JP4685989B2 - 内径仕上げ刃付き盛上げタップ - Google Patents

Description

本発明は内径仕上げ刃付き盛上げタップに係り、特に、所定のめねじを高い精度で安定して加工できる内径仕上げ刃付き盛上げタップに関するものである。

(a) 下穴の表層部にねじ山が食い込んで塑性変形させることによりめねじを形成するタップ部と、(b) 前記塑性変形により盛り上げられた前記めねじのねじ山の頂部分を切削除去する内径仕上げ刃と、を一体的に備えている内径仕上げ刃付き盛上げタップが、例えば特許文献１等で提案されている。このような内径仕上げ刃付き盛上げタップによれば、めねじのねじ山の頂に生じる不完全な山形状部分（凹みなど）が除去されるため、優れたねじ山形状が得られるとともに、めねじ内径の寸法精度が向上するなどの利点が得られる。
特開平９−２１６１２６号公報

しかしながら、このような内径仕上げ刃付き盛上げタップは、めねじのねじ山を十分に盛り上げ、余分な頂部分を除去してねじ山形状を整えるものであるため、下穴の径寸法に対する要求精度が高く、ユーザーの下穴径に対する管理が十分でないと、タップの性能を十分に享受することができない場合があった。すなわち、下穴径が大きいとねじ山が十分に盛り上がらないため、内径仕上げ刃で頂部分を除去しても不完全形状が残ることがある一方、下穴径が小さいとねじ山が盛り上がり過ぎて加工負荷（タッピングトルク）が高くなり、工具寿命が損なわれるのである。

本発明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、内径仕上げ刃付き盛上げタップの優れた性能を確実に安定して享受できるようにすることにある。

かかる目的を達成するため、本発明は、(a) 下穴の表層部にねじ山が食い込んで塑性変形させることによりめねじを形成するタップ部と、(b) 前記塑性変形により盛り上げられた前記めねじのねじ山の頂部分を切削除去する内径仕上げ刃と、を一体的に備えている内径仕上げ刃付き盛上げタップにおいて、(c) 前記タップ部よりも先端側に同心に一体的に設けられて前記下穴を加工するとともに、逆回転により抜き出される際に前記めねじと干渉しないように外周面にねじ溝が設けられた下穴加工部を有するとともに、(d) その下穴加工部は、前記タップ部の外径（ｍｍ）をＤ、ピッチ（ｍｍ）をＰ、要求精度に応じて定まる該タップ部の最大有効径から基準有効径を引き算した有効径偏差（ｍｍ）をΔｄ₂ 、そのタップ部により前記めねじが盛り上げられ且つ前記内径仕上げ刃によりねじ山の頂部分が切削除去される前の状態におけるひっかかり率（％）をｆとした時、そのひっかかり率ｆが１１０％〜１３０％の範囲内で次式(1) に従って求められる下穴径ｄＮ（ｍｍ）の下穴を加工するように加工刃の径寸法が定められていることを特徴とする。
ｄＮ＝Ｄ−０．２×Ｐ−０．００４０３×Ｐ×ｆ＋Δｄ₂ ・・・(1)

このような内径仕上げ刃付き盛上げタップは、タップ部の外径Ｄ、ピッチＰ、有効径偏差Δｄ₂ に基づいて求められる適切な下穴径ｄＮの下穴を加工するための下穴加工部が、タップ部の先端側に一体的に設けられているため、常に適切な下穴径ｄＮの下穴に対してタップ部によりめねじが盛上げ加工されるようになり、ねじ山の盛り上がり過ぎで加工負荷が過大なることを回避しつつ、内径仕上げ刃によりねじ山の頂部分の不完全形状部が適切に切削除去されて優れたねじ山形状のめねじが得られるなど、内径仕上げ刃付き盛上げタップの優れた性能を確実に安定して享受できるようになる。

ここで、前記内径仕上げ刃は、タップ部のねじ溝部分に設けることが望ましいが、タップ部の後側に一体的に設けることもできる。

下穴加工部は、下穴なしの状態で穴明け加工を行うことができるドリルやエンドミルが好適に用いられるが、予め設けられた下穴の径寸法の精度出しを行うリーマなどを設けることもできる。要するに、前記下穴径ｄＮの下穴を加工できるものであれば良い。

前記(1) 式は、盛上げタップにおいて、外径Ｄ、ピッチＰ、有効径偏差Δｄ₂ 、およびひっかかり率ｆから下穴径ｄＮを求めるために、予め実験的に定められたもので、本発明では、外径Ｄ等のタップ部の諸元が異なる種々の内径仕上げ刃付き盛上げタップについて、それぞれ下穴径ｄＮを種々変更してめねじを加工し、ねじ山の盛り上がり過ぎで加工負荷が過大なることを回避しつつ、内径仕上げ刃によりねじ山の頂部分の不完全形状部が適切に切削除去されて優れたねじ山形状のめねじが得られる下穴径ｄＮの範囲を調べ、その下穴径ｄＮに対応するひっかかり率ｆの範囲を(1) 式に従って求めたところ、タップ部の諸元が異なる何れの内径仕上げ刃付き盛上げタップにおいても１１０％〜１３０％の範囲内であれば、適切な下穴径ｄＮの範囲内となり、めねじを適切に加工できることが分かったのである。

上記外径ＤおよびピッチＰは、加工すべきめねじに対応するものであり、有効径偏差Δｄ₂ は、めねじの要求精度、或いはめねじの材質やめねじに施すメッキの膜厚などに応じて適宜定められる。例えば図４は、基準有効径ｄ₂ に対してタップ部１４の有効径を１２．７μｍ毎に区切ってＲＨ精度として規定したもので、要求精度やメッキの膜厚等に基づいてＲＨ精度が決まると、次式(2) に示すように０．０１２７ｍｍにＲＨ精度の数値ｎを掛け算した値を基準有効径ｄ₂ に加算したものが最大有効径ｄ₂ max となり、０．０１２７ｍｍにＲＨ精度の数値ｎを掛け算した値（０．０１２７×ｎ）ｍｍが有効径偏差Δｄ₂ である。例えばＲＨ７であれば、０．０１２７×７＝０．０８８９ｍｍが有効径偏差Δｄ₂ になる。なお、１２．７μｍは公差に相当するもので、最小有効径ｄ₂ min は、最大有効径ｄ₂ max から公差（１２．７μｍ）を差し引いた値となる。公差の大きさは、必要に応じて適宜変更することができる。
ｄ₂ max ＝ｄ₂ ＋０．０１２７×ｎ ・・・(2)

外径Ｄとしては、例えば加工すべきめねじに応じて規定される基準外径が用いられるが、実際のタップ部の外径を用いることもできる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である内径仕上げ刃付き盛上げタップ（以下、単に盛上げタップという）１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は(a) におけるＢ−Ｂ断面の拡大図である。この盛上げタップ１０は、図示しないチャックを介して主軸に取り付けられるシャンク１２と、めねじを盛上げ加工（転造加工）するためのタップ部１４と、そのめねじの下穴を加工するためのドリル部１６とを、軸方向の先端側に連なるように同心に一体に備えている。ドリル部１６は下穴加工部に相当する。

上記タップ部１４は、外側へ湾曲した辺からなる多角形状、本実施例では略六角形状の断面を成しているとともに、その外周面には、被加工物の下穴の表層部に食い込んで塑性変形させることによりめねじを盛上げ加工するおねじが設けられている。おねじのねじ山１８は、形成すべきめねじの谷の形状に対応した断面形状を成しており、そのめねじに対応するリード角のつる巻き線に沿って一定の高さ寸法で設けられている。すなわち、タップ部１４には、ねじ山１８が径方向の外側へ突き出す６つの突出部２０、２０′と、その突出部２０、２０′に続いて小径となる逃げ部２２、２２′とが、ねじの進み方向に沿って交互に且つ軸心Ｏまわりにおいて６０°の等角度間隔で連なるように設けられているのである。また、タップ部１４は、軸方向においておねじの外径が一定の完全山部と、先端側へ向かうに従って外径が小さくなる食付き部とを備えている。なお、図１の(b) は、ねじ山１８の谷部においてつる巻き線に沿って切断した断面図である。

上記突出部２０、２０′のうち突出部２０の外径は突出部２０′の外径よりも小さく、突出部２０の山径（外径）および谷底径はそれぞれ突出部２０′の山径および谷底径よりも小径であるが、突出部２０′は、ねじ山１８の谷底に到達するまで平面研削によって除去されて平坦面２４とされており、突出部２０の山径が実質的にタップ部１４における最大径とされている。そして、その突出部２０の山径は、加工すべきめねじの呼び径に応じて定められる外径Ｄ（本実施例では基準外径）と一致させられている一方、突出部２０′の谷底径は、加工すべきめねじの内径と一致させられているとともに、上記平坦面２４に断面が半円形状の溝２６が軸心Ｏと平行に設けられることにより、その突出部２０′の谷底位置にめねじの内径と一致する径寸法で内径仕上げ刃２８が形成されている。

上記タップ部１４は、図４に示すＲＨ精度に基づいてねじ山１８の有効径が定められている。このＲＨ精度は、加工すべきめねじの諸元に応じて規定される基準有効径ｄ₂ に対するタップ部１４の有効径を１２．７μｍ毎に区切って規定したもので、めねじの要求精度、或いはめねじの材質やめねじに施すメッキの膜厚などに基づいて定められ、そのＲＨ精度に応じて前記(2) 式に従って最大有効径ｄ₂ max が求められる。そして、ねじ山１８の有効径は、その最大有効径ｄ₂ max 以下で、且つその最大有効径ｄ₂ max から公差（１２．７μｍ）を差し引いた最小有効径ｄ₂ min 以上の範囲内とされている。

このようなタップ部１４によれば、図２に示すように盛上げ加工が進行し、被加工物３０の下穴３１の表層部に高い精度で優れたねじ山形状のめねじ３２が形成される。すなわち、図２の(a) に示す被加工物３０の下穴３１にタップ部１４の食付き部がねじ込まれると、(b) に示すように塑性変形が開始され、食付き部に続いて完全山部がねじ込まれると、(c) に示すように塑性変形が進行し、めねじ３２の山の頂部分には不完全な形状の余肉３４が形成されるが、内径仕上げ刃２８の通過によって(d) に示すようにその余肉３４が除去されることにより、優れたねじ山形状のめねじ３２が得られるのである。

一方、前記ドリル部１６は、めねじ３２を加工すべき下穴３１を被加工物３０に加工するためのもので、先端にドリル刃４０を備えているとともに、そのドリル刃４０に連続して切り屑排出溝４２が設けられている一方、外周面には、逆回転により抜き出される際にめねじ３２と干渉しないように、前記タップ部１４に設けられたねじ山１８の溝と同じつる巻き線上にねじ溝４４が設けられている。また、このドリル部１６のドリル径ｄは、タップ部１４の外径Ｄ（ｍｍ）、ピッチＰ（ｍｍ）、要求精度等に応じて定まるタップ部１４の最大有効径ｄ₂ max から基準有効径ｄ₂ を引き算した有効径偏差Δｄ₂ （ｍｍ）、ひっかかり率ｆ（％）をパラメータとして定められた前記(1) 式において、ひっかかり率ｆを１１０％〜１３０％の範囲内とした時の下穴径ｄＮ（ｍｍ）の範囲内とされている。有効径偏差Δｄ₂ は、本実施例ではＲＨ精度の値をｎとすると、０．０１２７×ｎ（ｍｍ）になる。上記ドリル刃４０は加工刃に相当する。

このように、本実施例の盛上げタップ１０には、タップ部１４の外径Ｄ、ピッチＰ、要求精度等に応じて定まる有効径偏差Δｄ₂ に基づいて求められる適切な下穴径ｄＮの下穴３１を加工するためのドリル部１６が、タップ部１４の先端側に一体に設けられているため、常に適切な下穴径ｄＮの下穴３１に対してタップ部１４によりめねじ３２が盛上げ加工されるようになり、ねじ山の盛り上がり過ぎで加工負荷が過大なることを回避しつつ、内径仕上げ刃２８によりねじ山の頂部分の不完全形状の余肉３４が適切に切削除去されて優れたねじ山形状のめねじ３２が得られるなど、内径仕上げ刃２８を有する盛上げタップ１０の優れた性能を確実に安定して享受できるようになる。

因みに、図３は、呼び径が６ｍｍでピッチＰが１ｍｍ、ＲＨ精度が７の上記盛上げタップ１０において、ひっかかり率ｆ（％）を１００、１１０、１２０、１３０、１４０として前記(1) 式に従って下穴径ｄＮを求め、その下穴径ｄＮをドリル部１６のドリル径ｄとした５種類の盛上げタップを用意し、アルミニウム合金ダイカスト（ＡＤＣ１２）に対してタッピング加工を行って耐久性を調べた結果を説明する図で、(a) はタッピング条件、(b) は試験結果である。この結果から、ひっかかり率ｆ＝１００の場合には、内径仕上げ刃による切削に拘らず最初からめねじ３２の山の頂にスジが残って加工が不可であり、ひっかかり率ｆ＝１４０の場合には、過大な加工負荷によるタップ部の摩耗により、タッピング穴数が５０００以下でゲージアウトとなった。これに対し、ひっかかり率ｆが１１０〜１３０の本発明品によれば、５０００個以上のタッピング加工が可能であった。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明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。

本発明の一実施例である内径仕上げ刃付き盛上げタップを説明する図で、(a) は正面図、(b) は(a) におけるＢ−Ｂ断面の拡大図である。 図１の実施例の内径仕上げ刃付き盛上げタップのタップ部でめねじが加工される過程を説明する図である。 ひっかかり率ｆ＝１００、１１０、１２０、１３０、１４０として前記(1) 式に従って下穴径ｄＮを求め、その下穴径ｄＮをドリル径ｄとした５種類の内径仕上げ刃付き盛上げタップを用いて耐久性試験を行った結果を説明する図である。 タップ部の有効径に関するＲＨ精度を説明する図である。

符号の説明

１０：内径仕上げ刃付き盛上げタップ １４：タップ部 １６：ドリル部（下穴加工部） １８：ねじ山 ２８：内径仕上げ刃 ３１：下穴 ３２：めねじ ４０：ドリル刃（加工刃） ４４：ねじ溝

Claims (1)

1. 下穴の表層部にねじ山が食い込んで塑性変形させることによりめねじを形成するタップ部と、
   前記塑性変形により盛り上げられた前記めねじのねじ山の頂部分を切削除去する内径仕上げ刃と、
   を一体的に備えている内径仕上げ刃付き盛上げタップにおいて、
   前記タップ部よりも先端側に同心に一体的に設けられて前記下穴を加工するとともに、逆回転により抜き出される際に前記めねじと干渉しないように外周面にねじ溝が設けられた下穴加工部を有するとともに、
   該下穴加工部は、前記タップ部の外径（ｍｍ）をＤ、ピッチ（ｍｍ）をＰ、要求精度に応じて定まる該タップ部の最大有効径から基準有効径を引き算した有効径偏差（ｍｍ）をΔｄ₂ 、該タップ部により前記めねじが盛り上げられ且つ前記内径仕上げ刃によりねじ山の頂部分が切削除去される前の状態におけるひっかかり率（％）をｆとした時、該ひっかかり率ｆが１１０％〜１３０％の範囲内で次式(1) に従って求められる下穴径ｄＮ（ｍｍ）の下穴を加工するように加工刃の径寸法が定められている
   ｄＮ＝Ｄ−０．２×Ｐ−０．００４０３×Ｐ×ｆ＋Δｄ₂ ・・・(1)
   ことを特徴とする内径仕上げ刃付き盛上げタップ。

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