正しい図面の描き方

図面とは

機械図面は、部品を製作するために、2次元の投影図に寸法情報を漏れなく記入したとものいう定義になる。

図面の目的は、製品として安定して同じ機能、形状を繰り返し製造するための情報を表すことである。

見る人によって異なる形状になるようなものではその目的を達成することができない。図面は正確に誤解なく必要な情報を示す必要がある。

昨今は3Dプリンタが普及し、直接図面無しで3Dデータから製造できるものも増えてはいるものの、実際の製品で使われる部品の殆どは、設計者によって描かれた図面をもとに、機械加工や溶接などの多くの工程を通して製造されている。

したがって、技術の発達した現在でも図面は必要であり、機械設計者は正しい図面を製図するスキルが求められる。

逆に言えば、企業で働く機械設計者でなくても、図面を描ければ、3Dプリンタで製造できない加工を必要とする部品も入手できるようになるということだ。趣味でDIYや車関連の部品を設計して入手したい方も、正しい製図スキルを身に着けておけば様々なメリットが得られるだろう。

以下、ここでは部品図の例を説明するが、実際の設計では、設計者は部品図の他に、部品の集合であるアッセンブリを示す組立図も準備する必要がある。これは必ずしも図面（2D図）に示され必要はなく、3DCADを利用して部品の組み立て手順や部品構成、機能面がわかるようになっていればよい。主には組立関係やサービス関係者との情報共有、設計部門内でのレビュー等で使用される。

製図手段

昔は紙と鉛筆、ドラフタ（マニュアルの製図道具）を使って手で製図していたが、現在においては、学校などの学習目的以外では、個人や企業でもほとんど手書きの製図を行わない。図面保管・管理・修正も含めシステム的な観点で時間や手間がかかり非効率であるからだ。

その代わり、CAD（コンピュータを使った設計ツール）が用いられる。2Dで設計している企業もあるようだが、少数と思われる。慣れているベテランの設計者であれば2Dから3D空間、形状を想像してスムーズに設計できる。

しかし、多くの設計者にとっては直接3Dモデルで設計する方がやりやすい（効率的で、可視化、空間認識しやすい）ため、現在では多くの企業は3DCADを用いて設計し、設計後に、3DCADに組み込まれている2D図面機能を使って図面を作成することが最も一般的である。

図面のルール

図面にはいくつかのルールがあり、それに則って製図する必要がある。

基本的には日本工業規格（JIS）に則るが、代表的な項目を以下にまとめておく。

細かなところは、機械製図便覧を参考に確認いただきたい。

• 図面用紙はA0~A4が用いられる。A4は縦配置で使われるが、それ以外は横配置で使用する。※１枚に描ききれない場合は複数枚に分けてもよい。
• 部品は一品一葉（原則１図面には１つの部品のみを示す。複数の部品を描かない。）
• 第三角法で描く。（日本は第三角法が一般的　※海外では第一角法が用いられることもある）
• 尺度（実物と図面上のものとの比）、部品名称、部品番号、材質、設計者名、仕上げ記号、表面処理、第三角法記号（または文字）、日付、設計変更履歴を記載する。
• 縮尺の場合は、1:2　1:5　1:10　1:20　1:50　1:100　1:200を中心に使う。1:3　1:4　1:25などは極力使用しない。若いころ1:3で描いたら先輩に書き直しを命じられた。
• mm単位で寸法を示し、単位は省略される。
• 角度寸法の単位は”度（°）”で示す。
• 円筒面の寸法はR（半径）またはΦ（直径）で示し、球面はSR（半径）またはSΦ（直径）で示す。　例：　R10、Φ20、SR10、SΦ20
• 円弧の寸法は、円弧が180°までは半径で表して、それを超える場合は直径で表す。
• 穴や対称部には中心線（細い一点鎖線）を描く。

寸法記入の原則

図面に寸法を記入する場合の留意点、原則があるのでここで挙げておく。

• 図面に記入する寸法は基本的に、その品物の仕上がり寸法を示す。例えばメッキや塗装を施す場合は注意が必要。
• 全ての寸法は漏れなく、重複なく示される。
• 主要な寸法はなるべく正面図に記載する。正面図は、部品の形状を最もよく表す方向からみた代表的な投影図とする。
• 寸法は、なるべく計算して求める必要がないように記入する。（製造者へ配慮する。）
• 寸法は、必要に応じて基準とする点、線、または面を基にして記入する。
• 寸法はなるべく工程ごとに配列に分けて記入する。
• 関連する寸法はなるべく一か所にまとめて記入する。一つの形状をいろんな矢視に跨って書いていると、製造者が形状を把握しにくいし、寸法を探しにくい。
• 隠れ線は必要に応じて省略する。隠れ線が多すぎると見にくいので必要なものだけ表示するようにする。2D-CADでは任意で記入できたが、3D-CADから2D図面に展開する場合は、任意の線だけ表示させるのに手間がかかる場合が多いので、完全に非表示にして、断面図などで形状を見せるなどの工夫をすると良い。

悪い図面の例

ここで、悪い図面（部品図）を具体的な例を出して説明していく。

経験が浅い製図者・設計者は、製図時に以下のポイントに該当しないか確認してみよう。

正しい図面の例

次に上記のポイントを改善した正しい図面の例を示す。

図面に求められることは、あらゆる製造者、加工者が見やすく、間違い、勘違いされにくいようにすべての必要な情報が重複なく示されていることである。

悪い例と見比べてみると、こちらの図面の方が、形状が見やすく整理されていることがわかるだろう。

ポイントを以下にまとめておく。

※図面はFusion360で作成。CADインストールは以下をクリック。

寸法基準の考え方

寸法はどこから引けばよい？

CADを使えて図面さえ描ければ、設計者の業務をサポートするという立場で、派遣、在宅ワークなどでも働くチャンスが多くなるだろう。トレーサー業務（製図）が行えることは一つのスキルとなる。

そんな中で、寸法の入れ方は理解しているが、どこの面から寸法を振ってよいかわからない声を聴くことがある。

それを判断するには、設計者としてはどこを基準に組み立てたいか、精度を確保したいかという上位のコンセプトを知る必要がある。そこを理解していれば、短時間に設計意図を反映した図面を描くことができる。

ここでも簡単な例で考えてみよう。

ピン突き当てで位置を決め、２つの穴で固定する部品がある。

ピンの位置を基準面①②に部品が組み立てられるので、ピンの当たる面を基準に取付穴も寸法を振りたい。

その寸法さえ出ていれば、組み立てに支障が出ない。加工誤差が多くてもそこの寸法さえ守っていれば組み立てられるということだ。

逆に、基準面ではないところから寸法を入れるとどうだろう？下図に示す通り、肝心の基準面からの寸法が確保できないため、誤差が大きくなり、取付られない問題が起こり得る。

この例のように構造が比較的単純な場合は比較的基準面を判断しやすいので、そこから寸法を振ればよいが、複雑な構造の場合は、作図前に設計者の意図を確認しておくのが良いだろう。さもなければ、基準が設計者の意図と異なり、図面を引き直す手間が増えることになる。

寸法公差

図面上に指定された数字（寸法）を狙って加工者は加工を行おうとするが、完全に誤差のないものを作るのは不可能である。

精度を高く狙いの寸法に近づければ近づけるほど加工に時間を要しコストもかかる。精度にも限界がある。

そこで、設計者は必要な寸法（許容寸法）を図面上に示す必要がある。

設計上の狙いの寸法（理想的な寸法）に対して、許される上限は最大許容寸法であり、加減を最小許容寸法であり、この２つの差（許容できる範囲）を寸法公差と呼ぶ。

例えば、20mm幅の部品に対して、設計上、19.8~20.2mmまでならば成り立つという部品であれば、図面上は20±0.2と表記し、最大許容寸法は20.2、最小許容寸法は19.8、寸法公差は±0.2（レンジで0.4）mmということになる。

図面上のすべての寸法に公差を記入するのは手間がかかるので、重要な寸法以外は、「一般公差」を用いる場合が多い。

一般公差はJIS(B 0405)で規定されているので、図面枠に公差等級（精級、中級、粗級）を明記しておけば、特に公差が寸法に示されていなくても、製造者は一般公差に従って以下の表にあるような一般公差の範囲で製造を行う。

設計者は一般公差に当てはまらない寸法だけ、個別に公差を記入すればよい。