「手でこぐ自転車」をどう設計する？　“解析”を組み込んだデザインフローで再設計に挑む

3Dデザインソフトを使ってのプロダクトデザイン

柴田映司氏（以下、柴田）：テコデザインの柴田と申します。今日はお忙しいなか、どうもありがとうございました。

荒川区町屋という下町で、限りなく1人に近い設計事務所です。限りなく1人に近いというのは、実は兄貴と2人でやっていまして、基本的に私がデザイナー、うちの兄貴がいろいろ会社をまとめるようなかたちでやっております。

今日は、はじめだけなんですけれども、自分が今までやってきた作品を少しお見せします。実は今、澄川さん（直前に登壇した澄川伸一氏）の話を聞いていて……実は僕は独学でこのデザインの世界に入りました。その時にやはり一番勉強になったのは、デザイナー誌だったり、人の講演を聞きに行ったり。とくに川崎和男先生の講演はたぶん一番通いました。あとは、デザイン雑誌だと、『Design news』という古い雑誌がありまして、あの時にいつも澄川さんの記事があって、すごく僕は影響を受けております。

そんななかでやはり僕も、有機的な形がすごく自分の形に合っているなということを感じていまして。インテリアデザインの世界から入りましたので、どうしても家具がメインで多いんですね。

でもそこから、僕はいつもプロダクトデザイン、例えば先ほど澄川さんがおっしゃったように、いつもなにか有機的な形の中に入っていきたい。空間も今やっているということもあるんですけれども、中から外を見てみたいという感情がいつもあります。

それで、EvolveとInspireというソフトウェアに出会いました。実は昨年ぐらいからなので、正直言ってまだ初心者です。ただ、僕もいろいろなCADソフトを使っていまして、すごく自分に合うなと感じました。

つい最近モーターショーがあったんですけれども、車のドアのデザインですね。これはEvolveでモデリングしました。もともとこれはCOMSというトヨタさんの商業用の車ですけれども、ドアがないモデルなんですね。

それで、北海道の企業さんが寒冷地仕様でつくりたいということで、実際にこの実車を買いまして、要するにデータが外に出せないので、フルで3Dスキャンをしました。そのデータを僕に送ってきまして、ドアがない部分をNURBSでなぞりまして、そこにExtrude（押し出し）で厚みを与えて、Evolveでつくっています。

結局ドアの部分、フレームもないので、2分割で古い車のように三角窓みたいなものをつけまして、こちらのほうをメインのフレームにして、ドアの開閉ができるように考えました。

（スクリーンを指して）こういう感じですね。これもEvolve使って、たぶん10分ぐらいでこのような形がすぐにできてしまったので、この仕事ではすぐこれが使えるようになりました。

先進的なだけでなく、積極的に人が動く形を

柴田：あとは、今ちょうど椅子のデザインをやっております。やはり今、自動車のシートなどもどんどん進化しています。ただ単に先進的な形というより、もっと能動的に、積極的に人が動くような形というのをやっています。

これもフレームデザインは実はパイプ形状で、後でお見せするハンドバイクにも共通しているんですけれども、このような構造のほうまで、今いろいろとシミュレーションを行っております。

この椅子は非常に売れていまして、まだ出して2年ぐらいなんですけれども、もう5,000脚ぐらい売れました。ただ、実はロイヤリティ契約を忘れていまして、売ってもまったく僕には戻ってこないんですけども、その代わり社長が「柴田さん、それだったらミラノに連れていってあげるから、そういうものをデザインしていいよ」と言われていまして、この企業さんとはいろいろプロジェクトが動いています。

これがつい最近出したモデルなんですけども、これは一見非常にオーソドックスな普通の椅子に見えるんですけども、実はこれはサブディビジョン。僕、粘土をこねてモノをつくるような造形がすごく好きで、これは全部サブディビジョンなんですね。

3Dプリンターで実物大モデルをつくりまして、人間の手でいろいろ加工しながらつくったので、非常に元のモデルに近いですね。オーソドックスなんだけど、少しデジタルの力も借りているというものですね。

昨年のミラノサローネで僕はこういうロッキングチェアを出しました。これも実は初期は澄川さんにも座っていただいたりしました。すごく初期はぜんぜん動かなくて、実際に実現できるかなと思ったんですけど、今はかなりダイナミックな動きをします。

160度、ほぼ人が倒れるぐらいから寝るぐらいまでの感覚で、それでも倒れない。それで、ちょっとした重心の動きで、すぐ起き上がれるというものです。少しだけ動きをお見せします。

こういうかたちで、ちょっと深呼吸をしたぐらいで、すぐにロッキングするんですね。このおじさんがすごく気に入って、30分以上ずっと携帯電話で話していて、営業妨害を随分してくれまして。その関係で周りの人にすごく目立って、いろいろな方が見てくれました。

これが去年のミラノサローネの会場から外に出まして、街中で実際にショップをつくってみよう、と。それで、自分たちの商品が一般の人たちにどういうふうに見えるかを実験したものです。このあたりのグラフィックも全部僕のほうでやらせていただいて、施工まで自分でやりました。

その時に、ちょうど澄川さんの卓球台が近くにありまして、来ていただいて、天童木工チームと我々のチームでちょっと記念撮影なんて、こんなのもあります。

それから、インテリアデザインの話になってしまうんですけども、ちょうど先週、南青山にオープンしたお店の設計をしました。これはフルスケルトンで、久々にゼロからつくるというかたちですね。

たまにFacebookなどで、なにかやっている写真を上げるんですね。部分的な写真をつけて、「これ、何やってるの？」みたいな感じで、みなさんにオープニングに招待する。そんな感じでSNS等もいろいろ使っております。これはまた後でご紹介します。

パラリンピックの競技にもなっているハンドバイク

柴田：では、これから本題に入ります。今回は、ハンドバイクという乗り物ですね。たぶんなじみがない方も多いと思うんですけれども、実はこれは手でこぐ自転車です。

車椅子の方が自分の手でこいで、車椅子だとせいぜい（時速）10キロ出せる方はもうアスリートですね。手でこぐ自転車だったら、早くやると30キロぐらいのスピードが出るようなものです。だいたい自転車ですね。

このタイプは、車椅子にフロント部分だけを後づけでつけるタイプですね。これが一番はじめにできたハンドバイクという乗り物です。これはドイツ製ですね。この方は日本を縦断された、2,500キロ縦断された方で、今、パラリンピック東京を目指しているという方です。

それで、（スライドの）一番奥が僕なんですけども、もてぎというサーキットで自転車のレースがありまして、ここにハンドバイク部門がありましたので、出てみました。

一番奥が僕で、次が、よく混同されるのが「ハンドバイク見たよ」と言われるんですけども、実は足こぎ用のリカンベントという自転車なんですね。これは平地の部分ではすごく快適で、寝そべって足を前に出してこぐ自転車ですね。非常にスピードが速いです。

その手前側の、これがレース用のハンドバイクです。もうパラリンピックの競技にもなっています。北京オリンピックからなので、ヨーロッパではなじみがあるんですけれども、まだまだ日本では選手がいないので、このスポーツはなかなか知られていません。

それで、僕がつくったものは、基本的には街中を快適に走るというタイプですね。一番奥がレーサーの方なんですけれども、もうこの時点ですでに3ラップぐらい先なんです。そのぐらい、パラリンピック目指す方たちのスピードは異次元で、時速40キロぐらいのスピードで走りますから、普通のロードレースで自転車に乗られてる方たちよりも早いんですね。

僕は、ギアもついてないかたちで、とにかく走行テストを兼ねて出たんですけれども、すごく応援してくれまして、日本でハンドバイクをつくっているメーカーがないということで、「がんばれ！　がんばれ！」と、必ず追い越されるごとに声をかけられました（笑）。

（会場笑）

こんなかたちで、すごく自然なポジションで、座った感じでこぐっていう自転車ですね。

1つ難点があります。坂は地獄です。

（会場笑）

やはり体重をかけられないので、手の力だけですね。もう本当につらくて。それでこれも開発の1つに電動アシストスキルを入れまして、随分快適に走れるようになりました。

1つご紹介するのは、東日本大震災の時に、東北の車椅子の方から連絡がありまして「僕がこれに乗って被災地を回りたい。車椅子の人間でも、ハンドバイクで外に出れば少しでもみんなを元気にできるんじゃないか」ということで、つくったビデオです。少し短くしてありますので、ぜひ観てください。

（動画が流れる）

柴田：これ、下り坂で時速60キロぐらいは出てますね。

（以下、動画内での柴田氏のコメント）

生意気なことを言っちゃうかもしれないですけど、障がい・健常っていう壁をね、取りたかったんです。誰が見ても、子供が見ても、フェラーリとか、車が大好きな人が見ても、「これに乗ってみたい」って、そういう乗り物にしたかったんです。そうすれば、一緒に出かけられるし、そういう環境をつくりたかったんです。そういう環境にある乗り物って、世の中にあまりないので、そこにチャレンジしたかったんです。

（動画ここまで）

ハンドバイクの現行モデルの解析

柴田：はい、こういう乗り物です。これをつくった時に、「どうせだったらちゃんとしたブランドを立ち上げて、少しでもみんなに知ってもらおう」と思って、「HandBike Japan」という、まさにそのままですね。そういう名前で、ロゴから全部、僕のほうでデザインしました。

それで、2011年にグッドデザイン賞を取りました。ハンドバイクというか、こういう手でこぐ乗り物としては初めてだと思います。

これが現行のタイプですね。

これも3次元CADを使って、いろいろなパーツ、すべて自転車のパーツまで、自分のほうでモデリングしながらつくったものです。これを今回、Inspireを用いて解析してみました。

ただこのモデルも3代目ぐらいなので、自分では、強度も含めてかなりいいバランスのバイクだと思っているんですけれども、これにちょっと手を入れてみました。

現行モデルの解析ですね。この解析ソフトというのは、なかなか自分でもいじる機会がなかったんですけれども、今回、EvolveとInspire、この2つのソフトがほぼ一体で使えます。ちょっと説明します。

ねじれは、フレームをねじる力ですね。曲げは上から人が乗ってこぐものなので、上からの荷重が、随分とたわむんですね。これが曲げ荷重ですね。それから、足は逆に下からこう、下からフレームが突き上げるようなかたちで、全部解析しました。

それで、ここにInspireというソフトの、トポロジー最適化というものがあります。

ここに、条件を入れます。条件、やはりサイズの問題だったり、いろいろな質量の問題、それから重量など、いろいろなことが全部ありましたので。重量が増えて剛性を上げるのであれば簡単かもしれないけども、軽くしながら剛性を上げるとか、そういうことは全部条件をこちらで入れていきます。

ちょっと見てみましょう。これが今、実際の現行のフレームですね。

実はこれでもかなり解析結果はよくて、アルテアさんに相談した時、「うーん、これ以上いらないかなあ」なんていうぐらいのいい数値は出ていました。ただ、これであきらめないのが、やはり僕たちデザイナーの仕事ですね。よりよいものをいつも考えていきたい。

これはアニメーションで視覚化できるので、非常にわかりやすいですね。これをもとにInspireのほうで、トポロジー最適化を行っていきます。非常におもしろい造形ができてきます。

やはりはじめは、領域を決めています。このようなトラス構造に近い有機的な形ですね。おもしろい形ですね。ただ、このままだと、製造にはなかなか向かないデータで、3Dプリンターのみでつくったとしても、やはりちょっと難しい部分があります。そこで、これをもとに新しいフレームをデザインしてみました。

トポロジー最適化したフレームをよりシンプルにデザイン

柴田：（スライドを指して）先ほどのトポロジー最適化したフレームです。パイプでつくるという条件でやりましたので、ストレートなパイプを組んでいくようなかたちですね。基本的にはなぞっていくようなかたちでで1回つくってみたら、こんな結果でした。

ただ、これをつくる職人の宇賀神社長に相談してみると、「柴田さん、これは大変だよ。まず、溶接個所、何ヶ所あるの？」って。

（会場笑）

それから、メインのパイプ、上下のパイプと、間のトラスフレームは細いパイプにしているんですけど、「柴田さん、これだとカットする金型がたくさん必要になり、いくらかかるかわからない」と言われまして、「わかりました。じゃあ、もう1回考えます」と言って、これをもう1回、再結果ですね。

このあたりはやはり、ソフトウェアに任せるんじゃなくて、デザイン側の意図ですよね。「こういう美しい形にしたい」ということを基本に考えました。それで、このようにシンプルなラインになっていきます。

（スライドを指して）それで出たフレームですね。これはパイプの径も全部1つにしております。やはりこれは製造側の意見がありまして、こんなフレームになりました。

もう1回戻るんですけど、オリジナルフレームの解析をしました。解析して、このような領域を決めました。それで、結果ができました。じゃあ、僕がこの最適化したものをもっとシンプルした形が、実際に理にかなっているかどうかも検証しないと、解析にならないですね。それをやってみました。

実際にはこれもちゃんと剛性を調べています。まあ、これでもけっこう溶接箇所が多いので、相当大変でした。

荷重に対しては、最後1点で、フロント部分にすごく集中するので、やはりフロント部分は少し弱いです。ただ、実際に乗った時には、ミッドシップか、少し後方に重心がかかりますので、十分剛性が保てました。ねじれに関しても、やはり前が1個で留めていますので、そんなに大きなたわみは出ないんですけども、十分、強度も含めてアップしております。

全体のデザインの決定まで

柴田：またハンドバイクの話ですね。レース用のハンドバイクって本当に地面すれすれで、実は脊損の方は基本的には完全に仰向けに寝た状態なんですね。ですから、上下に体が動くということがありません。

僕たちがつくったハンドバイクは、比較的上半身が動く方と、あとは一般の方ですね。僕はここが一番大事で、やはり障がいを持った方だけの乗り物というより、一緒に乗って、一緒に出かけたいという気持ちがあったからです。

そうすると、やはりボートをこぐようなかたちで、上下に体が非常に動きます。その時に、僕も椅子の設計の経験が非常に多いので、よく言う人間工学的な考えだとS字カーブが人間の身体を一番座りやすくする形なんですね。これではじめは従来通りシートをつくっていました。

そしたら、自分で乗ったら腰が痛くて、もうえびぞりになっちゃうんですね。痛くて痛くてしょうがなくて、やはりこれではこの乗り物のシートには合わないということで、卵で包むような形にどんどん変化していきます。

そこで、新しいシートも設計してみました。これも従来のものをトポロジー解析するとこんなかたちです。従来のものはFRPで中は空洞ですけども、全面が面となっていた造形なので、このような解析結果が出ました。

これを、やはり今回はもうオールパイプでつくってみようと思いまして、このようにパイプの形状ができました。これが一応、最終、フィニッシュの形ですね。

一番はじめは、さっきの普通の椅子のような形だったんですけれども、「これ、実際どうなのかな？」と1回調べています。やはり後ろに力がかかるので、シートの上部が非常にたわみます。これでどのぐらい変形するかを一応測っています。

これをもとに、もう1回、さっきのパイプで組んだフレームを最適化します。すると、非常に人間の骨格に近いような形が出てきますね。まさに背骨と肋骨のような形ですね。これをただなぞっただけじゃなくて、ここは造形的な自分の考えが入っています。

これに荷重をかけてみました。もうサーモグラフィみたいに、非常にわかりやすいですね。それで、いろいろやってみました。やはり三角形の構造が効いていて、変形は減りました。強度はほぼ同等。

こういうようなかたちで、FRPのものとほぼ同等の結果が出ました。

実際には、ここからリアルなものづくりになるんですけれども、じゃあそのまま全部金属3次元プリンターでつくれるかというと……つくれるとは思うんですけど、そうではなくて、今回はちゃんと製造・生産ということを考えて、1回、僕が2Dの図面に起こします。3次元があれば、2次元に展開するのは非常に簡単ですね。両方、このような図面で、製作チームのほうに持っていきました。

それで、実際にこれを含めた全体のデザインが決まりました。現行モデルに対して、このような形です。

これもEvolveのレンダリングですね。このレンダリングだって、たぶん1分ぐらいでできたんじゃないですかね。非常に精度が高いレンダリングですね。もうこれ以外使わないですね、僕は。

もうとにかくいろいろな方向から、見ています。

少し製造環境をお見せします。

現場での製造の様子

（動画が流れる）

柴田：これは、二重らせんのシェルフなんですけれども、ニューヨークの展示会に持っていった時に、宇賀神社長がつくってくれました。アルゴン溶接といって、アルゴンは基本的に素材自身を溶かして溶接しますので、非常に高温で、強度も出ます。

実際の製造現場では、まだ2次元の原寸図をプリントアウトして、実際にこれに合わせてつくっています。町工場の本当にものづくりのやり方ですね。ただ、プロトタイプは、本当にこのなかにいろいろなヒントがあります。

他の仕事もしながらですけど、3人がかりで2ヶ月かかったと言っています。

溶接手順の中には、けっこうおもしろいものがあります。これは仮組みですね。仮にある程度、1回素材をくっつけます。それから本溶接ですね。やはり複雑なタイプの形状のようで、断面に穴が開かないように、いろいろな方向から溶接します。

やはりメインフレームは、ある程度治具をつくらない限りちゃんと水平が保てませんので、治具をつくってどんどん組み上げます。1個1個、本当に手作業ですね。

先ほど搬入して、仕事に戻ったんですけど、宇賀神社長曰く「もう二度と同じものはできない」って（笑）。

宇賀神溶接工業所は埼玉県朝霞市、ホンダの工場の近くにあるので、多少そういう仕事もやるんですね。

こんなかたちで、1品物のプロトタイプができあがっています。

これを自転車屋さんで組んでもらいます。パーツの性能もありますので、しっかりとしたメカニックに組んでもらわないと、やはりいい走りができません。

この方はもう、今までハンドバイクを30台以上、彼がいないと組み上げられない、という感じですね。すべて規格がありますので、規格どおりにつくらないと、パーツがつきません。

夜な夜なやっていただきました。

（動画ここまで）

柴田：はい。あっという間に30分という時間が来ました。少し急ぎます。

もう1つ大事なのが、実はシートのクッションのデザインですね。これは、椅子のメーカーさんに非常に協力していただきまして、つくってくれました。そこの会社も少しだけ紹介します。

（動画が流れる）

ここは大阪大学のすぐ近く、石黒先生（同日に登壇した石黒浩氏）のすぐ近くですね。福祉の世界ではゴッドハンドと言われている方に、このシートをつくっていただきました。今、この野村さんたちと一緒にミラノ行ったり、パリに行ったり、いろいろな挑戦をしています。

これも実は人の体の型を取りまして、3次元スキャンで全部読みます。こうやってオーダーメイドの椅子をつくる環境を、南青山につくりました。

僕はこのデータなどもいろいろつくっています。

全部自分のところに工房があるので、すべてのサイズを自分たちでつくります。

縫製も実はすごく大事で、障がいの方は左右非対称の体が非常に多いので、非常に複雑な形状の縫製ですね。

このような感じでシートをつくっています。

（動画ここまで）

それで、完成したのがこれですね。実は（会場の）後ろにあります。ぜひみなさん見てください。このような形です。これ、昨日写真を撮ってきました（笑）。

それで、ちょっと宣伝になっちゃうんですけども、先ほど言ったこのシートメーカーさんのお店が南青山にできました。ここのインテリアデザインも全部僕が担当しましたので、ぜひお寄りください。

ここらへん、僕のデザインした椅子もいくつか置いてありますので、ぜひみなさんお越しください。ハンドバイクも、もし機会があったら、こういうところでも飾りたいなと思っています。

それでは、最後ですね。

（製作したハンドバイクを壇上へ移動）

はい、こんなかたちで、ユーザー事例を今日は話しました。またどこかでみなさんとお会いできることを楽しみにしています。ありがとうございました。

（会場拍手）