JPH10154018A - 油圧回路の作動油温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペースを必要とせず、冷却能力を増大させ
る場合も容易に変更できる作業油温度の制御が容易な作
動油温度制御装置を提供することを課題とする。 【解決手段】建設機械等の油圧回路において、作動油の
温度を測定する温度センサを適宜の位置に設け、油タン
ク又は配油管にペルチェー効果を利用した熱電冷却装置
を配設し、該温度センサの測定データにより該熱電冷却
装置を制御するコントローラを具備したことを特徴とし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建設機械等の油
圧回路の作動油温度を制御する制御装置の技術分野に属
する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械等の油圧回路においては、作動
油が油圧機器を循環する間に摩擦等により作動油温度が
上昇し、粘性等の性質の変化、作動油中の気泡の膨張等
により作業操作が不安定になるなどの問題が生じる。ま
た、作業に始動時では、特に寒冷地における始動時では
作動油温度が低いため、逆に作動油の粘性が増大し、作
業機の操作性が悪化する。そのため、従来から建設機械
等の油圧回路には作動油の温度を調節する装置が装備さ
れてきた。

【０００３】従来の油温制御装置として、例えば公開特
許公報第平７−３３４２４７号、公開特許公報第平７−
３３４２４８号等に開示されている。以下後者の装置に
ついて図４及び図５を参照して説明する。これらの図に
おいて、油タンク６０内の作動油は油圧ポンプ６１によ
り汲み上げられ、切換制御弁６３を介してアクチュエー
タ６２に供給されると共に、アクチュエータ６２から帰
還する作動油は再び切換制御弁６３を介して油路６８を
通って油タンク６０に帰還される。

【０００４】切換制御弁６３と油タンク６０の間の油路
６８上にオイルクーラ６４が介挿されている。オイルク
ーラ６４と並列にバイパス油路６６を設け、油路６６に
電磁開閉弁６７が介挿されている。また、油路６８には
帰還作動油の温度を検出する温度センサ６９が分岐路に
より接続されている。温度センサ６９の出力はコントロ
ーラ７０に入力され、コントローラ７０は温度センサ６
９の検出温度と設定温度との差に基づいて制御信号を出
力する。コントローラ７０の出力は電磁弁６７のソレノ
イド６７ａに接続されている。オイルクーラ６４は一種
の熱交換機で、作動油を流入する管は冷却効果を増大さ
せるため、細くて長い曲がりくねった油管で構成されて
いる。従って、流れ抵抗はバイパス管路６６に比べて大
きい。

【０００５】この回路の温度制御は以下のようにして行
われる。即ち、温度センサ６９によって検出した油温度
が設定値以下の場合はコントローラ７０が電磁弁６７を
開くように制御する。この場合は作動油は図５（Ａ）に
示すように、流れ抵抗の小さいバイパス油路６６を通っ
て油タンク６５に帰還する。従って、作動油は冷却され
ずに油タンク６０に戻る。また、検出された油温度が設
定値以上の場合はコントローラ７０は電磁弁６７を閉じ
るように制御する。この場合は作動油は図５（Ｂ）に示
すように、オイルクーラ６４を通って冷却された後、油
タンク６０に帰還する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の作動油温度制御装置はオイルクーラとバイパス油
路を流れる油量によって作動油油温度を調節している。
オイルクーラは一般にサイズが大きく、これを装備する
ためには大きなスペースが必要であり、回路を小型化す
るのが困難であるという課題があった。また、冷却水等
を使用するため装置の点検が必要であり、その分作業が
煩雑になる。さらに、オイルクーラの冷却能力を増加さ
せたい場合はオイルクーラの取り換え等の工事が必要で
費用やスペースの関係で場合によっては困難であるとい
う課題もあった。

【０００７】この発明は、上述のような背景の下になさ
れたもので、大きなスペースを必要とせず、冷却能力を
増大させる場合も容易に変更できる作業油温度の制御が
容易な作動油温度制御装置を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は油タンク又は配油管にペルチェー効果を利
用した熱電冷却装置を配設している。

【０００９】請求項１記載の作動油温度制御装置は、油
タンクから油圧ポンプにより作動油を汲み上げて配油管
を流通させ、切換制御弁等を介してアクチュエータへ供
給してアクチュエータを駆動し、再び作動油を油タンク
に帰還させる油圧回路において、前記作動油の温度を測
定する温度センサを適宜の位置に設け、前記油タンク又
は配油管にペルチェー効果を利用した熱電冷却装置を配
設し、該温度センサの測定データにより該熱電冷却装置
を制御するコントローラを具備したことを特徴としてい
る。

【００１０】又、請求項２に記載の装置は、請求項１に
記載の装置で、前記油タンク又は配油管の一部を導電性
及び熱伝導の優れた材料で形成し、その材料で形成され
た部分に熱電冷却装置を設けて、該部分を吸熱体又は発
熱体としたことを特徴としている。油タンク又は配油管
の一部を吸熱体または発熱体として兼用している。

【００１１】請求項３に記載の装置は、請求項１又は２
に記載の装置で、前記熱電冷却装置はＮ形半導体とＰ形
半導体を利用したことを特徴としている。半導体を熱電
冷却装置に利用して発熱量または吸熱量を増加させてい
る。

【００１２】

【発明の実施形態】以下、図面を参照してこの発明の実
施形態について説明する。 ＜実施形態１＞図１は本発明の実施形態１の構成の概略
を示した図である。図１において、油圧ポンプ１はエン
ジン又はモータ等の駆動機２によって駆動され、油タン
ク３内の作動油４を汲み上げる。作動油４はストレーナ
５から配油管６を通って、切換制御弁７を介してアクチ
ュエータ８に供給される。アクチュエータ８に供給され
た作動油は配油管９を通って再び切換弁７を経て配油管
１０により油タンク４に帰還される。また、配油管６の
途中から分岐した分岐管路１２にはリリーフ弁１３が接
続されており、配油管６の圧油が設定圧以上になるのを
防止している。

【００１３】摩擦熱等により温度が上昇した作動油を冷
却するためのオイルクーラ１１が配油管１０の途中に配
置されている。オイルクーラ１１と並列にバイパス管１
６により電磁弁１４が接続されており、電磁弁１４のソ
レノイド１５はコントローラ２７に接続され、制御され
ている。

【００１４】油タンク３の外側には、作動油４を冷却す
るためのペルチェ効果を利用した冷却器２０が取り付け
られている。冷却器２０はオイルクーラ１１の補助用と
して使用される。冷却器２０は吸熱板２１、ペルチェ素
子２２、放熱板２３から構成されている。吸熱板２１、
放熱板２３は熱伝導の優れた金属、例えば銅、銅合金又
はアルミ、アルミ合金等を利用する。ペルチェ素子２２
は異なった金属２２Ａと金属２２Ｂを接合したもので、
異なった金属としては、例えば、ビスマス（Ｂｉ）とア
ンチモン（Ｓｂ）を接合する。

【００１５】ペルチェ素子２２の両金属に端子を設け、
直流電源２４をその両端子に接続し、その配線２５の途
中にスイッチ２６を設けてペルチェ素子２２に直流電流
を流す電気回路を構成する。コントローラ２７には油タ
ンク３内に配置された温度センサ２８が接続されてい
る。コントローラ２７は温度センサ２８の検出温度に基
づいてスイッチ２６を制御するようにプログラムされて
いる。

【００１６】実施形態１は以上のような構成であり、以
下のように作用する。即ち、温度センサ２８により作動
油４の温度が測定され、そのデータがコントローラ２７
に送出される。コントローラ２７は作動油温度データと
設定温度と比較し、作動油温度が高い場合はソレノイド
１５及びスイッチ２６に制御信号を送出し、オイルクー
ラ１１及び冷却器２０を作動させ、作動油４の温度を下
げる。また、逆に作動油温度が設定温度よりも低い場合
はソレノイド１５への制御信号及びスイッチ２６への制
御信号をオフとする。この場合作動油はバイパス管１６
を通って冷却されずに油タンク３に戻る。また、油タン
ク中の作動油の冷却もストップする。

【００１７】以上説明したように、実施形態１は補助用
冷却装置として冷却器２０を設けている。これによっ
て、オイルクーラ１１を小型化できるという効果もあ
り、また、冷却器２０はオイルクーラによる冷却能力が
不足の場合に増設用とすれば増設が容易にできるという
効果もある。

【００１８】なお、配油管１０に温度センサを別に設け
てオイルクーラ１１を主冷却装置とし、冷却器２０を補
助冷却装置として作動油温度を別々に制御するようにし
てもよい。更に、直流電源２４は接続する向きを反対に
し冷却器２０の代わりに加熱器として、寒冷地仕様のた
めの温度制御装置として使用してもよい。さらに加熱と
冷却を切換を可能にして加熱及び冷却兼用器として使用
することもできる。

【００１９】＜実施形態 ２＞図２（Ａ）は実施形態２
の冷却器の概略を示した平面図であり、油圧回路の構成
は実施形態１の場合と同様であるので省略してある。図
２（Ｂ）はＸ−Ｘから見た断面正面図である。

【００２０】図２において、油タンク３０は円筒部３１
と底部３２から構成されており、円筒部３１は銅、銅合
金、アルミまたはアルミ合金等の 電気伝導度及び熱伝
導度に優れた金属材料で形成されている。底部３２は金
属材料である必要はなく、プラスティック等の非金属材
料で形成してもよい。円筒部３１の外部に接触してＮ形
半導体からなるチップ３２とＰ形半導体からなるチップ
３３が配置されており、半導体チップ３２、３３の外側
表面にはフィンを具備した電気伝導度及び熱伝導度に優
れた金属材料からなる第１部材３４、第２部材３５が半
導体チップ３２、３３と接触して設けられている。

【００２１】半導体材料として、例えばＢｉ₂Ｔｅ₃系統
の合金にＳｂを少量添加してＰ形半導体に、Ｓｅを少量
添加してＮ形半導体に利用することができる。この半導
体を使用した場合は、放熱体が摂氏３０度のとき吸熱体
を摂氏（ー４０）度に下げることもできる。なお、実施
形態２の発明の半導体材料は上記したものに限られな
い。また、半導体をペルチェ素子として利用した場合は
同じ電流に対して金属を利用した場合に比べて吸熱量ま
たは発熱量が大きい。

【００２２】第１部材３４、第２部材３５には電極３
６、３７が取り付けられている。電極３６は配線によっ
てスイッチ３８に接続されており、スイッチ３８の他端
はコントローラ４０のａ端子に配線で接続されている。
スイッチ３８の制御端子はコントローラ４０のｃ端子に
接続されており、コントローラ４０によってオン・オフ
制御されている。電極３７は配線によりコントローラ４
０のｅ端子に接続されている。更に、直流電源３９の両
端がコントローラのｂ端子及びｄ端子に接続されてい
る。

【００２３】ａ，ｂ，ｄ，ｅの各端子の接続はコントロ
ーラ４０によって制御されている。これらの端子、スイ
ッチ３８、第１部材３４、第２部材３７、半導体チップ
３２、３３及び円筒部３１は電気回路を構成している。
即ち、ａ端子とｂ端子が接続され、ｄ端子とｅ端子が接
続された場合は、電流は電源３９の正極からｂ，ａ端子
スイッチ３８を通って流れ、電極３６、第１部材３４を
通って半導体チップ３２に流れ、円筒部３１、半導体チ
ップ３３、第２部材３５、電極３７を通り、端子ｅ，ｄ
を通って、電源３９の負極に流れる。

【００２４】この場合は、円筒部３１は吸熱体として働
き、第１部材３４及び第２部材３７は放熱体となる。即
ち、この電気回路は油タンク３０内の作動油を冷却する
冷却装置として機能する。また、ｂ端子とｅ端子を接続
し、ａ端子とｄ端子を接続すれば上記電気回路は作動油
を加熱する加熱器として機能する。

【００２５】温度センサ４１は油タンク３０内の適宜の
位置に配置する。温度センサ４１の出力はコントローラ
４０に接続されている。なお、温度センサ４１は配油管
の適宜の位置に配置してもよい。

【００２６】実施形態２は以上のように構成されている
ので、以下のように機能する。温度センサ４１からの温
度データが設定温度より高い場合は、コントローラ４０
はｃ端子にオン信号を出力し、ａ−ｂ端子を接続し、ｄ
−ｅ端子を接続する。ｃ端子にオン信号が出力されると
スイッチ３８は導通状態となる。これによって、上記回
路は冷却装置として回路が形成され、作動油は冷却され
る。

【００２７】温度センサ４１からの温度データが設定温
度より低い場合はコントローラ４０はｃ端子にオフ信号
を出力し、スイッチ３８をオフにする。これによって、
作動油は油圧機器内を流れる際の摩擦熱により温度が上
昇する。作動油を積極的に加熱して温度を上昇させたい
場合は、コントローラ４０のｃ端子にオン信号を出力
し、ａ−ｄ端子、ｂ−ｅ端子を接続する。この場合は構
成される電気回路は加熱器として作用する。

【００２８】なお、円筒部３１は作動油と接触している
が円筒部３１は電気伝導度の優れた材料で形成されてい
るため、作動油に電流が流れることはない。もし、必要
ならば、円筒部３１の内側表面に電気絶縁塗料を塗布
し、或いは電気絶縁フィルムを貼り付けてもよい。ま
た、円筒部３１は全体を電気伝導度、熱伝導度の優れた
材料で構成する必要はなく、半導体３２、３３を取り付
ける部分のみを該材料で形成してもよい。

【００２９】以上説明したように、実施形態２は、円筒
部３１を冷却体（又は加熱体）として利用しており、電
気伝導度及び熱伝導度の優れた材料で構成しているか
ら、エネルギーの損出が少なくなると共に少スペース化
が図られ、装置をコンパクトに構成できるという効果が
ある。また、加熱と冷却の切換が簡単であるから、制御
が容易になるという効果もある。

【００３０】＜実施形態 ３＞実施形態３は半導体素子
を利用した冷却装置を配油管に配置した場合であり、そ
の概略構成を図３に示す。図３で実施形態２で説明した
同一の構成部分については同一の参照番号を付して詳細
な説明を省略する。

【００３１】図３において、リターン油の配油管４２に
冷却用配油管４３を接続する。冷却用配油管４３に冷却
器４４、５４が取り付けられている。冷却器４４と４５
はその構造は同一であり、以下冷却器４４について説明
する。冷却器４４を取り付ける配油管の冷却器取付部４
５は熱伝導度及び電気伝導度の優れた材料で形成され、
冷却体として機能する。冷却器取付部４５の外側にはリ
ング状又は半リング状をしたＮ形半導体４６とＰ形半導
体４７が十分に接触するように配設され、更にその外側
には放熱体４８、４９が設けられている。半導体４６と
４７には電極５０、５１が取り付けられ、配線によりコ
ントローラ４０に接続されている。

【００３２】また、配油管４２又は４３の適宜の位置に
作動油温度を検出する温度センサ４１が設けられてお
り、温度センサ４１の出力はコントローラ４０に接続さ
れている。コントローラ４０には図示されていない電源
及びスイッチ等が接続されている。

【００３３】実施形態３は以上のような構成であり、そ
の作用機能は実施形態２の場合と同様であり、実施形態
２と同一の効果が得られる。なお、実施形態３において
冷却器４４、５４の半導体に接続する配線は図示のよう
に並列配線に限られず、直列配線にしてもよい。さら
に、冷却器の個数は適宜の数を選択することもできる。

【００３４】以上、この発明の実施形態、実施例を図面
により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限
られるがものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範
囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例え
ば、実施形態２、３では冷却体を油タンク又は配油管の
一部として構成しているが油タンク等の外側に接触させ
て別個に設けてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、オイルクーラを小型化し或いは廃止することが
できるので、少スペース化が図られ、装置をコンパクト
に構成できるという効果がある。また、加熱と冷却の切
換が簡単であるから、制御が容易になるという効果もあ
る。また、請求項２の発明では、更に、冷却体（又は発
熱体）を配油管又は油タンクの一部として兼用し、熱伝
導度、電気伝導度の優れた材料で形成しているからエネ
ルギーの使用効率が良くなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の概略構成を示した図で
ある。

【図２】 （Ａ），（Ｂ）は実施形態２の主要部の構成
を示した図である。

【図３】 実施形態３の主要部の構成を示した図であ
る。

【図４】 従来のオイルクーラを取り付けた油圧回路を
示す。

【図５】 （Ａ）は従来のオイルクーラの冷却停止時の
状態を示し、（Ｂ）はオイルクーラの冷却作動時の状態
を示した図である。

【符号の説明】

１ 油圧モータ ３ 油タンク ４ 作動油 ６、９、１０ 配油管 ７ 切換弁 ８ アクチュエータ １１ オイルクーラ ２０ 冷却器（熱電冷却装置） ２２ ペルチェ素子 ２７ コントローラ ２８ 温度センサ ３１ 円筒部（熱伝導度、電気伝導度の優れた材料
で形成） ３２、３３ 半導体 ４０ コントローラ ４１ 温度センサ ４４、５４ 冷却器（熱電冷却装置） ４５ 冷却器取付部（熱伝導度、電気伝導度の優れ
た材料で形成） ４６、４７ 半導体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油タンクから油圧ポンプにより作動油を
   汲み上げて配油管を流通させ、切換制御弁等を介してア
   クチュエータへ供給してアクチュエータを駆動し、再び
   該作動油を油タンクに帰還させる油圧回路において、前
   記作動油の温度を測定する温度センサを適宜の位置に設
   け、前記油タンク又は配油管にペルチェー効果を利用し
   た熱電冷却装置を配設し、該温度センサの測定データに
   より該熱電冷却装置を制御するコントローラを具備した
   ことを特徴とする油圧回路の作動油温度制御装置。
2. 【請求項２】 前記油タンク又は配油管の一部を導電性
   及び熱伝導の優れた材料で形成し、その材料で形成され
   た部分に熱電冷却装置を設けて、該部分を吸熱体又は発
   熱体としたことを特徴とする請求項１に記載の油圧回路
   の作動油温度制御装置。
3. 【請求項３】 前記熱電冷却装置はＮ形半導体とＰ形半
   導体を利用した半導体熱電冷却装置であることを特徴と
   する請求項１又は請求項２の何れか１に記載の作動油温
   度制御装置。