JP6559504B2 - フォークリフト - Google Patents

Description

本発明は、フォークリフトに関する。

フォークリフトによる荷役は、荷物を載せたパレットにフォークリフトのフォークを差し込んだ状態で持ち上げ、フォークリフトを走行させた後、フォークを下端まで下降させ、フォークをパレットから引き抜く作業を連続して行う。フォークはマストの延伸方向に対して直角な状態で上昇および下降が可能なように取り付けられている。すなわち、フォークが水平の場合にはマストの延伸方向は鉛直となる。

フォークリフトには、荷物がフォークから落下することを防ぐために、フォークの角度を、水平状態と所定の角度との間で変化させるようにマストの傾斜を変化させるティルト機能が設けられている。フォークリフトが荷物を載せて走行する場合には、このティルト機能により、荷物がパレットから落下しにくくするようにマストを後傾させ、それによりフォークを傾ける。

フォークリフトにおいて、フォークを下降させる際、フォークリフトに設けた角度検出手段によりフォークの水平位置を検出し、その検出信号により油圧制御弁を制御することにより自動的にフォークを水平位置に停止させるフォークリフトのティルト制御装置が開示されている（特許文献１）。

特開平０９−２９５８００号公報（特願平０８−１１０８９７号）

しかしながら、フォークリフトが荷物をフォークに載せて持ち上げた状態においては、その荷重によりフォークリフトの車両本体部分は荷物側に傾斜する。これは、荷物の荷重により車両本体の荷物側のタイヤが歪むことや、車両本体へのマスト取付けクリアランス等による。この状態から、フォークを下降させて荷物が接地した場合（本明細書においては、フォークが接地した場合とも表現する）、荷物が車両本体に作用する力が解放されることにより車両本体は水平な状態となる。しかし、この時、マストは後傾した状態となる。フォークを水平とするためには、オペレーターがフォークの角度状態を確認しながらティルトレバーを操作し、マストの角度を調整する必要があった。この操作は熟練を要するものであり、荷役作業を高効率かつ安全に行うには、この操作を自動化することが望まれていた。

本発明によるフォークリフトは、フォークの昇降操作を検出する昇降操作センサと、フォークの昇降動作を行う昇降アクチュエータと、フォークの傾斜動作を行う傾斜アクチュエータと、昇降アクチュエータの負荷を検出する負荷センサと、フォークの傾斜を検出する傾斜センサと、昇降操作センサと負荷センサと傾斜センサとの検出信号に基づき、前記フォークが接地する際、前記傾斜アクチュエータを駆動制御して、フォークの水平度を調節する制御部と、を備える。

本発明によれば、荷役作業を高効率かつ安全に行うことが可能なフォークリフトを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るフォークリフトの概略側面図である。 本発明の実施の形態に係るフォークリフトの荷役作業を説明する概念図であり、（ａ）は荷物を載せたフォークを水平にした状態、（ｂ）は荷物を載せて走行する状態、（ｃ）は、フォークが下降させて荷物の負荷がゼロになった状態、（ｄ）はフォークを水平に戻した状態における、フォークリフトを示す。 本発明の実施の形態に係るフォークリフトの制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るフォークリフトの制御部を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態に係るフォークリフトについて図面に基づき説明する。図１に示すように、フォークリフト１は、下部に走行用車輪２が設けられるとともに上方に運転席３が設けられた車両本体４と、車両本体４の前部に傾動自在に支持された外側マスト部材５と、この外側マスト部材５に昇降可能に保持された内側マスト部材６とを有する。また、フォークリフト１は、内側マスト部材６に昇降可能に設けられたキャリッジ７と、キャリッジ７の前面側に設けられて荷物を載置可能な左右一対のフォーク８と、内側マスト部材６の上部に設けられたガイド輪であるシーブ９と、シーブ９に巻き付けられてキャリッジ７を吊り下げるチェーン１０と、内側マスト部材６を外側マスト部材５に対して上昇・下降させる昇降シリンダ１１とを有する。さらに、フォークリフト１は、外側マスト部材５の傾斜状態を変化させる傾斜油圧シリンダ１２と、フォークリフト１の様々な動作を制御するための制御部２５と、を有する。

フォーク８を上昇または下降させるには、オペレーターが、リフトレバー２１を上昇側または下降側に操作する。リフトレバー２１の操作は昇降操作センサ５１（図３参照）により検出される。昇降操作センサ５１は、たとえばポテンショメータである。昇降操作センサ５１からは、リフトレバー２１の操作位置に基づく検出信号が出力される。昇降操作センサ５１からの出力に応じて、昇降油圧シリンダ１１への作動油の吸排を制御する昇降制御弁５４（図３参照）が動作する。これにより、昇降油圧シリンダ１１内のピストンロッドが動作してシーブ９が上昇または下降し、チェーン１０を介してキャリッジ７が上昇または下降する。これにより、キャリッジ７に設けられたフォーク８も上昇または下降する。

フォークの傾斜状態を変化させるには、オペレーターが、ティルトレバー２２をマストの前傾側または後傾側に操作する。ティルトレバー２２の動きは、傾斜操作センサ５２（図３参照）により検出される。傾斜操作センサ５２は、たとえばポテンショメータである。傾斜操作センサ５２から出力される検出信号に応じて、傾斜油圧シリンダ１２への作動油の吸排を制御する傾斜制御弁５５（図３参照）が作動する。その結果、傾斜油圧シリンダ１２の動作に伴って外側マスト部材５の傾斜状態が変化する。内側マスト部材６は、上記の通り外側マスト部材５に昇降可能に保持されているので、外側マスト部材５および内側マスト部材６（両者を併せて指す場合、以下、単にマストという）は共に傾斜状態が変化し、これに伴ってフォーク８の傾斜状態が変化する。

本発明の実施の形態に係るフォークリフト１のリフトレバー２１には、フォーク８の水平出し、すなわち、フォーク８が水平となる動作を、自動で行わせる自動モードを選択するためのモード選択スイッチ２３が備えられている。モード選択スイッチ２３としては、自動復帰型の押しボタンスイッチが用いられ、押しボタンが押されている間は自動モードが選択される。また、フォーク８の傾斜状態を検出する傾斜センサ２４がフォーク８の内部に備えられている。傾斜センサ２４は公知の種々のタイプの傾斜センサ、たとえば、重力加速度式傾斜センサを用いることができる。さらに、昇降油圧シリンダ１１の駆動圧を検出する圧力センサ５３（図３参照）も設けられている。この圧力センサ５３は、昇降油圧シリンダ１１の負荷を検出する負荷センサである。

本発明の実施の形態に係るフォークリフト１の荷役作業について図２を参照して説明する。図２は、フォークリフト１について、車両本体４、マスト３１（外側マスト部材５および内側マスト部材６）、およびフォーク８の関係をわかり易く説明するために、これらの動作を簡略化して示したものである。

フォークリフト１は、フォーク８に荷物Ｗを載荷すると、その負荷により車両本体４の前輪側が沈み込んで前傾し、フォーク８は前側に向けて下り勾配となる。そのため、オペレーターは、マスト３１を後傾させる方向に傾動させ、フォーク８が水平となるようにする。図２（ａ）は、この状態のフォークリフト１の様子を模式的に示している。図２（ａ）において、車両本体４の前傾角度をθで示している。

フォークリフト１は、荷物Ｗをフォーク８に載荷した状態で走行する際には、フォーク８上の荷物Ｗの落下を防止する観点から、マスト３１を後傾姿勢とする。この状態を図２（ｂ）に示す。この状態における車両本体４に対するマスト３１の傾斜角度は、たとえば、（θ＋α）である。すなわち、フォーク８はその先端から基端にかけて下り勾配の傾斜角を有する。このような姿勢は、載荷状態でフォークリフト１を走行する際にオペレーターにより操作される。

フォークリフト１が荷物Ｗを降ろす地点に到着すると、オペレーターは、フォーク８が水平となるようにマストを傾動させる。すなわち、フォークリフト１は、車両本体４に対するマストの傾斜角度はθに戻され、図２（ａ）と同様の状態となる。この状態で、オペレーターはフォーク８を所定位置まで下降させて荷物Ｗを接地させる。荷物Ｗの接地に伴って、荷物Ｗが車両本体４に作用する力は減少して最終的に実質的にゼロになるため、車両本体４の前傾は解消され水平な状態となる。しかし、車両本体４に対するマスト３１の傾斜角度はθのままなので、マスト３１は鉛直方向に対して角度θだけ後傾した状態となる。すなわち、フォーク８は角度θだけ後傾した状態となる。この状態を図２（ｃ）に示す。

図２（ｃ）に示した状態において、フォークの傾斜を検出する傾斜センサ２４からの検出信号に基づいてフォーク８が予め定めた水平度になったと判定されるまで傾斜油圧シリンダ１２を駆動して、フォーク８が水平な状態に相当するまでマスト３１の傾斜を自動的に変化させる。すなわち、フォーク８の水平出しを自動で行う。その結果、フォークリフト１は、図２（ｄ）に示した状態となる。

フォーク８の水平出しを自動で行う動作について、図３に示す制御システムと図４に示すフローチャートとを参照して説明する。
図３に示す制御システムは、ＣＰＵ、メモリなどを備える制御部２５を有する。制御部２５は、昇降操作センサ５１と、傾斜操作センサ５２と、傾斜操作センサ５２と、圧力センサ５３と、モード選択スイッチ２３と、傾斜センサ２４とから検出信号を入力して、昇降制御弁５４と傾斜制御弁５５とに信号を出力する。昇降制御弁５４と傾斜制御弁５５においては、それぞれに入力される信号に基づいて弁が操作され、その結果、昇降油圧シリンダ１１と傾斜油圧シリンダ１２とが動作する。

図４のフローチャートを参照して、実施の形態によるフォークリフトの動作を説明する。なお、図４にフローチャートとして示す処理手順は、制御部２５のメモリに格納したプログラムをＣＰＵが実行して行われる。ステップＳ１において、制御部２５は、オペラーターがリフトレバー２１をフォーク下降側に操作されたかどうか判定する。ステップＳ１において肯定判定された場合、すなわち、オペレーターがリフトレバー２１をフォーク下降側に操作した場合には、ステップＳ２に進む。ステップＳ１において否定判定された場合、すなわち、オペレーターがリフトレバー２１をフォーク下降側に操作していない場合には、本ルーチンは終了する。

ステップＳ２において、制御部２５は、リフトレバー２１の操作位置を昇降操作センサ５１からの出力に基づいて、昇降油圧シリンダ１１を作動させるように昇降制御弁５４を動作させる信号を生成して出力する。これにより、昇降油圧シリンダ１１が動作してキャリッジ７を下降させることでフォーク８が下降する。

ステップＳ３において、制御部２５は、圧力センサ５３からの出力に基づいて、荷物Ｗが接地したかどうかを判定する。フォークリフト１は荷物Ｗをパレットに積んで搬送するので、荷物Ｗの接地とはパレットの接地である。以下では便宜上荷物の接地と呼ぶ。ステップＳ３において肯定判定された場合、すなわち、荷物Ｗが接地したと判定された場合、ステップＳ４に進む。ステップＳ３において否定判定された場合、すなわち、荷物Ｗは接地していないと判定された場合、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ３において、荷物Ｗが接地したかどうかの判定は、本実施の形態においては次のように行う。すなわち、昇降油圧シリンダ１１の下降駆動圧を圧力センサ５３により検出し、制御部２５は、下降駆動圧が予め定めた値を越えて低下した時点において荷物Ｗが接地したと判定する。

ステップＳ４において、制御部２５は、フォーク８を自動的に水平とする自動モードがモード選択スイッチ２３により選択されているかどうかを判定する。ステップＳ４において肯定判定された場合、すなわち、自動モードが選択されたと判定された場合、ステップＳ５に進む。ステップＳ４において否定判定された場合、すなわち、自動モードが選択されていないと判定された場合、本ルーチンは終了する。

ステップＳ４において、自動モードが選択されているかどうかの判定は、本実施の形態においては次のように行う。すなわち、制御部２５は、モード選択スイッチ２３が自動モード選択側に操作されているかどうかを、モード選択スイッチ２３からの出力に基づいて判定する。モード選択スイッチ２３はリフトレバー２１に設けられた自動復帰型の押しボタンスイッチである。オペレーターは、フォーク８を水平にする動作を自動モードで行わせる場合、モード選択スイッチ２３の押しボタンを押しながらリフトレバー２１を操作する。

ステップＳ５において、制御部２５は、昇降油圧シリンダ１１の動作が停止するように昇降制御弁５４の動作させるための信号を生成する。生成された信号は昇降制御弁５４に出力される。これにより、昇降油圧シリンダ１１の動作は停止してキャリッジ７の下降は停止する。その結果、フォークの下降は停止し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６において、制御部２５は、フォーク８が水平となったかどうか判定する。ステップＳ６において肯定判定された場合、すなわち、フォーク８が水平となったと判定された場合、ステップＳ７に進む。ステップＳ６において否定判定された場合、すなわち、フォーク８が水平となっていないと判定された場合、ステップＳ７に進む。フォーク８が水平となったかどうかの判定は、傾斜センサ２４から制御部２５に入力される信号に基づいて行われる。

ステップＳ７において、制御部２５は、マスト３１が前傾する方向に傾斜油圧シリンダ１２を作動させるように傾斜制御弁５５を動作させるための信号を生成する。生成された信号は傾斜制御弁５５に出力される。これにより、傾斜油圧シリンダ１２が動作してフォーク８が前傾するように動作する。

フォーク８が水平となったと判定された場合に進むステップＳ８において、制御部２５は、傾斜油圧シリンダ１２の動作が停止するように傾斜制御弁５５を動作させるための信号を生成する。生成された信号は傾斜制御弁５５に出力される。これにより、傾斜油圧シリンダ１２の動作を停止させてフォーク８の前傾動作を停止させ、本ルーチンを終了する。

以上の処理手順により制御されるフォークリフト１の特徴的な動作を説明する。
上述したように、フォーク８に荷物Ｗが載荷されると、車両本体４は前輪側が沈み込む。そのため、オペレーターは、フォーク８に荷物Ｗを載荷したとき、ティルトレバー２２を操作して傾斜油圧シリンダ１２によりマスト３１を後傾させフォーク８を水平にする。オペレーターは、ティルトレバー２２を操作してマスト３１をさらに後傾させて荷物Ｗが落下しにくい状態として、荷物Ｗを所定位置に移動させるためフォークリフト１を走行させる。オペレーターは、所定位置でフォークリフト１を停車させる。オペレーターは、ティルトレバー２２を操作してマスト３１を前傾する方向に動作させフォーク８を水平にする。オペレーターは、リフトレバー２１を操作して、昇降油圧シリンダ１１によりキャリッジ７、すなわちフォーク８を下降させる。このとき、モード選択スイッチ２３により自動モードが選択されていれば、制御部２５は、圧力センサ５３と傾斜センサ２４の検出信号をモニタしながら傾斜制御弁５５を操作する。これにより、傾斜油圧シリンダ１２の動作が制御されて、フォーク８の下降動作に伴ってマスト３１が後傾側から前傾側に動作する。傾斜センサ２４からの信号によりフォーク８が水平になったことが判定されると、制御部２５は、昇降油圧シリンダ１１と傾斜油圧シリンダ１２の動作が停止するように、昇降制御弁５４と傾斜制御弁５５への操作を停止する。

以上説明した実施の形態の作用効果は次の通りである。
（１）実施の形態のフォークリフト１は、フォーク８の昇降操作を検出する昇降操作センサ５１と、フォーク８の昇降動作を行う昇降アクチュエータ１１と、フォーク８の傾斜動作を行う傾斜アクチュエータ１２と、昇降アクチュエータ１１の負荷を検出する負荷センサ５３と、フォーク８の傾斜を検出する傾斜センサ２４と、昇降操作センサ５１と負荷センサ５３と傾斜センサ２４との検出信号に基づき、傾斜アクチュエータ１２を駆動制御して、フォーク８の水平度を調節する制御部２５とを備える。ここで、水平度の調節とは、フォーク８が概ね水平姿勢になることであり、水平±δを含む概念である。ただし、δはフォーク８をパレットから抜き取るあるいはパレットに差し込む際に支障を来さない程度の値である。
このように構成したフォークリフトによれば、荷物Ｗを降ろす際にフォーク８に水平度が自動的に制御される。従来は、荷物Ｗを降ろす際、パレットにフォーク８が引っかからないように手動でティルト操作する必要があったが、この実施の形態のフォークリフトでは、手動でティルト操作することが不要となり、熟練者でなくても荷役作業を高効率かつ安全に行うことが可能となる。

（２）実施の形態のフォークリフトは、モード選択スイッチ２３をさらに有している。制御部２５は、モード選択スイッチ２３により自動モードが選択されているとき、傾斜センサ２４の検出信号に基づいてフォーク８が予め定めた水平度になったと判定するまで傾斜アクチュエータ１２を駆動し、フォーク８の傾斜を制御する。

（３）実施の形態のフォークリフトは、さらに、フォーク８の傾斜操作を検出する傾斜操作センサ５２を有している。制御部２５は、モード選択スイッチ２３により自動モードが選択されているときであっても、オペレーターがティルト操作を行った場合には、このティルト操作を受入れる。すなわち、傾斜操作センサ５２の出力に基づいて傾斜アクチュエータ１２を駆動制御する。

（４）実施の形態のフォークリフトは、昇降操作センサ５２がフォーク８の下降を指示する操作を示す検出信号を出力し、かつ、負荷センサ５３が昇降アクチュエータ１１の負荷の減少を示す検出信号を出力し、かつ、傾斜センサ２４がフォーク８の非水平を示す検出信号を出力する場合、制御部３５は、傾斜アクチュエータ１２を制御してフォーク８が水平となるようにする。

（変形例１）
上記説明の本発明の実施の形態に係るフォークリフト１には、フォーク８を自動的に水平とする自動モードを選択するためのモード選択スイッチ２３が設けられている。しかし、モード選択スイッチ２３を設けない場合も本発明に含まれる。すなわち、荷役作業において、荷物Ｗをフォーク８に載せた状態で荷物Ｗが接地した場合に、必ず自動的にフォーク８の水平出しが行われるような構成も本発明に含まれる。その場合には、図４に示したフローチャートにおけるステップＳ４は省略される。

（変形例２）
上記説明の本発明の実施の形態に係るフォークリフト１においては、昇降油圧シリンダと傾斜油圧シリンダとを用いたが、いずれか一方あるいは両方を電動モータにより構成してもよい。この場合、荷物Ｗの接地の判定（荷物の負荷ゼロの判定）は、モータの負荷電流を検出して行うことができる。この場合、負荷センサ５３として電流センサが用いられる。

（変形例３）
上記説明の本発明の実施の形態に係るフォークリフト１においては、リフトレバー２１およびティルトレバー２２の操作をポテンショメータにより検出した。しかし、ポテンショメータを用いずに、リフトレバー２１およびティルトレバー２２の操作を機械的に伝達して昇降制御弁５４や傾斜制御弁５５を直接操作する構成も本発明に含まれる。

（変形例４）
上記説明の本発明の実施の形態に係るフォークリフト１において、荷物Ｗの質量が大きい場合には、荷物Ｗの負荷による車両本体４の前傾が大きくなる。この場合、荷物Ｗの接地に伴って、車両本体の前傾が解消する度合いが大きいため、荷物Ｗの鉛直方向の位置は大きく上方に変化する。その結果、荷物Ｗを降ろす作業に支障を来す可能性がある。
本変形例のフォークリフトにおいては、フォーク８の鉛直方向の高さを検出する高さセンサをさらに有し、制御部２５は、圧力センサ５３と傾斜センサ２４と高さセンサの検出信号をモニタしながら、昇降制御弁５４と傾斜制御弁５５を操作する。これにより、昇降油圧シリンダ１１と傾斜油圧シリンダ１２の動作が同時に制御される。その結果、オペレーターがフォーク８を所定位置まで下降させた時点におけるフォーク８の高さを変化させることなくフォーク８の水平を保つことが可能となる。

なお、上記説明の本発明の実施の形態に係るフォークリフト１においては、モード選択スイッチ２３として復帰型押しボタンスイッチを用いたが、これに代えて復帰型トグルスイッチを用いてもよい。また、保持型のスイッチを用いてもよい。また、上記説明の本発明の実施の形態に係るフォークリフト１においては、傾斜センサ２４はフォーク８の内部に備えているが、マスト３１に備えるようにしてもよい。ただし、フォーク８とマスト３１とがなす角度を変化させることができる場合、たとえば、リーチフォークリフトでは、傾斜センサ２４はフォークに備える必要がある。

なお、本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明の要旨を変更しない範囲で、具体的な構成材料、部品などを変更しても良い。また、本発明の構成要素を含んでいれば、公知の技術を追加し、あるいは公知の技術で置き換えることも可能である。

１ フォークリフト
４ 車両本体
７ キャリッジ
８ フォーク
１１ 昇降アクチュエータ
１２ 傾斜アクチュエータ
２１ リフトレバー
２２ ティルトレバー
２３ モード選択スイッチ
２４ 傾斜センサ
２５ 制御部
３１ マスト

Claims (5)

1. フォークの昇降操作を検出する昇降操作センサと、
   前記フォークの昇降動作を行う昇降アクチュエータと、
   前記フォークの傾斜動作を行う傾斜アクチュエータと、
   前記昇降アクチュエータの負荷を検出する負荷センサと、
   前記フォークの傾斜を検出する傾斜センサと、
   前記昇降操作センサと前記負荷センサと前記傾斜センサとの検出信号に基づき、前記フォークが接地する際、前記傾斜アクチュエータを駆動制御して、前記フォークの水平度を調節する制御部と、を備えるフォークリフト。
2. 請求項１に記載のフォークリフトであって、
   前記制御部は、
   前記昇降操作センサにより前記フォークの下降操作を判定した場合、前記昇降アクチュエータを作動させて前記フォークを下降させ、
   前記負荷センサにより前記昇降アクチュエータの下降駆動圧が予め定められた値より低下したしたことが検出された場合、前記フォークが接地したと判定し、
   前記傾斜センサからの検出信号に基づいて前記傾斜アクチュエータを駆動制御して前記フォークの水平度を調節する、制御を行うフォークリフト。
3. 請求項１または２に記載のフォークリフトにおいて、
   自動モード選択スイッチをさらに有し、
   前記制御部は、前記自動モード選択スイッチにより自動モードが選択されているとき、前記傾斜センサの検出信号に基づいて前記フォークが予め定めた水平度になったと判定するまで前記傾斜アクチュエータを駆動制御するフォークリフト。
4. 請求項３に記載のフォークリフトにおいて、
   前記フォークの傾斜操作を検出する傾斜操作センサをさらに有し、
   前記制御部は、前記自動モード選択スイッチにより自動モードが選択されているときで
   あっても、前記傾斜操作センサの出力に基づいて前記傾斜アクチュエータを駆動制御する
   フォークリフト。
5. 請求項１に記載のフォークリフトにおいて、
   前記制御部は、
   前記昇降操作センサが前記フォークの下降を指示する操作を示す検出信号を出力し、かつ、前記負荷センサが前記昇降アクチュエータの負荷の減少を示す検出信号を出力し、かつ、前記傾斜センサが前記フォークの非水平を示す検出信号を出力する場合、前記傾斜センサの検出信号に基づいて前記フォークが予め定めた水平度になったと判定するまで前記傾斜アクチュエータを駆動制御するフォークリフト。

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