JP5108223B2 - 工具にねじ山を生成する工具および方法 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ山を生成する工具およびねじ山を製造する方法に関する。

ねじ山またはねじを作成しまたはそれに続く処理をするために使用される既知の方法および工具の中には、ねじ山ターンの領域で被加工物の材料の一部を切り取ることによって作用するものもあれば、材料を除去しないものもある。後者は、被加工物の変形によっており、圧力を加えることによってねじ山ターンを生成する。現在使用されているねじ生成工具および処理方法の調査は、「Handbuch der Gewindetechnik und Frastechnik、編集者EMUGE-FRANKEN、出版社Publicis Corporate Publishing、２００４年発行(ISBN 3-89578-232-7)」に記載されている。以下、これを「ＥＭＵＧＥハンドブック」と称する。

ねじ山を生成するための材料除去工具には、ねじ山タッパー（ＥＭＵＧＥハンドブック、第８章、ページ１８１〜２９８を参照）、ミリングカッター（フライス）（ＥＭＵＧＥハンドブック、第１０章、ページ３２５〜３７２を参照）があり、さらに、雄ねじのみであるが、ねじ切りダイ（ＥＭＵＧＥハンドブック、第１１章、ページ３７３〜４０４を参照）が含まれる。

ねじ山タッパーは、生成するねじ山のピッチに依存するねじ形状の構成で外部に配置された切削刃を使用し、工具軸に対して軸方向に作用するねじ山切削工具である。ねじ山の製造中、タッパーは軸方向前方に押されて被加工物の穴の中に入る一方で、前進速度に応じた回転速度で工具軸の周りを回転する。この過程において、切削刃は、穴の壁で被加工物と恒久的に接触する（連続切削）。

ねじ山ミリングカッターの場合、製造されるねじ山のピッチにしたがって、工具軸に対して複数の隆起リッジが軸方向に互いにオフセットされるが、隆起リッジ自身はねじ山ピッチにしたがった向きにはされない。これらのリッジは、複数の刃先を形成するように円周に沿って溝で分断される。ねじを製造するために、ミリングカッターはその工具軸に沿って直線前進運動する一方、同時に、製造されるねじ山の中心軸、すなわち被加工物に前もって形成された穴の中心軸周りに円運動をする。この結果、工具はねじのような動作をし、ピッチは製造されるねじのピッチに対応する。加えて、ミリングカッターは自身の工具軸周りに回転する。この回転速度は幅広い値から選択することができる。このため、ねじのような運動の経路に沿った速度には依存しないが、一般にこの速度よりも大きい。ミリングカッターの刃先は、断続的に交互に被加工物の材料と接触する（断続切削）。したがって、ミリングカッターは円動作するねじ切り工具といえる。

材料を除去しないねじ山生成工具には、いわゆるねじ山溝切り工具等のねじ山形成工具があり、これらは、ねじ山回転タップ（ＥＭＵＧＥハンドブック、第９章、ページ２９９〜３２４を参照）、雄ねじにのみ使用されるねじ山ローラ（ＥＭＵＧＥハンドブック、第１１章、ページ３７３〜４０４を参照）と呼ばれることもある。

ねじ山溝切り工具は、工具軸の周りにらせんを形成する領域によって、工具軸に対して軸方向に動作し、被加工物に圧力を加えることによってねじ山を形成する。すなわち、それらは、工具の円周に沿ってらせん状に通過する雄ねじすなわちねじ山側面によって作用し、生成されるねじ山の形状に対応している。

概して、ねじ山溝切り工具またはねじ山回転タップは、雄ねじに沿って分配されるようにほぼ多角形の断面を有し、したがって、正確な円柱形状のねじ外形からはやや逸脱しており、互いにオフセットされた外側に突出し一般に丸い多角形領域が存在する。これには、様々な用語（例えば、圧力突起、溝切り歯、形成歯、形成ウェッジ）を使用可能である、これらの構造は、らせん形のねじ山断面のピッチに準拠する。この構成は接触領域を減少させ、したがって、ねじ山溝切りプロセスに関与するクランプ力を低下させる。この場合の多角形は、少なくとも三つの角または角領域を有さなければならない。これは、動作中、ねじ山溝切り工具またはねじ山回転タップは、穴の端すなわちねじ山の外側の端に対して支持される必要があるからである。

ねじ山溝切り工具またはねじ山回転タップの作用領域の外径すなわち断面は、工具の前端から開始領域すなわち入り口領域（実際に形成される領域）を通って、次第に増加し、通常は円錐形になる。そして、近接の較正および／またはガイド領域で実質的に一定になる。結果として、入り口領域の歯が被加工物の中に徐々に深く押し込まれると、ねじ山が階段状に形成され、続いて、必要に応じて、較正領域において溝切り歯によって平滑化すなわち較正される。これらは、全て同一の深さでなされる。

前もって準備された穴にねじ山を形成するために、工具軸すなわち工具シャフトの長軸に対して軸方向に直線運動で前方に押されることによって、ねじ山溝切り工具の作用領域が穴の中に挿入される一方、工具は工具軸の周りに回転する。このプロセスにおいて、工具の歯、形成ウェッジまたは圧力突起が被加工物の表面すなわち穴に押しつけられる。被加工物の材料が、大部分は半径方向すなわち穴の長軸に対して直角の方向に押しのけられる。したがって、材料の一部分は変形されて圧縮される一方、別の部分は、工具の形成ウェッジまたは歯の間の凹みまたは溝の中に押し出され、最終的に被加工物にねじ山が形成される。

以下では、これら既知のねじ山溝切り工具またはねじ山回転タップを「軸ねじ山フォーマ」とも呼ぶ。対応する過程は「軸ねじ山形成」とも呼ぶ。この種の軸ねじ山フォーマの既知の典型的な例は、ドイツ特許公開公報ＤＥ １０１ ３６ ２９３ Ａ１、ＤＥ １９９ ５８ ８２７ Ａ１、またはＤＥ ３９ ３４ ６２１ Ｃ２に開示されている。

ＷＯ ０２／０９４４９１ Ａ１は、円形ねじ山フォーミングとも呼ぶことができる動作原理に基づいて、材料を除去することなくねじ山を形成する非切削ねじ山形成工具を開示する。ＷＯ ０２／０９４４９１ Ａ１に開示されるねじ山形成工具は、細長く、環状溝によって互いに分離された一つまたは複数の環状円周断面を持つ作用領域を備える。各円周断面は多角形形状を有し、多角形の角、圧力突起として、少なくとも三つの凸部または突出部を備える。加えて、工具の外表面上の個々の圧力突起の間に軸方向を向く縦溝を設け、クーラント液を流すことができる。

ＷＯ ０２／０９４４９１ Ａ１による方法では、材料を除去することなく穴の中にねじ山を形成する過程において、工具が自身の軸周りに回転する一方、工具の直径よりも大きい直径の穴の中に挿入され、穴の円周に沿って円運動をし、同時に穴の内部で前進移動する。

軸ねじ山フォーマによって作られるものとは対照的に、ＷＯ ０２／０９４４９１ Ａ１によって作られるねじ山は、軸方向すなわち直線である被加工物に対する工具の前進運動の間、らせん形状を有しねじ山のピッチに適応される工具の実効表面によって生成されるわけではない。代わりに、環状でありそれゆえピッチを持たず断面が多角形である工具の実効表面によって生成される一方、工具のらせん運動によっても生成される。これは、工具の長軸に対する直線前進運動と、長軸周りの回転と組み合わされた穴の中央軸周りの工具長軸の円運動に起因している。以下では、この既知のねじ山フォーマは、円形ねじ山フォーマと呼ぶか、または現在の慣習的な命名法の拡張によって、円形ねじ山溝切り工具と呼ぶ。関連する方法は、円形ねじ山形成または円形ねじ山溝切りと呼ぶ。

さらに、ドリルとねじ山ミリングカッターの両方として機能し、もっぱら材料の除去によって作用する組み合わせ工具も知られている。これらの工具は、ねじ山ドリルおよびミルカッター（Bohrgewindefraeser、以下「ＢＧＦ」と略称する）（ＥＭＵＧＥハンドブック、第１０章、３５４ページを参照）、円形ねじ山ドリルおよびミルカッター（Zirkularbohrgewindefraeser、以下「ＺＢＧＦ」と略称する）（ＥＭＵＧＥハンドブック、第１０章、３５５ページを参照）と呼ばれる。これらの工具を使用して、被加工物にねじ山形成用の穴とねじ山自身を作成することができる。

ＢＧＦは、ミリングカッター部前方の端面にドリル部分を有する。ドリル部分は工具軸に対して軸方向に前進移動する一方、工具軸周りに回転して、被加工物の原型の材料に穴を空ける。続いて、ミリングカッターを、半径方向のさらに外側に配置しらせん後方移動することによって、穴に雌ねじを円形に形成する。

同様に、ＺＢＧＦは、工具の端面に、ねじ山ミリングカッターの軸方向前方にドリル部分を備える。このドリル部分は、ＢＧＦとは対照的に、ミリングカッター歯よりも半径方向の寸法が小さくなければならない。被加工物の原型材料内でのＺＢＧＦのらせん運動の一方、工具軸周りに回転することによって、ＺＢＧＦは、穴と穴内部の雌ねじとを同時に生成する。

最後に、完全に軸方向に動作するねじ山タッパーとねじ山グルーバーとを有する組み合わせねじ切り工具も既知であり、前もって形成された穴に雌ねじを生成するための関連する動作手順も同様に既知である。これら組み合わせ工具において、ねじ山タッパーとねじ山グルーバーは、一方が他方の背後に、すなわち、工具軸に沿って軸方向にオフセットして工具シャフトに配置される。組み合わせ工具が工具軸に沿って軸方向前方に押されて被加工物に形成された穴の内部に入る一方、所望のねじ山ピッチに対応するよう前進速度に依存する回転速度で工具軸周りに工具を回転すると、単一ステップの動作で、ねじ山タッパーはねじ山の最初の切削を実行し、ねじ山グルーバーは最初に切削されたねじ山によって形成された溝を完成する。ねじ山タッパーとねじ山グルーバーは、加工動作の間、被加工物に連続して接触する。この種の軸方向組み合わせ工具と関連する方法は、ＤＥ ７０ １７ ５９０ ＵおよびＤＥ １９６ ４９ １９０ Ｃ２で公知である。

ＤＥ １９６ ４９ １９０ Ｃ２によると、材料は、ねじ山タッパーで最初に切り取られ、正確な断面と寸法の側面を有するねじ山を製造する。その後、ねじ山グルーバーが、この切削されたねじ山の基部にのみ適用されて、さらに材料を除去することなく変形によって所定の最終直径に圧縮する。その結果、最初の切削後のねじ山の特に最初のターンは、振動に対して耐久性がありかつ破壊しにくくなり、特に、内燃機関のねずみ鋳鉄製のハウジングへの固定に用いられるねじ山に適している。

上述したような種類のねじ切り工具のシャフトは、一般に、その長軸に沿って少なくとも略円柱形になるような形状にされ、および／または、被加工物から離れた方向の端部によって工作機械のチャックに収容すなわちクランプされる。

本発明は、ねじ山、特に雌ねじを生成する新規な工具および方法を与えることを目的とする。

上述の目的は、請求項１に示した特徴を持つ工具で達成され、また請求項１２に示した特徴を持つ方法によって達成される。本発明の工具および方法の有利な実施形態または改善は、請求項１または請求項１２にそれぞれ従属する請求項から明らかとなる。

請求項１による工具は、被加工物（または、一般に本体）にねじ山を生成（または、製造）するために使用されるのに適しており、またそのように意図されている。この工具は、
ａ）少なくとも一つのねじ山生成領域（ねじ山製造領域、作用領域）またはねじ山生成部分を備え、このねじ山生成領域は、
ａ１）少なくとも一つのねじ山ミリング領域または部分と、
ａ２）少なくとも一つのねじ山形成領域または部分と、を備え、
ｂ）少なくとも一つのねじ山生成領域の少なくとも一つのねじ山ミリング領域と少なくとも一つのねじ山形成領域が、
ｂ１）工具軸の周りに回転可能かまたは回転されるように互いに結合または接続され、
ｂ２）ねじ山ミリング領域とねじ山形成領域とが、互いにオフセットされ（または、所定の角度を離して配置され）、および／または、工具軸周りの回転方向に一方が他方の後ろに位置するように、ねじ山生成作成領域の外周に沿って配置または構成され、
材料を除去することなく（または、チップを発生することなく）作用する。

被加工物にねじ山を生成する請求項１２による方法では、本発明による工具は、以下の運動を含む作用運動で移動する。
・工具軸周りの所定の回転方向の工具の回転運動、
・工具軸に平行の方向を向く中心軸周りの工具軸を持つ工具のねじ状（すなわちらせん状）の同時運動。
すなわち、工具軸に対する工具の軸方向前方運動と、生成されるねじ山の中心軸と好ましくは実質的に一致する、工具軸と平行の中心軸周りを工具軸が回転する、同時の工具の円移動とからなる複合運動である。その結果、円柱軸として回転軸を持つ円柱に沿ったらせん状運動となる。

本発明によるねじ山を生成する工具は、材料の切削すなわち除去、および材料の除去を伴わない形成（すなわち、塑性変形）の両方により作用する組み合わせ工具である。本発明は、材料除去領域と材料保存領域すなわちチップレス作用領域が、回転方向に交互に配置されるという検討に基づく。そのため、工具がその軸周りを回転するとき、材料除去領域と材料保存領域とは、工具の円周にそれらが配置されるのと同じ順序または順番で被加工物に接触する。したがって、ねじ山ターンが生成される間、切削と形成、または反対に形成と切削が交互に現れる。それゆえ、除去される材料により作用する領域、すなわちねじ山ミリング領域は、工具の軸周りの回転運動の一部の間のみ被加工物に接触する。ねじ山形成領域と同様に、材料を除去しないで作用する領域は、工具軸周りの回転運動の一部の間のみ被加工物に接触する。したがって、本発明による工具または方法の断続的なすなわち不連続の作用があり、これによってねじ山のターンが同時にミリングされ形成される。特に、形成ステップの後であっても、工具のミリング領域がねじ山ターン上で切削動作を有し、このことは従来技術では知られていない。

周方向すなわち回転方向において二つのねじ山形成領域の間に常に一つのねじ山ミリング領域が存在するように、厳密な順序でねじ山形成領域とねじ山ミリング領域とを配置することができる。あるいは、複数の形成領域および／または複数のミリング領域を、中間のねじ山ミリング領域またはねじ山形成領域なしで交互に配置することもできる。

本出願の意味において、ねじ山を生成または製造する概念は、被加工物の平滑なすなわちねじ山のない表面に完全なねじ山を直接形成するということだけでなく、形成された（例えば、切削された）ねじ山（初期ねじ山、生ねじ山とも呼ぶ）の追加の設立すなわち続きの処理を含む。工具軸は、通常は長軸であり、および／または工具またはシャフトの完成主軸または固有軸であり、および／または工具の中心を通過する軸である。

本発明による工具および方法は、特に、被加工物の内面に雌ねじ（通常は円筒状、しかし特殊な場合には球形（球体の表面のような形状または他の形状を有する））を切ること、および、被加工物（通常は円柱、しかし特殊な場合には球形または異なる形状であってもよい）の外面に雄ねじを形成することに適している。工具の作用運動（すなわち、ねじ山生成運動）は、原理的には両方の場合で同一であり、以下の点のみにおいて異なる。雌ねじの場合、工具は、被加工物の内面によって囲まれ、生成されるねじ山よりも小さい経路に沿って運動し、その内側から被加工物に当接される。一方、雄ねじの場合には、工具は被加工物の外側にあり、作成されるねじ山よりも大きい経路に沿って運動し、外側から被加工物に当接される。

特に有利な実施形態では、各ねじ山生成領域の有効すなわちアクティブな（すなわち、作用する）断面は、生成されるねじ山の所定の呼び断面（すなわち、所定の最終断面）に適用または対応される。ねじ山生成領域の有効断面（すなわち、全体の有効断面）は、工具軸を通過するかまたは含む投影面上の工具軸周りの全てのねじ山生成領域のねじ山ミリング領域および全てのねじ山形成領域の回転投影の断面として定義される。換言すれば、ねじ山生成領域の有効断面は、工具が軸周りを回転するとき、このねじ山生成領域の全てのねじ山ミリング領域と全てのねじ山形成領域の個々の断面の回転重ね合わせによって導かれる。所与のねじ山生成領域におけるねじ山ミリング領域とねじ山形成領域の回転投影が、同一の投影面上で観察されるとき、その結果は、重ねられたまたは複合の断面となり、ねじ山生成領域の全体の有効断面を表す外形になる。ねじ山生成領域の有効断面は、被加工物のねじ山の断面上にマッピングされる。それゆえ、ねじ山断面は、らせん経路に直角なねじ山ターンの断面図の輪郭に対応するか、または、ねじ山の中心軸を含む断面内でのねじ山を通る長手断面の外形に対応する。ねじ山生成領域の有効断面は、３次元的、例えば、ねじ山のねじ軸すなわち円筒軸の方向での２次元の回転運動から生じるので、工具の適切ならせん運動が得られる。それゆえ、好適には、工具は円状ねじ切り工具として作用する。

各ねじ山生成領域の有効断面は、ねじ山生成領域のねじ山ミリング領域とねじ山形成領域の個々の有効断面を様々な方法および様々な順序で組み立てることによって、得ることができる。さらに、ねじ山生成領域のねじ山ミリング領域またはねじ山形成領域の有効断面は、相互に異なり合成有効断面を形成してもよいし、または有効断面が互いに同一であってもよい。

有利な実施形態では、ねじ山生成領域の有効断面全体のうち、好ましくは中心および／または外側に突出する小領域は、ねじ山形成領域の有効断面によって表され、一方、有効断面全体のうち隣接する小領域は、ねじ山ミリング領域によって表される。これによって、ねじ山は、形成され溝切りされたねじ山基部を有し、少なくとも部分的にミリングされたねじ山側面を有してもよい。この場合、ねじ山基部は、ねじの深さ全体にわたって形成されることが好ましく、形成された領域の被加工物材料のテクスチャは、比較的高い程度で圧縮され突き固められる。これによって、ねじ山に高レベルの安定性と破壊抵抗性とを与える。他の小領域での被加工物の加工では、特にねじ山側面に沿って材料の除去を伴うので、排他的な形成プロセスに付随するねじ山コア内への材料の流れの大部分は防止される。したがって、材料除去および材料保存の利点、すなわちねじ山形成生成の利点は、互いに有益に関連する。

さらに、工具によって、ねじ山ミリング領域とねじ山形成領域の側面が、互いに非常に正確に適用されることを可能にする。従来のねじ山回転タップ、ねじ山溝切り工具またはねじ山ミリングカッターに使用されるような、徐々に外径が増加する入り口領域は、さらなる特徴としては含まれうるが、もはや必要ない。加えて、既存の経路に挿入されるねじ溝切り領域についても必要ない。

有利な実施形態では、少なくとも一つのねじ山生成領域は、半径方向を向いたすなわち外側に突出した少なくとも一つの稜（または、断面）を備える。稜は、傾きなく工具軸に対して直角に走り、円周の少なくとも一部に延び、かつ、特に分割溝によって部分稜に分離または分割可能である。稜または部分稜のそれぞれには、少なくとも一つのねじ山形成領域が構築され、特に、ウェッジ、圧力突起、ねじ山形成歯またはねじ溝切り歯等のさらに外側に突出する構造を備える。また、好適には、稜には少なくとも一つのねじ山ミリング領域が設けられる。特に、稜を切除しおよび／または稜をプロファイルすることによって構築されるねじ山ミリング歯が設けられる。

一つのみならず複数のねじ山生成領域を工具軸に沿って次々と設けまたは配置してもよい。複数のねじ山生成領域があると、円形運動が実行されるターン数を減らすことができる。

少なくとも一つのねじ山生成領域に加えて、工具は、他の目的のために材料を除去する一つまたは複数の領域を備えてもよい。特に、第１の変形では、ねじ山のために被加工物表面を製造または準備することを目的とする。第２の変形では、被加工物表面に、所望のねじ山を最終的に生成することが可能なの表面に、予備的なねじ山（または生のねじ山）を形成することを目的とする。例えば平滑な表面、より安定した構造、多面体形状または特別の挿入深さなどの異なる機能または異なる目的に対して、作用領域の形状、寸法が異なるように選択されてもよい。

この種の工具の第１の変形によると、その材料が元々未加工である（完全な材料）被加工物においてさえ、ねじ山を生成することができる。なぜなら、ねじ山生成領域が必要とする被加工物表面は、材料除去領域によって形成されるからである。材料除去領域は、被加工物から必要な材料を除去する、したがって、被加工物の前加工、特に、雌ねじの場合に穴を前もってドリルで空ける（コアホールドリリング）必要がない。当然、追加の動作としてそれを含むことは可能である。切削によって被加工物表面の準備をする材料除去領域は、好適にはドリルとして構築され、特に刃先が被加工物材料を連続的に切削または接触する。しかし、ミリングカッターとして構築されてもよく、このミリングカッターは、刃先が被加工物材料を不連続にすなわち中断しながら切削または接触する。同様に、第２の変形では、有利な実施形態では、予備的なねじ山を形成するために材料を除去する材料除去領域は、ねじタップまたはねじ山ドリラであり、これは連続切削によって動作する。別の実施形態では、材料除去領域は切削動作が中断されるねじ山ミリングカッターである。ねじタップは、被加工物の全長にわたって穴が開けられるときに使用される。ねじタップは、円形ねじ山の製造の間、この貫通穴の外部にあってもよい。

これら二つの変形例の組み合わせは、第１の材料除去領域が、被加工物表面、特にその壁部分を準備することを可能にする。壁部分は、一般に円筒形または円柱形であり、材料の除去によって、雄ねじのために外壁領域を、雌ねじのために内壁領域を提供する。その後、第１の材料除去領域によって準備されたこの表面を、第２の材料除去領域が処理し、予備的なねじ山がその中に組み込まれる。最後に、少なくとも一つのねじ山生成領域によって予備的なねじ山が追加処理され、仕上げされる。

被加工物表面または予備的ねじ山は、ねじ山または仕上げされたねじ山と同じ作用動作で材料除去領域によって生成されるか、あるいは、ねじ山または仕上げされたねじ山を生成するための作用動作に先立つ処理ステップにおいて生成される。後者の場合、先行する処理ステップの間、工具は工具軸の周りを回転しながら実質的に軸方向に被加工物内を前進運動することが好ましい。

さらに、唯一の材料除去領域または追加の材料除去領域として、前進運動の方向とは逆の方向に、ねじ山形成領域に近接する材料除去領域を設けてもよい。この材料除去領域は、ねじ山コアに対して拡大され、特に段付けまたは勾配の付けられたねじ山の入り口すなわち開口領域を生成する、

さらなる態様では、工具は、ねじ山の後処理および／または平滑化のために、ねじ山生成領域の後に配置される少なくとも一つのねじ山形成領域を備えてもよい。

一実施形態では、工具の所定の軸前進方向とは反対で工具軸に対して軸方向を向く戻り方向に移動し、および／または繰り返し切削を実行するように設計された、少なくとも一つの追加の材料除去領域が設けられる。または、生成されたねじ山またはねじ山形成領域によって後処理されたねじ山のねじ山コアについて、所望の寸法にねじ山コアを減少させるために、他の材料除去処理が設けられる。

好適には、ねじ山が生成された後、工具は戻り方向に移動される。この方向は、前進方向とは反対であり、特に軸方向またはらせん方向である。この移動は、被加工物から工具を引き離すように作用する。すなわち、好ましくは戻し移動中に少なくとも一つの材料除去領域がねじの内部クロージャまたはコアを形成または調整するように、工具を移動する。この移動は、ねじ山がねじ山形成領域によって形成されている間、半径方向内側に移動させられた被加工物材料の一部を取り除く。

特に、完全なねじ山ターン数を持つねじ山が生成される。

軸方向前進運動と円運動とから構成されるらせん前進運動の速度、および／または戻り移動速度は、好適にはねじ山のピッチによって調節される。

工具軸周りの工具の回転速度は、好適には、工具軸または工具の円運動の回転速度よりも５０から１０００倍大きいことが好ましい。

様々な実施形態では、少なくとも一つのねじ山生成領域が、少なくとも一つの追加の材料除去領域よりも工具軸からさらに半径方向外側に突出するか、または材料除去領域よりも小さくすることが可能である。または、少なくとも一つのねじ山生成領域が、少なくとも一つの領域、特に、前進方向においてねじ山生成領域よりも工具の自由端の近くに配置された少なくとも一つの材料除去領域よりも、大きいかまたはより小さい最大半径方向外径を有することが可能である。

材料除去領域および／またはねじ山生成領域および／またはねじ山形成領域は、工具シャフトまたは工具ヘッドと一体的に作成されてもよいし、予め製造された部品として工具シャフトまたはヘッドと接続されてもよい。例えば、焼きばめ、半田付け、溶接、接着、ねじ接合またはクランプで接続することができる。さらに、摩耗および裂傷を防止するための追加のコーティングが工具またはその作用領域に付されてもよい。工具は、一部またはあらゆるねじ山生成領域および／または各追加の材料生成領域および／または各追加の材料保存領域が、支持要素に構築または取り付けられるような、支持要素または本体、特に工具シャフトまたは工具コアを含む。少なくとも一つのねじ山形成領域および／または少なくとも一つのねじ山ミリング領域および／または少なくとも一つのねじ山生成領域および／または少なくとも一つの追加の材料除去領域は、予め製造された部品に構築されてもよいし、または、予め製造された部品と、固定手段によって支持要素に固定された各部品から構成されていてもよい。

工具シャフトが工具鋼（特に、高速機械加工鋼）の一種で製造されていると、特に有利である。これは、例えば、高性能高速度鋼（ＨＳＳ鋼）またはコバルト合金ＨＳＳ鋼（ＨＳＳ-Ｅ鋼）であってもよい。ねじ山生成領域は、一般に、被加工物材料よりも堅く、十分な靱性を有する材料で作られる。好ましくは、硬い金属または超硬合金、特にＰ鋼またはＫ鋼、サーメット、焼結硬質金属、特にタングステンカーバイド、窒化チタン、チタンカーバイド、チタンカーボニトライド、酸化アルミニウム、セラミック切削材料、特に、多結晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）、多結晶ダイヤモンドである。

特に有利な実施形態では、一つまたは複数の溝すなわちフルート（縦溝）が、少なくとも一つのねじ山生成領域および／または少なくとも一つの材料除去領域の円周に配置されるか、または工具に通路（チップ溝）が設けられる。いずれの場合も、流体特に冷媒および／または潤滑媒体を流すことを目的とする。摩擦および／または熱の発生を軽減し、熱が発生してもそれを搬送し、生成される材料のチップを搬送する。溝または通路の方向は、直線であっても、工具軸に対して平行または軸方向であっても、および／または工具軸に対して傾いていてもよい。それらは、工具の長手方向に沿ってもよいし、ねじれいててもよいし、工具軸の周りのねじ状の経路、すなわち工具または工具軸の円周の周りを曲がる経路であってもよい。

これらのチップ溝により、各材料除去領域の刃先および／または各ねじ山形成領域の圧力突起が溝によって後退され、チップとの接触により引き起こされる損傷、摩耗および裂傷から防護することができる。さらに、ねじ山ミリング領域およびねじ山形成領域の間に分離溝が配置または構築される。

通路は、溝の中および／またはねじ山形成領域すなわち切削領域の前方に開口することが可能である。これは、作用領域からチップを吹き飛ばす目的で、加圧されたガス特に圧縮空気を供給するためである。

以下、典型的な実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。

図１ないし図３８において、相互に対応する部分および量は同一の参照符号で特定される。

図１ないし図５の工具２０は、特に慣性主軸または固有軸である工具軸Ａの周りを回転可能な工具シャフト２６を備える。工具軸Ａは、工具シャフト２６の中心を長手方向に通過する。一般に、工具シャフト２６は略円柱状、すなわち横断面が実質的に円形である。工具シャフト２６は、動作中に、工作機械のクランプ装置、すなわち工具ホルダまたは工具チャック（図示せず）で一端が把持またはクランプされる。このシャフト保持手段は、工具を駆動する、すなわち移動するための少なくとも一つの駆動機構に結合される。工具シャフト２６は、円形の横断面形状の他に、必要に応じて他の横断面形状を有してもよい。この形状には、大きさが徐々に増減したり、および／または形状が徐々に変化するものも含まれる。

工具シャフト２６の外縁すなわち外表面には、直線の作用領域すなわちねじ山生成領域１０〜１８が配置される。これらの領域は、互いに平行であり、工具軸Ａに対して傾きがなくほぼ直角である。これらの領域１０〜１８は、外側に突出する稜（山）を有する。これら稜はそれぞれ、反対の方向を向く溝２２および２３によって、二つの小領域、例えば、図３の小領域１０Ａおよび１０Ｂにさらに分割される。ねじ山生成領域１０〜１８の稜は、稜の間の空間が関連する溝２２または２３に開口する領域において、指定の回転方向で横断面が歯の形状にされている。稜は、歯のようなねじ山ミリング刃、すなわちねじ山ミリング（ミリング）歯４を形成するように鋭利な切り口にされている。ねじ山生成領域１０〜１８はまた、各小領域の略中央に、工具軸Ａから半径方向外側に他の任意の表面よりも大きく突出するねじ山形成領域すなわちねじ山形成歯１および３を備える。すなわち、工具２０とそのシャフト２６は、ねじ山形成歯において最大の外側半径Ｒを有する。

ねじ山形成歯１および３の領域において、ねじ山生成領域１０〜１８の稜は、ねじ山形成歯１、３の側面で断面が先細りすなわち減少するように、両側に研削された面２４を有する。ねじ山ミリング歯２および４の先端領域を形づくるために、さらに基部面２１が稜の外側領域に設けられる。この基部面によって、ねじ山生成領域１０〜１８の稜の元々は丸い先端領域すなわち外形領域が、平らになる。

結果として、ねじ山形成歯１および３は、ねじ山ミリング歯２、４よりも大きい半径寸法を有する一方、工具軸Ａに対する軸方向すなわち幅方向には、ねじ山ミリング歯より小さい寸法を有する。これは、図６および図７の断面図で容易に認識できる。ねじ山形成歯１の先端領域１Ｃは、ねじ山ミリング歯２の平坦な歯先２Ｃよりも半径方向外側に延びてより大きな丈を有し、また、ねじ山ミリング歯２の二つの側面２Ａ、２Ｂは、それぞれ、ねじ山形成歯１の側面１Ａ、１Ｂよりも離れて広がっている。歯先１Ｃと２Ｃの間の半径方向の差分は、ΔＲと表記される。

切削された面２１および２４は、ねじ山形成歯１とねじ山ミリング歯２の側面１Ａと２Ａ、および１Ｂと２Ｂが、それぞれ点Ｐ１、Ｐ２で互いに交差するように選択される。これらの交点は、ねじ山ミリング歯２の歯先２Ｃと、二つの側面２Ａ、２Ｂとの間の遷移点に対応する。それゆえ、ねじ山形成歯１の歯先１Ｃは、ねじ山ミリング歯２の歯先２Ｃ全体を越えて半径方向外側に延びる。ねじ山ミリング歯２の開口角αは、ねじ山形成歯１の開口角βよりも大きく、典型的に約５０度である。

結果として、ねじ山生成領域１０〜１８それぞれの二つの歯１と２の重ね合わせから生じる有効断面は、二つの交点Ｐ１とＰ２の間の長さＬ２の範囲では、ねじ山形成歯１およびその歯先１Ｃによって完全に表される。対照的に、側面では、ねじ山ミリング歯２の歯面２Ａ、２Ｂが、ねじ山生成領域１０〜１８の有効作用面を構成する。したがって、長さＬ２の中央の小領域の左右に位置する長さＬ１とＬ３に及ぶ小領域にわたって、これらミリング歯面２Ａ、２Ｂによって有効断面が表される。

図８ないし図１２は、４つの「スナップショット」、すなわちある時点の様子Ｚ１〜Ｚ４を参照して、ねじ山Ｇを製造中の工具２０の動作手順を表す。図８の位置Ｚ１は、図９に示す、被加工物（ワークピース）５０に対する工具２０の位置に対応する。ここでは、工具２０とそのねじ山形成歯およびねじ山ミリング歯は、まだ被加工物５０と接触していない。図８の位置Ｚ２は、図１０に示す半径方向の断面図に対応する。ここでは、有効な溝切り断面が被加工物５０と完全に接触している。図８の工具２０の位置Ｚ３は、図１１の半径方向の断面図に対応する。ここでは、溝切り断面は完全に接触し、ミリング（切削）断面は部分的に接触している。半径方向の断面図における図８の位置Ｚ４は、図１２の状況と対応しており、ここでは、溝切り断面とミリング断面は完全に接触する。すなわち、工具の全体が被加工物５０と完全にすなわち最大限に接触し、したがって工具の有効断面がねじ山Ｇの呼び（ノミナル）断面（二点鎖線で示す）と一致する。

理解を助けるために、工具２０は、被加工物５０に対して瞬間の位置で表されている。工具軸Ａは、図面の平面に対して直角方向を向く。工具２０は、工具軸Ａ周りのＤ方向に回転し、同時に、中心軸Ｍに平行な工具軸Ａとともに、ねじ山Ｇの中心軸Ｍの周りの円運動ＺＢで移動される。最後に、工具２０は、図８の図面の平面と直角方向に、工具軸Ａと平行な軸方向移動ＶＢで下方に移動される。その結果、工具は、ねじのような経路に沿ってらせん前進運動をする。これは、円運動ＺＢと直線前進運動ＶＢとの重ね合わせから生じる。したがって、被加工物に対する工具の前進速度と前進方向は、このねじすなわちらせんの接線方向を向く。

工具２０は、自身の工具軸Ａの周りで回転方向Ｄにある回転速度すなわち毎分回転数（ｒｐｍ）で駆動され、その速度は、中心軸Ｍ周りの円運動ＺＢの回転速度よりも遙かに大きい。工具軸Ａ周りの回転速度と中心軸Ｍ周りの円運動ＺＢとの速度の比率は、典型的に、５０から１００の範囲にある。結果として、円周に沿って交互に配置されるねじ山形成歯１、３とねじ山ミリング歯２、４は、素早く連続して被加工物５０に接触する。これによって、ともにねじ山Ｇのターン（巻き）を生成する。ねじ山Ｇの内側半径すなわち中心半径は符号Ｒｉで表され、ねじ山Ｇの外側半径はＲａで表される。

図１３は、工具軸に対する長手方向断面で、一つのねじ山のターンに対応する断面での、本実施形態の工具で作成された完成したねじ山を示す。図８ないし図１２の工具の円運動で得られるねじ山断面（これは、図１ないし図７の工具のねじ山形成歯１、３およびねじ山ミリング歯２、４の有効断面上に重なり合う）が、一つのねじ山ターンの例で示される。一方向に斜線の引かれた中間ねじ山領域Ｇ２は、長さＬ２を有し、もっぱらねじ山形成歯１、３により生成される。二つの外側ねじ山領域Ｇ１およびＧ３は、長さＬ１、Ｌ３を有し（これらは通常等しい、すなわちＬ１＝Ｌ３）、ミリングすなわちねじ山ミリング歯２、４で生成される。したがって、ねじ山のねじ山側面Ｇ４、Ｇ５は、切削されまたはミリングされる一方、ねじ山の底すなわち先端Ｇ６は、材料の除去を伴わず変形によって生成される。したがって、形成されたねじ山の底Ｇ６を取り囲む被加工物５０の領域５１では、被加工物５０の材料が圧縮され突き固められる。これによって、ねじ山の底で亀裂または裂け目が生じる可能性が明らかに低減する。

図１４ないし図２２は、球形のねじ山を形成する工具を示す。この実施形態は、被加工物に生成されるねじ山の側面がより湾曲している点で、図１ないし図７の工具の実施形態と異なっている。これは、ねじ山ミリング歯およびねじ山溝切り歯の対応する湾曲側面によって達成される。この工具の基本構造は、図１ないし図７の工具と比較的類似している。

図１４の実施形態では、図１および図２と同じく、直線のチップ溝２２、２３が工具２０のシャフト２６に形成され、この溝はねじ山生成領域１０〜１８の個々の稜を二つの小領域にさらに分割する。ここでも、溝２２、２３の一方の側に、ねじ山生成領域１０〜１８の稜がねじ山ミリング歯２’、４’を形成する。一方では、元々の丸い構成と比較して、研削された面２４’により側面が減少する断面を有し、他方では、歯の先端で、研削された面２１により半径の広がりが同様に減少している。さらに、研削された面２１および２４’によって、丸い形状が略多角形形状に修正されて、少なくとも略直線の刃先を形成する。面が研削されていない稜の領域において、ねじ山生成領域１０〜１８の最外領域、すなわち最大の外側半径Ｒを持つ領域に、ねじ山形成歯１’および３’が配置される。稜が略直線である図１ないし図４と対照的に、稜は凸状の曲率でねじ山形成歯１’および３’に向けて伸びる。

図１ないし図７の工具のように、図１３ないし図１７の工具は、二回回転対称であり。すなわち、１８０度および３６０度回転させたとき、各場合で合同すなわちそれ自身と一致する。当然、ｎを自然数として、ｎ回回転対称であることも一般に可能である。

図１８は、球形のねじ山を生成する工具を示す。図１４とは対照的に、別々のねじ山生成領域のねじ山形成歯とねじ山ミリング歯およびチップ溝が、ねじれた配列で配置される。すなわち、それらは工具軸Ａと平行に伸びるのではなく、工具軸Ａに対してある角度で、すなわち工具軸Ａの周りにらせんとなるように、ねじれている。したがって、隣接するねじ山生成領域（例えば１０と１１、または１１と１２）のねじ山形成歯１’および３’と、ねじ山ミリング歯２’および４’とは、周方向に互いにオフセットしている。

図１９は、ねじれた分離溝が設けられ、ねじ山形成歯への荷重を軽減する点で、図１８の実施形態とは異なる工具を示す。分離溝は、ねじ山ミリング歯４’とねじ山形成歯３’との間の分離溝２０５と、ねじ山ミリング歯２’とねじ山形成歯１’との間の分離溝２０６である。これら分離溝２０５、２０６に開口する内部通路２１２を通って、流体、特に、油水エマルジョンおよび／または圧縮空気が、冷却、潤滑および／または溝からのチップの除去のために供給される。同じ目的のために、内部通路２１１の出口がチップ溝２２、２３に設けられ、および／または端面２５に中央通路２１０の中央出口があることが好ましい。

ねじ山形成歯１’および３’と、ねじ山ミリング歯２’および４’は、ねじ山ミリング歯２’とねじ山形成歯３’を参照して図２０に示される歯断面を特に有する。図２１では、これら二つの断面が重ね合わせて示され、有効断面を生成している。ねじ山ミリング歯２’は、中央先端領域２’Ｃと、二つの外側側面領域２’Ａ、２’Ｅと、各外側側面領域と中央領域との間に配置され内側に傾いた側面領域２’Ｂ、２’Ｄとを含む。ねじ山形成歯３’は実質的に円形の外形を有する。

各ねじ山生成領域１０〜１８の有効断面は、ミリング歯２’および４’と形成歯１’および３’の断面の回転重ね合わせによって再び生成される。有効断面は、軸方向長さＷ１とＷ５を有する二つの外側有効断面領域と、軸方向長さＷ２とＷ４を有する二つの中間隣接有効断面領域と、長さＷ３を有する中央有効断面領域とから構成される。外側有効断面領域では、ねじ山ミリング歯２’の断面がより外側に突出し、したがって有効断面となる。中間隣接有効断面領域では、ねじ山形成歯３’の溝切り断面がより外側に突出し、したがって有効断面となる。中央有効断面領域では、再びねじ山ミリング歯２’が有効断面を構成する。

図１５ないし図２１のねじ切り工具を用い、円運動を使用したねじ製造の結果を、図２２のねじ山ターンの長手方向断面図に示す。有効断面は、対応するミリングされたまたは溝切りされたねじ山領域とねじ山側面領域とによって、被加工物５０に反映される。

被加工物５０における全体のねじ山断面Ｇ’は、二つの外側側面領域Ｇ６’およびＧ１０’を有する。これらはミリング歯でミリングされて生成され、したがってそれぞれ長さＷ１、Ｗ５を有する。ミリングされた領域は左下から右上への斜線によって表され、形成すなわち溝切りされた領域は左上から右下への斜線で表されている。切削またはミリングされた最終的なねじ山断面の面は実線で表され、形成された断面の面は鎖線で表される。ミリングされた部分は、ねじ山断面領域Ｇ６’とＧ１０’であり、その前方には開放空間Ｇ１’およびＧ５’がそれぞれ長さＷ１、Ｗ５にわたって取り除かれている。中央ねじ山断面領域Ｇ８’は、その下方に長さＷ３にわたって取り除かれた領域Ｇ３’を持つ。対照的に、もっぱら形成のみなされた部分は、ねじ山断面領域Ｇ７’とＧ９’であり、それぞれ長さＷ２、Ｗ４にわたってその下方に形成された開放領域Ｇ２’、Ｇ４’を持つ。長さＷ１およびＷ５は、同一でも互いに異なっていてもよい。長さＷ２およびＷ４についても同様である。

図２３ないし図２５は、非対称の構成を持つ特別の断面を示す。これは、例えば、ＥＭＵＧＥハンドブックのページ２９４によるセルフロック式ねじ山を生成するのに適している。

図２３は、ねじ山ミリング歯とねじ山形成歯を並べて示し、重ね合わせたすなわち合成の有効断面を図２４に示す。図２４の有効断面は、ねじ山ミリング歯７の断面領域７０、７１と、ねじ山形成歯８の形成領域８２、８３とからなる。ねじ山ミリング歯の残りの断面領域７２、７３と、ねじ山形成歯８の８０、８１は、それより外側に突出しないので、有効でない。ミリング断面領域７０、７１を含む左側の有効ミリング断面の長さはＶ１で表され、右側のねじ山ミリング断面領域７３の長さはＶ３で表され、有効形成断面８２の長さはＶ２で表される。図２４の有効断面は、ミリング歯７と溝切り歯８の二つの断面の回転重ね合わせによって生じ、いずれもそれぞれの位置でより外側に突出している有効外側領域７０、７１、７３、８２から構成されている。

図２５は、被加工物５０内に対応して生成されたねじ山Ｇ’２を長手方向断面で示す。ねじ山Ｇ”は、ミリングされたねじ領域Ｇ１”を含む。Ｇ１”は、部分ねじ山断面Ｇ４”によって左側が被加工物５０から区別される。Ｇ４”は、ねじ山側面を形成する。部分ねじ山断面Ｇ５”によって、下方へ傾く部分ねじ山断面Ｇ４”へ対しある角度を持つ。右側面では、ミリングされた部分ねじ山断面Ｇ７”が同様に生成され、ミリングされたねじ山領域Ｇ３’２の境界となる。長さＶ１、Ｖ３を持つこれら二つのミリングされたねじ山領域の間には、中央の形成されたねじ山領域Ｇ２”があり、これは部分ねじ山断面側面Ｇ６”によって被加工物５０から区別される。Ｇ６”は、材料を除去することなく形成によって生成される。したがって、部分ねじ山断面Ｇ６”に近接する被加工物の材料は、領域５４において圧縮され突き固められる。この突き固められた領域５４は、ねじの全高、すなわちねじ山基部からねじ山断面Ｇ６”までの処理深さにわたる変形から生じる。なぜなら、全体領域Ｇ２”は形成されており、例えばミリング歯の一つによって事前に部分的に切削されてはいないからである。この突き固めの結果、特に高い弾性復元力が得られ、この復元力は、ねじまたはねじ切りボルトのウェッジ形状面を傾いた部分ねじ山断面Ｇ６”にしっかりと接触させ続ける。

図２６は、以下のように構成された組み合わせ工具を示す。図１および図２の工具から始まって、最初に、溝２２、２３がねじれ形状になるようにねじられ、溝間のねじ山生成領域１０〜１５と、図示しない他のねじ山生成領域と、ねじ山形成歯１、３とねじ山ミリング歯２、４が、ねじられたコースに沿って同様に位置する。

さらに、工具の端面すなわち自由端にドリル先端４０が構築され、ドリル先端４０は、その面にドリル刃４１、４２を持ち、その周縁にドリル刃４３、４４を持つ。溝２２、２３はドリル先端４０まで延びるので、ドリル中に材料から離れるチップを排出することができる。図２６に示す工具を用いて、第１のステップは、ドリル部分４０のドリル刃４１、４２の機構によって決定される回転方向の工具２０の回転と組み合わされる軸方向前進運動によって、雌ねじのための初期穴を形成することである。図２６の典型的な実施形態では、この回転方向は工具軸Ａ周りの時計回り、すなわち右回りである。したがって、ドリル刃は、ねじ山生成領域１０〜１４よりもさらに半径方向外側に突出する。したがって、ドリル部分４０の外側半径ＲＢは、ねじ山生成領域１０〜１４の外側の半径Ｒより大きい。その結果、ドリル部分４０によって製造された穴の直径すなわち内径は、工具２０のねじ山生成領域の外径よりも大きい。被加工物内への軸方向ドリル移動によって穴が製造された後、工具２０は工具軸Ａに対して半径方向に移動され、被加工物に製造された穴の内壁に対して、ねじ山生成領域１０〜１４を用いて、円状の形成および円状のミリングによって上述のようにねじ山が生成される。被加工物の全体を通過するわけではない穴（ポケット穴）の場合には、このシフト運動の間、円周のドリル刃４３、４４を持つドリル部分は、残りの部分よりもさらに半径方向外側に延びるねじ山の終端領域を製造する。一方、貫通穴すなわち貫通開口の場合には、ねじの製造中にドリル部分が被加工物の外側にあってもよい。

図２７は、組み合わされたドリルおよびねじ生成工具を示す。この工具により、円移動による単一の作用運動すなわち単一の作用ステップの間、穴と穴内の雌ねじの両方を、原型すなわち完全な材料の被加工物に製造することができる。この目的のために、組み合わせ工具２０は、４つのチップ溝２０１〜２０４によって４つの小領域に分割される、端面に配置されたドリル部分９０を備える。４つのチップ溝は、工具２０の端面２５まで延びそこで開口する。各小領域内には、端面ドリル刃９１と周縁ドリル刃９２が配置される。この場合、ドリル部分９０の外側半径ＲＢは、ねじ山生成領域の外側半径Ｒより小さい。これは、ねじ山生成領域のねじ山形成歯とねじ山溝切り歯が、ドリル部分９０による被加工物表面の準備に用いられるのと同じ運動で、被加工物内のねじ山を実装しなければならないからである。したがって、十分な材料、すなわち材料の十分な外径が残されなければならない。４つのチップ溝２０１〜２０４は、ねじ山生成領域（そのうち１０〜１４を図示する）が、個々に特定しないが４つのねじ山形成歯と４つのねじ山ミリング歯をそれぞれ備えるように、つまり４回回転対称となるように、ねじ山生成領域１０〜１４を分離しする。

図２８は、図２７の工具の前方領域を長手方向断面で示す。半径方向の寸法の差分は、（Ｒ−ＲＢ）の値で与えられる。すなわち、ねじ山溝切り歯３の半径Ｒから周縁ドリル刃９２の半径ＲＢを減算することによって得られる。

図２７および２８の典型的な実施形態では、ねじ山生成領域１０〜１４は、それぞれ４つのねじ山形成歯と４つのねじ山ミリング歯とから構成され、それぞれが４回の回転対称となる。チップ溝とねじ山生成領域１０〜１４とは、ねじれた形態で配置され、この結果、取り除いた材料を工具２０の回転方向に排出するプロセスをより滑らかにして改善する。

図２９は、ドリル部分とねじ切り部分の複合工具として、図２７および図２８の工具と同様に構築されたマシニングヘッド９５を有する工具を示す。この工具は予め製造された構成部品であって、図２９の例では、ねじ９６またはねじ式の接続によってシャフト２６にセットされるか、またはその端面に取り付け可能である。

図３０は、図１および図２の工具の修正実施形態である。ここでは、シャフト２６が作られる材料で、ミリング歯２、４がねじ山溝切り歯３、４と一体的には製造されず、ねじ山形成歯を備える既成の（つまり、予め製造されている）シャフトに既成の部品として取り付けられる。図３０の典型的な実施形態では、個々のねじ山ミリング歯が共通のミリング要素９７上に配置される。ミリング要素は、ストリップ、レールまたはミリングウェブの形状を有する。このストリップ（帯）形状のミリング要素９７が、シャフト２６の対応する凹みにセットされ、材料の溶融、例えば半田付けによって、または力固定および／または形状固定の態様、例えばクランプまたはスクリュによって、固定される。この典型的な実施形態のねじ山生成領域１０〜１８は、三つの既成の、つまり予め製造された部品から構成される。

図３１は、ねじ山ミリング歯とねじ山溝切り歯の両方が既成の部品として個々に設けられているか、または既成の要素で設けられている典型的な実施形態を示す。ねじ山ミリング刃とねじ山溝切り刃は、工具シャフト２６の対応する凹みに収納され、その場所で固定される。図３１の典型的な実施形態では、ただ一つのねじ山生成領域が設けられている。互いに９０度ずつオフセットするように、円周に沿って順々に４つの既成部品が配置される。ここで、既成部品のうち二つはそれぞれミリング歯２、４を擁し、別の二つはそれぞれ溝切り歯１、３を擁する。

図３２〜３７は、本発明による工具２０を使用する典型的な加工方法を示す。最初に、工具軸Ａが被加工物５０の穴５５の中心軸Ｍと同軸になるように、工具２０が配置される。この開始位置から、工具２０は、工具軸Ａおよび中心軸Ｍに対して軸方向の直線前進運動によって、被加工物５０の穴５５内に挿入される。特に、工具はねじの深さまで挿入される。次に、図３４に示すように、内部のカーブ運動によって、工具２０は穴５５の内壁に向けて半径方向に移動される。図３５に示すように、工具２０は中心軸Ｍの周りに円運動をし、同時に、工具軸Ａと平行に前方に移動する。工具軸Ａが軸Ｍの周りに作る円の数は、ねじ山生成領域の数および所望のねじ山ターン数によって与えられる。その結果、工具２０は、前進運動の速度と、工具２０の個々のねじ山生成領域を分離している距離とによって決定されたピッチで、穴５５の内壁に雌ねじを製造する。図３５によるらせん形の処理運動が完了した後、工具２０は、図３６に示すように半径方向に中央まで戻され、工具軸Ａと中心軸Ｍとが再び一致する。この復帰運動のために、戻り外側のカーブ運動が生じる。

図３７に示すように、軸方向の引き戻し動作において、工具２０は中心軸Ｍに対して軸方向に穴の外側に移動され、初期位置に戻る。そして、他の被加工物または同一被加工物５０の他の場所に新しいねじ山を製造することができる。図３５に示す処理の間、穴５５に製造された雌ねじの中心軸Ｍは、工具２０による円運動の中心軸と一致する。大半の応用について、通常はねじ山の製造後、新しい被加工物に対する動作を可能にするために、工具は、前進方向とは反対の戻し方向に被加工物の外側へと引き戻される。この場合、通常、工具は工具軸の周りに回転を続けて、回転駆動機構の起動で処理時間をロスしないようにする。

図３８は、二つの形成歯機構１２５、１２６と、二つのミリング歯機構１２７、１２８とを有する工具２を示す。二つの形成歯機構１２５、１２６は、互いに１８０度オフセットされ、それぞれ５つの外側を向いた形成歯を備える。二つのミリング歯機構１２７、１２８は、それぞれ形成歯機構から９０度オフセットされ、５つのミリング歯を備える。各機構１２５〜１２８において、一つの形成歯と一つのミリング歯とは、同一の軸方向高さに配置される。形成歯機構１２５、１２６とミリング歯機構１２７、１２８とは、それぞれ予め製造された部品であり、それぞれシャフト３の凹み内に固定される。ミリング歯機構１２７、１２８は、軸方向の帯状に構築され、シャフト３のチップ溝に隣接して配置される。形成歯機構１２５、１２６は、回転要素として構築された５つの要素を備え、各要素がそれぞれ４つの形成歯を有する。これは、中心軸すなわち固定ねじのねじ軸周りに形成歯機構１２５、１２６すなわち回転要素を回転させることによって、利用することができる。

全ての実施形態において、複数、例えば二つ以上の形成歯を、回転方向すなわち周方向に二つの切削歯の間に配置することができるし、および／または、複数、例えば二つ以上の切削歯を、回転方向すなわち周方向に二つの形成歯の間に配置することができる。この実施形態では、形成部分が複数の形成歯を含むようにみなすことができるし、および／または切削部分が複数の切削歯を含むようにみなすことができる。

二つの形成ウェッジと二つのミリングカッターとを持つねじ切り工具の斜視図である。 わずかに前方に回転された図１の工具の斜視図である。 図１および図２の工具の横断面図である 図１ないし図３の工具の、ねじ山形成部分を含む領域における長手方向断面図である。 図１ないし図４の工具の、ねじ山ミリング歯を含む領域の長手方向断面図である。 工具のねじ山ミリング歯とねじ山溝切り歯とを横断面で比較する図である。 図６のねじ山溝切り歯とねじ山ミリング歯の二つの断面を重ね合わせた図である。 被加工物にねじ山が生成されている間の工具の運動の原理を示す図である。 被加工物内へ挿入される前の工具を断面で示す図である。 被加工物に挿入されつつある工具を示す図である。 被加工物さらに挿入される工具を示す図である。 被加工物に完全に挿入された工具を示す図である。 被加工物に製造されたねじ山の部分の長手方向断面図である。 球面ねじ山を製造する工具の斜視図である。 図１４の工具の断面図である。 図１４および図１５の工具の長手方向断面図である。 図１４ないし図１６の工具を９０度だけ回転させた後の長手方向断面図である。 ねじれた溝以外は図１４ないし図１７と同様の工具の斜視図である。 ミリング歯と形成歯との間にさらに分離溝を有した図１８の工具をやや回転させた状態の斜視図である。 図１４ないし図１９の工具のねじ山ミリング歯とねじ山溝切り歯とを比較した図である。 図２０のねじ山ミリング歯とねじ山溝切り歯の断面を重ね合わせた図である。 図２０および図２１の断面を持つ生成されたねじ山の一部の長手方向断面図である。 特別の非対称な構成を持つねじ山ミリング歯とねじ山溝切り歯との比較を示す図である。 図２３の二つの歯の二つの側面を重ね合わせた図である。 図２３および図２４の二つの歯で生成されたねじ山部分の長手方向断面図である。 軸ドリル部分をさらに有する工具の斜視図である。 円形ドリル部分をさらに有する本発明の工具を示す図である。 図２７の工具の前方部分の長手方向断面図である。 円形ドリル部分とおよび取り外し可能な工具ヘッドとを有する工具を示す図である。 分離して挿入可能なねじ山ミリング要素を有する工具を示す図である。 分離して挿入可能なねじ山形成要素とねじ山ミリング要素とを有する工具を示す図である。 本発明の工具を用いてねじ山を製造するための動作ステップを時系列で示す図である。 本発明の工具を用いてねじ山を製造するための動作ステップを時系列で示す図である。 本発明の工具を用いてねじ山を製造するための動作ステップを時系列で示す図である。 本発明の工具を用いてねじ山を製造するための動作ステップを時系列で示す図である。 本発明の工具を用いてねじ山を製造するための動作ステップを時系列で示す図である。 本発明の工具を用いてねじ山を製造するための動作ステップを時系列で示す図である。 二つのミリング片と二つの形成片とを持つ工具を示す図である。

符号の説明

１ ねじ山形成歯、 １Ａ、１Ｂ 歯面、 １Ｃ 歯先、 ２ ねじ山ミリング歯、 ２Ａ、２Ｂ 歯面、 ２Ｃ 歯先、 ３ ねじ山形成歯、 ４ ねじ山ミリング歯、 ７ ねじ山ミリング歯、 ８ ねじ山形成歯、 １０Ａ 小領域、 １０Ｂ 小領域、 １０〜１８、 ねじ山生成領域、 ２０ 工具、 ２１ 研削領域、 ２２、２３ 溝、 ２４ 研削面、 ２５ 端面、 ２６ 工具シャフト、 ４０ ドリル先端、 ４１ 端面ドリル刃、 ４３、４４ 周縁ドリル刃、 ５０ 被加工物、 ５１ 周囲領域、 ５５ 穴、 ７０、７１ ミリング断面領域、 ７３ ねじ山ミリング断面領域、 ８２、８３ 形成領域、 ９０ ドリル部、 ９１ 端面ドリル刃、 ９２ 周縁ドリル刃、 ９５ マシニングヘッド、 ９６ ねじ、 ９７ ミリング要素、 １２５、１２６ 形成歯機構、 １２７、１２８ ミリング歯機構、 ２０１、２０４ チップ溝、 Ａ 工具軸、 Ｄ 回転方向、 Ｍ 中央軸、 Ｒ 外側半径、 Ｒｉ ねじ山の内側半径、 Ｒａ ねじ山の外側半径、 Ｌ１、Ｌ３ 長さ、 Ｌ２ 長さ、 Ｇ ねじ山、 Ｇ’ ねじ山断面、 Ｇ１、Ｇ１’ ねじ山領域、 Ｇ２、Ｇ２’ ねじ山領域、 Ｇ３、Ｇ３’ ねじ山領域、 Ｇ４、Ｇ５ ねじ山側面、 Ｇ６ ねじ山基部、 Ｐ１、Ｐ２ 交点、 ＶＢ 前進運動、 ＺＢ 円運動。

Claims (17)

1. 被加工物にねじ山を生成する工具（２０）であって、
   ａ）少なくとも一つのねじ山生成領域（１０−１８）を備え、このねじ山生成領域は、
   ａ１）材料を切削する少なくとも一つのねじ山ミリング領域（２、４）と、
   ａ２）前記少なくとも一つのねじ山ミリング領域（２、４）による切削の後に、材料を除去することなく材料を形成する少なくとも一つのねじ山形成領域（１、３）と、
   を備え、
   ｂ）前記少なくとも一つのねじ山生成領域（１０−１８）を構成するねじ山ミリング領域（２、４）とねじ山形成領域（１、３）とが、
   ｂ１）前記ねじ山ミリング領域（２、４）と前記ねじ山形成領域（１、３）とが、工具軸（Ａ）周りの回転方向に一つのねじ山形成領域が一つのねじ山ミリング領域の背後に来るように前記ねじ山生成領域（１０−１８）の外周に沿って配置され、
   ｂ２）所定の回転方向で前記ねじ山ミリング領域（２、４）と前記ねじ山形成領域（１、３）とが工具の回転中に被加工物と交互にかみ合うように配置され、
   各ねじ山生成領域（１０−１８）の有効断面が、生成されるねじ山の呼び断面に対応するとともに、そのねじ山生成領域の一部であるねじ山ミリング領域（２、４）の有効断面に対応している
   ことを特徴とする工具。
2. 前記少なくとも一つのねじ山生成領域（１０−１８）は、複数のねじ山ミリング領域（２、４）と複数のねじ山形成領域（１、３）を含み、
   前記工具軸（Ａ）を含む投影面上の工具軸周りで、前記複数のねじ山ミリング領域（２、４）のうち少なくとも二つの回転投影が互いに一致するか、または前記複数のねじ山形成領域（１、３）のうち少なくとも二つの回転投影が互いに一致することを特徴とする請求項１に記載の工具。
3. 工具の作用運動中に、前記少なくとも一つのねじ山生成領域（１０−１８）のねじ山ミリング領域（２、４）およびねじ山形成領域（１、３）がねじ山の側面を生成し、
   前記工具の作用運動は、
   工具軸（Ａ）周りの所定の回転方向への工具の回転運動と、
   工具軸（Ａ）に対して軸方向への工具の軸前方への同時運動と、
   工具を通過せずかつ工具軸（Ａ）に平行な中心軸周りでの、工具の工具軸の同時回転運動と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の工具。
4. 前記少なくとも一つのねじ山生成領域（１０−１８）を構成するねじ山ミリング領域（２、４）とねじ山形成領域（１、３）の有効断面が、以下の要件を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の工具：
   ・ねじ山生成領域（１０−１８）全体の有効断面を形作る少なくとも一つの第１の小領域（Ｌ２、Ｗ２、Ｗ４、Ｖ１、Ｖ３）が、一つまたは全てのねじ山形成領域（１、３）の有効断面と一致する。
   ・ねじ山生成領域（１０−１８）全体の有効断面を形作る少なくとも一つの第２の小領域（Ｌ１、Ｌ３、Ｗ３、Ｖ２）が、一つまたは全てのねじ山ミリング領域（２、４）の有効断面と一致する。
   ・各ねじ山ミリング領域（２、４）または各ねじ山形成領域（１、３）の有効断面が、工具軸（Ａ）を含む投影面上の工具軸周りの前記ねじ山ミリング領域（２、４）または前記ねじ山形成領域（１、３）の回転投影に対応する。
5. 前記第１の小領域（Ｌ２）として、一つまたは全てのねじ山形成領域（１、３）の有効断面から構成される中央小領域が位置し、
   前記第２の小領域（Ｌ１、Ｌ３）として、一つまたは全てのねじ山ミリング領域（２、４）の有効断面から構成される二つの小領域が前記中央小領域に隣接して両側に一つずつ位置することを特徴とする請求項４に記載の工具。
6. 前記第２の小領域として、一つまたは全てのねじ山ミリング領域（２、４）の有効断面から構成される中央小領域（Ｗ３）が位置し、
   前記第１の小領域として、一つまたは全てのねじ山形成領域（１、３）の有効断面から構成される二つの小領域（Ｗ２、Ｗ４）が前記中央小領域に隣接して両側に一つずつ位置することを特徴とする請求項４に記載の工具。
7. 前記中央小領域に隣接して位置する小領域（Ｗ２、Ｗ４）に隣接して、前記中央小領域とは反対側に追加小領域（Ｗ１、Ｗ５）が配置されており、この追加小領域は、前記ねじ山形成領域（１、３）または前記ねじ山ミリング領域（２、４）の有効断面で構成されることを特徴とする請求項５または６に記載の工具。
8. 前記ねじ山生成領域（１０−１８）において、ねじ山ミリング領域（２、４）の有効断面が対応するねじ山形成領域（１、３）の有効断面の内部に位置する小領域（Ｖ２）と、ねじ山形成領域（１、３）の有効断面が対応するねじ山ミリング領域（２、４）の有効断面の内部に位置する小領域（Ｖ１、Ｖ３）とがあることを特徴とする請求項４に記載の工具。
9. 少なくとも二つのねじ山生成領域（１０−１８）が設けられ、これらが工具軸（Ａ）方向に互いにオフセットされていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の工具。
10. 前記少なくとも一つのねじ山形成領域（１、３）が、半径方向外側に延びる少なくとも一つの形成歯を備え、
    前記少なくとも一つのねじ山生成領域（１０−１８）は、少なくとも一つの稜または分割溝（２２、２３）によって分割された複数の稜を備え、
    前記稜は、工具軸（Ａ）に対して直角に半径方向外側に突出して少なくとも一つの形成歯（１、３）を構成し、少なくとも一つの前記稜の端部が前記ねじ山ミリング領域（２、４）を構成することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の工具。
11. 被加工物から材料を除去して被加工物表面に予備的なねじ山を製造するように構成された追加の材料除去領域（９０）をさらに備え、前記少なくとも一つのねじ山生成領域（１０−１８）は、前記予備的なねじ山を後処理してねじ山を仕上げるように配置されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の工具。
12. 工具の端面の少なくとも一つの端面刃先（４１、４２）と、工具の円周領域の少なくとも一つの周縁刃先（４３、４４）と、を有するドリル領域をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の工具。
13. 工具の軸方向前進運動の方向とは逆の方向に、ねじ山形成領域（１、３）に近接する追加の材料除去領域をさらに有し、
    前記追加の材料除去領域は、ねじ山コアに対して拡大され、勾配の付けられたねじ山の入り口を生成することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の工具。
14. 被加工物にねじ山を生成する方法であって、
    請求項１ないし１１のいずれかに記載の工具が、
    予め指定された回転方向で工具軸（Ａ）周りの工具の回転運動と、
    工具軸（Ａ）に対する軸方向の、工具の同時軸方向前進運動と、
    工具の同時円運動と、を含む処理運動をし、
    前記工具の工具軸（Ａ）は、工具軸と平行な方向を向く回転中心軸の周りを回転することを特徴とする方法。
15. 前記処理運動の間に、
    最初に、前記ねじ山形成領域（１、３）が、材料の形成によって、ねじ山ターンの一部を被加工物の中に凹ませ、
    続いて、前記ねじ山ミリング領域（２、４）が、前記ねじ山形成領域（１、３）によって被加工物に生成されたねじ山ターンの一部をさらに処理し、
    前記ねじ山ターンのねじ山基部が、前記ねじ山形成領域（１、３）によって形成され、ねじ山基部に隣接するねじ山側面が、前記ねじ山ミリング領域（２、４）によって少なくとも部分的にミリングされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記処理運動の間に、
    最初に、前記ねじ山形成領域（１、３）が、材料の形成によって、ねじ山ターンの一部を被加工物の中に凹ませ、
    続いて、前記ねじ山ミリング領域（２、４）が、ねじ山形成領域（１、３）によって被加工物に生成されたねじ山ターンの一部をさらに処理し、
    前記ねじ山ターンのねじ山基部が、前記ねじ山ミリング領域（２、４）によってミリングされ、ねじ山基部に隣接するねじ山側面が、前記ねじ山形成領域（１、３）によって少なくとも部分的に形成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記処理運動の間、前記ねじ山生成領域（１０−１８）の数に対応する数のねじ山ターンが生成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

Images