JP4439495B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、吸込み口から吸込んだ塵を掃除機本体に送る連通管を有する電気掃除機に関する。

風路を形成したホースなどの連通管を持ち、この連通管を掃除機本体に取り付けた電気掃除機が知られている。この電気掃除機は、連通管に張力が加えられるとオンする機械的なスイッチと、このスイッチのオン信号によりトリガーされて信号を出力し、一定時間後に信号の出力を停止するワンショットマルチバイブレータを設けている。そして、ワンショットマルチバイブレータから出力される信号によって前方へ自走させる電動機を一定時間駆動する。すなわち、この電気掃除機は、連通管を引っ張る力が一定値を超えるとスイッチがオンして一定時間、電動機が動作し、掃除機本体が前方へ自走する（例えば、特許文献１参照）。
特開平２−７９２９号公報

上記特許文献１に記載された電気掃除機は、一定値以上の引張り力が加わった場合にのみ掃除機本体を前方へ移動させる電動機を駆動するようにしているため、操作性の点で必ずしも満足できるものではなかった。例えば、狭い所を掃除する場合、掃除機本体が不用意に移動してしまうと壁等に衝突するなど不具合が生ずるが、上記構成のものでは一定値以上の引張り力が加わると掃除機本体を前方へ移動させる電動機が駆動されてしまうおそれがある。これを避けるために強い引張り力が加わったときのみ電動機を駆動するようにすると、広い所を掃除する場合には必要なときに電動機が駆動されず、操作性が悪くなるという問題があった。

そこで、本発明は、種々の掃除形態において掃除機本体の走行を適切に補助可能とする電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、塵を吸い込む吸込口と連通する風路を形成した連通管と、吸引モータを有するとともに前記連通管を前記吸引モータに連通するように取付ける連通管取付け部を有する掃除機本体とを備え、前記掃除機本体は、走行用の車輪を駆動する駆動手段と、
前記連通管を把持しての掃除動作でこの連通管を介して前記連通管取付け部に加わる力
を直接的あるいは間接的にセンサで検出し、この検出した力に応じて電圧信号を出力する
検出手段と、前記検出手段から出力される電圧信号に基づいて閾値を設定する閾値設定段と、前記閾値設定手段が閾値を設定した後で前記検出手段から出力された電圧信号と前記閾値設定手段が設定した閾値を比較し、その比較結果に応じて前記駆動手段を駆動する移動制御手段とを具備した電気掃除機にある。

本発明によれば、種々の掃除形態において掃除機本体の走行を適切に補助可能とすることができる。

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ある。この電気掃除機は、筒形状の連通管１と掃除機本体２からなる。前記掃除機本体２は、前記連通管１を取付ける円筒形状の連通管取付け部３を有する。

前記連通管１は、第１の延長管４と、第２の延長管５と、一端側に操作部６を取付けたホース７からなる。前記第１の延長管４は、一端に床面を摺動して塵を吸い込む吸込口８を設けている。また、前記第１の延長管４は、その他端側に、前記第２の延長管５の他端側をスライド自在に嵌合している。前記吸込口８は、前記第１の延長管４に対して着脱自在になっている。

前記ホース７は、前記操作部６から延出され、そのホース７の先端部７ａを前記掃除機本体２の連通管取付け部３に取付けている。前記ホース７は、前記連通管取付け部３に対して着脱自在になっている。
前記連通管１は、前記各延長管４，５及びホース７によって前記吸込口８と前記掃除機本体２を連通する風路を構成している。

前記操作部６は、図２の(a)、(b)に示すように、手で握る把持部９を設けている。前記把持部９は略円筒形状で、その上面側に電源をオン、オフする操作ボタンや吸込みの強弱を選択する操作ボタンなど複数の操作ボタン９ａを配置している。また、閾値を任意に設定するための閾値設定手段を構成する手動操作用の摺動ボリューム９ｂを配置している。なお、ここでの閾値を任意に設定するとは、予め定められた複数の閾値からいずれかを選択する場合も含む概念である。

前記掃除機本体２は、図３及び図４に示すように、前記連通管取付け部３の後端部に集塵室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設けている。そして、前記連通管取付け部３と集塵室１０を風路で接続している。

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ることで前記吸込口８から塵と一緒に空気を吸い込む。吸込んだ塵と空気は、連通管１の第１の延長管４、第２の延長管５、操作部６、ホース７を順次経由して連通管取付け部３から集塵室１０に入り込む。そして、塵は、集塵室１０に留まり集められる。また、空気は、フィルタ１１、吸引モータ１２を経由して外部に排出される。

前記掃除機本体２は、後方の左右に床面１３を走行する走行用の車輪１４ａ，１４ｂを取り付けている。また、前記掃除機本体２は、前記各車輪１４ａ，１４ｂを回転駆動する駆動手段１６及びこの駆動手段１６の駆動源である走行モータ１５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を備えている。前記駆動手段１６は、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に伝達する。前記ディファレンシャルギア機構１８は、回転を、車軸１９を介して前記各車輪１４ａ，１４ｂに伝達する構成になっている。

前記掃除機本体２は、底部の中央前方に、自由に向きを変更できる従動輪２０を取り付けている。前記掃除機本体２は、前記吸引モータ１２、走行モータ１５及び後述する制御回路の電源となる充電可能な二次電池２１を搭載している。前記二次電池２１は、＋Ｅ1電圧を出力する＋Ｅ1電源と、＋Ｅ2（＞＋Ｅ１）電圧を出力する＋Ｅ2電源に電力を供給している。

前記掃除機本体２は、連通管取付け部３の下面側、すなわち、床面に向いている面側に、前記連通管１を介して前記連通管取付け部３に加わる力を検出するためのセンサとして、歪みゲージ２２を貼り付けている。

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、外輪ギヤ１８ａと、２個の遊星かさギヤ１８ｂ，１８ｃと、２個のかさギヤ１８ｄ，１８ｅからなる。
前記外輪ギヤ１８ａは前記車軸１９の周囲を回転する。前記各遊星かさギヤ１８ｂ，１８ｃは、前記外輪ギヤ１８ａの内側に取付けられている。前記各かさギヤ１８ｄ，１８ｅは、前記遊星かさギヤ１８ｂ，１８ｃに歯合し、前記外輪ギヤ１８ａの回転を車軸１９に伝達する。

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動作を行う。この動作によって、前記掃除機本体２は、連通管１で引っ張られる方向にスムーズに向きを変えながら走行することができる。

図６は前記走行モータ１５を駆動制御する制御回路を示している。前記制御回路は、例えば回路基板上に実装され、前記掃除機本体２内に取付けられる。
前記走行モータ１５は、前記＋Ｅ2電源に、ＰＮＰ型の第１のトランジスタ３１のコレクタ−エミッタを直列に介して接続されている。そして、前記走行モータ１５にコンデンサ３２及び逆極性にしたダイオード３３がそれぞれ並列に接続されている。前記＋Ｅ2電源の負極端は接地されている。

前記第１のトランジスタ３１は、そのベースを、抵抗３４を直列に介してＮＰＮ型の第２のトランジスタ３５のコレクタに接続している。前記第２のトランジスタ３５は、そのエミッタを前記ダイオード３３のアノードに接続し接地されている。

１辺に前記歪みゲージ２２を接続し、他の３辺に抵抗を接続した４辺からなる抵抗ブリッジ回路３６を前記＋Ｅ1電源に接続している。前記抵抗ブリッジ回路３６は、前記連通管１を介して前記連通管取付け部３に加わる力を前記歪みゲージ２２で検出し、この検出した力に応じて電圧信号を出力する検出手段を構成している。なお、この歪みゲージ２２を、例えば、ホース７の先端部７ａに設けて、連通管取付け部３に加わる力を間接的に検出することも可能である。

前記抵抗ブリッジ回路３６は、歪みゲージ２２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を出力する。そして、その出力電圧を次段の差動増幅回路３７に供給している。前記差動増幅回路３７は、出力電圧を増幅し、その増幅した出力電圧を、抵抗３８を介して反転増幅回路３９に供給している。

前記反転増幅回路３９は、入力された電圧を増幅しレベルシフト回路４０を介して差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に供給している。前記差動増幅回路４１は、非反転入力端子(+)側に、前記操作部６に設けた摺動ボリューム９ｂを有する閾値設定器４２からの閾値電圧を入力し、その出力を前記第２のトランジスタ３５のベースに供給している。

前記差動増幅回路４１は、反転入力端子(-)側の入力電圧が、非反転入力端子(+)側の入力電圧である閾値電圧より低い電圧になると、その差に応じた正電圧を出力する。また、前記差動増幅回路４１は、反転入力端子(-)側の入力電圧が、非反転入力端子(+)側の入力電圧である閾値電圧より高い電圧になると、その差に応じた負電圧を出力する。なお、オペアンプの負電圧電源端子をグランド電位とした場合にはほぼグランド電位となる。

前記差動増幅回路４１の出力が正電圧になると、その電圧値に応じて前記第２のトランジスタ３５がオン動作し、これにより、前記第１のトランジスタ３１がオン動作して前記走行モータ１５への通電が開始される。

このような構成の電気掃除機は、以下の動作を行う。
作業者は、操作部６の把持部９を手で握り、把持部９の操作ボタン９ａを指でオンすると吸引モータ１２が動作する。吸引モータ１２が動作すると、掃除機本体２は、空気流を発生させ、吸込口８から塵とともに空気を吸込む。吸い込まれた空気と塵は、第１の延長管４、第２の延長管５、操作部６、ホース７を順次経由して掃除機本体２の集塵室１０に入る。そして、塵は集塵室１０に集められる。空気は、集塵室１０からフィルタ１１、吸引モータ１２を経由して外部に排出される。

作業者は、把手部９を握った状態で、例えば、床面１３に接している吸込み口８を前後に動かしながら前方へ移動するようにして掃除を行う。吸込み口８を前方に動かしたときホース７が引っ張られる。このとき、掃除機本体２の前方にいる使用者は、連通管取付け部３より上方位置で把手部９を握って掃除しているので、連通管取付け部３はホース７を介して斜め上方に引っ張られることになる。その際、連通管取付け部３には歪みが生じ、連通管取付け部３に貼り付けられた歪みゲージ２２にも歪みが生じる。

このとき、抵抗ブリッジ回路３６は、図７の(a)に示すように、出力端子に歪みに応じた出力電圧を発生する。この電圧信号は差動増幅回路３７によって増幅され、図７の(b)に示す電圧信号になる。この電圧信号は反転増幅回路３９によってさらに増幅され、図７の(c)に示す電圧信号になる。こうして増幅された電圧信号はレベルシフト回路４０でレベルシフトされた後、差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に入力される。

レベルシフト回路４０から差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に入力される電圧信号は、歪みゲージ２２に加えられた張力が大きいときには、図７の(d)に示すように閾値設定器４２で設定された閾値電圧より小さくなる。そして、差動増幅回路４１は、図７の(e)に示すように増幅された電圧信号が閾値電圧より小さい期間、その差に応じた正電圧を出力する。

差動増幅回路４１の出力が正電圧になると、トランジスタ３５がオン動作し、トランジスタ３１がオン動作する。トランジスタ３１がオンすると、走行モータ１５への通電が開始され、この走行モータ１５は回転を開始する。走行モータ１５は回転を動力伝達部１７に伝達する。回転は、動力伝達部１７から、ディファレンシャルギア機構１８、車軸１９を経由して左右の車輪１４ａ，１４ｂに伝達される。これにより、掃除機本体２は前方へ自走する。

差動増幅回路４１の出力が正電圧になっている期間は短いので、走行モータ１５の回転は長時間継続することは無く、短時間で停止される。さらに、差動増幅回路４１の出力電圧に応じてトランジスタ３５がオン動作することでトランジスタ３１のベース電流が制御され、これにより、走行モータ１５に流れる電流が制御される。すなわち、差動増幅回路４１の出力電圧が小さいときは走行モータ１５の回転速度は遅くなり、掃除機本体２はゆっくり移動し、差動増幅回路４１の出力電圧が大きいときは走行モータ１５の回転速度は早くなり、掃除機本体２は早く移動する。
こうして、掃除機本体２を連通管１の前方への動きに追従させてスムーズに走行させることができる。

そして、作業者が連通管１を前後に動かす操作を止めると、歪みゲージ２２に張力が作用しなくなる。従って、差動増幅回路４１の出力が負またはゼロ電位になり、走行モータ１５は直ちに停止する。こうして、掃除機本体２の自走が停止される。すなわち、作業者が連通管１の操作を止めているにも拘わらず掃除機本体２が自走し続けるような不具合は生じない。
このように、掃除するときの連通管１の動きに応じて掃除機本体２をスムーズに自走させて掃除ができ、掃除機として使い易さを高めることができる。

また、ホース７を介して掃除機本体２の一部である連通管取付け部３に加わる力の検出を歪みゲージ２２で行っている。歪みゲージ２２は、機械的なスイッチに比べて繰り返し動作に対する耐久性が高い。従って、連通管取付け部３に加わる力を検出する検出手段は寿命を長く延ばすことができる。

また、閾値設定手段を構成する摺動ボリューム９ｂを把持部９に設けている。これにより、作業者が操作しやすいようにすることができる。例えば、狭い所を掃除する場合、掃除機本体２が不用意に移動して壁等に衝突するなど不具合を防止するために、閾値が大きくなるように変更して小さい引張り力では掃除機本体２が移動しないようにすることができる。一方、広い所を掃除する場合、閾値が小さくなるように変更して小さな引張り力でも掃除機本体２が移動できるようにすることができる。

このような閾値の変更は、上述した場合のみでなく、作業者の身長差によって歪みゲージ２２に作用する力が変化するような場合においても行うことができる。すなわち、例えば、作業者の身長が大きいときにはホース７の引っ張り角度が高くなるので歪みゲージ２２に作用する力が強くなる傾向になる。このときには、摺動ボリューム９ｂを手動操作して閾値を高くすることで掃除機本体２を自分に合った状態でスムーズに自走できるようになり、作業者に合った掃除機本体２の自走制御ができるようになる。このように、種々の掃除形態において掃除機本体２の走行を適切に補助可能とすることができる。

また、連通管取付け部３の床面側に歪みゲージ２２を貼り付けている。これにより、連通管１の把持部９を持って掃除を行う場合に、連通管取付け部３は、歪みゲージ２２に対してゲージを伸ばす方向の張力を確実に作用させることができる。また、連通管１を床面１３に置いた場合に、連通管取付け部３は、歪みゲージ２２への力の作用を確実に停止させることができる。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は、閾値設定手段を構成する手動操作部の変形例について述べる。なお、電気掃除機の全体構成は前述した第１の実施の形態と同じである。また、前述した第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付す。

前記操作部６は、図８の(a)、(b)に示すように、把持部９の上面側に複数の操作ボタン９ａを配置するとともに、閾値設定手段を構成する手動操作用の操作スイッチ９ｃを配置している。

図９は前記走行モータ１５を駆動制御する制御回路を示している。この実施の形態の制御回路は、閾値設定手段を、前記操作スイッチ９ｃとサンプルホールド回路４３とレベルシフト回路４４によって構成している。

すなわち、反転増幅回路３９は、入力された電圧を増幅しレベルシフト回路４０を介して差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に供給するとともに、前記サンプルホールド回路４３に供給している。前記サンプルホールド回路４３は内部に前記操作スイッチ９ｃを接続し、この操作スイッチ９ｃをオン操作することで前記レベルシフト回路４０からの電圧信号をサンプルホールドするようになっている。すなわち、前記サンプルホールド回路４３は、前記操作スイッチ９ｃが押されて離れた瞬間の前記差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に入力される電圧と同じ電圧をサンプリングして出力するようになっている。

そして、前記サンプルホールド回路４３からの出力電圧をレベルシフト回路４４に供給して所定レベルだけ低下させるレベルシフトを行った後、閾値電圧として前記差動増幅回路４１の非反転入力端子(+)側に供給している。なお、その他については前述した第１の実施の形態と同様になっている。

前記差動増幅回路４１は、反転入力端子(-)側の入力電圧が、非反転入力端子(+)側の入力電圧である前記レベルシフト回路４４からのレベルシフトされた電圧より低い電圧になると、その差に応じた正電圧を出力する。そして、前記差動増幅回路４１の出力が正電圧になると、その電圧値に応じて第２のトランジスタ３５がオン動作する。

このような構成の電気掃除機は、以下の動作を行う。
作業者は、操作部６の把持部９を手で握り、操作スイッチ９ｃを指でオンし、オフする。この操作によって、サンプルホールド回路４３は、反転増幅器３９からレベルシフト回路４０を介して差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に入力される電圧をサンプルホールドする。

続いて、作業者が把持部９の操作ボタン９ａを指でオンすると、吸引モータ１２が動作する。吸引モータ１２が動作すると、掃除機本体２は、空気流を発生させ、吸込口８から塵とともに空気を吸込む。吸い込まれた空気と塵は、第１の延長管４、第２の延長管５、操作部６、ホース７を順次経由して掃除機本体２の集塵室１０に入る。そして、塵は集塵室１０に集められる。空気は、集塵室１０からフィルタ１１、吸引モータ１２を経由して外部に排出される。

作業者は、把手部９を握った状態で、例えば、床面１３に接している吸込み口８を前後に動かしながら前方へ移動するようにして掃除を行う。吸込み口８を前方に動かしたときホース７が引っ張られる。このとき、掃除機本体２の前方にいる使用者は、連通管取付け部３より上方位置で把手部９を握って掃除しているので、連通管取付け部３はホース７を介して斜め上方に引っ張られることになる。その際、連通管取付け部３には歪みが生じ、この連通管取付け部３に貼り付けられた歪みゲージ２２にも同様に歪みが生じる。

このとき、抵抗ブリッジ回路３６は、図１０の(a)に示すように、出力端子に歪みに応じた電圧信号を発生する。この電圧信号は差動増幅器３７によって増幅され、図１０の(b)に示す電圧信号になる。この電圧信号は反転増幅回路３９によってさらに増幅され、図１０の(c)に示す電圧信号になる。こうして増幅された電圧信号はレベルシフト回路４０でレベルシフトされた後、差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に入力される。

一方、サンプルホールド回路４３からの出力電圧ＳＨは、図１０の(d)、(e)に示すように、操作スイッチ９ｃをオンしオフし瞬間に差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側への入力電圧と同一レベルになり、これがレベルシフト回路４４でレベルシフトされて図中一点鎖線で示すレベルの閾値電圧が差動増幅回路４１の非反転入力端子(+)に入力されている。

差動増幅回路４１の反転入力端子(-)側に入力された電圧信号は、歪みゲージ２２に加えられた張力が大きいときには、図１０の(d)に示すように、非反転入力端子(+)側に入力されている閾値電圧より小さくなる。これにより、差動増幅回路４１は、図１０の(f)に示すように、反転入力端子(-)側に入力される電圧信号が閾値電圧より小さい期間、その差に応じた正電圧を出力する。

差動増幅回路４１の出力が正電圧になると、トランジスタ３５、３１がその電圧に応じてオンする。そして、トランジスタ３１がオンすると、走行モータ１５への通電が開始され、走行モータ１５は回転を開始する。走行モータ１５の回転は動力伝達部１７からディファレンシャルギア機構１８、車軸１９を経由して左右の車輪１４ａ，１４ｂに伝達され、掃除機本体２は前方へ自走する。

この構成においては、閾値を設定するための操作スイッチ９ｃを把持部９に設けている。これにより、作業者が掃除作業を開始する前に、操作スイッチ９ｃをオンしてからオフすることで、掃除機本体２を自走させる閾値を自動的に設定する。しかも、そのときの閾値は作業者が連通管１を持ち上げた状態において反転増幅回路３９からレベルシフト回路４０を経由して出力される電圧信号を基準にして作成される。

従って、掃除機を使用する作業者間で身長差があっても、身長差によって個々の作業者が連通管１を持ち上げたときの高さが異なるため、反転増幅回路３９からレベルシフト回路４０を経由して出力される電圧信号のレベルが異なることになる。すなわち、作業者間で身長差によって設定される閾値のレベルが異なることになる。例えば、身長が高い作業者の場合は連通管１を持ち上げたときの歪みゲージ２２に作用する力が大きくなるので、反転増幅回路３９からレベルシフト回路４０を経由して出力される電圧信号のレベルが低下するが、閾値もそれに応じて設定されるので、作業者間の身長差による不具合は発生しない。

この実施の形態においても差動増幅回路４１の出力が正電圧になっている期間は短いので、走行モータ１５の回転は長時間継続することは無く、短時間で停止される。さらに、差動増幅回路４１の出力電圧に応じて走行モータ１５に流れる電流が制御される。すなわち、差動増幅回路４１の出力電圧が小さいときは走行モータ１５の回転速度は遅くなり、掃除機本体２はゆっくり移動し、差動増幅回路４１の出力電圧が大きいときは走行モータ１５の回転速度は早くなり、掃除機本体２は早く移動する。従って、掃除機本体２を連通管１の前方への動きに追従させてスムーズに走行させることができる。

また、前記差動増幅回路４１の非反転入力端子(+)側にレベルシフト回路４４を設けているので、掃除機本体２を自走させる閾値に対してのノイズやばらつきを吸収することができる。その他、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、走行モータ１５を、マイクロコンピュータを使用して制御する電気掃除機について述べる。なお、電気掃除機の全体構成は前述した第１の実施の形態と同じである。また、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付す。

図１１に示すように、差動増幅器３７からの出力電圧を、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ４５でデジタル信号に変換した後、マイクロコンピュータ４６に入力している。

前記マイクロコンピュータ４６には、閾値設定手段４７から閾値設定を行うための閾値設定信号が入力されるようになっている。前記閾値設定手段４７としては、例えば、第２の実施の形態と同様に把手部９に配置した操作スイッチ９ｃを使用し、この操作スイッチ９ｃのオン操作によってデジタルな閾値設定信号が前記マイクロコンピュータ４６に入力されるようになっている。
前記マイクロコンピュータ４６には、さらに、メモリ４８及び走行モータ１５を駆動するモータドライバ４９が接続されている。

前記マイクロコンピュータ４６は、プログラムデータに基づいて図１２に示す流れ図に従ったモータ制御を行うようになっている。
すなわち、ステップＳ１にて、Ａ／Ｄコンバータ４５から一定時間毎に電圧値のデータを取込む。そして、ステップＳ２にて、閾値設定手段４７から閾値設定信号が入力されたか否かを判断し、閾値設定信号が入力されると、ステップＳ３にて、Ａ／Ｄコンバータ４５から取込んだデータを閾値として前記メモリ４８に書き込み、再度ステップＳ１に戻る。

また、ステップＳ２にて、閾値設定信号の入力を判断しなければ、ステップＳ４にて、Ａ／Ｄコンバータ４５から取込んだ電圧値のデータと前記メモリ４８に設定されている閾値の差分を求める。これは、歪みゲージ２２に一定値以上の張力が作用したか否かを検出していることになる。

続いて、ステップＳ５にて、差分値に応じたＰＷＭ制御のパルス幅を、前記メモリ４８に設けられたテーブルに設定された表１に示すようなデータに基づいて決定する。すなわち、差分値Ｘが、Ｘ≦０、０＜Ｘ≦Ａのときにはパルス幅を０％、Ａ＜Ｘ≦Ｂのときにはパルス幅を１０％、Ｂ＜Ｘ≦Ｃのときにはパルス幅を２０％、…、Ｆ＜Ｘのときにはパルス幅を８０％のように決定する。そして、ステップＳ６にて、決定されたパルス幅にてモータドライバ４９にＰＷＭ信号を出力する。

前記モータドライバ４９は、マイクロコンピュータ４６からのＰＷＭ信号に基づいて走行モータ１５を前進方向に回転させる。
この構成においては、作業者は掃除作業を開始するために連通管１を持ち上げた状態において操作スイッチ９ｃを操作することで掃除機本体２を自走させる閾値を自動的に設定することができる。

そして、作業者が掃除するために連通管１を動かすとホース７が引っ張られ、連通管取付け部３には歪みが生じ、この連通管取付け部３に貼り付けられた歪みゲージ２２は歪む。これにより、抵抗ブリッジ回路３６は、図１３の(a)に示すように、出力端子に歪みに応じた電圧信号を発生する。この電圧信号は差動増幅器３７によって増幅される。

差動増幅器３７は、図１３(b)に示すような増幅された電圧信号を出力する。この電圧信号は、Ａ／Ｄコンバータ４５でデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ４６に取込まれる。マイクロコンピュータ４６は、取り込んだデジタル信号とメモリ４８に格納されている閾値データとの差分値Ｘを求める。

そして、マイクロコンピュータ４４は、図１３の(c)に示すように、差分値Ｘに応じたパルス幅のＰＷＭ信号をモータドライバ４６に出力する。これにより、走行モータ１５はＰＷＭ信号のパルス幅に応じた電力、すなわち速度で回転する。こうして、掃除機本体２は前進するようになる。

差分値Ｘが閾値を超えている期間は短いので、走行モータ１５の回転は長時間継続することは無く、短時間で停止される。さらに、差分値Ｘに応じてモータドライバ４９に出力されるＰＷＭ信号のパルス幅が変化することで、走行モータ１５に流れる電流が制御されている。

すなわち、差分値Ｘが小さいときはＰＷＭ信号のパルス幅が狭いため走行モータ１５の回転速度は遅くなり、掃除機本体２はゆっくり移動し、差分値が大きいときはＰＷＭ信号のパルス幅が広いため走行モータ１５の回転速度は早くなり、掃除機本体２は早く移動する。
こうして、掃除機本体２を連通管１の前方への動きに追従させてスムーズに走行させることができる。

そして、作業者が連通管１を前後に動かす操作を止めると、歪みゲージ２２に力が作用しなくなる。これにより、マイクロコンピュータ４６が、モータドライバ４９に対するＰＷＭ信号のパルス幅をゼロにするので、走行モータ１５は直ちに動作を停止する。
このように、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効果が得られる。

（第４の実施の形態）
この実施の形態は、走行モータ１５を駆動制御する制御回路において、反転増幅器３９への入力を微分電圧とし、差動増幅回路４１に代えてコンパレータ５０を使用したものである。なお、電気掃除機の全体構成は前述した第１の実施の形態と同じである。また、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付す。

すなわち、図１４に示すように、差動増幅器３７からの出力電圧を抵抗３８及び微分手段を構成するコンデンサ５１を介して反転増幅器３９に供給している。すなわち、前記コンデンサ５１は、前記差動増幅器３７が増幅した出力電圧を微分して前記反転増幅器３９に供給する。

前記反転増幅器３９は微分された電圧を反転増幅する。この反転増幅された電圧信号を、レベルシフト回路４０を介してコンパレータ回路５０の反転入力端子(-)側に供給している。前記コンパレータ回路５０は、非反転入力端子(+)側に、摺動ボリューム９ｂを有する閾値設定器４２からの閾値電圧を入力し、その出力を第２のトランジスタ３５のベースに供給している。

前記コンパレータ回路５０は、反転入力端子(-)側の入力電圧が、非反転入力端子(+)側の入力電圧である閾値電圧より低い電圧になると、出力をローレベルからハイレベルに反転する。前記コンパレータ回路５０の出力がハイレベルになると、前記第２のトランジスタ３５がオン動作する。

このような構成の電気掃除機は、以下の動作を行う。
作業者は、操作部６の把持部９を手で握り、摺動ボリューム９ｂを指で操作して適当な閾値を設定する。続いて、操作ボタン９ａを指でオン操作すると、吸引モータ１２が動作する。

吸引モータ１２が動作すると、掃除機本体２は、空気流を発生させ、吸込口８から塵とともに空気を吸込む。吸い込まれた空気と塵は、第１の延長管４、第２の延長管５、操作部６、ホース７を順次経由して掃除機本体２の集塵室１０に入る。そして、塵は集塵室１０に集められる。空気は、集塵室１０からフィルタ１１、吸引モータ１２を経由して外部に排出される。

作業者は、把手部９を握った状態で、例えば、床面１３に接している吸込み口８を前後に動かしながら前方へ移動するようにして掃除を行う。吸込み口８を前方に動かしたときホース７が引っ張られる。このとき、掃除機本体２の前方にいる使用者は、連通管取付け部３より上方位置で把手部９を握って掃除しているので、連通管取付け部３はホース７を介して斜め上方に引っ張られることになる。その際、連通管取付け部３には歪みが生じ、この連通管取付け部３に貼り付けられた歪みゲージ２２にも歪みが生じる。

このとき、抵抗ブリッジ回路３６は、図１５の(a)に示すように、出力端子に歪みに応じた電圧信号を発生する。この電圧信号は差動増幅器３７によって増幅され、図１５の(b)に示す電圧信号になる。この電圧信号はコンデンサ５１によって微分された後、反転増幅器３９に入力される。反転増幅器３９は微分された電圧を反転増幅し、図１５の(c)に示す出力電圧を出力する。

この出力電圧はレベルシフト回路４０でレベルシフトされた後、図１５の(d)に示す入力電圧としてコンパレータ回路５０の反転入力端子(-)側に入力される。一方、コンパレータ５０の非反転入力端子（+）側には、閾値設定器４２からの図中一点鎖線で示すレベルの閾値電圧が入力されている。

コンパレータ回路５０の反転入力端子(-)側に入力された電圧信号は、歪みゲージ２２に作用する力が大きいときに、非反転入力端子(+)側の入力電圧である閾値電圧より低い電圧となる。そして、コンパレータ回路５０は、反転入力端子(-)側に入力された電圧信号が閾値電圧より低くなっている期間、出力をローレベルからハイレベルに反転する。すなわち、コンパレータ回路５０からは図１５の(e)に示すパルス状の出力電圧が発生する。

コンパレータ回路５０の出力がハイレベルになると、トランジスタ３５、３１はオンする。そして、トランジスタ３１がオンすると、走行モータ１５への通電が開始され、走行モータ１５が回転を開始する。走行モータ１５の回転は、動力伝達部１７から、ディファレンシャルギア機構１８、車軸１９を経由して左右の車輪１４ａ，１４ｂに伝達される。これにより、掃除機本体２は前方へ自走する。

コンパレータ回路５０の反転入力端子(-)側に入力された電圧信号が閾値電圧より低くなっている期間は短いので、走行モータ１５の回転は長時間継続することは無く、短時間で停止される。

しかし、作業者が連通管１を前後に動かして掃除を行っているときには、歪みゲージ２２に対して力が繰り返し頻繁に作用するので、コンデンサ５１で微分される電圧信号も不連続的に頻繁に発生し、コンパレータ５０の反転入力端子(-)側に入力される。

従って、作業者が連通管１を前後に動かして掃除を行っているときには、コンパレータ回路５０は頻繁にパルス状の出力電圧を繰り返し発生するようになる。これにより、トランジスタ３５、３１は繰り返し短期間オン動作する。こうして、走行モータ１５は動作と停止を頻繁に繰り返すようになる。

走行モータ１５が動作と停止を頻繁に繰り返しても、掃除するときの連通管１は、その動きが走行モータ１５の動作と停止の繰り返し周期に比べてゆっくりである。従って、作業者は、走行モータ１５が頻繁に動作と停止を繰り返しても気にならない。
むしろ、走行モータ１５の動作と停止が短い周期で繰り返されるので、作業者は、掃除機本体２が連通管１の前方への動きに応じて追従してくるように感じる。こうして、掃除機本体２を連通管１の前方への動きに追従させてスムーズに走行させることができる。

しかも、走行用モータ１５は、歪ゲージ２２の出力を微分した電圧信号に基づいて制御されるので、力の変化量が大きくなるとき、すなわち、ホース７が引っ張られる初期段階で確実に駆動される。

そして、作業者が連通管１を前後に動かす操作を止めると、歪みゲージ２２に力が作用しなくなる。従って、コンパレータ回路５０の出力がローレベルになり、走行モータ１５は直ちに停止する。こうして、掃除機本体２の自走が停止される。すなわち、作業者が連通管１の操作を止めているにも拘わらず掃除機本体２が自走し続けるような不具合は生じない。

このように、掃除するときの連通管１の動きに応じて掃除機本体２をスムーズに自走させて掃除ができ、掃除機として使い易さを高めることができる。
また、抵抗ブリッジ回路３６からの出力電圧は、差動増幅器３７によって増幅された後、コンデンサ５１で微分され、さらに、コンパレータ回路５０で閾値電圧と比較される。従って、抵抗ブリッジ回路３６で吸収しきれない温度特性等の緩慢な変化は、微分処理及び閾値電圧との比較によってキャンセルすることができる。

また、摺動ボリューム９ｂを把持部９に設けている。上述したとおり、掃除する場所の広狭などにより、摺動ボリューム９ｂを手動操作することで閾値を変更し掃除形態に応じた閾値に設定し直すことができる。

このような閾値の変更は、作業者の身長差によって歪みゲージ２２に作用する力が変化するような場合においても行うことができるのは、前述した実施の形態のものと同様である。

（第５の実施の形態）
この実施の形態は、第３の実施の形態と同様に走行モータ１５を、マイクロコンピュータ４６を使用して制御するもので、異なる点は、操作スイッチ９ｃに代えて、摺動ボリューム９ｂを有する閾値設定器からなる閾値設定手段５２を設け、この閾値設定手段５２からの閾値設定電圧をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ５３でデジタルデータに変換した後、前記マイクロコンピュータ４６に入力している点にある。なお、電気掃除機の全体構成は前述した第１の実施の形態と同じである。また、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付す。

図１６に示すように、差動増幅器３７で増幅した出力は、Ａ／Ｄコンバータ４５でデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ４６に入力される。また、マイクロコンピュータ４６には、閾値設定手段５２からの閾値設定電圧がＡ／Ｄコンバータ５３でデジタル信号に変換されて入力される。

前記マイクロコンピュータ４６は、プログラムデータに基づいて図１７に示す流れ図に従ったモータ制御を行うようになっている。
すなわち、ステップＳ１１にて、Ａ／Ｄコンバータ５３から一定時間毎に閾値のデータを取込み、前記メモリ４８に閾値として書き込む。

続いて、ステップＳ１２にて、Ａ／Ｄコンバータ４５から一定時間毎に歪みゲージ２２の検出動作によって発生した電圧値のデータを取込む。そして、ステップＳ１３にて、取込んだ電圧値のデータを前記メモリ４８に書き込み、ステップＳ１４にてノイズを除去のために平均化処理を行う。前記平均化処理は、例えば、数回分の電圧値の平均値を取ることでノイズを除去する。

続いて、ステップＳ１５にて、前回の値と今回の値との差分を求める。この差分を求める処理は微分処理になる。続いて、ステップＳ１６にて、求めた差分値とメモリ４８に書き込まれた閾値を比較する。これは、歪みゲージ２２に一定値以上の力が作用したか否かを検出している。

そして、差分値が閾値を超えていると、ステップＳ１７にて、前記モータドライバ４９に対してモータイネーブルをオンにする。また、差分値が閾値以下のときには、ステップＳ１８にて、前記モータドライバ４９に対してモータイネーブルをオフにする。

前記モータドライバ４９は、モータイネーブルがオンになると、前記走行モータ１５を前進方向に回転させる。また、モータイネーブルがオフになると、前記走行モータ１５の回転を停止させる。

この構成においては、マイクロコンピュータ４６は閾値設定手段５２で設定した閾値をＡ／Ｄコンバータ５３から取込むことでメモリ４８に閾値として設定する。従って、作業者は連通管１を持ち上げた状態において摺動ボリューム９ｂを操作することで閾値設定手段５２から発生する閾値設定電圧を変更し、メモリ４８に設定する閾値を変更することができる。

作業者が掃除するために連通管１を動かすとホース７が引っ張られ、連通管取付け部３はホース７を介して斜め上方に引っ張られることになる。その際、連通管取付け部３には歪みが生じ、この連通管取付け部３に貼り付けられた歪みゲージ２２にも歪みが生じる。これにより、抵抗ブリッジ回路３６は、図１８の(a)に示すように、出力端子に歪みに応じた電圧信号を発生する。この電圧信号は差動増幅器３７によって増幅される。

差動増幅器３７は、図１８の(b)に示すような増幅された電圧信号を出力する。この電圧信号は、Ａ／Ｄコンバータ４５でデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ４６に取込まれる。マイクロコンピュータ４６は、取込んだ電圧値をメモリ４８に順次格納した後、平均化処理を行ってから微分処理を行う。微分処理は、前回の値と今回の値との差分を求めることで行う。

そして、マイクロコンピュータ４６は、図１８の(c)に示すように、差分値データと閾値データを比較し、差分値データが閾値データを超えているとき、図１８の(d)に示すように、モータドライバ４９に対してモータイネーブルをオンにする出力信号を送出する。これにより、走行モータ１５は回転する。

走行モータ１５は、その回転を、動力伝達部１７を介してディファレンシャルギア機構１８に伝達する。回転は、ディファレンシャルギア機構１８から、車軸１９を介して各車輪１４ａ，１４ｂに伝達される。こうして、掃除機本体２は前進する。差分値が閾値を超えている期間は短いので、走行モータ１５の回転は長時間継続することは無く、短時間で停止される。

しかし、作業者が連通管１を前後に動かして掃除を行っているときには、歪みゲージ２２に対して力が繰り返し頻繁に作用するので、マイクロコンピュータ４６からモータドライバ４９に対してモータイネーブルをオンにする出力信号が頻繁に送出される。こうして、走行モータ１５は動作と停止を頻繁に繰り返すようになる。

走行モータ１５が動作と停止を頻繁に繰り返しても、掃除するときの連通管１は、その動きが走行モータ１５の動作と停止の繰り返し周期に比べてゆっくりである。従って、作業者は、走行モータ１５が頻繁に動作と停止を繰り返しても気にならない。
むしろ、走行モータ１５の動作と停止が短い周期で繰り返されるので、作業者は、掃除機本体２が連通管１の前方への動きに応じて追従してくるように感じる。こうして、掃除機本体２を連通管１の前方への動きに追従させてスムーズに走行させることができる。
このように、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効果が得られる。

なお、前述した各実施の形態では、ディファレンシャルギア機構１８を使用して掃除機本体２の操舵機能を実現したがこれに限定するものではなく、モータで駆動される操舵輪を別途設けたものであっても、また、従動輪２０をモータで駆動する車輪に代え、この車輪に操舵機能を持たせてもよい。

また、前述した各実施の形態では閾値設定手段として摺動ボリュームや操作スイッチを有するものを使用したがこれに限定するものではない。さらには、前述した各実施の形態においては、使用時に閾値を都度設定するものについて説明したが、予め閾値が定められており、必要時にのみ閾値設定手段で閾値を変更して設定するようにしてもよい。

また、走行モータ１５を駆動制御する制御回路は同様の機能を実現するものであればよく、使用する素子や回路構成を限定するものではない。加えて、本発明は、微分処理した電圧信号が閾値を超えている期間に応じて走行用モータ１５を駆動するものであればよく、必ずしもこの実施の形態の制御に限定されるものではない。

本発明の第１の実施の形態におけ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連通管に設けた操作部の構成を示す部分拡大図で、(a)は側面図、(b)は正面図。 同実施の形態における掃除機本体内の要部構成を示す図で、ケースの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図で、ケースの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の断面図。 同実施の形態における走行用モータを駆動する制御回路の回路図。 図６の制御回路における各部の入出力電圧を示す波形図。 本発明の第２の実施の形態における連通管に設けた操作部の構成を示す部分拡大図で、(a)は側面図、(b)は正面図。 同実施の形態における走行用モータを駆動する制御回路の回路図。 図９の制御回路における各部の入出力電圧及びスイッチ動作を示す波形図。 本発明の第３の実施の形態における電気掃除機の走行用モータを駆動する制御回路の一部ブロックを含む回路図。 同実施の形態におけるマイクロコンピュータによるモータ制御を示す流れ図。 図１１の制御回路における各部の出力電圧、出力信号及びスイッチ動作を示す波形図。 本発明の第４の実施の形態における走行用モータを駆動する制御回路の回路図。 図１４の制御回路における各部の入出力電圧を示す波形図。 本発明の第５の実施の形態における走行用モータを駆動する制御回路の一部ブロックを含む回路図。 同実施の形態におけるマイクロコンピュータによるモータ制御を示す流れ図。 図１６の制御回路における各部の出力電圧、データ及び出力信号を示す波形図。

符号の説明

１…連通管、２…掃除機本体、９ｂ…摺動ボリューム、１４ａ，１４ｂ…走行用の車輪、１５…走行モータ、１６…駆動手段、２２…歪みゲージ、３１，３５…トランジスタ、３６…抵抗ブリッジ回路、４１…差動増幅回路、４２…閾値設定器。

Claims (3)

1. 塵を吸い込む吸込口と連通する風路を形成した連通管と、
   吸引モータを有するとともに前記連通管を前記吸引モータに連通するように取付ける連通管取付け部を有する掃除機本体とを備え、
   前記掃除機本体は、
   走行用の車輪を駆動する駆動手段と、
   前記連通管を把持しての掃除動作でこの連通管を介して前記連通管取付け部に加わる力
   を直接的あるいは間接的にセンサで検出し、この検出した力に応じて電圧信号を出力する
   検出手段と、
   前記検出手段から出力される電圧信号に基づいて閾値を設定する閾値設定手段と、
   前記閾値設定手段が閾値を設定した後で前記検出手段から出力された電圧信号と前記閾値設定手段が設定した閾値を比較し、その比較結果に応じて前記駆動手段を駆動する移動制御手段と、
   を具備し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た連通管と、
   吸引モータを有するとともに前記連通管を前記吸引モータに連通するように取付ける連
   通管取付け部を有する掃除機本体とを備え、
   前記掃除機本体は、
   走行用の車輪を駆動する駆動手段と、
   前記連通管を把持しての掃除動作でこの連通管を介して前記連通管取付け部に加わる力
   を直接的あるいは間接的にセンサで検出し、この検出した力に応じて電圧信号を出力する
   検出手段と、
   この検出手段から出力される電圧信号を微分する微分手段と、
   前記検出手段から出力される電圧信号を前記微分手段で微分処理して出力された電圧信号に基づいて閾値を設定する閾値設定手段と、
   前記閾値設定手段が閾値を設定した後で前記検出手段から出力された電圧信号を前記微分手段で微分処理されて出力される電圧信号と前記閾値設定手段が設定した閾値を比較し、その比較結果に応じて前記駆動手段を駆動する移動制御手段と、
   を具備したことを特徴とする電気掃除機。
3. 閾値設定手段は、手動操作用の部材を連通管に形成した把持部に設けたことを特徴とす
   る請求項１乃至２のいずれか１記載の電気掃除機。

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