JP2001063987A - 流体圧シリンダの位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 ロッドカバー１４に設置されたレーザー
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信管、制御装置等と接続され
ている。発光部３１から発光されたレーザー光は、二点
鎖線４０で示す経路で進行しピストン１５の底面１５ａ
に反射した後、二点鎖線４１で示す経路で進行して受光
部３２で受光される。そして、レーザー光の発光時から
受光時までの時間と、レーザー光の進行速度とに基づい
て、レーザー発受光器３０からピストン１５の底面１５
ａまでの距離を演算するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、１００ｋｇ
ｆ／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１
９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３
１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４
ａ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３
０、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】図１のリフトシリンダの縦断面図である。

【図３】本発明の第２実施の形態のリフトシリンダの部
分断面図である。

【符号の説明】

１…フォークリフト １０…リフトシリンダ １１…ピストンロッド １２…シリンダチューブ １４…ロッドカバー １５…ピストン、１５ａ…底面 ３０…レーザー発受光器 ３１…発光部 ３２…受光部 ３３…導光路 ３５…光ファイバー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。