JP2014100430A - 掃除機用塵埃検出装置及びそれを具備する電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】塵埃検知感度を安定に保つことができる掃除機用塵埃検出装置を提供する。
【解決手段】吸引経路（図示せず）内に配され吸引風によって回転する羽根車（図示せず）と、羽根車の回転によって発電する発電機４５と、発電機４５の発電する電力を電源として吸引経路内に発光する発光素子４８ａと、発光素子４８ａの光を受光して信号を出力する受光素子４８ｂと、受光素子４８ｂの出力信号から、吸引された塵埃を検知する塵埃検出手段４８と、発電機４５からの発電量または発電電流を検出する発電量検出手段８１と、塵埃検出手段４８の検知感度を調整する制御手段８２を備え、発電量検出手段８１の出力結果から、発光素子４８ａへの通電量を変化させるとともに、制御手段８２により塵埃検出手段４８の検知感度を変化させるもので、掃除機本体（図示せず）の運転状態の情報を直接得ることなく、塵埃検知感度を安定に保つことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、汎用の電気掃除機に容易に装着できる掃除機用塵埃検出装置および掃除機用塵埃検出装置を備えた電気掃除機に関するものである。

従来、この種の掃除機用塵埃検出装置として、吸引される塵埃を検知する塵埃検知手段と、塵埃検知手段の出力に応じて表示を行う表示部と、電気掃除機の吸引風を利用して羽根車を回す発電機で構成され、塵埃検知手段と表示部に電源を供給する電源部を備え、これらを一体化して電気掃除機に自在に着脱できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、掃除機用塵埃検出装置を備えた電気掃除機用吸込み具も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−２８５０８２号公報 特開平９−１４９８７１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載されたような従来の掃除機用塵埃検出装置の構成では、電気掃除機の吸引風を利用して羽根車を回し発電した発電量だけで塵埃検知手段の電源を供給して動作させているため、吸引風が小さい状態では、発電量が不足し、正常に塵埃を検知し塵埃報知表示を行うことができないという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するために、動力源となる発電手段の発電量を判断して発光手段への通電量と塵埃検出手段の検知感度を調整することができる利便性を損なうことなく安定した塵埃検知感度を保つことができる掃除機用塵埃検出装置および塵埃の吸引性能に優れた電気掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の掃除機用塵埃検出装置は、吸引経路内に配され吸引風によって回転する羽根車と、前記羽根車の回転によって発電する発電手段と、前記発電手段の発電する電力を電源として前記吸引経路内に発光する発光手段と、前記発光手段の光を受光して信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から、吸引された塵埃を検知する塵埃検出手段と、前記発電手段からの発電量または発電電流を検出する発電量検出手段と、前記塵埃検出手段の検知感度を調整する制御手段を備え、前記発電量検出手段の出力結果から、前記発光手段への通電量を変化させるとともに、前記制御手段により前記塵埃検出手段の検知感度を変化させるもので、掃除機本体の運転状態の情報を直接得ることなく、安定した塵埃検知感度を保つことができるので、使い勝手のよい掃除機用塵埃検出装置を提供することができる。

また、本発明の電気掃除機は、電動送風機と、請求項１又は２に記載の掃除機用塵埃検出装置を備えたもので、電気掃除機の運転動作に伴い吸引風量が変動し発電手段による発電量が変動しても、塵埃検出手段の検知感度が常に安定しているので、塵埃吸引性能に優れた電気掃除機を提供することができる。

本発明の掃除機用塵埃検出装置は、掃除機本体の運転状態に関わらず、発電手段の発電量に応じて、発光手段への通電量および塵埃検出手段の検知感度を調整できるので、発電手段の発電量に応じた制御を行うことができるので、安定した使い勝手のよい掃除機用塵埃検出装置および電気掃除機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における掃除機用塵埃検出装置が装着された電気掃除機の外観斜視図 同掃除機用塵埃検出装置の断面図 同電気掃除機の制御ブロック図 同掃除機用塵埃検出装置の受光素子の受光量を示す図

第１の発明は、吸引経路内に配され吸引風によって回転する羽根車と、前記羽根車の回転によって発電する発電手段と、前記発電手段の発電する電力を電源として前記吸引経路内に発光する発光手段と、前記発光手段の光を受光して信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から、吸引された塵埃を検知する塵埃検出手段と、前記発電手段からの発電量または発電電流を検出する発電量検出手段と、前記塵埃検出手段の検知感度を調整する制御手段を備え、前記発電量検出手段の出力結果から、前記発光手段への通電量を変化させるとともに、前記制御手段により前記塵埃検出手段の検知感度を変化させるもので、掃除機本体の運転状態の情報を直接得ることなく、安定した塵埃検知感度を保つことができるので、使い勝手のよい掃除機用塵埃検出装置を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の発電量検出手段によって検出された発電量が所定値よりも小さい場合には、発光手段への通電量を減少させるとともに、塵埃検出手段の検知感度を高く補正するもので、発電手段による発電量が減少しても、検知感度を常に安定化させることができる。

第３の発明に係る電気掃除機は、電動送風機と、請求項１又は２に記載の掃除機用塵埃検出装置を備えたもので、電気掃除機の運転動作に伴い吸引風量が変動し発電手段による発電量が変動しても、塵埃検出手段の検知感度が常に安定しているので、塵埃吸引性能に優れた電気掃除機を提供することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における掃除機用塵埃検出装置が装着された電気掃除機の外観斜視図、図２は、同掃除機用塵埃検出装置の断面図、図３は、同電気掃除機の制御ブロック図、図４は、同掃除機用塵埃検出装置の受光素子の受光量を示す図である。

図１〜３において、電気掃除機は、延長管８と、延長管８に取り付けられ塵埃を吸引する吸込具９を有し、本実施の形態における掃除機用塵埃検出装置２０の一方は延長管８と接続可能であり、他方は、各種の動作ポジション（例えば「強」・「中」・「弱」・「停止」等の吸込み力）が選択できる手元操作部５と把手部６を有する手元管７と接続可能である。

手元管７の他方は、回転可能なホース接続部１０を介して、ホース１１の一端に接続さ
れている。ホース１１は、ピアノ線等からコイル状に作られた芯線（図示せず）を有して、可撓性を有するように蛇腹状に作られていて、その芯線で手元操作信号伝達や電力供給を掃除機本体１から行っており、ホース１１の他端は、回転可能な本体接続筒１２を介して掃除機本体１に接続されている。

掃除機本体１は、後部に吸引風を発生する電動送風機２を内蔵しており、前部に塵埃を分離捕集する集塵容器３が着脱自在に取り付けられている。また、後部に商用電源１８に接続して、掃除機本体１に内蔵されている本体制御回路１４（図示せず）に電源を供給するための電源コード１３が設けられている。

図２において、掃除機用塵埃検出装置２０の両端部は、円筒パイプ４１であって、円筒パイプ４１の端部５２は、電気掃除機の手元管７や、延長管８にも着脱可能であり、他端部５５は吸込具９や延長管８にも着脱自在に装着される。

円筒パイプ４１の上面には平坦部５３が形成されていて、この平坦部５３を被覆するようにパイプカバー４３がビス４４によって取付けられている。パイプカバー４３と前記平坦部５３との間に形成される空間４１ａには、吸引風によって発電する発電手段となる発電機４５と、制御基板４６と、塵埃報知手段４７と、発光手段としての発光素子４８ａが配置されている。又、パイプカバー４３に、円筒パイプ４１の周囲を取囲むリングカバー４９が組付けられていて、そのリングカバー４９の下側空間に受光手段となる受光素子４８ｂが配置されている。

発電機４５は、発電機本体４５ａと、羽根車４５ｂを備え、前記平坦部５３上の発電機取付座５３ａ上に着座している。又、発電機４５は、前記パイプカバー４３の発電機取付部４３ａで固定されている。前記パイプカバー４３には、前記羽根車４５ｂを回転させるための外気を取入れる吸気口４３ｂが設けられており、又、発電機４５の側方にも空気流通口４５ｄが設けられている。更に前記平坦部５３には、羽根車４５ｂを回転させた空気をメイン吸気通路Ｔに導くための排気口５３ｂが形成されている。

掃除をする際、円筒パイプ４１には吸引力が作用し、端部５５から塵埃と共に吸引された空気Ｑが、メイン吸気通路Ｔを通って、掃除機本体１側に吸引される。この際同時に、吸気孔４３ｂから取入れられた空気は、空気流通口４５ｄから発電機４５内に流入し、羽根車４５ｂを回転させて発電した後、排気口５３ｂを通過し吸込流Ｓとなってメイン吸気通路Ｔに流出する。なお、５０は、前記吸気孔４３ｂからの塵埃の侵入を防ぐためのフィルターである。

次に、図３を用いて、本実施の形態における掃除機用塵埃検出装置２０とそれが接続された電気掃除機の制御方法について説明する。

電気掃除機の掃除機本体１内の通電検知手段７１は、掃除機本体１が商用電源１８に接続され、通電されたかどうかを検知するものであり、検知信号を本体制御手段７２に出力している。本体制御手段７２は、マイクロコンピュータなどにより構成されており、使用者によって手元操作部５より入力された操作情報に基づき、電動送風機駆動手段７３へ位相制御するための点弧パルスを出力する制御を行ったり、操作情報や通電検知手段７１の検知情報に基づき、駆動信号を出力し、制御を行っている。

電動送風機駆動手段７３は、電動送風機２を駆動するための双方向性サイリスタなどで構成された駆動手段であり、電動送風機２を位相制御し吸込み力を可変させている。発電機４５は、電動送風機２からの吸引風で発電するものであり、発電された電力を制御基板４６に供給している。

塵埃検出手段４８は、対向して発光素子４８ａと受光素子４８ｂを備えており、その間を塵埃が通過すると、受光素子４８ｂの受光量が変化し、その受光量に対応して受光素子４８ｂの出力電圧も変化する。増幅器４８ｄは受光素子４８ｂの変化量（交流成分）のみを増幅して、その交流成分の振幅に応じた電圧を制御手段８２に出力し、塵埃を検出している。

発電量検出手段８１は、発電機４５の回転数や、発電電圧、電流を検出して、発電量を検出するものであり、制御手段８２に出力している。

以上のように構成された本実施の形態における掃除機用塵埃検出装置２０とそれを接続した電気掃除機について、以下、その動作、作用を説明する。

まず、使用者が掃除を行うために掃除機本体１より電源コード１３を引き出して、電源コード１３の先に付いているプラグ１３ａをコンセントに接続し、掃除機本体１が商用電源１８に接続されると、通電検知手段７１によって本体制御手段７２に検知信号が伝達される。

次に使用者が、手元操作部５を操作し、例えば、「強」ポジションを選択すると、本体制御手段７２は、手元操作部５からの情報を基に、電動送風機駆動手段７３とに予め定められた信号を送り、電動送風機２を駆動させる。電動送風機２による吸引力は、集塵容器３、ホース１１、掃除機用塵埃検出装置２０、延長管８を経て吸込具９に至る。そして、吸込具９から吸引された塵埃を含んだ空気が、集塵容器３に入り、そこで塵埃が捕集され、堆積していく。

掃除を終了した際に、使用者が手元操作部５の「停止」を選択し、電動送風機２および吸込具９に内蔵された回転ブラシ（図示せず）を駆動する電動機（図示せず）の駆動を停止させる。掃除を行っている際の電動送風機２の吸引風によって、発電機４５によって発電された電力で、塵埃検出手段４８と塵埃報知手段４７と制御手段８２に電源が供給され、掃除機用塵埃検出装置２０は動作する。

塵埃を吸引した場合、対向して配された発光素子４８ａと受光素子４８ｂの間に塵埃が通過すると、受光素子４８ｂの受光量が変化し、その受光量に対応して受光素子４８ｂの出力電圧も変化する。塵埃検出手段４８上の増幅器４８ｄは受光素子４８ｂの変化量（交流成分）のみを増幅して、その交流成分の振幅に応じた電圧を制御手段８２に出力し、その出力によって制御手段８２は、塵埃の有無を判断し、塵埃報知手段である表示素子４７に出力し点灯表示する。

電気掃除機および円筒パイプ４１内の吸引風Ｑは、使用者が手元操作部５で選択する運転ポジションによって決定される。使用者が選択する運転ポジションとしては通常「強」、「中」、「弱」のように複数のポジションを選択することが可能な場合が多い。吸引風Ｑは、この使用者により選択されたポジションによって決定されることとなる。「強」ポジションの場合は、吸引風Ｑも強くなり、「弱」ポジションの場合は、吸引風Ｑも弱くなるというように、吸引風Ｑの強さは決定される。この吸引風Ｑの強さは、吸気口４３ｂから空気流通口４５ｄを通過する空気の量に比例し、あわせて発電機４５に接続されている羽根車４５ｂの回転数に比例してくるようになる。

羽根車４５ｂの回転数により、発電機４５によって発電される電力量は決定してくるので、吸引風Ｑと発電機４５によって発電される電力量が比例関係にあるということがわかる。発電機４５によって発電された電力により、塵埃検出手段４８および塵埃報知手段４
７を駆動させなければならない。

発電機４５の発電量が大きく塵埃検出手段４８を駆動させるのに、十分な発電量が確保できている場合は特に問題はなく、塵埃検出手段４８を駆動させることができるが、発電機４５の発電量が少ない場合には、塵埃検出手段４８を十分に駆動させるだけの電力を確保することができない場合が考えられる。そこで発電機４５の発電量を発電量検出手段８１により検出し、その検出結果により塵埃検出手段４８内の発光素子４８ａへの通電量を少なくすることにより塵埃検出手段４８が常に正常に駆動するようにする。

ここで発電量検出手段８１が発電機４５の発電量を検出する手段として羽根車４５ｂの回転数を検出したり、発電機４５の発電した電圧や電流値を直接検出することにより発電量を判断したり、吸引風の風量を検出することで発電量を判断したりする方法などが、考えられる。発電量検出手段８１によって発電機４５の発電量を検出し、その発電量が、あらかじめ設定していた閾値以下になった場合は、吸引風Ｑが少なく塵埃検出手段４８を正常に駆動させることができなくなる場合があるとし、発光素子４８ａへの通電量を減らすようにする。

通電量を減らす手段としては複数の抵抗を発電機４５から発光素子４８ａへ配し、発電量が多い場合は通電量を多く、発電量が少ない場合には通電量が少なくなるように抵抗を選択する方法などが考えられる。同一の大きさの塵埃が発光素子４８ａと受光素子４８ｂ間を通過した場合、風量の強い場合すなわち発電量の大きい場合と風量の小さい場合すなわち発電量の少ない場合とでは、図４に示すように受光素子４８ｂで受光量も低下してしまう。

ただし、発電量の少ない場合は、吸引風Ｑが小さくなるため、反応時間は長くなってくる。受光量が低下した場合、受光素子４８ｂで検出可能なレベルを図４に示すＰａからＰｂにすることによって塵埃の検出を行うことができるようになる。また、増幅器４８ｄの増幅率の違うものを複数あらかじめ設定しておき、発電量検出手段８１の検出結果により制御手段８２を介して発電量の小さい時には、増幅率の大きいものを選択するようにする。これらにより発電機４５の発電量が小さく、発光素子４８ａの発光量を小さくした場合であっても受光素子４８ｂでの受光信号を十分に増幅させて塵埃の検出を行うことが可能となる。これら動作の関係は次式によって簡易的に表すことができる。

Ｖ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ） × Ｉｍｉｎ × Ｖ０
ここで、Ｖは、受光素子４８ｂの信号を増幅した後の制御手段に入力される電圧、Ｒｍａｘは、吸引量が最大のとき（「強」ポジションの時）の羽根車４５ｂの回転数、Ｒｍｉｎは、吸引量が最小のとき（「弱」ポジションの時）の羽根車４５ｂの回転数、Ｉｍａｘは、吸引量が最大の時（「強」ポジションの時）の発電機で発電される電流値、Ｉｍｉｎは、発光素子４８ａが発光することのできる最小電流値、Ｖ０は、基準電圧とする。

羽根車４５ｂの回転数と発電機４５で発電される電流値との関係は使用する発電機によりそれぞれ違う値であるため、あらかじめ測定を行い相関をとる必要がある。この式により、制御手段８２に入力される塵埃を検出したときの値が、発電量が小さい場合に発電量が最大となる時とほぼ同じ値となるよう相関をとることができる。従って発電量が小さい時に発光素子４８ａへの電流量を抑えるとともに、検出レベルを同等にすることができ、電気掃除機を使用する状況がどのような場合であっても、安定した塵埃検出を行うことができるようなる。

以上のように、本実施の形態においては、吸引風の風速によって変化する発電機４５の発電量を、風量や羽根車４５ｂの回転数から判断し、その発電量に応じて発光素子４８ａ
への通電量を変えるとともに、塵埃検出手段４８の検知感度を切り替えて、塵埃の判断を行うので、安定した感度での塵埃検知と報知が行えるため、掃除機本体１の状況や種類に関わらずに使用でき、かつ安定動作できる掃除機用塵埃検出装置を提供することができる。

また、上記実施の形態で述べた掃除機用塵埃検出装置を電気掃除機の吸引経路の一部に接続すれば、電気掃除機の運転動作に伴い吸引風量が変動し発電機４５による発電量が変動しても、塵埃検出手段４８の検知感度が常に安定しているので、塵埃吸引性能に優れた電気掃除機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる掃除機用塵埃検出装置は、吸引風があれば電源を供給することなしに塵埃を検出し、さらにすべての掃除状態においても安定して動作でき、使用者に動作できていることをお知らせすることができ、使い勝手の良いもので、家庭用、業務用、店舗用の各種電気掃除機に適用できる。

１ 掃除機本体
２ 電動送風機
３ 集塵容器
２０ 掃除機用塵埃検出装置
４５ 発電機（発電手段）
４５ｂ 羽根車
４８ 塵埃検出手段
４８ａ 発光素子（発光手段）
４８ｂ 受光素子（受光手段）
８１ 発電量検出手段
８２ 制御手段

Claims (3)

1. 吸引経路内に配され吸引風によって回転する羽根車と、前記羽根車の回転によって発電する発電手段と、前記発電手段の発電する電力を電源として前記吸引経路内に発光する発光手段と、前記発光手段の光を受光して信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から、吸引された塵埃を検知する塵埃検出手段と、前記発電手段からの発電量または発電電流を検出する発電量検出手段と、前記塵埃検出手段の検知感度を調整する制御手段を備え、前記発電量検出手段の出力結果から、前記発光手段への通電量を変化させるとともに、前記制御手段により前記塵埃検出手段の検知感度を変化させることを特徴とする掃除機用塵埃検出装置。
2. 発電量検出手段によって検出された発電量が所定値よりも小さい場合には、発光手段への通電量を減少させるとともに、塵埃検出手段の検知感度を高く補正するようにした請求項１に記載の掃除機用塵埃検出装置。
3. 電動送風機と、請求項１又は２に記載の掃除機用塵埃検出装置を備えた電気掃除機。