クルマ バイク

意外と知らない油圧のディスクブレーキやブレーキキャリパーの仕組み

キャリパー内部の図。ワタクシが書きました。

キャリパー内部の図。ワタクシが書きました。

 

ワタクシ
もはや高性能ブレーキの代名詞となっているディスクブレーキ。
バイクは小型車でさえ前後にディスクブレーキを装備しています。
※最近はチャリもディスクブレーキですな。
意外にもどういう仕組みで止まっているか知られていません。
今更聞けない人もいるようなのでワタクシが解説するのです。

 

アナタは油圧ディスクブレーキの仕組みを説明できるか?

 

ワタクシ
「油圧ディスクブレーキ。」という素晴らしいブレーキディスクのシステムがあります。
高性能でいいことづくめな感じですが、そのためにはいろいろ技術革新があったのです。
※ディスクのシステムというとすぐ我々世代はファミコンの話を始めたがるのは割る癖だ。メトロイド。

 

バイクや車の油圧ブレーキシステムの根底にあるのは、
「密閉された配管の中に満ちている液体に圧力をかけると均等に圧力がかかる。」
いわゆるパスカルの法則です。
※義務教育の理科の時間に寝てなければ知ってるはずですな。

難しく言うと、
密閉された空間の中に満ちた流体が静止している場合、

  • あらゆる地点の圧力は等しくなる。
  • 一部の流体の分子に働く力はあらゆる方向に等方的に伝わる。
  • 一部を加圧するとあらゆるポイントで圧力が等しくなる。
  • ということなのです。

    ゆえに、
    どこか一箇所の圧力を高めると、密閉容器内部全体の圧力を高めることができます。

    簡単にうと、
    「流体 + 密閉 + 静止 = あらゆる地点の圧力が等しい。」
    これがパスカルの原理です。

    密閉容器の中に満ちた静止している流体に20Paの圧力をかけると、密閉容器の中ではあらゆる地点が20Paになるということです。
    アンダスタン?

    この仕組みを使って、

  • ブレーキレバーを握ってマスターシリンダー内に圧力を発生させると、
  • ジョイント部やホースをその圧力が伝って、
  • ブレーキキャリパー内部の圧力を高め、
  • ブレーキピストンを押し出し、
  • ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付け、
  • 摩擦を発生させることで、
  • 制動力が生まれる。
  • ということなのです。

    これがざっくりした油圧ブレーキディスクシステムの概要です。

    だからマスタシリンダ内部に指一本で加えた圧力で、ブレーキが効くのです。
    アンダスタン?

    もうこれでわかんなかったら、もっと詳しいサイトに行くのだ。
    イメージできなきゃそれは想像力不足というんものなのだよ、諸君。

    ゆえに、
    油圧ブレーキ回路というのは完璧に密閉されてる必要があります。
    ※すごく厳密にいうとマスターシリンダーのリザーバータンクには空気の通路がある。これは密閉された回路の外にあるので問題なし。

    わずかでも密閉されていない場合、
    圧力はそこから逃げるのでブレーキレバーをいくら握ってもブレーキは効かないのです。

    わずかでも密閉空間に空気が入っている場合、
    圧力は空気の圧縮に使われるため、ブレーキレバーをいくら握ってもブレーキは効かないのです。

    怖いですな。

    だから、ブレーキ周りは基本的にプロしかメンテしてはいけないことになっています。
    ※止まらないバイクは絶対事故になるのですが、このブログの記事は全て自己責任で成り立っています。

    ちなみに・・

    現在市販されているバイクのほとんどに使われているディスクブレーキのディスクはステンレス製です。
    硬さと見た目の綺麗さで採用されています。

    Z1Rのリアブレーキディスク。

    Z1Rのリアブレーキディスク。


    ステンレス製だから重い、ともいえる。

    市販車初のディスクブレーキ装備のバイクCB750Four(K0)もステンレスディスクでした。

    でも車では「鋳鉄ディスク。」がブレーキディスクとして採用されていることが多いです。
    実はコストでも性能でもタッチでも「鋳鉄ディスク。」の方が優れているのですわ。

    でも「鋳鉄ディスク。」はもろに鉄なだけに超錆びやすいのです。
    ホイールでブレーキディスクを隠せるので錆びても目立ちにくい車と違ってバイクはむき出しです。
    「鋳鉄ディスク。」の表面は一日で錆びますよ。

    あんまり錆びるとカッコ悪いんですよ。
    ※昔のDUCATIには「鋳鉄ディスク。」装備でディスクが錆びまくってる車種がありましたが。

    あと「鋳鉄ディスク。」はすぐ減るんですよ。
    車のディスクローターはバイクと違って結構減っているものですよ。
    特に外車はすぐ減ります。

    あ、そうそう。
    ブレーキディスクがむき出しでないHONDAのインボードディスクシステムを採用したCBX400FとかVTとかVFとかはディスクが見えないので「鋳鉄ディスク。」でしたな。

    マスターシリンダーという仕組み

     

    ワタクシ
    ブレーキレバーでブレーキフルードという流体に圧力をかける仕組みがマスターシリンダです。
    ココは整備不良や経年劣化で油圧が抜けやすい箇所です。

     

    マスターシリンダは、バイクのハンドルのブレーキレバーの付け根についています。
    直系2cmくらいの円筒部のシリンダーを密閉するピストン、フルードのリザーバータンクで成り立っています。
    ピストンを押すことでシリンダー内に圧力を発生させます。

     

    Z750D1。他車のマスターシリンダを流用しても自然な感じに収めるのが好みです。

    Z750D1。他車のマスターシリンダを流用しても自然な感じに収めるのが好みです。


    今のバイクのマスターシリンダーはほとんどブレーキレバーの根元にありますね。

     

    分解して見るとわかりますが結構単純な作りです。

    単純なだけに、マスターシリンダ内の全てのゴムパーツ、シールがダメになるとすぐ液漏れしますよ。
    そうなるとブレーキは効かないってスンポーです。

    メンテナンスの目安はピストンとレバーが接触するあたりにあるゴムのダストシール。
    これが破けるとグリスが流れ出し、ゴミを吸い、錆を呼んで、シールを痛めて液漏れします。

     

    マスターシリンダーのダストシールが崩壊。

    マスターシリンダーのダストシールが崩壊。


    画像中央付近で崩壊しているのがダストシール。
    こりゃダメだ系。

     

    マスターシリンダーのダストシールは消耗品です。
    稼働するゴムパーツなので仕方ないのです。

    特にシリコングリスが切れるとあっという間に破けます。
    ※長くても数年でボロボロになります。

    このダストシールが破けると、すごく貧乏くさいので破けたら大人しく部品交換するといいですよ。

    マスターシリンダーの分解には、サークリッププライヤーが必須です。
    この工具がないとピストンを止めているCクリップ(C型止め輪ともいうそうな)がどうやっても外れないのでマスターシリンダからピストンを抜き出すことができません。

     

     

    10年も経ったらマスタシリンダのオーバーホールして各部パーツは交換してやったほうがいいですよ。

    その際、
    マスターシリンダのリペアキットは純正で用意されていることが多いです。
    バイクメーカーが違っても作ってるブレーキパーツメーカーは同じだったりしますし。
    ※メーカーではマスタシリンダは複数車両で 使いまわされたり 共用されていることが多く、古めの車種でも比較的欠品は少ないような気がします。

    ちなみに・・

    マスターシリンダにはフルード残量チェック用の樹脂製の窓がついてます。

    これ、古くなると樹脂が劣化してもろくなり、ちょっとしたきっかけで破れることがあるんですよ。
    ※出先でコケてこの窓が破れると怖くて走れたもんじゃありません。

    10年もすればこの樹脂の窓は白濁して内部のフルード残量なんて見れたもんじゃないという劣化状態になります。
    当然、強度も落ちます。

    マスターシリンダーの窓。

    マスターシリンダーの窓。


    樹脂が白濁するとどんなパーツでも非常に貧乏くさい。

    何より、この窓が曇っていると素晴らしく貧乏くさい。
    古いバイクをレストアする場合、まず間違いなくこのマスターシリンダの窓は白濁しています。

    今まではこの窓が曇ると窓単体ではパーツとして出ないので、新品のマスターシリンダーに丸ごと変えるしかなかったのですよ。
    最近は、この窓のパーツが楽天などで売られているのです。

    マスターシリンダー 点検窓
    created by Rinker

    取り外しも取り付けもコツが要りますが、これ新しくなると気分がいいのです♪

    ワタクシがセローを譲っていただいた埼玉の師匠、M氏はこの窓をシリコンコーキングで埋めてました。
    ※そりゃアンタらみたいなゲロ吐くまで林道 っていうか獣も通らないような山の中を 好んで走るような人はマスターシリンダも壊しますわな。

     

    シリコンで固められてるマスターシリンダが美しくない

    シリコンで固められてるマスターシリンダが美しくない


    これはこれで美しくない。

     

     

     

    ブレーキキャリパーという仕組み

     

    ワタクシ
    マスターシリンダにかけた圧をブレーキパッドを押し付けるピストンに伝達するのがキャリパーの役目です。
    ゆえに物理的に非常に頑丈にできています。
    ※キャリパー製造には長野の会社が有名ですよ♪以前、新幹線の上田駅ホームにはその会社のポスターが貼ってあったのですが。

     

    ブレーキキャリパーというのは、ブレーキディスクを挟むように設置されているゴツ目のパーツです。
    大抵外観からも、内部にある丸いピストン部がわかるような形をしています。

    コケても削れるだけで壊れないのがキャリパーです。
    それくらい頑丈にできています。
    というのも、内部の圧を逃がさないようにしてるからです。

    ステーは歪む

    キャリパ自体の強度がモノすごくあるのですが、ステーはそうでもありません。

    最近のキャリパーは汎用性を高めるために、ステーと別体式になってたりしますね。
    昔のステーはもっと頑丈だった気がするのですが、コスト削減なのか軽量化なのか知りませんが非常に華奢です。

    華奢とはいえ、それなりに頑丈で来ているはずのキャリパステーですが、
    激しくコケたりしてキャリパに衝撃が加わると、ステー部が変形することがあるようです。

    酷い場合は、ブレーキがかかったままとか、その逆とかになりかねません。
    効かないブレーキは怖いのでコケたらまずブレーキの動作確認をしましょう。

    キャリパとブレーキパッド、ディスクというのは1mmとか、もしくはそれ以下の隙間しかありません。
    キャリパはともかく、ステー部は結構簡単に歪むもんですよ。

    キャリパー内にはブレーキパッドを押すためのピストンが装填されています。
    一般的に、キャリパーはピストンが多い方が偉いとされているようです。

     

    Z750D1。フロントブレーキはキャリパー外してパッド確認するタイプです。

    Z750D1。フロントブレーキはキャリパー外してパッド確認するタイプです。


    型押しワンポッドでも十分。
    晴れてれば。

     

  • ピストンはが1個なのが、ワンポッドキャリパー。
  • ピストンはが2個なのが、ツーポッドキャリパー。
  • ピストンはが4個なのが、フォーポッドキャリパー。
  • ピストンはが6個なのが、シックスポッドキャリパー。
  • 2個以上になると、対向だったり方押しだったりしますな。
    ※経験上、対向ピストンキャリパーはメンテが大変です。

    複数ポッドになるとピストンの径は同型だったり、異形だったりもします。

    ワタクシに言わせれば、キャリパーのピストンは多くても別に偉い訳ではないのです。
    高価で高性能な6ポッドキャリパーでもピストンがキャリパー内に張り付いていて、実質4個しか動いてないとかザラにあります。

    その原因の多くは単にメンテナンス不足なのですが、
    メンテナンスする場合、ピストンの数だけピストンシールとダストシールが必要なのでメンテ と部品代 が大変なのです。
    ※ちょとしたことでビビる金額になるのが豪華装備のバイクですよ。

    ゆえに、
    公道を走るくらいで、そんな仰々しいキャリパーは不要なのです。
    6ポッドブレーキキャリパーの強烈なストッピングパワーが必要なバイクなんて危なくって。
    ※止まるのは加速するより100倍難しいのですよ。

     

    Z1系はここまでやっても雨ではブレーキが効きません。

    Z1系はここまでやっても雨ではブレーキが効きません。


    大損、とはいいませんが高い勉強代になりました。

     

    実際、ダブルディスクで方押し1ポッドキャリパーを二個付けたZ1-Rに対抗4ポッドのキャリパーつけてみましたが、
    すんごい高かった割に制動距離はさほど変らんし、雨天でも全然効かないし。
    だったら、メンテが楽で軽量な1ポッドキャリパーで十分。
    ※高いだけで失敗した買い物と言えましょう。

    ちなみに・・

    キャリパーのオーバーホールというと、

  • ピストン
  • ピストンシール
  • ダストシール
  • の三点を交換して可動部をグリスアップするのがセオリーです。

    ワタクシは最近まで、組付ける際はピストンシールにもシリコングリスを付けるのが普通だと思っていました。

    が。
    某バイク(VT250FH)のキャリパーのリペア作業をしているときに、メーカーに発注した新品のピストンシールにはグリスっけが全くなかったのです。
    ダストシールにはしっかりグリスが付いているにも関わず、です。

    これはどういうことか?

    ワタクシは心が広いので解説して進ぜよう。
    絵を描かないとさすがに説明しきれないのでエクセルで書いた。
    こういう画像はネットにはあんまりないのでワタクシが書くしかなかったのだ。
    ワタクシの時間を無駄にしないように長野に足を向けて寝ないレベルで感謝するように。

    キャリパー内部の図。ワタクシが書きました。

    キャリパー内部の図。ワタクシが書きました。


    ブレーキレバーを握らない状態です。
    キャリパボディ内に圧がかかっていません。
    Excelで作った力作です。
    めったにないので褒めてください。
    ブレーキかけたときのキャリパー内部。

    ブレーキかけたときのキャリパー内部。


    ブレーキレバーを握るとキャリパーに圧がかかってピストンが押し出されます。
    キャリパボディ内に圧がかかるとピストンが押し出され、ブレーキパッドがブレーキディスクと密着してブレーキが効きます。
    歪んでる黒い部分がキャリパーシールです。

    ブレーキレバーを戻すと圧が抜けますが、
    ピストンが定位置に戻る力は実は「ピストンシールのゴムの弾性が担っている。」のです。

    どういうことか?
    圧がかかるとピストンが押し出される際にピストンシールが変形しています。
    ゴムのピストンシールは圧が抜けると元に戻ろうとする。
    これがブレーキが解除されるシステムだということです。

    つまり、
    ピストンシールはグリス抜きでピストンと密着して滑らない状態が正しいのですよ。
    ※でもオーバーホールなどでピストンをキャリパに挿入する際、多少滑ったほうが作業性がいいのは確かなので、ちょっとシリコングリスを塗りたいところではあるのが悩ましいですが。

    ブレーキホースという仕組み

     

    ワタクシ
    純正ではいつまでたってもゴム製が採用されているのが不思議なブレーキホースです。
    ※外車は最初からステンメッシュホースが組まれてたりしますな。

     

    国産バイクのブレーキホースは コストとか使い勝手の良さからか ゴム製が多いです。
    もちろん、ブレーキホースもゴム製品なので耐用年数があります。
    ※まあ無頓着に10年、20年単位で新車時のゴムホース使ってる人もいる様ですが。

    ワタクシは、
    「純正ゴムホースの耐用年数が怪しい旧車こそステンメッシュホースにリプレイスすべき。」
    だと思っています。
    ※ステンメッシュホースはアルマイト加工があったりして、見た目がちょっと派手なので雰囲気に合わないということもありましょうが。

    とはいえ、
    20年もすれば、ゴムのブレーキホースはお役御免でもよいでしょうよ。

    旧車の雰囲気を壊したくない場合、純正ゴムホースに変えてもいいのですが、既に欠品のものもあるでしょう。
    似たような車格を持つ現行車種の純正ゴム製ブレーキホースを流用する方法もありますね。
    ※たぶん高くつきますが。

     

    KDX125SR。マスターシリンダーと派手なメッシュホース。

    KDX125SR。マスターシリンダーと派手なメッシュホース。


    このアルマイトが旧車には合いませんが、最近はブラックアルマイトの製品やシルバーのままの製品も多くなっています。

     

    ホースはマスターシリンダーからキャリパー迄の湾曲した長い距離をブレーキフルードの圧を逃がさないようにしてくれています。
    そのどこかが破綻した場合、ブレーキは全く効かなくなるということです。

    ブレーキホース関連で壊れやすい箇所は、

  • 取付け部バンジョー部分の付け根
  • 急角度に湾曲した部分
  • ハンドルをステアした際にカウルやメーターに擦れる部分
  • ボトム時にフェンダーなどのボディに触れる部分
  • こういう個所のゴムは局部的に薄くなっていたりしますよ。

    何らかの原因でゴムホースの一部が薄くなったり、ゴムの耐用年数が過ぎて劣化したりすると、内部の圧に耐えきれず、ホースのゴムが内部から膨らんでくるのです。
    こうなるといつブレーキが効かなくなってもおかしくありません。
    ※実際、当倶楽部の せっかくレストアしたのに置物になってる 旧FIAT500のブレーキホースはそうやって内部から膨らんで来たので廃棄したことがあります。

    ワタクシは、
    「旧車ほどブレーキホースはメッシュにすべき。」
    と思っています。

     

    ブレーキホースは消耗品。
    created by Rinker

    最近はメッシュのブレーキホースは安くなりましたな。
    昔は普通に1本1万円位したものです。
    とはいえ、
    安全にかかわる商品なのでGoodridgeやEarl'sみたいなメーカ品の方が安心できますね。高いけど。

     

     

     

    ちなみに・・

    ブレーキホースを純正以外のものに交換する場合、ホースの取回しには最新の注意を払いましょう。

    ブレーキホースは長すぎても短すぎてもよろしくないのです。
    長すぎると余剰分がどこに接触するかわからない。
    短すぎるとっすが伸びたときに突っ張ります。

    特にステンメッシュホースは固いので一度取付けると取り回し変更は面倒くさいのです。
    ※メッシュホースは固いし、製造時の癖がついてるものもあるので思ってるより真っすぐにならないものもあります。

    また、
    純正でハンドル周りやフェンダー付近にブレーキホースクランプやガイドがある場合はなるべく利用した方が無難です。
    サスストローク時などにホースがたわんで、タイヤなどに擦れたらホースは確実に傷みます。

    KDX125SR。オフ車はブレーキホースが長いのでクランプやガイドが付く車種が多いです。

    KDX125SR。オフ車はブレーキホースが長いのでクランプやガイドが付く車種が多いです。


    すべてのクランプやガイドには必ず意味があるのです。

    純正というのは大したもので、ホースがたわんでボディに接触しそうな箇所にホースクランプが設置してあったりします。
    大抵は金属ステーにゴムのグロメットがついてるようなクランプですが、これがいい仕事するんですよ。

    かといって、
    サスをストロークさせた時にホースが引っかかる様ならクランプの角度を曲げたりして調整しましょう。
    ※ホースが突っ張るようだと、最悪マスターシリンダかキャリパのホース取付け部が破損しますよ。破損すれば即ブレーキが効かなくなります。

    まとめ

     

    ワタクシ
    知ってるようで意外と知られていない油圧ブレーキの仕組みをパートごとにザックリと解説してみました。
    なんでブレーキレバーを握るとブレーキが効くのか?
    これで説明できますね。
    飲み屋で語って嫌われてください。

     

    テレビのスイッチを入れたらテレビが映る。
    PCのスイッチを入れたら勝手にOSが立ち上がる。

    こういうの、不思議に思わないといけませんよ。
    なんでも仕組みがあるのです。

    「俺のバイクは6ポッドキャリパーだぜ!すげえぜ!」
    とまあ、バイクや車のスペックを自分の強さと勘違いして吠えて可愛いのは高校生までです。
    ※ブレーキパッドは高いし、メンテナンス費は高いし、重いし、いいことない、と気が付くまであと5年はかかるでしょう。

    大人のライダーはちゃんと理屈がわかったうえで、仕組みと性能の良さを静かに納得するのがかっこいいのです。

    ブレーキの仕組みはわかっちゃえばすさまじく単純なのです。
    とはいえ、
    メンテナンスやオーバーホールの手を抜くと本当に事故になります。
    走らないバイクで人が死ぬことはありませんが、止まれないなバイクでは結構簡単に人は死んでしまうのです。

    ゆえに、
    ブレーキのメンテは自信が無ければプロに任せるのがセオリーです。
    ※セルフメンテは全部自己責任なのですが、止まれないのはマジヤバいので。

    というわけで、
    当記事の内容を踏まえたうえでVT250FHのフロントブレーキオーバーホール辺に突入します。
    レストア中のVT250FHは、こんなひどいブレーキはかつて見たことないレベルで大変なことになっています(´;ω;`)
    ※ブレーキ握ったらブレーキは解放されずそのまま一切押し引きできないレベル。もちろんピストンは固着気味。

     

    VT250FH。キャリパー片側。

    VT250FH。キャリパー片側。


    もうすごいのすごくないのって。

     

    震えて待て!

    ちなみに・・

    バイクのブレーキと違い、車のブレーキは倍力装置(ブレーキサーボ、ともいう)がついてたりしますね。

    バイクより圧倒的に重量がある車ですので 非力な女子供でも 軽いタッチでも機械的にサポートして強力に効くブレーキシステムが付いています。
    車やバイクってのは重けりゃ重いほど、慣性の法則で止まれなくなるんですよ。
    ※軽トラなんてブレーキサーボついてないので、薪を満載するとマジで止まらないですもん。

    ワタクシも昔は、
    「ブレーキなんて効くに越したことはない。」
    と思っていましたが ただでさえブレーキが効かないのにブレーキサーボを不具合で取っ払った ロータスヨーロッパに乗って考え方が変わりました。

    「細かいブレーキコントロールをしたい場合、ブレーキサーボはかえって邪魔。」
    なんですよ。

    ロータスヨーロッパの様なミッドシップは、前輪荷重が少ないので旋回するために意図的に前輪に荷重をかけたい時など、ブレーキを活用して走ります。
    前輪に荷重がかかると、ワタクシの様なヘタレがドライブしても旋回力が上がるのがわかります。
     絶対的な制動力はやっぱり足りませんが 走行中に車体を積極的にコントロールするならこれはこれで楽しいのです♪

    ロータスヨーロッパで、この急こう配のヘアピンを頑張るとすぐタイヤが鳴るのよ。

    ロータスヨーロッパで、この急こう配のヘアピンを頑張るとすぐタイヤが鳴るのよ。


    でも止まれる自信がないので あんまり 飛ばさない♪

    ゆえに飛ばさなくなります♪

    ワタクシは長い間、
    「バイクには物理的にスペースがないため、ブレーキサーボが付けられない。」
    と思っていました。

    でもバイクはコントロールを楽しむ乗り物です。
    ゆえに、
    「前輪後輪のコントロールを積極的に、ダイレクトに行うためにはブレーキサーボは不要。」
    で正解な気がします。

    とはいえ、
    ABSとか前後連動ブレーキとかコントロールすることを楽しむよりも楽したい方向に技術は進化しているように見えますな。
    フルブレーキングなんてしないような走り方をすればいいだけなのですが、なんか腑に落ちません。
    ※安全という大義名分があるにせよ、コントロールをちょっとずつ覚えていく過程が楽しいと思うのですが。

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    Z1-Rに乗り続けて30年
    東京から長野に移住して15年
    ロータスヨーロッパに乗り始めて10年
    そんなワタクシのリアル実体験「北信州のりもの倶楽部。」です。
    車・バイク共に旧車生活の長さや田舎への移住経験、気が付いたことを記事にしています。
     使えない&くだらない 知識量には自信があります♪

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    当倶楽部のオーナーはワタクシです。

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