ディスクブレーキは、車輪と一体となって回転する円盤状のディスクローター（ブレーキローター）を、ブレーキキャリパーに組み込まれた摩擦材（ブレーキパッド）で両側から挟み込むことで制動力を得る方式です。ブレーキパッドとディスクローターが擦れることで発生する摩擦抵抗により、車の運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて減速します。
参考）摩擦ブレーキ - Wikipedia
ディスクローターの大部分が外気に露出しているため、放熱性が非常に優れています。また、ディスクローターに付着した水分も遠心力で弾き飛ばされるため、排水性にも優れているという特徴があります。現在では多くの乗用車の前輪に採用されており、高級車では後輪にもディスクブレーキが装備されています。
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ブレーキローターには、ソリッドローターとベンチレーテッドディスクの2種類があります。ベンチレーテッドディスクは2枚のローターを合わせたような形状で、内部に風を通す隙間とフィンが設けられており、冷却効率を大幅に向上させています。現行車のほとんどはベンチレーテッドディスクを採用しています。
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ドラムブレーキは、車輪と一緒に回転する円筒形のブレーキドラムの内側に、ブレーキシューと呼ばれる摩擦材（ブレーキライニング）を押し付けて制動力を得る方式です。ドラムの内側からシューが押し付けられると、ブレーキシューが自らの摩擦によってさらにドラムに引き寄せられる自己倍力作用（サーボ効果）により、強力な制動力が得られます。
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ドラムブレーキは閉じた構造（クローズ構造）となっているため、熱や水、摩耗粉が内部にたまりやすく、放熱性に劣るという欠点があります。そのため、ブレーキパッドが過熱されて摩擦力が低下するフェード現象に陥りやすくなります。一方で、構造がシンプルで製造コストが安く、倍力装置に頼らずとも高い制動力を発揮できるメリットがあります。
参考）車の止まる仕組み：摩擦ブレーキとは？ - クルマの大辞典
現在では軽自動車や大衆車の後輪に多く採用されています。また、駐車ブレーキ（サイドブレーキ）としても広く使用されており、低負荷の使用状況に適したブレーキです。
参考）https://bestcarweb.jp/news/66096
踏面ブレーキは、鉄道車両の車輪のレールと接する面（踏面）に摩擦材である制輪子（ブレーキシュー）を押し付けて減速させる制動方式です。鉄道車両の最初期から使われている最も基本的なブレーキ方式で、現在でも多くの車両に装備されています。
参考）踏面ブレーキ - Wikipedia
踏面ブレーキの大きなメリットは、踏面の汚れや異物を排除できるため、レールと車輪の最大粘着力を向上できる点です。また、レールをこすって清掃する効果があるため、軌道回路に及ぼす悪影響が少ないという利点もあります。制輪子の材質には木材、鋳鉄、レジンなどが使用されており、用途ごとに多数の材質が選択されています。
参考）車輪・ブレーキ系材料の研究開発
一方で、車輪とレールの粘着力以上には制動力を出せない、摩擦により車輪踏面が摩耗して寿命が短くなる、下り勾配での長時間使用では摩擦熱で車輪が膨張して緩むなどの欠点があります。このため、ディスクブレーキやレールブレーキ、電気ブレーキなどと併用されることが一般的です。
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ブレーキパッドは、金属製のベースプレート（パッキングプレート）に摩擦材であるブレーキライニングが貼り付けられた構造になっています。新品の状態では摩擦材の厚さは約10mmほどで、走行に伴って徐々に摩耗していきます。
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現在、摩擦材の主流は有機系ノンアスベストタイプです。結合材、補強材、摩擦調整材が調合されており、10〜20種類の原材料が使用されています。具体的には、アラミド繊維、スチール繊維、黒鉛、ガラス繊維、ゴム、カシューダスト、フェノール樹脂などが含まれています。原材料の配合比率は、ブレーキの使用目的によって異なります。
参考）http://bmm1975.com/contents/seihin.html
摩擦材にはレジン系（有機質系）とメタル系（無機質系）の2種類があります。公道を走る一般車両の場合は、スチール繊維を含まないノンスチールタイプが適しており、ローターへの負担が少なく耐フェード性に優れています。一方、スチール繊維の含有量が10〜50%のロースチールやセミメタリックと呼ばれるパッドもあり、用途に応じて選択されます。
参考）摩擦材の種類 - ベスラ株式会社
近年では環境への配慮から、植物由来の天然繊維を使用した摩擦材の研究も進められています。
参考）https://www.mdpi.com/2073-4360/15/1/188/pdf?version=1672391306
ディスクブレーキの最大のメリットは、優れた放熱性により熱がたまりにくく、フェード現象やジャダー（振動）が発生しにくいことです。また、水がたまりにくいためウォーターフェード（水によるブレーキ性能低下）が起こりにくく、摩耗粉もたまりにくいため鳴きも少なくなります。サーボ効果がないため、ブレーキのコントロール性が高く、踏力に比例した制動力が得られます。
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一方、ディスクブレーキのデメリットとしては、サーボ効果がないため重く大きな構造になる、装着スペースが必要、ブレーキパッドの面積が小さいため摩耗が激しい、製造コストが高いなどが挙げられます。
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ドラムブレーキのメリットは、自己倍力作用により倍力装置に頼らずとも強い制動力が得られること、構造がシンプルで堅牢、安価に製造できることです。密閉構造のため、悪天候時の影響を受けにくいという特性もあります。
デメリットは、密閉構造のため熱、水、摩耗粉がたまりやすく、フェード現象に陥りやすいことです。また、サーボ効果により制動力のコントロールがしにくく、急激に効く「カックンブレーキ」になりやすい傾向があります。簡単にいえば、高負荷の場合はディスクブレーキ、低負荷の場合はドラムブレーキが適しています。
摩擦ブレーキのメリット・デメリット比較表
| 種類 | メリット | デメリット |
|---|---|---|
| ディスクブレーキ | 放熱性に優れる、フェード現象が起きにくい、水はけが良い、制動力をコントロールしやすい | サーボ効果がないため重く大きい、パッド面積が小さく摩耗が激しい、価格が高い |
| ドラムブレーキ | 自己倍力作用で強い制動力、構造がシンプルで安価、堅牢性が高い | 放熱性に劣る、フェード現象に陥りやすい、制動力のコントロールが難しい |
| 踏面ブレーキ | 踏面の汚れを除去できる、軌道回路への悪影響が少ない、基本的な制動方式 | 車輪の摩耗が激しい、粘着力以上の制動力は出せない、熱による車輪の緩みリスク |
参考リンク（摩擦ブレーキの基礎知識）。
Wikipediaの摩擦ブレーキ解説ページでは、摩擦ブレーキの基本概要と各種類について詳しく説明されています。
参考リンク（ディスクブレーキとドラムブレーキの違い）。
JAFの公式Q&Aでは、ディスクブレーキとドラムブレーキの構造の違いと特性について、初心者にも分かりやすく解説されています。
参考リンク（フェード現象とベーパーロック現象の違い）。
トラックのフェード現象解説サイトでは、フェード現象とベーパーロック現象の違い、それぞれの発生メカニズムと対策方法について詳しく説明されています。
参考リンク（ブレーキパッドの素材と選び方）。
曙ブレーキ工業の公式サイトでは、摩擦材の種類や特性について技術的な情報が提供されています。
参考リンク（鉄道車両用ブレーキの種類）。
アドヴィクスのブレーキ雑学講座では、電車のブレーキシステムについて、踏面ブレーキやディスクブレーキなど各種類の特徴が分かりやすく解説されています。
