JP4655916B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電気掃除機に関するもので、特に、高機能・高付加価値を実現するセンサ制御技術と、着脱自在な電気配線接続部に電力線通信技術を備えた電気掃除機に関するものである。

近年ハウスダストが健康に与える悪影響についての情報が増える中、電気掃除機は単なる床面の塵埃を検知して所定の吸引力で吸引するだけでなく掃除床面の種類や汚れ具合に合わせて効率よく掃除のできる運転制御や更にはアレルゲンを綺麗に掃除できるもの等高付加価値化・高集塵性能制御化への要望は益々高まりつつあり、塵埃検知機能とその検知結果から設定される電動送風機の運転制御に対しても従来以上に高性能化への要望が増えてきた。その要望に応えるため、塵埃検知手段の更なる信頼性向上と最小の電気配線手段での通信技術を応用研究していくことが必要となった。

従来この種の電力線通信技術とセンサ技術を備えた電気掃除機の構成・動作について説明する。まず初めに電力線通信技術について、図５、６を用いて説明する。

図５、６において、１００は、吸引力を発生する電動送風機２（図６参照）を内蔵した電気掃除機本体９（以下「本体９」という）の前部に設けた接続部１１に着脱自在なホースユニット、８０は、ホースユニット１００の一端に設けられ使用者が電気掃除機を使用する際に握る操作部、１５０は掃除床面の塵埃を吸引する床用吸い込み具４６０と操作部８０との間を連通接続する延長管で、本体９内の電動送風機２の発生する吸引力は、ホースユニット１００と延長管１５０と床用吸込具４６０の空気流路を経て掃除床面より塵埃を吸引するよう構成されている。

ホースユニット１００と、本体９とを電気的且つ吸引空気流路を構成するよう接続される接続部１１には、発光素子（赤外発光ダイオード）ＬＥＤ１と受光素子であるフォトトランジスタＱ１との光軸を対向配設（図３の（ａ）参照）され、前記光軸間を塵埃が通過して光を遮ることで変化するフォトトランジスタＱ１の出力（塵埃検知信号）を、演算回路ＩＣ３で増幅し、更に比較回路ＩＣ２でデジタル信号（塵埃検知情報信号）に変換する塵埃検知手段３１を備えている。トランジスタ１９は、比較回路ＩＣ２の出力信号を、接続部１１で本体９とホースユニット１００とを接続している２本の電気配線１３に電圧Ｖｚ（ツェナーダイオード２０のツェナー電圧）を塵埃検知情報信号として送信出力する。

３０は、電源回路で、本体９から送られてくる電力を塵埃検知手段３１で消費可能な電圧に変換するための電圧レギュレータである。制御手段２２（位相制御用ＩＣ）の４番端子は、接続部１１の電圧Ｖｉが入力されていて、塵埃検知手段３１が２本の電気配線１３に直流電圧値Ｖｚを出力すると（塵埃検知手段３１で塵埃を検知した時）、制御手段２２は前記直流電圧値「Ｖｂ−Ｖｚ」そのものを検知する（制御手段２２の５番端子基準）ことで電動送風機２への供給電力が増えるよう位相制御量を変更し、塵埃検知手段３１からＶｚ以外の直流電圧値が出力されると（塵埃検知手段３１で塵埃を検知していない時）、制御手段２２は、電動送風機２への供給電力が減るよう位相制御量を変更するものである（例えば、特許文献１参照）。

次に、センサ技術について説明する。

上記発光素子ＬＥＤ１とフォトトランジスタＱ１を基幹部品として構成される塵埃検知手段３１は、空気流路即ち塵埃通過経路内に光（赤外光）を放射するための光学的開口部（レンズ）（図示せず）が必要で、前記光学的開口部は、空気流路内の塵埃と直接接触するため、時間の経過と共に多かれ少なかれ塵埃によって赤外光軸が狭くなって（図４参照）受光素子であるフォトトランジスタＱ１の受光量が低下するという課題があった。図４で当初ΦＡの光軸面積があったものが、電気掃除機を運転使用することで吸引する掃除床面の塵埃が空気流路に露出した赤外光透過用レンズの表面に徐々に付着していって光軸が狭くなっていくもので、フォトトランジスタＱ１の受光量即ち光電流が少なくなって、フォトトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間電圧が増幅に適した電圧から飽和領域に変化してしまって塵埃検知性能が低下するものである。

この課題を解決するために、フォトトランジスタＱ１の受光量低下に伴って変化するＶＣＥ（エミッタ−コレクタ間電圧）を観測しておいて、ＶＣＥが所定の電圧範囲から外れた場合に、発光素子ＬＥＤ１の発光量を切り替える発明もされている（例えば、特許文献２参照）。

上記特許文献２に開示されたものは、受光手段であるフォトトランジスタＱ１のコレクタ電圧（＝ＶＣＥ）が所定時間連続して設定値の上限（又は下限）を超えた場合にレンズの汚れ（又は外光）によるＶＣＥの電圧変化であるか塵埃の通過によるものかを判別する汚れ判別部を備えるもので、汚れ判別部がＶＣＥの電圧変化をレンズの汚れ（又は外光）によるものと判断した場合には、発光素子ＬＥＤ１の順電流ＩＦを切換える受光電流設定部を備えて、フォトトランジスタＱ１がセンサとしての精度を確保できるＶＣＥ電圧値（非飽和の増幅動作領域）になるようするものである。
特開２００２−３１５７０３号公報 特開平４−２７６２２６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された電気掃除機に搭載された通信装置を詳細に研究していくと、制御手段２２（位相制御用ＩＣ）をマイクロコンピュータで構成して膨大な塵埃検知手段３１からの塵埃検知情報信号（塵埃検知パルス信号）を例えば所定時間周期で高速デジタル信号処理した結果として所定時間毎に電動送風機への供給電力を設定するほうが使用感良く運転できることが分かり、より市場要望に合う制御を実現できるであろうことが判った。

高速信号伝送のためには、特許文献１に開示された技術の「電圧値」による信号通信方式では、一般的なマイクロコンピュータでは信号処理速度（例えばＡ／Ｄコンバータでの信号処理）に限界があり、例えば数十ｋＨｚ程度の高速信号を扱うことは困難であり、「電流値」の変化分により情報信号を送受信することが良いことが判ってきた。

また上記特許文献２に記載された電気掃除機の塵埃検知手段を詳細研究していくと、塵埃検知装置（塵埃検知手段）等の受光部及び発光部のホルダ（レンズ）の汚れ又は外光によって変化している受光部の出力電圧を、所定の時間（０．１秒）毎に判断して受光部の出力電圧が所定の電圧範囲になるよう発光電流選択部に準備された何れかの電流値で発光部を駆動するときの、切換タイミングで、発光部の電流値が瞬時に変化するため塵埃検知手段は誤動作して塵埃検知信号を出力してしまい、実際には掃除床面（空気流路内）に塵埃が無いのに塵埃があったかのように誤判定することがあったり、電気掃除機の運転中（連続通電中）次第にホルダ（レンズ）が汚れたり、外光により影響が出た場合には、発光量を順次切り換えることで塵埃検知精度を維持することが期待できるが、過去の運転によってホルダが汚れている場合は、運転開始（即ち塵埃検知手段への通電開始）から受光部の出力電圧を所定の値になるように、発光部電流を順次切換判別していくまでの間は、塵埃検知手段は狙いの検知精度を確保できず（所定の検知精度になるまでに時間がかかるため）、使い勝手が悪くなる課題もでてきた。

更に、鋭意検討を進めていくと、当初受・発光手段を用いた塵埃検知手段の塵埃検知精度の低下は、発光手段及び受光手段のホルダ（レンズ）に塵埃が付着堆積することによる受光量低下で、フォトトランジスタＱ１の光バイアス電流低下によるＶＣＥ動作ポイントがずれる（増幅動作領域から外れる）ためだけと考えていたが、別の要因も存在していることも判ってきた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、更なる高精度・高付加価値・信頼性向上につながるセンサ技術と電力線通信技術を備えた電気掃除機を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するため、本発明の電気掃除機は、吸引力を発生する電動送風機を内蔵する掃除機本体と、前記電動送風機を制御する本体制御手段と、前記電動送風機で吸引される塵埃を検知する塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段で消費される消費電流Ａを検出する電流検出手段と、前記本体制御手段と前記塵埃検知手段とを電気的に接続する２本の電気配線手段とを備え、前記塵埃検知手段は、前記電気配線手段に塵埃検知情報信号Ａを電流信号Ａとして出力可能な電流変換手段を備え、前記本体制御手段は、前記電気配線手段を介して前記塵埃検知手段に電力を供給し、前記電流信号Ａから前記塵埃検知情報信号Ａに逆変換可能な信号変換手段を備えると共に、前記塵埃検知情報信号Ａ及び前記消費電流Ａに応じて前記電動送風機への供給電力を制御するもので、近年の一般的な掃除機の吸い込み風量は、その設定可能な運転モードに応じた吸引力と集塵容器（紙パックや樹脂製容器等で構成されている）内のゴミ量（空の状態から満タンの状態）で例えば約０．６ｍ³／分〜２．４ｍ³／分のように変化する。空気流路の内径も使い勝手を考えるとΦ３０ｍｍ程度のものが多いようであり、その条件下で光軸径約Φ３ｍｍとする塵埃検知手段の光軸上を通過する塵埃の速度は、例えば、約２０ｍ／秒〜約５７ｍ／秒となるため、塵埃検知手段の信号処理周波数特性は約１ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ程度が必要である。塵埃検知手段では塵埃検知情報信号Ａ（約１ＫＨｚ〜５０ＫＨｚの信号）を電流変換手段で２本の電気配線手段に電流信号Ａとして重畳する。一方本体制御手段では前記２本の電気配線手段の電流信号Ａから、例えば、シャント抵抗や電流センサなどで構成された信号変換手段で塵埃検知情報信号Ａ（デジタル信号）に逆変換することで、例えば本体制御手段内のマイクロコンピュータで高速信号処理が可能となる。更に本体制御手段で、前記２本の電気配線手段の消費電流Ａを、信号変換手段でアナログ信号に逆変換することで、例えば、本体制御手段内のマイクロコンピュータのＡ／Ｄコンバータで信号処理が可能となり、塵埃検知手段の消費電流Ａを検出可能となる。本体制御手段は消費電流Ａの値から塵埃検知手段の動作状況を把握可能となる。本体制御手段内のマイクロコンピュータは塵埃検知情報信号Ａを基に掃除床面の塵埃量を検知して電動送風機の吸引力を所定の値に制御すると共に、消費電流Ａの値即ち塵埃検知手段の動作状態を検出して塵埃検知情報信号Ａに適当な補正を加えることや、更には塵埃検知手段が性能維持不可能になっていることも判断可能となり、電気掃除機を、精度よく、効果的に制御することができる。

本発明の電気掃除機は、着脱自在な電気接続部を経て２本の電気配線だけで電力供給と電気信号通信を行いながら、更に高性能塵埃検知手段の性能・精度を長期間維持して使用者が信頼・安心して掃除がけができる使い勝手の良いものである。

第１の発明は、吸引力を発生する電動送風機を内蔵する掃除機本体と、前記電動送風機を制御する本体制御手段と、前記電動送風機で吸引される塵埃を検知する塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段で消費される消費電流Ａを検出する電流検出手段と、前記本体制御手段と前記塵埃検知手段とを電気的に接続する２本の電気配線手段とを備え、前記塵埃検知手段は、前記電気配線手段に塵埃検知情報信号Ａを電流信号Ａとして出力可能な電流変換手段を備え、前記本体制御手段は、前記電気配線手段を介して前記塵埃検知手段に電力を供給し、前記電流信号Ａから前記塵埃検知情報信号Ａに逆変換可能な信号変換手段を備えると共に、前記塵埃検知情報信号Ａ及び前記消費電流Ａに応じて前記電動送風機への供給電力を制御するもので、塵埃検知手段の光軸上を通過する塵埃の速度は、例えば、約２０ｍ／秒〜約５７ｍ／秒となるため、塵埃検知手段の信号処理周波数特性は約１ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ程度が必要である。塵埃検知手段では塵埃検知情報信号Ａ（約１ＫＨｚ〜５０ＫＨｚの信号）を電流変換手段で２本の電気配線手段に電流信号Ａとして重畳する。一方本体制御手段では前記２本の電気配線手段の電流信号Ａから、例えば、シャント抵抗や電流センサなどで構成された信号変換手段で塵埃検知情報信号Ａ（デジタル信号）に逆変換することで、例えば本体制御手段内のマイクロコンピュータで高速信号処理が可能となる。更に本体制御手段で前記２本の電気配線手段の消費電流Ａを、信号変換手段でアナログ信号に逆変換することで、例えば、本体制御手段内のマイクロコンピュータのＡ／Ｄコンバータで信号処理が可能となり、塵埃検知手段の消費電流Ａを検出可能となる。本体制御手段は消費電流Ａの値から塵埃検知手段の動作状況を把握可能となる。本体制御手段内のマイクロコンピュータは塵埃検知情報信号Ａを基に掃除床面の塵埃量を検知して電動送風機の吸引力を所定の値に制御すると共に、消費電流Ａの値即ち塵埃検知手段の動作状態を検出して塵埃検知情報信号Ａに適当な補正を加えることや、更には塵埃検知手段が性能維持不可能になっていることも判断可能となり、電気掃除機を、精度よく、効果的に制御することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の塵埃検知手段は、発光手段と受光手段を略対向配置して前記発光手段と前記受光手段の光軸間を塵埃が通過遮光することで変化する前記受光手段の光量変化から前記塵埃の通過を検知すると共に、前記受光手段の受光量が所定の量になるよう所定の時定数で、前記発光手段の駆動電流即ち発光量を変化させる補正動作を行う補正手段を備えたもので、実際に塵埃検知センサの光軸を塵埃が通過する時の受光手段以降塵埃検知情報信号生成までの信号処理周波数特性に対する受光手段の受光量補正動作時の動作時定数（周波数特性）を、例えば、数十倍から数百倍に設定することで補正動作に伴う発光手段の光量加減動作で受光手段の電圧が変化しても、塵埃検知手段は塵埃検知パルスとして誤判定しない設定が可能となる。

第３の発明は、特に、第２の発明の本体制御手段は、消費電流Ａの変化量に応じて、塵埃検知情報信号Ａに所定の補正処理を行うもので、発光手段又は／及び受光手段を覆うレンズに塵埃が付着することで光軸面積が減少した分変化する塵埃検知特性（周波数特性）を本体制御手段で消費電流Ａから判定し、塵埃検知情報信号Ａを増減補正処理してから電動送風機等の運転制御を可変可能とすることができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の消費電流Ａの絶対値及び／又は相対変化量が予め設定した基準値を超えた時に、その旨を使用者に報知する報知手段を備えたもので、塵埃検知手段の補正手段で補正可能な発光量（電流増加量）の最大値は予め設計要件として決定され得るため、発光量補正可能範囲として予め設定した基準電流値と消費電流Ａとを本体制御手段で観測することで発光量の補正が補正可能範囲を超えた場合或いは超えるであろう限界付近まで進んだことを検知でき、レンズの汚れ付着による塵埃検知手段での検知精度が異常に低下するまえに、使用者にその旨を報知し、レンズの清掃を促し、塵埃検知が不可能なまま電気掃除機が使用されることを防止することができる。

第５の発明は、特に、第３又は第４の発明の本体制御手段は、補正手段の補正動作量推移情報を記憶する記憶手段を備え、前記補正動作量推移情報に応じて電動送風機への供給電力及び／又は報知手段を制御するもので、本体制御手段は、記憶手段に記憶した補正動作量情報から、使用開始初期段階での電流信号Ａ情報・現在の電気掃除機運転中の補正手段の補正量の情報から、回路電流のバラツキやレンズの取り付けバラツキ要件などから発生する光量バラツキと、塵埃付着による補正量変化情報とから補正処理の精度アップが可能となる（例えば使用者が、電気掃除機運転前に塵埃検知手段のレンズに付着した塵埃を掃除したか、又は、塵埃検知手段が取り付けられたホースユニットを新しいものと交換したか、または前回使用時と同じ状態で再使用したのかを推定可能ともなる）。

第６の発明は、特に、第４又は第５の発明の報知手段を、表示手段及び／又は音声を含む発音手段で構成したもので、使用者に、レンズが汚れていることを容易に報知することができる。

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り本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１〜図４を参照しながら説明する。なお、従来の電気掃除機と同一構成部品については同一符号を付与して、その詳細説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態１における電気掃除機の回路構成図、図２は、同電気掃除機の塵埃検知手段の汚れによる補正動作量と塵埃検知特性関係図、図３（ａ）は、同塵埃検知手段の塵埃検知センサ部の断面図、（ｂ）は、同塵埃検知手段の塵埃検知時のセンサ部出力、図４は、同塵埃検知センサ部への塵埃付着の様子を示すイメージ図である。

図１〜４において、ホースユニット１００と電気掃除機本体９（以下「本体９」という）とを電気的且つ吸引空気流路を構成するよう接続可能な接続部１１には、赤外発光ダイオードなどからなり発光手段となる発光素子ＬＥＤ１と受光手段であるフォトトランジスタＱ１との光軸を対向配設（図３の（ａ）参照）され、前記光軸間を塵埃が通過して光を遮ることで変化するフォトトランジスタＱ１の出力（塵埃検知信号Ｖｓの変化分で、図３の（ｂ）参照）を演算回路ＩＣ３０で増幅し、更に、比較回路ＩＣ２０でデジタル信号（塵埃検知情報信号Ａ）に変換する塵埃検知手段３１を備えている。

ＩＣ４は、積分回路でフォトトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間電圧が、所定のバイアス電圧（ＩＣ４の比較電圧ＶＢと同一）になる発光素子ＬＥＤ１の駆動電流ＩＦを出力可能であり、発光素子ＬＥＤ１及びフォトトランジスタＱ１をカバーするレンズ３４（図３（ａ）参照）に塵埃が付着して光量が低下すると発光素子ＬＥＤ１のＩＦを増やすフォトトランジスタＱ１のバイアス電圧（フォトトランジスタＱ１の受光量）が略同一になるようフィードバック制御をしている。

ＩＦは、ＩＣ４の動作可能限界（ＩＣ４の出力電圧≒ＶＤＤ〜ＶＳＳ２）まで増加減可能である。１５は、接続部１１内の塵埃検知手段３１を構成する制御回路の動作電力を供給する電源回路で、本実施の形態では、ＶＤＤ電圧を出力する３端子レギュレータで構成している。１４は、比較回路ＩＣ２０から出力される塵埃検知情報信号（塵埃パルス信号ＧＰＳ０）に応じて、後述の２本の電気配線手段１３に電流信号Ａ（ＩＳ）を出力する電流変換手段であり、
ＩＳ＝（ＧＰＳ０−〔Ｑ２のＶＢＥ〕）／ＲＦ
なる電流値を出力する（因みに、ＧＰＳ０電圧値を任意に変更することでＩＳの値も任意に変更可能であり、簡単に複数の電流値で電流信号Ａを出力可能に構成できることは言うまでもない）。

１３は、本体９と塵埃検知手段３１を内蔵した接続部１１とを着脱自在な電気接続を備え、本体９から接続部１１への電力供給と更に接続部１１から本体９への電流信号Ａとを通電可能な２本の電気配線手段である。

４は、本体９内部の各制御回路への電力（ＶＣＣ）を供給すると共に、２本の電気配線手段１３へ接続部１１で消費可能な電力（ＶＥＥ）を出力する電源用ハイブリッドＩＣである。１２は、電流信号Ａによって変化する電流値を抵抗ＲＳで電圧信号に変換し、その変化分（塵埃検知情報信号成分）ＧＳ２を出力する信号変換手段、１０は、接続部１１内の塵埃検知手段３１の消費電流ＩＬ（消費電流Ａ）と電流信号Ａとを抵抗ＲＳで電圧信号に変換し、Ｃ１とＲ１とで、前記電圧値を平滑処理して平均電流値（即ち平均電圧値）ＶＬＳを出力する電流検出手段であり、本実施の形態形態では、Ｃ１とＲ１とで構成されるローパスフィルタ回路の時定数を１００ｍｓ〜２００ｍｓとしている。ＩＣ１は平均電流値ＶＬＳとＧＳ２とを比較してデジタル信号ＧＰＳ１（塵埃検知情報信号Ａ）を出力する電圧コンパレータである。

６は、本体制御手段で、使用者によって設定された運転モード（運転モード設定に係る回路構成は図示せず）に応じて、電動送風機２を運転できるよう双方向サイリスタ３へ駆動信号５を出力すると共に、塵埃検知情報信号（ＧＰＳ１）に応じて電動送風機２への供給電力を変更する。更に本体制御手段６は、消費電流Ａ（ＶＬＳ）の情報から前記ＧＰＳ１の数（塵埃検知パルス数）に対して増減補正処理して同じく電動送風機２への供給電力を変更制御する。８は、音声を発する発音手段となるスピーカ等からなり、本体制御手段６が塵埃検知手段３１の消費電流Ａ（ＶＬＳ）の値が所定の条件になったことを検知・判断したときに、同じく本体制御手段６で駆動される報知手段である。７は、記憶手段で、本体制御手段６から読書き自在に接続されている。

以上のように構成された電気掃除機の各構成要素の動作について詳しく説明する。

まず接続部１１内の塵埃検知センサ周辺部分の関連動作について説明する。

発光手段である発光素子ＬＥＤ１と、受光手段であるフォトトランジスタＱ１との光軸を対向配設（図３の（ａ）参照）して、発光素子ＬＥＤ１の発する光をフォトトランジスタＱ１が受けると光電流ＩＢが流れる。

本実施の形態では、補正手段１６によってフォトトランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間電圧が略ＶＢになるＩＢが流れるよう発光素子ＬＥＤ１の発光電流ＩＦが設定される（詳細は後段で説明）。

発光素子ＬＥＤ１とフォトトランジスタＱ１の光軸間を塵埃が通過すると、フォトトランジスタＱ１の受光量が塵埃によって遮られるためフォトトランジスタＱ１の光電流が減少するので、フォトトランジスタＱ１のコレクタ電圧が僅かに上昇し、例えば塵埃の大きさに応じてＶＭ（大きな塵埃）やＶＮ（小さな塵埃）なる信号ＶＳが得られる（図３の（ｂ）参照）。

この信号ＶＳの変化分をＣ２で検出して増幅回路ＩＣ３０で増幅した後、ＩＣ２０で塵埃検知情報信号Ａ（塵埃検知パルス信号：ＧＰＳ０）に変換する。ＧＰＳ０は、電流変換手段１４によって２本の電気配線手段１３間の電流値をＩＳ（電流信号Ａ）だけ変化させる。電気配線手段１３に流れる全電流値は、接続部１１内の各回路で消費する消費電流ＩＬと先の電流信号ＡＩＳとを加えたＩＴとなる。

所で、接続部１１内の塵埃検知手段３１を構成する各回路の消費電流のバラツキは、電子部品のバラツキによるものであるため極めて僅かな値であるが、塵埃検知センサ部を構成する発光素子ＬＥＤ１の電流値は使用条件で大きく変化する。例えば、電気掃除機の運転によって吸引された塵埃は多かれ少なかれ空気流路３５内面に付着していく。光軸を構成するレンズ３４は、空気流路３５内面で僅かではあるが段差があるため、特に塵埃が付着しやすい部分となる。その様子は例えば図４に示すようになる。図４では、レンズ３４表面に塵埃が付着して初期の光軸径ΦＡより赤外光透過面積が少なくなっていることを示している。

赤外光透過面積が少なくなればその分フォトトランジスタＱ１の受光量が低下し、そのまま更に受光量が低下すれば、フォトトランジスタＱ１のＶＣＥは、所定の塵埃検知動作領域から外れて最終（ＶＣＥ≒ＶＤＤ）飽和電圧に達して塵埃検知動作ができなくなる。本実施の形態では、前述のフォトトランジスタＱ１の動作領域変化による塵埃検知性能変化（低下）を防止するために補正手段１６を備えている。

補正手段１６のＩＣ４は、フォトトランジスタＱ１のＶＣＥ変化を検出して、ＶＣＥが所定の電圧値ＶＢになるよう発光素子ＬＥＤ１の発光量を増加させるよう補正動作するものである。因みに補正動作による発光素子ＬＥＤ１の発光量変化が塵埃検知センサでの塵埃検知信号として誤検知することが無いよう、本実施の形態では補正動作速度は、ＩＣ３０の低周波域カットオフ周波数より充分低い周波数で動作するよう電圧コンパレータＩＣ４を構成していることは言うまでも無い。因みに通常の床面を電気掃除機で掃除をすると、本実施の形態における塵埃検知センサが検知する空気流路３５内の塵埃の数は例えば１秒間に数百個〜数万個となり、ＶＳ信号の周波数（ＩＳも同じ）は数百Ｈｚ〜数十キロＨｚの成分を含むものになる。

上記のように、塵埃検知手段３１で消費する消費電流ＩＬは、塵埃検知センサのレンズ３４の汚れの進行に応じて増加していくため、結果電気配線手段１３の電流ＩＴも、前記補正動作量にほぼ比例した電流分だけ増減することになる。

次に、本体９内部の制御動作について説明する。

電流検出手段１０は、電気配線手段１３に流れる塵埃検知手段３１の消費電流Ａからなる電流ＩＴから、ＶＲＳ＝ＩＴ＊ＲＳなる電圧を、Ｒ１とＣ１とで所定の時定数で平滑処理してＶＬＳ信号を出力する。Ｃ１とＲ１とで構成されるローパスフィルタ回路の時定数は１００ｍｓ〜２００ｍｓとすることで、電流信号Ａと消費電流Ａとが重畳されている電流ＩＴからほぼ消費電流Ａ分だけを検出することができる（電流信号Ａの周波数成分は数百Ｈｚ〜数十キロＨｚであるため、ローパスフィルタでその信号分はカットされる）。無論検出した消費電流Ａには、多少電流信号Ａの平均電流分も含まれるが通常の掃除中に吸引される塵埃を塵埃検知手段３１で検知した結果によって生成される塵埃検知情報信号Ａとしての電流信号Ａの平均電流は、消費電流Ａと比較すれば平均電流としては極めて少ない値である。信号変換手段１２は、電気配線手段１３に流れる塵埃検知手段３１の電流信号Ａと消費電流Ａからなる同じく電流ＩＴから、ＶＲＳ＝ＩＴ＊ＲＳなる電圧からダイオードＤ１と抵抗Ｒ２とによりダイオードＤ１の順電圧分（約０．６Ｖ）だけシフトした電圧信号ＧＳ２を出力する。

電圧コンパレータＩＣ１は、ＶＬＳとＧＳ２とを比較判定することで、塵埃検知情報信号Ａをマイクロコンピュータからなる本体制御手段６で観測可能なデジタル信号に変換することができる。繰り返しの説明になるが、ＧＳ２は、電流変換手段１４のＱ２から出力される電流信号Ａ（塵埃検知パルス信号）の電流値に応じて信号変換手段１２のＲＳ両端に発生する電圧ＶＲＳから約０．６Ｖだけシフトした電圧値であることから、電圧コンパレータＩＣ１がＶＬＳとＧＳ２とを比較することで、ＧＰＳ１（逆変換された塵埃検知情報信号Ａ）を出力可能であるためには、ＩＳ＊ＲＳ＞０．６ＶとなるようなＩＳとＲＳの回路定数を設定することが必要であることは言うまでも無い。

以上説明してきたことから明らかなように、本体制御手段６は、塵埃検知情報信号Ａ（塵埃検知パルス信号であるデジタル信号）と接続部１１内の塵埃検知手段３１の消費電流Ａをアナログ信号レベルとして検出可能となる。

次に本体制御手段６が如何にして電動送風機２と報知手段８を制御するかを説明する。

本体制御手段６は、使用者によって設定された運転モードに応じて電動送風機２を所定の吸込み力になるよう双方向サイリスタ３への駆動信号５を出力する。所定周期毎のＧＰＳ１の数を観測して被掃除床面から吸引される塵埃の数即ち床面の汚れ具合を判定し、予め設定してある所定の汚れ具合以上の場合は、吸引力を高めるよう電動送風機２への供給電力を制御する。

ところで、本実施の形態における塵埃検知手段３１の塵埃検知センサ部は、図２に示すような特性がある。発光素子ＬＥＤ１及びフォトトランジスタＱ１のレンズ３４に塵埃が付着堆積することで低下するフォトトランジスタＱ１の受光量を、発光素子ＬＥＤ１の電流ＩＦを増やすことで塵埃検知特性はかなり改善可能であるが、大きな塵埃Ａ（粒子径中心約１ｍｍ程度）と極めて小さな塵埃Ｂ（粒子径中心約３０μｍ程度）とで、補正動作量に対する塵埃検知特性に差異が発生する。

本実施の形態での塵埃検知センサ部の光軸面積（径ΦＡ）は約３Φとしたものであるが、レンズ３４が汚れる（図４）に従って減少する光軸面積が原因で、大きな塵埃Ａと極めて小さい塵埃Ｂでは、塵埃検知パルス数が、図２に示すように狙いからずれていくというものである。これは、レンズ３４に塵埃が付着していくことで光軸面積が減少し、全光軸面積に対して小さな塵埃で遮蔽される光量の割合が増加するため、小さな塵埃に対する検知精度が上がる反面、大きな塵埃では光軸面積が減少することが空気流路３５内を通過する塵埃の検知範囲が狭くなることによる検知性能低下の度合いが大きく作用するためである。

本体制御手段６は、消費電流Ａに対応したＶＬＳの電圧値を観測することで補正手段１６の補正動作量即ちレンズ３４の汚れによる光軸面積低下度合いを判定可能であり、図２の特性変化を補正するよう塵埃検知情報信号Ａ（塵埃検知パルス数）を増減補正して、電動送風機２への供給電力を制御することができる。

所で、補正手段１６の補正動作可能範囲には、回路構成上の限界がある。当然補正動作範囲は通常使用状態での汚れに対して十分補正しきれるように設計されるものであるが、例えば土状のものが付着して完全にレンズ３４を覆ってしまうことも考えられる。

本体制御手段６には、上記補正動作の限界を消費電流Ａ（ＶＬＳ）の上限値を予め記憶しておくことで、その補正動作限界までレンズ３４が汚れたことを判定可能となり、例えば報知手段８で、使用者にレンズ３４の汚れを掃除してもらうための情報提供ができる。この制御動作によって、実際は床面から多くの塵埃を吸引しているにも関わらず、レンズ３４が汚れているために検知不可能な状態のまま使用者が不適切な吸引力で掃除し続けるような不都合が発生するのを防止することが出来る。

尚、報知手段８は、発音手段に代え、表示手段（図示せず）や、振動手段（図示せず）で構成しても良い。要は、レンズ３４が汚れている旨を、使用者に報知できる手段であれば、その方法は、なんでも良い。

更に、本体制御手段６に、記憶手段７を併設すると更に効果を高めることができる。

塵埃検知手段３１の補正手段１６の初期補正量は、レンズ３４の光透過度や発光素子ＬＥＤ１の所定のＩＦに対する発光量やフォトトランジスタＱ１の所定受光量に対するＩＢ等の個別バラツキによるものである。

上記説明では、あえて本バラツキによる初期補正動作差異による消費電流Ａ（ＩＴ）のバラツキについては言及しなかったが、更に高性能・高精度を追及するためには考慮することも重要となる。初期ＩＴが異なると、本体制御手段６での塵埃検知情報信号Ａに関わる補正処理に狂いが発生することは容易に考えられよう。その課題を解決するために記憶手段７が有効となる。

つまり、初期の消費電流Ａ（ＶＬＳ）の値を記憶手段７に記憶させることで本体制御手段６は、レンズ３４の汚れの無い状態のＶＬＳ初期値を完全に認識可能となり、記憶したＶＬＳの値からの相対変化量から、塵埃検知情報信号Ａへの補正処理が可能となるのものである。更には、前記ＶＬＳ初期値に対して、更に少ないＶＬＳ値を検出したときには、本体制御手段６は、その少ないＶＬＳ値を新たな初期値として記憶手段７に記憶し直すと良い。

これは例えば、接続部１１（塵埃検知手段３１を含む）を含むホースユニット１００を何らかの理由で新たなもの（新品）に交換した場合や、レンズ３４を清掃して、レンズ３４の汚れが無い状態になった時に、その状態を補正動作量の初期値として本体制御手段６による補正処理を行うことで、長期間の使用に際しても塵埃検知精度を維持することができるものである。

以上説明してきたように、本実施の形態によれば、使用者によって着脱自在に構成したホースユニット１００（塵埃検知手段を含む）と本体９との間で、２本の電気配線だけで電力供給と高速通信が可能な電気掃除機が極めて容易に構成できるものである。更に、本体制御手段６で、塵埃検知手段３１の消費電流Ａより塵埃検知手段３１に関わる有用な情報を報知手段８によって使用者にも知らしめることができる。

また、記憶手段７によって、製品個別バラツキによる精度低下も防止できるようになるため、本実施の形態における電気掃除機が如何に使用者にとって使い勝手が良いものであるかは容易に推測できるであろう。

以上のように本発明にかかる電気掃除機は、塵埃検知情報信号を高速伝送・高速処理するために必要な通信方式を備え、更に塵埃検知情報信号に対して精度向上のための補正処理を行うための方向性を提供できるものであり、移動式の家庭用電気掃除機に止まらず屋内配線が必要な電気掃除機、所謂セントラルクリーナ等への展開が可能であり、更には比較的消費電力の少ない回路ユニットとメイン制御ユニットとの間で電力線重畳通信方式としても応用展開可能である。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の回路構成図 同電気掃除機の塵埃検知手段の汚れによる補正動作量と塵埃検知特性関係図 （ａ）同塵埃検知手段の塵埃検知センサ部の断面図、（ｂ）同塵埃検知手段の塵埃検知時のセンサ部出力図 同塵埃検知センサ部への塵埃付着の様子を示すイメージ図 従来の電気掃除機の全体斜視図 同電気掃除機の回路構成図

符号の説明

１ 商用電源
２ 電動送風機
３ 双方向サイリスタ
４ 電源用ハイブリッドＩＣ
６ 本体制御手段
７ 記憶手段
８ 報知手段
９ 電気掃除機本体（本体）
１０ 電流検出手段
１１ 接続部
１２ 信号変換手段
１３ 電気配線手段
１４ 電流変換手段
１５ 電源回路
１６ 補正手段
２２ 制御手段
３０ 電源回路
３１ 塵埃検知手段

Claims (6)

1. 吸引力を発生する電動送風機を内蔵する掃除機本体と、前記電動送風機を制御する本体制御手段と、前記電動送風機で吸引される塵埃を検知する塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段で消費される消費電流Ａを検出する電流検出手段と、前記本体制御手段と前記塵埃検知手段とを電気的に接続する２本の電気配線手段とを備え、前記塵埃検知手段は、前記電気配線手段に塵埃検知情報信号Ａを電流信号Ａとして出力可能な電流変換手段を備え、前記本体制御手段は、前記電気配線手段を介して前記塵埃検知手段に電力を供給し、前記電流信号Ａから前記塵埃検知情報信号Ａに逆変換可能な信号変換手段を備えると共に、前記塵埃検知情報信号Ａ及び前記消費電流Ａに応じて前記電動送風機への供給電力を制御することを特徴とする電気掃除機。
2. 塵埃検知手段は、発光手段と受光手段を略対向配置して前記発光手段と前記受光手段の光軸間を塵埃が通過遮光することで変化する前記受光手段の光量変化から前記塵埃の通過を検知すると共に、前記受光手段の受光量が所定の量になるよう所定の時定数で、前記発光手段の駆動電流即ち発光量を変化させる補正動作を行う補正手段を備えた請求項１に記載の電気掃除機。
3. 本体制御手段は、消費電流Ａの変化量に応じて、塵埃検知情報信号Ａに所定の補正処理を行うことを特徴とした請求項２に記載の電気掃除機。
4. 消費電流Ａの絶対値及び／又は相対変化量が予め設定した基準値を超えた時に、その旨を使用者に報知する報知手段を備えた請求項３に記載の電気掃除機。
5. 本体制御手段は、補正手段の補正動作量推移情報を記憶する記憶手段を備え、前記補正動作量推移情報に応じて電動送風機への供給電力及び／又は報知手段を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の電気掃除機。
6. 報知手段を、表示手段及び／又は音声を含む発音手段で構成した請求項４又は５に記載の電気掃除機。

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