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ブレーキ パッドは、自動車やその他の用途で使用されるディスク ブレーキのコンポーネントです。ブレーキ パッドは、ディスク ブレーキ ローターに面する表面に摩擦材が結合されたスチール製のバッキング プレートで構成されています。
関数
ブレーキパッドは、摩擦によって車両の運動エネルギーを熱エネルギーに変換します。ブレーキには 2 つのブレーキパッドが組み込まれており 、摩擦面がローターに面しています。[1]ブレーキが油圧で作動すると、キャリパーが 2 つのパッドを回転するローターに挟み込み、車両を減速させて停止させます。ブレーキパッドがローターとの接触により熱くなると、少量の摩擦材がディスクに移り、鈍い灰色のコーティングが残ります。その後、ブレーキパッドとディスク (両方に摩擦材が付着) が互いに「くっつき」、車両を停止させる摩擦を生み出します。
ディスク ブレーキでは、通常、ディスク ローターごとに 2 つのブレーキ パッドがあり、両方が連動して機能します。これらは、ホイール ハブまたはサスペンションアップライトに取り付けられたキャリパーによって所定の位置に保持され、作動します。ただし、レーシング キャリパーでは、最適なパフォーマンスを得るために、異なる摩擦特性を持つパッドを 6 つまで交互に使用できます。素材の特性、車両の重量、運転速度に応じて、ディスクの摩耗率は異なります。ブレーキ パッドは通常、定期的に交換する必要があります (パッドの素材によって異なります)。ほとんどのブレーキ パッドには、交換が必要なときにドライバーに警告する方法が備わっています。一般的な手法は、中央に小さな溝を作り、摩耗によって溝が消えるとパッドの耐用年数が終了していることを示すというものです。他の方法としては、溝に柔らかい金属の薄いストリップを配置し、摩耗により露出するとブレーキがキーキーと鳴るようにする方法があります。パッドの素材に柔らかい金属の摩耗タブを埋め込むこともできます。このタブは、ブレーキ パッドが摩耗すると電気回路を閉じ、ダッシュボードの警告灯を点灯します。
歴史
ドラムブレーキの代替としてブレーキパッドまたはディスクブレーキの概念は、少なくとも1902年にFWランチェスターが特許を取得した頃から存在していた。 [2]しかし、ドラムブレーキに比べてコストが高く非効率であったため、第二次世界大戦後まで一般的には実装されなかった。[3]ディスクブレーキ技術が向上すると、ブレーキ性能はすぐにドラムブレーキを上回った。その性能差が最も顕著に表れたのは、1953年にブレーキパッドを装備したジャガーがルマン24時間耐久レースで優勝したときだった。[3] [4]ジャガーの成功は、一般的にディスクブレーキによるものとされており、ドライバーは相手よりも早くカーブにアプローチし、ブレーキを遅らせることができたため、最終的に勝利につながった。1963年になっても、ディスクブレーキを使用している自動車の大半はヨーロッパ製であり、固定キャリパーが発明されて設置がより安価でコンパクトになった後、1960年代後半にアメリカ車がこの技術を採用した。[3]
テクノロジー
ディスクブレーキの利点
ディスクブレーキは、ドラムブレーキに比べて制動性能に優れています。ブレーキパッドの過熱による「ブレーキフェード」に対する耐性が高く、また、浸水から素早く回復することができます（濡れたブレーキは効果が低くなります）。ドラムブレーキとは異なり、ディスクブレーキにはセルフサーボ効果がありません。ブレーキ力は常にブレーキペダルレバーに加えられた圧力に比例します。ただし、多くのディスクブレーキシステムには、ドライバーのペダル操作力を軽減するサーボアシスト（「ブレーキブースター」）が備わっています。 [要出典]
ディスク ブレーキ パッドは、ドラム ブレーキの摩擦ライニングよりも検査と交換が簡単です。
種類
ブレーキパッドには、非常に柔らかくてアグレッシブなもの（レース用途など）から、硬くて耐久性がありアグレッシブでない化合物まで、車両の用途に応じてさまざまな種類があります。ほとんどの車両メーカーは、自社の車両に特定の種類のブレーキパッドを推奨していますが、化合物は個人の好みや運転スタイルに応じて変更できます（別のメーカーのパッドを購入するか、メーカーのラインナップにあるパフォーマンスパッドにアップグレードする）。非標準のブレーキパッドを購入するときは常に注意が必要です。パフォーマンスパッドは冷間時に効率的にブレーキをかけなかったり、標準のパッドは激しい運転でフェードしたりするなど、動作温度範囲が異なる場合があるからです。ブレーキフェードが過度に発生する車では、より高品質でアグレッシブなブレーキパッドを取り付けることで問題を最小限に抑えることができます。
材料
ブレーキパッドの材質を選択する際に考慮される最も重要な特性は次のとおりです。
- 運動エネルギーが熱エネルギーに変換される際に材料が受ける温度上昇によって引き起こされるブレーキフェードに抵抗する材料の能力。[5] [6]
- 湿気がブレーキフェードに与える影響。すべてのブレーキは少なくとも一時的な水への暴露に耐えられるように設計されています。[5] [6]
- 温度や湿度の上昇から素早く回復し、乾燥や冷却プロセスのどの時点でもほぼ同じ摩擦レベルを示す能力。[5] [6]
- 現代のブレーキパッドの摩擦係数は、車輪のロックを防ぐのに十分低く、かつ十分な制動力を発揮するのに十分な高さである必要があります。ブレーキパッドの摩擦係数は通常、0.3～0.5です。[6]
- 摩擦による摩耗に耐える能力はありますが、ブレーキ材料の摩耗よりもローターの摩耗が早く起こるほどではありません。[5] [6]
- 材料が塊になって剥がれたり、接触面に穴やへこみ、その他の損傷を引き起こすのではなく、ローターやドラムと滑らかで均一な接触を提供する材料の能力。[5] [6]
- 静かに動作しながら適切な摩擦力を加える能力。[6]
考慮されるもう一つの材料要件は、ブレーキパッドの圧縮性です。圧縮性が高すぎると、ブレーキの移動量やブレーキブースター液の変位量が過剰になる可能性があります。[7]ブレーキパッドの材料は、水が摩擦係数に与える影響を最小限に抑えるために多孔質である必要があります。[7]
第一次世界大戦後、自動車の速度が上昇し始めると、ブレーキパッドの一般的な材料としてアスベストが添加されるようになりました。これは、研究により、アスベストの特性により、熱（500 °F に達することもあります）を吸収しながら、車両を停止させるために必要な摩擦を提供できることがわかったためです。 [8]しかし、アスベストの深刻な健康被害が徐々に明らかになり始めたため、他の材料を見つける必要がありました。先進国では、アスベストブレーキパッドは主に非アスベスト有機（NAO）材料に置き換えられました。[9]今日、ブレーキパッドの材料は、次の4つの主要なカテゴリのいずれかに分類されます。
- 非金属材料- これらは、主にセルロース、アラミド、PAN、焼結ガラスの形で、複合材料に結合されたさまざまな合成物質の組み合わせから作られています。ローターには優しいですが、かなりの量の粉塵が発生するため、耐用年数が短くなります。
- 半金属材料- さまざまな割合の薄片金属を混合した合成材料。これらは非金属パッドよりも硬く、耐フェード性が高く、長持ちしますが、ローター/ドラムの摩耗が増加するため、より早く交換する必要があります。また、ブレーキトルクを生成するために、非金属パッドよりも大きな作動力が必要です。
- 完全金属素材- これらのパッドはレーシング車両にのみ使用され、合成添加物を含まない焼結鋼でできています。耐久性は非常に高いですが、車両を減速させるのに大きな力が必要となり、ローターの摩耗が早くなります。また、騒音も非常に大きくなります。
- セラミック素材– 銅の薄片と繊維に粘土と磁器を結合したもので、金属パッドの耐久性と合成パッドのグリップと耐フェード性の良い妥協点です。しかし、主な欠点は、前の3つのタイプとは異なり、銅（熱伝導率が高い）が含まれているにもかかわらず、セラミックパッドは一般的に熱をうまく放散せず、最終的にはパッドやブレーキシステムの他のコンポーネントが歪む可能性があることです。[5] しかし、セラミック素材はブレーキ音が人間の聴覚を超えて大きくなるため、非常に静かです。[10]
フェノールホルムアルデヒド樹脂は結合剤としてよく使用されます。 グラファイトは結合剤だけでなく摩擦材としても使用できます。[11]よく使用される別の摩擦材はジルコニウムケイ酸塩です。[9]イタリアのメーカーは、セメントを安価でエネルギー消費の少ない結合剤として使用する研究を行っています。[12]以下の表は、一般的なブレーキパッドの構成を示しています。[9]
ブレーキパッドの材料の選択には環境要因が関係しています。例えば、2010年にワシントン州で採択された法案SSB 6557 [13]では、摩擦材に使用できる銅の量を制限しており、高濃度の銅が水生生物に悪影響を及ぼすため、最終的には微量まで段階的に廃止される予定です。銅の代替として、さまざまな材料の組み合わせが開発されていますが、直接的な代替品はまだありません。[14]アンチモンを使用した化合物などの他の材料も研究されています。
車両にはそれぞれ異なるブレーキ要件があります。摩擦材は、用途に応じた配合と設計を提供します。摩擦係数の高いブレーキ パッドは、ブレーキ ペダルの圧力が少なくても優れたブレーキ性能を発揮しますが、高温になると効率が低下する傾向があります。摩擦係数が小さく一定のブレーキ パッドは、高温でも効率が低下しず安定していますが、ブレーキ ペダルの圧力を高くする必要があります。
メンテナンスとトラブルシューティング
ブレーキパッドは、過度な摩耗や不均一な摩耗がないか、少なくとも5,000マイルごとに点検する必要があります。ブレーキパッドの摩耗は車両によって異なりますが、一般的にブレーキパッドは50,000マイルごとに交換することが推奨されています。[6]一方、ブレーキディスク（またはローター）は通常より長持ちし、70,000マイルごとに交換する必要があります。
ブレーキパッドの故障は、車両の性能にさまざまな影響を及ぼす可能性があります。次の表は、ブレーキパッドの故障によって引き起こされる可能性のある一般的な問題の概要を示しています。[8]
材料の試験
1920年に米国規格協会（NBS）がブレーキ材料の試験を開始しました。その後、試験装置は希望するメーカーと共有され、各メーカーは自社製品の試験を開始できるようになりました。[ 15 ] NBSは時間の経過とともにパッドとライニングの試験用の新しい機器と手順を開発し続け、これらの規格は最終的にアメリカ技術規格委員会のブレーキおよびブレーキ試験の安全規格となりました。[15]
SAE J661 試験は、1 インチ (25 mm) の正方形のライナーをブレーキ ドラムで試験することにより、さまざまなブレーキ パッドの材質の摩擦力を測定するために使用されます。この試験により、高温および低温摩擦係数の値が算出され、文字指定とペアになります。[7]以下の表は、摩擦係数の各範囲に対応する文字の概要を示しています。指定の例は「GD」で、「G」は通常の係数、「D」は加熱を表します。[7]
カタログ作成
ブレーキパッドのカタログ化にはさまざまなシステムがあります。ヨーロッパで最も頻繁に使用されているシステムはWVA番号システムです。[16]
北米で使用され、世界中で認められているカタログシステムは、摩擦材料規格協会（FMSI）が発行するブレーキおよびクラッチフェーシングの標準化された部品番号システムです。FMSIの使命は、「北米で使用されているすべての高速道路車両用のこの標準化された部品番号システムを維持し、強化すること」です。[17]
カートリッジブレーキパッド
リムブレーキに使用されるブレーキパッドの一種。
参照
参考文献
- ^ ヘンダーソン、ボブ、ヘインズ、ジョン H. (1994)。「ディスクブレーキ」。ヘインズ自動車ブレーキマニュアル。ヘインズ北米。pp. 1–20。
- ^ ニューカム、TP (1989)。自動車の技術史。Spurr、RT ブリストル、イギリス：A. Hilger。ISBN 0852740743. OCLC 18984114.
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- ^ エッセイ Forschungsprojekt Cobra - Die Bremse der Zukunft besteht aus Zement、2015 年 2 月、Ingenieur.de
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- ^ Rampin, Ilaria; Zanon, Matteo; Echeberria, Jon; Loreto, Antonio Di; Martinez, Anemaite (2014-05-19). 「乗用車用銅フリー低鋼ブレーキパッドの開発」。PM 2014: 粉末冶金および粒子状材料に関する第3回世界会議: 18–22。
- ^ ab Vinsel , Lee (2016). 「協会による美徳：国立標準 局、自動車、政治経済、1919-1940年」。エンタープライズ＆ソサエティ。17 （4）：809–838。doi ：10.1017/eso.2015.61。S2CID 156230896。
- ^ 「WVA 番号システム」。2014 年 7 月 13 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009 年 10 月 5 日閲覧。
- ^ 「摩擦材料規格協会」fmsi.org。