設計意図を表す製図のポイント
今回からは、木製おもちゃの製品から類似した構造の製品に設計をしなおし、製図する過程を全6回のシリーズで解説します。具体的には、木製おもちゃのスライドゲート機構を参考にして、金属製部品を使って高級感を出すとともに信頼性の高い製品を設計・製図する手順を紹介します。
テーマは、
換骨奪胎(かんこつだったい)！構造を真似て付加価値を与える設計
～先人の発想などを基にしながら、これに創意を加え自分独自の作品とすること～
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目次
1．真似する設計って許されるの？
今回のシリーズでは、市販されている製品を参考にして、類似構造の金属製おもちゃに設計しなおして製図までの流れを紹介します。
「他社、あるいは他人が設計した装置を真似して製品を作るなんて言語道断！技術者倫理に反するんじゃないか⁈」と思う人も多いかもしれません。
製造業の世界には「リバース・エンジニアリング」という考えがあります。
リバース・エンジニアリングとは、市販されている競合他社の製品を入手し分解して、自社の新規製品に活用することで開発コストの削減を目的とするものです。
リバース・エンジニアリングでは、次のような項目を分析します。
- 動作原理や部品構成
- 製造方法
- 部品ごとの寸法測定と公差値の推測
- 回路構成
- ソフトウェアのソースコード など
上記のような分析作業自体は違法な行為ではありません。しかし、デザインや構造レイアウト、ソフトウェアのソースコードをそっくりそのままコピーして使用することは特許侵害に当たるため許されません。
特許は新規性のある発明が要件とされ、類似の構造や類似のソースコードに作り替えるなど公知の技術を組み合わせて似たような製品を設計製造することは特許侵害にはあたりません。
2．木製スライドゲート機構の構造説明と構成部品の紹介
今回のシリーズで参考にする木製スライドゲート機構の構造を紹介します（図1-1）。
図1-1 木製スライドゲート機構の写真
1）木製スライドゲート機構の組立図
この木製スライドゲート機構を分解して、寸法を計測、図面化した後、組立図にしました（図1-2）。
注）２次元CADを使わず、お絵かきソフトを使って組立図のイメージを作成しています。細かい部分での位置ずれなどがあります。ご了承ください。
図1-2 木製スライドゲート機構の2次元組立図
木製スライドゲート機構の写真と2次元図だけでは、動作イメージがわかりづらいかもしれませんので、動画で構造と動作を確認しましょう。
木製おもちゃ（スライドゲート機構）
2）木製スライドゲートの構成部品リスト
各部品の形状を把握するために、木製スライドゲートの構成部品リストを示します（表1-1）。
表1-1 木製スライドゲートの構成部品リスト
| 番号 | 部品名称（個数）・形状 | 番号 | 部品名称（個数）・形状 |
| ① | ベース板（1個）
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② | ゴム足（4個）
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| ③ | 固定側板（2個）
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④ | リンク板（8個）
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| ⑤ | スペーサー（7個）
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⑥ | 軸（4本）
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| ⑦ | ピン（10本）
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⑧ | 天板（1個）
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| ⑨ | 後ろ板（1個）
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⑩ | 駆動側板（2個）
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| ⑪ | 底板（1個）
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⑫ | ホイール（2個）
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| ⑬ | 接続板（2個）
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* | 固定ゴム（22個）
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| * | DCモータ（1個）
|
* | ねじ類
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3．木製スライドゲート機構の改善したいポイント
1）差し込み部のゆるみによる外れ
推定する設計意図
木製のベース板①と固定側板③の差し込みは、固定側板③の差し込み部の中央にスリットがあることから固定側板③の「B寸法」をベース板①の「A寸法」よりわずかに大きくすることで圧入し、逆に固定側板③の板厚である「C寸法」よりベース板①の幅「D寸法」を大きくして板厚方向の差し込みに関してすき間を作る設計であると推測できます（図1-3）。
図1-3 木製おもちゃのスライドゲート機構の差し込み部の設計意図
- ③の板厚Cより①の穴幅Dの方を大きくして、穴幅で部品の締結は考えていない。
- ③の凸幅寸法Bより①の穴幅寸法Aの方を小さくして、凸幅を穴に圧入して固定している。③の凸形状のスリットは圧入時の応力緩和と推定できる。
改善ポイントと対策
木製ということで部品の寸法精度が悪いことに加え、挿入を繰り返すと圧入部が摩耗して簡単に外れてしまいます。
対策として、ねじで固定する構造に変更します。
2）ホイールのスリップによる伸縮不足
推定する設計意図
モータの駆動力をホイール⑫に伝えて移動するため、ホイール外周に歯車のような凹凸形状があり、グリップ力の向上を図っています（図1-4）。
図1-4 木製スライドゲート機構の駆動部の設計意図
改善ポイントと対策
ホイール⑫との接触面が机のような硬くて滑らかな面だとホイール⑫が路面とスリップして、伸縮動作が不安定になります。
対策として、グリップ力が上がるようにホイール外周にゴムを取り付ける構造に変更します。
3）多数のスペーサーによる組立のしにくさ
推定する設計意図
リンク板④の位置を決めるためにスペーサー⑤を挿入しますが、バルサ材（バルサ原木を加工して板状にしたもの）をレーザー加工した薄板部品の集まりのため、厚みを稼ぐために複数枚の使用を前提としています（図1-5）。
図1-5木製スライドゲート機構のスペーサーの設計意図
改善ポイントと対策
多数のスペーサー⑤を挿入しながら組み立てることで作業性が悪く、組立ミスを誘発する可能性があります。
対策として、スペーサーが１個で済むようパイプ状のスペーサーに変更します。
4．金属製スライドゲート機構の機構説明と機構部品の紹介
木製スライドゲート構造を活かしつつ、前述の改善ポイントの対策を行いつつ金属製の部品で設計しなおしました。
1）金属部品で再設計した組立図
2次元の組立図と3Dモデルの組立図を紹介します（図1-6、図1-7）。
図1-6 金属製スライドゲート機構の構造（２次元CAD図）
a) 組立図（伸びた状態）
b) 組立図（縮んだ状態）
図1-7 金属製スライドゲート機構の構造（3次元CAD図）
2）金属製スライドゲート機構の構成部品リスト
それぞれの部品形状を確認するために、金属製スライドゲート機構の構成部品リストを示します（表1-2）。
表1-2 金属製スライドゲート機構の構成部品リスト
| 番号 | 部品名称（個数）・形状 | 番号 | 部品名称（個数）・形状 |
| ❶ | ベース板（1個）
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❷ | ゴム足（4個）
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| ❸ | 固定側板R（1個）
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❹ | 固定側板L（1個）
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| ❺ | リンク板（8個）
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❻ | ピン（10本）
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| ❼ | 軸（2本）
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❽ | スペーサー（4個）
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| ➒ | 天板（1個）
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➓ | 後ろ板（1個）
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| ⓫ | 駆動側板（2個）
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⓬ | 底板（1個）
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| ⓭ | 軸（2本）
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⓮ | スペーサー（4個）
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| ⓯ | ホイール（2個）
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⓰ | 接続板（2個）
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| ⓱ | Oリング（2個）
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* | DCモータ（1個）
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| * | ねじ類
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まとめ
今回は、木製おもちゃのスライドゲート機構を、参考にして設計した金属製スライドゲート機構の組立図と構成部品の形状を紹介しました。
木製スライドゲート機構は、コスト最優先の構造のため、いくつかの改善すべき点があり、金属製スライドゲート機構では代表的な改善点を改良しました。
金属製スライドゲート機構の構成部品の設計意図は、このシリーズを通して解説していきます。
次回は、ベース板❶とゴム足➋の設計意図と投影図や寸法記入例を解説します。
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