JP3156632B2 - 流体圧シリンダ及びフォークリフト - Google Patents

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】フォークリフトでは、マスト後方にリフ
トシリンダが配設されており、フォークの昇降はリフト
シリンダが駆動されることにより行われる。従来、所定
の高さの荷入れ位置に簡単にフォークを上昇させるた
め、操作レバーの操作によるフォークの昇降とは別に、
操作パネルの操作によりフォークを自動的に所定位置ま
で昇降させる自動揚高装置を備えたフォークリフトが提
案されている（例えば、特開平７−２４９６号公報）。
この装置では、リフトシリンダの駆動を制御する荷役コ
ントローラは、フォークの位置を揚高センサの検出信号
により把握して、フォークが目標位置に達するとリフト
シリンダの作動を停止させる。また、天井等の高さに制
限のある屋内作業において不用意なリフト操作でのマス
トによる天井等の破損を防止するため、フォークの位置
を揚高センサの検出信号により把握して、揚高が所定の
高さより高くなるのを規制する揚高規制機能を備えたフ
ォークリフトも実施されている。

【０００３】また、フォークリフト等の産業車両では、
走行時の車両安定化を図るため、後輪を支持する車軸が
車体に対して揺動可能に取付けられている。しかし、フ
ォークリフトの運転状況によっては車軸の揺動を許容す
ることにより、走行安定性が却って低下する場合があ
る。この不都合を解消するため、特開昭５８−１６７２
１５号公報には、フォークの積荷の荷重が所定重量以上
になったことを検知する荷重検知手段と、フォークが所
定高さ以上に上昇したことを検知する揚高検知手段とを
備え、両検知手段が共に検知状態となる重荷重かつ高揚
高のときに、車軸を固定する技術が開示されている。こ
の場合は、車軸を固定するか否かの判断の基準となる揚
高は予め設定された単一の高さのため、積荷の荷重が重
い時を基準として設定する必要があり、車軸の固定が不
要な軽い積荷の場合にも車軸を固定することになり、前
輪のスリップが発生し易くなって走行性が悪くなるとい
う問題がある。この不都合を解消するため、本願出願人
は車軸を固定するか否かの判断の基準となる揚高を連続
的に変化させ、揚高と積荷の荷重あるいは他の条件との
組み合わせで車軸を固定するか否かの判断を行う産業車
両の揺動制御装置を発明した。この場合、揚高を連続的
に検出可能な揚高センサが必要になる。

【０００４】従来、揚高センサにはリール式のものが使
用されている。リール式の揚高センサは、一端がフォー
クに接続されたワイヤと、そのワイヤが巻き掛けられる
リールと、リールの回転量を検出するための回転検出器
（ポテンショメータ）とを備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の揚高セ
ンサはワイヤが巻き掛けられたリールを装備することか
ら、センサとしては比較的大型であり、大きな設置スペ
ースを必要とするという問題がある。また、外部に露出
したワイヤが異物との接触により切断する虞がある。さ
らに、ポテンショメータの開口部から粉塵等が進入する
ため故障し易く、メンテナンスに手間が掛かるという問
題もある。特に海岸付近や食塩水を使用する環境下で作
業を行う場合、故障し易い。

【０００６】さらに、フォークリフトに限らず、シリン
ダにより移動（駆動）される移動体を備えた高所作業
車、バックホー車等の産業車両においては、移動体の位
置や移動速度を簡単に検出できれば、種々の制御を容易
に行うことができる。しかし、従来のセンサは移動体や
シリンダの外周部に配設されるため、設置箇所の確保が
難しいとともに、センサが障害物に接触して破損する虞
がある。

【０００７】本願出願人は前記の問題を解消するため、
超音波センサを備えた流体圧シリンダを発明した。超音
波センサは、ピストン又はシリンダチューブ内でピスト
ンと一体に移動する反射部に向かって超音波を送信する
とともにピストン又は前記反射部で反射した反射波を受
信してそれに対応した電気信号を出力する。

【０００８】超音波は超音波センサからピストン側に向
かって拡がるように進行する。従って、超音波を反射す
るピストン又は反射部の反射面が平面であると、図７に
示すように、ピストン６０の反射面６０ａの外周寄りで
反射した超音波は、超音波センサ６１に向かう方向に進
行せずシリンダ６２の内壁面に向かうように進行する。
従って、反射面６０ａで反射して直接超音波センサ６１
に戻ってくる反射波の割合が少なくなり、送信波の強度
が同じ場合には反射波に基づく超音波センサ６１の出力
信号が弱くなる。その結果、長距離の検出精度が低下す
る。

【０００９】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は流体圧シリンダに装備さ
れた超音波センサによる検出精度を高めることができる
流体圧シリンダを提供することにある。また、第２の目
的は、その流体圧シリンダをリフトシリンダとして装備
したフォークリフトを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、請求項１に記載の発明では、ピストン又はシリ
ンダチューブ内でピストンと一体に移動する反射部に向
かって超音波を送信するとともにピストン又は前記反射
部で反射した反射波を受信してそれに対応した電気信号
を出力する超音波センサを装備し、前記ピストン又は前
記反射部の反射面を、前記超音波センサに向かう反射波
の割合を高めるような凹状にした。

【００１１】なお、「ピストン又は反射部に向かって超
音波を送信する」とは、超音波の直進経路がピストン又
は反射部に向かう場合のみを意味するのではなく、超音
波センサから送信された超音波が反射部材で反射された
後、ピストン又は反射部に向かう場合をも含む。

【００１２】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記反射面は一定の曲率の凹面に形
成されている。請求項３に記載の発明では、請求項２に
記載の発明において、前記反射面の曲率半径は、反射面
が前記超音波センサの測長レンジの中の長距離側と対応
する位置に配置された状態における超音波センサとの距
離に設定されている。

【００１３】請求項４に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記反射面は円錐台状に形成された
凹部の内面により形成されている。請求項５に記載の発
明では、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発
明において、作動流体を油圧油とした。

【００１４】第２の目的を達成するため、請求項５に記
載の発明のフォークリフトは、請求項６に記載の流体圧
シリンダをリフトシリンダとして備えた。従って、請求
項１に記載の発明では、流体圧シリンダに装備された超
音波センサから送信された超音波は、ピストン又はピス
トンと一体に移動する反射部で反射される。反射波は超
音波センサで受信され、超音波センサから反射波の強度
に対応した電気信号が出力される。超音波センサから送
信された超音波は、凹状の反射面で反射されるため、反
射面が平面の場合に比較して超音波センサに向かう反射
波の割合が高くなる。

【００１５】請求項２に記載の発明では、前記反射面は
一定の曲率の凹面に形成されているため、反射面で反射
して超音波センサに向かう反射波の割合が高くなる。請
求項３に記載の発明では、反射面の曲率半径が、反射面
が超音波センサの測長レンジの中の長距離側と対応する
位置に配置された状態における超音波センサとの距離に
設定されている。従って、超音波センサからの距離が長
くなって反射波の強度が弱くなる位置に反射面が配置さ
れたときに、反射波の大部分が超音波センサに向かって
進行し、超音波センサからの出力信号の強度低下が抑制
される。

【００１６】請求項４に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記反射面は円錐台状に形成された
凹部の内面により形成されている。従って、反射面の加
工が球面加工に比較して容易となる。

【００１７】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のいずれか一項に記載の発明において、作動流体
が油圧油のため、気体（例えば空気）を作動流体とした
場合より駆動力の大きな流体圧シリンダが容易に得られ
る。また、超音波の伝達効率が良く、即ち超音波の減衰
が小さくなり、ピストン又は前記反射部までの距離の測
定条件が安定する。

【００１８】請求項６に記載の発明のフォークリフト
は、フォークの位置を連続的に簡単に検出できるため、
フォークの位置（揚高）検出を必要とする停止位置制御
等が容易となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明を具体化した第１の
実施形態を図１〜図３に従って説明する。

【００２０】図３に示すように、産業車両としてのフォ
ークリフト１の車体２の前部には、左右一対のマスト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の内側には移動体としてのフォ
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。各マスト３の後方には流体圧シリンダとし
てのリフトシリンダ５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
（図示せず）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５の上
部にそれぞれ連結されたチェーン（図示せず）が掛装さ
れている。そして、運転室Ｒに設けられたリフトレバー
（荷役レバー）７の操作により、リフトシリンダ５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。流体圧シリンダには動力の媒体（作動流体）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。

【００２１】図１に示すように、リフトシリンダ５には
単動シリンダが使用され、円筒状のシリンダチューブ
８、シリンダヘッド（ヘッドカバー）としてのボトムブ
ロック９、ロッドカバー１０、ピストンロッド６及びピ
ストンロッド６と一体移動可能に形成されたピストン１
１を備え、ボトムブロック９側が下になる状態で使用さ
れる。ボトムブロック９はシリンダチューブ８に溶接固
定され、ロッドカバー１０はシリンダチューブ８に螺合
固定されている。ピストンロッド６はロッドカバー１０
の挿通口１０ａを貫通してシリンダチューブ８内に挿通
されており、挿通口１０ａにはシール部材１２が介装さ
れている。また、シリンダチューブ８の先端外周面とロ
ッドカバー１０の内面との間にはＯリング（オーリン
グ）１３が介装されている。シリンダチューブ８の上端
内周側にはピストンロッド６の突出を規制する略円筒状
の規制部材１４が嵌挿されており、この規制部材１４の
下面にピストン１１が当接する位置がピストン１１の上
死点となる。

【００２２】シリンダチューブ８には規制部材１４の近
傍に排気口１５が形成されている。排気口１５にはオー
バーフローパイプ１６が固定されており、ピストンロッ
ド６の突出移動時（上昇移動時）にピストン１１により
圧縮される空気はこのオーバーフローパイプ１６を介し
てホース１７へ排気される。

【００２３】ピストン１１のボトムブロック９と対向す
る側には、後記する超音波センサ１９から送信された超
音波を反射する反射面１８ａが形成されている。反射面
１８ａはボトムブロック９の上側に形成された規制面９
ａと当接するピストン１１の端面（下面）より突出する
ように形成された突部１８に設けられている。反射面１
８ａは反射後、超音波センサ１９に向かう反射波の割合
を高めるような凹状に形成されている。反射面１８ａは
一定の曲率の凹面（球面の一部を構成する凹面）に形成
されている。反射面１８ａの曲率半径は、反射面１８ａ
が前記超音波センサの測長レンジの中の長距離側と対応
する位置に配置された状態における超音波センサ１９と
の距離に設定されている。この実施の形態では反射面１
８ａの曲率半径は、ピストン１１が上死点に配置された
状態における超音波センサ１９と反射面１８ａとの距離
に設定されている。

【００２４】ボトムブロック９には超音波センサ１９を
収容する室２０が形成されるとともに、リフトシリンダ
５への油圧油の供給、排出を行うポート２１が、室２０
を側方に開放する状態で形成されている。ポート２１は
管路２２を介して制御弁２３に連結され、制御弁２３は
管路２５ａを介してオイルポンプ２４に、管路２５ｂを
介してオイルタンク２６にそれぞれ連結されている。ま
た、室２０内には油圧油の温度を検出する温度検出手段
としての温度センサ２７が配設されている。なお、管路
２２はフローレギュレータバルブ（図示せず）を介して
ポート２１に連結されている。

【００２５】制御弁２３はリフトレバー７の操作によ
り、上昇操作位置、中立位置、下降操作位置の３位置に
切換操作可能になっている。制御弁２３は、リフトレバ
ー７が中立位置に配置された状態では、管路２２と両管
路２５ａ，２５ｂとの連通を遮断して、リフトシリンダ
５内の油圧油の移動を阻止する状態に保持するようにな
っている。また、制御弁２３は、リフトレバー７が上昇
操作位置に配置された状態では、管路２２と管路２５ａ
とを連通させてリフトシリンダ５を伸長させ、リフトレ
バー７が下降操作位置に配置された状態では、管路２２
と管路２５ｂとを連通させてリフトシリンダ５を収縮さ
せるようになっている。

【００２６】図１及び図２に示すように、超音波センサ
１９は送信側がピストン１１と対向するようにボトムブ
ロック９に固定されている。超音波センサ１９はセンサ
振動子２８と、センサ振動子２８を支持するケース２９
と、センサ振動子２８を覆うキャップ３０とを備えてい
る。センサ振動子は一般に超音波トランスデューサと呼
ばれ、電気信号により振動して超音波を送信（送波）す
るとともに、検出対象物体から反射した超音波を受信
（受波）して電気信号に変換する作用をなす。センサ振
動子２８はキャップ３０に接着剤で貼り付けられてい
る。キャップ３０はケース２９に圧入固定され、キャッ
プ３０の端部内周面とケース２９の外周面との間にはＯ
リング３１ａが介装されている。センサ振動子２８には
キャップ３０と反対側の面（背面）にバッキング材（吸
音材）３２が設けられている。ケース２９には雄ねじ部
２９ａが形成され、その雄ねじ部２９ａがボトムブロッ
ク９の底壁に形成された取付け孔９ｂに螺合された状態
でボトムブロック９に固定されている。ボトムブロック
９とケース２９との間にはＯリング３１ｂが介装されて
いる。即ち、この実施の形態では超音波センサ１９はリ
フトシリンダ５に内蔵された状態で装備されている。

【００２７】キャップ３０の材質は特に限定されない
が、キャップ３０の材質と厚みで周波数のマッチング
（音響インピーダンス）の良し悪しが変わるため、材質
に応じて適正な厚みに設定される。金属としては加工性
や強度等の観点から鉄やアルミニウムが好ましい。この
実施の形態では金属製のキャップ３０が使用され、その
材質としてアルミニウムが使用されている。また、ケー
ス２９も金属製である。

【００２８】超音波センサ１９は送受信回路３３に電気
的に接続されている。送受信回路３３は制御装置３４と
電気的に接続されている。送受信回路３３は超音波発振
器（図示せず）を備えており、制御装置３４からの制御
信号に基づいて、所定周波数の超音波送信信号を超音波
センサ１９に送信（出力）する。また、送受信回路３３
は増幅器及び検波器（いずれも図示せず）を備え、超音
波センサ１９から出力されたアナログ電気信号を増幅す
るとともにパルス信号に変換して制御装置３４に出力す
るようになっている。

【００２９】制御装置３４は制御手段及び演算手段とし
てのＣＰＵ（中央処理装置）３５と、超音波送信信号を
出力してからその反射波を受信するまでの時間を計測す
る計時手段としてのカウンタ３６と、制御プログラム及
びフォークの位置の演算に必要なデータ等を記憶した記
憶装置３７とを備えている。記憶装置３７には前記デー
タとして例えば油圧油の温度と音速の関係を示す関係式
又はマップが記憶されている。記憶装置３７には温度セ
ンサ２７の検出温度と音速との関係を予め試験的に求め
た結果に基づいたデータが記憶されている。制御装置３
４は超音波センサ１９及び送受信回路３３とともにフォ
ークの位置検出装置（揚高検出装置）を構成する。

【００３０】温度センサ２７は制御装置３４に電気的に
接続され、ＣＰＵ３５は温度センサ２７の検出信号に基
づいてリフトシリンダ５内の油圧油の温度を演算する。
ＣＰＵ３５は超音波の送信時からその反射波の受信時ま
での時間ｔと、油圧油中の音速ｃとに基づいて超音波セ
ンサ１９からピストン１１の反射面１８ａまでの距離Ｌ
を演算する。そして、その値からフォーク４ａの位置を
演算する。なお、前記時間ｔは（１）式で表される。

【００３１】ｔ＝２Ｌ／ｃ…（１） 次に前記のように構成された装置の作用を説明する。リ
フトレバー７が中立位置に配置された状態では、管路２
２は両管路２５ａ，２５ｂとの連通が遮断された状態に
あり、管路２２を介した油圧油の供給、排出のいずれも
行われず、ピストンロッド６は停止状態に保持される。

【００３２】リフトレバー７が上昇位置に操作される
と、制御弁２３が管路２２と管路２５ａとを連通させる
供給位置に切り換えられ、オイルポンプ２４から吐出さ
れた油圧油が管路２２を介してリフトシリンダ５内に供
給される。その結果、リフトシリンダ５内に供給された
油圧油によりピストン１１とともにピストンロッド６が
押し上げられて、フォーク４ａが上昇する。

【００３３】一方、リフトレバー７が下降位置に操作さ
れると、制御弁２３が管路２２と管路２５ｂとを連通さ
せる排出位置に切り換えられる。その結果、ピストン１
１に作用する油圧油の圧力よりピストンロッド６の自重
及びフォークの自重等による圧力が大きくなり、ピスト
ンロッド６がピストン１１とともに下降してシリンダチ
ューブ８内の油圧油が排出される。このときフローレギ
ュレータバルブの作用により、フォーク４ａ上の荷の有
無等の負荷の違いに拘わらずピストンロッド６の下降速
度がほぼ一定に保持される。

【００３４】ＣＰＵ３５はフォーク４ａの位置を検出す
る場合、超音波の往復に必要な最大時間より大きな所定
時間間隔で測定要求信号を送受信回路３３に出力する。
送受信回路３３は測定要求信号に基づいて超音波センサ
１９に所定周波数の電気信号を出力し、それに対応して
超音波センサ１９から所定周波数の超音波が出力され
る。超音波センサ１９から出力された超音波は、油圧油
中を進む。そして、反射面１８ａで反射した反射波（エ
コー）が超音波センサ１９に到達すると、超音波センサ
１９は受信した超音波に対応した電気信号を送受信回路
３３に出力する。送受信回路３３は超音波センサ１９か
ら入力したアナログ信号を増幅するとともに、パルス信
号に変換して制御装置３４に出力する。

【００３５】油圧油中の音速は約１４００ｍ／sec であ
り、フォーク４ａが最高揚高位置に配置されたときの超
音波センサ１９からピストン１１の反射面１８ａまでの
距離Ｌは１．５ｍ程度であるため、超音波の往復に必要
な最大時間は２．２ｍsec 程度となる。従って、連続的
にフォーク４ａの位置を検出する場合、この時間より大
きな間隔で測定要求信号が出力される。また、超音波発
振器から出力される周波数は、油圧油の種類、超音波セ
ンサ１９の種類などにより適宜設定され、例えば０．１
〜５ＭＨz(メガヘルツ）程度の値が使用される。

【００３６】ＣＰＵ３５は測定要求信号を送受信回路３
３に出力した時点からの経過時間をカウンタ３６で計測
し、送受信回路３３から前記パルス信号を入力した時点
で計測を終了する。ＣＰＵ３５はカウンタ３６のカウン
ト値により、超音波の送信時から反射波の受信時までの
時間ｔを演算する。また、ＣＰＵ３５は温度センサ２７
の検出信号から油圧油の温度を演算し、その温度におけ
る音速ｃを記憶装置３７に記憶されたデータに基づいて
演算する。次にＣＰＵ３５は前記時間ｔと音速ｃとに基
づいて超音波センサ１９から反射面１８ａまでの距離Ｌ
を（２）式から演算する。

【００３７】Ｌ＝ｃｔ／２…（２） そして、ＣＰＵ３５は記憶装置３７に記憶されている前
記距離Ｌと、フォーク４ａの位置（揚高）Ｈとの関係式
からフォーク４ａの位置Ｈを演算する。得られたフォー
ク４ａの位置データは、例えばフォークリフト１の揺動
規制制御に使用される。

【００３８】超音波センサ１９からピストン１１に向か
って送信され、反射面１８ａで反射して超音波センサ１
９に戻る超音波の強度の減衰が少ない方が、検出精度は
高くなる。超音波は進行する距離が大きくなるほど減衰
が大きくなる。しかし、この実施の形態では反射面１８
ａの曲率半径が、ピストン１１が上死点に配置された状
態における超音波センサ１９と反射面１８ａとの距離に
設定されている。従って、ピストン１１が超音波センサ
１９から最も離れた位置に配置された状態において、反
射面１８ａからの反射波は超音波センサ１９に向かって
進行するように反射する。その結果、反射面１８ａが平
面の場合に比較して超音波センサ１９に向かう反射波の
割合が高くなり、超音波センサ１９の出力電圧が大きく
なって、検出精度が向上する。

【００３９】センサ振動子２８の振動により超音波はピ
ストン１１と対向する側だけでなく反対側にも出力され
る。ピストン１１と反対側への超音波の出力を放置する
と、その反射波がノイズとなってフォーク４ａの位置検
出精度が低下する。しかし、センサ振動子２８からピス
トン１１と反対側に出力された超音波は、センサ振動子
２８の背面に設けられたバッキング材３２に吸収され
る。従って、超音波センサ１９から送受信回路３３への
出力信号にノイズが少なくなり、位置検出精度が向上す
る。

【００４０】超音波センサ１９をリフトシリンダ５の外
部に設け、フォーク４ａと一体的に昇降する反射部材に
向けて超音波を送信する構成とした場合、反射部材から
の反射波以外に外乱としての超音波が直接超音波センサ
１９に入力し易い。また、超音波センサ１９と反射部材
との間に障害物が進入して送信された超音波あるいは反
射波が遮られて誤検出や検出不能となる虞もある。しか
し、シリンダチューブ８内を進行するように超音波セン
サ１９が装備された場合は、リフトシリンダ５の外部か
ら超音波センサ１９に向かう超音波が存在しても、リフ
トシリンダ５で殆どが反射してしまう。その結果、外部
の超音波が外乱として作用する可能性が殆どない。ま
た、超音波センサ１９から送信された超音波あるいは反
射波が遮られて誤検出や検出不能となる虞がない。

【００４１】また、超音波センサ１９がリフトシリンダ
５に内蔵されているため、海岸付近や食塩水を使用する
等の悪環境下においても、超音波センサ１９がその雰囲
気に晒されるのが確実に回避され、使用環境の影響を受
け難い。

【００４２】この実施の形態では以下の効果を有する。 （イ） 流体圧シリンダ（リフトシリンダ５）にピスト
ン側の室２０内に送信されてピストン１１で反射した反
射波を使用してピストン１１の位置を検出する超音波セ
ンサ１９が設けられている。従って、外乱の影響を受け
難く、超音波センサ１９の検出信号に基づいてピストン
１１の位置、即ち流体圧シリンダにより駆動される移動
体（フォーク４ａ）の位置を連続的に正確に検出でき
る。

【００４３】（ロ） 超音波センサ１９から送信された
超音波は、凹状の反射面１８ａで反射するため、反射面
１８ａが平面の場合に比較して超音波センサ１９に向か
う反射波の割合が高くなる。その結果、反射面１８ａが
平面の場合に比較して、検出精度が向上する。

【００４４】（ハ） 反射面１８ａの曲率半径が、反射
面１８ａが超音波センサ１９の測長レンジの中の長距離
側と対応する位置に配置された状態における超音波セン
サ１９との距離に設定されている。従って、超音波セン
サ１９からの距離が長くなって反射波の強度が弱くなる
位置に反射面１８ａが配置されたときに、反射波の大部
分が超音波センサ１９に向かって進行し、超音波センサ
１９からの出力信号の強度低下が抑制される。その結
果、検出精度が向上する。

【００４５】（ニ） 反射面１８ａの曲率半径が、ピス
トン１１が上死点に配置された状態における超音波セン
サ１９と反射面１８ａとの距離に設定されている。従っ
て、超音波センサ１９に戻る超音波の強度の減衰が最も
大きくなる位置にピストン１１が配置された状態におい
て、反射面１８ａからの反射波のほとんどが超音波セン
サ１９に向かって進行するように反射する。その結果、
超音波センサ１９に戻る反射波の減衰が最も大きくなる
位置においても検出精度が向上する。

【００４６】（ホ） ピストン１１に反射面１８ａが形
成されるため、反射部材を別に設ける必要がない。 （ヘ） 超音波センサ１９がリフトシリンダ５に内蔵さ
れているため、障害物と接触して破損する虞がなく、セ
ンサの取付けスペースの確保の心配が不要となる。ま
た、使用環境の影響を受け難く、悪環境下で作業を行う
場合にも信頼性が向上する。

【００４７】（ト） 超音波センサ１９から送信される
超音波の伝達媒体が油圧油のため、空気を媒体とした場
合に比較して超音波の伝達効率が良く、即ち超音波の減
衰が小さくなり、測定条件が安定する。

【００４８】（チ） ＣＰＵ３５は油圧油の温度を検出
するとともに、温度補正を行った油圧油中の音速値を使
用して超音波センサ１９からピストン１１までの距離を
演算するため、フォーク４ａの位置検出精度が高くな
る。

【００４９】（リ） 温度センサ２７で検出した室２０
内の温度に基づいて音速の温度補正を行う場合、室２０
内の温度とシリンダチューブ８内の油圧油中の音速デー
タを試験で求めた結果に基づいた補正データを使用す
る。従って、超音波の進行経路でない箇所の検出温度を
使用しても補正が良好に行われる。

【００５０】（ヌ） 温度センサ２７が室２０内に設け
られているため、温度センサ２７の取付け位置の確保が
容易となる。 （ル） センサ振動子２８の背面にバッキング材３２が
設けられているため、超音波センサ１９から送受信回路
３３への出力信号にノイズが少なくなる。

【００５１】（ヲ） 超音波センサ１９は送信される超
音波がピストン１１に向かって直進する位置に取り付け
られているため、送信された超音波の進路を反射板等で
反射させて目的対象（ピストン１１）へ向ける場合に比
較して減衰が少なくなる。その結果、検出精度が向上す
る。

【００５２】（ワ） フォークリフト１のリフトシリン
ダ５に超音波センサ１９が装備され、フォーク４ａの位
置がリフトシリンダ５に装備された超音波センサ１９を
使用して検出される。従って、従来技術で使用されてい
たリール式センサ等と異なり、センサが小型化されて障
害物と接触して破損する虞がなく、センサの取付けスペ
ースの確保の心配が不要となる。また、信頼性がより向
上する。

【００５３】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図４に従って説明する。この実施の形態ではピスト
ン１１に形成された反射面の形状が前記実施の形態と異
なっており、その他の構成は同じである。前記実施の形
態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明は省略す
る。

【００５４】反射面３８ａは円錐台状に形成された凹部
３８の内面により形成されている。即ち、反射面３８ａ
は中央部が平面でその周囲にボトムブロック９側に向か
って拡径となるテーパ面が配置された形状に形成されて
いる。テーパ面とシリンダチューブ８の軸心方向とのな
す角度θの値は、ピストン１１のストロークによって適
宜設定される。

【００５５】この実施の形態においても、反射面が平面
であると反射波がシリンダチューブ８の内壁面に向かう
ように進行する反射面３８ａの外周寄りにおいて、反射
した反射波が、超音波センサ１９に向かうように進行す
る。従って、反射面３８ａで反射して直接超音波センサ
１９に戻ってくる反射波の割合が多くなり、送信波の強
度が同じ場合には反射波に基づく超音波センサ１９の出
力信号が強くなる。その結果、検出精度が向上する。

【００５６】この実施の形態においても前記実施の形態
の（イ）、（ロ）、（ホ）〜（ワ）と同様の効果を有す
る。また、この実施の形態では反射面３８ａの加工が球
面加工を必要とする前記実施の形態より簡単になる。

【００５７】なお、実施の形態は前記の各実施の形態に
限定されるものではなく、例えば次のように変更しても
よい。 ○ 超音波センサ１９を超音波の送信方向がリフトシリ
ンダ５の軸心方向となるように設ける代わりに、図５に
示すように、超音波センサ１９をリフトシリンダ５の軸
心方向と直交する方向に超音波を送信する状態に設け
る。また、超音波の進行方向を変更する反射部材３９を
設ける。超音波センサ１９からは、超音波がリフトシリ
ンダ５の長手方向と直交する方向に送信されるが、反射
部材３９で反射してその進行方向が９０°変更され、ピ
ストン１１に向かう状態となる。そして、ピストン１１
の反射面１８ａで反射した反射波は反射部材３９に向か
ってリフトシリンダ５の長手方向に沿って進行するとと
もに反射部材３９で反射し、超音波センサ１９に受信さ
れる。この場合、リフトシリンダ５がフォークリフト１
に組み付けられた状態でも、超音波センサ１９の取り外
しが容易なため、超音波センサ１９のメンテナンスが容
易となる。なお、図中４０はフローレギュレータであ
る。 ○ 反射面は曲率が一定の凹面や、円錐台状に形成され
た凹部３８の内面と対応する形状に限らず、超音波セン
サ１９に向かう反射波の割合を高めるような凹状であれ
ばよい。例えば、凹部３８の形状を円錐台状に代えて、
多角錐台状にする。多角錐台は正多角錐台が好ましく、
角数が多い方が好ましい。また、多角錐台の先端を平面
に代えて凹面とした形状としてもよい。いずれの場合
も、反射面が平面の場合に比較して、超音波センサ１９
に向かう反射波の割合が高くなり、反射面１８ａが平面
の場合に比較して、検出精度が向上する。 ○ ピストン１１のストロークが大きな場合、１個の超
音波センサ１９でピストン１１の移動領域の全ての範囲
において、正確にピストン１１の位置を検出するのは難
しい。超音波センサ１９で位置検出を行う場合、ピスト
ン１１が超音波センサ１９に近い側を移動するときの所
定範囲、超音波センサ１９から遠い側を移動するときの
所定範囲、あるいはピストン１１のストロークの中間領
域における所定範囲を正確に測定したいという要求もあ
る。このような場合、超音波センサ１９としてその測長
レンジが前記所定範囲に対応するものを使用する。そし
て、曲率が一定の反射面１８ａを設ける場合、その曲率
半径を反射面１８ａが超音波センサ１９の測長レンジの
中の長距離側の所定位置と対応する位置に配置された状
態における超音波センサ１９と反射面１８ａとの距離に
設定する。この所定位置はピストン１１が上死点に配置
された状態における超音波センサ１９と反射面１８ａと
の距離に一致する場合もある。

【００５８】この場合、超音波センサ１９の測長レンジ
の中で反射波が減衰し易い超音波センサ１９から遠い側
（長距離側）において反射面１８ａで反射した反射波の
大部分が超音波センサ１９に向かって進むため、超音波
センサ１９からの出力信号の強度低下が抑制される。そ
の結果、検出精度が向上する。 ○ 反射面１８ａ，３８ａをピストン１１に直接形成す
る代わりに、ピストン１１と一体に移動する反射部とし
て、ピストン１１と別に形成した反射部をピストン１１
に固定する。例えば、図６に示すようにピストン１１と
別に形成した反射部としての反射部材４１をピストン１
１に取り付ける。反射部材４１には反射面１８ａが形成
され、反射面１８ａと反対側に雌ねじ部４１ａが形成さ
れている。そして、雌ねじ部４１ａがピストン１１に形
成された雄ねじ部１１ａに螺合されることにより、反射
部材４１がピストン１１に固定されている。曲率が一定
の反射面１８ａに代えて、第２の実施の形態のような反
射面３８ａを形成したり、多角錐台形状の凹部の内面で
反射面を構成してもよい。

【００５９】この場合、反射面１８ａの加工精度を高め
ることが容易になる。なぜならば、ピストン１１に反射
面１８ａ，３８ａを一体に形成する場合は、ピストン１
１の材質や大きさなどが加工のし易さに影響するが、ピ
ストン１１と別に形成した反射部材４１に形成する場合
は、材質の自由度が増す。また、例えばメッキや蒸着等
による薄膜形成等の表面処理を行う場合に、不要な箇所
にメッキ層や薄膜が形成されるのを防止するのが容易と
なる。反射部材４１の材質としてセラミックを使用する
のも容易となる。 ○ 超音波センサ１９として超音波の送受信を一つのデ
バイスで行う構成に代えて、送信用デバイスと受信用デ
バイスとが別に構成された構成のものを使用してもよ
い。 ○ 温度センサ２７の取付け位置を室２０以外の位置に
してもよい。例えば、ピストン１１と一体移動可能に設
けたり、シリンダチューブ８に埋設してもよい。また、
温度センサ２７を複数箇所に設けてそれらの検出値に基
づいて音速の温度補正を行ってもよい。温度センサ２７
を複数設けた場合は補正精度が向上し、ピストン１１の
位置検出精度が向上する。 ○ 温度センサ２７を設けずに、温度補正を行う構成と
してもよい。例えば、フォーク４ａが最下降位置あるい
は最上昇位置に配置された状態、即ちフォーク４ａの位
置が予め分かっている状態でピストン１１の位置測定を
行う。そして、そのときの超音波の往復時間（エコーバ
ックタイムｔ）とピストン１１の底面までの距離Ｌから
音速ｃを演算し、その音速ｃをその後の位置演算に使用
する。音速ｃの演算を適宜行うことにより、位置検出精
度が向上する。この場合、温度センサ２７がなくても実
質的に温度補正が可能となる。 ○ 油圧油の温度変化が少なく、位置データの精度がさ
ほど要求されない使用条件の場合は、温度補正を省略し
てもよい。 ○ フォーク４ａ及びピストン１１の位置データを揺動
規制制御に限らず、揚高規制制御や自動揚高停止制御等
の他の制御に使用してもよい。これらの場合、制御弁２
３は手動操作弁に代えて電磁弁が使用される。 ○ フォーク４ａの昇降に伴う振動等がリフトシリンダ
５及びケース２９を介してセンサ振動子２８にノイズと
して入力されるのを防止するため、ケース２９の内部に
ダンピング材を設ける。ダンピング材としては例えばウ
レタンゴム、ブチルゴム等が使用される。この場合は、
超音波センサ１９が外乱の影響をより受け難くなり、位
置検出精度が向上する。 ○ リフトシリンダ５を単動式シリンダに代えて復動式
シリンダで構成してもよい。また、フォークリフト１の
リフトシリンダ５に限らず、ティルトシリンダ、サイド
シフトシリンダあるいはパワーステアリング用シリンダ
等の油圧シリンダに適用してもよい。 ○ 超音波センサ１９は送信された超音波がシリンダチ
ューブ８内をピストン１１に向かって進む状態で装備さ
れればよく、室２０内に配置された状態に限らず、例え
ばボトムブロック９の室２０の外側に収容部を形成す
る。そして、収容部の壁面のピストン１１と対向する位
置にセンサ振動子２８を固着してもよい。センサ振動子
２８が固着される区画壁の厚さはセンサ振動子２８が振
動する際に共振し易い厚さに設定される。この場合、室
２０の密閉性に影響を与えず、超音波センサ１９の取付
けのために作動流体が室２０の外へ漏洩するのを防止す
るためのシール性を確保するのが容易になる。 ○ フォークリフトに限らず、シリンダ（油圧シリン
ダ）により移動される移動体を備えた高所作業車、バッ
クホー車及びコンクリートポンプ車等の産業車両に使用
される油圧シリンダに適用してもよい。この場合、高所
作業車、バックホー車等の産業車両においても、種々の
制御を容易に行うことが可能になる。また、産業車両に
限らず、他の車両や、車両に装備される以外の油圧装
置、例えばロボット等の産業機器に使用される油圧シリ
ンダに適用してもよい。 ○ 油圧シリンダに限らず空圧シリンダなど他の流体圧
シリンダに適用してもよい。 ○ フローレギュレータバルブを省略してもよい。

【００６０】なお、本明細書で言う「フォークリフト」
とは、荷役用アタッチメントとしてフォーク４ａ以外の
アタッチメント、例えばロール紙の運搬に使用するロー
ルクランプ、ブロックの運搬や高積み作業に使用するブ
ロッククランプ、コイル状に巻かれたワイヤ及びケーブ
ル等コイル状あるいは円筒状の荷の運搬に使用するラム
等を装備したものを含む。

【００６１】前記各実施の形態から把握できる請求項記
載以外の技術思想（発明）について、以下にその効果と
ともに記載する。 （１） 請求項３に記載の発明において、前記超音波セ
ンサはその適正測長レンジが、ピストンのストロークの
中間部分の所定範囲に対応するものである。この場合、
正確な位置測定を必要とする領域がピストンのストロー
クの中間部分にあるとき、超音波センサから送信された
超音波の反射波がより効率良く超音波センサまで戻り、
検出精度が向上する。

【００６２】（２） 請求項２に記載の発明において、
前記反射面の曲率半径は、ピストンが上死点又はその近
傍に配置された状態における、反射面と前記超音波セン
サとの距離に設定されている。この場合、反射面が平面
の場合に比較して、超音波センサから送信された超音波
の減衰が大きな長距離においても反射波が効率良く超音
波センサまで戻り、検出精度が向上する。

【００６３】（３） 請求項１〜請求項６のいずれか一
項に記載の発明において、前記反射面はピストンに固定
された反射部に形成されている。この場合、反射面がピ
ストンに直接形成される場合に比較して反射面の加工が
容易になる。

【００６４】（４） 請求項１〜請求項６のいずれか一
項に記載の発明において、超音波センサは送信される超
音波がピストン又は前記反射部に向かって直進する位置
に取り付けられている。この場合、送信された超音波の
進路を反射部材で反射させてピストン又は反射部へ向け
る場合に比較して減衰が少なくなる。

【００６５】（５） 請求項１〜請求項６のいずれか一
項に記載の発明において、超音波センサは送信される超
音波がシリンダチューブの中心軸と直交する方向に向か
って直進する位置に取り付けられ、送信された超音波の
進路をピストン又は反射部へ向ける反射部材をシリンダ
内に備えている。この場合、超音波センサをシリンダの
側面から取り外すことが容易になり、流体圧シリンダの
配設位置がシリンダヘッドの端面側に殆ど余裕のない状
態であっても、超音波センサのメンテナンスが容易とな
る。 （６） 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の流体圧
シリンダは、油圧油の温度検出手段を備えている。この
場合、温度検出手段の検出信号に基づいて油圧油中の音
速の温度補正が容易になる。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項６
に記載の発明によれば、超音波センサの検出信号に基づ
いてピストンの位置、即ち流体圧シリンダにより駆動さ
れる移動体の位置を連続的に正確に検出できるととも
に、超音波センサによる検出精度を高めることができ
る。

【００６７】請求項２に記載の発明によれば、前記反射
面は一定の曲率の凹面に形成されているため、反射面で
反射して超音波センサに向かう反射波の割合が高くな
る。請求項３に記載の発明によれば、超音波センサから
の距離が長くなって反射波の強度が弱くなる位置に反射
面が配置されたときに、反射波の大部分が超音波センサ
に向かって進行し、超音波センサからの出力信号の強度
低下が抑制される。

【００６８】請求項４に記載の発明によれば、反射面の
加工が球面加工に比較して容易となる。請求項５に記載
の発明によれば、超音波センサから送信される超音波の
伝達媒体が油圧油のため、空気を媒体とした場合に比較
して超音波の伝達効率が良く測定条件が安定する。

【００６９】請求項６に記載の発明によれば、超音波セ
ンサの位置検出信号に基づいてフォークリフトの揺動規
制制御、揚高位置規制制御等の制御が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態のリフトシリンダの断面
図。

【図２】 同じく要部側断面図。

【図３】 フォークリフトの側面図。

【図４】 第２の実施の形態の要部側断面図。

【図５】 別の実施の形態の要部側断面図。

【図６】 別の実施の形態の要部側断面図。

【図７】 反射面が平面の場合の模式図。

【符号の説明】

１…産業車両としてのフォークリフト、４ａ…移動体と
してのフォーク、５…流体圧シリンダとしてのリフトシ
リンダ、１１…ピストン、１８ａ，３８ａ…反射面、１
９…超音波センサ、２８…センサ振動子、３８…凹部、
４１…反射部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−277912（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−62705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−13755（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−32203（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−102006（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−64278（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−32706（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−104606（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−502646（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B66F 9/22,9/24 F15B 15/28 G01B 17/00 G01S 15/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン又はシリンダチューブ内でピス
   トンと一体に移動する反射部に向かって超音波を送信す
   るとともにピストン又は前記反射部で反射した反射波を
   受信してそれに対応した電気信号を出力する超音波セン
   サを装備し、前記ピストン又は前記反射部の反射面を、
   前記超音波センサに向かう反射波の割合を高めるような
   凹状にした流体圧シリンダ。
2. 【請求項２】 前記反射面は一定の曲率の凹面に形成さ
   れている請求項１に記載の流体圧シリンダ。
3. 【請求項３】 前記反射面の曲率半径は、反射面が前記
   超音波センサの測長レンジの中の長距離側と対応する位
   置に配置された状態における超音波センサとの距離に設
   定されている請求項２に記載の流体圧シリンダ。
4. 【請求項４】 前記反射面は円錐台状に形成された凹部
   の内面により形成されている請求項１に記載の流体圧シ
   リンダ。
5. 【請求項５】 作動流体を油圧油とした請求項１〜請求
   項４のいずれか一項に記載の流体圧シリンダ。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の流体圧シリンダをリフ
   トシリンダとして備えたフォークリフト。