JP2005133945A - ブレーキアクチュエータに濾過された乾燥空気を供給するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パワースプリングチャンバの中へ導入されるほこり及び湿気の量を最小にするブレーキシステムを提供する。
【解決手段】 スプリングキャビティに圧縮空気を供給する弁を使用するスプリングブレーキアクチュエータにおいて、汚染物質及び湿気がスプリングキャビティ内のスプリングを腐食する及び／又は損傷を受けること防止するために、空気は予め乾燥及び濾過され、弁は弁の１つの側から他方の側へ圧力差によって作動される。
【選択図】図２

Description

本発明は、概括的に言えば、スプリングチャンバに圧縮空気を供給するシステム及び方法に関する。より詳しく言えば、本発明は、予め濾過され、乾燥された圧縮空気を用いてスプリングキャビティの通気を行う感圧２方向内部弁（pressure sensitive two-way internal valve）に関する。

流体で作動されるブレーキシステムは、安全且つ効果的な方法で自動車の運動を制御するために長い間使用され続けている。特に、エアブレーキは、典型的にかなりの自動車総重量を有するトラックのような商業車で通常使用されている。車が移動する高速度と相まってこれらの大型車（heavy-duty vehicle）の相当な慣性質量は、かなりの制動力に迅速に応答するブレーキシステムを必要とする。エアブレーキシステムの作動の手段となる１つのシステム構成要素は、車両にブレーキをかけるために必要な力を付与するブレーキアクチュエータである。

典型的なダイヤフラム式スプリングブレーキアクチュエータにおいては、ブレーキは多くの方法で作動され得る。通常のブレーキ操作においては、ブレーキを作動させるために、圧縮空気はダイヤフラム、典型的にはエラストマー系ダイヤフラムとプッシュロッドとともに協働するブレーキチャンバの中へ導入される。非常及び／又は駐車ブレーキの用途においては、バレル形状をしたパワースプリング（power spring）が、ポテンシャルエネルギーを蓄え、空気圧不足の場合にはブレーキをかけるために必要とされる大きい力を及ぼす。通常の運転中に、空気圧はパワースプリングを圧縮し、ブレーキ解放位置にそれを保持する。空気が排出される場合には、パワースプリングはダイヤフラム及びプッシュロッドと協働して拡張し、その結果、システムの空気圧不足又は圧縮空気が排気される場合にはブレーキを作動させ、車両は運転状態でなくなる、あるいは駐車される。

パワースプリングは、スプリングチャンバ内に配置されており、上記スプリングチャンバは、典型的には、ヘッド（時にはまた、スプリングハウジング又はスプリングチャンバとして知られる）とフランジケース（時にはアダプタとして知られる）との間にエラストマー系ダイヤフラムを固定することにより形成されている。パワースプリングは、ヘッドとダイヤフラムとの間のスプリングチャンバの内部で圧縮されている。パワースプリングは、高いばね定数を有しており、標準的には最初の圧縮されていない高さ９〜１２インチ（０．２２９〜０．３０５ｍ）から高さ３インチ（０．０７６２ｍ）以下まで圧縮される。従って、パワースプリングは、相当な量のポテンシャルエネルギーを蓄えており、標準的に約２０００〜３０００ポンド（９０７〜１３６０ｋｇ）の力をヘッドに及ぼす。

関係する大きい力のためにパワースプリングは故障しやすいので、パワースプリングをほこり及び湿気のような腐食性要素に不必要にさらすことは好ましくない。空気システムが正常に機能しない場合、パワースプリングが車両用緊急ブレーキを付与すると、例えば腐食のため、パワースプリングの故障又は破損は、車両のブレーキシステムの完全な故障を破局的に引き起こす可能性がある。

典型的には、エアブレーキアセンブリ（air brake assembly）で利用されるために大気から引き込まれた空気は、圧縮された後に、エアフィルタ／ドライヤを通過される。このことは、空気圧縮機が清浄な、乾燥した空気をブレーキシステムに供給することを可能にする。しかし、スプリングブレーキチャンバ自体の中のベントエア（vent air）は、人が緊急又は駐車ブレーキを作動する場合に圧縮空気がベントエアを供給するために利用されないと、一般に大気から直接引き込まれる。このことは次に、ほこり及び湿気がスプリングチャンバの中へ引き込まれ、パワースプリングを腐食し得るので、上記のように好ましくない。

種々のシステムが、スプリングキャビティの中へほこり及び湿気の導入を防止しようとしてきた。例えば、バレンティノ（Valentine）に対し共に発行された米国特許第３７３６８４２号及び第３８００６６８号（’８４２特許及び’６６８特許）は、外気に存在するほこり及び湿気がスプリングキャビティに供給されないように、空気の流れがアクチュエータアセンブリの内部からスプリングキャビティへの出入りを可能にするスプリングブレーキアクチュエータの通気システムを開示する。しかし、’８４２特許及び’６６８特許は共に、コントロールキャビティとサービスチャンバとの間を密閉するためにＯリングを利用するシステムを開示する。ブレーキアセンブリは、駐車ブレーキ係合位置と解放位置との間で横方向に往復運動する場合に、流体連通（fluid communication）は、スプリングキャビティ（spring cavity）とコントロールキャビティ（control cavity）との間で、又はスプリングキャビティとサービスチャンバとの間で選択的に行われる。ブレーキアセンブリの横方向の往復運動は、コントロールキャビティとサービスチャンバとの間で加圧エアのブリーディング（bleeding）が、システムにおける圧縮空気の不必要な損失をもたらすように、Ｏリングのシールに摩耗を引き起こす。このことは次に、一定の空気損失を補うために上記システムの不必要な循環を引き起こす。

’８４２特許及び’６６８特許の両方において教えられたシステムのもう１つの利点は、内部通気弁（internal breathing valve）が開位置に変位されるとすぐに、ブレーキアセンブリが振動することである。これはまた、システムの不必要な循環を引き起こす。’８４２特許及び’６６８特許の両方において教えられたシステムの更にもう１つの利点は、スプリングキャビティのためのハウジングが、コントロールキャビティからその中に導入される大きい圧力に耐える大きさで作られなければならないことである。更に、スプリングキャビティに付加された圧力は、速度、およびシステムの緊急／駐車のエアが失われる場合にはスプリングブレーキが直ちに作動される可能性を増大させる。

この問題に対処しようとしたもう１つのシステムが、マリン（Mullins）に対し発行された米国特許第４８９０５４０号（’５４０特許）である。’５４０特許は、パワースプリングのハウジング部分内に設けられた複数の通気孔を有するシステムを開示する。通気孔は、ハウジングに入るちり及びほこりの量を最小にするために、ハウジングの上側の領域に位置付けられる。しかし、このシステムは、湿気がパワースプリングのハウジング部分に入ることを防止せず、また、汚染物質が入ることも防止しない。良くても、上記システムは、ハウジングに入る汚染物質量を遅らせるだけである。

更に別のシステムが、ピアース（Pierce）等に対し発行された米国特許第６００６６５１号（’６５１特許）に開示されている。’６５１特許は、大気からサービスブレーキ・インナーチャンバに入る空気が、実質的に汚染物質がないように、ハウジング内の開口にわたってガス透過性フィルタ要素を付与する。しかし、このシステムは、パワースプリングのハウジング部分の中への湿気の導入を抑制しない。’６５１特許は、フィルタが汚染物質の導入を防止することを要求する一方、これらのフィルタは、道路に非常に近く、ほこりがそれらに引き込まれる場合には、定期的に交換される必要があり、より多くの整備、及びそれにより車両の休止時間を必要とするシステムをもたらす。

また更に別のシステムが、ゴーラル（Goral）等に対し発行された米国特許第４８８９０３７号（’０３７特許）に開示されている。’０３７特許は、パワースプリングチャンバと、次に大気へ排出されるブリーザチャンバ（breather chamber）との間で流体連通を付与する。この接続は、ブリーザチャンバに入る固体及び流体が、パワースプリングチャンバの内部で問題を引き起こさないように設けられる。しかし、このシステムはまた、パワースプリングチャンバを大気と通気し、通路を少し長くさせるのみである。汚染物質は、ブリーザチャンバ内に蓄積するが、このことは、パワースプリングチャンバ内の汚染物質の蓄積を排除してはいない。更に、このシステムは、パワースプリングチャンバに湿気が入ることを防止しない。

また別のシステムが、ストジック（Stojic）に対し発行された米国特許第５９３７７３３号（’７３３特許）に開示されている。’７３３特許は、’６５１特許のように、パワースプリングチャンバ内の穴を覆うフィルタアセンブリを提供する。フィルタアセンブリは、パワースプリングチャンバの中へ大気から引き込まれた空気を濾過するために設けられる。このシステムは、’６５１特許と同じ問題を欠点として有する、すなわち、湿気が入ることを防止せず、フィルタを清潔且つ機能的に保つために非常に多くの整備を必要とする。
米国特許第３７３６８４２号明細書 米国特許第３８００６６８号明細書 米国特許第４８９０５４０号明細書 米国特許第６００６６５１号明細書 米国特許第４８８９０３７号明細書 米国特許第５９３７７３３号明細書

従って、パワースプリングチャンバの中へ導入されるほこり及び湿気の量を最小にするブレーキシステムを提供することが求められている。

更に、パワースプリングチャンバに乾燥した濾過空気を供給するブレーキシステムを提供することが求められる。

また更に、空気損失を最小にするブレーキシステムを提供することが求められる。

また更に、ブレーキアクチュエータのサービスサイド（service side）からパワースプリングチャンバへ空気の流体連通を容易にするブレーキシステムを提供することが求められている。

また更に、パワースプリングに対する応力を低減するブレーキシステムを提供することが求められている。

本発明のこれらと別の目的は、スプリングブレーキチャンバへサービスチャンバを選択的に連結する内部通気弁（ＩＢＶ）を利用するスプリングブレーキアクチュエータの使用によって達せられる。乾燥され、濾過された空気は、選択的にサービスチャンバへ導入され、内部通気弁にわたって発生される差圧に基づいて、内部通気弁を通じてスプリングブレーキチャンバの中へ選択的に導入される。

このようにして、乾燥され、濾過された空気のみが、スプリングブレーキチャンバの中へ導入されており、そのようにしてスプリングブレーキアクチュエータのパワースプリングを腐食する、また損傷を与えるほこり及び／又は湿気の危険を取り除く。

内部通気弁が、内部通気弁を閉じるためにサービスチャンバの中へ導入される圧縮空気と協働するヘッド部を備えており、それにより、閾値圧力差が達せられるとすぐに、サービスチャンバとパワースプリングチャンバとの間の流体連結を遮断する。次に内部通気弁は選択的に開き、それにより、圧力差が閾値より下に降下するとすぐに、サービスチャンバとパワースプリングチャンバとの間の流体連結を回復する。

本発明の１つの有利な実施形態では、サービスチャンバを有するスプリングブレーキアクチュエータが提供されており、スプリングチャンバは、コントロールチャンバとスプリングキャビティとに分割される。スプリングブレーキアクチュエータは更に、スプリングキャビティとサービスチャンバを接続する弁を有しており、上記弁は、サービスチャンバとスプリングキャビティとが互いに流動的に連結される開位置と、サービスチャンバとスプリングキャビティとが互いに流動的に分離される閉位置との間で操作可能であり、上記弁は、力によって開位置に付勢されており、サービスチャンバとスプリングキャビティとの間の圧力差（ＤＰ）が上記力を超える場合に閉位置に変位可能である。

本発明の別の有利な実施形態では、サービスチャンバとスプリングチャンバとを有するスプリングブレーキアクチュエータ内の弁が提供されており、スプリングチャンバは、コントロールキャビティとスプリングキャビティとを有している。上記弁は、スプリングキャビティとサービスチャンバを接続する通路を備え、上記通路は、領域（Ａ_２）を有している。上記弁は更に、通路内に位置付けられた弁体を備え、開位置と、弁体が閉位置にある場合にはサービスチャンバとスプリングキャビティとの間で流体連通を密閉する閉位置との間で変位可能であり、上記弁体は、領域（Ａ_２）より大きい領域（Ａ_１）を有するバルブヘッドを備え、上記バルブヘッドは、閉位置に弁体を移動させるためにサービスチャンバ内の圧力と協働する。

本発明のまた別の有利な実施形態では、駐車ブレーキ係合位置から駐車ブレーキ解放さ位置へ車両のスプリングブレーキアクチュエータを操作する方法であり、その中に含まれるパワースプリングに対する損傷を防止するために、乾燥され、濾過された空気をスプリングキャビティに導入する方法が提供されており、力によって付勢されて開いている弁を通じてスプリングキャビティとサービスチャンバを流動的に連結するステップと、サービスチャンバとスプリングキャビティとの間で圧力差（ＤＰ）を発生させるために、サービスチャンバに圧縮空気を導入するステップを備えている。上記方法は更に、圧力差（ＤＰ）が上記力を超えるとすぐに弁を閉じるステップと、スプリングキャビティを圧縮するためにサービスチャンバとスプリングキャビティの両方から流動的に分離されるコントロールチャンバの中へ圧縮空気を導入するステップとを備えている。上記方法はまた更に、圧縮空気をサービスチャンバから解放するステップと、上記力が圧力差（ＤＰ）を超えるとすぐに弁を開くステップと、弁を通じてスプリングキャビティ内に圧縮空気を解放するステップとを備えている。

本発明の別の有利な実施形態では、駐車ブレーキ解放位置から駐車ブレーキ係合位置へ車両のスプリングブレーキアクチュエータを操作する方法であり、その中に含まれるパワースプリングに対する損傷を防止するために乾燥され、濾過された空気をスプリングキャビティに導入する方法が提供されており、力によって付勢されて開いている弁を通じて、スプリングキャビティとサービスチャンバを流動的に連結するステップと、サービスチャンバとスプリングキャビティとの間で圧力差（ＤＰ）を発生させるために、サービスチャンバに圧縮空気を導入するステップを備えている。上記方法は更に、圧力差（ＤＰ）が上記力を超えるとすぐに弁を閉じるステップと、スプリングキャビティを拡張するためにサービスチャンバとスプリングキャビティとの両方から流動的に分離されるコントロールチャンバから圧縮空気を解放するステップとを備えている。上記方法はまた更に、圧縮空気をサービスチャンバから解放するステップと、上記力が圧力差（ＤＰ）を超えるとすぐに弁を開くステップと、スプリングキャビティの拡張によって上記弁にわたって発生した圧力差（ＤＰ）を等しくするためにスプリングキャビティの中へ空気を引き込むステップとを備えている。

本発明のまた別の有利な実施形態では、弁が、領域（Ａ_２）を有する通路を通じて、スプリングブレーキアクチュエータのスプリングキャビティとサービスチャンバを接続する。上記弁は、通路内に位置付けられ、開位置と、弁体が閉じた位置にある場合にはサービスチャンバとスプリングキャビティとの間で流体連通を密閉する閉位置との間で変位可能である弁体であり、領域（Ａ_２）より大きい領域（Ａ_１）を有するバルブヘッドを備えた上記弁体を有し、上記弁が、力（Ｆ）によって開位置に付勢されており、サービスチャンバとスプリングキャビティとの間の圧力差（ＤＰ）が上記力（Ｆ）を超える場合には閉位置へ変位可能である。

本発明とその特別な特徴及び利点は、添付図に関連して熟考される以下の詳細な説明からより明らかとなる。

図１は、空気圧縮機／フィルタ／ドライヤ２０と、圧縮空気貯蔵所３０と、空気弁４０と、スプリングブレーキアクチュエータ１００とを有するブレーキシステム１０のブロック図である。

空気圧縮機／フィルタ／ドライヤ２０は、大気から空気を吸い込む吸気ポート２２を備えている。大気から引き込まれた空気は、その中に位置付けられ得る汚染物質を取り除くために濾過され、その空気から湿気を取り除くために乾燥させられる。空気圧縮機／フィルタ／ドライヤ２０は、大気から引き込まれた空気を乾燥及び濾過させるために、当技術分野で一般に利用されているような好適な圧縮機及びフィルタを備えていてもよい。

空気圧縮機／フィルタ／ドライヤ２０は、典型的には逆止弁（不図示）を通じて、圧縮空気貯蔵所３０に流動的に連結されている。濾過され、乾燥させられるとすぐに、その空気は、圧縮空気貯蔵所３０に移動させられる。圧縮空気貯蔵所３０は、ブレーキシステム１０によって必要とされるまで、濾過され、乾燥された空気を保持するための好適な貯蔵媒体、典型的にはエアタンクから構成されてもよい。

圧縮空気貯蔵所３０は、空気弁４０と流動的に連結されており、上記空気弁は更に、スプリングブレーキアクチュエータ１００と流動的に連結されている。空気弁４０は、要求どおりに圧縮空気を圧縮空気貯蔵所３０からスプリングブレーキアクチュエータ１００に供給するために選択的に作動され得る。空気弁４０はまた、空気をスプリングブレーキアクチュエータ１００から大気へ排出するために、急速排気弁として、選択的に作動され得る。空気弁４０は、ユーザによるブレーキペダル（不図示）の作動、あるいは駐車ブレーキレバー（不図示）の作動を有する入力（不図示）における数（number）によって作動され得る。ただ１つの接続が、空気弁４０からスプリングブレーキアクチュエータ１００に示されているが、多数の異なる接続が、作動入力に依存するスプリングブレーキアクチュエータ１００の異なるチャンバに圧縮空気を供給するために作られてもよい。例えば、運転者によるブレーキペダル（不図示）の作動によって、空気弁４０は、車両のブレーキ（不図示）を作動するために、圧縮空気をスプリングブレーキアクチュエータ１００に導入させる。代わりに、ダッシュボードの駐車ブレーキレバー（不図示）の作動によって、車両の駐車ブレーキに係合させる、あるいは解放させるために、圧縮空気がそれぞれスプリングブレーキアクチュエータ１００に導入される、あるいはスプリングブレーキアクチュエータから排出されてもよい。

図２は、非常ブレーキが解除された位置（すなわち車両の運転位置）を示したスプリングブレーキアセンブリ１００の説明図である。スプリングブレーキアセンブリは、概括的には、サービスチャンバ１０２とスプリングチャンバ１０４とに分割される。サービスチャンバ１０２は、ダイヤフラム１１４によってスプリングリターンキャビティ（spring return cavity）１０６とプレッシャキャビティ（pressure cavity）１０８に仕切られ、その一方、スプリングチャンバ１０４は、コントロールキャビティ１１０とスプリングキャビティ１１２とを有している。サービスチャンバ１０２はまた、サービスチャンバ・ハウジング１０３によって部分的に規定され、スプリングチャンバは、スプリングチャンバ・ハウジング１０５によって部分的に規定される。

プッシュロッド１１６が、プッシュロッドプレート１２０に取り付けられており、プレッシャキャビティ１０８又はコントロールキャビティ１１０のどちらかの空気圧に依存して横方向に往復運動する。プッシュロッド１１６の横方向の往復運動が、図３及び４に種々に表されており、プレッシャキャビティ１０８に適用される空気圧とコントロールキャビティ１１０から排出される空気圧とを表している。プッシュロッド１１６は、従来のブレーキアセンブリの一部であり、ブレーキ機構（不図示）に適用するためにアーム（不図示）上のカップ（不図示）に係合する。

空気口１１８がまた、図２に表されており、選択的に圧縮空気をプレッシャキャビティ１０８に導入する又は空気をプレッシャキャビティ１０８から排出するためにプレッシャキャビティ１０８と流通可能である。圧縮空気は、例えば、運転者が通常のブレーキ操作（典型的には４５ｐｓｉ（３１０×１０^３Ｐａ）がプレッシャキャビティ１０８の中に導入される）において車両のブレーキペダルを押し下げる場合にプレッシャキャビティの中へ導入される。図３に見られるように、圧縮空気がプレッシャキャビティ１０８の中へ導入されるとすぐに、ダイヤフラム１１４、プッシュロッドプレート１２０、及びプッシュロッド１１６は、横方向に変位させられ、それによりプレッシャキャビティ１０８の容積を増大させ、スプリングリターンキャビティ１０６の容積を減少させる。リターンスプリングキャビティ１０６内に含まれる空気量は、大気へ排出され、ベローズ１２２及びリターンスプリング１２４は圧縮される。このプッシュロッド１１６の横方向の変位が、車両のブレーキ機構に適用される。

空気圧がプレッシャキャビティ１０８から排出されると、すなわち車両の運転者がブレーキペダルから圧力を取り除く場合には、リターンスプリング１２２は、プッシュロッドプレート１２０を横方向に移動させ、それによりプッシュロッド１１６は、ブレーキ機構が適用されないように十分に引っ込んだ位置に戻る。スプリングリターンキャビティ１０６内の容積が増大し、大気からスプリングリターンキャビティ１０６の中へ空気が引き込まれるが、この空気量は、ダイヤフラム１１４によってプレッシャキャビティ内の空気量から分離されている。

内部通気弁１２６がまた、図２及び３に表されている。内部通気弁１２６は、ピストン１３４内にあるエアシリンダ１２８を備え、プレッシャキャビティ１０８と選択的に接続しており、それは次にスプリングキャビティ１１２と流動的に連結されている。スプリングキャビティ１１２は、バレルスプリング１３０を有しており、コントロールキャビティ１１０内の圧縮空気の存在によって、図２及び３では共に十分に圧縮されて表されている。典型的には、図２および３に表されるようにバレルスプリング１３０を圧縮するために、コントロールキャビティ１１０においては約１００ｐｓｉ（６８９×１０^３Ｐａ）である。コントロールキャビティ１１０は、コントロールキャビティ１１０に圧縮空気を導入する、及びコントロールキャビティ１１０から圧縮空気を排出するための空気口（不図示）を有している。典型的には、スイッチのようにダッシュボードに取り付けられた制御手段が、コントロールキャビティ１１０への圧縮空気の導入及びコントロールキャビティ１１０から圧縮空気の排出を制御することにより、駐車ブレーキを作動するために、又は解除するために設けられている。

軸１３２がまた、図２に表されており、それはエアシリンダ１２８の一端に接続されている。軸１３２は、スプリングブレーキアセンブリ１００において整備が行われる場合には、ピストン１３４の軸１３２にネジ付きナットを適用することにより、バレルスプリング１３０が圧縮された位置に閉じ込められ得るようにねじ山を備えている。これは、保守要員が、例えば、バレルスプリング１００の突然の伸張により損傷を受けることなく、従来の方法でスプリングブレーキアセンブリ１００を分解することを可能にする。

図４は、圧縮空気がコントロールキャビティ１１０から排出されたときのスプリングブレーキアセンブリ１００の説明図である。コントロールキャビティ１１０内の空気圧が、バレルスプリング１３０のスプリング力より降下するとすぐに、バレルスプリング１３０は、スプリングキャビティ１１２の容積を増大させ、コントロールキャビティ１１０の容積を減少させるように広がる。この効果は、図３に関連して論じられるものと同じである、すなわち、プッシュロッド１１６は、ブレーキ機構が作動されるように横方向に変位させられる。図４は、車両が、例えば動いていない又は駐車している場合のスプリングブレーキアセンブリ１００を表している。

図２〜４に見られるように、圧縮空気は、プレッシャキャビティ１０８の中へ、内部通気弁１６を通じて、エアシリンダ１２８の中へ、そしてスプリングキャビティ１１２へ選択的に導入される。バレルスプリング（barrel spring）１３０が比較的大きい力を働かせる場合には、スプリングキャビティ１１２へ汚染物質及び湿気の導入を最小にする、及び／又は取り除くことが重要であり、それらはバレルスプリング１３０を腐食する、及び／又は損傷を与える効力を有し得る。従って、大気から引き込まれた空気は、システムに使用する前に、濾過され、乾燥される。このようにして、乾燥され、濾過された空気のみが、スプリングキャビティ１１２の中へ導入される。また、コントロールキャビティ１１０が、スプリングキャビティ１１２から流動的に分離されることに留意すべきである。

図５及び６は、それぞれ開位置及び閉位置にある内部通気弁１２６の側面図を種々に表している。内部通気弁１２６は、概括的には、ハウジング１５０と、弁体１５２と、バルブヘッド１５４と、通路１５８とを有している。図５及び６に表されているように、内部通気弁１２６は、ポペット弁として設けられる。弁体１５２に接続されるバルブヘッド１５４に作用する空気圧は、弁体１５４を通路１５８の方へ横方向に変位させる。弁体１５２は、閉位置にある場合には、内部通気弁１２６の１つの側から他方の側への流体連通を封鎖するように作用する。流体連通を遮るために、弁体１５２は、通路１５８に設けられたレッジ部（ledge portion）１６０に着座して係合するように変位可能である。

付勢バネ（bias spring）１６２がまた、内部通気弁１２６内に設けられており、弁体１５２を開位置へ付勢させる。１つの有利な実施形態では、付勢バネ１６２は、通路１５８内に付勢バネ１６２を保持するために、通路１５８の一端に設けられる段部１６４と協働する。もう一つの有利な実施形態では、保持部１６６が、付勢バネ１６２に係合するために弁体１５２の一端に設けられている。

１つの有利な実施形態では、付勢バネ１６２は、９ｐｓｉ（６２×１０^３Ｐａ）の圧力差（ＤＰ）にほぼ打ち勝つように力（Ｆ）を及ぼす、選択されたスプリング圧（ＳＰ）を有している。しかし、付勢バネ１６２は、要求どおりに選択された圧力差に打ち勝つように選択され得ることが考えられる。

１つの有利な実施形態では、弁体１５２がシール１５６を備えており、上記シールは、例えば弁体１５２に取り付けられたＯリングから構成されてもよい。シール１５６は、内部通気弁１２６の１つの側から他方の側へ密閉を付与するために、レッジ部１６０に係合するように設計される。シール１５６は、例えばゴム又は弾力性を有するプラスチック材料のように、効果的な密閉を付与する、あらゆる好適な材料より構成されてもよい。

バルブヘッド１５４は、弁体１５２の一端に取り付けられており、プレッシャキャビティ１０８内に発生した空気圧と協働するように設けられている。内部通気弁１２６の弁体１５２の作動は、（ＤＰ）と、通路１５８の領域（Ａ_１）に対するヘッド部の領域（Ａ_２）の割合と、（ＳＰ）とを有する多数の因子に依存する。

１つの有利な実施形態では、バルブヘッド１５４は、領域（Ａ_２）を有しており、通路１５８は、（Ａ_２）＝１０（Ａ_１）である領域（Ａ_１）を有している。このようにして、ほぼ１ｐｓｉ（６．８９×１０^３Ｐａ）の圧力差（ＤＰ）が、内部通気弁１２６にわたって生じ、弁体１５２は、閉位置へ移動する。約１ｐｓｉの圧力差は、通路１５８に対するバルブヘッド１５４の１０対１の割合（Ａ_２）＝１０（Ａ_１）が約１０ｐｓｉ（６８．９×１０^３Ｐａ）（１ｐｓｉ×１０）をもたらすので、弁体１５２を閉じる。１０ｐｓｉは、付勢バネ１６２の選択されたスプリング圧（ＳＰ）より大きい。実際には、例えばブレーキペダルを作動したために、圧縮空気がプレッシャキャビティ１０８の中へ導入される場合には、バルブヘッド１５４にかかる空気圧は、内部通気弁１２６の迅速な閉鎖を引き起こす約４５ｐｓｉまで増大させられる。１つの有利な実施形態では、領域（Ａ_２）は、１０の平方根、つまり３．１６にほぼ等しい。

もう１つの有利な実施形態では、サービスチャンバ１０８内の圧力が（Ｐ_１０８）であり、スプリングキャビティ１１２内の圧力が（Ｐ_１１２）である。以下の状態、すなわち［（Ｐ_１０８）×（Ａ_２）］−（ＳＰ）＞（Ｐ_１１２）×（Ａ_１）が正しい場合には、内部通気弁は閉じる。以下の状態、すなわち（ＳＰ）−［（Ｐ_１０８）×（Ａ_２）］＞（Ｐ_１１２）×（Ａ_１）が正しい場合には、内部通気弁は開く。

この特定の実施形態では、１０：１の割合が選択されたが、あらゆる割合、例えば２：１、５：１、１０：１、又は好ましい感度によるその他の割合が選択されてもよいと考えられる。

通路１５８内に弁体１５２を保持するプレート１６８が、内部通気弁１２６に関連して図５および６にまた表されている。開口１７０が、プレッシャキャビティ１０８とバルブヘッド１５４を流通可能にするためにプレート１６８内に設けられている。

一連の運転が、システムの相互作用を更に記述するために次に与えられる。

始動及び最初に車両を駆動させるステップ。
駐車された位置では、スプリングブレーキアセンブリ１００は、図４に表されるように最初始まる。車両に入るとすぐに、運転者はブレーキペダルに係合し、プレッシャキャビティ１０８に圧力をかける。これにより、空気圧がバルブヘッド１５４に作用するので、内部通気弁１２６をすぐに閉じる。空気はエアシリンダ１２８へ入ろうとするが、内部通気弁が圧力差約１ｐｓｉで閉じるため、入ることができない。次に運転者は、スプリング駐車ブレーキを解除するために、ダッシュボードのバルブを押す。これによりコントロールキャビティ１１０を加圧し、バレルスプリング１３０が圧縮させられる。これは次に、スプリングキャビティ１１２内の圧力を高めさせ、直ちにエアシリンダ１２８を加圧する。しかし、エアシリンダ１２８において徐々に高められる空気圧は、内部通気弁１２６がプレッシャキャビティ１０８内の圧力によって閉じられているので、キャビティ１０８を加圧することができない。内部通気弁１２６が閉じられたままであるように圧力（およそ４５ｐｓｉ）がまだ（運転者によるブレーキペダルの作動から）プレッシャキャビティ１０８内に存在し、圧力は、バレルスプリング１３０が十分に圧縮される場合には、エアシリンダ１２８及びスプリングキャビティ１１２において共におよそ１３ｐｓｉ（８９．６×１０^３Ｐａ）まで高められる。コントロールキャビティ１１０内の圧力は、バレルスプリング１３０の力に打ち勝つために高まり続け、更に１３ｐｓｉがピストンの背面に蓄積される。この時点で、スプリングブレーキアセンブリ１００は、図３に表される位置にある。

運転者が、およそ１００ｐｓｉまでコントロールキャビティ１１０を加圧することにより駐車ブレーキを解除すると、運転者は、プレッシャキャビティ１０８内の圧力を解放するためにブレーキペダルを離してもよい。プレッシャキャビティ１０８内の圧力は、サービスライン（不図示）を通じて直ちに解放され、急速排気弁（不図示）を通じて出て行く。プレッシャキャビティ１０８内の圧力が、直ちに０ｐｓｉ（０Ｐａ）となり、付勢バネ１６２が、エアシリンダ１２８及びスプリングキャビティ１１２において共に１３ｐｓｉを排出するために内部通気弁１２６を開くように作動する。この時点で、スプリングブレーキアセンブリ１００は、図２に表される位置にあり、ブレーキははずれ、車両は発進することができる。

通常に運転するステップ及びブレーキの作動。
最初には、プレッシャキャビティ１０８内の圧力は、図２に表されるように０ｐｓｉである。コントロールキャビティ１１０内の圧力は約１００ｐｓｉであり、エアシリンダ１２８及びスプリングキャビティ１１２の圧力は共に０ｐｓｉであり、内部通気弁１２６は開いている。

ブレーキの作動が運転者によって行われるとすぐに、プレッシャキャビティ内の圧力は、急速に４５ｐｓｉまで増大し、その急上昇が、内部通気弁１２６を閉じさせる。理論的に言えば、ブレーキの作動が十分にゆっくり行われる場合には、空気は、ヘッド部１５４を動き回ることができ、領域の割当ては１０対１ではなく、むしろ１対１に近づく。しかし、ヘッド部１５４のまわりの流れの領域は、内部通気弁１２６の急速な閉鎖を最大にするように開口部の流れの領域に適合するような大きさで作られる。上述のように、プレッシャキャビティ１０８内の圧力が、内部通気弁１２６を閉じるために付勢バネ１６２によって及ぼされる力に打ち勝つ。この時点で、スプリングブレーキアセンブリ１００は、図３に表される位置である。

運転者がブレーキペダルを作動することをやめるとすぐに、リターンスプリング１２４が、ブレーキシステムを解除する。プレッシャキャビティ１０８内の圧力は、上述のように放出され、スプリングブレーキアセンブリ１００は、図２に表される位置に戻る。

駐車ブレーキを作動するステップ。
“通常運転”に関連して上述したように、プレッシャキャビティ１０８内の最初の圧力は、図２に表されるように０ｐｓｉである。コントロールキャビティ１１０内の圧力は約１００ｐｓｉであり、エアシリンダ１２８及びスプリングキャビティ１１２の圧力は共に０ｐｓｉであり、内部通気弁１２６は開いている。

次に運転者は、プレッシャキャビティ内の圧力が急速に４５ｐｓｉまで増大し、その急上昇が、内部通気弁１２６を閉じさせるように、“通常運転”に関連して上述したように、ブレーキの作動を行い、ブレーキは運転者によって保持される。スプリングブレーキアセンブリ１００は、ここでは図３に表される位置にある。

車両が停止され、運転者は駐車ブレーキを作動するためにダッシュボードのバルブ（不図示）を引っ張り、それによりコントロールキャビティ１１０内の圧力が約１００ｐｓｉから０ｐｓｉまで降下する。コントロールキャビティ１１０が０ｐｓｉまで降下すると、バレルスプリング１３０は、図４に表されるように、ピストン１３４を移動させ、駐車ブレーキを作動するために、急降下する圧力に打ち勝つことができる。

プレッシャキャビティ１０８内の圧力はまだ、内部通気弁１２６が閉じたままであることを確保する約４５ｐｓｉである。内部通気弁１２６が閉じられており、ピストン１３４が横方向に移動したまま、約−９ｐｓｉの真空がエアシリンダ１２８及びスプリングキャビティ１１２内に共に発生させられる。

車両が停止され、駐車ブレーキが作動された状態で、運転者は次にブレーキペダルを離し、それによりプレッシャキャビティ１０８内の圧力を排出し、プレッシャキャビティは約４５ｐｓｉから０ｐｓｉまで下がる。エアシリンダ１２８とスプリングキャビティ１１２は共に、ここでは−９ｐｓｉの真空であるが、プレッシャキャビティ１０８が０ｐｓｉに達するので、付勢バネ１６２は、−９ｐｓｉの真空に打ち勝ち、内部通気弁１２６は開く。内部通気弁１２６の開きは、サービスライン（不図示）へエアシリンダ１２８とスプリングキャビティ１１２の両方における真空の排出を容易にし、最終的には急速排気弁（不図示）を介して大気圧へ開いている。この時点で、プレッシャキャビティ１０８と、エアシリンダ１２８と、コントロールキャビティ１１０と、スプリングキャビティ１１２はすべて０ｐｓｉである。

本発明は、特定の部品配置、特徴などに関して記述されているけれども、これらは、すべての可能な配置あるいは特徴を余すことなく述べるものではなく、実際に他の多くの変形や変更が当業者に確かめられるであろう。

スプリングブレーキ・アクチュエーションシステムを表すブロック図である。 縮められたパワースプリングと、十分に引っ込められたプッシュロッドと、開いた内部通気弁を備えて示されている、内部通気弁を組み込んだ本発明の１つの有利な実施形態に係るブレーキアセンブリの説明図である。 縮められたパワースプリングと、十分に延びたプッシュロッドと、閉じた内部通気弁を備えて示されている、図１によるブレーキアセンブリの説明図である。 十分に伸びたパワースプリングと、十分に延びたプッシュロッドと、開いた内部通気弁を備えて示されている、図１によるブレーキアセンブリの説明図である。 開位置で示されている、図１による内部通気弁の説明図である。 閉位置で示されている、図１による内部通気弁の説明図である。

符号の説明

１００ スプリングブレーキアクチュエータ
１０２ サービスチャンバ
１０４ スプリングチャンバ
１１０ コントロールキャビティ
１１２ スプリングキャビティ
１２６ 内部通気弁
１３０ バレルスプリング
１５２ 弁体
１５４ バルブヘッド
１５６ シール
１５８ 通路
１６０ レッジ部
１６２ 付勢バネ
１６６ 保持部

Claims (26)

1. サービスチャンバと、
   コントロールチャンバとスプリングキャビティとに分割されたスプリングチャンバと、
   前記スプリングキャビティと前記サービスチャンバを接続する弁であり、前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとが互いに流動的に連結される開位置と、前記弁が力によって開位置に付勢されており、前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとの間の圧力差（ＤＰ）が前記力を超える場合には、閉位置へ変位可能である閉位置との間で操作可能である前記弁と、を備えていることを特徴とするスプリングブレーキアクチュエータ。
2. 前記コントロールチャンバが、前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティの両方から流動的に分離されていることを特徴とする請求項１記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
3. 前記圧力差（ＤＰ）が少なくとも１ｐｓｉ（６．８９×１０^３Ｐａ）である場合には、前記弁が閉位置に移動することを特徴とする請求項１記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
4. サービスチャンバとスプリングチャンバとを有するスプリングブレーキアクチュエータ内の弁であり、前記スプリングチャンバがコントロールキャビティとスプリングキャビティとを備え、前記弁が、
   前記スプリングキャビティと前記サービスチャンバを接続する通路であり、領域（Ａ_２）を有する前記通路と、
   前記通路内に位置付けられ、開位置と、弁体が閉じた位置にある場合には前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとの間で流体連通を密閉する閉位置との間で変位可能である弁体であり、領域（Ａ_２）より大きい領域（Ａ_１）を有し、閉位置へ前記弁体を移動させるために前記サービスチャンバ内の圧力と協働するバルブヘッドを備えた前記弁体と、を有していることを特徴とする弁。
5. 前記通路が更に、レッジ部を有し、前記弁体が更に、前記弁体が閉位置にある場合には、前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとを互いに流動的に分離させるために前記レッジ部と協働するシールを備えていることを特徴とする請求項４記載の弁。
6. 前記シールが、Ｏリングから構成されることを特徴とする請求項５記載の弁。
7. 前記弁体が更に、その上に前記シールをしっかりと保持する保持部を備えていることを特徴とする請求項５記載の弁。
8. 前記弁体が、力によって開位置に付勢されており、前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとの間の圧力差（ＤＰ）が前記力を超える場合には、前記閉位置に変位可能であることを特徴とする請求項４記載の弁。
9. 前記通路内に位置付けられており、前記弁体と係合するスプリングを更に備え、前記スプリングが前記弁体を開位置へ付勢させるために前記力を付与することを特徴とする請求項８記載の弁。
10. 前記圧力差（ＤＰ）が閾値より大きい場合には、前記弁体が閉位置へ移動することを特徴とする請求項８記載の弁。
11. 前記圧力差（ＤＰ）が１ｐｓｉより大きい場合には、前記弁体が閉位置へ移動することを特徴とする請求項１０記載の弁。
12. 前記圧力差（ＤＰ）が閾値より小さい場合には、前記弁体が開位置へ移動することを特徴とする請求項８記載の弁。
13. 前記バルブヘッドと前記弁体との間の領域比が、２：１より大きいことを特徴とする請求項４記載の弁。
14. 前記バルブヘッドと前記弁体との間の領域比が、５：１より大きいことを特徴とする請求項４記載の弁。
15. 前記バルブヘッドと前記弁体との間の領域比が、およそ１０：１であることを特徴とする請求項４記載の弁。
16. 駐車ブレーキ係合位置から駐車ブレーキ解放位置へ車両のスプリングブレーキアクチュエータを操作する方法であり、その中に含まれるパワースプリングに対する損傷を防止するために乾燥され、濾過された空気をスプリングキャビティに導入する方法において、
    力によって付勢されて開いている弁を通じて、前記スプリングキャビティとサービスチャンバを流動的に連結するステップと、
    前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとの間で圧力差を発生させるために、前記サービスチャンバに圧縮空気を導入するステップと、
    前記圧力差（ＤＰ）が前記力を超えるとすぐに前記弁を閉じるステップと、
    前記スプリングキャビティを圧縮するために前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティの両方から流動的に分離されるコントロールチャンバの中へ圧縮空気を導入するステップと、
    前記圧縮空気を前記サービスチャンバから解放するステップと、
    前記力が前記圧力差（ＤＰ）を超えるとすぐに前記弁を開くステップと、
    前記弁を通じて前記スプリングキャビティ内に圧縮空気を解放するステップと、を備えていることを特徴とする方法。
17. 前記圧力差（ＤＰ）が１ｐｓｉより大きい場合には、前記弁体が閉位置へ移動することを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 駐車ブレーキ解放位置から駐車ブレーキ係合位置へ車両のスプリングブレーキアクチュエータを操作する方法であり、その中に含まれるパワースプリングに対する損傷を防止するために乾燥され、濾過された空気をスプリングキャビティに導入する方法において、
    力によって付勢されて開いている弁を通じて、前記スプリングキャビティとサービスチャンバを流動的に連結するステップと、
    前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとの間で圧力差を発生させるために、前記サービスチャンバに圧縮空気を導入するステップと、
    前記圧力差（ＤＰ）が前記力を超えるとすぐに前記弁を閉じるステップと、
    前記スプリングキャビティを拡張するために前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティの両方から流動的に分離されるコントロールチャンバから圧縮空気を解放するステップと、
    前記圧縮空気を前記サービスチャンバから解放するステップと、
    前記力が前記圧力差（ＤＰ）を超えるとすぐに前記弁を開くステップと、
    前記スプリングキャビティの拡張によって前記弁にわたって発生した前記圧力差（ＤＰ）を等しくするために前記スプリングキャビティの中へ空気を引き込むステップと、を備えていることを特徴とする方法。
19. 領域（Ａ_２）を有する通路を通じて、スプリングブレーキアクチュエータのスプリングキャビティとサービスチャンバを接続する弁において、前記弁が、
    前記通路内に位置付けられ、開位置と、弁体が閉じた位置にある場合には前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとの間で流体連通を密閉する閉位置との間で変位可能である弁体であり、領域（Ａ_２）より大きい領域（Ａ_１）を有するバルブヘッドを備えた前記弁体を有し、
    前記弁が、力（Ｆ）によって開位置に付勢されており、前記サービスチャンバと前記スプリングキャビティとの間の圧力差（ＤＰ）が前記力を超える場合には閉位置へ変位可能であることを特徴とする弁。
20. 前記通路が更に、レッジ部を有し、前記弁体が更に、前記弁体が閉位置にある場合には、前記サービスチャンバとスプリングキャビティとを互いに流動的に分離するために前記レッジ部と協働するシールを備えていることを特徴とする請求項１９記載の弁。
21. 前記通路内に位置付けられており、前記弁体と係合するスプリングを更に備え、前記スプリングが前記弁体を開位置へ付勢させるために前記力（Ｆ）を付与することを特徴とする請求項１９記載の弁。
22. 前記圧力差（ＤＰ）が閾値より大きい場合には、前記弁体が閉位置へ移動することを特徴とする請求項１９記載の弁。
23. 前記圧力差（ＤＰ）が１ｐｓｉより大きい場合には、前記弁体が閉位置へ移動することを特徴とする請求項２２記載の弁。
24. 前記弁の作動が、（ＤＰ）と、領域（Ａ_１）に対する領域（Ａ_２）の割合と、力（Ｆ）とに依存することを特徴とする請求項１９記載の弁。
25. 前記弁が、以下の場合、すなわち
    ［前記サービスチャンバ内の圧力（Ｐ_１０８）］×（Ａ_２）−Ｆ＞［前記スプリングキャビティ内の圧力（Ｐ_１１２）］×（Ａ_１）
    である場合に閉じることを特徴とする請求項１９記載の内部通気弁。
26. 前記弁が、以下の場合、すなわち
    Ｆ−［前記サービスチャンバ内の圧力（Ｐ_１０８）］×（Ａ_２）＞［前記スプリングキャビティ内の圧力（Ｐ_１１２）］×（Ａ_１）
    である場合に開くことを特徴とする請求項１９記載の内部通気弁。

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