(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内部を画成する第１のハウジング部と第２のハウジング部を有するハウジングであって、該第１のハウジング部は該第１ハウジング部を通過する開口を有するようなハウジングと、
前記ハウジング内部に配置され、前記ハウジングに関して収縮位置と延伸位置との間で移動可能な支持プレートと、
該延伸位置に向かって前記支持プレートを付勢するために、該第２のハウジング部と、前記支持プレートの第１の表面との間に配設されたスプリングと、
前記ハウジングに関して前記支持プレートとの往復運動のために操作自在に前記支持プレートに接続され、該第１のハウジング部の該開口を通して延伸する第１の端部を有するアクチュエータロッドと、
前記支持プレートの第１の表面と反対側の第２の表面に当接し、前記ハウジングの内部を第１のチャンバと第２のチャンバとに分割する可撓性のダイヤフラムであって、前記ダイヤフラムは、流体圧力にさらされる表面を有し、これによって、前記スプリングの付勢に対抗して前記支持プレートとアクチュエータロッドとを該収縮位置に押圧するようなダイヤフラムと、
を備えるスプリングブレーキアクチュエータにおいて、
前記ダイヤフラムが、前記支持プレートが収縮位置にある時にループを形成する延長部を含んで構成されると共に、前記第２のハウジング部のハウジング壁部に対して外方に出っ張った形状の内部周辺延在チャネルが前記第２のハウジング部に設けられており、前記支持プレートが収縮位置にあり流体圧力が前記ダイヤフラムに作用している時に前記ダイヤフラムのループの少なくとも一部が前記内部周辺延在チャネル内に受容され、前記支持プレートが該延伸位置から該収縮位置に動くにつれ、流体圧力が作用する有効表面積を増加させることを特徴とするスプリングブレーキアクチュエータ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムは、前記第１と第２のハウジング部との間に挟持される外部周縁と、前記支持プレートの該第２の表面に当接する中心部とを有する、請求項１に記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
【請求項３】
前記ダイヤフラムの該延長部は該周縁と該中心部の間に配置される、請求項２に記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
【請求項４】
前記ダイヤフラムの該延長部が該中心部の一部を形成する、請求項２に記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
【請求項５】
該中央部は、前記ダイヤフラムを前記ハウジングの中に取り付ける前はドーム形状であり、該中央部が、該中央部に隣接して該ループを形成するために該ダイヤフラムがハウジングの中に取り付けられる時に前記アクチュエータロッドによって前記支持プレートに押圧される、請求項４に記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
【請求項６】
該ループが前記支持プレートの外部周縁と、前記ハウジング内面との間で周辺に延在する、請求項５に記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
【請求項７】
該ループが前記支持プレートの外部周縁と、前記ハウジング内面との間で周辺に延在する、請求項１に記載のスプリングブレーキアクチュエータ。
【請求項８】
それぞれが内部空間を有するような常用ブレーキアクチュエータハウジングおよびスプリングブレーキアクチュエータハウジングと、
第１のスプリングブレーキアクチュエータチャンバと第２のスプリングブレーキアクチュエータチャンバとに該内部空間を分割し、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジング内に配設された第１の移動可能なダイヤフラムと、
第１の常用ブレーキアクチュエータチャンバと、第２の常用ブレーキアクチュエータチャンバに該内部空間を分割し、前記常用ブレーキアクチュエータハウジング内に配設された第２の移動可能なダイヤフラムと、
前記第１の移動可能なダイヤフラムに操作自在に接続され、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングの該内部空間内にアクチュエータロッドが存在する収縮位置と、前記常用ブレーキアクチュエータハウジングの該内部空間の中にアクチュエータロッドが延伸する延伸位置との間の往復運動のために、前記第１の移動可能なダイヤフラムと共に移動可能なアクチュエータロッドと、を備え、
前記第１の移動可能なダイヤフラムが、前記アクチュエータロッドが収縮位置にある時にループを形成する延長部を含んで構成されると共に、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングのハウジング壁部に対して外方に出っ張った形状の内部周辺延在チャネルが前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングに設けられており、前記アクチュエータロッドが収縮位置にあり流体圧力が前記第１の移動可能なダイヤフラムに作用している時に前記第１の移動可能なダイヤフラムのループの少なくとも一部が前記内部周辺延在チャネル内に受容され、前記アクチュエータロッドが該延伸位置から該収縮位置に動くにつれ、流体圧力が作用する有効表面積を増加させることを特徴とする車両用のブレーキアクチュエータ。
【請求項９】
前記第１の移動可能なダイヤフラムは、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングの該第１と第２のハウジング部との間に挟持される外部周縁と、前記アクチュエータロッドの内部端部に当接する中央部とを有する、請求項８に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１０】
前記ダイヤフラムの前記延長部が該周縁と該中央部との間に配置される、請求項９に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ダイヤフラムの前記延長部が該中央部の一部を形成する、請求項９に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１２】
該中央部は、前記ダイヤフラムを前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングの中に装入する前はドーム形状であり、該中央部に隣接して該ループを形成するために前記ダイヤフラムが前記ハウジングの中に装入される時、該中央部は、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングに配置された支持プレートに前記アクチュエータロッドによって押圧される、請求項１１に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１３】
前記アクチュエータロッドは、往復運動のために、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングに配置された支持プレートに取り付けられ、前記アクチュエータロッドが収縮位置にある時、該ループが該支持プレートの外部周縁と、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングの内面との間で周辺に延在する、請求項１２に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１４】
前記アクチュエータロッドは、往復運動のために、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングに配置された支持プレートに取り付けられ、前記アクチュエータロッドが収縮位置にある時、該ループが該支持プレートの外部周縁と、前記スプリングブレーキアクチュエータハウジングの内面との間で周辺に延在する、請求項８に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１５】
前記常用ブレーキアクチュエータハウジングの内部に前記第２の移動可能なダイヤフラムと接触した内部端部と、前記常用ブレーキアクチュエータハウジングから延伸する外部端部とを有するプッシュロッドをさらに備え、前記第２の移動可能なダイヤフラムは、前記プッシュロッドが該延伸位置にある時にループを形成する延長部を含み、これによって、該収縮位置から該延伸位置にプッシュロッドが動くにつれ流体圧力が作用する該有効表面積を少なくとも維持する、請求項８に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１６】
前記第２の移動可能なダイヤフラムは、前記常用ブレーキアクチュエータハウジングの第１と第２のハウジング部との間に挟持される外部周縁と、前記プッシュロッドの内部端部に当接する中央部とを有し、前記第２の移動可能なダイヤフラムの該延長部は該周縁と該中央部との間に配置される、請求項１５に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１７】
前記プッシュロッドは、往復運動のために、前記常用ブレーキアクチュエータハウジングに配置されたプレッシャプレートに取り付けられ、該ループは該プレッシャプレートの外部周縁と、前記常用ブレーキアクチュエータハウジングの内面との間で周辺に延在する、請求項１５に記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１８】
前記常用ブレーキアクチュエータハウジングのハウジング壁部に対して外方に出っ張った形状の内部周辺延在チャネルが前記常用ブレーキアクチュエータハウジングに設けられており、該プレッシャプレートが延伸位置にあり、流体圧力が前記第２の移動可能なダイヤフラムに作用している時に前記第２の移動可能なダイヤフラムのループの少なくとも一部が該内部周辺延在チャネル内に受容される、請求項１７に記載のブレーキアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、車両用の空気操作式のダイヤフラムブレーキ、より詳しくは非常ブレーキの制動出力を増加し、またホールドオフ圧力要求条件を小さくした縦一列の常用および非常ブレーキアクチュエータアセンブリに関する。
従来技術の説明
バス、トラックまたは同種の車両用の空気ブレーキシステムは、通常、圧縮空気を選択的に加えることにより操作されるアクチュエータアセンブリによって作動されるブレーキシューおよびドラムアセンブリを含む。従来の空気ブレーキアクチュエータは、通常の運転状態で圧縮空気を加えることによってブレーキを作動させるための常用ブレーキアクチュエータと、空気圧が解放された時にブレーキ作動を行わせる非常ブレーキアクチュエータとの両方を有する。非常ブレーキアクチュエータは、空気が解放された時にブレーキ作動を強制する強力な圧縮スプリングを含む。これは、しばしばスプリングブレーキアクチュエータと呼ばれる。通常、スプリングブレーキアクチュエータは常用ブレーキアクチュエータと縦一列に配設される。充分な空気圧が非常ブレーキアクチュエータに加えられると、ダイヤフラムに対抗して作用する空気圧がスプリングを圧縮する。スプリングブレーキアクチュエータロッドは相対的に小さなリターンスプリングによって収縮位置に保持され、この結果ブレーキ操作に影響を与えない。通常の運転操作中にブレーキが操作される場合、圧縮空気が常用ブレーキアクチュエータに供給され、これがダイヤフラムに対して作用し、常用ブレーキプッシュロッドを延伸するようにさせ、また常用ブレーキアクチュエータに加えられる空気圧に比例する作用力をブレーキに加えるようにする。空気圧の損失またはスプリングブレーキアクチュエータから空気を意図的に放出する場合、ブレーキは、スプリングブレーキアクチュエータロッドに作用する非常ブレーキスプリングの力によって機械的に作動され、次にこの力はブレーキをかけるために常用ブレーキプッシュロッドに作用する。かくして、スプリングブレーキ部は駐車ブレーキと非常ブレーキの両方として使用される。
代表的なブレーキアクチュエータは、常用ブレーキプッシュロッドの有効行程長さによって規定されるあるブレーキ効果の範囲を有する。このブレーキ効果は、プッシュロッドがそのプランジャの有効行程長さを越えて動き、またその道程の限界に接近するにつれて減少する。ブレーキがかけられる時に常用ブレーキプッシュロッドがその道程の限界に到達するにつれ、常用ブレーキハウジング内で空気圧が作用する有効面積が減少するので、プッシュロッドを外側方向に動かす力は減少する。
代表的なアクチュエータは、常用ブレーキハウジング内のロッド行程の初めに３０平方インチ（193.548cm2）の有効面積を有することが可能である。この有効面積はダイヤフラムの寸法と、常用ブレーキハウジング内のダイヤフラムに隣接したプレッシャプレート（圧板）の寸法とに直接関係する。一定の空気圧は、プレッシャプレートによって支持されない部分を含めてダイヤフラム全体にわたって作用する。常用ブレーキプッシュロッドはそれ自体通常０インチ（０cm）から２．５インチ（6.35cm）の作動行程長さを有するよう設計され、この場合０インチ（０cm）から１．５インチ（3.81cm）または２インチ（5.08cm）が有効行程長さである。ロッドが有効行程長さを通して延伸するにつれ、有効面積はわずかに減少するか、または一定に留まることが可能である。有効面積が一定に留まる限り、力は一定の空気圧を乗じた有効面積と等しいので、ブレーキを作動するロッド上の力も一定に留まる。その有効行程長さの終わりに、ダイヤフラムはプレッシャプレートで丸くなり、この結果空気圧が対抗して作用する有効面積を減らす。ハウジングそれ自体の下方部は内部に曲がる可能性があり、この結果ダイヤフラムの動きを制限し、また有効面積のさらに大きな減少をもたらす。したがって、ロッドが１．５インチ（3.81cm）または２インチ（5.08cm）の行程から、２．５インチ（6.35cm）の完全延伸位置まで通過するにつれ、制動力は減少する。
従来技術の１つのアクチュエータでは、有効面積をわずか２２平方インチに減らすことができる。ブレーキがかけられる時の代表的な１５psi（1.055kgf/cm2）の空気圧については、制動力は、有効面積３０平方インチ（193.55cm2）の有効行程長さにわたる４５０lbf（重量ポンド）（203.85kgf）から、有効面積が２２平方インチ（141.94cm2）に減らされる場合の有効行程長さを越える３３０lbf（149.49kgf）までの範囲で変動する。制動力のこのはっきりした減少は、ロッドがその有効行程長さ以内にある場合には通常問題を起こさない。しかし、ブレーキがそれらの有効寿命の終わりにある時、または保守または調整が不適当な場合、ロッドはブレーキをかけるためにその有効行程長さを越えて移動しなければならない。このことは、長い勾配を下る時のようにブレーキを常時使用することによって過熱する時にも関係してくる。ブレーキドラムは、ブレーキシューとドラムとの間の摩擦のため加熱し、また拡張する可能性がある。したがって、ブレーキをかけるためにより長い行程が必要となる。運転者は通常、ブレーキ効果またはブレーキ上の力が増加することを期待してペダルをより強く踏む。しかし、ちょうど正反対のことが起きる。ロッドがその有効行程長さを通過するにつれ、ブレーキ効果は実際に減少する。かくして、運転者がペダルをさらに踏むにつれ、より少ない制動作用が達成されることになる。
もう１つの空気ブレーキアクチュエータに関連した問題がスプリングブレーキハウジングに生じる。通常、スプリングブレーキハウジングは常用ブレーキハウジング内のプッシュロッドに整合したアクチュエータロッドを有する。アクチュエータロッドの一方の端部はプッシュロッドに当接する作用プレートに終端する。アクチュエータロッドの他方の端部はスプリングブレーキ圧縮スプリングに係合するプレッシャプレートに終端する。ダイヤフラムはプレッシャプレートに当接し、またスプリングブレーキハウジングを上方スプリングチャンバと下方空気チャンバとに封止して分割する。空気チャンバは、非常ブレーキがその通常の解除位置にある時、空気供給ポートを通して供給される圧縮空気で充填される。必要な空気圧値は固有の設計に依存して異なるかもしれないが、１００psi（7.03kgf/cm2）のような圧力が代表的である。常用ブレーキチャンバ内と同じように、スプリングブレーキチャンバ内のダイヤフラムとプレッシャプレートは、空気圧が対抗して作用する有効面積を規定し、すなわち代表的な有効面積は３０平方インチ（193.55cm2）であると思われ、これは、１００psi（7.03kgf/cm2）の一定圧力と共に３，０００lbf（1,359kgf）の力を生じ、圧縮スプリングを収縮したままに維持するであろう。空気圧システムの中に漏れが生じた場合、必要な一定圧力を維持することは困難である。
したがって、スプリングと空気チャンバとの間に平衡状態が到達されるまで、圧縮スプリングは下方の空気圧に対抗して前進する。アクチュエータロッドは常用ブレーキハウジング内のプッシュロッドに同時に押圧され、またブレーキシューがドラムを引きずるようにさせるほど十分にプッシュロッドを延伸させ、潜在的に重大な結果となる可能性がある。少なくとも、ブレーキシューとドラムの摩耗は速くなりやすく、これは耐用期間の短縮および部品、労働と故障時間によるコスト増加に通じる。さらに、スプリングブレーキハウジング内で維持しなければならない高圧は大きな空気だめとエアコンプレッサを必要とし、これは制動系の全体コストの増加をもたらす。
本発明の概要
従来技術の上述と他の不都合は、プッシュロッドがその道程の限界に接近するにつれより大きな制動力を供給するために、および／または本発明に従ってアクチュエータロッドが収縮位置にある時に圧縮スプリング力により大きな抵抗を供給するために、プッシュロッド行程の終わりにおよび／またはアクチュエータロッド行程の初めに、空気圧が作用する有効表面積のより大きなブレーキ作動アセンブリを提供することによって克服される。
本発明の１つの観点によれば、スプリングブレーキアクチュエータは、ハウジング内部を規定する第１と第２のハウジング部を有するハウジングを含む。支持プレートはハウジングに関して収縮位置と延伸位置との間で移動可能であり、またスプリングは支持プレートに延伸位置に向かってバイアスをかけるために、第２のハウジング部と、支持プレートの第１の表面との間に配設される。ハウジングに関した往復運動のためにアクチュエータロッドが操作自在に支持プレートに接続される。アクチュエータロッドの第１の端部は第１のハウジング部の開口の中に延伸する。可撓性のダイヤフラムは、第１の面の反対側の支持プレートの第２の表面に当接し、またハウジングの内部を第１のチャンバと第２のチャンバに分割する。ダイヤフラムの表面は流体圧力にさらされ、これによってスプリングのバイアスに対抗して収縮位置に支持プレートを押圧する。好ましくは、ダイヤフラムは支持プレートが収縮位置にある時にループを形成する延長部を含み、これによって、支持プレートが延伸位置から収縮位置に動くにつれ流体圧力が作用する有効表面積を増加する。
１つの実施例では、ダイヤフラムの延長部はダイヤフラムの周縁と中心部との間に配置されている。
他の実施例では、ダイヤフラムの延長部は中心部の一部を形成する。中心部は、ハウジングの中にダイヤフラムを装入する前にドーム形状であり、また中心部に隣接してループを形成するためにハウジング内に装入される時に、中心部はアクチュエータロッドによって支持プレートに押圧される。
本発明のさらに別の観点によれば、第２のハウジング部は、支持プレートが収縮位置にあって流体圧力がダイヤフラムに対して作用している時に少なくともループの一部分を受容するように適合された内部周辺に延在するチャネルを含む。
さらに別の実施例では、車両用のブレーキアクチュエータは常用ブレーキアクチュエータハウジングとスプリングブレーキアクチュェータハウジングとを有し、それぞれは内部空間を有する。第１の移動可能なダイヤフラムはスプリングブレーキアクチュエータハウジング内部に配設され、そのハウジングの内部空間を第１のスプリングブレーキアクチュエータチャンバと、第２のスプリングブレーキアクチュエータチャンバとに分割し、一方第２の移動可能なダイヤフラムは常用ブレーキアクチュエータハウジング内に配設され、そのハウジングの内部空間を第１の常用ブレーキアクチュエータチャンバと、第２の常用ブレーキアクチュエータチャンバとに分割する。アクチュエータロッドは、アクチュエータロッドがほぼスプリングブレーキアクチュエータハウジングの内部空間内にある第１の収縮位置と、アクチュエータロッドが常用ブレーキアクチュエータハウジングの内部空間に延伸する第２の延伸位置との間における第１の移動可能なダイヤフラムとの往復運動のために、このダイヤフラムに操作自在に接続している。第１の移動可能なダイヤフラムは、アクチュエータロッドが延伸位置にある時にループを形成する延長部を含み、これによって、アクチュエータロッドが延伸位置から収縮位置に動くにつれ流体圧力が作用する有効表面積を増加する。
さらに別の実施例でも、第２の移動可能なダイヤフラムは、常用ブレーキアクチュエータハウジング内のプッシュロッドが延伸位置にある時にループを形成する延長部を含み、これによって、収縮位置から延伸位置にプッシュロッドが動くにつれ流体圧力が作用する有効表面積を増加する。
【図面の簡単な説明】
図１は、初期位置（仮想）と延伸位置の常用ブレーキプッシュロッドとダイヤフラムとを示す従来技術の空気操作式ブレーキ作動アセンブリの断面図である。
図２は、従来技術のブレーキ作動アセンブリの常用ブレーキ力行程特性曲線である。
図３は、初期位置（仮想）および延伸位置における常用ブレーキプッシュロッドとダイヤフラムとを示す本発明に基づく空気操作式ブレーキ作動アセンブリの断面図である。
図４は、本発明の第２の実施例による下方常用ブレーキハウジングの拡大部分断面図である。
図５は、本発明に基づく図３と図４の作動アセンブリの力行程特性曲線である。
図６は本発明のさらに別の観点に基づくスプリングブレーキハウジング内の修正ダイヤフラムを示す空気操作式ブレーキ作動アセンブリの断面図である。
図７は、本発明のさらに別の観点に基づく修正ダイヤフラムとスプリングブレーキハウジングとを示す空気操作式ブレーキ作動アセンブリの断面図である。
図８は、図６と図７の作動アセンブリのホールドオフ空気圧特性曲線である。
図９、図１０、図１１は、本発明に基づく拡大ダイヤフラムを有するスプリングブレーキアクチュエータ組立ての第１の方法である。
図１２と図１３は、本発明に基づく拡大ダイヤフラムを有するスプリングブレーキアクチュエータ組立ての第２の方法である。
図１４と図１５は、修正ダイヤフラムおよび本発明のさらに別の実施例に基づきダイヤフラムをスプリングブレーキアクチュエータに組み立てる第３の方法である。
好適な実施例の詳細な説明
図１は、当業者に周知の一般的な構造を有する従来技術の空気操作式ブレーキ作動ユニット１０の断面図である。作動ユニット１０は、スプリングブレーキまたは非常ブレーキ部１４に縦一列に装着された常用ブレーキ部１２を備える。常用ブレーキプッシュロッド１８は往復運動のために常用ブレーキ１２から延伸し、また標準方法で従来のブレーキシューとドラム（図示せず）とに接続するように適合されたＵリンク２０を備える。プッシュロッド１８の往復運動によって、ブレーキは交互に作動または解除される。
常用ブレーキ部１２は１対の向き合ったカップ形状のハウジング部２１、２２を備え、各ハウジング部は外側に配向されたフランジ縁部２５を有する。ハウジング部２１、２２は挟持部２７によってそれらのフランジ縁部で互いに挟持され、常用ブレーキインナチャンバ３０を形成する。エラストマのカップ形状のダイヤフラム３２（破線で逆さでなく図示）はインナチャンバ３０の中に吊設され、またチャンバの周縁でハウジング部２１と２２のフランジ接合縁部２５の間で圧縮されている。常用ブレーキプッシュロッド１８はハウジング部２１の中央開口３４を通して常用ブレーキチャンバ３０の中に延伸し、このチャンバのプレッシャプレート３６に終端する。圧縮スプリング４０はプレッシャプレート３６と、ハウジング部２１の内面との間に延伸する。スプリングシート４８は中央開口部３４の周辺に配設され、圧縮スプリング４０の端部を受容し、また圧縮スプリングを開口部３４の周辺位置に保持する。このようにスプリング４０は、図１の点線に示したようにプレッシャプレート３６と常用ブレーキプッシュロッド１８とを完全収縮位置に押圧する。装着スタッド４６が設けられ、ブレーキ作動ユニット１０をブレーキアセンブリ上に装着する。
スプリングブレーキ１４は、縁部で接合された１対の向き合うカップ形状のハウジング部５１、５２を備え、インナチャンバ５３を画定する。ハウジング部５１は外側に配向された周辺フランジ縁部５４を備える。ハウジング部５１、５２は、ハウジング部５１上の縁部５４に係合するハウジング部５２上の周辺湾曲縁部５６によって互いに挟持される。エラストマのカップ形状の逆さダイヤフラム５８はスプリングブレーキチャンバ５３内に吊設され、またハウジング部５１、５２の縁部５４、５６の間のその周縁５５でそれぞれ圧縮されている。ダイヤフラム５８とハウジング部５１との間のチャンバ５３の部分は、非常ブレーキがその通常の解除位置にある時にハウジング部５１内の空気供給ポート（図示せず）を通して供給される圧縮空気で充填される空気チャンバを形成する。プッシュロッド１８に整合したアクチュエータロッド６０は、ハウジング部５１の端部壁部内の中央開口部６４を通して延伸する一方の端部を有する。アクチュエータロッド６０のこの一方の端部は、ハウジング部２２の端部壁部で整合された中央開口部６３の中に配設された作用プレート６２に終端する。中央開口部６４は、１対のＯリングシール６８を収容するための環状凹部を有する軸受６６を備える。軸受６６は、アクチュエータロッド６０の軸受面と気密シールとを形成する。アクチュエータロッド６０の他方の端部はダイヤフラム５８の中央に配設された開口８１を通して延伸し、またスプリングブレーキ圧縮スプリング７２に係合するプレッシャプレート７０に終端する。プレッシャプレート７０は、スプリング７２の一方の端部に係合する基本的に平坦な部分７３と、スプリング７２の軸に沿って概して軸方向に延伸する管状部７４とを備える。管状部７４は、プレッシャプレート７０とロッド６０が一体ユニットを形成するように、アクチュエータロッド６０の端部に圧入される。プレッシャプレート７０は鋳造アルミニウムから形成することが可能である。アクチュエータロッド６０は、ブレーキ解除部またはケージロッド７８または工具を収容する中心穴６１を備える中空の管またはロッドであることが可能である。所望の場合、ボルト７８はプレッシャプレート７０の管状部７４の端縁８０に係合し、スプリング７２を圧縮位置に維持するように適合される。工具は、手動でスプリングブレーキを解除するために、またはブレーキアセンブリ上で整備機能を実施する時に圧縮スプリング７２が完全に圧縮維持されるのを確実にするために、使用することが可能である。工具７８は、ハウジング部５２の端部壁部に溶接によって接着された固定ねじ付き開口部またはナット７７に係合するねじ付きボルトまたは同種のものであることが可能である。第２のナットまたはヘッド７９は、ボルトが一般のレンチまたは同種のものによってナット７７の中で回転可能なように、ねじ付きボルトに固着される。プレート８６は、圧縮スプリング７２をその圧縮状態に保持するために工具７８が引き抜かれる時に縁部８０に係合する。スプリングブレーキ１４の操作は、参考として本出願に組み込まれた米国特許第５，１０５，７２７に開示されている。
代表的な常用ブレーキの操作は、プッシュロッド１８を作動するためにスプリング４０の力に対抗してダイヤフラム３２とプレッシャプレート３６とを押圧すべく、ハウジング部２２（図示せず）の空気供給ポートを通してチャンバ３０に圧縮空気を導入する方法を含む。開口部４４はハウジング部２１の中に設けられ、インナチャンバ３０からの空気の急速排気を可能にする。プッシュロッドがその有効行程長さに近づくにつれ、最初に逆さでないカップ形状のダイヤフラム（破線）は逆さになる（実線）。プッシュロッドがその有効行程長さを越え続けるにつれ、ダイヤフラムはそのカップ形状を失い、一方プレッシャプレートに隣接したダイヤフラムの部分９０は丸くなり、これによって空気圧が作用できる有効面積は小さくなる。有効面積にわたって最大の力を得るために、空気圧はプッシュロッド運動に平行方向にダイヤフラムに耐えなければならない。しかし、ダイヤフラムの中に生じる変形のために、空気圧は、プッシュロッド運動に対し平行でない方向にダイヤフラム部９０を支える。したがって、ロッドがその有効行程長さからその完全延伸位置に至るにつれ、制動力は際立って減少する。図２の力行程特性曲線に示したように、代表的な有効ロッド行程範囲は０から２インチである。（重量ポンドで示した）制動力はこの範囲にわたってほぼ直線である。プッシュロッドがその有効行程長さを越えて通過するにつれ、制動力のはっきりした減少が生じる。以前に述べたように、従来技術の１つのアクチュエータでは、制動力は有効行程長さにわたる４５０lbfから、有効行程長さを越える３３０lbfの範囲にあることが可能である。
次に図３では、本発明に基づく空気ブレーキアクチュエータ１１０が示され、図１と同様の部分は同様の数字によって表される。常用ブレーキ１１２は１対の向かい合うカップ形状のハウジング部１２１と２２を備え、各々は外側に配向されたフランジ縁部１２５と２５をそれぞれ有する。ハウジング部１２１と２２は挟持部２７によってそれらのフランジ縁部で互いに挟持され、常用ブレーキインナチャンバ１３０を形成する。本発明の１つの観点に従ってブレーキ効果を高めるために、ハウジング部１２１はその回りの周辺に延在する内部チャネル１１４を含む。チャネル１１４はインナチャンバ１３０の一部を形成し、また部分１２１の外側の出っ張りとして現われる。好適な実施例では、チャネル１１４はハウジング部１２１の下方壁部１１５から軸方向に離間している。エラストマの細長いダイヤフラム１３２はインナチャンバ１３０内に吊設され、またハウジング部１２１と２２のフランジ縁部１２５、２５の間でダイヤフラムの周縁で圧縮されている。プッシュロッド１８、プレッシャプレート３６およびスプリング４０が破線に示したようにそれらの初期位置にある時、ダイヤフラムは下方に垂れ下がる。圧縮空気がハウジング部２２（図示せず）の空気供給ポートを通して導入される時、ダイヤフラム１３２とプレッシャプレート３６はスプリング４０の力に対抗して押圧され、プッシュロッド１８を作動する。プッシュロッドがその最大行程長さに近づくにつれ、圧縮空気はダイヤフラムがチャネル１１４を充填させるようにし、これによって空気圧が有効に作用できる表面積を大きくする。最終有効面積は少なくとも初期有効面積に等しいか、好ましくはより大きい。空気圧は一定であるので、プッシュロッドを通して伝達される制動力は同じであるか、またはプッシュロッドの全体運動範囲にわたって増加する。
図５の力行程特性曲線によって示されるように、例えば０から２インチの有効ロッド行程範囲を有する本発明に基づくアクチュエータはほぼ直線的な制動力を示す。しかし、プッシュロッドがその有効行程長さを越えて通過するにつれ、領域Ａ１によって示されるように制動力のはっきりした増加が生じる。かくして、最も必要とする時により大きな制動力が得られる。したがって、プッシュロッドの全体運動にわたって制動力の損失が生じないので、より小さな常用ブレーキチャンバを使用することができるであろう。実際に、本発明は全体行程長さにわたって最大力を利用できるので、より短い行程が今や可能である。より短い有効行程長さによって、同一の制動力がより小さなハウジングにより利用可能であり、その結果として空間とコスト節減が達成される。
図４には、本発明のさらに別の実施例に基づく空気ブレーキアクチュエータ２１０の一部が示され、前の実施例の同様の数字は同様の部分を識別するために使用される。常用ブレーキハウジング２１２は、下方ハウジング部２２１の周辺に延在する内部チャネル２１４を有する下方ハウジング部２２１を含む。チャネル２１４は部分２２１の外側に出っ張りとして現われ、またハウジング部２２１の下方壁部２１５から、下方壁部から離間した位置まで延在する。前の実施例に比較して、チャネル２１４は下方壁部２１５にある。プッシュロッド１８、プレッシャプレート３６およびスプリング４０が破線に示したようにそれらの初期位置にある時、ダイヤフラム２３２は下方に垂れ下がる。圧縮空気が空気供給ポートを通してハウジング部２２（図示せず）の中に導入される時、ダイヤフラム２３２とプレッシャプレート３６はスプリング４０の力に対抗して押圧され、プッシュロッド１８を作動する。プッシュロッドがその最大行程長さに近づくにつれ、圧縮空気はダイヤフラムがチャネルを部分的に充填するようにし、これによって空気圧が効率的に作用できるより大きな表面積が得られる。前の実施例のように、最終有効面積は少なくとも初期有効面積に等しいか、好ましくはそれよりも大きい。空気圧は一定であるので、プッシュロッドを通して伝達される制動力は一定に留まるか、または前述のようにプッシュロッドの運動範囲全体にわたって増加する。
周辺に延在するチャネルを使用するために細長いダイヤフラムについて説明してきたが、ある場合にはチャネルが不必要であると考えられる。拡大ダイヤフラムのみによって、プッシュロッドの延伸位置において従来技術よりも大きな有効面積が提供されるであろう。
図６では、本発明のもう１つの実施例に基づく空気ブレーキアクチュエータ３１０が示され、この場合図１の同様の部分は同様の数字によって表される。スプリングブレーキ３１４は、エラストマの逆さカップ形状の拡大ダイヤフラム３５８を除き、前述のスプリングブレーキ１４と同様である。ダイヤフラム３５８はスプリングブレーキチャンバ５３の中に吊設され、また周辺端縁５５においてハウジング部５１と５２の縁部５４と５６の間でそれぞれ減衰される。ダイヤフラム５８とハウジング部５１との間のチャンバ５３の部分は、非常ブレーキがその通常の解除位置にある時にハウジング部５１（図示せず）の空気供給ポートを通して供給される圧縮空気で充填される空気チャンバを形成する。ダイヤフラム３５８は、周縁５５と、周辺に延在するループ部３６０との間に延在する周辺壁部３６２を含む。プレッシャプレート係合部３６４は、ループ部３６０からアクチュエータロッド６０に向かって内側方向に延在する。周辺延在ループ部３６０は空気圧が作用する有効面積を増大する。理想的には、ハウジング部５２の周辺延在壁部は円筒状であるべきであるが、示したように先細りであることが可能である。空気圧は一定であるので、有効面積の増加は、図８の領域Ａ２に示したように、スプリング７２に対して加えられる力をより大きくすることになる。代わりに、空気圧の減少によってスプリング７２をその収縮位置に保持することができる。この実例では、図８に示したインチによる行程は、完全延伸位置（行程はゼロに等しい）と、完全収縮位置（行程は２．５インチ（6.35cm）に等しい）との間のスプリング７２を表している。ホールドオフ圧力の増加を示す実線によって表されているように、力の増大は、加圧空気システムに漏れが生じた場合のように、収縮位置にスプリング７２を維持し、これによってブレーキ引きずりとその随伴問題を避けるために、安全上の特徴として有効であると考えることができる。またこの力の増大は、スプリング７２をその収縮位置に維持するのに必要な図８に点線で示したホールドオフ圧力が従来技術で規定された圧力ほどに大きい必要がないことを意味する。逆に、必要な場合により強力なスプリング７２を制動力増大のために使用することができる。図６に示した構造に関して、実験室テストで、スプリングブレーキの型式によって１５から２７％の空気圧減少があってもスプリング７２がその収縮位置に留まることが確認された。従来技術のアクチュエータのスプリングブレーキチャンバの１００psi（7.0301kgf/cm2）の代表的な空気圧の代わりに、本発明に基づく特大のダイヤフラムは、アクチュエータロッド６０を完全収縮位置に維持するために、同等のアクチュエータ用に約８０psi（5.6241kgf/cm2）のみで済む。このような必要空気圧の低減によって、駐車ブレーキが設定される時に、より大きな保持力を加えるために、より強力なスプリング７２を現在のコンプレッサと保持タンクに使用することができる。代わりに、空気圧を減少させるためにより小さなエアコンプレッサと保持タンクを使用することができ、この結果空気ブレーキシステムのコスト節減につながる。
次に図７では、本発明のもう１つの実施例に基づく空気ブレーキアクチュエータ４１０が示され、この場合前の実施例の同様の部分は同様の数字によって表される。スプリングブレーキ４１４は、インナチャンバ４５３を形成するために、縁部で接合された一対の向かい合うカップ形状のハウジング部５１と４５２を備える。ハウジング部５１と４５２は、ハウジング部５１上の縁部５４の周囲で包まれたハウジング部４５２上の周辺湾曲縁部４５６によって互いに挟持される。ハウジング部４５２は、ハウジング部４５２の外側に出っ張りのように見える周辺延在チャネル４５４を含む。エラストマの逆さカップ形状の拡大ダイヤフラム４５８はスプリングブレーキチャンバ４５３の中に吊設され、またハウジング部５１と４５２の縁部５４と４５６の間のブレーキチャンバの周縁でそれぞれ圧縮されている。ダイヤフラム４５８とハウジング部５１との間のチャンバ４５３の部分は空気チャンバを形成し、このチャンバは、非常ブレーキがその通常の解除位置にある時にハウジング部５１の空気供給ポート（図示せず）を通して供給される圧縮空気で充填される。ダイヤフラム４５８はその寸法のため、周辺延在ループ部４６０と、周縁５５とループ部４６０との間に延在する周辺壁部４６２とを含む。プレッシャプレート係合部４６４は、ループ部４６０からアクチュエータロッド６０に向かって内側方向に延在する。ダイヤフラム４５８は、圧縮空気が空気チャンバに供給される時にチャネル４５４を充填する。スプリングブレーキ４１４内で拡大ダイヤフラムとチャネルとを組み合わせることによって、空気圧が作用する有効面積が増加する。空気圧は一定であるので、有効面積の増加は、スプリングがその完全収縮位置にある時にスプリング７２に加えられる力をより大きくする。前の実施例のように、力の増大は、強力なスプリングの力を打ち消すために利用することができるか、または代わりに空気圧の減少によってその力を小さくすることができ、この結果空気ブレーキシステムのコスト節減をもたらす。
次に図９〜１１では、図６のスプリングブレーキ３１４の組立ての代替構造と方法が説明され、この場合前の実施例の同様の部分は同様の数字によって表され、同一の説明を図７のスプリングブレーキアセンブリ４１４に適用できることが理解される。ループ部３６０によって成型されたダイヤフラム３５８の代替として、周辺壁部３６２は従来技術の周辺壁部より長く形成することが可能である。壁部３６２は、周縁５５とプレッシャプレート係合部３６４との間に延在する。係合部３６４の中心は、組み立てられるスプリングブレーキの型式に応じて、中空でないかまたは開口（図示せず）付きで形成することが可能である。
組立中、係合部３６４はハウジング部５２内のプレッシャプレート７０の平坦部７３上に配置される。壁部３６２の長さのため、図９に示したようにギャップ３６６がダイヤフラム３５８の周縁５５と、ハウジング部５１の周辺湾曲縁部５６との間に存在する。次に、ハウジング部５１はハウジング部５２と整合され、またそれに向かってプレスされ、また湾曲縁部５６はハウジング部５１の縁部上方で圧延され、ハウジング部を互いに接着する。ダイヤフラムの周縁５５はこのようにしてハウジング部の周辺端部の間に圧縮される。インナチャンバ５３に空気圧を加える前に、またスプリング７２を収容する間に、壁部３６２の余分の長さのために周辺延在ループ３６８がダイヤフラムの中に形成される。空気圧がインナチャンバ５３に加えられる時、ダイヤフラム壁部３６２はチャンバ５２の壁部に対して押圧され、周辺延在ループ部３６０を形成する。
次に図１２と図１３では、図９〜１１の延長周辺壁部３６２を有するダイヤフラム３５８を装入するための代替技術が示され、前の実施例の同様の部分は同様の数字によって表される。真空チャンバ３７４は、フロア３７２に取り付けられる周辺延在壁部３７０を含む。開口３７６はフロアを通して延在し、また真空源（図示せず）への接続のために適合されている。ハウジング部５２は壁部３７０上に支持される。シールリング３７８は好ましくはゴム製であり、壁部３７０から延在し、またハウジング５２に接触する。ダイヤフラム３５８の係合部３６４は、ハウジング部５２のプレッシャプレート７０の平坦部７３上に配置される。前の実施例のように壁部３６２の長さのため、図１２に示したようにギャップ３６６がダイヤフラム３５８の周縁５５と、ハウジング部５２の周辺湾曲縁部５６の間に存在する。次に、真空がハウジング部５２の従来の涙孔（図示せず）および／またはプレッシャプレート７０を通して延在するケージボルト穴３８０を通して、チャンバ３７４とダイヤフラム３５８とに加えられる。真空圧力は、ハウジング部５２の内壁と、プレッシャプレート７０の平坦部７３とに対してダイヤフラム３５８を押圧し、ギャップ３６６を閉鎖し、また周辺延在ループ３６０を形成する。次にハウジング部５１はハウジング部５２に整合され、またそれに向かってプレスされ、また湾曲縁部５６はハウジング部５１の縁部上方で圧延され、ハウジング部を互いに接着する。ダイヤフラムの周縁５５はこのようにしてハウジング部の周辺端部の間に圧縮される。真空がチャンバ３７４から取り除かれた場合、図１０に示したように、インナチャンバ５３に空気圧を加える前にまたスプリング７２が収容される間に、ダイヤフラム３５８はループ部３６８を形成する傾向を有する。空気圧がインナチャンバ５３に加えられる時、壁部３６２はハウジング部５２の内壁に押圧され、周辺延在ループ部３６０を形成する。
次に図１４と１５では、図６のスプリングブレーキ部３１４の組立てのさらに別のダイヤフラム構造と方法が説明され、この場合前の実施例の同様の部分は同様の数字によって表され、同一の説明を図７のスプリングブレーキ部４１４に適用できることが理解される。ループ部３６０または延長周辺壁部３６２によって成型されたダイヤフラム３５８の代替として、プレッシャプレート係合部３６４は、従来技術の係合部よりも長い直径で形成することが可能である。延長係合部３６４は、ダイヤフラムの中心部３８４において最も高くなると共にダイヤフラムの周辺３８６においてプレッシャプレート７０に係合するドーム３８２を形成する。前の実施例のように、係合部３６４の中心は、組み立てられるスプリングブレーキの型式に応じて、中空でないかまたは開口（図示せず）付きで形成することが可能である。
組立中、係合部３６４は、周辺３８６がプレッシャプレート７０の平坦部７３によって支持され、また周縁５５がハウジング部５２の周辺湾曲縁部５６上に支持されるように配置される。プッシュロッド３８８は一方の端部にアダプタプレート３９０を有し、またハウジング部５１の開口を通して延伸し、これによって周知の方法でスプリングブレーキ部１４と常用ブレーキ部１２との間で往復運動を行う。次に、ハウジング部５１はドーム３８２と接触したアダプタプレート３９０によってハウジング部５２に整合される。次に、ハウジング部５１とプッシュロッド３８８は、ドームがプレッシャプレート７０の平坦な部分７３に対してほぼ平坦に着座し、また周縁５５がハウジング部の間に間挿されるまで、ハウジング部５２に向かってプレスされる。次に、湾曲縁部５６はハウジング部５２の縁部上方で圧延され、ハウジング部を互いに接着する。ダイヤフラムの周縁５５はこのようにしてハウジング部の周辺端部の間に圧縮される。かくして周辺延在ループ３６０は空気圧を加えることなしに形成され、これによって空気圧が作用できる有効表面積を増加する。
本発明はその好適な実施例を参考にして説明してきたが、当業者は、種々の変更を行うことができ、また本発明の真の精神と範囲から逸脱することなしに、本発明の要素の代わりに等価物に置換することが可能であることが理解されるであろう。例えば、スプリングブレーキハウジングのダイヤフラムとは別に、常用ブレーキハウジングのダイヤフラムを示しかつ説明してきたが、拡大ダイヤフラムを両方のハウジングの中で使用することが推考される。さらに、１つまたは両方のハウジング内の周辺延在チャネルを拡大ダイヤフラムと共に使用することが可能である。また、ダイヤフラムをコンボリューション、出っ張りまたは他のすべての形状で形成し、これによって空気圧が作用できる有効面積を増加可能であることが推考される。また、プレッシャプレートの直径を大きくすることだけでも、または拡大ダイヤフラム付きで有効面積の増加が行われることが推考される。
【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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【図８】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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