中学校技術/材料と加工に関する技術を利用した製作品の設計・製作

学生の読者のかたが、加工作業を行う場合は、安全のため、教員などの指導者に確認をしてください。教員などに、作業内容の妥当性や、作業手順の妥当性を確認するようにお願いします。ウィキブックスには免責事項があり、本書は、作業手順の安全性を保証しません。ページ末尾などにある免責事項へのリンクから、免責事項を、お読みください。
*この記事はあくまで参考なので、読者のもとに教科書があればそちらを参考にしてください。
作りたい工作物の形を図示した図を構想図(こうそうず)という。 構想図に適した図法には、等角図(とうかくず)、キャビネット図(キャビネットず)がある。
キャビネット図では奥行きの方向は、水平線に対して斜め45度の方向に傾けて右斜め上に描き、奥行きの長さは2分の1に縮めて書く。 キャビネット図の正面に決めた方向は、実物と同じ形に書く。
等角図では、手前側の2面が水平線に対して30度の傾きになる。

製作図には、原則的に 第三角法(だいさんかくほう) という図法を用いる。 製作図には寸法を記入する。 工作物が複数の部品から成り立っている場合は、部品図を書く。


図面の書き方には、国が定めた日本産業規格(「にほん さんぎょう きかく」。英訳を略して「JIS規格」ともいう。)という工業のために設けた共通のルールがあるので、図面は日本産業規格にしたがって書く。(※ 範囲外: かつて「日本工業規格」と呼ばれていたが、2019年に名称が変更して「日本産業規格」に変わった。英語名称はそのまま JIS のまま。)
第三角法で書かれた各面の図のうち、正面から見た図を 正面図(しょうめんず) という。側面から見た図を 側面図(そくめんず) という。右側から見た側面図を右側面図といい、左側から見た側面図は左側面図という。
実線(じっせん)に分類され、外形線は、つながった太線で書く。破線や曲線などでは書かない。
実線に分類され、寸法線はつながった細線(さいせん、ほそせん)で書く。
寸法の数値は、ミリメートル単位で書き、数値だけを記入する。寸法値は、矢印の上に書く。
実線に分類され、引出線はつながった細線で書く。
見えない部分は破線(はせん、やぶれせん)で書く。破線とは「-----」、← こういう線。
円孔の中心などの、中心は、一点鎖線で書く。一点鎖線とは「― - ― - ― - ― -」、← こういう線である。
円孔を書く場合の図面での指示は、一般に、円の中心の位置を指示する。そして寸法を寸法線や引き出し線で寸法指示する。そう書くほうが、加工の際に、ドリルなどの工具を合わせる位置を決定しやすい。穴の寸法が書いてあるので、ドリルなどの切削工具の径を決定しやすい。

寸法値を決定する際は、なるべく切りの良い数字のほうが、規格品を利用しやすくて、都合がいい場合が多い。たとえば、構想段階で、構想品のある部分に必要な寸法値が4.8mm~5.1mmだとしたら、寸法を5mmに決定すると、きりが良く、規格品を利用しやすくて、都合がいい。
また、精度の問題で、0.1mmや0.01mm単位などの、細かい精度は、加工が難しいので、なるべく整数の寸法にするほうが良い。 加工を業者に注文する場合、細かい加工精度が多いと、そのぶん、価格が上がる。

図のような製品名や設計者などの情報を、別枠で囲い、図面の右下に書く。(テンプレート枠の大きさや、記述の順序は、会社によって異なる。画像は参考ていどに。)
最低限、テンプレートなどを用いて、図面に記載するべき情報は、
最低限、以上の情報が、図面に必要である。
会社での図面の場合には、さらに会社名の情報を入れる必要がある。社内だけで部品が完成するとは限らず、複数の会社が製造に関わる場合もある。会社では、用意されている図面のテンプレートには、あらかじめ社名の欄が用意され既に社名が記述済みの事が多い。

なお、会社では、手書きで寸法を訂正をする場合は、その数値の近くなどに訂正印(ていせいいん)を押す。訂正印は承認印とは別である。
図面の訂正では、訂正用の製図記号がある。

もし、図面をかいて、材料を手配したあとに、その図面では「加工が出来ない構造だった。」「組み立てが、出来ない構造だった。」ということが分かると、せっかくの材料や手間を、無駄にしてしまう。なので、図面を描く段階で、きちんと加工法や組み立て方を考える必要がある。
企業では、こういった事情もあるので、もし加工や組み立ての知識がまったく無いと、図面を描く仕事には、つかせてもらえないことすらもある。

推奨される尺度には、縮尺の場合は、2分の1や、5分の1や10分の1などがある。2分の1の尺度を、1:2と表す。同様に5分の1を1:5と表し、10分の1を1:10と表す。
現尺の尺度は、1:1である
倍尺には、推奨される尺度があり、なるべく2倍や5倍や10倍で書く。2倍は2:1と書く。5倍を5:1と書く。10倍を10:1と表す。

製作に必要な部品の一覧を表にしたものを 部品表(ぶひんひょう、Bills of materials、BOM) といいます。
部品表には番号、部品名、材質、寸法(外形の大きさ)、数量を書きます。番号は、設計者が部品ごとにつけます。番号を付けるさいには、なるべく大きな部品から順に1番、2番と番をつけると良いかもしれません。ネジやクギなどを購入したままそれ自体は加工せず、そのまま部品に使う場合は、ネジやクギには部品番号をつけない場合もあります。 部品の寸法は、板材の場合は、 厚さ×幅×長さ を書きます。ネジを用いる場合は、呼び径と長さが分かるように部品表に書いてください。
例の部品表の場合、側板と底板は寸法や材質が同じですが、結果的に同じ寸法になる場合でも、機能が異なる部品の場合は、部品ごとに部品番号を割り振り別の部品とするのが一般的です。機能ごとに別部品とすることで、もし後日に設計変更などをすることが決まっても、たとえば底板の厚さを今の10mmから15mmに変更したい場合があっても、底板の部品欄だけを訂正すれば良く、側板の部品欄には影響がしません。
部品名の命名は設計者が行います。なるべく、その部品の機能がわかるように命名すると良いかもしれません。たとえば、製品として本立てを作る場合は、底板につかう部品の部品名は、そのまま「底板」と命名してもいいかもしれません。 このとき部品の材質がヒノキの板だからといって、部品名を「ヒノキ板1」とかにすると、もし、あとで材質をスギに変更する必要が生じた場合に、部品名を考えなおすことになってしまいます。
部品表の、一番、上の行には(※ 行というのは表の横方向の並びのこと。)、「部品番号」、「品名」、「材料」、「仕上がり寸法」、「数量」などの項目名を書きます。部品の数が多く、部品表が数ページに渡る場合は、各ページの始めの行に「部品番号」、「品名」、「材料」、「仕上がり寸法」、「数量」の項目名を書くことで、読者が前のページを読み返さなくても済むようにするのが一般的です。

部品の注文は、部品表をもとにして、購買(こうばい)担当者が材料を注文するので、注文者が読んで分かるように部品表を書きます。値段などは部品表には書きません。値段は市場動向で価格が変わりますし、購買担当者が調べるなどの理由で、図面には材料の値段は調べません。
会社などでは、必要に応じて、購入部品の部品表である購入部品表(こうにゅう ぶひんひょう)と、購入部品をもとに自分たちで手作りする製作部品の製作部品表(せいさくぶふんひょう)を分けて表にする場合があります。 もし購入部品表と製作部品表とを作る場合は、番号がかぶらないように工夫してください。工夫として、例えば購入部品には番号を「K1」、「K2」、「K3」・・・として、製作部品は番号を「S1」「S2」「S3」・・・みたいにするなどして、とにかく番号が重ならないようにします。 番号を付ける場合は、なるべく数字やアルファベットのみで番号をつけると、コンピュータで整理しやすくなります。
部品表に書く部品は、板などの大きな部品だけではなく、ネジやクギなども部品で用いる場合は部品に書きます。 製品に接着剤や塗料が使われている場合、自分たちで接着や塗装を行う場合は、それらも部品表に書きます。
部品を切断するためのノコギリやハサミなどの工具は、部品表には書きません。部品表には、その製品を作るときに、必ず消耗して減るものを書きます。
「きり」で下穴を空ける。下穴の深さは、くぎの2分の1~3分の2まで。
4.最後に、くぎを打つ。釘打ち用のハンマーの種類には、木工の場合は、「げんのう」を用いて打つ。ハンマーには多くの種類があり、用途によって適した種類が異なる。げんのうはハンマーの金属部分の片方が平らな面であり、もういっぽうが、やや膨らんだ曲面になっている。
釘打ちの最初は、げんのうの平らな面で打ち、終わりのほうでは、げんのうの曲面で打つ。 曲面で打つのは、製品を傷つけないようにするため。



棒材からねじを作るための工具として、タップやダイスという工具がある。 ダイス(dice, dyce 他)がおねじを削りだす工具であり、タップ(tap)がめねじを削り出す工具である。
タップは折れやすいので、注意すること。
もし加工の途中にタップが折損すると、工作物の中に折れたタップが残ってしまい、工作物とタップを使えなくしてしまう。
ダイス回しには、ダイス固定用ねじがある。
ダイスを用いる。削る棒材の先端は、あらかじめ面取りをして角を削っておく。
ダイスで削るときは、ダイスを水平にしたまま削る。もし斜めになったら、逆回転させて、無理なく水平に戻せるまで逆回転してから水平に戻す。

タップを用いる。
タップで削るときは、タップを垂直にしたまま削る。もし斜めになってしまったら、まず先に逆回転させて戻す必要があり、無理なく垂直に戻せるまで逆回転してから垂直に戻す。

目安は以下のとおり。
M2やM3などのMは、ねじの種類を表し、メートルねじを表している。M2やM3などの2や3といった数字は、ねじの直径を表している。 ねじの径は、おねじの場合は外径で、めねじの場合は、谷の径である。 中学レベルを超えるが、ねじの規格にはメートル系ねじ以外にも多くの規格がある。たとえば「インチねじ」や「ユニファイねじ」や「管用ねじ」など、他にも多くの規格や種類がある。
リベット(英: rivet)とは、2枚以上の板を接合するときに、板に開けた穴(「リベット穴」という。)にリベットをとおしてから、リベット先端をハンマで叩いて広げることで抜けないように固定する、締結(ていけつ)のための道具である。
リベットを叩くときは、まずハンマの平らな面で叩き、終わりのほうの仕上げではハンマの丸いほうで叩く。
頭部の形状による分類では、

はんだごては熱くなるので、取り扱いには注意する。(やけどや火災などに注意。)コテを置くには、専用の「こて台」を用意する。こて台がない場合は、ハンダを使わないべきである。こて台の準備は、はんだを通電する前に、事前に行うべきである。 はんだごては、しばらく使わない時は、安全のため、電源を抜き、電源を切るべきである。電源を抜いても、しばらくの間は熱いので、注意する。

過去にハンダの材料として多く使われた材料の鉛(なまり)は、人体に有害であり、環境問題にもなる。現在では、鉛を用いない、害の少ないハンダが開発されている。鉛を用いないハンダを 鉛フリーはんだ(なまりフリーはんだ) と言う、あるいは 無鉛はんだ(むえん はんだ) などという。 はんだには、なるべく無鉛はんだを用いるべきである。
接着剤の製品の説明書などにある使用上の注意を、確認してから接着剤を使ってください。
接着する材料によって適した接着剤の種類が異なる。接着剤を用いる場合は、部屋の換気を行う。換気は、接着の作業中は換気をするべきだし、作業後の接着剤のかたまりきるまでのしばらくの間も、換気を続けること。特に、接着剤が揮発性の成分を含む場合には、きちんと換気を行う。 場所が、換気が行えない施設の場合は、そもそも接着作業を行うべきではない。
もし目に入ったら、すぐに指導教員などに連絡してください。応急処置の仕方は、製品にもよるが一般的には、大量の水で洗い流す。接着剤を開封するときなどに、液が飛び出す場合などがある。
接着剤が手についたら、あとえ、きちんと水で洗ってください。
接着剤を容器から取り出し終わったら、フタを閉める。閉めないと接着剤が内部で固まってしまう。
木材の接着をする場合は、クランプやはたがねを用いて、木材を固定する。
うすい金属板の板金(ばんきん、sheet metal)どうしの接合では、板金をおったり曲げたりする「まきしめ」(巻き締め)や「はぜ組み」(はぜくみ)で接合することもある。
たとえば、缶ジュース・缶詰などの、缶のフタと側面との、つけねの部分に、まきしめが用いられていることがある。

保健体育などでシンナーの人体の害について習うように、揮発性の成分は人体に害があるので、換気をおこなう。換気を行う。場所が、換気が行えない施設の場合は、そもそも塗装作業を行うべきではない。
塗料を容器から取り出し終わったら、フタを閉める。閉めないと塗料が内部で固まってしまう。

木材や金属を削るときや加工するときに、鉛筆や けがき針(けがきばり、scriber) などで目印を付けることがある。このような作業を けがき(scribing) という。 目印をつけずに加工作業や切削作業をすることは、少ない。
木の板の断面で、木の繊維方向と平行な断面を、 こば という。
木の板で、木の繊維方向と平行な断面を、 こぐち という。
木材のけがきでは、寸法をはかるには、一般に さしがね(steel square) を使う。鋼尺や直角定規を活用する場合もある。
木材に限らず、工業で加工物の寸法を測る際には、一般的に、位置の基準になる線や面を用意する。 複数箇所の寸法を測るときは、なるべく、この基準線や基準面から寸法を測る。
木材の寸法の基準では、こばを基準面とする。もしこばが平でなっかたら、かんな(hand plane)で平らにする。 かんなの使用方法や調整方法は、ふつうは学校の技術科の教科書に書いてあるし、教員も授業で解説するはずなので、学校の授業で習ってください。
なお、製図を書く際に寸法を書く際は、なるべく基準面や基準線からの寸法を製図をすると、加工の際に、計算などの手間が省けて良い。
けがきかたは、文章だけで説明するのは難しいので、学校の検定教科書などを読んでください。

金属のけがきでは、 けがき針 を用いる場合がある。
針の先が尖って(とがって)いるので、怪我をしないように注意してください。 また、人に怪我をさせないように注意してください。 けがき針を渡すときは、針を下に向けて渡します。針は、人には向けません。
実務では、必ずしもけがき針で金属をけがきをするとは限らず、油性ペンで目印を付ける場合もあるが、本書ではけがき針をもちいた金属のけがきについて説明する。(製品が傷を嫌う場合は、けがき針以外の方法で目印をつける場合がある。なお、油性ペンの目印はアルコールなどで消せる。)
けがきかたは、文章だけで説明するのは難しいので、詳しくは学校の検定教科書などを読んでください。 ここでは概略を説明します。
穴や円の中心をけがく時は、中心位置の交線(ふつうは交線が十字に成る)をけがいたあとに、十字のまんなかに、後の加工で必要なくぼみをつけるため、 センタポンチ(center punch) を用いる。
けがかれる工作物を水平に置き、センタポンチの先を穴や円の中心に合わせてから、ハンマでセンタポンチの尻を上から軽く、一回、たたく。 こうすると、叩かれた工作物側に、へこみができる。このへこみが、ドリルなどの案内になり、ドリル加工の精度になるので、できるかぎり正確な位置にくぼみができるようにセンタポンチの尻を打つ。
ポンチのくぼみがない場合、ドリルがうまく食い込まないだけでなく、ドリルが損傷して折れる場合もあるので、なるべくポンチでくぼみを付ける。
保護紙が貼ってある場合は、それの上から鉛筆でけがきする。
保護紙がない場合は、油性ペンでけがく場合もある。

工具の使い方や注意点は、学校の検定教科書で確認して下さい。
まず、木材の切断では、直線上に大きく切るときや、直線上に切り抜くときは、両刃のこぎりを用いるのが一般である。 曲線上に切る場合には 糸のこぎり(いとのこぎり) や 糸のこ盤(いとのこばん、scroll Saw) を用いる。
手で固定する場合は、手を切らないように中止すること。のこぎりの進行方向には、手をおかないように注意する。


薄い板を切るには、 金切りばさみ(かなきりばさみ、Snips 複数形) を用いる。金属の切り口は鋭利(えいり)なので、怪我(けが)をしないように注意する。また板の縁でも怪我をする場合もあるので注意する。作業者は、保護のための手袋を着用する場合もある。
金属の棒材をのこぎりで切る場合は、 弓のこ(ゆみのこ、hacksaw) で切断する。画像なしで説明が難しいので、学校教科書を読んでください。
丸い管材なら、パイプカッタ(pipe cutter)でも切断できる。管のけがきは、油性ペンと鋼尺で けがく。チューブカッタ(tube cutter)とも言う。

直線に切るときは、プラスチックカッタというプラスチック切断の専用のカッタがあるので、プラスチックカッタと鋼尺を用いる。 プラスチックカッタでは、いっぺんに切断はしない。
直角度(ちょっかくど) を正確に図る場合には さしがね か、あるいは 直角定規(ちょっかく じょうぎ) を使う。直角定規は 「スコヤ」 ともいう。 直角定規の使い方は、学校教科書を参考にしてください。
やすりには、目の細かいものと目の粗いものがある。目の粗いものは、一回の動作で削れる量が多いが、仕上がりが粗くなる。 目の細かいものは、一回の動作で削れる量が少ないが、仕上がりが細かくなる。仕上がりには、目の細かいものを使うことが多い。荒目(あらめ)、中目(ちゅうめ)、細目(ほそめ) などがある。
やすりの種類を、必要に応じて使い分ける。

やすりの削り方では、押すときに力を入れて削るようにする。
詳しい工具の使い方については、学校教科書を参照してください。
やすりのかけ方には、 直進法(ちょくしんほう) と 斜進法(しゃしんほう) とがある。 斜進法は荒削りに適する。直進法は仕上がりがきれいになるので、仕上げは直進法で行うのが一般である。

目の荒いものと、目の細かいものと、種類がある。目のあらさの度合いを 粒度(りゅうど) といい、番号が低いものほど目が荒い。
まず事前に、穴をあけられる側の工作物に けがき をしておく。穴あけのけがきのさいは、 センタポンチ でくぼみをつけておく。
穴あけでは卓上ボール盤(たくじょうボールばん、drill press)を用いるのが一般である。
また、このようなことができるように、事前に掃除用のハケを用意してください。
同様にドリルの回転を止める場合も、材料から離してから、スイッチを切って、回転を止めます。 ボール盤のテーブルの高さは、このようなことができるように調整してください。テーブルの調整方法は、担当教員にお尋ねください。
注意事項は、他にもあります。 作業を行う場合には、学校の担当教員に確認をしてください。
手作業での金属の板の折り曲げは、 折り台(おりだい) を利用する方法と、あるいは 折り曲げ機(おりまげき) を利用する方法がある。板以外の物を曲げるときは、それに適した器具を用いる。 たとえばパイプを曲げるときは、パイプベンダーなどを用いる場合もある。ほかのパイプ曲げの方法では、万力で固定して曲げる場合もある。
ここでは折り台の使い方を述べる。 折り台では、折り目にしたい部分を曲げ台の縁に合わせ、打ち木で打つことで曲げる。 打ち木で両端を打って曲げてから中央を曲げる。
折り曲げ機を用いる場合は、折り曲げ機の押さえ刃に、けがき線をあわせて折り曲げる。
そのほかの方法で曲げるときは、必要に応じて万力を用いて固定する。
また専用の工具があれば、それを用いても良い。たとえばパイプや棒材を曲げるときには、パイプベンダーで曲げられる場合がある。

プラスチック板の曲げでは、加熱すると柔らかくなる種類の熱可塑性プラスチックの場合は、曲げ用の電気ヒータを利用して曲げるのが一般的。
1. 折り目にしたい部分をヒータの直線加熱部分に合わせると、加熱されて柔らかくなるので、他の作業台の隅で曲げる。加熱し過ぎると、溶けるので注意。
2. 曲げてから、冷えるまで待つか、ぬれた布で冷やす。
旋盤(せんばん)は刃物を用いる自動機械なので、事故を起こすと、とても危険な事になる場合があります。 旋盤を用いる場合には、注意して利用してください。