R/C カーの世界を拓く新型シャーシ創造の５年間
藤 井 健 （徳山高専機械電気工学科５年）

1.

緒

言

R/C カーは、毎年さまざまなカテゴリーにおいて最高峰の世界選手権が行なわれるなど、人気の高いホ

私は中学時代からＲ/Ｃカーを始め、徳山高専機械電気工学科の自発性を尊重する教育の中で、４台のＲ/Ｃカーを自作した。そして、これまでのＲ/Ｃカーで用いられてきたダブルデッキ構造に代わるセンターウォール構造を考案し、特許出願するに至った。このセンターウォール構造は車体の剛性を高めると同時に、柔軟性を併せ持ち、変形しても歪が残留しないという優れた特徴を有し、スピードアップを至上命題とする世界のＲ/Ｃカーの構造を一変する可能性を秘めている。この発想に至るには、設計はもとより、加工、組立、材料選択など、ほぼすべての作業を自分ひとりでできるようになることが必要であったと思う。そしてそのことを可能にしたのは、学生の自発性を尊重した創造教育である。この論文では私が創造教育のなかでセンターウォール構ビーである。1/10 電動ツーリング R/C カーはラジコン人口が最も多い R/C カテゴリーであり、日本、アメリカ、ヨーロッパ、最近ではアジア地域でも絶大な人気を誇っている。競技用 R/C カーは更なる速さを追及するべく進化しているが、その中でも 1/10 電動ツーリングカーはシャーシ構成が複雑で設計自由度が大きく、世界中の多くのメーカーが自社の個性や速さを打ち出すべくさまざまなシャーシを開発している。
そこで、1/10 電動ツーリング R/C カーの構造について簡単に説明したい。
現在主流となっている 1/10 電動ツーリングカーのシャーシは 10 年以上前のオフロードバギーで確立されたカーボンダブルデッキ構造であり、図 1 に示すようなものである。

造をいかなる過程で生み出したかということを述べるとともに、新型シャーシが持つ優位さを説明したい。

2.

徳山高専機械電気工学科の創造教育について

これからの社会には創造力を持った技術者が必要との考えから、徳山高専機械電気工学科では創造教育が実践されている。創造教育では学生自身がテーマを決め、自発的に学習する「創造演習」、ものづくりを通して学生一人一人が自由な発想力、計画力、想像力を養う「創造製作」、学生が提案するテーマで卒業研究を行なう「自己提案型卒業研究制度」、技術者に必要な特許や実用新案などの権利に関する基本的知識を身につける知的財産権に関する教育などが行なわれている。また、創造教育ではないが、ものづくりの根底をささえる加工技術力を磨く「工作実習」がある。さらにパソコンが使用できる CAD 室、工作をおこなう実

図 1 ダブルデッキ構造

習工場が他の学校よりも自由に使え、自由な発想、自発的な製作をうながすようにされている。

シャーシの剛性は、メインシャーシ、アッパーデッキ、バルクヘッド、これら３つの材質や形状、レイア3.

1/10 電動ツーリング R/C カーについてウトによって形成されている。
ダブルデッキ構造に組み合わせられる駆動系として、ベルト駆動とシャフト駆動がある。アッパーデッキがない状態で、図 2 にベルト駆動、図 3 にシャフト駆動を示す。

シャーシには図 5 のような薄いポリカーボネート製のボディが搭載される。

図 2 ベルト駆動

図 5 ボディ4.

私の徳山高専におけるＲ/Ｃカー製作の足取り

4･1 機械電気工学科１年 私は徳山高専１年のとき、初の自作 R/C カー製作を行なった。当時の私は周
図 3 シャフト駆動
続いてシャーシの剛性について述べる。そこでロール、ピッチについて図 4を示す。

囲の情報に振り回されやすい性格で、雑誌やインターネットのシャーシやセッティングの情報を鵜呑みにしていた。そんなとき、自分で確かめてもいないのに、本当かどうかもわからない情報を信用してよいのかという考えが頭の中に浮かんだのである。そこで、自分だけのシャーシがあれば、そのシャーシが良く走るも全く走らないも全て自分の責任で、そのシャーシが思い通りに走ったとき・思い通り操縦できたとき、自分に自信が付くのではないかと思ったのが自作シャーシを作ろうと思ったきっかけである。
自作 R/C カー１号では、①重量物をできるだけシャーシの中央に配置し、シ

図 4 ピッチ、ロール
シャーシの剛性は、ピッチ剛性が高いほど良い。なぜなら、ピッチ剛性が高いほど、コーナーリング時の荷重移動時間が短くなり、素早い旋回が可能となるからだ。ピッチ剛性に対し、ロール剛性は高ければ高いほど良いというものではなく、シャーシのねじれ（シャーシロール）をある程度許すことでタイヤの接地感や操縦性を高めたりするなど、シャーシロールをセッティングの一部として取り入れることが多い。すなわ
ち、1/10 電動ツーリング R/C カーのシャーシは、ピッチ剛性は硬く、シャーシロールはしなやかであるという、相反する要素をあわせもつ構成が良いといえる。

ャーシの運動能力を高める。
②自分の設計力、デザイン力、工作実習で得られた加工能力がどの位あるのかを知る。という 2 つの目標を掲げ、製作を行なった。製作したものは FRP 製のアッパーデッキと、メインシャーシで、実習工場のボール盤、ヤスリなどを使用し、手加工によって切り出した。図 6 は自作 R/Cカー１号である。１号は前記したようなダブルデッキ構造のシャーシである。

工は実習工場の先生方に援助して頂いて、NC 工作機で行なったが、図面作成にてこずったため時間がかかってしまった。困難の連続であったが、なんとか２年の終わりには形にすることができた。図 7 は自作 R/Cカー２号である。

図 6 １号
実際にサーキットで走行させてみると、初めはとても走らせにくい車であったが、見慣れないおかしな図７ ２号

シャーシを見て「これは面白いシャーシだね」と興味を持って声をかけてくれた地元の方々がいろいろ

初走行は創造製作発表会当日であった。自分の発表とセッティングや走らせ方をきちんと教えてくださの番になり、恐る恐る走らせてみたが初走行にもかり、私も分からないところは納得できるまで質問しかわらず、スムーズな旋回を見せ、自分の苦労は無た。その結果１号は非常に走らせやすいシャーシに駄ではなかったと思うと同時に、目標を達成できたなった。しかし車重が重く、加工精度の悪さから駆うれしさに心がいっぱいになった。

動ロスも多い車であった。

その後も２号の開発を続けた結果、ピッチ剛性向

１号の製作により、重量物を中央に配置すること上と実車式サスペンションはスムーズなコーナーリで対応力の高いシャーシになること、自分の加工能ングに大きく貢献することが分かった。また、２号力はまだまだであるということが分かった。この１のようなシャーシ構成にすると、見た目が平面的な号はたくさんの問題をかかえながらも、たくさんのダブルデッキ構造に対し、躍動感のあるシャーシがラジコン仲間を作ってくれた印象深い１台となった。

デザインできることが分かったが、部品数が多くなるため競技規定の車重よりもかなり重く、シャーシ

4･2 機械電気工学科２年 ２年生では創造教育の一ロールによって駆動系にストレスがかかってしまう環である「創造製作」の授業がはじまった。創造製作という問題を生じた。

では共通のテーマで学生が作ったロボットを競わせる２号によって得られたものは多く、できないだろ「競技」と、自分でテーマを決めて製作を行なう「自うとあきらめそうなときでも根気よく何度もやれば、己提案」があるが私は後者を選択し、自作シャーシ２突破口は見えてくる、そして多くの要素を同時に実号の製作を行なった。

現するためには、経験と努力が必要だということを２号では１号の反省をふまえたうえで、体験することができた。

①ダブルデッキ構造では得られない高いピッチ剛性をメインシャーシと垂直な２枚のプレートで獲得する。

4･3 機械電気工学科３年 ３年時にも創造製作の授②実車同様の自動車工学に基づいたサスペンション設

業時間が設けられ、創造製作の競技内容が、自動制御計をする。

ロボットによってポールを上って紙風船を落としたり、③バッテリーを前方に搭載し重量物を中央かつシャーゴム風船を割ったりするというものであり、魅力を感シ前方に配置させ、荷重移動時間を短くし、コーナーじたため「競技」に参加することを決めた。ロボット

リングスピードを向上させる。

製作は全て手加工で行ない、とにかく無駄（得点を得④駆動系を前後同じ長さのベルトを用いた２ベルト方るための動作、重量、ギヤ等の摩擦抵抗など）を省く、式とし、駆動タイミングの適正化を行なう。

「シンプル」ということことに専念した。発表会ではという 4 つの目標を立てた。この４つの目標を同時に自分ただ一人最高ポイントを獲得し優勝をすることが達成することは非常に困難で、3 次元 CAD を用いてでき、さらに創造製作で学生が作った作品のなかで一何度も図面をひいた。さらに加工も困難であった。加番技術力に優れたものに送られる創造製作大賞を獲得

形したあと、図 9 のようにシャーシがねじれたままにすることができた。

なりやすいということだ。

３年の創造製作では、ロボットという違う分野で、過去の R/C カー1・2 号製作時に得られた加工能力や設計力を発揮することができ、自分の能力に自信がついた。３年の創造製作ではシンプル・イズ・ベストの重要性を改めて認識することができた。
4･4 機械電気工学科 4 年 ４年になると創造製作の授業があったが、テーマには電子工作を伴う必要から、授業ではラップタイムの自動測定装置を選び、３号の製作を授業と平行して行うこととした。３号では 1・

図 9 ダブルデッキ構造におけるひずみの残留2号で問題であった重量の問題を解決するべく、①徹底した軽量化。

このようにひずみが残留した状態で走行すると、直線②駆動に使用するベルトの長さを前後で変え、前輪にをまっすぐ走ることができない、コーナーリングが不早く駆動が伝わるようにし、安定した走行特性獲得を安定になるなど、非常に操縦が難しくなる。この現象狙う。

は競技の現場で多く発生しており、世界屈指のドライという目標を立てた。３号は１号同様に手加工によっバーであってもマシンがこのような状態にあると、レて製作し、手加工でどこまで精度の良いものができるースをリタイヤしてしまうことすらある。また、ダブかという挑戦をしてみた。図 8は自作 R/Cカー３号でルデッキ構造はピッチ方向に変形しやすいため、素早ある。

い荷重移動ができず、タイヤの能力を十分に発揮できない。すなわち、ダブルデッキ構造はスピードアップのためには、構造的な限界があることが分かった。そして、このことからダブルデッキ構造に代わる新しいシャーシを考案することの重要性を認識した。
さらに３号を作ったことで２号の有効性を発見することができた。それは３号そして一般的なラジコンメーカーと同様なサスペンション形式よりも、２号のような自動車工学に基づいたサスペンションのほうが、操縦性が良く、前後のベルト長を前後で変えたものよりも、２号のように前後同長のベルトを用いた方が加速に優れるということである。
３号では３年創造製作のロボット製作で得られた図８ ３号「シンプル・イズ・ベスト」の考えを軽量化という形で R/C カーにフィードバックすることができた。さ３号はダブルデッキ構造である。そのため、２号に比らに、分析力が身に付き、新型シャーシを作る必要性べ平面的なデザインとなってしまった。だが、部品ひを認識できた。

とつひとつの無駄を可能な限り削った設計を行なった
ため、目標どおり 1・2 号をはるかに凌ぐ軽量シャー

4･5 機械電気工学科 5 年 ５年になるとついに卒業シとなった。３号は軽く、精度よく加工できたため信研究が始まった。そこで、今まで自分が R/C カーで頼性が高く、丈夫だったので自分の運転技術やセッテやってきたことの集大成として、自作シャーシ４号のィングの知識を深めることができた。

製作を「自己提案型卒業研究制度」を利用して自分のさらに運転技術向上によって今まで見えなかったシャーシの問題点を見つけ出すことができるようになった。その問題点とは、ダブルデッキ構造のシャーシは、走行ミスや他車との接触によってシャーシが大きく変テーマとした。
４号製作にあたり、以下のことを目標にした。

①ダブルデッキ構造の問題を解決すること、すなわちやかに変形する。さらに、垂直フレーム前後端にはピッチ剛性の確保とシャーシロール時の残留ひずみの転がり軸受を設け、垂直フレームで生じたひずみを除去できる新型シャーシの考案。

残留させず、シャーシは変形後、必ずもとに戻る構②1〜３号で得た経験・技術を４号という形で実証す造とした。この構造を「センターウォール構造」とる。

名づけた。

目標を立てたのはよいが、すぐ壁にぶつかってしここで重要になってくるのが、メインシャーシと垂まった。それは目標①である。いろいろ考えをめぐ直フレームの材料である。メインシャーシは軽く強らせている時、家にあったテニスラケットを見て思度のあり、R/C カーに広く使用されている 2.5ｍｍった。テニスラケットはただ硬い構造ではなく、衝厚カーボン板を使用することにした。問題は垂直フ撃を受けるとしなり、その後もとの形に戻る。そのレームの方である。この垂直フレームには、耐衝撃とき、これだ！と思った。今までのダブルデッキ構性がよいこと、軽量であること、モーターが接触す造のような R/C カーのシャーシは、変形を前提にるため熱に強いことが求められた。ジュラルミン、設計されていないが、初めから変形することを前提アクリル、ナイロン・・・、さまざまな金属、樹脂にし、ひずみを生じても元に戻るような設計を行なを考えた結果、警察機動隊の盾に使われるなど高いえばよい。そこで私は図 10 のようなシャーシを考強度をもちながら軽量で、食器などに適した耐熱性えた。

も併せ持つポリカーボネートを使用することにした。
４号では NC 工作機を中心に加工を行ない、加工能力を高めるため、プログラミング、工作機の操作全てを自分で行なうことにした。初めは実習工場の先生方に助言をいただきながらであったが、最終的には NC 工作機を一人で使いこなせるようになった。
その結果、完成したものが図 12 の自作シャーシ４号である。完成した４号の仕上がりは美しく、重量も軽量に仕上がった。

図 10 ４号図面

図 11 3D モデル
図 11 はシャーシの骨格となる部品を３次元 CADで描き、組み立て製作した 3D モデルである。メインシャーシ上に一枚の垂直なフレームを配置することで、ピッチ方向の曲げには強く、ねじりにはしな

図 12 ４号

4･6 新型シャーシの性能試験 製作の後は、従来のダブルデッキ構造を持つメーカー製 R/C カーより優れているのかどうかである。それを知るため、以下のような性能試験を行なった。
①ピッチ剛性の測定
図１５ コースレイアウト
一周約 190 メートルのテクニカルコースで、1/10 電動ツーリングカーの 1 周のコースレコードは 16秒 85である。操縦はコースレコード保持者の内田時雄氏に依図１３ ピッチ剛性の測定

頼して計測を行い、４号で一周のコースレコード更新を目指した。

ピッチ剛性の測定は、図１3 のようにシャーシ後端から 80ｍｍほどシャーシを固定し、荷重をかける前のシャーシ前端の地上からの高さと、シャーシ前端に荷測定結果

重をかけたときのシャーシ前端の地上からの高さを比

図１6 にピッチ剛性の測定結果、図１７に残留ひずみ較し、たわみを測定する。荷重値は、車重 1.5ｋｇをの測定結果、図１８にラップタイム、図１９に平均ラ基準とし、0.5ｋｇ、1ｋｇ、1.5ｋｇ、2ｋｇとした。

ップとベストタイムを示した。

②残留ひずみの測定

図１４ 残留ひずみの測定
残留ひずみの測定は図１4 のようにシャーシ前端を固定し、シャーシ後端に強制的な 5 度のねじりを加え、ねじりを加える前のアクスル高とねじりを加えた後のアクスル高の差を測定する。アクスル高の差に変化がある場合、残留ひずみを生じたことになる。

図１６ ピッチ剛性③実走行によるラップタイム測定
山口県下松市にあるＲ/Ｃプロショップジョーレン
ズ様の協力のもと、ジョーレンズスピードウェイサーキット（図１5）を使用した。

図１７ アクスル高の変化

5.
図１6、１7 を見ると、自作シャーシ 4 号のピッチ剛性は、もともとピッチ剛性を高く設計された従来技術1 と同等であるが、残留ひずみは全く生じないことがわかった。このことからセンターウォール構造の４号は、従来のメーカー製シャーシに比べ、ピッチ剛性を結言オリジナルのシャーシを自作して、納得のいく走りを実現し、自分に自信をつけたいということから始まった私のＲ/Ｃカー作りの足取りを述べてきたが、最後の４号を含めて無駄なものは一つもなかった。１号から３号までの製作の中で、よりスピードアップを確保した上で残留ひずみを生じにくいことが実験によはかるには、従来のダブルデッキ構造には限界があるり証明された。これが新型シャーシの優秀さを最もよことが認識でき、センターウォール構造にたどり着いく示す証拠である。

た。そこにたどり着けたのは、車体の設計、加工、組立、材料選定、これらをほぼ独力でできるようになったからだと考える。革新的な技術というものは、設計やものづくりの能力が備わった時にこそ、生まれてくるのではないかと感じるところである。
そして、自分の興味あることをとことん追求し、新たなものにたどり着くことができたのは、創造教育があったからだと思う。創造演習では、ル･マンカ−やＲ/Ｃカーセッティングなどについて資料を調べ、創造製作ではＲ/Ｃカー作りをするなど、いつも車のことを考え、作りつづけることができた。こうして私の興味や意欲はますます増大し、設計、加工能力の向図１８ ラップタイム上につながった。
今後は、センターウォール構造の有効性を示すための開発を続け、特許を活用しながら、世界のＲ/Ｃカーに採用されるように努力したい。また、学生の自発性を伸ばすことを認める創造教育が徳山高専だけで

図１９ 平均ラップとベストラップ
図１8、19 を見ると、平均ラップが 17 秒 2335 であり、サーキットにおいて終始安定した走行ができていることが分かる。操縦者によれば、従来のシャーシよりも安定した走行が可能で、クラッシュをしてもシャーシの変化が少ないため安心感があるとのことであった。
４号車の完成直後の走行試験であり、ベストセッティングではない状態の中で、コースレコードに０.１２秒まで近づくことができたということは、従来にはないセンターウォール型シャーシが、極めて高い能力を有しており、従来のレコードを破ることができると確信させるものであった。さらに近年、ニッケル水素電池からリチウムポリマー電池へ、DC モーターからブラシレスモーターへと、パワーソースの著しい変化が予想され、そのパワーを受け入れるためには高いピッチ剛性と耐クラッシュ性が求められることになる。よって、このシャーシがＲ/Ｃカーの基本構造を一変させるものになると考えられる。

なく、さまざまな教育機関で広がり、夢を追いかけ成長する若者が増えることを期待している。