JP2007093038A - 自動扉開閉装置における操作検知装置および冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】開扉スイッチによる自動扉開閉は、開扉スイッチのＯＮストローク距離や、スイッチ押圧のやわらかさなどによって、誤って開扉スイッチに触れる、または外部からの振動などにより、開扉スイッチがＯＮすることで、意図しないときに扉が開放される誤動作の可能性を有す課題を解決する。
【解決手段】一つの操作検知手段と、操作検知手段の出力信号のレベルが所定の閾値以上で、かつ所定の時間以上持続していることを判断する２段階判定制御を備えることで、利用者による正常操作と、操作以外の振動や不用意な操作部への軽い接触などの外乱を区別し、単純な構成で誤動作を防ぐ。
【選択図】図７

Description

本発明は、人による操作と外乱（振動など）を区別して、誤動作のない扉の自動開閉を行う装置に関するものである。

近年、高齢化社会を向かえ、住宅・建築物、家庭内などで使用されている機器の使い勝手が重要視されている。特に、大型機器の代表である大型冷蔵庫においては、近年の大型化指向・大容量化の流れに伴い扉も大型化しており、老若男女区別なく使用する身近な機器として、その扉の開閉に負担がかかる傾向が無視できなくなってきた。このため、冷蔵庫および大きな扉を備えるものの扉開閉を補助する技術が数多く提案、実用化されている。

従来の扉開放技術としては、開扉スイッチを押すと扉背面にある扉開放機構が扉を押し出すものがある（例えば、特許文献１参照）。

図１９は特許文献１に記載された従来の扉開技術を適応した冷蔵庫の正面図を示すものである。図１９に示すように、外箱と内箱とこれら内外箱間に断熱材を発泡充填した断熱箱体で形成された冷蔵庫本体１は、内箱内部に貯蔵空間として最上部に冷蔵室２、その下方には野菜室３続いて、断熱仕切壁を介して製氷貯氷室４と温度切替室５とを左右に区分して併置しており、最下部には冷凍室６を独立して配置し、各貯蔵室の前面開口には各々専用の扉を設けて開閉自在に閉塞している。最も大きな収納容量を有する冷蔵室２の開口部前面には、これを開閉すべく冷蔵室扉７が設置されている。

また、冷蔵庫本体１の上面には扉開放ユニット８が、冷蔵室扉７の前面には開扉スイッチ９がそれぞれ設置されている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作を説明する。

まず、冷蔵室扉７を開扉するために開扉スイッチ９が押されると、開扉信号が扉開放ユニット８に送られる。次に扉開放ユニット８ではこの信号を受けて、冷蔵室扉７を背面から押出す動作を開始させる。動作の具体例としては、モータやソレノイドなどのアクチュエータを使用して、連接されたピストンピンなどを直線移動させて、その押圧によって冷蔵室扉７を開扉させる。

これらにより、開扉時のこれまでの扉を持ち、初動時に大きな力が必要となる負担をなくすことができ、開扉スイッチ９を押すというわずかな負担で簡単に開扉ができるようになる。
特開２００３−２６２４５６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、開扉スイッチ９を押すという簡単な操作であるため、開扉スイッチ９のＯＮストローク距離や、スイッチ押圧のやわらかさなどによっては、誤って開扉スイッチ９に触れる、または外部からの振動などにより、開扉スイッチ９がＯＮすることにより開扉信号が発生し、意図しないときにドアが開放される誤動作の可能性を高く有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、開扉時の操作と操作以外を区別し、外乱や不用意な誤動作を防止することができ、単純な構成で実用性の高い自動扉開閉装置における操作検知装置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、本発明の操作検知装置は、外力や距離、光など、所定の物理量を検知する操作検知手段と、操作検知手段の出力信号に対し所定の閾値を設け、前記出力信号が閾値以上であり、かつ前記出力信号が所定の時間以上持続していることを判断する２段階判定制御を行う制御手段を備えたものであり、これによって、利用者の正常操作と、操作以外の振動や不用意な操作部への軽い接触などの外乱を区別することができるため、単純な構成で誤動作を防ぐことができる。

本発明の自動扉開閉装置における操作検知装置は、利用者の正常操作と、操作以外の振動や不用意な操作部への軽い接触などの外乱を区別することができるため、単純な構成で誤動作を防ぐことができるので、使い勝手が良く、信頼性を向上させることができる。

請求項１に記載の発明は、外力や距離、光など、所定の物理量を検知する操作検知手段と、操作検知手段の出力信号に対し所定の閾値を設け、前記出力信号が前記閾値以上であり、かつ前記出力信号が所定の時間以上持続していることを判断する２段階判定制御を行う制御手段を備えたことにより、一つの操作検知手段と、操作検知手段の出力信号のレベルが所定の閾値以上で、かつ所定の時間以上持続していることを判断する２段階判定制御にて、利用者による正常操作と、操作以外の振動や不用意な操作部への軽い接触などの外乱を区別することができるため、単純かつ低コストで実用性の高い構成で誤動作を防ぐことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記操作検知手段を、圧電効果を有するピエゾ素子を用いて外力を検知することにより、微小な変位を電気信号で検知でき、かつ接点を構成するプッシュ式スイッチと比べ、接点不良や接点間の隙間管理などを考慮することがないため、利用者の扉開閉負担を軽減させるための軽い操作の実現と、信頼性の高い操作部を構成することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ピエゾ素子をケーブル状に形成することにより、前記操作検知手段の屈曲した取付けや広範囲での外力検知が可能となり、操作部形状に自由度を持たせることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、前記波形変換手段において、矩形パルスを発生させる閾値を、前記操作検知手段からの前記出力信号と比べて高い値で設けることに加えて、所定の低い値で設けることで、前記ピエゾ素子の出力信号の特徴である振幅波形に対して、正常操作を精度良く検出することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記矩形パルスの入力判定の基準時間を長く設ける事は、外乱に対して強くなるが、操作感覚として鈍く使い勝手が悪くなるため、入力判定の基準時間を１８〜２５ｍ秒とすると、外乱によって前記操作検知手段の前記出力信号が前記閾値を越えた場合のパルス波形と、正常操作におけるパルス波形を明確に区別することができ、耐外乱性と操作感の両立を図ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、外力による前記操作検知手段の出力信号の周波数分析を行い、人による押圧操作以外の周波数における出力信号の増幅度を低くするフィルタ手段を備えることで、人の押圧操作による周波数成分のみで外力の大きさを判断するので、筐体等の機能部品の振動など、人の押圧操作以外の外力を不要な外乱による外力検知を取り除くことができ、人が押した外力を精度良く検出することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、外部より前記閾値のレベル設定を可能とする可変抵抗などの手段を備えることで、操作感を利用者それぞれの感覚に合わせて調整することができる。

請求項８に記載の発明は、扉を自動的に開放可能な冷蔵庫において、扉面に請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置を備えることで、大型化した冷蔵庫の扉を、扉面を軽く触れるという簡単な操作で開放することができ、かつ筺体の振動など外乱による誤動作を防いだ冷蔵庫を構成することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、冷蔵庫の扉開閉状態を検知する扉スイッチと連動して、前記操作検知手段からの入力判定を行う制御手段を備えることで、扉開放時には前記操作検知手段からの出力信号の受付けを拒否する制御が可能となり、品質的な問題発生を防いだ冷蔵庫の自動扉開放装置を構成することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載の発明において、冷蔵庫本体に、赤外線センサや超音波センサなどの人体検知手段を備えることで、利用者が冷蔵庫の近づいたときに、前記操作検知手段の出力信号の受付けを可能とする制御手段を備えることで、冷蔵庫の扉の開放条件に、近くに人がいるという情報を加えることができ、利用者にとってより誤動作の少ない自動扉開放装置を備えた冷蔵庫を提供することができる。

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ってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における冷蔵庫の正面図である。図２は、同実施の形態の冷蔵庫の冷蔵室扉を少し開扉した時の側面図である。図３は、同実施の形態の冷蔵庫の自動扉開放装置の操作部構造図である。図４は、同実施の形態の冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図である。図５は、同実施の形態の冷蔵庫のピエゾケーブル動作特性図である。図６は、同実施の形態の冷蔵庫の操作部の外力検知における操作と外乱の波形特性図である。図７は、同実施の形態の冷蔵庫の操作と外乱の判定チャートである。

図１、図２において、冷蔵庫本体１０は、仕切り部１１によって最上部に冷蔵室１２、その下方には野菜室１３、さらにその下方に製氷貯氷室１４と温度切替室１５とを左右に区分して併置しており、最下部には冷凍室１６を形成している。冷蔵室１２の開口部前面には、これを開閉する冷蔵室扉１７がヒンジ（図示せず）で支持され、ヒンジを中心に回転するように取付けられている。さらに、冷蔵室１２、野菜室１３、製氷貯氷室１４、温度切替室１５の開口部前面には、これらを開閉するスライド扉１８が設置されている。また、冷蔵室１２の上部の仕切り部１１内には開放手段１９があり、開放手段１９のロッド部１９ａが直線移動し、冷蔵室扉１７を押出すことができる位置に設置されている。

また、冷蔵室扉１７は、人が押して外力の加える操作部があり、図３に示すように、変位を与えると電圧を発生させる圧電効果を有するピエゾケーブル２１を弾性材料２３と操作部２０にて、ある圧力で挟み込んだ構造をとり、センサ回路２２と共に、冷蔵室扉１７に埋設されている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。図４の制御構成に示すように、操作部２１からピエゾケーブル２１へ、人の操作による外力が与えられ、その外力により変位して発生した電気信号をセンサ回路２２が信号処理を行い、信号処理が行われた電気信号を冷蔵庫制御装置２５（マイコン２５ａ）が受け取り、その信号により開放手段１９を駆動させる仕組みとなる。

ここで、操作部の外力検知について説明する。ピエゾケーブル２１は微小な変位変化で電気信号を発する。ピエゾケーブル２１の発する電気信号は、図５に示すように、ピエゾケーブル２１を直接変位させたときの電気信号の周波数（ｆ１）と、筺体からの振動で発する電気信号の周波数（ｆ２）に相違がある。図４に示す、センサ回路２２内に構成されているフィルタ増幅回路２２ａは、ピエゾケーブル２１を直接変位させたときの周波数（ｆ１）成分のみの電気信号を大きく増幅することで、図６に示すように、直接操作部を押圧して操作したときと、扉を強打して検知する外乱による出力信号のアナログ波形に区別をつけることができる。またコンパレータ回路部２２ｂでは、フィルタ増幅回路２２ａからのアナログ信号に対し、ある閾値Ｖｃを設けることで、矩形パルスを出力し、矩形パルスの幅は、アナログ波形の形状により変化する。

また、操作と外乱の判定について説明する。センサ回路２２からの出力パルスを、冷蔵庫制御装置２５（マイコン２５ａ）が受け取り、矩形パルス幅をカウントする。カウントした矩形パルス幅が、所定の基準時間（Ｔ０ｍｓｅｃ）以上であると、入力判定とみなし開放手段１９を駆動させる。所定の基準時間（Ｔ０ｍｓｅｃ）以下である場合は、非入力とみなして、入力判定とみなし開放手段１９を駆動させない。図６に示すように、操作時の矩形パルス幅は広く（Ｔａ＞Ｔ０）、外乱で仮にアナログ信号が閾値Ｖｃを越えた場合でも、矩形パルス幅は所定の基準時間より小さい（Ｔｂ＜Ｔ０）のため、非入力となり、開放手段１９の誤動作を防ぐことができる。ここで、基準時間を長く設けることは、外乱からの影響に対して強くなるが、操作の入力判定が鈍くなるため、制御マイコンの入力判定時間を１８〜２５ｍｓｅｃに設けることが適当と考える。それ以下の矩形パルス幅は外乱とみなし、それ以上の矩形パルス幅を入力判定とする。

以上のように、本実施の形態においては、外力の程度により出力信号のレベルを連続的に変化させる外力検知手段にピエゾケーブルを用い、ピエゾケーブルに備え付けのセンサ回路内で、フィルタ増幅回部とコンパレータ回路部を経て、信号処理を行ったアナログ波形を出力し閾値を設け、閾値電圧とアナログ波形の比較で波形処理を行い、矩形パルスを出力する。制御マイコンはセンサ回路から出力された矩形パルスの幅をカウントして入力判定を行う。このようにアナログ波形の閾値に対する大小関係と矩形パルス幅時間の２段階判定制御手段を備えることで、操作以外の振動や不用意な操作部への軽い接触などの外乱を区別することができるため、一つのセンサにて誤動作要因に対して強く、単純かつ低コストで実用性の高い操作部を構成することができる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における冷蔵庫の操作部の外力検知における操作と外乱の波形特性図である。図９は、同実施の形態の冷蔵庫の操作と外乱の判定チャートである。

実施の形態１と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図８において、実施の形態１の図６と同様に、操作部の外力検知における操作と外乱時の波形特性を示しているが、実施の形態１と比べ、外乱検知時のアナログ波形のピーク電圧値が小さく（Ｖｂ＞Ｖｂ’）、閾値より低い（Ｖｃ＞Ｖｂ’）反応を示している。このときの外乱検知時の矩形パルス幅は０ｍｓｅｃとなり、図９の判定チャートにおいて、出力パルス幅が０の軸上にプロットされ、基準時間Ｔ０の入力判定領域から大きく離れたところにある。

以上のような、波形特性を備える構造にすることにより、当初設定していた、入力判定の基準時間Ｔ０より小さい時間（Ｔ０’）で設定することができ、操作感としてより敏感な制御とすることができ、利用者はより軽い接触でドアを開放することができる。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における冷蔵庫の操作部の外力検知における操作時の波形特性図である。図１１は、同実施の形態の冷蔵庫の操作と外乱の判定チャートである。図１２は、同実施の形態の冷蔵庫の操作部の外力検知における操作時の波形特性図である。

実施の形態１または２と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１０において、前述の実施の形態と同様、操作検知時の波形を示している。操作の押圧によっては（特に、ゆっくり操作部２０を押込んだ後、指を操作部２０から離すという動作）、基準レベルＶ０に対し、下向きに大きく振れる時（図中、ピーク電圧Ｖｅ）がる。このとき、利用者が確実に操作したという意思に対し、基準レベルＶ０に対し上向きの閾値（Ｖｃ）のみであると、反応しないことになる。そこで、下向きの波形に対し、閾値（Ｖｄ）を設けることで、操作を検知することができる。判定チャートは図１１に示すように、上向き（立上り波形）の時と下向き（立下り波形）の時の２種類の領域ができる。実際に、ある力での操作を行うと、図１２のように、基準レベルＶ０に対し上下に振れる波が数個発生し、上下の閾値に対し、矩形パルスが幾つか発生する。このときマイコン２５ａには、順番に矩形パルスが入力され、マイコン２５ａ内で、最初に入力判定の基準時間を満たした（Ｔ０以上）矩形パルスが入力となる。

以上のように、基準レベルに対し上下の閾値を設けることで、利用者の操作動作を精度良く検出することができる。

（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４における冷蔵庫の正面図である。図１４は、同実施の冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図である。図１５は、同実施の形態の冷蔵庫の操作部の外力検知における操作時の波形特性図である。

実施の形態１から３と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１３において、本実施の形態の冷蔵庫は、実施の形態１に示した冷蔵庫に、感度調整ボリューム２６を追加した構成をとる。また図１４に示す制御構成において、感度調整ボリューム２６はセンサ回路２２の中で、閾値を設定しているコンパレータ回路部２２ｂでの可変抵抗である。

以上のように、閾値調整の可変抵抗を感度調整ボリューム２６として、冷蔵庫前面に設けることで、利用者自らが、図１５に示すように閾値を調整（Ｖｃ⇔Ｖｆ）することが可能になり、例えば同じ操作力に対してピーク電圧値（Ｖａ）とするほぼ同様のアナログ波形の時、矩形パルス幅が調節され（Ｔａ≠Ｔｅ）、閾値Ｖｃに対しての矩形パルス幅が入力判定の基準時間を満たす場合（Ｔａ＞Ｔ０）に対し、閾値をさらに上のＶｆと可変させることで、入力判定の基準時間（Ｔｅ＜Ｔ０）を満たさない、すなわち同様の操作に対して入力判定確定の操作を非入力と変更することができる。したがって、操作部の入力判定を利用者それぞれの操作感覚に合わせることができ、使い勝手のよい自動扉開放装置搭載の冷蔵庫を提供できる。

（実施の形態５）
図１６は、本発明の実施の形態５における冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図である。

実施の形態１から４と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１６において、扉の開閉状態を検知する扉スイッチ２７は、一般に磁気センサやプッシュ式接点スイッチなどが使用され、庫内ランプ（図示せず）と連動したもので、例えば閉扉時はスイッチＯＮ、開扉時はスイッチＯＦＦの信号を出力し、マイコン２５ａが扉の開閉状態を認識する。

以上のように構成された冷蔵庫は、扉スイッチ２７の信号により、扉閉時のみ操作部２０からの入力判定を行い、開放手段１９を起動させる制御手段を備えることで、扉開状態で開放手段１９は動作することがなく、品質的な問題発生を防ぐことができる。また、他扉においても開閉状態を検知する扉スイッチ２７を設けることで、他扉開閉の振動による外乱検出を防ぐことができ、また他扉が開状態にある時に開放手段１９の起動を停止し、他扉の使用時に自動扉開放による事故を防ぐ安全制御とすることもできる。

（実施の形態６）
図１７は、本発明の実施の形態６における冷蔵庫の正面図である。図１８は、同実施の形態の冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図である。

実施の形態１から５と同一構成については、同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１７において、本実施の形態の冷蔵庫は、実施の形態１に示した冷蔵庫に、赤外線センサや超音波センサなどによる人体検知手段２８を冷蔵庫前面に追加した構成をとる。また図１８に示すように、マイコン２５ａに扉スイッチ２７の信号入力に加えて、人体検知手段２８からの信号が入力されることで、マイコン２５ａは扉の開閉状態と、利用者が冷蔵庫前面または近くに存在することを判断することができる。

以上のように構成された冷蔵庫は、人体検知手段２８からの信号により、人体が冷蔵庫前面または近くに存在し、かつ扉閉状態時ある時、操作部２０からの操作による外力検知の入力判定を行う、より誤動作に強い冷蔵庫を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる自動扉開閉装置における操作検知装置は、家庭用又は業務用冷蔵庫をはじめ自動で扉開閉を行う機器に実施することができ、大型であるか小型であるかを問わず適用できる。

本発明の実施の形態１における冷蔵庫の正面図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の冷蔵室扉を少し開扉した時の側面図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の自動扉開放装置の操作部構造図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫のピエゾケーブル動作特性図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の操作部の外力検知における操作と外乱の波形特性図 本発明の実施の形態１における冷蔵庫の操作と外乱の判定チャート 本発明の実施の形態２における冷蔵庫の操作部の外力検知における操作と外乱の波形特性図 本発明の実施の形態２における冷蔵庫の操作と外乱の判定チャート 本発明の実施の形態３における冷蔵庫の操作部の外力検知における操作時の波形特性図 本発明の実施の形態３における冷蔵庫の操作と外乱の判定チャート 本発明の実施の形態３における冷蔵庫の操作部の外力検知における操作時の波形特性図 本発明の実施の形態４における冷蔵庫の正面図 本発明の実施の形態４における冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図 本発明の実施の形態４における冷蔵庫の操作部の外力検知における操作時の波形特性図 本発明の実施の形態５における冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図 本発明の実施の形態６における冷蔵庫の正面図 本発明の実施の形態６における冷蔵庫の自動扉開放装置および操作部の制御構成図 従来の冷蔵庫の正面図

符号の説明

１０ 冷蔵庫本体
１１ 仕切り部
１２ 冷蔵室
１３ 野菜室
１４ 製氷貯氷室
１５ 温度切替室
１６ 冷凍室
１７ 冷蔵室扉
１８ スライド扉
１９ 開放手段
１９ａ ロッド部
２０ 操作部
２１ ピエゾケーブル
２２ センサ回路
２２ａ フィルタ増幅回路部
２２ｂ コンパレータ回路部
２３ 弾性材料
２４ 配線
２５ 冷蔵庫制御装置
２５ａ マイコン
２６ 感度調整ボリューム
２７ 扉スイッチ
２８ 人体検知手段

Claims (10)

1. 外力や距離、光など、所定の物理量を検知する操作検知手段と、操作検知手段の出力信号に対し所定の閾値を設け、前記出力信号が前記閾値以上であり、かつ前記出力信号が所定の時間以上持続していることを判断する２段階判定制御を行う制御手段を備えた自動扉開閉装置における操作検知装置。
2. 前記操作検知手段を、圧電効果を有するピエゾ素子を用いて外力を検知することを特徴とした請求項１に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置。
3. 前記ピエゾ素子がケーブル状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置。
4. 前記波形変換手段において、矩形パルスを発生させる閾値を、前記操作検知手段からの前記出力信号に対して、所定の値以下にも設けることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置。
5. 前記矩形パルスの入力判定の基準時間を１８〜２５ｍ秒とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置。
6. 前記操作検知手段の出力信号の周波数分析を行い、人による押圧操作以外の出力信号の増幅度を低くすることフィルタ手段を備えることで、人の押圧操作以外の外力を不要な外乱として取り除くことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置。
7. 外部より前記閾値のレベル設定を可能とした請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置。
8. 扉を自動的に開放可能な冷蔵庫にあって、扉面に請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置を備える冷蔵庫。
9. 扉を自動的に開放可能な冷蔵庫にあって、冷蔵庫の扉開閉状態を検知する扉スイッチと連動して、前記操作検知手段からの入力判定を行う制御手段を備える請求項８に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置を備える冷蔵庫。
10. 扉を自動的に開放可能な冷蔵庫にあって、冷蔵庫本体に人体検知手段を備えた請求項８または請求項９に記載の自動扉開閉装置における操作検知装置を備える冷蔵庫。

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