JP6002005B2 - ギアポンプ押出し機、及びそれに用いる押出しギアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、押出し速度の脈動を抑えたギアポンプ押出し機、及びそれに用いる押出しギアの製造方法に関する。

空気入りタイヤでは、各部位における要求特性が異なるため、例えばトレッドゴム、サイドウォールゴム、クリンチゴム、ブレーカクッションゴム、ビードエーペックスゴムゴムなど、配合及び断面形状を違えた種々のゴム部材から構成されている。

このようなゴム部材は、通常、前端に成形用口金部を設けたゴム押出し装置を用い、所定断面形状の帯状体として押し出し成形するとともに、この帯状体を所定長さに切断しかつタイヤ成形ドラム上で一周巻きすることにより形成される。そして前記ゴム押出し装置として、例えばスクリュー式押出し機本体の前端にギアポンプ押出し機を連設したものが多用されている（例えば特許文献１参照）。

これに対して近年、リボン状のゴムストリップを螺旋状に順次巻き重ねることにより、所定断面形状の巻き重ね体としてゴム部材を形成するいわゆるストリップワインド工法が提案されている。

しかし前記工法で使用するゴムストリップｓは、例えば厚さ０．５〜２．５mm程度と非常に薄いため、図６（Ａ）に示すように、ゴム押出し装置ａの前端にカレンダロールヘッドｂを取り付け、成形用口金部ｃからリボン状に押し出し成形される押出し物ｄ１を、カレンダロールｂ１によってさらに圧延して薄肉化することが必要となる。

しかしゴム押出し装置ａとして、ギアポンプ押出し機ｅを連設したものを使用した場合、図６（Ｂ）に示すようにゴムストリップｓの巾Ｗが波状に変動し、巻き重ね体の形成精度を損ねるという問題がある。

本発明者の研究の結果、前記ゴムストリップｓの巾の変動は、ギアポンプ押出し機ｅによるゴムの押出し速度の脈動に原因することが判明した。即ち、ギアポンプ押出し機ｅの場合、押出し物ｄ１の断面形状には変化なく常に一定であるものの、押出しギアｅ１の歯溝の影響によって押出し速度に脈動が発生する。これに対して前記カレンダロールｂ１は一定速度で回転するため、前記押出し速度の脈動が、巾の変動となって現れる。

特開２００７−２３７５９６号公報

そこで本発明は、ギア軸心を通る半径方向面によって形成される押出しギアの各断面において、各断面に現れる歯溝の面積の前記断面間でのバラツキを、所定範囲に規制することを基本として、押出し速度の脈動を低く抑えることができ、例えばゴムストリップを形成する場合の巾の変動を減じて形成精度を向上しうるギアポンプ押出し機、及びそれに用いる押出しギアの製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願請求項１の発明は、材料の供給口と押出口とを有するケーシング、及びこのケーシングの内部に配されかつ互いに噛み合う一対の押出しギアを具え、前記ケーシングの内周面と各前記押出しギアの歯溝との間で前記材料を供給口側から押出口側へ送るギアポンプ押出し機であって、
前記押出しギアは、ギア軸心方向に対して歯すじが傾斜するダブルヘリカルギアからなるとともに、
前記押出しギアの１ピッチの範囲を、ギア軸心ｊから放射状にのびる１０以上のｎ個の半径方向面によって等区分し、かつ前記半径方向面による押出しギアの各断面において、歯溝がなす歯溝面積をＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）としたとき、
前記歯溝面積Ｓｉのうちの最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差である面積差ΔＳ（＝Ｓmax−Ｓmin）は、前記歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下であることを特徴としている。

また請求項２では、前記押出しギアのバックラッシュは、０とすることを特徴としている。

また請求項３では、前記押出しギアは、周方向で隣り合う歯部間の周方向のピッチ長さＬＰが、前記歯部の周方向のリード長さＬＬよりも小であることを特徴としている。

また請求項４は、ギアポンプ押出し機用の押出しギアの製造方法であって、
３次元ＣＡＤシステムを用い、
基準となるシングルヘリカル又はダブルヘリカルの基準ギアーの３次元基準データを求めるステップと、
前記３次元基準データに基づき、前記基準ギアーの１ピッチの範囲を、ギア軸心ｊから放射状にのびる１０以上のｎ個の半径方向面によって等区分し、前記半径方向面による基準ギアの各断面において、歯溝がなす歯溝面積Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）を数値化するステップと、
前記基準ギアーのねじれ角β、圧力角θ、及びリード長さＬＬを変化させ、前記数値化された歯溝面積Ｓｉのうちの最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差である面積差ΔＳ（＝Ｓmax−Ｓmin）が、前記歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下となりうる前記ねじれ角β、圧力角θ、及びリード長さＬＬの値β０、θ０、ＬＬ０を求めるステップとを含む設計工程を行い、押出しギアの３次元データを求めるとともに、
この３次元データに基づき押出しギアを形成することを特徴としている。

本発明は叙上の如く、押出しギアの１ピッチ分の範囲をｎ個の半径方向面によって等区分することによって得られる押出しギアの各断面において、以下のように規制している。即ち、各前記断面に現れる歯溝の歯溝面積をＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）としたとき、前記歯溝面積Ｓｉのうちの最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差である面積差ΔＳ（＝Ｓmax−Ｓmin）を、歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下に規制している。

ここで、各断面に現れる歯溝面積Ｓｉは、回転する押出しギアの瞬間における搬送量に相当する。従って、各断面における歯溝面積Ｓｉのバラツキを抑えて一定化することで、押出しギアの搬送バラツキを抑えることができ、ひいては押出し速度の脈動を抑えうる。そのために、前記面積差ΔＳを、平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下に規制している。

本発明のギアポンプ押出し機の実施形態を概念的に示す側部断面図である。 ギアポンプ押出し機を拡大して示す側部断面図である。 （Ａ）は押出しギアの斜視図、（Ｂ）は歯形を平面に展開した展開図である。 押出しギアのギア軸心と直角方向の断面図である。 押し出しギアの各断面における歯溝面積Ｓｉを示す断面図である。 （Ａ）はゴムストリップ形成用の従来のゴム押出し装置を例示する側部断面図、（Ｂ）はそれによるゴムストリップの巾変動を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１において、本実施形態のギアポンプ押出し機１は、材料Ｇの供給口２Ａと押出口２Ｂとを有するケーシング２、及びこのケーシング２の内部に配されかつ互いに噛み合う一対の押出しギア３を具える。本例では、前記材料Ｇが未加硫ゴムであり、又前記供給口２Ａ側にゴム押出し機本体４が取り付き、かつ前記押出口２Ｂ側に成形用口金部５を介してカレンダヘッド６が取り付き、全体として薄いテープ状のゴムストリップｓを形成するゴム押出し装置７として構成される場合が示される。

なお前記ゴム押出し機本体４は、ゴム投入口４ｃが設けられたシリンダ４ａ内にスクリュ軸４ｂを収納した周知構造をなす。そして電動機（図示しない。）により前記スクリュ軸４ｂを回転駆動させることにより、投入された材料Ｇを混練しながらシリンダ４ａ前端に取り付く前記ギアポンプ押出し機１に供給する。

又前記ギアポンプ押出し機１は、図２に拡大して示すように、材料Ｇの供給口２Ａと押出口２Ｂとを有するケーシング２、及び前記ケーシング２の内部に配されかつ互いに噛み合う一対の押出しギア３を具え、前記ケーシング２の内周面２Ｓと各前記押出しギア３の歯溝１３との間で前記材料Ｇを供給口２Ａ側から押出口２Ｂ側へ移送する。

前記ケーシング２は、前記供給口２Ａと押出口２Ｂとの間に、前記押出しギア３、３を噛み合い状態で収容するキャビティ９を具える。このキャビティ９は、各前記押出しギア３とは同心をなしかつそれぞれの歯先面に摺接する２つの円弧面部９ａを接続した瓢箪状をなす。そして各前記円弧面部９ａの接続部分に、前記供給口２Ａおよび押出口２Ｂが流路１２Ａ、１２Ｂを介して一直線状に接続される。なお前記流路１２Ａ、１２Ｂは、ギア軸心ｊと直交する向きに配される。

次に、各前記押出しギア３は、図３、４に示すように、円筒状の基部１０の外周に、歯部１１を周方向に隔設させた周知構造をなし、前記歯部１１、１１間に前記歯溝１３が形成される。この押出しギア３は、その歯すじＸがギア軸心方向に対して傾斜してのびるシングルヘリカルギア、又はダブルヘリカルギアからなる。即ち前記押出しギア３は、図４と同一断面形状を有する平歯車を、無限に薄くスライスして周方向に位置を少しずつずらしたごとき形状をなす。従って前記押出しギア３は、ギア軸心ｊと直角な断面形状は、ギア軸心方向の各位置において同一であり、周方向の位相のみ変化する。

なおシングルヘリカルギアの場合、噛み合い時にギア軸心方向のスラスト荷重が発生するという不利があり、従って、本例の如くダブルヘリカルギアが好適に採用される。本例の押出しギア３は、図３（Ｂ）に示すように、前記歯すじＸがギア軸心方向に角度βで傾斜するとともに、周方向で隣り合う歯部１１間の周方向のピッチ長さＬＰは、前記歯部１１の周方向のリード長さＬＬよりも小に設定されている。

そして本実施形態では、前記図４に示すように、押出しギア３の１ピッチ分の範囲Ｙを、ギア軸心ｊから放射状にのびる１０以上のｎ個の半径方向面Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）によって等区分したとき、これによって得られる押出しギア３の各断面３Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、以下のように規制している。具体的には、図５に示すように、各前記断面３Ｋｉに現れる歯溝１１の歯溝面積をＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）としたとき、前記歯溝面積Ｓｉのうちの最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差である面積差ΔＳ（＝Ｓmax−Ｓmin）を、歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下に規制している。

即ち各断面３Ｋｉに現れる歯溝面積Ｓｉの、前記断面３Ｋｉ間でのバラツキを規制している。

ここで、各断面３Ｋｉに現れる歯溝面積Ｓｉは、回転する押出しギア３の瞬間における搬送量に相当する。従って、各断面３Ｋｉにおける歯溝面積Ｓｉのバラツキを抑えて一定化することで、押出しギア３の搬送バラツキを抑えることが可能となり、ひいては押出し速度の脈動を抑えることができる。なお従来の押出しギアにおいては、前記歯溝面積Ｓｉのバラツキは考慮されておらず、本発明者が調査した結果、前記面積差ΔＳと歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）との比ΔＳ／{（ΣＳｉ／ｎ）}は、１．０％以上と大きなものであった。これに対して本実施形態では、前記比ΔＳ／{（ΣＳｉ／ｎ）}を０．５％以下とすることで、カレンダヘッド６を連設して薄いゴムストリップｓを形成する場合においても、ゴムストリップｓの巾変動をほとんど無視できるレベルまで減じることが可能となる。なお前記比ΔＳ／{（ΣＳｉ／ｎ）}を、便宜上、バラツキ値と呼ぶ場合がある。

前記半径方向面Ｋの数ｎが１０を下回ると、歯溝面積Ｓｉの実際の最大値、最小値を捕らえることが難しくなり、不正確となって歯溝面積Ｓｉのバラツキを抑えることができなくなる。従って前記数ｎは１０以上でより大きいのが好ましい。又前記バラツキ値ΔＳ／{（ΣＳｉ／ｎ）}は、０．５％以下でより小さいのが脈動を抑えるために好ましい。

前記バラツキ値ΔＳ／{（ΣＳｉ／ｎ）}は、ギアのねじれ角β、圧力角θ、及びリード長さＬＬを変化させることにより調整することができる。

なお押出しギア３をダブルヘリカルギアで形成する場合、ギア巾方向一方側のヘリカル部と、他方側のヘリカルとの間に隙間が生じる場合には、この隙間を通って材料Ｇが歯溝１３、１３間を移動するため、移送量が不安定となり押出し速度の脈動の抑制に不利となる。従って、押出しギア３では、前記隙間が生じないように、前記一方側、他方側のヘリカル部を一体とした一体形成物として押出しギア３を形成するのが好ましい。又押出しギア３、３間にバックラッシュがある場合にも、移送量が不安定となって押出し速度の脈動抑制に不利となる。そのため前記バックラッシュを０とするのが好ましい。

次に、前記押出しギア３の製造方法を下記に説明する。この製造方法では、３次元ＣＡＤシステムを用いて押出しギア３を３次元的に設計する設計工程を含む。具体的な、前記設計工程は、
（１）基準となるシングルヘリカル、又はダブルヘリカルの基準ギアーの３次元基準データを求めるステップと、
（２）前記３次元基準データに基づき、前記基準ギアーの１ピッチの範囲を、ギア軸心ｊから放射状にのびる１０以上のｎ個の半径方向面Ｋによって等区分し、前記半径方向面Ｋによる基準ギアの各断面において、歯溝がなす歯溝面積Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）を数値化するステップと、
（３）前記基準ギアーのねじれ角β、圧力角θ、及びリード長さＬＬを変化させ、前記数値化された歯溝面積Ｓｉのうちの最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差である面積差ΔＳ（＝Ｓmax−Ｓmin）が、前記歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下となりうる前記ねじれ角β、圧力角θ、及びリード長さＬＬの値β０、θ０、ＬＬ０を求めるステップとを具える。

そしてこの設計工程により、押出しギアの３次元データを求めるとともに、前記３次元データに基づき、押出しギア３を例えば５軸加工機等の加工装置を用いて加工し製造する。

なお本発明のギアポンプ押出し機１は、ゴムストリップの形成用に限定されるものではなく、種々なゴム部材の形成用として、さらには未加硫ゴムに類似の粘性及び可塑性を有する種々な材料の押し出し用として採用することができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

前記押出しギアの製造方法の設計工程に準拠し、
（１） 表１に示すように、ダブルヘリカルの基準ギアＡ（モジュールｍ＝５、歯数１４枚）に対して、そのねじれ角βを変化させてサンプルギアＡ１〜Ａ３を設計するとともに、各サンプルギアのバラツキ値ΔＳ／{（ΣＳｉ／ｎ）}を求めて比較した。各ギアとも、ねじれ角β以外は同仕様である。表１の如く、ねじれ角βによりバラツキ値を変化させうるのが確認できる。本例の場合、ねじれ角β＝３６°においてバラツキ値が最小に近くなることが確認できる。なお本例では、圧力角θ＝２０°としたため、バラツキ値は１．１％程度までしか減じることができない。従って、バラツキ値をさらに減じるためには、（２）で示すように、圧力角θをさらに調整する必要がある。

（２） 前記ねじれ角βを一定（３６°）とし、表２の如く、圧力角θを変化させてサンプルギアＢ１〜Ｂ３を設計するとともに、各サンプルギアのバラツキ値を求めて比較した。各ギアとも、圧力角θ以外は同仕様である。表２の如く圧力角θにより、バラツキ値をさらに減じうるのが確認できる。

（３） 次に、モジュールおよび歯数を違えた基準ギアを用い、同様の手法でバラツキ値を減じた例を示す。表３の如く、ダブルヘリカルの基準ギアＣ（モジュールｍ＝６．３５、歯数１１枚）に対し、同様にねじれ角β、圧力角θを変化させてサンプルギアＣ１、〜Ｃ３を設計するとともに、各サンプルギアのバラツキ値を求めて比較した。圧力角θおよびねじれ角βの設定により、前記バラツキ値を規制値０．５％以下に規制しうるのが確認できる。なおサンプルD1は、他の基準ギアD（モジュールｍ＝５．９２、歯数１１枚）に対してバラツキ値を０．５％以下に減じた例である。

（４） 同様に、シングルヘリカルの基準ギアE（モジュールｍ＝５、歯数１４枚）に対して、同様にねじれ角β、圧力角θを変化させてサンプルギアE１、E２を設計するとともに、各サンプルギアのバラツキ値を求めて比較した。シングルヘリカルギアにおいても、圧力角θおよびねじれ角βの設定により、前記バラツキ値を規制値０．５％以下に規制しうるのが確認できる。

又各データに基づき、５軸加工機を用いて各ギアを製造するとともに、各ギアを図１に示す構造のゴム押出し装置のギアポンプ押出し機に採用した。そして、巾W＝２３ｍｍ、厚さ＝２．３ｍｍのゴムストリップを形成したときの時の巾変動を測定し、その結果を同表に記載した。巾変動は、巾平均値に対する、巾の最大値と最小値との差の比（％）にて示した。

１ ギアポンプ押出し機
２ ケーシング
２Ａ 供給口
２Ｂ 押出口
２Ｓ 内周面
３ ギア
３Ｋｉ 断面
１３ 歯溝１０
Ｋｉ 半径方向面
Ｘ 歯すじ
Ｙ １ピッチの範囲

Claims (4)

1. 材料の供給口と押出口とを有するケーシング、及びこのケーシングの内部に配されかつ互いに噛み合う一対の押出しギアを具え、前記ケーシングの内周面と各前記押出しギアの歯溝との間で前記材料を供給口側から押出口側へ送るギアポンプ押出し機であって、
   前記押出しギアは、ギア軸心方向に対して歯すじが傾斜するダブルヘリカルギアからなるとともに、
   前記押出しギアの１ピッチの範囲を、ギア軸心ｊから放射状にのびる１０以上のｎ個の半径方向面によって等区分し、かつ前記半径方向面による押出しギアの各断面において、歯溝がなす歯溝面積をＳｉ（ｉ＝１〜ｎ）としたとき、
   前記歯溝面積Ｓｉのうちの最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差である面積差ΔＳ（＝Ｓmax−Ｓmin）は、前記歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下であることを特徴とするギアポンプ押出し機。
   
2. 前記押出しギアのバックラッシュは、０とすることを特徴とする請求項１記載のギアポンプ押出し機。
   
3. 前記押出しギアは、周方向で隣り合う歯部間の周方向のピッチ長さＬＰが、前記歯部の周方向のリード長さＬＬよりも小であることを特徴とする請求項１又は２記載のギアポンプ押出し機。
   
4. ギアポンプ押出し機用の押出しギアの製造方法であって、
   ３次元ＣＡＤシステムを用い、
   基準となるシングルヘリカル又はダブルヘリカルの基準ギアーの３次元基準データを求めるステップと、
   前記３次元基準データに基づき、前記基準ギアーの１ピッチの範囲を、ギア軸心ｊから放射状にのびる１０以上のｎ個の半径方向面によって等区分し、前記半径方向面による基準ギアの各断面において、歯溝がなす歯溝面積Ｓｉ（ｉ＝１〜ｎ）を数値化するステップと、
   前記基準ギアーのねじれ角β、圧力角θ、及びリード長さＬＬを変化させ、前記数値化された歯溝面積Ｓｉのうちの最大値Ｓmaxと最小値Ｓminとの差である面積差ΔＳ（＝Ｓmax−Ｓmin）が、前記歯溝面積Ｓｉの平均値（ΣＳｉ／ｎ）の０．５％以下となりうる前記ねじれ角β、圧力角θ、及びリード長さＬＬの値β０、θ０、ＬＬ０を求めるステップとを含む設計工程を行い、押出しギアの３次元データを求めるとともに、
   この３次元データに基づき押出しギアを形成することを特徴とするギアポンプ押出し機用の押出しギアの製造方法。

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