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電気掃除機 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 電気掃除機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−20765(P2007−20765A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−205269(P2005−205269)
出願日 平成17年7月14日(2005.7.14)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 村田 吉隆 / 西村 剛 / 秀熊 哲平
要約 課題
高入力化が可能で、かつ、位相制御による入力制御が幅広い範囲で実現できる電気掃除機を提供することを目的とする。

解決手段
第1の電動送風機61を制御する第1の制御手段63と、第2の電動送風機62を制御する第2の制御手段64と、入力調整手段52と、商用電源55と、入力調整手段52からの信号に応じて第1の制御手段63、第2の制御手段64を制御する主制御手段65とを備え、第1、第2の電動送風機61、62の最大消費電力を合計で略1600W以上とすると共に、第1の電動送風機61は第1の制御手段63を介し、また第2の電動送風機62は第2の制御手段64を介して、それぞれ並列に商用電源55に接続される構成としたもので、高入力の実現と、位相制御による高調波電流の発生を抑制し、最高入力以下の全領域にわたって入力制御が可能な電気掃除機を実現できる。
特許請求の範囲
【請求項1】
吸引力を発生させるための第1の電動送風機と、第2の電動送風機とを備え、その最大入力値(最大消費電力)を合計で略1600W以上とした電気掃除機。
【請求項2】
第1、第2の電動送風機のそれぞれの吸引口は、掃除機本体の集塵室にそれぞれ連通され、掃除機の通風経路において、前記第1、第2の電動送風機が並列に配された構成を有する請求項1記載の電気掃除機。
【請求項3】
第1の電動送風機の吸引口は掃除機本体の集塵室に連通され、かつ、第2の電動送風機の吸引口は第1の電動送風機の排気側に連通され、掃除機の通風経路において前記第1、第2の電動送風機が直列に配された構成を有する請求項1記載の電気掃除機。
【請求項4】
第1の電動送風機を制御する第1の制御手段と、第2の電動送風機を制御する第2の制御手段と、入力調整手段と、商用電源と、前記入力調整手段からの信号に応じて前記第1の制御手段、第2の制御手段を制御する主制御手段とを備え、前記第1の電動送風機は前記第1の制御手段を介し、また前記第2の電動送風機は前記第2の制御手段を介して、それぞれ並列に商用電源に接続される構成とした請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気掃除機。
【請求項5】
第1の制御手段によって制御される第1の電動送風機の通電位相角をθ1、第2の制御手段によって制御される第2の電動送風機の通電位相角をθ2とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、最低入力から最大入力の略1/2の入力までの運転入力範囲での運転は、θ2は180°の一定状態(第2の電動送風機は通電せず)とし、θ1を略180°〜略0°の位相角調整により所望の入力で運転し、また、最大入力の略1/2から最大入力までの運転入力範囲では、θ1は通電位相角0°の一定状態(第1の電動送風機はフル導通運転)とし、θ2を略180°〜略0°の位相角調整により所望の入力で運転することで、最低入力から最大入力まで任意の入力での運転を可能にした構成を特徴とする請求項4記載の電気掃除機。
【請求項6】
第1の制御手段によって制御される第1の電動送風機の通電位相角をθ1、第2の制御手段によって制御される第2の電動送風機の通電位相角をθ2とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、2つの電動送風機をそれぞれθ1、θ2の位相角で運転した場合に、トータルの電源高調波が所望の値を超えないようにあらかじめ定めたθ1、θ2の組み合わせで主制御手段が第1の制御手段、第2の制御手段をそれぞれ制御する構成で、最低入力から最大入力まで任意の入力での運転を可能にした構成を特徴とする請求項4記載の電気掃除機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、海外市場、とくに欧州や中国、アジア、中近東などの地域で望まれる高入力で(最大消費電力が高く)、かつ、使用者が状況に応じ任意の入力に調整できる使用性に富んだ電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
まず、従来の一般的な電気掃除機の構成について、図9〜図12を用いて説明する。
【0003】
図9、図10に示すように、電気掃除機30には、使用者が電気掃除機30の運転入力を状況に応じて所望の値に調整するためのボリュームやスライド式の入力調整手段52と、吸引力を発生させる電動送風機1と、電動送風機1の運転状態を制御する主制御手段37と電動送風機1を位相制御するトライアック36が設けられている。電動送風機1は電動機とファン部で構成されている。
【0004】
この電気掃除機30の構成について図10の回路ブロック図を用いて説明すると、電動送風機1は2つの入力端子を有し、接続部の片側はトライアック36を介し商用電源55の片側に、もう一方は商用電源55の他の方へ接続される。主制御手段37は、使用者が操作する入力調整手段52の設定値の情報を元に、トライアック36の位相制御を行う通電位相角を調整し、電動送風機1へ供給される電力を所望の値となるように制御する。
【0005】
近年、欧州や中国、アジア、中近東など海外市場では高入力の電気掃除機30が求められている。したがって電気掃除機30に搭載される電動送風機1も高入力のものを搭載する必要がある。
【0006】
また、電気掃除機30の高入力化が求められる一方で、最高入力のみでしか運転できない電気掃除機では使用性が乏しいため、最高入力以下の幅広い入力設定値でも運転できるものが同時に求められる。使用者が、掃除する状況に応じ、任意にボリュームなどの入力調整手段52を操作し、所望の入力に無段階に任意に可変できるものが機能的に求められている。
【特許文献1】特開昭63−274396号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記のような従来の電気掃除機30において、入力を可変する場合、図11(a)に示すように、電動送風機1をトライアック36にて位相制御を行い、その時の位相角θを任意に変更して電動送風機1に供給される電力を可変する方法が従来一般的に用いられる。この時、位相制御によって入力制御を行うと商用電源の周波数を基本周波数とする2次、3次、4次、・・・・、といった高調波(高調波電流)が発生する。図11(b)に、位相制御の位相角と、その時発生する高調波の関係を模式的に示す。一般的に高調波の発生レベルは、位相角が略90°付近の場合にもっとも高く、位相角が90°〜0°(または90°〜180°)に変化するにつれ、その発生レベルは低下する。また、高調波は最高入力が高い電動送風機は発生するレベルも相対的に高く、反対に最高入力が低い電動送風機では相対的に高調波発生レベルは低い。
【0008】
一方、この高調波は、国や地域により法的に規制値が設けられ、電気掃除機から発生する高調波がこの規制値を満足しないと商品化し市場へ供給することができない。従来の電気掃除機では、電動送風機の種類によって一概には言えないが、経験的には概ね最高入力が掃除機に組み込まれた状態で略1500Wを越える高入力の電動送風機では、通常90°に近い位相角の範囲(ここではX°〜Y°)で運転すると高調波の規制値を満足しなくなる。逆に概ね略1400W〜1500W未満の最高入力である相対的に低入力の電動送風機では、位相角が0°〜180°の全領域で高調波は規制値を超えることはなく、任意の入力設定が可能である(図11(b)参照)。
【0009】
上述のように高入力の電気掃除機30に搭載される近年の電動送風機1を高入力化していくと、高調波の発生は増大し、最高入力以下のすべての入力領域において、高調波の規制値を満足することが厳しくなってきている。したがって、従来の電気掃除機では、図12に示すように、電動送風機に通電する位相角の中で、X°〜Y°の範囲の状態の位相をとばす状態での入力可変しか対応することができない。
【0010】
以上のような理由で、高入力、概ね最高入力1600W以上の電気掃除機で、なおかつ広範囲の入力制御が可能な電気掃除機を両立して実現することが非常に困難であった。
【0011】
また一方では、これらの課題を克服し、高入力で、しかも、入力を可変する電気掃除機の実現するために、位相制御を行う際に、位相角を小さな位相角と大きな位相角を1周期ごとに交互に変化させ電動送風機1に供給する制御方式を採用し、高調波電流値を規制以下に押さえる、入力可変が可能な電気掃除機を実現していた(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この高調波電流を満足させ、入力可変を可能にする上記特許文献1記載の制御を行い、電動送風機1を駆動させた場合、その制御方法の影響で電動送風機1が振動や異音を伴いながら駆動され、電気掃除機本体から振動が発生し、使用者にとって電気掃除機の使用性の低減につながっていた。
【0012】
本発明は、これらの上記課題を解決するもので、市場要望に応える最高入力が1600W以上の高入力を達成する電気掃除機を実現し、なおかつ、電気掃除機の入力制御を、使用者の望み通り、最高入力以下の入力範囲で任意に可変できる電気掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
前記従来の課題を解決するために本発明の電気掃除機は、吸引力を発生させるための第1の電動送風機と、第2の電動送風機とを備え、その最大入力値(最大消費電力)を合計で略1600W以上としたものである。
【0014】
これによって、高入力の実現と、位相制御による高調波電流の発生を抑制し、最高入力以下の全領域にわたって入力制御が可能な電気掃除機を実現できるものである。
【発明の効果】
【0015】
本発明の構成による電気掃除機は、高入力化が可能で、しかも掃除機の最小入力から最大入力の全入力領域において任意の設定での運転が可能にでき、各国、地域の規制を満足するので、高い消費電力が実現し、かつ入力を任意に可変でき使用性に優れたものが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
第1の発明は、吸引力を発生させるための第1の電動送風機と、第2の電動送風機とを備え、その最大入力値(最大消費電力)を合計で略1600W以上としたものであり、1600W以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、吸込性能に優れた電気掃除機を実現できるものである。
【0017】
第2の発明は、第1の発明において、第1、第2の電動送風機のそれぞれの吸引口は、掃除機本体の集塵室にそれぞれ連通され、掃除機の通風経路において、前記第1、第2の電動送風機が並列に配された構成を有するので、1600W以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能に優れた電気掃除機を実現できるものである。
【0018】
第3の発明は、第1の発明において、第1の電動送風機の吸引口は掃除機本体の集塵室に連通され、かつ、第2の電動送風機の吸引口は第1の電動送風機の排気側に連通され、掃除機の通風経路において前記第1、第2の電動送風機が直列に配された構成を有するので、1600W以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。
【0019】
第4の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明において、第1の電動送風機を制御する第1の制御手段と、第2の電動送風機を制御する第2の制御手段と、入力調整手段と、商用電源と、前記入力調整手段からの信号に応じて前記第1の制御手段、第2の制御手段を制御する主制御手段とを備え、前記第1の電動送風機は前記第1の制御手段を介し、また前記第2の電動送風機は前記第2の制御手段を介して、それぞれ並列に商用電源に接続される構成としたもので、1600W以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。
【0020】
第5の発明は、特に第4の発明において、第1の制御手段によって制御される第1の電動送風機の通電位相角をθ1、第2の制御手段によって制御される第2の電動送風機の通電位相角をθ2とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、最低入力から最大入力の略1/2の入力までの運転入力範囲での運転は、θ2は180°の一定状態(第2の電動送風機は通電せず)とし、θ1を略180°〜略0°の位相角調整により所望の入力で運転し、また、最大入力の略1/2から最大入力までの運転入力範囲では、θ1は通電位相角0°の一定状態(第1の電動送風機はフル導通運転)とし、θ2を略180°〜略0°の位相角調整により所望の入力で運転することで、最低入力から最大入力まで任意の入力での運転を可能にした構成を有するので、1600W以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。
【0021】
第6の発明は、特に第4の発明において、第1の制御手段によって制御される第1の電動送風機の通電位相角をθ1、第2の制御手段によって制御される第2の電動送風機の通電位相角をθ2とし、使用者が入力調整手段により所望の運転入力を調整する場合において、2つの電動送風機をそれぞれθ1、θ2の位相角で運転した場合に、トータルの電源高調波が所望の値を超えないようにあらかじめ定めたθ1、θ2の組み合わせで主制御手段が第1の制御手段、第2の制御手段をそれぞれ制御する構成を有するので、1600W以上の高入力と、入力調整値が全領域で可能で、さらに吸込性能、特に高い真空度を達成でき、優れた電気掃除機を実現できるものである。
【0022】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0023】
(実施の形態1)
本発明の第1の実施の形態を、図1〜図3を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。
【0024】
図1は本実施の形態の電気掃除機を示す斜視図で、図2は回路ブロック図、図3は入力調整値と電動送風機の制御状態の関係図である。
【0025】
図1に示すように、電気掃除機30には、第1の電動送風機61、第2の電動送風機62が備えられている。第1の電動送風機61、第2の電動送風機62の最大消費電力の合計は略1600W以上であり、すなわち電気掃除機30の最大消費電力は1600W以上である。各々の電動送風機の吸込口は、電気掃除機30の集塵室11に連通されている。
【0026】
図2に示すように、第1の電動送風機61は第1の制御手段63により、また第2の電動送風機62は第2の制御手段64によって位相制御される。第1の制御手段63と第2の制御手段64は、各々の位相制御の通電角を主制御手段65から指示され制御される。主制御手段65は使用者が任意に入力調整手段52を調整し設定した調整値によって、電気掃除機30を所望の入力で運転するように制御している。
【0027】
上記構成における動作について説明する。まず電気掃除機の運転可能な入力範囲、つまり最低入力値から最高入力値に使用者は入力を所望の値に設定して掃除機を運転するわけであるが、まず最高入力値の1/2以下の領域に設定された場合は、第2の電動送風機62を通電させない状態(通電角180°)とし、所望の入力値となるよう第1の電動送風機61の通電角を設定し運転する。また、最高入力値の1/2以上の領域に設定された場合は、第1の電動送風機61をフル導通状態(通電角0°)とし、所望の入力値となるよう第2の電動送風機62の通電角を設定し運転する。このような運転の組み合わせにて、最低入力から最高入力のすべての入力範囲において電気掃除機の運転が可能である。
【0028】
(実施の形態2)
本発明の第2の実施の形態を、図4を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。
【0029】
図4は本実施の形態の電気掃除機の入力調整値と電動送風機の制御状態の関係図である。
【0030】
電気掃除機の運転可能な入力範囲、つまり最低入力値から最高入力値に使用者は入力を所望の値に設定して掃除機を運転するわけであるが、電気掃除機を運転させると、第1の電動送風機61、第2の電動送風機62の両方の電動送風機に所望の電力が通電される。第1の電動送風機61が第1の制御手段63によって通電される位相角をθ1、第2の電動送風機62が第2の制御手段64によって通電される位相角をθ2とし、両方の電動送風機の合計の電源高調波が規制値を満足しない位相角をX°からY°とする。入力調整値と第1の電動送風機61、第2の電動送風機62の運転状態は予め設定される通電のパターンによって制御される。通電パターンの一例として図4に示す。
【0031】
上記構成において動作を説明すると、まず電気掃除機の最低入力値から最大入力値までの間を6つの入力区間に分け最低入力の方から第1区間、第2区間、・・・第6区間と設定すると、まず第1区間では、最低入力状態においても2つの電動送風機に通電される。θ1、θ2とも入力設定値が最低入力より次第に大きくなるにつれ大きくなり、X°の略1/2まで達する状態まで第1区間は制御される。第2区間では、θ1は一旦180°まで戻り、θ2はX°の常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、θ1は180°から次第に上昇しX°まで第2区間は制御される。第3区間では、θ1は一旦180°まで戻り、θ2はY°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、第2区間同様にθ1は180°から次第に上昇しX°まで第3区間は制御される。第4区間では、θ1は一旦180°まで戻り、θ2は0°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、第2区間同様にθ1は180°から次第に上昇しX°まで第4区間は制御される。第5区間では、θ1はY°に上がり、θ2はY°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、θ1はY°から次第に上昇し0°まで第5区間は制御される。第6区間では、θ1は一旦Y°まで戻り、θ2は0°の位相角を常に一定値を保つ。入力設定値が徐々に大きくなるにつれ大きくなり、第5区間同様にθ1はY°から次第に上昇し0°まで第6区間は制御される。以上のような通電状態を予め入力調整値と対応させて決め、最低入力値から最高入力値まで徐々に電気掃除機30の入力を設定し運転する。
【0032】
なお、上記の通電パターンは数ある中の一例であり、このほかのパターンを採用しても同様な効果が得られることは明らかである。
【0033】
(実施の形態3)
本発明の第3の実施の形態を、図5を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。
【0034】
図5に示すように、電気掃除機30には、第1の電動送風機61、第2の電動送風機62が備えられ、第1の電動送風機61の吸込口は、電気掃除機30の集塵室11に連通され、また第2の電動送風機62は第1の電動送風機61の下流側に配されている。第1の電動送風機61及び第2の電動送風機62は上記実施の形態1または上記実施の形態2の制御方式により制御されている。
【0035】
以上の構成により、電気掃除機において電動送風機を直列に配することで、電動送風機を2個用いた場合の電気掃除機の真空圧を高くできるので、高入力で集塵性能に優れた電気掃除機を提供することができる。
【0036】
(実施の形態4)
本発明の第4の実施の形態を、図6〜図8を用いて説明する。なお従来例と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。
【0037】
図6は本実施の形態の電気掃除機を示す斜視図で、図7は回路ブロック図、図8は入力調整値と電動送風機、駆動機の制御状態の関係図である。
【0038】
図6に示すように、電気掃除機30は、集塵室11と、集塵室11に連通されるように備えられた電動送風機71と、集塵室11に接続されるホース41、延長管42、床ノズル48によって構成される。床ノズル48は床面上の塵埃を掻き上げて集塵性を向上させる回転自在の回転ブラシ44と、回転ブラシを駆動させる動力源である駆動機72が備えられ、駆動機72の出力軸と、回転ブラシは動力伝達手段であるベルト45で連結されている。電動送風機71の最大消費電力は略1500W以上で、駆動機72の最大消費電力は略100W以上であり両社を合計した電気掃除機の最大消費電力は略1600W以上を達成できる。
【0039】
図7に示すように、電動送風機71は第1の制御手段73により、また駆動機72は第2の制御手段74によって位相制御される。第1の制御手段73と第2の制御手段74は、各々の位相制御の通電角を主制御手段75から指示され制御される。主制御手段75は使用者が任意に入力調整手段52を調整し設定した調整値によって、電気掃除機30を所望の入力で運転するように制御している。
【0040】
上記構成における動作について説明する。まず電気掃除機の運転可能な入力範囲、つまり最低入力値から最高入力値に使用者は入力を所望の値に設定して掃除機を運転するわけであるが、まず最低入力の運転状態では、電動送風機71が第1の制御手段73の位相制御によって通電される位相角θ3は最低入力から徐々に大きくなる。駆動機72が第2の制御手段74の位相制御によって通電される位相角θ4は、駆動機72のフル導通領域以下で設定された位相角Z°で一定運転される。電気掃除機30の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、θ4は一定のまま、θ3が徐々に大きくなる。さらにθ3を大きくしていくと電源高調波は規制値以上となる限界の位相角X°に達する。この状態よりさらに電気掃除機30の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、今度はθ3はX°の位相角での運転を保持し、一方θ4は入力設定値に呼応してZ°から徐々に0°まで大きくなる。θ4が0°に達した後、さらに電気掃除機30の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、今度はθ4は0°の状態を保持したままで、θ3はY°の位相角まで上昇し、その後電気掃除機30の入力設定値が次第に大きな値に設定されると、θ3は入力設定値に呼応してY°から徐々に0°まで大きくなる。
【0041】
上記構成の制御により、最低入力から最高入力のすべての入力範囲において電気掃除機の運転が可能である。
【0042】
なお、上記の通電パターンは数ある中の一例であり、このほかのパターンを採用しても同様な効果が得られることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0043】
以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、高入力化と、使用者の要望に応える最高入力以下の入力範囲で、広範囲な入力制御ができ、使用性に優れた電気掃除機が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明の実施の形態1を示す電気掃除機の概念図
【図2】同電気掃除機の回路ブロック図
【図3】(a)同電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図(b)同電気掃除機の入力調整値と第1の電動送風機の制御状態の関係を示す図(c)同電気掃除機の入力調整値と第2の電動送風機の制御状態の関係を示す図
【図4】(a)本発明の実施の形態2を示す電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図(b)同電気掃除機の入力調整値と第1の電動送風機の制御状態の関係を示す図(c)同電気掃除機の入力調整値と第2の電動送風機の制御状態の関係を示す図
【図5】本発明の第3の実施の形態を示す電気掃除機の概念図
【図6】本発明の第4の実施の形態を示す電気掃除機の概念図
【図7】同電気掃除機の回路ブロック図
【図8】(a)同電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図(b)同電気掃除機の入力調整値と電動送風機の制御状態の関係を示す図(c)同電気掃除機の入力調整値と駆動機の制御状態の関係を示す図
【図9】従来の電気掃除機の概念図
【図10】従来の電気掃除機の回路ブロック図
【図11】(a)従来の電気掃除機の電動送風機の位相制御を示す図(b)位相角と高調波レベルの関係を示す図
【図12】(a)従来の電気掃除機の運転可能な入力範囲と入力調整値の関係を示す図(b)従来の電気掃除機の入力調整値と電動送風機の制御状態の関係を示す図
【符号の説明】
【0045】
41 ホース
42 延長管
43 床ノズル
44 回転ブラシ
45 ベルト
52 入力調整手段
61 第1の電動送風機
62 第2の電動送風機
63 第1の制御手段
64 第2の制御手段
65 主制御手段
71 電動送風機
72 駆動機
73 第1の制御手段
74 第2の制御手段




 

 


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