(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に進退動可能に収容したピストンを前進させることにより、リザーバへの通路を閉じ、ハウジング内の圧力室に発生した液圧をブレーキ通路を介してホイールシリンダに送るマスタシリンダにおいて、
前記ピストンの外周面とハウジングの内周面との間に、圧力室を向いた前面側の面積よりもリア側の面積が大きい段付スリーブを摺動自在に嵌合させ、この段付スリーブの前面側に付勢手段を設けてリア側に付勢するとともに、段付スリーブの後面側に前記圧力室内の液圧が導入されるリア室を設け、かつ、前記ブレーキ通路に外部液圧源を接続したことを特徴とするマスタシリンダ。
【請求項２】
前記段付きスリーブを、内面のリア側を小径にフロント側を大径に形成するとともに、前記ピストンを、外面のリア側を小径にフロント側を大径に形成した段付きピストンで構成したことを特徴とする請求項１に記載のマスタシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のブレーキ装置等に用いられるマスタシリンダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のタンデムマスタシリンダの一例を示すもので、シリンダハウジング２内にプライマリピストン５およびセカンダリピストン６がピストンガイド３２，８を介して摺動自在に嵌合しており、プライマリピストン５のフロント側に第１圧力室１０、セカンダリピストン６のフロント側に第２圧力室１１がそれぞれ形成されている。これら各圧力室１０，１１は、各ピストン５，６のリリーフポート５ａ，６ａおよびシリンダハウジング２に形成された通路等を介してリザーバ２２に接続されており、プッシュロッドからの入力によりプライマリピストン５およびセカンダリピストン６が前進して、各リリーフポート５ａ，６ａがプライマリカップ３３，１７によってそれぞれ閉塞されると、両圧力室１０，１１が前記リザーバ２２から遮断されて密封される。
【０００３】
リリーフポート５ａ，６ａがプライマリカップ３３，１７によって閉塞されて両圧力室１０，１１が密封された後、さらに、プライマリピストン５およびセカンダリピストン６が前進すると、両圧力室１０，１１内の液圧が上昇し、吐出口２０，２１からブレーキパイプを通ってホイールシリンダに送液されてブレーキ作用が行なわれるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のマスタシリンダの作動ストロークは、ホイールシリンダの消費液量とピストンの面積によって決定する。従って、ホイールシリンダの消費液量が大きい車両ではストロークが長くなってしまい、ペダル操作に違和感があるという問題があった。
【０００５】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、ピストンのストロークを小さくしてブレーキペダルのストロークを短縮することができるマスタシリンダを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマスタシリンダは、ハウジング内に進退動可能に収容したピストンを前進させることにより、リザーバへの通路を閉じ、ハウジング内の圧力室に発生した液圧をブレーキ通路を介してホイールシリンダに送るものであって、特に、前記ピストンの外周面とハウジングの内周面との間に、圧力室を向いた前面側の面積よりもリア側の面積が大きい段付スリーブを摺動自在に嵌合させ、この段付スリーブの前面側に付勢手段を設けてリア側に付勢するとともに、段付スリーブの後面側に前記圧力室内の液圧が導入されるリア室を設け、かつ、前記ブレーキ通路に外部液圧源を接続したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るマスタシリンダ（全体として符号１で示す）の縦断面図、図２は前記マスタシリンダ１を用いたブレーキ回路を簡略化して示す図である。図１において、２は有底筒状のシリンダハウジングであり、その開口部側（図１の右側）にキャップ４が螺合固定されている。
【０００９】
シリンダハウジング２内のフロント寄り（図１の左側）に円筒状のピストンガイド６が固定され、このピストンガイド６内にセカンダリピストン８が摺動自在に嵌合している。このセカンダリピストン８は、シリンダハウジング２の底面とセカンダリピストン８内の底面との間に配置されたリターンスプリング１０によって常時リア側（図１の右方）へ付勢され、ピストンガイド６に形成されたフランジ状ストッパ６ａによって後退限を規制されている。セカンダリピストン８の前面とシリンダハウジング２の底面との間にフロント側圧力室（第２圧力室）１２が形成されている。
【００１０】
ピストンガイド６のフロント側とシリンダハウジング２の内面に形成された段部２ａとの間にプライマリカップ１４が支持されている。一方、セカンダリピストン８の先端寄りにリリーフポート８ａが形成されており、シリンダハウジング２に形成された通路２ｂ、ピストンガイド６に形成された通路６ｂおよびセカンダリピストン８の外面とピストンガイド６の内面との間のクリアランス１６を介して、前記フロント側圧力室１２をリザーバ１８に連通している。
【００１１】
このセカンダリピストン８が前進してリリーフポート８ａがプライマリカップ１４を通過すると、フロント側圧力室１２がリザーバ１８から遮断されて密封され、セカンダリピストン８の前進に応じて発生した液圧が、吐出ポート２０から一方のブレーキ通路２２（図２参照）を介してホイールシリンダ２４に送られてブレーキ作用が行なわれる。また、セカンダリピストン８の外周面およびピストンガイド６の外周面にそれぞれＯリング２６，２８が嵌着されて、フロント側圧力室１２およびリザーバ１８と、後に説明するリア側のメイン圧力室（第１圧力室）３０との間の液密を保持している。
【００１２】
シリンダハウジング２の開口部に螺合固定されたキャップ４を貫通して、プライマリピストン３２が摺動自在に支持されている。プライマリピストン３２は先端部側から順次大径部３２ａ、中径部３２ｂおよび小径部３２ｃを有しており、この小径部３２ｃがキャップ４内に支持されている。キャップ４の外周側にＯリング３４が嵌着され、内周側にはセカンダリカップ３６が嵌着されて、シリンダハウジング２の内部と大気側とを遮断している。
【００１３】
プライマリピストン３２の前面とセカンダリピストン８の背面との間に、前記メイン圧力室３０が形成されている。このメイン圧力室３０内に配置されたリターンスプリング３８が、プライマリピストン３２を常時リア側へ付勢しており、プライマリピストン３２は、その中径部３２ｂと小径部３２ｃの間の段部３２ｄがキャップ４に当ることにより後退限を規制されている。このプライマリピストン３２は、ブレーキペダル４０（図２参照）の操作によりブレーキ倍力装置４２が作動したときに、ブレーキ倍力装置４２のプッシュロッド４４に押されて図１の左方へ前進する。
【００１４】
プライマリピストン３２の大径部３２ａと中径部３２ｂの外周側に、大径内面４６ａと小径内面４６ｂとを有する段付きスリーブ４６が摺動自在に嵌合している。この段付きスリーブ４６のフロント側にプライマリカップ４８が支持されている。また、段付きスリーブ４６のリア側には、後に説明するリア側圧力室５０とリザーバ１８側とを遮断するシールリング５２が支持されている。これらプライマリカップ４８、段付きスリーブ４６およびシールリング５２は、プライマリカップ４６の前面側に配置されたスプリングリテーナ５４とピストンガイド６の背面との間に配置されたスプリング等の付勢手段５６によって常時リア側へ付勢され、後方のリテーナ５８がキャップ４の先端４ａに当って停止している。
【００１５】
前記段付きスリーブ４６のリア側に配置されたシールリング５２とキャップ４との間の、プライマリピストン３２外周側には、環状のリア側圧力室５０が形成されており、プライマリピストン３２の内部を貫通する内部通路３２ｅによって常時メイン圧力室３０に連通している。
【００１６】
プライマリピストン３２の先端寄りには、リリーフポート３２ｆが形成されている。また、前記段付きスリーブ４６の内周面および外周面にそれぞれ環状溝４６ｃ，４６ｄが形成され、さらに、これら内外の環状溝４６ｃ，４６ｄ間を連通する半径方向の貫通穴４６ｅが設けられている。図１に示すように、プライマリピストン３２が段付きスリーブ４６に対して相対的に後退している位置では、シリンダハウジング２に設けられた通路２ｃ、段付きスリーブ４６に設けられた内外の環状溝４６ｃ，４６ｄと半径方向の貫通穴４６ｅおよびリリーフポート３２ｆを介して、プライマリピストン３２のフロント側のメイン圧力室３０がリザーバ１８に連通している。
【００１７】
そして、プライマリピストン３２が段付きスリーブ４６に対して相対的に前進してリリーフポート３２ｆがプライマリカップ４８を通過すると、メイン圧力室３０がリザーバ１８から遮断されて密封される。この状態でプライマリピストン３２がさらに前進するとメイン圧力室３０内に液圧が発生し、この液圧が吐出ポート６２からメインブレーキ通路６４（図２参照）を介してホイールシリンダ６６に送られブレーキ作用が行なわれる。さらに、メインブレーキ通路６４には、ポンプ（外部液圧源）６８が接続されており、外部からこの通路６４に送液できるようになっている。
【００１８】
次に、前記マスタシリンダ１の作動について説明する。ブレーキペダル４０を踏み込むと、ブレーキ倍力装置４２が作動してプッシュロッド４４が前進し、プライマリピストン３２を図１の左方へ移動させる。プライマリピストン３２が前進してリリーフポート３２ｆがプライマリカップ４８によって塞がれると、メイン圧力室３０の作動液が圧縮され液圧が発生する。この液圧は、吐出ポート６２からメインブレーキ通路６４を通ってホイールシリンダ６６に送られる。
【００１９】
また、プライマリピストン３２の前進に伴ってセカンダリピストン８も前進し、セカンダリピストン８のリリーフポート８ａがプライマリカップ１４によって閉塞されると、第２圧力室１２の液圧が上昇して、吐出ポート２０からブレーキ通路２２を通ってホイールシリンダ２４に送られる。
【００２０】
前記のようにメインブレーキ通路６４には、ポンプ６８が接続されて外部から送液されている。外部からの送液によりメイン圧力室３０の液圧が上昇すると、プライマリピストン３２が段付きスリーブ４６に対して相対的に後退する。すると、リリーフポート３２ｆが開いてメイン圧力室３０の作動液がリザーバ１８に逃げるので、メイン圧力室３０の液圧Ｐとプッシュロッド４４からの入力Ｆi がバランスする。このようにバランスした状態で段付きスリーブ４６がプライマリピストン３２と一体的に前進する。このとき段付スリーブ４６を後方へ付勢するスプリング力と、段付きスリーブ４６の前面と後面との面積差にメイン圧力室３０の液圧が作用して前方へ押す力とがバランスする位置が段付きスリーブ４６のストローク位置となる。プライマリピストン３２のストロークをスプリング５６で決められるのでペダルストロークを短かくすることができる。
【００２１】
このときのメイン圧力室３０内の液圧Ｐを求めると、
ＰＡ1 ＋Ｆb ＝Ｐ（Ａ3 ーＡ2 ）＋Ｆi
Ｐ＝（Ｆi ーＦb ）／（Ａ1 ＋Ａ2 ーＡ3 ）
となる。なお、リターンスプリング３８の力Ｆb は、プライマリピストン３２のストロークによって変化するがここでは無視する。
但し、Ｐ  ：メイン圧力室の液圧
Ａ1 ：プライマリピストンの大径部の断面積
Ａ2 ：プライマリピストンの小径部の断面積
Ａ3 ：シリンダの断面積
Ｆi ：プッシュロッドの入力
Ｆb ：プライマリピストンのリターンスプリングの力
【００２２】
また、前記段付きスリーブ４６は、メイン圧力室３０とリア圧力室５０に同圧の液圧Ｐが作用しているので、その前後の面積差による推力とスプリング５６の付勢力とのバランスにより位置が決まる。従って、ストロークＳd は、
Ｓd ＝｛（Ａ1 ーＡ3 ）ＰーＦao｝／Ｋa
となる。
但し、Ｓd ：段付きスリーブのストローク
Ｆao：段付きスリーブを付勢するスプリングの力
Ｋa ：段付きスリーブを付勢するスプリングのばね定数
【００２３】
以上のように前記実施例装置では、メインブレーキ通路６４に外部ポンプ６８を接続して送液しており、スプリング５６でストロークが決定される段付きスリーブ４６とプライマリピストン３２とが一体的に前進するので、プライマリピストン３２のストロークをホイールシリンダ６６の消費液量と無関係な短かいストロークとすることができる。よって、ペダルストロークを短かくすることができ、良好なペダル操作感が得られる。なお、、ポンプ等の外部液圧源６８の故障等により外部からの送液がない場合は、従来のマスタシリンダと同様に、ホイールシリンダ６６の消費液量に従ってプライマリピストン３２がストロークする。従って、優れた安全性、信頼性を得ることができる。
【００２４】
図３は、前記構成に係るマスタシリンダ１と、従来のマスタシリンダとの特性を比較する線図であり、実施例のマスタシリンダ１（実線で示す）は、破線で示す従来のマスタシリンダよりもストロークを大幅に短縮することができる。
【００２５】
図４および図５は第２の実施の形態に係るマスタシリンダ１を示すもので、前記図１の構成と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる構成の部分についてのみ説明する。プライマリピストン３２の外周とシリンダハウジング２の内周との間に摺動可能に嵌合されたスリーブ１４６は、前記実施例と異なり、内周側および外周側とも同一の径を有している。
【００２６】
前記可動スリーブ１４６の背面（図４の右側の面）と、キャップ４の前面との間の、プライマリピストン３２外周側には、リア側圧力室１５０が形成されている。このリア側圧力室１５０は、キャップ４の外周面に嵌着されたＯリング３４と、内周面に嵌着されたセカンダリカップ３６とにより、シリンダハウジング２外部の大気側から遮断されている。
【００２７】
リア側圧力室１５０には、外部のポンプ（外部液圧源）１６８が接続されており、シリンダハウジング２に形成された半径方向の通路２ｄおよびキャップ４の先端４ａに設けられた切欠き４ｂ等を介して、ポンプ１６８から吐出された作動液が導入されるようになっている。
【００２８】
また、可動スリーブ１４６の後端寄りには小孔１４６ｆが形成されており、この小孔１４６ｆと、可動スリーブ１４６の内面とプライマリピストン３２の外面との間のクリアランス１７０、可動スリーブ１４６の内面の環状溝１４６ｃ、可動スリーブ１４６の貫通穴１４６ｅおよび可動スリーブ１４６の外面の環状溝１４６ｄを介して、可動スリーブ１４６のリア側圧力室１５０とリザーバ１８とが連通されている。一方、プライマリピストン３２の外面には環状溝３２ｇが形成されてシールリング１７２が嵌着されている。このシールリング１７２と可動スリーブ１４６の前記小孔１４６ｆとによりリリーフ弁１７４が構成されており、図４に示すように、可動スリーブ１４６がプライマリピストン３２よりも相対的に前進して小孔１４６ｆが開放しているときには、リア側圧力室１５０はリザーバ１８に連通され、また、プライマリピストン３２が可動スリーブ１４６に対して相対的に前進して、シールリング１７２が小孔１４６ｆを閉塞したときには、リア側圧力室１５０がリザーバ１８から遮断され、前記外部ポンプ１６８から導入された作動液によって昇圧される。
【００２９】
この構成のマスタシリンダ１の作動について説明する。非作動時には、外部ポンプ１６８から可動スリーブ１４６のリア側の圧力室１５０内に供給された作動液は、可動スリーブ１４６の小孔１４６ｆとプライマリピストン３２に設けたシールリング１７２から成るリリーフ弁１７４が開放しているので、このリリーフ弁１７４、可動スリーブ１４６とプライマリピストン３２の間のクリアランス１７０および可動スリーブ１４６の内外の環状溝１４６ｃ，１４６ｄと貫通穴１４６ｅ等を通ってリザーバ１８へ開放されている。
【００３０】
ブレーキペダル４０の操作に応じてプッシュロッド４４がプライマリピストン３２を前進させると、プライマリピストン３２の先端寄りに設けられたリリーフポート３２ｆがプライマリカップ４８によって閉塞され、メイン圧力室３０が密封されて液圧が発生する。この液圧は、吐出ポート６２からメインブレーキ通路６４を介してホイールシリンダ６６に送液される。また、可動スリーブ１４６に対してプライマリピストン３２が相対的に前進すると、リリーフ弁１７４を構成する可動スリーブ１４６の小孔１４６ｆがプライマリピストン３２のシールリング１７２によって閉塞され、可動スリーブ１４６のリア側の圧力室１５０はリザーバ１８から遮断される。すると、リア側圧力室１５０が昇圧され、可動スリーブ１４６の前面側のメイン圧力室３０と背後のリア側圧力室１５０との間に圧力差が発生し、可動スリーブ１４６がスプリング５６を押して前進する。
【００３１】
可動スリーブ１４６がプライマリピストン３２に対して相対的に前進すると、プライマリカップ４８が前進してリリーフポート３２ｆが開放するとともに、リア側圧力室１５０のリリーフ弁１７４が再び開く。すると、プッシュロッド４４からの入力によってプライマリピストン３２がさらに前進し、リリーフポート３２ｆおよびリリーフ弁１７４が閉じて、可動スリーブ１４６が前進する。このようにして、可動スリーブ１４６はバランスしながらプライマリピストン３２と一体的に前進する。
【００３２】
このときの、プライマリピストン３２のストロークΔＳあたりのメイン圧力室３０からの吐出液量ΔＶp は、
ΔＶp ＝Ａ3 ・ΔＳ（但し、Ａ3 はシリンダの断面積）
である。
一方、外部液圧源１６８からの送液がない場合には、ストロークΔＳあたりの吐出液量ΔＶp は、
ΔＶp ＝Ａ1 ・ΔＳ（但し、Ａ1 はプライマリピストン大径部の断面積）
となる。
Ａ3 ＞Ａ1 なので、外部液圧源１６８からの送液がある場合にはプライマリピストン３２のストロークが短かくなる。従って、ペダルストロークを短縮することができる。また、外部からの送液がない場合には、リア側圧力室１５０の圧力が上昇しないので、可動スリーブ１４６は前進せず、プライマリピストン３２のストロークのみによってホイールシリンダ６６に送液される。この場合には、プライマリピストン３２は従来と同様に長いストロークをする。従って、外部のポンプ１６８が故障しても、本発明の効果は得られないが従来と同様の作動を行なうことができ、安全性、信頼性に優れている。
【００３３】
前記外部液圧源１６８から可動スリーブ１４６のリア側圧力室１５０に送液している場合のマスタシリンダ液圧（メイン圧力室３０の液圧）は、
Ｐm ＝｛Ｐp （Ａ1 ーＡ2 ）＋Ｆi ーＦb ｝／Ａ1
Ｐp ＝Ｐm ＋（Ｆao＋Ｋa ・Ｓp ）／（Ａ3 ーＡ1 ）
これを代入すると、
Ｐm ＝（Ｆi ーＦb ）／Ａ2 ＋（Ａ1 ーＡ2 ）（Ｆao＋Ｋa ・Ｓp ）／Ａ2 （Ａ3 ーＡ1 ）
となる。
但し、Ｐm ：メイン圧力室の液圧
Ｐp ：可動スリーブのリア側圧力室の液圧
Ａ1 ：プライマリピストンの大径部の断面積
Ａ2 ：プライマリピストンの小径部の断面積
Ａ3 ：シリンダの断面積
Ｆi ：プッシュロッドの入力
Ｆb ：プライマリピストンのリターンスプリングの力
Ｆao：可動スリーブを付勢するスプリングの力
Ｋa ：可動スリーブを付勢するスプリングのばね定数
Ｓp ：プライマリピストンのストローク
【００３４】
なお、外部送液がない場合には、Ｐp ＝０なので、
Ｐm ＝（Ｆi ーＦb ）／Ａ1
である。
【００３５】
また、この第２の構成では、外部液圧源１６８から送液されるリア側圧力室１５０をリザーバ１８から遮断するリリーフバルブ１７４が設けられている部分のプライマリピストン３２の外径（大径部３２ａの外径）よりも、セカンダリカップ３６の設けられている部分の外径（小径部３２ｃの外径）が小さいので、外部から送液中は、プライマリピストン３２の面積差（Ａ1 ーＡ2 ）の部分を、リア側圧力室１５０とメイン圧力室３０との差圧（Ｐp ーＰm ）で押圧する。従って、外部からの送液がある場合とない場合とで、プッシュロッド４４の入力に対するマスタシリンダからの出力液圧が変化する。なお、前記実施例では、プランジャタイプのマスタシリンダについて説明したが、本発明はコンベンショナルタイプのマスタシリンダにも適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように第１の発明によれば、ピストンとハウジングの間に段付きスリーブを摺動自在に嵌合させて、付勢手段によって後方へ付勢するとともに、この段付きスリーブの前後の面に圧力室の液圧を作用させ、かつ、ホイールシリンダに液圧を送るブレーキ通路に外部液圧源を接続したことにより、ピストンのストロークを短縮してペダルストロークを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るマスタシリンダの縦断面図である。
【図２】前記マスタシリンダを用いたブレーキ回路の一例を示す図である。
【図３】前記マスタシリンダと従来のマスタシリンダの特性を比較する線図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るマスタシリンダの縦断面図である。
【図５】図３に示すマスタシリンダを用いたブレーキ回路の一例を示す図である。
【図６】従来のマスタシリンダの一例を示す図である。
【符号の説明】
１    マスタシリンダ
２    ハウジング
１８    リザーバ
３０    圧力室（メイン圧力室）
３２    ピストン（プライマリピストン）
３２ｆ  リザーバへの通路（リリーフポート）
４６    段付きスリーブ
５０    リア室
５６    付勢手段（スプリング）
６４    ブレーキ通路（メインブレーキ通路）
１４６    可動スリーブ
１５０    リア室
１６８    外部液圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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