JP2018039137A - ギアポンプ押出機のためのギアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製作コストの低減が達成された、ギアポンプ押出機３６のギア４０の製造方法の提供。【解決手段】この製造方法は、（１）上記歯部５０の立体形状を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする三次元のデータで表す工程、（２）上記データにおいて、上記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちの一の座標軸を代表座標軸として、上記歯部５０の立体形状をこの代表座標軸に沿って複数に分割して、この立体形状を複数の層が積層された積層体で表す工程、及び、（３）上記歯部５０を構成する材料で上記複数の層を一層目から順に形成し積層することで、上記積層体を形成する工程を含んでいる。この製造方法では、歯部５０は多数の歯４６を備えており、それぞれの歯４６の歯すじはこの歯部５０の軸心方向に対して傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、ギアポンプ押出機のためのギアの製造方法に関する。詳細には、ゴムを帯状に加工するために用いられるギアポンプ押出機のための、ギアの製造方法に関する。

タイヤは、トレッド、サイドウォール等の多数のパーツを含んでいる。それぞれのパーツはゴム組成物（以下、単に、ゴムと称することがある。）からなる、又は、パーツの一部がゴム組成物からなる。タイヤの製造では、これらパーツを未架橋の状態で準備し、これらを組み合わせて、ローカバー（未架橋タイヤ）が得られる。このローカバーをモールド内で加圧及び加熱し、タイヤが得られる。

ローカバーを組み立てる工法として、ストリップワインド工法が知られている。この工法では、ゴム組成物を帯状に加工しストリップが準備される。フォーマーにおいて、このストリップを螺旋状に巻き重ねてパーツの形態が整えられる。この工法では、ストリップの厚さは０．５〜２．５ｍｍの範囲で設定される。ストリップは薄い。

図７には、ゴム押出装置２が示されている。このゴム押出装置２は、ストリップの形成に用いられる。ゴム押出装置２は、スクリュー式押出機４と、ギアポンプ押出機６とを備えている。

スクリュー式押出機４は、シリンダ８とスクリュー１０とを備えている。シリンダ８には、投入口１２が設けられている。この投入口１２から、ゴム組成物Ｒはこの押出機４に投入される。スクリュー１０は、図示されない駆動手段により回転させられる。これにより、ゴム組成物Ｒには練りが加えられる。ゴム組成物Ｒは、この押出機４の下流側に供給される。

ギアポンプ押出機６は、スクリュー式押出機４の下流側に位置している。ギアポンプ押出機６は、ケーシング１４と、互いに噛み合う一対のギア１６とを備えている。ケーシング１４は、ゴムＲの供給口１８とこのゴムＲの排出口２０とを備えている。これらのギア１６は、ケーシング１４の内部に収容されている。この押出機６では、ギア１６が回転することでゴムＲが供給口１８から排出口２０に送られる。この押出機６において、ゴム組成物Ｒが帯状に加工される。

ゴム押出装置２には、その下流側に、カレンダーロールヘッド２２が取り付けられている。このゴム押出装置２では、このヘッド２２において、ギアポンプ押出機６から供給された帯状のゴム組成物Ｒが圧延される。これにより、薄肉のストリップＳが形成される。

高品質なタイヤを安定に製造するには、高い精度で形状を整えてパーツを形成する必要がある。この観点から、ギアポンプ押出機６については様々な検討が行われている。この検討の一例が、特開２０１４−０９１２５３公報に開示されている。この公報に記載のギアポンプ押出機では、ストリップの幅の脈動を抑えるために、ギアの形状の最適化が図られている。

特開２０１４−０９１２５３公報

ギアポンプ押出機６において、ギア１６の歯部２４の形状は複雑である。この歯部２４の製作では通常、５軸加工機が使用される。高い精度で形状を整えてパーツを形成し続けるには、ギア１６の交換が必要な場合も想定される。このため、ギア１６の製作コストを下げたいというニーズがある。

本発明の目的は、製作コストの低減が達成された、ギアポンプ押出機のためのギアの製造方法の提供にある。

本発明は、ギアポンプ押出機のためのギアの歯部の製造方法である。この製造方法は、
（１）上記歯部の立体形状を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする三次元のデータで表す工程、
（２）上記データにおいて、上記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちの一の座標軸を代表座標軸として、上記歯部の立体形状をこの代表座標軸に沿って複数に分割して、この立体形状を複数の層が積層された積層体で表す工程
及び
（３）上記歯部を構成する材料で上記複数の層を一層目から順に形成し積層することで、上記積層体を形成する工程
を含んでいる。この製造方法では、歯部は多数の歯を備えており、それぞれの歯の歯すじはこの歯部の軸心方向に対して傾斜している。

好ましくは、このギアポンプ押出機のためのギアの歯部の製造方法では、上記ギアはダブルヘリカルギアである。

本発明に係るギアポンプ押出機のためのギアの製造方法では、ギアの歯部の立体形状を表す３次元データに基づいて複数の層を積層するという要領で、この歯部は製作される。この製造方法では、５軸加工機を用いた従来のギアの製造方法に比べて、低い費用で、しかも短い時間で、ギアが製作される。この製造方法では、ギアの製作コストの低減を達成することができる。言い換えれば、本発明によれば、製作コストの低減が達成された、ギアポンプ押出機のためのギアの製造方法が得られる。

図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法で作製されたギアを有するギアポンプ押出機が示された概念図である。 図２は、図１のギアポンプ押出機のためのギアが示された斜視図である。 図３は、図２のギアの分解斜視図である。 図４は、ギアの歯部における歯の形状を平面に展開した展開図である。 図５は、歯部の立体形状を積層体として表した場合の概念図である。 図６は、歯部を形成している様子を表した概念図である。 図７は、従来のギアポンプ押出機が示された概念図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１には、ゴム押出装置３２の一部が示されている。このゴム押出装置３２は、タイヤのためのゴム組成物ＲをストリップＳに加工するために用いられる。ゴム組成物Ｒ（以下、単に、ゴムＲと称することがある。）は、この紙面の右側から左側に向かってこのゴム押出装置３２のキャビティ３４を通過していく。この図１において、右側がこのゴム押出装置３２の上流側である。

ゴム押出装置３２は、ギアポンプ押出機３６を備えている。図１には、ゴム押出装置３２のうち、このギアポンプ押出機３６の部分が示されている。この図１に示されていないが、このギアポンプ押出機３６の上流側には、図７で示されたようなスクリュー式押出機が設けられている。このギアポンプ押出機３６の下流側には、カレンダーロールヘッドが設けられている。このゴム押出装置３２は、スクリュー式押出機、ギアポンプ押出機３６及びカレンダーロールヘッドを備えている。

ギアポンプ押出機３６は、ケーシング３８と、一対のギア４０とを備えている。ケーシング３８は、ゴムの供給口４２とこのゴムの排出口４４とを備えている。それぞれのギア４０は、ケーシング３８に収容されている。ギア４０は、多数の歯４６を備えている。これらの歯４６は、間隔をあけてこのギア４０の周囲に沿って配置されている。図１から明らかなように、一方のギア４０の歯４６は、他方のギア４０の歯４６と噛み合うように、これらのギア４０は構成されている。言い換えれば、このギアポンプ押出機３６は、互いに噛み合う一対のギア４０を備えている。

ギア４０は、図１の矢印で示された方向に回転する。このギアポンプ押出機３６では、一方のギア４０が駆動ギアである。他方のギア４０は、従動ギアである。このギアポンプ押出機３６では、図示されない駆動手段により駆動ギア４０が回転させられる。駆動ギア４０が回転すると、従動ギア４０が回転する。これにより、スクリュー式押出機から供給口４２を通じて送られたゴムＲは排出口４４に送られる。ゴムＲは帯状に加工され、下流側のカレンダーロールヘッドに送られる。そして、このカレンダーロールヘッドにおいて、薄肉のストリップＳが形成される。

図２には、ギアポンプ押出機３６のためのギア４０が示されている。図２において、一点鎖線ＡＬはギア４０の軸心である。ギアポンプ押出機３６においては、ギア４０はこの軸心ＡＬを中心に回転する。

このギアポンプ押出機３６では、ギア４０は軸部４８と歯部５０とを備えている。軸部４８は、丸棒状である。図３に示されているように、軸部４８は第一棒５２及び第二棒５４から構成されている。

歯部５０は、略円筒状である。歯部５０は、ギア４０の軸心ＡＬに沿って延在する孔５６を備えている。この孔５６には、第一棒５２の先端部分が通される。さらにこの第一棒５２が第二棒５４と組み合わされる。これにより、図２に示されたギア４０が得られる。第二棒５４に対して第一棒５２を引き抜くと、ギア４０は、第一棒５２、第二棒５４及び歯部５０の３つの部材に分解される。

前述の、ギア４０の多数の歯４６は、歯部５０に設けられている。これらの歯４６は、この歯部５０の半径方向外向きに突出している。これらの歯４６は、この歯部５０の周方向に一定のピッチで配置されている。歯４６と歯４６との間は、歯溝５８とも称される。歯部５０の形状がより複雑になるが、高い精度で形状を整えてパーツを形成できるとの観点から、この歯部５０の圧力角（図１の符号θで示された角度）は２０°以上３０°以下の範囲で設定されるのが好ましい。

図４には、歯部５０における歯４６の形状を平面に展開した展開図が示されている。図４において、上下方向は歯部５０の周方向である。歯部５０の周方向は、ギア４０の回転方向に相当する。左右方向は、歯部５０の軸心方向である。歯部５０の軸心方向は、ギア４０の軸心方向に相当する。この図４において、一点鎖線ＣＬはこの歯部５０の軸心方向の中心線である。この中心線ＣＬは、歯部５０の半径方向に延びる。

図４において、一点鎖線Ｘは歯４６の歯すじである。この図４に示されているように、歯すじＸは、歯部５０の軸心方向に対して傾斜して延びている。歯すじＸは、歯部５０の一方の縁６０からその他方の縁６０に向かって連続している。歯部５０の形状がより複雑になるが、高い精度で形状を整えてパーツを形成できるとの観点から、この歯部５０のねじれ角（図４の符号βで示された角度）は２０°以上４０°以下の範囲で設定されるのが好ましい。

このギアポンプ押出機３６では、歯部５０の軸心に対して垂直な平面に沿った、この歯部５０の断面は、軸心方向のいずれの位置においても、同じ形状を有している。歯すじＸは歯部５０の軸心方向に対して傾斜して延びているので、軸心方向のそれぞれの位置における、歯４６（詳細には、歯すじＸ）の位置は、周方向に少しずつずれている。

図４において、両矢印ＬＰは一の歯４６の歯すじＸからこの一の歯４６の隣に位置する他の歯４６の歯すじＸまでの周方向距離である。本発明においては、この距離ＬＰは歯４６のピッチの長さである。両矢印ＬＬは、周方向における、歯４６の先端６２からその後端６４までの周方向距離である。この距離ＬＬは、歯４６の周方向長さである。

このギアポンプ押出機３６では、歯４６のピッチの長さＬＰが歯４６の周方向長さＬＬよりも小さくなるように、歯部５０は構成されている。言い換えれば、歯４６のピッチの長さＬＰは歯４６の周方向長さＬＬよりも小さい。歯部５０の形状がより複雑になるが、高い精度で形状を整えてパーツを形成できるとの観点から、歯４６のピッチの長さＬＰは歯４６の周方向長さＬＬよりも小さいのが好ましい。

図４に示されているように、歯４６の歯すじＸの向きは、軸心方向の中心において、屈曲している。中心線ＣＬの右側部分における歯すじＸの向きは、この中心線ＣＬの左側部分における歯すじＸの向きと逆である。この歯４６を擁する歯部５０、言い換えれば、ギア４０は、ダブルヘリカルギアと称される。図示されていないが、この歯４６の歯すじＸの向きが軸方向中心において屈曲することなく、この歯すじＸが歯部５０の一方の縁６０からその他方の縁６０に向かって連続するように、この歯４６が構成されてもよい。このような歯４６を擁するギア４０は、シングルヘリカルギアと称される。高い精度で形状を整えてパーツを形成できるとの観点から、このギア４０としては、歯部５０の形状がより複雑なダブルヘリカルギアが好ましい。

このギアポンプ押出機３６では、歯部５０の材質に特に制限はないが、好ましい材質は金属である。金属としては、アルミニウム、チタン、ステンレススチール又はインコネルが好ましい。軸部４８の材質にも特に制限はないが、好ましい材質は金属である。金属としては、アルミニウム、チタン、ステンレススチール又はインコネルが好ましい。歯部５０と軸部４８とは同じ材質で構成されてもよいし、異なる材質で構成されてもよい。

以上説明されたギアポンプ押出機３６のためのギア４０は、次のようにして製作される。このギア４０の製造方法では、ギア４０を構成する歯部５０の立体形状が、例えば、三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）システムを用いて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする三次元のデータで表される。この製造方法は、歯部５０の立体形状を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする三次元のデータで表す工程を含んでいる。例えば、図５に示されているように、歯部５０の軸心、言い換えれば、ギア４０の軸心ＡＬの延在方向をＺ軸と一致させて、歯部５０の立体形状が三次元のデータで表される。本発明においては、この歯部５０の立体形状を表す三次元のデータは、基準データと称される。なお、この明細書では、この図５のように、歯部５０を丸棒で模式的に表した図に基づいて、ギア４０の歯部５０の製造方法が説明される。

この製造方法では、前述の基準データにおいて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちの一の座標軸を代表座標軸として、歯部５０の立体形状をこの代表座標軸に沿って複数に分割して、この立体形状が複数の層が積層された積層体で表される。この製造方法は、基準データにおいて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちの一の座標軸を代表座標軸として、歯部５０の立体形状をこの代表座標軸に沿って複数に分割して、この立体形状を複数の層が積層された積層体で表す工程を含んでいる。図５に模式的に示された歯部５０においては、Ｚ軸を代表座標軸として、前述の基準データで表された歯部５０の立体形状が、Ｚ軸に沿って複数に分割される。これにより、歯部５０の立体形状が複数の層６６が積層された積層体６８で表される。この製造方法では、歯部５０の立体形状を多数の層６６の積層体６８として表した三次元のデータが準備される。この三次元のデータは、加工データと称される。

この製造方法では、前述の加工データに基づいて、図６（ａ）及び（ｂ）に示されているように、歯部５０を構成する材料で複数の層６６が一層目から順に形成され積層される。これにより、図５で示された積層体６８、すなわち、歯部５０が得られる。この製造方法は、歯部５０を構成する材料で複数の層６６を一層目から順に形成し積層することで、積層体６８を形成する工程を含んでいる。

この製造方法では、積層体６８を構成する各層６６の形成方法に、特に、制限はない。蒸着装置を用いて蒸着膜として積層体６８の各層６６を形成してもよいし、塗料を用いて塗膜として光造形等の手法により各層６６を形成してもよい。

この製造方法では、ギア４０の歯部５０の立体形状を表す三次元データに基づいて、複数の層６６を積層するという要領で、この歯部５０は製作される。この製造方法では、５軸加工機を用いた従来のギアの製造方法に比べて、低い費用で、しかも短い時間で、ギア４０が製作される。具体的には、図１に示されたギア４０の製作において、ギア４０の歯部５０を本発明の製造方法で製作し、軸部４８を５軸加工機以外の一般的な加工法で製作した場合、このギア４０の全体を５軸加工機で製作した場合に比して、費用で８％の低減、時間で３０％の短縮が図れることが確認されている。この製造方法は、製作コストの低減に寄与する。言い換えれば、本発明によれば、製作コストの低減が達成された、ギアポンプ押出機３６のためのギア４０の製造方法が得られる。

この製造方法では、軸部４８も、歯部５０と同じようにして、製作することができる。しかし、軸部４８の形状は、例えば、図３に示されているように、歯部５０の形状に比べて単純である。このため、軸部４８は５軸加工機でなくても製作可能である。この製造方法は、製作に、５軸加工機を必要とする、複雑な形状を有する歯部５０の製作において、特に、顕著な効果を発揮する。この製造方法は、５軸加工機を製作に必要とする、複雑な形状を有する歯部５０の製作に適用されるのが好ましい。

この製造方法の実行には、立体印刷機が好適に用いられる。この製造方法は、
（１）歯部５０の立体形状を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする三次元の基準データで表す工程（ＳＴＥＰ１）、
（２）上記基準データにおいて、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちの一の座標軸を代表座標軸として、歯部５０の立体形状をこの代表座標軸に沿って複数に分割して、この立体形状を複数の層６６が積層された積層体６８で表す工程（ＳＴＥＰ２）
及び
（３）上記歯部５０を構成する材料で上記複数の層６６を一層目から順に形成し積層することで、上記積層体６８を形成する工程（ＳＴＥＰ３）
を含んでいる。この製造方法の実行には、立体印刷機の適用が可能である。この製造方法の実行に立体印刷機を適用する場合には、上記ＳＴＥＰ１及び２を三次元ＣＡＤシステムにおいて実行し、上記ＳＴＥＰ３のみを立体印刷機において実行してもよいし、ＳＴＥＰ１を三次元ＣＡＤシステムにおいて実行し、ＳＴＥＰ２及び３を立体印刷機において実行してもよいし、ＳＴＥＰ１〜３、すなわち、全てのＳＴＥＰを立体印刷機において実行してもよい。

以上説明された方法は、複雑な形状を有する、種々の部品の製造にも適用されうる。

２、３２・・・ゴム押出装置
４・・・スクリュー式押出機
６、３６・・・ギアポンプ押出機
８・・・シリンダ
１０・・・スクリュー
１２・・・投入口
１４、３８・・・ケーシング
１６、４０・・・ギア
１８、４２・・・供給口
２０、４４・・・排出口
２２・・・カレンダーロールヘッド
２４・・・歯部
４６・・・歯
４８・・・軸部
５０・・・歯部
６６・・・層
６８・・・積層体

Claims (2)

1. ギアポンプ押出機のための、歯部を有するギアの製造方法であって、
   上記歯部の立体形状を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を座標軸とする三次元のデータで表す工程と、
   上記データにおいて、上記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうちの一の座標軸を代表座標軸として、上記歯部の立体形状をこの代表座標軸に沿って複数に分割して、この立体形状を複数の層が積層された積層体で表す工程と、
   上記歯部を構成する材料で上記複数の層を一層目から順に形成し積層することで、上記積層体を形成する工程とを含んでおり、
   上記歯部が多数の歯を備えており、それぞれの歯の歯すじがこの歯部の軸心方向に対して傾斜している、ギアポンプ押出機のためのギアの歯部の製造方法。
2. 上記ギアがダブルヘリカルギアである、請求項１に記載のギアポンプ押出機のためのギアの製造方法。

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