JP5883749B2 - 建設機械の油圧回路およびクレーン - Google Patents

Description

本発明は、建設機械の油圧回路およびクレーンに関する。

従来、湿式クラッチの作動油の温度を検出する温度検出手段と、作動油を加熱する加熱手段と、作動油をオイルクーラへ圧送するオイルポンプと、オイルポンプとオイルクーラとの間に介装されて作動油を選択的にタンクへ還流させるバイパス弁と、検出温度が所定値以下のときに加熱手段を駆動するとともに、バイパス弁を開弁する制御手段とを備えた湿式クラッチ装置が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の湿式クラッチ装置は、加熱手段として、エンジンの排気管から分岐してオイルパンに挿通された加熱管路と、加熱管路への排気ガスの流入を規制する排気制御弁とを備えている。特許文献１に記載の湿式クラッチ装置は、作動油の温度が所定値以下のときに、排気制御弁を開弁し、排気管の排気ガスを加熱管路に流入させることで、作動油を加熱する。このとき、バイパス弁を開弁し、オイルポンプからトルクコンバータへ圧送された作動油をオイルクーラを通過させずに直接オイルパンへ還流させる。

特開平７−２５９８９５号公報

特許文献１に記載の湿式クラッチ装置は、バイパス弁と、加熱手段である加熱管路および排気制御弁とが個別に設けられているため、装置の大型化を招くという問題があった。

ところで、排気管の出口近傍にはＤＰＦが設けられるため、排気管内圧力を適正に管理する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の湿式クラッチ装置では、排気管内の排気ガスを排気制御弁を開くことにより加熱管路に流入させる構成とされているため、排気管内圧力の管理が困難になるという問題がある。また、加熱管路内に煤が溜まるといった問題や、排気ガス導入に伴う振動を抑制するための機構が必要になるといった問題もある。

請求項１に係る発明は、ウインチドラムを駆動する油圧モータと、原動機により駆動され、油圧モータに圧油を供給する第１の油圧ポンプと、原動機により駆動され、ウインチドラムの回転を停止する湿式多板式のブレーキ装置に冷却用の圧油を供給する第２の油圧ポンプと、第１の油圧ポンプから油圧モータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、方向制御弁とタンクとの間に配置される油路選択弁と、油路選択弁とタンクとを接続する冷却油路と、油路選択弁とタンクとを接続する加熱油路と、加熱油路に配置されるリリーフ弁と、冷却油路に配置されるオイルクーラと、作動油の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出された作動油の温度に応じて、作動油が少なくとも低温状態にあること、および、高温状態にあることを判定する温度状態判定手段と、温度状態判定手段により作動油が低温状態にあると判定されると、第１の油圧ポンプから吐出された圧油が加熱油路に導入されるように油路選択弁を動作させ、温度状態判定手段により作動油が高温状態にあると判定されると、第１の油圧ポンプから吐出された圧油が冷却油路に導入されるように油路選択弁を動作させる弁制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の油圧回路である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の建設機械の油圧回路において、油路選択弁とタンクとを接続するバイパス油路をさらに備え、温度状態判定手段は、温度検出手段で検出された作動油の温度が第１所定値未満である場合には、作動油が低温状態にあると判定し、温度検出手段で検出された作動油の温度が第１所定値以上、かつ、第２所定値未満である場合には、作動油が中温状態にあると判定し、温度検出手段で検出された作動油の温度が第２所定値以上である場合には、作動油が高温状態にあると判定し、弁制御手段は、温度状態判定手段により作動油が中温状態にあると判定されると、第１の油圧ポンプから吐出された圧油がバイパス油路に導入されるように油路選択弁を動作させることを特徴とする建設機械の油圧回路である。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の建設機械の油圧回路を備えたクレーンであって、ウインチドラムと、ブレーキ装置とを備えることを特徴とするクレーンである。

本発明によれば、油路選択弁を動作させることによって、リリーフ弁を利用して作動油を加熱させるとともに、温度が上昇した作動油をオイルクーラを通過させることなく油圧回路内で環流させることができる。これにより、装置の大型化が防止された簡素な構成で、効率よく作動油を温めることができ、ドラグトルクを低減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る油圧回路を備えるクレーンの外観側面図。 本発明の第１の実施の形態に係るクレーンに搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図。 ブレーキの構成とブレーキ内を通過する作動油の流れを示す模式図。 （ａ）はブレーキの摩擦板間を通過する作動油の流れを示す模式図、（ｂ）はブレーキの摩擦板間をバイパスする作動油の流れを示す模式図。 作動油の温度と、粘性抵抗との関係を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る油温制御プログラムにより実行される油温制御の動作を示したフローチャート。 第１の比較例に係るクレーンに搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図。 図７の油圧回路における作動油の流れを示す図。 第２の比較例に係るクレーンに搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図。 本発明の第２の実施の形態に係るクレーンに搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図。

以下、本発明による油圧回路を備えるクレーンの実施の形態を、図面を参照して説明する。
―第１の実施の形態―
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る油圧回路を備えるクレーン１００の外観側面図である。クレーン１００は、走行体１０１と、走行体１０１上に旋回可能に設けられた旋回体１０３と、旋回体１０３に回動可能に軸支されたブーム１０４とを有する。旋回体１０３には巻き上げ用のウインチドラムである巻上ドラム１０５と、ブーム起伏用のウインチドラムである起伏ドラム１０６とが搭載されている。

巻上ドラム１０５には巻上ロープ１０５ａが巻回され、巻上ドラム１０５の回転により巻上ロープ１０５ａが巻き取られ、または繰り出され、フック１１０が昇降する。起伏ドラム１０６には起伏ロープ１０６ａが巻回され、起伏ドラム１０６の回転により起伏ロープ１０６ａが巻き取られ、または繰り出され、ブーム１０４が起伏する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係るクレーン１００に搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。図２では、起伏用の油圧モータなどを駆動する油圧回路については図示を省略している。クレーン１００は、エンジン１２５と、第１ポンプ１１１、第２ポンプ１１２およびパイロットポンプ１１３と、油圧モータ１５０と、巻上ドラム１０５と、ブレーキ装置１６０と、制御弁ユニット１４０と、リリーフ弁１４５と、オイルクーラ１７０とを備えている。

第１ポンプ１１１および第２ポンプ１１２ならびにパイロットポンプ１１３は、エンジン１２５により駆動されて、タンク１１９内の作動油を圧油として吐出する。第１ポンプ１１１から吐出される圧油は、制御弁ユニット１４０のコントロールバルブ１４１を介して油圧モータ１５０に供給され、第２ポンプ１１２から吐出される圧油は、ブレーキ１６１に供給され、パイロットポンプ１１３から吐出される圧油は、ブレーキペダル１２４のブレーキ弁１２２に供給される。

油圧モータ１５０は、第１ポンプ１１１から吐出され、制御弁ユニット１４０のコントロールバルブ１４１で流量と方向が制御された圧油が供給されることによって回転駆動される。

巻上ドラム（ウインチドラム）１０５は、油圧モータ１５０の駆動によって回転する。コントロールバルブ１４１が位置（Ａ）側に動作すると巻上方向に油圧モータ１５０が回転し、コントロールバルブ１４１が位置（Ｂ）側に動作すると巻下方向に油圧モータ１５０が回転する。コントロールバルブ１４１が中立位置（Ｎ）に保持されているときには、油圧モータ１５０は停止する。

巻上ドラム１０５は、遊星減速機構１５１を介して油圧モータ１５０の駆動力が伝達されて回転する。ブレーキ装置１６０は、遊星減速機構１５１のキャリア軸１５６を制動することにより巻上ドラム１０５の自由回転を阻止する。

ブレーキ装置１６０には、複数の摩擦板を備える湿式多板式のブレーキ装置を採用している。このようなブレーキ装置１６０は摩擦板の面積が大きいため、フック１１０に吊り下げられる吊り荷のフリーフォール作業において十分なブレーキ力を発揮することができる。しかし、その反面、摩擦板間の油の粘性による回転抵抗（いわゆるドラグトルク）が大きく、フリーフォール時の速度が不足しやすい。作動油の粘性抵抗は、温度が低いほど大きくなる（図５参照）。そこで、本実施の形態では、作動油の温度を適宜上昇させることで粘度を低下させて、ドラグトルクの低減を図る。ブレーキ装置１６０の詳細については後述する。

制御弁ユニット１４０は、油圧モータ１５０と第１ポンプ１１１とを接続する油路に設けられている。制御弁ユニット１４０は、操作レバーの操作量に応じて操作されるウインチ作動用のコントロールバルブ１４１と、コントローラ１２０からの制御信号により切り換えられる油路選択弁１４２と、回路保護用のリリーフ弁１４３とを含んで構成される。

回路保護用のリリーフ弁１４３は、第１ポンプ１１１の吐出口と油路選択弁１４２とを連通する油路（センタバイパスライン）１８１と、油路選択弁１４２とタンク１１９とを連通する冷却油路１８２との間に介挿されている。リリーフ弁１４３の設定圧力は、たとえば、３０ＭＰａ程度に設定されている。

コントロールバルブ１４１は、操作レバーが操作されていないときには、中立位置（Ｎ）に保持され、操作レバーの操作に応じて位置（Ａ）の方向または位置（Ｂ）の方向に移動する。コントロールバルブ１４１が中立位置（Ｎ）に保持されているとき、第１ポンプ１１１から供給された圧油は油圧モータ１５０側に流れることなく、油路選択弁１４２に流れ、油路選択弁１４２により選択された油路を介してタンク１１９に回収される。

油圧モータ１５０は、コントロールバルブ１４１を介して給排される圧油によって、正逆方向に回転する。後述する遊星減速機構１５１のキャリア軸１５６がブレーキ装置１６０で制動されているときに、油圧モータ１５０が一方向に回転すると巻上ロープ１０５ａを巻き上げる方向に巻上ドラム１０５が回転し、油圧モータ１５０が他方向に回転すると巻上ロープ１０５ａを巻き下げる方向に巻上ドラム１０５が回転する。

油圧モータ１５０の出力軸１５０ａは遊星減速機構１５１のサンギア１３１に連結されている。サンギア１３１にはプラネタリギア１５２が噛合され、プラネタリギア１５２には巻上ドラム１０５の内周側に設けられたリングギア１５３が噛合されている。プラネタリギア１５２はキャリア軸１５６により支持され、キャリア軸１５６はブレーキ１６１のブレーキケース１６２の側壁を貫通してブレーキ内に達している（図３参照）。

油路選択弁１４２は、コントロールバルブ１４１とタンク１１９との間に配置され、コントローラ１２０からの制御信号（励磁電流）により切り換えられる電磁切換弁である。ソレノイド１４２ａにオン信号が出力され、ソレノイド１４２ｂにオフ信号が出力されると、油路選択弁１４２は位置（Ａ）に切り換えられる。ソレノイド１４２ａにオフ信号が出力され、ソレノイド１４２ｂにオン信号が出力されると、油路選択弁１４２は位置（Ｂ）に切り換えられる。ソレノイド１４２ａ，１４２ｂのそれぞれにオフ信号が出力されると、油路選択弁１４２は、中立位置（Ｎ）に切り換えられる。

油路選択弁１４２と、タンク１１９とは、冷却油路１８２によって接続されている。冷却油路１８２には、作動油を冷却するオイルクーラ１７０が配置されている。オイルクーラ１７０には、エンジン１２５によって回転する冷却ファンからの冷却風が送風され、冷却風と作動油との間で熱交換することにより、作動油が冷却される。なお、冷却油路１８２には、オイルクーラ１７０と並列にチェック弁１７２が設けられている。

油路選択弁１４２と、タンク１１９とは、バイパス油路１８３によっても接続されている。バイパス油路１８３は、オイルクーラ１７０と並列に設けられている。

油路選択弁１４２と、タンク１１９とは、さらに加熱油路１８４によって接続されている。加熱油路１８４には作動油を加熱させるためのリリーフ弁１４５が配置されている。加熱油路１８４は、オイルクーラ１７０と並列に設けられており、本実施の形態では、バイパス油路１８３と合流している。

油路選択弁１４２が中立位置（Ｎ）に切り換えられると、第１ポンプ１１１から吐出された圧油は冷却油路１８２に導入される。冷却油路１８２に導入された圧油は、オイルクーラ１７０を通過することで冷却された後、タンク１１９に回収される。油路選択弁１４２が位置（Ａ）に切り換えられると、第１ポンプ１１１から吐出された圧油はバイパス油路１８３に導入される。バイパス油路１８３に導入された圧油は、オイルクーラ１７０を通過せずに、タンク１１９に回収される。

油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられると、第１ポンプ１１１から吐出された圧油は加熱油路１８４に導入される。油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられると、第１ポンプ１１１の吐出油がリリーフ弁１４５によって遮断されるため、油圧回路内の圧力が上昇する。回路圧力がリリーフ弁１４５の設定圧力に達するとリリーフ弁１４５が開いて、リリーフした圧油が加熱油路１８４と兼用されるバイパス油路１８３を介してタンク１１９に回収される。作動油は、この過程で温度が上昇する。すなわち、油路選択弁１４２およびリリーフ弁１４５は、作動油を加熱する加熱手段として機能する。なお、リリーフ弁１４５の設定圧力は、回路保護用のリリーフ弁の設定圧力よりも低い圧力、たとえば２０ＭＰａ程度に設定されている。

本実施の形態における作動油の温度上昇に関して試算すると以下のようになる。
リリーフ弁１４５の通過前後における作動油の温度変化を△Ｔ（Ｋ）とすると、△Ｔは、次の（１）式で表される。
△Ｔ（Ｋ）＝△Ｐ／γ／Ｃ ・・・（１）
ここで、△Ｐはリリーフ弁１４５の通過前後における作動油の圧力の差であり、γは作動油の比重であり、Ｃは作動油の比熱である。

たとえば、△Ｐを１（ＭＰａ）とし、γを０．８（ｋｇ／ｍ^３）とし、Ｃを１．８９（Ｊ／ｋｇ・Ｋ）とすると、△Ｔは０．６６（Ｋ）となる。すなわち、リリーフ弁１４５を通過した作動油は、その温度が０．６６度上昇することとなる。

巻上ドラム１０２の回転を停止するブレーキ装置１６０は、複数の摩擦板を有する湿式多板式のブレーキ１６１と、ブレーキ弁１２２と、ブレーキ保護用のリリーフ弁１３３とを含んで構成される。

ブレーキ１６１の構成について、図３を参照して説明する。図３は、ブレーキ１６１の構成とブレーキ１６１内を通過する作動油の流れを示す図である。図中、白抜きの矢印によりブレーキ１６１の摩擦板間を通過する作動油の流れを模式的に示している。なお、破線で示す矢印は、リリーフ弁１３３を介してブレーキ１６１に導入される作動油の流れを模式的に示している。

図３に示すように、ブレーキ１６１は、ブレーキケース１６２内に複数の摩擦板、すなわち、インナディスク１６４およびアウタディスク１６５を備えた湿式多板式のブレーキである。ブレーキ１６１は、ブレーキペダル１２４を操作すると、パイロットポート１６１ｄを介して油室１６８ｏに圧力が作用し、摩擦板が圧接されることでブレーキ力を発生させるポジブレーキである。

本実施形態では、以下のように吊り荷を動力巻上げし、動力降下し、自由降下する。ブレーキペダル１２４の踏み込みにより遊星減速機構１５１のキャリア軸１５６を制動した状態で、油圧モータ１５０を正転、逆転して吊り荷の動力巻上と動力降下を行う。また、油圧モータ１５０を停止した状態でブレーキペダル１２４の踏み込みを緩めて吊り荷を自重で自由落下させる。

ブレーキケース１６２には、キャリア軸１５６の端部が収容されるキャリア軸室１６８ｃと、円環状の摩擦板が収容されるディスク室１６６と、キャリア軸１５６が挿通される側と反対側の端部において、ブレーキケース１６２とブレーキディスク１６７のプレッシャープレート１６７ｄによって区画形成される油室１６８ｏとが形成されている。油室１６８ｏは、ブレーキ弁１２２を介してパイロットポンプ１１３に接続されている（図２参照）。

インナディスク１６４とアウタディスク１６５は、ディスク室１６６において軸方向に交互に配置されている。キャリア軸１５６には複数枚のインナディスク１６４がスプライン結合により軸方向に移動可能に係合され、インナディスク１６４はキャリア軸１５６と一体に回転可能となっている。ブレーキケース１６２の内周面には複数枚のアウタディスク１６５がスプライン結合により軸方向に移動可能に係合されている。なお、インナディスク１６４とアウタディスク１６５の表面には格子状の溝が形成されているため、インナディスク１６４とアウタディスク１６５とが圧接された状態であっても、油は溝を介して摩擦板間を流れることになる。

キャリア軸１５６端部の軸方向側方にはブレーキディスク１６７が配置されている。ブレーキディスク１６７には、油室１６８ｏとキャリア軸室１６８ｃとを区分するように配置されるプレッシャープレート１６７ｄと、プレッシャープレート１６７ｄからインナディスク１６４側に延在する押し当て部１６７ｃとが設けられている。キャリア軸室１６８ｃとバイパス用給油ポート１６１ｃおよび排油ポート１６１ｂとは、押し当て部１６７ｃに設けられる貫通孔１６７ｆ，１６７ｅを介して連通されている。なお、給油ポート１６１ａは、摩擦板が収容されたディスク室１６６を経由してキャリア軸室１６８ｃに連通している。

プレッシャープレート１６７ｄに、油室１６８ｏ内の圧力が作用すると、押し当て部１６７ｃがインナディスク１６４とアウタディスク１６５とを圧接する。これによりインナディスク１６４の表面に摩擦力が作用し、キャリア軸１５６の回転が阻止される。

図２に示すように、ブレーキ弁１２２は、ブレーキペダル１２４により操作される。ブレーキペダル１２４の非操作時には、パイロットポンプ１１３からの圧油は、ブレーキ１６１に流れることなくタンク１１９に回収される。ブレーキペダル１２４を操作していないときには、パイロットポンプ１１３からの圧油がブレーキ弁１２２を介して油室１６８ｏに供給されていないため、インナディスク１６４とアウタディスク１６５とは圧接されずに、キャリア軸１５６が回転可能となる。このとき、フック１１０に吊り下げられた吊り荷は自重で自由降下する。

ブレーキペダル１２４を踏み込むと、パイロットポンプ１１３からの圧油がブレーキ弁１２２の踏み込み量に応じた圧力に調圧されてパイロットポート１６１ｄから油室１６８ｏに供給される。したがって、ブレーキペダル１２４を操作すると、油室１６８ｏ側のプレッシャープレート１６７ｄの全面にブレーキ弁１２２で調圧された圧力が加わり、押し当て部１６７ｃによりインナディスク１６４とアウタディスク１６５とを圧接してキャリア軸１５６を制動することができる。

ブレーキペダル１２４の踏み込み量を調節することで、ブレーキディスク１６７がインナディスク１６４とアウタディスク１６５とを圧接する力を調節することができる。キャリア軸１５６の制動力はこの圧接力に依存して変化するので、ブレーキペダル１２４を踏み込むほど制動力が大きくなる。

ブレーキケース１６２には、ディスク室１６６に連通する給油ポート１６１ａと、キャリア軸室１６８ｃに連通するバイパス用給油ポート１６１ｃおよび排油ポート１６１ｂが設けられている。排油ポート１６１ｂは、キャリア軸１５６の軸方向に直交する平面であって、かつ、バイパス用給油ポート１６１ｃが配置される平面上に複数設けられている。

複数の排油ポート１６１ｂは、キャリア軸１５６の軸心を中心としてバイパス用給油ポート１６１ｃに対してほぼ１８０度対称となる位置の近傍にまとめて設けられている。このように、バイパス用給油ポート１６１ｃと排油ポート１６１ｂとの距離を確保することで、バイパス用給油ポート１６１ｃから導入される温められた作動油が低温の作動油と充分に混ざり合うため、効率よくブレーキ１６１を温めることができる。

ディスク室１６６において給油ポート１６１ａが接続される部分のブレーキケース内面には、円環状に流路１６６ｃが形成され、この円環状の流路１６６ｃはインナディスク１６４、アウタディスク１６５の径方向外方に設けられる外周側流路１６６ｂ（図３の拡大図参照）と連通している。

図２に示すように、第２ポンプ１１２の吐出口とブレーキ１６１の給油ポート１６１ａとを連通する油路１６８には、ブレーキ１６１のバイパス用給油ポート１６１ｃに接続されたリリーフ用の油路１６９が接続されている。油路１６９には、ブレーキ１６１を保護するためのリリーフ弁１３３が設けられている。なお、ブレーキ１６１内を流れる作動油の温度が低いほど粘性抵抗が大きくなる（図５参照）。このため、冬季や寒冷地などの低温環境下で使用する場合にブレーキ１６１の圧力が増加しやすい。

ブレーキ１６１の摩擦板間を通過する油の流路抵抗によりブレーキ１６１内の圧力が上昇して所定圧（リリーフ弁１３３の設定圧力）に達すると、リリーフ弁１３３が開いて、第２ポンプ１１２で加圧された圧油がリリーフ弁１３３を通過して、バイパス用給油ポート１６１ｃからブレーキ１６１内のキャリア軸室１６８ｃに供給される。リリーフ弁１３３が開放した際に温度が上昇した作動油をブレーキ１６１に導入するようにしたので、リリーフ弁１３３が開放したときにもブレーキ１６１を温めることができる。

ブレーキケース内における作動油の流れについて図３および図４を参照して説明する。図４（ａ）は軸方向から見たときのブレーキ１６１の摩擦板間を通過する作動油の流れを示す模式図であり、図４（ｂ）はブレーキ１６１の摩擦板間をバイパスする作動油の流れを示す模式図である。

図３および図４（ａ）に示すように、リリーフ弁１３３が開放されていない通常の状態（リリーフ弁非作動時）にあるとき、作動油は、ブレーキケース１６２の給油ポート１６１ａからディスク室１６６に供給される。ディスク室１６６に供給された作動油は、円環状のディスク室１６６の外周側流路１６６ｂに沿って流れるとともに外周側流路１６６ｂから軸中心に向かって流れて、インナディスク１６４とアウタディスク１６５の間を通過した後、キャリア軸室１６８ｃに流入する。キャリア軸室１６８ｃに流入した作動油は、貫通孔１６７ｅを介して排油ポート１６１ｂから排出されてタンク１１９に戻る。

図３および図４（ｂ）に示すように、リリーフ弁１３３が開放されている状態（リリーフ弁作動時）にあるとき、作動油は、ブレーキケース１６２のバイパス用給油ポート１６１ｃから貫通孔１６７ｆを介してキャリア軸室１６８ｃに供給されて、ディスク室１６６にほとんど流入することなくそのまま排油ポート１６１ｂから排出されてタンク１１９に戻る。

つまり、リリーフ弁１３３が開放されていない通常の状態において、給油ポート１６１ａから作動油が供給されると、給油ポート１６１ａと排油ポート１６１ｂとの間において摩擦板間の油路を含むように主流路が形成される。リリーフ弁１３３が開放された状態において、バイパス用給油ポート１６１ｃから作動油が供給されると、バイパス用給油ポート１６１ｃと排油ポート１６１ｂとの間において摩擦板間の油路を含まないようにバイパス流路が形成される。本実施の形態では、キャリア軸室１６８ｃがバイパス流路を構成している。

バイパス流路は、摩擦板間を含んでいないため、圧力損失が小さく抑えられており、リリーフ弁１３３からの作動油はスムーズに排油ポート１６１ｂから排出されてタンク１１９に回収される。

図２に示すコントローラ１２０は、ＣＰＵや記憶装置であるＲＯＭおよびＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されている。コントローラ１２０は、クレーン１００のシステム全体の制御を行っており、後述する所定の条件が成立したときに油路選択弁１４２を所定の位置に切り換えて、油路（センタバイパスライン）１８１を冷却油路１８２、バイパス油路１８３、加熱油路１８４のいずれかに接続する。

図２に示すように、コントローラ１２０には、温度センサ１７１と、インジケータランプ１２９と、油路選択弁１４２とが接続されている。温度センサ１７１は、検出部がブレーキ１６１内に設けられ、ブレーキ１６１内の作動油の温度Ｔを検出する。インジケータランプ１２９は、加熱中であるか否かを示す表示部であって、作動油の加熱中には点灯され、作動油の非加熱中には消灯される。

コントローラ１２０は、温度センサ１７１で検出された温度信号を受信し、作動油の温度Ｔと、予め記憶装置に記憶された第１閾値Ｔ１および第２閾値Ｔ２に基づいて油路選択弁１４２の動作を制御する。第１閾値Ｔ１および第２閾値Ｔ２は、作動油の粘性を考慮して決定される。図５は、作動油の温度と粘性抵抗との関係を示す図である。第１閾値Ｔ１は、作動油を加熱するか否かを判断するための閾値であり、粘性の影響の大きい温度帯が０℃未満であることを考慮し、たとえば、０℃に設定される。第２閾値Ｔ２は、作動油を冷却するか否かを判断するための閾値であり、たとえば、３０℃に設定される。

コントローラ１２０は、温度センサ１７１で検出された作動油の温度Ｔが第１閾値Ｔ１未満であるか否かを判定する。コントローラ１２０は、温度Ｔが第１閾値Ｔ１未満である場合には、作動油が低温状態にあると判定し、図２に示す油路選択弁１４２のソレノイド１４２ｂにオン信号を出力し、ソレノイド１４２ａにオフ信号を出力して、油路選択弁１４２を位置（Ｂ）に切り換える。

コントローラ１２０は、温度センサ１７１で検出された作動油の温度Ｔが第１閾値Ｔ１以上、かつ、第２閾値Ｔ２未満であるか否かを判定する。コントローラ１２０は、温度Ｔが第１閾値Ｔ１以上、かつ、第２閾値Ｔ２未満である場合には、作動油が中温状態（適正温度範囲）にあると判定し、油路選択弁１４２のソレノイド１４２ｂにオフ信号を出力し、ソレノイド１４２ａにオン信号を出力して、油路選択弁１４２を位置（Ａ）に切り換える。

コントローラ１２０は、温度センサ１７１で検出された作動油の温度Ｔが第２閾値Ｔ２以上か否かを判定する。コントローラ１２０は、温度Ｔが第２閾値Ｔ２以上である場合には、作動油が高温状態にあると判定し、油路選択弁１４２のソレノイド１４２ａ，１４２ｂのそれぞれにオフ信号を出力して、油路選択弁１４２を中立位置（Ｎ）に切り換える。

以下、作動油を加熱あるいは冷却するための油温制御プログラムによる処理を図６に示すフローチャートを参照して説明する。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る油温制御プログラムにより実行される油温制御の動作を示したフローチャートである。エンジンスイッチ（不図示）がオンされると、図６に示す処理を行うプログラムが起動され、コントローラ１２０で繰り返し実行される。

図６に示すように、ステップＳ１００において、コントローラ１２０は、温度センサ１７１で検出された作動油の温度Ｔの情報を取得して、ステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０において、コントローラ１２０は、作動油の温度Ｔが第１閾値Ｔ１未満か否かを判定する。ステップＳ１１０で肯定判定されるとステップＳ１２０へ進み、否定判定されるとステップＳ１３０へ進む。

ステップＳ１２０において、コントローラ１２０は、油路選択弁１４２のソレノイド１４２ｂにオン信号を出力してソレノイド１４２ｂを励磁し、ソレノイド１４２ａにオフ信号を出力してソレノイド１４２ａを消磁し、ステップＳ１２５へ進む。これにより、油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられる。

ステップＳ１２５において、コントローラ１２０は、インジケータランプ１２９を点灯させる制御信号を出力し、リターンする。

ステップＳ１１０において、温度Ｔが第１閾値Ｔ１以上と判定されるとステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０において、コントローラ１２０は、温度Ｔが第２閾値未満か否かを判定する。ステップＳ１３０で肯定判定されるとステップＳ１４０へ進み、否定判定されるとステップＳ１５０へ進む。

ステップＳ１４０において、コントローラ１２０は、油路選択弁１４２のソレノイド１４２ａにオン信号を出力してソレノイド１４２ａを励磁し、ソレノイド１４２ｂにオフ信号を出力してソレノイド１４２ｂを消磁し、ステップＳ１４５へ進む。これにより、油路選択弁１４２が位置（Ａ）に切り換えられる。

ステップＳ１４５において、コントローラ１２０は、インジケータランプ１２９を消灯させる制御信号を出力し、リターンする。

ステップＳ１５０において、コントローラ１２０は、油路選択弁１４２のソレノイド１４２ａ，１４２ｂのそれぞれにオフ信号を出力してソレノイド１４２ａ，１４２ｂのそれぞれを消磁し、ステップＳ１５５へ進む。これにより、油路選択弁１４２が中立位置（Ｎ）に切り換えられる。

ステップＳ１５５において、コントローラ１２０は、インジケータランプ１２９を消灯させる制御信号を出力し、リターンする。

本実施の形態の動作をまとめると、次のようになる。作業者がエンジン１２５を始動したとき、作動油の温度Ｔが低く、第１閾値Ｔ１未満であると、油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられる（ステップＳ１１０→Ｓ１２０）。

油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられると、第１ポンプ１１１から吐出された油が加熱油路１８４のリリーフ弁１４５によって遮断され、油圧回路内の圧力が上昇し、回路圧力がリリーフ弁１４５の設定圧力に達すると、リリーフ弁１４５が開く。リリーフした圧油は、温度が上昇しており、タンク１１９に導入され、回路内を環流することにより、作動油全体の温度が徐々に温まる。ここで、リリーフした圧油は、オイルクーラ１７０を通過せずに、タンク１１９に回収されるため、加熱動作中にオイルクーラ１７０に圧油が流れて冷却されるといったことが防止され、効率よく作動油を温めることができる。これにより、ブレーキ１６１を短時間で温めることができるため、低温環境下で使用された場合であっても、ブレーキ１６１の引きずり抵抗によるフリーフォール速度の不足を解消して作業効率の向上を図ることができる。

加熱動作中、すなわち油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられている間は、油圧モータ１５０の背圧が高くなるため、油圧モータ１５０の動きが悪くなる。本実施の形態では、加熱動作中はインジケータランプ１２９が点灯している（ステップＳ１２５）。このため、作業者は、加熱動作中であることを知ることができ、加熱動作が終了するまで待機する。

作動油の温度Ｔが上昇し、第１閾値Ｔ１以上になると、油路選択弁１４２が位置（Ａ）に切り換えられ（ステップＳ１３０→Ｓ１４０）、インジケータランプ１２９が消灯する（ステップＳ１４５）。作業者は、インジケータランプ１２９が消灯したのを見て、加熱動作（暖機運転）が終了したことを確認すると、作業を開始する。油路選択弁１４２が位置（Ａ）に切り換えられると、圧油はバイパス油路１８３に導入され、オイルクーラ１７０を通過せずに、タンク１１９に回収される。

作動油の温度Ｔの適正範囲、すなわち第１閾値Ｔ１以上かつ第２閾値Ｔ２未満では、作動油を加熱させたり、冷却させる必要はない。このため、作動油の温度Ｔが適正であるときには、オイルクーラ１７０を通過させずに、バイパスさせてタンク１１９に導く。

作動油が適正温度範囲にあるときに、作動油をオイルクーラ１７０に導入する構成を採用すると、特に冬季に作業する場合や寒冷地で作業する場合において、作動油の温度Ｔが低下して、粘性が高くなってしまうおそれがある。これに対して、本実施の形態によれば、作動油の温度が下がりすぎることを防止することができる。さらに、オイルクーラ１７０を通過する際に圧力損失が発生することに起因して油圧モータ１５０の背圧が上昇する頻度を減らすことができる。

周囲温度がそれほど低くない場合には、クレーン１００を作業している間に油圧モータ１５０などの各油圧アクチュエータの動作により、作動油の温度は徐々に上昇する。作動油の温度Ｔが第２閾値Ｔ２以上になると、油路選択弁１４２が中立位置（Ｎ）に切り換えられる（ステップＳ１３０→Ｓ１５０）。

油路選択弁１４２が中立位置（Ｎ）に切り換えられると、圧油はオイルクーラ１７０に流れ、冷却された後、タンク１１９に回収される。

本実施の形態の利点について図７および図８に示す第１の比較例、および、図９に示す第２の比較例と比較して具体的に説明する。図７は第１の比較例に係るクレーンに搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図であり、図８は図７の油圧回路における作動油の流れを示す図である。

図７に示すように、第１の比較例に係る油圧回路が本実施の形態に係る油圧回路と異なる点は、第１の比較例では、作動油加熱用のリリーフ弁１４５を有する加熱油路１８４およびバイパス油路１８３が設けられていない点、ならびに、位置（Ａ）と位置（Ｂ）と位置（Ｎ）との間で切り換えられる油路選択弁１４２に代えて、位置（Ｂ）と位置（Ｎ）との間で切り換えられる油路選択弁９４２が設けられている点にある。

図８（ａ）に示すように、第１の比較例では、油路選択弁９４２が中立位置（Ｎ）に保持されているときには、第１ポンプ１１１から吐出された圧油は、コントロールバルブ１４１、および、油路選択弁９４２を介して冷却油路１８２に流れ込み、オイルクーラ１７０を通過して冷却された後、タンク１１９に回収される。

図８（ｂ）に示すように、第１の比較例では、油路選択弁９４２が位置（Ｂ）に切り換えられると、回路圧力が上昇し、所定圧力に達すると、リリーフ弁１４３が開く。リリーフした圧油は、温度が上昇しており、タンク１１９に導入され、回路内を環流することにより、作動油全体の温度が徐々に温まる。しかし、リリーフした圧油は、オイルクーラ１７０を通過するため、リリーフにより温度上昇した作動油がオイルクーラ１７０により冷却されてしまい、作動油を効率よく温めることができない。

第１の比較例において、作動油の温度が少しずつ上昇すると、温度上昇にともなって粘性抵抗が低減し、オイルクーラ１７０の通過抵抗が減る。このため、オイルクーラ１７０の通過流量が増える。また、作動油の温度上昇にともない、外気温度と作動油の温度差が大きくなるため、オイルクーラ１７０の冷却効率が上昇する。その結果、第１の比較例では、温度が高くなるほど、一層、作動油の温度上昇が妨げられてしまい、作動油が適正温度に至るまでに多大な時間を要することになる。

これに対して、図２に示す第１の実施の形態の油圧回路では、加熱動作中は、オイルクーラ１７０を通過することがないため、効率よく作動油を温めることができる。

図９は、第２の比較例に係るクレーンに搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。第２の比較例に係る油圧回路は、第１の比較例に係る油圧回路とほぼ同様の構成とされている。第２の比較例に係る油圧回路が第１の比較例に係る油圧回路と異なる点は、第２の比較例では、コントローラ１２０からの制御信号（励磁電流）に応じて、圧油の流れを遮断するストップ弁９８９がオイルクーラ１７０の入口側に設けられている点にある。

図９に示すように、第２の比較例では、コントローラ１２０からストップ弁９８９のソレノイドにオン信号が出力されると、ストップ弁９８９が位置（Ｂ）に切り換えられて、圧油の流れを遮断する。これにより、圧油は、オイルクーラ１７０を通過せずに、チェック弁１７２を介してタンク１１９に流れる。第２の比較例のように、ストップ弁９８９を設けることで、オイルクーラ１７０に作動油を通過させないようにすることができるが、ストップ弁９８９を配置するスペースを確保する必要があり、装置の大型化およびコストの増加が生じるおそれがある。

これに対して、図２に示す第１の実施の形態の油圧回路では、リリーフ弁１４５を追加するのみでよいため、第２の比較例に比べて簡素な構成で、効率的に作動油の温度を上昇させることができ、装置の大型化およびコスト増を抑えることができる。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）作動油の温度が第１閾値Ｔ１未満であることが検出され、作動油が低温状態にあると判定されると、第１ポンプ１１１から吐出された圧油が加熱油路１８４に導入されるように油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられる。作動油の温度が第２閾値Ｔ２以上であることが検出され、作動油が高温状態にあると判定されると、第１ポンプ１１１から吐出された圧油が冷却油路１８２に導入されるように油路選択弁１４２が位置（Ｎ）に切り換えられる。

これにより、作動油が低温状態にある場合には、リリーフ弁１４５を利用して作動油を加熱させ、温度が上昇した作動油をオイルクーラ１７０を通過させずに油圧回路内で環流させることで効率よく作動油を加熱することができる。作動油が高温状態にある場合には、作動油をオイルクーラ１７０に通過させて冷却し、温度が低下した作動油を油圧回路内で環流させることで効率よく作動油を冷却することができる。

特許文献１に記載の湿式クラッチ装置では、排気ガスを利用した加熱手段としての加熱管路および排気制御弁を、バイパス弁とは別に設けているため、装置が大型化するおそれがある。これに対して、本実施の形態では、油路選択弁１４２が加熱手段の一部であり、油路選択弁１４２が加熱手段としての機能と、オイルクーラ１７０をバイパスさせるためのバイパス弁としての機能を具備している。このため、本実施の形態によれば、装置が大型化することを防止することができる。

特許文献１に記載の湿式クラッチ装置では、排気制御弁を開くことにより、排気管内の排気ガスを加熱管路に流入させる構成とされているため、排気管内圧力の管理が困難になるという問題、加熱管路内に煤が溜まるといった問題や、排気ガス導入に伴う振動を抑制するための機構が必要になるといった問題がある。これに対して、本実施の形態では、上記のような問題が発生することはなく、簡素な構成で、効率よく作動油を加熱して、ブレーキ１６１を短時間で温めることができる。その結果、低温環境下で使用された場合であっても、ブレーキ１６１の引きずり抵抗によるフリーフォール速度の不足を解消することができるため、作業効率の向上を図ることのできる。

（２）作動油の温度が第１閾値Ｔ１以上、かつ、第２閾値Ｔ２未満であることが検出され、作動油が中温状態にあると判定されると、第１ポンプ１１１から吐出された圧油がバイパス油路１８３に導入されるように油路選択弁１４２が位置（Ａ）に切り換えられる。これにより、特に寒冷地等で作業をする場合において、作動油が適正温度範囲にあるときに、オイルクーラ１７０を通過させることに起因して作動油の温度Ｔが低下して、粘性が高くなってしまうことを防止することができる。また、オイルクーラ１７０を通過する際に圧力損失が発生することに起因して、油圧モータ１５０の背圧が上昇し、作業性が低下する頻度を減らすことができる。

―第２の実施の形態―
図１０を参照して第２の実施の形態に係る油圧回路を備えたクレーンについて説明する。図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るクレーン１００に搭載されたウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点について主に説明する。

図１０に示すように、第２の実施の形態に係る油圧回路が第１の実施の形態に係る油圧回路と異なる点は、第２の実施の形態では、位置（Ａ）と位置（Ｂ）と位置（Ｎ）との間で切り換えられる油路選択弁１４２に代えて、位置（Ｂ）と位置（Ｎ）との間で切り換えられる油路選択弁２４２が設けられている点にある。

図１０に示すように、第２の実施の形態では、油路選択弁２４２が中立位置（Ｎ）に保持されているときには、第１ポンプ１１１から吐出された圧油は、コントロールバルブ１４１、および、油路選択弁２４２を介して冷却油路１８２に流れ込み、オイルクーラ１７０を通過して冷却された後、タンク１１９に回収される。

油路選択弁１４２が位置（Ｂ）に切り換えられると、第１ポンプ１１１の吐出油が加熱油路１８４のリリーフ弁１４５によって遮断され、油圧回路内の圧力が上昇し、回路圧力がリリーフ弁１４５の設定圧力に達すると、リリーフ弁１４５が開く。リリーフした圧油は、温度が上昇しており、タンク１１９に導入され、回路内を環流することにより、作動油全体の温度が徐々に温まる。リリーフした圧油は、オイルクーラ１７０を通過せずに、タンク１１９に回収されるため、加熱動作中にオイルクーラ１７０に圧油が流れて冷却されるといったことは防止され、効率よく作動油を温めることができる。

第２の実施の形態では、作動油の温度Ｔが第１閾値Ｔ１未満の場合には、油路選択弁２４２を位置（Ｂ）に切り換えて、作動油の加熱動作を実行し、作動油の温度がＴ１以上の場合には、油路選択弁２４２を位置（Ｎ）に切り換えて、作動油の冷却動作を実行する。

したがって、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）の作用効果と同様に、簡素な構成で、作動油が低温状態にあるときには、リリーフ弁１４５を利用して作動油を加熱させ、温度が上昇した作動油をオイルクーラ１７０に通過させずに油圧回路内で環流させることで効率よく作動油を加熱することができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
［変形例］
（１）上記した実施の形態では、ポジティブ型のブレーキ１６１を備える油圧回路について説明したが、本発明はこれに限定されない。ネガティブ型のブレーキを備える油圧回路についても、本発明を適用することができる。

（２）本発明は、巻上ロープ１０５ａにより吊り荷を巻上げまたは巻下げるウインチ装置のブレーキ装置に適用する場合に限定されない。種々の建設機械における回転機械を制動するブレーキ装置や、クラッチ装置の作動油を加熱する油圧回路に適用することができる。たとえば、クレーン１００の走行体１０１に対する旋回体１０３の旋回動作を制動するブレーキ装置に適用できる。湿式多板ブレーキ付きの走行装置などにも適用できる。

（３）上記した実施の形態では、温度センサ１７１をブレーキ１６１に導入する構成としたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、タンク１１９に温度センサ１７１を設置してもよい。

（４）上記した実施の形態では、第１ポンプ１１１および第２ポンプ１１２、パイロットポンプ１１３を駆動する原動機としてエンジン１２５を採用した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。電動モータを原動機として採用し、電動モータによって第１ポンプ１１１および第２ポンプ１１２、パイロットポンプ１１３を駆動するようにしてもよい。

（５）上記した実施の形態では、油路選択弁１４２，９４２を電磁切換弁としたが、電磁比例弁としてもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

１００ クレーン、１０１ 走行体、１０２ 巻上ドラム、１０３ 旋回体、１０４ ブーム、１０５ 巻上ドラム、１０５ａ 巻上ロープ、１０６ 起伏ドラム、１０６ａ 起伏ロープ、１１０ フック、１１１ 第１ポンプ、１１２ 第２ポンプ、１１３ パイロットポンプ、１１９ タンク、１２０ コントローラ、１２２ ブレーキ弁、１２４ ブレーキペダル、１２５ エンジン、１２９ インジケータランプ、１３１ サンギア、１３３ リリーフ弁、１４０ 制御弁ユニット、１４１ コントロールバルブ、１４２ 油路選択弁、１４２ａ ソレノイド、１４２ｂ ソレノイド、１４３ リリーフ弁、１４５ リリーフ弁、１５０ 油圧モータ、１５０ａ 出力軸、１５１ 遊星減速機構、１５２ プラネタリギア、１５３ リングギア、１５６ キャリア軸、１６０ ブレーキ装置、１６１ ブレーキ、１６２ ブレーキケース、１６４ インナディスク、１６５ アウタディスク、１６６ ディスク室、１６７ ブレーキディスク、１６８ 油路、１６９ 油路、１７０ オイルクーラ、１７１ 温度センサ、１７２ チェック弁、１８２ 冷却油路、１８３ バイパス油路、１８４ 加熱油路、２４２ 油路選択弁、９４２ 油路選択弁、９８９ ストップ弁

Claims (3)

1. ウインチドラムを駆動する油圧モータと、
   原動機により駆動され、前記油圧モータに圧油を供給する第１の油圧ポンプと、
   前記原動機により駆動され、前記ウインチドラムの回転を停止する湿式多板式のブレーキ装置に冷却用の圧油を供給する第２の油圧ポンプと、
   前記第１の油圧ポンプから前記油圧モータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、
   前記方向制御弁とタンクとの間に配置される油路選択弁と、
   前記油路選択弁と前記タンクとを接続する冷却油路と、
   前記油路選択弁と前記タンクとを接続する加熱油路と、
   前記加熱油路に配置されるリリーフ弁と、
   前記冷却油路に配置されるオイルクーラと、
   作動油の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段で検出された作動油の温度に応じて、作動油が少なくとも低温状態にあること、および、高温状態にあることを判定する温度状態判定手段と、
   前記温度状態判定手段により作動油が低温状態にあると判定されると、前記第１の油圧ポンプから吐出された圧油が前記加熱油路に導入されるように前記油路選択弁を動作させ、前記温度状態判定手段により作動油が高温状態にあると判定されると、前記第１の油圧ポンプから吐出された圧油が前記冷却油路に導入されるように前記油路選択弁を動作させる弁制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 請求項１に記載の建設機械の油圧回路において、
   前記油路選択弁と前記タンクとを接続するバイパス油路をさらに備え、
   前記温度状態判定手段は、前記温度検出手段で検出された作動油の温度が第１所定値未満である場合には、作動油が低温状態にあると判定し、前記温度検出手段で検出された作動油の温度が第１所定値以上、かつ、第２所定値未満である場合には、作動油が中温状態にあると判定し、前記温度検出手段で検出された作動油の温度が第２所定値以上である場合には、作動油が高温状態にあると判定し、
   前記弁制御手段は、前記温度状態判定手段により作動油が中温状態にあると判定されると、前記第１の油圧ポンプから吐出された圧油が前記バイパス油路に導入されるように前記油路選択弁を動作させることを特徴とする建設機械の油圧回路。
3. 請求項１または２に記載の建設機械の油圧回路を備えたクレーンであって、
   前記ウインチドラムと、
   前記ブレーキ装置とを備えることを特徴とするクレーン。
   

Images