JP2020032796A - 気圧式倍力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気弁の気密性を向上させることで、エンジン点火時に確実に作動させることが可能な気圧式倍力装置を提供する。【解決手段】プランジャ５１の第１環状突部５２と第２環状突部５３とをポペット弁６１のシール部６２に当接／離隔させるように大気弁１５を形成したので、第２環状突部５３の先端部５５に打痕傷が生じた場合であっても、第１環状突部５２によって大気弁１５の気密性が確保される。これにより、エンジンの非作動状態が長期にわたっても、スタートボタンによるエンジン点火を確実に行うことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ブレーキペダルの踏力をアシストする気圧式倍力装置に関する。

近年、スタートボタンの操作でエンジンが点火される自動車が普及している。このような自動車は、ブレーキペダルを一定量踏み込まないとエンジンが点火されないようになっている。気圧式倍力装置は、エンジンが点火される前の状態、すなわち、エンジンが負圧を発生する前の状態で、定圧室と変圧室との真空を保つことにより、エンジン点火時（点火前）のブレーキペダルの踏力をアシストすることができる。

ところで、気圧式倍力装置は、プランジャの環状突部に打痕傷が生じると、大気弁の気密性が低下する。このように大気弁の気密性が低い状態で、エンジン（負圧発生源）の非作動期間が数日にわたると、定圧室と変圧室との差圧が０になり、気圧式倍力装置が機能しなくなる。その結果、ブレーキペダルの踏み込み量が不足し、スタートボタンを操作したにも拘らずエンジンがスタートしないことが問題になる。

特許文献１に記載の気圧式倍力装置では、プランジャに環状突部の高さよりも低い当接部を形成し、さらに該当接部の高さよりも低い逃部を当接部に隣接させて設けることにより、倍力装置の非作動状態におけるポペット弁のシート部の弾性変形量を減少させ、大気弁の気密性を向上させている。

特開平８−１５０９２４号公報

特許文献１に記載の気圧式倍力装置では、プランジャの環状突部に打痕傷が生じた場合、気密漏れが発生するおそれがある。
本発明の課題は、大気弁の気密性を向上させることにより、スタートボタンによるエンジン点火を確実に行うため、ペダルを踏み込むことが可能な気圧式倍力装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の気圧式倍力装置は、シェル内を定圧室と変圧室とに分画するパワーピストンと、該パワーピストンに接続され、前記シェル内を移動可能に設けられる中空のバルブボデーと、該バルブボデーの内側に設けられるポペット弁と、前記バルブボデーの内側に入力軸に連動して移動可能に設けられ、前記ポペット弁に対して当接／離隔することにより大気弁を閉弁／開弁させるプランジャと、を有し、前記プランジャが前記ポペット弁に対して離隔して前記大気弁が開弁されることにより、前記定圧室と前記変圧室との間に生じる差圧によって前記パワーピストンが推進される気圧式倍力装置であって、前記プランジャは、同心に設けられた少なくとも２つの環状突部を有し、前記ポペット弁は、前記プランジャの各環状突部が当接するシール部を有することを特徴とする。

本発明によれば、大気弁の気密性を向上し、スタートボタンによるエンジン点火を確実に行うことができる。

第１実施形態に係る気圧式倍力装置の中心線を含む平面による断面図である。 図１におけるプランジャとポペット弁との当接部を拡大して示す図である。 図２における要部の拡大図である。 第２実施形態の説明図であり、図３に対応する図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を添付した図を参照して説明する。便宜上、図１における左右方向を気圧式倍力装置１における前後方向とする。
図１に示されるように、第１実施形態に係る気圧式倍力装置１は、いわゆるシングル型気圧式倍力装置である。該気圧式倍力装置１は、フロントシェル２とリアシェル３とを結合させることで形成されたハウジング４（シェル）を備える。該ハウジング４の内部は、ダイアフラム５を有するパワーピストン６によって、定圧室７と変圧室８との２室に分画される。なお、ダイアフラム５は合成ゴムからなる。

フロントシェル２は、有底円筒形に形成される。フロントシェル２の円筒部９には、マスタシリンダ（図示省略）の後端部が挿入される。該円筒部９の基端部周囲には、マスタシリンダが取り付けられる座部１０が形成される。他方、リアシェル３は、有底円筒形に形成される。リアシェル３の円筒部１２には、中空のバルブボデー１１が挿入される。該円筒部１２の基端部周囲には、車体（図示省略）に当接させる座部１３が形成される。

ハウジング４には、フロントシェル２の座部１０からリアシェル３の座部１３にわたって延びるタイロッド１４が設けられる。タイロッド１４の前部には、フランジ１７が設けられる。該フランジ１７は、リテーナ１９およびシール部材２０を介して、フロントシェル２の座部１０の内側面に気密に当接され、当該座部１０にかしめ固定される。他方、タイロッド１４の後部には、フランジ１８が設けられる。該フランジ１８は、リアシェル３の座部１３の内側面に気密に当接される。タイロッド１４のフランジ１７，１８間は、パワーピストン６の開口部２１とダイアフラム５のロッドシール部２２とに、摺動可能かつ気密に挿入される。

なお、ハウジング４には、２つのタイロッド１４（図１には１つのタイロッド１４のみ表示）が設けられる。これらのタイロッド１４は、前後方向へ延びる当該気圧式倍力装置１の軸線（以下「中心線」）を中心とする一円周上に配置される。また、リアシェル３の座部１３には、ハウジング４を車体（例えば「ダッシュボード」）に固定するためのボルト２３がかしめ固定される。

バルブボデー１１は、円筒部４５と、該円筒部４５の前端部外周に設けられた拡径部４６と、を有する。バルブボデー１１は、拡径部４６がパワーピストン６およびダイアフラム５の中央開口部に気密に挿入され、パワーピストン６およびダイアフラム５に連結される。バルブボデー１１の円筒部４５とリアシェル３の円筒部１２との間は、シール部材２４によって摺動可能かつ気密にシールされる。なお、リアシェル３の円筒部１２とバルブボデー１１の円筒部４５との間には、ダストカバー２５が装着される。

バルブボディ１１の円筒部４５の前端部には、出力ロッド２８の基端部がリアクションディスク２９を介して連結（接続）される。円筒部４５の前端部内側には、環状の受圧部材２７が嵌着される。円筒部４５の前端部は、出力ロッド２８の基端部に挿入され、受圧部材２７とともにリアクションディスク２９に当接される。また、円筒部４５の前部内側には、プランジャ５１が挿入される。プランジャ５１の前端部は、受圧部材２７の内周面に摺動可能に嵌合される。他方、プランジャ５１の後端部は、バルブボディ１１の円筒部４５の内周面によって前後方向へ移動可能に案内される。

バルブボデー１１の後端部内側には、環状のポペット弁６１が設けられる。プランジャ５１の後端部中央には、ポペット弁６１に挿通された入力ロッド３１（入力軸）の先端部３２が連結される。該入力ロッド３１の後端部は、バルブボデー１１の円筒部４５に設けられた通気性を有するダストシール３４を貫通して外部へ延びる。なお、入力ロッド３１の後端部には、ブレーキペダル（図示省略）との連結に用いるクレビス３５が取り付けられる。

ポペット弁６１は、テーパ状のコイルばねからなる弁ばね４１によって、プランジャ５１に向かって付勢される。バルブボデー１１の円筒部４５の内部は、大気弁１５（図２参照）および大気通路３７を介して変圧室８に連通される。また、バルブボデー１１の円筒部４５の内部は、ダストシール３４を介して大気に連通される。さらに、バルブボデー１１の円筒部４５の内部は、真空弁１６（図２参照）および真空通路３６を介して定圧室７に連通される。大気通路３７には、バルブボデー１１とプランジャ５１との相対移動を制限するストップキー３８が挿通される。該ストップキー３８は、バルブボデー１１の後退位置、およびプランジャ５１のハウジング４に対する後退位置を定める。

ストップキー３８とプランジャ５１に装着されたばね受部材４８との間には、圧縮コイルばねからなる反力調整ばね４７が介装される。該反力調整ばね４７は、プランジャ５１を、リアクションディスク２９に向かって所定のセット荷重で付勢する。また、バルブボデー１１に装着されたガイド部材４３と入力ロッド３１に装着されたばね受部材４４との間には、入力ロッド３１を、ハウジング４に対して後方向へ付勢する戻しばね４０が介装される。さらに、フロントシェル２の座部１０とバルブボデー１１に装着されたキャップ部材４２との間には、バルブボデー１１を、ハウジング４に対して後方向へ付勢する戻しばね３９が介装される。

図１を参照すると、気圧式倍力装置１の非作動状態では、パワーピストン６とバルブボディ１１とは、戻しばね３９の付勢力によって後退位置に戻される。入力ロッド３１は、戻しばね４０の付勢力によって後退位置に戻される。反力調整ばね４７は、弁ばね４１のばね力によって所定のセット荷重で圧縮された状態にある。変圧室８は、真空弁１６の開弁によって定圧室７に連通され、かつ大気弁１５の閉弁によって大気から遮断される。また、プランジャ５１の先端部とリアクションディスク２９との間には、一定の隙間（ジャンプイン隙間）が形成される。なお、プランジャ５１の先端部の面積（リアクションディスク２９との接触面の面積）を変えることにより、当該気圧式倍力装置１のサーボ比を調節することができる。

図２を参照すると、ポペット弁６１は、前端部に設けられた環状のシール部６２と、ガイド部材４３によってバルブボデー１１の円筒部４５に固定される固定部６３と、該固定部６３とシール部６２との間に設けられる筒部６４と、を有する。ポペット弁６１は、ゴム等の弾性体からなり、シール部６２には、金属製のリング６５（補強部材）が加硫接合される。なお、ポペット弁６１は、可撓性を有する筒部６４を伸縮（変形）させることにより、シール部６２と固定部６３とを一定範囲内で相対移動させることが可能である。

ポペット弁６１は、シール部６２の前端面に形成された環状のシール面６６を有する。前述した真空弁１６は、ポペット弁６１のシール部６２と、該シール部６２のシール面６６に当接／離隔するバルブボデー１１に形成された環状のシート部６７と、によって構成される。すなわち、バルブボデー１１のシート部６７がポペット弁６１のシール部６２（シール面６６）に当接することで真空弁１６が閉弁され、これにより定圧室７と変圧室８とが遮断される。他方、バルブボデー１１のシート部６７がポペット弁６１のシール部６２（シール面６６）から離隔することで真空弁１６が開弁され、これにより定圧室７と変圧室８とが連通される。

ポペット弁６１のシール部６２には、漏斗状に傾斜したシール面６９が形成される。該シール面６９は、シール面６６の内周側に形成される。前述した大気弁１５は、ポペット弁６１のシール部６２と、該シール部６２のシール面６９に当接／離隔するプランジャ５１の第１環状突部５２および第２環状突部５３と、によって構成される。すなわち、プランジャ５１の第１環状突部５２および第２環状突部５３がポペット弁６１のシール部６２（シール面６９）に当接することで大気弁１５が閉弁され、これにより変圧室８と大気（ポペット弁６１の内側の空間）とが遮断される。他方、プランジャ５１の第１環状突部５２および第２環状突部５３がポペット弁６１のシール部６２（シール面６９）から離隔することで大気弁１５が開弁され、これにより変圧室８と大気（ポペット弁６１の内側の空間）とが連通される。

図３を参照すると、プランジャ５１の２つの環状突部５２，５３のうち、第２環状突部５３は、当該プランジャ５１の後端部５４の外周側縁部に設けられる。第２環状突部５３は、プランジャ５１の後端部５４から、ポペット弁６１のシール部６２に形成されたシール面６９に向かって突出する。第２環状突部５３の先端部５５、すなわち、ポペット弁６１のシール部６２のシール面６９に当接させる部分は、その先端部の曲率半径がR2の曲線によって形成される。

一方、第１環状突部５２は、プランジャ５１の後端部５４の、第２環状突部５３に対して内周側に設けられる。第１環状突部５２は、プランジャ５１の後端部５４から、ポペット弁６１のシール部６２に形成されたシール面６９に向かって突出する。第１環状突部５２は、第２環状突部５３の先端部５５に対して同心に設けられた先端部５７を有する。該先端部５７、すなわち、ポペット弁６１のシール部６２のシール面６９に当接させる部分は、その先端部の曲率半径がR1の曲線によって形成される。第１実施形態では、第１環状突部５２の先端部５７の曲率半径R1は、第２環状突部５３の先端部５５の曲率半径R2よりも大きく形成される（R1＞R2）。

なお、プランジャ５１の後端部５４の第１環状突部５２と第２環状突部５３との間には、環状凹部５６（溝）が形成される。そして、プランジャ５１の第１環状突部５２および第２環状突部５３がポペット弁６１のシール部６２のシール面６９に当接して大気弁１５が閉弁されることにより、プランジャ５１とポペット弁６１との間には、環状凹部５６とシール面６９とによって画定される環状空間５９が形成される。

ここで、プランジャの環状突部が１つのみ（第１実施形態における第２環状突部のみ）である場合、環状突部の先端部に打痕傷が生じると、エンジン（負圧発生源）の非作動時に、当該打痕傷を介して大気中の空気が変圧室に導入され、変圧室の真空度が低下する。変圧室の真空度が低下すると、定圧室と変圧室との間に差圧が生じて、真空弁が開弁することで定圧室の真空度が低下する。そして、定圧室と変圧室との差圧が０になると、ポペット弁のシート部の打痕傷から、大気中の空気が変圧室に導入され、変圧室の真空度がさらに低下する。

このように、従来の気圧式倍力装置では、プランジャの環状突部の先端部に打痕傷が生じた場合、エンジンの非作動期間が数日間にわたると、変圧室と定圧室とが真空度の低下を繰り返すことで定圧室と変圧室との圧力が大気圧に漸次近づき、気圧式倍力装置が機能しなくなる。その結果、エンジン点火時におけるブレーキペダルの踏み込み量が不足し、スタートボタンを操作してもエンジンがスタートしないことが問題であった。

これに対し、第１実施形態では、プランジャ５１の後端部５４に第１環状突部５２と第２環状突部５３とを同心に設け、該第１環状突部５２と第２環状突部５３とをポペット弁６１のシール部６２のシール面６９に当接／離隔させるように大気弁１５を形成したので、第２環状突部５３（一方の環状突部）の先端部５５に打痕傷が生じた場合であっても、ブレーキペダルの非操作時における大気弁１５を介した空気の流通を、第２環状突部５３に対して内周側の第１環状突部５２（他方の環状突部）によって確実に阻止することができる。このように、第１実施形態では、エンジンの非作動状態が長期にわたっても、大気弁１５の気密性、延いては気圧式倍力装置１の気密性を保持することが可能であり、スタートボタンによるエンジン点火を確実に行うことができる。

次に、第１実施形態の作用効果を説明する。
第１実施形態によれば、シェル内を定圧室と変圧室とに分画するパワーピストンと、該パワーピストンに接続され、シェル内を移動可能に設けられる中空のバルブボデーと、該バルブボデーの内側に設けられるポペット弁と、バルブボデーの内側に入力軸に連動して移動可能に設けられ、ポペット弁に対して当接／離隔することにより大気弁を閉弁／開弁させるプランジャと、を有し、プランジャがポペット弁に対して離隔して大気弁が開弁されることにより、定圧室と変圧室との間に生じる差圧によってパワーピストンが推進される気圧式倍力装置であって、プランジャは、第１環状突部と、該第１環状突部と同心に設けられて第１環状突部に対して大径の第２環状突部と、を有し、ポペット弁は、プランジャの各環状突部が当接するシール部を有する。

よって、第１実施形態では、第２環状突部の先端部に打痕傷が生じた場合であっても、ブレーキペダルの非操作時における大気弁を介した空気の流通を、第２環状突部に対して内周側の第１環状突部によって確実に阻止することができるので、エンジンの非作動状態が長期にわたっても、大気弁の気密性、延いては気圧式倍力装置の気密性を保持することが可能であり、スタートボタンによるエンジン点火を確実に行うことができる。
また、第１実施形態では、第１環状突部の先端部の曲率半径を、第２環状突部の先端部の曲率半径よりも大きくしたので、第１環状突部の先端部とポペット弁のシール部との当接部の面圧が、第２環状突部の先端部とポペット弁のシール部との当接部の面圧より小さくなる。これにより、第２環状突部の先端部とポペット弁のシール部との当接部に打痕傷が生じるよりも先に、第１環状突部の先端部とポペット弁のシール部との当接部に打痕傷が生じることはないので、第２環状突部に打痕傷が生じた場合、第１環状突部によって大気弁の気密性が確保される。
また、特許文献１に記載されたように、１つの環状突部をプランジャ径方向へ延長した場合、大気弁に環状突部の打痕傷による気密漏れが発生するおそれがあるが、第１実施形態では、第１環状突部と第２環状突部との間に環状凹部を設け、大気弁の閉弁時に、プランジャの第１環状突部および第２環状突部とポペット弁のシール部とによって画定される環状空間が形成される、換言すると、第１環状突部と第２環状突部とをプランジャ径方向に間隔をあけて独立させるように配置したので、第２環状突部に打痕傷が発生した場合であっても、第１環状突部によって大気弁の気密漏れを抑止することができる。
また、第１実施形態では、プランジャ５１の第１環状突部５２の先端部５７をポペット弁６１のシール部６２のシール面６９に当接させたが、第１環状突部５２の側部をシール面６９に当接さるようにしてもよい。この場合、第１環状突部５２の先端部５７と第２環状突部５３の先端部５５との双方に打痕傷が生じた場合も、大気弁１５の気密性を確保することができる。

なお、第１実施形態では、２つの環状突部５２，５３をプランジャ５１の後端部５４に同心に設けるように構成したが、環状突部の数量は２つ以上とすることができ、例えば、３つの環状突部をプランジャ５１の後端部５４に同心に設けるように構成してもよい。
また、第１実施形態では、第１環状突部５２をプランジャ５１および第２環状突部５３と同一材料（合成樹脂）によって形成したが、第１環状突部をプランジャ５１と別部材で構成してもよい。例えば、ゴム等の弾性体によって形成した第１環状突部５２をプランジャ５１の後端部５４に加硫接合させた場合、第１環状突部５２とポペット弁６１のシール部６２との接触を、相互の弾性体（ゴム）が弾性変形することによる弾性接触となり、大気弁１５の気密性をより向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して第２実施形態を説明する。ここでは、主に第１実施形態との相違部分について説明する。なお、第１実施形態との共通部分については、同一の称呼および符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

第１実施形態では、大気弁１５の閉弁時に、プランジャ５１の後端部５４に形成された第１環状突部５２が、ポペット弁６１のシール部６２のシール面６９に当接されるが、第２実施形態では、第１環状突部５２を、シール面６９に設けられた環状の突起部７１に当接させるように構成した。当該突起部７１は、シール面６９の、プランジャ５１の第２環状突部５３が当接される部分の内周側に設けられる。他方、プランジャ５１の第１環状突部５２の先端部には、ポペット弁６１のシール面６９に設けられた環状の突起部７１に当接させる当接面７３が形成される。該当接面７３は、中心線を包含する平面による断面が、入力ロッド３１（入力軸）の先端部３２の中心Cを中心とする円弧Aに沿う形状の曲面、換言すると、当該円弧Aを包含する曲面によって形成される。

第２実施形態では、ポペット弁６１のシール部６２に、プランジャ５１の第１環状突部５２に当接させる環状の突起部７１を設ける、換言すると、プランジャ５１の第１環状突部５２に、ポペット弁６１の突起部７１を当接させる環状の当接面７３を設け、該当接面７３を、断面が入力ロッド３１の先端部３２の中心Cを中心とする円弧Aに沿う形状の曲面によって形成したので、プランジャ５１が入力ロッド３１の先端部３２の中心Cを中心に揺動したとき、中心Cから当接面７３までの距離は一定である。すなわち、プランジャ５１が中心線に対して偏心した場合であっても、プランジャ５１の第１環状突部５２とポペット弁６１の突起部７１との当接状態（気密性）は不変である。

このように、第２実施形態では、プランジャ５１が偏心した場合であっても、大気弁１５の気密性を確保することができる。なお、第２実施形態では、環状の突起部７１に当接させる当接面７３が円弧Aを包含する曲面によって形成されるよう例示したが、これに限るものではなく、例えば第１環状突部５２が円弧形状であってもよい。

１ 気圧式倍力装置、４ ハウジング（シェル）、６ パワーピストン、７ 定圧室、８ 変圧室、１５ 大気弁、５１ プランジャ、５２ 第１環状突部、５３ 第２環状突部、６１ ポペット弁、６２ シール部

Claims (5)

1. シェル内を定圧室と変圧室とに分画するパワーピストンと、該パワーピストンに接続され、前記シェル内を移動可能に設けられる中空のバルブボデーと、該バルブボデーの内側に設けられるポペット弁と、前記バルブボデーの内側に入力軸に連動して移動可能に設けられ、前記ポペット弁に対して当接／離隔することにより大気弁を閉弁／開弁させるプランジャと、を有し、前記プランジャが前記ポペット弁に対して離隔して前記大気弁が開弁されることにより、前記定圧室と前記変圧室との間に生じる差圧によって前記パワーピストンが推進される気圧式倍力装置であって、
   前記プランジャは、同心に設けられた少なくとも２つの環状突部を有し、
   前記ポペット弁は、前記プランジャの各環状突部が当接するシール部を有することを特徴とする気圧式倍力装置。
2. 前記プランジャは、第１環状突部と、該第１環状突部に対して大径の第２環状突部と、を有し、
   前記第１環状突部の先端部の曲率半径は、前記第２環状突部の先端部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の気圧式倍力装置。
3. 前記第１環状突部の先端部には、前記入力軸の先端部の中心を中心とする円弧に沿う形状の断面を有する曲面が形成されることを特徴とする請求項２に記載の気圧式倍力装置。
4. 前記第１環状突部は、弾性体からなることを特徴とする請求項２または３に記載の気圧式倍力装置。
5. 前記ポペット弁は、前記第２環状突部が当接する部位に対して内周側に設けられる突起部を有し、該突起部が前記第１環状突部に当接されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の気圧式倍力装置。

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