JP4109243B2 - 真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空掃除機のパワーブラッシュに係り、より詳細には、真空掃除機のパワーブラッシュの運転周波数の決定方法に関する。

図１は、従来の技術による真空掃除機の吸入ヘッドを示す一部分解斜視図である。
図１に示すように、従来の真空掃除機は、床面のゴミなどを吸い込むための吸入口２が形成されたヘッド体１と、吸入口２を介してゴミを一層効率よく吸い込むために床面のゴミを持ち上げるブラッシュ機構３と、を備えてなる。

ブラッシュ機構３は、ヘッド体１の内側に回動自在に取り付けられたブラッシュ体４と、ブラッシュ体４の表面に植え付けられたブラッシュ５と、ブラッシュ体４を回動させる動力伝達機構と、動力伝達機構を駆動するモータ６と、を備えてなる。

モータ６は、動力伝達機構としてのベルト７を駆動させてブラッシュ体４を一方向に回転させ、ブラッシュ５は、回転するブラッシュ体４により床面のゴミと接触され、接触されたゴミは、吸入口２を介して吸入される空気により掃除機の内部に吸い込まれる。

しかしながら、従来の技術による真空掃除機のように、ブラッシュ５を用いてゴミを持ち上げる方法は、ゴミを持ち上げるための動力がもっぱらモータ６にのみ依存するため、動力の消耗が大きいといった不具合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの動力を一層効率よく用いつつゴミを持ち上げることができる真空掃除機の運転方法を提供するところにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様による真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法は、所定の角度領域内において往復動するブラッシュ体及びブラッシュ体の回動に所定の弾性力を与える弾性手段を有する被駆動部の機械的な振動数と、被駆動部を駆動する駆動部の駆動周波数とを一致させて被駆動部を共振させることを特徴とする。

また、本発明の他の態様による真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法は、真空掃除機の吸入口の密着状態に応じて生じる吸入空気による騒音及び振動が低減さるべく、所定の角度領域内において往復動するブラッシュ体及びブラッシュ体の回動に所定の弾性力を与える弾性手段を有する被駆動部の機械的な振動数が、被駆動部を駆動する駆動部の駆動周波数よりも所定量高く設定されることを特徴とする。
例えば、被駆動部の機械的な振動数は、駆動手段の駆動周波数よりも７〜１０％ほど高く設定される。
例えば、駆動部の駆動周波数は５０Ｈｚであり、被駆動部の機械的な振動数は５３．５〜５５Ｈｚとされる。
例えば、駆動部の駆動周波数は６０Ｈｚであり、被駆動部の機械的な振動数は６４.２〜６６Ｈｚとされる。

さらに、本発明のさらに他の態様による真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法は、真空掃除機の吸入口の密着状態に応じて生じる吸入空気による騒音及び振動が低減さるべく、所定の角度領域内において往復動するブラッシュ体及びブラッシュ体の各回動に所定の弾性力を与える弾性手段を有する被駆動部の機械的な振動数が、被駆動部を駆動する駆動部の駆動周波数よりも所定量低く設定されることを特徴とする。

例えば、被駆動部の機械的な振動数は、駆動手段の駆動周波数よりも７〜１０％ほど低く設定され。
例えば、駆動部の駆動周波数は５０Ｈｚであり、被駆動部の機械的な振動数は４５〜４６.５Ｈｚとされる。
あるいは、駆動部の駆動周波数は６０Ｈｚであり、被駆動部の機械的な振動数は５４〜５５.８Ｈｚとされる。

また、本発明の一態様では、被駆動部の質量、密度及び形状と、弾性手段の弾性係数、材質、長さ及び直径のうちいずれか１以上が調整されることにより、被駆動部の機械的な振動数が調節されることを特徴とする。

本発明に係る真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法は、被駆動部の機械的な振動数と駆動手段の駆動周波数ｆ１を一致させる共振を用いることにより、少ない動力をもって大きな運動量を得られるというメリットがある。

また、本発明に係る真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法は、被駆動部の機械的な振動数を駆動手段の駆動周波数よりも所定量高く（あるいは、低く）設定することにより、騒音及び振動を最小化でき、最も高い掃除性能が得られるというメリットがある。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施の形態による真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法について説明する。
図２は、本発明の好適な実施の形態による真空掃除機の吸入ヘッドの内部を示す斜視図であり、図３は、図２の動力伝達部の概略側面図であり、そして図４は、本発明に係る真空掃除機のパワーブラッシュにおいて、駆動周波数に応じた運転角度の実験値を示すグラフである。

図２に示すように、本発明に係る真空掃除機の吸入ヘッドは、吸入口１１が形成されたヘッド体１０と、ヘッド体１０に取り付けられたパワーブラッシュと、を備えてなる。
パワーブラッシュは、駆動部と、駆動部により駆動されて床面のゴミを持ち上げる被駆動部と、を備えてなる。

駆動部は、印加された電流により駆動されるモータ２２である。
被駆動部は、床面のゴミと摩擦されてゴミを持ち上げるブラッシュ３２と、ブラッシュ３２が植え付けられたブラッシュ体３４と、ブラッシュ体３４を貫通して吸入ヘッド１０の内側に取り付けられたトーションバー３６と、モータ２２によりブラッシュ体３４を駆動する動力伝達手段と、を備えてなる。

ブラッシュ体３４は管状を呈し、ブラッシュ３２は、ブラッシュ体３４の下側に列をなして植え付けられる。
トーションバー３６は、ブラッシュ体３４を貫通してブラッシュ体３４に固定され、トーションバー３６の両端３５,３７のうちどちらか一方はヘッド体１０に固定される。この実施の形態においては、トーションバー３６の両端のうちどちらか一方３５がヘッド体１０に固定され、他方の端３７は ブラッシュ体３４により回動自在に取り付けられる。

図３に示すように、モータ２２は、印加された電流により駆動され、モータ２２は、入力電流の周波数と同じ周波数にて駆動されるが、モータ２２は、入力電流が５０Ｈｚであれば モータ軸２１を５０Ｈｚにて回動させ、入力電流が６０Ｈｚであればモータ軸２１を６０Ｈｚにて回動させる。

動力伝達手段は、所定の角度内において往復動するモータ軸２１により回動するアーム４２と、アーム４２と連結されて所定量往復動するリンク４４と、を備えてなる。

アーム４２はモータ軸２１に固定され、リンク４４はアーム４２及びブラッシュ体３４とヒンジ結合される。これにより、リンク４４は回転するアーム４２により所定量だけ往復動し、ブラッシュ体３４の外側とヒンジ結合されたリンク４４は、ブラッシュ体３４をトーションバー３６を中心に回動させる。リンク４４により回動するブラッシュ体３４は、トーションバー３６に力を蓄積していて、元の位置に戻りつつトーションバー３６に蓄積された弾性力を回収する。すなわち、ブラッシュ体３４は、一端３５が固定されたトーションバー３６に力を蓄積してエネルギーの損失を最小化させる。

このように、本発明は、モータ軸２１を角回転させるモータ２２の周波数と、被駆動部の機械的な振動数を一致させることにより、低いエネルギーをもって大きな運動量を得るところにその特徴がある。

このように、モータ２２の周波数と被駆動部の機械的な振動数を一致させるためには、モータ２２の周波数が常用電流の周波数である５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚに決定されるが、被駆動部の機械的な振動数を調整することが有効である。

ここで、被駆動部の振動数を変えるためのファクタとしては、質量、密度及び形状などが挙げられ、これらの質量、密度及び形状を変えることにより、被駆動部の質量慣性モーメントを変えることができる。

さらに、被駆動部の振動数を変えるためのファクタとしては、トーションバー３６の弾性係数、材質、長さ及び直径が挙げられ、これらの弾性係数、材質、長さ及び直径を調整することにより、トーションバー３６のスプリング定数を変えることができる。

一方、このように構成された真空掃除機のパワーブラッシュは、モータ２２の周波数と被駆動部の機械的な振動数が一致すれば共振を引き起こし、共振の引き起こされた被駆動部は多少の騒音と振動を生じさせる。

図４は、パワーブラッシュに相異なる外部条件が設定された場合、周波数に応じた回転角度を示すグラフである。

吸入口１１を介して吸入される空気には、吸入ヘッド１０と床面との接触状態に応じて相異なる圧力が形成され、グラフの曲線Ａ,Ｂ及びＣはそれぞれ、吸入ヘッド１０と床面との接触状態に応じて得られた結果値である。

曲線Ａは、吸入ヘッド１０が床面と正常に接触されている場合の周波数に応じた回転角を示すグラフであり、曲線Ｂ及びＣは、吸入ヘッド１０が床面から離れている場合の周波数に応じた回転角を示すグラフである。

より具体的に説明すれば、ユーザが床面を掃除する間に吸入ヘッド１０は床面と接触及び離隔を繰り返すが、曲線Ｂは、吸入ヘッド１０が床面から完全に離れていて多量の空気が吸入される場合のグラフであり、曲線Ｃは、吸入ヘッド１０が床面と所定量離れていて曲線Ａよりは多く、かつ曲線Ｃよりは少ない空気が吸入される場合のグラフである。

そして曲線Ｍは、周波数に応じたモータ２２の効率を示すグラフである。
ここで、本発明に係る真空掃除機のパワーブラッシュは、掃除を正常に行う曲線Ａにおいて、周波数ｆ１の時に最も効率的に動作され、ここで、ｆ１は、モータ２２の駆動周波数と被駆動部の機械的な振動数とが一致する周波数である。

ところが、周波数ｆ１における曲線Ｂ及びＣを調べてみれば、パワーブラッシュの回転角がかなり大きく、このように大きな回転角が現れる場合、被駆動部は正常な曲線Ａに比べて比較的に多くの振動及び騒音を生じさせる。

このため、本発明に係る真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数の決定方法は、最も高い効率を生じる周波数ｆ１とは別途に、振動および騒音が低減可能な周波数ｆ２及びf３を選択することもできる。

すなわち、ｆ１とは別途に選択された周波数ｆ２及びｆ３は、共振を用いつつ振動及び騒音が低減可能な最適の周波数であって、ｆ２は、曲線Ａ及びＢが一致する周波数であり、ｆ３は、曲線Ａ及びＣが一致する周波数である。

特に、ｆ２またはｆ３は、周波数ｆ１に比べて７〜１０％ほど高い（あるいは、低い）周波数である。
その具体例を挙げて説明すれば、モータ２２の入力電流は常用周波数である５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚに固定されるが、モータ２２の周波数が６０Ｈｚの場合にモータ２２の周波数をｆ１と決定すれば、被駆動部の周波数ｆ２は６４.２〜６６Ｈｚと決定され、周波数ｆ３は５４〜５５.８Ｈｚと決定される。

併せて、モータ２２の周波数が５０Ｈｚの場合、モータ２２の周波数をｆ１と決定すれば、被駆動部の周波数ｆ２は５３．５〜５５Ｈｚと決定され、周波数ｆ３は４５〜４６.５Ｈｚと決定される。

本発明においては、真空掃除機のパワーブラッシュにおける運転周波数を決めるために、モータ２２と被駆動部の振動数を意図的に一致させている。

さらに、意図的に一致されて共振現象を引き起こす被駆動部の振動及び騒音を低減させるべく、共振周波数よりも被駆動部の機械的な振動数ｆ２,ｆ３を７〜１０％高く（あるいは、低く）設定して駆動することも可能である。
これにより、共振周波数または共振周波数よりも所定量高く（あるいは、低く）設定された周波数は、少ない動力をもって多くの運動量を得ることができる。

従来の技術による真空掃除機の吸入ヘッドを示す斜視図。 本発明の好適な実施の形態による真空掃除機の吸入ヘッドの内部を示す斜視図。 図２の動力伝達手段を示す概略側面図。 本発明に係る真空掃除機のパワーブラッシュにおいて、相異なる外部条件が設定された場合、周波数に応じた回転角度及び効率を示すグラフ。

符号の説明

１０ 吸入ヘッド
１１ 吸入口
２１ モータ軸
２２ モータ
３２ ブラッシュ
３４ ブラッシュ体
３５ トーションバーの一端
３６ トーションバー
３７ トーションバーの他端
４２ アーム
４４ リンク

Claims (10)

1. 真空掃除機の吸入ヘッドのパワーブラッシュにおいて、駆動周波数ｆ１で往復駆動されるモータと、該モータにより駆動される被駆動部とを備え、
   該被駆動部は、ブラッシュ体、及び、該ブラッシュ体とリンクにより連結して該ブラッシュ体を往復駆動する動力伝達手段、及び、該ブラッシュ体の回動に対して所定位置に戻るように弾性力を与える弾性手段を備えるパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法であって、
   前記被駆動部の機械的に共振する振動数と、前記被駆動部を往復駆動する前記モータの駆動周波数ｆ１とを一致させ、前記被駆動部を前記モータと共振せしめることを特徴とする真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的な振動数の決定方法。
2. 前記被駆動部の質量、密度及び形状と、弾性手段の弾性係数、材質、長さ及び直径のうちいずれか１つ以上が調整されることにより、前記被駆動部の機械的に共振する振動数が調節される、ことを特徴とする請求項１に記載の真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
3. 前記モータの駆動周波数ｆ１は、５０Ｈｚである、ことを特徴とする請求項１に記載の真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
4. 前記モータの駆動周波数ｆ１は、６０Ｈｚである、ことを特徴とする請求項１に記載の真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
5. 真空掃除機の吸入ヘッドのパワーブラッシュにおいて、駆動周波数ｆ１で往復駆動されるモータと、該モータにより駆動される被駆動部とを備え、
   該被駆動部は、ブラッシュ体、及び、該ブラッシュ体とリンクにより連結して該ブラッシュ体を往復駆動する動力伝達手段、及び、該ブラッシュ体の回動に対して所定位置に戻るように弾性力を与える弾性手段を備えるパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法であって、
   真空掃除機の吸入口の密着状態に応じて生じる吸入空気による騒音及び振動を低減するべく、往復動するブラッシュ体及び前記ブラッシュ体の回動に所定の弾性力を与える弾性手段を有する被駆動部の機械的に共振する振動数ｆ２が、前記被駆動部を駆動するモータの駆動周波数ｆ１よりも所定量高く設定される、
   ことを特徴とする真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
6. 前記被駆動部の機械的に共振する振動数ｆ２は、前記モータの駆動周波数ｆ１よりも７〜１０％ほど高く設定される、ことを特徴とする請求項５に記載の真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
7. 前記被駆動部の質量、密度及び形状と、弾性手段の弾性係数、材質、長さ及び直径のうちいずれか１つ以上が調整されることにより、前記被駆動部の機械的に共振する振動数ｆ２が調節される、ことを特徴とする請求項５に記載の真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
8. 真空掃除機の吸入ヘッドのパワーブラッシュにおいて、駆動周波数ｆ１で往復駆動されるモータと、該モータにより駆動される被駆動部とを備え、
   該被駆動部は、ブラッシュ体、及び、該ブラッシュ体とリンクにより連結して該ブラッシュ体を往復駆動する動力伝達手段、及び、該ブラッシュ体の回動に対して所定位置に戻るように弾性力を与える弾性手段を備えるパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法であって、
   真空掃除機の吸入口の密着状態に応じて生じる吸入空気による騒音及び振動が低減するべく、往復動するブラッシュ体及び前記ブラッシュ体の回動に所定の弾性力を与える弾性手段を有する被駆動部の機械的に共振する振動数ｆ３が、前記被駆動部を往復駆動するモータの駆動周波数ｆ１よりも所定量低く設定される、ことを特徴とする真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
9. 前記被駆動部の機械的に共振する振動数ｆ３は、前記モータの駆動周波数ｆ１よりも７〜１０％ほど低く設定される、ことを特徴とする請求項８に記載の真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。
10. 前記被駆動部の質量、密度及び形状と、弾性手段の弾性係数、材質、長さ及び直径のうちいずれか１つ以上が調整されることにより、前記被駆動部の機械的に共振する振動数ｆ３が調節されることを特徴とする請求項８に記載の真空掃除機のパワーブラッシュにおける前記被駆動部の機械的に共振する振動数の決定方法。

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