(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧シリンダのピストンに向かって作動流体を介して超音波を送信するように設けられた超音波送信子と、
前記超音波送信子が送信した超音波の前記ピストンからの反射波を作動流体を介して受信するように設けられた超音波受信子と
をそれぞれ別々に備えた流体圧シリンダであって、
前記流体圧シリンダのシリンダボディのボトムブロックにはセンサボディが固定され、該センサボディは、前記ピストンに向かってシリンダボディ内に突出する送信側部及び受信側部を備え、該送信側部及び受信側部は互いに離間して設けられ、
前記超音波送信子は前記送信側部の前記ピストン側の端に設けられるとともに、前記超音波受信子は前記受信側部の前記ピストン側の端に設けられており、
前記超音波送信子及び送信側部を備える超音波送信部と、前記超音波受信子及び受信側部を備える超音波受信部との間には作動流体が介在された流体圧シリンダ。
【請求項２】
前記超音波送信子及び超音波受信子を備えた前記センサボディが前記流体圧シリンダのボトムブロックに脱着可能に設けられることにより、前記超音波送信子及び超音波受信子は前記流体圧シリンダに対して一体で脱着可能に構成される請求項１に記載の流体圧シリンダ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の流体圧シリンダと、
前記超音波送信子に超音波を送信させるとともに、該超音波送信子に超音波を送信させた送信タイミングから、前記超音波受信子が反射波を受信した受信タイミングまでの経過時間に対応する距離検出値を求める距離演算手段と
を備えた移動体の位置検出装置。
【請求項４】
前記流体圧シリンダは、荷役用アタッチメントを前記移動体として備えたフォークリフトのリフトシリンダであって、
前記距離検出値は、前記荷役用アタッチメントの揚高位置に対応付けされている請求項３に記載の移動体の位置検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の移動体の位置検出装置を備え、前記移動体の位置に対応付けされている前記距離検出値に基づいて該移動体の位置制御を行う産業車両。
【請求項６】
請求項４に記載の移動体の位置検出装置を備え、前記荷役用アタッチメントの揚高位置に対応付けされている前記距離検出値に基づいて該荷役用アタッチメントの揚高制御を行うフォークリフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体圧シリンダ、移動体の位置検出装置、同位置検出装置を備えた産業車両及びフォークリフトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフトとして、フォークを予め設定した揚高位置まで自動的に昇降動作させる自動制御装置を備えたものが提案されている。この種の自動制御装置では、フォークの揚高位置を連続的に検出する揚高検出センサが必要である。
【０００３】
従来、揚高を連続的に検出可能な揚高検出センサとしては、ワイヤ巻き取り方式のリール式センサが知られている。リール式センサは、先端がインナマストに接続されたワイヤを巻き取る回転方向に付勢されたリールの回転変位量を、ポテンショメータ等の回転変位センサにて検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リール式センサは、構造上ワイヤ等の機能部分が外部に露出する。従って、荷役作業においてワイヤに障害物が当たったりし易く、ポテンショメータが損傷したり、ワイヤが切断されるといった可能性があり、信頼性が十分でない。
【０００５】
そこで、このような問題を解消するため、本出願人は、リフトシリンダに内蔵した超音波センサを用いてピストン位置を検出し、その検出値から揚高位置を求める揚高検出装置を提案している。つまり、リフトシリンダのシリンダボディの下端内部に設けた超音波素子から超音波をピストンの端面に向かって送信し、ピストンの端面で反射した超音波を再び同じ超音波素子で受信する。そして、図５に示すように、超音波素子から超音波を送信した時点から反射波が受信された時点までの経過時間から、ピストンまでの距離、すなわち、ピストン位置を求める。さらに、求めたピストン位置からフォークの揚高位置を求める。このような揚高検出装置によれば、リール式センサと違って機能部分が損傷し難くなり、信頼性が向上する。
【０００６】
ところで、超音波センサから超音波を送信するために、超音波センサの超音波振動子に発振信号を印加して超音波振動させると、発振信号の印加を停止した後にも超音波振動子の超音波振動が即座に停止せず、超音波振動が減衰しながら所定時間継続する残響があることが知られている。
【０００７】
図５に示すように、超音波振動子に残響がある間は、その超音波振動による電圧信号が発生する。従って、もし超音波振動子から送信された超音波の反射波が、超音波振動子に残響がある間に受信されると、残響と反射波との区別ができないため、検出値の信頼性が乏しくなる。
【０００８】
そして、このような超音波素子を用いた揚高検出装置をフォークリフトに使用する場合、フォークを下限まで降ろしたときの極めて近いときの極めて低い揚高位置を検出することができないことが考えられる。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その第１の目的は、ピストンの位置を連続的に検出することができ、しかも、ピストンの全移動範囲でピストンの位置を検出することが可能な流体圧シリンダを提供することにある。
【００１０】
又、第２の目的は、流体圧シリンダにて移動される移動体の位置を連続的に検出することができ、しかも、流体圧シリンダの全作動範囲において移動体の位置を検出することができる移動体の位置検出装置を提供することにある。
【００１１】
又、第３の目的は、流体圧シリンダの全作動範囲で連続的に検出する移動体の位置に基づいて制御を行うことができる産業車両を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、流体圧シリンダのピストンに向かって作動流体を介して超音波を送信するように設けられた超音波送信子と、前記超音波送信子が送信した超音波の前記ピストンからの反射波を作動流体を介して受信するように設けられた超音波受信子とをそれぞれ別々に備えた流体圧シリンダであって、前記流体圧シリンダのシリンダボディのボトムブロックにはセンサボディが固定され、該センサボディは、前記ピストンに向かってシリンダボディ内に突出する送信側部及び受信側部を備え、該送信側部及び受信側部は互いに離間して設けられ、前記超音波送信子は前記送信側部の前記ピストン側の端に設けられるとともに、前記超音波受信子は前記受信側部の前記ピストン側の端に設けられており、前記超音波送信子及び送信側部を備える超音波送信部と、前記超音波受信子及び受信側部を備える超音波受信部との間には作動流体が介在された。
【００１３】
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、前記超音波送信子及び超音波受信子を備えた前記センサボディが前記流体圧シリンダのボトムブロックに脱着可能に設けられることにより、前記超音波送信子及び超音波受信子は前記流体圧シリンダに対して一体で脱着可能に構成される。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の流体圧シリンダと、前記超音波送信子に超音波を送信させるとともに、該超音波送信子に超音波を送信させた送信タイミングから、前記超音波受信子が反射波を受信した受信タイミングまでの経過時間に対応する距離検出値を求める距離演算手段とを備えた。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記流体圧シリンダは、荷役用アタッチメントを前記移動体として備えたフォークリフトのリフトシリンダであって、前記距離検出値は、前記荷役用アタッチメントの揚高位置に対応付けされている。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、産業車両は、請求項３に記載の移動体の位置検出装置を備え、前記移動体の位置に対応付けされている前記距離検出値に基づいて該移動体の位置制御を行う。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、フォークリフトは、請求項４に記載の移動体の位置検出装置を備え、前記荷役用アタッチメントの揚高位置に対応付けされている前記距離検出値に基づいて該荷役用アタッチメントの揚高制御を行う。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、超音波送信子から送信された超音波はピストンで反射され、超音波送信子とは別に設けられた超音波受信子に、ピストンの位置に応じた時間だけ遅れて受信される。従って、ピストンの位置が超音波送信子及び超音波受信子に極めて近い場合であっても、超音波振動後の残響の影響なく反射波が受信される。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、超音波送信子及び超音波受信子が一体で流体圧シリンダに対して脱着されるので、一度に両超音波素子を脱着することが可能となる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、超音波送信子から超音波がピストンに送信されてからピストンで反射された超音波が超音波受信子に受信されるまでの経過時間に対応する距離検出値が距離演算手段により求められる。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、フォークリフトにおいてリフトシリンダによって昇降する荷役用アタッチメントの揚高位置が検出される。
請求項５に記載の発明によれば、産業車両において流体圧シリンダによって移動される移動体の位置が、請求項３に記載の作用をなす位置検出装置によって検出される。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の作用に加えて、リフトシリンダにて移動される全揚高範囲でフォークの揚高位置が連続的に検出される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をフォークリフトの揚高位置検出装置に具体化した一実施の形態を図１〜図４に従って説明する。
【００２３】
図３に示すように、産業車両としてのフォークリフト１０は、車体１１の前部にマスト１２を備えている。マスト１２は、車体１１に支持される左右アウタマスト１３と、アウタマスト１３の内側で昇降可能に支持されるインナマスト１４とを備える。インナマスト１４の内側にはリフトブラケット１６が昇降可能に取り付けられ、リフトブラケット１６には移動体及び荷役用アタッチメントとしてのフォーク１５が支持されている。リフトブラケット１６には、アウタマスト１３のクロスビーム１７に一端が接続されインナマスト１４の上端のスプロケット１８に掛装されたチェーン１９により吊り下げられている。
【００２４】
マスト１２の後方には流体圧シリンダとしての油圧式のリフトシリンダ２０が設けられている。リフトシリンダ２０は、シリンダボディ２１がアウタマスト１３に固定され、ピストンロッド２２の先端がインナマスト１４の上端に連結されている。
【００２５】
図１に示すように、リフトシリンダ２０のシリンダボディ２１は、シリンダチューブ２３、ボトムブロック２４及びロッドカバー２５を備え、シリンダチューブ２３内にはピストンロッド２２の下端が連結されたピストン２６を備えている。
【００２６】
シリンダボディ２１内には、ピストン２６の上側に空気室２７が形成され、ピストン２６の下側に油室２８が形成されている。空気室２７には外部に連通する排気孔２７ａが設けられている。
【００２７】
ボトムブロック２４の上側にはピストン２６の下側に当接して下方への移動を規制する規制段差部２４ａが形成され、規制段差部２４ａの下側には、超音波距離検出器２９が収容された室３０が形成されている。ボトムブロック２４の側方には、油室２８に対して作動油を給排するためのポート３１が設けられている。ポート３１は、図示しないフローレギュレータバルブを介して、車体側に設けられた図示しない作動油制御弁に接続されている。
【００２８】
図２に示すように、超音波距離検出器２９は、超音波送信部３２と超音波受信部３３とを備えている。超音波距離検出器２９は、ボトムブロック２４に固定されるセンサボディ３４を備えている。センサボディ３４は、送信側部３５と受信側部３６とを備えている。送信側部３５の上端にはバッキング材３７が設けられ、バッキング材３７の上面には超音波送信子３８が固定されている。同様に、受信側部３６の上端にはバッキング材３９が設けられ、バッキング材３９の上面には超音波受信子４０が固定されている。送信側部３５、バッキング材３７及び超音波送信子３８と、受信側部３６、バッキング材３９及び超音波受信子４０とは、それぞれキャップ４１によって独立した状態で覆われている。超音波送信部３２は、送信側部３５、バッキング材３７及び超音波送信子３８によって構成され、超音波受信部３３は、受信側部３６、バッキング材３９及び超音波受信子４０によって構成されている。
【００２９】
センサボディ３４は、ボトムブロック２４の底壁に螺合によって取り外し可能に固定されている。超音波送信子３８には、センサボディ３４の下面から一対の信号線４２が接続され、超音波受信子４０には、センサボディ３４の下面から一対の信号線４３が接続されている。
【００３０】
超音波送信子３８は送信面がピストン２６の下面に相対向され、超音波受信子４０は受信面がピストン２６の下面に相対向されている。超音波送信子３８は信号線４２を介して所定周波数の発振信号が供給されると超音波振動し、送信面からピストン２６の下面に向けて超音波を送信する。超音波受信子４０はピストン２６の下面からの反射波を受信面で受信し、受信した反射波の強さに応じた受信信号を信号線４３を介して出力する。
【００３１】
図１に示すように、各信号線４２，４３は、車体側に設けられた制御ユニット４４に接続されている。そして、リフトシリンダ２０及び制御ユニット４４にて揚高検出装置が構成されている。
【００３２】
制御ユニット４４は、送受信回路４５及びマイクロコンピュータ４６を備えている。このマイクロコンピュータ４６は、本実施の形態では、フォーク１５の揚高の自動制御を行うために設けられたものである。各信号線４２，４３は送受信回路４５に接続され、送受信回路４５にはマイクロコンピュータ４６が接続されている。本実施の形態では、送受信回路４５及びマイクロコンピュータ４６にて距離検出手段が構成されている。
【００３３】
送受信回路４５は公知の回路構成であって、送信側が、発振回路、超音波駆動回路等で構成され、受信側が、増幅回路、バンドパス回路、検波回路、比較回路等で構成されている。送受信回路４５の送信側には信号線４２によって超音波送信子３８が接続され、その受信側には信号線４３によって超音波受信子４０が接続されている。
【００３４】
送受信回路４５は、マイクロコンピュータ４７が出力する制御信号が入力される間だけ、超音波距離検出器２９の超音波送信子３８を所定の発振周波数で超音波振動させるための発振信号を出力する。一方、送受信回路４５は、超音波受信子４０から所定レベル以上の受信信号を入力するときには、パルス信号からなる検知信号をマイクロコンピュータ４６に出力する。
【００３５】
マイクロコンピュータ４６は、中央処理装置（ＣＰＵ）４７、読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）４８、書き込み及び読み出し可能なメモリ（ＲＡＭ）４９、カウンタ５０等を備えている。ＲＯＭ４８には、ＣＰＵ４７が実行する制御処理のプログラム等の各種データが記憶されている。
【００３６】
ＣＰＵ４７は、超音波送信子３８に所定の送信周期毎に所定時間継続して超音波を送信させるように、送受信回路４５に制御信号を出力する。この送信周期は、リフトシリンダ２０のストロークが最大のときに、超音波送信子３８から送信された超音波がピストン２６の下面で反射して超音波受信子４０にて受信されるまでに要する時間よりも長い時間に設定されている。
【００３７】
また、ＣＰＵ４７は、各送信周期毎に、超音波を送信した送信タイミングから、送受信回路４５が出力する検知信号を入力した受信タイミングまでの経過時間を、カウンタ５０を用いて計時する。
【００３８】
ＣＰＵ４７は、カウンタ５０の計数値から、経過時間に対応する距離検出値を求める。さらに、ＣＰＵ４７は、距離検出値をフォーク１５の揚高位置に対応付けする。距離検出値の揚高位置の対応付けは、距離検出値をそのまま使用してもよく、あるいは、所定の関係式を用いて揚高位置に対応した揚高検出値を求めるようにしてもよい。
【００３９】
ＣＰＵ４７は、距離検出値あるいは揚高検出値に基づいて、所定の制御内容でリフトシリンダ２０を制御し、フォーク１５の揚高位置を制御する。
次に、以上のように構成されたリフトシリンダ及び揚高検出装置の作用について説明する。
【００４０】
フォークリフト１０を始動すると、制御ユニット４４のマイクロコンピュータ４６が起動する。リフトレバーを上昇操作すると、作動油制御弁によりリフトシリンダ２０の油室２８に作動油が供給あるいは油室２８から作動油が排出され、ピストン２６が上昇あるいは下降する。すると、リフトシリンダ２０によりインナマスト１４が上昇あるいは下降され、フォーク１５の揚高位置が高くあるいは低くなる。
【００４１】
ＣＰＵ４７が超音波送信子３８に超音波を送信させると、超音波送信子３８から送信された超音波は、油室２８内の作動油中を伝達してピストン２６の下面に達し、同下面で反射され再び作動油中を伝達して超音波受信子４０に受信される。このとき、超音波は、ピストン２６の位置、すなわち、フォーク１５の揚高位置に応じた時間遅れで超音波受信子４０に受信される。超音波受信子４０は、反射波を受信すると受信信号を送受信回路４５に出力し、送受信回路４５は受信信号に基づいて検知信号をマイクロコンピュータ４６に出力する。ＣＰＵ４７は、超音波送信子３８に超音波を送信させた送信タイミングから、検知信号を入力した受信タイミングまでの経過時間をカウンタ５０によって計時する。そして、ＣＰＵ４７は、経過時間からピストン２６までの距離検出値を求める。
【００４２】
フォーク１５の揚高位置を下限にすると、ピストン２６の位置が超音波送信部３２及び超音波受信部３３に極めて近くなる。この状態で、超音波送信子３８から超音波が送信されると、ピストン２６からの反射波は、超音波送信子３８に超音波振動後の残響がある状態で超音波受信子４０に受信される。そして、図４に示すように、超音波送信子３８に残響による電圧信号が発生するタイミングに、超音波受信子４０に反射波により受信信号が発生するタイミングが重なる。しかし、ピストン２６からの反射波は、超音波送信子３８とは別に設けられた超音波受信子４０にて受信されるので、送受信回路４５には、残響に基づく電圧信号が入らない、ピストン２６からの反射波だけに基づく受信信号が出力される。従って、超音波送信子３８に残響がある時点で反射波が返ってくるような極めて超音波距離検出器２９に近い位置にピストン２６があっても、その位置が確実に検出される。
【００４３】
以上詳述したように、本実施の形態のリフトシリンダ及び揚高検出装置によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）超音波送信子３８から送信された超音波のピストン２６からの反射波が、超音波送信子３８とは別に設けられた超音波受信子４０にて受信されるようにした。従って、ピストン２６が超音波距離検出器２９に極めて近い位置にある場合でも、超音波送信子３８の残響の影響を受けることなく、正しい距離検出値を得ることができる。その結果、リフトシリンダ２０にて移動されるフォーク１５の揚高位置を連続的に検出することができ、しかも、リフトシリンダ２０の全作動範囲においてフォーク１５の揚高位置を正しく検出することができる。
【００４４】
（２）超音波送信子３８と超音波受信子４０とを、リフトシリンダ２０に一体で脱着可能に設けたので、両超音波素子３８，４０を一度に脱着することができる。従って、リフトシリンダ２０への脱着を簡便に行うことができる。
【００４５】
尚、実施の形態は上記実施の形態に限らず、以下のように変更してもよい。
○  超音波送信子３８及び超音波受信子４０をそれぞれ別のセンサボディに設け、各超音波素子３８，４０をそれぞれ別個にリフトシリンダ２０に脱着するようにする。
【００４６】
○  超音波距離検出器２９に、送受信回路及びマイクロコンピュータを一体的に設ける。そして、超音波距離検出器センサから、距離検出値が直接に出力されるようにする。この構成では、車体に設けられ、距離検出値に基づいて揚高の自動制御を行う制御ユニットのマイクロコンピュータの負担を軽減することができる。
【００４７】
○  フォークリフト１０におけるフォーク１５の揚高検出装置に限らず、マスト１２の傾動角検出装置に実施する。この場合、距離検出値をマスト１２の傾動角に対応付けする。この構成では、マスト１２の傾動角を連続的に検出することができ、しかも、ティルトシリンダの全作動範囲においてマスト１２の傾動角を検出することができる。また、マスト１２の傾動角をティルトシリンダの外部に設けたポテンショメータで検出する場合に比較して損傷し難くすることができ、信頼性を高くすることができる。
【００４８】
○  荷役用アタッチメントは、リフトシリンダ２０によって昇降されるものであればフォーク１５に限らない。例えば、サイドシフトフォーク、ヒンジドフォーク、回転フォーク等のフォーク装置、ベールクランプ、ロールクランプ等のクランプ装置、ラム装置等のいずれであってもよい。
【００４９】
○  産業車両は、流体圧シリンダと、この流体圧シリンダによって移動される移動体を備えたものであればよく、フォークリフト１０に限らない。その他、例えば、シリンダによってバケットが制御されるトラクタショベル、テレスコシリンダによってブームの仰角が制御される高所作業車等の位置検出装置に実施することができる。
【００５０】
○  油圧シリンダ以外の液圧シリンダにて移動される移動体の位置検出装置に実施する。
また、気圧シリンダにて移動される移動体の位置検出装置に実施する。
【００５１】
以下、前述した各実施の形態及び別例から把握される技術的思想をその効果とともに記載する。
（１）請求項３に記載の発明において、前記流体圧シリンダは、マストを前記移動体として備えたフォークリフトのティルトシリンダであって、前記距離検出値は、前記マストの傾動角に対応付けされている。このような構成によれば、フォークリフトにおいてマストの傾動角を連続的に検出することができ、しかも、リフトシリンダの全作動範囲においてマストの傾動角を検出することができる。また、マストの傾動角をティルトシリンダの外部に設けたポテンショメータで検出する場合に比較して損傷し難くすることができ、信頼性を高くすることができる。
【００５２】
（２）上記（１）に記載の移動体の位置検出装置を備え、前記マストの傾動角に対応付けされている前記距離検出値に基づいて該マストの傾動角制御を行うフォークリフト。このような構成によれば、ティルトシリンダの全作動範囲でフォークの揚高を連続的に検出し、検出した揚高位置に基づいてフォークの揚高を制御することができる。
【００５３】
（３）移動体を移動させる流体圧シリンダのピストンに向かって超音波を送信する超音波送信子と、前記ピストンからの反射波を受信する超音波受信子と、前記超音波送信子に超音波を送信させるとともに、該超音波送信子に超音波を送信させた送信タイミングから、前記超音波受信子が反射波を受信した受信タイミングまでの経過時間に対応する距離検出値を求める距離演算手段とを備えた移動体の位置検出装置。このような構成によれば、流体圧シリンダにて移動される移動体の位置を連続的に検出することができ、しかも、流体圧シリンダの全作動範囲において移動体の位置を検出することができる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、超音波振動の残響に関係なく反射波を受信することができるので、ピストン位置を連続的に検出することができ、しかも、ピストンの全移動範囲でピストンの位置を検出することが可能となる。
【００５５】
請求項２に記載の発明によれば、一度に両超音波素子を脱着することができ、流体圧シリンダ本体への脱着を簡便に行うことができる。
請求項３、請求項４及び請求項５に記載の発明によれば、流体圧シリンダにて移動される移動体の位置を連続的に検出することができ、しかも、流体圧シリンダの全作動範囲において移動体の位置を検出することができる。産業車両においては、移動体の位置に基づく制御を流体圧シリンダの全作動範囲で正しく行うことができる。
【００５６】
請求項４及び請求項６に記載の発明によれば、フォークリフトにおいて荷役用アタッチメントの揚高位置を連続的に検出することができ、しかも、リフトシリンダの全作動範囲において荷役用アタッチメントの揚高位置を検出することができる。フォークリフトにおいては、荷役用アタッチメントの揚高位置に基づく制御を、リフトシリンダの全作動範囲で正しく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  揚高検出装置の模式構成図。
【図２】  リフトシリンダの要部模式断面図。
【図３】  フォークリフトの概略側面図。
【図４】  超音波送信子及び受信子に発生する電圧信号のグラフ。
【図５】  超音波送受信子に発生する電圧信号のグラフ。
【符号の説明】
１０…産業車両としてのフォークリフト、１５…移動体及び荷役用アタッチメントとしてのフォーク、２０…流体圧シリンダとしてのリフトシリンダ、２６…ピストン、３８…超音波送信子、４０…超音波受信子、４５…距離演算手段を構成する送受信回路、４６…同じくマイクロコンピュータ。
【図１】
0004120053.tif 000002
【図２】
0004120053.tif 000003
【図３】
0004120053.tif 000004
【図４】
0004120053.tif 000005
【図５】
0004120053.tif 000006