JP3273169B2 - 空気圧ブースタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気圧ブースタ、特に自動車の制動を強め
るのに用いる型式の空気圧ブースタに関する。

この型式のブースタは、通常の態様でハブ及びスカー
トにより形成されたピストンを備え、ピストンが非転動
形隔膜とで、部分真空源に常時接続される前方室と、第
１弁通路が開いている時には前方室に又は第２弁通路が
開いている時には大気に選択的に接続される後方室とを
画成し、第１及び第２弁通路が第２弁装置と協働する第
１弁装置により形成され、プッシュロッドに固着した反
動ディスクの一方の面に対しプランジャを介して当接し
得る制御ロッドによって作動されるようになっている。

例えばヨーロッパ特許第0,004,477号明細書に開示さ
れているようなこの種のブースタは幾つかの欠点を有す
る。従って、制御ロッドが長い無効行程を有しないよう
にするため、弁装置は、閉止弁を第２弁座との間での
“閉止弁持上げ”ができるだけ小さくなるように必ず設
計されていなければならない。従って、ブレーキ解放中
空気を後方室から前方室に向けて供給する通路と同様
に、ブレーキ作動中大気空気を後方室に向けて供給する
通路が減少される結果となる。従って、このブースタの
作動はうるさい空気吸込音を伴い、更に、後方室に向か
う単一の半径方向通路と前方室に向かう単一の軸線方向
通路とを有するピストンハブの構造では、移動中の空気
に相当の乱流をも生じさせる。

これら減少し且つ乱流を生じる空気通路による他の欠
点は、空気が大気と後方室と前方室との間での多種の移
動において大幅に減速し、従ってブースタが長い応答時
間を有することである。公知のブースタの更に他の欠点
は、環状閉止弁部材がピストン組立体の管状ハブ内に閉
止弁部材支持体と協働して装着するための外方ビードを
もったチューリップ状の全体形状を有し、閉止弁部材の
作動部分が薄いウェブによってこの装着ビードに連結さ
れ、ウェブが装着ビードに連結されるように外方に向か
って広がっていることである。このような構成では、閉
止弁部材の中間ウェブ部分がブースタの耐用年数の間に
多数回の撓み及び圧縮作用を受け、この作用が長い期間
のうちに閉止弁部材を構成するエラストマー材料の疲れ
をこの場所に生じさせ得る。更に、作動においては、閉
止弁部材のこの中間ウェブ部分は、入力ロッドのまわり
で管状ハブの内部に常時流通している大気と、閉止弁部
材のこの中間ウェブ部分を囲繞し且つブースタの前方室
又は部分真空室に常時接続される環状室内に常時流通し
ている真空との間の圧力差を受けている。中間ウェブ部
分の疲れの一因とは別に、この圧力差は弁スプリングの
力に付加される軸線方向の力を閉止弁部材の作動部分に
生じさせており、各ブレーキ解放位相時閉止弁部材の作
動部分をハブに形成した第１閉止弁座から離座させてブ
ースタの後方作動室と部分真空室との間の連通を再び確
立するために弁プランジャはこの軸線方向の力を克服し
なければならず、入力ロッド戻しスプリングを過大な寸
法のものとする必要があり、このことから明らかなよう
に、ブースタを作動させるためには、当業者には“攻撃
力”として知られている相当の力を供給することが運転
者にとって必要である。

ドイツ国特許第3,836,609号明細書は、上述した欠点
の一部が解消されている、メインクレームの前文に一致
する空気圧ブースタを開示している。ブースタはリュー
リップ状の全体形状の環状閉止弁を含んでおらず、制御
ロッドの無効行程が減少されている。しかしながら、ブ
ースタは、縮小した弁通路が吸込音を発生し、後方室に
向かう単一の半径方向通路及び前方室に向かう単一の軸
線方向通路が乱流を発生し、圧力差を常時受ける大きい
断面積が制御ロッドの戻しスプリングを過大に作ること
を必要とし、大きい攻撃力を生じさせるという他の欠点
を含んでいる。

本発明の目的は、作動が静かで、応答時間をできるだ
け短くし、弁装置が耐用年数の問題を生じることがな
く、しかも簡単で信頼性があり且つ経済的な方法で制御
ロッド戻しスプリングの力を減少させるようにしたブー
スタを提供することにある。この目的のため、本発明の
主題は、一方において大気と後方室との間、他方におい
て後方室と前方室との間の空気通路が、乱流を発生し得
る障害物を有することなしに、できるだけ広い断面積を
有するようにしたブースタである。

本発明によると、プランジャが、ピストンのスカート
の円筒状部分のまわりで密封的に摺動する部分を備え、
第２弁通路の弁座が、スカートの円筒状部分の直径に等
しいか又はこれに非常に近い直径の円に従ってハブに形
成されている。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説
明する。

図面は、本発明に従って構成した空気圧ブレーキブー
スタの中央部を示す縦断側面図である。

図面は、車両のブレーキペダルとこの車両の流体ブレ
ーキ装置を制御するマスターシリンダとの間に通常の態
様で配置されるブレーキブースタの部分を示している。
慣例に従い、マスターシリンダに向かうブースタの部分
をブースタの前方と称し、ブレーキペダルに向かう部分
を後方と称する。

図面のブースタは、軸線Ｘ−Ｘ′を中心とする回転体
をなすシェル形状の外部ケーシング10を包含する。この
ケーシング10の後方中央部分だけが図面に示されてい
る。

スカートとも称する金属支持ディスク14により補強さ
れたエラストマー製の撓み可能な非転動形隔膜12は、ケ
ーシング10により画成された空間の内部に前方室16と後
方室18とを画定する。隔膜12の外周端縁（図示しない）
が外部ケーシング10に密封態様で固着される。この隔膜
の内周端縁は、ブースタの軸線Ｘ−Ｘ′に沿って配置し
たピストンハブ20の外周面に形成した環状溝内に密封態
様で収容されるビードで終端する。このハブ20は、ケー
シング10の後方壁を密封態様で貫通する管状部分22の形
状で後方に延びている。この貫通部の密封は、ケーシン
グ10の後方壁の後側に延びる管状中央部分内にリング26
により固着される補強した環状シール24によって確保さ
れる。

スカート14と外部ケーシング10の前方壁（図示しな
い）との間に介装された圧縮スプリング28は、スカート
14を図面に示す後方休止位置に通常保持し、この位置で
は、後方室18が最小容積を有するとともに、前方室16が
最大容積を有する。

管状後方部分22においては、ハブ20は軸線Ｘ−Ｘ′を
中心とする回転体をなすプランジャ32が摺動自在に収容
される孔30を有しており、軸線Ｘ−Ｘ′のまわりに一定
間隔で分配された開口34が、大気空気の自由流通を許す
ようにプランジャ32の後方部分に設けられている。軸線
Ｘ−Ｘ′に沿って配置したブースタの制御用ロッド35の
前方端部は、プランジャ32にボールジョイント式に装着
されている。ハブ20の管状部分22の外部に突出するこの
ロッド35の後方端部（図示しない）は、車両のブレーキ
ペダル（図示しない）により直接制御される。

スカートの中央部分15は円筒状で、段付孔を形成され
ている。この孔の小径部分36は後方側に配置されるとと
もにプランジャ32の前方端部38を収容し、この孔の大径
部分40は前方側に配置されるとともに、エラストマーの
ような変形可能な材料の反動ディスク42及びケーシング
10の前方壁に固着されるマスターシリンダ（図示しな
い）を駆動するプッシュロッド44の後方端部を収容す
る。有益的には、カップ46がスカート14とスプリング28
との間に配置されて、例えばブースタの組立時マスター
シリンダの不在の際にプッシュロッド44を定位置に保つ
ようにしてよい。

ハブ20は、スカート14の後面に形成した環状溝50内に
収容される環状前方端部48を形成されている。好ましく
は、端部48及び溝50の一方の壁は、ブースタの作動中端
部48が溝50内を摺動する際にスカート14とハブ20との相
互案内を確保するように補完的形状をなしている。保持
リング52が、スカート14に形成した溝50の壁に形成され
ている開口54内に配置され、スカート14とハブ20との制
限された相対並進移動を許容しつつこれら２つの部品を
組付けるように端部48と協働する。

ブースタが図面に示す休止位置にある時、スカート14
はスプリング28により後方に押圧されてハブ20に対して
当接し、ハブ自体は補強した環状シール24に対して当接
してスカート14とハブ20との後方休止位置を限定する。
詳細には、スカート14はその後面に軸線Ｘ−Ｘ′に対し
て直角をなす平らな環状面56を形成しており、この環状
面は、ハブ20の軸線Ｘ−Ｘ′に対して直角をなす前方に
向かう平らな環状面60に配置した弾性ビード58に対して
当接する。従って、ビード58は、第１閉止弁を形成する
ように面56と協働する弁座を形成する。

プランジャ32はハブ20の管状部分22の孔30内を摺動す
る後方部分62と、スカート14の孔部分36内を摺動する前
方部分38とを形成されている。プランジャ32の後方部分
62と前方部分38との間には延長部64が一体に形成され
て、先ず環状部分66を形成するように半径方向外方に延
び、次にこの環状部分の外周端縁から軸線方向前方に延
びて切頭円錐形の全体形状の中間部分68を形成し、そし
てこの中間部分の前方端縁から軸線方向前方に延びて、
スカート14の円筒状中央部分15上のシール72により密封
態様で摺動する円筒状部分70を形成する。有益的には、
プランジャ32とスカート14との間に位置する空間に大気
圧の空気が進入できるように中間部分68に開口が形成さ
れる。

スカート14の円筒状中央部分15の後面とプランジャ32
の環状部分66の前面との間には、プランジャをその休止
位置へ後方に押圧するスプリング74が配置されている。
この位置では、プランジャはハブ20に対して当接する。
詳細には、中間部分68はその後面に軸線Ｘ−Ｘ′に対し
て直角をなす平らな環状面76を形成されており、この環
状面が、ハブ20の軸線Ｘ−Ｘ′に対して直角をなす前方
に向かう平らな環状面80に配置した弾性ビード78に対し
て当接する。従って、ビード78は、第２閉止弁を形成す
るように面80と協働する弁座を形成する。

従って、２つのビード58及び78の間に位置するハブ20の
部分と、プランジャ32の円筒状部分70が摺動する円筒状
部分15とビード58との間に位置するスカート14の部分と
により、環状容積室82が画成される。

この環状容積室82をブースタの後方室18に連通させる
ために開口84がハブ20に形成され、また溝50をブースタ
の前方室16に連通させるように開口86がスカート14に形
成されている。

次に、上述したブースタの作動について説明する。ブ
ースタが車両に配置されそして休止位置にある時、前方
室16は真空源に常時連通して部分真空下にあり、開口86
により環状溝50も同じである。後方室18も部分真空下に
あり、この部分真空は後述するようにブースタの前回の
駆動中に確立されたものである。更に、２つの閉止弁56
−58及び76−78は共に閉じている。

第１段階において、運転者によるブレーキペダルへの
力の増大はスプリング74の予応力と釣合う作用をなす。
その後、プランジャ32がスプリング74の作用に抗して前
進し、その前方部分38が孔36内を摺動するとともに、そ
の円筒状部分70がスカート14の円筒状部分15のまわりを
密封態様で摺動する。プランジャのこの移動において、
面76がビード78との接触を外れ、対応する閉止弁が開
く。従って、大気圧の空気がエアフィルタ88、プランジ
ャ32の後方部分62の開口34、弁通路76−78、環状容積室
82及びハブ20の開口84を通過した後に後方室内へ直ちに
導入される。

本発明に従って構成されたブースタの１つの非常に重
要な特徴は、前方及び後方室の遮断を必要としていた従
来のブースタの全作動位相が取り除かれるため、このブ
ースタはできる限り小さい無効行程を有することであ
る。

本発明のブースタの無効行程は、弁通路76−78の密封
を確保するためのビード78の弾性による無効行程だけで
あり、これは無視できるものと考えられる。

従って、本発明により、空気は従来のブースタよりも
数倍大きい直径の弁通路76−78を介して後方室18内に導
入されることがわかる。

移動中の空気に与えられる通路断面積が同じ因数で増
大する結果となる。従って、広がった通路断面積が吸込
音や他のシュー音を生じることなしに空気を流通させる
ことができるため、ブースタは実際に静かな作動を得て
いる。更に、本発明は開口34及び84を同数とし且つ軸線
Ｘ−Ｘ′のまわりに一定間隔で分配されるように形成す
ることができ、この結果これら開口の中心が同一平面内
にある。この方法により、本発明のブースタの作動中動
いている空気は、その成分がこの平面内にのみ含まれる
ような速度を有する。換言すると、ブースタ内での空気
流れは軸線Ｘ−Ｘ′のまわりで完全に対称であり、すな
わち乱流がすべて排除され、このため乱流に起因する騒
音が排除されるのである。

この駆動の第１段階の終りでは、大気圧の空気が後方
室18内に存在し、ハブ20の円筒状前方端部48の円周とス
カート14の面56上のビード58の接触部に一致する円周と
の間の環状面Ｓを除くスカート14の全面にわたり圧力差
が発揮され、ハブの面Ｓに圧力差が発揮される。

この面Ｓの面積及びスプリング74のこわさの値を慎重
に選択することにより、スカート14−ハブ20の組立体は
ブースト力を生起するこの圧力差の作用のもとで動くこ
ととなる。

この動きは反動ディスク42によってプッシュロッド44
に伝えられる。

ブレーキの駆動のこの第２位相中、ハブ20によって発
揮されたブースト力は、最初反動ディスクをプランジャ
32から離している空間を完全に満たすために十分な程反
動ディスク42を変形させることはない。

この結果、プッシュロッド56によりマスターシリンダ
に加えられる出力は急激に増大するのに対し、制御ロッ
ド35に発揮された力は不変のままである。

出力のこの急激な増大はブースタジャンプと称するも
の、すなわち、ブースタで発生され且つハブ20により反
動ディスク42に発揮されるブースト力がプランジャの前
面を反動ディスク42に接触させるに十分となる閾値に一
致する。

スカート14及びハブ20の組立体の移動はハブ20に支持
したビード78をスカート14の面76にもたらす作用をも有
する。運転者により入力ロッド35に発揮される力の更な
る増大は、弁通路76−78を再び開くこととなって、大気
圧の空気の付加分を後方室18内に進入させ、プッシュロ
ッド44に発揮されるブースト力の増大及びディスク42に
よりプランジャ32に発揮されるペダルへの反力の増大を
生じさせ、そしてディスクとプランジャとを接触させ
る。

車両の運転者は制動作用を弱め又は終了させようとす
る際にはブレーキペダルへの力を軽減する。入力ロッド
35が後方に移動するとともにこの移動に沿ってプランジ
ャ32を携行し、プランジャがその面76を介してビード78
に対して当接するとともにプランジャと一緒にハブ20を
携行する。次に、この移動はハブ20に支持したビード58
とスカート14の面56との間の接触を解除させて、弁通路
56−58を開く。

次に、後方室18内に収容されている空気が、弁通路56
−58、溝50及び開口86を介して前方室16内に吸込まれ
る。２つの室16及び18の間で圧力（この場合には部分真
空）の急速な再釣合いを許すため、弁通路は相当大きい
量を開くことができ、すなわち、ハブ20がスカート14に
対して軸線方向に並進移動可能で、スカート14に支持し
た保持リング52と該保持リング52に向かうハブ20の段部
90との間の所定の距離Ｄだけ後方に移動できる。

従って、大きい通路断面積でもって同様に大きい流量
を許容する従来の弁通路よりも、明らかに大きい直径の
弁通路56−58を介して空気が流れるようにし、ブレーキ
解放位相における応答時間を短縮する結果となることが
わかるであろう。

本発明はまた１つの本質的な利点を与えている。事
実、疲れを生じさせる作用を常に受けている中間ウェブ
部分をもった普通のチューリップ形状の閉止弁は、本発
明では、スカート14の面56及びプランジャ32の面76とで
弁を形成している２つのビード58及び78に置き換えられ
ている。従って、本発明によるブースタは従来のブース
タよりも明らかに信頼性が高い。

更に、ブレーキ解放位相の初期では、弁通路56−58を
開くためにプランジャ32が克服しなければならない力
は、あらかじめ限定した面Ｓに発揮される圧力差による
力から、スプリング74により発揮される力を差し引いた
力である。その後、ブレーキ解放位相において、スカー
ト14の戻りに抵抗する軸線方向の力を生じさせる圧力差
が発揮される面は、スカート14の円筒状中央部分15の面
だけで構成されており、この中央部分の後面は大気圧を
常時受け、この中央部分の前面は前方室16内の圧力を常
時受けている。

同様に、ブースタが休止状態にある時、圧力差が発揮
される。すなわちブースタ内に存在する部分真空が加え
られる組立体の面は、ビード78によって画定される。図
面に示すように、ビードがスカート14の円筒状部分15の
直径に等しいか又はこれに非常に近い直径の円に沿って
面76に対して当たるようにビード78をハブ20上に配置す
ることにより、ブースタが休止状態であろうと又はブレ
ーキ解放状態であろうとも、圧力差が発揮され且つ“吸
込み”される面は一定である。このことは本発明による
ブースタの非常に重要な特徴を生じさせ、すなわち、ブ
ースタを駆動するためにプランジャに発揮される力が、
ブレーキ解放位相においてプランジャに発揮される力に
等しく、当分野で用いられる用語では、攻撃力が戻し力
に等しい。

スプリング74の予応力を相当減少できることが特徴で
ある。事実、序文において説明したように、従来のブー
スタにおけるチューリップ形状の環状閉止弁の存在は、
“吸込み”される面がブレーキ解放位相で存在する面よ
りも休止位相では明らかに大きいことを意味している。
これは、入力ロッド戻しスプリングの予応力が相当のも
のでなければならない理由であり、また攻撃力が戻し力
よりも相当大きい理由である。本発明により、スプリン
グ74の予応力が軽減できるようにしたブースタを構成す
ることが可能となり、このことから攻撃力に関する有利
な効果を伴うこととなる。

本発明のブースタの極めて特殊の構成の更に他の利点
に気付くであろう。事実、スプリング74は制御ロッド35
の戻しスプリングを構成していることがわかる。更に、
プランジャ32とスカート14との間に配置されているもの
が、閉止弁スプリングの機能を遂行している。

従って、本発明はブースタの作動に必要な部品数を減
少できるようにしていることがわかる。この結果、ブー
スタは組立てが容易となり、従ってコストが安く且つ信
頼性が高くなる。

従って、本発明によると、空気圧ブースタは、弁座の
特殊の配列がブースタを非常に短い応答時間、減少した
攻撃力及び弁装置の高い信頼性をもって静かに作動でき
るようにしていることが明らかである。もちろん、本発
明は例として記載した実施例に限定されるものではな
く、当業者には幾多の変形をなし得ることが明らかであ
る。

従って、例えば、本発明はタンデム型あるいは付加の
室を有するブースタに適用できる。従って、また、弁形
成ビードはプランジャ及びスカートに形成され、ハブに
形成した環状面と協働するようにしてよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 ***国特許出願公開3836609（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60T 13/57

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハブ（20）及びスカート（14）により形成
   されたピストンをケーシング（10）の内部に備え、ピス
   トンが非転動形隔膜（12）とで、部分真空源に常時接続
   される前方室（16）と、第１弁通路（56,58）が開いて
   いる時には前方室（16）に又は第２弁通路（76,78）が
   開いている時には大気に選択的に接続される後方室（1
   8）とを画成し、第１及び第２弁通路（56,58;76,78）が
   環状弁面（56,76）と協働する弁座（58,78）により形成
   され、プッシュロッド（44）に固着した反動ディスク
   （42）の一方の面に対しプランジャ（32）を介して当接
   し得る制御ロッド（35）によって作動され、ピストンの
   スカート（14）がハブ（20）に対し所定の距離（Ｄ）に
   わたって軸線方向に並進移動でき、スプリング（74）が
   スカート（14）とプランジャ（32）との間に配置されて
   制御ロッド（35）の戻しスプリングを構成するとともに
   閉止弁スプリングとして作用するようにした空気圧ブレ
   ーキブースタにおいて、プランジャ（32）が、ピストン
   のスカート（14）の円筒状部分（15）のまわりで密封的
   に摺動する部分（70）を備え、第２弁通路（76,78）の
   弁座（78）が、スカート（14）の円筒状部分（15）の直
   径に等しいか又はこれに非常に近い直径の円に従ってハ
   ブ（20）に形成されていることを特徴とする空気圧ブレ
   ーキブースタ。
2. 【請求項２】請求項１記載のブースタにおいて、ハブ
   （20）が、スカート（14）の後面に形成した環状溝（5
   0）内に摺動自在に収容される環状前方端部（48）を形
   成されていることを特徴とするブースタ。
3. 【請求項３】請求項１記載のブースタにおいて、所定の
   距離（Ｄ）が、スカート（14）に形成した開口（54）内
   に配置される保持リング（52）と該保持リング（52）に
   面するハブ（20）の段部（90）との間の休止状態におけ
   る軸線方向距離に等しいことを特徴とするブースタ。
4. 【請求項４】請求項３記載のブースタにおいて、開口
   （54）が環状溝（50）の壁の１つに形成され、段部（9
   0）がハブ（20）の環状前方端部（48）に形成されてい
   ることを特徴とするブースタ。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
   ブースタにおいて、弁座（58,78）の少なくとも一方が
   ピストンのハブ（20）に形成したビード（58,78）によ
   り形成され、スカート（14）又はプランジャ（32）に形
   成した環状面（56,76）と協働することを特徴とするブ
   ースタ。
6. 【請求項６】請求項１ないし４のいずれか１項に記載の
   ブースタにおいて、弁座（56,76）の少なくとも一方が
   スカート（14）又はプランジャ（32）に形成したビード
   （58,78）により形成され、ピストンのハブ（20）に形
   成した環状面と協働することを特徴とするブースタ。