JP6877089B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電気掃除機に関する。

モータ駆動のサイドブラシに減速機構を取付けた電気掃除機が知られている。特許文献１は、第１ウォームギヤ３４を用いたサイドブラシの機構を開示している（００２４，図１０）。

特開２０１４−２０８２７１号公報

特許文献１は、駆動構成部材３の減速機構（動力伝達機構）として、タイミングベルト（第一枢接部３１，伝動部品３３）を用いているため、減速機構が大形化し易い。また、モータ３の回転軸と第一枢接部３１の軸とは、タイミングベルトとの接続の観点から平行にされるため、部材の設置場所の自由度が低い。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、塵埃を回収するための吸込部と、塵埃を吸引する吸引ファンと、自走するための駆動輪と、モータと、該モータの動力をサイドブラシに伝える動力伝達機構と、を備えたサイドブラシユニットを２つ有する電気掃除機であって、前記サイドブラシ及び前記モータは、互いに略平行な回転軸を備え、前記動力伝達機構は、前記モータの回転軸に略垂直な回転軸を有し、前記動力伝達機構は、前記モータの駆動軸に固定されている第１ウォームと、該第１ウォームと噛み合う第１ウォームホイールと、該第１ウォームホイールと連動する第２ウォームと、該第２ウォームと噛み合う第２ウォームホイールと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、サイドブラシの減速機構の利便性を向上した電気掃除機を提供できる。

本発明の実施形態に係る自律走行型掃除機を左前方から見た斜視図。 図１のＡ−Ａ断面図。 自律走行型掃除機のケースを外した内部構成を示す斜視図。 図４のＢ−Ｂで切断した斜視図 自律走行型掃除機の下面図。 サイドブラシユニットの分解斜視図。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電気掃除機の一例である自律走行型掃除機を左前方から見た斜視図である。なお、自律走行型掃除機Ｓが進行する向きのうち、サイドブラシ７を設けた側を前方、鉛直上向きを上方、駆動輪２、３が対向する方向であって駆動輪２側を左方、駆動輪３側を右方とする。すなわち図１等に示すように前後、上下、左右方向を定義する。

図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は自律走行型掃除機のケースを外した内部構成を示す斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ断面を示す斜視図、図５は電気掃除機の下面図、図６はサイドブラシユニットの分解斜視図である。なお、図３は、集塵ケース１２を外した状態を示す。

（自律走行型掃除機Ｓ）
自律走行型掃除機Ｓは、所定の掃除領域（例えば、部屋の床面Ｙ）を自律的に移動しながら自動的に掃除する電気機器である。

自律走行型掃除機Ｓは、外郭を成すケース１（１ｕ、１ｓ）と、下部の一対の駆動輪２、３および補助輪４とを備えている。また、自律走行型掃除機Ｓは、下部に吸口ブラシ５、塵埃誘導部６およびサイドブラシ７を備え、周囲にセンサ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）を備えている。

駆動輪２、３は、それぞれ走行モータ（図示せず）により回転駆動される。補助輪４は、従動輪であり自由回転するキャスタである。駆動輪２、３は、自律走行型掃除機Ｓの前後方向の中央側、左右方向の外側に設けられており、補助輪４は前後方向の前方側、左右方向の中央側に設けられている。

サイドブラシ７は、自律走行型掃除機Ｓの前方側、左右方向の外側に設けられており、図１の矢印α１のように、自律走行型掃除機Ｓの前方外側の領域を、左右方向外側から内側に向かう方向に掃引するよう回転して、床面上の塵埃を中央の吸口ブラシ５側に集める。吸口ブラシ５は、自律走行型掃除機Ｓの駆動輪２、３に対して後方に設けられている。

図２に示すように、自律走行型掃除機Ｓは、内部に充電池９と制御装置１０と吸引ファン１１と集塵ケース１２とを備えている。集塵ケース１２は入口として吸口ブラシ５の上方に吸込口１２ｉが形成されている。また、集塵ケース１２は出口に集塵フィルタ１３が取り付けられている。

充電池９は、例えば、充電することで再利用可能な二次電池であり、電池収容部１ｓ６に収容されている。充電池９は自律走行型掃除機Ｓの左右端部に亘って配置されている。

充電池９からの電力は、センサ８、駆動装置等の各モータ、制御装置１０、及び吸引ファン１１等に供給される。

自律走行型掃除機Ｓは、制御装置１０により統括的に制御される。

図３に示すように、吸引ファン１１は下ケース１ｓの中心付近に配置されている。

吸引ファン１１による空気の流路には、吸口１４ｉから下流側に向かって順に、集塵ケース１２、集塵フィルタ１３、吸引ファン１１、及び、排気口１ｓ５が設けられている。排気口１ｓ５は、吸口ブラシ５の前方、駆動輪２、３の左右方向内側に設けられている。吸引ファン１１を駆動することで集塵ケース１２内の空気を排気口１ｓ５から外部に排出して負圧を発生させ、床面Ｙから吸口１４ｉを介して塵埃を集塵ケース１２内に吸い込む。

吸口１４ｉ付近には、床面上の塵埃を掻き込む吸口ブラシ５が設けられている。

吸引ファン１１は、下ケース１ｓとの間に弾性体（図示せず）を介して設置されている。弾性体を介在させることで、吸引ファン１１の振動が減衰して下ケース１ｓに伝わりにくく、振動、騒音を低減できる。

吸引ファン１１、及び、吸口ブラシモータ５ｍが駆動すると、吸口ブラシ５によって床面等の塵埃が掻き込まれる。掻き込まれた塵埃は、吸込部１４、吸口１４ｉ、吸込口１２ｉを介して集塵ケース１２内に導かれる。集塵フィルタ１３で塵埃が取り除かれた空気は、排気口１ｓ５を通して排出される。なお、集塵ケース１２は、上ケース１ｕに設けられた蓋１ｕ１を開けることで着脱可能であり、集塵フィルタ１３を外して塵埃が廃棄される。

ここで、自律走行型掃除機Ｓの大まかな動作について説明する。

自律走行型掃除機Ｓは、駆動輪２、３と補助輪４とにより自律的に移動され、前進、後進、左右旋回、超信地旋回等が可能である。そして、自律走行型掃除機Ｓは、サイドブラシ７で集塵して吸口ブラシ５の周りに付着した塵埃を、吸込部１４を介して、吸引ファン１１の吸込力により、集塵ケース１２入口の吸込口１２ｉから集塵ケース１２内に吸込み、出口の集塵フィルタ１３により集塵ケース１２内に滞留させる。

集塵ケース１２内に塵埃が溜まると、適宜、利用者により集塵ケース１２が本体部Ｓｈより取り出され、集塵フィルタ１３が取り外され、塵埃が廃棄される。
以下、自律走行型掃除機Ｓの詳細な構成について詳述する。

ケース１は、外郭を成し、走行モータ、吸口ブラシモータ５ｍ、吸引ファン１１、集塵ケース１２、制御装置１０等を収容する筐体である。

ケース１は、上壁を成す上ケース１ｕと、底壁（及び一部の側壁）を成す下ケース１ｓと、ケース１の前下部に設置されるバンパ１ｂとを備えている。

上ケース１ｕには、集塵ケース１２を出入れするための蓋１ｕ１が設けられている。

下ケース１ｓには、車輪ユニット収容部１ｓ１とサイドブラシ取付部１ｓ３と孔部１ｓ４と排気口１ｓ５と電池収容部１ｓ６とが形成されている。

車輪ユニット収容部１ｓ１は、図５の平面視で略円形を呈する下ケース１ｓの中央左右両側に形成されている。

車輪ユニット収容部１ｓ１には、駆動輪２、３が支持、駆動される車輪ユニット２０、３０が収容される。

孔部１ｓ４には、吸込部１４が設けられる。排気口１ｓ５は、下ケース１ｓの中央付近であり、左右の車輪ユニット収容部１ｓ１に挟まれた位置に複数形成される。

電池収容部１ｓ６は、下ケース１ｓの中心よりも前側に形成されている。

電池収容部１ｓ６には、充電池９が収納される。電池収容部１ｓ６の左右には、サイドブラシ７を取り付けるサイドブラシ取付部１ｓ３が形成されている。

下ケース１ｓの後側、つまり、排気口１ｓ５、及び、車輪ユニット収容部１ｓ１の後側に吸込部１４が設けられる孔部１ｓ４が形成されている。

バンパ１ｂは、壁等の障害物に衝突した際に外部から作用する力に応じて前後方向に移動可能に設置されている。バンパ１ｂは、左右一対のバンパばね（図示せず）によって外向きに付勢されている。

バンパ１ｂを介して障害物と衝突した際の作用力がバンパばねに作用すると、バンパばねは平面視で内側に倒れ込むように変形し、バンパ１ｂを外向きに付勢しつつバンパ１ｂの後退を許容する。バンパ１ｂが障害物から離れて前記した作用力がなくなると、バンパばねの付勢力によってバンパ１ｂは元の位置に復帰する。ちなみに、バンパ１ｂの後退（つまり、障害物との接触）は、後記するバンパセンサ８ａによって検知され、その検知結果が制御装置１０に入力される。

サイドブラシ７は、樹脂などの細い線状部材の束(刷毛)によって形成し可撓性を有しており、サイドブラシベース部７aに床面に接触するよう斜めに接続されている。サイドブラシ７は左右に３本ずつ、周方向に互いに略等間隔に配置されている。なお、サイドブラシ７は例えば左右４本ずつ配置されていてもよいし、左右どちらか一方に配置してもよい。

また、サイドブラシ７の長さは、電気掃除機本体Ｓが被掃除面の角部に移動した際に被掃除面の端部まで届くよう、ケース１よりも外側に突出することが望ましいが、駆動輪２、３の回動を妨げないよう、駆動輪２、３の中心軸よりも短いことが望ましい。
また、サイドブラシ７を長くした場合に強度を増すため、刷毛の途中まで弾性体で覆ってもよい。

吸込部１４は、吸引ファン１１で吸引する塵埃を含む空気の流路の一部を形成する。吸込部１４から下流の流路は、順に、集塵ケース１２、集塵フィルタ１３、吸引ファン１１及び、排気口１ｓ５に連通する。

吸込部１４には、塵埃を掻き込む吸口ブラシ５が配置され、吸口ブラシ５を駆動する吸口ブラシモータ５ｍが固定される。吸込部１４は、吸口ブラシ５で掻き込まれた塵埃を集塵ケース１２に吸込む吸口１４ｉが形成されている。吸口１４ｉは、吸口ブラシ５と略同じ長さを有して形成されている。

吸口１４ｉは、集塵ケース１２の開口の吸込口１２ｉと連通し、塵埃が吸口１４ｉ、吸込口１２ｉを介して集塵ケース１２に集められる。

吸込部１４には、吸口ブラシ５を収容する吸口ブラシ収容部１４ｂが下ケース１ｓに形成され、吸口ブラシ収容部１４ｂに上述の吸口ブラシ５が配置される。吸口ブラシ５は、吸口部１４に回転可能に取り付けられる。吸口ブラシ５は、吸込部１４に取り外し可能に取り付けられる。

集塵ケース１２は、床面Ｙから、吸込部１４に形成される吸口１４ｉを介して吸いこまれた塵埃を回収する容器である。集塵ケース１２は、吸口ブラシ５と略同じ左右方向寸法を有している。

集塵ケース１２は、回収した塵埃を収容する本体と、回収した塵埃を取出し可能とする蓋と、本体上部の折り畳み可能な取っ手とを備える。集塵ケース１２の本体は、下面が吸込部１４の上部の形状に対応する形状であり、吸口１４ｉに対向して略同じ開口形状の吸込口１２ｉを備えている。蓋は、吸引ファン１１の吸引口に対向し、前記した集塵フィルタ１３を備えている。

図３に示すバンパセンサ８ａは、バンパ１ｂが障害物と接触したことをバンパ１ｂの後退で検知するセンサ、例えばフォトカプラである。バンパ１ｂに障害物が接触した場合、バンパ１ｂの後退でセンサ光が遮られる。この変化に応じた検知信号が制御装置１０に出力される。

測距センサ８ｂは、障害物までの距離を検出する赤外線センサである。本実施形態では、測距センサ８ｂを正面と両側面の計３か所に設けている。

測距センサ８ｂは、赤外線を発光させる発光部（図示せず）と、赤外線が障害物で反射して戻ってくる反射光を受光する受光部（図示せず）とを有している。当該受光部によって検出される反射光の強さに基づき、障害物までの距離が算出される。なお、バンパ１ｂのうち少なくとも測距センサ８ｂの近傍は、赤外線を透過させる樹脂又はガラスで形成されている。

ちなみに、測距センサ８ｂとして他の種類のセンサ（例えば、超音波センサ、可視光センサ）を用いてもよい。

図５に示す床面用測距センサ８ｃは、床面までの距離を計測する赤外線センサであり、下ケース１ｓの下面前後左右４か所に設置されている。床面用測距センサ８ｃによって階段等の大きな段差を検知することで、自律走行型掃除機Ｓの落下を防止できる。例えば、床面用測距センサ８ｃによって前方に３０ｍｍ程度以上の段差が検知された場合、制御装置１０は走行モータを制御して本体部Ｓｈを後退させ、自律走行型掃除機Ｓの進行方向を転換させる。

制御装置１０は、例えばマイコン（Microcomputer）と周辺回路とが基板に実装され、構成される。マイコンは、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムを読み出してＲＡＭ（Random Access Memory）に展開し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行することで各種処理が実現される。周辺回路は、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換器、各種モータの駆動回路、センサ回路、充電池９の充電回路等を有している。

制御装置１０は、利用者による操作ボタンｂｕの操作、及び、センサ８から入力される信号に応じて演算処理を実行し、各モータ、センサ８、吸引ファン１１等と信号を入出力する。

補助輪４は、下ケース１ｓの前方の左右方向の中央に設けられている。補助輪４は、駆動輪２、３とともに本体部Ｓｈを所定高さで保って自律走行型掃除機Ｓを円滑に移動させるための車輪である。補助輪４は、本体部Ｓｈの移動に伴い床面Ｙとの間で生じる摩擦力によって従動回転し、さらに向きが水平方向に３６０°回転するように、下ケース１ｓに軸支されている。

（サイドブラシユニット２０，３０）
次に、サイドブラシ７を含むサイドブラシユニット２０，３０について説明する。サイドブラシ７を含むサイドブラシユニット２０とサイドブラシユニット３０とは、自律走行型掃除機Ｓの左右の中央面に対して面対称として同様な構成にできるから、サイドブラシユニット２０の構成についての説明は、サイドブラシユニット３０と同様にできるため、サイドブラシユニット３０の説明としては繰り返さない。

図６は、サイドブラシユニットを斜め上前方からみた分解斜視図である。サイドブラシ７とサイドブラシ７を駆動するモータ２１との間の減速機構について説明する。

モータ２１は、自身の下側に、上下方向に延在した駆動軸(入力軸)を有している。モータ２１の駆動軸が上下方向に延在するように配置することで、サイドブラシ７上方のスペースを有効に利用できる。
モータ２１の駆動軸には、ウォーム歯車としての第１ウォーム２２が圧入等で固定されている。モータ２１は上側サイドブラシケース２３ａに固定されている。

上側サイドブラシケース２３ａは、モータ２１の側面を支持する支持面を有している。上側サイドブラシケース２３ａは、第１ウォーム２２を収納する空間を有している。

第１ウォーム２２より下側には、第１ウォーム２２の軸方向と垂直に、シャフト２４と第１シャフト２５とが配置されている。
シャフト２４は、モータ２１の下方側に位置する第１ウォームホイール２４ａ及びサイドブラシ７の回転軸側に位置する第２ウォーム２４ｂを有する。第１ウォームホイール２４ａ及び第２ウォーム２４ｂは、モータ２１の駆動軸に対して略垂直な直線上に位置する。第１ウォームホイール２４ａの回転軸は、この直線に略一致する。
第１ウォームホイール２４ａは、第１ウォーム２２に噛み合うように配置されている。第２ウォーム２４ｂは、第２シャフト２６に噛み合うように配置されている。

第１シャフト２５は、シャフト２４と同軸上に配置されている。シャフト２４及び第１シャフト２５は、上側サイドブラシケース２３ａと下側サイドブラシケース２３ｂとで固定されている。シャフト２４は、第１ウォームホイール２４ａと第２ウォーム２４ｂとを連動して動作させることができれば、一体でも別体でも良い。

第２シャフト２６(出力軸)と第２ウォームホイール２７とは、シャフト２４と垂直な方向で、かつ、シャフト２４を介して上側サイドブラシケース２３ａと反対側に配置されている。
第２ウォームホイール２７は、第２ウォーム２４ｂと噛み合うように配置されている。第２ウォームホイール２７は、第２シャフト２６と同軸上に配置されており、第２シャフト２６のモータ２１側の端部は、上側サイドブラシケース２３ａに圧入等で固定されている。

第２ウォームホイール２７は、第１ウォーム２２に対して、シャフト２４を介した反対側、及び同一側どちらに配置されていてもよい。すなわち、図６中、第２ウォームホイール２７及び第１ウォーム２２は、シャフト２４に対して右側でも左側でも良い。

シャフト２４は、左右方向及び前後方向に略平行な平面内に配置でき、また、シャフト２４の長さの自由度は大きく、第１ウォームホイール２４ａと第２ウォーム２４ｂとの間隔は比較的自由に設定できる。このため、第２ウォームホイール２７の位置レイアウトの自由度を高くすることができる。

また、モータ２１の駆動軸及び第２シャフト２６（出力軸）が、これらに略垂直な第１シャフト２５等に接続している構成のため、モータ２１及びサイドブラシ７の間に、サイドブラシケース２３を配し易い。より具体的には、例えば、サイドブラシケース２３の真上側にモータ２１を配し易く、サイドブラシケース２３の真下側にサイドブラシ７を配し易い。これにより、デッドスペースを低減した効果的なレイアウトを実現し易い。なお、或る部材が別の部材の「真上」や「真下」にあるということは、上下方向に平行な方向から別の部材を観察した場合に、或る部材の一部又は全部が別の部材の一部又は全部に重なって見えることをいう。好ましくは、別の部材の一部又は全部に或る部材の図心を含む部分が重なって見えることをいう。

サイドブラシ７は、第２ウォームホイール２７と同軸上に、取り付け可能に配置されている。本実施形態では、第２ウォームホイール２７を有する部材の一端がサイドブラシ７の回転軸に挿入されるが、第２ウォームホイール２７と別体の部材がサイドブラシ７の回転軸に挿入されても良い。サイドブラシ７の回転軸は、モータ２１の駆動軸と略平行である。

上記構成による減速機構を設けることにより、大きなトルクを稼ぎながら、サイドブラシユニットの小型化を図ることができる。自律走行型掃除機Ｓ全体を小型化することによって、狭い場所も掃除可能となり、掃除範囲を広げることができる。

上側サイドブラシケース２３ａ及び下側サイドブラシケース２３ｂは、第１ウォーム２２、第１ウォームホイール２４ａ、第２ウォーム２４ｂ、及び第２ウォームホイール２７を内部に組み込んでいる。このため、減速機構をユニットとして構成することができ、組立性を向上できる。なお、上側サイドブラシケース２３ａ及び下側サイドブラシケース２３ｂはさらに、第１シャフト２５、及び第２シャフト２６を内部に組み込むことができる。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであり、本発明の技術的思想の範囲内で様々な具体的形態が可能である。

２、３ 駆動輪（車輪）
５ 吸口ブラシ
６ 塵埃誘導部材
７ サイドブラシ
８ センサ（障害物検知手段）
９ 充電池
１１ 吸引ファン
１２ 集塵ケース
１４ 吸込部
Ｓ 自律走行型掃除機
２０、３０ サイドブラシユニット
２１ モータ
２２ 第１ウォーム
２３ａ、２３ｂ サイドブラシケース
２４ シャフト
２４ａ 第１ウォームホイール
２４ｂ 第２ウォーム
２５ 第１シャフト
２６ 第２シャフト
２７ 第２ウォームホイール
２８ 減速機構（動力伝達機構）

Claims (5)

1. 塵埃を回収するための吸込部と、塵埃を吸引する吸引ファンと、複数のモータと、前記複数のモータのうち第一のモータの動力によって自走する駆動輪と、前記複数のモータのうち第二のモータの動力をサイドブラシに伝える動力伝達機構を備えたサイドブラシユニットを２つと、を備える電気掃除機であって、
   前記サイドブラシユニットは前記第二のモータと、前記動力伝達機構と、前記サイドブラシと、を有し、前記サイドブラシから上下方向に平行な方向に前記第二のモータおよび前記動力伝達機構を見た場合に、前記サイドブラシの回転駆動範囲に前記第二のモータの全部および前記動力伝達機構が重なるように構成され、
   前記サイドブラシ及び前記第二のモータは、互いに略平行な回転軸を備え、
   前記動力伝達機構は、前記第二のモータの回転軸に略垂直な回転軸を有し、
   前記動力伝達機構は、
   前記第二のモータの回転軸に固定されている第１ウォームと、
   該第１ウォームと噛み合う第１ウォームホイールと、
   該第１ウォームホイールとシャフトを介して連結する第２ウォームと、
   該第２ウォームと噛み合う第２ウォームホイールと、を有し、
   前記第１ウォームホイール及び前記第２ウォームを同軸上に配置することを特徴とする電気掃除機。
2. ２つの前記サイドブラシユニットの間に充電池が位置し、
   前記サイドブラシを設けた側を前方とした場合において、前記吸込部は前記充電池の後ろに位置することを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
3. 前記第１ウォーム、前記第１ウォームホイール、前記第２ウォーム、及び前記第２ウォームホイールを内部に有するサイドブラシケースを備えることを特徴とする請求項２に記載の電気掃除機。
4. 前記サイドブラシケースを前記サイドブラシの真上側に有することを特徴とする請求項３記載の電気掃除機。
5. 前記第二のモータを前記サイドブラシケースの真上側に配置したことを特徴とする請求項３又は４に記載の電気掃除機。

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