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自転車の構造を学びたい!命を預けるブレーキの仕組みとは?

      2017/08/02

自転車の構造を学びたい!命を預けるブレーキの仕組みとは?

自転車は単純な構造で動いている、と思っている方も多いのではないでしょうか?

そういう私も昔は簡単な構造だと思っていましたが、意外と複雑だったりします。

ブレーキひとつ取ってみても、「レバーを握れば止まるもの」くらいの認識でしたが、様々な箇所が連動して動いて効いているものなんですね。

そこで今回は、ブレーキを中心に自転車の構造を考えてみたいと思います。

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自転車の構造について

では、まず基礎の基礎から確認するということで、自転車の構造について簡単にお話したいと思います。
精通している方には、つまらない内容かもしれませんが。

自転車は本体であるフレームと、それに付属する部品で構成されています。

大ざっぱに言えば、フレームにハンドル・ブレーキ・サドル・車輪・クランク・ペダルを付ければ走れるようになります。

自転車はペダルを漕ぐことで動力を車輪に伝え、車輪が回ることで前に進みます。

自転車のペダル(クランク)は、チェーンによって後輪とのみ繋がっているので、人力で動かせるのは後輪だけで前輪は惰性で動いています。

自転車の動きを止めるということは、車輪の回転を止めることなので、ブレーキは車輪のそばに付いています。

後ほど詳しく触れますが、ブレーキには大きく分けてリムブレーキとディスクブレーキの2種類があり、共に車輪の回転を止めるという原理は同じですが、方法が少し違います。

実に大雑把なまとめではありますが、これが自転車の基本的な構造になります。

自転車のブレーキの構造~リムブレーキ編~

さて、ここからはブレーキの構造について、詳しくお話していきます。

先述したように2種類のブレーキの内、一般的なのはリムブレーキです。

リムとは、車輪(ホイール)にタイヤをはめるための外側の輪っかのことです。

多くのリムは、アルミなどの金属でできていますが、高価なホイールになるとカーボン製のリムもあります。

このリムをゴムや樹脂で作られたシュー(パッド)という部品で左右から挟み付けて、摩擦を起こして回転を止めるのが、リムブレーキの仕組みです。

ロードバイクやママチャリの前輪などに使用される「キャリパーブレーキ」、クロスバイクに使用される「Vブレーキ」、昔のMTBに良く使用された「カンチブレーキ」などが、代表的なリムブレーキになります。

同じ原理を持ちながら、自転車の用途によってブレーキも種類分けされるので、リムブレーキの中でも数種類あります。

リムブレーキ編・続き

自転車のリムブレーキの中で最も普及しているのが、ロードバイクに搭載されているキャリパーブレーキです。

構造を言葉で説明するのは難しいですが、本体に取り付けられた左右2本のアームが真ん中の軸に交差する形で固定されています。

そのアームをワイヤーで上に引っ張り上げると開いていたアームが閉じ、先に付いているブレーキシューがリムを挟み付けるという仕組みになっています。

そのため、このアームとブレーキレバーを繋いでいるワイヤーの調整が上手くいかないと、制動力が落ちてしまいます。

一方、クロスバイクやMTBに使用されることが多いVブレーキですが、制動原理はキャリパーブレーキと同じでシューがリムを挟み付けるのですが、構造が少し違います。

左右2本のアームは交差はせずに上部がワイヤーで繋がっており、上に引っ張り上げられることで閉じる仕組みです。

そのぶんアームが長く、てこの比率が大きくなるので、キャリパーブレーキよりも制動力が強いのが特徴です。

キャリパーブレーキとVブレーキの比較

キャリパーブレーキとVブレーキは同じリムブレーキでも構造が違うので、適している自転車も違ってきます。

キャリパーブレーキのメリットは、アームを内側に交差させて取り付けるために、外に張り出すことがなく、ブレーキ自体も小さくできます。

また、構造がシンプルなので調整がしやすいです。

デメリットはメリットと逆で、内側に交差させているぶん、タイヤとの隙間が狭くなりますので、太いタイヤや幅の広いリムが使用できません。

また、間隔が狭いので、泥や異物が挟まりやすいのもデメリットと言えるでしょう。

さて、一方のVブレーキですが、メリットは制動力が強いことに加え、アームが交差せずに垂直に上に伸びています。
そのため、タイヤとの間隔を広く取ることが可能で、太いタイヤが履けます。

また、泥や異物が挟まりにくいのがメリットです。

もうここまでくればお分かりかもしれませんが、Vブレーキのデメリットはキャリパーブレーキのメリットの真逆です。

Vブレーキは外に張り出さざる得なくなり、ブレーキ自体を小さくもできないですし、左右に分かれているので調整も面倒ということです。

上記の理由から、細いタイヤを使用し、泥詰まりなどの心配がない舗装路を走ることが多く、スピードコントロールがしやすいキャリパーブレーキが、ロードバイクに搭載されています。

一方、太めのタイヤを使用し、悪路をガンガン走り、しっかり止まる必要のあるMTBやクロスバイクにはVブレーキが搭載されています。

自転車のブレーキの構造~ディスクブレーキ編~

さて、将来的には自転車のブレーキの主流になるのではないかと目されているのが、ディスクブレーキです。

ディスクブレーキは車の前輪ブレーキに採用されており、制動力の強さが特徴です。

構造は、ホイールのハブにローターと言われる円盤型のディスクを取り付け、それをブレーキパッドで挟みつける構造になっています。

ディスクブレーキには機械式と油圧式がありますが、機械式はリムブレーキと同じように、ワイヤーでブレーキシューを操作する方式です。

油圧式は油圧が高まって、先にパッドが付いているピストンを押し出すことで、パッドがディスクに押し付けられる仕組みになっています。

リムブレーキと比較すると、タイヤから遠い場所でブレーキングが行われるため、水分や泥に左右されることが少ないので、常に安定した制動力が得られます。

ディスクブレーキになる可能性がある

ディスクブレーキは構造上、ローターとブレーキ本体の2つの部品を必要としたり、スポークの本数を多くしなければならないので、どうしても車重を重くしてしまう要因にはなります。

そのため、軽さを追求するロードバイクには不向きとされ、搭載は見送られてきました。

しかし近年、ロードバイクにもディスクブレーキが搭載され始めてきたのですが、その背景にはあまりにも色々な部分を軽量化しすぎた反動があります。

現状のプロのロードレーサー車は重量制限があり、6.8㎏以上にしなければなりません。

しかしフレームをはじめ、余りにも軽量化したために、重りを付けなくては制限を超えることができない状況にあります。

そこで導入され始めたのが、ディスクブレーキという訳です。

プロのロードレースのルールに「市販されている」機材を使わなくてはならないという物があります。

ですから、プロレースに自転車を提供している各メーカーも、ここぞとばかりにディスクブレーキモデルを投入してくると思われます。

実際に、今年2017年にモデルチェンジされたシマノの人気コンポ「アルテグラ」にも、ディスクブレーキモデルが投入されました。

レースで結果を残すことになれば、機運が高まって、一気に主流になる可能性まであると思います。

ブレーキの未来

自転車の中でも、ロードバイクは今や自動車並みのスピ―ドが出るものもあります。
そのため、ブレーキにも強い制動力が求められる時代が来ているのかもしれません。

ディスクレーキには、まだまだ課題もありますし、根強い不要論もありますが、今後どうなっていくのか興味深く見ていきたいと思います。

 - 自転車 ブレーキ