ディスクブレーキの構造&種類

今回はMTBのディスクブレーキの構造&種類を取り上げて見ました。
ディスクブレーキの種類もいろいろ・・・
どんな構造なのか考えてみました。
少しでも知識が増えるとディスクブレーキ購入の際
選ぶのも楽しみ(^-^)
参考になれば幸いです。

油圧式ディスクブレーキ
シマノ、ヘイズ、など
ローターの左右にピストンがあり、
両方から同時に挟み込む方式を対向ピストン方式と言う。
メリットとしてはパッドの引きずりの可能性が少ない事と、
両側から直接パッドを押す事によってタッチを良くしやすい事!

ピンスライド方式と比べても、ピストン径、キャリパー剛性、パッドなどが同一条件ならブレーキ力は変わらないです。
マグラ グスタフM
油圧で作動するピストンが片側のみの
キャリパーピストンスライド方式と言う。
ピストンが動く反力でキャリパーボディーが動き、
固定されているパッドと共にローターを挟み込む。

メリットとしてはピストンが一つない分、キャリパー自体がコンパクトになり
スポーク側のクリアランスも広く取れるのでトラブルも少なく、
キャリパー自体の軽量化にもなる。

対向ピストン方式と比べても、ピストン径、キャリパー剛性、パッドなどが同一条件ならブレーキ力は変わらないです。
機械式ディスクブレーキ
ヘイズ・メカニカルディスク、デオーレ・メカニカルなど
機械式のディスクブレーキは従来のレバーを使ったり整備のノウハウを流用し、簡素化出来るなど、実用面でメリットが多い。

ピストンを押し出し、パッドをローターに当てると言う点では
同じであるものの、構造は全く別物と言える。

機械式は片押しピストンにせざるをえず、ローターのしなりを利用して反ピストン側のパッドにローターを当てる事となる。
また、ピストンを押し戻す為に強力なリターンスプリングを内臓するなど、油圧式より機械的作動なので摩擦が多くなる。
↑の赤丸の構造
ワイヤーを引く事によってボールを動かし横方向に押し出す構造!
ちょっと複雑なテコの原理ですね。

ボールが転がる溝がテーパーになってるので動きがスムーズでガタも少なく
ピストンが動きます。

反面、構造上ブレーキを引くときはいいのですが戻るとき力が伝わり難い為
強力なリターンスプリングが必要となってきます。

その為ブレーキを引く力が必要で、
油圧ブレーキと比べるとブレーキのタッチ感が重いと思われます。
ディスクブレーキの作動式もいろいろ
制動力はどれも有効なディスクブレーキだと思います。

問題は整備性かな・・・

対向ピストン方式はキャリパ―内での作動なので外部からのトラブルは少ない反面、トラブルに気づかない可能性もあると思います。

対してピンスライド方式は片側がスライドするので整備もしやすいと思われます。
しかし外部からの衝撃、泥などでピンスライドの動きが渋くなる可能性もあるかと思います。

機械式は整備もしやすくていいのですが日ごろのメインテナンスが重要!
機械的な構造も摩擦が多くなるので〔ワイヤー内の摩擦等、キャリパ―内のスプリングの反発力など〕ブレーキのタッチ感も油圧と比較して重くなります。
でも、諸費用も安く購入出来るのでありがたいですね!

機械式と油圧式の最大の違いはテコの原理とパスカルの定理です。←これについては違う項目で説明します。
テコの原理〔機械式ブレーキ〕とパスカルの定理〔油圧式ブレーキ〕
油圧式ブレーキ〔パスカルの定理〕
力の大きさはレバー比〔半径の2乗〕
移動距離は1/面積比

左の図参照して見ると分かるように
仮にレバー側の半径が1と仮定しキャリパ―側の半径を3と考えると
パスカルの定理は半径の2乗になるので9倍の力になります。

面積は半径×半径なので半径3の場合9になります。
移動距離は1/面積比なので1/9になり
レバー側が9動くとキャリパ―側は1動く事になります。

簡単言えば少ない力で大きな力を生み出しますが
その分動かす長さは長くなります。

MTBのディスクブレーキの場合半径が1対3の対比かどうか分かりませんが
仮にそうだと考えるとブレーキとローターの間隔が1ミリ程度だと考えると
ブレーキ側で9ミリ動かせばパッドとローターが接地すると考えられます。
機械式ブレーキ〔テコの原理〕

力の大きさはレバー比〔倍数〕
移動距離は1/レバー比

左の図参照して見ると分かるように
仮に1対3の長さと例えると力の大きさはレバー比の倍数になるので3倍になります。

移動距離は1/レバー比なので1/3になり
3動かすと1移動する事になります。

上の油圧と比較すると力では負けてしまいますが
移動距離では勝ってます。

しかしMTBではブレーキパッドがローターに着いた時点で異動距離は
ほとんど必要としない為油圧ブレーキの方が有利だと考えられます。

理屈的に考えれば上の図を比較して見るとテコの原理でも1対9のレバー比すれば同じ力になるはずです。
もちろん摩擦抵抗などもありますが・・・・
実際に油圧に勝る商品がない所を見れば今の所、問題があると思います。
いろいろ考えられますが主に
キャリパー自体の剛性、素材の強度、コストなどの問題があると考えられます。
もし同じブレーキ力、コスト、ユニット自体の重量でも
構造が複雑になると思うので油圧に勝る物が出来ない限り実用化は難しいと言えるでしょう!
 
2ポッド?、4ポッド?
2ポッドと4ポッドのローターについて比較して見ます。

まず両方のパッドの表面積を比べると実際同じに近いです。
同じに近いと考えると当然ブレーキ力も同じですね!

ローターの外径が同じと考えれば4ポッドの方が有効です。
何故ならローター自体の重量を軽く出来るためです。
8インチクラスのローターになると重量も重く、タイヤ周りの軽量化はペダリングに影響大!

問題は熱に対してですね!
まず発熱の問題です。表面積の広い2ポッドは熱ダレし難くクーリングも早くクールダウン!
安定したブレ―キングが得られると思われます。

後はローター自体の耐久性ですね!
ブレ―キング時すごい熱になるので発熱を繰り返すと金属疲労になりやすいです。
リーディング効果
Vブレーキの際、重要な知識ですが、ディスクブレーキには無駄知識!
だってこの部分はデイズクブレーキは触れないし、変更出来ません。
まぁ、知識として考えて見ます。

リーディング効果とは
パッドの全体の前の部分がローターによって引きずられ、
後の部分でパッドの食いつきが良くなる効果!
いわゆる真剣白刃取り効果???

4ポッドの場合だと図の様にローター回転方向、
前部分が小さいポッドで後ろ部分が大きいポッドになってます。
圧力のバランスによって前で引きずって後ろで食いつきを良くする構造!

2ポッドの場合、ポッド自体にテーパーを付けてます。
効果は上同様です。

しかしリーディング効果はポッドの長さが長いほど強力になるので
4ポッドの方が有利だと考えられます。
もちろん圧力のバランスもあるので一概に言えませんが・・・f(^_^)ぽりぽり

余談としてはママチャリでブレーキしたらギー、ギーって鳴るのも
ブレーキパッドが適正にリムに当たってない為です。
2ポッド、4ポッドに付いては4ポッドの方がブレーキの性能面では上の様に思われます。
ただこれもポッドの圧力、バランスの問題、ローターの耐久性の問題、ローターの素材の問題、キャリパー剛性いろいろあるので一概に言えませんね!
特徴としては2ポッドの場合、ガツンって効くブレーキが多いと思います。
4ポッドの場合ジンワリ効くブレーキが多いです。
これに付いて関連性があるかは分かりませんがそう言った傾向にあると思います。

TOPに戻る   戻る