JP3976102B2 - 液圧ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動源に超磁歪素子を使用した液圧ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、液圧ポンプとして、作動源に超磁歪素子を使用したものが提案されている。
従来、この種の液圧ポンプは、例えば特開平７−１６７３２７号公報に示してあるように、磁界が加えられると伸長する超磁歪素子と、前記超磁歪素子に磁界を加えるコイルと、前記コイルに磁界を発生させる電流印加手段と、前記超磁歪素子がその伸長方向に移動可能なように前記超磁歪素子と前記コイルとを収容保持すると共にこれらを覆う閉磁気回路を構成するヨークと、前記ヨークの一端側に装備された液室内の液を加圧するピストンが前記超磁歪素子の一端部に当接して設けられて前記ピストンの加圧力によって前記液室内の液を吐出するポンプ部とを備えて構成され、液の吐出に必要な前記ピストンの往復動作を前記超磁歪素子の伸縮動作により実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば液圧ブレーキ装置で使用する液圧発生源では、図４の特性線Ｃに示すように、制動動作の作動初期には、パッドクリアランス（パッドとブレーキディスクとの間のクリアランス）分のパッド移動をより速やかに行い、応答性向上のために、低圧大流量の特性を有し、かつ、パッドがブレーキディスクに当接した後は、制動力の調整を容易にすると同時により大きな制動力を得られるようにするために、高圧小流量の特性を有することが理想である。
【０００４】
しかし、液圧作動源に超磁歪素子を使用した前述の液圧ポンプでは、出力特性が液室におけるピストンの受圧面積により一様に決定されてしまうため、液圧ブレーキ装置における液圧発生源として使用した場合に、図４に示した理想の特性が得られない。
例えば、作動源に超磁歪素子を使用した前述の液圧ポンプにおいてピストンの受圧面積を小さく設定すると、ピストンの単位面積当たりの加圧力が大きくなるため、吐出圧は高まるが、その反面、ピストンの一往復当たりの吐出量は小さくなって、図３の特性線Ａに示すように、高圧小流量形の出力特性を示すようになり、理想の特性線Ｃと比較すると、パッドクリアランス分のパッド移動に時間がかかり、制動力を発生するまでの初期の応答性が低下するという問題が生じる。
一方、作動源に超磁歪素子を使用した前述の液圧ポンプにおいてピストンの受圧面積を大きく設定すると、ピストンの単位面積当たりの加圧力が小さくなるため、吐出圧は小さくなるが、その反面、ピストンの一往復当たりの吐出量は大きくなって、図３の特性線Ｂに示すように、低圧大流量形の出力特性を示すようになり、理想の特性線Ｃと比較すると、パッドクリアランス分のパッド移動の時間が短縮され、初期の応答性の点では向上するが、最大液圧が低いため、大きな制動力を得ることができないという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、作動源に超磁歪素子を使用した液圧ポンプであって、出力特性を吐出口に作用する負荷に応じて低圧大流量形または高圧小流量形に切り換えることができて、液圧ブレーキ装置の液圧発生源として使用した場合に、制動初期の応答性の向上を図ると同時に大きな制動力の発生も可能な液圧ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る液圧ポンプは、磁界が加えられると伸長する超磁歪素子と、前記超磁歪素子に磁界を加えるコイルと、該コイルに磁界を発生させる電流印加手段と、前記超磁歪素子がその伸長方向に移動可能なように前記超磁歪素子と前記コイルとを覆って閉磁気回路を構成するヨークと、前記超磁歪素子の一端部に当接して第１液室内の液を加圧する第１ピストンを有した第１ポンプ部と、前記超磁歪素子の他端部に当接して第２液室内の液を加圧する第２ピストンを有した第２ポンプ部とを備え、
前記第１液室に対する前記第１ピストンの受圧面積は、前記第２液室に対する前記第２ピストンの受圧面積より大きくしたことを特徴とする。
【０００７】
なお、前記第１ポンプ部における吐出用の第１チェック弁のチェック圧は、前記第２ポンプ部における吐出用の第２チェック弁のチェック圧より小さく設定しておくとよい。
【０００８】
そして、上記構成によれば、超磁歪素子の両端に装備した第１及び第２ポンプ部は、それぞれ、前記超磁歪素子の端部に当接させた第１及び第２ピストンの変位によって液の吐出・補充を行うもので、一方は低圧大流量形、他方は高圧小流量形で互いに出力特性が異なっていて、作動するポンプを吐出口に装備される吐出用のチェック弁により切り換えることで、吐出口に作用する負荷に応じて、出力特性を低圧大流量形または高圧小流量形に切り換えることができる。
従って、液圧ブレーキ装置の液圧発生源として使用した場合に、パッドクリアランスが生じている制動開始時には低圧大流量形のポンプ部によりブレーキシリンダへ液を圧送させ、また、低圧大流量形のポンプ部からの液の圧送によりブレーキシリンダの液圧が規定圧以上に上昇するときには、作動するポンプ部を高圧低流量形のものに切り替えて、より大きな制動力を発生させるために必要な高圧液を圧送可能にすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液圧ポンプの好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る液圧ポンプを液圧発生源とした車両用の液圧ディスクブレーキ装置の要部を示したものである。
この液圧ディスクブレーキ装置１は、パッドをブレーキディスクに押圧するピストン２が装備されたブレーキシリンダ３への液圧供給に、本発明の一実施形態である液圧ポンプ５を使用したものである。
【００１０】
この液圧ポンプ５は、磁界が加えられると伸長する超磁歪素子７と、前記超磁歪素子７の周囲に配置されて電流印加により前記超磁歪素子７に磁界を加えるコイル９と、前記コイル９に周期的に磁界を発生させる電流印加手段１１と、前記超磁歪素子７がその伸長方向に移動可能なように前記超磁歪素子７と前記コイル９とを収容保持したヨーク１３と、前記超磁歪素子７の一端側に装備された第１ポンプ部１５と、前記超磁歪素子７の他端側に装備された第２ポンプ部１７とを備えている。
【００１１】
前記電流印加手段１１は、この実施形態の場合、ブレーキペダルの踏下を検出する図示せぬペダル踏下検出センサーからの信号により運転者の制動要求を検知し、ブレーキペダルの踏下状態に応じた制動がなされるように、前記コイル９への電流印加を制御するコントロール・ユニットである。
前記ヨーク１３は、前記超磁歪素子７及びコイル９を収容する略円筒状の本体１３ａと、該本体１３ａの両端を塞ぐ端壁材１３ｂ、１３ｃとで、前記超磁歪素子７及びコイル９の周囲を覆う閉磁気回路を構成している。
【００１２】
前記第１ポンプ部１５は、前記ヨーク１３の一方の端壁材１３ｂの中心部に突出形成された柱状部１９ａと、前記超磁歪素子７の一端部に当接して装備された第１ピストン２０に突設されて前記柱状部１９ａに外嵌する筒部１９ｂとによって第１液室１９を形成したもので、第１液室１９内の液を前記第１ピストン２０によって加圧することで、前記端壁材１３ｂに貫通形成された吐出口１５ａから液の吐出を行う。
【００１３】
前記第１液室１９の内周にはリング状のシール材２２が装備され、該シール材２２によって前記端壁材１３ｂと前記第１ピストン２０との間の液密が保持されるようになっている。
【００１４】
前記第２ポンプ部１７は、前記ヨーク１３の他方の端壁材１３ｃの中心部に突出形成された柱状部２３ａと、前記超磁歪素子７の一端部に当接して装備された第２ピストン２４に突設されて前記柱状部２３ａに外嵌する筒部２３ｂとによって第２液室２３を形成したもので、第２液室２３内の液を前記第２ピストン２４によって加圧することで、前記端壁材１３ｃに貫通形成された吐出口１７ａから液の吐出を行う。
【００１５】
前記第２液室２３の内周にはリング状のシール材２６が装備され、該シール材２６によって前記端壁材１３ｃと前記第２ピストン２４との間の液密が保持されるようになっている。
【００１６】
前記端壁材１３ｂと前記第１ピストン２０との間、及び前記端壁材１３ｃと前記第２ピストン２４との間には、これらのピストンを介して超磁歪素子７に予負荷をかけるプリストレスばね２８が装備されている。
このプリストレスばね２８は、二枚の皿バネを逆向きに重ねたもので、超磁歪素子７に一定の圧縮荷重を作用させることで、磁界が加えられた時の超磁歪素子７の歪量を増大させる役割を果たす。また、この実施形態の場合は、磁界が解除されて超磁歪素子７が縮長する時に、各ピストン２０、２４が超磁歪素子７の端部から離れないように、各ピストン２０、２４を押し戻す戻しばねとしても機能する。
【００１７】
また、前記第１ポンプ部１５は、出力特性が低圧大流量形となるように、第１ピストン２０の受圧面積が大きく設定されている。また、前記第２ポンプ部１７は、前記第１ポンプ部１５と比較して、出力特性が高圧小流量形となるように、第２ピストン２４の受圧面積が前記第１ピストン２０よりも小さく設定されている。
【００１８】
さらに、前記第１及び第２液室１９、２３の各吐出口１５ａ、１７ａには、これらの吐出口１５ａ、１７ａに作用する負荷（即ち、前記ブレーキシリンダ３における液圧）が規定圧以下の時には低圧大流量形の第１ポンプ部１５のみが吐出動作し、これらの吐出口１５ａ、１７ａに作用する負荷が規定圧を超えた時には高圧小流量形の第２ポンプ部１７のみが吐出動作をするように、各液室１９、２３からの吐出動作を制御する第１、第２チェック弁３０、３１が設けられている。
【００１９】
具体的には、第１ポンプ部１５における吐出用の第１チェック弁３０は、パッドクリアランスが生じている状態からパッドがブレーキディスクに当接して実際に制動力が発生する状態となってブレーキシリンダ３内の液圧が規定圧に達するまで、第１ポンプ部１５からの吐出動作が継続するように、チェック圧が低く設定されている。
そして、第２ポンプ部１７における吐出用の第２チェック弁３１は、ブレーキシリンダ３内の液圧が規定圧を超えると、ブレーキシリンダ３への液の圧送を開始するように、チェック圧が第１チェック弁３０のチェック圧より高く設定されている。
【００２０】
また、ヨーク１３の両端の端壁材１３ｂ、１３ｃには、各液室１９、２３に液を補充するための吸込口１５ｂ、１７ｂが貫通形成されている。そして、これらの吸込口１５ｂ、１７ｂには、それぞれのピストン２０、２４の戻り動作時の吸引力でリザーバ３３から各液室１９、２３に液を補充する一方向弁３５、３６が設けられている。
【００２１】
また、第１及び第２ポンプ部１５、１７の吐出口１５ａ、１７ａをブレーキシリンダ３に連通させる液路３７には、ブレーキペダルの踏下が解除された時に、ブレーキシリンダ３内の圧力を前記リザーバ３３に戻す戻し液路３８が分岐接続されている。この戻し液路３８には、ブレーキペダルの踏下時には前記戻し液路３８を閉じた状態にする電磁弁４０が装備されている。該電磁弁４０は、ブレーキペダルの踏下を解除したときに、それを検知した電流印加手段（コントロール・ユニット）１１が出力する信号により開くようになっている。
【００２２】
次に、作動について説明する。
電流印加手段１１によりコイル９に電流を断続的に繰り返して加える。コイル９に電流が加わると超磁歪素子７が伸長し、電流が遮断されると超磁歪素子７は元の長さに戻る。超磁歪素子７が伸長すると、第１、第２液室１９、２３内は加圧される。
第１、第２液室１９、２３内の液圧をそれぞれＰ１、Ｐ２、ブレーキシリンダ３内の液圧をＰｂ、超磁歪素子７の伸長により第１、第２ピストン１９、２４に作用する推力をＦ、第１チェック弁３０のチェック圧をゼロ、第２チェック弁３１のチェック圧をＰｃ、第１、第２ピストン１９、２４の受圧面積をそれぞれＡ１、Ａ２とする。
【００２３】
超磁歪素子７の伸長により、第１、第２液室１９、２３内の液圧Ｐ１、Ｐ２は次の式で表される。
Ｐ１＝Ｆ／Ａ１ ……… (1)
Ｐ２＝Ｆ／Ａ２ ……… (2)
【００２４】
第２液室２３内の圧液がブレーキシリンダ３へ吐出する（第２チェック弁３１が開く）ための条件は次式で表される。
Ｐ２＞Ｐｂ＋Ｐｃ ……… (3)
【００２５】
また、作動中におけるバランス式は次式で表される。
Ｐ１×Ａ１＝Ｐ２×Ａ２ ……… (4)
液圧ポンプ５の作動開始時においては、ブレーキシリンダ３内の液圧はゼロ（Ｐｂ＝０）であるため、上記の(3) 式が満足せず、従って、第２液室２３内の圧液は吐出できず、第１液室１９の吐出圧液でブレーキシリンダ３内の液圧Ｐｂが上昇する。コイル９に加えられる断続的な電流で超磁歪素子７の伸縮が繰り返されるが、第１液室１９の液圧増加に伴って、超磁歪素子７の歪み量は徐々に小さくなるため、吐出流量が徐々に小さくなる（図２）。さらに第１液室１９の液圧増加に伴って、第２液室２３内の液圧Ｐ２の増加は(4) 式より、次式で表される。
Ｐ２＝Ｐ１×（Ａ１／Ａ２） ……… (5)
(3) 式に(5) 式を代入すると
Ｐ１×（Ａ１／Ａ２）＞Ｐｂ＋Ｐｃ ……… (6) となる。
【００２６】
ここで、第１チェック弁３０のチェック圧はゼロであるため、ブレーキシリンダ３の液圧は第１液室１９の液圧と等しい（Ｐｂ＝Ｐ１）ため、(6) 式は
Ｐｂ×（Ａ１／Ａ２）＞Ｐｂ＋Ｐｃ ……… (7) となる。
従って、(7) 式を整理した次式を満足すると第２チェック弁３１が開いて、第２液室２３内の圧液が吐出する。
Ｐｂ＞Ａ２×Ｐｃ／（Ａ１−Ａ２） ……… (8)
【００２７】
上記(1) 、(2) 式で分かるように、第２液室２３内の液圧上昇率（Ｆ／Ａ２）は、第１液室１９内の液圧上昇率（Ｆ／Ａ１）より大であるため、第２液室２３内の圧液が吐出した以後は、第１液室１９内の圧液は吐出できず、第１チェック弁３０は閉じた状態を保つ。
よって、液圧ポンプ５の作動初期においては、第１ポンプ部１５の作動により低圧大流量の圧液がブレーキシリンダ３に送られて速やかにパッドクリアランスを埋めることでブレーキ応答性が向上し、以後、第２ポンプ部１７の作動により高圧低流量の圧液がブレーキシリンダ３に送られて大きな制動力の発生が得られる。
【００２８】
即ち、液圧ポンプ５は、図２の実線で示した特性線Ｄに示すように、ブレーキシリンダ３内の液圧Ｐｂが所定圧Ｐ₀ （＝Ａ２×Ｐｃ／（Ａ１−Ａ２）、(8) 式より）以下の範囲では、低圧大流量型の第１ポンプ部１５が作動し、液圧Ｐｂが所定圧Ｐ₀ を超える範囲では、高圧小流量型の第２ポンプ部１７が作動することにより、液圧ブレーキ装置には理想の特性が得られ、優れた制動特性を発揮させることができる。
【００２９】
なお、本発明の液圧ポンプは、ブレーキ装置の液圧発生源に限らず、種々の液圧機器、システムに利用可能である。そして、前述の実施形態では、本発明の液圧ポンプをブレーキ装置の液圧発生源として使用するため、戻し液路３８や、この戻し液路３８を開閉するための電磁弁４０を装備したが、例えば、冷却用の液を循環させる装置に利用する場合などでは、前述の戻し液路３８や電磁弁４０は不要になる。
【００３０】
また、前述の各チェック弁３０、３１の機構や、チェック圧は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に設計変更可能であることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の液圧ポンプは超磁歪素子の両端に第１及び第２の２つのポンプ部を備えており、それぞれのポンプ部は前記超磁歪素子の端部に当接させた第１及び第２ピストンの変位によって液の吐出・補充を行うもので、一方は低圧大流量形、他方は高圧小流量形で互いに出力特性が異なっていて、作動するポンプを吐出口に装備される吐出用のチェック弁により切り換えることで、吐出口に作用する負荷に応じて、出力特性を低圧大流量または高圧小流量に切り換えることができる。
従って、液圧ブレーキ装置の液圧発生源として使用した場合に、パッドクリアランスが生じている制動開始時には低圧大流量形のポンプ部を作動させて、ブレーキ装置のブレーキシリンダに圧送する液流量を大にすることで、パッドクリアランス分のパッド移動の時間を短縮して、制動初期の応答性を向上させることができる。
しかも、低圧大流量形のポンプ部からの液の圧送によりブレーキシリンダの液圧が上昇して、各ポンプ部の吐出口に作用する負荷が規定圧を超える時には、作動するポンプ部が高圧低流量形のものに切り替えて、より大きな制動力を発生させるために必要な高圧液の圧送が可能になるため、大きな制動力の発生も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液圧ポンプを組み込んだ液圧ブレーキ装置の概略構成図である。
【図２】図１の液圧ブレーキ装置のシリンダ液圧と液圧ポンプの吐出量との相関を示した特性線図である。
【図３】液圧ブレーキ装置のシリンダ液圧と液圧ポンプの吐出量との相関を、液圧ポンプの出力特性別に示した特性線図である。
【図４】液圧ブレーキ装置のシリンダ液圧と作動時間との相関を、液圧ポンプの出力特性別に示した特性線図である。
【符号の説明】
１ 液圧ディスクブレーキ装置
２ ピストン
３ ブレーキシリンダ
５ 液圧ポンプ
７ 超磁歪素子
９ コイル
１１ 電流印加手段
１３ ヨーク
１５ 第１ポンプ部
１５ａ 吐出口
１７ 第２ポンプ部
１７ａ 吐出口
１９ 第１液室
２０ 第１ピストン
２２ シール材
２３ 第２液室
２４ 第２ピストン
２６ シール材
２８ プリストレスばね
３０ 第１チェック弁
３１ 第２チェック弁
３３ リザーバ
３５、３６ 一方向弁
３７ 液路
３８ 戻し液路
４０ 電磁弁

Claims (2)

1. 磁界が加えられると伸長する超磁歪素子と、前記超磁歪素子に磁界を加えるコイルと、該コイルに磁界を発生させる電流印加手段と、前記超磁歪素子がその伸長方向に移動可能なように前記超磁歪素子と前記コイルとを覆って閉磁気回路を構成するヨークと、前記超磁歪素子の一端部に当接して第１液室内の液を加圧する第１ピストンを有した第１ポンプ部と、前記超磁歪素子の他端部に当接して第２液室内の液を加圧する第２ピストンを有した第２ポンプ部とを備え、
   前記第１液室に対する前記第１ピストンの受圧面積は、前記第２液室に対する前記第２ピストンの受圧面積より大きくしたことを特徴とする液圧ポンプ。
2. 前記第１ポンプ部における吐出用の第１チェック弁のチェック圧は、前記第２ポンプ部における吐出用の第２チェック弁のチェック圧より小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載の液圧ポンプ。

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