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八角形のお盆
 2006/10/20

 久々の日曜大工入門テーマをご紹介します。
 既にお気づきのように「お盆」がそのテーマですが、お盆!!と聞くと、なあん
 だそんなもの作る意味がないじゃないか?
 と思われる方が多いかもしれ
 ません。 そのようにお思いであればこの先は読んで頂かなくても一向に差し
 支えありませんが、実はこのテーマでは正八角形の枠をどうやって正確に組
 み上げるか? というのがサブテーマにあり、ここで紹介する製作テクニックは
 皆さんのアイデア次第で他にも応用可能ですし、しかも入門者でも充分取り組
 める難易度の低さ!という点にあります。

 まず製作する正八角形のお盆のイメージは左の図のようなものです。
 大きさは対面する辺の外寸が200mm、周りの高さを25mm、周りの厚みは
 5-8mm程度、そしてお盆の底の部分の厚みは5.5mmを想定しています。

 お盆の周りの枠は正八角形にしよう
 とするとその角は135度になるよう
 にしないといけません。
 ということは枠の部材は角をその半
 分の67.5度になるように切断して突
 き合わせることになります。
 (右の図参照)

 この67.5度の正確な切断と突合せ
 の接着をうまくやるのはかなりの難
 物です。
 正直言って正攻法で進めたら私自身
 もかなりの試行錯誤が必要になり、失敗してやり直しをしないとならない可能性があると思います。

実はここで一般には全く使われていない発想で簡単にこの問題を解決できる方法を最近思いつきました。 それはある読者からの質問に回答するため暫し頭を悩ませていたときに閃いた発想です。  若い方はご存知ないでしょうが、「あっと驚くタメゴロー!」の発想です。(古いねー!!)

 無駄話は別として私が考えた八角形の接合方法(角が135度になる。)の基本は左の
 図のようなものです。

 接合しようとする2本の材料の角を45度に切断します。 そしてその2本を図のような
 位置関係にして接合すれば角は135度になります。

 この方法の最大のメリットは45度切断という切断精度を確認しやすい切断方法を採用
 できるため、切断精度を飛躍的に改善できる点にあります。
 この辺りの詳細は特別情報005で解説していますが、角度誤差0.1-0.2度程度に追
 い込むことも困難ではありません。

 もうひとつのメリットは接着部分の面積の増大にあります。 三角関数を使って計算し
 てみた所接着面積は約30%増大することがわかりました。 従って接合部分の強度は
 他の条件がまったく同じであるとした場合30%増加します。

 唯一の問題点は外観かもしれません。 周りから見ると角につなぎ目がなく少し離れ
 た所にそれが見えることです。 しかしこの点については何らかの後処理でカバーでき
 ますし、完全に隠したいのであれば木口テープを貼ってしまう!という手もあります。

 いずれにせよ正攻法で67.5度に切断しようとしても切断精度を正確に確認するのは
 困難なので、ここで述べる方法のほうが遥かに精度の高い接合になりますし、45
 切断にはソーガイドまたは45度切断ジグを使えばよいので、初心者でも敷居の高い加工ではなくなります。



2006/10/27

設計と考え方のポイント

 このテーマの設計・製作上の重要な点について先ず述べます。
 正八角形の角135度)45度切断した材料で作るテクニックを先
 週解説しましたが、更に製作難易度を低くするには45度に切断した
 材料8本を左の図のように並べて接合するのが大変合理的です。

 というのはお盆を作るわけですから八角形に切断した薄い板(底板
 になる。)
に縁となる部分を貼り付けるわけですが、これらの加工で
 僅かに出てしまうかもしれない切断誤差を吸収できるのがベスト
 で、その方法として左の図の組み方のメリットが大きいです。
 その詳しい説明はちょっと後にして、汎用的な設計に使える式をま
 とめましたので、その説明を先にしておきましょう。

 図のように正方形の板(薄い黄色い部分で1辺がa)があります。
 そしてこの正方形の角4箇所を切断して対辺の距離がaである八角
 形がベージュ色の枠外側部分になります。

 このときに、

 八角形の頂点と頂点の距離b) = 1.082a
 八角形の1辺の長さ) = 0.4142a
 枠を作る板1枚の長さd) = (0.5a - t) x 0.8284 + 1.414t
 正方形から八角形を切り出す点と角の長さe) = 0.2929a

 となります。

 (以上の式は有効桁数4桁で表しており誤差0.1%程度に収まりま
 すので、充分な精度を持っていると思われます。)


 例えば対辺の距離(a)が300mmとなる正八角形のお盆で周りの
 縁の厚みt10mmとしたとき、これらの式から、八角形の頂点と
 頂点の距離は325mm、1辺の長さは124.5mm、枠を作る板の長
 さは130mm、正方形の角から88mmの点を結んだ線を切断してお
 盆の底板にすればよいことになります。(枠の下に底板べた貼り)

以上の式は今回製作するお盆のみならず正八角形を形状として持つテーマで色々応用が出来ます。

 さてここで採用しようとしている八角形の枠の組み立て方が難易度
 が低い理由を説明しておきます。

 左の図は実際に組み立てる時の考え方を表したものです。
 八角形の薄板を枠の部材に溝を彫ってそこに嵌め込んで行くと想定
 してください。 上で例として計算した数値を使いますと枠の部材の
 長さは130mmに切断することになりますが、これを若干長めにして
 おきます。 どの程度長めにすればよいかは想定される加工誤差
 や組立誤差によります。 長めにすればするほど安全度は高まりま
 すが、後の加工に手間が掛かります。

 こうしておいて底板に接着する際に、図のように枠部材の45度斜め
 部分と隣の枠の長辺部分の合わせ目に隙間が出ないよう組み立てます。 そうすると反対側は図のように長く切断した部分が飛び出ますが、これは気にすることはありません。

このように8本全ての枠部材を同様な考え方で接着し後で飛び出た部分をカンナで削ったり、替刃式ヤスリで削ってやれば、僅かな加工誤差は完全に隠れて接合部分に隙間のない物が作れます。

以上の説明でまだピンと来ない方は後ほど実際の製作の様子でご理解できると思いますのでご安心下さい。


詳細設計内容

 具体的なお盆の設計は構想時点で対辺の長さが200mmとしていたものを250mmと大きくし、
 厚みは逆に20mmと薄くしました。  前者の変更は後で解説する枠材の板取りが大変良くなる
 ことと、我が家にある他のお盆のサイズを実測した所200mmではちょっと小さすぎる気がした点
 にあります。 厚みについては何となく厚すぎる感じがしたので5mm減らした!という程度の理
 由です。 これらは絶対的な寸法ではないので好みにより変更して頂いて結構ですが、当然なが
 らその場合には他の寸法も変化しますので、前述の計算式に従って再計算してください。

 さてお盆の一辺の長さは103.5mm、最大外寸(頂点の距離)270mm、枠を構成する部材の
 長さは106.5mmと計算されましたが、最後の枠を構成する部材の長さは前述の考え方から
 108-109mm1.5-2.5mm長めにします。 八角形の底板加工後の寸法誤差が仮に+0.5mm
 以内であれば、108mmで切り出してもゆとりがありますが、+ 1mm程度の寸法誤差があるとしたら109mmにしてもギリギリ(修正可能という意味で)になるだろうと思います。

この108-109mmという値は板取りで大変効率的です。 というのはここで使う実際のムク材候補はヒノキアガチス、などだろうと思いますが、長さは900mmが標準となるでしょう。  この時8枚の部材を切り出すと、108 x 8 + 2 x 8 = 880mm、または 109 x 8 + 2 x 8 = 888mm と900mmの材料をほぼ余すことなく使うことになります。 (45度に切断するのでノコギリの切り幅を2mmと少し大きめに見ています。)

 次に加工する部材の寸法図は左のとおりです。 枠材が8枚に底板1枚の9枚が必要な部材
 ですが、その他に組み立てる際に使うジグとしてワンバイフォーを240mmに切断した物が
 1枚必要です。 これはワンバイフォーでなくても手持ちの端材でOKで、板厚は15-20mm
 程度、幅は90-99mm(これより大きな幅は不可)であれば構いません。(たまたまサイズ的
 にワンバイフォーであれば長さを240mmに切断するだけで済み作業が楽なので採用した
 だけです。)


 部材寸法図の中で赤字で示した寸法はクリチカルですので、誤差を0.5mm以内に抑える必
 要があります。 と書くと「何だそれでは難易度が高くなってしまうじゃないか!!」と感
 じる方がいるかもしれませんが、ワンバイフォー材を除き薄い板ですので、大きめに切断して
 カンナで削るという手で楽に出来ます。 従って決して難易度は高くありません。 後ほどお
 見せする製作過程の写真をご覧になれば納得できると思います。



2006/11/03

製作 1

今回のテーマの製作手順は常識的なものとかなり変わっています。 その理由は完成度を少しでも上げたいためですが、そのために製作難易度が高くなるということは決してありません。

尚前回提示した部材寸法図の中で組立ジグの長さが250mmと記入してありましたが、これは240mmの誤りです。 既に図面は修正してありますがお詫びいたします。

最初の作業はお盆の底となる部分を5.5mm厚シナ合板で作りますが、最終寸法に切り出す前に表側の塗装を済ましておきます。 そうしないと接着時に木工ボンドがはみ出したりすると隅の部分は着色できなくなり白っぽく残ってしまうためです。 手順は次のとおりです。

  1.最終寸法より10mm大き目の正方形(250mm x 250mm)を切り出します。
  2.裏側になる面に八角形を線引きしますが、周囲に切取り部分を作ります。(約5mm幅)
  3.表側を#240ペーパーで研磨してからポアステインで好みの色に着色(1時間以上乾燥)
  4.水性ウレタンニス透明クリヤーニスを塗り1時間乾燥。
  5.もう一度水性ウレタンニス透明クリヤーニスを塗って3時間放置。
  6.線引きした正方形に沿って1mm程大きめに(外側を)切断。
  7.カンナで直角を出しながらドンピシャ寸法に追い込みます。
  8.4箇所の角を1mm程大きめに(外側を)切断。
  9.カンナで直角を出しながらドンピシャ寸法に追い込む。


最終寸法に切り出す前に着色し塗装してしまいますが、こうすることにより接着時に隅にはみ出た木工ボンドを上手く拭き取れなくても着色斑が出ることはなくなります。 また最初に塗装してから切断するのは切り口がステインやニスで汚れ接着しにくくなるのを避けるためです。 裏面は後で塗装します。

面倒と考えずに必ずこの手順で加工してください。 最初に正確に線引きしてあれば誰でもこの手順で正確な八角形になるはずです。 また5.5mm厚の板の切断は切断面が直角になっているかどうかの確認はしにくいものですが、この直角度は接着時に隙間なく接着できるかどうか?(これが接着強度に影響します。)に拘わるので、カンナで寸法調整をしながら直角度を出すことは不可欠です。 カンナで成形といっても板厚が5.5mmしかありませんから初心者でも難しいことは全くないでしょう。

以上の様子は以下の写真も参考にしてください。

最終寸法より大きめ(ここでは約10mmずつ大きい正方形)に切り出した5.5mmシナ合板の裏面に正方形と八角形の線引きをします。 この線引きの精度はかなり重要です。

表面に水で2倍に薄めたポアステインを3回塗りとして好みの濃度に仕上げました。 ここで使っている色はオーク色です。 最終塗装後1時間以上乾燥させます。

その上に水性ウレタンニス透明クリヤーを2回塗りしました。 2回目は1時間後にしその後3時間乾燥させてから次の作業(切断)にに入ります。

線引きした最外周(正方形)に沿ってご覧のように若干大きめ0.5-1mm位)に切断します。

カンナでドンピシャ寸法になるよう削りながら直角出しもします。 このやり方の詳しくはこちらの最後の方で解説しています。

2つの矢印の先の線は線引きどおりのドンピシャになっています。 この後下に見える角の部分を切断します。

切断方法はやはりこのように線の少し外側としてその後でカンナで削りドンピシャ寸法となるようにします。 その後替刃式ヤスリで軽く切断面のバリを取ります。

切り出し終えた八角形のお盆の底板。 各辺の長さが99.5-100mmの間に入っていれば極めて正確に加工できたことになります。 ここまでの作業で完成度の70%以上は決まります。 薄い板の加工ですから切断、カンナ掛けともに力技がいるわけでもなく慎重に進めさえすれば精度の高い加工は容易です。


塗装について補足

ここでは水性ウレタンニスを使いましたが一般に良く見かける水性ニスは殆どがアクリルが主成分でお奨めできません。 
というのはお盆ですから耐熱性能が良くなくては意味ありませんし、擦れや防水性能も必要です。 それら全てで満足できるのがウレタンニスで特に耐熱特性は120-130℃ありますので、熱湯にも耐えられます。 一方アクリル系ですと60-70℃程度の耐熱性能ですので不十分、他の物理性能も良くありません。

油性ウレタンニスでも同様の耐熱特性や優れた物理特性を持っていますからお奨めできますが、乾燥時間が長いのでその分作業時間は余計に掛かります。 油性・水性何れのウレタンニスもmini-Shopで販売しています。





2006/11/10

製作 2

枠を構成する8本の棒は両端を45度に切断して上から見ると台形になりますが、この45度切断は45度切断ジグかソーガイドを使えば簡単です。 ここではソーガイドを使って切断しましたが、ガイドを水平方向に45度回転させた状態で垂直に切断する45度切断モードでやりました。 45度斜め切断でも構いませんが感覚的に切断しにくいと思います。 尚切断角度は正確に45度になるよう微調整が必要ですが、その方法は特別配布情報005で詳しく解説していますので、mini-Shopでソーガイドをお求めの方はそちらを参考にしてください。

45度に両端を切断した枠材8枚は内側となる面だけは着色しておきますが、その面の下のほうは接着するためマスキングテープで下5mm幅を覆ってから着色します。 5mmとしたのは底板の板厚が5.5mmですので未着色部分が接着後見えないようにする為ですので正確にテープを貼らないとなりません。 着色は底板と同様で2倍に薄めて3回塗りとしました。

 ステインが完全に乾燥したらいよいよ接着ですが、確実な接着(隙間が出な
 い)
のためにワンバイフォー材で作った接着補助のジグを、接着する底板の縁
 と面一になるよう調整してクランプで底板とジグを挟んで締め上げます。
 この補助ジグは接着面の幅が5.5mmしかなくぐらついたり直角にならなかった
 りしやすいのを防ぐ目的で使っています。

 尚この接着補助のジグの角はヤスリで少し削っておきます。 これは万が一
 はみ出た接着剤がジグにくっ付かないようにしたいためです。  その辺りは左
 の図と後ほどお見せする写真でご理解ください。

 面倒なやり方をするなー!と思われる方がおられるかもしれませんが、この
 ようなやり方をしないと不完全な接着になり簡単に接着部分が剥がれたり直
 角に接着できなかったりします。

 正しく接着し本来の接着力を得るには接着部分に隙間がなく実用硬化まで圧
 着保持をすることが基本であり、それを守ったやり方をしているだけです。

 接着した枠板は最低2時間は圧着保持する必要がありますが(完全硬化まで
 は12時間)
、その方法として紐で縛ってやる方法とハタ金を使う方法がありま
 す。 後者のほうが作業性が良く圧着力の微妙な調整が簡単に出来ますから
 小型のデリケートな接着をする工作が多い方には購入をお奨めします。

枠の接着が終わりましたら裏の底板と枠板の間の僅かな段差とはみ出ている接着剤を#120ペーパーを付けたハンドサンダーで削り取り、段差が無くなったら#240以上に変えて仕上げ研磨します。 それと枠と枠の接合部分にある段差を替刃式ヤスリで慎重に削り取りこれも段差が無くなったら#240以上のペーパーをハンドサンダーに取り付けて仕上げ研磨します。 最後に枠の上面の段差を替刃式ヤスリで削り取りこれまた#240以上のペーパーを付けたハンドサンダーで仕上げ研磨します。 角の成形(面取り)はお好みでやってください。

ここまで出来たら残るは塗装ですが、裏面側面、枠の上面などをステインで着色してから水性ウレタンニスを塗りますが、塗り回数は2回以上としておきましょう。

別なテーマで塗装のやり方に触れていますので詳細は省きますが因みに私は透明クリヤーを4回塗りし最後に内側部分だけに艶消しクリヤー1回塗りの計5回塗りとしています。 塗り回数が多いのは水性ニスは肉載りが油性ほど良くないためです。 水性ニスで肉載りを稼ぐにはサンディングシーラーを使う手もありますが、サンディングシーラーの成分はアクリル樹脂系で熱には強くないためこの場合適当ではないと考え塗り回数を多くして肉厚を稼いでいます。

ソーガイドはガイド部分を水平に45度回転した、45度切断モードで切断します。 本番に入る前に正確な45度になるよう微調整が必要です。

所定の寸法に切断した8本の枠材。 この写真の上面が外側になります。

内側になる面(長い方)#240ペーパーで研磨後接着される部分となる幅5mmをマスキングテープで覆ってやります。

そしてポアステイン3回塗りで着色しますが、内側になる面だけとします。 マスキングテープを貼って着色していない部分が判ると思います。

ワンバイフォー材を切断した接着補助のジグは先端の角を少し削っておきます。 これは接着材の付着防止です。

接着補助ジグをこのようにクランプ2個で底板に固定します。 矢印方向から見た具合は次の写真のようにします。

接着補助のジグと底板の切り口は面一になるようにします。 尚ジグの角を削った部分はこのような位置になるようにします。

木工ボンドを塗って枠を貼ったら紐をこのように巻きつけて圧着保持します。(ハタ金を使えれば作業性良く完璧な圧着保持が可能。)

こちらはハタ金式の接着ですが、枠板の接着位置(枠板は底板よりほんの僅か突出。 枠板の片方の斜めの線は底板の隣の辺の線と一致。)に充分注意します。

左の写真の枠板の左側(突出部分)に別な枠板を当てるとこのように僅かに突出するはずでこれが正常です。

上の写真の右下矢印部分を横からクローズアップした写真で、空色の両矢印の繋ぎ目に段差があってはfなりません。 また底板より枠板が僅か突出しているのが(赤矢印)判ります。

2時間経って実用強度に達したので圧着保持を解いて撮影しました。 底板と枠の隅の部分にはごく僅かな木工ボンドの滲みが認められますが、予め着色してありますので問題ありません。  同様に次の枠材を貼り付けてゆきます。

これは圧着保持を紐ではなくハタ金を使った時の様子です。 (今週撮影に使っているカメラはカラーバランスが悪くこの写真と次の写真は特に奇妙な発色になっています。)

位置を変えて撮影しました。 この圧着方法を使えればより完璧で確実な圧着保持が可能です。

ここからカメラを変えました。 ハンドサンダーに#120ペーパーを付けて底板と枠の接合面の段差を取り、#240#400とペーパーを替えて仕上げ研磨しました。

接合面のクローズアップ。 指先で触っても段差は全く無くなっています。 またはみ出た木工ボンドを完全に削り取れていることも重要です。

枠の接合部分の突出はまず替刃式ヤスリで突出を完全に削り取った後にハンドサンダーで#240#400ペーパーによる仕上げ研磨をします。

枠の上面は#120ペーパーで接合部分の段差を取った後に#240#400とペーパーを替えて仕上げ研磨します。 このあと好みにより面取りをして研磨は終了です。

濡れ雑巾で仕上げ研磨屑を完全に拭きとって乾燥させた後にポアステインで着色しました。 前と同様水で2倍に薄めた物を3回塗りしています。

裏面の角のクローズアップ。 接合面に白っぽい着色できない部分があったとしたらそれは木工ボンドが残っています。 これは無論完璧にボンドは削り取られている例です。

実は着色とこの後のニス塗りの作業性を良くするためこんな即席のハンドルを作り両面接着テープで表側の底に貼り付けています。 お盆の底部分だけ先に2回塗りした理由のひとつです。

角の部分外側のクローズアップ。 こちらもはみ出た木工ボンドは完全に削り取られて残っていません。

角の部分の内側のクローズアップです。 枠の内側は着色済みだったのですが底板の切り口が白い線になって見えていたので、1回だけステインを塗り消しこんでいます。

水性ウレタンニス透明クリヤーを4回塗り最後に内面は艶消しクリヤーを1回塗って完成した八角形のお盆。 重ね塗りの前には#400-#600の空研ぎペーパーで塗面をならしています。 色味と模様が何となく桜の皮を貼ったようでなかなか重厚な感じがするように思います。

艶消しニスを塗った内面は反射もニブーイ感じになっています。 内面のみ艶消しとしたのは傷が付いても目立たないようにとの配慮?です。

側面と裏面は艶が充分にあります。 ピントが外れているので良く判りませんが、文字などが反射でよく読めます。

木目が良く見えるよう反射を抑えて撮影した底面。 枠板の貼り合わせがきちっと出来ているのが判るでしょう。

接着が隙間無くやられていることとウレタンニス5回塗りで木部は完全に保護され、汚れたら水洗いもOKです。

最後に

小型の作品であり材料費にそれほど掛かりませんから、万が一失敗しても損害は少ないでしょう。 難易度は高くありませんが、ひとつひとつ丁寧な作業をし最後はきっちりと塗装も済ます練習として恰好のテーマだと思います。
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