齿轮泵挤出机和在该挤出机中使用的挤出齿轮的制造方法

摘要

本发明提供齿轮泵挤出机以及在该齿轮泵挤出机中使用的挤出齿轮的制造方法，其目的在于抑制挤出速度的脉动。齿轮泵挤出机在壳体的内部具备一对挤出齿轮，上述挤出齿轮由单螺旋齿轮或双螺旋齿轮构成。利用从齿轮轴心（j）放射状地延伸的10以上的n个半径方向面对上述挤出齿轮的一个节距大小的范围进行等分，并且，在基于上述半径方向面的挤出齿轮的各截面中，当将齿槽所形成的齿槽面积设定为Si时，其中，i=1～n，上述齿槽面积Si中的最大值Smax与最小值Smin之差亦即面积差△S为上述齿槽面积Si的平均值∑Si/n的0.5%以下，其中，△S=Smax－Smin。

说明书

技术领域

本发明涉及对挤出速度的脉动进行抑制的齿轮泵挤出机、以及在该 齿轮泵挤出机中使用的挤出齿轮的制造方法。

背景技术

对于充气轮胎而言，由于各部位的要求特性不同，因此构成为包括 例如胎面胶、胎侧胶、轮辋衬胶（clinch rubber）、缓冲层隔离胶、胎 圈三角胶等配比以及截面形状不同的各种橡胶部件。

这种橡胶部件通常通过下述方法形成：使用在前端设置有成型用接 头部的橡胶挤出装置而挤出成型为具有规定的截面形状的带状体，并 且，将该带状体切断成规定长度、且在轮胎成型滚筒上卷绕一周。并且， 作为上述橡胶挤出装置，例如大多使用在螺杆式挤出机主体的前端连接 设置齿轮泵挤出机而成的装置（例如参照专利文献1）。

与此相对，近年来，提出有所谓的条带卷绕加工法，在该条带卷绕 加工法中，通过将带状的橡胶条带依次重叠卷绕成螺旋状而形成作为具 有规定的截面形状的卷绕重叠体的橡胶部件。

但是，在上述加工法中使用的橡胶条带s非常薄，例如厚度为 0.5mm～2.5mm左右，因此，如图6（A）所示，需要在橡胶挤出装置a 的前端安装压延辊头b，利用压延辊头b1对从成型用接头部c挤出成 型为带状的挤出物d1进一步进行压延而使之变薄。

但是，在作为橡胶挤出装置a而使用连接设置有齿轮泵挤出机e的 橡胶挤出装置的情况下，如图6（B）所示，存在因橡胶条带s的宽度 W呈波浪状地变动而使得卷绕重叠体的形成精度受损的问题。

根据本发明人的研究结果能够判明：上述橡胶条带s的宽度的变动 起因于利用齿轮泵挤出机e挤出橡胶的挤出速度的脉动。即，在齿轮泵 挤出机e的情况下，虽然挤出物d1的截面形状并无变化而始终恒定， 但却会因挤出齿轮e1的齿槽的影响而导致挤出速度发生脉动。与此相 对，上述压延辊b1以恒定速度旋转，因此，上述挤出速度的脉动表现 为宽度的脉动。

专利文献1：日本特开2007－237596号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种齿轮泵挤出机以及在该齿轮泵挤 出机中使用的齿轮的制造方法，在该齿轮泵挤出机中，在由通过齿轮轴 心的半径方向面形成的挤出齿轮的各截面中，将在上述截面的各截面中 所呈现的齿槽的面积的偏差限制在规定范围，以此为基础，能够将挤出 速度的脉动抑制得较低，例如能够减少形成橡胶条带时的宽度的变动而 提高形成精度。

为了解决上述课题，本发明的技术方案1的发明涉及一种齿轮泵挤 出机，上述齿轮泵挤出机具备壳体和一对挤出齿轮，上述壳体具有材料 的供给口和挤出口，上述一对挤出齿轮配置在上述壳体的内部、且相互 啮合，上述齿轮泵挤出机将上述材料在上述壳体的内周面与各上述挤出 齿轮的齿槽之间从供给口侧朝挤出口侧输送，上述齿轮泵挤出机的特征 在于，上述挤出齿轮由齿线相对于齿轮轴心方向倾斜的单螺旋齿轮或者 双螺旋齿轮构成，并且，利用从齿轮轴心j放射状地延伸的10以上的n 个半径方向面对上述挤出齿轮的一个节距大小的范围进行等分，在基于 上述半径方向面的挤出齿轮的各截面中，当将齿槽所形成的齿槽面积设 定为Si时，其中，i=1～n，上述齿槽面积Si中的最大值Smax与最小 值Smin之差亦即面积差△S为上述齿槽面积Si的平均值∑Si/n的0.5% 以下，其中，△S=Smax－Smin。

另外，技术方案2的特征在于，上述挤出齿轮是双螺旋齿轮。

另外，技术方案3的特征在于，上述挤出齿轮是双螺旋齿轮，并且， 在周向上相邻的齿部之间的周向上的间距长度LP小于上述齿部的周向 上的导程长度LL。

另外，技术方案4提供一种齿轮泵挤出机用的挤出齿轮的制造方法， 其特征在于，使用三维CAD系统进行设计工序，求出挤出齿轮的三维 数据，并且，基于该三维数据而形成挤出齿轮，其中，上述设计工序包 括以下步骤：求出作为基准的单螺旋或者双螺旋的基准齿轮的三维基准 数据的步骤；基于上述三维基准数据并利用从齿轮轴心j放射状地延伸 的10以上的n个半径方向面对上述基准齿轮的一个节距大小的范围进 行等分，在基于上述半径方向面的基准齿轮的各截面中，将齿槽所形成 的齿槽面积Si数值化的步骤，其中，i=1～n；以及改变上述基准齿轮的 螺旋角β、压力角θ以及导程长度LL，求出能够使得上述数值化后所 得的齿槽面积Si中的最大值Smax与最小值Smin之差亦即面积差△S 为上述齿槽面积Si的平均值∑Si/n的0.5%以下的上述螺旋角β、压力 角θ以及导程长度LL的值β0、θ0、LL0的步骤，其中，△S=Smax －Smin。

本发明如上所述，在通过利用n个半径方向面对挤出齿轮的一个节 距大小的范围进行等分而得的挤出齿轮的各截面中，以下述方式进行限 制，即，当将齿槽所形成的齿槽面积设定为Si时，其中，i=1～n，使得 上述齿槽面积Si中的最大值Smax与最小值Smin之差亦即面积差△S 为上述齿槽面积Si的平均值∑Si/n的0.5%以下，其中，△S=Smax－ Smin。

此处，在各截面中呈现的齿槽面积Si与旋转的挤出齿轮的瞬间的输 送量相当。因而，通过抑制各截面中的齿槽面积Si的偏差而使之恒定 化，能够抑制挤出齿轮的输送偏差，进而能够抑制挤出速度的脉动。因 此，将上述面积差△S抑制在平均值∑Si/n的0.5%以下。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的齿轮泵挤出机的实施方式的侧视剖视 图。

图2是将齿轮泵挤出机放大示出的侧视剖视图。

图3（A）是挤出齿轮的立体图，图3（B）是将齿形展开成平面而 得的展开图。

图4是挤出齿轮的与齿轮轴心成直角的方向上的剖视图。

图5是示出挤出齿轮的各截面中的齿槽面积Si的剖视图。

图6（A）是举例示出用于形成橡胶条带的以往的橡胶挤出装置的 侧视剖视图，图6（B）是示出利用以往的橡胶挤出装置而形成的橡胶 条带的宽度变动的俯视图。

附图标记说明：

1：齿轮泵挤出机；2：壳体；2A：供给口；2B：挤出口；2S：内 周面；3：齿轮；3Ki：截面；13：齿槽10；Ki：半径方向面；X：齿线； Y：一个节距大小的范围。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。

在图1中，本实施方式的齿轮泵挤出机1具备：具有材料G的供 给口2A和挤出口2B的壳体2；以及配置在该壳体2的内部且相互啮合 的一对挤出齿轮3。在本例中示出了如下情况：上述材料G是未硫化橡 胶，另外，在上述供给口2A侧安装有橡胶挤出机主体4，并且在上述 挤出口2B侧经由成型用接头部5安装有压延辊头6，从而作为整体构 成用于形成薄带状的橡胶条带s的橡胶挤出装置7。

另外，上述橡胶挤出机主体4形成为在设置有橡胶投入口4c的筒体 4a内收纳有螺杆轴4b的公知构造。进而，通过利用电动机（未图示） 驱动上述螺杆轴4b旋转，一边对所投入的材料G进行混炼一边将混炼 后的材料G朝安装在筒体4a前端的上述齿轮泵挤出机1供给。

另外，如图2中放大示出的那样，上述齿轮泵挤出机1具备：具有 材料G的供给口2A和挤出口2B的壳体2；以及配置在上述壳体2的 内部且相互啮合的一对挤出齿轮3，在上述壳体2的内周面2S与各上 述挤出齿轮3的齿槽13之间将上述材料G从供给口2A侧朝挤出口2B 侧输送。

上述壳体2在上述供给口2A与挤出口2B之间具备将上述挤出齿轮 3、3以啮合状态进行收纳的腔室9。该腔室9形成为葫芦状，该葫芦状 通过将与各上述挤出齿轮3同心且与各挤出齿轮3的齿顶面滑动接触的 两个圆弧面部9a连接而成。并且，上述供给口2A以及挤出口2B经由 流路12A、12B而成一条直线状地与各上述圆弧面部9a的连接部分连 接。另外，上述流路12A、12B配置在与齿轮轴心j正交的方向。

接下来，如图3、4所示，各上述挤出齿轮3形成为在圆筒状的基 部10的外周沿周向隔开间隔地设置有齿部11的公知构造，在上述齿部 11、11之间形成有上述齿槽13。该挤出齿轮3由齿线X相对于齿轮轴 心方向倾斜地延伸的单螺旋齿轮、或者双螺旋齿轮构成。即，上述挤出 齿轮3形成为将具有与图4中的截面形状相同的截面形状的直齿圆柱齿 轮无限薄地切片、且使各片在周向上一点一点地错开位置而形成的形 状。因而，上述挤出齿轮3的与齿轮轴心j成直角的截面形状在齿轮轴 心方向上的各位置均相同，仅周向上的相位发生变化。

另外，在单螺旋齿轮的情况下，存在啮合时会产生齿轮轴心方向上 的推力载荷的缺点，因而，优选像本例这样采用双螺旋齿轮。如图3（B） 所示，本例的挤出齿轮3的上述齿线X相对于齿轮轴心方向以角度β倾 斜，并且，周向上相邻的齿部11之间的周向上的节距长度LP设定成小 于上述齿部11的周向上的导程长度LL。

并且，在本实施方式中，如上述图4所示，当利用从齿轮轴心j呈 放射状地延伸的10以上的n个半径方向面Ki（i=1～n）对挤出齿轮3 的一个节距大小的范围Y进行等分时，在由此得到的挤出齿轮3的各截 面3Ki（i=1～n）中，以下述方式加以限制。具体而言，如图5所示， 当将在各上述截面3Ki呈现的齿槽11的齿槽面积设定为Si（i=1～n） 时，将上述齿槽面积Si中的最大值Smax与最小值Smin之差亦即面积 差△S（=Smax－Smin）限制在齿槽面积Si的平均值（∑Si/n）的0.5% 以下。

即，对在上述截面3Ki的各截面3Ki中呈现的齿槽面积Si之间的偏 差进行限制。

此处，在各截面3Ki中呈现的齿槽面积Si与旋转的挤出齿轮3的瞬 间的输送量相当。因而，通过抑制各截面3Ki中的齿槽面积Si的偏差 而使之恒定化，能够抑制挤出齿轮3的输送偏差，进而能够抑制挤出速 度的脉动。另外，在现有的挤出齿轮中，并未考虑上述齿槽面积Si的 偏差，而本发明人却进行了调查，结果发现上述面积差△S与齿槽面积 Si的平均值（∑Si/n）之比△S/{（∑Si/n）}较大，达到1.0%以上。与 此相对，在本实施方式中，通过使上述比△S/{（∑Si/n）}为0.5%以下， 即便在连接设置压延辊头6而形成较薄的橡胶条带s的情况下，也能够 将橡胶条带s的宽度变动减少至几乎可以忽略不计的水平。另外，为了 便于说明，有时将上述比△S/{（∑Si/n）}称为偏差值。

当上述半径方向面K的数量n低于10时，难以捕捉到齿槽面积Si 的实际的最大值、最小值，变得不准确从而无法抑制齿槽面积Si的偏 差。因而，优选为上述数量n较大而达到10以上。另外，为了抑制脉 动，优选为上述偏差值△S/{（∑Si/n）}较小而在0.5%以下。

上述偏差值△S/{（∑Si/n）}能够通过改变齿轮的螺旋角β、压力角 θ以及导程长度LL而进行调整。

另外，在利用双螺旋齿轮形成挤出齿轮3的情况下，当在齿轮宽度 方向一侧的螺旋（helical）部与另一侧的螺旋部之间产生间隙的情况下， 材料G会从该间隙通过而在齿槽13、13之间移动，因此导致输送量变 得不稳定，不利于对挤出速度的脉动进行抑制。因而，在挤出齿轮3中， 优选作为使上述一侧、另一侧的螺旋部形成为一体的一体成型物而形成 挤出齿轮3，以免产生上述间隙。另外，当在挤出齿轮3、3之间存在背 隙（back lash）的情况下，输送量也会变得不稳定，从而不利于抑制挤 出速度的脉动。因此，优选将上述背隙设定为0。

接下来，对上述挤出齿轮3的制造方法进行说明。在该制造方法中， 包括使用三维CAD系统来对挤出齿轮3进行三维设计的设计工序。具 体而言，上述设计工序具备如下步骤：

（1）求出作为基准的单螺旋齿轮或者双螺旋齿轮的基准齿轮的三 维基准数据的步骤；

（2）基于上述三维基准数据，利用从齿轮轴心j呈放射状地延伸 的10以上的n个半径方向面K对上述基准齿轮的一个节距大小的范围 进行等分，并在基于上述半径方向面K的基准齿轮的各截面中将齿槽所 形成的齿槽面积Si（i=1～n）数值化的步骤；以及

（3）使上述基准齿轮的螺旋角β、压力角θ以及导程长度LL发 生变化，求出能够使上述数值化后的齿槽面积Si中的最大值Smax与最 小值Smin之差亦即面积差△S=（Smax－Smin）在上述齿槽面积Si的 平均值（∑Si/n）的0.5%以下的上述螺旋角β0、压力角θ0以及导程 长度LL0。

并且，在通过该设计工序求出挤出齿轮的三维数据的同时，基于上 述三维数据并使用例如五轴加工机等加工装置来加工制造挤出齿轮3。

另外，本发明的齿轮泵挤出机1并不限定于形成橡胶条带的用途， 能够作为用于形成各种橡胶部件的齿轮泵挤出机、进而能够作为用于挤 出具有与未硫化橡胶类似的粘性以及塑性的各种材料的齿轮泵挤出机。

以上虽然对本发明的特别优选的实施方式进行了详细叙述，但本发 明并不限定于图示的实施方式，能够变形成各种方式而加以实施。

[实施例]

根据上述挤出齿轮的制造方法设计工序，

（1）如表1所示，相对于双螺旋的基准齿轮A（模数m=5，齿数 为14），通过改变其螺旋角β而设计出了样本齿轮A1～A3，并且求出 了各样本齿轮的偏差值△S/{（∑Si/n）}进而对这些偏差值进行了比较。 各齿轮的除螺旋角β以外的规格均相同。如表1所示，下述结果能够得 到确认：螺旋角β的不同会导致偏差值发生变化。在本例的情况下，下 述结果能够得到确认：在螺旋角β=36°时偏差值接近最小。另外，在 本例中，由于设定成压力角θ=20°，因此偏差值仅能减小至1.1%的程 度。因而，为了进一步减小偏差值，需要如（2）所示那样进一步调整 压力角θ。

[表1]

（2）使上述螺旋角β恒定为（36°），如表2所示，通过改变压力 角θ而设计出了样本齿轮B1～B3，并且求出各样本齿轮的偏差值进而 对这些偏差值进行了比较。各齿轮的除压力角θ以外的规格均相同。如 表2所示，下述结果能够得到确认：压力角θ的不同会导致偏差值发生 变化。

[表2]

（3）接下来，示出了使用模数以及齿数不同的基准齿轮并通过同 样的方法来减少偏差值的例子。如表3所示，相对于双螺旋的基准齿轮 C（模数m=6.35，齿数为11），通过以同样方式改变螺旋角β、压力角 θ而设计出了样本齿轮C1～C3，并且，求出了各样本齿轮的偏差值进 而对这些偏差值进行了比较。下述结果能够得到确认：通过设定压力角 θ和螺旋角β，能够将上述偏差值限制在限制值的0.5%以下。另外， 样本D1是相对于其他的基准齿轮D（模数m=5.92，齿数11）而将偏差 值降低至0.5%以下的例子。

[表3]

（4）同样，针对单螺旋的基准齿轮E（模数m=5，齿数为14），通 过以同样方式来改变螺旋角β、压力角θ变化而设计出了样本齿轮E1、 E2，并且，求出了各样本齿轮的偏差值进而对这些偏差值进行了比较。 下述结果能够得到确认：即便是在单螺旋齿轮中，通过设定压力角θ和 螺旋角β，也能够将上述偏差值限制在限制值的0.5%以下。

[表4]

另外，基于各数据，使用五轴加工机来制造各齿轮，并且将各齿轮 应用于具有图1所示的构造的橡胶挤出装置的齿轮泵挤出机。并且，测 量了形成为宽度W=23mm、厚度=2.3mm的橡胶条带时的宽度变动，并 将其结果记载于上述表中。宽度变动用宽度的最大值与最小值之差相对 于宽度平均值之比（%）来表示。