JP5476267B2 - ドリル付きタップ - Google Patents

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本発明は、下穴を切削加工しつつ同時にめねじを切削加工するドリル付きタップに係り、特に、高い精度でめねじを切削加工できるドリル付きタップに関するものである。
下穴加工用のドリル刃を有するドリル部とめねじを切削加工するタップ部とを同軸上に一体的に備えており、そのドリル部により下穴を切削加工しつつ同時にタップ部によりその下穴の内周面にめねじを切削加工するドリル付きタップが知られている(特許文献1参照)。このようなドリル付きタップは、例えばNC制御により1回転当り加工すべきめねじの1リードずつ前進するように回転速度および送り速度がシンクロ駆動されることにより、下穴の切削加工とめねじの切削加工とが同時に行われるため、下穴加工とめねじの切削加工とを別工程で行う場合に比較して、短時間で効率良くめねじを切削加工することができる。
特開平10−100020号公報
ところで、未だ公知ではないが、このようなドリル付きタップを用いて、アルミニウム合金鋳物等に設けられた有底の鋳抜き穴に対してめねじを切削加工することが考えられている。すなわち、鋳抜き穴は鋳造時の凝固収縮等の影響で寸法精度や位置精度が悪いため、その鋳抜き穴に対してそのままタップを用いてタップ立て加工を行うことにより高い位置精度でめねじを切削加工することは困難であり、鋳抜き穴を小さ目に設けて、その鋳抜き穴の中心から芯ずれした位置のタップ立て中心に対し、ドリル付きタップにより鋳抜き穴を完全に含む大きさで下穴を切削加工しつつめねじを切削加工するのである。アルミニウム合金鋳物は比較的軟質であるため、このようにドリル付きタップを用いて下穴を高い精度で切削加工しつつ、同時進行でその下穴の内周面にめねじを切削加工することが可能である。
しかしながら、このようにドリル付きタップを用いて鋳抜き穴にめねじを切削加工した場合、通りねじプラグゲージ(GP)による検査で不合格になり、十分な精度が得られないという問題があった。図6は、このようにドリル付きタップによって形成されるめねじを説明する図で、何れもねじ山の拡大断面図であり、(a) のめねじ90は、ドリル付きタップを正回転させてドリル部により下穴が加工された後にタップ部により切削加工された状態、(b) のめねじ92は、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際にタップ部が通過した後の状態、(c) のめねじ94は、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際に更にドリル部が通過した後の状態、すなわち最終形状である。そして、(c) に示す最終形状のめねじ94においては、ねじ山の山頂112にフランク114、116側へ突き出すバリ状のかえり118、120が認められ、これ等のかえり118、120に通りねじプラグゲージが引っ掛かって不合格になると考えられる。
上記かえり118、120について検討すると、かえり118は、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際に、タップ部のねじ山が(a) に示す当初のめねじ90のねじ山の穴底側のフランク114に押圧されることにより、(b) に示すようにそのフランク114の表層部の一部が山頂112側へ毟れるように流動して突起122が形成されるとともに、その後にドリル部100(図7参照)が通過する際にその突起122が押し潰されることによって形成されたものと考えられる。ドリル付きタップをNC制御でシンクロ駆動した場合でも、装置の剛性の程度や各部の弾性変形などでタップ部のねじ山がフランク114に押圧されることがある。図7に示すドリル部100は、従来のドリル付きタップのドリル部の一例の先端面図で、通常のドリルと同様にドリル刃102の外周端部に連続してドリル直径Ddと等しい外径のマージン104が設けられており、そのマージン104よりも後方には所定の逃げ寸法で二番取り面106が設けられているとともに、後端のヒール108には、逆回転させて抜き出す際に切りくずの噛み込みによる欠け等を防止するために面取りが施されている。このため、前記めねじ90を加工した後にドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際には、そのめねじ90の内径と同じかそれより大きい外径のマージン104が前記突起122を押し潰してかえり118を生じさせる。めねじ90の内径は、基本的にはドリル直径Ddであるが、アルミニウム合金鋳物は比較的軟質で、一般にドリル刃102によって切削加工された後に弾性的に縮径し、ドリル直径Ddよりも僅かに小さいDd−αとなる。
また、このようにめねじ90、92の状態の内径はDd−αであることから、ドリル付きタップが抜き出される際にドリル部100のマージン104が山頂112に押圧され、その山頂112の表層部の一部が口元側へ流動することにより、前記フランク114と反対の口元側のフランク116側へ突き出すかえり120が生じる。前記フランク114側のかえり118についても、前記突起122だけでなく、マージン104が山頂112に押圧されることによりその山頂112の表層部の一部が穴底側へ流動して発生する可能性もある。このようなかえり118、120は、アルミニウム合金鋳物等の比較的軟質の被加工物の場合に生じ易い。なお、(c) に示す最終形状のめねじ94の内径D1は、ドリル付きタップを抜き出す際に外径がドリル直径Ddと等しいマージン104が山頂112に押圧されることにより、当初の内径Dd−αよりは拡大されるが、マージン104が通過した後に弾性的に縮径してドリル直径Ddよりも小さくなり、Dd>D1>Dd−αとなる。
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、下穴を切削加工しつつ同時にめねじを切削加工するドリル付きタップにおいて、めねじを高い精度で切削加工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に、第1発明は、下穴加工用のドリル刃を有するドリル部とめねじを切削加工するタップ部とを同軸上に一体的に備えており、そのドリル部により下穴を切削加工しつつ同時にタップ部によりその下穴の内周面にめねじを切削加工するドリル付きタップにおいて、(a) 前記ドリル部の複数のランドのヒールには、それぞれドリル直径Ddと同一寸法の刃先径で、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に正のすくい角βで切削加工を行う逆回転切れ刃が切りくず排出溝に沿って設けられているとともに、(b) 前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、そのドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面とそのシンニングとの境界がその逃げ面側へ向かって凸となる湾曲形状を成しており、且つ、その湾曲形状の外側端縁は前記ヒールと一致する位置またはそのヒールよりも内周側で前記切りくず排出溝に達していることを特徴とする。
発明は、第発明のドリル付きタップにおいて、前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、そのドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面とそのシンニングとの境界がタップ部外径Dtに対して0.30Dt〜0.38Dtの範囲内の半径Rの円弧形状を成していることを特徴とする。
発明は、第1発明または第2発明のドリル付きタップにおいて、前記逆回転切れ刃のすくい角βは20°〜30°の範囲内であることを特徴とする。
発明は、第1発明〜第発明の何れかのドリル付きタップにおいて、前記ドリル部の複数のランドの外周面は、何れもリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ddと同一寸法の外径の円筒面であることを特徴とする。
発明は、第1発明〜第発明の何れかのドリル付きタップにおいて、前記ドリル部の複数のランドの外周面であってリーディングエッジとヒールとの間の中間部分には、それぞれドリル直径Ddよりも小さい外径となるように背抜きが設けられていることを特徴とする。
このようなドリル付きタップにおいては、ドリル部の複数のランドのヒールにドリル直径Ddと同一寸法の刃先径で逆回転切れ刃が設けられ、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に、言い換えればめねじを切削加工した後にドリル付きタップを抜き出す際に、正のすくい角βで切削加工が行われるようになっている。このため、ドリル刃により下穴を切削加工しつつタップ部でめねじの切削加工が行われた段階で、弾性によりめねじの内径がドリル直径Ddよりも小さくなっている場合、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際に、上記逆回転切れ刃によってそのめねじの内径すなわちねじ山の山頂部分が切削除去される。すなわち、逆回転切れ刃によって実質的にめねじの内径仕上げが行われるのであり、めねじの内径の寸法精度が向上するとともに、そのめねじの山頂に前記かえり118、120が発生することが防止されて、高い形状精度でめねじが切削加工されるようになる。
また、ドリル部の先端に設けられるシンニングが先端面図において湾曲形状を成しているとともに、その湾曲形状の外側端縁はヒールと一致する位置またはそのヒールよりも内周側で切りくず排出溝に達しているため、ヒールに設けられる前記逆回転切れ刃がシンニングによって減縮される恐れがなく、その逆回転切れ刃による切削作用が適切に得られる。すなわち、タップ部の先端側に設けられるドリル部の軸方向長さは、止り穴の場合、めねじが形成されない無駄な寸法となるため、できるだけ短いことが望まれるのに対し、例えば前記図7のドリル部100のようにシンニング109がヒール108を超えて設けられると、そのシンニング109によってヒール108、更にはそのヒール108に設けられる逆回転切れ刃が削られるため、逆回転切れ刃が短くなったり無くなったりして、めねじのねじ山の山頂を切削できなくなる可能性がある。
また、上記シンニングは、逃げ面側へ向かって凸となる湾曲形状を成しているため、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように容易にシンニング形状を設定することができる。すなわち、前記図7のシンニング109のように逃げ面との間の境界が直線の場合、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒール108を超えないようにシンニング109を施すことは困難なのである。
発明は、ドリル刃の逃げ面とシンニングとの境界が0.30Dt〜0.38Dtの範囲内の半径Rの円弧形状を成している場合で、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように一層容易にシンニング形状を設定することができる。すなわち、半径Rが0.38Dtよりも大きくなると、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないようにシンニングを施すことが難しくなり、半径Rが0.30Dtよりも小さくなると軸心付近の切りくず排出性能が損なわれる可能性がある。
発明では、逆回転切れ刃のすくい角βが20°〜30°の範囲内であるため鋭い切れ味が得られ、弾性により僅かに縮径するだけのめねじのねじ山の山頂部分を適切に切削除去することができる。すなわち、すくい角βが30°を超えると刃物角が小さくなって刃欠けが生じ易くなる一方、20°よりも小さいと切れ味が低下し、切削速度等の加工条件や被加工物の材質等によって異なるが、弾性的に僅かに縮径するめねじのねじ山の山頂部分を適切に切削することが難しくなる。
発明では、ドリル部の複数のランドの外周面がリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ddと同一寸法の外径の円筒面であるため、ドリル部の加工が容易で安価に製造できる。ドリル部の軸方向長さをできるだけ短くした場合、下穴との接触による摩擦抵抗は小さく、ドリル直径Ddと同一寸法の外径の円筒面のままでも差し支えない。
発明では、ドリル部の複数のランドの外周面に背抜きが設けられている場合で、下穴との接触による摩擦抵抗が小さくなり、発熱や加工トルクが抑制される。特に、ドリル部の軸方向長さが比較的長い場合に効果的である。
本発明の一実施例であるドリル付きタップを示す図で、(a) は概略正面図、(b) はドリル部先端の拡大図、(c) は(b) のドリル部を先端側から見た拡大先端面図、(d) はシャンク側から見た後端面図である。 図1のドリル付きタップを用いて鋳抜き穴に対して芯ずれした状態でめねじを切削加工する場合の説明図で、(a) は加工前の状態、(b) は加工されためねじ(ねじ穴)の断面図である。 図1のドリル付きタップを用いてめねじを切削加工した場合のめねじのねじ山形状の変化を説明する拡大断面図である。 図1のドリル付きタップ(本発明品)および従来品を用いて複数の切削速度でめねじを切削加工し、通りねじプラグゲージ(GP)およびピンゲージを用いて検査した結果を示す図である。 本発明の他の実施例を説明する図で、何れも図1(c) に相当する拡大先端面図である。 従来のドリル付きタップを用いてめねじを切削加工した場合のめねじのねじ山形状の変化を説明する拡大断面図である。 従来のドリル付きタップのドリル部を説明する図で、図1(c) に対応する拡大先端面図である。
本発明のドリル付きタップは、アルミニウム合金鋳物等の比較的軟質の鋳物に設けられた、ドリル直径Ddよりも小径の有底の鋳抜き穴に対して、その鋳抜き穴を完全に含むようにドリル刃により下穴を切削加工しつつタップ部に設けられたねじ切り刃でめねじを切削加工する場合に好適に用いられるが、鋳物以外の被加工物に対してめねじを切削加工する場合に使用することもできる。鋳抜き穴等の予備穴が設けられていない被加工物に対して、ドリル刃により下穴を最初から切削加工しながらめねじを切削加工する場合にも用いられる。
鋳抜き穴に対してめねじを切削加工する場合、鋳抜き穴の中心から芯ずれした位置のタップ立て中心に対し、ドリル付きタップにより鋳抜き穴を完全に含む大きさで下穴を切削加工しつつめねじを切削加工することになるため、求心性に優れた3枚刃のドリル部が望ましい。また、タップ部およびドリル部を縦通してドリル刃の逃げ面に開口する螺旋状の油穴(オイルホール)を設け、MQL(Minimum Quantity Lubrication;最少量潤滑)等により潤滑油剤を内部給油できるようにすることが望ましい。3枚刃のドリル部や油穴はあくまでも必要に応じて採用され、一般的な2枚刃のドリル部を用いることもできるし、油穴を省略することも可能である。
ドリル付きタップは、例えばNC制御により1回転当り加工すべきめねじの1リードずつ前進するように回転速度および送り速度がシンクロ駆動され、抜き出す際も逆回転方向へ1回転当り1リードずつ後退するるようにシンクロ駆動されるが、軸方向に所定の遊びを有する状態で回転駆動することにより、ねじのリードに沿って螺進させながら切削したり抜き出したりすることも可能である。
ドリル部およびタップ部には、例えば一定のリードで捩じれた切りくず排出溝が連続して設けられるが、ドリル部ではねじれ溝でタップ部ではストレート溝とするなど、ドリル部とタップ部とでリードを変化させることも可能である。タップ部には、この切りくず排出溝に沿ってねじ切り刃が形成されるが、このねじ切り刃は、めねじのフランクおよび溝底を切削加工するもので、めねじのねじ山の山頂はドリル刃によって形成された下穴の内周面のままであり、本発明ではドリル付きタップが抜き出される際に逆回転切れ刃によってその山頂が仕上げ切削される。ドリル部およびタップ部は例えば一体に構成されるが、別体に構成されたドリル部を、タップ部を有する工具本体に対してねじや焼嵌め等の固設手段により一体的に固設することも可能である。
工具の材質としては超硬合金が好適に採用されるが、高速度工具鋼等の他の工具材料を用いることもできる。ドリル部やタップ部にはDLC(Diamond-Like Carbon;ダイヤモンド状カーボン) やTiN、TiCN、TiAlN等の硬質被膜をコーティングすることが望ましい。
ドリル部のランドのヒールには逆回転切れ刃が設けられ、逆回転させられて抜き出される際にめねじの山頂を切削加工する。この逆回転切れ刃のすくい面は前記切りくず排出溝の内壁面で、すくい角βは、この切りくず排出溝の断面形状によって適宜定められる。すくい角βは、軸心に対して直角な断面の径方向に対するすくい面の傾斜角度で、少なくとも正であれば良いが、20°〜30°の範囲内が望ましい。
発明では、ドリル部の先端に設けられるシンニングが所定の半径Rの円弧形状を成しているが、第発明の実施に際しては、逃げ面との境界の曲率が連続的に変化していても良いなど、少なくともヒールを超えないようにシンニングが施されれば良い。なお、第1発明では、0.30Dt〜0.38Dtの範囲を超えた一定の半径Rの円弧形状となるようにシンニングを施すことも可能である。
本発明では、シンニングによってヒールが削られることがないため、ドリル部の軸方向長さを比較的短くでき、例えばタップ部の先端からドリル刃の外端(コーナー)までのドリル長さ(軸方向長さ)L1を、タップ部のねじ山のピッチPに対して1.5P〜3.0P程度とすることができる。但し、タップ部のねじ山のつる巻き線上にヒールすなわち逆回転切れ刃が設けられれば、軸方向長さが1Pより短くてもめねじのねじ山の山頂を適切に切削することができるので、ドリル長さL1はめねじのねじ山の山頂を切削できる範囲で適宜定められる。
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の(a) は、本発明の一実施例であるドリル付きタップ10を軸心Oと直角方向から見た概略正面図で、(b) は(a) における左端に位置するドリル部12の先端部分の拡大図、(c) は(b) のドリル部12を先端側(図の上方)から見た拡大先端面図、(d) は(a) における右側に位置するシャンク18側から見た後端面図である。このドリル付きタップ10は、軸方向の先端側(図1(a) における左端側)からドリル部12、タップ部14、首部16、およびシャンク18を同軸上に連続して一体に備えており、超硬合金にて一体に構成されているとともに、シャンク18を除く表面には硬質被膜としてDLCがコーティングされている。このドリル付きタップ10は右ねじ加工用のもので、タップ部14には、形成すべきめねじに対応する右ねじのおねじ20が設けられているとともに、同じく右まわりにねじれた3本の切りくず排出溝22がおねじ20を分断するように設けられており、その切りくず排出溝22に沿って3枚のねじ切り刃が形成されている。タップ部14は、径寸法が徐々に小さくなる前側の食付き部14aと、径寸法が一定の完全山部14bとを備えており、完全山部14bの外径がタップ部外径Dtである。おねじ20は加工すべきめねじに対応するもので、本実施例ではM6×1であり、タップ部外径Dtは6.0mm、タップ長さL2は、本実施例では8山(8.0mm)で、その中の1.5山が食付き部14aである。なお、図面の各部の寸法の割合や角度等は必ずしも正確に記載したものではない。
3本の切りくず排出溝22は、軸心まわりに等角度間隔(120°間隔)で互いに同じリードでドリル部12の先端からシャンク18の手前まで設けられており、それ等の切りくず排出溝22がドリル部12の円錐形状の先端部に開口する部分には、シャンク18側から見て右まわりに回転駆動されることにより下穴を切削加工するドリル刃26が形成されている。ドリル部12の直径寸法であるドリル直径Ddは、加工すべきめねじの内径と同じ寸法で、本実施例では約5.04mmであり、おねじ20の谷径は約4.9mmでドリル直径Ddよりも小さい。また、タップ部14の先端からドリル刃26の外端(コーナー)までのドリル部12の軸方向長さであるドリル長さL1は、おねじ20のねじ山のピッチPに対して1.5P〜3.0Pの範囲内で、本実施例では約2.0Pすなわち2mmである。
切りくず排出溝22は、タップ部14の完全山部14bにおいてねじれ角が20°〜50°の範囲内となるように一定のリードで設けられている。本実施例ではタップ部14(完全山部14b)におけるねじれ角が約38°となるように約24.34mmのリードで設けられており、ドリル部12におけるねじれ角は約34°である。また、ドリル付きタップ10には、切りくず排出溝22と同じリードの螺旋状の3本の油穴(オイルホール)28が、シャンク18側の端面からドリル部12の先端までドリル付きタップ10の内部を縦通するように、それぞれ全長に亘って独立に設けられており、3枚のドリル刃26の逃げ面30にそれぞれ開口させられている。この油穴28の直径dは、本実施例では約0.5mmである。
ドリル部12の先端にはシンニング32が設けられ、ドリル刃26の内周側部分が滑らかに軸心Oに接近させられている。シンニング32は、ドリル部12を先端側から見た図1(c) の先端面図において、逃げ面30とシンニング32との境界が逃げ面30側へ向かって凸となる湾曲形状を成しており、且つ、その湾曲形状の外側端縁がランド24のヒールと一致するように設けられている。具体的には、図1(c) の先端面図において、逃げ面30とシンニング32との境界がタップ部外径Dtに対して0.30Dt〜0.38Dtの範囲内の半径Rの円弧形状を成しており、本実施例では半径R≒2.04mm=0.34Dtである。このようなシンニング32は、例えば外周部に半径Rの円弧形状の研削面が設けられた研削砥石を用いて施すことができる。
また、ドリル部12における3つのランド24の外周面34は、何れもリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ddと同一寸法の外径の円筒面で、そのヒールには逆回転切れ刃36が設けられている。逆回転切れ刃36は、ドリル直径Ddと同一寸法の刃先径で、下穴加工と逆方向へ回転させられる際、すなわち図1(c) における右まわりに回転させられる際に、正のすくい角βで切削加工を行うもので、ドリル長さL1の全長に亘って切りくず排出溝22に沿って設けられている。すくい角βは、軸心Oに対して直角な断面の径方向に対するすくい面の傾斜角度で、本実施例では20°〜30°の範囲内で約25°とされている。逆回転切れ刃36のすくい面は切りくず排出溝22の内壁面で、すくい角βは切りくず排出溝22の断面形状によって適宜定められる。
そして、このようなドリル付きタップ10は、例えば図2の(a) に示すようにNC工作機械等から成るねじ立て加工装置40の主軸に取り付けられて使用されるとともに、必要に応じて給油装置42から切削油剤(クーラント)が所定の給油圧で3本の油穴28に供給される。図2は、アルミニウム合金鋳物等の被加工物44に対して、鋳造によりその被加工物44に設けられた有底の鋳抜き穴46にめねじ52を切削加工する場合で、鋳抜き穴46は鋳造時の凝固収縮等の影響で寸法精度や位置精度が悪いため、その鋳抜き穴46に対してそのままタップを用いてタップ立て加工を行うことにより高い位置精度でめねじを切削加工することは困難である。このため、鋳抜き穴46を小さ目に設けて、その鋳抜き穴46の中心S1から芯ずれした位置の目的とするタップ立て中心S2に対し、ドリル付きタップ10により下穴50を切削加工しつつめねじ52を切削加工する。すなわち、ドリル直径Ddと略等しい下穴径よりも小径の有底の鋳抜き穴46に対して、その鋳抜き穴46の中心S1から所定のずれ寸法eだけ芯ずれした位置のタップ立て中心S2を目標中心位置として、その鋳抜き穴46を完全に含む大きさでドリル部12により下穴50を切削加工しつつ、同時にタップ部14によりめねじ52を切削加工するのである。ねじ立て加工装置40は、ドリル付きタップ10の回転速度および送り速度をそれぞれ独立に制御できるもので、そのドリル付きタップ10を1回転当り加工すべきめねじ52の1リードずつ前進させる回転速度および送り速度でシンクロ駆動することにより、先行するドリル部12により被加工物44に対して下穴50を切削加工するとともに、連続してタップ部14のねじ切り刃によりその下穴50の内周面にめねじ52を効率良く切削加工することができる。切りくずは、油穴28を通して工具先端部に供給される切削油剤と共に、切りくず排出溝22を通ってシャンク18側へ排出される。図2の(a) はめねじ52を切削加工する前の状態で、(b) はドリル付きタップ10により切削加工されためねじ(ねじ穴)52の断面図である。
ここで、本実施例のドリル付きタップ10は、ドリル部12の複数のランド24のヒールにドリル直径Ddと同一寸法の刃先径で逆回転切れ刃36が設けられ、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に、言い換えればめねじ52を切削加工した後にドリル付きタップ10を抜き出す際に、正のすくい角βで切削加工が行われるようになっている。このため、ドリル刃26により下穴50を切削加工しつつタップ部14でめねじ52の切削加工が行われた段階で、弾性によりめねじ52の内径がドリル直径Ddよりも小さくなっている場合、ドリル付きタップ10を逆回転させて抜き出す際に、上記逆回転切れ刃36によってそのめねじ52の内径すなわちねじ山の山頂部分が切削除去される。すなわち、逆回転切れ刃36によって実質的にめねじ52の内径仕上げが行われるのであり、めねじ52の内径の寸法精度が向上するとともに、そのめねじ52の山頂に前記図6(c) に示すようなかえり118、120が発生することが防止されて、高い形状精度でめねじ52が切削加工されるようになる。
図3は、ドリル付きタップ10を用いて切削加工される前記めねじ52のねじ山の形状変化を示す拡大断面図で、前記図6に対応する図であり、(a) のめねじ52aは、ドリル付きタップ10を正回転させてドリル部12により下穴50が加工された後にタップ部14により切削加工された状態、(b) のめねじ52bは、ドリル付きタップ10を逆回転させて抜き出す際にタップ部14が通過した後の状態、(c) のめねじ52cは、ドリル付きタップ10を逆回転させて抜き出す際に更にドリル部12が通過した後の状態、すなわち最終形状である。この図3の(a) 、(b) は、前記図6における(a) 、(b) と同じで、めねじ52a、52bの段階の内径は、ドリル刃26によって切削加工された後に弾性的に縮径することにより、ドリル直径Ddよりも僅かに小さいDd−αとなっている。また、ドリル付きタップ10を逆回転させて抜き出す際に、タップ部14のみが通過した(b) の段階のめねじ52bは、タップ部14のねじ山がめねじ52bの穴底側のフランク114に押圧されることにより、そのフランク114の表層部の一部が山頂112側へ毟れるように流動して突起122が形成される。
これに対し、ドリル付きタップ10を逆回転させてドリル部12を引き抜いた後の(c) のめねじ52cは、ドリル直径Ddと同一寸法の刃先径でドリル部12に設けられた逆回転切れ刃36によってねじ山の山頂部分が切削除去される。これにより、めねじ52cの内径D1の寸法精度が向上するとともに、(b) のめねじ52bの段階で山頂に形成された突起122も同時に除去される。また、従来のようにマージン104がねじ山の山頂に押圧されてかえり118、120が発生する恐れもなく、高い形状精度でめねじ52cが形成される。図3(c) の点線は、(b) の段階のめねじ52bのねじ山の先端形状を比較のために示したものである。なお、(c) に示す最終形状のめねじ52cの内径D1は、すくい角βが正の逆回転切れ刃36によって仕上げ切削されるため、その逆回転切れ刃36の刃先径であるドリル直径Ddと略同じ寸法となる。
一方、本実施例では、ドリル部12の先端に設けられるシンニング32が、図1(c) の先端面図において湾曲形状を成しているとともに、その湾曲形状の外側端縁はヒールと一致しているため、ヒールに設けられる前記逆回転切れ刃36がシンニング32によって減縮される恐れがなく、その逆回転切れ刃36による切削作用が適切に得られる。すなわち、タップ部14の先端側に設けられるドリル部12のドリル長さ(軸方向長さ)L1は、図2のような止り穴の場合、めねじ52が形成されない無駄な寸法となるため、できるだけ短いことが望まれるのに対し、例えば前記図7のドリル部100のようにシンニング109がヒール108を超えて設けられると、そのシンニング109によってヒール108、更にはそのヒール108に設けられる逆回転切れ刃36が削られるため、逆回転切れ刃36が短くなったり無くなったりして、めねじ52のねじ山の山頂を切削できなくなる可能性がある。
また、上記シンニング32は、逃げ面30側へ向かって凸となる湾曲形状を成しているため、軸心O付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように容易にシンニング形状を設定することができる。すなわち、前記図7のシンニング109のように逃げ面との間の境界が直線の場合、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒール108を超えないようにシンニング109を施すことは困難なのである。
また、本実施例では、逃げ面30とシンニング32との境界が0.30Dt〜0.38Dtの範囲内の半径Rの円弧形状を成しているため、軸心O付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように一層容易にシンニング32の形状を設定することができる。すなわち、半径Rが0.38Dtよりも大きくなると、軸心O付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないようにシンニング32を施すことが難しくなり、半径Rが0.30Dtよりも小さくなると軸心O付近の切りくず排出性能が損なわれる可能性がある。
また、本実施例では、逆回転切れ刃36のすくい角βが20°〜30°の範囲内であるため鋭い切れ味が得られ、弾性により僅かに縮径するだけのめねじ52bのねじ山の山頂部分を適切に切削除去することができる。すなわち、すくい角βが30°を超えると刃物角が小さくなって刃欠けが生じ易くなる一方、20°よりも小さいと切れ味が低下し、切削速度等の加工条件や被加工物44の材質等によって異なるが、弾性的に僅かに縮径するめねじ52bのねじ山の山頂部分を適切に切削することが難しくなる。
また、本実施例では、ドリル部12の3つのランド24の外周面34がリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ddと同一寸法の外径の円筒面であるため、ドリル部12の加工が容易で安価に製造できる。ドリル部12のドリル長さL1はできるだけ短くされるため、下穴50との接触による摩擦抵抗は小さく、ドリル直径Ddと同一寸法の外径の円筒面のままでも差し支えないのである。
次に、上記ドリル付きタップ10(本発明品)と、そのドリル部12の代わりに前記図7に示すドリル部100を有する従来品とを用いて、以下の加工条件で下穴50を切削加工しつつめねじ52を切削加工し、そのめねじ52の形状精度および寸法精度を検査した結果を説明する。予備穴径は、鋳抜き穴を想定して予め設けられた予備穴の径寸法で、その予備穴に対するめねじ52の芯ずれ寸法eは0.5mmである。
《加工条件》
タップサイズ:M6×1
ドリル直径(Dd):φ5.04
被削材:ADC12(JIS規格;ダイカスト用アルミニウム合金)
予備穴径:φ3.5
タップ立て長さ:12mm(止り穴)
切削速度:20、50、75m/min
切削油剤:MQL内部給油(給油量200cc/分)
使用機械:横型マシニングセンタ
図4は検査結果を説明する図で、各切削速度でめねじ52を5穴ずつ切削加工して検査した。「GP II 」は、有効径やねじ山形状、ピッチ等を総合的に検査できる通りねじプラグゲージ2級を用いた検査で、その通りねじプラグゲージが長さ12mm(ねじ山12P)のめねじ52を完全に通過した場合が「合格」、12P未満で6P以上が「△」、6P未満が「×」である。本発明品によれば何れの切削速度においても「合格」であるのに対し、従来品は総て不合格であった。また、「内径」は、0.01mm飛びのピンゲージ(内径プラグゲージPP)を用いて、そのピンゲージがめねじ52を完全に通過した場合の最大寸法であり、本発明品は5.04〜5.06mmの範囲内で、ドリル直径Ddと同じか僅かに大きいのに対し、従来品は5.00〜5.03mmの範囲内で、弾性により縮径している。なお、切削速度による違いは、切削速度75m/分の5穴目で従来品が折損したのを除いて、本発明品、従来品共に殆ど差は見られなかった。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図5の(a) 、(b) は、何れも本発明の他の実施例を説明する図で、前記図1(c) に対応する先端面図である。(a) のドリル部60は、3つのランド24の外周面34の周方向の中間位置、すなわちリーディングエッジとヒールとの間の中間部分に、ドリル直径Ddよりも小径となるように背抜き62が設けられている。この場合は、ドリル刃26によって形成される下穴50の内壁面との接触による摩擦抵抗が前記実施例に比較して低減され、発熱や加工トルクが抑制されるため、特にドリル部60のドリル長さL1が比較的長い場合に効果的である。
図5の(b) のドリル部70は、その先端面図において逃げ面30との境界が一定の半径Rとなるシンニング72の外側端縁がヒールよりも内周側で切りくず排出溝22に達している場合で、半径Rは0.30Dt〜0.38Dtの範囲内で設定されている。この場合も、前記実施例と同様にヒールに設けられる逆回転切れ刃36がシンニング72によって減縮される恐れがなく、その逆回転切れ刃36による切削作用が適切に得られる。
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、これ等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。
10:ドリル付きタップ 12、60、70:ドリル部 14:タップ部 22:切りくず排出溝 24:ランド 26:ドリル刃 30:逃げ面 32、72:シンニング 34:外周面 36:逆回転切れ刃 50:下穴 52、52a、52b、52c:めねじ 62:背抜き O:軸心 Dt:タップ部外径 Dd:ドリル直径 β:すくい角

Claims (5)

  1. 下穴加工用のドリル刃を有するドリル部とめねじを切削加工するタップ部とを同軸上に一体的に備えており、該ドリル部により下穴を切削加工しつつ同時に該タップ部により該下穴の内周面にめねじを切削加工するドリル付きタップにおいて、
    前記ドリル部の複数のランドのヒールには、それぞれドリル直径Ddと同一寸法の刃先径で、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に正のすくい角βで切削加工を行う逆回転切れ刃が切りくず排出溝に沿って設けられているとともに、
    前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、該ドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面と該シンニングとの境界が該逃げ面側へ向かって凸となる湾曲形状を成しており、且つ、該湾曲形状の外側端縁は前記ヒールと一致する位置または該ヒールよりも内周側で前記切りくず排出溝に達している
    ことを特徴とするドリル付きタップ。
  2. 前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、該ドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面と該シンニングとの境界がタップ部外径Dtに対して0.30Dt〜0.38Dtの範囲内の半径Rの円弧形状を成している
    ことを特徴とする請求項に記載のドリル付きタップ。
  3. 前記逆回転切れ刃のすくい角βは20°〜30°の範囲内である
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のドリル付きタップ。
  4. 前記ドリル部の複数のランドの外周面は、何れもリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ddと同一寸法の外径の円筒面である
    ことを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載のドリル付きタップ。
  5. 前記ドリル部の複数のランドの外周面であってリーディングエッジとヒールとの間の中間部分には、それぞれドリル直径Ddよりも小さい外径となるように背抜きが設けられている
    ことを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載のドリル付きタップ。
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