油圧ディスクブレーキのキャリパーの構造

前回のブログに続き今回も油圧ディスクブレーキのお話し。何故、ブレーキパッドが擦り減ってもブレーキレバーのストローク量が大きく(あまく・ゆるく)ならないのかを少し詳しく解説してみたいと思います。

まず、ブレーキレバーを握るとブレーキがかかる理由。レバーを握るとブレーキレバー(マスターシリンダー)側からブレーキキャリパー側へオイルが押し出されてキャリパー内のオイルの量が増えて圧力がかかってピストンがキャリパーの外側に押し出されます。ピストンによって押し出されたブレーキパッドが車輪に固定されているブレーキローターを左右から挟み込んで車輪の回転を止めます。次の模式図・キャリパーの断面です⇓。

≪ブレーキキャリパーの断面図≫ピストンを囲んでいるグレーの枠がキャリパーのボディ。内側の白い部分をブレーキフールド(オイル)が満たしています。

ココでのポイントは押し出されたピストンが、圧力がかかっていない元の状態(ブレーキレバーを握っていない状態)になった時に、元の位置に戻る理由です。押し出された時に変形したピストンを支えているピストンリング(←呼称はいろいろあります。図の赤色の部分)が元に戻る力が働いて、今度はキャリパー側のピストンがブレーキレバーを押し返す現象が起こります。これが握ったレバーを放すとブレーキが解放される理由です。

ブレーキレバーを開放すると変形していたピストンリング(図の赤い箇所)がもとの形状に戻って、また、ピストンが元の位置に納まる。
つまり、この変形量がブレーキパッドとブレーキローターのクリアランス(間隔)を一定に保っているということ。

模式図は断面図なので、イメージがしにくい方もいらっしゃると思います。実際の形状は下の画像のようにピストンが挿入されているOリング状の弾性のあるパッキン部分です⇓。

ちなみに、この図はAvidのスモールパーツリスト。ピストンリングがスペアパーツとして供給されています。ピストンの動きが悪い時などキャリパーのオーバーホール時に交換したりします。供給されていないメーカー(シマノなど)やブレーキキャリパーの分解ができないモデルもあるので、ピストンの動作に不具合が生じた場合、キャリパーまるごとの交換になるケースもあります。また、現実的には、キャリパーの分解OH作業工賃を考慮するとその方が安い場合も…。
左右のブレーキパッド間に挟んである昆虫的なシルエットの「押さえバネ」。この部品はパッドをピストンに固定する役割なので、このバネがピストンを押し戻している訳ではありません。ただし補助的な役割はあるので、このバネもヘタってくるとパッドとローターと干渉しやすくなることはあります。

以上、といった基本的な構造は理解していただけましたでしょうか。

では、ブレーキパッドが擦り減ってきた場合、どういった動きをしているのでしょう。次の図の黄色の部分がブレーキパッドです。最初の図よりもパッドが擦り減ってかなり薄くなっています。赤い部分(ピストンリング)の変形量には限界があるので、限界量を超えたところでもブレーキローターにパッドが届かないと、ピストン自体がスライドしてキャリパーの外側へさらに押し出されます。そしてローターにパッドが当たる位置まで来るとスライドが止まります。

この状態から、ブレーキレバーを開放すると、先ほどの理屈でピストンリングの変形量分だけ、またピストンがキャリパー内へ戻ります。ピストン本体がスライドした移動量は戻りません。これが常にブレーキパッドのクリアランス(間隔)が一定に保たれる理由です。パッドが擦り減った分だけ自動的にパッドが内側に出てくる仕組みになっています。

ピストンが外側に押し出されていますので、キャリパー内のブレーキフールド(オイル)の量が増えています。その分マスターシリンダー(ブレーキレバー)側のフールドの量が減りますがダイヤフラム(風船みたいなもの)構造がレバー側の減った分のフールド量を補うので、手元のブレーキレバーの位置も変わりません。つまり、基本的にブレーキパッドが少なくなってもライダーはブレーキレバーの操作感に変化を感じません。
実際にかなりすり減ったブレーキパッドを外した時のピストンの状態。キャリパー内側左右から出ている白い部分。かなり押し出されていますね。元に戻す方法は前回のブログを参照。

具体的にブレーキパッドがすり減ってきた時のトラブルは…

パッド残量が限界値を下回ると、

ピストンがスライドして押し出されてもブレーキローターまでパッド届かなくなります⇒当然ですがブレーキが全く効かない

パッドの台座(バックプレート)は固い金属ですので、バックプレートがブレーキローターにあたってしまうと、⇒ローターにダメージを与えてしまう。

点検を怠るとある日突然、こんなトラブルが起きることがあるので注意しましょう。日常の点検については前回のブログを参照。

それともう一つよくあること。パッドがすり減っていなくても起こる油圧ディスクブレーキの代表的なトラブル。車輪を外している時にブレーキレバーを握って左右のパッドがくっついてしまうことがあります

車輪を外している⇒ブレーキローターが左右のパッド間に設置されていない状態

キャリパーの外側に押し出されるピストンを受け止める壁が無いので、どんどんピストンが出てきてしまいます。そして、ピストンはピストンリングの変形量分しか戻りませんので、左右のブレーキパッドがくっついた状態になります。

輪行中のこんなトラブルに注意

輪行する際など要注意です。車輪を外した状態ではブレーキレバーを握ってはいけません。また、車輪を外している時は「パッドスペーサー」を挟むなどしてトラブルを避けましょう。

パッドスペーサー。車輪を外している時に、ブレーキローターの代わりに左右のパッドの間に挟んでおきます。

ディスクロードや油圧ブレーキ仕様のクロスバイクが最近増えてきていますね。これまでのリムブレーキとは勝手が違うところがいろいろとありますが、制動装置としての性能としては油圧ディスクは理想的な部品だと思います。製品として、それぞれの車種カテゴリーでMTB用のディスクブレーキとは違うアレンジもされています。また、こういう構造なのでワイヤー式に比べて調整の頻度は少なくて済みますし、油圧なのでブレーキのタッチも軽くて安定した制動力が得られます。メンテナンスはショップ任せと割り切ってもいいですし、トータル的に見て、スポーツサイクル全般「油圧ディスクは有り」の時代になってきている感じがしますね。

ディスクブレーキパッドの交換(油圧編)

すり減って限界を迎えたディスクブレーキパッド
上の写真と同型の新品のブレーキパッド

リムブレーキ(ワイヤー式)の場合、このくらいブレーキパッドがすり減っていれば、ブレーキレバーのストロークもかなり大きくなるのでパッドの消耗に感覚で気が付くと思います。しかし、油圧ディスクブレーキの場合は、レバーのストローク量がパッドの摩耗の限界を迎えるまで変わらないので要注意です。普段の調整が要らないのが逆にいいところですが…。定期的に点検をして交換時期を判断しましょう。例えばアルテグラ(BR-R8070)のユーザーマニュアルだとパッドの厚みが1.5㎜になったら使用を中止して販売店へ、と書かれています。ショップでの点検はもちろんですが、日常的にご自身でも、ある程度は目視ででも点検できますので、必ず定期的にチェックをしましょう。

ちなみにこの写真のブレーキパッドを外した状態のブレーキキャリパーの状態は写真下です。かなりピストンが押し出されいますね。

すり減ったブレーキパッドを取り外すと、こんな感じにピストンがかなり押し出されています

専用の工具を使ってピストンをもとの位置に戻す作業をします。マイナスドライバーなど平らなものがあれば専用工具が無くても作業は可能ですが、その際はパッドを傷つけないように注意してください(私自身マイナスドライバーで作業をしてパッドを割ってしまった経験があります…)。もし新しいパッドに交換をする工程であれば、古いパッドを取り付けた状態で押し戻す作業で段取りをした方がいいでしょう。

ピストンプレスを使って押し出されたブレーキパッドを押し込んでピストンの位置をもとの状態に戻します
心配不要。するとちゃんとピストンは元の位置に戻ってくれます

そして、新しいパッドを取り付けて、センタリングの作業(フレーム台座への取付位置の調整)をすれば基本的にOKです。

特に異常がない限りは、パッド交換時にブリーディング(オイル交換やエア抜き)の作業はしなくても大丈夫です。逆にオイル交換をする時には、もしパッドが古いようなら、そのタイミングで一緒にパッド交換をすることをおすすめします。多くの場合パッド摩耗は左右均一ではないですし、表面が斜めにすり減っている場合も多いので、正しくセッティングするためには、新品のパッドを使用した方が理想的です。

ディスクブレーキパッド交換作業工賃…2,000円(税抜)

※ブレーキパッド代金は別途

※1か所あたりの料金です

※ブリーディング作業、台座のフェイシング作業が必要な場合は別途