JP5642215B2 - 螺旋状溝タップ - Google Patents

Description

本発明は、基体に雌ねじを形成するために使用される切削工具（又は切削タップ）に関する。より具体的には、本発明は、螺旋状（ねじれ）溝形状を有する切削工具（又は切削タップ）であって、螺旋状溝切削タップが焼結炭化タングステン工具材料から製造される切削工具（又は切削タップ）に関する。

技術として、ねじ山を必要とする機構及び機械構成要素については長い歴史がある。具体的には、部品をアセンブリに接合するために、ねじ山をファスナ構成要素として使用することは一般的な方法である。雌ねじ及び雄ねじの両方を含むねじ山を形成するための多くの方法が存在するが、タップ（又は切削タップ）によって雌ねじを形成することが好ましい方法であることは経験的に示されてきた。

現在、雌ねじを形成するための２つの基本的なタッピング法が存在する。主なタッピング法は、材料を孔の壁から切削することである。次に、Ｖ字状の螺旋ねじ山を形成するために、切削された材料が除去される。他の基本的なタッピング法では、雌ねじを形成するために材料が変位される。雌ねじを形成する切削方法は、変位法よりも小さなトルクで済む。

雌ねじの形状及びサイズの寸法精度により、ねじ山アセンブリの精度及び適合性が制御される。さらに、タッピングの速度、すなわち、雌ねじを切削するのにかかる生産時間が、雌ねじを形成するためのコスト全体に影響を及ぼす。

形成すべき雌ねじの形状及びサイズにより、使用し得るタップの形状が決定される。一般に、雌ねじ付き孔は貫通孔になるように底部が開かれ得るか、又は雌ねじ付き孔は盲孔になるように底部が閉じられ得る。

直線状溝を有する切削タップを使用して、より大きな直径（例えば、一般に１２ｍｍ以上の直径）を有するねじ付き孔及びねじ付き盲孔をタッピング（又は切削）し得る。ヘンデラー（Ｈｅｎｄｅｒｅｒ）らの国際公開第２００４／０７６１０８Ａ２号パンフレット、「高精度の超硬合金ねじ切りタップ」（ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＣＥＭＥＮＴＥＤ ＣＡＲＢＩＤＥ ＴＨＲＥＡＤＥＤ ＴＡＰ）には、直線状溝切削タップが図示及び記載されている。破砕された短い切屑を生じさせる材料（例えば鋳鉄又はアルミニウム）のより小さな直径（例えば、一般に１２ｍｍ未満の直径）を有するねじ付き孔又はねじ付き盲孔を切削するために、直線状溝切削タップを使用し得る。しかし、直線状溝切削タップは、連続切屑を生じさせる材料（例えば延性鋼、例を挙げるとＡＩＳＩ ４３４０鋼等）のより小さな直径を有するねじ付き孔又はねじ付き盲孔を切削するのに有効ではない。このような場合、切削作業から生じた連続切屑が直線状溝切削タップの溝に付着し、切削タップは破損するか、さもなければ許容可能レベルで機能しなくなる。

切削作業から生じた連続切屑が直線状溝切削タップの溝に付着し、切削タップが破損するか、さもなければ許容可能レベルで機能しなくなったこの状態のために、一般に用いられる２つの解決策がある。ねじ付き孔を切削する場合、切屑を切削タップの前方に押し出す鋭利な螺旋状切削タップ又は左螺旋状溝切削タップを使用する方法があって（右ねじ山螺旋を切削する場合）、これによって、直線状溝切削タップの溝への切屑の付着又は詰まりが回避される。また、盲孔を切削する場合、ねじ付き孔から切屑を引き出す右螺旋状溝切削タップを使用する方法があって、これによって、直線状溝切削タップの溝への切屑の付着又は詰まりが防止される。

現在、高速度鋼から製造された螺旋状溝タップ（ねじれ溝タップとも呼ばれる）が、ねじ付き盲孔を切削するために有効に使用される。高速度鋼（又は高速工具鋼）の仕様は、ＡＳＴＭ規格Ａ ６００ＲＥＶ Ａ、表題「高速工具鋼に関する標準仕様」（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｔｏｏｌ Ｓｔｅｅｌ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ）に記載されている。

高速度鋼の螺旋状溝切削タップは満足な結果を得るように動作するが、螺旋状溝切削タップ等の切削工具を製造するには、高速度鋼よりも、焼結炭化タングステン（例えばコバルト焼結炭化タングステン）の方が好ましい材料である。この好ましさは、焼結炭化タングステン材料が、高温で硬度を保持する能力を含むより高い硬度及び高温安定性等で、高速度鋼よりも最適な特性を有することによるものである。典型的に、「高速度」鋼から製造された切削工具よりも少なくとも３倍速い切削速度で、超硬合金（例えばコバルト焼結炭化タングステン）から製造された切削工具を使用できる。さらに、超硬合金（例えばコバルト焼結炭化タングステン）から製造された切削工具は、典型的に、「高速度」鋼から製造された切削工具の有効工具寿命よりも長い有効工具寿命を有する。

ねじ付き孔を切削するために、直線状溝とスパイラルポイントと左螺旋状溝とを有する超硬合金切削タップが開発され、高速で使用されてきた。しかし、溝構造を有する超硬合金の右螺旋状溝切削タップは、一般に使用されている高速度鋼切削タップと同様に、小径のねじ付き孔をタッピングした場合に切屑を生じさせる。これらの右螺旋状溝切削タップは、これらの位置の溝とねじ山側面との交差部の刃先角が小さいために削れやすい溝のヒールに切刃及び刃を有する。切屑により、切削タップが破損するか、又は（少なくとも）切削タップが最適なレベルで機能できなくなる。

特許文献において、螺旋状（ねじれ）溝切削タップのために用いられる種々の概念が存在する。この点に関して、マラジーノ（Ｍａｌａｇｉｎｏ）の米国特許出願公開第２００４／０２４７４０６Ａ１号明細書には、蒸気温度の溝表面とＰＶＤコーティングされたねじ山表面とを有するねじれ溝タップが記載されている。ニューマーク（Ｎｅｗｍａｒｋ）の米国特許出願公開第２００３／０１３８３０２Ａ１号明細書には、孔を面取りする装置に組み込まれるねじれ溝タップが記載されている。フリン（Ｆｌｙｎｎ）の米国特許出願公開第２００３／０１１８４１１Ａ１号明細書には、タップの長さに沿って変化するねじれ角を有する螺旋状溝タップが記載されている。ヘイコック（Ｈａｙｃｏｃｋ）の英国特許第７００，８４３号明細書には、各ランドの主端面がある角度で軸方向に浮き上がるか又は後退されるように研削された螺旋状溝タップが記載されている。オクネスタム（Ｏｋｎｅｓｔａｍ）の国際公開第０２／０８７８１３Ａ１号パンフレットには、溝の表面に組み込まれる切屑ブレーカを有するねじれ溝タップが記載されている。

ジョージ（Ｇｅｏｒｇｅ）の国際公開第０２／２８５７８Ａ３号明細書（２００２年４月１１日）には、凸状半径を有するヒールを備える溝形状を有する螺旋溝ドリルが記載されている。ここで、タップ及びドリルの切削動作には大きな違いがある。孔を形成する際に、ドリルは、材料を中心線から孔の壁に変位させて除去することを必要とし、これに対して、タップは孔の壁から材料を除去するだけである。２つの工具において切屑の流れの方向は異なるので、必要な溝形状が異なる。

ハルオ（Ｈａｒｕｏ）の特開平０６−１７９１２１号公報（１９９２年１２月１４日）の要約書には、負の軸方向レーキ角を有する螺旋状溝タップが記載されている。ハルオ（Ｈａｒｕｏ）の特開平０４−０７５８１６号公報（１９９２年３月１０日）の要約書には、ねじ山側面及び入口案内面の角部を面取りする螺旋状溝タップが記載されている。ハルオ（Ｈａｒｕｏ）の特開平０１−１７１７２５号公報（１９８９年７月６日）の要約書には、切屑カール溝を有する螺旋状溝タップが記載されている。

国際公開第２００４／０７６１０８Ａ２号パンフレット 米国特許出願公開第２００４／０２４７４０６Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１３８３０２Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１１８４１１Ａ１号明細書 英国特許第７００，８４３号明細書 国際公開第０２／０８７８１３Ａ１号パンフレット 国際公開第０２／２８５７８Ａ３号明細書 特開平０６−１７９１２１号公報 特開平０４−０７５８１６号公報 特開平０１−１７１７２５号公報

オーベルグ（Ｏｂｅｒｇ）、機械ハンドブック（Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）、インダストリアルプレス社（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）、１９９２年、第２４版

上記特許文献に開示されている切削タップについて、これらの文献のいずれも、ねじ付き孔を切削する際に螺旋状溝切削タップのために、極めて耐摩耗性であるが、より低い強度の基体（例えば、コバルト焼結炭化タングステン等の炭化タングステン又は超硬合金）が使用された場合に生じる切屑の問題に対処していない。これは、より小さな直径のねじ付き孔（貫通孔及び盲孔）を切削するために使用される切削タップに特に当てはまる。したがって、ねじ付き孔、特に、より小さな（例えば、一般に１２ｍｍ未満の）直径のねじ付き孔を切削するために使用できる極めて耐摩耗性であるが、より低い強度の基体（例えば、コバルト焼結炭化タングステン等の炭化タングステン又は超硬合金）から製造された螺旋状溝切削タップを提供することが非常に望ましい。

さらに、ねじ付き孔を切削する際の、特にねじ付き盲孔を切削する際の精度を向上させる螺旋状溝切削タップを提供することが非常に望ましい。これは、超硬合金又は高速度鋼から製造される螺旋状溝切削タップに当てはまる。

その上、ねじ付き孔を切削する際の、特にねじ付き盲孔を切削する際の有効工具寿命を向上させる螺旋状溝切削タップを提供することが非常に望ましい。これは、超硬合金又は高速度鋼から製造される螺旋状溝切削タップに当てはまる。

さらに、ねじ付き孔を切削する際の、特にねじ付き盲孔を切削する際の速度を向上させる螺旋状溝切削タップを提供することが非常に望ましい。これは、超硬合金又は高速度鋼から製造される螺旋状溝切削タップに当てはまる。

本発明の一形態では、本発明は、前端と後端とを有する細長い本体を含む切削工具である。細長い本体は、前端の近傍を起点としてそこから後方に延びる溝付部を有する。螺旋状溝付部は、切刃を定義する溝を有する。溝は凹状すくい面を有し、この場合、凹状すくい面は第１の半径によって定義される。溝は、凹状すくい面に隣接する凹状底面を有し、この場合、凹状底面は第２の半径によって定義される。溝は、凹状底面に隣接する凸状ヒール面を有し、この場合、凸状ヒール面は第４の半径によって定義される。溝が、凹状底面と凸状ヒール面との間の凸状の中間面を有し、この場合、中間面が第３の半径によって定義される。切削工具が切削工具直径を有し、第１の半径が切削工具直径より大きい。第２の半径及び第４の半径は切削工具直径より小さく、第３の半径は第４の半径より大きい。

本発明の他の形態では、本発明は、前端と後端とを有する細長い本体を備える切削工具である。細長い本体は、前端の近傍を起点としてそこから後方に延びる溝付部を有する。溝付部は、切刃を定義する溝を有する。溝は凹状すくい面を有し、この場合、凹状すくい面は第１の半径によって定義される。溝は、凹状すくい面に隣接する凹状底面を有し、この場合、凹状底面は第２の半径によって定義される。溝は、凹状底面に隣接する凸状混在面（ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）、つまり凸状の中間面を有し、この場合、凸状の中間面は第３の半径によって定義される。溝は、中間面に隣接する凸状ヒール面を有し、この場合、凸状ヒール面は第４の半径によって定義される。切削工具が切削工具直径を有し、第１の半径が切削工具直径より大きい。第２の半径及び第４の半径は切削工具直径より小さく、第３の半径は第４の半径より大きい。
本発明は、凹状すくい面の第１の半径が切削工具直径より大きく、ほぼ平らな凹状すくい面が形成される。よって、切削面取り部に沿って一定のままであるコーダルフック角が得られ、螺旋状溝切削タップの性能が改善される。
また、本発明は、凹状底面の第２の半径及び凸状ヒール面の第４の半径が切削工具直径より小さく形成されることにより、切屑が溝内でカールしたときに切屑に加えられる曲げを最小限に抑え、切削タップに加えられる力が低減される。よって、最適な切屑の流れが実現される。
また、本発明は、凸状の中間面を設け、これの第３の半径が第４の半径より大きく形成されることにより、切屑の曲げが低減され、溝からの切屑の排出が改善される。よって、螺旋状溝切削タップの性能が改善される。

以下は、本特許出願の一部をなす図面の簡単な説明である。

本発明の螺旋状（ねじれ）溝タップの特定の実施形態の等角図である。 図１の断面線２−２に沿った図１の螺旋状（ねじれ）溝タップの断面図である。 コーダルフック角（ｃｈｏｒｄａｌ ｈｏｏｋ ａｎｇｌｅ）の定義を示した螺旋状溝タップの部分の機械的な概略端面図である。 螺旋状溝切削タップの第２の特定の実施形態の断面図である。 螺旋状溝切削タップの第２の特定の実施形態のランド１１４と１２０とを分離する溝１０４を示した図３の部分拡大図である。

図面を参照すると、図１は、本発明の螺旋状溝切削タップ（全体的に２０で示されている）の特定の実施形態を示した等角図である。螺旋状溝切削タップ２０は、対向する後端２４及び前端２６を有する細長い本体２２を有する。螺旋状溝切削タップ２０は、後端２４に隣接するブラケット２８で示したほぼ滑らかな円筒状シャンク部を有する。ブラケット３０で示した螺旋状溝付部は螺旋状溝切削タップ２０の前端２４を起点としてそこから後方に延びる。螺旋状溝切削タップ２０の軸方向前端２６は切削面取り部３２を有する。以下に説明するように、螺旋状溝付部は切刃を定義する。使用中、円筒状シャンク部２８を工具ホルダに挿入することによって、螺旋状溝切削タップ２０が工作機械により保持される。シャンク部の形状が正方形断面を有し得ることを理解されたい。

図２を参照すると、螺旋状溝切削タップ２０は４つのねじれ溝（又は溝付部）３６、３８、４０及び４２を有する。本出願人らが、本発明の全範囲を特定数の溝に限定することを意図しないことが理解されるであろう。各溝は実質的にランド面４６、４８、５０、及び５２を分離する。より具体的には、ねじれ溝３６はランド４６と５２を分離する。ねじれ溝３８はランド４６と４８を分離する。ねじれ溝４０はランド４８と５０を分離する。ねじれ溝４２はランド５０と５２を分離する。ランド（４６、４８、５０及び５２）の各々は、ねじ付き孔を定義するねじ山を切削するように機能するＶ字状のねじ山側面を有する。

ねじれ溝３６、３８、４０及び４２の各々は実質的に同じ形状を有する。したがって、ねじれ溝３６の説明は他のねじれ溝（３８、４０、４２）の説明にもなる。また、明瞭にするために、溝の全てに共通する特徴が、溝３６以外の溝に関する説明でもあり得ることを理解されたい。

ねじれ溝３６を定義する表面は３つの基本部分を有するものとして特徴付けることができる。これらの部分は凹状すくい面６０、凹状底面６６及び凸状ヒール面６４である。

凹状すくい面６０について、それは、大きな凹状半径（第１の半径Ｒ１）によって定義される。第１の半径Ｒ１の大きさが特定の用途に応じて変化できるのと同時に、すくい面６０がほぼ直線状の（又は平らな）表面である程度に、第１の半径Ｒ１が十分に大きいと性能的に有利であると思われる。この点に関して、すくい面６０を形成する第１の半径Ｒ１が切削タップの直径（又は切削工具の直径）Ｄ１よりも大きい場合、ほぼ直線状の（又は平らな）表面を有するすくい面６０が形成される。本出願人らは、ほぼ平らなすくい面６０により、切削面取り部に沿って一定のままであるコーダルフック角が得られ、この態様により、螺旋状溝切削タップの性能が改善されることを見出した。

凹状底面６６について、それは第２の半径（Ｒ２）によって定義される。凹状底面６６は凹状すくい面６０に隣接する。この特定の実施形態では、凹状底面６６は凹状すくい面６０から凸状ヒール面６４への移行部を提供する。

３番目の部分である凸状ヒール面６４は、それは第４の半径（Ｒ４）によって定義される。凹状底面６６は凸状ヒール面６４に隣接する。本出願人らは、凸状半径Ｒ４でヒール部６４を形成することによって、凸状ヒール面６４の削れを回避できる（又は少なくとも最小限に抑えることができる）ことを見出した。図２に示した特定の実施形態では、溝３６の表面が、凹状すくい面６０と凹状底面６６と凸状ヒール面６４との組み合わせによって定義されることが理解できる。

図２Ａを参照すると、関連技術（インダストリアルプレス社（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）のオーベルグ（Ｏｂｅｒｇ）らによる機械ハンドブック（Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）（１９９２年）の第２４版の１６９６ページ参照）で知られているように、コーダルフック角は、末端切刃を通過する半径方向線と、末端切刃（チェスト（ｃｈｅｓｔ））から小径（又はルート（ｒｏｏｔ））に延びるコーダル線との間の角度である。コーダル線が半径方向線に対して反時計回り方向（図２Ａで見たとき）に位置決めされた場合、コーダルフック角は正角である。コーダル線が半径方向線に対して時計回り方向（図２Ａで見たとき）に位置決めされた場合、コーダルフック角は負角である。コーダル線が半径方向線にある場合、コーダルフック角はゼロに等しい。

本出願人らは、ほぼ直線状のすくい面６０と組み合わせて、中間（ｎｅｕｔｒａｌ）のコーダルフック角（図２ＡのＡ１参照）を用いることによって超硬合金タップの削れがなおさらに低減されることを見出した。言い換えれば、すくい面６０が切削タップの切刃６７と軸方向中心７０との間の線にある場合、切削タップは効果的に切削を行い、切刃（切刃６７を含む）は削れに対して十分な強度を有する。

本出願人らは、超硬合金タップを使用した場合、以下の異なるコーダルフック角が、異なるタッピングの用途に適切であり得ることを見出した。この点に関して、中間のコーダルフック角Ａ１は約ゼロ度に等しく、このようなコーダルフック角は、多くの材料をタッピングするのに（すなわち、ねじ付き孔を切削するのに）、特に、焼入れされていない鋼をタッピングするのに最適である。これらの材料について、中間のコーダルフック角の範囲は４度の負角〜４度の正角であり得る。しかし、他の材料について、タッピングされている材料の硬度及び延性に応じて、最適なコーダルフック角（Ａ１）を変化させることができることを理解されたい。例えば、５度〜１０度の負のコーダルフック角が、硬質材料（例えば、焼入れ鋼、又は鋳鉄等の脆性材料）をタッピングするのに適切である。５度〜１５度の正のコーダルフック角が、軟質材料（例えばアルミニウム）をタッピングするのに適切である。本出願人らは、高速度鋼の強度が超硬合金と比較してより高いため、上記よりも大きなコーダルフック角を用いて、高速度鋼基体から製造されたタップに、本発明による同じ溝形状を使用できることを意図している。

サイズ（すなわち切削タップの直径）に応じて、本発明の螺旋状溝タップは任意の数の溝を有することができる。小径の（すなわち直径約８ｍｍ未満の）螺旋状溝切削タップでは、３つの溝が実用的である。中間サイズ範囲の（すなわち、直径約１０ｍｍ〜約１６ｍｍの）螺旋状溝切削タップでは、４つの溝が実用的である。より大きなサイズの（すなわち、直径約１８ｍｍ以上の）螺旋状溝切削タップでは、５つの溝が適切である。切削タップのこの態様が特定のタッピングの用途に応じて変化できるので、切削タップサイズの範囲が溝の数に対応し得ることを理解されたい。

溝の数と組み合わせて、特定のタッピングの用途に応じて非常に広い範囲にわたり溝ねじれ角を変化させ得る。例えば、本発明の螺旋状溝切削タップが、深い孔（例えば、切削タップの直径よりも大きな深さを有する孔）をタッピングするために使用される場合、切屑が溝に付着しないか又は詰まらないように、５５度の溝ねじれ角が有効であり得る。他の例として、本発明の螺旋状溝切削タップが、より硬質の材料（例えば焼入れ鋼又は鋳鉄）のより浅い孔（例えば、切削タップの直径以下の深さを有する孔）をタッピングするために使用される場合、１５度の溝ねじれ角を有効に用いることができ、これにより、切屑が溝に付着しないか又は詰まらない。さらに他の例として、本発明の螺旋状溝切削タップが、鋼材料又は鋼基体のねじ付き孔をタッピングするために使用される場合、最適なねじれ角は約４０度〜約５０度である。

理解できるように、切屑の排出を最適化することが非常に望ましい。このことにより、切刃から出た後の、及び溝を定義する表面を介して又はそれに沿って通過した後の切屑の通路が考慮される。この点に関して、本出願人は、切屑が溝内でカールしたときに切屑に加えられる曲げを最小限に抑えることによって、切削タップに加えられる力が低減されることを見出した。切削タップに加えられる力の低減が有利な態様であることが理解できる。より具体的には、コア径Ｄ２と、ランドＤ３を定義する内接円とに関する制約を考慮した場合（図２参照）、本出願人らは、タップ径Ｄ１以上のＲ１と、Ｄ１の約５％〜２５％に等しいＲ２と、Ｄ１の２０％〜３０％に等しいＲ４とによって、最適な切屑の流れが実現されることを見出した（図２）。

さらに、本出願人は、切屑が溝内でカールとしたときに、切屑に加えられる曲げを最小限に抑えることができる他の方法を見出した。図３に示した特定の実施形態は本発明のこの態様を示している。

図３は、全体的に１００で示されている螺旋状溝切削タップの第２の特定の実施形態の溝付部の断面図である。螺旋状溝切削タップ１００全体については図示していないが、螺旋状溝切削タップ１００が、反対側の後端及び前端を有する細長い本体を有することを理解されたい。１つの実施形態として、螺旋状溝切削タップ１００は、後端に隣接するほぼ滑らかな円筒部を有することができる。しかし、その代わりに、切削タップ１００は、後端に隣接する正方形シャンクを有してもよいことを理解されたい。螺旋状溝切削タップ１００は、その前端を起点としてそこから後方に延びる溝付部を有する。螺旋状溝切削タップ１００はその後端の円筒状の（又は正方形の）部分を介して工具ホルダ等に接続される。理解できるように、螺旋状溝切削タップ１００の基本形状は、一般に、螺旋状溝切削タップ２０と同じである。

図３及び図３Ａに示したように、螺旋状溝切削タップ１００は４つのねじれ溝１０４、１０６、１０８、１１０を有する。本出願人らが、本発明の全範囲を特定数の溝に限定することを意図しないことが理解されるであろう。各溝は実質的にランド１１４、１１６、１１８及び１２０を分離する。より具体的には、ねじれ溝１０４はランド１１４と１２０を分離する。ねじれ溝１０６はランド１１４と１１６を分離する。ねじれ溝１０８はランド１１６と１１８を分離する。ねじれ溝１１０はランド１１８と１２０を分離する。ねじれ側面（１１４、１１６、１１８、１２０）の各々は、ねじ付き孔のねじ山を切削するように機能するＶ字状のねじ山側面を有する。

ねじれ溝１０４、１０６、１０８、１１０の各々は実質的に同じ形状を有する。したがって、ねじれ溝１１０の説明は他のねじれ溝の説明にもなる。

図３Ａを参照すると、ねじれ溝１０４を定義する表面は４つの基本部分を有するものとして特徴付けることができる。これらの部分は凹状すくい面１３０、凹状底面１３２、凸状混在面１３４及び凸状ヒール１３６である。凸状混在面１３４は、凹状底面１３２と凸状ヒール１３６との間に形成される中間面として区画される。

すくい面１３０は第１の凹状半径Ｒ１’によって定義される。図２の特定の実施形態について上述したように、第１の半径Ｒ１’の大きさが特定の用途に応じて変化できる一方、すくい面１３０がほぼ直線状のすくい面であると有利であると思われる。この点に関して、すくい面を形成する第１の半径Ｒ１’がタップ径Ｄ１’よりも大きい場合、ほぼ直線状のすくい面１３０が形成される。

凹状底面１３２は凹状すくい面１３０に隣接する。凹状底面１３２は第２の半径（凹状半径）Ｒ２’によって定義される。

凸状混在面１３４は凹状底面１３２に隣接する。凸状混在面１３４は第３の半径（Ｒ３）によって定義される。

凸状ヒール１３６は凸状混在面１３４に隣接する。凸状ヒール１３６は第４の半径（Ｒ４’）によって定義される。

本出願人らは、凸状混在面１３４が存在することにより、切削タップの性能が改善されることを見出した。この点に関して、本出願人らは、凸状混在面１３４の第３の半径（Ｒ３）がタップ径（Ｄ１’）の約５０％〜２００％である場合、第３の半径Ｒ３によって形成された凸面により、切屑の曲げが低減され、溝からの切屑の排出が改善されることを見出した。理解できるように、切屑の曲げの低減と切屑の排出の改善とにより、螺旋状溝切削タップの性能が改善される（向上する）。

螺旋状溝切削タップの製造について、切削タップは、時に基体と呼ばれる円筒状焼結炭化タングステンブランクから製造される。ブランク又は基体に関するより好ましい材料はコバルト焼結炭化タングステンである。コバルト焼結炭化タングステンの組成は、約６重量％〜約１６重量％の範囲であり得るコバルトであり、この場合、残りは炭化タングステン及び少量の不可避不純物である。コバルトの代わりの１つの範囲は約６重量％〜約１０重量％であり得る。コバルトの他の範囲は約１０重量％〜約１６重量％であり得る。

本出願人らが、炭化タンタル、炭化チタン及び炭化ニオブ等の他の炭化物を使用し得ることを意図していることを理解されたい。さらに、本出願人らは、粒成長を抑制するために、少量の遷移金属炭化物がブランクに含まれ得ることを意図している。その代わりに、高速度鋼をブランク用の材料として使用してもよい。典型的な高速度鋼は上記のＡＳＴＭ規格Ａ ６００ＲＥＶ Ａに記載されている。

研削前に、ブランクは、切削タップの仕上げ寸法よりも大きく寸法決めされる直径を有する。さらに、ブランクはある長さに切断されている。

ブランクを加工する際の第１のステップは、中心に対する円筒トラバース研削（ｃｙｌｉｎｄｅｒｉｃａｌ ｔｒａｖｅｒｓｅ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）等の方法によって、又は中心なし送り込み研削（ｃｅｎｔｅｒｌｅｓｓ ｉｎｆｅｅｄ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）方法によって、高精度の円筒形公差にブランクを研削することである。この研削ステップ中、円筒状シャンクが、切削タップの軸方向後端に寸法決めするように研削され、ねじ付き本体部の大径がタップの軸方向前端に形成される。さらに、この研削ステップ中に又は追加の工程ステップの結果として、円筒面、及び円筒状シャンクとネック部との間の斜面によって、任意のネック部を形成することが可能である。その上、円筒研削によりタップの端部で、任意の斜面を研削することが可能である。

一般に、シャンク径はねじの径にほぼ等しいが、シャンク径は大きな直径のタップのねじの径よりも小さくてもよい。シャンク径は小さな直径のタップのねじの径よりも大きくてもよい。他の選択肢は、切削タップの軸方向最後端（図示せず）のシャンクの一部を正方形に研削することであり得る。

次のステップでは、面取り部と、タップが使用される場合に生じる切屑を排出するための手段とを組み合わせて、切刃を設けるように、１つ以上の溝が螺旋状に研削される。上記のように、ねじれ角は用途に依存する。溝が螺旋状に研削された場合、切削タップの選択された半径（例えば、第１の半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４及び任意の半径Ｒ３）を設けるように、研削砥石の形状が形成される。

次のステップでは、小径及び大径と共に、Ｖ字状のねじ山側面を形成するように、ねじ付き本体部が螺旋状に研削される。その後、研削により、ねじ付き切削面取り部の形状が形成される。Ｖ字状のねじ山側面及び大径により、タッピング中に形成される雌ねじが複製される。孔の入口のタップを可能にするように、ねじ付き切削面取り部が先細になる。

研削後、切刃及び他の鋭い角部に小さな半径を形成するように、研磨媒体又は研磨ブラシでタップを研磨することが可能である。結果として得られる半径は１〜１００μｍの間であり得る。この研磨により、上記刃の強度がさらに向上する。

この工程の最後のステップでは、金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物及び／又は金属酸化物からなる耐摩耗性コーティングスキーム（ｃｏａｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）（図示せず）によってタップを選択的にコーティングすることが可能であり、この場合、金属は、以下のもの、すなわち、アルミニウム、シリコン、並びに周期表のＩＶａ族、Ｖａ族及びＶＩａ族の遷移金属の１つ以上から選択される。コーティング層の特定の例は、窒化チタン、炭窒化チタン、窒化チタンアルミニウム及び窒化チタンシリコンを含む（これらに限定されない）。化学蒸着（ＣＶＤ）技術及び／又は物理蒸着（ＰＶＤ）技術により、コーティングスキームを単層として又は複数の層（交互層を含む）に蒸着し得る。

試験では、ＣＮＣマシニングセンタにおいて２００フィート／分でＡＩＳＩ４３４０鋼の盲孔をタッピングすることによって、Ｍ１２×１．７５ｍｍピッチの本発明によるコバルト焼結炭化タングステンの螺旋状溝切削タップを試験した。切削タップは、ほとんど摩耗なしで、満足できるゲージ品質を有する２０００個の孔をタッピングした。現在の設計のＰＶＤコーティングされた従来のＨＳＳ（高速度鋼）の螺旋状溝タップは、５０〜１００フィート／分でタッピングできるに過ぎない。したがって、本発明の螺旋状溝切削タップは、従来技術の切削タップと比較して効果を向上させると思われる。

本発明の螺旋状溝切削タップは、極めて耐摩耗性であるが、より低い強度の基体（例えば、コバルト焼結炭化タングステン等の炭化タングステン又は超硬合金）から製造できる螺旋状溝切削タップを提供することが明らかである。さらに、本発明の螺旋状溝切削タップは、ねじ付き孔を切削する際の、特に、ねじ付き盲孔を切削する際の精度を向上させる螺旋状溝切削タップを提供することが明らかである。その上、本発明の螺旋状溝切削タップは、ねじ付き孔を切削する際の有効工具寿命を延ばすことを可能にすることが明らかである。最後に、本発明の螺旋状溝切削タップは、ねじ付き孔を切削する際の速度を向上させることが明らかである。

本明細書に記載した特許文献及び他の文献は、参照により本明細書に援用される。本発明の他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の仕様又は実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様及び例は、例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の真の範囲及び趣旨は以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (21)

1. 前端と後端とを有する細長い本体を備える切削工具であって、
   前記細長い本体が、前記前端の近傍を起点として前記前端から後方に延びる溝付部を有し、前記溝付部が、切刃を定義する溝を有し、
   前記溝が、凹状すくい面を有し、前記凹状すくい面が第１の半径によって定義され、
   前記溝が、前記凹状すくい面に隣接する凹状底面を有し、前記凹状底面が第２の半径によって定義され、
   前記溝が、前記凹状底面に隣接する凸状ヒール面を有し、前記凸状ヒール面が第４の半径によって定義され、
   前記溝が、前記凹状底面と前記凸状ヒール面との間の凸状の中間面を有し、前記中間面が第３の半径によって定義され、
   前記切削工具が切削工具直径を有し、前記第１の半径が前記切削工具直径より大きく、
   前記第２の半径及び前記第４の半径は前記切削工具直径より小さく、前記第３の半径は前記第４の半径より大きい、切削工具。
2. 前記凹状すくい面がコーダルフック角を定義する請求項１に記載の切削工具。
3. 前記コーダルフック角が１０度の負角〜１５度の正角の範囲である請求項２に記載の切削工具。
4. 前記コーダルフック角がゼロ度に等しい請求項２に記載の切削工具。
5. 前記溝が、１０度〜５５度のねじれ角を有する螺旋状溝である請求項１〜４のいずれか一項に記載の切削工具。
6. 前記ねじれ角が４０度〜５０度の範囲である請求項５に記載の切削工具。
7. 前記細長い本体が４つの螺旋状溝を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の切削工具。
8. 前記切削工具がコア径をさらに有し、前記コア径が前記切削工具直径の３０％〜５０％の範囲である請求項１〜７のいずれか一項に記載の切削工具。
9. 前記第２の半径が前記切削工具直径の５％〜２５％の範囲である請求項１〜８のいずれか一項に記載の切削工具。
10. 前記第４の半径が前記切削工具直径の２０％〜３０％の範囲である請求項１〜９のいずれか一項に記載の切削工具。
11. 前記細長い本体が複数の溝を有し、隣接する各溝の間にランドがあり、前記ランドが、第３の直径を有する内接円によって定義され、前記第３の直径が前記切削工具直径の１５％〜２５％の範囲である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の切削工具。
12. 前記ランドの各々が幅を有し、前記各ランドの幅が、２０度〜３０度の範囲である第２の角度によって定義される請求項１１に記載の切削工具。
13. 前記第３の半径が前記切削工具直径の５０％〜２００％の範囲である請求項１〜１２のいずれか一項に記載の切削工具。
14. 前記細長い本体が前記溝を３つ含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の切削工具。
15. 前記細長い本体が前記溝を５つ含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の切削工具。
16. 前記細長い本体がコバルト焼結炭化タングステンを含み、コバルト含有量が１０重量％〜１６重量％の範囲である請求項１〜１５のいずれか一項に記載の切削工具。
17. 前記細長い本体が高速度鋼を含む請求項１〜１６のいずれか一項に記載の切削工具。
18. 前記細長い本体がさらにコーティングスキームを含み、前記コーティングスキームが、金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物及び／又は金属酸化物の１つ以上を有する１つ以上の層を備え、前記金属が、アルミニウム、シリコン、並びに周期表のＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の遷移金属の１つ以上から選択される請求項１〜１７のいずれか一項に記載の切削工具。
19. 前記切刃が１〜１００μｍの半径に研磨される請求項１〜１８のいずれか一項に記載の切削工具。
20. 前記凸状ヒール面に隣接する前記切刃が１〜３００μｍの半径に研磨される請求項１〜１９のいずれか一項に記載の切削工具。
21. 前端と後端とを有する細長い本体を備える切削工具であって、
    前記細長い本体が、前記前端の近傍を起点として前記前端から後方に延びる螺旋状溝付部を有し、前記螺旋状溝付部が、切刃を定義する溝を有し、
    前記溝が、凹状すくい面を有し、前記凹状すくい面が第１の半径によって定義され、
    前記溝が、前記凹状すくい面に隣接する凹状底面を有し、前記凹状底面が第２の半径によって定義され、
    前記溝が、前記凹状底面に隣接する凸状の中間面を有し、前記中間面が第３の半径によって定義され、
    前記溝が、前記中間面に隣接する凸状ヒール面を有し、前記凸状ヒール面が第４の半径によって定義され、
    前記切削工具が切削工具直径を有し、前記第１の半径が前記切削工具直径より大きく、
    前記第２の半径及び前記第４の半径は前記切削工具直径より小さく、前記第３の半径は前記第４の半径より大きい、切削工具。

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