JP2010089217A - タップ - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れたチップを、本体に対して強固に接合できるタップを提供する。
【解決手段】盛上げタップ１では、そのタップ本体である母材焼結体１３を超硬で作製し、そのねじ部１２に形成されたランド２０に接合するチップ２５を、ＰＣＤ又はＰＣＤＮの焼結体で構成したので、耐摩耗性、長寿命に優れ、かつ超高速加工を実現できる工具を提供できる。そして、予備焼結体である母材中間体と、チップ２５とを一体焼結することで、チップ２５がランド２０に強固に固着された盛上げタップ１を簡単に製造することができる。このような特徴を有する盛上げタップ１は、特に、微量の切削油を加工点に塗布して切削するＭＱＬや、ドライ切削にその性能を発揮する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タップに関し、詳細には、超硬合金を材質とするタップに関する。

従来より、タップの材質には、高速度鋼又は超硬合金が使われている。例えば、合金鋼の本体に溝を形成し、その溝に超硬合金製のチップを接着した超合金製みぞなしタップが知られている（例えば、特許文献１参照）。このタップでは、ねじ部のロープ部分に、超高合金製のチップを用いているので、耐摩耗性に優れたタップを提供できる。
実開昭５８−９３４２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような方法で製造されたタップでは、チップは本体の溝に対して接着されているので、接合強度が弱いという問題点があった。また、接着した部分は摩耗し易く、加工くずが溜まることもあり、溶着の弊害を生じるという問題点があった。また、比較的小さいサイズのタップ（例えば、Ｍ６〜Ｍ１０）では、チップを接着する溝の断面が残り易く、破断強度が弱いという問題点があった。また、接着技術の一例としてロウ付けは熟練した技術が必要であるため、製造工程の短縮化および簡素化が要望されている現状では好ましくなかった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、耐摩耗性に優れたチップを、本体に対して簡便かつ強固に接合できるタップ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、ねじ切り用のねじ部を有し、当該ねじ部に、自身の先端から後方に向かってスパイラル状、又はストレート状に延びる複数の切りくず排出溝又は油溝と、当該複数の切りくず排出溝又は油溝同士の間に各々形成された複数のランドとを備えたタップであって、前記ねじ部は、前記複数の切りくず排出溝又は油溝及び前記複数のランドを備えた超硬合金製の本体と、当該本体の前記ランドに沿って形成されたチップ溝に接合されたチップとから構成され、ＰＣＤ（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ）、又はＰＣＢＮ（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）を成分として含む焼結体である前記チップを、前記チップ溝に接合する態様で、前記本体と前記チップとを一体焼結してなることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のタップは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記本体は、超硬合金製である棒状のシャンク部の先端に一体して設けられている。

また、請求項３に係る発明のタップは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記タップは切削タップであって、前記本体と前記チップとを一体焼結した後の前記チップの面を切れ刃面とするように、前記切りくず排出溝を形成したことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のタップは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記タップは盛上げタップであって、前記本体と前記チップとを一体焼結した後の前記チップを前記ランドの幅方向中央部とし、前記チップによってめねじを塑性加工で仕上げることを特徴とする。

請求項１に係る発明のタップでは、本体部のランドに沿って形成されたチップ溝に、ＰＣＤ又はＰＣＢＮを成分として含む焼結体であるチップを接合する態様で、本体とチップとが一体焼結されている。これにより、簡便に、かつ本体のチップ溝に対してチップが強固に固着したタップを提供できる。さらに、ワークに接触して作用するチップを、ＰＣＤ又はＰＣＢＮ焼結体で構成したので、耐摩耗性、長寿命に優れ、かつ超高速加工を実現できるタップを提供できる。

また、請求項２に係る発明のタップでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、本体部は、超硬合金製である棒状のシャンク部の先端に一体して設けられているので、頑丈で耐摩耗性の高いタップを提供できる。

また、請求項３に係る発明のタップでは、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、本発明のタップは、本体部とチップとを一体焼結した後のチップの面を切れ刃面とするように、切りくず排出溝を形成した切削タップであるので、切りくず排出溝を介して切りくずを排出しながらめねじを切削加工することができる。

また、請求項４に係る発明のタップでは、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、本発明のタップは、本体部とチップとを一体焼結した後のチップをランドの幅方向中央部とした盛上げタップであるので、チップによってめねじを塑性加工することができる。

以下、本発明の一実施形態である盛上げタップ１について、図面を参照して説明する。図１は、盛上げタップ１の軸芯と直交する方向から見た正面図である。図２は、図１に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。

なお、以下説明において、「超硬」とは「超硬合金」の略であり、炭化タングステンとコバルトとを粉末冶金（焼き固めて造ること）した合金のことをいう。一般的には、コバルトの混ざる比率が少ないほど硬くなり、耐摩耗性が高くなるが、じん性が低くなってもろくなる。その逆に、コバルトの混ざる比率が多いほど、じん性が高くなって折れにくくなるが、耐摩耗性は低くなる性質を有する。

また、「ＰＣＤ」とは、「Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ」の略であり、「ＰＣＢＮ」とは、「Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ」の略である。何れも、ミクロンサイズの砥粒を、金属、セラミックス、サーメット等のバインダと混合し、高温・高圧で焼結したものである。砥粒としてダイヤモンドを用いたものが「ＰＣＤ」、ＣＢＮを用いたものが「ＰＣＢＮ」である。

はじめに、盛上げタップ１の構造について説明する。図１に示すように、盛上げタップ１は、右ねじの「めねじ」を切削加工するための工具である。盛上げタップ１は、加工すべき「めねじ」に対応するおねじ部１２と、円柱形状のシャンク１４とを軸芯方向に一体に備え、超硬製の母材焼結体１３をベースとして備えるものである。このような盛上げタップ１は、例えば、ねじ立て盤などにシャンク１４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って「ねじ立て加工」を行う。なお、図１に示す母材焼結体１３が本発明の「本体」に相当する。

そして、おねじ部１２には、先端側にテーパ状の食付き部１６が設けられ、続いて完全山部１８が設けられている。さらに、盛上げタップ１の軸芯方向と平行に４本の油溝１９（図２参照）が設けられている。これら４本の互いに隣り合う油溝１９，１９の間にランド２０が盛上げタップ１の軸芯方向に平行に形成されている。ランド２０の幅方向中央（長手方向に直交する方向の中央）には、ＰＣＤ又はＰＣＢＮの焼結体であるチップ２５が埋め込まれて接合されている。チップ２５は、図２に示すように、その幅方向中央が山高になるように加工されている。このチップ２５によって、切りくずを出さずに、強引に被削材を押して形状を確保することで、塑性加工がなされる。

次に、盛上げタップ１の製造工程について、図３乃至図７を参照して説明する。図３は、盛上げタップ製造工程のフローである。図４は、加圧工程の内容を示す図である。図５は、チップ溝形成工程の内容を示す図である。図６は、チップ埋込工程の内容を示す図である。図７は、油溝形成工程の内容を示す図である。なお、図４の右側には、図中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図を示している。図５の右側には、図中のＩＶ−ＩＶ線矢視方向断面図を示している。図６の右側には、図中のＶ−Ｖ線矢視方向断面図を示している。

盛上げタップ製造工程は、図３に示すように、所定形状の母材中間体３０（図５参照）を製造する第１工程と、該第１工程で製造された母材中間体３０にチップ２５を埋め込んで一体焼結を行う第２工程と、該第２工程で焼結して得られた母材焼結体１３（図７参照）におねじ部１２を形成して、盛上げタップ１を完成させる第３工程とからなる。

まず、第１工程について説明する。図３に示すように、第１工程は、超硬の原料粉末を混ぜ合わせる粉砕・混合工程（Ｓ１１）と、混合された材料を加圧して所定の形状である母材中間体３０を作る加圧工程（Ｓ１２）と、加圧された母材中間体３０の予備焼結を行う予備焼結工程（Ｓ１３）と、予備焼結された母材中間体３０にチップ溝３７を形成するチップ溝形成工程（Ｓ１４）とからなる。これら一連の工程を経ることによって、４本のチップ溝３７を備えた母材中間体３０が製造される。以下、第１工程を構成する各工程の内容について詳細に説明する。

粉砕・混合工程（Ｓ１１）について説明する。粉砕・混合工程では、原料粉末として、例えば、炭化タングステン、コバルト、炭化チタン、炭化タンタル、固溶体が使用される。これらの粉末を所定の組成に配合し、通常はボールミル等により湿式で数時間〜数日間粉砕・混合する。このとき、炭化物を所定の粒度に粉砕すると同時に、各成分が均一になるように十分混合する。湿式粉砕・混合の溶媒としては、原料粉末の混合性の向上及び酸化防止の目的から、アセトン、アルコール、ベンゼン、四塩化炭素等の有機溶剤が使用される。ボールミルの場合の条件として、原料粉末とボールとの比率が１：１から１：３で、溶媒の量が原料粉末１ｋｇ当たり２００〜３００ｍｌとなるように調整する。また、後の加圧工程での成形性を持たせるため、潤滑剤の添加・混合も行われる。

加圧工程（Ｓ１２）について説明する。加圧工程では、粉砕・混合工程で混合された原料粉末に対して、１００〜３００ＭＰａ程度の圧力で加圧して、図４に示す母材中間体３０を作製する。なお、母材中間体３０は、最終的にねじ部１２となる円柱状のねじ予定部３２と、該ねじ予定部３２よりも径の小さいシャンク予定部３４とが同軸上に連結した形状を備えている。

予備焼結工程（Ｓ１３）について説明する、予備焼結工程では、加圧工程で加圧されて作製された母材中間体３０の予備焼結を行う。予備焼結の温度は、６００〜１０００℃で行われる。予備焼結では、加圧工程に有用であった潤滑剤の除去と共に、コバルト粒子の焼結が若干進行する。これにより母材中間体３０は白墨程度の強度となる。

チップ溝形成工程（Ｓ１４）について説明する。チップ溝形成工程では、予備焼結された母材中間体３０にチップ溝３７を形成する。具体的には、図５に示すように、チップ溝３７は、例えば、電着砥石（図示外）による研削除去、或いは、ダイヤモンド製のエンドミル（図示外）による切削除去によって、ランド２０（図１，図２参照）が形成される予定部位であるランド予定部位６０の幅方向中央に、かつ母材中間体３０の軸芯方向に対して平行に形成される。このチップ溝３７の長手方向に直交する断面は円弧状に形成される。そして、１本の母材中間体３０には、軸芯方向に対して平行な４つのランド予定部位６０が設定されるので、４本のチップ溝３７が形成される。こうして、第１工程が終了する。

次に、第２工程について説明する。図３に示すように、第２工程は、第１工程で母材中間体３０に形成されたチップ溝３７に、チップ２５を埋め込むチップ埋込工程と（Ｓ１５）、該チップ埋込工程でチップ２５が埋め込まれた母材中間体３０を本焼結する本焼結工程（Ｓ１６）とからなる。これら一連の工程を経ることによって、チップ２５が一体化された母材焼結体１３が製造される。

チップ埋込工程（Ｓ１５）について説明する。チップ埋込工程では、ＰＣＤ又はＰＣＢＮの焼結体であるチップ２５を、母材中間体３０に形成されたチップ溝３７に埋め込む。ここで、例えば、ＰＣＢＮの焼結体は、六方晶窒化硼素（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）を原材料とする。これを超高圧・高温下で、立方晶窒化硼素（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）の人工的硬質粒子を作る。そのうえで、この結晶粒とバインダとを混合して、再度同様の高圧・高温下でＰＣＢＮ焼結体を作製する。なお、この方法とは別に、例えば、ＤＩＡ／ＣＢＮ砥粒のみで作製することも可能である。この工程を経て得られたＰＣＢＮ焼結体を加工して、長手方向に直交する断面が半月状のチップ２５が形成される。このようなチップ２５を、母材中間体３０に形成された４本のチップ溝３７に各々埋め込む。

本焼結工程（Ｓ１６）について説明する。本焼結工程では、４本のチップ溝３７にチップ２５が埋め込まれた母材中間体３０の本焼結を超高圧・高温度で行う。すると、チップ２５に含有されるダイヤモンド結晶（又はＣＢＮ結晶）が、超硬製の母材中間体３０の炭素成分に対して結合する。これにより、チップ溝３７にチップ２５が強固に固着されて、４本のチップ２５が一体となった母材焼結体１３が作製される。こうして、第２工程が終了する。

次に、第３工程について説明する。図３に示すように、第３工程は、第２工程で製造された母材焼結体１３に油溝１９を形成する油溝形成工程（Ｓ１７）と、母材焼結体１３に、食付き部１６と、完全山部１８とを形成することによって、ねじ部１２を形成するねじ部形成工程（Ｓ１８）とからなる。

油溝形成工程（Ｓ１７）について説明する。油溝形成工程では、図７に示すように、第２工程で作製された母材焼結体１３に、図示外の研削砥石を用いて、４本の油溝１９を形成する。油溝１９は、母材焼結体１３の軸芯方向に対して平行に研削する。そして、４本の互いに隣り合う油溝１９，１９の間に、所定幅を有するランド２０が各々形成される。この油溝１９は、ワーク加工時に、切削油をシャンク１４側からねじ部１２側へ送油する役目を担うものである。

ねじ部形成工程（Ｓ１８）について説明する。ねじ部形成工程では、図７に示す４本の油溝１９が形成された母材焼結体１３に、図１に示すように、ねじ山の高さが一定の完全山部１８と、その完全山部１８から工具先端側へ向かうに従って小径になる食い付き部１６とからなるおねじ部１２を研削して形成する。さらに、ランド２０の幅方向中央に接合されたチップ２５は、その幅方向の中央部を少し山高に加工される。このチップ２５の山高形状によって、強引に被削材を押して形状を確保する塑性加工がなされる。このようにして、第１〜第３工程を経ることによって、盛上げタップ１の製品が完成する。

以上説明したように、本実施形態の盛上げタップ１では、そのタップ本体である母材焼結体１３を超硬で作製し、そのねじ部１２に形成されたランド２０に接合するチップ２５を、ＰＣＤ又はＰＣＤＮの焼結体で構成したので、耐摩耗性、長寿命に優れ、かつ超高速加工を実現できる工具を提供できる。そして、予備焼結体である母材中間体３０と、チップ２５とを一体焼結することで、チップ２５がランド２０に強固に固着された盛上げタップ１を簡単に製造することができる。

また、このような特徴を有する盛上げタップ１は、特に、微量の切削油を加工点に塗布して切削するＭＱＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ）や、ドライ切削にその性能を発揮する。さらに、アルミニウム合金に含まれるＳｉに対し摩耗性にも優れ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３を含むＭＭＣにも効果を発揮する。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、上記実施形態である盛上げタップ１は、加工中の切削油を送油するための油溝１９を備え、ランド２０に接合されたチップ２５の山高形状によって、強引に被削材を押して形状を確保する塑性加工を行うものであるが、ランド２０に接合されたチップ２５の面を切れ刃面とするように、油溝１９の代わりに、加工中の切りくずを排出するための「切りくず排出溝」を形成した切削タップにも適用可能である。

また、上記実施形態の盛上げタップ１は、油溝１９が自身の先端から後方に向かってストレート状に延びるものであるが、スパイラル状に延びるものであってもよい。

さらに、上記実施形態では、ねじ部１２と、シャンク１４とは一体になっているが、例えば、シャンクを合金工具鋼、高速度工具鋼で作製し、ねじ部を超硬で作製し、これらを接合するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、予備焼結工程（Ｓ１３）において、本焼結よりも低い温度で母材中間体３０の予備焼結を行ったが、本焼結と同様に完全焼結してもよい。

本発明のタップは、切削タップや、盛上げタップに適用可能である。

盛上げタップ１の軸芯と直交する方向から見た正面図である。 図１に示すＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。 盛上げタップ製造工程のフローである。 加圧工程の内容を示す図である。 チップ溝形成工程の内容を示す図である。 チップ埋込工程の内容を示す図である。 油溝形成工程の内容を示す図である。

符号の説明

１ 盛上げタップ
１２ ねじ部
１３ 母材焼結体
１４ シャンク
１９ 油溝
２０ ランド
２５ チップ
３０ 母材中間体
３７ チップ溝

Claims (4)

1. ねじ切り用のねじ部を有し、当該ねじ部に、自身の先端から後方に向かってスパイラル状、又はストレート状に延びる複数の切りくず排出溝又は油溝と、当該複数の切りくず排出溝又は油溝同士の間に各々形成された複数のランドとを備えたタップであって、
   前記ねじ部は、
   前記複数の切りくず排出溝又は油溝及び前記複数のランドを備えた超硬合金製の本体と、
   当該本体の前記ランドに沿って形成されたチップ溝に接合されたチップと
   から構成され、
   ＰＣＤ（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ）、又はＰＣＢＮ（Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）を成分として含む焼結体である前記チップを、前記チップ溝に接合する態様で、前記本体と前記チップとを一体焼結してなることを特徴とするタップ。
2. 前記本体は、超硬合金製である棒状のシャンク部の先端に一体して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のタップ。
3. 前記タップは切削タップであって、
   前記本体と前記チップとを一体焼結した後の前記チップの面を切れ刃面とするように、前記切りくず排出溝を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のタップ。
4. 前記タップは盛上げタップであって、
   前記本体と前記チップとを一体焼結した後の前記チップを前記ランドの幅方向中央部とし、前記チップによってめねじを塑性加工で仕上げることを特徴とする請求項１又は２に記載のタップ。

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