JP2005081530A

JP2005081530A - タップ

Info

Publication number: JP2005081530A
Application number: JP2003319711A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Madarame; 克明斑目; Kazuhiro Nakamura; 和博中村
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】Ｈｒｃ６３を超える硬度を有する高硬度材料に加工でき、また高寿命を有するタップを提供する。
【解決手段】めねじを切削形成するねじ刃部を備える食付き部と、上記食付き部に続いており、上記食付き部のねじ刃部が切削形成した上記めねじと噛合つて上記タップ１０と上記穴との位置関係を維持する完全ねじ部と、上記タップを保持するためのシャンク部と、上記完全ねじ部と上記シャンク部とを連結する首部とを有し、上記食付き部の先端径と上記穴の径との差を０．０２ｍｍ以下にした。
【選択図】図３

Description

本発明は、めねじ加工を行う工具および方法、特にタップに関する。

タップは、タップの食付き部の複数のねじ刃により、所望のめねじ径に対応する径を備える穴にめねじを切削形成する。複数のねじ刃それぞれは、１つのめねじの切削形成に必要な切削量を分担している。そのため、ねじ刃それぞれに加わる切削負荷（切削抵抗）は小さい。このタップの食付き部の複数のねじ刃それぞれに加わる切削抵抗をさらに低減するために、食付き部のねじ刃数を増やしたタップが特許文献１によって提供されている。このタップは、切削時に発生した切粉が排出される溝を増やすことにより、食付き部のねじ刃数を増やしている。ねじ刃数の増加によってそのねじ刃それぞれに加わる切削抵抗が低減されるため、切削抵抗が大きい高硬度材料の加工も可能になる。
ＷＯ００/２３２１９号公報

しかしながら、上記のタップは、高硬度材料、特に、ロックウェル硬さ（以下、「Ｈｒｃ」で示す。）６３を越える硬度を有する金型用材料を加工する場合、加工中に折損することがあった。または、加工が可能であってもタップ寿命は極めて短かった。この「タップ寿命」は一般的に、タップが折損するまたは所定の加工精度を維持できない状態になるまでに加工した穴数、または加工距離（穴数と穴深さとの積で表される切削長さ）で表現される。

そこで、本発明は、Ｈｒｃ６３を超える硬度を有する高硬度材料に加工でき、また高寿命を有するタップを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明のタップは、予め形成された穴に、めねじを形成するタップであって、
上記穴にめねじを切削形成するねじ刃部を備える食付き部と、
上記食付き部に続いており、上記食付き部のねじ刃部が切削形成した上記めねじと噛合って上記タップと上記穴との位置関係を維持する完全ねじ部と、
上記タップを保持するためのシャンク部と
上記完全ねじ部と上記シャンク部とを連結する首部とを有し、
上記食付き部の先端径と上記穴の径との差が、０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明により、Ｈｒｃ６３を越える硬度を有する高硬度材料にねじ穴切削加工が行える。また、タップの寿命も長くなる。

図１は、本発明に係るタップ１０の正面図であり、図２は、図１の方向１２から見たタップ１０の側面図である。以下、両図を参照しながら説明する。タップ１０は、穴にめねじを切削形成する食付き部１４と、食付き部１４によって切削形成されためねじと噛合うことによってタップ１０と穴との位置関係を維持する完全ねじ部１６と、タップ１０を回転させる回転手段（図示せず）に把持されるシャンク部１８と、完全ねじ部１６とシャンク部１８を連結する首部２０とを有する。また、タップ１０は、回転方向２２に沿って、順に、第１〜５のランド２４、２６、２８、３０、３２と、その間に５つのストレート溝３４、３６、３８、４０，４２とを有する。

タップ１０は、径４４のめねじを切削形成するように構成されている。本明細書において、径は回転軸４６を中心とする直径を意味する。食付き部１４は１ランド毎に３山分のねじ刃を有しており、食付き部全体で１５山分のねじ刃を有する。これらのねじ刃は、食付き部１４の先端から、螺旋回転方向に、第１のねじ刃（第１のランドの最先端部に位置するねじ刃）、第２のねじ刃（第２のランドの最先端に位置するねじ刃）と順に示される。第１のねじ刃４８は、食付き部１４に存在するねじ刃全ての中、進行方向５０の最先端の位置にあり、また、回転軸４６から第１のねじ刃４８の放射方向最外側端までの距離５２は、他のねじ刃のものと比べて最小である。この距離５２を２倍にしたものが、第１のねじ刃４８の径となり、通常、「食付き部の先端径」と呼ばれる。これらのねじ刃は、第１のねじ刃から順に、穴に対する切削量が大きくなるようにされている。切削量については、図面とともに後述する。第１のねじ刃４８に隣接するねじ刃５４は、第６のねじ刃である。

この食付き部の先端径とめねじが形成される穴の径との差は、０．０２ｍｍ以下にされている。具体的に説明するため、図３を参照する。図は、第１のねじ刃４８を拡大して示したものであり、被加工物６０に予め形成された穴６２に挿入される前の状態を示している。このとき、タップ１０の回転軸４６と穴６２の中心軸は、同一軸上に存在する。第１のねじ刃４８の放射方向最外側端６４から穴６２の内周面６６までの放射方向の距離６８は、０．０１ｍｍ以下にされている。

また、第１のねじ刃４８の切削量は、領域７０で表すことができる。具体的に説明すると、領域７０が回転軸４６を中心として所定量回転して形成される領域７０の軌跡が、所定回転量あたりの切削量である。この領域７０は、複数のねじ刃の谷７２を通過する点線７４と第１のねじ刃４８の刃とに囲まれた領域であり、通常「すくい面」と呼ばれる。隣接する第６のねじ刃５４の切削量は、領域７６で示すことができる。当然ながら、同一回転量あたりの切削量は、大きいすくい面を有する第６のねじ刃の方が、第１のねじ刃より大きい。各ねじ刃のすくい面は第１のねじ刃から順に大きくなるとともに、各ねじ刃の切削量も第１のねじ刃から順に大きくなる。

したがって、従来のタップでは、食付き部の先端径とめねじが形成される穴の径との差が０．１ｍｍ以上あったために食付き部の先端から離れたねじ刃が穴開口端部７８に最初に接触していたが、本発明に係るタップ１０では、食付き部１４の先端近傍のねじ刃が穴開口端部７８に最初に接触する。そのため、従来のタップに比べて切削量が小さい、言い換えると、受ける切削抵抗が小さいねじ刃が穴開口端部７８に接触してそこから切削が始まるため、タップが受ける全体の切削抵抗も小さくなる。その結果、タップは、切削抵抗によるねじれが低減されるため、その寿命も長くなる。

図１に戻って、タップ１０のねじ刃のすくい角８０は、１１°を越えて１５°以下の範囲内の負角（マイナス角）である。すくい角８０の角度は、被加工物の硬度に応じて、正角（プラス角）に設定されることもある。すくい角８０は、回転中心８２と放射方向最外側刃先８４とを含む面８６と、すくい面８８とが交差した間に形成される。そのすくい角８０の正負は、面８６を基準として、すくい面８８の延在方向がタップ回転方向前側に向いている場合、正角とされ、すくい面８８の延在方向がタップ回転方向後側に向いている場合、負角とされている。従来のタップは、高硬度材料にめねじを形成する場合、すくい角を−１１°に設定している。本発明に係るタップは、従来のタップのすくい角−１１°を越えて−１５°以下に設定することにより、切削抵抗を低減し、その結果、最適な寿命と切削能力を得ている。

また、タップ１０のシャンク部１８の径は、径４４以上の大きさである（図２参照。）。そのため、タップ１０の首部２０の径は、完全ねじ部１６からシャンク部１８に向かって拡大している。特に、完全ねじ部１６と首部２０の境界の径（以下、「首下径」という。）９０は、径４４と同じにしてある。首下径を従来のタップ（図４参照。）のものより大きくすることにより、切削抵抗によるねじれに耐え得る。

さらに、食付き部１４のねじ刃を増やすために、溝（ランド）数を５以上に増やしても良い。また、食付き部のねじ刃の数を増やす、すなわち、１ランド毎のねじ刃の数を増やしても良い。これらによってねじ刃の数が増えることにより、ねじ刃それぞれが負担する切削量が減少し、その結果、ねじ刃それぞれの摩耗や損傷の可能性が減少する。さらに、溝（ランド）数は、奇数が好ましい。偶数個のランドを有するタップに比べ、奇数個のランドを有するものの方が、切削時に発生する放射方向の振動が小さい。そのため、タップの寿命が長くなる。

上記のタップ１０は、回転手段によって所定の回転数（ｒｐｍ）で回転軸４６を中心に回転されるとともに、被加工物に予め形成された穴の上方に配置される（図３参照。）。次に、回転手段を保持している送り手段（図示せず）が作動し、回転しているタップ１０が、穴６２に向かって所定の送り速度で送られる。この送り速度は、加工するめねじの径やピッチに応じて設定される。第１のねじ刃４８から方射方向外側の０．０１ｍｍ以下の距離に穴６２の内周面６６があるため、実際に開口端部７６に接触するのは、第２〜第５のねじ刃（第２〜５のランドの最先端にあるねじ刃）のいずれかである。これは、ランド（溝）の形状や大きさによって異なる。ここでは、第３のねじ刃（第３のランドの最先端にあるねじ刃）が、最初に、穴６２の開口端部７６に接触する。

例えば、図５に示すように、１つのめねじの谷１００において、第３のねじ刃は、領域１０２を切削する。次に、第４のねじ刃（第４のランドの最先端にあるねじ刃）が領域１０４を切削する。以下省略して、第４のねじ刃に続くねじ刃それぞれが、領域１０６を分担して切削していく。食付き部のねじ刃全てが通過すると、完全なめねじの谷が形成される。以後、この完全なめねじの谷１００には、完全ねじ部１６のねじ山が噛合する。この噛合によって、切削中、タップ１０と穴６２の位置関係は維持される。

以下、上記タップについて行った耐久実験について説明する。耐久実験は、統計的に正確な実験結果を得るために、３本のタップを用いて行った。

実験

実験に用いたタップは、溝数を５、すくい角を−１５°、食付き部の先端径を３．４８ｍｍ、首下径を４ｍｍとした（実施例１〜３）。めねじが形成される穴（下穴）は、日立金属株式会社製ＺＣＤＭに形成され、その穴径は３．５ｍｍである。このＺＣＤＭは、Ｈｒｃ６３の焼入れ焼戻し鋼である。また、比較のため、図４に示した従来のタップを用いて同様の実験を行った（比較例１〜３）。比較例のタップは、溝数が４、すくい角が−１１°、食付き部の先端径が３．３ｍｍ、首下径が３．２ｍｍのものである。実験の結果は、折損したときの穴数で示す。

実験の結果を図６の表に示す。表は、タップの溝数やすくい角などを示すとともに、実験結果を示している。実施例１〜３は、１５０穴加工してもタップが折損することはなかった。比較例１は８穴目で、比較例２は５穴目で、比較例３は１２穴目で折損した。以上より、実施例のタップが、比較例のタップに比べて高寿命であることがわかる。また、従来のタップが不可能であった高硬度材料（Ｈｒｃ６３の材料）への加工が、本発明に係るタップにより可能になることがわかった。

本発明に係るタップの正面図である。図１の矢印１２方向から見たタップの側面図である第１のねじ刃周辺の拡大図である。従来のタップの側面図である。タップにより加工されるめねじの谷を示した図である。実験結果を記した図表である。

符号の説明

１０タップ、１２矢印方向、１４食付き部、１６完全ねじ部、１８シャンク部、２０首部、２２回転方向、２４第１のランド、２６第２のランド、２８第３のランド、３０第４のランド、３２第５のランド、３４溝、３６溝、３８溝、４０溝、４２溝、４４径、４６回転軸、４８第１のねじ刃、５０進行方向、５２距離、５４第６のねじ刃、６０被加工物、６２下穴、６４最外側端、６６内周面、６８距離、７０領域、７２谷、７４線、７６領域、７８穴開口端部、８０すくい角、８２回転中心、８４刃先、８６面、８８すくい面、９０首下径、１００めねじの谷、１０２領域、１０４領域、１０６領域

Claims

予め形成された穴に、めねじを形成するタップであって、
上記穴にめねじを切削形成するねじ刃部を備える食付き部と、
上記食付き部に続いており、上記食付き部のねじ刃部が切削形成した上記めねじと噛合って上記タップと上記穴との位置関係を維持する完全ねじ部と、
上記タップを保持するためのシャンク部と
上記完全ねじ部と上記シャンク部とを連結する首部とを有し、
上記食付き部の先端径と上記穴の径との差が、０．０２ｍｍ以下であることを特徴とするタップ。
上記完全ねじ部と上記首部との境界の径（首下径）が、完全ねじ部の径以上の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のタップ。
上記ねじ刃が、−１１°を越え、且つ−１５°以下であるすくい角を備えることを特徴とする請求項１と２のいずれかに記載のタップ。
上記タップが、外周面に軸方向に沿った５以上の奇数個の溝を有す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。
所望のめねじの径に対応する径の穴を被加工物の所定の位置に形成し、
上記めねじの径に対応する径を有するタップであって、
上記穴にめねじを切削形成するねじ刃部を備える食付き部と、
上記食付き部に続いており、上記食付き部のねじ刃部が切削形成した上記めねじと噛合って上記タップと上記穴との位置関係を維持する完全ねじ部と、
上記タップを保持するためのシャンク部と
上記完全ねじ部と上記シャンク部とを連結する首部とを有し、
上記食付き部の先端径と上記穴の径との差が、０．０２ｍｍ以下であるタップによって、
上記めねじの径に対応する径の穴にめねじを形成する方法。