ドリルガイドを作ってみた

◆2019.05.07加筆

DMM.makeを利用してドリルガイドを作ってみました。
設計は「FreeCAD」Mac版を使いました。
何度も試行錯誤を繰り返しながら、何度か試作品を3Dプリントしては、
設計を見直し、やっと落ち着いたかと思います。

今現在では、
径4.5mm用「ver.1.0.6」
径3.5mm用「ver.1.0.3」
径2.5mm用「ver.1.0.4」を『アトリエ・トリガ DMM支店』で販売しています。

＜ドリルガイドとはなんぞや＞

「ドリルガイド」とは、
ドリルで穴を空ける際に垂直になるようにする「治具」です。
専門家なら、目と手先の間隔だけで垂直にできるのでしょうけれど、
素人にはなかなか難しい作業です。
単に材料を固定するだけなら、少々斜めになっても影響はないのですが、
可動部の芯になる部分や、細い材料に穴を開ける場合は、
そういうわけにもいきません。
精密にとまでは言わなくとも、出来上がりに影響が出ない程度には、
垂直に穴を通さないといけない場合があります。

垂直に穴を開ける工具の代表格と言えば「ボール盤」なのですが、
この「ボール盤」という機材は、小型で安くても1万円以上します。
ある程度取り回しの良い大きさのものになれば、何万円もしてしまいます。

そこで、もっと簡易な道具で、おおよそ垂直に穴をあけられないか、
という需要に応えるべく市場に出回っているのが「ドリルガイド」です。
ですが、この「ドリルガイド」、イマイチよろしくないんですよね。
大きく分類すると二通りあります。
通常手に持って使う電動ドリルを使うのは同じなのですが、
本体側を固定するタイプと、ドリルの刃にあてがうタイプとがあります。
前者のタイプは、
どの機種でも合うわけではなく、使える組み合わせが決まっている上に、
価格が高めです。(それでもボール盤よりは安いが)
後者のタイプは、
ドリルの刃の直径に合う「駒」でないと使えないので、汎用性に乏しいのです。
実際、私は、2.5mmと3.5mmが欲しかったのですが、
製造販売されていないようで、見つかりませんでした。

＜無ければ作ろうDIY＞

そう。ここで、「Do It Yourself!」の精神ですよ。
幸い、3DCADは若干は使えていましたから、それでデータを設計して、
DMM.makeのようなサービスを利用して、3Dプリントしてやれば、
欲しいサイズの「ドリルガイド」が手に入るわけです。

一応、先駆者が居ないか、検索を掛けてみましたが、
DMMのクリエイターズマーケットには、ヒットする商品がありませんでした。
ならば。とやる気満々で設計をして3Dデータをアップロードし、
試作品を作って(購入して)みたのですが、上手くいかないのです。

＜3Dプリントには誤差や癖がある＞

何度か作り直してみて確信したのですが、3Dプリントには誤差や癖があり、
コンピュータ上で設計した通りの精密なものを出力することが、
まだできないようなのです。

最初に自作した「ドリルガイド」は、寝かせた向きで作りました。
すると、ドリルの刃を通す穴が、
円にならずに下になっている側が僅かに盛り上がっているのです。
丁度、アルファベットの「D」を左に倒したような形でしょうか。
これでは、商品になりません。
(上手く作れたらクリエイターズマーケットで出品したいと考えている)
次に、自作した「ドリルガイド」は、立てた向きで作りました。
すると、前回のようにはならなかったのですが、
微妙に真円ではなく楕円に見えるのです。
ここで、私はしばし悩むことになります。
私は乱視も入っていて、目はよくありません。
目の錯覚かとも思い、何か確かめる方法は無いかと考えているうちに、
ふと気付きます。
「もし、3Dプリンターに誤差があって、楕円になっているのだとしたら、
縦か横の外寸の長さが微妙に違うはずだ」と。
そして、測ってみると、確かにほんの極僅か、コンマ何mmか違うのです。
「やっぱり」と思うのもつかの間。
楕円になっているなら、どちらかが伸びているか縮んでいるはずなのですが、
その方向と、外寸の誤差との辻褄が合いませんでした。
悩みつつも、色々と測っていた時に、
一緒に注文(購入)した、「M字ブロック」の肉抜きの穴に目が行きます。
やはり、その穴も真円で設計してあったのに、微妙に楕円に見えるのです。
そこで、「M字ブロック」の肉抜きの同じ大きさの穴を垂直に合わせて、
そこを軸に90度にずらして覗き込んでみました。
よくみないとわからない程度にですが、やっぱり楕円になっているのでした。
上の穴から覗く、下の穴の縁が、左右のほうが幅が若干太いのです。
同じ大きさの真円同士を垂直に重ねたのであれば、どの方向も同じ幅になる筈です。
これで、革新した私は、DMMに問い合わせ、
どうにかならないものかと相談しました。
すると、ナイロンの場合(素材による)、ヘッドが往復でプリントするのだそうです。
これを一方向だけにするオプションがあるらしく、それを選択すれば、
誤差は小さくなるので、真円になるかもしれないとの事でした。
ただし、そのオプションを選択すると、価格が1.5倍になってしまうとの事。
それでは、現実的でなくなってしまいます。
また、確かに誤差があって楕円になっている事を認めつつも、
これはDMMの社内規定の範囲なので、これ以上の精度は上げられないのだそうです。

＜ドリルガイドは消耗品＞

「マイターボックス」と呼ばれる鋸ガイドもそうですが、
「ドリルガイド」は、ある程度の摩擦強度がある素材でできていないと、
少しずつ消耗していき、やがて精度は落ちていきます。
だからと言って、強靭な素材を使えば高価になってしまい、
「ボール盤」と同等か、それ以上になってしまいます。
ここは、「ドリルガイド」は、「消耗品」であると割り切って、
使用頻度が少ない人向けの商品なのだと位置付ける事にしました。
すると、安い素材を使えるので、価格も低く抑える事ができます。

＜私のドリルガイドは「ならし」が必要＞

さて、先の誤差と癖のところで、
真円の筈が楕円になってしまう問題が片付いていません。
現行では、そのままドリルの刃が通る筈の設計をしているのですが、
僅かに潰れているのでしょう。
そのままでは、ドリルの刃がギリギリ通らない感触です。
今のまま、穴にスムーズに通るように設計し直すと、
楕円の長手方向の「遊び」が大きくなってしまうので、
「ドリルガイド」としては致命的です。
なので、敢えてそのままにしておき、「ならし」が必要なものとすれば、
無駄な「遊び」を避けられます。
同時に、「ドリルガイド」自体が「僅かずつ削れるものなのだ」という認識を
購入者に持ってもらうことができます。
何度も使って精度が落ちてきたと感じたら、新調してもらえるというわけです。

＜素材の選び方＞

• この「ドリルガイド」は、
  穴を空けたい素材に先にセンターポンチなどで位置決めをしておき、
  ドリル刃に一旦「ドリルガイド」を通してから、突き出したドリル刃の先を
  その位置にあてがいズレないように押さえたまま、
  「ドリルガイド」の台座部分を素材に押し付ける事によって、
  ドリル刃を垂直を保つ使い方をします。
  なので、素材は透明度が全く無いものでも実用になります。
• 透明度のある素材を使うと、位置決めにドリル刃の先端を合わせ易いのですが、
  値段がやや高めになってしまいます。
• 一番安いのは、恐らく「ナイロン」の「ナチュラル」でしょう。
  時々、素材によっては割引セールをやっているので、
  必ずしも一番安いとは限りませんが。
  「ならし」がし易い反面、消耗も早いでしょう。
  使用頻度が少ない方にお薦めです。
• 金属類の素材を使えば、消耗は遅くできますが、「ならし」がし辛くなるでしょう。
  また、価格が高くなってしまうので、あまりお勧めできません。
• 全ての素材を、設計者である私が試していないので、
  これ以上の事はお問い合わせいただいても分かりません。
• もし素材について詳しく検討したい場合は、
  DMM.makeの「選べる素材一覧」を参照して下さい。

＜刻印を読みやすくする＞

• 使うドリル刃の直径と製品のバージョン、ガイドの長さといった
  仕様を刻印してあるのですが、小さくて読み辛いと思います。
  そこで、これを読みやすくします。
  プラモデルなんかを作る人はご存知だと思いますが「スミ入れ」という技法です。
  1. 使うものは、エナメル系塗料と、そのうすめ液、それから極細の筆です。
     空の容器にエナメル塗料をちょっとだけ入れて、うすめ液で薄めます。
     2倍〜5倍程度でいいかと思います。
     お好みでどうぞ。これでスミ入れ塗料が出来ます。
     最近は、「スミ入れ塗料」という専用のものも売っていますので、
     それを買えば手間が省けます。
  2. 筆にスミ入れ塗料を含ませて、筆先で刻印の上に「ちょん」と触れると
     毛細管現象で、隙間に浸透していきます。
     それを何度か繰り返して、刻印全てに塗料を入れます。
     この時、刻印の外にも少し塗料が付いてしまいますが、
     後で取り除くので気にしなくて構いません。
  3. エナメル系塗料は、割とすぐ乾くのですが、念の為
     完全に乾燥させる為に、1時間くらい放置しておきましょうか。
  4. 塗料が乾燥したら、余分な塗料(汚れ)を取り除きます。
     これには二通りのやり方があります。
     1. うすめ液で拭き取ってやる方法。
        これは、素材の表面が平滑で浸透性のないものの場合にしか使えません。 綿棒の先などにうすめ液を染み込ませ、そっと拭き取ってやります。
        この時、外側から刻印の溝に掃き込むような方向に動かしてやるのが
        コツです。
        もし、エナメル系のうすめ液で塗料が溶けない場合は仕方ないので、
        より強いラッカー系のうすめ液を使ってください。
     2. 研磨紙で削り取る方法。
        これは、素材の表面がザラザラと細かい起伏があったり、
        浸透性が僅かにあったりする場合に使える方法です。
        (浸透性が高いと使えない)
        アテゴムなどと共に使って、表面を平らに削ってやります。
        すると、表面の塗料が付いた部分が削れて、地が出てきます。
        ただし、この方法は、削った粉が刻印の溝に入り込むため、
        別途、エアダスターなどが必要になります。
        エアダスターなどで、溝に入り込んだ粉を吹き飛ばしてやるのです。
        

＜バージョンの推移＞

大まかに、バージョンの推移を掲載します。

• ver.α
  • 取り敢えず、頭の中のイメージをざっとラフに、「FreeCAD」Mac版上に書き出してみた。
• ver.β（ver.1.0）
  • 長さの違う二つを一組にする。(30mmと20mm)
  • いずれクリエイターズマーケットで出品する事を考慮に入れて、
    コストを考慮に入れた向きと配置で設計し直す。
  • この時点で、最安の素材「ナイロン」の強度が分からないため、
    試験的に台座部分を厚み5mmで設計する。
• ver.1.0.1
  • 思っていたより強度があるようなので、台座部分を3mmに薄くする。
  • 各所の面取りをする。
  • 仕様の刻印を1mmに深くする。
  • 仕様の刻印の文字高さを0.6mmに低くする。
• ver.1.0.2（ロストナンバー）
  • 仕様刻印を大きくするために試行錯誤を繰り返した。
• ver.1.0.3（径3.5mm用現行モデル）
  • 仕様刻印をガイド筒部側面に移動する。
  • 仕様刻印の文字高さを1mmに大きくする。
  • 仕様刻印を彫りやすくするために平らなプレート状を付ける。
• ver.1.0.4（径2.5mm用現行モデル）
  • 仕様刻印の大きさを0.6mmから1.8mmにする事によって、
    文字の潰れを回避し、読みやすくした。
  • ※設計ミス有り。
    セットの長さ30mmの方の台座部分の角を取り忘れている。
    (面取りはしてある)
• ver.1.0.5
  • ver.1.0.4の設計ミスを修正した。(台座部分の角を丸めた)
  • 面取りの忘れ箇所があった。
• ver.1.0.6
  • ver.1.0.5の面取りの忘れ箇所を修正。
  • 仕様刻印の文字の太さを、より太くし潰れを回避した。

＜クリエイターズマーケットに出品＞

と、いうわけで、
DMM内のクリエイターズマーケットに出店する事になりました。
『アトリエ・トリガ DMM支店』で、私の作った、簡易型の「ドリルガイド」が
お買い求めできます。
出品されていないサイズの要望などがございましたら、
こちらのサイトのメールフォームより、ご連絡を下さい。
(DMMのチェック・審査・製造工程に何日か掛かるため、お手元に届くまでには2週間〜3週間ほど、素材によってはもっと掛かってしまいます)

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