機械図面の基礎

SUGAR SWEET ROBOTICS CO., LTD.
ロボティクス表現デザイン講義
機械設計の基礎
㈱SUGAR SWEET ROBOTICS代表取締役
早稲田大学ヒューマノイド研究所招聘研究員
芝浦工業大学SIT研究所客員研究員
東京大学情報理工学系研究科特任研究員
1
菅佑樹 @ysuga

自己紹介
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自己紹介
• 菅　佑樹 (Yuki Suga)
• 2012〜～株式会社SUGAR SWEET ROBOTICS代表取締役
• 2010〜～2012 株式会社リバスト
• 2007〜～2010 早稲⽥田⼤大学総合機械⼯工学科助⼿手 (菅野研)
3
http://ysuga.net

http://sugarsweetrobotics.com

林業機械支援システム
学習適応する

コミュニケーション

ロボット
• 2007〜～2010 早稲⽥田⼤大学総合機械⼯工学科助⼿手
4
http://www.sugano.mech.waseda.ac.jp
正面ステレオ
カメラ
走行台車下方カメラ
収穫マニピュレータ
車いす搭載型

ロボットアーム
いちご収穫ロボット
岐阜県・早稲田大学WABOT-‐HOUSE
研究所による
前川製作所との共同研究

• 2010〜～2012 株式会社リバスト
5
アメリカMobile
Robot社

移動台車
Pioneerシリーズ
スイス
Neuronics社

Katana
ロボットアーム
カナダ
Inuktun社

探索ロボット
フランス
Aldebaran
Robotics社

NAO
http://revast.co.jp

• 2012〜～株式会社SUGAR SWEET ROBOTICS
• http://sugarsweetrobotics.com
– ロボットの受託開発・コンサルティング
– RTミドルウエアに関する開発
– ロボット⽤用ミドルウエアに関する講演
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この授業の目的
7

この授業の目的
• ものづくりをしたい人すべて対象
• 図学
• 他人に機械の形，仕組みを伝える技術
• せめて機械系の人にバカにされないように
• 僕が欲しかったのはコレジャナイ！を減らす
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目標達成度
• 大まかな図形の書き方と読み方
• 細かい規格はどんどん更新されているので省略
• 気持ちをんでもらえる図．議論ができる図
• 図学の教科書を読み始められる準備
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図面とは何か
• 図面 (drawing sheet)
• 設計図．モノをつくるための情報を誰か
に伝えるための図
• 言うなればコミュニケーションツール
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ここでいうコミュニケーション
• アイディアを誰かに伝える
• つくる人．エンジニア
• 同僚．クリエータ
• 売る人．ビジネスマン
• 偉い人．
• 相手によって方法は変わるかもしれない
• 今回はエンジニアに伝えるための技術
11

図面とは何か
• オレオレ図面は駄目
• 図面には規格がある．言葉に約束があるのと
一緒．
• 日本工業規格 (JIS)
• 国際標準化機構 (ISO)
• 専門家でなければ，規格を熟知する必要は無い
• まずは，ある程度，規格に則って説明する能
力を養おう
12

コンテンツ
• ものづくりの基礎
• ものづくりのコミュニケーション
• 図学の基礎
• 加工の基礎
• 設計製図の基礎
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ものづくりのためのコミュニケーション
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メカトロニクスものづくり
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機械工学
電気・電子工学情報工学
メカトロニクス
制御工学
組込み技術
電磁気学
オペレーション
システム
コンパイラ
システム工学
材料力学
流体力学
機械力学
回路理論
半導体
アルゴリズム

ものづくりの基礎
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ソフトウエアハードウエア
オペレーティン
グシステム
アプリケーション

ソフトウエア
電子・電気部品
機械部品
機構部品
外装部品構造部材
電子・電気回路コンピュータ
ハードウエアが指す

モノもまちまち

メカトロニクスものづくり
としてロボットは良い例
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ロボットとは何か
18

ロボットとは何か？
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アクチュエー
タ
マイクロ
コントローラ
センサ

アクチュエータ
• ロボットの動きを生み出す筋肉
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• 電気モータ，エア・油圧シリンダ・・・
• ギア，リンク機構，バネ，ダンパ・・・
21

センサ
• ロボットの動きを計測する目
22

エンコーダ
• ロータの縞模様を
計測することで，
回転した角度を求
める
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• 赤外線を出す素子と
受ける素子がセット
になっている
24
発光受光
反射光アリ
反射光ナシ
時間

コンピュータ
25

コンピュータをプログラムする
• プログラミング言語
• C, C++, C#
• Python, Java
• Javascript
• Haskell, Lisp
• 制御工学
• 数学・物理学
• ロボティクス
• 運動学
• SLAM
• 論理的思考力！
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制御工学
• フィードバック制御
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コンピュータセンサモータ

28
コンピュータの力目標距離を
受け取る
目標距離までの
差を計算
モータの出力を計算
モータを回す
少し待つ
どれくらい回ったかセ
ンサで確認
回った角度から進んだ距
離を計算
差が小さい
終了
小さい
まだ大きい

プログラミング言語
• 用途に応じていろいろ使えると良い
• C, C++, Java, C#
• マイコンなど組み込み，PCで動くアプリケーション，
サーバーソフトウエアなど汎用的につかえる言語
• Python, Ruby
• 複数のツールを組み合わせるようなスクリプトを書くなど
• PHP, Javascript
• ブラウザで動くウェブサイト・アプリ
• Matlab, Scilab, R
• 行列・確率統計などの科学技術計算
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ロボティクス
• 運動学
• ロボットアームの手先を目的の位置に移
動させるために，各関節をどの角度にす
れば良いか？
• SLAM
• 移動ロボットに搭載したレーザーレンジ
センサから，環境マップを構築しながら，
自分の位置を推定する計算法 30

メカトロニクスなものづくり
と図面
31

それぞれの分野で図面も違う
32
機械工学
電気・電子工学
情報工学
• ソフトウエア仕様書
• フローチャート
• ブロック図
• UML
• アイディアスケッチ
• 仕様書
• 機械図面
• ブロック図
• 回路図
今日はこれ

それぞれの分野で図面も違う
33
機械工学
電気・電子工学
情報工学
• ソフトウエア仕様書
• フローチャート
• ブロック図
• UML
• 仕様書
• 機械図面
• ブロック図
• 回路図

機械図面にもいろいろある
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• 仕様書
• 設計図 • 部品図
• 加工図
• 組立図
企画段階設計開発段階
設計担当加工担当
組立担当
企画立案
• ひとまず，基礎中の基礎を学んでおこう

加工の基礎
35

加工法について知ること
• 描いた形すべてが作ることが出来る訳ではない
• 3Dプリンタとか万能じゃない
• 形は出来るが，機能として満たすには材料と加
工法について知る必要がある
• 安価かつ性能のよい加工法はたくさんある
36

機械加工の基礎
37

フライス盤加工
• 切削加工法（除去加工）
の一つ
• ドリルのような工具「エ
ンドミル」を回転させ，
材料を削り取る加工法
• エンドミルが取り付けら
れたヘッドをX-Y-Zで移動
させる
38

39
フライス盤
マシニングセンタ

旋盤加工
• 切削加工法（除去加工）の
一つ
• 円筒形の材料を回転させ，
バイトと呼ばれる工具を押
し当てて削り取る加工法
• 高速で加工ができ，精度が
良く，固い材料も比較的簡
単に加工できる
40

41
旋盤加工機

レーザー加工
• レーザーで板を焼き切る加工法
• 薄い板ならば，比較的高速に加工することができる加工法
• 適用できる材料が限られる
42

43
レーザー加工機

板金加工
• 板状の金属材料を曲げ
たり，叩いたり，切断
したり，型抜きをした
り，溶接したりする加
工法の総称
• 安価で入手しやすい材
料からいろいろな形状
が得られる
44

45
プレス加工機

鋳物・射出成形
• 金型に溶かした材料を流し込んで形状
を得る加工法
• 型自体の加工が難しいが，材料が無駄
にならないため経済的
• プラスチック製品の加工で主に使われ
る手法
46

47
射出成形機

放電加工
• 銅や真鍮の工具部品を材料に近づけ
つつ，材料と工具の間に高電圧を掛
け火花を飛ばし，材料を蒸発させて
除去する加工法
• 固い材料も加工できるが，加工速度
が遅い
• ワイヤー状の工具で放電加工をし，
固い板を焼き切るなどの加工も可能
• 金型加工によく使われる手法
48

49
放電加工機
ワイヤー放電加工機

溶接
• 材料を熱して繋ぎ合わせる加
工法
• 焼き切る作業も溶接加工法に
含まれる
• ボルト・ナットなどで繋ぎ合
わせるよりも強力かつ軽量
• 技術が特殊で，適用しにくい
材料も多い
50

3次元プリンタ
• 溶かしたプラスチックなどの材料を積み
上げていくことで形状を得る
• 紫外線で硬化する特殊なプラスチックを
使う場合（光造形）など，様々な手法が
あるが，総じて3次元プリンタと呼ばれ
ている
• 材料が限られるが，近年は金属材料でも
使えるものが実用化されている
• 加工速度が遅く，大量生産には向かない
• 積み上げた面ごとに亀裂が入りやすく，
強度は低め
51

早稲田ものづくり工房
• 実際の工作機械を使うことが出来る
• ものづくりをする学生をサポートするプロジェクトがある
• http://www.koubou.sci.waseda.ac.jp
52

加工方法を知ることで
• 部品の加工方法を考え
ながら設計を検討する
• 早く安価に製作
• 強くて軽い設計
• 標準的な機械部品を組
み合わせれば安価に
53
実際にあった

駄目な設計

図面の基礎
54

図形の表し方
• 線の種類
• 投影法
• 投影図
• 断面図
• 寸法
55

線の種類と投影図
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線の種類
• 太い実線
• 細い実線
• 破線
• 一点鎖線
• 二点鎖線
57

投影法
• 3次元の形状を2次元の図面上で表す
にはどうすればいいか
• 斜投影
• 斜め上からの投影図
• 全体を俯瞰で知るには良い
• 穴が貫通しているかがわからない
• 反対側がわからない
• 寸法が入れにくい
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穴は貫通してる？

投影図 (三角法)
59
上面
底面
正面
左側面右側面背面
上と下の穴は一緒？
左側面
正面
右側面
上面

60
上面
底面
正面
左側面右側面背面

投影図
61
破線で「隠れ線」を書く

・見えない部分を書いて意図
を伝える
外径線は太い実線

断面図
62

覚えておくべき細かな約束
63

書く側のポイント
• 2種類以上の解釈ができないよう
に書く
• 断面図や，部分投影図を足す
• 注釈を付ける
• 正面図は，その部品の機能を表
すものにする
• 中心線や中心マークは，図のわ
かりやすさを補助する
64

読む側のポイント
• 最低限，これくらいは知っとけ
• 投影図
• 断面図
• 隠れ線
65

寸法の入れ方
66

基本的な長さ寸法
• 対象となる線に並行な両向き矢印
• 細い実線
• 単位はミリメートル
• 数値は水平か，右側から読む配置
• 狭いところでは矢印は反転
• 基本的に垂直・水平方向に寸法を
取る
67

長さ寸法
• 累進寸法
• 角を原点と決めて記入
• 加工法によってはわか
りやすい
68

円の寸法
• 円の直径は「Φ」を付ける
• 小さな円の直径は，寸法
線を延長して書く
69

複数の図に寸法を入れる
70

その他の寸法
• 表面アラサ記号
• 三角が接している面が
対象
• 数値が低いほど滑らか
• 浮いているアラサ記号
は全体を表す
• 方言が多い
71

その他の図面要素
• 幾何交差
• 基準面 (A) に対する位置度
• それ以外に，平面度，円筒度，同心度，平行度，垂
直度など，幾何的な特性について許容誤差を指定
72

73

書く側のポイント
• 寸法や公差記号の入れ方でセンスがわかる
• 精度や公差の問題
• 加工方法と寸法の入れ方の対応
74

読む側のポイント
• 最低限これだけは知っとけ
• 寸法の見方．どこの長さを指しているか
• 累進寸法
• 直径寸法
75

設計製図の基礎
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設計製図とは
• 設計と製図はリンクしてる
• 機械は結構，標準的な機械要素の組み合わせ技術
• 機械要素の図化方法について知っておくと便利
• 多くの機械要素について知っておくことが助けになる
• 数値計算は専門家に任せて良い
• 標準品を組み合わせて安価に作る
• 図面に機械要素は頻繁に出てくる
• 作図法にルールがある
77

ネジの図面
• ボルト
• M○×△でネジの部分の
太さと長さ
• ほとんどが規格で決まっ
ている
• 外径の太線と，ネジを表
す破線でネジ部を表す
• 注釈があれば丁寧
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ボルトの頭

雌ねじ
• ボルト側を「雄ねじ」
• ネジ穴側を「雌ねじ」
• 穴の外径線の周りに，ネジ
を表す破線を書く
• 断面にネジ穴が出る場合も
ほぼ同様
• ネジはJIS規格がよく更新さ
れるので，方言が多い
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ネジ関連の知識
• ザグリ
• ボルトの頭が部品に隠れる
ように，穴の口を広く切り
込んでおく加工
• 皿ザグリー皿ネジ
• 深ザグリーボルト
80

軸・軸受け
• 「軸」とは動力を伝達する円筒
形の部品
• 通常は「軸受け」で支持
• 「プーリ」や「歯車」を連結する
• プーリにトルクを伝達するために
「キー」や「スプライン」「セ
レーション」などを使う
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軸受け
キー

歯車
• てこの原理で増速・減速する
• ピッチ円
• 歯車のかみ合いを摩擦車のこ
すり合いに見立てる
• 摩擦車の直径の比＝ギア比
• 摩擦車＝ピッチ円
• 図面は，ピッチ円のみ書く省略法
が用いられることがある
• 平歯車・かさ歯車・冠歯車・ラックと
ピニオン・ウォームギア・遊星歯車
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ベルト・チェーン
• 伝達する軸間の距離を長くできる
• ベルト・プーリ
• ベルトは静粛で無潤滑
• 歯付きベルトは高負荷対応
• チェーン・スプロケット
• 自転車やフォークリフトのチェーン
• チェーンは高負荷伝達可能
• 潤滑が必要
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組立図
• 機械要素と，それを結合する部品を組み合
わせるとこうなるよ，という図
• 機械の機能のコンセプトを示すために使え
る図
84

組立図
• モータからの出力をプーリで受け，直径の大きな軸に伝える
• 動部にはベアリング
85
プーリ
モータ
ベアリング
出力軸

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断面図が部品を表しやすい
• 断面図は別の部品のときはハッチ
ングが違う
• 色分けすることもある
• バルーンが部品番号
• 通常は部品表がある
• ネジなどは省略される場合アリ
• ベアリングの表記
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達成目標
• 断面を切った組立図くらい書けると良い
• メカニズムや，センサなどの部品の位置
関係がわかる・伝えることが出来る
• 寸法を適宜入れる・読むことが出来る
• 基本的な機械要素について知っている
88

まとめ
• コミュ力を磨け
• 空気を読んだりする技術ではない
• 工学的コミュニケーション
• 相手の分野に半歩で良いから足を踏み入れ
なければ，本物の人は相手にしてくれない
89

参考文献
90

課題1
• 右の図の物体の図面を書け
• 物体の縦x横x高さは50x50x50mm
• 凸部の厚さは20．つまりフランジの長さは15．
• 面取りは10x10
• 段付き円筒穴は，Φ12貫通，ザグリ部はΦ15で深さ5．底面
から25，前面から25の位置
• 底部の取り付け穴はΦ4.5貫通で前面から25，フランジ端面
から7.5の位置
• 凸部に開けられた段付き円筒穴は断面図で表すこと
• 断面方向は任意だが，円筒の中心軸に沿って切断すること
• すべての長さ寸法を入れること
• 二重寸法禁止
• 手書きで良いが，直線や直角は定規で，円はコンパスで書
くこと．
91前面
フランジ端面
段付き穴
取り付け穴
面取り

終わり
SUGAR SWEET ROBOTICS
菅佑樹
ysuga@ssr.tokyo
92

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