JP2018048478A

JP2018048478A - 作動油タンク

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Publication number: JP2018048478A
Application number: JP2016184222A
Authority: JP
Inventors: 浅蔭　朋彦; Tomohiko Asakage; 朋彦浅蔭
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP6680162B2

Abstract

【課題】作動油タンクの質量を増加させることなくフィルタケースの強度を向上させることができるようにする。【解決手段】フィルタ室２は、複数の平面を備え、複数のオイルフィルタ２１の各々の上部を収容する上部室１１と、上部室１１の下方において複数のオイルフィルタ２１毎に設けられ、それぞれが筒状に形成されてオイルフィルタ２１の下部を収容するとともに、それぞれが貯留室３に接続された複数の下部室１２と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧回路を循環する作動油に混入した汚損物を除去するオイルフィルタが設けられた作動油タンクに関する。

作動油タンクは、油圧式の作業機械に設けられ、油圧回路の一部を構成している。作動油タンクには、油圧回路を循環する作動油に混入した汚損物を除去するオイルフィルタが交換可能に設けられる。

特許文献１には、直方体状のフィルタケースをタンク本体内に設け、このフィルタケースに複数のオイルフィルタを収容した作動油タンクが開示されている。

特開２００２−２１８０３号公報

しかしながら、特許文献１のものは、フィルタケースが直方体形状であるため、フィルタケースに内圧がかかった場合に、フィルタケースを構成する長方形状の平面の長辺中央部に最大応力が生じる。つまり、平面の長辺中央部が強度的に弱い。収容するオイルフィルタのサイズを大きくするほど、フィルタケースの大きさは大きくなる。その結果、平面の長辺中央部に生じる最大応力が大きくなり、フィルタケースの強度が弱くなるので、フィルタケースが破損する危険性が大きくなる。

そこで、フィルタケースの板厚を厚くすることが考えられるが、作動油タンクの質量が大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、作動油タンクの質量を増加させることなくフィルタケースの強度を向上させることが可能な作動油タンクを提供することである。

本発明は、複数のオイルフィルタを内部に収容し、内部に作動油が流入するフィルタ室と、前記フィルタ室の下方に設けられ、前記オイルフィルタでろ過された前記作動油が内部に導入される貯留室と、を有し、前記フィルタ室は、複数の平面を備え、前記複数のオイルフィルタの各々の上部を収容する上部室と、前記上部室の下方において前記複数のオイルフィルタ毎に設けられ、それぞれが筒状に形成されて前記オイルフィルタの下部を収容するとともに、それぞれが前記貯留室に接続された複数の下部室と、を有することを特徴とする。

本発明によると、複数のオイルフィルタを内部に収容するフィルタ室が、複数のオイルフィルタの各々の上部を収容する上部室と、複数のオイルフィルタ毎に設けられてそれぞれがオイルフィルタの下部を収容する複数の下部室と、で構成されている。フィルタ室を、上部室と複数の下部室とで構成することにより、上部室を構成する平面の面積は、フィルタ室のすべてを複数の平面で構成した場合の平面の面積よりも小さくなる。よって、上部室を構成する平面の中央部に生じる最大応力を小さく抑えることができる。また、下部室は筒状であるため、内圧に対する強度が上部室よりも強い。これにより、作動油タンクの質量を増加させることなく、フィルタ室の強度を向上させることができる。

作動油タンクの透過斜視図である。作動油タンクの要部断面図である。上部室を上方から見た断面図である。従来構造のフィルタ室を上方から見た断面図である。オイルフィルタの配置が異なる従来構造のフィルタ室を上方から見た断面図である。複数の円筒で構成されたフィルタ室を上方から見た断面図である。変形例における上部室を上方から見た断面図である。他の変形例における上部室を上方から見た断面図である。変形例における作動油タンクの要部断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（作動油タンクの構成）
本発明の実施形態による作動油タンク１は、透過斜視図である図１に示すように、直方体の容器である。作動油タンク１は、クレーンや油圧ショベルといった、油圧式の作業機械に設けられ、油圧ポンプおよび油圧アクチュエータを含む油圧回路の一部を構成している。作動油タンク１内の作動油は、油圧ポンプ（図示せず）に吸い込まれて加圧され、油圧シリンダ（図示せず）や油圧モータ（図示せず）といった油圧アクチュエータに供給される。油圧アクチュエータからの戻り油は、オイルクーラ（図示せず）等を経て作動油タンク１内に還流される。なお、作動油タンク１は、油圧式の作業機械に設けられる構成に限定されない。

作動油タンク１は、フィルタ室（フィルタケース）２と、貯留室３と、を有している。フィルタ室２は、作動油タンク１の最上部に設けられている。フィルタ室２の上面は、作動油タンク１の上面を兼ねている。フィルタ室２の側面の一部は、作動油タンク１の側面を兼ねている。貯留室３は、フィルタ室２の下方に設けられている。

フィルタ室２の側面（作動油タンク１の側面でもある）には、流入配管４が接続されている。この流入配管４を通ってフィルタ室２の内部に作動油が流入する。フィルタ室２は、複数のオイルフィルタ（図示せず）を交換可能に内部に収容している。本実施形態において、フィルタ室２は、２本のオイルフィルタを内部に収容しているが、フィルタ室２が収容するオイルフィルタの数はこれに限定されない。オイルフィルタは、汚損物が混入した作動油をろ過する。フィルタ室２の上面（作動油タンク１の上面でもある）には、オイルフィルタの交換時に開閉されるカバー５が設けられている。

貯留室３は、流出配管６を備えている。流出配管６は、オイルフィルタの内部スペースに接続する。オイルフィルタでろ過された作動油は、流出配管６を介して貯留室３の内部に導入される。

（フィルタ室の構成）
作動油タンク１の要部断面図である図２に示すように、フィルタ室２は、上部室１１と、上部室１１の下方に設けられた下部室１２と、を有している。

上部室１１の側面（作動油タンク１の側面でもある）には、上述した流入配管４が接続されている。上部室１１は、複数のオイルフィルタ２１の各々の上部を収容している。オイルフィルタ２１は、円筒状であり、上部にリリーフ弁２２を有している。上部室１１の上面（作動油タンク１の上面でもある）には、上述したカバー５が設けられている。カバー５とオイルフィルタ２１との間には、オイルフィルタ２１を下部室１２の底面に押し付けるばね１３が設けられている。

上部室１１を上方から見た断面図である図３に示すように、上部室１１の断面形状は長方形である。上部室１１は、長方形状の複数の平面で構成されている。平面の長辺は、水平方向に平行であり、平面の短辺は、垂直方向に平行である。なお、平面は長方形状に限定されず、正方形状であってもよい。

図２に戻って、下部室１２は、複数のオイルフィルタ２１毎に設けられている。複数の下部室１２は、それぞれが円筒状に形成されて、オイルフィルタ２１の下部を収容している。下部室１２の下面には、上述した流出配管６が接続されている。複数の下部室１２は、それぞれが流出配管６を介して貯留室３に接続されている。なお、下部室１２は、円筒状に限定されず、角筒状であってもよい。また、下部室１２の径は互いに同じである必要はなく、互いに異なっていてもよい。

ここで、すべてが複数の平面で構成された従来構造のフィルタ室（フィルタケース）１０２について考える。従来構造のフィルタ室１０２は、本実施形態のフィルタ室２とは異なり、上部室１１と下部室１２とで構成されていない。また、オイルフィルタ２１を３本収容する構成について考える。

従来構造のフィルタ室１０２を上方から見た断面図である図４に示すように、フィルタ室１０２の断面形状は長方形である。フィルタ室１０２は、長方形状の複数の平面で構成されている。平面の長辺は、水平方向に平行であり、平面の短辺は、垂直方向に平行である。なお、図４において、３本のオイルフィルタ２１は直線状に並んで配置されている。

フィルタ室１０２に流入する作動油により、フィルタ室１０２に内圧がかかった場合に、矢印で示すように、フィルタ室１０２を構成する長方形状の平面の長辺中央部に最大応力が生じる。つまり、平面の長辺中央部が強度的に弱い。この応力は、次式（１）で表され、平面の短辺の長さａを平面の板厚ｈで除した値の２乗に比例して大きくなる。そして、平面の短辺の長さａはオイルフィルタ２１の高さに制約されるため、平面の短辺の長さａを小さい寸法に抑制するのは困難である。
σ_max＝βｐａ²／ｈ² ・・・式（１）

ここで、σ_maxは最大曲げ応力、βは応力係数、ｐは圧力、ａは平面の短辺の長さ、ｈは平面の板厚である。

また、図４に示すように、フィルタ室１０２の断面形状が長方形であると、矢印で示すように、断面の長辺中央部に最大応力が生じる。よって、断面の長辺を構成する平面が破損しやすくなる。そして、断面の短辺の長さはオイルフィルタ２１の本数に制約されるため、断面の短辺の長さを小さい寸法に抑制するのは困難である。なお、断面の長辺は、図中左右方向に平行であり、断面の短辺は、図中上下方向に平行である。

オイルフィルタ２１の配置が異なる従来構造のフィルタ室１０２を上方から見た断面図を図５に示す。図５において、３本のオイルフィルタ２１は三角形状に配置されている。このように、オイルフィルタ２１の配置を工夫しても、矢印で示すように、長方形状の平面の長辺中央部に最大応力が生じる。

そして、収容するオイルフィルタ２１のサイズを大きくするほど、フィルタ室１０２の大きさは大きくなり、フィルタ室１０２を構成する長方形状の平面の短辺の長さａが長くなる。その結果、平面の長辺中央部に生じる最大応力が大きくなり、フィルタ室１０２の強度が弱くなるので、フィルタ室１０２が破損する危険性が大きくなる。また、収容するオイルフィルタ２１の数を増やすほど、フィルタ室１０２の大きさは大きくなり、断面視において、断面の短辺の長さが長くなる。その結果、断面の長辺中央部に生じる最大応力が大きくなり、フィルタ室１０２の強度が弱くなるので、フィルタ室１０２が破損する危険性が大きくなる。

そこで、フィルタ室１０２を複数の平面で構成するのではなく、複数の円筒で構成することが考えられる。複数の円筒で構成されたフィルタ室２０２を上方から見た断面図を図６に示す。複数の円筒は、それぞれがオイルフィルタ２１を収容しており、円筒同士は流路で連通されている。

円筒は、直方体よりも内圧に対する強度が強い。円筒に生じる最大応力は、次式（２）で表され、半径ｒを板厚ｈで除した値に比例する。
σ_z＝ｒＰ_a／２ｈ・・・式（２）
ここで、σ_zは軸応力、Ｐ_aは内圧である。

流入配管４からフィルタ室２０２に流入した作動油は、まず上流側の円筒内を流れ、その後、流路を通って下流側の円筒内を流れる。しかし、このような構成では、作動油に圧力損失が生じ、上流側のオイルフィルタ２１を流れる作動油の流量が多くなり、下流側のオイルフィルタ２１を流れる作動油の流量が少なくなる。また、このようなフィルタ室２０２は、複数の平面で構成されたフィルタ室１０２に比べて、製作しにくい。

そこで、本実施形態においては、図２に示すように、フィルタ室２を、上部室１１と複数の下部室１２とで構成している。上述したように、下部室１２は円筒状である。

フィルタ室２を、上部室１１と複数の下部室１２とで構成することにより、上部室１１を構成する平面の面積は、フィルタ室２のすべてを複数の平面で構成した場合の平面の面積よりも小さくなる。よって、平面の短辺の長さａを小さく抑えることができるので、上部室１１を構成する平面の長辺中央部に生じる最大応力を小さく抑えることができる。また、下部室１２は円筒状であるため、内圧に対する強度が上部室１１よりも強い。これにより、作動油タンク１の質量を増加させることなく、フィルタ室２の強度を向上させることができる。

なお、上部室１１を構成する平面の長辺中央部に生じる最大応力を小さく抑えるために、上部室１１の上下方向の幅（短辺の長さ）は、できるだけ小さい方が望ましい。上部室１１の上下方向の幅は、流入配管４の管径よりも若干長いぐらいであってよい。

また、上部室１１は、複数の平面を備えていれば、その断面形状は長方形に限定されない。上部室１１を上方から見た断面図である図７に示すように、上部室１１の断面形状は多角形であってもよい。また、上部室１１を上方から見た断面図である図８に示すように、上部室１１の断面形状は半円形を含む形状であってもよい。また、上部室１１の断面形状は半円形であってもよい。

図２に戻って、本実施形態において、複数の下部室１２は、上下方向の長さが互いに異なる下部室１２を含んでいる。具体的には、図中右側の下部室１２は、図中左側の下部室１２よりも上下方向の長さが短い。よって、上下方向の長さが互いに異なるオイルフィルタ２１を併用することができる。なお、複数の下部室１２は、上下方向の長さが互いに同じであってもよい。

ここで、オイルフィルタ２１には、上下方向の長さが異なることで、ろ過面積が異なる種類が複数存在する。そして、オイルフィルタ２１が汚損物を捕える上で、作動油がオイルフィルタ２１を通過する速度が速くなり過ぎないろ過面積となるように、複数種類のオイルフィルタ２１が組み合わされて使用される。

フィルタ室２に流入する作動油の流量をＱ、この作動油の流速をｖ、複数のオイルフィルタ２１による総ろ過面積をＡとすると、ｖ＝Ｑ÷Ａの関係にある。また、オイルフィルタ２１単品のろ過面積をα、オイルフィルタ２１の使用本数をＮとすると、総ろ過面積Ａ＝α×Ｎの関係にある。

上下方向の長さが異なる下部室１２を設けることで、複数種類のオイルフィルタ２１を併用することができる。ある種類のオイルフィルタ２１単品のろ過面積をα１、このオイルフィルタ２１の使用本数をＮ１、他の種類のオイルフィルタ２１単品のろ過面積をα２、このオイルフィルタ２１の使用本数をＮ２とすると、総ろ過面積Ａ＝α１×Ｎ１＋α２×Ｎ２となる。複数種類のオイルフィルタ２１を併用することで、オイルフィルタ２１を通過する作動油の流速を最適化することができる。

また、下部室１２の上端１２ａは、上部室１１の下面１１ａよりも上方に配置されている。上部室１１の下面１１ａには、汚損物が溜まる。オイルフィルタ２１の交換時に、オイルフィルタ２１を下部室１２の下面から持ち上げると、フィルタ室２内に残存する作動油が流出配管６を介して貯留室３に流れ落ちる。このとき、上部室１１の下面１１ａに溜まった汚損物が、貯留室３に流れ落ちる作動油の流れに乗って、貯留室３に流れ落ちる。貯留室３に汚損物が流れ落ちると、汚損物がポンプで吸い上げられて、作業機械の油圧回路全体に汚損物が流出していくことになり、故障の原因になる。

そこで、下部室１２の上端１２ａを、上部室１１の下面１１ａよりも上方に配置することで、オイルフィルタ２１の交換時に、上部室１１の下面１１ａに溜まった汚損物が下部室１２に流れ落ちるのを抑制することができる。

また、オイルフィルタ２１の交換時に、フィルタ室２内に残存する作動油の油面が、上部室１１の下面１１ａよりも低く下部室１２の下面よりも高い高さｃまで下がっている場合、上部室１１の下面１１ａに溜まった汚損物は、貯留室３に流れ落ちる作動油の流れに乗って貯留室３に流れ落ちない。なお、この場合であっても、下部室１２の下面に溜まった汚損物は、貯留室３に流れ落ちる作動油の流れに乗って貯留室３に流れ落ちる。しかし、上部室１１の下面１１ａに溜まった汚損物が貯留室３に流れ落ちないので、貯留室３に流れ込む汚損物を最小化することができる。

また、カバー５と上部室１１の下面１１ａとの距離が近いため、上部室１１の下面１１ａに溜まった汚損物は、カバー５を開けて開放された開口から容易に取り除くことができる。

（変形例）
なお、作動油タンク１の要部断面図である図９に示すように、流入配管４に最も近い（図中左側の）下部室１２が、壁面１２ｂを有していてもよい。この壁面１２ｂは、上部室１１の内部に配置されて流入配管４に対向している。この壁面１２ｂにより、流入配管４から上部室１１に流入した作動油がオイルフィルタ２１に直接当たらないようにすることができる。これにより、作動油がオイルフィルタ２１に直接当たることでオイルフィルタ２１の濾材が破れて破損するのを防止することができる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る作動油タンク１によると、複数のオイルフィルタ２１を内部に収容するフィルタ室２が、複数のオイルフィルタ２１の各々の上部を収容する上部室１１と、複数のオイルフィルタ２１毎に設けられてそれぞれがオイルフィルタ２１の下部を収容する複数の下部室１２と、で構成されている。フィルタ室２を、上部室１１と複数の下部室１２とで構成することにより、上部室１１を構成する平面の面積は、フィルタ室２のすべてを複数の平面で構成した場合の平面の面積よりも小さくなる。よって、上部室１１を構成する平面の中央部に生じる最大応力を小さく抑えることができる。また、下部室１２は筒状であるため、内圧に対する強度が上部室１１よりも強い。これにより、作動油タンク１の質量を増加させることなく、フィルタ室２の強度を向上させることができる。

また、複数の下部室１２が、上下方向の長さが互いに異なる下部室１２を含んでいる。よって、上下方向の長さが互いに異なるオイルフィルタ２１を併用することができる。ここで、オイルフィルタ２１には、上下方向の長さが異なることで、ろ過面積が異なる種類が複数存在する。そして、オイルフィルタ２１が汚損物を捕える上で、作動油がオイルフィルタ２１を通過する速度が速くなり過ぎないろ過面積となるように、複数種類のオイルフィルタ２１が組み合わされて使用される。上下方向の長さが異なる下部室１２を設けることで、複数種類のオイルフィルタ２１を併用することができるので、オイルフィルタ２１を通過する作動油の流速を最適化することができる。

また、下部室１２の上端１２ａを、上部室１１の下面１１ａよりも上方に配置することで、オイルフィルタ２１の交換時に、上部室１１の下面１１ａに溜まった汚損物が下部室１２に流れ落ちるのを抑制することができる。

また、流入配管４に最も近い下部室１２が、上部室１１の内部に配置されて流入配管４に対向する壁面１２ｂを有する。この壁面１２ｂにより、流入配管４から上部室１１に流入した作動油がオイルフィルタ２１に直接当たらないようにすることができる。これにより、作動油がオイルフィルタ２１に直接当たることでオイルフィルタ２１の濾材が破れて破損するのを防止することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１作動油タンク
２フィルタ室
３貯留室
４流入配管
５カバー
６流出配管
１１上部室
１１ａ下面
１２下部室
１２ａ上端
１２ｂ壁面
１３ばね
２１オイルフィルタ
２２リリーフ弁
１０２，２０２フィルタ室

Claims

複数のオイルフィルタを内部に収容し、内部に作動油が流入するフィルタ室と、
前記フィルタ室の下方に設けられ、前記オイルフィルタでろ過された前記作動油が内部に導入される貯留室と、
を有し、
前記フィルタ室は、
複数の平面を備え、前記複数のオイルフィルタの各々の上部を収容する上部室と、
前記上部室の下方において前記複数のオイルフィルタ毎に設けられ、それぞれが筒状に形成されて前記オイルフィルタの下部を収容するとともに、それぞれが前記貯留室に接続された複数の下部室と、
を有することを特徴とする作動油タンク。
前記複数の下部室は、上下方向の長さが互いに異なる前記下部室を含むことを特徴とする請求項１に記載の作動油タンク。
前記下部室の上端が、前記上部室の下面よりも上方に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の作動油タンク。
前記フィルタ室の側面に接続され、前記フィルタ室に流入する前記作動油が通過する流入配管を有し、
前記流入配管に最も近い前記下部室が、前記上部室の内部に配置されて前記流入配管に対向する壁面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作動油タンク。