JP5333000B2

JP5333000B2 - 電気掃除機

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Publication number: JP5333000B2
Application number: JP2009169892A
Authority: JP
Inventors: 崇文石橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: JP2011019868A

Description

本発明は、一般家庭用、もしくは業務用の電気掃除機に関するもので、特に、電気掃除機の制御に関するものである。

従来のこの種の電気掃除機として、図５〜７に示されるようなものがある。図５は、従来の電気除機の概略構成図、図６は、同電気掃除機の塵埃検出方法を示すブロック図、図７は、同電気掃除機の塵埃検出手段の検出部の断面図である。

図５〜７において、１は、従来の電気掃除機の電気掃除機本体（以下「本体１」という）であり、２は、本体１に内蔵され、吸気風を発生する電動送風機であり、３は、電動送風機２の異なった入力（供給電力）での動作モードを操作する操作部４を有したホースであり、５は、延長管であり、８は、被清掃面に接して塵埃等を吸い込む床用吸い込み具であり、６は、吸引した塵埃を蓄積しておく集塵室であり、ホース３と集塵室６は、本体１に設けた吸気口７を介して接続され、集塵室６と吸気口７とホース３と延長管５と床用吸い込み具８で吸気流路を形成している。床用吸い込み具８には、床面に対向して、床面上の塵埃を掻き上げる回転ブラシ９と、回転ブラシ９を回転駆動するための電動機（図示せず）が内蔵されている。

ホース３の吸気口７との接続部付近には、後述する吸気流路を通過する塵埃を検出する塵埃検出手段１１の検出部２２を有している。また、本体１には、操作部４から入力される操作信号により、電動送風機２への供給電力を制御する制御手段（図示せず）が内蔵されている。

上記のように構成された従来の電気掃除機は、使用者が操作部４を操作して、制御手段により電動送風機２に電力が供給され、電動送風機２への電力供給が停止している停止モードから、動作モードへ移行すると、床用吸い込み具８から吸引された塵埃が、吸気流路を経由して集塵室６に蓄積される。

塵埃検出手段１１は、図６、７に示すように構成され、塵埃が流れる吸気流路に光を放つ発光部２０と、発光部２０からの光を受光し受光量に応じた信号を出力する受光部２１を備え、受光部２１は、塵埃が流れる吸気流路に発光部２０と対向して設けられている（以下、この発光部２０と受光部２１を合わせて検出部２２と称す）。

受光部２１からの出力信号Ｖｓは、増幅部２３により増幅された後、その信号Ｖａは、パルス変換手段２４によりパルスＳａに変換され、塵埃レベル判断手段２５に入力される。塵埃検出手段１１は、検出部２２と増幅部２３とパルス変換手段２４より構成される。パルス変換手段２４の出力するパルスＳａの数は、検出部２２を通過する塵埃の数が多ければ多くなり、少なければ少なくなるというように、塵埃の数に応じた数のパルスが出力され、パルスの数により、床用吸い込み具８から吸引されて検出部２２を通過する塵埃の数、つまり、使用者が、床用吸い込み具８を操作して清掃している床面の塵埃の量に対応した数のパルスが出力されることになる。

塵埃レベル判断手段２５は、このパルスを入力し、所定時間周期Ｔ０（例えば０．１秒）毎に、この間のパルス数を積算しており、この積算値により、塵埃の量をレベル０からレベル３（レベル３＞２＞１＞０）を決定する。積算値は、所定時間周期Ｔ０毎に更新される。

それぞれのレベルの境界には、パルス数に対する判定値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（Ｐ３＞Ｐ２＞Ｐ１）が設定されており、Ｐ３以上であれば、レベル３、Ｐ２以上Ｐ３未満であればレベル２、Ｐ１以上Ｐ２未満であればレベル１、Ｐ１未満であればレベル０と、関連づけがされている。

また、制御手段においては、レベル０からレベル３の各々に対して、電動送風機２への供給電力を対応させて、供給電力Ｗ０（レベル０）、Ｗ１（レベル１）、Ｗ２（レベル２）、Ｗ３（レベル３）を、Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１＞Ｗ０となるよう設定しており、塵埃レベル判断手段２５から入力される塵埃レベルによって、Ｗ０からＷ３までの可変範囲を有して、電動送風機２への供給電力を制御している。

つまり、床面の塵埃の量が多いほど、吸引力を上げ、塵埃の量が少ないと必要な吸い込み力まで下げ、効率的な電動送風機２の運転を実現している。

また、塵埃レベル判断手段２５は、入力されるパルス数が、一旦、所定のレベルの汚れに対応した積算値に到達すると、その後の積算値がそのレベルに到達しないレベルであっても、所定の時間の間は、そのレベルを保持する保持時間を有しており、Ｔ０毎に更新されるパルス数の積算値が頻繁に変動しても、電動送風機２への供給電力の頻繁な変動を防止し、安定した供給電力切り換えを実現することができるようになっている。

このように、塵埃検出手段１１が検出する塵埃の量に応じて、電動送風機２への供給電力を制御する従来の電気掃除機として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

又、過去一定期間、電気掃除機を使用した間のパルス変換手段２４から出力されるパルスを積算し、その積算値に応じて、パルス数に応じた電動送風機２の吸い込み力の可変範囲を学習、設定し、使用者の家庭の環境にあった、吸い込み力（電力）で掃除を行うことができる従来の電気掃除機として、例えば、特許文献２に記載されたものがある。

また、塵埃検出手段１１にて、粒子径の異なる塵埃をそれぞれ検出し、吸引する塵埃量のみではなく、塵埃の大きさに対しても、より精度よく電動送風機の制御を行えるようにした従来の電気掃除機として、例えば、特許文献３に記載されたものがある。

特開平２−１５２４２９号公報特許第２７７８２７１号公報特開２００７−６９２２号公報

近年、ＣＯ２排出削減という目的を大きな柱に、省エネルギーやエコロジーが注目され、電力を消費する電気機器にあっては、その機器に求められる基本性能を維持・向上しながら、電気的なインプットである消費電力を低減することが求められている。従来より、塵埃検出手段１１を搭載して、塵埃の量に応じて電動送風機への供給電力を制御し、塵埃量に応じた供給電力で電動送風機２の運転を行うという構成で、消費電力の低減に対応していた。

しかしながら、上記従来の電気掃除機の構成では、清掃対象エリアの被清掃面に存在する塵埃のトータル量が、多くても、少なくても、所定時間周期Ｔ０の間に、検出部２２を
通過する塵埃が、例えばパルス数Ｐ３以上の塵埃量であれば、電動送風機２に供給する電力をＷ３まで上昇させるよう制御する。

そのため、所定時間周期Ｔ０毎に通過する塵埃量が連続してＰ３以上となる場合と、ある瞬間の所定時間周期Ｔ０のパルス数がＰ３以上であっても、その前後しばらくの期間に検出部２２を通過する塵埃がない場合の両方とも、電動送風機２へ供給される電力がＷ３まで引き上げられることになるが、実際、前者の場合は、使用者が清掃しようとしている床用吸い込み具８の周辺の塵埃の量が多いため、連続的にＰ３以上のパルスが発生するものであり、塵埃をしっかり除去しようとしたら、電動送風機２への供給電力を上げて、吸引力を上げる必要がある状況であるのに対して、後者の場合は、床用吸い込み具８周辺の塵埃量は少ないが、部分的に存在した塵埃を吸引しているものであることが考えられ、塵埃の量が少ないので、電動送風機２への供給電力をＰ３まで上げなくても、十分な吸引力を確保できている状況では、過剰な電力を供給している場合があるという課題を有していた。

上記のような課題に対して、パルス数に対する供給電力の関係を、更に多段階化したり、パルス変換手段２４の可変範囲の幅を広げたりして、きめ細かく制御する手段が考えられるが、結局は、上述した、前者と後者の状況では、電動送風機２に同じ電力を供給する事になってしまう。

また、特許文献２に記載された従来の電気掃除機の構成では、塵埃検出手段１１の出力する塵埃量に応じたパルス数の一定期間（例えば１週間）の積算値により、各使用者固有の家庭環境を学習し、学習した家庭環境に応じた可変範囲で、電動送風機２への電力供給を行うものであり、積算値が多いと可変範囲を高く、少ないと可変範囲を低くするよう設定しているが、学習するという目的からしても、その時々の環境に適した可変範囲に切り替わるまでの追従が遅く、例えば、使用者が、毎日、電気掃除機を使用する場合、日によって、清掃エリアの塵埃量が大きく変動すれば、実際の塵埃の量に適さない供給電力で電動送風機２を制御し、電気掃除機を運転してしまうことになり、吸引能力が不足したり、無駄な電力を消費してしまうという課題を潜在させてしまうことになる。

更に、特許文献３に記載された電気掃除機では、吸引する塵埃の量だけでなく、塵埃の粒子径によっても電動送風機２への供給電力を制御しているため、清掃エリアに存在する塵埃に対してよりきめ細かい電動送風機２への供給電力制御が行えるようになっているが、清掃対象エリアの被清掃面に存在する塵埃のトータル量に対しては配慮されておらず、常に、粒子径の小さな塵埃と大きな塵埃を検出し続けているので、例えば、それほど大きな吸引力の必要がない粒子径の小さな塵埃が清掃エリア中に部分的に存在しても、電動送風機への供給電力を上昇させるように動作してしまう等、省電力化に対しては、改善の余地を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、清掃エリアの被清掃面に存在する塵埃の量と、現在、吸引・清掃している箇所の塵埃の量と大きさ（質）のそれぞれに対して、粒子径の小さな塵埃の検出情報と粒子径の大きな塵埃の検出信号を使い分けて電動送風機への供給電力の可変制御を行うことによって、清掃能力を確保しながら、従来よりも更に消費電力を削減できる電気掃除機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の電気掃除機は、吸気風を発生する電動送風機と、吸気流路を通過する所定の大きさの塵埃を検出する第１の塵埃検出手段と、前記吸気流路を通過すると共に前記所定の大きさより大きな塵埃を検出する第２の塵埃検出手段と、前記第１の塵埃検出手段が検出する第１塵埃情報と前記第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報に応じて、前記電動送風機への供給電力を可変制御する制御手段と、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方、もしくは何れか一方と所定の塵埃量の基準とを比較して被清掃面の塵埃量を判断し、前記被清掃面の塵埃量情報を出力する塵埃量判断手段とを有し、前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の出力に応じて、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報による前記電動送風機への供給電力の可変動作を切り替えて制御するもので、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報、もしくは、その一方により、前記塵埃量判断手段が、基準の塵埃量と比較して清掃エリアにある塵埃量の多少を判断し、前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の判断する塵埃量が多い場合は、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方によって電動送風機に供給する電力を決定し、清掃エリアにある塵埃の量が少ない場合は、例えば、第２塵埃情報のみで前記電動送風機への供給電力を制御するように、前記塵埃量判断手段の判断結果によって、前記電動送風機への供給電力を可変制御へ反映させる塵埃情報を、前記第１の塵埃検出手段の検出する前記第１塵埃情報と前記第２の塵埃検出手段の検出する前記第２塵埃情報を選択して切り替えるので、清掃エリアの塵埃の量が多い時は、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方によって、塵埃の粒子径に応じて、前記電動送風機への供給電力を可変制御して、清掃エリアの塵埃を除去するための十分な吸引力を得、清掃エリアの塵埃の量が少ない時は、塵埃の粒子の大きさを限定して前記電動送風機への供給電力を可変制御しても、粒子径の小さな塵埃と大きな塵埃を共に吸引して除去できると共に、可変制御による前記電動送風機への供給電力の上昇回数を抑えることができるので、集塵力を確保しながら、より少ない消費電力で、前記電動送風機の運転を行うことができる。
また、第２の発明の塵埃量判断手段が塵埃量が少ないと判断した時は、制御手段は、第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報によってのみ電動送風機への供給電力を可変制御することにより、前記電動送風機が動作している間は常に発生している吸引風によって粒子径の小さな塵埃に対しては、集塵力を確保できているうえ、より吸引力の必要な大きな粒子径の塵埃がある場所では、前記電動送風機への供給電力を上昇させるよう制御し、同時に粒子径の小さな塵埃も吸引して除去できるので、より集塵力を向上させることができ
ると共に、可変制御による前記電動送風機への供給電力の上昇回数を抑制して消費電力を削減することができ、省エネルギー性能を向上させることができる。

本発明の電気掃除機は、塵埃の粒子径と清掃エリアに存在する塵埃の量に応じた清掃能力を確保しながら、更に省エネルギー性能を向上させることができるものである。

本発明の実施の形態１における電気掃除機の制御のブロック図同電気掃除機の受光部における塵埃通過説明図同電気掃除機の受光量変化説明図同電気掃除機の塵埃量判断手段の動作説明図従来の電気除機の概略構成図同電気掃除機の塵埃検出方法を示すブロック図同電気掃除機の塵埃検出手段の検出部の断面図

第１の発明は、吸気風を発生する電動送風機と、吸気流路を通過する所定の大きさの塵埃を検出する第１の塵埃検出手段と、前記吸気流路を通過すると共に前記所定の大きさより大きな塵埃を検出する第２の塵埃検出手段と、前記第１の塵埃検出手段が検出する第１塵埃情報と前記第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報に応じて、前記電動送風機への供給電力を可変制御する制御手段と、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方、もしくは何れか一方と所定の塵埃量の基準とを比較して被清掃面の塵埃量を判断し、前記被清掃面の塵埃量情報を出力する塵埃量判断手段とを有し、前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の出力に応じて、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報による前記電動送風機への供給電力の可変動作を切り替えて制御するもので、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報、もしくは、その一方により、前記塵埃量判断手段が、基準の塵埃量と比較して清掃エリアにある塵埃量の多少を判断し、前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の判断する塵埃量が多い場合は、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方によって電動送風機に供給する電力を決定し、清掃エリアにある塵埃の量が少ない場合は、例えば、第２塵埃情報のみで前記電動送風機への供給電力を制御するように、前記塵埃量判断手段の判断結果によって、前記電動送風機への供給電力を可変制御へ反映させる塵埃情報を、前記第１の塵埃検出手段の検出する前記第１塵埃情報と前記第２の塵埃検出手段の検出する前記第２塵埃情報を選択して切り替えるので、清掃エリアの塵埃の量が多い時は、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方によって、塵埃の粒子径に応じて、前記電動送風機への供給電力を可変制御して、清掃エリアの塵埃を除去するための十分な吸引力を得、清掃エリアの塵埃の量が少ない時は、塵埃の粒子の大きさを限定して前記電動送風機への供給電力を可変制御しても、粒子径の小さな塵埃と大きな塵埃を共に吸引して除去できると共に、可変制御による前記電動送風機への供給電力の上昇回数を抑えることができるので、集塵力を確保しながら、より少ない消費電力で、前記電動送風機の運転を行うことができる。
また、第２の発明の塵埃量判断手段が塵埃量が少ないと判断した時は、制御手段は、第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報によってのみ電動送風機への供給電力を可変制御することにより、前記電動送風機が動作している間は常に発生している吸引風によって粒子径の小さな塵埃に対しては、集塵力を確保できているうえ、より吸引力の必要な大きな粒子径の塵埃がある場所では、前記電動送風機への供給電力を上昇させるよう制御し、同時に粒子径の小さな塵埃も吸引して除去できるので、より集塵力を向上させることができると共に、可変制御による前記電動送風機への供給電力の上昇回数を抑制して消費電力を削減することができ、省エネルギー性能を向上させることができる。

第２の発明は、
吸気風を発生する電動送風機と、吸気流路を通過する所定の大きさの塵埃を検出する第１の塵埃検出手段と、前記吸気流路を通過すると共に前記所定の大きさより大きな塵埃を検出する第２の塵埃検出手段と、前記第１の塵埃検出手段が検出する第１塵埃情報と前記第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報に応じて、前記電動送風機への供給電力を可変制御する制御手段と、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方、もしくは何れか一方と所定の塵埃量の基準とを比較して被清掃面の塵埃量を判断し、前記被清掃面の塵埃量情報を出力する塵埃量判断手段とを有し、前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の出力に応じて、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報による前記電動送風機への供給電力の可変動作を切り替えて制御し、前記塵埃量判断手段が塵埃量が少ないと判断した時は、前記制御手段は、前記第１塵埃情報によって決定される前記電動送風機への供給電力の最大値を、前記第２塵埃情報によって決定される供給電力の最大値より低くして、前記電動送風機を制御するもので、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報、もしくは、その一方により、前記塵埃量判断手段が、基準の塵埃量と比較して清掃エリアにある塵埃量の多少を判断し、前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の判断する塵埃量が多い場合は、清掃エリアの塵埃を除去するために、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方によって電動送風機に供給する電力を決定し、前記電動送風機への供給電力を大幅に上昇させたりして、吸引力を優先した制御を行い、清掃エリアの塵埃が少ない時は、比較的吸引力を上昇させなくても吸引しやすい粒子径の小さな塵埃を検出した時の、電動送風機へ供給する電力の上昇を抑制することにより、清掃エリアに存在する塵埃に適した集塵力を維持したまま、消費電力を削減することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段は、電動送風機への供給電力を複数の段階で制御すると共に、塵埃量判断手段が塵埃量が少ないと判断した時は、前記制御手段は、第１塵埃情報によって決定される前記電動送風機への供給電力の１段階当たりの可変幅を、第２塵埃情報によって決定される１段階当たりの可変幅より小さくして前記電動送風機を制御するもので、清掃エリアの塵埃が少ない時は、比較的吸引力を上昇させなくても吸引しやすい粒子径の小さな塵埃を検出した時の、電動送風機へ供給する電力の上昇を抑制できると共に、清掃エリアの塵埃が少ない状態で部分的にまとまった粒子径の小さな塵埃が有る箇所では、電動送風機へ供給する電力を小さな可変幅で、塵埃の量に対する必要な吸引力を精度良く得ることができる。

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。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態における電気掃除機について図１〜図４を用いて説明する。なお、上記従来の電気掃除機と同一構成部品については同一符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施の形態における電気掃除機の制御のブロック図である。図１において、２０は、赤外発光ダイオードなどで構成された発光部であり、２１は、フォトトランジスタなどから構成された受光部であり、両者の間を塵埃が通過することで、塵埃に応じた信号Ｖｓが出力される。発光部２０と受光部２１で検出部２２を構成している。３０は、オペアンプなどで構成され、検出部２２が出力する信号Ｖｓを所定の第１増幅率で増幅する第１の増幅手段であり、増幅機能とフィルタ機能を持たせており、所定の周波数成分の信号のみを出力する。３２は、コンパレータなどで構成され、第１の増幅手段３０が出力する信号を第１の基準電圧と比較して、高ければＨｉｇｈ信号出力、低ければＬｏｗ信号出力を行う第１のパルス変換手段である。

３１は、オペアンプなどで構成され、検出部２２が出力する信号Ｖｓを第１増幅率とは異なる所定の第２増幅率で増幅する第２の増幅手段であり、増幅機能とフィルタ機能を持たせており、所定の周波数成分の信号のみを出力する。３３は、コンパレータなどで構成され、第２の増幅手段３１が出力する信号を第２の基準電圧と比較して、高ければＨｉｇｈ信号出力、低ければＬｏｗ信号出力を行う第２のパルス変換手段である。

３５は、第１のパルス変換手段３２からのパルスにより吸気流路を通過している塵埃の量を数値化する第１の塵埃カウント手段であり、所定時間Ｔ０内に第１のパルス変換手段３２から入力されるパルスを積算したものを数値化し、所定時間Ｔ０経過毎にこれを繰り返している。

３６は、第２のパルス変換手段３３からのパルスにより吸気流路を通過している塵埃の量を数値化する第２の塵埃カウント手段であり、第１の塵埃カウント手段３５同様に、所定時間Ｔ０内に第２のパルス変換手段３３から入力されるパルスを積算したものを数値化し、所定時間Ｔ０経過毎にこれを繰り返している。

検出部２２と第１の増幅手段３０と第１のパルス変換手段３２と第１の塵埃カウント手段３５とで第１の塵埃検出手段を構成し、第１の塵埃カウント手段３５から出力される塵埃量を数値化した情報が第１塵埃情報として出力される。また、検出部２２と第２の増幅手段３１と第２のパルス変換手段３３と第２の塵埃カウント手段３６とで第２の塵埃検出手段を構成し、第２の塵埃カウント手段３６から出力される塵埃量を数値化した情報が第２塵埃情報として出力される。

第２の増幅手段３１の増幅度は、直径２００μｍ程度の砂粒より大きなごみを検知できるような狙いの増幅度に、第１の増幅手段３０の増幅度は、直径２０μｍ程度の花粉から第２増幅手段３１の狙いの２００μｍまでの大きさのごみをそれぞれ検知できるような狙いの増幅度になっている。

本実施の形態１においては、第１の塵埃検出手段と第２の塵埃検出手段の塵埃検出を検出部２２で共通の構成としている。従って、第１の増幅手段３０と第１のパルス変換手段３２と第２の増幅手段３１と第２のパルス変換手段３３とで、分別信号出力手段３４を構成し、第１のパルス変換手段３２と第２のパルス変換手段３３の各々から、粒子径の異なる塵埃の量に対応したパルスを出力する構成になっている。

３７は、第１塵埃情報と第２塵埃情報を入力して、清掃を行おうとしているエリアの汚れ具合、言い換えるならば、塵埃が多く存在する清掃エリアなのか、塵埃があまり存在していないエリアなのかを推定し、判断する塵埃量判断手段であり、判断結果は、制御手段１４に出力される。

１３は電動送風機２を駆動するための双方向性サイリスタであり、制御手段１４の出力するトリガ信号により電動送風機２への供給電力が制御され、制御手段１４は、操作部４により設定されたモードにおいて、塵埃量判断手段３７での判断結果と、第１塵埃情報、第２塵埃情報により、電動送風機２へ供給する電力を決定して電動送風機２の動作を制御する。

制御手段１４と、第１の塵埃カウント手段３５と、第２の塵埃カウント手段３６と、塵埃量判断手段３７は、マイクロコンピュータ３８で構成されている。

電動送風機２、双方向性サイリスタ１３、マイクロコンピュータ３８は、本体１内に配置され、マイクロコンピュータ３８が、双方向性サイリスタ１３をトリガオンするタイミングを変えて位相制御を行うことにより、電動送風機２へ供給する電力の可変制御を行う。

また、発光部２０と受光部２１（検出部２２）と第１の増幅手段３０、第２の増幅手段３１、第１のパルス変換手段３２、第２のパルス変換手段３３は、操作部４と共にホース３に配置され、特に、接続部１２に設けられている。

以上のように構成された本実施の形態における電気掃除機についてその動作を説明する。使用者が操作部４を操作して、動作モードを設定すると、マイクロコンピュータ３８は、第１の双方向性サイリスタ１３をトリガオンし、電動送風機２へ所定の供給電力を供給することにより、電動送風機２は動作を開始し、吸気流路内に、吸引風が発生する。

掃除中に吸引風に乗って吸気流路内にごみが流れると、発光部２０からの光がこのごみにより遮断され、受光部２１の受光量が少なくなり、出力電圧Ｖｓは小さくなる。このＶｓを第１の増幅手段３０は、フィルター機能を有して増幅するが、フィルター機能としては、カットオフ周波数ｆａ１を持つハイパスフィルターおよびカットオフ周波数ｆａ２を持つローパスフィルタから成るバンドパスフィルターで構成され、特定の周波数帯Ａ（ｆａ１〜ｆａ２）を中心に増幅し、この周波数ｆａ１およびｆａ２は、塵埃が検出部２２を通過する速度によって算出される周波数である。

同様に第２の増幅手段３１においてもフィルター機能を有しており、Ｖｓを特定の周波数帯Ｂ（ｆｂ１〜ｆｂ２）を中心に増幅する構成となっている。

ｆａ１とｆａ２は、２０μｍ程度の花粉を主に検知できるようにすることと、ｆｂ１〜ｆｂ２は２００μｍ以上の砂塵等を検出できるようにしている。

ここで、塵埃が検出部２２を通過する時のＶｓの変化の説明をする。受光部２１の表面形状を円とすると、対向する発光部２０と受光部２１をそれぞれ上底と下底にした円柱（以降、領域Ｒと称す）の中を塵埃が通過するときが、受光部２１の受光量が一番低下するときであり、そのときの塵埃の通過の様子を図２に、受光部２１の受光量の変化を図３に示す。

図２、３において、塵埃が検出部２２を通過するとき、（ア）塵埃が通過する前、（イ）塵埃が領域Ｒの外壁と交わっているとき（領域Ｒに入るとき）、（ウ）塵埃が領域Ｒの中に入ったとき、（エ）塵埃が領域Ｒの外壁と交わっているとき（領域Ｒから出るとき）、（オ）塵埃が通過し終わったときの５つの状態がある。このときの受光部２１の受光量の変化は、塵埃の大きさや検出部２２を通過する速度によって異なり、塵埃が大きくなるほど変化量は、大きくなってその変化時間も長くなり、通過速度が速くなればなるほど変化時間は短くなる。第１の増幅手段３０と第２の増幅手段３１は、この（イ）の時の受光
量の変化を利用して、受光量の変化を濾波して増幅している。

発光部２０と受光部２１の直径をそれぞれＹとし、検出する塵埃を直径Ｘの球体とすると、（イ）の状態の時間Ｔは、塵埃が領域Ｒの中心を速度Ｚで進入するときは、ごみが小さく、Ｘ≦Ｙであるときには、Ｔ＝Ｘ／Ｚ、塵埃が大きく、Ｘ≧ＹであるときにはＴ＝Ｙ／Ｚになる。

受光部２１の直径Ｙ＝３ｍｍとすると、第２の増幅手段３１の場合、直径２００μｍ程度の砂粒より大きなごみを検出することを考慮すると、検出する塵埃の大きさの狙いはＸ≧２００μｍとなるので、Ｔは、２００μｍ／Ｚ≦Ｔ≦３ｍｍ／Ｚとなり、通過速度Ｚの範囲を設定すればＴおよびそれにあわせた周波数ｆｂ１、ｆｂ２が決定される。

第１の増幅手段３０における周波数ｆａ１、ｆａ２に関しても、同様に、粒子径が２０μｍ程度の花粉等を検出できるよう設定することができる。

従って、第１のパルス変換手段３２は、第１の増幅手段３０で増幅された２０μｍ相当の検出信号を入力して第１の基準信号と比較して、パルス信号に変換して出力するので、第１の塵埃カウント手段３５に入力される信号は花粉等の２０μｍ相当の塵埃（以下、「微細塵」という）のみの情報を有した信号になる。同様に、第２のパルス変換手段３３も、第２の増幅手段３１で増幅された砂塵等の２００μｍ以上の粒子の検出信号を入力して第２の基準信号と比較して、パルス信号に変換して出力するので、第２の塵埃カウント手段３６に入力される信号は、砂等の２００μｍ以上の塵埃（以下、「砂塵」という）のみの情報を有した信号になる。

マイクロコンピュータ３８は、制御手段１４の動作として、第１塵埃情報により、微細塵の量を、汚れレベル０〜汚れレベル３までの４段階で判断し、同様に、第２塵埃情報により、砂塵の量を汚れレベル０〜汚れレベル３までの４段階で判断している。

表１に、第１の塵埃カウント手段３５で数値化される塵埃の量（カウント値）と、第２の塵埃カウント手段３６で数値化される塵埃の量（カウント値）と、汚れレベルとの関係の一例を示す。

通常、微細塵の数と砂塵の数では、微細塵の数の方が多く、例えば、床面上を床用吸い込み具９が１往復した時でも、検出部２２を通過する塵埃の数は、微細塵の方が多くなる。そのため、汚れレベルの判定値として、同じ汚れレベルでも、微砂塵の方のパルス数を多くし、実際の清掃において、砂塵による汚れと微細塵による汚れによる電動送風機２の供給電力制御の動作に大きな差が出て使用者が違和感を感じないような設定を行う事ができる。

表１に示すように、第１塵埃検出信号のパルス数に対してと、第２塵埃検出信号のパルス数に対して、同一汚れレベルでも異なるパルス数となるよう設定する事により、微細塵と砂塵とで、各々に適した汚れ判断となるようにしている。

マイクロコンピュータ３８は、汚れレベル０〜４に対して、表２に示すような供給電力設定で、電動送風機２への供給電力を制御する。

この時、清掃するエリアの生活環境や、その時々によって、清掃エリアに存在する塵埃の量だけではなく、粒子径の大きい塵埃と、小さい塵埃の比率も様々であり、第１塵埃情報による汚れレベルと、第２塵埃情報による汚れレベルが必ずしも一致するとは限らない。そのため、マイクロコンピュータ３８は、第１塵埃情報による汚れレベルと第２塵埃情報による汚れレベルとを比較し、レベルの高い方を、電動送風機２への供給電力を設定するための総合汚れレベルと設定する。これにより、清掃エリアにある塵埃量が多いと想定した場合、粒子径の小さな塵埃に対しても、粒子径の大きな塵埃に対しても、十分な吸引力を得ることができる。

今、例えば、毎日、掃除を行っている部屋や、日中は外出していて殆ど人がいない部屋と、１週間に一回しか掃除をしない部屋や、大家族で子供が多く、日中でも多くの人が活動している部屋があるとする。前者の部屋は、掃除をしようとした時には、床面に存在する塵埃は比較的少なく、また、比較的粒子径の小さな塵埃が多く、場合によっては、部屋の中で、部分的に塵埃の多い場所があるというレベルの汚れ方であると考えられる。後者の部屋は、掃除をしようとした時、塵埃の量が非常に多く、また、比較的粒子径の大きな塵埃が混在し、部屋全体に渡って分布していることが考えられる。

後者の部屋の場合、掃除をしようと電気掃除機を使用すると、掃除の済んでいない場所では、常に総合汚れレベルがレベル１〜レベル３の間での運転となり、その場所その場所での塵埃の量に応じて、４００Ｗ〜１０００Ｗの供給電力で運転を行い、所定時間周期Ｔ０周期毎のパルス数が、例えば第１塵埃情報によるカウント数が２６以上、もしくは、第２塵埃情報によるカウント数が８カウント以上の状態が継続すれば１０００Ｗでの電力供給を継続するよう制御され、被清掃面の塵埃が除去されれば、レベル２、レベル１への運転へと順次移行し、最終的には、レベル０への運転に移行することになる。

また、この場合、塵埃の量が多いため、同じ場所を何度も床用吸い込み具８で往復操作しなければ、レベル０までの除去ができない状況も発生する。使用者にとって、この後者の部屋では、被清掃面の塵埃を除去することが優先されるため、レベル１〜レベル３に対応する吸引力、つまり、電動送風機２への供給電力は、比較的高いものが要求されることになる。

また、比較的低い吸引力で除去ができる粒子径の小さな塵埃が多い場合であっても、比較的高い吸引力で吸引することにより、被清掃面の粒子径の小さな塵埃を早く除去することができ、床用吸い込み具８を操作する往復回数も減り、結果、効率的に塵埃の除去を行うことができる。

ところが、前者の部屋の場合は、部屋全体的に塵埃の量が少なく、所々に塵埃が多いポイントが存在する程度となるので、所定時間周期Ｔ０間に検出部２２を通過する塵埃の数により、パルス変換手段３１の出力に現れるパルスの数が、例えば、第１塵埃情報によるカウント数が２６以上、もしくは、第２塵埃情報によるカウント数が８カウント以上となったとしても、継続的なものではなく、短時間単発的なもので、塵埃のある被清掃面に対して、床用吸い込み具８を往復操作する課程でほぼ除去される可能性が高く、後者の部屋を掃除している時のカウント数とでは、必要な吸引力が異なり、前者の部屋では、後者の部屋と比較して、低い吸引力、つまり、低い電動送風機２への供給電力でも、十分な吸引力を確保することができる。

また、汚れレベルがレベル０で、４００Ｗの供給電力での運転であっても、塵埃を吸引するためのある程度の吸引力があるため、前者の部屋のような塵埃の量が全体的に少ない部屋では、ある程度の吸引力を発揮している。特に、粒子径の小さな塵埃の場合は、レベル０での供給電力４００Ｗでの吸引力でも、十分に除去する能力を有していることが考えられ、部分的に存在する粒子径の小さな塵埃を吸引するために、電動送風機２への供給電力を上昇させると、必要な吸引力に対して過剰な電力を供給してしまうことになる。

ここで、清掃エリアの塵埃の量の判断について、説明する。図４に、塵埃量判断手段３７としての動作説明図を示す。マイクロコンピュータ３８は、第２の塵埃カウント手段３６の動作として、第２のパルス変換手段３３の出力するパルスを、周期Ｔ１（＞Ｔ０）毎に積算し、周期Ｔ１毎に塵埃量判断手段３７のブロックに出力している。

塵埃量判断手段３７のブロックでは、周期Ｔ１毎に更新される積算パルス数を所定の回数分、例えば、５回分を記憶し、１回目をＰａｄ１、２回目をＰａｄ２、・・・５回目をＰａｄ５とすると、周期Ｔ１経過毎に、Ｐａｄ１からＰａｄ５を、今回の積算パルス数を含む過去５回分の積算パルス数のデータに更新していく。図４においては、Ｐａｄ１からＰａｄ５までを１つのデータグループとした時、データグループＧ１からＧ７まで、順次更新されている。

図４に示すように、この５回の積算パルス数のうち、判定パルス数Ｐｓｔｄより小さな積算パルス数となる回数が所定回数、例えば、３回以上であれば、現在、清掃を行おうとしている清掃エリアは、「塵埃の量が少ない」エリアであると判断し、２回以下であれば、「塵埃の量が多い」エリアであると判断する。図４において、各データグループの判断結果が確定するタイミングは、Ｐａｄ５の積算の周期Ｔ１の終了した時点であり、例えば、図４中で、塵埃量の判断結果が、「多い」から「少ない」に変化しているのは、データグループＧ４であるが、「少ない」が確定するタイミングは、図４中に示すタイミングｔ４となる。

上記において、使用者が床用吸い込み具８を１往復の操作を行うのに要する時間を例えば２秒とした時、周期Ｔ１を２秒に設定すると、１往復で吸引した塵埃量の５往復分のデータで清掃エリアの塵埃の量を推定し、判断することができる。

上記において、第２塵埃情報のみで、清掃エリアの塵埃の量の判断を行ったのは、粒子径の小さな塵埃は、軽いため空中に浮遊し易く、第１塵埃情報には、被清掃面にある塵埃
のみではなく、床用吸い込み具８から吸引される空気中に浮遊しているものを含んでいる可能性があり、比較的重量のある粒子径の大きな塵埃を検出した第２塵埃情報のみで行ったものであり、浮遊する塵埃を含めて判断を行うのであれば、第１塵埃情報で、もしくは、第１塵埃情報と第２塵埃情報の両方で判断を行ってもよい。

マイクロコンピュータ３８は、使用者が、操作部４を操作して、停止モードから、動作モードへ移行させると、初期値として、塵埃量判断手段３７としての判断値を、清掃エリアの「塵埃の量が多い」に設定し、総合汚れレベルを「０」に設定し、「４００Ｗ」の供給電力で、電動送風機２への供給電力制御を開始する。

この時から、検出部２２に吸引風が流れはじめ、塵埃の検出が可能となるので、この後の５秒間は、清掃エリアの塵埃量を判断するための初期のデータ蓄積期間として、清掃エリアの塵埃量の多少に関わらず、清掃エリアの「塵埃の量が多い」判断での、電動送風機２への供給電力制御を行う。

マイクロコンピュータ３８は、清掃エリアの「塵埃の量が多い」と判断している時は、清掃エリアに粒子径の大きな塵埃と小さな塵埃が混在して、多く存在しているので、第１塵埃情報と第２塵埃情報との両方の塵埃情報に基づいて、総合汚れレベルを判断、設定し、電動送風機２への供給電力を制御し、清掃エリアの「塵埃の量が少ない」と判断している時は、第２塵埃情報のみで、電動送風機２への供給電力の可変制御を行うよう動作する。

また、前述した後者の部屋であっても、使用者が電気掃除機を使用して清掃を行い、清掃エリアの塵埃が進めば、前者の部屋と同じ状況になってくる。マイクロコンピュータ３８は、清掃エリアの塵埃の量を判断して、第１塵埃情報と第２塵埃情報の供給電力制御への反映を切り替えるので、初めは、後者の部屋の状況であっても、吸引力を優先しなければならない状況でなくなった場合は、第２塵埃情報のみでの供給電力可変制御を行うので、清掃の進行状況に合わせても、必要な吸引力を得ながらも、消費電力の削減を実現することができる。図４中において、この、清掃が進行して多いから少ないに切り替わるのは、ｔ４に示すタイミングであり、マイクロコンピュータ３８は、このタイミングで、第２塵埃情報のみでの制御に切り替わるよう制御する。

以上のように本実施の形態によれば、清掃エリアに存在する塵埃の量が多い時は、吸引力を優先しながらも塵埃の量と粒子径の大きさのそれぞれに対して最適な供給電力で、省エネルギー運転を行い、清掃エリアに存在する塵埃が少ない時は、少ない状況に応じた十分な吸引力を維持しながら、更に、消費電力を削減する事ができる。

尚、本実施の形態において、汚れレベル０での電動送風機２への供給電力の設定を４００Ｗとしたが、床用吸い込み具８の性能や、供給電力と吸引力との関係（効率）に応じて、任意に設定してもよい事は言うもでもない。

また、本実施の形態において、第１の塵埃検出手段と第２の塵埃検出手段で、２つの粒子径について検出して、電動送風機２への供給電力の制御を行ったが、３つ以上の粒子径についても、同様に、粒子径別に検出し、総合汚れレベルで電動送風機２への供給電力制御を行っても、同様の効果、もしくは、消費電力の削減に対して更に精度が向上することは言うもでもない。

（実施の形態２）
表３は、本発明の第２の実施の形態における電気掃除機の運転制御時の汚れレベルと、電動送風機への供給電力との関係を示す表である。なお、上記第１の実施の形態における
電気掃除機と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。

第１の実施の形態と異なるのは、マイクロコンピュータ３８での電動送風機２へ供給する電力の設定を異ならせた点である。

以下、本実施の形態における電気掃除機の動作について説明する。マイクロコンピュータ３８は、表３に示すように、第１塵埃情報による汚れレベルに対して、清掃エリアの「塵埃の量が多い」と判断している時と、「塵埃の量が少ない」と判断している時で、それぞれのレベルに対する供給電力設定を異ならせて有している。

マイクロコンピュータ３８は、第１の実施の形態と異なり、第１塵埃情報による汚れレベルと第２塵埃情報による汚れレベルで、総合汚れレベルを判断して電動送風機２への供給電力を設定するのではなく、一旦、第１塵埃情報による汚れレベルに対応した供給電力と第２塵埃情報による汚れレベルに対応した供給電力を設定し、高い方を実際に電動送風機２へ供給する電力として設定し、電動送風機２を制御する。

マイクロコンピュータ３８が、清掃エリアの「塵埃の量が多い」と判断している時は、第１塵埃情報、第２塵埃情報によるそれぞれの汚れレベルと供給電力の関係は、表３に示すように、汚れレベル０〜３に対して、４００Ｗ〜１０００Ｗと、汚れレベルに対する供給電力の設定が同じになるように、吸引力を優先した設定としている。これは、第１の実施の形態でも説明したように、清掃エリアの塵埃の量が多い時には、粒子径の大小に関わらず、塵埃が有る時には、塵埃の量に応じて、吸引力を上昇させ、被清掃面の塵埃を早く除去できるようにしたものである。

また、清掃エリアの「塵埃の量が少ない」と判断している時は、表３に示すように、第２塵埃情報による汚れレベル０、１、２、３に対しては、３００Ｗ、５００Ｗ、７００Ｗ、１０００Ｗとなるように設定しており、汚れレベル０〜２に対しては、「塵埃の量が多い」時に対して供給電力設定を下げているが、清掃エリアの塵埃の量が少ない状況では、粒子径の大きな塵埃であっても、清掃エリアの塵埃の量が多い時よりも、小さな吸引力で被清掃面の塵埃の除去ができるので、消費電力削減のために下げている。

但し、部分的に多量の塵埃が有った時を考慮して、汚れレベル３では、「塵埃の量が多い」時と同じ、１０００Ｗとし、多量の塵埃に対しては、吸引力を確保できるようにしている。

これに対して、第１塵埃情報による汚れレベル０、１、２、３に対して、３００Ｗ、４００Ｗ、５００Ｗ、６００Ｗとなるように設定しており、「塵埃の量が多い」と判断している時の、第１塵埃情報による汚れレベルに対して、レベル３の供給電力設定が低くなるように設定している。また、「塵埃の量が少ない」と判断している時の第２塵埃情報による汚れレベルに対して、レベル３の供給電力が低くなるよう、つまり、最大電力が低くなるように設定している。

清掃エリアの塵埃の量が少ない場合は、粒子径の小さな塵埃を除去するための吸引力は、粒子径の大きな塵埃を除去するための吸引力に対して、比較的低くても集塵力を確保できるので、清掃エリアの塵埃の量が少ない時には、塵埃の粒子の大きさに応じて、集塵力を確保したまま、最適な電力を電動送風機２に供給して、省電力を実現できると共に、清掃エリアの塵埃が少ない状況であっても、粒子径の小さな塵埃のみが、部分的に多量に存在する箇所も、粒子径の小さな塵埃を吸引するために必要な吸引力までは、供給電力を上昇させて、素早く除去することができる。

また、「塵埃の量が少ない」と判断している時の第１塵埃情報による各汚れレベル間の電力設定可変幅を１００Ｗと、第２塵埃情報による各汚れレベル間の電力設定可変幅よりも小さくなるように設定している。これにより、清掃エリアの塵埃の量が少ない時は、粒子径の小さな塵埃の量に対しての最適な吸引力の設定を精度良く行うことができる。

また、本実施の形態においては、「塵埃の量が少ない」と判断している時は、供給電力の可変幅を小さく、最大電力を低くしている事に加え、レベル０の供給電力設定も、「塵埃の量が多い」と判断している時に対して低く設定しているので、粒子径の小さな塵埃の量に対して、必要な供給電力となるよう、供給電力の可変制御を行っても、トータルでの省電力を更に削減する事ができる。

以上のように、本発明にかかる電気掃除機は、花粉等の微細塵に至るまで、目に見えない塵埃や塵埃の量等の状態を検出し、集塵力を維持しながら、最適で高精度な電動送風機への供給電力で運転を行え、その環境や状況に応じて、適切な清掃を省電力で効率よく行うことができ、塵埃等を除去、集塵する清掃機器にも使用できる。

２電動送風機
１４制御手段
２０発光部
２１受光部
２２検出部（第１の塵埃検出手段、第２の塵埃検出手段）
３０第１の増幅手段（第１の塵埃検出手段）
３１第２の増幅手段（第２の塵埃検出手段）
３２第１のパルス変換手段（第１の塵埃検出手段）
３３第２のパルス変換手段（第２の塵埃検出手段）
３５第１の塵埃カウント手段（第１の塵埃検出手段）
３６第２の塵埃カウント手段（第２の塵埃検出手段）
３７塵埃量判断手段
３８マイクロコンピュータ

Claims

吸気風を発生する電動送風機と、
吸気流路を通過する所定の大きさの塵埃を検出する第１の塵埃検出手段と、
前記吸気流路を通過すると共に前記所定の大きさより大きな塵埃を検出する第２の塵埃検出手段と、
前記第１の塵埃検出手段が検出する第１塵埃情報と前記第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報に応じて、前記電動送風機への供給電力を可変制御する制御手段と、
前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方、もしくは何れか一方と所定の塵埃量の基準とを比較して被清掃面の塵埃量を判断し、前記被清掃面の塵埃量情報を出力する塵埃量判断手段とを有し、
前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の出力に応じて、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報を選択的に切り替えて前記電動送風機への供給電力を可変制御し、
前記塵埃量判断手段が塵埃量が少ないと判断した時は、前記制御手段は、前記第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報によってのみ前記電動送風機への供給電力を可変制御する電気掃除機。
吸気風を発生する電動送風機と、吸気流路を通過する所定の大きさの塵埃を検出する第１の塵埃検出手段と、前記吸気流路を通過すると共に前記所定の大きさより大きな塵埃を検出する第２の塵埃検出手段と、前記第１の塵埃検出手段が検出する第１塵埃情報と前記第２の塵埃検出手段が検出する第２塵埃情報に応じて、前記電動送風機への供給電力を可変制御する制御手段と、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報の両方、もしくは何れか一方と所定の塵埃量の基準とを比較して被清掃面の塵埃量を判断し、前記被清掃面の塵埃量情報を出力する塵埃量判断手段とを有し、前記制御手段は、前記塵埃量判断手段の出力に応じて、前記第１塵埃情報と前記第２塵埃情報による前記電動送風機への供給電力の可変動作を切り替えて制御し、
前記塵埃量判断手段が塵埃量が少ないと判断した時は、前記制御手段は、前記第１塵埃情報によって決定される前記電動送風機への供給電力の最大値を、前記第２塵埃情報によって決定される供給電力の最大値より低くして、前記電動送風機を制御する電気掃除機。
制御手段は、電動送風機への供給電力を複数の段階で制御すると共に、塵埃量判断手段が塵埃量が少ないと判断した時は、前記制御手段は、第１塵埃情報によって決定される前記電動送風機への供給電力の１段階当たりの可変幅を、第２塵埃情報によって決定される１段階当たりの可変幅より小さくして前記電動送風機を制御する請求項１または２に記載の電気掃除機。