JP4321511B2

JP4321511B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP4321511B2
Application number: JP2005309370A
Authority: JP
Inventors: 裕之妹尾; 崇文石橋; 裕夫大島; 聖一上野; 昭人伊藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: CN101296643A; KR101019789B1; KR20080058428A; JP2007117143A; US20090119867A1; EP1941822B1; EP1941822A1; CN101296643B; WO2007049497A1; EP1941822A4

Description

本発明は、一般家庭などにおいて掃除に使用される電気掃除機の制御に関するものである。

近年、さまざまな機能をもつ掃除機が提案されており、塵埃が通過する空気経路内に設けた塵埃センサーによって、塵埃量を判断し電動送風機の制御などを行うものも提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特公平７−２８８４７号公報特許第３００６１４５号公報

しかしながら、前記従来の電気掃除機の構成では、塵埃の数について検出信号であるパルスの数で、その大きさについてはパルスの幅で判断しているが、この場合に塵埃の大きさをパルス幅で見るための変換部の回路特性を考慮すると、検出できる塵埃の大きさには制限があることが解かってきた。家庭内にある塵埃の大きさは、掃除機で掃除するものだけでも面積的に数千倍以上の差があり、検出回路の特性（主に、信号の増幅率やその周波数特性など）を小さな塵埃に合わせると大きめの塵埃に対し、パルス数としては反応できてもパルス幅での判断は困難であり、その逆にある程度の大きさに特性を合わせると小さい塵埃に対する反応が困難になった。

また、吸気の流速とほぼ同速で吸引される検出部より十分に小さい塵埃に対しては、その大きさがパルス信号の幅として判断できるものではなかった。例えば、通過する塵埃の大きさを直径Ｘの球体、受光部の大きさを直径Ｙの円、通過速度を吸気速度とほぼ等しいＺとすると、通過時間は（Ｘ＋Ｙ）／Ｚであるが、ここでＸ＜＜Ｙであるときには通過時間はＹ／Ｚとなり、塵埃の大きさによる通過時間の変化はほぼ無くなってしまうことになる。逆に、ある程度の大きさがあれば、通過時間にＸの数値が影響を与えるとともに、吸気速度に対してその通過速度も遅くなる傾向もでてくるため、開示されている従来技術のようにパルス信号の幅による塵埃の大きさ判断が可能になる。よって、これまではある程度の大きさの塵埃に特性を合わせており、その制御についても十分に小さな塵埃に対しての有効な電力制御や表示制御を行うことができなかった。

本発明は、これら従来の課題を解決するもので、さまざまな塵埃の大きさに対して特性を合わせた複数の検出信号を出力できる検出部を備えた上で、複数の検出信号に対する判断をすることで、より精度よく小さい塵埃に対する制御を行える使用性を向上し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、本発明の電気掃除機は、電動送風機と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記駆動手段に信号を送ることで前記電動送風機への電力供給量を制御する判断制御手段と、所定の大きさの塵埃に対して反応する第１塵埃検出手段と、前記所定の大きさと異なる塵埃に対して反応可能な第２塵埃検出手段と、塵埃感知部とを備え、前記判断制御手段は、前記第１塵埃検出手段と第２塵埃検出手段の塵埃検出結果に基づいて、前記電動送風機への電力供給量を制御し、前記第１塵埃検出手段および第２塵埃検出手段は、前記塵埃感知部の発光部と受光部の間を塵埃が通過することで発生する受光量の変化を信号として受け取り、前記信号を、第１塵埃検出手段は第１増幅部で、第２塵埃検出手段は第２増幅部で、それぞれ増幅し判定出力すると共に、前記第２増幅部
の増幅率を前記第１増幅部の増幅率よりも大きく設定することで、前記第１塵埃検出手段で反応できない小さな塵埃でも、前記第２塵埃検出手段では反応可能としたものである。

これにより、塵埃の大きさについて小さな塵埃に適した検出信号とより大きな塵埃に適した検出信号とで判断して、より精度よく電動送風機の制御を行うことができる。また、第２塵埃検出手段は、第１塵埃検出手段が検出可能な所定の大きさの塵埃とは異なる、小さな大きさの塵埃に対しても、確実に反応できるようになる。

本発明の電気掃除機は、塵埃の大きさについて小さな塵埃に適した検出信号とより大きな塵埃に適した検出信号とで判断して、より精度よく電動送風機の制御を行うことができるので、使用性を向上した電気掃除機を提供することができる。

第１の発明は、電動送風機と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記駆動手段に信号を送ることで前記電動送風機への電力供給量を制御する判断制御手段と、所定の大きさの塵埃に対して反応する第１塵埃検出手段と、前記所定の大きさと異なる塵埃に対して反応可能な第２塵埃検出手段と、塵埃感知部とを備え、前記判断制御手段は、前記第１塵埃検出手段と第２塵埃検出手段の塵埃検出結果に基づいて、前記電動送風機への電力供給量を制御し、前記第１塵埃検出手段および第２塵埃検出手段は、前記塵埃感知部の発光部と受光部の間を塵埃が通過することで発生する受光量の変化を信号として受け取り、前記信号を、第１塵埃検出手段は第１増幅部で、第２塵埃検出手段は第２増幅部で、それぞれ増幅し判定出力すると共に、前記第２増幅部の増幅率を前記第１増幅部の増幅率よりも大きく設定することで、前記第１塵埃検出手段で反応できない小さな塵埃でも、前記第２塵埃検出手段では反応可能としたもので、塵埃の大きさについて小さな塵埃に適した検出信号とより大きな塵埃に適した検出信号とで判断して、より精度よく電動送風機の制御を行うことができる。また、第２塵埃検出手段は、第１塵埃検出手段が検出可能な所定の大きさの塵埃とは異なる、小さな大きさの塵埃に対しても、確実に反応できるようになる。

第２の発明は、複数の塵埃検出手段の出力結果に対し、反応する塵埃の大きさを考慮して蓄積された塵埃量を判断し、電動送風機の電力制御や蓄積塵埃量の報知制御を行うもので、掃除機の集塵容量に対する使用者への報知や、運転の停止などを行うことができ、使い勝手のよい掃除機を提供することができる。

第３の発明は、複数の塵埃検出信号の出力結果に対する電動送風機の電力制御則および／または報知制御則を、使用者が設定できる設定入力手段を備えたもので、使用者が被掃除対象に存在する塵埃の大きさや量に対して報知してほしいレベルや電動送風機へ供給する電力制御量のレベルを自分の判断で設定でき、より使い勝手の良い掃除機を提供することができる。

第４の発明は、複数の塵埃検出信号の出力結果に対する電動送風機の電力制御則および／または報知制御則を、塵埃の吸込口に装着した吸込具の種類によって変更するようにしたもので、特定の目的すなわち特定の被掃除対象の吸引を前提とした吸込具を装着した場合には、その対象に最適化した報知レベルや電力制御レベルを自動的に設定変更するもので、より使い勝手の良い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）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を用いて説明する。

図８は、電気掃除機の斜視外観図で、図９はその略断面図である。１は掃除機本体（以下、本体と称す）で、２は本体１内に収納される吸引力を発生させる電装送風機２である。本体１にはホース３が接続され、その一部に使用者が操作する操作部４が設けられている。また、本体１内には集塵袋５を収納した集塵室６がある。またホース３に設けられている７は後述する第１塵埃検出手段１０および第２塵埃検出手段１１が収納されている塵埃検出部で、図７はこの部分の略断面図である。

次に、図１は、この電気掃除機の制御ブロック図で、８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る。９はマイクロコンピュータなどで構成される判断制御手段である。判断制御手段９は操作部４からの操作信号を受けて判断し、駆動手段８へ駆動信号を送る。１０は第１塵埃検出手段、１１は第２塵埃検出手段であり、その構成として、赤外発光ダイオードとフォトトランジスタなどで構成された塵埃感知部１２と、塵埃感知部１２の出力信号に対して、オペアンプやコンパレータなどで構成された増幅機能とフィルタ機能を有した所定の第１増幅率をもって検出信号を判定出力する第１塵埃検出手段１０と、さらに大きな第２増幅率をもつ第２増幅部をもって検出信号を判定出力する第２塵埃検出手段１１からなっている。これらの検出手段の検出結果を判断制御手段９へ送信する手段の例として、塵埃の検出をパルス信号に変換してそのパルス数をカウントする方式を説明する。１３は第１塵埃検出手段の検出信号を受けてカウントする第１塵埃計数手段であり、１４は第２塵埃検出手段の検出信号を受けてカウントする第２塵埃計数手段である。１５は、第１塵埃計数手段１３や第２塵埃計数手段から構成された塵埃量検知手段で、塵埃検出信号から判断制御手段９に対して判断できる塵埃量を送るものである。また、２０はＬＥＤなどで構成された検出報知手段であり、塵埃の検出状況を判断制御手段９からの信号を受けて使用者に報知するものである。

２１はＬＥＤなどで構成された集塵量報知手段であり、集塵袋５に蓄積された塵埃量すなわち集塵量に応じて判断制御手段９からの信号を受けて表示し、使用者に報知するもので、２２は集塵袋５を交換した場合に判断制御手段９が判断している蓄積量をクリア処理するためのスイッチなどで構成された蓄積クリア入力手段であり、この入力によって、判断制御手段９は蓄積量をクリアし、次の蓄積量判断を始める。２３は、例えばスライドスイッチなどで構成された塵埃検出結果に対する電力制御則や報知制御則の設定を使用者が切り替えるための設定入力手段であり、この設定により、どの大きさの塵埃をどのくらい検出したかによる電動送風機２の通電量の制御や使用者への報知レベルを変更することができるものである。また、２５は吸込具を特定するための吸込具設定手段で、２４は吸込具設定手段２５からどの吸込具が接続されているかを判断する吸込具判断手段である。この構成としては、２５を所定の抵抗で構成して所定の電流を流し、抵抗値によって生じる電位差から吸込具判断手段２４が接続されている吸込具を特定する方式を例として説明するが、接続された吸込具を特定することが目的であるので、なんらかの送受信手段を備えて、個別認識が行えればよいのは言うまでもない。

以下、これらの動作を説明する。

まず、本体１を商用電源（図示せず）に接続し、使用者は操作部４によって運転を指示する。操作部４から判断制御手段９に操作信号が送られ、操作された内容にしたがって、判断制御手段９は所定の初期値（例えば３００Ｗ）の電力で運転が行われるように駆動手段８へ駆動信号を送る。駆動手段８は送られてきた信号によって電動送風機２への通電を行い、電動送風機２は回転を開始し、吸引力が発生する。

この吸引力によって、吸引された塵埃は、ホース３を経て本体１内の集塵室６の集塵袋
５へ集塵される。この間、図７に示すように、集塵検出部７の吸引経路内を塵埃が通過する、つまり発光部と受光部の間を塵埃が通過することで受光量が変化し、その変化量は塵埃の大きさに依存する。つまり、塵埃感知部１２での受光量の変化が、第１塵埃検出手段１０と第２塵埃検出手段１１に信号を送られ、まず、第１塵埃検出手段１０で受けた信号を第１増幅部で増幅し、この結果が、所定の閾値を越えていれば、第１の塵埃検出信号として出力する。さらに、第１塵埃検出手段１０の出力結果に関わらず、第２塵埃検出手段１１では、受けた信号を第２増幅部での増幅し、所定の閾値を越えていれば、第２の塵埃検出信号として出力する。このとき、第２の増幅率は第１の増幅率よりも大きく設定しておくことで、比較的大きな塵埃の場合には、第１増幅率でも反応したと判定でき、第１の塵埃検出信号、第２の塵埃検出信号ともに出力される。小さな塵埃の場合には第１増幅率では判定レベルに達せず、第２増幅率でのみ反応したと判定でき、第２の塵埃検出信号のみが検出され出力される。増幅率の差で大きさ判定を分別することで、受発光部分の通過速度が等しく、パルス幅では十分な差が得られない塵埃（例えば径が０．１ｍｍの塵埃と０．０３ｍｍの塵埃）であっても、信号として区別できる。

次に、塵埃量検知手段１５では、第１塵埃計数手段１３が第１の塵埃検出信号をあらかじめ定めた所定単位時間カウントし、第２塵埃計数手段１４が第２の塵埃検出信号を同様に所定単位時間カウントし、そのカウント結果を判断制御手段９へ送られる。判断制御手段９は、図２に示すように個別にまず判断し、表１に示すようにそれぞれのカウントされた塵埃量に対し、電力設定を一旦設定する。この設定は第２の塵埃計数手段１４によってカウントされる塵埃が、第１の塵埃計数手段１３によってカウントされる塵埃より小さく、その数が多くなることから、汚れ度判定の絶対値を大きくし、同時に吸引のためのパワーは少なくて済むので、電力設定値は小さくしている。これを考慮して、実際に表１のような個別に適応させた設定ができる。その上で、第１の塵埃計数手段１３及び第２の塵埃計数手段１４の結果にもとづく電力設定から大きい方の電力値を判断制御手段９は電動送風機２の電力供給量として決定して、駆動手段８への信号を送る。駆動手段８はその信号に従って電動送風機２を駆動し、塵埃の量と大きさに応じた電動送風機２の運転が可能となり、エネルギー効率もよい使用性の高い制御が可能になる。

また、これらの汚れ度に応じて、検出報知手段２０を用いて表示することで、使用者に検出状況を報知すれば、汚れ度すなわち清掃状況に応じた掃除ができるので、効率的な清掃が可能となる。また、小さい塵埃とより大きな塵埃とを区別して表示すればさらに塵埃の分布などもわかり、汚れのたまり具合なども予想できるため、さらに効率的な運転ができる。もちろん、表示ではなく、音声などによる報知でも同様の効果がある。

ちなみに、第１塵埃計数手段１３でカウントできる塵埃は、第２塵埃計数手段１４でも同時にカウントされるので、通常はこれを考慮して設定するが、回路構成によって第１の塵埃検出信号と第２の塵埃検出信号の出力が排他的な処理を行ってどちらかしか出力されないようにし、通信回路の効率化を図ることでコストを抑える方法もあるので、その場合
には、塵埃量検知手段１５において自動的に第１の塵埃計数結果を第２の塵埃計数結果に加算する選択機能を持たせることで、回路構成に左右されることなく制御を合わせることができる。

また、複数の制御則を準備して、操作部４もしくは別途、例えば掃除機本体１の上部などに設定入力手段２３をスライドスイッチとして設けて、被掃除面の状況により、使用者が使いたい運転を選択させてもよい。通常、人の動きが活発な環境や就寝時のみ使用する環境、あるいはスポット的にのみ使用する場合など、その塵埃の大きさや量に対する電力制御則や報知制御則の最適設定は異なる。例えば、就寝時のみ使用する環境では、大きな塵埃の発生頻度は少なく、より清潔さを求めるのに対し、人の動きが活発な環境やスポット掃除に用いる場合には、どちらかと言えば、ある程度の大きさをもった塵埃の吸引が主な目的になると考えられる。使用者がこういった使用環境あるいは用途に応じて、設定を変更できるように入力手段をもつことで、より使い勝手を高めることもできる。

さらに、特定の吸込具、例えばふとん掃除用、スキマ用、衣服がけ用、といった個別の吸込具に、吸込具設定手段２５として、それぞれ異なる抵抗を配し、ホース３などを介して所定の電流を流すことで、そのときに生じる電位差を吸込具判断手段２４によって区別判断し、制御側を切り替えることも効果がある。例えば、衣服がけ用吸込具は、塵埃量としては敏感に報知できるよう設定するとともに、衣服にダメージを与えないように、また操作する上で吸い付き過ぎないように電力制御量を小さめに抑えるとよい。また、ふとん掃除用やスキマ用の吸込具は、電力制御量も大きめにしておき、十分な吸引能力を持たせるようにするなどして、自動的に電力制御則や報知制御則を切り替えることで、より使い勝手を高めることもできる。さらなる展開として、多目的な吸込具を考慮した場合に、その吸込具の形状の一部変化に連動して、制御則が切り替わるように吸込具設定手段２５の設定（例えば合成抵抗値）が切り替わる構成も考えられ、より使い勝手を高めることも可能である。

また、判断制御手段９は、第１の塵埃計数手段１３及び第２の塵埃計数手段１４の結果から集塵袋５へ集塵された蓄積量が大きさを考慮して判断できるので従来のものより精度よく、その蓄積量を集塵量報知手段２１によって使用者へ報知できる。このとき集塵袋５を交換するなどした場合には、蓄積クリア入力手段２２から信号を判断制御手段９へ送り、その蓄積量のクリア処理を行えるようにする。蓄積クリア手段２２は使用者が操作するスイッチで構成した入力手段でも良いが、集塵袋５の交換を集塵室６内にスイッチやセンサなどを設けて自動的に処理できるようにしてもよいのは言うまでもない。

（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を用いて説明する。第１の実施の形態と同一構成部分については、同一番号を付与して説明を省略する。

第１塵埃検出手段１０と第２塵埃検出手段１１の出力から塵埃量検知手段１５で塵埃量を検知するための別の構成例として、パルス信号のカウント処理を行わず、信号用の電圧をトランジスタとツェナーダイオードあるいは抵抗などから構成して複数の電圧レベルに変化させて、判断制御手段９へ検出信号として送る方法もある。図３に示すように、塵埃量検知手段１５を第１電圧判定手段１６と第２電圧判定手段１７から構成する。

動作としては、第１塵埃検出手段１０が塵埃を検出した場合の出力電圧と、第２塵埃検出手段１１が塵埃を検出した場合の出力電圧とをあらかじめ定めておき、図４に示すように塵埃量検知手段１５内の第１電圧判定手段１６と第２電圧判定手段１７とが個別に判断を行い、その検出結果を判断制御手段９へ伝える。このとき、大きい方の塵埃の検出結果には小さい方を検出もあったものとして処理させてもよいし、結果の電圧の出力を時分割
し、タイミングを分けて第１電圧判定手段１６の判定と第２電圧判定手段１７の判定を個々に行うようにしてもよい。

さらに、別の構成として、図５に示す一旦第１塵埃検出手段１０と第２塵埃検出手段１１の出力から塵埃信号重畳手段１８で、あらかじめ定めた通信則で信号として重畳し、塵埃量検知手段１５の中に塵埃信号分離手段１９を設けて、重畳時の処理に基づいて、再度どちらかあるいは両方から検出信号が入力されたかを検知できるようにする例も考えられる。

この動作としては、塵埃信号重畳手段１８が、例えば出力結果を基準のタイミングから時分割あるいは周波数帯を分けて、重畳した信号パルスとして送信し、塵埃量検知手段１５の中に塵埃信号分離手段１９は、これを受信して、図６のように再度、それぞれの出力結果を判断して、判断制御手段９へ伝える。この構成の場合は無線通信を用いるなど、さらに情報量を増やして制御させることも容易に考えられる。

また、吸込具設定手段２５と吸込具判断手段２４の構成も、その接続された吸込具が特定できれば、その方法は問わないため、無線や赤外線などの通信を使った場合には、塵埃を検出した信号と復号して送ることで、効率的な処理を行って検出報知を含め、使い勝手の良い掃除機を提供することも可能であろう。

また、ここまでの実施の形態としては塵埃検出手段を２種類として説明したが、使用目的や周波数特性などを考慮して、より大きさの区別を増やしたり検出精度向上の目的でより多数の塵埃検出信号にわけて制御してもよい。基本的な動作の流れは変わらないが、電力制御則や報知制御則を、塵埃検出信号として区別する数にあわせて用意し、かつ統合判断する制御則を用意して電動送風機２の電力制御や検出報知手段２０の報知制御を行えばよい。例えば、一番多く反応した塵埃の制御設定を用いたり、一番強い制御設定を用いるなどが考えられる。

以上のように、塵埃の大きさに対して特性を合わせた複数の検出信号を判断することで、より精度よく電力制御を行え、使用性の高い電気掃除機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、塵埃検出について小さな塵埃に適した検出信号とより大きな塵埃に適した検出信号とを分別判断し制御することで、より精度よく電力制御を行え、塵埃検出制御を行う電気掃除機に特に有用である。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の制御システムブロック図同電気掃除機の塵埃検出信号処理の一例を示すフローチャート本発明の実施の形態２における電気掃除機の制御システムブロック図同電気掃除機の塵埃検出信号処理の一例を示すフローチャート本発明の実施の形態２における電気掃除機の別の例を示す制御システムブロック図同電気掃除機の塵埃検出信号処理の一例を示すフローチャート本発明の電気掃除機の塵埃検出部を示す略断面図同電気掃除機の外観斜視図同電気掃除機の略断面図

１本体
２電動送風機
４操作部
５集塵袋
８駆動手段
９判断制御手段
１０第１塵埃検出手段
１１第２塵埃検出手段
１３第１塵埃計数手段
１４第２塵埃計数手段
１５塵埃量検知手段
１６第１電圧判定手段
１７第２電圧判定手段
１８塵埃信号重畳手段
１９塵埃信号分離手段
２０検出報知手段
２１集塵量報知手段
２３設定入力手段
２４吸込具判断手段
２５吸込具設定手段

Claims

電動送風機と、前記電動送風機を駆動する駆動手段と、前記駆動手段に信号を送ることで前記電動送風機への電力供給量を制御する判断制御手段と、所定の大きさの塵埃に対して反応する第１塵埃検出手段と、前記所定の大きさと異なる塵埃に対して反応可能な第２塵埃検出手段と、塵埃感知部とを備え、前記判断制御手段は、前記第１塵埃検出手段と第２塵埃検出手段の塵埃検出結果に基づいて、前記電動送風機への電力供給量を制御し、前記第１塵埃検出手段および第２塵埃検出手段は、前記塵埃感知部の発光部と受光部の間を塵埃が通過することで発生する受光量の変化を信号として受け取り、前記信号を、第１塵埃検出手段は第１増幅部で、第２塵埃検出手段は第２増幅部で、それぞれ増幅し判定出力すると共に、前記第２増幅部の増幅率を前記第１増幅部の増幅率よりも大きく設定することで、前記第１塵埃検出手段で反応できない小さな塵埃でも、前記第２塵埃検出手段では反応可能とした電気掃除機。
複数の塵埃検出手段の出力結果に対し、反応する塵埃の大きさを考慮して蓄積された塵埃量を判断し、電動送風機の電力制御や蓄積塵埃量の報知制御を行う請求項１に記載の電気掃除機。
複数の塵埃検出手段の出力結果に対する電動送風機の電力制御則および／または報知制御則を、被掃除対象に応じて使用者が設定できる設定入力手段を備えた請求項１または２に記載の電気掃除機。
複数の塵埃検出手段の出力結果に対する電動送風機の電力制御則および／または報知制御則を、塵埃の吸込口に装着した吸込具の種類によって変更する請求項１または２に記載の電気掃除機。