(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの可動壁構造体（１２）によって、低圧源に常時接続される前方室（１４）と、プランジャ（２８）に固着された作動ロッド（３０）により駆動される三方弁装置（３６）を介して前方室（１４）又は高圧源に選択的に接続される後方室（１６）とに密封態様で区分されている、対称軸線（Ｘ−Ｘ′）を有するケーシング（１０）を包含しており、プランジャが戻しスプリング（３８）の作用を受け、可動壁構造体（１２）に固着された空気圧ピストン（２０）に形成した孔（２６）内を摺動でき、空気圧ピストンの後方管状部分（２２）がケーシング（１０）の後方壁の開口内を密封態様で摺動でき、三方弁装置（３６）が、空気圧ピストン（２０）の後方管状部分（２２）内に配設され、プランジャ（２８）に形成した第１弁座（２８ａ）及び空気圧ピストン（２０）に形成した第２弁座（２０ａ）と相互作用する弁要素（３６）を包含し、プランジャ（２８）の後方休止位置が、空気圧ピストン（２０）の後方管状部分（２２）内に配設されたスリーブ（３４）の前方端部に形成した停止部（３２）によって画定され、作動ロッド（３０）のための戻しスプリング（３８）が空気圧ピストン（２０）とプランジャ（２８）との間に配設されている空気圧ブレーキブースタにおいて、プランジャ（２８）が、空気圧ピストン（２０）の後方管状部分（２２）内に配設されたスリーブ（３４）の前方端部（３２）上を摺動できる円筒形後方部分を包含し、弁要素（３６）が、ブースタの対称軸線（Ｘ−Ｘ′）に対して対称の円形ダクトの形状で可撓性部材に形成され、弁要素の開口部が後方に指向し、弁要素が保持部片（４４）とで、ブースタの後方室（１６）に常時連通する補償室（４８）を形成することを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項２】
請求項１記載の空気圧ブースタにおいて、補償室（４８）内に圧縮スプリング（４６）が配設されて、弁要素（３６）を第１弁座（２８ａ）及び第２弁座（２０ａ）に向けて前方に押圧することを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項３】
請求項１記載の空気圧ブースタにおいて、プランジャ（２８）が空気圧ピストン（２０）の孔（２６）内で密封態様で摺動し、プランジャ（２８）の前面に高圧力が常時作用できるようにする通路（５２）を包含することを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項４】
請求項１記載の空気圧ブースタにおいて、スリーブ（３４）が、スナップ嵌合により又は止め輪での保持により空気圧ピストン（２０）の後方管状部分（２２）に固着されていることを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項５】
請求項１記載の空気圧ブースタにおいて、スリーブ（３４）が、空気圧ピストン（２０）の後方管状部分（２２）内で後方管状部分（２２）の２つの停止部又は肩部（５８，６０）の間で軸線方向に摺動できることを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項６】
請求項１又は５記載の空気圧ブースタにおいて、スリーブ（３４）が、弁要素（３６）を支持する可撓性部材の後方端部（３６ｉ，３６ｅ）の少なくとも一方及び保持部片（４４）に固着されていることを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項７】
請求項１記載の空気圧ブースタにおいて、スリーブ（３４）が、極片（１１２，１１４）により形成された孔（１２０）内を摺動でき、電気コイル（１１０）によって発生された磁束がこれら極片を流れることができることを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の空気圧ブースタにおいて、可動壁構造体（１２）の２つの面に発揮される圧力差によって発生されたブースト力が、反動ディスク（５６）に作用するピストン（２０）の環状前面を介してプッシュロッド（５４）に伝達され、反動ディスクの中央部分にはプランジャ（２８）の前面が当接することを特徴とする空気圧ブースタ。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の空気圧ブースタにおいて、可動壁構造体（１２）の２つの面に発揮される圧力差によって発生されたブースト力が、可動壁構造体（１２）を介してマスターシリンダのピストンに伝達され、マスターシリンダの流体圧力が、プランジャ（２８）に接触し得る反動ピストンに発揮されることを特徴とする空気圧ブースタ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、自動車の制動を増強するのに用いられる型式の空気圧ブースタに関する。
このようなブースタは自動車技術分野においてよく知られており、慣例的に、少なくとも１つの可動壁構造体によって、低圧源に常時接続される前方室と、プランジャに固着された作動ロッドにより駆動される三方弁装置を介して前方室又は高圧源に選択的に接続される後方室とに密封態様で区分されている、対称軸線を有するケーシングを包含しており、プランジャが戻しスプリングの作用を受け、可動壁構造体に固着された空気圧ピストンに形成した孔内を摺動でき、空気圧ピストンの後方管状部分がケーシングの後方壁の開口内を密封態様で摺動でき、三方弁装置が、空気圧ピストンの後方管状部分内に配設され、プランジャに形成した第１弁座及び空気圧ピストンに形成した第２弁座と相互作用する弁要素を包含し、プランジャの後方休止位置が、空気圧ピストンの後方管状部分内に配設されたスリーブの前方端部に形成した停止部によって画定され、作動ロッドのための戻しスプリングが空気圧ピストンとプランジャとの間に配設されている。
多数の文献がこの型式のブースタを記載しており、例えば文献ＥＰ−Ａ−０，２３３，０２６又は文献ＤＥ−Ａ−４，１４１，３５３がある。長年にわたり、このようなブースタの性能を改善するため、特に、ブレーキペダルが操作されたときにブレーキの急速な駆動を得るように攻撃力及び応答時間を減少させるため、また運転者が制動作用を正確に測ることができるように復帰時間を減少させるために、多くの試みがなされている。
応答時間の改善は、従来では、プランジャに形成した第１環状弁座において空気が通過できる断面積を増大することによって、一般にはその径を増大することによって得られている。逆に、復帰時間を減少させる場合には、空気圧ピストンに形成した第２環状弁座の径を縮小させる必要がある。従って、このブースタの設計では、両弁座が略同一の平面に配置され、第１弁座の径がとりわけ第２弁座の径によって制限されているため、これら２つの改善は相反するものである。
本発明はこれに関連するもので、その目的は、採用が簡単で且つ信頼性が高い手段を用いながら、攻撃力と応答及び復帰時間との減少が同時に得ることができ、その上、従来のブースタにおける最小限の構成部品を変更するだけで、既に生産中の構成部品を最大限に使用することができ、その結果ブースタのコストを上昇させることのないようにした、上述した型式のブースタを提供することにある。このようなブースタは、さらに、自動車製造業者の最近の要望を満たすために簡単な方法で自動的に駆動できるようにする必要がある。
この目的のため、本発明は、プランジャが、空気圧ピストンの後方管状部分内に配設されたスリーブの前方端部上を摺動できる円筒形後方部分を包含し、弁要素が、ブースタの対称軸線に対して対称の円形ダクトの形状で可撓性部材に形成され、弁要素の開口部が後方に指向し、弁要素が保持部片とで、ブースタの後方室に常時連通する補償室を形成するようにしている。
補償室内に圧縮スプリングが配設されて、弁要素を第１弁座及び第２弁座に向けて前方に押圧することができる。
有益的には、プランジャは空気圧ピストンの孔内で密封態様で摺動し、プランジャの前面に高圧力が常時作用できるようにする通路を包含していてよい。
一実施例によると、スリーブは、スナップ嵌合により又は止め輪での保持により空気圧ピストンの後方管状部分に固着されている。
他の実施例によると、スリーブは、空気圧ピストンの後方管状部分内で後方管状部分の２つの停止部又は肩部の間で軸線方向に摺動できる。
この他の実施例では、スリーブは、弁要素を支持する可撓性部材の後方端部の少なくとも一方及び保持部片に固着されている。
また、スリーブは、極片により形成された孔内を摺動でき、電気コイルによって発生された磁束がこれら極片を流れることができる。
本発明は、可動壁構造体の２つの面に発揮される圧力差によって発生されたブースト力が、反動ディスクに作用するピストンの環状前面を介してプッシュロッドに伝達され、反動ディスクの中央部分にはプランジャの前面が当接するようにしたブースタに適用される。
本発明は、また、可動壁構造体の２つの面に発揮される圧力差によって発生されたブースト力が、可動壁構造体を介してマスターシリンダのピストンに伝達され、マスターシリンダの流体圧力が、プランジャに接触し得る反動ピストンに発揮されるようにしたブースタに適用される。
本発明の他の目的、特徴及び利点は、例として添付図面を参照して行う本発明の実施例の下記説明から明らかとなるであろう。
図１は、本発明に従って製作した空気圧ブレーキブースタの縦断側面図である。
図２は、図１の空気圧ブースタの後方中央部分の縦断側面図である。
図３は、本発明に従って製作した流体反力を備える空気圧ブースタの後方中央部分の縦断側面図である。
図４は、本発明の変形例に従って製作した空気圧ブースタの後方中央部分を示す、図２と同様の縦断側面図である。
図５は、図４の変形例に従って製作した流体反力を備える空気圧ブースタの後方中央部分を示す、図３と同様の縦断側面図である。
図６は、本発明の他の変形例に従って製作した空気圧ブースタの後方中央部分の縦断側面図である。
図１は、車両の流体ブレーキ回路の圧力を制御するマスターシリンダと車両のブレーキペダルとの間に通常の方法で配置されるように設計された空気圧ブレーキブースタの断面図を示している。
慣例に従い、マスターシリンダに向かうブースタの部分を“前方”と称し、ブレーキペダルに向かうブースタの部分を“後方”と称する。従って、図では、前方が左側で、後方が右側である。
図１に示すブースタは、軸線Ｘ−Ｘ′を中心とする対称回転体をなすシェルの形状の外部ケーシング１０を包含する。
可動壁構造体１２がケーシング１０内に前方室１４と後方室１６とを画成する。可動壁構造体１２はエラストマー製の可撓性転動形ダイヤフラム１５と組合わされ、このダイヤフラムの内周縁部は起伏部１８により中空ブーストピストン２０に密封態様で収容され、このピストンは可動壁構造体１２に固着され、ブースタの軸線Ｘ−Ｘ′に沿って配置されており、ダイヤフラムの外周縁部は外部ケーシング１０に密封態様で固定されている。
中空ピストン２０は管状部分２２の形状で後方に延び、この管状部分はケーシング１０の後方壁を密封態様で貫通する。ピストン２０とケーシング１０の前方壁との間に介装された圧縮スプリング２４は、ピストン２０を図に示されている後方休止位置に通常保持し、この位置では、後方室１６がその最小容積にあり、前方室１４がその最大容積にある。
図２ないし６に示されているように、後方管状部分２２の前方に位置する可動壁の中央部分では、空気圧ピストン２０は、プランジャ２８の前方端部が摺動可能に収蔵された孔２６を有する。軸線Ｘ−Ｘ′に沿って配置されたブースタ作動用のロッド３０の前方端部は、プランジャ２８の盲孔内にボールジョイントのようにして装架されている。
プランジャ２８の後方端部は円筒形であり、後方管状部分２２内に配置されたスリーブ３４上を摺動することができる。図２及び３の実施例では、スリーブ３４は、例えば、図２の上半分に示されているようにスナップ嵌合によって、又は図２の下半分に示されているように止め輪によって、後方管状部分２２に固着されている。スリーブ３４はまた開口３３を有する。
管状部分２２の外部へ突出する作動ロッド３０の後方端部（図１）は、車両のブレーキペダル（図示しない）によって直接に作動される。
プランジャ２８はブースト装置の作動を制御し、このブースト装置は、環状弁要素３６と、ピストン２０の中央部分の後部及びプランジャ２８の後部にそれぞれ形成した２つの弁座２０ａ及び２８ａとを含む三方弁を包含し、弁座２０ａは弁座２８ａを囲繞している。
圧縮スプリング３８が空気圧ピストン２０の肩部とプランジャ２８の肩部との間に配設されて、このプランジャ２８を図に示されている休止位置へ押圧し、この位置では、プランジャ２８がスリーブ３４の前方端部３２に対して休止している。
この休止位置において、第１弁座２８ａは環状弁要素３６に対して当接し、この弁座を第２弁座２０ａから短い距離を離隔維持しているので、前方室１４及び後方室１６は、空気圧ピストン２０に形成した略軸線方向の通路４０及び略半径方向の通路４２を介して互いに連通する。
弁要素３６は、軸線Ｘ−Ｘ′に対して略直角の平面に位置する可撓性部材の環状前方端部を構成し、この可撓性部材は、軸線Ｘ−Ｘ′に対して対称をなす円形ダクト又は溝断面の形状に例えばエラストマーで作られており、開口部が後方に指向する。軸線Ｘ−Ｘ′の方向に延びる側壁の後方端部３６ｅ及び３６ｉは、例えばスリーブ３４の前方壁と協働する保持部片４４によって保持されている。圧縮スプリング４６が保持部片４４の前方壁と弁要素３６の後面との間に挿設されて、弁要素を弁座２０ａ及び２８ａの方向へ前方に押圧する。
弁要素３６及び保持部片４４を支持する可撓性部材は、スプリング４６を収容し空気圧ピストン２０に形成した少なくとも１つの軸線方向通路５０を介してブースタの後方室１６に常時連通する容積室４８を画成する。
ブースタが図に示されているその休止位置にあるとき、スリーブ３４の前方端部３２に対して休止するプランジャ２８の後方位置は、弁座２８ａが弁要素３６の環状前面に当接して弁要素を弁座２０ａから離隔維持し、その結果ブースタの室１４及び１６が軸線方向通路４０、弁通路２０ａ−３６及び半径方向通路４２を介して連通するようなものである。
特に、補償容積室としても知られている容積室４８は、ブースタの後方室に作用する圧力と同じ圧力を受けるのに対し、大気圧は弁座２８ａの後方でこの容積室の外部で作用する。
従って、保持部片４４及びスリーブ３４は、後方端部３６ｉの径が弁座２８ａの径に等しいような形状を与えられ得ることが理解されよう。こうして、弁要素３６と端部３６ｉとを結合する薄い部分に発揮される圧力差は、軸線Ｘ−Ｘ′に対して直角に発揮される力を発生する。従って、休止時でのスプリング３８の予負荷は減少でき、同時に、ブースタを駆動するために供給されるべき攻撃力は減少できる。
この攻撃力は、有益的には、図２及び３に示されているように、プランジャ２８を空気圧ピストン２０の孔２６内で密封態様で摺動させ、大気圧がプランジャ２８の前面に常時作用できるようにする通路５２をプランジャに備えることによって、さらに減少させることができる。
このように、休止時にプランジャ２８に発揮される圧力差は、孔２６の断面積を差し引いた弁座２８ａの断面積に等しいプランジャの断面積にのみ発揮される。従って、この断面積の差は必要なだけ小さくすることができ、これにより、休止時でのスプリング３８の予負荷はさらに減少できると同時に、攻撃力を減少できることが理解されよう。
制動作用時、運転者はブレーキペダルを踏み込んで作動ロッド３０を前方に移動させる。プランジャ２８は孔２６内及びスリーブ３４の前方端部３２上を摺動するので、弁要素３６の環状前面は弁座２０ａに接触するようになり、前方室１４及び後方室１６を互いに隔離する。
プランジャ２８が空気圧ピストン２０内を前方に移動し続けるので、弁座２８ａは弁要素３６の環状前面から離隔し、これにより、環状空間３５がスリーブ３４に形成した開口３３を介して後方室１６に連通される。
本発明によると、特に図に示されているように弁要素３６の設計のため、弁座２８ａは比較的大きい径を与えられ得るので、弁通路２０ａ−３６は拡大した断面積を有することとなって、環状空間３５内の空気をブースタの後方室１６に非常に容易に流入させることができ、従って、ブースタの応答時間を最短化することができる。
さらに、戻しスプリング３８の特殊の構成は、スプリングが移動中の空気の経路の外側にあり、この移動に対する障害物を呈していないという付加の利点を有しており、慣例的に戻しスプリングが作動ロッド３０のまわりに配置され後方管状部分２２の肩部に当接している先行技術のブースタでは、スプリングが空気の移動に対する障害物をなしている。
このように、圧力はブースタの後方室１６内で急速に上昇し、可動壁１２に圧力差を生起して、可動壁を前方に移動させようとするブースト力を発生することができる。
図２の実施例において、この力は、反動ディスク５６に作用するピストン２０の環状前面によってプッシュロッド５４に伝達され、この反動ディスクの中央部分に対してプランジャ２８の前面が当接する。
図３の実施例において、この力は、可動壁１２によってマスターシリンダのピストンに直接に伝達され、このマスターシリンダの流体圧力は増大し、反動ピストンに作用し、流体反動型ブースタで良く知られている技術に従い、この反動ピストンは後退してプランジャ２８に接触するようになる。
車両の運転者は、制動作用を軽減させ又は終了しようとするとき、作動ロッド３０への力を釈放し、プランジャ２８に作用する戻しスプリング３８は、作動ロッド３０を携行しながらプランジャを後退させる。
最初に、弁座２８ａが弁要素３６に接触するようになり、環状空間３５と後方室１６との連通を遮断する。次に、弁座２８ａが弁要素３６を弁座２０ａから後方へ持ち上げ、短縮した復帰時間で、ブースタの前方室１４と後方室１６との連通を再び許容する。
この復帰時間は、有益的には、反動ディスク及び流体反力を備えたブースタにそれぞれ関する図４及び５に示された変形例により、さらになお短縮することができる。
この変形例では、スリーブ３４は、後方管状部分２２の２つの停止部又は肩部５８及び６０（図５）の間で距離Ｒにわたりこの部分２２内を軸線方向に摺動できるように、後方管状部分２２内に嵌装されている。スリーブ３４は、弁要素３６を支持する可撓性部材の端部３６ｉ及び保持部片４４に固着されており、他端部３６ｅは、例えば金属インサートによって後方管状部分２２に固着されている。他の構成部品は前述した構成部品と同一であり、詳細については説明しない。
図４及び５に示されている休止位置では、スリーブ３４及び保持部片４４は肩部５８に対して前方で休止する。従って、ブースタの前方室１４及び後方室１６内そして補償室４８内には部分真空が確かに存在する。従って、スリーブ３４の断面積Ｓ1は、この断面積Ｓ1の２つの側面を横切って発揮される圧力差ΔＰによって発生された前進力Ｆ1を受けており、力Ｆ1は、断面積Ｓ1と圧力差ΔＰの積に等しく、スプリング３８によって発揮される対抗力よりも小さいものであり、このスプリングの休止時の予負荷は、前述のように比較的小さいものである。
制動作用時、この変形例でのブースタの作動は、図２及び３に関して説明したものと同一である。従って、これらのブースタに関して説明したものと同一の幾つかの特徴、すなわち、非常に短い応答時間及び短い初期無効行程は、ここでも得られている。
車両の運転者は、制動作用を軽減させ又は終了しようとするとき、作動ロッド３０への力を釈放し、プランジャ２８に作用する戻しスプリング３８は、作動ロッド３０を携行しながらプランジャを後退させる。
それから、補償室４８内の圧力はブースタの後方室内の圧力に等しく、従って、この圧力は、ブースタの前方室１４内に存在する部分真空と環状空間３５内に存在する大気圧との間にある。続いて、スリーブ３４の断面積Ｓ1に発揮される力Ｆ2は、ブースタの休止時に発揮されていた力Ｆ1よりも小さく、従って、この力Ｆ2は、戻しスプリング３８によって発揮される力よりも小さい。
この結果、弁座２８ａは弁要素３６に接触するようになり、弁要素３６を弁座２０ａから後方へ持ち上げ、またこの弁要素をスリーブ３４及び保持部片４４と共に距離Ｒを携行する。従って、弁要素３６は、休止位置（図４）で通常存在する距離Ａと任意に選択できる距離Ｒとの和を弁座２０ａから離隔される。これは、明きからに、後方室１６から前方室１４に向かって移動する空気のために相当拡大した通路断面積を与え、従って、極めて短い復帰時間を与えている。
従って、応答時間及び復帰時間が互いに独立して影響を及ぼされ、その結果、特に両者が同時に改善できるようにしたブースタが達成されていることが明らかである。この同時の改善は、採用が容易で、信頼性が高く且つ安価である手段によって得られている。さらに、本発明を実施するために、外部ケーシング及びピストンに固着された可動壁のような他の標準の構成部品は、そのままで使用することができ、これは、コストを削減するのにさらに寄与している。
図６は、自動制動すなわち車両の運転者の介入なしでの制動のような付加の機能を得ることを可能にした本発明の他の変形例を示している。このような自動制動作用は、例えば車両の加速時に車輪がスピンするのを防止するため、坂道発進で車両の運転者を助けるため、あるいは衝突防止レーダ型の装置の制御下のように、車両の作動パラメータ又は姿勢のための１つ又はそれ以上の検出装置によって行われる。
このため、図６に示されているブースタは、２つの極片１１２及び１１４を通して磁束を流すことができる電気コイル１１０と、コイル１１０を囲繞し後方管状部分２２に固定された磁性材料製の円筒形磁界フレーム１１６と包含する電磁石を装備している。
極片１１２及び１１４は、電磁コアプランジャ１３４が摺動できる共通の内部孔１２０を画成しており、このコアプランジャはスリーブ３４の円筒形後方端部１３４を構成し、従って、例えば軟鋼又は超低炭素鋼のような磁性材料で作られ、極片１１２及び１１４と磁界フレーム１１６を通って流れる磁束を受けて、事実上閉成した磁気回路を形成する。
極片１１２は、電磁石が比例的に動作するように形作られている。より詳細には、この型式のコイルは、電磁コアプランジャ１３４の行程の可成りの範囲すなわち数ミリメートルにわたり任意の電流で略一定の力を与えることができる本質的特性を有することが知られている。
従って、この型式の電磁石は、直流電流を可変周波数にチョップするか又は可変デューティサイクルで固定周波数にチョップするマイクロプロセッサを用いながら、コイルを通って流れる電流を変化させることによって簡単に制御できる利点がある。ブースタの他の構成部品は、図２及び３に関して上述したものと同一である。
休止時、すなわち、コイル１１０を通って流れる電流がないとき、ブースタの多数の構成部品は図６に示されている位置を占める。従って、車両の運転者は所望時に制動作用を行うことができ、そしてブースタは上述したように作動する。
コンピュータは、自動制動の必要性を検出すると、コイル１１０内の電流を増加させる。この電流は、極片１１２及び１１４を介し、電磁コアプランジャ１３４及びスリーブ３４に力を発生し、このスリーブはスプリング３８の作用に抗して移動する。
本発明のブースタ、特に小さい断面積にのみ圧力差を受けるプランジャ２８と補償室４８との作用を受ける弁要素の特殊の設計のため、スプリング３８の休止時での予負荷を非常に小さくできることが容易にわかる。この結果、電磁石が供給する必要のある力も、非常に小さくてよく、従って、電磁石を小型のものとすることができる。
従って、スリーブ３４は、スプリング３８及びコイル１１０によってスリーブに発揮される対抗力がゼロとなるような位置を常時採用することとなる。このように、コイル１１０を通って流れる電流の強さを適宜変化させることで、電磁コアプランジャ１３４及びスリーブ３４は、車両に装備した多種のセンサによって供給される信号に応答して、車両の運転者がするのと同じ態様で、ブースタの作動を制御することが理解されよう。
勿論、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、当業者には自明の多種の方法で変更することができる。従って、本発明は勿論タンデム型のブースタあるいは付加の室を備えたブースタにも同様の方法で適用される。
【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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