JPWO2018134924A1 - ねじ切りフライス - Google Patents

Abstract

工具寿命を長くできるねじ切りフライスを提供する。工具本体（１０）の外周の先端側から軸直方向に複数のねじ山が突出してねじ切り刃（２０ａ，２４，２９）が形成される。工具本体の先端面に形成される底刃（３３）は、ねじ切り刃の先端側に連なる第１底刃（３４）と、第１底刃の軸心（Ｃ）側に連なって第１底刃よりも後端側へ傾斜する第２底刃（３５）とを備える。軸心に垂直な仮想平面（Ｐ）と第１底刃とのなす角（θ１）が６°以下に設定される。第２底刃と軸心に垂直な仮想平面とのなす角（θ２）は、第１底刃と軸心に垂直な仮想平面とのなす角よりも大きく設定される。

Description

本発明はねじ切りフライスに関し、特に穴あけ加工とねじ切り加工とを同時に行うねじ切りフライスに関するものである。

従来より、被加工物にめねじを切削加工するための工具としてねじ切りフライスがある。このねじ切りフライスは、工具本体の外周にねじ切り刃が設けられ、ＮＣフライス盤等の駆動装置により軸心まわりに回転されつつ被加工物に対して相対移動させることでねじ切り加工を行う。

ねじ切りフライスの中には、工具本体の先端面に底刃を設けることで、ねじ切り加工の前工程として別の工具を使って行う下穴加工を不要とし、穴あけ加工とねじ切り加工とを同時に行うものがある（特許文献１）。

特開２０１２−８６２８６号公報

しかしながら、特許文献１では、被加工物から受ける径方向の力によってめねじの中心軸に対してねじ切りフライスが倒れ易く、ねじ切りフライスの工具寿命が短いという問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、工具寿命を長くできるねじ切りフライスを提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のねじ切りフライスは、駆動装置により軸心まわりに回転されつつ被加工物に対して相対移動されることで前記被加工物にめねじを切削加工するものであって、前記駆動装置に保持されて軸心まわりに回転される工具本体と、前記工具本体の外周の先端側から軸直方向に複数のねじ山が突出するねじ切り刃と、前記工具本体の先端面に形成される底刃とを備え、前記底刃は、前記ねじ切り刃の先端側に連なり、前記軸心に垂直な仮想平面とのなす角が６°以下に設定される第１底刃と、前記第１底刃の前記軸心側に連なって前記第１底刃よりも後端側へ傾斜する第２底刃とを備え、前記軸心に垂直な仮想平面と前記第２底刃とのなす角は、前記軸心に垂直な仮想平面と前記第１底刃とのなす角よりも大きく設定される。

請求項１記載のねじ切りフライスによれば、工具本体の軸心に垂直な仮想平面と第１底刃とのなす角が６°以下に設定される。そのため、被加工物と駆動装置との間でねじ切りフライスに生じる軸方向の突っ張り力を強くできる。その結果、めねじの中心軸に対してねじ切りフライスを倒れ難くできる。

また、軸心に垂直な仮想平面と第２底刃とのなす角は、軸心に垂直な仮想平面と第１底刃とのなす角よりも大きく設定される。そのため、第１底刃と被加工物との間の切削抵抗に比べて、第２底刃と被加工物との間の切削抵抗を低減できる。よって、第２底刃により切削抵抗を低減しつつ、第１底刃によりねじ切りフライスを倒れ難くしてねじ切りフライスの工具寿命を長くできる効果がある。

請求項２記載のねじ切りフライスによれば、ねじ切り刃と第１底刃との境界における軸心を中心とした直径は、ねじ山間の谷径以上である。これにより、第１底刃と駆動装置との間でねじ切りフライスに生じる軸方向の強い突っ張り力を、ねじ切り刃と第１底刃との境界がねじ山間の谷底よりも軸直方向内側に位置する場合に比べて、軸直方向外側に位置させることができる。その結果、めねじの中心軸に対してねじ切りフライスを更に倒れ難くできるので、請求項１の効果に加え、ねじ切りフライスの工具寿命を更に長くできる効果がある。

請求項３記載のねじ切りフライスによれば、第１底刃の軸直方向寸法は、ねじ山間の谷径に対して１０％以下に設定される。これにより、第１底刃と被加工物との接触面積を抑制して第１底刃と被加工物との間の切削抵抗を抑制できる。その結果、ねじ切り刃および底刃の摩耗や折損を抑制できるので、請求項１又は２の効果に加え、ねじ切りフライスの工具寿命を更に長くできる効果がある。

請求項４記載のねじ切りフライスによれば、第１底刃と軸心に垂直な仮想平面とのなす角度が０°より大きく設定される。これにより、第１底刃と被加工物との間の切削抵抗を低減できる。その結果、請求項１から３のいずれかの効果に加え、ねじ切りフライスの工具寿命を更に長くできる効果がある。

本発明の一実施形態におけるねじ切りフライスの正面図である。 図１のＩＩ部分を拡大したねじ切りフライスの拡大図である。 ねじ切りフライスの底面図である。 ねじ切りフライスを用いた切削加工の模式的な説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態におけるねじ切りフライス１について説明する。図１は本発明の一実施形態におけるねじ切りフライスの正面図である。

図１に示すように、ねじ切りフライス１は、ＮＣフライス盤やマシニングセンタ等の駆動装置２（図４参照）から伝達される回転力により被加工物Ｗ（図４参照）にめねじ４（図４参照）を切削加工するための工具である。ねじ切りフライス１は、タングステンカーバイド等を加圧焼結した超硬合金から構成される。なお、ねじ切りフライス１は超硬合金から構成される場合に限らず、例えば、ねじ切りフライス１を高速度工具鋼などから構成しても良い。

ねじ切りフライス１は、軸心Ｃ１を中心とする円柱状の工具本体１０と、被加工物Ｗを切削するための第１刃部２０及び第２刃部３０を備える。工具本体１０は、その軸心Ｃ１方向の後端側（図１上側）に設けられるシャンク１１と、そのシャンク１１に連なって工具本体１０の軸心Ｃ１方向の先端側（図１下側）に設けられるボデー１２とを備える。

シャンク１１は、駆動装置２に保持される部位である。ねじ切りフライス１は、シャンク１１を介して保持された駆動装置２から伝達される駆動力によって、被加工物Ｗにめねじ４を切削加工する。この駆動装置２からの駆動力は、ねじ切りフライス１を軸心Ｃ１まわりに回転させると共に、ねじ切りフライス１をヘリカル送りさせて被加工物Ｗに対してねじ切りフライス１を相対移動させる。なお、ヘリカル送りとは、形成予定のめねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を公転させつつ、ねじ切りフライス１を軸心Ｃ１方向へリード送りさせることである。

シャンク１１は、軸心Ｃ１に沿って一定の外径を有する円柱状に形成される。しかし、シャンク１１は、軸心Ｃ１に沿って一定の外径を有する場合に限らず、例えば、シャンク１１を工具本体１０の先端側から後端側へ向かうにつれて外径が縮小するテーパ状に形成しても良い。

ボデー１２は、第１刃部２０及び第２刃部３０が設けられる部位である。ボデー１２は、軸心Ｃ１に沿って一定の外径を有する円柱状に形成されると共に、その一部を切り欠いて複数の溝部１３，１４が形成される（溝部１４は図３参照）。ボデー１２の外径は、シャンク１１の外径よりも小さく設定されている。

溝部１３，１４は、第１刃部２０及び第２刃部３０によって被加工物Ｗが切削されて生じた切り屑を排出するための溝である。溝部１３はボデー１２の外周面に設けられる。溝部１４はボデー１２の先端面に設けられる。第１刃部２０及び第２刃部３０は、この複数の溝部１３，１４により工具本体１０の周方向に複数（本実施形態では４つ）に分断された形状となる。

次に図２及び図３を参照して、第１刃部２０及び第２刃部３０について説明する。図２は図１のＩＩ部分を拡大したねじ切りフライス１の拡大図である。図３はねじ切りフライス１の底面図である。

図２に示すように、第１刃部２０は、下穴の内周面にめねじを切削する部位である。第１刃部２０は、工具本体１０の外周から軸直方向外側へ張り出す複数のねじ山部を備える。複数のねじ山部は、工具本体１０の外周の先端から後端側へ向かって形成される。複数のねじ山部のうち、最も工具本体１０の先端側の１山が先端ねじ山部２１であり、先端ねじ山部２１以外の２山が後端ねじ山部２６である。

先端ねじ山部２１は、先端すくい面２２と、先端逃げ面２３と、先端すくい面２２及び先端逃げ面２３の稜線に形成される先端刃２４とを備える。後端ねじ山部２６は、後端すくい面２７と、後端逃げ面２８と、後端すくい面２７及び後端逃げ面２８の稜線に形成される後端刃２９とを備える。

先端すくい面２２及び後端すくい面２７は、それぞれ先端刃２４及び後端刃２９による被加工物Ｗの切削加工時に切り屑を生成および排出するための部位である。先端すくい面２２及び後端すくい面２７は、それぞれ先端ねじ山部２１及び後端ねじ山部２６の外面のうち切削回転方向の前方側の面である。

先端逃げ面２３及び後端逃げ面２８は、それぞれ先端刃２４及び後端刃２９による被加工物Ｗの切削加工時に第１刃部２０と被加工物Ｗとの接触面積を低減するための部位である。先端逃げ面２３及び後端逃げ面２８は、それぞれ先端ねじ山部２１及び後端ねじ山部２６の外面のうち外周側の面である。

先端刃２４及び後端刃２９は、被加工物Ｗに食い込んで被加工物Ｗを切削するねじ山状の部位である。先端刃２４は、山頂２４ａと、山頂２４ａの先端側（第２刃部３０側）に連なるフランク２４ｂと、山頂２４ａの後端側（シャンク１１側）に連なるフランク２４ｃとを備える。後端刃２９は、山頂２９ａと、山頂２９ａの先端側に連なるフランク２９ｂと、山頂２９ａの後端側に連なるフランク２９ｃとを備える。

フランク２４ｃとフランク２９ｂとを、２つの後端刃２９のうち先端側の後端刃２９のフランク２９ｃと、後端側の後端刃２９のフランク２９ｂとを、それぞれ軸方向に繋ぐ稜線が谷底２０ａである。谷底２０ａは、先端刃２４及び後端刃２９による複数のねじ山の間の谷底である。これら先端刃２４、後端刃２９及び谷底２０ａが、被加工物Ｗにめねじ４（図４参照）をねじ切りするためのねじ切り刃である。谷底２０ａから先端刃２４の山頂２４ａまでの高さは、谷底２０ａから後端刃２９の山頂２９ａまでの高さよりも小さく設定される。

このように設定されたねじ切り刃２０ａ，２４，２９を有するねじ切りフライス１がヘリカル送りされて被加工物Ｗにめねじ４を切削加工する。まず、先端刃２４で被加工物Ｗを荒切削し、その後、先端刃２４で切削されなかった部分を後端刃２９で仕上げ切削して被加工物Ｗがねじ切りされる。先端刃２４が荒切削して後端刃２９が仕上げ切削することで、後端刃２９への負荷を低減できる。その結果、後端刃２９の摩耗を抑制できるので、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９による切削精度を向上できる。

図２及び図３に示すように、第２刃部３０は、めねじ４の内径に該当する下穴を切削加工する部位である。第２刃部３０は、工具本体１０の先端面、即ち、工具本体１０の底面に設けられる。第２刃部３０は、底すくい面３１と、底逃げ面３２と、底すくい面３１及び底逃げ面３２の稜線に形成される底刃３３とを備える。

底すくい面３１は、底刃３３による被加工物Ｗの切削加工時に切り屑を生成および排出するための部位である。底すくい面３１は、第２刃部３０の外面のうち切削回転方向の前方側に向いた面である。底逃げ面３２は、底刃３３による被加工物Ｗの切削加工時に第２刃部３０と被加工物Ｗとの接触面積を低減するための部位である。底逃げ面３２は、工具本体１０の先端面の一部である。

底刃３３は、被加工物Ｗに食い込んで被加工物Ｗを切削する部位である。底刃３３は軸心Ｃ１周りに回転対称に形成される。底刃３３は、先端刃２４の先端側のフランク２４ｂに連なる第１底刃３４と、第１底刃３４の軸心Ｃ１側に連なる第２底刃３５とを備える。

第１底刃３４は、軸心Ｃ１に垂直な仮想平面Ｐとのなす角θ１が６°以下（本実施形態では０°）に設定される。また、この仮想平面Ｐとフランク２４ｂとのなす角θ３は、本実施形態では３０°に設定される。なお、角θ３は、３０°に限らず、切削予定のめねじ４の形状に合わせて設定される。

第１底刃３４の幅ｄ１（軸直方向寸法）は、谷底２０ａにおける軸心Ｃ１を中心とした直径（以下「谷径」と称す）ｄ２の１０％以下に設定されることが好ましい。なお、本実施形態では、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比が６％に設定される。第１底刃３４とフランク２４ｂとの境界Ｂにおける軸心Ｃ１を中心とした直径ｄ３は、谷底２０ａの谷径ｄ２以上に設定される。なお、本実施形態では、谷径ｄ２と直径ｄ３とが同一に設定される。

第２底刃３５は、底刃３３の切削抵抗を低減させる部位である。第２底刃３５は、第１底刃３４よりも工具本体１０の後端側へ傾斜する。第２底刃３５と仮想平面Ｐとのなす角θ２は、角θ１よりも大きく設定される。なお、本実施形態では、角θ２が１０°に設定される。

次に、図２及び図４を参照してねじ切りフライス１の切削加工時の作用について説明する。図４はねじ切りフライス１を用いた切削加工の模式的な説明図である。図４には、本実施形態に対して第１底刃３４がなく、先端刃２４のフランク２４ｂを下方へ延長したフランク４１と、第２底刃３５を下方へ延長した第２底刃４２とが交点４３で連なる従来技術（例えば、特許文献１）のねじ切りフライス４０が二点鎖線で図示される。

図２及び図４に示すように、被加工物Ｗを図示しない固定装置に固定し、ねじ切りフライス１のシャンク１１を駆動装置２に装着する。そして、駆動装置２により、ねじ切りフライス１を軸心Ｃ１まわりに自転させながらヘリカル送りさせることで、底刃３３により被加工物Ｗに下穴が切削加工されつつ、その下穴の内周面がねじ切り刃２０ａ，２４，２９によってねじ切りされる。これにより被加工物Ｗにめねじ４が形成される。

従来技術のねじ切りフライス４０では、被加工物Ｗを切削開始するときに、まず交点４３が被加工物Ｗに接触する。軸心Ｃ１に垂直な仮想平面Ｐとフランク２４ｂ，４１とのなす角θ３と、仮想平面Ｐと第２底刃３５，４２とのなす角θ２とにより規定される先細り形状の交点４３付近は耐久性が比較的低く摩耗し易い。

これに対し、本実施形態のねじ切りフライス１では、被加工物Ｗを切削開始するときにまず接触する部分の形状が、角θ２よりも角度が小さい仮想平面Ｐと第１底刃３４とのなす角θ１と、角θ２又は角θ２とにより規定される。そのため、ねじ切りフライス４０よりもねじ切りフライス１の方が底刃３３の耐久性を高くでき、摩耗し難くできる。特に、角θ１が０°に近い程、ねじ切りフライス１で被加工物Ｗを切削開始するとき、第１底刃３４全体が被加工物Ｗに略一度に接触するので、第１底刃３４及び第２底刃３５をより摩耗し難くできる。

底刃３３は、被加工物Ｗに全体が接触して下穴を切削加工している。更に底刃３３が軸心Ｃ１周りに回転対称に形成されるので、底刃３３が被加工物Ｗから受ける軸直方向の力は互いに相殺される。

一方、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９は、周方向の一部が被加工物Ｗに接触してねじ切りしている。即ち、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９は、被加工物Ｗに接触している部分とは軸心Ｃ１を挟んで反対側の部分が被加工物Ｗに接触していない。

そのため、ねじ切りフライス１には、めねじ４の内周面からめねじ４の中心軸Ｃ２へ向かう力が生じる。この力が大きいと、ねじ切りフライス１がめねじ４の中心軸Ｃ２へ向かって倒れ易くなる。ここで、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１が倒れる程、めねじ４の有効径が小さくなる。そのため、有効径が一定量以上小さくなった段階で駆動装置２により補正する必要がある。よって、ねじ切りフライス１がめねじ４の中心軸Ｃ２へ向かって倒れ易い程、頻繁に補正を行う必要がある。

先端刃２４のフランク２４ｂは、フランク２４ｂに垂直な方向の力Ｆ２を被加工物Ｗから受ける。力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂは、ねじ切りフライス１の倒れに寄与する。一方、力Ｆ２の軸方向成分Ｆ２ａによって、シャンク１１を介して駆動装置２に保持されるねじ切りフライス１を駆動装置２に押し付けることができる。これにより、被加工物Ｗと駆動装置２との間でねじ切りフライス１が突っ張って、めねじ４の中心軸Ｃ２に対するねじ切りフライス１の倒れが抑制される。

第１底刃３４は、第１底刃３４に垂直な方向の力Ｆ１を被加工物Ｗから受ける。本実施形態では、第１底刃３４と仮想平面Ｐとのなす角θ１が６°以下に設定されるので、その力Ｆ１の略全てが軸方向の力となる。これにより、被加工物Ｗと駆動装置２との間でねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を強くできるので、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を倒れ難くできる。

更に、本実施形態では、第１底刃３４を設けることで、従来技術に対してフランク２４ｂを短くでき、力Ｆ２を小さくできる。その結果、本実施形態では、従来技術に対して力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂも小さくできるので、ねじ切りフライス１をより倒れ難くできる。

フランク２４ｂと第１底刃３４との境界Ｂにおける軸心Ｃ１を中心とした直径ｄ３が大きく設定される程、ねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を軸直方向外側に位置させることができる。その結果、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を一層倒れ難くできる。

更に、直径ｄ３が大きい程、フランク２４ｂを短くできるので、力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂを小さくできる。これにより、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を一層倒れ難くできる。

しかし、先端刃２４のフランク２４ｂが短い程、フランク２４ｂへの負荷が集中する。そのため、フランク２４ｂが摩耗し易くなり、先端刃２４の耐久力が低下するので、ねじ切りフライス１の工具寿命が短くなるおそれがある。

また、直径ｄ３が谷底２０ａの谷径ｄ２よりも大きい場合には、フランク２４ｂによる被加工物Ｗの切削量が少なくなる。フランク２４ｂで切削できなくなった部分は、後端刃２９の先端側のフランク２９ｂが代わりに切削する。そのため、後端刃２９への負荷が大きくなる。これにより、後端刃２９が摩耗し易くなって後端刃２９の耐久力が低下するので、ねじ切りフライス１の工具寿命が短くなるおそれがある。

以上の結果、境界Ｂの直径ｄ３は、谷径ｄ２以上に設定されることで、直径ｄ３が谷径ｄ２よりも小さく設定される場合に比べて、ねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を軸直方向外側に位置できると共に、力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂを小さくできる。これにより、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を一層倒れ難くできる。その結果、駆動装置２によるねじ切りフライス１の補正回数を少なくできると共に、ねじ切りフライス１の工具寿命を長くできる。

但し、直径ｄ３が谷径ｄ２以上に設定されつつ、直径ｄ３と谷径ｄ２との差が小さい方が好ましく、その差がないことがより好ましい。これらの差が小さい程、フランク２４ｂへの負荷の集中を緩和できると共に、フランク２４ｂによる被加工物Ｗの切削量を適切にできる。これらの結果、先端刃２４及び後端刃２９の耐久力の確保と、ねじ切りフライス１の倒れ抑制と、によってねじ切りフライス１の工具寿命を長くできると共に、駆動装置２によるねじ切りフライス１の補正回数を少なくできる。

第１底刃３４の幅ｄ１は、谷底２０ａの谷径ｄ２の１０％以下に設定されることが好ましい。幅ｄ１が谷径ｄ２の１０％より大きい場合には、第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗が大きくなる。そのため、切削加工中のねじ切りフライス１の振動が大きくなり、ねじ切りフライス１による加工精度が低下したり、振動に起因してねじ切り刃２０ａ，２４，２９及び底刃３３が摩耗したり折損したりするおそれがある。

幅ｄ１が谷径ｄ２の１０％以下に設定されることで、第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗を十分に小さくできる。その結果、ねじ切りフライス１による加工精度を確保しつつ、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９及び底刃３３の摩耗や折損を抑制してねじ切りフライス１の工具寿命を長くできる。

第１底刃３４よりも後端側へ第２底刃３５が傾斜し、仮想平面Ｐと第１底刃３４とのなす角θ１よりも仮想平面Ｐと第２底刃３５とのなす角θ２が大きく設定される。そのため、第２底刃３５がなく底刃３３が全て第１底刃３４である場合に比べて、底刃３３と被加工物Ｗとの間の切削抵抗を低減できる。その結果、ねじ切りフライス１による加工精度を確保しつつ、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９及び底刃３３の摩耗や折損を抑制してねじ切りフライス１の工具寿命を長くできる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の実施例では、上記実施形態で説明したねじ切りフライス１の幅ｄ１、角θ１の値を具体化したものを用いた。全ての実施例および比較例では、角θ２を１０°、角θ３を３０°とした。

まず、第１底刃３４を有する実施例１と、第１底刃３４を有しない比較例とについて比較する。実施例１には、角θ１が０°〜＋１°となり、幅ｄ１が０．１９ｍｍ、谷径ｄ２が３．１７ｍｍ、即ち、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比ｄ１／ｄ２が６％（誤差±０．４％）となるように作製したねじ切りフライスを用いる。なお、角θ１の「＋」とは、第１底刃３４が軸心Ｃ１側へ向かうにつれて後端側へ傾斜する場合を示す。また、幅ｄ１の誤差は±０．０２ｍｍとなるように設定し、全ての実施例において幅ｄ１の誤差を同様に設定した。比ｄ１／ｄ２の誤差は、全ての実施例で共通の±０．４％に設定した。

比較例は、第１底刃３４を有しない従来技術のねじ切りフライス４０を用いた以外は、実施例１と同様に構成したものである。

実施例１および比較例におけるねじ切りフライスを用いて、立型マシニングセンタ（駆動装置２）により呼び径がＭ５×０．８、ねじ立て長さが９．６ｍｍ、ＪＩＳ規格の定める等級が６Ｈであるめねじが、被加工物ＷであるＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）にいくつ加工できるか評価することで、ねじ切りフライスの耐久試験を行った。更に詳しくは、有効径＋０．０８０のステップゲージが１２回転入り、有効径＋０．１００のステップゲージが１２回転以上入らないように工具半径オフセットを調整し、耐久試験をスタートさせた。通り側ねじプラグゲージ（以下「ＧＰゲージ」と称す）がめねじに入らなくなった時点で耐久試験をストップして、工具半径補正を行い、耐久試験を再開させた。なお、パス回数は１回とした。また、切削油には水溶性切削油を用い、切削速度を４５ｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送りを０．０２３ｍｍ／ｔとした。

表１は、この耐久試験により加工されためねじの数を表した耐久試験結果である。表１に示すように、第１底刃３４を有する実施例１では、第１底刃３４を有しない比較例１と比べて、駆動装置２による補正回数を少なくできると共に、めねじの加工数を多くして工具寿命を長くできることが明らかとなった。

次に、幅ｄ１を異ならせた実施例２〜５を比較する。実施例２には、角θ１が０°〜＋１°となり、谷径ｄ２が４．８６ｍｍ、幅ｄ１が０．１ｍｍ、即ち、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比ｄ１／ｄ２が２％となるように作製したねじ切りフライスを用いる。実施例３は、幅ｄ１を０．２ｍｍ、比ｄ１／ｄ２を４％となるように作製した以外は、実施例２と同様に構成したものである。実施例４は、幅ｄ１を０．３ｍｍ、比ｄ１／ｄ２を６％となるように作製した以外は、実施例２と同様に構成したものである。実施例５は、幅ｄ１を０．５ｍｍ、比ｄ１／ｄ２を１０％となるように作製した以外は、実施例２と同様に構成したものである。

実施例２〜５におけるねじ切りフライスを用いて、立型マシニングセンタ（駆動装置２）により呼び径がＭ８×１．２５、ねじ立て長さが８ｍｍ、ＪＩＳ規格の定める等級が６Ｈであるめねじが、被加工物ＷであるＳＫＤ１１（５９〜６１ＨＲＣ）にいくつ加工できるか評価することで、ねじ切りフライスの耐久試験を行った。更に詳しくは、有効径＋０．０８０のステップゲージが１０回転入り、有効径＋０．１００のステップゲージが１０回転以上入らないように工具半径オフセットを調整し、耐久試験をスタートさせた。ＧＰゲージがめねじに入らなくなった時点で耐久試験をストップして、工具半径補正を行い、耐久試験を再開させた。なお、パス回数は１回とした。また、切削油は用いず、エアブローを行い、切削速度を４５ｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送りを０．０４ｍｍ／ｔとした。

この耐久試験におけるめねじの加工数は、比ｄ１／ｄ２が２％の実施例２で１３０、比ｄ１／ｄ２が４％の実施例３で１４５、比ｄ１／ｄ２が６％の実施例４で１５２、比ｄ１／ｄ２が１０％の実施例５で１３６であった。また、補正回数は全て０回であった。

この試験結果から、比ｄ１／ｄ２が６％付近までは比ｄ１／ｄ２が大きくなるにつれてめねじの加工数が多くなり、比ｄ１／ｄ２が６％付近よりも大きくなるにつれてめねじの加工数が少なくなることが明らかとなった。これは、比ｄ１／ｄ２が大きくなる程、第１底刃３４が受ける軸方向の力Ｆ１を大きくできるが、第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗が大きくなるためであると推察される。よって、比ｄ１／ｄ２を４％〜１０％に設定することで、めねじの加工数を多くして工具寿命をより長くできる。更に、比ｄ１／ｄ２を５％〜８％に設定することで、工具寿命をより一層長くできる。

次に、角θ１を異ならせた実施例６〜９を比較する。実施例６には、角θ１が０°〜＋１°となり、谷径ｄ２が４．８６ｍｍ、幅ｄ１が０．３ｍｍ、即ち、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比ｄ１／ｄ２が６％となるように作製したねじ切りフライスを用いる。なお、実施例６は、実施例４に対して、ボデー１２の先端面の溝部１４の幅（周方向寸法）を大きくし、軸心Ｃ１から底逃げ面３２までの距離を約１．５倍に設定したものである。

実施例７は、角θ１が１°〜２°となるように作製した以外は、実施例６と同様に構成したものである。実施例８は、角θ１が３°〜４°となるように作製した以外は、実施例６と同様に構成したものである。実施例９は、角θ１が５°〜６°となるように作製した以外は、実施例６と同様に構成したものである。

角θ１を異ならせた実施例６〜９における耐久試験の方法は、幅ｄ１を異ならせた実施例２〜５における耐久試験の方法と同様にした。表２は、この耐久試験により加工されためねじの数を表した耐久試験結果である。

表２に示すように、実施例６〜９のいずれも補正回数は同じだが、角θ１が１°〜２°の実施例７の場合をピークに、１°〜２°から離れるにつれてめねじの加工数が少なくなることが明らかとなった。これは、角θ１を０°に近づける程、ねじ切りフライスに生じる軸方向の突っ張り力を大きくできる一方で、角θ１が０°の場合に第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗が特に大きくなるためであると推察される。

よって、角θ１を０°より大きく設定することで、めねじの加工数を多くして工具寿命をより長くできる。更に、角θ１を１°〜３°、より好ましくは角θ１を１°〜２°に設定することで工具寿命をより一層長くできる。

以上、実施形態および実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施形態および上記実施例で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

上記実施形態では、１山の先端ねじ山部２１と、２山の後端ねじ山部２６が設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、後端ねじ山部２６を１山または３山以上にしても良い。また、先端ねじ山部２１の形状と後端ねじ山部２６の形状とを同一にしても良い。

上記実施形態では、第１刃部２０及び第２刃部３０がそれぞれ複数の溝部１３，１４により周方向に４つに分断される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、第１刃部２０及び第２刃部３０を複数の溝部１３，１４により周方向に２つ、３つまたは５つ以上に分断しても良い。

上記各実施例では、第１底刃３４が軸心Ｃ１と垂直な場合、又は、第１底刃３４が軸心Ｃ１側へ向かうにつれて工具本体１０の後端側へ傾斜する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１底刃３４が軸心Ｃ１側へ向かうにつれて工具本体１０の先端側へ傾斜させても良い。底刃３３が軸心Ｃ１周りに回転対称に形成されるので、軸心Ｃ１に垂直な仮想平面Ｐと第１底刃３４とのなす角θ１の正負に係わらず、角θ１が６°以下であれば、被加工物Ｗと駆動装置２との間でねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を強くできる。その結果、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を倒れ難くできる。

１ ねじ切りフライス
２ 駆動装置
１０ 工具本体
２０ａ 谷底（ねじ切り刃の一部）
２４ 先端刃（ねじ切り刃の一部、ねじ山）
２９ 後端刃（ねじ切り刃の一部、ねじ山）
３３ 底刃
３４ 第１底刃
３５ 第２底刃
Ｃ 軸心
Ｐ 仮想平面
Ｗ 被加工物

本発明はねじ切りフライスに関し、特に穴あけ加工とねじ切り加工とを同時に行うねじ切りフライスに関するものである。

従来より、被加工物にめねじを切削加工するための工具としてねじ切りフライスがある。このねじ切りフライスは、工具本体の外周にねじ切り刃が設けられ、ＮＣフライス盤等の駆動装置により軸心まわりに回転されつつ被加工物に対して相対移動させることでねじ切り加工を行う。

ねじ切りフライスの中には、工具本体の先端面に底刃を設けることで、ねじ切り加工の前工程として別の工具を使って行う下穴加工を不要とし、穴あけ加工とねじ切り加工とを同時に行うものがある（特許文献１）。

特開２０１２−８６２８６号公報

しかしながら、特許文献１では、被加工物から受ける径方向の力によってめねじの中心軸に対してねじ切りフライスが倒れ易く、ねじ切りフライスの工具寿命が短いという問題点がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、工具寿命を長くできるねじ切りフライスを提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のねじ切りフライスは、駆動装置により軸心まわりに回転されつつ被加工物に対して相対移動されることで前記被加工物にめねじを切削加工するものであって、前記駆動装置に保持されて軸心まわりに回転される工具本体と、前記工具本体の外周の先端側から軸直方向に複数のねじ山が突出するねじ切り刃と、前記工具本体の先端面に形成される底刃とを備え、前記底刃は、前記ねじ切り刃の先端側に連なり、前記軸心に垂直な仮想平面とのなす角が６°以下に設定される第１底刃と、前記第１底刃の前記軸心側に連なって前記第１底刃よりも後端側へ傾斜する第２底刃とを備え、前記軸心に垂直な仮想平面と前記第２底刃とのなす角は、前記軸心に垂直な仮想平面と前記第１底刃とのなす角よりも大きく設定される。

請求項１記載のねじ切りフライスによれば、工具本体の軸心に垂直な仮想平面と第１底刃とのなす角が６°以下に設定される。そのため、被加工物と駆動装置との間でねじ切りフライスに生じる軸方向の突っ張り力を強くできる。その結果、めねじの中心軸に対してねじ切りフライスを倒れ難くできる。

また、軸心に垂直な仮想平面と第２底刃とのなす角は、軸心に垂直な仮想平面と第１底刃とのなす角よりも大きく設定される。そのため、第１底刃と被加工物との間の切削抵抗に比べて、第２底刃と被加工物との間の切削抵抗を低減できる。よって、第２底刃により切削抵抗を低減しつつ、第１底刃によりねじ切りフライスを倒れ難くしてねじ切りフライスの工具寿命を長くできる効果がある。

ねじ切り刃と第１底刃との境界における軸心を中心とした直径は、ねじ山間の谷径と同一である。これにより、第１底刃と駆動装置との間でねじ切りフライスに生じる軸方向の強い突っ張り力を、ねじ切り刃と第１底刃との境界がねじ山間の谷底よりも軸直方向内側に位置する場合に比べて、軸直方向外側に位置させることができる。その結果、めねじの中心軸に対してねじ切りフライスを更に倒れ難くできるので、ねじ切りフライスの工具寿命を更に長くできる効果がある。
さらに、ねじ切り刃と第１底刃との境界における軸心を中心とした直径が、ねじ山間の谷径と同一なので、ねじ切り刃への負荷の集中を緩和できると共に、ねじ切り刃による被加工物の切削量を適切にできる。これらの結果、ねじ切り刃の耐久力の確保と、ねじ切りフライスの倒れ抑制と、によってねじ切りフライスの工具寿命を長くできると共に、駆動装置によるねじ切りフライスの補正回数を少なくできる。

請求項２記載のねじ切りフライスによれば、第１底刃の軸直方向寸法は、ねじ山間の谷径に対して１０％以下に設定される。これにより、第１底刃と被加工物との接触面積を抑制して第１底刃と被加工物との間の切削抵抗を抑制できる。その結果、ねじ切り刃および底刃の摩耗や折損を抑制できるので、請求項１の効果に加え、ねじ切りフライスの工具寿命を更に長くできる効果がある。

請求項３記載のねじ切りフライスによれば、第１底刃と軸心に垂直な仮想平面とのなす角度が０°より大きく設定される。これにより、第１底刃と被加工物との間の切削抵抗を低減できる。その結果、請求項１又は２の効果に加え、ねじ切りフライスの工具寿命を更に長くできる効果がある。

本発明の一実施形態におけるねじ切りフライスの正面図である。 図１のＩＩ部分を拡大したねじ切りフライスの拡大図である。 ねじ切りフライスの底面図である。 ねじ切りフライスを用いた切削加工の模式的な説明図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態におけるねじ切りフライス１について説明する。図１は本発明の一実施形態におけるねじ切りフライスの正面図である。

図１に示すように、ねじ切りフライス１は、ＮＣフライス盤やマシニングセンタ等の駆動装置２（図４参照）から伝達される回転力により被加工物Ｗ（図４参照）にめねじ４（図４参照）を切削加工するための工具である。ねじ切りフライス１は、タングステンカーバイド等を加圧焼結した超硬合金から構成される。なお、ねじ切りフライス１は超硬合金から構成される場合に限らず、例えば、ねじ切りフライス１を高速度工具鋼などから構成しても良い。

ねじ切りフライス１は、軸心Ｃ１を中心とする円柱状の工具本体１０と、被加工物Ｗを切削するための第１刃部２０及び第２刃部３０を備える。工具本体１０は、その軸心Ｃ１方向の後端側（図１上側）に設けられるシャンク１１と、そのシャンク１１に連なって工具本体１０の軸心Ｃ１方向の先端側（図１下側）に設けられるボデー１２とを備える。

シャンク１１は、駆動装置２に保持される部位である。ねじ切りフライス１は、シャンク１１を介して保持された駆動装置２から伝達される駆動力によって、被加工物Ｗにめねじ４を切削加工する。この駆動装置２からの駆動力は、ねじ切りフライス１を軸心Ｃ１まわりに回転させると共に、ねじ切りフライス１をヘリカル送りさせて被加工物Ｗに対してねじ切りフライス１を相対移動させる。なお、ヘリカル送りとは、形成予定のめねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を公転させつつ、ねじ切りフライス１を軸心Ｃ１方向へリード送りさせることである。

シャンク１１は、軸心Ｃ１に沿って一定の外径を有する円柱状に形成される。しかし、シャンク１１は、軸心Ｃ１に沿って一定の外径を有する場合に限らず、例えば、シャンク１１を工具本体１０の先端側から後端側へ向かうにつれて外径が縮小するテーパ状に形成しても良い。

ボデー１２は、第１刃部２０及び第２刃部３０が設けられる部位である。ボデー１２は、軸心Ｃ１に沿って一定の外径を有する円柱状に形成されると共に、その一部を切り欠いて複数の溝部１３，１４が形成される（溝部１４は図３参照）。ボデー１２の外径は、シャンク１１の外径よりも小さく設定されている。

溝部１３，１４は、第１刃部２０及び第２刃部３０によって被加工物Ｗが切削されて生じた切り屑を排出するための溝である。溝部１３はボデー１２の外周面に設けられる。溝部１４はボデー１２の先端面に設けられる。第１刃部２０及び第２刃部３０は、この複数の溝部１３，１４により工具本体１０の周方向に複数（本実施形態では４つ）に分断された形状となる。

次に図２及び図３を参照して、第１刃部２０及び第２刃部３０について説明する。図２は図１のＩＩ部分を拡大したねじ切りフライス１の拡大図である。図３はねじ切りフライス１の底面図である。

図２に示すように、第１刃部２０は、下穴の内周面にめねじを切削する部位である。第１刃部２０は、工具本体１０の外周から軸直方向外側へ張り出す複数のねじ山部を備える。複数のねじ山部は、工具本体１０の外周の先端から後端側へ向かって形成される。複数のねじ山部のうち、最も工具本体１０の先端側の１山が先端ねじ山部２１であり、先端ねじ山部２１以外の２山が後端ねじ山部２６である。

先端ねじ山部２１は、先端すくい面２２と、先端逃げ面２３と、先端すくい面２２及び先端逃げ面２３の稜線に形成される先端刃２４とを備える。後端ねじ山部２６は、後端すくい面２７と、後端逃げ面２８と、後端すくい面２７及び後端逃げ面２８の稜線に形成される後端刃２９とを備える。

先端すくい面２２及び後端すくい面２７は、それぞれ先端刃２４及び後端刃２９による被加工物Ｗの切削加工時に切り屑を生成および排出するための部位である。先端すくい面２２及び後端すくい面２７は、それぞれ先端ねじ山部２１及び後端ねじ山部２６の外面のうち切削回転方向の前方側の面である。

先端逃げ面２３及び後端逃げ面２８は、それぞれ先端刃２４及び後端刃２９による被加工物Ｗの切削加工時に第１刃部２０と被加工物Ｗとの接触面積を低減するための部位である。先端逃げ面２３及び後端逃げ面２８は、それぞれ先端ねじ山部２１及び後端ねじ山部２６の外面のうち外周側の面である。

先端刃２４及び後端刃２９は、被加工物Ｗに食い込んで被加工物Ｗを切削するねじ山状の部位である。先端刃２４は、山頂２４ａと、山頂２４ａの先端側（第２刃部３０側）に連なるフランク２４ｂと、山頂２４ａの後端側（シャンク１１側）に連なるフランク２４ｃとを備える。後端刃２９は、山頂２９ａと、山頂２９ａの先端側に連なるフランク２９ｂと、山頂２９ａの後端側に連なるフランク２９ｃとを備える。

フランク２４ｃとフランク２９ｂとを、２つの後端刃２９のうち先端側の後端刃２９のフランク２９ｃと、後端側の後端刃２９のフランク２９ｂとを、それぞれ軸方向に繋ぐ稜線が谷底２０ａである。谷底２０ａは、先端刃２４及び後端刃２９による複数のねじ山の間の谷底である。これら先端刃２４、後端刃２９及び谷底２０ａが、被加工物Ｗにめねじ４（図４参照）をねじ切りするためのねじ切り刃である。谷底２０ａから先端刃２４の山頂２４ａまでの高さは、谷底２０ａから後端刃２９の山頂２９ａまでの高さよりも小さく設定される。

このように設定されたねじ切り刃２０ａ，２４，２９を有するねじ切りフライス１がヘリカル送りされて被加工物Ｗにめねじ４を切削加工する。まず、先端刃２４で被加工物Ｗを荒切削し、その後、先端刃２４で切削されなかった部分を後端刃２９で仕上げ切削して被加工物Ｗがねじ切りされる。先端刃２４が荒切削して後端刃２９が仕上げ切削することで、後端刃２９への負荷を低減できる。その結果、後端刃２９の摩耗を抑制できるので、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９による切削精度を向上できる。

図２及び図３に示すように、第２刃部３０は、めねじ４の内径に該当する下穴を切削加工する部位である。第２刃部３０は、工具本体１０の先端面、即ち、工具本体１０の底面に設けられる。第２刃部３０は、底すくい面３１と、底逃げ面３２と、底すくい面３１及び底逃げ面３２の稜線に形成される底刃３３とを備える。

底すくい面３１は、底刃３３による被加工物Ｗの切削加工時に切り屑を生成および排出するための部位である。底すくい面３１は、第２刃部３０の外面のうち切削回転方向の前方側に向いた面である。底逃げ面３２は、底刃３３による被加工物Ｗの切削加工時に第２刃部３０と被加工物Ｗとの接触面積を低減するための部位である。底逃げ面３２は、工具本体１０の先端面の一部である。

底刃３３は、被加工物Ｗに食い込んで被加工物Ｗを切削する部位である。底刃３３は軸心Ｃ１周りに回転対称に形成される。底刃３３は、先端刃２４の先端側のフランク２４ｂに連なる第１底刃３４と、第１底刃３４の軸心Ｃ１側に連なる第２底刃３５とを備える。

第１底刃３４は、軸心Ｃ１に垂直な仮想平面Ｐとのなす角θ１が６°以下（本実施形態では０°）に設定される。また、この仮想平面Ｐとフランク２４ｂとのなす角θ３は、本実施形態では３０°に設定される。なお、角θ３は、３０°に限らず、切削予定のめねじ４の形状に合わせて設定される。

第１底刃３４の幅ｄ１（軸直方向寸法）は、谷底２０ａにおける軸心Ｃ１を中心とした直径（以下「谷径」と称す）ｄ２の１０％以下に設定されることが好ましい。なお、本実施形態では、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比が６％に設定される。第１底刃３４とフランク２４ｂとの境界Ｂにおける軸心Ｃ１を中心とした直径ｄ３は、谷底２０ａの谷径ｄ２以上に設定される。なお、本実施形態では、谷径ｄ２と直径ｄ３とが同一に設定される。

第２底刃３５は、底刃３３の切削抵抗を低減させる部位である。第２底刃３５は、第１底刃３４よりも工具本体１０の後端側へ傾斜する。第２底刃３５と仮想平面Ｐとのなす角θ２は、角θ１よりも大きく設定される。なお、本実施形態では、角θ２が１０°に設定される。

次に、図２及び図４を参照してねじ切りフライス１の切削加工時の作用について説明する。図４はねじ切りフライス１を用いた切削加工の模式的な説明図である。図４には、本実施形態に対して第１底刃３４がなく、先端刃２４のフランク２４ｂを下方へ延長したフランク４１と、第２底刃３５を下方へ延長した第２底刃４２とが交点４３で連なる従来技術（例えば、特許文献１）のねじ切りフライス４０が二点鎖線で図示される。

図２及び図４に示すように、被加工物Ｗを図示しない固定装置に固定し、ねじ切りフライス１のシャンク１１を駆動装置２に装着する。そして、駆動装置２により、ねじ切りフライス１を軸心Ｃ１まわりに自転させながらヘリカル送りさせることで、底刃３３により被加工物Ｗに下穴が切削加工されつつ、その下穴の内周面がねじ切り刃２０ａ，２４，２９によってねじ切りされる。これにより被加工物Ｗにめねじ４が形成される。

従来技術のねじ切りフライス４０では、被加工物Ｗを切削開始するときに、まず交点４３が被加工物Ｗに接触する。軸心Ｃ１に垂直な仮想平面Ｐとフランク２４ｂ，４１とのなす角θ３と、仮想平面Ｐと第２底刃３５，４２とのなす角θ２とにより規定される先細り形状の交点４３付近は耐久性が比較的低く摩耗し易い。

これに対し、本実施形態のねじ切りフライス１では、被加工物Ｗを切削開始するときにまず接触する部分の形状が、角θ２よりも角度が小さい仮想平面Ｐと第１底刃３４とのなす角θ１と、角θ２又は角θ３とにより規定される。そのため、ねじ切りフライス４０よりもねじ切りフライス１の方が底刃３３の耐久性を高くでき、摩耗し難くできる。特に、角θ１が０°に近い程、ねじ切りフライス１で被加工物Ｗを切削開始するとき、第１底刃３４全体が被加工物Ｗに略一度に接触するので、第１底刃３４及び第２底刃３５をより摩耗し難くできる。

底刃３３は、被加工物Ｗに全体が接触して下穴を切削加工している。更に底刃３３が軸心Ｃ１周りに回転対称に形成されるので、底刃３３が被加工物Ｗから受ける軸直方向の力は互いに相殺される。

一方、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９は、周方向の一部が被加工物Ｗに接触してねじ切りしている。即ち、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９は、被加工物Ｗに接触している部分とは軸心Ｃ１を挟んで反対側の部分が被加工物Ｗに接触していない。

そのため、ねじ切りフライス１には、めねじ４の内周面からめねじ４の中心軸Ｃ２へ向かう力が生じる。この力が大きいと、ねじ切りフライス１がめねじ４の中心軸Ｃ２へ向かって倒れ易くなる。ここで、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１が倒れる程、めねじ４の有効径が小さくなる。そのため、有効径が一定量以上小さくなった段階で駆動装置２により補正する必要がある。よって、ねじ切りフライス１がめねじ４の中心軸Ｃ２へ向かって倒れ易い程、頻繁に補正を行う必要がある。

先端刃２４のフランク２４ｂは、フランク２４ｂに垂直な方向の力Ｆ２を被加工物Ｗから受ける。力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂは、ねじ切りフライス１の倒れに寄与する。一方、力Ｆ２の軸方向成分Ｆ２ａによって、シャンク１１を介して駆動装置２に保持されるねじ切りフライス１を駆動装置２に押し付けることができる。これにより、被加工物Ｗと駆動装置２との間でねじ切りフライス１が突っ張って、めねじ４の中心軸Ｃ２に対するねじ切りフライス１の倒れが抑制される。

第１底刃３４は、第１底刃３４に垂直な方向の力Ｆ１を被加工物Ｗから受ける。本実施形態では、第１底刃３４と仮想平面Ｐとのなす角θ１が６°以下に設定されるので、その力Ｆ１の略全てが軸方向の力となる。これにより、被加工物Ｗと駆動装置２との間でねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を強くできるので、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を倒れ難くできる。

更に、本実施形態では、第１底刃３４を設けることで、従来技術に対してフランク２４ｂを短くでき、力Ｆ２を小さくできる。その結果、本実施形態では、従来技術に対して力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂも小さくできるので、ねじ切りフライス１をより倒れ難くできる。

フランク２４ｂと第１底刃３４との境界Ｂにおける軸心Ｃ１を中心とした直径ｄ３が大きく設定される程、ねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を軸直方向外側に位置させることができる。その結果、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を一層倒れ難くできる。

更に、直径ｄ３が大きい程、フランク２４ｂを短くできるので、力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂを小さくできる。これにより、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を一層倒れ難くできる。

しかし、先端刃２４のフランク２４ｂが短い程、フランク２４ｂへの負荷が集中する。そのため、フランク２４ｂが摩耗し易くなり、先端刃２４の耐久力が低下するので、ねじ切りフライス１の工具寿命が短くなるおそれがある。

また、直径ｄ３が谷底２０ａの谷径ｄ２よりも大きい場合には、フランク２４ｂによる被加工物Ｗの切削量が少なくなる。フランク２４ｂで切削できなくなった部分は、後端刃２９の先端側のフランク２９ｂが代わりに切削する。そのため、後端刃２９への負荷が大きくなる。これにより、後端刃２９が摩耗し易くなって後端刃２９の耐久力が低下するので、ねじ切りフライス１の工具寿命が短くなるおそれがある。

以上の結果、境界Ｂの直径ｄ３は、谷径ｄ２以上に設定されることで、直径ｄ３が谷径ｄ２よりも小さく設定される場合に比べて、ねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を軸直方向外側に位置できると共に、力Ｆ２の軸直方向成分Ｆ２ｂを小さくできる。これにより、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を一層倒れ難くできる。その結果、駆動装置２によるねじ切りフライス１の補正回数を少なくできると共に、ねじ切りフライス１の工具寿命を長くできる。

但し、直径ｄ３が谷径ｄ２以上に設定されつつ、直径ｄ３と谷径ｄ２との差が小さい方が好ましく、その差がないことがより好ましい。これらの差が小さい程、フランク２４ｂへの負荷の集中を緩和できると共に、フランク２４ｂによる被加工物Ｗの切削量を適切にできる。これらの結果、先端刃２４及び後端刃２９の耐久力の確保と、ねじ切りフライス１の倒れ抑制と、によってねじ切りフライス１の工具寿命を長くできると共に、駆動装置２によるねじ切りフライス１の補正回数を少なくできる。

第１底刃３４の幅ｄ１は、谷底２０ａの谷径ｄ２の１０％以下に設定されることが好ましい。幅ｄ１が谷径ｄ２の１０％より大きい場合には、第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗が大きくなる。そのため、切削加工中のねじ切りフライス１の振動が大きくなり、ねじ切りフライス１による加工精度が低下したり、振動に起因してねじ切り刃２０ａ，２４，２９及び底刃３３が摩耗したり折損したりするおそれがある。

幅ｄ１が谷径ｄ２の１０％以下に設定されることで、第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗を十分に小さくできる。その結果、ねじ切りフライス１による加工精度を確保しつつ、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９及び底刃３３の摩耗や折損を抑制してねじ切りフライス１の工具寿命を長くできる。

第１底刃３４よりも後端側へ第２底刃３５が傾斜し、仮想平面Ｐと第１底刃３４とのなす角θ１よりも仮想平面Ｐと第２底刃３５とのなす角θ２が大きく設定される。そのため、第２底刃３５がなく底刃３３が全て第１底刃３４である場合に比べて、底刃３３と被加工物Ｗとの間の切削抵抗を低減できる。その結果、ねじ切りフライス１による加工精度を確保しつつ、ねじ切り刃２０ａ，２４，２９及び底刃３３の摩耗や折損を抑制してねじ切りフライス１の工具寿命を長くできる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。以下の実施例では、上記実施形態で説明したねじ切りフライス１の幅ｄ１、角θ１の値を具体化したものを用いた。全ての実施例および比較例では、角θ２を１０°、角θ３を３０°とした。

まず、第１底刃３４を有する実施例１と、第１底刃３４を有しない比較例とについて比較する。実施例１には、角θ１が０°〜＋１°となり、幅ｄ１が０．１９ｍｍ、谷径ｄ２が３．１７ｍｍ、即ち、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比ｄ１／ｄ２が６％（誤差±０．４％）となるように作製したねじ切りフライスを用いる。なお、角θ１の「＋」とは、第１底刃３４が軸心Ｃ１側へ向かうにつれて後端側へ傾斜する場合を示す。また、幅ｄ１の誤差は±０．０２ｍｍとなるように設定し、全ての実施例において幅ｄ１の誤差を同様に設定した。比ｄ１／ｄ２の誤差は、全ての実施例で共通の±０．４％に設定した。

比較例は、第１底刃３４を有しない従来技術のねじ切りフライス４０を用いた以外は、実施例１と同様に構成したものである。

実施例１および比較例におけるねじ切りフライスを用いて、立型マシニングセンタ（駆動装置２）により呼び径がＭ５×０．８、ねじ立て長さが９．６ｍｍ、ＪＩＳ規格の定める等級が６Ｈであるめねじが、被加工物ＷであるＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）にいくつ加工できるか評価することで、ねじ切りフライスの耐久試験を行った。更に詳しくは、有効径＋０．０８０のステップゲージが１２回転入り、有効径＋０．１００のステップゲージが１２回転以上入らないように工具半径オフセットを調整し、耐久試験をスタートさせた。通り側ねじプラグゲージ（以下「ＧＰゲージ」と称す）がめねじに入らなくなった時点で耐久試験をストップして、工具半径補正を行い、耐久試験を再開させた。なお、パス回数は１回とした。また、切削油には水溶性切削油を用い、切削速度を４５ｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送りを０．０２３ｍｍ／ｔとした。

表１は、この耐久試験により加工されためねじの数を表した耐久試験結果である。表１に示すように、第１底刃３４を有する実施例１では、第１底刃３４を有しない比較例と比べて、駆動装置２による補正回数を少なくできると共に、めねじの加工数を多くして工具寿命を長くできることが明らかとなった。

次に、幅ｄ１を異ならせた実施例２〜５を比較する。実施例２には、角θ１が０°〜＋１°となり、谷径ｄ２が４．８６ｍｍ、幅ｄ１が０．１ｍｍ、即ち、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比ｄ１／ｄ２が２％となるように作製したねじ切りフライスを用いる。実施例３は、幅ｄ１を０．２ｍｍ、比ｄ１／ｄ２を４％となるように作製した以外は、実施例２と同様に構成したものである。実施例４は、幅ｄ１を０．３ｍｍ、比ｄ１／ｄ２を６％となるように作製した以外は、実施例２と同様に構成したものである。実施例５は、幅ｄ１を０．５ｍｍ、比ｄ１／ｄ２を１０％となるように作製した以外は、実施例２と同様に構成したものである。

実施例２〜５におけるねじ切りフライスを用いて、立型マシニングセンタ（駆動装置２）により呼び径がＭ８×１．２５、ねじ立て長さが８ｍｍ、ＪＩＳ規格の定める等級が６Ｈであるめねじが、被加工物ＷであるＳＫＤ１１（５９〜６１ＨＲＣ）にいくつ加工できるか評価することで、ねじ切りフライスの耐久試験を行った。更に詳しくは、有効径＋０．０８０のステップゲージが１０回転入り、有効径＋０．１００のステップゲージが１０回転以上入らないように工具半径オフセットを調整し、耐久試験をスタートさせた。ＧＰゲージがめねじに入らなくなった時点で耐久試験をストップして、工具半径補正を行い、耐久試験を再開させた。なお、パス回数は１回とした。また、切削油は用いず、エアブローを行い、切削速度を４５ｍ／ｍｉｎ、１刃当たりの送りを０．０４ｍｍ／ｔとした。

この耐久試験におけるめねじの加工数は、比ｄ１／ｄ２が２％の実施例２で１３０、比ｄ１／ｄ２が４％の実施例３で１４５、比ｄ１／ｄ２が６％の実施例４で１５２、比ｄ１／ｄ２が１０％の実施例５で１３６であった。また、補正回数は全て０回であった。

この試験結果から、比ｄ１／ｄ２が６％付近までは比ｄ１／ｄ２が大きくなるにつれてめねじの加工数が多くなり、比ｄ１／ｄ２が６％付近よりも大きくなるにつれてめねじの加工数が少なくなることが明らかとなった。これは、比ｄ１／ｄ２が大きくなる程、第１底刃３４が受ける軸方向の力Ｆ１を大きくできるが、第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗が大きくなるためであると推察される。よって、比ｄ１／ｄ２を４％〜１０％に設定することで、めねじの加工数を多くして工具寿命をより長くできる。更に、比ｄ１／ｄ２を５％〜８％に設定することで、工具寿命をより一層長くできる。

次に、角θ１を異ならせた実施例６〜９を比較する。実施例６には、角θ１が０°〜＋１°となり、谷径ｄ２が４．８６ｍｍ、幅ｄ１が０．３ｍｍ、即ち、谷径ｄ２に対する幅ｄ１の比ｄ１／ｄ２が６％となるように作製したねじ切りフライスを用いる。なお、実施例６は、実施例４に対して、ボデー１２の先端面の溝部１４の幅（周方向寸法）を大きくし、軸心Ｃ１から底逃げ面３２までの距離を約１．５倍に設定したものである。

実施例７は、角θ１が１°〜２°となるように作製した以外は、実施例６と同様に構成したものである。実施例８は、角θ１が３°〜４°となるように作製した以外は、実施例６と同様に構成したものである。実施例９は、角θ１が５°〜６°となるように作製した以外は、実施例６と同様に構成したものである。

角θ１を異ならせた実施例６〜９における耐久試験の方法は、幅ｄ１を異ならせた実施例２〜５における耐久試験の方法と同様にした。表２は、この耐久試験により加工されためねじの数を表した耐久試験結果である。

表２に示すように、実施例６〜９のいずれも補正回数は同じだが、角θ１が１°〜２°の実施例７の場合をピークに、１°〜２°から離れるにつれてめねじの加工数が少なくなることが明らかとなった。これは、角θ１を０°に近づける程、ねじ切りフライスに生じる軸方向の突っ張り力を大きくできる一方で、角θ１が０°の場合に第１底刃３４と被加工物Ｗとの間の切削抵抗が特に大きくなるためであると推察される。

よって、角θ１を０°より大きく設定することで、めねじの加工数を多くして工具寿命をより長くできる。更に、角θ１を１°〜３°、より好ましくは角θ１を１°〜２°に設定することで工具寿命をより一層長くできる。

以上、実施形態および実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施形態および上記実施例で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

上記実施形態では、１山の先端ねじ山部２１と、２山の後端ねじ山部２６が設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、後端ねじ山部２６を１山または３山以上にしても良い。また、先端ねじ山部２１の形状と後端ねじ山部２６の形状とを同一にしても良い。

上記実施形態では、第１刃部２０及び第２刃部３０がそれぞれ複数の溝部１３，１４により周方向に４つに分断される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、第１刃部２０及び第２刃部３０を複数の溝部１３，１４により周方向に２つ、３つまたは５つ以上に分断しても良い。

上記各実施例では、第１底刃３４が軸心Ｃ１と垂直な場合、又は、第１底刃３４が軸心Ｃ１側へ向かうにつれて工具本体１０の後端側へ傾斜する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１底刃３４が軸心Ｃ１側へ向かうにつれて工具本体１０の先端側へ傾斜させても良い。底刃３３が軸心Ｃ１周りに回転対称に形成されるので、軸心Ｃ１に垂直な仮想平面Ｐと第１底刃３４とのなす角θ１の正負に係わらず、角θ１が６°以下であれば、被加工物Ｗと駆動装置２との間でねじ切りフライス１に生じる軸方向の突っ張り力を強くできる。その結果、めねじ４の中心軸Ｃ２に対してねじ切りフライス１を倒れ難くできる。

１ ねじ切りフライス
２ 駆動装置
１０ 工具本体
２０ａ 谷底（ねじ切り刃の一部）
２４ 先端刃（ねじ切り刃の一部、ねじ山）
２９ 後端刃（ねじ切り刃の一部、ねじ山）
３３ 底刃
３４ 第１底刃
３５ 第２底刃
Ｃ 軸心
Ｐ 仮想平面
Ｗ 被加工物

Claims (4)

1. 駆動装置により軸心まわりに回転されつつ被加工物に対して相対移動されることで前記被加工物にめねじを切削加工するねじ切りフライスであって、
   前記駆動装置に保持されて軸心まわりに回転される工具本体と、
   前記工具本体の外周の先端側から軸直方向に複数のねじ山が突出するねじ切り刃と、
   前記工具本体の先端面に形成される底刃とを備え、
   前記底刃は、前記ねじ切り刃の先端側に連なり、前記軸心に垂直な仮想平面とのなす角が６°以下に設定される第１底刃と、
   前記第１底刃の前記軸心側に連なって前記第１底刃よりも後端側へ傾斜する第２底刃とを備え、
   前記軸心に垂直な仮想平面と前記第２底刃とのなす角は、前記軸心に垂直な仮想平面と前記第１底刃とのなす角よりも大きく設定されることを特徴とするねじ切りフライス。
2. 前記ねじ切り刃と前記第１底刃との境界における前記軸心を中心とした直径は、前記ねじ山間の谷径以上であることを特徴とする請求項１記載のねじ切りフライス。
3. 前記第１底刃の軸直方向寸法は、前記ねじ山間の谷径に対して１０％以下に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のねじ切りフライス。
4. 前記第１底刃は、前記軸心に垂直な仮想平面とのなす角が０°より大きく設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のねじ切りフライス。

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