ちょこっとばかし木のことを。

少々電気電子関係事柄が多かったので木製自作CNCとゆうブログのタイトル通り少々木、材木の事を書いてみます。





上記画像、クリックすると大きくなります。

何の変哲もない、そこら辺のお山に生えてる木です。
よく見ると、樹皮の目が斜めになってます。

木は表面から内部を締め付けるように育っていきます。
小さいうちはまだ自重もさほどではなく、枝のようにしなって外力を逃してますがある程度の大きさになってくると自重もさることながら、風やその他外力に対抗できるように、太陽の光を求め強靭に、しかし、柔軟性を保ちながら幹を締め付けながら育っていきます。

生きている木では、内部応力は多分バランスを保っているんだと思いますが、製材され材木となると、この内部応力が”反り”の原因になります。

また、生きている木では、水分を吸い上げて葉っぱで光合成をして生きています。
水分は根っこのある地べたから、幹の割りと外側を通り、枝を経由して葉っぱに到達します。
ので、製材した材木は水分の多い樹皮側の水分が抜け、縮みます。これも反りの要因です。

丸太の状態で、樹皮をとって天然乾燥(ある意味放置)させておくと樹皮側になる部分の表面にビシビシ割れが入ります。
これを防ぐために木造住宅等の柱には昔から背割れとゆう樹皮側から芯までのノコ目を一本入れておき、その他の面では乾燥応力?による割れが出ないような工夫がされてます。
最近の材木では、湿潤状態による人工乾燥(矛盾してますが湿潤状態の雰囲気内(湿度90%以上)での加熱でも、材木の乾燥は進むそうです)等、乾燥技術が進み、無垢な柱でも、背割れがなくても、乾燥による表面の割れのない柱材もあるようです。
逆にメイプルのような通常乾燥による反りとは逆方向に反る場合がある材木もあるので全てが全てそうなるとは限らないとゆうところは天然の素材を使用する難しさなのかもしれません。

上記の乾燥の具合による反りは乾燥してしまえば(とはいえども、含水率はかなり低く)程々になりますが、内部応力による反り、曲がりは抜けません。

無垢の材料を使う場合、逆にこの反りを利用して2つあるものは同じような反りの物を対抗させ相殺させるように使います。また、力のかかる部分に力と逆方向に反っている材料を使ったりします。

ベニヤ合板、MDF,集成材etc...は反らない、と思うでしょうが、その製造方法によってその度合は違うでしょうが、全く反らない事はありません。

ベニヤ合板や、集成材はその製法上、接着剤をつけて圧縮して作ります。
この圧縮の加減で内部応力ができてしまう場合が多いと思います。
ベニヤ合板の場合、大きな丸太からロータリーレースにて薄いベニヤ単板に加工した段でも、厚みは均一でも、素材自体は結構波をうってます。
それを何枚か重ね、一枚の板とするのですから木目方向(木口方向ではない)では反り曲がるのは当たり前です。
反る要因はそれぞれです。

木目方向には乾燥収縮による大きさの変化が大きいのですが木口から木口への方向では、とても収縮が少ないです。
竹なんかも木口方向の収縮がとても少なく多少手荒に扱っても折れることがないので定規に使われてますね。。


また材木は金属と比べても熱膨張率はとても低く、比重も小さいです。
上記の事と、加工性が金属や樹脂に比べとても良いので私は木質系材料でCNCマシンを作ってみてます。。

昔のからくり人形や、お祭りの山車、農機具等をみていると木材を使用して上手に考えて作られているなぁと感心したりします。
時間の過ぎるスピードが速くなったのか、長い時間軸での物事の観察ができなくなっているような気がします。。。

ki2.jpg


画像のような所が綺麗な杢となるのでしょうが、私は鉋がけしずらいし、反りや曲がりが大きいのであまりすきではありませぬぅ。。


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材木の反り。

無垢の材料が反るのは当たり前として、ソリが少ないと言われている集成材や、ベニヤ、MDF等でも、引き割れば多少なりともソリが出ます。

最近多用されている住宅用の柱材として使われている集成材、メーカーの売りとして反らないとうったっているところもあるようですが現実として反っているものをみたことがあります。

では、なぜ反るのでしょうか?
それは、貼り合わせるとき(集成材や積層材、ベニヤ)、成形(MDF)するときに、圧力を加えるからです。
圧力を加えて貼り合わせなり、成形されたものは成形されたときは真っすぐでも、切った時に内部応力のバランスが崩れ、曲がります。曲がり具合は切ってみないことには解りません。。

無垢の材木のソリ、はいろんな要素(含水率、春材秋材など)がありますが、育ち方も大きいと思います。
材木として使用されるような木は、倒れないようにすこしづつ、捻じれながら内部応力を蓄えながら育ちます。
無垢の材料も繊維方向に挽き割ると、内部応力のバランスが崩れソリが出ます。

なので、大きく挽き割ったあと、もう一度少量、切ったり削ったりして直線を出し直します。

材木、木材系の材料は安易に手に入り加工も金属加工に比べ簡単ですが、加工は個々の材料の特性を把握し、注意深く観察しながらでないとちゃんと加工するのは難しいです。









MDF材

海外のウエブサイトにてCNCルーター作成によく使われているMDF材。

通常の材木やベニヤ類はJAS(日本農林規格)と違いJIS(日本工業標準規格)にて定義されています。
日本工業標準調査会のページのデータベース検索内にあるJIS検索にて、キーワード「繊維板」で表示されます。

JIS規格内にある繊維板、MDFはいろいろあります。
一般的に建材として流通している(ホームセンター等で手に入る)MDF材を私はCNCを作るときに使用しませんでした。

力が掛かったまま曲がって(歪んで)雨が降ったりして湿度が高くなったりすると、その吸湿性の高さから曲がったままに塑性変形してしまうからです。

ありがちな例だとホームセンターに売っているカラーボックスに本みたいな重いものを目一杯置きっぱなしにすると棚板が曲がったまま戻らなくなるとか、、。(カラーボックスの材料はMDFより密度が低いと思います)


作ったCNCの構造上、多少ベアリングを押し付ける力を掛けるために材料自体に弾性変形させて組み付けました。

防湿処理(塗装等)されていない、一般的なMDFをこのような使い方をすると塑性変形にてせっかく掛けたテンションが抜けてしまいます。

また、構造上無理がある場合無理があるところが曲がってきて、機械としてどうだろう?とゆうことに。。

湿度の高い環境で、比較的大型(机に乗らない程度)の機械をMDFにて作成される場合はなるべく防湿処理(塗装等)をすることをおすすめします。
以前紹介した木製CNCルーターFireballV90も、塗装してあるのはこのためだと思われます。

MDF材は工業製品だからといって反らないことはありません。
反りにくい部分もあれば、反りやすいものもあります。


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あきらひとし。

Author:あきらひとし。
木工用CNCルーターフレームと、ステッピングモータードライバを作ってみました。
たぶん記事は一般的な人には殆ど必要のない事ばかりなの、かも。

モーターは回るだけでも楽しい。制御(速度、トルク、位置)できるともっと楽しい!

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