JP2002292521A

JP2002292521A - タップ

Info

Publication number: JP2002292521A
Application number: JP2001279127A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Kazahaya; 克夫風早; Yasushi Matsumoto; 寧松本
Original assignee: Allied Material Corp
Current assignee: Allied Material Corp
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2002-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ねじ穴加工を行うときに、切削抵抗を小さく
できる形状にするとともに、切粉の排出を効率的に行わ
せ、折損しにくい形状のタップを得る。【解決手段】切れ刃部は、不完全ねじ山形状の食付き
部と、４ピッチ以上６ピッチ以下の完全ねじ部で形成さ
れる。この切れ刃部にはダイヤモンド膜又はダイヤモン
ド状炭素膜のような硬質膜が被覆され、前記切れ刃部は
円周方向において、複数の溝により分割される。また、
前記切れ刃部の後端側には、前記完全ねじ部の谷の径未
満の細径部を設ける。この細径部は、前記完全ねじ部の
ねじ山直径の４５％以上とする。さらに、前記切れ刃部
の後端側の別の形状として、前記完全ねじ部から連続す
るねじ形状の逃げ部を設け、切れ刃部から離れるほど径
が小さくなるテーパー状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、雌ねじを加工する
ためのタップに関するもので、特に金属とセラミックス
の複合材料のような難削材を加工するのに好適なタップ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な新しい素材が開発され、切
削加工を行う上で難削材となるものが多数使用されてい
る。例えば、金属とセラミックスの複合材料である金属
基複合材料（以下、ＭＭＣと記す）が難削材の例として
あげられる。この材料は、従来の金属材料に比べ、軽量
である上、剛性が高いため、半導体製造装置や工作機
械、液晶製造装置などの精密機器や装置の材料として、
幅広く使用されることが期待される。このような材料に
ねじ穴加工をする場合にも通常の金属材料と同様に、タ
ップが使用される。通常、タップは切れ刃である部分の
完全ねじ部は２０〜３０ピッチ程度設けられている。と
ころが、上記のＭＭＣではセラミックス粒子が分散する
が故に、このセラミックス粒子による工具磨耗が著し
く、特に難削材といわれる材料である。そのため、ねじ
穴加工も容易ではなく、工具磨耗により切削抵抗が大き
くなってタップが折損することもしばしば発生してい
た。

【０００３】ＭＭＣは、例えばアルミニウム合金をマト
リックス材としてこの中にＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ
などのセラミックス粒子を分散させたものであり、気孔
が多数存在するものもある。タップによる加工を行う前
にはドリルで下穴加工を行うが、ＭＭＣは前述のように
セラミックス粒子が分散しており、セラミックス粒子と
マトリックス材との硬度差が大きいため、下穴が曲がる
こともしばしば起こった。このように曲がった下穴にタ
ップでねじ穴加工を行うと、タップを曲げようとする力
がかかり、さらに折損しやすいという問題が発生した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＭＭＣにねじ穴加工を
行うためのタップとして、特開平１１−２２１７１６号
公報に記載されるタップがある。このタップは、切れ刃
部が、不完全ねじ部である食付き部と１ピッチ以上３ピ
ッチ以下の切れ刃が形成された完全ねじ部からなり、こ
の切れ刃部にダイヤモンド膜を被覆したものである。こ
のダイヤモンド膜の厚みについては、約２〜３μｍ程度
で良いとされている。

【０００５】しかしながら、上記のようなタップであっ
ても切れ刃部の形状によっては、完全ねじ部に切粉が噛
み込み、切削抵抗が大きくなる可能性があった。すなわ
ち、切れ刃の逃げ面の長さ（ランド幅）が長くなるほ
ど、被加工物との間に切粉が噛み込み切削抵抗が大きく
なって折損する恐れがあった。また、完全ねじ部が３ピ
ッチ程度では下穴が傾いていた場合に、被加工物の加工
が終わった部分と逃げ部の干渉がほとんどないため、必
要以上にタップが傾き加工精度が低下する問題があっ
た。

【０００６】本発明は、以上のような問題点を解決する
ものであり、ＭＭＣのような難削材のねじ穴加工をする
場合に、切粉を円滑に排出することが可能な折損しにく
いタップを提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のタップの第１の
特徴は、不完全ねじ山形状の食付き部及び４ピッチ以上
６ピッチ以下の完全ねじ部で形成される切れ刃部と、少
なくとも前記切れ刃部の表面に被覆された硬質膜と、前
記切れ刃部を円周方向において分割する複数の溝とを有
することである。

【０００８】第２の特徴として、前記切れ刃部の後端側
には、前記完全ねじ部の谷の径未満の細径部を設けたこ
とである。

【０００９】第３の特徴として、前記細径部は、前記完
全ねじ部のねじ山直径の４５％以上としたことである。

【００１０】また、前記切れ刃部の後端側の形状の別の
特徴として、前記完全ねじ部から連続するねじ形状の逃
げ部を設け、切れ刃部から離れるほど径が小さくなるテ
ーパー状としたことである。

【００１１】第４の特徴として、前記食付き部の切れ刃
の逃げ量を、逃げ形成の開始点から切れ刃の回転方向後
方へ２７°の地点において、タップの直径の２％以上１
５％以下としたことである。この逃げ量については、図
４に示すように逃げが形成されている開始点から切れ刃
の回転方向に対して後方へ２７°（図４のα）の地点に
おいて、逃げ量を２％以上１５％以下とするものであ
る。ここで２７°の地点としているのは、逃げ量は測定
位置により大きさが異なるため位置を特定する必要があ
り、比較的測定しやすい位置として２７°の地点を選定
したものである。

【００１２】第５の特徴として、前記完全ねじ部の切れ
刃の逃げ量を、逃げ形成の開始点から切れ刃の回転方向
後方へ２７°の地点において、タップの直径の２％以上
１５％以下としたことである。

【００１３】第６の特徴として、前記硬質膜をダイヤモ
ンド膜又はダイヤモンド状炭素膜としたことである。

【００１４】第７の特徴として、前記ダイヤモンド膜の
膜厚を、５〜２０μｍとしたことである。またこれとは
別に、前記ダイヤモンド状炭素膜を設けた場合には、こ
の膜厚を、１〜２０μｍとしたことである。

【００１５】第８の特徴として、完全同期送り機能を有
するねじ切削装置に取り付けて切削を行うためのタップ
としたことである。完全同期送り機能とは、タップ１回
転に対して１リード分送るように制御する機能のことで
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のタップは、切れ刃部とし
て、先端に不完全形状の食付き部が設けられ、これに連
続して完全ねじ山形状の完全ねじ部が設けられている。
完全ねじ部は、４ピッチ以上６ピッチ以下としており、
完全ねじ部をこのように短くすることで切削抵抗を低減
できる。また、下穴が少し曲がっていても完全ねじ部が
短いため、下穴の形状に合わせてタップが僅かに傾くた
め、タップに無理な力がかからず折損しにくい。なお、
基材の材料としては超硬合金や高速度鋼が適している。

【００１７】切れ刃部は、円周方向において溝により分
割されており、複数の溝が設けられている。溝の本数に
ついては、タップの径が大きくなるほど多くするのが好
ましい。このようにすることで、切れ刃の逃げ面の長さ
（ランド幅）を短くすることができ、溝を通じて切粉を
円滑に排出できるので、切れ刃の山部と被加工物との間
に切粉がかじることが少なくなり、切削抵抗が低減でき
る。また、切れ刃部には硬質膜が形成されている。

【００１８】切れ刃部の後端側には、完全ねじ部の谷の
径より小さい径の細径部が設けられている。この細径部
は、ねじ山を有しない一定の径としても良いが、切れ刃
から離れるほど径が細くなるようにテーパー状にすれ
ば、下穴が曲がっていた場合にタップが傾いても被加工
物が細径部に干渉することはなく、切削抵抗が大きくな
らない。なお、この細径部は、タップの強度の観点か
ら、最も細い径の部分を完全ねじ部のねじ山直径の４５
％以上とすることが望ましい。

【００１９】切れ刃部の後端側の別の形状として、切れ
刃部の完全ねじ部から連続するようにねじ形状とし、山
及び谷の径を切れ刃部から離れるほど小さくなるように
テーパー状の逃げ部とする。このようにすることで、タ
ップが傾いた場合に、切削抵抗が大きくなるのを防止す
るとともに、被加工物の加工が終わった部分と逃げ部が
干渉し合うことで、必要以上にタップが傾くのを防止
し、加工精度が低下するのを防止できる。

【００２０】切れ刃には一般的に逃げが形成されるが、
本発明のタップでは、図４（ａ）に示すように、逃げ形
成の開始点８から切れ刃の回転方向後方へ角度αが２７
°の地点において、食付き部の切れ刃の逃げ量Ｘを、タ
ップの直径の２％以上１５％以下としている。一般に形
成される逃げ量は前述の地点においてタップ直径の０．
５〜１％程度とするが、本発明のタップでは逃げ量を大
きくすることで被削材と切れ刃の接触を最小限にし、切
削抵抗を小さくして、基材が折損するのを防止できる。
タップの直径の２％以上とするのは、被削材との接触面
積を小さくして切削抵抗を低減するために必要な大きさ
であり、１５％以下とするのは、完全同期送り機能がな
いねじ切削装置などで使用する場合、タップの回転速度
と送り速度が同期しないために加工された雌ねじの精度
が悪くなるのを防止するためである。

【００２１】さらに、完全ねじ部の切れ刃にも同様の逃
げ量の逃げを形成すれば、より基材が折損するのを防止
できる。

【００２２】切れ刃部に形成する硬質膜としては、ダイ
ヤモンド膜あるいはダイヤモンド状炭素膜を設けるのが
好ましい。これは難削材を加工する場合、切削抵抗を低
減するとともに切れ刃の磨耗を抑制し、タップの寿命を
向上させる効果があり、耐磨耗性を考慮するとダイヤモ
ンド膜が好ましい。なお、ダイヤモンド膜あるいはダイ
ヤモンド状炭素膜を形成する場合、基材の材料は超硬合
金が適している。

【００２３】ダイヤモンド膜を設ける場合、この厚みは
５〜２０μｍとする。５μｍ以上とするのは、膜の厚み
が薄いと膜の強度が弱いので加工中にクラックが入りや
すく、そこから剥離に到ってしまうためである。また、
膜の形成方法によっては、５μｍ未満の膜を形成しよう
としてもダイヤモンドの粒子が点在した状態となり膜に
ならないためである。ダイヤモンドパウダーなどで種付
けを行うことにより、５μｍ未満のダイヤモンド膜を形
成することも可能であるが、この方法では基材との密着
力が弱くなり、ダイヤモンド膜が剥がれやすくなるた
め、本発明のような工具には不適である。２０μｍ以下
とするのは、これ以上厚いと、切れ刃部の刃先のＲが大
きくなり切れ刃としての作用が低下する上、ダイヤモン
ド膜を形成する際に基材とダイヤモンド膜の熱膨張係数
の差によって生じる残留応力により、膜が剥がれやすく
なるためである。

【００２４】ダイヤモンド状炭素膜を設ける場合、この
厚みは１〜２０μｍとする。１μｍ以上とするのは、切
削によりこれらの膜が磨耗したときに基材が露出するの
を防止するのを防止し、切削工具としての切れ刃機能を
最低限維持するために必要であり、２０μｍ以下とする
のは、これ以上厚いと、切れ刃部の刃先のＲが大きくな
り切れ刃としての作用が低下する上、ダイヤモンド状炭
素膜を形成する際に基材と膜の熱膨張係数の差によって
生じる残留応力により、膜が剥がれやすくなるためであ
る。

【００２５】以上のようなタップを、完全同期送り機能
を有するねじ切削装置に取り付けて切削を行う用途に用
いるのが好適である。上記のような構成としたタップを
使用することで、下穴が僅かに曲がっているような場合
でも折損しにくく、切粉が噛み込んで折損するという問
題も防止される。さらに、被削材がＭＭＣの場合、特に
折損防止の効果が大きくなる。

【００２６】

【実施例】本発明の第１の実施例のタップを図１に示
す。本実施例では、Ｍ３のタップを例にあげて説明す
る。基材４の材料として超硬合金を用い、図１の形状に
加工したものを準備した。基材４の先端部には、切れ刃
部２が形成されている。この切れ刃部２は、食付き部２
ａの山数を４ヶ、食付き部２ａの角度をタップの軸に対
して１０゜、完全ねじ部２ｂの山数を４ヶとしており、
すくい角は−３゜〜−５゜とした。完全ねじ部の山の径
は３．００ｍｍ、谷の径は２．４０ｍｍである。切れ刃
部２を分割する溝３は直線状のものを４本とし、切れ刃
部を円周方向に均等に分割している。４つに分割された
完全ねじ部の１ヶ当たりの円周方向長さすなわちランド
幅は約１．１３ｍｍである。切れ刃部２の後端側には、
直径２．１０ｍｍの細径部５を長さ１０．００ｍｍにわ
たって設けている。この切れ刃部２にダイヤモンド膜を
気相合成法により形成し、厚みは約１５μｍとした。な
お、食付き部及び完全ねじ部の切れ刃の逃げ量は、一般
的なタップの切れ刃の逃げ量としており、逃げ形成の開
始点から切れ刃の回転方向後方へ２７°の地点において
０．０３ｍｍである。

【００２７】第２の実施例のタップを図２に示す。これ
は第１の実施例のタップの細径部５をテーパー形状にし
たものであり、切れ刃部２から離れるほど径小になって
いる。細径部の最大径は２．３５ｍｍ、最小径は２．１
０ｍｍとした。細径部以外の形状及び寸法については、
第１の実施例と同じである。

【００２８】第３の実施例のタップを図３に示す。これ
は第２の実施例のタップの細径部５の代わりにテーパー
状のねじ形状にした逃げ部を設けたものであり、山及び
谷ともに切れ刃部２から離れるほど径小になっている。
逃げ部６の最大山径は２．９５ｍｍ、最大谷径は２．３
５ｍｍ、最小山径は２．７０ｍｍ、最小谷径は２．１０
ｍｍである。

【００２９】第４の実施例として、第１の実施例のタッ
プの逃げ量を大きくしたものを用意した。食付き部及び
完全ねじ部の切れ刃の逃げ量を、逃げ形成の開始点から
切れ刃の回転方向後方へ２７°の地点において、０．０
６ｍｍ（タップの直径の２％）とした。

【００３０】比較例として、完全ねじ部２ｂの山数を２
ヶ、切れ刃部２を分割する溝３は３本とし、切れ刃部２
に形成するダイヤモンド膜の厚みを３μｍにしたタップ
を準備した。ここに記した以外の形状及び寸法について
は、本発明の第１の実施例と同じものとした。

【００３１】加工する材料には、難削材の例としてＭＭ
Ｃ材料を使用し、ＭＭＣ材料の組成はＡｌに３０％のＳ
ｉＣ粒子を含むものを用いた。前述の４種類のタップを
使用してねじ穴加工を行い、タップが折損する状態のテ
ストを行った。各タップを５本ずつ使用してタップが折
れるまで加工を行い、加工可能な穴数を試験した。これ
らの試験の結果を、表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１からわかるように、本発明のタップは
折損しにくいのに対し、比較例のタップは折損しやすい
という結果が出た。以上のことから、本発明のタップは
折損しにくく、タップの長寿命化につながる。

【００３４】以上に説明した具体例は例示的なものであ
って、本発明はこれらの具体例に限定されるものではな
い。また、図については、本発明の特徴を理解しやすく
するために特徴部分を強調しており、必ずしも本発明に
従った縮尺で記載したものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のタップ
は、難削材をねじ加工する場合に下穴が僅かに曲がって
いても折損しにくく、寿命の長いタップが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例のタップを示し
た正面図、（ｂ）は側面図である。

【図２】本発明の第２の実施例のタップを示した正面図
である。

【図３】本発明の第３の実施例のタップを示した正面図
である。

【図４】（ａ）は食付き部の逃げ量、（ｂ）は完全ねじ
部の逃げ量を説明する図である。

【図５】従来のタップを示した正面図である。

【符号の説明】

１タップ２切れ刃部２ａ食付き部２ｂ完全切れ刃部３溝４基材５細径部６逃げ部７タップの中心８逃げの開始点Ｘ食付き部の逃げ量Ｙ完全ねじ部の逃げ量 α 逃げの開始点からの角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不完全ねじ山形状の食付き部及び４ピッ
チ以上６ピッチ以下の完全ねじ部で形成される切れ刃部
と、少なくとも前記切れ刃部の表面に被覆された硬質膜と、前記切れ刃部を円周方向において分割する複数の溝とを
有するタップ。
【請求項２】前記切れ刃部の後端側には、前記完全ね
じ部の谷の径未満の細径部を設けたことを特徴とする請
求項１記載のタップ。
【請求項３】前記細径部は、前記完全ねじ部のねじ山
直径の４５％以上であることを特徴とする請求項２記載
のタップ。
【請求項４】前記切れ刃部の後端側には、前記完全ね
じ部から連続するねじ形状の逃げ部を設け、切れ刃部か
ら離れるほど径が小さくなるテーパー状であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタップ。
【請求項５】前記食付き部の切れ刃の逃げ量が、逃げ
形成の開始点から切れ刃の回転方向後方へ２７°の地点
において、タップの直径の２％以上１５％以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタッ
プ。
【請求項６】前記完全ねじ部の切れ刃の逃げ量が、逃
げ形成の開始点から切れ刃の回転方向後方へ２７°の地
点において、タップの直径の２％以上１５％以下である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のタッ
プ。
【請求項７】前記硬質膜はダイヤモンド膜又はダイヤ
モンド状炭素膜であることを特徴とする請求項１〜６の
いずれかに記載のタップ。
【請求項８】前記ダイヤモンド膜の膜厚は、５〜２０
μｍであることを特徴とする請求項７記載のタップ。
【請求項９】前記ダイヤモンド状炭素膜の膜厚は、１
〜２０μｍであることを特徴とする請求項７記載のタッ
プ。
【請求項１０】完全同期送り機能を有するねじ切削装
置に取り付けて切削を行うためのタップであることを特
徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のタップ。