JP4078735B2 - マスタシリンダ - Google Patents

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Description

【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
1 :プライマリピストンの大径部の断面積
2 :プライマリピストンの小径部の断面積
3 :シリンダの断面積
i :プッシュロッドの入力
b :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、
d ={(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
ao:段付きスリーブを付勢するスプリングの力
a :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。
3 >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、
m ={Pp (A1 ーA2 )+Fi ーFb }/A1
p =Pm +(Fao+Ka ・Sp )/(A3 ーA1
これを代入すると、
m =(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
p :可動スリーブのリア側圧力室の液圧
1 :プライマリピストンの大径部の断面積
2 :プライマリピストンの小径部の断面積
3 :シリンダの断面積
i :プッシュロッドの入力
b :プライマリピストンのリターンスプリングの力
ao:可動スリーブを付勢するスプリングの力
a :可動スリーブを付勢するスプリングのばね定数
p :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、
m =(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

Claims (2)

  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。
  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。
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