３Ｄプリンタで「チェーン」機構を作る

 　３Ｄプリンタで造形したものをつなげるときに、ネジ、ナットを使うとしっかりと接合することができます。しかし、子供たち向けのものづくりキットの設計では、その接合箇所が増えると、製作するときの負担になります。

　例えば、右のような「チェーン」を使った伝達機構を制作するとき、チェーンの部品同士を接続するときに、ネジを使うと、チェーン部品の数（両側から留めると２倍）分のネジが必要になります。

　この作業は子供たちにとって大変なものです。

「ピン」を使って、ネジの代用する

　ネジの代わりをする「差し込みピン」を設計して、組み立て作業を簡単にします。

　ネジ穴はネジでもよく使われる3.0mmと4.0mmです。深さは7.0mm程度です。

　ここにはまるピンを設計します。

ピンは次の図のように、鍔のついたピンです。鍔の厚みは1.0mm程度です。

　差し込む先はテーパを付けて、差し込みやすくしています。

　３Ｄプリンタ（ノズル0.4mmで造形）で造形すると、設計した寸法より、0.05mm～0.1mm程度大きく出来上がります。つまり、ネジ穴3.0mmに対して、ピンの直径を3.0mmにすると入りません。ピンの直径をわずかに小さくすると、うまくいく場合といかない場合が出てきます。これは、造形するときの３Ｄプリンタのノズル穴のサイズにより、造形できる精度からくるものです。

ピンの設計

　これを解消するために、ピンの設計に工夫を加えます。

　形状を「楕円」にすることです。

　　3mmのピンでは長軸3.00mm、短軸2.80mm

　　4mmのピンでは長軸3.95mm、短軸3.80mm

　　（長軸が直径程度、短軸が直径 -0.1mm程度）　

　このようにすることで３Ｄプリンタの造形の特性を吸収して、差し込みやすくなります。

　ネジ穴に、ピンを差し込んだ様子が右図です。ピンが楕円であるため、差し込んだ時に隙間が出来上がります。図では上側（赤矢印）に隙間があります。左右方向はほぼ隙間なしです。

　隙間が少ない方向の摩擦でピンが抜けにくくなります。

ものづくりキット７　マーブルマシンの設計

　このチェーンを使い、ものづくりキット７「マーブルマシン」の設計、試作中です。

　右のようなチェーンをハンドルで回転させる機構です。