JP3811869B2

JP3811869B2 - 気圧式倍力装置

Info

Publication number: JP3811869B2
Application number: JP05098297A
Authority: JP
Inventors: 光弘遠藤; 博美安藤; 泰彦甘利
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JPH10230840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のブレーキ系統に用いられる気圧式倍力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
気圧式倍力装置は、従来一般には、シェル本体内をダイアフラムを備えたパワーピストンにより定圧室と変圧室とに区画し、前記パワーピストンに設けたバルブボデーの軸孔内に、入力軸と連結されたプランジャと該プランジャの後端に設けた弁座を要素とする弁機構とを配設し、前記プランジャの摺動に応じて前記弁機構を作動させることにより、前記定圧室と前記変圧室とに差圧を発生させ、この差圧により前記パワーピストンに生じた推力をリアクションディスクを介して出力軸に伝達すると共に、出力反力の一部を前記リアクションディスクを介して前記プランジャに伝達する構造となっていた。
【０００３】
この種の気圧式倍力装置において、その倍力比αは、リアクションディスクに対する出力軸の接触面積Ｓ₁ とプランジャの接触面積Ｓ₂ との比（α＝Ｓ₁ ／Ｓ₂ ）で決まり、この倍力比が大きいほど、軽くブレーキを踏んでも大きな出力が得られ、踏力の弱い人でも緊急制動に遅滞なく対処できるようになる。しかし、倍力比をあまり大きく設定すると、通常のブレーキ操作時にもかなり大きな出力が得られるため、不用意に急制動する虞があり、この倍力比をどの値に設定するかは、車両設計上の重要事項となっている。
【０００４】
そこで、例えば、実公平３−５７５６８号公報に記載の気圧式倍力装置では、同公報から援用した図５に示すように、ピストン本体（バルブボデー）を構成する段付筒体１の段付孔（軸孔）２内にプランジャ３の小径軸部４を配置すると共に、この小径軸部４にスリーブ５を摺動可能に嵌装し、スリーブ５は、小径軸部４の先端に設けたフランジ部４ａにより前進端を規制されると共に、段付筒体１の軸孔２に設けた段差部２ａにより後退端を規制され、さらにプランジャ３に一端を着座させた圧縮ばね６の付勢力によりスリーブ５は所定のセット荷重で前進端に位置決めされるようになっている。なお、同図において、７は入力軸、８は出力軸、９は段付筒体１のカップ底に配置したリアクションディスクである。
【０００５】
このような気圧式倍力装置によれば、出力反力として出力軸８からリアクションディスク９を介してスリーブ５に伝えられる力が圧縮ばね６のセット荷重より小さい場合は、圧縮ばね６は撓むことなく、プランジャ３の小径軸部４とスリーブ５とが一体となってリアクションディスク９から出力反力の一部を受けるので、比較的小さな倍力比が得られ、一方、出力反力として出力軸８からリアクションディスク９を介してスリーブ５に伝えられる力が圧縮ばね６のセット荷重より大きくなると、スリーブ５が圧縮ばね６を縮めて後退し、軸孔２の段差部２ａに着座してバルブボデーと一体化し、プランジャ３の小径軸部４のみが出力反力の一部を受けるので、受圧面積が縮小する分、大きな倍力比が得られるようになる。すなわち、入力に応じて倍力比が二段階（２レシオ）に切り替えられ、ブレーキフィーリング性が改善されるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の２レシオ型の気圧式倍力装置によれば、図５にも示されるように、プランジャ３の小径軸部４が、入力軸７に連結されたプランジャ３の本体部３ａに対してそのねじ部４ｂをねじ込んで一体化される構造となっており、しかも、プランジャ３の本体部３ａの外径が軸孔２の口径よりも大きくなっており、またスリーブ５の外径も軸孔２の口径よりも大きくなっているため、バルブボデー（段付筒体）１内で、軸孔２の両側からその一体化作業を行わなければならず、スリーブ５および圧縮ばね６を同時組付けしなければならないこともあって、組付性がきわてめ悪いという問題があった。
【０００７】
また、本体部３ａに対する小径軸部４のねじ込みは、小径軸部４の端面に予め設けたスリワリ等の溝に工具を係合させての作業となるが、この際、相手側の本体部３ａの回り止めをしなければならず、特に上記段付筒体１を有しない一体物のバルブボデーを用いるものでは、ストップキーＫ（図５）の組付孔を通してプランジャの本体部３ａを回り止めしなければならず、その一体化作業はより一層面倒なものとなっていた。
【０００８】
さらに、圧縮ばね６のセット荷重を大きくして、倍力比の屈曲点を高入力側へ移行させようとする場合、スリーブ５が段差部２ａに当接するまでの圧縮ばね６のストロークによる荷重（バネ応力）アップを抑えると共に、ストローク時の荷重バラツキを抑えるために、圧縮ばね６のバネ常数を小さくする必要があるが、上記公報に記載のものでは、この圧縮ばね６が段付孔２の小径部分に収納される構造となっているため、その有効径を大きくすることができず、バネ常数を小さくするには、その巻き数を増やさざるを得ず、その分、バルブボデー１ひいては倍力装置の軸方向寸法が長くなるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決することを課題としてなされたもので、その目的とするところは、バルブボデー内での組付作業を廃して組付性の改善を図ると共に、軸方向寸法を延ばすことなく２レシオを達成する圧縮ばねのセット荷重の変更に容易に対応し得る気圧式倍力装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明の構成は、バルブボデーの軸孔に配置したプランジャを、入力軸に連結される本体部とリアクションディスクに臨む反力受部とに分割し、前記反力受部は、前記バルブボデーの軸心上に配置され先端に大径部を有する軸部材と、該軸部材の外周に摺動可能に嵌装され、該軸部材の大径部により前進が規制されると共に、前記バルブボデーの軸孔に設けた段差部により後退が規制されたスリーブと、前記軸部材の基端部に固定され前記本体部に当接するばね受と、前記軸部材の外周で前記ばね受と前記スリーブとの間に設けられ、常時は所定のセット荷重で前記スリーブを前記軸部材の大径部に当接させて位置決めする圧縮ばねとを備える構成としたことを特徴とする。
このような気圧式倍力装置においては、反力受部がプランジャの本体部から分離独立しているので、これをユニット化してバルブボデーに簡単に組付けることができる。また、圧縮ばねの巻き数を増やすことなくそのバネ常数を下げることができ、圧縮ばねのセット荷重を簡単に変更することができる。
【００１１】
本発明は、上記反力受部を構成する前記圧縮ばねを、前記リアクションディスクに対する前記スリーブの接触端の外径よりも大きな有効径を有するものとし、バルブボデーの軸孔のリアクションディスク側開口端部に、スリーブを摺動可能に案内すると共に前記リアクションディスクからの出力反力の一部を前記バルブボデーに伝達するスペーサを取付けた構成とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１３】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態としての気圧式倍力装置を示したものである。本気圧式倍力装置は、タンデム型として構成したもので、フロントシェル１１とリヤシェル１２とからなるシェル本体１０内はセンターシェル１３により前・後２室に区画され、この前・後２室はさらに、ダイアフラム１４，１５を備えたパワーピストン１６，１７により定圧室１８，１９と変圧室２０，２１とに区画されている。各パワーピストン１６，１７は、その中央に、大径のカップ部２２ａと小径の筒状部２２ｂとを連続に有するバルブボデー２２を設けており、バルブボデー２２は、センターシェル１３およびリヤシェル１２をシール部材２３、２４を介して気密的にかつ摺動自在に挿通して、その筒状部２２ｂをリヤシェル１２の後方へ延ばしている。
【００１４】
バルブボデー２２には、２つの定圧室１８と１９とを連通しかつ各定圧室１８，１９をバルブボデー２２の筒状部２２ｂ内に連通する定圧通路（負圧通路）２５が設けられる他、２つの変圧室２０と２１とを連通しかつ各変圧室２０，２１をバルブボデー２２の筒状部２２ｂ内に連通する空気通路（大気通路）２６が設けられている。フロント側の定圧室１８には、フロントシェル１１の前部に接続した導入管２７を通じて、例えばエンジン負圧が導入されるようになっており、一方、バルブボデー２２の筒状部２２ｂの開口側にはサイレンサ２８とフィルタ２９とが配設されている。
【００１５】
バルブボデー２２のカップ部２２ａの底部には段付の軸孔３０が設けられ、この軸孔３０内にはプランジャ３１が摺動可能に配設されている。このプランジャ３１は、リヤ側の本体部３２と後に詳述するフロント側の反力受部３３とからなっており、その本体部３２の後端にはブレーキペダル（図示略）と連動する入力軸３４が連結されている。また、バルブボデー２２の筒状部２２ｂ内には、前・後の変圧室２０，２１に対して前記負圧通路２５と大気通路２６とを選択的に開く弁機構３５が配設されている。
【００１６】
弁機構３５は、バルブボデー２２の筒状部２２ｂの内面に押え部材３６を用いて基端部が固定された弾性変形可能な弁体３７と、この弁体３７の前端の外縁部と負圧通路２５の開口を含むようにバルブボデー２２の内周に形成された弁座部とで構成される負圧弁３８と、弁体３７の前端の内縁部とプランジャ３１の本体部３２の後端に形成された弁座部４で構成される大気弁３９と、入力軸３４に一端を係合させて、常時は負圧弁３８および大気弁３９を閉じる方向へ弁体３７を付勢する弁ばね４０とを備えている。なお、入力軸３４は、前記押え部材３６に一端を係合させた戻しばね４１により常時はブレーキペダル側へ付勢されている。また、プランジャ３１の本体部３２は、バルブボデー２２に設けた半径方向孔４２に挿入したストップキー４３によりバルブボデー２２との相対移動範囲が規制されている。
【００１７】
一方、バルブボデー２２のカップ部２２ａの底部には、ゴム製のリアクションディスク４５を介して出力軸４６の基端大径部４６ａが作動連結されている。出力軸４６の基端大径部４６ａはカップ形状をなしており、前記リアクションディスク４５はこの基端大径部４６ａのカップ部内に納められて、その中央部分を前記バルブボデー２２の軸孔３０に臨ませている。フロント側定圧室１８には、パワーピストン１６，１７を作動位置から非作動位置（図１に示す位置）に復帰させる戻しばね４７が配設されており、前記出力軸４６の基端大径部４６ａはこの戻しばね４５の一端を受けるばね受け４８によりバルブボデー２２に対して押えられている。なお、出力軸４６の先端部はフロントシェル１１を気密的に挿通してその前方へ延ばされ、これにはマスタシリンダ（図示略）が作動連結されるようになっている。
【００１８】
上記プランジャ３１を構成する反力受部３３は、図２に良く示されるように、バルブボデー２２の軸心上に配置された軸部材５０と、この軸部材５０に摺動可能に嵌装されたスリーブ５１と、軸部材５０の後端部に固定されたばね受５２に一端を着座させ、前記スリーブ５１を所定のセット荷重で前方へ付勢する圧縮ばね５３とから概略構成されている。
【００１９】
上記スリーブ５１は、頭部５１ａの基端に内方フランジ５１ｂと外方フランジ５１ｃとを設けており、その内方フランジ５１ｂを軸部材５０の先端の大径部５０ａの背面に当接させることにより、軸部材５０に対する前方への移動が規制され、かつその外方フランジ５１ｃをバルブボデー２２の軸孔３０内に設けた段差部３０ａに当接させることにより、バルブボデー２２に対する後方への移動が規制されている。そして、スリーブ５１は、前記圧縮ばね５３により常時は前方へ付勢されて、その内方フランジ５１ｂを軸部材５０の大径部５０ａの背面に当接させる前進端に位置決めされ、この状態で、スリーブ５１の前端が軸部材５０の前端と同一面上に位置決めされるようになっている。なお、ばね受５２は、その筒状部５２ａの内周に設けた雌ねじ部を軸部材５０に設けた雄ねじ部に螺合させることにより軸部材５０に強固に締付け固定されている。このため、軸部材５０の後端には、工具を係合するための半径方向溝５０ｂが設けられている。
【００２０】
一方、バルブボデー２２の軸孔３０の開口端部には、前記スリーブ５１を摺動案内する環状のスペーサ５４が取付けられている。このスペーサ５４の存在により、リアクションディスク４５に対向する反力受部３３の最大接触径Ｄ₁ を拡大することなく、軸孔３０の奥側部分すなわち圧縮ばね５３を納めた部分の径Ｄ₂ を拡大することができ、その分、有効径の大きな圧縮ばね５３の使用が可能になっている。
【００２１】
こゝで、上記反力受部３３は、軸部材５０に対してスリーブ５１、ばね受５２、圧縮ばね５３を組付けたサブアセンブリ体として供され、その全長は、倍力装置の非作動状態で確保されるところの、本体部３２とリアクションディスク４５の間の距離よりも小さく設定されている。したがって、非作動状態では、軸部材５０およびスリーブ５１の先端とリアクションディスク４５との間に所定の隙δ₁ が確保されるようになっている。また、この非作動状態では、スリーブ５１の後端とその後退端を決めるバルブボデー２２の段差部３０ａとの間には所定の隙δ₂ が確保され、スリーブ５１は、この隙δ₂ の範囲で軸部材５０に対して後方へ移動できるようになっている。
【００２２】
上記した気圧式倍力装置は、そのリヤシェル１２の後面に植立した複数のスタッドボルト５５を用いて車体に取付けられ、この取付状態で入力軸３４に図示を略すブレーキペダルが連結される。そして、この取付状態でブレーキペダルを踏込むと、入力軸３４とプランジャ３１の本体部３２とが、図１および図２の左方向へ一体的に前進し、大気弁３９が開いてサイレンサ２８およびフィルタ２９を通じてバルブボデー２２内に大気が流入し、この大気は大気通路２６を通って２つの変圧室２１，２０に導入される。この結果、負圧が導入されている定圧室１８，１９と変圧室２０，２１との間に差圧が発生し、前・後のパワーピストン１６，１７が前進して、その推力（出力）がバルブボデー２２およびリアクションディスク４５を介して出力軸４６に伝達され、倍力作用が行われる。
【００２３】
上記倍力作用の開始に際しては、スリーブ５１に圧縮ばね５３の所定のセット荷重がかかっているので、プランジャ３１の本体部３２の前進に応じて反力受部３３の軸部材５０とスリーブ５１とが一体的に前進し、出力軸４６から加えられる出力反力によってリアクションディスク４５が軸孔３０内に膨出変形し、先ず前記隙δ₁ が解消されて、この間、図３に示すようにジャンプイン出力Ａが発生する。続いて、出力反力の一部が、リアクションディスク３８から軸部材５０およびスリーブ５１を介してプランジャ３１の本体部３２に伝達され、同じく図３に示すように入力に応じて出力が直線的に増大し、所定の倍力比α₁ が得られる。この時、軸部材５０とスリーブ５１とが一体となって出力反力を受けるので、リアクションディスク４５に対する反力受部３３の接触径は前記した最大接触径Ｄ₁ となり、したがって、リアクションディスク３８の直径をＤ₀ （図１）とすると、この時の倍力比α₁ は、α₁ ＝（Ｄ₀ ／Ｄ₁ ）² となる。
【００２４】
しかし、入力軸３４を介してプランジャ３１の本体部３２に伝わる入力（踏力）が増え、出力が増加すると、出力軸４６からリアクションディスク３８を介してスリーブ５１に伝えられる出力反力の一部も増加し、この力が圧縮ばね５３のセット荷重を越えると、スリーブ５１が圧縮ばね５３の付勢力に抗して後退し、バルブボデー２２の段差部３０ａに着座して、バルブボデー２２に保持される状態となる。この結果、リアクションディスク３８から加えられる出力反力の一部は、軸部材５０のみを介してプランジャ３１本体部３２に伝えられ、反力受部３３の受圧面積は実質的に小さくなる。この時の倍力比α₂ は、軸部材５０の大径部５０ａの直径をｄ（図２）とすると、α₂ ＝（Ｄ₀ ／ｄ）² となり、図３に示すように上記倍力比α₁ よりも一段大きな倍力比α₂ が得られる。そして、この倍力比α₂ は全負荷点Ｂまで継続して得られ、これにより、大きな出力を必要とする領域において入力（踏力）の大幅な軽減が可能になる。本実施の形態では特に、圧縮ばね５３を配置する軸孔３０を大きな径Ｄ₂ を有する構成としているので、有効径の大きいすなわち線径を太くしてもバネ常数の低い圧縮ばね５３を用いて、そのセット荷重（図３の屈曲点Ｃに対応）を任意に高めることができる。換言すれば、圧縮ばね５３の巻き数を増やすことなくセット荷重を高めることができ、寸法（長さ）的に有利な倍力装置を実現できる。
【００２５】
ここで、ブレーキペダルから踏力がなくなると、戻しばね４１によって入力軸３４がプランジャ３１の本体部３２と一体に後退し、負圧弁３８が開いて定圧室１８、１９内の負圧が前・後の変圧室２０，２１に導入され、上記した差圧が解消される。その後、ブレーキペダルが完全解放されると、フロント側の定圧室１８内の戻しばね３６のばね力により各パワーピストン１６、１７が、図示の非作動状態に復帰する。しかして、本実施の形態においては、反力受部３３がプランジャ３１の本体部３２から分離独立しているので、前記した負圧弁３８の開量（リフト量）と無関係に、スリーブ５１のストローク量δ₂ （図２）を必要最小限に設定でき、その分、圧縮ばね５３の応力振幅が小さくなる。因みに、前出図５に示したようにプランジャ３の本体部３ａに対して小径軸部４を螺合連結する態様では、スリーブ５のストローク量δ₂ を負圧弁３８のリフト量δ₃ （ストップキー４２の許容移動量と同じ…図２）よりも大きく設定しなければならず、その分、圧縮ばね６（図５）の応力振幅が大きくなるので、その巻き数を増やさざるを得ず、寸法（長さ）的に不利となる。
【００２６】
図４は、本発明の第２の実施の形態を示したものである。なお、本第２の実施の形態としての気圧式倍力装置の基本構造は、上記第１の実施の形態と変わるところがないので、ここでは同一部分に同一符号を付し、その説明を省略することとする。本第２の実施の形態の特徴とするところは、プランジャ３１の反力受部３３を構成するばね受５２として、長尺の円筒部５２ａを備えたものを用いた点にある。このばね受け５２の円筒部５２ａの長さは、装置の非作動状態においてスリーブ５１との間に所定の隙δ₄ を確保する大きさとなっている。しかして、この隙δ₄ の大きさは、ここでは前記したスリーブ５１のストローク量δ₂ と前記負圧弁３８のリフト量δ₃ とに対して、［δ₄ −δ₂ ＜δ₃ ］の関係を満足するように設定されている。
【００２７】
このように構成した第２の実施の形態においては、全負荷点Ｂ（図３）以降、さらにブレーキペダルが踏込まれた際、プランジャ３１の本体部３２が、ストップキー４３を介してバルブボデー２２に位置固定される前に、ばね受５２の円筒部５２ａの先端がスリーブ５１に当接し、軸部材５０とスリーブ５１との相対移動量が最小限に抑えられる。したがって、圧縮ばね６の必要以上の圧縮が抑えられ、その耐久性が向上するようになる。
【００２８】
なお、上記２つの実施の形態では、タンデム型として構成した例を示したが、本発明は、定圧室および変圧室をそれぞれ一つずつ設けたシングル型として構成したものも含むことは、もちろんである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、反力受部がプランジャの本体部から独立しているので、これをユニット化してバルブボデーに簡単に組付けることができ、組付性が著しく向上して生産性の向上並びに製造コストの低減に大きく寄与するものとなる。
また、本発明によれば、上記した組付性の改善に加えて、軸方向寸法を延ばすことなく圧縮ばねのセット荷重を簡単に変更することができ、車両に対する組付スペースの面で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態としてのタンデム型気圧式倍力装置の全体的構造を示す断面図である。
【図２】図１に示した気圧式倍力装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１に示した気圧式倍力装置の入出力特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態としてのタンデム型気圧式倍力装置の要部構造を示す断面図である。
【図５】従来の気圧式倍力装置の要部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０シェル本体
１４，１５ダイアフラム
１６，１７パワーピストン
１８，１９定圧室
２０，２１変圧室
２２バルブボデー
３０軸孔
３１プランジャ
３２プランジャの本体部
３３プランジャの反力受部
３４入力軸
３５弁機構
４５リアクションディスク
４６出力軸
５０軸部材
５１スリーブ
５２ばね受
５３圧縮ばね
５４スペーサ

Claims

シェル本体内をダイアフラムが備えられたパワーピストンにより定圧室と変圧室とに区画し、前記パワーピストンに設けたバルブボデーの軸孔内に、入力軸と連結されたプランジャと該プランジャの後端に設けた弁座を要素とする弁機構とを配設し、前記プランジャの摺動に応じて前記弁機構を作動させることにより、前記定圧室と前記変圧室とに差圧を発生させ、この差圧により前記パワーピストンに生じた推力をリアクションディスクを介して出力軸に伝達すると共に、前記リアクションディスクを介して出力反力の一部を前記プランジャに伝達するようにした気圧式倍力装置において、前記プランジャを、前記入力軸に連結される本体部と前記リアクションディスクに臨む反力受部とに分割し、前記反力受部は、前記バルブボデーの軸心上に配置され先端に大径部を有する軸部材と、該軸部材の外周に摺動可能に嵌装され、該軸部材の大径部により前進が規制されると共に、前記バルブボデーの軸孔に設けた段差部により後退が規制されたスリーブと、前記軸部材の基端部に固定され前記本体部に当接するばね受と、前記軸部材の外周で前記ばね受と前記スリーブとの間に設けられ、常時は所定のセット荷重で前記スリーブを前記軸部材の大径部に当接させて位置決めする圧縮ばねとを備える構成としたことを特徴とする気圧式倍力装置。
前記反力受部を構成する前記圧縮ばねを、前記リアクションディスクに対する前記スリーブの接触端の外径よりも大きな有効径を有するものとし、バルブボデーの軸孔のリアクションディスク側開口端部に、スリーブを摺動可能に案内すると共に前記リアクションディスクからの出力反力の一部を前記バルブボデーに伝達するスペーサを取付けて、バルブボデーの軸孔の前記開口端部を拡大したことを特徴とする請求項１に記載の気圧式倍力装置。