JP2010035678A - 室内用集塵装置およびそれを機能させるプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】集塵装置で気流によって塵埃を集める構成において、塵埃が気流にのって動こうとする力と重力とが打ち消しあって塵埃が動かなくなる空間ができることを回避し、さらに重量のある塵埃も効率よく回収できる集塵装置を提供することを目的とする。
【解決手段】室内に複数配置され互いに連携して風向及び風量を変化させることで前記室内全体に集塵気流１２を発生させる送風手段７と、前記室内の床面付近に設けられ前記集塵気流１２に乗って移動する塵埃を回収する集塵手段８と、室内を自律移動する自走式掃除機２１とを備え、前記集塵気流１２は床面に対し略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流を発生させ、塵埃を集塵気流１２に乗せ移動させて集め、さらに重量のある塵埃も効率よく集塵することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内に気流を発生させ塵埃を集塵手段へと集めると共に、室内を自律移動して清掃を行う自走式掃除機とを連携動作させて清掃を行う室内用集塵装置およびそれを機能させるプログラムに関するものである。

従来、この種の集塵装置としては、例えば送風手段を有し上方に向かう排気口を有する集塵手段が室内の隅に置かれ、排気口からの排気風によって室内を循環する集塵気流を発生させ、塵埃を集塵手段に集めている物があった（例えば、特許文献１参照）。

図５は前記文献に記載された従来の集塵装置を室内に設置した状態での集塵装置ならび室内空間を側方から見た側面図（下側が床面で上側が天井面）を示すものである。

図５において、集塵部１は送風装置２を有しており、前面には吸気口３が設けられている。上方には排気口４が設けられている。集塵部１は室内の隅に置かれており、排気口４から排気された空気は室内を循環する集塵気流５を発生させる。集塵気流５は壁面に沿って上方に流れた後に天井に沿って流れる。さらに集塵部１と対向する壁面に沿って流れ、そして床面に沿って流れて吸気口３へと吸気される。この集塵気流５によって塵埃が集塵部１へと集められる。

また、送風装置と切り替え可能な吸気口及び排気口を有する集塵部を、室内に複数配置し、同期運転させることで集塵性能を高めている物があった（例えば、特許文献２参照）。

図６は前記文献に記載された従来の集塵装置１を室内に設置した状態での集塵装置１ならび室内空間を側方から見た側面図（下側が床面で上側が天井面）を示すものである。

図６において、集塵部１は送風装置２を有している。また集塵部１は床面から天井に至る高さを有しており床面付近と天井付近の両方に吸気口３と排気口４を有している。天井付近の吸気口３Ａから吸気が行われると床面付近の排気口４Ｂから排気が行われ、逆に床面付近の吸気口３Ｂから吸気が行われると天井付近の排気口４Ａから排気が行われる。また集塵部１は室内に複数配置されている。ある集塵部１の床面付近の排気口４Ｂから排気を行い、他の集塵部１の床面付近の吸気口３Ｂから吸気を行うことで床面付近に強い集塵気流５が発生する。また吸気口３と排気口４を逆に切り替えることで最初の動作では集塵気流５が届かなかった家具などの陰にも集塵気流５が届きさらに塵埃を集めることができる。
特公平６−２４６４１号公報 特開２００３−７９５４０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、集塵気流は室内床面の略水平方向に回転軸を有する旋回気流となり、室内の位置によっては上方に向かう流れが生じることになる。この気流が上方に向かう場所では、塵埃が重力によって下向きに動こうとする力と塵埃が旋回気流に乗って動こうとする力が打ち消しあって塵埃が動きにくくなるという課題を有していた。

また旋回気流に伴って旋回気流の中心に向かう中心気流が発生するが、この気流についても室内の位置によっては上方に向かう流れとなる。したがって中心気流についても塵埃が重力によって下向きに動こうとする力と塵埃が中心気流に乗って動こうとする力が打ち消しあって塵埃が動きにくくなる場所が生じるという課題を有していた。

さらに砂などの重量のある塵埃は気流には乗らず、これらの塵埃を集塵することは困難であるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、室内全体の集塵気流を重力と打ち消しあわず、より塵埃を集めるのに適した気流とすることと、砂などの重量のある塵埃も、効率よく集塵できる集塵装置の提供を目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の集塵装置は、集塵気流を室内全体に床面に対して略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流としたものであり、気流に乗らない重量のある塵埃は室内を自律移動する自走式掃除機により掃除するものである。

集塵気流をこの旋回気流とすることによって、気流は室内のあらゆる空間で水平方向に流れることになるため、塵埃が重力によって下向きに動こうとする力と旋回気流に乗って動こうとする力は打ち消し合わなくなる。また、旋回気流に伴って生じる旋回気流の中心に向かう中心気流についても水平方向に向かう流れとなるため塵埃が重力によって下向きに動こうとする力と中心気流に乗って動こうとする力は打ち消し合わなくなる。したがって塵埃はより移動しやすくなる。さらに砂などの重量物は室内を自律移動する自走式掃除機によって集塵される。

本発明の集塵装置は、室内全体に床面に対して略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流を発生させることで、塵埃にかかる重力と気流に乗って動こうとする力が打ち消し合わないため塵埃は気流に乗って移動しやすくなり、より効率よく集塵することができる。さらに砂などの重量物は室内を自律移動する自走式掃除機によって集塵することができる。

第１の発明は、室内に複数配置され互いに連携して風向及び風量を変化させることで前記室内全体に集塵気流を発生させる送風手段と、前記室内の床面付近に設けられ前記集塵気流に乗って移動する塵埃を回収する集塵手段と、室内を自律移動し清掃を行う自走式掃除機とを備え、前記集塵気流は床面に対し略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流とし、前記送風手段と前記集塵手段、および自走式掃除機が連携し塵埃を集塵することにより、塵埃が集塵気流に乗って上方向に動こうとする力と、重力によって下方向に動こうとする力が打ち消し合い塵埃が動きにくくなることが無く、塵埃を気流に乗せてより移動させやすくなり、効率よく集塵することができ、重量のある塵埃も自走式掃除により集塵することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の自走式掃除機を、室内の形状又は家具の配置により前記送風手段による集塵気流の届かない場所を主に清掃することにより、室内の形状および家具の配置に影響を受けずに、重量のある塵埃も含め室内の塵埃を効率よく集塵することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の自走式掃除機を前記送風手段による集塵気流の旋回渦中心に集められた塵埃を主に清掃する構成とすることにより、重量のある塵埃も含め室内の塵埃を効率よく集塵することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の自走式掃除機は前記送風手段による集塵気流での集塵が困難な重量のある塵埃を主に清掃する構成とすることにより、重量のある塵埃も含め室内の塵埃をさらに効率よく集塵することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の送風手段、集塵手段および自走式掃除機は、室内にある空調機器と連携して動作し室内の塵埃清掃を行う構成とし、少ない送風手段で集塵気流を発生させることができ、かつ空調機器によって集塵気流が乱されることを少なくすることができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の送風手段、集塵手段および自走式掃除機は、赤外光伝達部を備え、相互に信号伝達を行って連携動作を行う構成とし、さらに室内にある空調機器とも赤外光を用いて連携動作を行う構成とすることにより、前記空調機器との信号伝達が追加手段無く効率よく行え、重量のある塵埃も含めた室内の塵埃を効率よく集塵することができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の自走式掃除機は、前記送風手段および集塵手段の所定の動作時間毎に運転を行う構成とすることにより、自走式掃除機の無駄な動作時間が無く、送風手段および集塵手段により集められた塵埃を効率良く集塵することができる。

第８の発明は、特に第１から第７のいずれか１つの発明の室内用集塵装置における機能の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムとすることにより、マイコンなどを用いて本発明の室内用集塵装置の一部あるいは全てを容易に実現することができ、経年変化等の特性の変化や動作を実現するための設定条件や定数の変更が柔軟に対応できる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

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、本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）
図１は、本発明の実施の形態１における室内用集塵装置を設けた室内の斜視図を示すものである。図１において、室内には複数の送風手段７が設けられており、その内、室内の天井付近に７Ａａ、７Ａｂの送風手段が、室内の床面付近に７Ｂａ、７Ｂｂ、７Ｂｃの送風手段が設けられている。また室内の天井付近の４隅の内、送風手段７Ａａ、７Ｂｂの設置箇所以外の箇所には吸気手段９と空調機器１１が設置され、前記吸気手段９は室内壁の貫通口に設けられ、貫通口の他方側からの空気を室内の内部に吸気すると共に、前記送風手段７としての送風機能も兼ね備え、室内に対して送風を行える様に構成されている。さらに空調機器１１としては例えばエアコンが設けられている。

一方、室内の床面付近の４隅の内、送風手段７Ｂａ、７Ｂｂ、７Ｂｃの設置箇所以外の床面付近の一角には集塵手段８が設けられている。

室内の天井付近に設けられた送風手段７Ａａ、７Ａｂ及び吸気手段９及び空調機器１１であるエアコンは床面に対して略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流を発生させるよう送風を行う構成となっており、床面付近の送風手段７Ｂａ、７Ｂｂ、７Ｂｃは集塵手段８に向かって送風を行う構成となっている。

これらによって旋回気流が床面に対して略鉛直方向の回転軸を有し、床面上では室内の
隅に置かれた３つの送風手段７Ｂａ、７Ｂｂ、７Ｂｃによる集塵手段８に向かう送風により、送風の一部は旋回気流を発生させるよう作用し、残りは前記旋回気流の回転軸が集塵手段８近傍に位置するよう作用する。

その結果、天井付近から床面方向に下降する前記旋回気流の回転軸が集塵手段８近傍に位置するような旋回気流とした集塵気流１２を形成するように構成されている。

また、室内には本体を走行させる走行手段と清掃手段を備え室内を自律移動しながら清掃を行う自走式掃除機が設けられている。図２に自走式掃除機のブロック図を示す。

図２に示すように、自走式掃除機本体２１は、障害物の有無及び距離を検知する障害物検知手段２２と、ジャイロセンサ等で構成され自走式掃除機本体２１の回転角度、及び自走式掃除機本体２１の移動方向を検知する方向検知手段２３と、駆動輪２９の径とその回転数より自走式掃除機本体２１の移動距離を検知する距離認識手段２４と、駆動輪２９を駆動し従輪３０とともに自走式掃除機本体２１を走行させる走行手段２７と、前記方向検知手段２３の方向出力と前記距離認識手段２４の距離出力より自走式掃除機本体２１の位置を算出し、かつ自走式掃除機本体２１の移動軌跡を記録する位置認識手段２６と、自走式掃除機本体２１の前方に設置され障害物との接触を検知する緩衝手段２８と、通電時からの経過時間などの時間を計時する計時手段３２と、使用者が自走式掃除機本体２１の起動及び停止または各種設定の変更等の指示を入力する設定入力手段３１と、前記障害物検知手段２２、方向検知手段２３、距離認識手段２４、位置認識手段２６、緩衝手段２８、設定入力手段３１、計時手段３２の出力を受けて前記走行手段２７を制御する制御手段２５とを備えている。

また、方向検知手段２３は角速度に比例した信号を出力するジャイロセンサと、このジャイロセンサの出力信号を積分し、角度に変換する回路により構成されている。

そして自走式掃除機本体２１は、上記各々の手段からの信号情報に基いて制御され、室内を自律移動し、図２には図示されていない本体内部に有した清掃手段により清掃を行うものである。

また、前記送風手段７、集塵手段８、吸気手段９、集塵手段１２、自走式掃除機本体２１は、それぞれ赤外光伝達部（図示せず）を備え、各手段が赤外光を用いて情報および制御信号のやりとりを行う。

さらに送風手段７Ａａ、７Ａｂは塵埃センサ（図示せず）を内蔵し、吸気した空気内の塵埃の量を検知する。塵埃センサ４１は実際にはクリーンルーム等で使用されるパーティクルカウンタのようにレーザー光を照射し、塵埃による散乱光のレベルを認識することで塵埃の量を検知している。

以上のように構成された集塵装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、集塵装置を起動すると、送風手段７Ａａ、７Ａｂに内蔵された塵埃センサが室内の塵埃の有無を調べる。塵埃が検知されると、送風手段７Ａａ、７Ａｂの赤外光伝達部により各手段へ、集塵気流１２を発生させるように起動信号が発信され、送風手段７、集塵手段８、吸気手段９、空調機器１１が動作する。

送風手段７、集塵手段８、吸気手段９、空調機器１１は互いの発生させる気流が打ち消しあわない様に予め設定（室内の大きさ、家具のレイアウト情報により設定）された風量及び風向により旋回気流となる集塵気流１２を発生させる。この集塵気流１２は室内全体
を流れるため、室内全体に浮遊する塵埃や、室内全体の床面に堆積した塵埃を回収することができる。

また集塵気流１２は床面に対して略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流となっており、塵埃が旋回気流から受ける力は水平方向への力と下方方向への力のみとなり重力と打ち消しあうことはないため、より効率よく塵埃を回収することができる。

また旋回気流に伴って床面付近に生じる旋回気流の中心方向に向かって引き寄せられる気流も床面と水平方向への流れとなるため、この引き寄せ気流から受ける力も重力とは打ち消しあわず、旋回気流の中心へと効率よく塵埃を集めることができる。

この様にして、この集塵気流１２は吸気手段９から始まり室内全体を旋回するように流れ、室内全体の塵埃がこの集塵気流１２によって回収かつ搬送され集塵手段８へと集まり、最後にこの集塵手段８によって、集塵気流１２によって集められた塵埃を吸引し回収される。

そして、一定時間（例えば１０分）動作させた後、再び塵埃センサが塵埃の有無を調べ、塵埃がなければ送風手段７、集塵手段８を停止させる。吸気手段９、空調機器１１については、このタイミングで停止させても良いし、停止させないで室内の空調を維持する様にしておいても良いものである。さらに一定時間経過後（５分）、自走式掃除機本体２１を動作させ、室内の床面の掃除を開始する。

ここで自走式掃除機本体２１の動作について説明を行う。自走式掃除機本体２１は起動後、自走式掃除機本体２１は前進を開始し、自走式掃除機本体２１前方に障害物検知手段２２で障害物を所定距離以内（例えば１０ｃｍ）に検知すると、制御手段５は走行手段７を制御し自走式掃除機本体２１を停止させランダムな角度回転（例えば左９０度）を行う。このとき、制御手段５は方向検知手段３の方向出力で自走式掃除機本体２１の回転角を監視しながら、走行手段７により左右の駆動輪９を逆回転（左駆動輪は後退、右駆動輪は前進）させることで自走式掃除機本体２１の左９０度回転（反時計方向）を行う。回転終了後、再度前進を開始し、自走式掃除機本体２１前方に再度、障害物検知手段２２で障害物を検知するまで直進を続ける。以降この動作を繰り返しながら、室内の大きさなどから予め設定された時間だけ清掃を行う。

この際、自走式掃除機本体２１が室内の床面を清掃することにより、集塵気流１２に回収されずに床面に堆積した砂のような重量のある塵埃を除去することができる。

以上のように、本実施の形態においては、集塵気流１２は床面に対して略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流となっており、塵埃が旋回気流から受ける力は水平方向への力と下方方向への力のみとなり重力と打ち消しあうことはないため、より効率よく塵埃を回収することができる。また、集塵気流１２に回収されずに床面に堆積した砂のような重量のある塵埃は、自走式掃除機本体２１で除去することができる。

また、赤外光伝達部により赤外光を用いて各手段の情報伝達を行うことで、既存の空調機器との連携も容易に行えるものである（既存の赤外リモコンの信号パターンを記憶する、いわゆる学習型リモコンの様に赤外光伝達部に既存の空調機器のリモコン信号を記憶しておく）。

なお、本実施の形態において集塵装置はある１つのパターンの集塵気流１２のみを形成する構成としたが、送風手段７、集塵手段８、吸気手段９、空調機器１１の風量及び風向を調整し異なる集塵気流１２へと切り替えを行い、集塵の効率を高める構成としても構わ
ない。

尚、上記実施の形態１においては、送風手段７及び吸気装置９及び空調機器１１であるエアコンからの送風を用いることで、床面に対して略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流を発生させる構成としたが、この構成に限定するものではなく、エアコン等の空調機器１１の代わりに送風手段７に置き換えても同様の効果が得られるものである。

さらに本実施の形態１において自走式掃除機本体２１は、送風手段７、集塵手段８等が停止後、一定時間経過した時点で、自走式掃除機本体２１を毎回起動するとしたが、送風手段７、集塵手段８の所定の動作時間毎に（例えば送風手段７、集塵手段８を３時間動作させた度に）、自走式掃除機本体２１を起動しても同様の効果が得られると同時に装置全体の消費電力を抑えることもできる。

また上記実施の形態１における、送風手段７、集塵手段８、吸気手段９、空調機器１１、塵埃センサ１３の一連の動作は、図示していない制御手段により制御されて構成されているものである。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における自走式掃除機本体２１の位置認識手段２６に記憶されている室内の地図の説明図である。図４は本発明の実施の形態２における室内用集塵装置の清掃重点領域を加えた室内の斜視図である。

実施の形態２は自走式掃除本体２１の動作が異なるだけで、本体構成は実施の形態１と同じであるので構成の説明は省略する。

位置認識手段２６には自走式掃除機本体２１の方向検知手段２３により検知した自走式掃除機本体２１の回転角度（移動方向）と、距離認識手段２４により検知される自走式掃除機本体２１の移動距離により算出した自走式掃除機本体２１の位置情報からその移動軌跡が図３に示すような２次元の地図座標上に記憶されていく。

図３における座標は、Ｘ，Ｙ軸それぞれ左、上方向の移動で座標が増えていくように定義し、１座標は自走式掃除機本体２１の幅とほぼ同じ大きさ（例えば３０ｃｍ）としている。本実施の形態２では、図３に示す移動領域内の最上部のＹ座標値をｐとおいて、以下の説明で用いるものとする。

また、図４との対応は図４における送風手段７Ｂａ付近の室内の右端隅をＰ０地点とし、集塵手段８の場所が図３におけるＰ２地点、送風手段７Ｂｂの場所が図３におけるＰ１地点になる。

また、室内のソファ等の家具の配置情報も予め入力されており、さらに室内の形状および家具の配置等により集塵気流１２の風量の弱い場所または吹きだまり場所（図３における重点領域Ａ、Ｂ）を位置認識手段２６に室内の形状を記録した地図と併せて予め記憶している。以下その動作、作用を説明する。

自走式掃除機本体２１は起動されると位置認識手段２６に記憶されている室内の２次元地図から図３に示すような重点領域の清掃を行う。つまり、起動後、Ｐ０地点から重点領域Ａ（座標（４，２）から始まる領域）に地図情報を基に制御手段２５が走行手段２７を制御して移動し、この場所の清掃を行い、次に重点領域Ｂ（座標（８，５）から始まる領域）に移動し清掃を行う。

自走式掃除機本体２１が、室内の重点領域の床面を清掃することにより集塵気流１２に回収されずに床面に堆積した砂のような重量のある塵埃や、集塵気流１２の吹きだまりで集まった塵埃を除去することができる。

尚、上記実施の形態２においては、室内の形状又は家具の配置により前記送風手段７による集塵気流の届かないような場所を位置認識手段２６の２次元地図に記憶し、その場所を主に清掃するとしたが、集塵気流１２の渦中心も位置認識手段２６の２次元地図に記憶し、その場所を主に清掃するとしても同様に、床面に堆積した砂のような重量のある塵埃や、集塵気流１２により集まった塵埃を除去することができるものである。

上記した各実施の形態１〜２における構成は、必要に応じて適宜組み合わせて使用することができるものであり、実施の形態そのものの構成に限定されるものではない。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における室内用集塵装置について説明する。

本実施の形態では、実施の形態１、２で説明した各手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施させるものである。

プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回路を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできるものである。

以上のように、本発明にかかる室内用集塵装置は、気流によって比較的軽い塵埃を自動で効率よく集塵することができ、さらに砂などの重量物は室内を自律移動する自走式掃除機によって集塵することができるため、利便性の高い室内用集塵装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における集塵装置を設けた室内の斜視図 本発明の実施の形態１における自走式掃除機本体のブロック図 本発明の実施の形態２における自走式掃除機本体の位置認識手段２６に記憶されている室内地図の説明図 本発明の実施の形態２における室内用集塵装置の清掃重点領域を加えた室内の斜視図 従来の集塵装置を設置した室内空間を側方から見た側面図 従来の集塵装置を設置した室内空間を側方から見た側面図

符号の説明

７ 送風手段
８ 集塵手段
９ 吸気手段
１１ 空調機器
１１Ａ エアコン
１２ 集塵気流
２１ 自走式掃除機

Claims (8)

1. 室内に複数配置され互いに連携して風向及び風量を変化させることで前記室内全体に集塵気流を発生させる送風手段と、前記室内の床面付近に設けられ前記集塵気流に乗って移動する塵埃を回収する集塵手段と、室内を自律移動し清掃を行う自走式掃除機とを備え、前記集塵気流は床面に対し略鉛直方向の回転軸を有する旋回気流とし、前記送風手段と前記集塵手段、および自走式掃除機が連携し塵埃を集塵する室内用集塵装置。
2. 自走式掃除機は室内の形状又は家具の配置により送風手段による集塵気流の届かない場所を主に清掃するようにした請求項１に記載の室内用集塵装置。
3. 自走式掃除機は送風手段による集塵気流の旋回渦中心に集められた塵埃を主に清掃するようにした請求項１に記載の室内用集塵装置。
4. 自走式掃除機は送風手段による集塵気流での集塵が困難な重量のある塵埃を主に清掃するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の室内用集塵装置。
5. 送風手段、集塵手段および自走式掃除機は、室内にある空調機器と連携して動作し室内の塵埃清掃を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の室内用集塵装置。
6. 送風手段、集塵手段および自走式掃除機は、赤外光伝達部を備え、相互に信号伝達を行って連携動作を行う構成とし、さらに室内にある空調機器とも赤外光を用いて連携動作により室内の塵埃清掃を行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の室内用集塵装置。
7. 自走式掃除機は送風手段および集塵手段の所定の動作時間毎に運転を行うとした請求項１〜６のいずれか１項に記載の室内用集塵装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の室内用集塵装置における機能の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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