クルマの安全性支える！ブレーキ摩擦材の基礎知識
車を知りたい
先生、ブレーキ摩擦材ってなんですか？難しそうな単語がいっぱいでよくわからないです。
自動車研究家
そうだね、ブレーキ摩擦材は少し難しい言葉だね。簡単に言うと、ブレーキをかけたときに、タイヤの回転を止めるために直接こすれる部品のことだよ。例えば、自転車のブレーキをかけたときに、リムをギュッと挟むゴムの部分を想像してみて。
車を知りたい
ああ！自転車のブレーキのゴムの部分みたいなものですか！なんとなくわかりました！でも、なんで摩擦材にはいろんな種類があるんですか？
自動車研究家
いい質問だね！ブレーキ摩擦材は、車の種類や、走る環境によって求められる性能が違うんだ。例えば、重い車と軽い車では、止まるために必要な摩擦力が違うよね？だから、材料や作り方を変えて、それぞれの車に合ったブレーキ摩擦材が作られているんだよ。
ブレーキ摩擦材とは。
「ブレーキ摩擦材」とは、ブレーキシステムにおいて、ブレーキシューやブレーキパッドの一部として、ドラムやディスクに直接接触し、摩擦によって制動力を発生させる部品です。
摩擦材には、以下の様な性能が求められます。
1. 適切な摩擦係数を持ち、様々な使用状況下でも安定した制動力を発揮すること。
2. 高温や強い力に耐えうる、十分な強度を持つこと。
3. 長寿命で、接触する部品に損傷を与えないこと。
4. ブレーキ鳴きやジャダーといった、不快な振動を起こさないこと。
摩擦材には、有機系と無機系の二種類があります。自動車では、主に有機系摩擦材が使用されています。有機系摩擦材は、繊維を基材に、様々な添加剤を加え、熱硬化性樹脂で固めた複合材料です。かつてはアスベストが主な基材でしたが、発がん性が問題視され、使用が禁止されました。現在では、アラミド繊維や無機繊維を用いたノンアスベスト摩擦材が主流となっています。欧米では、スチール繊維を用いたセミメタリック系摩擦材も広く使われています。
一方、無機系摩擦材は焼結合金が主流で、二輪車、新幹線、航空機などに使用されていますが、自動車には採用されていません。
レーシングカーでは、高温でも安定した制動力を発揮し、軽量化にも貢献する炭素繊維強化材料(CCコンポジット)が、パッドやローターに用いられています。
ブレーキ摩擦材の役割とは？
クルマを安全に止めるために欠かせないブレーキシステム。その中でも、ブレーキ摩擦材は重要な役割を担っています。 ブレーキ摩擦材は、ブレーキをかける際に発生する摩擦力を利用して、運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、クルマの速度を落とす役割を担っています。
私たちが普段何気なく踏んでいるブレーキペダルですが、その奥ではブレーキ摩擦材が重要な役割を果たしているのです。
摩擦材に求められる性能とは？
クルマのブレーキシステムにおいて、摩擦材は制動力を生み出すために非常に重要な役割を担っています。この摩擦材には、ただ単に摩擦を起こせば良いというわけではなく、様々な性能が求められます。
まず、安定した制動力を発揮することが求められます。これは、高温や低温、あるいは雨天時など、様々な状況下でもブレーキの効きが大きく変化しないことを意味します。急な停止が必要な場面でも、ドライバーが安心してブレーキペダルを踏めるように、摩擦材は常に安定した性能を発揮する必要があります。
また、耐久性も重要な要素です。摩擦材は、ブレーキをかけるたびに摩耗していく消耗品ですが、あまりにも早く摩耗してしまうと、頻繁な交換が必要となり、経済的にも負担が大きくなってしまいます。そのため、長期間にわたって安定した性能を発揮できるような耐久性が求められます。
さらに、快適性も重要な要素です。ブレーキをかける際に、異音や振動が発生すると、ドライバーにとって大きなストレスとなります。摩擦材は、これらの不快な音を抑え、スムーズな制動を実現することで、快適なドライブをサポートする役割も担っているのです。
有機系摩擦材の種類と特徴
ブレーキパッドやブレーキライニングに使用されている摩擦材には、いくつかの種類があります。中でも、アスベストに代わる安全な素材として主流となっているのが有機系摩擦材です。ここでは、有機系摩擦材の種類と、それぞれの特徴について解説していきます。
一般的な有機系摩擦材は、大きく分けて「NAO材」「ローメタール材」「セミメタール材」の3種類に分類されます。
まずNAO材は、ノンアスベストオーガニック材の略称で、アスベストを含まない有機繊維やゴム、樹脂などを主成分としています。 NAO材は、摩擦係数が安定しており、ブレーキの鳴きや振動を抑えられることがメリットです。
一方、ローメタール材は、NAO材に少量の金属を加えた摩擦材です。 NAO材よりも耐熱性や耐摩耗性に優れているため、スポーツ走行など、より高い制動力が必要な場合に適しています。
そして、セミメタール材は、金属成分の割合が30～50%と、有機系摩擦材の中でも特に高いのが特徴です。 高い制動力を発揮するだけでなく、放熱性にも優れているため、過酷な条件下でも安定したブレーキ性能を発揮します。
このように、有機系摩擦材はそれぞれ異なる特性を持つため、車種や走行条件に合わせて適切な種類を選ぶことが大切です。
無機系摩擦材の特徴と用途
無機系摩擦材は、アスベストを含まない環境に優しいブレーキ材として知られています。主な成分は、金属繊維やセラミック繊維、カーボン繊維、そして樹脂などです。
無機系摩擦材の最大の特徴は、高温時でも安定した制動力を発揮する点です。そのため、スポーツカーやレース車両、あるいは大型トラックやバスなど、高い制動力と耐久性が求められる車両に最適です。
また、摩擦による摩耗が少ないため、ブレーキダストの発生量が少なく、ホイールを綺麗に保つことができます。これは、近年注目されている環境問題にも貢献しています。
さらに、耐フェード性に優れていることも大きなメリットです。フェードとは、ブレーキの使い過ぎによって摩擦材が過熱し、制動力が低下する現象のこと。無機系摩擦材は、このフェード現象が起こりにくいため、長時間のブレーキングでも安心して運転することができます。
未来のブレーキ摩擦材
日々進化を続ける自動車技術。環境性能や自動運転技術に注目が集まりがちですが、ブレーキシステムの進化も忘れてはいけません。特に、摩擦材はブレーキの性能を左右する重要なパーツです。
近年では、従来の素材よりも環境負荷が低く、かつ高い制動力や耐久性を備えた、次世代のブレーキ摩擦材の開発が進んでいます。例えば、銅を含まない「ノンカッパー」素材や、植物由来の有機繊維を活用した素材などが注目されています。
これらの新素材は、環境保全に加え、ブレーキダストの削減といった効果も期待されています。ブレーキダストは、大気汚染や健康への影響が懸念されているため、その削減は重要な課題となっています。
未来のブレーキ摩擦材は、安全性と環境性能を高い次元で両立させ、持続可能な社会の実現に貢献していくことが期待されています。