JP2018061683A - 自走式電気掃除機及び自走式電気掃除機セット - Google Patents

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Abstract

【課題】狭いところや低いところにも入り込んで、家具を配した部屋の床面の清掃を行うことができる、小形かつ移動速度が比較的速い自走式電気掃除機を提供する。【解決手段】左右方向で互いに対向する2つの駆動輪と、左右方向に回転軸を持つ回転ブラシと、電動送風機と、充電池と、ダストケースと、を有し、自律的に駆動する自走式電気掃除機であって、左右寸法が300mm以下230mm以上、前後寸法が300mm以下230mm以上、自走式電気掃除機を載置した状態の高さ寸法が100mm以下、質量が2500g以下2000g以上、直進時の平均速度は、150mm/s以上。【選択図】図1

Description

本発明は、自走式電気掃除機及び自走式電気掃除機セットに関する。
塵埃が落下している床面を清掃する電気掃除機として、使用者の操作によって吸口が往復動するいわゆるキャニスタ型や、電気掃除機自身が自律的に駆動する自走式電気掃除機が知られている。
特許文献1は本体幅に略一致する幅のブラシを有する掃除機ヘッド23を開示している。
特開2016−52515 号公報
知られている自走式電気掃除機は、ブラシ幅を大きくさせて清掃領域を拡げるべく、左右・前後・高さ方向何れかに大形したり重量化する傾向にあった。このような傾向の自走式電気掃除機は、加速し難くなるとともに、限られた充電池容量の下で駆動時間を維持すべく、比較的低速度で移動することになりがちであった。こうすると、清掃すべき領域を満遍なく複数回通過することが比較的困難となるため、例えばモータ出力を大きくして少ない通過回数でも清掃を行えるようにしがちであった。
しかし、家具の間や、床と家具の底面との隙間などの狭いところや低いところにも入り込んで清掃を行うことが自走式電気掃除機には望まれる。このため、本体寸法を小さくすることが要求される。しかし、小形にするとブラシ幅が小さくなる傾向にあり、清掃領域が小さくなってしまう。このため、(1)ブラシ幅を大きく保ちつつ小形化すること及び/又は、(2)何らかの方法で清掃可能距離を長くすること、を検討すべきである。(2)については、より具体的には、(2−1)軽量化することで充電池のエネルギ必要量を抑制し、清掃時間を長くすることが考えられる。しかし、単に清掃時間を長くするだけだと、例えば使用者の外出中に清掃を行うように操作したとしても、使用者が帰宅してもなお清掃中という場合が想定される。このため、(2−2)軽量化して充電池のエネルギ必要量を抑制しつつ、自走式電気掃除機の移動速度を高いものにすることが考えられる。こうすると、清掃時間を適当な範囲にしつつも清掃領域を確保し易い。
以上の検討から、本発明は、清掃領域及び清掃時間に鑑み、狭いところや低いところにも入り込んで、家具を配した部屋の床面の清掃を行うことができる、小形軽量かつ移動速度が比較的速い自走式電気掃除機を提供することを目的とする。
上記事情に鑑みてなされた本発明の自走式電気掃除機は、左右方向で互いに対向する2つの駆動輪と、左右方向に回転軸を持つ回転ブラシと、電動送風機と、充電池と、ダストケースと、を有し、自律的に駆動する自走式電気掃除機であって、左右寸法が300mm以下、前後寸法が300mm以下、当該自走式電気掃除機を載置した状態の高さ寸法が100mm以下、左右寸法が230mm以上、前後寸法が230mm以上、質量が2500g以下2000g以上、直進時の平均速度は、150mm/s以上又は4×5×s/(w×t)以上であることを特徴とする。但し、前記回転ブラシの幅をWとし、前記駆動輪及び前記回転ブラシを前記充電池によって駆動可能な時間をtとし、自然数をs(s=3又は4)とする。
また、その一態様として好ましくは、この自走式電気掃除機と、当該自走式電気掃除機を、家具を配した部屋の床面の清掃に用いることができる旨を文字若しくは画像又は動画で示したマニュアルと、を有する自走式電気掃除機セットである。
本発明によれば、狭いところや低いところにも入り込んで、家具を配した部屋の床面の清掃を行うことができる、小形軽量かつ移動速度が比較的速い自走式電気掃除機を提供できる。
実施形態1に係る自走式電気掃除機の斜視図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機の上ケースとダストケースを取り外した状態の斜視図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機の底面図である。 図1のA−A断面図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機の吸口部、塵埃センサユニットおよびダストケースの斜視図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機の吸口部、塵埃センサユニットおよびダストケースの分解図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機の塵埃センサユニットの正面図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機の塵埃センサユニットの側面図である。 図7のC−C断面図である。 図8のD−D断面図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機本体におけるダストケースの斜視図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機本体のうち、ダストケースが装着される領域を含む斜視図である。 図12の要部拡大図である。 図5のB−B断面図である。 実施形態1に係る小道具収納部及び小道具を含む斜視図である。 実施形態1に係るダストケースを取付けた本体の後方斜視図である。 実施形態1に係る上ケースを取り外した自走式電気掃除機の斜視図である。 図1のE−E断面図である。 実施形態1に係る回転ブラシの斜視図である。 実施形態1に係る補助輪の拡大斜視図である。 実施形態1に係る気密部材を本体から取り外した状態の分解斜視図である。 実施形態1に係る気密部材の裏面斜視図である。 実施形態1に係る自走式電気掃除機の制御装置、及び制御装置に接続される機器を示す構成図である。 家具の一例である椅子の脚間寸法の統計データを説明する図である。 家具の一例であるベッドの脚の高さ寸法の統計データを説明する図である。
本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。本発明の各種の構成要素は、必ずしも一の部材で構成される必要はなく、例えば、一の構成要素が複数の部材で構成されること、複数の構成要素が一の部材で構成されること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが互いに重複すること、を許容する。
なお、自走式電気掃除機1(図1参照)が進行する向きのうち、自走式電気掃除機1が通常進行する方向を前方、重力方向と反対の方向を上方、駆動輪116(図3参照)が対向する方向を左方及び右方とする。すなわち図1等に示す様に前後、上下、左右を定義する。本実施形態では、自走式電気掃除機1の前方側にサイドブラシ15が取付けられている。
<実施形態1>
[自走式電気掃除機1]
図1は、本実施形態に係る自走式電気掃除機1の斜視図である。本実施形態の自走式電気掃除機1は、自律的に駆動して清掃を行うものであり、後述のとおり、小形化に寄与する種々の構成を有している。
自走式電気掃除機1は、掃除領域(例えば、室内)を自律的に移動しながら掃除する掃除機である。自走式電気掃除機1は、上壁(及び一部の側壁)である上ケース111、底壁(及び一部の側壁)である下ケース112、及び前部に設置されるバンパ18、を含んで構成される本体11を備える。
また、自走式電気掃除機1の上後方側には、ダストケース4が設けられている。本実施形態の自走式電気掃除機1は、制御装置2の演算処理によって自律的に駆動輪116を駆動させて清掃するが、リモコン等によってユーザの指令を受けて駆動してもよい。
[小形の自走式電気掃除機1の寸法]
本実施形態の自走式電気掃除機1は、小形軽量かつ比較的高速で移動し、清掃領域を複数回清掃することを想定した自走式電気掃除機である。具体的には、前後寸法及び左右寸法がともに300mm以下、好ましくは280mm以下又は260mm以下であり、高さ寸法が100mm以下、好ましくは95mm以下である。このような寸法にすることが好ましい理由は後述する。このような小形形状の利点を発揮しつつ、自走式電気掃除機1に搭載すべきパーツを収容する容積を確保するために、自走式電気掃除機1は、直径300mm以下、好ましくは280mm以下又は260mm以下の円内に収まる形状であることが好ましい。
また、充電池のエネルギ使用量を抑制すべく、質量が2700g以下、好ましくは2500g以下2400g以下又は2350g以下である。また、走行安定性等の観点から、質量が1800g以上、好ましくは2000g以上である。具体的には、駆動輪116を支持する駆動機構を自重により付勢したり、段差で大きく跳ね上がらないようにする観点から、このように質量の下限を設定することが好ましい。
なお、小形化及び軽量化を実現するには、例えば、清掃可能距離を長くすることを想定して、すなわち、清掃領域の同様の箇所を複数回清掃できることを想定して、電動送風機を小形のものにすることが考えられる。こうすると、自律走行型電気掃除機を小形・軽量化しつつ、さらに静音化が図れる。具体的には、本実施形態の電動送風機16としては、直径が70mm以下、軸方向寸法が65mm以下、質量が250g以下のものを採用できる。
図24は家具の一例である椅子の脚間寸法の統計データを説明する図、図25は家具の一例であるベッドの脚の高さ寸法の統計データを説明する図である。
図24の横軸は椅子の脚間距離であり、椅子の左右の脚の間隔を「a:脚間隔正面」、椅子の前後の脚の間隔を「b:脚間隔側面」としている。縦軸は、横軸に示す椅子の脚間距離において、調査対象の椅子が含まれる割合(寸法カバー率)を示している。すなわち、横軸に示す脚間距離の値と同じ、或いはそれよりも大きい脚間距離を有する椅子がどの程度あるかを示している。なお、発明者らが調査した対象の椅子は約150脚である。
発明者らの調査によれば、図24に示すように、脚間距離が350mmの場合、寸法カバー率はaが80%強であり、bが80%弱である。図の右側に進むにつれて脚間距離は狭くなり、縦軸の寸法カバー率は高くなる。その結果、脚間距離が260mmの場合、寸法カバー率が100%になることが特定される。すなわち、椅子の脚間距離260mmは、一般的な椅子の脚間距離がこの値と同等かこれよりも大きいということを示す。
この結果を踏まえ、本実施形態の自走式電気掃除機1の幅寸法を上記のようにすると好ましい。これにより、本実施形態の自走式電気掃除機1は、多くの割合の椅子の脚間を通過することが可能となり、椅子の周りの清掃性を向上することができる。また、椅子を障害とする移動範囲の制約がされにくいため、清掃可能な範囲を広げることができる。
家具の一例として椅子について説明したが、これは、一般的な家庭の家具においては、椅子の脚間が最も狭い間隔を有するものと考えられるためである。よって、本実施形態の自走式電気掃除機1は、上記の寸法を持つことで、椅子に限らず、テーブルなどの脚付き家具についても同様に、脚間を通過することが可能となり、清掃可能な範囲を広げることができる。
次に、図25では、一般的な家具の一例として、ベッドの脚高さの統計を示している。横軸は、ベッドの脚高さの寸法を示している。縦軸は、横軸に示すベッドの脚高さにおいて、調査対象のベッドが含まれる割合(寸法カバー率)を示している。すなわち、横軸に示す脚高さの値よりも高い脚のベッドがどの程度あるかを示している。なお、発明者らが調査した対象のベッドは約210台である。
図25に示すように、右側に進むにつれて脚高さは高くなり、縦軸の寸法カバー率は低くなる。その結果、脚高さが10cmの場合、寸法カバー率が80%程度になることが特定される。すなわち、ベッドの脚高さ10cmは、一般的なベッドの脚高さがこの値と同等かこれよりも小さいということが特定される。
この結果を踏まえ、本実施形態の自走式電気掃除機1は、高さ寸法を上記の様にすると好ましい。これにより、一般的なベッドの下を通過することが可能となり、ベッドの周りの清掃性を向上することができる。また、ベッドを障害とする移動範囲の制約がされにくいため、清掃可能な範囲を広げることができる。
図25では家具の一例としてベッドについて説明したが、これは、一般的な家庭の家具においては、ベッドの脚高さが低いと考えられるためである。
なお、本実施形態の自走式電気掃除機1は、1つ又は2つ以上の部屋を清掃することを想定しているため、あまりにも小形であると、清掃領域が限られたものになってしまう。このため、一般的な椅子脚寸法やベッド寸法を考慮すると、前後寸法及び上下寸法を230mm以上、240mm以上、250mm以上、260mm以上又は270mm以上にすると好ましい。また、高さ寸法については、70mm以上、80mm以上、又は90mm以上にすると好ましい。ここで、後述のように駆動輪116は、本体11に支持されており回動可能であるが、ベッドの下に入り込む際は、駆動輪116の回動状態は、本体11の自重が加わった状態の高さ寸法となる。すなわち、高さ寸法とは、自走式電気掃除機1を載置した状態で計測した値を指す。
[自走式電気掃除機1の速度]
本実施形態の自走式電気掃除機1は、小さく軽くして、さらに移動速度を比較的早いものにすることで、狭いところや低いところにも入り込んで清掃可能領域を拡げ、清掃領域の同じ部分を複数回通過することを想定している。すなわち一度の通過ではなく複数回の通過で塵埃を除去することを想定しており、このため、電動送風機を小形なものにしている。
具体的には、本実施形態の自走式電気掃除機1の直進時の平均速度は、81mm/s以上であり、旋回時の平均速度は、81mm/s以上であり、一度の清掃(満充電状態から始めて充電台に帰還するまで又は充電池容量が尽きて停止するまで)を通じた平均速度は、81mm/s以上にしている。これは例えば、充電池の持続時間を50分間と仮定した場合の、IEC(International Electrotechnical Commission)試験において、同じ領域を3回通過する、いわゆるトリプルpassを行うのに必要な最低速度として求めることができる。
しかし、清掃所要時間の低減、使用者に清掃が迅速に行われているというイメージ性の向上等を考慮して、上述の各速度を、100mm/s以上、130mm/s以上、150mm/s以上、又は170mm/s以上としてもよい。なお、本実施形態の自走式電気掃除機1は、充電池19の持続時間を60分以上としている。持続時間の上限は、90分以下、好ましくは80分以下又は70分以下にできる。
なお、旋回時の平均速度は直進時の平均速度以下にできるが、清掃が迅速に行われているとのイメージ性の観点からは、旋回時の平均速度は、直進時の平均速度の80%以上又は90%以上であることが好ましい。
[自走式電気掃除機1の回転ブラシ14の幅]
自走式電気掃除機1を小形にすることは、家具の隙間等に入り込む観点からは好ましいが、清掃領域の観点からは、自走式電気掃除機1を小形にしつつも回転ブラシ14の幅は大きくすることが望まれる。回転ブラシ14の幅(軸方向寸法。図3のL1等参照)は、自走式電気掃除機1の幅(左右寸法。図3のL2等参照)に対して51%以上である。また、具体的には、自走式電気掃除機1の左右方向端部から回転ブラシ14の端部までの距離(図3のL3等参照)が65mm以下、好ましくは60mm以下であり、回転ブラシ14の幅が120mm以上、好ましくは130mm以上とされている。
回転ブラシ14の幅は、自走式電気掃除機1の幅に対して95%以下であることが好ましい。これにより、回転ブラシ14の軸を回転ブラシ14の左右外側に支持しつつ、回転ブラシ14が自走式電気掃除機1の幅からはみ出さないように構成できる。
IEC試験では、4m×5mの領域を清掃するものとして試験が行われる。この場合、回転ブラシ14の幅をW、充電池19の持続時間をt、pass回数をsとすると、s回のpassに必要な最低速度v_minは、4×5×s/(w×t)として与えられる。本実施形態の自走式電気掃除機1のように小形軽量の長所を活かそうとする場合、s=3又は4、また、例えばt=50minとして、v_min>4×5×s/(w×t)を満たすことが好ましい。上述のように、本実施形態の自走式電気掃除機は、pass回数を多くすることを想定している。例えば、トリプルpass率が80%以上の自走式電気掃除機1とすることが好ましい。
なお、回転ブラシ14の左右寸法を120mm以上とすると、後述する椅子脚間隔との関係で、椅子脚の周囲を2回清掃すれば、略全種類の椅子の脚の間を効果的に清掃でき、130mm以上とすると、その効果を維持しつつ、回転ブラシ14の幅が大きくなるため、清掃領域を効果的に広げることができる。回転ブラシ14の幅は、回転ブラシ14の前端を駆動輪116の後端より後方に設けていることから、自由度を大きくできている。
以下、自走式電気掃除機1の各構成についてさらに詳述していく。
[下ケース112]
図2は上ケース111とダストケース4を取り外した状態の斜視図、図3は自走式電気掃除機1の底面図、図4は、図1のA−A線で切断した断面図、図5は吸口部113、塵埃センサユニット12およびダストケース4の斜視図である。
下ケース112は、駆動輪116、走行モータ1161、アーム1141、及び減速機構1142を含んで構成される駆動機構を収容する駆動機構収容部114、並びに、サイドブラシ取付部1121、走行モータ1161、回転ブラシモータ1133、電動送風機16、充電池19、充電池19を収納する電池収容部115(図4参照)、制御装置2、及び吸口部113が取付られている薄型の円板状の部材である。
下ケース112は、側面の下端側、好ましくは下端を含んで、側面全周又は略全周に設けられたバンパーフレーム1127を有している。バンパーフレーム1127は、側面のその他の部分を形成する部材よりも柔らかい材料で形成されており、例えば、エラストマー等の樹脂材を採用できる。また、バンパーフレーム1127は、側面のその他の部分、例えばバンパ18よりも外周側に出っ張っている。これにより、自走式電気掃除機1が家具等に衝突しても、家具等が破損することを抑制できる。
なお、自走式電気掃除機1は主に前進するため、前方側の側面が家具等に衝突し易いが、例えば隘路に進入した場合等を考慮すると、本実施形態の様に側面や後面にもバンパーフレーム1127を設けることが好ましい。また、バンパ18は環状のため、本実施形態の様にバンパーフレーム1127を環状に形成することで、バンパ18の外周側にバンパーフレーム1127を位置させることができる。こうすると、バンパ18を外周側から押えることができるため、組立し易い。
(自走式電気掃除機1のバランス)
本体11内に設けられる部材中、比較的重量のあるものは、充電池19及び電動送風機16である。充電池19の方が電動送風機16よりも重いことが多い。本実施形態の本体11の重量バランスをとるべく、まず、電動送風機16が下ケース112の略中央に設けられており、充電池19が前側に設けられている。
ここで、下ケース112の中心よりも後側には、回転ブラシ14を収容した吸口部113や、掻取りブラシ13が設けられている。電動送風機16が中央側(2つの駆動輪116の間)、充電池19が前側にあることから、後側に重量物を設置してバランスをとることが好ましい。このため、本実施形態では、掻取りブラシ13の内周には、重りが貼付等により固定されている(不図示)。これにより、掻取りブラシ13内というデッドスペースを有効に活用できる。本実施形態では、回転ブラシ14より掻取りブラシ13がより中央から遠い側にあるため、こちらに重りを設ける方が好ましい。また、重りは、左右のバランスの観点から、本体11の左右方向の中央側に設ける方が好ましい。なお、回転ブラシ14内に重りを設けても良いが、回転ブラシ14は回転ブラシモータ1133によって駆動されるブラシのため、重りを設けるとモータの負荷になってしまう。このため、モータ駆動せずに従動回転する掻取りブラシ13内に重りを設けることが好ましい。また、重りによって、自走式電気掃除機1の重心を、前後方向について略中心(駆動輪116の軸に略一致)とすることが好ましい。
(自走式電気掃除機1の曲率半径の違い)
自走式電気掃除機1は、2つの略円を接続した形状であり、前側の曲率半径は後側の曲率半径よりも大きい。具体的には、サイドブラシ15が設けられている前後位置における幅が、回転ブラシ14が設けられている前後位置における幅よりも大きい。こうすることで、サイドブラシ15を左右外側に配置して広い範囲の塵埃を収集できるようにしつつ、回転ブラシ14の端部から自走式電気掃除機1の幅方向端部までの寸法を抑制して、回転ブラシ14をより壁際に近づけることができる。壁際を走行する場合、自走式電気掃除機1を左右に揺動させつつ清掃させれば、特に、サイドブラシ15の清掃領域を広げつつ、回転ブラシ14を壁際に寄せることができる。
(下ケース112の突起)
下ケース112について、回転ブラシ14の左右方向外側それぞれ(真左外側及び真右外側)には、下ケース112の底面に設けた凸部である後方突起1123の少なくとも一部が設けられている。後方突起1123それぞれの少なくとも一部は、駆動輪116の真後方にも位置している。
また、2つの駆動輪116の間の領域に相当する、下ケース112の中央側領域には、中央前側突起1124及び中央後側突起1125が設けられている。中央前側突起1124は、前後方向で駆動輪116の前端側、左右方向で下ケース112の中央側に位置している凸部である。中央後側突起1125は、中央前側突起1124より後側で、前後方向に延在している凸部である。
本実施形態の自走式電気掃除機1は、駆動輪116の後端と回転ブラシ14の外端とが近接している。具体的には、駆動輪116の後端の左右内側部分から、回転ブラシ14の前端の左右外側部分までの距離は、例えば小形化の観点から20mm以下にしている。回転ブラシ14及び/又は後述する気密部材118は、床面に近接して塵埃を吸引し易くするために下ケース112から突出しており、駆動輪116は床面に接触するべく同様に突出している。このため、2つの駆動輪116の間の領域(突起1124,突起1125が設けられている中央側領域)や、駆動輪116後側の領域(突起1123が設けられている領域)に障害物が入り込むと、駆動輪116と回転ブラシ14の間に嵌り込んで自走式電気掃除機1の駆動を妨げるおそれがある。このような事態を抑制すべく、突起1123,突起1124,突起1125を設けている。何れの突起1123,1124,1125も、自走式電気掃除機1が、少なくとも平坦な床面上を走行している間は、床面から離間する寸法に調整された突起とされている。
[駆動機構収容部114]
図3等に示す駆動機構収容部114に収容される駆動機構は、駆動輪116を本体11に支持する機構である。駆動機構は、走行モータ1161、駆動輪116を左右内側から支持するアーム1141、及び減速機構1142を含む。アーム1141は、2つの駆動輪116の間に設けられており、一端が前後方向に延在する回動軸、他端が駆動輪116に接続した部材であり、回動軸まわりの回動によって駆動輪116それぞれを回動させることができる部材である。回動軸それぞれは、2つの駆動輪116の間、特に本実施形態においては、駆動輪116それぞれ及び中央突起1124,突起1125の間に位置している。
[電池収容部115]
図4等に示す様に、電池収容部115は、内部に充電池19を収容する空間であり、下ケース112の中心よりも前側に位置している。電池収容部115は、充電池19を交換するために下向きの開口を有して構成される。なお、電池収容部115の左右には、サイドブラシ15を取り付けるサイドブラシ取付部1121が形成されている。
[駆動輪116]
図3等に示す様に、駆動輪116はそれぞれ、減速機構1142それぞれを介して走行モータ1161それぞれの駆動力を受ける部材である。これにより駆動輪116自体が回転することで本体11を前進、後退、旋回させることができる。駆動輪116は、左右両側に配置されている。
本実施形態の自走式電気掃除機1は、2つの駆動輪116を互いに逆回転させることで、略その場で回転又は回動可能である(超信地旋回)。清掃領域を拡げる観点からは、本実施形態の様に、駆動輪116は本体前後幅の略中央に設け、超信地旋回の回転中心を、上ケース111又は下ケース112の図心(中央)とし、前方にサイドブラシ15、後方に回転ブラシ14を有することが好ましい。こうすると、サイドブラシ15、回転ブラシ14を回転外側に位置させることができるため、2壁面が或る角度(例えば90°)を形成する隅部を効果的に清掃できる。
[前方蓋117]
図3等に示す様に、前方蓋117は、下ケース112前端側に形成された電池収容部115(図4参照)の開口を下ケース112の下面から塞ぐ略長方形板状の部材である。また、前方蓋117は、下ケース112の中心側付近に補助輪17を取り付ける円形の補助輪取付部1122を備える。
[補助輪17]
図20は、補助輪17の拡大斜視図である。図3,20等に示す様に、補助輪17は、下ケース112を床面から離間させつつ自走式電気掃除機1を円滑に移動させるための補助的な車輪であり、下ケース112に設けられている。補助輪17は、駆動輪116による本体11の移動に伴い床面との間で生じる摩擦力によって従動回転するように固定軸173によって支持されている。
補助輪17は、固定軸173を回転軸として回転可能に設けられた略円形の接地輪171、円板部172及び小円板部174を有する。接地輪171は、自走式電気掃除機1の走行に伴って床面に接触して回転する。小円板部174は、接地輪171に隣接しており、接地輪171より径小かつ固定軸173より径大に構成されており、固定軸173まわりに回転可能である。円板部172は、小円板部174に隣接しており、接地輪171より径小かつ小円板部174より径大に構成されており、固定軸173まわりに回転可能である。
接地輪171の回転に伴い毛髪ごみ等が接地輪171に付着すると、この毛髪ごみ等は固定軸173周りに旋回して固定軸173に絡まりつこうとすることがある。この際、接地輪171に小円盤部174及び円板部172が隣接しているため、固定軸173ではなく円板部172に毛髪ごみ等が絡まり易くなる。このため、円板部172を固定軸173周りに回転させることで、毛髪ごみの除去を比較的容易に行える。小円板部174及び円板部172は一体形成すると好ましい。
また、補助輪17は、向きが水平方向に360°回転自在に構成されている。なお、図3に示す補助輪17は、本体11の前方の左右方向の中央に設けられ、補助輪取付部1122に取り付けられている。
なお、接地輪17を後述する従動ローラ1186に読み替えて、円板部172と同様の構成を気密部材118に設けても良い。
[バンパ18]
バンパ18は、外部から作用する押圧力に応じて前後方向、好ましくはさらに左右方向、で移動可能に設置されている。バンパ18は、左右一対のバンパばね(図示省略)によって前方向に付勢されている。バンパ18を介して障害物からの抗力がバンパばねに作用すると、バンパばねは変形し、バンパ18を前方向に付勢しつつバンパ18の後退を許容する。バンパ18が障害物から離れて抗力がなくなると、バンパばねの付勢力によってバンパ18は元の位置に戻る。ちなみに、バンパ18の後退(つまり、障害物との接触)は、バンパセンサ(赤外線センサ)によって検知され、その検知結果が制御装置2に入力される。障害物等の接触位置に応じてバンパ18の変位量が異なるため、本体11に対する障害物等の位置を検知することも可能である。
[掻取りブラシ13]
掻取りブラシ13は表面の一部又は略全部に植毛を備え、後述する回転ブラシ14と略平行な方向に軸を有するブラシであり、本実施形態では床面との接触により従動回転又は回動する。回動の場合は、ストッパ等を設けることで回動範囲を規制する。掻取りブラシ13の植毛の高さ位置は、フローリング(板の間)を掃除する場合は、床面から先端が0.5mm程度離間していることが好ましい。また、掻取りブラシ13の植毛の位置は、絨毯上を掃除する場合は、絨毯の毛と重なることが好ましい。このため、掻取りブラシ13は絨毯表面から塵埃を掻き出すように回収できる。
掻取りブラシ13について、ストッパを設けて回動する態様で用いる場合、床面には、所定の領域が接触し続けて塵埃を掻き出すことができる。このとき、掻取りブラシ13のうち、床面に接触し続けることとなる領域は、平坦な形状であると好ましい。すなわち、掻取りブラシ13の形状は、軸方向視で、円筒形状のうち、一部を平坦な平面に置換した形状(例えば、円の一部を弦で切り取った形状や、略半月形状)であると好ましい。
[回転ブラシ14]
図19は、回転ブラシ14の斜視図である。回転ブラシ14は、駆動輪116の回転中心を通る軸(左右方向)に略並行に配置されている(図3参照)。回転ブラシ14は、水平方向(本実施形態では左右方向)に回転軸を有する円筒形であり、吸口部113に回転可能に支持されている。回転ブラシ14は、回転ブラシモータ1133(図2参照)により駆動力を受けて回転駆動する。回転ブラシ14は、軸部141の外周面から法線方向に突出する複数の植毛142を備えている。回転ブラシ14の植毛142は、長さが異なる植毛、硬さが異なる植毛など複数種類の植毛を備え、各植毛が回転軸に対してらせん状に列をなす様に配設されている(図19参照)。
植毛142の一部又は全部には、隣接して不織布143が設けられている。植毛142それぞれに対して、不織布143それぞれは、根元を共有している。これは例えば、植毛142及び不織布143を超音波で溶着することにより、植毛142及び不織布143を一体にすることで実現できる。植毛としては、或る程度硬度のあるものが望ましく、例えばナイロンを採用できる。
また、植毛142に隣接する不織布143、例えば本実施形態では、根元を共有している植毛142及び不織布143それぞれは、回転ブラシ14が回転ブラシモータ1133によって回転する場合、植毛142よりも先に不織布143が床面に接触するように配置されている。これにより、床面に存在する毛髪ごみ等は、先に不織布143に接触するため、植毛142に絡まることが抑制される。また、不織布143には、径方向側に延在するスリット1431が1つ又は2つ以上設けられている。これにより、不織布の捻じれを抑制できる。
なお、らせん状に配置された植毛142間にゴムなどの弾性材料からなるブレード部材をらせん状に配置する構成を追加してもよく、適宜変更することができる。回転ブラシ14が掻き上げた塵埃は開口部17を通過してダストケース4に貯塵される。また、植毛142、不織布143又はブレード部材が後述する気密部材118の架橋部1181に接触することを抑制すべく、これらの一部の長さを短くしたり、切欠きを設けても良い。
[気密部材118]
図21は気密部材118を本体11から取り外した状態の分解斜視図、図22は気密部材118の裏面斜視図である。
回転ブラシ14の下方に位置する部分には、気密部材118が取付けられている。気密部材118は、自走式電気掃除機1の下面視において、回転ブラシ14下方の領域を前後方向に亘って設けられる架橋部1181、左右方向に延在する揺動軸1182、及び回転ブラシ14を囲む形状の枠体部1183、気密部材118を取り外す際に用いる取外し爪1184、架橋部1181及び枠体部1183を下方に付勢する付勢部1185、並びに、従動ローラ1186を有する。
気密部材118は、吸口部113及び回転ブラシ14とは別に揺動する部材であって、付勢部1185によって下方に付勢されている。このため気密部材118は、自走式電気掃除機1の段差の走行等に伴い上下動する。これにより、気密部材118が床面に近接又は接触した位置を維持するため、気密性を高めることができる。また、気密部材118は、吸口部113及び回転ブラシ14とは別に揺動するため、吸口部113の揺動スペースを本体11内に設ける必要がなく、本体11の小形化に寄与する。
本実施形態の揺動軸1182は、掻取りブラシ13と同軸に設けられており、掻取りブラシ13を揺動軸1182に取付けることができる。これにより、気密部材118及び掻取りブラシ13をともに設ける場合、設置スペースを低減できるため、自走式電気掃除機1の小形化に寄与する。なお、揺動軸118は、気密部材118の後端側に設けられている。
揺動軸118は、気密部材118の前端側に設けても良い。こうすると、気密部材118は、後方から前方に向かうにつれて、上方に向かう傾きを有することになるから、前方にある障害物に衝突した際の負荷を軽減できる。また、気密部材118の前端は、前方から後方に向かうにつれて下方に向かう傾斜部1187を形成している(図4等参照)。このため、前方の障害物に衝突した際の負荷を更に低減できる。
取外し爪1184は、気密部材118の左右側に取付けられており、左右方向に向けて(本実施形態では、左右方向内側に向けて)動かすことで、取外し爪1184を本体11から取り外すことができる。自走式電気掃除機1は、主に前後方向に移動するため、このように左右方向に動かすことで取外し可能とすることで、走行中に気密部材118が本体11から脱落することを抑制できる。
付勢部1185は、気密部材118の裏面側に設けられており、例えば枠体部1183やこの近傍を下方に付勢することができる、例えばばね状の部材である。付勢部1185により、気密部材118は、自走式電気掃除機1の走行中、床面に接触するように付勢される。これにより、回転ブラシ14周囲の気密性を向上できるため、集塵効率を向上できる。
従動ローラ1186は、気密部材118の左右外側部分にそれぞれ設けられており、自走式電気掃除機1の走行に伴って床面に接触し、気密部材118を支持できる。これにより、気密部材118を下方に付勢しても、床面との摩擦抵抗を抑制でき、エネルギー損失や床面への傷付けを抑制できる。また、前後方向について、駆動輪116を介して補助輪17の反対側に従動ローラ1186が位置しているため、自走式電気掃除機1の支持をこれら3つの構成要素によって効果的に行うことができる。
[サイドブラシ15]
図3等に例示するサイドブラシ15は、部屋の隅など、本体11よりも外側にあり、回転ブラシ14を届かせることが容易ではない場所の塵埃を吸口部113(吸引口1131)に導くブラシである。サイドブラシ15の回転軸は上下方向であり、サイドブラシ15の一部は平面視で本体11から露出している。サイドブラシ15は、平面視において120°間隔で放射状に延びる3束のブラシを有し、下ケース112の前方左右側それぞれに配置されている。サイドブラシ15は、その根元がサイドブラシホルダ151に固定されている。
サイドブラシ15それぞれのブラシは、サイドブラシホルダ151側(根元側)が、エラストマー等の可撓性を有する根元弾性部153であり、先端側が例えば刷毛である刷毛部154である。本実施形態では、サイドブラシ15の回転軸(ハブ)を形成するサイドブラシホルダ151及び根元弾性部153は一体形成されている。サイドブラシ15の根元を根元弾性部153のような弾性体とすることで、刷毛部154が根元から先端に亘る構成に比して、刷毛部154の曲がり癖がつきにくくなるため、サイドブラシ15の耐久性を向上できる。
サイドブラシ15の植毛は、先端に向かうにつれて床面に近づくように傾斜しており、その先端付近は床面に接している。
サイドブラシホルダ151は、下ケース112の底面付近に設置され、サイドブラシモータ152に連結されている(図2参照)。サイドブラシモータ152が駆動することで、サイドブラシ15が内側に向けて(図3に付した矢印の方向に)回転し、吸引口1131に塵埃を掻き集めるようになっている。
[電動送風機16]
図4に示す電動送風機16は、前後方向に軸を持つファンを有し、ファンが回転駆動することでダストケース4内の空気を外部に排出して負圧を発生させ、床面から吸引口1131(吸口部113)を介して塵埃を吸い込む機能を有している。電動送風機16の外周面には弾性体161が設置されている。このように弾性体を介在させることで、電動送風機16の振動が減衰して本体11に伝わりにくくなり、本体11の振動、騒音を低減できる。なお、本実施形態では、電動送風機16は下ケース112の中心付近に配置されている。また、複数回の清掃領域の通過を想定しているため、電動送風機16は比較的小型のものを採用することが好ましく、その直径は上述の通り70mm以下にすることができる。一方、部屋等を清掃する自走式電気掃除機1として十分に機能させるには、その直径は50mm以上であることが好ましい。
[吸口部113]
図6は吸口部113、塵埃センサユニット12およびダストケース4の分解斜視図、図7は塵埃センサユニット12の正面図、図8は塵埃センサユニット12の右側面図である。
吸口部113は、ダストケース4に連通する吸引口1131が形成されるとともに、掻取りブラシ13、回転ブラシ14を収容する部材である。吸口部113には、回転ブラシモータ1133が取付けられていても良い。吸引口1131より上流側(回転ブラシ14側)は、回転ブラシ14が収納されるスペースであり、吸引口1131より断面積が大きい。
本実施形態においては、電動送風機16の負圧によって吸込まれた空気は、吸引口1131、塵埃センサユニット12、ダストケース4のダクト42及び主蓄積室41、集塵フィルタ46、電動送風機16、並びに、排気口1126の順に通過する。この空気には塵埃が含まれることが多く、集塵フィルタ46で遮られてダストケース4内に貯塵される。以下、吸引口1131及び塵埃センサユニット12の枠121に略垂直な方向(枠121の正面視方向)を主方向という。なお、排気口1126は、下ケース112に設けられており、2つの駆動輪116の間に本実施形態では6個位置している。
本実施形態の吸口部113は、吸引口1131から主方向に延在する部分を有していないが、例えば後述するダストケース4のダクト42のように、主方向に延在し、吸口部113と一体の吸口部ダクトを有しても良い。この場合、吸口部ダクト、塵埃センサユニット12及びダクト42が、吸引口1131からダストケース4内までの道程を囲むことになる。この点、後述するように、ダストケース4の容積を向上させる観点等から、この道程のうち、吸口部ダクトの長さ(例えば主方向長さ)や枠121の長さ(例えば主方向長さ)よりも、ダクト42の長さ(例えば主方向長さ)の方が長いことが好ましい。
[塵埃センサユニット12]
塵埃センサユニット12は、吸口部113とダストケース4との間に配置される。
塵埃センサユニット12は、枠121、枠121に設けられて互いに対向する発光部122及び受光部123、枠121のダストケース4側に取付けられた密着部材124、及び基板127を有する。塵埃センサユニット12は、吸口部113及びダストケース4とは別部材として形成されており、枠121を吸口部113に接触させ、この状態で取り付けることにより、発光部122、受光部123、コネクタ126及び密着部材124を同時に取付け可能である。このため、本実施形態の塵埃センサユニット12は、組立性に優れている。
(枠121)
枠121は、発光部123及び受光部124を結ぶ光軸に空間を確保しつつ、枠121自体又はこの近傍に発光部123及び受光部124を取付可能な部材である。本実施形態の枠121は、長手方向及び短手方向を持つ形状であり、例えば矩形状にすることができる。本実施形態では略長方形状である。枠121の長手方向の一方には、受光部123及び基板127が取付けられている。枠121の長手方向の他方には、発光部122が取付けられている。なお、発光部122及び受光部123は、枠121の短手方向に設けてもよい。また、枠121は正方形状、円形状、楕円形状、卵型等であってもよい。
(発光部122及び受光部123)
発光部122及び受光部123は、互いに対向しており、発光部122が発する赤外線等の光は、受光部123によって受光される。発光部122が発するものは、光に限られず、超音波等、塵埃の有無を検知可能であれば種々公知のものでよい。発光部122及び受光部123を同じ側に設けても良いが、小形化の観点等からは対向させる方が好ましい。
(配線125、コネクタ126、基板127)
基板127は、発光部122の駆動回路、受光部123の増幅回路、増幅した信号を或る基準電圧と比較することにより塵埃の通過による受光量の減少をパルスとして出力するコンパレータなどを搭載できる。コンパレータに代えて又は追加して、受光部123の受光量が継続して減少していることを検出できるようにしても良い。この場合、ダストケース4が満杯であるか否かを推測できる。
発光部122及び基板127は、配線125によって電気的に接続されている。配線125は、発光部122及び受光部123の対向方向に沿って、枠121近傍を這わされているか、枠121内を這わされているか、枠121及び密着部材124の間に組み込まれている。配線125には、発光部122の駆動電流が流れる。なお、受光部123もまた配線によって基板127に電気的に接続している(不図示)。これら配線は、コネクタ126に電気的に接続している。
(密着部材124)
密着部材124は、枠121の周縁形状に合せた形状であり、本実施形態では中空の略長方形状である。枠121の形状は、吸引口1131の形状に合せられている。密着部材124としては、パッキン等を採用できる。
(塵埃センサユニット12の利点)
このように構成された塵埃センサユニット12は、発光部122と受光部123を一体で保持できるので、光軸を一致させることが容易である。また、受光部123と基板127とを近接して配置できるので、受光部123から増幅回路までの距離を短くすることができ、微弱な信号である受光部123の出力に対する電磁雑音の影響を少なくすることができる。また、発光部122の配線125も塵埃センサユニット12内で一体化しており、制御装置2と電気的に接続する際も、配線(図示せず)をコネクタ126に接続するだけでよく、組立性に優れている。
また、ダストケース4と接触する部材である密着部材124には、エラストマーなどの弾性を有する材料を用いることが好ましいが、このような材料は、比較的他の部品より劣化が早い。また、発光部122と受光部123の表面も塵埃による汚れや傷付きなどが生じ易い。本実施形態によれば、このような劣化や汚れ、傷付きにより交換の必要が生じやすい部品を、塵埃センサユニット12の交換によって同時に交換できるので、保守性に優れている。
(枠24の非対向方向の寸法等)
図9は、図7のC−C断面図である。塵埃センサユニット12について、枠121に平行な方向(主方向に垂直な方向)のうち、発光部122及び受光部123の対向方向に略垂直な方向を非対向方向と呼称する。枠121のうち、吸引口1131側の非対向方向の幅をa、ダストケース4側の非対向方向の幅をbとすると、a≒bかつa<bである。これにより主方向に垂直な面の断面積が必要以上に狭まり損失が増えるのを抑えている。また、枠121が囲む領域の中心線90(主方向に略平行である。)を、寸法a及びbの中点を通る直線とする。すなわち、図9に例示するようにa1=a2=a/2、b1=b2=b/2が成り立つ直線を考えると、a1及びb1は中心線より上方側、a2及びb2は中心線より下方側である。このとき、発光部122および受光部123は、非対向方向について、中心線90より下方側に配置されている。塵埃は空気より重く、中心線90の下側を通過する確率が高いため、下方側に発光部122及び受光部123を設けることで、高精度に塵埃を検知可能である。
図10は、図8のD−D断面図である。発光部122は、発光素子1221及び透明樹脂キャップ1239を有し、受光部123は、受光素子1232及び透明樹脂キャップ1239を有する。取付けられている透明樹脂キャップ1239について、発光素子1221及び受光素子1232の間の領域はそれぞれ、発光素子1221が発する光の光軸に垂直な方向の寸法よりも小さい寸法を有する。これにより、透明樹脂キャップ1239で素子を保護し、また、発光素子32の光を案内しつつ、塵埃センサユニット12の上下寸法や前後寸法の大形化を抑制することができる。
(枠24の対向方向の寸法等)
枠121に平行な方向のうち、発光部122及び受光部123の対向方向に略平行な方向を対向方向と呼称する。吸引口1131側の対向方向の幅をe、ダストケース4側の対向方向の幅をdとすると、e>dである。すなわち、枠121の対向方向の幅は、ダストケース4側に向かうにつれて小さくなる。これにより、塵埃を含む空気は矢印91の方向に流れるところ、慣性により、塵埃は壁面から離れて流れる。このため、透明樹脂キャップ1239の傷や汚れを抑えることができる。
[ダストケース4]
図11はダストケース4を本体11から取り外した状態の斜視図、図12は自走式電気掃除機1のうち、ダストケース4が装着される本体11の領域を含む斜視図、図13は図12の要部拡大図、図14は図5のB−B断面図、図15は小道具収容部1102及び小道具95を含む斜視図、図16はダストケース4を取付けた本体11の後方斜視図である。
ダストケース4は、床面から吸引口1131(吸口部113)を介して吸い込まれた塵埃を蓄積する容器である。ダストケース4は、吸引口1131側に形成されたダクト42、回収した塵埃を主に蓄積する主蓄積室41、蓄積した塵埃をフィルタ46側(上方側)から取出し可能とする蓋45、回動して主蓄積室77下方側(ダクト42側)の開口を開閉可能な逆流抑制弁44、及び折り畳み可能なハンドル43を備える。ダストケース4は、本体11の斜め上から斜め下に向けて取り付けられる。
(主蓄積室41)
主蓄積室41は、例えば樹脂材で形成され、空間を内包する領域であり、蓋45及び逆流抑制弁44によって塵埃が空間から外側に漏れることを抑制している。蓋45は、主蓄積室41の水平方向側の開口を塞ぐことができ、逆流抑制弁44は、主蓄積室41の下方側の開口を塞ぐことができる。主蓄積室41が内包する空間の断面積は、枠121の断面積より大きい。ここでいう主蓄積室41が内包する空間の断面積としては、例えば、フィルタ46に垂直な方向の断面積とすることができる。
(ダクト42)
ダクト42は、主蓄積室41の下方側に一端を、逆流抑制弁44によって開閉可能にされる他端を、有している。ダクト42は、吸引口1131から主蓄積室41までの道程の一部、略全部又は全部を形成するダストケース4と一体の部分である。本実施形態のダクト42は、一端側が略上下方向に延在し、途中から他端側に向けて斜め下方向に延在する形状であるが、後者のみ、すなわち、他端側に向けて斜め下方向に延在する部分のみから成っていても良い。
このように、全体的にみるとダクト42は、一端から他端に向けて斜め下に向かって延在している。ダクト42の一端は、例えば、主蓄積室41の下面に設けることができ、好ましくは、上面視において、主蓄積室41の下面の中央に対して、ダクト42の他端よりも遠い位置に設けられる。これにより、ダストケース4の上面視での寸法を小形にし易い。
(ハンドル43)
ハンドル43は、主蓄積室41の上側を回動軸として回動可能に設けられている部材であり、把持部431、抜け止め部432、作用点部433、係止部434を有する。ハンドル43は、回動軸より前方から回動軸より上方までの概ね90°〜100°程度を回動できる。後述する作用点部433及び係止部434の両者の作用を奏するべく、回動加納範囲は90°超、概ね135°以下、好ましくは120°以下であることが好ましい。ここでは、把持部431が寝た状態(係止部434に係止された状態)を回動角0°としている。なお、図16に例示するような状態が、回動角概ね90°である。
把持部431は、ユーザがダストケース4を把持して着脱動作等に用い易い部分であり、前端に係止部434が設けられている。ダストケース4が本体11に取付けられた状態では、係止部434が上ケース111に設けられた非係止部(不図示)に係止され、ハンドル43を係止できる。
抜け止め部432は、回動軸近傍かつ回動軸よりも係止部434側(回動角度0°側)に設けられた突起状の部分である。ハンドル43が前側に位置した状態では、抜け止め部432が本体11内に入り込み、本体11内の部分と接触して摩擦抵抗を生じさせる。これにより、ハンドル43の抜けを抑制する。
作用点部433は、ハンドル43が上側に位置した状態でさらにユーザが後方に向けて(回動角が90°を超える方向に向けて)力を付与すると、本体11の上面側に接触する部分である。この状態で作用点部433は、ダストケース4が本体11から持ち上げられる力の作用点となり、回動軸が支点となる。これにより、ダストケース4をユーザが取外す際の補助となることができる。本体11の上面側としては、特に制限されるものではないが、例えば後述する案内段差119にすることができる。
[ダストケース4の形状と小道具収納部]
ダストケース4は、後方上側が後方に出っ張った形状であり、本体11に取付けられた際に、後方上側が自走式電気掃除機1の側面の一部を形成する(図16等参照)。このため、本体11について、ダストケース4中の後方上側領域の真下にあたる領域もまた、自走式電気掃除機1の側面の一部を形成する。本実施形態では、この本体11による側面の一部の近傍に、図15等に例示するような小道具収容部1102を設け、小道具の一例としての清掃用ブラシ95を収納している。清掃用ブラシ95は、例えば、ダストケース4内をユーザが清掃するために用いることができるものであり、本体11の外周形状に沿って曲がった形状である。清掃用ブラシ95は、刷毛951及び冶具部952を有する。刷毛部951は、ダストケース4等の清掃時に用いることができ、冶具部952は、サイドブラシ15を取り外す際に用いることができる。
本体11の外周形状に沿って曲げた形状とすることで、清掃用ブラシ95の収納に要するスペースを本体11の側面の内周に沿って設けることができる。例えば清掃用ブラシ95などを、ダストケース4の外面に装着させる態様とすると、ダストケース4の容量の低減を招来し得るため好ましくない。また、清掃用ブラシ95などの収納スペースをダストケース4の着脱領域にすることで、清掃用ブラシ95などが意図せずに脱落するといった事態を抑制できる。
なお、本実施形態に代えて、例えば清掃用ブラシ95に代えて又は追加して、サイドブラシ15を取り外すための冶具、その他の小道具を収納しても良い。
小道具の収納態様は上記に限られず、ダストケース4を本体11に取付けた状態ならば本体11及びダストケース4に囲まれる領域を本体11に設けていればよい。
(逆流抑制弁44)
逆流抑制弁44は、ダクト42の他端としての開口を塞ぐことができる主面441、主面441に一体又は別体で取り付けられ、主面441に略平行な方向について、ダクト42より外側に突出した突出部442、及び、主面441及び突出部442を回動させる方向に付勢する付勢部443を有している。本実施形態では、突出部442は主面441に略平行な方向の外側それぞれに設けられている。
付勢部443は、主面441が開口を塞ぐ方向に逆流抑制弁44を付勢する部材であり、種々公知のものを用いることができるが、例えばばねを用いることができる。付勢部443を例えばコイルバネとすれば、自らが回動軸となることができる。
このため、外力が働かない状態では、逆流抑制弁44はダクト42の他端を塞いでいる。
突出部442は、ダストケース4を本体11に装着する際、ダストケース4が収納される領域に設けられた、反付勢部としての案内段差119に接触する。案内段差119は、本体11のうち、ダストケース4を取り外すと目視可能な領域に設けられている2つの段差部分である。案内段差119はそれぞれ、ダストケース4の取付方向に沿って設けられており、本実施形態では上後方から下前方に向けて延在している。
ダストケース4の本体11への装着に伴うダストケース4の下方への移動で、突出部442は案内段差119それぞれに接触及び摺動し、主面441が開口を開放する方向に力を受ける。これにより、逆流抑制弁44は付勢部443の付勢力に抗して、ダクト42の他端を開放する。本実施形態で例示する案内段差119のように、反付勢部及び突出部442の接触により、主面441が付勢部443の付勢力とは反対向きの力を受けてダクト42の他端としての開口を開放できる。
具体的には、逆流抑制弁44の長手方向を軸とする回動が生じ、ダクト42の他端を開放する。本実施形態の逆流抑制弁44は略長方形状であるから、逆流抑制弁44の短手方向を軸とする回動や、主面441に垂直な方向を軸とする回動だと、回動を行わせるために必要な空間が広く必要であるため、長手方向を軸として回動させることが好ましい。すなわち、付勢部443は、主面441の長手方向を軸として逆流抑制弁44を回動させる。
なお、突出部442は、自走式電気掃除機1の何らかの部材(反付勢部)に接触することで逆流抑制弁44を開状態にできればよい。
本実施形態の案内段差119の前端より前方には隙間1101が設けられており、ダストケース4が本体11に取り付けられた状態で、逆流抑制弁44は、案内段差119に押さえられつつ摺動して、隙間1101に収納される。隙間1101は、枠121の主方向投影面の外側に位置している。このため、ダストケース4を装着した状態では、ダクト42の他端は、塵埃センサユニット12に接触、特に本実施形態では密着部材124に密着する。
[吸引口1131から主蓄積室41までに設けられている構造物]
特に図14に例示するように、主方向について、塵埃センサユニット12の寸法92は、ダクト42の他端側の寸法93より短い。すなわち、吸引口1131から主蓄積室41までを接続する道程の一部、好ましくは寸法92より多くを、ダクト42の他端側の寸法93が形成している。これにより、吸引口1131から主蓄積室41までの領域にダストケース4の一部を設けることができるため、ダストケース4の容積を拡大できる。
ここで、ダクト42は、ダクト42の一端側を形成し、寸法94を有して上下に延在する直立部421を備えることができる。直立部421は、塵埃が主蓄積室41からダクト42の他端側に漏れることを抑制する。
ここで、寸法93としては、ダストケース4の下面を平面に擬制して(主蓄積室41を箱型に近似して)、塵埃センサユニット12の寸法92に略平行な直線を以て計測する、この平面から塵埃センサユニット12に至るまでの距離と考えることができる。なお、本実施形態の主蓄積室41は箱型と考えることができる。
[逆流抑制弁44によるダクト42の閉塞]
上述のように、ダストケース4が本体11に装着されている状態では、逆流抑制弁44は、回転ブラシ14の上側に格納されている。ダストケース4を本体11から取り外すと、付勢部443の付勢力により逆流抑制弁44は回動し、ダクト42側他端の開口を塞ぐ。これにより、ダクト42内に塵埃が蓄積されていても、ダストケース4から塵埃がこぼれ落ちることを抑制できる。なお、主面441は、平板状でも良いし、塵埃の通過を抑制できる程度のメッシュ状でも良い。
[塵埃の満杯検知]
自走式電気掃除機1が塵埃を吸引すると、吸引した塵埃はまず主蓄積室41に蓄積されていき、主蓄積室41が満杯になるとダクト42にも蓄積される。ダクト42が重力方向より水平方向側を向いた斜め下向きであるため、ダクト42から塵埃が落下することを抑制できる。また、水平方向より重力方向側を向いているため、主蓄積室41が満杯になってから比較的すぐにダクト42に塵埃が蓄積され易く、塵埃センサユニット12により塵埃を検出し易い。
また、直立部421により、主蓄積室41に余裕がある状態にも拘らずダクト42に塵埃が流れて落下することを抑制できる。本実施形態のダストケース4は、ダクト42の一端より前側に、主蓄積室41が内包する空間の過半の割合が設けられているため、塵埃は前方側に蓄積しやすい。しかし、空間の過半の割合とダクト42との間に直立部421が設けられているため、自走式電気掃除機1の主移動方向である前方への加速に伴い塵埃が後方に移動しても、塵埃がダクト42に落下することを効果的に抑制できる。すなわち、前方から後方に向けて、主蓄積室41が内包する空間の過半の割合、直立部421、ダクト42の一端の順で位置している。
ダクト42にも塵埃が蓄積して概ね満杯になると、塵埃が発光部122の光を遮り続けることになり、受光部123の受光量が低下した状態が継続する。この状態を検出することにより、ダストケース4の満杯を検知し、ユーザーに通知したり、自走式電気掃除機1を充電台(不図示)に帰還させる制御を開始させたりすることができる。
[通過する塵埃量の検知]
発光部122の光が瞬間的に遮られると、受光部123の受光量はパルス的に減少する。これにより、塵埃がダストケース4に向けて通過していることを検知できる。本実施形態では、主方向における断面積について、吸引口1131より回転ブラシ14側は大きく、枠121やダクト42では小さく、主蓄積室41では大きくなっている。すなわち、回転ブラシ14の収納空間から主蓄積室41までの道程における断面積は、枠121及び/又はダクト42で最小である。このため、吸込まれる塵埃は、ダクト42の形状に合わせられて断面積が小さい枠121に集中する。発光部122及び受光部123は、枠121に設けられているため、塵埃の多くは発光部122及び受光部123の間を通過する。すなわち、塵埃量を高精度に測定できる。
また、枠121を通過した後の塵埃は、断面積が概ね同じであるダクト42を通過するため、枠121近傍では渦流が生じにくい。すなわち、塵埃が渦流によって逆流して多重に検知されることを抑制できる。さらに、ダクト42を通過した後の断面積は拡大するため、風損を抑制できる。
また、塵埃センサユニット12より上流側の断面積、すなわち、吸口部113から塵埃センサユニット12までの断面積は、単調減少にしてもよい。こうすると、塵埃センサユニット12上流で渦流が生じ、塵埃が多重に塵埃センサユニット12に検出されてしまうことを抑制できる。
[レイアウト]
図17は上ケース111を取り外した自走式電気掃除機1の斜視図、図18は図1のE−E断面図である。
自走式電気掃除機1の上下寸法を小形とするべく、本体11の上下寸法は電動送風機16の上下寸法と略同一にされている。図17に例示するように、上ケース111を取り外した状態だと、電動送風機16の上面の一部を覆う凸形状162が見えるように構成されている。これにより、本体11の上下寸法の小形化に寄与する。なお、本体11の底面側が、下面視で電動送風機16に重なる位置に、下方に突出した凸形状を有していても良い。
上ケース111の下側空間には、凸形状162を設けることで、電動送風機16上端側の部分のみをこの空間に突出させるとともに、その突出寸法分だけ、別のパーツを配置することができる空間となっている。すなわち、凸形状162が位置する高さ領域に、別のパーツが配置されている。
例えば本実施形態では、スイッチシート22の一部、回路基板若しくは回路素子、7セグメント、及びLED等の発光素子を配しており、これらを上ケース111で覆うことができる構成となっている。これにより、電動送風機162の寸法に影響を受け易い自走式電気掃除機1の上下寸法を小さくし易くなる。なお、スイッチシート22の一部、回路基板若しくは回路素子、7セグメント、及びLED等の発光素子の他に何らかのパーツを配しても良いし、これらの一部のみを配しても良い。これら配するパーツの高さ寸法は、凸形状162の高さ寸法以下が好ましく、例えば5mm以下、3mm以下、2mm以下又は1mm以下にできる。
また、電動送風機162は、水平方向に送風するよう取付けられている、すなわち、ファン開口が略水平方向(例えば水平方向から±10度以下、好ましくは±5度以下)になっている。このようにすると、本実施形態の様に電動送風機162及びダストケース4を水平方向に形成した通路で接続し易い。すなわち、高さ方向に通路を延在させる必要性を低減でき、高さ寸法を抑えることができる。
なお、上ケース111を取り外すことで電動送風機16の上端側の部分が露出しても良いし、上述の別のパーツを配した平板状の部材が電動送風機16の上端側の部分を覆っていても良い。
また、通常は円筒形状の電動送風機16を斜めに配置すると、本体11の上下寸法を大きくする必要が生じるため、電動送風機16の軸方向は、水平方向又は水平方向から±10度以下、好ましくは±5度以下のずれとなっている。
電動送風機16の軸方向視について、図18に例示するように、筒型の電動送風機16に外接する略正方形の領域の内側には、アーム1141の回動軸側が位置している。この領域はデッドスペースになり易いが、このようにアーム1141の一部を配することでスペースを有効活用して自走式電気掃除機1の小形化を実現できる。また、排気口1126を電動送風機16の真下や、電動送風機16の下流側の開口の真下に位置しているため、排気風路を短くできる。
本実施形態は、小形化のための様々な構成を備えており、結果として、上下寸法を電動送風機16の上下寸法に近づけることができている。具体的には、駆動輪116による寸法への影響を考慮しても、自走式電気掃除機1を床面に載置した状態における自走式電気掃除機1の上下寸法(すなわち、アーム1141が上側に回動して駆動輪116が収納された状態の上下寸法)の70%以上、好ましくは75%以上又は85%以上の範囲に、電動送風機16の上下寸法が収まるように構成されている。
上ケース111及び下ケース112が上下側を囲む領域の上下寸法と、電動送風機16の上下寸法とは略同一である。具体的には、電動送風機16の上下寸法は、上ケース111及び下ケース112が囲む領域の上下寸法の90%以上、好ましくは95%以上である。
また、上述の通り、本体11に載置される構造物のうち、重量が大きいものは充電池19や電動送風機16である。充電池19を中央側に配置すると、配線等の妨げになり易いため、本実施形態では電動送風機16を中央側に配置し、充電池19を前側に配置している。
[サイドブラシ15の回転速度]
自走式電気掃除機1は、左側及び右側それぞれにサイドブラシ15を有している。本実施形態では、サイドブラシ15の回転速度をそれぞれ変更可能な構成としている。具体的には、自走式電気掃除機1が、左側に壁が位置するように走行する壁際清掃モードを実行している場合、壁が位置する側と同じ側である左側のサイドブラシ15の回転速度を、他方のサイドブラシ15の回転速度よりも速くするように制御する。これにより、壁際の清掃をより効果的に行うことができる。壁際清掃モードは、種々公知の方法により実行することができるが、例えば、本体11の左側に設けた測距センサ210が壁面(障害物)を検出し続けるように走行制御させることで実現できる。
なお、右側に壁が位置するように走行する壁際清掃モードを実行している場合にも、同様に制御できる。また、壁際清掃モードの実行中の壁側のサイドブラシ15の回転速度を、他の制御モード、例えば壁面や障害物を検知したら、その壁面や障害物から離れる方向に進路を変更して走行を再開する反射走行モードの実行中の回転速度に比して高いものに制御しても同様の効果を得られる。また、壁際と同様に、2壁面が交わる隅部でも同様に回転速度や後述するトルクを制御することができる。
[サイドブラシ15のトルク]
サイドブラシ15それぞれは、充電池19の電力によって駆動するサイドブラシモータ152によって駆動している。本実施形態では、サイドブラシモータ152としてDCモータを採用している。DCモータは、時間平均で出力する電圧が同値であっても、デューティ比が高い(電圧印加時間が長い)方が高いトルクを伝達することができる。サイドブラシ15は、壁や障害物に接触していると、その摩擦によってトルクが減少するため、清掃効率が低下し易い。
このため、本実施形態では、例えば、左側に壁が位置するように走行する壁際清掃モードを実行している場合、壁が位置する側と同じ側である左側のサイドブラシ15にトルクを伝達するサイドブラシモータ152のデューティ比を、他方のサイドブラシ15にトルクを伝達するサイドブラシモータ152のデューティ比よりも高くするように制御することができる。
また、充電池19のエネルギーが減少して出力電圧が低下している場合、同じデューティ比でもトルクが低下するため、充電池19の残電力が低いほどデューティ比を大きくさせる。
なお、同様の理由で、床面の材質によっても出力すべきトルクが異なるため、床面の種類に応じてデューティ比を決定するようにしてもよい。例えば、フローリング清掃中に比してじゅうたん清掃中のデューティ比が高くなるように制御することができる。
さらに、塵埃センサユニット12の塵埃検知個数が大きいほど、デューティ比を低下させることができる。これにより、塵埃が多量にある領域で、サイドブラシ15によって塵埃を撒き散らかさないようにできる。
また、壁際清掃モードの実行中の壁側のサイドブラシ15のデューティ比を、他の制御モード、例えば壁面や障害物を検知したら、その壁面や障害物から離れる方向に進路を変更して走行を再開する反射走行モードの実行中のデューティ比に比して高いものに制御しても同様の効果を得られる。
[センサ類]
図23は、自走式電気掃除機の制御装置2、及び制御装置2に接続される機器を示す概略構成図である。バンパセンサ(障害物検知手段)は、バンパ18の後退(つまり、障害物との接触)を検知するセンサである。
図2等に例示する測距センサ210(障害物検知手段)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、正面3箇所と側面2箇所の計5か所に測距センサを設けた。
測距センサ210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。この受光部によって検出される反射光に基づいて、障害物までの距離が算出される。なお、バンパ18のうち少なくとも測距センサの近傍は、赤外線を透過させる樹脂又はガラスで形成されている。
図3等に例示する床面用測距センサ211(床面検知手段)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112の下面の前後左右4か所に設置されている。より具体的には、補助輪17の前側、回転ブラシ14及び掻取りブラシ13の後側、各駆動輪116の前側かつ左右方向外側に位置している。
床面用測距センサによって階段等の大きな段差を検知することで、自走式電気掃除機1の(階段などからの)落下を防止できる。例えば、床面用測距センサによって前方に30mm程度の段差が検知された場合、制御装置2は走行モータを制御して本体11を後退させ、進行方向を転換させる。
なお、補助輪17前側(下ケース112の前端側)の床面用測距センサ211が床面からの距離が遠い旨を検出し、かつ、回転ブラシ14後側(下ケース112の後端側)の床面要素距センサ211が床面からの距離が近い旨を検出した場合、制御装置2は、本体11をそのまま前進させ続けてもよい。このような検出の組合せの場合、自走式電気掃除機1は、段差を登っていることが多いと考えられるためである。同様に、補助輪17前側の床面用測距センサ211が床面からの距離が近い旨を検出し、かつ、回転ブラシ14後側の床面要素距センサ211が床面からの距離が遠い旨を検出した場合、制御装置2は、本体11をそのまま前進させ続けてもよい。ここでいう「近い」とは、例えば、平坦な床面上を自走式電気掃除機Cが走行している場合に床面用測距センサ211が検出する距離以下であり、「遠い」とは、例えば、平坦な床面上を自走式電気掃除機Cが走行している場合に床面用測距センサ211が検出する距離超である。その他、適当な閾値を1つ又は2つ設定し、これと比較した結果であってもよい。
図23に示す走行モータパルス出力を利用して、走行モータ1161の回転速度、回転角度を検出する。なお、走行モータパルス出力より検出される回転速度、回転角度と、減速機構の歯車比と、駆動輪116の径とに基づいて、制御装置2は本体11の移動速度、移動距離を算出する。
走行モータ電流計測器は、走行モータ1161の電機子巻線に流れる電流を計測する計測器である。同様に、電動送風機用電流計測器は電動送風機16の電流値を計測し、回転ブラシモータ用電流計測器は回転ブラシモータ1133の電流値を計測する。2つのサイドブラシモータ用電流計測器はサイドブラシモータ152の電流値を計測する。それぞれの電流計測器は、計測した電流値を制御装置2に出力する。電流値の検知結果を利用して、例えば回転ブラシに異物が絡まり回転が停止した異常を検知でき、操作ボタンによりユーザに報知できる。
また、回転ブラシモータ1133の電流値と走行モータ1161の電流値から、本体11が走行している床面の状態を検知し、例えば絨毯上だと認識すると電動送風機16の入力を増加させ吸引力を大きくし、フローリング上では、電動送風機16の入力を小さく設定して充電池19の消費電力を抑える制御を行う。
塵埃センサユニット12により塵埃を検出すると、電動送風機16の入力を一定時間増加させる。検出した塵埃量に応じて電動送風機16の入力増加時間を決定する(例えば延ばす)ことは行わない。これにより、電動送風機16の消費電力を抑える。また、塵埃を検出しても本体11の反転や往復動作は行わない。これにより、移動速度の低下を避けることができる。
[駆動装置]
図23に示す走行モータ駆動装置(左)(右)は、左右側の走行モータ1161を駆動するインバータ、または、PWM制御によるパルス波形発生装置であり、制御装置2からの指令に応じて動作する。電動送風機駆動装置、回転ブラシ用モータ駆動装置、サイドブラシ用モータ駆動装置(左)(右)についても同様である。これら各駆動装置は、本体11内の制御装置2(図2参照)に設置されている。
[制御装置2]
制御装置2は、例えばマイコン(Microcomputer:図示省略)であり、ROM(Read Only Memory)に記憶されたプログラムを読み出してRAM(Random Access Memory)に展開し、CPU(Central Processing Unit)が各種処理を実行するようになっている。制御装置2は、スイッチシート22(図1参照)、及び、前記した各センサ類から入力される信号に応じて演算処理を実行し、前記した各駆動装置に指令信号を出力する。
[マニュアルとのセット同梱]
本実施形態の自走式電気掃除機1は、上述のように、家具を配した部屋の床面を清掃することを想定したものである。自走式電気掃除機としては、他には例えば、机上など、部屋に比して非常に狭い領域を清掃すべく設計されるものが知られているが、このような狭い領域を清掃するための自走式電気掃除機と、本実施形態で詳述した自走式電気掃除機1とは、想定している使用態様が大きく異なる。あくまで本実施形態で詳述した自走式電気掃除機1は、家具を配した部屋の床面を効果的に清掃するべく製造される。このため、自走式電気掃除機1とともに、その旨を文字若しくは画像又は動画で示すマニュアルを同梱して自走式電気掃除機セットとして販売することが好ましい。マニュアルとしては例えば、紙媒体、DVD等の記録媒体、又はUSBメモリ等の記憶媒体にできる。なお、紙媒体としては、例えば、インターネット回線等の電気通信手段を介してダウンロード可能なストリーミングを視聴するための手段を記載した形式にしてもよい。
以上、本発明に係る自走式電気掃除機について実施形態を示して詳細に説明した。なお、本発明の内容は実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内において適宜改変・変更等することができることはいうまでもない。
1 自走式電気掃除機
11 本体
111 上ケース
112 下ケース
1121 サイドブラシ取付部
1122 補助輪取付部
1123 後方突起
1124 中央前側突起
1125 中央後側突起
1126 排気口
1127 バンパーフレーム
1128 取付爪係止部
113 吸口部
1131 吸引口
1133 回転ブラシモータ
114 駆動機構収容部
1141 アーム(サスペンション)
1142 減速機構
115 電池収容部
116 駆動輪
1161 走行モータ
117 前方蓋
118 気密部材
1181 架橋部
1182 揺動軸
1183 枠体部
1184 取外し爪
1185 付勢部
1186 従動ローラ
1187 傾斜部
119 案内段差
1101 隙間
1102 小道具収容部
12 塵埃センサユニット
121 枠
122 発光部
1221 発光素子
123 受光部
1232 受光素子
1239 透明樹脂キャップ
124 密着部材
125 配線
126 コネクタ
127 基板
13 掻取りブラシ
14 回転ブラシ
141 軸部
142 植毛
143 不織布
1431 スリット
15 サイドブラシ
151 サイドブラシホルダ
1511 取付爪
1512 冶具挿穴
152 サイドブラシモータ
153 根元弾性部
1531 細状部
1532 太状部
154 刷毛部
155 取付爪
16 電動送風機
161 弾性体
17 補助輪
171 接地部
172 円板部
173 固定軸
174 小円板部
18 バンパ
19 充電池
2 制御装置
21 制御基板
210 センサ類(測距センサ)
211 センサ類(床面用測距センサ)
22 スイッチシート
221 円形操作ボタン
222 環形操作ボタン
4 ダストケース
41 主蓄積室
42 ダクト
421 直立部
43 ハンドル
431 把持部
432 抜け止め部
433 作用点部
434 係止部
44 逆流抑制弁
441 主面
442 突出部
443 付勢部
45 蓋
46 フィルタ
47 リブ
80 支持板
90 中心線
91 矢印
92 塵埃センサユニットの主方向の寸法
93 ダクトの他端側の寸法(斜め寸法)
94 ダクトの一端側の寸法(上下寸法)
95 小道具の一例としての清掃用ブラシ
951 刷毛
952 冶具部

Claims (8)

  1. 左右方向で互いに対向する2つの駆動輪と、左右方向に回転軸を持つ回転ブラシと、電動送風機と、充電池と、ダストケースと、を有し、自律的に駆動する自走式電気掃除機であって、
    左右寸法が300mm以下、
    前後寸法が300mm以下、
    当該自走式電気掃除機を載置した状態の高さ寸法が100mm以下、
    左右寸法が230mm以上、
    前後寸法が230mm以上、
    質量が2500g以下2000g以上、
    直進時の平均速度は、150mm/s以上であることを特徴とする自走式電気掃除機。
  2. 左右方向で互いに対向する2つの駆動輪と、左右方向に回転軸を持つ回転ブラシと、電動送風機と、充電池と、ダストケースと、を有し、自律的に駆動する自走式電気掃除機であって、
    左右寸法が300mm以下、
    前後寸法が300mm以下、
    当該自走式電気掃除機を載置した状態の高さ寸法が100mm以下、
    左右寸法が230mm以上、
    前後寸法が230mm以上、
    質量が2500g以下2000g以上、
    前記回転ブラシの幅をWとし、前記駆動輪及び前記回転ブラシを前記充電池によって駆動可能な時間をtとし、自然数をs(s=3又は4)とした場合、
    直進時の平均速度は、4×5×s/(w×t)以上であることを特徴とする自走式電気掃除機。
  3. 前記回転ブラシの左右寸法は、120mm以上であり、
    前記回転ブラシの左右寸法は、当該自走式電気掃除機の左右寸法の51%以上95%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の自走式電気掃除機。
  4. 前記回転ブラシの前端は、前記駆動輪の後端よりも後方に位置していることを特徴とする請求項3に記載の自走式電気掃除機。
  5. 当該自走式電気掃除機は、中央より前側の曲率半径よりも後側の曲率半径の方が大きく、
    前記回転ブラシは、中央より後側に配されており、
    超信地旋回の旋回中心は、中央より前側であることを特徴とする請求項1乃至4何れか一項に記載の自走式電気掃除機。
  6. 前記電動送風機の直径が70mm以下、質量が250g以下であることを特徴とする請求項1乃至5何れか一項に記載の自走式電気掃除機。
  7. 前記電動送風機は、上ケース及び下ケースの間に配されており、
    該電動送風機の上下寸法は、前記上ケース及び前記下ケースが囲む領域の上下寸法の90%以上であることを特徴とする請求項6に記載の自走式電気掃除機。
  8. 請求項1乃至7何れか一項に記載の自走式電気掃除機と、
    当該自走式電気掃除機を、家具を配した部屋の床面の清掃に用いる旨を文字若しくは画像又は動画で示したマニュアルと、を有する自走式電気掃除機セット。
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