タイヤ／路面転がり抵抗の小さな低燃費アスファルト舗装技術の開発

株式会社 NIPPO 研究開発本部 技術研究所 研究第一グループ

石垣 勉

独立行政法人 土木研究所 道路技術研究グループ 舗装チーム

川上 篤史

株式会社 NIPPO 研究開発本部 技術研究所 研究第三グループ

白井 悠株式会社 NIPPO 研究開発本部 技術研究所 研究第一グループ

尾本 志展

独立行政法人 土木研究所 道路技術研究グループ 舗装チーム

寺田 剛

独立行政法人 土木研究所 道路技術研究グループ 舗装チーム

久保 和幸

１ はじめに抵抗、勾配抵抗、および加速抵抗により構成される。こ舗装の技術的対応として、低炭素化の更なる推進が求れらのうち、転がり抵抗は、タイヤが路面を転がるとき303められている。
世界のエネルギー起源 CO2 排出量は、に、路面から進行方向と反対向きに受ける力であり、舗１）億トン（2010 年） であり、今後の排出量予測は増加

装路面と直接関連する抵抗といえる。

する見通しとなっている。我が国のエネルギー起源 CO2

舗装の新たな技術的アプローチとして、タイヤと路面排出量は、13 億 700 万トン（2011 年）であり、世界の間に作用する転がり抵抗（以下、タイヤ／路面転がり抵排出量に占める割合は、約 4%である。道路に関連する抗）を低減する舗装材料及び路面構築方法を開発するこ

運輸部門単体では、我が国全体の 19.6％を占めている 。とで、走行抵抗の低減を図り、自動車の燃料消費量を低温室効果ガス削減を達成するために必要な措置を定めた減することが期待できる。

２）

京都議定書目標達成計画に基づく対策として、運輸部門

そこで、筆者らは、タイヤ／路面転がり抵抗に着目しでは、自動車・道路交通対策や、環境負荷の小さい交通たアスファルト舗装の低炭素化技術の確立を目的に、平成 22 年度から共同研究「低炭素舗装技術の高度化に関３）体系の構築などの施策が推進されている 。
EAPA（欧州舗装技術協会）と eurobitume（欧州アスする研究」を実施してきている。

ファルト協会）は、道路における温室効果ガス排出量に

本論文は、本共同研究で開発した「タイヤ／路面転が関するライフサイクルアセスメント試算結果を示していり抵抗の小さな低燃費アスファルト舗装技術」に関してる 。これによれば、4 車線道路（大型車交通量 2,500述べるものである。

４)

万台／30 年、乗用車交通量 1 億台／30 年）の場合、30年間のライフサイクルにおける CO2 排出量の割合は、大２ タイヤ／路面転がり抵抗型車の燃料消費によるものが 68%、乗用車の燃料消費に

２－１ タイヤ／路面転がり抵抗の測定方法よるものが 30％、道路建設・維持／修繕・更新によるもタイヤ／路面転がり抵抗とは、タイヤが路面を転がるのが 2%となることを示している。このことは、運輸部

ときに、路面から進行方向と反対向きにタイヤが受ける門における CO2 排出量削減において、自動車の燃料消費力である。このタイヤ／路面転がり抵抗を測定するため量を低減させる対策が効果的であることを裏付けている。に、本研究ではすべり抵抗測定車を用いたタイヤ／路面自動車の燃量消費量を変動させる主要因は、走行抵抗転がり抵抗の測定方法を検討した。図－１にすべり抵抗であると考えられている。走行抵抗とは、自動車の進行測定車の概要を示す。測定装置は、測定車の本体とは異方向と反対向きに作用する力であり、転がり抵抗、空気なる測定輪（第５輪）に設置されている。載荷重用エア
1

間のタイヤ／路面転がり抵抗係数μr と定義した。
図－２に、タイヤ／路面転がり抵抗係数とタイヤ温度の関係の一例を示す。図－２は、排水性舗装(13)の測定結果をとりまとめたものである。縦軸はタイヤ／路面転がり抵抗係数μr、横軸はタイヤ温度である。
0.035

国総研試験走路（西直線）
排水性（13）既設路面

タイヤ／路面転がり抵抗係数 μｒ

図－１ すべり抵抗測定車の概要

シリンダーにより、所定の鉛直荷重を試験輪に載荷する。
タイヤ／路面転がり抵抗は、測定輪を支える鉛直方向の軸に設置されるけん引力検出器により、車両進行方向の転動中のタイヤと路面の接地面に働く転がり抵抗（F）を測定する。タイヤに作用する鉛直荷重（W）の変動は、タイヤ／路面転がり抵抗に影響を及ぼすことから、鉛直方向に設置された載荷重検出器により測定する。タイヤ速度
20km/h
40km/h
60km/h80km/h
100km/h

0.030

0.025
100km/h
0.020
80km/h
60km/h0.015

40km/h

温度は、接触式温度計を用いて測定するものとした。

20km/h0.010
0２－２ タイヤ／路面転がり抵抗の測定

1020304050607080

タイヤ温度 T （℃）（１）測定概要

図－２ タイヤ／路面転がり抵抗係数とタイヤ温度の関係

舗装路面とタイヤ／路面転がり抵抗の関係を把握することを目的に、
国土技術政策総合研究所試験走路（以下、

図－２より、タイヤ／路面転がり抵抗係数μr は、デー国総研試験走路）の各種既設舗装のタイヤ／路面転がりタにばらつきが見られるものの、タイヤ温度と速度の双抵抗を測定した。測定概要を表－１に示す。

方に強い依存性があることがわかる。
タイヤ温度が高いほど、タイヤ／路面転がり抵抗係数

表－１ 測定概要
項目
測定装置
測定項目
測定タイヤ載荷重
試験速度
測定路面(全５路面)

測定延長
路面状態

μr が小さくなっている。このことは、タイヤ試験方法の内容
すべり抵抗測定車
タイヤ／路面転がり抵抗、鉛直荷重（サンプリング間隔 0.01 秒）
すべり抵抗測定用標準タイヤ( リブタイヤ)
タイヤ寸法：165-SR13、タイヤ内圧 176.5kPa
4000N±150N
20,40,60,80,100 (km/h) 定常走行条件
国総研試験走路 西直線部 （既設）①排水性舗装(5)、②排水性舗装(13)③密粒度アスファルト舗装(13)
国総研試験走路 東直線部 （既設）
④密粒度アスファルト舗装(13)
各 L=80m
乾燥路面一つである動的タイヤ試験で得られた転がり抵抗に関する知見５）と一致している。タイヤ／路面転がり抵抗係数
μr とタイヤ温度の関係は、指数関数であらわせるとする
Janssen & Hall６）の知見に基づいて、速度毎に指数関数により回帰分析した結果を、図－２中の実線で示す。ここで、指数関数に傾きを与えるパラメータは、路面種別や速度に依存しないタイヤ固有の係数と仮定して、本研究で得られた全データの回帰分析により得られた値のパラメータの平均値を用いた。
速度が速いほど、タイヤ／路面転がり抵抗係数μr が大きくなっている。このことは、動的タイヤ試験で得られ（２）測定データの整理方法
タイヤ／路面転がり抵抗は、タイヤに作用する鉛直荷

たタイヤ転がり抵抗に関する知見５）と異なっている。動重に対して、ほぼ比例して増加する性質がある。測定し的タイヤ試験で得られたタイヤ転がり抵抗は、ほぼ同一たタイヤ／路面転がり抵抗（F）と鉛直荷重（W）より、とみなせるとしている。この理由として、動的タイヤ試

タイヤ／路面転がり抵抗係数（μr = F / W）を算出する

験で得られたタイヤ転がり抵抗は、平滑なドラム面上のことができる。本研究では、0.01 秒のサンプリング間隔走行により得られる値に対して、タイヤ／路面転がり抵で収集した F と W より、0.01 秒毎のμr を算出し、測定抗は、舗装の路面テクスチャやラフネスの影響を強く受区間のμr の全データの二乗平均平方根(RMS)を、測定区けるためと推察される。
2表－２ 各種路面のタイヤ／路面転がり抵抗係数 測定結果 （国総研試験走路）
試験路面 種別

測定箇所
西直線部

排水性舗装(5)西直線部

排水性舗装(13)西直線部

密粒度アスファルト舗装(13)東直線部

密粒度アスファルト舗装(13)タイヤ／路面転がり抵抗係数μr (タイヤ温度：30℃補正)
20km/h
40km/h
60km/h
80km/h100km/h0.01560.01820.02100.02420.0283(-6.6%)(-2.7%)(-0.9%)(+2.1%)(+1.1%)
0.01670.01870.02120.02370.02800.0165(-1.2%)
0.0157(-6.0%)

0,0191(+2.1%)
0.0182(-2.7%)

0.0215(+1.4%)
0.0200(-5.7%)

0.0245(+3.4%)
0.0218(-8.0%)

0.0268(-4.3%)
0.0253(-9.6%)*表中の括弧内は、排水性舗装(13)を基準にした場合のタイヤ／路面転がり抵抗係数の増減率を示す。

表－３ 各種路面の路面性状 測定結果 (国総研試験走路)
試験路面 種別
排水性舗装(5)
排水性舗装(13)密粒度アスファルト舗装(13)密粒度アスファルト舗装(13)DFT
40km/h
0.540.440.630.72

測定箇所
西直線部
西直線部
西直線部
東直線部

20km/h
0.560.450.660.75

本研究では、データの整理方法として、タイヤ／路面BPN
60km/h0.53
0.440.610.6864597079

平たん性σ
1.61
0.920.760.75

MPD(mm)0.85
1.66
0.450.29

がり抵抗に及ぼす影響を検討した。

転がり抵抗μr を、図－２中に示した指数関数モデルを用

写真－１に、西直線部と東直線部の密粒度アスファル

いて、タイヤ温度が 30℃におけるμr に温度補正した値

ト舗装(13)の路面テクスチャを比較した結果を示す。

を、速度毎に示すことにした。
（３）測定結果
表－２に、各種路面のタイヤ／路面転がり係数の測定
結果、表－３に、路面性状測定結果を示す。
表－２より、タイヤ／路面転がり抵抗係数μr は、路面の種別によって異なることがわかる。
最大粒径の異なる排水性舗装(5)と排水性舗装(13)を比(1)西直線部

較すると、排水性舗装(5)のタイヤ／路面転がり抵抗係数(2)東直線部

写真－１ 密粒度アスファルト舗装の路面状態の比較

μr は、低速度域から中速度域において、排水性舗装(13)よりも小さいが、高速度域においては大きくなっている。

写真－１より、西直線部の密粒度アスファルト舗装

このことは、排水性舗装(5)の平たん性σが 1.66 に対し(13)の路面状態は、表面のアスファルトモルタルがなくて、排水性舗装(13)が 0.94 と平坦性の良好な路面であるなることで、骨材が表面に露出し、路面に凹凸が発生しことに起因していると推察される。

た状態（ポジティブテクスチャ）となっている。東直線

東直線部の密粒度アスファルト舗装(13)は、全速度域部の路面状態は、平滑な路面状態を呈している。西直線において、排水性舗装(13)よりもタイヤ／路面転がり抵部の密粒度アスファルト舗装(13)の MPD は 0.45mm に抗係数μr は小さい。低速度域では排水性舗装(5)と同等

対して、東直線部は 0.29mm であり、路面のきめ深さはである。高速度域では、排水性舗装(13)よりも 8～10%西直線部の方が大きい。アスファルト舗装の MPD とタ低い値となっている。しかしながら、西直線部の密粒度イヤ／路面転がり抵抗係数μr の相関は、正の相関があり、アスファルト舗装は、東直線部の密粒度アスファルト舗

MPD が大きくなるほど、タイヤ／路面転がり抵抗係数

装と平坦性σがほぼ同等であるのに関わらず、排水性舗

μr は大きくなる。

装(13)よりもタイヤ／路面転がり抵抗係数μr が大きい

密粒度アスファルト舗装のような、表面にアスファル結果となっている。

トモルタル分が多く露出する舗装は、供用初期は路面テ（４）測定結果の分析

クスチャが平滑であることから、タイヤ／路面転がり抵舗装の路面テクスチャやラフネスが、タイヤ／路面転抗が小さい。しかし供用に伴いアスファルトモルタルが3

(1)東直線部 密粒度アスファルト舗装(13)(2)排水性舗装(5)（3）排水性舗装(13)図－３ 舗装路面のタイヤ接地圧分布なくなることで、ポジティブテクスチャとなり、タイヤて、平坦性σと強い正の相関がある。

／路面転がり抵抗が大きくなるものと考えられる。

これらのことは、タイヤ／路面転がり抵抗が、舗装の図－３に、測定路面のタイヤ接地圧分布を示す。タイ

路面テクスチャやラフネスの影響を強く受けるとする

ヤ接地圧の測定には、圧力測定範囲の異なる４種類の感既往の知見（例えば、Descornet ７））を裏付ける結果と圧フィルムを用いた。感圧フィルムを、すべり抵抗測定いえる。なお、すべり抵抗とタイヤ／路面転がり抵抗係

車の試験輪と路面間に敷設し、鉛直荷重（4000N）を試数μr は相関が得られなかった。

験輪に静的に載荷した。図－３は、感圧後のフィルムを３ タイヤ／路面転がり抵抗の小さな低燃費アスファルト舗装技術の開発圧力画像解析装置で読み込み、４種類の感圧フィルムの圧力画像を、コンピュータ上で合成することで作成した。

３－１ アスファルト混合物

図－３より、タイヤの接地特性は、舗装路面の種別により大きく異なることがわかる。タイヤの接地面積は、タイヤ／路面転がり抵抗の小さな低燃費アスファルト

東直線部の密粒度アスファルト舗装(13)が最も大きく、舗装技術の開発を目的に、アスファルト混合物の配合を以下、排水性舗装(5)、排水性舗装(13)の順となっている。

検討した。前述のタイヤ／路面転がり抵抗の測定結果の接地圧分布に着目すると、排水性舗装(13)は、個々の分析より、筆者らは、図－４に示すようなネガティブテ骨材上に、局所的に大きな接地圧が発生していることがクスチャ（適度なきめ深さを確保しつつ、骨材を表面にわかる。排水性舗装(5)は、排水性舗装(13)と同様に骨材緻密かつ平滑に並べた路面テクスチャ）を有するアスフ上に局所的に大きな接地圧が発生しているが、接地面積ァルト混合物（以下、小粒径薄層舗装用アスファルト混が大きいことから、その局所的な接地圧のレベルは、排合物）を開発コンセプトにした。

水性舗装(13)よりも小さい値となっている。東直線部の密粒度アスファルト舗装(13)は、平滑な路面であることから、局所的な接地圧の発生はみられず、その接地圧のレベルは小さい。路面テクスチャがタイヤ／路面転がり
図－４ 小粒径薄層舗装用アスファルト混合物の抵抗に及ぼす影響として、タイヤと路面の接地面におい開発コンセプトて、路面テクスチャに起因する局所的に大きな接地圧力の発生により、タイヤのトレッド面を局所的に変形させ写真－２に、試作した小粒径薄層舗装用アスファルトる。このことが、タイヤ／路面転がり抵抗を増加させる混合物のホイールトラッキング供試体で得られた路面テものと考えられる。

クスチャの比較結果を示す。試作した小粒径薄層舗装用

平たん性σとタイヤ／路面転がり抵抗係数μr は、正のアスファルト混合物は、骨材最大粒径が 5mm の小粒径相関があり、平たん性σが大きくなるほど、タイヤ／路であり、骨材粒度の 2.36mm パスの割合を 20%、30%、面転がり抵抗係数μr は大きくなる。特に高速度域におい40%と変化させたものである。

4表－５ 試験施工の概要
項目
施工箇所
実施時期
施工内容

(1)2.36mm－20%(2)2.36mm－30%(3)2.36mm－40%

写真－２ 試作した小粒径薄層舗装用アスファルト混合物による路面テクスチャの比較（最大粒径 5mm）

内容
国総研試験走路 西直線部
平成 24 年 3 月、平成 24 年 5 月①小粒径薄層舗装(5)表層：小粒径薄層舗装(5)(t=2cm)：改質 H 型
レベリング層：密粒(13)(t=3cm)：改質Ⅱ型
施工機械：乳剤散布式 AF＋タンデム＋タンデム②２層同時舗設式小粒径薄層舗装(5)(t=2cm)
上層：小粒径薄層舗装(5)(t=2cm)：改質 H 型
下層：密粒(13)(t=3cm)：改質Ⅱ型
施工機械：２層同時舗設式 AF＋タンデム+タンデム③密粒(20) ＜比較工区＞
表層：密粒(20)(t=5cm)：改質Ⅱ型
施工機械：一般 AF＋マカダム＋タイヤ＋タンデム

写真－２より、20%の場合、骨材間に大きな開きが見られ、テクスチャは緻密ではなく、きめ深さも大きい。
40%の場合は、アスファルトモルタル分が表面に浮き出ており供用後の飛散が懸念される。30%の場合は、緻密施工延長④排水性(13) ＜比較工区＞
表層：排水性(13)(t=5cm)：改質 H 型
施工機械：一般 AF＋マカダム＋タイヤ＋タンデム
各 L=60m

かつ表面の平滑性は高いといえる。そこで、本研究では骨材粒度の 2.36mm パスの割合を 30%程度とした粒度を中央粒度とする骨材粒度を選定することにした。これは、排水性(5)と SMA(5)の中間的な粒度に概ね相当するものである。表－４に小粒径薄層舗装用アスファルト混合物(5)の粒度とマーシャル特性を示す。
表－４ 小粒径薄層舗装用アスファルト混合物(5)
写真－３ 試験施工の状況（2 層同時舗設式小粒径薄層舗装）の粒度とマーシャル特性
混合物種類
百分率
通過質量

13.2mm
4.75mm
2.36mm
0.075mm
バインダー種別
アスファルト量(%)
空隙率(%)
飽和度(%)
安定度(kN)

小粒径薄層舗装用
As 混合物(5)

粒度範囲

100
100
93.4
90-100
30.2
20-40
5.5
5-10
ポリマー改質 H 型
4.8
15.0
39.210.8

写真－４ 小粒径薄層舗装(5)の路面テクスチャ

３－３ タイヤ／路面転がり抵抗低減性能の検証

３－２ 試験施工

表－６に試験施工路面のタイヤ／路面転がり抵抗係数

小粒径薄層舗装用アスファルト混合物(5)のタイヤ／の測定結果を、表－７に路面性状測定結果を示す。

路面転がり抵抗低減性能の確認を目的に、国総研試験走表－６より、小粒径薄層舗装(5)と２層同時舗設式小粒路の西直線部において、試験施工を実施した。表－５に径薄層舗装(5)のタイヤ／路面転がり抵抗係数μr は、我試験施工の概要を、写真－３に試験施工の状況を示す。

が国の道路舗装で一般的に用いられている排水性舗装

施工では、良好な路面テクスチャと平たん性を得ること(13)や密粒度アスファルト舗装(20)よりも十分に小さいを目的に、表－５に示す施工機械を用いた。

ことがわかる。排水性舗装(13)と比較すると、タイヤ／写真－４に、試験施工で得られた小粒径薄層舗装(5)速度 20km/h におい
路面転がり抵抗係数μr の低減率は、の路面テクスチャを示す。小粒径薄層舗装(5)の MPD はて約 10%、速度 40～60km/h において約 12～14%、速0.57mm であり、排水性舗装(5)の 0.85 と比較して小さ度 80～100km/h において約 6～9%であった。

い。試験施工で得られた路面テクスチャが、適度なきめ
３－４ 自動車走行燃費向上率の試算

深さと、骨材が表面に緻密かつ平滑に並べられたネガテ

タイヤ／路面転がり抵抗の小さな低燃費アスファルトィブテクスチャであることを確認した。
5

表－６ 試験施工路面のタイヤ／路面転がり抵抗係数 測定結果 （国総研試験走路）
試験路面 種別

タイヤ／路面転がり抵抗係数μr (タイヤ温度：30℃補正)
20km/h
40km/h
60km/h
80km/h100km/h0.01500.01700.01910.02400.0271(-9.6%)(-14.1%)(-14.0%)(-7.7%)(-5.6%)
0.01480.01740.01960.02450.0260(-10.9%)(-12.1%)(-11.8%)(-5.8%)(-9.4%)
0.01630.0191
0.0226
0.02690.0289(-1.8%)(-3.5%)(+1.8%)(+3.5%)(+0.1%)
0.01660.01980.02220.02600.0287

測定箇所

小粒径薄層舗装(5)西直線部

２層同時舗設式小粒径薄層舗装(5)西直線部

密粒度アスファルト舗装(20)西直線部

排水性舗装(13)西直線部*表中の括弧内は、排水性舗装(13)を基準にした場合のタイヤ／路面転がり抵抗係数の増減率を示す。

表－７ 試験施工路面の路面性状測定結果 (国総研試験走路)
試験路面 種別
小粒径薄層舗装(5)２層同時舗設式小粒径薄層舗装(5)密粒度アスファルト舗装(20)排水性舗装(13)DFT
40km/h0.35
0.50
0.540.43

測定箇所
20km/h0.42
0.52
0.620.47

西直線部
西直線部
西直線部
西直線部BPN
60km/h
0.350.490.510.4171797366

平たん性σ0.600.87
1.110.75

MPD(mm)0.57
0.560.361.47

表－８ 低燃費アスファルト舗装による自動車走行燃費向上率の試算（排水性舗装(13)比）
走行条件
一定速度走行モード燃費試験走行
一般市街地走行

転がり抵抗の燃費寄与率８）(%)：A20~25
10~20
7~10

舗装技術の適用による自動車走行燃費向上率の試算結果

タイヤ／路面転がり抵抗の低減率(%)：B

自動車燃費向上率(%)：
A×B

ケース１14.0
14.0
14.0

ケース１
2.8~3.5
1.4~2.8
1.0~1.4

ケース２
10.0
10.0
10.0

ケース２
2.0~2.5
1.0~2.0
0.7~1.0（２）タイヤ／路面転がり抵抗係数μr は、舗装の路面テ

を表－８に示す。試算結果は、排水性舗装(13)を基準とクスチャとラフネスの影響を強く受ける。

した場合の小粒径薄層舗装(5)における燃費向上率を示（３）タイヤ／路面転がり抵抗の低減を図ることができした。表－８中の転がり抵抗の自動車走行燃費への寄与

る小粒径薄層舗装用アスファルト混合物と施工技術

８）率は、文献 に示された値を用いた。ここで、一般市街を開発した。

地走行の条件に着目すると、タイヤ／路面転がり抵抗の（４）本技術を適用することで、自動車走行燃費を低減低減率が 14%のケース１では、自動車走行燃費向上率はし、舗装のライフサイクル CO2 削減や、運輸部門に1.0～1.4％である。
また、低減率が 10%のケース２では、おける CO2 排出量削減が期待できる。

その向上率は 0.7～1.0%である。このことは、既往の試（５）今後の課題として、本技術の実路への適用を図り、

９）

算結果 が示すように、低燃費アスファルト舗装技術を効果の検証を更に進めていきたい。

交通量の多い路線に適用することで、舗装のライフサイ（参考文献）

クル CO2 削減や、運輸部門における CO2 排出量削減に

1) 環境省：世界のエネルギー起源 CO2 排出量、環境省HP
http://www.env.go.jp
2) 環境省：2011 年度温室効果ガス排出量（速報値）、環境省 HP
http://www.env.go.jp
3) 国土交通省：国土交通省における地球温暖化対策について、国土交通省 HP http://www.mlit.go.jp
4) EAPA / eurobitume：Environmental Impacts and Fuel Efficiency ofRoad pavements, Industry Report (2004.3)
5) 酒井秀男：改訂版タイヤ工学、グランプリ出版 (2002)
6) Janssen,M.L. & Hall,G.L. : Effect of Ambient Temperature on
Radial Tire Rolling Resistance, SAE No. 800090, SAE, (1980)
7) Descornet, G.: Road-Surface Influence on Tire Rolling Resistance,
ASTM STP 1031, pp.410-415,ASTM,(1990)
8) 低燃費タイヤ普及促進協議会：低燃費タイヤ等に関する普及のあり方について(2009.7)
9) 川上篤史、新田弘之、寺田剛、久保和幸：低炭素社会に貢献する舗装技術－低燃費舗装の CO2 排出量削減効果の試算等－, 土木技術資料
55-1、(2013)

寄与することが期待できるといえる。

４ おわりにアスファルト舗装の低炭素化技術の高度化を目的に、タイヤ／路面転がり抵抗の小さな低燃費アスファルト舗装技術を開発した。
本論文で得られた知見をまとめると、以下のとおりである。
（１）タイヤ／路面転がり抵抗係数μr は、すべり測定車により測定でき、その値はタイヤ温度および速度の双方に強い依存性があることがわかった。

6