2023 年度自転車等研究開発普及事業
事業実施報告書

キャリパーブレーキ用
ブレーキシューの摩耗調査 [第 4 報]

一般財団法人 自転車産業振興協会 技術研究所

目次
1.事業実施の背景と目的....................................................................................................................2
2.これまでの調査結果........................................................................................................................3
2.1 リムの材質（硬さ）がシューの摩耗に与える影響について .............................................3
2.2 リムの摩耗がシューの摩耗に与える影響について .............................................................4
2.3 制動力がシューの摩耗に与える影響 .....................................................................................4
3.供試品について ...............................................................................................................................5
3.1 シュー摩耗試験で使用したシュー、リムについて .............................................................5
3.2 ブレーキアームについて.........................................................................................................6
4.シュー摩耗試験 ...............................................................................................................................7
4.1 試験条件 ....................................................................................................................................7
4.1.1 シュー摩耗試験条件..........................................................................................................7
4.1.2 制動時のブレーキアームひずみ測定条件 ......................................................................8
4.2 シュー摩耗試験結果.................................................................................................................94.2.1 レバー操作力の推移..........................................................................................................94.2.2 シュー摩耗量....................................................................................................................10
4.2.3 シュー制動面摩耗推移....................................................................................................10
4.2.4 リム制動面の摩耗推移.................................................................................................... 11
5.考察 .................................................................................................................................................15
5.1 アームの構造がシュー摩耗に与える影響 ...........................................................................15
まとめ ................................................................................................................................................16
6.参考 シューの耐久性に関する要求事項の検討 ......................................................................17
6.1 目的 ..........................................................................................................................................17
6.2 シューの耐久性に関する要求事項について .......................................................................17
6.3.ブレーキの耐熱性試験を用いたシュー摩耗試験について ...............................................19
6.3.1 ブレーキの耐熱性試験について ....................................................................................19
6.3.2 試験結果 ...........................................................................................................................20
6.3.2.1 シュー摩耗量.............................................................................................................20
6.3.2.2 制動力及びレバー操作力の推移 .............................................................................21
6.3.2.3 シュー制動面プロファイルの結果 .........................................................................21
6.2.3.4 耐熱性試験直後のリム制動面表面温度 .................................................................23
参考まとめ ........................................................................................................................................24

1

1.事業実施の背景と目的
JIS D 9301:2019（一般用自転車）の 5.2.5 制動性能ではブレーキの制動性能についての要求事項が、JIS D 9313-2:2019（自転車－第 2 部：制動装置の試験方法）の 4.6 制動性能試験
ではその試験方法が規定されている。しかし、ブレーキシュー（以下シューと呼ぶ）の耐久性に関する要求事項及び試験方法に関する規定はなく、使用により生じるシューやリムの摩耗、制動性能の変化についての調査もこれまでに行われていない。そこで 2019 年度以降、国内で一般的に使用されているキャリパーブレーキ用シューの調査を行っている。2019 年
度はアルミリムでのシュー摩耗試験（以下摩耗試験と呼ぶ）を実施し、リム剥離片などの制動時のシューとリム間の異物の有無がシューの摩耗量に大きな影響を与えることが明らかになった 1)。2020 年度はステンレスリムでの摩耗試験及び、3D 形状測定機を用いて、シューとリム制動面の摩耗に伴う形状変化の測定を行い、リム制動面の硬さ（リムの材質やアル
ミリムの陽極酸化被膜の有無）がシュー摩耗に大きな影響を与えることが分かった 2)。2 章にこれまでの調査をまとめた。
今回の調査ではブレーキアームの構造がシューとリム制動面の摩耗に与える影響の調査を行った。また、シューの耐久性に関する要求事項や試験方法の検討も行った。なお、商品テストを目的としていないため、使用したシューおよびリムに関する詳細は公表しない。
なお、本報告書で用いる自転車部品関連の用語は 2024 年 3 月 21 日に公示された JIS D
9111:2024（自転車-分類、用語及び諸元）に準拠している。

2

2.これまでの調査結果
2019 年度以降に実施したキャリパーブレーキの摩耗試験 1)、2)では①リムの硬さ②リム及びシュー制動面の摩耗による推移③制動力がシューの摩耗に与える影響を調査した。
なお、制動時にシューとリムが接触する面を以下ではシュー制動面、リム制動面と呼ぶ。
2.1 リムの材質（硬さ）がシューの摩耗に与える影響について
ステンレスリムとアルミリムを用いて摩耗試験を実施した。結果の概要を表 1 に、500 回
ごとのシューの摩耗量の比較を図 1 に示す。表 1 の塗潰し項目に示すように、リム制動面に摩耗痕が確認できたアルミリムでシューの摩耗量が多いことが分かる。一方、ステンレス
リムでは試験を通してリム制動面の剥離や激しい摩耗は確認できず、500 回ごとのシューの摩耗量にも大きな変化は見られなかった。ステンレスリムのビッカース硬さ（220 HV5）はアルミリム（100 HV5）の約 2 倍であり、シューと比較してリムの硬さが高い場合、シューの摩耗促進の要因となるリム摩耗が抑制されると考えられる。
表 1 シュー摩耗試験結果比較（目標制動力 180 N で実施）
ステンレスリム
シューの種類シューの摩耗量 [g](3000 回合計)

アルミリム

シューa

シューb

シューc

シューA

シューB

シューC

0.08

0.14

0.28

1.70

0.24

0.99

リム

剥離の有無

無

有

無

有

制動面

試験後の外観

光沢が増加

摩耗痕有

変色

摩耗痕有

図 1 リム制動面の材質（硬さ）の違いによるシューの摩耗量比較3

2.2 リムの摩耗がシューの摩耗に与える影響について
図 2(a)にアルミリム、目標制動力 340 N の条件で 3000 回の摩耗試験を行った際の 500 回
ごとのリム制動面の高さ変化（以下では摩耗と呼ぶ）とシューの摩耗量の一例を示す。左側のシューでリム制動面が摩耗し、リム制動面とシューの摩耗量に高い相関関係が確認できた。
図 2(b)はリム制動面とシューの累計摩耗量を比較したものである。グラフ中の青線は過去のリム品質性能調査 3)で測定したアルミリム陽極酸化被膜の膜厚である。図 2(b)より、リム
制動面の累計摩耗高さが酸化被膜の膜厚を超えたあたりからシューの摩耗量が増加している。酸化被膜の硬さは 200 HV0.025 前後と言われておりアルミ素地（100 HV5）より硬いとされている。そのため、初期状態では酸化被膜が保護被膜となりリム摩耗が抑制されたが、被膜が摩耗しアルミ素地が露出するとリムの摩耗粉がリム及びシュー制動面を削り、両者の摩耗が促進されたと考えられる。

(a)リム制動面摩耗高さ-シュー摩耗量比較(b)リム制動面とシューの累計摩耗量比較

図 2 リム制動面-シュー摩耗量比較
2.3 制動力がシューの摩耗に与える影響
これまでの調査で、表 2 に示す 3 種類のシュー（以下、シューA、シューB、シューC と呼ぶ）を用いて、目標制動力 100 N、180 N、340 N（シューC は 300 N）の 3 条件で摩耗試
験を実施した。各制動力での左右シューの摩耗量を比較したグラフを図 3 に示す。なお、リ
ム制動面の外観の変化を伴う摩耗が確認できたシューの凡例は白抜きにしている。
リム制動面の摩耗が確認できなかったシューB では、シューの摩耗量は目標制動力に比例する増加傾向が確認できた。一方でシューA や C のように、シューの摩耗量は目標の制動力に依存するとは限らず、リム制動面の摩耗が発生した場合に増加傾向が見られた。特に制動力 340 N、シューA の結果が顕著であり、同じ制動力にも関わらず左シューの摩耗量は右シューの摩耗量の約 5 倍となった。リム制動面の摩耗がシューの摩耗に与える影響が大きいことが分かる。

4

(a)左シュー(b)右シュー

図 3 各目標制動力でのシュー摩耗量比較
3.供試品について
3.1 シュー摩耗試験で使用したシュー、リムについて
2019 年度の調査に引き続き、26 インチのシティー車とスポーク数 36 本のアルミ合金
製リム（以下アルミリムと呼ぶ）、3 種類のアルミリム用のシューを使用した。シューの特徴を表 2 に示す。シューB にはトーインが、シューC にはリム制動面の傾きを考慮したと思われるキャンバーが設けられていた。3 種のシューのショア硬さ（5 か所の硬さの中央値）は、デュロメーター（テックロック製 GS-751）にて測定したところ同程度であった。
表 2 シューの特徴
表面パターン

シューA

シューB

シューC

溝

平面

凹凸

トーインありキャンバーあり

243 mm2

316 mm2

233 mm2

1

1.30

0.96

A/63/1

A/62/1

A/65/1

トー、
キャンバーの

無有無

シュー制動面面積（片側）シュー制動面面積比（A を 1 とした場合）
ショア硬さ

5

3.2 ブレーキアームについて
今回の調査では、構造の異なる 2 種類のキャリパーブレーキのブレーキアームを使用した（以下ではシングルピボットタイプ、ダブルピポッドタイプと呼ぶ）。ともに、国内のシティー車で一般的に使用されているものである。シュー摩耗試験での目標制動力を決定するため、2 種類のブレーキアームと、表 2 に示した 3 種のシューの計 6 通りの組み合わせで制動性能試験を実施した。ブレーキレバー及びブレーキケーブルは試験を通して同じ仕様のものを用いた。測定は JIS D 9313-2:2019（自転車-第 2 部：制動装置の試験方法） 4.6.5 試
験機による試験方法に従い実施した。測定結果を図 4 に示す。各ブレーキアームとシューとの組み合わせによってレバー操作力と制動力の傾きの関係や、制動性能値（制動性能試験での最大制動力）が大きく変化した。各シューの制動性能値は、シングルピポットタイプと比較し、ダブルピポットタイプが 1.36～1.61 倍高い傾向にあった。シュー摩耗試験では同一条件で比較するため、目標制動量を 200 N とした。

(a)シューA(b)シューB1)(c)シューC2)

1)

シューB（ダブルピポットタイプ）：レバー操作力 160 N でブレーキレバーとハンドルバーが接触した

2)

シューC（シングルピポットタイプ）：レバー操作力 140 N でブレーキレバーとハンドルバーが接触した

図 4 制動性能測定結果

6

4.シュー摩耗試験
4.1 試験条件
4.1.1 シュー摩耗試験条件
シュー摩耗試験には、JIS D 9313-2:2019（自転車-第 2 部：制動装置の試験方法）4.6.5.4 試
験機に準拠する制動試験機（図 5 に概略図を示す）を使用し、ブレーキ操作回数が 3000 回に達するまで試験を実施した。500 回ごとの停止時にシューや車輪を取り外しての測定やブレーキの調整は今回実施していない。
試験中は 200 N の制動力を維持するようにブレーキレバーの操作力を制御し、レバー操
作力と制動力を記録した。各条件で前車輪、ブレーキケーブルを新しいものに交換した。試験前後に表 3 に示す項目の測定を行った。

図 5 制動試験機概略図
表 3 測定項目一覧
測定項目

測定方法

摩耗量

電子天秤

外観・形状変化

3D 形状測定機

シュー
制動面外観
リム
断面プロファイル

7

3D 形状測定機

シューを自転車に取り付けた際の方向と本報告で記載の方向との対応関係を図 6 に示す。タイヤの回転方向を前方、回転方向に対して右側のシュー、リムを右シュー、右リ
ム、左側を左シュー、左リムと呼ぶこととする。シュー、リム制動面の摩耗推移を示したグラフの XY 軸と実際のシュー、リムの方向との対応関係を図 7 に示す。シュー制動面の長手方向が X 軸、高さ方向が Y 軸と対応している。リム制動面の半径方向がグラフの X
軸と、厚さ方向が Y 軸と対応している。リム制動面の外観は図 7 中の赤枠で囲ったタイヤ
バルブ周辺のリム制動面の一部を観察した。

図 6 シュー取付方向との対応関係

図 7 シュー、リムとグラフ軸の対応関係

4.1.2 制動時のブレーキアームひずみ測定条件
ブレーキアームの構造やシューの種類が、制動時のブレーキアームの変形に与える影響を確認するために、制動時のブレーキアームに生じるひずみの測定を行った。測定には㈱共和電業製の 120 Ω の 2 線式箔ひずみゲージを使用し、サンプリング周期は 1 ms とした。シューは新品の状態のものを使用した。目標制動力はシングルピポットタイプで 100 N、200
N の 2 条件、ダブルピポットタイプで 100 N、200 N、300 N の 3 条件で測定を行った。目標
制動力で制動できるよう、レバー操作力を制御し 10 回の制動を行った際のブレーキアーム
ひずみを測定した。制動力が安定した後半 5 回のブレーキアームひずみとレバー操作力の平均値を結果に採用した。ブレーキレバーの操作時間は 2.5 s、操作間隔は 20 s とした。

8

4.2 シュー摩耗試験結果
4.2.1 レバー操作力の推移
各試験条件でのレバー操作力の推移を図 8 に、特にレバー操作力の変化が大きかった 0 回
から 500 回の推移を図 9 に示す。シューA とシングルピポットタイプを組み合わせた条件
では、試験開始直後から 1800 回付近までレバー操作力が大きく変動した。左右のシューのいずれも摩耗が激しく、2500 回で試験を終了した。条件を統一するためにシューA とダブ
ルピポットタイプを組み合わせた条件でも 2500 回で終了した。
他のシューと比較し、シューB は目標制動力の維持に必要なレバー操作力の推移が安定していた。シューC は試験開始直後にレバー操作力が増加し、以降 1000 回付近までレバー操
作力が下がり続ける傾向にあった。また、2000 回以降にシュー制動面の脱落が確認でき、レバー操作力が大きく変動した。
試験中のレバー操作力の平均値、最大値及び最小値を表 4 に示す。全てのシューで、ブレーキアームの種類によって制動力の維持に必要なレバー操作力に違いが見られた。制動力の維持に必要なレバー操作力は、アームの構造の影響を受けることが分かった。また、試験中のレバー操作力の最大値と最小値の差やレバー操作力が安定するまでのレバー操作回数
は、ダブルピポットタイプよりシングルピポットタイプで大きい傾向にあった。同じ構造のブレーキアームでのレバー操作力の平均値は各シューで同程度であったが、特に初期のレ
バー操作力の推移に差があった。

(a) シューA(b)シューB(c)シューC

図 8 レバー操作力の推移

グラフの破線は試験中のレバー操作力の平均値を示す。

(a) シューA(b)シューB(c)シューC

図 9. 試験開始直後（0～500 回）のレバー操作力の推移
9

表 4 レバー操作力まとめ[単位：N]
シューA
ブレーキアーム

シューB

シューC

シングル

ダブル

シングル

ダブル

シングル

ダブル

平均値

123.9

67.3

121.6

67.9

130.8

79.1

最大値

157.4

88.4

132.2

78.5

176.5

93.0

最小値

99.0

60.3

97.7

54.4

120.4

69.2

最大値-最小値

58.4

28.1

34.5

24.1

56.1

23.8

4.2.2 シュー摩耗量
各条件での試験前後のシュー摩耗量を表 5 に示す。他のシューと比較し、シューA の右側の摩耗量が多く、左右シューの摩耗量の差も多かった。リム制動面の摩耗が少なかった
ダブルピポットタイプの左側のシュー摩耗量はシューB やシューC と同程度であった。
ブレーキアームの構造に違いよる摩耗量について、シューA、シューB はダブルピポッ
トタイプよりシングルピポットタイプの方が多く、シューC では、ダブルピポットタイプの方が、摩耗量が多かった。詳細は 4.2.3 で記述するが、シュー制動面の凸部が広範囲にわたって脱落したことが原因であると考えられる。
表 5 シュー摩耗量比較[単位：g]
摩耗量

ブレーキ
アーム

左（①）

右（②）

合計（①＋②）

シングル

0.531

1.381

1.912

ダブル

0.100

0.635

0.735

シングル

0.099

0.177

0.276

ダブル

0.117

0.094

0.211

シングル

0.069

0.094

0.163

ダブル

0.132

0.128

0.260

シューA

シューB

シューC

4.2.3 シュー制動面摩耗推移
試験前後のシュー制動面の中心線上の高さ方向の変化（摩耗）を表 6 に示す。なお、未使用状態のシューの形状差は摩耗による変化と比較して小さいため、試験前の制動面のプロ
ファイルは、シングルピポットタイプで使用したシューの測定結果を表示している。シング
ルピポットタイプとシューA を組み合わせた場合は、最大で約 3 mm 高さ方向の寸法が変化していた。また、左右のシューともに、試験前の制動面がほぼ平面であったが、試験後は前10方から後方にかけて傾いていることが分かる。ダブルピポットタイプの右シュー（グラフの青線）の凹凸は、摩耗したリムの破片が埋め込まれていた箇所である。同条件の左シューは、
制動面後端がわずかに摩耗した程度で、シングルピポットタイプのような制動面長手方向の摩耗量の差による制動面の傾きは確認できなかった。
シューB は、他のシューと比較すると均一に制動面が摩耗したが、シングルピポットタイ
プではシューの前端がほとんど摩耗していないことが分かる。
シューC は、ブレーキアームの種類によらず、シュー制動面凸部後方の摩耗量が多かった。
また、シューの後ろ側に位置する凸部ほど変化量が大きく、加えてシュー後端の凸部に脱落が確認されたため大きく変化している。特にダブルピポットタイプの右シュー（青線）では後端の凸部がほとんど脱落した。図 8(c)の 2000 回以降のレバー操作力の変動はシュー後端の凸部の脱落による制動時のシューとリムの接触状態の変化に起因すると考えられる。
表 6 シュー制動面の摩耗推移
左シュー
<前方

右シュー
後方>

<前方

後方>

シュー
A

シュー
B

シュー
C

＊シューのエッジ付近は安定した反射光が得られないためデータの測定が不可能であった。

4.2.4 リム制動面の摩耗推移
表 7 及び表 8 にリム制動面の摩耗試験後の外観と高さ方向のプロファイルを示す。シューA とシングルピポットタイプの組み合わせ条件では、左右リムの制動面が最大で約 100μm 摩耗した。ダブルピポットタイプにおいてもリム制動面の外観や摩耗が確認できたが、11シングルピポットタイプと比較して変化量は少なかった。また、表 3 に示した左右シューの摩耗量に差があるように、シューの摩耗量が少ない左側は、右側と比較してリム制動面の変化も少なかった。
シューB 及びシューC とシングルピポットタイプの組み合わせでは、リム制動面にわずかな傷が確認できたが、高さ方向の変化はほとんど確認できなかった。
シューC とダブルピポットタイプの組み合わせでは、リム制動面の一部の外観変化や摩耗が確認できた。

12

表 7 リム制動面の外観推移

状態

シ
ン
グ
シ

ル

右リム

表 6 グラフの Y 軸方向

表 6 グラフの X 軸方向＜内周 外周＞初期＜内周 外周＞

左リム

ュ

ダ
ブ
ル

シ
ン
グ
シ

ル

＜内周 外周＞A＜内周 外周＞

ー

ュ

ダ
ブ
ル

シ
ン
グ
シ

ル

＜内周 外周＞B＜内周 外周＞

ー

ュ

C

ダ
ブ
ル

＜内周 外周＞ー13

表 8 リム制動面プロファイルの推移
左リム
<外周

右リム
<外周

内周>

シング
ル
シ
ュ
ー
A
ダブル

シング
ル
シ
ュ
ー
B
ダブル

シング
ル
シ
ュ
ー
C
ダブル

14

内周>

5.考察
5.1 アームの構造がシュー摩耗に与える影響
各制動力での制動時のブレーキアームひずみの測定結果を図 10 に示す。目標制動力 200
N での制動時のひずみはシングルピポットタイプがダブルピポットタイプの約 1.93 倍～
2.84 倍であった。また制動力とひずみの傾きは 2.05～2.53 倍であった。ブレーキアームの構造が違うため一概には比較できないが、シングルピポットタイプでの制動時のアームの変形量が大きいことが原因と考えられる。表 6 のシングルピポットタイプとシューA の組み
合わせの制動面長手方向の摩耗量の差による傾きや、シューB で制動面前端がほとんど摩耗
していない原因は、このブレーキアームの変形量の差に起因するものだと考えられる。制動時にアームが変形することで、制動面前方と比較して後方への負荷が大きくなったと考えられる。
ダブルピポットタイプでは各シュー制動時のひずみ量に差を確認できた。例えば、制動力
200 N での制動時のひずみ量の差は最大で 1.46 倍（シューB とシューC）であった。表 6 に示すように、シューB は他のシューと比べて制動面が均一に摩耗していることから、制動時にシューとリムが均一に接触することにより、アームの変形が抑制される可能性が示唆された。また、均一に摩耗しているため、摩耗によるシューとリムの接触状態の変化が少なく、
図 9 のように試験開始後、レバー操作力が安定するまでの操作回数が少ない要因になったと考えられる。
シューC ではアームの種類によらず、制動面後端の偏摩耗が発生した。制動時のアームの変形に加え、シュー制動面の形状や組付け状態によっても制動時のリムとシューの接触範囲が限られ、偏摩耗の要因となる。
シューA はシューC よりも制動時のひずみ量は小さいが、表 5 に示すように、シューの摩耗量は最も多かった。アームの構造は制動時のシューとリムの接触状態に影響を与える
が、シューの摩耗量への影響はリム制動面の摩耗といったシューとリム制動面間の異物の有無が与える影響が大きいと言える。

(a) シューA(b) シューB
図 10 制動時のブレーキアームひずみ測定結果

15(c) シューC

まとめ
構造の異なる 2 種類のブレーキアームを用いてキャリパーブレーキ用シューの摩耗試験を実施し、摩耗に伴うレバー操作力、シュー及びリム制動面の形状変化及び制動時のアーム
ひずみの測定を行った。調査を実施した組み合わせでのまとめを以下に示す。
（1） ブレーキアームの構造による制動時の変形量の差が、シューの摩耗箇所に影響を与えることが分かった。また、シューとリムが制動時に均一に接触することで、制動時のアームの変形が抑制される可能性があった。
（2） アームの構造による変形量の差は、制動時のシューとリムの接触状態に影響を与えるが、シューの摩耗量に対してはリム制動面の摩耗（シューとリム制動面間の異物の有無等）が与える影響が大きいと考えられる。
（3） 制動時にシューとリムが均一に接触することで、制動面の当たりが出るまでの操作
回数が少なくなる可能性が示唆された。
ブレーキシュー取付部に球面座金等の調整機構を設け、制動時にシューとリムが均一に接触するよう調整することで、①制動初期より安定した制動力（制動面の当たりがでるまでの操作回数の低減）②アームの変形やシュー制動面の形状によって、制動時の接触面が限られることに起因する偏摩耗の抑制につながると考えられる。
参考文献
1）（一財）自転車産業振興協会 キャリパブレーキ用ブレーキシューの摩耗調査[第 2 報] （2020 年 3 月）
2）（一財）自転車産業振興協会 キャリパブレーキ用ブレーキシューの摩耗調査[第 3 報] （2021 年 3 月）
3）（一財）自転車産業振興協会 技術研究報告書 No.9 （1978 年）p63-117
内外自転車部品の品質、性能[1]車輪関連部品；ハブ、スポーク、リム

16

6.参考 シューの耐久性に関する要求事項の検討
6.1 目的
これまでの調査では、シューの耐久性に関する要求事項及び試験方法の検討のため、シューの摩耗に与える要因（リム材質、シューの種類、ブレーキアームの種類等）の調査を行った。
これらの完成車のブレーキ周りの部品の仕様に加えて、シューの摩耗量は実走行時のブレーキ使用頻度、2.2 に示したリム制動面の摩耗の有無（実際に使用される際はリム制動面の摩耗に加え、汚れ（泥や砂など）の有無）等の影響が大きいため、シューの寿命（交換なしで使用可能な走行距離）の保証を目的とした要求事項や試験方法の規格化は困難であると考えられる。そこで、耐久性が著しく低いブレーキシューが区別可能となる要求事項や試験方法の検討を行った。シューの耐久性を評価する試験方法として、本調査で実施した制動試
験 機 を 用 い た 一 定 制 動 力 で の 繰 り 返 し 試 験 の 他 に 、 ISO 4201-4:2023 （ Cycles - Safety
requirements for bicycles -Part 4:Braking test methods）や JIS D 9313-2:2019（自転車-第 2 部：
制動装置の試験方法）に規定されているブレーキの耐熱性試験の検討も行った。
6.2 シューの耐久性に関する要求事項について
これまでの調査より、リム制動面の摩耗やシュー制動面一部の脱落が発生しない場合、シ
ューの種類によって 0 回～500 回と、以降 500 回ごとのシュー摩耗量に明確な差は確認できなかった。そのため、初期の摩耗傾向を確認すれば簡易的にシューの摩耗特性の評価が可能であると考えた。本調査では初回 500 回のシューの摩耗量と、シュー制動面の高さ変化（制動面内の摩耗による最大高さ変化）の測定結果より計算した簡易的な閾値（平均値＋3σ）でシュー制動面の一部の脱落、シューの急激な摩耗といった耐久性に関して問題となる事象を検出可能か検証した。検証には目標制動力 340 N で摩耗試験を行ったシューA、シューB
及びシューC の左右の測定結果を使用した。初回 500 回の測定データと、データより計算した統計値を表 9 に、0 回～3000 回までの 500 回ごとのシューの摩耗量、高さ変化を表 10 に示す。表 10 中の赤線は表 9 に示した閾値である。
表 10 に示すようにシューの摩耗量を指標とした場合、シューA 左の 1500 回以降（リム制
動面の摩耗を伴うシューの摩耗）及びシューC 右の 2500 回～3000 回（シュー制動面の一部の脱落）が閾値を超えた。シュー制動面の高さ変化を指標とした場合、シューA 左の 2000
回以降、及びシューC 右（0～500 回の時点でシュー制動面の一部の脱落が確認された）のすべてが閾値を超えた。摩耗量は簡単に測定可能な指標であるが、シューC 右の摩耗量は他のシューと同程度であることから、制動面の一部の脱落といった偏摩耗の検出が難しいと言える。一方で、シューの摩耗高さを指標とした場合、シューA の左シュー1500 回で発生したような高さ変化は少ないが、シュー制動面全体が均一に摩耗し、摩耗量が多い事象の検出が難しくなる可能性がある。よって、シューの耐久性を評価するには、摩耗量と摩耗高さの両方を用いるのが望ましいと考えられる。

17

表 9 シュー制動面の高さ方向の最大摩耗量
摩耗量 [g]

最大高さ変化 [mm]

左

右

左

右

シューA

0.044

0.056

0.41

1.12

シューB

0.047

0.041

0.27

0.55

シューC

0.017

0.047

0.74

2.371)

左右平均

0.042

0.62

σ

0.01

0.33

閾値（平均＋3σ）

0.082

1.61

1)制動面の脱落が確認されたため平均値、標準偏差の計算には使用していない。

表 10 500 回ごとのシュー摩耗量、最大高さ変化
左シュー

右シュー

摩耗
量

最大
高さ
変化

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今回の結果より、シュー摩耗試験前後のシュー摩耗量と高さ変化量を規定することで急激な摩耗や制動面の一部の脱落といった耐久性の観点で問題となる事象を検出可能であると考えられる。一方で、シュー摩耗量や高さ変化量の閾値、適切な試験回数、リム制動面の摩耗をどう扱うかについては、さらに多くのサンプルでの検証が必要であると考えられる。
6.3.ブレーキの耐熱性試験を用いたシュー摩耗試験について
6.3.1 ブレーキの耐熱性試験について
下り坂等でブレーキをかけ続けた状態を試験機上で再現した試験として、JIS D 93132:2019（自転車-第 2 部：制動装置の試験方法）にブレーキの耐熱性試験が規定されている。
対象となるブレーキはディスクブレーキ、ハブブレーキ、コースターブレーキ及びキャリパ
ーブレーキ（リムに熱可塑性樹脂が使用されている場合）であり、シティー車の前輪でよく用いられるアルミリム及びステンレスリムとキャリパーブレーキの組み合わせは対象となっていない。そこで、ブレーキの耐熱性試験を用いてキャリパーブレーキ用シューの耐久性が評価可能であるかを検証した。
ブレーキの耐熱性能試験は、制動性能試験機を用いて車輪を速度 12.5 km/h で駆動し、車種ごとに設定された総制動エネルギー（E）が生み出されるように制動し続ける試験である。
試験時間は 15 分で総制動エネルギーは式（1）によって計算される。
E×c = Fbr×Vbr×T[Wh]・・・・・・（1）

ここに
c1）

：m/M

[-]

m

：製造業者の指定する最大総質量

[kg]

M

：標準的な総質量（一般用自転車では 100 kg）[kg]

Fbr

：制動力

[N]

Vbr

：タイヤ外周の線速度

[m/s]

T

：各試験サイクルの継続時間[h]1）（ISO 4210-4:2023 で追加）

目標の総制動エネルギー（E）、タイヤ外周の線速度（Vbr）及び各試験サイクルの継続時
間（T）はそれぞれ規定されているため、式（1）より総制動エネルギーを生み出すために必要な制動力（Fbr）を計算することができる。耐熱性試験中は、試験機上でこの制動力を維持するためにレバー操作力を自動制御しながら制動し続ける。
2023 年の ISO 4210 シリーズの改訂で、冷却風に関する条件（2023 年版は試験条件の安定化を目的として冷却風をなくした）や試験サイクル等が変更となっている。キャリパーブレ
ーキに関しては目標の制動エネルギーは 2019 年版 JIS と同じ 55 Wh（一般用自転車の場合）であるため、今回は ISO 4210:2023 の条件で検証を実施した。
19

試験にはブレーキシュー摩耗試験で用いたものと同じシティー車を用いた。目標制動エ
ネルギー55 Wh、86.8 Wh（制動力 100 N での目標制動エネルギー）の 2 つの条件で耐熱性試験を実施し、試験直後のリム表面温度や試験前後のシューの摩耗量及び制動面の形状測定を行った。
6.3.2 試験結果
6.3.2.1 シュー摩耗量
耐熱性試験後のシューの摩耗量を表 11 に示す。参考として総制動エネルギー86.8 Wh と同じ制動力である 100 N で 500 回制動した際のシューの摩耗量も示す。制動時間（シュー摩耗試験の制動時間は 1250 s（1 回 2.5 s×500 回）、ブレーキの耐熱性試験は 900 s）が異なるため一概には比較できないが、耐熱性試験の前後のシューの摩耗量は摩耗試験での摩耗量と比較して１桁少ない量であった。回転しているリムにシューが接触する際の負荷が、接触後の負荷より大きい可能性がある。
また、今回試験した条件では摩耗量は必ずしも目標の総制動エネルギー（試験時の目標制動力）に依存しないことがわかった。
表 11 耐熱性試験前後のシュー摩耗量[単位：g]
シューA

シューB

シューC

55Wh での摩耗量

0.007

0.008

0.005

86.8 Wh での摩耗量

0.005

0.009

0.003

0.055

0.036

0.049

シュー摩耗試験0～500 回の摩耗量

206.3.2.2 制動力及びレバー操作力の推移
ブレーキの耐熱性試験時の制動力とレバー操作力の推移を表 12 に示す。なお、レバー操
作力及び制動力が 0 の区間は 120 s の冷却期間（インターバル）である。各サイクルの開始時（制動時にリムとシューが接触した直後）の制動力が安定せず、レバー操作力が変動していることが分かる。特に制動エネルギー55 Wh のシューA、1 サイクル目の試験時に制動力が安定せず、目標の制動力を維持するためにレバー操作力を制御していることが分かる。
表 12 耐熱性試験時のレバー操作力及び制動力の推移
レバー操作力推移

制動力推移

55 Wh

86.8
Wh

6.3.2.3 シュー制動面プロファイルの結果ブレーキの耐熱性試験前後のシュー制動面のプロファイルを比較したものを表 13 に示す。
いずれの条件においても、シュー制動面の摩耗による明確な変化は確認できなかった。シュ
ーB の右側の制動面の傾きが試験前後で変化しているが、シューの摩耗量（表 11 参照）がわずかであることから、試験中にシューが変形したと考えられる。
なお、リム制動面の外観変化は確認できなかった。

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表 13 耐熱性試験前後のシュー制動面プロファイル比較
左シュー

右シュー

55 wh
シ
ュ
ー
A
86.8wh

55 wh
シ
ュ
ー
B
86.8wh

55 wh
シ
ュ
ー
C
86.8wh22

6.2.3.4 耐熱性試験直後のリム制動面表面温度
耐熱性試験直後のリム制動面の表面温度を赤外線サーモグラフィーカメラで測定した結果を表 14 に示す。制動時にシューと接触していたリム制動面の中心付近が最高温度である
ことが分かる。リム制動面の最高温度は制動エネルギー55 Wh で 64.8～68.5 ℃、制動エネル
ギー86.8 Wh で 89.3 ℃～93.5 ℃とシューの種類によらず、目標の制動エネルギーに依存していた。また、制動中リム制動面の温度は上昇し続けたことから、熱平衡状態には達していないと思われる。
ブレーキの耐熱性試験でシューへの負荷を増やすには制動力、タイヤ外周の線速度、試験
時間のいずれかを見直す必要があるが、式（1）に示すように目標の総制動エネルギー（制動面の温度）も増加するため、制動時の摩擦熱の影響を確認する意味合いの強い試験となると考えられる。
表 14 耐熱性試験直後のリム制動面温度測定結果
シューA

シューB

55 Wh

86.8 Wh23

シューC

参考まとめ一定の制動力で繰り返し制動を行うシュー摩耗試験及び ISO 4210-4 や JIS D 9313-2 に規定されているブレーキの耐熱性試験によりシューの耐久性が評価可能か検証した。まとめを以下に示す。
(1) 試験前後のブレーキシューの摩耗量や高さ変化量の規定を設けることで、一定の制動力で繰り返し制動を行う摩耗試験でシューの摩耗特性を評価可能である可能性が示唆された。
(2) シューの摩耗度合いを評価する指標として、簡単に測定可能なシュー摩耗量が有効であるが、偏摩耗の検出が難しい可能性がある。偏摩耗を検出する指標としてはシュー制
動面の高さ変化量が有効である。
(3) ISO 4210-4:2023 に規定されたブレーキの耐熱性試験の条件では、ブレーキの耐熱性試
験前後のシューの摩耗量や制動面のプロファイル変化はわずかであった。ブレーキの耐熱性試験は、シューに制動時の摩擦熱を想定した熱負荷を与える試験としては有効であるが、試験前後のシューの摩耗量が少ないことから、耐摩耗性を確認する試験としてはシューへの負荷（試験時の制動力）が低いと思われる。
シューの耐久性を確認するには、シューへの負荷や熱影響の観点からブレーキの耐熱性試験のようにブレーキをかけ続ける試験ではなく、制動操作を繰り返す試験が有効であると考えられる。

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