放熱性能を高めたブレーキディスク

放熱性能を高めたブレーキディスク

仕組み

車は止まる、進むという動作を繰り返す中で、安全に止まるという機能は非常に重要です。その停止動作を担う主要部品の一つにブレーキがあります。ブレーキには様々な種類がありますが、ここではブレーキディスクと呼ばれる部品に着目します。ブレーキディスクは、車輪と共に回転する円盤状の部品で、ブレーキパッドと呼ばれる部品がこのディスクに押し付けられることで摩擦を生じさせ、車を減速、停止させます。

ブレーキを踏むと、パッドが回転するディスクに押し付けられます。この時、摩擦によって熱が発生します。この熱こそが運動エネルギーを熱エネルギーに変換することで車を減速させる仕組みです。しかし、発生する熱はブレーキディスクの温度を上昇させ、高温になりすぎるとブレーキの効きが悪くなるという問題が生じます。これを「フェード現象」と呼びます。フェード現象は、下り坂などでブレーキを長時間使用した場合などに発生しやすく、大変危険です。

このフェード現象を防ぐために開発されたのがベンチレーテッドディスクです。ベンチレーテッドディスクは、ディスクの内部に空洞を作り、その空洞を複数の通路で繋いだ構造をしています。この通路は、車が走行する際に発生する空気の流れをディスク内部に取り込み、ディスクを冷却する役割を果たします。扇風機のように風を通して熱を逃がすことで、ディスクの温度上昇を抑え、フェード現象の発生を抑制します。

ベンチレーテッドディスクは、フェード現象の抑制だけでなく、ブレーキパッドの寿命を延ばす効果も期待できます。ディスクの温度が低い状態を保つことで、パッドの摩耗を軽減できるためです。このように、ベンチレーテッドディスクは安全性と経済性の両面から優れたブレーキ部品と言えるでしょう。

構造

通気式の円盤状の部品は、二枚の円盤を組み合わせた構造をしています。この二枚の円盤は、ちょうど重ね合わせた鍋蓋のような形をしており、外周部は繋がって一体となっています。

この円盤の表面は、制動装置の部品である摩擦材が触れる部分です。摩擦材と円盤が触れ合うことで摩擦が生じ、車の速度を落とすことができます。二枚の円盤の間には、中心から外側に向かって放射状に、複数の隙間が設けられています。この隙間は、走行風を取り込んで円盤を冷却するための空気の通り道です。

空気の通り道の形は様々です。まっすぐな形や、曲線を描いた形、あるいは羽根車のような複雑な形のものもあります。これらの形は、冷却の効果や走行中の騒音、製造にかかる費用などを考えて設計されています。

円盤の材料には、一般的には鋳鉄が使われます。鋳鉄は強度が高く、熱にも強い材料です。しかし、より高い性能を求める車には、炭素繊維で強化した炭素複合材料なども使われます。炭素複合材料は、鋳鉄よりも軽く、さらに高い強度と耐熱性を持つため、過酷な条件下でも安定した性能を発揮することができます。このように、通気式の円盤状の部品は、様々な工夫によって高い性能と耐久性を実現しています。

利点

穴あき円盤の最大の特長は、その優れた熱を冷ます力にあります。普通の円盤と比べると、穴あき円盤は温度が上がるのを２０～３０％ほど抑えられると言われています。これは、円盤に開けられた穴や溝が、ブレーキの摩擦で発生する熱を効率的に逃がしてくれるからです。高温になるとブレーキの効きが悪くなる現象（これをフェードと言います）を抑え、常に安定したブレーキの効きを保つことができます。また、ブレーキ部品の寿命を延ばす効果も期待できます。ブレーキ部品は熱に弱いため、温度上昇を抑えることは部品の劣化を防ぎ、交換頻度を減らすことに繋がります。さらに、穴あき円盤は普通の円盤よりも軽いため、車の動きを良くするのにも役立ちます。タイヤやブレーキなど、地面に近い部分の重さを軽くすると、路面の凹凸にタイヤがしっかり追従しやすくなり、運転のしやすさや安定性が向上します。特に、高い性能を持つ車では、この地面に近い部分の重さを軽くすることがとても大切になります。

種類

車のブレーキには様々な種類がありますが、その中でも通気性に優れた構造を持つのがベンチレーテッドディスクです。この仕組みは、ディスクの内部に空気が流れる通路を設けることで、ブレーキ時に発生する熱を効率的に逃がす設計になっています。

このベンチレーテッドディスクは、通路の形状や材質、大きさなどによって細かく分類されます。例えば、通路の形に着目すると、まっすぐな直線状のものや、緩やかに曲がったもの、羽根車のように渦を巻く形のものなどがあります。それぞれ空気の流れ方が異なるため、冷却効果も変わってきます。

材質も重要な要素です。一般的には鋳鉄が用いられますが、高い性能を求められる車には、炭素繊維強化炭素複合材料や陶器をベースにした複合材料といった特殊な素材が使われることもあります。これらの素材は、軽くて丈夫なだけでなく、より高い温度にも耐えられるため、激しいブレーキ操作を繰り返しても安定した性能を発揮します。

さらに、ディスクの大きさも冷却性能に影響を与えます。直径が大きいほど表面積が広くなるため、より多くの熱を放散できます。厚さも重要で、厚いディスクは熱容量が大きいため、急激な温度上昇を抑えることができます。

近年では、ディスクの表面にたくさんの小さな穴を開けたドリルドディスクも普及しています。この穴は、冷却効果を高めるだけでなく、ブレーキパッドの表面を削り取ることで、常に新しい摩擦面を保つ効果も期待できます。これにより、より安定したブレーキ性能が得られます。

用途

車は走る、曲がる、止まるという基本動作が不可欠です。中でも止まるという動作、すなわち制動は安全に直結する重要な要素です。その制動を担うブレーキ部品の中でも、回転する円盤に摩擦材を押し付けて車の速度を落とすブレーキローターは特に重要で、その種類の一つに穴あき円盤、すなわちベンチレーテッドディスクがあります。

ベンチレーテッドディスクはその名の通り、円盤に多数の穴が開けられています。この穴は単なる飾りではなく、ブレーキをかける際に発生する熱を効率的に逃がすための重要な役割を担っています。ブレーキを踏むと摩擦によって熱が発生し、ブレーキの効きが悪くなることがあります。これをフェード現象と言いますが、ベンチレーテッドディスクはこのフェード現象を抑える効果が高いのです。摩擦熱を素早く逃がすことで、安定した制動力を維持し、安全な運転を支えています。

この優れた冷却性能から、前輪ブレーキにはベンチレーテッドディスクが主流となっています。前輪ブレーキは、車の制動の大部分を担っているため、より高い冷却性能が求められるからです。また、後輪ブレーキにおいても、高い制動力が求められる高性能車やスポーツカーには広く採用されています。近年では、ＳＵＶやミニバンといった、車体が大きく重量のある車にも搭載されるケースが増えてきています。これは、車両の重量が増加すると、制動に必要な力も大きくなるためです。重量のある車を安全に止めるためには、より強力で安定した制動力が不可欠であり、ベンチレーテッドディスクはその要求に応える有効な手段の一つなのです。

このように、ベンチレーテッドディスクは様々な種類の車で、安全で快適な運転を支える重要な部品となっています。小型車から大型車、一般的な乗用車から高性能車まで、幅広い車種でその性能を発揮し、ドライバーの安全を守っています。今後も、車の進化と共に、ベンチレーテッドディスクの技術も進化していくでしょう。

将来

車はこれから、ますます進化していくでしょう。その中で、安全に止まるための仕組みであるブレーキも、より高性能なものが求められています。

現在主流となっているブレーキの部品の一つに、通気口の開いた円盤状の部品があります。これは、ブレーキをかけた時に発生する熱を逃がすための工夫が施されています。しかし、この部品にも、まだ改良の余地が残されています。

例えば、熱をもっと効率よく逃がす工夫や、部品そのものを軽くする工夫、壊れにくくする工夫などが必要です。 これらの課題を解決するために、新しい材料を使ったり、熱を逃がすための空気の通り道の形を工夫したり、部品の作り方を改良したりするなど、様々な試みが考えられます。

加えて、機械が自動で運転する技術の進歩に伴い、ブレーキの役割も変わっていくでしょう。ブレーキを制御するコンピューターの働きが高度化していくことや、ブレーキをかけた時に発生するエネルギーを再利用する仕組みとの連携などが進むと考えられます。

このように、通気口の開いた円盤状のブレーキ部品は、今後も様々な技術革新を取り入れながら進化し続け、安全で快適な車社会の実現に、なくてはならない役割を担っていくと考えられます。