ドラムブレーキの構造・仕組み

〔ドラムの半径と制動力の関係〕

　クルマが右から左方向に走っている時にブレーキをかけた場合を考えてみよう。アクセルから足を放した時はエンジンではなく、路面がタイヤを左方向に回転させていると考えられる。
　今、各タイヤにかかる駆動力が100kgで、タイヤの有効半径（アクスルの中心からタイヤの接地面までの距離）が0.3mの場合は、各アクスルに30kgーmのトルクがかかることになる。
　さて、30kgーmのトルクで回転しているタイヤ（アクスル）をライニングの作用で停止させるには同じ30kgーmのトルクを反対方向に加えなければならない。
　ところが、タイヤの場合は有効半径に対して力が加わるのに、ブレーキの場合はタイヤよりもはるかに小さなドラムに力を加える。たとえばドラムの半径が0.15mであれば同じ100kgの力を加えても15kgーmのトルクにしかならない。
　このアンバランスを解決するにはブレーキ・シューに200kg以上の力を加える必要がある。
　この計算でわかることは、径の大きいドラムを使えば、比較的小さな圧力をシューに加えても目的を達することができるが、ドラムの径が小さい場合は、ホイール・シリンダーに加わる圧力を大きくする必要がある。
　結果的にいえば径の大きなドラムを使ったほうが弊害が大きい。たとえば小型ドラムとくらべると強度が低くなりやすいし、またドラム自体の重量が重くなる上、タイヤとドラムの間のギャップが小さく放熱性が悪くなるなどの欠点があげられる。
　しかし、逆の小型のドラムを用いた場合は、シューをドラムに強い力で圧着させないと制動力を保てないので、どうしてもライニングの摩耗を早めてしまう。
　そこでドラム・ブレーキの設計者はタイヤの駆動トルクにマッチしたドラムを選ぶのに苦労し、またドラムにあったライニングの面積を決めるのに苦心しているわけだ。いうまでもなく、ライニングの消耗度はドラムの径だけではなく1センチ平方メートル当たりにかかる圧力によっても大きく左右される。

〔セルフエナージェイジングとは？〕

　乾いた舗装路とタイヤとの間の摩擦係数（ミュー）は普通0.8ぐらいであることは前にも述べた。ところで読者の皆さんはライニングとドラムとの摩擦係数はどれぐらいと予想されるだろうか。大多数の方はタイヤと路面の摩擦係数よりも大きい数値、たとえば0.85とか0.95と答えるに違いない。
　ところが実際にテスターにかけてドラムとライニングの摩擦係数を計ってみると0.3から0.45倍と非常に小さいことがわかる。
　このように小さな摩擦係数でどうして高速走行中のタイヤをロックさせることができるのだろうか。そのあたりにドラム・ブレーキの秘密がありそうだ。
　いま次頁のマンガのようにグラインダーが左方向に回転しているとしよう。そしてグラインダーに鋼鉄性のパッドをあてて回転を止めるには、どの方法が最適かを考えてみよう。
　Aのようにグラインダーのま横からパッドを押しあてたのでは、パッドが摩耗するだけで大きな制動力を期待できない。なにがなんでもグラインダーを停止させるにはパッドにグラインダーの回転力以上の力を加える必要がある。このやりかたがディスク・ブレーキの原理である。
　つぎにBのようにグラインダーと作業台とのすき間に右方向からクサビ形の鋼材を押し込んでみよう。相当な力で押し込んでも鋼材は手元のほうに押し返され大きな制動力は期待できない。このように、押し込んでも自然にはねかえされるような現象をセルフ・フリーリングといい、ドラム・ブレーキの場合は、トレーリング・シューがセルフ・フリーリング作用をする。
　さて、最後のCの場合は左方向からクサビ形の鋼材をグラインダーと作業台の間に押し込む。この方法だと鋼材に力を加えて押し込まなくても、グラインダーが回転するにつれて鋼材がグラインダーと作業台の間に吸い込まれるはず。そして最後にはクサビを打ち込んだような形になりグラインダーの回転を完全にロックしてしまう。
　このように大きな力を加えなくても自然的に大きな力に変化することをセルフ・エナージェイジング（自己倍力）作用という。そして、ドラム・ブレーキのシューのうち、このような作用をもつものをリーディング・シューと呼んでいる。
　これまでの説明からもあきらかなように0.3から0.45という小さな摩擦係数をもつライニングでも、ドラム・ブレーキではセルフ・エナージェイジング作用を利用して制動力を高めているわけだ。
　また、あえて制動力の低いトレーリング・シューを採用している理由は、前進時のセルフ・フリーリング作用が後退時にセルフ・エナージェイジング作用に変化することにある。
　このことはグラインダーの回転を逆転させてみれば、すぐに理解できるはずだ。