JP5125951B2 - 吸込具およびこれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、アジテータを有する電気掃除機用の吸込具に関するものである。

アジテータを有する吸込具をの操作性を向上するものとして、吸引風を駆動源としつつ、小型の電動機も備えてアジテータの駆動力を確保できるようにした吸込具がいくつか考案されている。例えば、タービンと電動機を同軸で接続し、風量が多いときにタービンを用い、風量が少ないときには電動機を用いてアジテータを回すものである（例えば、特許文献１参照）。また、電動機を一定時間ごとにオン・オフさせ、オフの間は吸引風によりブラシを回転させるというものがある（例えば、特許文献２参照）。さらに、吸引風によるブラシの回転はしないが、負圧の検知により集塵力が低下した場合にのみ電動機を駆動
するとしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６０−５８１２２号公報 特許第３３４３９７９号公報 特開平１−３０３１１８号公報

これらの発明によれば、吸引風によるアジテータの回転と電動機によるアジテータの回転を行って集塵性能を確保しているが、実際に掃除を行う際の吸込具の操作に対する考慮がなされておらず、動きに対しての追従性から、却って使い勝手が悪くなる場合がある。

例えば、布などの大きな異物のアジテータへの吸い込みがあっても、アジテータの吸引風による回転を、直ぐには停止できないため、布等がアジテータに何重にも巻き付き、あるいは強く咬みこまれるという課題があった。

本発明はこれらの課題を解決すべく、アジテータに物が咬み込んでロック状態と仮になっても、その後、ロック状態の解除（解決）が可能な、使い勝手のよい電気掃除機用の吸込具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吸込具は、アジテータを回転自在に取り付けたアジテータ収納室と、前記アジテータをクラッチを介して回転させる電動機による第１の駆動手段と、前記アジテータを一方向に回転させる吸引風による第２の駆動手段と、前記アジテータの回転数を検出する回転数検出手段とを備え、吸引風による第２の駆動手段によるアジテータの回転数が予め定めた所定数より低くなった場合に回転力不足と判断して、電動機による第１の駆動手段を用いて回転力のアシストを行うと共に、回転数検出手段の検出結果からアジテータが回転していないことを検出したときは、電動機とアジテータを切り離し、アジテータを回転フリーな状態にする構成としたものである。

これにより、回転数検出手段の検出結果からアジテータが回転していないことを検出したときは、アジテータに物が咬みこまれて、アジテータがロック状態にあると判断し、電動機とアジテータを切り離して、アジテータを回転フリーな状態にすることで、ロック状態の確認や解除作業が行い易くすることが可能になるものである。

本発明の電気掃除機によれば、２つの駆動源をもつアジテータの回転制御において、アジテータのロック状態の解除（解決）が可能な、使い勝手のよい電気掃除機用の吸込具を提供することができる。

第１の発明は、アジテータを回転自在に取り付けたアジテータ収納室と、前記アジテータをクラッチを介して回転させる電動機による第１の駆動手段と吸引風による第２の駆動手段と、前記アジテータの回転数を検出する回転数検出手段とを備え、吸引風による第２の駆動手段によるアジテータの回転数が予め定めた所定数より低くなった場合に回転力不足と判断して、電動機による第１の駆動手段を用いて回転力のアシストを行うと共に、回転数検出手段の検出結果からアジテータが回転していないことを検出したときは、電動機とアジテータを切り離し、アジテータを回転フリーな状態にするものである。

これにより、回転数検出手段の検出結果からアジテータが回転していないことを検出したときは、アジテータに物が咬みこまれて、アジテータがロック状態にあると判断し、電
動機とアジテータを切り離して、アジテータを回転フリーな状態にすることで、ロック状態の確認や解除作業が行い易くなり、使い勝手の良い電気掃除機用の吸込具を提供できるものである。

第２の発明は、第１の発明の吸込具を用いた電気掃除機としたもので、使い勝手のよい吸込具を用いた電気掃除機を提供できるものである。

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）
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。

先ず、図１を用いて各構成要素について説明する。１は、本実施の形態を示す吸込具で、ブラシ２を配列したアジテータ３を、アジテータ収納室４に回転自在に配備してある。収納室はアジテータ３とほぼ同径の断面で形成しており、底部には吸い込み口７が設けてある。９は延長管１０と接続するためのユカノズルパイプで、収納室４と連通しており、吸い込み口７から吸引されたごみは、ユカノズルパイプ９を通り、延長管１０、およびホース１１を経て掃除機本体８に吸引される。１３はホース１１の一端近傍に設けた操作手段である。

尚、ユカノズルパイプ９と収納室４は、上下方向に回動自在に連結されており、１２はその回動中心を示す。（具体的構成は既存の構成と同じであるため説明は省略する）
収納室４の前方下部には、前記吸い込み口７とは別の吸引風を取り入れる空気流入口１４が形成されており、アジテータ３を回転させる空気が取り入れられる。

空気流入口１４の開口面積は、平らな床面において掃除機本体の吸引風量の約３０％の風量が吸引できるよう設定してあり、吸い込み口７が塞がれた時でも５０〜７０％の風量が吸引される程度の圧損に抑えてある。また空気流入口１４は、収納室４前方の中央寄りに２箇所形成しており、吸引風がアジテータ３の中央付近に当たるようにしてある。

１６は前後に配備したローラーで、アジテータ３のブラシ２先端が底部８より１ｍｍ突出するよう床面との距離を維持している。

１７は、回転ブラシ収納室４の前方に形成した突出部で、壁に当たった時の衝撃を受ける補強材の役目をなすとともに、前に配置したローラー１６を回転自在に取り付けてある。

突出部１７の上面には上方に開口した上方空気取入口１８を、突出部１７の前面には前方に開口した前方空気取入口１９を形成しており、それぞれ前述の２箇所の空気流入口１４の位置に揃えて配置してある。

さらに詳細な位置関係を述べると上方空気取入口１８は空気流入口１４より高い位置にあり、空気流入口１４とほぼ直交する向きに形成されている。一方前方空気取入口１９は空気流入口１４に対向する位置にあり、上方空気取入口１８とほぼ直交する向きに開口されている。

上方空気取入口１８の下方には平板２０が形成されており、平板２０の下流側は回転ブラシ収納室４の空気流入口１４まで至り、上方空気取入口１８および前方空気取入口１９から入った空気を空気流入口１４までガイドする。

アジテータ３の両端には第１の軸５と第２の軸６が設けてあり、それぞれ第１の保護筒２１と第２の保護筒２２に覆われている。

アジテータ３の第１の軸５を受ける軸受部品には、クラッチ２３を使用している。またクラッチ２３の外輪は大ギア２４に固定してあるため大ギヤ２４とクラッチ２３は同方向に回転する。

２６は、電動機２５に取り付けられた小ギアであり、大ギア２４とかみ合い、それぞれのギア軸（大ギア２４の回転軸２７と小ギア２６のモータ軸２８）は、取り付け板２９に軸間ピッチを維持しながら回転自在に取り付けられていることで、電動機２５の回転力が増幅されてクラッチ２３に伝達される。

クラッチ２３は制御手段からの信号を受けて外輪と軸５を接続・非接続状態の設定を行う。非接続状態のときには，軸５は外輪に対して空転する。接続時には、電動機２５回転時にその回転力がアジテータ３に伝達されるように構成されている。

３０は、電動機２５を覆うモータ室。３１はアジテータ３の第１の保護筒２１を覆う軸受体で、衝撃などでアジテータ３の径方向に過重が加わった場合に、クラッチ２３に過重が集中しないよう第１の保護筒２１を受ける役目を成すとともに、クラッチ２３部分への塵埃の浸入を防止する。また、電動機２５は正逆回転および制動が可能なＤＣモータで、制御手段からの信号によって、回転方向の切替及び制動をかけることができる。

３２は他端に設けた着脱自在の蓋体で、中央にアジテータ３の第２の軸６を回転自在に保持する樹脂軸受３３を一体で形成してあり、蓋体３２を開閉することにより、アジテータ３の着脱を行うことができる。

３４は電動機制御手段４２を介して電動機２５に電源を供給したり、クラッチ２３などの制御対象に電力や信号を送るための配線である。

４０はマイクロコンピュータなどから構成された制御手段で、操作手段１３の信号を受けて電動送風機４１を駆動する信号を送信し、また検出手段の結果を判断して制御を決定する。４２は電動機２５を駆動する電動機制御手段で、回転させるだけでなく制動制御などを行うことができる。

４３はローラー１６の回転方向を検出する操作方向検出手段で、例えば赤外センサを用いてローラー１６の回転に同期する２相の信号を出力し、その２相の信号が入力されるパターンの違いで回転方向が判断できるように構成されているもので、実際の判断は信号を受けた制御手段４０で行う。赤外センサ以外のエンコーダや磁気センサなどを用いてもよいのは言うまでもない。４４は、吸込具１が床面などの被掃除面に接しているかどうかを検知するための離床検出手段で、例えばスイッチなどで構成し制御手段４０に信号を送信することで制御手段４０は吸込具１が被掃除面に接しているかどうかを判断することができる。４５は計時手段であり制御手段４０が制御に対する判断に適宜用いることができるものである。

４６は風量調節弁で上方空気流入口１８及び前方空気流入口１９から空気流入口１４へ入る面積を調整できるものであり、風力制御手段４７の出力から操作される。同様に５０はモータ室３０に設けられた電動機冷却口５１を開閉する電動機保護弁であり、風力制御手段４７の出力で操作される。風力制御手段４７は、制御手段４０からの信号を受けて風量調節弁４６および電動機保護弁５０をモータやアクチュエータなどで操作する。

４８はアジテータ３の回転数を検出する回転数検出手段であり、例えばホールＩＣ（図示せず）などから構成され、アジテータ３の回転に同期した信号を制御手段４０へ送るようにしたものである。４９は電動機２５の過負荷状態を判断できるようにした過負荷検出手段であり、例えば電動機２５の近傍に配された温度検出素子などから構成されて温度情報を制御手段４０へ送る。負荷状態に関しては電動機２５に流れる電流を検出し電流値から判断してもよいのはいうまでもない。

上記構成においてその動作を説明する。

使用者が操作手段１３を介して掃除機の運転を開始を指示すると、制御手段４０は電動送風機４１を運転させ、吸引力が発生する。このとき吸込具１を木床などの平らな被掃除面においた場合、電動送風機４１の吸引力により吸い込み口７、空気流入口１４、および後部の溝１５から空気が吸引される。掃除機本体８の吸引風量の約７０％の風量が吸い込み口７から吸引され、約２５％が空気流入口１４から、約５％が溝１５の部分から吸引される。

アジテータ３は、前方向への回転に対してはフリー状態であるため、空気流入口１４から吸引された空気は、アジテータ３とブラシ２を回転させる。そして床面のごみをかきあげる作用を発揮し、吸い込み口７からの吸引風と相まって床面のごみを集塵する。

このとき空気流入口１４に入る空気は、上方空気取入口１８から入る垂直方向の気流と前方空気取入口１９から入る水平方向の気流とがぶつかり合うため斜め下方向への気流となって回転ブラシ収納室４に入る。そのためアジテータ３の外径側に風が当たり、高トルクの回転力が発揮される。

一方、絨毯などの毛羽立った被掃除面を掃除する場合は、吸い込み口７からの吸引風量が少なくなり、前部の空気流入口１４から掃除機本体８の吸引風量の５０％を超える空気が吸引されることになる。

そのため吸込み風でアジテータ３を回転させる力が倍増し、絨毯などの負荷の大きい床面でもブラシ２を回転させることができる。

さらに前方の空気流入口１４から入った空気はアジテータ３を回転させるとともに、被掃除面のごみを浮き上がらせ、ユカノズルパイプ９側に搬送するため、吸い込み口７からの風量が半減してもごみ取れ性能が落ちることはない。

しかしながら、毛足の長いじゅうたんや吸引力によって被掃除面が浮き上がってしまう柔らかい素材でできた足拭きマットなどにおいては、アジテータ３に対する接触抵抗が大きくなり、風速による回転力では、アジテータ３は回転できなくなる。

制御手段４０は、離床検出手段４４の出力から吸込具１が床面に接し、かつ操作方向検出手段４３の出力によって使用者が操作中であることを判断している状態で、回転数検出手段４８によりアジテータ３の回転数が所定値より小さくなった場合には、電動機制御手段４２を介して電動機２５を起動し、その回転力をアジテータ３に伝達させることにより、アジテータ３すなわちブラシ２を回転させ、集塵を行う。

アジテータ３が回転すれば、前述の空気の流れが形成されるので風速による回転力およびごみを浮かび上げる力が作用し、モータの駆動力が低くてもすぐれたごみ取れ性能を確保することができる。

このとき、吸込具１が床面から浮いている状態や、操作が全くされていない状態ではブラシ２を回転して掃除を行う必要はなく、電動機２５を駆動する必要がない。制御手段４０はこの場合には電動機２５を動作しない。これによって無駄な電力の消費を抑えることができる。

また、離床時には積極的にアジテータ３に対して制動をかける制御にすることも考えられる。何かが大きなものが吸い付いた場合にはとっさに吸込具１を床から離しても、吸引風でブラシが回転し続けることが考えられるが、このとき制動をかけることでブラシ２を直ちに停止させることができ、吸い付いたものを傷めることなく容易に取り除くことができる。さらに、風力制御手段４７によって風力調整弁４６を閉じ吸引風によるアジテータ３の回転力を発生させないようにすることで、より早く停止させるとともに電動機２５での制動によって停止させるのに必要な電力を少なくすることができる。

また、比較的大きな塵埃が集中して吸引された場合に一時的にアジテータへの負荷が大きくなり、回転力が低下することが考えられる。この場合に駆動源である電動機がＤＣモータであることから容易に正逆回転が行えるので、制御手段４０は回転数検出手段４８の変化から過負荷状態を判断し、所定時間もしくは所定回数電動機制御手段４２を介して電動機２５の正逆回転を行うことで、一時的な過負荷を解除することができる。

さらに、回転数検出手段４８の結果から完全にロックしたと判断できる場合には、制御手段４０は、電動送風機４１の入力を低下もしくは停止させ、吸引風によるアジテータ３への駆動力を落とすと共に、クラッチ２３によって電動機２５からの駆動力もカットしてアジテータ３を回転フリー状態にし、使用者がすぐにアジテータ３のロック状態を確認し、解除作業を行えるようにすることができる。このとき、使用者へのロック状態の報知については独立した報知手段を設けて報知することも可能であるが、電動送風機４１の入力低下によって報知することも可能である。

また、アジテータ３の回転数を吸引風量の加減によって調整する手段も考えられる。床面の種類や状態だけでなく電動送風機４１にかかる入力やごみのたまりぐらいによっても吸引風量は異なるためアジテータ３の回転数も変化する。制御手段４０は回転数検出手段４８の出力を受けて、風力制御手段４７に信号を送信し、風力制御手段４７が風量調整弁４６を操作してアジテータ３の回転力を得るための風量を調節する。これにより電動機による電力を消費することなく、安定したブラシ回転を行える。また、制御手段４０は電動送風機４１の入力とアジテータ３の回転数から空気流入口１４からの風量とそれから生じる風切り音の大きさを推定し、あらかじめ実験によって定めた判断設定に基づき電動機２５によるアジテータ３の駆動を行う方が音量を低くできる場合には、電動機２５を動かすように電動機制御手段４２と風力制御手段４７へ信号を送ることで、より使用者が使いやすい掃除機を提供できる。

また、実際の掃除では、一定のリズムで吸込具１を操作している場合でも、ブラシ２にかかる負荷は不規則になることも多く、短時間の離床もある。これらの変動に対して安定した挙動を行うために制御手段４０は操作方向検出手段４３の変化の周期を計時手段４５により計時して、操作方向の変更時間や短時間の離床のパターンを学習判断しながら、変化の周期に合わせて電動機制御手段４２や風力制御手段４７へ指示を出す。これにより、使用者の操作に追随した、より安定した挙動にすることができる。

このように吸い込む空気の力を活用して集塵を行い、必要に応じて電動機２５の駆動力によって回転を補助する構成であるため、搭載する電動機２５は、従来よりも回転力が低く、長寿命の必要のない小型モータを選択することができるので、吸込具自体の小型、軽
量化を実現することができ、かつその制御を使用者による吸込具１の操作に応じて行うため操作性に優れ集塵力も確保した使い勝手の良い吸込具を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機用吸込具もしくはそれを用いた電気掃除機は、小型軽量で集塵力を確保しつつ使用者の操作に反応した使い勝手のよい極めて有用なものである。

本発明の実施の形態１における吸込具の構成を示す底面図 同、吸込具の上面図 同、吸込具の要部断面図 同、吸込具のシステムブロック図 同、吸込具のブラシの正面図 同、吸込具を用いた電気掃除機まわりの全体構成を示す外観斜視図

１ 吸込具
３ アジテータ
４ 回転ブラシ収納室
８ 掃除機本体
１０ 延長管
１１ ホース
１４ 空気流入口
１６ ローラー
１８ 上方空気取入口
１９ 前方空気取入口
２３ クラッチ
２５ ＤＣモータ（電動機）
４０ 制御手段
４４ 離床検出手段
４７ 風力制御手段
４８ 回転数検出手段
４９ 過負荷検出手段

Claims (2)

1. アジテータを回転自在に取り付けたアジテータ収納室と、前記アジテータをクラッチを介して回転させる電動機による第１の駆動手段と、前記アジテータを一方向に回転させる吸引風による第２の駆動手段と、前記アジテータの回転数を検出する回転数検出手段とを備え、吸引風による第２の駆動手段によるアジテータの回転数が予め定めた所定数より低くなった場合に回転力不足と判断して、電動機による第１の駆動手段を用いて回転力のアシストを行うと共に、回転数検出手段の検出結果からアジテータが回転していないことを検出したときは、電動機とアジテータを切り離し、アジテータを回転フリーな状態にする吸込具。
2. 請求項１に記載の吸込具を用いた電気掃除機。

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