JPS5835893B2 - 流体圧利用の倍力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、操作装置に加えられる操作力を倍力して後続
装置に伝達する倍力装置に関するものであり、特に外部
から導入した液体圧力を利用して倍力するいわゆるブー
スフに関するものである。

例えばブレーキ装置等において、ブレーキペダル等操作
機構のストロークを増大させることなく、ブレーキ力等
を増大させることを要求されることが多い。

このため従来から種々の倍力装置か使用されているが、
従来の倍力装置は全べて、倍力装置に操作力を伝達する
人力部材の変位と、流体圧によって作動させられるパワ
ーピストンの変位とがほぼ同一とされていた。

すなわち入力部材の変位に追従してパワーピストンが全
く同じ量だけ変位するように連成されていた。

従って倍力装置の入力部材のストローク（以後人力スト
ロークという）は必ず出力部材のストローク（以後出力
ストロークという）と同一またはそれ以上が必要であり
、また操作力とストロークとの関係（以後ストローク特
性という）もほぼ−美的に決まってしまい、力の倍率を
任意に選び得るのみであった。

一方、ブレーキ装置等においては、操作装置のストロー
クおよび操作力を増大させることなく、倍力装置の出力
ストロークおよび出力を増大させることが要求される。

特に車両用ブレーキにあっては、安全性、操作性等に対
する要求が極めて高く、ブレーキペダルのストロークお
よび踏力を共に小さくするのみならず、ペダル操作感（
ブレーキフィーリング）をも改善することが要求されて
いる。

然るに従来の倍力装置においては、前述のように入力部
材とパワーピストンのストロークが常に同一であり、ま
たストローク特性も一義的に決まってしまうため、この
ような高度な要求に充分応えることができなかった。

そこで本発明の発明者の一人は先に、パワーピストンに
供給される流体を制御するコントロールバルブと、パワ
ーピストンの出力と入力部材からの入力とを出力部材に
伝達する機構とに改良を加え、従来必ず同一とされてい
た人力部材の変位とパワーピストンの変位とを任意に変
え得るようにした倍力装置を案出した。

これは現在特願昭５２−９２３６０（特公昭５７−４５
４７号）として出願中であるが、本発明はこれを更に改
良したものである。

すなわち本発明の主たる目的とするところは、入力部材
の変位とパワーピストンの変位との関係を任意に変え得
る流体圧利用の倍力装置を、できる限り簡単な構造で、
安価に提供することにある。

この目的を達成するために本発明に係る倍力装置は、（
１）ケーシングと、（２）そのケーシング内の空間を定
圧室と変圧室とに仕切る状態で配設され、画室の圧力差
によって作動するパワーピストンと、（３）はぼ円筒状
をなし、パワーピストンの中央に形成された軸方向の貫
通孔に摺動可能に嵌合され、かつ、第一弁座が形成され
た第一弁要素と、（４）第−弁要素内に摺動可能に嵌合
され、第二弁座が形成された第二弁要素と、（５）第一
および第二の弁座と共働して変圧室と定圧室との連通路
および変圧室と外部の圧力源との連通路を開閉し、変圧
室の圧力を変化させることによって、パワーピストン両
側の圧力差を制御する弁子と、（６）第二弁要素と操作
装置との間に介在させられて操作力を第二弁要素に伝達
する入力部材と、（７）パワーピストンと第一弁要素と
の間に配設され、パワーピストンを人力部材側へ付勢す
る一方、第一弁要素をそれとは反対側へ付勢するばね手
段と、（８）第一および第二の弁要素に対して軸方向に
相対移動可能に設けられた中継部材と、（９）その中継
部材と第一および第二の弁要素との間に介在させられ、
両弁要素の相対移動を許容しつつ両弁要素の出力の合力
を中継部材に伝達する伝達媒体と、（１０）第−人力部
と第二人力部とにおいてそれぞれパワーピストンと中継
部材とに連携させられ、パワーピストンと中継部材との
相対移動を許容しつつ両者の出力の合力を出力部から出
力するパワーレバーと、（１１）そのパワーレバーの出
力部に連携させられ、前記出力の合力を後続装置に伝達
する出力部材とを含むように構成される。

このように構成された倍力装置においては、第一および
第二の弁要素ならびに弁子によって構成されるコントロ
ールバルブに対してパワーピストンが相対的に前進し得
、その相対的な前進量に対応した力がコントロールバル
ブにフィードバックされる。

しかも、パワーピストンのコントロールバルブに対する
相対的な前進量とコントロールバルブにフィードバック
される力との関係は、パワーピストンと第一弁要素との
間に配設されるばね手段の特性を変えることによって種
々に変化させることができる。

従って、倍力装置の設計の自由度が大幅に向上する優れ
た効果が得られるのである。

たとえば、（ａＸｇ力装置の出力部材のストロークを従
来と同一にして入力部材のストロークを短縮し得ること
、（ｂａａ装置の有する好ましくないストローク特性を
倍力装置内で打ち消させ、操作装置のストローク特性（
たとえばブレーキフィーリング）を改善し得ること、（
Ｃ）操作装置または後続装置のうち、いずれか一方が設
計変更されたような場合に両者間に生ずるミスマツチン
グを両者間に挿入される倍力装置に吸収させることによ
って他方の設計変更を回避し得ること等は、本発明によ
る設計自由度の増大の結果生ずる効果の代表的なもので
ある。

しかも、本発明に係る倍力装置においては、第一弁要素
がパワーピストンの中央に形成された貫通孔に摺動可能
に嵌合され、その第−弁要素内に第二弁要素が摺動可能
に嵌合されることによって、倍力装置全体の構造が単純
となり、かつ、小形に構成され得るとともに、製作コス
トが低減させられ得るのである。

以下本発明の実施例を示す図面に基づいて更に詳細に説
明する。

第１図は本発明を車両用ブレーキの倍力装置１００に適
用した場合の一実施例を示すものであり、図示しないブ
レーキペダル等の操作装置から入力部材であるオペレー
ティングロッド１に加えられる入力を倍力して、出力部
材であるブツシュロッド１４から図示しないマスクシリ
ンダ等の後続装置へ出力するものである。

倍力装置１００は気密なケーシング１５を有しており、
ケーシング１５の内部空間はダイヤフラム式のパワーピ
ストン１１によって大きく二分されている。

一方の空間は逆止弁付管継手１６を経てエンジンのイン
ティクマニホールド、バキュームポンプ等の負圧源に接
続された定圧室１７とされており、一方の空間はコント
ロールバルブ１８によって前記定圧室１１または外部空
間に連通させられることによって圧力の変動する変圧室
１９とされている。

パワーピストン１１はリターンスプリング１３によって
第１図において右方へ付勢されている。

パワーピストン１１の中央に形成された軸方向の貫通孔
には円筒状のコントロールピストン６が摺動可能に嵌合
されており、両者の間には圧縮ばね９が装着されている
。

コントロールピストン６は圧縮ばね９によって左方へ付
勢され、パワーピストン１１は右方へ付勢されているが
、フランジ部６ａがパワーピストン１１に当接すること
によって、両者の相対移動を規制されている。

コントロールピストン６は大径穴６ａと小径穴６ｂとを
含む段付穴を穿設されており、大径穴６ａにはリアクシ
ョンディスク７と中継部材８とが嵌合され、小径穴６ｂ
にはバルブプランジャ５が嵌合されている。

リアクションディスク７はコム、軟質樹脂等から成り、
コントロールピストン６、中継部材８およびバルブプラ
ンジャ５によって囲まれた空間内において液体と同様の
作用を為すものである。

バルブプランジャ５は前記オペレーティングロッド１の
先端に形成されたボール部１ａに離脱不能に嵌合されて
おり、オペレーティングロッド１と一体的に移動する。

前記コントロールピストン６には、定圧室１７と中間室
２１とを連通させる連通路６ｃならびに中間室２１を変
圧室１９に連通させる連通路６ｄと、第一の弁座６ｅと
が設けられており、一方バルブプランジャ５には第二の
弁座５ａが設けられている。

これ等第−および第二の弁座６ｅ、５ａに対向してポペ
ットアッセンブリ２が設けられている。

ポペットアッセンブリ２は公知のものであるため詳細な
説明は省略するが、スプリング２２によって先端面２ａ
が第１図において左方へ移動するように付勢されており
、また中央部を貫通する前記オペレーティングロッド１
との間には、中間室１９に外部の空気を導くための通路
２３が形成されている。

すなわち本実施例においては、第一の弁要素であるコン
トロールピストン６と、第二の弁要素であるバルブプラ
ンジャ５と、これ等と共働してバルブ作用をなす弁子で
あるポペットアッセンブリ２との三者によって、コント
ロールバルブ１８が構成されている。

なお説明の都合上、第一弁座６ｅとポペットアッセンブ
リ先端面２ａとの間に形成されるバルブをバキュームバ
ルブ４、第二弁座５ａとポペットアッセンブリ先端面２
ａとの間に形成されるバルブをエヤバルブ３と称するこ
ととする。

中継部材８およびパワーピストン１１の力はパワーレバ
ー１２によってブツシュロッド１４に伝達される。

パワーレバー１２は一端部（第一入力端１２ａ）におい
てパワーピストン１１の突起１１ａに、他端部（第二人
力端１２ｂ）において中継部材８の突起８ａにそれぞれ
接触する一方、中間の出力部においてブツシュロッド１
４の突起１４ａに接触しており、パワーピストン１１と
中継部材８との相対移動を許容しつつ、両者の力の合力
をブツシュロード１４に伝達する。

パワーレバー１２は第１図においては一本のみ示されて
いるが、実際には１２０度ずつの間隔をおいて三本配設
されており、図示を省略する公知の保持手段によって図
示の位置に保持されている。

次に作動を説明する。

非作動時においては、オペレーティングロッド１は図示
しないリターンスプリングによって第１図に示す位置ま
で後退させられており、エヤバルブ３が閉じ、バキュー
ムバルブ４が開いている。

従って変圧室１９は、連通路６ｄ、中間室２１および連
通路６ｃを経て定圧室１７に連通させられており、定圧
室１７と同様負圧状態となっている。

ブレーキペダルが踏み込まれ、オペレーティングロッド
１が前進（左方へ移動）させられると、バルブプランジ
ャ５およびポペットアッセンブリ２が左方へ移動し、バ
キュームバルブ４が閉じて変圧室１９と定圧室１７が分
離される。

この状態からさらにオペレーティングロッド１が左方へ
移動すれば、エヤバルブ３が開き、外部の空気か通路２
３、中間室２１および連通路６ｂを経て変圧室１９に流
入する。

その結果変圧室１９の圧力が上昇し、パワーピストン１
１を左方へ押す力が生ずるが、この力がリターンスプリ
ング１３のセット荷重に打勝つに到れば、パワーピスト
ン１１が左方への移動を開始する。

このパワーピストン１１の作動力は二つに分けられ、一
方はパワーレバーの第一入力端１２ａに、他方は圧縮ば
ね９、コントロールピストン６、リアクションディスク
７および中継部材８を経て、パワーレバーの第二入力端
１２ｂにそれぞれ伝達される。

第二人力端１２ｂにはまたオペレーティングロッド１に
加えられた入力（操作力）が、バルブプランジャ５、リ
アクションディスク７および中継部材８を経て伝達され
る。

パワーレバー１２に伝達された力は、パワーレバー１２
の中間部からブツシュロッド１４に伝えられ、ブツシュ
ロッド１４を左方へ移動させる。

その結果図示しないマスクシリンダ内の圧力が上昇し、
ブツシュロッド１４が右向きの反力を受けることとなる
。

この反力はブツシュロッド１４、パワーレバー１２によ
ってパワーピストン１１に伝達される一方、中継部材８
、リアクションディスク７およびコントロールピストン
６を経て圧縮ばね９にも伝達されるが、パワーピストン
１１が左方へ移動するに従ってこの反力が増大するため
、圧縮ばね９が圧縮され、結局パワーピストン１１はコ
ントロールピストン６より圧縮ばね９の圧縮量だけ多く
左方へ移動することとなる。

また反力が増大すれば、リアクションディスク７内の圧
力が増大し、バルブプランジャ５の端面に作用する右向
きの力が増大する。

その結果バルブプランジャ５がコントロールピストン６
に対して相対的に右方へ押し戻されることになり、エヤ
バルブ３が閉じ、変圧室１９への空気の流入が阻止され
、倍力装置１００は第２図に示す平衡状態となって停止
する。

そしてこの時の力の平衡条件を求めれば、（１） 、
（２）式のようであり、ストロークの関係は（３）式で
表わされる。

ただし、 Ｆｌ： オペレーティングロッド１への入力Ｆ２：
パワーピストン１１の作動力 Ｆ３： ブツシュロッド１４からの出力ｆ ： 圧縮
ばね９の弾性力 ｒ ：パワーレバー１２のレバー比 ａ ： 中継部材８の断面積をバルブプランジャ５の断
面積で除した面積比 ｋ ： 圧縮ばね９のばね定数 Ｘ ： オペ１／−ティングロッド１のストローク：
（入力ストローク） Ｘ ： ブツシュロッド１４のストローク（出力ストロ
ーク） 上記（１） 、 （２） 、 （３）式は、パワーレバ
ー１２のレバー比ｒ、中継部材８とバルブプランジャ５
との面積比ａ１圧縮ばね９のばね定数に等を変えること
によって、倍力装置１００の入力Ｆ１と出力Ｆ３との関
係、および入力ストロークＸと出力ストロークＸとの関
係を任意に変更し得ることを示している。

ブレーキペダル解除時には、オペレーティングロッド１
が図示しないリターンスプリングによって第２図におい
て右方へ引き戻されるため、バキュームバルブ４が開き
、変圧室１９内の空気が定圧室１７を経て図示しない負
圧源へ吸引され、変圧室１９内の圧力が低下する。

その結果倍力装置１００は第２図のような平衡状態を維
持し得なくなす、フッシュロッド１４パワーレバー１２
、パワーピストン１１、中継部材８等が右方へ押し戻さ
れ、第１図に示す状態に復帰する。

以上詳細に説明した倍力装置１００はあくまでも例示で
あって、本発明はこれに限定されるものではなく、本発
明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の改良、変更
を行ない得ることは勿論である。

例えば上記実施例においては、パワーピストン１１とコ
ントロールピストン６との間に装着されるばね手段が、
圧縮力と圧縮量とが比例する単純なコイルスプリング（
圧縮ばね９）とされていたが、これを特殊な形状のスプ
リングにするかまたは複数のスプリングを組合せて使用
することによって、倍力装置のストローク特性を改良す
ることが可能である。

すなわち、一般にマスクシリンダのピストンの変位とピ
ストンを移動させるのに必要な力との関係は直線的では
なく、ブレーキクリアランスの存在や、ピストンカップ
を始めとする各部の弾性変形が最初は特に生じ易いこと
等のために、第３図に示すような曲線となるのが普通で
あるが、第４図に破線で示すように負荷特性が直線的で
あるばね手段を使用する場合には、第５図に破線で示す
ようにこの傾向がそのままオペレーティングロッド１の
ストローク特性として現われる。

これに対してばね手段を長短二本のスプリングを並列に
使用するいわゆる二重スプリングに変え、第４図に実線
で示すような荷重特性のものとすれば、オペレーティン
グロッド１のストローク特性を第５図に実線で示すよう
に直線的なものに変換し、ブレーキフィーリングを改善
することが可能なのである。

またコントロールピストン６とバルブプランジャ５との
相対移動を許容しつつ、両者の力の合力を中継部材８に
伝達するための伝達媒体としては、前記実施例に示した
リアクションディスク７が極めて好適ではあるが、パワ
ーレバー１２と同様な作用を為すレバーを使用すること
も可能である。

更に、本発明は負圧を利用した（大気を圧力源とした）
倍力装置のみならず、圧縮空気等の正圧を利用した倍力
装置にも適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の一実施例におけ
る異なる作動状態を示す正面断面図である。 第３図ないし第５図は本発明の別の実施例における作動
を説明するためのグラフである。 １：オペレーティングロッド（入力部材）、２：ポペッ
トアッセンブリ、３：エヤバルブ、４：バキュームバル
ブ、５：バルブプランジャ、６：コントロールピストン
、７：リアクシヨンデイスク、８：中継部材、９：圧縮
ばね、１１：パワーピストン、１２：パワーレバー、１
３：リターンスプリング、１４：プッシュロッド（出力
部材）、１５：ケーシング、１７：定圧器、１８：コン
トロールパルス １９：変圧室、１００：倍力装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 操作装置から加えられる操作力を流体圧力を利用し
   て倍力し、後続装置に伝達する倍力装置であって、 ケーシングと、 該ケーシング内の空間を定圧室と変圧室とに仕切る状態
   で配設され、該画室の圧力差によって作動するパワーピ
   ストンと、 はぼ円筒状をなし、前記パワーピストンの中央に形成さ
   れた軸方向の貫通孔に摺動可能に嵌合され、かつ、第一
   弁座が形成された第一弁要素と、該第−弁要素内に摺動
   可能に嵌合され、第二弁座が形成された第二弁要素と、 前記第一および第二の弁座と共働して前記変圧室と前記
   定圧室との連通路および前記変圧室と外部の圧力源との
   連通路を開閉し、該変圧室の圧力を変化させることによ
   って、前記パワーピストン両側の圧力差を制御する弁子
   と、 前記第二弁要素と前記操作装置との間に介在させられて
   前記操作力を該第二弁要素に伝達する人力部材と、 前記パワーピストンと前記第一弁要素との間に配設され
   、該パワーピストンを前記入力部材側へ付勢する一方、
   該第−弁要素をそれとは反対側へ付勢するばね手段と、 前記第一および第二の弁要素に対して軸方向に相対移動
   可能に設けられた中継部材と、 該中継部材と前記第一および第二の弁要素との間に介在
   させられ、該両弁要素の相対移動を許容しつつ該両弁要
   素の出力の合力を前記中継部材に伝達する伝達媒体と、 第−人力部と第二人力部とにおいてそれぞれ前記パワー
   ピストンと前記中継部材とに連携させられ、該パワーピ
   ストンと該中継部材との相対移動を許容しつつ該両者の
   出力の合力を出力部から出力するパワーレバーと、 該パワーレバーの出力部に連携させられ、前記出力の合
   力を前記後続装置に伝達する出力部材とを含むことを特
   徴とする流体圧利用の倍力装置。