JP2007006921A - 塵埃検知装置およびこれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができる塵埃検知装置を提供すること。
【解決手段】塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部（塵埃検知手段）２３０と、この発光部２３０からの光を受光し、受光量に応じた信号を出力する受光部（塵埃検知手段）２３１と、この受光部２３１からの信号を増幅する増幅手段２３２、２３３とを備え、この増幅手段２３２、２３３は塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだ塵埃を大きさ別に検知することができる塵埃検知装置を提供することができるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気掃除機の空気通路上を通過する塵埃を検知する塵埃検知装置に関するものである。

従来の塵埃検知装置としては、下記に示すような電気掃除機の塵埃検知装置がある。

従来この種の塵埃検知装置は、図６や図７に示すような構成になっている。図６および図７において、塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部２３０と、発光部２３０からの光を受光し受光量に応じた信号を出力する受光部２３１は、塵埃が流れる空気通路に発光部２３０と対向して設けられている（以下、この発光部２３０と受光部２３１を合わせてごみセンサー２３と称す）。受光部２３１からの出力信号Ｖｓは増幅手段Ａ２３２により増幅された後、その信号Ｖａはパルス変換手段Ａ２３５によりパルスＳａに変換され、ごみ判断手段２３８に入力される。ごみ判断手段２３８は、このパルスＳａの数を計数すると同時に、パルス幅を計測してパルス幅が広い場合、すなわち塵埃が大きい場合にはパルスＳａへ計数する数を増やすよう補正し、制御手段１０はごみ判断手段２３８の計数が多いときにはファンモーター１１の入力を上昇させるよう制御する。こうすることで、大きな塵埃ほどより強い吸引力で塵埃を吸引でき、塵埃に応じた最適な吸引力で掃除を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
特公平７−２８８４７号公報

現在、生活環境の変化により、花粉などを含むハウスダストに対する関心が高まり、これらの小さい塵埃を検出できる電気掃除機の塵埃検知装置が要求されている。

しかしながら従来の発明においては、パルス幅によって塵埃の大きさを判断する場合、塵埃が受光部２３１に対して十分小さい場合は塵埃の大きさが変化してもパルス幅はほとんど変化しない。例えば、円形の受光部２３１を塵埃が通過するときに、通過する塵埃の大きさを直径Ｘの球体、受光部の大きさを直径Ｙの円、通過速度をＺとすると、通過時間は（Ｘ＋Ｙ）／Ｚであるが、ここでＸ＜＜Ｙであるときには通過時間はＹ／Ｚとなり、塵埃の大きさによる通過時間の変化はほぼ無くなってしまい、塵埃の大きさの判断は困難である。また、直接Ｖａの変化を見て塵埃の大きさを判断しようとした場合でも、砂粒と花粉を同時に見ようとすると、受光部２３１の受光量の変化は受光部２３１へ当たる光を遮る面積に比例するため、受光部２３１の大きさが砂粒より大きい場合、（砂粒の直径）：（花粉の直径）＝１００：１とすると、受光量の変化の比率は１００２：１２＝１００００：１になり、これだけの変化の幅がある塵埃の大きさを正しく検知することは困難であった。

上記従来の課題を解決するために本発明は、塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、この増幅手段はごみの大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができる塵埃検知装置を使用者に提供することができる。

本発明は、塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つ複数の増幅手段を用いることで、より小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができるので、その検知した状態を利用してファンモーターへの入力を制御して吸引力を変化させることで、例えば掃除機に用いると、被掃除面に応じた最適な吸引力で掃除を行うことができる。

第１の発明は、塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、前記増幅手段は塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだ塵埃を大きさ別に検知することができる電気掃除機の塵埃検知装置を使用者に提供することができる。

第２の発明は、塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段は塵埃の大きさと通過速度にあわせた帯域の周波数成分を増幅して通過させる複数のフィルター部とを有するので、塵埃が通過するときの信号以外のノイズなどを除去し、確実に塵埃を検知することが可能な電気掃除機の塵埃検知装置を使用者に提供することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の塵埃検知手段を、塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部と、前記発光部からの光を受光し、受光量に応じた信号を出力する受光部とで構成したもので、塵埃検知手段をより具体的に構成するものである。

第４の発明は、第２の発明において、増幅手段の複数のフィルター部のそれぞれのカットオフ周波数について少なくとも一つは異なるカットオフ周波数を持つので、増幅手段がそれぞれ狙いの大きさの信号を中心に増幅することができるので、より確実に塵埃の大きさを区別して検知することができる。

第５の発明は、第４の発明に加えて複数の増幅手段を備え、フィルター部のハイパスフィルターのカットオフ周波数が一番低い、又はフィルター部にハイパスフィルターを持たない増幅手段は、他の増幅手段に比べて大きな塵埃を検知することで、大きな塵埃が入ってきたときには、受光部の光の変化時間が長く、また通過速度も遅いため、低い周波数帯の信号が入るのでそれにあわせたフィルターを用いることでより正確に塵埃を検知することができる。

第６の発明は、第２の発明に加えて複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段と並列にならべて同じ信号入力を共有したので、その並列に並べた増幅手段は、それぞれ独立に増幅度とフィルター部のカットオフ周波数の設定ができるので、設定の自由度を増すことができる。

第７の発明は、第２の発明に加えて複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段の増幅後の信号を更に増幅する構成にしたので、受光部に対してすべての増幅手段を並列に接続する必要が無いため、受光部の出力に対する増幅手段の入力インピーダンスを高くして受光部の安定性を増すことができ、さらに一旦増幅した信号を再利用して増幅するので増幅度が小さくて済むので、増幅にかかるコストを削減することができる。

第８の発明は、第１〜７の発明のいずれか１つの塵埃検出装置と、吸引風を発生させるファンモーターとファンモーターへの入力を制御する制御手段を備え、前記制御手段は前記塵埃検出装置の出力に応じて前記ファンモーターへの入力を変化させるので、例えば、電気掃除機に用いた場合は、被掃除面の状況に応じて最適な吸引力で掃除を行うことができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図面を用いて説明する。なお、従来と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

第１図は本発明の実施の形態１における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図である。第１図において、２３０、２３１は、塵埃検知手段としての発光部、受光部であり、発光部２３０は、塵埃が流れる空気通路内に光を放ち、受光部２３１は、発光部２３０からの光を受光し受光量に応じた信号を出力するもので、塵埃が流れる空気通路に発光部２３０と対向して設けられている。受光部２３１からの出力信号Ｖｓは増幅手段Ａ２３２と増幅手段Ｂ２３３でそれぞれ増幅される。増幅手段Ａ２３２は、増幅部Ａ２３２０と、オペアンプやＤＳＰなどの高速演算処理ＣＰＵなどで構成されるフィルター部Ａ２３２１で構成され、Ｖｓを特定の周波数帯（以降、周波数帯Ａと称す）を中心に増幅した信号Ｖａを出力し、これをパルス変換手段Ａ２３５がパルスに変換し、その出力信号Ｓａがごみ量やごみの種類を判別するごみ判別手段２３８に入力される。増幅手段Ｂ２３３も同様に、増幅部Ｂ２３３０と、オペアンプやＤＳＰなどの高速演算処理ＣＰＵなどから成るフィルター部Ｂ２３３１で構成され、Ｖｓを特定の周波数帯（以降、周波数帯Ｂと称す）を中心に増幅した信号Ｖｂを出力し、これをパルス変換手段Ｂ２３６がパルスに変換し、その出力信号Ｓｂがごみ判別手段２３８に入力される。ごみ判別手段２３８はこのＳａとＳｂの２つの信号入力によって掃除している場所のごみの大きさと量を判断する。なお、増幅手段Ａ２３２の増幅度は直径２００μｍ程度の砂粒より大きなごみを検知できるような狙いの増幅度に、増幅手段Ｂ２３３の増幅度は直径２０μｍ程度の花粉から増幅手段Ａの狙いの２００μｍの大きさのごみをそれぞれ検知できるような狙いの増幅度になっている。

以上のように構成された電気掃除機の塵埃検出装置についてその動作を説明する。

掃除中に空気通路内にごみが流れると、発光部２３０からの光がこのごみにより遮断され、受光部２３１の受光量は少なくなり出力電圧Ｖｓは小さくなる。このＶｓをフィルター部Ａ２３２１を通して増幅部Ａ２３２０で増幅して、その信号Ｖａを出力する。フィルター部Ａ２３２１はカットオフ周波数ｆａ１を持つハイパスフィルターおよびカットオフ周波数ｆａ２を持つローパスフィルタから成るバンドパスフィルターであり、特定の周波数帯Ａ（ｆａ１〜ｆａ２）を中心に増幅する構成となっており、この周波数ｆａ１およびｆａ２は、ごみがごみセンサー２３を通過する速度によって算出される周波数である。

以下に周波数ｆａ１とｆａ２の算出方法を述べる。発光部２３０と受光部２３１をそれぞれ直径Ｙの円形とし、検知するごみを直径Ｘの球体とすると、対向する発光部２３０と受光部２３１をそれぞれ上底と下底にした円柱（以降、領域Ｒと称す）の中をごみが通過するときが、受光部２３１の受光量が一番低下するときであり、そのときのごみの通過の様子を図２に、受光部２３１の受光量の変化を図３に示す。図２、３において、ごみがごみセンサー２３を通過するときには、（ア）ごみが通過する前、（イ）ごみが領域Ｒの外壁と交わっているとき（領域Ｒに入るとき）、（ウ）ごみが領域Ｒの中に入ったとき（エ）ごみが領域Ｒの外壁と交わっているとき（領域Ｒから出るとき）、（オ）ごみが通過し終わったときの５つの状態がある。このときの受光部２３１の受光量の変化は、ごみの大きさやごみセンサー２３を通過する速度によって異なり、ごみが大きくなるほど変化量は大きくなってその変化時間も長くなり、通過速度が速くなればなるほど変化時間は短くなる。増幅手段Ａ２３２はこの（イ）の時の受光量の変化を利用して、受光量の変化をフィルター部Ａ２３２１でフィルタリングして増幅部Ａ２３２０で増幅する。

（イ）の状態の時間Ｔは、ごみが領域Ｒの中心を速度Ｚで進入するときは、ごみが小さく、Ｘ≦ＹであるときにはＴ＝Ｘ／Ｚ、ごみが大きく、Ｘ≧ＹであるときにはＴ＝Ｙ／Ｚになる。

したがって受光部２３１の直径Ｙ＝３ｍｍとすると、増幅手段Ａ２３２の場合、直径２００μｍ程度の砂粒より大きなごみを検知することを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いはＸ≧２００μｍとなるので、Ｔは２００μｍ／Ｚ≦Ｔ≦３ｍｍ／Ｚとなり、通過速度Ｚの範囲を設定すればＴおよびそれにあわせた周波数ｆａ１、ｆａ２が決定される。増幅手段Ａ２３２は、入力信号Ｖｓを上記方法で定めた周波数帯ｆａ１〜ｆａ２でフィルタリングして増幅し、その出力信号Ｖａはパルス変換手段Ａ２３５に入力される。こうすることで、ノイズを除去してごみがごみセンサー２３を通過する信号のみを抽出することができる。

増幅手段Ｂ２３３は増幅手段Ａ２３２と同様に、Ｖｓを特定の周波数帯Ｂ（ｆｂ１〜ｆｂ２）を中心に増幅させた信号Ｖｂを出力する構成となっている。ｆｂ１とｆｂ２は２０μｍ程度の花粉を主に検知できるようにすることと、２００μｍ以上のごみは増幅手段Ａ２３２で検出できることを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いは２０μｍ≦Ｘ＜２００μｍになるため、Ｔは２０μｍ／Ｚ≦Ｔ≦２００μｍ／Ｚとなり、通過速度Ｚの範囲を設定すればＴおよびそれにあわせた周波数ｆｂ１、ｆｂ２が決定される。増幅手段Ｂ２３３は、増幅手段Ａ２３２に比べて周波数帯Ｂの帯域を狭くすることができるので、ノイズに対してより強くなり、ごみの信号のみをより増幅することができるので、より正確にごみを検知することができる。

実際の設計においては、ｆａ１、ｆａ２、ｆｂ１、ｆｂ２については、増幅手段を構成する回路素子や機構、ごみが領域Ｒを通過する位置などにも左右される。例えばオペアンプの特性や、ごみの通過経路内の発光部２３０の光の乱反射、ごみが領域Ｒの中心以外を通過すること、ごみが領域Ｒの外を通過しても受光部２３１の受光量が若干変化することなども考慮して設定される。また、通過速度Ｚについても、掃除機を用いて同じ風量でごみを吸引している場合でも、ごみセンサー２３を通過する速度はごみの大きさによって異なり、大きなごみほど通過速度は遅くなるので、例えば、大きなごみを検知するための増幅手段Ａ２３２のフィルターの設定に用いるＺは、増幅手段Ｂ２３３のＺよりも低めに設定するなど、検知する狙いのごみによって計算に用いるＺの値を合わせる。したがって、フィルター部Ａ２３２１のハイパスフィルターのカットオフ周波数ｆａ１は、フィルター部Ｂ２３３１のハイパスフィルターのカットオフ周波数ｆｂ１よりも低く設定して、大きなごみに合わせた周波数にすることで、より正確にごみを検知することができる。

これらの増幅手段によって増幅された信号Ｖａ、Ｖｂは、それぞれパルス変換手段Ａ２３５とパルス変換手段Ｂ２３６でパルスに変換され、そのパルスＳａとパルスＳｂはごみ判別手段２３８に入力される。そして、ごみ判別手段２３８はＳａとＳｂの２つのパルスの数によって掃除している場所のごみの大きさと量を判断する。また、パルスＳａについては、大きなごみに対しての信号であるので、Ｓｂとは違い、ごみの大きさによるパルス幅の変化量も大きいので、パルスの幅も検知してごみの大きさを判断する。

制御手段１０はこのごみ判別手段２３８が判断するごみの大きさと量によってファンモーター１１への入力を変化させて、ごみの種類に応じた最適な入力に設定する。例えば、小さな細塵のみが検出されているときは吸引力を上げなくてもごみが吸引できるため、ファンモーター１１への入力はそれほど上げず、逆に大きなごみが検出されたときはファンモーター１１への入力を上げてごみを吸引できるようにする。こうすることで、被掃除面の状況に応じて最適な吸引力で掃除を行うことができる。

また、表示手段１４は、図４に示すようなごみの大きさ別の、砂レベル表示部１４１とホコリレベル表示部１４２の２つのレベルメーターになっており、それぞれＳａとＳｂのパルス数に合わせて表示を変化させることで、使用者に被掃除面のごみの状況を知らせることができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について図面を用いて説明する。なお、従来および実施の形態１と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

図５は本発明の実施の形態２における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図である。実施の形態１とは増幅手段Ｂ２３３の配置が異なり、増幅手段Ａ２３２の出力信号Ｖａが増幅手段Ｂ２３３の入力になっており、小さいごみを検知する側は２段増幅になっている。

このような構成にすることで、実施の形態１に対して受光部２３１の出力信号に対する増幅手段の入力インピーダンスを高くできるので、受光部の安定性を増すことができる。更に、増幅手段Ｂ２３３はより小さなごみを検知するために増幅度を上げるが、実施の形態１と違って増幅手段Ａ２３２と独立して増幅させるよりも増幅度が小さくて済むので、増幅にかかるコストを削減することができる。逆に、実施の形態１の構成では、並列に増幅手段を並べているので、それぞれ独立にフィルター部のカットオフ周波数の設定ができ、また、他の増幅手段が発生するノイズの影響を受けることが無くなるという利点がある。

周波数帯Ａおよび周波数帯Ｂの設定については、受光部２３１の直径Ｙ＝３ｍｍとすると、増幅手段Ａ２３２の場合、直径２００μｍ程度の砂粒より大きなごみを検知することと、出力信号Ｖａを直径２０μｍ狙いの増幅手段Ｂ２３３が利用することを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いはＸ≧２０μｍとなるので、Ｔは２０μｍ／Ｚ≦Ｔ≦３ｍｍ／Ｚとなり、通過速度Ｚの範囲を設定すればＴおよびそれにあわせた周波数ｆａ１、ｆａ２が決定される。増幅手段Ａ２３２は、入力信号Ｖｓを上記方法で定めた周波数帯ｆａ１〜ｆａ２でフィルタリングして増幅し、その出力信号Ｖａはパルス変換手段Ａ２３５と増幅手段Ｂ２３３に入力される。

増幅手段Ｂ２３３については、２０μｍ程度の花粉を主に検知できるようにすることと、２００μｍ以上のごみは増幅手段Ａ２３２で検出できることを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いは２０μｍ≦Ｘ＜２００μｍになるため、Ｔは２０μｍ／Ｚ≦Ｔ≦２００μｍ／Ｚとなり、通過速度Ｚの範囲を設定すればＴおよびそれにあわせた周波数ｆｂ１、ｆｂ２が決定される。増幅手段Ｂ２３３は、増幅手段Ａ２３２に比べてＴの上限が小さくなるため、ハイパスフィルターの周波数ｆｂ１は増幅手段Ａ２３２のｆａ１に対して高くして周波数帯Ｂの帯域を狭くすることができるので、ノイズに対してより強くなり、ごみの信号のみをより増幅することができるので、より正確にごみを検知することができる。

尚、塵埃検知手段を、受光部、発光部を例にして説明したが、この受光部、発光部と同様に、塵埃検知できるものであれば、どのような手段であってもよい。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機の塵埃検知装置は、ごみの大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができるので、電気掃除機に用いた場合、ファンモーターへの入力を制御して吸引力を変化させて、被掃除面に応じた最適な吸引力で掃除を行うことが可能になる等、ごみの大きさに応じた制御に有用である。

本発明の第１の実施の形態における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図 同実施の形態における、ごみがごみセンサーを通過するときの状態を示す図 同実施の形態における、ごみがごみセンサーを通過するときの速度別受光部の受光量の変化を示す図 表示手段の正面図 本発明の第２の実施の形態における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図 従来の電気掃除機のブロック図 従来の電気掃除機のごみセンサーの断面図

符号の説明

１０ 制御手段
１１ ファンモーター
１４ 表示手段
２３ ごみセンサー
１４１ 砂レベル表示部
１４２ ホコリレベル表示部
２３０ 発光部（塵埃検知手段）
２３１ 受光部（塵埃検知手段）
２３２ 増幅手段Ａ
２３３ 増幅手段Ｂ
２３５ パルス変換手段Ａ
２３６ パルス変換手段Ｂ
２３８ ごみ判別手段
２３２０ 増幅部Ａ
２３２１ フィルター部Ａ
２３３０ 増幅部Ｂ
２３３１ フィルター部Ｂ

Claims (8)

1. 塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、前記増幅手段は塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つ塵埃検知装置。
2. 塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、前記増幅手段は塵埃の大きさと通過速度にあわせた帯域の周波数成分を増幅して通過させる複数のフィルター部を有する塵埃検知装置。
3. 塵埃検知手段は、塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部と、前記発光部からの光を受光し、受光量に応じた信号を出力する受光部とで構成した請求項１または２記載の塵埃検知装置。
4. 増幅手段のフィルター部のそれぞれのカットオフ周波数について、少なくとも一つは異なる周波数を設定した請求項２記載の塵埃検出装置。
5. 複数の増幅手段を備え、フィルター部のハイパスフィルターのカットオフ周波数が一番低い、又はフィルター部にハイパスフィルターを持たない増幅手段は、他の増幅手段に比べて大きな塵埃を検知する請求項４記載の塵埃検出装置。
6. 複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段と並列に並べて同じ信号入力を共有した請求項２記載の塵埃検出装置。
7. 複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段の増幅後の信号を更に増幅する構成にした請求項２記載の塵埃検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか1項記載の塵埃検出装置と、吸引風を発生させるファンモーターと前記ファンモーターへの入力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は前記塵埃検出装置の出力に応じて前記ファンモーターへの入力を変化させる電気掃除機。

Images