(57)【要約】【課題】作動油温が設定温度より低いときには、迅速かつ確実に作動油を加温でき、かつ作動油温が高い場合には有効に冷却し、もって作動油のヒートバランスを良好にできるようにする。【解決手段】油圧アクチュエータ２からの戻り配管８から分岐させた２つの管路９，１０のうち、リリーフ弁１２を設けたバイパス管路１０の方の流路断面積をオイルクーラ１１を設けた戻り油冷却管路９より大きくし、かつ戻り油冷却管路９の方を長くすることによって、戻り油冷却管路９とバイパス管路１０とを比較すると、管路抵抗に大きな差が生じるようになり、戻り油冷却管路９を流れる作動油の方がバイパス管路１０を流れる作動油より管路抵抗が大きくしている。【選択図】　　図１
2004019675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプ及び作動油タンクと、油圧ポンプから供給される圧油により駆動される油圧アクチュエータとを備えた油圧駆動回路に設けられ、前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記作動油タンクに還流させる戻り配管に、この戻り油を冷却するオイルクーラを通る戻り油冷却流路と、オイルクーラを介さずに前記作動油タンクに戻すバイパス流路とを接続し、このバイパス流路にリリーフ弁を設けた作動油温調整装置において、
前記戻り油冷却流路の管内径を前記バイパス流路の管内径より小さくし、かつ前記戻り油冷却流路の管路長を前記バイパス流路の管路長より長くする
構成としたことを特徴とする油圧駆動回路の作動油温調整装置。
【請求項２】
前記戻り油冷却流路の前記オイルクーラの上流側または下流側に、圧力損失調整用配管を着脱可能に接続する構成としたことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動回路の作動油冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等、油圧駆動式の作業機であって、その油圧駆動回路に設けられ作動油を冷却する作動油冷却機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧駆動式の作業機として、例えば油圧ショベルは、油圧シリンダや油圧モータといった油圧アクチュエータにより車両の走行，上部旋回体の旋回及びフロント作業機の駆動等といった作動がなされる。これら各油圧アクチュエータを駆動するために、油圧ショベルにはエンジン及び油圧ポンプが搭載される。また、油圧ポンプ及び作動油タンクと各油圧アクチュエータとの間には制御弁が介在しており、制御弁を操作することによって、油圧ポンプからの圧油が所定の油圧アクチュエータに供給され、またこの油圧アクチュエータからの戻り油は作動油タンクに還流する。
【０００３】
前述した油圧ショベルの油圧回路において、油圧ポンプで圧縮することから、また油圧アクチュエータを駆動することから、作動油は回路内を循環する間に加熱されて、粘度が低下することになる。作動油の粘度が著しく低下すると、シール漏れが生じる等の不都合が生じる。このために、制御弁から作動油タンクに戻り油が還流する際にその冷却を行う構成としている。即ち、制御弁からの戻り油管路の途中にオイルクーラを設けて、オイルクーラに戻り油を通すと共に、このオイルクーラに冷却ファンからの冷却風を供給する。一方、作動油温があまり低いと、油圧回路内での円滑な流れが阻害されることになる。従って、作動油は所定の温度範囲に保つ必要がある。
【０００４】
ところで、油圧ショベル等の建設機械は野外で作業を行うものであり、外気温の低い冬季において、しかも寒冷地を作業現場とする場合もある。従って、建設機械の起動時に作動油温が極端に低くなっていることがあり、この場合には回路を循環する作動油を加温するように暖機運転を行う。この暖機運転は作動油温を上昇させるためのものであるから、戻り油がオイルクーラを介して作動油タンクに還流すると、加温しようとする作動油が冷却されてしまうことになり、暖機運転が長時間化する等といった不都合が生じる。
【０００５】
以上のことから、例えば特開２００１−６５５２７号公報等に開示されているように、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ようにした油圧駆動回路は従来から広くられている。即ち、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るようになし、このバイパス流路にリリーフ弁を設けて、戻り油の温度が低く、粘性抵抗が高い場合には、このリリーフ弁を開いて、オイルクーラを介さずに、つまり非冷却状態で作動油タンクに戻し、戻り油の温度が所定のレベルまで上昇すると、リリーフ弁を閉じて、オイルクーラを通る流路を取らせるようにしている。換言すると、リリーフ弁は作動油温に応じて、オイルクーラを介する流路の流量（冷却流量）とオイルクーラを介さない流路の流量（非冷却流量）との流量比を設定する機能を発揮するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したバイパス流路に設けられるリリーフ弁は、バイパス流路において、このリリーフ弁より上流側の圧力を検出して、この上流側圧力がリリーフ開放圧を越したときに開くものである。ここで、バイパス流路におけるリリーフ弁の上流側の圧力は、その内部を流れる戻り油の圧力と、戻り油冷却流路内を流れる戻り油との差圧に依存する。戻り油冷却流路には、オイルクーラだけでなく、フィルタ等の機器が設けられているので、これらの機器の状態等によっては、同じ温度の戻り油が流れても、戻り油冷却流路側での圧力損失が一定でないことがある等、リリーフ弁に作用する圧力が一定しないことがあり、必ずしもその制御性が良好ではなく、戻り油の温度変化に対する追従性、応答性が劣り、冷却流量と非冷却流量との比を設計値通り微細に調整するのは極めて困難である等といった問題点がある。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、作動油温が設定温度より低いときには、迅速かつ確実に作動油を加温でき、かつ作動油温が高い場合には有効に冷却し、もって作動油のヒートバランスを良好にできるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプ及び作動油タンクと、油圧ポンプから供給される圧油により駆動される油圧アクチュエータとを備えた油圧駆動回路に設けられ、前記油圧アクチュエータからの戻り油を前記作動油タンクに還流させる戻り配管に、この戻り油を冷却するオイルクーラを通る戻り油冷却流路と、オイルクーラを介さずに前記作動油タンクに戻すバイパス流路とを接続し、このバイパス流路にリリーフ弁を設けた作動油温調整装置であって、前記戻り油冷却流路の管内径を前記バイパス流路の管内径より小さくし、かつ前記戻り油冷却流路の管路長を前記バイパス流路の管路長より長くする構成としたことをその特徴とするものである。
【０００９】
戻り配管から作動油タンクに向けて流れる戻り油の油温が低いと、管路を流れる際の粘性抵抗が大きくなる結果、圧力損失が大きくなる。この管内径を細くし、かつ管路長を長くすればするほど、圧力損失の増大がより顕著になる。一方、戻り油の油温が高い場合には、この戻り油の流路の管内径及び管路長が変化しても、圧力損失の点ではあまり大きな差が出ない。そこで、戻り油冷却流路とバイパス流路との管内径及び管路長に大きな差を持たせる。その結果、戻り油の油温が低いときには、リリーフ弁の上流側の圧力がほぼ戻り油冷却流路での圧力損失分に相当するものとなる。従って、戻り油冷却流路の圧力損失を基準としてリリーフ弁の開放圧力を設定することによって、戻り油がこの設定温度より低下すると、迅速かつ確実にリリーフ弁が開いて、戻り油の全量がバイパス流路側に流れるので、作動油は迅速に加温される。そして、作動油の油温が上昇すると、粘性抵抗が低下することから、オイルクーラを含む戻り油冷却流路での圧力損失が小さくなる。その結果、リリーフ弁が閉じて、戻り油の全量が戻り油冷却流路を介して流れる。従って、作動油の温度に対するリリーフ弁の応答性及び制御性が向上することになり、油圧駆動回路内を流れる作動油のヒートバランスが著しく改善される。特に、寒冷地で作業する建設機械では、起動時はもとより、機械の作動中でも作動油温が低下する可能性がある。従って、戻り油冷却流路におけるオイルクーラの上流側または下流側に、圧力損失調整用配管を着脱可能に接続する構成として、建設機械の作業地等に応じて、最適の管内径及び管路長を有する圧力損失調整用配管を装着すれば、外気温に応じて冷却流量と非冷却流量との間で適正な流量比を与えることができることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態を示すものであって、図中において、１は油圧ポンプ、２は油圧アクチュエータ、３は作動油タンクである。油圧ポンプ１は、作動油タンク３から作動油を吸い込んで加圧して、吐出配管４からコントロールバルブ５に供給される。コントロールバルブ５は複数の方向切換弁６が含まれており、各方向切換弁６はそれぞれ一対のアクチュエータ接続配管７ａ，７ｂを油圧アクチュエータ２に接続されている。また、コントロールバルブ５には戻り配管８が接続されており、この戻り配管８は最終的には作動油タンク３に接続されている。
【００１１】
油圧ショベル等の建設機械に設けられる油圧駆動回路は概略以上のように構成される。油圧ポンプ１はエンジン等の動力源により駆動されて、作動油タンク３から吸い込んだ作動油を加圧して、吐出配管４に圧油が供給される。そこで、コントロールバルブ５に含まれるいずれかの方向切換弁６を中立位置から左右いずれかの切換位置に切り換えると、油圧アクチュエータ２における一方のポートに圧油が供給され、また他方のポートは戻り配管８を介して作動油タンク３に接続される。これによって、油圧アクチュエータ２が作動して、油圧アクチュエータが油圧シリンダであれば、伸長乃至縮小という動作が行われ、また油圧アクチュエータが油圧モータであれば、回転動作が行われる。
【００１２】
ここで、図１の油圧駆動回路においては、作動油のヒートバランスを取るために、戻り油を冷却できるようにしている。このために、戻り配管８は、途中で２つの管路９，１０に分岐している。一方の管路９は戻り油冷却管路であり、この戻り油冷却管路９の途中には熱交換器としてのオイルクーラ１１が設けられており、このオイルクーラ１１に冷却風を供給することによって、その内部を通る戻り油が冷却された後に作動油タンク３に還流するようになる。
【００１３】
もう一方の管路１０はバイパス流路を構成するものである。このバイパス管路１０の途中にはリリーフ弁１２が設けられており、このリリーフ弁１２にはばね１２ａによる設定圧が与えられている。そして、リリーフ弁１２の上流側の圧力がばね１２ａによる設定圧を越えると、このリリーフ弁１２が開いて、バイパス管路１０を介して、つまりオイルクーラ１１を介さないで直接作動油タンク３に還流させるようになっている。なお、図中において、符号１３は油圧駆動回路全体の最高圧を設定するための高圧リリーフ弁である。
【００１４】
このように構成することによって、油圧ポンプ１で加圧され、油圧アクチュエータ２により所定の仕事を行うことにより加熱された作動油を冷却することができ、もって油圧駆動回路を流れる作動油が過熱状態になって、実質的に粘度が失われるのを防止することができる。また、作動油温が低いときには、その冷却を行わないことにより適正な温度状態にまで加熱することができる。従って、回路内を流れる作動油のヒートバランスを良好に保つことができる。
【００１５】
ここで、リリーフ弁１２の開閉動作は、実質的に戻り油冷却管路９における圧力損失に依存するようにしている。つまり、作動油温（即ちその粘度）を戻り油冷却管路９における圧力損失として検出して、作動油温が設定したレベルより低いときにリリーフ弁１２を開いて戻り油を非冷却状態で作動油タンク３に還流させるようにする。このために、戻り油冷却管路９において、作動油温の変化に伴う圧力損失の変化を大きくし、つまり作動油温の検出感度を高めるようにしている。特に、作動油温の低温側での検出感度を高めている。
【００１６】
そこで、図１に線の太さで差を付けたように、戻り油冷却管路９の管内径とバイパス管路１０の管内径との差、つまり流路断面積に差を持たせ、バイパス管路１０の方の流路断面積を戻り油冷却管路９より大きくする。また、それらの管路長にも差を持たせて、戻り油冷却管路９の方を長くする。これによって、戻り油冷却管路９とバイパス管路１０とを比較すると、管路抵抗に大きな差が生じるようになり、戻り油冷却管路９を流れる作動油の方がバイパス管路１０を流れる作動油より管路抵抗が大きくなる。なお、図示した構成では、戻り油冷却管路９におけるオイルクーラ１１の下流側の管路を長くしたが、オイルクーラ１１より上流側の管路を長くしても良い。
【００１７】
而して、戻り油冷却管路９の圧力損失は実質的にそのときに流れる作動油の温度に応じて変化する。しかも、バイパス管路１０の途中に設けたリリーフ弁１２には、戻り油冷却管路９側の圧力損失とバイパス管路１０側との圧力損失との差ではなく、実質的に戻り油冷却管路９における圧力損失分が直接作用することになる。従って、油圧駆動回路を流れる作動油の温度（即ち、粘度）に対するリリーフ弁１２の追従性が著しく向上し、油圧駆動回路におけるリリーフ弁１２の設定圧力を容易に、しかも正確に調整できる。そして、作動油温が設定温度になると、迅速かつ確実にリリーフ弁１２が開いて、戻り油がバイパス管路１０を介して作動油タンク３に還流することになり、暖機運転時間の短縮等が図られ、リリーフ弁１２による作動油温の制御性が向上する。
【００１８】
一方、作動油が高温状態となっているときには、戻り油の全量を戻り油冷却管路９側に流し、オイルクーラ１１により冷却した後に作動油タンク３に還流させる。高温状態の作動油は粘性抵抗が小さくなるので、この戻り油冷却管路９の管内径を細くし、かつ管路長を長くしても、あまり大きな圧力損失が生じることはない。従って、リリーフ弁１２が開かないのはもとより、戻り油冷却管路９に流れる作動油にあまり大きな圧力損失が発生することはない。
【００１９】
ところで、リリーフ弁１２を開いて、作動油を冷却せずに直接作動油タンク３に還流させる頻度は、建設機械を寒冷地で作業させる場合に多く、温暖地では厳冬期等、特殊な条件を除いてリリーフ弁１２を開いて作動油を非冷却状態で作動油タンク３に還流させることはない。従って、温暖地仕様の場合には、戻り油冷却管路９における圧力損失が増大しないように、その管内径を必要以上細くしたり、また必要以上長くしたりはしない方が望ましい。また、戻り油冷却管路９は低圧側の配管であり、かつ通常はパイプとホースとを混在させるようにしている。従って、戻り油冷却管路９には、オイルクーラ１２への接続位置より上流側若しくは下流側における少なくとも１箇所において、硬質のパイプとゴム等の弾性部材からなるホースとの継ぎ目が存在している。
【００２０】
そこで、建設機械が仕向けられる作業現場に応じて、戻り油冷却管路の圧力損失の程度を変化させるようにするために、図２に示したように、戻り油冷却管路１９を構成する前後のパイプ２０，２１間を接続するホース２２を圧力損失調整用配管とすることができる。即ち、ホース２２の両端はパイプ２０，２１に嵌合されるようになっており、これらパイプ２０，２１の外周面にはホース２２を連結状態に固定するための円環状の凹部２０ａ，２１ａが１乃至複数箇所設けられている。またパイプ２０，２１にホース２２の両端を嵌合させた状態で、ホース２２の外周面側からパイプ２０，２１の凹部２０ａ，２１ａに対応する位置にクランプ部材２３を締め付けることによって、ホース２２の両端はパイプ２０，２１に接続される。
【００２１】
ここで、クランプ部材２３の締め付けによって、ホース２２が圧縮されるようになり、もってホース２２は接続状態で安定的に保持され、かつ内部からの油漏れ等が発生するおそれはない。特に、戻り油はタンク圧に近い低圧状態であるので、クランプ部材２３を着脱可能に装着することによって、容易にパイプ２０，２１に接続できる。
【００２２】
従って、作動油が低温となり、リリーフ弁１２が頻繁に開かれるような状況下で、つまり寒冷地で建設機械を稼動させる際には、パイプ２０，２１間に内径が細く、全長も長いホースを接続して、作動油が低温化したときにおける管路抵抗の増大による圧力損失を大きくすることによって、迅速かつ確実にリリーフ弁１２が開いて、作動油の温度を上昇させることができる。一方、リリーフ弁１２を開いて戻り油をバイパスさせる必要性が殆どないような温暖地で建設機械を稼動させる際には、ホースの内径を大きくし、かつその全長も必要最小限のものとすることによって、戻り油の作動油タンク３への還流時における圧力損失を最小限に抑制できる。この圧力損失調整用配管としてのホース２２は、戻り油冷却管路１９の途中であれば、オイルクーラを設けた位置より上流側及び下流側のいずれの位置に設けても良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、作動油温が設定温度より低いときには、迅速かつ確実に作動油を加温でき、かつ作動油温が高い場合には有効に冷却し、もって作動油のヒートバランスを良好にできる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す建設機械の油圧駆動回路の構成説明図である。
【図２】圧力損失調整用配管として用いられるホースのパイプへの接続部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　油圧ポンプ　　　２　油圧アクチュエータ
３　作動油タンク　　　５コントロールバルブ
６　方向切換弁　　　８　戻り配管
９，１９　戻り油冷却管路
１０　バイパス管路　　　１１　オイルクーラ
１２　リリーフ弁　　　２０，パイプ
２２　ホース　　　２３　クランプ部材
【図１】
2004019675.tif 000003
【図２】
2004019675.tif 000004