JPH0813300B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、清掃面等の材質を判別する床面判別器を
利用して清掃条件を自動的に決定する電気掃除機に関す
るものである。

従来の技術 従来より掃除面の種類に応じた吸引力の設定、及び床
ノズルのアジテータのON/OFFの設定ができる掃除機が開
発されている。また最近では、超音波や光センサ等を利
用して掃除面の状態を直接検知する仮面判別器を有し
て、床ノズルのアジテータの制御を行なうものも開発さ
れている。特に、自走機能を有したいわゆる掃除ロボッ
トと呼ばれる自走式掃除機においては、自動清掃を行な
うという性格上この床面判別器が必要不可欠となってい
る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の床面判別器には以下のような課
題があった。

1.超音波式のものにおいては送受信素子に何らかのホー
ンが必要となるために、一般の掃除機の床ノズルに取り
付けると大型化し、使い勝手が悪くなる。

2.一般の掃除機用としては、耐衝撃性・低コスト化を考
慮する必要がある。

3.自走式掃除機においては、清掃面の如何にかかわらず
本体が停止状態では床ノズルのアジテータを停止さてて
おく必要がある。（清掃面、特に絨毯の傷付き防止のた
め）したがって、従来の床面判別器を自走式掃除機に搭
載してアジテータの制御を行なう場合、床面判別器の出
力と本体の停止状態の両方を判断しなければならない。

本発明は、このような従来の課題を解決した床面判別
器を提供することを第一の目的としている。

第二の目的は、床面判別器のみで、ノズルの動作状態
及び床面の種類を判別し、アジテータの制御を行う電気
掃除機を提供するものである。

第三の目的は、前記第二の目的に関連して床面判別器
を搭載しアジテータの制御を行うもので、誤った使用に
よるアジテータへの指詰め等の危険のない安全な電気掃
除機を提供することである。

第四の目的は、前記第二の目的の関連として、清掃面
と非接触でアジテータの制御を行うもので、床面判別器
に対する異物の付着又は清掃面を傷つけることを防止す
る安全な電気掃除機を提供することである。

第五の目的は、前記第四の目的に関連し、床面判別器に
異物が付着した場合にこれを除去することができる電気
掃除機を提供することである。

課題を解決するための手段 上記第一の目的を達成するための第一の手段は、吸引
式電気掃除機の床ノズル内部でかつ吸い込み部外の部位
に清掃面側に配置され清掃面に対し水平に光を発する発
光素子と、この光を受光する受光素子と、この受光素子
の出力の変化を検知する出力変動検知手段と、この出力
変動検知手段の出力を所定値と比較し清掃面の種類を判
別する判別手段とを備えた構成の床面判別器を有する電
気掃除機である。

また、第二の目的を達成するための第二の手段は、床
ノズル内にアジテータを設け、床面判別器で絨毯を検知
すると、出力変動検知手段からの出力出力が変動するの
を判別して、前記アジテータが駆動する構成の電気掃除
機である。

また、第三の目的を達成するための第三の手段は、床
ノズル内にアジテータを設けるとともに、床ノズルが床
面に接触しているのを検知する接触検知手段を有し、こ
の接触検知手段及び床面判別器からの出力により電動送
風機及びアジテータを制御する構成の電気掃除機であ
る。

また、第四の目的を達成するための第四の手段は、接
触検知手段は、変調手段と、この変調手段により変調さ
れた光をノズルの開口面方向に対して発する変調発光素
子と、ノズルの開口面に対して略垂直方向に設けられ変
調された光を受光する変調受光素子と、この変調受光素
子は前記変調発光素子の光を受光したことを検知する検
知部から構成した電気掃除機である。

また、第五の目的を達成するための第五の手段は、接
触検知手段は、発光素子と、受光素子と、床ノズルが床
面に接触するときは発光素子から受光素子への光を遮断
する遮断部材により構成され、この接触検知手段に連動
し、床面判別器の受光素子と発光素子の間を摺動する異
物除去手段を備えた電気掃除機である。

作 用 第一の手段による床面判別器を有する電気掃除機は、
以下のように作用する。発光素子が清掃面に対して水平
方向に発した光を受光素子で受光し、この受光素子の出
力の変化を出力変動検知手段により検知し、この出力変
動検知手段の出力を所定値と比較し清掃面の種類を判別
手段により判別するもので、清掃面が、床・畳の時では
受光素子の出力はほとんど変化せず、絨毯の場合は毛足
の短い絨毯の場合であっても絨毯表面の産毛により受光
素子の出力が変動し、一般の絨毯の場合には同出力の変
動が極めて大きいという事実に着目し、電気掃除機の床
面判別器に応用したものである。

また、第二の手段による電気掃除機は、上記床面判別
器の機能、特に、絨毯面でかつ床ノズルが移動している
ときに受光素子の出力が変動することに着目し、アジテ
ータの制御に利用したものである。

また、第三の手段による電気掃除機は、接触検知手段
が床ノズルに備えた第一の手段による床面判別器と清掃
面との接触の有無を検知し、床ノズルが清掃面に接触
し、かつ清掃面が絨毯であるときにのみアジテータを回
転させるようにして安全性を向上させたものである。

また、第四の手段による電気掃除機は、変調手段によ
り変調された光を清掃面に対しほぼ垂直方向に発する変
調発光素子と、清掃面から反射された変調発光素子の光
を変調受光素子により受光することで、外乱光の影響を
受けずに清掃面に床ノズルが置かれていることを非接触
で検知できるもので、清掃面を傷つけることがないもの
である。

また、第五の手段による電気掃除機は、接触検知手段
に連動し床面判別器の受光素子と発光素子の間を摺動す
る異物除去手段により床面判別器に付着した異物を除去
するもので、床面判別器の動作を保証することができる
ものである。

実施例 以下、第一の手段である床面判別器を有する電気掃除
機の一実施例を第１図〜第４図を基に説明する。第１図
は床面判別器のブロック図を示し、第２図はこの床面判
別器を組み込んだ電気掃除機の床ノズルの部分断面図を
示す。図において、１は床ノズル内部でかつ吸い込み部
外の部位に清掃面側に配置され、清掃面に対し水平方向
に光を発する発光素子、２は同じく吸い込み部外の部位
に清掃面側に配置され、発光素子１の光を受光する受光
素子である。３は受光素子の出力の変化を検知する出力
変動検知手段、４は出力変動検知手段３の出力を所定値
と比較し清掃面の種類を判別する判別手段である。

以下本実施例の動作を第３図・第４図を用いて説明す
る。第３図に示すように、床ノズルが毛足の長い絨毯上
に置かれると、発光素子１と受光素子２との間に絨毯の
毛が入り込み、発光素子１が発光した光を受光素子２が
受光することを遮る。この状態で矢印Ｄで示すように絨
毯面上で床ノズル５を動かすと、発光素子１で発光され
た光がこの毛により、遮られたり遮られなかったりして
受光素子２に到達する光量が変動する。これは毛足の長
い絨毯の場合だけではなく、通称ニードルパンチ等の毛
足の短い絨毯の場合であっても絨毯表面の産毛により、
受光素子２に到達する光量が僅かながら変動する。この
変動を出力変動検知手段３が検知し、この出力を所定値
と比較し判別手段４により清掃面の種類を判別する。

この動作を第４図の回路図を用いて説明する。発光素
子１が発光した光が受光素子２で受光されると、その出
力は図中Ａ点に現われる。Ａ点での電圧の変化分だけを
コンデンサ13により取り出し、この出力変化分を抵抗14
・15・コンデンサ16の値により決定される倍率で，抵抗
11・12で規定される電圧を中心にOPアンプ17により反転
増幅し、Ｂ点に出力する。そしてこの出力電圧が、コン
デンサ20の端子電圧（Ｃ点電圧）より低ければダイオー
ド18を通じ放電され、その結果Ｃ点の電圧は低下する。
また高ければ、ダイオード18は非導通であるので抵抗19
を通じ充電されてＣ点電圧は上昇する。OPアンプ21はこ
のようなＣ点電圧を、抵抗22〜25により規定される所定
値と比較してその結果を出力する。

このような回路構成で受光素子２の受光量が、絨毯の
毛または産毛により減れば、Ａ点の電圧は上昇しそれに
応じＢ点の電圧は急激に減少する。このＢ点電圧が、Ｃ
点電圧より低くなればダイオード18を通じ放電されＣ点
電圧は低下する。またこのＢ点電圧が、OPアンプ21によ
り所定値と比較されて低ければ、OPアンプ21はHIGH電圧
を出力する。Ｂ点電圧がＣ点電圧より高くなれば、Ｃ点
電圧は抵抗19により充電され上昇する。OPアンプ21は、
このＣ点電圧を所定値と比較して高ければLOW電圧を出
力する。つまり絨毯の毛または産毛により受光素子２の
受光量が一時的に減少すれば、それに応じＢ点の電圧は
一時的に急激に減少する。そしてこのＣ点電圧をダイオ
ード18により一時的に低下させ、このＣ点電圧がOPアン
プ21の所定値以下の間、OPアンプ21によりHIGH電圧の出
力がなされ、清掃面が絨毯であると判断する。

また床ノズルが床・畳等の清掃面に置かれると、発光
素子１と受光素子２との間で光を遮ったり、受光素子２
の受光量を変化させ得るものは何もない。従って、受光
素子２の受光量が変動することはなく、OPアンプ21の出
力はLOW電圧のままである。

以下第三の手段である電気掃除機について、自走式掃
除機の場合についての実施例を第５図に基づいて説明す
る。図において、36は自走式掃除機の本体で、（以下単
に本体と称する。）その内部に電動送風機37・集塵室38
・床ノズル39、集塵室38と床ノズル39とを接続する接続
パイプ40からなる清掃手段を有している。床ノズル39に
は、図には示していない駆動モータで駆動される回転ブ
ラシからなるアジテータ41を備えるとともに、後部に第
一の手段を構成す床面判別器５を有している。42は本体
36を矢印Ｃの方向に走行駆動する走行輪で、駆動装置43
で駆動される。また、駆動装置43は上部の操舵装置44に
よって左右に回転し、本体36の走行方向が考えられる。
45は回転自在に設けられた従輪である。以上、走行輪42
・駆動装置43・操舵装置44・従輪45で走行手段を構成し
ている。46は電池等からなる電源、47は全体の制御を行
なう制御回路である。

以上のように構成した自走式掃除機は、走行手段で清
掃面Ｆ上を走行しながら清掃手段で清掃面の清掃を行な
う。このとき、床面判別器５は清掃面Ｆの材質を判別
し、制御回路47は、清掃面Ｆが絨毯であればアジテータ
41を回転させ、板材や畳であればアジテータ41を停止さ
せる。すなわち、本体36が絨毯上を走行しているときは
床面判別器５の受光素子２の受光量が絶えず変動し、板
材上を走行しているときは変動しないから、床面判別器
５の判別手段４からの信号を制御回路47が見てアジテー
タ41の回転を制御するものである。したがって、本体10
が停止しているときはたとえ清掃面Ｆが絨毯であって
も、受光素子２の受光量は変化しないから、制御回路47
はアジテータ41の回転を停止させることになる。

このように、本実施例の自走式掃除機にあっては、制
御回路47は床面判別器５の判別手段４からの信号を見て
アジテータ41の制御を行なうもので、本体36が停止中に
アジテータ41が回転して、清掃面を構成する床材の同一
箇所を長時間こすり続けて清掃面を傷つけるようなこと
がないものである。

次に第三の手段の一実施例である電気掃除機につい
て、第６図に基づいて説明する。図は第一の手段を構成
する床面判別器を有する電気掃除機の床ノズル部を示し
ている。図において、26は本実施例の電気掃除機の床ノ
ズルで、延長管９を介して掃除機の本体と接続されてい
る。６は吸い込み部27の前部に設けた回転ブラシ等のア
ジテータで、伝動ベルト28を介して駆動モータ29により
回転駆動される。５は床面判別器、30は接触検知手段
で、これらの詳細は以下に第７図・第８図を用いて説明
する。

第７図は、第６図のＸ−Ｘ断面、すなわち床ノズル26
の床判別器５付近の縦断面を示している。図において、
１は床ノズル26内部でかつ吸い込み部外の部位に清掃面
側に配置され清掃面に対し水平方向に光を発する発光素
子、２は同じく吸い込み部外の部位の清掃面側に配置さ
れ発光素子１の光を受光する受光素子である。３は受光
素子２の出力の変化を検知する出力変動検知手段で、４
は出力変動検知手段３の出力を所定値と比較し清掃面の
種類を判別する判別手段である。これら発光素子１・受
光素子２・出力変動検知手段３と判別手段４とは床面判
別器５を構成している。７・８は床ノズル26の底部に回
転自在に取り付けられたローラで、清掃面Ｆに当接して
回転し、清掃時の床ノズルの移動をスムーズにするもの
である。第８図は、第６図のＹ−Ｙ断面、すなわち接触
検知手段30付近の縦断面を示す。図において、31は床ノ
ズル26の底部に設けた突出部材で、矢印Ｇの方向に可動
に取り付けられ、スプリング32により下方に付勢されて
いる。33は突出部材31の上部に設けたフォトインタラプ
タで、突出部材31上部のシャッタ31′が上下動したとき
にこれを検知する。このように接触検知手段30は突出部
材31とフォトインタラプタ33とでスイッチを構成し、床
ノズル26が清掃面Ｆ上に置かれると突出部材31が清掃面
Ｆによって押し上げられ、シャッタ31′がフォトインタ
ラプタ33の光を遮断し、床ノズル26が清掃面から離れる
と突出部材31はスプリング32により押し下げられるので
シャッタ31′はフォトインタラプタ33の光を遮断しなく
なる。このことから、床ノズル26が清掃面に接触してい
るかどうかが判断できる。

以下本実施例の動作について、第９図に基づいて説明
する。第９図は本実施例のシステムブロック図を示す。
34はマイコン等からなる清掃制御手段で、床面判別器５
と接触検知手段30の出力を判断してアジテータ６の駆動
モータ29および掃除機本体の電動送風機35を制御する。
すなわち、清掃制御手段34は清掃面の状態に応じて大き
く分けて２種類の清掃制御モードを有している。１つは
清掃面が床または畳の場合で、アジテータ６を回転させ
ずにかつ床ノズル26が床面に吸い付かないように電動送
風機35の吸い込み風量を小さくする制御モード、もう１
つは清掃面が絨毯の場合で、アジテータ６を回転させて
かつ電動送風機35の吸い込み風量を最大にする制御モー
ドである。この清掃面の材質の判別は前記第一の手段の
実施例で説明したように、発光素子１の発光した光を受
光素子２で受光し、その受光素子２の出力の変化を出力
変動検知手段３により検知し、この出力変動検知手段３
の出力を所定値と比較し清掃面の種類を判別手段４によ
り判別する。しかしながら、もしこの床面判別器５の出
力のみで清掃制御モードを決定すると、電気掃除機の電
源が投入されている状態で、例えば、子供が床ノズル26
を手に持って床面判別器５の付近に手を近づけ発光素子
１と受光素子２との間で光を遮ったり、受光素子２の受
光量を変化させると、床面判別器５が絨毯と判別してア
ジテータ９が回転し始め、これでけがをする危険性があ
る。また上記のように発光素子１と受光素子２との間で
光を遮ったりしなくとも、床ノズルを上に向けて持ち上
げるだけで、蛍光灯の点滅周期により受光素子２の受光
量が変化し、床面判別器５が絨毯と判別し同様にけがを
する危険性がある。

本実施例では、清掃制御手段34は床面判別器５の出力
だけでなく接触検知手段30の出力を判断して、たとえ床
面判別器５の出力が絨毯の状態であっても、接触検知手
段30の出力が清掃面と接触状態でない限りアジテータ６
を回転させないから上記のような危険性がない。

次に第四の手段である電気掃除機の一実施例につい
て、第10図に基づいて説明する。図は電気掃除機の床ノ
ズルの主要部分を示している。図に於いて36は変調手段
で、37はこの変調手段36により変調された光を床面に対
しほぼ垂直方向に発する変調発光素子で、38は床面から
反射された前記変調発光素子37の光を受光する変調受光
素子である。39は、この変調受光素子38が前記変調発光
素子37の光を受光したことを検知する検知部である。

これらの構成によりその動作を説明する。第10図に示
すように床ノズル26が清掃面上にあると、変調手段36に
より変調された光が変調発光素子37より発せされ、清掃
面により反射された光が変調受光素子38に受光される。
検知部39は、変調受光素子38が受光した光の内、変調発
光素子37が発光した成分の有無を検知する。図示してい
ない清掃制御手段は、検知した光の中に変調発光素子37
の成分が有れば、清掃面上に床ノズル26が存在しており
使用者によって清掃作業が行われていると判断し、アジ
テータ６または図示していない電動送風機を駆動・回転
させる。また検知光の中に変調発光素子37の成分が存在
しなければ、床ノズル26は清掃面上にはなく、清掃面か
ら離れた状態で存在していると判断し、アジテータ６ま
たは図示していない電動送風機を駆動・回転させない。
また本実施例においては、変調手段36を用いて発光素子
の光を変調しているため、外部の光の影響を最少に抑え
ることができ、誤動作の無い信頼性の高い電気掃除機と
することができるものである。

続いて第五の手段の実施例について説明する。第11図
は、第一の手段を構成する床面判別器を備えた電気掃除
機の床ノズルの主要部分を示している。図に於いて、２
は吸い込み部外の部位の清掃面側に配置した受光素子
で、この受光素子２の反対側には発光素子１が配設され
ている。この発光素子１・受光素子２は前記第一の手段
である床面判別器５を構成している。30は前記した第二
の手段を構成している接触検知手段である。40は、接触
検知手段30に連動し、床面判別器５の受光素子２と発光
素子１の間を摺動する異物除去手段である。異物除去手
段40は、ハウジングの内壁が軟らかい布またはフェルト
等で覆われた構成となっている。

本実施例は以下のように動作する。図に示すように床
ノズル26が清掃面上にある場合には、接触検知手段30の
突出部材31が清掃面により押し上げられ、異物除去手段
40がこれに連動して上方に移動する。こうして発光素子
１と受光素子２の間を遮るものがなくなり、床面判別器
５が動作可能状態となる。また、床ノズル26が使用者に
よって持ち上げられ清掃面から離れた状態の場合は、以
下のようになる。即ち、突出部材31はスプリング32によ
り押し下げられ、異物除去手段40はこれに連動して、発
光素子１・受光素子２の間を遮る形で下方に移動する。
この時に異物除去手段40の内壁が、発光素子１・受光素
子２の表面に付着した異物を除去する。

以上のように本実施例においては、発光素子１・受光
素子２の面が常に清浄な状態に保たれるため動作が確実
な電気掃除機とすることができるものである。

発明の効果 以上のように第一の手段の床面判別器を有する電気掃
除機は、吸引式電気掃除機の床ノズル内部でかつ吸い込
み部外の部位に清掃面側に配置され清掃面に対し水平に
光を発する発光素子と、この光を受光する受光素子と、
この受光素子の出力の変化を検知する出力変動検知手段
と、この出力変動検知手段の出力を所定値と比較し清掃
面の種類を判別する判別手段とを備えた構成として、清
掃面に当接して移動させたときの受光素子の受光レベル
の変化により清掃面の材質を判別するから、従来のもの
と比較した小型でかつ耐衝撃性にすぐれ、また低コスト
化を図ることが可能である。

また、第三の手段によれば、本体が停止中は床ノズル
のアジテータが動作することがないから清掃面、特に絨
毯の傷付き防止が容易に実現できる。また、床ノズルに
備えた床面判別器と清掃面との接触の有無を検知する接
触検知手段とにより、床ノズルが清掃面に接触し、かつ
清掃面が絨毯であるときにのみアジテータを回転させる
から、床ノズルを手にもって触っているときのアジテー
タへの指詰め等の危険のない安全な電気掃除機を得るこ
とができる。

また第四の手段によれば、床ノズルが清掃面に接触し
ていることの検知を清掃面と非接触で行うことにより、
床面判別器に対する異物の付着や清掃面を傷つけらこと
を防止することができる。

更に第五の手段によれば、床面判別器に付着した異物
を自動的に除去し、床面判別器の動作を常に保証するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一の手段である電気掃除機を構成する床面判
別器の一実施例であるブロック図、第２図は同床面判別
器を組み込んだ電気掃除機の床ノズルの部分断面図、第
３図は同動作説明図、第４図は同電気回路図、第５図は
第一手段のである電気掃除機の構成図、第６図は第三の
手段の一実施例を示し、床面判別器を電気掃除機に応用
した床ノズル部を示す構成図、第７図・第８図は同部分
説明図、第９図は同電気回路を示すシステムブロック
図、第10図は第四の手段である電気掃除機の一実施例の
床ノズルの主要部分図、第11図は第五の手段の手段であ
る電気掃除機の一実施例である床ノズルの主要部分図で
ある。 １……発光素子、２……受光素子、３……出力変動検知
手段、４……判別手段、５…床面判別器、30……接触検
知手段、37……変調発光素子、38……変調受光素子、39
……検知部、40……異物除去手段、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薮内 秀隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−198519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−9415（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−50542（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】床ノズルの底面側に開口を設け、この開口
   面に対して略水平方向に光を発するように発光素子を設
   け、この光を受光するよう発光素子に対向して受光素子
   を配設し、この受光素子の出力の変化を出力変動検知手
   段により検知し、この出力変動検知手段の出力を予め決
   められた所定値と比較することで判別手段により清掃面
   の種類を判別する床面判別器を有する電気掃除機。
2. 【請求項２】床ノズル内にアジテータを設け、床面判別
   器で絨毯を検知すると、出力変動検知手段からの出力出
   力が変動するのを判別して、前記アジテータが駆動する
   請求項１記載の電気掃除機。
3. 【請求項３】床ノズル内にアジテータを設けるととも
   に、床ノズルが床面に接触しているのを検知する接触検
   知手段を有し、この接触検知手段及び床面判別器からの
   出力により電動送風機及びアジテータを制御する請求項
   １記載の電気掃除機。
4. 【請求項４】接触検知手段は、変調手段と、この変調手
   段により変調された光をノズルの開口面方向に対して発
   する変調発光素子と、ノズルの開口面に対して略垂直方
   向に設けられ変調された光を受光する変調受光素子と、
   この変調受光素子は前記変調発光素子の光を受光したこ
   とを検知する検知部から構成した請求項３記載の電気掃
   除機。
5. 【請求項５】接触検知手段は、発光素子と、受光素子
   と、床ノズルが床面に接触するときは発光素子から受光
   素子への光を遮断する遮断部材により構成され、この接
   触検知手段に連動し、床面判別器の受光素子と発光素子
   の間を摺動する異物除去手段を備えた請求項３記載の電
   気掃除機。