JP2006082199A - ドリル刃付きタップ工具及びねじ穴加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 下穴の加工とねじ切り加工とを同時に行うことを可能とするタップ工具及びそれを用いたねじ穴加工方法を提供する。
【解決手段】 ドリル刃付きタップ工具１１は、シャンク部１３と、シャンク部１３から延びている刃部１５と、刃部１５の先端に設けられたドリル刃２１と、シャンク部１３とドリル刃２１との間において刃部１５の外周面から半径方向に突出した完全ねじ山形状のねじ切り刃２３とを備え、ねじ切り刃２３はドリル刃２１の最外端を越えて半径方向に突出するように構成されている。また、ドリル刃付きタップ工具１１の回転軸線１７周りの回転と回転軸線１７方向の送りとを同期させてドリル刃付きタップ工具１１を回転軸線１７周りに一回転させる毎に回転軸線１７方向にねじ切り刃２３のリード分だけ前進させることにより、下穴の加工と同時にねじ切り加工を行いねじ穴を加工することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下穴の加工と同時に下穴の内周面にねじ切り加工を行うことによりねじ穴を加工するためのタップ工具及びねじ穴加工方法に関する。

従来、ねじ穴を加工する場合には、ドリル等を用いて所望されるねじ穴の内径とほぼ同じ径の下穴をワークに予め形成した後、タップやねじ切りバイトやねじ切りフライス等を用いて下穴の内周面に切り込みを与え、ねじ山を形成していた。
このような方法では、下穴の加工とねじ切り加工とを別に行うので加工に時間を要していただけでなく、下穴の加工からねじ切り加工に切り換えるときに工具交換を要し、加工効率を低下させていた。
そこで、工具交換時間を不要とするために、ねじ切りフライスの先端にドリル刃を一体に設けた工具やドリル付きタップが提案されている（特許文献１及び２を参照）。

特開平６−３９６４３号公報 特開平１０−１０００２０号公報

ところが、上記特許文献１に記載の工具は、工具の回転軸線からねじ切りフライスの刃の最外端までの距離が工具の回転軸線からドリル刃の最外端までの距離より小さい又は同じであるため、ドリル刃により下穴を加工しているときには、ねじ切りフライスの刃によるねじ切り加工を行うことができない。このため、工具の先端部に設けられたドリル刃を用いて下穴を加工した後、下穴内で工具を回転させつつ半径方向に移動させて、ねじ切りフライスの刃を下穴の内周面に接触させることにより、下穴の内周面にねじ山を形成する。したがって、工具交換時間は不要となるが、下穴の加工とねじ切り加工とが別の工程で行われるので、上記特許文献１に記載の工具を用いても、依然としてねじ穴の加工に長い時間を要するという問題があった。

上記特許文献２に記載の工具は、タップ部の長さをねじピッチの２〜５倍の範囲に設定し、かつタップ刃の高さは工具後方側へ向かうに従って漸次高くなるように形成している。この構成では止まり穴の穴底近くまで完全ねじが切れないという問題があった。また、タップ部の長さが長いので、切削抵抗が大きいという問題があった。

本発明は、前述の問題を解消するためになされたものであり、本発明の目的は、下穴の加工とねじ切り加工とを同時に行うことが可能で、止まり穴の穴底近くまで完全ねじが切れ、切削抵抗の小さいタップ工具及びそれを用いたねじ穴加工方法を提供することにある。

前述の目的を達成するため、シャンク部と、該シャンク部から延びている刃部と、該刃部の先端に設けられたドリル刃と、該ドリル刃から前記シャンク部に向って形成された切屑排出溝と、前記シャンク部と前記ドリル刃との間において前記刃部の外周面から半径方向に突出した完全ねじ山形状のねじ切り刃とを備えるドリル刃付きタップ工具であって、前記ねじ切り刃が前記刃部の先端領域に設けられ、かつ、前記ドリル刃の最外端を越えて半径方向に突出し、形成すべきねじ山に対応する螺旋経路に沿って該螺旋経路の略１ピッチ分の領域のみに設けられているドリル刃付きタップ工具が提供される。

ドリル刃が工具の刃部の先端に設けられているので、工具の先端をワークに押し当てることにより、ワークに穿孔することができる。したがって、下穴を加工するための工具を別に用意する必要がなくなる。また、ドリル刃とシャンク部との間に刃部の外周面からドリル刃の最外端を越えて半径方向に突出するねじ切り刃が設けられているので、ドリル刃により穿孔を行っている間に、既に穿孔された穴の内周面にねじ切り刃によるねじ切り加工を行うことができる。したがって、下穴の形成と同時に穴の内周面にねじ山を加工し、加工時間全体を大幅に短縮することができる。
そして、ねじ切り刃は前記刃部の先端領域に設けられ、かつ、形成すべきねじ山に対応する螺旋経路の略１ピッチ分の領域のみに設けられているので、穴の底付近までねじ山を加工することができる。しかもねじ山加工時の切削抵抗も低減させることができる。

さらに、前述の目的を達成するために、上記ドリル刃付きタップ工具を回転軸線周りに回転させながら回転軸線方向に送ることにより穿孔と同時にねじ切り加工を行いねじ穴を加工するねじ穴加工方法において、前記ドリル刃付きタップ工具の回転軸線周りの回転と回転軸線方向の送りとを同期させて前記ドリル刃付きタップ工具を回転軸線周りに一回転させる毎に回転軸線方向に前記ねじ切り刃のリード分だけ前進させることによりねじ穴を加工するようにしたねじ穴加工方法が提供される。上記ドリル刃付きタップ工具をこのように使用することにより、穿孔と同時にねじ山を加工することが可能となる。

前記ドリル刃付きタップ工具により所望の深さまでねじ穴を加工した後、回転軸線方向の送りを停止させた状態で前記ドリル刃付きタップ工具を回転させるようにすることが好ましい。所望深さ加工後に工具の回転軸線方向の送りを停止させた状態で工具を回転させれば、ねじ切り刃により下穴の内周面から切り出される途中で下穴の内周面につながった状態の切屑を下穴の内周面から完全に分離させて外部に排出することができる。特に、工具の刃部の先端領域にねじ切り刃が設けられている場合、ねじ山の破壊される領域も下穴の底部領域のみに限定される。

また、ねじ穴の加工が進行するにつれてねじ穴内には切屑が堆積し、これが工具の刃部の外周に接触する。これにより摩擦が発生して回転時の抵抗が増加する。したがって、ねじ穴加工の際に、前記ドリル刃付きタップ工具により加工されているねじ穴が深くなっていくに従って回転数を減少させるように、前記ドリル刃付きタップ工具の回転を制御することが好ましい。

加工されたねじ穴から前記ドリル刃付きタップ工具を引き抜くとき、前記ドリル刃付きタップ工具の回転軸線周りの回転と回転軸線方向の送りとを同期させて前記ドリル刃付きタップ工具を加工時と逆向きに回転軸線周りに一回転させる毎に回転軸線方向に前記ねじ切り刃のリード分だけ後退させていくようにする。これにより、形成されたねじ穴のねじ山をドリル刃付きタップ工具のねじ切り刃により破損させることなくドリル刃付きタップ工具をねじ穴から引き抜くことができる。

本発明によれば、ドリル刃付きタップ工具の刃部の先端に設けられたドリル刃により下穴の加工を行うのと同時に、その上方に設けられたねじ切り刃により下穴の内周面にねじ山を加工できるので、工具交換を行うことなく穿孔及びねじ切り加工を同時に行い、ねじ穴の加工に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。また、止まり穴の穴底近くまで完全ねじが切れる。更に、ねじ切り刃が略１ピッチ分しかないので切削抵抗が小さい。

以下、図面を参照して、本発明のドリル刃付きタップ工具の実施形態について説明する。図１は本発明のドリル刃付きタップ工具の側面図、図２は図１の円ＩＩにより囲まれた部分の拡大図、図３は図１のドリル刃付きタップ工具によるねじ穴加工方法の説明図である。

図１及び図２を参照すると、ドリル刃付きタップ工具１１は、マシニングセンタなどの工作機械の主軸に直接又は工具ホルダを介して把持される略円筒形状のシャンク部１３と、シャンク部１３から回転軸線１７の方向に延びる刃部１５とを備える。また、ドリル刃付きタップ工具１１により加工されたねじ穴の開口部の縁部の面取りを行うために、シャンク部１３と刃部１５との遷移部には、刃部１５からシャンク部１３に向かって大径となる円錐面状の面取り刃１９が形成されている。
刃部１５の先端には、ワークＷに下穴を形成するためのドリル刃２１が設けられている。ドリル刃２１は、刃部１５の先端面における回転中心から外方に向かって対称的に延びる二つの刃により構成されている。ドリル刃２１は、穴の加工ができるのであれば、一枚の刃又は三枚以上の刃により構成されていてもよい。

また、ドリル刃２１とシャンク部１３との間、すなわちドリル刃２１の上方には、刃部１５の外周面から半径方向に突出する完全ねじ山形状のねじ切り刃２３が設けられている。ねじ切り刃２３は、刃部１５の外周面上に、形成すべきねじ山に対応したピッチで延びる螺旋経路に沿って設けられている。図１及び図２に示されている実施形態では、ねじ切り刃２３が螺旋経路に沿ってねじ山の１ピッチ分に相当する領域内に設けられているが、略１ピッチ分の領域、すなわちねじ切り刃２３が螺旋経路に沿ってねじ山の１ピッチ分に相当する領域より少ない範囲又はねじ山の１ピッチ分を越え２ピッチ分未満の領域に設けられていてもよい。しかしながら、ねじ切り加工時のドリル刃付きタップ工具の姿勢の安定性を確保しつつ、後述するねじ切り加工後の切屑処理のための空回転によりねじ穴のねじ山が破壊される範囲を最小にするために、ねじ山の１ピッチ分に相当する領域にねじ切り刃２３を設けることが好ましい。この場合、ドリル刃２１により形成された下穴の底部付近までねじ山を形成するために、ねじ切り刃２３は、図１及び図２に示されているように、刃部１５の先端領域に、特にドリル刃２１に近接して設けられることが好ましい。

ねじ切り刃２３は、刃部１５の半径方向にドリル刃２１の最外端を越える高さまで延びている。このため、刃部１５の先端のドリル刃２１により下穴が形成された後、ドリル刃付き工具１１を回転軸線１７方向に進行させると、形成された下穴の内周面にねじ切り刃２３が到達して接触し、下穴の内周面にねじ切り加工が行われる。すなわち、一回の工程で、ワークＷに対する穿孔と、下穴の内周面に対するねじ切り加工とが同時に行われる。

刃部１５には、ドリル刃２１によるワークＷの切削により生成された切屑を穴の外部に排出するために、螺旋経路に沿って隣接するねじ切り刃の間を通ってドリル刃２１からシャンク部１３まで延びている切屑排出用溝２５がさらに形成されている。図１及び図２に示されている実施形態では、切屑排出用溝２５は、ねじ切り刃２３よりも大きなピッチで螺旋状に延びているが、要求に合わせて、切屑排出溝２５を直線状に形成することも可能である。

次に、図３を参照して、図１及び図２に示されているドリル刃付きタップ工具１１を用いたねじ穴の加工方法を説明する。
まず、マシニングセンタ等の工作機械の主軸にドリル刃付きタップ工具１１のシャンク部１３を把持、装着させる。次に、図３（ａ）に示されているように、主軸を回転させながら回転軸線１７方向に移動させることにより、ドリル刃付きタップ工具１１を回転軸線１７周りに回転させながら回転軸線１７方向にワークＷに向かって接近させる。すると、まず、ドリル刃付きタップ工具１１の刃部１５の先端に設けられたドリル刃２１がワークＷに接触して穿孔し、下穴を形成する。そして、ドリル刃付きタップ工具１１を回転軸線１７方向にさらに前進させると、図３（ｂ）に示されているように、ドリル刃２１によりさらに深くまで下穴が形成され、同時に、既に形成された下穴の内周面にドリル刃２１の上方に位置するねじ切り刃２３が到達し、ねじ切り刃２３により下穴の内周面にねじ切り加工が行われる。このとき、ドリル刃付きタップ工具１１の回転軸線１７周りの回転と回転軸線１７方向の送りとを同期させてドリル刃付きタップ工具１１を回転軸線１７周りに一回転させる毎に回転軸線１７方向にねじ切り刃２３のリード分だけワークＷに向かって前進させるように、ドリル刃付きタップ工具１１の回転及び送りを制御する。なお、ドリル刃２１により生成された切屑は、刃部１５の外周に形成された切屑排出用溝２５に沿って下穴の外部に排出される。

同様にして、回転軸線１７周りのドリル刃付きタップ工具１１の回転と同期させながらドリル刃付き工具１１を回転軸線１７方向に所望の深さまでさらに前進させる。このとき、刃部１５の切屑排出用溝２５とねじ穴の内周面との間には切屑が存在しているので、加工されているねじ穴が深くなっていくに従って、切屑と刃部１５との接触面積が増えていき、抵抗も増加していく。このため、同じ回転速度で加工を継続すると、ドリル刃付きタップ工具１１に大きな力が作用して破損させてしまう恐れがある。そこで、このような破損を防止するために、ドリル刃付きタップ工具１１が回転軸線１７方向に前進して、加工されているねじ穴が深くなっていくに従って、回転速度を減少させるように、ドリル刃付きタップ工具１１の回転を制御する。

次に、図３（ｃ）に示されているように、所望の深さまでドリル刃付きタップ工具１１のドリル刃２１が到達すると、刃部１５とシャンク部１３との遷移部に形成された面取り刃１９が、形成されたねじ穴の開口部の縁部に接触し、面取り加工を行う。以上の工程により所望されるねじ穴が得られる。そして、ねじ穴の底部にある切屑を外部に排出すると共に、面取り部の段差を取り除くために、図３（ｄ）に示されているように、ドリル刃付きタップ工具１１の回転軸線１７方向の送りを停止させた状態で、ドリル刃付きタップ工具１１を回転軸線１７周りに少なくとも１回転分だけ回転させる。これにより、ねじ切り刃２３の周囲のねじ穴のねじ山は破壊されることになるが、本実施形態のドリル刃付きタップ工具１１では、刃部１５の先端領域にのみねじ切り刃２３が設けられているので、破壊されるねじ山はねじ穴の底部付近のものに限定される。

次に、図３（ｅ）に示されているように、ドリル刃付きタップ工具１１を回転軸線１７方向に後退（図中では、上昇）させ、加工されたねじ穴からドリル刃付きタップ工具１１を引き抜く。このとき、ねじ穴の内周面に形成されたねじ山を破損することを防止するために、ドリル刃付きタップ工具１１の回転軸線１７周りの回転と回転軸線１７方向の送りとを同期させ、ドリル刃付きタップ工具１１を加工時と逆向きに回転軸線１７周りに一回転させる毎に回転軸線１７方向にねじ切り刃２３のリード分だけ後退させていくようにドリル刃付きタップ工具１１の回転及び送りを制御する。

本発明のドリル刃付きタップ工具の側面図である。 図１の円ＩＩにより囲まれた部分の拡大図である。 図１のドリル刃付きタップ工具によるねじ穴加工方法の説明図である。

符号の説明

１１ ドリル刃付きタップ工具
１３ シャンク部
１５ 刃部
１７ 回転軸線
２１ ドリル刃
２３ ねじ切り刃
２５ 切屑排出溝

Claims (4)

1. シャンク部と、該シャンク部から延びている刃部と、該刃部の先端に設けられたドリル刃と、該ドリル刃から前記シャンク部に向って形成された切屑排出溝と、前記シャンク部と前記ドリル刃との間において前記刃部の外周面から半径方向に突出した完全ねじ山形状のねじ切り刃とを備えるドリル刃付きタップ工具であって、
   前記ねじ切り刃が前記刃部の先端領域に設けられ、かつ、前記ドリル刃の最外端を越えて半径方向に突出し、形成すべきねじ山に対応する螺旋経路に沿って該螺旋経路の略１ピッチ分の領域のみに設けられていることを特徴としたドリル刃付きタップ工具。
2. 請求項１に記載のドリル刃付きタップ工具を回転軸線周りに回転させながら回転軸線方向に送ることにより穿孔と同時にねじ切り加工を行いねじ穴を加工するねじ穴加工方法において、
   前記ドリル刃付きタップ工具の回転軸線周りの回転と回転軸線方向の送りとを同期させて前記ドリル刃付きタップ工具を回転軸線周りに一回転させる毎に回転軸線方向に前記ねじ切り刃のリード分だけ前進させることによりねじ穴を加工することを特徴としたねじ穴加工方法。
3. 前記ねじ切り刃が前記刃部の先端領域に設けられており、前記ドリル刃付きタップ工具により所望の深さまでねじ穴を加工した後、回転軸線方向の送りを停止させた状態で前記ドリル刃付きタップ工具を回転させるようにした請求項２に記載のねじ穴加工方法。
4. ねじ穴加工の際に、前記ドリル刃付きタップ工具により加工されているねじ穴が深くなっていくに従って回転速度を減少させるように、前記ドリル刃付きタップ工具の回転を制御する請求項２に記載のねじ穴加工方法。

Images