JP2000072394A - 流体圧シリンダ、移動体の位置検出装置、産業車両及びフォークリフト - Google Patents

流体圧シリンダ、移動体の位置検出装置、産業車両及びフォークリフト

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JP2000072394A JP10241707A JP24170798A JP2000072394A JP 2000072394 A JP2000072394 A JP 2000072394A JP 10241707 A JP10241707 A JP 10241707A JP 24170798 A JP24170798 A JP 24170798A JP 2000072394 A JP2000072394 A JP 2000072394A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体を移動させる流体圧シリンダの全作動
範囲において移動体の位置を連続的に検出する。 【解決手段】 フォークリフト10においてフォーク1
5の揚高位置を変更するリフトシリンダ20の内部に
は、ピストン26に超音波を送信する超音波送信子38
と、ピストン26からの反射波を受信する超音波受信子
40とをそれぞれ別々に設ける。制御ユニット44のマ
イクロコンピュータ46は、送受信回路45を制御して
超音波送信子38から超音波を送信させ、送信した超音
波が超音波受信子40にて受信されるまでの経過時間を
計時する。そして、経過時間に対応する距離検出値を求
めるとともに距離検出値を揚高位置に対応させる。

Description

【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、前記超音波送信部が送信した超音波の前記ピ
ストンからの反射波を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。
【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
は、前記流体圧シリンダに、一体で脱着可能に設けられ
ている。
【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2
6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2
6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4
4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)4
8、書き込み及び読み出し可能なメモリ(RAM)4
9、カウンタ50等を備えている。ROM48には、C
PU47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3
8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4
0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、特許請求の範囲に記載された各発明
の外に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。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストンに向かって超音波を送信するよ
    うに設けられた超音波送信子と、 前記超音波送信部が送信した超音波の前記ピストンから
    の反射波を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。
  2. 【請求項2】 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、一体で脱着可能に設けられてい
    る請求項1に記載の流体圧シリンダ。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
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