JP3005740U

JP3005740U - 高硬度材用ハンドタップ

Info

Publication number: JP3005740U
Application number: JP1994007655U
Authority: JP
Inventors: 和美加藤; 亜雄林
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 1995-01-10
Anticipated expiration: 2000-06-28

Abstract

(57)【要約】【目的】引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の
高硬度被削材に対しても高能率加工が可能で且つ長寿命
が得られるねじの呼び直径が３〜１２ｍｍの高硬度材用
ハンドタップを提供する。【構成】母材を高級粉末高速度工具鋼にて構成すると
ともに表面をチタニウム炭窒化物２２で被覆する一方、
直みぞ１６のみぞ数（刃数）をＪＩＳの規定と同じかそ
れ以上とし、みぞ底の径Ｄｆを外径の略４０〜６０％の
範囲内とし、複数のランド１８の幅の中心角（刃厚角）
γの総和Σγを略９５〜１５０°の範囲内とし、切れ刃
２０のすくい角αを略−８〜０°の範囲内とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はめねじを切削加工するハンドタップに係り、特に、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても高能率加工が可能で且つ長寿命が得られる高硬度材用ハンドタップに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

めねじを切削加工するためにハンドタップが広く用いられているが、このようなハンドタップの基本構造はＪＩＳによりめねじの寸法に応じて細かく規定されており、例えばＪＩＳＢ４４３０には「メートル並目ねじ用等径ハンドタップ」について定められている。かかるＪＩＳの規定によれば、ハンドタップの材質は、合金工具鋼ＳＫＳ２若しくは高速度工具鋼ＳＫＨ９、または使用上これらと同等以上の性能をもつものと規定されている。また、特開昭６１−２４４４１２号公報には、チタニウム窒化物の被覆を施した直みぞタップ等であって、ねじ部の刃の少なくとも一部の弦フック角（すくい角に相当）が−９〜−１°の範囲内とされた３みぞ仕様のものが記載されている。図３は上記ＪＩＳの規定による通常のハンドタップの一例のねじ部断面図で３みぞのものであり、図４は上記公報に記載のハンドタップのねじ部断面図で表面がチタニウム窒化物４０で被覆されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前記ＪＩＳの規定による通常のハンドタップを用いて、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度の被削材に対してねじ立てを行うと、タップ本体の折損や切れ刃の欠損，チッピング，早期摩耗などの不具合が生じ、実用上十分な加工能率，工具寿命が得られなかった。チタニウム窒化物を被覆したハンドタップの場合、耐摩耗性が向上するため通常の硬度の被削材に対しては優れた工具寿命が得られるようになるが、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しては、やはりタップ本体の折損や切れ刃の欠損などによりねじ立て加工を行うことはできない。因みに、高速度工具鋼製ハンドタップの表面にチタニウム窒化物を被覆したものを用いて、引張強さが１６９５ＭＰａの合金工具鋼ＳＫＤ６１にＭ６×１のねじ立てを試みたところ、切れ刃のチッピングに起因する異常摩耗によりわずか１穴でねじ立てが不能となった。

【０００４】本考案は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても高能率加工が可能で且つ長寿命が得られる高硬度材用ハンドタップを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】かかる目的を達成するために、第１考案は、谷の径が３〜１２ｍｍのめねじを切削加工するための高硬度材用ハンドタップであって、母材が高級粉末高速度工具鋼にて構成されているとともにねじ部の表面がチタニウム炭窒化物によって被覆されている一方、みぞ数は３以上で、みぞ底の径はねじ部の外径の略４０〜６０％の範囲内で、刃厚角の総和は略９５〜１５０°の範囲内で、切れ刃のすくい角は略−８〜０°の範囲内であることを特徴とする。

【０００６】なお、上記高級粉末高速度工具鋼とは、例えば特開平５−１７１３７３号公報にて提案されている粉末高速度工具鋼であって、それまでにない組成を持ったものである。すなわち、Ｗ等量（Ｗ＋1.８Ｍo ウェート％）が２０％を超え、Ｃo ，Ｖが５ウェート％以上であることにより、従来技術にては略６６ＨＲＣまでしか達成されなかったタップの母材硬さが７０ＨＲＣまで可能となった。

【０００７】

【作用】

このような高硬度材用ハンドタップにおいては、母材が高級粉末高速度工具鋼であるため基本的に高強度，高剛性が得られるとともに、切削加工を行うねじ部の表面にはチタニウム炭窒化物が被覆されているため、前記チタニウム窒化物の被覆に比較して引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても優れた耐摩耗性が得られる。また、みぞ数は３以上、すなわちＪＩＳの規定と同じかそれ以上で、みぞ数を多くすれば食付き部の１刃当たりの切込み量が小さくなるため、切削加工時の切れ刃の負担が軽減される。しかし、切りくずの排出性能を維持しながらみぞ数を多くすると刃厚が狭くなり、切れ刃の負担が軽減されるとはいっても欠損などの不具合が生じ易くなるため、みぞ数はＪＩＳの規定より１または２程度増やすのが限度である。

【０００８】みぞ底の径はねじ部の外径（加工すべきめねじの谷の径）の略４０〜６０％の範囲内で、通常のハンドタップに比べて大きめであり、強度や剛性が向上して折損し難くなる。外径に対するみぞ底の径の割合が大きい程強度や剛性は向上するが、この割合が大きくなるに従ってみぞの断面積が小さくなり、切りくずつまりが生じ易くなるため、このような得失を考慮して上記範囲は定められている。また、切りくずの大きさ、すなわちねじ山の高さはねじ部の外径に比例せず、ねじ部の外径が小さくなる程相対的に大きくなり、大きなみぞ断面積を確保する必要があることから、ねじ部の外径が小さくなる程上記割合を低くすることが望ましい。すなわち、上記４０〜６０％の範囲は、ねじ部の外径の相違についても考慮して定められているのであり、外径が大きい場合は上記範囲内の比較的高域部分で設定することが望ましく、外径が小さい場合は上記範囲内の比較的低域部分で設定することが望ましいのである。みぞ数すなわち刃数によって切りくずの大きさは変化し、切りくずつまりの発生し易さが変わるため、上記みぞ底の径の設定に際してはみぞ数についても考慮する必要がある。

【０００９】刃厚角の総和は略９５〜１５０°の範囲内で、この角度が大きい程刃厚が広くなって強度や剛性が高くなり、欠損などの不具合が生じ難くなるが、角度が大きくなるに従ってみぞの断面積が小さくなり、切りくずつまりが生じ易くなるため、このような得失を考慮して上記角度範囲は定められている。また、みぞ数が多い程１つの刃厚やみぞ断面積は小さくなるし、切りくずの大きさはねじ部の外径やみぞ数によって異なるため、そのようなみぞ数やねじ部の外径を考慮して、切りくずつまりを生じることなく十分な強度や剛性が得られるように上記角度範囲は定められている。言い換えれば、個々のハンドタップにおける刃厚は、みぞ数やねじ部の外径を考慮して上記角度範囲内で設定することになるのである。

【００１０】切れ刃のすくい角は略−８〜０°の範囲内であるため、すくい面と外周逃げ面とによって構成される切れ刃と直角な断面における刃物角が通常のハンドタップに比べて大きめとなり、強度や剛性が向上して刃欠けやチッピングの発生が抑制される。すくい角が小さい（マイナス側に大きくなる）程刃物角が大きくなって切れ刃の強度や剛性は向上するが、すくい角が小さくなるに従って切削抵抗が大きくなるため、このような得失を考慮して上記範囲は定められている。また、このように負のすくい角を採用すると、高硬度被削材の場合の切りくずは剪断形になって比較的小さく分断されるため、前記みぞ底の径や刃厚を大きくすることによってみぞ断面積が小さくなっても切りくずつまりが良好に回避される。

【００１１】

【第１考案の効果】このように、本考案の高硬度材用ハンドタップによれば、加工すべきめねじの谷の径すなわちねじ部の外径に応じて、みぞ数やみぞ底の径，刃厚，すくい角を上記所定の範囲内で適当に設定することにより、切りくずつまり等による切削抵抗の上昇を抑制しながら、母材が高級粉末高速度工具鋼であることと相まって優れた強度，剛性が得られるようになるとともに、チタニウム炭窒化物の被覆によって高い耐摩耗性が得られるようになり、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても高能率加工が可能で、例えば熱処理後にねじ立てを行うことができるようになるとともに、実用上十分な工具寿命が得られるようになる。

【００１２】

【課題を解決するための第２の手段】第２考案は、上記第１考案の高硬度材用ハンドタップにおいて、前記みぞ底の径がねじ部の外径の略４２〜５１％の範囲内で、前記刃厚角の総和が略１００〜１２５°の範囲内であることを特徴とする。

【００１３】

【作用および第２考案の効果】すなわち、この第２考案の高硬度材用ハンドタップは、第１考案に比較し、みぞ底の径および刃厚について、切りくずつまり等による切削抵抗の上昇を抑制しながら更に優れた強度，剛性が得られるように設定範囲を限定したもので、高硬度被削材に対する加工性能が一層向上する。

【００１４】

【課題を解決するための第３の手段】第３考案は、上記第１考案または第２考案の高硬度材用ハンドタップのうち谷の径が３〜６．５ｍｍのめねじを切削加工するためのもので、みぞ数を４、みぞ底の径をねじ部の外径の略４２％としたことを特徴とする。

【００１５】

【作用および第３考案の効果】この第３考案は、谷の径が３〜６．５ｍｍのめねじを切削加工するための高硬度材用ハンドタップに関するもので、ねじ部の外径が３〜６．５ｍｍと比較的小さいため、切りくずの排出性能などを考慮してみぞ数を４、みぞ底の径をねじ部の外径の略４２％に限定したのであり、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても高能率加工が可能で且つ実用上十分な工具寿命が得られる。

【００１６】

【課題を解決するための第４の手段】第４考案は、上記第１考案または第２考案の高硬度材用ハンドタップのうち谷の径が６．５〜１２ｍｍのめねじを切削加工するためのもので、みぞ数を５、みぞ底の径をねじ部の外径の略５０％としたことを特徴とする。

【００１７】

【作用および第４考案の効果】この第４考案は、谷の径が６．５〜１２ｍｍのめねじを切削加工するための高硬度材用ハンドタップに関するもので、ねじ部の外径が６．５〜１２ｍｍと比較的大きいため、切りくずの排出性能などを考慮してみぞ数を５、みぞ底の径をねじ部の外径の略５０％に限定したのであり、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても高能率加工が可能で且つ実用上十分な工具寿命が得られる。

【００１８】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本考案の一実施例である高硬度材用ハンドタップ１０（以下、単にハンドタップ１０という）を軸心と直角な方向から見た正面図で、Ｍ６×１すなわち谷の径が６ｍｍでピッチが１ｍｍのめねじを切削加工するためのものであり、シャンク部１２およびねじ部１４を備えているとともに、ねじ部１４には加工すべきめねじに対応する外径が６ｍｍのおねじが設けられている。図１は、ねじ部１４の軸心Ｏと直角な断面図であるが、ねじ部１４には４本の直みぞ１６が軸心と平行に設けられて４つのランド１８に分断されており、各ランド１８の端部に切れ刃２０が設けられている。このハンドタップ１０の母材は、前記Ｗ等量（Ｗ＋1.８Ｍo ウェート％）が２０％を超え、Ｃo ，Ｖが５ウェート％以上である高級粉末高速度工具鋼で、ねじ部１４の表面はチタニウム炭窒化物２２によって被覆されている。チタニウム炭窒化物２２は、例えばＣＤＶなどによって設けることができる。また、上記直みぞ１６のみぞ底の径Ｄｆの、ねじ部１４の外径Ｄに対する割合Ｒｄ（％）、すなわち（Ｄｆ／Ｄ）×１００は略４２％で、４つのランド１８の幅（刃厚）は等しく、刃厚角γの総和Σγは略１２０°で、切れ刃２０のすくい角αは−８〜０°程度である。なお、図１の破線２４はねじの谷底を表している。

【００１９】このようなハンドタップ１０においては、母材が高級粉末高速度工具鋼であるため基本的に高強度，高剛性が得られるとともに、切削加工を行うねじ部１４の表面にはチタニウム炭窒化物２２が被覆されているため、チタニウム窒化物の被覆に比較して引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても優れた耐摩耗性が得られる。また、直みぞ１６は４本設けられ、ＪＩＳの規定では「３または４」であるが一般には「３」であるのに対して１本多く、食付き部の１刃当たりの切込み量が小さくなるため、切削加工時の切れ刃２０の負担が３／４程度に軽減される。みぞ数が多くなると刃厚が狭くなり、切れ刃２０の負担が軽減されるとはいっても欠損などの不具合が生じ易くなるが、本実施例ではみぞ数が４であるため、欠損などの不具合を回避しつつ切れ刃２０の負担を軽減できる。

【００２０】みぞ底の径の割合Ｒｄは略４２％で、通常のハンドタップの場合が略３６％程度であるのに比べて大きく、強度や剛性が向上して折損し難くなる。Ｒｄ＝３６％の場合に比べると、（４２／３６）の２乗に比例して耐折損性は向上する。割合Ｒｄが大きい程強度や剛性は向上するが、この割合Ｒｄが大きくなるに従ってみぞ断面積が小さくなり、切りくずつまりが生じ易くなるとともに、切りくずの大きさはねじ部１４の外径すなわち加工すべきめねじの大きさやみぞ数によって異なり、切りくずつまりの発生し易さが相違するため、上記Ｒｄ≒４２％の数字は、それ等を総合的に考慮して切りくず排出性を損なうことなく十分な強度，剛性が得られるように定められている。

【００２１】刃厚角γの総和Σγは略１２０°でみぞ数に比較して大きく、各刃厚が比較的広くて高い強度や剛性が得られ、欠損などの不具合が生じ難い。みぞ数が同じであれば総和Σγが大きくなるに従ってみぞ断面積が小さくなり、切りくずつまりが生じ易くなるが、切りくずの大きさはねじ部１４の外径やみぞ数によって異なるため、上記Σγ≒１２０°の数字は、そのようなみぞ数やねじ部１４の外径などを考慮して切りくずつまりを生じることなく十分な強度や剛性が得られるように定められている。

【００２２】切れ刃２０のすくい角αは略−８〜０°程度であるため、すくい面２６と外周逃げ面２８とによって構成される切れ刃２０と直角な断面における刃物角βが略９０°程度かそれ以上となり、通常のハンドタップに比べて大きいため、強度や剛性が向上して刃欠けやチッピングの発生が抑制される。すくい角αが小さい（マイナス側に大きくなる）程刃物角βが大きくなって切れ刃２０の強度や剛性は向上するが、すくい角αが小さくなるに従って切削抵抗が大きくなるため、このような得失を考慮して上記すくい角αは定められている。また、このようにすくい角αが負の場合には、高硬度被削材にねじ立てを行った時の切りくずが剪断形になって比較的小さく分断されるため、前記みぞ底の径Ｄｆや刃厚を大きくすることによってみぞ断面積が小さくなっても切りくずつまりが良好に回避される。

【００２３】したがって、このような本実施例のハンドタップ１０によれば、切りくずつまり等による切削抵抗の上昇を抑制しながら優れた強度や剛性、耐摩耗性が得られるようになり、引張強さが１２５０〜２０８０ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても高能率加工が可能で、例えば熱処理後にねじ立てを行うことができるようになるとともに、実用上十分な工具寿命が得られるようになる。

【００２４】なお、上例ではねじのサイズがＭ６×１のハンドタップ１０について具体的に説明したが、本考案は呼びがＭ３〜Ｍ１２の範囲内の種々のサイズのハンドタップに適用することが可能で、その幾つかの具体例についてみぞ数およびみぞ底の径の割合ＲｄをＪＩＳの規格と比較して表１に示す。

【表１】

【００２５】上記表１中、Ｍ３〜Ｍ６のサイズではみぞ数が４で割合Ｒｄが略４２％であり、Ｍ８〜Ｍ１２のサイズではみぞ数が５で割合Ｒｄが略５０％であるが、Ｍ６〜Ｍ８のねじサイズも含めて何れの場合もみぞ数は３以上であれば良く、割合Ｒｄは略４０〜６０％の範囲内で、好ましくは略４０〜５５％、更に好ましくは略４２〜５１％の範囲内であれば良い。表１中のＭ６×１における本考案の具体例は前記実施例のことである。また、表１には示されていないが、本考案の各具体例における刃厚角γの総和Σγは略９５〜１５０°の範囲内で、好ましくは略９５〜１４０°、更に好ましくは略１００〜１２５°の範囲内で設定され、すくい角 αは略−８〜０°の範囲内で設定される。

【００２６】次に、本考案の効果を更に具体的に明らかにするために、本考案品を用いてねじ立てを行った場合の幾つかの試験結果を説明する。＜試験１＞この試験は、従来技術のハンドタップでは１穴ねじ立てできる程度の被削材に対する本考案の効果を調べたもので、表２に示す本考案品Ａ，Ｂおよび従来品Ａ，Ｂを用いて以下の切削条件でねじ立てを行ったところ、表３に示す結果が得られた。かかる表３の結果から明らかなように、本考案品によれば、引張強さが１６９５ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても良好にねじ立てを行うことができるとともに、実用上十分な工具寿命が得られる。なお、耐久判定理由の「折損」はタップ本体の折れ、「摩耗大」は切れ刃の摩耗やチッピングである。（切削条件）ねじのサイズ：Ｍ６×１被削材：ＳＫＤ６１（引張強さ１６９５ＭＰａ）下穴形状：φ５．００ｍｍ×２０ｍｍねじ立て長さ：９ｍｍ（１．５Ｄ）切削速度：２．３ｍ／ｍｉｎ（１２０ｍｉｎ^-1）切削油剤：不水溶性切削油剤（ＪＩＳ２種１５号）使用機械：立型タッピングセンタ

【００２７】

【表２】

【表３】

【００２８】＜試験２＞試験２は、試験１より少し硬い被削材に対して異なるねじサイズのねじ立てを行った場合で、表４に示す本考案品Ａ，Ｂおよび従来品Ａ，Ｂを用いて以下の切削条件でねじ立てを行ったところ、表５に示す結果が得られた。かかる表５の結果から明らかなように、本考案品によれば、引張強さが１８００ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても良好にねじ立てを行うことができるとともに、実用上十分な工具寿命が得られる。（切削条件）ねじのサイズ：Ｍ１０×１．５被削材：ＳＫＤ６１（引張強さ１８００ＭＰａ）下穴形状：φ８．５０ｍｍ×２５ｍｍねじ立て長さ：１５ｍｍ（１．５Ｄ）切削速度：２．２ｍ／ｍｉｎ（７０ｍｉｎ^-1）切削油剤：不水溶性切削油剤（ＪＩＳ２種１５号）使用機械：立型タッピングセンタ

【００２９】

【表４】

【表５】

【００３０】＜試験３＞試験３は、試験２と同じねじサイズで硬さを更に上げた被削材に対してねじ立てを行った場合で、前記表４に示す本考案品Ａ，Ｂおよび従来品Ａ，Ｂを用いて以下の切削条件でねじ立てを行ったところ、表６に示す結果が得られた。かかる表６の結果から明らかなように、本考案品によれば、引張強さが２０００ＭＰａ程度の高硬度被削材に対しても良好にねじ立てを行うことができるとともに、実用上十分な工具寿命が得られる。（切削条件）ねじのサイズ：Ｍ１０×１．５被削材：ＳＫＤ６１（引張強さ２０００ＭＰａ）下穴形状：φ８．５０ｍｍ×２５ｍｍねじ立て長さ：１５ｍｍ（１．５Ｄ）切削速度：１．１ｍ／ｍｉｎ（３５ｍｉｎ^-1）切削油剤：不水溶性切削油剤（ＪＩＳ２種１５号）使用機械：立型タッピングセンタ

【００３１】

【表６】

【００３２】以上、本考案の実施例および試験結果を詳細に説明したが、これ等はあくまでも一具体例で、例えばねじれみぞタップにも本考案は同様に適用され得るし、前記チタニウム炭窒化物の被覆やすくい角α等の条件は必ずしもねじ部１４の全域で満足している必要はなく、例えば負荷が大きい食付き部だけでも良いなど、本考案は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である図２の高硬度材用ハン
ドタップのねじ部における軸心と直角な断面の一部を拡
大した図である。

【図２】本考案の一実施例である高硬度材用ハンドタッ
プを軸心と直角な方向から見た正面図である。

【図３】従来の通常のハンドタップのねじ部における軸
心と直角な断面図である。

【図４】ねじ部の表面にチタニウム窒化物を被覆した従
来のハンドタップのねじ部における軸心と直角な断面の
一部を拡大した図である。

【符号の説明】

１０：高硬度材用ハンドタップ１４：ねじ部１８：ランド２０：切れ刃２２：チタニウム炭窒化物Ｄ：ねじ部の外径Ｄｆ：みぞ底の径 α：すくい角 γ：刃厚角

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】谷の径が３〜１２ｍｍのめねじを切削加
工するための高硬度材用ハンドタップであって、母材が高級粉末高速度工具鋼にて構成されているととも
にねじ部の表面がチタニウム炭窒化物によって被覆され
ている一方、みぞ数は３以上で、みぞ底の径はねじ部の
外径の略４０〜６０％の範囲内で、刃厚角の総和は略９
５〜１５０°の範囲内で、切れ刃のすくい角は略−８〜
０°の範囲内であることを特徴とする高硬度材用ハンド
タップ。
【請求項２】前記みぞ底の径はねじ部の外径の略４２
〜５１％の範囲内で、前記刃厚角の総和は略１００〜１
２５°の範囲内である請求項１に記載の高硬度材用ハン
ドタップ。
【請求項３】谷の径が３〜６．５ｍｍのめねじを切削
加工するための高硬度材用ハンドタップであって、みぞ
数は４、みぞ底の径はねじ部の外径の略４２％である請
求項１または２に記載の高硬度材用ハンドタップ。
【請求項４】谷の径が６．５〜１２ｍｍのめねじを切
削加工するための高硬度材用ハンドタップであって、み
ぞ数は５、みぞ底の径はねじ部の外径の略５０％である
請求項１または２に記載の高硬度材用ハンドタップ。