JP4888196B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、駆動モータで移動可能にした電気掃除機に関するもので、特に床移動型の電気掃除機の引回し力を低減して快適な掃除機がけができるようにした電気掃除機に関するものである。

使用者が床移動型の電気掃除機で、掃除床面を掃除する際の本体引き回し（引っ張り）力を低減するようにしたものとして、特許文献１や特許文献２に開示されたようなものがあった。

例えば、上記特許文献１に開示された従来の電気掃除機は、電動送風機およびこの電動送風機の吸気側に連通する集塵室を内部に設けるとともにこの集塵室に連通する接続口を外面部に設けた電気掃除機本体と、この電気掃除機本体の接続口に一端部が接続されるとともに手元把持部を他端側に有するホースと、前記電気掃除機本体に設けられ、この電気掃除機本体を被掃除面上で移動させる走行手段と、前記電気掃除機本体に設けられ、前記走行手段を駆動する駆動手段と、前記ホースに加えられる引張力を検出する検出手段と、この検出手段の検出信号に応じて、前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備え、この駆動制御手段は、前記ホースに加えられる引張力が大きいほど、
（１）前記駆動手段による走行手段の駆動速度をより大きくするように制御して、使用者は、電気掃除機のホースを強く引けば長い距離を移動させ、ホースを軽く引けば少しだけ移動させることができる。また、
（２）前記駆動手段による走行手段の駆動時間をより短くし、かつ、駆動速度をより大きくするように制御して、ホースを引っ張った時に電気掃除機本体が移動する距離を引張力によらず同じ位にすることができる。
というもので、使用者の歩行に対する電気掃除機本体の追従性を向上させている。

また、特許文献２に開示された従来の電気掃除機は、走行ローラと、前記走行ローラの前進方向の回転に追随して回転すると共に周縁部に多数のスリットが穿設された円盤と、前記走行ローラに連結された駆動モータと、前記スリットに臨み前記円盤の両側に配設されたフォトダイオード及びフォトトランジスタと、前記円盤の回転により発生する前記フォトトランジスタからのパルス信号を入力して前記駆動モータを駆動するとともに、その駆動時間を制御する駆動モータ駆動部とを備え、例えばホースを一時的に引っ張って電気掃除機本体を少し移動させると、その移動量に応じて走行ローラ、すなわち円盤が回転し、その回転速度をフォトトランジスタが感知して、その回転速度（即ち使用者がホースを引っ張る力）に応じて駆動モータ制御回路が、駆動モータの駆動とその駆動時間を制御し、走行ローラを前進回転させると共に走行距離を加減することで、使用者の歩行に対する追従性を向上させるようにしたものである。
特開平４−９２６３４号公報 特開平４−１０５６２３号公報

床移動型の電気掃除機の本体引き回し疲労感低減のために提案された上記従来の技術は、基本的に使用者の操作力を検知してその操作力に応じて電気掃除機本体の移動時間（移動距離）を自在に可変制御させることが良い、という考えに基づいたものである。

しかし、使用者の操作力の強弱に応じて電気掃除機本体の移動距離・速度を決定する方法を研究していくと、幾つかの問題点がでてきた。例えば使用者が吸込み具を前後方向に移動する速度と使用者自身が前進する速度との関係が使用者毎に異なり、予め一意的に設定することが困難であること等がその一例である。

更に特許文献１に開示された発明を具体的に実施しようとすると、電気掃除機の吸い込み力に影響しないようにしたり、引っ張り力検出部分に、ホースに加わる引っ張り力や引っ張り回数に耐える強度・耐久性を確保しなければならず、ホース差込管内部の構成が複雑になり小型・低価格で実現することが困難になるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電気掃除機本体が使用者によって引っ張られたときに軽く自走開始ができ、快適な追従性能を有する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に本発明の電気掃除機は、電気掃除機本体底部より突出すると共に前記電気掃除機本体を移動させる走行ローラと、前記走行ローラを駆動する駆動モータと、前記走行ローラの回転方向及び／又は回転数を検知する回転検知手段と、前記回転検知手段からの信号に応じて前記駆動モータへ電力（又は電圧）を供給する制御手段を備え、前記制御手段は、前記回転検知手段からの回転検知信号が無い場合は、供給する電力（又は電圧）を増加させ、回転検知信号が有る場合は、供給する電力（又は電圧）を減少させるようにして、前記電気掃除機本体が走行開始するか否かの臨界電力（又は臨界電圧）を連続的又は断続的に前記駆動モータに供給するもので、電気掃除機本体は常に走行開始するか否か臨界状態になっているため、使用者が少しホースに引っ張り力を加える等するだけで軽く電気掃除機本体が自走開始することができる。

本発明の電気掃除機によれば、床面の種類・状態によらず電気掃除機本体に軽く力を加えるだけで自走する、快適な追従性を備えた電気掃除機を提供できるものである。

第１の発明は、電気掃除機本体底部より突出すると共に前記電気掃除機本体を移動させる走行ローラと、前記走行ローラを駆動する駆動モータと、前記走行ローラの回転方向及び／又は回転数を検知する回転検知手段と、前記回転検知手段からの信号に応じて前記駆動モータへ電力（又は電圧）を供給する制御手段を備え、前記制御手段は、前記回転検知手段からの回転検知信号が無い場合は、供給する電力（又は電圧）を増加させ、回転検知信号が有る場合は、供給する電力（又は電圧）を減少させるようにして、前記電気掃除機本体が走行開始するか否かの臨界電力（又は臨界電圧）を連続的又は断続的に前記駆動モータに供給するもので、電気掃除機本体は常に走行開始するか否か臨界状態になっているため、使用者が少しホースに引っ張り力を加える等するだけで軽く電気掃除機本体が自走開始することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の回転検知手段で走行ローラの回転方向を検知すると共に、臨界電力（又は臨界電圧）は、電気掃除機本体を前進させる方向に駆動モータに供給され、制御手段は、回転検知手段で前記電気掃除機本体の後進を検知した場合、所定時間の間前記臨界電力（又は臨界電圧）の供給を停止するようにしたもので、電気掃除機の使用者が足などで電気掃除機本体を後ろに押した時は、前記回転検知手段で、走行ローラが後進したことを検知し、制御手段が、瞬時に駆動モータへの電力又は電圧の供給を止めるので、電気掃除機本体が意図に反して前進することが無く使い勝手が良い。特に、駆動モータへの電力又は電圧の供給が停止されたときに、走行ローラの回転が自在になるようにすれば、電気掃除機本体を、使用者の意図どおり後ろに容易に下げることができる。

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の実施の形態における電気掃除機について、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態における電気掃除機の外観図である。

図１において、１は、電動送風機（図示せず）と集塵室（図示せず）を内設すると共に前部に前記集塵室に連通する接続口１ａを有する電気掃除機本体で、その接続口１ａにホース２が接続される。３はホース２の先端部分に設けられた手元操作部で、使用者は、前記手元操作部３を操作して、電気掃除機本体１の吸引力を切り換え可能である。４は、ホース２と床面から塵埃を吸引する床用の吸込み具５との間をつなぐ延長管である。電気掃除機本体１の下部には、キャスタから成る４つの補助輪６が配置されている。

図２は、電気掃除機本体１を略底部方向から見た斜視図である。

図２において、補助輪６は、電気掃除機本体１の底部外周に４つ配設されている。１１は、後述の走行ローラ１０などから構成された走行ユニットで、電気掃除機本体１の底部で略重心位置７に、走行ローラ１０がホース２の電気掃除機本体１からの引出し方向と同一方向になるようにして固定されている。

図３は、本実施の形態における電気掃除機の回路構成ブロック図である。

図３において、走行ユニット１１には、駆動手段１９からの供給電力Ｗｓで駆動される駆動モータ１４と、駆動モータ１４の回転出力を減速して駆動軸１５を回転駆動する減速手段１３と、駆動軸１５の回転に合わせて回転して電気掃除機本体１を自走させる走行ローラ１０と、前記駆動軸１５の回転を検知して回転数及び回転方向に応じたＡ相及びＢ相２つの信号１６（以下、「エンコーダ出力信号１６」という）を制御手段２０に出力する回転検知手段であるエンコーダ１２を備えている。

ここで、減速手段１３は、駆動モータ１４が停止している時には、駆動軸１５が回転（空転）自在になるようクラッチ機構（図示せず）が設けられており、駆動モータ１４が停止している時は、走行ローラ１０は手でも簡単に回転できるようになっている。これは、駆動モータ１４が停止している時に使用者が電気掃除機本体１を移動させる場合などに、減速手段１３によって走行ローラ１０の自由な回転が阻害されて移動の妨げになること等を防止するためのものである。

制御手段２０は、手元操作部３からの信号に応じて、電動送風機駆動手段３１へ位相制御タイミング信号を出力する。３２は、電気掃除機本体１内に設けられた電動送風機で、電動送風機駆動手段３１から供給される商用電源３０を位相制御した電力で運転される。１８は、商用電源３０を整流・平滑して駆動手段１９へ直流電力を出力する直流電源である。

駆動手段１９は、制御手段２０からのＰＷＭタイミング信号に合わせて前記直流電力をＰＷＭ制御して駆動モータ１４へ供給電力Ｗｓを出力する。制御手段２０には、エンコーダ１２からのＡ相とＢ相から成るエンコーダ出力信号１６のパルス数の累積又は単位時間当りのパルス数とＡ、Ｂ各相の位相とから、走行ローラ１０の回転速度即ち電気掃除機本体１の走行速度と走行方向（前進又は後進）を演算する走行速度演算手段２２と、更に走行速度演算手段２２の情報と供給電力Ｗｓの情報と電気掃除機本体１の置かれている床面上の転がり摩擦係数との関係で示される走行特性を記憶している走行特性記憶手段２１を備えている。

通常、制御手段２０は駆動手段１９への駆動信号を連続的又は断続的に出力して、電気掃除機本体１が走行開始するか否かの臨界状態に常に制御している。

以上説明してきた本実施の形態における電気掃除機の各構成要素による動作について、図４と５を用いて説明する。図４は、同電気掃除機のエンコーダ出力信号波形図、図５は、同電気掃除機の駆動モータへの供給電力と走行速度の関係を示すグラフである。

使用者が掃除場所を移動しようとしてホース２を引っ張ると、電気掃除機本体１は、前記引っ張り力を受けて少し移動する。その移動によって電気掃除機本体１の底部に配設してある走行ローラ１０が回転する。走行ローラ１０の回転は、駆動軸１５によってエンコーダ１２に伝えられ、エンコーダ１２は、図４に示すＡ相、Ｂ相２つのエンコーダ出力信号１６を出力する。

Ａ相とＢ相の２つのエンコーダ出力信号１６は、走行ローラ１０の回転方向即ち電気掃除機本体１の前後の移動方向によって信号の位相のずれ方が異なる。これは、エンコーダと呼ばれる回転検知手段では極めて一般的な出力信号であるため詳細な説明は省略する。制御手段２０は、エンコーダ出力信号１６から、電気掃除機本体１の移動方向が前進か後進かを判断し、後進の場合は、所定時間Ｔｃの間は、ＰＷＭタイミング信号を出力せず、前進の場合は駆動手段１９にＰＷＭタイミング信号を出力する。

これは、使用者が電気掃除機本体１を掃除中に足などを使って後方へ押しやった時等を想定し、電気掃除機本体１を後方へ自走させることはかえって使用感を損ねるものであるとの研究結果に基づいた制御であり、エンコーダ１２の２つの信号を検知することで実現できる制御であることは言うまでも無い。

駆動手段１９は、直流電源１８の電力を、前記ＰＷＭタイミング信号に応じて供給電力Ｗｓを駆動モータ１４へ出力する。この時の供給電力Ｗｓは、走行ローラ１０が回転するか否かの臨界電力であり、電気掃除機本体１の置かれている床面によって変わる。例えば、床面が木床の場合は、図５のｘなるＰＷＭ制御量が臨界電力Ｗｒ（即ち臨界電圧Ｖｒ）となり、床面が毛足の長い絨毯の場合は、同図に示すように、臨界電力Ｗｒ（臨界電圧Ｖｒ）はｚになる。

これは、制御手段２０がエンコーダ出力信号１６を観測し続け、エンコーダ出力信号１６が入力されるまでＰＷＭタイミング信号を増加させ、エンコーダ出力信号１６が検出できたらＰＷＭタイミング信号を減少させることを繰り返すことで臨界電力Ｗｒ（即ち臨界電圧Ｖｒ）を出力できるものである。因みに、前記臨界電力制御を行うと、結果的に電気掃除機本体１は少しずつ前進していくことになる。

以上のようにして、電気掃除機本体１は、走行停止中であっても走行ローラ１０に駆動トルクが加わり続けることで常に前進方向へ軽い外力で走行開始するよう制御手段２０で制御され続けることになり、結果的に、軽く力を加えるだけで電気掃除機本体１を自走させることができ、快適な追従性能を有する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は、掃除中の疲労感を低減する高付加価値・高機能な電気掃除機や、更には使用者の移動に合わせて追従する機器にも有用な技術である。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の外観図 同電気掃除機の底部斜視図 同電気掃除機の回路構成ブロック図 同電気掃除機のエンコーダ出力信号波形図 同電気掃除機の駆動モータへの供給電力と走行速度の関係を示すグラフ

符号の説明

１ 電気掃除機本体
２ ホース
３ 手元操作部
４ 延長管
５ 吸込み具
６ キャスタ（補助輪）
１０ 走行ローラ
１１ 走行ユニット
１２ エンコーダ（回転検知手段）
１３ 減速手段
１４ 駆動モータ
１５ 駆動軸
１６ エンコーダ出力信号
１８ 直流電源
１９ 駆動手段
２０ 制御手段
２１ 走行特性記憶手段
２２ 走行速度演算手段
３０ 商用電源
３１ 電動送風機駆動手段
３２ 電動送風機

Claims (2)

1. 電気掃除機本体底部より突出すると共に前記電気掃除機本体を移動させる走行ローラと、前記走行ローラを駆動する駆動モータと、前記走行ローラの回転方向及び／又は回転数を検知する回転検知手段と、前記回転検知手段からの信号に応じて前記駆動モータへ電力（又は電圧）を供給する制御手段を備え、前記制御手段は、前記回転検知手段からの回転検知信号が無い場合は、供給する電力（又は電圧）を増加させ、回転検知信号が有る場合は、供給する電力（又は電圧）を減少させるようにして、前記電気掃除機本体が走行開始するか否かの臨界電力（又は臨界電圧）を連続的又は断続的に前記駆動モータに供給することを特徴とする電気掃除機。
2. 回転検知手段で走行ローラの回転方向を検知すると共に、臨界電力（又は臨界電圧）は、電気掃除機本体を前進させる方向に駆動モータに供給され、制御手段は、回転検知手段で前記電気掃除機本体の後進を検知した場合、所定時間の間前記臨界電力（又は臨界電圧）の供給を停止するようにした請求項１に記載の電気掃除機。

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