ズレないケース蓋の設計！FreeCADでリップ（インロー）構造を作る

「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。

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