JP5559296B2

JP5559296B2 - 機械の制御機器

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Publication number: JP5559296B2
Application number: JP2012277334A
Authority: JP
Inventors: 侑平長; 堅一伊藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN103887891B; CN103887891A; DE102013114050A1; US9454148B2; US20140172129A1; JP2014121250A; DE102013114050B4

Description

本発明は、機械の制御機器に関し、特に機械の制御機器本体から取り外し可能な表示操作器を有する機械の制御機器に関する。

機械の制御機器の表示操作器は、機械の操作盤に組付けられているのが一般的である。しかしながら、表示操作器が機械の操作盤に固定されていると、それにより作業者が操作する位置も固定されてしまう。大型の工作機械の場合など、作業者が機械動作を色々な場所から操作できるようにすることが求められるが、表示操作器の場所が固定されていると操作する場所も固定されてしまい、操作性が悪くなる。
この操作性を向上させるために、図５のように表示操作器１を機械の制御部本体２から分離可能として、機械を作業する作業者の手元でキーボードなどの操作部６を操作し、表示情報信号や操作信号を、表示操作器側送受信機８Ａと制御部側送受信機８Ｂとを介して無線で相互に通信する方法がある。

このような場合、表示操作器１に充電回路と充電可能な電池を使用した充電器５を内蔵し、充電器５の充電池を充電可能とする構成がある。非操作時や機械の制御部本体２の近くで操作できる時には、機械の制御部本体２と表示操作器１に設けたコネクタ７を接続ケーブル４でつなぐことで、機械の制御部本体２が接続された電源３と充電器５とを有線で接続する構成とする。そして、接続ケーブル４を表示操作器１から外し、機械の制御部本体２から離れて操作するときは、充電された電力を使用して表示操作器１を動作させ、表示情報や操作情報を無線通信する。機械の制御部本体２には機械の制御機器としての機能を満たす機械の制御回路９が存在するが、該機械の制御回路９を駆動する電力には電源から供給される電力が使われるので、表示操作器１で消費する電力は表示操作器１での表示、操作無線通信に使われるもの程度である。

特許文献１には、本体と子機とからなる電子機器において、コネクタ接続によって、本体の電極と子機の電極が接触して電源の供給を行う技術が開示されている。
また、特許文献２及び特許文献３には、無線により機器に電力を供給する技術が開示されている。

特開平６−９５７７２号公報特開２０１１−８２６５３号公報特開２００６−５９７８号公報

特許文献１に開示されている技術は、コネクタ接続によって電力供給をして充電を行っているが、工作機械が使用される工場内は、空気中に切削液が霧状に充満するなど、環境的に良好とはいえない環境の場合もある。そのような環境下で用いられる場合には、接続ケーブルを外した際のコネクタは、パッキンを有するカバーやキャップなど、防水性を確保できるような構造とする必要がある。しかしながら、いずれの防水構造をとっても、接続ケーブルを頻繁に脱着することとなると操作性が悪く、特にカバーを用いた構造の場合、可動部分の故障率が高くなって信頼性を損なうおそれがある。また、キャップを用いた構造の場合には、キャップを紛失してしまうというおそれがあるため、予備のキャップが必要となるという問題点もある。さらに、このように切削液に対する対策をしたとしても、霧状に充満した切削液に対しては完全な防御をすることは困難であり、少量であっても切削液が進入することで、コネクタに錆が発生するなどの悪影響が生じることもある。また、外した接続ケーブルについても、コネクタ部分が切削液に侵されないようにするためにカバーをしたり、ケーブル全体を袋に入れたり、ケーブルを切削液の影響を受けない別の場所で保管するといった対策を実施する必要がある。

特許文献２及び３に開示されている技術は、無線による給電を行うことによって、電源用の接続コネクタを持たない構造となっている。これにより、接続部において切削液等に対する防水性を設けることが不要となる。
しかしながら、特許文献２に開示されている技術では、無線で給電する給電部は制御部においてオン／オフ制御を行っているため、制御が煩雑となるおそれがある。
また、特許文献３に開示されている技術は、無線で給電する給電部が常に動作しているため、給電可能な距離となっていない場合であっても、給電を行い続けることとなって、効率が悪いものとなるおそれがある。

そこで本発明は、以下のことを可能とする機械の制御機器を提供することを目的とする。
（１）機械の制御機器において、表示操作器の充電待機に電力を使用しない機構を設けることで、電池の電力消費の低減、電池の寿命延長を実現する。
（２）表示操作器の電源オン／オフを制御機器本体の電源状態に応じて自動的に行われる機構とすることで、電源スイッチを制御機器本体のみに設けることを可能とする。
（３）制御機器からの電力供給のオン／オフを、表示操作器の状態に応じて自動的に行わせることを可能にして操作性と信頼性を向上させる。

本願の請求項１に係る発明では、制御部本体と、該制御部本体と分離可能な表示操作器とを備えた機械の制御機器において、前記制御部本体は、無線送電回路と、該制御部本体の電源のオンに伴って光または磁気を発する光磁気発生手段と、制御部側無線通信回路と、を有し、前記表示操作器は、無線受電回路と、充電回路と、該充電回路により充電される電池と、前記制御部本体の光磁気発生手段から発せられる光または磁気に反応して該表示操作器の電源をオンとするスイッチと、電源がオフとされるまでスイッチオンの状態を保持する表示操作器オン／オフ状態保持回路と、表示操作器側無線通信回路と、を有し、前記制御部側無線通信回路と、前記表示操作器側無線通信回路との間で、無線でデータの送受信を行い、前記データに含まれる信号によって表示操作器の前記オンされた表示操作器オン／オフ状態保持回路の状態をオフすることによって表示操作器の電源をオフし、前記制御部本体の無線送電回路から、無線で供給された電力を、前記表示操作器側の無線受電回路で受電することを特徴とする機械の制御機器が提供される。

ここで「機械」とは、工作機械に限らず、産業機械、ロボット等の種々の機械を含むものである。また、「光磁気発生手段」は、実施形態におけるコイルがこれに対応するが、光、磁気の少なくともいずれかを発生する手段であれば、その手段を限定するものではない。さらに、表示操作器における操作手段としては、キーボードやタッチパネルなど種々の操作手段が含まれる。

すなわち、請求項１に係る発明では、表示操作器の充電待機に電力を使用しない機構を設けることで、電池の電力消費の低減、電池の寿命延長を実現することができる。また、表示操作器の電源オン／オフは制御機器本体の電源状態に応じて、制御機器本体において行うことができるため、表示操作器側に電源スイッチを設ける必要がなくなるため、良好ではない環境下においても、スイッチの接点部における防水性構造等を設ける必要をなくすことができる。さらに、制御機器からの電力供給のオン／オフを、表示操作器の状態に応じて自動的に行わせることが可能となる。

本願の請求項２に係る発明では、前記制御部本体は、前記表示操作器が充電可能な位置に設置されているか否かを検出する検出手段を備え、前記表示操作器が充電可能な位置に設置されていることを検出した場合には、前記無線送電回路による送電を可能とする送電可能手段を有することを特徴とする請求項１記載の機械の制御機器が提供される。
また、本願の請求項３に係る発明では、前記表示操作器は金属片を備え、前記制御部本体の前記検出手段は前記金属片が所定の位置にあることを検出する近接スイッチであることを特徴とする請求項２記載の機械の制御機器が提供される。

すなわち、請求項２，３に係る発明では、表示操作器が充電可能な位置に設置されているかどうかを検出して、検出結果に応じて無線送電回路による送電を可能とすることによって、表示操作器が受電可能な位置に設置されているときのみ無線送電回路による送電を行うことができ、無駄な送電を行うことを避けることができ、また、無線送電回路の送電の開始及び停止を表示操作器の位置に応じて自動的に行うことができるため、制御装置における制御を低減させることもできる。

本願の請求項４に係る発明では、前記表示操作器は、前記電池の電力の残量を監視する充電量監視回路および前記電池の電力の残量が所定値以下となったときに前記電池の電力の残量を前記制御部本体に通知する通知手段を有し、前記制御部本体は前記通知を受信したとき、前記表示操作器に給電を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機械の制御機器が提供される。
また、本願の請求項５に係る発明では、前記表示操作器は、前記充電量監視回路に接続されたコイルと、該コイルに流れる電流によって位置が変化する金属片とを有し、前記制御部本体は前記金属片が所定の位置にあることを検出する近接スイッチを有し、該近接スイッチにより前記金属片を検出したとき、前記制御部本体は前記表示操作器に給電を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の機械の制御機器が提供される。

すなわち、本願の請求項４，５に係る発明では、表示操作器に電池の残量を監視する充電量監視回路及び電池の電力の残量を制御部本体に通知する通知手段を有することにより、表示操作器の充電状態に応じて自動的に充電が行われる機構とすることができ、充電が必要な場合のみに制御部本体が給電を行うこととなるため、無駄な電力を供給することがなくなり、制御機器本体が起動するときには表示操作器が動作可能な状態を維持することが可能となり、操作性を向上させることができる。

本発明により、機械の制御機器において、所定の位置に表示操作器を設置するだけで自動的に充電が可能となる。また、電気的接点をなくすことで、接続部にカバー、キャップなどを用いた切削液等に対する防御構造を設ける必要をなくすことができる。さらに、ケーブル自体が不要となるため、ケーブルに対する配慮もいらなくなり、コネクタ周囲の防水性、耐切削液性に関する問題がなくなり、操作性と信頼性を向上させることができ、コスト的にも有利となる。
また、表示操作器における電源のスイッチも不要となり、表示操作器が所定の場所にあるかどうかの確認を非接触な状態で行うことができるため、表示操作器におけるスイッチやキーなどから切削液が表示操作器に入り込む可能性が低減され、信頼性が向上する。さらに、表示操作器の電池の充電待機時の電力消費がなくなり、充電回数を減らすことができるため、電池の寿命が延長されて、電池交換の回数が減少し、メンテナンス性が向上する。

本発明の実施例１の構成を示す模式図である。本発明の実施例２の構成を示す模式図である。本発明の実施例３の構成を示す模式図である。図３の点線Ｈで囲まれた部分を拡大した拡大図である。従来技術の構成を示す模式図である。

（実施例１）
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例１の構成を示す模式図である。１は表示操作器であり、その外面に、機械を操作する作業者に機械の制御機器の状態を表示するための液晶表示器からなる表示部１９と、作業者が機械の制御機器を操作、制御するためのキーボードからなる操作部６とが設けられている。また、表示操作器１の内部には、後述する機械の制御部本体２の送電回路１５から無線給電される電力を受電する受電回路１６と、受電回路１６で給電された電力が充電される充電器５と、後述する機械の制御部本体２の制御部側送受信機８Ｂとの間で情報の通信を行う表示操作器側送受信機８Ａと、表示操作器１の電源をオン／オフするスイッチ２１とが設けられている。

また、２は機械の制御部本体であり、内部には、表示操作器１の受電回路１６に電力を送電する送電回路１５と、表示操作器１の表示操作器側送受信機８Ａとの間で情報の通信を行う制御部側送受信機８Ｂと、機械の制御回路９と、コイル２０が設けられている。また、機械の制御部本体２は、外部の電源３に接続されて給電されている。さらに、機械の制御回路９には、ソフトウェアが内蔵されていて、例えば機械が数値制御装置の場合には、機械の制御回路９としてサーボモータ等を制御するためのサーボ制御回路やシーケンス制御するためのシーケンス制御回路など、ソフトウェアとしてサーボ制御用ソフトウェアやシーケンス制御用ソフトウェアなどが含まれる。

次に、本実施例の動作について説明する。機械の制御部本体２の状態を表す信号や、表示操作器１を制御する信号は、電波等の無線信号によって、制御部側送受信機８Ｂから表示操作器側送受信機８Ａに送信される。反対に、表示操作器１で作業者が操作した信号は、同じく電波等の無線信号によって、表示操作器側送受信機８Ａから制御部側送受信機８Ｂに送信される。機械の制御部本体２は、送信された操作信号に基づいて制御される。

機械の制御部本体２から表示操作器１への無線給電は電磁的な結合によって行われる。
電磁的な結合とは、例えば電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電解結合方式などがあり、これらの方式によって、機械の制御部本体２の送電回路１５から、表示操作器１の受電回路１６に対して無線送電によって給電され、給電された電力は充電器５に充電される。これらの無線送電による送電が可能な距離と比較して、表示操作器側送受信部８Ａと制御部側送受信部８Ｂとの間で信号の送受信が可能な距離は長くなっている。したがって、機械の制御部本体２と表示操作器１との距離が離れて電源供給効率が低下しても、表示操作器１の充電器５に充電された電力を使用して、表示操作器１の操作部６による操作や、機械の制御部本体２との間の信号の送受信を行うことができる。

これにより、機械の制御部本体２の送電回路１５から給電可能な位置に設置されていることが確認された表示操作器１は電力の供給を受けることができる。また、表示操作器１を機械の制御部本体２から離れた位置で操作する場合には、表示操作器１の本来の設置場所から取り外したままで使用することもできる。

機械の制御部本体２の内部にはコイル２０が備えられており、機械の制御部本体２の電源オン／オフに応じてコイル２０に電流が流れて、磁界が発生する構成となっている。表示操作器１には、機械の制御部本体２のコイル２０が発した磁界によって動作するスイッチ２１が備えられている。
まず、機械の制御部本体２の電源がオフからオンになったとき、機械の制御回路９からコイル２０に電流が流れて磁界が発生する。発生した磁界によって、表示操作器１内部のスイッチ２１がオンとなる。これにより、表示操作器１の電源がオンとなり、動作を開始する。表示操作器１の表示操作器側送受信機８Ａは、スイッチ２１が一度オンになった後は、電源がオフとされるまで回路内でその状態を保持する構成となっている。そのため、スイッチ２１がオンとなった後は、表示操作器１を持ち運ぶなどして、コイル２０とスイッチ２１との距離が離れても、表示操作器１の電源がオフとなることはない。表示操作器１の電源オフは、機械の制御部本体２の電源がオンからオフになるときなどに、機械の制御回路９の制御部側送受信機８Ｂから、表示操作器側送受信機８Ａに対して、表示操作器１の電源を落とす信号が送出される。したがって、表示操作器１のスイッチ２１のオン／オフは、機械の制御部本体２の電磁エネルギーによって動作し、表示操作器１側にスイッチ２１をオン／オフするボタン等が不要となり、また、スイッチ２１自体に電源を備えるようにする必要もない。

本実施例では、表示操作器１内のスイッチ２１をオンさせる手段として、コイル２０を用いているが、コイル２０の代わりに発光ダイオード、スイッチ２１の代わりに電力０で光を検出できるゼロパワー光検出ＩＣなどを用いることにより、光学的な方法を用いてスイッチ２１のオン／オフをさせるようにすることもできる。

（実施例２）
図２は、本発明の実施例２の構成を示す模式図である。実施例１との相違点は、表示操作器１の内部に金属片３０を更に備えていることと、機械の制御部本体２の内部に近接スイッチ２２を更に備えている点である。近接スイッチ２２の設置位置は、表示操作器１が所定の位置に置かれたときに近接スイッチ２２が金属片３０を検知してオンする位置とし、近接スイッチ２２のオン／オフの状態を機械の制御回路９が監視する。それによって、表示操作器１が給電可能な所定の位置にあるか否かを判断できる。
近接スイッチ２２のオン／オフにより、機械の制御部本体２の送電回路１５からの送電をオン／オフさせる。これにより、表示操作器１が給電可能な所定の位置にあるときのみ近接スイッチ２２がオンとなって、送電回路１５からの送電を行うため、無駄な送電がなくなり電力の節約が可能となる。

（実施例３）
図３は、本発明の実施例３の構成を示す模式図である。本実施例の、実施例１との相違点は、表示操作器１の内部に充電器５の充電池の充電量を常時監視する充電量監視回路４０と、充電状態を機械の制御部本体２に伝える充電状態送信機構４１とを備えていることと、機械の制御部本体２の内部に、該充電状態送信機構４１からの充電状態送信情報を検知する、充電状態検知機構４２とを備えている点である。また、充電状態検知機構４２は、機械の制御回路９の電源オン／オフとは独立に送電回路１５の電源をオン／オフさせる構成となっており、この点で実施例２とは異なっている。

図４は、図３の点線Ｈで囲まれた部分を拡大した拡大図である。表示操作器１の内部の充電状態送信機構４１は、コイル５０と、内部に金属片５１を有する筒５２とから構成されており、機械の制御部本体２の内部の充電状態検知機構４２は、近接スイッチ５３から構成されている。筒５２内部の金属片５１は、コイル５０が発生する磁界と重力の関係により筒５２内部を移動し、コイル５０に磁界が発生すると金属片５１はコイル５０側に引き寄せられ、磁界が発生しなくなると重力によって金属片５１はコイル５０から引き離される。したがって、充電器５の充電池の充電量が所定量を超えている状態ではコイル５０に電流が流れて金属片５１はコイル５０に引き寄せられ、充電量が所定量を下回った状態ではコイル５０に電流が流れなくなり、金属片５１は重力によってコイル５０から引き離される。

一方、充電状態検知機構４２は、近接スイッチ５３を用いて金属片５１の位置を検出する。本実施例では、電源３の電力が機械の制御回路９を介することなく、近接スイッチ５３を介して送電回路１５と導通可能な構成となっており、近接スイッチ５３がオンした場合、電源３から送電回路１５に直接電力が供給されるため、機械の制御回路９がオフしている状態であっても表示操作器１への送電を行うことができる。

表示操作器１の充電状態送信機構４１内の金属片５１は、すでに説明したように、充電器５の充電池の充電状態に応じて位置が異なるようになっている。本実施例では、機械の制御部本体２の充電状態検知機構４２の近接スイッチ５３は、表示操作器１の充電器５の充電池が所定量を下回った状態で金属片５１は重力によってコイル５０から引き離された状態となったときに、引き離された位置の金属片を検出してオンとなるような位置に、近接スイッチ５３を配置している。これにより、表示操作器１の充電器５の充電池が所定量を下回って充電が必要となった状態を近接スイッチ５３が検知して、送電回路１５から電力が供給されるため、機械の制御回路９の電源がオフとなっている状態であっても、表示操作器１の充電器５の充電量を所定の量以上に保つことができ、機械の制御部本体２の電源がオンとなったときに、表示操作器１が使用可能な状態と保つことが可能となる。

なお、本実施例の表示操作器１の充電器５の充電状態を充電状態送信機構４１によって機械の制御部本体２の充電状態検知機構４２に伝える機構の構成を、実施例２に記載の表示操作器１の設置状態の検出を行う機構として採用することもできる。

また、本実施の形態においては、表示操作器１の電源のオン／オフをするスイッチを表示操作器１側には設けず、機械の制御部本体２側からのみオン／オフが行える構成としているが、いくぶん防水性等の対策を講じる必要はあるものの、表示操作器１側にも電源のオン／オフを行える外部スイッチ等を設けて、表示操作器１が機械の制御部本体２から離れた位置においても、表示操作器１の電源のオン／オフを行えるようにすることもできる。

また、本実施の形態においては、表示部１９として液晶表示器を用いているが、これに限ったものではなく、ＥＬによる表示器や、ランプ等、表示によって作業者に状態を伝達可能なものであれば、その他の方法であってもよい。操作部６についても、本実施の形態においてはキーボードを用いているが、これに限ったものではなく、タッチパネルやボタンなど、その他の操作手段であってもよい。

さらに、本実施の形態においては、コイル２０やコイル５０が検出する検出対象として、金属片３０や金属片５１を用いているが、必ずしも金属片に限ったものではなく、磁性によって引き付けられる磁性体であれば、他の組成のものでもよい。
また、実施例３においては、筒５２が鉛直状に設置され、コイル５０に電流が流れた時に引き付けられた金属片５１が、コイル５０に電流が流れなくなったときに重力で下に落ちる構成となっているが、必ずしもこのような構成に限ったものではなく、筒５２の設置の形状を鉛直状から傾けた形状とすることも可能であり、金属片５１にバネやゴム等の弾性部材を取り付け、コイルによる磁力と弾性部材による弾性力との関係で、金属片５１の位置を変更させるようにすることもできる。

１表示操作器
２機械の制御部本体
３電源
４接続ケーブル
５充電器
６操作部
７コネクタ
８Ａ表示操作器側送受信機
８Ｂ制御部側送受信機
９機械の制御回路
１０表示操作器オン／オフ状態保持回路
１５送電回路
１６受電回路
１９表示部
２０コイル
２１スイッチ
２２近接スイッチ
３０金属片
４０充電量監視回路
４１充電状態送信機構
４２充電状態検知機構
５０コイル
５１金属片
５２筒
５３近接スイッチ

Claims

制御部本体と、該制御部本体と分離可能な表示操作器とを備えた機械の制御機器において、
前記制御部本体は、無線送電回路と、該制御部本体の電源のオンに伴って光または磁気を発する光磁気発生手段と、
制御部側無線通信回路と、を有し、
前記表示操作器は、無線受電回路と、充電回路と、該充電回路により充電される電池と、前記制御部本体の光磁気発生手段から発せられる光または磁気に反応して該表示操作器の電源をオンとするスイッチと、電源がオフとされるまでスイッチオンの状態を保持する表示操作器オン／オフ状態保持回路と、表示操作器側無線通信回路と、を有し、
前記制御部側無線通信回路と、前記表示操作器側無線通信回路との間で、無線でデータの送受信を行い、
前記データに含まれる信号によって表示操作器の前記オンされた表示操作器オン／オフ状態保持回路の状態をオフすることによって表示操作器の電源をオフし、
前記制御部本体の無線送電回路から、無線で供給された電力を、前記表示操作器側の無線受電回路で受電することを特徴とする機械の制御機器。
前記制御部本体は、前記表示操作器が充電可能な位置に設置されているか否かを検出する検出手段を備え、前記表示操作器が充電可能な位置に設置されていることを検出した場合には、前記無線送電回路による送電を可能とする送電可能手段を有することを特徴とする請求項１記載の機械の制御機器。
前記表示操作器は金属片を備え、前記制御部本体の前記検出手段は前記金属片が所定の位置にあることを検出する近接スイッチであることを特徴とする請求項２記載の機械の制御機器。
前記表示操作器は、前記電池の電力の残量を監視する充電量監視回路および前記電池の電力の残量が所定値以下となったときに前記電池の電力の残量を前記制御部本体に通知する通知手段を有し、前記制御部本体は前記通知を受信したとき、前記表示操作器に給電を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機械の制御機器。
前記表示操作器は、前記充電量監視回路に接続されたコイルと、該コイルに流れる電流によって位置が変化する金属片とを有し、前記制御部本体は前記金属片が所定の位置にあることを検出する近接スイッチを有し、該近接スイッチにより前記金属片を検出したとき、前記制御部本体は前記表示操作器に給電を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の機械の制御機器。