【元車両開発関係者が解説】色んな種類のブレーキがあるのはなぜ？

現在バイクのブレーキはディスクブレーキが主流です。とはいえ、ドラムブレーキもまだまだ現役ですし、ディスクブレーキにもソリッドディスクやフローティングディスク、多彩なキャリパーの種類など、把握するのが困難なほど様々な構造が混在しています。なんでこんなことになっているのでしょう？優れたシステムがあるならそれに統一すればいいのに、という疑問はごもっとも。今回はなぜブレーキシステムにはこんなにバリエーションがあるのか、進化の歴史の一部を紐解きながらお話させていただこうと思います。

昔のバイクはドラムブレーキ一択！

ディスクブレーキが開発されるまでのバイクのブレーキはドラムブレーキが一般的でした。その効きに関しては長い時間をかけて進化し、リーディングトレーリング式からダブルリーディング、ダブルパネルの４リーディングへと進化し、強力な制動力持つものが実用化されていきました。

しかしドラムの内部にシステムが収められている構造上、放熱に関して問題を抱えやすいのがドラムブレーキの弱点です。ブレーキは運動エネルギーを熱に変換することで制動力を生み出しますので、放熱に問題を抱えるとブレーキの効きも低下します。ドラムブレーキが主流では無くなった要因のひとつがこの問題です。

もうひとつの要因はコントロール性。強力な効きを得るに至ったドラムブレーキでしたが、その強力さは構造的に発生するサーボ効果を利用したものでしたので、強くブレーキをかけるほどレバーの操作量と実際の効きが比例しなくなっていくという、コントロール性に関する問題を抱えていました。

上の図はダブルリーディングの例です。
ブレーキドラムに接触したブレーキシューは、ドラムの回転に引きずられてさらに強くドラムに押し付けられます。これがドラムブレーキのサーボ効果です。

さらに天候に対する問題。ドラム内に入り込んだ雨水が抜けにくく、水分によってドラムとシューが滑ってしまうためにあまり効かず、効き始めて温度が上昇し、水分が蒸発すると急激にブレーキが効き始めるという、降雨によってコントロール性が悪化するという問題も抱えていました。

また、ブレーキは同じエネルギーで制動しても、速度が速い外縁部で制動したほうが良く効きます。そのためブレーキドラムもどんどん大径化していきましたが、スポークホイールの時代はスポークが短くなってしまうというデメリットもありました。
スポークが短くなることによるデメリットは、以前に下の記事でお話したステンレススポークのデメリットと共通です。

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コントロール性を重視　ドラムからディスクへ

ディスクブレーキのメリットは、システムが露出していることによって放熱性に優れる点。また、露出していることによって点検がしやすいこと、整備性が良いこともメリットとして挙げられます。

デメリットは効きが悪いこと。制動力自体はドラムブレーキのほうがはるかに上です。ディスクブレーキは人間の手や足の力だけでは足りず、油圧で力を増幅することで必要な効力を得ていますが、ドラムブレーキは機械式、人間の握力や踏力だけで必要な効力を得られます。

過去には機械式のディスクブレーキも存在しましたが、思ったような制動力が得られずに淘汰されました。

性動力は劣るがそのデメリットは油圧システムと併用することでカバーでき、ドラムブレーキで問題だった熱やコントロール性の問題も少ないため、ディスクブレーキは次第にブレーキシステムの主流となっていきました。

効きに直結　熱との戦い

ドラムブレーキと比較して放熱に有利なディスクブレーキも、制動力を強化していくと発熱も大きくなり、次第に熱対策が重要になってきます。

様々な熱対策の中でも重要な課題として各メーカーが対応してきた点がブレーキディスクの熱膨張による歪みです。ブレーキディスクが歪むとブレーキパッドが均一に接触せずにフィーリングが著しく悪化してします。
その対応としてまずメーカーが出した答えはベンチレーテッドディスクでした。CB1100RやVMAX、RZV500Rといった車種に採用されましたが、重量増によるジャイロ効果の増大という問題があり、あまり普及しませんでした。

変わって主流になったのがフローティングディスクです。一体型ディスクと比較し、ホイールへの取り付けのための内周部と、ブレーキパッドと接触する外周部を分離してフローティングピンで接続することにより、熱膨張によって歪みが起きても外周部だけの小さな歪みとし、ディスク全体が大きく歪むことを防止したものです。

フローティングディスクにはフルフローティングとセミフローティングがありますが、フルフローティングは耐久性に難があり、現在はほとんどがセミフローティングとなっています。

熱対策はまだ続き、ブレーキディスクを完全な円形ではなく外縁部になだらかな切り欠きを作り、熱膨張を切り欠き部分の膨張で吸収することで歪みを抑えるペータルディスク（ウエーブディスク）も開発されましたが、一時期より目にすることが少なくなりました。熱膨張を抑える技術、膨張しても左右方向に歪みにくくする技術が向上したため、コストのかかるペータルディスクの優位性が少なくなってきたことが要因です。

現在は熱に対する問題の少ない車種では一体型ディスクも現役、コストと重量とのバランスを考慮して様々なタイプのブレーキディスクが混在している状況です。

安全に止まるために　天候との戦い

安定して性能を発揮するためには天候の変化にも対応できなくてはなりません。
初期のディスクブレーキは雨が降ると驚くほど効かないという問題がありました。温度が低下すること、水分によって滑りやすくなることにより摩擦力が低下することが原因です。凍った円盤を回転させて氷の塊で押さえつける状況を想像していただけるとわかりやすいと思います。ディスクブレーキは熱くなりすぎても、冷えすぎても効きが悪くなってしまうのです。

この対策としてディスクにスリットやホールを開けることで水分を排除して必要な摩擦を確保できるように対策が行われます。これによって雨が苦手という弱点が解消され、また温度が上がりすぎた場合はホールからの放熱により適切な温度を維持しやすくなるという効果もあるため、現在は多数の穴が空いたホールタイプのディスクが主流となっています。

材質面でも進化が続いています。コントロール性の良さからレース用には鋳鉄製のディスクが人気でしたが、これも雨が降ると全く効かなくなるという問題があったため、鋳鉄製に劣らぬコントロール性を持つステンレス製ディスクの開発が進みました。現在ではその技術がフィードバックされたステンレス製ディスクが市販車、レース車両共に主流となっています。

ABSとドラムブレーキ

多少の法規の違いはありますが、現在では多くの国で小排気量車を除き、ABSの装着が義務化されています。ここで不利になってくるのがドラムブレーキです。ABSはホイールの回転速度をセンサーによって検知し、ブレーキシステムにかかっている油圧をコントロールすることでタイヤのロックを回避する構造が一般的なため、油圧系統が存在しない機械式のドラムブレーキはABSと組み合わせることができません。
ドラムブレーキを油圧式にすると、油圧の大きな力によってコントロール性の悪さが強調されてしまうため、これも現実的ではありません。

現在はバイクメーカーからすると、ドラムブレーキは大排気量車には採用したくてもできないシステムになりつつあります。

しかし機械式のブレーキにはメンテナンスにかかる手間が少ないというメリットがあります。

油圧式に使用されるブレーキフルードは吸湿性が高く、ある程度の期間で交換が必要ですが、機械式は消耗品が寿命を迎えなければ定期的に交換が必要な部品はありません。丁寧なメンテナンスがあまり期待できない小排気量車や、ABSが義務化されていない国への輸出車両等にはこれらの点で有利なドラムブレーキが採用され続けています。

消えていった変わり種

意欲的な挑戦を行ったものの、普及することなく消えていった変り種ブレーキの中から厳選して２点紹介させていただきましょう。

まずはインボードディスク。ホンダがVT250FやCBX400Fなどに採用しました。
鋳鉄ディスクを市販車に採用することを目的とし、弱点である雨に弱いという点をカバーの中にディスクを配置することでクリアした意欲作です。

次はリムオンディスク。ビューエルXBなど一部の車種に採用されました。
ブレーキディスクは外径が大きいほうが効きは良くなります。それならば、とブレーキディスクをホイール外径ギリギリのリム部に取り付け、ブレーキキャリパーをディスクの内側から取り付けたものがリムオンディスクです。

どちらも乗ってみると完成度は極めて高く、全く違和感はありません。そのレベルに仕上げた技術は素晴らしいのですが、特に効きが良いわけでもなく、コントロール性が優れているわけでもない、いたって普通のブレーキです。普通の効きなら普通のブレーキでよくない？というのが普及しなかった最大の原因でしょう。

まとめ

今回はドラムブレーキと、ディスクブレーキに関してはディスクローターに絞ってお話させていただきました。現在のブレーキシステムはその他の構成部品の進化もあり、どんなシステムだったとしても公道で使用するレベルでは不満を感じることはほとんどありません。

とはいえ、ブレーキの性能がいくら良くなっても人間の反応速度、ブレーキをかけようと思ってから実際にブレーキをかけるまでのタイムラグは変わりません。緊急時にはむしろブレーキ性能よりもこのタイムラグのほうが問題になりますので、いくらブレーキの性能が向上してもオーバースピードは絶対に厳禁、過信は禁物です。