JP2020015104A - タップ - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ加工数が増加しても食付き部における切れ刃の摩耗をなるべく抑制し、かつ完全山部の第１切れ刃によるねじ加工の負担を低減するタップを提供する。【解決手段】被削材に対して最初にねじ加工を行う食付き部１０と、食付き部１０に連続して形成されている完全山部２０と、食付き部１０および完全山部２０を分断するように形成された溝部３０と、を備えるタップ１００において、食付き部１０にはその切れ刃１１のすくい角θ１が完全山部２０へ近づくにつれて漸減している区間ｅを有し、かつ完全山部２０の第１切れ刃２１のすくい角θ２は−２°以上２°以下の範囲とする。また、区間ｅは完全山部２０の第１切れ刃２１から始まり完全山部２０の切れ刃間のピッチをＰと表した場合に完全山部２０の第１切れ刃２１の山頂より０．４３３×Ｐの寸法だけタップ１００の中心軸Ｏ側へ移動した箇所に対応する食付き部１０の切れ刃１１に至るまでの区間とする。【選択図】図５

Description

本発明は、炭素鋼等の被削材に対してねじ加工を行うタップに関する。

一般的に、鋼材等の被削材に対してねじ加工を行う際には、ねじの呼び径やピッチに応じたタップが用いられている。ねじ加工に要する時間（加工時間）は被削材の種類やめねじの加工穴深さなど種々の要因によって決定されるが、被削材の種類に関わらずねじの加工数が増えるにつれてタップを形成するねじ部（食付き部および完全山部）における切れ刃が摩耗することで切削性能は大幅に低下する。

特に、完全山部の第１切れ刃（第１番目の切れ刃）の摩耗が著しい場合には、完全山部の第１切れ刃の形状がねじの形状を最終的に決定する切れ刃であるため、ねじ穴全体の形状が崩れる。その結果、完全山部の第１切れ刃が摩耗したタップで加工されて、ねじの形状が崩れると（通り）ゲージを用いためねじ形状の判定においては不合格となり、同時にそのタップは使用限界（寿命）と判断される問題があった。

この問題に対して、これまでは完全山部の切れ刃における耐摩耗性を高めるために切れ刃のすくい角をなるべく小さくすることが有効であった。例えば、特許文献１に開示されているタップは、食付き部の切れ刃のすくい角を０°〜１０°の範囲とした上で完全山部の切れ刃のすくい角を食付き部の切れ刃のすくい角よりも１０°以上小さくしている。そのような構成とすることで、タップは被削材による切りくず詰まりや噛み込みを抑制して工具寿命が向上する点が説明されている。

特開２００１−３５３６２３号公報

特許文献１にも開示されているように、被削材に対するねじ加工はタップの食付き部の切れ刃が実質的に担っており、完全山部の切れ刃は第１切れ刃を除き他の切れ刃はすでにねじ加工されたねじ山に沿って移動するだけである。

しかし、タップの食付き部の切れ刃のすくい角を０°〜１０°の範囲として、完全山部の切れ刃のすくい角を食付き部の切れ刃のすくい角よりも１０°以上小さくすると、切れ刃のすくい角は食付き部から完全山部へ移行する際に急激に変化する。そのため、ねじ加工時においてタップの食付き部から完全山部へ移行した瞬間に完全山部の第１切れ刃には大きな切削負荷が発生する。結果として、本来ねじ加工を行わない完全山部の第１切れ刃もねじ加工を行うことになる。

特に、ねじ穴の加工数が増えるにつれて食付き部の切れ刃の摩耗が進行すると、完全山部の第１切れ刃におけるねじ加工を担う割合が増加して、加工されたねじ穴の大きさが所定の寸法から外れる（ゲージアウト）ことでタップの寿命が通常よりも早期に尽きるという問題があった。

そこで、本発明はねじ穴の加工数が増加しても食付き部における切れ刃の摩耗をなるべく抑制し、かつ完全山部の第１切れ刃によるねじ加工の負担を低減するタップを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明のタップは、被削材に対して最初にねじ加工を行う食付き部、この食付き部に連続して形成されている完全山部、これらの食付き部および完全山部を分断する溝部をそれぞれ備えるタップにおいて、その食付き部には切れ刃のすくい角が完全山部へ近づくほど漸減する区間を有し、かつ完全山部の第１切れ刃のすくい角を−２°以上２°以下の範囲とした。

食付き部における切れ刃のすくい角が漸減する区間は、完全山部の隣接する切れ刃間のピッチをＰとした場合に、完全山部の第１切れ刃の頂上からタップの中心軸側へ０．４３３×Ｐの寸法だけ移動した時に対応する食付き部の切れ刃までの区間とする。また、その区間における食付き部の切れ刃のすくい角をすべて１０°以下とすることもできる。さらに、完全山部の第１切れ刃のすくい角を−１°以上０°以下の範囲としても構わない。

本発明のタップにより、食付き部の所定区間における切れ刃のすくい角を完全山部へ近づくにつれて漸減させ、かつ完全山部の第１切れ刃のすくい角を所定の角度範囲とすることで、完全山部に近接する食付き部の切れ刃ほど切れ刃の強度が増加する。その結果、本発明のタップは、従来のタップに比べて使用限界を延長させる（寿命を向上させる）という効果を奏する。

本発明の一実施形態を示すタップ１００の正面図である。 図１に示すタップ１００のＡ−Ａ線位置での断面図である。 図１に示すタップ１００のＢ−Ｂ線位置での断面図である。 図２に示すタップ１００断面のＸ部の拡大図である。 図３に示すタップ１００断面のＹ部の拡大図である。 タップ１００の食付き部１０から完全山部２０までの模式断面図である。 実施例１の切削加工試験開始時における本発明品のタップのスラスト力とトルク値の推移を示すグラフである。 実施例１の切削加工試験終了時における本発明品のタップのスラスト力とトルク値の推移を示すグラフである。 実施例１の切削加工試験開始時における従来品のタップのスラスト力とトルク値の推移を示すグラフである。 実施例１の切削加工試験終了時における従来品のタップのスラスト力とトルク値の推移を示すグラフである。 実施例１の切削加工試験における総加工穴数と試験後の切れ刃の状態を示す。

本発明であるタップの形態について図面を用いて説明する。本発明の一実施形態であるタップ（スパイラルタップ）１００の正面図を図１に示す。タップ１００は、図１に示すように先端側より、被削材に対して最初にねじ加工を行う食付き部１０、その食付き部１０に連続して形成されている完全山部２０、食付き部１０や完全山部２０を分断するように形成されてねじ加工により発生した切り屑を外部へ排出する溝部（ねじれ溝）３０、工作機械にチャッキングする際に把持されるシャンク部４０をそれぞれ備えている。

図１に示すタップ１００のＡ−Ａ線位置（食付き部１０の切れ刃１１）での断面図を図２、Ｂ−Ｂ線位置（完全山部２０の第１切れ刃２１）での断面図を図３にそれぞれ示す。また、図２に示すタップ１００のＡ−Ａ断面図におけるＸ部の拡大図を図４、図３に示すタップ１００のＢ−Ｂ断面図におけるＹ部の拡大図を図５に示す。

タップ１００の食付き部１０（外径Ｄ１）には、図２に示すように３本のねじれ溝３０を有し、各ねじれ溝３０に隣接して、３箇所の切れ刃１１が設けられている。また、食付き部１０の切れ刃１１には、図４に示すようにタップ１００の中心軸Ｏ側に向けてすくい面１２が、タップ１００の外周側に沿ってランド１３がそれぞれ形成されている。

特に、食付き部１０の切れ刃１１におけるすくい角（タンジェンシャルフック角）θ１は０°より大きく、完全山部２０に近づくほど漸減している。ここで、すくい角θ１は図４に示すように２本の直線Ｌ_１０，Ｌ_１１、すなわち切れ刃１１とタップ１００の中心軸Ｏを結ぶ仮想線Ｌ_１０および切れ刃１１における接線Ｌ_１１が成す角度とする。また、すくい角θ１の正負については、図４に示す仮想線Ｌ_１０を基準としてタップ１００の回転方向ＲＴ（図４における反時計回りの方向）の向きに形成される角度を正（プラス）とする。

次に、タップ１００の完全山部２０（外径Ｄ２）は、食付き部１０と同様に図３に示すように３本のねじれ溝３０を有し、各ねじれ溝３０に隣接して、３箇所の切れ刃２１が設けられている。また、完全山部２０の切れ刃２１には、図５に示すようにタップ１００の中心軸Ｏ側に向けてすくい面２２が、タップ１００の外周側に沿ってランド２３がそれぞれ形成されている。

完全山部２０における第１切れ刃２１のすくい角θ２は、−２°以上２°以下の範囲とする。ここで、すくい角θ２は図５に示すように２本の直線Ｌ_２０，Ｌ_２１、すなわち第１切れ刃２１とタップ１００の中心軸Ｏを結ぶ仮想線Ｌ_２０および切れ刃２１における接線Ｌ_２１が成す角度とする。また、すくい角θ２の正負については、食付き部１０の切れ刃１１の場合と同様に図５に示す仮想線Ｌ_２０を基準としてタップ１００の回転方向ＲＴ（図５における反時計回りの方向）に形成されるすくい角を正（プラス）とする。

なお、図５に示す第１切れ刃２１のすくい角θ２は２本の直線Ｌ_２０，Ｌ_２１が重なる場合、すなわちθ２＝０°の場合を示しているが、本発明のタップの完全山部における第１切れ刃のすくい角θ２は本形態に限定されない。

次に、食付き部１０における切れ刃１１のすくい角θ１が完全山部２０に近づくにつれて漸減する区間について説明する。食付き部１０の切れ刃１１のすくい角θ１が漸減する区間を説明するためのタップの模式断面図を図６に示す。図６に示すようにタップの完全山部２０において隣接する切れ刃間の距離（ピッチ）をＰ、完全山部２０の切れ刃の山頂を通りタップ１００の中心軸Ｏに平行な仮想線をＬ１とする。

この場合、本発明のタップにおいて食付き部の切れ刃のすくい角が漸減する区間ｅは、図６に示す完全山部２０の第１切れ刃２１を起点として、その第１切れ刃２１の山頂から（仮想線Ｌ１から）タップ１００の径方向内側（中心軸Ｏ側）へ距離δ（＝０．４３３×Ｐ）だけ移動した場合に対応する食付き部１０の切れ刃（第４切れ刃）１１までの区間を言う。

本発明のタップ（以下、「本発明品」という）および従来のタップ（以下、「従来品」という）を用いて切削加工試験を行うことで各タップの切削性能を確認した。本切削加工試験に用いた本発明品および従来品は共に、タップ径Ｍ１０、ピッチＰ＝１．２５ｍｍを共通仕様とした。

本発明品の食付き部における切れ刃のすくい角θ１は、１０°から２°までの範囲として、特に食付き部の第４切れ刃から第１切れ刃の範囲では完全山部へ近づくにつれて減少する形態とした。そして、完全山部の第１切れ刃のすくい角θ２は、０°とした。なお、本願で「食付き部の第某切れ刃」とは、完全山部側から食付き部（タップ先端）側に遡って数えた場合の順列にしたがった切れ刃の名称とする。例えば、「食付き部の第４切れ刃」とは、完全山部側から食付き部（タップ先端）側へ数えて（食付き部における）第４番目の切れ刃である。

この場合、完全山部の切れ刃のピッチＰ＝１．２５ｍｍであるので、図６に示す距離δ＝０．４３３×１．２５＝０．５４１ｍｍとなる。完全山部の第１切れ刃の山頂を起点にして、図６に示すようにタップの内径側（中心軸側）に距離δ（０．５４１ｍｍ）だけ移動した場合に該当する切れ刃が、食付き部の第４切れ刃となる。

一方、従来品の食付き部における切れ刃のすくい角θ１は２６°から１３°までの範囲で完全山部に近づくにつれて漸減しており、完全山部の第１切れ刃のすくい角θ２は１１°とした。なお、本切削加工試験の加工条件は以下の通りとした。
・被削材：炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）
・下穴径：８．８ｍｍ
・切削速度：２５．１（ｍ／ｍｉｎ）
・回転数：８００（１／ｍｉｎ）
・送り速度：１０００（ｍｍ／ｍｉｎ）
・切削油剤：水溶性切削液
・使用機械：縦型ＭＣ

切削加工試験は上述した加工条件で開始し、使用したタップの切れ刃に刃欠けが確認された場合や被削材への加工音量が急激に増大した場合など加工異常が確認されるまで連続して切削加工を行った。また、切削加工時においてはタップのスラスト力とトルクの変化を専用の測定装置により測定した。

本発明品を用いた切削加工試験の開始時および切削加工試験終了時におけるタップのスラスト力とトルク値の推移を図７および図８にそれぞれ示す。また、従来品を用いた切削加工試験開始時および切削加工試験終了時におけるタップのスラスト力とトルク値の推移を図９および図１０にそれぞれ示す。

本発明品の切削加工試験の開始時におけるスラスト力の変化は、図７に示すように最大でも約１００Ｎで推移しており、トルク値は最大で約５３０〜５６０Ｎ・ｃｍであることがわかった。切削加工試験終了時におけるスラスト力は図８に示すように試験開始時よりもやや低下して約８０Ｎとなり、トルク値は５５０〜６５０Ｎ・ｃｍの範囲で変動して試験開始時よりも変動幅が広がった。

従来品の切削加工試験開始時におけるスラスト力の変化は、図９に示すように最大で約８０Ｎで推移しており、トルク値の範囲は約４２０〜４５０Ｎ・ｃｍであることがわかった。切削加工試験終了時におけるスラスト力は図１０に示すように試験開始時とほぼ変化無く約８０Ｎとなり、トルク値は６００〜７００Ｎ・ｃｍの範囲で変動して試験開始時よりも変動幅が広がった。

本発明品と従来品の間で切削加工試験中におけるスラスト力およびトルク値の変化を比較すると、切削加工試験中のスラスト力の変化は本発明品と従来品共に８０Ｎ前後であった。一方、切削加工試験中のトルク値の変化は本発明品の試験終了時に試験開始時の約１．２倍まで増加したが、従来品の試験終了時に試験開始時の約１．７倍にまで増加した。

次に、切削加工試験の結果と試験後の切れ刃の状態について説明する。総加工穴数と試験後の切れ刃の状態を図１１に示す。総加工穴数は本発明品が試験開始から通算で４４２８穴目で切削加工の音量（加工音）が急激に増加したので、その時点で切削加工試験を終了した。従来品は切削試験開始から通算で３４４４穴目で切れ刃が部分的に欠損したことにより加工音量が増大したので、その時点で切削加工試験を終了した。

試験終了後の本発明品のすくい面および逃げ面を観察したところ、図１１に示すようにすくい面の一部および逃げ面の一部に摩耗跡が認められた。各摩耗量を測定した結果、すくい面の摩耗量は０．１８ｍｍ、逃げ面の摩耗量は０．５０ｍｍであった。これに対して、従来品は図１１に示すように一部のすくい面と逃げ面に摩耗跡が認められたことに加えて一部の切れ刃が欠損していた。従来品の各摩耗量についても測定したところ、すくい面の摩耗量は０．３０ｍｍ、逃げ面の摩耗量は０．６５ｍｍであり、本発明品の摩耗量よりも多かった。

１０ 食付き部
１１ 食付き部の切れ刃
１２ 食付き部のすくい面
１３ 食付き部のランド
２０ 完全山部
２１ 完全山部の第１切れ刃
２２ 完全山部の第１切れ刃におけるすくい面
２３ 完全山部の第１切れ刃におけるランド
３０ 溝部
４０ シャンク部
１００ タップ
Ｄ１ 食付き部の切れ刃の外径
Ｄ２ 完全山部の第１切れ刃の外径
Ｌ１０ タップの中心軸と食付き部の切れ刃を結ぶ仮想線
Ｌ２０ タップの中心軸と完全山部の第１切れ刃を結ぶ仮想線
Ｌ１１ 食付き部の切れ刃における接線
Ｌ２１ 完全山部の第１切れ刃における接線
Ｏ タップの中心軸
Ｐ 完全山部における切れ刃間のピッチ
ＲＴ タップの回転方向
θ１ 仮想線Ｌ１０と接線Ｌ１１の成す角度
θ２ 仮想線Ｌ２０と接線Ｌ２１の成す角度
ｅ 食付き部の切れ刃のすくい角が漸減する区間
δ ０．４３３×Ｐ

Claims (4)

1. 被削材に対して最初にねじ加工を行う食付き部と、
   前記食付き部に連続して形成されている完全山部と、
   前記食付き部および完全山部を分断するように形成された溝部と、
   を備えるタップであって、
   前記食付き部には切れ刃のすくい角が前記完全山部に近づくにつれて漸減している区間を有しており、かつ前記完全山部の第１切れ刃のすくい角が−２°以上２°以下の範囲で
   あることを特徴とするタップ。
2. 前記区間は、前記完全山部の第１切れ刃から始まり
   前記完全山部の切れ刃間のピッチをＰと表した場合に前記完全山部の第１切れ刃の山頂より０．４３３×Ｐの寸法だけ前記タップの中心軸側へ移動した箇所に対応する前記食付き部の切れ刃に至るまでの区間であることを特徴とする請求項１に記載のタップ。
3. 前記区間における切れ刃のすくい角は、すべて１０°以下であることを特徴とする
   請求項２に記載のタップ。
4. 前記完全山部の第１切れ刃のすくい角は、−１°以上０°以下の範囲とすることを特徴
   とする請求項３に記載のタップ。

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