JP4623975B2 - 止まり穴内にねじ山を切るためのねじ切りタップ、およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、止まり穴内にねじ山を切るためのねじ切りタップに関し、このタップは、第１の端部に接続部と、第２の端部にねじ切り部とを有し且つ中心軸を有する長くしたボデーを含み、前記ねじ切り部には、前記ボデーの外周に沿って少なくとも１つのつる巻きねじ山と、前記第２の端部の領域から前記第１の端部へ向けて少なくとも１つのつる巻き溝（flute）の輪郭を定めて、前記つる巻きねじ山を中断する、相互に接続されたフランク部とが設けられている。

また本発明は、そのようなタップの製造方法に関する。

このようなタップ及び方法は、ＥＰ−Ａ−０６４１６２０号公報（特開平７−１６４２４７号公報に対応する）から公知である。しかし公知のタップには、炭素鋼、構造用鋼、又はステンレス鋼の加工の際、溝において切りくずが絡まるという難点があった。

本発明の目的は、タップのねじ切りに関する特性を改善することにある。

この目的は、フランク部がスチームテンパー（steam temper）され、ねじ山が物理蒸着コーティングによってコーティングされている、冒頭で定義されるようなねじ切りタップにより達成された。

この目的はまた、冒頭で定義された種類の方法であって、第１の端部と、第２の端部と、中心軸とを有する長くしたボデーを含むブランク（blank）を選ぶこと、相互に接続されたフランク部により輪郭が定められており、前記第２の端部の領域から前記第１の端部へ向けて延びる少なくとも１つのつる巻き溝を形成すること、前記フランク部をスチームテンパーすること、ボデーの外周に沿って、前記第２の端部の領域から前記第１の端部（６）へ向かって延び、前記溝（１２）によって中断されている少なくとも１つのねじ山（１６）を形成することにより、前記第２の端部（１０）にねじ切り部（８）を形成し、前記ねじ山（１６）を物理蒸着によってコーティングことを含む方法により達成された。

これにより、止まり穴からタップの第１の端部へ向けての切りくず排出性の改善が達成された。

一方、溝の形成及びスチームテンパーは、溝の研削と、ねじ山形成と、物理蒸着による前記ねじ山のコーティングとの後に行なってもよい。これは即ち、コーティングの後に溝を研削し、スチームテンパーの前にそのコーティングを除去する。

好適には、つる巻き角、即ち軸に対する溝の角度は４６°及び５５°の間である。格別には、つる巻き角は４８°及び５０°の間である。これによって、切りくずを受け入れる空間が増加することにより、より一層の切りくず排出性改善が達成され、タップの直径の３倍よりも深い穴にねじを切ることができるようになる。つる巻き角が４８°より小さいと、切りくず運搬のための空間が減少する可能性があるのに対し、つる巻き角が５０°より大きいと、切りくずの速度の垂直成分が低くなる可能性がある。最適なつる巻き角は４８°であることが判明した。

好適には、ねじ山は、第１の端部に向けてバックテーパにする。格別には、前記バックテーパにしたねじ山の角度は８°及び１１°の間である。これにより、逆転時の、即ちタップを穴から外す時のタップ送り性改善が、さらにはトルク負荷低減が達成される。

好ましくは、ねじ山のすくい角（rake angle）は８°及び１６°の間である。

好適には、ボデーは高速度鋼（high speed steel）製である。格別には、該高速度鋼が６３．５〜６６．５ＨＲＣ（ロックウェル硬さＣ）の硬度を有する。これにより、安価なタップが達成される。代わりに、６４．５〜６７．５ＨＲＣの硬度を有するパウダースチール材（powder steel material）を用いてもよい。

好ましくは、ねじ山は物理蒸着コーティングによりコーティングする。格別には、該コーティングはＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ、及びＣｒＮのいずれかを含む。また代わりに、ＴｉＡｌＮとＷＣ／Ｃ（炭化タングステン／炭素、低い硬度及び低い摩擦係数を有する）との化合物等の多層コーティングを用いてもよい。これにより、ねじ山の長寿命化が達成される。溝において絡まる幅広かつ不規則な切りくずを生じさせ得ることから、溝はそのような材料でコーティングされていないことに注目すべきである。炭素鋼及び構造用鋼からなる被加工物に対しての最高の性能は、ＴｉＡｌＮを用いることで達成される一方、ステンレス鋼の被加工物に対しては、最高の性能は上記ＴｉＡｌＮ及びＷＣ／Ｃの多層コーティングにより達成される。

好適には、３つの溝がボデーの外周に沿って実質的に均等に配置される。これにより、３〜１６ｍｍのタップの直径の範囲において、最適な切りくず除去性が達成される。１６〜２０ｍｍの直径の範囲においては、最高の性能はボデーの外周に沿って実質的に均等に配置された４つの溝により達成される。

以下において、本発明を添付の図面を参照して更に詳細に説明する。

図１は、第１の端部６に接続部４を、第２の端部１０にねじ切り部８を備える長くしたボデー２を有するタップの第１実施形態を示す。ねじ切り部８において、３つのつる巻き溝１２がフランク１４により輪郭を定められている。フランク１４は、第２の端部１０のねじ切り部８によって、また第１の端部６とより近く、ねじ山のない、実質的に平坦な部分１５によって範囲が定められた外面にある。ねじ切り部８にはボデーの周りにつる巻きねじ山１６が設けられており、これは溝１２により中断されている。

図２には中心軸Ａ−Ａが示されている。つる巻き角βは、溝の延長線と軸Ａ−Ａとの間の角度として示されている。さらに、ねじ切り部８が、端１０から中央部に向けて増加する角度εを有する第１の面取り部をどのように有するかが示されている。

中央部は、中心軸に平行な所定の距離の、実質的に一定な外径を有する。ねじ切り部はフランク１４のねじ山のない部分１５の方向に向けてバックテーパ角γを有する第２の面取り部にて終端する。

図３には、溝１２、フランク１４、及びねじ山１６が示されている。

エッジ２２は、１つのフランクとねじ山１６とが交わる場所に設けられる。エッジ２２はすくい角αを有する。

図４〜５は、４つのフランク１４により輪郭が定められた４つの溝１２を有する第２実施形態のタップを示す。

上記の両方の実施形態に関して、ねじ山の長寿命化を達成することが望ましい。これは、ねじ山をＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ又はＣｒＮ、或いはＴｉＡｌＮ／ＷＣ／Ｃと称されるＴｉＡｌＮとＷＣ／Ｃ（炭化タングステン／炭素、低い硬度及び低い摩擦係数を有する）との化合物等の多層コーティング等の物理蒸着（ＰＶＤ）コーティングによりコーティングすることで成し遂げられる。

しかし、そのようなコーティングを溝に、即ちフランク上に施すことは、発生する切りくずが幅広かつ不規則であることから、不都合であることが分かった。

非処理の又はスチームテンパーされた溝を用いることで、全面的にコーティングされたタップを用いた場合と比べて、より細かく、より規則的な切りくずを生じさせることができる。溝をスチームテンパーすることで、溝の耐摩耗性が改善される。

タップの製造時に、ブランクに溝が研削され、５００℃から５４０℃の窒素（Ｎ_２）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）、又は窒素（Ｎ_２）及び水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を用いて全体がスチームテンパーされる。スチームテンパーは、タップの表面上に黒又は青の酸化層を生じさせる。そして、ねじ山が研削され、その後面取り部及びバックテーパ部が研削される。従って、スチームテンパーにより生じた黒又は青の表面は、溝内のみ、即ちフランク上のみに残ることになる。その後、タップにはＰＶＤが施され、それは研削された面、即ち、ねじ山と、面取り部と、バックテーパ部とに固着するが、スチームテンパーされたフランクには固着しない。

タップを製造する別の方法は、最初に溝を、次にねじ山を、そして次に面取り部及びバックテーパ部を研削し、その後ＰＶＤコーティングを行うというものである。その後、溝は再度研削され、スチームテンパーされる。尚、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ／ＷＣ／Ｃ及びＴｉＡｌＣＮに関しては、酸化温度がスチームテンパー処理の温度よりも高いために、スチームテンパーはＰＶＤコーティングに影響しないことに注目すべきである。

図１〜図３に示される溝は、３〜１６ｍｍのタップの直径の範囲において、最適な切りくず除去性を有するのに対し、図４〜図５に示されるタップでは、１６〜２０ｍｍの直径の範囲において、最高の性能が達成される。

上記実施形態においては、タップは右ねじれタップとして示した。すくい角αは言うまでもなく、必要な変更を加えれば左ねじれタップにも適合する。

更に、上記実施形態においては中断されたねじ山１６は１つだけ示されているが、言うまでもなく、例えばマルチスタートタップ（multi-start taps）のように２つ以上の平行なねじ山を設けてもよい。

また言うまでもなく、４つを超える溝を設けてもよい。

図１は、３つの溝を備えるねじ切りタップの斜視図である。 図２は、図１に示されるねじ切りタップの側面図である。 図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。 図４は、４つの溝を備えるねじ切りタップの斜視図である。 図５は、図４に示されるねじ切りタップの側面図である。

Claims (29)

1. 止まり穴内にねじ山を切るためのねじ切りタップであって、第１の端部（６）に接続部（４）を、第２の端部（１０）にねじ切り部（８）を有し且つ中心軸（Ａ−Ａ）を有する長くしたボデー（２）を含み、前記ねじ切り部には、前記ボデーの外周に沿って少なくとも１つのつる巻きねじ山（１６）と、前記第２の端部（１０）の領域から前記第１の端部（６）へ向かって少なくとも１つのつる巻き溝（１２）の輪郭を定めて、前記つる巻きねじ山（１６）を中断する、相互に接続されたフランク部（１４）とが設けられている、該ねじ切りタップにおいて、
   前記フランク部（１４）がスチームテンパーされており、
   前記ねじ山は、前記スチームテンパーによる酸化層がなく、物理蒸着コーティングによってコーティングされており、また
   前記フランク部（１４）は前記物理蒸着コーティングによるコーティングがない
   ことを特徴とするねじ切りタップ。
2. 前記軸（Ａ−Ａ）に対する前記溝（１２）のつる巻き角（β）が４６°及び５５°の間である請求項１に記載のねじ切りタップ。
3. 前記つる巻き角（β）が４８°及び５０°の間である請求項１又は２に記載のねじ切りタップ。
4. 前記つる巻き角（β）が４８°である請求項１から３のいずれかに記載のねじ切りタップ。
5. 前記ねじ山（１６）が前記第１の端部（６）に向けてテーパーにした、先行する請求項のいずれかに記載のねじ切りタップ。
6. 前記テーパーにしたねじ山の角度（γ）が８°及び１１°の間である請求項５に記載のねじ切りタップ。
7. 前記ねじ山（１６）のすくい角（α）が８°及び１６°の間である、先行する請求項のいずれかに記載のねじ切りタップ。
8. 前記ボデーが高速度鋼製である、先行する請求項のいずれかに記載のねじ切りタップ。
9. 前記高速度鋼が６３．５〜６６．５ＨＲＣ（ロックウェル硬さＣ）の硬度を有する請求項８に記載のねじ切りタップ。
10. 前記ボデーが、６４．５〜６７．５ＨＲＣの硬度を有するパウダースチール材製である請求項１から７のいずれかに記載のねじ切りタップ。
11. 前記コーティングがＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＣｒＮ及びＴｉＡｌＮ／ＷＣ／Ｃのいずれかを含む請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載のねじ切りタップ。
12. ３つの溝（１２）が前記ボデーの外周に沿って実質的に均等に配置されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のねじ切りタップ。
13. ４つの溝（１２）が前記ボデーの外周に沿って実質的に均等に配置されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載のねじ切りタップ。
14. 止まり穴内にねじ山を切るのに適したねじ切りタップの製造方法であって、次の工程すなわち、
    i) 第１の端部（６）及び第２の端部（１０）と、中心軸（Ａ−Ａ）とを有する長くしたボデー（２）を含んだブランクを選ぶ工程と、
    ii) 相互に接続されたフランク部（１４）により輪郭が定められており、前記第２の端部の領域から前記第１の端部の方へと延びる少なくとも１つのつる巻き溝（１２）を形成する工程と、
    iii) 前記フランク部（１４）をスチームテンパーする工程と、
    iv) 前記ボデーの外周に沿って、前記第２の端部の領域から前記第１の端部（６）へ向かって延び、前記溝（１２）によって中断されている少なくとも１つのねじ山（１６）を形成することにより、前記第２の端部（１０）にねじ切り部（８）を形成する工程と、
    ｖ) 前記ねじ山（１６）を物理蒸着によってコーティングする工程と、
    を有する方法。
15. 止まり穴内にねじ山を切るのに適したねじ切りタップの製造方法であって、次の工程すなわち、
    i) 第１の端部（６）及び第２の端部（１０）と、中心軸（Ａ−Ａ）とを有する長くしたボデー（２）を含んだブランクを選ぶ工程と、
    ii) 相互に接続されたフランク部（１４）により輪郭が定められており、前記第２の端部の領域から前記第１の端部の方へと延びる少なくとも１つのつる巻き溝（１２）を形成する工程と、
    iii) 前記ボデーの外周に沿って、前記第２の端部の領域から前記第１の端部（６）へ向かって延び、前記溝（１２）によって中断されている少なくとも１つのねじ山（１６）を形成することにより、前記第２の端部（１０）にねじ切り部（８）を形成する工程と、
    iv) 前記ねじ切り部（８）および前記ねじ山（１６）を物理蒸着によってコーティングする工程と、
    ｖ) 前記フランク部（１４）を研削する工程と、
    vi) 前記フランク部（１４）をスチームテンパーする工程と、
    を有する方法。
16. 前記物理蒸着を行うための材料を、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＣｒＮ及びＴｉＡｌＮ／ＷＣ／Ｃのいずれかから選ぶ、請求項１４または１５に記載の方法。
17. 前記ボデーの外周に沿って実質的に均等に少なくとも３つの溝（１２）を形成する、請求項１４〜１６のうちいずれか一項に記載の方法。
18. 前記溝の前記軸（Ａ−Ａ）に対する角度が４６°及び５５°の間となるように前記溝を形成する、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記溝の前記軸に直交する平面に対する角度が４８°及び５０°の間となるように前記溝を形成する、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記溝の前記軸に対する角度が４８°となるように前記溝を形成する、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記第１の端部に向けてテーパーになるように前記ねじ山を形成する、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記テーパーにしたねじ山の角度（γ）が８°及び１１°の間となるように前記ねじ山を形成する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記ねじ山のすくい角（α）を８°から１６°の範囲内で形成する、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記ボデーの前記第１の端部に接続部を形成する、請求項１４〜２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記ブランクを、６３．５〜６６．５ＨＲＣの硬度を有する高速度鋼から選ぶ、請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記ブランクを、６４．５〜６７．５ＨＲＣの硬度を有するパウダースチールから選ぶ、請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の方法。
27. スチームテンパーを５００℃及び５４０℃の間の温度で行う請求項１４〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. スチームテンパーを窒素（Ｎ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）とを用いて行う請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
29. スチームテンパーを窒素（Ｎ２）と水蒸気（Ｈ２Ｏ）とを用いて行う請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の方法。