車体性能向上と FRP ボディ製作について田村俊介 * 1．はじめに 2.1 材料ソーラーカーやエコノムーブなどの競技に参加する・カーボン繊維：軽くて強度・剛性ともに優れており，トッために，必ず製作しなければならないものが車体であプチームの車体はほとんどこの材料で作られている．る．モータやタイヤなどは市販品や専用品でまかなえ繊維だけの物を生クロスやドライファブリックなどとても，車体だけはオリジナルで製作することが，この競言い，あらかじめ樹脂が染み込んでいる物をプリプレ技の醍醐味であり，各チームでの個性が出て，見ていグと言う．3K と呼ばれる縦横に織ってある材料が一般て一番楽しい所だろう．的で，3K は 1 つの束の中に 3000 本のカーボン繊維が一方，車体は時間やお金を多く必要とし，最適な設計をすることが難しい所であるため，経験や設計のセン束ねられている．他に 1K，6K，12K，24K などがある．優秀な材料だが，高価なのがネックである．スが問われる．初心者によく見られる壊れそうな車体や剛性が無くふにゃふにゃした車体をレース会場では目にすることもある．一生懸命考え，製作した車で競技に参加したものの，思ったような結果が出ずに悔しい思いをしていないだろうか？いつかはカーボンモノコックの車体を作ってみたいが，どこをどう作ればトップチームのような軽くて剛性のある車体が作れるか良く分からない・・・そんな方へのお手伝いが少しでも出来ればと考え，車体製作の Fig.2 カーボン繊維（左から 1K，3K，12K）流れから，構造の考え方やポイントなどを紹介する．・ガラス繊維：比較的安価で入手性も良く，FRP の入門には良い材料で型の材料によく使われる．長い繊維が織ってある布状のガラスクロスや短い繊維を無方向に集めて出来るガラスマットなどがある．番手を示す #200 や#400 などは平米辺りの重さなので，樹脂量算出の目安にして頂きたい．ガラスと言うと板ガラスとは形状が違うだけで基本的な性質は同じと考えて良い．一般的に材料は細くなればなるほど，急激に強度が増す傾向がある． Fig.1 Team BIZON / Gilles07 ２．材料や工具の紹介まずは，FRP での車体製作に必要な材料や工具を簡単に紹介する．高価な物も紹介しているが，世の中にあるものを知っておくだけで，大変な苦労や無駄なお金を使わなくて良いと思われるので，是非覚えて頂きたい． Fig.3 ガラス繊維（左からマット，#180c，#520c） * 株式会社ジーエイチクラフト技術部エコノムーブチーム Team BIZON 車体設計（まれに監督）・樹脂：カーボンやガラス繊維を固めて形にする材料で，エポキシ，ビニルエステル，不飽和ポリエステルなどがあり，紹介した順に高価で高性能である．は超硬ドリルを使うのが望ましい．だが，かなり高価なので精度の必要な部分や複数同じ径を開ける所は採用して，あとは汎用のドリルを使い，切れなくなってきガラス繊維にはどの樹脂も使うが，カーボン繊維とポたら先端を研いで使うのが一般的．ドリルの歯が切削リエステル樹脂は相性が悪く，カーボン繊維にはエポ出来る以上の性能は出ないので，必要以上に押さえつキシ又はビニルエステルを使うのが一般的である．けないで作業する．※FRP 材料の壊れ方の一つで，デラミネーション（層間剥離）を防止するためでもある．・コア材：薄い箔が蜂の巣状に形成されているハニカム材（ノーメックス，アルミ，ペーパーなど），アクリルや塩ビなどを発泡して作られるフォーム材，木材のバルサなどがある． FRP の特徴にサンドイッチ構造があり，強度のある繊維の間に，厚みがあって軽いコア材を挟み込むことで，軽くて剛性のあるパネルを作ることが出来る． Fig.6 卓上ボール盤と電動ドリル・コンタマシン（帯のこ盤）：のこ歯が一方向に回転して，材料をカットする道具．ギザギザが付いた歯が一般的だが，カーボンをカットすると歯が痛みやすい．カーボ Fig.4 サンドイッチ構造パネルンを切るには、ダイヤモンドコーティングがされている物がある．高価だが綺麗にカット出来，長持ちするので， 2.2 FRP 用切削に使う代表的な電動工具 1 本あると便利．こちらもドリルと同じく無理に押して切・ディスクグラインダ：高速回転する円盤を使って，材料ろうとしないほうが良い．※回転する工具やギザギザのをカットする工具．比較的安価で利用する場面が多い歯のついている電動工具使用時は，絶対に軍手を使ので，是非 1 つはチームにあったほうが良い．ディスクわないこと．巻き込まれる危険性があるので注意！を交換することにより，カット出来る材料が変わる．FRP の加工には FRP 専用のディスクがあるので，購入する際は一緒にそろえておきたい． Fig.7 コンタマシン（帯のこ盤やバンドソーとも言う） Fig.5 ディスクグラインダと FRP 用砥石３．プリプレグ材料による製品製作の流れ・ドリル：穴を開ける工具．ハンディに使える電動ドリ FRP での車体製作にはたくさんの方法があるが，ここルや備え付けの卓上ボール盤などがある．ドリルのではトップチームで多く採用されている，プリプレグによ歯にもいろいろ種類があり，FRP 材料に穴を開ける時る製品製作の流れを紹介する． 3.1 マスター（オス型）製作フォーム材を削り終えたら，ガラスクロスを 1 枚積層し，車体を型で製作するには，メス型を反転するオス型オス型の表面をコーティングする．スタイロフォームがを作る必要がある．直接メス型を製作することが出来れ溶けることを防ぐために，積層にはエポキシ樹脂を使用ば手間も費用も少なくて済むのだが，手作業で型を作する．（スタイロフォームは溶剤のスチレンで溶ける．ポるのにメス形状は非常に困難であり，綺麗な形状が作りリエステルやビニルエステル樹脂だと溶けるのでにくいので，オス型から反転するのが一般的である． NG！）オス型はまずベニヤの断面板を一定間隔で配置しその後，ウレタンサフェーサとポリエステルパテを使 (Fig.8)，その隙間にスタイロフォームなどの発泡材を詰い，ピカピカになるまで綺麗に仕上げていく(Fig10)．こめ込んで大きな形を作っていく．この時，フォーム材がの時，削りすぎ防止と，パテ盛りする部分を見分けるた無駄にならないよう，歩留まり良く切り出す．フォーム材めに，ガイドと呼ばれる粉状になった物を表面に塗ったのカットには，カッターナイフがすぐに思いつくが，パンあとから削るが，ラッカースプレーを遠くからふわ∼っと切り包丁のような大きなギザギザが付いているナイフが吹き付けることでも代用が可能．切れ味よく使いやすい． Fig.10 マスター型 Fig.8 断面板設置フォーム材をボディの形状に削っていくには，ロール最後にメス型を反転するためにオス型の離型処理を状になって，裏面にのりが付いているサンドペーパーを行うが，これについてはたくさんの失敗談を聞く．一般使うのが良い(Fig.9)．サンドペーパーを好きな長さに引的には WAX+PVA を塗って離型処理するのだが，き出し，プラスチック板や薄いベニヤ板などに貼り付け， WAX を塗りすぎてしまったり，PVA の塗りむらが出来てなるべく長いスパンでガシガシ削っていく．この時当てしまったりと，アマチュアには難しい．今回は，筆者が一板をせずにフォーム材を削ると局部的に削れる所が出番良いと思われる方法を紹介する．て，後で修正する必要が出てくるので，早いうちに綺麗離型処理にはケムリースなどの粘度の低い溶剤系のな形状に持っていけるよう作業を進める事がポイントで離型処理剤をオススメする．ケムリースは高価だが，離ある．型処理性能は抜群に良い（メス型離型処理参照）．ケムリースで離型処理を行うと，メス型積層の最初に塗るゲルコートをはじいてしまうことがあるので，ケムリースの上から WAX を 1 回塗って，はじかない下地を作ってやると良い． 3.2 積層型（メス型）製作メス型を分割して製作するのに必要な，割り型フランジをオス型に取り付ける．ホームセンターなどで売っている化粧合板をホットメルトなどで固定すると良い．化粧合板とオス型の隙間には，メス型積層の樹脂が漏れるのを防ぐために，油粘土を詰めることで隙間を無くす Fig.9 のり付きでロール状のサンドペーパーと良い (Fig.11,12)．量×2，クロス材なら繊維の重量と同じ重量を目安に作ると，無駄な樹脂を作らなくて済む(Fig.14)．繊維は大きな部材を１枚で積層しようとせず，ロール幅の 1/3 や 1/4 角の大きさにあらかじめ切っておいて，小さな面積ごとに積層していくと材料の歩留まりも良く，複数人で分担して作業が出来る(Fig.13)．マット材はバインダーと呼ばれるのりのようなもので固められており，そのままでは樹脂が染み込みにくいので，一度くしゃくしゃにしてから積層するとやわらかくなり樹脂が染み込みやすい．(Fig.14) Fig.11 フランジ取り付け積層は一気に最後まで積層すると熱を持ちやすくなるので，3∼4ply ずつ積層しては硬化させるのを繰り返次に離型処理の終わったオス型とフランジに，ゲルして行う．この時，樹脂にはパラフィンの入っていないノコートと呼ばれるコーティング剤を，スプレーガンでのンパラと呼ばれる物を選択する．パラフィンが入ってい吹き付けやはけ塗りなどによって塗布する．塗った後はると硬化後の表面にろうの層が出来，次の積層がく少し触って指に付かなくなる程度に硬化させる．（一晩っつかなくなる．その結果，せっかく作ったメス型が剥時間を置いても良い）離するなど悲しいことになりかねないので注意が必要いよいよ繊維を積層していくが，ここでは一番スタンである．ダードな，ガラス繊維+ポリエステル樹脂による，メス型成形を紹介する．メス型で一番大事なのは型表面層をいかに気泡無しで仕上げられるかで，型の出来が決まる．積層の難しい 1∼2ply 目の凹部（フランジ部との境目）などは，無理に 1 枚ものの繊維で積層しようとせず，縁を切って突き当てることで角のエッジを出す．次にガラスクロスから繊維の束を抜き取り，凹部に詰め込んで緩やかな形状にする．こうすることで，この後 Fig.13 ロールから歩留まり良く材料をカットのメス型積層の作業性が良くなり，メス型の角部が割れにくくなる． Fig.14 積層前工程 Fig.12 雌型 1ｐｌｙ目断面メス型の積層構成の基本は 5mm ぐらいの厚さになるまで，マット材とクロス材を交互に積層していく（予算や入手性の都合から，厚みを増す部分はマット材だけでも可）．この時に作る樹脂量は，マット材なら繊維の重 Fig.15 メス型積層はパッチワークのように樹脂硬化後，型にバックアップを取り付ける．バックアップは型の変形を抑え，製品積層時には作業性の不良に陥る場合もあるので，離型処理だけは時間に余裕を持って行う方が良い．良い台にするため工夫して取り付けると良い．型変形うまく離型処理するには，大きな面積を一度に塗ろうのきっかけになるフランジ部にベニヤ板で出来た三角リとせず，小さな面積を（大きくても 300×300 程度）順番ブを，ガラスクロスを使って立ててやるだけでも型の変に塗っていく方が確実で作業性も良い．塗り方は，ウェ形が抑えられる．スで薄く塗り伸ばし，半分くらい乾いてきた所で，綺麗バックアップを取り付けない型も見かけるが，製品のなウェスでふき取ると良い．一度塗ったところは，次にゆがみを少しでも減らすため，（ボディとシャシの合い塗るまでのインターバルを 15 分以上取り，下地を固め面が綺麗に出来ていない車体は，型の変形が原因のてから次を塗らないと，一度に厚塗りをしたのと同じに一つである）是非とも型にはバックアップの取り付けをなり複数回塗ったのが無意味になるので注意．(Fig.17) オススメする．(Fig.16) 5∼6 回塗り終えたら型焼きをかねて熱をかける．型を一度製品製作と同じ条件で熱をかけることで，型内部の樹脂枯れが発見出来たり，型の変形などを見たりすることが出来るので，製品をダメにしてしまう前に必ず行って欲しい．（自作炉の性能を見るのと，離型処理剤の硬化も一緒に出来る）離型処理効果のチェック方法として，マスキングテープを使い離型処理部分と未処理部分とでの引き剥がし力を比べる方法がある．この方法は単純だが確実に手ごたえが違うので，感覚を養って頂きたい．(Fig.18) 型をアセトンなどで綺麗に洗浄 Fig.16 型のバックアップ例割り型フランジを取り外し，再度離型処理をして反対 300×300 程度を目安にケムリース塗り込み半分ぐらい乾いたら側の型を作り上げる．こちらも樹脂が硬化した後，脱型綺麗なウェスでふき取りとなる．脱型は割りフランジ部にプラスチックのくさびや (むらが出ないように注意) ヘラなどを差込んで行う．片方の型はすんなり外れるが，どうしてもマスターに残った方の型はきっかけが無く，外すのは骨が折れる．しかし，マスターに穴を開けるなどしてきっかけを作ってやることで，脱型をしやすく出来る．以上を型全面に行い，それを 5∼6 回繰り返す． Fig.17 離型処理フローチャート脱型後は周囲をバリ取りし，型表面をピカピカになるまで（#1000 以上）水研ぎをする．出来上がった製品の意匠面を綺麗にすること及び，脱型性を良くするために型表面をピカピカにして欲しい． 3.3 メス型離型処理メス型の離型処理はケムリースやフレコートなどを使う．ただ塗ればいいのではなく，5∼6 回塗ることにより薄い層を重ねていくことで性能を発揮する．塗り終わった後もすぐに積層出来るのではなく，軽く熱をかけたりマスキングテープを一晩置いたりして硬化させる必要がある．ケムリースが貼って，引き剥がす未硬化のまま積層をすると，場合によっては接着剤と同じ役割をし，抜群に良い離型処理能力が逆に脱型 Fig.18 離型処理の効果チェック 3.4 製品積層枯れなどの成形不良が起こりやすい．いよいよ本番，製品の積層を行う．最終的な製品を長く使うためにもなるべく綺麗に作りたい．FRP の積層は大きな面積を一度に貼ろうとせず，コーナー部や形状が変わる所は別のプリプレグで積層するように心がける．そうすると，材料が突っ張らずに積層出来，仕上がりが綺麗になるので良い．別のプリプレグを貼り付けるときは，10∼15mm 程度オーバーラップさせることで，強度的にも十分な製品を作ることが出来る．1 枚で貼り込む所と，オーバーラップさせて 2 枚貼る所にメリハリを付けて積層すると良い． (Fig.19) Fig.20 バイアス方向繊維特徴副資材でもリリースフィルムのように伸びにくい材料は，凹部を分割して積層するか，十分な余裕を持って積層する．ブリーザーのような不織布で出来ている材料は，柔軟に伸びるので突っ張りはあまり気にしなくて良い．ブリーザーは真空の吸い口近くと，製品外のフランジ面を厚くし，製品内はなるべく 1 枚だけ積層する．うまく積層出来ない時は，スプレーのり（3M 社の#55 がオススメ）などをふわ∼っと吹き付けることで軽くベタベタさ Fig.19 フランジ部分製品積層断面せ，貼り付けていくと作業性が良い．ところで，製品積層時に繊維の方向を意識したことはあるだろうか？カーボンクロスは織物である以上，繊維方向とそうでない方向が出てくる．これは金属材料のような等質材にはない物性で，エコノムーブのような積層枚数の少ない構造物では，力のかかる方向へ繊維を向けてやることによって，同じ重さで剛性をアップすることが出来る．織物には金属材料とはまた違った設計自由度がある．基本的には長手方向に繊維を向けてやることで縦曲げ剛性をアップ出来るが，側面だけは斜め方向（バイアス）に繊維を向けてやる方が縦曲げ剛性をアップ出来る．バイアス方向の部材を作るには，ロールから材料を Fig.21 副資材積層断面斜めにカットすることで作ることが出来る．車体側面は 3 次曲面で形成されていることが多いので，繊維のメス型最後にフランジ周囲にシールテープを置き，バキュへの沿いやすさ（ドレープ性などと言う）も良い．ームバッグをかけるが，シールテープを置く前にフラン (Fig.20) ジ部分をサンドペーパー(#240 程度)で軽くサンディンプリプレグ材の積層と同じくらい重要なのが，副資材グすると良い．離型処理を剥がしてシールテープが食の積層と考えてもらいたい．製品になるプリプレグ材はいつきやすいようにすることで，真空状態を保ちやすく綺麗に貼れていても，副資材が突っ張っていたりすると，なる．(Fig.21) 最後に真空引きをした時にうまく圧力がかからず，樹脂バッグ内を真空にするために，ホースを取り付けて真空ポンプで真空引きをするが，この時のホースには銅かなりラッキーです）．パイプをオススメする．ホームセンターなどで売っていキュアを行う炉は，建築用の断熱材やベニヤ板で箱るエアー用のホースはほとんどが熱に弱く，真空引きをを作る簡易な方法で，オートクレーブや恒温炉が無くてして熱をかけるときしめんのようにつぶれてしまう可も代用することが出来る．能性が大きい．炉の外のホースは何でも良いが，炉の内部のホースは注意が必要になる． Fig.24 簡易炉の例 Fig.22 バッグ完イメージ温度はプリプレグ材の特性に合わせて調整するが，温度管理には注意して頂きたい．最低でも 2 個以上の温度計を用意し，製品上の温度と炉内の空気の温度（雰囲気温度と言う）をモニターしてやることで，むらのない温度管理が可能になる．炉の性能が十分でない場合は，さらに温度計を増やして測定ポイントを増やし，温度のバラツキを無くすよう作業すると良い．温度計は 100℃程度までなら，パソコンに使われる簡易のもので良いが，それ以上になると熱伝対タイプの温度計が良い．秋葉原の秋月電子に売っているテスター一体型の温度計が安くて（1,200 円）オススメ． Fig.23 吸い口部分と銅パイプこのあたりの写真は，Team BIZON blog 内の記事や写真集を参考にして頂きたい． http://ecorun.blogspot.com/ http://picasaweb.google.co.jp/zaikou/2007 3.5 キュア（焼き）プリプレグ材は，カーボンの生クロスに熱硬化性の樹脂を含侵させて出来ており，熱を加えることで樹脂が硬化して製品を形成する．熱を加える方法は，ジェットヒータやヒートガンなどで行う（学校に恒温炉があるところや，企業のオートクレーブを使わせてもらえるところは Fig.25 テスター一体型温度計ので，いい取り合いを見つけるためにはトップチームの 3.6 脱型キュアが終了したら脱型を行うが，離型処理さえキチ取り合いを参考にすると良い．ンと出来ていれば，なんの苦労もなく，すっと抜けるは車体に縦曲げの力が加わると，下側にある構造物はず・・・です・・・ガラスのメス型でカーボンの製品を作る引張り，上側は圧縮の力が加わる．では側面はと言うと，場合，なるべく熱いうちに脱型するほうが楽に抜ける．せん断と呼ばれる斜め方向の力が加わる．鉄橋や鉄塔ガラス繊維でメス型を作って，カーボンで製品を作るなどの側面に，斜め方向の部材を配置しているのはそと必ず型より大きな製品が出来る（脱型した製品が，再のためで，部材を 3 角形に配置することで部材に曲げ度型に戻らないのはそのため）．の力が加わり難い取り合いになる．これは材料ごとに異なる線膨張係数の違いによるも 3 輪車の車体が多いエコランレースでは，リヤタイヤので，材料を変えない限り解決することは出来ない．一からの入力を車体へうまく逃がす構造にも各チームの般的なエコノムーブボディの場合では，全長で１∼2mm 個性が出て面白い．どうしてもドライバーの頭の後ろに程度大きくなるのでオス型を作る際は少し小さく作ってショックマウントや荷重を受ける部材が来るので，そのおくと良い．（Table1）力をバルクヘッドなどの力の向きに対して垂直面や，横線膨張係数ガラス常温 15℃ キュア中 120℃ 11.0×10-6 ①3000.00(mm) ②3003.47(mm) -6 カーボン 5.0×10 ④3001.89(mm) ③3003.47(mm) Table1 線膨張係数の違いによる大きさの変化（熱を加えることでガラスの型が伸びる①→②．カーボンが硬化②→③．硬化後，カーボンの線膨張で縮む ③→④．製品の大きさは①→④のように変化する．）方向に通るパイプなどで受けると無理な曲げがかかり不利な構造になる（エコノムーブレベルであれば問題ない場合が多いと思われる）．リヤタイヤからの力をうまく車体のメインフレームに逃がす構造として，上から見てハの字になるような構造が良いように思える． 4.2 スペースフレーム車の考え方スペースフレーム車の悪い例で目にするのが，車体側面の上下をつなぐ短い部材が直角に組んでいる車 4．車体剛性の考え方レース中，車体にはさまざまな力が加わる．たとえば，体である．溶接する際の組み立てやすさや設計のしやすさなどからの選択だと思われるが，構造的に不利なまっすぐ走っている時でも，人やバラストの重さによる縦ので側面の部材は斜め方向に入れていくよう考えたほ曲げ．コーナーリング中には，足回りへの横 G，車体へうが良い．(Fig.26) のねじれなどがある．すべてを完璧に把握することは不可能に近いが，なんとなくでもイメージすることによって，部材を力のふんばる方向へ配置して行くと良い．部材の取り合いを工夫することは車体構造設計の一番面白い所であり，設計者の腕の見せ所になる．良い取り合いをすると部材を少なく出来，且つ軽量な車体を作ることが出来るので，一生懸命考え，悩んで車体を作って頂きたい． 4.1 車体への力のかかり方走行中の車体への力は，主に縦曲げから考えていくと良い．前後のタイヤの間には，ドライバーやバッテリ等 Fig.26 スペースフレーム組み方の重量物が搭載されるので，車体には大きな曲げの力がかかる．力のかかり方をイメージするためには，簡単な模型をこれに耐えるようにするためには，なるべく高い位置作ってみて，手でぐにゃぐにゃ曲げたり引っ張ったりしと低い位置に構造部材を配置し，それらをつなぎ合わてみると面白い．スペースフレームであれば，割り箸やせる．そうする事で剛性を示す断面 2 次モーメントを竹串などを使い,木工用ボンドや瞬間接着剤でくっつけ大きく確保し，軽量で高剛性な車体を作ることが出来る．ていくような簡単なもので良い．トップチームの構造をただし，高くしすぎることでの重量増や，搭載物のスペ真似た模型を作ってみて，自分たちの車体とどれくらいース確保，ドライバーの配置も考慮しなければならない違っているかを比べてみるのも面白い．板に曲げがかからず（面内力と言う）硬くなるように組んでいくと剛性をアップ出来る．斜め部材 Fig.27 スペースフレーム車の例（ソーラーカー）（柏会 / 武蔵）ドライバーの側面は斜め方向の部材（トラス構造）で構成し，リヤタイヤからの突き上げ荷重や，車体全体の Fig.29 面外力と面内力縦曲げ時の荷重をうまく受け持つような構造．リヤのショックマウントから，ドライバーの肩あたりのメインフレームへ伸びる斜め部材も大事．簡単に力のかかり方をイメージ出来るように，こちらもスペースフレーム車と同様に，模型を作ってみてぐにゃぐにゃ曲げてみるのが良い．材料は厚紙などが簡単に手に入り，安価で工作もしやすい．チーム内でいろいろな形状の案を出し合い，それぞれの模型を曲げてみ圧縮力て硬い感覚の構造はどんな取り合いか？どの部分ががっちりしていて，どの部分がふにゃふにゃしているか？など，考察してみるのも面白い．内リブ構造 Fig.28 スペースフレーム車の例（エコノムーブ）（豊橋創造大学 T-Works / しんがた MUGEN くん）こちらも、側面に斜め方向部材を入れることにより，必要最小限な部材で剛性を確保出来る．あと，圧縮力のかかる上側の長手方向部材が一回り太く出来ており，座屈し難い構造なのも注目． Fig.30 カーボンモノコック車の例（ソーラーカー） (OSU 大阪産業大学 / OSU model S ) 4.3 カーボンモノコック車の考え方長手方向のフレーム上部を内側に曲げることによりカーボンモノコック車は，外側は厚みを持ったサンド内リブ構造を形成している．このようにすると，走行中イッチ構造で製作し，内部はフレーム類を平らなサンドに縦曲げが加わる事でフレームが開こうとする面外イッチパネルを切り貼りして作りこんでいくチームが多力を内リブの面内力に置き換え，縦曲げ剛性をアッ数を占める．これは詳細な図面を描いたり，複雑な型をプ出来る．作り込んだりしなくても，現物で組み込むことが容易で，設計の自由度が大きく，理想的な工作と言える．注意する点は，板に対して垂直な方向に力を入れる（面外力と言う）構造を極力とらないこと．どうしても構造上必要な場合は，曲げを受ける板に主直な板を立てて，どうだろう？差があるとしても比重の差と比べれば，比ヤング率はほとんど差が無いと言って良く，かなり面白いデータに感じる．多くの人は，カーボンやチタン＞アルミ＞鉄のような優劣を勝手に付けていないだろうか？何も無理に高価な材料を使わなくても，形状や取り合いを工夫することにより，軽量でしっかりした物を作ることが出来るので，是非とも適材適所な設計を心がけてほしい．ではカーボンなど複合材料の優れている点は何だろ斜め前へ力を逃がす構造うか？筆者はボディなどの比較的設計自由度の高い部位にあると考える．ボディは車両の中でもっとも大きく， Fig.31 カーボンモノコック車の例（エコノムーブ）自由に形状を作りこむことが必要な部位である．カーボ (Team BIZON / Gilles07) ンで作られている多くの車両は，3K を 1∼2ply（＋サンリヤタイヤの突き上げ荷重を，面内力で車体側面に徐々に逃がす板を入れることにより，人や電池の搭載のスペースと車体剛性を両立している（手前味噌でスイドイッチ構造）という非常に薄い（0.2∼0.5mm 程度）構造で成立している．この構造を金属材料にて同じ重さで作ろうとすると，更に薄い部材を使う必要が出てくる．アルミ缶でイメーマセン）．ジできるように金属材料を薄くしていくと，軽くなるがつぶれやすく，一度つぶれると自然に元には戻らない． 4.4 材料の面白いところちょっと難しいことを最後に書くが，なかなか興味深い数字なので是非紹介したい．レースに出ている車両金属材料では空力性能に優れた自由な 3 次曲面を形成するのも困難である．を見ると，違う材料で作られていても，車両重量がそこ商業ベースで考えれば，複合材料を使うのは一品物まで大きく違わないことを不思議に思う．鉄とカーボンのスペシャル品や,少量生産品がまだまだ主流である．では比重が 4.8 倍も違うのに，20kg で仕上がっている大量生産には向かない材料だが，言い換えればレーエコノムーブ車両があっても，96kg もある車両は見たこスのような特殊用途には最適な材料だと筆者は考えとがない．る．これは材料の硬さを示すヤング率を比重で割った数値（比ヤング率と言う）が，一般的に構造に使われる材料でほとんど差がないことが要因だと考える．ベニヤで作られた ZDP 池上氏作のミラクルでんちくんもその例外ではないと思われる．Table2 に一般的な構造材料の比較を記する． 5．おわりに以上で FRP ボディの作り方と構造の考え方をざっと紹介したが，少しはお役に立てただろうか．レース会場はトップチームの車両を見学出来る数少ない場所なので，一言声をかけ写真を撮り，隙を見つけてはバンバン質問をして知識を深めてほしい．材料レースで一つでも上位でゴールしたいのであれば，ト比重ρ ヤング率 E 比ヤング率 (g/c ㎥) (GPa) E/ρ ップチームの真似をするのが近道である．しかし，ただモリブデン 10.5 270 25.71 真似をするだけでなく，何を考え，どんな目的でその形鉄 7.8 210 26.92 にしているのかを聞き，自分達の車両には必要なことチタン 4.5 120 26.67 かどうかをチーム内で相談してから採用していこう．アルミ 2.7 73 27.04 自分たちの車両を改めて見直し，他チームの車両とﾏｸﾞﾈｼｳﾑ 1.7 42 24.71 見比べて考察することで，足りない部分や優位な部分ｶｰﾎﾞﾝ(ISO) 1.6 42 26.25 を見つけることが出来るだろう．木材(木目) 0.5 13 26.00 Table2 一般的な構造材料の比ヤング率比較前に進むことで上へと進んで行く技術のらせん階段を一歩一歩登って行ってほしい．参考文献（１）エコ電気自動車のしくみと製作 / 日本太陽エネルギー学会編（２）強さの秘密−なぜあなたは床を突き抜けて落ちないか / J.E.ゴードン著土井恒成訳 Special Thanks！大阪産業大学藤田先生紀北工業高校藪下先生下総高校中西先生長野工業高校佐藤先生（３） FRP ボディとその成形法 / 浜素紀福島松栄高校清野先生（４）鋼構造物の設計入門 / 土木設計研究会編由利工業高校神田先生，伊藤さん（５）技術者のための問題解決手法 TRIZ / 井坂義治柏会福北さん T-works 河合さんミツバ斉藤さん各種材料などの購入先や FRP 製作の参考サイト Team BIZON 房間さん，香西さん・株式会社ジーエイチクラフトネタや写真を頂戴した方々です，感謝！ http://shop.ghcraft.com/ 筆者勤務先の材料販売サイト．プリプレグやサンドイッチパネル等の希少材料を扱う．筆者紹介・FRP-ZONE．COM 田村俊介（たむらしゅんすけ） http://www.frp-zone.com/ 株式会社ジーエイチクラフト勤務 FRP の通販サイト． http://www.ghcraft.com/ メス型を作るなどの Wet 積層で使うものは，ローラーなソーラーカー用カーボンホイールの設計を担当どの道具も含めて幅広く扱っている．質問などはこちらまで： [email protected] OSU ソーラーカープロジェクト出身．最近はエコノム・FRP.com ーブのプライベートチーム Team BIZON に所属し， http://www.frpjapan.com/ 2007WEMGP ランキング 2 位を獲得 FRP の通販サイト．材料や道具を幅広く扱う． http://ecorun.blogspot.com/ FRP 講習会も開かれている．・株式会社テックジャム http://www.tech-jam.com/ 理化学系の通販サイト．消耗品の項目にある接着剤が豊富．・システムスリーエポキシ http://www.woodencanoe.net/epoxy/ マリン向けエポキシ樹脂通販サイトエポキシ樹脂の使い方は勉強になる．・ケミテック株式会社 http://www.chemitec.co.jp/ プラスチック造形素材や道具など．・有限会社サンライト http://sunright.co.jp/ FRP の通販サイト． FRP 用の超硬ドリルを販売している．