自転車がその機能を果たすためには、いくつかの動作が必要になります。
自転車の機能とは、走ること、曲がること、止まることが操作できる必要があります。
この中で、止まることについて、ブレーキの種類や、その原理についてご説明していきます。
自転車はどうしたら止まるの？
公道を走行する自転車に必ず装備されていなくてはいけない機能として、ブレーキがあります。
自転車を止めるためには、このブレーキが作用していますが、どのような状態になると、自転車は停止することができるのでしょうか。
自転車を停止させるには、車輪の回転を止める必要があります。
車輪の回転が停止すれば、自転車本体は前に進むことができなくなるため、自転車本体も停止することになります。
この車輪を止めるという行為を行うために、一部の競技用の自転車を除き、必ずブレーキが搭載されているのです。
ブレーキには、自転車の走行を止める役割以外にも、スピードをコントロールする役割があります。
自転車にはかかせないブレーキですが、どのような種類があり、どのような原理で、車輪を停止させているのでしょうか。
自転車に使われるブレーキの種類
自転車に採用されているブレーキは、有名なもので2種類あります。
それぞれのブレーキには特徴があり、車輪を停止させる方法も異なります。
そのため、自転車の種類に合わせ、それぞれの異なるブレーキが採用されています。
では、自転車のブレーキにはどのような種類があるのでしょうか。
最も馴染みのあるブレーキに、ハブブレーキがあります。
どのようなブレーキかというと、子供用の自転車やシティーサイクルの後輪に使われているブレーキです。
ホイールの中心にあるハブの中にバンドが取り付けられています。
そして、このハブブレーキと同じくらい馴染みのあるものにリムブレーキがあります。
このブレーキも、子供用の自転車やシティーサイクルの前輪のほか、スポーツバイクなどに最も多く採用されているタイプのブレーキになります。
ホイールのリムをブレーキシューで挟みこみ、車輪の動きを止めるタイプです。
それぞれのブレーキには特徴があり、目的別に採用されています。
では、それぞれのブレーキの特長と原理についてご説明していきます。
ハブブレーキの原理
最もよく見かけるブレーキの種類のひとつのハブブレーキについて、細かくご説明します。
自転車のホイールには、中心にハブが付いています。
このハブに連結するような形でブレーキが取り付けられているのが、ハブブレーキになります。
また、そのハブブレーキの中でも大きく分けると、バンドブレーキ、サーボブレーキ、ローラーブレーキの3種類があります。
この中でも比較的お手頃な値段のママチャリには、バンドブレーキが取り付けられていることが多いです。
それでは、バンドブレーキの原理をご説明します。
ハブに直接取り付けられている金属の円盤があり、円盤内にバンドが巻かれていています。
このバンドの一方は固定されていて、もう一方がブレーキレバーのワイヤーの接続された金具に固定されています。
自転車が走行しているときには、このバンドは金属の円盤に触れることなく、それぞれが単独で配置されています。
しかし、ブレーキレバーを引くことによって、ブレーキレバーに繋がっているバンドが引っ張られます。
バンドが引っ張られると、金属の円盤をバンドが掴むような配置になります。
掴まれた円盤は、バンドと摩擦を起こし、停止します。
この動きがバンドブレーキの制動力の原理になります。
このバンドが劣化してくるとブレーキが音を出して、ブレーキの効き目も低下してきます。
また、サーボブレーキは、見た目はバンドブレーキと似ています。
しかし、音鳴りが少ない構造となっています。
原理としては、バンドブレーキのようにバンドで抑え込むのではなく、円盤内にあるブレーキシューでブレーキドラムを抑える構造です。
最後にローラーブレーキです。
高価な自転車に取り付けられることが多く、音鳴りはほとんどしません。
このローラーブレーキの原理は、見た目は小さめの円盤となっており、その中にブレーキシューとローラーが入っています。
このブレーキシューの外側にドラムがあり、回転しているところにレバーを押すと内側のローラーがブレーキシューを外側へ押し出され、ブレーキシューがドラムに接触して制動します。
このような原理となっています。
それでは、次にリムブレーキの原理を見ていきましょう。
リムブレーキの原理
シティーサイクルからスポーツバイクまでの幅広い自転車に、第一線で活躍しているブレーキにリムブレーキがあります。
続いて、リムブレーキの原理についてご説明していきます。
ハブブレーキでは、ホイールのハブに取り付けられた金属の円盤を掴んで制動力を生み出していました。
しかし、リムブレーキは、ホイールのリムを直接掴むことで制動力を生み出しています。
リムブレーキの中には、さらにいくつかの種類があり、キャリパーブレーキやVブレーキ、カンチブレーキがその代表的な種類です。
制動方法の原理としては、ブレーキシューの取り付けられているアームがブレーキレバーとワイヤーを介して接続されているという点では、それぞれ一致しています。
ブレーキレバーを引くことにより、ブレーキのアームが動き、ブレーキシューがリムを挟み込む構造になっています。
どこが異なるのかというと、このブレーキシューが取り付けられているアームの固定方法が異なります。
キャリパーブレーキは、ブレーキ本体が単独で存在し、ボルト1本で固定しています。
このキャリパーブレーキの特徴は、軽量に作られていてコンパクトな設計をしています。
そのため、スポーツバイクに多く採用されていますが、制動力は他のリムブレーキに比べて、少し弱くなります。
また、間に入るタイヤのサイズにも制限がかかる場合が多いため、あまり太いタイヤは入れることができません。
Vブレーキは、ブレーキシューの取付けられているアームが、それぞれスポークに固定されていて、ブレーキレバーを引くと左右のアームが同時に動くようになっています。
キャリパーブレーキに比べ、制動力は高くなります。
また、ブレーキシューとタイヤの間のスペースが広く取れるため、太いタイヤにも対応しています。
もともとマウンテンバイク用に開発されているので、太いタイヤへ対応すること、また制動力が必要なシーンに活躍します。
最後にカンチブレーキです。
このカンチブレーキは、前述したVブレーキの元祖と言われています。
Vブレーキよりもアームの長さが短く、泥はけの良さが特徴です。
そのため、シクロクロスなどのオフロードを走行する車種に採用されることが多いです。
最近のブレーキでは、Vブレーキとカンチブレーキが採用されにくくなってきています。
その原因としては、次にご紹介するディスクブレーキの登場により、需要が減ってきてしまったことによります。
ハブブレーキの最新鋭！ディスクブレーキの原理
自転車のブレーキの種類にハブブレーキのことをご紹介しましたが、このハブブレーキもスポーツ自転車に使われることがあります。
それは、バンドブレーキ、サーボブレーキ、ローラーブレーキではありません。
ディスクブレーキというブレーキで、最新のスポーツバイクなどに搭載されることが多くなってきているブレーキです。
それでは、ディスクブレーキの原理と特徴をご説明します。
ディスクブレーキは、ホイールに専用のディスクを取り付けて、このディスクをブレーキパッドで挟み込んで車輪を停止させます。
ブレーキパットは、ディスクを部分的に覆うようなキャリパーを取り付けて、その中に収納されています。
このパッドの出し入れは、機械式の場合にはワイヤーを介して行われ、油圧式の場合には取り付けられたホースの中に充填されているブレーキオイルの油圧により行われます。
ディスクブレーキの最も大きな特長は、その制動力の高さにあります。
他のブレーキに比べて、制動力が格段に向上しています。
しかし、ディスクを取り付けるための専用のホイールが必要であったり、キャリパーの重量が増えてしまうなど、ロードバイクにはまだ採用されるケースが少ないです。
しかし、マウンテンバイクやシクロクロスなどには、制動力の高さと制動力を生むパッドの部分が、ホイールの中央付近にあり、路面の状態の影響を受けにくいことから採用されるケースが増えてきています。
そのため、前述したVブレーキやカンチブレーキに変わるブレーキとして注目を集めています。
今後、ディスクブレーキを搭載したロードバイクも増えてくるのではないでしょうか。
自転車のブレーキのメンテナンス方法
これまで、それぞれの種類のブレーキがどのように車輪を止めているのか、その原理をご説明してきました。
様々な種類のブレーキがありましたが、どのブレーキでも何らかの方法で自転車の車輪を摩擦利用して停止させているということが共通しています。
そのため、ブレーキをメンテナンスする上で、この摩擦を確実に発生させるということが重要になってきます。
まずはハブブレーキです。
その中でもバンドブレーキです。
このブレーキは、カバーで覆われているため、内部にほこりなどが入りにくい構造です。
そのため、摩擦が減る最も大きな原因はベルトの劣化があります。
音が鳴り、ブレーキの効きが悪くなったらベルトの交換も考えられますが、この種類のブレーキは安価なため、ブレーキ一式を交換してしまうことが最も現実的です。
次に、リムブレーキです。
リムとブレーキシューの間に油やほこりが付着すると、ブレーキの効きが悪くなります。
そのため、この摩擦を発生する個所を綺麗に掃除しておく必要があります。
また、ワイヤーの引き代の調節が必要になってきます。
このほか、ブレーキの効きが悪くなり、ブレーキシューのゴムがすり減ってきたら、ブレーキシューのみの交換でブレーキの効き具合が改善されます。
最後のディスクブレーキについてですが、このブレーキもホイールに取り付けられたディスクとパットの摩擦により、車輪の回転を止めます。
そのため、ディスクの油や付着したほこりは綺麗にしておく必要があります。
また、油圧式のディスクブレーキについては、ワイヤーの代わりに油を使うため、この油に空気が混入すると油圧がかからずブレーキの効きに悪影響を与えます。
定期的にエアー抜きを行い、常に十分な油圧が作動することを確認しておく必要があります。
自転車のブレーキの原理は摩擦で車輪を止める！
自転車のブレーキは、各種類とも全て摩擦で車輪を止めることにあります。
その止め方は、ベルトやブレーキシューもしくはパッドを使いますが、全てにおいて摩擦を利用した原理に基づいてその機構が設計されています。
この摩擦が十分に発揮されるようにメンテナンスにも気を付けましょう。
