JP4902704B2 - ロボット式掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット式掃除機に関するものである。より詳しく言えば、本発明は、シャシと、シャシに取付けられた支持車輪と、支持車輪を駆動するために支持車輪に連結された駆動手段と、掃除面上で掃除機を、人手を介することなくガイドするために駆動手段を制御する制御機構と、掃除面に面する塵埃空気吸入口を備えた掃除機ヘッドと、シャシに支持され掃除機ヘッドと連通し塵埃空気吸入口を通じて掃除機に吸入された空気から塵埃を分離するための分離装置とを備えた掃除機に関するものである。このような掃除機は、より一般的な呼称では、ロボット式掃除機と称される。

ロボット式掃除機は公知である。制御機構は通常、障害物及び壁面を感知するセンサーを備え、人の介在なしに掃除機がそれ自体を部屋内でガイドしてカーペットまたはその他で被覆された床上で吸引を行うように構成されている。この種のロボット式掃除機の例は特許文献１〜引用文献５などに記載されている。

欧州特許第 0803224 号公開公報 米国特許第 5,534,762 号明細書 国際特許出願 WO 97/41451号パンフレット 米国特許第 5,109,566 号明細書 米国特許第 5,787,545 号明細書

本発明の目的は、空気流から塵埃が分離された際に目詰りを生じないようなロボット式掃除機を提供することである。本発明の他の目的は、吸引能力が経時的に低下しないロボット式掃除機を提供することである。本発明のさらなる目的は、簡単に使用でき効率が良く、製造コストが高くないロボット式掃除機を提供することである。

本発明が提供する掃除機は、シャシと、シャシに取付けられた支持車輪と、支持車輪を駆動するために支持車輪に連結された駆動手段と、掃除面上で掃除機を、人手を介することなくガイドするために駆動手段を制御する制御機構と、掃除面に面する塵埃空気吸入口を備えた掃除機ヘッドと、シャシに支持され掃除機ヘッドと連通し塵埃空気吸入口を通じて掃除機に吸入された空気から塵埃を分離するための分離装置とを備え、分離装置が少なくとも１つのサイクロンを含むことを特徴とする。

ロボット式掃除機にサイクロン式分離装置を用いることによって、バッグまたは容器タイプフィルターが使用時に目詰りする問題が解消される。サイクロン式分離装置では目詰りが生じないので、塵埃吸引口を通じた吸引能力が低下することはない。塵埃吸引口における吸引能力が一定に保たれるので掃除機の性能は一定に維持される。

分離装置は２つのサイクロンを備えていると好ましい。この場合、上流側のサイクロンは空気流から比較的大きな塵や埃粒子を除去するように構成され、下流側のサイクロンは空気流から比較的小さな塵や埃粒子を除去するように構成される。このような構成とすれば、下流側のサイクロンを最適な条件で作動させることができる。なぜなら、より大きな塵や埃粒子は、下流の高効率サイクロンに到達する前に既に除去されているからである。サイクロンを同心状に配置すると好ましいが、一方を他方の内側に配置するとより好ましく、こうしてコンパクトで都合のよい配置を実現することができる。この場合、外側の低効率サイクロンを概して円筒形状に、内側の高効率サイクロンを円錐台形状とすることができる。

分離装置の長手軸が略水平となるような形態で分離装置をシャシ上に支持すると好ましい。このようにすると掃除機の高さを最小限に抑えることができる。

サイクロン式分離装置は、着脱可能な箱体または収集チャンバを備えていることが好ましい。使用時、箱体または収集チャンバには空気流から分離された塵埃が収集される。箱体または収集チャンバは、掃除機から塵埃を捨てることが容易に行えるように着脱可能とされる。箱体または収集チャンバの内部を定期的に調べることができるように、箱体または収集チャンバは、透明または半透明に形成することが好ましい。ユーザーは、箱体を空にすべき時期を視認することができる。

本発明による掃除機を示す斜視図である。 図１に示す掃除機の平面図である。 図１に示す掃除機の後面図である。 図１に示す掃除機の側面図である。 図１に示す掃除機の底面図である。 図２におけるV-V線で切断した断面図である。 図６におけるVI-VI線で切断した断面図であり、図１に示す掃除機の掃除機ヘッド及びサイクロン式分離装置のみを示している。

以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。

図示するロボット式掃除機１０は、概して円形をなし２つの被駆動ホイール１４と１つのキャスターホイール１６とによって支持された支持シャシ１２を備えている。シャシ１２は、ＡＢＳ材のような高強度成形プラスチック材で形成すると好ましいが、アルミニウムまたは鋼のような金属から同様に形成することもできる。シャシ１２は、以下に説明する掃除機１０の構成部材を支持するものである。被駆動ホイール１４は、シャシ１２の直径の両側に設けられている。この直径は、掃除機１０の前後方向軸１８に直交するものである。被駆動ホイール１４の各々は、高強度成形プラスチック材から形成され、その外周部には比較的柔らかい材料からなる突起バンドが巻かれ、掃除機１０が滑らかな床面を走行する際にホイール１４が滑らないようになっている。被駆動ホイール１４は、互いに独立して支持ベアリング（図示せず）を介して取付けられている。被駆動ホイール１４の各々は、それぞれのホイール１４を前進方向または後退方向に駆動可能なモーター１５に接続されている。両ホイール１４を前進方向に同一速度で駆動することにより、掃除機１０を前進方向に駆動することができる。両ホイール１４を後退方向に同一速度で駆動することにより、掃除機１０を後退方向に駆動することができる。両ホイール１４を反対方向に駆動することにより、掃除機１０をその中心軸回りに回転させることができ、こうして転回走行を実現することができる。以上述べた駆動方式は周知技術であるので、さらなる詳細説明は行わない。

キャスターホイール１６の直径は、例えば図４に示すように、被駆動ホイール１４の直径よりずっと小さく形成されている。キャスターホイール１６は駆動されることはなく、単に掃除機１０の後部においてシャシ１２を支持しているだけである。シャシ１２の後端部に配置されたキャスターホイール１６の位置、及びキャスターホイール１６が回動ジョイント２０を介して回動自在にシャシに取付けられていることにより、キャスターホイール１６は、掃除機１０が被駆動ホイール１４によって駆動される際に、その転回性能を阻害することなく掃除機１０の後端で従動する。回動ジョイント２０は、図６に最も明瞭に示されている。キャスターホイール１６は、環状ハウジング２０ｂに受容されかつ上方に向けて延在する円筒部材２０ａに取付けられている。円筒部材２０ａは、環状ハウジング２０ｂ内で自在に回転することができるようになっている。この種の構成は周知技術である。キャスターホイール１６は成形プラスチック材、またはナイロンのような他の合成材料から形成することができる。

シャシ１２の下面には、掃除機１２が載っている表面に面した吸引開口部２４を含む掃除機ヘッド２２が設けられている。吸引開口部２４は概して矩形をなし、掃除機ヘッド２２のほぼ全幅にわたって延在している。吸引開口部２４内にはブラシバー２６が回転可能に取付けられ、掃除機ヘッド２２にはモーター２８が取付けられている。モーター２８は、そのシャフトとブラシバー２６とに掛けられた駆動ベルト（図示せず）を介してブラシバー２６を駆動する。

掃除機ヘッド２２は、掃除機ヘッド２２が掃除面に対して浮遊状態となるように、シャシ１２に取付けられている。このような取付け方式は、本実施形態では、掃除機ヘッド２２を回動可能にアーム（図示せず）に取付け、このアームをシャシ１２の下面に回動可能に取付けることによって実現されている。掃除機ヘッド２２とシャシ１２との間の二重関節結合によって、掃除機ヘッドはシャシ１２に対して上下方向へ自在に動くことができる。このような構成により、掃除機ヘッドは、本、雑誌、じゅうたん縁部といった小さな障害物を乗り越えることができる。掃除機ヘッド２２とシャシ１２内に配置された吸入ポート３２（図７参照）との間には可動接続部３０（図７参照）が設けられている。可動接続部３０はロールシールからなり、その一端は吸入ポート３２の上流側開口にシール状態で取付けられ、他端は掃除機ヘッド２２にシール状態で取付けられている。掃除機ヘッド２２がシャシ１２に対して上方に動くとき、ロールシール３０は巻き畳まれて収縮し、掃除機ヘッド２２の上方に向けた動きを吸収する。掃除機ヘッド２２がシャシ１２に対して下方に動くとき、ロールシール３０は巻き出されて伸長し、下方への動きを吸収する。

障害物に遭遇した際の掃除機ヘッド２２の上下方向の動きを補助するために、掃除機ヘッド２２の前端部から前方へ向けて、突出ランプ部３６が設けられている。障害物に遭遇した場合、障害物はまずランプ部３６に当たり、ランプ部３６の傾斜によって掃除機ヘッド２２は障害物を乗り越えるように持ち上げられ、障害物に掃除機１０がひっかかることが回避される。掃除機ヘッド２２は、図６では下降位置で、図４では上昇位置で示している。キャスターホイール１６もまたランプ部１７を備えており、これも、掃除機１０が障害物に遭遇してこれを乗り越える必要が生じた場合に補助の役割を果たす。こうして、掃除機１０が障害物を乗り越えた後に、キャスターホイール１６が障害物にひっかかることもない。

図２及び図５から分かるように、掃除機ヘッド２２は非対称状態でシャシ１２に取付けられている。すなわち、掃除機ヘッド２２の一側はシャシ１２の輪郭から突出している。この構成により、掃除機１０は、掃除機１０において掃除機ヘッド２２が突出している側で、部屋の端を掃除することができる。

シャシ１２には、複数のセンサー４０が取付けられている。センサー４０は、掃除機１０の経路上の障害物、及び壁または家具のようなその他の境界部への接近を検出するように構成され配置されている。センサー４０は、いくつかの超音波センサーといくつかの赤外線センサーとを備えている。図１及び図４は、限定のためにセンサーの配置を示しているのではなく、センサーの配置は本発明を構成するものではない。ここでは、掃除機１０が既定領域内でそれ自体をガイドして前記領域が掃除されるように、掃除機１０は適切なセンサー及び検出器４０を備えている、と述べるだけで十分である。誘導制御及び操舵装置を備えた制御ソフトウェアは、制御パネル４４の下方または掃除機１０内のその他の場所に配置されたハウジング４２内に収容されている。バッテリパック４６は、被駆動ホイール１４の内側でシャシ１２に取付けられており、ホイール１４を駆動するモーターのために、及びソフトウェア制御のために電力を供給する。バッテリパック４６は、バッテリ充電装置（図示せず）へと搬送するために、取外すことができる。

掃除機１０はまた、シャシ上に支持されかつ掃除機ヘッド２２内の吸引開口部２４を通じて塵埃空気を掃除機１０内へ吸引するためのモーター・ファンユニット５０を備えている。シャシ１２はまた、掃除機内へ吸引された空気から塵埃を分離するためのサイクロン式分離装置５２を支持している。サイクロン式分離装置５２の特徴は、図６及び図７に最もよく示されている。サイクロン式分離装置５２は、同心状に配置された外側サイクロン５４と内側サイクロン５６とを備えている。両サイクロン５４，５６の共通軸は水平に配置されている。外側サイクロン５４は、図７に示すように、吸入ポート３２と直接的に連通している導入部５８を備えている。吸入ポート３２は、導入部５８に対して接線方向に配置されている。導入部５８は、円筒部分と、概して螺旋状の終端壁面６０とを備えている。導入部５８は、外側壁体６４を有する円筒箱体６２に直接開口している。外側壁体６４の直径は、導入部５８の直径と同一に形成されている。円筒箱体６２は、ユーザーが外側サイクロン５４の内部を見ることができるよう、透明なプラスチックで形成されている。箱体６２において導入部５８から離れた一端は、円錐台形状に形成されかつ封止されている。外側壁体６４から所定距離離れた位置には箱体の端部と一体に位置決めリング６６が形成され、位置決めリング６６の内側には、箱体６２の端部と一体にダストリング６８が形成されている。塵埃を廃棄する目的で分離装置５２をシャシから取外すのを補助するために、箱体６２の外表面には対向する把持部７０が設けられている。把持部７０は透明箱体６２と一体に成形され、外表面６４から上方かつ外方に突出して、図１に示すようにアンダーカット形状をなしている。

内側サイクロン５６は、部分的に円筒形状、部分的に円錐形状のサイクロン体７２によって構成されている。サイクロン体７２は、導入部５８の端面に堅固に取付けられている。サイクロン体７２は、透明箱体６２の前後方向軸に沿って箱体のほぼ端面にまで延在し、サイクロン体７２の遠方端部７２ａはダストリング６８によって取り囲まれている。サイクロン体７２の遠方端部７２ａにおける円錐状開口部と箱体６２の端面との間の隙間は、８mm以下であることが好ましい。

箱体６２内には微粒ダスト収集器７４が配置され、その一端は位置決めリング６６によって支持されている。微粒ダスト収集器７４の他端は、サイクロン体７２によって支持されている。微粒ダスト収集器７４と、その両支持端部との間にはシール部材７６が設けられている。微粒ダスト収集器７４は、位置決めリング６６内で受容されるように形成された第１円筒部７４ａと、第１円筒部７４ａより小径に形成された第２円筒部７４ｂとを備えている。円筒部７４ａ，７４ｂは、それらと一体成形された円錐台部７４ｃによって接続されている。単一フィンまたは単一仕切り板７８もまた微粒ダスト収集器７４と一体に成形され、第２円筒部分７４ｂ及び円錐台部７４ｃから半径方向外方に延在している。フィン７８の外側縁部は第１円筒部７４ａに整列し、フィン７８において第１円筒部７４ａから離隔した縁部は円錐台部分７４ｃと略平行に形成されている。フィン７８は、微粒ダスト収集器７４から鉛直方向上方に延在している。

第１サイクロン５４と第２サイクロン５６との間にはシュラウド８０が配置されている。シュラウド８０は円筒状をなし、一端を導入部５８によって、他端を内側サイクロン５６のサイクロン体７２によって支持されている。公知であるように、シュラウド８０は、それを貫通する穿孔８２と、導入部５８から離隔したシュラウド８０の端部から突出するリップ部８３とを備えている。シュラウド８０とサイクロン体７２の外表面との間には通路８４が形成されている。この通路８４は、内側サイクロン５６の内部と通じている導入ポート８６と連通しており、吸引される空気流は渦流螺旋経路に沿って強制的に流される。この作用は、図７に示すように、内側サイクロン５６への導入部位を、接線方向に、または渦を形成する形状に形成することによって実現される。分離作用が終了した後、空気をサイクロン式分離装置５２から排出するために、内側サイクロン５６の大径側端部の中央には渦ファインダ（図示せず）が設けられている。空気は、排出される前に冷却作用を奏するように、モーター・ファンユニットを通過するように流される。さらに、掃除機１０から塵埃が大気中に放出される危険を最小化するために、モーター・ファンユニットの下流側にモーター後置フィルタ（図示せず）を設けることもできる。

外側サイクロン５４及び内側サイクロン５６を空にするために、分離装置５２全体がシャシ１２から取外せるようになっている。掃除機の使用時にサイクロン式分離装置５２を所定位置に保持するために、吸入ポート３２に隣接してフック型留め具（図示せず）が設けられている。（制御パネル４４に設けられたボタン３４を手動で押すことによって）フック型留め具を解除すると、把持部７０を持ってサイクロン式分離装置５２をシャシ１２から持ち上げることができる。次いで、箱体６２を空にするために、箱体６２を（シュラウド８０及び内側サイクロン体７２を保持している）導入部５８から外すことができる。

シャシ１２の下部には、ロボット式掃除機の作動を制御するための電子回路が収容されている（図６の領域９０参照）。その他の回路は制御パネル４４の下方に配置されている。この電子回路は、回路を導電性シート材の間に挟むことによって、サイクロンにより生じる静電界から電気的に遮蔽されている。第１のシート材は箱体６２の下側に配置されている。回路は、この第１シート材の下側に配置され、第２のシート材が、シャシの基底部上かつ回路の下側に配置されている。これらシート材は電気的に接地されている。

上記に説明した掃除機１０は、次のように作動する。掃除機１０を掃除面上で走行させるために、バッテリ４６から電力供給を受けるモーター１５によってホイール１４が駆動される。掃除機１０の移動方向は、センサー４０と交信する制御ソフトウェアによって決定される。センサー４０は、掃除領域内で掃除機１０を誘導するために、掃除機１０の経路上の障害物を検出するように構成されている。掃除室内またはその他の領域内でロボット式掃除機１０を誘導するための制御方法及び制御システムは、各所で文書化され周知であって本発明における発明の思想を構成するものではない。適切な誘導システムを実現するためには、公知のいかなる方法またはシステムを採用してもよい。

バッテリ４６は、掃除機ヘッド２２に設けられた吸入開口部２４を通じて空気を掃除機に吸引するモーター・ファンユニットを駆動するために電力を供給する。モーター２８もまたバッテリ４６によって駆動され、ブラシバー２６を回転させて、掃除機１０が特にカーペット清掃用に用いられる際に、優れた吸引性能を発揮させる。塵埃空気は掃除機ヘッド２２に吸引され、伸縮式管路３０及び吸入ポート３２を通じてサイクロン式分離装置５２へと流される。塵埃空気は、次いで接線方向に沿って導入部５８へ入り、螺旋壁体６０の形状に従って螺旋状に流れる。次いで空気は、箱体６２の外側壁体６４の内部を螺旋状に流れ、この移動の際に、比較的大きな塵及び毛玉などが空気流から分離される。分離された塵及び毛玉などは、導入部５８から離隔した箱体６２内の一端に集まる。フィン７８は、塵及び毛玉などが不均等に蓄積されるのを防止し、塵及び毛玉などが箱体６２内の一端で比較的均等に収集されるように作用する。

塵及び毛玉などが分離された空気は、箱体６２の外側壁体６４から離れるように内側へと流れ、微粒ダスト収集器７４の外壁面に沿いながらシュラウド８０に向けて戻る。公知であるように、シュラウド８０が存在することによって、大きな塵及び毛玉などが外側サイクロン５４から内側サイクロン５６へと流れることが防止される。比較的大きな粒子及び塵が分離された空気は、次いでシュラウド８０を通過し、シュラウド８０と内側サイクロン体７２の外表面とによって形成された通路に沿って、内側サイクロン５６の吸入ポートに到達するまで流れる。次いで空気は、螺旋を描きながら内側サイクロン５６へと入り、サイクロン体７４の内表面に沿って螺旋状に流れる。サイクロン体７２が円錐台形状をなしているので、空気流の速度は極めて高くなり、空気流に含まれていた微粒ダストが分離される。内側サイクロン５６内で分離された微粒ダストは、ダストリング６８の外側に配置された微粒ダスト収集器７４内に収集される。ダストリング６８は、分離された塵埃が再び空気に混入することを阻止する。

空気流から微粒ダストが分離されると、清浄化された空気は渦ファインダ（図示せず）を通じてサイクロンから排出される。この空気は、モーター・ファンユニット５０を、またはその周りを通過して、大気に放出される前にモーターを冷却する。

ロボット式掃除機にサイクロン式分離装置を設けることにより、空気流から塵埃を分離するためにバッグタイプのフィルタを用いる必要がなくなる。このことは、吸引力の低下（及び清掃効率の低下）を招くバッグタイプフィルタの目詰りを回避できることを意味する。ここに説明した本発明は、掃除面上で掃除機を走行させる手段、あるいは、掃除機が障害物との接触を避ける手段に係るものではない。掃除機はコードレスで作動することが好ましいが、必要であれば電源からケーブルを通じて掃除機に電力供給してもよい。上記に説明したセンサーの特性及び配置も重要ではなく、同等の装置に置き換えることが可能であることは当業者には明らかである。掃除機に電力を供給するバッテリを充電するための手段も、バッテリを掃除機に着脱可能にする手段と同様、本発明とっては重要ではないことを理解されたい。掃除機ヘッドの構成及び形態、掃除機ヘッドをシャシに取付ける方式についても同様である。これら全ての特徴は、上記に説明した方式でサイクロン式分離装置を備えたロボット式掃除機または自走式掃除機を提供する本発明の中核思想において必須要件ではない。

１０ ロボット式掃除機
１２ シャシ
１４ 被駆動ホイール（支持車輪）
１５ モーター（駆動手段）
２２ 掃除機ヘッド
２４ 塵埃空気吸入口
４６ バッテリパック（電源パック）
５２ サイクロン式分離装置
５４ 外側サイクロン（上流側のサイクロン）
５６ 内側サイクロン（下流側のサイクロン）
６２ 円筒箱体（箱体、収集チャンバ）

Claims (15)

1. シャシと、該シャシに取付けられた支持車輪と、該支持車輪を駆動するために該支持車輪に連結された駆動手段と、掃除面上で掃除機を、人手を介することなくガイドするために前記駆動手段を制御する制御機構と、掃除面に面する塵埃空気吸入口を備えた掃除機ヘッドと、前記シャシに支持され前記掃除機ヘッドと連通し前記塵埃空気吸入口を通じて掃除機に吸入された空気から塵埃を分離するための分離装置と、を備えた掃除機において、 前記分離装置は、少なくとも１つのサイクロンを含み、かつ該分離装置の前後方向軸が略水平に配置される形態で前記シャシ上に支持されており、
   分離装置の吸入口は、前記掃除機ヘッドの直上に配置されている
   ことを特徴とするロボット式掃除機。
2. 前記分離装置は、直列に配置された２つのサイクロンを備えていることを特徴とする請求項１記載のロボット式掃除機。
3. 上流側のサイクロンは空気流から比較的大きな塵や埃粒子を除去するように構成され、下流側のサイクロンは空気流から比較的小さな塵や埃粒子を除去するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のロボット式掃除機。
4. 前記複数のサイクロンは、同心状に配置されていることを特徴とする請求項２または３記載のロボット式掃除機。
5. 前記下流側のサイクロンは、前記上流側のサイクロンの内側に配置されていることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載のロボット式掃除機。
6. 前記上流側のサイクロンは、概して円筒形状であることを特徴とする請求項２から５の何れか１項に記載のロボット式掃除機。
7. 前記下流側のサイクロンは、円錐台形状であることを特徴とする請求項２から６の何れか１項に記載のロボット式掃除機。
8. 前記分離装置は、１つの円錐台形状サイクロンを備えていることを特徴とする請求項１記載のロボット式掃除機。
9. 前記分離装置は、使用時に塵埃を収集するための着脱可能な箱体または収集チャンバを備えていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のロボット式掃除機。
10. 前記着脱可能な箱体または収集チャンバは、透明または半透明であることを特徴とする請求項９記載のロボット式掃除機。
11. 前記着脱可能な箱体は、該掃除機の外観部分を構成していることを特徴とする請求項１１または１０記載のロボット式掃除機。
12. 前記掃除機ヘッドは、該掃除機ヘッドが掃除面上で浮遊状態となる方式で前記シャシに接続されていることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載のロボット式掃除機。
13. 前記掃除機ヘッドは、第１端部が回動自在にシャシに取付けられ第２端部が回動自在に掃除機ヘッドに連結されているアームによってシャシに取付けられていることを特徴とする請求項１２記載のロボット式掃除機。
14. 前記シャシは少なくとも１つの電源パックを保持しており、前記電源パックは、前記駆動手段と前記制御機構とに接続されていることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のロボット式掃除機。
15. 前記制御機構は、前記サイクロンが発生する静電界から電気的に遮蔽されていることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載のロボット式掃除機。