タイヤの構造、徹底解説！

自動車のタイヤは単にゴムを成形しただけのものではありません。タイヤは複層構造となっており、役割に応じて様々な部材が配置されています。チューブレスタイヤの構造は四種類に大別できます。外部構造として、トレッド、サイドウォール、ショルダー、ビード。内部構造とし、ベルト、カーカス、インナーライナー。それぞれ別の役割を持ち、構造をなすことで車の走行を支えています。

今回は意外と複雑なタイヤの構造について解説します。なお、自転車と異なり、現在の自動車のタイヤはほとんどがチューブレスタイヤとなっているため、今回はチューブレスタイヤを中心として解説します。

外部構造：トレッド

トレッドは路面に接地し、走行時にはエンジンからの駆動力を伝達します。また制動時には摩擦力によって自動車の運動エネルギーを減少させます。走行時、制動時、いずれもトレッドが摩耗することで効果が高まります。タイヤが摩耗することは機能として必要なのです。

トレッド部の表面には溝（グルーブ）が彫られており、溝の模様をトレッドパターンと呼びます。よく整備され、乾燥した路面を走行するだけであれば、タイヤに溝が無い方が駆動力を伝えやすく、ハンドル操作に対して忠実に車体を制御でき、制動も容易になります。

レーシングカーのタイヤが良い例です。ですが、一般道を走る乗用車は事情が異なります。降雨などで路面が濡れている際、溝からタイヤ表面の水分を排出することで確実に接地できるようになります。水分が排出できないと路面とタイヤの間に水の膜ができ、タイヤが路面から浮いてしまうハイドロプレーニング現象が発生します。

ハイドロプレーニング現象が起きると、ハンドルやブレーキが利かなくなります。タイヤの溝が減り、スリップサインが出ている際にはうまく水分を排出できなくなります。

トレッドのパターンは用途に合わせて様々な構造があります。

リブ型は、回転方向に対して縦へ規則的に並んだ構造を持つパターンです。タイヤと路面の接地面積が小さくなるため、タイヤの転がり抵抗が減ることで燃費が向上します。路面との接地面積が減ると、静寂性も増します。家庭用の乗用車はほとんどがリブ型となっています。

ラグ型と呼ばれるタイプはリブ型と対照的に、横方向へ溝が並んだ構造を持つパターンです。路面を掴む力が強いため、悪路を走破するオフロード車、大きな車体を動かす必要のあるトラックやバス、土の上を走る農耕車両などによく用いられています。

リブラグ型と呼ばれる、リブ型とラグ型を組み合わせたパターンもあります。リブ型をトレッドの中央部へ、ラグ型をトレッドの両側面へ配置する構造となっています。舗装路面と非舗装路面を交互に走る必要のある建設車両や産業車両などによく用いられます。

ブロック型と呼ばれる、溝が縦横に走り、トレッド部が独立しているパターンもあります。圧雪路や泥濘路面における排水性や駆動力、制動力に優れる反面、ブロックが摩耗しやすいというデメリットもあります。ブロック形は主にスタッドレスタイヤに用いられています。

加えて、トレッドにはそれぞれのパターンに加えてタイピングと呼ばれる細かな切り込みが入れられています。タイピングはトレッドの溝で排出しきれなかった水分を吸収し、タイヤと路面の接地を助ける役割を持っています。スタッドレスタイヤは特にサイピングが無数に入れられており、サイピングが細かく動くことで路面に食いつき、高い制動力を発揮します。

外部構造：サイドウォール

サイドウォールはタイヤが走行している最中、屈曲が激しくなる部分です。屈曲することで走行時に生じるタイヤの歪みや衝撃を吸収する役割を持っています。トレッド部に比べると薄くできていますが、これはサイドウォールが柔軟性を要求されるためです。

仮にサイドウォールが厚く固い素材でできていた場合、タイヤの柔軟性が失われます。乗り心地が損なわれるだけでなく、強い衝撃を受けた拍子にホイールからタイヤが外れてしまいます。また、後述する内部構造のカーカスを保護する役目も持っています。他に特筆すべきこととして、サイドウォールにタイヤサイズ、メーカー名、製造時期、パターン名などが表示されています。

外部構造：ショルダー

ショルダーは、構造としてはトレッドとサイドウォールの中間に位置します。構造としてはトレッドを斜めに切り取ったような形状となっています。走行中、トレッドは高熱となります。ショルダーはトレッドに籠もった熱を排出する役割を持っています。

トレッドから熱が排出されないとタイヤ内部に充填された空気が膨張し、またタイヤそのものも高温になるためゴムが変質します。高温が続くと、最悪の場合はバースト（破裂）に至るため、重要な役割です。また、後述する内部構造のカーカスを保護する役目も持っています。

外部構造：ビード

タイヤとホイールが接する部分です。タイヤへ空気を充填するとビードがホイールの縁、リムと呼ばれる溝の部分へ潜りこみ、空気を逃さないように密着します。ビード内部にはビードワイヤーと呼ばれる補強材が挿入されており、ビードとホイールをより強固に固定することができるよう工夫されています。素材は主にピアノ線（鉄鋼のワイヤー）を束ねたものです。

内部構造：カーカス

カーカスはタイヤの骨格を形成する部位です。カーカスの形状によってタイヤの形状が決まります。衝撃や荷重、空気圧に耐える、非常に重要な部分です。タイヤの表面に亀裂が出現した場合、真っ先にカーカスへ到達しているかを疑います。

この理由はカーカスが傷ついている場合、タイヤがもはや荷重や空気圧に耐えられなくなっていることを意味するためです。カーカスの素材はモデルごとに異なりますが、おおむねナイロン、ポリエステル、レーヨンなどで形成されています。カーカスが繊維でできている理由は、ゴムに比べて引張り強さが高いためです。一方、鋭利な物体がぶつかると傷が付きやすいというデメリットもあります。

内部構造：ベルト

タイヤにおけるベルトとは、トレッドとカーカスの間に挟まっている部材のことです。トレッドへの衝撃を吸収して保護しつつ、カーカスを締め付けることでタイヤの形状を保持し、タイヤ全体の剛性（変形しにくさ）を高めています。

素材としてはスチールが用いられることが多いようですが、乗用車の場合はアラミド繊維が用いられることもあるようです。アラミド繊維は重量に比べて非常に強度が高く、弾性率が高い素材です。タイヤの他、プラスチックやセメントにも補強材料として用いられています。ただし、スチール製に比べて高価なため使用例は少ないようです。

内部構造：インナーライナー

インナーライナーはカーカスの裏側に内張りされているゴム素材です。自転車のタイヤにおけるチューブの代わりを果たしており、タイヤの気密性を高めています。また、釘などによる小さな傷であれば、インナーライナーに空いた穴を塞ぐことで修理が完了する場合もあります。

まとめ

タイヤは車を支える部分であるため、機能性と耐久性を両立できるよう、複雑な構造となっています。今回は割愛しましたが、カーカスには繊維方向をタイヤの中心からビード方向へ垂直に伸ばしたラジアル構造と、カーカスの繊維方向をタイヤの中心からビード方向へ斜めに伸ばしたバイアス構造と呼ばれる分類もあります。

タイヤの構造のうち、一般的なドライバーが特に知っておくべき部分は、トレッド、サイドウォール、カーカスでしょう。トレッドの溝には様々なパターンがあり、用途によって使い分ける必要があります。

タイヤ側面のサイドウォールは柔軟性を保つために薄く作られているため、尖った部品が衝突すると破れやすいという欠点があります。タイヤ側面を縁石にこすってしまったときなどは特に注意しましょう。また、タイヤの空気圧が低いとたわみが増し、疲労によって破れやすくなります。

カーカスは外側からは見えない部分ですが、タイヤの構造を支える最も重要な部分です。小さな傷であれば補修できますが、大きな傷や裂け目が生まれた場合はバーストに繋がります。カーカスは大きな衝撃を受けた場合にも損傷する可能性があるため、何かにタイヤを衝突させてしまった場合はパンクしていないことを確認するだけでなく、カーショップなどで点検を行うとよいでしょう。