、請求項１または請求項２に記載の塵埃凝集路。
【請求項４】
前記摩擦帯電経路は、前記摩擦帯電経路を形成する壁を有し、前記壁の内面上には突起が形成されている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の塵埃凝集路。
【請求項５】
前記衝突促進経路は、前記衝突促進経路を形成する壁を有し、前記壁の内面上には突起が形成されている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の塵埃凝集路。
【請求項６】
前記突起は、前記突起の下流側を流通する気体に渦を発生させることが可能であるように形成されている、請求項４または請求項５に記載の塵埃凝集路。
【請求項１】
塵埃を含む気体が流通する流路と、
前記流路内に配置されて塵埃を摩擦帯電するための摩擦帯電経路と、
前記流路内に配置されて前記摩擦帯電経路において帯電された塵埃どうしを衝突させて塵埃塊（クラスタ）の形成を促進させるための衝突促進経路とを備え、
前記摩擦帯電経路は、第１の材質で形成されている第１摩擦帯電部と、第２の材質で形成されている第２摩擦帯電部とを有し、前記衝突促進経路は、第３の材質で形成され、前記第１の材質の接触電位が前記第３の材質の接触電位よりも大きく、前記第３の材質の接触電位が前記第２の材質の接触電位よりも大きい、塵埃凝集路。
【請求項２】
前記摩擦帯電経路は、前記流路内を流通する所定の塵埃に対して大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、前記流路内を流通する所定の塵埃に対して小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、前記衝突促進経路は、前記流路内を流通する塵埃に対してほぼ同一の接触電位を持つ材質によって形成されている、請求項１に記載の塵埃凝集路。
【請求項３】
前記摩擦帯電経路は、前記流路内を流通する複数の塵埃のうちで最大の接触電位を持つ塵埃よりも大きい接触電位を持つ材質によって形成されている第１摩擦帯電部と、前記流路内を流通する複数の塵埃のうちで最小の接触電位を持つ塵埃よりも小さい接触電位を持つ材質によって形成されている第２摩擦帯電部とを有し、前記衝突促進経路は、前記流路内を流通する塵埃の平均接触電位に対してほぼ同一の接触電位をもつ材質で形成されている、請求項１または請求項２に記載の塵埃凝集路。
【請求項４】
前記摩擦帯電経路は、前記摩擦帯電経路を形成する壁を有し、前記壁の内面上には突起が形成されている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の塵埃凝集路。
【請求項５】
前記衝突促進経路は、前記衝突促進経路を形成する壁を有し、前記壁の内面上には突起が形成されている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の塵埃凝集路。
【請求項６】
前記突起は、前記突起の下流側を流通する気体に渦を発生させることが可能であるように形成されている、請求項４または請求項５に記載の塵埃凝集路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２６】
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【図３０】
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【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
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【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
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【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【公開番号】特開２００８−１１０３２９（Ｐ２００８−１１０３２９Ａ）
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２２３５７（Ｐ２００６−３２２３５７）
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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