JP4882473B2

JP4882473B2 - 電気掃除機

Info

Publication number: JP4882473B2
Application number: JP2006111792A
Authority: JP
Inventors: 浩中尾; 裕夫大島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-04-14
Also published as: JP2007282767A

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、様々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によって、塵埃量を判断し電動送風機の制御等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

前記従来の電気掃除機においては、塵埃量や大きさによって変化する受光素子のアナログ出力信号を、電圧コンパレータを用いてパルス波形に変換したものをＬＳＩで検出し、そのパルス数やパルス幅で、被掃除面の状態を判断していた。しかしながら、前記従来の方式では、検出できる塵埃の大きさには制限があることが次第に判明してきた。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、電圧コンパレータの比較電圧など）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。更に、電圧コンパレータを用いて受光素子のアナログ出力をパルス変換しているので、受光素子の反応速度や出力電圧によっては、微小な塵埃が連続的に吸引された場合と、大きなごみが１つ吸引された場合との差（受光素子の微小な出力電圧変化の差）が、塵埃検出回路で吸収され、塵埃検知回路から出力されるパルス波形が全く同じになる場合もあり、実使用において想定される様々な状況全てに合わせた塵埃センサ制御は非常に困難であった。

本発明は、これら従来の課題を解決するもので、様々な塵埃の大きさに対して、塵埃検出回路の特性を気にかけることなく、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、電動送風機を有する電気掃除機本体と、塵埃を吸引し、ホース等を介して前記電気掃除機本体と連通するように接続される吸い込み具と、前記電動送風機と吸い込み具との間に設けられ発光手段と受光手段を有する塵埃センサと、制御手段とを有し、前記受光手段は、その受光量に応じてアナログ的に変化する電気信号を出力するように構成され、前記受光手段の出力信号を増幅後、比較電圧の異なる複数のコンパレータに並列に入力し、各コンパレータから同時に出力される出力信号の変化に基づいて、前記電動送風機への電力供給量を制御するようにしたものである。

これにより、受光素子のアナログ出力を増幅回路によって増幅した後で、直接その出力電圧の変化を検出しているので、塵埃検出回路をシンプルな構成としつつ、微小な塵埃から大きなごみまで検出可能となり、更に微小な塵埃が連続して吸引されている状態と、大きなごみが１つ吸引された状態との差（受光手段の微小な出力電圧変化の差）等も検出可能となる。

本発明に係る電気掃除機は、塵埃検出回路をシンプルな構成としつつ、微小な塵埃から大きなごみまで検出可能となり、更に微小な塵埃が連続して吸引されている状態と、大きなごみが１つ吸引された状態との差（受光手段の微小な出力電圧変化の差）等も検出可能となるので、使用性を向上した電気掃除機が提供できるものである。

第１の発明は、電動送風機を有する電気掃除機本体と、塵埃を吸引し、ホース等を介して前記電気掃除機本体と連通するように接続される吸い込み具と、前記電動送風機と吸い込み具との間に設けられ発光手段と受光手段を有する塵埃センサと、制御手段とを有し、前記受光手段は、その受光量に応じてアナログ的に変化する電気信号を出力するように構成され、前記受光手段の出力信号を増幅後、比較電圧の異なる複数のコンパレータに並列に入力し、各コンパレータから同時に出力される出力信号の変化に基づいて、前記電動送
風機への電力供給量を制御する電気掃除機としたものであり、ＤＳＰ等の高速ＬＳＩを使用した構成に対して、受光手段の出力電圧検知の分解能は低下するため、塵埃検出精度は若干落ちるものの、一般的に高価で消費電流の大きい高速ＬＳＩを用いることなく、受光手段のアナログ出力を増幅回路によって増幅後、直接その出力電圧の変化を検出しているので、塵埃検出回路をシンプルな構成としつつ、微小な塵埃から大きなごみまで検出可能となり、更に微小な塵埃が連続して吸引されている状態と、大きなごみが１つ吸引された状態との差（受光手段の微小な出力電圧変化の差）等も検出可能となる。

第２の発明は、第１の発明の発光手段として赤外発光ダイオードを、受光手段としてフォトトランジスタをそれぞれ用いたもので、簡単な回路構成で、精度よく、電動送風機の電力制御を行えるようになる。

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。尚、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）
図１は、本発明の実施の形態１における電気掃除機の全体構成を示す斜視図、図２は、同電気掃除機の回路ブロック図、図３は、同電気掃除機の塵埃センサの構成を示す断面図である。

図１〜図４において、１は電気掃除機本体であり、吸引力を発生させ、塵埃を集塵室１ａに集塵するための電動送風機２を内蔵している。３は前記集塵室１ａに連通するように掃除機本体１に接続されるホースであり、その一端に、手元操作表示部４が設けられている。前記手元操作表示部４は、使用者が電気掃除機の運転操作を行うための操作手段２７と、各種表示を行うための表示手段２８によって構成されている。

５は、手元操作表示部４に接続された延長間６の上流側端部に接続され、床面（図示せず）に接して被掃除面の塵埃等を吸引するための吸い込み具である。上記構成により、操作手段２７を操作して、電動送風機２を駆動させることで、吸い込み具５で吸引された被掃除面の塵埃は、延長管６、ホース３を通って電気掃除機本体１へと運搬され、塵埃は電気掃除機本体１内に内蔵された集塵室１ａで捕集されると共に、吸い込み風は電気掃除機本体１より外部に排出される。７は吸引した塵埃の量を検知する塵埃センサで、ホース３の電気掃除機本体１との接続部付近に設けられている。

塵埃センサ７は、図３に示すように、発光手段である赤外発光ダイオード１７と、赤外発光ダイオード１７に対向して設けられた受光手段であるフォトトランジスタ１８を備え、被掃除面から吸引した塵埃が前記赤外発光ダイオード１７とフォトトランジスタ１８の間を通過する際に、赤外発光ダイオード１７から発せられる赤外光を前記塵埃が遮ることで、前記フォトトランジスタ１８の出力が変化することを利用して、塵埃を検知するようにしたものである。

次に上記電気掃除機の回路構成を、図２を用いて説明する。

同回路は、掃除機本体ブロック２１、ホースブロック２２に分けられ、各ブロックはコネクタ（図示せず）によって着脱自在に構成されている。

電気掃除機本体ブロック２１は、電気掃除機に電力を供給する商用電源２３と、電動送風機２を駆動するための駆動手段２４と、各入出力制御を行う信号制御手段２５と、各回路素子に直流電源を供給する直流電源回路２６及び、ＤＳＰ（高速ＬＳＩ）３０を備えている。

ホースブロック２２は、手元操作表示部４の回路として、操作手段２７、表示手段２８及び、塵埃検知部の回路として、赤外発光ダイオード１７、フォトトランジスタ１８、前記フォトトランジスタ１８の出力を増幅するための増幅回路２９とを備えており、増幅回路２９の出力信号は、ＤＳＰ（高速ＬＳＩ）３０に入力されている。また、駆動手段２４、操作手段２７、表示手段２８及び、ＤＳＰ３０は、信号制御手段２５と電気的に接続されている。

以上のように構成された電気掃除機について、以下にその動作、作用を説明する。

商用電源２３が投入されたとき即ち、使用者が電気掃除機の電源プラグ（図示せず）をコンセント（図示せず）に差し込み、操作手段２７を操作すると、操作された内容に従って、信号制御手段２５は、駆動手段２４を介して、電動送風機２に所定の電力（例えば３００Ｗ）を供給する。これによって電動送風機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、被掃除面から吸引された塵埃が塵埃センサ７の赤外発光ダイオード１７とフォトトランジスタ１８の間を通過する際に赤外光を遮ることで、前記フォトトランジスタ１８の出力が変化する。このときのフォトトランジスタ１８の出力電圧と、増幅回路２９からの出力電圧の様子を図４に示す。尚、図５最下段の波形は、参考のために示す、従来の塵埃検出回路におけるパルス変換手段を介した後の信号波形であり、微小な塵埃が連続して吸引された時と、大きなごみが１つ吸引された時の波形の差がパルス変換手段によって吸収されていることがわかる。

ここで、前記増幅回路２９の出力電圧は、ＤＳＰによって１００ナノ秒毎にサンプリングされている。更に、前記ＤＳＰは、サンプリングした電圧値の増減によって、塵埃数を判断している。具体的には、サンプリング電圧が１００ナノ秒前よりも０．０５Ｖ減少したときに、「塵埃がセンサ部に入ってきた」と判断し、サンプリング電圧の最小値から０．０５Ｖ増加した時に、「塵埃がセンサ部を通過した」と判断する。更に、電圧最小値が１．５Ｖ以上の塵埃と、１．５Ｖ未満の塵埃とで別々に塵埃数をカウントし、０．１秒間の塵埃数積算値を信号制御手段２５に送信する。信号制御手段２５は、前記ＤＳＰからの送信データと、あらかじめ設定された下記表１のテーブルに基づいて、電動送風機２に供給する電力を変化させる。

０．１秒間に検出した１．５Ｖ未満の塵埃数と、１．５Ｖ以上の塵埃数に応じた電力補正値を上表に従って導き出し、大きい方の補正値を最終の入力補正値とし、初期電力値（３００Ｗ）に足し込んだ電力を、電動送風機２に供給する。

ここで、同じ汚れ度に対して、１．５Ｖ以上の塵埃数が多く、逆に電力補正値を小さく設定しているのは、出力電圧が高い塵埃、つまり微小の塵埃の方が数多く吸引され、しかも微小の塵埃は低い吸引力でも捕集できるためであり、これらの設定値は実使用モニターによって、掃除効率が最も高くなるように決定された値である。尚、ここで電圧最小値１．５Ｖは、塵埃の大きさがφ５０ミクロン程度のごみが通過した時の値であり、ハウスダ
ストやダニの死骸・糞などに相当する大きさである。

また、汚れ度についても、１．５Ｖ未満の塵埃数と、１．５Ｖ以上の塵埃数に応じた汚れ度のうち、大きい方の汚れ度を、表示手段２８に表示している。汚れ度すなわち清掃状況を使用者に報知することで、効率的な掃除が可能となるものである。

（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５及び図６を用いて説明する。尚、第１の実施の形態と同一部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図５は、本発明の実施の形態２における電気掃除機の回路ブロック図、図６は、同電気掃除機の塵埃センサの出力波形である。

塵埃検知部の回路である増幅回路２９の出力信号は、比較電圧の異なる５つの電圧コンパレータ（ＩＣ０〜ＩＣ４）に並列に入力され、且つ各電圧コンパレータ（ＩＣ０〜ＩＣ４）の出力電圧は、前記信号制御手段２５のマイクロコンピュータの外部割込みポートに入力されている。各電圧コンパレータとその比較電圧の関係を下記の表２に示す。

以下、これらの動作を図６を用いて説明する。

図６は、フォトトランジスタ１８の出力の増幅電圧と、各電圧コンパレータ（ＩＣ０〜ＩＣ４）からの出力電圧の様子したものである。

ここで、信号制御手段２５は、その外部割込み機能によって、前記電圧コンパレータ（ＩＣ０〜ＩＣ４）の出力電圧がＨｉからＬｏｗに変化する時の立下がりエッジと、ＬｏｗからＨｉに変化する時の立上りエッジを検出する。更に、前記信号制御手段２５は、検出する立下りエッジ及び立上りエッジから、塵埃数を判断している。具体的には、ＩＣ０〜ＩＣ４のいずれかの出力電圧の立下りを検知した時に、「塵埃がセンサ部に入ってきた」と判断し、その後、立上りエッジを検知した時に、「塵埃がセンサ部を通過した」と判断する。１つの塵埃が通過する際に、立下りを検出した電圧コンパレータの内、最も比較電圧の低い電圧コンパレータの比較電圧を、電圧最小値として記憶する。更に、電圧最小値が１．５Ｖ以上の塵埃（即ち、ＩＣ２が反応した塵埃）と、１．５Ｖ未満の塵埃（即ち、ＩＣ２が反応しなかった塵埃）とで別々に塵埃数をカウントし、０．１秒間の塵埃数積算値と、あらかじめ設定された下記表３のテーブルに基づいて、電動送風機２に供給する電力を変化させる。

以降、第１の実施の形態と同様に、０．１秒間に検出した１．５Ｖ以上の塵埃数と、１．５Ｖ未満の塵埃数に応じた電力補正値を上表に従って導き出し、大きい方の補正値を最終の入力補正値とし、初期電力値（３００Ｗ）に足し込んだ電力を、電動送風機２に供給する。

上記第１の実施の形態に対して、受光手段の出力電圧検知の分解能は低下するために、塵埃検出精度は若干落ちるものの、一般的に高価で消費電流の大きいＤＳＰを用いることなく、低コストで上記第１の実施例とほぼ同様の効果が得られるものである。

尚、本実施の形態１及び２においては、説明を簡単にするために、塵埃センサ７に重畳されるノイズ対策に関する説明を省略したが、実際には重畳されるノイズ除去処理を行う必要がある。例えば、電動送風機２が停止している時の増幅回路２９の出力波形を記憶しておき、これを全てノイズであると判断して、前記電動送風機２を駆動している時の出力波形と、電動送風機２停止中の出力波形との差分を最終の判断値として使用する等のノイズ除去処理を行っている。

以上のように本願発明に係る電気掃除機は、微小な塵埃まで残さず掃除できるので、家庭用だけでなく、例えば衛生関係の業務用等、様々な形態の電気掃除機に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全体図同電気掃除機の回路ブロック図同電気掃除機の塵埃検知部の構成を示す要部断面図同電気掃除機の塵埃センサの出力波形を示す図本発明の実施の形態２における電気掃除機の回路ブロック図同電気掃除機の塵埃センサの出力波形を示す図

１電気掃除機本体
２電動送風機
３ホース
５吸い込み具
７塵埃センサ
１７赤外発光ダイオード（発光手段）
１８フォトトランジスタ（受光手段）
２５信号制御手段
２９増幅回路
３０ＤＳＰ（高速ＬＳＩ）
ＩＣ０〜ＩＣ４電圧コンパレータ

Claims

電動送風機を有する電気掃除機本体と、塵埃を吸引し、ホース等を介して前記電気掃除機本体と連通するように接続される吸い込み具と、前記電動送風機と吸い込み具との間に設けられ発光手段と受光手段を有する塵埃センサと、制御手段とを有し、前記受光手段は、その受光量に応じてアナログ的に変化する電気信号を出力するように構成され、前記受光手段の出力信号を増幅後、比較電圧の異なる複数のコンパレータに並列に入力し、各コンパレータから同時に出力される出力信号の変化に基づいて、前記電動送風機への電力供給量を制御する電気掃除機。
発光手段として赤外発光ダイオードを、受光手段としてフォトトランジスタを、それぞれ用いた請求項１に記載の電気掃除機。