(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータ(2) からタンク(4) に至る戻り油回路に、作動油冷却器(5) と、作動油冷却器(5) に対して並列に分岐接続される第１リリーフ弁(7) とを設けた作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路において、
前記作動油冷却器(5) と第１リリーフ弁(7) との分岐点(10a) よりも戻り油回路の上流位置にて、前記作動油冷却器(5) 及び第１リリーフ弁(7) に対して並列に分岐接続された第２リリーフ弁(12)を設けた
ことを特徴とする作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路。
【請求項２】
第２リリーフ弁(12)は、弁体(22)の材質を軽金属とした
ことを特徴とする請求項１記載の作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路。
【請求項３】
第２リリーフ弁(12)は、弁体(22)の形状を略円盤形状とした
ことを特徴とする請求項１記載の作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路。
【請求項４】
第２リリーフ弁(12)は第１リリーフ弁(7) よりも定格流量が小さい
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すのは一般的な作動油冷却器５を有する油圧回路の１例である。油圧ポンプ９から操作弁３を介して送られる圧油によって作動する油圧アクチュエータ２を有する回路において、アクチュエータ２から操作弁３及び戻り回路１０を介して戻る作動油を、作動油冷却器５を介してタンク４に戻すことで、作動油温度を適性値に保っている。一般に作動油冷却器５の耐圧は低いので、作動油の温度が低く粘度が高い場合には、作動油冷却器５の圧力損失が増大して作動油冷却器５の寿命を縮めることがある。これを防ぐため、第１リリーフ弁７（本従来例でリリーフ弁はこの１つだけだが、後で述べる本発明の実施形態の構成要素と共通するので、敢えて「第１リリーフ弁」と呼ぶ。）を有する第１バイパス回路６（本従来例でバイパス回路はこの１つだけだが、後で述べる本発明の実施形態の構成要素と共通するので、敢えて「第１バイパス回路」と呼ぶ。）が作動油冷却器５に対して並列に分岐接続されており、作動油冷却器５を過大な圧力から保護している。しかし、アクチュエータ２からの戻り流量が急激に変動し、圧力が急激に上昇する場合などは、第１リリーフ弁７の開放が戻り流量の変動に追いつかず、戻り回路１０中にピーク圧力を生じることがあって、作動油冷却器５の寿命を縮めていることになる。
【０００３】
これを解決する技術として、例えば特開平９−１４２１５号公報に開示されたものがあり、同公報に記載された回路図を図５及び図６に示す。なお、図４の説明で述べた構成要素と同一の構成には、同一の符号をつけ、説明は省略する。図５の回路は第１例であり、リリーフ弁７にソレノイド１３を付加して、アクチュエータ２からの戻り流量が急激に変動し、圧力が急激に上昇するような動作が行なわれた場合は、図示しない検知手段がこれを検知して、制御部１４からの電流による電磁力でリリーフ弁７を強制的に開き、ピーク圧力を緩和する。図６の回路は戻り回路１０にアキュムレータ１５を設けてピーク圧力を緩和する第２例である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−１４２１５号公報に開示された手段にてピーク圧力を緩和するには次のような問題がある。まず、第１例でリリーフ弁７を電磁力で強制的に開くには、ピーク圧力の発生を検知する手段と、この手段からの信号を受けてソレノイド電流を切替える制御部１４と、制御部１４からのソレノイド電流でリリーフ弁７を開くソレノイド１３とを設ける必要があり、大幅なコストアップが避けられない。また、第２例でアキュムレータ１５は一般に場積がかさむ上に、温度変化によって封入ガス圧力が変化するものである。高温下では封入ガス圧力が上昇してそれより低いピーク圧力を緩和できなくなるし、低温下では封入ガス圧力が低下して回路油圧を下回るために封入ガス容積が縮まってやはりピーク圧力を緩和できなくなる。したがって限られた温度条件の下でないとピーク圧力を緩和する作用は得られない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、より簡素な形で、かつ温度の影響を受けにくい作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、油圧アクチュエータからタンクに至る戻り油回路に、作動油冷却器と、作動油冷却器に対して並列に分岐接続される第１リリーフ弁とを設けた作動油冷却器のリリーフ弁油圧回路において、前記作動油冷却器と第１リリーフ弁との分岐点よりも戻り油回路の上流位置にて、前記作動油冷却器及び第１リリーフ弁に対して並列に分岐接続された第２リリーフ弁を設けたことを特徴とする。
【０００７】
第１の発明によると、作動油冷却器と第１リリーフ弁との分岐点よりも戻り油回路の上流位置に、作動油冷却器及び第１リリーフ弁に対して並列に第２リリーフ弁を設けることにより、作動油冷却器にかかるピーク圧力の緩和が可能となり、従来技術のようなソレノイド及びその制御部、又はアキュムレータが不要となる。この第２リリーフ弁は第１リリーフ弁と同等又は相似形式のリリーフ弁を流用できるので、新規設計不要となり、コストを低減できる。またリリーフ弁の配置について設計自由度が高く、スペースをとらず保守点検容易な機器配置をとることができる。さらにリリーフ弁はアキュムレータよりも温度変化による性能低下が小さいため、広い温度範囲にわたって使用可能となる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において第２リリーフ弁は、弁体の材質を軽金属としたことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明によると、弁体の材質を鉄とするよりも第２リリーフ弁の応答性が向上するので、ピーク圧力を緩和する作用がより顕著になる。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において第２リリーフ弁は、弁体の形状を略円盤形状としたことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明によると、弁体の形状を通常用いられるポペット形状とするよりも第２リリーフ弁の応答性が向上するので、ピーク圧力を緩和する作用がより顕著になる。
【００１２】
第４の発明は、第２又は第３の発明において第２リリーフ弁は第１リリーフ弁よりも定格流量が小さいことを特徴とする。
【００１３】
第４の発明によると、第２リリーフ弁の定格流量が小さいので、第２リリーフ弁に接続する第２バイパス回路の配管を細くでき、スペースをとらず、かつ重量とコストを抑えられる。また、定格流量が小さく配管が細いため圧力損失が大きく、万が一故障で第２リリーフ弁が開いたままになっても、作動油冷却器をバイパスして第２リリーフ弁から逃げる流量は少ないので、作動油の冷却性能の低下は小さくて済む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜３を参照して説明する。なお、従来例で説明した構成要素と同一の構成には、同一の符号をつけ、説明は省略する。まず、図１で戻り回路１０に、作動油冷却器５と、これと並列に配された第１バイパス回路６とが設けられ、第１バイパス回路６には第１リリーフ弁７が設けられている。作動油冷却器５と第１バイパス回路６とは、戻り回路１０上の点１０ａで分岐接続される。戻り回路１０上の操作弁３出口近傍であって点１０ａの上流に位置する点１０ｂに第２バイパス回路１１が分岐接続され、第２バイパス回路１１の中には第２リリーフ弁１２が設けられている。
【００１５】
本実施形態にあっては、第２リリーフ弁１２の位置を、第１リリーフ弁７よりも点１０ａと点１０ｂとの間の配管長さＬだけ、第１リリーフ弁７よりも上流側へ配置している。アクチュエータ２が作動することで発生したピーク圧力は、操作弁３を介して、戻り回路１０を伝わり、第１リリーフ弁７と第２リリーフ弁１２とで緩和され、作動油冷却器５にかかる。その場合、第２リリーフ弁１２で緩和されたピーク圧力は長さＬの配管１０ｃ内を進む間に配管１０ｃ内の作動油の体積変化にエネルギーを消費して減衰させられる。したがって、仮に第１リリーフ弁７と第２リリーフ弁１２とが同等の応答性をもっているとしても、上流側へ配された第２リリーフ弁１２の方が作動油冷却器５にかかるピーク圧力を緩和する作用が大きいといえる。その理由について以下に詳細に説明する。
【００１６】
図２は第２リリーフ弁１２で緩和されたピーク圧力波形のモデルであり、横軸は時間、縦軸は圧力を表わす。すなわち山の高さΔＰはピーク圧力とベース圧力との差であり、山の底辺ｔは圧力が立ち上がってから静定するまでの時間である。戻り回路１０の定格流量をＱとするとピーク圧力の山が持っているエネルギＥは、数式「Ｅ＝（ｔ×Ｑ×ΔＰ）／２」で求められる。配管の容積をＶ、体積弾性係数をＫ、圧力変動による体積変化分をΔＶ（＝Ｖ×ΔＰ／Ｋ）とすると、圧力変動による体積変化で消費されるエネルギ損失ΔＥは数式「ΔＥ＝ΔＶ×ΔＰ＝Ｖ×（ΔＰ）２／Ｋ」で与えられる。したがってエネルギ損失の割合は数式「ΔＥ／Ｅ＝２×Ｖ×ΔＰ／（ｔ×Ｑ×Ｋ）」で求められる。ここで、
ΔＰ＝１ＭＰａ＝１０６ｋｇ／（ｓ２×ｍ）、
Ｌ＝１０ｍ
Ｖ＝（π×（５０ｍｍ）２／４）×Ｌ＝０．０２ｍ３：配管の内径φ５０、
ｔ＝０．１ｓ、
Ｑ＝６００ｌ／ｍｉｎ＝０．０１ｍ３／ｓ、
Ｋ＝０．５×１０３ＭＰａ＝０．５×１０９ｋｇ／（ｓ２×ｍ）とそれぞれ仮定すると、
ΔＥ／Ｅ＝８×１０−２＝８％となる。
エネルギ損失分だけピーク圧力の山も小さくなると単純に計算すれば、ピーク圧力の山の高さΔＰを８％、すなわちこの場合は０．０８ＭＰａ減ずることになる。
【００１７】
なお、上記の作用を得るために、第２リリーフ弁１２を設けることなく、第１リリーフ弁７を第２リリーフ弁１２の分岐位置の点１０ｂに配することで第２リリーフ弁１２の作用を兼ねさせることも考えられる。しかし、第１リリーフ弁７は作動油冷却器の破損防止を目的に設けられている以上、作動油冷却器にできるだけ近いところに分岐接続するのが望ましく、やはり第２リリーフ弁１２を別個に設けるのが望ましい。
【００１８】
ピーク圧力の緩和を唯一の目的として第２リリーフ弁１２を設けている以上、第２リリーフ弁１２から逃がす流量は、多くともピーク圧力の原因となる戻り流量の変動分だけで良く、もちろんこれは定格の戻り流量よりも少ない。したがって、第２リリーフ弁１２の定格流量も第１リリーフ弁７の定格流量よりも小さくても良く、必然的に第２リリーフ弁１２は、第１リリーフ弁７より小型で良い。このことから第２リリーフ弁１２の配管サイズもまた、戻り配管の主管路のサイズより小さいもので良いことになる。したがって第２バイパス回路１１は比較的コンパクトに構成できる。第２リリーフ弁１２の定格流量を選定するためには、できるだけ戻り流量の変動分を測定しておくことが望ましいが、流量計を取り付けることが困難な場合は、ピーク圧力の原因となるアクチュエータ２の作動速度を測定することで代用し、戻り流量の変動分を推定する。
【００１９】
ピーク圧力の緩和をより効果的に行うためには、第２リリーフ弁１２の応答性を高めるのが好ましいが、そのためには弁体を軽量化する必要がある。弁体のサイズを相似的に小さくすると、受圧面積や開口面積（の弁体ストローク量に対する変化率）が小さくなるために、弁体の重量は軽くなっても応答性は高くならない。したがって、第２リリーフ弁１２の応答性を高めるためには、弁体の材質をアルミなどの軽金属にするのが良い。又は図３に例示するように、弁体２２の形状を、ストローク方向の長さを縮め、中心に貫通孔２１を有する略円盤形の弁体形状とし、段差部分２６を有するガイドロッド２３上を弁体２２が摺動して弁室２４の通路孔２５を開閉する構造としても良い。この弁体形状であれば、通常用いられるポペット形状と比較して、弁体２２のストローク量に対する開口面積の変化率を大きくとりながら弁体２２の重量を軽くできる。また、前記の通り第２リリーフ弁１２は第１リリーフ弁７よりも定格流量が小さくても良い、すなわち最大開口面積が小さくても良い。したがって、ガイドロッド２３の段差部分２６をストッパとして、必要最小限の開口面積が確保できる程度に弁体２２のストローク量を制限することで、シート不良による吹き抜けを防止できる。
【００２０】
第２リリーフ弁１２のセット圧力は低いほど、ピーク圧力を緩和する上で有利である。しかし、低すぎるとピーク圧力発生時以外でもリリーフして、作動油の冷却性能を低下させる可能性がある。したがって一般には、第２リリーフ弁１２のセット圧力は、第１リリーフ弁７のセット圧力と同等か又は若干量（リリーフ弁同士の干渉を避ける程度に）高めとするのが望ましい。
【００２１】
以上本発明の実施形態について説明してきた。作動油冷却器の上流の戻り回路に第２リリーフ弁を設けること、さらに望ましくは第２リリーフ弁の応答性を高める形状や材質を選定することにより、作動油冷却器にかかるピーク圧力を緩和でき、作動油冷却器の寿命を伸ばすことができる。しかも、追加される要素は単純なリリーフ弁のみであるため、電磁弁のように複雑な制御の必要はなく、アキュムレータのように温度の影響を強く受けることもない。したがって、安価でかつ耐候性に優れた構成となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の回路図である。
【図２】ピーク圧力の波形のモデルである。
【図３】ピーク圧力を緩和する作用を高めるために弁体形状を改良したリリーフ弁の断面図である。
【図４】作動油冷却器を有する一般的な油圧回路の図である。
【図５】ピーク圧力を緩和する手段としてソレノイドを用いた従来例の回路図である。
【図６】ピーク圧力を緩和する手段としてアキュムレータを用いた従来例の回路図である。
【符号の説明】
４…タンク、５…作動油冷却器、７…第１リリーフ弁、１２…第２リリーフ弁、２２…弁体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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