技術紹介

ムービングベルトの開発
廣瀬尚哉 *

Hirose Naoya
自動車メーカーおよび自動車部品メーカーでは、風洞試験や、タイヤ、サスペンションなどの足まわり部品の試験にムービングベルトと呼ばれる装置を使用している。この装置は、ベルトコンベヤ状の装置で、ベルトに金属を使用して時速 200 キロ以上の速度で運用する装置である。運用速度が非常に高速であるため、ベルトの蛇行制御が非常に難しく、また、タイヤがベルトに乗った際の荷重を支えるのにも様々な工夫が必要である。現在このような装置を製作できるメーカーは世界に数社しかなく、当社もこの装置の製作・販売に進出するためにムービングベルトの開発を行ってきた。本稿では、この IIC 製ムービングベル
トを紹介する。
キーワード：ムービングベルト

風洞試験機

タイヤ試験機

1．はじめに

2．ムービングベルトとは自動車メーカーおよび自動車部品メーカーではムービングベルトとは、ベルトコンベヤ状の装自動車開発のために様々な試験を行って部品や置で、2 本のプーリ間に金属製のベルトを巻き掛アッセンブリーとしての性能を評価している。特け、その上にタイヤを積載して高速で駆動する装に、操縦性能、乗り心地、燃費、等に影響が出る置である。従来、このような試験を実施するには足まわり部品ではより詳細な試験を実施して、そドラム試験機（図 1 参照）と呼ばれる装置を使れらのデータを開発にフィードバックしている。

用していた。これは、直径が 2 m 程度の円筒にタ

近年ではこれらの計測に、ムービングベルトと呼イヤを押しつけて回転させて試験を実施するもの

ばれる装置の要求が増加している。また、風洞設である。しかし、試験路面がドラムであるため、備でも、グランドエフェクトやタイヤによる気流

タイヤと試験路面との接触面が円弧状となり、自の乱れの影響をより正確に計測するため、車のモ動車が実際に道路を走行する場合とは条件が異デルをムービングベルトに載せて作動させ、実走なってしまう。近年では高速でのレーンチェンジ

行に近い条件で試験を実施している。

や燃費に影響する転がり抵抗などをより正確に計本稿では、これらの試験機や風洞設備に用いら測したいという要求が出てきた。そこで登場したれるムービングベルトの開発について紹介する。のがこのムービングベルト（図 2 参照）である。
ムービングベルトでは、ベルトコンベヤの中央に＊機器装置事業部 システム・製品部

次長

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供試体（タイヤ）

回転ドラム

ムービングベルト

荷重支持機構部

図 1 ドラム式試験装置

図２ ムービングベルト試験装置

タイヤを載せて試験するため、タイヤの接地形状まうので、蛇行制御にも細心の注意が必要である。

が実際の走行路面と同じ平面となり、ドラム試験

タイヤの荷重を支える機構が無いとベルトがタ機より実走行に近いデータを計測することが可能

イヤ荷重に負けて沈み込んでしまうため、ベルトである。風洞試験においても、車に対して空気をの下側からタイヤの荷重を支える機構が必要とな流すだけでは路面が動かないために路面付近の空る。タイヤの荷重は大型の乗用車になると 10 kN気の流れが大きく変わってしまう。これでは、グ近くにもなり、直接ベルトとタイヤの荷重支持機ランドエフェクトと呼ばれる車体下の気流による構部が接触してしまうと過大な負荷になるだけでダウンフォースなどの影響や、タイヤが回転するなく、ベルトと荷重支持機構部の間に高速で摩擦ことで生じる空気の乱れを忠実に再現できず、特が生じ、装置損傷の原因となりかねない。その対に高速走行時の空力特性を計測する際には実際の応策として荷重支持機構部にも様々な工夫が凝ら走行時のように路面が動くのと動かないのとではされている。ムービングベルトの開発では、蛇行大きな差が生じてしまう。そこで、風洞試験設備

制御と荷重支持機構部が二大技術課題となっておでもムービングベルトを使用して路面を動かすこり、まずはこれらを克服しなければならない。とにより実際の走行時とほぼ同じ条件を作り出せ

3．ムービングベルト装置概要るようになった。
このムービングベルトは、見た目はベルトコン

ムービングベルトの開発にあたって、ベースとベヤと同じだが、非常に速い速度での運転が必要なったのは風洞試験設備である。風洞試験では、であり、また、車の荷重を支える機構も必要にな

前述のようにグランドエフェクトやタイヤによるるため、装置を製作するには技術上の大きな課題

乱流の影響を正確に計測するため、ムービングベがあった。試験条件によっては 200 km/h 以上でルトを使用している。風洞用のムービングベルトの運用が必要であるため、通常のような樹脂ベルには 2 種類あり、車体が完全に乗ってしまう大きトでは回転による遠心力に耐えられず、ベルトがさのベルトを 1 本回す方式および 5 ベルトと呼ば破断してしまう。ベルトの耐久性を向上させるた

れ、各タイヤ下に 1 台ずつとボディー下に 1 台のめ、特殊成形された金属製のベルトを用いる。ま計 5 台のベルトで構成する方式がある。前者の様

た、高速運用下では、ほんのわずかな蛇行が生じに車体が完全に乗る大きさだと大型の装置が必要ただけでもベルトがすぐに左右に大きくずれてしであるため、5 ベルト方式でタイヤ下に用いられ—44—

るムービングベルトを設計対象とした。

的には次の 3 種類がある。

風洞試験用であれば、ベルトに対してタイヤを①エアーベアリング方式

曲げたり（ハンドルを切った状態）、傾斜させた②ウォーターベアリング方式

り（傾けてバンクさせる）する必要が無いため、③ローラー支持方式

タイヤからの荷重を付加する機構部は、タイヤが①のエアーベアリング方式は、荷重支持機構部走行する方向をベルトと平行にセットして錘でタの上面からエアーを吹き出して荷重支持機構部とイヤ荷重を変化させる方式とした。ベルト部分は、ベルトの間に微小な空気膜を形成させ、ベルトをなるべく小型にするため、プーリ直径を 500 mm

浮 上 さ せ て 荷 重 を 支 持 す る 機 構 で あ る。 ② のとして設計した。これは、ベルトの製作条件や性ウォーターベアリング方式は、①のエアーの代わ能からベルト厚みを 0.6 mm とし、それに必要なりに水を用いる方式である。③のローラー支持方

プーリの最小径が経験的にベルト厚みの 800 ～式は、荷重支持機構部に径の小さなローラーを何1000 倍となることから、500 mm とした。ベルト本も並べて荷重を支持する方式である。

幅は一般的な乗用車タイヤの寸法から 400 mm とこれらの方式ではそれぞれに表１のような長所し、400 mm 四方の荷重支持部を内部に構成する短所がある。

ことを考えてプーリ軸間距離は 800 mm とした。

ローラー支持のように径の小さなローラーを複図 3 に開発した装置を示す。

数並べた場合は、荷重支持部でベルトが径の小さな曲率で何度も曲げ伸ばしを繰り返すので、ベルトの寿命が極端に低下してしまう。ウォーターベ
アリングでは、吹き出した水を回収するのが困難で、ワイパーのような物をベルト内側の荷重支持部周囲に配置して吹き出した水をかき取って回収する必要がある。それでも完全に水を回収することは困難であり、周囲に水をまき散らして機器にダメージを与えてしまう。これらのことから、開発に当たっては取り扱いが容易な空気を用いたエアーベアリングを採用した。しかし、空気は粘性が低く、また圧縮性流体であるためにベルトと荷重支持部に吹き出したエアーがすぐに側面に流れ出してしまうので、ベルト下に均一に圧力を維持するのが非常に困難である。そこで、本装置では吹き出し面の穴位置や穴形状を工夫することで、タイヤ荷重を支持することができる圧力を維持させることを達成した。開発したムービングベルト

図３ 風洞用ムービングベルト装置では 1 ～ 2 MPa のエアー源を使用している。
3．1

荷重支持機構（試験荷重によりエアー圧力を使い分けている）

タイヤからの荷重を支持する機構として、一般

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表1

荷重支持方式

方式

長所

短所

エアーベアリング

空気を使用するので、供給、排気が楽。

圧縮性で粘性が低いために空気層を形成するためには高圧の空気源が必要。

ウォーターベアリング

非圧縮性で粘性があるためにそれほど圧力が高 水の供給と回収が困難。 特に周囲に水をまきくなくても水膜が形成されやすい。
散らすと故障の原因になるので回収が重要。

ローラー支持機械装置だけなので装置構成が容易。

3．2

厳密な平面にならないので、精度が必要な計測には向かない。また、小さな曲率でベルトが曲げられるのでベルトの寿命が短い。

蛇行制御試験による検証の結果、風洞試験用のムービン

一般的なベルトコンベヤでは、プーリを動かしグベルトとして目標性能を安定して達成することて蛇行を制御しており、本装置でも従動側のプーができた。

リを電動ジャッキで動かす蛇行制御機構を採用し4．スリップ角、キャンバー角機構追加た。蛇行量の計測は、ベルトのエッジ位置をセンサーにて計測し、それに合わせてジャッキを動作

タイヤ試験機やサスペンション試験機に応用すさせて制御する方式とした。また、直進性を向上るには、タイヤにスリップ角やキャンバー角を付させるためにプーリにクラウニングを設けること与する必要がある。3．にて述べた風洞試験用のも行われており、本装置でも蛇行の特性を評価す

ムービングベルトでは、タイヤに角度を付与できるために微小なクラウニングを設けて試験を実施ないためにタイヤ試験機やサスペンション試験機してみた。微小としたのは、ベルトが金属でありとしては使用できない。これらの試験機として使樹脂ベルトに比べると伸びがほとんど無いことか用できるように風洞試験用で使用していたタイヤ

ら、クラウニングを大きくつけてしまうとベルト支持機構を一新し、タイヤにスリップ角、キャン中央部に応力が集中してベルトが割れてしまう可バー角を与えられるようにした。スリップ角（SA）能性があるためである。そこで、直径で 0.2 mmとはハンドルを切った時にタイヤが曲がる角度の程度のクラウニングを設けた。しかし、クラウニ

ことで（図 4 参照）、キャンバー角（CA）とはコーングの効果はほとんど見られなかったため、最終ナーでバンクした時に倒れ込む傾き（図 5 参照）的にはストレートのプーリとした。

をいう。これらの角度は、スリップ角は± 30°、3．3

キャンバー角は± 15°で設計した。この数値の性能

図 3 に示した装置を用いて性能を検証した。開根拠は、自動車メーカー、タイヤメーカー等に対発の目標ターゲットを普通車としたため、目標性するアンケートを実施し、その結果より乗用車の能は次の表 2 に示す数値とした。

試験機として必要な範囲として決定した。また同時に、タイヤの押し付け荷重をウエイト方式から

表2

風洞試験機用目標性能

電動ジャッキによるサーボ制御方式へと変更し項目性能た。この改造により、タイヤ試験機への展開が可タイヤ荷重10kN（エアー 2MPa）

ベルト速度180km/h

能になった。
改造後の装置を図 6 に示す。

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スリップ角
±３０°

ベルト回転

上面図

図４ スリップ角
キャンバー角±１５°

図６ スリップ、キャンバー機構付き装置
表3
前面図

SA、CA 付加後の到達性能

項目
タイヤ荷重性能
10 kN（エアー 2 MPa）
180 km/h（250 km/h
ベルト速度まで可）スリップ角± 30° ※ 1
キャンバー角± 15°※ 1 30°では速度 90 km/h、荷重 1.6 kN まで。

図５ キャンバー角

写真の上側のコの字型フレームがタイヤにスリップ角、キャンバー角を与える機構部である。
スリップ角についてはタイヤを支える中央の軸がベルト速度については設計値の 180 km/h 以上回転することで付与し、キャンバー角についてはの 250 km/h まで安定して蛇行制御できることをコの字型フレーム全体が傾斜する。下のベルトユ確認できた。また、スリップ角では、角度をつけニットは風洞用のものを流用している。

ることにより走行抵抗が増加するため、モーター

4．1に負荷がかかる。そのため、スリップ角 30°の性能スリップ角、キャンバー角を付加する機構を設

往復動作を蛇行制御することはできたが、負荷とけた装置で試験を実施し、表 3 の性能を達成した。

しては時速 90 km/h の場合では荷重 1.6 kN 以上はモーターのパワー不足により速度をキープできなくなり、最終的には過負荷となってしまった。な
お、実際の走行では速度はせいぜい 120 km/h、ス
リップ角等も 5°で十分なので、走行安定性を検—47—

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証するのであればここまでのスペックは不要である。しかし、タイヤの限界性能を評価する場合は上記のような過酷な条件が必要になる。
5．おわりに車がより一層高性能、高機能化する一方、環境への負荷低減が叫ばれるようになった近年、このような試験機でより一層正確な計測を求めるニーズが高まってきている。今回紹介した装置はまだ開発途上であり、そのためにベルトの速度制御や駆動部の位置決め精度などがやや粗い部分もある。また、現状では駆動部の開発は完了している
ものの、計測装置などはほとんど搭載していない。
今後はより装置の完成度を高め、6 分力計などの計測装置を搭載し、各種試験に適用できるムービングベルト装置として完成させていきたい。

機器装置事業部
システム・製品部
製品グループ 次長

廣瀬尚哉

TEL. 045-791-3521
FAX. 045-791-3538—

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