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ドラムブレーキとは、ブレーキドラムと呼ばれる回転するボウル状の部品に、シューまたはパッドを外側から押し付けることで生じる摩擦を利用するブレーキのことです。
ドラムブレーキという用語は通常、シューがドラムの内面に押し付けられるブレーキを指します。シューがドラムの外側に押し付けられる場合は、通常、クラスプブレーキと呼ばれます。従来のディスクブレーキと同様に、ドラムが2つのシューで挟まれる場合は、ピンチドラムブレーキと呼ばれることもありますが、このようなブレーキは比較的まれです。関連するタイプとして、ドラムの外側に巻き付けられた柔軟なベルトまたは「バンド」を使用するバンドブレーキがあります。ドラムブレーキは、従来のディスクブレーキよりも製造コストが安いため、小型車や安価な車両に採用されています。
現代の自動車用ドラムブレーキは、1900年にマイバッハ社が製造した自動車で初めて使用されたが、その原理は後にルイ・ルノーによって1902年に特許取得された。ルノーはドラムブレーキライニングに織り込みアスベストライニングを使用したが、これは他に効果的に放熱できる材料がなかったためである。ただし、マイバッハ社はより簡素なドラムブレーキを使用していた。初期のドラムブレーキでは、レバーとロッドまたはケーブルが機械的にブレーキシューを操作していた。1930年代半ばからは、小型ホイールシリンダーとピストン内の油圧（図参照）がブレーキを作動させるようになったが、一部の車両では数十年にわたり純粋に機械的なシステムが使用され続けた。一部の設計では、ホイールシリンダーが2つ搭載されている。[ 1 ]
ドラムブレーキのシューが摩耗すると、1950年代に自動調整式ドラムブレーキが導入されるまで、ブレーキは定期的に手動で調整する必要がありました。ドラムブレーキは、繰り返し使用するとブレーキフェードを起こしやすいという欠点もあります。[ 2 ]
ジャガー・カーズは1953年のル・マン24時間レースにディスクブレーキを装備した3台の車を出場させ、ドラムブレーキを装備したライバル車よりも優れた制動力を発揮して優勝した。 [ 3 ]これは乗用車におけるドラムブレーキの終焉の始まりを意味した。1960年代から1980年代にかけて、車の前輪（制動力の大部分を受ける部分）のドラムブレーキは徐々にディスクブレーキに置き換えられていった。現在では、ほとんどすべての車が前輪にディスクブレーキを使用しており、多くの車が4輪すべてにディスクブレーキを使用している。
米国では、AM Generalが製造したJeep CJ-5が、1986 年に生産が終了されるまで、前輪にドラムブレーキを使用する最後の自動車 (米国郵政公社向けに製造) でした。しかし、ドラムブレーキは後輪やパーキングブレーキに今でもよく使用されています。一部の車両では、「ドラム・イン・ハット」パーキングブレーキが採用されており、ブレーキシューがディスクブレーキローターの中央部分 (ハット) の内側に配置され、これがドラムとして機能します。[ 4 ]
初期のブレーキシューにはアスベストが含まれていました。米国連邦政府がアスベストの製造を規制し始めた後、ブレーキメーカーはアスベストを含まないライニングに切り替えなければなりませんでした。所有者は当初、交換後のブレーキの効きが悪いと不満を述べましたが、ブレーキ技術が進歩して最終的にそれを補うようになりました。日常的に運転されている古い車の大半には、アスベストを含まないライニングが取り付けられています。[ 5 ]他の多くの国でも、ブレーキへのアスベストの使用が禁止されています。
ドラムブレーキの構成部品には、バックプレート、ブレーキドラム、ブレーキシュー、ホイールシリンダー、および各種スプリングとピンが含まれます。
バックプレートは、他のコンポーネントの土台となる役割を果たします。また、バックプレートは全体の剛性を高め、ハウジングを支え、埃やその他の路面上の破片などの異物から保護します。ブレーキ操作によるトルクを吸収するため、「トルクプレート」とも呼ばれます。すべてのブレーキ操作はバックプレートに圧力をかけるため、バックプレートは丈夫で耐摩耗性に優れている必要があります。近年では、非常ブレーキやパーキングブレーキ用のレバー、自動ブレーキシュー調整装置なども追加されています。
ブレーキドラムは一般的に、熱伝導性と耐摩耗性に優れた特殊な鋳鉄で作られています。ホイールと車軸と共に回転します。運転者がブレーキをかけると、ライニングがドラムの内面に半径方向に押し付けられ、その結果生じる摩擦によってホイールと車軸の回転が減速または停止し、車両が停止します。この摩擦によってかなりの熱が発生します。
各車輪のブレーキは、1つのホイールシリンダーによって作動します。ホイールシリンダーの両端にある2つのピストンがブレーキシューを作動させます。前方のシュー（車両前方に近い側）はプライマリーシュー、後方のシューはセカンダリーシューと呼ばれます。マスターシリンダーからの油圧がピストンカップに作用し、ピストンをブレーキシューに向かって押し、シューをドラムに押し付けます。ドライバーがブレーキを解除すると、ブレーキシューのスプリングによってシューが元の（解除された）位置に戻ります。ホイールシリンダーの各部は右図に示されています。
ブレーキシューは通常、2枚の鋼板を溶接して作られています。摩擦材はライニングテーブルにリベット留めされるか、接着剤で取り付けられます。三日月形の部品はウェブと呼ばれ、リターンスプリング、固定金具、パーキングブレーキリンケージ、自動調整部品用のさまざまな形状の穴とスロットがあります。ホイールシリンダーのすべての作用力は、ウェブを介してライニングテーブルとブレーキライニングに伝達されます。ライニングテーブルの端には、通常、両側に3つのV字型の切り欠きまたはタブがあり、ニブと呼ばれます。ニブは、シューが取り付けられるバックプレートのサポートパッドに接しています。各ブレーキアセンブリには、プライマリーとセカンダリーの2つのシューがあります。プライマリーシューは車両の前方に位置し、ライニングの位置がセカンダリーシューとは異なります。多くの場合、2つのシューは互換性があるため、違いがないか注意深く検査することが重要です。
ライニングは耐熱性、耐摩耗性に優れ、温度や湿度の変動に影響されない高い摩擦係数を持つ必要があります。ブレーキシューライニングを構成する材料には、摩擦調整剤（グラファイトやカシューナッツの殻など）、鉛、亜鉛、真鍮、アルミニウムなどの耐熱性金属粉末、バインダー、硬化剤、ブレーキノイズを低減するためのゴムチップなどの充填剤が含まれます。
英国ではかつて、ブレーキシュー材として2種類の一般的なグレードが使用されていました。DON 202は高摩擦材で、ブレーキパワーサーボを必要としませんでした。欠点は、急な坂道でライニングがフェードしやすいことでした。より硬いライニングである有名なVG95も製造されましたが、こちらはブレーキサーボが必要でした。もう一つの問題は、高摩擦ライニングを検査のためだけに装着しない限り、パーキングブレーキが年次MOT検査に合格しないことが多かったことです。
ブレーキをかけると、マスターシリンダーからホイールシリンダーへブレーキフルードが加圧されて送り込まれ、ブレーキシューがドラム内側の加工面に押し付けられます。この摩擦作用により、ホイールに連結されたブレーキドラムの回転が抑制され、車両の速度が低下します。圧力が解放されると、リターンスプリングによってシューが元の位置に戻ります。
ブレーキライニングが摩耗すると、ブレーキシューがドラムに到達するまでの移動距離が長くなります。自動調整機構を備えたシステムでは、この距離が一定のポイントに達すると、自動調整機構が自動的に反応し、ブレーキシューの静止位置を調整してドラムに近づけます。この調整では、調整レバーが揺動して調整ギアを1歯分進めます。調整機構にはボルトのようにねじ山があり、回転すると少しずつ緩んで伸び、隙間を埋めます。ブレーキシューがさらに摩耗すると、調整機構が再び前進し、常にブレーキシューをドラムに近づけます。通常、調整機構は車両が後退し、ブレーキが作動している場合にのみ機能します。
自動調整装置のない車両では、ブレーキシューとドラムの間の余分な隙間をなくすために、定期的に手動でブレーキを調整する必要があります。
パーキング（または緊急）ブレーキシステムは、ハンドレバーまたはフットペダルに接続された一連のスチールケーブルを介してブレーキを制御します。このシステムは完全に機械式で、油圧システムを完全にバイパスするため、ブレーキが完全に故障した場合でも車両を停止させることができます。ここでは、ケーブルがブレーキに取り付けられたレバーを引っ張り、ブレーキシューに直接接続されています。これにより、ホイールシリンダーをバイパスしてブレーキを直接制御する効果があります。[ 6 ]
ドラムブレーキには、自然な「自己作動」特性、より一般的には「自己増力」特性があります。[ 7 ]ドラムの回転により、片方または両方のブレーキシューが摩擦面に引き込まれ、ブレーキがより強く食い込み、ブレーキシューを保持する力が強くなります。これにより、ドライバーが余分な力を費やすことなく制動力が増しますが、ドライバーがブレーキの感度を調整するのが難しくなります。また、ブレーキ摩擦の減少によりブレーキアシストの量も減少するため、ブレーキフェードに対する感度も高くなります。
ディスクブレーキは、パッドに作用する油圧がディスクの回転方向に対して垂直であるため、自己作動効果を示さない。[ 7 ]ディスクブレーキシステムには通常、 ドライバーのペダル操作力を軽減するためのサーボアシスト（「ブレーキブースター」）が備わっているが、一部のディスクブレーキ車（特にレーシングカー）やオートバイなどの小型ブレーキではサーボを使用する必要がない。[ 7 ]
ドラムブレーキは、一般的にリーディング/トレーリング（「シングルリーディング」とも呼ばれる）またはツインリーディングのいずれかに分類されます。[ 7 ]
リアドラムブレーキは、通常、リーディング/トレーリング設計（非サーボシステムの場合）またはプライマリー/セカンダリー設計（デュアルサーボシステムの場合）で、ブレーキシューは単一の複動油圧シリンダーによって動かされ、同じ点でヒンジで固定されています。[ 7 ]この設計では、車両が前進しているか後退しているかに関わらず、ブレーキシューの1つが常に自己作動効果を受けます。[ 7 ]これは、パーキングブレーキ（ハンドブレーキまたはフットブレーキ）が車両の後退を止め、坂道で車両を保持するために十分な力を加える必要があるリアブレーキで特に役立ちます。ブレーキシューの接触面積が十分に大きい場合（常にそうとは限りませんが）、坂道の傾斜や逆方向の動きによって重量がリアブレーキに移動したときに、自己作動効果によって車両を確実に保持することができます。後部に単一の油圧シリンダーを使用するもう一つの利点は、反対側のピボットを、パーキングブレーキシステムの作動によって回転する二重ローブカムの形で構成できることである。
フロントドラムブレーキは実際にはどちらの設計でも構いませんが、ツインリーディング設計の方が効果的です。[ 7 ]この設計では、車両が前進しているときに両方のブレーキシューが自己作動特性を使用するように配置された 2 つの作動シリンダーを使用します。[ 7 ]ブレーキシューは互いに反対の点で回転します。[ 7 ]これにより、前進しているときに可能な限り最大の制動力が得られますが、車両が後退しているときはそれほど効果的ではありません。[ 7 ]
最適な配置として、前輪にツインリーディングブレーキ、後輪にリーディング/トレーリングブレーキを採用することで、車両が前進しているときは前輪の制動力を高め、後輪の制動力を抑えることができます。これにより、後輪のロックアップを防ぎつつ、後輪にも十分な制動力を確保できます。[ 7 ]
アルミニウムは鉄よりも摩耗しやすいため、アルミニウム製のドラム缶の内面には、アルミニウム製の外殻に鉄または鋼製のライナーが接着またはリベット留めされていることが多い。
ドラムブレーキは、ほとんどの大型トラック、バス、一部の中型・小型トラック、そして一部の乗用車、オフロードバイク、ATV、電動スクーターなどの小型レクリエーション車両に使用されています。制動力の大部分は車両の前輪ブレーキによって発生するため、後輪で発生する熱が大幅に少なく、ドラムブレーキは後輪によく採用されます。また、ドラムブレーキはパーキングブレーキの組み込みも容易です。
後輪のメインブレーキがディスクブレーキであっても、パーキングブレーキ（および緊急ブレーキ）としてドラムブレーキが装着されることがあります。多くの後輪ディスクブレーキシステムでは、キャリパー内のピストンがカムまたはネジによって作動するパーキングブレーキが採用されています。これにより、パッドがローターに押し付けられます。しかし、後輪ディスクブレーキに固定式のマルチピストンキャリパーが使用されている場合、このタイプのシステムははるかに複雑になります。この場合、通常はブレーキディスク内またはブレーキディスクの一部として小型のドラムが装着されます。このタイプのブレーキは、バンクシアブレーキとも呼ばれます。
ハイブリッド車や電気自動車では、エネルギー回生モータージェネレーター（回生ブレーキを参照）によってブレーキシステムの摩耗が大幅に軽減されるため、トヨタプリウス（第3世代以前）やフォルクスワーゲンID.3、ID.4などの一部のハイブリッド車は後輪にドラムブレーキを採用している。
ディスクブレーキは、キャリパーシールの柔軟性とわずかな振れを利用してブレーキパッドを解放するため、抵抗が生じ、燃費が悪化し、ディスクに傷がつく原因となります。ドラムブレーキのリターンスプリングはより確実な動作を実現し、適切に調整すれば、解放時の抵抗も少なくなります。ただし、ディスクブレーキでもピストンを後退させる特殊なシールを設計することは可能です。
ドラムブレーキは、摩耗粒子がほとんど密閉されているため、ディスクブレーキよりも微粒子状物質（PM）の排出量が少ない。ただし、この点では摩擦のないブレーキよりも優れているわけではない。[ 8 ] [ 9 ]
特定の高負荷ドラムブレーキシステムでは、ホイールシリンダー圧を決定する際に荷重を補正する機能があります。これはディスクブレーキではまれな機能です（シトロエン車に採用されているような油圧式サスペンションシステムは、ドラム式かディスク式かに関わらず、荷重に応じてブレーキ圧を調整します）。そのような車両の一つがジープ・コマンチです。コマンチは、荷重の大きさに応じてリアドラムへの圧力を自動的に高めることができます。他のほとんどのメーカーは、数十年前からリアアクスルへの油圧システムに荷重感知バルブを使用しています。
ドラムブレーキは摩擦接触面がブレーキの円周上にあるため、同径のディスクブレーキよりも制動力が大きくなります。ドラムブレーキシューとドラムとの摩擦接触面が広いため、ドラムブレーキシューは、同程度の寸法と制動力を持つブレーキシステムで使用されるディスクブレーキパッドよりも長持ちします。ドラムブレーキは熱を保持しやすく、ディスクブレーキよりも構造が複雑ですが、リアブレーキの発熱量が少ないこと、ドラムブレーキは自動的に作動すること、摩擦面の接触面積が大きいこと、そして長寿命（使用寿命率／制動力kW）であることから、リアブレーキ用途ではより経済的で強力なブレーキタイプとなることがよくあります。
ドラムブレーキの利点を挙げると：
ドラムブレーキは、パーキングブレーキとしてトランスミッションのドライブシャフトに組み込まれている場合もあります（例：1962年までのクライスラー車）。これにより、サービスブレーキとは完全に独立しているという利点がありますが、重大な欠点もあります。それは、当時一般的だったバンパージャッキを後輪に使用し、適切なホイールブロックがない場合、ディファレンシャルの作用によって車両がジャッキから転がり落ちてしまう可能性があることです。
ランドローバーは50年以上にわたり、ギアボックスの出力軸にドラムブレーキを採用してきた。その利点は、パーキングブレーキで4輪すべてにブレーキをかけられることである。
ドラムブレーキは、他のほとんどのブレーキと同様に、摩擦によって運動エネルギーを熱に変換します。[ 7 ]この熱は周囲の空気に放散されるべきですが、他のブレーキシステムコンポーネントにも容易に伝わる可能性があります。ブレーキドラムは、関係する大きな力に対処するために大きくなければならず、多くの熱を吸収および放散できる必要があります。ドラムに冷却フィンを組み込んだり、ドラムの周囲に穴を開けたりすることで、空気への熱伝達を促進できます。しかし、激しいブレーキングや繰り返しのブレーキングにより過度の加熱が発生し、ドラムが歪み、ブレーキング時に振動が発生する可能性があります。
過熱のもう1つの結果はブレーキフェードです。[ 7 ]これはいくつかのプロセスのいずれか、またはより一般的にはそれらのすべてが蓄積された結果です。
ブレーキフェードは必ずしも過熱が原因とは限りません。摩擦面とドラムの間に水があると、潤滑剤として作用し、制動効率が低下することがあります。[ 7 ]水は十分に加熱されて蒸発するまでそこに留まり、その時点で制動効率が回復します。すべての摩擦ブレーキシステムには、理論上の最大エネルギー変換率があります。その率に達すると、ペダル圧力をさらに加えても変化しません。実際、前述の影響により、大幅に低下する可能性があります。結局のところ、ブレーキフェードとは、原因のメカニズムに関係なく、このような現象です。ディスクブレーキもこれらのプロセスから免れることはできませんが、ドラムブレーキよりも熱や水に効果的に対処できます。
ドラムブレーキは、ドラム表面に軽い錆が生じたり、ブレーキが冷たく湿った状態になると、パッド材の摩擦が大きくなり、急激に効きが強くなることがあります。効きが強すぎると、タイヤがスリップし、ペダルを離してもスリップが止まらないことがあります。効きの強さはフェード現象の逆で、パッドの摩擦が増加すると、ドラムブレーキの自己増幅作用によって制動力が上昇します。パッドの摩擦と自己増幅作用が十分に高ければ、外部からの制動力が解放されても、自己増幅作用によってブレーキが作動し続けます。
ディスクブレーキローターは摩擦面を研磨（旋削）することで清掃できますが、ブレーキドラムでは一般的に同じことはできません。ブレーキドラムの摩擦面を研磨すると直径が大きくなるため、ドラムとの適切な接触を維持するには特大サイズのブレーキシューが必要になる場合があります。しかし、ほとんどの用途で特大サイズのブレーキシューは入手できないため、摩耗または損傷したドラムは通常交換する必要があります。
低速旋盤があれば、ブレーキドラムの加工は非常に簡単です（鋳鉄の加工速度は毎分50フィートを超えないようにするのが一般的な目安です）。通常、ブレーキドラムの取り外しを困難にする隆起部を削り取るだけで済みます。特にブレーキが自動調整式の場合は、この隆起部を削り取るだけで済みます。ひどい場合は、隆起部によってブレーキドラムが動かなくなることがありますが、ほとんどのドラムブレーキの設計では、ドラムの取り外しと整備を容易にするために、自動調整機構を外部から解除できる仕組みが備えられています。
ドラムブレーキのもう一つの欠点は、その構造の複雑さです。ドラムブレーキの整備を行う際には、その仕組みをある程度理解し、いくつかの簡単な手順を踏んで正しく組み立て直す必要があります。また、ディスクブレーキに比べて構造が複雑なため、ドラムブレーキのメンテナンスは一般的に時間がかかります。さらに、部品点数が多い分、故障の種類もディスクブレーキより多くなります。スプリングは、摩耗したブレーキシューと一緒に交換しないと、疲労で破損する可能性があります。また、スプリングや自動調整機構などの部品が破損してドラム内部で緩むと、ドラムやシューに傷がつくことがあります。
スプリングやアジャスターなどのハードウェアが致命的に故障すると、意図しないブレーキ作動やホイールロックアップを引き起こす可能性があります。スプリングが破損すると、ブレーキシューが回転するドラムに落下し、結果としてブレーキが作動します。ドラムブレーキは自己増力特性を持つため、拘束されていないブレーキシューは、ホイールをロックアップさせるほどブレーキを強くかけてしまう可能性さえあります。また、スプリングやその他のハードウェア（アジャスターなど）の破損片がブレーキシューとドラムの間に挟まり、意図しないブレーキ作動（そして前述のようにブレーキ部品の損傷）を引き起こす可能性があります。これらの理由から、ブレーキハードウェア（スプリングやクリップなど）は、必ずブレーキシューと交換する必要があります。
また、ドラムブレーキは、ホイールシリンダーに圧力がかかってもすぐに作動するわけではありません。ブレーキシューがドラムに向かって動き始める前に、リターンスプリングの力を克服する必要があるからです。つまり、一般的なハイブリッドディスク/ドラムシステムでは、追加のハードウェアがない限り、軽いペダル操作では（ほぼ常にフロントの）ディスクブレーキしか作動しません。実際には、計量バルブによって、ドラムブレーキのリターンスプリングの力を克服するのに十分な圧力が上昇するまで、油圧がフロントキャリパーに伝わらないように制御されています。計量バルブがない場合、ドライバーがリアブレーキシューのリターンスプリングの圧力に打ち勝つだけのブレーキペダル操作をしない限り、車両はフロントディスクブレーキだけで停止することになります。
ドラムブレーキにアスベストが一般的に使用されていた時代には、修理や交換を行う作業員がアスベスト繊維を吸い込む危険性があり、それが中皮腫の原因となることがありました。[ 10 ] アスベスト繊維は、時間の経過とともに、またブレーキによる高温によって剥がれたり分離したりします。湿ったブラシやエアゾールスプレーは、粉塵を減らすためによく使用されていました。安全規制当局は、粉塵を吸い取るために掃除機ホースを使用したり、内部照明と工具を使用するスペースを備えた囲いを使用したりすることを推奨することもありましたが、これらはまれで扱いにくいものでした。アスベストから保護するように設計された特徴的な靴も推奨されていました。[ 11 ]自動車整備士の中皮腫の発生率が不均衡に高かったという証拠があります。[ 10 ]
ブレーキのメンテナンス作業を行う人は、溶剤である1,1,1-トリクロロエタンと2-ブトキシエタノール（グリースオフNo.19の主成分）に曝される可能性があります。これらの溶剤に曝されると、目や粘膜を含む刺激を引き起こす可能性があります。1,1,1-トリクロロエタン蒸気に曝されると、中枢神経系の損傷、めまい、運動失調、眠気、反応時間の延長を引き起こす可能性があります。[ 11 ]
1984年以前は、ブレーキドラムの内側の円弧に合わせてブレーキシューを再加工するのが一般的でした。しかし、この方法はブレーキから摩擦材を削り取り、シューの寿命を縮め、有害なアスベスト粉塵を発生させるため、物議を醸していました。1984年以降、現在の設計理論は変更され、適切な直径のドラムに合わせてシューを使用し、必要に応じてブレーキドラムを交換するだけで済むようになり、シューを再加工する必要がなくなりました。
ブレーキドラムは打楽器として広く使われるようになった。これはおそらく、アメリカの前衛音楽家ジョン・ケージが1939年に作曲した「First Construction (in Metal)」で初めて採用された。近年では、ブレーキドラムはマーチング・アーツで使用されるフロント・アンサンブルと関連付けられるようになった。[ 12 ]
パーキングブレーキ；パーキングブレーキの定義
：緊急ブレーキ