(57)【要約】【課題】作動油の冷却性能向上を図ることができる作業機械の提供。【解決手段】作業機械は、冷却風を生成する冷却ファンと、作動油タンクと、エンジンの冷却水を冷却するラジエータ２と、冷却風の流れに対してラジエータ２と共に並列配置され、作業機械に設けられた油圧機器からのリターン作動油を冷却するオイルクーラ１と、オイルクーラの入口に接続された作動油戻り配管であるオイルクーラ入口配管４から分岐したバイパス入口配管７と、複数の放熱用配管８０を有し、バイパス入口配管７から流入したリターン作動油を冷却して作動油タンクへと流出するリターン用分岐配管群８とを備える。リターン用分岐配管群８は、冷却風の流れに関してオイルクーラ１および／またはラジエータ２の上流側または下流側に配置されている。【選択図】図３
2014145166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却風を生成する冷却ファンと、
作動油タンクと、
エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、
前記冷却風の流れに対して前記ラジエータと共に並列配置され、作業機械に設けられた油圧機器からのリターン作動油を冷却するオイルクーラと、
前記オイルクーラの入口に接続された作動油戻り配管から分岐した管路と、
複数の油圧用耐圧配管を有し、前記管路から流入したリターン作動油を冷却して前記作動油タンクへと流出するリターン用分岐配管群とを備え、
前記リターン用分岐配管群は、前記冷却風の流れに関して前記オイルクーラおよび／または前記ラジエータの上流側または下流側に配置されている作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記作動油戻り配管の作動油圧力が所定圧力以上の場合に開いて、リターン作動油を前記作動油戻り配管から前記管路に流入させるリリーフバルブを備えた作業機械。
【請求項３】
請求項１または２に記載の作業機械において、
作業機械に設けられた油圧機器からのドレーン作動油を前記作動油タンクに戻すためのドレーン配管と、
複数の油圧用耐圧配管を有し、前記ドレーン配管から流入したドレーン作動油を冷却して前記作動油タンクへと流出するドレーン用分岐配管群とを備え、
前記ドレーン用分岐配管群は、前記冷却風の流れに関して前記オイルクーラおよび／または前記ラジエータの上流側または下流側に配置されている作業機械。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の作業機械において、
前記リターン用分岐配管群および前記ドレーン用分岐配管群に設けられた前記複数の油圧用耐圧配管は、前記オイルクーラおよび前記ラジエータの並列方向に所定の間隙を隔てて配置され、かつ、各々が鉛直方向に延在する作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械や鉱山機械等の作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械等の作業機械では、動力源としてエンジンで油圧ポンプを駆動し、作動油を例えば油圧シリンダーに圧送して各アクチュエータを動作させている。エンジンや油圧ポンプを稼働させると、エンジンや作動油に熱が発生する。そのため、ラジエータやオイルクーラを設置して冷却ファンで通風することにより、エンジン冷却水や熱を帯びた作動油の冷却を行っている。
【０００３】
従来、このような作業機械の油圧駆動回路において、作動油温が低いときには、オイルクーラを介さずに、戻り油を直接作動油タンクに戻す構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、油圧アクチュエータからの戻り配管を、オイルクーラを通る戻り油冷却流路と、このオイルクーラを通さずに直接作動油タンクに還流させるバイパス流路とに分岐させ、このバイパス流路にリリーフ弁を設けるようにしている。そして、戻り油の温度が低く、粘性抵抗が高い場合には、リリーフ弁を開いて、戻り油の一部をオイルクーラを介さずに作動油タンクに戻している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ドレーン回路を流れる作動油や、上述したようなバイパス回路を流れる作動油のため、その分だけオイルクーラを流れる作動油の流量が減少し、作動油に対する冷却性が低下するという状況が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明による作業機械は、冷却風を生成する冷却ファンと、作動油タンクと、エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、冷却風の流れに対してラジエータと共に並列配置され、作業機械に設けられた油圧機器からのリターン作動油を冷却するオイルクーラと、オイルクーラの入口に接続された作動油戻り配管から分岐した管路と、複数の油圧用耐圧配管を有し、管路から流入したリターン作動油を冷却して作動油タンクへと流出するリターン用分岐配管群とを備え、リターン用分岐配管群は、冷却風の流れに関してオイルクーラおよび／またはラジエータの上流側または下流側に配置されている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の作業機械において、作動油戻り配管の作動油圧力が所定圧力以上の場合に開いて、リターン作動油を作動油戻り配管から管路に流入させるリリーフバルブを備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の作業機械において、作業機械に設けられた油圧機器からのドレーン作動油を作動油タンクに戻すためのドレーン配管と、複数の油圧用耐圧配管を有し、ドレーン配管から流入したドレーン作動油を冷却して作動油タンクへと流出するドレーン用分岐配管群とを備え、ドレーン用分岐配管群は、冷却風の流れに関してオイルクーラおよび／またはラジエータの上流側または下流側に配置されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の作業機械において、リターン用分岐配管群およびドレーン用分岐配管群に設けられた複数の油圧用耐圧配管は、オイルクーラおよびラジエータの並列方向に所定の間隙を隔てて配置され、かつ、各々が鉛直方向に延在することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、作動油の冷却性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施の形態の作業機械を示す図である。
【図２】図２は、エンジン室２６内の構成を説明する図である。
【図３】図３は、ラジエータユニット２４の構成を示す図である。
【図４】図４は、油圧回路を示す図である。
【図５】図５は、分岐配管群の縦断面図である。
【図６】図６は、分岐配管群の配置を説明する図である。
【図７】図７は、分岐配管群の他の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明に係る作業機械を示す図であり、油圧ショベルの外観を示す。図１に示す作業機械１０１は、下部走行体１０５の上に上部旋回体１１２を構成するフレーム１０２を備える。フレーム１０２上には、エンジン室２６、カウンタウェイト１０４およびキャビン１０３が設けられている。
【００１１】
また、車体前方には、ブーム１０６、アーム１０８およびバケット１１０を有するフロントアタッチメント１１３が設けられている。アーム１０８はアームシリンダー１０９により駆動される。ブーム１０６はブームシリンダー１０７ａ、１０７ｂにより駆動される。バケット１１０はバケットシリンダー１１１により駆動される。
【００１２】
図２は、エンジン室２６内に設けられた、エンジン２２、ラジエータユニット２４、シュラウド２１および冷却ファン２３等を示す図である。図３に示すように、ラジエータユニット２４は、並列に配置されたオイルクーラ１、ラジエータ２およびインタークーラ３等により構成されている。
【００１３】
オイルクーラ１は、作動油を冷却するために設けられたものである。ラジエータ２は、エンジン冷却水を冷却するために設けられたものである。インタークーラ３は、排ガス中の窒素酸化物などの濃度を小さくするために設けられている。インタークーラ３は、ターボ過給されて断熱圧縮されたエンジン吸気を所定の温度まで冷却し、充填効率を上げ、燃焼温度を低くすることで排気のＮＯx（窒素酸化物）の発生を抑制している。
【００１４】
冷却ファン２３は、エンジン２２により回転駆動されることにより、ラジエータユニット２４を冷却するための冷却風を発生する。冷却風は冷却ファン２３により吸い込まれるように、図の左上側から右下側へと流れる。シュラウド２１は、冷却風が効果的に生成されように設けられたものである。
【００１５】
冷却ファン２３の後方にはエンジン２２および油圧ポンプ２５が配置されている。油圧ポンプ２５はエンジン２２により駆動される。油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、各アクチュエータ（上述したアームシリンダー１０９、ブームシリンダー１０７ａ、１０７ｂ、バケットシリンダー１１１や走行モータ（油圧モータ）など）に供給される。
【００１６】
図３はラジエータユニット２４の構成を示す図である。オイルクーラ１、ラジエータ２およびインタークーラ３は、冷却風の流れに対して並列に、なわち、冷却風の流れに対してほぼ直交する方向に一列に配置されている。オイルクーラ１は上側にアッパータンク１ａを備え、下側にロアータンク１ｂを備えている。アッパータンク１ａには、リターン作動油（以下ではリターン油と呼ぶ）が流れるオイルクーラ入口配管４が接続されている。ロアータンク１ｂには、オイルクーラ１で冷却された作動油を不図示のオイルタンクへ戻すオイルクーラ出口配管５が接続されている。
【００１７】
オイルクーラ入口配管４には、オイルクーラ接続部の手前で分岐するようにバイパス入口配管７が接続されている。バイパス入口配管７にはリリーフバルブ６が設けられている。リリーフバルブ６は、作動油が低温時にオイルクーラ１に過剰な圧力が掛かるのを防止するために設けられたものである。オイルクーラ入口配管４内の作動油圧力が所定値以上となって、リリーフバルブ６の入口と出口との差圧がリリーフ圧以上となると、リリーフバルブ６は開く。その結果、リターン油がバイパス入口配管７を介して分岐配管群８に流入する。バイパス入口配管７は、分岐配管群８の上側に設けられた入口に接続されている。
【００１８】
分岐配管群８はバイパス入口配管７を介して流入したリターン油を冷却する装置であり、冷却風の流れに関してオイルクーラ１の下流側に配置されている。オイルクーラ１を通過した冷却風は、分岐配管群８の隙間を通過して、分岐配管群８内の作動油を冷却する。分岐配管群８の下側には作動油の出口が形成されており、その出口にはバイパス出口配管９が接続されている。バイパス出口配管９はリターン油をオイルタンクへと戻すための配管である。オイルクーラ１は、リターン油はアッパータンク１ａからロアータンク１ｂへと流下する構造を有しているため、オイルクーラ１を通過した冷却風の温度は、オイルクーラ１の下側ほど低くなっている。そのため、分岐配管群８をオイルクーラ１の冷却風下流側に配置する場合には、冷却風温度が比較的に低いオイルクーラ下側に配置するのが好ましい。
【００１９】
ラジエータ２の冷却風下流側には、分岐配管群８と同様の構造を有する分岐配管群１１が配置されている。分岐配管群１１の上側に設けられた入口には、ドレーン配管１０が接続されている。ドレーン配管１０は、各油圧機器から漏れ出た作動油であるドレーン油を作動油タンクに戻すためのパイプである。一方、分岐配管群１１の下側に設けられた出口には、ドレーン油を作動油タンクに戻すための出口配管１２が接続されている。
【００２０】
図４は油圧回路の概要を示す図である。なお、図４では、本実施の形態に関連する油圧機器のみを示した。油圧ポンプ２５は、作動油タンクの作動油を吸い込んで高圧の作動油を吐出する。油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、コントロールバルブ１２２を介して油圧モータ１２３に供給され、油圧モータ１２３を回転駆動する。油圧モータ１２３は走行用モータや旋回用モータに対応する。同様に、油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、コントロールバルブ１２４を介して油圧シリンダー１２５に供給され、油圧シリンダー１２５を伸縮駆動する。油圧シリンダー１２５は、図１に示したアームシリンダー１０９、ブームシリンダー１０７ａ、１０７ｂ、バケットシリンダー１１１等に対応する。
【００２１】
油圧モータ１２３および油圧シリンダー１２５からのリターン油は、最終的にはオイルクーラ入口配管４に集められる。リリーフバルブ６が閉じた状態では、リターン油は全てオイルクーラ１を通って作動油タンク１２１に戻される。低温時に作動油圧力が高くなってリリーフバルブ６が開くと、リターン油の一部は、バイパス入口配管７および分岐配管群８を介して作動油タンク１２１に戻される。一方、図４の破線はドレーン油の回路を示しており、各油圧機器から漏れ出たドレーン油は、最終的にはドレーン配管１０に集められ、分岐配管群１１を通って作動油タンク１２１に戻される。
【００２２】
図５は分岐配管群８の縦断面図である。分岐配管群８は、作動油入口８１ａが形成された上部連通配管８１と、作動油出口８２ａが形成された下部連通配管８２と、上部連通配管８１と下部連通配管８２との間に設けられた複数の放熱用配管８０とを有する。作動油入口８１ａにはバイパス入口配管７が接続され、作動油出口８２ａにはバイパス出口配管９が接続される。隣接する放熱用配管８０の間には冷却風が通過できる通風開口８５が形成されている。すなわち、複数の放熱用配管８０は、所定の隙間を隔てて、オイルクーラ１およびラジエータ２の並列方向に配置されている。破線８６は作動油の流れを示している。
【００２３】
作動油は、一旦、バイパス入口配管７から上部連通配管８１内に流入し、その後、各放熱用配管８０に流れ込む。各放熱用配管８０の管内断面積（水平断面に関する断面積）は、バイパス入口配管７や上部連通配管８１の管内断面積に対して小さく設定されている。リリーフバルブ６が開いて流れ込んだ作動油は、複数の放熱用配管８０のそれぞれに分かれるように流れ込む。各放熱用配管８０に流れ込んだ作動油は、管内を落下するように流れて下部連通配管８２に流入する。
【００２４】
各放熱用配管８０内を流下する作動油は、通風開口８５を流れる冷却風により冷却され温度が低下する。分岐配管群８においては、複数の放熱用分岐管が設けられているため、１本の太い配管に比べて放熱面積が格段に大きく、冷却性能の向上が図られている。また、各放熱用配管８０、上部連通配管８１および下部連通配管８２には、バイパス入口配管７等と同じ油圧用の耐圧配管が用いられているので、リリーフ作動時の作動油圧力にも充分に耐えることができる。なお、図５に示す分岐配管群８は、断面が矩形の角形配管を用いて構成されているが、円形断面の配管を用いてもよい。
【００２５】
一般的に、リターン側の作動油圧力は２０ｋgｆ／ｃｍ２（約２ＭＰａ）程度であるが、熱交換器であるオイルクーラ１の耐圧は１０ｋgｆ／ｃｍ２（約１ＭＰａ）程度である。そのため、リリーフバルブ６を設けて、オイルクーラ１に過剰な圧力が掛かるのを防止している。
【００２６】
上述した図３は、分岐配管群８の一配置例を示したものであり、これに限らず種々の配置が可能である。図６、７は、分岐配管群８の他の配置を示す平面図である。図６、７のいずれの場合も、オイルクーラ１、ラジエータ２およびインタークーラ３は図示上下方向に並んで配置され、冷却風は図示左側から右側に流れている。図６（ａ）に示す例では、図３の場合とは逆に、リターン油用の分岐配管群８はラジエータ２に対して冷却風の流れの下流側に配置され、ドレーン油用の分岐配管群１１はオイルクーラ１の下流側に配置されている。
【００２７】
図６（ｂ）に示す例では、分岐配管群８は、オイルクーラ１とラジエータ２とに跨るように、それらの下流側に配置されている。分岐配管群８、１１の大きさを比較的大きくした場合にはこのような配置が避けられない。このように２つの冷却機器に跨るように分岐配管群８を配置しても、分岐配管群８は２つの冷却機器を通過した冷却風により冷却されるため、図３や図６（ａ）に示す配置の場合と同様の冷却効果を奏することができる。
【００２８】
図６（ｃ）に示す例では、分岐配管群８をオイルクーラ１の冷却風上流側に配置し、分岐配管群１１をラジエータ２の冷却風上流側に配置している。図６（ａ）のように分岐配管群８、１１をオイルクーラ１やラジエータ２の下流側に配置した場合、オイルクーラ１やラジエータ２で温められた冷却風が分岐配管群８、１１を通過することになる。一方、図６（ｃ）のように分岐配管群８、１１を上流側に配置した場合、オイルクーラ１やラジエータ２で温められる前の温度の低い冷却風が供給されるため、冷却効果に優れている。なお、この場合、オイルクーラ１およびラジエータ２における冷却の妨げにならないように、分岐配管群８、１１を可能な限りオイルクーラ１およびラジエータ２の下側に配置するのが好ましい。
【００２９】
図７は、リターン油用の分岐配管群８のみを設けた場合の配置例を示したものである。この場合、図３に示したオイルクーラ１の下流側に代えて、図７（ａ）に示すようにラジエータ２の下流側に配置しても良いし、図示していないが、インタークーラ３の下流側に配置しても良い。また、図７（ｂ）に示すように２つの冷却機器に跨るように配置しても良い。さらにまた、図６（ｃ）の場合と同様に、冷却機器の上流側に配置しても構わない。
【００３０】
なお、近年の排ガス規制のため、排ガス中の窒素酸化物などの濃度を小さくするために、インタークーラ３を搭載している作業機械が主流になりつつある。前述したように、インタークーラ３はターボ過給されて断熱圧縮されたエンジン吸気を、所定の温度まで冷却し、充填効率を上げ、燃焼温度を低くすることで排気のＮＯx（窒素酸化物）の発生を抑制するものである。もちろん、本発明はインタークーラ３を搭載しない作業機械にも適用可能であり、その場合には、分岐配管群８、１１の配置は、例えば、図６（ａ），（ｃ）や図７からインタークーラ３を除いたときの配置となる。
【００３１】
以上説明した実施の形態は以下のような作用効果を奏する。
作動油冷却装置のリターン回路には、オイルクーラ１の作動油戻り配管（オイルクーラ入口配管）から分岐したバイパス入口配管７が設けられている。バイパス入口配管７が接続された作動油入口８１ａから分岐配管群８に流入した作動油（リターン油）は、分岐配管群８で冷却された後に作動油出口８２ａから排出され、バイパス出口配管９を介して作動油タンク１２１へ戻る。そして、分岐配管群８は、図３、６、７に示すように、並列配置されたラジエータ２および／またはオイルクーラ１の上流側または下流側に配置される。
【００３２】
従来は、リリーフバルブ６が開いてバイパス入口配管７へ流入したリターン油を、そのまま作動油タンク１２１に戻していたため、オイルクーラ１の流量が減少した分だけリターン油の冷却性能が低下していた。一方、上述した実施の形態では、オイルクーラ保護のためにバイパスさせたリターン油を、従来のようにそのまま作動油タンク１２１に戻さずに、分岐配管群８で冷却してから戻すようにしているので、リターン油をバイパスさせることによる冷却性能の低下を防止することができる。その結果、高温のリターン油が作動油タンク１２１に戻ることによる作動油の温度上昇を、防止することができる。また、構造を図５に示すような分岐配管群８とすることで、冷却風との熱交換面積を大きくすることができ、単なる１本の配管に比べ放熱効果が格段に向上する。
【００３３】
また、作動油温度が低く作動油圧力が高くなった場合でも、作動油の一部がバイパス入口配管７側に流入するため、オイルクーラ１に掛かる圧力を低減することが可能となる。なお、図３、４に示す例のようにリリーフバルブ６を設けることで、リターン油を分岐配管群８に逃がす機構を容易に構成することができる。また、バイパス入口配管７にリリーフバルブ６を設けない構成も可能である。その場合、リリーフバルブ６が開かないような通常圧力において、分岐配管群８へ流入する作動油量が抑えられるように、放熱用配管８０の構成（本数や太さ等）を設定すれば良い。
【００３４】
また、分岐配管群８は油圧用耐圧配管で構成されているので、リターン回路を構成する配管と同様の耐圧強度を有しており、作動油温度が低く作動油圧力が高くなった場合でも十分に対応することができる。
【００３５】
さらに、作業機械に設けられた油圧機器から漏れ出た作動油（ドレーン油）を作動油タンク１２１に戻すためのドレーン配管１０と、作動油入口８１ａがドレーン配管１０に接続されるとともに作動油出口８２ａが作動油タンク１２１に通じる出口配管１２に接続され、冷却風の流れに関してオイルクーラ１および／またはラジエータ２の上流側または下流側に配置され、複数の油圧用耐圧配管（８０）で構成されるドレーン用分岐配管群１１とを備えるようにしても良い。
【００３６】
その結果、高温状態のドレーン油を、温度を下げてから作動油タンク１２１へ戻すことが可能となる。なお、ドレーン用の分岐配管群１１を図３のようにオイルクーラ１の下流側に配置した場合、オイルクーラ１を通過して温度上昇した冷却風が分岐配管群１１を通過することになる。しかしながら、ドレーン油の温度レベルは、一般的にオイルクーラ１を流れるリターン油よりも高い。そのため、ドレーン用の分岐配管群１１をオイルクーラ１の下流側に配置した場合でも、冷却風によりドレーン油を冷却することが可能である。
【００３７】
従来は、高温状態のドレーン油を直接作動油タンク１２１に戻しているので、油圧機器に再流入する作動油温度が、ゴムシールを劣化させない温度や、油圧機器を円滑に動作させる粘度を保持できる温度を超えるおそれがある。しかし、ドレーン油を冷却するための分岐配管群１１を設けることで、そのような問題の発生を防止することができる。
【００３８】
分岐配管群８に設けられた複数の放熱用配管（油圧用耐圧配管）８０は、オイルクーラ１およびラジエータ２の並列方向に所定間隔を隔てて配置され、かつ、各々が鉛直方向に延在するのが好ましい。複数の放熱用配管８０をオイルクーラ１およびラジエータ２の並列方向に沿って配置することで、冷却風の通風抵抗を小さくすることができ、冷却風による冷却を効果的に行わせることができる。放熱用配管８０の延在方向を鉛直方向とすることで流下式の熱交換器と同様の構造となり、冷却性能の向上を図ることができる。なお、放熱用配管８０の外表面に放熱フィンを形成しても良い。
【００３９】
また、複数の放熱用配管８０の上端側に上部連通配管８１を設け、下端側に下部連通配管８２を設けるようにしても良い。例えば、リリーフバルブ６が開いて作動油が分岐配管群８に急激に流入しても、上部連通配管８１を設けたことにより作動油の流れが緩和され、各放熱用配管８０への作動油の流入がスムーズになり、また、急激な作動油流入によるオイルクーラ１内の圧力上昇を抑えることができる。
【００４０】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では油圧ショベルを例に説明したが、本発明は、油圧ショベルに限らず種々の作業機械（建設機械、鉱山機械等）にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：オイルクーラ、２：ラジエータ、３：インタークーラ、４：オイルクーラ入口配管、６：リリーフバルブ、７：バイパス入口配管、８，１１：分岐配管群、９：バイパス出口配管、１０：ドレーン配管、１２：出口配管、２２：エンジン、２３：冷却ファン、８０：放熱用配管、８１：上部連通配管、８１ａ：作動油入口、８２：下部連通配管、８２ａ：作動油出口、１０１：作業機械、１２１：作動油タンク
【図１】
2014145166.tif 000003
【図２】
2014145166.tif 000004
【図３】
2014145166.tif 000005
【図４】
2014145166.tif 000006
【図５】
2014145166.tif 000007
【図６】
2014145166.tif 000008
【図７】
2014145166.tif 000009