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流体圧シリンダの位置検出装置及び位置検出方法 - 株式会社豊田自動織機製作所
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発明の名称 流体圧シリンダの位置検出装置及び位置検出方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−63987(P2001−63987A)
公開日 平成13年3月13日(2001.3.13)
出願番号 特願平11−245920
出願日 平成11年8月31日(1999.8.31)
代理人 【識別番号】100064344
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 英彦 (外3名)
【テーマコード(参考)】
3F333
【Fターム(参考)】
3F333 AA02 AB13 BA02 BD02 FA17 FA21 FD03 FH02 
発明者 永井 勝美
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 シリンダ内を移動するピストンの位置を検出する流体圧シリンダの位置検出装置であって、シリンダのピストンロッド側にレーザー光を発光及び受光する検出手段を備え、該検出手段からピストン方向にレーザー光を発光させ、前記ピストンに反射したレーザー光を受光することによって前記ピストンの位置を検出するように構成されている流体圧シリンダの位置検出装置。
【請求項2】 シリンダ内を移動するピストンの位置を検出する流体圧シリンダの位置検出方法であって、シリンダのピストンロッド側にレーザー光を発光及び受光する検出手段を用いて、該検出手段からピストン方向にレーザー光を発光させ、前記ピストンに反射したレーザー光を前記レーザー発受光手段で受光することによって前記ピストンの位置を検出する流体圧シリンダの位置検出方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばフォークリフトのリフトシリンダ(流体圧シリンダ)に係り、詳しくはリフトシリンダ内のピストンの位置を検出する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にフォークリフトにはフォークを昇降動作させるためのリフトシリンダ(流体圧シリンダ)が設置されている。このリフトシリンダのピストンロッドを往復動させることによってフォークが昇降するように構成されている。従って、リフトシリンダを備えたフォークリフトにおいてフォークに関する種々の制御を行う場合には、リフトシリンダのピストンロッド(ピストン)の位置や移動速度を測定することによってフォークの昇降位置や昇降速度を検出する。従来、リフトシリンダのピストンの位置や移動速度を検出する検出装置として超音波センサを用いたものが提案されている。この検出装置は、超音波センサからピストンの方向に超音波(送信波)を送信して、ピストンに反射した超音波(反射波)を受信することによって、ピストンの位置を検出するように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のピストンの位置を検出する超音波センサを備えたリフトシリンダは、障害物等の影響を受けにくく、ピストンの位置を連続的に、簡単に検出するのに極めて有効である。しかしながら、超音波の音速は温度や圧力の影響を受け易く、温度や圧力が変化する場合には超音波の音速が変化するためピストンの位置検出精度が低下することが知られている。従って、超音波センサを用いてピストンの位置を検出する場合には、音速を温度や圧力に対して補正する機構が必要であった。また、ピストンの動力媒体として油圧油を用いるリフトシリンダの場合には、シリンダ内が高温高圧の状態(例えば、100℃以上、100kgf/cm2以上)になることがあるため、超音波センサに対して耐熱対策や耐圧対策を施す必要があった。また、超音波センサを、比較的温度や圧力の影響を受けにくいピストンロッド側に設けることも考えられるが、超音波の伝達媒体が空気になることによって超音波の伝達効率が悪くなるうえに、超音波センサを設置する設置スペースの確保が難しかった。
【0004】そこで、本発明は、温度や圧力の影響を受けにくく、高い位置検出精度を備えた、流体圧シリンダの位置検出装置及び位置検出方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、本発明の流体圧シリンダの位置検出装置は、請求項1に記載の通りに構成されている。ここで、請求項1、また他の請求項及び発明の詳細な説明に記載した用語については以下のように解釈する。
(1)「ピストン」には、移動部材がシリンダ内を摺動するタイプ(いわゆる、ピストン型シリンダ)以外に、ピストンの動力媒体として気体を用いる場合には、例えばラム型シリンダのラム(突棒)のように、移動部材とシリンダの内面との間に間隔を有するタイプも含むことができる。
【0006】請求項1に記載の流体圧シリンダの位置検出装置によれば、レーザー光を発光し受光するレーザー発受光器をシリンダのピストンロッド側に設けたため、ピストンの動力媒体側に比べてレーザー発受光器は温度や圧力の影響を受けにくい。例えば、動力媒体として油圧油を用いた場合には、シリンダ内が高温高圧の状態(例えば、100℃以上、100kgf/cm2以上)になることがあるが、ピストンロッド側の空気は常温常圧の状態になっている。従って、例えばレーザー発受光器を保護する部材等を設置する必要がないため検出装置の構成を簡単にすることができる。また、ピストンの位置の検出にレーザー光を用いたため、高い検出精度を得ることができる。
【0007】また、本発明の流体圧シリンダの位置検出方法は、請求項2に記載の通りに構成されている。請求項2に記載の流体圧シリンダの位置検出方法によれば、レーザー光を発光し受光するレーザー発受光器をシリンダのピストンロッド側に設け、レーザー光を発光及び受光することによりピストンの位置を検出するため、温度や圧力の影響を受けにくいうえに高い検出精度を得ることができる位置検出方法を実現することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の流体圧シリンダの位置検出装置の構成を図面を用いて説明する。ここでは、本発明をフォークリフトのリフトシリンダに適用した場合の実施の形態(第1実施の形態及び第2実施の形態)について説明する。
【0009】〔第1実施の形態〕まず、第1実施の形態を、図1及び図2を参照しながら説明する。なお、図1は本発明の第1実施の形態のフォークリフトの側面図である。また、図2は図1のリフトシリンダの縦断面図である。
【0010】図1に示すように、フォークリフト1の車体2の前部には、マスト3が設けられている。マスト3はアウタマスト3aと、その内側に昇降可能に装備されたインナマスト3bとからなり、インナマスト3bの内側にはフォーク4aを備えたリフトブラケット4が昇降可能に支持されている。
【0011】マスト3の後方には、流体圧シリンダとしてのリフトシリンダ10が配設されており、そのピストンロッド6の先端がインナマスト3bの上部に連結されている。インナマスト3bの上部にはチェーンホイール(図示しない)が支承され、該チェーンホイールには一端がリフトブラケット4に、他端がリフトシリンダ10の上部にそれぞれ連結されたチェーン(図示しない)が掛装されている。そして、運転室Rに設けられた荷役レバー7の操作により、リフトシリンダ10が伸縮駆動されることにより、フォーク4aがリフトブラケット4と共にマスト3に沿って昇降するようになっている。リフトシリンダ10には動力の媒体として油圧油を使用する油圧シリンダが使用されている。
【0012】次に、リフトシリンダ10の構成について図2を用いて説明する。図2に示すように、リフトシリンダ10には単動シリンダが使用されている。リフトシリンダ10は円筒状のシリンダチューブ12、シリンダブロック13、ロッドカバー14、ピストンロッド11及びピストンロッド11と一体移動可能に形成されたピストン15等を備えている。リフトシリンダ10はシリンダブロック13が(図2中の)下側になる状態で設置される。ピストンロッド11はシリンダチューブ12内に挿通されており、挿通口にはシール部材16が設置されている。また、シリンダチューブ12の外周面とロッドカバー14の内面との間にはオーリング17が設置されている。
【0013】シリンダチューブ12には排気口18が形成されている。排気口18にはオーバーフローパイプ19が固定されており、ピストンロッド11の上昇移動時にピストン15により圧縮される空気はこのオーバーフローパイプ19を介して排気される。
【0014】シリンダブロック13には、リフトシリンダ10への油圧油の供給、排出を行うポート20が形成されている。ポート20は管路21を介して制御弁、オイルポンプ、オイルタンク(いずれも図示しない)に連結されている。また、シリンダチューブ12内の油圧油は、ピストンロッド11の動力媒体として使用される。
【0015】ロッドカバー14には、レーザー発受光器30が設置されている。そして、レーザー発受光器30の先端部はピストン15の底面15aに対向した位置に配置されている。レーザー発受光器30は発光部31と、受光部32を備え、導光路33を介してレーザー発振管、制御装置(いずれも図示しない)等と接続されている。なお、レーザー発振管、制御装置等は従来タイプのものが使用されている。なお、第1実施の形態では、レーザー発受光器30等によって、本発明の検出手段が構成されている。また、レーザー発受光器30や、レーザー発振管、制御装置等によって位置検出装置が構成されている。
【0016】次に、本発明の第1実施の形態の位置検出装置を用いた位置検出方法について説明する。まず、リフトシリンダ10内のピストン15の位置を検出するにあたり、制御装置からレーザー発振管へ測定要求信号が出力される。この測定要求信号に基づいて、レーザー発振管は導光路33を介して所定波長のレーザー光を発受光器30へ送信する。そして、発受光器30の発光部31から、ピストン15の底面15aの方向に所定波長のレーザー光が発光される。
【0017】発光部31から発光されたレーザー光は、空気中を例えば図2中の二点鎖線40で示す経路で進行する。そして、ピストン15の底面15aに反射した反射光は、例えば図2中の二点鎖線41で示す経路で進行して受光部32で受光され、導光路33を介して制御装置に送信される。制御装置では、測定要求信号をレーザー発振管へ出力した時点からの経過時間をカウントし、そのカウント値によりレーザー光の発光時から反射光の受光時までの時間tを演算する。そして、この時間tと空気中のレーザー光の進行速度cとに基づいて、レーザー発受光器30からピストン15の底面15aまでの距離Lを、L=ct/2によって演算する。
【0018】その後、制御装置に記憶されている距離Lとフォーク4aの位置Hと関係式に基づいてフォーク4aの位置Hを演算する。そして、演算により得られたフォーク4aの位置Hのデータは、例えばフォークリフトのフォークの揚高規制制御に使用される。つまり、位置Hのデータを逐次演算し、このデータに基づいて実際のピストン15の位置を適宜調整するという制御形態により、フォークリフトのフォークの揚高規制制御を行う。
【0019】以上のように構成した、第1実施の形態のリフトシリンダの位置検出装置によれば、レーザー発受光器30をリフトシリンダ10のピストンロッド11側に設けたため、レーザー発受光器30は温度や圧力の影響を受けにくい。従って、レーザー発受光器30を保護する部材等を設置する必要がないため位置検出装置の構成を簡単にすることができる。また、ピストン15の位置の検出にレーザー光を用いたため、高い検出精度を得ることができる。また、第1実施の形態の位置検出装置を用いた位置検出方法によれば、温度や圧力の影響を受けにくいうえに、高い検出精度を得ることができる位置検出方法を実現することができる。
【0020】〔第2実施の形態〕次に、第2実施の形態は、第1実施の形態と同様に本発明をフォークリフトのリフトシリンダに適用したものであって、図3を参照しながら説明する。図3は第2実施の形態のリフトシリンダの部分断面図である。なお、図3において図2に示す要素と同一の要素には同一の符号を付している。また、レーザー発受光器30以外の構成等は第1実施の形態と同様であるので、説明を簡単にするために第2実施の形態では第1実施の形態と異なる点について説明する。第1実施の形態と異なるのは、レーザー発受光器30の先端に光ファイバー35を設けた点である。
【0021】図3に示すように、位置検出装置としてのレーザー発受光器30はシリンダチューブ12の外側面に取付けられている。レーザー発受光器30の一方側は、第1実施の形態と同様に導光路33を介してレーザー発振管、制御装置(いずれも図示しない)等と接続されている。また、レーザー発受光器30の他方側には光ファイバー35が接続されている。また、光ファイバー35の先端部はロッドカバー14を貫通して設置され、ピストン15の底面15aに対向する位置に配置されている。なお、第2実施の形態では、レーザー発受光器30、光ファイバー35等によって、本発明の検出手段が構成されている。また、レーザー発受光器30、光ファイバー35や、レーザー発振管、制御装置等によって位置検出装置が構成されている。また、第2実施の形態の位置検出方法は、構成上光ファイバー35を設置した違いはあるが、それ以外は第1実施の形態の検出方法と同じであるので説明を省略する。
【0022】以上のように構成した第2実施の形態の位置検出装置及び位置検出方法によれば、位置検出装置の構成を簡単にすることができ、高い検出精度を得ることができることに加えて、光ファイバー35が比較的細いためリフトシリンダ10のロッドカバー14に設置するスペースを縮小することができる。従って、ピストンロッド11とシリンダチューブ12との間が狭くて、ロッドカバー14にレーザー発受光器30を設置できないような場合には特に有効である。
【0023】なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。上記の実施の形態では、流体圧シリンダとして油圧油を使用したリフトシリンダ10について記載したが、各種の動力媒体を使用した他の流体圧シリンダに適用することもできる。例えば、空気を使用したエアシリンダに適用することができる。
【0024】また、リフトシリンダ10を単動式シリンダとしたが、流体圧シリンダとしてエアシリンダを用いる場合には、単動式に代えて複動式にすることもできる。また、エアシリンダを用いる場合には、ピストン型シリンダ以外にラム型シリンダに適用することもできる。
【0025】また、フォークリフト1のリフトシリンダ10について記載したが、フォークリフト以外にシリンダを備えた高所作業車、コンクリートポンプ車、バックホー車、ダンプカー等に本発明を適用することもできる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、温度や圧力の影響を受けにくく、高い位置検出精度を備えた、流体圧シリンダの位置検出装置及び位置検出方法を実現することができる。




 

 


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