掃除機のしくみ

ストローでソーダを飲むときは、すべての吸引メカニズムの中で最も単純なものを利用しています。ソーダを吸い上げると、ストローの下部と上部の間で圧力が低下します。上部より下部の流体圧力が高いため、ソーダは口まで押し上げられます。

これは掃除機で機能しているのと同じ基本的なメカニズムですが、実行は少し複雑です。この記事では、掃除機の内部を調べて、家の中のほこりやごみを掃除するときに吸引がどのように機能するかを調べます。後で説明するように、標準の掃除機の設計は非常に単純ですが、効果的に掃除するために多くの物理的原理に依存しています。

複雑な機械のように見えるかもしれませんが、従来の掃除機は実際には6つの重要なコンポーネントのみで構成されています。

掃除機を接続してオンにすると、次のようになります。

ファンの後ろのこの圧力降下は、飲み物を飲むときのストローの圧力降下と同じです。ファンの後ろの領域の圧力レベルは、掃除機の外側の圧力レベル（周囲空気圧）を下回ります。これにより、掃除機の内部に吸引、部分的な真空が発生します。掃除機の内部の空気圧は外部の圧力よりも低いため、周囲の空気は吸気ポートから掃除機に押し込まれます。

ファンが作動していて、掃除機を通る通路が開いたままである限り、吸気ポートを通って排気ポートから出る空気の一定の流れがあります。しかし、流れる空気の流れはどのようにしてカーペットから汚れや破片を集めるのでしょうか？重要な原則は摩擦です。

知ってますか？

ブラックとデッカーによって開発された宇宙ミッション技術は、ダストバスターの発明につながりました。ディスカバリーチャンネルのこのインタラクティブアニメーションで、NASAのクールなイノベーションの詳細をご覧ください。

コンテンツ

1. 掃除機のブラシとバッグ
2. 掃除機の変数
3. セントラルバキュームシステムとウェット/ドライバキューム
4. サイクロン掃除機とロボット掃除機

前のセクションでは、掃除機の回転ファンによって生成された吸引が、吸気ポートを通って排気ポートから出る空気の流れる流れを生成することを確認しました。この空気の流れは、水の流れのように機能します。移動する空気の粒子は、移動するときにほこりや破片をこすります。破片が十分に軽く、吸引力が十分に強い場合、摩擦によって掃除機の内部に材料が運ばれます。これは、葉やその他の破片が小川に浮かぶのと同じ原理です。一部の掃除機の設計では、吸気口に回転ブラシがあり、カーペットからほこりや汚れを蹴り飛ばして、空気の流れで拾うことができます。

汚れた空気が排気口に入ると、掃除機のバッグを通過します。これらのバッグは、エアフィルターとして機能する多孔質の織物（通常は布または紙）でできています。バッグの小さな穴は、空気の粒子が通過するのに十分な大きさですが、ほとんどの汚れの粒子が通過するには小さすぎます。したがって、気流がバッグに流れ込むと、すべての空気が材料を通って移動しますが、汚れや破片はバッグに集まります。

掃除機のバッグは、空気の流れが流れる限り、吸気管と排気口の間の経路に沿ってどこにでも置くことができます。直立型掃除機では、バッグは通常、経路の最後のストップです。ろ過された直後に、空気は外部に逆流します。キャニスタ真空空気が、すぐそれが真空に入るようにフィルタリングされるように、バッグは、ファンの前に配置することができます。

この基本的な考え方を使用して、設計者は幅広い吸引能力を備えたあらゆる種類の掃除機を作成します。次のセクションでは、吸引力を決定するいくつかの要因を見ていきます。

掃除機を購入しますか？

購入する前に、掃除機のレビューを読み、消費者向けガイド製品の価格を比較してください。

前のセクションでは、掃除機がエアフィルター（バッグ）を通して空気の流れを駆動することによって汚れを拾うのを見ました。掃除機の吸引力は、いくつかの要因に依存します。吸引力は、以下に応じて強くなったり弱くなったりします。

最も基本的なレベルでは、これが掃除機にあるすべてです。1世紀前の電気真空の発明以来、多くの革新的な思想家がこのアイデアを拡張および変更して、さまざまな種類の真空システムを作成してきました。

これまで、最も典型的なタイプの掃除機、つまり直立型とキャニスター型のデザインを見てきました。どちらも多孔質のバッグに汚れを集めます。掃除機の歴史のほとんどで、これらは最も人気のある設計でしたが、吸引システムを構成する方法は他にもたくさんあります。これらのいくつかについては、次のセクションで説明します。

1800年代半ばにさかのぼる最初の掃除機は、手動のベローズを使用して吸引を行いました。これらはすべての形とサイズで提供され、毎日の掃除にはほとんど役に立ちませんでした。最初の電気掃除機は1900年代初頭に登場し、すぐに成功しました（ただし、何十年もの間、高級品としてのみ販売されていました）。

この時代から非常に人気のある掃除機のデザインの1つは、今日人気が復活していることです。このデザイン、中央真空システムは、家全体を掃除機に変えます。地下室または家の外にある電動ファンは、壁にある一連の相互接続されたパイプを通して吸引力を生み出します。クリーナーを使用するには、ファンモーターをオンにして、家中のさまざまなパイプ出口のいずれかにホースを取り付けます。汚れはパイプに吸い込まれ、大きなキャニスターに堆積します。キャニスターは年に数回しか空になりません。詳細については、中央真空システムのしくみを参照してください。

ウェット/ドライ掃除機

ヘビーデューティーなクリーニング作業では、多くの人がウェット/ドライ掃除機を使用します。これは、固体だけでなく液体も拾うことができるモデルです。液体材料は紙や布のフィルターを浸すため、これらのクリーナーには別の種類の収集システムが必要です。

基本的な設計は単純です。クリーナーを通過する途中で、気流はバケツの上に配置されたより広い領域を通過します。この広い領域に到達すると、狭いアタッチメントを流れるときに空気が加速するのと同じ理由で、空気の流れが遅くなります。この速度の低下により、空気のグリップが効果的に緩むため、液滴や重い汚れの粒子が空気の流れからバケツに落ちる可能性があります。掃除機をかけ終わったら、このバケツに集めたものをすべて捨てるだけです。

次に、掃除機の2つの革新、サイクロン掃除機とロボット掃除機について見ていきます。

最近の掃除機のバリエーションの1つは、いわゆる「サイクロン掃除機」です。 1980年代にジェームズダイソンによって開発されたこのマシンには、従来のバッグやフィルターシステムがありません。代わりに、高速スパイラルパスに沿って、1つまたは複数のシリンダーを介して空気流を送ります。このモーションは、衣類乾燥機、ジェットコースター、メリーゴーランドのように機能します。空気の流れがらせん状に飛び散るとき、すべての汚れの粒子は強力な遠心力を経験します。それらは空気の流れから離れて、外側に泡立てられます。このように、汚れはフィルターを使用せずに空気から抽出されます。それは単にシリンダーの底に集まります。

サイクロンシステムは、従来の掃除機を大幅に改善したものです。交換するバッグがなく、汚れを吸い込んでも吸引力が低下することはありません。

ロボット掃除機

最近まで、真空がどれほど強力であっても、誰かがそれを押しのけるためにそこにいなければなりませんでした。ロボット掃除機を入力します。これらの小さなガジェットは、モーター、センサー、ナビゲーションシステムの組み合わせのおかげで、すべて自分で掃除します。1つをさらに詳しく調べるには、ロボット掃除機のしくみを確認してください。

将来的には、新しい吸引メカニズムと収集システムにより、基本的な掃除機の設計がさらに改善されることを確信しています。しかし、移動する気流を使用して汚れや破片を拾うという基本的な考え方は、ここにしばらく留まる可能性が最も高いです。

掃除機と関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

関連記事

その他のすばらしいリンク