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塵埃検知装置およびこれを用いた電気掃除機 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 塵埃検知装置およびこれを用いた電気掃除機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−6921(P2007−6921A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−187673(P2005−187673)
出願日 平成17年6月28日(2005.6.28)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 伊藤 昭人 / 大島 裕夫 / 上野 聖一 / 妹尾 裕之
要約 課題
小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができる塵埃検知装置を提供すること。

解決手段
塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部(塵埃検知手段)230と、この発光部230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(塵埃検知手段)231と、この受光部231からの信号を増幅する増幅手段232、233とを備え、この増幅手段232、233は塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだ塵埃を大きさ別に検知することができる塵埃検知装置を提供することができるようになる。
特許請求の範囲
【請求項1】
塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、前記増幅手段は塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つ塵埃検知装置。
【請求項2】
塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、前記増幅手段は塵埃の大きさと通過速度にあわせた帯域の周波数成分を増幅して通過させる複数のフィルター部を有する塵埃検知装置。
【請求項3】
塵埃検知手段は、塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部と、前記発光部からの光を受光し、受光量に応じた信号を出力する受光部とで構成した請求項1または2記載の塵埃検知装置。
【請求項4】
増幅手段のフィルター部のそれぞれのカットオフ周波数について、少なくとも一つは異なる周波数を設定した請求項2記載の塵埃検出装置。
【請求項5】
複数の増幅手段を備え、フィルター部のハイパスフィルターのカットオフ周波数が一番低い、又はフィルター部にハイパスフィルターを持たない増幅手段は、他の増幅手段に比べて大きな塵埃を検知する請求項4記載の塵埃検出装置。
【請求項6】
複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段と並列に並べて同じ信号入力を共有した請求項2記載の塵埃検出装置。
【請求項7】
複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段の増幅後の信号を更に増幅する構成にした請求項2記載の塵埃検出装置。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか1項記載の塵埃検出装置と、吸引風を発生させるファンモーターと前記ファンモーターへの入力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は前記塵埃検出装置の出力に応じて前記ファンモーターへの入力を変化させる電気掃除機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気掃除機の空気通路上を通過する塵埃を検知する塵埃検知装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の塵埃検知装置としては、下記に示すような電気掃除機の塵埃検知装置がある。
【0003】
従来この種の塵埃検知装置は、図6や図7に示すような構成になっている。図6および図7において、塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部230と、発光部230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231は、塵埃が流れる空気通路に発光部230と対向して設けられている(以下、この発光部230と受光部231を合わせてごみセンサー23と称す)。受光部231からの出力信号Vsは増幅手段A232により増幅された後、その信号Vaはパルス変換手段A235によりパルスSaに変換され、ごみ判断手段238に入力される。ごみ判断手段238は、このパルスSaの数を計数すると同時に、パルス幅を計測してパルス幅が広い場合、すなわち塵埃が大きい場合にはパルスSaへ計数する数を増やすよう補正し、制御手段10はごみ判断手段238の計数が多いときにはファンモーター11の入力を上昇させるよう制御する。こうすることで、大きな塵埃ほどより強い吸引力で塵埃を吸引でき、塵埃に応じた最適な吸引力で掃除を行うことができる(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特公平7−28847号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
現在、生活環境の変化により、花粉などを含むハウスダストに対する関心が高まり、これらの小さい塵埃を検出できる電気掃除機の塵埃検知装置が要求されている。
【0005】
しかしながら従来の発明においては、パルス幅によって塵埃の大きさを判断する場合、塵埃が受光部231に対して十分小さい場合は塵埃の大きさが変化してもパルス幅はほとんど変化しない。例えば、円形の受光部231を塵埃が通過するときに、通過する塵埃の大きさを直径Xの球体、受光部の大きさを直径Yの円、通過速度をZとすると、通過時間は(X+Y)/Zであるが、ここでX<<Yであるときには通過時間はY/Zとなり、塵埃の大きさによる通過時間の変化はほぼ無くなってしまい、塵埃の大きさの判断は困難である。また、直接Vaの変化を見て塵埃の大きさを判断しようとした場合でも、砂粒と花粉を同時に見ようとすると、受光部231の受光量の変化は受光部231へ当たる光を遮る面積に比例するため、受光部231の大きさが砂粒より大きい場合、(砂粒の直径):(花粉の直径)=100:1とすると、受光量の変化の比率は1002:12=10000:1になり、これだけの変化の幅がある塵埃の大きさを正しく検知することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記従来の課題を解決するために本発明は、塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、この増幅手段はごみの大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができる塵埃検知装置を使用者に提供することができる。
【発明の効果】
【0007】
本発明は、塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つ複数の増幅手段を用いることで、より小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができるので、その検知した状態を利用してファンモーターへの入力を制御して吸引力を変化させることで、例えば掃除機に用いると、被掃除面に応じた最適な吸引力で掃除を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
第1の発明は、塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段とを備え、前記増幅手段は塵埃の大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだ塵埃を大きさ別に検知することができる電気掃除機の塵埃検知装置を使用者に提供することができる。
【0009】
第2の発明は、塵埃検知手段と、前記塵埃検知手段からの信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段は塵埃の大きさと通過速度にあわせた帯域の周波数成分を増幅して通過させる複数のフィルター部とを有するので、塵埃が通過するときの信号以外のノイズなどを除去し、確実に塵埃を検知することが可能な電気掃除機の塵埃検知装置を使用者に提供することができる。
【0010】
第3の発明は、第1または第2の発明の塵埃検知手段を、塵埃が流れる空気通路内に光を放つ発光部と、前記発光部からの光を受光し、受光量に応じた信号を出力する受光部とで構成したもので、塵埃検知手段をより具体的に構成するものである。
【0011】
第4の発明は、第2の発明において、増幅手段の複数のフィルター部のそれぞれのカットオフ周波数について少なくとも一つは異なるカットオフ周波数を持つので、増幅手段がそれぞれ狙いの大きさの信号を中心に増幅することができるので、より確実に塵埃の大きさを区別して検知することができる。
【0012】
第5の発明は、第4の発明に加えて複数の増幅手段を備え、フィルター部のハイパスフィルターのカットオフ周波数が一番低い、又はフィルター部にハイパスフィルターを持たない増幅手段は、他の増幅手段に比べて大きな塵埃を検知することで、大きな塵埃が入ってきたときには、受光部の光の変化時間が長く、また通過速度も遅いため、低い周波数帯の信号が入るのでそれにあわせたフィルターを用いることでより正確に塵埃を検知することができる。
【0013】
第6の発明は、第2の発明に加えて複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段と並列にならべて同じ信号入力を共有したので、その並列に並べた増幅手段は、それぞれ独立に増幅度とフィルター部のカットオフ周波数の設定ができるので、設定の自由度を増すことができる。
【0014】
第7の発明は、第2の発明に加えて複数の増幅手段を備え、少なくとも一つの増幅手段は、他の増幅手段の増幅後の信号を更に増幅する構成にしたので、受光部に対してすべての増幅手段を並列に接続する必要が無いため、受光部の出力に対する増幅手段の入力インピーダンスを高くして受光部の安定性を増すことができ、さらに一旦増幅した信号を再利用して増幅するので増幅度が小さくて済むので、増幅にかかるコストを削減することができる。
【0015】
第8の発明は、第1〜7の発明のいずれか1つの塵埃検出装置と、吸引風を発生させるファンモーターとファンモーターへの入力を制御する制御手段を備え、前記制御手段は前記塵埃検出装置の出力に応じて前記ファンモーターへの入力を変化させるので、例えば、電気掃除機に用いた場合は、被掃除面の状況に応じて最適な吸引力で掃除を行うことができる。
【0016】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について図面を用いて説明する。なお、従来と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。
【0017】
第1図は本発明の実施の形態1における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図である。第1図において、230、231は、塵埃検知手段としての発光部、受光部であり、発光部230は、塵埃が流れる空気通路内に光を放ち、受光部231は、発光部230からの光を受光し受光量に応じた信号を出力するもので、塵埃が流れる空気通路に発光部230と対向して設けられている。受光部231からの出力信号Vsは増幅手段A232と増幅手段B233でそれぞれ増幅される。増幅手段A232は、増幅部A2320と、オペアンプやDSPなどの高速演算処理CPUなどで構成されるフィルター部A2321で構成され、Vsを特定の周波数帯(以降、周波数帯Aと称す)を中心に増幅した信号Vaを出力し、これをパルス変換手段A235がパルスに変換し、その出力信号Saがごみ量やごみの種類を判別するごみ判別手段238に入力される。増幅手段B233も同様に、増幅部B2330と、オペアンプやDSPなどの高速演算処理CPUなどから成るフィルター部B2331で構成され、Vsを特定の周波数帯(以降、周波数帯Bと称す)を中心に増幅した信号Vbを出力し、これをパルス変換手段B236がパルスに変換し、その出力信号Sbがごみ判別手段238に入力される。ごみ判別手段238はこのSaとSbの2つの信号入力によって掃除している場所のごみの大きさと量を判断する。なお、増幅手段A232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、増幅手段B233の増幅度は直径20μm程度の花粉から増幅手段Aの狙いの200μm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。
【0018】
以上のように構成された電気掃除機の塵埃検出装置についてその動作を説明する。
【0019】
掃除中に空気通路内にごみが流れると、発光部230からの光がこのごみにより遮断され、受光部231の受光量は少なくなり出力電圧Vsは小さくなる。このVsをフィルター部A2321を通して増幅部A2320で増幅して、その信号Vaを出力する。フィルター部A2321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あり、特定の周波数帯A(fa1〜fa2)を中心に増幅する構成となっており、この周波数fa1およびfa2は、ごみがごみセンサー23を通過する速度によって算出される周波数である。
【0020】
以下に周波数fa1とfa2の算出方法を述べる。発光部230と受光部231をそれぞれ直径Yの円形とし、検知するごみを直径Xの球体とすると、対向する発光部230と受光部231をそれぞれ上底と下底にした円柱(以降、領域Rと称す)の中をごみが通過するときが、受光部231の受光量が一番低下するときであり、そのときのごみの通過の様子を図2に、受光部231の受光量の変化を図3に示す。図2、3において、ごみがごみセンサー23を通過するときには、(ア)ごみが通過する前、(イ)ごみが領域Rの外壁と交わっているとき(領域Rに入るとき)、(ウ)ごみが領域Rの中に入ったとき(エ)ごみが領域Rの外壁と交わっているとき(領域Rから出るとき)、(オ)ごみ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231の受光量の変化は、ごみの大きさやごみセンサー23を通過する速度によって異なり、ごみ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。増幅手段A232はこの(イ)の時の受光量の変化を利用して、受光量の変化をフィルター部A2321でフィルタリングして増幅部A2320で増幅する。
【0021】
(イ)の状態の時間Tは、ごみが領域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、ごみが大きく、X≧YであるときにはT=Y/Zになる。
【0022】
したがって受光部231の直径Y=3mmとすると、増幅手段A232の場合、直径200μm程度の砂粒より大きなごみを検知することを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いは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fa1、fa2が決定される。増幅手段A232は、入力信号Vsを上記方法で定めた周波数帯fa1〜fa2でフィルタリングして増幅し、その出力信号Vaはパルス変換手段A235に入力される。こうすることで、ノイズを除去してごみがごみセンサー23を通過する信号のみを抽出することができる。
【0023】
増幅手段B233は増幅手段A232と同様に、Vsを特定の周波数帯B(fb1〜fb2)を中心に増幅させた信号Vbを出力する構成となっている。fb1とfb2は20μm程度の花粉を主に検知できるようにすることと、200μm以上のごみは増幅手段A232で検出できることを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いは20μm≦X<200μmになるため、Tは20μm/Z≦T≦200μm/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。増幅手段B233は、増幅手段A232に比べて周波数帯Bの帯域を狭くすることができるので、ノイズに対してより強くなり、ごみの信号のみをより増幅することができるので、より正確にごみを検知することができる。
【0024】
実際の設計においては、fa1、fa2、fb1、fb2については、増幅手段を構成する回路素子や機構、ごみが領域Rを通過する位置などにも左右される。例えばオペアンプの特性や、ごみの通過経路内の発光部230の光の乱反射、ごみが領域Rの中心以外を通過すること、ごみが領域Rの外を通過しても受光部231の受光量が若干変化することなども考慮して設定される。また、通過速度Zについても、掃除機を用いて同じ風量でごみを吸引している場合でも、ごみセンサー23を通過する速度はごみの大きさによって異なり、大きなごみほど通過速度は遅くなるので、例えば、大きなごみを検知するための増幅手段A232のフィルターの設定に用いるZは、増幅手段B233のZよりも低めに設定するなど、検知する狙いのごみによって計算に用いるZの値を合わせる。したがって、フィルター部A2321のハイパスフィルターのカットオフ周波数fa1は、フィルター部B2331のハイパスフィルターのカットオフ周波数fb1よりも低く設定して、大きなごみに合わせた周波数にすることで、より正確にごみを検知することができる。
【0025】
これらの増幅手段によって増幅された信号Va、Vbは、それぞれパルス変換手段A235とパルス変換手段B236でパルスに変換され、そのパルスSaとパルスSbはごみ判別手段238に入力される。そして、ごみ判別手段238はSaとSbの2つのパルスの数によって掃除している場所のごみの大きさと量を判断する。また、パルスSaについては、大きなごみに対しての信号であるので、Sbとは違い、ごみの大きさによるパルス幅の変化量も大きいので、パルスの幅も検知してごみの大きさを判断する。
【0026】
制御手段10はこのごみ判別手段238が判断するごみの大きさと量によってファンモーター11への入力を変化させて、ごみの種類に応じた最適な入力に設定する。例えば、小さな細塵のみが検出されているときは吸引力を上げなくてもごみが吸引できるため、ファンモーター11への入力はそれほど上げず、逆に大きなごみが検出されたときはファンモーター11への入力を上げてごみを吸引できるようにする。こうすることで、被掃除面の状況に応じて最適な吸引力で掃除を行うことができる。
【0027】
また、表示手段14は、図4に示すようなごみの大きさ別の、砂レベル表示部141とホコリレベル表示部142の2つのレベルメーターになっており、それぞれSaとSbのパルス数に合わせて表示を変化させることで、使用者に被掃除面のごみの状況を知らせることができる。
【0028】
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について図面を用いて説明する。なお、従来および実施の形態1と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。
【0029】
図5は本発明の実施の形態2における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図である。実施の形態1とは増幅手段B233の配置が異なり、増幅手段A232の出力信号Vaが増幅手段B233の入力になっており、小さいごみを検知する側は2段増幅になっている。
【0030】
このような構成にすることで、実施の形態1に対して受光部231の出力信号に対する増幅手段の入力インピーダンスを高くできるので、受光部の安定性を増すことができる。更に、増幅手段B233はより小さなごみを検知するために増幅度を上げるが、実施の形態1と違って増幅手段A232と独立して増幅させるよりも増幅度が小さくて済むので、増幅にかかるコストを削減することができる。逆に、実施の形態1の構成では、並列に増幅手段を並べているので、それぞれ独立にフィルター部のカットオフ周波数の設定ができ、また、他の増幅手段が発生するノイズの影響を受けることが無くなるという利点がある。
【0031】
周波数帯Aおよび周波数帯Bの設定については、受光部231の直径Y=3mmとすると、増幅手段A232の場合、直径200μm程度の砂粒より大きなごみを検知することと、出力信号Vaを直径20μm狙いの増幅手段B233が利用することを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いはX≧20μmとなるので、Tは20μm/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fa1、fa2が決定される。増幅手段A232は、入力信号Vsを上記方法で定めた周波数帯fa1〜fa2でフィルタリングして増幅し、その出力信号Vaはパルス変換手段A235と増幅手段B233に入力される。
【0032】
増幅手段B233については、20μm程度の花粉を主に検知できるようにすることと、200μm以上のごみは増幅手段A232で検出できることを考慮すると、検知するごみの大きさの狙いは20μm≦X<200μmになるため、Tは20μm/Z≦T≦200μm/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。増幅手段B233は、増幅手段A232に比べてTの上限が小さくなるため、ハイパスフィルターの周波数fb1は増幅手段A232のfa1に対して高くして周波数帯Bの帯域を狭くすることができるので、ノイズに対してより強くなり、ごみの信号のみをより増幅することができるので、より正確にごみを検知することができる。
【0033】
尚、塵埃検知手段を、受光部、発光部を例にして説明したが、この受光部、発光部と同様に、塵埃検知できるものであれば、どのような手段であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0034】
以上のように、本発明にかかる電気掃除機の塵埃検知装置は、ごみの大きさにあわせた複数の増幅度を持つことで、より小さい細塵を含んだごみを大きさ別に検知することができるので、電気掃除機に用いた場合、ファンモーターへの入力を制御して吸引力を変化させて、被掃除面に応じた最適な吸引力で掃除を行うことが可能になる等、ごみの大きさに応じた制御に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の第1の実施の形態における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図
【図2】同実施の形態における、ごみがごみセンサーを通過するときの状態を示す図
【図3】同実施の形態における、ごみがごみセンサーを通過するときの速度別受光部の受光量の変化を示す図
【図4】表示手段の正面図
【図5】本発明の第2の実施の形態における電気掃除機の塵埃検知装置のブロック図
【図6】従来の電気掃除機のブロック図
【図7】従来の電気掃除機のごみセンサーの断面図
【符号の説明】
【0036】
10 制御手段
11 ファンモーター
14 表示手段
23 ごみセンサー
141 砂レベル表示部
142 ホコリレベル表示部
230 発光部(塵埃検知手段)
231 受光部(塵埃検知手段)
232 増幅手段A
233 増幅手段B
235 パルス変換手段A
236 パルス変換手段B
238 ごみ判別手段
2320 増幅部A
2321 フィルター部A
2330 増幅部B
2331 フィルター部B




 

 


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