JP2005053693A - フォークリフトのフォークの昇降機構及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 フォークリフトのフォークの上下作動のスピード、安定性、安全性の改善と省エネルギーによる環境改善とシンプル化による経済効果を目的とする。
【解決手段】 フォークリフトのフォークの昇降機構であって、前記フォークの上下作動のアクチュエータとして複数台の電動シリンダを同期させて使用するとともに、該電動シリンダは下降時に回生制動を用い回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させて次に上昇時に放出させる。制御装置は、前記モータに電気的に接続されて前記回生制動で発生した交流を直流に変換するインバータと、このインバータに電気的に接続されて前記インバータからの直流の一部を一時的に蓄積するコンデンサと、このコンデンサに電気的に接続されてコンデンサおよび前記インバータからの直流を前記モータの駆動に利用すべく交流に変換するコンバータと、を備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明はフォークリフトのフォークの昇降機構とシステムに関する。

従来、フォークの上下作動にはアクチェータとして油圧シリンダが使用されている（例えば、特許文献1参照）。しかしながら、油圧操作機器の運転者による操作の熟練性や周囲温度による油圧動作油の粘度の変化により油圧シリンダの作動速度がバラツキ、取扱い物へ衝撃の発生や周囲への危険という問題と、エネルギー効率が悪い事や、油圧装置の構造上の複雑さとメンテナンスの繁雑さによるコストが高つく事と、油の流出や定期交換に伴う環境の悪化という問題があった。

特開２００２−３７０８９９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明はフォークリフトのフォークの上下作動のスピード、安定性、安全性の改善と省エネルギーによる環境改善とシンプル化による経済効果を目的としたフォークリフトのフォークの昇降機構の構造及びシステムを提供する。

上記の目的を達成するために本発明におけるフォークリフトのフォークの昇降機構は、前記フォークの上下作動のアクチュエータとして電動シリンダを使用することを特徴とする。
また、本発明のフォークリフトのフォークの昇降システムは、フォークの作動の速度・位置や加速・減速の位置・速度の設定を記憶させておき、これらの組み合わせを予めパターン化しおき、これらパターンの選択による自動運転や、運転者の任意な選択により、これらと任意の条件を組み合わせた自由度の高い半自動運転を行うことを特徴とする。

本発明によれば、フォークリフトのフォークの上下作動のスピード、安定性、安全性の改善と省エネルギーによる環境改善とシンプル化による経済効果を有する。

また、本発明は、前記電動シリンダは衝撃吸収機構を有することができる。これにより衝撃を確実に緩和するという利点がある。
また、本発明は、前記電動シリンダは2台の電動シリンダを同期させて使用することができる。これにより確実に作動が可能になるという利点がある。
また、本発明は、前記電動シリンダは下降時に回生制動を用い回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させて次に上昇時に放出させることができる。これにより省エネを更に進めるという利点がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明は、フォークリフトのフォークの昇降機構であって、前記フォークの上下作動のアクチュエータとして複数台の電動シリンダを同期させて使用するとともに、該電動シリンダは下降時に回生制動を用い回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させて次に上昇時に放出させることを特徴とする。

ここで、本発明のフォークリフトは、エンジン式、バッテリー式を問わない。
本発明においてフォークとは、荷物などを持ち上げる部材であり、その荷物により様々なアタッチメントを追加した場合も含むものである。
本発明においてフォークの昇降機構とは、フォークの上下作動をさせる機構を言う。
本発明におけるアクチュエ−タとは、油圧シリンダ、空圧シリンダ、電動シリンダのうち電動シリンダに限定される。電動シリンダを用いると、アクチュエ−タの構造が簡単になり、製造が容易になる利点がある。なぜなら、油圧シリンダの場合は、配管や油圧ポンプなどが不可欠であるからである。
本発明の電動シリンダとは、モータの出力軸の回転運動をねじ機構によって直線運動に変換するアクチュエータをいう。
本発明において複数台の電動シリンダを同期させるとは、荷物を円滑に昇降するために、上下動を同期したものである。

本発明において用いる回生制動とは、モータを機械的に回転させるとこのモータは発電機として作用し、その発生電力を電源へ返して他で消費させるとその反作用でその発電機の作用をしているモータの回転を止めようとする制動力が働く原理をいう。
またなお、電動シリンダのロッドを介して下降または水平移動する荷物の重量および／または慣性が、前記モータに回生制動よる電力を発生させる。本発明はこの回生制動よって発生した電力を有効利用するものである。
また、電動シリンダの制御により作業の内容に応じてフォークの作動の安全・スピード・安定性での最適制御を図る。

以下、実施例に基づき発明を説明する。図１は、本発明に係るリフト本体の全体構成図である。図２図は、昇降機構の構造と作用を説明する図である。図３は、電動シリンダの構造と作用を説明する図である。図４は、制御装置の概要図である。図5は、本発明の同期システムを示すブロック図である。

図１、図２において、リフト本体１に昇降装置２が取付けられ、昇降装置２にはフォーク３が取付けられている。フォーク３は上下に自由に動く台車４に取り付けられ、台車４を動かす電動シリンダ５の伸縮で上下に動く。
電動シリンダ５は図示されていない運転者の操作する操作レバーにより制御装置６で制御され自由に上下に作動が出来る。
制御装置６は、プログラム機能を有しており、予め移動量、移動速度と加速・減速の特性がプログラムされており、運転者の操作する操作レバーの操作により操作方法が選択できる。また、プログラムパターンによる自動運転と部分的にプログラムデータを使用する半自動運転とこれらに影響されない手動操作が選択できる。

図２は、昇降装置の構造と作用を説明する図である。マスト７には滑車フレーム８とフォーク３が取り付けられた台車４が上下に自由に動く様に取り付けられている。電動シリンダ５が伸びると、滑車フレーム８が持ち上げられ、滑車９とチェイン１０の作用でフォーク３は持上げられる。

図３は、電動シリンダの構造と作用を説明する図である。モータ3１の回転軸Ｚはボールネジ3２と連結されており一体である。ボールネジナツト3３はロッド3４と一体で結合されている。ボールネジ３２を固定するベアリング３５の型式は回転方向と直線方向で荷重を支持できる構造である。ベアリング３５の固定はロッド３４の伸び側方向には衝撃吸収機構としての衝撃吸収バネ３６が取り付けられている。モータ軸Ｚにはブレーキ３７と位置検出器３８が取り付けられている。

図４は、制御装置Ｃの構成図を示す。制御装置Ｃには電池４１と外部操作レバー４２とモータ３１、３１Aと位置検出器３８、３8Ａとブレーキ３７、３７Aが接続されている。インバータ４３、４３Aにはマイコン４４が接続されている。
電動シリンダのモータ３１、３１Aはマイコン４４で制御される。インバータ４３、４３Ａの制御により交流電源が供給され正転逆転を行う、
マイコン４４には予め運転条件（移動量、速度、加減速時間）がプログラムされている。操作レバーにより運転方法は以下の選択ができる。
（1）プログラムの影響されない手動運転、
（2）操作レバーの操作とプログラムの一部の制御を組み合わせる半自動運転、及び
（3）外部信号や操作レバーでプログラムパターン通りに動く全自動運転の３種である。

以下、これらの構成を用いた場合の動きについて説明する。図3、図４において、モータ３１、３１Ａが回転すると一体化されたボールネジ３２が回転されるとボールネジナット３３の作用で一体化されたロッド３４は直線方向に動く。ブレーキ３７は運転時には開放され、停止時や停電時は制動される安全な停電時制動型である。位置検出器３８、３８Ａはボールネジ３２の回転量を計測して、図４の制御装置Ｃの内でロッド３４の直線移動量に変換する。図1、図２において、フォーク３が上がる際に荷重と衝突する時に発生する衝撃は、荷重と電動シリンダ５の双方に影響しない様に、衝撃吸収バネ３６、３６の作用で緩和される。

モータ３１、３１Ａは、インバータ４３、４３Ａで制御して印加された電圧により正転で上がり、逆回で下がりと動作する。ただし、下り時は荷重の重力がボールネジ３２の作用で回転力となる。この際、モータ３１,３１Ａは発電機として作用して回生制動力となり下り速度を制限と停止時は減速制動力となる。その際の発電電流は制御装置Ｃに戻り、インバータ４３、４３Ａで整流され電池に充電回収される。次回動作時この充電電流は放出される。制御装置Ｃには電池４１により直流電源が供給される。
位置検出器３８、３８Ａ、は電動シリンダ２の本体の移動量をパルス数で取り込む。このパルス数は制御装置Ｃの内マイコン４４で移動量に変換され移動量として制御される。この数値は２台のフォーク３の移動量として監視制御され同期して動く。

同期システムの作動について説明する。第５図は本発明の同期システムのブロック構成図である。このように構成されたシステムにおいて、モータ３１と３１Ａは図示されていないシーケンサからの運転信号により制御装置のマイコン４４からの回転速度の発信に基づきインバータ４３,４３Ａにそれぞれ運転指令を送信する。モータ３１を親機として基準運転速度を指令する。基準速度を受信したインバータ４３はモータ３１を所定の回転速度で回転させる。この時のモータの回転速度を位置検出器としてのエンコーダ３８で検知する。そして検知した親機モータ３１の回転速度を子機インバータ４３を経由してマイコン４４に出力する。マイコン４４ではこの速度にもとづき子機モータ３１Ａへの指令回転数を演算して子機インバータ４３Ａに指令する。
この親と子のモータの回転速度はマイコン４４で監視され予め定めた回転速度の範囲（１）内から外れた時は親機の回転速度を減速させて子機との速度差範囲（１）で加速と減速を繰り返す。この作用により親と子のモータは一定の範囲内（１）で同期して運転される。マイコンでは親と子の速度差が定めた範囲（２）を外れた時は異常と判断して両機を停止させる安全機能が構成されている。

上記の説明から明らかなように、本実施例では、フォークリフトのフォークの上下作動のスピード、安定性、安全性の改善と省エネルギーによる環境改善とシンプル化が達成できる。

以下、本発明を適用した荷物の昇降装置の実験について図６〜図１１に基づき詳細に説明する。この詳細な説明では、図８に示すように、前記モータ1５１に前記インバータ1２１を付設した前記電動シリンダ５を複数個設けものではなく、図７に示す制御装置1４６において１個のモータ1５１として説明する。
本昇降装置は図９に示すように、固定配設した上向きの電動シリンダ1４１と、該電動シリンダ1４１のロッドの上端にその基端を固着し、左右方向へ適宜の間隔をおいて軸支された２個の滑車1４２・1４３に架け渡し、かつその先端に荷物Ｗを掛止させたチェーン1４４とで構成してある。また、前記電動シリンダ1４１は、図１０に示すように、モータ1５１と、このモータ1５１の右側面にこれの出力軸と平行して装着したシリンダ本体1５２と、このシリンダ本体1５２に内装したボールねじ機構1５３と、前記シリンダ本体1５２に内装しかつ前記ボールねじ機構1５３のナット1５４に固着したロッド1５５と、前記モータ1５１の出力軸と前記ボールねじ機構1５３のねじ棒1５６とを連結する伝動機構1５７と、前記ねじ棒1５６の下端寄り位置に装着したブレーキ1５８と、前記ねじ棒1５６の下端に装着した位置検出器1５９とで構成してある。

さらに、図９に示すように、前記電動シリンダ1４１のモータ1５１にはシーケンサ1４５を付設した制御装置1４６が電気的に接続してあり、この制御装置1４６は、図６に示すように、前記モータ1５１に電気的に接続されて回生制動で発生した交流を直流に変換するインバータ１０１と、このインバータ１０１に電気的に接続されてインバータ１０１からの直流の一部を一時的に蓄積するコンデンサ１０２と、このコンデンサ１０２に電気的に接続されてコンデンサ１０２および前記インバータ１０１からの直流を前記モータ１５１の駆動に利用すべく交流に変換するコンバータ１０３と、で構成してある。

このように構成したものは、図９、図１０において、電動シリンダ1４１のロッド1５５の伸長作用により荷物Ｗが上昇した状態から、電動シリンダ1４１のロッド1５５の収縮作用により荷物Ｗを下降させると、図６、図１１に示すように、荷物Ｗの重量および／または慣性によりモータ1５１には回生制動よる交流の電力（回生電流）が発生する。この発生した交流はインバータ１０１によって直流に変換された後、一部がコンデンサ１０２に蓄積されながらコンバータ１０３によって交流に変換され、続いてモータ1５１の電源に送られてモータ1５１の駆動に利用される。

こうして、回生制動よる電力をモータ1５１の電源として利用することにより、荷物Ｗを昇降させるために電動シリンダ1４１で消費する電力を３０〜５０％削減することができた。

なお、図７に示すように、前記モータ1５１に電気的に接続されて回生制動で発生した交流を直流に変換するインバータ1２１に、このインバータ1２１からの直流を蓄積する第１コンデンサ1２２を電気的に接続し、この第１コンデンサ1２２に第１コンデンサ1２２および前記インバータ1２１からの直流を一時的に蓄積する第２コンデンサ1２３を電気的に接続し、さらにこの第２コンデンサ1２３に第２コンデンサ1２３および前記第１コンデンサ1２２からの直流を前記モータ1５１の起動に利用すべく交流に変換するコンバータ1２４を電気的に接続して、上述したようにモータ1５１における回生制動によって発生した交流をインバータ1２１によって直流に変換した後、第１コンデンサ1２２に蓄積する。そして、第１コンデンサ1２２に蓄積した電力をモータ1５１の起動時にモータ1５１に送って該モータ1５１の起動に利用するようにしてもよい。
電動シリンダを複数にしても同様の作用効果が得られるのはもちろんである。

なお、本実施例では、フォーク３が上がる際に荷重と衝突する時に発生する衝撃は、荷重と電動シリンダ５の双方に影響しない様に、衝撃吸収バネ３６、３６の作用で緩和される。つまり、電動シリンダはネジが主機構で該ネジが衝撃に弱く、これに作用する衝撃の緩和が目的であるが、衝撃吸収機構は、外部取り付けでも良い。
外部取り付けの場合はロッドにウレタンを装着することにより実現可能である。外部取り付けによれば、装置は簡単かつ確実な信頼性でコストダウンが実現できる。
衝撃吸収機構が電動シリンダに内蔵の場合は、コンパクト化と耐久性が実現できる。すなわち、外部取り付けの場合だと、衝撃を受ける部分が必要であり、この場合はスペース的に困難になってしまいコンパクト化が実現できないからである。また、フレーム部に衝撃吸収機構を取り付ける際は、その部分の強度が必要である。これに対して、シリンダ内部に衝撃吸収機構を設ければ、シリンダの耐久性をそのまま利用できるからである。したがって、シンプル化とコンパクト化のためには内蔵が好ましい。
前記モータ１５１は汎用インダクションモータを使用しているが、ＡＣサーボモータを使用しても本件に関わる制御機能は基本的に良好に機能する。

また、本実施例の安全機能としては、万一電動シリンダの本体の移動量が予め定めた制限された範囲以外にある時には、フォークは安全側で停止させるようになっている。

本発明は、フォークリフトの種類を選ばず広く利用することができる。なお、傾動アクチュエータにも本発明を改良して用いることができる。

本発明に係るリフト本体の全体構成図である。 本発明に係る昇降機構の構造と作用を説明する図である。 本発明に係る電動シリンダの構造と作用を説明する図である。 本発明に係る制御装置の概要図である。 本発明の同期システムを示すブロック図である。 本発明の回生制動の制御装置の第１実施例を示すブロック図である。 本発明の回生制動の制御装置の第２実施例を示すブロック図である。 本発明の回生制動の制御装置の第３実施例を示すブロック図である。 本発明を適用した荷物の昇降装置の模式図である。 図８の昇降装置における電動シリンダの模式図である。 昇降装置において荷物の下降時における電流の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ フォークリフト本体
３ フォーク
５ 電動シリンダ
３６ 衝撃吸収機構（衝撃吸収バネ）
４１ 電源電池
10１、1２１ インバータ
10２ コンデンサ
10３ 、1２４ コンバータ
1２２ 第１コンデンサ
1２３ 第２コンデンサ
1４１ 電動シリンダ
1５１ モータ

Claims (9)

1. フォークリフトのフォークの昇降機構であって、前記フォークの上下作動のアクチュエータとして衝撃吸収機構を有する電動シリンダを使用することを特徴とするフォークリフトのフォークの昇降機構。
2. 前記電動シリンダは、2台の電動シリンダを同期させて使用することを特徴とする請求項1に記載のフォークリフトのフォークの昇降機構。
3. 昇降装置を具備したフォークリフトのフォークの昇降機構であって、
   前記昇降装置は、マストと、このマストに沿って上下に動く台車と、この台車に取り付けられたフォークと、この台車に一端を接続されるとともに滑車と同時に滑車を介して上下に動く滑車フレームに接続され、他端で前記マストに連結されるチェインと、を具え、
   更に、前記台車を前記滑車フレームを介して上下に動かすとともに同期して伸縮する２台の電動シリンダを具備したことを特徴とするフォークリフトのフォークの昇降機構。
4. 前記電動シリンダは下降時に電動シリンダのロッドに作用する荷物の重量および／または慣性によりモータに回生制動による回生エネルギーを発生させ、この発生した回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させて次に上昇時に放出させることを特徴とする請求項1から請求項３のいずれかに記載のフォークリフトのフォークの昇降機構。
5. 前記モータで発生した電力を一時蓄積して前記モータの起動に利用する電動シリンダを用いることを特徴とする請求項４に記載のフォークリフトのフォークの昇降機構。
6. フォークリフトのフォークの昇降機構であって、前記フォークの上下作動のアクチュエータとして複数台の電動シリンダを同期させて使用するとともに、該電動シリンダは下降時に回生制動を用い回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させて次に上昇時に放出させることを特徴とするフォークリフトのフォークの昇降機構。
7. 前記モータの駆動に利用するための制御装置であって、
   前記モータに電気的に接続されて前記回生制動で発生した交流を直流に変換するインバータと、このインバータに電気的に接続されて前記インバータからの直流の一部を一時的に蓄積するコンデンサと、このコンデンサに電気的に接続されてコンデンサおよび前記インバータからの直流を前記モータの駆動に利用すべく交流に変換するコンバータと、を備えた制御装置を、更に備えたことを特徴とする請求項1から請求項６に記載のフォークリフトのフォークの昇降機構。
8. 前記モータの駆動に利用するための制御装置であって、
   前記モータに電気的に接続されて前記回生制動で発生した交流を直流に変換するインバータと、このインバータに電気的に接続されて前記インバータからの直流を蓄積する第１コンデンサと、この第１コンデンサに電気的に接続されて第１コンデンサおよび前記インバータからの直流を一時的に蓄積する第２コンデンサと、この第２コンデンサに電気的に接続されて第２コンデンサおよび前記第１コンデンサからの直流を前記モータの起動に利用すべく交流に変換するコンバータと、を備えた制御装置を、更に備えたことを特徴とする請求項1から請求項７に記載のフォークリフトのフォークの昇降機構。
9. フォークリフトのフォークの昇降システムであって、フォークの作動の速度・位置や加速・減速の位置・速度の設定を記憶させておき、これらの組み合わせを予めパターン化しおき、これらパターンの選択による自動運転や、運転者の任意な選択により、これらと任意の条件を組み合わせた自由度の高い半自動運転を行うことを特徴とするフォークリフトのフォークの昇降システム。