物理の解る方、自動車のブレーキローターの特性に関して教えて下さい。 以下のブログ記事で、スリット入りローターの回転方向とそれぞれのメリットなどについて、資料と共にその考察が書かれています。

Question

http://blog.livedoor.jp/romsenzzz-remodeling.crz/archives/10898167.html

この資料の中に制動力の説明がありますが、それについてお聞きします。

質問1. 資料の「逆回転の方が制動力が高い」という情報は本当ですか？

質問2. その理由を解説してください。

（なお、このブログ記事の考察では「最初に接触する場所がローターの外側だから」と書いてあります。しかし、先に接触するなら先に離れる事になり、結局「パッドに接している時間は正逆どちらの回転でも同じ」なので、逆回転で制動力が高まる理屈だとは思えませんでした。このブログ考察の言う「ローター径を拡大」したような効果は得られないと思います）

Answer 1

ざっと探してみるとこんな研究が見つかりました。
http://doi.org/10.1088/1757-899X/692/1/012021

円周方向に対する溝の角度を変えてシミュレーションを行い、振動と歪みエネルギーがどう変わるかを調べています。
角度の定義は、図のα, βで表されているもので、90°のときが半径の方向、それより小さければ質問者さんの引用の言う「正回転／エンデューロポジション」、90°より大きければ「逆回転／スプリントポジション」に近い配置となります。

溝がパッドの内外からはみ出す長さのとき(through groove)とパッドの幅に収まる長さの時(blind groove)のときで様子が違う結果になっています。
Blind grooveの方は溝の角度による違いは小さく、制動の差も検出できていません。
Through grooveの時は、角度が約70°を中心に振動と歪みエネルギーが最大になり、またそれらに応じて運動エネルギー減少量（制動性能）も70°くらいで最大になっています。
70°は90°より小さいので、つまり「正回転」の方が効きが良い、という結論になっています。質問者さんの引用された資料と逆ですね。

理由については著者なりのspeculationが書かれていますが、まぁそれほどの説得力は無いように思います。
曰く、（90°付近で振動が最大になりそうだが)それより小さい角度で最大になっているのは、ちょうど90°付近ではパッドの縁が通過する方向の溝の実効的な幅が最小になるため、振動を励起する時間が短く、起こせる連鎖反応が弱いから。
なら90°から外れていれば90°より大きい角度でも良く効きそうなものですが、そうでないことについては「小さい角度での振動は大きな角度でのものと同等かそれ以上だから」という、単に事実（というか、トートロジーに近いこと）を述べるだけに留まっているようです。

それにしても、自動車ユーザーや整備工場の方ではブレーキディスクの回転方向の議論はまったく方向性が定まっていないように見えますね。
https://www.google.com/search?q=grooved+brake+disc+direction&tbm=vid
「正回転にしろ」「逆回転にしろ」「いや、溝の向きは無視して換気用フィンの方向で判断しろ」と、見れば見るほどどうして良いかわからなくなりそうです。

質問者からのお礼コメント

資料のリンク、また内容を解説いただき助かります。
現状では、「これという結論が出ていない＝どちらが上というものではない」と受け止めておきます。

回答ありがとうございました。

Answer 2

「車検で言う制動力」というのは、
①「止まっているタイヤを回転させないようにする力」で、
普通の人がイメージしてる「制動力」は、
②「回転してるタイヤを止める力」です。

この①②に関しては、スリットの向きとかどうとかより、
そもそも、
ドラムブレーキの方が圧倒的に高い。
回転方向に摩擦力をかけるので。
⇒だから、1.5トン以上ある車は、リアがディスクでも、駐車ブレーキ用にドラムブレーキを内蔵している（ドラムイン式）。
⇒ドリフトの人達は、リアをわざわざドラムイン式に変え、さらにそれを油圧サイドにしている。


ですが、
本来の「ブレーキ」とは、
③「車体の運動エネルギーを熱エネルギーに変換することで、発生させた熱エネルギー分の運動エネルギーを減らす＝車体に減速Gを出す装置」です。
本来の「制動力」とは「ブレーキによる発熱量」を言います。
物理的特性で言えば「摩擦係数」ではなく「比熱」が大きなパッドとローターの組み合わせが、即座に発熱が立ち上がるいいブレーキ、になります。

また、
良く効くブレーキ＝発熱量の大きなブレーキ。
⇒発熱量が大きくても、ブレーキそのものが熱飽和してしまったらどうしようもないので、
レース用パッドは温度上限を上げている。
⇒スポーツパッドとかレース用パッドのカタログに「対応温度」の表があり、
「100℃～700℃」と書いてあるのがその意味。
⇒飽和する温度が高いほど、大きな熱量を発生させられる＝良く効くブレーキ＝車体に大きな減速Gを出せるブレーキ。なので。


この時、
現状の技術的特性から、発熱量の大きなパッドとローターは「表面をどんどん削って、②の力を逃がしつつ、炭化（黒錆化）していない部分を表面に出して行く」というようになっています。
ブレーキダストが盛大に出るのが技術的にどうしようもない特性。

このブレーキダストを履き出す溝が、ローターのスリットです。
なので、回転すると、ダストが外へ逃げる正回転方向で取り付けるのがセオリー。当然、左右では向きが逆になります。


※物理的特性は他にもあり、
②も③も、ブレーキを踏む強さには比例する。

けれど、
③の発熱量は、高い速度からブレーキを踏んだ時ほど、指数関数的に大きくなる。
一方、
②のタイヤの回転を止める摩擦力（＝滑り摩擦力）は、速度に拠らずほぼ一定で、むしろ、高い速度から踏んだ時の方が若干小さくなる。
②の力は小さい方が、タイヤがロックし辛い。

Answer 3

一般的に逆回転のほうが制動力(＝摩擦力)は高くなります。
理由は、パッドに対するスリットの角度ですね。逆回転のほうがキツイ角度でパッドを削るので、常にパッド表面が削れること(＝シェービング効果）により制動力が強くなりますが、代わりに摩耗が進みやすくなります。
正回転だと角度が緩くなるので、シェービング効果が弱いので制動力が強くなりにくい反面、パッドの寿命が延びます。

ローターを販売している各社は、スリットが6本程度までは逆回転で制動力増加を狙い、12本とかスリットの多いタイプはスリットの本数でシェービング効果を担保しているので正回転としてパッドの寿命を縮めにくい方向にしているようです。

ちなみに、パッドの摩擦変化を考えない「力学的」な制動力であれば、ブレーキパッドを挟む力×車軸からブレーキパッド中心までの距離で決まります。簡単に言えば、ローター径がでかいほど効くってことになります。

Answer 4

正確な数値や理論は分らんけど、イメージ的な意味で良いならでの推測ですけど。

スリットとはローターの無い部分として扱う。
これを前提に考えます。
一番最初にスリット幅が終わって、ローター部が当たる「点」で考察してるんでしょうね。


仮に有効範囲を以下と仮定

一番外側のスリット点の位置：１５インチ
一番内側のスリット点の位置：１３インチ


逆回転だとスリット部の一番外側（外縁）が最初に当たるので、１５インチのローターとなる。

正回転だとスリット部の一番内側（内縁）が最初に当たるので、１３インチのローターとなる。

なので、初期制動が大径ローター（インチアップ）した様な感覚となる。
って事なんでしょうね。

言ってる事は確かに間違いでは無いかと。
「その点の瞬間で比較した時の初期制動力」では、同じタイミングで計測した場合に瞬間制動力は違うとは思う。

けれど、主さんの言う様に接触時間は速度が同じなら、大→小と小→大で経緯は違えど力の掛かり方は同じとなるので、総合的な制動力は同じになる。
まあ、スリット部に当たる瞬間の初期制動に関しての比較推察は理解出来るが、総合的な制動力では私も疑問符が付きますね。

その数値計測のソースが何なのかも気になりますね。