車の止まる仕組み：ディスクブレーキ

車の止まる仕組み：ディスクブレーキ

円盤と摩擦で止まる仕組み

車は進むために回転する部品を使っていますが、止まる時にも同じように回転する部品を利用しています。それが円盤と摩擦を使ったブレーキの仕組みです。自転車を思い浮かべてみてください。ペダルを漕ぐのをやめ、ブレーキをかけると、ゴムの部品が車輪に押し付けられて止まりますよね。車にもこれと似た仕組みがあります。

自転車では車輪の縁に直接ブレーキがかかりますが、車の場合は少し違います。車輪と一緒に回転する金属の円盤にブレーキがかかるのです。この円盤はブレーキ円盤と呼ばれ、車輪の中心近くに付いています。ブレーキをかける時は、ブレーキ踏み板を踏むことで、油の力を使って特別な板をブレーキ円盤に押し付けます。この板はブレーキ摩擦材と呼ばれ、熱に強く、摩擦を起こしやすい材料で作られています。

ブレーキ摩擦材がブレーキ円盤に押し付けられると、回転する円盤と摩擦材の間で摩擦が生じます。この摩擦によって、車の運動の力は熱の力に変わり、車は徐々に速度を落とします。ちょうど、手のひらで回転する円盤を掴んで止めるようなものです。強く握れば早く止まり、弱く握ればゆっくり止まります。同じように、ブレーキ踏み板を踏む強さでブレーキのかかり具合を調節できます。つまり、踏み板を強く踏めば急ブレーキになり、軽く踏めば緩やかなブレーキがかかるのです。この仕組みのおかげで、私たちは安全に車を止めることができるのです。

重要な部品：キャリパー

車を安全に止めるために欠かせない装置、それがブレーキです。そして、そのブレーキの性能を大きく左右する重要な部品の一つが「キャリパー」です。 キャリパーは、ブレーキの主要な部品をまとめて内蔵した、いわばブレーキの心臓部と言えるでしょう。

キャリパーの役割を人の手に例えると、回転する円盤を手で掴んで止める時の手のひらに相当します。指先が円盤に接するように、ブレーキパッドが回転するブレーキ円盤に押し付けられます。この時、手のひらの骨格と筋肉のように、キャリパーがブレーキパッドを支え、適切な力加減で円盤に押し付ける役割を担います。

キャリパーの中には、ブレーキペダルを踏む力を油の圧力に変換して伝えるための「ピストン」と「円筒」が組み込まれています。ブレーキペダルを踏むと、油の圧力がピストンを押し出し、ピストンがブレーキパッドをブレーキ円盤に押し付けます。この押し付ける力によって、回転するブレーキ円盤の動きが抑えられ、車は減速、停止します。

キャリパーには大きく分けて二つの種類があります。一つは「浮動型」と呼ばれるもので、ブレーキ円盤の片面だけにブレーキパッドを押し付ける構造です。構造が単純で、製造費用を抑えられるという利点があります。もう一つは「対向型」と呼ばれるもので、ブレーキ円盤の両面からブレーキパッドを押し付ける構造です。制動力が強く、安定したブレーキ性能を発揮できることが利点です。それぞれの型式には、利点と欠点があり、車の大きさや走行性能、製造費用などを考慮して、最適な型式が選ばれています。例えば、軽自動車や小型車には、主に浮動型が、高性能なスポーツカーなどには対向型が採用されることが多いです。

ドラムブレーキとの比較

車は止まること、速度を落とすことが安全に走行するために欠かせません。そのために重要な役割を果たすのがブレーキです。かつて主流だったのはドラムブレーキという形式です。これは、タイヤと一緒に回転する円筒の内側にブレーキの摩擦材を押し当て、発生する摩擦によって車の速度を落とす仕組みです。ドラムブレーキは、少ない踏力で大きな制動力を得られるという利点がありました。これは、回転するドラムが摩擦材を巻き込むように働く自己倍力作用によるものです。しかし、この自己倍力作用は制動力を制御しにくいという欠点にもつながります。ブレーキペダルを踏む力が少しの変化でも制動力が大きく変わってしまうため、微妙な調整が難しく、急ブレーキになりやすいのです。また、構造上、熱がこもりやすく、高温になると摩擦材の性能が低下し、ブレーキの効きが悪くなる現象（フェード現象）も起こりやすくなります。

一方、現在主流となっているディスクブレーキは、回転する円盤をパッドと呼ばれる摩擦材で挟み込むことで制動力を発生させます。ドラムブレーキのような自己倍力作用はないため、ペダルの踏力と制動力が比例し、ドライバーはブレーキの効き具合を正確に調整できます。そのため、非常に滑らかな減速が可能です。さらに、ディスクの形状は放熱性に優れており、フェード現象も起こりにくいため、安定した制動力を発揮できます。高い安全性が求められる現代の車は、高速走行や重量の増加といった傾向にあります。そのため、より高い制動性能と安定性が求められ、ディスクブレーキが主流となっています。近年では、一部の軽自動車や小型車にも、コストを抑えつつ制動力の向上を図るため、前輪にディスクブレーキ、後輪にドラムブレーキを採用する組み合わせも見られます。

踏力を増幅する仕組み

車のブレーキには、大きく分けて円盤状の部品を使うものと、太鼓状の部品を使うものの二種類があります。前者を円盤ブレーキ、後者を太鼓ブレーキと呼びますが、同じ踏力での制動力は、太鼓ブレーキの方が優れています。そのため、円盤ブレーキではより大きな制動力を得る工夫が必要となります。そこで登場するのが踏力を増幅させる仕組みです。この仕組みを実現するために、多くの車には倍力装置が備えられています。この装置は、エンジンの力や電動機の力を借りて、ブレーキを動かす油の圧力を高める働きをします。

倍力装置には、主に二つの種類があります。一つはエンジンの吸気力を利用した負圧倍力装置です。エンジンが空気を吸い込む力を利用して、ブレーキの油圧を高めます。もう一つは電動機を用いた電動倍力装置です。こちらは電動機の力で油圧を高めます。どちらの方式も、運転手がブレーキを踏む力を大きく増幅し、少ない力で大きな制動力を生み出せるようにしています。

この倍力装置のおかげで、運転手の負担は大きく軽減されています。例えば、力の弱い高齢者や女性でも、容易にブレーキを操作することが可能になります。また、緊急時など、とっさに強いブレーキが必要な場面でも、この装置が大きな制動力を発揮し、安全な運転を支えています。このように、倍力装置は、現代の車にとってなくてはならない重要な装置となっています。特に円盤ブレーキを採用する車にはほぼ標準装備されており、安全で快適な運転を支える縁の下の力持ちと言えるでしょう。

様々な車への普及

車を止める部品であるブレーキには、大きく分けて二つの種類があります。一つは円盤を挟み付けて止める方式、もう一つは円筒の内側を押し広げて止める方式です。前者は円盤ブレーキ、後者は太鼓ブレーキと呼ばれています。円盤ブレーキはその優れた性能から、様々な車に広がりを見せています。乗用車や小さな貨物車では、ほぼすべての前輪に円盤ブレーキが使われています。前輪はブレーキをかける時に特に大きな負担がかかるため、高い制動力と安定性が求められるからです。

以前は太鼓ブレーキが主流だった中型や大型の貨物車にも、近年は円盤ブレーキが広まり始めています。安全性を高め、より確実に止まれるようにするために、この変化が進んでいると言えるでしょう。四輪すべてに円盤ブレーキを備えた乗用車も珍しくありません。特に、高い走行性能を誇るスポーツカーや高級車では、四輪すべてに円盤ブレーキが標準装備となっていることも多いです。

円盤ブレーキには、放熱性に優れているという利点もあります。ブレーキをかけると摩擦熱が発生しますが、円盤ブレーキは太鼓ブレーキに比べて熱を逃がしやすいため、ブレーキの効きが悪くなる現象（フェード現象）を防ぐことができます。また、水に濡れても性能が低下しにくいという特性も持っています。雨天時など、太鼓ブレーキでは水分によって制動力が低下することがありますが、円盤ブレーキは構造上、水の影響を受けにくいため、安定した制動力を維持できます。このように、円盤ブレーキは様々な車種で活躍し、自動車の安全性と快適な運転を支える上で、なくてはならない部品となっています。