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薄型の箱
   
2008/03/14

構想

二人の孫用に製作した積み木は無事完成したものの使わない時に収納できるケースがなければなんとなく完成度が低いように思えます。 但し力加減をコントロールできない幼児が使いますから軽くしないといけないものの簡単に壊れないような工夫が必要になります。  そこで手に入る材料を物色してそれを元に薄い箱を作りました。 積み木そのものは根気は要るものの難易度としてはそれ程高くありませんが、箱の製作では切断・接着・組立て加工でかなり精度を要する場面が出てくるのと、電動トリマーを使う関係で日曜大工入門用のテーマにはせず、別に掲載することにしました。

 基本的な構造としてはロの字型の枠を作りその上下を薄板で塞いで箱を作り枠部分を2つ
 に切断することで進めます。 これは「トリマーで作る小箱」と全く同じですので、構造につ
 いてはそちらも参考にしてください。 但し厚みが薄いものの全体のサイズは結構大きくな
 るので、材料選択にはかなり制限が出てきます。

 全てムク板を使った方が見栄えのある外観になるのは判っているのですが、上下に貼る薄
 い板と内側に貼る板に関してはシナ合板を使うしかなさそうです。 この場合面の部分は良
 いのですが、木口部分は決して美しくないのでちょっと手の込んだことをしないとならないで
 しょう。 またロの字の枠部分についてはホームセンターを数件調べた中で、厚さ6.5mm、
 幅35mm、長さ1,820mmの一応カンナが掛けてある杉の板を発見しましたので、これをその
 まま切断して使うことにします。

 箱の底部分は6.5mmの杉板で作った枠の内側に4mm厚のシナ合板を貼り付けますから接
 着後には10mm強の厚みとなり十分な強度が取れるでしょうが、蓋の方をどうするかは箱
 の組立て後に再度考えることにします。(6.5mmの枠ではちょっぴり弱そうなのですが、重
 量増加を抑えたい気もします。)


 ということで材料を決めてから箱の最終設計に入りました。 まず積み木を収納状態に並べ
 ると、幅213mm、長さ453mm、高さ30mm強になることが判りました。
 積み木の基本モジュールは30mmで設計し幅は7モジュール、長さは15モジュール並びま
 すので、各ブロックをドンピシャに作れば、幅210mm、長さ450mmになる筈ですが、切断精
 度を+0.0mm〜+0.5mmとして進めましたから、最終的には大きめになります。

更に塗装することでの寸法の増大もありますから、+3mmに収まっているのは上出来かもしれません。

 これを収める箱の内寸は最終的に2mmずつ増加した215mm、455mmと
 しました。 加工精度を維持できる自信がなければもう少し大きくした方
 が安全ですが、ここではこの寸法で進めます。  内側に貼り付ける板
は4mm厚、ロの字の枠の厚みは6.5mmですから外寸としては21mmを加算した236mm x 476mmとなります。  この時ロの字枠
の総長さは、(236 + 476) x 2 = 1,424mmとなりますので、1,820mmの杉の板から表面が良好な部分を切り出せばよいことになり
ます。(実際には上図のようにトリマーでVカットしてパタパタとロの字状に組み上げます。)

上下に貼り付ける板は、236mm x 476mmが4枚必要で、これ以外に枠の内側に貼り付ける板(幅が最大で30mm位で長さは223mmと455mmがそれぞれ2枚必要)で、これらが全ての材料となります。

箱の塗装に関しては右の図のようなものを考えていま
す。 男の子用と女の子用を赤と緑の色の使い分けで
表現していますが、全面をペイントで塗りつぶしではな
く、生地が見える部分も残しその部分はニスで仕上げ
ます。 もっと子供向けのかわいいイラストなどを入れ
たデザインも考えられるでしょうが、ここでは私の好き
なシンプル主義で考えています。

尚このような塗り分けをすることにより蓋の位置関係を
指定することになります。  というのは蓋と本体は箱
を上下に切り分けて作りますが、ごく僅かな寸法の狂
いがあってもスムーズに蓋が被せられない問題が起き
易く、側面は木目も揃わなくなりますのでので、位置
関係を暗黙のうちに指定しようという魂胆です。

その意味では箱の仕上げが完全にベタ1色の場合が
最も作りにくくなります。(寸法精度を0.1mm以下のレ
ベルで求められる。)




製作

製作の中で最も注意すべきで慎重にも慎重を期してやらねばならないのは電動トリマーによるVカットです。 また接着は確実に圧着保持させないとなりませんので、ここでは作業を落ち着いてやれることと高い接着強度が取れる30分硬化開始型のエポキシ接着剤を使っています。 その他良い仕上がりを考えての念入りな研磨が必要なことは言うまでもありません。  それらの様子は以下の写真と解説でご理解ください。

材料とした薄い杉の板(左)と4mm厚シナ合板(右)で、これが一組分です。

4mmのシナ合板は幸い芯材の色が表面と余り違わない物が入手できました。 これなら木口の見え方はそんなに悪くならないでしょう。

杉の板の端材となる端を利用してV溝切削の深さ調整をしました。 使用したビットはmini-Shopで販売しているVB-90Gで切削後の底は90度の角度になります。

切削深さは皮一枚残る量が適当で、明るいところに透かして見ていますが、上は切削量不十分(0.5-0.6mm程残っている。)で、下は適当な量(0.2-0.3mm位?)です。

材料の切削位置の裏側にマスキングテープを貼り(バラバラになるのを防ぐため)、電動トリマーで切削の本番に入りました。(この辺りの手順の詳しくは、「トリマーで作る小箱」をご覧下さい。

V溝切削が終了した2本の杉板です。 切削位置の精度は極めて重要で、ここまでが上手くできればこのテーマの最も難しい部分は終わりです。

切削終了したV溝のアップ。 端にバリが見えますが気にすることはありません。 ここでバリを取ろうとするとバラバラにしてしまう可能性があります。

接着には塗りつけ作業、貼り合わせ作業、はみ出た接着剤の拭き取り作業、そして角度調整作業が落ち着いて出きるよう、30分硬化開始型のエポキシ接着剤(mini-Shopにて販売しています。)を使いました。 はみ出た接着剤の拭き取りにはラッカーシンナーを使います。

貼り合わせ後角度の調整は念入りにしておく必要があります。

接着剤の実用強度は数時間で得られますが、完全硬化には12時間以上置いた方がよく、それまで次の作業には移らないほうが安全です。




2008/03/21

製作の続き

完成したロの字型の枠は角の部分にV溝切削時のバリが残っていますので、これを替刃式ヤスリで削り落とした上で上下の板を貼り付けます。 上下の板は縦・横いずれも最終寸法よりも2mm前後大きく切断します。 当然ながら上下の板の端は出っ張りますが後ほど電動トリマーで成形します。 なお上下の板の内側となる面は#240ペーパーで仕上げ研磨しておきます。(貼り付けてから内側をきちんと研磨するのは大変だからです。) これらの板の接着には木工ボンドを使います。 ここでもエポキシ接着剤を使いたいところですが、トリマーによる成形の際にエポキシ接着剤を削り込むのはトリマービットの刃を痛めてしまう可能性が高いので木工ボンドとしています。  その代わり枠の組立て時と違って接着強度が十分取れるよう圧着保持はクランプを使い完全を期しておきます。

既に通り過ぎてしまった作業の話ですが、エポキシ接着剤で枠の角を接着した時には角度が90度になることと変な捩れが出ないよう注意しただけで、圧着保持は裏に貼ったマスキングテープだけに依存しており、殆ど圧着されていません。 これはエポキシ樹脂自身の強度が高いことと、硬化時に収縮がほぼゼロなため多少の隙間があっても完全に埋まり接着強度の低下がないためです。  こういった接着剤の特性の違いを十分理解して使い分けることも重要です。

上下の板を貼り終りましたら、コロ付き傘付き目地払いビットMB-12.7Gを使って上下の板の出っ張りを削り落としてしまいます。 カンナで削っても無論構いませんが、この方が正確に且つスピーディーに作業できます。 電動トリマーをお持ちの方は是非とも使っていただきたいビットのひとつです。 次に角の丸め作業をしておきますが、ここではエポキシ接着剤を削る作業となるので、アルミ研磨もOKの替刃式ヤスリM-20GPだけで作業します。 また上下の板の端の丸め作業はもっと後でやります。  そして箱の上下の切り離し作業です。

出来上がった箱を中間で上下に切り離しますが私は最近販売開始した精密切断用ノコギリ「粋な奴」を使いました。 このようなノコギリでないといけないわけではなく翔265でも構いませんが、切断面の荒れが少なく後の研磨作業が楽になります。 また切幅も変わってきますので、その点も承知しておいた方が良いでしょう。(翔265では0.9-1.0mm、翔250で0.65-0.7mm、翔220や粋な奴では0.5-0.6mmの切幅になりこの値と研磨量を加算した分箱の内寸は減少します。)

上下に切り離したら切断面を研磨し上で箱の内側に4mm厚シナ合板を貼り付けます。  そして木工ボンドが完全に硬化した後に方向性を確認の後にそっと蓋をかぶせて見ます。 スムーズには入ることはないでしょうからむりやり押し込まずに内貼りの板の外の面を#240ペーパーを使って研磨し、スムーズに蓋が閉まるようにしてやります。 そして更に削り込んでごくごく僅かなガタが出るようにしてやります。 その程度を文章で表現するのは大変難しいのですが、ニスを塗ると繊維が膨張するのと塗膜の厚み分大きくなり、蓋がスムーズに被らなくなってしまうことを防ぐためです。

ここまで完成しましたら上下の板の端の部分の成形(面取り)を済ませてから塗装前の仕上げ研磨を施します。

エポキシ接着剤が完全に硬化後、V溝切削時に出来て残っている角のバリ(左)を削り落として平らにします。(右)

硬いエポキシが付着したり吸い込んでいるため削るとカリカリという音がします。 替刃式ヤスリM-20GP)でないと上手く削れません。

ロの字の枠に貼り付ける上下の板の内面側は#240ペーパーをハンドサンダーに取り付けて研磨しました。 ハンドサンダーは大きな面(電動サンダーを使うほどではない大きさ)の均等研磨に有利な道具です。

木工ボンドを塗り1枚目の板を接着しクランプで圧着保持しています。 圧着保持は大袈裟なように見えますが、確実な接着強度を得るには不可欠な工程です。

2つの箱の片側の板を貼り終りました。 接着後3時間以上寝かせて反対側の板を貼り付けます。

上下の薄板を貼り終わり箱となりました。 貼り付けた板が僅かに出っ張っているのが判ります。

その出っ張りを削り取るコロ付き傘付き目地払いビット(MB-12.7G) ベアリングの面と刃先が同じ位置にあるストレートビットです。

MB-12.7Gで途中まで削ったところの様子です。 左側は箱の枠と同一の面に薄板が削られていますが、箱本体には全く加工された跡はありません。

こうして貼り付けた板の出っ張りを全て削り落としてしまいました。 カンナで削るのに比べて作業時間、加工精度共に比較にならない高効率です。

その後替刃式ヤスリで角の丸めをしてからハンドサンダーに#240ペーパーを付けて仕上げました。 縦に見える細い筋は圧着保持がされていないため出来た隙間に詰まったエポキシ接着剤です。

最後の慎重な加工作業となる箱の切り分け作業です。 ノコギリは精密切断用の「粋な奴」を使いましたが、ぶれないように、一定の切幅で切断しないとなりません。  尚作業方法の詳しくは、「トリマーで作る小箱」で述べていますので参考にしてください。

いくら精密切断用のノコギリとは言っても本来横引き用の物で縦引きするわけで、スコスコと切れるというわけには行きませんが、それでも切り口はやはり他のノコギリで切断した場合よりは綺麗になっているようです。

その切断面は#120のペーパーを付けたハンドサンダーで僅かな凸凹を削り落とした後に#240で仕上げ研磨しました。

次に幅23mmに切断した4mmのシナ合板を枠の内側に木工ボンドで貼り付け圧着保持し、翌朝まで寝かせました。

翌朝内側に貼り付けた板の表面を替刃式ヤスリで削り、蓋と本体の間にごく僅かの隙間が出るようにしてハンドサンダーに#240ペーパーを付けて仕上げ研磨しました。

真上から見た角の様子です。 内側に4mmの厚さの板を貼りましたから箱の底側は10mm強の厚みになります。

下の箱は蓋を閉めた状態ですが、残る加工作業は本体表面の仕上げ研磨と面取りのみとなりました。 そして塗装が最後の作業になります。

確認のため積み木を入れてみた様子です。 こうしてみると着色することなく白木のままニスを塗っても良さそうですが、一部あら隠し(材料内の穴や節の部分)をせねばなりませんので、当初の予定通りペイントを使って塗り分けます。




2008/03/28

残りの作業と塗装

前回の最後に触れたあら隠しの作業を済ませてから塗装に入りました。  このあらは2つあります。 まず上下に貼った4mmシナ合板の木口にある2箇所の穴で、これを塞がないとなりません。 もうひとつは枠の面に1箇所のみある節の一部が少々汚らしくなった部分です。  前者についてはウッドエポキシで埋めて1日以上置いてウッドエポキシが半硬化の状態で研磨しその上はペイントで塗りつぶされる部分にします。 後者は単にペイント塗りつぶし部分として処理します。  凹みや穴埋めと言うと「パテ」の使用が常識のようですが、殆どのパテは乾燥時に収縮してしまうので、大きく深い穴を埋めるには1度では無理で、数回の塗りこみ → 研磨 → 乾燥を繰り返さないとなりません。 その点ウッドエポキシはエポキシ接着剤同様殆ど収縮しませんので1回の作業で完全に埋められます。 乾燥時間は遅いのですが結果としては作業性が良いと私は思います。

さて塗装に入る前に#240にて仕上研磨を施し、内面(蓋をした状態で外から見えなくなる全ての部分)を水性フローリング用ニスを塗り、完全に乾燥してからハンドサンダーに#400ペーパーを付けて研磨しました。 この内部の塗装はこれで終わりです。 1回塗りとはやけに手抜きをしているように思えますが、私は水性フローリングニスの合理的な使い方だと考えています。

その理由としては第一に塗膜が薄いことです。 内部の面の一部は蓋を閉める時に底の部分に擦れ合う箇所があります。 既に擦れ合わせの調整をしていますが、塗膜が厚くなりすぎると擦れ合わせ量が増えて再び削って調整しないとなりません。 従って塗膜は薄いほうが良いわけです。 しかしその為に塗膜が弱くては意味がありませんが、体育館の床用という過酷な環境で使用されるニスですから薄くても十分な耐久性があると考えたわけです。

第二の理由は、1回目の塗装ではかなり木材に沁み込むのが通例で、乾燥後にその表面を研磨しても#400ペーパーであれば、塗膜がなくなってしまうことはありません。(正しくは塗膜ではなくニスを含んだ木材の面が残る!) 一見して艶は殆どありませんから塗装されていないように見えるかもしれませんが、この状態であれば湿気を吸っての悪さも出ませんし汚れたら簡単に落とせます。

第三は、水性フローリング用ニスが食品衛生法に適合した塗料であると言う点です。 これは詳しい説明はいらないでしょう。

ということで内部の塗装を済ました上で、表面塗装に入りましたが、こちらは水性ウレタンニスとしました。 これを2回塗って完全乾燥させています。 この後にペイントで塗りつぶさない部分をマスキングテープと古新聞で覆い、スプレー式のアクリル樹脂系塗料で2回塗っています。 そして生乾きの状態でマスキングテープを剥がし完全乾燥(6時間以上寝かした。)させました。

ペイントで塗りつぶした部分と下地の水性ウレタンニスを塗った部分との境目はペイントの塗膜の厚み分の段差がありしかも若干の毛羽立ちが残ります。 この部分をスポンジ研磨剤(極細目で#320-#600の粒度)を使い丹念に削り落としながら段差も緩いスロープになるようにしました。(あせってやると境目の線がなくなったりきたならしくなります。)

次は水性ウレタンニス透明クリヤーで全体を塗り、乾燥後に研磨して最後に水性ウレタンニス艶消しクリヤーを塗装し乾燥させて完成としました。

結果としてニス塗りだけの部分は、水性ウレタンニス透明クリヤーを3回そして水性艶消しクリヤー1回の4回塗り、ペイント塗りつぶし部分は水性ウレタンニス透明クリヤー2回塗り後にアクリルスプレー塗料2回塗り、そして水性ウレタン透明クリヤー1回塗り後に水性ウレタン艶消しクリヤーの6回塗りということになります。 かなり分厚くなったように思われるかもしれませんが、水性ニスは肉載りが余りよくありませんからそれ程の厚みではありません。

今回購入した合板は平均よりも質が良かったのですが、それでも2箇所このような隙(穴)が2箇所空いていました。 深いので通常のパテで塗りつぶすのは大変です。

もう一箇所のあらはこちら。 節の部分による木目の乱れです。 全く美しくありませんが、この部分はペイントによる塗りつぶしで処理することにします。

大きかったり深い穴を要領よく埋めるには、ウッドエポキシが最高です。 少量で済むので左に爪楊枝で2液それぞれを出しましたが、それぞれボソボソしています。

ゴム手袋をはめて2液を練りこむと耳たぶ程度の柔らかさになります。 これを穴に擦り込んで少々盛り上げて1日放置し、その上を替刃式ヤスリで研磨し#240ペーパーで磨けばOK。

箱の内面には水性フローリング用ニスを1回塗ります。 これが乾燥後に#400ペーパーで表面のざらつきを取っておしまい。

#400の空研ぎペーパーでの研磨終了後。 木目の部分は僅かに艶がありますが、それ以外は無光沢。触るとつるつるになっています。

ここからの4枚の写真は外側の部分に水性ウレタンニス透明クリヤーを2回塗った後の写真です。 艶の具合が判るよう天井の蛍光灯の反射を使っています。

この写真と左の写真で大体見当がつくと思いますが、艶の出方はまだ不十分です。 木目の部分の艶はかなりありますが、それ以外がまだいまいちといったところです。

白木の時と違って木の表面は透明感が増加してきています。 また指で触るとかなりすべすべしています。

塗装前にウッドエポキシで塞いだ穴ですが、完全に埋まって平らになっています。 色味が違っていますが、この後ペイントで塗りつぶしてしまいます。

ペイント塗りつぶしの最初の作業はマスキング。 箱に蓋をしてマスキングテープをご覧のように巻き付けました。 矢印の先を塗りつぶそうという魂胆です。

次に蓋と箱の合わせ目のテープをカッターナイフで切り上下に分解して塗らない部分を新聞紙で覆ってマスキングテープで固定します。

内側部分は縁の所だけペイントを塗りますので少々厄介なマスキングになりますが、これで出来栄えが決まってしまうので丁寧にやらねばなりません。

そして塗装開始。 アクリル系のスプレー塗料はラッカーと同じような物ですから乾燥が大変速く、2回目の塗装は1時間後に出来ます。

完全に乾かないうちにマスキングした新聞紙とテープを剥がして完全乾燥(4時間)置きました。 これで半分が終了です。

最初のマスキングで蓋と箱を合わせてやりましたから当然ながら上下の見切りはぴったりと合います。 この後もう一箇所のペイント塗装を同じ手順でやります。

ペイント塗りつぶしが終了した二つの箱。 余談ですがこちらの写真の色の方が上の蛍光灯下で撮影した物より実際の色に近いようです。 いずれにせよ赤や青と木目の対比が美しく映えているように思います。

マスキングではかなり手間が掛かった部分ですが、なんとか上手く境界線がきちんと引けているようです。

そのマスキングによる境界線をドアップしてみるとこのようで、毛羽立ちや僅かな突起が並びます。 これをスポンジ研磨剤で落としてやります。


 以上のスプレー塗料による一部塗りつぶしは私にとってはステインで着色するのと似たような着色作業と考えています。
 違いは着色後に木目が見えるか塗りつぶされるかです。 ここでステインを使ったらどうなるかというと、生地の段階で使
 用しないとならず、マスキングしてもステインで着色した部分と無着色の境目は滲んでしまって綺麗な線になりません。
 (微粒子のステインの顔料は沁み込んでマスキングの境目を容易に越えてしまいます。)
 滲まないよう(沁み込まないよう)ニスを塗ってしまうとステインでは着色不能ですが、ペイントであればニスの上に塗膜を
 作るので着色可能です。

 尚構想段階では塗りつぶしは2色を使うアイデアでしたが、ちょっとやりすぎかな?(木目の美しさを阻害する?)と考え、
 1色にしました。




ハンドサンダーに#400空研ぎペーパーを付けて全体を軽く研磨後、水性ウレタンニス透明クリヤーを1回塗り4時間後に再度#400ペーパーで研磨後、水性ウレタンニス艶消しクリヤーを塗って完成しました。 ペイントで塗りつぶした有色部分と木目が透き通って見える生地にニス塗り部分の対比が更に美しくなり、艶消し処理での落ち着きが出たように思います。

それぞれに積み木を詰めて完成です。 積み木、箱、何れも最後の塗装は水性ウレタンニス艶消しクリヤーですが、この角度ですと独特の艶の具合が良く判ります。 さあ二人の孫がどんな反応をするかが楽しみです。

以上ですが、作り方については強度重視そひて塗装とかなり拘ったやり方をしています。 これは幼児が使う物のため安全性を重視したことと、何しろ使い方は荒っぽいでしょうから簡単に壊れたり剥げ落ちてしまっては困るからです。  といっても実際にはどうなるかは今後時々様子を見させてもらわないと判りませんが、手に入りやすい家庭用塗料で限度とも言える耐久性と安全性重視の仕上げになったと考えています。

----- 完 -----


 
  
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