【中学技術】材料と加工を図解で総まとめ—木材・金属・プラスチック・製図｜武蔵野個別指導塾

板目とまさ目、縦びきと横びき、キャビネット図の奥行きはなぜ半分か。テスト前に迷う境目を、例題4問と図4枚で一つずつほどいていきましょう。

よくあるのは、模試会場の入口で列に並びながら週明けの技術のテストを思い出し、折りたたんだプリントを開いて丸太の断面の図の前で止まる場面です。山形の木目は板目だったか、まさ目だったか。縦びきは板の長い方を切る刃だったか。奥行きを半分にするのは等角図か、キャビネット図か。受付の列は進むのに、同じ三つの問いが頭の中で入れかわり続けます。

「材料と加工」は語が多く見えますが、整理の軸は 3 本です。木材は繊維の向き、金属とプラスチックは力と熱への応え方、製図は見る向き。この 3 本に沿って読み直すと、材料の性質からのこぎり・かんな・やすりの使い分け、等角図・キャビネット図・第三角法の描き分けまで、テスト範囲を最初から最後まで自分の言葉で説明できるようになります。

この単元で押さえること

• 木材の 4 つの面：板目・まさ目・こぐち・こば。年輪の見え方と、繊維を断っているかどうかで見分けます。
• 木目と強さ：同じ板でも、繊維に沿う向きは強く、繊維に直角な向きは弱くなります。乾いたときの縮み方も向きで変わります。
• 金属の性質：弾性・塑性・展性・延性・加工硬化。力を加えたときの変わり方に、それぞれ名前がついています。
• プラスチックの 2 種類：熱可塑性は熱で何度でも軟らかくなり、熱硬化性は一度固まると熱で軟らかくなりません。
• 道具の使い分け：両刃のこぎりの縦びき刃と横びき刃、かんなのならい目とさか目、やすりの種類と目の細かさ。
• 製図の 3 つ：等角図は 30 度、キャビネット図は 45 度で奥行きが実長の 1/2、第三角法は正面図・平面図・右側面図。

小学校の算数で描いた見取図と、数学で学ぶ投影図の考え方がこの単元の製図につながり、ここで身につけた図の読み方は、このあとの製作品の設計や機構の図でも使います。

基本の考え方

木材は繊維の向きで読む

木材は、細長い細胞が幹の上下の向きにそろって並んだ材料で、この並びの向きを繊維方向と呼びます。割りばしが長さの向きにはすっと割れるのに、横に折ろうとすると力がいるのは、繊維が長さの向きに通っているからです。面の呼び名も、この向きと年輪の見え方で決まります。

図1のように、丸太の中心を通るように切り出した板の面には、年輪がほぼ平行な線になって現れます。これがまさ目です。中心から外れた位置で切り出した板の面には、年輪が山形や波形に現れます。これが板目です。繊維を直角に断った端の面がこぐちで、年輪の切り口がそのまま見えます。板の細長い側面で、繊維に沿っている面がこばです。

強さも向きで変わります。繊維に沿う向きに引っ張る力や押す力には強く、繊維に直角な向きには弱いのです。棚板のように両端で支えて上に物を載せる板も、支えから支えへ繊維が通っていれば折れにくく、繊維が支えと平行に並んでいると割れるように折れやすくなります。

水分が抜けると木材は縮みますが、縮み方も向きで違います。年輪に沿う向きがいちばん大きく、次に年輪を横切る向きで、繊維の向きはごくわずかです。このため板目板は、乾くと樹皮に近い側の面（木表）がへこむように反ります。まさ目板は反りが少ない一方で、1 本の丸太からとれる量が少なくなります。

木材全体の性質を見ると、軽いわりに強く、熱を伝えにくく、加工しやすい材料です。その一方で、水分で変形し、燃えやすく、腐ることがあります。節のまわりは繊維の流れが乱れて弱くなりやすい部分です。こうした弱点を補うためにつくられたのが木質材料で、薄い板の繊維の向きを交互に変えて貼り合わせた合板、板の繊維の向きをそろえて貼り合わせた集成材などがあります。

金属とプラスチックは力と熱への応え方で読む

金属は電気と熱をよく伝え、磨くと光沢が出ます。力を加えたときの変わり方には名前がついています。小さな力で変形し、力を除くと元に戻る性質が弾性です。大きな力で変形して元に戻らなくなる性質が塑性です。ゼムクリップを少し広げても戻るのが弾性、広げすぎて戻らなくなるのが塑性だと考えれば覚えられます。たたくと薄く広がる性質が展性で、アルミホイルが身近な例です。引っ張ると細く伸びる性質が延性で、銅線が例になります。針金を同じ場所で何度も折り曲げると、その部分が硬くなり、やがて折れます。この硬くなる現象が加工硬化です。

金属に別の金属などを混ぜて性質をよくしたものを合金と呼びます。鉄にクロムなどを混ぜたステンレス鋼はさびにくく、銅に亜鉛を混ぜた黄銅は加工しやすく金具などに使われます。また、少量の炭素を含む鉄である鋼は、熱してから急に冷やすと硬くなります。これを焼き入れと呼びます。

プラスチックは、軽くてさびず、電気を通しにくく、型を使って複雑な形にしやすい材料です。熱への応え方によって 2 種類に区別されます。熱可塑性プラスチックは熱で軟らかくなり、冷えると固まり、これを繰り返せます。チョコレートが溶けてまた固まるのに似ています。例はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂です。熱硬化性プラスチックは一度固まると、熱を加えても軟らかくなりません。ゆで卵が生卵に戻らないのに似ています。例はフェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂で、なべの取っ手や配線器具に使われるのは、熱を受けても軟らかくならないからです。

3 つの材料を並べると、次の表のようになります。長所と短所を入れかえた文の正誤を問う形もあるので、右の列の軸と結びつけて読んでください。

のこぎり・かんな・やすりは削り方で選ぶ

両刃のこぎりには 2 種類の刃があります。繊維に沿って切るのが縦びき刃で、のみのような形の刃先が繊維を削り取ります。繊維を断つのが横びき刃で、小刀のような形の刃先が繊維を切ります。どちらも刃先が左右に交互に振り分けられていて、これをあさりと呼びます。あさりがあると切り溝がのこ身より少し広くなり、のこ身がはさまれにくくなります。のこぎりは引くときに切れるので、力は引くときに入れます。仕上がりの寸法線の上を切ると短くなってしまうので、あとで削る分の削りしろを見込んで線を引き、刃の厚みの分を切りしろとして、線の外側（捨てる側）を切ります。

かんなは、台に差し込んだかんな身（刃）と裏金で木材を薄く削る道具です。手前に引いて使います。刃の出は、かんな身の頭を軽くたたくと増え、台がしらの両角を交互にたたくと減ります。削る向きも大切です。木目の流れに沿って刃が進むならい目（順目）ではなめらかに削れ、流れに逆らうさか目（逆目）では繊維がすくわれて表面がささくれます。削ってみてささくれたら、板の向きを反対にします。こぐちは繊維を断ちながら削るので硬く、端が欠けやすいので、当て木を添えるか、両端から中央へ向かって削ります。

やすりは押すときに削れる道具で、戻すときは力を抜きます。のこぎりとかんなが引いて使うのに対して、やすりだけ向きが逆だと覚えれば、テストで迷いません。金属には鉄工やすりを使い、材料の長い向きにまっすぐ押す直進法は仕上げに、斜めに押す斜進法は多く削るときに向きます。木材は木工やすりで形を整え、最後に紙やすり（研磨紙）を繊維に沿ってかけます。紙やすりは番号が大きいほど目が細かいので、小さい番号から大きい番号へ進めます。

材料ごとの道具は、作業の順に横へ読むと整理できます。

製図は見る向きで描き分ける

品物の形を紙に表す方法には、1 つの図で立体に見せる描き方と、向きごとに別々の図を描く描き方があります。立体に見せる描き方の代表が等角図とキャビネット図で、形は例題の図2で見比べます。

等角図は、ティッシュの箱の角を手前に向けて、少し上から見たときの姿です。水平な辺を左右とも 30 度傾け、高さの辺は垂直のまま、長さは 3 方向とも実長で描きます。キャビネット図は、箱を正面から見て少し斜めにのぞいた姿です。正面は実際の形のまま描き、奥行きだけを 45 度傾けて実長の 1/2 で描きます。奥行きをそのままの長さで描くと実際より長く見えるので、半分に縮めるのです。正面に円や複雑な形がある品物は、正面をそのまま描けるキャビネット図が向いています。

第三角法は、品物を正面・上・右から見た形を別々に描く方法です。品物の特徴がいちばんよく出る向きを正面図に選び、その上に上から見た平面図を、右に右から見た右側面図を並べます。3 つの図は寸法でつながっていて、正面図と平面図は幅が、正面図と右側面図は高さが、平面図と右側面図は奥行きが等しくなります。見える輪郭は太い実線の外形線、見えない輪郭は破線のかくれ線、中心は一点鎖線の中心線で表し、寸法は mm を単位として数字だけを書きます。

例題で解き方を確かめる

例題1（木材の面の見分け）

次の (1)〜(3) にあてはまる木材の面の名前を答えなさい。

• 1. 繊維を直角に断った端の面で、年輪の切り口が見える。
• (2) 板の細長い側面で、繊維に沿っている。
• (3) 丸太の中心を通るように切り出した板に現れ、年輪がほぼ平行な線に見える。

解き方は次の手順です。

1. 繊維を断っているかどうかを先に見ます。繊維を断つ面は 1 種類しかないので、ここで (1) はこぐちと決まります。
2. 次に面の細さを見ます。細長い側面かどうかは木目の形を見なくても判断できるので、(2) はこばと決まります。
3. 残りは木目の形で見分けます。ほぼ平行な線がまさ目、山形や波形が板目なので、(3) はまさ目です。

答え：(1) こぐち、(2) こば、(3) まさ目

例題2（刃の選び方）

長さ 900 mm、幅 180 mm の板があり、繊維は長さの向きに通っています。次の切り方では、両刃のこぎりのどちらの刃を使いますか。

• 1. 長さを半分に切り分ける。
• (2) 幅を半分に切り分けて、細長い板を 2 枚にする。

解き方は次の手順です。

1. 板の絵を簡単に描き、繊維の向きの線を入れます。向きを書いておかないと、板の長い短いに判断が引きずられるからです。
2. 1. の切る線を書き込みます。線は幅の向きに走り、繊維と直角に交わるので、繊維を断つ切り方になり、横びき刃を使います。
3. (2) の切る線を書き込みます。線は長さの向きに走り、繊維と平行なので、繊維に沿う切り方になり、縦びき刃を使います。
4. 新しくできる面で確かめます。答えが合っていれば、(1) の切り口は年輪の見えるこぐちになり、(2) の切り口は細長いこばになって、図1の面の呼び名と一致します。

答え：(1) 横びき刃、(2) 縦びき刃

例題3（図の読み取りと計算）

幅 60 mm、高さ 40 mm、奥行き 30 mm の直方体を、図2のように等角図とキャビネット図で描きます。それぞれ、奥行きの線は水平から何度傾け、何 mm の長さで描きますか。

解き方は次の手順です。

1. 図の種類から角度を決めます。角度は図の決まりそのものなので、長さより先に確かめます。等角図は 30 度、キャビネット図は 45 度です。
2. 等角図の長さを決めます。等角図は 3 方向とも実長なので、計算はいらず、奥行きの線は 30 mm です。
3. キャビネット図の長さを計算します。奥行きだけが実長の 1/2 なので、30÷2=15 で 15 mm です。
4. 残りの辺も確かめます。図2のキャビネット図は正面が実際の形なので、幅 60 mm と高さ 40 mm が水平と垂直のまま描かれます。等角図では幅 60 mm の辺も 30 度傾き、垂直なのは高さ 40 mm の辺だけです。ここを見ておくと、正面の描き方を問う設問にも答えられます。

答え：等角図は 30 度で 30 mm、キャビネット図は 45 度で 15 mm

例題4（定期テストの形）

図3の左は第三角法で描いた 3 つの図 A、B、C で、右は同じ品物の等角図です。矢印の向きから見た面を正面とし、数字の単位は mm です。

• 1. A、B、C の図の名前を答えなさい。
• (2) 品物全体の幅、高さ、奥行きを答えなさい。
• (3) C の中の横線は、品物のどこを右から見た線ですか。

解き方は次の手順です。

1. 正面図を探します。第三角法の配置は正面図を基準に決まるので、矢印の向きから見た形である B を最初に押さえます。L 字の形が等角図の正面の面と同じであることで確かめられます。
2. 配置から残りを決めます。第三角法では見た側に図を置くので、B の上にある A が平面図、B の右にある C が右側面図です。
3. 寸法を読みます。幅は正面図の横の長さで 60 mm、高さは正面図の縦の長さで 40 mm、奥行きは平面図の縦の長さで 30 mm です。C の横の長さも図の上で A の縦の長さと同じになっていて、奥行きが一致します。
4. C の横線の高さを正面図と比べます。点線をたどると、横線の高さは B の低い部分の上端と同じ 15 mm です。右から見ると、低い部分の上面が横線に重なって見えるのです。

答え：(1) A 平面図、B 正面図、C 右側面図　(2) 幅 60 mm、高さ 40 mm、奥行き 30 mm　(3) 高さ 15 mm の低い部分の上面の端

まちがえやすいところと直し方

誤り1：縦びきと横びきを板の長さで決める

• 誤った書き方：「板の長い方向に切るのが縦びき、短い方向に切るのが横びき」
• どこが違うか：基準は板の形ではなく繊維の向きです。図4の 2 枚は切る線の向きが同じでも、左の板では線が繊維を断ち、右の板では線が繊維に沿っているので、使う刃が変わります。繊維が短い辺の向きに通った板なら、長い辺の向きに切る線は繊維を断つことになり、横びき刃の出番です。
• 正しい書き方：「繊維に沿って切るのが縦びき、繊維を断つのが横びき」

誤り2：奥行きの決まりを入れかえる

• 誤った書き方：「等角図は奥行きを半分にして描く」「キャビネット図は奥行きを 30 度傾ける」
• どこが違うか：2 つの図の決まりが入れかわっています。等角図は 3 方向とも実長で、半分に縮めるのはキャビネット図の奥行きだけです。例題3の直方体なら、奥行きの線は等角図で 30 mm、キャビネット図で 15 mm となり、2 倍の差が出ます。キャビネット（戸棚）を正面から見ると扉の形はそのままで奥は少ししか見えない、と結びつければ入れかわりません。
• 正しい書き方：「等角図は 30 度で実長、キャビネット図は 45 度で実長の 1/2」

誤り3：平面図を正面図の下に置く

• 誤った書き方：「平面図は正面図の下に、右側面図は正面図の左に描く」
• どこが違うか：第三角法では見た側に図を置きます。上から見た図は上に、右から見た図は右に来ます。下や左に置く配置は第一角法という別の方法のものなので、形が合っていても第三角法の図にはなりません。
• 正しい書き方：「正面図の上に平面図、正面図の右に右側面図」。描いたあとは図3の点線のように、幅と高さが 2 つの図の間でそろっているかを確かめます。

用語のまとめ

練習問題

練習1　次の (1)〜(4) にあてはまる語を答えなさい。

• 1. 力を除くと元の形に戻る金属の性質
• (2) 同じ場所を何度も折り曲げた金属が硬くなる現象
• (3) 加熱と冷却で、軟らかくなったり固まったりを繰り返せるプラスチック
• (4) メラミン樹脂のように、一度固まると加熱しても軟らかくならないプラスチック

練習2　次の文の誤りを直しなさい。

• 1. のこぎりとやすりは、どちらも押すときに材料が削られる。
• (2) かんなは、さか目で削るとなめらかに仕上がる。
• (3) 紙やすりは、番号が小さいほど目が細かい。

練習3　キャビネット図で奥行きの線を 18 mm に描いた直方体があります。実際の奥行きは何 mm ですか。また、同じ直方体を等角図で描くとき、奥行きの線は何度傾けて何 mm で描きますか。

練習4　第三角法で描いた品物の正面図は横 50 mm、縦 30 mm、右側面図は横 25 mm、縦 30 mm でした。平面図の横と縦の長さを答えなさい。また、平面図は正面図のどちら側に描きますか。

答えと解説

練習1の答えは (1) 弾性、(2) 加工硬化、(3) 熱可塑性プラスチック、(4) 熱硬化性プラスチックです。(3) と (4) で迷ったら、溶けてまた固まるチョコレートと、生卵に戻らないゆで卵を思い出してください。

練習2は次のように直します。(1) のこぎりは引くときに切れ、やすりは押すときに削れる。(2) かんなは、ならい目で削るとなめらかに仕上がる。さか目では表面がささくれます。(3) 紙やすりは、番号が大きいほど目が細かい。

練習3の実際の奥行きは 18×2=36 で 36 mm です。等角図では 30 度傾け、実長の 36 mm で描きます。キャビネット図の線はいったん 2 倍して実長に戻し、そのあとで等角図の決まりを当てはめます。

練習4の平面図は、横が正面図の横と等しく 50 mm、縦が右側面図の横と等しく 25 mm です。描く位置は正面図の上側です。横と縦の数字をどの図から受け取るかを、図3の点線をたどるつもりで確かめてください。

次の単元へのつながりと確かめ方

ここで身につけた材料の見方と図の読み方は、製作品の設計でそのまま使います。材料を選ぶ理由を性質で説明し、構想図を等角図やキャビネット図で描き、部品の寸法を第三角法で決める流れです。四角い枠に斜めの材を入れて三角形をつくると形がくずれにくくなる、といった丈夫なつくりの考え方も、材料の強さの見方の続きにあります。

自宅での確かめは 5 分あれば足ります。まず、割りばしやまな板を手に取り、こぐち・こば・板面がどこにあたるかを声に出しながら、繊維の向きを指でなぞります。次に、ティッシュの箱を見ながら、等角図とキャビネット図と第三角法の 3 つをメモ用紙に線だけで描き、奥行きの長さが決まりどおりかを定規で測ります。

個別指導では、第三角法で止まるお子さまには算数の見取図と展開図まで戻り、箱を手に持って面の位置を確かめてから描き直します。繊維の向きで迷う場合は、割りばし 1 本の裂け方を見るところから始めます。

まとめ

語の多い単元に見えても、問われているのは「どの向きから材料を見るか」です。模試会場の列で止まった三つの問いも、繊維の線を 1 本書き足し、箱を一つ思い浮かべるだけでほどけます。のこぎりを持つ前に木目を見る人は、図面を描く前に品物の正面を選ぶ人でもあります。木は、刃を入れる前から、どの向きに裂けるかを木目に書いて待っています。