JP3700069B2 - 倍力装置の反力機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車のブレーキ等に用いられる倍力装置に関し、より詳しくは、倍力装置を作動させる操作杆に反力を付与する倍力装置の反力機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、ブレーキ倍力装置は、シェル内に摺動自在に設けたバルブボディと、このバルブボディに設けたパワーピストンと、このパワーピストンの前後に形成した定圧室と変圧室と、上記バルブボディ内に設けた弁機構と、操作杆に連動され、上記弁機構を構成する弁プランジャを進退動させて弁機構の流路を切換える入力軸と、上記バルブボディの前進によって前進される出力軸とを備えている。
そして従来一般の反力機構は、上記出力軸と弁プランジャとの間に配置したゴム製のリアクションディスクを備えており、ブレーキ倍力装置の作動時には上記リアクションディスクにバルブボディと弁プランジャとを同時に接触させ、出力軸に加わるブレーキ反力の一部をバルブボディで受けさせるとともに、残部を弁プランジャに伝達させ、この弁プランジャに加わるブレーキ反力を入力軸およびブレーキペダルを介して運転者に感知させるようにしている。
このとき、上記バルブボディで受ける反力と、弁プランジャで受ける反力との比率、より具体的には両者の受圧面積の比率を変えることにより、ブレーキ倍力装置のサーボ比を変更することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のブレーキ倍力装置のサーボ比は、一般に小さなブレーキペダルの踏力で大きなブレーキ液圧を発生させることができるように大きく設定されているが、急制動時にはブレーキ倍力装置の作動遅れから予定した大きな出力が得られず、老人や女性等の非力な運転者では急制動を行なうことが困難であることが判明した。
すなわち、ブレーキペダルを踏込んだ際には入力軸を介して弁機構の流路が切換えられ、それにより変圧室に圧力流体が導入されてパワーピストンおよびバルブボディが前進されるようになる。そしてバルブボディが前進するとリアクションディスクを介して出力軸が前進され、該出力軸の前進によりブレーキ液圧が発生してその反力が出力軸に加わると、上述したように出力軸に加わるブレーキ反力がバルブボディと弁プランジャとに分配されるようになる。
しかしながら、急制動時には変圧室に導入される圧力流体によってパワーピストンおよびバルブボディが前進される前に、ブレーキペダルに入力軸を介して連動している弁プランジャが前進されてしまうので、出力軸に加わるブレーキ反力はその大部分が弁プランジャに伝達されてしまい、その結果、運転者に伝達されるブレーキ反力は異常に大きなものとなる。
その結果、急制動を行なう際にはその異常に大きなブレーキ反力に打勝ってブレーキペダルを踏込まなければならず、徐々にブレーキペダルを踏込んで大きな制動力を得ている通常のブレーキ作動の場合に比較して、遥かに大きな力でブレーキペダルを踏込まなければ急制動に必要な大きな制動力が得られなかった。
本発明はそのような事情に鑑み、急作動時にも軽い踏力で大きな出力が得られるようにした倍力装置の反力機構を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、シェル内に摺動自在に設けたバルブボディと、このバルブボディに設けたパワーピストンと、このパワーピストンの前後に形成した定圧室と変圧室と、上記バルブボディ内に設けた弁機構と、操作杆に連動され、上記弁機構を構成する弁プランジャを進退動させて弁機構の流路を切換える入力軸と、上記バルブボディの前進によって前進される出力軸とを備えた倍力装置において、
この倍力装置の作動時に上記出力軸に加わる反力が上記弁プランジャに伝達されないようにするとともに、上記バルブボディの進退動に伴って進退動する操作杆の移動量に応じた擬似反力を該操作杆に付与する擬似反力付与手段を設け、
この擬似反力付与手段は、上記パワーピストン又はバルブボディに摺動自在に設けられ、リヤ側に定圧室の圧力が導入される第２定圧室と、フロント側に変圧室の圧力が導入される第２変圧室とを区画する反力ピストンを備え、この反力ピストンは、上記第２定圧室と第２変圧室との圧力差によりリヤ側に付勢されてその作用力を擬似反力として弁プランジャに伝達するものである。
また必要に応じて、上記変圧室と第２変圧室とをオリフィス通路を介して連通させてもよい。
【０００５】
【作用】
上記構成によれば、倍力装置の作動時に上記出力軸に加わる反力が弁プランジャに伝達されないようにしているので、急作動時に、変圧室に導入される圧力流体によってパワーピストンおよびバルブボディが前進される前に、操作杆に入力軸を介して連動している弁プランジャが前進されたとしても、出力軸に加わる反力が弁プランジャ、入力軸および操作杆を介して運転者に伝達されることはない。
他方、擬似反力付与手段は、定圧室の圧力が導入される第２定圧室と変圧室の圧力が導入される第２変圧室との差圧力が作用する反力ピストンを備えており、この反力ピストンは上記圧力差によりリヤ側に付勢されてその作用力を擬似反力として弁プランジャに伝達するので、従来のように急作動時に反力が異常に大きくなることがなく、また反力ピストンの受圧面積を適切な大きさに設定することにより急作動時にも軽い操作力で大きな出力を得ることができる。
特に第２変圧室をオリフィス通路を介して変圧室に連通させた場合には、変圧室の圧力上昇よりも遅れて第２変圧室内の圧力が上昇するので、上記変圧室の圧力上昇によりパワーピストンが前進される一方、反力ピストンによる擬似反力は遅れて上昇するので、急作動時には一層軽い操作力で大きな出力を得ることができる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明をブレーキ倍力装置に適用した実施例について説明すると、図１において、フロントシェル１とリヤシェル２とで構成した密封容器内にパワーピストン３を摺動自在に設けてあり、このパワーピストン３は、軸部に配設した有底の段付シリンダ部材３Ａと、該シリンダ部材３Ａに固定した皿状のプレート部材３Ｂとを備えている。
上記パワーピストン３のシリンダ部材３Ａ内には、その開口部側となるリヤ側からバルブボディ４の先端部に設けたピストン部４ａを摺動自在に嵌合してあり、このピストン部４ａは、シリンダ部材３Ａのフロント側に形成した段部３ａとシリンダ部材３Ａのリヤ側に取付けたリテーナ３ｂとの間で摺動することができるようになっている。
そして上記パワーピストン３を構成するプレート部材３Ｂのリヤ側に添設したダイアフラム５によって、密封容器内を前方側の定圧室６と後方側の変圧室７とに区画している。このとき、定圧室６内の圧力は、上記パワーピストン３を構成するプレート部材３Ｂのフロント側端面に作用することは勿論、シリンダ部材３Ａに穿設した通路３ｃを介してバルブボディ４を構成するピストン部４ａのフロント側端面に作用するようにしてあり、また変圧室７内の圧力も上記プレート部材３Ｂのリヤ側端面とピストン部４ａのリヤ側端面とに作用するようにしてある。
【０００７】
次に、上記バルブボディ４内には、流体回路を切換える弁機構９を収容してあり、この弁機構９は、バルブボディ４の内周に形成した環状の第１弁座１０と、このバルブボディ４内に摺動自在に嵌合した弁プランジャ１１の右端部に形成した環状の第２弁座１２と、さらにこれら両弁座１０、１２に図１の右方からポペットリターンスプリング１３によって着座される弁体１４とを備えている。
そして上記第１弁座１０よりも外周側をバルブボディ４に形成した軸方向の定圧通路１５およびシリンダ部材３Ａに形成した通路３ｃを介して上記定圧室６に連通させ、この定圧室６をフロントシェル１に設けた負圧導入管１６を介してエンジンのインテークマニホールドに連通させることにより、該定圧室６に常時負圧を導入している。また、上記第１弁座１０と第２弁座１２との中間部分はバルブボディ４に形成した半径方向の変圧通路１７を介して上記変圧室７に連通させ、さらに上記第２弁座１２よりも内周側はバルブボディ４内に形成した圧力通路１８を介して大気に連通させている。
【０００８】
上記弁プランジャ１１の右端部には入力軸１９の先端部を枢支連結してあり、この入力軸１９とバルブボディ４との間に、上記ポペットリターンスプリング１３の弾撥力よりも大きな弾撥力を有するバルブリターンスプリング２０を弾装して、通常は弁プランジャ１１の第２弁座１２に弁体１４を着座させ、かつ弁体１４をバルブボディ４の第１弁座１０から離座させている。そして上記入力軸１９の末端部は図示しないブレーキペダルに連動させている。
また、上記弁プランジャ１１は、キー部材２２によってバルブボディ４から抜出るのを防止している。上記キー部材２２は、図示しないが、その中央部から先端部にかけて二股状に形成してあり、該キー部材２２をバルブボディ４の直径方向に形成した挿入孔２３内に挿入して、その二股状部分の基部を弁プランジャ１１の小径部１１ａに係合させている。
このとき、上記挿入孔２３と変圧通路１７とをバルブボディ４の軸方向に隣接させて一体に形成しているが、挿入孔２３の幅、すなわちバルブボディ４の軸方向に直交し、かつキー部材２２の挿入孔２３への挿入方向と直交する方向の幅は、変圧通路１７の同方向の幅よりも広く設定してあり、それによってキー部材２２は挿入孔２３内のみでバルブボディ４の軸方向に変位可能となっている。
また、キー部材２２と弁プランジャ１１とは、上記小径部１１ａの軸方向長さの範囲内でバルブボディ４の軸方向に変位可能となっており、ブレーキ倍力装置の非作動時に上記キー部材２２をリヤシェル２の内面に当接させてキー部材２２および弁プランジャ１１をバルブボディ４に対する前進位置に保持することにより、ブレーキ倍力装置の作動開始時における入力軸１９のロスストロークを減少させることができるようにしている。
【０００９】
さらに、上記弁プランジャ１１のフロント側に配置した出力軸２６の左側先端部は、シール部材２７により気密を保ってフロントシェル１から外部に突出させてあり、かつその先端部をフロントシェル１に連結した図示しないマスターシリンダのピストンに連動させている。
他方、上記出力軸２６の右端部は有底段付シリンダ部材３Ａの軸部に連結してあり、それによってブレーキ倍力装置の作動時に出力軸２６から伝達されるブレーキ反力を上記シリンダ部材３Ａで、すなわちパワーピストン３で受取り、ブレーキ反力がバルブボディ４に伝達されないようにすると同時に、弁プランジャ１１を介してブレーキペダルにも伝達されないようにしている。
そして上記パワーピストン３は、リターンスプリング２８によって右方に付勢され、通常はリヤシェル２の内面に当接したキー部材２２に当接した図示非作動位置に保持されている。このとき、シリンダ部材３Ａの右端部はリヤシェル２の内壁面にほぼ当接した状態となっている。
【００１０】
ところで、上述したようにブレーキ反力をブレーキペダルに伝達させないようにしているので、そのままでは運転者はブレーキの操作感を得ることができない。そこで擬似反力付与手段３１を設けることにより、上記ブレーキペダルの踏込み量に応じた擬似反力を運転者に付与することができるようにしている。
上記擬似反力付与手段３１は、上記バルブボディ４のフロント側に配設してシリンダ部材３Ａ内に摺動自在に嵌合した反力ピストン３２を備えており、この反力ピストン３２によりシリンダ部材３Ａのリヤ側に第２定圧室３３を、フロント側に第２変圧室３４をそれぞれ区画形成している。そして上記第２定圧室３３はシリンダ部材３Ａに形成した上記通路３ｃを介して常時定圧室６に連通するとともに、バルブボディ４に形成した定圧通路１５に連通している。他方、第２変圧室３４は、反力ピストン３２に形成したオリフィス通路３２ａを介して変圧通路１７に連通し、この変圧通路１７から定圧室７に連通している。
上記反力ピストン３２はリヤ側に形成した小径部３２ｂを備えており、この小径部３２ｂをバルブボディ４に気密を保持して摺動自在に嵌合するとともに、該反力ピストン３２を第２変圧室３４内に弾装したスプリング３５によってリヤ側に付勢している。上記小径部３２ｂのリヤ側端面には凹部３２ｃを形成してあり、この凹部３２ｃ内に弁プランジャ１１のフロント側の端部を摺動自在に嵌合し、それによって弁プランジャ１１のフロント側の端面を凹部３２ｃの底部と対向させている。
【００１１】
上記凹部３２ｃの深さ、すなわち軸方向寸法は所定の長さに設定してあり、図示非作動状態では、上記凹部３２ｃを設けた小径部３２ｂのリヤ側端部がリヤシェル２の内壁面に当接してバルブボディ４に対して前進位置に保持されたキー部材２２に当接しており、この非作動状態では凹部３２ｃの底部とそれに対向する弁プランジャ１１の先端面との間に間隙が維持されている。
これに対し、バルブボディ４が前進されてキー部材２２がリヤシェル２の内壁面から離隔した作動状態では、キー部材２２したがって反力ピストン３２がバルブボディ４に対して後退することができるので、上記凹部３２ｃの底部とそれに対向する弁プランジャ１１の先端面とが当接し、それによって反力ピストン３２に作用する作用力を擬似反力として、弁プランジャ１１および入力軸１９を介してブレーキペダルに伝達させることができるようにしている。
つまり本実施例では、上記キー部材２２は、倍力装置の非作動状態においてリヤシェル２と当接して、上記反力ピストン３２とそれに対向する弁プランジャ１１とを離隔させる離隔手段を構成している。
また、上記反力ピストン３２とバルブボディ４との間にリターンスプリング３６を弾装し、このリターンスプリング３６によってバルブボディ４をリヤ側に付勢している。
【００１２】
以上の構成において、ブレーキペダルを踏み込んで入力軸１９および弁プランジャ１１を前進させれば、弁機構９の流路が切換わって変圧室７に大気が導入されるので、定圧室６と変圧室７との圧力差によりパワーピストン３が前進される。するとパワーピストン３と一体的に出力軸２６が前進されるので、マスターシリンダにブレーキ液圧が発生する。このとき、ブレーキ液圧によるブレーキ反力は出力軸２６を介してパワーピストン３で全て受け止められるので、弁プランジャ１１に伝達されることはない。
他方、上記変圧室７に大気が導入されると、この大気は変圧通路１７からオリフィス通路３２ａを介して第２変圧室３４に導入されるので、反力ピストン３２は第２定圧室３３と第２変圧室３４との圧力差によりリヤ側に付勢されるようになる。
そして前述したように、キー部材２２がリヤシェル２の内壁面に当接している図示非作動状態では凹部３２ｃの底部とそれに対向する弁プランジャ１１の先端面との間に間隙が維持されているので、反力ピストン３２に作用する擬似反力が弁プランジャ１１に伝達されることはない。
これに対し、上記定圧室６と変圧室７との圧力差はバルブボディ４にも作用するので、上記パワーピストン３の前進とともにバルブボディ４も前進されるようになり、バルブボディ４が前進されてキー部材２２がリヤシェル２の内壁面から離隔すると、キー部材２２および反力ピストン３２はバルブボディ４に対して後退することができるので、上記凹部３２ｃの底部とそれに対向する弁プランジャ１１の先端面とが当接し、それによって反力ピストン３２に作用する擬似反力が弁プランジャ１１および入力軸１９を介してブレーキペダルに伝達されるようになる。
【００１３】
図２はブレーキ倍力装置の中間負荷領域におけるサーボバランス状態を示したもので、この状態では、パワーピストン３においては、出力軸２６からのブレーキ反力とリターンスプリング２８の弾撥力とによる後退力と、定圧室６と変圧室７との圧力差による前進力とがバランスしている。
また、バルブボディ４においては、リターンスプリング３６の弾撥力による後退力と、第２定圧室３３と変圧室７との圧力差による前進力とがバランスしている。
さらに反力ピストン３２においては、スプリング３５の弾撥力による後退力および第２定圧室３３と第２変圧室３４との圧力差による後退力と、上記リターンスプリング３６の弾撥力による前進力と運転者によるブレーキペダルの踏力すなわち弁プランジャ１１の前進力とがバランスしている。
このサーボバランス状態から理解されるように、パワーピストン３の前進量とバルブボディ４の前進量とはそれぞれのリターンスプリング２８、３６や受圧面積等の条件により別個に定めることができ、本実施例においては、パワーピストン３の前進量よりもバルブボディ４の前進量が小さくなるように設定してある。
つまり、ブレーキ反力を受ける出力軸２６は、図示しないマスターシリンダのピストンにおけるロスストローク、つまりマスターシリンダのピストンが前進を開始してからブレーキ液圧が実質的に上昇するまでの間のロスストロークを補償するために相対的に大きく前進する必要がある。これに対し、バルブボディはブレーキ反力の大きさとは無関係に上記リターンスプリング３６の弾撥力やピストン部４ａの受圧面積によってその前進量を定めることができ、しかも上述したようにバルブボディ４の前進量はパワーピストン３の前進量よりも小さくなるように設定してある。
その結果、バルブボディ４の前進に伴って前進される入力軸１９およびこれに連動するブレーキペダルのストロークを相対的に小さくして、ブレーキフィーリングの向上を図ることが可能となる。
【００１４】
さらに、ブレーキペダルの踏力と運転者に伝達される擬似反力との関係を示したものが図３であるが、この図３におけるＰで示した位置が、反力ピストン３２の小径部３２ｂのリヤ側の端面と弁プランジャ１１の先端面とが当接した時点である。
つまり本実施例では、ブレーキペダルの踏込み開始時は、反力ピストン３２の小径部３２ｂと弁プランジャ１１とは離隔しており、ブレーキ倍力装置が作動して反力ピストン３２の小径部３２ｂと弁プランジャ１１と当接した時点から擬似反力が運転者に伝達される。
そして上述したように、反力ピストン３２においては、スプリング３５の弾撥力による後退力および第２定圧室３３と第２変圧室３４との圧力差による後退力と、上記リターンスプリング３６の弾撥力による前進力と運転者によるブレーキペダルの踏力すなわち弁プランジャ１１の前進力とがバランスしているので、ブレーキペダルには主として第２定圧室３３と第２変圧室３４との圧力差による後退力が擬似反力として伝達されるようになる。そしてこの擬似反力は、第２定圧室３３と第２変圧室３４との圧力差に応じることになるが、第２定圧室３３と第２変圧室３４との圧力差は定圧室６と変圧室７との圧力差であり、この定圧室６と変圧室７との圧力差はブレーキペダルの踏込み量の大小によって制御されるので、結局、擬似反力の大きさはブレーキペダルの移動量に応じたものとなる。
したがって、従来一般の倍力装置が備えていたリアクションディスクを省略したにも拘らず、上記反力ピストン３２の小径部３２ｂと弁プランジャ１１とが当接した時点において、従来の倍力装置の場合と同様のジャンピング特性を得ることができ、その後は、ブレーキペダルの踏込み量に応じた擬似反力が運転者に伝達されることになる。これによって、ブレーキペダルの踏み込み開始時から直ちに擬似反力を運転者に付与する場合に比較して、運転者のブレーキフィーリングを良好なものとすることができる。
【００１５】
ところで、急制動時の作動も通常の作動と基本的には同一であるが、本実施例では第２変圧室３４と変圧通路１７とをオリフィス通路３２ａを介して連通させているので、急制動時には、つまり変圧通路１７および変圧室７の圧力が急激に増大する際には、第２変圧室３４内の圧力は変圧室７の圧力よりも遅れて上昇することになる。
その結果、上記擬似反力付与手段３１がブレーキペダルに与える擬似反力は、通常の制動時よりも急制動時の方が小さくなり、しかも従来装置のブレーキ反力のように急制動時に異常に大きくなるということがないので、特に急制動時において相対的に軽い踏力で大きなブレーキ力を得ることができ、したがって老人や女性等の非力な運転者でも確実に急制動操作を行なうことができる。
【００１６】
なお、上記実施例ではバルブボディ４をパワーピストンに摺動自在に設けているが、両者を一体に設けてもよい。その場合には、反力ピストン３２をバルブボディに摺動自在に設けることができる。
また、上記実施例では、いずれも操作杆としてブレーキペダルを利用しているが、この操作杆は、身体障害者に用いられている手動ブレーキレバーであってもよい。また本発明はクラッチ倍力装置に適用することができ、その場合には操作杆としてクラッチペダルを用いることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、擬似反力付与手段によって必要な擬似反力を運転者に付与しているので、従来のように急作動時に不必要に大きな反力が運転者に伝達されることがなく、軽い踏力で急作動時に必要な大きな出力を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す断面図。
【図２】 図１とは異なる作動状態を示す断面図。
【図３】 上記実施例の特性線図。
【符号の説明】
１ フロントシェル ２ リヤシェル ３ パワーピストン
３Ａ シリンダ部材 ４ バルブボディ ６ 定圧室
７ 変圧室 ９ 弁機構 １１ 弁プランジャ
１１ａ 小径部 １９ 入力軸 ２２ キー部材
２３ 挿入孔 ２６ 出力軸 ３１ 擬似反力付与手段
３２ 反力ピストン ３２ａ オリフィス通路 ３２ｃ 凹部
３３ 第２定圧室 ３４ 第２変圧室

Claims (4)

1. シェル内に摺動自在に設けたバルブボディと、このバルブボディに設けたパワーピストンと、このパワーピストンの前後に形成した定圧室と変圧室と、上記バルブボディ内に設けた弁機構と、操作杆に連動され、上記弁機構を構成する弁プランジャを進退動させて弁機構の流路を切換える入力軸と、上記バルブボディの前進によって前進される出力軸とを備えた倍力装置において、
   この倍力装置の作動時に上記出力軸に加わる反力が上記弁プランジャに伝達されないようにするとともに、上記バルブボディの進退動に伴って進退動する操作杆の移動量に応じた擬似反力を該操作杆に付与する擬似反力付与手段を設け、
   この擬似反力付与手段は、上記パワーピストン又はバルブボディに摺動自在に設けられ、リヤ側に定圧室の圧力が導入される第２定圧室と、フロント側に変圧室の圧力が導入される第２変圧室とを区画する反力ピストンを備え、この反力ピストンは、上記第２定圧室と第２変圧室との圧力差によりリヤ側に付勢されてその作用力を擬似反力として弁プランジャに伝達することを特徴とする倍力装置の反力機構。
2. 上記変圧室と第２変圧室とはオリフィス通路を介して連通していることを特徴とする請求項１に記載の倍力装置の反力機構。
3. 上記倍力装置の非作動状態において上記反力ピストンとそれに対向する弁プランジャとを離隔させる離隔手段を備え、この離隔手段は、上記バルブボディにその軸方向に変位可能に設けられて上記弁プランジャが該バルブボディから抜出るのを防止するキー部材を有しており、このキー部材は倍力装置の非作動状態においてリヤ側のシェルと当接してバルブボディに対する前進位置に保持され、また反力ピストンは前進位置に保持されたシェルに当接して上記弁プランジャと離隔されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の倍力装置の反力機構。
4. 上記弁プランジャは軸方向の所定位置に小径部を備え、この弁プランジャの小径部に上記キー部材を係合させてあり、このキー部材と弁プランジャは該弁プランジャの小径部の軸方向寸法の範囲内で軸方向に相対移動できるようになっており、また、キー部材はバルブボディの挿入孔に挿通されて該挿入孔の軸方向寸法の範囲内でバルブボディと軸方向に相対移動できるとともに、バルブボディの外方側に位置する部分がそれと対向するシェルに当接するようになっており、さらに上記反力ピストンのリヤ側の端面には凹部が形成されて、この凹部に弁プランジャのフロント側の端部が摺動自在に嵌合させてあり、倍力装置の非作動状態においてキー部材がシェルと当接し、かつキー部材に反力ピストンのリヤ側の端部が当接することにより、反力ピストンの凹部の底部とそれに対向する弁プランジャとが離隔するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の倍力装置の反力機構。

Images