JP5758188B2 - 電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、被掃除面上を自律走行しつつ被掃除面を掃除する電気掃除機に関する。

従来、例えばセンサなどを用いて障害物などを検出しつつ、被掃除面としての床面上を自律走行しながら床面を掃除する電気掃除機がある。このような電気掃除機は、電動送風機を収容し集塵部を備えた本体ケースの下部に吸込口が形成されているとともに、この吸込口の側部などに駆動輪が取り付けられている。そのため、これら駆動輪に対応する両側に吸込口を設けることができず、本体ケースの側部の床面上に位置する塵埃を吸い込むことが容易でない。そこで、本体ケースの下部の両側に、床面上を旋回することで塵埃を吸込口へと掻き集める旋回清掃部としてのサイドブラシを備えた構成が知られている。

しかしながら、サイドブラシは本体ケースに対して下方に突出しているため、例えばフローリングなどの床面上に載置したカーペットなどの敷物により生じる段差にサイドブラシが引っ掛かり、電気掃除機が走行不能となる(スタックする)おそれがある。

特開２００６−１０６８１６号公報 特開平６−１２５８６１号公報 特開平７−３２２９７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、被掃除面上の障害物への旋回清掃部の引っ掛かりにより走行不能となることを防止できる電気掃除機を提供することである。

実施形態の電気掃除機は、被掃除面上を自律走行しつつ被掃除面を掃除する電気掃除機である。この電気掃除機は、本体ケースを有する。また、この電気掃除機は、本体ケースの下部に設けられた集塵口を有する。さらに、この電気掃除機は、被掃除面に接地する清掃部材を備え、本体ケースの下部の集塵口の前方に被掃除面上を旋回可能に設けられた旋回清掃部を有する。また、この電気掃除機は、本体ケースよりも下方に自律走行の妨げとなる障害物があるかどうかを検出する障害物検出手段を有する。そして、この電気掃除機は、本体ケースよりも下方に自律走行の妨げとなる障害物があることを障害物検出手段により検出したときに旋回清掃部の前側を上方へと回動させることにより旋回清掃部の後側の清掃部材を被掃除面に接地させた状態で旋回清掃部の前側を退避させる制御手段を有する。

一実施形態の電気掃除機の旋回清掃部を上方へと退避させる状態を(a)ないし(c)の順に示す説明側面図である。 同上電気掃除機を示す側面図である。 同上電気掃除機を示す底面図である。 同上電気掃除機を示すブロック図である。

以下、一実施形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図２および図３において、11は電気掃除機を示し、本実施形態では、この電気掃除機11として、被掃除面としての床面Ｆ上を自律走行(自走)しつつ床面Ｆを掃除する、いわゆる自走式のロボットクリーナを例に挙げて以下説明する。

そして、この電気掃除機11は、中空状の本体ケース12と、この本体ケース12内に収容された電動送風機13と、この電動送風機13の吸込側に連通して本体ケース12に設けられた集塵部14と、電気掃除機11を自律走行させる、すなわち自律走行用の例えば複数の駆動部としての駆動輪15と、これら駆動輪15を駆動させる駆動手段としてのモータ16と、本体ケース12の下部に旋回可能に取り付けられた旋回輪17と、本体ケース12の下部に床面Ｆ上を旋回可能に取り付けられた例えば一対の旋回清掃部としてのサイドブラシ18と、これらサイドブラシ18をそれぞれ駆動させる旋回駆動手段としての旋回モータ19と、本体ケース12に取り付けられた複数の検出手段としてのセンサ20と、本体ケース12の下部に位置する障害物検出手段21と、回路基板などにより構成された制御手段22と、電源部を構成する電池である二次電池23とを備えている。

なお、以下、電気掃除機11(本体ケース12)の走行方向に沿った方向を前後方向(図３に示す矢印Ａ，Ｂ方向)とし、この前後方向に対して交差(直交)する左右方向(両側方向)を幅方向として説明する。

本体ケース12は、例えば合成樹脂などにより平坦な円柱状(円盤状)などに形成されており、円形状の下面12aの後部寄りの幅方向中央部に、幅方向に長手状、すなわち横長の集塵口としての吸込口24が開口形成されている。また、本体ケース12の上部には、図示しないが、各種操作パネルおよび表示部などが配置されている。

吸込口24は、集塵部14に連通している。さらに、この吸込口24には、回転清掃体としての軸状の回転ブラシ25が回転可能に軸支されており、この回転ブラシ25は、本体ケース12内に取り付けられた清掃体駆動手段としての回転モータ26によって回転駆動される。

回転ブラシ25は、例えば長尺の軸部の外周面に、径方向に螺旋状に複数の清掃体部が壁状に突出して取り付けられて構成されている。そして、この回転ブラシ25は、下側が吸込口24から本体ケース12の下面12aの下方へと突出しており、電気掃除機11を床面Ｆ上に載置した状態で下側に位置する清掃体部の先端が床面Ｆに接触するように構成されている。

集塵部14は、電動送風機13の駆動により吸込口24から吸い込まれた塵埃を捕集するものであり、例えば紙パックなどの集塵袋やフィルタにより塵埃を濾過捕集する構成、あるいは遠心分離(サイクロン分離)や直進分離などの慣性分離により塵埃を分離して捕集する構成など、任意の構成を用いることができる。また、この集塵部14は、吸込口24の上方である本体ケース12の後部に位置しており、本体ケース12に対して着脱可能となっている。

各駆動輪15は、少なくとも下側が本体ケース12の下面12aから下方へと突出しており、電気掃除機11を床面Ｆ上に載置した状態で床面Ｆに接触して回転可能となっている。また、これら駆動輪15は、例えば吸込口24の前方である本体ケース12の前後方向の略中央部の両側に位置し、前後方向に沿って回転するように構成されている。

各モータ16は、例えば駆動輪15のそれぞれに対応して配置されており、各駆動輪15を独立して駆動させることが可能となっている。これらモータ16は、各駆動輪15に直接接続されていてもよいし、ギヤ、あるいはベルトなどの図示しない伝達手段を介して各駆動輪15と接続されていてもよい。

旋回輪17は、本体ケース12の幅方向の略中央部で、かつ、前部に位置しており、床面Ｆに沿って旋回可能な従動輪である。

各サイドブラシ18は、旋回清掃部基部としての旋回中心部である円板状のブラシ基部31と、このブラシ基部31から径方向へと放射状に突出して床面Ｆに向けて傾斜する例えば３つの清掃体32とをそれぞれ有している。そして、サイドブラシ18，18は、回転中心となるブラシ基部31，31が吸込口24および駆動輪15，15の前方でかつ旋回輪17の後方の両側方の位置で本体ケース12の下面12aに取り付けられている。

また、清掃体32は、例えば３つ設定されており、ブラシ基部31，31の周方向に互いに略等間隔に離間されている。なお、清掃体32は、例えば４つ以上設定されていてもよい。

そして、各清掃体32は、ブラシ基部31から径方向に沿って突出する軸部32aと、この軸部32aの先端に植毛された清掃部材としての複数のブラシ毛32bとをそれぞれ備えている。これらブラシ毛32bは、合成樹脂などにより軸部32aよりも細い線状に形成されている。そして、各清掃体32は、ブラシ毛32bの少なくとも先端側、本実施形態では略全体が、電気掃除機11を床面Ｆ上に載置した状態でこの床面Ｆに対して弾性的に接触されるように構成されている。

また、各旋回モータ19は、下方に突出する回転軸が各ブラシ基部31に対して接続されており、各サイドブラシ18を、本体ケース12の幅方向中心側へと、換言すれば右側のサイドブラシ18を左側へと、左側のサイドブラシ18を右側へと、すなわち各サイドブラシ18により塵埃を吸込口24側へと掻き集めるようにそれぞれ回転可能である。さらに、各旋回モータ19は、それぞれ本体ケース12に対して上端側が軸支されて各サイドブラシ18と一体的に前後方向(上下方向)に回動可能となっている。また、各旋回モータ19の上下方向の中央部近傍には、伸縮自在のアクチュエータ35の先端側が接続されている。このアクチュエータ35は、例えば電動シリンダなどであり、基端側が本体ケース12に軸支されて上下方向に回動可能となっているとともに、先端側が旋回モータ19に軸支された上下方向に回動可能となっている。

また、センサ20は、例えば超音波センサ、あるいは赤外線センサなどの測距センサ、あるいは障害物に直接接触することでバンパとなる接触センサなどであり、本体ケース12の前部、側部、あるいは下部などに配置され、本体ケース12の前方の障害物(壁)、側方の障害物(壁)、あるいは下部の障害物(段差)などの有無、およびそれらと本体ケース12との距離などをそれぞれ検出可能となっている。

障害物検出手段21は、本体ケース12よりも下方に自律走行の妨げとなる障害物、例えばカーペット、あるいは御座などの障害物である敷物Ｒがあるかどうかを検出するものであり、種々の構成とすることができるが、本実施形態では、図１および図２に示すように、本体ケース12の下面12aに配置されたレバー状の回動体37と、この回動体37の後方にて本体ケース12に配置されたスイッチであるマイクロスイッチ38とを備えており、本体ケース12の左右幅方向の中心位置にて旋回輪17の前方に配置されている。

回動体37は、障害物感知部(敷物感知部)であり、本体ケース12に対して前後方向に回動可能に配置されており、後部、すなわちマイクロスイッチ38側に突出部37aが突設されている。この回動体37は、各サイドブラシ18のブラシ基部31および最前部に位置した清掃体32(のブラシ毛32b)の先端部よりも前方に位置しており、通常の状態(無負荷状態)では、先端側である下端側が本体ケース12の下面12aから下方に突出している。また、この回動体37の先端部である下端部の本体ケース12の下面12aからの突出量は、各サイドブラシ18のブラシ基部31の本体ケース12の下面12aからの突出量よりも大きく設定されており、この回動体37の下端部の本体ケース12の下面12aからの突出量に応じて障害物検出手段21の感度が設定されている。すなわち、この回動体37の下端部の本体ケース12の下面12aからの突出量が大きいほど、薄い敷物Ｒを検出できるようになるため、この突出量は、検出が必要な敷物Ｒの厚さに応じて適宜設定する。

また、マイクロスイッチ38は、回動体37側である前側下方に向けて例えばボタン状の切換部38aが突出して構成された例えば常開または常閉のスイッチであり、例えば敷物Ｒとの接触によって相対的に後方へと押し込まれて回動した回動体37の突出部37aにより切換部38aが押圧されている間のみオンオフ(開閉)が切り換わるように構成されている。

そして、障害物検出手段21は、本体ケース12の下面12aと床面Ｆとの間に突出する敷物Ｒとの接触により回動体37が後方へと回動することでマイクロスイッチ38のオンオフが切り換えられることにより、本体ケース12よりも下方に自律走行の妨げとなる障害物、例えばカーペット、あるいは御座などの敷物Ｒがあるかどうかを検出するように構成されている。

また、制御手段22は、例えばメモリなどの記憶手段、および、マイコンなどの制御部を備えており、図４に示すように、電動送風機13、回転モータ26、各モータ16、各旋回モータ19、センサ20、障害物検出手段21(マイクロスイッチ38)およびアクチュエータ35などと電気的に接続され、センサ20および障害物検出手段21(マイクロスイッチ38)による検出結果に基づいて、電動送風機13、回転モータ26、各モータ16および各旋回モータ19などの駆動を制御可能である。

また、図２および図３に示す二次電池23は、図４に示す各部、すなわち制御手段22、電動送風機13、回転モータ26、各モータ16、各旋回モータ19およびセンサ20などに給電するものである。この二次電池23は、例えば旋回輪17の後方の位置に配置されている。そして、この二次電池23は、旋回輪17の両側にて本体ケース12の下面12aに位置する充電端子45，45と電気的に接続されており、例えば室内(部屋)の所定位置などに設置された所定の図示しない充電台に対して充電端子45，45が接続されることによって充電可能となっている。

次に、上記一実施形態の動作を説明する。

電気掃除機11は、例えば制御手段22に予め設定された所定時刻などとなると、電動送風機13を駆動させ、例えば充電台から掃除を開始する。なお、掃除の開始位置は、電気掃除機11の走行開始位置、あるいは部屋の出入り口など、任意の場所に設定可能である。

そして、電気掃除機11は、制御手段22がモータ16，16を回転駆動させて駆動輪15，15により床面Ｆ上を自律走行する。このとき、制御手段22は、センサ20を介して周囲の障害物との距離などを検出することで電気掃除機11の位置や走行状態を監視しており、これらセンサ20での検出に対応して、障害物を回避しながら床面Ｆ上を走行する。そして、この電気掃除機11は、電動送風機13の駆動によって発生した負圧が集塵部14を介して作用した吸込口24により、床面Ｆ上の塵埃を空気とともに吸い込む。

また、同時に、制御手段22は、回転モータ26および旋回モータ19，19をそれぞれ適宜駆動させることにより、回転ブラシ25を床面Ｆに沿って回転させるとともにサイドブラシ18，18を床面Ｆ上で旋回させることで、床面Ｆに入り込んだ塵埃を回転ブラシ25の清掃体部および各サイドブラシ18のブラシ毛32bなどにより掻き出して、この塵埃を本体ケース12の幅方向の中心側、すなわち吸込口24側へと掻き集めて吸込口24から吸い込む。

そして、吸込口24から空気とともに吸い込まれた塵埃は、集塵部14により分離および捕集されるとともに、塵埃が分離された空気は、電動送風機13に吸い込まれ、この電動送風機13を冷却した後、排気風となって本体ケース12から外部へと排気される。

さらに、電気掃除機11の自律走行中に、例えば図１(a)に示すように、本体ケース12の下部に敷物Ｒが位置する際には、敷物Ｒが障害物検出手段21の回動体37の前部と接触し、さらに電気掃除機11が前進することにより、図１(b)に示すように、回動体37が後方へと回動し、この回動体37の突出部37aがマイクロスイッチ38の切換部38aを押圧し、マイクロスイッチ38のオンオフが切り換わる。換言すれば、障害物検出手段21により本体ケース12の下部の障害物である敷物Ｒが検出される。制御手段22は、このマイクロスイッチ38のオンオフの切り換わりによって本体ケース12(電気掃除機11)の前方下部に敷物Ｒがあると判断し、各アクチュエータ35を駆動させて伸張させる。これらアクチュエータ35の伸張に伴い、各旋回モータ19の下端側が各サイドブラシ18と一体的に前方へと徐々に回動するとともに、この回動に伴い各旋回モータ19と各アクチュエータ35の基端側との距離が徐々に変化することで各旋回モータ19に接続された各アクチュエータ35の先端側が上方へと徐々に回動することにより、各旋回モータ19と一体的に各サイドブラシ18の前部が上方へと回動して敷物Ｒに対して上方へと退避し、各サイドブラシ18が敷物Ｒに引っ掛かることが回避される。このとき、各旋回モータ19および各サイドブラシ18は、前側に位置するブラシ毛32bの先端側が本体ケース12の下面12aよりも上方の位置となるまで回動する。そして、そのまま電気掃除機11が前進して敷物Ｒ上に各駆動輪15が上がると、敷物Ｒにより後方へと回動されていた回動体37が前方へと復帰回動することで、この回動体37の突出部37aがマイクロスイッチ38の切換部38aから離間されるため、マイクロスイッチ38のオンオフが復帰する。したがって、障害物検出手段21によって本体ケース12の下部に敷物Ｒが検出されなくなるので、制御手段22は、図１(c)に示すように、各アクチュエータ35を収縮させて各旋回モータ19と一体的に各サイドブラシ18の前部を下方へと復帰回動させ、掃除を継続する。

掃除すべき床面Ｆ全体の掃除が終了したと判断した場合には、制御手段22は、電気掃除機11を充電台の位置まで自律走行させ、電動送風機13および各モータ19，26などを停止させるとともに、充電台に充電端子45，45を(物理的および電気的に)接続させてモータ16，16を停止させ、運転を終了して二次電池23を充電する。

以上説明した一実施形態によれば、吸込口24よりも前方に位置する障害物検出手段21により本体ケース12よりも下方に自律走行の妨げとなる敷物Ｒがあることを検出したときに各サイドブラシ18を上方へと退避させることにより、そのまま電気掃除機11が前進走行して敷物Ｒに対して下部のサイドブラシ18(のブラシ毛32b)が引っ掛かり電気掃除機11が走行不能、すなわちスタックした状態となることを防止でき、自律走行しながらの掃除を継続できる。

具体的に、制御手段22は、本体ケース12よりも下方に自律走行の妨げとなる敷物Ｒを障害物検出手段21により検出したときに、各アクチュエータ35を伸張させて各サイドブラシ18の前側を上方へと回動させることにより退避させることで、電気掃除機11の前進により敷物Ｒに対して特に引っ掛かりやすい各サイドブラシ18の前側を持ち上げて敷物Ｒに対して確実に退避させ、引っ掛かりをより確実に防止できる。

しかも、制御手段22は、障害物検出手段21により本体ケース12よりも下方に自律走行の妨げとなる敷物Ｒを検出したときに、各サイドブラシ18の前側、すなわち前側に位置するブラシ毛32bの先端側が本体ケース12の下面12aよりも高い位置となるまで回動させるため、例えば厚さのある敷物Ｒに対しても引っ掛かりをより確実に防止でき、走行不能となる(スタックする)状況をより確実に回避できる。

また、障害物検出手段21を、吸込口24の前方で本体ケース12の下部に突出し前後方向に回動可能な回動体37と、この回動体37の後方に位置し、この回動体37が後方に回動した状態でオンオフが切り換えられるマイクロスイッチ38とにより構成し、制御手段22が、マイクロスイッチ38のオンオフの切り換えによって本体ケース12の下部の敷物Ｒの有無を判断することにより、敷物Ｒおよびこの敷物Ｒの持ち上がりを検出可能な障害物検出手段21を、容易に機械的に構成できる。したがって、高価なセンサなどを別途用いる必要がなく、製造コストを抑制できる。

なお、上記一実施形態において、障害物検出手段21により検出する障害物は、敷物Ｒに限定されない。

また、障害物検出手段21は、例えばサイドブラシ18のそれぞれの前方などに配置してもよいし、本体ケース12の下部に配置する構成に限定されず、例えば本体ケース12の側面などに配置してもよい。

さらに、制御手段22は、モータ16，16を介して駆動輪15，15の回転駆動を制御するとともにアクチュエータ35，35の伸縮により旋回モータ19，19を介してサイドブラシ18，18を上方に退避させる機能の他に、旋回モータ19，19を介してサイドブラシ18，18の回転を制御する機能、電動送風機13の駆動を制御する機能、および、回転モータ26を介して回転ブラシ25の回転駆動を制御する機能を一体に構成したが、これらの機能はそれぞれ別個に構成してもよい。

また、各サイドブラシ18は、清掃部材としてブラシ毛32bを用いるものだけでなく、例えば帯状に延びるブレード体、あるいはこれらブラシ毛とブレード体との組み合わせなど、任意の清掃部材を用いる構成とすることが可能である。

さらに、サイドブラシ18は、本体ケース12の吸込口24の前方の少なくとも一側に１つあれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

そして、電動送風機13を備えず、回転ブラシ25により床面Ｆの塵埃を掻き上げて集塵部14へと集塵する構成とすることも可能である。

また、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 電気掃除機
12 本体ケース
18 旋回清掃部としてのサイドブラシ
21 障害物検出手段
22 制御手段
24 集塵口としての吸込口
32b 清掃部材としてのブラシ毛
37 回動体
38 スイッチであるマイクロスイッチ
Ｆ 被掃除面としての床面
Ｒ 障害物である敷物

Claims (3)

1. 被掃除面上を自律走行しつつ被掃除面を掃除する電気掃除機であって、
   本体ケースと、
   この本体ケースの下部に設けられた集塵口と、
   被掃除面に接地する清掃部材を備え、前記本体ケースの下部の前記集塵口の前方に被掃除面上を旋回可能に設けられた旋回清掃部と、
   前記本体ケースよりも下方に自律走行の妨げとなる障害物があるかどうかを検出する障害物検出手段と、
   前記本体ケースよりも下方に自律走行の妨げとなる障害物があることを前記障害物検出手段により検出したときに前記旋回清掃部の前側を上方へと回動させることにより前記旋回清掃部の後側の前記清掃部材を被掃除面に接地させた状態で前記旋回清掃部の前側を退避させる制御手段と
   を具備したことを特徴とした電気掃除機。
2. 障害物検出手段は、少なくとも一部が本体ケースよりも下方に突出して設けられ、
   制御手段は、本体ケースよりも下方に自律走行の妨げとなる障害物があることを前記障害物検出手段により検出したときに旋回清掃部の前側を前記本体ケースの下面よりも高い位置へと回動させる
   ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
3. 障害物検出手段は、
   集塵口の前方で本体ケースの下部に突出し前後方向に回動可能な回動体と、
   この回動体の後方に位置し、この回動体が後方に回動した状態でオンオフが切り換えられるスイッチとを備え、
   制御手段は、前記スイッチのオンオフの切り換えによって前記本体ケースの下部の障害物の有無を判断する
   ことを特徴とした請求項１または２記載の電気掃除機。

Images