JP6093626B2 - 電気掃除機の吸口体およびこの吸口体を用いた電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電気掃除機の吸口体およびこの吸口体を用いた電気掃除機に関する。

近年、電気掃除機において、吸口体の操作力の低減を目的に、回転ブラシの回転力を利用して吸口体が自走する機能が提案されている。さらに、吸口体の往路（前進）と復路（後退）で回転ブラシの回転方向を変えることにより、往路と復路の両方で操作力が軽い吸口体が提案されている。

ここで吸口体の操作力とは、吸口体を走行させた時の摩擦力による操作抵抗を指す。

特許文献１に記載の電気掃除機の吸込口体は、吸込口体の前後進の操作に追求して、いかなる掃除面でも、吸込口体の移動方向に適合した回転方向に回転ブラシを回転させて、吸込口体の操作性を向上させることを目的とし、吸込口体を前進させたときには回転ブラシが正転し、後進させたときには回転ブラシが反転する切換手段をホースの把手部に設け、該切換手段は吸込口体の前後の操作に追従して、把手部で前後に摺動するように設けられている。
特許文献２に記載の電気掃除機の吸込口体は、吸込口本体の下面に開口した吸込室を有し、前記吸込口本体の下面に床面に対向して設けられ前記吸込口本体の進行方向を進行方向検出手段で検出しこの進行方向に従って制御手段により制御される電動機により回転される清掃体および走行体を有する吸込口体において、前記制御手段は、前記吸込口本体の後退時に前記電動機の出力を低下させるものである。

特開平５−２９３０６５号公報 特開平５−８４２０１号公報

従来技術では、吸口体の往路と復路で回転ブラシの回転方向を変えるために、操作者が吸口体の操作方向を変えたことを吸口体に設けられた方向センサで検出し、電動機の回転方向を変えている。そのため、どうしても回転ブラシの回転切り替えに時間遅れが生じて、操作者が吸口体の操作方向を変えた瞬間に突っかかり感が生じ、操作性が悪化するという恐れがあった。

本発明の目的は、操作者が吸口体を復路から往路へ切り替える際の操作性の悪化を抑制することができる電気掃除機の吸口体及びこの吸口体を用いた電気掃除機を提供することにある。

前記課題を解決するために、被清掃面を摺擦する摺擦部材を有する回転清掃体と、該回転清掃体を駆動する駆動部と、吸口体の操作方向を検知する検知手段と、前記検知手段に応じて前記回転清掃体の回転方向を切り替えるよう前記駆動部を制御する制御部と、を有する電気掃除機の吸口体において、前記吸口体の操作方向転換時から、次の操作方向転換時まで、前記駆動部に印加する平均電圧を、段階的もしくは直線的に小さくし、前記吸口体の操作方向転換時に現れる操作力のピークを、前記駆動部に印加する平均電圧が略一定の場合と比較して小さくする。

本発明によれば、操作者が吸口体を復路から往路へ切り替える際の操作性の悪化を抑制することができる電気掃除機の吸口体及びこの吸口体を用いた電気掃除機を提供することができる。

本実施例による電気掃除機の外観図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の上面斜視図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の上面図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の底面図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の中央断面図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の中央断面図。 本実施例による電気掃除機の本体の機能ブロック図。 本実施例による電気掃除機の吸引ホースの機能ブロック図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の機能ブロック図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の平均電圧及び操作力波形図 本実施例による電気掃除機の吸口体の電圧波形図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の平均電圧波形図。 本発明の他の実施例による吸口体の中央断面図。 本実施例による電気掃除機の吸口体の平均電圧及び操作力波形図

本発明の実施例について、図面を引用して説明する。

図１に本発明による電気掃除機の外観図を示す。図１において、１０１は電気掃除機本体、１０２は吸引ホース、１０３は手元ハンドル、１０４は操作部、１０５は延長管、１０６は吸口体を示している。電気掃除機本体１０１の外郭を形成する本体ケーシングの内側には、吸引力を発生する電動送風機（図示せず）と、塵埃を集塵する集塵部（図示せず）が設けられており、電動送風機の上流側に集塵部が設けられている。吸引ホース１０２および延長管１０５には、吸口体１０６に電力を供給する電源線（図示せず）を設けてある。

図２に本形態例による電気掃除機の吸口体１０６の上面斜視図を示す。図２において、２０１は吸口体上ケース、２０２は内部に塵埃を含む空気の通気路を有す自在継手管、２０３および２０４は吸口体１０６内のブラシ駆動用電動機に電力を供給するための接触ピン、２０５は吸口体１０６の動作モードを示す表示部である。

図３に本形態例による電気掃除機の吸口体１０６の吸口体上ケース２０１を取り外した状態の上面図を示す。図３において、３０１はブラシ駆動用電動機、３０２は電動機３０１の制御や表示部２０５の制御を行う回路を搭載した基板、３０３は電動機３０１の動力を回転ブラシに伝達するためのタイミングベルトである。

図４に本形態例による電気掃除機の吸口体１０６の底面図を示す。図４において、４０１は吸口体下ケース、４０２は回転ブラシ、４０３はブラシ駆動用安全スイッチである。安全スイッチ４０３は車輪を備え、この車輪が常に吸口本体１０６の底面から飛び出すようにバネ（図示せず）を介して取り付けられる。そしてこの安全スイッチ４０３は、車輪が飛び出しているときは回転ブラシ４０２の回転をＯＦＦ状態とし、車輪が床面などに触れて吸口体１０６内に収納されると回転ブラシ４０２の回転をＯＮ状態とすることで、吸口体１０６が床面から離れた時に停止する事により安全性を高めている。なお、吸口体下ケース４０１の後端部には後方車輪４０４を設けている。４０５は吸口体の操作方向を検出するための方向検出センサである。吸口体１０６における吸口体下ケース４０１の短手方向を吸口体１０６の前後方向とすると、方向検出センサ４０５は、吸口体１０５の前後方向（前進、後退）を検出することができる機能を有するセンサである。方向検出センサ４０５は、床面と接する部分を有しており、吸口体１０６が前方向に進行している際は床面と接する部分が吸口体１０６の後方向に傾斜し、吸口体１０６が後方向に進行している際は床面と接する部分が吸口体１０６の前方向に傾斜する。以降、方向検出センサ４０５における床面と接する部分が吸口体の後方向に傾斜することを、方向検出センサは、後方向きに傾斜すると述べることがあるが、同一の意味である。同様に、方向検出センサ４０５における床面と接する部分が吸口体の前方向に傾斜することを、方向検出センサは前方向きに傾斜すると述べることがあるが、同じ意味である。

図５および図６に本形態例による電気掃除機の吸口体１０６の中央断面図を示す。図５は吸口体１０６の進行方向が前方向である往路の場合を示している。この時、方向検出センサ４０５は床面との接触により、吸口体１０６の後方向きに傾斜する。吸口体１０６の制御部は、方向検出センサ４０５の傾斜方向をスイッチ（図示せず）で検知して、回転ブラシ４０２を正方向（図５に示す反時計回り）に回転させる。回転ブラシ４０２の回転力により、吸口体１０６に自走力が発生し、軽快な操作性を実現している。

図６は吸口体１０６の進行方向が後方向である復路の場合を示している。この時、方向検出センサ４０５は床面との接触により、吸口体１０６の前方向きに傾斜する。吸口体１０６の制御部は、方向検出センサ４０５の傾斜方向をスイッチ（図示せず）で検知して、回転ブラシ４０２を逆方向（図６に示す時計回り）に回転させる。回転ブラシ４０２の回転力により、吸口体１０６に自走力が発生し、復路でも軽快な操作性を実現している。

図７に本形態例による電気掃除機の掃除機本体１０１の機能ブロック図を示す。図７において、７０１は掃除機本体１０１を制御する（例えば、電動送風機の入力電流や入力電圧を制御して電動送風機の回転数を制御し、吸引力を制御する）掃除機本体制御基板（制御回路）、７０２は商用電源に接続可能なＡＣプラグ、７０３は吸引力を発生させる電動送風機、７０４は電動送風機７０３の入力（電流や電圧）を制御する双方向サイリスタ、７０５は吸口体１０６の回転ブラシを駆動するための電動機３０１の入力（電流や電圧）を制御する双方向サイリスタ、７０６は回転ブラシ駆動用電動機の電流（負荷電流）を検出する電流検出回路、７０７は操作部１０４の入力情報を検出する電圧検出回路、７０８は商用電源からの交流１００Ｖを低電圧直流電圧に変換するＤＣ電源回路、７０９は全体の制御を行うマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータ７０９は、電流検出回路７０６によって得られる、回転ブラシ駆動用電動機の電流（負荷電流）より床面の種類を判別し、双方向サイリスタ７０５を制御して、例えばじゅうたんなら高電圧、畳なら中電圧、木床なら低電圧を電動機３０１に供給する。具体的には、じゅうたんなら交流電圧の周期毎におけるＯＮ時間の割合を大きく（例えば１００％）、畳なら割合をやや小さく（例えば８０％）、木床なら割合を小さく（例えば６０％）する。

図８に本形態例による電気掃除機の吸引ホース１０２の機能ブロック図を示す。図８において、８０１は手元スイッチ入力回路、ＰＢは吸口体１０６へ電力を供給する電源線、ＳＷは信号線、ＣＯＭは共通グランド線である。手元スイッチ入力回路８０１はＳＷおよびＣＯＭに接続されており、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦによって、ＳＷとＣＯＭ間の電位差が変わるため、スイッチのＯＮ／ＯＦＦの情報を掃除機本体１０１に伝達することができる。

図９に本形態例による電気掃除機の吸口体１０６の機能ブロック図を示す。図９において、９０１は吸口体制御基板、３０１は回転ブラシ４０２を駆動するための電動機、４０３は吸口体１０６を被清掃面（例えば、床面）から離したときに回転ブラシ４０２を停止させる安全スイッチ、９０４は吸口体１０６に供給されている電圧を検出する電圧検出回路、９０５は吸口体制御基板に低電圧直流電圧を供給するＤＣ電源回路、２０５は電圧検出回路９０４により検出した供給電圧により、例えば、高電圧なら赤色、中電圧ならオレンジ色、低電圧なら緑色を表示し、操作者に床面判断の結果を通知する表示部、９０６は供給された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路、９０７は全体の制御を行うマイクロコンピュータ、９０８〜９１１は電動機３０１に供給する電流の方向を変えるためのスイッチングトランジスタである。

以下、図を用いて、この実施例に係る実施の形態の動作を詳細に説明する。
なお、本文中の操作力の測定方法は、ＪＩＳ Ｃ９１０８：２００９に記載されている。

掃除機の操作者が手元ハンドル１０３付近に配置された操作部１０４を操作すると、操作されたスイッチに従った動作モードで電気掃除機本体１０１内の電動送風機や吸口体１０６内の電動機３０１が運転する。

電動送風機によって発生した吸引力は、吸引ホース１０２、延長管１０５を通って吸口本体１０６に到達する。それと同時に、吸引ホース１０２および延長管１０５に設けられた電源線から供給された電源が、接触ピン２０４、２０５を介して電動機３０１を駆動する。これにより回転ブラシ４０２が回転する。回転ブラシ４０２により巻き上げられた塵埃は延長管１０５へ運ばれ、さらに吸引ホース１０２を通って電気掃除機本体１０１の集塵室に運ばれる。

吸口体の操作方向が往路の場合、方向センサ４０５により操作方向を検知したマイクロコンピュータ９０７は、図９ａ点のレベルをＨ、図９ｂ点のレベルをＬにしてスイッチングトランジスタ９０８および９０９をＯＮする。これにより電動機３０１には矢印９１２の向きに電流が流れ、電動機３０１は正転する。吸口体１０６の操作方向が往路から復路になると、方向検出センサ４０５により操作方向を検知したマイクロコンピュータ９０７は、図９ａ点のレベルをＬ、図９ｂ点のレベルをＨにしてスイッチングトランジスタ９１０および９１１をＯＮする。これにより電動機３０１には鎖線矢印９１３の向きに電流が流れ、電動機３０１は逆転する。スイッチングトランジスタ９０８〜９１１の保護のため、電流を切り替える瞬間には、図９ａ点およびｂ点のレベルを瞬間的に両方Ｌにする。

これにより図１０の（１）に示す様に、往路と復路で電動機３０１に流れる電流が反転し、往路と復路両方で吸口体１０６に自走性能を持たせることができる。しかし、図１０の（２）に示す様に、操作者が吸口１０６体の操作方向を変えたことを吸口体に設けられた方向センサ４０５が検出し、電動機３０１の回転方向を変えているため、どうしても回転ブラシ４０２の回転方向の切り替えに時間遅れが生じて、操作者が吸口体１０６の操作方向を変えた瞬間には、まだ回転ブラシ４０２の回転が操作方向と逆（操作力を重くする）のままであるため、操作力のピーク（極大値）が発生していた。ここで操作力のピーク（極大値）とは、往路や復路のほぼ中間点での略一定の操作力に対して、操作方向転換時に現れる短時間に操作力が高くなる状態を指す。電気掃除機を操作した場合、往路では吸口体が床面に押しつけられるため操作力が大きくなり、復路では吸口体が床面から浮き気味になるため操作力が往路と比べ小さくなる。このため特に、操作者が吸口体を復路から往路へ切り替える際に操作力のピーク（１００１および１００２）が大きくなる。

そこで本実施例では、図１０の（３）に示す様に、吸口体１０６の操作方向が往路から復路へ変わった時から、徐々に電動機３０１に印加する平均電圧（交流電圧の１周期における平均）を小さくする。これにより、吸口体１０６の操作方向が復路から往路へ変わる時には、電動機３０１の回転が遅くなっており、図１０の（４）に示す様に、略一定の平均電圧を印加する場合と比べて、操作力のピーク（１００３および１００４）を小さくすることができ、操作性の悪化を抑制することができるという効果がある。

一般に前進時の操作力（測定方法は、ＪＩＳ Ｃ９１０８：２００９に記載）が５Ｎ以下になると操作者が掃除動作時に吸口体の自走感（吸口体自身が進んでいく感覚）を得られるが、この前進時の操作力が小さくなるほど、前述の吸口体を前進から後退へ切り替える際の操作力のピークの影響が大きくなるので、本実施例の効果が大きくなる。

また、吸口体の操作方向が往路から復路へ変わった時から、徐々に電動機３０１に印加する平均電圧を小さくするため、復路時に略一定の小さな平均電圧を印加する方法と比較して、復路の操作力を小さくでき、かつ、操作力のピークを小さくすることができ、操作性の悪化を抑制することができるという効果がある。

吸口体１０６の操作方向が往路から復路へ変わった時から、徐々に電動機３０１に印加する平均電圧を小さくする方法を図１１に示す。吸口体の操作方向が往路の場合、方向センサ４０５により操作方向を検知したマイクロコンピュータ９０７は、図９ａ点のレベルをＨ一定（交流電圧の周期毎におけるＯＮ時間の割合を１００％）にする。これにより往路では電動機３０１に一定の電圧（平均電圧）が印加されるため、電動機３０１に一定の電流（平均電流）が流れる。

吸口体の操作方向が往路から復路へ変わった事を方向センサ４０５により検知したマイクロコンピュータ９０７は、図９ｂ点のレベルをＨにして、電動機３０１に流れる電流を反転させる。そして図９ｂ点のレベルをＨにする時間を徐々に短く（交流電圧の周期毎におけるＯＮ時間の割合を徐々に小さく）する。これにより、電動機３０１に印加する電圧（平均電圧）が徐々に小さくなり、これにより電動機３０１に流れる電流（平均電流）を徐々に小さくすることができる。

上記の効果に加え、復路時の電動機３０１の入力電力が小さくなるので、省電力になるという効果も奏する。

また上記の効果に加え、復路時の電動機３０１の入力電力が小さくなるので、電動機３０１の発熱量が小さくなり、熱設計の裕度が大きくなるという効果も奏する。

また、復路時の電動機３０１に電圧を印加する時間を変化させることで、電動機３０１の入力を制御することにより、たとえば、ＰＢの電圧（平均電圧）が高電圧で床面判断がじゅうたんなら、復路時の電動機３０１の入力を往路時の５０％まで低下させ、ＰＢの電圧（平均電圧）が中電圧で床面判断が畳なら、復路時の電動機３０１の入力を往路時の８０％まで低下させ、ＰＢの電圧（平均電圧）が低電圧で床面判断が木床なら、復路時の電動機３０１の入力を往路時と同一にするといった細かな制御が可能である。これにより、じゅうたん上では、復路から往路へ切り替える際の操作力のピークを小さくでき、もともと操作力の小さい木床では復路時の電動機３０１の入力を往路時と同一にして、復路の拭き効果を高められるという効果もある。本実施例では、電動機３０１の入力を制御する方法として、交流電圧の周期毎におけるＯＮ時間の割合を可変する方法を述べたが、電圧の振幅を可変にして入力を制御してもよい。また、電動機３０１の入力が直流の場合でも、直流電圧を可変させることにより同等の効果が得られる。

また、本実施例では、方向検出センサとして図５に示すレバー形状の４０５を用いたが、図１３に示す様に、吸口体の下ケース４０１に、床面に接し、自由に回転するローラ１３０１を設け、このローラ１３０１の周方向に複数の反射率の異なる帯を形成し、この帯を非接触の光センサ１３０２で検出することにより、吸口体の移動方向を検出するようにしてもよい。また、吸口体内に加速度センサを設け、吸口体の移動方向を検出する様にしてもよい。

また、本実施例では、吸口体１０６の操作方向転換時から、次の操作方向転換時まで、駆動部（吸口体の電動機３０１）に印加する平均電圧を、除々に小さくすることで、吸口体１０６の電動機３０１の消費電力量を抑え、発熱量の小さい電気掃除機の吸口体及びこの吸口体を用いた電気掃除機を提供するという効果を奏すると記載したが、この限りでない。吸口体１０６の操作方向転換時から、次の操作方向転換時まで、駆動部（吸口体の電動機３０１）に印加する平均電圧を、段階的に低下させることでも同じ効果を奏することができる。

また、本実施例では、吸口体の操作方向が往路から復路へ変わった時から、徐々に電動機３０１に印加する平均電圧（交流電圧の１周期における平均）を小さくしたが、図１４に示すように、吸口体の操作方向が復路から往路へ変わった時も、徐々に電動機３０１に印加する平均電圧（交流電圧の１周期における平均）を小さくすることにより、往路から復路へ切り替える際の操作力のピーク１４０１を１４０２の様に小さくできる。このとき、復路時と合わせ往路時も電動機３０１の入力電力が小さくなるので、さらに省電力になるという効果もある。

また、復路時と合わせ往路時も電動機３０１の入力電力が小さくなるので、電動機３０１の発熱量がさらに小さくなり、熱設計の裕度が大きくなるという効果もある。

１０１ 掃除機本体
１０２ 吸引ホース
１０３ 手元ハンドル
１０４ 操作部
１０５ 延長管
１０６ 吸口本体
２０２ 自在継手管
３０１ 電送機
４０２ 回転ブラシ（回転清掃体）
４０５ 方向センサ
９０８〜９１１ スイッチングトランジスタ

Claims (4)

1. 被清掃面を摺擦する摺擦部材を有する回転清掃体と、該回転清掃体を駆動する駆動部と、吸口体の操作方向を検知する検知手段と、前記検知手段に応じて前記回転清掃体の回転方向を切り替えるよう前記駆動部を制御する制御部と、を有する電気掃除機の吸口体において、
   前記吸口体の操作方向転換時から、次の操作方向転換時まで、前記駆動部に印加する平均電圧を、段階的もしくは直線的に小さくし、前記吸口体の操作方向転換時に現れる操作力のピークを、前記駆動部に印加する平均電圧が略一定の場合と比較して小さくすることを特徴とする電気掃除機の吸口体。
2. 請求項１記載の電気掃除機の吸口体において、交流電圧の周期毎におけるＯＮ時間の割合を短くすることにより、前記駆動部に印加する平均電圧を小さくすることを特徴とする電気掃除機の吸口体。
3. 請求項１記載の電気掃除機の吸口体において、少なくとも２種類の前記駆動部の入力モードを備え、前進時に印加する平均電圧と後退時に印加する平均電圧の割合を前記入力モードに応じて変化させることを特徴とする電気掃除機の吸口体。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の電気掃除機の吸口体と、掃除機本体と、前記吸口体と前記掃除機本体とをつなぐホースと、からなる電気掃除機。