用于非接觸地去除微粒物質的手持式便攜裝置的制作方法

專利名稱：用于非接觸地去除微粒物質的手持式便攜裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于從表面去除灰塵和碎屑的裝置而不與那些表面接觸，并且更具體 地，涉及用于攪動和捕獲已經堆積在各種表面上的灰塵和碎屑的手持式便攜裝置。
背景技術：
在許多家庭環境中，存在許多空氣傳播微粒和碎屑，例如過敏原、灰塵和/或其它 空氣傳播物質，其對于生活在家里的人來說能形成呼吸問題。一些這種空氣傳播微粒能堆 積在家里的各種易于看到的表面上，其可能是難看的。為了管理、控制或者以其它方式影響空氣傳播的微粒的空氣傳播或堆積，使用了 多種已知的裝置和方法。作為第一個例子，已經開發了多種不同的空氣清潔和凈化裝置，其 從家的內部環境吸入空氣通過該裝置，用于從穿過裝置的氣流過濾和去除過敏原、灰塵或 其它空氣傳播微粒。然而，這種裝置不能完全消除灰塵、過敏原、碎屑和其它空氣傳播微粒 的沉淀和堆積。因此，這種裝置沒有消除對于各種家庭維護作業例如除塵的需要。從某些表面去除灰塵能是特別繁重的或另外困難的。例如，從帶有許多小的可移 動物品，舉例來說，各種收藏品、紀念品或其它物品的區域去除灰塵通常需要從下面的支撐 表面拿走所述物品。而且，從小物品本身去除灰塵或其它碎屑，同樣能是相當繁重的。通常，從下面的 支撐表面取下所述小物品并且物理地操作所述小物品以將所述小物品的各個外表面暴露 給除塵裝置，無論它是除塵器還是其它裝置。因此，通常的家庭除塵作業能需要相當多的時 間以完全執行。已經引入其它裝置，例如真空吸塵器和它們的附件以減少執行除塵作業所需要的 相對時間。然而，這些裝置中的大多數是相對大的和大體積的。因此，舉例來說，因為使用 者經由真空軟管被系連到所述裝置，所以當除塵時使用者必需在家周圍移動這種裝置，例 如真空吸塵器。也已經提出了其它裝置，例如各種手持式真空裝置，以簡化一些家庭作業。這種裝 置趨向于對通常的真空清潔功能比對除塵是更有用的。原因是通常的手持式真空裝置不能 吸入足夠的真空壓力以移動可能頑固地粘附到被清潔表面的灰塵和碎屑，尤其是在不觸及 所述表面的情況下。換句話說，由手持式真空器所產生的真空壓力通常是不足夠強到能從 例如帶有精細表面的收藏品或家具去除灰塵。既然手持式真空器的使用者經常觸及它們正 在清潔的表面，例如車內裝飾或地面，他們難以用不接觸的方式使用這種裝置。手持式真空 裝置通常具有作為它們的入口的窄的橫向地延伸的狹槽，使得它們不適于與傳統的側到側 除塵方式一起使用。此外，這種裝置傾向于是稍為重的并且有些是難以接受地高噪音的，由此長期的使用對于使用者來說能是受損的和/或疲勞的。因此，期望開發相對小的、手持式的、并且便攜的裝置，其能從各種表面移動和收 集堆積的灰塵和碎屑，尤其是在一些情況下以非接觸的或不觸及的方式。

發明內容
與前述內容相一致，并且根據這里所包含的和廣泛地描述的發明，以合適的細節 披露了用于非接觸地去除微粒物質的手持式便攜裝置以使得本領域普通技術人員能制造 和使用本發明。根據本發明的第一實施方式，提出一種用于攪動和捕獲已經積在各種表面或結構 上的微粒物質的裝置。在使用期間該裝置的低壓和高壓系統形成能彼此密切接觸的相反氣 流。通過低壓系統，真空氣流被吸入到該裝置中，限定在被清潔表面上的真空影響區。應當 指出，真空氣流不但影響這種表面而且作用于大體上在該裝置和被清潔表面，例如，從其去 除空氣傳播微粒的表面之間限定的三維空間。從高壓系統噴出高壓氣流，該高壓氣流穿透 相反的真空氣流并且接觸被清潔表面，以從其攪動微粒物質。可選地，高壓氣流不穿透真空 氣流而是非常鄰近其地或者甚至與其密切接觸地流動，優選為在基本上相反的方向上。能 從多個噴嘴噴出高壓氣流，其作為一系列離散地接觸被清潔表面的氣流沖擊。能選擇(i) 各個噴嘴的結構，(ii)所有噴嘴的總體布置和位置，(iii)多個噴嘴的特定噴射或排出次 序，和(iv)各個高壓氣流沖擊的持續時間和動力或幅值，以將所期望的微粒物質攪動特性 給予所述裝置。額外地，優選為低壓系統的出口和/或入口的大小和結構被設置成使得微 粒物質的捕獲性能最優化。在另一實施方式中，該裝置包括把手和延伸遠離所述把手的鼻段。真空氣流進入 鼻段并且限定在被清潔表面上的真空影響區。高壓氣流從鼻段流出并且穿透真空氣流或鄰 近真空氣流地流動，接觸待清潔表面。在這種結構中，高壓氣流從待清潔表面攪動至少一些 微粒物質，其然后被真空氣流捕獲。在這點上，該裝置能執行非接觸地從被清潔表面去除微 粒物質。在一些實施方式中，以超音速從噴嘴噴出高壓氣流。在另一實施方式中，以一系列離散脈沖噴出高壓氣流。能從沿著所述鼻段的長度 彼此間隔開的多個高壓噴嘴，或者以其它方式噴出所述離散脈沖。在再另一實施方式中，該裝置的重量小于5磅，并且優選為小于2磅。在一些實施方式中，該裝置包括至少一個用于從被清潔表面機械地攪動微粒物質 的附件。這種附件能是橡皮刷、一次性物品和/或除塵布、刷子或其它附件。在再其它實施方式中，所述裝置包括(i)至少一個限定用于真空氣流進入所述鼻 端的通道的主真空入口端口，和(ii)至少一個與所述主真空入口端口間隔開的或移動開 的輔助真空入口端口。這種輔助真空入口能被用來收集相對大的碎屑例如大碎片。真空入 口能被提供在該裝置的把手組件、主本體段或鼻段上。當被提供在鼻段上時，能例如通過致 動鼻段的活動或可拆卸部分諸如蓋或罩使用所述輔助真空入口。在另一實施方式中，從鼻段噴出低壓氣流。低壓氣流至少部分地包括真空氣流和 /或高壓氣流并且因此也影響在被清潔表面上的真空影響區。優選地，如果需要，該裝置的 使用者能控制或者改變從鼻段噴出的這種低壓氣流的速度，或者停止和開始從鼻段噴出低壓氣流。在再另一實施方式中，低壓噴出氣流包括化學清潔劑和/或芳香物。在再另一實施方式中，所述裝置包括允許使用者選擇目標高壓氣流的輔助高壓噴 嘴。輔助高壓噴嘴不是必須穿透真空氣流，而是能從鼻段的一端流動，促使使用者的瞄準輔 助高壓氣流，舉例來說，脈沖的能力。當去除在垂直于由主高壓噴嘴限定的平面的表面上的 微粒物質，或者被限制在使用者合適地對準用于去除的主高壓噴嘴的能力受限的空間內的 微粒物質時，這能是尤其有益的。在一些實施方式中，該裝置具有顯示高壓噴嘴的位置的視覺指示器。例如，視覺指 示器能被提供在該裝置的鼻段或本體的上表面上或者別處。所述視覺指示器能是書寫的、 印刷的或其它標記例如在所述鼻段的上表面中的包塑成型(overmolding)的突起或凹陷。在另一實施方式中，視覺指示器例如是由發光二極管(LED)或其它合適的光源從 所述鼻發出的光。在另一實施方式中，本發明包括一種使用手持式便攜裝置非接觸地去除微粒物質 的方法。在使用期間，真空氣流遠離微粒物質已經積在其上的被清潔表面地被吸入到該裝 置中。高壓氣流從該裝置流出并且流過真空氣流，從被清潔表面攪動至少一些微粒物質。至 少一些被攪動的微粒物質被夾帶到真空氣流中，由此在沒有任何表面接觸的情況下至少一 些微粒物質被從所述表面去除掉并且被該裝置收集。


通過參考代表性的并且因此非限定性的實施方式，構成本發明的益處和特征以及 提供有本發明的典型機構的構成和操作的清晰概念將變得是更顯而易見的，其中在附屬于 說明書并且形成說明書一部分的附圖中示出了所述實施方式，其中在幾個附圖中相似的附 圖標記指示相同的元件，并且其中圖1是本發明的用于非接觸地去除微粒物質的手持式便攜裝置的第一實施方式 的部分示意性的側視圖；圖2是本發明的用于非接觸地去除微粒物質的手持式便攜裝置的第二實施方式 的部分示意性的側視圖；圖3A是本發明的用于非接觸地去除微粒物質的手持式便攜裝置的第三實施方式 的部分示意性的側視圖，其中除塵布組件處于折疊向下位置；圖3B是圖3A的手持式便攜裝置的部分示意性的側視圖，其中除塵布組件處于向 外地展開的位置；圖3C是圖3A的手持式便攜裝置的變形的部分示意性的側視圖，其中除塵布被轉 動到面向下的位置；圖4A是圖3A的手持式便攜裝置的另一變形的部分示意性的側視圖；圖4B是圖4A的手持式便攜裝置的部分示意性的側視圖，其中罩向外地延伸，暴露 了輔助真空入口；圖5是圖1的手持式便攜裝置的部分示意性的側視圖，示出了通過該裝置建立的 低壓系統氣流模式；圖6是圖2的手持式便攜裝置的部分示意性的側視圖，示出了通過該裝置建立的低壓系統氣流模式； 圖7是圖5的手持式便攜裝置的變形的部分示意性的側視圖，示出了包括空氣簾 部件的低壓系統氣流模式；圖8是圖6的手持式便攜裝置的變形的部分示意性的側視圖，示出了包括空氣簾 部件的低壓系統氣流模式；圖9是圖1的手持式便攜裝置的變形的下側的透視圖，其中部分剖開了本體和把 手段；圖10是在圖9的手持式便攜裝置中使用的低壓風扇的透視圖；圖11是能被用來從本發明的低壓系統分配空氣簾的下部凸緣的實施方式的透視 圖；圖12是圖1的手持式便攜裝置的部分示意性的側視圖，示出了高壓系統的部件構 造；圖13是圖2的手持式便攜裝置的部分示意性的側視圖，示出了高壓系統的部件構 造；圖14是能與本發明的手持式便攜裝置一起使用的高壓分配閥的實施方式的透視 圖；圖15是能與本發明的手持式便攜裝置一起使用的共軌分配系統的頂視圖；圖16是一圖示，示出了流出本發明的手持式便攜裝置的高壓噴嘴限定的高壓氣 流脈沖幅值與持續時間的關系；圖17是一圖示，示出了在一段持續時間上流出本發明的手持式便攜裝置的高壓 噴嘴限定的高壓氣流脈沖幅值與持續時間的關系，其足以顯示以大約60Hz的頻率重復的 重復空氣噴出或脈沖循環；圖18是本發明的手持式便攜裝置的為超聲速噴射構造的高壓噴嘴的放大前視 圖，示出了帶有“菱形激波”的超聲高壓氣流沖擊模式；圖19是本發明的手持式便攜裝置的部分橫截面的放大端示圖，示出了穿透相反 的低壓真空氣流的高壓氣流；圖20是鼻段的透視圖，示出了能與本發明的手持式便攜裝置一起使用的空氣簾 的氣流模式；圖21是鼻段的一部分的橫截面端示圖，示出了能與本發明的手持式便攜裝置一 起使用的空氣簾的氣流模式；在描述附圖中所示的本發明的優選實施方式時，為了清楚將借助于特定的術語。 然而，不意在將本發明限定到所選擇的特定術語，并且應當理解，各個特定術語包括所有技 術等同術語，其以相似的方式操作以實現相似的目的。例如，能使用單詞“連接的”、“附連 的”，或者與其相似的術語。然而，它們不被限定到直接連接而是包括通過其它元件連接，其 中這種連接是能被本領域技術人員認識到的。
具體實施例方式參考在下面的描述中詳細地描述的非限定性的實施方式更完整地解釋本發明以 及它的各種特征和好處的細節。
Α.系統概述在基本形式中，大體上參考圖1-2，本發明是系統5，該系統5包括不觸及地或非接觸地去除微粒物質的手持式便攜裝置，舉例來說，裝置7。系統5進一步包括充電部9，所述 充電部9能被構造為在裝置7充電或再充電時用于保持裝置7的系泊部。任選地，充電部9 起到單獨的電池充電器的作用，其例如能維持所述裝置7的備用電池的電荷。在再其它實 施方式中，充電部9是裝置7的整體式部件，由此它起到AC-DC功率轉換器的作用并且裝置 7采用“帶電線的”結構。在再進一步的實施方式中，裝置7是帶電線的但是沒有AC-DC功 率轉換器，由此其中的任何電裝置是AC供電的。仍然參考圖1-2并且也參考圖5-8，無論充電部9的特定結構以及它與裝置7之間 的互相作用，該裝置7被構造成用于執行除塵或去除其它微粒物質式清潔作業，而從不觸 及被清潔表面的基體(substrate)。為了提供這種非接觸地去除微粒物質，裝置7包括低壓 系統100和高壓系統200，它們彼此相互配合以從被清潔表面氣動地去除微粒物質。在典型 的實施方式中，低壓系統100使用一個或多個低壓氣流部件，例如，高體積低壓氣流部件， 用以收集、保持和去除微粒物質。低壓系統100的氣流部件能包括負壓或真空氣流110 (圖 5-8)部件，其在這里的別處被更詳細地解釋，其將微粒物質吸入到裝置7中，在那里它被過 濾組件50去除或收集。現在參考圖1-2和7-8，在一些實施方式中，低壓系統100也包括正壓或輸出氣流 部件，其能被用來至少部分側向地抑制裝置7的氣動地去除微粒物質過程中的各種氣流， 由此低壓輸出氣流部件起到，舉例來說，空氣簾140(圖7-8)的作用，將在這里的別處更詳 細地解釋所述空氣簾140。能由從裝置7噴出的高體積低壓氣流限定空氣簾140，其能至少 部分地氣動地限制裝置7的各種其它氣流。優選地，如果空氣簾140被結合到低壓系統100 中，根據需要，它的流動速率是可調節的或者能被完全關閉。換句話說，再次參考圖1-2，低壓系統100被構造成將疏松地沉降的或空氣傳播的 微粒物質吸入到裝置7中，而無需裝置7接觸被清潔表面或基體。然而，應當指出，在許多 清潔情況下，例如，當執行各種家庭除塵作業時，至少一些微粒物質將粘貼、附著、沉淀、或 粘附到表面到至少普通的程度。在這些情況下，低壓系統100在去除這種微粒物質時可能 經歷困難，由此高壓系統200然后能是完全所期望的。仍然參考圖1-2，高壓系統200被構造成通過從裝置7輸出高壓氣流而攪動被粘 貼、附著、沉淀、或粘附到被清潔表面的微粒物質。例如，高壓系統200氣動地克服微粒物質 和基體或表面之間的吸力，吸力是靜電的、粘附的、機械的或其它方式的。優選地，高壓系統 200通過以離散脈沖釋放高壓氣流實現這種功能。能以高速，例如超音速釋放這些脈沖。因 此，高壓系統200的氣動氣流疏松微粒物質或者使得它在空氣中傳播的，在任一點上，使得 微粒物質更加易于受到低壓系統100的真空影響。換句話說，高壓系統200驅動或攪動微 粒物質并且低壓系統100去除和收集微粒物質，優選為將微粒物質限制在過濾組件50中。在多數使用期間，同時使用低壓和高壓系統100和200。這允許以大體上同時的 和連續的方式進行微粒物質的攪動、去除和收集。然而，如同所期望的那樣，使用者能啟動 或停用低壓系統100和/或高壓系統200的某些氣流部件。當僅僅期望攪動性能或期望相 對更大的攪動性能時，使用者能關閉低壓系統100，和/或將裝置7的資源引導到高壓系統 200的一部分部件，這將在這里的別處更詳細地描述。因此，當僅僅期望收集性能或相對更大的收集性能時，使用者能關閉高壓系統200，和/或將裝置7的資源引導到低壓系統100 的一部分部件，這將在這里的別處將更詳細地描述。低壓和高壓系統100和200的多功能性，連通系統5的緊湊和易于攜帶的結構一 起，使得它適于多種最終用途的應用。這種最終用途的應用的代表性的例子包括，但是不 限于家庭除塵，去除其它家庭微粒物質，去除汽車內部灰塵，去除其它汽車內部微粒物質， 去除汽車外部灰塵，去除其它汽車外部微粒物質，去除商業/工業灰塵，去除其它商業/工 業微粒物質等。應當進一步指出，系統5不限于從用傳統的除塵產品進行除塵的硬的或其 它表面去除微粒物質，而是可用于多種其它表面和基體，其中微粒物質再沉淀發生。例如， 系統5能被用于去除微粒物質或者其它類型的軟表面修復(remediation)，其用于，舉例來 說，室內裝潢、布和其它燈罩，織物和帷幔，各種收藏品和/或其它精巧的或復雜地照料的 物品，以及帶有例如鋒利突起或其它物理特征的物品，該物理特性使得它們不適于傳統的 布或其它接觸式除塵。
B.優選實施方式的詳細描述現在將通過下面的、非限定性的例子進一步描述本發明的特定實施方式，所述例 子將用來示出各種重要特征。所述例子僅僅意在便于理解本發明可以被執行的方式并且僅 僅意在進一步使得本領域技術人員能執行本發明。因此，這里所討論的例子不應當被解釋 為對本發明的范圍的限定。1.裝置部件和系統構造概述現在參考圖1-9和12-13，裝置7包括把手組件10和本體組件20。本體組件20 包括主本體段30并且在一些實施方式中也包括鼻段60。把手組件10提供用于操作裝置7的主使用者接口(interface)。優選為是傳統 的開/關觸發式開關的開關12被設置在把手組件10上。當使用者致動開關12時，裝置7 被供電。當釋放開關12時，裝置7被斷電。把手組件10能是大體上中空的，并且例如將 一個或多個電池15收納在其中。可選地，把手組件10將充電部9結合在其中，例如，作為 AC-DC功率變換器，將帶電線的結構提供給裝置7。把手組件10經由球窩接頭(圖1)、可選 的鉸鏈或其它合適的接頭或用關節連接的機構能被可移動地連接到裝置7的其它部分，例 如，本體組件20。可選地，把手組件10被固定地連接到本體組件20，如同在圖2中看到的 那樣。仍然參考圖1-9和12-13，本體組件20收納低壓和高壓系統100和200的許多或 所有移動部件和/或發熱部件，優選為收納在大體上整體外殼結構，舉例來說，主本體段30 之內。低壓和高壓系統100和200的這種移動部件和/或發熱部件的代表性的例子包括高 速或其它DC電機31，可選地AC電機31、低壓風扇40、高壓壓縮機45、和高壓分配閥47。仍然參考圖1-9和12-13，馬達32直接驅動低壓風扇40，或者，更優選地，驅動齒 輪箱36的輸入軸。對于馬達32驅動齒輪箱36輸入軸的實施方式，齒輪箱36能具有輸出 軸，優選為三個輸出軸。在這種實施方式中，齒輪箱36的第一輸出軸旋轉低壓風扇40并且 齒輪箱36的第二輸出軸例如旋轉高壓壓縮機45的輸入軸。第三輸出軸將馬達32可操作 地連接到高壓分配閥47。換句話說，齒輪箱36分割馬達32提供的動力，由此單個馬達32 能驅動(i)低壓系統100的低壓風扇40，(ii)高壓系統200的高壓壓縮機45，以及(iii) 高壓系統200的分配閥47。
不考慮收納在主本體段30中的特定部件，在裝置7的一些具體實現中，鼻段60能 被可移動地連接到主本體段30。例如，球窩接頭31 (圖1)，可選的鉸鏈或其它合適的接頭 或用關節連接機構能將主本體段30連接到鼻段60。可選地，鼻段60被固定地連接到主本 體段30，如同在圖2中所看到的那樣。再次參考圖1-9和12-13，對于包括鼻段60的裝置7的實施方式，鼻段60能是加長的，大體上中空的構件，至少部分基于配合部件的結構以及裝置7所意在的最終用途設 置該構件的尺寸和結構。優選地，鼻段60是大約3到8英寸長，更優選為大約5到7英寸 長，并且限定相當窄的寬度和高度尺寸，舉例來說，小于大約3英寸，可選為小于大約2英 寸，以及相對小的橫截面區域。作為合適的橫截面面積的一個例子，所述鼻能從鄰近主本體 段30的相對大的2英寸乘2英寸面積逐漸變小到在它的端部處的相對小的1英寸乘1英寸 面積。在圖9的裝置7中能看到這種逐漸變小的結構的一個實施方式。不考慮特定尺寸， 鼻段60被構造成提供長的通路(swath)或路徑，其允許快速除塵，但是足夠窄小以易于橫 過緊密地排列的物品或空間之間或者穿過緊密地排列的物品或空間同時減少不利地沖撞 這種物品的可能性。仍然參考圖1-9和12-13，優選地鼻段60收納將各種氣流分量(component)引導 到該裝置內或外的多個除塵結構的至少一些部分。代表性的氣流分量引導結構包括低壓和 高壓系統100和200各自的真空入口 105和高壓噴嘴205。通過將所有的主入口和出口例 如真空入口 105和高壓噴嘴205收納在鼻段60內，裝置7能將低壓和高壓系統100和200 的氣流輸入和輸出大體上集中到被清潔表面的表面區域或受影響區上。在一些實施方式中，除了收納主真空入口 105和高壓噴嘴205之外，鼻段60進一 步收納遠離各自的主部件的輔助真空入口 107和輔助高壓噴嘴207。現在參考圖3A-3C，裝置7的一些實施方式結合了至少一個用于從被清潔表面機 械地攪動微粒物質的附件，例如在鼻段60處或鄰近鼻段60。鼻段60能包括在其上的除塵 布組件65。圖3A和3B示出了樞轉地連接鼻段的最遠離主本體段30的一端的除塵布組件 65。圖3A示出了處于折疊向下、存儲位置的除塵布組件65并且圖3B示出了處于展開、向 外延伸位置的除塵布組件65。根據需要，除塵布組件65能被樞轉地連接到裝置7的其它部 分，舉例來說，把手組件10、主本體段30或其它部分。現在參考圖3C，在一些實施方式中，除塵布組件65被樞轉地連接到主本體段30或 者連接到主本體段30附近。在這些具體實現中，當除塵布組件65相對遠離鼻段60地樞轉 時除塵布組件65相對更接近主本體段30地樞轉。任選地，能以其它方式操作或關節連接 除塵布組件65用以接合被清潔表面。如同在圖3C中能看到的那樣，通過經由球窩接頭31 圍繞它的縱軸線轉動鼻段60，除塵布組件65能被定位成接合或面對被清潔表面，如同在圖 3C中所看的那樣。現在參考圖3A-4B，在裝置7中能提供有除塵布存儲室34，例如作為延伸穿過主本 體段30的通孔或者凹進到主本體段30中的殼。存儲室34限定開口，該開口是足夠大的以 允許除塵布通過其延伸同時在使用期間保持在合適的位置處。現在參考圖4A和4B，再另一附件例如橡皮刷(Squeegee)61能被結合到鼻段60 中。在這種實施方式中，主真空入口 105，或輔助真空入口 107，能被定位在橡皮刷之上，使 得用橡皮刷61能推動或清掃微粒物質。橡皮刷61能是被構造成機械地去除或瓦解微粒物質的多種合適的細長構件中的任一種。例如，橡皮刷61包括，但不限于，撓性的和/或泡沫 橡膠帶、非撓性的聚合體帶、耐用的和/或其它布，或其它物品。不管橡皮刷61采用什么特 定化學組成，優選地，橡皮刷61的前緣能從被清潔表面自由粘附微粒物質，由此通過主或 輔助真空入口 105和107從橡皮刷向上并且橫過橡皮刷的寬度將它被吸入并且進入裝置7。 也可以提供用于機械地去除或瓦解微粒物質的其它附件，舉例來說，刷子。
仍然參考圖4A和4B，在再其它實施方式中，鼻段60包括一個或多個顯示各種部 件，舉例來說，高壓噴嘴205的位置的視覺指示器。視覺指示器能是在鼻段60的側表面、上 表面或其它表面上的印刷標記，或其它易于看到的指示。作為一個例子，視覺指示器能是向 下延伸到鼻段60的上表面中的凹陷62。除了凹陷62之外或者代替凹陷62，各種光源能發 出可例如用作沿著鼻段60定位的高壓噴嘴205的視覺指示器。優選地，發光二極管(LEDs) 被用來發出作為形成在被清潔表面上的視覺指示器的光64。這種指示能被構造成確定從噴 嘴噴出的空氣在表面上的覆蓋區的輪廓。2.低壓系統概述現在參考圖5-9，低壓系統100操作以起到優選為被馬達32和齒輪箱36的子組 件驅動的低壓風扇40的作用。低壓風扇40包括從軸徑向延伸的多個轉動葉片，該軸優選 為被豎直地布置在主本體段30內。基于裝置7的預定的最終用途的具體實現來選擇風扇 40的特定結構，由此風扇40能是多種合適設計中的任一種，例如，舉例來說，徑流式風扇、 軸流式風扇、混合流風扇、鼠籠式風扇、和/或其它風扇。優選地，風扇40限定大約10-40 立方英尺每分鐘(CFM)的流動速率，或者優選為大約25-30CFM，并且能建立大約1-10英寸 水柱壓降，或者優選為大約1-3英寸水柱壓降。尤其是參考圖10，風扇40是葉輪，該葉輪優選被構造成沿著軸向路徑吸入空氣或 者納入空氣，但是以具有徑向分量和軸向分量的氣流排出空氣。為了實現這個混合流動排 出功能，風扇40包括第一和第二錐形構件，例如，錐形轂41和錐形外殼42，它們彼此軸向地 間隔開，應當指出，錐形轂41能部分在錐形外殼42內延伸或者部分被嵌套在錐形外殼42 內。仍然參考圖10，錐形轂和外殼41和42各自限定大體上截頭圓錐形外表面。優選 地，錐形轂41的截頭圓錐形外表面以比錐形外殼42的圓錐形外表面更陡峭或更大角度地 向下會聚或漸縮。在這點上，錐形外殼42的內表面和轂41的外表面之間的間隙空間的寬 度減少，同時從外殼42橫過到轂41。多個翼片43在錐形轂和外殼41和42之間徑向地延 伸。翼片43也相對于風扇40的轉動軸線傾斜地延伸，并且在一些具體實現中能沿著它們 各自的長度具有一個或多個彎曲或銳角彎折。仍然參考圖10，錐形轂和外殼41和42的最后端部分通過翼片43彼此間隔開，在 其間限定開口 44。混合流動的，舉例來說，組合的軸向和徑向流動的氣流通過開口 44流出 風扇40。再次參考圖5-9，利用風扇40的進口側為裝置7提供負壓或真空壓力。低壓風扇 40的進口側或真空側被流體連接到被設置在鼻段60中的一個或多個開口或主真空入口 105，或任選地，輔助入口 107。基于裝置7的預定的最終用途特性選擇鼻段60的吸入真空 氣流110的特定部分。因此，例如通過鼻段60的下部部分的一部分或整個長度，和/或在 別處通過鼻段60例如它的一個或多個側壁部分能吸入真空氣流110。
因此，至少部分基于主真空入口 105所被安裝于其中的鼻段60部分來選擇主真空 入口 105的特定位置、形狀和尺寸。例如，在典型的具體實現中，真空入口 105被設置在鼻 段60的面向下的表面上(圖5-9)。真空入口 105優選為占據面向下的表面區域的大部分， 并且更優選為基本上占據所有的面向下的表面區域。應當指出，真空入口 105能是在鼻段 60的面向下的表面中的多個、離散的開口，或者能被從其穿過的單個、整體式細長開口限定 而成(圖9)。現在尤其參考圖4A和4B，在一些實施方式中，根據需要，能通過主真空入口 105， 或輔助真空入口 107吸入真空氣流110。能由罩108覆蓋真空入口 107，由此當處于默認位 置時例如在圖4A中所看的那樣， 它被脫離。當利用真空入口 107時，從本體段20縱向地滑 開所述罩108、暴露真空入口 107并且通過其引導真空氣流110。現在參考圖1-8，在鼻段60和低壓風扇40的入口或真空側之間提供過濾組件50。 在這個結構中，當低壓風扇40通過鼻段60吸入真空氣流110時，那個真空氣流110在穿過 低壓風扇40之前通過過濾組件50進行過濾，用以捕獲被裝置7去除的微粒物質。仍然參考圖1-8，優選地，過濾組件50的過濾材料是視覺上顯眼的，例如被清澈的 (clear)、透明的或半透明的蓋或罩覆蓋，使得使用者能快速地確定過濾組件50的過濾材 料是否已經充分地臟以判斷是否更換。任選地，在裝置7上能提供過濾器充滿指示器，當過 濾組件50或它的過濾材料應當被替換時可視地顯示給使用者。基于預定的最終用途環境 選擇過濾組件50的過濾材料，并且根據需要，過濾組件50的過濾材料包括HEPA過濾器、編 織的和纖維過濾器，開孔泡沫過濾器其它無紡纖維過濾器、波狀(corrugated)過濾器、粘 性物覆蓋過濾器，和/或其它過濾材料。應當進一步指出，過濾元件的特定類型和數量以及 這種元件被用在過濾組件50中的位置相應于裝置7的預定最終用途。換句話說，在一些實 施方式中，過濾組件50是耐用的和耐洗的，同時在其它優選實施方式中過濾組件50是一次 性的和可替換的。而且，過濾組件50的過濾材料或介質能用香味劑或消毒劑進行處理，例 如對低壓排出氣流進行處理。現在參考圖5-6，在一些實施方式中，由過濾組件50過濾的并且進入低壓風扇40 的進口或真空側的真空氣流110，穿過風扇40，并且作為正壓、低壓排出氣流120流出它的 排出或正壓側。低壓排出氣流120然后通過多種合適的排出機構中的任一種從裝置7流出。排出氣流120能例如通過主本體段30的側壁或其它部分被引導到本體組件20中 的排出端口或其它孔的外面。換句話說，裝置7的一些實施方式將過濾后的、正壓排出氣流 120從低壓風扇40直接排出到環境中。在這些具體實現中，當它流出該裝置時能用，舉例來 說，芳香物、除臭物、清潔物、或消毒物處理排出氣流120。這允許使用者從表面或物品清潔 微粒物質同時改進附近的任何惡臭。現在參考圖7-8，在其它實施方式中，來自低壓風扇40的過濾后的、正壓排出氣流 120被引導通過合適的管道130，回穿過鼻段60，作為空氣簾式氣流140流出。優選地，進入 低壓側的真空氣流110和低壓風扇40的正壓側的排出氣流120作為完全不同的氣流部分 橫過裝置7的鼻段60和其它部分。這樣，管道130和/或其它分離結構將真空和排出低壓 氣流110和120保持為彼此密封，由此這種相反氣流僅僅在分別進入和流出鼻段60時彼此 連通。換句話說，對于低壓系統100，僅僅裝置7外側和鄰近被清潔表面的受影響部分的低 壓氣流，也就是，真空氣流110和空氣簾140，彼此密切接觸并相互作用。
仍然參考圖7-8，這些代表性的實施方式允許低壓系統100建立(i)通過鼻段60 的下表面的中間部分能被吸入的真空氣流110，和(ii)能從鼻段60的外邊緣、側壁或其它 部分噴出的空氣簾140，它們配合操作以保持和去除微粒物質。能圍繞吸入的真空氣流110 外周地噴出空氣簾140，由此空氣簾140能幫助將真空氣流110限制和引導到在被清潔表面 上的特定受影響區。這樣，空氣簾140能幫助將任何空氣傳播的微粒物質側向地保持在真 空氣流110能對其起作用的空間體積之內，以便于將微粒物質吸入到裝置7中。而且，裝置 7的一些具體實現例如將化學清潔劑引入到空氣簾140中。應當指出，既然空氣簾140接觸 被清潔表面，在一些情況下，將化學清潔劑夾帶到空氣簾140中能補充高壓系統200的從被 清潔表面或物品攪動微粒物質的能力。現在參考圖11，通過空氣簾出口 135能有助于空氣簾140的建立，所述空氣簾出口 135能例如是被連接到鼻段60的底部的凸緣，或者能是鼻段60的整體的一部分。空氣簾出 口 135能包括一個或多個開口 136，所述開口 136被構造成影響空氣簾140的行進路徑，由 此空氣簾出口 135有助于并且影響空氣簾140的各種性能特性。在一些實施方式中，空氣 簾出口 135的開口 136被設置在它的下部邊緣處或者鄰近它的下部邊緣。無論開口 136的 具體位置，它們能流體地連接到低壓風扇40的輸出側，使得它的排出氣流沿著鼻段60上的 管道130橫過并且流出空氣簾出口 135。開口 136的相對尺寸、大小、形狀或其它特性在空氣簾流出裝置7時相當大地影響 空氣簾140的氣流特性。換句話說，開口 136適于并且被構造成當氣流流出裝置7時，為氣 流提供所期望的，例如速度分布、氣流方向、氣流流出角度、和/或其它氣流特性。仍然參考圖11，在一些實施方式中，與在空氣簾出口 135的長側向側的端部附近 的那些開口的尺寸相比，它的長側向側的中間部分中的開口 136具有相對寬的開口尺寸。 而且，與它的長側向側的中間的開口 136相比，圍繞空氣簾出口 135的彎曲端部延伸的開口 136能具有相對寬的開口尺寸。至少部分基于它們的圍繞空氣簾出口 135的周邊的位置以 及在那個特定點處流出的空氣簾140的特定的所期望的特性，舉例來說，壓力、速度、和/其 它特性選擇各個開口 136的特定的開口尺寸、流出的水平角度、流出的豎直角度、和/或其 它特征。3.高壓系統概述現在參考圖9和12-14，高壓系統200操作以起到優選為由馬達32和齒輪箱36的 子組件驅動的高壓壓縮機45的作用。高壓系統200包括高壓壓縮機45，高壓分配閥47，一 個或多個高壓噴嘴205，以及任選地輔助高壓噴嘴207。高壓壓縮機45是泵，以壓縮裝填的空氣，該空氣以高壓力輸出。根據需要，用于形 成高壓輸出的合適的泵包括多種單缸，舉例來說，擺動活塞(wobble piston)，泵和其它。優選地，高壓壓縮機45能在大約10-50psi的壓力范圍之內操作。從高壓壓縮機45輸出的高 壓氣流被引導到分配閥47。分配閥47經由合適的管、空氣管線或其它管道將高壓空氣沖 擊210 (圖18-19)單獨地定量供給和周期地釋放到單獨的高壓噴嘴205。換句話說，高壓壓 縮機45和分配閥47與高壓噴嘴205配合操作以建立高壓空氣沖擊210和將高壓空氣沖擊 210釋放到被清潔表面的受影響區。現在參考圖14，分配閥47能包括加壓芯47A和延伸到芯47A中并且被齒輪箱36 驅動的轉動部件47B。在使用期間，分配閥47的轉動部件47B中的狹槽與閥47的外殼中的開口 47C相對準，允許高加壓空氣從其穿過，并且然后穿過被連接到通向噴嘴205的管或空 氣管線的配件。這樣，高壓分配閥47的結構影響被引導到和穿過噴嘴205的氣流沖擊210 的脈沖特性。
現在參考圖12-19，高壓分配閥47和噴嘴205配合操作以釋放非常急劇(abrupt) 的氣流沖擊210，模仿快開和快關系統的即時輸送，同時仍將提供足夠的空氣流動體積以攪 動微粒物質。在圖16中示例性地示出了一個這種合適的急劇釋放持續時間和動力，示出了 閥47，其中閥打開階段的持續時間為大約5ms并且幅值為大約22psi。圖17示例性地示出 了從裝置7的噴嘴205流出的氣流的幅值_持續時間，該裝置7具有被構造成以大約6hz 的頻率離散地釋放高壓氣流沖擊210的高壓系統200。圖表具體示出了以大約35psi的操 作壓力同時操作四個噴頭205從而產生大約0. ICFM的總空氣消耗量的結果。仍然參考圖12-19，盡管分配閥47被示為被收納在主本體段30中，能考慮其它合 適的閥和氣流沖擊計時結構并且這也在本發明的范圍之內。例如，現在參考圖15，代替分配閥47，在鼻段60中能提供共加壓軌48和相應的氣 門機構，可選地適于釋放具有所期望的持續時間、幅值、以及釋放次序，和/或其它特性的 沖擊210的其它結構。共加壓軌48經由例如機械地致動的閥、使用與配合操作的轉動的和 非轉動的部件中周期性相對準的狹槽或孔的轉動閥48A，和/或連同已知的相應控制和相 關部件一起的電磁閥，通過噴嘴205能相繼地釋放一系列高壓沖擊。再次參考圖12-19，當從高壓噴嘴205噴出沖擊210時，與連續高壓氣流相比，由高 壓分配閥47提供的強烈的、離散的沖擊210(i)節省裝置7的電力消耗，(ii)以立方英尺 每分鐘(cfm)為單位消耗的空氣相對少，和(iii)在攪動粘結的微粒物質時能是更有效的。 優選地，噴嘴205是超聲噴嘴，由此它們被構造成將氣流的沖擊210加速到超聲速。當氣流 沖擊210獲得超聲速時，它們呈現出“菱形激波(Mach Diamond)”外形特性，其在圖18-19 中能被更好地看到。仍然參考圖12-19，噴嘴205能被構造成將各種其它特性給予氣流沖擊210。例如， 噴嘴205的開口能是卵形的或其它形狀的以影響在被清潔表面上的和受氣流沖擊210影響 的表面面積和形狀。因此，噴嘴205的特定數量、它們之間的間隔、和它們各自的方位和/ 或在鼻段60內的布置，都能被選擇以提供氣流沖擊210的所期望的，舉例來說，沖擊角和/ 或其它特性。因此，噴嘴205的開口周邊形狀以及從其延伸穿過的軸向孔的外形和內徑至少部 分地限定被清潔表面上的沖擊半徑或沖擊直徑。噴嘴205的間隔以及特定的噴射次序和布 置被配置成提供所期望的累積沖擊圖案和在被清潔表面上的相應覆蓋區域，它是線性的、 曲線的、重疊的、間隔的或其它形式的。C.系統使用再次參考圖1-9和12-13，根據上面的描述，為了使用裝置7，使用者首先從充電部 9取下裝置7，然后調節把手組件10和/或鼻段60的位置，如果配備有球窩接頭11和31 的話。接下來，使用者將裝置7的鼻段60定位在已經積有微粒物質的表面或物品之上。優選地，鼻段60被定位在這種表面或物品上方大約0. 5到4英寸之間，可選為大 約1到3英寸，或者優選為大約1英寸，但是無論如何，使用者不需要使裝置7觸及或者以 其它方式接觸到它。然后，使用者致動開關12并且從而給馬達32供能，其經由齒輪箱36、低壓風扇40和高壓壓縮機45，給低壓和高壓系統100和200供能。使用者然后能以非接 觸方式分離和捕獲或者去除灰塵或其它微粒物質，甚至從物體的懸掛結構的下面分離和捕 獲或者去除灰塵或其它微粒物質，而無需從它們的靜止位置取下物體以觸及懸掛結構的下 側。當如此做時，裝置7建立低壓真空氣流110和高壓氣流沖擊210。因為高壓噴嘴 205例如被居中地且線性地定位在鼻段60之內，高壓氣流沖擊210穿透或鄰近真空氣流 210。在這點上，高壓氣流沖擊210能從被清潔表面攪動至少一些微粒物質，并且真空氣流 110去除微粒物質并且將它捕獲在過濾組件50中。這允許經由非接觸的技術從表面或物品 去除微粒物質。在一些具體實現中，任選的低壓空氣簾輸出氣流同心地圍繞真空氣流并且限定布 置在最外面的氣流用以將被攪動的灰塵和碎屑包含在它的周邊之內。無論如何，裝置7從 表面或物體去除灰塵或碎屑，而從不觸及 、接觸、或移動這種表面或物體，相對減少使用者 執行各種家庭除塵或除屑作業所需要的時間。然而，一些實施方式包括至少一個用于從被 清潔表面機械地攪動微 粒物質的附件，使得如果需要，使用者也能在不觸及技術之外使用 裝置7允許的接觸式清潔技術。現在參考圖20和21，例如通過構造各個開口 136能調整或確定空氣簾出口 35的 總體性能特性，使得空氣簾以大約45度，可選地以大約30-55度，可選地以大約25-60度的 角度朝著被清潔表面從鼻段60流出，然后朝著真空入口 105緊密地向內卷曲。在這種結構 中，鼻段60噴出向內地卷動的空氣簾140，其首先同心地向外和向下流動，并且然后在被清 潔表面處或其附近改變方向。盡管改變方向，氣流朝著鼻段60向內地和向上地卷曲，使得空氣簾140和真空氣 流Iio大體上彼此密切接觸。因此，裝置7的低壓氣流能被相對緊緊地限定或限制為鄰近 鼻段60的周邊，由此任選的輸出空氣簾140能被快速地內旋回到鼻段60中，并且從它的從 鼻段60流出的點處優選為在小于大約4英寸，可選地小于大約5英寸，可選地小于大約6 英寸的距離內。這構成帶有相對成角度地展開的和內旋的氣流段，舉例來說，空氣簾140和 真空氣流110的低壓氣流模式。應當指出，對于結合了空氣簾140的實施方式，如果裝置7被長時間地保持在恒定 的位置處，低壓氣流能至少部分地變成空氣循環體積，舉例來說，從鼻段60的低壓風扇40 的輸出測流動，通過出口 135和開口 136流出的體積。空氣體積然后將朝著鼻段60向內地 卷曲回來并且通過真空入口 105進入鼻段60，然后通過鼻段60的剩余部分，通過過濾組件 50，并且然后被吸入到低壓風扇40的進口側。盡管上面已經披露了完成本發明的發明人設想的最好模型，本發明的實行不限于 此。在不背離根本的發明概念的精神和范圍的情況下，顯然地可以對本發明的特征進行各 種增加、修改和重新排列。而且，當裝置7被用在相對低的表面，舉例來說，地面或其它面上 時，它可以進一步包括輪子或適于滑動，并且也具有允許使用者直立同時從這種低表面去 除微粒物質的細長把手。而且，單獨的部件不需要被制成所披露的形狀或被組裝成所披露的結構，而是實 際上能被提供成任何形狀，以及被組裝成任何結構。而且，各個披露的實施方式的所有披露 的特征能被與每一個其它披露的實施方式的所披露的特征組合或被每一個其它披露的實施方式的所披露的特征組合代替，除非這種特征是互相排斥的。 意在附屬的權利要求覆蓋所有這種增加、修改和重新排列。附屬的權利要求區分了本發明的有利的實施方式。
權利要求
一種用于從待清潔表面攪動和捕獲微粒物質的手持式便攜裝置，所述手持式便攜裝置包括把手；鼻段，所述鼻段從所述把手遠離地延伸；真空氣流，所述真空氣流進入所述鼻段并且限定在所述待清潔表面上和鄰近所述待清潔表面的真空影響區；和高壓氣流，所述高壓氣流從所述鼻段流出并且接觸所述待清潔表面；其中所述高壓氣流從所述待清潔表面攪動至少一些微粒物質，用以通過真空氣流捕獲并且相應地允許非接觸地從所述待清潔表面去除微粒物質。
2.如權利要求1所述的手持式便攜裝置，其中以超聲速噴出所述高壓氣流。
3.如權利要求2所述的手持式便攜裝置，其中以一系列離散脈沖噴出所述高壓氣流。
4.如權利要求3所述的手持式便攜裝置，其中從彼此間隔開的多個高壓噴嘴噴出所述 離散脈沖。
5.如權利要求4所述的手持式便攜裝置，其中所述多個高壓噴嘴沿著所述鼻段的長度 尺寸彼此間隔開。
6.如權利要求1到5中任一項所述的手持式便攜裝置，其中所述手持式便攜裝置的重 量小于大約2磅。
7.如權利要求1到6中任一項所述的手持式便攜裝置，其中所述手持式便攜裝置包括 用于從所述待清潔表面機械地攪動微粒物質的至少一個附件。
8.如權利要求7所述的手持式便攜裝置，其中用于從所述待清潔表面機械地攪動微粒 物質的所述至少一個附件是一次性使用的布。
9.如權利要求7所述的手持式便攜裝置，其中用于從所述待清潔表面機械地攪動微粒 物質的所述至少一個附件是除塵布。
10.如權利要求1到9中任一項所述的手持式便攜裝置，其中(i)主真空入口端口限定 用于所述真空氣流進入所述鼻段的通道，所述真空氣流限定在所述待清潔表面上的真空影 響區，和(ii)所述手持式便攜裝置包括從所述主真空入口端口移位的輔助真空入口端口。
11.如權利要求10所述的手持式便攜裝置，其中所述鼻段的至少一部分是可拆卸的， 用以暴露所述輔助真空入口端口以便使用。
12.如權利要求1到11中任一項所述的手持式便攜裝置，其中所述鼻段噴出低壓氣流， 該低壓氣流在所述真空氣流外側且至少部分地包含所述真空氣流，影響在所述待清潔表面 上的真空影響區。
13.如權利要求12所述的手持式便攜裝置，其中所噴出的低壓氣流夾帶有化學清潔劑。
14.如權利要求12所述的手持式便攜裝置，其中所噴出的低壓氣流夾帶有香味劑。
15.如權利要求1到14中任一項所述的手持式便攜裝置，其中所述手持式便攜裝置包 括輔助高壓噴嘴，所述輔助高壓噴嘴選擇性地噴出不穿透真空氣流的目標高壓氣流，用以 將目標高壓氣流弓I到所述待清潔表面上的特定期望位置。
16. 一種用于從待清潔表面攪動和捕獲微粒物質的手持式便攜裝置，所述手持式便攜 裝置包括把手；鼻段，所述鼻段從所述把手遠離地延伸； 設置在所述鼻段中的主真空入口端口 ；和 設置在所述鼻段中的高壓噴嘴，其中所述高壓噴嘴和所述主真空入口端口分別相反地噴出和吸入(i)高壓噴出氣流， 和(ii)低壓真空氣流，使得所述高壓噴出氣流從待清潔表面攪動至少一些微粒物質并且 所述低壓真空氣流捕獲至少一些被攪動的微粒物質，相應地允許從待清潔表面非接觸地去 除微粒物質。
17.如權利要求16所述的手持式便攜裝置，其中所述鼻段噴出低壓氣流，該低壓氣流 在所述低壓真空氣流外側并且至少部分地包含所述低壓真空氣流。
18.如權利要求17所述的手持式便攜裝置，其中噴出的低壓氣流的流速選擇性地變化。
19.如權利要求16到18中任一項所述的手持式便攜裝置，其中以一系列離散脈沖噴出 所述高壓氣流。
20.如權利要求16到19中任一項所述的手持式便攜裝置，其中視覺指示器示出了所述 高壓噴嘴在鼻上的位置。
21.如權利要求20所述的手持式便攜裝置，其中所述視覺指示器被設置在所述鼻段的 上表面上。
22.如權利要求20所述的手持式便攜裝置，其中所述視覺指示器是延伸到所述鼻段的 上表面中的凹陷。
23.如權利要求20所述的手持式便攜裝置，其中所述視覺指示器是從所述鼻段發出的 光。
24.如權利要求23所述的手持式便攜裝置，其中發光二極管產生所述視覺指示器。
25.一種用手持式便攜裝置非接觸地去除微粒物質的方法，所述方法包括朝向其上積有微粒物質的待清潔表面定向真空氣流，將空氣吸入到所述手持式便攜裝 置中；將從所述手持式便攜裝置流出的高壓氣流定向為穿過所述真空氣流； 用所述高壓氣流從所述待清潔表面攪動至少一些微粒物質；和 將至少一些被攪動的微粒物質夾帶到真空氣流中；其中在其間沒有接觸的情況下通過手持式便攜裝置從所述待清潔表面去除和收集至 少一些微粒物質。
26.如權利要求25所述的非接觸地去除微粒物質的方法，其中以超音速噴出所述高壓氣流。
全文摘要
提供一種用于攪動和捕獲已經積在結構的各種表面上的微粒物質的手持式便攜裝置7。在使用期間所述裝置7形成能彼此密切接觸的相反氣流。真空氣流110被吸入到所述裝置7中，限定在被清潔表面上的真空影響區。噴出的高壓氣流210穿透相對的真空氣流110或鄰近相對的真空氣流110地經過并且接觸被清潔表面，從被清潔表面攪動微粒物質。能從多個噴嘴205噴出高壓氣流210，作為一系列離散地接觸被清潔表面的氣流沖擊。選擇各個噴嘴205的結構，以及所有噴嘴205的整個布置和位置以將所期望的微粒物質攪動特性給予所述裝置。
文檔編號A47L9/08GK101801251SQ200880106217
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月9日 優先權日2007年7月9日
發明者史蒂文·M·哈林頓, 安德魯·L·班卡, 杰里米·F·諾鮑 申請人:S.C.約翰遜父子公司