ボルテックスジェネレーターを自作し愛車の性能を改善しました。大変良い結果を得られましたので作り方等「工作編」を公開します。燃費の向上省資源につながり、操縦安定性の向上は交通事故の減少につながる公益性社会性の高い情報です。

【ポイント】
イ.粘土、半月型クッションで安く気軽にエアロダイナミクスを楽しめます
ロ.ボルテックスジェネレーター自作に特化した最適な情報をお知らせ
ハ.愛着のある車が最新テクノロジーで蘇ります(より安全に、省燃費)

 航空機に使われているエアロダイナミックスを自動車に応用した「空力操安」。その一つがボルテックスジェネレーターです。(この5月連休でおおよそ仕上げました。)
 私自身は、特別な工作技能はありません。また、材料も百円、数百円から千円の廉価な物を使用しました。誰にでも気軽にできるようにとの配慮からです。

 改善の方向性は、①高効率の追求(燃費向上など)、②操縦安定性の向上(高速道路を安心して走れるなど)、③運転する楽しさを損なわない、というテーマです。一般車向けの改善です。レース用の空力改善、エアロパーツ等とは違います(サーキットでの高速走行テストはしていません)。

 このホームページは本来趣味のブログではありませんが、公益性、社会性の高い情報ですので特別に掲載しています。

【基本編もご参照ください】
ボルテックスジェネレーター自作記
!空力操安エアロスタビライジングフィン

Contents

1.なぜ自作するのか?

(1)理論的に最適な形を作るため

 理論的に最適といっても、「高さ20mm、幅30mmから40mm、長さ100mm程度」の紡錘型(水滴型)のボルテックスジェネレーターという程度です。しかし、こうした汎用品は案外売っていません。

(2)汎用品では車体の微妙なカーブに対応できないから

 取り付け面が自分の車にぴったり合った品なら、数千円出しても買いたいところですが、売っていません。

(3)トライ・アンド・エラーで創造性を高める(楽しい)から

 私はパソコン操作が多く、文字を上手に書く技能が衰えて悩んでいました。しかし、粘土をいじってみると、案外上手に手が動くのです。大変楽しいです。
 ボルテックスジェネレーターやカナードの理論的な事が頭の中に入っていて、それが手捻りで形になります。参考画像なども記憶の中から手先へ形となって出てくるのです。

(4)100円ショップ品等で安く楽しめるから

 本記事では、できるだけ気楽に安く楽しめる方法をご紹介します。(もっと本格的な方法もありますが、コストアップします。)

2.半月型クッションの手軽さ

 自分なりに粘土などを使ってみました(後述)。しかし、半月型クッションが非常に効果的で、しかも手間がかからないことがよく解りました。
(半月型クッションのボルテックスジェネレーターの自作例
ボルテックスジェネレーター自作例ボディ後端

(1)小型ボルテックスジェネレーターに最適な形状

 幅を35mm程度に切り、高さを20mmにするために底の部分をちょっと切れば、ボルテックスジェネレーターが完成します。
(底の部分を切る場合は、切れ味の良いカッター刃で、上手に切ります。不適切に切ると、両面テープが張り付かなくなります。もし、失敗した場合は多少不整面でも貼りつけられる両面テープもありますがやや高価です。3Mの多用途粗面用の両面テープです。

A.底面、側面に貼る場合は高さ調節しない

 底面、側面に貼る場合は重力の影響を受けるので剥がれやすくなります。したがって、高さを調節せず26mmのままで(既製品のスムーズな底面のままで)貼る方が良いでしょう。

B.より空気抵抗を下げる加工

 また、より空気抵抗を下げるには、前方左右側面をハサミで少々切ってあげれば良いです。

半月型クッション1ボルテックスジェネレーター半月型クッション2ボルテックスジェネレーター

C.中型ボルテックスジェネレーター

 中型ボルテックスジェネレーターの場合には、幅を35mm程度に切るだけで、高さは26mmのままでよいでしょう。多少長さが不足しますが、この場合は妥協しましょう。

(2)カッター・ハサミで切るだけ手軽な工作

 カッターやハサミという日常的な工具で簡単にできます。

(3)塗装により見栄えも向上可能

 見栄えだけが難点でしたが、その後いろいろ試行錯誤したところ、塗装できることがわかりました。これで、見栄えも相当良くなります。

 柔らかいスポンジ素材ですので、通常の塗料では塗れません。しかし、廉価な「グラスペイント」(ダイソー)で十分塗れることを発見しました。筆に付けて、二度塗りすれば相当艶が出ます。柔軟性のある塗膜ですので、スポンジでも剥がれません。

半月型クッションをグラスペイントで塗装

3.粘土を使ったボルテックスジェネレーター自作

(1)粘土の素晴らしさ

  • 安い:粘土はどこにでも売っていて、しかも安いです。
  • 気楽にできます:一度失敗しても、水で柔らかくして形を戻せますから気楽にできます。試行錯誤が簡単です。
  • 完璧な作業を求めない:水で柔らかくし形を変えられますし、固まってから削ってもよいのです。作業プロセスで完璧を求めません
  • 粘土の性能向上:粘土の性能は相当良くなっています。昔風の緑の油粘土や紙粘土だけではありません(後述)。

(2)粘土の弱点1:乾燥する時間が長い

 粘土の弱点は、乾燥するための時間が長いことに尽きます。同じ物を数個作る場合、型を用いますが、その際時間が掛かりすぎて不愉快になります。この記事に書かれている事などを知らないで試行錯誤する場合には、飽きてしまって完成できない場合も多いでしょう。
 乾燥時間の目安は、気候やボルテックスジェネレーターの形状、大きさによって違いますが、1週間前後で乾燥します(完全乾燥に近く使用可能)。

A.乾燥時間対策

 パジコ社の石粉粘土「ラドール プルミエ」、樹脂粘土「モデナ」は、作業できる程度にならもっと短時間で乾燥します。これらをお勧めします。
(ただし、内側は乾燥していませんので、全面を塗装したりすると、内側がずっと乾燥しなくなりますので注意が必要です。)

 趣味ですから、盆栽だと思って気長にやりましょう。

(3)粘土の弱点2:未塗装で濡れると崩壊する

 (樹脂粘土だけは、完全に乾燥すると生活防水性能あり)

A.水に弱い対策

 そのままでは水に弱いので、塗装します(後述)。

(4)粘土の種類と特徴

  • 樹脂粘土:乾いてもほんの少しだが柔軟性がある、色艶が良い、生活防水性能、乾くと若干縮む。(やや重い)←自作にお勧めの粘土です。

例:パジコ社「モデナ」など。各色あり。

  • 軽量粘土:とにかく軽い、柔らかいので他を傷つけない。(もろい、削って造形するのは不向き-不整を削る程度可、未塗装で濡れると崩れる)←長期雨にさらすと溶けるので、使い道はあまり無い。試しに作ってみる程度には簡単でよい。

例:ダイソー「ふわっと軽い粘土」

  • 石粉粘土:造形しやすい、(推奨品のプルミエは軽い)、熱に強い、固い。(未塗装で濡れると崩れる)←長期雨にさらすと溶けるので、原型に使うのが良い。

例:パジコ社「ラドール プルミエ」

(5)粘土工作の基本

  • 良くこねることから始める
  • 固ければ水をほんの少々つけてこねる(つけすぎない)
  • 固くなった後でも水で濡らして形を整えられる(まずは挑戦してみる)
  • 固くなった後に整形、研磨できる

(6)粘土工作用品

 粘土板、やすり、紙やすり。いずれも高価である必要はありません(100円ショップで十分)。

4.ボルテックスジェネレーターと粘土の相性

(1)ボルテックスジェネレーター(原型):石粉粘土

 ボルテックスジェネレーターには石粉粘土が最適です。複製する場合の原型も石粉粘土で作ります。
 100円ショップの石粉粘土でもよいのですが、できればここは数百円奮発してパジコ社の「ラドール プルミエ」が良いでしょう。プルミエは乾燥すると軽くなるのでバランスが最良です。

(2)ボルテックスジェネレーター複製用「型」:樹脂粘土

 乾燥して硬化しても、ある程度の柔軟性があるので、複製物をするりと外しやすいです。

(3)ボルテックスジェネレーター複製材料:樹脂粘土

 樹脂粘土は乾燥すると少々縮みますが、その特性のために、型から抜きやすいです。

 樹脂粘土は乾燥すると、生活防水性能があります。ただし、自動車ですから雨ざらしも考えられるので、念のため水性のクリアカラー(透明絵の具)を塗るとよいでしょう。樹脂粘土は、粘土自体の色も鮮やかです。

 ただし、高熱になる場所(ボンネットなど)につける場合は、石粉粘土が適します。

(4)カナード:樹脂粘土

 他の物を傷つけないようにソフトな樹脂粘土が適します。
 また、車両の端につけるカナードですので、できるだけ軽量なものが望ましいです。慣性モーメントが増加すると、ハンドリングが楽しくなくなります。

注:レース用のカナードでは、空気を翼型で押し下げてダウンフォースを発生させるものもあります。ここで作るのはそうしたダウンフォース狙いのカナードではありません。そうしたカナードは相当丈夫なものでないと、空気抵抗に負けて破損します(粘土は不適です)。
 ここで作るカナードは、空気をかき乱してタイヤハウスの中の気流を排出する手助けをする、まさにボルテックスジェネレーターとしてのカナードです。このボルテックスジェネレーターとしてのカナードは、空気をかき乱すだけの「ちょっとした突起」でよいのです。

(5)現場合せボルテックスジェネレーター:樹脂粘土

 通常のボルテックスジェネレーターならば、樹脂粘土で良いでしょう。
デルタ翼型ボルテックスジェネレーター

 小さいボルテックスジェネレーターは、石粉粘土で剛性を高めます。デルタ翼型のボルテックスジェネレーターなどは石粉粘土が適します。塗装を丁寧に塗り重ねることで、防水性能も上がります。しかし、長期間雨にさらすと、水に解け出すこともあります。(私は簡易車庫に入れていますので保っています。)

5.ボルテックスジェネレーター(原型)の作り方

 通常のボルテックスジェネレーターは、石粉粘土のパジコ社の「ラドール プルミエ」を推奨します(軽くて作業性がよいため)。カナードは、軽量粘土が良いです。

(1)少しずつ完成度を高める作り方(完璧にしなくても塗装すると綺麗になる)

A.手で粘土をこねて造形する

 理論的な形は、上述のように神経質になる必要はありません。貴方の手で、自然に造形できます。

B.乾燥させた後水をつけた手で撫でる

 貴方の手で形を作ったら、乾燥させます(完全乾燥でなくてよい)。そして、粘土を少しだけ濡らして表面を撫でると、スベスベになっていきます。

C.完全乾燥後やすり掛け

 完全乾燥させた後に、やすりや紙やすりで仕上げても良いでしょう。やすりで形を整え、紙やすりで表面をツルツルにするイメージです。紙やすりは800番(削り機能強め)、1200番(仕上げ的に)など使います。

D.水性絵の具・スプレーで塗装

 最後に、水性絵の具で筆塗り、もしくは水性のクリアスプレーを吹き付け塗装すれば原型が完成します(生活防水性能)。塗装のムラが出来ないのはスプレー方式です。筆で広い面積を塗ると、ムラができがちです。

 原型にせずボルテックスジェネレーターとしてそのまま使用する場合は、自分の車の車体色に合った水性スプレー、水性アクリル絵の具を塗ります。

E.車体の微妙なカーブに対応する底面がポイント

 ポイントは底面のカーブです。両面テープで車体に貼りつけるためです。

(2)「治具」を作る

 治具というと大げさですが、車の側で段ボールを切って当てはめてみるなどして、微妙なカーブを再現します。
 また、廉価な石粉粘土で何度かトライアンドエラーしてみて、あなたの車の取り付け箇所のカーブの程度を探るのもよいでしょう。

 粘土板の下に、1/4に折った雑誌の数ページを入れるなどして、粘土板に車体のカーブを再現できると作業効率が良いです。
粘土板にカーブをつける治具

(3)「現場合せ」が簡単で良い

 車体のカーブが、一定率の場合は上述の粘土板カーブの方法で案外簡単にできます。しかし、カーブの曲率が変わって行く場合には(だんだん急に曲がるなど)、現場合せしましょう。

 例えば、カナードなどは現場合わせでなければできませんでした。(上の粘土板にカーブをつけた治具では、曲率が一定なので失敗でした。)

 現場合せというと大げさですが、カナードをある程度整形して、それを実車の貼りつける場所にペタリと貼って乾かすのです。

 重要なのは、底面のカーブなので、それ以外は多少崩れても後で修正できます。下の事例では3日後に剥がしたのですが、ボルテックスジェネレーターの外側だけ乾いて内側が生乾きだったので、一部剥がれてしまいました。しかし、底面のカーブを再現することは可能でした。あとで、粘土を足してやり、ヘラで簡単にこすり落とし整形しました。
カナード現場合せ

 左右で同じ位置に貼るのは案外難しいものです。そういう場合は、仮に貼ってみて、携帯電話などで撮影し、微調整します。上の写真は左が最初の位置で、右が最終調整した位置です。(カナードの場合は、角度が重要になってきますので、特にそこを注意しました。)

 また、車体には粘土が残ったりするのが嫌なら、車体にサランラップのようなものを貼って、上から粘土を重ねます。重要なのは、底面のカーブが車体にフィットするかどうかです。また、車体に付いた粘土は、少々水をつけてやれば落とせます

A.外して形を整える

 車体から外したら、形を整えます。まず、やすりでバリを落とします。その後、紙やすりで表面を整えます。紙やすりは800番(削り機能強め)、1200番(仕上げ的に)など使います。
(完全乾燥すれば紙やすりも使用可能ですが、水を使って水研ぎはできません。粘土がふやけ崩壊します。)

 塗装をすれば、さらに見栄えがよくなりますから、この段階では完璧を求めすぎないようにしましょう。

6.ニ個なら型は作らない(手作りの味)

 左右に同じ物を1個ずつ、合計2個作る場合が多いでしょう。その場合は、型など作らず、手捻りで2つ作れば良いでしょう。ちょっと違っても、手作り自作品の味です。

7.型を使った複製(数個同じ物を作る場合)

 しかし、同じ物を数個作る場合には、型を作る方法も検討に入ります。(数個のボルテックスジェネレーターが並んでいて、いずれも不揃いではちょっと見栄えが悪いでしょう。)

(1)型を本格的に作るなら

 シリコンで型を作り、そこに注型用のポリエステル樹脂などを注入して作れるでしょう。(この記事では紹介しません。)

(2)樹脂粘土で安く簡単に型を作る


 型の材料には、樹脂粘土が良いです。乾燥して型になっても、ある程度の柔軟性があるので、複製物をするりと外しやすいです。(上の写真は、上側が樹脂粘土の型、下側が石粉粘土の原型)
 型の樹脂粘土が完全に乾燥したら、水性のクリアスプレーを塗ります。アクリル塗装により防水性ができるので、水分が型へ転移しないようにという意図もあります。水性塗料により型の表面がツルツルに強化されます。

A.樹脂粘土の型は多少縮みます

 樹脂粘土は型にする場合でも、多少縮みます。ここで説明しているボルテックスジェネレーターの場合は、実車の曲面に合せたボルテックスジェネレーターの底面が一番のポイントですので、型が多少縮むのは問題ありません。(その結果、複製されるボルテックスジェネレーターは、原型に比較して多少ですが小さい物になります。)

(3)型へ樹脂粘土を充填する(複製工程)

A.樹脂粘土

 型には複製物が外れやすいように、食用オイルでも少々塗りましょう。樹脂粘土を型に充填するコツは、先をやや尖らせて押し込む事です(下の写真参照)。

B.石粉粘土

 ボルテックスジェネレーターを高熱になる場所(ボンネットなど)につける場合は、石粉粘土でも良いです。その場合は、パジコ社の「ラドール プルミエ」を推奨します(軽くて作業性がよいため)。
 石粉粘土の場合は、食用オイルを塗ると、塗装に影響がでる可能性があります(試していません)。

 ギュッギュッと押し込んで充填します。そして、ヘラで周辺部を削ります。(内側から外側へ向けてヘラを動かします。)
 複製物となる樹脂粘土は、3時間程度で外せるレベルに硬化します。(完全には乾かないけれども外せれば、次の複製物の充填作業にとりかかれます。)
 型から外す際に、周辺部に少しでも樹脂粘土がはみ出ていると外しにくいので、そこは爪などでこすって剥がします。

8.塗装

 以下の塗装の方法は、簡便な方法です。(私自身があまり車の外観を気にし過ぎないというのが理由です。)通常であれば、下地処理をして(脱脂、サフェイサー、プライマー等)耐候性のある車用のペイントなどで塗装される事と思います。

(1)塗料の種類

  • アクリル絵の具(乾くと耐水性ができる)100円ショップで十分。
  • 「アトムハウスペイント 水性スプレー」(水性、アクリル樹脂。乾くと耐水性ができる)
  • 「グラスペイント」(ダイソー)柔軟性、艶がある。

(2)塗装の方法

  • 筆ぬり:毛が抜けない筆が必須(格安品不可)。多少塗りムラはでると思います。(注意:手早く塗ること!短時間に何度も塗る動作を繰り返すと、絵の具の水分で粘土がふやけ、かえって表面が荒れます。)
  • 缶スプレー:2・3回塗り重ねる前提で、薄めに塗る。
  • 軽量粘土の場合は、まず水性アクリル絵の具で塗り、完全に乾かします。その後、缶スプレーで仕上げ塗りすると良い艶がでます。

(3)純正色に塗装する場合

 通常であれば、下地処理をして(脱脂、サフェイサー、プライマー等)耐候性のある車用のペイントなどで塗装される事と思います。
 樹脂粘土の場合は、ラッカー系の塗料はお勧めしません

(4)カーラッピングも可(形状により適不適あり)

 カーラッピングのシートなどが余っていれば、それも使いやすいです。ドライヤーなどで温めながら貼ります。

9.アルミテープチューンと組み合わせ貼りつける

(1)アルミテープ

 自作したボルテックスジェネレーターを車体に貼りつける際には、何度かトライアンドエラーで貼りつけ場所を変える事も多いです。ですから、ペイントした底面に直接両面テープを貼ると、ペイント塗膜が剥がれ、また塗装からやり直す必要が出ます。

 そうならないためにも、アルミテープチューンの効果を活用するためにも、底面にはアルミテープを貼ります。(寺岡製作所 アルミ箔粘着テープ NO.8371を推奨します。)

(2)強力両面テープで試し→超強力両面テープで固定

 まずは、強力両面テープで試します(仮止め)。そして、良いとなったら超強力両面テープで固定しましょう。

 水平に貼る、左右同じように貼る、案外難しいものです。難しい箇所は、マスキングテープやアルミテープの切れ端で仮に位置決めしましょう。

A.強力両面テープは耐候性が低いこともある

 強力両面テープは耐候性が低いこともあります。(もちろんだからこそ仮止めに活用しています。)
 特に、下面や側面などの場合は、重力の影響でポロリと落ちやすいです。ご注意ください。(これはおそらく常時落ちる方向への力を受け続ける為でしょう。)

 また、半月型クッションの高さを調節する場合(26mmから20mmへ)、どんなに鋭利なカッターで切っても、多少切り口が荒れます。そのせいもあって、下面、側面に貼った場合は落ちやすいです。
 対策としては、①高さは調節しない(6mmの差は無視してもよいレベル)、②切る場合は、超強力両面テープなり、粗面用両面テープを使う。

(3)工作精度に応じ補助テープを

 下の写真のように、カナードの先端から空気が流入し、外れてしまうようなことが無いように、テープなどで補助的に止めてください。
 完成に近づけば、樹脂粘土で隙間をふさいで空気の流入を無くすのも良いでしょう。

その他:エアロダイナミクス関連の記事(空力操安、アルミテープチューン)