JPS5833922B2 - バキュ−ム増加装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一定の負圧源により作動される機器の能力を高
めるため、該負圧源より強い負圧を得る装置に関する。

特に該負圧源により駆動される往復形動力発生部、該動
力発生部と機械的に連動するバキュームポンプ、前記動
力発生部の運動を継続せしめるスナップアクション機構
をもった制御弁装置よりなり、一定の負圧源より強い負
圧を発生せしめる装置に係るものである。

その特長とするところは小形、簡単で耐久力のある構造
で、他に動力を必要とせずに、元の一定の負圧源の負圧
より強い負圧が得られることである０ つぎに本発明を最も適応する応用例として車輌のバキュ
ームブレーキブースタに応用した例について説明する。

従来、車輌において制動力を増大するために、各種の動
力ブレーキが使用されているが、真空倍力ブレーキも構
造簡単なために使用されている。

特に内燃機関を原動機とする車輌においては吸気管負圧
を負圧源としたバキュームブレーキブースタが使用され
ていた。

一般にエンジン吸気管負圧は使用条件によって異なり、
弱い負圧しか得られないことがあり、所要の作用力を得
るにはブースタ等の径を大きくしなければならなかった
。

これを避けるために吸気管を負圧源とせずに、他０より
強力な負圧源たとえばエンジンよりベルト駆動される真
空ポンプ、または他の動力源により駆動される真空ポン
プ等を利用せねばならなかった。

これらの負圧源は常時回転しているとか、常時負荷がか
かつているとか、あるいは構造が複雑になるとか種々の
難点があり、激しい耐久性の要求に対しては問題があっ
た。

本発明はこれらの欠点を除去し１吸気管負圧のみを動力
源とし、吸気管負圧より強い負圧を発生させると共に、
強い負圧が得られたときには自動的に作動を停止し、そ
の負圧が弱まれば自動的に作動を開始して強い負圧を得
る。

すなわち必要な時期にのみ自動的に運転停止するところ
の構造簡単で寿命時間の長い装置を提供することを目的
とする０ つぎに本発明の一実施例について、図面を参照りながら
説明する。

第１図においてＡは後述するように負圧源１よりの負圧
使用動力発生部、Ｂは動力発生部Ａのピストンの往復動
を継続させる制御弁部、Ｃは動力発生部Ａより動力を得
て作動する真空ポンプ部である。

動力発生部は、大円筒シェル２と、これと同径の中間シ
ェル３でシリンダ部が形成され、内部に大パワーピスト
ン７が配置されている。

大パワーピストン７の外周と前記シリンダ部内面との間
は弾性体で作られた大ダイヤフラム１２で気密が保たれ
ている。

大パワーピストン７の中央にあるピストンロッド９の一
端は中間シェル３のフランジ部３ｂの中心に設けられた
ピストンロッドガイド１０で摺動可能に案内され、更に
延伸して真空ポンプ部Ｃに到っている。

大パワーピストン７と大円筒シェル２のフランジ部２ｂ
との間に第二リターンスプリング１１が配置され、大パ
ワーピストン７を中間シェル３の方向に附勢している。

大パワーピストン７の片側すなかち大円筒シェル２、そ
のフランジ部２ｂ、大ダイヤフラム１２および大パワー
ピストン７で囲まれた部分は大変圧室１４で、その内圧
Ｐｖは、制御弁部Ｂの作動により負圧源の負圧Ｐ１ ま
たは大気圧Ｐ。

と変化する。大パワーピストン７の他の側すなわち中間
シェル３、そのフランジ部３ｂ、大ダイヤフラム１２お
よび大パワーピストン７で囲まれた部分は第一大気圧室
１５で、中間シェル３に設けられた第２大気孔３ａで大
気と連通しているために内圧は常に大気圧Ｐ。

である。この構造により大変圧室１４の内圧が大気圧Ｐ
。

になれば、大パワーピストン７は第二リターンスプリン
グ１１の力で中間シェル３の方向に押され、内圧が負圧
Ｐ１ になれば大パワーピストン７は第２リターンスプ
リング１１の力に抗して大円筒シェル２側に動かされる
。

大円筒シェル２のフランジ部２ｂの中心附近は大変圧室
１４の外側の方へ突出して大円筒シェルハブ（以后ハブ
と呼ぶ）２２を形成し、内部に詳細が次に説明される制
御弁装置を収納している。

制御弁装置は負圧源１より第一チェックバルブ２４を通
して負圧入口２３より入って来る負圧Ｐ１ と大円筒
シェルハブ２２に設けられた第一大気孔２２ａより入っ
て来る大気圧Ｐ１ とを切替え制御して大変圧室１４に
導く。

制御弁装置は主としてバルブシート２５、大気を通すエ
ヤバルブ２７、負圧を通すバキュームバルブ２８よりな
っている。

バルブシート２５は、ハブ２２のフランジ部２２ｂの中
心線上にある負圧入口２３の内側の周囲に一端が固着さ
れ、大変圧室１４側の一端は平面状の弁座２５ｂであり
、中央に開口部２５ａを有している。

中間はベロー状であり全体が弾性体で作られている。

弁座２５ｂとハブ２２ｂとの間に第一リターンスプリン
グ２６が配置されていて、弁座２５ｂは常に大変圧室１
４の方へ附勢されている。

エアバルブ２７の本体は両端が開いている段付管の形状
を有し、大径側でハブ２２内面の大変圧室１４側に気密
に固着され、小径側はバルブシート２５の弁座２５ｂに
対向している開口部２７ａを有している。

開口部２７ａは大きさが弁座２５ｂより小で、弁座２５
ｂにより封止きれることが可能である。

バキュームバルブ２８は、ピストンロッド９の軸心上に
穿設された袋穴１８の中に摺動自在に嵌装されているバ
ルブ作動枠１９の一端で、エヤバルブ２７の内側にあっ
て、弁座２５ｂに対向している。

バキュームバルブ２８は、大きさが弁座開口部２５ａよ
り犬で、開口部２５ａを封止されることが可能である。

バルブ作動枠１９は大パワーピストン７の運動に基づい
て、その一端に設けられているバキュームバルブ２８の
端面をエアバルブ２７の開口部２７ａより突出させ、あ
るいは内部に引き込ませる動きをする。

すなわちバルブ作動桿１９外周に軸方向に設けられたキ
ー道の長溝２０と、ピストンロッド９に固定され先端が
長溝２０内に突出係合しているストッパピン２１との構
成で、長溝２０内におけるストッパピン２１の相対移動
可能距離（長溝２０の長さよりピン２１の径を減じたモ
ノ）が、大パワーピストン７の許容ストローク長さに対
し、等しいかあるいはやや短かく作られている。

またバルブ作動枠１９にはスナップアクションをさせ、
その安定停止位置をそのストロークの両端の２個所にす
るために、トグルバー２９、トグルバー支え３０、バル
ブ作動棹１９上の環状溝３１が設けられている。

トグルバー支え３０はゴムで作られ、ニアバルブ２フ大
径部内側に固着されている。

トグルバー２９は外側がトグルバー支え３０に焼付固着
されて半径方向を向いているが、内端の半径方向の位置
は環状溝３１の底面半径より和尚側に位置している。

このためトグルバー２９が半径方向を向いた場合には、
トグルバー支え３０が著るしく半径方向に圧縮され大き
なエネルギーを有して不安定な状態になる。

トグルバー２９が半径方向より僅かに傾いた前後二つの
位置では、環状溝３１の底面がトグルバー２９を押さな
いため、トグルバー支え３０は圧縮されなくて、トグル
バー２９が傾斜した角度に応じた変形を受けるだけで小
さなエネルギーを有するのみであるから、トグルバー２
９が半径方向を向いている場合より安定である。

したがって環状溝３１すなわちバルブ作動枠１９の位置
は、トグルバー２９が半径方向を向いている中央位置の
両側に２ケ所の安定位置がある。

バルブ作動枠１９が更に大きく摺動ずれば、トグルバー
２９の傾斜角は犬となり、環状溝３１の幅によって傾斜
が制限され、バルブ作動枠１９の摺動も制限される。

トグルバー２９が半径方向を向いているときに、バルブ
作動枠１９の端面にあるバキュームバルブ２８のシート
面はエアバルブ２７のシート面にほぼ同一平面上にある
ために、バルブ作動枠１９の二つの安定位置の一つでは
バキュームバルブ２８はエヤバルブ２７より突出し、他
の一点ではエヤバルブ２７の内部に入る。

内部に入っている場合にはバルブシート２５が第１リタ
ーンスプリング２６に付勢されて、バルブシート面２５
ｂがエヤバルーｊ２７に当す、バキュームバルー７’２
８とバルブシート面２５ｂとは離れている。

別の安定位置すなわちバキュームバルブ２８がエヤバル
ブ２７より突出しているときは、バキュームバルブ２８
はバルブシート面２５ｂと当り、更に図示り方向に第１
リターンスプリング２６を圧縮しながら摺動する。

この場合にはエアバルブ２７はバルブシート面２５ｂと
は離れ、バキュームバルブ２８がバルブシート面２５ｂ
と当っている。

この二状態の間のバルブ作動枠１９の運動は、その中央
位置が不安定位置であるために、図示り方向Ｒ方向いづ
れの方向の運動の場合でも、中央位置を越えた時から飛
躍的に運動し、スナップアクションが行なわれる。

バルブシート面２５ｂをゴム等のような弾性の大きい物
質で構成すれば、中央位置附近においてバキュームバル
ブ２８、エアバルブ２７が共にバルブシート２５ｂに接
触している区間が長くなるだめＷ−スナップアクション
動作の開始は確実になる。

真空ポンプ部Ｃは、動力発生部Ａと同軸に配置すしてい
て、大円筒シェル２ならびに中間シェル３より径が小さ
い中間シェル４、該中間シェルと同径の小円筒シェル５
とで構成されたシリンダ部を有し、内部に小パワーピス
トン８が設けられている。

小パワーピストン配置は、中心に動力発生部より延伸し
ているピストンロッド９に固定され、外縁は、小パワー
ピストン８と前記シリンダ間を気密に保つ小ダイヤフラ
ム１３に結合されている。

中間シェル３のフランジ面３ｂ１中間シェル４、小ダイ
ヤフラム１３および小パワーピストンで囲まれた小パワ
ーピストン８の一側は、第二大気圧室１６であり、その
内圧は中間シェル４に設けられた大気孔４ａにより内部
が外部大気と連通しているため常時に大気圧Ｐ。

である。小パワーピストン８の他の側、すなわち小円筒
シェル５、小ダイヤフラム１３、小パワーピストン８で
囲まれた空間である小変圧室１７を形成している。

小変圧室１７には吸入弁の作用をする第二チェックバル
ブ３２、吐出弁の作用をする第三チェックバルブ３３が
付設されている。

チェックバルブ３２は負圧負荷３５たとえばバキューム
ブレーキブースタへ到る配管３６と、チェックバルブ３
３は負圧源１へ到る配管３７と接続されている。

したがって小変圧室１７の内圧Ｐｘは最高の場合は負圧
源の圧力Ｐ１、最低の場合は負圧負荷３５の圧力Ｐ２に
等しい。

第四チェックバルブ３４が、負圧源へ到る配管３７と、
負圧負荷へ到る配管３６との間に設けられている。

そのため小変圧室１７を経由しないで、負圧負荷３５か
ら直接空気を吸引することも可能である。

つぎに作用を説明する。

詳細は後に詳細説明するが動力発生部Ａは、その作動を
制御弁部Ｂにて制御されて、負圧により動力を発生し、
真空ポンプ部Ｃは、動力を動力発生部Ａから得て負圧の
強い負圧負荷部３５から気体を負圧源１に送り出す真空
ポンプの作用をなす。

いま本装置が第１図の状態にあったとき負圧源１内の負
圧Ｐ１が発生するとチェックバルブ３３．３４を通じて
小変圧室１７の内圧Ｐｘ、負圧負荷の内圧Ｐ２は直ちに
Ｐｌ となる。

またこの状態ではバルブ作動枠１９は、可能な二つの安
定位置の内、図示Ｒ側の位置にあり、バルブ作動枠１９
の一端であるバキュームバルブ２８の端面は、エヤバル
ブ２７の端面より右方にある。

（突出していない。

）そのためバルブシート２５は第一リターンスプリング
２６に押されて、エアバルブ２７の端面に接触し、エヤ
バルブ２７の開口部を封鎖する。

このときにバキュームバルブ２８の端面はエヤバルブ２
７の端面より突出していないため、バルブシート２５は
バキュームバルブ２８と接触せず、バルブシート開口部
２５ａは開放されている。

したがって大変圧室１４の内部は、バキュームバルブ２
８とエヤバルブ２７の中間を経由してバルブシート開口
部２５ａと連通ずるため、内圧Ｐｖは負圧源負圧Ｐ１
と等しくなる。

この状態で大パワーピストン７、小パワーピストン８、
ピストンロッド９より一体に構成されているピストン体
重に働く力の釣合を考えると、大パワーピストン７の有
効面積をＡ１小パワーピストン８の有効面積をＡ′とす
ると、図示り方向への力は Ｆ ＝ （Ｐｏ ’−・Ｐ ｖ ） Ａ ’−（Ｐｏ
’−Ｐ ｘ ） Ａ ”−ｆ＝（Ｐ□ ＝Ｐ１ ）Ａ
＝（Ｐｏ ＝Ｐ、 ）Ａ／−ｆ＝ （Ｐｏ ’−Ｐｔ
） （Ａ”Ａ’） ＝ ｆとなる。

ｆは第２リターンスプリング１１の反力である。

一般にｆは十分小さくとれるのと、Ｐ。〉Ｐｌ、Ａ＞Ａ
′であるため、Ｆ ＞ ｏとなりピストン体重は図示り
方向すなわち左方へ運動を開始する０ ピストン体重が図示り方向へ運動すると小変圧室１７内
の体積は増加し、負圧負荷３５内圧Ｐ２と共にその内圧
Ｐｘは初期のＰｌより減少する。

ピストン体重が左方に運動中に Ｆ ＝ （Ｐｏ ＝Ｐｔ ） Ａ＝ （Ｐｏ −Ｐ ｘ
） Ａ’＝ ｆ がＦ〉０であれば、左方への運動
が継続され、ＰＸが減少し、Ｆ＝ｏとなれば自動的に停
止する。

この場合Ｐ２ ＝Ｐｘ＜Ｐｌ なることは明らかである
。

左端迄ピストン体重の運動が継続されると、ピストン体
重と一体で運動しているストッパピン２１バルブ作動桿
１９の長溝ＸＹの左端Ｘにあたり、トグルバー２９、ト
グルバー支え３０によって一方の安定位置に保持されて
いた作動枠をＬ方向へ押し、ピストン体重の運動により
更に押されてトグルバー２９が半径方向より更に傾斜さ
れると、トグルバー支え３０の弾力によりトグルバー２
９は飛躍的に左方の安定位置迄、バルブ作動枠１９を移
動させる。

いわゆるスナップアクションが行なわれる。

このスナップアクションが行なわれた後の制御弁部Ｂの
状態は第２図に示しである。

この状態にては、バルブ作動枠１９はＬ方向の安定位置
にあり、該作動枠１９の一端があるバキュームバルブ２
８は、エアバルブ２７の端面より突出するのでバルブシ
ート２５を第一リターンスプリング２６を圧縮しながら
左方へ押す。

すなわちバルブシート開口部２５ａはバキューム２８テ
閉すされ、バルブシート２５が左方へ移動することによ
りエアバルブ２７とバルブシート２５が離れ、大変圧室
１４は、エヤバルブ２７とバキュームバルブ２８との間
の通路を通り、エアバルブ２７とバルブシート２５の平
面２５ｂとの間の隙間より大気に連通し１大変圧内圧Ｐ
ｖはＰ。

となる。

このときピストン体重を右方へ動かす力Ｆは、Ｐ ｖ
＝ Ｐ ｏのため Ｆ＝＝（Ｐｏ−Ｐｖ）Ａ＋（Ｐｏ−ＰＸ）Ａ′＋ｆ＝（
Ｐｏ＝Ｐ ｘ ）Ａ’＋ ｆ ＞０ この関係は小パワーピストン８が右方へ移動し、小変圧
室１７の内部の気体を圧縮しＰｘが上昇しでも第３チエ
ツクバルブ３３があるため、ＰＸは負圧源負圧Ｐ１ よ
り大きくならずＰ ｘ ＜ Ｐ １ ＜Ｐｏであるため
、常に成立する。

したがって第２図の状態、すなわちバルブ作動枠が左方
の安定位置にあり、負圧源１の圧が負圧Ｐ１であれば、
本装置を始動したときでも、本装置が運転中でもピスト
ン体重が左端に来てバルブ作動枠１９をスナップアクシ
ョンさせたときでも同じ動作が行なわれる。

ピストン体重が右端に来れば、バルブ作動枠１９の長溝
２０内でストツパパピン２１の移動呵能距離はピストン
体重のストロークより短いため作動枠は右へ引かれ、前
述したスナップアクションと向きは反対であるが同様な
スナップアクションが、トグルバー２９、トグルバー支
へ３０、バルブ作動枠環状溝３１の作用で起り、バルブ
作動枠１９は右方の安定位置に来る。

すなわち第１図の状態に戻り、ピストン体重は今度は左
方へ運動を続ける。

この動作を繰り返して負圧負荷の内圧Ｐ２は次第に低下
し、負圧源圧Ｐ１ より低い圧力を得ることができる。

このときのＰ２の値をＰ２ ｍｉｎ とすれば、Ｐ２
ｍｉｎ は次の式を満足する二つの値の内で、高い
方の値となる。

（ａ） ： （Ｐｏ ””−Ｐｘ ）Ａ＝（Ｐｏ−Ｐ２
ｍｉｎ ）Ａ／−ｆ＝０（ｂ） 二 Ｐ’ ”ｉ’＝
ｐ ｍ１ｎＶ２ま ただしくｂ）式において、ｖｌ は小変圧室１７の最小
体積、■２はその最大体積、ｎはポリトロープ膨張指数
である。

式（ａ）を満足するＰ２ｍｉｎ の値が、式（ｂ）を
満足するＰ２ ｍｉｎ の値より高いときは、前に説
明したようにピストン体重が図示り方向へ運動中に、ピ
ストン体重にかかる力の釣合がとれて、ピストン体重は
停止する。

この停止状態は負圧源圧Ｐ１が低下するか、負圧負荷３
５が作動してその内圧Ｐ２が上昇し、式（ａ）で示す釣
合が破れる迄継続する。

釣合が破れればピストン体重は、前記説明のように運動
を開始して、新しく釣合がとれる迄運動を継続する。

これに反し式（ａ）を満足するＰ２ｍｉｎの値が式（ｂ
）を満足する値より低いときは、ピストン体重は運動を
停止せずに、往復運動を継続する。

これは、小変圧室１７の体積が最小のときは、その内圧
Ｐｘは負圧源負圧Ｐ１ に等しく、ピストンが左行端に
到り、小変圧室１７の体積が最大になり、その圧力Ｐｘ
が最小を示すときでも、ピストン体重の左行中にそれに
かかる力の釣合がとれないためである。

よって式（ａ）を満足するＰ２ ｍｉｎの値が、式（ｂ
）を満足するＰ２ ｍｉｎの値より大きくなるようにＡ
、Ａ’、ｆｌｖｌ、■２を設計スレハ、アルＰ２ ｍｉ
ｎの値に達したときにピストン体重は運動を停止する。

以上は本発明の一実施例について述べたのであるが、動
力発生部Ａと、真空ポンプ部Ｃは、必ずしも同一直線上
にある必要は無く、レバー等によす大パワーピストン７
と小パワーピストン８を連動させ、おのおののストロー
クを異ならしめることも可能である。

さて本発明の効果を述べれば、簡単で耐久性のある装置
にて、既存の負圧源負圧より強い負圧を、負圧負荷たと
えばバキュームタンク、バキュームブレーキブースタの
負圧が弱まったときに、自動的に得ることができる。

したがって負圧源の負圧か弱い場合でも、小形のアクチ
ュエータで大きな力を出させることが可能になる。

特に制動関係に使用すればその能力を増大して安全に寄
与するところが大きい。

また本装置は、駆動源として他より機械的駆動を必要と
せず、動力損失が少ない。

また他の機械的駆動源の位置と関係なく、負圧源より負
圧負荷に到る配管の中間の任意の場所に取付は可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はピストン体重が左行中である状態を示した断面
図、第２図は右行中を示した断面図（一部省略）である
。 １：負圧源、旦ピストン体、１：大パワーピストン、８
：小パワーピストン、１４：大変圧室、１７：小変圧室
、１９：バルブ作動枠、２０：長溝、２１：ストッパピ
ン、２５：バルブシート、２５ａ：バルブシート開口部
、２７：エヤバルブ、２８：バキュームバルブ、２９ニ
ドグルバー、３０ニドグルバー支へ、３１：バルブ作動
枠環状溝、３２：第二チェックバルブ、３３：第三チェ
ックバルブ、３４：第四チェックバルブ、３５：負圧負
荷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 負圧源および負圧アクチュエータを有する車輌にお
   いて、負圧源よりの負圧により動力を発生するピストン
   およびシリンダ、該ピストンの往復運動を制御するスナ
   ップアクションを行なう制御弁、前記動力により負圧負
   荷側の気体をポンピングする真空ポンプよりなるバキュ
   ーム増加装置。