アマ的方法(設計/検討)

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アマチュア的方法

設計/検討編

●設計をきちんと
なにかを作る場合十分な事前検討が必要です。　この事前検討が作品の出来映えを大きく左右しうまく進められたら製作の５０％は完成したと考えて良いと思います。　そしてその事前検討結果を設計図として描き表しておきます。　ここで言う設計図とは、事前検討の内容全てを後で忘れないように書き表した「メモ」と言ってもよいでしょう。　従って本来の設計図の書き方を学ぶ必要はありません。　自分が勘違いせずに作業中に確認できれば良いわけです。　従って手書きのものでも良いわけですが、小さな物ならいざ知らず少し構造が複雑であると手書きでは判りにくくなりやすいので、パソコンで設計図（メモ）を描いてしまうのが一番合理的な方法です。

但しその為に高価な設計図ソフトを購入する必要はありません。　非常にポピュラーとなった表計算ソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Excel)で代用できます。　本来の使い方とはまったく異なるわけですが、我々アマチュアレベルでは十分に実用になります。　Excelで設計図を描く方法ですが、先ず専用のテンプレートを作ってしまいます。　デフォルトのセルは横長の長方形ですが、プリントアウトしたときに全てのセルが一辺5mmの正方形となるようにセルの高さ、幅を調節します。　私はExcel 97を使っていますが、作ったテンプレートは、セルの幅が2.14、高さが15となっており、キャノンのBJ-F870でプリントアウトを取ってみると、A4サイズの紙の長手方向で3mmくらい、短いほうで2.5mm位実寸より短く表現されますが、1%強程度の誤差ですので、日曜大工の目的程度では全く問題ありません。　　　テンプレートの例

実際に図形などを描くには、ツールバーの図形描画をONにしてその中のツールを利用して描いて行きます。　またプリントアウトを取る際には、ページ設定のシートで枠線が出ないようにしておきましょう。
（テンプレートを調整するときには枠線が印刷出来たほうが調整しやすいですが。）

「こう書かねばならない」というルールはありませんが、私の場合外観図、各部の寸法図、構成する板材全ての加工寸法図、板取図、金具などの取付け位置の参考図とマクロからミクロへの順に描いています。　中にはメモや計算式などが入っていることもあります。　板取図は材料を効率良く使うために大事な事前検討であるので、無駄が多いと感じた場合には白紙に戻し、より効率の良い(ローコストの)設計を考えてやり直すこともあります。　　寸法図の例　　材料寸法図の例　　板取り図の例

●いつのまにか大きくなった？
　　何をいきなり言い出すのかと訝る方もいると思いますが、私の経験した本当の話です。　　

この家具は壁と壁の間に嵌め込もうとしていますが、壁間の長さと家具の長さが同一になるよう設計しました。　しかしこのとおり加工すると先ず間違いなく入らないと思います。　
ベニヤ板の加工寸法、横方向接合部８箇所、そしてベニヤ板の厚みがその原因と考えられます。
　

　第一に棚板の幅がメジャーで計った
　程度では、ドンぴしゃりと思えても直
　線性が完全に出ていないために、板
　幅の最大値が接合後の寸法を決め
　てしまうことで、１箇所で+0.3mmの
　誤差でも上の図の場合には合計で
　1.2mm長くなってしまいます。　
　又接合時に少しでも隙間が出来る
　と、これが加算されます。隙間が1箇
　所0.1mmであれば、合計0.8mm長く
　なります。
更にベニヤ板の厚みにもばらつきがあり、実測した経験では18mm合板で、±0.2mmありました。　従って厚めのベニヤ板ばかり使用したとすると、板厚だけで1mmも長くなる可能性を秘めています。（その逆もありますが。）　以上の合計で最大3.0mm設計値より長くなる可能性がある事を示唆しています。　対処法としては、組み立て途上で長さをチェックして少しずつ板幅を調整するしかありません（現物合わせ）。　　こんなことも設計時に頭に入れておい他方が良いと重います。

●相対誤差と絶対誤差
設計図には様々な寸法が書きこまれるわけですが、それらの加工誤差について相対誤差が重要か絶対誤差が重要かを検討しておく必要があります。　例えば棚を作るとします。　側板と棚板の幅を全て250mmと設計したとします。実際に加工したときの実寸が全て252mmになりました。　これは加工誤差が+2mmあるわけですが、実用上問題になるでしょうか？

　　　　答えはNOです。　奥行が2mm深くなっても通常問題とはなりませんね。

しかし側板、棚板それぞれの幅が250mm丁度の値あり、251mmあり、249mmあり。であった場合どうでしょうか？　誤差は前よりも少なく±1mmですが、組上げると接合面に段差を生じ外観上面白くありません。　この場合に求められるのは相対誤差を小さくしたい。　絶対誤差はかなりゆるくても良い。ということになります。

逆に、ある空間にピッタリと嵌め込みたいと言うような場合には、絶対誤差を厳しくして加工せねばなりません。
こんなお話をする理由は、外部に加工をお願いするときの心得なのです。　D.I.Y.の店や材木店で切断のサービスをやってくれる所がありますが、この概念を心得ていないとトラブルの原因になるからです。　
元来木材切断の寸法精度を0.5mm以下に押さえてもらうのは非常に難しいのが実状と聞いています。　
従って相対誤差が重要か？　絶対誤差が重要か？　を明確にしておいたほうが良いのです。　

私の場合どの様に頼むかと言うと、「指定寸法より小さくならないようお願いします。」としています。　これで指定寸法に対し、
＋0.5mm－0mmで加工されてくる事を想定しています。　相対誤差を押さえるのはテーブルソーの場合は特に問題ありません。　こうして加工されたものは絶対誤差が厳しい場合にはこのままでは使えませんので、木口をカンナで削りどんぴしゃサイズとするわけです。　ノコギリで加工する場合も、いきなりどんぴしゃサイズで切断は不可能ですから、少し長めに切断してからカンナで仕上る訳で、要は切断を依頼しようが自分でやろうが最後の寸法出しはカンナによる調整になります。

●重量級の棚設計
棚の設計ではどのような物がその上に乗せられるかが重要で、重量に耐え切れずに破壊してしまうのは論外として、私が標準として使っている18mmのシナ合板で作った棚の荷重によるそりについて触れます。　家庭内でもっとも体積辺りの重量が大きくなるのは本です。　

　製作例の本棚でたわみを調べてみたところ、幅60cm、奥行20cmに22kgの本がびっ
　しりと詰まっている棚6箇所で0.5mm‐0.8mm位のたわみがありました。
　これは小さい値に思えますが正面から肉眼で、たわんでいるな！とはっきり認識で
　きます。　また奥行が30cmの棚では0.5mm以下でした。　こんなことから、18mmの
　合板が強度的には充分であると言えますが、視覚的にはあまりカッコ良いとは思えま
　せん。　リビングルームに作った家具の場合、棚板の幅が97cmもあり、ここにアルバ
　ム、レコードなどの重量物が入り、毎日目に触れるところですので、たわみを押さえる
　ために鉄製のCチャンネルを棚板の裏にネジとエポキシ系接着剤で固定しました。　
　この効果は抜群で、よく見てもたわみを全く感じません。　測定しても恐らく誤差範囲
　に収まっていると思います。　他にも板の2枚重ねとか、たわみ防止の方法はありま
　すが、このCチャンネル程の効果は出にくいと思います。
　（ベニヤ板は厚くしても意外にたわみやすく効果は薄いですが。）

●スライド蝶番の使い方　　スライド蝶番取付参考図
材料の項で種類について触れていますが、3種類のスライド蝶番の取付け方法は一緒です。　ここでは扉や扉を取り付ける本体の材料が18mmの合板で、ATOMのCR-100シリーズの組み合わせに限って説明します。他の板厚の場合や、メーカー、品番が異なる場合には、メーカー発表の資料を参考してください。

　左図は蝶番の使用個数について私の経験を元に一
　覧にしたものですので目安としてください。　
　上下方向の取付位置は、両端の蝶番を端から8cm‐
　10cmに取付け、3個以上の場合には残りを等間隔と
　すれば良いでしょう。　但し家具本体側板の両面に
　スライド蝶番を使う場合には、片方の取付け位置をず
　らさないと干渉しますので注意してください。　1cmず
　らせば充分です。

●スライドレールの使い方　　　 ATOMスライドレールの取付参考図

・普及型２段式スライドレール
　スライドレールもATOMのものを使用していますので、それに沿って説明します。　
　色々なシリーズがありますが、それらの中から１９シリーズと１７シリーズについて簡単に触れます。　それぞれに横付け用と
　底付け用、全長は50mmのステップで300mm‐600mm、車輪の材質の違い等色々な仕様のものがありますが、
　詳しくはATOMスライドレールの取付参考図 またはアトムリビンテックのサイトにアクセスしてください。　耐荷重が20-30kg
　 (レール長400mmの時)とのことなので、整理ダンス用には充分です。　レールの取付けビスはスライド蝶番のときと同じ3.5φ
　15mmを使います。このため引出しの箱を12mm合板で作る場合には、ネジが突出しないよう底付け式を使います。
　スライド量はレール長さによって異なりますが、全長より75-100mm短くなります。
　設計条件は、引出し上方の最小空間、引出しと固定レールを取付ける面との間の空間の2点を満足すればよいです。

　参考までに３段重ねの引出し設計例を掲げます。　外観を重視して前板の各高さは等しいものとします。　この時引出しの箱
　の高さは、最上段が一番浅く次に最下段、中間の引出しが最も深くなります。　これは前述のスライド蝶番でも触れた、前板
　の本体へのかぶり量を7mmとして扉との線をそろえようとした為です。　以上を参考の上皆さんの設計に反映してください。

・普及型３段式スライドレール
　フルオープンスライドレールという型番の3段式は価格が高くなりますが、耐荷重が30kgと高く(レール長400mm時)、2段式より
　スライド量が大きい（レール長－22mm)のが特徴です。　長さは300‐550mmまで50mmステップが標準品としてありますが、
　700mmまでは特注できるそうです。　但しその動作には若干癖があり、工作精度も要求されるため始めてスライドレールを使
　う方にはお勧めしにくい点もあります。　設計の基本条件は、引出しと取付け本体の空間が左右それぞれ15.5mmで精度は
　それぞれ＋0.5mm、-0mmと非常に厳しい値を要求されます。　また引き出しの上部に25mm以上の空間を必要とします。　
　よって2段式レールの場合と同様の理屈で、多段の引出しを組むとき引出し前板の高さを一定とすると、最上段の引出しの高
　さが最も低く、次に最下段、そして中間の引出しの高さが最も高くなります。　

　上記、３段重ねの引出し設計例に、フルオープンスライドレールを使用したときの各寸法も載せてありますので、2段式との各
　部寸法の違いを確認して下さい。外観上は同一ですが、引出しの寸法を始めとして微妙に変わります。

・重量級のスライドレール
　これは沢山のスチールボールを使い精密加工されたもので2段式3段式共にあり非常に高価ですが、3段式の場合には本体
　の長さよりもスライド量が大きくなるものもあります。　耐荷重も人の体重以上のものもあり、スライド時のがたはスチールボー
　ルを使う構造上殆どありません。　但し当然ながら価格も高いです。　家具の製作にこのタイプを必要とするケースは殆どない
　と思いますので使い方の詳細は省きます。　

　私の場合唯一冷蔵庫横のスライド隙間収納棚を作る際に使用しましたが、こちらからその詳細をご覧下さい。

●ハンギングフォルダーの検討

　現在までの私の作品の中に引出しが合計で72個
　ありますが、そのうち４個がハンギングフォルダー
　対応の引出しとなっています。　
　ハンギングフォルダーは穴をあけたくない書類を整
　理保存するにはもってこいですが、これを木工で実
　現しています。　

　この引出しには3段型スラ
　イドレールを使用している
　関係で、精密な加工が必
　要ですが、出来あがった
　ものはA4サイズのバイン
　ダーもピッタリ収まり、大
　変便利に使えます。　

　寸法詳細は図面を参照願うとして、奥行だけを皆さ
　んの好みに変更していただければ良いと思い
　ます。　こんな引出しも製作構想の中に入れてみ
　ては如何でしょうか。

　(上の写真をクリックすると設計例が見れます。）

●吊戸棚の固定方法
吊戸棚を固定するには幾つかの方法があります。　一概にどの方法が良いとは言えませんが、内壁の下地が合板であれば、固定するのは大変楽になります。(実体は石膏ボードが多いですが）

　　・吊戸棚を壁だけで支える。
　　・吊戸棚を壁と天井で支える。
　　・側板の間に吊戸棚を挟み込んだ構造とし壁と共に支える。

上記の順に固定強度は高く出来ます。　いずれの場合も壁・天井の下地が石膏ボードであれば、その下に隠れている間柱や桟の位置を特定しなければなりません。　　　　　　隠れた釘を探す道具
その上で吊戸棚に固定用の桟を取付けて3.5‐4φ 50‐70mmのタッピングビス或いはスレンダースレッドネジで固定します。（釘は絶対に不可）　ネジの本数は少々多目かなというくらい使いたいですね。　50mmのネジは下地が合板の場合です。　　この他にもっと安直にL金具で固定なんて言う方法もありますが、外観がみっともなくなるのと強度的な不安が残ります。

●本棚の基準寸法
本棚は比較的取り組みやすい日曜大工のテーマですが、スペースを有効に使おうとすると綿密な計算をしたほうが良いです。　最初に所有している本をサイズ別に分類してしまいます。　次の7段階に分類すれば良いでしょう。

　A3より大きな本は少ないと思われますので、大きな本用の棚板奥行
　は30cmあれば良いことが判ります。　A4を基準にすると25cmとなる
　でしょうか。　B5では20cmの奥行、A5以下では15cmで大丈夫です。　

　サイズ毎に分類した本の量と今後増えるであろう量を予測し、それぞ
　れのサイズの延べ幅を何cmにすれば良いかを決定します。　それら
　を満足する棚のレイアウトを、大は小を兼ねることを考慮しながら設
　計します。　

　但し本は大変重いので床が充分に荷重に耐えられるかどうかを検討
　する必要があります。　B5サイズで総幅60cmの本の重量は約22kg
　ありますから、他のサイズは面積に比例して変わるとして計算してみ
　てください。　大工さんの話ではアップライトピアノは2階には上げたく
　ないそうです。　アップライトピアノの重量は200kg前後ですが、それよ
　りも足4点にて支えるため、床との支点辺りの荷重が大きいのが問題なのだそうで、グランドピアノなどは論外（300kｇを超える！）と言ってました。

これからすると本棚は側板と床が線で接触するのでまだよさそうですが、極力過重のかかり方を分散したほうが良いと思います。　その意味では天井まで届く縦長よりも横長のほうが同重量であれば荷重分散できます。　更に「重量級の棚設計」の項で申し上げたように棚板のたわみのことも考えると、ひとつの棚幅は60cmを上限としたほうがよさそうです。

●板取りと材料費節減
私の購入している18mm厚シハチのシナ合板は約1万円強ですが、仮に60cmｘ60cmの余りが出たとすると、面積で12.5%になりますから、約1300円を捨てることになります。　非常にもったいない話ですから効率良く板を使いたいものです。　その為には設計する際に、無駄の出ない板取りを考えねばなりません。

丁度きっちりと使い切ることは不可能ですので、余るのであれば出来るだけ大きな板として余るようにし、他の作品に転用することを心がけましょう。　
板取を良くするには、基本設計が出来た後に全ての部材をリストアップし、それをどの様に切断して行くか検討しますが、場合によっては長さや幅をを1cm縮めるだけですごく効率良くなることもありますし、プロは笑うかもしれませんが、常識的な木目方向とは異なる方向で切断することも検討しましょう。　シナ合板でペイント仕上とするのであれば、木目方向は意外に目立たないものです。

　天井に届くような家具の場
　合、シハチの合板はサブロク
　より加工工数が減りしかも板
　取り効率が良くなります。

　例えば奥行60cm高さ240cm
　幅360cmの収納棚で縦のブ
　ロックを5つ繋げた構造を考え
　ると、側板が6枚必要になり、
　1つのブロックの内幅は、
　{360-(1.8 x 6)}/5=70cmとな
　りますが、シハチ合板で考え
　た場合、3枚で側板6枚が取
　れ、1枚で棚板が6枚取れま
　すから、全てのブロックを棚
　板6段としたら、5枚。側板と
　合わせて合計8枚で完成しま
　す。（このとき30cmx120cm
　6枚の端材が出て約7.8%の
　無駄が出ます。）

　一方サブロク合板で考える
　と、240cmの高さの側板を実
　現するには、長さ60cmを継ぎ
　足す必要があります。
またサブロクから幅60cmの板は1枚しか取れませんから、側板だけで8枚のサブロク合板が必要で且つ余りが沢山出てしまいます。　(30%以上が端材となる。）

シハチの合板の単価を1.1万円とすると約9万円の支出で済みますが、サブロクの場合には単価を7000円とすると、16万円を超える事になりとんでもない差になります。普通は大きい板を使うほうが板取は良くなりますが、設計によっては小さなサブロクのほうが良くなることもあるので注意しましょう。
(例えば高さ180cm幅60cm奥行30cm又は20cmの本棚であれば、サブロクの方が板取が良くなる可能性が高いです。）　

●壁と壁の間に家具をすっぽり嵌め込む方法
壁と壁の間にすっぽりと嵌め込めれば、壁との間の隙間がなくなり見た目がすっきりするだけ出なく、家屋に固定しやすくなるので地震対策上も意味があります。　私がやっている方法は2つあります。

・その１

　最も簡単な方法で、何れかのブロックの棚板を、桟で固定する方法です。　この場合の鍵は、桟で固定
　する棚板の幅を、設計寸法ではなく実寸を測って決めることです。　（これを現物合わせと言います。）
　この方法が最も応用しやすいでしょう。　注意点としては、桟の部分の見え方を工夫することで、この部
　分が扉の中に隠れるような構造に出来れば見た目にもいいでしょう。　左の例は、上に乗る乾燥機に湿
　った洗濯後の衣類を入れると50kg位になると言うので、幅広の桟を使い棚の取付け強度を上げた例で
　す。　扉で隠すことが出来ないのでみっともなさを少しでもなくそうと、手前の角を斜めに削りました。
　(左の写真クリック)

・その２

これは少々手の込んだやり方です。　側板の高さ制限はありませんが、例を側板が天井に届くものとして説明します。　

先ず片方の側板は240cmの天井高で作り固定してしまいます。　棚板は木ダボで固定するので、ダボ穴をあけておきます。　
反対側の側板はサブロクの合板から高さ182cmで作りこちらもダボ穴をあけておきます。

固定棚を2枚の側板の間に挟んで、変な隙間が出きないか？　挟みこむとききつ過ぎないか？などカンナで調整しておきます。　

次に木工ボンドを塗ったダボ穴に木ダボを打ちこみます。頭が5‐7mm程度出ていれば良いでしょう。　その頭にも木工ボンドを塗っておきます。　固定した側板のダボ穴に棚板の各ダボをあてながら、棚板のもう一方の端は上を向くよう傾けます。（反対側の壁との間に当然ながら隙間が出来ます。）

182cmの側板を上から壁に沿い少しずつずらし同時に棚板の傾斜角度もゆるめながら、ダボ穴と一致するところまで側板が降りたところで、軽く側板の上部を叩きダボ穴に木ダボが入ることを確認したら、側板下部が床に到達するまで側板上部を叩けば一段落です。　
その後側板上部の空きの高さを測り、側板上部を加工し壁に固定して完成します。　繋ぎ目はパテで埋めてしまいます。　この方法は少々面倒ですが、収納するとき引っかかり易い棚を固定する桟がないため使いやすい事と、見た目も綺麗に上がります。

●天井まで届く家具の構造
天井の高さと家具の高さが等しい場合、その構造を充分検討する必要があります。

　第一の構造は家具の奥行が下
　から上まで同じ場合で、この時
　全ての側板の高さ（天井高）は
　シハチ合板の長さとほぼ同一と
　なり、無駄が少ないです。
　（最近天井高が240cm以上の例
　も見受け、その場合には別です
　が。）　
　この意味でシハチ合板の存在は
　無駄が少なく加工が楽でありが
　たいです。

　第二は家具の奥行が下と上とで
　違いながら1枚板で側板を作る場
　合です。側板の横方向の曲げ強
　度は高いですが、側板を一部欠
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　き取る分だけ材料の無駄が多く

　なります。

　第三は間にカウンターを挟みた
　い時で、側板は上下分離となり
　ます。　当然ながら側板の横方
　向の曲げ強度は低下しますか
　ら、何らかの補強を考えねばなり
　ませんが、壁の間に嵌め込む場
　合にはその心配もありません。　

　第四はカウンターの上に追加の
　側板が載るような場合ですが、
　この時にカウンターに大きな垂直
　方向の荷重がかかりますので、
　カウンターの補強や十分な厚さ
　の確保が必要です。

●フラッシュ構造
日本語では太鼓貼りと呼びますが、中が中空の構造で扉などでその重量を軽くするために良く用いられます。　非常に手間がかかり、工作の仕方がまずいと反りが出やすいと言う問題もあります。　私の作品でも重量軽減からフラッシュ構造の扉を2箇所作りましたが、その勘所について触れます。　

　まず扉の厚みを決定します。次に扉の表面をどうす
　るか決めます。　私は屋内でしたら2.7mmのシナ合
　板、屋外で雨にぬれる可能性があるところでした
　ら、2.7mmのラワン耐水合板とし、何れも仕上はウ
　レタンニスかウレタン塗料と決めています。

　ドアの厚みが40mmでしたら、18mm合板から幅
　40-(2.7x2)=34.6mmの棒を切断しますが、この時は
　相対誤差が大変重要なので、必要な量を材木屋さ
　んで切断してもらいます。　

　この材料でドア芯となる枠を作りますが、その組み
　立ては平らな床の上で行います。　つまみ、取手な
　どが取付く場合にはネジ止めできるような補強もし
　ておきます。
　接合は木工ボンドを使いますが、36mm隠し釘を併用します。（隠し釘はかなり叩きこんでください。頭を切断した後にカンナで仕上るので、切断面が飛び出てはまずいです。）　接着後床の上において角の直角が出るよう、妙な反りが出ないよう修正し、木工ボンドが完全に固着するまで、寝かします。　

次に床の上にドア枠を置き、枠に木工ボンドを塗りその上に設計値よりやや大きめ（1mm‐2mm）にカットした表面材を貼ります。　固定は隠し釘或いは仮釘を使います。　反りが出ていないこと、直角が出ていることを確認しながら10‐15cm間隔で打ちこみます。　3‐4時間寝かせた後に隠し釘の頭を叩き落すか、仮釘を抜いて反対側の面も同様に表面材を貼ります。　固着したらカンナで小口の表面材の出っ張りを落としてやります。　

表面材及びその仕上には注意が必要です。　片面のみ塗装、片面が塗装で反対側には壁紙を張って？など違った処理をすると、時間経過と共に必ず反ってきます。　

フラッシュ構造ではありませんが、18mm厚シナ合板で幅89mm長さ1950mmの片面のみニス仕上げをした板の反りの例をお見せします。　(右写真クリック)

反りを避ける原則は、両面とも同じ材質、厚み、仕上の表面材とすることで、一旦反りが出てしまったら
これを修正するうまい手立てはありません。