JP4740245B2 - 作動油冷却器 - Google Patents

Description

本発明は、油圧機器を制御するための油圧回路に接続して油圧機器の使用により高温化した作動油を冷却する作動油冷却器に関するものである。

例えば油圧ショベルや油圧プレス機など、油圧回路を備えて油圧モータ等で作動油を圧送してアクチュエータを作動させる油圧機器は高圧の作動油が使用され、抵抗が大きいアクチュエータを用いる場合等においては作動油が高温化しやすく、その結果、作動油の劣化および粘度低下による摺動部からの漏出等が問題となる。また、作動油の異常な温度上昇により油圧回路を構成する管体やシール部材が損傷することもある。
そのため、第４図に示すように、作動油タンク２０から油圧ポンプ２１を介してアクチュエータ２２から作動油タンク２０に至る油圧回路において、アクチュエータ２２から作動油タンク２０に至る作動油戻し路２３に例えば外気との間で熱交換を行う作動油冷却器１Ｃを配置して、戻し作動油を適度な温度まで冷却させることが行われている。
このような従来の作動油冷却器１Ｃは、第５図に示すように、アクチュエータ側から圧送される戻し作動油を一旦溜める入口室４に導入するとともに冷却後の作動油を一旦溜める横長の出口室６との間に、複数並列に配置した細い導管からなる放熱部１１および前記放熱部１１を構成する導管の間に薄い金属板を屈曲してなる放熱部材１２が配設された熱交換部１３を配置し、更に必要であれば前記熱交換部１３にファンを配置して（図示せず）効率的に熱交換を行うものである。
ところが、作動油冷却器１Ｃを用いる油圧機器において、アクチュエータ等の種類によっては導入した戻し作動油に強い脈動が発生して強度の低い部分を振動させ損傷してしまう場合がある。
また、例えば油圧機器の油圧を油圧回路の所定箇所から一気に抜く作業を行う際等には、大量の作動油が作動油冷却器１Ｃ内に流入して内部が瞬時に高圧となり肉薄の導管からなる放熱部１１やその接合部を損傷してしまう場合もある。さらに、油圧機器の低温始動時に粘度の高い作動油が放熱部１１に流入すると過大な流路抵抗を生じて高圧化し、作動油冷却器１Ｃに損傷を与えることもある。
そこで、これらの問題点を解決するため、作動油戻し路の作動油冷却器上流側にアキュムレータを設けて脈動を吸収させるようにしたものが、特開平９−１０８９００号公報、特開２０００−２０５７６６号公報に記載されている。また、第６図に示すように、作動油冷却器１Ｃの上流側から作動油タンク２０に接続するバイパス路２４を設けて、戻し作動油が所定の圧力以上になった場合にチェック弁２５を開弁することで作動油タンク２０側に作動油を迂回させて、作動油冷却器１Ｃ内が高圧に曝されることを回避するとともに脈動を確実に減少させる技術が提示されている。
このような技術により、戻し作動油の脈動や異常高圧による作動油冷却器１Ｃの損傷を有効に回避できる。しかしながら、高温の戻し作動油を作動油冷却器１Ｃを迂回させて作動油タンク２０に戻す場合、作動油冷却器１Ｃを通過する作動油が殆ど無くなるために作動油の温度上昇によるトラブルは回避できないものとなる。
そこで、特開２００３−４９８０３号公報には、冷却されずに作動油タンクに環流する経路とは別に、別個の油圧ポンプで作動油タンク内の作動油を作動油冷却器内を通過させて環流させる新たな経路を設けて、作動油のヒートバランスの維持を可能とした技術が提示されている。
このような技術によれば、作動油冷却器の破損を回避しながら作動油の異常高温を回避できるようになるが、通常の油圧回路に加え作動油冷却器を通過させるための専用の油圧ポンプを備えた新たな経路が必要となり、製造コストが高騰するとともに、新たな経路を配設するためのスペースを要して油圧機器設計上の制約が生じる。

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、作動油冷却器を備えた油圧回路に使用する作動油冷却器について、製造コストの高騰や配置スペースの増大を招くことなく作動油冷却器の損傷を確実に回避して、作動油を安定的に冷却できるようにすることを課題とする。
そこで、本発明は、油圧機器から圧送される作動油の導入口を有する入口室と、前記作動油の送出口を有する出口室との間に複数の導管を並設してなる放熱部が接続されている作動油冷却器において、前記入口室に気体貯留部を有する緩衝室を連通配置することにより前記入口室内に導入される作動油の脈動および急激な圧力上昇を前記気体貯留部に溜めた気体の緩衝作用により吸収することとした。
従って、戻し作動油に脈動を生じさせるアクチュエータを使用する場合等に、入口室に接続された緩衝室の気体貯留部に溜めた緩衝作用により脈動を吸収することができ、また、油圧回路の所定箇所において油圧を抜く作業を行う場合等、突発的に作動油冷却器に大量の作動油が流入する場合であっても、緩衝室内の気体により入口室内の急激な圧力上昇を吸収できるようになる。
また、全体が略方形状の枠体を呈し、前記入口室および出口室が前記枠体の互いに対向する横枠にそれぞれ配置されているとともに、前記緩衝室が縦枠の少なくとも一方に配置されており、前記放熱部が枠体の内部に配置されているものとすることにより全体としてコンパクト且つ堅牢なものなり、製造も容易で、且つ、緩衝室に溜めた気体の保持が容易なものとなる。特に、前記緩衝室が前記入口室の作動油導入口側の縦枠に配置されていると入口室への負担が少ない。
更に、前記緩衝室の気体貯留部側壁に外部と連通させる通気孔が穿設されているとともにこの通気孔を外部から開閉する開閉手段を備えている場合には使用中における緩衝室内の気体量の調整や交換が容易なものとなる。
更にまた、この作動油冷却器において、前記入口室と前記出口室との間に両者を接続するバイパス路が前記導管と並列に配設されているとともに、このバイパス路が前記入口室内の作動油圧力が所定圧以下のときには閉弁状態で通常は前記バイパス路を閉鎖し前記入口室内の作動油圧力が所定圧以上になった場合に開弁して前記バイパス路を開通させるチェック弁を備えたものとすれば、作動油の粘性が高く導管の流路抵抗が過大となった場合等に、入口室の作動油を出口室に適度に逃がして入口室内の作動油が継続的に高圧となることを防止することができる。
加えて、上述したバイパス路を備えた作動油冷却器において、バイパス路と出口室との間に配置されたチェック弁を、外部から弁圧を調整可能とする弁圧調整手段を備えたものとすれば、作動油冷却器の耐圧性や環境温度等に応じて入口室側の許容圧力を作動時を含めて容易に調整して設定することができ、全体が略方形状の枠体を呈し、前記入口室および出口室が前記枠体の互いに対向する横枠にそれぞれ配置されているとともに、前記緩衝室が縦枠の少なくとも一方に配置されており、前記放熱部が枠体の内部に配置され、バイパス路が残りの縦枠に配置されていることにすれば、更にコンパクトで機能性に優れたものとすることができる。
上述したように本発明によると、製造コストの高騰や配置スペースの増大を招くことなく、作動油冷却器内に導入した戻し作動油に脈動や異常高圧が発生することを防止して、その損傷を確実に回避することができる。また、これにより作動油を安定的に冷却することができるものである。

第１図は本発明における第一の実施の形態を示す縦断面図、第２図は第１図の作動油冷却器の機能を説明するための縦断面図、第３図は本発明における第二の実施の形態を示す縦断面図、第４図は従来例の油圧回路の配置図、第５図は従来例における作動油冷却器を示す縦断面図、第６図は異なる従来例についての油圧回路の配置図である。

以下に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
第１図は本発明における実施の形態の一例を示すものであり、作動油冷却器１Ａの正面側から観た縦断面図を示している。作動油冷却器１Ａは全体が略方形状のアルミダイカスト製等の堅牢な枠体２Ａを形成し、横長矩形の入口室４およびこれに対し平行に配置された横長の出口室６が互いに対向する横枠３，５にそれぞれ配置されているとともに、これらの入口室４および出口室６との間に複数の導管を並設してなる放熱部１１が接続され、この放熱部１１の間に薄い金属板を屈曲してなる放熱部材１２が配設された熱交換部１３を配置し、必要ならば更に前記熱交換部１３にファンを配置して（図示せず）、効率的に熱交換を行うものであり、これらは前記第４図に示す従来の作動油冷却器１Ｃと同様である。
そして、枠体２Ａにおいて、前記横枠３，５の両端に架設された縦枠７，９の内、一方の縦枠７には入口室４と連通して閉塞する出口室６側に気体貯留部８１を有する緩衝室８を形成し、もう一方の縦枠９には入口室４と出口室６とを連通させるバイパス路１０を形成している点が、本実施の形態の特徴部分となっている。
また、入口室４と出口室６との間には両者間を縦方向に連通させる複数の導管からなる放熱部１１が配置されている。これらの放熱部１１は例えばアルミ材のような熱伝導効率の高い薄肉素材からなる断面が丸や四角等の管体であり、内部を通過する戻し作動油と外部空気との間で効率的に熱交換が行われるようになっている。また、これら放熱部１１の間に薄い金属板を屈曲してなる放熱部材１２が配設されて更に熱交換効率を良好なものとしている。
入口室４の基端側（図で示す左側）の側壁には導入口４１が開口し、図示しない燃料戻し路が接続され図示しないアクチュエータからの戻し燃料を内部に導入するようになっており、入口室４の基端側頂壁に縦長の緩衝室８と連通させる連通孔４２が開口しており、末端側（図で示す右側）の頂壁には出口室６に連通する縦長のバイパス路１０と連通させる連通孔４３が開口している。
出口室６の基端側（図で示す右側）の底壁にはバイパス路１０と連通する連通孔５１が開口し、末端側（図で示す左側）の側壁には送出口５２が開口して図示しない作動油タンクに至る燃料戻し路が接続される。
このように、本実施の形態では、全体が略方形状のアルミダイカスト製等の堅牢な枠体２Ａ内に、入口室４および出口室６だけでなく、本発明に必要な気体貯留部８１を有する緩衝室８やバイパス路１０等の全てを集めて配置しているのできわめてコンパクトで設置し易く、保管や運搬にも便利で強度的な面からも優れている。
緩衝室８は縦長の空間であり、その上部は作動油との比重差で上昇する空気や窒素ガスなどの気体を溜める気体貯留部８１を形成しており、これに貯留される気体は液体である作動油に比べて弾力性に富むことから、入口室４内の戻し作動油に伝導された脈動を吸収するとともに大量の戻し作動油が流入して入口室４内が瞬間的に高圧化するのを防止する緩衝作用を発揮するようになっている。
バイパス路１０も、緩衝室８と同様の縦長の空間であり、入口室４から連通孔４３および連通孔５１を介し出口室６に縦向きに接続している。そして、出口室６と連通する連通孔５１には所定のバネ圧でこれを閉鎖するチェック弁１４が配設されており、入口室４内が所定圧力以上となった場合に開弁して、戻し作動油を出口室６側に逃がすようになっている。
第２図を参照して本実施の形態の機能を更に詳細に説明する。例えば使用するアクチュエータがブレーカ等の作動油に脈動を生じさせる場合、導入口４１から導入された作動油に脈動が伝導されることで放熱部１１を形成する比較的強度の低い導管やその接合部に損傷を与えるおそれがある。しかし、本実施の形態においては入口室４の基端側に緩衝室８が連設されており、その気体貯留部８１に保持された弾力性に富む空気等の気体が脈動の大部分を吸収し、作動油冷却器１Ａ内の作動油に殆ど脈動を生じさせない。
また、例えば油圧機器のメンテナンス時やアクチュエータ交換時など、作動油冷却器１Ａ下流側の油圧を抜く場合等において、作動油冷却器１Ａ内に大量の作動油が流れ込み瞬間的に内部が高圧になって損傷してしまうおそれがあるが、緩衝室８の気体貯留部８１に収容されている気体が瞬間的な作動油の流入分を吸収して内部が高圧に曝されることを防止する。
尚、前記緩衝室８の気体貯留部８１に収容されている気体として使用環境において常に無料で入手可能な空気を用いる場合、取り扱い並びに経済上において優れているが、例えば窒素ガスや他の不活性ガスなど他の気体を用いることができることはいうまでもなく、使用状態に応じて適した気体を適宜選択して使用すればよい。
更に、例えば低温始動時等において作動油の粘性が高い場合、作動油が入口室４から比較的径の小さな導管からなる放熱部１１を通って出口室６に移動する際に、その粘性により大きな通過抵抗が生じて入口室４および放熱部１１内が高圧となったり、或いは作動油の循環量を充分に確保できなかったりする状態が所定時間継続するおそれがある。この場合、バイパス路１０内の圧力も上昇するが、連通孔５１を塞ぐチェック弁１４の設定圧力を超えた時点でこれが開弁する。そのため、入口室４が設定した圧力以上の高圧となった時に作動油をバイパス路１０により出口室６に逃がして作動油の循環量を維持するとともに入口室４側の圧力を低下させることができる。
上述したように、本実施の形態は、気体貯留部８１を有する緩衝室８およびチェック弁１４を有するバイパス路１０を備えた構成であり、比較的簡易且つ低コストで作成可能とした本実施の形態により、作動油冷却器１Ａ内部の作動油に脈動が生じたり異常に高圧化したりすることを防止してその損傷を有効に回避することが可能となり、これにより作動油を安定的に冷却することができる。
また、全体として従来、周知の枠形状の作動油冷却器中に上記機能を備えたものとしたことから、その損傷を回避しながら作動油を冷却するための作動油通路に新たなバイパス路や別個の油圧ポンプ設けるための新たなスペースを要しないため、油圧機器設計上の制約とならない。
第３図は、本発明についての異なる実施の形態である作動油冷却器１Ｂの縦断面図を示すものであり、作動油冷却器１Ｂは、緩衝室８における気体貯留部８１の側壁に外部に通じるネジ孔１５を穿設しその外側から栓ネジ１６を螺設してネジ孔１５を塞いだものであり、この栓ネジ１６を回してネジ孔１５を露出させて外部と連通させ、緩衝室８内の気体量を外側から調整できるようになっている。
パイバス路１０と出口室６との連通を塞ぐチェック弁１４には、出口室６の側壁に穿設したネジ孔１７に外側から螺設した弁圧調整ネジ部１８を備えており、外側からこれを回転させることで弁圧を調整できるようになっており、作動油冷却器１Ｂ内部の耐圧性や環境温度に応じて入口室４側の最大圧力を適宜に設定できるようになっている。
従って、前述した第一の実施の形態の機能に加え、その緩衝機能および圧力調整機能を容易に調整して設定することができるようになるため、さらに様々な場合に対しても確実に対応して作動油冷却器１Ｂの損傷を有効に回避することが可能となり、作動油の冷却を一層安定的にすることが可能となる。
尚、上述した実施の形態の作動油冷却器は、縦枠９に入口室４と出口室６とを連通するバイパス路１０を設けたが、必ずしも必要ではない。また、熱交換部に所定の手段で外気を通過させて熱交換を行う空冷式の場合を説明したが、水冷式の熱交換手段においても同様に実施できることは言うまでもない。

本発明により、作動油冷却器内に導入した戻し作動油の脈動や異常高圧が防止されるので、作動油を安定的に冷却することが可能となる。従って、油圧ショベルや油圧プレス機などの油圧回路を備えて油圧モータ等で作動油を圧送してアクチュエータを作動させる油圧機器等に利用することが可能である。

Claims (5)

1. 全体が略方形状の枠体を呈し、油圧機器から圧送される作動油の導入口を有する入口室および前記作動油の送出口を有する出口室が前記枠体の互いに対向する横枠にそれぞれ配置されているとともに、前記入口室と出口室との間に複数の導管を並設してなる放熱部が接続されている作動油冷却器において、前記縦枠の少なくとも一方に前記入口室に連通する気体貯留部を有する緩衝室が連通配置されており、前記入口室内に導入される作動油の脈動および急激な圧力上昇を前記気体貯留部に溜めた気体の緩衝作用により吸収することを特徴とする作動油冷却器。
2. 前記緩衝室が前記入口室の作動油導入口側の縦枠に配置されている請求の範囲１記載の作動油冷却器。
3. 前記緩衝室の気体貯留部側壁に外部と連通させる通気孔が穿設されているとともにこの通気孔を外部から開閉する開閉手段を備えている請求の範囲１または２記載の作動油冷却器。
4. 前記入口室と前記出口室との間に両者を接続するバイパス路が前記導管と並列に配設されているとともに、このバイパス路が前記入口室内の作動油圧力が所定圧以下のときには閉弁状態で通常は前記バイパス路を閉鎖し前記入口室内の作動油圧力が所定圧以上になった場合に開弁して前記バイパス路を開通させるチェック弁を備えている請求の範囲１，２または３記載の作動油冷却器。
5. 前記入口室と前記出口室との間に両者を接続するバイパス路が前記導管と並列に配設されているとともに、このバイパス路が前記入口室内の作動油圧力が所定圧以下のときには閉弁状態で通常は前記バイパス路を閉鎖しており前記入口室内の作動油圧力が所定値を越えたときに開弁して前記バイパス路を開通させるチェック弁を備えており、前記バイパス路が残りの縦枠に配置されている請求の範囲１記載の作動油冷却器。

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