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積み木
2008/02/22

構想

 私の最初に生まれた孫は1歳を過ぎ、2番目が6ケ月を過ぎたところです。  彼らに積み木を与え
 るのはまだちょっと早いですが、赤ん坊の成長は早く私の都合に合わせてはくれませんので製作
 に取り掛かることにしました。  積み木の製作は簡単なようで意外にも難しい部分があります。
 それは市販の積み木の大半はブナやナラというやや硬い材料を使った物が殆どですが、これらは
 アマチュアにとって入手しにくい材料である点です。  また積み木としての基本寸法やモジュー
 ルをどうするかも結構頭を悩ませます。 これの決め方により切断や寸法出しの難易度が大幅に
 変化してしまいます。  私の解決策は市販されている材料に合わせてそれらの寸法を決めてし
 まおう! というものですので、出来上がる物は市販品とは若干趣が異なりますが、
 「徹底的に手抜きした積み木の製作!」という、私のひとつの回答です。

全体をまとめるまでの私のアプローチの概略については以下のとおりです。

1.材料と各ブロックの寸法
入手可能な材料に合わせて製作する!という発想から、どんな材料が販売されているのかを数件のホームセンターを周って調べ上げました。 ホームセンターにより置いてある木材は微妙に異なりますが、30 x 30mmの角材と15 x 15mmの角材が目に止まりました。(残念ながら断面が15 x 30mmの材料は見つかりませんでした。) 前者はスプルース、後者はヒノキと材質は異なりますが、着色してしまうとそれらの木目の差は判らなくなってしまうでしょう。  持参したノギスで実寸法を測ってみたところ30.1-30.4mm程度となかなか精度が良く加工されており、表面は綺麗にカンナ掛けしてあります。  また30φの丸棒も目に止まりこちらは米ヒバでして木目は細かく余り目立たない類の物です。 尚直径の実寸は29.7-29.9mmと若干小さめでした。

これらの材料を元にして積み木を構成するブロックを基準寸法として30mmとしその整数倍で7種類。 また基準寸法の1/2の15mmを使ったブロックを2種類考えました。 それらの一覧は、

ブロック寸法材質個数コメント
30 x 15 x 60mmヒノキ615 x 15mmの棒を2枚貼り合せて切断
30 x 15 x 120mmヒノキ615 x 15mmの棒を2枚貼り合せて切断
30 x 30 x 30mmスプルース9 
30 x 30 x 60mmスプルース7 
30 x 30 x 90mmスプルース6 
30 x 30 x 120mmスプルース6 
42.5 x 42.5 x 60 x 30mmスプルース82等辺三角形
30φ x 30mm米ヒバ2丸棒
30φ x 90mm米ヒバ4丸棒

1セット分54ピースですから、市販品に比較して多いほうでも少ない方でもありません。 基本寸法が30mmとしていますから少し大きめだろうと思われますが、最初に触れる物ですから飲み込んでしまわないためにも手頃な寸法ではないかと勝手に想像しています。 1番目と2番目のブロックは15 x 15mmの棒を2本貼り合せてやる必要がありますが、残る加工作業はひたすら切断するだけ!という簡単な工程になります。 この部分は大変重要で、例えばブロックの寸法出しのためにカンナやヤスリで削って調整する必要が出てくると、とても日曜大工入門のテーマにはならなくなってしまうからです。
以上を切り出すために購入した材料は、
30 x 30 x 1820mmスプルース3本
15 x 15 x 1200mmヒノキ4本
30φ x 910mm米ヒバ1本
で、合計約\3,500.-です。 冒頭に述べているように2セット分の材料を購入していますので、1セット分は\1,750.-で後の塗装代やケースを作る費用を入れても\2,500 - \3,000といった所でしょうか? 完成品の積み木よりも大幅安になります。


2.収納ケース
上記52ピースのブロックを1段で収めるケースを考えてみました。 右の図がそれですが全体の大きさは
約240 x 480 x 50mmとなります。 大きすぎることは無いと思われますが、正方形に近い方が良いのか、
単純なケースではなく車輪を付けるなどひとひねり・ふたひねりしたほうが良いか正直言ってまだ迷って
いる部分がありますので、まだ最終的ではありません。
尚図中の色分けは各ブロックの数を確認する目的でしたもので、実際の色とは無関係です。

3.塗装について
幼児が使うおもちゃですからしゃぶってしまう可能性は十分にあります。 余り濃くない色付けをポアステ
インで着色しようと考えていますが、その上に食品衛生法に適合した安全性の高いmini-Shopで販売し
ている水性ウレタンニスの3回塗りで安全性を確保しようと考えています。 着色タイプニスの使用も考え
られますが、色の種類となるとポアステインが出せる色の広範囲さには適わないでしょう。

以上が構想のあらましですが、市販の積み木とあきらかに違うのは材質で、スプルース、ヒノキ、米ヒバ何れも柔らかい材料です。 従って傷や凹みの付きやすさはブナやナラを使ったときと比べものになりませんが、こればっかりは入手性が悪い以上どうにもなりません。  但し切断、研磨も容易ですから作り易いとは言えます。

製作詳細

15 x 15mmの棒2本を貼った上で、30 x 30mmの棒及び30φの丸棒を所定の長さに切断してやるだけで出来上がりですが、完成度を上げるには2つの拘りを必要とします。

その第一は寸法精度です。 仕上げカンナが掛かっている材料ですが、寸法精度はノギスで測定したところ角材は+0.1mm〜+0.4mm大きく、丸棒は公称30φに対し実寸が29.2mm〜29.7mmとやや小さいことが判りました。 私自身これは大変ラッキーだと考えており、これを元に切断寸法誤差は+0.0mm〜+0.5mmを目標としました。(正にぶった切るだけ!となります。)  ちょっと油断するとこの寸法誤差範囲を超えてしまいますので切断開始前のノコギリの刃を当てる位置の調整は慎重にやらねばなりませんが、0.5mm以内というのはシャープペンの芯の太さ以内ですから決して緊張状態を保たなければ出来ない技ではありません。 

もうひとつは棒材切断時の直角精度です。 これが狂っているとブロックを沢山積み上げた際に垂直に立たなくなってしまいます。 そこで今回はソーガイドを調整して十分な直角精度を確認した上で切断に入りました。 ソーガイド無しでの手引き切断、電動ジグソーによる切断、電動丸ノコによる切断などは、ソーガイドを使ったときに比べると遥かに直角精度が低下してしまうでしょう。 切断後直角度をヤスリで削って出すのも無理だと思います。 また一部の2等辺三角形8個の切出しには45度切断が必要になります。 そこでもソーガイドを使っての切断で処理します。 これらソーガイドの直角度調整方法は「裏技情報 No.5」で解説しているとおりの方法で出来ます。

以上の2点が満足するかどうかで積み木として使えるか? それともサイズばらばらの木の塊の集団になってしまうか? の分かれ道になるでしょう。

肝心な製作上のポイントは以上ですが、私の場合切断には現在テスト中の精密切断用ノコギリを使いました。 このノコギリはどちらかと言うと上級者用であり日曜大工入門としてのこのテーマに相応しい道具ではありませんが、綺麗な切断面で威力を発揮できる筈ですので試用してみました。  最もポピュラーに使っている翔265との比較において切断精度そのものに影響が出るわけではありませんから、本テーマに絶対必要な道具だと考えないようお願いいたします。

上記の解説に以下の写真とコメントで更にご理解ください。


 本テーマ製作の必須道具ではありませんが、楽な仕上がり作業を期待しテスト使用した精密加工用ノコギリについての
 説明を少々しておきます。 詳しくは「ひとりごと」にて触れていますのでそちらをご覧下さい。



私が常用している左から翔265、翔250ですが、現在テスト中の精密切断用ノコギリ(一番右)を今回使いました。 寸法精度の点では一番左の翔265でも全く問題なく作業できます。

テストしたノコギリには「背金のないどうつきドウツキ」、「六寸の粋な奴」と入っています。 精密切断用で精巧に出来ておりますが初心者にはどうかな?

併用するソーガイドはそのままでは隙間が大きすぎるので隙間の板(手前)を外し替わりに4枚折りしたコピー用紙(約0.4mm)を挟みました。


ここから本テーマの加工作業の本番です。 ノコギリのことについては暫しお忘れを!



本番に入る前の晩に2本の15 x 15mmの棒を貼りあわせました。 無論これは貼りあわせる前の状態です。

木工ボンドで貼り合せ後別な棒2本の間に挟んでバクマクランプ計6本で圧着保持。 このまま一番寝かします。

翌朝接合部分にある僅かな段差とはみ出た接着剤を替刃式ヤスリM-20GPで削り落としました。 これで切断開始できます。

30 x 30mmの角材を30mmの長さで切断中です。 尚2方向の切断直角度は事前に十分な調整をしてあります。

丸棒を切断する際には丸棒とソーガイドの間に30 x 30mmの角棒を挟んで直角切断に狂いが出ないようにしてやります。

断面15 x 30の棒も同じように30 x 30の棒をソーガイドとの間に挟んで切断しました。

全ての直角切断が終わったら2等辺三角形の切出しです。 このためにはソーガイドのガイド部分を水平方向に45度回転させて固定します。 無論切断角度が45度となるよう念入りな調整が必要です。

30 x 30mmの角棒から2等辺三角形を切断中。 1回目の切断後材料を180度回転させて斜辺が60mmになるよう切断すれば出来上がります。

切り出しが完了した全ブロック54個です。 私は2セット作らないとなりませんから2倍の108個切断していますが、数が多すぎるので1セット分のみお見せしています。 切断寸法誤差は0.5mm以内に収まっているようです。 2セット分で1日掛かりましたが残る作業は仕上げ研磨そして塗装です。





2008/02/29

仕上げ研磨と塗装

仕上げ研磨に付いては、購入した材料はカンナで綺麗に削られていたので切断面の研磨だけで済ますことにしました。 本当は全ての面の研磨をした方が良いのですが、切断面には沢山の導水管があり、特に柔らかくて木目が粗く強めに出ている木材の場合いくら研磨しても滑らかさが不十分になり着色や塗装で問題になりやすいので、全体のバランスを取る手抜きのひとつとしています。 また後述するように全てを研磨し出したらとんでもない所要時間が掛かってしまうという理由もあります。  切断面の研磨だけといってもこれをいい加減に済ましてはなりません。 少なくともノコギリの目が消えて表面が平らになるまではきちんと研磨したいところです。

その研磨方法は通常の研磨とは反対にしています。 つまり研磨する材料を動かして研磨する道具は固定します。 具体的には研磨する道具としてはサンドペーパー(#240)を平らな板に貼り付けたものとしています。 その上に研磨する材料を載せて材料の研磨面に近いところを指で挟み前後に動かします。 この時に大事なことは研磨する面全体が常にサンドペーパーに当たっているようにすることで、これを守らないと直角度が狂ってきます。  また研磨によって寸法に狂いを調整しようなんてことは考えない方が良いでしょう。  そうする必要があるならばもう一材料をきり直したほうが早くて確実です。

この作業は想像以上に時間が掛かります。 私の場合1セット分54個の切り出した材料の切断面の研磨と面取り作業だけで丸一日を費やしてしまいました。  従ってもう1セット分の仕上げと塗装作業は後日ということにしました。 日曜大工入門のINDEX欄で本テーマの難易度を★★★としているのは実はこの仕上げ研磨作業にあります。 単純作業ですので作業難易度は低いですが、根気が必要になります。  そしてこの作業が完成度に相当影響してきます。 ただ単に材料を切断するのでしたらソーガイドを正しく調整してしまえば正確な切断は容易ですから★のテーマですが、少しでも出来栄えに拘りだすと、★から★★★に上昇してくると言う次第です。

さて仕上げ研磨が済んだら着色して塗装となりますが、着色については好みの問題であり、無論無着色であっても構いません。 私の場合ポアステイン4色を使って9種類の積み木ブロックを塗り分けました。(2種類だけは無着色)  その方法についてはポアステイン原液を水で2.5-3.0倍に薄めたものを数回刷毛で塗り重ねる!という方法を取っています。 通常は2倍に薄めて使うことが多いのですが、塗り斑を避けるとしたら一度に全面を着色しないとなりません。 その場合極細い針を各ブロックに刺して乾燥中にその針を何かに固定してやる!なんていう方法を取らない限り全面を着色できません。 その為に針を54本も揃えるのは面白くありません。  そこでステインを塗った面と90度をなす面は着色せずその面が底になるよう新聞紙の上に置き、乾燥後にそちらを着色するという2段階着色の方法をとりました。 この場合塗らない面にステインがどうしても回り込みますのでそれが着色斑の原因となります。  その程度を少しでも軽減しようと薄める度合いを高くしたわけです。  よって多少の着色斑は出来てしまいますが、予め判った上で妥協している部分です。 結果として薄めたステインを3回(6段階の作業)塗ることで着色作業は終了しています。

塗装については水性ウレタンニス透明クリヤーを2回塗って3回目に艶消しクリヤーで仕上げるという私がごく普通にやっている方法です。 無論重ね塗りの合間には研磨しなければなりませんが、ここではスポンジ研磨剤(極細目、#320-#600)を使っています。 大変目が細かいですから塗装面のざらつきを取る程度の研磨となり、角の研磨し過ぎにより地肌が出てしまうのを防止できます。  着色だけでなくニスの塗装においても一度に全ての面を塗装するのは不可能ですが、乾燥が速いので一面だけを塗装して乾燥させ1時間後に次の面を塗装という風に1回塗りを6段階(2等辺三角形は5段階で円筒は3段階だが)に分けて塗装しています。

以上仕上げ研磨、着色、ニス塗装は大変時間が掛かりますが、何度も言うとおりここでの丁寧な作業で完成度が決まりますので、腰を据えて作業する必要があり決してあせってはならない部分です。(切断作業時間を1としたら恐らく4-5の時間が掛かるでしょう。)  それらの作業の様子は以下の写真をご覧下さい。

仕上げ研磨には#240のサンドペーパーを適当な大きさの板に貼り付けてそれに研磨する材料を擦りつけるやり方としています。 写真では安い洋紙タイプのペーパーですが、寿命が短すぎるので途中で布下地タイプに変更しました。

これはノコギリで切断しただけのクローズアップです。 ノコ目が殆ど目立たない綺麗な状態と言えますが、ざらつきはかなり残っています。

こちらは研磨が終了後のクローズアップで、研磨面は指で触るとざらつきが完全に取れてつるつるの状態になっています。 1個辺り切断面は2面ですが、右の面取り作業共々15分近く掛かります。  従って54個の研磨は完全に1日仕事になりました。

切断面の研磨が終了したら角を少し削って(面取り)やりますが、丸みを持つようにこれもサンドペーパーにて施しました。

4色のポアステインをそれぞれ水で2.5-3.0倍加えて薄めた物で1回(2段階)着色が完了した状態の写真です。 1回の着色は2段階に分けており次の段階に進むのは1時間後としています。


3回目の着色が終わったところです。 着色濃度は少しずつ上昇してきました。 そして着色濃度が上がるにつれて木目は目立ちにくくなりますが、木目はできるだけ生かしたかったのでこの時点で良しとしました。 若干の着色斑が出来ますが、この方法では(一度に全ての面を着色しない!)止むを得ないところです。

使用した水性ウレタンニスの透明クリヤーと艶消しクリヤーと刷毛はラック刷毛 13mmを使いました。 前者の透明クリヤーで2回塗りその後艶消しクリヤー1回塗りの手順です。

無着色の円筒も含め1回塗りが終わりました。 各面毎に6段階に分けましたので所要時間は約6時間掛かっています。

1回塗った面の特徴的な様子です。 天井の蛍光灯の光で最も光る位置で撮影しています。 光っている部分は艶が出ていますが艶のない部分の方が多いです。

光らない位置にカメラを移動して撮影。 光っている部分は木目の固いところであることが判ります。 これは木目の固い部分が余りニスを吸わないために起こる現象で、1回塗りでは吸い込まれる方が多く全体に艶が出ることはありません。

別な例で同じく左は蛍光灯の光を最も反射する位置での撮影です。  それぞれの写真の左の2個と右の2個では艶の出方のみならず色味が全く違います。 左の2個はノコギリでの切断面で沢山の導水管がありそれがステインの顔料をどんどん吸い込むために着色濃度が高くなっています。 同様にニスも吸い込んでしまい表面に塗膜ができませんので、艶は殆ど出ません。  但し2回目以降の塗装では導水管がニスで詰まりますから左側の面でも艶が出てくるようになります。 1回塗りでは塗装を完了させるのはこういうことで不可能なわけです。

4時間乾燥させた後にスポンジ研磨剤(極細目)で塗装面をさすり軽く研磨しました。 地肌が出るまで研磨しないよう注意が必要です。

使用したスポンジ研磨剤にはこのようにステインの色が付いた研磨かすが付着しますが、表面の木繊維がステインの顔料を吸い込んでいるためで、削りすぎではありません。 尚研磨剤は後ほど洗って研磨かすや着色を落とせます。

研磨が終わった緑のブロックの面。 触るとすべすべしています。

同じくノコギリで切断した面。 こちらは木繊維が沢山ある面ですが、正確な切断ときちんと研磨したお陰でざらざらした感じはありません。


 研磨した面はきつく絞った濡れ雑巾で研磨かすを全て拭き取ってから透明クリヤーによる2回目の塗装を済ませ、続いて
 3回目の塗装は艶消しクリヤーで塗りますが、1回目と全く同じ作業ですので写真では紹介しません。



逆光で反射面が判り易いように撮影しました。 三回目の塗装で艶消しクリヤーを使うとこれらのように鈍い反射光となり細かな難を隠して柔らかく上品な雰囲気になります。 艶消しクリヤー使用は正に「魔法の水!」と言った処方です。



3回塗りが終わり積み木そのものの製作はこれで完了ですので、構想段階の図面どおりに並べました。 様々な理由で着色は均等になされておらず木目だって一定していません。 天然木を使う限りこれは仕方がないことです。 それが嫌ならプラスチック製にするしかありませんが、その代わりにほのぼのとしたぬくもりや愛着感みたいなものは絶対に出てこないでしょう。

  この積み木を収納するケースは、「日曜大工入門テーマ」としては難易度が上がるため小型作品として紹介しており、
  こちらからご覧頂けます。


----- 完 -----



  番外 2008/05/05
 

 優真君と茉菜ちゃんが積み木でどう遊んでいるか?  はは!残念
 ながらどちらも「色のついた綺麗なブロック!」としてか認めていな
 いようで、積み木どおしをぶつけたり投げたりする遊び方のみです。

 ちょっと作るのが早すぎたかもしれませんが成長は早いので様子
 見? 因みに優真君はつかまり立ちを始めた所で、茉菜ちゃんはもう
 歩いています。



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