月: 2026年2月

「3Dプリンターでケースを作ったけど、蓋を乗せるだけだと横に滑ってズレてしまう……」
「ネジを使わずに、パチンとはまるような精密な蓋を作りたい」
「市販の製品みたいに、段差があってカチッと噛み合う構造はどうやって設計するの？」

電子工作ケースの設計において、ボトム（本体）とトップ（蓋）を組み合わせる際、最も重要なのが「嵌合（かんごう）」の設計です。ただ平らな面同士を合わせるだけでは、少しの衝撃で蓋が外れたり、見た目が安っぽくなったりしてしまいます。

そこで役立つのが「リップ構造（インロー構造）」です。これは、一方に凸、もう一方に凹の段差を設けることで、左右前後のズレを物理的にロックする設計手法です。

この記事では、最新のFreeCAD 1.0.2を使い、本体の形状を正確に引き継いで「絶対にズレない蓋」を作る手順を詳しく解説します。このスキルを習得すれば、あなたの作品のクオリティは一気に「製品レベル」へと引き上げられます！

1. 本体（ボトム）を基準に蓋をスケッチする

精度の高い蓋を作るための鉄則は、「本体の寸法をいちいち測り直さない」ことです。第17回で学んだ「外部参照」を使い、本体の外形線をそのままスケッチに取り込みましょう。

FreeCAD 1.0.2のワークフローでは、まず蓋専用の新しい「ボディー」を作成することから始めます。これにより、本体と蓋を別々の部品として管理でき、3Dプリント時のデータ出力もスムーズになります。

手順解説 (Step-by-Step)

1. [Part Design] ワークベンチで [ボディーを作成] をクリックし、名前を「Lid」などに変更します。
2. 本体（ボトム）の「上面（フチの部分）」を選択し、[スケッチを作成] をクリックします。
3. ツールバーの [外部形状へのリンクを作成]（ショートカット X キー）を選択します。
4. 本体の外周を構成する4つの辺を順にクリックし、マゼンタ色（紫色）の参照線として取り込みます。
5. [長方形を作成] ツールで四角を描き、4つの角を紫色の参照線の頂点に対して [一致拘束] させます。

💡 ヒント / 注意点
FreeCAD 1.0.2では、外部参照ツールを選択した際、マウスカーソルの横にアイコンが表示されます。辺を正確に捉えると線が赤く強調されるので、確実に「Edge（辺）」を選択できているか確認しましょう。

2. 蓋のベース形状の押し出し

スケッチができたら、蓋に厚みを持たせます。ここで重要なのは、押し出しの「方向」です。

通常、本体の上面を選択してスケッチを描いた場合、そのまま押し出すと本体の内部に向かって（下向きに）形が作られてしまいます。蓋を作る場合は、本体の外側（上向き）へ向かうように設定を調整します。

手順解説 (Step-by-Step)

1. スケッチ編集を [閉じる] で終了します。
2. ツールバーの [パッド] をクリックします。
3. タスクパネルで「長さ」に蓋の厚み（例：2.0mm）を入力します。
4. もしプレビューで蓋が本体の中に埋もれている場合は、[逆方向 (Reversed)] のチェックを切り替えてください。
5. [OK] を押して確定します。

これで、本体の上にピッタリと重なる平らな板状の蓋が完成しました。しかし、まだこの状態では横に滑ってしまうため、いよいよ「インロー構造」を追加していきます。

3. ズレ防止の基本「リップ（インロー）」とは

「インロー構造」とは、日本の伝統的な「印籠（いんろう）」が語源で、機械設計では「嵌合（かんごう）によって位置を決める構造」を指します。英語では「Lip and Groove（リップ・アンド・グルーブ）」とも呼ばれます。

今回作成するのは、蓋の裏側に「本体の内壁にぴったりはまる突起」を作る手法です。これにより、蓋を閉めた時に壁同士が重なり、横方向の力がかかってもズレなくなります。

インロー構造を設けるメリット

• 位置決めの正確さ：ネジを締める際も、あらかじめ位置が固定されるためスムーズに作業できます。
• 密閉性の向上：重なり合う部分ができることで、中の配線が外から見えにくくなり、埃などの侵入も防げます。
• 外観の美しさ：本体と蓋の境界線がガタつかず、一本の綺麗なラインに見えるようになります。

産業製品の多くは、この「インロー構造 設計」を基本として組み立てられています。

4. オフセットを使った嵌合部のクリアランス調整

インロー構造を作る際の最大の落とし穴は、「隙間（クリアランス）ゼロ」で設計してしまうことです。第22回でも触れた通り、3Dプリンターには造形誤差があるため、0.2mm程度の「ゆとり」がないと、きつすぎて蓋が入りません。

FreeCAD 1.0.2でこの「ゆとり」を最も簡単に作る方法が、スケッチャーの「オフセット」ツールです。

手順解説 (Step-by-Step)

1. 蓋の「裏面（本体と接する面）」を選択して [スケッチを作成] をクリックします。
2. [外部形状へのリンクを作成] (X) で、本体の内壁の辺（4辺）を参照線として取り込みます。
3. ツールバーの [オフセットを作成] アイコン（ショートカット Ctrl+Shift+O、または1.0.2の新アイコン：二重線のマーク）を選択します。
4. 取り込んだ参照線（マゼンタ色）をクリックし、マウスを内側へ動かして、一回り小さい四角形を作成します。
5. 寸法拘束（数式エディタ f(x)）を使い、オフセット距離を Spreadsheet.gap（例：0.2mm）に設定します。
6. さらに内側に、リップの厚み（例：1.5mm）となるもう一つのオフセット線を描きます。
7. スケッチを [閉じる] し、[パッド] で 2.0mm ほど押し出して、突起（リップ）を完成させます。

この「オフセットによるクリアランス設計」を徹底することで、ヤスリで削ることなく「パチン」と一発でハマる高品質なケースが完成します。

5. 断面表示での噛み合わせチェック

設計が完了したら、印刷前に必ず「断面」を確認しましょう。表面から見ているだけでは気づかない、内部のぶつかり（干渉）を発見するためです。

FreeCAD 1.0.2では、[表示] > [クリッピングプレーン] 機能を活用して、モデルを真っ二つに切った状態で観察することができます。

確認すべきポイント

断面表示を確認して「これならハマる！」という確信が持てたら、設計は成功です。

よくあるトラブルと解決策

Q：オフセットツールを使ったらスケッチが真っ赤になった！
A：これは「過剰拘束」です。1.0.2のオフセット機能は便利ですが、時に不要な水平・垂直拘束を自動で付けてしまうことがあります。画面左下のメッセージ欄にある「冗長な拘束」というリンクをクリックし、不要な拘束を削除しましょう。

Q：3Dプリントしたら蓋が反って浮いてしまう。
A：大きな面積の蓋は冷却時に反りやすいです。インロー構造のリップの高さを 3mm 程度まで高くすると、リップ自体が「梁（はり）」の役割を果たし、蓋の反りを物理的に抑え込む効果も期待できます。

6. まとめ

• 外部参照 (X) を使って、本体のフチと完全に一致する蓋の下書きを作る。
• インロー構造を追加することで、ネジなしでもズレない物理的ロックを実現する。
• オフセットツールとスプレッドシート変数を使い、0.1mm 単位で隙間を管理する。
• 断面表示での最終確認が、印刷失敗を防ぐプロのルーティン。

これで、外見も機能もプロ仕様のケースが形になってきました。しかし、まだこのままでは「逆さまにすると蓋が落ちてしまう」かもしれません。

次回は、ネジを使わずにパチンと蓋を固定する「スナップフィット設計」の理論について解説します。樹脂の「しなり」を利用した高度な造形に挑戦しましょう。お楽しみに！

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※本ブログはこの一文以外は、AIによる記載です。内容にウソが含まれている可能性がありますので、ご注意ください。写真もAIで作成しています。

「ケースの底面には部品を固定できたけど、横の壁にUSBポートの穴を開けるにはどうすればいいの？」
「3Dプリンターでケースを作ったら、壁が厚すぎてUSBケーブルが奥まで刺さらなかった……」
「斜めの壁にスイッチ用の穴をきれいに配置したい！」

電子工作ケースの自作において、最大の難所の一つが「側面への加工」です。これまでの演習では主にXY平面（底面）にスケッチを描いてきましたが、実際のデバイスには横からケーブルを挿したり、側面のスイッチを操作したりする機能が欠かせません。

最新のFreeCAD 1.0.2では、こうした側面へのスケッチを補助する「データム平面」などの機能が非常に扱いやすくなっています。しかし、ただ穴を開けるだけでは、ケースの厚みが邪魔をしてコネクタが正常に動作しないといった失敗も多いのが実情です。

この記事では、FreeCAD 1.0.2を使った「側面 穴あけ」の確実な手順と、3Dプリント後に「入らない・刺さらない」を防ぐためのプロの設計テクニックを詳しく解説します。

1. 側面にスケッチを描くための準備

FreeCADで穴を開けるには、まず「どの面に絵を描くか」を決めなければなりません。側面に穴を開ける方法は大きく分けて2つあります。それは、「立体の面を直接選ぶ方法」と、「データム平面（基準面）を作る方法」です。

1-1. 立体の面を選択してスケッチを開始する

最も簡単な方法は、すでに作成してあるケースの「外壁」をクリックして選択し、そのまま [スケッチを作成] アイコンをクリックする方法です。平らな壁であれば、これだけでその面にスケッチを描くことができます。

1-2. データム平面を活用する（推奨）

しかし、より堅牢でプロレベルの設計を目指すなら「データム平面（Datum Plane）」の使用を強くおすすめします。データム平面とは、空中に配置できる「仮想的な作業机」のようなものです。

• 形状変更に強い：立体の形状を後で大きく変えても、スケッチがエラー（参照消失）になりにくい。
• 自由な配置：壁面から少し離れた位置にスケッチを描き、そこから「逆方向」に削るなどの柔軟な設計ができる。
• 斜め対応：角度のついた壁に対しても、正確な角度で平面を設置できる。

FreeCAD 1.0.2でデータム平面を作成するには、[Part Design] ワークベンチのツールバーにある [データム平面を作成] アイコンをクリックします。基準となる座標軸や面を選択し、アタッチメントモードで位置を微調整することで、自由な位置にスケッチの下地を作ることができます。

2. コネクタ形状に合わせた穴あけ加工

側面への平面が用意できたら、次は実際の穴の形をスケッチしていきます。ここで重要なのは、「コネクタのサイズ＋α」の余裕（クリアランス）を持たせることです。

2-1. USBポートの標準的なクリアランス

例えば、USB Type-Cポートの穴を開ける場合、基板上のコネクタ実寸が「幅9.0mm、高さ3.5mm」だったとしても、その通りに穴を開けてはいけません。3Dプリンターの造形太りや、ユーザーがケーブルを挿す時の手の震えを考慮する必要があります。

2-2. 外部参照を使った位置決め

穴の「位置」を決める際は、第17回で学んだ「外部参照 (External Geometry)」を活用しましょう。ケースの底面のラインや、第23回で作った「基板固定ボス」の中心線を紫色の線として取り込み、そこからの距離で穴の位置を固定します。これにより、基板の高さが変わっても穴の位置が自動で追従するようになります。

3. ケーブル干渉を防ぐ「座彫り」と薄肉化

側面への穴あけで最も多い失敗は、「穴は開いているのに、ケーブルが奥まで刺さらない」というトラブルです。これは、ケースの壁が厚いために、ケーブルのプラスチック製コネクタ（持ち手）がケースの外壁にぶつかってしまうことが原因です。

3-1. 座彫り（Counterbore）のテクニック

もしケースの壁厚を2.0mm以上に設定している場合、そのままではコネクタが十分に届かないことがあります。これを解決するのが「座彫り」です。

1. 内側を削る：ケースの内壁から、コネクタ周辺だけを 1.0mm ほど [ポケット] で薄く削ります。
2. 外側を広げる：USBポートの穴の周囲を、ケーブルの持ち手が入るサイズ（例：幅15mm、高さ10mm）で、深さ 1.0mm ほど削り取ります。

3-2. 薄肉化と強度のバランス

コネクタ周りだけを 1.0mm 程度の厚さにすることで、ケーブルの確実な接続を保証しつつ、ケース全体の強度は維持できます。このとき、急激に壁を薄くすると3Dプリント時に強度が落ちるため、境界線に小さな [フィレット] をかけて滑らかに繋ぐのがプロの隠し技です。

4. スライドスイッチ用開口のコツ

USBポートとは異なり、スライドスイッチやタクトスイッチなどの「操作部」は、指の入りやすさを考慮しなければなりません。

4-1. 操作スペース（ストローク）の確保

スライドスイッチのつまみが出る穴を作る際、つまみの可動範囲ギリギリで穴を開けてしまうと、指がケースに当たってうまくスライドできません。 つまみの左右にプラス 2mm 程度のマージン（余白）を確保するのが、ストレスのない操作性を生むコツです。

4-2. 面取りによるアクセスの向上

スイッチ用の穴の縁には、広めの [面取り (Chamfer)] を施しましょう。これにより、指が穴の奥まで入りやすくなり、小さなスイッチでも確実に操作できるようになります。

// スプレッドシートでの数式例
switch_hole_w = switch_travel + switch_knob_w + (clearance * 2)

// スプレッドシートでの数式例
switch_hole_w = switch_travel + switch_knob_w + (clearance * 2)

上記のように、第20回で学んだスプレッドシートの変数を使って計算式を組んでおくと、スイッチの仕様が変わっても一瞬で修正可能です。

5. 組み立てやすさを考慮したマージン

側面穴の設計において最後に確認すべきは、「組み立て順序」です。側面に突き出しているコネクタがある場合、基板を真上から垂直に下ろして入れることはできません。

5-1. 斜め挿し（Tilted Insertion）への対応

基板を斜めに傾けて、まずコネクタを側面の穴に差し込んでから、反対側をパタンと下ろすような組み立てになります。このとき、穴の高さ方向のサイズがギリギリだと、傾けた時にコネクタが穴の縁に引っかかってしまいます。

• 上下マージンの増加：穴の高さをコネクタ実寸より 1.5mm 〜 2.0mm ほど高く設定する。
• U字型スリット：ケースの側面を「完全な穴」にするのではなく、上側が繋がっていない「U字の切り欠き」にすることで、基板を真上からスライドして入れることが可能になります。

「FreeCAD 側面 穴あけ」を極めることは、単にモデルを削ることではなく、完成後の使い勝手と組み立ての儀式を想像することに他なりません。

よくあるトラブルと解決策

Q：側面を選択してもスケッチボタンが押せない。
A：その面が「完全な平面」ではない可能性があります。フィレット加工ですでに丸くなっている面などは選択できません。その場合は、データム平面を作成し、そこを基準にスケッチを描いてください。

Q：穴を開けたのに、モデルの内側に穴が反映されない。
A：[ポケット] の設定で、削る方向が外側を向いている可能性があります。タスクパネルの [逆方向 (Reversed)] にチェックを入れて、内側に向かって削るように設定し直しましょう。

6. まとめ

今回は、実用的な電子工作ケースに欠かせない「側面の穴あけ加工」を学びました。

• データム平面を使えば、どんな場所・角度でも自由に側面スケッチが描ける。
• USB穴は、ケーブルの持ち手が当たらないよう座彫り（薄肉化）を考慮する。
• スイッチ穴は操作ストロークと指のアクセス性を考えて、大きめに面取りする。
• 組み立て時の「斜め挿し」を想定し、上下のマージンを確保する。

側面が加工できるようになったことで、あなたの設計するケースは「製品」としてのクオリティに一歩近づきました。

次回は、ケースの「蓋（トップカバー）」がズレずにピタッとハマるための「リップ（インロー）構造」の作り方を解説します。カチッと閉まる高品質な嵌合をマスターしましょう！

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「基板をケースに入れたけど、中でカタカタ動いてしまう……」
「ネジで固定しようとしたら、プラスチックの支柱が根元から折れてしまった！」
「インサートナット用の穴って、何mmで設計するのが正解なの？」

電子工作のデバイスを完成させる最後の難関、それが「基板の確実な固定」です。ただ箱に入れるだけでは、ボタンを押した時に基板が逃げたり、端子が壊れたりする原因になります。

本記事では、FreeCAD 1.0.2を使って、基板をネジ止めするための「ボス（支柱）」を設計する方法を解説します。正確な位置決めから、強度の高いネジ穴の作り方まで、実務で使える「基板固定 ボス 設計」のテクニックを網羅しました。

この記事を読み終える頃には、あなたの作るケースは「ただの箱」から、本格的な「電子機器の筐体」へと進化しているはずです！

1. ベースとなる箱形状の作成

まずは、基板を収めるための「外箱」の底面から作っていきます。ここでは第21回でスプレッドシートに登録した変数（エイリアス）を活用し、後からサイズ変更が可能なパラメトリックな設計を行います。

FreeCAD 1.0.2の [Part Design] ワークベンチでボディーを作成し、底面となるスケッチを描きましょう。この時、外寸は以下の計算式で定義するのがコツです。

• 横幅：基板幅 + (クリアランス × 2) + (壁の厚み × 2)
• 縦幅：基板奥行 + (クリアランス × 2) + (壁の厚み × 2)

このように数式で管理することで、基板のサイズや3Dプリンターの精度（クリアランス）が変わっても、一瞬で箱のサイズを修正できるようになります。

2. 採寸データに基づき基板配置を決める

次に、箱の中のどこに基板を固定するか、「ボスの中心位置」を決定します。ここで活躍するのが「外部参照」の機能です。

第21回でノギスを使って測った「基板の端からネジ穴までの距離」を正確に入力します。ケースの内側のカドを参照線（マゼンタ色の線）として取り込み、そこからの距離でボスの位置を固定しましょう。

FreeCAD 1.0.2では、スケッチ内で [点を作成] ツールを使い、それぞれの点に座標を割り当てるのが最も効率的です。この「点」が、後に作成する円柱（ボス）の中心点になります。

3. ネジ留め用「ボス（支柱）」の設計テクニック

ボスは基板を支える重要な柱です。細すぎるとネジを締めた際に割れてしまい、太すぎると基板上の他の部品に干渉してしまいます。

ボスの外径と高さの目安

一般的に、M3ネジ（直径3mm）を使用する場合、ボスの外径は 6.0mm 〜 7.0mm 程度に設計します。肉厚が片側1.5mm以上あると、3Dプリント品としての強度が安定します。

高さについては、基板裏面のハンダの飛び出し（ツノ）がケースの底に当たらないよう、3.0mm 〜 5.0mm 程度浮かせるのが理想的です。これもスプレッドシートの変数 boss_h などで管理しましょう。

💡 プロの知恵：根元の補強
ボスの根元には必ず [フィレット] をかけましょう。ほんの 0.5mm 程度の丸みをつけるだけで、応力集中が分散され、ボスの折れ強度が劇的に向上します。

4. 直接ネジ止め vs インサートナット

ボスの中心に開ける「穴」の設計は、固定方法によって数値が全く異なります。ここが「基板固定 ボス 設計」で最も注意すべきポイントです。

FreeCAD 1.0.2では、ボスの上面にスケッチを描き、[ポケット] 機能で穴を開けます。深さは、ネジの長さ（例：6mm）に対して1mmほど余裕を持たせた設計にしてください。

5. 配線の逃げと底面リブの追加

基板が固定できても、配線が壁に挟まって断線しては意味がありません。最後の仕上げとして、中身の環境を整えましょう。

• 配線逃げの設計：基板の端とケースの壁の間に、コネクタやワイヤーが通るスペースを確保します。必要であれば、ケースの壁の一部を [ポケット] で切り欠きます。
• 底面リブ（補強板）：ケースが大きい場合、底面がたわむことがあります。ボス同士を繋ぐように高さ1mm程度の細い壁（リブ）を立てることで、ケース全体の剛性を高めることができます。

これらすべてを [Part Design] の中で完結させることで、機能的で美しいケースが完成に近づきます。

よくあるトラブルと解決策

Q：ボスの位置がズレて基板の穴に入らない！
A：ノギスで測った「基板の角」と、FreeCADで設定した「基準点」が一致しているか再確認しましょう。また、3Dプリンターの誤差を吸収するために、ボスの穴径ではなく「基板のネジ位置」そのものに 0.2mm 程度の遊び（ルーズホール）を設計に持たせるのも有効です。

Q：ネジを締めたらボスが縦に割れてしまった……
A：3Dプリントの積層方向に注意が必要です。ボスは垂直に積み上がるため、横方向の力には強いですが、中から押し広げる力には弱いです。壁の厚みを増やすか、スライサー設定で「壁のライン数（ウォールカウント）」を増やして、ボスが100%充填されるように設定してみてください。

5. まとめ

今回は、ケース設計の心臓部である「基板固定ボス」の設計について学びました。

• 外箱のサイズはスプレッドシートの変数を使って、クリアランス込みで算出する。
• ボスの配置は外部参照を使い、基板の正確な座標データに基づき決定する。
• 固定方法（直接 or ナット）に合わせて、穴径を 0.1mm 単位で調整する。
• 根元のフィレットが、実用強度を出すためのプロの隠し技。

これで、基板がしっかりと安定して収まる「ボトムケース」の土台が完成しました。

次回は、今回作ったケースの横壁に「USBポートやスイッチ用の穴」を開ける方法を解説します。斜めの面や側面に正確な穴を開けるための「データム平面」の使い方をマスターしましょう！

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「設計図通りに50mmの箱と、50mmの蓋を作ったのに、キツすぎて全然ハマらない！」
「ネジを通す穴を3mmで開けたのに、ネジが入らない……」
「3Dプリンターの精度ってそんなに悪いの？」

3Dプリンターを使い始めて誰もが一度は経験する、この「入らない・ハマらない」問題。実はこれ、プリンターの故障ではなく、設計段階での「公差（こうさ）」や「クリアランス（隙間）」の考慮が足りないことが原因です。

3Dプリンターは樹脂を溶かして積み上げる性質上、どうしても数パーセントの「縮み」や、樹脂が外側に広がる「太り」が発生します。これを無視してピッタリの数値で設計してしまうと、現物同士は絶対に組み合いません。

この記事では、初心者設計者が必ず身につけるべきクリアランスの黄金ルールを解説します。FreeCAD 1.0.2を使った具体的な設定方法も紹介するので、今日から「一発でピッタリ組み上がる設計」ができるようになりましょう！

1. なぜ「ピッタリ」で作ると入らないのか

機械設計の世界には「ゼロ公差」というものは存在しません。どんなに精密な加工機でも必ずわずかな誤差が生じます。特に家庭用の3Dプリンター（FDM方式）は、以下の理由で「設計図の数値と実物の数値」に差が出やすい道具です。

物理的な限界

例えば、ノズルから出たばかりのドロドロに溶けたプラスチックを想像してください。これを積み上げていく際、重力や積層の圧力によって、樹脂は設計上のラインよりもわずかに外側へ押し出されます。これが「造形太り」です。

「クリアランス」の重要性

部品同士を組み合わせる（嵌合：かんごう）ためには、意図的に設ける隙間である「クリアランス」が不可欠です。クリアランスは、単なる「誤差の余裕」ではなく、スムーズに動かすため、あるいは確実に固定するための「設計意図」そのものなのです。

2. 3Dプリンターの特性（熱収縮と造形太り）

設計に数値を反映させる前に、なぜサイズが変わってしまうのか、その正体を知っておきましょう。主な要因は2つです。

① 造形太り（Extrusion Width）

ノズルから出た樹脂が潰れて広がる現象です。これにより、「外形は大きく、内径（穴）は小さく」なりがちです。

• 直方体の外側は、設計より片側0.1mm〜0.2mm程度大きくなる。
• 丸い穴の内側は、設計より0.2mm〜0.4mm程度小さくなる。

特に「穴」が小さくなりやすい点には注意が必要です。

② 熱収縮（Thermal Shrinkage）

樹脂は冷めると縮みます。PLA樹脂は比較的収縮が少ないですが、ABS樹脂などは大きく縮むため、大きな部品ほど全体的にサイズが小さくなる傾向があります。

💡 ヒント：一層目の広がり（象の足）
ベッドに定着させるために一層目を押し付ける設定にしていると、底面だけが横に大きく広がります。これを「エレファントフット」と呼び、嵌合を妨げる最大の原因の一つになります。

3. 部位別おすすめクリアランス値（穴、蓋、可動部）

「じゃあ、具体的に何mmの隙間を開ければいいの？」という疑問にお答えします。一般的な家庭用3Dプリンター（ノズル径0.4mm）を使用する場合の目安表です。

※上記は「片側」の数値です。例えば、幅20mmの箱に蓋を入れる場合、両側にクリアランスを設けるため、蓋の幅は 20mm - (0.2mm * 2) = 19.6mm となります。

4. オフセット機能を使ったクリアランスの作り方

FreeCAD 1.0.2でクリアランスを設定する際、毎回引き算をして寸法を入力するのは面倒ですよね。そこで便利なのが、第20回で学んだ「スプレッドシート」と、Sketcherの「オフセット」ツールの組み合わせです。

手順解説 (Step-by-Step)

1. スプレッドシートに gap という名前で、クリアランス値（例：0.2）を入力しておきます。
2. スケッチを開き、[外部形状へのリンクを作成] で本体の縁を取り込みます（紫色の線）。
3. ツールバーの [オフセットを作成] （1.0.2の新アイコン：線が二重になっているマーク）をクリックします。
4. 作成された線の寸法拘束を開き、数式エディタ [f(x)] に Spreadsheet.gap と入力します。

この方法なら、後から「もう少し緩くしたい」と思った時に、スプレッドシートの数値を「0.3」に変えるだけで、モデル全体の隙間が自動で調整されます。これがプロのパラメトリック設計です。

5. テストピース印刷のすすめ

どれだけ理屈を学んでも、最終的な正解は「あなたのプリンターとフィラメントの組み合わせ」の中にしかありません。いきなり大きなケースを印刷して失敗すると、時間も材料ももったいないですよね。

そこで、本番前に小さなテストピース（キャリブレーションモデル）を印刷することを強くおすすめします。

テストすべき項目

• 穴径テスト：3.0mm, 3.1mm, 3.2mm… と少しずつ違う穴を並べ、ネジがどれにハマるか確認する。
• 嵌合テスト：0.1mmから0.4mmまで、隙間を変えたジョイントを印刷してみる。

一度自分の環境の「クセ」を数値化してメモしておけば、今後の設計効率は飛躍的に向上し、設計ミスによる「ゴミの山」を資産に変えることができます。

6. まとめ

今回は、3Dプリントを成功させるための心臓部「公差とクリアランス」について学びました。

• FDM方式の3Dプリンターには「造形太り」があるため、ピッタリ設計は禁物。
• 確実にハメるなら、片側 0.2mm のクリアランスが基本。
• FreeCADのスプレッドシートとオフセット機能を使い、隙間を数値管理する。
• 自分の環境を知るためのテストピース印刷が、結局一番の近道。

「隙間」をコントロールできるようになれば、3Dプリンターは単なる形を作る道具から、カチッと組み上がる「製品」を作るマシンに進化します。

次回は、いよいよケース設計の核心へ！基板をケースに固定するための「ボス（支柱）の設計」と、インサートナット・ネジ穴の作り方を解説します。お楽しみに！

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「自分だけのオリジナルデバイスを作ったけれど、基板がむき出しで格好悪い……」
「既製品のケースを買ったけれど、コネクタの位置が合わなくて加工に失敗した」
「FreeCADでケースを設計したいけれど、何から手をつければいいのかわからない」

全40回の連載もいよいよ後半戦。第21回からは、本講座の集大成となる「オリジナル電子工作ケース」の設計プロジェクトがスタートします！

「電子工作 ケース 設計」において最も重要なのは、きれいな3Dモデルを描くことではありません。中に入れる基板や部品を「正しく採寸し、ゆとりを持った設計をする」ことです。ここをおろそかにすると、何時間もかけて印刷した後に「部品が入らない……」という悲劇を招くことになります。

今回は、設計の成功を左右する「企画」と「採寸（サイスン）」、そして前回学んだ「スプレッドシートへの変数登録」までを解説します。プロのワークフローを身につけて、確実にハマるケース作りを目指しましょう！

1. プロジェクト始動：作るケースの仕様を決める

いきなりFreeCADを起動する前に、まずは「どのようなケースにしたいのか」という要件定義を行いましょう。趣味の工作だからこそ、自分の理想を詰め込むことができます。

検討すべきポイント

• メンテナンス性：電池交換はしやすいか？ 蓋はネジ止めにするか、パチンとはめるスナップフィットにするか？
• インターフェース：USBポート、スイッチ、液晶画面、LEDなどはどこに配置するか？
• 堅牢性：持ち歩くものか、机に置いておくものか？（それによって壁の厚みを決めます）
• 放熱：熱を持つ部品（モータードライバや電力変換器など）がある場合、通気口は必要か？

今回は「ArduinoやRaspberry Pi Picoなどのマイコン基板を収納し、USBケーブルが外から挿せる蓋付きケース」を想定して進めていきます。

2. 失敗しないための「ラフスケッチ」の重要性

プロの設計者ほど、CADに向かう前に紙とペンでラフスケッチを書きます。なぜなら、CAD上では「細部の修正」に意識を奪われ、全体のバランスを見失いやすいからです。

ラフスケッチに書くべきこと

1. 大まかな外観（箱の形、蓋の合わせ目の位置）
2. 基板の向き（コネクタがどちらを向くか）
3. 基準点（原点）の決定（基板の左上の角を(0,0)にする、など）

この段階で「ここを基準に寸法を測る」と決めておくと、後のCAD作業が格段にスムーズになります。

3. 必須ツール「デジタルノギス」の正しい使い方

「電子工作 ケース 設計」における最強の相棒、それがデジタルノギスです。定規では測りきれない0.1mm単位の誤差が、3Dプリントでは大きな違いとなって現れます。

ノギスの4つの測定機能

💡 ヒント / 注意点
基板の角にある「取り付け穴」を測る際、穴の端から端までを測るよりも、一度ノギスをリセット（ZERO設定）して比較測量する「比較測定」を使うと精度が上がります。

4. 基板の穴位置とコネクタ位置の採寸

ケース設計で最も失敗しやすいのが、基板を固定するネジ穴と、側面のUSBコネクタ位置のズレです。

正確な座標の取り方

基板の「左上の角」を基準点とした場合、以下の数値を記録します。

• 基板の外形：縦(H) × 横(W) × 厚み(T)
• ネジ穴の中心座標：基準点から穴の中心まで、X方向に何mm、Y方向に何mmか。
• コネクタの位置：基板の端から、コネクタの左右端まで何mm、基板面からコネクタの高さは何mmか。

これらをすべて「1.0.2のスプレッドシート」で管理することで、後からマイコン基板の種類が変わっても数値を打ち替えるだけでケースの形状を修正できるようになります。

5. スレプレッドシートへの変数登録

採寸が終わったら、FreeCAD 1.0.2を起動して、第20回で学んだ「Spreadsheetワークベンチ」に変数を入力しましょう。

手順解説 (Step-by-Step)

1. FreeCADで [Spreadsheet] ワークベンチを開き、新しいシートを作成。
2. 以下のエイリアス名（名前）と数値を設定します。
   
   • pcb_w：基板の横幅
   • pcb_l：基板の縦幅
   • wall_t：ケースの肉厚（1.6mm〜2.0mm推奨）
   • clearance：ゆとり（0.2mm〜0.5mm推奨）
3. 各セルの [右クリック] > [プロパティ] > [エイリアス] から名前を付け、セルが黄色くなることを確認します。

💡 ヒント / 注意点
ここで clearance（クリアランス）という変数を設けるのがミソです。3Dプリンターの精度には個体差があるため、この数値を後から調整するだけで「ゆるめ」や「きつめ」を一括変更できます。

よくあるトラブルと解決策

• 誤差の累積：基板の角から順番に部品を測ると、少しずつズレが溜まっていきます。必ず「単一の基準点」からの距離を測るようにしましょう。
• コネクタの出っ張り忘れ：USBポートやスイッチは、基板の縁よりも少しだけ外に飛び出していることがあります。この「飛び出し分」を測り忘れると、ケースの壁にぶつかって基板が入らなくなります。

6. まとめ

今回は、ケース設計の第一歩となる「企画」と「正確な採寸」について学びました。

• 設計の前に要件（電池交換、ポート位置など）を整理する。
• CADの前にラフスケッチを書き、基準点を決める。
• デジタルノギスの機能を使い分け、0.1mm単位で部品を測る。
• 採寸したデータをスプレッドシートに変数として登録する。

これで、失敗しないための完璧な「下準備」が整いました！

次回は、3Dプリンターならではの重要知識、「公差（クリアランス）」の考え方を深掘りします。なぜ設計図通りに作ると部品が入らないのか？ その理由と対策を徹底解説します。

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「設計が終わった後に『やっぱり幅を5mm広くして』と言われて絶望した……」
「1つの数字を変えるために、何十個ものスケッチを開き直すのはもう限界」
「Excelのように数値を一括で管理する方法はないの？」

FreeCADの習得もいよいよ中盤、第20回を迎えました。ここまでの知識で形を作ることはできるようになりましたが、実務や本格的なモノづくりにおいて最も大切なのは「修正のしやすさ」です。

今回紹介する「スプレッドシート（Spreadsheet）連携」は、FreeCADをただの3Dお絵描きソフトから、プロ仕様の強力な設計ツールへと変貌させる魔法の機能です。数値を一つ書き換えるだけで、モデル全体のサイズが自動的に追従する「パラメトリック設計」の世界へ足を踏み入れましょう。

1. パラメトリック設計の真骨頂

パラメトリック設計とは、図形の形状を直接決めるのではなく、「変数（パラメーター）」という媒介を通してコントロールする手法のことです。

例えば、これまではスケッチの寸法拘束に直接「50mm」と打ち込んでいました。これを「幅」という名前の変数に置き換え、別の場所（スプレッドシート）で「幅＝50」と定義します。

なぜスプレッドシートを使うのか？

• 一括変更が可能：複数のパーツで共通して使っている数値（板厚やネジ穴径など）を一度に直せます。
• ミスが減る：あちこちのスケッチに同じ数値を手入力する手間が省け、入力ミスを防止できます。
• バリエーション展開：数値を書き換えるだけで「Sサイズ」「Lサイズ」といった展開が一瞬で完了します。

これこそが、将来的にスキルを資産化し、効率的に設計を進めるための必須テクニックです。

2. Spreadsheetワークベンチの基本操作

まずは、FreeCAD 1.0.2の中で「表」を作成する準備をしましょう。

手順解説 (Step-by-Step)

1. ワークベンチのプルダウンメニューから [Spreadsheet] を選択します。
2. ツールバーにある [新しいスプレッドシートを作成] アイコン（表のようなマーク）をクリックします。
3. モデルツリーに「Spreadsheet」という項目が追加されるので、これをダブルクリックして開きます。
4. Excelのようなセルが表示されます。ここに「項目名（名前）」と「数値」を並べて入力していきます。

💡 ヒント / 注意点
A列に「Width（幅）」、B列に「50」といった形で入力するのが一般的です。ただし、これだけではまだモデルと連携できません。次に解説する「エイリアス」の設定が必要です。

3. 変数（Alias）の設定と呼び出し方

FreeCADが数値を認識するためには、各セルに「エイリアス（別名）」というニックネームを付ける必要があります。

手順解説 (Step-by-Step)

1. 数値を入力したセル（例：B1セル）を右クリックし、[プロパティ…] を選択します。
2. 表示されたダイアログの [エイリアス] タブをクリックします。
3. 「エイリアス」の入力欄に、分かりやすい名前を付けます（例：width）。
4. [OK] を押すと、そのセルの背景が黄色に変わります。これが「変数として登録された」合図です。

💡 1.0.2のポイント
エイリアス名には日本語を使わず、英数字で付けるのがエラーを防ぐコツです。また、数字から始まる名前やスペースを含む名前は使えません。

4. スケッチ寸法とスプレッドシートの紐付け

いよいよ、スプレッドシートの数値をスケッチの寸法に反映させます。

手順解説 (Step-by-Step)

1. モデリング用のスケッチを開き、寸法拘束を与えたい線を選択します。
2. 寸法入力の画面で、入力欄の右端にある [青い円のアイコン (f(x)マーク)] をクリックします。
3. 「数式エディタ (Formula editor)」が開きます。
4. 入力欄に Spreadsheet.エイリアス名 と入力します（例：Spreadsheet.width）。
5. 入力の途中で候補が表示されるので、それを選択するのが確実です。最後に [OK] を押します。

これで、寸法値の横に青いチェックマークが付き、スプレッドシートの数値が反映されます。スプレッドシートに戻って数値を書き換えてみてください。3Dモデルの形がリアルタイムで変わるはずです！

5. ケース設計に役立つ「クリアランス変数」

スプレッドシート連携が最も威力を発揮するのが、次回以降に挑戦する「ケース設計」です。特に「クリアランス（隙間）」の管理に役立ちます。

推奨される変数リスト

例えば、Spreadsheet.width + (Spreadsheet.gap * 2) のように数式エディタ内で計算させることも可能です。これにより、「本体のサイズを変えたら、蓋のサイズも自動で適切な隙間を保ったまま大きくなる」という完璧な連動が実現します。

よくあるトラブルと解決策

Q：数式エディタで「Spreadsheet」と打っても候補が出ない

A：スプレッドシートの名前（ラベル）が「Spreadsheet」以外になっていませんか？モデルツリーで表示されている名前を正確に入力する必要があります。また、エイリアス設定（黄色の背景）が正しく完了しているか確認してください。

Q：数値を大きくしたらモデルが壊れた！

A：これは「拘束」が不完全な場合によく起こります。モデルを動かす前に、スケッチがしっかり「完全拘束（緑色）」になっていることを確認しましょう。骨組みがしっかりしていれば、サイズ変更にも耐えられます。

5. まとめ

今回は、設計の効率と精度を飛躍的に高める「スプレッドシート連携」を解説しました。

• スプレッドシートは、設計図の数値を一括管理する司令塔。
• エイリアス（Alias）を設定して、セルに名前を付ける。
• 数式エディタ [f(x)] を使って、モデルと数値を紐付ける。
• パラメトリック設計を導入すれば、後からの修正も怖くない。

ここまで学んだあなたは、もう単なる「形を作れる人」ではなく、「意図を持って設計できる人」へと進化しました。

次回からは、この連載の集大成となる「オリジナル電子工作ケースの設計」プロジェクトが始まります！まずは企画と、正確な設計の要となる「ノギスを使った採寸術」からスタートしましょう。お楽しみに！

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「3Dプリンターを買ったけど、出力するのはネットで拾ったデータばかり……」
「もっと自分らしくて、デザイン性の高い実用品を作ってみたい！」
「幾何学的なハニカム構造（ハチの巣状）ってどうやってモデリングするの？」

そんな悩みを解決するのが、今回の実践演習です。これまでに学んだ多角形の描き方、パターンの複製、そして立体の足し引きを組み合わせれば、プロが作ったようなハニカム構造のペン立てを自作することができます。

この記事のゴールは、複雑に見えるメッシュ形状を「効率的な手順」で作り上げることです。一見難しそうですが、仕組みを理解すれば初心者でも驚くほど簡単に設計できます。

1. コンセプト設計とモデリング戦略

複雑な形を作るときほど、いきなり手を動かさず「どうやって作るか」という戦略を立てることが重要です。これを怠ると、途中で修正ができなくなったり、エラーの迷宮に入り込んだりしてしまいます。

今回のハニカムペン立てを「FreeCAD ペン立て 作り方」のコツに従って効率よく作る戦略は以下の通りです。

• ベースを作る：まずは中身の詰まった六角柱を作成する。
• 種（穴）を作る：ハニカムの元となる「一つの六角形の穴」を作る。
• パターンで増やす：その穴を「直線パターン」で縦横にコピーする。
• 中をくり抜く：最後に大きな穴を開けて、ペンを入れられるようにする。

この「小さな単位を作ってから増やす」という思考法は、3D CADの実務において非常に汎用性が高い一生モノのスキルになります。

2. 基本となる六角柱の作成

まずはペン立ての土台となる本体を作ります。今回はデザイン性を高めるために、円柱ではなく「六角柱」をベースにします。

手順解説 (Step-by-Step)

1. [Part Design] ワークベンチに切り替え、[ボディーを作成] → [スケッチを作成] をクリックします。
2. [XY_Plane]（床の面）を選択して [OK]。
3. ツールバーの [正多角形を作成] アイコン（六角形のマーク）を選択します。
4. 原点（中心点）をクリックし、マウスを広げて六角形を描きます。
5. 幾何拘束（図形の動きを制限するルール）を使って、一辺を [水平拘束] にし、中心からの距離（内接円の半径）を [寸法拘束] で 40mm に指定します。
6. スケッチが緑色（完全拘束）になったら [閉じる] を押し、[パッド] で 100mm 押し出します。

💡 ヒント：正多角形ツールのコツ
FreeCAD 1.0.2では、多角形ツールを選択した際、コンボビューで「辺の数」を指定できます。デフォルトの「6」になっていることを確認しましょう。

3. 側面にパターン用の「種」となる穴を作る

ここが今回の最重要ポイントです。側面にハニカム模様を刻むための「最初の1個」を作ります。

手順解説 (Step-by-Step)

1. 作成した六角柱の「平らな側面」を一つクリックして選択します。
2. そのまま [スケッチを作成] をクリック。これで側面に絵を描く準備が整いました。
3. 再度 [正多角形を作成] を使い、小さな六角形を一つ描きます。
4. この六角形の高さを 8mm 程度にし、位置を底面から少し浮かせて [完全拘束] します。
5. スケッチを閉じ、[ポケット] 機能を使って 3mm 程度（壁を貫通しない深さ）削ります。

これで、表面に一つだけ六角形の凹みができました。この「種」をこれから一気に増殖させます。

4. パターン機能で穴をハニカム状に増殖

一つずつ穴をスケッチするのは大変ですが、パターン機能を使えば一瞬です。ハニカム構造を作るには、少しずらして配列させるのがコツです。

手順解説 (Step-by-Step)

1. モデルツリーで、今作った [Pocket] を選択します。
2. ツールバーの [直線状パターン] をクリックします。
3. タスクパネルで「方向」を縦方向（通常はスケッチのY軸）にし、穴の間隔と個数を調整します。
4. さらに、横方向にもコピーを繰り返します。

💡 注意点：計算負荷に注意
一度に100個以上のパターンを作ろうとすると、パソコンの動作が重くなることがあります。まずは少ない数でプレビューを確認しながら進めましょう。

すべての面に同じ処理をしたい場合は、さらに [円状パターン] を組み合わせることで、六角柱の全周をメッシュで覆うことができます。これが第18回で学んだブーリアン演算やマルチ変換の応用です。

5. 3Dプリント時のオーバーハング対策

最後に、実際に3Dプリンターで印刷するための「設計の配慮」を行いましょう。ハニカム構造は非常に合理的ですが、穴の形によっては印刷に失敗することがあります。

オーバーハング（空中の造形）のルール

3Dプリンターは下から層を積み重ねるため、あまりに急な角度の天井（オーバーハング）はうまく印刷できません。一般的には 45度〜60度 が限界と言われています。

「FreeCAD ペン立て 作り方」の実践においては、六角形の向きを「頂点が真上を向くように」配置するのが、サポート不要で美しく出力するプロのテクニックです。

よくあるトラブルと解決策

スケッチが赤くなって動かなくなった

多角形ツールは自動で多くの拘束がつきます。位置を決めようとして寸法を入れた際、既存の拘束と矛盾すると過剰拘束になります。不要な「水平拘束」などを一つ消すと解決することが多いです。

パターンを実行すると「ボディーと交差していません」と出る

コピーされた穴がボディーの端からはみ出しているときに発生します。個数を減らすか、間隔を狭めて、すべての穴がボディーの範囲内に収まるように調整してください。

5. まとめ

今回の演習では、応用機能を組み合わせて実用的なペン立てを作成しました。

• モデリング戦略：大きな塊から、最小単位（種）をコピーして増やす。
• ハニカム構造：六角形を規則正しく並べることで、軽さと強度、デザイン性を両立できる。
• 3Dプリントへの配慮：頂点を上に向けることで、サポートなしでの綺麗な出力を実現する。

ここまで来れば、あなたはもう「作りたいものを形にする力」をかなり身につけています！

次回からは、より高度な管理術を学びます。設計図の数値をExcelのような表で一括管理する「スプレッドシート連携」を解説します。これができれば、1つのデータからサイズ違いのペン立てを量産できるようになりますよ。

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「スケッチを描いて押し出すだけじゃ、作りたい形が作れない…」
「2つの部品を合体させて、1つの部品にしたい」
「複雑な形の穴を、スポッとくり抜きたい」

これまで学んできた「スケッチ→押し出し」という手順は、積み木を積み上げるようなものでした。しかし、もっと自由な形を作るには、粘土細工のようなアプローチが必要です。

それが今回紹介する「ブーリアン演算（Boolean Operation）」です。これは、立体同士を「足し算（結合）」したり「引き算（切り取り）」したりする機能のことです。

この記事では、Part Designワークベンチで複数のボディーを組み合わせ、複雑な形状を一瞬で作るテクニックを解説します。これができれば、モデリングの自由度が飛躍的に向上しますよ！

1. ブーリアン演算の基本（和・差・積）

ブーリアン演算とは、簡単に言えば「立体同士の計算」です。主に以下の3つの種類があります。

• 結合（Union / Fuse）：足し算。
  2つの立体を合体させて、1つの塊にします。
• 切り取り（Difference / Cut）：引き算。
  ある立体から、別の立体の形を削り取ります。
• 共通部分（Intersection / Common）：掛け算。
  2つの立体が重なっている部分だけを残します。

FreeCADのPart Designワークベンチでは、これらを「アクティブなボディーに対して、別のボディーを使って行う」というルールで操作します。

2. Part Designにおける「ブーリアン」の操作手順

では、実際に操作してみましょう。前提として、モデルツリーに2つ以上のボディー（Body）がある状態が必要です。

準備

1. 「土台となるボディー（例：四角い箱）」を用意します。
2. 「足したい（または引きたい）ボディー（例：球体）」を別のボディーとして用意し、位置を重ねておきます。
3. 土台となるボディーをダブルクリックして、アクティブ（太字の状態）にします。
   ※ここが重要です！「計算される側」をアクティブにします。

操作手順 (Step-by-Step)

1. ツールバーの [ブーリアン演算] アイコン（青い丸と白い丸が重なったマーク）をクリックします。
   ![画像指示：Part Designツールバーにあるブーリアン演算アイコンをクリックしている画面]
2. 左側のタスクパネルで、演算の種類（結合、切り取り、共通部分）を選びます。
3. [ボディーを追加] ボタンを押し、3Dビューまたはモデルツリーで「相手のボディー」を選択します。
4. [OK] をクリックします。

これで、2つのボディーが計算されて1つの形状になりました！

3. 複数のボディーを合体させる方法

最もよく使うのが「結合（Fuse）」です。

例えば、「取っ手」と「カップ」を別々に作っておき、最後に合体させる場合などに使います。スケッチで複雑な形を一度に描くよりも、単純な部品（直方体や円柱など）を作ってから合体させる方が、修正も楽で形状も安定します。

ポイント

• 結合すると、重なっている部分は自動的に融合され、境目がなくなります。
• 結合後は「1つのボディー」として扱われるため、その上からさらにフィレット（角丸め）などをかけることができます。

4. 形状を利用して削り取るテクニック

次は「切り取り（Cut）」です。これは「ポケット」機能の強化版とも言えます。

ポケット機能は「平面に描いたスケッチ」でしか削れませんが、ブーリアンの切り取りなら「複雑な立体形状」で削ることができます。

活用例

• ケースの内側を作る：製品の外形データを一回り小さくして、元の形状から引き算すれば、均一な肉厚のケースが作れます。
• 型を作る：ブロックから製品モデルを引き算すれば、その製品を成形するための「金型」のデータが作れます。

💡 ヒント
ネジ穴などの単純な穴なら「ポケット」や「穴ツール」の方が手軽ですが、複雑な曲面の凹みを作りたい時はブーリアンの出番です。

5. 注意：演算後の修正の難しさについて

非常に便利なブーリアン演算ですが、使いすぎには注意が必要です。

ブーリアンを行うと、計算に使った「元のボディー」は、新しい演算フィーチャーの中に飲み込まれて見えなくなります（モデルツリーの階層が深くなります）。

修正したい時は？

元の形状を修正するには、モデルツリーで「Boolean」の左側にある [▶] マークを展開し、中にある元のボディー（Body）を探し出して編集する必要があります。

あまり何回もブーリアンを繰り返すと、ツリーが複雑になりすぎて管理できなくなることがあります。「基本は1つのボディーで作り込み、どうしても必要な時だけブーリアンを使う」というバランス感覚が大切です。

5. まとめ

今回は、複数の立体を計算して新しい形を作る「ブーリアン演算」について解説しました。

• ブーリアンには「結合」「切り取り」「共通部分」の3種類がある。
• Part Designでは、アクティブなボディーに他のボディーを作用させる。
• 複雑な形状のくり抜きや、別パーツの合体に便利。
• 履歴が複雑になるため、使い所を見極めることが大切。

これで、粘土をこねるように自由自在に形を作れるようになりましたね！

次回は、これまでの応用テクニックを総動員した実践課題「ハニカム構造のペン立て」を作成します。六角形の穴をパターン機能で敷き詰め、おしゃれで実用的なアイテムを作りましょう！

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「すでに開いている穴の中心に合わせて、新しい円を描きたいのにスナップしない！」
「ケースのフチとぴったり同じサイズの蓋を作りたい」
「下書きの線をなぞりたいのに、反応してくれない…」

FreeCADでスケッチを描いているとき、画面に見えている「他の立体の角」や「穴のフチ」に線を繋げようとしても、マウスが反応せずイライラしたことはありませんか？

実は、スケッチモード中は、そのスケッチ以外の形状は「見えているけど触れない」状態になっています。

そこで必要になるのが、今回紹介する「外部参照（External Geometry）」です。この機能を使えば、既存の形状をスケッチ内に「参照線」として取り込み、位置合わせや寸法の基準として利用できるようになります。部品同士がピタッと組み合う設計をするための必須テクニックです。

1. 外部参照が必要になるシチュエーション

通常、スケッチを描くときは「何もない空間」か「選んだ面の上」に描きますが、設計が進んでくると「すでに作った形」を利用したい場面が増えてきます。

よくあるシーン

• ケースの蓋を作る時：ケースの外形線（フチ）をなぞって、ぴったり同じサイズの四角を描きたい。
• ボルト穴を開ける時：土台にある穴とまったく同じ中心位置に、蓋側の穴を開けたい。
• 部品を組み合わせる時：隣の部品の端っこに合わせて、長さを決めたい。

これらの作業を行うには、既存の立体の「辺（エッジ）」や「点（頂点）」を、現在作業中のスケッチの中に「コピーして持ってくる」必要があります。それが外部参照です。

2. 「外部形状へのリンクを作成」ツールの使い方

それでは、実際に外部参照を使ってみましょう。ここでは、すでに「穴の開いたプレート」があり、その上に新しいスケッチを描いている状態を想定します。

手順解説 (Step-by-Step)

1. スケッチ編集モードに入ります。
2. ツールバーの [外部形状へのリンクを作成 (External Geometry)] アイコン（青い長方形に線が繋がっているようなマーク）をクリックします。
   ※ショートカットキーは [ X ] です。
3. その状態で、背景に見えている立体の「利用したい辺（エッジ）」をクリックします。
4. クリックした辺の上に、「紫色の線（マゼンタ）」が表示されたら成功です。
5. 右クリックでツールを終了します。

この「紫色の線」が出現すれば、もうこちらのものです。この線に対して「一致拘束」で点をくっつけたり、「寸法拘束」で距離を測ったりすることができるようになります。

3. 参照線（紫色の線）と構築ジオメトリの活用

取り込んだ「紫色の線」は、通常のスケッチ線とは少し性質が異なります。

参照線の特徴

• 拘束の対象になる：点や線をくっつけることができます。
• 立体化されない：パッド（押し出し）をする際、この紫色の線自体は無視されます。あくまでガイド役です。
• 動かせない：元の立体に張り付いているため、ドラッグしても動きません。元の立体が変われば、自動的に位置が変わります。

活用例：穴の中心をとる

円のフチを外部参照すると、円の中心点も一緒に生成されます。この中心点に、新しく描く円の中心を「一致拘束」させれば、同心円（中心が同じ穴）を簡単に作ることができます。

4. 外部参照のエラー「トポロジー問題」の回避法

非常に便利な外部参照ですが、FreeCAD（に限らず多くの3D CAD）には「トポロジーネーミング問題（TNP）」という弱点があります。これを知らずに多用すると、後でエラーに悩まされることになります。

どんな問題？

外部参照した「元の形」を大幅に変更（例：角をフィレットで丸める、面取りするなど）すると、参照していた「辺」が消失したり番号が変わったりして、スケッチが「参照先が見つかりません！」とエラーを起こす現象です。

回避するための鉄則

• フィレットや面取りの「前」の形状を参照する：仕上げ加工は最後に回し、なるべく基本的な形状（パッド直後の角など）を参照しましょう。
• データム平面や基本平面を使う：可能なら、変化しやすい立体の面ではなく、絶対動かない座標軸やデータム平面を基準にします。

FreeCAD 1.0系ではこの問題への対策が進んでいますが、基本的には「不安定な形状（後で消えそうな線）には依存しない」設計を心がけるのがプロのコツです。

5. 実践：既存の穴に合わせて蓋を作る

それでは、外部参照を使って「箱にピッタリ合う蓋」を作ってみましょう。

作成ステップ

1. 箱を用意：適当な箱（ボディーA）を作っておきます。
2. 新規ボディー作成：蓋を作るために、新しいボディー（ボディーB）を作成します。
3. スケッチ作成：箱の上面を選択し、スケッチを作成します。
4. 外部参照：[外部形状へのリンクを作成] ツールで、箱の上面の「4つの辺」をクリックして取り込みます（紫色の線が出ます）。
5. スケッチ描画：[長方形] ツールで四角を描き、紫色の線（箱のフチ）の頂点に対して、四角の頂点を[一致拘束] でくっつけます。
6. 押し出し：スケッチを閉じ、[パッド] で押し出します。

これで、寸法をいちいち測らなくても、箱のサイズが変われば自動的に蓋のサイズも変わる、連動したモデルが完成しました！

5. まとめ

今回は、既存の形状を利用して設計する「外部参照」について解説しました。

• スケッチ中に[外部形状へのリンクを作成] (X) を使うと、既存の辺を参照できる。
• 取り込んだ紫色の線に拘束をかけることで、位置合わせができる。
• 元の形状が変わるとエラーになりやすいので、参照先は慎重に選ぶ。
• 部品同士の嵌合（かんごう）設計には必須の機能。

外部参照を使いこなせれば、複数の部品が組み合わさった複雑な製品もスムーズに設計できるようになります。

次回は、複数の立体を「足す」「引く」「共通部分を残す」といった操作で形状を作る「ブーリアン演算」について解説します。スケッチだけでは難しい複雑な形も、粘土細工のように直感的に作れるようになりますよ！

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「ゲームのコントローラーを作りたいけど、右と左で同じ作業を2回やるのは面倒…」
「左右対称に作ったつもりなのに、微妙にズレてしまった」
「ミラーコピーってスケッチだけじゃなくて、立体でもできるの？」

世の中の製品の多くは「左右対称（シンメトリー）」です。これを右側と左側で別々に作るのは、時間の無駄ですし、修正が入った時に両方直さなければならないため非効率です。

そこで使うのが、Part Designワークベンチの「ミラー（鏡像）」機能です。これを使えば、左半分を作るだけで、右半分は自動的に生成されます。

この記事では、作業時間を1/2にするミラー機能と、さらに高度な配置ができる「マルチ変換」について解説します。これで複雑な形状もサクサク作れるようになりますよ！

1. 左右対称なら「半分だけ作る」が鉄則

3Dモデリングには「対称なものは半分だけ作って反転させる」という鉄則があります。

メリット

• 作業時間が半分になる：片側を作るだけで完成します。
• 修正が楽になる：片側を直せば、反対側も自動的に直ります。
• データが軽くなる：同じ処理の繰り返しなので、データの管理がしやすくなります。

前回の「パターン」機能と同じく、これもコンピュータの得意分野です。人間は片側だけに集中しましょう。

2. 特徴を反転させる「ミラー」の使い方

それでは、実際に立体を反転させてみましょう。例えば、右側にだけある「突起（Pad）」を、左側にも作りたい場合の手順です。

手順解説 (Step-by-Step)

1. モデルツリーで、反転させたい「特徴（フィーチャー）」を選択します（例：PadやPocket）。
2. ツールバーの [ミラー（鏡像）] アイコン（本を開いたようなマーク）をクリックします。
3. タスクパネルで「平面」を選択します。
   • 垂直スケッチ軸 / 水平スケッチ軸：スケッチの中心線を基準にします。
   • ベース 〇〇 平面：YZ平面などを基準にします（基本はこれ）。
   • 面を選択：立体の平らな面を鏡の基準にします。
4. [OK] をクリックします。

これで、選んだ平面を「鏡」として、反対側に同じ形状が出来上がります。

💡 注意点：結合するかどうか
ミラーした結果、元の立体と重なる場合は自動的に一体化（結合）されます。離れている場合は、離れたまま作成されます（ただし、1つのボディー内での話です）。

3. ボディー全体を反転させる場合の違い

「突起だけ」ではなく、「作ったもの全部（ボディー全体）」を反転させて、左右合体させたい場合もありますよね。例えば、コントローラーの左半分を作って、それを反転させて全体を完成させるケースです。

手順解説

1. ミラーを実行する前に、モデルツリーで「反転させたい全ての特徴」を選択するか、一番最後のフィーチャー（Tip）を選択します。
2. [ミラー] ツールをクリックします。
3. 基準となる平面（例：YZ_Plane）を選択します。

これで、半分だったモデルが合体して一つになります。

💡 プロのコツ
ボディー全体を反転させるつもりなら、最初のスケッチを描くときに、端っこをきっちり「中心軸（Y軸など）」に合わせておくことが重要です。隙間が空いていると、反転したときに真ん中が割れてしまいます。

4. 自由自在な配置「マルチ変換」機能とは

FreeCADには、パターンやミラーの上位互換とも言える強力な機能「マルチ変換 (MultiTransform)」があります。

これは、「ミラーして、さらに回転させる」とか、「直線パターンで増やしたものを、円状に並べる」といった、複数の変換を一度に適用できる機能です。

使い所

例えば、放熱用の穴（ベント）を複雑なパターンで配置したい時などに役立ちます。

手順解説

1. 対象のフィーチャーを選択し、ツールバーの [マルチ変換を作成] アイコン（赤い矢印が2つあるマーク）をクリックします。
2. タスクパネルの「変換」欄で右クリックし、[直線状パターンを追加] や [鏡像（ミラー）を追加] などを選びます。
3. 追加した変換の設定（長さや角度）をそれぞれ行います。

少し上級者向けですが、これを覚えると「幾何学模様」のような複雑なデザインも簡単に作れるようになります。

5. 実践：左右対称のコントローラーのグリップ

それでは実践です。ゲームコントローラーのような持ち手をイメージして、左右対称のモデルを作ってみましょう。

作成ステップ

1. 半分を描く：XY平面にスケッチを描きます。中心線（Y軸）から左側だけに、持ち手の半分を描きます。中心線部分は必ずY軸に一致させ、閉じた図形にします。
2. 立体化：[パッド] で厚みをつけます。
3. 加工：[フィレット] で角を丸くし、[ポケット] でボタン用の穴を開けます。
4. 全選択：モデルツリーで、これまでの工程（Pad, Fillet, Pocketなど）をすべて選択します（または最後のFilletだけを選択）。
5. ミラー実行：[ミラー] ツールをクリックし、基準面として「YZ_Plane（縦の壁）」を選択します。

これで、左右対称のきれいなコントローラー形状が一瞬で完成しました！

5. まとめ

今回は、形状を反転コピーする「ミラー」と、応用機能「マルチ変換」について解説しました。

• 左右対称のモデルは「半分作ってミラー」が基本。
• [ミラー] はフィーチャー（特徴）単位で適用できる。
• ボディー全体を反転させる時は、中心線に隙間ができないように注意。
• [マルチ変換] を使えば、ミラーとパターンを組み合わせられる。

これで「繰り返しの形状（パターン）」と「対称の形状（ミラー）」をマスターしました。手作業で同じものを作る必要はもうありません。

次回は、設計の精度をさらに高めるための重要テクニック「外部参照（External Geometry）」について解説します。すでにある立体の「フチ」や「中心」を利用してスケッチを描く、実務で必須の技です。お楽しみに！

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