JP2007268162A

JP2007268162A - 清掃用充電式ブラシ装置

Info

Publication number: JP2007268162A
Application number: JP2006100316A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Yamamura; 照彦山村
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】３分間以内で８０％電池容量の充電が可能なリチウム二次電池が装填された充電式ブラシを充電機能部材が内蔵されたブラシ載置台に載置することにより前記リチウム二次電池を簡単に急速充電することが可能な清掃用充電式ブラシ装置を提供する。
【解決手段】駆動軸を有するモータが内蔵されたヘッド部材と、このヘッド部材に取り付けられた把持部材と、前記ヘッド部材の前記駆動軸に回転可能かつ着脱可能に取り付けられたブラシ部材と、前記把持部材内に前記モータに接続するように装填され、３分間以内で８０％電池容量の充電が可能なリチウム二次電池と備えた充電式ブラシ；および前記リチウム二次電池が充電を必要とするときに前記充電式ブラシが載置される筐体と、この筐体に内蔵された前記リチウム二次電池を充電するための充電機能部材とを有するブラシ載置台；を具備したことを特徴とする清掃用充電式ブラシ装置
【選択図】図６

Description

本発明は、清掃用充電式ブラシ装置に関する。

最近、台所のシンクまたは衛生陶器（洗面手洗器、トイレの便器）等を清掃するハンディー型ブラシが市販されている。

従来のハンディー型ブラシは、駆動軸を有するモータが内蔵されたヘッド部材と、このヘッド部材に取り付けられた把持部材と、前記ヘッド部材の前記駆動軸に回転可能かつ着脱可能に取り付けられたブラシ部材と、前記把持部材内に前記モータに接続するように装填された複数の一次電池と備えた構造のものが知られている。しかしながら、このブラシに装填された電池は充電が不可で、使い捨ての一次電池を使用するため、ブラシの利用頻度によっては廃棄する一次電池の量が多くなって環境負荷を高める。

このようなことから、一次電池に代えて充電可能な二次電池を装填した充電式ブラシが知られている。この二次電池としては、ニッケルカドミウム二次電池またはニッケル水素二次電池が用いられている。また、最近では炭素材料を負極材料として含むリチウムイオン二次電池が用いられている。しかしながら、これらの充電可能な二次電池は通常その充電に１時間から２時間を要する。その結果、ブラシの使用頻度が高いか、またはブラシを電池容量を超えて長時間使用するかいずれかにおいて充電を必要とする場合、前記二次電池の充電時間が長いために清掃作業の効率が低下する。なお、交換二次電池を別途に用意することにより作業効率の低下を回避できるものの、新たにコスト的な課題が生じる。

本発明は、３分間以内で８０％電池容量の充電が可能なリチウム二次電池が装填された充電式ブラシを充電機能部材が内蔵されたブラシ載置台に載置することにより前記リチウム二次電池を簡単に急速充電することが可能な清掃用充電式ブラシ装置を提供する。

本発明によると、駆動軸を有するモータが内蔵されたヘッド部材と、このヘッド部材に取り付けられた把持部材と、前記ヘッド部材の前記駆動軸に回転可能かつ着脱可能に取り付けられたブラシ部材と、前記把持部材内に前記モータに接続するように装填され、３分間以内で８０％電池容量の充電が可能なリチウム二次電池と備えた充電式ブラシ；および
前記リチウム二次電池が充電を必要とするときに前記充電式ブラシが載置される筐体と、この筐体に内蔵された前記リチウム二次電池を充電するための充電機能部材とを有するブラシ載置台；
を具備したことを特徴とする清掃用充電式ブラシ装置が提供される。

本発明によれば、充電式ブラシをブラシ載置台に載置することにより充電式ブラシと載置台を電気的に接続して充電式ブラシ内のリチウム二次電池を急速充電できる、つまり充電の待ち時間を激減できるため、清掃作業効率の向上を図ることが可能な清掃用充電式ブラシ装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態に係る清掃用充電式ブラシ装置を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る清掃用充電式ブラシ装置の充電式ブラシを示す斜視図、図２は図１の充電式ブラシの回路構成を示すブロック図、図３は実施形態に係る清掃用充電式ブラシ装置のブラシ載置台を示す斜視図、図４は図３のブラシ載置台のIV−IV線に沿う断面図、図５は図３のブラシ載置台の回路構成を示すブロック図である。

充電式ブラシ１は、駆動軸を有する後述するモータ２が内蔵された例えば円柱状のヘッド部材３を有する。例えば楕円柱状をなす把持部材４は、前記ヘッド部材３の側面にそのヘッド部材３の長手方向に対して直交するように連結されている。ブラシ部材５は、前記ヘッド部材３の一方の端面（左端面）に図示しない駆動軸に回転可能かつ着脱可能に取り付けられている。なお、ブラシ部材は外形寸法、ブラシ長さ、ブラシ材質の異なるものと用途等に応じて交換可能である。後述する３分間以内で８０％容量の充電が可能なリチウム二次電池６は、前記把持部材４内に装填され、かつ前記モータ２に接続されている。前記把持部材４の下端付近には、２つの円弧状の切欠部７，８が形成されている。円弧状をなす正負の接続端子９，１０は、前記把持部材４に前記切欠部７，８の底部に露出するように形成されている。前記モータ２のオン・オフスイッチ１１は、前記ヘッド部材３近傍の前記把持部材４に取り付けられている。

このような充電式ブラシ１の回路構成を図２を参照して説明する。３分間以内で８０％容量の充電が可能なリチウム二次電池６および充電制御回路１２は、接続端子９，１０間に直列接続されている。この充電制御回路１２は、マイクロコンピュータで制御され、充電時におけるリチウム二次電池６の電圧、温度を検出する監視機能、過充電防止機能、およびリチウム二次電池６の過放電防止機能を有する。モータ２、オン・オフスイッチ１１および可変抵抗器１３は、接続端子９，１０間に直列接続されていると共に、前記二次電池６および充電制御回路１２に対して並列接続されている。なお、可変抵抗器１３は前記リチウム二次電池６からモータ２への供給電力を調節（例えば２段階の調節）してそのモータ出力（回転数）を制御する。この可変抵抗器１３は、前記把持部材４に取り付けられたスライド式スイッチ（図示せず）により動作される。

ブラシ載置台２１は、図３および図４に示すように前記リチウム二次電池６が充電を必要とするときに前記充電式ブラシ１が載置される例えばプラスチックからなる筐体２２と、この筐体２２に内蔵された前記二次電池６を充電するための後述する充電機能部材２３とを有する。

前記筐体２２には、前記充電式ブラシ１が載置されたときに前記ブラシ部材５を含むヘッド部材３が挿入される円形の穴２４が形成されている。また、前記筐体２２には前記充電式ブラシ１が載置されたときに前記把持部材４が挿入されると共に、前記穴２４と連通する矩形状の溝２５が形成されている。空洞部２６は、前記溝２５の下方に隔壁２７を介して形成されている。上部が凹状曲面を持つ扁平の充電端子２８，２９は、前記溝２５の底部の隔壁２７にその溝２５の長手方向に亘って設けられている。前記充電端子２８，２９は、上部が前記隔壁２７上面から突出し、下部が隔壁２７から前記空洞部２６に向けて突出している。前記空洞部２６には、前記充電機能部材２３が配置されている。充電監視灯３０は、前記筐体２２の上部に設けられている。

このようなブラシ載置台２１の回路構成を図５を参照して説明する。ＡＣ／ＤＣコンバータ３１は、電源コード３２を通して商用電源３３に接続されている。このコンバータ３１は充電回路３４を通して充電端子２８，２９に接続されている。充電監視灯回路３５は、前記コンバータ３１と前記充電回路３４間の配線に接続され、かつ前記充電監視灯３０に接続されている。前記充電回路３４において、前記充電式ブラシ１のリチウム二次電池６の充電中に所定の充電がなされたことを検出すると、充電監視灯回路３５はその検出信号を受けて充電監視灯３０を点灯する。このようなＡＣ／ＤＣコンバータ３１、充電回路３４および充電監視灯回路３５により前記充電機能部材２３を構成している。

前記リチウム二次電池は、リチウムチタン酸化物を活物質として含む負極を備え、３分間以内で８０％電池容量の充電が可能である。活物質であるリチウムチタン酸化物は、特開２００５−１２３１８３に開示されるとおり、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、リチウムイオンの挿入・離脱が１．４Ｖから１．７Ｖ／Ｌｉ付近で行われる。このため、この二次電池は大電流での急速充電を行っても、従来の負極活物質に炭素材料を用いた場合と比べてリチウムの析出が起こらずに安全性を確保できる。また、リチウムの吸蔵放出に伴う膨張収縮が生じるのを抑制することができるため、２０Ｃ電流の急速充電を繰り返し行った際にも負極活物質の構造破壊を抑えることができる。その結果、充放電を繰り返し行った場合においても長い寿命を維持できる。

具体的には、以下のような方法で組み立てたリチウムイオン二次電池は２０Ｃで３分間充電することにより約８０％電池容量まで充電することが可能な急速充電二次電池であることを確認した。ここで、『Ｃ』は充放電率を表す単位であり、完全放電から完全充電（または完全充電から完全放電）までを定電流充電した場合に計算上１時間で行えるレートを１Ｃとして表現する。１／１０時間の場合、１０Ｃと表現する。したがって、例えば２０Ｃ充電とは、１Ｃ充電の２０倍の電流が必要になる。

＜負極の作製＞
活物質として、平均粒子径５μｍでＬｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ⁺)のチタン酸リチウム（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）粉末と、導電剤として平均粒子径０．４μｍの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で９０：７：３となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製した。

なお、活物質の粒子径の測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所株式会社型番ＳＡＬＤ−３００）を用いた。まず、ビーカー等に試料約０．１ｇを入れた後、界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入した。２秒間隔で、６４回光強度分布を測定し、粒度分布データを解析し、累積度数分布が５０％の粒径（Ｄ５０）を平均粒子径とした。

次いで、厚さ１０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）を負極集電体に前記スラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより電極密度２．４ｇ／ｃｍ³の負極を作製した。

＜正極の作製＞
活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で８７：８：５となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ１５μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度３．５ｇ／ｃｍ³の正極を作製した。

＜二次電池の組み立て＞
容器（外装部材）の形成材料として、厚さが０．１ｍｍのアルミニウム含有ラミネートフィルムを用意した。このアルミニウム含有ラミネートフィルムのアルミニウム層は、膜厚約０．０３ｍｍであった。アルミニウム層を補強する樹脂には、ポリプロピレンを使用した。このラミネートフィルムを熱融着で貼り合わせることにより、容器（外装部材）を得、さらに金属アルミニウムの容器に収めた。

次いで、前記正極に帯状の正極端子を電気的に接続すると共に、前記負極に帯状の負極端子を電気的に接続した。厚さ１２μｍのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを正極に密着させて被覆した。セパレータで被覆された正極に負極を対向するように重ね、これらを渦巻状に捲回して電極群を作製した。この電極群をプレスして扁平状に成形した。容器（外装部材）に扁平状に成形した電極群を挿入した。

エチレンカーボネート（ＥＣ）とγ−ブチルラクトン（ＧＢＬ）が体積比（ＥＣ：ＧＢＬ）で１：２の割合で混合された有機溶媒にリチウム塩であるＬｉＢＦ₄を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解させ、液状の非水電解質を調製した。得られた非水電解質を前記容器内に注液し、リチウム二次電池を組み立てた。この二次電池は、満充電時電圧２．８Ｖ、放電終止電圧１．５Ｖで使用できた。

このような構成の充電式ブラシ１において、ブラシ部材５を例えば洗面手洗器に押し当て、オン・オフスイッチ１１をオンすると、リチウム二次電池６の電力が可変抵抗器１３を通してモータ２に供給されてモータ２の駆動軸が回転し、この駆動軸に取り付けられたブラシ部材５が回転する。このようなブラシ部材５の回転により洗面手洗器を清掃する。なお、可変抵抗器１３の調節により洗面手洗器の汚れ等に応じてモータ２の駆動軸（ブラシ部材５）の回転を高速または低速に制御することができる。

前述した清掃作業において、充電式ブラシ１のリチウム二次電池６の容量が低下すると、オン・オフスイッチ１１をオフし、充電式ブラシ１を図６に示すようにブラシ載置台２１の筐体２２に載置する。すなわち、充電式ブラシ１のブラシ部材５を含むヘッド部材３を筐体２２の円形穴２４に、把持部材４を筐体２２の矩形状の溝２５にそれぞれ挿入する。このとき、筐体２２の溝２５に突出して設けられた充電端子２８，２９が充電式ブラシ１の把持部材４に形成された切欠部７，８にそれぞれ係合され、充電端子２８，２９がそれら切欠部７，８底部の接続端子９，１０に接続される。この状態でブラシ載置台２１の充電機能部材２３を電源コード３２を通して商用電源３３に接続すると、商用電源３３からの交流電力がＡＣ／ＤＣコンバータ３１で直流に変換され、充電回路３４を通して前記リチウム二次電池６に適合した電圧の直流電力が充電用端子２８，２９、接続端子９，１０から前記リチウム二次電池６に供給され、３分間以内で８０％電池容量の充電、つまり急速充電がなされる。前記充電回路３４において、リチウム二次電池６の充電完了を検出すると、充電監視灯回路３５はその検出信号を受けて充電監視灯３０を点灯する。この充電監視灯３０が点灯した後、充電式ブラシ１をブラシ載置台２１から取り外すことにより、充電式ブラシ１は、再度、ブラシ部材５を清掃に適した速度で回転し得る状態、つまり清掃作業に適用可能な状態に復帰できる。

以上説明した実施形態によれば、充電式ブラシ１による清掃作業で、内部に装填したリチウム二次電池６の容量が低下したときに、スイッチ１１をオフし、充電式ブラシ１をブラシ載置台２１に載置してリチウム二次電池６側の接続端子９，１０と充電機能部材２３側の充電端子２８，２９をそれぞれ接続することにより、前記リチウム二次電池を３分間以内で８０％電池容量の充電、つまり急速充電を行うことができるため、充電の待ち時間に伴う作業のロスを激減できる。その結果、台所のシンクまたは衛生陶器（洗面手洗器、トイレの便器）等の清掃作業効率の向上を図ることが可能な清掃用充電式ブラシ装置を提供できる。

実施形態に係る清掃用充電式ブラシ装置の充電式ブラシを示す斜視図。図１の充電式ブラシの回路構成を示すブロック図。実施形態に係る清掃用充電式ブラシ装置のブラシ載置台を示す斜視図。図３のブラシ載置台のIV−IV線に沿う断面図。図３のブラシ載置台の回路構成を示すブロック図。充電のために充電式ブラシをブラシ載置台に載置した状態を示す断面図。

符号の説明

１…充電式ブラシ、２…モータ、３…ヘッド部材、４…把持部材、５…ブラシ部材、６…リチウム二次電池、９…接続端子、１０…接続端子、１１…オン・オフスイッチ、２１…ブラシ載置台、２２…筐体、２３…充電機能部材、２４…穴、２５…溝、２８…充電端子、２９…充電端子、３０…充電監視灯、３１…ＡＣ／ＤＣコンバータ、３４…充電回路、３５…充電監視灯回路。

Claims

駆動軸を有するモータが内蔵されたヘッド部材と、このヘッド部材に取り付けられた把持部材と、前記ヘッド部材の前記駆動軸に回転可能かつ着脱可能に取り付けられたブラシ部材と、前記把持部材内に前記モータに接続するように装填され、３分間以内で８０％電池容量の充電が可能なリチウム二次電池と備えた充電式ブラシ；および
前記リチウム二次電池が充電を必要とするときに前記充電式ブラシが載置される筐体と、この筐体に内蔵された前記リチウム二次電池を充電するための充電機能部材とを有するブラシ載置台；
を具備したことを特徴とする清掃用充電式ブラシ装置。
前記充電式ブラシは、前記把持部材に前記リチウム二次電池と接続される接続端子を有し、
前記ブラシ載置台は、前記充電式ブラシが載置されたときに前記ブラシ部材を含むヘッド部材および前記把持部材が挿入される穴および溝が前記筐体にそれぞれ形成され、かつ
前記ブラシ載置台の前記充電機能部材は、商用電源に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータと、このコンバータに接続される充電回路と、前記筐体の前記溝に取り付けられ、前記充電回路に接続される共に、前記充電式ブラシが前記筐体に載置したときに前記把持部の接続端子と接続される充電端子とを有することを特徴とする請求項１記載の清掃用充電式ブラシ装置。