JP2009292553A - フォークリフトの荷役回生装置、及びフォークリフト - Google Patents

Abstract

【課題】軽負荷時から高負荷時まで荷役回生をすること。
【解決手段】リフトシリンダ５から作動油タンク２０へ作動油を還流させる戻り管路２６には、回生用ポンプ２７が配設されており、該回生用ポンプ２７にギア式の変速機Ｃを介して発電機２８が接続されている。発電機２８には、コンバータ２９を介してバッテリ１３が接続されており、制御装置３０は、戻り油の圧力及びリフトレバー１１の操作量に応じて、発電機２８の出力電流を調整するようになっている。そして、制御装置３０は、戻り油の圧力が高い場合には、発電機２８の回転数が速くなるように回転数比を変化させて回生用ポンプ２７の回転を発電機２８に伝達させる一方、戻り油の圧力が低い場合には、発電機２８の回転数が遅くなるように回転数比を変化させて回生用ポンプ２７の回転を発電機２８に伝達させるように、変速機Ｃを制御するようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、リフトシリンダで上昇させた荷役手段を下降させる際に、上昇された荷役手段の位置エネルギを回生電力として回収するフォークリフトの荷役回生装置、及びフォークリフトに関する。

従来、工場構内等で広く利用されるフォークリフトは、荷を載置するフォークをリフトシリンダで昇降動作させて荷役作業を行うようになっている。このようなフォークリフトにおいて、フォークの下降に伴ってリフトシリンダから作動油タンクに還流される作動油（いわゆる戻り油）により回生用ポンプを回転させ、該回生用ポンプの回転により発電機を駆動して、上昇されたフォーク及び荷の位置エネルギを回生電力として回収する荷役回生が行われている。荷役回生を行う装置として、荷役用ポンプ兼発電用モータとして可変容量型の荷役用ポンプを用いた荷役回生装置が提案されている（たとえば、特許文献１）。特許文献１では、戻り油の圧力を検出する圧力センサを備え、検出した戻り油の圧力、及びリフトレバーの操作量とから、所定の荷役用ポンプの回転数となるように荷役用ポンプの吐出量を制御するようになっている。
特開２００６−１２４１４５号公報

しかしながら、特許文献１の荷役回生装置において、荷役用ポンプを駆動させるのに必要なトルク、すなわち戻り油が荷役用ポンプを通過する際の抵抗を変更できる範囲は、あくまで荷役用ポンプの吐出量を変更できる範囲に限られている。このため、特許文献１では、フォークに載置された荷が非常に軽い場合や、フォークに荷が載置されていない場合などの軽負荷時において、フォークの下降を優先させることで、発電機を駆動させて荷役回生を行うことができない場合がある。また、特許文献１では、戻り油の圧力が高い場合（高負荷時）であっても、発電機を荷役用ポンプの回転数と同じ回転数でしか駆動させることができず、フォーク等の位置エネルギを回生電力として十分に回収できているとはいえなかった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、軽負荷時から高負荷時まで荷役回生をすることができるフォークリフトの荷役回生装置、及びフォークリフトを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、荷役手段を昇降させるためのリフトシリンダに液体を供給する供給管路と、前記リフトシリンダから液体を還流させる戻り管路と、を操作手段の操作に基づき切り替えることで前記リフトシリンダを伸縮動作させるとともに、還流される液体により回転駆動手段を回転させ、該回転駆動手段の回転により発電手段を駆動して発電した電力を蓄電手段に蓄えるフォークリフトの荷役回生装置において、還流される液体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記発電手段と前記蓄電手段との間に介在され、前記発電手段の出力電流を制御可能な出力電流制御手段と、前記回転駆動手段と前記発電手段との間に介在され、前記回転駆動手段と前記発電手段との回転数比を変化可能であって、前記回転駆動手段の回転を前記発電手段に伝達可能に接続する変速手段と、還流される液体の圧力が高いほど前記出力電流が大きく、還流される液体の圧力が低いほど前記出力電流が小さくなるように制御するとともに、前記操作手段の操作量が大きいほど前記出力電流が小さく、前記操作手段の操作量が小さいほど前記出力電流が大きくなるように前記出力電流制御手段を制御する電流制御手段と、還流される液体の圧力が高いほど、前記発電手段の回転数が速くなるように前記回転数比を変化させる一方、還流される液体の圧力が低いほど、前記発電手段の回転数が遅くなるように前記回転数比を変化させるよう前記変速手段を制御する変速制御手段と、を備えたことを要旨とする。

これによれば、電流制御手段により還流される液体の圧力の高低、及び操作手段の操作量の大小に基づき出力電流制御手段を制御し、発電手段の出力電流を変化させるようになっている。そして、還流される液体の圧力が高いほど、発電手段の回転数が速くなるように回転数比が変化されるとともに、回転駆動手段の回転が発電手段に伝達される。このため、還流される液体の圧力が高い高負荷時（重荷重時）において、発電手段の出力電流及び回転数を増加させることで発電量を増やし、荷役手段の位置エネルギを回生電力として回収できる量を増やすことができる。一方、還流される液体の圧力が低いほど、発電手段の回転数が遅くなるように回転数比が変化されるとともに、発電手段の出力電流が減少される。このため、軽負荷時（軽荷重時）であっても発電手段を回転させ、荷役回生を行うことができる。したがって、請求項１の発明によれば、軽負荷時から高負荷時まで荷役回生をすることができる。また、軽負荷時において、変速手段により発電手段の回転数が遅くなるように回転数比を変化させることで、回転駆動手段を回転させるのに必要な入力トルク、すなわちリフトシリンダから液体を還流させる際の抵抗を減少させ、軽負荷時における荷役手段の下降速度の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフォークリフトの荷役回生装置において、前記変速制御手段は、前記発電手段の出力電流を所定値以下にしても、前記発電手段を回転させるために必要な出力トルクよりも、還流される液体により回転される前記回転駆動手段の駆動トルクが小さい場合には、前記回転駆動手段と前記発電手段との接続を解除させるように前記変速手段を制御することを要旨とする。

これによれば、還流される液体の圧力が低くいために、発電手段の出力電流を所定値以下にしても、出力トルクよりも駆動トルクが小さい場合には、回転駆動手段と発電手段の接続が解除され、回転駆動手段を回転させるのに必要なトルクを減少させることができる。このため、リフトシリンダから液体を還流させる際の抵抗を減らし、軽負荷時における荷役手段の下降速度の低下を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のフォークリフトの荷役回生装置において、前記変速手段は、無段変速機であることを要旨とした。これによれば、還流される液体の圧力が高いときから低いときまで、回転駆動手段と発電手段の回転数比（変速比）が滑らかに変化される。このため、還流される液体の圧力に応じて最適な変速比に制御することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のフォークリフトの荷役回生装置において、前記回転駆動手段は、可変容量モータであることを要旨とする。これによれば、変速手段による回転数比の変化（変速）だけでなく、可変容量モータの吐出量を調整することにより、可変容量モータの回転数を変化（変速）させることができる。

請求項５に記載の発明は、フォークリフトにおいて、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の荷役回生装置を搭載したことを要旨とした。これによれば、軽負荷時から高負荷時まで荷役回生をすることができる。

本発明によれば、軽負荷時から高負荷時まで荷役回生をすることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、バッテリ式のフォークリフト１の車体２の前側下部には、駆動輪（前輪）３ａが設けられており、車体２の後側下部には、操舵輪（後輪）３ｂが設けられている。車体２の前部には、マスト４が立設されている。マスト４は、車体２に対して前後に傾動可能に支持された左右一対のアウタマスト４ａと、これにスライドして昇降するインナマスト４ｂとからなる。各アウタマスト４ａの後部には、リフトシリンダ５が配設されている。インナマスト４ｂの内側には、荷物Ｗを載置する荷役手段としてのフォーク６を備えたリフトブラケット７が昇降可能に支持されている。そして、フォーク６は、リフトシリンダ５の伸縮動作によりリフトブラケット７とともに昇降される。

左右一対のティルトシリンダ８は、その基端側が車体（車体フレーム）２に対して回動可能に連結されるとともに、先端側がアウタマスト４ａの側面に回動可能に連結されている。マスト４は、ティルトシリンダ８が伸縮駆動されることで前後に傾動する。

運転室９には、その前側にハンドル１０、操作手段としてのリフトレバー１１、及びティルトレバー１２が装備されている。リフトレバー１１は、フォーク６を昇降させる指示をする際に運転者により操作されるレバーであり、ティルトレバー１２はマスト４を前後方向に傾動させる指示をする際に運転者により操作されるレバーである。

車体２には、バッテリ１３が搭載されている。本実施形態のフォークリフト１では、バッテリ１３により荷役用電動機２５（図２に示す）が駆動されるようになっている。また、本実施形態のフォークリフト１では、バッテリ１３により図示しない走行用電動機を駆動させ、駆動輪３ａが駆動されるようになっている。

次に、本実施形態のフォークリフト１の油圧回路、及び電気的構成について説明する。
図２に示すように、液体としての作動油を貯留する作動油タンク２０から各シリンダ５，８への作動油の供給管路２１には、フィルタ２２および荷役用ポンプ２３が設けられている。荷役用ポンプ２３には、荷役用電動機２５が連結されており、該荷役用電動機２５がバッテリ１３により荷役用ポンプ２３を回転駆動させることで、リフトシリンダ５やティルトシリンダ８に作動油を供給する。すなわち、荷役用ポンプ２３は、荷役用電動機２５を動力源として回転駆動されるようになっている。

供給管路２１における荷役用ポンプ２３の吐出側とシリンダ５，８との間には、コントロールバルブ２４が設けられている。コントロールバルブ２４は、各シリンダ５，８における作動油の流路を切り替え可能に構成されている。具体的に説明すると、コントロールバルブ２４は、リフトシリンダ５の伸縮動作を制御するリフト用制御弁と、ティルトシリンダ８の伸縮動作を制御するティルト用制御弁とを備えている。コントロールバルブ２４のリフト用制御弁は、リフトシリンダ５に対し荷役用ポンプ２３により作動油を供給する供給管路２１と、リフトシリンダ５から作動油を作動油タンク２０に還流させるリフトシリンダ５用の戻り管路２６とを切り替え可能に構成されている。リフトシリンダ５は、作動油が供給されることによって伸長動作し、フォーク６を上昇させる一方、作動油が還流されることによって収縮動作し、フォーク６を下降させるようになっている。

また、コントロールバルブ２４のティルト用制御弁は、ティルトシリンダ８のボトム室に作動油を供給するとともにロッド室から作動油を還流させる伸長位置と、ロッド室に作動油を供給するとともにボトム室から作動油を還流させる収縮位置とを切り替え可能に構成されている。なお、図２には、リフトシリンダ５用の戻り管路２６のみを示し、ティルトシリンダ８用の戻り管路は、その図示を省略してある。ティルトシリンダ８は、ティルト用制御弁が伸長位置に切り替えられて伸長動作し、マストを前傾動作させる一方、ティルト用制御弁が収縮位置に切り替えられて収縮動作し、マストを後傾動作させるようになっている。コントロールバルブ２４を構成するリフト用制御弁は、リフトレバー１１の操作に基づき動作し、ティルト用制御弁は、ティルトレバー１２の操作に基づき動作するようになっている。すなわち、コントロールバルブ２４を構成する各制御弁は、各レバー１１，１２の操作に基づいて、それぞれ独立して動作するようになっている。このため、本実施形態のフォークリフト１では、リフトレバー１１と同時にティルトレバー１２を傾動操作することで、例えば、フォーク６を下降させながらマスト４を後傾動作させることが可能となっている。また、コントロールバルブ２４は、リフトシリンダ５への作動油の流量を調整可能とされている。同様に、コントロールバルブ２４は、ティルトシリンダ８への作動油の流量を調整可能とされている。

リフトシリンダ５の作動油をコントロールバルブ２４から作動油タンク２０へ還流させる戻り管路２６には、回転駆動手段としての回生用ポンプ２７が設けられており、該回生用ポンプ２７は、作動油の通過により回転駆動されるようになっている。回生用ポンプ２７は、作動油が通過することより、その出力軸が回転するようになっている。すなわち、回生用ポンプ２７は、該回生用ポンプ２７を通過する作動油を動力源として、回転駆動されるようになっている。なお、以下の説明において、リフトシリンダ５から作動油タンク２０へ還流される作動油を、単に「戻り油」と示す。

回生用ポンプ２７の出力軸には、回生用ポンプ２７の回転数を所定の回転数に変速（減速／増速）させる変速手段としての変速機Ｃを介して、発電手段としての発電機２８が接続されている。発電機２８は、永久磁石式の発電機とされている。

図３に示すように、本実施形態の変速機Ｃは、回生用ポンプ２７の出力軸に直結される入力軸３２に配設されたドライブギアＧ１〜Ｇ３と、入力軸３２と平行な出力軸３３に配設されたドリブンギアＧ４〜Ｇ６との組み合わせにより、回生用ポンプ２７から入力軸３２に入力される回転の速度（回転数）を多段階に変速（減速／増速）させて、出力軸３３に出力するようになっている。変速機Ｃの出力軸３３には、発電機２８の入力軸が直結されている。本実施形態の変速機Ｃでは、戻り油の圧力Ｐに応じてギア組み合わせが選択されるようになっている。すなわち、本実施形態の変速機Ｃは、回生用ポンプ２７と発電機２８との回転数比を変化可能であって、回生用ポンプ２７の回転を発電機２８に伝達するようになっている。

それぞれ歯数の異なるドライブギアＧ１〜Ｇ３は、一体に形成されているとともに、入力軸３２上をその軸線方向に摺動可能に構成されている。入力軸３２は、スプライン軸とされており、ドライブギアＧ１〜Ｇ３は、入力軸の回転と同期（連動）して回転されるようになっている。また、ドライブギアＧ１〜Ｇ３には、該ドライブギアＧ１〜Ｇ３を入力軸３２の軸線方向に移動させ、出力軸３３側に配設されたドリブンギアＧ４〜Ｇ６との間で噛合するギア組み合わせを変更可能に構成された変速機構３４が連結されている。変速機構３４は、例えば、油圧シリンダ及び電磁弁の組み合わせから構成される。

また、ドリブンギアＧ４〜Ｇ６は、それぞれ出力軸３３に固定されており、各ドリブンギアＧ４〜Ｇ６の回転と同期（連動）して出力軸３３が回転されるようになっている。また、ドリブンギアＧ４〜Ｇ６は、それぞれ歯数が異なっている。

次に、各ギアＧ１〜Ｇ６の歯数について説明する。ドライブギアＧ１の歯数はＺ１、ドライブギアＧ２の歯数はＺ２、ドライブギアＧ３の歯数はＺ３に設定されている。これらドライブギアＧ１〜Ｇ３の歯数の関係は、Ｚ３＜Ｚ１＜Ｚ２となっている。また、ドリブンギアＧ４の歯数はＺ１、ドリブンギアＧ５の歯数はＺ４、ドリブンギアＧ６の歯数はＺ５に設定されている。これらドリブンギアＧ４〜Ｇ６の歯数の関係は、Ｚ４＜Ｚ１＜Ｚ５となっている。そして、ドライブギアＧ１は、ドリブンギアＧ４と噛合可能になっている。ドライブギアＧ１とドリブンギアＧ４の歯数は等しくなっている。ドライブギアＧ２は、ドリブンギアＧ５と噛合可能となっている。ドライブギアＧ２とドリブンギアＧ５の歯数の関係は、Ｚ２＞Ｚ４となっている。ドライブギアＧ３は、ドリブンギアＧ６と噛合可能となっている。ドライブギアＧ３とドリブンギアＧ６の歯数の関係は、Ｚ３＜Ｚ５となっている。

次に、各ギアＧ１〜Ｇ６と、ドリブンギアＧ４〜Ｇ６の組み合わせによる変速について説明する。図３（ａ）に示すように、ドライブギアＧ１と、ドリブンギアＧ４の歯数はいずれもＺ１に設定されており、等しい歯数となっている。このため、ギアＧ１，Ｇ４が噛合する組み合わせにおいて、回生用ポンプ２７から入力軸３２に入力される回転は、変速されない（等しい回転数）で出力軸３３に伝達されることになる。すなわち、発電機２８は、回生用ポンプ２７の回転数と等しい回転数で駆動されるようになっている。

図３（ｂ）に示すように、ギアＧ２，Ｇ５が噛合する組み合わせにおいて、「ドライブギアＧ２の歯数Ｚ２＞ドリブンギアＧ５の歯数Ｚ４」であることから、回生用ポンプ２７から入力軸３２に入力される回転は、増速されて出力軸３３に伝達されることになる。すなわち、発電機２８は、回生用ポンプ２７の回転数より速い回転数で駆動されるようになっている。

図３（ｃ）に示すように、ギアＧ３，Ｇ６が噛合する組み合わせにおいて、「ドライブギアＧ３の歯数Ｚ３＜ドリブンギアＧ６の歯数Ｚ５」であることから、回生用ポンプ２７から入力軸３２に入力される回転は、減速されて出力軸３３に伝達されることになる。すなわち、発電機２８は、回生用ポンプ２７の回転数より遅い回転数で駆動されるようになっている。

また、図３（ｄ）に示すように、本実施形態の変速機Ｃでは、ドライブギアＧ１〜Ｇ３のいずれも、ドリブンギアＧ４〜Ｇ６と噛合しないことにより、回生用ポンプ２７と発電機２８とを非接続状態とするギア組み合わせを取り得るようになっている。

以上のように、回生用ポンプ２７の回転は、変速機Ｃにより所定の回転数に変速（減速／増速）されて発電機２８に伝達されるようになっている。そして、発電機２８は、変速機Ｃにより変速された回生用ポンプ２７の回転により、回転駆動されて発電するようになっている。また、本実施形態のフォークリフト１では、図２に示すように、荷役用電動機２５、荷役用ポンプ２３とは別に、荷役回生専用の発電機２８、及び回生用ポンプ２７を備えたシステムとなっている。そして、図１の荷物Ｗを下降させる際に、荷物Ｗ及びフォーク６の位置エネルギによりリフトシリンダ５から作動油が戻り管路２６に送出（還流）される。そして、戻り油により回生用ポンプ２７を回転させ、それと連動して発電機２８が回転駆動されて発電するようになっている。

図２に示すように、発電機２８には出力電流制御手段としてのコンバータ２９を介して蓄電手段としてのバッテリ１３（例えば、鉛バッテリ）が接続されている。本実施形態のコンバータ２９には、図示しないドライブ回路が設けられているとともに、図示しない整流回路が接続されている。本実施形態のコンバータ２９は、Ｈブリッジ回路により構成されており、該Ｈブリッジ回路には、スイッチング素子として、例えば、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。また、コンバータ２９は、所定の制御信号を入力したドライブ回路によりスイッチング素子がＰＷＭ（パルス幅変調）制御されるとともに、そのデューティ比を変更できるようになっている。そして、コンバータ２９は、発電機２８で発電され、整流回路により交流から直流に変換された直流電力を入力し、バッテリ１３に供給するようになっている。なお、以降の説明において、コンバータ２９に供給される電力の電流を「Ｉ」、電圧を「Ｖ」とする。そして、コンバータ２９は、スイッチング素子のデューティ比を変更することで、発電機２８の出力電流Ｉを変化させ、発電機２８を駆動させるためのトルク（以下、「出力トルク」と示す）を変化させることが可能となっている。具体的に説明すると、コンバータ２９のデューティ比を大きくすることで出力電流Ｉを高く、すなわち出力トルクを高くすることができる。また、コンバータ２９のデューティ比を小さくすることで出力電流Ｉを小さく、すなわち出力トルクを小さくすることができる。

また、戻り管路２６において、コントロールバルブ２４と回生用ポンプ２７の間には、圧力調整弁３６が配設されている。同様に、供給管路２１において、コントロールバルブ２４と荷役用ポンプ２３の間には、圧力調整弁３６が配設されている。圧力調整弁３６は、供給管路２１及び戻り管路２６を通過する作動油の圧力を調整し、フォーク６の昇降速度（リフトシリンダ５の伸縮速度）を調整可能となっている。

また、本実施形態のフォークリフト１には、荷役回生を統括的に制御する制御装置３０が搭載されている。制御装置３０は、プログラムの実行や各種の演算処理を行うＣＰＵと、該ＣＰＵによる演算処理結果を一時的に記憶し、各種マップやプログラムを記憶するメモリが備えられている。

制御装置３０には、コンバータ２９が接続されており、前記ドライブ回路に所定の制御信号を出力して、スイッチング素子のデューティ比を制御可能となっている。
制御装置３０には、変速機Ｃの変速機構３４が接続されており、所定の制御信号を出力して、ドライブギアＧ１〜Ｇ３とドリブンギアＧ４〜Ｇ６の組み合わせ及び、非接続状態を切り替え可能となっている。

制御装置３０には、リフトレバー１１の操作量を検出する操作量検出手段としての操作量センサ３１が配設されている。操作量センサ３１は、リフトレバー１１に設けられており、フォーク６を下降させる下降指示方向への操作量θに応じた検出信号を制御装置３０に出力するようになっている。制御装置３０は、操作量センサ３１から入力する検出信号に基づき、リフトレバー１１の操作量θを認識するようになっている。

また、制御装置３０には、ティルトレバー１２の傾動動作を検出する図示しないティルト操作センサが配設されている。ティルト操作センサはティルトレバー１２に設けられており、マスト４を前傾又は後傾させる操作を検出して検出信号を制御装置３０に出力するようになっている。

制御装置３０には、フォーク６の揚高位置を検出する揚高センサ４ｃが接続されている。揚高センサ４ｃは、マスト４（リフトシリンダ５）に配設されており、フォーク６の揚高Ｈに応じた検出信号を制御装置３０に出力するようになっている。制御装置３０は、揚高センサ４ｃから入力する検出信号に基づき、単位時間当りのフォーク６の下降距離（以下、「下降速度」と示す）を演算し、認識するようになっている。揚高センサ４ｃは、例えば、リールセンサからなる。

制御装置３０には、戻り油の圧力Ｐを検出する圧力検出手段としての圧力センサ３５が接続されている。圧力センサ３５は、リフトシリンダ５とコントロールバルブ２４の間に配設されており、戻り油の圧力Ｐに応じた検出信号を制御装置３０に出力するようになっている。制御装置３０は、圧力センサ３５から入力する検出信号に基づき、戻り油の圧力Ｐを認識するようになっている。

また、制御装置３０には、圧力調整弁３６が接続されており、該圧力調整弁３６の開度を調整することにより、フォーク６の下降速度を所定の下降速度に保つようになっている。

そして、本実施形態の制御装置３０は、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１ａ未満の場合、発電機２８の出力電流Ｉがゼロ（零）になるようコンバータ２９の動作を制御し、発電機２８による発電（荷役回生）を停止させるようになっている。なお、出力電流Ｉをゼロ（零）に設定すると、発電機２８は、発電を行わない状態（非発電状態）となる。圧力Ｐ１ａは、回生用ポンプ２７の回転を減速して発電機２８に伝達させるギアＧ３，Ｇ６の組み合わせを選択し、さらに出力電流Ｉをバッテリ１３に充電可能な範囲で最小に設定しても、戻り油が回生用ポンプ２７を回転駆動させるトルク（以下、「駆動トルク」と示す）より、発電機２８の出力トルクが大きくなる圧力となっている。

次に、制御装置３０のメモリに記憶保持されているマップについて説明する。
図４に示すマップＭ１は、制御装置３０が戻り油の圧力Ｐ、及びリフトレバー１１の操作量θに対して、発電機２８の出力電流Ｉを設定するためのマップとなっている。マップＭ１は、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１以上であって圧力Ｐ２未満の場合に選択されるギアＧ３，Ｇ６の組み合わせ、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ２以上であって圧力Ｐ３未満の場合に選択されるギアＧ１，Ｇ４の組み合わせ、及び戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ３以上の場合に選択されるギアＧ２，Ｇ５の組み合わせの、各ギア組み合わせにおいて、それぞれ適用されるようになっている。なお、圧力Ｐ１〜Ｐ３の関係は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３となっている。また、マップＭ１は、ギアＧ３，Ｇ６の組み合わせでは、圧力Ｐ１ａ≦戻り油の圧力Ｐ＜圧力Ｐ２の範囲で適用されるようになっている。

本実施形態のマップＭ１において、発電機２８の出力トルク（出力電流Ｉ）は、リフトの操作性に影響を与えず、且つコントロールバルブ２４及び圧力調整弁３６を全開にできる範囲で設定されている。また、発電機２８の出力トルク（出力電流Ｉ）は、回生用ポンプ２７の駆動トルクよりも僅かに小さくなるように設定されている。このため、戻り油により回生用ポンプ２７が若干過剰に回転されるようになっている。また、マップＭ１は、戻り油の圧力Ｐ及び、変速機Ｃにおけるギア組み合わせに応じて最も効率の良い出力電流Ｉとなるように設定されている。そして、マップＭ１では、戻り油の圧力Ｐが高いほど、出力電流Ｉが高くなるように設定されている。また、マップＭ１では、戻り油の圧力Ｐが同一であっても、リフトレバー１１の操作量θが大きいほど、出力電流Ｉが小さくなるように設定されている。

図５に示すマップＭ２は、制御装置３０が戻り油の圧力Ｐに対して、変速機Ｃにおけるギア組み合わせを決定するためのマップとなっている。
マップＭ２では、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ２以上であって圧力Ｐ３未満の場合、ギアＧ１，Ｇ４の組み合わせが選択されるようになっている。圧力Ｐ２は、ギアＧ１，Ｇ４の組み合わせにおいて、発電機２８の出力電流Ｉを小さく設定することで、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより僅かに大きくなるように調整できる下限の圧力となっている。一方、圧力Ｐ３は、ギアＧ１，Ｇ４の組み合わせにおいて、発電機２８の出力電流Ｉを大きく設定することで、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより僅かに大きくなるように調整できる上限の圧力となっている。

マップＭ２では、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ３以上の場合、ギアＧ２，Ｇ５の組み合わせが選択されるようになっている。すなわち、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ３より高く、ギアＧ１，Ｇ４の組み合わせにおいて発電機２８の出力電流Ｉを最大に設定しても、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより大きくなる場合に、増速させるギア組み合わせを選択するようになっている。

マップＭ２では、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ４以上の場合、ギアＧ２，Ｇ５の組み合わせが選択されることに加えて、制御装置３０がコントロールバルブ２４の開度を制御して、戻り油の圧力Ｐを圧力Ｐ４に保つようになっている。圧力Ｐ４は、ギアＧ２，Ｇ５の組み合わせにおいて、発電機２８の出力電流Ｉを大きく（最大に）設定することで、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより僅かに大きくなるように調整できる上限の圧力となっている。

また、マップＭ２では、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１以上であって圧力Ｐ２未満の場合、ギアＧ３，Ｇ６の組み合わせが選択されるようになっている。すなわち、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ２より低く、ギアＧ１，Ｇ４の組み合わせにおいて発電機２８の出力電流Ｉを最小に設定しても、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより小さくなる場合に、減速させるギア組み合わせが選択されるようになっている。圧力Ｐ１は、ギアＧ３，Ｇ６の組み合わせにおいて、発電機２８の出力電流Ｉを小さく設定、若しくはゼロ（零）に設定することで、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより僅かに大きくなるように調整できる下限の圧力となっている。

そして、マップＭ２では、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１未満の場合、非接続状態のギア組み合わせが選択されるようになっている。すなわち、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１より小さく、ギアＧ３，Ｇ６の組み合わせにおいて発電機２８の出力電流Ｉをゼロ（零）に設定しても、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより小さくなる場合に、回生用ポンプ２７と発電機２８とを非接続状態とするようになっている。

次に、以上のように構成されたフォークリフト１の作用（制御）について、荷役回生を行う動作を中心に説明する。なお、以下の説明では、フォークリフト１において、荷物Ｗをフォーク６に載置し、所定の揚高Ｈに上昇させた状態であるものとする。

制御装置３０は、操作量センサ３１から検出信号を入力するとコントロールバルブ２４に制御信号を出力して戻り管路２６に切り替え動作させ、リフトシリンダ５の作動油を作動油タンク２０に還流させてフォーク６及び荷物Ｗの下降を開始させる。このとき、制御装置３０は、コントロールバルブ２４と圧力調整弁３６を全開に制御する。

次に、制御装置３０は、圧力センサ３５から入力した検出信号に基づき戻り油の圧力Ｐを認識し、マップＭ２を参照して対応するギア組み合わせを選択（決定）する。具体的に説明すると、制御装置３０は、戻り油の圧力ＰがＰ１未満の場合、非接続状態のギア組み合わせを選択する。制御装置３０は、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１以上であって圧力Ｐ２未満の場合、ギアＧ３，Ｇ５の組み合わせを選択する。制御装置３０は、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ２以上であって圧力Ｐ３未満の場合、ギアＧ１，Ｇ４の組み合わせを選択する。制御装置３０は、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ３以上の場合、ギアＧ２，Ｇ５の組み合わせを選択する。そして、制御装置３０は、変速機Ｃの変速機構３４に制御信号を出力し、選択したギア組み合わせとなるように動作させる。

また、制御装置３０は、選択したギア組み合わせにおいて、戻り油の圧力Ｐ、及びリフトレバー１１の操作量θに基づき、マップＭ１を参照して出力電流Ｉを決定する。そして、制御装置３０は、コンバータ２９に制御信号を出力し、決定した出力電流Ｉとなるようにコンバータ２９の動作を制御する。なお、制御装置３０は、ギアＧ３，Ｇ６の組み合わせを選択した場合（圧力Ｐ１≦戻り油の圧力Ｐ圧力＜圧力Ｐ２の場合）であって、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１ａ未満の場合には、マップＭ１を参照せずに、出力電流Ｉがゼロ（零）になるようコンバータ２９の動作を制御し、発電機２８を非発電状態とする。

そして、制御装置３０は、リフトレバー１１の操作量θから、フォーク６の下降速度の目標値を算出するとともに、揚高センサ４ｃからの検出信号に基づき算出したフォーク６の下降速度とを比較する。そして、制御装置３０は、目標値とフォーク６の下降速度が一致すると、圧力調整弁３６を制御し、フォーク６の下降速度が一定となるように制御する。

また、制御装置３０は、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ４以上の場合には、コントロールバルブ２４を作動させ、戻り油の圧力Ｐを、圧力Ｐ４に保つように制御する。本実施形態では、マップＭ１，Ｍ２を参照し、コンバータ２９及び変速機Ｃの動作を制御する制御装置３０が、電流制御手段、及び変速制御手段として機能している。

一方、制御装置３０は、フォーク６の下降動作中（リフトシリンダ５の収縮動作中）において、ティルトレバー１２が操作されると、該ティルトレバー１２の操作に基づきコントロールバルブ２４のリフト用制御弁を前記伸長位置、又は収縮位置に切り替えるように制御する。そして、ティルトシリンダ８は、荷役用ポンプ２３によりボトム室又はロッド室に作動油が供給されて伸縮動作し、マスト４を傾動動作させる。すなわち、本実施形態のフォークリフト１では、荷役用ポンプ２３及び荷役用電動機２５とは別体に、回生専用の回生用ポンプ２７及び発電機２８を設けており、フォーク６の下降動作時において、荷役回生を行いつつティルト動作を行うことができるようになっている。

したがって、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）回生用ポンプ２７と発電機２８との間に変速機Ｃを配設するとともに、戻り油（還流される作動油）の圧力Ｐが圧力Ｐ３以上となると、ギアＧ２，Ｇ５の組み合わせを選択し、発電機２８の回転が増速されるように、回生用ポンプ２７の回転を発電機２８に伝達するようにした。このため、戻り油の圧力Ｐが高い高負荷（重荷重）時において、発電機２８の回転数を増加させて発電量を増やすことが可能となり、単にコントロールバルブ２４により戻り油の圧力Ｐを調整することと比較して、フォーク６や荷物Ｗの位置エネルギを回生電力として回収できる量を増やすことができる。

（２）戻り油の圧力が高い高負荷時において、増速させて発電機２８を回転させることで、発電機２８の最大電流値が小さくても十分に発電量を確保することができる。すなわち、回生専用の発電機２８の大型化を抑制し、コストを低減することができる。

（３）一方、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ２未満となると、ギアＧ３，Ｇ６の組み合わせを選択し、発電機２８の回転が減速されるように、回生用ポンプ２７の回転を発電機２８に伝達するようにした。このため、戻り油の圧力Ｐが低い軽負荷（軽荷重）時であっても、発電機２８を駆動させるために必要な回生用ポンプ２７のトルク（以下、「入力トルク」と示す）を低減することで発電機２８を駆動させ、荷役回生を行うことができる。

（４）変速機Ｃは、回生用ポンプ２７の回転を増速及び減速させて発電機２８に出力（伝達）可能に構成した。すなわち、本実施形態の変速機Ｃは、回生用ポンプ２７と発電機２８との回転数比を変化可能であって、回生用ポンプ２７の回転を発電機２８に伝達するようになっている。このため、戻り油の圧力Ｐが低い低負荷時から、戻り油の圧力Ｐが高い高負荷時まで、荷役回生をすることができる。

（５）制御装置３０は、選択したギア組み合わせにおいて、発電機２８の出力電流Ｉを増減するようにした。このため、戻り油の圧力Ｐが高いほど発電機２８の出力電流Ｉを高くし、発電量を増加させることができる。その一方で、戻り油の圧力Ｐが低いほど発電機２８の出力電流Ｉを小さくし、発電量を減少させつつ荷役回生を継続させることができる。

（６）戻り油の圧力Ｐが低い軽負荷時において、変速機Ｃにより減速させることにより、回生用ポンプ２７の入力トルク、すなわち戻り油が回生用ポンプ２７を通過する際の抵抗を減少させ、フォーク６及び荷物Ｗの下降速度の低下を抑制することができる。

（７）戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１未満となると、非接続状態のギア組み合わせを選択するようにした。このため、発電機２８の出力電流Ｉをゼロ（零）に設定しても、回生用ポンプ２７の駆動トルクが発電機２８の出力トルクより小さくなる場合には、回生用ポンプ２７と発電機２８との接続を解除することができる。したがって、回生用ポンプ２７に発電機２８の出力トルクがかからなくなり、戻り油が回生用ポンプ２７を通過する際の抵抗を減少させることができる。すなわち、軽負荷時におけるフォーク６の下降速度の低下を抑制することができる。

（８）制御装置３０は、選択したギア組み合わせにおいて、戻り油の圧力Ｐ及びリフトレバー１１の操作量θに基づき、発電機２８の出力電流Ｉ（出力トルク）を制御するようにした。このため、各ギア組み合わせにおいて、回生用ポンプ２７の入力トルクを変化させることができる。したがって、フォーク６の下降速度を、リフトレバー１１の操作量θから算出されるフォーク６の下降速度の目標値となるように制御することができる。

（９）リフトシリンダ５及びティルトシリンダ８を動作させるための荷役用ポンプ２３及び荷役用電動機２５とは別に、荷役回生専用の回生用ポンプ２７及び発電機２８を設けた。このため、フォーク６を下降させながらマスト４傾動動作をさせる場合など、荷役回生を行いつつ他の油圧シリンダを動作させることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 本実施形態において、変速機Ｃは、遊星機構を備えた無段変速機としてもよい。また、ベルト式の無段変速機としてもよい。このように構成することで、戻り油の圧力Ｐが低いときから高いときまで、減速及び増速の度合い（変速比）を滑らかに変化させることができる。すなわち、回生用ポンプ２７と発電機２８の回転数比を滑らかに変化させることができる。このため、還流される圧力に応じて最適な変速比に制御することができる。

○ 本実施形態において、回生用ポンプ２７は、可変容量ポンプとしてもよい。可変容量ポンプとして、例えば、斜板の角度を変えることによって吐出量を制御可能な斜板形のピストンポンプを用いることができる。この場合、可変容量ポンプとした回生用ポンプ２７と、制御装置３０とを接続して、該制御装置３０により回生用ポンプ２７の吐出量を制御するようにする。具体的に説明すると、制御装置３０は、リフトレバー１１の操作量θから算出されるフォーク６の下降速度の目標値、及び戻り油の圧力Ｐとから、フォーク６の下降速度の目標値に対応する回生用ポンプ２７の回転数となるように、該回生用ポンプ２７の吐出量を調整する。これによれば、変速手段による回転数比の変化（変速）だけでなく、可変容量モータの吐出量を調整することにより、可変容量モータの回転数を変化（変速）させ、より柔軟にフォーク６の下降速度を制御できる。

○ 本実施形態において、圧力センサ３５は、圧力調整弁３６と回生用ポンプ２７との間に配設してもよく、回生用ポンプ２７と作動油タンク２０との間に配設してもよい。このように構成しても、戻り油の圧力Ｐを検出することができる。しかし、コントロールバルブ２４や回生用ポンプ２７を通過する際に圧力損失を起こすことから、より正確な圧力を検出するために、圧力センサ３５をコントロールバルブ２４よりリフトシリンダ５側に配設することがより好ましい。

○ 本実施形態において、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ１ａ未満の場合、発電機２８の出力電流Ｉがゼロ（零）になるようにコンバータ２９の動作を制御するようにしたが、これに代えて、制御装置３０が非接続状態のギア組み合わせを選択するように構成してもよい。このように構成しても、軽負荷時におけるフォーク６の下降速度の低下を抑制することができる。

○ 本実施形態において、フォーク６の下降速度は、回生用ポンプ２７又は発電機２８の回転数により算出してもよい。この場合、回生用ポンプ２７又は発電機２８に回転数センサを配設するとともに、制御装置３０に接続するようにする。

○ 本実施形態において、戻り油の圧力Ｐが圧力Ｐ４以上の場合、制御装置３０は、回生用ポンプ２７と発電機２８とを非接続状態とするように変速機Ｃ（変速機構３４）を制御してもよい。このように構成しても、戻り油により発電機２８が過剰に回転されることを抑制することができる。

○ 本実施形態において、ギア組み合わせは、３種類（３段階）に限定されるものではなく、２種類（２段階）でもよく、４種類（４段階）以上であってもよい。このように構成しても、戻り油の圧力Ｐに応じて、回生用ポンプ２７の回転を変速させて発電機２８に伝達することができる。

○ 本実施形態において、マップＭ１に代えて、戻り油の圧力Ｐ、リフトレバー１１の操作量θをもとに出力電流Ｉを算出する関係式を用いてもよい。
○ 本実施形態において、供給管路２１と戻り管路２６とを１つの管路により構成するとともに、荷役用ポンプ２３を、荷役回生を行うための回生用ポンプとしても機能させてもよい。この場合、荷役用ポンプに変速機Ｃを介して発電機を接続してもよいし、変速機Ｃを介し、荷役用ポンプを駆動させるモータ及び発電機として機能するモータジェネレータを接続してもよい。このように構成しても、荷役回生を行うことができる。

○ 本実施形態において、作動油を用いた油圧機構によりフォーク６の昇降動作や、マスト４の傾動動作を行ったが、非圧縮性の液体であればどのような液体を用いた動力機構としてもよい。

○ 本実施形態において、変速機Ｃは、常にドライブギアＧ１〜Ｇ３のうち何れかのギアがドリブンギアＧ４〜Ｇ６に噛合するように構成し、回生用ポンプ２７と発電機２８とを非接続状態としないように構成してもよい。

○ 本実施形態において、変速機Ｃは、ギアＧ１，Ｇ４の変速されない組み合わせ、ギアＧ２，Ｇ５の増速される組み合わせ、及びギアＧ３，Ｇ６の減速される組み合わせを取り得るように構成したが、これに代えて、異なるギア組み合わせを取り得るように構成してもよい。例えば、全てのギア組み合わせにおいて、発電機２８の回転が増速されるギア組み合わせとしたり、逆に発電機２８の回転が減速されるギア組み合わせとしたりしてもよい。この場合、何れかのギア組み合わせのうち、１つのギア組み合わせにおいて、変速されないギア組み合わせとしてもよい。このように構成しても、戻り油の圧力Ｐに応じてギア組み合わせを選択することにより、戻り油の圧力Ｐが低い低負荷時から、戻り油の圧力Ｐが高い高負荷時まで、荷役回生をすることができる。

○ 本実施形態において、フォークリフト１は、エンジン式や、ハイブリッド方式のフォークリフトとしてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。

（イ）前記変速制御手段は、前記還流される液体の圧力が高く、前記発電手段の出力電流を最大に設定しても、前記発電手段を回転させるために必要な出力トルクよりも、前記還流される液体により回転される前記回転駆動手段の駆動トルクが大きい場合には、前記回転駆動手段と前記発電手段との接続を解除させるように前記変速手段を制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載のフォークリフトの荷役回生装置。

フォークリフトの側面図。 荷役回生装置の油圧回路及び電気的構成を示すブロック図。 （ａ）〜（ｄ）は、変速機の動作を示す模式図。 出力電流（出力トルク）を決定するためのマップを説明する説明図。 ギア組み合わせを決定するためのマップを説明する説明図。

符号の説明

１…フォークリフト、５…リフトシリンダ、６…フォーク、１１…リフトレバー、１３…バッテリ、２０…作動油タンク、２１…供給管路、２３…荷役用ポンプ、２６…戻り管路、２７…回生用ポンプ、２８…発電機、３０…制御装置、３１…操作量センサ、３５…圧力センサ、Ｃ…変速機。

Claims (5)

1. 荷役手段を昇降させるためのリフトシリンダに液体を供給する供給管路と、前記リフトシリンダから液体を還流させる戻り管路と、を操作手段の操作に基づき切り替えることで前記リフトシリンダを伸縮動作させるとともに、還流される液体により回転駆動手段を回転させ、該回転駆動手段の回転により発電手段を駆動して発電した電力を蓄電手段に蓄えるフォークリフトの荷役回生装置において、
   還流される液体の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、
   前記発電手段と前記蓄電手段との間に介在され、前記発電手段の出力電流を制御可能な出力電流制御手段と、
   前記回転駆動手段と前記発電手段との間に介在され、前記回転駆動手段と前記発電手段との回転数比を変化可能であって、前記回転駆動手段の回転を前記発電手段に伝達可能に接続する変速手段と、
   還流される液体の圧力が高いほど前記出力電流が大きく、還流される液体の圧力が低いほど前記出力電流が小さくなるように制御するとともに、前記操作手段の操作量が大きいほど前記出力電流が小さく、前記操作手段の操作量が小さいほど前記出力電流が大きくなるように前記出力電流制御手段を制御する電流制御手段と、
   還流される液体の圧力が高いほど、前記発電手段の回転数が速くなるように前記回転数比を変化させる一方、還流される液体の圧力が低いほど、前記発電手段の回転数が遅くなるように前記回転数比を変化させるよう前記変速手段を制御する変速制御手段と、を備えたことを特徴とするフォークリフトの荷役回生装置。
2. 前記変速制御手段は、前記発電手段の出力電流を所定値以下にしても、前記発電手段を回転させるために必要な出力トルクよりも、還流される液体により回転される前記回転駆動手段の駆動トルクが小さい場合には、前記回転駆動手段と前記発電手段との接続を解除させるように前記変速手段を制御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荷役回生装置。
3. 前記変速手段は、無段変速機であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフォークリフトの荷役回生装置。
4. 前記回転駆動手段は、可変容量モータであることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のフォークリフトの荷役回生装置。
5. 請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の荷役回生装置を搭載したフォークリフト。

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