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ここにあるのは、だれかが実際に調べ、考え、作ってきたことを集めたメモです。気になったら、ページの下の「参考にした情報源」から、もとの本や記事、それを生み出した人たちに、直接ふれてみてください。このメモには書ききれないおもしろさが、そこにあります。

ふゆの タイヤは、なにが ちがうの?

冬用タイヤは、氷の上でなぜ止まれるのか ── ゴム・気泡・溝のちがい

スタッドレスタイヤと夏タイヤの差 ── 水膜、低温のゴム、発泡ゴム、サイプ、スパイク規制以後

分野:技術

ふゆの あさ、道が くろく ぬれて いるように 見えることが あります。でも、さわって みると つめたく、じつは こおって いる こともあります。

そんな 道でも、ふゆ 用の タイヤは すべりにくいと いわれます。夏の タイヤと、見た目は ほとんど 同じなのに、なにが ちがうのでしょう。

冬の朝、黒くぬれて見える道が、じつは凍っていることがあります。最低気温が3℃以下になると、路面の温度が氷点下になって凍ることがある、とタイヤメーカーは注意しています[1]。

そんな道で、冬用のスタッドレスタイヤは夏タイヤより滑りにくいとされます。どちらも黒くて丸いゴムの輪なのに、何がちがうのでしょうか。ゴム、気泡、溝の3つを順に見ていきます。

ブリヂストンの解説によると、最低気温が3℃以下になれば路面温度が氷点下を下回り、凍結することがある。この条件ではノーマル(夏)タイヤでの走行は危険とされる[1]。

スタッドレスタイヤは、氷雪路のために夏タイヤと材料も形も変えたタイヤだ。何をどう変えているのかを、氷の上で滑る仕組み、ゴム、気泡(発泡ゴム)、溝とサイプの順に整理し、スパイクタイヤ規制の流れと寿命の見分け方までたどる。なお、ここで具体的に技術名を挙げるのはブリヂストンの資料が中心で、他社の仕様は同じとは限らない。

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1. こおりの 上は、なぜ すべるの?

1. 氷の上で滑る原因の一つは、水の膜

1. 凍結路面の「水膜」 ── 滑りの原因と、対策の出発点

こおりの 上は、つるつるして います。でも、こおりそのものが つるつるなのでは ありません。

こおりが とけて、うすい 水の まくが できると、この まくが タイヤと 道の あいだに はいって、タイヤが すべると いわれて います[4]。すべる わけは ほかにも あるかも しれませんが、この まくは 大きな 原いんの ひとつです。

ぬれた ゆかの 上で くつしたが すべるのと、すこし にて います。だから、ふゆ用の タイヤの しごとは、この 水の まくを とりのぞく ことです。

氷の上のタイヤが滑るのは、氷が解けてできる水の膜が、タイヤと路面のあいだに入りこむからだと説明されています[4]。水膜は氷上で滑る大きな原因の一つとされますが、ほかの要因もあると考えられます。

ブリヂストンのブログは、この水膜を接地面から取り除くことを、氷の上で使うタイヤの最も大切な機能として挙げています。冬用タイヤのゴムも溝も、この一点から考えると見通しがよくなります[4]。

凍結路面では、氷が解けて生じた水の膜がタイヤと路面の間に入り、タイヤが路面にうまく接せず滑る。ブリヂストンのブログは、この水膜を接地面から取り除く機能を、氷上性能で最重要のものとして説明している[4]。

以下のゴム・気泡・溝の工夫は、この「水膜の除去」と、次章の「低温でも路面に密着する柔らかさ」という2つの課題に対する解として読める。ただし、これは資料の説明を整理した見方であり、各社が同じ順序で設計しているとは限らない。

2. ゴムは、どう ちがうの?

2. 寒くても硬くならないゴム

2. 低温での硬化と、ゴムの柔らかさ

ふゆ 用の タイヤは、夏の タイヤより やわらかい ゴムで できて います[1]。夏の タイヤは、かわいた 道や ぬれた 道で 走りやすいように、ゴムが かたい のが とくちょうと いわれて います[2]。

ゴムは、つめたく なると かたく なります。かたく なると、こおった 道に ぴったり くっつけません[3]。

やってみよう。わゴムを 2本 用意して、1本を れいぞうこの 中で 1時間ほど ひやします。ひやした わゴムと、そのままの わゴムを、同じ 力で のばして くらべます。ひやした ほうは、のびかたが ちがうかも しれません。

ただし、わゴムは タイヤの ゴムとは べつの ものです。「ゴムは ひえると かわる かも」と 感じる ための あそびです。

ブリヂストンの解説では、スタッドレスタイヤは凍った路面に密着させるため、ノーマルタイヤより柔らかいゴムで作られています[1]。夏タイヤは乾いた路面や濡れた路面での走行に向いたタイヤで、ゴムが硬いのが特徴と説明されています[2]。

ゴムは、温度が下がると中の分子の鎖が動きにくくなり、さらに冷えるとほとんど動けなくなって、硬くもろくなります。冬用タイヤは、低温でも硬さが変わりにくい特殊なゴムを使って、この硬化をおさえているといいます[3]。

気温の目安として、「7℃を下回ると夏タイヤが硬くなり始める」と説明する記事もありますが、これは二次的な資料の目安です。

やってみよう:ゴムを冷やして比べる

輪ゴムを2本用意し、1本を冷蔵庫で1時間ほど冷やします。冷やした輪ゴムと室温の輪ゴムを、同じくらいの力で伸ばして、伸びかたや手ごたえを比べてみましょう。輪ゴムはタイヤ用のゴムとは別のものなので、「温度でゴムの感じが変わるかもしれない」ことを体で確かめる遊びです。

スタッドレスタイヤは、凍結路面に密着させるため、ノーマルタイヤより柔らかいゴムで作られる[1]。夏タイヤは乾湿路面向けで、ゴムが硬いことが特徴とされる[2]。

トーヨータイヤの解説は、ゴムが低温で硬くなる仕組みを、分子鎖の動きで説明する。温度が下がるほど分子鎖の動きが鈍り、さらに下がるとほとんど動けなくなって、ゴムは硬く脆くなる。スタッドレスは低温でも硬くなりにくい特殊なゴムで、硬度の変動を抑えている[3]。

具体的な配合は各社で異なり、「シリカを必ず入れる」といった一般化はできない。二次資料には、シリカのほかオイルやジェルで柔らかさを確保する例もある。また、夏タイヤが硬くなり始める温度として「7℃」を挙げる記事もあるが、これも二次資料の目安である。

1つの家庭でできる確認として、輪ゴムを冷蔵庫で冷やして室温のものと比べる遊びがある。輪ゴムとタイヤ用ゴムは配合が別なので、実験というより、温度による感触の差を見る体験にとどまる。

3. ゴムの なかの、ちいさな あわ

3. ゴムの中に、水を吸う気泡がある

3. 発泡ゴム ── 気泡と水路で水膜を取り込む仕組みと、その代償

ふゆ 用の タイヤの ゴムには、むすうの ちいさな あわが 入って いるものが あります。ブリヂストンは、これを「はっぽうゴム」とよんで います[5]。

この あわと 水の みちが、タイヤと 道の あいだの 水の まくを すいこむと いわれて います。ようふくを ふくときの スポンジを 思いうかべて みましょう。

ただし ほんとうは、タイヤの あわは スポンジのように 水を たっぷり ためる ものでは ありません。あわを おおきくすれば 水を すいやすく なりますが、ゴムが へって すりへりやすく なる、という むずかしさも あります[4]。

ブリヂストンは、ゴムの中に無数の気泡と太い水路を持たせた「発泡ゴム」を独自の技術として説明していて、接地面の水膜をそこへ取り込んで取り除く、としています[5]。ふきんやスポンジが水を吸うのと、少し似た働きです。

ただし、発泡ゴムの名前や仕組みはメーカーごとに異なり、他社も同じ方式とは書けません。

発泡ゴムは改良のたびに、水を吸う気泡が大きくなってきました。ところが気泡を大きくしすぎるとゴムの体積が減って、すり減りやすくなるという課題があります。2020年のブログで紹介されたBLIZZAK VRX2では、気泡の表面に、水になじむ素材をコーティングしていると説明されています[4]。

ブリヂストンは、ゴム内部に無数の気泡と太い水路を設けた発泡ゴムを独自技術として説明し、路面の水膜を効果的に取り込むとする[5]。氷上の水膜の除去が最重要という前章の課題への1つの答えである。名称や構造はメーカーごとに異なるため、これを全社共通の方式とみなすことはできない。

同社のブログによれば、発泡ゴムは進化に伴い、水膜を吸う気泡を大きくしてきた。しかし気泡を大きくしすぎるとゴムの体積が減り、摩耗しやすくなる。この相反をふまえ、2020年のブログで紹介されたBLIZZAK VRX2では気泡の表面に親水性の素材をコーティングしている[4]。

ここには、「水を吸う力」と「ゴムの耐久性」の折り合いという、設計上のトレードオフがある。他社がどこで折り合いをつけているかは、今回の資料では確かめていない。

4. みぞと 細かい きりこみ

4. 太く深い溝と、細かな切れこみ「サイプ」

4. トレッドパターン ── 溝の大きさとサイプの役割の両立

ふゆ 用の タイヤは、夏の タイヤより 溝みぞが ふかく なって います[6]。溝みぞに 入った 雪を ふみかため、その かたまりを けって まえへ すすむ ちからに します。

ところが、溝みぞを おおきく すると、こおりの 上では タイヤが 道に ふれる ところが へって しまいます。雪と こおりでは、ほしい ものが すこし ちがうのです[6]。

そこで、ブロックに 細かい きりこみを たくさん 入れます。これを「サイプ」と いいます。きりこみの かどが 道を ひっかき、すきまが 水を すいこむと いわれて います[6]。

スタッドレスタイヤは夏タイヤより溝が太く深く、雪を踏み固めて前に進む力を得ています。ただし、溝を大きくすると雪の上では有利でも、氷の上では接地面積が減ってしまいます。メーカーは、この食いちがう2つを、模様(パターン)の設計で両立させようとしています[6]。

もう1つの工夫が「サイプ」で、ブロックに入れた細かな切れこみのことです。ブリヂストンのブログは、サイプに次の働きがあると説明しています。接地を均一にすること、ブロックやサイプの角が路面を引っかいて(エッジ効果)グリップを高めること、サイプのすきまに水を取り込むことです[6]。スタッドレスは夏タイヤよりサイプが多い、とされます。

スタッドレスの溝は夏タイヤより太く深く、雪柱を踏み固めて推進力を得る。一方、溝が大きいほど雪上では有利だが、氷上では接地面積が減るという相反があり、パターン設計で両立を図る[6]。

サイプは、ブロックに入れた細かな切れ込みである。ブリヂストンのブログは、接地を均一にする効果、ブロックやサイプの角が路面を引っ掻くエッジ効果、空隙に水を取り込む除水効果を挙げる。スタッドレスは夏タイヤよりサイプが多いとされる[6]。除水は、1章の課題(水膜の除去)に対する、ゴム側の気泡とは別の、形の側の対策と見ることができる。

5. スパイクタイヤは、どこへ いったの?

5. 「スパイクタイヤ」から、スタッドレスへ

5. スパイクタイヤ粉じん法(1990年)と、スタッドレスの位置づけ

むかしの ふゆには、タイヤに 金ぞくの つぶ(スパイク)を うめた タイヤが つかわれて いました。こおりを ひっかく しくみです。

けれど、この タイヤは 道を けずり、こなが まいあがって、まちの 空気が わるく なりました。

1990年には、国の 法律ほうりつが できました[8]。かんきょうしょうの しりょうには、スタッドレスでは のぼれない ほど けわしい こおりの みちは とても すくないと 考えられる、と 書いて あります[9]。

スパイクタイヤは、タイヤの表面に金属のピンを打ちこんだ冬用タイヤで、1970年代に広まりました。その一方で、道路の舗装をけずって出る粉塵が、1980年代に社会問題になったといわれます[7]。

1990年に「スパイクタイヤ粉じんの発生の防止に関する法律」ができました[7][8]。全面禁止ではなく、指定された地域での使用を禁じる形で、除雪車などは適用除外でした。

環境省の通知は、スタッドレスタイヤでは登れないほど急な氷の坂道は極めて少ないと考えられる、という記述があります[9]。

スパイクタイヤの普及は1970年代で、粉じんの健康被害は1980年代に社会問題になったとされる。1990年に「スパイクタイヤ粉じんの発生の防止に関する法律」が制定された[7]。

この法律は1990年6月27日に公布・即日施行され、第7条の禁止条項は1991年4月1日から、罰則は1992年4月1日から施行された[8]。指定地域での使用禁止であり、全国での全面禁止ではない。除雪車などには適用除外がある。

環境省の資料には、スタッドレスタイヤで登坂できないほど急勾配の氷盤路は極めて少ないと考えられる、との記述がある[9]。粉じん量や販売本数の数字は載せない。

6. 冬の タイヤの、おわりの しるし

6. 溝が半分で「冬用」は引退、夏に使うのは?

6. 使用限界の目安(プラットホーム)と、夏に使うことの問題

ふゆ 用の タイヤは、溝みぞが すりへって、新品の ときの 半分まで へると、ふゆ 用としては つかえません[10]。

タイヤの よこには、「やじるし」の 目じるしが あります。その さきの ところに 「プラットホーム」と いう 出っぱりが あって、それが 道に ふれたら おわりの しるし、と JAFは いって います[10]。

その 寿命じゅみょうは、3シーズンから 5シーズンが 目安と いわれます[10]。

では、ふゆ 用を 夏に つかっても いいのでしょうか。ブリヂストンは、あつい 夏の 道で つかうと、ブレーキが きき にくく なる かのうせいが あると いって います[2]。おうちの 車の タイヤの ことは、おうちの 人や お店に 聞いて ください。

JAFは、残りの溝が新品時の50%未満になると、冬用タイヤとしては使えなくなると説明しています。側面の「⇧」印のところにプラットホーム(使用限界の目印)があり、それが路面に触れたら限界です。寿命は一般に3〜5シーズンとされます[10]。「4年」という数字も見かけますが、JAFの説明は3〜5シーズンです。

溝が減った冬用タイヤを、夏用として使い続けられるという話もあります。ブリヂストンは、スタッドレスタイヤを路面温度の高い夏に使うと、ブレーキが利きにくく停止距離が長くなる可能性があると説明しています[2]。冬用を夏に使うのは、メーカーは勧めていない、と受け取れます。

JAFの説明では、残りの溝が新品時の50%未満になると、冬タイヤとしては使用できない。側面の「⇧」印の位置にプラットホーム(使用限界)があり、これが地面に触れたら限界である。寿命は一般に3〜5シーズンとされる[10]。二次資料の「4年」は目安であり、JAFの記述と区別する。

プラットホームが出たタイヤを夏用として使えるとする記述は二次資料のもので、ここでは採らない。ブリヂストンは、スタッドレスを路面温度の高い夏に使うと、ブレーキの利きが悪くなり、停止距離が長くなる可能性があると説明している[2]。柔らかいゴムは、高温の路面では、夏用ほど形を保てないのだと推測できるが、これは資料が直接述べていることではない。

7. じぶんでも たしかめて みたく なったら

7. 自分でも調べてみたくなったら

7. 自分でも調べてみたくなったら

やってみよう。おうちの 人に、車の タイヤの よこを 見せて もらいましょう。「夏の タイヤ」か「ふゆ 用の タイヤ」か、文字を さがします。ふゆ 用なら、目じるしの やじるしも さがして みます。車を 動かさない ときに、おとなと いっしょに 見ます。

もっと 知りたいときは、タイヤの 会社の ホームページで「スタッドレス」や「はっぽうゴム」を 調べて みましょう。会社ごとに、書いて ある ことが ちがうかも しれません。

次のようなことを、調べたり試したりできそうです。

  • おうちの人に、車が止まっているときに、タイヤの側面を見せてもらいましょう。夏用か冬用かを示す表示や、「⇧」印を探します。
  • 2つ以上のタイヤメーカーの公式ページで、スタッドレスの説明を読み比べ、ゴムや気泡の書き方のちがいを見つけてみましょう[5][3]。
  • 環境省や自治体のサイトで、スパイクタイヤ粉じん防止法の指定地域に、自分の住む地域が入っているか調べてみましょう[9]。

資料を読み比べると、会社ごとの説明のちがいも見つけられる。

  1. ブリヂストン[4]と、トーヨータイヤ[3]など別の会社の解説を読み比べ、ゴム・気泡・配合の書き方の差を表にする。
  2. スパイクタイヤの粉じん量や販売本数の数字は、今回は原文で確かめられなかった。環境省や自治体の統計、当時の報告書で見つけられるか探す。
  3. ゴムの低温での硬化について、ゴム協会誌などの論文(今回は取得できなかった)に、ガラス転移の説明があるか調べる。

しらべた ところ

参考にした情報源

参考にした情報源

出典について:タイヤメーカーの技術解説、業界団体JAFの説明、環境省の資料、Wikipediaなどの二次資料を突き合わせて使った。技術の名前や仕組みはメーカーによって異なり、ここではブリヂストンの説明が中心である。何に使ったかは、それぞれの項目の最後に書いている。

  1. ブリヂストン BLIZZAK「スタッドレスとノーマルタイヤの性能の違い」。 https://tire.bridgestone.co.jp/blizzak/swd/column/studless-tires-normal-tires/ (ゴムの柔らかさ、凍結の気温の目安について)
  2. ブリヂストン「夏タイヤとは?」。 https://tire.bridgestone.co.jp/about/knowledge/summer-tires/ (夏タイヤの特徴、スタッドレスを夏に使う問題について)
  3. トーヨータイヤ ON THE ROAD「低温時のゴム硬化とは?」。 https://ontheroad.toyotires.jp/tidbits/14985/ (ゴムが低温で硬くなる仕組みについて)
  4. ブリヂストン ブログ「スタッドレスタイヤのゴムは、どのように進化してきたの?」(2020年11月19日)。 https://www.bridgestone.co.jp/blog/2020111901.html (氷上の水膜と、発泡ゴムの気泡の課題について)
  5. ブリヂストン トラック・バス用タイヤ「発泡ゴム」。 https://tire.bridgestone.co.jp/tb/truck_bus/usuful/strength/technologies/ (発泡ゴムの気泡と水路について)
  6. ブリヂストン ブログ「スタッドレスの仕組み(トレッドパタン編)」。 https://www.bridgestone.co.jp/blog/2017020701.html (溝とサイプの役割について)
  7. CARPRIME「スパイクタイヤはいつから禁止となったのか?」。 https://car-me.jp/articles/11700 (スパイクタイヤの普及と、粉じん問題について)
  8. Wikipedia「スパイクタイヤ粉じんの発生の防止に関する法律」。 https://ja.wikipedia.org/wiki/スパイクタイヤ粉じんの発生の防止に関する法律 (法律の公布日と施行日について。二次資料)
  9. 環境省「施行令及び施行規則の施行について」。 https://www.env.go.jp/hourei/04/000033.html (規制の前提と、除雪車などの適用除外について)
  10. JAF「クルマ何でも質問箱」。 https://jaf.or.jp/common/kuruma-qa/category-inspection/subcategory-tire/faq228 (冬タイヤの使用限界と寿命の目安について)

なおした ところ

更新履歴

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