いかに精度高くDIY木工をするか 〜加工篇③〜

これはいかに精度高くDIY木工をするか 〜ローテーブルの作り方〜の加工篇の第③部である。

• 加工篇第①

  • 板の切り出し

• 加工篇第②

  • ルーターとルーター・テーブル

• 加工篇第③【本稿】

  • 失敗修正/表面の平滑化/組立/天板の取り付け

失敗修正

実は幕板のためのほぞ溝を加工する際、一箇所、3Dプリンターで印刷したテンプレートを90度違う向きで加工してしまった。このため、本来縦長のほぞ溝が横長になってしまった。縦方向は溝の長さが足りないので、再度加工して必要な長さを確保したが、横方向は全体で2mmほど削りすぎてしまったためにほぞとして全く機能しない。これが商品であればこの横板は一旦破棄して最初から作り直すのかもしれないが、現代の木工用接着剤（PVA）の接着力は極めて高い。1mmほどの薄い板を端材で作り、これを幅広くし過ぎたほぞ溝にはめて木工用接着剤で接着し、ほぞ溝を本来必要な幅に戻せば十分な強度をもたせることができる。今回はこの方法で失敗を修正した。乾燥後、アサリなしノコギリではみ出した部分を切り、ヤスリがけすることでよく見ないとわからない程度にはごまかせる。

注文主の娘が薄いクリア（透明）仕上げを希望したので今回はだめだったが、濃い茶色なりの塗装ができれば、さらに修正の跡は目立たなくできる。木材自体よりも木材を強力に接着できるPVAがあるので、万が一加工時に失敗をしてしまっても慌てる必要はない。削りすぎた部分をきれいにして、削りすぎた部分に合わせた部材を作り、PVA系接着剤で接着すれば良いのである。

表面の平滑化

仕上げをする前に、板の表面を平滑にしなければならない。買ってきたまま、あるいはノコギリやルーターで加工したままの表面は、一見すると平らでも、触ってみると微妙にゴツゴツしている。それを平滑にした上で、次の工程に進む必要がある。

究極の平滑化は職人が行うカンナがけであろう。職人がカンナがけしたカンナクズの薄さを競っている動画を見たことがあるが、透き通るほど薄く、柔らかくカンナがけしていくのは驚きでしかない。カンナの刃を徹底的に研ぎ、それも単に鋭いだけではなく左右の平行などもきちんと出し、かつカンナ台も徹底的に調整しないと達成できないはずである。そこには熟練の技術が有り、DIYでその領域に達するのは極めて難しい。

職人が究極的に調整したカンナでカンナがけした表面は、恐ろしく平滑なはずだ。きちんとした検証論文のようなものは見つからなかったが、おそらく職人がよく切れる包丁で切った刺し身と、素人が切れない包丁で切った刺し身の違いと同じなのではないか。つまり、職人のカンナがけした木材の表面は木の細胞が一刀両断で切られて拡大しても平面になっているの対し、ヤスリがけした表面は表面の細胞がつぶれて凸凹になり、かつ導管内に微小な削り屑のようなものがつまっているものと推察する。

職人がカンナがけした木材表面は、それだけで美しく光り水を弾くという。そこに蝋引きすれば、それだけで最高級の仕上がりになるらしい。そのような細胞1つのレベルで薄く鋭く表面を削り取るのは、職人が手間と時間を惜しまず加工しなければ達成できない。要約すると、DIYでは表面の平滑化はヤスリがけによってのみ達成できる。つまり平滑化はできても、顕微鏡レベルの微妙な凹凸のためにそれだけでは光らない。光らせるのは塗装による。西洋的なアプローチである。

ランダムオービタルサンダー

ではヤスリがけはどうしたら良いのか。結論から言えば、DIYで特別な技量なくきちんとヤスリがけ（サンディング）するなら、ランダムオービタルサンダー一択と思う。塗装前のヤスリがけで注意しなければならないのは、一方向にだけヤスリがけしてしまった結果、木の表面に微妙に一方向の筋のようなものができてしまうことである。これに塗料を塗ると、塗料の表面に微妙な筋のようなものが現れてしまう。そのため、異なる方向からヤスリがけをするようにしなければならない。普通のサンダーの場合、ヤスリが一方向にのみ振動しているので、サンダーの向きを色々と変えながらヤスリがけする必要がある。ランダムオービタルサンダーは、やすり自体が回転しながら、さらにそこに複雑な振動を加えてくれるので、何も考えずにヤスリがけしても一方向の溝ができにくい。つまり何も考えずにヤスリがけしても良い。何も考えずにヤスリがけして良い、ということは、ランダムオービタルサンダーはDIYに最適 ということである。

ただしランダムオービタルサンダーは、構造上、角が壁になっているようなところはヤスリがけできないし、細い穴や凹になった曲面もヤスリがけが難しい。今回のローテーブルの場合、横板の持ち手の内側と、横板下部の半円状の切り欠き部はランダムオービタルサンダーではヤスリがけができない。ここは、手で地道にヤスリがけをするしかない。

組立

PVA（ポリビニルアルコール）

いわゆる木工用ボンドと言われている接着剤の大半は、PVA（polyvinyl alcohol）が主成分である。PVA系接着剤は、各種加速試験の結果から、継続的に水や熱にさらされるというような状態でなければ少なくとも100年以上その性能を維持すると言われている。また、PVAは木材の繊維に染み込んで固まるため、非常に強い接着力を発揮する。驚くべきなのは、木材を2枚横に並べてPVA系接着剤で接着した後力を加えると、接着部分よりも先に木材自身が割れてしまう。つまり木材の繊維をつなぎとめる木材自体の自然の強度よりも接着剤のほうが強力なので、強い力が加わると木材自体の繊維と繊維の結合が先に破壊されてしまうということである。

PVAが普及したのは1950年代以降と言われているため、この前と後で、木工における組立時の前提が大きく変わってしまった。

• PVAが普及する前

  • 使われていた木工用接着剤: 動物の皮や骨由来のニカワ、日本などでは米を練って作ったデンプン糊など

  • 利点: 水分や加熱で完全な可塑性を持つ。そのため、一旦作った作品を湿らし加熱することで作品を分解し、古い接着剤を完全に除去してから修理、再接着することが容易。この性質が現在でも重要で、未だにニカワを使って作られている木工作品の代表例がバイオリン。バイオリンの表板の裏に縦にあるパワーバーと呼ばれる棒は、定期的な交換が必要。また、表板などが湿気の影響などで割れた場合の修理なども必要。そのため、濡らして加熱することでニカワを柔らかくし、表板を本体から完全に剥がし、パワーバーを表板から表板に傷をつけずに外すことが可能。

  • 欠点: 強度が弱い。つまり、これら伝統接着剤だけで長期に渡って強い接着力を維持することが難しい。ただし、バイオリンでは、湿気などによって表板の膨張収縮が起こった場合でも、この弱い接着力のために表板は割れる前に本体からはがれる。つまり弱い接着力はこのケースでは利点とも言える。

  • 木材の接合: 接着力だけでは長年の使用に耐えないため、木材の部品自体で、お互いに強く接合を維持できるように工作。具体的には、例えばほぞ組の場合、手では入らないほどきつく工作し、木殺しによって入れて木材自体の摩擦力で接合を維持できるようにした。あるいは、接合部を台形に加工（蟻組み）することで、部品同士がずれようとすると強く締まって外れないようにすることもよく行われた。

  • クランプ: 木材同士が物理的摩擦で接合を維持できるようきつく加工されているので、接着後、かなり強い力でクランプする必要がある。

• PVAが普及した後

  • 使われている木工用接着剤: PVA

  • 利点: 木材自体の繊維と繊維をつなぐ自然の力よりも強力に接着

  • 欠点: 水や熱可塑性が弱いまたはないため、一旦接着すると、部品に影響を与えずに接着部分を外して修理することは困難。したがって、数世代に渡って修理しながら使い続ける前提の製品（バイオリンや一部の超高級家具）では、あえて伝統的接着剤を選ぶこともある。

  • 木材の接合:

    • 蟻組みはかえって弱くなる。蟻組みをすると、台形のはみ出している部分が、木の繊維にそって割れやすい。これは、木自体の繊維をつなぎとめる力よりもPVAの接着力が強いため、かかった力が台形を引きちぎる形で台形のはみ出している部分の繊維にかかるため、ここで木自体の繊維が剥がれ、割れに繋がってしまう。ただし、蟻組を意匠として外に見せる場合は、デザイン上の理由からあえて蟻組を使うことはありうる。

    • 接着力は面積に比例する。したがって、繊維に平行な切れ込みを作って接着面積を増やすことは強度増加につながる。

    • PVA普及前のように、部品同士の物理的摩擦力を確保するために接合部をきつく加工すると、接着面の接着剤が押し出されてしまい接着力が弱くなる。ガタガタしない程度に、手ですっと入るぐらいの加工をすると、部品間に0.1mm〜0.2mm程度の隙間ができ、ここに接着剤が残って固まるため強い接着力が確保できる。

    • クランプ: あまり強い力でクランプすると、接着面から接着剤が押し出されてしまって接着強度が弱くなるため、クランプは、接続部分の直角などを維持できる程度であればよく、それ以上強く締める必要はない。

接着

今回は、PVAの中でも、特にTitebond III Ultimateで部品を接着した。Titebond III Ultimateは、乾燥した後は耐水性が高く、それゆえ米国の食料医薬品局（FDA）から間接的な食品接触用途での扱いが認められ、食器などでも使用できる接着剤である。これを横板と幕板、横板と棚板を接合する部分にたっぷり塗り、その後左右からクランプして、接合部分の直角や平行を確認したら、はみ出した接着剤を濡れたペーパーで拭き取る。後は乾燥を待つだけである。

天板の取り付け

実はテーブル状のものを作るのは今回が初めてであった。初めはビスケットを使って天板を脚部に接着しようと考えていたが、色々と調べるうちに、これをやると天板が割れるリスクの高まることがわかった。塗装篇で述べるとおり、「木自体が呼吸のできる自然なオイル仕上げ」はせず、木材をラッカー（ニトロセルロース）樹脂またはポリウレタン樹脂で完全に覆ってしまう予定である。したがって、木材が周辺環境の湿度の影響で伸縮することも低減できるはずだが、それでも完全に防止することはできない。木材は、湿度によって、特に繊維間の接合部分が伸び縮みする。つまり、天板の長尺方向の伸び縮みはそれほど出ないが、短尺方向には伸び縮みする可能性があるということである。そのため、テーブルの場合天板と脚は接着せず、金具などを使って少し動いても大丈夫なように止めることが一般的らしい。

接合に使う金具としては、ネジ穴が長円形になってネジ位置がずれることのできるL字型の金具などを使うことが多いらしいが、終末DIYさんの記事を読んでZクリップというものに興味を持ち、今回はZクリップを使って天板を脚部に固定してみることにした。しかしながら、終末DIYさんの記事で紹介されていた通販サイトを含む複数の国内サイトでは売り切れになっていて購入できない。困っていたところ、なんとAmazon USがAmazon JPのマーケットプレイスにZクリップを出品していた。決済はJPだが、商品はUSから直接送られてくるのである。1回注文したところ、配送中のコンテナーの中で別の商品がなにか液漏れのような事故を起こしたとかで自動キャンセルされてしまい、再度注文し直した結果納期が1週間以上遅くなってしまったというアクシデントはあったが、無事到着した。

ただ、Zクリップをはめる溝をどの位置に掘れば良いのかがわからない。そこで届いたZクリップをノギスで計測し、まずは3Dプリンターで溝付きの小さな部品を印刷してしっかり固定できるか確認した結果、天板から12mmの位置に、深さ9mm、幅は最低2mm以上の溝を、長さ20mmほど掘れば良いことがわかった。そして、溝から16mm離れた位置に固定用のネジを打つと、ちょうどZクリップの先端が6mmほど溝へ入る状態になる。

この溝もルーターを使って掘る。ビスケットジョイントのための4mm幅の溝を掘るためのビットがある。

これを使って溝を掘るために、私が設計したPoor man's biscuit joiner / biscuit joint cutterを改変して、Zクリップ用の溝を掘るためのルーターのガイドを3Dプリンターで印刷し、これを使って溝を横板および幕板の内側に掘った。

写真のものは、ルーターを外す際に手が滑ってガイドを一部破壊してしまったために表面に穴が空いてしまっているが、3Dプリンターの良いところは、こうなったらすぐに再印刷できるところである。最後の溝を掘ったところでミスをしたので再印刷をする必要がなかったため、残念ながらきれいなガイドの写真を撮れなかった。

天板にネジでZクリップを止め、Zクリップの先を幕板や横板に掘った溝にはめると、天板をしっかりと固定できる。