特開 2024-172613 操作入力装置、操作入力装置を備える電動巻上機、及び操作入力装置を備えるクレーン装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172613

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】操作入力装置、操作入力装置を備える電動巻上機、及び操作入力装置を備えるクレーン装置

(51)【国際特許分類】

   B66D 1/46 20060101AFI20241205BHJP

   B66C 13/44 20060101ALI20241205BHJP

   B66C 13/00 20060101ALI20241205BHJP

   B66C 13/22 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

B66D1/46 F

B66C13/44

B66C13/00 Z

B66C13/22 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090446

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】百瀬 峻也

【テーマコード（参考）】

3F204

【Ｆターム（参考）】

3F204AA02

3F204DD03

3F204GA03

(57)【要約】

【課題】
寿命の長い操作入力装置を提供する。
【解決手段】
機器の動作を指示する操作入力装置であって、押下されたときに可動片とセンサ部の間隔が変わり、センサ検出量が変化する押ボタンと、センサ部が検出したセンサ検出量を基に機器の動作速度を求める速度変換部と、求められた速度を用いて機器の制御部へ動作を指示する制御信号を出力する出力部を備える操作入力装置。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機器の動作を指示する操作入力装置であって、
押下されたときに可動片とセンサ部の間隔が変わり、センサ検出量が変化する押ボタンと、
センサ部が検出したセンサ検出量を基に機器の動作速度を求める速度変換部と、
求められた速度を用いて機器の制御部へ動作を指示する制御信号を出力する出力部を備える操作入力装置。

【請求項2】

請求項１に記載の操作入力装置において、
速度変換部はセンサ検出量が予め定められた値を超えたとき機器の起動を指示する速度に変換し、センサ検出量が予め定められた値を下回ったとき機器の停止を指示する速度に変換する操作入力装置。

【請求項3】

請求項２に記載の操作入力装置において、
速度変換部は予め定められた閾値を超えた値が検出されたとき、閾値に対応する速度に変換する操作入力装置。

【請求項4】

請求項３に記載の操作入力装置において、
複数の閾値に対応する各々の動作速度を指示する周波数を備え、動作速度に対応する速度表示を出力する表示部を備える操作入力装置。

【請求項5】

請求項１に記載の操作入力装置において、
速度変換部はセンサ検出量から速度を求めるとき線形変換を行う操作入力装置。

【請求項6】

請求項１に記載の操作入力装置において、
センサ部は静電容量センサであり、センサ検出量は静電容量センサが検出した静電容量である操作入力装置。

【請求項7】

請求項１に記載の操作入力装置において、
センサ部はホールセンサであり、センサ検出量はホールセンサが検出した電圧である操作入力装置。

【請求項8】

巻上動作を操作する操作入力装置を備える巻上機であって、
操作入力装置は押下されたときに可動片とセンサ部の間隔が変わり、センサ検出量が変化する押ボタンと、
センサ部が検出したセンサ検出量を基に機器の動作速度を求める速度変換部と、
求められた速度を用いて機器の制御部へ動作を指示する制御信号を出力する出力部を備え、
巻上機は出力部から受け取った制御信号に基づいて電力変換情報を生成するインバータ制御部と、
インバータ制御部が生成した電力変換情報を用いて電力を変換するインバータと、
インバータが変換した電力で回転するモータを備えた
操作入力装置を備える巻上機。

【請求項9】

トロリー、巻上機を操作する操作入力装置を備えるクレーン装置であって、
操作入力装置は押下されたときに可動片とセンサ部の間隔が変わり、センサ検出量が変化する押ボタンと、
センサ部が検出した静電容量を基に機器の動作速度を求める速度変換部と、
求められた速度を用いて機器の制御部へ動作を指示する制御信号を出力する出力部を備え、
巻上機は出力部から受け取った制御信号に基づいて電力変換情報を生成するインバータ制御部と、
インバータ制御部が生成した電力変換情報を用いて電力を変換するインバータと、
インバータが変換した電力で回転する巻上機モータを備え、
トロリーは出力部から受け取った制御信号に基づいて電力変換情報を生成するインバータ制御部と、
インバータ制御部が生成した電力変換情報を用いて電力を変換するインバータと、
インバータが変換した電力で回転するトロリーモータを備えた
操作入力装置を備えるクレーン装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、操作入力装置、操作入力装置を備える電動巻上機、及び操作入力装置を備えるクレーン装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工場等の建屋内には、クレーン装置が設置されている。クレーン装置は重量物を持ち上げるための巻上機が備えられ、この巻上機は建屋の天井に沿って敷設されたレールに沿って走行する。クレーン装置には操作用の押ボタンが備えられており、この押ボタンにより、クレーン装置が動作する。この押ボタンには速度を任意に変更できるものもあり、このような操作入力装置として、例えば特許文献１がある。

【0003】

特許文献１には巻上巻下、横行、走行のいずれかの操作に関する運転条件を入力する入力部と、前記入力部にて入力された運転条件に基づく制御信号を出力する制御部と、を備える巻上機であって、前記入力部は、該巻上機の運転条件に関する設定値を消去する指令を出力するクリアボタンを備え、前記制御部は、前記入力部により入力された該巻上機の運転条件に関する設定値をメモリに自動的に記憶することを特徴とする巻上機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１６５４９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の巻上機に使用されている押ボタンは、操作を行う場合、増速及び、減速ボタンを押す必要があり、必ずしも操作者が意図した運転ができていなかった。また、ボタン内部の接点ユニットは、接点を開閉させ、操作入力を可能としている。

【0006】

このような接点ユニットには寿命があり、規程回数でボタンの交換が必要となっている。この寿命は機械的寿命と、電気的寿命に分かれており、一般的に機械的寿命よりも電気的寿命が短くなっており、機械的寿命としては裕度がありながら、電気的寿命を迎え交換となる場合がほとんどであった。

【0007】

本発明の目的は、操作入力装置の操作性を向上させ、押ボタンの長寿命化を図り環境負荷低減を行える操作入力装置、操作入力装置を備える電動巻上機、及び操作入力装置を備えるクレーン装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的は、機器の動作を指示する操作入力装置であって、押下されたときに可動片とセンサ部の間隔が変わり、センサ検出量が変化する押ボタンと、センサ部が検出したセンサ検出量を基に機器の動作速度を求める速度変換部と、求められた速度を用いて機器の制御部へ動作を指示する制御信号を出力する出力部を備える操作入力装置により達成される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、寿命の長い操作入力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例におけるクレーンシステムの全体斜視図の例

【図2】本発明の実施例におけるクレーン装置のブロック図の例

【図3】本発明の実施例における変速機構を示すブロック図の例

【図4】本発明の実施例における検出部のブロック図の例

【図5】本発明の実施例における速度変換テーブルの例

【図6(a)】本発明の実施例における無接点スイッチの例

【図6(b)】本発明の実施例における無接点スイッチの例（押下時）

【図7(a)】本発明の実施例における無接点スイッチの平面図

【図7(b)】本発明の実施例における無接点スイッチの断面図

【図7(c)】本発明の実施例における無接点スイッチの断面図（押下時）

【図8】本発明の実施例における静電容量と出力周波数の関係を示すグラフ

【図9(a)】本発明の実施例におけるＬＥＤを用いた表示部の例

【図9(b)】本発明の実施例におえるセグメントディスプレイを用いた表示部の例

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素にはなるべく同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

【0012】

本発明は後述する実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例および同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。

【0013】

また、実施例で説明する処理部は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

【0014】

実施例で説明するテーブル、領域等はデータベース（ＤＢ）であっても良く主記憶メモリに記憶されたデータであっても良い。

【0015】

図１は本発明の実施例におけるクレーンシステムの全体斜視図の例である。

【0016】

インバータ式クレーン装置は、クレーンフック１、ワイヤーロープ２、巻上誘導電動機３、巻上用装置４、Ｘ方向へ移動するトロリーを駆動する横行誘導電動機５、横行用装置６、横行用ガーダー７、Ｙ方向へ移動するトロリーを駆動する走行誘導電動機８、走行用装置９、走行用ガーダー１０、巻上・横行インバータ装置１１、操作入力装置１３、走行インバータ装置１８から構成されている。

【0017】

インバータ式クレーン装置は、クレーンフック１に取り付けた荷物を、巻上誘導電動機３を備えた巻上用装置４によりワイヤーロープ２を巻上げ、巻下することでＹ方向（Ｙ方向、－Ｙ方向の矢印で示す。）即ち、上下方向に荷物を移動する。

【0018】

また、Ｘ方向（Ｘ方向、－Ｘ方向の矢印で示す。）には、横行用装置６にある車輪を、横行誘導電動機５が回転させ、横行用ガーダー７に沿ってＸ方向に移動する。

【0019】

また、Ｚ方向（Ｚ方向、－Ｚ方向の矢印で示す。）には、走行用装置９にある車輪を、走行誘導電動機８が回転させ、走行用ガーダー１０に沿ってＺ方向に移動する。

【0020】

図２本発明の実施例におけるクレーン装置のブロック図の例である。巻上誘導電動機（モータ）３には、誘導電動機用ブレーキ４０、エンコーダ１７が内蔵され、横行誘導電動機（モータ）５及び、走行誘導電動機（モータ）８は誘導電動機用ブレーキ３８、３９、４０を備えるが。

【0021】

巻上・横行インバータ装置１１には、巻上インバータ制御部３５、巻上インバータ１４、横行インバータ制御部３６、横行インバータ１５を備える。走行インバータ装置１８には走行インバータ制御部１９及び、走行インバータ２０を備える。

【0022】

巻上誘導電動機３と横行誘導電動機５は、巻上・横行インバータ装置１１に格納された図２の巻上インバータ制御部３５、横行インバータ制御部３６により制御される。即ち、オペレータが操作入力装置１３からの所定の指示を入力すると、巻上インバータ制御部３５、横行インバータ制御部３６は、巻上インバータ１４と横行インバータ１５を制御し、巻上インバータ１４と横行インバータ１５から制御に必要な周波数、電圧、電流を巻上誘導電動機３と横行誘導電動機５に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ４０、３８を開放制御することで、巻上用装置４の場合、クレーンフック１に取り付けられた荷物が、落下することなくＹ方向に移動させる。

【0023】

横行用装置６は横行用ガーダー７に沿って巻上用装置４をＸ方向に移動させる。巻上インバータ制御部３５は、モータの回転数を検出するエンコーダ１７の情報を取り込み、モータ回転数の情報を巻上インバータ１４の制御に使用する。

【0024】

同様に走行用装置９に取り付けてある走行誘導電動機８は、オペレータが操作入力装置１３からの所定の指示を入力すると、走行インバータ装置１８に格納された図２の走行インバータ制御部１９が走行インバータ２０を制御し、走行インバータ２０から制御に必要な周波数、電圧、電流を走行誘導電動機８に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ３９を開放制御することで、走行用ガーダー１０に沿って巻上用装置４をＺ方向に移動させる。

【0025】

図３は本発明の実施例における変速機構を示すブロック図の例である。操作入力装置１３は、巻上巻下（上下ボタン）、横行（東西ボタン）、走行（南北ボタン）等のいずれかの操作に対応する押ボタン３０と動作速度を表示する表示部３１、３７と、押ボタン３０の押し込み量によって移動する可動片３２とセンサ部３３が取り付けられた押ボタン３０とセンサからの出力を検出する検出部３４で構成されており、各押ボタン３０を押し込んだストローク量を検出部３４にて検出し、巻上インバータ制御部３５へ出力される。

【0026】

巻上インバータ制御部３５では任意に設定した閾値に応じた周波数数値が巻上インバータ１４に出力されモータを制御する。また、この周波数数値の段階を表示部３１、３７に表示する。横行インバータ制御部３６、走行インバータ制御部１９への出力も同様である。

【0027】

図４は本発明の実施例における検出部のブロック図の例である。本発明で用いる押ボタン３０は接点の機械的運動を伴わない無接点スイッチを用いる。代表的な無接点スイッチとして静電容量をもとにスイッチが押されたストローク量を検出し、操作出力を行う静電容量スイッチを例に説明する。

【0028】

検出部はマイコン等の計算機で実現され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４５、メモリ４２、入出力部４１を備える。

【0029】

メモリ４２は速度変換部４３、速度変換テーブル４４を格納し、速度変換部４３が速度変換テーブル４４を参照し、押ボタン３０から受け取った静電容量を示す信号を指示速度に変換し入出力部４１から巻上・横行用インバータ装置１１、走行インバータ装置１８へ出力する。

【0030】

速度変換部４３はソフトウェアモジュールとして実現され、ＣＰＵ４５で実行される。

【0031】

図５は本発明の実施例における速度変換テーブルの例である。押ボタン３０から入力された静電容量５１を示す信号の値を基に指示速度５２へ変換する。この例では指示速度は停止、速度１、速度２、最大値の４段階で設定できるようにしているが、さらに細かく設定し、実質的に無段階となるようにしても良い。

【0032】

また、巻上速度、横行速度、走行速度の各々について速度変換テーブルを用意してもよい。速度変換テーブルを用いることにより、オンサイトでの設定が可能となる。

【0033】

本実施例では速度変換テーブル４４を用いて指示速度に変換しているが、線形変換や比例計算の計算式を用いて変換しても良い。計算式を用いることによりモジュール入替時に、より適切な変換を行えるよう機能改善が可能となる。

【0034】

図６本発明の実施例における無接点スイッチの例である。可動片３２とセンサ部３３をカバーで覆われた押ボタン３０であり図６（a）の状態で押ボタンを押下されると図６（ｂ）の状態となり、可動片３２とセンサ部３３の間隔が狭まり検出されるセンサ検出量が変化する。

【0035】

図７（a）は本発明の実施例における無接点スイッチの平面図である。押ボタン３０内部は、押ボタン３０の押し込みと供に移動する、押込部６４を備えた可動部６２があり、可動部には可動片３２が取付けられている。可動片３２に対向する位置にセンサ部３３が取付けられ、可動片３２とセンサ部３３の距離に対応したセンサ検出量を出力できるようになっている。

【0036】

センサ部３３は固定部６３に取付けられており、可動部６２と固定部６３の間には支えバネ６５があり、可動部６２を押し戻す働きをしている。また、可動部６２底面は固定部６３底面に接触することで停止し、可動片３２とセンサ部３３の最大距離を常に一定に保つことが可能になっている。固定部６３はハウジング６１に取付け、固定される。ハウジング６１は可動部６２の適切なストローク方向への動きのガイドとなっている。

【0037】

センサ部３３が静電容量センサの場合、可動片３２は、鉄板などの電極となり、可動片３２と静電容量センサであるセンサ部３３との距離が変動すると変化する静電容量を検出部３４へ送信する。

【0038】

センサ部３３がセンサコイルの場合、可動片３２は磁石となり、可動片３２とセンサコイルであるセンサ３３部との距離が変動すると変化するインダクタンスを検出部３４へ送信する。

【0039】

センサ部３３がホールセンサの場合、可動片３２は磁石となり、可動片３２とホールセンサであるセンサ部３３との距離が変動する磁束に基づいてセンサ部３３から対応する電圧を検出部３４へ送信する。

【0040】

図８は本発明の実施例における静電容量センサを用いた場合の静電容量と出力周波数の関係を示すグラフである。破線は静電容量に対応するスイッチのストローク量、実線は静電容量を基に巻上・横行用インバータ装置１１、走行インバータ装置１８へ速度を指示したときに電動機へ出力される出力周波数を示すグラフである。

【0041】

ストローク量0をＬｍｉｎ、最大ストローク量をＬｍａｘとすると、押ボタンを押し込んでいき、ストローク量がＬ１に到達すると、押ボタン内の静電容量センサの静電容量が閾値ｔ１を超え、周波数ｆ１が出力される。そのまま、押ボタンを押し込んでいきストローク量がＬ２に到達すると、静電容量が閾値ｔ２を超え、出力周波数がｆ２に変化する。

【0042】

この例では３段階の出力周波数で電動機を制御する例を示しているが、さらに細かく出力周波数を設定し、実質的に連続的に出力数は数が変化するようにすれば滑らかな操作が可能となる。

【0043】

図９（a）は本発明の実施例におけるＬＥＤを用いた表示部の例である。静電容量が閾値に到達した際に表示部３７のＬＥＤが各段階に合わせて左から一つずつ点灯する。

【0044】

図９（ｂ）は本発明の実施例におえるセグメントディスプレイを用いた表示部の例である。表示部３７にセグメントディスプレイを用いて表示することにより容易に速度を判別できる。

【0045】

従来技術の入力指示装置は、接点の機械的寿命よりも電気的寿命を早く迎えてしまい、機械的寿命には大きく裕度があっても交換せざるを得なかった。また、無段階制御にて操作を行う場合、増速及び、減速ボタンを押す必要があり、操作者が思う滑らかな運転ができていなかった。

【0046】

この課題を解決するために本実施例ではボタン内部に無接点スイッチを備えた操作入力装置を用い、検出されたストローク量により出力周波数を変化させることにより、操作入力装置の長寿命化による環境低減及び、無段階、または任意の段階による操作を可能にし、作業性を向上することができる。

【0047】

なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。

【符号の説明】

【0048】

１ クレーンフック、２ ワイヤーロープ、３ 巻上誘導電動機、４ 巻上用装置、５ 横行誘導電動機、６ 横行用装置、７ 横行用ガーダー、８ 走行誘導電動機、９ 走行用装置、１０ 走行用ガーダー、１１ 巻上・横行インバータ装置、１３ 操作入力装置、１４ 巻上インバータ、１５ 横行インバータ、１７ エンコーダ、１８ 走行インバータ装置、１９ 走行インバータ制御部、２０ 走行インバータ、３０ 押ボタン、３１、３７ 表示部、３２ 可動片、３３ センサ部、３４ 検出部、３５ 巻上インバータ制御部、３６ 横行インバータ制御部、３８、３９、４０ 誘導電動機用ブレーキ、４１ 入出力部、４２ メモリ、４３ 速度変換部、４４ 速度変換テーブル、４５ ＣＰＵ、
６４ 押込部、６２ 可動部、６３ 固定部、６５ 支えバネ、６１ ハウジング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7(a)】

【図7(b)】

【図7(c)】

【図8】

【図9(a)】

【図9(b)】