JP6028098B2 - ねじ切削用タップ - Google Patents

Description

本発明は、ねじ切削用タップに係り、特に、チッピング抑制およびねじ精度の安定化に関するものである。

テーパ状の食付き部の先端から完全山部に向かうに従って頂部が削られた不完全の形状から完全な形状となるねじ山が、ねじれ溝や直線溝により周方向に分断され、その分断されたねじ山の一端部、すなわち分断により形成された一方の端面に前記ねじれ溝または直線溝に沿って形成される切れ刃が形成されているねじ切削用タップが知られている。このねじ切削用タップにおいて、切削中に発生するチッピング（切れ刃に生じる小さい欠け）を抑制するため、切れ刃に面取りを施すなど複数のタップが提案されている。例えば、特許文献１では、切れ刃に隣接するすくい面に、ねじ山の山頂に向かって周方向へ後退する面取りが形成される技術が開示されている。また、特許文献２においても、切れ刃に隣接するすくい面に面取りを施すことで、負のすくい角を形成する技術が開示されている。その他、切れ刃のすくい面にＲ面取を施す技術なども提案されている。

特開２００８−２７２８５６号公報 特開平７−１６４２４７号公報

ところで、特許文献１や特許文献２等に記載のねじ切削用タップは、切れ刃のすくい面に面取りなどを施すことでチッピングを抑制して工具の寿命を改善しているが、タップ加工後のめねじ精度が安定しない問題があった。なお、めねじ精度とは、タップ加工後のめねじの寸法精度に対応する。このめねじ精度が安定しない原因として、タップ加工を開始するとねじ切削用タップにスラスト力が発生するが、切れ刃に面取が施されると負の方向に作用するスラスト力が大きくなり、ねじ切削用タップが切削方向に進みすぎるためと考えられている。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、タップ加工中に発生するチッピングを抑制するとともに、めねじ精度も安定するねじ切削用タップを提供することにある。

上記目的を達成するための、第１発明の要旨とするところは、(a)食付き部の先端から完全山部に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となるねじ山が、軸方向に伸びる溝によって周方向に分断され、その分断されたねじ山の一端部にその溝に沿って切れ刃が形成されているねじ切削用タップにおいて、(b)少なくとも前記食付き部の山頂およびねじ山フランクに形成される前記切れ刃には、その切れ刃のすくい面から回転方向に突き出し、その切れ刃に沿って連なる突状部が形成されている。

このようにすれば、切れ刃のすくい面から回転方向に突き出す突状部が形成されることで、チッピングが抑制される。また、突状部が形成されることで、ねじ切削用タップが被削材に食い付いたときの負側に作用するスラスト荷重が低減され、ねじ切削用タップが進みすぎることもなくなってめねじ精度が安定する。

また、好適には、前記突状部を軸直角な断面で切断したときの径方向の寸法で定義されるその突状部の幅は、めねじの基準ねじ山高さの１／８０乃至１／２０の範囲内とされている。突状部の幅がこの範囲内とされることで、チッピングが抑制されつつめねじ精度も安定する。

また、好適には、(a)食付き部の先端から完全山部に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となるねじ山が、軸方向に伸びる溝によって周方向に分断され、その分断されたねじ山の一端部にその溝に沿って切れ刃が形成されているねじ切削用タップの製造方法において、少なくとも前記食付き部の山頂およびねじ山フランクに形成される前記切れ刃には、その切れ刃のすくい面から回転方向に突き出し、その切れ刃に沿って連なる突状部が形成されており、前記突状部は、研削砥石を用いた研磨加工によって前記ねじ山を形成する際に前記切れ刃に形成されるバリを、ガラスビーズを用いたブラスト処理を施すことで形成される。このようにすれば、前記突状部を容易に形成することができる。

本発明が好適に適用された３枚刃のスパイラルタップを示す図である。 基準ねじ山高さを説明する図である。 図１のスパイラルタップのねじ山の製造工程を説明する図である。 ブラスト処理を施すことで形成される突円形状部を電子顕微鏡で拡大した写真である。 突円形状部が形成されないスパイラルタップの初期性能試験を行った試験結果を示す図である。 ねじ山製造時に形成されるバリを残したスパイラルタップの初期性能試験を行った試験結果を示す図である。 本願の突円形上部が形成されたスパイラルタップの初期性能試験を行った試験結果を示す図である。 複数の形式のスパイラルタップを用いて耐久試験を行った試験結果を示す図である。

ここで、好適には、前記ねじ切削用タップは、例えば高速度工具鋼や超硬合金等の種々の工具材料を用いて構成することができ、必要に応じてTi Al NやTi NやTi CN等の硬質被膜をコーティングすることもできる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が好適に適用された３枚刃のスパイラルタップ１０を示す図で、(a)は軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は(a) におけるＩＢ−ＩＢ断面の拡大図である。このスパイラルタップ１０は、シャンク１２、首部１４、およびねじ部１６を、その順番で同一の軸心Ｏ上に一体に備えており、ねじ部１６には加工すべきめねじに対応するねじ溝形状のおねじが設けられているとともに、そのおねじを分断するように軸心Ｏまわりに等間隔で３本のねじれ溝２０が形成されている。ねじ部１６は、おねじのねじ山１８が軸方向においてテーパ状に除去された先端側の食付き部２２と、その食付き部２２に連続して設けられた完全なねじ山１８を有する完全山部２４とを備えており、上記ねじれ溝２０との稜線部分に切れ刃２８が形成されている。ねじれ溝２０は右ねじれで、ねじ部１６を越えて首部１４の略全域に亘って設けられている。

食付き部２２に形成されている切れ刃２８のには、すくい面３０から回転方向に向かって突き出し、切れ刃２８に沿って連なる突円形状部３２が形成されている。(b)に示すように、突円形状部３２は、軸直角に切断したときの断面が半円形状に形成されており、切れ刃２８に沿って連なって形成されている。また、この突円形状部３２は、軸心Ｏと切れ刃２８の先端（すくい面３０の外周端）とを結ぶ基準線Ｓよりも回転方向に突き出している。なお、突円形状部が、本発明の突状部に対応する。

(b)に示す突円形状部３２の軸直角断面において、突円形状部３２の径方向の寸法に対応する突円形状部３２の幅Ｈwは、ねじのＪＩＳ規格に基づいて定められている基準ねじ山高さＨ（基準山形高さＨ）の１／８０乃至１／２０の大きさの範囲内に設計されている。前記基準ねじ山高さＨをさらに詳細に説明すると、図２に示すおねじとめねじとで形成される基準山形の高さＨに対応する。また、図１(b)に記載の突円形状部３２のすくい面３０から先端まで高さＨhは、平均値で５μｍ〜２０μｍの範囲とされている。なお、突円形状部３２は、少なくとも食付き部２２の山頂に形成されるが、食付き部２２のねじ山フランクまたは完全山部２４に形成されても構わない。

次に、図１(b)に示す突円形状部３２の製造方法について説明する。図３は、スパイラルタップ１０に形成される食付き部２２の製造工程を示すものである。なお、この食付き部２２の製造に先だって、公知の研磨工程によってねじれ溝２０およびねじ山１８が形成されている。従って、予めねじれ溝２０およびねじ山１８が形成された状態で食付き部２２の製造工程が実行される。食付き部２２は、図３に示す研磨砥石３４を回転駆動させて、食付き部２２の外周面を研磨して山払いおよび２番逃げ面３５のための２番取りする際に形成される。このとき、食付き部２２の外周部であって切れ刃２８となる部位にバリ３６が形成される。従来では、食付き部２２の製造後に残るバリ３６を研磨等によって除去していた。これに対して本実施例では、このバリ３６にガラスビーズを噴き付ける、公知のブラスト処理を実行する。このブラスト処理が実行されることで、バリ３６が塑性加工されて図１(b)に示すような突円形状部３２が形成される。なお、突円形状部３２の幅Ｈwや高さＨhは、ブラスト処理におけるガラスビーズの粒度、ブラスト処理時間、並びに圧力を適宜調整することで調整が可能となる。図４に、上記ブラスト処理を施すことで食付き部２２の切れ刃２８に形成される突円形状部３２を示す。図４の写真は、電子顕微鏡を用いて拡大したものであり、突円状に膨らんで連なる部位が突円形状部３２に該当する。

図５乃至図７に、後述する各スパイラルタップを用いてタップ加工を実行したときのトルクＴおよびスラスト力Ｆs、並びにタップ加工後のめねじ精度を測定した初期の性能試験の測定結果を示す。以下に、タップ加工の試験条件を示す。
・試験条件
・サイズ：Ｍ６×１
・切削速度：１５ｍ／ｍｉｎ
・被削材：Ｓ４５Ｃ
・下穴：φ５ｍｍ×１５ｍｍ
・機械：立形マシニングセンタ、水溶性切削油剤（１０倍希釈）使用
・加工深さ：１２ｍｍ止まり

この図５乃至図７のグラフにおいて、横軸が加工時間を示しており、左側の縦軸が回転トルクＴr、右側の横軸がスラスト力Ｆsを示している。ここで、トルクはスパイラルタップの回転トルクＴrであり、スラスト力は、タップ加工中に発生するスパイラルタップの進行方向に作用する力である。このスラスト力Ｆsは、スパイラルタップが回転しつつ被削材に食い込むことで生じる、所謂コルク・スクリュー効果によって発生する。なお、前記トルクＴrおよびスラスト力Ｆsは、よく知られた三分力計で測定した。また、めねじ精度は、よく知られたねじゲージを用いて測定した。図５乃至図７のめねじ精度にあっては、加工後のめねじに止り側のねじゲージを通し、そのねじゲージが予め設定されている回転数（本実施例では２回転とした）以内で止まった場合に合格（めねじ精度良好）と判断した。

図５において、(a)はねじ山製造中に形成されるバリを除去した既存のスパイラルタップの測定結果、(b)は切れ刃にＲ面取が施されているスパイラルタップの測定結果を示している。スパイラルタップが被削材へ食い込むとトルクＴrが増加し、これに伴ってスパイラルタップの軸方向に作用するスラスト力Ｆsが発生する。図５(a)にも示されるように、バリを除去した既存のスパイラルタップで試験を開始すると、タップ食い込み直後から負の方向に作用するスラスト力Ｆs、すなわち切削方向に作用するスラスト力Ｆsが発生する。この負のスラスト力Ｆsが大きくなると、スパイラルタップが切削方向に進み過ぎる傾向となる。(a)にあっては、タップ食い込み直後から負のスラスト力Ｆsも大きいためにスパイラルタップが進み過ぎる傾向を示している。これに起因して、１穴目のめねじ穴から止り側ゲージが２．８回転（ＷＰ２．８）しており、２回転を超えることからめねじ精度が不合格となった。なお、このスパイラルタップを用いて性能試験を引き続き行ったが、２穴目、３穴目ともにタップ加工後のめねじ精度は不合格となった。

図５(b)の切れ刃にＲ面取を施したスパイラルタップについても、タップ食い込み後から負の方向に作用するスラスト力Ｆsが大きくなっている。従って、Ｒ面取を施した場合においてもスパイラルタップが切削方向へ進みすぎる傾向にあり、これに起因して、１穴目のねじ穴から止まり側ゲージ（ＷＰ）が３回転しており、めねじ精度が不合格となった。なお、このスパイラルタップについても性能試験を引き続き行ったが、２穴目、３穴目ともにタップ加工後のめねじ精度は不合格となった。

図６の(a),（ｂ）はともに、ねじ山の製造中に形成されるバリを残したスパイラルタップの測定結果であって、(a)は一穴目、(b)は二穴目の測定結果を示している。バリを残したスパイラルタップにあっては、１穴目のスラスト力Ｆsが図５(a),(b)のスラスト力Ｆsと比べて小さくなっている。従って、スパイラルタップが切削方向に進み過ぎる傾向が改善されている。これより、止まり側ゲージが０．５回転で止まり、めねじ精度が合格となった。このスパイラルタップを用いて２穴目のタップ加工を実行すると(b)に示す結果となった。２穴目では、１穴目に比べてスラスト力Ｆsが大きくなっている。すなわち、２穴目ではスパイラルタップが切削方向に進みすぎる傾向となり、止りゲージが２．２回転回転しめねじ精度が不合格となった。これは、１穴目のタップ加工の際にバリが破損し、実質的にバリが除去された既存のスパイラルタップでタップ加工が実行されたためと考えられる。

図７に、突円形状部３２が形成されたスパイラルタップ１０の測定結果を示す。この試験では、突円形状部３２の幅Ｈwが平均値でＨ／５０のスパイラルタップを使用した。図７の(a)は、１穴目の測定結果を示している。図に示すように、食付き部２２のねじ山１８が被削材に食い込んだ直後はスラスト力Ｆsが正の値となっており、加工が進行するに従って負の値に変化している。加工中におけるスラスト力Ｆsのスラスト最小値も−５５．５１(N)と他のスパイラルタップと比べて非常に小さい値となっている。これより、タップ加工中にスパイラルタップが進みすぎるという傾向は殆どなくなる。そして、めねじ精度を測定しても止りゲージが０．５回転で止まり、めねじ精度も合格している。このスパイラルタップ１０を用いて引き続き試験を行ったが図７(b)の１００穴目の測定結果をみても、スラスト力Ｆsに大きな変化はなく、めねじ精度も１穴目と同様に止まりゲージが０．５回転で止まり、タップ加工を１００穴行ってもめねじ精度は維持されている。

図８に、複数種類のスパイラルタップを用いて各スパイラルタップの耐久性能を試験したときの試験結果を示す。耐久性能は、各スパイラルタップを用いてタップ加工を行い、スパイラルタップに刃欠け（チッピング）や折損が生じた場合や、加工後のめねじに公知であるめねじ精度測定用の通りゲージおよび止りゲージを用いてめねじ精度が不合格となるまでのスパイラルタップの耐久数（加工穴数）を測定した。従って、耐久数が大きいほど耐久性能に優れたスパイラルタップとなる。なお、スパイラルタップは、いずれも食付き部２２が２．５山に設計されている。試験条件は、図５乃至図７に示したタップ加工の試験条件と同じであるため省略する。また、図８の幅Ｈwは、突円形状部３２の幅Ｈwに対応しており、基準ねじ山高さＨで換算したもの、ならびに実際の寸法で表したものが示されている。なお、実際に試験したスパイラルタップの突円形状部３２の幅Ｈw（平均値）は、厳密にこの値とはなっていないが、幅Ｈwの平均値がその値に近いものを使用した。

図８の従来技術Ａは、バリを研磨やブラスト処理等で除去したスパイラルタップである（突円形状部なし）。このスパイラルタップにあっては、最初の１穴目からめねじ精度が不合格となったため１穴目で試験を中止した。すなわち耐久数（加工穴数）はゼロである。また、従来技術Ｂは、切れ刃にＲ面取を施したスパイラルタップである（突円形状部なし）。このスパイラルタップについても、１穴目からめねじ精度が不合格となったため、１穴目で試験を中止した。

比較品Ｃは、突円形状部を設け、且つ、突円形状部の幅Ｈwを基準山高さ（基準山形高さＨ）Ｈの１／１１０としたものである。この比較品Ｃにあっては、初期のめねじ精度について止りゲージ１．５回転（ＷＰ１．５回転）で合格したため試験を引き続き続行した。そして、耐久数（加工穴数）が１３００となるとスパイラルタップの刃欠け（チッピング）が大きくなったため試験を中止した。これより、突円形状部３２の幅Ｈwが小さくなり過ぎるとめねじ精度も不安定になりやすく、チッピングの抑制効果も低下する。

本実施例のスパイラルタップに対応する発明品Ｄは、突円形状部３２の幅Ｈwを基準山高さＨの１／８０（Ｈ／８０）としたものである。このスパイラルタップにあっては、初期めねじ精度が止りゲージ０．５回転（ＷＰ０．５回転）と良好な結果が得られた。また、その後の耐久試験においても、スパイラルタップが折損するまでの耐久数（加工穴数）が２４８７となり、耐久性も良好となった。また、めねじ精度についても良好であった。

発明品Ｅのスパイラルタップは、突円形状部３２の幅ＨwをＨ／５０としたものである。このスパイラルタップにあっても、初期めねじ精度が止りゲージ０．５回転と良好な結果が得られた。また、その後の耐久試験については、耐久数が２８３０になると摩耗が大きくなったため試験を終了した。前記摩耗の判断は、通りゲージが通らなくなったときに摩耗大と判断した。すなわち、耐久数が２８３０でめねじ精度が不合格となった。なお、スパイラルタップの摩耗が大きくなると通りゲージが通らなくなるのは、スパイラルタップの摩耗に従ってタップの切削量が小さくなるためである。このように、発明品Ｅのスパイラルタップは耐久性にも優れ（耐久数２８３０）、チッピングも殆ど見られなかった。

発明品Ｆのスパイラルタップは、突円形状部３２の幅ＨwをＨ／３０としたものである。このスパイラルタップにあっても、初期めねじ精度が止りゲージ０．５回転と良好な結果が得られた。また、その後の耐久試験については、耐久数が２８５４となったときに摩耗が大きくなった（めねじ精度不合格）ため試験を中止した。この発明品Ｅについても耐久性に優れ（耐久数２８５４）、チッピングも殆ど見られなかった。発明品Ｇのスパイラルタップは、突円形状部３２の幅ＨwをＨ／２０としたものである。このスパイラルタップにあっても、初期めねじ精度が止まりゲージ０．５回転と良好な結果が得られた。また、その後の耐久試験については、耐久数が２３４９になると異音が発生したため試験を中止したが、耐久数が２３４９と耐久性にも優れている。

比較品Ｈのスパイラルタップは、突円形状部３２の幅ＨwをＨ／１０としたものである。このスパイラルタップにあっても、初期めねじ精度が止りゲージ０．５と良好な結果が得られた。また、その後の耐久試験にあっては、耐久数５６０で切りくず形状に変化が生じて不安定となり、スパイラルタップも折損した。
比較品Ｉのスパイラルタップは、突円形状部３２の幅ＨwをＨ／５としたものである。このスパイラルタップにあっても、初期めねじ精度が止りゲージ０．５と良好であった。また、その後の耐久試験にあっては、耐久数７で切りくず形状に変化が生じて不安定となり折損した。このように突円形状部３２の幅ＨwがＨ／１０を超えると、折損しやすく切りくず形状に変化が生じて不安定となる。

これより、突円形状部３２の幅ＨwがＨ／８０〜Ｈ／２０の範囲内において、めねじ精度も安定し、チッピングも抑制されることが確認された。特に、突円形状部３２の幅wがＨ／５０〜Ｈ／３０の範囲内において耐久性の改善が顕著となった。

上述のように、本実施例によれば、切れ刃２８のすくい面３０に突円形状３２が形成されることで、チッピングが抑制される。また、スパイラルタップ１０が被削材に食い付いたときの負側に作用するスラスト荷重Ｆsが低減され、スパイラルタップ１０が進みすぎることもなくなってめねじ精度が安定する。

また、本実施例によれば、突円形状部３２の幅Ｈwは、めねじの基準ねじ山高さＨの１／８０乃至１／２０の範囲内とされることで、チッピングが抑制されつつめねじ精度も安定する。

また、本実施例によれば、突円形状部３２は、研磨加工によってねじ山１８を形成する際に切れ刃２８に形成されるバリ３６に、ガラスビーズを用いたブラスト処理を施すことで、容易に形成できる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例のスパイラルタップ１０は、ねじれ溝２０が形成されているが、溝の形状はストレート溝あるいはスパイラポイント溝であっても構わない。

また、前述の実施例のスパイラルタップ１０は３枚刃で構成されているが、刃数については特に限定されない。

また、前述の実施例では、バリ３６にガラスビーズを用いたブラスト処理を施すことで突円形状部３２が形成されるが、必ずしもガラスビーズに限定されず、スチールボールなど他の材料を用いたブラスト処理を実行しても構わない。

また、前述の実施例では、突円形状部３２が切れ刃２８に沿って連続して形成されているが、ねじ山の山頂のみに形成されるものであっても構わない。また、食付き部２２だけなく、完全山部２４にも形成されても構わない。

また、前述の実施例では、突円形状部３２の断面が半円形状に形成されているとしたが、必ずしもこれに限定されず、例えば楕円形状など突状に変化するものであれば構わない。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：スパイラルタップ（ねじ切削用タップ）
１８：ねじ山
２０：ねじれ溝（溝）
２２：食付き部
２４：完全山部
２８：切れ刃
３２：突円形状部（突状部）
３６：バリ
Ｈ：基準ねじ山高さ
Ｈw：突円形状部の幅

Claims (3)

1. 食付き部の先端から完全山部に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となるねじ山が、軸方向に伸びる溝によって周方向に分断され、該分断されたねじ山の一端部に該溝に沿って切れ刃が形成されているねじ切削用タップにおいて、
   少なくとも前記食付き部の山頂およびねじ山フランクに形成される前記切れ刃には、該切れ刃のすくい面から回転方向に突き出し、該切れ刃に沿って連なる突状部が形成されている
   ことを特徴とするねじ切削用タップ。
2. 前記突状部を軸直角な断面で切断したときの径方向の寸法で定義される該突状部の幅は、前記めねじの基準ねじ山高さの１／８０乃至１／２０の範囲内とされていることを特徴とする請求項１のねじ切削用タップ
3. 食付き部の先端から完全山部に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となるねじ山が、軸方向に伸びる溝によって周方向に分断され、該分断されたねじ山の一端部に該溝に沿って切れ刃が形成されているねじ切削用タップの製造方法において、
   少なくとも前記食付き部の山頂およびねじ山フランクに形成される前記切れ刃には、該切れ刃のすくい面から回転方向に突き出し、該切れ刃に沿って連なる突状部が形成されており、
   前記突状部は、研削砥石を用いた研磨加工によって前記ねじ山を形成する際に前記切れ刃に形成されるバリを、ガラスビーズを用いたブラスト処理を施すことで形成される
   ことを特徴とするねじ切削用タップの製造方法。

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