JP4253311B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、風路を形成し、手動操作される吸引機構と、この吸引機構を取り付ける吸引機構取り付け部を有する掃除機本体とからなる電気掃除機に関する。

従来、掃除機において、清掃用ホースを接続する清掃用ホース取り付け台を掃除機本体に回動自在に設け、清掃用ホースを引っ張ると、清掃用ホース取り付け台が回動し、これにより機械的なスイッチがオフし、一定時間駆動手段を動作して掃除機本体を一定距離だけ自走させ、また、複数のギヤや回転軸からなる方向変換手段を設け、清掃用ホースの動きをこの方向変換手段に伝え、清掃用ホースの引き出された方向に車輪が常に向けられるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２−１０７２１８号公報

しかしながら、清掃用ホースを接続する清掃用ホース取り付け台を掃除機本体に回動自在に設け、この清掃用ホース取り付け台の回動によってスイッチをオン、オフ動作させるものでは構成が複雑化するという問題があった。また、機械的なスイッチのオン、オフでは清掃用ホースの引っ張り具合による強弱は検出できず、しかも、常に一定時間駆動手段を動作する構成であるため、ホースを軽く引いても強く引いても常に掃除機本体は一定距離だけ自走することになり、例えば、掃除機本体を少しだけ移動させればよい場合も長い距離を移動するなど不自然な動作を行う場合があった。また、機械的なスイッチを使用しているので寿命が短いという問題があった。さらに、方向転換に複数のギヤや回転軸からなる方向変換手段を使用しているため、この点においても構成が複雑化するという問題があった。

そこで、本発明は、吸引機構の手動操作によって掃除機本体に加えられる張力を安定して検出できるとともに吸引機構の方向転換を検出して掃除機本体をスムーズに方向転換させることができ、これにより、吸引機構の動きに合わせて掃除機本体をスムーズに自走させることができて使い勝手を向上でき、しかも、検出部の簡単化及び長寿命化を図ることができる電気掃除機を提供する。

本発明は、塵を吸い込む吸込口と連通する風路を形成し、把持部を手で握って操作される吸引機構と、この吸引機構の風路端部を先端部に取り付ける吸引機構取り付け部を有する掃除機本体とからなり、吸引機構は、把持部の把持状態を検出する把持検出手段を備え、掃除機本体は、吸引機構取り付け部の後端部に連通した集塵室と吸引モータを有し、吸引モータの駆動によって吸引機構が吸引した塵を前記集塵室に集めるクリーナ機構と、床面を走行する１対の走行用車輪と、モータを駆動源として有し、前記各走行用車輪を駆動する駆動手段と、駆動の方向を決定する操舵手段と、吸引機構取り付け部に左右対称に貼り付けられ、吸引機構の手動操作時に吸引機構取り付け部に生じる引っ張り方向の歪みを検知する１対の歪みゲージと、把持検出手段により把持部の把持状態が検出されている状態で、各歪みゲージが検知する歪み量が予め設定した閾値を超えたとき駆動手段のモータを駆動制御し、把持部の把持状態が検出されなくなると駆動手段のモータを停止制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段により駆動手段のモータが駆動制御されているとき、一対の歪ゲージの一方の歪ゲージによって検知されている引っ張り量と他方の歪ゲージによって検知されている引っ張り量との差を求め、この差に応じた角度となるように操舵手段による駆動方向を制御する方向制御手段とを備えたものにある。

本発明によれば、吸引機構の手動操作によって掃除機本体に加えられる張力を安定して検出できるとともに吸引機構の方向転換を検出して掃除機本体をスムーズに方向転換させることができ、これにより、吸引機構の動きに合わせて掃除機本体をスムーズに自走させることができて使い勝手を向上できる。しかも、検出部の簡単化及び長寿命化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は電気掃除機の全体構成を示す斜視図で、手動操作される吸引機構１と、この吸引機構１を取り付ける吸引機構取り付け部２を有する掃除機本体３とで構成される。

前記吸引機構１は、一端に床面を摺動して塵を吸い込む吸込口４を着脱自在に取り付けた第１の延長管５と、一端に操作部６を取り付けた第２の延長管７をスライド自在に嵌合し、かつ、前記操作部６からホース８を延出し、そのホース８の先端部８ａを前記掃除機本体３の吸引機構取り付け部２の先端部に嵌合している。すなわち、前記各延長管５，７、ホース８は前記吸込口４と連通する風路を形成し、ホース８の先端部８ａは風路端部になっている。

前記操作部６は、図２に示すように、手で握る把持部９の上面側に電源をオン、オフし、また、吸込みの強弱を選択する複数の操作ボタン９ａを配置するとともに指がかかる下面側に把持状態を検出する把持検出手段としてスイッチ９ｂを配置している。

前記掃除機本体３は、図３及び図４に示すように、前記吸引機構取り付け部２の後端部に連通した集塵室１０、フィルタ１１及び吸引モータ１２を有するクリーナ機構を内蔵している。前記クリーナ機構は、吸引モータ１２の駆動によって空気流を発生させ、前記吸引機構１の吸込口４から空気を吸い込み、その空気を第１の延長管５、第２の延長管７、操作部６、ホース８を順次経由し、さらに、吸引機構取り付け部２から集塵室１０、フィルタ１１、吸引モータ１２を経由して外部に排出し、そのときに塵も一緒に吸引し、その塵を前記集塵室１０に集めるようにしている。

前記掃除機本体３は、後方の左右に床面１３を走行する走行用の車輪１４ａ，１４ｂを取り付け、また、走行モータ１５を駆動源として設けるとともに前記各車輪１４ａ，１４ｂを回転駆動する駆動手段１６を設けている。前記駆動手段１６は、複数のギヤからなる動力伝達部１７及びディファレンシャルギア機構１８を備え、前記走行モータ１５の回転を、動力伝達部１７を介してディファレンシャルギア機構１８に伝達し、さらに、このディファレンシャルギア機構１８から車軸１９を介して左右の車輪１４ａ，１４ｂに伝達するようにしている。

前記掃除機本体３は、前方の中央底部に方向を回動自在にして操舵輪２０を取り付け、この操舵輪２０の向きを操舵モータ２１によって左右に回動するようにしている。なお、前記操舵輪２０には方向を検出するために使用するエンコーダやポテンシオメータ等が取り付けられている。

前記掃除機本体３は、また、前記吸引モータ１２、走行モータ１５、操舵モータ２１及び後述する制御部を駆動するための電源となる充電可能な二次電池２２を搭載している。
前記吸引機構取り付け部２の左右の対称位置に、前記吸引機構１の引っ張り方向の張力を検出するための１対の歪みゲージ２３ａ，２３ｂをそれぞれ直接貼り付けている。

前記ディファレンシャルギア機構１８は、図５に示すように、車軸１９の周囲を回転する外輪ギヤ１８ａと、この外輪ギヤ１８ａの内側に固定された２個の遊星かさギヤ１８ｂ，１８ｃと、この遊星かさギヤ１８ｂ，１８ｃを介して前記外輪ギヤ１８ａの回転を、前記車軸１９に伝達する２個のかさギヤ１８ｄ，１８ｅによって構成されている。前記各遊星かさギヤ１８ｂ，１８ｃは、左右の車輪１４ａ，１４ｂの回転差を吸収する作用も為し、これにより掃除機本体３は吸引機構１で引っ張られる方向にスムーズに向きを変えて走行することができる。

図６は制御部の構成を示すブロック図で、３１は制御部本体を構成するＣＰＵ（中央処理装置）、３２はこのＣＰＵ３１が各部を制御するためのプログラムデータを格納したＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）、３３は処理データを一時格納するメモリ等を設けたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）である。３４は入力ポート、３５は前記走行モータ１５のドライバ、３６は前記吸気モータ１２のドライバ、３７は前記操舵モータ２１のドライバである。前記ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、入力ポート３４、各ドライバ３５，３６，３７は互いにバスライン３８によって電気的に接続されている。前記ドライバ３５には前記スイッチ９ｂが接続されており、このスイッチ９ｂが把持状態を検出してオンしたときのみ走行モータ１５への通電が可能になるようにしている。

前記入力ポート３４には、左引っ張り量検出回路４１からの検出出力をＡ／Ｄ変換器４２でデジタル変換して得られるデジタルデータ、右引っ張り量検出回路４３からの検出出力をＡ／Ｄ変換器４４でデジタル変換して得られるデジタルデータ及びエンコーダやポテンシオメータ等からなる操舵方向検出器４５からのデジタルな検出信号をそれぞれ入力されている。

前記左引っ張り量検出回路４１は吸引機構取り付け部２の左側面に貼り付けられた歪みゲージ２３ａを接続し、前記右引っ張り量検出回路４３は吸引機構取り付け部２の右側面に貼り付けられた歪みゲージ２３ｂを接続しており、その回路構成は同一で図７に示す構成になっている。

すなわち、前記二次電池２１からの＋Ｅ1電源に、前記歪みゲージ２３ａ又は歪みゲージ２３ｂを一辺に接続し、他の３辺に抵抗を接続した抵抗ブリッジ回路４６を接続している。前記抵抗ブリッジ回路４６は、前記歪みゲージ２３ａ（又は２３ｂ）が歪みを受けてその抵抗が変化すると、出力端子間に歪みに応じた電圧が発生するものである。

前記抵抗ブリッジ回路４６の出力を差動増幅器４７で増幅し、その増幅した出力を、抵抗４８を直列に介して反転増幅器４９に供給している。前記反転増幅器４９の出力を、抵抗５０を直列に介して前記Ａ／Ｄ変換器４２（又は４４）に供給している。

このような構成の電気掃除機においては、作業者が吸引機構１の把持部９を手で握ると指がスイッチ９ｂを押圧するようになり、スイッチ９ｂがオンする。この状態で、把持部９にある操作ボタン９ａを操作すると吸引モータ１２が動作し、クリーナ機構が駆動する。これにより、吸込口４から吸い込まれた塵は第１の延長管５、第２の延長管７、操作部６、ホース８を順次経由して掃除機本体３の集塵室１０に集められる。

作業者は吸引機構１を例えば前後に動かしながら少しずつ前方に移動して掃除を開始する。そして、吸引機構１を前方正面に動かしたときにはホース８が正面に引っ張られ、吸引機構取り付け部２も正面に引っ張られる。これにより各歪みゲージ２３ａ，２３ｂには引っ張り方向に対して互いに略等しい張力が作用し歪が生じる。

これにより、左引っ張り量検出回路４１が検出する引っ張り量と右引っ張り量検出回路４３が検出する引っ張り量は略等しくなる。ＣＰＵ３１は、左引っ張り量と右引っ張り量を、入力ポート３４を介して取り込み、予め設定した閾値と比較する。そして、いずれかの量が閾値を超えていれば、ドライバ３５を制御し、走行モータ１５を駆動させる。走行モータ１５の回転は動力伝達部１７、ディファレンシャルギア機構１８、車軸１９を介して左右の車輪１４ａ，１４ｂに伝達される。これにより、掃除機本体３は走行を開始する。

また、ＣＰＵ３１は左引っ張り量と右引っ張り量との差を求める。今は、左右の引っ張り量に差がないので、ドライバ３７を制御し、操舵モータ２１を操舵輪２０が直進するように方向を制御する。こうして、掃除機本体３は吸引機構１の引っ張りに応じて前方正面に向かって走行する。そして、操舵輪２０の方向を操舵方向検出部４５で検出し、ＣＰＵ３１はその検出信号を、入力ポート３４を介して取り込み、操舵方向を管理する。

そして、吸引機構１の前方への動きを停止すれば、左引っ張り量及び右引っ張り量のいずれも閾値以下となるため走行モータ１５の駆動は停止される。このように、吸引機構１を前方正面に動かしているときには吸引機構１の動きに追従して掃除機本体３は前方にスムーズに走行する。

また、吸気機構１の動かす向きを変えると、左側の引っ張り量と右側の引っ張り量とに差が生じる。例えば、吸気機構１の動かす向きを右側に変えると、左側の引っ張り量が右側の引っ張り量よりも大きくなって差が生じる。そして、その差が一定値以上大きければ、ＣＰＵ３１は、ドライバ３７を制御し、操舵モータ２１を操舵輪２０が右側に大きく回動するように駆動する。こうして掃除機本体３は大きく右側に方向を変える。また、このときはディファレンシャルギア機構１８の動作によって走行用の車輪１４ａ，１４ｂも方向転換に合わせてスムーズに動作する。

また、左側の引っ張り量と右側の引っ張り量との差が小さければ、その差に応じた角度で掃除機本体３の向きを変える。すなわち、ＣＰＵ３１は、ドライバ３７を制御し、差に応じた角度だけ操舵輪２０が回動するように操舵モータ２１を駆動する。

このように、掃除中に吸気機構１の向きを大きく変えても小さく変えても操舵輪２０は吸気機構１の向きに応じて方向を変えるので、掃除機本体３はスムーズに方向転換するようになる。そして、掃除機本体３が方向転換することで左側の引っ張り量と右側の引っ張り量との差が無くなり、それに応じて操舵輪２０の方向も徐々に正面を向くように制御され、やがて吸気機構１の動作方向と掃除機本体３の向きが合うようになり、掃除機本体３は正面に向かって走行するようになる。

このように、手動操作による吸引機構１の動きに合わせて掃除機本体３をスムーズに自走させて掃除ができ、また、吸引機構１の方向転換に対しても掃除機本体３をスムーズに方向転換させることができ、使い勝手を向上できる。

しかも、吸引機構１の手動操作によるホース８の引っ張りを歪みゲージ２３ａ，２３ｂを使用して検出し、その検出出力を電気的に処理しているので、機械的なスイッチを使用するものに比べて、検出部の構成の簡単化及び長寿命化を図ることができる。

また、作業者が把持部９から手を離せば、スイッチ９ｂがオフするので、このときには走行モータ１５の動作は強制的に停止される。従って、作業者が吸引機構１の手動操作を止めているにも拘わらず歪みゲージ２３ａ，２３ｂが歪みを検知することが発生しても走行モータ１５が動作することは無く安全性を向上できる。

なお、この実施の形態では把持状態を検出する把持検出手段としてスイッチを使用したがこれに限定するものではなく、例えば、２枚の金属板を離して配置したものを使用し、指がその２枚の金属板に接することで流れる電流を検知して把持検出するものであっても、また、指がその２枚の金属板に接することで２枚の金属板間の静電容量の変化を検知して把持検出するものであってもよい。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は、走行用の車輪１４ａ，１４ｂが操舵輪も兼ねたものについて述べる。なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

図８及び図９に示すように、１対の走行モータ５１，５２を設け、一方の走行モータ５１の回転を、複数のギヤからなる動力伝達機構５３を介して走行用車輪１４ａに伝達するとともに、他方の走行モータ５２の回転を、複数のギヤからなる動力伝達機構５４を介して走行用車輪１４ｂに伝達するようにしている。

また、掃除機本体３の前方中央底部には操舵輪に代えて方向が自由に変化するキャスタ車輪５５を取り付けている。
なお、制御部の構成については、操舵モータを走行モータに代え、２個の走行モータを個々にドライバによって制御する以外は図６と同じである。

このような構成の電気掃除機においては、吸引機構１を前方正面に動かしているときには吸引機構取り付け部２が正面に引っ張られるので、各歪みゲージ２３ａ，２３ｂには略等しい張力が加わる。従って、左引っ張り量検出回路４１が検出する引っ張り量と右引っ張り量検出回路４３が検出する引っ張り量は略等しくなり、この引っ張り量が予め設定した閾値を超えていれば、ＣＰＵ３１は各走行モータ５１，５２を同じ速度で回転駆動する。こうして掃除機本体３は前方正面に向かって走行する。

また、吸気機構１の動かす向きを変えると、左側引っ張り量と右側の引っ張り量とに差が生じる。ＣＰＵ３１はその差に応じて左右の各走行モータ５１，５２の速度を変化する。例えば、吸気機構１の動かす向きを左側に変えると、右側の引っ張り量が左側の引っ張り量よりも大きくなって差が生じる。そして、その差が一定値以上大きければ、ＣＰＵ３１は、右側の走行モータ５１の回転速度を左側の走行モータ５２の回転速度よりの大きくし、右側の車輪１４ａを左側の車輪１４ｂよりも早く回転させる。
こうして、掃除機本体３は大きく左側に方向を変える。また、キャスタ車輪５５は掃除機本体３の方向転換に応じて向きを変える。

また、左側の引っ張り量と右側の引っ張り量との差が小さければ、その差に応じた角度で掃除機本体３の向きを変える。すなわち、ＣＰＵ３１は、差に応じて右側の走行モータ５１の回転速度と左側の走行モータ５２の回転速度を制御する。

このように、掃除中に吸気機構１の向きを大きく変えても小さく変えても、右側の走行モータ５１と左側の走行モータ５２の回転速度を制御することで掃除機本体３はスムーズに方向転換することができる。そして、掃除機本体３が方向転換することで左側の引っ張り量と右側の引っ張り量との差が無くなり、やがて吸気機構１の動作方向と掃除機本体３の向きが合うようになり、掃除機本体３は正面に向かって走行するようになる。
従って、この実施の形態においても前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。

（第３の実施の形態）
この実施の形態は、吸引機構取り付け部の他の構成について述べる。
図１０、図１１に示すように、後端部が横向きの円筒状に形成され、先端部が上下に回動するように後端部が掃除機本体３に回動自在に支持された吸引機構取り付け部２５を設けている。なお、吸引機構取り付け部２５の後端部と集塵室１０とは、風路がストレートに連通しても、また、後端部の回転軸に沿って９０度曲げられるように連通してもよい。ストレートに連通する場合にはシャッタ等を設けてもよい。

そして、この吸引機構取り付け部２５の先端部側の左右の対称位置に、前記吸引機構１の引っ張り方向の張力を検出するための１対の歪みゲージ２３ａ，２３ｂをそれぞれ直接貼り付けている。その他の構成は前述した第１の実施の形態と同一である。

このような構成においては、吸引機構取り付け部２５は先端部が上下に回動するので作業者の身長差などによって吸引機構１による上下方向の引っ張り方向が異なる場合でも常に引っ張り方向に向くことになる。

従って、吸引機構取り付け部２５に貼り付けられている歪みゲージ２３ａ，２３ｂは上下方向の余分な力を検出することは無く、吸引機構１による引っ張り方向の張力を正確に検出できる。また、吸引機構取り付け部２５の先端部が上下に回動するので、吸引機構１を床に置いた場合にも歪みゲージ２３ａ，２３ｂに張力が作用することは無い。なお、その他についてはこの実施の形態も前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る電気掃除機の外観を示す斜視図。 同実施の形態における吸引機構の操作部の構成を示す部分拡大図。 同実施の形態における掃除機本体内の要部構成を示すケース上部が無い状態の平面図。 同実施の形態における掃除機本体内の要部構成を示すケース左側部と左車輪が無い状態の側面図。 同実施の形態におけるディファレンシャルギア機構を示す断面図。 同実施の形態における制御部の構成を示すブロック図。 図６における左右の引っ張り量検出回路の具体回路例を示す回路図。 本発明の第２の実施の形態に係る電気掃除機の掃除機本体内の要部構成を示すケース上部が無い状態の平面図。 同実施の形態における掃除機本体内の要部構成を示すケース左側部と左車輪が無い状態の側面図。 本発明の第３の実施の形態に係る電気掃除機の掃除機本体内の要部構成を示すケース上部が無い状態の平面図。 同実施の形態における掃除機本体内の要部構成を示すケース左側部と左車輪が無い状態の側面図。

符号の説明

１…吸引機構、２…吸引機構取り付け部、３…掃除機本体、４…吸込口、１０…集塵室、１２…吸引モータ、１４ａ，１４ｂ…走行用の車輪、１５…走行モータ、１６…駆動手段、２０…操舵輪、２１…操舵モータ、２２…二次電池、２３ａ，２３ｂ…歪みゲージ、３１…ＣＰＵ（中央処理装置）、４１…左引っ張り量検出回路、４２…右引っ張り量検出回路。

Claims (3)

1. 塵を吸い込む吸込口と連通する風路を形成し、把持部を手で握って操作される吸引機構と、この吸引機構の風路端部を先端部に取り付ける吸引機構取り付け部を有する掃除機本体とからなり、
   前記吸引機構は、前記把持部の把持状態を検出する把持検出手段を備え、
   前記掃除機本体は、前記吸引機構取り付け部の後端部に連通した集塵室と吸引モータを有し、前記吸引モータの駆動によって前記吸引機構が吸引した塵を前記集塵室に集めるクリーナ機構と、
   床面を走行する１対の走行用車輪と、
   モータを駆動源として有し、前記各走行用車輪を駆動する駆動手段と、
   駆動の方向を決定する操舵手段と、
   前記吸引機構取り付け部に左右対称に貼り付けられ、前記吸引機構の手動操作時に前記吸引機構取り付け部に生じる引っ張り方向の歪みを検知する１対の歪みゲージと、
   前記把持検出手段により前記把持部の把持状態が検出されている状態で、前記各歪みゲージが検知する歪み量が予め設定した閾値を超えたとき前記駆動手段のモータを駆動制御し、前記把持部の把持状態が検出されなくなると前記駆動手段のモータを停止制御する駆動制御手段と、
   この駆動制御手段により前記駆動手段のモータが駆動制御されているとき、前記一対の歪ゲージの一方の歪ゲージによって検知されている引っ張り量と他方の歪ゲージによって検知されている引っ張り量との差を求め、この差に応じた角度となるように前記操舵手段による駆動方向を制御する方向制御手段とを備えたことを特徴とする電気掃除機。
2. 塵を吸い込む吸込口と連通する風路を形成し、把持部を手で握って操作される吸引機構と、この吸引機構の風路端部を先端部に取り付ける吸引機構取り付け部を有する掃除機本体とからなり、
   前記吸引機構は、前記把持部の把持状態を検出する把持検出手段を備え、
   前記掃除機本体は、前記吸引機構取り付け部の後端部に連通した集塵室と吸引モータを有し、前記吸引モータの駆動によって前記吸引機構が吸引した塵を前記集塵室に集めるクリーナ機構と、
   床面を走行する１対の走行用車輪と、
   この各走行用車輪を個々に独立して駆動するモータを駆動源とする１対の駆動手段と、
   前記吸引機構取り付け部に左右対称に貼り付けられ、前記吸引機構の手動操作時に前記吸引機構取り付け部に生じる引っ張り方向の歪みを検知する１対の歪みゲージと、
   前記把持検出手段により前記把持部の把持状態が検出されている状態で、前記各歪みゲージが検知する歪み量が予め設定した閾値を超えたとき走行のために前記各駆動手段のモータを駆動制御し、前記把持部の把持状態が検出されなくなると前記各駆動手段のモータを停止制御する駆動制御手段と、
   この駆動制御手段により前記各駆動手段のモータが駆動制御されているとき、前記一対の歪ゲージの一方の歪ゲージによって検知されている引っ張り量と他方の歪ゲージによって検知されている引っ張り量との差を求め、この差に応じた角度となるように前記各駆動手段のモータを操舵のために個々に駆動制御する方向制御手段とを備えたことを特徴とする電気掃除機。
3. 吸引機構取り付け部は、吸引機構の風路端部を取り付ける先端部が上下に回動するように後端部を掃除機本体に回動自在に支持したことを特徴とする請求項１又は２記載の電気掃除機。

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