JP2006305700A - タップ及びタップの製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐摩耗性を向上して工具寿命を長くでき、且つ、製品のばらつきが少ないタップ及びタップの製造方法を提供すること
【解決手段】ハンドタップ１０は、高速度工具鋼（一例として、ＳＫＨ５３）にて芯材１３が構成され、おねじ部１２は、当該高速度工具鋼の芯材１３に溶射されたタングステンカーバイトを主体とする超硬合金により形成された超硬合金層３０に設けられている。また、おねじ部１２は、ねじ山の高さが一定の完全山部１６と、その完全山部１６から工具先端側へ向かうに従って小径になる食付き部１８とを備えているとともに、軸芯まわりに等間隔で４本の直溝２０が軸芯と平行に設けられ、その直溝２０に沿って切れ刃２２が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はタップ及びタップの製造方法に関し、詳細には、タップ本体を高速度工具鋼で構成し、溶射した超硬合金上におねじ部を形成したタップ及びタップの製造方法に関する。

従来、被削材に設けられた下穴内におねじ部をねじ込ませることによりめねじを形成するタップでは、おねじ部の耐摩耗性を向上して工具寿命を長くするために、高速度工具鋼からなるタップ本体に硬質皮膜をコーティングしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この硬質皮膜をコーティングしたタップでは、硬質皮膜の厚みが薄く耐摩耗性が十分でないので、硬質皮膜をコーティングする代わりに、タングステンカーバイドを主成分とするの超硬合金をロー付けし、おねじ部の耐摩耗性を向上して工具寿命を長くすることも行われている。
特開２００４−１７４６９８号公報

しかしながら、上記の従来の硬質皮膜をコーティングしたタップでは、耐摩耗性が十分でなく、また、超硬合金をロー付けしたタップでは、超硬合金のロー付けという工程を有するために、ロー付け工程を行う作業員の人的な作業のばらつきにより、製品が均一にならず、性能が不安定になるという問題点があった。また、ロー付け工程には、熟練した作業者の作業が必要であり、製造コストが高くなるという問題点もあった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、耐摩耗性を向上して、工具寿命を長くでき、且つ、製品のばらつきが少ないタップ及びタップの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のタップは、おねじ部及びシャンクからなるタップ本体を有し、当該おねじ部を被削材に設けられた下穴内にねじ込ませることによりめねじを形成するタップにおいて、前記タップ本体は、高速度工具鋼で構成され、前記おねじ部が形成される前記高速度工具鋼の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属が溶射されて、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層が形成され、その超硬合金層上に前記おねじ部が形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のタップの製造方法は、おねじ部及びシャンクからなるタップ本体を有し、当該おねじ部を被削材に設けられた下穴内にねじ込ませることによりめねじを形成するタップの製造方法において、高速度工具鋼で構成されるタップ本体におねじ部と溝とを切削により荒加工する荒切削工程と、当該荒切削工程で、おねじ部と溝とが形成されたタップ本体に熱処理を行う熱処理工程と、当該熱処理工程後のおねじ部と溝とが形成された部分の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属を溶射して１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する溶射工程と、当該溶射工程により形成された超硬合金層を研削して前記おねじ部を仕上げ形成する仕上げ研削工程とを備えている。

また、請求項３に係る発明のタップの製造方法は、おねじ部及びシャンクからなるタップ本体を有し、当該おねじ部を被削材に設けられた下穴内にねじ込ませることによりめねじを形成するタップの製造方法において、高速度工具鋼で構成されるタップ本体に熱処理を行う熱処理工程と、当該熱処理工程で、熱処理されたタップ本体におねじ部と溝とを研削により荒加工する荒研削工程と、当該荒研削工程後のおねじ部と溝とが形成された部分の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属を溶射して１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する溶射工程と、当該溶射工程により形成された超硬合金層を仕上げ研削して前記おねじ部を形成する仕上げ研削工程とを備えている。

請求項１に係る発明のタップでは、高速度工具鋼の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属が溶射されて、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層が形成され、その超硬合金層上におねじ部が形成されているので、おねじ部の耐摩耗性を向上することができ、且つ、工具寿命を長くできる。また、超硬合金層は、溶射により形成されるので、超硬合金のロウ付けを排して製品のばらつきを少なくでき、且つ、タップ全体に超硬合金層を設けないので、製品のコストを低減することができる。

また、請求項２に係る発明のタップの製造方法では、荒切削工程で、高速度工具鋼で構成されるタップ本体におねじ部と溝とを切削により荒加工して形成し、熱処理工程で、おねじ部と溝とが形成されたタップ本体に熱処理を行い硬度を高め、溶射工程で、高速度工具鋼で構成されるタップ本体のおねじ部が形成された部分の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属を溶射して１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成し、仕上げ研削工程で、溶射工程により形成された超硬合金層を研削しておねじ部を仕上げ形成することができる。従って、おねじ部を超硬合金で構成でき、おねじ部の耐摩耗性を向上することができ、且つ、工具寿命を長くできる。また、超硬合金層は、溶射により形成されるので、超硬合金のロウ付けを排して製品のばらつきを少なくでき、且つ、タップ全体に超硬合金層を設けないので、製品のコストを低減することができる。

また、請求項３に係る発明のタップの製造方法では、熱処理工程で、高速度工具鋼で構成されるタップ本体に熱処理を行い硬度を高め、荒研削工程で、高速度工具鋼で構成されるタップ本体におねじ部と溝とを研削により荒加工して形成し、溶射工程で、荒研削工程後のおねじ部と溝とが形成された部分の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属を溶射して１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成し、仕上げ研削工程で、溶射工程により形成された超硬合金層を研削しておねじ部を仕上げ形成することができる。従って、おねじ部を超硬合金で構成でき、おねじ部の耐摩耗性を向上することができ、且つ、工具寿命を長くできる。また、超硬合金層は、溶射により形成されるので、超硬合金のロウ付けを排して製品のばらつきを少なくでき、且つ、タップ全体に超硬合金層を設けないので、製品のコストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図１は、本発明の第１の実施の形態であるハンドタップ１０の軸芯と直交する方向から見た正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に於けるハンドタップ１０の矢視方向の断面図であり、図３は、ハンドタップ１０及び１１０の製造工程の一例を示す工程図であり、図４は、ハンドタップ１０及び１１０の製造工程の他の例を示す工程図である。

図１に示す、右ねじのハンドタップ１０は、右ねじのめねじを切削加工するためのハンドタップで、加工すべきめねじに対応するおねじ部１２が設けられ、当該おねじ部１２と、円柱形状のシャンク１４とを軸方向に一体に備えている。このハンドタップ１０は、例えば、ねじ立て盤などにシャンク１４を把持されて軸方向へリード送りされつつ軸芯まわりに回転駆動されることによりねじ立て加工を行なうようになっている。

そして、このハンドタップ１０は、高速度工具鋼（一例として、ＳＫＨ５３やＳＫＨ５８等）にて芯材１３（タップ本体に相当する）が構成され、おねじ部１２は、当該高速度工具鋼の芯材１３に溶射されたタングステンカーバイトを主体とする超硬合金により形成された超硬合金層３０上に形成されている。

また、図１及び図２に示すように、おねじ部１２は、ねじ山の高さが一定の完全山部１６と、その完全山部１６から工具先端側へ向かうに従って小径になる食付き部１８とを備えているとともに、軸芯まわりに等間隔で４本の直溝２０が軸芯と平行に設けられ、その直溝２０に沿って切れ刃２２が形成されている。

ここで、ハンドタップ１０の製造工程の一例を図３に示す工程図により説明する。図３に示すように、まず、荒切削工程にて、高速度工具鋼の丸棒におねじ部１２及び直溝２０を切削の荒加工により形成する。このとき、先におねじ部１２を形成し、その後、直溝２０を形成しても良いし、先に、直溝２０を形成し、その後、おねじ部１２を形成しても良い。

次に、熱処理工程にて、荒切削工程でおねじ部１２及び直溝２０を形成した高速度工具鋼からなる芯材１３を熱処理して、硬度を高める。

次に、溶射工程により、おねじ部１２にタングステンカーバイトを主体とする超硬合金を溶射して、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する。超硬合金層の厚みを１．０ｍｍ以上としたのは、これより薄いと、超硬合金層が剥離し易く、耐摩耗性が十分でないからである。また、超硬合金層の厚みを５．０ｍｍ以下としたのは、これ以上超硬合金層が厚くなると、超硬合金は高価であるため製造コストが高くなるからである。次いで、仕上げ研削工程により、おねじ部１２を研削して、規定のサイズに形成する。おねじ部１２を研削する前に、必要に応じて直溝２０の全体あるいはすくい面のみを仕上げ研削しても良い。

次に、図４に示す工程図を参照して、ハンドタップ１０の製造工程の他の例を説明する。図４に示すように、まず、熱処理工程にて、高速度工具鋼からなる芯材１３を熱処理して、硬度を高める。次いで、荒研削工程にて、熱処理後の高速度工具鋼の丸棒におねじ部１２及び直溝２０を研削による荒加工により形成する。このとき、先におねじ部１２を形成し、その後、直溝２０を形成しても良いし、先に、直溝２０を形成し、その後、おねじ部１２を形成しても良い。

次に、溶射工程により、おねじ部１２にタングステンカーバイトを主体とする超硬合金を溶射して、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する。超硬合金層の厚みを１．０ｍｍ以上としたのは、これより薄いと、超硬合金層が剥離し易く、耐摩耗性が十分でないからである。また、超硬合金層の厚みを５．０ｍｍ以下としたのは、これ以上超硬合金層が厚くなると、超硬合金は高価であるため製造コストが高くなるからである。次いで、仕上げ研削工程により、おねじ部１２を仕上げ研削して、規定のサイズに形成する。おねじ部１２を研削する前に、必要に応じて直溝２０の全体あるいはすくい面のみを仕上げ研削しても良い。

次に、第１の実施の形態のハンドタップ１０の一実施例である実施例１及び実施例２のハンドタップを用いて行った耐久試験の試験結果について表１及び表２を参照して説明する。表１は、実施例１及び実施例２のハンドタップの耐久試験の試験条件を示す表であり、表２は、耐久試験の試験結果を示す表である。

表１に示すように、実施例１及び実施例２のハンドタップでは、食付き山数は、１．５山であり、サイズは、Ｍ１０×１．５で、被削材として、鋳物（ＦＣ２５０）を用い、下穴を下穴径×長さ＝φ８．５ｍｍ×２５ｍｍとし、めねじ有効長さを２０ｍｍ（工具径の２倍）とし、切削速度を１０ｍ／ｍｉｎとし、切削油剤として水溶性のものを用いて、横型マシニングセンタに取り付けて試験を行った。尚、実施例１のハンドタップは、タップの本体部分に高速度工具鋼（ＳＫＨ５３）を用い、おねじ部にタングステンカーバイトを主体とする超硬合金層の膜厚を１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の厚みになるように溶射したものを用いており、実施例２のハンドタップは、実施例１のハンドタップと同様にタップの本体部分に高速度工具鋼（ＳＫＨ５３）を用い、おねじ部にタングステンカーバイトを主体とする超硬合金層の膜厚を３．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の厚みになるように溶射したものを用いている。また、比較例１として、同一形状で、タップの本体部分に高速度工具鋼（ＳＫＨ５３）を用い、おねじ部にタングステンカーバイトを主体とする超硬合金層の膜厚を０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の厚みになるように溶射したものを用いた。また、比較例２として、同一形状で、タップの本体部分に高速度工具鋼（ＳＫＨ５３）を用い、おねじ部の表面に膜厚が３μｍ以上５μｍ以下の厚みになるようＴｉＮコーティング処理をした従来品を使用した。

耐久試験は、通り側ゲージ及び止り側ゲージを使用して、形成しためねじを検査した。この耐久試験の結果、表２に示すように、超硬合金層の膜厚が１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の実施例１及び超硬合金層の膜厚が３．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の実施例２のハンドタップでは、何れも１０,０００穴まで、めねじを加工しても、まだ、めねじ加工が継続可能であった。これに対して、超硬合金層の膜厚が０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の比較例１では、３，８５０穴のめねじ加工で、超硬合金層部が剥離した。また、膜厚が３μｍ以上５μｍ以下の厚みになるようＴｉＮコーティング処理をした比較例２では、４，５６０穴のめねじ加工で、ＧＰＯＵＴ（通り側ゲージアウト）となった。従って、比較例１のように、超硬合金層の膜厚が０．８ｍｍ以下と膜厚が薄いものでは、超硬合金層が剥離し易く、耐久性が劣ることが判明した。従って、超硬合金層の膜厚は、最低１．０ｍｍ以上が望ましく、５．０ｍｍより厚くなると超硬合金の使用量が増加して製造コストが上昇するので、５．０ｍｍ以下が望ましい。また、実施例１及び実施例２のハンドタップは、従来品である、おねじ部の表面にＴｉＮコーティング処理をした比較例２のハンドタップに比べて、耐摩耗性が向上し、工具寿命が大幅に向上することが分かる。

次に、図５及び図６を参照して、本発明の第２実施の形態であるスパイラルタップ１１０について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態である右ねじのスパイラルタップ１１０の軸芯と直交する方向から見た正面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ線に於けるスパイラルタップ１１０の矢視方向の断面図である。図５に示す右ねじのスパイラルタップ１１０は、右ねじのめねじを切削加工するためのスパイラルタップで、加工すべきめねじに対応するおねじ部１１２が設けられ、当該おねじ部１１２と、円柱形状のシャンク１１４とを軸芯方向に一体に備えている。このスパイラルタップ１１０は、第１の実施の形態と同様に、例えば、ねじ立て盤などにシャンク１１４を把持されて軸芯方向へリード送りされつつ軸芯まわりに回転駆動されることによりねじ立て加工を行なうようになっている。

そして、このスパイラルタップ１１０は、高速度工具鋼（一例として、ＳＫＨ５３やＳＫＨ５８等）にて芯材１１３（タップ本体に相当する）が構成され、おねじ部１１２は、当該高速度工具鋼の芯材１１３に溶射されたタングステンカーバイトを主体とする超硬合金により形成された超硬合金層１３０上に形成されている。

また、おねじ部１１２は、ねじ山の高さが一定の完全山部１１６と、その完全山部１１６から工具先端側へ向かうに従って小径になる食付き部１１８とを備えているとともに、スパイラル溝１２０が３本設けられている。このスパイラル溝１２０に沿って、切れ刃１２２が形成されている。

尚、このスパイラルタップ１１０も第１の実施の形態のハンドタップ１０と同様の製造工程により製造される。即ち、図３に示すように、まず、荒切削工程にて、高速度工具鋼の丸棒におねじ部１１２及びスパイラル溝１２０を切削の荒加工により形成する。このとき、先におねじ部１１２を形成し、その後、スパイラル溝１２０を形成しても良いし、先に、スパイラル溝１２０を形成し、その後、おねじ部１１２を形成しても良い。

次に、熱処理工程にて、荒切削工程でおねじ部１１２及びスパイラル溝１２０を形成した高速度工具鋼からなる芯材１１３を熱処理して、硬度を高める。

次に、溶射工程により、おねじ部１１２にタングステンカーバイトを主体とする超硬合金を溶射して、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する。超硬合金層の厚みを１．０ｍｍ以上としたのは、これより薄いと、超硬合金層が剥離し易く、耐摩耗性が十分でないからである。また、超硬合金層の厚みを５．０ｍｍ以下としたのは、これ以上超硬合金層が厚くなると、超硬合金は高価であるため製造コストが高くなるからである。次いで、仕上げ研削工程により、おねじ部１１２を研削して、規定のサイズに仕上げ形成する。おねじ部１１２を研削する前に、必要に応じてスパイラル溝１２０の全体あるいはすくい面のみを仕上げ研削しても良い。

尚、第２の実施の形態のスパイラルタップ１１０は、図４に示す他の製造工程により製造することもできる。図４に示すように、まず、熱処理工程にて、高速度工具鋼からなる芯材１１３を熱処理して、硬度を高める。次いで、荒研削工程にて、熱処理後の高速度工具鋼の丸棒におねじ部１１２及びスパイラル溝１２０を研削による荒加工により形成する。このとき、先におねじ部１１２を形成し、その後、スパイラル溝１２０を形成しても良いし、先に、スパイラル溝１２０を形成し、その後、おねじ部１１２を形成しても良い。

次に、溶射工程により、おねじ部１１２にタングステンカーバイトを主体とする超硬合金を溶射して、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する。超硬合金層の厚みを１．０ｍｍ以上としたのは、これより薄いと、超硬合金層が剥離し易く、耐摩耗性が十分でないからである。また、超硬合金層の厚みを５．０ｍｍ以下としたのは、これ以上超硬合金層が厚くなると、超硬合金は高価であるため製造コストが高くなるからである。次いで、仕上げ研削工程により、おねじ部１１２を研削して、規定のサイズに仕上げ形成する。おねじ部１１２を研削する前に、必要に応じてスパイラル溝１２０の全体あるいはすくい面のみを仕上げ研削しても良い。

この第２の実施の形態のスパイラルタップ１１０においても第１の実施の形態のハンドタップ１０と同様に、耐摩耗性が向上し、工具寿命が大幅に向上する優れた効果を奏することができる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ハンドタップ及びスパイラルタップを例に説明したが、盛上げタップ等の他の形式のタップにも適用できることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態である右ねじのハンドタップ１０の軸芯と直交する方向から見た正面図である。 図１のＡ−Ａ線に於けるハンドタップ１０の矢視方向の断面図である。 ハンドタップ１０及び１１０の製造工程の一例を示す工程図である。 ハンドタップ１０及び１１０の製造工程の他の例を示す工程図である。 本発明の第２の実施の形態である右ねじのスパイラルタップ１１０の軸芯と直交する方向から見た正面図である。 図５のＢ−Ｂ線に於けるスパイラルタップ１１０の矢視方向の断面図である。

符号の説明

１０ ハンドタップ
１２ おねじ部
１３ 芯材
１４ シャンク
１６ 完全山部
１８ 食付き部
２０ 直溝
２２ 切れ刃
３０ 超硬合金層
１１０ スパイラルタップ
１１２ おねじ部
１１３ 芯材
１１４ シャンク
１１６ 完全山部
１１８ 食付き部
１２０ スパイラル溝
１２２ 切れ刃
１３０ 超硬合金層

Claims (3)

1. おねじ部及びシャンクからなるタップ本体を有し、当該おねじ部を被削材に設けられた下穴内にねじ込ませることによりめねじを形成するタップにおいて、
   前記タップ本体は、高速度工具鋼で構成され、
   前記おねじ部が形成される前記高速度工具鋼の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属が溶射されて、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層が形成され、その超硬合金層上に前記おねじ部が形成されていることを特徴とするタップ。
2. おねじ部及びシャンクからなるタップ本体を有し、当該おねじ部を被削材に設けられた下穴内にねじ込ませることによりめねじを形成するタップの製造方法において、
   高速度工具鋼で構成されるタップ本体におねじ部と溝とを切削により荒加工する荒切削工程と、
   当該荒切削工程で、おねじ部と溝とが形成されたタップ本体に熱処理を行う熱処理工程と、
   当該熱処理工程後のおねじ部と溝とが形成された部分の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属を溶射して１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する溶射工程と、
   当該溶射工程により形成された超硬合金層を研削して前記おねじ部を仕上げ形成する仕上げ研削工程と
   を備えたことを特徴とするタップの製造方法。
3. おねじ部及びシャンクからなるタップ本体を有し、当該おねじ部を被削材に設けられた下穴内にねじ込ませることによりめねじを形成するタップの製造方法において、
   高速度工具鋼で構成されるタップ本体に熱処理を行う熱処理工程と、
   当該熱処理工程で、熱処理されたタップ本体におねじ部と溝とを研削により荒加工する荒研削工程と、
   当該荒研削工程後のおねじ部と溝とが形成された部分の表面にタングステンカーバイトを主体とする金属を溶射して１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の厚みの超硬合金層を形成する溶射工程と、
   当該溶射工程により形成された超硬合金層を研削して前記おねじ部を仕上げ形成する仕上げ研削工程と
   を備えたことを特徴とするタップの製造方法。
   

Images