WO2017221566A1 - 樹脂製アーム及びその製造方法 - Google Patents

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WO2017221566A1
WO2017221566A1 PCT/JP2017/017533 JP2017017533W WO2017221566A1 WO 2017221566 A1 WO2017221566 A1 WO 2017221566A1 JP 2017017533 W JP2017017533 W JP 2017017533W WO 2017221566 A1 WO2017221566 A1 WO 2017221566A1
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WO
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arm
shape
chuck
resin
main body
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PCT/JP2017/017533
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English (en)
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三四郎 長井
橋本　将臣
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Enplas Corp
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Enplas Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/10—Additive manufacturing, e.g. three-dimensional [3D] printing

Definitions

  • the present invention relates to a resin arm as an additional shaped article formed by an additive manufacturing technique and a manufacturing method thereof.
  • FIG. 11 is a view showing a molded product take-out arm 101 used in such a molded product take-out machine 100.
  • FIG. 12 is a diagram showing the operating state of the arm 101 of the molded product take-out machine 100 in a simplified manner.
  • the arm 101 is a plate-like body made of an aluminum alloy
  • the attachment portion 102 on the base end side (left end side in FIG. 11) is fixed to the support frame 5
  • the tip end side A chuck 10 for adsorbing a molded product is attached to the chuck portion 103 on the right end side in FIG.
  • the take-out arm 101 is guided by a support frame 5 that moves along a guide rail 12 between a standby position S1 and a take-out position S2, and a molded product (not shown) in a mold cavity is chucked. And the molded product is taken out from the mold (see Patent Document 1).
  • the present invention provides a resin arm that hardly generates vibration even when used in a state in which rapid acceleration fluctuations occur, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention also relates to a resin arm 1 including a base end side mounting portion 2, a distal end side chuck portion 4, and an arm main body portion 3 connecting the mounting portion 2 and the chuck portion 4. It is.
  • the arm body 3 is (1).
  • a through hole 11 for ventilation is formed in the central part of the longitudinal direction, (2).
  • the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction in the connecting portion with the mounting portion 2 and the connecting portion with the chuck portion 4 is substantially W-shaped, (3).
  • the shape of the cross section in the range from the portion closer to the mounting portion 2 to the portion closer to the chuck portion 4 is a substantially inverted V shape, (4).
  • the shape of the cross section in the vicinity of the connection portion with the mounting portion 2 smoothly changes from a substantially W shape to a substantially inverted V shape, (5).
  • the shape of the cross section in the vicinity of the connection portion with the chuck portion 4 smoothly changes from a substantially inverted V shape to a substantially W shape.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a resin arm 1 including a base-end-side mounting portion 2, a distal-end-side chuck portion 4, and an arm main body portion 3 that connects the mounting portion 2 and the chuck portion 4. .
  • the outer shape of the arm body 3 is calculated so that the natural frequency of the arm 1 is within an allowable range, and the 3D data for manufacturing the arm 1 is determined.
  • a 3D printer modeling process in which the arm 1 is modeled by a 3D printer using 3D data for manufacturing the arm 1.
  • the resin arm according to the present invention can reduce the overall weight as compared with the arm made of aluminum alloy as in the conventional example, and the sectional moment (I) can be made larger than that of the flat plate shape, and the bending rigidity can be increased. (EI) can be made larger than that of a flat plate. As a result, the resin arm according to the present invention is less likely to vibrate even when used in a state where rapid acceleration fluctuations occur.
  • FIG. 1 (a) is a perspective view of a resin-made arm
  • FIG.1 (b) is a top view of a resin-made arm
  • FIG.1 (c) is resin-made. It is a side view of an arm.
  • 2A is a cross-sectional view taken along the line A1-A1 in FIG. 1B
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line A2-A2 in FIG. 1B
  • FIG. 2 (c) is a cross-sectional view taken along line A3-A3 in FIG. 1 (b)
  • FIG. 2 (d) is cut along line A4-A4 in FIG. 1 (b).
  • FIG. 1 (a) is a perspective view of a resin-made arm
  • FIG.1 (b) is a top view of a resin-made arm
  • FIG.1 (c) is resin-made. It is a side view of an arm.
  • 2A is a cross-sectional view taken along the line A1-A1 in
  • FIG. 2E is a cross-sectional view taken along the line A5-A5 of FIG. 1B. It is a figure which shows the modification 1 of the resin-made arms of this invention
  • Fig.3 (a) is sectional drawing of the arm main-body part corresponding to Fig.2 (a)
  • 3C is a cross-sectional view of the arm main body corresponding to FIG. 2C
  • FIG. 3D is a cross-sectional view of the arm main body corresponding to FIG.
  • FIG.3 (e) is sectional drawing of the arm main-body part corresponding to FIG.2 (e).
  • FIG. 1A is a perspective view of the resin arm 1.
  • FIG. 1B is a plan view of the resin arm 1.
  • FIG. 1C is a side view of the resin arm 1.
  • 2A is a cross-sectional view of the resin arm 1 cut along the line A1-A1 of FIG. 1B (a cross-sectional view of the connection portion C1 of the arm main body 3 on the mounting portion 2 side).
  • 2B is a cross-sectional view of the resin arm 1 cut along the line A2-A2 of FIG. 1B (first cross-sectional view of the arm main body 3).
  • FIG. 1A is a perspective view of the resin arm 1.
  • FIG. 1B is a plan view of the resin arm 1.
  • FIG. 1C is a side view of the resin arm 1.
  • 2A is a cross-sectional view of the resin arm 1 cut along the line A1-A1 of FIG. 1B (a cross-sectional view of the connection portion C1 of the arm main body 3 on the mounting portion 2 side).
  • 2C is a sectional view of the resin arm 1 cut along the line A3-A3 of FIG. 1B (second sectional view of the arm main body 3).
  • 2D is a cross-sectional view of the resin arm 1 cut along the line A4-A4 of FIG. 1B (third cross-sectional view of the arm main body 3).
  • 2E is a cross-sectional view of the resin arm 1 cut along the line A5-A5 of FIG. 1B (a cross-sectional view of the connecting portion C5 of the arm main body 3 on the chuck portion 4 side). ).
  • a mounting portion 2 fixed to a support frame 5 with a bolt 6 or the like is formed on the base end side (left end side in FIG. 1) (FIG. 12).
  • the arm main body 3 is integrally formed at the end of the mounting portion 2, and the chuck 4 is integrally formed at the tip of the arm main body 3 (the right end in FIG. 1).
  • the mounting portion 2 formed on the base end side of the resin arm 1 is a plate-like portion having a rectangular shape in plan view, is formed to have the same plate thickness, and is attached to a mounting hole (not shown) of the support frame 5. ),
  • a pair of bolt holes 7 are formed along the width direction (the vertical direction in FIG.
  • the resin arm 1 is configured such that the back surface 2b is abutted against the support frame 5 when one of the mounting portions 2 in the plate thickness direction is the front surface 2a and the other of the mounting portions 2 in the plate thickness direction is the back surface 2b.
  • the longitudinal direction of the resin arm 1 means a direction along the X-axis direction of the XY plane when the imaginary plane including the surface 2a of the attachment portion 2 is an XY plane.
  • the plate thickness direction of the attachment portion 2 refers to the Z-axis direction orthogonal to the XY plane.
  • the width direction of the resin arm 1 is a direction along the Y-axis direction of the XY plane.
  • the chuck portion 4 formed on the distal end side (the right end side in FIG. 1) of the resin arm 1 is formed with four pedestal portions 8 spaced apart from each other, and is attached to the attachment portion 2 via the arm main body portion 3. Connected together.
  • a chuck 10 (for example, a vacuum chuck) that holds a molded product (three-dimensional modeled product, injection molded product, etc.) is attached to the base portion 8 of the chuck portion 4 (see FIG. 1C).
  • the arm main body 3 has a cross section orthogonal to the longitudinal direction (perpendicular to the XY plane and orthogonal to the X-axis direction of the XY plane) when the direction from the mounting portion 2 toward the chuck portion 4 is the longitudinal direction.
  • the connecting portion C5 with the chuck portion 4 is smaller in area than the connecting portion C1 with the mounting portion 2 (see FIGS. 2A and 2E).
  • the arm body 3 is formed such that the dimension in the width direction gradually decreases from the portion C2 near the mounting portion 2 toward the portion C4 near the chuck portion 4 (FIGS. 2B to 2D). reference).
  • the arm body 3 has a substantially W-shaped cross section at the connection portion C1 with the attachment portion 2 and the connection portion C5 with the chuck portion 4 (see FIGS. 2A and 2E).
  • the cross-sectional shape in the range (C2 to C4) from the portion C2 near the portion 2 to the portion C4 near the chuck portion 4 is a substantially inverted V shape (see FIGS. 2B to 2D).
  • the arm main body 3 has a cross-sectional shape in the vicinity of the connection portion C1 with the attachment portion 2 smoothly changes from a substantially W shape to a substantially inverted V shape, and in the vicinity of the connection portion C5 with the chuck portion 4.
  • the cross-sectional shape is formed so as to smoothly change from a substantially inverted V shape to a substantially W shape.
  • the arm main body part 3 includes a crest or valley part having a substantially W-shaped cross section of a connection part C1 with the attachment part 2 and a connection part C5 with the chuck part 4, and a chuck part 4 from a part C2 closer to the attachment part 2.
  • a substantially inverted V-shaped peak or valley portion in the range (C 2 to C 4) up to the close portion C 4 extends along the longitudinal direction of the arm main body 3.
  • the arm main body 3 has both ends in the width direction orthogonal to the longitudinal direction (both ends on both sides of the substantially W-shaped cross section) smoothly connected to both ends in the width direction of the mounting portion 2.
  • the arm main body 3 is formed so as to gradually reduce the dimension in the width direction from the portion C2 near the attachment portion 2 to the portion C4 near the chuck portion 4.
  • the arm main body 3 has a pair of through holes 11 and 11 for ventilation at the center in the longitudinal direction. Note that at least one through hole 11 may be formed.
  • the arm main body portion 3 of the resin arm 1 having the above-described configuration has a connection portion with the chuck portion 4 when the cross-sectional area of the connection portion C1 with the attachment portion 2 (see FIG. 2A) is 1.0.
  • the cross-sectional area of C5 (see FIG. 2 (e)) is 0.13.
  • the arm body 3 of the resin arm 1 has a portion C2 near the mounting portion 2 between the connecting portion C1 with the mounting portion 2 and the connecting portion C5 with the chuck portion 4 (see FIG. 2B). ) Is 0.28, and the cross-sectional area at the portion C4 (see FIG. 2D) near the chuck portion 4 is 0.11.
  • the arm body 3 is formed so that the dimension in the width direction gradually decreases from the portion C2 near the mounting portion 2 to the portion C4 near the chuck portion 4.
  • the resin arm 1 according to the present embodiment has a portion (C3 to C5) closer to the chuck portion 4 of the arm body portion 3 than a portion (range C1 to C3) closer to the mounting portion 2 of the arm body portion 3. ) Is lighter.
  • the resin arm 1 according to the present embodiment is lighter than the case where the entire weight is made of an aluminum alloy.
  • the resin arm 1 according to the present embodiment has a pair of ventilation through holes 11 and 11 formed in the central portion in the longitudinal direction of the arm main body 3 so that it is difficult to receive air resistance during exercise. Yes.
  • the resin arm 1 according to the present embodiment can reduce the bending due to the action of inertia caused by the rapid acceleration fluctuation, and can reduce the vibration.
  • the natural frequency of the resin arm 1 and the natural frequency of the machine to which the resin arm 1 is attached (for example, the molded product take-out machine 100 in FIG. 12) can be shifted by a shape optimization design described later. Therefore, the occurrence of vibration due to the resonance phenomenon can be effectively prevented.
  • the cross-sectional area ratio of the arm body 3 described above is a numerical example for making the resin arm 1 according to the present embodiment easy to understand, and is not limited to this numerical example, and required bending rigidity. It is appropriately changed according to (EI), natural frequency, and the like.
  • the arm main body 3 of the resin arm 1 according to the present embodiment has a substantially W-shaped cross section at the connection portion C1 with the attachment portion 2 and the connection portion C5 with the chuck portion 4 (FIG. 2 ( a) and (e)), the cross-sectional shape in the range (C2 to C4) from the portion C2 near the mounting portion 2 to the portion C4 near the chuck portion 4 is a substantially inverted V-shape (FIG. 2B).
  • the arm main body 3 of the resin arm 1 according to the present embodiment is closer to the mounting portion 2 where the influence of the bending moment is larger than that of a flat arm main body (not shown) having a rectangular cross section.
  • the bending rigidity (EI) in the portion can be increased.
  • the resin arm 1 according to the present embodiment is used in place of the conventional aluminum alloy arm 101 shown in FIG. 12, and the mounting portion 2 is fixed to the support frame 5 with bolts 6 or the like. 5 is attached in the form of a cantilever beam.
  • the resin arm 1 is guided by the support frame 5 that moves along the guide rail 12 and moves between the standby position S1 and the take-out position S2 while repeating rapid acceleration and sudden stop.
  • the rotary shaft 13 can be quickly turned and stopped quickly. As described above, the resin arm 1 is used in a state where a rapid acceleration fluctuation occurs.
  • the resin arm 1 according to the present embodiment can reduce the overall weight as compared with the arm 101 made of an aluminum alloy as in the conventional example, and can make the sectional moment (I) larger than that of the flat plate shape.
  • the bending rigidity (EI) can be made larger than that of a flat plate.
  • the resin arm 1 according to the present embodiment hardly generates vibration even when used in a state in which a rapid acceleration fluctuation occurs.
  • FIG. 3 is a view showing a cross-sectional shape of the arm main body 3 according to Modification 1 of the resin arm 1, and FIG. 3 (a) is a cross-sectional view of the arm main body 3 corresponding to FIG. 2 (a).
  • 3 (b) is a cross-sectional view of the arm main body 3 corresponding to FIG. 2 (b)
  • FIG. 3 (c) is a cross-sectional view of the arm main body 3 corresponding to FIG. 2 (c)
  • FIG. FIG. 3E is a cross-sectional view of the arm main body 3 corresponding to FIG. 2E
  • FIG. 3E is a cross-sectional view of the arm main body 3 corresponding to FIG.
  • the resin arm 1 of the present invention is not limited to the above embodiment, and the cross-sectional shape of the arm main body 3 is appropriately set as long as the bending rigidity (EI) can be made larger than that of the flat arm main body. Can be changed.
  • the arm main body 3 of the resin arm 1 according to the first modification has a substantially M-shaped cross section at the connection portion C1 with the attachment portion 2 and the connection portion C5 with the chuck portion 4 (FIG. 3 ( a) and (e)), the cross-sectional shape in the range (C2 to C4) from the portion C2 near the mounting portion 2 to the portion C4 near the chuck portion 4 is substantially V-shaped (FIG. 3B). To (d)).
  • the arm main body portion 3 of the resin arm 1 according to the first modification example is a flat plate having a rectangular cross-sectional shape (the width dimension and the cross-sectional area at each position C1 to C5 are the same as those of the arm unit 3 of the present embodiment).
  • the sectional moment (I) is increased, and the bending rigidity (EI) is increased.
  • the resin arm 1 according to the first modification is unlikely to vibrate even when used in a state where a rapid acceleration fluctuation occurs.
  • FIG. 4 is a view showing a cross-sectional shape of the arm main body 3 according to the modification 2 of the resin arm 1.
  • the arm main body 3 may have a substantially W-shaped cross section from the connection portion C1 to the attachment portion 2 to the connection portion C5 to the chuck portion 4 (FIG. 1 (b). )reference).
  • the arm body 3 of the resin arm 1 according to the second modified example is a flat plate having a rectangular cross-sectional shape (the width dimension and the cross-sectional area at each position C1 to C5 are the same as those of the arm main body 3 of the present embodiment).
  • the cross-sectional secondary moment (I) is increased, and the bending rigidity (EI) is increased.
  • the resin arm 1 according to the second modification is less likely to vibrate even when used in a state where a rapid acceleration fluctuation occurs.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a cross-sectional shape of the arm main body 3 according to the third modification of the resin arm 1.
  • the arm main body 3 may have a substantially M-shaped cross section from the connection portion C1 to the attachment portion 2 to the connection portion C5 to the chuck portion 4 (FIG. 1 (b). )reference).
  • the arm main body 3 of the resin arm 1 according to the third modification is a flat plate having a rectangular cross-sectional shape (the width dimension and the cross-sectional area at each position C1 to C5 are the same as those of the arm main body 3 of the present embodiment.
  • the cross-sectional secondary moment (I) is increased, and the bending rigidity (EI) is increased.
  • the resin arm 1 according to the third modification is less likely to vibrate even when used in a state where a rapid acceleration fluctuation occurs.
  • FIG. 6 is a view showing a cross-sectional shape of the arm main body 3 according to the modification 4 of the resin arm 1.
  • the arm main body 3 has a corrugated shape (for example, a cross-sectional shape from a connection portion C1 to the attachment portion 2 to a connection portion C5 to the chuck portion 4 is composed of a plurality of peaks and valleys (for example, A waveform shape in which a mountain-shaped curved surface (semi-circular curved surface) and a valley-shaped curved surface (semi-circular curved surface) are alternately and smoothly connected (see FIG. 1B).
  • a corrugated shape for example, a cross-sectional shape from a connection portion C1 to the attachment portion 2 to a connection portion C5 to the chuck portion 4 is composed of a plurality of peaks and valleys (for example, A waveform shape in which a mountain-shaped curved surface (semi-circular curved surface) and a valley-shaped curved surface (
  • the arm main body 3 of the resin arm 1 according to the fourth modification is a flat plate having a rectangular cross-sectional shape (the width dimension and the cross-sectional area at each position C1 to C5 are the same as those of the arm main body 3 of the present embodiment. ) Of the arm main body (not shown), the cross-sectional secondary moment (I) is increased, and the bending rigidity (EI) is increased. As a result, the resin arm 1 according to the fourth modification is less likely to vibrate even when used in a state where a rapid acceleration fluctuation occurs.
  • FIG. 7 is a view showing a cross-sectional shape of the arm main body 3 according to the modified example 5 of the resin arm 1.
  • the arm main body 3 may have a chevron-shaped portion 3a in a part of a cross section from the connection portion C1 to the attachment portion 2 to the connection portion C5 to the chuck portion 4.
  • the arm main body 3 has a part of a cross section from the connection portion C1 to the attachment portion 2 to the connection portion C5 to the chuck portion 4 as a valley-shaped portion 3b (inverted mountain shape). (Shape part).
  • the arm main-body part 3 makes the mountain-shaped part 3a, 3a the several location of the cross section from the connection part C1 with the attachment part 2 to the connection part C5 with the chuck
  • the arm main body portion 3 has valley-shaped portions 3b, 3b (a plurality of cross-sections from the connection portion C1 to the attachment portion 2 to the connection portion C5 to the chuck portion 4). You may make it an inverted mountain-shaped part.
  • the arm main body 3 of the resin arm 1 according to the fifth modified example is a flat plate having a rectangular cross-sectional shape (the width dimension and the cross-sectional area at each position C1 to C5 are the same as those of the arm main body 3 of the present embodiment). ) Of the arm main body (not shown), the cross-sectional secondary moment (I) is increased, and the bending rigidity (EI) is increased. As a result, the resin arm 1 according to the fifth modified example is less likely to vibrate even when used in a state where a rapid acceleration fluctuation occurs.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the method for manufacturing the resin arm 1 of the present invention (particularly, the portion related to the shape optimization design of the resin arm 1).
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a method for manufacturing the resin arm 1 of the present invention.
  • the resin arm 1 shown in FIGS. 8 and 9 has a resin arm 1 that is less susceptible to vibration even when used in a state in which rapid acceleration fluctuations occur compared to the conventional aluminum alloy arm 101. It was developed to produce
  • the resin arm 1 manufacturing method creates 3D data of the current aluminum alloy arm 101 (hereinafter abbreviated as “arm”) (step S1).
  • step S2 the 3D data of the arm 101 created in step S1 is input to the structure analysis software (for example, ANSYS) (step S2).
  • the structure analysis software for example, ANSYS
  • step S3 modal analysis is performed by the structure analysis software based on the 3D data and analysis conditions of the arm 101 input in step S2 (step S3).
  • step S4 the natural frequency of the current arm 101 is calculated as a result of the modal analysis in step S3 (step S4).
  • the resin arm 1 is manufactured by the current aluminum alloy arm when the natural frequency calculated in step S4 is within an allowable range (when the natural frequency does not resonate with the device to which the arm 101 is attached). 101 is used as it is (step S5). Further, when the natural frequency calculated in step S4 is out of the allowable range, the method for manufacturing the resin arm 1 proceeds to the stage of design optimization of the resin arm 1 (step S5).
  • the manufacturing method of the resin arm 1 creates a 3D model of the shape optimization arm (not shown) (first step (step S6)).
  • first step (step S6) the manufacturing method of the resin arm 1 creates a 3D model of the shape optimization arm (not shown) (first step (step S6)).
  • the wall thickness is larger than the current arm 101.
  • the shape-optimized arm has a pair of ventilation through holes 11 and 11 formed at the center in the longitudinal direction of the arm body 3 (see FIG. 1).
  • the wall thickness is increased from that of the current arm 101 because the larger shape variation amount makes it easier to obtain the optimal shape of the arm.
  • the pair of through holes 11 and 11 for ventilation are formed in the central portion in the longitudinal direction of the arm body 3 (see FIG. 1). This is to reduce the resistance of air received during exercise (straightly running, rotating, etc.).
  • the manufacturing method of the resin arm 1 inputs the 3D data and analysis conditions created in step S6 to the structure analysis software (for example, ANSYS) (second step (step S7)).
  • the analysis conditions include the arm material (for example, polyamide resin (PA)), the restraint location, the number of modes at the time of modal calculation, and the like.
  • the manufacturing method of the resin arm 1 converts the 3D data and analysis conditions input to the structure analysis software into optimization software processing data of a data type that can be processed by optimization software (for example, OPTISHAPE), and the optimization
  • the software processing data is transferred from the structure analysis software to the optimization software (third step (step S8)).
  • step S8 the optimization calculation data is input to the optimization software to which the optimization software processing data has been transferred (fourth step (step S9)).
  • the optimization calculation data includes “natural frequency” as an objective function and “volume 70%” as a constraint function, where “volume 70%” is the first step (step S6). This is the ratio of the created arm to the volume of the 3D model.
  • the resin arm 1 is manufactured by optimizing the shape with the optimization software based on the optimization software processing data and the optimization calculation data, and the resin arm 1 (particularly, the arm main body 3).
  • the external shape and the natural frequency of the resin arm 1 are calculated (fifth step (step S10)).
  • the manufacturing method of the resin arm 1 determines whether or not the natural frequency calculated in the fifth step (step S10) is within an allowable range, and the natural frequency calculated in the fifth step (step S10). Is outside the allowable range, while changing the shape of the arm (step S12) until the natural frequency calculated in the fifth step (step S10) is within the allowable range (step S12), the fourth to fifth steps ( Steps S9 to S10) are repeatedly performed (sixth step (step S11)).
  • the arm shape data changed in step S12 constitutes optimization calculation data.
  • step S10 when the natural frequency calculated in the fifth step (step S10) is within the allowable range, the outer shape of the arm is determined as 3D data for manufacturing the arm ( Seventh step (S13)). Thereby, the shape optimization design of the arm in the manufacturing method of the resin arm 1 is completed.
  • the resin arm 1 of the present invention calculates the outer shape of the arm body 3 so that the natural frequency of the resin arm 1 is within an allowable range (see FIG. 8).
  • Steps S6 to S12 After the 3D data for manufacturing the resin arm 1 is determined (after the shape optimization setting step shown in Steps S6 to S13 in FIG. 8), the 3D data for manufacturing the resin arm 1 is 3D. It is input to a printer and manufactured by additive modeling using a 3D printer (3D printer modeling process).
  • a present Example manufactures the resin-made arms 1 by the powder sintering lamination molding method of the additional shaping using a 3D printer
  • Additional shaping other than the powder sintering lamination molding method (for example, , Inkjet method, stereolithography, hot melt lamination method).
  • the natural frequency of the aluminum alloy arm 101 is calculated (steps S1 to S5).
  • steps S1 to S5 in FIG. 8 are omitted.
  • the steps S6 to S13 in FIG. 8 may be the first to seventh steps, and the shape optimization design of the resin arm 1 may be performed.
  • step S5 and S11 by setting the allowable range of the natural frequency high (steps S5 and S11), even if it is used in a state in which a rapid acceleration fluctuation occurs, the vibration is generated.
  • a lightweight and highly rigid resin arm is manufactured (see FIGS. 1 to 7).
  • the resin arm according to the present embodiment can be widely applied to an arm of an industrial robot in addition to an arm for taking out a molded product of a molded product take-out machine attached to the injection molding apparatus.

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Abstract

【課題】急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい樹脂製アーム、及びその製造方法を提供する。 【解決手段】樹脂製アーム１は、取付部２とチャック部４とをアーム本体部３で接続している。アーム本体部３は、長手方向の中央部に通風用の貫通穴１１，１１が形成されている。アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１及びチャック部４との接続部分Ｃ５における断面の形状が略Ｗ字形状であり、取付部寄りの部分Ｃ２からチャック部寄りの部分Ｃ４までの範囲（Ｃ２～Ｃ４）における断面の形状が略逆Ｖ字形状である。また、アーム本体部３の断面の形状は、略Ｗ字形状から略逆Ｖ字形状に滑らかに変化し、略逆Ｖ字形状から略Ｗ字形状に滑らかに変化する。このような樹脂製アーム１は、形状最適化設計により製造用３Ｄデータが作成され、３Ｄプリンタによる付加造形で製造される。

Description

樹脂製アーム及びその製造方法
　この発明は、付加製造技術によって成形される付加造形物としての樹脂製アーム、及びその製造方法に関する。
　近年、射出成形機に付設される成形品取り出し機は、射出成形サイクルの時間短縮を図るため、金型から成形品を取り出す成形品取り出し用のアームが高速で作動させられるようになっている。
　図１１は、このような成形品取り出し機１００に使用される成形品取り出し用のアーム１０１を示す図である。また、図１２は、成形品取り出し機１００のアーム１０１の作動状態を簡略化して示す図である。これらの図に示すように、アーム１０１は、アルミ合金製で形成された板状体であり、基端側（図１１の左端側）の取付部１０２が支持フレーム５に固定され、先端側（図１１の右端側）のチャック部１０３に成形品を吸着するチャック１０が取り付けられている。この取り出し用のアーム１０１は、待機位置Ｓ１と取り出し位置Ｓ２との間をガイドレール１２に沿って移動する支持フレーム５で案内され、金型のキャビティ内の成形品（図示せず）をチャック１０で吸着して、その成形品を金型から取り出すようになっている（特許文献１参照）。
特開２００２－１４４３７３号公報（段落０００２～０００６、図１０～１１の記載参照）
　このような成形品取り出し機１００に使用される成形品取り出し用のアーム１０１は、サイクルタイムを短縮する必要から、待機位置Ｓ１と取り出し位置Ｓ２との間を往復移動する際の動作スピードを速めるようになっており、急加速、急停止を繰り返すため、急激な加速度変動に伴う振動を生じやすく、チャックで吸着した成形品を振動によって落下させてしまいやすくなる。
　そこで、本発明は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい樹脂製アーム、及びその製造方法を提供する。
　また、本発明は、基端側の取付部２と、先端側のチャック部４と、これら取付部２とチャック部４とを接続するアーム本体部３と、を備えた樹脂製アーム１に関するものである。
　本発明において、前記アーム本体部３は、
　（１）．前記取付部２から前記チャック部４に向かう方向を長手方向とすると、前記長手方向の中央部に通風用の貫通穴１１が形成され、
　（２）．前記取付部２との接続部分及び前記チャック部４との接続部分における前記長手方向に直交する断面の形状が略Ｗ字形状であり、
　（３）．前記取付部２寄りの部分から前記チャック部４寄りの部分までの範囲における前記断面の形状が略逆Ｖ字形状であり、
　（４）．前記取付部２との接続部分の近傍における前記断面の形状が略Ｗ字形状から略逆Ｖ字形状に滑らかに変化し、
　（５）．前記チャック部４との接続部分の近傍における前記断面の形状が略逆Ｖ字形状から略Ｗ字形状に滑らかに変化するようになっている。
　本発明は、基端側の取付部２と、先端側のチャック部４と、これら取付部２とチャック部４とを接続するアーム本体部３と、を備えた樹脂製アーム１の製造方法に関する。本発明に係る樹脂製アーム１の製造方法は、前記アーム１の固有振動数が許容範囲内になるように前記アーム本体部３の外形形状を算出し、前記アーム１の製造用３Ｄデータを決定する形状最適化設計工程と、前記アーム１の製造用３Ｄデータを使用し、３Ｄプリンタで前記アーム１の造形を行う３Ｄプリンタ造形工程と、を有している。
　本発明に係る樹脂製アームは、従来例のようなアルミ合金製のアームよりも全体重量を軽減できると共に、断面二次モーメント（Ｉ）を平板形状のものよりも大きくすることができ、曲げ剛性（ＥＩ）を平板形状のものよりも大きくすることができる。その結果、本発明に係る樹脂製アームは、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい。
本発明の実施例に係る樹脂製アームを示す図であり、図１（ａ）が樹脂製アームの斜視図、図１（ｂ）が樹脂製アームの平面図、図１（ｃ）が樹脂製アームの側面図である。 図２（ａ）が図１（ｂ）のＡ１－Ａ１線に沿って切断して示す断面図、図２（ｂ）が図１（ｂ）のＡ２－Ａ２線に沿って切断して示す断面図、図２（ｃ）が図１（ｂ）のＡ３－Ａ３線に沿って切断して示す断面図、図２（ｄ）が図１（ｂ）のＡ４－Ａ４線に沿って切断して示す断面図、図２（ｅ）が図１（ｂ）のＡ５－Ａ５線に沿って切断して示す断面図である。 本発明の樹脂製アームの変形例１を示す図であり、図３（ａ）が図２（ａ）に対応するアーム本体部の断面図、図３（ｂ）が図２（ｂ）に対応するアーム本体部の断面図、図３（ｃ）が図２（ｃ）に対応するアーム本体部の断面図、図３（ｄ）が図２（ｄ）に対応するアーム本体部の断面図、図３（ｅ）が図２（ｅ）に対応するアーム本体部の断面図である。 樹脂製アームの変形例２を示す図であり、樹脂製アームのアーム本体部の断面形状を示す図である。 樹脂製アームの変形例３を示す図であり、樹脂製アームのアーム本体部の断面形状を示す図である。 樹脂製アームの変形例４を示す図であり、樹脂製アームのアーム本体部の断面形状を示す図である。 樹脂製アームの変形例５を示す図であり、樹脂製アームのアーム本体部の断面形状を示す図である。 本発明の樹脂製アームの製造方法（特に、樹脂製アームの形状最適化設計に関係する部分）を説明するためのフローチャート図である。 本発明の樹脂製アームの製造方法を説明するブロック図である。 樹脂製アームの製造方法の変形例を示すフローチャート図である。 従来の取り出し用のアームの斜視図である。 従来の取り出し用のアームの作動状態を簡略化して示す図である。
　以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。
　　（樹脂製アームの実施例）
　図１乃至図２は、後述する樹脂製アーム１の製造方法によって製造された樹脂製アーム１を示す図である。なお、図１（ａ）は、樹脂製アーム１の斜視図である。また、図１（ｂ）は、樹脂製アーム１の平面図である。また、図１（ｃ）は、樹脂製アーム１の側面図である。また、図２（ａ）は、図１（ｂ）のＡ１－Ａ１線に沿って切断して示す樹脂製アーム１の断面図（取付部２側におけるアーム本体部３の接続部分Ｃ１の断面図）である。また、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＡ２－Ａ２線に沿って切断して示す樹脂製アーム１の断面図（アーム本体部３の第１の断面図）である。また、図２（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ３－Ａ３線に沿って切断して示す樹脂製アーム１の断面図（アーム本体部３の第２の断面図）である。また、図２（ｄ）は、図１（ｂ）のＡ４－Ａ４線に沿って切断して示す樹脂製アーム１の断面図（アーム本体部３の第３の断面図）である。また、図２（ｅ）は、図１（ｂ）のＡ５－Ａ５線に沿って切断して示す樹脂製アーム１の断面図（チャック部４側におけるアーム本体部３の接続部分Ｃ５の断面図）である。
　これらの図に示すように、本実施例に係る樹脂製アーム１は、支持フレーム５にボルト６等で固定される取付部２が基端側（図１の左端側）に形成され（図１２参照）、この取付部２の端部にアーム本体部３が一体に形成され、このアーム本体部３の先端（図１の右端）にチャック部４が一体に形成されている。この樹脂製アーム１の基端側に形成された取付部２は、平面視した形状が矩形形状の板状部分であり、同一の板厚に形成され、支持フレーム５の取付穴（図示せず）に合致するようにボルト穴７が幅方向（図１（ｂ）の上下方向であり、樹脂製アーム１の長手方向に直交する方向）に沿って一対形成されている。そして、この樹脂製アーム１は、取付部２の板厚方向の一方を表面２ａとし、取付部２の板厚方向の他方を裏面２ｂとすると、裏面２ｂが支持フレーム５に突き当てられるようになっている。ここで、樹脂製アーム１の長手方向とは、取付部２の表面２ａを含む仮想平面をＸ－Ｙ平面とすると、そのＸ－Ｙ平面のＸ軸方向に沿った方向をいうものとする。なお、取付部２の板厚方向とは、Ｘ－Ｙ平面に直交するＺ軸方向をいうものとする。また、樹脂製アーム１の幅方向とは、Ｘ－Ｙ平面のＹ軸方向に沿った方向をいうものとする。
　樹脂製アーム１の先端側（図１の右端側）に形成されたチャック部４は、４箇所の台座部分８が間隔を開けて形成されており、アーム本体部３を介して取付部２に一体に接続されている。このチャック部４の台座部分８には、成形品（３次元造形物、射出成形品等）を掴むチャック１０（例えば、真空チャック）が取り付けられる（図１（ｃ）参照）。
　アーム本体部３は、取付部２からチャック部４に向かう方向を長手方向とすると、この長手方向に直交する断面（Ｘ－Ｙ平面に直交し、且つ、Ｘ－Ｙ平面のＸ軸方向に直交する断面）の面積が、取付部２との接続部分Ｃ１よりもチャック部４との接続部分Ｃ５の方が小さくなるように形成されている（図２（ａ）、（ｅ）参照）。また、アーム本体部３は、その幅方向の寸法が取付部２寄りの部分Ｃ２からチャック部４寄りの部分Ｃ４へ向かうに従って漸減するように形成されている（図２（ｂ）～（ｄ）参照）。また、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１及びチャック部４との接続部分Ｃ５における断面の形状が略Ｗ字形状であり（図２（ａ）、（ｅ）参照）、取付部２寄りの部分Ｃ２からチャック部４寄りの部分Ｃ４までの範囲（Ｃ２～Ｃ４）における断面の形状が略逆Ｖ字形状である（図２（ｂ）～（ｄ）参照）。また、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１の近傍における断面の形状が略Ｗ字形状から略逆Ｖ字形状に滑らかに変化し、チャック部４との接続部分Ｃ５の近傍における断面の形状が略逆Ｖ字形状から略Ｗ字形状に滑らかに変化するように形成されている。また、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１及びチャック部４との接続部分Ｃ５の断面略Ｗ字形状の山又は谷の部分と、取付部２寄りの部分Ｃ２からチャック部４寄りの部分Ｃ４までの範囲（Ｃ２～Ｃ４）における略逆Ｖ字形状の山又は谷の部分とが、アーム本体部３の長手方向に沿うように延びている。また、アーム本体部３は、長手方向に直交する幅方向の両端（略Ｗ字形状の断面の両側端）が取付部２の幅方向の両端に滑らかに接続されている。また、アーム本体部３は、幅方向の寸法を取付部２寄りの部分Ｃ２からチャック部４寄りの部分Ｃ４まで漸減するように形成されている。また、アーム本体部３は、長手方向の中央部に通風用の貫通穴１１，１１が一対形成されている。なお、貫通穴１１は、少なくとも１箇所形成されていればよい。
　以上のような構成の樹脂製アーム１のアーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１の断面積（図２（ａ）参照）を１．０とすると、チャック部４との接続部分Ｃ５の断面積（図２（ｅ）参照）が０．１３である。また、この樹脂製アーム１のアーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１とチャック部４との接続部分Ｃ５との間において、取付部２寄りの部分Ｃ２（図２（ｂ）参照）の断面積が０．２８であり、チャック部４寄りの部分Ｃ４（図２（ｄ）参照）における断面積が０．１１である。そして、アーム本体部３は、その幅方向の寸法が取付部２寄りの部分Ｃ２からチャック部４寄りの部分Ｃ４まで漸減するように形成されている。このように、本実施例に係る樹脂製アーム１は、アーム本体部３の取付部２寄りの部分（Ｃ１～Ｃ３の範囲）よりもアーム本体部３のチャック部４寄りの部分（Ｃ３～Ｃ５）の方が軽くなるような形状に形成されている。また、本実施例に係る樹脂製アーム１は、全体の重量がアルミ合金で製造される場合よりも軽くなる。また、本実施例に係る樹脂製アーム１は、アーム本体部３の長手方向の中央部に通風用の貫通穴１１，１１が一対形成されており、運動時の空気の抵抗を受けにくくなっている。したがって、本実施例に係る樹脂製アーム１は、急激な加速度変動によって生じる慣性の作用による撓みを少なくすることができ、振動を少なくすることができる。しかも、樹脂製アーム１は、その固有振動数と樹脂製アーム１が取り付けられる機械（例えば、図１２の成形品取り出し機１００）の固有振動数を後述する形状最適化設計によってずらすことが可能であるため（図８、図１０参照）、共振現象に起因する振動の発生を効果的に防止できる。なお、上記したアーム本体部３の断面積比は、本実施例に係る樹脂製アーム１を分かりやすくするための数値例であり、この数値例に限定されるものでなく、要求される曲げ剛性（ＥＩ）や固有振動数等に応じて適宜変更される。
　また、本実施例に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１及びチャック部４との接続部分Ｃ５における断面の形状が略Ｗ字形状であり（図２（ａ）、（ｅ）参照）、取付部２寄りの部分Ｃ２からチャック部４寄りの部分Ｃ４までの範囲（Ｃ２～Ｃ４）における断面の形状が略逆Ｖ字形状である（図２（ｂ）～（ｄ）参照）。その結果、本実施例に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、断面形状が矩形形状の平板のアーム本体部（図示せず）と比較し、曲げモーメントの影響が大きい取付部２寄りの部分における曲げ剛性（ＥＩ）を大きくすることができる。
　　（使用例）
　本実施例に係る樹脂製アーム１は、図１２に示したアルミ合金製の従来のアーム１０１に代えて使用され、取付部２が支持フレーム５にボルト６等で固定されることにより、支持フレーム５の先端側に片持ち梁状に取り付けられる。そして、この樹脂製アーム１は、ガイドレール１２に沿って移動する支持フレーム５で案内され、待機位置Ｓ１と取り出し位置Ｓ２との間を急加速・急停止を繰り返しながら移動し、また支持フレーム５の回動軸１３を支点として急速回動・急停止をさせられる。このように、樹脂製アーム１は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されることになる。
　　（本実施例の効果）
　本実施例に係る樹脂製アーム１は、従来例のようなアルミ合金製のアーム１０１よりも全体重量を軽減できると共に、断面二次モーメント（Ｉ）を平板形状のものよりも大きくすることができ、曲げ剛性（ＥＩ）を平板形状のものよりも大きくすることができる。その結果、本実施例に係る樹脂製アーム１は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい。
　　（樹脂製アームの変形例１）
　図３は、樹脂製アーム１の変形例１に係るアーム本体部３の断面形状を示す図であり、図３（ａ）が図２（ａ）に対応するアーム本体部３の断面図、図３（ｂ）が図２（ｂ）に対応するアーム本体部３の断面図、図３（ｃ）が図２（ｃ）に対応するアーム本体部３の断面図、図３（ｄ）が図２（ｄ）に対応するアーム本体部３の断面図、図３（ｅ）が図２（ｅ）に対応するアーム本体部３の断面図である。
　本発明の樹脂製アーム１は、上記実施例に限定されるものでなく、平板形状のアーム本体部よりも曲げ剛性（ＥＩ）を大きくすることができる限り、アーム本体部３の断面形状を適宜変更することができる。例えば、本変形例１に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１及びチャック部４との接続部分Ｃ５における断面の形状を略Ｍ字形状にし（図３（ａ）、（ｅ）参照）、取付部２寄りの部分Ｃ２からチャック部４寄りの部分Ｃ４までの範囲（Ｃ２～Ｃ４）における断面の形状を略Ｖ字形状にしてある（図３（ｂ）～（ｄ）参照）。このような本変形例１に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、断面形状が矩形形状の平板（各位置Ｃ１～Ｃ５における幅寸法及び断面積が本実施例のアーム部３と同一）のアーム本体部（図示せず）と比較し、断面二次モーメント（Ｉ）が大きくなり、曲げ剛性（ＥＩ）が大きくなる。その結果、本変形例１に係る樹脂製アーム１は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい。
　　（樹脂製アームの変形例２）
　図４は、樹脂製アーム１の変形例２に係るアーム本体部３の断面形状を示す図である。この図４に示すように、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１からチャック部４との接続部分Ｃ５までの断面の形状を略Ｗ字形状にしてもよい（図１（ｂ）参照）。このような本変形例２に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、断面形状が矩形形状の平板（各位置Ｃ１～Ｃ５における幅寸法及び断面積が本実施例のアーム本体部３と同一）のアーム本体部（図示せず）と比較し、断面二次モーメント（Ｉ）が大きくなり、曲げ剛性（ＥＩ）が大きくなる。その結果、本変形例２に係る樹脂製アーム１は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい。
　　（樹脂製アームの変形例３）
　図５は、樹脂製アーム１の変形例３に係るアーム本体部３の断面形状を示す図である。この図５に示すように、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１からチャック部４との接続部分Ｃ５までの断面の形状を略Ｍ字形状にしてもよい（図１（ｂ）参照）。このような本変形例３に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、断面形状が矩形形状の平板（各位置Ｃ１～Ｃ５における幅寸法及び断面積が本実施例のアーム本体部３と同一）のアーム本体部（図示せず）と比較し、断面二次モーメント（Ｉ）が大きくなり、曲げ剛性（ＥＩ）が大きくなる。その結果、本変形例３に係る樹脂製アーム１は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい。
　　（樹脂製アームの変形例４）
　図６は、樹脂製アーム１の変形例４に係るアーム本体部３の断面形状を示す図である。この図６に示すように、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１からチャック部４との接続部分Ｃ５までの断面の形状が複数の山と谷から構成される波形形状（例えば、山形の曲面（半円形の曲面）と谷形の曲面（半円形の曲面）を交互に滑らかに接続したような波形形状）である（図１（ｂ）参照）。このような本変形例４に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、断面形状が矩形形状の平板（各位置Ｃ１～Ｃ５における幅寸法及び断面積が本実施例のアーム本体部３と同一）のアーム本体部（図示せず）と比較し、断面二次モーメント（Ｉ）が大きくなり、曲げ剛性（ＥＩ）が大きくなる。その結果、本変形例４に係る樹脂製アーム１は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい。
　　（樹脂製アームの変形例５）
　図７は、樹脂製アーム１の変形例５に係るアーム本体部３の断面形状を示す図である。図７（ａ）に示すように、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１からチャック部４との接続部分Ｃ５までの断面の一部を山形形状部分３ａにしてもよい。また、図７（ｂ）に示すように、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１からチャック部４との接続部分Ｃ５までの断面の一部を谷形形状部分３ｂ（逆山形形状部分）にしてもよい。また、図７（ｃ）に示すように、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１からチャック部４との接続部分Ｃ５までの断面の複数箇所を山形形状部分３ａ，３ａにしてもよい。また、図７（ｄ）に示すように、アーム本体部３は、取付部２との接続部分Ｃ１からチャック部４との接続部分Ｃ５までの断面の複数箇所を谷形形状部分３ｂ，３ｂ（逆山形形状部分）にしてもよい。このような本変形例５に係る樹脂製アーム１のアーム本体部３は、断面形状が矩形形状の平板（各位置Ｃ１～Ｃ５における幅寸法及び断面積が本実施例のアーム本体部３と同一）のアーム本体部（図示せず）と比較し、断面二次モーメント（Ｉ）が大きくなり、曲げ剛性（ＥＩ）が大きくなる。その結果、本変形例５に係る樹脂製アーム１は、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくい。
　　（樹脂製ア－ムの製造方法）
　図８は、本発明の樹脂製アーム１の製造方法（特に、樹脂製アーム１の形状最適化設計に関係する部分）を説明するためのフローチャート図である。また、図９は、本発明の樹脂製アーム１の製造方法を説明するブロック図である。これら図８及び図９に示す樹脂製アーム１の製造方法は、従来のアルミ合金製アーム１０１と比較し、急激な加速度変動が生じる状態で使用されたとしても、振動が生じにくい樹脂製アーム１を製造するために開発されたものである。
　この図８に示すように、樹脂製アーム１の製造方法は、現行のアルミ合金製アーム１０１（以下、アームと略称する）の３Ｄデータを作成する（ステップＳ１）。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、ステップＳ１で作成したアーム１０１の３Ｄデータを構造解析ソフト（例えば、ＡＮＳＹＳ）に入力する（ステップＳ２）。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、ステップＳ２において入力したアーム１０１の３Ｄデータ及び解析条件基づき、構造解析ソフトによってモーダル解析が行われる（ステップＳ３）。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、ステップＳ３のモーダル解析の結果、現行のアーム１０１の固有振動数が算出される（ステップＳ４）。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、ステップＳ４において算出された固有振動数が許容範囲内の場合（アーム１０１が取り付けられる装置と共振しない固有振動数の場合）、現行のアルミ合金製アーム１０１をそのまま使用することになる（ステップＳ５）。また、樹脂製アーム１の製造方法は、ステップＳ４において算出された固有振動数が許容範囲外である場合、樹脂製アーム１の形状最適化設計の段階へ移行する（ステップＳ５）。
　次に、樹脂製アーム１の形状最適化設計の段階において、樹脂製アーム１の製造方法は、形状最適化用のアーム（図示せず）の３Ｄモデルを作成する（第１工程（ステップＳ６））。ここで、形状最適化用のアームの３Ｄモデルは、現行のアーム１０１の基端側に位置する取付部１０２及び先端側に位置するチャック部１０３の形状を変更することなく、アーム本体部３の肉厚を現行のアーム１０１よりも増やしている。また、形状最適化のアームは、アーム本体部３の長手方向の中央部に通風用の貫通穴１１，１１が一対形成されるようになっている（図１参照）。なお、形状最適化用のアームの３Ｄデータにおいて、肉厚を現行のアーム１０１よりも増やしているのは、形状変動量が大きい方がアームの最適な形を得やすいためである。また、形状最適化用のアームの３Ｄデータにおいて、アーム本体部３の長手方向の中央部に通風用の貫通穴１１，１１が一対形成されているのは（図１参照）、樹脂製アームの運動時（直進時、回転時等）に受ける空気の抵抗を軽減するためである。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、ステップＳ６において作成した３Ｄデータ及び解析条件を構造解析ソフト（例えば、ＡＮＳＹＳ）に入力する（第２工程（ステップＳ７））。なお、解析条件は、アームの材料（例えば、ポリアミド樹脂（ＰＡ））、拘束箇所、及びモーダル計算時のモード数等である。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、構造解析ソフトに入力した３Ｄデータ及び解析条件を最適化ソフト（例えば、ＯＰＴＩＳＨＡＰＥ）で処理できるデータ型式の最適化ソフト処理データに変換し、その最適化ソフト処理データを構造解析ソフトから最適化ソフトに転送する（第３工程（ステップＳ８））。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、ステップＳ８において、最適化ソフト処理データが転送された最適化ソフトに、最適化計算用データを入力する（第４工程（ステップＳ９））。なお、最適化計算用データは、目的関数としての「固有振動数」と、制約関数としての「体積７０％］である。ここで、「体積７０％」は、第１工程（ステップＳ６）で作成したアームの３Ｄモデルの体積に対する割合である。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、最適化ソフト処理データ及び最適化計算用データに基づいて、最適化ソフトで形状最適化を行い、樹脂製アーム１（特に、アーム本体部３）の外形形状と樹脂製アーム１の固有振動数を算出する（第５工程（ステップＳ１０））。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、第５工程（ステップＳ１０）で算出された固有振動数が許容範囲内か否か判断し、第５工程（ステップＳ１０）で算出された固有振動数が許容範囲外である場合に、第５工程（ステップＳ１０）で算出された固有振動数が許容範囲内になるまで、アームの形状を変えながら（ステップＳ１２）、第４工程乃至第５工程（ステップＳ９～Ｓ１０）を繰り返し行わせる（第６工程（ステップＳ１１））。なお、ステップＳ１２で変更されるアームの形状データは、最適化計算用データを構成する。
　次に、樹脂製アーム１の製造方法は、第５工程（ステップＳ１０）で算出された固有振動数が許容範囲内である場合に、アームの外形形状をアームの製造用３Ｄデータとして決定する（第７工程（Ｓ１３））。これにより、樹脂製アーム１の製造方法におけるアームの形状最適化設計が終了する。
　次に、図９に示すように、本発明の樹脂製アーム１は、樹脂製アーム１の固有振動数が許容範囲内になるようにアーム本体部３の外形形状を算出して（図８のステップＳ６～Ｓ１２）、樹脂製アーム１の製造用３Ｄデータを決定した後（図８のステップＳ６～Ｓ１３で示す形状最適化設定工程を経た後）、樹脂製アーム１の製造用３Ｄデータを３Ｄプリンタに入力し、３Ｄプリンタを使用した付加造形（３Ｄプリンタ造形工程）によって製造されるようになっている。なお、本実施例は、３Ｄプリンタを使用した付加造形のうちの粉末焼結積層造形法によって樹脂製アーム１を製造するが、これに限られず、粉末焼結積層造形法以外の付加造形（例えば、インクジェット法、光造形法、熱溶解積層法）で製造してもよい。
　なお、本実施例は、アルミ合金製のアーム１０１の固有振動数を算出するようになっているが（ステップＳ１～Ｓ５）、図１０に示すように、図８のステップＳ１～Ｓ５を省略し、図８のステップＳ６～Ｓ１３までを第１乃至第７工程として、樹脂製アーム１の形状最適化設計を行うようにしてもよい。
　以上の本実施例に係る樹脂製アーム１の製造方法によれば、固有振動数の許容範囲を高く設定することにより（ステップＳ５、Ｓ１１）、急激な加速度変動が生じる状態で使用されても振動を生じにくく、軽量で高剛性の樹脂製アームが製造される（図１乃至図７参照）。
　　（その他の使用例）
　なお、本実施例に係る樹脂製アームは、射出成形装置に付設される成形品取り出し機の成形品取り出し用のアームの他に、産業用ロボットのアーム等に広く適用できる。
　１……樹脂製アーム、２……取付部、３……アーム部、４……チャック部、１１……貫通穴

Claims (8)

  1. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームにおいて、
    　前記アーム本体部は、
    　（１）．前記取付部から前記チャック部に向かう方向を長手方向とすると、前記長手方向の中央部に通風用の貫通穴が形成され、
    　（２）．前記取付部との接続部分及び前記チャック部との接続部分における前記長手方向に直交する断面の形状が略Ｗ字形状であり、
    　（３）．前記取付部寄りの部分から前記チャック部寄りの部分までの範囲における前記断面の形状が略逆Ｖ字形状であり、
    　（４）．前記取付部との接続部分の近傍における前記断面の形状が略Ｗ字形状から略逆Ｖ字形状に滑らかに変化し、
    　（５）．前記チャック部との接続部分の近傍における前記断面の形状が略逆Ｖ字形状から略Ｗ字形状に滑らかに変化する、
    　ことを特徴とする樹脂製アーム。
  2. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームにおいて、
    　前記アーム本体部は、
    　（１）．前記取付部から前記チャック部に向かう方向を長手方向とすると、前記長手方向の中央部に通風用の貫通穴が形成され、
    　（２）．前記取付部との接続部分及び前記チャック部との接続部分における前記長手方向に直交する断面の形状が略Ｍ字形状であり、
    　（３）．前記取付部寄りの部分から前記チャック部寄りの部分までの範囲における前記断面の形状が略Ｖ字形状であり、
    　（４）．前記取付部との接続部分の近傍における前記断面の形状が略Ｍ字形状から略Ｖ字形状に滑らかに変化し、
    　（５）．前記チャック部との接続部分の近傍における前記断面の形状が略Ｖ字形状から略Ｍ字形状に滑らかに変化する、
    　ことを特徴とする樹脂製アーム。
  3. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームにおいて、
    　前記アーム本体部は、
    　（１）．前記取付部から前記チャック部に向かう方向を長手方向とすると、前記長手方向の中央部に通風用の貫通穴が形成され、
    　（２）．前記取付部との接続部分から前記チャック部との接続部分までの前記長手方向に直交する断面の形状が略Ｗ字形状である、
    　ことを特徴とする樹脂製アーム。
  4. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームにおいて、
    　前記アーム本体部は、
    　（１）．前記取付部から前記チャック部に向かう方向を長手方向とすると、前記長手方向の中央部に通風用の貫通穴が形成され、
    　（２）．前記取付部との接続部分から前記チャック部との接続部分までの前記長手方向に直交する断面の形状が略Ｍ字形状である、
    　ことを特徴とする樹脂製アーム。
  5. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームにおいて、
    　前記アーム本体部は、
    　（１）．前記取付部から前記チャック部に向かう方向を長手方向とすると、前記長手方向の中央部に通風用の貫通穴が形成され、
    　（２）．前記取付部との接続部分から前記チャック部との接続部分までの前記長手方向に直交する断面の形状が複数の山形の曲面を滑らかに接続したような略波形形状である、
    　ことを特徴とする樹脂製アーム。
  6. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームにおいて、
    　前記アーム本体部は、
    　（１）．前記取付部から前記チャック部に向かう方向を長手方向とすると、前記長手方向の中央部に通風用の貫通穴が形成され、
    　（２）．前記取付部との接続部分から前記チャック部との接続部分までの前記長手方向に直交する断面の形状が山形形状部分又は谷形形状部分を有する、
    　ことを特徴とする樹脂製アーム。
  7. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームの製造方法において、
    　前記アームの固有振動数が許容範囲内になるように前記アーム本体部の外形形状を算出し、前記アームの製造用３Ｄデータを決定する形状最適化設計工程と、
    　前記アームの製造用３Ｄデータを使用し、３Ｄプリンタで前記アームの造形を行う３Ｄプリンタ造形工程と、
    　を有することを特徴とする樹脂製アームの製造方法。
  8. 　基端側の取付部と、先端側のチャック部と、これら取付部とチャック部とを接続するアーム本体部と、を備えた樹脂製アームの製造方法において、
    　前記アームの３Ｄデータを作成する第１工程と、
    　前記第１工程で作成した前記３Ｄデータ及び解析条件を構造解析ソフトに入力する第２工程と、
    　前記構造解析ソフトに入力した前記３Ｄデータ及び解析条件を最適化ソフトで処理できるデータ形式の最適化ソフト処理用データに変換し、前記最適化ソフト処理用データを前記構造解析ソフトから前記最適化ソフトに転送する第３工程と、
    　前記最適化ソフト処理用データが転送された前記最適化ソフトに最適化計算用データを入力する第４工程と、
    　前記最適化ソフト処理用データ及び前記最適化計算用データに基づいて前記最適化ソフトによって形状最適化を行い、前記アームの外形形状と固有振動数を算出する第５工程と、
    　前記第５工程で算出された前記固有振動数が許容範囲内か否かを判断し、前記第５工程で算出された前記固有振動数が許容範囲外である場合に、前記第５工程で算出した前記固有振動数が許容範囲内になるまでアームの形状を変えながら前記第４乃至第５工程を繰り返し行わせる第６工程と、
    　前記第５工程で算出された前記固有振動数が許容範囲内である場合に、前記アームの外形形状をアームの製造用３Ｄデータとして決定する第７工程と、
    　前記第７工程で決定された前記アームの製造用３Ｄデータを使用して３Ｄプリンタでアームの造形を行う第８工程と、を備え、
    　前記解析条件は、少なくとも前記アームの材料、拘束箇所、及びモーダル計算時のモード数であり、
    　前記最適化計算用データは、目的関数としての最適化計算用固有振動数と、制約関数としての体積比率、変数としての前記アームの最適化計算用外形形状であり、
    　前記拘束箇所は、前記取付部及び前記チャック部であり、
    　前記体積比率は、前記第１工程で作成した前記３Ｄデータのアーム本体部の体積に対する比率である、
    　ことを特徴とする樹脂製アームの製造方法。
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