(57)【要約】  円形断面の円筒形ヘッド（１０）及び円形断面の円筒形管（２０）を備えた回転穴あけ具（Ｔ）であって、円筒形ヘッドの自由端部（１１）が穴あけ具を回転駆動するようになった手段によって把持可能であり、円筒形管（２０）が円筒形ヘッド（１０）の内端部（１２）と一体であり、切れ刃（２１）で終端している、穴あけパンチにおいて、穴あけパンチのヘッド（１０）は、加圧流体をヘッド（１０）の内端部（１２）の近くの組立体（２０）内に運び込むことができる少なくとも１本の導管（１３）を有する、穴あけパンチ。切れ刃は、円筒形管の外壁の面取り（２２）によって形成されている。円筒形管の長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）の比は、２０〜４０であり、外壁の厚さ（ｅ）は、√（Ｄ／３）以下であり、Ｄは、円筒形管の内径を表している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形断面の円筒形ヘッド（１０）及び円形断面の円筒形管（２０）を備えた回転穴あけパンチ（Ｔ）であって、前記円筒形ヘッドの自由端部（１１）が前記穴あけ具を回転駆動するようになった手段によって把持可能であり、前記円筒形管が前記円筒形ヘッド（１０）の底端部（１２）に取り付けられており、前記円筒形管の長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）の比が２０〜４０である、穴あけパンチにおいて、
−前記円筒形管（２０）は、前記円筒形管の外壁の面取り（２２）によって形成された切れ刃（２１）で終端し、
−前記外壁は、√（Ｄ／３）以下の厚さ（ｅ）を有し、Ｄは、前記円筒形管（２０）の内径を表している、穴あけパンチ。
【請求項２】
前記穴あけパンチの前記ヘッド（１０）は、前記ヘッド（１０）の内端部（１２）の高さ位置で流体を圧力下で前記円筒形管（１０）内に供給するダクト（１３）を有する、請求項１記載の穴あけパンチ。
【請求項３】
前記切れ刃（２１ａ）は、のこ歯の形態をしている、請求項１又は２記載の穴あけパンチ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか一に記載の穴あけパンチ（Ｔ）を複数個有する穴あけ装置であって、前記穴あけパンチは、回転軸線が互いに実質的に平行であり、前記切れ刃が前記回転軸線に垂直な平面内に位置する円上に位置するように配置されている、穴あけ装置。
【請求項５】
ゴムで作られた所与の厚さの材料に少しずつ穴をあける方法であって、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の回転穴あけパンチ（Ｔ）を用い、軸方向における前記穴あけパンチの前進速度と前記切れ刃の高さ位置における円周方向速度の比が、０．０２〜０．２である、方法。
【請求項６】
軸方向における前記穴あけパンチの前進速度と前記切れ刃の高さ位置における円周方向速度の比は、０．０３〜０．１５である、請求項５記載の穴あけ方法。
【請求項７】
前記穴あけパンチ（Ｔ）の管（２０）内に入っているスプルー（Ｃ）を、圧力下の流体を前記ヘッド（１０）の内端部（１２）と前記スプルー（Ｃ）との間で前記管内に存在するチャンバ内に送り込むことによって押し出す、請求項５又は６記載の穴あけ方法。
【請求項８】
前記切れ刃（２１，２１ａ，２１ｂ）が穴あけされるべき製品の厚さの他方の側を突き抜いた直後に前記流体を圧力下で送る、請求項７記載の穴あけ方法。
【請求項９】
前記スプルーを押し出した後に前記穴あけパンチを前記穴から取り出す、請求項７又は８記載の穴あけ方法。
【請求項１０】
前記穴あけパンチが前記穴から取り出されている間、前記流体の注入が続けられる、請求項９記載の穴あけ方法。
【請求項１１】
注入される前記流体は、圧力下の空気である、請求項７〜１０のうちいずれか一に記載の穴あけ方法。
【請求項１２】
注入される前記流体は、圧力下の水である、請求項７〜１０のうちいずれか一に記載の穴あけ方法。
【請求項１３】
注入される前記流体は、空気と潤滑液の微小液滴を混ぜたものである、請求項７〜１０のうちいずれか一に記載の穴あけ方法。
【請求項１４】
前記潤滑液は、水にシリコーンを混ぜた懸濁液である、請求項１３記載の穴あけ方法。
【請求項１５】
穴をタイヤのスカルプチャー要素に実質的に軸方向にあけるための請求項５〜１４のうちいずれか一に記載の方法の用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴムで作られた製品を穴あけする装置及び方法に関する。本発明は、特に、加硫ゴム材料に貫通穴を形成するようになった穴あけ具に関する。
【背景技術】
【０００２】
長さと直径の比が比較的高い穴を形成する際及びゴムの所与の厚さを貫通した穿孔が必要な場合に問題が生じる。
【０００３】
この状況は、例えば、図４及び図５に示すようにタイヤトレッドの領域でタイヤに特定の特性を与えるために複数の穴をタイヤのスカルプチャー要素に全体として軸方向に形成することが望ましい場合に生じる。これら他の穴により、とりわけ、国際公開第２００３／０９７３８４号パンフレットで説明されているように、トレッドブロックの摩耗の終わりにトレッドブロックの付着性を向上させることができる。
【０００４】
図１に示されているような公知の一手段は、円形断面を備えた円筒形バレルを有するスチールヘッドから成る回転穴あけパンチを用いることであり、このスチールヘッドの頂部は、回転穴あけパンチを固定してこの穴あけパンチを例えばドリルのジョー内で回転駆動できるようにするために用いられる。ヘッドの底部の延長部として、円形断面の円筒形中空管が設けられ、この管の底端部は、工具の長手方向回転軸線に垂直な平面内に位置する切れ刃の状態に鋭利にされる。
【０００５】
この回転穴あけパンチに対してなされた第１の改良は、ヘッドの底部を面取りのように削り、管に切欠きを形成して工具の作業により除去された材料の排出を容易にすることであり、この除去された材料は、スプルー（sprue）と通称されている。
【０００６】
仏国特許第２４８３８４４号明細書に記載された別の改良は、管の外面に螺旋溝を形成することであり、溝の底部は、管の外面が管の内面に通ずることができるようにする貫通穴を備える。この装置により、潤滑液を管の外面及び内面に沿って循環させることができる。その目的は、穴あけ作業中における工具の過熱を減少させることにある。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００３／０９７３８４号パンフレット
【特許文献２】仏国特許第２４８３８４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これら形式の穴あけパンチを用いることは、特に長い長さにわたって小径の穴を作ることが望ましい場合、ゴム材料の所与の厚さを貫通する貫通穴を製作する上では不都合である。直径が小さく且つ長さが長い穴は、長さと直径の比が２０以上である穴であると理解されるべきである。
【０００９】
実際、これら特定の使用条件では、弾性応力の影響を受けて、一方において、切断により形成されたスプルーは、穴あけパンチの管内で詰まり、他方において、穴あけパンチの外壁は、スプルーを掴む材料に鑑みて高い応力を受けることが理解できる。これら２つの現象により、材料の異常な過熱が生じ、これが原因となって、蒸留によるインタフェースの劣化が生じたり穴あけパンチが穿孔内で作られて動かなくなったりする場合があり、それどころか穴あけパンチそれ自体が破損することがある。
【００１０】
本発明の目的は、ゴム材料に直径が小さく且つ長さが長い穴を開ける場合の上述の問題に対する解決策を提供することにある。このために、穴あけパンチの形態及び寸法が正確に定められており、この工具が明確な条件で用いられることを条件として、かかる穿孔を形成できることが実験的に示された。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の回転穴あけパンチは、円形断面の円筒形ヘッド及び円形断面の円筒形管を備え、円筒形ヘッドの自由端部は、穴あけ具を回転駆動するようになった手段によって把持可能であり、円筒形管は、円筒形ヘッドの底端部に取り付けられており、円筒形管の長さと直径の比が２０〜４０である。本発明の穴あけパンチは、円筒形管が、円筒形管の外壁の面取りによって形成された切れ刃で終端し、外壁が、√（Ｄ／３）以下の厚さｅを有し、Ｄは、円筒形管の内径を表すことを特徴としている。
【００１２】
切れ刃を形成する面取り部の形態により、直径が最大でも円筒形管の内径に等しいスプルーを生じさせることができる。以下において理解されるように、この特徴は、穴あけ中、スプルーの望ましく過熱を回避することが望ましい場合や穴あけを終了したときにスプルーを管の内部から取り出せるのが望ましい場合に極めて重要である。
【００１３】
また、管の肉厚をできるだけ小さくして材料により管の外壁に及ぼされる圧力ができるだけ低くなるようにする技術的努力を実施すべきである。事実、観察の示すところによれば、管の壁が厚ければ厚いほど、穴あけパンチが穴あけされるべき材料の厚さを貫通して進むことができるように材料を一段と圧縮することが望ましい。この圧縮は、高い摩擦力の原因であり、この摩擦力によっても、材料の過熱が生じる。
【００１４】
上述の回転穴あけパンチを用いる本発明の穴あけ方法は、軸方向における穴あけパンチの前進速度と切れ刃の高さ位置における円周方向速度の比が、０．０２〜０．２、好ましくは０．０３〜０．１５であることを特徴とし、切れ刃の高さ位置における周速度は、回転穴あけパンチの半径及び回転速度の値から容易に推定される。
【００１５】
実際、この速度比は、切れ刃による材料の圧縮度を表すことが分かっている。穴あけパンチの前進は、切れ刃の下に位置する材料を圧縮するという効果を有する。これを行うことにより、切れ刃の上に位置する材料は伸ばされる。この効果は、切断時におけるスプルーの直径を減少させることであり、それにより円筒形管の内径よりも極めて僅かに小さい直径を有するスプルーを得ることができる。その結果として、円筒形管の内面に対するスプルーの摩擦が減少し、穴あけを終了したときにスプルーを取り出す際の容易さが高まる。
【００１６】
かくして、穴あけパンチの設計効果とこの工具の実施の効果の組み合わせにより、工業的条件において材料を劣化させないで長さが長く且つ直径が小さな穴を作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下の説明は、図１〜図５の記載に基づいており、これらの図は、本発明の好ましい実施形態を示している。
【００１８】
図面を参照すると、図１は、本発明の穴あけパンチの断面図であり、この図では、中空管２０に取り付けられたヘッド１０を識別することができ、このヘッドの自由端部は、切れ刃２１を構成している。管の長さ（Ｌ）と管の内径（Ｄ）の比は、２０〜４０である。中空管２１の厚さ（ｅ）は、√（Ｄ／３）未満である。切れ刃の面取り部２２は、管の外部から管の内部に向かって作られており、その結果、切れ刃の直径は、中空管の内径に等しくなっている。
【００１９】
実際、作られるべき穴の直径及びそれ故に穴あけパンチの内径（Ｄ）は、１ｍｍ〜１０ｍｍまで様々であって良く、それどころか、非常に大形のタイヤの場合にはこれを超える場合がある。チャネルの長さは、２０ｍｍから４００ｍｍまで様々であり、許容しうる結果が得られる管の壁の最大厚さ（ｅ）は、０．５ｍｍ〜１．８ｍｍまで様々である。
【００２０】
穴あけパンチの工業的寿命と関連した理由で、好ましくは、穴あけパンチを耐摩耗性材料、例えばタングステンカーバイド（炭化タングステン）で作るという選択がなされるであろう。
【００２１】
図２は、回転穴あけパンチが特許請求の範囲に記載された方法に従って用いられたときに何が起こるかを示している。
【００２２】
本発明の穴あけパンチの作用によって、排出されるべき屑が生じないことが観察される。というのは、材料は、切れ刃によって切断されるからである。穴あけパンチの外壁は、切断されるべき材料中に押し入り、外壁に向いた矢印によって示されているように中空管２０の壁の厚さ（ｅ）に等しい変位を材料に与えることにより材料を横方向に圧縮する。
【００２３】
また、管の壁の厚さが薄ければ薄いほど、管の壁に及ぼされる効果の大きさがそれだけ一層小さくなると共に外壁と材料との間の摩擦作用の大きさがそれだけ一層小さくなる。壁の厚さ（ｅ）を減少させることが望ましい場合、穴あけパンチの機械抵抗により課される限度が制限要因であるということを考慮して、壁の厚さ（ｅ）が１ｍｍ以下であるときに良好な結果を得ることができるということが判明した。
【００２４】
穴あけパンチの前進速度と切れ刃の周速度の比が上述の限度内に収まっているとき、切れ刃は、切断されずに切れ刃の下に位置している材料の部分（Ａ）を圧縮する。これは、切断されずに部分（Ａ）のすぐ上に位置する材料の部分（Ｂ）を伸ばすという効果を有する。この結果として、管の内部に位置する材料の部分（Ｂ）が穴あけパンチの軸線に垂直な方向に圧縮され、それにより、切断の直前におけるスプルーの直径が減少する。切断がいったん行われると、横応力が弱められ、スプルーは、管の内径（Ｄ）よりも僅かに小さい直径（ｄ）の状態のままである。このことから、スプルーと中空管２０の内側部分との間の摩擦力が減少し、他方、サイクルの終わりにおけるスプルーＣの押出しが大幅に容易になるということが推定される。速度の比を０．１５という値よりも大きくすることにより、材料の圧縮度が増大し、このことは、上述した意味では好適であることが分かるが、この場合、工具及び穴あけされるべき材料の過熱傾向が非常に強いことが観察され、かかる過熱は、材料の劣化の原因となる。比の値が０．０３という実験に基づくしきい値を下回ると、圧縮効果は、前段落に記載した効果が顕著であるほど十分に減少した直径を有するスプルーが得られるようにするには小さ過ぎる。
【００２５】
一例として、穴あけパンチの内径（ｄ）が６ｍｍ、回転速度が６００ｒｐｍの場合に良好な結果が得られ、前進速度は、２４００ｍｍ／分に設定され、これにより０．１の速度比が与えられる。内径（ｄ）が２ｍｍ、回転速度が１４００ｒｐｍの場合、前進速度は、６００ｍｍ／分であり、この場合、これにより０．０３４の速度比が与えられる。
【００２６】
限度値は、実験的に求められており、かかる限度値は、好ましい動作範囲を表す。それにもかかわらず、０．０２〜０．２よりも大きな値の範囲は、特に穴あけされるべき材料の弾性特性が様々である場合にも許容しうる結果を与えることができる可能性が多分にある。
【００２７】
切断サイクルの終わりに、スプルーは、穴あけパンチを新たに作られた穴から取り出す前に押し出されなければならない。また、圧力下の流体を管の内部に送り込むことができるようにするダクトをヘッドの内端部の高さ位置に配置することが特に有利である。
【００２８】
穿孔をいったん作り、穴あけパンチの刃部がゴムのブロックを通って一方の側部から他方の側部に突き抜けた後、ダクトを介して上述の流体を注入し、スプルーと穴あけパンチとの間でチャンバ内の管の中に圧力を生じさせ、この圧力は、切れ刃が設けられている側に配置された管の開口端部中にスプルーを押し進めるという効果を有すると共にこの時点で壁の他方の側に、穴あけされたばかりの厚さ分の材料を放出する。
【００２９】
スプルーをいったん押し出すと、スプルーを穴あけされたばかりのオリフィス内に保持する恐れを生じさせないで、工具を全く安全に取り出すことが可能である。
【００３０】
さらに、スプルーの押出しは、ほぼ瞬時であり、それにより、穴あけサイクル時間を減少させることができる。
【００３１】
図３に示す本発明の穴あけパンチは、円形断面の円筒形ヘッド１０を有している。自由端部１１を回転駆動することができる手段、例えばドリル又は工作機械マンドレルのジョーによって自由端部１１を把持することができ、この場合、穴あけパンチは、クランプ又はねじ止めによって保持されるのが良い。ダクト１３が、穴あけパンチのヘッドの外部から延びてヘッド１０の底端部１２の高さ位置で管の内部に開口している。
【００３２】
圧力下の流体は、チャネル１３の入口の高さ位置で穴あけパンチのヘッドに直接取り付けられた公知の手段、例えば回転Ｏリングシールを用いて又は駆動ジョーの高さ位置に配置された中間部品によってダクト１３を通って送られる。
【００３３】
使用される流体は、液体でもあっても良く、気体であっても良い。圧力下の空気の注入は、使用しやすいという利点をもたらし、圧力下の水の注入は、これよりも困難であることが分かるが、この流体の使用は、次の穴あけシーケンスを見込んで穴あけパンチの内壁を潤滑すると共に屑を排出することができるという利点を提供する。
【００３４】
また、特に有利な構成例は、工具の壁がゴム上をこれに沿って滑りやすくするために潤滑液の微小液滴を含む空気を注入することである。一例として、潤滑剤は、水にシリコーンを混ぜた懸濁液であるのが良い。
【００３５】
また、穴からの工具の取出しの間中、流体の注入を続けることが有利であることが分かる。余分の流体のこの追加により、穴あけパンチの壁と穴の壁の両方を冷却することが可能であり、かかる冷却により、過度の過熱に関連したゴム材料の変性が生じるのが阻止される。
【００３６】
また、過熱が特に激しい場合、穴あけパンチが穴あけされるべき材料のコアに侵入する前に穴あけパンチの外壁を従来通り潤滑することが推奨される。
【００３７】
穴あけパンチ内の流体の注入圧力を測定することにより、スプルーが管から押し出された時に生じる圧力の変動を検出することができる。続く圧力の急減により、押出しが起こったかどうかを判定し、スプルーが穴から排出されたことを確認することができる。実施が簡単なこの点検は、製造モニタの関連において特に有用であることが分かる。
【００３８】
穴あけ方法の種々のシーケンスは、穴あけされるべき材料に対するドリルスピンドルの駆動シーケンスをプログラムすることができる公知の手段を用いて制御できる。
【００３９】
切れ刃２１は、実質的に穴あけパンチの回転軸線に垂直な平面内に位置する直線の形態をしていても良く、或いは、図３ａ及び図３ｂに示されているように、切れ目の品質及び有効性を高めるようのこ歯の形態又はさざ波の形態をしていても良い。
【００４０】
のこ歯の形態は、工具を穴あけされるべき材料の塊の他端部から壁に向かって動かす場合に材料の切断を促進する上で特に有利である。
【００４１】
最後に、穴あけの終わりに壁の引き裂きを回避するために、穴あけパンチの前進速度を減少させることが推奨される。
【００４２】
図４及び図５は、穴Ｂがショルダ部と同一の高さに位置するタイヤトレッドのスカルプチャー要素にほぼ軸方向にあけられたタイヤＰを示している。
【００４３】
また、適当な長さの穴あけパンチを提供することによりタイヤトレッドの幅全体にわたってスカルプチャー要素を穴あけするのを考慮することが問題なく可能である。この形態では、スプルーが、円周方向溝と交差するために押し出され、上述したように、スカルプチャー要素が全て一方の側部から他方の側部まで確かに穴あけされるようにする。
【００４４】
多数の穴を作るために、本発明の複数の穴あけパンチを同時に作動させることが特に有利である。
【００４５】
これら穴あけパンチは、共通シャーシ上に位置決めされ、回転軸線が実質的に軸方向に差し向けられるように配置され、切れ刃は、回転軸線に垂直な平面内に位置する円上に位置決めされる。
【００４６】
しかしながら、穴あけパンチの軸線は、スカルプチャーの横方向曲率を考慮に入れてタイヤの軸方向から僅かな角度のずれを有するのが良い。
【００４７】
円の半径は、タイヤのサイズ及び穴あけ半径に合わされると共に必要ならば調節可能であるのが良く、これには、駆動機構及び自動化機能の適応が必要である。
【００４８】
穴あけパンチを有する工具は、タイヤのショルダに軸方向に向いた状態で提供され、穴は、上述の手順に従って単一のパスで作られる。
【００４９】
このように位置決めされた穴あけパンチの数は、理論上、作られるべき穴Ｂの数に一致する。しかしながら、作られるべき穴の数が多い場合又は穴あけパンチの嵩が穴あけパンチの数を穴の数に一致させることができないようなものである場合、作られるべき穴の数を割り切れる整数に一致した穴あけパンチの数を用いることが可能である。
【００５０】
これらの条件において、１組の穴の穴あけは、数回のパスで行われ、その手法として、各パス相互間において、２つの連続した穴相互間の角度差に一致した値だけの穴あけ装置に対する相対的軸方向回転をタイヤに与える。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の穴あけパンチの略図である。
【図２】穴あけパンチを本発明の方法に従って用いる場合の切れ刃の詳細図である。
【図３】本発明の穴あけパンチの略図であり、挿絵３ａ及び３ｂは、切れ刃の互いに異なる実施形態を示す図である。
【図４】ショルダ部内に位置するスカルプチャー要素中に開口した実質的に軸方向に小穴を有するタイヤの略図である。
【図５】ショルダ部内に位置するスカルプチャー要素中に開口した実質的に軸方向に小穴を有するタイヤの略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2009537343.tif 000011
2009537343.tif 000012
2009537343.tif 000013
2009537343.tif 000014
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