JP2010057530A - 電気掃除機用吸込具及び電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】集塵力を確保しつつ、小型軽量でかつ使用性の高い電気掃除機用吸込具を提供する。
【解決手段】ブラシ２を外周に装備したアジテータ３を回転自在に取り付けたアジテータ収納室４と、前記アジテータ３を回転駆動する駆動源としての電動機２５と吸引風による風力回転手段とを備え、前記風力回転手段をブラシ２で構成すると共に、集塵性能と使用モードに応じて、前記アジテータ３の回転数および／または前記電動機２５と前記風力回転手段の２つの駆動源の制御バランスを調整するようにしたもので、小型軽量でかつ十分な集塵力を確保しつつ、使用モードに応じた最適な２駆動源制御を行うため、使用性の高い電気掃除機用吸込具を提供することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、アジテータを有する電気掃除機用吸込具及びそれを用いた電気掃除機に関するものである。

床面に対する集塵性能を向上するために、アジテータを有する電気掃除機用吸込具を具備する電気掃除機に関する課題のひとつとして、集塵力と操作性を両立させるためのバランスがある。吸引風を駆動源としてアジテータを直接回転させたり、タービンを介してアジテータを回転させる電気掃除機用吸込具は、軽量化が可能であるが、ごみ詰まりなどにより吸引風が低下するとそのまま回転力の低下につながって集塵力が低下する。また電動機によりアジテータを駆動するものでは回転力は確保されるが、電動機などの重量で電気掃除機用吸込具自体の軽量化が困難で、操作性に劣る。

これを解決するために、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電気掃除機用吸込具が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

上記特許文献１に記載された電気掃除機用吸込具は、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で、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ようにしたもので、また、上記特許文献２に記載された電気掃除機用吸込具のように、電動機を一定時間ごとにオン・オフさせ、オフの間は、吸引風によりアジテータを回転させるようにしたものがある。

さらに、上記特許文献３に記載された電気掃除機用吸込具のように、吸引風によりアジテータを回転駆動しないが、負圧の検知により集塵力が低下した場合にのみ、電動機で駆動するようにしたものがある。
特開昭６０−５８１２２号公報 特許第３３４３９７９号公報 特開平１−３０３１１８号公報

しかしながら、上記特許文献１乃至３に記載された従来の電気掃除機用吸込具の構成では、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するとしているが、吸引風の不足による回転力を補足するために電動機を使用しており、２つの駆動源の制御バランスは一義的に定められていた。近年、掃除するときに、回りの環境や使用者の都合により、急ぎで強力に掃除したい場合や、騒音を低くすることを優先したい場合など多様な使用モードがより求められているが、使用モードに応じて回転数を制御しつつ、２つの駆動源の制御バランスを調整するような制御は考えられていなかった。

本発明は、小型軽量でかつ集塵力を確保しつつ、使用モードに応じて２つの駆動源による駆動力の制御バランスの調整を行う使用性の高い電気掃除機用吸込具と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用吸込具は、ブラシを外周に装備した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、前記アジテータを回転駆動する駆動源としての電動機と吸引風による風力回転手段とを備え、使用モードに応じて、前記電動機と前記風力回転手段の２つの駆動源の駆動力のバランスを調整するようにしたもので、小型軽量でかつ十分な集塵力を確保しつつ、使用モードに応じて２つの駆動源を最適に調整するため、使用性の高い電気掃除機用吸込具を提供することができる。

また、本発明の電気掃除機用吸込具は、ブラシを外周に装備した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、前記アジテータを回転駆動する駆動源としての電動機と吸引風による風力回転手段と、前記風力回転手段の回転力を得るための吸引風を取り入れる空気流入口と、前記空気流入口の面積を変える風力制御手段と、前記アジテータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、使用モードと前記アジテータの回転数に応じて、前記電動機と前記風力制御手段を制御するもので、使用モードとその時の電気掃除機用吸込具の状態に応じて、２つの駆動源を最適に調整を行うため、使用性の高い電気掃除機用吸込具を提供することができる。

また、本発明の電気掃除機は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気掃除機用吸込具を備えたもので、電気掃除機用吸込具が小型軽量でかつ十分な集塵力を有しているので、操作性、使用性に優れた電気掃除機を提供することができる。

本発明の電気掃除機用吸込具及び電気掃除機は、小型軽量でかつ十分な集塵力を確保しつつ、使用モードに応じて２つの駆動源の制御を最適に行うため、使用性の高いものである。

第１の発明は、ブラシを外周に装備した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、前記アジテータを回転駆動する駆動源としての電動機と吸引風による風力回転手段とを備え、使用モードに応じて、前記電動機と前記風力回転手段の２つの駆動源の駆動力のバランスを調整するようにしたもので、小型軽量でかつ十分な集塵力を確保しつつ、使用モードに応じて２つの駆動源を最適に調整するため、使用性の高い電気掃除機用吸込具を提供することができる。

第２の発明は、ブラシを外周に装備した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、前記アジテータを回転駆動する駆動源としての電動機と吸引風による風力回転手段と、前記風力回転手段の回転力を得るための吸引風を取り入れる空気流入口と、前記空気流入口の面積を変える風力制御手段と、前記アジテータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、使用モードと前記アジテータの回転数に応じて、前記電動機と前記風力制御手段を制御するもので、使用モードとその時のアジテータの回転数応じて２つの駆動源を最適に制御するため、使用性の高い電気掃除機用吸込具を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の電気掃除機用吸込具において、電動機の温度または負荷状態を検出して、前記電動機が過負荷状態と判断した場合には、前記電動機への供給電力を制限または遮断すると共に、風力回転手段による駆動力を高めるもので、電動機に負担をかけることがないのでより小型で安価な電動機を採用でき、一層の軽量化も図ることができる。

第４の発明は、特に、第２または第３の発明の電動機を冷却するための外気を取り入れる電動機冷却口と、前記電動機冷却口を開閉する電動機保護弁とを設け、前記電動機の温度が所定値以上になった時に、前記電動機保護弁を開くもので、電動機に負担をかけることがないのでより小型で安価な電動機を採用でき軽量化も図ることができる。

第５の発明における電気掃除機は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気掃除機用吸込具を備えたもので、電気掃除機用吸込具が小型軽量でかつ十分な集塵力を有しているので、操作性、使用性に優れた電気掃除機を提供することができる。

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の実施の形態における電気掃除機用吸込具について図１〜図６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用吸込具の構成図断面、図２は、同電気掃除機用吸込具の上面図、図３は、同電気掃除機用吸込具の断面拡大図、図４は、同電気掃除機用吸込具のシステムブロック図、図５は、同電気掃除機用吸込具のアジテータの平面図、図６は、同電気掃除機用吸込具を用いた電気掃除機の全体図である。

図１〜６において、１は、本実施の形態における電気掃除機用吸込具（以下「吸込具１」という）で、床面上の塵埃を掻き上げるブラシ２を複数条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。アジテータ収納室４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、アジテータ収納室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。

なおユカノズルパイプ９とアジテータ収納室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）。アジテータ収納室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８による吸引風量の約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、アジテータ収納室４の前方の中央寄りに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、前後に配備した走行用のローラーで、アジテータ３のブラシ２の先端が底部より約１ｍｍ突出して、床面との距離を維持している。

１７は、アジテータ収納室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されると共に、空気流入口１４と連通させている。

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、アジテータ収納室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（図示せず）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に所定の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（図示せず）からの信号を受けて、外輪と第１の軸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、第１の軸５は、外輪に対して空転する。接続時には、電動機２５の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。

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から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（図示せず）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、実際の回転方向の判断は、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、上方空気取入口１８及び前方空気取入口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。

以上のように構成された本実施の形態における吸込具１の動作を説明する。

使用者が、操作手段１３を介して、電気掃除機の運転の開始を指示すると、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が、アジテータ３のブラシ２に吹き付けられると、アジテータ３が回転する。すなわち、本実施の形態では、ブラシ２が、アジテータ３を吸引風で回転させるための風力回転手段の役目を果たしている。なお、ブラシ２とは別に吸引風で回転するタービンを風力回転手段として、アジテータ３に設けても良い。

アジテータ３が回転すると、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が吸引される。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アジテータ収納室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、毛足の長い絨毯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。

そこで、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、電動機２５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を動作させない。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２が回転し続けることが考えられるが、このとき、電動機２５により制動をかけることでブラシ２を止めることができ、吸い付いたものを傷めることなく容易に取り除くこともできる。

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。

そこで、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が風量調節弁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２５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の回転数から吸込具１内の圧力を判断しつつ空気流入口１４からの風量およびそこ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することができる場合には、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電気掃除機を提供できる。

さらに、使用者が、操作手段１３によって設定した使用モードによって、音の大きさの優先度と吸込力、集塵能力の狙いを可変し、集塵性能をより求めるのか音を抑えることを優先するかにより、吸引風による回転力と電動機２５による回転力をそれぞれの駆動バランスを変更することで、使用者の都合に合わせた、より使い勝手の良い電気掃除機を提供することができる。

また、電動機２５による駆動を行っている状態で、さらにアジテータ３が低回転状態になった場合などで電動機２５が過負荷状態になった場合に、制御手段４０は、温度に基づく過負荷検出手段４９からの信号で過負荷状態を判断し電動機２５への通電を遮断もしくは制限して、風力制御手段４７で吸引風によるアジテータ３の駆動力を操作するように指示することで、電動機２５に加わる負担を減らすことができる。

また、制御手段４０は、電動機２５の温度が所定値以上になった場合には、風力制御手段４７を介して電動機保護弁５０を駆動させ、電動機冷却口５１を開き外気によって電動機２５を積極的に冷却することで、電動機２５の過負荷状態の解消を積極的に行いより負担を減らすことができる。これらの処理をすることで電動機２５は、より安価で軽量の電動機を採用することもでき、一層の小型軽量が図られ、使い勝手を向上させることができる。

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、長寿命の小型モータを選択することができるので、吸込具１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１を提供することができる。

尚、上記実施の形態では、塵埃掻き上げ用にブラシ２をアジテータ３の外周に設けたが、ブレードを用いても良い。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機用吸込具及び電気掃除機は、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、家庭用、業務用の各種電気掃除機に応用できるものである。

本発明の実施の形態１における電気掃除機用吸込具の構成断面図 同電気掃除機用吸込具の上面図 同電気掃除機用吸込具の断面拡大図 同電気掃除機用吸込具のシステムブロック図 同電気掃除機用吸込具のアジテータの平面図 同電気掃除機用吸込具を用いた電気掃除機の全体図

符号の説明

１ 電気掃除機用吸込具（吸込具）
２ ブラシ（風力回転手段）
３ アジテータ
４ アジテータ収納室
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 電動機
４０ 制御手段
４７ 風力制御手段
４９ 過負荷検出手段

Claims (5)

1. ブラシを外周に装備した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、前記アジテータを回転駆動する駆動源としての電動機と吸引風による風力回転手段とを備え、使用モードに応じて、前記電動機と前記風力回転手段の２つの駆動源の駆動力のバランスを調整するようにした電気掃除機用吸込具。
2. ブラシを外周に装備した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、前記アジテータを回転駆動する駆動源としての電動機と吸引風による風力回転手段と、前記風力回転手段の回転力を得るための吸引風を取り入れる空気流入口と、前記空気流入口の面積を変える風力制御手段と、前記アジテータの回転数を検出する回転数検出手段を備え、使用モードと前記アジテータの回転数に応じて、前記電動機と前記風力制御手段を制御する電気掃除機用吸込具。
3. 電動機の温度または負荷状態を検出して、前記電動機が過負荷状態と判断した場合には、前記電動機への供給電力を制限または遮断すると共に、風力回転手段による駆動力を高める請求項１または２に記載の電気掃除機用吸込具。
4. 電動機を冷却するための外気を取り入れる電動機冷却口と、前記電動機冷却口を開閉する電動機保護弁とを設け、前記電動機の温度が所定値以上になった時に、前記電動機保護弁を開く請求項２または３に記載の電気掃除機用吸込具。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気掃除機用吸込具を備えた電気掃除機。

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