JP2015180394A - 自律真空掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】機器の掃除効率が著しく改善されたロボット掃除機を提供する。【解決手段】自律真空掃除機（１０）は、シャーシ（１２）と、真空掃除機を表面上で支持するための牽引手段（１４）と、牽引手段を駆動するための駆動手段と、駆動手段を制御して掃除面にわたって真空掃除機をガイドするように構成される制御システムとを備える。真空掃除機は、掃除面と対向する汚れ空気入口を有する掃除機ヘッドと、シャーシに支持され、汚れ空気入口を経由して分離装置に流入する空気流からデブリを分離するために掃除機ヘッドと連通する分離装置とを更に備える。分離装置は、第１の上流側サイクロンと、該第１のサイクロンの下流側に配置され互いに並列に配列される複数の第２のサイクロンとを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、従来から一般に「ロボット」真空掃除機としても知られている自律真空掃除機に関する。

一般に、ロボット真空掃除機は公知であり、床掃除技術の分野で比較的最近ではあるが急速な発展が見られる。手動操作式真空掃除機に対するロボット真空掃除機の主たる利点は、ロボット真空掃除機が、建物の全フロア又はシングルルームに関わらず、掃除すべき領域の周りを自身でガイドする機能を有する点であり、ロボット真空掃除機は、人間が関与することなく完全に又は少なくとも大部分で自律的に作動することができる。

公知のロボット真空掃除機のいくつかの例は、欧州特許出願公開第０８０３２２４号、米国特許第５７８７５４５号、国際公開第９７／４１４５１号、及び米国特許第７６３６９８２号に記載されている。公知のロボット真空掃除機において、導入空気流から汚れ及びほこりを分離するために使用される分離装置は、バッグ式フィルタ又は等価な容器式フィルタの形態である。この構成の欠点は、バッグ又は容器がデブリで一杯になって詰まり、装置の掃除性能が経時的に低下することである。より一般的には、例えば、縦型の真空掃除機に見られるような強力な吸引作動を提供するのではなく、高機能の自律制御システム、及びフロアから汚れ及びほこりを掃くための基本的なフロア掃除スキームを有する真空掃除機を提供することが関心の対象であるので、掃除性能は満足できない傾向にある。従って、これまでロボット真空掃除機は、掃除性能に関して縦型又は円筒型真空掃除機のライバルではない機器と見なされる傾向があった。

欧州特許出願公開第０８０３２２４号公報 米国特許第５７８７５４５号公報 国際公開第９７／４１４５１号公報 米国特許第７６３６９８２号公報

前記の背景技術に対して、本発明が提供する自律真空掃除機は、シャーシと、真空掃除機を表面上で支持するための牽引手段と、牽引手段を駆動するための駆動手段と、駆動手段を制御して掃除面にわたって真空掃除機をガイドするように構成される制御システムとを備え、真空掃除機は、掃除面と対向する汚れ空気入口を有する掃除機ヘッドと、シャーシに支持され、汚れ空気入口を経由して分離装置に流入する空気流からデブリを分離するために掃除機ヘッドと連通する分離装置とを更に備え、分離装置は、第１の上流側サイクロンと、第１のサイクロンの下流側に配置され互いに並列に配列される複数の第２のサイクロンと、を備える。

ロボット真空掃除機に、第１の上流側サイクロン及び複数の下流側並列サイクロンの２段のサイクロンを有するサイクロン式分離装置を提供することで、公知のロボット掃除機に比べて機器の掃除効率が著しく改善される。従って、本発明のロボット真空掃除機の性能は一般的な手動型又は直立型機械の性能と同程度か又は場合によっては超える。

１つの実施形態において、サイクロン式分離装置は、該分離装置の長さ方向軸線がシャーシに対して実質的に平行に向くようにシャーシ上に支持される。この分離装置の水平方向の配向により分離装置は延在することになり、真空掃除機の高さを抑えながらほこり収容容量を増やすことができる。この構成において、分離装置の入口は、掃除機ヘッドの出口の真上に位置決めされるので、掃除機ヘッドとサイクロン式分離装置の入口との間に実質的に真っ直ぐな流路がもたらされる。この配置は、掃除機ヘッドと分離装置との間の圧力降下を最小にすることを助ける。

別の実施形態において、サイクロン式分離装置は、分離装置の長さ方向軸線がシャーシに直交する方向に配向された状態でシャーシ上に支持される。この配置により、分離装置の垂直方向の高さを真空掃除機に上面を超えて延びないように構成することができる。

サイクロン分離器を小型化するために、複数の第２のサイクロンは、第１のサイクロン内で、該第１のサイクロンの長さ方向軸線を中心に半径方向に配列することができる。更に、第１のサイクロンは、主としてサイクロン分離装置の外側ハウジングの形状に起因して略円筒形とすることができ、複数の下流側サイクロンは、高速空気流を促進して特に小さな粒子の分離効率を高めるために裁頭円錐形とすることができる。好都合には、サイクロン式分離装置は、真空掃除機のシャーシに対して取り外し可能に取り付けられるコンテナ内に収容することができ、コンテナは、使用時に、掃除機ヘッドを通って吸い込まれて、分離装置によって空気流から分離される汚れ及びほこりを集めるように機能する。

本発明をより簡単に理解できるように、図面を参照して、現在のところ好適な実施形態を例示的に以下に詳細に説明する。

本発明の真空掃除機の斜視図である。 図１の真空掃除機の平面図である。 図１の真空掃除機の背面図である。 図１の真空掃除機の側面図である。 図１の真空掃除機の下から見た図である。 図２のラインＶ−Ｖに沿った部分断面図である。

まず、図１から５を参照すると、真空掃除機１０は、略円形形状であり、２つの駆動牽引ホイール１４及びキャスターホイール１６で支持される支持シャーシ１２を有する。シャーシ１２は、好ましくは、ＡＢＳといった高強度成形プラスチック材料で製造されるが、同様にアルミニウム又はスチールといった材料から作ることができる。シャーシ１２は、以下に詳細に説明する真空掃除機１０の構成要素を支持することができる。

駆動ホイール１４は、シャーシ１２の両側の対称位置に配置されるので真空掃除機１０の長さ方向に直交する軸を共用するが、この長さ方向は、真空掃除機１０の移動方向に沿った方向であることを理解されたい。各駆動輪１４は、高強度プラスチック材料から成形され、その周囲には比較的柔軟なリッジ付きバンドが設けられ、真空掃除機１０が滑らかなフロアを移動する場合のホイールのグリップを高めるようになっている。駆動ホイール１４は、支持ベアリング（図示せず）によって互いに独立して取り付けられており、各駆動ホイール１４は、それぞれのホイールを順方向又は逆方向に駆動することができるモータに直接連結される。両ホイールを順方向に同じ速度で駆動すると、真空掃除機１０を前方向に駆動することができ、逆に、両ホイールを逆方向に同じ速度で駆動すると、真空掃除機１０を後方向に駆動することができる。各ホイールを逆方向に駆動すると、掃除機は自身の中心軸の周りで回転して旋回運動をすることができる。前述のホイールの駆動方法は良く知られており本明細書では詳細に説明しない。例えば図２から分かるように、駆動ホイール１４に比べてキャスターホイール１６はかなり小径である。

キャスターホイール１６は駆動されず、真空掃除機１０の後部でシャーシ１２を支持するだけである。キャスターホイール１６は旋回結合部２０によってシャーシ１２に旋回自在に取り付けられているので、シャーシ１２の後縁におけるキャスターホイール１６の位置は、駆動ホイール１４によって駆動される間にキャスターホイール１６が真空掃除機１０の操縦性を妨げない形で真空掃除機１０の後方を追従することを可能にする。旋回結合部２０は、図６に最も明瞭に示されている。

キャスターホイール１６は上方に延びる円筒部材２０ａに固定的に取り付けられており、円筒部材２０ａは環状ハウジング２０ｂに収容され、この中で円筒部材２０ａは回動自在である。この形式の構成は公知である。キャスターホイール１６は、成形プラスチック材料で作ること、又はナイロン等の他の合成材料で作ることができる。

掃除機ヘッド２２はシャーシ１２の底面に取り付けられており、真空掃除機１０が支持される表面に対向する吸い込み口２４を含む。吸い込み口２４は、基本的に矩形であり掃除機ヘッド２２の全幅にわたって延びている。ブラシバー２６は吸い込み口２４に回転可能に取り付けられており、モータ２８は掃除機ヘッド２２に取り付けられており、モータ２８の軸とブラシバー２６との間に延びる駆動ベルト（図示せず）でブラシバー２６を駆動するようになっている。

掃除機ヘッド２２は、該掃除機ヘッド２２が掃除面から浮くことができるようにシャーシ１２に取り付けられている。このことは、本実施形態では、掃除機ヘッド２２を、シャーシ１２の底面に枢動可能に連結されたアーム（図示せず）に対して枢動可能に連結することで実現される。掃除機ヘッド２２とシャーシ１２との間の二重関節結合によって、掃除機ヘッド２２は、シャーシ１２に対して垂直方向に自由に移動することができる。これにより、掃除機ヘッド２２は、本、雑誌、じゅうたん端部といった小さな障害物を乗り越えることが可能になる。このようにして最大約２５ｍｍの高さの障害物を超えることができる。

障害物に衝突した場合の掃除機ヘッド２２の垂直方向上向きの動きを助けるために、掃除機ヘッド２２の前縁には前方に突出した傾斜部３６が設けられている。障害物に接触した場合、障害物は、最初に傾斜部３６に当接することになり、次に、傾斜部３６の勾配は、掃除機が障害物につかえることを避けるように対象の障害物に対して掃除機ヘッド２２を持ち上げることになる。掃除機ヘッド２２は、図６に下降位置、図４に上昇位置が示されている。また、キャスターホイール１６は、真空掃除機１０が障害物に接触した場合の追加の補助を可能にすると共にこれを乗り越えるために必要な傾斜部１７を含む。このようにして、キャスターホイール１６は、掃除機ヘッド２２が障害物を乗り越えた後で障害物に対してつかえることは無いではずである。

図２及び５から分かるように、掃除機ヘッド２２はシャーシ１２に対して非対称に取り付けられているので、掃除機ヘッド２２の片側はシャーシ１２の全体的な外周から突出している。これにより、真空掃除機１０は、該真空掃除機１０の掃除機ヘッド２２が突出する側で部屋の端に至るまで掃除を行うことができる。また、シャーシは、真空掃除機１０の経路上の障害物や、例えば壁又は家具の一部といった他の境界への接近を検出するように設計及び配置された複数のセンサ４０を備える。センサ４０は、複数の超音波センサ及び複数の赤外線センサ備える。図１及び４に示す配列は限定的であることは意図されておらず、センサの配置は本発明の一部を構成するものではない。あえて言うのであれば、真空掃除機１０は、掃除できる所定領域の周りを自身で自律的にガイドすることを可能にするように十分なセンサ及び検出器を備えている。

ナビゲーション制御を備える制御ソフトウェア及びステアリンデバイスは、制御パネルの真下又は掃除機内に配置されるハウジング４２内に収容される。バッテリパック４６は、駆動ホイール１４の内側でシャーシに取り付けられ、ホイールを駆動するモータ及び制御ソフトウェアに電力を供給するようになっている。バッテリパック４６は取り外し可能であり、バッテリ充電器（図示せず）に運ぶことができる。また、真空掃除機は、シャーシ１２に支持されて、汚れ空気を掃除機ヘッド２２の吸い込み口２４を経由して真空掃除機１０に吸い込むためのモータ及びファンユニット５０を含む。また、シャーシ１２は、真空掃除機１０に吸い込んだ空気から汚れ及びほこりを分離するためのサイクロン分離器５１を備える。サイクロン分離器５１は、外面的に図１から４に種々の角度で示されており、サイクロン分離器５１の内部の特徴部は図６に最良に示されている。

サイクロン分離器５１は、内室を定める略円筒形のビン５２の形態であり、ビン５２は、図６に示すように、サイクロン分離器５１が真空掃除機１０上で「ドッキング」位置にある場合に長さ方向軸線が実質的に水平になるように配向される。ビン５２を定める外壁５４は、好ましくは透明プラスチックであり、ユーザはビン内部を見ることができるが、これは本発明では本質的ではないことを理解されたい。ビン５２の外面には細長い把持レール７０が配置されており、ユーザが中身を空にするためにビン５２を取り外すことが容易になる。清浄に関しては、把持レール７０は、ビン５２と一体の成形部品でありユーザの手で把持レール７０を容易に把持できるように外向きに少し離れて延びている。

概して、サイクロン分離器５１は、ビン５２内に取り付けられる第２のサイクロン組立体７２を含み、結果的に主サイクロン室７４又は「第１のサイクロン」は、第２のサイクロン組立体７２の外側の周りに定められる。まず第１のサイクロン７４を参照すると、これに関連して用語「サイクロン」は、本質的に実際の空気流ではなく、サイクロン空気が形成されることになるチャンバの意味で使用されることを理解されたい。この用語の使用は従来の慣習である。

第１のサイクロン７４は、ビン５２の上側部分に形成される入口又は吸入部７６を有する（図６の左側を参照）。吸入部７６は、入口ポート（図示せず）を経由して掃除機ヘッド２２の吸い込み口２４と連通状態にあるので、吸い込み口２４と第１のサイクロン７４の内部との間の連通経路を形成する。入口ポート及び吸入部７６は、空気が第１のサイクロン７４に対して接線方向に流入するように構成されるので、流入空気は、第１のサイクロン７４の内部を回って螺旋経路を辿るようになる。吸入部７６から離れたビン５２の端部において、ビン５２は、略裁頭円錐形の端部７８閉鎖される。

図示しないが、可撓性接続部は、掃除機ヘッド２２の後部とシャーシに配置された入口ポートとの間に配置され、掃除機ヘッド２２をサイクロン分離器５１に流体接続するように機能する。可撓性接続部は回転シールから成り、一端は入口ポートの上流側開口部に密封的に取り付けられ、他端は掃除機ヘッド２２に対して密封的に取り付けられる。掃除機ヘッドがシャーシ１２に対して上向きに動く場合、回転シールは、掃除機ヘッド２２の上向きの動きに対応するため歪むか変形する。逆に、掃除機ヘッド２２がシャーシ１２に対して下向きに動く場合、回転シールは、下向きの動きに対応するために広がるか伸びる。もしくは、回転シールは、管状ベローズ構成とすることができる。

第１のサイクロン７４は、長さ方向軸線がシャーシ１２と平行であるように水平方向に配置され、吸入部７６は、真っ直ぐな空気流経路が吸い込み口と第１のサイクロン７４の内部との間に存在するように、掃除機ヘッド２２の吸い込み口２４のほぼ真上に有用に位置決めされることに留意されたい。この構成により、真空掃除機のこの領域での著しい圧力降下を避けることができる。

ここで第２のサイクロン組立体７２を更に詳細に参照すると、略円筒形の有孔壁の形態のシュラウド８０は、第１のサイクロン７４内の空気に対する外側経路を提供し、図６に示す円錐チャンバの形態の複数の第２のサイクロン９０につながる流路８４を定める。シュラウド８０には貫通孔が開けられているが、代わりに、例えば、メッシュ又は類似の構造による他の方法で空気透過性とすることができることに留意されたい。

リップ８２はシュラウド８０の基部に設けられており、また、リップ８２には、空気は通過するが汚れ及びほこりを捕捉することができる複数の貫通孔を設けることができる。

複数の第２のサイクロン９０は、互いに並列に配置され、第１のサイクロンの下流にある。本実施形態において、６個のサイクロンが設けられているが、必要であれば又はパッケージングの制約が許せば、真空掃除機の分離効率を高めるためにより多くのサイクロンを設けることができることを理解されたい。第２のサイクロン９０は、ビン５２、結果的に第１のサイクロン７４の長さ方向軸線の周りに等間隔で配置される。第２のサイクロン９０の各々は、上端において接線方向に配置された空気入口９１を有し、また、中心に配置されて上端に位置決めされた空気出口を有しており、サイクロン９０の直径は上端で最大となっている。円錐開口９２は第２のサイクロン９０の第２の端（上端の反対側）に配置され、第２の端は、サイクロン９０の直径が最小の区域であり、サイクロン流出チャンバ９４内にあり、シュラウド８０の半径方向内向きに配置される円筒壁によって定められる。

第１のサイクロン及び第２のサイクロンに関して、用語「下流」及び「上流」は、空気流が最初に第１のサイクロンを通り抜けた後に第２のサイクロンに続くので、第２のサイクロンは第１のサイクロンの下流にあるという意味で使用されることに留意されたい。同様に第１のサイクロンは第２のサイクロンの上流にある。

第２のサイクロン９０の各々の円錐開口９２の平面は、長さ方向軸線（図示せず）に対して内向きに角度が付けられており、開口から流出する汚れをサイクロン流出チャンバ９４の中心に、及び流出チャンバ９４の下流に配置される微細ほこり収集チャンバ９６の方向に集中させるように機能する。

更に詳細には、サイクロン出口チャンバ９４は、比較的幅広の径を有する第１の壁部９４ａと、裁頭円錐形で出口開口１００を形成するようにテーパーが付いている第２の壁部９４ｂとを有する。ほこりは出口開口１００を出ていき、ビン５２の基部７８から立ち上がる円筒壁１０２で形成される微細ほこりチャンバ９６に集まる。壁１０２は、可撓性の（例えば、ゴム又は可撓性ポリマー）リップ１０４を備え、リップ１０４は、出口チャンバ９４の円錐部と係合して密封する。

前述の真空掃除機１０は以下のように作動する。掃除機１０を掃除領域で移動させるために、ホイール１４はバッテリ４６から電力を供給されるモータ１５によって駆動される。掃除機１０の移動方向はセンサ４０と通信する制御システムによって決定され、センサ４０は、掃除機１０を掃除領域内でナビゲートするために掃除機１０の経路上の何らかの障害物を検出するように設計されている。ロボット真空掃除機を室内又は他の領域内でナビゲートする方法論及び制御システムは、各所で文書化されており本発明の発明思想の一部を構成するものではない。適切なナビゲーションシステムを実現するために、公知の何らかの方法論又はシステムを用いることができる。

また、バッテリ４６は、空気を掃除機ヘッド２２の吸い込み口２４を経由して掃除機１０に吸い込むモータ及びファンユニット５０を作動させるために電力を供給する。また、ブラシバーモータ２８はバッテリ４６で駆動され、ブラシバー２６は、特に掃除機１０がカーペットを掃除するために使用される場合に良好なピックアップ性能を実現するために回転する。使用時、ロボット真空掃除機１０が掃除作業を行う際に、モータ及びファンユニットは、汚れ含有空気流を 吸い込み口２４を経由して入口ポートからサイクロン分離器５１に吸い込む。汚れ含有空気は、吸入部７６を通って第１のサイクロン７４に流入し、吸入部７６の接線方向の配置によって、空気流は外壁５４の内部を回る螺旋経路を辿り、これのフィルタ作用により、大きな汚れ及びほこり粒子はサイクロン作用で分離されてビン５２の基部の領域に集まる。

一部が清浄化された空気流は、次に第１のサイクロン７４の内部に逆流し、シュラウド８０の貫通孔を通って第１のサイクロンから流出し、その後、空気流は出口流路８４に流入して各々の第２のサイクロン９０の接線方向入口９１に分割される。第２のサイクロン９０の各々は、第１のサイクロン７４よりも小径であり、一部が清浄化された空気流から第１のサイクロン７４よりも小さな汚れ及びほこり粒子を分離できるので、公知の自律真空掃除機に比べて高い分離性能を実現できることを理解されたい。分離された汚れ及びほこりは、円錐開口９２から第２のサイクロン９０を出ていき、その後、サイクロン出口チャンバ９４に進み、ほこり収集チャンバ９６に入る。

次に、清浄化された空気は第２のサイクロン９０に逆流し、それぞれの空気出口９３を通って流出し、この空気が大気に排気される前にモータを冷却するためにモータ及びファンユニット５０及びその周りを横切る。図面には明示されていないが、更に排気を濾過して、モータから落ちる可能性があるカーボン粒子である主とし空気流に残留する微細粒子を除去するために、モータ及びファンユニット５０の下流側にはフィルタが設けられていることを理解されたい。

サイクロン分離器５１全体は、第１の（外側）サイクロン及び第２の（内側）サイクロンを空にするためにシャーシから取り外し可能である。入口ポートに隣接してフック式留め金（図示せず）が設けられており、これによりサイクロン分離器 ５１は真空掃除機１０の使用時に所定位置に保持される。フック式留め金は、制御パネルに配置されたボタンを手動で押すことで解放され、サイクロン分離器５１を把持レール７０によりシャーシから持ち上げることができる。従って、ビン５２を吸入部７６（ビン５２と共にシュラウド及び内側サイクロン組立体７２を支持する）から解放して、中身を空にすることが容易になる。

ロボット真空掃除機の作動を制御するための電子回路は、シャーシ１２の下部に収容される（図６の領域９０を参照）。他の回路は制御パネル４４の下方に配置される。電子回路は、回路を導電性シート材の間に配置することによって、サイクロン式分離装置５１により生じる静電界から電気的に遮蔽されている。第１のシート材はビン５２の下側に配置されている。回路は、この第１シート材の下側に配置され、第２のシート材が、シャーシの基部上で回路の下側に配置されている。これらシート材は電気的に接地されている。

本発明は、前述の実施形態の正確な詳細に限定されない。サイクロン分離器５１は、ロボット真空掃除機にドッキングされる場合に水平方向に配向されるように記載されているが、これは本質的ではなく、例えば、ほこり及びデブリのビンの端部への移動を助長する重力の作用を高めるために、分離器は必要であれば水平方向から傾くことができることを理解されたい。更に、ビン５２は、必要であればシャーシ１２に対して直交する方向に配向することができるが、サイクロン分離器の吸入部への接線方向の流れ込みを維持するために、吸入部７６の形状を変更する必要がある。また、第２のサイクロンの数は、円錐角、軸の傾き、及び円錐開口の傾きといった詳細設計に応じて様々とすることができる。

本発明は、以下のような態様とすることもできる。
（１）サイクロン分離装置は、長さ方向軸線がシャーシに対して実質的に平行に配向された状態でシャーシ上に支持される。
（２）分離装置の入口は、掃除機ヘッドの入口の真上に位置決めされる。
（３）サイクロン分離装置は、長さ方向軸線がシャーシに対して実質的に垂直に配向された状態でシャーシ上に支持される。
（４）複数の第２のサイクロンは、第１のサイクロンの長さ方向軸線を中心に半径方向に配列される。
（５）上流側サイクロンは略円筒形状であり、複数の下流側サイクロンは裁頭円錐形状である。
（６）サイクロン分離装置は、シャーシに対して取り外し可能なコンテナに収容され、使用時、掃除機ヘッドを通って吸い込まれる汚れ及びほこりを収集する。

１６ キャスターホイール
１７ 傾斜部
２０ａ 円筒部材
２０ｂ 環状ハウジング
２２ 掃除機ヘッド
２４ 吸い込み口
２６ ブラシバー
２８ モータ
３６ 傾斜部
５０ モータ及びファンユニット
５１ サイクロン分離器
５２ ビン
５４ 外壁
７０ 把持レール
７２ 第２のサイクロン組立体
７４ 第１のサイクロン
７８ 基部
８０ シュラウド
８２ リップ
８４ 出口流路
９０ 第２のサイクロン
９１ 空気入口
９２ 円錐開口
９３ 空気出口
９４ 流出チャンバ
９４ａ 第１の壁部
９４ｂ 第２の壁部
９６ 微細ほこりチャンバ
１００ 出口開口
１０２ 円筒壁
１０４ リップ

Claims (1)

1. 自律真空掃除機であって、
   シャーシと、
   前記真空掃除機を表面上で支持するための牽引手段と、
   前記牽引手段を駆動するための駆動手段と、
   前記駆動手段を制御して掃除面にわたって前記真空掃除機をガイドするように構成される制御システムと、を備え、
   前記真空掃除機は、前記掃除面と対向する汚れ空気入口を有する掃除機ヘッドと、前記シャーシに支持され且つ前記シャーシから取り外し可能な分離装置とを更に備え、前記分離装置は、前記汚れ空気入口を経由して前記分離装置に流入する空気流からデブリを分離するために前記掃除機ヘッドと連通し、
   前記分離装置は、第１の上流側サイクロンと、前記第１のサイクロンの下流側に配置され互いに並列に配列される複数の第２のサイクロンとを備え、
   前記サイクロン分離装置は、長さ方向軸線が前記シャーシに対して垂直に配向された状態で前記シャーシ上に支持される、
   ことを特徴とする自律真空掃除機。

Images