(57)【要約】【課題】油圧ポンプでのキャビテーションの発生が抑制できる作業機械を提供する。【解決手段】作業機械は、アクチュエータ７や油圧ポンプ１１、タンク１２、タンク１２から油圧ポンプ１１側へ作動油を送るサクション経路１４、リターン経路１５、サクション経路１４の内圧の低下を抑制する圧低下抑制機構２０を備えている。圧低下抑制機構２０は、リターン経路１５側の作動油の流路に配置される第１インペラ２１とサクション経路１４側の作動油の流路に配置される第２インペラ２２とを有している。作動油の流動によって第１インペラ２１が回転し、第１インペラ２１の回転に連動して第２インペラ２２が回転し、第２インペラ２２の回転の作用によってタンク１２からサクション経路１４への作動油の流出が促進される。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧によって駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに作動油を送る油圧ポンプと、
作動油を貯留するタンクと、
前記タンクと前記油圧ポンプとの間に配設され、前記タンクから前記油圧ポンプ側へ作動油を送るサクション経路と、
前記タンクと前記アクチュエータとの間に配設され、前記アクチュエータ側から前記タンクへ作動油を戻すリターン経路と、
前記サクション経路の内圧の低下を抑制する圧低下抑制機構と、
を備え、
前記圧低下抑制機構は、
前記リターン経路側の作動油の流路に配置される第１インペラと、
前記サクション経路側の作動油の流路に配置される第２インペラと、
を有し、
作動油の流動によって前記第１インペラが回転し、当該第１インペラの回転に連動して前記第２インペラが回転し、当該第２インペラの回転の作用によって前記タンクから前記サクション経路への作動油の流出が促進される作業機械。
【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記圧低下抑制機構が前記タンクの内部に配置されている作業機械。
【請求項３】
請求項１に記載の作業機械において、
前記圧低下抑制機構が前記タンクの外部に配置され、
前記第１インペラが前記リターン経路内に位置し、前記第２インペラが前記サクション経路内に位置している作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関し、その中でも特に作動油を貯留するタンクやその周辺部位の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の作業機械では、タンクに貯留されている作動油を油圧ポンプで油圧シリンダ等のアクチュエータに循環供給することにより、アームやブーム等を駆動している。
【０００３】
タンクから油圧ポンプの吸込口に至る経路（サクション配管）の内圧は、油圧ポンプの性能に影響する。例えば、油圧ポンプの吐出に対してタンクからの作動油の流出が追随できなくなると、サクション配管内が負圧になってキャビテーションが発生する。キャビテーションの状態によっては油圧ポンプが破損する虞がある。
【０００４】
そのため、作業機械では、一般に、タンクを油圧ポンプの近くに配置してサクション配管の長さを短くしたり、サクション配管の内径を大きくしたりして、サクション配管の内圧が負圧にならないように工夫している。
【０００５】
特に作業機械は、自動車等と異なり、高地や寒冷地等の厳しい環境条件下で用いられる場合もあるため、大気圧が低く、また作動油の粘度が高くなっても安定して作動するように、厳しい基準を満たすことが求められる。
【０００６】
一方、タンクへ作動油が戻る経路（リターン配管）では、タンクに戻り油が勢いよく流入する場合がある。タンク内には異物を除去するために濾過材が設置されており、これに戻り油が直接ぶつかると濾過材が破損する虞がある。そのため、濾過材の破損を防止する工夫が行われている（特許文献１等）。
【０００７】
例えば、特許文献１では、戻り油が流入する、タンクに形成された受入ポートの前面に、断面コ字状の金属板材からなる防護部材を取り付けている。そして、戻り油を防護部材に衝突させ、勢いが弱まった戻り油を左右の開放部分からタンク内に拡散させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１５５００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、作業機械では小型化が進み、タンク等の各装置を自由に配置することが困難になってきている。そのため、油圧ポンプの近くにタンクを配置することができずに、サクション配管が長くなる場合がある。
【００１０】
また、サクション配管の径を大きくすれば、それだけ設置スペースが必要になるし、部材コストも高くなる。
【００１１】
そこで本発明の目的は、配置や寸法に左右されることなく、安定して油圧ポンプでのキャビテーションの発生が抑制できる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、タンクに戻る作動油の流動によって作動し、サクション経路の内圧を高めることができる圧低下抑制機構を作業機械に設けた。
【００１３】
具体的には、本発明の作業機械は、油圧によって駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータに作動油を送る油圧ポンプと、作動油を貯留するタンクと、前記タンクと前記油圧ポンプとの間に配設され、前記タンクから前記油圧ポンプ側へ作動油を送るサクション経路と、前記タンクと前記アクチュエータとの間に配設され、前記アクチュエータ側から前記タンクへ作動油を戻すリターン経路と、前記サクション経路の内圧の低下を抑制する圧低下抑制機構とを備えている。
【００１４】
前記圧低下抑制機構は、前記リターン経路側の作動油の流路に配置される第１インペラと、前記サクション経路側の作動油の流路に配置される第２インペラとを有している。そして、作動油の流動によって前記第１インペラが回転し、当該第１インペラの回転に連動して前記第２インペラが回転し、当該第２インペラの回転の作用によって前記タンクから前記サクション経路への作動油の流出が促進されるように構成されている。
【００１５】
このような構成の作業機械によれば、油圧ポンプが作動すると、作動油がアクチュエータに送られ、それと同時にアクチュエータで不要になった作動油がリターン経路を通じてタンクに戻される。第１インペラはリターン経路側の作動油の流路に配置されているので、作動油の流動の作用によって第１インペラが回転する。そして、その回転に連動して、サクション経路側の作動油の流路に配置されている第２インペラが回転する。第２インペラが回転すると、その作用によってタンクからサクション経路への作動油の流出が促進される。その結果、サクション経路の内圧が高まるため、キャビテーションの発生を抑制することができる。
【００１６】
更に、第１インペラによってタンクに流入する作動油の勢いが弱められるため、防護部材等を設ける必要が無くなる点でも有利である。
【００１７】
例えば、前記圧低下抑制機構は前記タンクの内部に配置することができる。そうすれば、タンクを取り替えれるだけで実施できるため、既存の作業機械にも適用できるし低コストで実現できる。
【００１８】
また、前記圧低下抑制機構を前記タンクの外部に配置し、前記第１インペラが前記リターン経路内に位置し、前記第２インペラが前記サクション経路内に位置しているようにすることもできる。
【００１９】
この場合、タンクは既存品が利用できる。各インペラを経路内に配置することで、作動油とインペラとを効率よく作用させることができので、圧低下抑制機構をよりいっそう安定して作動させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の作業機械によれば、油圧ポンプでのキャビテーションの発生を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の作業機械を示す概略図である。
【図２】送油構造を示す概略図である。
【図３】圧低下抑制機構を示す概略図である。
【図４】別実施形態の圧低下抑制機構を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【００２３】
図１に、本発明を適用した油圧ショベル（作業機械）を示す。この油圧ショベルには、クローラ式の下部走行体１と、下部走行体１の上に旋回自在に設けられた上部旋回体２とが備えられている。上部旋回体２には、キャブ３やアタッチメント４、機械室５、カウンターウエイト６などが設置されている。キャブ３の内部には、下部走行体１やアタッチメント４を操作するための各種操作機器が配置されている（図示せず）。
【００２４】
これら操作機器をオペレータが操作することで、油圧シリンダ等のアクチュエータ７が油圧制御によって駆動する。アクチュエータ７の駆動によってアタッチメント４のブーム４ａやアーム４ｂ等が作動し、掘削等の作業を行うことができる。
【００２５】
アクチュエータ７を駆動するために、機械室５の内部に、油圧ポンプ１１やタンク１２、コントロールバルブ１３、エンジン１６などが設置され、アクチュエータ７に作動油を循環供給する送油構造１０が配設されている。
【００２６】
図２に、その送油構造１０を示す。送油構造１０は、油圧ポンプ１１やタンク１２、コントロールバルブ１３、サクション配管（サクション経路の一例）１４、リターン配管（リターン経路の一例）１５などで構成されている。油圧ポンプ１１は、エンジン１６によって駆動され、供給配管１７を通じてコントロールバルブ１３に作動油を送る。
【００２７】
コントロールバルブ１３には複数のアクチュエータ７が接続されている（同図では１つのみを例示）。コントロールバルブ１３は、操作機器の操作に応じて流路を切り替え、油圧ポンプ１１から送られる作動油を個々のアクチュエータ７へ分配供給する。それと同時に、コントロールバルブ１３は各アクチュエータ７で不要になった作動油を回収する。
【００２８】
コントロールバルブ１３に回収された作動油をタンク１２へ戻すために、コントロールバルブ１３とタンク１２との間にリターン配管１５が配設されている。リターン配管１５の一端（上流側）はコントロールバルブ１３に接続され、リターン配管１５の他端（下流側）はタンク１２に接続されている。回収された作動油は、コントロールバルブ１３からリターン配管１５を経てタンク１２に流入し、タンク１２に貯留される。
【００２９】
また、タンク１２の作動油を油圧ポンプ１１に送るために、タンク１２と油圧ポンプ１１との間にサクション配管１４が配設されている。サクション配管１４の一端（上流側）はタンク１２に接続され、サクション配管１４の他端（下流側）は油圧ポンプ１１の吸込口に接続されている。
【００３０】
油圧ポンプ１１は、サクション配管１４を通じてタンク１２の作動油を引き込み、その作動油を供給配管１７へ吐出する。油圧ポンプ１１の引き込み量に対してタンク１２からの作動油の流出量が不足すると、サクション配管１４の内部が負圧になってキャビテーションが発生する。キャビテーションの状態によっては油圧ポンプ１１が破損する虞がある。
【００３１】
通常、作動油は油圧ポンプ１１の吸引作用によってタンク１２から流出する構造になっているため、サクション配管１４の内部が負圧にならないように、サクション配管１４を太く短くする工夫が施されている。ところが、この場合、配置が制限されると実施が困難になるし、部材コストの増加を招くことにもなる。
【００３２】
そこで、この油圧ショベルには、油圧ポンプ１１の吸引作用に加え、機械的にサクション配管１４への作動油の流出を促すことができるように、圧低下抑制機構２０が備えられている。本実施形態の圧低下抑制機構２０は、タンク１２の内部に配置されている。
【００３３】
図３に、圧低下抑制機構２０を示す。タンク１２は、略密閉された箱状の容器である。タンク１２の上部には流入口１２ａが開口し、タンク１２の下部には、流入口１２ａと対向する位置に流出口１２ｂが開口している。そして、流入口１２ａにリターン配管１５が接続され、流出口１２ｂにサクション配管１４が接続されている。
【００３４】
圧低下抑制機構２０は、第１インペラ２１や第２インペラ２２、支持軸２３、軸支部材２４などで構成されている。第１インペラ２１は、タンク１２に流入する作動油の流路に位置し、作動油の流動方向の上流側に向かい、流出口１２ｂと対向した状態で流出口１２ｂの近傍に配置されている。一方、第２インペラ２２は、タンク１２から流出する作動油の流路に位置し、作動油の流動方向の下流側に向かい、流入口１２ａと対向した状態で流入口１２ａの近傍に配置されている。
【００３５】
第１インペラ２１及び第２インペラ２２は、棒状の支持軸２３の各端部に同軸に固定されている。第１インペラ２１及び第２インペラ２２は、同じ方向に回転した場合に、軸方向の同じ方向に作動油の流れが形成されるように取り付けられている。
【００３６】
軸支部材２４は、２つあり、タンク１２の内部の上部及び下部にそれぞれ対向状に取り付けられている。各軸支部材２４は、矩形枠形状をしていて、その中央部には支持軸２３を回転自在に支持する軸受部２４ａを有している。本実施形態の軸支部材２４は、異物除去用のストレーナーを兼ねおり、その周囲を覆うように網目状の濾過部材２４ｂが軸支部材２４に取り付けられている。
【００３７】
リターン配管１５からタンク１２に作動油が流入すると、作動油は第１インペラ２１に直接ぶつかる。その作用で第１インペラ２１は回転し、それとともに第２インペラ２２も回転する。そうすると、第２インペラ２２の作用により、タンク１２からサクション配管１４へ向かう作動油の流れが形成されるため、作動油の流出が促進される。その結果、サクション配管１４の内部の油圧が高まるため、油圧ポンプ１１の吸引に伴うサクション配管１４の内圧の低下を抑制することができる。
【００３８】
タンク１２に作動油が流入すると、第１インペラ２１にぶつかって作動油の勢いが弱まるので、濾過部材２４ｂへの衝撃も軽減することができる。しかも、作動油の流動エネルギーを第２インペラ２２を回転させる回転エネルギーに変換して利用しているので、圧低下抑制機構２０の駆動にはランニングコストが発生しない。更に、圧低下抑制機構２０は、油圧ポンプ１１の動作に連動して駆動するので効率的である。
【００３９】
圧低下抑制機構２０がタンク１２の内部に組み込まれているため、タンク１２を取り替えるだけで既存の油圧ショベル等にも適用できる。サクション配管１４へ作動油が強制的に供給されるため、サクション配管１４の配置や構造の自由度が増す点でも有利である。
【００４０】
（別実施形態）
図４に、本実施形態の油圧ショベルの圧低下抑制機構を示す。この油圧ショベルの圧低下抑制機構２０はタンク１２の外に配置されている。油圧ショベルの基本的な構造については先の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。また、既出の部材についても同じ機能の部材には同じ符号を用いる。
【００４１】
タンク１２は従来と同じ構造である。例えば、このタンク１２の場合、タンク１２の内壁に流入口１２ａや流出口１２ｂを覆うストレーナー１２ｃが取り付けられている。サクション配管１４は、タンク１２の下方に小さく突出した後、屈曲し、略水平方向に延びる第２延出部３２がサクション配管１４に形成されている。
【００４２】
リターン配管１５は、タンク１２に沿って配設され、タンク１２の下部に位置する第２延出部３２の近傍まで延びている。そして、リターン配管１５はタンク１２の下部で屈曲し、第２延出部３２が延びる方向と逆方向に延びる第１延出部３１がリターン配管１５に形成されている。第１延出部３１は、第２延出部３２と略同一直線上に位置するように配置されている。
【００４３】
本実施形態の軸支部材２４は、タンク１２の外面に取り付けられ、第２延出部３２と第１延出部３１との間に位置している。第１延出部３１における第２延出部３２との対向部位には、貫通した第１軸孔３３が形成されている。同様に、第２延出部３２における第１延出部３１との対向部位には、第１軸孔３３と対向する位置に第２軸孔３４が形成されている。
【００４４】
支持軸２３は、その中間部分が軸支部材２４に回転自在に支持されている。支持軸２３の一方の端部は、第１軸孔３３を通って第１延出部３１の内部に突出し、支持軸２３の他方の端部は、第２軸孔３４を通って第２延出部３２の内部に突出している。支持軸２３と第１軸孔３３や第２軸孔３４との間は、回動自在に液封されている。そうして、第１延出部３１の内部に突出した支持軸２３の端部に第１インペラ２１が固定され、第２延出部３２の内部に突出した支持軸２３の端部に第２インペラ２２が固定されている。第２インペラ２２は、第２延出部３２の上流側（流出口１２ｂの近傍）に位置している。
【００４５】
従って、本実施形態の場合、リターン配管１５をタンク１２に向かって作動油が流れると、その流動によって第１インペラ２１が回転し、それとともに第２インペラ２２も回転する。第２インペラ２２が回転すれば、サクション配管１４の上流側で油圧ポンプ１１に向かう作動油の流れが形成されるため、タンク１２からサクション配管１４への作動油の流出が促進される。その結果、サクション配管１４の内部の油圧が高まるため、油圧ポンプ１１の吸引に伴うサクション配管１４の内圧の低下を抑制することができる。
【００４６】
なお、本発明の作業機械は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【００４７】
例えば、上述した実施形態では、リターン経路やサクション経路を１本の配管で表したが、その途中にバルブや装置が接続してあってもよいし、分岐等していてもよい。第１インペラ２１及び第２インペラ２２はそれぞれ異なった形態であってもよい。
【００４８】
また、第１インペラ２１と第２インペラ２２との間にギア機構を設け、両者の回転数や回転軸の方向を異ならせてもよい。第１インペラ２１及び第２インペラ２２のうち、いずれか一方をタンク１２の内部に配置し、他方をタンク１２の外部に配置してもよい。軸支持部材２４の形態は仕様に応じて適宜変更できる。タンク１２やリターン配管１５、サクション配管１４の配置や形態も仕様に応じて適宜変更できる。
【符号の説明】
【００４９】
１  下部走行体
２  上部旋回体
４  アタッチメント
５  機械室
７  アクチュエータ
１０  送油構造
１１  油圧ポンプ
１２  タンク
１２ａ  流入口
１２ｂ  流出口
１３  コントロールバルブ
１４  サクション配管
１５  リターン配管
２０  圧低下抑制機構
２１  第１インペラ
２２  第２インペラ
２３  支持軸
２４  軸支部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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