(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブと、一端にピストンを有して該ピストンが該シリンダチューブ内を摺動するピストンロッドとを備えた液圧シリンダを制御する液圧シリンダの制御装置において、
上記シリンダチューブの外周に取り付けられた歪みゲージと、
上記ピストンが上記歪みゲージと対応する位置を通過したときに、上記歪みゲージの歪み量が変化することにより、シリンダストロークを検知する検知手段と、
上記検知手段の検知結果に対応させて上記ピストンの移動速度を調整する速度調整手段とを備えている
ことを特徴とする液圧シリンダの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液圧シリンダの制御装置において、
上記歪みゲージは、上記ピストンのストロークエンドの手前に取り付けられ、該歪みゲージの歪み量の変化を検知した検知手段の検知結果に対応させて上記速度調整手段が上記液圧シリンダへの作動液体の流量を低減するように構成されている
ことを特徴とする液圧シリンダの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧シリンダの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、油圧又は水圧シリンダのシリンダチューブ内のピストンの位置を検知する位置検出装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１の位置検出装置のように、非磁性シリンダチューブの外側に鉄検出装置を固着させ、ピストンロッドに取り付けられた磁性体のピストンを検知する方法が知られている。この位置検出装置は、シリンダチューブが磁性を有さないことから、ピストン側に磁石を取り付けることなく、磁性体であるピストンの接近を検知して、その位置を検出できるようになっている。
【特許文献１】特開昭６３−１１５００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特に油圧シリンダのように大きな負荷のかかるシリンダでは、通常、シリンダチューブは強磁性体である炭素鋼管で構成されている。オーステナイト系のステンレス鋼管の中には、非磁性体のものもあるが、炭素鋼管に比べると高価であるため、あまり使用されていない。
【０００５】
ステンレス製鋼管に比べて安価で強度の高い炭素鋼管であれば、上記特許文献１の方法は適用できず、ピストン側に磁石を設けて、その磁石を検知するなどの方法をとらなければならない。この場合、改造が面倒であったり、改造時にシリンダチューブ内に異物が入り込んだりするという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁性体のシリンダチューブを使用した場合でも、正確にピストンの位置を検出してピストンの速度調整をすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明では、シリンダチューブに取り付けた歪みゲージから検出される歪み量の変化を検出し、この検出結果を用いて液圧シリンダの速度制御を行うようにした。
【０００８】
具体的には、第１の発明では、シリンダチューブと、一端にピストンを有して該ピストンが該シリンダチューブ内を摺動するピストンロッドとを備えた液圧シリンダを制御する液圧シリンダの制御装置を前提とし、
上記シリンダチューブの外周に取り付けられた歪みゲージと、
上記ピストンが上記歪みゲージと対応する位置を通過したときに、上記歪みゲージの歪み量が変化することにより、シリンダストロークを検知する検知手段と、
上記検知手段の検知結果に対応させて上記ピストンの移動速度を調整する速度調整手段とを備えている。
【０００９】
すなわち、液圧シリンダでは、シリンダチューブ内の液圧を上昇させてピストンで区切られた領域内の圧力の差により、ピストンが移動してシリンダストロークが変化する。単動式の液圧シリンダでは、ピストンロッドが縮んだ状態から伸びた状態になるときには、ピストンが通過する前に低かったチューブ内の内圧が、ピストンが通過すると一気に上昇するので、シリンダチューブの外径が大きくなり、歪みゲージが歪みを検知する。逆にピストンロッドが伸びた状態から縮んだ状態になるときには、ピストンが通過する前に高かったチューブ内の内圧が、ピストンが通過すると一気に低下するので、シリンダチューブの外径が小さくなり、歪みゲージが歪みを検知する。このことで、検知手段により、ピストンが通過したことが検知されるので、歪みゲージの位置により、シリンダストロークが検知可能となる。
【００１０】
復動式の液圧シリンダでは、ピストンロッドが伸びた状態から縮んだ状態になるとき及び伸びた状態から縮んだ状態になるときのいずれの場合も、ピストンが通過する前に低かったチューブ内の内圧が、ピストンが通過すると一気に上昇するので、シリンダチューブの外径が大きくなり、歪みゲージが歪みを検知する。このことで、ピストンが通過したことが検知されるので、歪みゲージの位置により、検知手段がシリンダストロークを検知可能となる。
【００１１】
このように歪みゲージを取り付けることで、近接センサを設置できない磁性体の液圧シリンダであってもシリンダストロークが正確に検知できる。そして、検知手段の検知結果に対応させて速度調整手段がピストンの移動速度を調整することにより、例えば、ストロークエンドの手前でピストンの移動速度を緩めたり、ピストンの移動を止めたりすることが可能となる。また、従来のようにピストンの通過を近接センサで検知する必要はないので、シリンダチューブが炭素鋼管のような強磁性体であっても、シリンダストロークが正確に検知可能である。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、
上記歪みゲージは、上記ピストンのストロークエンドの手前に取り付けられ、該歪みゲージの歪み量の変化を検知した検知手段の検知結果に対応させて上記速度調整手段が上記液圧シリンダへの作動液体の流量を低減するように構成されている。
【００１３】
上記の構成によると、検知手段によりシリンダストロークが正確に検知できるので、ストロークエンドの手前で作動流体の流量を減らしてピストンの移動速度を緩めることにより、液圧シリンダにかかる衝撃が効果的に低減される。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、シリンダチューブの外周に歪みゲージを取り付け、ピストンが通過したときの歪みゲージの歪み量の変化からシリンダストロークを検知し、その検知信号を受けてピストンの移動速度を調整するようにしたことにより、磁性体のシリンダチューブを使用した場合でも、正確にピストンの位置を検出してピストンの速度調整をすることができる。
【００１５】
さらに、強磁性体よりなるシリンダチューブを備えていても、歪みゲージの歪み量の変化を検知することで、シリンダストロークを正確に検知してピストンの移動速度の調整を容易に行うことができる。
【００１６】
上記第２の発明によれば、ピストンのストロークエンドの手前に取り付けた歪みゲージの歪み量の変化を検知し、液圧シリンダへの作動液体の流量を低減するようにしたことにより、ストロークエンドの手前でピストンの移動速度を緩めてストロークエンドでの衝撃を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
−シリンダストロークの検知方法−
まず、歪みゲージを用いたシリンダストロークの検知方法について説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態にかかる液圧シリンダとしての油圧シリンダ１を示し、この油圧シリンダ１は、単動式のものとする。この油圧シリンダ１は、シリンダチューブ２と、一端にピストン３を有して該ピストン３が該シリンダチューブ２内を摺動するピストンロッド４とを備えている。シリンダチューブ２は、強磁性体の炭素鋼管よりなる。ピストン３の外周には、パッキン５が嵌め込まれている。シリンダチューブ２の基端側には、シリンダ用油圧配管６が接続されている。なお、シリンダ用油圧配管６と反対側のピストンロッド４の外周とシリンダチューブ２の内周との間には、圧縮コイルスプリング７が挿入され、ピストン３の戻り時の付勢力を加えるように構成されている。
【００２０】
そして、本発明の特徴として、図１〜図４に示すように、シリンダチューブ２の外周には、歪みゲージ８，９，１０が取り付けられている。例えば、シリンダチューブ２の基端側から順に第１ゲージ８、第２ゲージ９及び第３ゲージ１０が取り付けられている。第１ゲージ８は、ピストン３がシリンダチューブ２の基端側から若干進んだ位置に取り付けられている。第３ゲージ１０は、ストロークエンドの手前でピストン３の先端部が真下を通過し、かつ、圧縮コイルスプリング７が完全に縮んだストロークエンドのときにピストン３のパッキン５の真上の位置にくるように取り付けられている。第２ゲージ９は、これらの中間にそれぞれ取り付けられている。なお、図面上では、見やすくするために歪みゲージ８，９，１０の取り付け位置を黒塗りの逆三角形で示している。
【００２１】
油圧シリンダ１では、シリンダ用油圧配管６より高圧油を流し込み、シリンダチューブ２内の油圧を上昇させてピストン３で区切られた領域内の圧力の差により、ピストン３が移動してシリンダストロークが変化する。図５に拡大して示すように、本実施形態のような単動の油圧シリンダ１では、ピストンロッド４が縮んだ状態から伸びた状態になるときには、ピストン３が通過する前に低かったチューブ（そのときの外径Ｄ１）内の内圧が、ピストン３（正確には、その外周のパッキン５）が通過すると一気に上昇するので、シリンダチューブ２の外径Ｄ２が大きくなり（Ｄ２＞Ｄ１）、歪みゲージ８，９，１０が歪みを検知する。逆にピストンロッド４が伸びた状態から縮んだ状態になるときには、ピストン３が通過する前に高かったチューブ（そのときの外径Ｄ２）内の内圧が、ピストン３が通過すると一気に低下するので、シリンダチューブ２の外径Ｄ１が小さくなり（Ｄ１＜Ｄ２）、歪みゲージ８，９，１０が歪みを検知する。
【００２２】
このように歪みゲージ８，９，１０を取り付け、これらのうち、どの歪みゲージで歪みが検知されたかを測定することによって近接センサを設置できない磁性体の油圧シリンダ１であってもシリンダストロークが正確に検知できる。
【００２３】
次に具体的に油圧シリンダ１に負荷をかけて、歪みゲージ８，９，１０の歪み量を測定した結果について説明する。
【００２４】
図６及び図７に測定装置１３を示す。この測定装置１３は、昇降可能な昇降台１４を備えている。この昇降台１４は、４本の支持棒１５ａを有する支持台１５と、各支持台１５が挿入されるチューブ１６ａを有する天板１６とを備えている。この天板１６の上には、最低作動圧確保用のウェイト１７が載置されている。
【００２５】
支持台１５側には、油圧シリンダ１のピストンロッド４先端が連結され、天板１６には、シリンダチューブ２の基端側が連結されている。この油圧シリンダ１のシリンダ用油圧配管６には、図示しない油圧ユニットに接続されている。
【００２６】
このように構成することで、油圧ユニットから作動油を送り込むと、図７に示すように、油圧シリンダ１が伸びて昇降台１４が上昇し、一方、作動油の供給を止め、シリンダチューブ２内の作動油を油圧ユニットのタンクに戻すようにすると、図６に示すように、油圧シリンダ１が縮んで昇降台１４が下降するようになっている。
【００２７】
このように構成した測定装置１３を用いて測定した結果を図８に示す。横軸には時間（ｓ）を示し、縦軸には、応力（Ｎ／ｍｍ２ ）と油圧（ＭＰａ）を示している。
【００２８】
まず、作動スタートのフルボトムの時点において、油圧は、ウェイト１７を支持するために約４ＭＰａとなっている。第１〜第３ゲージ１０の応力は、０Ｎ／ｍｍ２ である。
【００２９】
次いで、上昇作動を開始する。油圧ユニットの油圧モータを駆動し、高圧の作動油をシリンダ用油圧配管６からシリンダチューブ２内に送り込むと、ピストンロッド４が上昇し始める。
【００３０】
次いで、さらに作動油を送り込むと、ピストン３が第１ゲージ８に近付くにつれ、第１ゲージ８の応力が上昇する。
【００３１】
そして、図２に示すように、パッキン５が第１ゲージ８の真下を通過後、作動油が真下に流れ込んだときには、第１ゲージ８の応力は、１２〜１３Ｎ／ｍｍ２ となる。
【００３２】
さらに作動油を送り込むと、ピストン３が第２ゲージ９に近付くにつれ、第２ゲージ９の応力が上昇し、図３に示すように、パッキン５が第２ゲージ９の真下を通過後、作動油が真下に流れ込んだときには、第２ゲージ９の応力も、１２〜１３Ｎ／ｍｍ２ となる。
【００３３】
さらに作動油を送り込むと、ピストン３が第３ゲージ１０に近付くにつれ、圧縮コイルスプリング７を押し付ける力が増大し、作動抵抗となってシリンダチューブ２内の圧力が高くなる。このため、第３ゲージ１０の応力が上昇する。なお、第１ゲージ８及び第２ゲージ９においても、シリンダチューブ２内の圧力上昇に伴って、その応力が徐々に上昇している。
【００３４】
ストロークエンド時には、油圧シリンダ１の作動は停止し、図４に示すように、パッキン５が第３ゲージ１０の真下に到達したときには、第３ゲージ１０の応力は２１〜２２Ｎ／ｍｍ２ となる。一方、第１ゲージ８及び第２ゲージ９は、３９〜４１Ｎ／ｍｍ２ となる。作動油は、リリーフ弁（図示せず）からタンクに戻るため、油圧はリリーフ圧（約１３ＭＰａ）となる。第１ゲージ８及び第２ゲージ９の応力は、このリリーフ圧により決定している。ストロークエンド時に第３ゲージ１０の真下には作動油が存在しないため、第３ゲージ１０の応力の方が第１ゲージ８及び第２ゲージ９の応力よりも低くなっている。
【００３５】
次いで、油圧ユニットの駆動を停止すると、降下作動が開始され、ピストン３が移動し始めると、第３ゲージ１０の値が０Ｎ／ｍｍ２ に激減する。また、第１ゲージ８及び第２ゲージ９は、約１０Ｎ／ｍｍ２ に減少する。
【００３６】
さらに、ピストン３が第２ゲージ９の手前にある時点から第２ゲージ９の応力が減少し、パッキン５が第２ゲージ９の真下を通過後、０Ｎ／ｍｍ２ となる。
【００３７】
さらに、ピストン３が第３ゲージ１０の手前にある時点から第３ゲージ１０の応力が減少し、パッキン５が第３ゲージ１０の真下を通過後、０Ｎ／ｍｍ２ となる。
【００３８】
このように、歪みゲージ８，９，１０の値を検出することで、ピストン３が歪みゲージ８，９，１０の真下を通過したことが検知される。このため、歪みゲージ８，９，１０の位置により、シリンダストロークが検知可能となる。
【００３９】
−油圧シリンダの制御装置を備えたテールゲートリフタ−
次に本実施形態の油圧シリンダの制御装置２０を備えたテールゲートリフタ２１を例示する。図９〜図１１に示すように、このテールゲートリフタ２１は、ワンボックスカーの後方開口などに設置され、車椅子や荷物を車両に乗せるものとなっている。
【００４０】
テールゲートリフタ２１は、地面に対して水平なデッキ２２がポスト２３に連結され、このポスト２３にリフトアーム２４の一端が連結されて、他端が車体後方開口周縁の支持ブラケット２５に支持され、ポスト２３がコンプレッションアーム２６と油圧シリンダ１とに連結されている。油圧シリンダ１には、パワーユニット２７から高圧の作動油が送り込まれるようになっている。このことで、図１０及び図１１に示すように、油圧シリンダ１を伸長すれば、リフトアーム２４がポスト２３を引っ張ってデッキ２２が上昇するようになっている。一方、図９に示すように、圧縮コイルスプリング７の作用及び自重により、油圧シリンダ１が縮小してデッキ２２が下降するようになっている。
【００４１】
図１２に示すように、油圧シリンダの制御装置２０は、検知手段及び速度調整手段としてのコントローラ２８を備えている。コントローラ２８は、歪みゲージ１０が取り付けられた位置と対応する位置をピストン３が通過したときに、歪みゲージ１０の歪み量が変化することにより、シリンダストロークを検知する検知手段の役割を果たす。また、この検知手段の検知結果に対応させてピストン３の移動速度を調整する速度調整手段の役割も果たしている。このテールゲートリフタ２１において、油圧シリンダ１には、少なくとも第３ゲージ１０が取り付けられている（すなわち、第３ゲージ１０は、ストロークエンド付近に取り付けられている）。第１及び第２ゲージ８，９を取り付けてシリンダストロークを検出するようにしてもよい。
【００４２】
油圧シリンダの制御装置２０は、２位置切換のソレノイドバルブ２９と、フローコントロールバルブ３０とを備えている。歪みゲージ１０からの信号は、コントローラ２８に入力され、そしてコントローラ２８からソレノイドバルブ２９に制御信号が送られるようになっている。具体的には、図１４に示すように、コントローラ２８内では、第３ゲージ１０のゲージ出力を受けてスイッチＲ１を作動させ、ソレノイドバルブ２９を切り換えるようになっている。
【００４３】
次にテールゲートリフタ２１の作動について説明する。
【００４４】
まず、図９に示すように、デッキ２２が地面に載置されている状態から、デッキ２２を上昇させるには、パワーユニット２７を駆動し、図１２に示すようにソレノイドバルブ２９を通して油圧シリンダ１に高圧油を送り込む。すると、油圧シリンダ１が伸びてデッキ２２が徐々に上昇する。
【００４５】
図１０に示すように、ストロークエンドの手前で第３ゲージ１０の応力が変化し、その信号がコントローラ２８に送られる。すると、スイッチＲ１が入り、ソレノイドバルブ２９が移動して、図１３の状態となる。
【００４６】
パワーユニット２７からの高圧油は、フローコントロールバルブ３０を介して流量を絞られながら油圧シリンダ１に送り込まれる。このため、ストロークエンドの手前からデッキ２２の上昇速度が遅くなり、ストロークエンドでのショックが軽減される。このため、デッキ２２に載った車椅子等に衝撃が伝わって違和感を与えることはない。
【００４７】
したがって、本実施形態にかかる油圧シリンダの制御装置２０によると、シリンダチューブ２の外周に歪みゲージ８，９，１０を取り付け、ピストン３が通過したときの歪みゲージ８，９，１０の歪み量の変化からシリンダストロークを検知し、その検知信号を受けてピストン３の移動速度を調整するようにしたことにより、磁性体のシリンダチューブ２を使用した場合でも、正確にピストン３の位置を検出してピストン３の速度調整をすることができる。
【００４８】
また、強磁性体よりなるシリンダチューブ２を備えていても、歪みゲージ８，９，１０の歪み量の変化を検知することで、シリンダストロークを正確に検知してピストン３の移動速度の調整を容易に行うことができる。
【００４９】
さらに、ピストン３のストロークエンドの手前に取り付けた歪みゲージ１０の歪み量の変化を検知し、油圧シリンダ１への作動液体の流量を低減するようにしたことにより、ストロークエンドの手前でピストン３の移動速度を緩めてストロークエンドでの衝撃を緩和することができる。
【００５０】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００５１】
すなわち、上記実施形態では、液圧シリンダは油圧シリンダ１としたが、圧力を調整する液体は、作動油に限定されず、水等でもよい。
【００５２】
上記実施形態では、油圧シリンダ１は、シリンダ用油圧配管６が１本しかない単動式のものとしたが、シリンダ用油圧配管６が２本接続された復動式の油圧シリンダとしてもよい。復動式の油圧シリンダでは、ピストンロッド４が伸びた状態から縮んだ状態になるとき及び伸びた状態から縮んだ状態になるときのいずれの場合も、ピストン３が通過する前に低かったチューブ内の内圧が、ピストン３が通過すると一気に上昇するので、シリンダチューブ２の外径が大きくなり、歪みゲージ８，９，１０が歪みを検知する。このことで、ピストン３が通過したことが検知されるので、歪みゲージ８，９，１０の位置により、検知手段がシリンダストロークが検知可能となる。
【００５３】
上記実施形態では、油圧シリンダの制御装置２０をテールゲートリフタ２１に設けたが、例えば、開いた水平状態のゲートを垂直に閉じるような開き位置と閉じ位置とが決まっているゲートに用いた場合には、油圧シリンダを復動式のものとし、ピストンが、開き側のエンドストロークの位置にあるときと、閉じ側のエンドストロークの位置にあるときの双方に対応するようにシリンダチューブ２の外周に歪みゲージを貼り、エンドストロークを検知して油圧シリンダの制御を行うようにしてもよい。この場合には、３位置切換のソレノイドバルブを設け、開閉いずれの操作においてもフローコントロールバルブが作用するように油圧回路と電気回路を組むとよい。
【００５４】
また、歪みゲージを貼る位置は、検知したいシリンダストロークに合わせて１枚〜複数枚貼ればよい。
【００５５】
さらに、上記実施形態では、シリンダチューブ２は、炭素鋼管よりなるものとしたが、他の磁性体で構成してもよいし、非磁性体で構成してもよい。
【００５６】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明は、油圧シリンダや水圧シリンダなどの液圧シリンダをシリンダストロークに合わせて速度制御する制御装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に実施形態にかかる油圧シリンダの縮小時を側方から見た断面図である。
【図２】油圧シリンダを延ばしてピストンが第１ゲージの真下に来た様子を示す図１相当図である。
【図３】油圧シリンダを延ばしてピストンが第２ゲージの真下に来た様子を示す図１相当図である。
【図４】油圧シリンダを延ばしてピストンが第３ゲージの真下に来た様子を示す図１相当図である。
【図５】油圧シリンダのピストン及びその周辺を拡大して示す断面図である。
【図６】降下状態の測定装置を一部破断して示す正面図である。
【図７】上昇状体の測定装置を一部破断して示す正面図である。
【図８】測定装置による測定結果を示すグラフである。
【図９】テールゲートの降下状態を示す側面図である。
【図１０】ストロークエンドの手前のテールゲートを示す側面図である。
【図１１】ストロークエンドにあるテールゲートを示す側面図である。
【図１２】上昇作動時の油圧回路図である。
【図１３】ストロークエンド手前での油圧回路図である。
【図１４】ソレノイドバルブのシーケンス図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      油圧シリンダ（液圧シリンダ）
２      シリンダチューブ
３      ピストン
４      ピストンロッド
８      第１ゲージ（歪みゲージ）
９      第２ゲージ（歪みゲージ）
１０      第３ゲージ（歪みゲージ）
２０      油圧シリンダの制御装置（液圧シリンダの制御装置）
２８      コントローラ（検知手段、速度調整手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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