JP4596956B2 - 床面清掃機用ブラシ圧調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行しながら底部に取り付けたロールブラシで床面（路上を含む）を清掃する床面清掃機の分野で利用されるものであって、具体的には、上記ロールブラシの接地圧を自動的に調整することができるブラシ圧調整装置に関するものである。

特許文献１に記載の「走行車用ダストシュート装置」には、走行しながら床面または路面上のゴミをメインブラシで掃き上げてホッパーに回収する走行式清掃車に関する技術が記載されている。この中で、メインブラシはロッカーアームの先端に連結されたチェーンを引き上げ操作することにより、上記ロッカーアームに支えられたメインブラシを床面から離れた位置に上昇させたり、また清掃面である床面上に下降させたりするように構成されている。そしてロッカーアームはブラシの自重により常時下方に向けて荷重が掛かるように構成され、ネジで調整すればブラシの下限位置が変えられるようにしてある。従って、ブラシが摩耗して床面に対するブラシ接触圧が弱くなれば、上記ネジ位置を変えることで接触圧力を強くすることが可能であり、勿論弱くすることも可能である。

また、特許文献２に記載の「床面清掃用ブラシ圧自動調整装置」には、油圧モータを制御してブラシの接地圧を自動的に調整することのできることが記載されている。
実用新案登録第２５３２６６７号公報 実公平６−１６５７７号公報

上記特許文献１によれば、ロッカーアームに支えられたブラシを、ロッカーアームと共に所定の高さに下降させて床面に接触させるものであるから、平坦な床面に対しては所定の接触圧力で接触することになる。しかしながら、床面に凹んだ箇所が有れば、その凹部においてブラシの床面に対する接触圧力は下がる結果になり、逆に床面に凸部があれば、その部分においてはブラシに大きな負荷（ショックも生ずる）が掛かることになって、常時均一な接触圧力で床面の清掃を行うことができなくなる。その結果は、床面に対して均一な清掃が出来ないこと、又、絨毯やカーペット等の床面に損傷を与えるといった問題があった。

また、上記特許文献２によれば、床面の凹凸に起因して生ずるブラシの床面への接触圧力の変化を検知することにより、油圧モータを制御して上記のブラシを上げ下げ駆動し、床面とブラシとの接触圧力を一定にすることができる。しかしながら、比較的緩やかな凹凸が有る床面を走行する場合は良いが、凹凸の変化が急激な場合には、変化を検知してからブラシを敏感に上下動させることが難しく、ブラシと床面との間で所謂ショックが発生し、床面を損傷させたり、ブラシを損傷させたりすることがあった。また、ブラシを駆動するモータに対しても、大きな電流が一時的に流れ、決して好ましい状態ではなかった。更に、制御用の各種機器を必要とするため、コストを高める結果になっていた。

本発明は上述した各問題点を解消するために成されたものであって、その技術的課題は、凹凸を繰り返す床面の清掃において、希望する接触圧力にて清掃が可能であると共に、ブラシ摩耗などから生ずるブラシ接触圧力の変化への対応が可能であり、特に、凹凸段差におけるショックを緩和し、ブラシの床面への接触圧力を常時一定に維持することで絨毯等の床面の清掃を安定的に、且つ、絨毯面やブラシへの損傷を極力防止できるように工夫した床面清掃機用ブラシ圧調整装置を提供することである。

（１） 上記の技術的課題を解決するために、請求項１に係る発明は、走行しながら床面または路面上のゴミを回転するロールブラシで掃き上げてホッパーに回収するように構成した床面清掃機であり、上記のロールブラシを支えるロール支持アームを、ロールブラシが床面に対して上下動するように車体に対して上下動自在に取り付け、且つ、このロールブラシには、上記ロール支持アームに支持されたロールブラシを上方向に弾性的に付勢するアーム引き上げ手段の引き上げ力を附与せしめると共に、上記ロールブラシの重量から、上記アーム引き上げ手段による引き上げ力と、ロールブラシ回転時に発生する上方へ浮き上がろうとする反力とを減じたブラシ押し付け力とが一定になるように構成した床面清掃機用ブラシ圧調整装置であって、
上記アーム引き上げ手段が、上記ロール支持アームに支持されたロールブラシを上方に付勢する引っ張りバネと、上記ロール支持アームに支持されたロールブラシを床面方向に付勢する圧縮バネとで構成され、走行中に上記ロールブラシが車体に接近すると、上記引っ張りバネの引っ張り負荷が減少して上記圧縮バネの負荷が増加し、逆に、上記ロールブラシが車体から離れると、上記引っ張りバネの引っ張り負荷が増加して且つ上記圧縮バネの負荷が減少するように、二つのバネが互いに共同して上記ロールブラシの押し付け力を一定に維持するように構成されていることを特徴としている。

（２）また、請求項２に係る発明は、前記引っ張りバネと前記圧縮バネのバネ定数が同一に設定されていることを特徴としている。

（３） また、請求項３に係る発明は、前記車体側に、前記ロールブラシに作用する力を調整する作用調整手段としてのモータシリンダを取り付けると共に、当該モータシリンダの先端部にブラケットを固定し、且つ、このブラケットに対して上記アーム引き上げ手段としての二つの圧縮バネを配置して、一方の圧縮バネが前記ロール支持アームに取り付た前記ロールブラシを上方に向けて引き上げ方向に付勢し、他方の圧縮バネが前記ロールブラシを床面方向に押し付けて加圧する方向に付勢せしめることを特徴としている。

（４） 更に、請求項４に係る発明は、前記ブラケットを挟んでその上側と下側にそれぞれ圧縮バネを配置して、上側の圧縮バネがロール支持アームを引き上げると共に、下側の圧縮バネがこのロール支持アームを床面方向に向けて加圧するように構成したことを特徴としている。

上記（１）で述べた手段によれば、ブラシ重量からアーム引き上げ手段による引き上げ力と、ブラシ回転時に発生する上方への反力（浮き上がろうとする力）とを減じたブラシ押し付け力が一定になるように構成したから、床面に凹凸があったとしても、常に同じ接触圧をもって接触するものであり、ブラシ重量に起因して生ずる衝撃的な現象は発生しにくくなる。従って、床面や、ロールブラシに対する損傷が生じない。といった特徴を発揮することができる。

また、上記（２）で述べた手段によれば、上記（１）の手段が発揮する作用に加えて、比較的安いコストで本発明の目的を達成することができる。また、バネを代えることで、安定したブラシ押し付け力を得ることができる。

上記（３）で述べた手段によれば、モータシリンダを動作させて、ロールブラシの床面への接触状態を変えることができる。即ち、ロールブラシを床面に近づけることで接触圧力を強め、遠ざけることで接触圧力を弱くすることができるため、当然ブラシ摩耗にも対応できる。また、上記（１）と（２）の各手段が発揮する作用も合わせて発揮することができる。

更に上記（４）で述べた手段によれば、比較的簡単なバネの構成で本発明の目的を達成することができる。

以上述べた次第で、本発明に係る床面清掃機用ブラシ圧調整装置によれば、凹凸を繰り返す床面を清掃する場合でも、ロールブラシを希望する接触圧力で床面に接触させることができるため、床面やブラシを損傷させることなく安定した清掃を行って、床面や絨毯をきれいに清掃することができる。

また、本発明によれば、ブラシ摩耗等の原因で発生する接触圧力の変化にも対応できるため、特に、凹凸段差におけるショックを緩和して、床面への接触圧力を常時一定に維持することによって、絨毯のような凹凸の多い床面に対しても安定した清掃効果を発揮できる利点を備えている。

以下に、本発明の実施の形態による床面清掃機用ブラシ圧調整装置について、添付した図面と共に詳細に説明すると、図１は本発明に係るブラシ圧調整装置を備えた床面清掃機の一実施例を示した構成図であって、図中１は車体、２は運転用ハンドル、３は前車輪、４は後車輪、５は周面にブラシ５Ｔを植毛したロールブラシであって、これらの後車輪４およびロールブラシ５は駆動源であるモータ（図示省略）によって駆動される。

また、６はダストホッパー、７は吸引ダクト、８はダストボックス、９はフィルタ、１０はフイルタダストボックス、１１はブロアダクト、１２は動力源によって回転駆動される吸引ブロア、１３は電池であって、これらは車体１に搭載されている。なお、１４は清掃すべき床面である。

以上の構成において、車体１を走行させながらロールブラシ５の回転と吸引ブロア１２の運転を行うと、ロールブラシ５の回転により掃き上げられた比較的大きなゴミはホッパー６に集められ、細かいゴミは吸引ブロア１２の吸引作用を受けてダストダクト７からダストボックス８に回収される。更に塵埃を含んだ空気はダストボックス８からフィルタ９を通して濾過され、この濾過された空気は、フイルタボックス１０とブロアダクト１１を通して外部に排出される。車体１とブラシ５との間にはブラシサスペンション機構部２０が設けられており、このサスペンション機構部２０は、後述するように構成されている。

例えばカーペット（絨毯）の清掃をロールブラシ５を用いて行う場合、ロールブラシ５の押し込み深さにより必要動力が変化すると共に、ロールブラシ５の押し込み深さにより清掃効果（カーペット内部の塵の回収効果）に影響を与える。また、ロールブラシ５の過度の押し付けを行うと、ロールブラシ５のブラシ５Ｔが倒れるだけとなり、モータ動力の増加に対して清掃効果は得られ無くなり、過度の押し付けによりカーペットへの損傷も発生する。

この為、図２に示すように、適正なロールブラシ５の押し付け力（Ｆ）と、ロールブラシ５の押し込み深さ（ｘ）が重要な要件となる。ロールブラシ５の押し込み深さ（ｘ）と必要動力は、ブラシ性状（ブラシの毛の剛性、密度など）とカーペット性状（カーペットの毛足長さ、密度、パイル径など）により異なるが、実測の一例を示すと図３のＣ１のような特性になる。図３において、横軸はロールブラシ５の押し込み深さｘ（ｍｍ）と押し付け力Ｆ（Ｎ）であり、縦軸はモータ電流Ａ（ブラシ動力）である。

問題となるのは、清掃時のカーペット表面に凹凸が有るため、一定のブラシ押し付け力を維持する必要が生じることである。即ち、清掃機の車輪３、４間に存在するカーペットの不陸（凹凸）に対して、ロールブラシ５の駆動動力を安定させる必要がある。図４から図８はこの場合の問題点を示すもので、こられの図において、１ａは車体のシャーシ、１５は一端部がシャーシ１ａに回動可能に取り付けられ、他方の端部がロールブラシ５の軸芯部分５ａに上下動自在かつ回転自在に取り付けられたロール支持アームである。

図４は、カーペットが平坦で安定した状態が示されている。カーペットの不陸状態とブラシ押し付け力が一定でない時の問題点として、図５から図８に示す例がある。

すなわち、図５に示すように、カーペットに幅の狭まい凸部１６ａがの有る不陸１の状態で、凸部１６ａにロールブラシ５が強く当たり、長年の使用で局所的にカーペットに損傷を与えてしまう。図６に示すように、カーペットの幅の狭まい凹部１６ｂが有る不陸２の状態で、凹部１６ｂへのブラシ５の当たりが弱くなり、長年の使用で清掃不充分の為カーペット内部の塵によりカーペットに黒ずみ（汚れの目立つ部分）が発生する。また、図７と図８に示すように、カーペット面に段差１７が有る不陸３と４の場合で、ブラシ高さが清掃機基準面より見て上下に変化する場合、長年の使用で、図５と図６の不陸（１）と（２）と同一の問題が発生する。そこで、本発明においては、図９から図１４に示すように、ブラシサスペンション機構部２０に種々の改良を行った。

図９は、ブラシサスペンション機構部２０の構成と作用する力関係を示すもので、このブラシサスペンション機構部２０は、ロールブラシ５を支えたロール支持アーム１５を、ロールブラシ５が床面に対して上下動するように車体のシャーシ１ａに上下動自在に取り付け、上記ロール支持アーム１５と車体側との間に、当該アーム１５に支持されたロールブラシ５を上方向に弾性的に付勢するアーム引き上げ手段である引っ張りバネ２２を、シャーシ１ａとロールブラシ５の軸芯部５ａ間にブラケット２７を介して設け、ロールブラシ重量Ｗから、上記アーム引き上げ手段である引っ張りバネ２２による引き上げ力（ＳＦ）とブラシ回転時に発生する上方への反力（ＢＦ）とを減じたブラシ押し付け力（Ｆ）が一定になるように構成されている。ここで、ブラシ押し付け力（Ｆ）は引っ張りバネ２２の引き上げ力（ＳＦ）により調整され、Ｆ＝Ｗ−（ＢＦ＋ＳＦ）が得られる。

また、ブラシ回転に伴う垂直方向の反力（ＢＦ）はブラシ性状とカーペット性状により異なるが、一例として図１０のＣ２で示す特性が得られる。

図１１は、上記アーム引き上げ手段として、定荷重バネ２３を使用したもので、カーペット面の不陸に対して一定のブラシ押し付け力（Ｆ）を得るためのブラシサスペンション機構である。ブラシ引き上げバネとし定荷重バネ２３を使用することにより、ロールブラシ５の上下動に対し一定のＦ値、すなわち、Ｆ＝Ｗ−（ＢＦ＋ＳＦ）が得られる。すなわちここで、ロールブラシの重量（Ｗ）は一定、反力（ＢＦ）は一定、（ＳＦ）は定荷重バネ２３で高さが変化しても一定荷重の引き上げを保つ。

図１２と図１４のロールブラシサスペンション機構部２０は、図１１のロールブラシサスペンション機構を更に改良したもので、実用的には、これらのサスペンション機構は有効なものである。

図１２に示すロールブラシサスペンション機構部２０は、引っ張りバネ２２と圧縮バネ２４を用いたもので、Ｌ字状のレバー２５をロールブラシ５の軸芯部５ａとロール支持アーム１５に回動自在に枢設し、シャーシ１ａに取り付けられたブラケット２６とレバー２５との間に、該ブラケット２６を摺動可能に挿入された案内ロッドを有するバネ受け２８を介して、圧縮バネ２４を加圧された状態で設け、レバー２５とシャーシ１ａとの間に引っ張りバネ２２を設けて構成されている。圧縮バネ２４の加圧された状態とは、例として、自由長１００ｍｍの圧縮バネを８０ｍｍの長さとし２０ｍｍ圧縮した状態である。

ここで、圧縮バネ２４のバネ力（ＣＳＦ）と反力（ＢＦ）と、引っ張りバネ２２の引き上げ力（ＳＦ）及びロールブラシ５の自重（Ｗ）および（Ｆ）との間には、Ｆ＝Ｗ−（ＢＦ＋ＳＦ）＋ＣＳＦ。の関係が得られる。

図１３は図１２のロールブラシサスペンション機構部２０の特性を示すもので、Ｃ３はＣＳＦの特性であり、Ｃ４はＳＦ特性であって、引っ張りバネ２２と圧縮バネ２４のバネ定数を同一に設定すれば、ＳＦとＣＳＦは動きを打ち消し合って常に一定のバネ力を保つことができる。

このように、上記アーム引き上げ手段として、ロール支持アーム１５と車体との間に設けられ該アームに支持されたロールブラシ５の上方に付勢する引っ張りバネ２２と、同じくロール支持アーム１５と車体側との間に設けられ該アームに支持されたロールブラシ５を床面方向に付勢する圧縮バネ２４とで構成し、走行中にロールブラシ５が車体１１に接近すると上記引っ張り負荷が減少し、かつ圧縮バネ２４の負荷が増加し、二つのバネが互いに共同してブラシの押し付け力を一定に維持するように構成されている。ここで、上記引っ張りバネ２２と上記圧縮バネのバネ２４の定数を同一に設定した。

図１４のロールブラシサスペンション機構部２０は、図１２のサスペンション機構において、モータシリンダ３１等を用いてブラシ部全体の昇降及び押し下げ力（Ｆ）を可変させる構造である。

図１４において、２４ａは第１の圧縮バネ、２４ｂは第２の圧縮バネ、２９はブラケット、３０はバネ受けである。シャーシ１ａとレバー２５間には引っ張りバネ２２が設けられ、更に、レバー２５にはバネ受け２８が取り付けられ、バネ受け２８の案内ロッド２７を挿通して第１の圧縮バネ２４ａが設けられている。第１の圧縮バネ２４ａの上部に位置して案内ロッド２７に上記のブラケット２９が上下動自在に設けられている。さらに、ブラケット２９には案内ロッド２７を挿通して第２の圧縮バネ２４ｂが配置され、第２の圧縮バネ２４ｂの上部には案内ロッド２７を挿通してバネ受け３０が配置されている。また、ブラケット２９にはシャーシ１ａに固定されたモータシリンダー３１が配置され、そのシリンダーロッド３２がブラケット２９に連結されている。

上記第２の圧縮バネ２４ｂに第１の圧縮バネ２４ａに比較して大きなバネ定数を与えることにより、図１２のものと同等なものになる。また、第２の圧縮バネ２４ｂは、モータシリンダー３１の駆動装置の起動停止時のショックを和らげる効果を発揮する。モータシリンダー３１のロッド３２の下降位置を基準レベルに対して（＋），（−）の変化を与えることにより、ロールブラシ５の押し込み深さ（ｘ）を変え、結果としてブラシ押し付け力（Ｆ）を変化させることができる。

本発明の実施の形態における床面清掃機の概略構成図。 床面清掃機の動作説明図。 床面清掃機の動作説明図。 床面清掃機の動作説明図。 床面清掃機の問題点についての動作説明図。 床面清掃機の問題点についての動作説明図。 床面清掃機の問題点についての動作説明図。 床面清掃機の問題点についての動作説明図。 本発明の実施の形態における床面清掃機のブラシ圧調整装置のブラシサスペンション機構部の構成図。 図９のブラシサスペンション機構部の動作特性図。 本発明の他の実施の形態における床面清掃機のブラシ圧調整装置のブラシサスペンション機構部の構成図。 本発明のさらに他の実施の形態における床面清掃機のブラシ圧調整装置のブラシサスペンション機構部の構成図。 図１２のブラシサスペンション機構部の動作特性図。 本発明のさらなる実施の形態における床面清掃機のブラシ圧調整装置のブラシサスペンション機構部の構成図。

５…ロールブラシ
１５…ロール支持アーム
２２…引っ張りバネ
２３…定荷重バネ
２４…圧縮バネ
２４ａ…圧縮バネ
２４ｂ…圧縮バネ
２５…レバー
２９…ブラケット
３１…モータシリンダ

Claims (4)

1. 走行しながら床面または路面上のゴミを回転するロールブラシで掃き上げてホッパーに回収するように構成した床面清掃機であり、上記のロールブラシを支えるロール支持アームを、ロールブラシが床面に対して上下動するように車体に対して上下動自在に取り付け、且つ、このロールブラシには、上記ロール支持アームに支持されたロールブラシを上方向に弾性的に付勢するアーム引き上げ手段の引き上げ力を附与せしめると共に、上記ロールブラシの重量から、上記アーム引き上げ手段による引き上げ力と、ロールブラシ回転時に発生する上方へ浮き上がろうとする反力とを減じたブラシ押し付け力とが一定になるように構成した床面清掃機用ブラシ圧調整装置であって、
   上記アーム引き上げ手段が、上記ロール支持アームに支持されたロールブラシを上方に付勢する引っ張りバネと、上記ロール支持アームに支持されたロールブラシを床面方向に付勢する圧縮バネとで構成され、走行中に上記ロールブラシが車体に接近すると、上記引っ張りバネの引っ張り負荷が減少して上記圧縮バネの負荷が増加し、逆に、上記ロールブラシが車体から離れると、上記引っ張りバネの引っ張り負荷が増加して且つ上記圧縮バネの負荷が減少するように、二つのバネが互いに共同して上記ロールブラシの押し付け力を一定に維持するように構成されていることを特徴とする床面清掃機用ブラシ圧調整装置。
2. 前記引っ張りバネと前記圧縮バネのバネ定数が、同一に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の床面清掃機用ブラシ圧調整装置。
3. 前記車体側に、前記ロールブラシに作用する力を調整する作用力調整手段としてのモータシリンダを取り付けると共に、当該モータシリンダの先端部にブラケットを固定し、且つ、このブラケットに対して上記アーム引き上げ手段としての二つの圧縮バネを配置して、一方の圧縮バネが前記ロール支持アームに取り付けた前記ロールブラシを上方に向けて引き上げ方向に付勢し、他方の圧縮バネが前記ロールブラシを床面方向に押し付けて加圧する方向に付勢するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の床面清掃機用ブラシ圧調整装置。
4. 前記ブラケットを挟んでその上側と下側にそれぞれ圧縮バネを配置して、上側の圧縮バネが前記ロール支持アームを引き上げると共に、下側の圧縮バネがこのロール支持アームを床面方向に向けて加圧するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の床面清掃機用ブラシ圧調整装置。

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