JP2007331419A - 負圧倍力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】大きな出力を発生するときの入力部材のストロークを短縮して、操作フィーリングを向上しつつコンパクトに形成し、しかも可動真空弁座の制御を確実にかつ容易にする。
【解決手段】作動時に、リアクションディスク35は出力軸34からの反力で撓んでピン28を後方に押圧し、ピン28がアーム25を介して真空弁座部材21を後方に押圧する。すると、真空弁座部材21が真空弁部17を介して弁体15を後方に突き上げるので、大気弁部16がバルブボディ4に対して後方に移動する。このように、大気弁20および真空弁23が後方に移動する分、入力軸11のストロークが短縮される。また、弁体15が後方に突き上げられることで、大気弁20および真空弁23のバランス位置が出力(入力)に応じて後方に移動する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ブレーキシステム等に用いられる負圧倍力装置の技術分野に関し、特に、低出力領域(低減速度領域)では比較的小さいサーボ比で比較的低い出力(減速度G)を得、また、高出力領域(高減速度領域)では低出力領域でのサーボ比より大きいサーボ比で比較的高い出力(減速度G)を得ることで、小さな入力(ペダル踏力)で大きな出力(減速度G)を得るとともに、ペダルストロークを短縮してペダルフィーリングを向上させる負圧倍力装置の技術分野に関するものである。
従来、乗用車等の自動車のブレーキシステムにおいては、ブレーキ倍力装置に負圧を利用した負圧倍力装置が用いられている。このような従来の一般的な負圧倍力装置では、パワーピストンで通常時負圧が導入される定圧室と圧力が変わる変圧室とに区画されている。そして、ブレーキペダルの通常の踏み込みによる通常ブレーキ作動時に、入力軸の前進で制御弁が切り換わり、変圧室に大気が導入される。すると、変圧室と定圧室との間に差圧が生じてパワーピストンが前進するので、負圧倍力装置が入力軸の入力(つまり、ペダル踏力)を所定のサーボ比で倍力して出力する。この負圧倍力装置の出力により、マスタシリンダがマスタシリンダ圧を発生し、このマスタシリンダ圧でホイールシリンダが作動して通常ブレーキが作動する。
従来の負圧倍力装置の1つとして、所定出力以下の低出力領域(低減速度領域;通常ブレーキ領域)では、入力軸の入力を比較的小さいサーボ比で倍力して比較的小さな出力を発生し、また、所定出力より大きい高出力領域(高減速度領域)では、入力軸の入力を所定出力以下の低出力領域でのサーボ比より大きなサーボ比で倍力して比較的大きな出力を発生するとともに入力軸のストロークを短縮することにより、入力軸のストロークを増大させることなく大きな出力を発生し、良好な操作フィーリングを得るようにした負圧倍力装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に開示の負圧倍力装置は、真空弁が可動真空弁座を備えた可動真空弁として構成されており、この可動真空弁座には負圧倍力装置の変圧室の圧力が作用されるとともにこの変圧室の圧力の作用方向と対向する方向にばね荷重が作用される。そして、負圧倍力装置の作動時、この負圧倍力装置の変圧室の圧力が所定圧以下の低圧領域ではこの変圧室の圧力による可動真空弁座の押圧力が小さいため可動真空弁座が移動しなく、真空弁および大気弁がともに閉じるバランス位置がバルブボディに対して相対的に移動しない。したがって、反力手段であるリアクションディスクと弁プランジャつまり入力軸との間の隙間が変化しなく、負圧倍力装置は比較的小さいサーボ比で倍力作動を行う。
また、負圧倍力装置の変圧室の圧力が所定圧を超える高圧領域ではこの変圧室の圧力による可動真空弁座の押圧力が大きくなるため、可動真空弁座がばね荷重に抗してバルブボディに対して相対的に後方(入力側)に移動する。このため、真空弁および大気弁がともに閉じるバランス位置がバルブボディに対して相対的に後方に移動する。したがって、リアクションディスクと弁プランジャつまり入力軸との間の隙間が増加し、この隙間増加に応じたジャンピング量が出力を増大する。そして、変圧室の圧力が大きくなるにしたがって可動真空弁座の後方移動量が増大するので、前述のバランス位置も変圧室の圧力が大きくなるにしたがってバルブボディに対して相対的に後方に移動する。このため、前述の隙間も変圧室の圧力が大きくなるにしたがって増加するので、この隙間増加に応じたジャンピング量が出力を変圧室の圧力が大きくなるにしたがって増大し、サーボ比が可動真空弁座の非移動時より大きくなる。このように特許文献1に開示の負圧倍力装置では、サーボ比が低出力領域の小さなサーボ比から高出力領域の大きなサーボ比に切り換わるタイミング、つまり可動真空弁座の移動開始のタイミングが、入力側である負圧倍力装置の変圧室の圧力に応じて制御される。
国際公開WO2004/101340号公報。
ところで、この特許文献1に開示の負圧倍力装置では、変圧室の圧力が所定圧を超えたときこの変圧室の圧力で可動真空弁座を確実に作動させて可動真空弁座の制御を容易にするためには、可動真空弁座の受圧面積を大きくすることが求められる。しかしながら、可動真空弁座の受圧面積を大きくすると、可動真空弁のシール部が大きくなって負圧倍力装置が大型になるばかりでなく、可動真空弁座を高精度に作るのは難しい。このため、可動真空弁座の受圧面積をあまり大きくすることはできず、可動真空弁座の制御が比較的難しいものとなっている。しかも、可動真空弁座が、制御された入力圧で移動されるようになっているため、可動真空弁座の移動開始のタイミングの制御が更に難しくなっている。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、大きな出力を発生するときの入力部材のストロークを短縮して、操作フィーリングを向上しつつ、コンパクトに形成することができ、しかも可動真空弁座の制御を確実にかつ容易にすることのできる負圧倍力装置を提供することである。
前述の課題を解決するために、請求項1の発明の負圧倍力装置は、シェルによって形成される空間内に対して進退自在に配設され、前記シェルを気密にかつ摺動自在に貫通するバルブボディと、このバルブボディに連結されるとともに前記空間内を負圧が導入される定圧室と作動時に大気が導入される変圧室とに区画するパワーピストンと、前記バルブボディに移動自在に配設された弁プランジャと、この弁プランジャに連結され前記バルブボディ内に進退自在に配設された入力軸と、前記パワーピストンの作動により前記バルブボディとともに移動して出力を発する出力軸と、前記バルブボディ内に配設され、前記弁プランジャの前進または後退により制御されて前記定圧室と前記変圧室との間を遮断または連通する真空弁と、前記バルブボディ内に配設され、前記弁プランジャの前進または後退により制御されて前記変圧室と大気との間を連通または遮断する大気弁と、前記出力軸からの反力を前記弁プランジャに伝達する反力手段とを少なくとも備え、前記真空弁および前記大気弁が共通の弁体を有しているとともに、前記真空弁が前記弁体に設けられた真空弁部とこの真空弁部が着離座可能な真空弁座とを有し、前記大気弁は前記弁体に設けられた大気弁部と前記弁プランジャに設けられて前記大気弁部が着離座可能な大気弁座とを有している負圧倍力装置において、前記真空弁座が前記バルブボディに摺動可能に支持された真空弁座部材に設けられており、前記出力軸からの反力によって前記反力手段が発生する力を受けて前記真空弁座部材を押圧する力伝達部材が、前記バルブボディに相対移動可能に設けられており、前記力伝達部材の押圧力が所定値より大きいときは、前記力伝達部材からの押圧力で前記真空弁座部材が前記弁体を前記大気弁が開くようになっていることを特徴としている。
また、請求項2の発明は、前記真空弁座部材を押圧する前記力伝達部材による押圧力と対向する付勢力で前記真空弁座部材を付勢する真空弁座部材付勢手段を備えていることを特徴としている。
更に、請求項3の発明は、前記反力手段が、前記出力軸からの反力により撓んで前記弁プランジャに伝達するリアクションディスクを備え、前記力伝達部材が、前記出力軸からの反力による前記リアクションディスクの撓みによって発生する力を受けて前記真空弁座部材を押圧することを特徴としている。
更に、請求項4の発明は、前記力伝達部材が、前記リアクションディスクから力を受けるピンと、このピンからの力を受けて前記真空弁座部材を押圧する中間力伝達部材とからなることを特徴としている。
更に、請求項5の発明は、前記入力軸が通常作動時より速く作動されたときに前記出力を通常作動時より迅速の増大する迅速出力増大手段を備えていることを特徴としている。
このように構成された本発明の負圧倍力装置によれば、作動時に出力軸からの反力によって反力手段が発生する力を受ける力伝達部材が真空弁座部材を大気弁の大気弁部が大気弁座から離れる方向に押圧するので、真空弁座部材を押圧する力伝達部材の押圧力が所定値を超えると、力伝達部材により真空弁座部材を作動させて大気弁と真空弁とがともに閉じるバランス位置をバルブボディに対して力伝達部材の押圧力に応じて入力側に移動させるとともに、そのバランス位置の移動量を負圧倍力装置の出力に応じて大きくすることができる。これにより、負圧倍力装置のサーボ比を低出力領域の小さいサーボ比から、この低出力領域の小さいサーボ比より大きい高出力領域のサーボ比に切替設定することができる。したがって、高出力領域において、比較的小さな入力で大きな出力を得ることができる。
また、真空弁座部材が弁体を後方に移動させることで入力と出力とがバランスする大気弁および真空弁の位置が後方(入力側)に移動するので、大きな出力を発生するときの入力軸のストロークを短縮することができ、入力操作のフィーリングをより一層良好にすることができる。
したがって、本発明の負圧倍力装置をブレーキ倍力装置として用いることで、中高減速度(中高G)領域で出力軸の大きなストロークを得る場合、入力軸のストローク量を、低減速度(低G)領域での出力に対する前記入力軸の操作ストローク量の変化率で変化した場合においてこの大きなストロークを得るために必要なストローク量より短縮させることができる。これにより、低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時の減速度よりも大きな減速度を得る場合に、低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時のサーボ比SR1でこの大きな減速度を得るために必要なブレーキペダルの踏込み量より小さなペダル踏込み量で、所望の大きな減速度を得ることができる。したがって、車両重量が大きい車輌等の中高減速度(中高G)領域での通常ブレーキ作動時に低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時より大きなブレーキ力を必要とする車輌に対して、ブレーキフィーリングをより効果的に良好にできる。
また、負圧倍力装置のサーボ比を小サーボ比から大サーボ比に切り替える真空弁座部材の作動開始タイミングを、負圧倍力装置の出力に応じて制御することができる。特に、真空弁座部材付勢手段のセット付勢荷重を適宜調整することで、真空弁座部材の作動開始タイミングを所望のタイミングに設定することができる。したがって、要求される種々の入出力特性の負圧倍力装置に、柔軟にかつ容易に対応することが可能となる。
更に、真空弁座部材を、出力軸からの反力によって反力手段が発生する力で付勢される力伝達部材により作動させているので、真空弁座部材の作動を確実にして真空弁座部材の制御を確実にかつ容易にすることができるとともに、真空弁座部材を作動させるための構造を簡単にすることができる。特に、力伝達部材にピンを用いることで、真空弁座部材を作動させるための構造をより一層簡単にかつ安価にすることができる。
更に、このような力伝達部材による真空弁座部材の作動で、真空弁座部材の受圧面積を不要にできるので、真空弁座部材の径を小さくすることができる。これにより、バルブボディの径も小さくすることができることから、負圧倍力装置を全体的にコンパクトに形成することができる。
更に、真空弁座部材の受圧面積を不要にできることから、その分、バルブボディに形成された空気が流れる通路の断面積を大きくすることができ、応答性を良好にすることができる。
しかも、従来から一般的な負圧倍力装置に用いられている反力手段であるリアクションディスクおよび弁プランジャに、ピン、中間力伝達部材、真空弁座部材等の若干の構成部品を加えるだけで済ませることができる。したがって、真空弁座部材を作動させるための構造を簡素化できるとともに組立を容易でき、しかもコストを低減できる。
更に、入力軸が通常作動時より速く作動されたときには、迅速出力増大手段により、出力を通常作動時より迅速に増大することができる。特に、本発明の負圧倍力装置をブレーキ倍力装置として用いることで、緊急ブレーキ作動時にブレーキ力が通常ブレーキ作動時より迅速に増大するので、緊急ブレーキを迅速にかつ効果的に作動できる。このようにして、ブレーキペダルのペダルストロークを短くしながら、しかも、BA制御を行うことができるので、ブレーキ制御を良好にできる。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明に係る負圧倍力装置の実施の形態で負圧倍力装置の第1例を非作動状態で示す断面図、図2は第1例の真空弁および大気弁の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。なお、以下の説明において、「前」および「後」はそれぞれ図において「左」および「右」を示す。また、以下の説明においては、第1例の負圧倍力装置をブレーキシステムに適用した場合について説明する。
図1および図2に示すように、この第1例の負圧倍力装置1は、フロントシェル2およびリヤシェル3を備え、これらのフロントシェル2およびリヤシェル3は互いに気密に結合されて内部空間を形成している。筒状のバルブボディ4がリヤシェル3を気密に貫通して、その前端部が内部空間内に進入しているとともにその後端部が外部に位置している。
内部空間内にはパワーピストン5が配置されており、このパワーピストン5はバルブボディ4に取り付けられたパワーピストン部材6とバルブボディ4および両シェル2,3間に設けられたダイヤフラム7とからなっている。このパワーピストン5により、両シェル2,3内の内部空間を、通常時負圧が導入される定圧室8と、作動時大気圧が導入される変圧室9とに区画されている。
バルブボディ4内には弁プランジャ(本発明の入力部材に相当)10がバルブボディ4と同心状に配設されており、この弁プランジャ10はバルブボディ4に前後方向に摺動可能に支持されている。また、弁プランジャ10を作動制御する入力軸(本発明の入力部材に相当)11がこの弁プランジャ10に連結されており、この入力軸11の後端は図示しないブレーキペダルに連結されている。バルブボディ4の後端部には筒状のリテーナ部材12が固定されており、このリテーナ部材12に入力軸11がフィルタ部材13を介して前後方向に摺動可能に支持されている。その場合、入力軸11はリテーナ部材12との間に支持されたリターンスプリング14によって常時後方つまり非作動方向に付勢されている。
リテーナ部材12には、筒状の弁体15が気密にかつ前後方向に摺動可能に支持されており、この弁体15には大気弁部16と真空弁部17とが形成されている。弁体15はリテーナ部材12との間に支持された第1弁制御スプリング18によって常時前方つまり作動方向に付勢されている。大気弁部16は弁プランジャ10の後端に形成された大気弁座19に着離座可能とされており、これらの大気弁部16と大気弁座19とで大気弁20が構成されている。
また、バルブボディ4には、筒状の真空弁座部材21が気密にかつ前後方向に摺動可能に支持されており、この真空弁座部材21の後端に真空弁座22が形成されている。真空弁部17は真空弁座22に着離座可能とされており、これらの真空弁部17と真空弁座22とで真空弁23が構成されている。真空弁座部材21はリテーナ部材12との間に支持された真空弁座部材である第2弁制御スプリング24によって常時前方つまり非作動方向に付勢されている。
更に、バルブボディ4には、断面コ字状のアーム25(本発明の力伝達部材および中間力伝達部材に相当)が前後方向に摺動可能に支持されており、このアーム25の後端が真空弁座部材21に当接している。したがって、アーム25は第2弁制御スプリング24によって前方に付勢されている真空弁座部材21に常時前方に付勢されている。
バルブボディ4の前端部には、筒状のホルダ26がバルブボディ4と一体に固定されており、このホルダ26には間隔部材27が前後方向に摺動可能に設けられている。弁プランジャ10の前端部がアーム25を摺動可能に貫通しており、この弁プランジャ10の前端が間隔部材27に当接している。間隔部材27の中心に前後方向に穿設された軸方向孔にピン28(本発明の力伝達部材に相当)が摺動可能に貫通している。このピン28の後端部は弁プランジャ10の前端部に摺動可能に支持されているとともにピン28の後端がアーム25の前端に当接している。ピン28の前端は、負圧倍力装置1の非作動時には間隔部材27の前端より若干の所定量前方に突出している。なお、ピン28は間隔部材27の中心に必ずしも設ける必要はなく、間隔部材27の中心から偏心した位置に設けることもできる。
更に、バルブボディ4には、筒状の弁作動部材29が前後方向に摺動可能に支持されている。この弁作動部材29は、バルブボディ4および真空弁座部材21に摺動可能に支持された筒状摺動部29aと、この筒状摺動部29aから前方に伸びた曲げ弾性変形可能な係合腕部29bとを有している。係合腕部29bは筒状摺動部29aを基端として曲げ弾性を有する片持ち状に形成され、その自由端にはフック部29cが形成されている。その場合、フック部29cはアーム25を前後方向に相対移動可能に貫通してアーム25より前方に位置している。
また、筒状摺動部29aとフック部29cとの間の係合腕部29bには、内側に突出する突出部29dが形成されているとともに、この突出部29dの後面は外側に向かって後方に傾斜するテーパ面に形成された被押圧面29eとされている。更に弁作動部材29の内周側には、キー部材30に当接可能なストッパ部29fが形成されている。
弁作動部材29の後端は、真空弁座部材21の後端部に当接可能となっている。バルブボディ4に設けられたリテーナ31と弁作動部材29の後端部との間にはスプリング32が縮設されており、このスプリング32のばね力により、弁作動部材29が常時後方に付勢されている。
ホルダ26の後端部外周にはフック部26aが設けられており、このフック部26aは係合腕部29b側のフック部29cと軸方向に係合可能とされている。そして、負圧倍力装置1の非作動時には、フック部26aの前端係合面とフック部29cの後端係合面とが軸方向に所定の間隔だけ離間して、両フック部26a,29cは互いに軸方向に係合しない状態に設定される。
弁プランジャ10には、外周に向かって後方に傾斜する截頭円錐台面状のテーパ面からなる押圧面10aが、弁作動部材29の被押圧面29eに軸方向に対向して形成されている。そして、弁プランジャ10が弁作動部材29に対して前方に相対移動したとき、弁プランジャ10の押圧面10aが弁作動部材29の被押圧面29eに当接しこの被押圧面29eを押圧するようにされている。
押圧面10aおよび被押圧面29eが前述のようにテーパ面に形成されていることから、押圧面10aによる被押圧面29eの押圧でくさび効果が生じ、このくさび効果により、係合腕部29bが外方(図2において下方)に曲げ弾性的に撓むようにされている。そして、この係合腕部29bの撓みにより、軸方向に係合状態にあるホルダ側のフック部26aと係合腕部側のフック部29cとの軸方向の係合が外れるようになっている。このように両フック部26a,29cの軸方向の係合が外れると、スプリング32のばね力により、弁作動部材29がバルブボディ4に対して後方に相対移動して真空弁座部材21に当接し、この真空弁座部材21を後方に押圧することで、真空弁座部材21が真空弁部17を介して弁体15を後方に突き上げるようになっている。このように、両フック部26a,29cの係合が外れて、真空弁座部材21が弁体15を後方に突き上げた状態が、ブレーキアシスト(BA)作動の状態である。したがって、両フック部26a,29cの係合が外れるときの弁プランジャ10の弁作動部材29に対する位置が、BA作動開始のしきい位置となる。BA作動開始時の弁プランジャ10の弁作動部材29に対する位置は、弁プランジャ10が間隔部材27を介して後述するリアクションディスク35を押圧する押圧力で生じるリアクションディスク35の撓み量で制御されるようになっている。
このようにして、本発明の迅速出力増大手段は、摺動部29a、係合腕部29b、両フック部26a,29c、突出部29dの被押圧面29e、弁プランジャ10の押圧面10a、およびスプリング32を含んで構成されている。
バルブボディ4の前端部には、従来の一般的な負圧倍力装置と同様に、図示しないマスタシリンダのピストンを作動する出力軸34がバルブボディ4と同心状にかつ前後方向に摺動可能に設けられている。この出力軸34とバルブボディ4の前端およびホルダ26の前端との間に、反力手段であるリアクションディスク35が配設されている。このリアクションディスク35は、負圧倍力装置1の作動時に出力軸34からの反力で弾性的に撓んで発生する反力に比例した力を、間隔部材27、弁プランジャ10、および入力軸11を介してブレーキペダルに伝達するようになっている。また、負圧倍力装置1の作動時に、リアクションディスク35は出力軸34からの反力で撓んでピン28に当接する。これにより、ピン28がリアクションディスク35の撓みによる圧力に基づく力を受けて後方に押圧される。
すると、アーム25がピン28から力を受けて真空弁座部材21を後方に押圧するが、アーム25による真空弁座部材21の押圧力が第1弁制御スプリング18の付勢力と第2弁制御スプリング24の付勢力との和より大きくなると、第1および第2弁制御スプリング18,24がともに収縮して真空弁座部材21は、真空弁座部材21の真空弁座22に真空弁部17が着座している弁体15を後方に突き上げるようになっている。すると、大気弁部16が大気弁座19から離れるようにバルブボディ4に対して後方に移動するので、更に大気が変圧室9に、大気弁20が閉じてバランスする(真空弁23は既に閉じている)まで流入する。これにより、前述のように大気弁20と真空弁のバランス位置がバルブボディ4に対して後方(入力側)に移動し、リアクションディスク35と間隔部材27との間隔(隙間)および間隔部材27と弁プランジャ10との間隔(隙間)、つまり、リアクションディスク35と弁プランジャ10(あるいは、入力軸11)との間隔(隙間)が入力の増大にしたがって増加するとともに、この間隔(隙間)が入力に応じて増加するので、出力が増大する。
したがって、この例の負圧倍力装置1は、特許文献1に開示の負圧倍力装置と同様に図3に示す入出力ストローク特性を有するとともに、図4に示す入出力特性を有する。これらの入出力ストローク特性および入出力特性の詳細は特許文献1および前述の従来技術の説明を参照すれば容易に理解できるが、一応、簡単に説明する。
すなわち、図3に示すように、入出力ストローク特性は、中高減速度領域(中高G領域)における入力ストロークに対する出力ストロークが低減速度領域(低G領域)における入力ストロークに対する出力ストロークより増大する。換言すると、中高減速度領域(中高G領域)においては、入力ストロークが同じ出力を発生させる場合に小さくて済むので、結果として短縮されるようになる。
また、図4に示すように、入出力特性は、負圧倍力装置1の出力が所定出力F1以下の出力領域である低G領域では、真空弁座部材21がバルブボディ4に対して移動しないので、真空弁23と大気弁20とがともに閉じるバランス位置がバルブボディ4に対して変化しなく、同じ入力で通常ブレーキ作動時と同じになる。したがって、この低G領域では、従来の通常ブレーキ作動時のサーボ比と同じ比較的小さいサーボ比SR1となる。一方、負圧倍力装置1の出力が所定出力F1を超える中高G領域では、真空弁座部材21がバルブボディ4に対して後方(入力側)に移動し、バランス位置が入力に応じてバルブボディ4に対して後方(入力側)に移動するので、サーボ比が低G領域で設定されている従来の通常ブレーキ作動時のサーボ比SR1より大きいサーボ比SR2(SR2>SR1)となる。この中高出力領域(中高G領域)では、入力が比較的大きく、ブレーキによる減速度が比較的高重量(積載荷重を含む)の車輌に対して中高減速度(中高G)領域として設定される。
この大きなサーボ比SR2について詳述する。この例の負圧倍力装置1では、特許文献1に開示の負圧倍力装置と同じであり、次のようにしてサーボ比SR2を得ている。すなわち、前述のように大気弁20と真空弁23とのバランス位置をバルブボディ4に対して若干後方に移動させ、変圧室9の圧力を上昇させて出力を若干ジャンプアップさせる。そして、サーボ比SR1の状態でこの出力のジャンプアップを繰り返してミクロ的に見て出力を小さなステップ量の階段状に上昇させることで、見かけ上(マクロ的に見て)、サーボ比SR1より大きなサーボ比SR2が得られるようになる。
ところで、アーム25が真空弁座部材21および弁体15をバルブディ4に対して後方に相対移動させるためには、真空弁座部材21に対するアーム25の押圧力が、第1弁制御スプリング18の付勢力と第2弁制御スプリング24の付勢力との和(つまり、所定値)より大きくなる必要がある。そこで、この例の負圧倍力装置1では、アーム25の押圧力が第1弁制御スプリング18の付勢力と第2弁制御スプリング24の付勢力との和より大きくなるように第1および第2弁制御スプリング18,24の各セットばね荷重および各ばね定数を設定している。
その場合、第1弁制御スプリング18のセットばね荷重およびばね定数は、その負圧倍力装置1の固有値であり、第2弁制御スプリング24のセットばね荷重よりきわめて小さく設定されている。このため、主として第2弁制御スプリング24のセットばね荷重およびばね定数により、真空弁座部材21および弁体15を後方移動させるためのアーム25の押圧力が決定される。真空弁座部材21を付勢する第2弁制御スプリング24のばね定数およびセットばね荷重は、ともに任意に設定可能である。すなわち、図4に示す入出力特性において、小さなサーボ比SR1から大きなサーボ比SR2に変わる変化点(レシオ点)γの入力である設定入力F0は、第2弁制御スプリング24のセットばね荷重を変えることで上下させることができる。また、サーボ比SR2は、第2弁制御スプリング24のばね定数を変えることによって大小変化させることが可能となる。
したがって、この例の負圧倍力装置1は、第2弁制御スプリング24のばね定数およびセットばね荷重を搭載される車両に応じて設定することで、1つの形式で種々の車種のブレーキ倍力装置にその車種に応じて容易にかつより的確に適用可能となる。
真空弁座部材21の外周に形成された環状室36はバルブボディ4に形成された真空通路37を介して定圧室8に常時連通しているとともに、弁プランジャ10の後端部の外周に形成された環状室37はバルブボディ4内に形成された大気・真空通路38,39を介して変圧室9に常時連通している。
なお、図1および図2中において、符号40はパワーピストン5のリターンスプリングであり、符号41は図示しない負圧源に接続されて定圧室8に負圧を導入する負圧導入口である。
このように構成されたこの例の負圧倍力装置1の作動について説明する。
(非作動)
負圧倍力装置1はその非作動時には、図1および図2に示す状態となっている。この状態では、バルブボディ4がキー部材30がリヤシェル3に当接することで後退限の非作動位置にあり、したがってパワーピストン5および出力軸34が非作動位置となっている。また、キー部材30により弁プランジャ10が後退限の非作動位置に規制されるとともに、入力軸11も非作動位置となっている。
更に、キー部材30により弁作動部材29が後退限の非作動位置に規制されている。更に、非作動位置の弁作動部材29により、アーム25が前進限の非作動位置に規制されるとともに、真空弁座部材21もアーム25により前進限の非作動位置に規制されている。
この負圧倍力装置1の非作動状態では、大気弁20が閉じかつ真空弁23が開いており、変圧室9は大気から遮断されているとともに常時負圧が導入されている定圧室8に連通している。したがって、変圧室9も負圧が導入されて、定圧室8と同じ圧力かあるいは定圧室8より若干高い圧力になっている。また、リアクションディスク35が撓んでいなく、ピン28の前端および間隔部材27の前端がともにリアクションディスク35に当接していない。更に、両フック部26a,29cが軸方向に離間して係合していないとともに、押圧面10aと被押圧面29eも軸方向に離間して当接していない。
(負圧倍力装置の低減速度領域での通常ブレーキ作動)
通常ブレーキを行うためにブレーキペダルが通常ブレーキ作動時での踏込速度で踏み込まれると、入力軸11が前進して弁プランジャ10が前進する。弁プランジャ10の前進により、弁体15の真空弁部17が真空弁座22に着座して真空弁23が閉じるとともに大気弁座19が弁体15の大気弁部16から離れて、大気弁20が開く。すなわち、変圧室9が定圧室8から遮断されるとともに大気に連通される。したがって、大気が、開いている大気弁20および大気・真空通路38,39を通って変圧室9に導入される。その結果、変圧室9と定圧室8との間に差圧が生じてパワーピストン5およびバルブボディ4が前進し、更にバルブボディ4を介して出力軸34が前進して図示しないマスタシリンダのピストンが前進する。
また、弁プランジャ10の前進で間隔部材27も前進するが、まだ間隔部材27は間隙によりリアクションディスク23に当接するまでには至らない。したがって、出力軸34から反力がリアクションディスク35から間隔部材27に伝達されないので、この反力は弁プランジャ10および入力軸11を介してブレーキペダルにも伝達されない。更に、バルブボディ4の前進でホルダ26も前進するので、ホルダ26のフック部26aが弁作動部材29のフック部29cに軸方向に係合する。以後、バルブボディ4の前進で弁作動部材29も一体に前進する。このとき、弁プランジャ10の押圧面10aが弁作動部材29の被押圧面29eに当接しないので、両フック部26a,29cの係合が保持される。入力軸11が更に前進すると、パワーピストン5も更に前進し、バルブボディ4および出力軸34を介してマスタシリンダのピストンが更に前進する。
マスタシリンダはブレーキ液を図示しないホイールシリンダに送る。マスタシリンダが液圧を発生すると、出力軸34から反力がリアクションディスク35に伝達され、リアクションディスク35が弾性的に撓む。このリアクションディスク35の撓みにより、リアクションディスク35はまずピン28に当接し、ピン28を後方に押圧する。このピン28の押圧により、アーム25を介して真空弁座部材21が後方に押圧される。このとき、ピン28の押圧力はリアクションディスク35の撓みによる圧力がピン28を押圧することから、ピン28の直径(つまり、断面積)に応じた大きさの力となる。
そして、負圧倍力装置1の出力が小さい低出力領域では、リアクションディスク35の撓み圧による真空弁座部材21の後方への押圧力が第2弁制御スプリング24の付勢力と第1弁制御スプリング18の付勢力との和より小さいので、真空弁座部材21がバルブディ4に対して相対移動しない。
マスタシリンダ以降のブレーキ系のロスストロークが消滅すると、負圧倍力装置1は実質的に出力を発生し、この出力でマスタシリンダがマスタシリンダ圧(液圧)を発生し、このマスタシリンダ圧でホイールシリンダが作動してブレーキ力を発生する。
このとき、マスタシリンダから出力軸34に加えられる反力によって、リアクションディスク35が後方に更に膨出し、間隙が消滅してリアクションディスク35が間隔部材27に当接する。これにより、出力軸34からの反力はリアクションディスク35から間隔部材27に伝達され、更に弁プランジャ10および入力軸11を介してブレーキペダルに伝達されて運転者に感知されるようになる。すなわち、図4に示すように負圧倍力装置1は通常ブレーキ作動時のジャンピング特性を発揮する。このジャンピング特性は、従来の一般的な負圧倍力装置のジャンピング特性とほぼ同じである。
低減速度(低G)領域内で通常ブレーキが作動される場合には、負圧倍力装置1の入力(つまり、ペダル踏力)が比較的小さい。この低減速度(低G)領域では、出力が所定出力F1以下の低出力領域であり、真空弁座部材21は移動しなく、サーボ比は従来の通常ブレーキ作動時とほぼ同じ比較的小さなサーボ比SR1となる。したがって、負圧倍力装置1の出力がペダル踏力による入力軸11の入力をこのサーボ比SR1で倍力した大きさになると、大気弁部16が大気弁座19に着座して大気弁20も閉じて中間負荷のバランス状態となる(真空弁23は、真空弁部17が真空弁座22に着座して既に閉じている)。こうして、図4に示すように低減速度(低G)領域においては、通常ブレーキ作動時のペダル踏力をサーボ比SR1で倍力したブレーキ力で通常ブレーキが作動する。
(負圧倍力装置の低減速度領域での通常ブレーキ作動の解除)
通常ブレーキ作動時での負圧倍力装置1の大気弁20および真空弁23がともに閉じている状態から、通常ブレーキを解除するために、ブレーキペダルを解放すると、入力軸11および弁プランジャ10がともに後退するが、バルブボディ4および真空弁座部材21は変圧室9に空気(大気)が導入されているので、直ぐには後退しない。これにより、弁プランジャ10の大気弁座19が弁体15の大気弁部16を後方に押圧するので、真空弁部17が真空弁座22から離座し、真空弁23が開く。すると、変圧室9に導入された空気は、大気・真空通路39,38、開いた真空弁23および真空通路37、定圧室8および負圧導入口41を介して真空源に排出される。
これにより、変圧室9の圧力が低くなって変圧室9と定圧室8との差圧が小さくなるので、リターンスプリング25のばね力により、パワーピストン5、バルブボディ4および出力軸34が後退する。バルブボディ4の後退に伴い、マスタシリンダのピストンのリターンスプリングのばね力によってマスタシリンダのピストンおよび出力軸34も後退し、通常ブレーキが解除開始される。
キー部材30が図1に示すようにリヤシェル3に当接すると、キー部材30は停止してそれ以上後退しなくなる。しかし、バルブボディ4、真空弁座部材21、弁プランジャ10および入力軸11が更に後退する。そして、弁プランジャ10が図2に示すようにキー部材30に当接するとともに、バルブボディ4のキー溝の前端が図2に示すようにキー部材30に当接し、弁プランジャ10およびバルブボディ4が、それ以上後退しなくなる。こうして、負圧倍力装置1は図1および図2に示す初期の非作動状態になる。したがって、マスタシリンダおよびホイールシリンダも非作動状態になって、通常ブレーキが解除される。
(負圧倍力装置の中高減速度領域での通常ブレーキ作動)
通常ブレーキ作動時において低減速度(低G)より大きな減速度の中高減速度領域で通常ブレーキ作動を行う場合には、負圧倍力装置1の入力(つまり、ペダル踏力)が低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時より大きく設定される。図4に示すように入力が大きくなって設定入力F0を超えると、負圧倍力装置1の入出力特性は中高減速度(中高G)領域となり、サーボ比が大きいサーボ比SR2に切り替わり、出力が所定出力より大きい出力領域となる。
これを具体的に説明すると、設定入力F0では負圧倍力装置1の出力が所定出力F1であるので、出力軸34の反力に基づくリアクションディスク35によりピン28およびアーム25を介して真空弁座部材21を押圧する力が、第1および第2弁制御スプリング18,24のばね力である所定値より大きくなるので、真空弁座部材21はバルブボディ4に対して弁体15を押しながら後方に移動する。このため、大気弁部16が大気弁座19から離間し、大気弁20が低G領域での通常ブレーキ時より大きく開く。したがって、図4に示すように中高G領域においては、サーボ比は従来の通常ブレーキ作動時より大きなサーボ比SR2となる。すなわち、負圧倍力装置1の出力が入力軸11の入力をこのサーボ比SR2で倍力した大きさになると、前述と同様に大気弁部16が大気弁座19に着座して大気弁20も閉じて中間負荷のバランス状態となる(真空弁23は、真空弁部17が真空弁座22に着座して既に閉じている)。こうして、中高減速度(中高G)領域において、ペダル踏力をサーボ比SR2で倍力した低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時より大きなブレーキ力でブレーキが作動する。その場合、負圧倍力装置1は、この中高減速度(中高G)領域においては、ペダル踏力つまり負圧倍力装置1の入力が大きいが、サーボ比SR1の通常ブレーキ作動時での入力と同じ入力で、通常ブレーキ作動時より大きな出力が得られるようになる。
また、特許文献1に開示の負圧倍力装置と同様に、中高減速度(中高G)領域の作動時では、真空弁座部材21が低減速度(低G)領域での作動時よりバルブボディ4に対して後方に移動することから、出力ストロークがこの移動量に応じて大きくなる。換言すると、図3に示すように同じ出力ストロークを得る場合、図4に実線で示す中高減速度(中高G)領域での入力ストローク量は、図4に点線で示す低減速度(低G)領域でのサーボ比SR1の通常作動時の出力ストロークに対する入力ストロークの変化率(傾き)で変化した場合における入力ストローク量よりもストローク量だけ小さくなり、入力軸11のストロークつまりブレーキペダルのストロークが短縮される。
(負圧倍力装置の中高減速度領域での通常ブレーキ作動の解除)
真空弁座部材21の作動時での負圧倍力装置1の大気弁20および真空弁23がともに閉じている状態から、通常ブレーキを解除するために、ブレーキペダルを解放すると、前述と同様にして真空弁23が開き、変圧室9に導入された空気が、大気・真空通路39,38、開いた真空弁23、真空通路37、定圧室8および負圧導入口41を介して真空源に排出される。
これにより、前述と同様に変圧室9の圧力が低下し、リターンスプリング40のばね力により、パワーピストン5、バルブボディ4および出力軸34が後退する。バルブボディ4の後退に伴い、マスタシリンダのピストンのリターンスプリングのばね力によってマスタシリンダのピストンおよび出力軸34も後退し、ブレーキが解除開始される。
出力軸34からの反力が小さくなり、アーム25を介して真空弁座部材21を押圧する力が、第1および第2弁制御スプリング18,24のばね力より小さくなるので、真空弁座部材21はバルブボディ4に対して前方に移動する。そして、図2に示すように真空弁座部材21の前端がバルブボディ4に当接することで真空弁座部材21が非作動位置になるとともに、アーム25およびピン28も非作動位置になる。これにより、真空弁座22が真空弁部17から大きく離座して真空弁23が大きく開くので、変圧室9内の空気は多く排出されて、低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動状態になる。これ以後、前述の低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動の場合と同様であり、最終的に負圧倍力装置1の移動した部材はすべて図2に示す非作動位置になり、低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時より大きな入力によるブレーキが解除される。
(緊急ブレ−キ作動)
緊急ブレーキを作動するために、ブレーキペダルが通常ブレーキ作動時より速い踏込速度でかつ通常ブレーキ作動時より大きなペダル踏力で踏み込まれると、前述の通常ブレーキ作動時と同様に真空弁23が閉じて大気弁20が開いて変圧室9に大気が導入されることで、負圧倍力装置1が出力する。前述の通常ブレーキ作動と同様にホルダ26のフック部26aが弁作動部材29のフック部29cに軸方向に係合する。しかし、このときにはバルブボディ4に対する入力軸11および弁プランジャ10の各前進ストロークが、通常ブレーキ作動時より大きくなる。このため、弁プランジャ10の押圧面10aが弁作動部材29の被押圧面29eに当接してこの被押圧面29eを押圧する。すると、押圧面10aと被押圧面29eの各テーパ面の楔効果により、突出部29dが開く方向(図2において下方)に押圧されるので、係合腕部29bが弾性的に曲げ変形する(撓む)。これにより、フック部29cがフック部26aから外れてフック部29cとフック部26aとの係合が解除され、弁作動部材29がスプリング32の付勢力で押圧されて後方に移動する。
すると、弁作動部材29が真空弁座部材21の後端部に当接して真空弁座部材21を後方に押圧するので、真空弁座部材21は弁体15を後方に突き上げ、弁体15がバルブボディ4に対して後方に移動する。この緊急ブレーキ作動時の真空弁座部材21による弁体15の後方突き上げは、前述の通常ブレーキ作動時とは異なり、出力軸34からの反力により真空弁座部材21が弁体15を押圧する力が第1および第2弁制御スプリング18,24のばね力より小さいうちに開始される。したがって、前述のバランス位置が通常ブレーキ作動時に比べて迅速に後方に移動するので、負圧倍力装置1は迅速に大きなサーボ比SR2に設定されて、より少ないペダルストロークでより大きな出力を発生し、その結果、大きなブレーキ力が得られるようになる。
(緊急ブレーキの解除)
緊急ブレーキ作動後、ブレーキペダルを解放すると、基本的には前述の通常ブレーキ作動時と同様にしてブレーキが解除される。ただ、この緊急ブレーキ作動解除の場合は、バルブボディ4が後退してくると、フック部26aの後端に形成されているテーパ面26bがフック部29cの前端に形成されているテーパ面29fに当接してそれらのテーパ面の楔効果によりフック部29cを開く方向(図2において下方)に押圧する。このため、係合腕部29bが弾性的に曲げ変形するので、フック部26aがフック部29cを通過してフック部29cの後方に位置するとともに係合腕部29bが弾性復帰する。こうして、負圧倍力装置1は図1および図2に示す非作動状態となる。
このようにブレーキシステムに適用したこの例の負圧倍力装置1によれば、中高減速度(中高G)領域で出力軸34の大きなストロークを得る場合、入力軸11のストローク量を、低減速度(低G)領域での出力に対する前記入力軸の操作ストローク量の変化率で変化した場合においてこの大きなストロークを得るために必要なストローク量より短縮させることができる。これにより、低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時の減速度よりも大きな減速度を得る場合に、低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時のサーボ比SR1でこの大きな減速度を得るために必要なブレーキペダルの踏込み量より小さなペダル踏込み量で、所望の大きな減速度を得ることができる。したがって、車両重量が大きい車輌等の中高減速度(中高G)領域での通常ブレーキ作動時に低減速度(低G)領域での通常ブレーキ作動時より大きなブレーキ力を必要とする車輌に対して、ブレーキフィーリングをより効果的に良好にできる。
また、第2弁制御スプリング24のセットばね荷重を適宜調整することで、真空弁座部材21の作動開始タイミング(つまり、サーボ比切替タイミング)を所望のタイミングに設定することができる。したがって、要求される種々の入出力特性の負圧倍力装置1に、柔軟にかつ容易に対応することが可能となる。
更に、真空弁座部材21を、出力軸34からの反力によるリアクションディスク35の撓みで付勢されるピン28およびアーム25により作動させているので、真空弁座部材21の作動を確実にして真空弁座部材21の制御を確実にかつ容易にすることができるとともに、真空弁座部材21を作動させるための構造を簡単にすることができる。特に、力伝達部材としてピン28を用いることで、真空弁座部材21を作動させるための構造をより一層簡単にかつ安価にすることができる。
更に、このようなピン28およびアーム25による真空弁座部材21の作動で、真空弁座部材21の受圧面積を不要にできるので、真空弁座部材21の径を小さくすることができる。これにより、バルブボディ4の径も小さくすることができることから、負圧倍力装置1を全体的にコンパクトに形成することができる。
更に、真空弁座部材21の受圧面積を不要にできることから、その分、バルブボディ4に形成された空気が流れる通路37,38の断面積を大きくすることができ、応答性を良好にすることができる。
しかも、従来から一般的な負圧倍力装置に用いられているリアクションディスク35、ホルダ26および弁プランジャ10にピン28、アーム25、真空弁座部材21等の若干の構成部品を加えるだけで済ませることができる。したがって、真空弁座部材21を作動させるための構造を簡素化できるとともに組立を容易でき、しかもコストを低減できる。
更に、緊急ブレーキ作動時には、大気弁20と真空弁23とのバランス位置をバルブボディ4に対して迅速に後方に移動させてサーボ比を通常時のサーボ比より大きくすることにより、負圧倍力装置1の出力を大きくすることができる。これにより、緊急ブレーキ作動時におけるブレーキアシスト(BA)制御を行うことができ、緊急ブレーキを迅速にかつ効果的に作動させることができる。このようにして、ブレーキペダルのペダルストロークを短くしながら、しかも、BA制御を行うことができるので、ブレーキ制御を良好にできる。
図5は本発明の負圧倍力装置の実施の形態の第2例を示す、図2と同様の図である。なお、前述の第1例と同じ構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略するとともに、第1例と同様に負圧倍力装置をブレーキシステムに適用して説明する。
前述の第1例では、負圧倍力装置1がBA機能を有しているが、図5に示すようにこの第2例の負圧倍力装置1はBA機能を有していない。したがって、第2例の負圧倍力装置1はBA機能を行うための弁作動部材29とこの弁作動部材29を付勢するスプリング32を備えていない。
この第2例の負圧倍力装置1の他の構成は、前述の第1例の負圧倍力装置1の構成と同じである。また、第2例の負圧倍力装置1では、緊急ブレーキ作動時のBA作動が行われない。更に、第2例の負圧倍力装置1の効果は、前述の第1例の負圧倍力装置1のうち、BA制御による効果を除いた効果と同じである。
なお、前述の各例では真空弁座部材21とアーム25とが別体に形成されているが、真空弁座部材21とアーム25は一体に形成することもできる。
本発明は、ブレーキシステム等に用いられる負圧倍力装置に利用可能であり、特に、低出力領域(低減速度領域)では比較的小さいサーボ比で比較的低い出力(減速度G)を得、また、高出力領域(高減速度領域)では低出力領域でのサーボ比より大きいサーボ比で比較的高い出力(減速度G)を得ることで、小さな入力(ペダル踏力)で大きな出力(減速度G)を得るとともに、ペダルストロークを短縮してペダルフィーリングを向上させる負圧倍力装置に好適に利用可能である。
本発明に係る負圧倍力装置の実施の形態で負圧倍力装置の第1例を非作動状態で示す断面図である。 図1に示す第1例の真空弁および大気弁の部分を拡大して示す部分拡大断面図である。 図1に示す例の負圧倍力装置の入出力ストローク特性を示す図である。 図1に示す例の負圧倍力装置の入出力特性を示す図である。 本発明の負圧倍力装置の実施の形態の第2例を示す、図2と同様の図である。
符号の説明
1…負圧倍力装置、2…フロントシェル、3…リヤシェル、4…バルブボディ、5…パワーピストン、8…定圧室、9…変圧室、10…弁プランジャ、10a…押圧面、11…入力軸、15…弁体、16…大気弁部、17…真空弁部、18…第1弁制御スプリング、19…大気弁座、20…大気弁、21…真空弁座部材、22…真空弁座、23…真空弁、24…第2弁制御スプリング、25…アーム、26…ホルダ、27…間隔部材、28…ピン、29…弁作動部材、29b…係合腕部、29c…フック部、29d…突出部、29e…被押圧面、30…キー部材、32…スプリング、33…マスタシリンダ、34…出力軸、35…リアクションディスク

Claims (5)

  1. シェルによって形成される空間内に対して進退自在に配設され、前記シェルを気密にかつ摺動自在に貫通するバルブボディと、
    このバルブボディに連結されるとともに前記空間内を負圧が導入される定圧室と作動時に大気が導入される変圧室とに区画するパワーピストンと、
    前記バルブボディに移動自在に配設された弁プランジャと、
    この弁プランジャに連結され前記バルブボディ内に進退自在に配設された入力軸と、
    前記パワーピストンの作動により前記バルブボディとともに移動して出力を発する出力軸と、
    前記バルブボディ内に配設され、前記弁プランジャの前進または後退により制御されて前記定圧室と前記変圧室との間を遮断または連通する真空弁と、
    前記バルブボディ内に配設され、前記弁プランジャの前進または後退により制御されて前記変圧室と大気との間を連通または遮断する大気弁と、
    前記出力軸からの反力を前記弁プランジャに伝達する反力手段とを少なくとも備え、
    前記真空弁および前記大気弁は共通の弁体を有しているとともに、前記真空弁は前記弁体に設けられた真空弁部とこの真空弁部が着離座可能な真空弁座とを有し、前記大気弁は前記弁体に設けられた大気弁部と前記弁プランジャに設けられて前記大気弁部が着離座可能な大気弁座とを有している負圧倍力装置において、
    前記真空弁座は前記バルブボディに摺動可能に支持された真空弁座部材に設けられており、
    前記出力軸からの反力によって前記反力手段が発生する力を受けて前記真空弁座部材を押圧する力伝達部材が、前記バルブボディに相対移動可能に設けられており、
    前記力伝達部材の押圧力が所定値より大きいときは、前記力伝達部材からの押圧力で前記真空弁座部材が前記弁体を前記大気弁が開くようになっていることを特徴とする負圧倍力装置。
  2. 前記真空弁座部材を押圧する前記力伝達部材による押圧力と対向する付勢力で前記真空弁座部材を付勢する真空弁座部材付勢手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の負圧倍力装置。
  3. 前記反力手段は、 前記出力軸からの反力により撓んで前記弁プランジャに伝達するリアクションディスクを備え、
    前記力伝達部材が、前記出力軸からの反力による前記リアクションディスクの撓みによって発生する力を受けて前記真空弁座部材を押圧することを特徴とする請求項1または2記載の負圧倍力装置。
  4. 前記力伝達部材は、前記リアクションディスクから力を受けるピンと、このピンからの力を受けて前記真空弁座部材を押圧する中間力伝達部材とからなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1記載の負圧倍力装置。
  5. 前記入力軸が通常作動時より速く作動されたときに前記出力を通常作動時より迅速の増大する迅速出力増大手段を備えていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1記載の負圧倍力装置。
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