ブレーキブースター(倍力装置)の仕組み｜踏力をアシスト

第1章　ブレーキブースター（倍力装置）とは

車のブレーキペダルを踏むと、ペダルが自分から沈み込んでいくような感覚を覚えたことはありませんか。

踏むというより、ペダルが床のほうへ吸い寄せられるような感覚です。

これこそが、ブレーキブースターが働いているしるしです。

ブレーキブースターは、ドライバーがブレーキペダルを踏む力を補助する装置です。

正式には制動倍力装置（せいどうばいりょくそうち）と呼びます。

「倍力（ばいりょく）」という言葉のとおり、ペダルを踏む力を何倍にも増やしてくれます。

人間の足がペダルを踏む力を1とすると、その力を3倍から7倍ほどに増やしてタイヤ側へ伝えます。

つまり、軽く踏むだけで、しっかりした制動力が得られます。

この装置は、ブレーキペダルとマスターシリンダーの間に取り付けられています。

マスターシリンダーは、ペダルの力をブレーキ用の油圧に変換する部品です。

ブレーキブースターは、その手前で踏力をあらかじめ大きくしておく役割を担います。

なぜ必要になったのか

なぜ、こうした補助装置が必要になったのでしょうか。

理由は、車の進化にあります。

自動車の高速化が進み、ディスクブレーキを使う車が増えました。

重く、速くなった車を止めるには、大きな制動力が欠かせません。

しかし、その力をすべて人間の脚力でまかなうのは現実的ではありません。

そこで、小さな踏力で大きな制動力を生み出すために、この装置が広まりました。

昔は高級車にしか付いていない装備でした。

今では軽自動車から普通車まで、走っている車のほとんどが備えています。

逆にいえば、もしこの装置が働かなくなると、ブレーキペダルは驚くほど重くなります。

実際にエンジンを切ってペダルを踏むと、その重さを体感できます。

いろいろな呼び名

なお、この装置にはいくつもの呼び名があります。

呼び方は違っても、指しているものは同じです。

整備の現場では「マスターバック」という言葉がよく使われます。

カタログや解説では「ブレーキブースター」や「倍力装置」と書かれることが多いです。

この記事では、以降は主にブレーキブースターと呼んで説明を進めます。

第2章　負圧式ブレーキブースターの仕組み

ブレーキブースターは、負圧（ふあつ）を利用して踏力をアシストします。

負圧とは、まわりの大気よりも圧力が低い状態のことです。

簡単にいえば、空気を吸い込もうとする力です。

この吸い込む力を、ペダルを踏むときの補助に使います。

ブースターの内部は、ダイヤフラムという薄い膜で2つの部屋に仕切られています。

片方が負圧室、もう片方が空気室です。

エンジンが動いているとき、負圧室にはエンジンから導かれた負圧がたまっています。

ペダルを踏んでいない間は、空気室も負圧室とつながっていて、両側とも負圧です。

両側の圧力が同じなので、膜は動きません。

ここでドライバーがペダルを踏むと、空気室の側に外の空気が流れ込みます。

すると、空気室は大気圧、負圧室は負圧のままになります。

2つの部屋に圧力の差が生まれます。

大気圧のほうが負圧より強いので、膜は負圧室の側へ押されます。

この押す力が、ドライバーの踏力に上乗せされます。

その結果、軽く踏むだけでマスターシリンダーのピストンを強く押せます。

ペダルが自分から沈み込むように感じるのは、この圧力差が働いているからです。

負圧はどこから来るのか

では、その負圧はどこから来るのでしょうか。

一般的なガソリン車は、エンジンが空気を吸い込むときの力を使います。

エンジンのインテークマニホールド（吸気管）には、運転中につねに負圧が発生しています。

この負圧をホースでブースターまで導いています。

エンジンを止めたあとの動き

ここで気になるのが、エンジンを止めたときの動きです。

負圧式は、エンジンが止まると新しい負圧を作れません。

ただし、ブースター内部やホースには、負圧がしばらく残ります。

チェックバルブという逆流防止の弁が、負圧を逃がさずためておくからです。

そのため、エンジンを切った直後でも、数回はブレーキのアシストが効きます。

何度も踏むうちに負圧は減り、ペダルはだんだん重くなります。

なお、ブレーキは安全の要なので、法律でも厳しく決められています。

国の保安基準は、独立して働く2系統以上のブレーキを備えることを求めています。

配管の一部が壊れても、残りの系統で車輪を止められる構造でなければなりません。

つまり、仮にブースターの補助が失われても、ペダルを強く踏めばブレーキ自体は効きます。

補助がなくなって重くなるだけで、止まれなくなるのではない、という設計です。

第3章　負圧が足りない車はどうするのか

第2章で説明した負圧式は、エンジンの吸気で負圧を作る方式でした。

ところが、すべての車がこの方法を使えるわけではありません。

エンジンの種類によっては、十分な負圧が得られないからです。

ここでは、負圧が足りない車の対応を見ていきます。

ディーゼル車や一部のガソリン車

まず、ディーゼル車です。

ディーゼルエンジンには、空気の量を絞るスロットルバルブがありません。

そのため、吸気管に大きな負圧が生じません。

ガソリン車と同じ負圧式では、力が足りなくなります。

そこで、バキュームポンプ（真空ポンプ）という専用の装置を使います。

これは負圧を作り出すためだけのポンプです。

エンジンの力で回す機械式と、モーターで回す電気式があります。

近年は、反応が早い電気式が主流になっています。

このバキュームポンプは、ディーゼル車だけのものではありません。

一部のターボ車や、一部の直噴（ちょくふん）ガソリン車にも使われます。

これらのエンジンも、運転状況によっては負圧が小さくなることがあるからです。

油圧や空気の力を使う方式

次に、別の方式として油圧倍力装置（ゆあつばいりょくそうち）があります。

これは負圧ではなく、油の圧力で踏力をアシストする方式です。

直噴エンジンのように負圧が取りにくい車や、装置を小さくしたい車などで使われてきました。

そして、トラックなどの大型車は、また違う方式を使います。

大型車に使われるのが空圧倍力装置（くうあつばいりょくそうち）です。

これは圧縮した空気の力で踏力をアシストします。

トラックはコンプレッサーで空気を圧縮し、エアタンクにためておきます。

その圧縮空気の力でブレーキを補助します。

空気の力を使う理由は、得られる圧力の大きさにあります。

真空式は、どんなにがんばっても0.7気圧前後が限界です。

これに対し、空圧式は9気圧前後まで高められます。

重い荷物を積むトラックには、この強い力が向いています。

このように、倍力装置は動力源によって大きく3種類に分けられてきました。

エンジンの負圧を使う真空倍力装置、油の圧力を使う油圧倍力装置、空気の力を使う空圧倍力装置です。

ここまでが、従来からある分類です。

ただし、近年はこの3つに収まらない方式が広まっています。

それが、次の章で説明する電動化への対応です。

第4章　電動化が変えたブレーキブースター

ここまでは、負圧や空気の力を使う従来の方式を見てきました。

しかし、電気自動車（EV）やハイブリッド車（HV）の登場で、状況が変わりました。

これらの電動車では、従来の負圧式が使いにくいのです。

理由を順番に見ていきます。

まず、電気自動車にはエンジンがありません。

エンジンがなければ、吸気による負圧も生まれません。

次に、ハイブリッド車はエンジンが動いたり止まったりします。

エンジンが止まっている間は、負圧を安定して取り出せません。

つまり、電動車では「いつでも使える負圧」がないのです。

モーターで補助する電動倍力装置

そこで広まったのが、電動倍力装置（でんどうばいりょくそうち）です。

電動ブレーキブースターとも呼ばれます。

これは、負圧の代わりにモーターの力で踏力をアシストする装置です。

モーターでマスターシリンダーのピストンを動かし、ブレーキの油圧を作ります。

負圧がいらないので、エンジンの有無に関係なく使えます。

回生ブレーキとの組み合わせ

この電動化には、もうひとつ大きな理由があります。

それが回生（かいせい）ブレーキとの組み合わせです。

回生ブレーキは、電動車ならではの減速方法です。

減速するとき、モーターを発電機として働かせます。

そのときに生まれる抵抗を、ブレーキの力として使います。

さらに、発電した電気をバッテリーにためて再利用します。

エネルギーを捨てずに回収できるので、電費や燃費の向上につながります。

ただし、回生ブレーキだけでは止まる力が足りません。

強い減速や停止の手前では、従来の油圧ブレーキも必要です。

そこで、回生ブレーキと油圧ブレーキを協力させて使います。

これを協調回生（きょうちょうかいせい）ブレーキと呼びます。

できるだけ回生を多く使い、足りない分だけ油圧で補います。

この配分を細かく、なめらかに切り替えるには、応答の速い装置が必要です。

モーターで油圧を作る電動ブレーキブースターは、この役割に向いています。

ブレーキバイワイヤとフェイルセーフ

さらに進んだ方式が、ブレーキバイワイヤです。

これは、ペダルと油圧の発生部分が機械的につながっていない方式です。

ドライバーの踏み込みをセンサーが読み取ります。

その信号をもとに、モーターが必要な油圧を作ります。

ペダルの感触と、実際の制動を切り離して制御できます。

回生ブレーキとの協調もしやすく、ABSや横滑り防止装置とも組み合わせやすくなります。

ここで心配になるのが、万一の故障です。

電気的な信号が途切れたら、ブレーキが効かなくなるのではないか、という不安です。

この点については、フェイルセーフが用意されています。

※「フェイルセーフ」とは、システムや機械が「故障や異常を起こすこと」を前提とし、トラブル発生時でも自動的に安全な状態を保つように制御する設計・考え方

ふだんはペダルと油圧が切り離されていても、いざというときには直接つながる経路が残されています。

機能に不具合が起きても、ペダルの力で最低限のブレーキが効くようにしてあります。

第5章　車種別に見る最新事情

ここでは、実際の車でどの方式が使われているかを見ていきます。

純粋な電気自動車・日産リーフ

まず、純粋な電気自動車の例として日産リーフを取り上げます。

リーフにはエンジンがありません。

そのため、負圧を使うブレーキブースターは使えません。

日産は公式に、リーフは電動型制御ブレーキシステムを採用していると説明しています。

これは電動モーターを使ってブレーキ操作力を軽くする方式です。

初代（ZE0型）と2代目（ZE1型）の両方が、この方式です。

リーフは、負圧式から電動式へ切り替わった代表的な例といえます。

トヨタ初の専用電気自動車・bZ4X（ビーズィーフォーエックス）

次に、トヨタ初の電気自動車bZ4Xです。

bZ4Xには、アドヴィックスが新しく開発した回生協調ブレーキシステムが採用されました。

このシステムは、電子制御ブレーキシステムとESC（横滑り防止装置）のモジュレータで構成されます。

前後の車輪のブレーキ圧を別々に制御できる点が特徴です。

これによって回生で回収できるエネルギーを増やし、走行中の車の姿勢も安定させます。

少し変わった例・ノートe-POWER

ここで、少し変わった例も紹介します。

日産のノートe-POWERです。

e-POWERは、モーターだけで走る方式です。

エンジンは発電のために使い、タイヤを直接は回しません。

そのため電気自動車に近い仕組みですが、エンジンを積んでいます。

初代のノートe-POWERでは、このエンジンの負圧をブレーキの補助に使っていたとされています。

負圧が足りなくなると、短時間エンジンを回して負圧を補う、という説明も見られます。

ただし、世代や車種によって方式が異なる可能性があり、この点は確実な一次情報がつかめませんでした。

電動ブレーキブースターはEVだけのものではない

最後に、見落とされがちな事実を挙げます。

電動倍力装置は、電動車だけのものではありません。

ボッシュの電動ブレーキブースター「iBooster」は、エンジン車にも採用されています。

理由は、衝突被害軽減ブレーキの性能にあります。

自動でブレーキをかける機能には、素早く強い油圧を作る力が必要です。

新車の安全評価で求められる昇圧（しょうあつ）性能を満たすため、エンジン車でも電動化が進んでいます。

つまり、ブレーキの電動化は、EVだけの話ではなくなっています。

第6章　倍力装置はやがて消えるのか

これまで見てきた装置は、どれも最後は油圧でブレーキを動かしていました。

負圧式も、電動倍力装置も、油圧を作るところまでは同じです。

ところが、その油圧すら使わない方式が登場しています。

それが電気機械式ブレーキです。

英語の頭文字をとってEMBと呼ばれます。

油圧を使わないブレーキ

EMBは、ブレーキパッドをモーターで直接押し付ける方式です。

各車輪にモーターとボールねじを組み込み、電気の力だけで制動します。

ブレーキフルード（ブレーキ液）も、油圧の配管もいりません。

利点と課題

この方式には、大きな利点があります。

すべての車輪をEMBにすると、多くの部品が不要になります。

マスターシリンダー、倍力装置、横滑り防止装置のユニット、配管、フルードが省けます。

部品が減れば、車内の空間を広く使え、整備の手間も減ります。

応答も速く、自動でブレーキをかける制御との相性が良いのも特徴です。

一方で、課題も残っています。

急ブレーキにも対応するには、強い力を出せるモーターが必要です。

そのために強力なインバーターがいるので、コストが上がりやすくなります。

また、油圧という物理的な予備手段がないため、電気系統の冗長性（じょうちょうせい）が欠かせません。※冗長性とは、予備を二重三重に持っておくこと

故障に備えて、制御を何重にも備える必要があります。

自動運転との関係と、実用化の状況

このEMBは、自動運転との関係でも注目されています。

自動運転では危険を避けるとき、ブレーキの立ち上がりの速さが重要になります。

油圧の圧力が立ち上がるわずかな時間が、問題になることがあるからです。

電気で直接動かすEMBは、この点で有利とされています。

実用化では、中国が先行しています。

中国では2026年1月1日に、EMBの要件を定めた強制規格が施行されました。

冗長性や機能安全の基準が整い、量産の動きが活発になっています。

一方、日本車では2025年10月の時点で、量産での実用化の情報はありません。

ブレーキは、止まるための装置であると同時に、安全の最後の砦です。

それだけに、新しい方式の導入には慎重な検証が求められます。

負圧を使う倍力装置から、モーターを使う電動倍力装置へ。

そして、油圧すら使わないEMBへ。

ブレーキブースターという装置は、車の電動化とともに姿を変え続けています。

将来は、倍力装置という部品そのものが車から消えていくのかもしれません。

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ブレーキ関連の下記記事も参考にしていただけると幸いです。

ご覧いただきありがとうございました。