自動車のブレーキ

自動車は人や物を移動させる乗り物として設計されています。しかし、それと同じくらい重要な機能として、車を（素早く）停止させることもできなければなりません。

ますます高速化していく自動車の開発とともに、さまざまな制動システムも発達してきました。ブレーキの仕組みそのものに入る前に、まずは「なぜ自動車にはブレーキが必要なのか」というシンプルな問いから考えてみましょう。最初に思い浮かぶのは「速度を落としたり、停止したりするため」という答えでしょう。例えば、あなたの車の前を誰かが横断して衝突を避けたいときや、赤信号で停止しなければならないときなどです。ところが、この問いをもう少し掘り下げていくと、ブレーキは単に素早く止まるためだけでなく、より速く走るためにも必要だということが分かってきます。もしブレーキがなかったら、交通量の多い市街地や交差点、信号の多い道路では、衝突を起こしたりカーブで飛び出したりしないよう、非常に慎重に、そしてゆっくりと走らざるを得ません。ブレーキがあるからこそ、必要なときに減速したり停止したりでき、そのおかげで安心してスピードを上げることができるのです。例えば、前方300メートル以内に他の車両がいないと分かっていれば、その先でブレーキをかけられると知っているので、一時的に加速することもできます。つまり、ブレーキがあるからこそ、より速く走れるのです。この考え方の中には、「車の速度が上がれば上がるほど、より強力な制動力が必要になる」という論理も含まれています。

最初のブレーキ

最初のブレーキは、てこの仕組みを使って木製の車輪を囲む鉄の輪に押し付け、こすりつけるための、ただの木の塊にすぎませんでした（図参照）。このような方法で、古代ローマ人はすでに2000年以上前から自分たちの荷車を減速させ、止めていたのです。

1885年ごろ、走行時の快適性を高めるために、木製の車輪に巻かれていた鉄の帯が、無垢のゴム製バンドに置き換えられ始めた。この時点で、ブレーキとして使われていた木製ブロックは、もはや使用できなくなった。木製ブロックを使うと、無垢のゴムが傷んでしまうからである。無垢ゴム製バンドでは、木製ブロックの代わりに金属板が用いられるようになり、その例は、ロウマン・ミュージアムに展示されている1895年製Benz 5HP Phaetonなどで見ることができる。

1889年に初めて、後車軸または後輪に取り付けられた回転ドラムやリムの周りに巻き付ける形で、鋼鉄製のバンドやケーブルをブレーキとして用いたのはゴットリープ・ダイムラーであった。レバーを引くかペダルを踏み込むことで、バンドやケーブルの遊び側が引っ張られ、後車軸または後輪に取り付けられた回転ドラムやリムが減速される仕組みである。バンドには摩擦材が取り付けられ、多くの場合は革が使われたが、耐久性は高くなかった。約350km走行するごとに整備が必要であった。

ドラムブレーキ

1901年、ヴィルヘルム・マイバッハはドラムブレーキの最初のコンセプトを開発した。内部の摩擦材リングがローラーによってドラムの内側に押し付けられる仕組みである。このシステムは1903年のメルセデス・シンプレックス40馬力に採用されたが、成功には至らなかった。

その頃、1902年にルノーは、現在私たちが知っている最終的な形のドラムブレーキを開発しました。ルノーの機械式ドラムブレーキには、片側を支点として取り付けられた2つの湾曲したシューがあり、反対側はカムに当たる構造になっていました。レバー操作やブレーキペダルを踏み込むとカムが回転し、2つのシューをドラム内側の面に押し付けます（図参照）。その後に登場した油圧ブレーキでは、このドラムブレーキ内のカムはホイールシリンダーに置き換えられました。

当初は、前輪で制動するとスリップして車が制御不能になるおそれがあったため、ドラムブレーキは後輪にのみ使用されていました。

オランダのメーカーであるスパイカーは、1903年にスパイカー60 HP（図参照）で世界で初めて4輪すべてにブレーキを装備しました。その少し後には、他のメーカーも4輪ブレーキを採用するようになりました。ブレーキ力を調整しスリップを防ぐため、後輪の機械式ブレーキは運転席横のレバーで操作され、前輪のブレーキはブレーキペダルで作動させる方式が一般的でした。後輪ブレーキと前輪ブレーキをうまく連携させて操作するには、かなりの熟練と経験が必要であり、現代の私たちにはほとんど想像できないような運転操作だったのです。

最も印象的なドラムブレーキは、間違いなく1930年代にアウト・ウニオンやメルセデス・ベンツの「シルバーファイル」などのレーシングカーに採用されたものてした（写真は1937年式メルセデス・ベンツ W125）。

直径40cmの大型ドラムには、冷却性能を高めて「ブレーキフェード」を防ぐためのフィンとブレードが備えられていました。ブレーキフェードとは、ブレーキシューの摩擦材が高温になり過ぎて表面がガラス状になってしまう現象です。極端な場合にはブレーキドラム自体が歪んでしまい、その結果、制動力が大きく低下したり、最悪の場合まったく効かなくなってしまうこともあります。

油圧式ブレーキ

機械式で操作されるブレーキは、前輪と後輪に伸びる操作ロッドを用いるため重く、しかも頻繁な調整が必要になるという欠点かあった。1918年、この状況はスコットランド人マルコム・ローギードによる油圧式ブレーキの開発によって一変した。彼は自分の姓の発音を分かりやすくするため、1920年に名前をロッキードに変更し、同時に Lockheed Hydraulic Brake Company を設立した。機械式ブレーキと比べて、油圧式ブレーキは軽量て、必要なペダル力もはるかに小さく、4輪それぞれにかかる制動力もより均一に配分された。ロッキードの油圧システムは画期的な改良てあり、1921年に Duesenberg Model A に初めて採用された。1930年代には、油圧式ブレーキはほほ全ての自動車て標準装備となった。

ディスクブレーキ

トロンメルブレーキは高速走行時や頻繁な使用時に過熱しやすかったため、すでに1900年代初頭にはディスクブレーキの可能性が検討されていました。しかし、ブレーキディスクやブレーキパッドに適した素材などに関する知識が不足していたため、当時はうまく実用化できませんでした。

ダンロップが信頼性の高いディスクブレーキを開発し、ジャガーCタイプのレーシングカーに搭載したのは、ようやく1950年代初頭になってからだった。ディスクブレーキのおかげで、その時期のジャガーはル・マン24時間レースで大きな成功を収めた。1955年にはフランスで初めてシトロエンDS 19にディスクブレーキが採用され、1956年にはトライアンフTR3が、近代的なディスクブレーキを備えた最初の英国製量産車となった。ディスクブレーキを装備した最初のドイツ製量産車は、1961年のメルセデス・ベンツ220 SEである。現在ではディスクブレーキは一般的に使用されており、高速走行や重量のある乗用車では、前輪だけでなく後輪にもディスクブレーキが装備され、前輪にはしばしばベンチレーテッドタイプが用いられている。

ABSシステム

車の制動性能をさらに高めるため、特に濡れた路面や凍結路、雪道での性能向上を目的として、ABS（Anti-lock Braking System）が採用されました。これは、かつて熟練ドライバーが用いていた「ポンピングブレーキ」の技術を自動で行うシステムです。ABSの制御は、人間には不可能なほどの高速で行われます。このシステムにより、ブレーキをかけている間もタイヤが路面とのグリップを保ち、タイヤのロック（回転が止まること）や制御不能なスリップを防ぎます。その結果、車は操舵性を維持し、障害物を回避できるようになります。

ABS wa 1929 nen ni hatsumei sare, furansu no jidousha oyobi hikoki no pionia de aru Gabriel Voisin ni yotte hikoki sangyo de hajimete shiyo saremashita. ABS wa hikoki ni totte kakumeiteki de, buraeki no kiko o 30% kojo shimashita. Mata, rokku ni yoru taia no kajo netsu o yokusei suru koka mo arimashita. 1970 nen goro kara, Ford ya GM nado kara shoki no ABS tosaisha ga shijo ni arawareru yo ni narimashita.

回生ブレーキ

ブレーキのもう一つの原理は、電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる回生ブレーキです。従来のブレーキでは、摩擦抵抗によって運動エネルギーが主に熱に変換され、その熱は「廃熱」として利用されないまま失われます。回生ブレーキでは、電動モーターが発電機として働き、電気を発生させます。その電気を取り出すことで発電機に負荷がかかり、その抵抗がブレーキ効果を生み出します。ブレーキ時に発生した電気エネルギーはバッテリーに蓄えられ、その後、車を電気で走行させるために利用されます。このように、回生ブレーキは電気自動車やハイブリッド電気自動車の航続距離を伸ばすことにつながります。

回生ブレーキは、2009年からF1モータースポーツでも、いわゆるKinetic Energy Recovery System (KERS) として採用されました。KERSは、通常なら熱として失われてしまう制動エネルギーを蓄え、後で利用できるようにする仕組みです。エネルギーの蓄積は、フライホイールを用いる機械式の方式か、発電機とバッテリーを用いる電気式の方式で行われます。フライホイールまたはバッテリーに蓄えられたエネルギーは、必要なタイミングでF1カーの加速用の追加出力として再利用されます。ただし、このシステムは完全ではありません。KERSの設計が複雑であること、コンポーネントによって約35kgの重量増加が生じること、そして従来型の摩擦ブレーキが依然として必要であることなどが欠点として挙げられます。

KERSを搭載したF1カーの一例としては、トヨタTF109があります。

1903年には、電気トラムで既に回生ブレーキが使われており、その後は列車にも導入された。これは、走行用の電動機を発電機としても働かせることで、トラムを停止させたり下り坂で減速させたりする仕組みであった。これにより、トラム事業者には経済面と運行面の両方で利点がもたらされた。

自動車にとって良いブレーキが必要であり重要であるという事実は、全ての自動車メーカーに認識されていたわけではなかった。自分のブガッティのブレーキ性能がいまひとつだと不満を述べた顧客に対し、エットーレ・ブガッティは次のような印象的な言葉で答えた。「私は自分の車を走るために作っているのであって、止めるために作っているのではない！」。

この記事で紹介されている Spyker 60HP、Benz 5HP Phaeton、Toyota TF109 は、Louwman Museum で見ることができます。

アルフレッド・クーテン