(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-08
(45)【発行日】2024-03-18
(54)【発明の名称】冷蔵庫
(51)【国際特許分類】
G01G 3/142 20060101AFI20240311BHJP
G01G 19/52 20060101ALI20240311BHJP
G01G 23/01 20060101ALI20240311BHJP
F25D 23/00 20060101ALI20240311BHJP
F25D 29/00 20060101ALI20240311BHJP
F25D 25/02 20060101ALI20240311BHJP
【ＦＩ】
G01G3/142
G01G19/52 Z
G01G23/01 Z
F25D23/00 301A
F25D29/00 Z
F25D25/02 Z
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021010765
(22)【出願日】2021-01-27
(65)【公開番号】P2022114498
(43)【公開日】2022-08-08
【審査請求日】2023-03-20
(73)【特許権者】
【識別番号】399048917
【氏名又は名称】日立グローバルライフソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】菊地 芳輝
(72)【発明者】
【氏名】小池 進太郎
(72)【発明者】
【氏名】関根 隆人
【審査官】公文代 康祐
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－０１０２０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／１４０５８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－０１１３８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－２０７８３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－０００６１４１（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｇ ３／１４２
Ｇ０１Ｇ １９／５２
Ｇ０１Ｇ ２３／０１
Ｇ０１Ｌ １／２２
Ｆ２５Ｄ ２３／００
Ｆ２５Ｄ ２５／０２
Ｆ２５Ｄ ２９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
食品を載置する棚と、
該棚を支持し、前記棚に載置した食品重量が増えるほど大きくなる電圧Ｖ ｐ と、前記棚に載置された食品重量が増えるほど小さくなる電圧Ｖ ｎ を出力する重量センサユニットと、
センサ基板と、
を備えた冷蔵庫であって、
前記センサ基板は、
前記電圧Ｖ ｐ と前記電圧Ｖ ｎ と電圧Ｖ ａ を用いて出力電圧Ｖ out を生成する増幅回路と、
前記電圧Ｖ ａ を生成し前記増幅回路に供給するとともに、前記出力電圧Ｖ out に応じて前記重量センサユニットに載置された荷重に関連する出力を行う荷重演算部と、
を有する冷蔵庫において、
前記重量センサユニットは、前記棚の下面を支持する四つの重量センサを電気的に環状に接続したものであり、
各々の重量センサは、前記棚を載置した時に変形するロードセルの上面もしくは下面に貼り付けた一対の歪ゲージを備え、
第一重量センサの一対の歪ゲージの接続点には電源電圧Ｖｃｃが供給され、
第二重量センサの一対の歪ゲージの接続点は前記電圧Ｖｐを出力し、
第三重量センサの一対の歪ゲージの接続点は接地され、
第四重量センサの一対の歪ゲージの接続点は前記電圧Ｖｎを出力することを特徴とする冷蔵庫。
【請求項2】
食品を載置する棚と、
該棚を支持し、前記棚に載置した食品重量が増えるほど大きくなる電圧Ｖ ｐ と、前記棚に載置された食品重量が増えるほど小さくなる電圧Ｖ ｎ を出力する重量センサユニットと、
センサ基板と、
を備えた冷蔵庫であって、
前記センサ基板は、
前記電圧Ｖ ｐ と前記電圧Ｖ ｎ と電圧Ｖ ａ を用いて出力電圧Ｖ out を生成する増幅回路と、
前記電圧Ｖ ａ を生成し前記増幅回路に供給するとともに、前記出力電圧Ｖ out に応じて前記重量センサユニットに載置された荷重に関連する出力を行う荷重演算部と、
を有する冷蔵庫において、
前記増幅回路は、
前記電圧Ｖｎが非反転入力端子に入力され、電圧Ｖ１を出力する第一オペアンプと、
前記電圧Ｖｐが非反転入力端子に入力され、電圧Ｖ２を出力する第二オペアンプと、
前記電圧Ｖ１の派生信号が反転入力端子に入力され、前記電圧Ｖ２の派生信号が非反転入力端子に入力され、前記出力電圧Ｖoutを出力する第三オペアンプと、を具備しており、
前記第一オペアンプの反転接続端子と前記第二オペアンプの反転接続端子は抵抗ＲＧを介して接続されており、
前記第一オペアンプの反転入力端子には、前記電圧Ｖａを平滑処理した電圧が入力されることを特徴とする冷蔵庫。
【請求項3】
食品を載置する棚と、
該棚を支持し、前記棚に載置した食品重量が増えるほど大きくなる電圧Ｖ ｐ と、前記棚に載置された食品重量が増えるほど小さくなる電圧Ｖ ｎ を出力する重量センサユニットと、
センサ基板と、
を備えた冷蔵庫であって、
前記センサ基板は、
前記電圧Ｖ ｐ と前記電圧Ｖ ｎ と電圧Ｖ ａ を用いて出力電圧Ｖ out を生成する増幅回路と、
前記電圧Ｖ ａ を生成し前記増幅回路に供給するとともに、前記出力電圧Ｖ out に応じて前記重量センサユニットに載置された荷重に関連する出力を行う荷重演算部と、
を有する冷蔵庫において、
前記荷重演算部は、前記棚に食品が載置されない状態であっても、前記増幅回路で有効な出力電圧Ｖoutを生成するように、前記電圧ＶａのＤｕｔｙを制御することを特徴とする冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、棚に載置した食品の重量を測定する機能を持った冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【0002】
ロードセル（歪ゲージ）の電気抵抗値の変化を利用して荷重を測定する従来技術として、特許文献１の計量装置が挙げられる。この計量装置は、産業上の利用分野欄に記載されるように、「アナログ重量信号を増幅回路で増幅した後、ローパスフイルタで信号中に含まれるノイズ成分を減衰してＡ／Ｄ変換器に入力するようにした計量装置の信号処理回路に関し、特に、上記信号処理回路に生じるドリフトやスパン誤差を計量中でも任意に瞬時に補正できるようにした」ものであり、具体的な構成として、特許請求の範囲には「１ 増幅回路と、その後段に接続されて信号中に含まれるノイズ成分を減衰させるアクテイブフイルタとを備えてなる信号処理回路を有する計量装置であつて、上記増幅回路の入力側に、計量モードでは重量信号を入力し、補正モードでは設定基準信号を入力する第１の切換手段を設けるとともに、上記アクテイブフイルタに、該フイルタをフイルタ機能とバツフア機能とに切り換える第２の切換手段を設けて、補正モードでは、上記アクテイブフイルタをバツフア機能に設定するようにしたことを特徴とする計量装置」が開示されている。
【0003】
また、特許文献１の第３図には、増幅回路の入力側に設けた複数のスイッチを切り替え、モードに応じた電圧を増幅回路に与える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特公平５－６９１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の計量装置では、増幅回路に与える電圧は固定されており、この固定電圧を与えるか与えないかを制御できるが、計量装置の個体差に応じて最適化した電圧を増幅回路に与えるわけではない。従って、例えば、ロードセルの個体差等の影響により、増幅回路の各オペアンプの入力端子間にユニークなオフセット電圧が発生しても、特許文献１の計量装置では、ユニークなオフセット電圧の大きさに応じた適正な電圧を与えることで、オフセット電圧の影響を低減することはできなかった。
【0006】
そこで、本発明では、増幅回路のオペアンプの入力端子間にユニークなオフセット電圧が発生しうる環境下で、そのオフセット電圧の影響を解消し、棚の装着状態や、棚に載置した食品重量を正確に測定できる冷蔵庫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】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明の冷蔵庫は、品を載置する棚と、該棚を支持し、前記棚に載置した食品重量が増えるほど大きくなる電圧Ｖｐと、前記棚に載置された食品重量が増えるほど小さくなる電圧Ｖｎを出力する重量センサユニットと、センサ基板と、を備えた冷蔵庫であって、前記センサ基板は、前記電圧Ｖｐと前記電圧Ｖｎと電圧Ｖａを用いて出力電圧Ｖoutを生成する増幅回路と、前記電圧Ｖａを生成し前記増幅回路に供給するとともに、前記出力電圧Ｖoutに応じて前記重量センサユニットに載置された荷重に関連する出力を行う荷重演算部と、を有する冷蔵庫とした。
【発明の効果】
【0008】
本発明の冷蔵庫によれば、増幅回路のオペアンプの入力端子間にユニークなオフセット電圧が発生しうる環境下で、そのオフセット電圧の影響を解消し、棚の装着状態や、棚に載置した食品重量を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】一実施例に係る冷蔵庫の断面図
【図2A】重量センサユニットの斜視図
【図2B】棚と重量センサユニットの斜視図
【図3】重量センサの斜視図
【図4】重量センサの分解斜視図
【図5】各重量センサユニットのロードセルの接続回路図
【図6】主制御基板、センサ基板、重量センサユニットの機能ブロック図
【図7】比較例の増幅回路の回路図
【図8】本実施例の増幅回路の回路図
【図9】パルス電圧ＶａのＤｕｔｙとＶoutの関係を示すグラフ
【図10】比較例の電圧Ｖ１，Ｖ２と、本実施例の電圧Ｖ１，Ｖ２の関係を示すグラフ
【図11】比較例のＶoutと、本実施例のＶoutの関係を示すグラフ
【図12】パルス電圧ＶａのＤｕｔｙの決定処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を用いて、本発明の一実施例に係る冷蔵庫１を説明する。
【0011】
＜冷蔵庫１の構成＞
図１は、本発明の一実施例に係る冷蔵庫１の断面図であり、上下および前後の各方向を図示するように定義する。この冷蔵庫１は、前方が開口した外箱１１で外郭を構成し、前方の開口を開閉する扉１２を備えたものである。また、外箱１１の内部には内箱１３が備えられており、外箱１１と内箱１３の間には発泡断熱材１４が充填されている。内箱１３内に形成される庫内１５には、上下方向に複数の棚１６（１６ａ～１６ｅ）を配置しており、それらに、肉・魚・野菜・飲み物・冷凍食品等の食品が載置される。外箱１１の背面下部には、冷媒を圧縮する圧縮機１７が備えられている。圧縮機１７には、図示しない凝縮器、膨張弁、蒸発器が接続されて冷凍サイクルを構成し、気化熱を利用して庫内１５を冷却する。内箱１３には、冷気を吹き出す吐出口が形成されており、図示しない冷却ファンから送風された冷気を庫内１５に吐出する。また、内箱１３の内面に設けられた操作パネルを用いて、冷蔵庫１の動作設定を変更したり、後述するオフセット調整処理を実行したりすることができる。
図１は、本発明の一実施例に係る冷蔵庫１の断面図であり、上下および前後の各方向を図示するように定義する。この冷蔵庫１は、前方が開口した外箱１１で外郭を構成し、前方の開口を開閉する扉１２を備えたものである。また、外箱１１の内部には内箱１３が備えられており、外箱１１と内箱１３の間には発泡断熱材１４が充填されている。内箱１３内に形成される庫内１５には、上下方向に複数の棚１６（１６ａ～１６ｅ）を配置しており、それらに、肉・魚・野菜・飲み物・冷凍食品等の食品が載置される。外箱１１の背面下部には、冷媒を圧縮する圧縮機１７が備えられている。圧縮機１７には、図示しない凝縮器、膨張弁、蒸発器が接続されて冷凍サイクルを構成し、気化熱を利用して庫内１５を冷却する。内箱１３には、冷気を吹き出す吐出口が形成されており、図示しない冷却ファンから送風された冷気を庫内１５に吐出する。また、内箱１３の内面に設けられた操作パネルを用いて、冷蔵庫１の動作設定を変更したり、後述するオフセット調整処理を実行したりすることができる。
【0012】
内箱１３の内部には、三つの重量センサユニット２０が固定されており、各々の重量センサユニット２０には棚１６ａ，１６ｂ，１６ｅが載置されている。なお、重量センサユニット２０を配置する棚１６は、図１の例に限定されず、任意の棚１６の下方に重量センサユニット２０を固定しても良い。
【0013】
外箱１１の背面には、圧縮機１７等を制御する主制御基板１８が備えられている。主制御基板１８は、例えば庫内１５に設置された温度センサ１５ａが検出した庫内温度や、棚１６に載置した食品重量などに基づき、圧縮機１７を制御する。また、外箱１１の後部には、重量センサユニット２０の出力に基づいて棚１６の着脱状態を判定したり棚１６上の食品重量を測定したりするセンサ基板１９が備えられている。なお、主制御基板１８とセンサ基板１９は、具体的には、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたコンピュータである。そして、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、後述する各機能を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。
【0014】
【0015】
図２Ａは、重量センサユニット２０の斜視図である。ここに示すように、重量センサユニット２０は、内箱１３の左右と後の三内面と接する略コ字状の構造を有しており、左右二辺の前端付近と後端付近に合計四つの重量センサ２（２ａ～２ｄ）を設置している。
【0016】
図２Ｂは、図２Ａの重量センサユニット２０に棚１６を載置した状態を示す斜視図である。ここに示すように、棚１６の下面の四隅を四つの重量センサ２で支持しているため、センサ基板１９は、重量センサユニット２０が備える四つの重量センサ２の出力に基づいて、棚１６の着脱状態を判定したり、棚１６上の食品重量を測定したりすることができる。なお、重量センサユニット２０の形状や仕様は、各棚の形状や重量に応じて異なっても良い。
【0017】
【0018】
図４に示すように、重量センサ２は、重量を検知するための板状のロードセル２１と、ロードセル２１の前端下部に配置された下台座２２と、下台座２２を介してロードセル２１を支持するケース体２３と、ロードセル２１の後端上部に配置され、断面形状がＬ字状の上台座２４と、ケース体２３の上部に配置され、ロードセル２１，下台座２２，上台座２４を覆うセンサカバー２５と、センサカバー２５の上部に配置された棚支持部２６を備えている。センサカバー２５は、柔軟性のあるシリコンゴム等で構成されており、上台座２４と棚支持部２６の間に備えられている。板状のロードセル２１の表面には、一対の歪ゲージ２１ａを前後方向に並べて貼り付けている。なお、図では、歪ゲージ２１ａをロードセル２１の上面に貼り付けでいるが、下面に張り付けても良い。
【0019】
ロードセル２１の前端上部にはワッシャー２７ａとねじ２８ａを配置し、ワッシャー２７ａ、ロードセル２１、下台座２２、ケース体２３に形成した各貫通孔にねじ２８ａを挿入し、ケース体２３の下部に配置したナット２９にねじ２８ａを螺合させることで、ロードセル２１の前端側をケース体２３に固定する。
【0020】
また、ロードセル２１の後端下部には、ワッシャー２７ｂとねじ２８ｂを配置し、ワッシャー２７ｂ，ロードセル２１に形成した各貫通孔にねじ２８ｂを挿入し、上台座２４の後端側にねじ２８ｂを螺合することで、上台座２４の後端をロードセル２１の後端上部に固定する。
【0021】
上台座２４の前端側は、上台座２４の後端側より上下方向の厚みが薄くなっている。上台座２４の前端下部には、ワッシャー２７ｃとねじ２８ｃを配置し、ワッシャー２７ｃ、上台座２４の前端側、センサカバー２５、センサカバー２５の上面に配置したワッシャー２７ｄに形成した各貫通孔にねじ２８ｃを挿入し、棚支持部２６の下部にねじ２８ｃを螺合させることで、上台座２４の前端側と棚支持部２６を固定する。本実施例では、棚支持部２６とセンサカバー２５との間にワッシャー２７ｄを配置している。これにより、ねじ２８ｃを棚支持部２６に螺合させる際に柔軟性のあるセンサカバー２５が捩じれるのを抑制することができる。
【0022】
図４の各要素を組み立てると、ケース体２３の上方にセンサカバー２５が配置され、センサカバー２５の上方に棚支持部２６が配置された、図３に示す外観の重量センサ２が完成する。そして、この重量センサ２を図２Ａに示すように重量センサユニット２０に埋設し、図２Ｂに示すように重量センサ２の棚支持部２６に棚１６を載置すると、棚１６の荷重によってロードセル２１の後端側が押し下げられる。ロードセル２１の上面に張り付けられた歪ゲージ２１ａはロードセル２１の変形量に応じて電気抵抗値が変化する素子であるため、電気抵抗値の変化をロードセル２１の変形量に換算でき、さらに、その変形量を食品等の重量に換算することができる。
【0023】
＜四つの重量センサ２の接続回路＞
図２Ｂに示したように、棚１６は、重量センサユニット２０の四つの重量センサ２で支持されるため、本実施例では、四つの重量センサ２の出力に基づいて、棚１６の重量を測定する。図５は、四つの重量センサ２の接続回路の一例であり、四つの重量センサ２が持つ八つの歪ゲージ２１ａを電気的に環状に接続した接続回路を例示している。この接続回路では、重量センサ２ａの歪ゲージ２１ａの接続点には電源電圧Ｖｃｃが供給され、重量センサ２ｂの歪ゲージ２１ａの接続点は電圧Ｖｐを出力し、重量センサ２ｃの歪ゲージ２１ａの接続点は接地され、重量センサ２ｄの歪ゲージ２１ａの接続点は電圧Ｖｎを出力する。
図２Ｂに示したように、棚１６は、重量センサユニット２０の四つの重量センサ２で支持されるため、本実施例では、四つの重量センサ２の出力に基づいて、棚１６の重量を測定する。図５は、四つの重量センサ２の接続回路の一例であり、四つの重量センサ２が持つ八つの歪ゲージ２１ａを電気的に環状に接続した接続回路を例示している。この接続回路では、重量センサ２ａの歪ゲージ２１ａの接続点には電源電圧Ｖｃｃが供給され、重量センサ２ｂの歪ゲージ２１ａの接続点は電圧Ｖｐを出力し、重量センサ２ｃの歪ゲージ２１ａの接続点は接地され、重量センサ２ｄの歪ゲージ２１ａの接続点は電圧Ｖｎを出力する。
【0024】
この回路構成では、棚１６上の食品重量が増えるほど、電圧Ｖｐは大きくなり、電圧Ｖｎは小さくなるので、電圧Ｖｐと電圧Ｖｎの電位差に基づいて、棚１６上の食品重量を演算することができる。
【0025】
＜主制御基板１８、センサ基板１９、重量センサユニット２０の接続＞
図６は、主制御基板１８、センサ基板１９、重量センサユニット２０の接続を示す機能ブロック図である。ここに示すように、主制御基板１８は主マイコン１８ａを備え、センサ基板１９は増幅回路３と副マイコン１９ａ（荷重演算部）を備えている。また、重量センサユニット２０は、上述した通り、四つの重量センサ２を備えている。なお、図１の冷蔵庫１では三つの棚１６ａ，１６ｂ，１６ｅに重量センサユニット２０を配置しているため、図６には本来、三つの重量センサユニット２０と三つの増幅回路３を図示する必要があるが、以下では説明簡略化のため、一つ目の重量センサユニット２０と増幅回路３について詳細に説明することとし、二つ目以降の重量センサユニット２０と増幅回路３については重複説明を省略することとする。
図６は、主制御基板１８、センサ基板１９、重量センサユニット２０の接続を示す機能ブロック図である。ここに示すように、主制御基板１８は主マイコン１８ａを備え、センサ基板１９は増幅回路３と副マイコン１９ａ（荷重演算部）を備えている。また、重量センサユニット２０は、上述した通り、四つの重量センサ２を備えている。なお、図１の冷蔵庫１では三つの棚１６ａ，１６ｂ，１６ｅに重量センサユニット２０を配置しているため、図６には本来、三つの重量センサユニット２０と三つの増幅回路３を図示する必要があるが、以下では説明簡略化のため、一つ目の重量センサユニット２０と増幅回路３について詳細に説明することとし、二つ目以降の重量センサユニット２０と増幅回路３については重複説明を省略することとする。
【0026】
電源電圧Ｖｃｃは、主制御基板１８で生成された後、センサ基板１９と重量センサユニット２０にも供給される。また、重量センサユニット２０からセンサ基板１９には図５の電圧Ｖｐ，Ｖｎが入力され、センサ基板１９から主制御基板１８には電圧Ｖｐ，Ｖｎの電位差を利用して演算した荷重Ｗが入力される。図示では主制御基板１８に演算結果の荷重Ｗを入力するが、これはワイヤレス通信基板でネットワーク上のサーバーへ入力しても良い。（図示なし）
しかしながら、重量センサユニット２０が出力する電圧Ｖｐ，Ｖｎの電位差は僅か（例えば、無負荷時の設計値で０．５ｍＶ程度）であるため、そのままではセンサ基板１９の副マイコン１９ａでは電圧Ｖｐ，Ｖｎの電位差を検知できない。そのため、まずセンサ基板１９の増幅回路３では、電圧Ｖｐ，Ｖｎを増幅した信号を利用して、検知可能な大きさの出力電圧Ｖoutを生成する。その後、副マイコン１９ａでは、検知可能な大きさの出力電圧Ｖoutに基づいて、重量センサユニット２０に載置された荷重Ｗを演算する。
しかしながら、重量センサユニット２０が出力する電圧Ｖｐ，Ｖｎの電位差は僅か（例えば、無負荷時の設計値で０．５ｍＶ程度）であるため、そのままではセンサ基板１９の副マイコン１９ａでは電圧Ｖｐ，Ｖｎの電位差を検知できない。そのため、まずセンサ基板１９の増幅回路３では、電圧Ｖｐ，Ｖｎを増幅した信号を利用して、検知可能な大きさの出力電圧Ｖoutを生成する。その後、副マイコン１９ａでは、検知可能な大きさの出力電圧Ｖoutに基づいて、重量センサユニット２０に載置された荷重Ｗを演算する。
【0027】
例えば、副マイコン１９ａの仕様が、１０ｂｉｔ検出（1024 digit）、入力電圧範囲０～５Ｖであれば、ＡＤ変換の分解能は４．８８ｍＶ／digitであるので、増幅回路３の出力電圧Ｖoutが例えば５．０ｍＶより大きければ、副マイコン１９ａで出力電圧Ｖoutを検知することができ、出力電圧Ｖoutに応じた荷重Ｗを演算することができる。なお、最も軽い３００ｇ程度の棚１６の着脱状態や、１００ｇ程度の食品の棚１６への載置を検出できるよう、本実施例のセンサ基板１９では、荷重換算係数を１００ｇ／digitに設定して出力電圧Ｖoutから荷重Ｗを演算するものとする。
【0028】
＜比較例の増幅回路＞
ここで、本実施例の増幅回路３を説明する前に、比較例の増幅回路３ａを説明する。図５の電圧Ｖｐ，Ｖｎの僅かな差に基づいて、副マイコン１９ａで検知可能な出力電圧Ｖoutを生成する回路の一例としては、図７に例示する増幅回路３ａがある。この増幅回路３ａは、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に電圧Ｖｎが入力され、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に電圧Ｖｐが入力され、オペアンプＯＰ３から出力電圧Ｖoutを出力する増幅回路である。なお、各部の仕様は重量センサユニット２０の仕様等を踏まえ適宜設計すれば良いが、一例を挙げれば、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２のゲインが３６０倍、オペアンプＯＰ３のゲインが１倍、抵抗ＲＧが１１０ｋΩ、抵抗Ｒ１、Ｒ２が２０ｋΩ、抵抗Ｒ３～Ｒ６が１０ｋΩである。
ここで、本実施例の増幅回路３を説明する前に、比較例の増幅回路３ａを説明する。図５の電圧Ｖｐ，Ｖｎの僅かな差に基づいて、副マイコン１９ａで検知可能な出力電圧Ｖoutを生成する回路の一例としては、図７に例示する増幅回路３ａがある。この増幅回路３ａは、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に電圧Ｖｎが入力され、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に電圧Ｖｐが入力され、オペアンプＯＰ３から出力電圧Ｖoutを出力する増幅回路である。なお、各部の仕様は重量センサユニット２０の仕様等を踏まえ適宜設計すれば良いが、一例を挙げれば、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２のゲインが３６０倍、オペアンプＯＰ３のゲインが１倍、抵抗ＲＧが１１０ｋΩ、抵抗Ｒ１、Ｒ２が２０ｋΩ、抵抗Ｒ３～Ｒ６が１０ｋΩである。
【0029】
この増幅回路３ａにおいては、オペアンプＯＰ１が出力する電圧Ｖ１がオペアンプＯＰ３の反転入力端子に入力され、オペアンプＯＰ２が出力する電圧Ｖ２がオペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力され、オペアンプＯＰ３は出力電圧Ｖoutを出力する。ここで、抵抗Ｒ３～Ｒ６が同一定数とするとゲインは１倍となり、図７の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖout、は夫々以下の式で計算される。
【0030】
【数1】
【0031】
【数2】
【0032】
【数3】
【0033】
比較例の増幅回路３ａは差動増幅回路であり、オペアンプＯＰ３のゲインは１倍であることから、電圧Ｖ２、Ｖ１の差分電圧が出力電圧Ｖoutとして出力される。Ｖ２ ＞ Ｖ１であれば、オペアンプＯＰ３は、出力電圧Ｖoutとして（Ｖ２）－（Ｖ１）を出力する。一方、Ｖ１ ＞ Ｖ２であれば、オペアンプＯＰ３は、有効な出力電圧Ｖoutを出力することができない。要するに、オペアンプＯＰ３は、Ｖ２＞Ｖ１であれば有効な出力電圧Ｖoutを出力でき、Ｖ１＞Ｖ２であれば有効な出力電圧Ｖoutを出力できないことになる。
【0034】
このため、重量センサユニット２０は、増幅回路３ａで生成される電圧Ｖ１、Ｖ２がＶ２＞Ｖ１の関係となるような電圧Ｖｐ、Ｖｎを出力するように設計されており、設計通りに重量センサユニット２０が製造されたのであれば、電圧Ｖ２より電圧Ｖ１が小さくなり、増幅回路３ａから有効な出力電圧Ｖoutを出力することができる。
【0035】
しかしながら、図５に示す八つの歪ゲージ２１ａや、図７に示す増幅回路３ａのオペアンプＯＰ１およびオペアンプＯＰ２には個体差があるため、オペアンプ入力電圧が変化してしまう場合がある。例えば、オペアンプＯＰ１とオペアンプＯＰ２の入力オフセット電圧に差異が発生し、電圧Ｖｎが電圧ＶＰに対して電圧ΔＶｎ大きくなってしまう場合がある。この影響により、式１，式２で計算されるはずの電圧Ｖ１、Ｖ２が、式４，式５で計算されるものに変化することがある。
【0036】
【数4】
【0037】
【数5】
【0038】
式１，式２，式４，式５から明らかなように、電圧ΔＶｎが発生すると、電圧Ｖ１がより大きく、電圧Ｖ２がより小さくなるので、棚１６に食品を載置しない無負荷状態時には、電圧ΔＶｎが無ければＶ２＞Ｖ１であるべきものがＶ１＞Ｖ２に変化することがある。従って、電圧ΔＶｎの発生時には、増幅回路３ａから有効な出力電圧Ｖoutを出力できず、副マイコン１９ａでは棚１６の装着状態や食品重量を測定できない状況が発生する可能性がある。
【0039】
＜本実施例の増幅回路３＞
そこで、本実施例の増幅回路３では、棚１６に食品が載置されない無負荷状態時であっても、常にＶ２＞Ｖ１が成立し、常に有効な出力電圧Ｖoutを出力できるように、図７の増幅回路３ａに対し、図８の左方に示す回路を付加した。ここで、電圧Ｖａは、副マイコン１９ａのパルスジェネレータで生成したＤｕｔｙ制御可能な電圧であり、抵抗ＲｒとコンデンサＣｒからなるＲＣフィルタ回路で電圧Ｖａを平滑した電圧をオペアンプＯＰ１の反転出力端子に供給することで、電圧ΔＶｎの影響を解消する。なお、増幅回路３の各部の仕様は適宜設計すれば良いが、一例を挙げれば、電圧Ｖａは周波数１００ｋＨｚのパルス電圧であり、抵抗Ｒｒ、抵抗Ｒａが１０ｋΩであり、コンデンサＣｒの静電容量が２．２μＦである。図８の増幅回路３では、電圧Ｖ１を次の式６で計算することができる。ここで、式６中のＶａは、Ｄｕｔｙ制御された電圧Ｖａによる実効値である。
そこで、本実施例の増幅回路３では、棚１６に食品が載置されない無負荷状態時であっても、常にＶ２＞Ｖ１が成立し、常に有効な出力電圧Ｖoutを出力できるように、図７の増幅回路３ａに対し、図８の左方に示す回路を付加した。ここで、電圧Ｖａは、副マイコン１９ａのパルスジェネレータで生成したＤｕｔｙ制御可能な電圧であり、抵抗ＲｒとコンデンサＣｒからなるＲＣフィルタ回路で電圧Ｖａを平滑した電圧をオペアンプＯＰ１の反転出力端子に供給することで、電圧ΔＶｎの影響を解消する。なお、増幅回路３の各部の仕様は適宜設計すれば良いが、一例を挙げれば、電圧Ｖａは周波数１００ｋＨｚのパルス電圧であり、抵抗Ｒｒ、抵抗Ｒａが１０ｋΩであり、コンデンサＣｒの静電容量が２．２μＦである。図８の増幅回路３では、電圧Ｖ１を次の式６で計算することができる。ここで、式６中のＶａは、Ｄｕｔｙ制御された電圧Ｖａによる実効値である。
【0040】
【数6】
【0041】
例えば、副マイコン１９ａのＡＤ変換の分解能が４．８８ｍＶ／digitであれば、棚１６だけを重量センサユニット２０に載置したときに１digitに相当する４．８８ｍＶ以上の出力電圧Ｖoutを出力するように電圧ＶａのＤｕｔｙを調整すれば、棚１６の着脱状態や棚１６上の食品重量を正確に計測することができる。
【0042】
図９は、電圧ＶａのＤｕｔｙと出力電圧Ｖoutの関係を示すグラフである。ここに示すように、電圧ＶａのＤｕｔｙを１％ずつ順次増やしていくと、ある時点で電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より小さくなり、有効な出力電圧Ｖoutの生成条件であるＶ２＞Ｖ１が満たされる。そして、増幅回路３の出力電圧Ｖoutが副マイコン１９ａで検知可能な最低電圧であるトリガー電圧Ｖtrgを超えた時点のＤｕｔｙを使用することで、副マイコン１９ａは棚１６の着脱状態を判定したり、棚１６上の食品重量を正確に測定したりできるようになる。
【0043】
＜比較例と本実施例の比較シミュレーション＞
ここで、図１０と図１１を用いて、比較例の増幅回路３ａと、本実施例の増幅回路３の差異を説明する。なお、この例の重量センサユニット２０は、棚１６のみを載置し、食品を載置していない無負荷状態時であっても、有効な出力電圧Ｖoutの生成条件（Ｖ２＞Ｖ１）を満たすように、電圧Ｖｐが電圧Ｖｎより０．５ｍＶ大きくなるように設計されたものであるが、実際に製造された重量センサユニット２０では、八つの歪ゲージ２１ａの個体差等の影響により、オペアンプＯＰ１の入力端子間に＋１．２ｍＶのオフセット電圧ΔＶｎが発生した結果、無負荷状態時にＶ１＞Ｖ２となっており、有効な出力電圧Ｖoutの生成条件（Ｖ２＞Ｖ１）に反した状態になっているものとする。
ここで、図１０と図１１を用いて、比較例の増幅回路３ａと、本実施例の増幅回路３の差異を説明する。なお、この例の重量センサユニット２０は、棚１６のみを載置し、食品を載置していない無負荷状態時であっても、有効な出力電圧Ｖoutの生成条件（Ｖ２＞Ｖ１）を満たすように、電圧Ｖｐが電圧Ｖｎより０．５ｍＶ大きくなるように設計されたものであるが、実際に製造された重量センサユニット２０では、八つの歪ゲージ２１ａの個体差等の影響により、オペアンプＯＰ１の入力端子間に＋１．２ｍＶのオフセット電圧ΔＶｎが発生した結果、無負荷状態時にＶ１＞Ｖ２となっており、有効な出力電圧Ｖoutの生成条件（Ｖ２＞Ｖ１）に反した状態になっているものとする。
【0044】
この場合、比較例の増幅回路３ａでは、図１０に示すように、棚１６に載置する食品重量が４ｋｇに満たない領域では、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２よりも大きくなり、有効な出力電圧Ｖoutを出力できない。このため、図１１に示すように、副マイコン１９ａは、食品の重量を検知することができない。
【0045】
一方、本実施例の増幅回路３を用い、電圧ＶａのＤｕｔｙを適切に設定すれば、図１０に示すように、無負荷状態時でも電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より小さくなる。このため、図１１に示すように、副マイコン１９ａは、棚１６に載置した食品重量が１００ｇ程度であっても、その食品重量を正確に測定することができる。また、棚１６が取り付けられていなければ、副マイコン１９ａは、その状態をも検知することができる。
【0046】
＜電圧ＶａのＤｕｔｙの適正化処理のフローチャート＞
次に、図１２のフローチャートを用いて、電圧ＶａのＤｕｔｙの適正化処理を説明する。なお、図１２のオフセット調整処理のうち、ステップＳ１の処理は、冷蔵庫１の設計段階で設計者が実施することが望ましいが、ステップＳ２以降の処理は、任意の時機に任意の者が実施することができる。例えば、冷蔵庫１の製造後に工員が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良いし、冷蔵庫１を台所等に据え付けた家電販売店員等が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良いし、冷蔵庫１の故障部品を交換したサービスマン等が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良いし、経年変化の解消が定期的に必要な場合は、冷蔵庫１の一般ユーザ等が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良い。
次に、図１２のフローチャートを用いて、電圧ＶａのＤｕｔｙの適正化処理を説明する。なお、図１２のオフセット調整処理のうち、ステップＳ１の処理は、冷蔵庫１の設計段階で設計者が実施することが望ましいが、ステップＳ２以降の処理は、任意の時機に任意の者が実施することができる。例えば、冷蔵庫１の製造後に工員が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良いし、冷蔵庫１を台所等に据え付けた家電販売店員等が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良いし、冷蔵庫１の故障部品を交換したサービスマン等が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良いし、経年変化の解消が定期的に必要な場合は、冷蔵庫１の一般ユーザ等が操作パネルに指令を入力した場合に棚毎に実施しても良い。
【0047】
まず、ステップＳ１では、冷蔵庫１の設計者等は、副マイコン１９ａのＡＤ変換の分解能（例えば、４．８８ｍＶ／digit）を超える大きさのトリガー電圧Ｖtrgと、荷重換算係数（例えば、１００ｇ／digit）を設定する。なお、ここで設定されるトリガー電圧Ｖtrgは、棚１６が重量センサユニット２０に載置されていない状態と、載置されている状態を区別できるように設定された値である。また、荷重換算係数は、測定したい最低限の重量変化を検知できるように設定された値である。
【0048】
次に、ステップＳ２では、工員等からの指令を受信した副マイコン１９ａは、電圧ＶａのＤｕｔｙを初期値に設定した後、重量センサユニット２０の出力電圧Ｖoutが安定するまで待機する。なお、初期値は例えば１％であるが、初期値が低いとＤｕｔｙ適正化に要する時間が長くなるため、ある程度高い値を初期値として用いても良い。
【0049】
ステップＳ３では、副マイコン１９ａは、現状Ｄｕｔｙの電圧Ｖａを印加したときの増幅回路３の出力電圧Ｖoutを検出する。
【0050】
ステップＳ４では、副マイコン１９ａは、出力電圧Ｖoutがトリガー電圧Ｖtrgを超えているかを判定する。そして、超えていなければステップＳ５に進み、超えていればステップＳ６に進む。
【0051】
ステップＳ５では、副マイコン１９ａは、図９中の矢印のように、電圧ＶａのＤｕｔｙを１％ずつ増やす。そして、ステップＳ３に進む。上記したように、電圧ＶａのＤｕｔｙを順次増やしていくと、ある時点で電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より小さくなり、有効な出力電圧Ｖoutの生成条件であるＶ２＞Ｖ１が満たされる。なお、図１２のステップＳ５では、Ｄｕｔｙを１％ずつ増やしたが、Ｄｕｔｙ適正化に要する時間を短くしたい場合は、Ｄｕｔｙの増加幅をより大きくしても良い。
【0052】
ステップＳ６では、副マイコン１９ａは、出力電圧Ｖoutがトリガー電圧Ｖtrgを超えた時点のＤｕｔｙを確定させる。これにより、棚１６に食品が載置されない無負荷状態であっても、重量センサユニット２０は有効値を出力することができる。
【0053】
＜本実施例の効果＞
図１２のフローチャートで確定したＤｕｔｙを冷蔵庫１の実稼働中に用いることで、常にＶ２＞Ｖ１となるような電圧Ｖａを増幅回路３に印加することができるため、有効な出力電圧Ｖoutに基づいて棚１６の着脱状態や、棚１６に載置された食品重量を正確に測定することができる。
図１２のフローチャートで確定したＤｕｔｙを冷蔵庫１の実稼働中に用いることで、常にＶ２＞Ｖ１となるような電圧Ｖａを増幅回路３に印加することができるため、有効な出力電圧Ｖoutに基づいて棚１６の着脱状態や、棚１６に載置された食品重量を正確に測定することができる。
【0054】
このように、本実施例の冷蔵庫によれば、増幅回路のオペアンプの入力端子間にユニークなオフセット電圧が発生しうる環境下で、そのオフセット電圧の影響を解消し、棚の装着状態や、棚に載置した食品重量を正確に測定することができる。
【符号の説明】
【0055】
１ 冷蔵庫、
１１ 箱体、
１２ 扉、
１３ 内箱、
１４ 発泡断熱材、
１５ 庫内、
１５ａ 温度センサ、
１６ 棚、
１７ 圧縮機、
１８ 主制御基板、
１８ａ 主マイコン、
１９ センサ基板、
１９ａ 副マイコン、
２０ 重量センサユニット、
２ 重量センサ、
２１ ロードセル、
２１ａ 歪ゲージ、
２２ 下台座、
２３ ケース体、
２４ 上台座、
２５ センサカバー、
２６ 棚支持部、
２７ ワッシャー、
２８ ねじ、
２９ ナット、
３、３ａ 増幅回路、
１１ 箱体、
１２ 扉、
１３ 内箱、
１４ 発泡断熱材、
１５ 庫内、
１５ａ 温度センサ、
１６ 棚、
１７ 圧縮機、
１８ 主制御基板、
１８ａ 主マイコン、
１９ センサ基板、
１９ａ 副マイコン、
２０ 重量センサユニット、
２ 重量センサ、
２１ ロードセル、
２１ａ 歪ゲージ、
２２ 下台座、
２３ ケース体、
２４ 上台座、
２５ センサカバー、
２６ 棚支持部、
２７ ワッシャー、
２８ ねじ、
２９ ナット、
３、３ａ 増幅回路、
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】