JP5018208B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電動走行手段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する技術に関するものである。

使用者が床移動型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）力を低減する類の従来の発明には次のようなものがある。

例えば、下記特許文献１に開示されたものは、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、前記掃除機本体に設けられこの掃除機本体を被掃除面上で移動可能とする走行手段と、前記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することで、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。
（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することで、ホースを引っ張った時に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追従性が向上するというものである。

また、下記特許文献２に開示されたものは、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し、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るようにすることで、例えばホースを一時的に引っ張って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）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が向上するというものである。
特開平４−９２６３４号公報 特開平４−１０５６２３号公報

床移動型電気掃除機の本体引き回し疲労感低減のために成されている従来の技術は、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考えたものであが、特許文献１に記載の発明を具体的に実施しようと試みたとき、電気掃除機の吸い込み力に影響しないようにすることや引っ張り力検出部分を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・耐久性を確保しようとすると、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
であった。

また特許文献２に記載の発明は、例えば使用者が被掃除床面上を吸い込み具を前後に操作しながら掃除（移動）する距離と電気掃除機本体の走行距離を一意的に合わせることは困難である。更に研究を進めていくと、電気掃除機本体の質量や走行手段と床面との摩擦係数によっては走行手段が床面上で空回りして、狙いの走行距離と実際の走行距離とに大きな差が発生して追従性が低下したり床面空転跡がついてしまったりすることも床面によっては稀に発生することも有ることが分かった。

これらの課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、駆動開始する条件については使用者の移動に伴う引っ張り力に関わる動きを検知するものでも良いが、走行手段が床面に対して空転しているのか、しっかりグリップしているのかを検知するためには、走行ローラは駆動用と走行検知用を共用するのでは無く、駆動力伝達用と本体走行検知用とに分けることが良いとの考えに至った。

本発明は前記の課題と研究結果から成されたもので、電気掃除機本体が使用者によって引っ張られたときに高感度で自走開始可能とすると共に、自走の状況を走行検知手段で検出して、走行手段と被掃除床面との滑りや空転の状況を検知することで駆動手段を最適条件で制御可能な、自走機能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に本発明の電気掃除機は、電気掃除機本体と、前記電気掃除機本体に接続されるホースと、駆動モータによって駆動される走行ローラと前記電気掃除機本体の移動によって回転する補助ローラを有し、前記走行ローラと補助ローラの回転軸が互いに平行に配置されて構成された走行ユニットと、前記走行ローラ及び補助ローラそれぞれの回転状態を検知可能な回転検知手段と、前記回転検知手段が検知した回転状態に応じて前記駆動モータへ供給する電力量を制御する制御手段とを備え、前記走行ユニットは、前記電気掃除機本体の底部に前記走行ローラと補助ローラとの回転方向がホースの引出し方向と略同一方向に向くように固定した。

使用者によってホースが引っ張られると、ホースの引っ張り力によって電気掃除機本体も移動し、補助ローラもその動きに応じて回転する。補助ローラの回転は回転検知手段で検出可能であり、制御手段は前記回転検知手段の情報から電気掃除機本体が使用者によって引っ張られて移動したことを認識する。制御手段は前記情報から電気掃除機本体を自走されるために駆動モータへ所定時間電力を供給する。電気掃除機本体がどのような床面上に置かれているかは不明である。制御手段はまず所定の電力を駆動モータへ供給すると、例えば電気掃除機本体が木床など走行ローラとの摩擦係数の大きい床面の場合は走行ローラと補助ローラとは略同一の回転状態となるが、絨毯等のように走行ローラとの摩擦係数の小さい床面の場合は、駆動力の加わる走行ローラと電気掃除機本体の移動量だけを検知する補助ローラとの回転数にはが差異が発生する。制御手段はその回転数の違いを回転検知手段からの情報で認識して、例えば、できるだけ回転数差が減少するように駆動モータへの供給電力を変更する。

本発明の電気掃除機によれば、床面の種類・状態によって変化する走行ローラの空転・滑り・ロックの状況を検知して駆動モータを制御できるため、走行ローラの空転による使用者の違和感や床面への空転跡付けを低減でき、信頼感の高い自走機能を備えた電気掃除機を低価格で提供できるものである。

第１の発明は、電気掃除機本体と、前記電気掃除機本体に接続されるホースと、駆動モータによって駆動される走行ローラと前記電気掃除機本体の移動によって回転する補助ローラを有し、前記走行ローラと補助ローラの回転軸が互いに平行に配置されて構成された走行ユニットと、前記走行ローラ及び補助ローラそれぞれの回転状態を検知可能な回転検知手段と、前記回転検知手段が検知した回転状態に応じて前記駆動モータへ供給する電力量を制御する制御手段とを備え、前記走行ユニットは、前記電気掃除機本体の底部に前記走行ローラと補助ローラとの回転方向がホースの引出し方向と略同一方向に向くように固定したものである。

使用者によってホースが引っ張られると、ホースの引っ張り力によって電気掃除機本体も移動し、補助ローラもその動きに応じて回転する。補助ローラの回転は回転検知手段で検出可能であり、制御手段は前記回転検知手段の情報から電気掃除機本体が使用者によって引っ張られて移動したことを認識する。制御手段は前記情報から電気掃除機本体を自走されるために駆動モータへ所定時間電力を供給する。電気掃除機本体がどのような床面上に置かれているかは不明である。制御手段はまず所定の電力を駆動モータへ供給すると、例えば電気掃除機本体が木床など走行ローラとの摩擦係数の大きい床面の場合は走行ローラと補助ローラとは略同一の回転状態となるが、絨毯等のように走行ローラとの摩擦係数の小さい床面の場合は、駆動力の加わる走行ローラと電気掃除機本体の移動量だけを検知する補助ローラとの回転数にはが差異が発生する。制御手段はその回転数の違いを回転検知手段からの情報で認識して、例えば、できるだけ回転数差が減少するように駆動モータへの供給電力を変更する。

第２の発明は、第１の発明の制御手段が、走行ローラと補助ローラそれぞれの回転状態から得られる電気掃除機本体の移動量情報が所定量以上異なる場合は、駆動モータへ供給する電力量を変更するものである。

制御手段は、まず所定の電力を駆動モータへ供給すると、例えば、電気掃除機本体が木床など走行ローラとの摩擦係数の大きい床面の場合は走行ローラと補助ローラとは略同一の走行速度を示す回転状態（回転数とローラ直径とから決定する走行速度）となるが、絨毯等のように走行ローラとの摩擦係数の小さい床面の場合は、駆動力の加わる走行ローラと電気掃除機本体の移動量だけを検知する補助ローラとから得られる回転状態（走行速度情報）にはが差異が発生する。例えば、電気掃除機本体底部が擦れるような毛足の長い絨毯の場合、走行ローラに駆動モータで駆動力を加えてもほぼ空転してしまうことがある。このとき、制御手段が駆動ローラの回転数だけを検知するものであれば、電気掃除機本体は駆動ローラの回転数に見合う距離を走行（移動）しているものと誤検知する。一方補助ローラは使用者による引っ張り力や駆動ローラの回転によって電気掃除機が実際に移動した距離に略比例して回転する（補助ローラの直径Ｌと電気掃除機本体移動距離Ｓとすると、ＬΠ／Ｓ（Πは円周率）に基づく回転数）。制御手段は前記回転情報（回転数にローラの円周を掛けることで得られる走行距離情報）を回転検知手段からの情報で認識して、走行ローラの空転を減らすように駆動モータへの供給電力を減らすことが可能となる。

第３の発明は、第２の発明の制御手段が、走行ローラの回転状態が所定量より大きく、且つ補助ローラの回転状態が所定量より小さい場合には、駆動モータへの電力供給を停止するものである。

制御手段は、まず所定の電力を駆動モータへ供給すると、例えば電気掃除機本体が木床など走行ローラとの摩擦係数の大きい床面の場合は走行ローラと補助ローラとは略同一の走行距離を示す回転情報（回転数とローラ外周とて決まる走行距離の情報）となるが、絨毯等のように走行ローラとの摩擦係数の小さい床面の場合は、駆動力の加わる走行ローラと電気掃除機本体の移動量だけを検知する補助ローラとの回転情報には差異が発生する（
異なる走行距離を示す回転数情報が得られる）。例えば、電気掃除機本体底部や補助ローラがどこかに引っかかって動きが取れないような場合、走行ローラに駆動モータで駆動力を長時間加えると駆動モータの耐久性の低下や走行ローラの空転や補助ローラの引っかかり等によって床面へ傷を付ける可能性も考えられる。制御手段はそのような、走行ローラの回転数（走行距離情報）が所定量より大きく、補助ローラの回転数（走行距離情報）が所定量より小さい場合、駆動モータへの電力供給を停止して走行ローラの空転等を止める。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明の制御手段が、補助ローラの回転方向に応じて走行ローラを駆動するように、駆動モータへ供給する電力量を調整するものである。

使用者によってホースが引っ張られると、ホースの引っ張り力によって電気掃除機本体も移動し、補助ローラもその動きに応じて回転する。補助ローラの回転は回転検知手段で検出可能であり、制御手段は前記回転検知手段の情報から電気掃除機本体が使用者によって引っ張られて移動したことを認識する。ところで、使用者が電気掃除機本体を後方に故意に動かしたときは、走行ローラが駆動モータで前進方向に回転し続けている時にはそのまま前進回転し続ける可能性もあるが、補助ローラは電気掃除機本体の移動方向に瞬時に追従して後進方向に回転する。ここで、回転検知手段をエンコーダのように回転方向をＡ相とＢ相から成る２つの信号を出力可能なもので構成することで、制御手段は電気掃除機本体が前進か後進か認識可能である。制御手段は、電気掃除機の走行方向（即ち駆動モータへの供給電力極性）を補助ローラの回転方向より決定することで使用者の快適性が向上可能となる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明の走行ユニットは電気掃除機本体の底部で略重心位置に配置したものである。

使用者によってホースが引っ張られると、ホースの引っ張り力によって電気掃除機本体も移動し、補助ローラはその動きに応じて回転する。補助ローラの回転は回転検知手段で検出可能であり、制御手段は前記回転検知手段の情報から電気掃除機本体が使用者によって引っ張られて移動したことを認識する。ところで、使用者が電気掃除機を移動させる方向は様々であり、例えば電気掃除機本体重心を軸として回転させる場合などもある。制御手段は補助ローラの回転数・回転方向から電気掃除機本体の移動方向を検知して駆動モータへの供給電力を制御する。電気掃除機本体の前進・後進・回転等の動きは重心位置の動きを検出することで使用者の意図を精度良く検知可能となる。

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。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斜視図で、１は電気掃除機本体でホース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の吸引力を切り換え可能である。４はホース２と床用吸込み具５との間をつなぐ延長管である。電気掃除機本体１には４つのキャスタ６が電気掃除機本体１の四方に配置されている。

図２は、本実施の形態における電気掃除機本体１を略斜め底方向から見た外観斜視図で、キャスタ６が電気掃除機本体１の底部外周に４つ配設されている。

図３は、本実施の形態における電気掃除機本体１の底部に固定された走行ユニット１１の側面図であり、走行ユニット１１は走行ローラ１０と補助ローラ４０から構成され、図２における電気掃除機本体１の底部で略重心位置７に走行ローラ１０と補助ローラ４０との回転方向をホース２の本体引出し方向と略同一方向に向けて固定されている。

図４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。走行ユニット１１には駆動手段１９からの供給電力Ｗｓ１７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、同じく前記駆動軸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（エンコーダ出力信号）を制御手段２０に出力するエンコーダ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）が施されていて、駆動モータ１４が停止している時には走行ローラ１０は手で簡単に回転可能である。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、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には制御手段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。

４０は走行ユニット１１の中に配置されている走行ローラ１０との回転軸が互いに平行に配置している補助ローラで、電気掃除機本体１が移動することで回転する補助ローラ４０の回転は、補助ローラ軸４２によってエンコーダ４１へ伝達されて、エンコーダ４１からは補助ローラの回転数及び回転方向に応じたＡ相及びＢ相２つの信号（エンコーダ出力信号）が制御手段２０に出力される。制御手段２０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から走行ローラの回転数と回転方向を検知可能であると共に、エンコーダ４１からのＡ相とＢ相から成るエンコーダ出力信号から電気掃除機本体１の移動速度・方向を検知可能となっている。

以上説明してきた各構成要素による動作について説明する。

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及び補助ローラ４０が回転する。走行ローラ１０及び補助ローラ４０の回転は駆動軸１５及び補助ローラ軸４２によってエンコーダ１２及びエンコーダ４１に伝えられ、エンコーダ１２及びエンコーダ４１は図５に示すＡ相とＢ相２つの信号を出力する。Ａ相とＢ相の２つの信号は、走行ローラ１０及び補助ローラ４０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から、電気掃除機本体１の移動方向は前進か後進かを認識し、後進の場合は何もせず、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。

後進の場合に駆動手段１９で駆動モータ１４を駆動しない理由は、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たもので、その時に電気
掃除機本体１を後方へ自走させることは、却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、エンコーダのＡ相とＢ相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。

前進の場合は、駆動手段１９は直流電源１８の電力を制御手段２０からのＰＷＭタイミング信号に応じた供給電力Ｗｓを、駆動モータ１４へ出力する。駆動モータ１４が回転を始めると、減速手段１３のクラッチ機構（図示せず）が連結して駆動モータ１４の回転力が走行ローラ１０に伝達可能となり、電気掃除機本体１が自走する。このようにして電気掃除機本体１が自走開始することで以降、使用者の引っ張り力が低減される。

ところで電気掃除機本体１の置かれる床面は様々であり、例えば次のような不都合が発生する場合がある。
（１）木床上に薄い敷物が敷いてある上に置かれた場合、走行ローラ１０が回転して敷物を巻き込むだけで前進できない場合や、走行ローラ１０が完全に宙に浮いてしまって空転する。
（２）走行ローラ１０がサッシのレール等に挟まってロックする。
（３）電気掃除機本体１が走行ローラ１０で駆動前進している間に、使用者が足等で電気掃除機本体１を後方に無理に押しやる。

上記（１）〜（３）の場合、制御手段２０で検知するエンコーダ信号は次のようになる。
（１）エンコーダ１２の回転信号は所定回転以上で且つ前進方向であるが、エンコーダ４１の回転信号は所定回転以下で且つ前進方向。
（２）エンコーダ１２の回転信号は略ゼロで、エンコーダ４１の回転信号も略ゼロ。
（３）エンコーダ１２の回転信号は所定回転で且つ前進方向或いはロック（停止）であるが、エンコーダ４１の回転信号は後進方向。

上記（１）〜（３）の状態を検知すると制御手段２０は駆動手段１９即ち駆動モータ１４を次のように駆動する。
（１）駆動モータ１４への供給電力を減らす。
（２）駆動モータ１４への電力供給を停止する。
（３）駆動モータ１４への電力供給を停止する。

研究結果より、以上のように制御すると使い勝手が良いことが分かった。

本発明の、主眼とするところは上記説明してきたように、走行ローラ１０と独立した補助ローラ４０を具備して、走行ローラ１０と補助ローラ４０それぞれの回転数・回転方向の情報から、電気掃除機本体１の置かれている床面や走行ローラによる走行状態を推定して、使用者にとって快適で、床面にも優しく信頼感の有る自走機能を備えた電気掃除機を提供するものである。

尚、本実施の形態では駆動モータへの電力供給を直流電源から行うようにしているが、駆動モータ内にダイオードブリッジを内蔵させるなどして駆動モータをＡＣ駆動可能なものを使用すれば、駆動手段は商用電源を位相制御可能なトライアック等で構成しても良い。

またエンコーダは、２個のフォトインタラプタとスリット付き回転盤や、同じく２個のホールＩＣと複数個のマグネット等を使用すれば、出力信号の位相差９０度の精度にこだわらなければ簡単に構成可能であることは言うまでもない。更に補足にもなるが、本発明の研究をしていく中で補助ローラ４０を電気掃除機本体１の略重心位置にホース２の引き
出し方向を回転方向として配置することが、使用者が電気掃除機本体１を前進させるために引っ張ったときの力を検知しやすいことや、走行ローラ１０と補助ローラ４０とは前後や、更に好ましくは左右となり合わせに配置すると電気掃除機本体１の移動に関る動きの検知特性が良くなることを追記しておく。

また、本実施の形態の走行ローラと補助ローラの直径は略同一としているが、それぞれの直径が異なっても、制御手段が回転数から走行（移動）距離を演算（走行（移動）距離＝回転数＊ローラ直径＊Π）するなどすれば良いことは言うまでも無い。

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斜視図 同電気掃除機の他の外観斜視図 同電気掃除機の走行ユニットの側面図 同電気掃除機の回路構成を示すブロック図 同電気掃除機のエンコーダ出力信号の波形図

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
７ 略重心位置（走行ローラ配置部）
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
１７ 供給電力Ｗｓ
１８ 直流電源
１９ 駆動手段（モータドライバＩＣ）
２０ 制御手段
３０ 商用電源
３１ 電動送風機駆動手段（トライアック）
３２ 電動送風機
４０ 補助ローラ
４１ エンコーダ（回転検知手段）
４２ 補助ローラ軸

Claims (5)

1. 電気掃除機本体と、
   前記電気掃除機本体に接続されるホースと、
   駆動モータによって駆動される走行ローラと前記電気掃除機本体の移動によって回転する補助ローラを有し、前記走行ローラと補助ローラの回転軸が互いに平行に配置されて構成された走行ユニットと、
   前記走行ローラ及び補助ローラそれぞれの回転状態を検知可能な回転検知手段と、
   前記回転検知手段が検知した回転状態に応じて前記駆動モータへ供給する電力量を制御する制御手段とを備え、
   前記走行ユニットは、前記電気掃除機本体の底部に前記走行ローラと補助ローラとの回転方向がホースの引出し方向と略同一方向に向くように固定した電気掃除機。
2. 制御手段は、走行ローラと補助ローラそれぞれの回転状態から得られる電気掃除機本体の移動量情報が所定量以上異なる場合は、駆動モータへ供給する電力量を変更するようにした請求項１記載の電気掃除機。
3. 制御手段は、走行ローラの回転状態が所定量より大きく、且つ補助ローラの回転状態が所定量より小さい場合には、駆動モータへの電力供給を停止する請求項２記載の電気掃除機。
4. 制御手段は、補助ローラの回転方向に応じて走行ローラを駆動するように、駆動モータへ供給する電力量を調整する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気掃除機。
5. 走行ユニットは電気掃除機本体の底部で略重心位置に配置した請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気掃除機。

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