铁路车辆通常搭载有将自气压源供给的气压转换为液压的 气-液转换器，利用自气-液转换器经由液压配管供给来的液 压使液压制动器工作。
关于这一点，日本特许厅1996年发行的日本特开平8- 226469号及日本特开平8-226471号公开有一种其液压缸根 据所供给的液压将制动衬片按压在制动盘这样的旋转体的摩擦 面上的铁路车辆用液压制动装置。
另一方面，一般也考虑，通过将利用自气压源供给的气压 进行工作的气压制动器搭载于铁路车辆上而废除气-液转换器 和液压配管。
关于这一点，日本特许厅1999年发行的日本特开平11- 193835号公开有一种通过向气动驱动器的空气室中供给压缩 空气来使气动驱动器将制动衬片按压在旋转体的摩擦面上的铁 路车辆用空气制动装置。该以往技术的图6还公开一种采用杠 杆的空气制动装置。
在这些铁路车辆用制动装置中，液压缸、驱动器不是按压 整个制动衬片而是按压制动衬片的一部分。结果，有时会在与 按压相反的反作用力的作用下使制动钳弯曲，或使摩擦面产生 变形。另外，有时因在制动衬片中发生局部温度上升而使制动 衬片的摩擦系数降低，从而无法使制动衬片发挥原本的制动力。 而且，制动衬片也容易产生不均匀磨损。
特别是，在采用杠杆进行空气制动的情况下，在作用于杠 杆的轴承部上的摩擦力的影响下，难以将制动衬片均匀地按压 在摩擦面上，容易在制动衬片上发生不均匀磨损。

因而，本发明的目的在于使制动衬片对旋转体的按压力均 匀化。
为了达到以上目的，本发明提供一种车辆用钳式制动装置， 其通过夹持形成在旋转体的两侧面的第1摩擦面和第2摩擦面 来制动旋转体的旋转，该车辆用钳式制动装置包括：制动钳， 其具有与第1摩擦面相对峙的第1钳臂和与第2摩擦面相对峙的 第2钳臂；可动制动衬片，其被第1钳臂支承，通过朝向第1摩 擦面位移来对第1摩擦面施加制动力；压力室，其形成于制动 衬片上；隔膜，其与压力室的压力相对应地进行膨胀；多个活 塞，它们与隔膜的膨胀相对应地朝向旋转体的旋转轴方向驱动 可动制动衬片；引导构件，其向与第1摩擦面垂直的方向引导 多个活塞位移。
本发明的详细内容以及其他特征、优点在说明书之后的记 载中进行说明，并且表示于附图中。

图1是表示本发明的钳式制动装置的俯视图。
图2是钳式制动装置的侧视图。
图3是沿图2的III-III线剖切的钳式制动装置的纵剖视图。
图4A和图4B是本发明的上滑动销和下滑动销的支承结构 的纵剖视图。
图5A和5B是以往的液压活塞型钳式制动装置的可动制动 衬片的俯视图和本发明的钳式制动装置的可动制动衬片的俯视 图。
图6与图3类似，表示与隔膜的结构相关的变化。
图7是表示本发明的第2实施例的钳式制动装置的侧视图。
图8是表示沿图7的VIII-VIII线剖切的、本发明的第2实施例 的钳式制动装置的纵剖视图。
图9是表示本发明的第3实施例的钳式制动装置的侧视图。
图10是沿图9的X-X线剖切的、本发明的第3实施例的钳 式制动装置的纵剖视图。

参照图1，铁路车辆用的钳式制动装置1利用相面对的可动 制动衬片7和固定制动衬片700来制动车轮5的旋转。图中的X 轴对应车轮5的车轴方向，Y轴对应铅直方向，Z轴对应前后方 向。在车轮5的两侧面，与可动制动衬片7相面对地预先形成有 第1摩擦面6a，与固定制动衬片700相面对地预先形成有第2摩 擦面6b。
可动制动衬片7支承在第1钳臂12的前端。固定制动衬片 700支承在第2钳臂14的前端。第1钳臂12和第2钳臂14构成横 跨车轮5地配置的制动钳10的一部分。
参照图2，制动钳10利用上滑动销30和下滑动销32卡定在 支承架20上。支承架20固定在铁路车辆的转向架或车身上。
参照图4A和4B，上滑动销30和下滑动销32分别贯穿了形 成于制动钳10上的两个托架15和16。上滑动销30和下滑动销32 的两端分别卡定在托架15和16上。
上滑动销30在托架15和16之间经由一对橡胶制衬套33和 配置在一对橡胶制衬套33之间的径向轴承35而贯穿支承架20。 利用径向轴承35容许上滑动销30沿X轴方向位移及绕X轴摆 动，并且容许上滑动销30以径向轴承35为中心绕Z轴在一定范 围内摆动。另一方面，限制图中的Y轴方向或Z轴方向的平行移 动。
下滑动销32在托架15和16之间经由橡胶制的衬套36而贯 穿支承架20。利用橡胶制的衬套36，容许下滑动销32沿X轴方 向位移及绕X轴摆动和与上滑动销30同样地绕Z轴在一定范围 内摆动。另外，利用橡胶制的衬套36的弹性变形也容许下滑动 销32向图中的Y轴方向或Z轴方向平行移动一些。
托架15和16之间的间隔被设定得充分大于支承架20的宽 度，在各托架15、16与支承架20之间，上滑动销30被橡胶制的 衬套34覆盖以不露出到外部。下滑动销32也与上滑动销30同样 地在各托架15、16和支承架20之间被橡胶制的衬套34覆盖。
利用上滑动销30和下滑动销32的上述结构，使制动钳10 追随转向架或车身和车轮5的X轴方向、即车辆横断方向的相对 位移而向X轴方向位移。另外，将可动制动衬片7相对于车轮5 的第1摩擦面6a平行地保持，将固定制动衬片700相对于车轮5 的第2摩擦面6b平行地保持。
再参照图1，制动钳10具有用于将第1钳臂12和第2钳臂14 结合的叉形件13。
与可动制动衬片7隔着车轮5配置在相反侧的固定制动衬 片700直接固定在第2钳臂14上。固定制动衬片700具有与车轮5 的第2摩擦面6b滑动接触的内衬9。
在用于支承可动制动衬片7的第1钳臂12中内置有用于驱 动可动制动衬片7的隔膜驱动器60。可动制动衬片7由与车轮5 的第1摩擦面6a滑动接触的内衬9、用于固定内衬9的主体7a、 形成在主体7a的背面的卡合部7b构成。卡合部7b能沿Y轴方向 自由位移地插入到保持架8中。保持架8包括用于插入并保持卡 合部7b的、沿Y轴方向相对的导轨8a。
参照图3，保持架8的上端和下端分别嵌合于形成在固定销 (anchor pin)43的外周上的卡合槽98中，该固定销43配置在 保持架8的上方和下方。固定销43自利用地脚螺栓(anchor bolt)42分别固定在第1钳臂12的上端和下端的调整器41朝向 车轮5突出。通过使保持架8的上端和下端嵌合于卡合槽98中， 而使可动制动衬片7的卡合部7b的上端和下端抵接于固定销43 的前端，并且限制可动制动衬片7沿Y轴方向的位移。
在将可动制动衬片7安装于第1钳臂12上时，在将调整器41 和固定销43从第1钳臂12的下端拆下的状态下，将可动制动衬 片7的卡合部7b从下方插入到保持架8的导轨8a的内侧。在卡合 部7b到达保持架8的规定位置之后，利用地脚螺栓42将调整器 41和固定销43固定在第1钳臂12的下端。由此，保持架8的上端 和下端分别嵌合于固定销43的卡合槽98中，限制可动制动衬片 7沿Y轴方向的位移。
调整器41具有复位弹簧44和间隙调整机构45，该复位弹簧 44对可动制动衬片7向远离第1摩擦面6a的方向施力；该间隙调 整机构45在未对可动制动衬片7施加除复位弹簧44之外的力的 状态下将可动制动衬片7与第1摩擦面6a之间的间隙调整为大 致恒定。在制动释放时，可动制动衬片7在复位弹簧44的作用 下从第1摩擦面6a分离，基于间隙调整机构45所规定的间隙与 第1摩擦面6a相对峙。
调整器41是日本特许厅1994年发行的JPH06-288417号 中公开的公知机构。在此，通过引用其内容进行合并而省略详 细说明。
可动制动衬片7利用上述支承结构在保持与第1摩擦面6a 平行且能沿X轴方向位移的状态下支承于第1钳臂12上。
再参照图2，在第1钳臂12的上端和下端分别形成有用于安 装调整器41的圆弧状的调整器安装凹部12a、12b。在上下的调 整器41之间，与可动制动衬片7相面对地在第1钳臂12上安装有 隔膜驱动器60。
再次参照图3，隔膜驱动器60包括形成于第1钳臂12上的有 底的缸体70、收入安装在缸体70中的隔膜75、划分在缸体70 的底部72与隔膜75之间的压力室63、安装在隔膜75与可动制动 衬片7之间的多个活塞55、能沿X轴方向滑动地支承各活塞55 的导承框65。在制动铁路车辆时，隔膜75利用被导入到压力室 63中的气压驱动多个活塞55而沿X轴方向按压保持架8，将可动 制动衬片7按压于第1摩擦面6a上。因此，保持架8预先形成为 大于隔膜75的配置活塞55的区域的平面形状。
缸体70包括：沿X轴方向延伸的大致肾脏形截面的缸体内 壁71；形成在Y轴和Z轴所限定的平面上，封闭缸体70的一端的 与缸体内壁71一体的底部72；为了卡定隔膜75的周缘部76而形 成在缸体内壁71的另一端的环状的安装座73。
再次参照图2，可动制动衬片7的内衬9整体形成沿车轮5的 旋转方向弯曲的形状，并且，如图中虚线所示地具有在车轮5 的旋转方向上被分割为多个扇形体(segmental)的形状。各 扇形体固定于主体7a上。
从X轴方向看的缸体内壁71由弯曲壁部71c和71d、用于连 接弯曲壁部71c和71d的上下的圆弧状壁部71a和71b构成，弯曲 壁部71c和71d沿着可动制动衬片7的内衬9的外周且在Z轴方 向、即铁路车辆的前后方向相面对。从X轴方向看的弯曲壁部 71c和71d的圆弧相当于以车轮5的车轴为中心的同心圆。
缸体70及可动制动衬片7相对于与制动钳10的Z轴平行的 中心线Oz呈上下对称形状。调整器安装凹部12a和12b配置在 相对于中心线Oz上下对称的位置上。缸体内壁71的圆弧状壁部 71a和71b呈相对于调整器安装凹部12a、12b呈反向的圆弧。
再次参照图3，环状的安装座73形成在由缸体内壁71的一 端的Y轴和Z轴所限定的平面上。导承框65的周缘部通过多个螺 栓66固定在安装座73上。另外，隔膜75的周缘部76被导承框65 的周缘部和安装座73夹持。
隔膜75由周缘部76、自周缘部76沿着缸体内壁71朝向底部 72展开之后向内弯折大致180度的波纹管部(bellows)77、在 波纹管部77的内侧形成与可动制动衬片7平行的平面的活塞按 压部79构成。周缘部76、波纹管部77和活塞按压部79由橡胶形 成为一体。活塞按压部79具有比缸体内壁71规定的缸体70的横 截面小一些、且与缸体70的横截面相似的大致肾脏形的平面形 状。
导承框65配置在隔膜75与保持架8之间。在导承框65上形 成有与活塞55相同个数的X轴方向的导向孔65a，各活塞55沿X 轴向自由滑动地嵌合在各导向孔65a中。
再次参照图2，导向孔65a以相等的角度间隔形成在以车轮 5的车轴为中心的3个同心圆上。排列在3个同心圆中的中央的 圆上的导向孔65a与可动制动衬片7的中央部相对峙地以等间 隔配置。排列在3个同心圆中的外侧的圆上的导向孔65a与可动 制动衬片7的外周部相对峙地沿着弯曲壁部71c以等间隔配置。 排列在3个同心圆中的内侧的圆上的导向孔65a与可动制动衬 片7的内周部相对峙地沿着弯曲壁部71d以等间隔配置。
各活塞55的外径例如设定为22毫米(mm)。各活塞55在可 动制动衬片7的整个区域中以大致相等的密度配置。
在图2中，将活塞55配置为3列，但活塞55的排列并不限定 于此。也可以通过使活塞55的外径、轴向上的长度不同来控制 对可动制动衬片7施加的按压力的分布。
再次参照图3，在各活塞55的前端安装由绝热材料构成的 圆盘状的绝热板61。绝热板61用于隔断内衬9的发热传递到隔 膜75上。
在隔膜75的活塞按压部79的背面安装有背面板62。背面板 62利用多个螺栓67固定于活塞按压部79上。背面板62由与活塞 按压部79大致形状相同的板材形成。螺栓67沿着背面板62的周 缘部以大致等间隔配置。
再次参照图2，在制动钳10上形成有用于自搭载于铁路车 辆上的气压源向压力室63供给压缩空气的通孔69。通孔69利用 机械加工形成在制动钳10的中心线Oz上。借助与来自控制器的 指令信号随动的切换阀来控制经由通孔69向压力室63供给压 缩空气。非制动时的压力室63开放在大气中。
以上那样构成的钳式制动装置1在非制动时，利用一对调 整器41的复位弹簧44的弹力使可动制动衬片7从车轮5的第1摩 擦面6a分开。另外，由于压力室63为低压，因此，隔膜75收缩， 活塞55处于后退位置。
在制动时，隔膜75与向压力室63中供给压缩空气相对应地 膨胀，借助活塞55、绝热板61及保持架8使调整器41的复位弹 簧44弯曲且朝向第1摩擦面6a按压可动制动衬片7。结果，可动 制动衬片7的内衬9与车轮5的第1摩擦面6a相接触，利用摩擦力 来制动车轮5的旋转。
图5A表示以往的液压活塞型钳式制动装置。该以往装置通 过使一对活塞利用被导入到液压室48中的工作油压力将可动 制动衬片7按压于制动盘上来进行制动。该以往装置如下地设 定收入安装有活塞的缸体47的尺寸和被导入到液压室48中的 所需液压。图中的斜线部位表示活塞的受压面积。
缸体47的直径：φ38(mm)×2个
缸体47的截面面积(活塞的受压面积)：2268平方毫米 (mm2)
所需液压：9兆帕(MPa)
按压力＝2268×9＝约20千牛顿(kN)
图5B表示本发明的气压隔膜型钳式制动装置1。在此，如 下地设定缸体70的截面面积和被导入到压力室63中的所需气 压。
缸体70的截面面积(＝隔膜75的受压面积)：27697(mm2)
所需气压：0.75(MPa)
按压力＝27697×0.75＝约20(kN)
本发明的钳式制动装置1的可动制动衬片按压力与以往的 液压式活塞型钳式制动装置相同约为20kN。
因而，钳式制动装置1的隔膜驱动器60能够在制动钳10的 有限空间中充分地确保隔膜75的受压面积，利用显著低于液压 的气压对可动制动衬片7施加要求的按压力。
本发明的钳式制动装置1通过使隔膜75膨胀，借助多个活 塞55将可动制动衬片7按压于第1摩擦面6a上。即使因该按压反 作用力而使制动钳10弯曲或者在第1摩擦面6a的旋转面上产生 变形，可动制动衬片7也能够以均匀的表面压力被按压于第1摩 擦面6a上。可动制动衬片7的摩擦系数始终保持得较高，能够 发挥可动制动衬片7原本的制动力。另外，由于表面压力均匀， 因此，可动制动衬片7、第1摩擦面6a上难以发生局部的温度上 升，可动制动衬片7、第1摩擦面6a难以发生不均匀磨损。
即使在制动时制动钳10的第1钳臂12向远离车轮5的第1摩 擦面6a的方向弯曲，可动制动衬片7也能够保持与第1摩擦面6a 平行。因而，能防止内衬9在径向方向上发生不均匀磨损。
在该钳式制动装置1中，由于在隔膜75与制动衬片7之间插 入有活塞55和导承框65，因此，向隔膜75传递的可动制动衬片 7的发热会被这些构件隔断。因而，隔膜75难以受到由热量引 起的损伤。
这样，由于隔膜驱动器60利用自搭载于铁路车辆上的气压 源供给的气压直接驱动可动制动衬片7，因此，无需在铁路车 辆上搭载气-液转换器、液压源、液压配管。因而，能够通过 采用本发明的钳式制动装置1来谋求铁路车辆的轻量化。
也可以替代向钳式制动装置1的压力室63中供给气压而供 给液压。在这种情况下，通过使用与以往的液压活塞型钳式制 动装置相比数量更多的活塞，也能够均匀地按压可动制动衬片 7。另外，通过使用数量较多的活塞而使受压面积增加，因此， 能够利用较低的液压确保所需按压力，从而能够使气-液转换 器小型化。
由于制动钳10利用上滑动销30和下滑动销32以能相对于 支承架20沿X轴方向位移的浮动状态被支承，因此，通过驱动 横跨两个摩擦面6a和6b地延伸的第1钳臂12和第2钳臂中的、设 于第1钳臂12上的隔膜驱动器60，能以相等的压力将可动制动 衬片7按压在与之相面对的第1摩擦面6a上且将固定制动衬片 700按压在第2摩擦面6b上。因此，能够削减隔膜驱动器60的构 成零件个数，并且能使钳式制动装置1小型化。
在该钳式制动装置1中，可动制动衬片7通过一对固定销43 支承在制动钳10上，压力室63形成在固定销43之间。因此，与 隔膜75的膨胀相应地使固定销43伸缩，从而使可动制动衬片7 相对于第1摩擦面6a顺利地进退。另外，能够在固定销43所夹 持的空间内充分地确保隔膜75的受压面积，能够使要求的按压 力施加到可动制动衬片7的较大范围。另外，由于隔膜75与导 承框65沿X轴方向与隔膜75叠置，因此，能将上述所有构件配 置在制动钳10有限空间内，避免制动钳10大型化。
可动制动衬片7的内衬9呈沿着第1摩擦面6a的弯曲形状， 并且由仿照内衬9的形状的前后的弯曲壁部71c、71d和将该前 后的弯曲壁部71c、71d连结起来的上下的圆弧状壁部71a、71b 构成缸体内壁71，因此，能够在制动钳10的有限空间中充分地 确保隔膜75的受压面积。另外，能够避免隔膜75的周缘部76 的弯曲，因此，隔膜75具有理想的耐久性。
在该钳式制动装置1中，在可动制动衬片7与隔膜75的活塞 按压部79之间安装有保持架8、绝热板61和活塞55，因此，能 可靠地隔断从可动制动衬片7向隔膜75传递的热量。因此，能 够防止由橡胶材料构成的隔膜75因热量而受到损伤。
在该钳式制动装置1中，在活塞按压部79上固定有背面板 62，因此，提高了活塞按压部79与绝热板61的接触部的刚性， 也提高了活塞按压部79的强度。但是，如图6所示，也可以省 略背面板62。
参照图7和图8说明本发明的第2实施例。
参照图8，本实施例的钳式制动装置1代替第1实施例的缸 体70具有形成在第1钳臂12上的、两端开口了的缸体80和封闭 缸体80的一端而构成底部的盖92。隔膜75收入安装在缸体80 中。
缸体80包括：沿X轴方向延伸的大致长圆形截面的缸体内 壁82；用于卡定隔膜75的周缘部76的、形成在由Y轴和Z轴所 限定的平面上的环状的安装座81。
参照图7，缸体80、可动制动衬片7、盖92及安装座81以与 制动钳10的Z轴平行的中心线Oz为中心形成上下对称形状。
在安装座81上以规定间隔形成有多个螺栓孔，盖92利用螺 纹接合于各螺栓孔的螺栓84固定于安装座81上。
缸体内壁82由前后的弯曲壁部82c和82d、用于连接前后的 弯曲壁部82c和82d的上下的圆弧状壁部82a和82b构成，该弯曲 壁部82c和82d沿着可动制动衬片7的内衬9弯曲。
再次参照图8，隔膜75的周缘部76被夹持在安装座81与盖 92之间。
在缸体80的安装座81与缸体内壁82之间形成有倒角部83。 倒角部83具有阻止隔膜75从周缘部76到波纹管部77急剧地弯 曲而使其平缓地弯曲的作用。
波纹管部77从周缘部76沿着倒角部83弯曲大致90度，沿着 缸体内壁82向导承框65的方向展开后，向内侧弯曲大致180度 而到达活塞按压部79。利用隔膜75的该结构，缸体内壁82与第 1实施例的缸体内壁71不同，位于压力室63的外侧。
在缸体80的与盖92相反一侧的端部形成有朝向车轮5呈环 状的安装座95。在安装座95上借助多个螺栓96固定有导承框 65。
其它结构与第1实施例相同。
在该实施例中，也能获得与第1实施例相同的理想的效果。
参照图9和图10说明本发明的第3实施例。
该实施例与第2实施例类似，但废除保持架8而由各固定销 43直接支承可动制动衬片7。
可动制动衬片7由与第1摩擦面6a滑动接触的内衬9、用于 固定内衬9的主体7a、形成在主体7a的背面的卡合部7b构成。
在各固定销43的外周上形成有环状的卡合槽86。在卡合部 7b的上端和下端分别形成有与上下的固定销43的卡合槽86卡 合的缘部85。
可动制动衬片7通过将缘部85卡合在上下的固定销43的卡 合槽86上而卡定在第1钳臂12上。固定销43利用调整器41能相 对于第1摩擦面6a进退地被支承。可动制动衬片7与隔膜75的扩 缩动作相应地接近第1摩擦面6a或远离第1摩擦面6a。
在该实施例中，也能获得与第2实施例相同的理想的效果。
在该实施例中，直接用固定销43支承可动制动衬片7的卡 合部7b的上端和下端的缘部85，在制动时，隔膜75通过活塞55 直接按压可动制动衬片7。因此，能废除保持架8，使钳式制动 装置1的结构简化，并且能使制动钳10的X轴方向的尺寸小型 化。
关于以上说明，在此引用申请日为2007年11月6日的日本 特愿2007-265597号的内容并进行合并。
以上，通过几个特定的实施例说明了本发明，但本发明并 不限定于上述各实施例。可以由本领域技术人员在权利要求技 术范围内对这些实施例实施各种修改或变更。
例如，在以上说明的实施例中，利用制动衬片7和700夹持 形成在车轮5两侧的摩擦面6a和6b，但本发明也可以应用于在 与车轮5一体旋转的制动盘的两面形成摩擦面6a和6b、利用制 动衬片7和700将其夹持的钳式制动装置。
工业实用性
如上所述，本发明的钳式制动装置起到使制动衬片对旋转 体的按压力均匀化的效果。因而，通过应用于制动衬片需要很 大按压力的铁路车辆用的车轮制动装置，能够获得特别理想的 效果。
本发明的实施例所包含的排他性质或者优点如下地要求权 利。