JP7186148B2 - 作業機械および作業機械に用いられる冷却水タンク - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却水を貯留する冷却水タンクを備えた作業機械、およびその冷却水タンクに関する。

冷却水タンクは、リザーブタンクやウォータータンク、エキスパンションタンク等とも呼ばれ、ホースによりラジエータと接続されている。例えば、エンジンの熱で冷却水が熱膨張した場合、エンジンおよびラジエータからオーバーフローした分の冷却水がホースを通って冷却水タンクに導かれて貯留される。また、冷却水タンクには、車体の振動等によって冷却水中に発生した泡（空気）がホースを介して導かれる。冷却水タンク内は加圧されており、冷却水タンク内の圧力が設定圧力を超えると、冷却水タンクの上端部に接続されたエア抜き用ホースから空気が外部へ抜かれる。

このような冷却水タンクでは、車体の振動が大きくなると、内部の冷却水が揺動して跳ね上がりエア抜き用ホースを通って外部へ漏れ出すおそれがあるため、冷却水漏れを防止するため種々の対策が講じられている。

例えば、特許文献１には、一般の乗用車に搭載され、横断面が方形で上下方向に縦長な筒状容器状に形成されたリザーブタンクであって、リザーブタンクの外側面が凹む形状を有し、冷却水の貯留可能最高規定水位と注水パイプ部の連通口との間でリザーブタンクの内側面が突出する形状を有する溝部が設けられたものが開示されている。このリザーブタンクでは、車体の振動により内部の冷却水が跳ね上がった場合であっても、跳ね上がった冷却水は溝部の突出部分に当たり下方に向かって跳ね返る。これにより、注水パイプ部の連通口とは反対側の先端部に形成されたエア抜き用ホースとしての大気開放通路から外部に冷却水が漏れ出すことを防止している。

特開２０１４－１１４７０２号公報

作業機械の一態様であるホイールローダに冷却水タンクを搭載するに際し、車体後方の視界を確保しなければならず、高さを抑えた形状の冷却水タンクが求められる。冷却水タンクの高さを抑えた場合、特許文献１に記載された乗用車用のリザーブタンクと比べて、冷却水の水面がエア抜き用ホースの位置に近くなってしまう。このような構成の冷却水タンクを搭載したホイールローダの車体が左右に傾くと、冷却水タンク内の冷却水は、冷却水タンクにおける左右端の壁に沿って波が立ち上がり、エア抜き用ホースから漏れ出しやすくなる。そのため、特許文献１に記載された溝部の構成をホイールローダ用の冷却水タンクの側面に適用しても、エア抜き用ホースからの冷却水の漏れ出しを防止するには不十分である。

そこで、本発明の目的は、冷却水タンクが搭載された作業機械において、冷却水タンク内の冷却水が外部へ漏れ出すことを効果的に抑制することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンの冷却水を貯留する冷却水タンクと、前記冷却水タンクとホースを介して接続されて前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、を備え、前記冷却水タンクは、長辺が車体の左右方向に沿って配置されたタンク本体と、前記タンク本体の天井部の上側に突出する上側筒部および前記天井部の下側に突出する下側筒部を有する筒体と、前記上側筒部の上端部に取り付けられて前記タンク本体内を加圧する圧力キャップと、前記タンク本体内に冷却水を給水するための給水口と、前記上側筒部の側面に配置されて前記タンク本体内の空気を外部に導くエア抜き用ホースが接続される接続部と、を有する作業機械において、前記筒体は、前記天井部における長辺方向の中央部分に配置され、前記下側筒部の側面に設けられて前記タンク本体内と前記下側筒部内とを連通することで、前記タンク本体内の空気を、前記下側筒部内に流入させて、前記上側筒部の前記接続部に接続された前記エア抜き用ホースを通って外部に導く通気口と、前記下側筒部の下端部を覆う板状部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、冷却水タンクが搭載された作業機械において、冷却水タンク内の冷却水が外部へ漏れ出すことを効果的に抑制することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るホイールローダの外観を示す側面図である。 機械室の内部構造を示す左側面図である。 図２における冷却水タンクおよびラジエータを拡大した図である。 冷却水タンクの構成を示す斜視図である。 タンク本体の背面部を取り除いた状態の冷却水タンクの構成を示す平面図である。 筒体と給水口との間における断面図である。 図４における筒体を拡大した図である。 車体が振動したときの冷却水タンクの状態を示し、（ａ）は車体が右方向に揺れた場合、（ｂ）は車体が左方向に揺れた場合である。

以下、本発明の実施形態に係る作業機械の一態様として、土砂や鉱物、木材チップ等の作業対象物を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行うホイールローダについて説明する。

（ホイールローダ１の全体構成）
まず、ホイールローダ１の全体構成について、図１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るホイールローダ１の外観を示す側面図である。

ホイールローダ１は、車体が中心付近で中折れすることにより操舵されるアーティキュレート式の作業車両である。具体的には、車体前部となる前フレーム１Ａと車体後部となる後フレーム１Ｂとが、センタジョイント１０によって左右方向に回動自在に連結されており、前フレーム１Ａが後フレーム１Ｂに対して左右方向に屈曲する。

前フレーム１Ａには左右一対の前輪１１Ａが、後フレーム１Ｂには左右一対の後輪１１Ｂが、それぞれ設けられており、車体全体では４つの車輪を備えている。なお、図１では、４つの車輪のうち、左側の前輪１１Ａおよび左側の後輪１１Ｂのみを示している。

ホイールローダ１は、例えば露天掘り鉱山等において、前フレーム１Ａに取り付けられたフロント作業装置２を用いて土砂や鉱物等を掘削してダンプトラック等へ積み込む荷役作業を行う。

フロント作業装置２は、前フレーム１Ａに取り付けられたリフトアーム２１と、リフトアーム２１を駆動する２つのリフトアームシリンダ（不図示）と、リフトアーム２１の先端部に取り付けられたバケット２２と、バケット２２を駆動するバケットシリンダ２３と、リフトアーム２１に回動可能に連結されてバケット２２とバケットシリンダ２３とのリンク機構を構成するベルクランク２４と、２つのリフトアームシリンダやバケットシリンダ２３へ圧油を導く複数の配管（不図示）と、を有している。

リフトアーム２１は、２つのリフトアームシリンダそれぞれのロッドが伸縮することにより、前フレーム１Ａに対して上下方向に回動する。バケット２２は、バケットシリンダ２３のロッド２３０が伸縮することにより、リフトアーム２１に対して上下方向に回動（チルトまたはダンプ）する。なお、バケット２２は、例えばブレード等の各種アタッチメントに交換することが可能であり、バケット２２を用いた掘削作業の他に、押土作業や除雪作業等の各種作業を行うこともできる。

後フレーム１Ｂには、オペレータが搭乗する運転室３１と、ホイールローダ１を駆動するために必要な各機器を内部に収容する機械室３２と、車体が傾斜しないようにフロント作業装置２とのバランスを保つためのカウンタウェイト３３と、が設けられている。後フレーム１Ｂにおいて、運転室３１は前部に、カウンタウェイト３３は後部に、機械室３２は運転室３１とカウンタウェイト３３との間に、それぞれ配置されている。

（機械室３２の内部構造）
次に、機械室３２の内部構造について、図２および図３を参照して説明する。

図２は、機械室３２の内部構造を示す左側面図である。図３は、図２における冷却水タンク６とラジエータ７とを拡大した図である。なお、図３において、エンジン４の冷却水を砂地で示す。

図２に示すように、機械室３２の内部には、エンジン４と、エンジン４から排出された排ガスを処理する排ガス処理装置５と、エンジン４の冷却水（以下、単に「冷却水」とする）を貯留する冷却水タンク６と、冷却水を冷却するラジエータ７と、冷却風を生成する冷却ファン８と、が搭載されている。

冷却水タンク６、ラジエータ７、および冷却ファン８は、機械室３２におけるエンジン４および排ガス処理装置５の後方側に配置されており、前方から後方に向かって冷却水タンク６、ラジエータ７、冷却ファン８の順に並んでいる。

ラジエータ７は、内部に設けられたラジエータコアに冷却水を通水し、ラジエータコアを通過する冷却風により熱交換を行って冷却水を冷却する。配管９０を通った冷却水は、ラジエータ７で冷却されて再びエンジン４に戻る。

冷却水タンク６は、主に、冷却水が熱膨張した際の冷却水のオーバーフロー分を貯留する。図３に示すように、ラジエータ７内が満水状態で冷却水が熱膨張すると、冷却水はラジエータ７から溢れ出し第１接続ホース９１に導かれて冷却水タンク６に流れ込む。そして、冷却水が冷えると、冷却水タンク６内の冷却水は第２接続ホース９２に導かれてエンジン４に流れ込む。

なお、図３に示すように、冷却水タンク６には、内部に貯留されている冷却水の水面の高さを測定するサイトゲージ６０が設けられており、ホイールローダ１が定置状態にあって車体に振動が発生していない場合、冷却水タンク６内の冷却水の水面はサイトゲージ６０の上端となる冷却水基準高さＳＨ（図３において一点鎖線で示す）に位置しており、ラジエータ７内は満水状態となっている。

図２に示すように、冷却水タンク６は、機械室３２の上方を覆う上面カバー３２０に、例えばボルト等を用いて取り付けられている。したがって、冷却水タンク６は、エンジン４よりも上側に配置されており、エンジン４内において冷却水に発生した泡（空気）は第３接続ホース９３を通って冷却水タンク６内に導かれる。また、冷却水タンク６は、上部がラジエータ７の上部キャップ７０の上面よりも上側に位置しており、ラジエータ７内において冷却水に発生した泡は第１接続ホース９１を通って冷却水タンク６内に導かれる。

このように、冷却水タンク６は、エンジン４やラジエータ７内における冷却水に発生した空気を抜いてキャビテーションの発生やエンジンの空焚きを防止する役割も担っている。冷却水タンク６内は加圧されており、冷却水タンク６内の圧力Ｐが予め設定された設定圧力Ｐｔｈを超えると（Ｐ＞Ｐｔｈ）、オーバーフロー分の空気がエア抜き用ホース９４に導かれて外部へ排出される。

ホイールローダ１では、運転室３１に搭乗したオペレータの後方視野を広げるため、後部車体は高さ（上下方向の寸法）をできる限り抑えた設計とすることが望ましく、特に、機械室３２内の上方側に配置された冷却水タンク６は、車体の左右方向に沿って細長い形状となっている。

（冷却水タンク６の構成）
次に、冷却水タンク６の構成について、図４～８を参照して説明する。

図４は、冷却水タンク６の構成を示す斜視図である。図５は、タンク本体６１の背面部６１３を取り除いた状態の冷却水タンク６の構成を示す平面図である。図６は、筒体６３と給水口６４との間における断面図である。図７は、図４における筒体６３を拡大した図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、車体が振動したときの冷却水タンク６の状態を示し、図８（ａ）は車体が右方向に揺れた場合、図８（ｂ）は車体が左方向に揺れた場合である。

冷却水タンク６は、図４および図５に示すように、冷却水および空気が貯留されるタンク本体６１と、タンク本体６１内を加圧する圧力キャップ６２と、圧力キャップ６２が取り付けられる筒体６３と、タンク本体６１内に冷却水を給水するための給水口６４と、を有する。

タンク本体６１は、横方向に長辺を有する横長の直方体状に形成された容器であり、機械室３２内では、長辺が車体の左右方向に沿って配置される。図４に示すように、タンク本体６１は、車体の上側に配置される天井部６１１と、車体の前側に配置される前面部６１２と、車体の後側に配置される背面部６１３と、車体の右側に配置される右側面部６１４と、車体の左側に配置される左側面部６１５と、車体の下側に配置される底面部６１６と、を含む。

本実施形態では、図５に示すように、天井部６１１、前面部６１２、および背面部６１３はいずれも、底面部６１６よりも長辺方向の長さが長く、両端側が右側面部６１４および左側面部６１５よりも外側にそれぞれ張り出している。なお、前面部６１２および背面部６１３はそれぞれ、長辺方向の両端部が下側に向かうにつれて内側に切り欠かれている。また、図６に示すように、前面部６１２および背面部６１３はいずれも、右側面部６１４および左側面部６１５よりも高さ方向の長さが長く、底面部６１６よりも下側に張り出している。

図４および図６に示すように、背面部６１３には、第１接続ホース９１が接続される第１接続部６７１と、第２接続ホース９２が接続される第２接続部６７２と、が取り付けられている。なお、第１接続ホース９１は冷却水をラジエータ７からタンク本体６１内に導き、第２接続ホース９２は冷却水をタンク本体６１内からエンジン４に導くため、第１接続部６７１および第２接続部６７２におけるタンク本体６１内側の端部はそれぞれ、貯留された冷却水に浸かる位置に配置されている。また、図６に示すように、前面部６１２には、第３接続ホース９３が接続される第３接続部６７３が取り付けられている。

図４および図５に示すように、右側面部６１４には、サイトゲージ６０が取り付けられている。本実施形態では、オペレータや作業員等が機械室３２にアクセスする際には車体の右側からであることから、車体の右側に配置された右側面部６１４にサイトゲージ６０を取り付けることにより測定がしやすくなっている。

筒体６３は、タンク本体６１の天井部６１１の上側に突出する上側筒部６３１と、天井部６１１の下側（タンク本体６１の内部側）に突出する下側筒部６３２と、を有しており、天井部６１１における長辺方向の中央部分に配置されている。

上側筒部６３１は、上端部に圧力キャップ６２が、側面にエア抜き用ホース９４が接続される接続部６３１Ａが、それぞれ取り付けられている。本実施形態では、接続部６３１Ａは、タンク本体６１の背面部６１３側（車体の後側）に向かって延出している。

下側筒部６３２は、タンク本体６１内と筒体６３とを連通する通気口６３３と、下端部を覆う板状部材６３４と、を備える。

本実施形態では、通気口６３３は、下側に向かって湾曲する半円状に形成され、下側筒部６３２の側面における天井部６１１に隣接する位置であって接続部６３１Ａの下方の位置に配置されている。タンク本体６１内のオーバーフロー分の空気は、通気口６３３から下側筒部６３２内に流入し、エア抜き用ホース９４を通って外部へ導かれる。

板状部材６３４は、円板状に形成されており、本実施形態では、下側筒部６３２の下端部における外径よりも大きく形成された鍔部６３４Ａを有している。なお、板状部材６３４には、下側筒部６３２に溜まった冷却水を排出すると共に、タンク本体６１内のオーバーフロー分の空気をエア抜き用ホース９４に導くための小穴を設けてもよい。

図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ホイールローダ１が稼働して車体に大きな振動が発生すると、タンク本体６１内の冷却水は冷却水タンク６の長辺方向（車体の左右方向）に揺れて波が立つ。このとき、タンク本体６１は横長で高さが抑えられた形状であるため、冷却水の波は天井部６１１まで達しやすく、特に長辺方向の中央部分よりも両端側において跳ね返りが大きくなる。

このような状況であっても、筒体６３は、冷却水タンク６の長辺方向の中央部分に設けられているため、冷却水の波の跳ね返りを受けにくい。さらに、筒体６３は、下側筒部６３２の下端部に板状部材６３４が設けられていることから、冷却水の波を除けることができる。これにより、タンク本体６１内の冷却水が筒体６３内に流入してエア抜き用ホース９４から外部に漏れ出すといった事態を抑制することが可能である。

本実施形態では、通気口６３３が下側筒部６３２の側面において天井部６１１に隣接する位置（下側筒部６３２における上方側）に配置されているため、板状部材６３４に隣接する位置（下側筒部６３２における下方側）に配置されている場合と比べて冷却水が通気口６３３を介して下側筒部６３２内に流入しにくい。

また、本実施形態では、板状部材６３４が鍔部６３４Ａを有しているため、冷却水の波を筒体６３の外周側に除けることができ、冷却水を筒体６３内により流入させにくくすることができる。

図４および図５に示すように、給水口６４は、上蓋６５と、上蓋６５が取り付けられる給水用筒体６６と、を備えており、本実施形態では、タンク本体６１の天井部６１１において、圧力キャップ６２が取り付けられた筒体６３よりも長辺方向の一端側（右端側）に配置されている。

給水用筒体６６は、筒体６３と同様に、天井部６１１の上側に突出する給水用上側筒部６６１と、天井部６１１の下側に突出する給水用下側筒部６６２と、を有している。給水用下側筒部６６２は、筒体６３の下側筒部６３２と同様に、半円状の通気口６６３が側面に設けられているが、一方、筒体６３の下側筒部６３２と異なり、下端には開口６６２Ａが形成されている。

冷却水タンク６に冷却水を給水する際は、上蓋６５を取り外し、給水用上側筒部６６１の上端に形成された開口から冷却水を給水用筒体６６内に注ぎ入れる。給水用筒体６６内に注がれた冷却水は、給水用下側筒部６６２の開口６６２Ａを介してタンク本体６１内に流入して貯留される。

給水口６４として圧力キャップ６２が取り付けられた筒体６３を用いることも可能であるが、その場合、筒体６３内に注がれた冷却水は通気口６３３を介してタンク本体６１内に流入することになるため、給水時間が長時間に及んでしまう。しかしながら、本実施形態のように給水口６４を別途設けることにより、給水性を損なうことがなくなる。

さらに、本実施形態では、給水口６４は、天井部６１１における長辺方向の右端側に配置されているため、オペレータや作業員等は冷却水タンク６への給水がしやすい。なお、冷却水タンク６において、長辺方向の右端側は冷却水の波の跳ね返りが大きいが、給水口６４の給水用上側筒部６６１にはエア抜き用ホース９４等のホース類が接続されていないため、冷却水が外部へ漏れ出すことはない。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、上記実施形態では、板状部材６３４は鍔部６３４Ａを有していたが、必ずしも鍔部６３４Ａを有している必要はなく、少なくとも下側筒部６３２の下端部を覆う大きさに形成されていればよい。

また、上記実施形態では、通気口６３３は下側筒部６３２の側面における天井部６１１に隣接する位置に配置されていたが、少なくともタンク本体６１内と下側筒部６３２内とを連通すればよく、その位置については特に制限はない。

また、上記実施形態では、給水口６４は冷却水タンク６の長辺方向の右端側に配置されていたが、これに限らず、例えば、ホイールローダ１が車体の左側から機械室３２にアクセスする仕様であれば、給水口６４は冷却水タンク６の長辺方向の左端側に配置されていてもよい。なお、冷却水タンク６に冷却水が給水可能であれば、給水口６４の位置については特に制限はなく、さらに、必ずしも圧力キャップ６２が取り付けられる筒体６３と給水口６４とを別置きにする必要もない。

また、上記実施形態では、作業機械の一態様としてホイールローダ１について説明したが、これに限らず、他の作業機械についても本発明を適用することが可能である。

１：ホイールローダ（作業機械）
４：エンジン
６：冷却水タンク
７：ラジエータ
６１：タンク本体
６２：圧力キャップ
６３：筒体
６４：給水口
９１：第１接続ホース（ホース）
９４：エア抜き用ホース
６１１：天井部
６３１：上側筒部
６３１Ａ：接続部
６３２：下側筒部
６３３：通気口
６３４：板状部材
６３４Ａ：鍔部

Claims (8)

1. エンジンと、前記エンジンの冷却水を貯留する冷却水タンクと、前記冷却水タンクとホースを介して接続されて前記エンジンの冷却水を冷却するラジエータと、を備え、前記冷却水タンクは、長辺が車体の左右方向に沿って配置されたタンク本体と、前記タンク本体の天井部の上側に突出する上側筒部および前記天井部の下側に突出する下側筒部を有する筒体と、前記上側筒部の上端部に取り付けられて前記タンク本体内を加圧する圧力キャップと、前記タンク本体内に冷却水を給水するための給水口と、前記上側筒部の側面に配置されて前記タンク本体内の空気を外部に導くエア抜き用ホースが接続される接続部と、を有する作業機械において、
   前記筒体は、
   前記天井部における長辺方向の中央部分に配置され、
   前記下側筒部の側面に設けられて前記タンク本体内と前記下側筒部内とを連通することで、前記タンク本体内の空気を、前記下側筒部内に流入させて、前記上側筒部の前記接続部に接続された前記エア抜き用ホースを通って外部に導く通気口と、
   前記下側筒部の下端部を覆う板状部材と、を備えた
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記板状部材は、前記下側筒部の前記下端部における外径よりも大きく形成された鍔部を有する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記通気口は、前記下側筒部の側面における前記天井部に隣接する位置に配置されている
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記給水口は、前記天井部において前記圧力キャップが取り付けられた前記筒体よりも長辺方向の一端側に配置されている
   ことを特徴とする作業機械。
5. エンジンの冷却水を貯留し、横長のタンク本体と、前記タンク本体の天井部の上側に突出する上側筒部および前記天井部の下側に突出する下側筒部を有する筒体と、前記上側筒部の上端部に取り付けられて前記タンク本体内を加圧する圧力キャップと、前記タンク本体内に冷却水を給水するための給水口と、前記上側筒部の側面に配置されて前記タンク本体内の空気を外部に導くエア抜き用ホースが接続される接続部と、を備えた、作業機械に用いられる冷却水タンクにおいて、
   前記筒体は、
   前記天井部における長辺方向の中央部分に配置され、
   前記下側筒部の側面に設けられて前記タンク本体内と前記下側筒部内とを連通することで、前記タンク本体内の空気を、前記下側筒部内に流入させて、前記上側筒部の前記接続部に接続された前記エア抜き用ホースを通って外部に導く通気口と、
   前記下側筒部の下端部を覆う板状部材と、を有する
   ことを特徴とする作業機械に用いられる冷却水タンク。
6. 請求項５に記載の作業機械に用いられる冷却水タンクにおいて、
   前記板状部材は、前記下側筒部の前記下端部における外径よりも大きく形成された鍔部を有する
   ことを特徴とする作業機械に用いられる冷却水タンク。
7. 請求項５に記載の作業機械に用いられる冷却水タンクにおいて、
   前記通気口は、前記下側筒部の側面における前記天井部に隣接する位置に配置されている
   ことを特徴とする作業機械に用いられる冷却水タンク。
8. 請求項５に記載の作業機械に用いられる冷却水タンクにおいて、
   前記給水口は、前記天井部において前記圧力キャップが取り付けられた前記筒体よりも長辺方向の一端側に配置されている
   ことを特徴とする作業機械に用いられる冷却水タンク。

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