両角岳彦 
目次
■ゴムの物性を「スイッチング」する、住友ゴムの「アクティブトレッド」技術
タイヤについて、「こうだったらいいのに…」と思い描く「夢」。それは人それぞれにいろいろあるとは思いますが、タイヤというモノを多少なりとも知って、体験してきた私としては、「雨でも雪でも履き替えないで“ちゃんと”走れる」、つまり「全天候対応タイヤ」の実現は、ずっと思い描いてきた夢。
確かに、アメリカでは多くの州がちょっとした雪でも、ある程度の駆動制動能力を持つタイヤを新車装着することを求めているので、いわゆるオールシーズンタイヤを履く車が多いし、ヨーロッパではまた異なる「オールシーズンタイヤ」規定が各国にあって、それに対応する製品が最近は日本のリプレース（履き替え需要）市場でも販売されるようになっています。
でも、そうした「全天候指向」のタイヤは今のところ、ドライ、ウェットの舗装路面、積雪路面のそれぞれにおける摩擦性能をある程度妥協せざるをえない。それは、路面と接触する「ゴム」というものの特性・特質を知っていれば、やむをえないと思います。
だからサマータイヤではウェット性能を、雪氷路面に対してはスタッドレスタイヤを、こちらは氷面だけでなく様々な路面で安定した動きを見せることを、それぞれ最優先してテストし、選んで、お勧めしてきたのです。
ところが、先日のジャパンモビリティショー2023で、住友ゴムのブースに「ドライ、ウェット、スノーと変化する路面状況に応じてタイヤが最適な性能にスイッチする」という「アクティブトレッド」なる新技術が展示されていました。もしそうなら、タイヤにとっての「夢」のひとつが実現する…というので、先日、この技術だけに絞って行われた説明会に足を運んできました。
●「水」と「温度」に応じてゴム内部の分子のつながりを変化させる「スイッチ」
住友ゴム工業の経営陣、そしてこの技術の開発を進めている材料部門のエンジニアが語ってくれたことを要約すると、路表面に「水」がない〜ある、そして「温度」が変化する（基本的には氷温あたりを境いに）、この2つの条件のそれぞれに対して、ゴムの硬さが「スイッチ」を切り替えるように変化する、そういう素材が実現できれば、舗装・ドライ（乾いた路面）、そこに水が乗ったウェット、そして雪氷の路面変化に対して、1種類のトレッドゴムで、つまりタイヤを履き替えることなく、対応できる。
そういうゴムの開発に取り組み、一部は製品化に向けた目処がついてきた、のだそうです。
ここで簡単に説明しておくと、タイヤに使われる「ゴム」は、実はそれぞれの部位に求められる特性・特質に応じて、様々な素材を“練り合わせた”もの。それを層状に成形し、部位によっては繊維糸や鋼線と接合、カットして、貼り重ねて、最後に成形・加硫して、タイヤの形になるのです。
そんな中で特に素材の種類が多く、その調合が鍵を握るトレッド層のゴムについては、「コンパウンド（混合物、化合物）」と呼ばれることも多いのです。
これを形作るものは、まず分子レベルで見ると（最近はその構造を実際に“見る”ことができるようになっています）、複雑につながり、絡み合った「ポリマー（高分子重合体）」。乗用車用タイヤではまず、石油化学製品が主の合成ゴム、あまり使われなくなっていたのですが、サスティナビリティの観点から少しずつ増えつつある、ゴムの木から取れる天然ゴムが使われています。
そのポリマーをつなぎ合わせ、力が加わった状態でもちぎれにくいようにするのがフィラー（補強材）。これに最適なのがカーボンブラック（炭素粉）で、だから「タイヤは黒い」のですが、近年は水とのなじみが良いシリカ（二酸化ケイ素）も混入量が増えています。そしてこれらを練り合わせるために、オイルなどの可塑剤も加えられます。
そして、この「ゴム」が舗装路とはいっても細かな凹凸がある路面と接触しつつ滑ることで、摩擦力を生み出す。それはまず、ゴムの表面に路面凹凸が食い込むようにして引っかかることによる「アンカー効果」。同時に、ゴムの表面と路表面の間に働く「粘着力」。それらを生み出すためには、ゴムがたわんで変形し、戻る時にエネルギーロスが生じる。これを「ヒシテリシスロス」と言いますが、これらの組み合わせでゴム特有の摩擦メカニズムが生まれるのです。
こうしたタイヤ特有の成り立ちを頭に入れた上で、その「ゴム」がどう働くのかを考えると、「アクティブトレッド」技術がどんな働きを狙っているかも、少し分かりやすくなるかと思います。
●水に触れると、ゴムが柔らかくなる
トレッドゴムの特性が変化する。その「スイッチ」となる要素のひとつが「水」。ドライだった路面が雨で濡れると、タイヤのグリップが低下するのを経験したことがある人は多いでしょう。もちろん、これは路表面に水が溜まるような状況で排水が追いつかなくなるアクアプレーニング現象が発生する以前の状況で、です。
簡単に比較するなら、濡れた路面ではフルブレーキングで止まるまでの距離が、同じ路面が乾いている時よりも伸びる。これはしかたのないこと、というのがこれまでの常識でした。それを少しでも改善するために、ゴムの高分子構造をつなぐ補強材として、水とのなじみの良いシリカを練り込む量を増やしてきたりしたのです。でも、基本的にゴムは水を弾く特性を持っているし、表面が濡れるとしなやかさが低下するので、路表面とのなじみが悪くなります。
これを基本的な特性、専門的に言うと物性そのものから変化させよう、というのが「アクティブトレッド」の発想。ゴムの内部ではその「分子の鎖」同士が絡まり合うようになりながら（これが「ポリマー」）様々にくっついています。
この「結合」の一部を、水分によって離れる化学結合に置き替える。すると、トレッド表面が路面の水に触れて、その水分がゴムの中に浸み込むと、ポリマーの絡まり合いが弱くなる、つまり、ゴムの柔らかさが増して、路表面の細かな凹凸により食い込むようになるのと、変形によるヒシテリシスロスが増える。これで「ウェット・グリップ」が高まる、はずです。
この「水によるスイッチ」として働くのは、「イオン結合性」を持った素材。水とであうとイオン化して結合が離れるので、ゴム内部の結びつきが弱くなる、つまりゴムの柔らかさが増すのです。しかもこの現象はトレッド表面で起こればいいので、水分の浸透と分子結合の変化が起こるのが、表面から1mm程度になるように各種素材が調合される、ということです。
しかも「スイッチ」としては、水分がなくなるとドライ状態のゴムに戻ることが欠かせません。これについても分子レベルのシミュレーションと実物で、イオン結合が「水がある＝解離」「水がない＝結合」を繰り返すことを確認しているとのこと。
現状、この技術によるトレッド・コンパウンドを実装した開発品（タイヤ）で、ドライ路面とウェット路面でフルブレーキングの停止距離がほぼ同じで、従来品のドライ路面と同等。
ドライからウェットに変化した時のゴムの柔らかさの変化は、2〜3分でまず発生、そのウェット状態で走り続けると徐々にグリップレベルが向上し、ドライに戻るとまた数分でゴムもドライ・グリップ状態に戻るそうです。
ここで課題として残るのは、ゴム内部の分子結合の一部をイオン結合に置き換えると、全体としては結合が弱まる、つまりゴムが分離しやすくなる＝摩耗が早く進む傾向になること。これについては、今後も開発を進めてゆくそうです。
●「低温・柔らかい〜高温・硬い」という普通とは逆の変化を作る
もうひとつの「スイッチ」は、「温度」。今日の雪氷路面向けタイヤは、タイヤ全体として、特にトレッドには、低温でも柔らかさを保つように配合したゴムを使い、さらにトレッド面を小さめのブロックに分け、そこに細かな切り込み（サイプと言います）を多数入れて、トレッド面がしなやかに変形するようにしています。
そもそもゴムに代表される弾力のある、つまり力を加えると変形し、離すと元に戻るような物質は、温度が高い時ほど柔らかく、温度が下がると硬くなる、というのが基本。でも雪氷路面を走るためのゴムとしては、それとは逆の物性、すなわち氷点を過ぎてさらに路面の温度が下がると、柔らかさ、しなやかさを増すように変化してくれると、「スイッチ」として使えるはず、ですが…。
ここでは、基本となるゴム＝ポリマーに、それを柔らかくする「軟化剤」を加え、さらに温度によってこの両者の混ざり方が変化するように、この場合は、温度が下がったところで混ざり合って全体としては柔らかくなり、一定温度以上になると分離して硬さが回復するように、ここでもイオン化によって変化を起こす物質を加える、という方向が試みられています。
この発表会の現場に、北海道大学の野々山准教授と共同研究を進めている、そうした素材の試作品が展示されていました。ドロッとした透明なゲルを封入したパックが、氷水に漬けておくとゲルのまま柔らかく、それをお湯に浸すとすぐに硬くなり、同時に白濁する、という変化を、私も手で触れて確かめました。
とはいえ、タイヤに使う「ゴム」として、他の素材と練り合わせて成形し、しかもそのゴム層の中に均一に分散させて「スイッチ」として機能させるとなると、まだまだ実用化は難しそうです。
また、積雪地といえども除雪や融雪の対策によって、主要道はほぼドライから低温ウェットの状態が多く、さらに新雪から圧雪、凍結など様々な路面に出会う現実の道に対応するためには、トレッド・パターンのデザインからその断面形状、タイヤ骨格全体のしなやかさとバランスなど、様々な設計要件が関わってくるものなので、トレッド・コンパウンドの物性だけで「良いタイヤ」が実現できるわけではない、ということも、私自身、様々に体験してきています。
●市場導入に向けて
いうならば、研究開発段階にある技術を「今後のキー・テクノロジー」として、この段階で公開したこと、これがこの日の発表会の意味であり、価値だったと思います。
そして住友ゴムとしては、2024年にはこの「アクティイブトレッド」の技術コンセプトを織り込んだ「レベル1」段階となるオールシーズンタイヤを発売する、という発表もありました。言うまでもなくこの段階では、アイスグリップ用スイッチ素材を全面的に活用するところには至らないわけですが、その考え方は、ウェット用スイッチ素材とともにコンパウンド設計に組み込まれるとのこと。
もちろんそれに合わせて、トレッド・デザインやタイヤ骨格の設計と素材構成なども進化してくるはずです。そして2027年には、このコンセプトの「レベル2」段階を実装し、さらに転がり抵抗を30％、重量を20％それぞれ低減した（2019年製品との比較で）製品を発表するとのこと。発表会では一応「EVへの装着」を想定、とされていましたが、BEVに限らず、その時期にも自動車の主力を占める内燃機関を主な動力にして走る車でも、こうしたタイヤが求められることは言うまでもありません。
住友ゴムのシナリオどおりに開発が進み、路面環境に合わせて特性を「スイッチング」するコンパウンドが実現すれば、そこで真の意味での「オールシーズンタイヤ」が生まれるはずです。
とはいえ、車もタイヤも最後は「走らせてどうか」で決まるもの。まずは「レベル1」のプロダクツから、その特質を確かめる機会が楽しみです。その時にはまた改めてレポートしましょう。
（文：両角 岳彦／図版・写真-特記以外-：住友ゴム工業）
