成蹊大学理工学研究報告
J. Fac. Sci. Tech., Seikei Univ.
Vol.42 No.1 (2005) pp.7-12

バッテリーカーの設計・製作とレース活動
堀口淳司＊1，弓削 康平＊2

Design, manufacturing and race activities of a battery vehicle
Junji HORIGUCHI＊1，Kohei YUGE＊2
ABSTRACT：Recently a project-based education, where solving a problem with multi- disciplinary
knowledge is stressed on, is being recognized to be important in the engineer education. Since computers
are widely used in the manufacturing industries, it is desirable that such an education is related to CAD(Computer Aided Design) and CAM (Computer Aided Manufacturing) in the mechanical engineering
field.

The authors started a project-based education where the students made a solar or battery car withCAE systems and took part in car races in1998.

In this paper, design and manufacture of an electric car

for a battery-car race for this project is discussed.

First how the students designed the battery car with a

3D-CAD system is explained.

Then the race results they had participated in are shown. It is shown that

this project is very effective in developing the total ability relating to the industrial design.
Keywords：CAD, CAE, Education, Design(Received April 28, 2005)

１．はじめにトベースの卒業研究では，学生は空気抵抗が少なく軽量でかつ高剛性の車体を決められた予算の中で設計・製作

近年，工学教育では個別の専門教育の他に，それらをする必要があり，材料力学から工作の実技まで幅広い知総合的に活用するプロジェクト教育の重要性が叫ばれて識や技能を要求されるために総合教育としての効果は極いる。なぜなら，授業として学んだ知識を物づくりに活めて高い。ソーラーカーレースはその特性上，夏場にレかすには，知識を総合的に利用する教育が別途必要であースが集中するため，2003年からは，通年，全国各地でることが認識されてきたからである。特に近年では，物レースが開催されるバッテリーカーレース「ワールド・づくりにコンピュータが広く活用されて来ているため，エコノ・ムーブ3)」へと活動の中心を移した。これに伴日進月歩のコンピュータ援用工学と関連を持たせたプロ

い新たにバッテリーカーレース専用の車両を設計・製作

ジェクト教育が製造業と密接な関連を持つ分野の技術者した。新車体の製作にあたっては３次元CAD(Computer教育では重要である。

Aided Design)を利用するだけではなく，CADから直接デこのような状況を鑑みて，筆者らは1998年より「CAEジタルデータを送り製作するモデリングマシンを使用し(Computer Aided Engineering)を活用した構造物の最適たため，従来に比べ工作精度が非常に高くなった。その設計」という卒業研究テーマを設け，その一環としてソ結果として著者らが期待した以上のレース結果が得られーラーパワーによる走行競技であるワールド・ソーラたので報告する。

ー・バイシクル・レース 1)用車両を学生が主体となって

以下次章では，デジタルマニュファクチュアリングに

2)設計・製作しレースに参戦してきた 。このプロジェク

よって熟練技術を持たない学生らがいかにして高精度の車両を製作していったかを示す。また，続く第３章では＊1エレクトロメカニクス学科助手 (Research Associate，Dept.of
Electrical and Mechanical Engineering),e-mail :horiguch@st.seikei.ac.jp＊2
同教授 (Professor, Dept.of Electrical and Mechanical Engineering)

参戦したレースの概要と結果を，また第４章では本プロジェクトを通して設計・製作面以外で学生教育に寄与した活動を紹介し，第５章にまとめを示す。

−7−

２．車両の設計・製作
著者らが参加する「ワールド・エコノ・ムーブグランプリ(WEMGP)」は与えられたバッテリのみをエネルギー源として，決められた時間内での走行距離を競うもので図２ある。国内各地で年間約6戦行われ，開催地によって平坦従来法によるオス型の製作なコースや，自動車レース用のサーキットを使用した曲線・坂の多いコースも存在する。従って，車両は走行抵

今回の車両製作にあたっては学生実験用に2001年に導抗と空気抵抗軽減のため，小型・軽量であることが必要入された３Dモデラマシン(図3)を使用してオス型の仕となる。また，走行安定性の見地から高剛性であること上がり精度の向上と加工時間の短縮を実現することがでが要求される。設計は図1に示すように３次元CADを活きた。この３Dモデラマシンはコンピュータ制御により用した。コンピュータ上に３次元的にデジタルモデルを３軸の切削加工を行うことができる。煩雑なNCプログラ表示することで，デザインを直感的に確認できる。また，ミングをユーザが実施する必要がなく，CAD上からほぼリンク機構を動作させて干渉チェックを行うことができ自動に切削加工ができる。

る。更に，３次元CADで作成したデジタルデータは，その ま ま 強 度 解 析 に 用 い る こ と が で き る ほ か CAM(Computer Aided Manufacturing)マシンの加工データにも使用される。

図３
図１

Roland MDX‑500 ３Dモデラマシン

３次元CADによる車体設計使用したモデラマシンの加工可能寸法は500×400×

車両の製作においてはその大部分をカウルの製作に費100mm以下に限定されるため，設計したオス型モデルをやされる。学生は短期間に設計から製作まで行う必要が図4のように分割して別々に製作した。

あるために，カウルの製作手順を工夫することが重要と３Dモデラマシンは回転刃物が上下および水平方向になる。車両の製作は次のようなプロセスを経る。

動き加工するため，ひとつのパーツが裏返し加工の必要がないように分割する必要がある。分割したブロックの（１）オス型の製作

荒削り，仕上げ加工(図5)には約1時間を要した。完成し（２）オス型からメス型の製作たブロック(図6)を接着剤で結合することによりオス型（３）

FRPの積層(アンダー，アッパーカウル)の成形作業が完了する。図7は各ブロック(ウレタンフォ（４）

真空引きおよび養生硬化ーム)をメス型製作用の作業台の上に，テープで仮組みしたアッパー側のオス型である。図2の旧製作法によるオス

本車両以前に製作したソーラーカーのオス型は図2に型と比較すると，表面の仕上がりに歴然とした差がある

示すように，合板で一定間隔毎に作成した横断面を埋めことがわかる。

るようにウレタンフォームを詰め，手作業で削ることによって製作した。表面の凹凸をなくすためにパテを塗る修正を行うが，設計通りの曲面を仕上げることは難しい。

−8−

図４

加工用分割モデル

図８ アンダー側のメス型の完成

このようにして成形したオス型を基に表面処理を施し，ガラスクロス等を樹脂で積層してメス型を製作する。

図8はオス型から剥したアンダーカウルのメス型である。
アッパーカウルは，メス型にカーボンクロスを積層した後にエポキシ樹脂を含浸させ，真空引きしながら養生硬化を経て完成させる。アンダー側のカウルは，ドライバが乗車するため十分な構造強度を持たせなければならない。しかし，車内にリブやフランジを配置すると車体内部のスペースが狭くなり，ドライバの居住性が悪化する。そこで，標準体型の学生が乗車できる十分な内部スペースが確保されるように内部には補強板を設置せず，アンダーカウル側面を補強して，この側面に曲げ剛性を図５

３Dモデラマシンの加工風景持たせるモノコック構造を採用した。アンダーカウル側面は軽量なコア材をFRPで挟み込んだサンドイッチ構造になっている。コア材には建築資材として流通している樹脂を発泡させたスタイロフォームを使用した。前述のオス型製作と同様にコア材は，CADで設計した後に厚さ10mmのシェル状の小パーツに分割し３Dモデラマシンにより切削加工した(図９)。

図６

加工を完了したオス型パーツｂa
図９

コア材のCADモデル図

WEMGPには様々な設計の車両が参加するが，このように３Dモデラマシンによって軽量なモノコック構造を製作する試みは著者らが初めてであった。コア材の切削は図9から明らかなように上下方向からの２面加工が必要である。また，パーツ外寸に対して肉厚が10mmと薄く，加工台への固定も難しいことから，リブで補強され
図７

アッパー側のオス型たパーツ形状(図9のb)を設計し，これを切削加工によっ−9−

表１て製作した後に不要なリブをカッターで切り落とすこと車両の主要諸元とした。図10は，加工されたコア材をメス型に仮配置し全長2950mmた様子である。図中の平らな床部分は，より高剛性な既

全幅560mm

全高545mm

ホイールベース1338mm

トレッド406mm

最低地上高50mm

車両質量21kg

製品の構造用サンドイッチパネル4)を使用した。

車輪数前輪 2

フロントタイヤアシダ 14 インチ

リアタイヤ

ミシュラン20インチ

モータ
図10

後輪 1

特殊電装アモルファスコア DC ブ
ラシレス

加工したコア材をメス型に配置
駆動方式

後輪駆動

チェーン１段減速

また，アンダーカウル側面のサンドイッチ構造には，コア材として使用するフォーム材には，図11に示すよう観点からコア材なしのカーボンクロス２プライを使用しに約50mm間隔で3mm径の穴を設けた。この穴には，FRPたFRPとした。図12に駆動系の部材と車輪等を搭載し完積層後の真空引き時に樹脂が含侵する。それを硬化させ成したモノコック構造の車両を示す。表１に車両の主要ることによって，フォーム中に樹脂の柱を形成しコア材諸元を示す。の厚み方向の剛性を向上させることにした。アッパーカ
ウルに関しては，構造的強度は必要ないので，軽量化の３．レース活動レースに参戦することにより，学生は通常の講義では得られない，総合的なものづくりを体験することができる。そこで，前章で紹介した車両を用いて2003年度と2004年度のWEMGPに参加した。
参加した大会名とレースの結果を表2に示す。

コア材
エポキシ樹脂樹

表２

ＣＦＲＰ

参加レースと結果

2003ワールド・エコノ・ムーブ・グランプリ
図11

大会名称

カウルのサンドイッチ構造

第5戦

開催日
Oct.25/26(Sat/Sun)

開催地

結果

旧南紀白浜空 予選10/42位
港（和歌山県） 本戦6/42位

2004ワールド・エコノ・ムーブ・グランプリ
大会名称

開催日

開催地

第1戦

Apr.10/11(Sat/Sun)

第2戦

May.3/4(Mon/Tue) ツライン

結果

クレフィール 予選１/20位
湖東（滋賀県）本戦16/20位
大潟村スポー 予選35/81位
（秋田県）

第4戦
図12

（EO）

完成したSEIKEI006

第6戦

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Sept.3/5(Fri/Sun)
Nov.13/14(Sat/Sun)

本戦
雨中止

豊田スタジア 予選5/61位
ム（愛知県） 本戦2/64位
幸田サーキッ 予選18/34位
ト（愛知県） 本戦11/34位

製作した車両(SEIKEI006)で最初に参加したレースは実際の走行では路面の荒れによって，計算以上の転が2003年10月25日，26日に旧南紀白浜空港(和歌山県)で開り抵抗が発生し，予選は参加81台中35位であった。本戦催されたWEMGPである。予選スタートが近づき緊張感は大雨のため中止となり予選の結果が大会結果となった。

が高まりつつある学生の様子を図13に示す。この予選はこの大会では理想的な路面や気象条件のみを仮定したシ

距離1kmのタイムトライアル形式で競われ，本戦のスタミュレーションと実際のレースでは相当異なる条件となーティンググリッドが決定される。予選の成績は42台中る場合があることを学ぶ良い機会となった。また，雨天10位であった。本戦は競技時間1時間における総走行距離

時にフロントスクリーンが曇り，走行に支障をきたすほで競われ，6位となった。

ど視界が狭くなることも予想していなかった。この経験

翌2004年の２レース目となるWEMGP第1戦の湖東大を基に，ドライバの視界を十分に確保するため，ピラー会は，最高速度が50km/hを超え，上り下りのある楕円形によって分割されていたフロントスクリーンを一体成型コースで開催された。SEIKEI006は高速コースで低空力のクリアなものへと変更した。また，ステアリングの機性能が発揮できたことと，バッテリの放電管理技術を向構を改造してがたつきを低減させ，荒れた路面での操縦上させたことが功を奏し，参戦以来，初めて予選１位を安定性を高めた。

獲得した。図14は本戦スタート前の様子である。本戦で４レース目の豊田大会では，競技時間1時間クラス(エは中盤，タイヤがバンクし，完走できなかったため16位

ンジョイ・オープンクラス(EO))にエントリーした。レーの結果に終わった。

スには，ドライバ体重が一定値となるよう科せられたおグランプリ2戦目となる大潟大会は，荒れた路面の平坦もり12kgを，前輪にくらべ径の大きい後輪付近に搭載しなコースで開催された。SEIKEI006は，空力性能を重視て，タイヤの総転がり抵抗を低減させるよう工夫した。

して小径フロントタイヤを採用し前面投影面積を小さく

この結果，61台中予選5位，本戦2位と1998年にプロジェする設計となっている。数値シミュレーションでは小径クトを開始して以来参加したレース中で最も良い成績をタイヤの採用によって転がり抵抗は増加するものの，空収めた。図15はレース後表彰される学生の様子である。

力抵抗の減少はそれ以上に大きいという結果を得ていた。

2004年度の最終参加レースとなった幸田大会は，コー

図13

図14

白浜大会

湖東大会

図15

予選スタート風景図16

ポールポジションを獲得

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豊田大会

幸田大会

成蹊大初の表彰台

スタートを待つSEIKEI006

ナーが続くサーキットコースのためフロントタイヤのパ

よって学生は設計から製造までものづくりの全ての行程ンクを予期して，前輪の取り外しと取り付けが短時間でを経験するほか，チームワーク，コミュニケーション能行えるように整備性の改善を行った。レースは，予選18

力の重要性を学ぶことができる。

位，本戦はレース中盤まで上位で周回していたが心配し本プロジェクトは限られた数の学生を指導することをていたタイヤのパンクが発生した。パンク時のタイヤ交前提に実施してきたが，設備，費用などの点でさらに工換を迅速に行うことができたため，再スタートして完走

夫を凝らし，より多くの学生が参加できるプロジェクトすることができたが，11位であった。図16は最終戦，幸教育法を考えていきたい。

田大会の本戦スタートを待つSEIKEI006である。

謝これら一連のレース活動によって，学生のチームワークや，相互の意見交換能力は目に見えて向上した。レースで上位になるという明確な目標があったことは大きい。
プロジェクト教育において，コンテストあるいはレース辞

本プロジェクトは工学部特別研究費(学生参加型)の支援を頂きました。また，本プロジェクトに関わった全ての学生および関係者の方々にこの場を借りて感謝の意を形式はよくなじむというのが著者らの率直な感想である。

４．その他の活動表します。

参考文献

近年，機械系技術者教育の一環として，企画を実現す1)

http://www2.ogata.or.jp/wsbr/index.htm

るための発表能力や創造力を高める教育も重要視される

2)

弓削康平，堀口淳司，渡辺大，石井貞行，創造的卒ようになってきている。そこで，このプロジェクトでは業研究：ソーラーカーの設計と製作，成蹊大学工学

車両の設計・製作とレース活動の他に，成果発表等の教

研究報告,

5)

Vol.40,No2,pp9-16,2003

育も兼ねて学生には研究室のWeb上 で電気自動車の製3)

http://www2.ogata.or.jp/wem/emindex.htm

作過程とレース活動の報告を掲載させた。

4)

http://www.ghcraft.com

5)

http://cml.me.seikei.ac.jp

また，大学の学園祭(欅祭)期間中は製作した車両の展示，および製作過程とレース活動報告をポスターパネルで紹介した(図17)。展示会場には，エコノムーブ大会に感心を持つ来場者多数から様々な質問を受け，説明担当の学生には貴重なコミュニケーション能力を養う機会となった。

図17

学園祭での展示風景

５．まとめ
プロジェクト教育の一環として著者らが学生チームと共に実施したバッテリーカーの設計・製作法および参加したレースの概要と結果を示した。プロジェクト教育に−12−