タイヤ

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タイヤ
タイヤ

タイヤ (Tire,Tyre) とは、車輪のリムを丸く囲む帯状の構造で、路面・地面あるいは軌道の上を転がる踏面（トレッド）を形成するものの総称。ここではゴムタイヤについて述べる。

目次

[編集] 概要

ゴムタイヤを使って走る鉄道、埼玉新都市交通
ゴムタイヤを使って走る鉄道、埼玉新都市交通

ゴムタイヤとは衝撃の緩和や、安定性の向上などを目的に、車輪（ホイール）の外周にはめ込むゴム製の部品。自動車、自転車、オートバイ、モノレールや新交通システム、地下鉄などの一部の鉄道車両、航空機（飛行機）、建設機械など地上を移動する多方面の輸送機器に使用される。

自動車や自転車などの輸送機器用では中空構造をしており、通常、空気や窒素ガスなどの気体が入れられているが、フォークリフトなど、一部の用途では、一輪あたりの負担力を上げるため、中実構造のソリッドタイヤ（俗称・ノーパンク）も使われている。

気体が抜けてもしばらくは走れる、ランフラットタイヤも出回り始めた。

[編集] 歴史

1867年に車輪の外周にゴムを取り付ける手法がもちいられるようになり、それまでの金属、木の車輪から脱皮する事になる。当時のゴムタイヤは空気入りではなく、ソリッドゴム（総ゴム）タイヤであった。

空気入りタイヤは1845年にイギリスのロバート・ウイリアム・トムソンが発明し、特許を取得をしていたが、実用化には至らず、1888年にイギリスの獣医師ジョン・ボイド・ダンロップが自転車用の空気入りタイヤを実用化するまで待たなければならなかった。

自動車用の空気入りタイヤとしては、フランス人のアンドレ・ミシュラン、エドゥアール・ミシュランのミシュラン兄弟が、1895年に開催されたパリからボルドーまでを往復する、全行程1200kmのレースに使用したのが最初である。このレースでミシュラン兄弟は100回近いパンクにもめげず、規定時間を超過しながらも完走した。

耐久性に問題があったとは言え、乗り心地、グリップ力、安定性に格段に優れていることを証明した空気入りタイヤは、これ以降急速に普及する事になる。

[編集] 構造

タイヤ断面図
タイヤ断面図

タイヤには、大きく分けて2種類の構造を持ったタイヤがある。タイヤ内部のカーカス（後述）がタイヤの回転方向に対して垂直になっている「ラジアルタイヤ（以下ラジアル）」と、斜め方向になっている「バイアスタイヤ（以下バイアス）」である。一般的にいって、ラジアルは操縦性・安定性が優れており、トレッド変形が少ないため、耐摩耗性に優れ、タイヤ自体の発熱も少ないなどの利点があるが、バイアスタイヤと比べ、高価となる。

かつてはタイヤといえば普通はバイアスタイヤを指していたが、その後ラジアルの耐久性や操作性が向上し、大量生産による量産効果で価格も下がったために、車やバイクでは2008年現在ほとんどラジアルであり、バイアスはスペアタイヤや小型バイクの一部に使われる程度である。

航空機用タイヤについては、すでにバイアスによる生産技術がある程度確立していたこともあり、離着陸を繰り返すと言うF1よりも過酷な状況で働くための安全性が求められたため、自動車やバイクでラジアルが広まった後もバイアスが使われ続けたが、2000年以降は航空機のような過酷な状況下でも十分な耐久性と安全性を持ったラジアルが生産されるようになっている（参照：[1]、[2]など）。

またかつてはタイヤの内部に空気を閉じ込めるチューブを入れることを前提としたチューブタイヤが主流であったが、現在はホイールとタイヤのみで空気を保持するチューブレスタイヤが主流となり、現代ではチューブタイヤは自転車や小型バイク、作業用車両のタイヤなどに限られていて、中～大型バイクや自動車ではほとんどがチューブレスタイヤになっている。

リム組みされた一般的なチューブレスラジアルは、以下のような部位と構造を持っている。

1 - ブレーカーコード
接地面の強度を増し、異物の貫通を防止する。スチールワイヤーを編んでベルト状に構成されている。
2 - カーカスコード
タイヤ構造を保持し、タイヤの骨格の役割を持つ。
3 - ビード部
タイヤ内周のホイールリム4に接する部分。タイヤをホイールに固定し駆動力を伝えるとともに、空気が漏れないようにシールする。また内部にはビードワイヤーと呼ばれるスチール製のワイヤーを内包している。
4 - ホイールリム
タイヤとホイールの端部であるホイールリム4との間に空気を保持する。当然であるが、タイヤは適正量の空気が入っていなければ役割を果たさない。タイヤに空気が入って、車軸を支える事が可能になる。ある意味、空気はタイヤにとって最重要の部品とも言える。
5 - トレッド部
主に路面に接する部分。表面にはトレッドパターンと呼ばれる溝が彫られている。この溝は、トレッドと路面の間に入った水の排水や、スリップの防止などの為に彫られている。オートバイタイヤのトレッド面は丸く、車体を傾けると旋回する方向への内側と外側で接地面の直径が変わり車体を旋回させようとする力が生じる。
また、トレッド部の両端部（タイヤの肩の部分）をショルダー部と呼ぶ。舗装路上での激しい旋回運動などの際には最も酷使される部分で、トレッド部の中央部分に十分な溝が残っていてもショルダー部に溝がなくなると操舵性能が著しく低下する。
6 - サイドウォール部
タイヤの側面。路面には接地しないが、走行中は路面の凸凹に対応する為に、激しく屈伸している。メーカー名やサイズなどが表示されて（刻まれて）いる。最も薄い部分であり、ここを傷付けると修理が効かず交換が必要となる。

[編集] 表示

タイヤの表示には。メトリック表示と、インチ表示の2種類がある。

メトリック表示
「205/55R 16 89V」とあった場合、最初の205はタイヤの幅(mm)、55は偏平率(%)、Rはタイヤ構造、16はリム径（インチ）、89はそのタイヤが支えられる荷重を示した指数(ロードインデックス)、Vはそのタイヤで保証される最高速度を表している。数値の単位は、リム径はインチ表示されるが、タイヤの幅はミリメートルで表示される。偏平率は、サイドウォール部分の幅をタイヤ幅との割合で表したものである。（扁平率と書くと意味が違ってしまうので注意。タイヤは偏平率）
インチ表示
「3.50 S 18 4PR」とあった場合、最初の3.50はタイヤの幅、Sそのタイヤで保証される最高速度、18はタイヤの内径、4PRはタイヤ強度を表している。こちらの表示はすべてインチである。

最高速度の表示は、Lが120km/h以下。それ以降の表示は、Q=160km・S=180km・H=210km・V=240km・W=270km・Y=300km以下となり、ZRは240km超となる。この表示は両者共通であるが、インチ表示ではHが最高となっている。

[編集] 空気圧調整

タイヤの空気圧はこのようなエアゲージで簡単に計ることが出来るエアゲージは安いものは数百円程度からある
タイヤの空気圧はこのようなエアゲージで簡単に計ることが出来る
エアゲージは安いものは数百円程度からある

当然であるが、タイヤは適正量の空気が入っていなければ役割を果たさない。タイヤに空気が入って、車重を支える事が可能になる。ある意味、空気はタイヤにとって最重要の部品とも言える。タイヤおよびその使用車種によって適正な空気圧が指定されているが、乗用車の場合200kPa前後、バス等の大型車で600～700kPa程度が指定されていることが多い。適正な空気圧を保つのが重要であるが、時間の経過とともにタイヤから空気が漏れ出したり、暑い時に適正な空気圧で空気を入れたとしても空気の密度が低いので気温の低下により体積の減少＝圧力低下を招いたり、様々な原因で空気圧は低下する方向に作用する。タイヤが熱くなっていないときに空気圧をチェックし、補充することが大切である。

  • 空気圧過大
    • 極端な場合、2～3倍の空気圧で空気を入れてもタイヤは破裂することはないように作られている。
    • 指定の空気圧より高めの圧力の空気が入っている場合、タイヤがバウンドし易くなって段差や路面の凸凹のショックを直に受け取り、乗り心地が低下するとともに、タイヤの接地面積が減少し路面に制動力・駆動力が伝わり難くなる。つまり、グリップの悪化を招く（※グリップは悪くなるが燃費は向上する）。また、タイヤトレッドは中心部から磨耗していく。
  • 空気圧過少
    • 適正な空気圧の半分程度の圧力になると、タイヤが凹んでいることが目で見て分かるようになる。この状態で運転を続けるとスタンディングウェーブ現象が発生し、タイヤが破裂（バースト）することがあり、大変危険である。
    • 指定の空気圧より低めの圧力の空気が入っている場合、タイヤの接地面積が増加する（※必ずしも制動力・駆動力が増加する訳ではない）。つまり、グリップの向上を招くが、半面、タイヤが撓み易くなるのでコーナリング性能の悪化を招く。また、タイヤトレッドは両肩部から磨耗していく。接地面積が増える為、転がり係数の低下を招き、燃費が悪くなる。
    • タイヤとホイールは内圧により密着性を増している為、場合によってはホイールからタイヤが外れるという事もありうる。

[編集] 窒素ガス (N2) について

航空機（飛行機）用タイヤには、ふつう精製した窒素ガスを充填する。これは以下の理由による

  1. 酸素を含まないために、火災や爆発の危険が少ない（着陸時、タイヤはブレーキや路面との摩擦でかなり高温になる）
  2. 水分を含まないために、マグネシウムなどの腐食や変質を起こしにくく、温度変化による内圧の変化が少ない。

レーシングカーのタイヤにも窒素を充填することが多い。レーシングカーの場合、冷間時と温間時の温度差が激しく、使用前と使用中、使用後の気圧変化をデータ化し、走行時（特にペースアップが求められる時）に適度な接地を得られるように管理する必要があり、その為に膨張変化率の安定した気体が求められる。つまり空気のように気象条件により湿度変化がある場合、充填気体の膨張変化率が安定しない為、内圧管理が出来なくなる。それを避けるために単一気体として窒素を充填する。但しF1に於いては窒素では無くドライエアー（強制的に乾燥された空気）が充填されている。これは水分が除去されれば気体の膨張率はほぼ変わらないためである。窒素充填でグリップ変化が少なくなるというのは必ずしも当たっているとはいいがたい。なぜなら気圧変化はタイヤ温度に合わせ起こっており、それに伴って接地面積は変化し、クリップが変化するためである。ただし、湿度分変化量が抑えられるのは確かである。

乗用車向けに、一部カー用品店やガソリンスタンドでも窒素ガスを勧めるところがあるが、一般車にはタイヤ空気圧のメンテナンスを軽減する事が最大のメリットと言われている。しかし、ユーザーがメンテナンス低減をメンテナンスフリーと勘違いし、定期的なチェックを怠り空気圧不足の危険な状態で車を走らせ続けるということも多く起こっている。このため、窒素充填、またはそれを行う業者に対して一方的に批判的になるという向きも、一部にある。

その他の窒素充填のメリットとして派生的に燃費低下の防止等の効果も考えられるが、直接的なものではない。また、ロードノイズが低減する、またはそれを実感したという話も多くあるが、窒素ガスを入れることにより乗り心地が硬くなり効果が相殺される可能性もあるので結論は出しにくい。

また、もともと空気中の79%が窒素であるため、効果（費用対効果）を疑問視する声もある。

一般に普及するきっかけになったのは、高速長距離運転を行う大型トラックに多く採用されたためである。これは高速長距離運転によるタイヤ内圧上昇を抑制することを企図したもので、航空機、レーシングカーでの理由と符合する。逆に短距離と荒地での運用の多いダンプトラックなどでは当然普及していない。

この事実から、タイヤの温度上昇が大きい車両ほど窒素充填の意義が大きいと言える。

[編集] 廃棄物としてのタイヤ

郊外の放置タイヤ
郊外の放置タイヤ

モータリゼーションの発展とともにタイヤの消耗量も膨大なものとなり、廃タイヤの処理も問題となっている。放置されたタイヤに溜まった水から発生する悪臭や、水に蚊が産卵することによる虫害、野積みされたタイヤが自然発火するなどの事故も発生している。 また他の樹脂製品同様腐敗しにくく、廃棄されると長期にわたって残り続ける。山林などに不法投棄された乗用車は、20年程度経過しているものでさえ、車体や内装はぼろぼろに朽ちても、タイヤだけはほとんど侵蝕されず原形をとどめ続ける。

[編集] リユース

径の大きな廃タイヤは重くて丈夫なため、公園の遊具やスポーツトレーニング用として利用される。 径の小さな廃タイヤは花壇の外周を装飾するような利用法があり、小学校や幼稚園で見かける。 また、適当な大きさの廃タイヤを集めて、漁船やタグボートなど小型船舶の防舷物とする使い方もある。また、サーキットにはコースアウトした車を突入させて安全に減速させる部分があるが、ここに廃タイヤを使った「タイヤバリア」なるものがある。

[編集] リサイクル

最もリサイクル用途が高いのは燃料としてのサーマルリサイクルである。日本国内では、廃タイヤの半数程度がセメントや製鉄工場の高炉に投入され、タイヤに含まれているスチールコード類も鉄原料としてセメントの成分や鉄材に残らずリサイクルされている。燃料用途以外には、緩衝材や防音材として利用される他、マテリアルリサイクルの原材料として再生タイヤの需要が高い国への輸出も行われている。

[編集] リトレッドあるいはリキャップ（再生タイヤ、更生タイヤ）

航空機などのタイヤは、使用済みのタイヤのトレッド、サイドウォールを張り替える事で何度か再利用されている。また、大型トラックやバスでは、再生タイヤが後輪に使われていることが多い。特に輸送コスト、とりわけタイヤ関連の維持費を圧縮したいと考えるのはこのような車種を大量に抱えている事業者であり、その要望に応える形としてタイヤメーカーが協調的に関与し、新品タイヤから再生タイヤへの交換、再生タイヤの計画的な補修と廃棄についてのプランが提示されている。タイヤメーカーにとっては新品が売れないという弊害があるものの、それを上回る形で再生タイヤの使用を促して利益を保っている。また、このサイクルを維持する起点として、リトレッドされることを前提にしたタイヤ製品が存在している。再生タイヤの利用は廃棄物を減らす意味で効果的なので、ユーザーとしてはコスト削減とともに、環境破壊を抑制する企業活動を行えるので好都合である。なお新品と同じ形状にすることが困難なためステアリング性能に影響を及ぼす可能性があり、前輪への再生タイヤ装着は勧められていない。

一般乗用車での再利用率は非常に低い。コストの問題と、タイヤの構造が再生に不向きなのが主たる原因である。乗用車のタイヤはバスや大型トラックのタイヤに比べて薄手であるため加工する余地がほとんどなく、仮に加工したとしても安全性の確保が難しい。タイヤメーカーは乗用車用タイヤの再生を認めていない。（ただしドリフト走行を行う場合には後輪を滑らせるためわざと再生タイヤ（俗にウンコタイヤと呼ばれる）を履く事があるが非常に危険）また、トレッドを張り替える際のパターンに付いて、新品と同様のパターンを付ける事は意匠権の関係から、権利者であるタイヤメーカーの許諾が必要であり、安直に再生する事は出来ない。

加工を伴わない乗用車用タイヤの再利用は、スタッドレスタイヤの通年利用である。溝の深さが新品時に比べて半分になったスタッドレスタイヤは雪上を安全に走行する能力を失い、雪上走行用として用いることができなくなる。そのかわり、法律で定められた摩耗限度まで、普通のタイヤとして利用することができる。タイヤメーカーは、スタッドレスタイヤの商品情報を掲載したカタログでこの方法を示している。スタッドレスタイヤは一般的なタイヤに比べて表面が柔軟なため、通常の乾燥路面における乗り心地や操作性が良いと感じる人がいる。しかし、実際には柔らかいコンパウンド＝ハイグリップとは言い難く、むしろ柔らかいがゆえに走行時におけるトレッド面の変形が大きく、サマータイヤに比べて転がり抵抗が増え燃費が数パーセント悪化する。以上の理由により経済効果としては甚だ疑問である。

[編集] タイヤメーカー

[編集] 関連項目

[編集] 外部リンク

ポータル 自動車 / プロジェクト 乗用車 / プロジェクト 自動車 / プロジェクト バス車種
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