(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な第１蓄電部と前記第１蓄電部を充電する第１充電手段とからなる充電装置と、
前記第１蓄電部の電力で充電される第２蓄電部と前記第２蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体と、を備え、
前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部は、それぞれ複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成された第１及び第２のコンデンサブロックを備えており、
前記第１及び前記第２のコンデンサブロックそれぞれの定格電圧Ｖ１及びＶ２をＶ１≒Ｖ２とし、それぞれの静電容量定格Ｃ１及びＣ２を、Ｃ１≫Ｃ２としたことを特徴とする充電式掃除機。
【請求項２】
充放電可能な第１蓄電部と前記第１蓄電部を充電する第１充電手段とからなる充電装置と、
前記第１蓄電部の電力で充電される第２蓄電部と前記第２蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体と、を備え、
前記第１蓄電部による前記第２蓄電部への充電状態を表示する表示手段を備えたことを特徴とする充電式掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電可能な蓄電部を電力源とする充電式掃除機であって、特に蓄電部を短時間で充電する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の充電式掃除機は、使用の際に、電源コードを接続する手間が不要で、使いたい場所に手軽に持ち運んで使える簡便さを特徴としているものが多く、ハンディー型や小型スティック型のものは、身近な場所を短時間掃除するのに適正な容量の蓄電部を搭載することで小型・軽量な掃除機としている。しかし掃除の仕方や使用場所は使用者によって様々であり、蓄電部の電気エネルギーを使いきっても掃除を続けたい場合がある。
【０００３】
そのような場合、従来の充電式掃除機では、
（１）充電式掃除機本体を充電台等にセットする等して蓄電部に電気エネルギーを充電してから再び掃除を継続する。
【０００４】
（２）蓄電部の容量を増やす。
【０００５】
（３）掃除機本体内部の電池に別電池を並列接続可能な構成を備える（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−８９８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の充電式掃除機の対応では、以下のような課題があった（下記（１）〜（３）は、上記「背景技術」欄のそれらと対応する）。
【０００７】
（１）蓄電部の充電には時間がかかり、掃除を中断しなければならず使い勝手が悪い。
【０００８】
（２）蓄電部の重量・体積が大きくなり、充電式掃除機の特徴である手軽に持ち運んで使える簡便さが犠牲になる。
【０００９】
（３）掃除機本体の形態が大きくなり、手軽さが犠牲になる。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、充電時間を極めて短くできるようにすることで蓄電部の小型・軽量化（即ち充電式掃除機本体の小型・軽量化）を改善してより手軽に使える充電式掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために本発明の充電式掃除機は、充放電可能な第１蓄電部と前記第１蓄電部を充電する第１充電手段とからなる充電装置と、前記第１蓄電部の電力で充電される第２蓄電部と前記第２蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体と、を備え、前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部は、それぞれ複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成された第１及び第２のコンデンサブロックを備えており、前記第１及び前記第２のコンデンサブロックそれぞれの定格電圧Ｖ１及びＶ２をＶ１≒Ｖ２とし、それぞれの静電容量定格Ｃ１及びＣ２を、Ｃ１≫Ｃ２としたことを特徴とするもので、第１蓄電部の充電は、現在の一般的な蓄電池の充電器同等に数時間程度要しても良い。しかる後、充電式掃除機本体を充電装置に接続すると、充電式掃除機本体内の第２蓄電部が充電装置内の第１蓄電部によって充電される。第１及び第２蓄電部それぞれは現在一般的に急速充放電可能な蓄電池（Ｎｉ−ＭＨ又はＮｉ−Ｃｄ）でも良いが、好ましくは第２蓄電部をより急速充放電可能な電気二重層コンデンサで構成すれば、第１蓄電部の大電力放電能力と第２蓄電部の急速充電能力との相乗効果によって、第２蓄電部を、例えば数秒〜数十秒程度の極短時間で充電できるようになり、充電式掃除機本体１の軽量化と小型化が図れ、掃除の途中でも、充電に時間を多く割くことなく手軽に使える充電式掃除機を提供することが出来る。
また、第１及び第２のコンデンサブロックそれぞれの定格電圧Ｖ１及びＶ２をＶ１≒Ｖ２とすることで、第１のコンデンサブロックで第２のコンデンサブロックを直接充電する場合に第２のコンデンサブロックへの過電圧印加による特性劣化等を防止するための回路等を合理化できる。更に、Ｃ１≫Ｃ２とすることで、充電装置から取り外した満充電の第１のコンデンサブロックを持っていれば第２のコンデンサブロックを極短時間で繰り返し充電しながら充電式掃除機本体を長時間使用できるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の充電式掃除機によれば、充電式掃除機本体内の第２蓄電部を例えば想定される実使用最小条件に合わせた容量にすることで充電式掃除機本体を小型・軽量に構成可能にできると共に、極めて短時間で第２蓄電部を充電することができるため広い範囲でも充電待ち時間を気にすることなく掃除をすることが可能な充電式掃除機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、充放電可能な第１蓄電部と前記第１蓄電部を充電する第１充電手段とからなる充電装置と、前記第１蓄電部の電力で充電される第２蓄電部と前記第２蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体と、を備え、前記第１蓄電部及び前記第２蓄電部は、それぞれ複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成された第１及び第２のコンデンサブロックを備えており、前記第１及び前記第２のコンデンサブロックそれぞれの定格電圧Ｖ１及びＶ２をＶ１≒Ｖ２とし、それぞれの静電容量定格Ｃ１及びＣ２を、Ｃ１≫Ｃ２としたもので、Ｖ１とＶ２を略同一とすることで、第１のコンデンサブロックで第２のコンデンサブロックを直接充電する場合に第２のコンデンサブロックへの過電圧印加による特性劣化等を防止するための回路等を合理化できる。更に、Ｃ１≫Ｃ２とすることで、充電装置から取り外した満充電の第１のコンデンサブロックを持っていれば第２のコンデンサブロックを極短時間で繰り返し充電しながら充電式掃除機本体を長時間使用できる。
また、第１蓄電部の充電は、現在の一般的な蓄電池の充電器同等に数時間程度要しても良い。しかる後、充電式掃除機本体を充電装置に接続すると、充電式掃除機本体内の第２蓄電部が充電装置内の第１蓄電部によって充電される。第１及び第２蓄電部それぞれは現在一般的に急速充放電可能な蓄電池（Ｎｉ−ＭＨ又はＮｉ−Ｃｄ）でも良いが、好ましくは第２蓄電部をより急速充放電可能な電気二重層コンデンサで構成すれば、第１蓄電部の大電力放電能力と第２蓄電部の急速充電能力との相乗効果によって、第２蓄電部を、例えば数秒〜数十秒程度の極短時間で充電できるようになり、充電式掃除機本体１の軽量化と小型化が図れ、掃除の途中でも、充電に時間を多く割くことなく手軽に使える充電式掃除機を提供することができる。
【００１４】
第２の発明は、充放電可能な第１蓄電部と前記第１蓄電部を充電する第１充電手段とからなる充電装置と、前記第１蓄電部の電力で充電される第２蓄電部と、前記第２蓄電部の電力で動作する電動機手段を有する充電式掃除機本体と、を備え、前記第１蓄電部による前記第２蓄電部への充電状態を表示する表示手段を備えたもので、使用者が、第２の蓄電部が充電中なのか、充電を終えたのかが容易に識別できるので、時間をロスすることなく、掃除作業を再開することができる。
【００１５】
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。
【００１６】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態における充電式掃除機を、図１〜４を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態における充電式掃除機の外観図、図２は同充電式掃除機の回路構成ブロック図である。
【００１７】
充電式掃除機本体１は、吸引風を発生する電動機手段である吸引モータ８と、同じく電動機手段である回転ブラシモータ７によって回転駆動され、床面上の塵埃を掻き揚げる回転ブラシ（図示せず）を備えた吸込み口２と、使用者が充電式掃除機本体１を操作するためのハンドル３等から構成され、使用者がスイッチ６をＯＮすると、内蔵された第２蓄電部である第２のコンデンサブロック５に蓄えられている電力が前記吸引モータ８と、回転ブラシモータ７へ供給され、床面清掃可能に運転開始する。因みに、前記第２のコンデンサブロック５は、複数のコンデンサを接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成されたコンデンサブロックを備え、かつ静電容量の極めて大きい電気二重層コンデンサで構成している。
【００１８】
５０は、充電掃除機本体１内の第２のコンデンサブロック５を充電するための充電装置で、充電の際に、充電掃除機本体１が載置される第１蓄電部２０と、第１蓄電部２０に電源を供給する電源手段１０から構成され、第１蓄電部２０は、複数の蓄電池を接続して一対の電極端子から電力を入出力するように構成されると共に、電源手段１０からの充電電力で充電される蓄電池ブロック２４と、前記蓄電池ブロック２４に蓄えられている電力で充電式掃除機本体１に内蔵されている第２のコンデンサブロック５を充電する制御手段２５等を内蔵している。制御手段２５は、電流検知手段２６の両端電圧Ｖｄを観測して、第２コンデンサブロック５への充電電流を制御すると共に充電中である旨を表示手段２２に表示する。
【００１９】
電源手段１０は、第１充電手段１３を内蔵し、電源コード１１から供給される商用電源電力から蓄電池ブロック２４の充電電力を出力するものである。
【００２０】
図１で明らかなように、電源手段１０と第１蓄電部２０とは、電源手段１０側のＤＣプラグ１２と、第１蓄電部２０側のＤＣジャック２３とで電気的（充電可能）及び機械的に着脱可能であり、第１蓄電部２０と充電式掃除機本体１とは、第１蓄電部２０に設けた充電装置側充電端子２１と本体側充電端子４とで電気的（充電可能）及び機械的に着脱可能としている。ところで、蓄電池ブロック２４の定格電圧は、第２のコンデンサブロック５の定格電圧と略等しく設計されている。
【００２１】
以上のように構成された本実施の形態における充電式掃除機の作用・動作を、図３と４を用いて説明する。
【００２２】
まず充電式掃除機本体１の運転動作について説明する。第２のコンデンサブロック５（以下「Ｃ２」と呼ぶ）がその定格電圧に充電されている（図６の（ｉ）に示す電圧：Ｖｍ）状態でスイッチ６をＯＮにすると、吸引モータ８及び回転ブラシモータ７は、Ｃ２と電気的に閉路されてＣ２に蓄えられている電力で運転される。吸引モータ８及び回転ブラシモータ７の電力消費は、抵抗負荷（Ｒｍ：吸引モータ８及び回転ブラシモータ７の合成等価抵抗値）同様の特性となるため、Ｃ２の電圧は、図６Ｖ２に示すように運転時間に伴って低下する。電圧Ｖ２が低下すると、吸引モータ８及び回転ブラシモータ７の性能も低下するため掃除性能も低下するので、性能確保限界の電圧がおのずと決まる（図６の（ｉｉ）の電圧：Ｖｅ）。充電式掃除機本体１の運転時間ｔｄ（図６の（ｉｉｉ）と（ｉｖ）の間の時間）は、Ｃ２の静電容量Ｃｂとすると、
ｔｄ≒−Ｃｂ＊Ｒｍ＊（Ｖｅ／Ｖｍ）
となる。
【００２３】
Ｃｂを大きくすることで、充電式掃除機本体１の運転時間を長くできることは説明するまでも無い。又、第２のコンデンサブロック５の内部抵抗も上記運転時間ｔｄに影響するが、極めて小さくできることからほぼ無視できることは言うまでも無い。
【００２４】
次に、充電式掃除機本体１の運転終了後の充電動作について説明する。充電式掃除機本体１を充電装置５０に接続（本体側充電端子４と充電装置側充電端子２１とを接続）すると、図４に示すように蓄電池ブロック２４からＣ２に充電電流が流れる。蓄電池ブロック２４の電圧Ｖ１ＢまでＣ２を充電するための時間ｔｃは、電流検知手段２６（以下Ｒと呼ぶ）の抵抗値をＲｃとすると、
ｔｃ≒Ｃｂ＊Ｒｃ＊Ｉｎ（Ｖ１Ｂ／Ｖｅ）
となる。
【００２５】
ここで、Ｃ２の充電に伴って、蓄電池ブロック２４の電圧は、図４のＶ１Ｂ−１に示すとおり変化（低下）することは言うまでも無いが、蓄電池ブロック２４の容量をＣ２の静電容量に対して大きくしておくことで、電圧低下を極めて少なくできると共に繰り返し充電しても、充電式掃除機本体１の運転時間への影響を少なくできることは容易に理解できよう。また、Ｒｃを小さくすることで充電時間が短くなり、本発明の狙いとする極めて短時間での充電性能向上につながるが、蓄電池ブロック２４と第２のコンデンサブロック５の内部抵抗も無視できない大きさになる場合が多く、制御手段２５のＶｄ検知性能・精度も考慮しつつ設計する必要があることは言うまでも無い。
【００２６】
充電式掃除機本体１の運転と充電を繰り返し行えば、蓄電池ブロック２４の電圧も多かれ少なかれ図４の１）から２）（繰り返し充電したために蓄電池ブロック２４の電圧が低下している）へ低下し、それに伴ってＣ２のＶｍも、図４の３）から４）に低下していく。
【００２７】
またこの充電中の充電電流Ｉの変化の様子は、図４のＩ−１又はＩ−２のようになる。第２のコンデンサブロック５の電圧がＶｅに近い場合は、Ｖ１ＢとＶ２との電圧差が大きいためＲの両端に発生する電圧Ｖｄは大きく、充電が進むにつれてＶ１ＢとＶ２との電圧差が小さくなると、Ｒの両端に発生する電圧Ｖｄも小さくなる（その様子は、図４のＩ−１（又はＩ−２）に示す）。制御手段２５は、前記Ｖｄが所定の電圧（すなわち所定の充電電流Ｉｅ）以上の場合に、表示手段２２を点灯駆動し、Ｖｄが所定の電圧以下の場合は消灯駆動するように制御することで、使用者は、第２のコンデンサブロック５の充電状態を容易に識別することが出来る。
【００２８】
ところで、吸込み性能・ゴミ取れ性能に大きく関わる吸引モータ８及び回転ブラシモータ７の運転特性は、供給される電圧（すなわち消費電力）と直接的に関係するため、本実施の形態における充電式掃除機本体１の第２のコンデンサブロック５からの電力供給方法には改善の余地がある。
【００２９】
その改善例を図５に示す。同図に示すように、第２のコンデンサブロック５の出力電圧を電圧変換手段９で一定電圧に変換して、吸引モータ８及び回転ブラシモータ７へ出力すると良い。この場合、電圧変換手段９が出力する規定の一定電圧に最適な吸引モータ８及び回転ブラシモータ７の巻線仕様を設定すれば良いことは言うまでも無い。
【００３０】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、以下のような効果が得られるものである。
【００３１】
１）充電装置５０を、電源手段１０と第１蓄電部２０とに分離可能に構成することで比較的重量・サイズの大きい電源手段１０を外した状態で第１蓄電部２０を容易に持ち運ぶことができる。
【００３２】
２）充電式掃除機本体１内の電力供給源を、第２のコンデンサブロック５で構成するこ
とで、充電式掃除機本体１の軽量化が可能となり、持ち運び時の疲労感低減と使い勝手向上が図れる。
【００３３】
３）第２のコンデンサブロック５の充電は、持ち運び容易な第１充電手段１３からできるため、充電式掃除機本体１内の電力源が減ればどこでも容易に再充電して使うことができる。更には第２のコンデンサブロック５は超急速充電が可能であり、蓄電池ブロック２４は大電流放電可能な二次電池とすることで、超短時間での再充電が可能となり、充電式掃除機の充電時間の長さに関わる煩わしさを排除できる。
【００３４】
４）蓄電池ブロック２４の満充電時の充電定格と、第２のコンデンサブロック５との定格電圧を略同一とすれば、第２のコンデンサブロック５充電時の過電圧に関わる保護回路が不要となり、第１蓄電部２０又は第２のコンデンサブロック５の周辺回路の構成を合理化できる、等優れた効果を奏することは説明するまでも無い。
【００３５】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態における充電式掃除機の回路構成ブロック図、図７は、同充電式掃除機の第２のコンデンサブロック充電時の動作特性図である。尚、上記第１の実施の形態における充電式掃除機と同一要素については、同一符号を付与してその説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態における充電式掃除機では、上記実施の形態１の蓄電池ブロック２４を第１のコンデンサブロック２７に変更し、第１のコンデンサブロック２７の定格電圧を、第２のコンデンサブロック５と略同一にすると共に、第１のコンデンサブロック２７の静電容量を、第２のコンデンサブロック５のものに対して充分大きくしたもので、他の構成は、上記第１の実施の形態における充電式掃除機と同一である。
【００３７】
以上のように構成された本実施の形態における充電式掃除機の作用・動作について、特に、上記実施の形態１との違いを図７を用いて説明する。
【００３８】
まず充電式掃除機本体１の運転動作については実施の形態１と同一であるため省略する。次に、充電式掃除機本体１の運転終了後の充電動作について説明する。充電式掃除機本体１を、充電装置５０に接続（本体側充電端子４と充電装置側充電端子２１とを接続）すると、図７に示すように、第１のコンデンサブロック２７からＣ２に充電電流Ｉが流れる。第１のコンデンサブロック２７の電圧Ｖ１ＣまでＣ２を充電するための時間ｔｃは、電流検知手段２６（以下Ｒと呼ぶ）の抵抗値をＲｃとすると、
ｔｃ≒Ｃｂ＊Ｒｃ＊Ｉｎ（Ｖ１Ｂ／Ｖｅ）
となる。
【００３９】
ここで、Ｃ２の充電に伴って、第１のコンデンサブロック２７の電圧は、図７のＶ１Ｃ−１に示すとおり変化（低下）することは言うまでも無いが、第１のコンデンサブロック２７の静電容量をＣ２の静電容量に対して大きくしておくことで、電圧低下を極めて少なくできると共に、繰り返し充電しても、充電式掃除機本体１の充電容量低下に伴う運転時間への影響を少なくできることは容易に理解できよう。
【００４０】
また、Ｒｃを小さくすることで充電時間が短くなり、本発明の狙いとする極めて短時間での充電性能向上につながるが、第１のコンデンサ２７と第２のコンデンサブロック５の内部抵抗も無視できない大きさになる場合が多く、制御手段２５のＶｄ検知性能・精度も考慮しつつ設計する必要があることは言うまでも無い。
【００４１】
充電式掃除機本体１の運転と充電を繰り返し行えば、第１のコンデンサブロック２７の
電圧も多かれ少なかれ図７の５）から６）（繰り返し充電したために第１のコンデンサブロック２７の電圧が低下している）へ低下し、それに伴ってＣ２のＶｍも、図７の７）から８）に低下していく。
【００４２】
また、この充電中の充電電流Ｉの変化の様子は、図７のＩ−３又はＩ−４のようになる。第２のコンデンサブロック５の電圧がＶｅに近い場合は、Ｖ１ＣとＶ２との電圧差が大きいためＲの両端に発生する電圧Ｖｄは大きく、充電が進むにつれてＶ１ＣとＶ２との電圧差が小さくなると、Ｒの両端に発生する電圧Ｖｄも小さくなる（その様子は、図７のＩ−３（又はＩ−４）に示す）。制御手段２５は、前記Ｖｄが所定の電圧（すなわち所定の充電電流Ｉｅ）以上の場合に、表示手段２２を点灯駆動し、Ｖｄが所定の電圧以下の場合は消灯駆動するように制御することで、第２のコンデンサブロック５の充電状態が分かる。
【００４３】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、以下のような効果が得られるものである。
【００４４】
１）充電装置５０を、電源手段１０と第１蓄電部２０とに分離可能に構成しているので、比較的重量・サイズの大きい電源手段１０を外した状態で、第１蓄電部２０を持ち運ぶことが出来る。
【００４５】
２）充電式掃除機本体１内の電力供給源を、第２のコンデンサブロック５で構成することで、電気掃除機本体の軽量化が可能となり、持ち運び時の疲労感の低減と使い勝手向上が図れる。
【００４６】
３）第２のコンデンサブロック５の充電は、持ち運び容易な第１充電手段１３からできるため、充電式掃除機本体１内の電力源が減れば、どこででも容易に再充電して使うことができる。更には第２のコンデンサブロック５は、超急速充電が可能であり、第１のコンデンサブロック２７も同じく大電流放電可能な電気二重相コンデンサで構成することで超短時間での再充電が可能となり、充電式掃除機の充電時間の長さに関わる煩わしさを排除できる。
【００４７】
４）第１のコンデンサブロック２７の満充電時の充電定格と第２のコンデンサブロック５との定格電圧を略同一にすることで、第２のコンデンサブロック５の充電時の過電圧に関わる保護回路が不要となり、第１のコンデンサブロック２７又は第２コンデンサブロック５の周辺回路構成を合理化できる、等優れた効果を奏することは説明するまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように本発明に係る充電式掃除機は、蓄電部の小型・軽量化が改善され、手軽に使用できるもので、家庭用小型充電式掃除機や充電式携帯型電気機器の更なる小型化に有用な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における充電式掃除機の外観図
【図２】同充電式掃除機の回路構成ブロック図
【図３】同充電式掃除機の第２のコンデンサブロック充電時の動作特性図
【図４】同充電式掃除機の運転中の第２のコンデンサブロックの動作特性図
【図５】同充電式掃除機の他の例を示す回路構成ブロック図
【図６】本発明の第２の実施の形態における充電式掃除機の回路構成ブロック図
【図７】同充電式掃除機の第２のコンデンサブロック充電時の動作特性図
【符号の説明】
【００５０】
１  充電式掃除機本体
２  吸込み口
３  ハンドル
４  本体側充電端子
５  第２のコンデンサブロック（第２蓄電部）
６  スイッチ
７  回転ブラシモータ（電動機手段）
８  吸引モータ（電動機手段）
９  電圧変換手段
１０  電源手段
１１  電源コード（商用電源）
１２  ＤＣプラグ
１３  第１充電手段
２０  第１蓄電部
２１  充電装置側充電端子
２２  表示手段
２３  ＤＣジャック
２４  蓄電池ブロック
２５  制御手段
２６  電流検知手段
２７  第１のコンデンサブロック
５０  充電装置
【図１】
0005012682.tif 000002
【図２】
0005012682.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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