ディスクブレーキ

ディスクブレーキは、キャリパーを使用して一対のパッドをディスクまたはローターに押し付けて摩擦を生み出すタイプのブレーキです^[1]。^[2]ブレーキパッドの摩擦メカニズムには、研磨摩擦と粘着摩擦の2つの基本的なタイプがあります。^{[3]この動作により、}車軸 などのシャフトの回転が遅くなり、回転速度が低下するか、静止した状態になります。運動エネルギーは熱に変換され、分散される必要があります。

油圧 作動式ディスク ブレーキは、自動車の減速に最も一般的に使用される機械装置です。ディスク ブレーキの原理は、ほぼすべての回転軸に適用されます。コンポーネントには、ディスク、マスター シリンダー、およびキャリパーが含まれます。キャリパーには、回転ディスクの両側に 少なくとも 1 つのシリンダーと 2 つのブレーキ パッドが含まれています。

ディスク式ブレーキの開発は1890年代にイギリスで始まりました。1902年、ランチェスター・モーター・カンパニーは、ディスクが薄く、ケーブルでブレーキパッドを作動させるにもかかわらず、現代のディスクブレーキシステムと見た目も動作も似たブレーキを設計しました。^[4]他の設計は実用的ではなく、車で広く利用できるまでにはさらに60年かかりました。第二次世界大戦前には飛行機で成功を収め始めました。ドイツのタイガー戦車には1942年にディスクが装備されました。戦後、1949年に技術進歩が始まり、クロスリーのラインではキャリパータイプの4輪ディスクブレーキ、クライスラーではキャリパーなしのタイプが登場しました。1950年代には、 1周ごとに数回高速からのブレーキングが必要だった1953年のル・マン24時間レースでその優位性が実証されました。 ^[5]ジャガーのレーシングチームはディスクブレーキを装備した車を使用して勝利したが、その功績の多くはドラムブレーキを装備したライバル車に対するブレーキの優れた性能によるものであった。^{[5] 1949年から1950年にかけてクロスリーの全生産車にディスクブレーキが組み込まれたことで量産が始まり、1955年の}シトロエンDSから継続的な量産が始まった。^[4]

ディスクブレーキは、ディスクがより容易に冷却されるため、ドラムブレーキよりも優れた制動性能を発揮します。その結果、ディスクはブレーキ部品の過熱によって発生するブレーキフェードが発生しにくくなります。また、ディスクブレーキは浸水からの回復も早くなります（湿式ブレーキは乾式ブレーキよりも効果が低くなります）。^[5]

ほとんどのドラムブレーキ設計には、サーボ効果をもたらすリーディングシューが少なくとも 1 つあります。対照的に、ディスクブレーキにはセルフサーボ効果がなく、その制動力は常に、ブレーキサーボ、ブレーキペダル、またはレバーを介してブレーキシステムによってブレーキパッドに加えられた圧力に比例します。これにより、ドライバーはより良い「感触」を得る傾向があり、差し迫ったロックアップを回避するのに役立ちます。ドラムはまた、「ベルマウス」になりやすく、摩耗したライニング材料をアセンブリ内に閉じ込めて、さまざまなブレーキの問題を引き起こします。^{[引用が必要]}

ディスクは通常鋳鉄で作られています。強化炭素繊維やセラミックマトリックス複合材などの複合材で作られている場合もあります。これは車輪と車軸に接続されています。車輪を減速させるために、ブレーキキャリパーに取り付けられたブレーキパッドの形の摩擦材が、機械的、油圧的、空気圧的、または電磁的にディスクの両側に押し付けられます。摩擦によって、ディスクとそれに取り付けられた車輪が減速または停止します。

ブレーキディスクは、車輪のディスクブレーキアセンブリの回転部分であり、ブレーキパッドがこれに当てられます。材料は通常、^鋳鉄の一種であるねずみ鋳鉄です。ディスクのデザインはさまざまです。中には中が空洞になっているものもありますが、中にはディスクの2つの接触面をフィンまたはベーンでつないだく空洞のものもあります（通常は鋳造工程で作られます）。車両の重量と出力によって、ベンチレーテッドディスクの必要性が決まります。^[7]「ベンチレーテッド」ディスクのデザインは、発生した熱を放散するのに役立ち、より重い負荷がかかるフロントディスクによく使用されます。

オートバイ、自転車、そして多くの自動車のディスクには、ディスクに穴やスロットが開けられていることが多い。これは、放熱性を高めるため、表面水の拡散を助けるため、騒音を減らすため、質量を減らすため、または見た目を良くするためである。^[要出典]

スロット付きディスクには、ほこりやガスの除去に役立つ浅い溝がディスクに機械加工されています。スロットは、ガスや水を除去し、ブレーキパッドの艶消しを行うために、ほとんどのレース環境で好まれています。一部のディスクには、穴あけとスロットの両方が施されています。スロット付きディスクは、ブレーキパッドを急速に摩耗させるため、通常、標準車両には使用されません。ただし、材料を除去すると、パッドが柔らかくなり、表面がガラス化されるのを防ぐことができるため、レース車両には有益です。路上では、穴やスロットによってディスクとパッドの間に水膜が形成されるのを防ぐことができるため、濡れた状態でも、穴やスロット付きディスクはプラスの効果があります。

ツーピース ディスクは、ディスクの中央取り付け部分が外側の摩擦リングとは別に製造されるものです。取り付けに使用される中央部分は、その形状からベルまたはハットと呼ばれることがよくあります。これは通常、7075 合金などの合金から製造され、長持ちするように硬質アルマイト処理されています。外側のディスク リングは通常、ねずみ鋳鉄から製造されます。特定の用途では、スチールまたはカーボン セラミックから製造されることもあります。 ^[要出典]これらの材料はモーター スポーツでの使用に由来し、高性能車両やアフターマーケットのアップグレードで利用できます。ツーピース ディスクは、通常のナット、ボルト、ワッシャーを使用した固定アセンブリとして、またはドライブ ボビンによってブレーキ ディスクの 2 つの部分が異なる速度で膨張および収縮できるようにするより複雑なフローティング システムとして供給され、ディスクが過熱して歪む可能性が低くなります。ツーピース ディスクの主な利点は、重要なバネ下重量の節約と、合金ベル (ハット) を介したディスク表面からの熱の放散です。固定オプションとフローティング オプションの両方に、欠点と利点があります。フローティングディスクはガタガタと音がしたりゴミが溜まりやすいためモータースポーツに最適ですが、固定式は道路での使用に最適です。^[8]

ディスクブレーキの開発は1890年代にイギリスで始まった。最初のキャリパー型自動車ディスクブレーキは、1902年にバーミンガムの工場でフレデリック・ウィリアム・ランチェスターによって特許取得され、ランチェスター車で効果的に使用された。しかし、この時代は金属の選択肢が限られていたため、ディスクに作用するブレーキ媒体として銅が使用された。当時の道路の状態は悪く、埃っぽく荒れた道しかなく、銅はすぐに摩耗し、このシステムは実用的ではなかった。^{[4] [9]}

1921年、ダグラス・モーターサイクル社はオーバーヘッドバルブ・スポーツモデルの前輪にディスクブレーキを導入した。英国オートバイ・サイクルカー研究協会が特許を取得したこの装置は、ダグラス社が「斜めのハブフランジ」で作動する「斬新なウェッジブレーキ」と表現した。ブレーキはボーデンケーブルで作動した。このタイプの前後ブレーキは、トム・シアードが1923年のシニアTTで優勝したマシンに装着されていた。^[10]

ディスクブレーキの成功は、第二次世界大戦前と戦中に鉄道の流線型旅客列車、飛行機、戦車で始まりました。米国では、バッド社が1938年にバーリントン鉄道のゼネラル・パーシング・ゼファーにディスクブレーキを導入しました。1950年代初頭までに、ディスクブレーキは新しい旅客車両に定期的に採用されました。^[11]英国では、ダイムラー社が1939年のダイムラー装甲車にディスクブレーキを使用しました。ガーリング社製のディスクブレーキが必要だったのは、その四輪駆動(4×4)車両では遊星最終駆動装置がホイールハブにあり、そのため従来のハブマウント型ドラムブレーキを取り付ける余地がなかったためです。^[12]

ドイツのアルグス・モトーレン社では、ヘルマン・クラウエ（1912-2001）が1940年にディスクブレーキの特許を取得しました^{[ 13]。アルグスは、例えば}アラドAr96にディスクブレーキを取り付けた車輪を供給しました[ ^14]。ドイツのタイガーI重戦車は、1942年に導入され、各駆動軸に55cmのアルグス・ヴェルケ製ディスク^[15]が取り付けられていました。

アメリカのクロスリー・ホットショットは1949年と1950年に4輪ディスクブレーキを採用していた。しかし、これはすぐに問題が判明し、取り外された。^[4]クロスリーはドラムブレーキに戻り、ホットショットのドラムブレーキへの改造は人気があった。^[16]十分な研究がなかったため、特に冬の道路で塩を使用する地域では、固着や腐食などの信頼性の問題が発生しました。^[16]クロスリーの4輪ディスクブレーキにより、この車とクロスリーベースのスペシャルは、1950年代のSCCA H-プロダクションおよびH-モディファイドレースで人気を博しました。^[要出典]クロスリーのディスクはグッドイヤー・ホーレー設計で、航空機用途の設計から派生した、現代的なディスクを備えた現代的なキャリパー「スポット」タイプでした。^[4]

クライスラーは、1949年から1953年まで提供された独自のブレーキシステムを開発しました。^[17]キャリパーが圧迫されるディスクの代わりに、このシステムでは、ブレーキハウジングを兼ねる鋳鉄製のブレーキドラムの内面にこすりつけられるツイン拡張ディスクを使用しました。^{[16]ディスクは広がり、標準の}ホイールシリンダーの作用によりドラムの内面との摩擦を生み出します。^[16]高価だったため、このブレーキは1950年にはクライスラークラウンとタウンアンドカントリーニューポートにのみ標準装備されました^。[16]ただし、他のクライスラーではオプションで、価格は約400ドルでした。当時、クロスリーホットショットの小売価格は935ドルでした。^{[16]この4輪ディスクブレーキシステムは}、ミシガン州セントジョセフのオートスペシャルティーズマニュファクチャリングカンパニー（Ausco）によって、発明家HLランバートの特許に基づいて製造され、1939年型プリムスで初めてテストされました。^[16]クライスラーのディスクは「自己エネルギー化」型で、ブレーキエネルギーの一部がブレーキ力に寄与していた。^[16]これは、ブレーキ面につながる楕円形の穴に小さなボールをセットすることで実現した。^[16]ディスクが摩擦面と最初に接触すると、ボールが穴に押し上げられ、ディスクがさらに離れ、ブレーキエネルギーが増大した。^[16]これにより、キャリパーよりもブレーキ圧が軽くなり、ブレーキフェードが回避され、より低温で走行でき、標準的なクライスラーの12インチドラムよりも摩擦面が3分の1広くなった。 [16]今日のオーナーは、オースコ・ランバートを非常に信頼性が高くパワフルだと考えているが、そのグリップ力と敏感さも認めている。 [ ^{16 ]}

1953年、主にレース用に製造されたアルミボディのオースチン・ヒーレー100S（セブリング）モデル50台が、4輪すべてにディスクブレーキを装備した最初の欧州車として一般に販売されました。^[18]

ジャガーCタイプレーシングカーは1953年のル・マン24時間レースで優勝した。このレースで唯一、イギリスのダンロップ社が開発したディスクブレーキを採用した車両であり、ル・マンで平均時速100マイルを超えた最初の車両でもあった。^[19]「ライバルの大型ドラムブレーキはディスクブレーキの究極の制動力には匹敵するが、その強力な持続力には及ばない。」^[5]

これ以前の 1950 年には、標準の 4 輪ディスク ブレーキを搭載した Crosley HotShot が、1950 年大晦日のセブリングでの最初のレース (12 時間ではなく 6 時間) でパフォーマンス指数で優勝しました。^{[引用が必要]}

シトロエンDSは1955年に、現代の自動車用ディスクブレーキを初めて継続的に大量生産した車でした。 ^{[4] [9] [20] [21] [22]}この車は、多くの革新の中でも、キャリパータイプのフロントディスクブレーキを特徴としていました。^[4]これらのディスクは、トランスミッション近くの車内に取り付けられ、車両の中央油圧システムによって駆動されていました。このモデルは、同じブレーキセットアップで20年間で150万台を販売しました。^[4]

1902年にイギリスのランチェスター・モーター社、1949年にアメリカのクライスラー社とクロスレー社が初期実験を行ったが、高価でトラブルの多い技術であったため大量生産には至らなかった。^{[4] [17]}試みはすぐに撤回された。^{[4] [17] [16]}

1956年には、四輪ディスクブレーキを備えたジェンセン541が続いた。[ 4 ^{] [23]}トライアンフは1956年にディスクブレーキを備えたTR3を一般に公開したが、ガーリングのフロントディスクブレーキを備えた最初の量産車は1956年9月に製造された。^[24]ジャガーは1957年2月にXK150モデルでディスクブレーキの提供を開始し、^[25]すぐにマーク1スポーツサルーン^[26]、1959年にはマークIXラージサルーンに続いた。^[27]

ディスク ブレーキは、最初に導入されたときは、ブレーキ性能に対する要求が厳しいスポーツ カーで最も人気がありました。現在では、ほとんどの乗用車でディスク ブレーキが一般的な形式になっています。ただし、多くの (軽量の) 車両では、コストと重量を抑え、パーキング ブレーキの準備を簡素化するために、後輪にドラム ブレーキが使用されています。ブレーキの効き目の大部分は前輪ブレーキが担っているため、これは妥当な妥協策と言えます。

自動車の初期の実装では、ブレーキがドライブシャフトの内側、差動装置の近くにありましたが、今日のほとんどのブレーキはホイールの内側にあります。内側に配置すると、バネ下重量が軽減され、タイヤへの熱伝達源がなくなります。

歴史的に、ブレーキディスクは世界中で製造されていましたが、ヨーロッパとアメリカに集中していました。1989年から2005年の間に、ブレーキディスクの製造は主に中国に移行しました。^{[引用が必要]}

1963年、スタッドベーカー アヴァンティには工場出荷時にフロント ディスク ブレーキが標準装備されました。[ ^28]ダンロップからライセンスを受けたこのベンディックスシステムは、他のスタッドベーカー モデルの一部でもオプションでした。^{[29]フロント ディスク ブレーキは、1965 年型}ランブラー マーリンで標準装備になりました。^[30]ベンディックス ユニットは、アメリカン モーターズのすべてのランブラー クラシックおよびアンバサダーモデル、およびフォード サンダーバードとリンカーン コンチネンタルでオプションでした。^{[7] [31] [32]} 4 輪ディスク ブレーキ システムも 1965 年にシボレー コルベットスティングレイに導入されました。^[33]ほとんどの米国車は、1970 年代後半から 1980 年代前半にかけて、フロント ドラム ブレーキからフロント ディスク ブレーキに切り替わりました。

ランブレッタは1962年のTV175で、通気性のある鋳造合金ハブに収められ、ケーブルで作動するシングルフローティングフロントディスクブレーキを初めて大量生産で導入しました。^{[34] [35]}これに続いて1964年にGT200が登場しました。 ^{[36] [37] [38] [39]}

MVアグスタは、1965年にケーブル操作の機械式作動を備えた高価な600ツーリングバイクで、小規模ながらフロントディスクブレーキバイクを一般に提供した2番目のメーカーでした。 ^[40] 1969年にホンダは、単一の油圧作動フロントディスクブレーキ（およびリアドラムブレーキ）を備えたより手頃な価格のCB750を発表し、大量に販売されました。^{[40] [41]}

車のディスク ブレーキは車輪の内側にありますが、自転車のディスク ブレーキは空気の流れの中にあるため、冷却効果は最適です。鋳鉄製のディスクは多孔質の表面で優れたブレーキ性能を発揮しますが、雨で錆びて見苦しくなります。そのため、オートバイのディスクは通常、雨水を分散させるためにステンレス鋼で作られ、穴が開けられ、溝が開けられ、波型になっています。最近のオートバイのディスクはフローティング デザインになっている傾向があり、ディスクがボビン上で「浮かんで」わずかに動くため、固定キャリパーでディスクのセンタリングが向上します。また、フローティング ディスクはディスクの歪みを防ぎ、ホイール ハブへの熱伝達を減らします。

キャリパーは、単純なシングルピストンユニットから、2、4、さらには6ピストンのアイテムに進化しました。^{[42]自動車と比較して、オートバイは}重心とホイールベースの比率が高いため、ブレーキをかけたときに重量移動が大きくなります。フロントブレーキがほとんどの制動力を吸収し、リアブレーキは主にブレーキング中にオートバイのバランスをとる役割を果たします。現代のスポーツバイクは通常、ツインの大型フロントディスクと、はるかに小さなシングルリアディスクを備えています。特に高速または重量のあるバイクには、ベントディスクが付いている場合があります。

初期のディスクブレーキ（初期のホンダ フォーやノートン コマンドなど）では、キャリパーがディスクの上部、フォークスライダーの前方に配置されていました。これによりブレーキパッドの冷却が改善されましたが、現在ではキャリパーをスライダーの後ろに配置することがほぼ普遍的な慣例となっています（フォークアセンブリの角運動量を減らすため）。リア ディスク キャリパーは、スイングアームの上（BMW R1100Sなど）または下（ヤマハ TRX850など）に取り付けることができます。低いマウントでは重心がわずかに低くなり、上側に取り付けるとキャリパーがすっきりして道路の障害物からよりよく保護されます。

バイクのディスクブレーキの問題点は、バイクが激しいタンクスラッパー（前輪の高速振動）状態になると、キャリパーのブレーキパッドがディスクから押し離され、ライダーがブレーキレバーを操作したときに、キャリパーのピストンがパッドをディスクに押し付けるが、実際には接触しないということである。その後、ライダーはより強くブレーキをかけ、通常のブレーキよりもはるかに強くパッドをディスクに押し付ける。この例として、2018年6月1日にイタリアのムジェッロで起きたミケーレ・ピロの事故が挙げられる。^[43]少なくとも1つのメーカーが、パッドが押し離されるのを防ぐシステムを開発した。

近年の開発、特に逆さフォーク (「逆さま」または「USD」) では、ラジアルマウント キャリパーが採用されています。これらは流行していますが、ブレーキ性能が向上したり、フォークの剛性が増したりするという証拠はありません。(フォーク ブレースのオプションがないため、USD フォークは特大のフロント アクスルによって最も剛性が増す可能性があります)。^{[引用が必要]}

自転車のディスクブレーキは、単純な機械式（ケーブル）システムから、ダウンヒルレーシングバイクで一般的に使用されている高価で強力なマルチピストン油圧ディスクシステムまで多岐にわたります。技術の進歩により、マウンテンバイクでも使用できる通気孔付きディスクが開発されました。これは、車に使用されているものと同様で、高山の急な下り坂で熱によるフェードアウトを防ぐために導入されました。ディスクは、予測可能なブレーキングを備えた全天候型サイクリングのためにロードバイクでも使用されています。2024年までに、ほぼすべてのロードバイクにマウンテンバイクと同様にディスクブレーキが装備されるようになります。混雑した駐車場ではディスクが曲がることがあるため、ドラムの方が損傷しにくいため好まれる場合があります。ほとんどの自転車のブレーキディスクはスチール製です。ステンレス鋼は防錆性があるため好まれています。^[44]ディスクは薄く、多くの場合約2 mmです。2ピースのフローティングディスクスタイルを使用するものもあれば、1ピースのソリッドメタルディスクを使用するものもあります。自転車のディスクブレーキは、両側からディスクを挟む2ピストンキャリパーか、最初にディスクに接触し、次にディスクを動かないパッドに押し付ける1つの可動パッドを備えたシングルピストンキャリパーを使用します。^[45]自転車ではエネルギー効率が非常に重要であるため、自転車のブレーキの珍しい機能として、ブレーキを解除したときに残留抵抗をなくすためにパッドが引っ込むことがあります。^{[説明が必要]}対照的に、他のほとんどのブレーキは、初期の作動移動を最小限に抑えるために、解除時にパッドを軽く引きます。^{[説明が必要]}

ディスクブレーキは、以前は大型のドラムブレーキがほぼ一般的だった超大型で重量のある道路車両でますます使用されています。理由の1つは、ディスクにはセルフアシストがないため、ブレーキ力がはるかに予測可能になり、ブレーキによるステアリングや連結車両でのジャックナイフ現象のリスクを増やすことなく、ピークブレーキ力を上げることができることです。もう1つの理由は、ディスクブレーキは高温時のフェードが少なく、大型車両では空気抵抗と転がり抵抗、エンジンブレーキが総ブレーキ力の小さな部分を占めるため、ブレーキが軽量車両よりも強く使用され、ドラムブレーキのフェードが1回の停止で発生する可能性があることです。これらの理由により、ディスクブレーキを備えた大型トラックは乗用車の約120％の距離で停止できますが、ドラムでは停止に約150％の距離が必要です。^[46]ヨーロッパでは、停止距離規制により、基本的に大型車両にはディスクブレーキが必要です。米国では、ドラムブレーキが許可されており、総生涯コストが高く、サービス間隔が頻繁であるにもかかわらず、購入価格が低いため、通常はドラムブレーキが好まれます。^{[引用が必要]}

さらに大きなディスクは、鉄道車両、路面電車、一部の飛行機に使用されています。旅客鉄道車両やライトレール車両では、車輪の外側にディスクブレーキが取り付けられていることが多く、これにより冷却空気の自由な流れが確保されます。Amfleet II車両などの一部の最新の旅客鉄道車両では、内側のディスクブレーキが使用されています。これにより、破片による摩耗が軽減され、雨や雪によるディスクの滑りやすさや信頼性の低下を防ぐことができます。ただし、信頼性の高い操作を行うための十分な冷却機能はまだあります。一部の飛行機では、ブレーキがほとんど冷却されずに取り付けられており、停止時にブレーキが熱くなります。冷却に十分な時間があり、最大ブレーキエネルギーが非常に予測可能なため、これは許容範囲です。ブレーキエネルギーが最大値を超えた場合、たとえば離陸中に緊急事態が発生した場合、タイヤの破裂を防ぐために、航空機の車輪に可溶性プラグ^[47]を取り付けることができます。これは、航空機開発における画期的なテストです。^[48]

自動車用ディスクブレーキディスクは、一般的にねずみ鋳鉄で作られています。^[6] SAEは、さまざまな用途のねずみ鋳鉄の製造に関する仕様を維持しています。通常の乗用車および小型トラックの用途では、SAE仕様J431 G3000（G10に置き換えられました）が、意図された用途に必要な硬度、化学組成、引張強度、およびその他の特性の正しい範囲を規定しています。一部のレーシングカーや飛行機では、重量を軽減するためにカーボンファイバーディスクとカーボンファイバーパッドを備えたブレーキを使用しています。摩耗率が高くなる傾向があり、ブレーキが熱くなるまでブレーキが効かなかったり、つかみが悪くなったりすることがあります。

レーシングカーや高性能ロードカーでは、他のディスク素材が採用されている。コンコルドなどで使用されている航空機のブレーキシステムにヒントを得た強化カーボンディスクとパッドは、 1976年にブラバムとダンロップが共同でF1に導入した。 ^[49]カーボン-カーボンブレーキは現在、世界中のほとんどのトップレベルのモータースポーツで使用されており、バネ下重量が軽減され、鋳鉄に比べて摩擦性能が向上し、高温での構造特性が改善されている。カーボンブレーキは、例えば1990年代半ばにフランスのスポーツカーメーカーであるベンチュリーによってロードカーに時折採用されたが、真に効果を発揮するには非常に高い動作温度に達する必要があるため、公道での使用には適していない。これらのシステムで発生する極度の熱は、特に短いトラックでの夜間レース中に目に見える。使用中にブレーキディスクが赤く光るのは珍しいことではない。^[要出典]

セラミックディスクは、一部の高性能車や大型車両に使用されています。

現代のセラミック ブレーキの最初の開発は、1988 年にイギリスのエンジニアによってTGV用に行われました。その目的は、重量と車軸あたりのブレーキの数を減らし、高速とあらゆる温度で安定した摩擦を実現することでした。その結果、炭素繊維強化セラミック プロセスが生まれ、現在では自動車、鉄道、航空機のブレーキ アプリケーションでさまざまな形で使用されています。

セラミック複合ディスクは耐熱性と機械的強度に優れているため、コストが法外ではない高級車によく使用されています。 ^[50]また、セラミックディスクの軽量性とメンテナンスのしやすさがコストを正当化する産業用途にも使用されています。複合ブレーキは、スチールディスクを損傷するような温度にも耐えることができます。

ポルシェの複合セラミックブレーキ (PCCB) はシリコン処理されたカーボンファイバーで、高温耐性、鉄製ディスクに比べて 50% の軽量化 (したがって車両のバネ下重量の軽減)、ダスト発生の大幅な削減、メンテナンス間隔の大幅な延長、腐食環境における耐久性の向上を実現しています。一部の高級モデルに搭載されているこのブレーキは、追加料金ですべてのストリートポルシェにオプションで装備できます。アルミ製の 6 ピストンキャリパーに明るい黄色の塗装が施されているので、すぐに見分けられます。ディスクは鋳鉄製ディスクと同様に内部に通気口があり、クロスドリル加工が施されています。^[要出典]

自動車用途では、ピストンシールは正方形の断面を持ち、スクエアカットシールとも呼ばれます。

ピストンが出し入れされると、シールがピストンに引っ張られて伸び、シールがねじれる。シールは約1/10ミリメートル歪む。ピストンは自由に動くが、シールによって生じるわずかな抵抗により、ブレーキが解除されたときにピストンが元の位置まで完全に引き込まれなくなり、ブレーキパッドの摩耗によるたるみが吸収されるため、リターンスプリングは不要になる。^{[51] [52]}

一部のリア ディスク キャリパーでは、パーキング ブレーキによってキャリパー内部の機構が作動し、同様の機能の一部が実行されます。

ディスクは通常、傷、ひび割れ、反り、または過度の錆びという 4 つのうちのいずれかで損傷します。サービス ショップでは、ディスクの問題が発生すると、ディスクを完全に交換することがあります。これは主に、新しいディスクのコストが古いディスクを再表面処理する人件費よりも安い場合に行われます。ディスクがメーカー推奨の最小厚さに達していて安全に使用できない場合、またはベーンの錆がひどい場合 (ベンチレーテッド ディスクのみ) を除き、機械的にはこの作業は不要です。大手自動車メーカーのほとんどは、横振れ、振動の問題、およびブレーキ ノイズの解決策として、ブレーキ ディスクのスキミング (米国では旋削) を推奨しています。機械加工プロセスはブレーキ旋盤で実行され、ディスク表面から非常に薄い層が除去されて軽微な損傷が除去され、厚さが均一になります。必要に応じてディスクを機械加工すると、車両の現在のディスクの燃費が最大限に高まります。

ランアウトは、固定された剛性ベース上でダイヤルインジケータを使用して、先端をブレーキディスクの面に対して垂直にして測定します。通常、ディスクの外径から約1 ⁄ 2 インチ (12.7 mm) のところで測定されます。ディスクは回転します。ダイヤルの最小値と最大値の差を横方向のランアウトと呼びます。乗用車のハブ/ディスクアセンブリの一般的なランアウト仕様は、約 0.002 インチ (0.0508  mm ) です。ランアウトは、ディスク自体の変形、下にあるホイールハブ面のランアウト、またはディスク表面と下にあるハブ取り付け面の間の汚れによって発生する可能性があります。インジケータのずれ (横方向のランアウト) の根本原因を特定するには、ハブからディスクを分解する必要があります。ハブ面のランアウトまたは汚れによるディスク面のランアウトは、通常、ブレーキディスクの 1 回転あたり 1 回の最小値と 1 回の最大値の周期になります。

ディスクを機械加工して、厚さのばらつきや横方向の振れをなくすことができます。機械加工は、その場で (車上で) 行うことも、車外で (ベンチ旋盤で) 行うこともできます。どちらの方法でも、厚さのばらつきはなくなります。適切な機器を使用して車上で機械加工すると、ハブ面の非垂直性による 横方向の振れもなくなります。

正しく装着しないと、ディスクが歪む（反る）場合があります。ディスクの固定ボルト（またはディスクがホイールに挟まれている場合はホイール/ラグナット）は、徐々に均等に締め付ける必要があります。エアツールを使ってラグナットを締め付けるのは、最終的な締め付けにトルクレンチを使用しない限り、よくない習慣です。車両のマニュアルには、締め付けの適切なパターンとボルトのトルク定格が記載されています。ラグナットは、決して円を描くように締め付けないでください。一部の車両はボルトが加える力に敏感なので、締め付けはトルクレンチで行う必要があります。

パッドの不均一な移動は、ディスクの反りと混同されることが多い。 ^[53]「反り」と診断されたブレーキディスクの大部分は、パッド材料の不均一な移動の結果である。パッドの不均一な移動は、ディスクの厚さのばらつきにつながる可能性がある。ディスクの厚い部分がパッドの間を通過すると、パッドが離れ、ブレーキペダルがわずかに上がる。これがペダルの脈動である。厚さのばらつきは、約0.17 mm（0.0067インチ）以上になるとドライバーに感じられる（自動車のディスクの場合）。

厚さのばらつきには多くの原因がありますが、ディスクの厚さのばらつきが広がる主なメカニズムは 3 つあります。1 つ目は、ブレーキ パッドの不適切な選択です。寒い天候で初めてブレーキをかけるときなど、低温で効果を発揮するパッドは、高温で不均一に分解する材料で作られていることがよくあります。この不均一な分解により、ブレーキ ディスクに材料が不均一に付着します。材料の不均一な付着のもう 1 つの原因は、パッドとディスクの組み合わせの不適切な慣らしです。適切な慣らしを行うには、パッドを交換するたびにディスク表面をリフレッシュする必要があります (接触面を機械加工するか、ディスクを交換するかのいずれか)。これが完了すると、ブレーキが連続して何度も強くかかります。これにより、パッドとディスクの間に滑らかで均一なインターフェイスが作成されます。これが適切に行われないと、ブレーキ パッドに応力と熱が不均一に分散され、パッド材料が不均一で一見ランダムに付着します。パッド材料の不均一な付着の 3 つ目の主なメカニズムは、「パッドの刻印」です。これは、ブレーキ パッドが加熱されて材料が分解し、ディスクに転移し始めると発生します。適切に慣らされたブレーキ システム (パッドを適切に選択) では、この転移は自然であり、ブレーキ パッドによって生成される制動力に大きく貢献します。ただし、自動車が停止し、ドライバーがブレーキをかけ続けると (オートマチック トランスミッション搭載車では一般的です)、パッドはブレーキ パッドの形状で材料の層を堆積します。このわずかな厚さのばらつきが、パッド転移の不均一のサイクルを引き起こす可能性があります。^[要出典]

ディスクの厚さにある程度の変化が生じると、パッドの不均一な堆積が加速し、ディスクを構成する金属の結晶構造が変化することがあります。ブレーキをかけると、パッドは変化するディスク表面上を滑ります。パッドがディスクの厚い部分を通過すると、外側に押し出されます。ブレーキペダルに踏み込まれたドライバーの足は当然この変化に抵抗し、パッドにさらに力が加わります。その結果、厚い部分に高いレベルのストレスがかかります。これにより、ディスクの表面が不均一に加熱され、2 つの大きな問題が発生します。ブレーキディスクが不均一に加熱されると、不均一に膨張します。ディスクの厚い部分は、より多くの熱を受けるため、薄い部分よりも膨張し、厚さの差が拡大します。また、熱の不均一な分布により、パッド材料の移動がさらに不均一になります。その結果、厚くて熱い部分には、薄くて冷たい部分よりも多くのパッド材料が付着し、ディスクの厚さのばらつきがさらに大きくなります。極端な状況では、この不均一な加熱により、ディスク材料の結晶構造が変化する可能性があります。ディスクの高温部分が極めて高い温度 (1,200～1,300 °F または 649～704 °C) に達すると、金属は相転移を起こし、鋼に溶解した炭素が析出して、セメンタイトと呼ばれる炭素を多く含む炭化物領域を形成することがあります。この鉄炭化物は、ディスクの残りの部分を構成する鋳鉄とは非常に異なります。非常に硬く、もろく、熱をあまり吸収しません。セメンタイトが形成されると、ディスクの完全性が損なわれます。ディスク表面を機械加工しても、ディスク内のセメンタイトは周囲の鋳鉄と同じ速度で摩耗したり熱を吸収したりしないため、ディスクの不均一な厚さと加熱特性が元に戻ります。^[要出典]

ブレーキパッドが耐用年数の終わりに達して摩耗したと判断されたときに、速やかに交換しないと、傷（米国ではスコーリング）が発生する可能性があります。摩擦材が十分に摩耗すると、パッドのスチール製バッキングプレート（接着パッドの場合）またはパッド保持リベット（リベット留めパッドの場合）がディスクの摩耗面に接触し、ブレーキ力が低下してディスクに傷が付きます。通常、既存のブレーキパッドで問題なく動作していた、中程度の傷や傷のあるディスクは、新しいパッドでも同様に使用できます。傷が深いが過度でない場合は、ディスク表面の層を機械加工で除去することで修復できます。ディスクには最小定格安全厚さがあるため、この操作は限られた回数しか実行できません。最小厚さの値は、通常、製造時にハブまたはディスクの端に鋳造されます。北米で最も厳格な自動車安全検査プログラムを持つ ペンシルベニア州では、自動車のディスクの傷が0.015インチ（0.38 mm）より深い場合、安全検査に合格できず、機械加工によりディスクの厚さが最小安全厚さを下回る場合は交換する必要があります。

傷跡を防ぐために、ブレーキ パッドの摩耗を定期的に検査することが賢明です。タイヤのローテーションは、車両の運転時間に基づいて定期的にローテーションを行う必要があり、すべてのホイールを取り外してブレーキ パッドをすぐに目視できるようにする必要があるため、検査を行うのに理にかなったタイミングです。一部のタイプの合金ホイールとブレーキ配置では、ホイールを取り外さずにパッドを確認できる十分なスペースがあります。完全に摩耗すると傷跡が残り、ブレーキが安全でなくなるため、摩耗点に近いパッドは、可能な限りすぐに交換する必要があります。多くのディスク ブレーキ パッドには、パッド アセンブリの一部として何らかの軟鋼スプリングまたはドラッグ タブが含まれており、パッドが摩耗しそうになるとディスク上で引きずられます。これにより、適度に大きなキーキーという音が発生し、ドライバーにサービスが必要であることを知らせます。ブレーキを速やかにサービスすれば、通常、ディスクに傷が付くことはありません。パッド材料の厚さが裏打ち鋼の厚さと同じかそれより薄い場合は、パッド セットの交換を検討できます。ペンシルベニア州では、リベットパッドの標準は1 ⁄ 32インチ (0.79 mm)、接着パッドの標準は 2/32 インチです。

ひび割れは主にドリルドディスクに限られ、過酷な使用環境ではディスクの膨張率が不均一なため、ディスクの端近くにドリルで開けた穴の縁の周りに小さなひび割れが生じることがあります。ドリルドディスクをOEMとして使用するメーカーは、通常、2 つの理由でそれを行います。1 つは外観です。平均的な車両モデルの所有者がハードウェアに過度のストレスをかけずに外観を好むと判断した場合、もう 1 つは、レースの温度とストレスを吸収するのに十分なブレーキディスクの質量が残っているというエンジニアリング上の仮定に基づいて、ブレーキアセンブリのバネ下重量を軽減する機能としてです。ブレーキディスクはヒートシンクですが、ヒートシンクの質量の損失は、熱を放射する表面積の増加によって相殺される場合があります。通常の摩耗メカニズムとして、クロスドリルドメタルディスクに小さなヘアラインのひび割れが発生する可能性がありますが、ひどい場合はディスクが壊滅的に破損します。ひび割れを修復することは不可能であり、ひび割れがひどくなった場合はディスクを交換する必要があります。これらのひび割れは、繰り返しの急ブレーキの結果として発生する低サイクル疲労現象によって発生します。^[54]

ディスクは一般的に鋳鉄製で、ある程度の表面に錆びがあるのは正常です。ブレーキパッドのディスク接触面は、通常の使用により清潔に保たれますが、長期間保管された車両では接触面にかなりの錆が発生する可能性があり、錆びた層が再び摩耗するまでの間、ブレーキ力が低下する可能性があります。また、保管後にブレーキを再度作動させたときに、パッドで覆われた錆びていない部分とディスク領域の大部分の表面の周りの錆との間の温度差により、錆びによりディスクが歪むこともあります。時間の経過とともに、通気孔付きブレーキディスクは通気孔の内側に深刻な錆腐食が発生し、構造の強度が損なわれ、交換が必要になる場合があります。^[55]

ブレーキキャリパーは、ブレーキパッドとピストンを収納するアセンブリです。ピストンは通常、プラスチック、アルミニウム、またはクロムメッキ 鋼で作られています。

キャリパーには、フローティング キャリパーと固定キャリパーの 2 種類があります。固定キャリパーはディスクに対して動かないため、ディスクの欠陥に対する許容度が低くなります。ディスクの両側からクランプするために 1 組以上の対向ピストンを使用するため、フローティング キャリパーよりも複雑で高価です。

フローティング キャリパー (「スライディング キャリパー」とも呼ばれる) は、ディスクの回転軸に平行な線に沿って、ディスクに対して左右に移動します。ディスクの片側にあるピストンが内側のブレーキ パッドをブレーキ面に接触するまで押し、次に外側のブレーキ パッドでキャリパー本体を引っ張って、ディスクの両側に圧力がかかるようにします。フローティング キャリパー (シングル ピストン) 設計では、少なくとも 1 つの取り付け機構に汚れや腐食が入り込み、正常な動きが停止することで、固着故障が発生することがあります。これにより、ブレーキが作動していないときや斜めに作動しているときに、キャリパーのパッドがディスクに擦れることがあります。固着は、車両の使用頻度が低いこと、シールまたはゴム製保護ブーツが故障して異物が入り込むこと、取り付け機構のグリースが乾燥してその後湿気が侵入して腐食が発生すること、またはこれらの要因の組み合わせによって発生することがあります。その結果、燃費の低下、ディスクの極端な加熱、または影響を受けたパッドの過度の摩耗が発生することがあります。フロントキャリパーが固着するとステアリングの振動も発生する可能性があります。

フローティング キャリパーの別のタイプは、スイング キャリパーです。スイング キャリパーは、車体に対してキャリパーを真っ直ぐに動かすための一対の水平ボルトの代わりに、車軸の中心線の後ろのどこかにある単一の垂直ピボット ボルトを使用します。ドライバーがブレーキを踏むと、ブレーキ ピストンが内側のピストンを押し、上から見るとキャリパー全体が内側に回転します。スイング キャリパーのピストン角度はディスクに対して変化するため、この設計では、外側の後部が狭く、内側の前部が狭いくさび形のパッドを使用します。

自転車のリムブレーキにも様々なタイプのブレーキキャリパーが使用されています。

最も一般的なキャリパー設計では、シリンダー内に油圧作動ピストンを 1 つ使用しますが、高性能ブレーキでは 12 個も使用します。現代の自動車は、安全対策として、各車輪セットのブレーキを作動させるために異なる油圧回路を使用しています。油圧設計は、ブレーキ力の増強にも役立ちます。キャリパー内のピストンの数は、しばしば「ポット」の数と呼ばれます。したがって、車両に「6 ポット」キャリパーが搭載されている場合、各キャリパーには 6 つのピストンが収容されていることを意味します。

ブレーキの故障はピストンの引き込み不良によって発生することがありますが、これは通常、悪条件の屋外で長期間保管されている間に車両を運転しなかった結果です。走行距離の長い車両ではピストンシールが漏れる可能性があり、これはすぐに修正する必要があります。

ブレーキ パッドは、均一に摩耗しながらベディングする過程でディスクに埋め込まれたブレーキ パッド材料を使用して、高い摩擦を実現するように設計されています。摩擦は 2 つの部分に分けられます。それは、粘着性と研磨性です。

パッドとディスクの材質の特性、構成、使用方法に応じて、パッドとディスクの摩耗率は大幅に異なります。材質の摩耗を決定する特性には、パフォーマンスと寿命のトレードオフが関係します。

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（パッドの素材や運転スタイルによって異なります）。パッドが薄すぎてブレーキが鳴くときにディスクに擦れる柔らかい金属片、ブレーキパッドが薄くなると電気回路を閉じて警告灯を点灯するパッド素材に埋め込まれた柔らかい金属タブ、電子センサーなど、交換が必要であることを運転者に知らせるメカニズムが装備されているものもあります。

一般的に、公道を走る車両にはキャリパーごとに 2 つのブレーキ パッドが装備されていますが、レーシング キャリパーには最大 6 つのブレーキ パッドが装備されており、最適なパフォーマンスを得るために、摩擦特性が異なる複数のパッドが交互に配置されています。

初期のブレーキパッド（およびライニング）にはアスベストが含まれていて、吸入してはいけない粉塵が発生しました。新しいパッドはセラミック、ケブラー、その他のプラスチックで作られていますが、素材に関係なくブレーキダストの吸入は避けるべきです。

ブレーキをかけると、大きな音や甲高いキーキーという音が発生することがあります。これは主に、古い車や、かなり前に製造または購入された車で発生します。ブレーキ鳴きのほとんどは、ブレーキ部品、特にパッドとディスクの振動 (共振不安定性) によって発生します (力結合励起と呼ばれます)。このタイプの鳴きがブレーキ停止性能に悪影響を与えることはありません。テクニックには、キャリパーピストンとパッドの接触点に面取りパッドを追加する、パッドバックプレートに接着インシュレーター (減衰材) を追加する、ブレーキパッドとピストンの間にブレーキシムを追加するなどがあります。鳴きを減らすには、すべてを非常に高温で固形分が多い潤滑剤でコーティングする必要があります。これにより、金属同士の部品が互いに独立して動くため、ブレーキのキーキー音、うなり音、またはうなり音として聞こえる周波数を生み出すエネルギーの蓄積を排除できます。パッドの種類や使用状況によっては、一部のパッドが鳴きやすくなるのは当然です。通常、長時間の高温に耐えられるように評価されているパッドは、摩擦が大きく、ブレーキをかけた際にノイズが大きくなる傾向があります。^[56]

寒い天候と早朝の高湿度 (露) が組み合わさると、ブレーキの鳴きが悪化することがよくあります。ただし、通常、ライニングが通常の動作温度に達すると、鳴きは止まります。これは、高温で使用することを想定したパッドに特に影響します。ブレーキにほこりが付着すると、鳴きが発生することもあります。市販のブレーキ洗浄製品は、汚れやその他の汚染物質を除去するように設計されています。適切な量の転写材がないパッドも鳴きの原因となる可能性がありますが、これはブレーキ パッドをブレーキ ディスクにベディングまたは再ベディングすることで解決できます。^{[引用が必要]}

ライニング摩耗インジケーターの中には、ブレーキパッドの素材の中に半金属層として、または外部の「センサー」として設置されているものもあり、ライニングの交換時期になるとキーキーと鳴るように設計されている。典型的な外部センサーは、摩耗センサーのノイズは通常、ブレーキが使用されていないときに発生するため、上記のノイズ（ブレーキをかけたとき）とは根本的に異なる。摩耗センサーは、摩耗を示し始めたときにブレーキをかけた時にのみキーキーと鳴ることがあるが、それでも音とピッチは根本的に異なる。^{[56] [57]}

ブレーキジャダーは通常、ブレーキング中にシャーシを通じて伝わる軽度から重度の振動としてドライバーに認識される。^{[58] [59] [60 ] [61 ] [62] [63] [64] [65] [66] [過剰な引用]}

ジャダー現象は、ホットジャダー（またはサーマルジャダー）とコールドジャダーという 2 つの異なるサブグループに分類できます。

ホットジャダーは、通常、車両が完全に停止しない高速状態から、より長く緩やかなブレーキングを行った結果として発生します。^[67]これは通常、ドライバーが約 120 km/h (74.6 mph) から約 60 km/h (37.3 mph) の速度まで減速したときに発生し、ドライバーに激しい振動が伝わります。これらの振動は、不均一な熱分布、つまりホットスポットの結果です。ホットスポットは、ディスクの両側で交互に発生する集中した熱領域として分類され、ディスクの端の周りに正弦波状の波状が生じるようにディスクを歪ませます。ブレーキ中にブレーキパッド (摩擦材/ブレーキライニング) が正弦波の表面に接触すると、激しい振動が誘発され、車両を運転する人にとって危険な状態になる可能性があります。^{[68] [69] [70] [71]}

一方、コールドジャダーは、不均一なディスク摩耗パターンまたはディスク厚さのばらつき（DTV）によって発生します。ディスク表面のこれらのばらつきは、通常、車両の道路での使用頻度が高いことが原因です。DTV は通常、ディスク表面の波状や粗さ、^[72]軸の振れのずれ、弾性たわみ、摩耗および摩擦材の移行が原因とされています。^{[60] [71] [73]} どちらのタイプも、使用前にホイールハブとブレーキディスクハブの間のブレーキディスクの両側の取り付け面を清潔に保ち、長時間使用した後の刻印に注意することで修正できる可能性があります。また、長時間使用した後、ブレーキペダルを強く踏み込んだままにしておくことで、DTV を清掃して最小限に抑え、パッドとブレーキディスクの間に新しい均一な移行層を形成できる場合もあります。ただし、ホットスポットや過度の振れは排除されません。

ブレーキ力が加えられると、ブレーキパッドとディスクの間の摩擦により、ディスクとパッドの両方が摩耗します。ホイール、キャリパー、その他のブレーキシステム部品に付着しているブレーキダストは、主にディスク素材で構成されています。^[74]ブレーキダストは、洗い流さないとほとんどのホイールの仕上げを損傷する可能性があります。^[75]一般的に、金属製パッドなど、ディスク素材を積極的に摩耗させるブレーキパッドは、ブレーキダストをより多く生成します。トラックや牽引用の高性能パッドの中には、一般的なパッドよりもはるかに早く摩耗するものがあり、ブレーキディスクとブレーキパッドの摩耗が増加するため、より多くのダストが発生します。^[56]

ブレーキフェードはブレーキ効率を低下させる現象です。ブレーキ力が低下し、発進時にブレーキがかかっていた力でブレーキがかかっていないように感じます。これはブレーキパッドの加熱によって発生します。加熱されたブレーキパッドはガス状物質を放出し、ディスクとブレーキパッドの間の領域を覆います。これらのガスはブレーキパッドとディスクの接触を妨げ、ブレーキの効きを低下させます。^[76]

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• バランスマシン
• ブレーキブリーディング
• ブレーキフルード
• ディスクロック

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• ディスクブレーキパッド、CDX eTextbook の無料ビデオコンテンツ
• スライダーの粗さによる振動に対する新しいアプローチ
• ディスクブレーキシステム、パッド選択、ディスクの「反り」の評価/説明 2011年10月25日、Wayback Machineにアーカイブ
• ペダル比、ディスク/ドラムまたはディスク/ディスク構成を計算するための一般的なブレーキの事実、およびディスクブレーキシステムに残留バルブが必要かどうかを判断するための計算。2020年6月15日にWayback Machineにアーカイブされました。

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