KR20110073607A

KR20110073607A - 스파이럴 탭

Info

Publication number: KR20110073607A
Application number: KR1020117011563A
Authority: KR
Inventors: 겐타로우 노리마츠; 다카유키 나카지마
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2011-06-29
Also published as: WO2010049989A1; US20110200404A1; CN102202825A; JPWO2010049989A1; DE112008004051T5

Abstract

축선 (O) 을 포함하는 단면 형상에서 직선을 따라 완전 산부 (16a) 와 동일한 치수를 갖는 나사산의 외주부를 절제함으로써 형성되는 형상을 갖는, 나사산으로 형성된 외부 나사 구비 모따기부 (16b) 를 갖는 스파이럴 탭 (10) 이 개시되고, 여기서 직선, 즉 외주면 (26) 과 축선 (O) 사이의 경사각 (θ) 이 -15°≤ θ ≤ 30' 이고, 이로써 칩이 비틀림 홈 (20) 을 통해 외부로 양호하게 배출되는 안정적인 나선형 형상을 가지므로, 칩의 물림으로 인한 절삭날의 치핑 발생이 억제되고, 내구성이 향상된다.

Description

스파이럴 탭{SPIRAL TAP}

본 발명은 스파이럴 탭, 특히 칩 배출 성능 및 절삭날의 내구성을 향상시키기 위해서 모따기부의 나사산 형상을 개선하는 기술에 관한 것이다.

(a) 외부 나사; 그 외부 나사를 분리 또는 분절하도록, 섕크로부터 보았을 때 절삭/회전 방향과 같은 방향으로 홈가공된 (fluted) 비틀림 홈 (spiral flute); 및 그 비틀림 홈을 따라 형성된 절삭날을 갖는 나사부를 포함하는 구조의 스파이럴 탭이 널리 이용되고 있다. (b) 상기 나사부는, 외경이 일정한 완전 산부, 및 탭 단부까지 외경이 감소하는 모따기부를 포함한다. (c) 스파이럴 탭은 형성된 구멍에 모따기부로부터 나사조임되어, 형성된 구멍의 내주면을 내부 나사로 절삭하고 또한 비틀림 홈을 통해 칩을 섕크측으로 배출한다. 그러한 스파이럴 탭의 경우, 2 가지 방식으로 형성된 나사산을 갖는 외부 나사 구비 모따기부를 형성하는 것이 통상적이다. 즉, 예컨대, 완전 산부와 동일한 치수로 형성된 나사산의 외주부가 탭 단부를 향해 직경이 감소하도록 미리 정해진 모따기 구배를 따라 비스듬히 절제되거나 또는 나사산 전체가 모따기 구배를 따라 탭 단부를 향해 직경이 감소한다 (특허문헌 1 참조).

일본 특허공개공보 제 37-13848 호

그러나, 그러한 관련 기술의 스파이럴 탭의 경우, 칩 형상, 즉 절삭날 형상이 외부 나사의 나사산 형상 및 모따기 구배에 의한 경사, 또는 단지 나사산 형상만으로 규정된다. 그러므로, 칩 배출 성능 및 절삭날의 내구성에서 충분한 성능이 반드시 얻어지지 않을 수 있다.

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 완성된 것으로, 모따기부에 있어서의 외부 나사의 나사산 형상을 개선함으로써 칩 배출 성능 및 절삭날의 내구성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 양태는, (a) 외부 나사; 그 외부 나사를 분리하도록, 섕크측으로부터 멀어지는 방향으로 보았을 때 절삭/회전 방향과 같은 방향으로 홈가공된 비틀림 홈; 및 그 비틀림 홈을 따라 형성된 절삭날을 갖는 나사부를 포함하는 스파이럴 탭으로서, (b) 상기 나사부는, 외경이 일정한 완전 산부, 및 탭 단부를 향해 외경이 감소하는 모따기부를 포함하고, (c) 상기 모따기부는 형성된 구멍에 나사조임되어, 형성된 구멍의 내주면에 내부 나사를 절삭하고 또한 섕크를 향해 비틀림 홈을 따라 칩을 배출하는, 상기 스파이럴 탭에 있어서, (d) 상기 모따기부는 외부 나사를 갖고, 외부 나사의 나사산은, 상기 완전 산부와 동일한 치수의 나사산으로부터, 축선 (O) 을 포함하는 단면에 수직한 방향으로부터 보았을 때 외주부를 직선적으로 절제한 형태로 형성되고, (e) 상기 직선은 탭 단부를 향해 직경이 감소하는 측을 정으로 정의했을 때 -15°≤ θ ≤ 30' 인 경사각 (θ) 으로 축선 (O) 을 가로지르는 것을 특징으로 하는 스파이럴 탭에 관한 것이다.

본 발명의 제 2 양태에서, 본 발명의 제 1 양태에 있어서, 모따기부는 축선 방향으로 연속된 복수의 나사산을 갖고, 복수의 나사산은 미리 정해진 일정한 모따기 구배로 변하는 외경을 갖는다.

본 발명의 제 3 양태에서, 본 발명의 제 1 양태에 있어서, 모따기부는 축선 방향으로 연속된 복수의 나사산을 갖고, 복수의 나사산은 축선 방향으로 오목한 형상을 갖도록 변하는 외경을 갖는다.

여기서 사용되는 표현 "직선의 경사각 (θ)" 은, 모따기부에 있어서의 외부 나사, 즉 수나사의 나사산의 외주면의 축선 (O) 과 직선 사이의 경사각을 가리키며, 나사산과 비틀림 홈이 서로 교차하는 리지 부분에 형성되는 절삭날과 외주부의 축선 (O) 사이의 경사각을 나타낸다. 모따기 구배와 관계없이 경사각 (θ) 이 결정된 모따기부를 갖는 스파이럴 탭을 이용하여, 칩 배출 성능 및 절삭날의 내구성을 조사하기 위한 내부 나사 절삭 작업을 수행하였다. 그 결과, 탭 단부를 향해 직경이 감소하는 측을 정 (positive) 으로 정의했을 때 -15 °≤ θ ≤ 30' 의 경사각 (θ) 을 갖는 모따기로 유리한 효과가 달성된다는 것이 밝혀졌다. 즉, (나사산이 모따기 구배를 따라 비스듬하게 절제된 외주부를 갖는 경우) 칩이 더욱 안정적인 나선형 형상을 가지므로, 관련 기술 또는 종래 기술의 나선형 탭으로 획득되는 것보다 비틀림 홈으로부터 칩이 양호하게 배출된다. 그 결과, 칩의 물림 (biting) 으로 인한 절삭날의 치핑 (chipping) 이 억제되고, 이로써 내구성이 향상된다.

또한, 본 발명에서 행한 시험에 따르면, 경사각 (θ) 을 -15 °≤ θ ≤ 30' 로 표현된 값으로 선택한 경우, 태핑 토크가 약간 증가한다. 그렇지만, 여전히 가공을 달성할 수 있는 허용 범위에 속한다. 추력은 종래 기술의 탭으로 획득되는 것과 거의 동일하다.

본 발명의 제 2 양태의 경우, 모따기부는 바람직하게는, 축선 방향으로 연속된 복수의 나사산을 구비할 수 있고, 복수의 나사산은 미리 결정된 일정한 모따기 구배를 따라 변하는 외경을 갖는다. 그러므로, 모따기부에 존재하는 다수의 절삭날의 절삭 치수, 즉 칩의 두께 치수가 서로 거의 동일하다. 이로써, 모따기부의 모든 절삭날이 안정화된 나선형 형상으로 형성되는 칩을 형성할 수 있고, 그 결과 칩 배출 성능이 더욱 향상된다.

본 발명의 제 3 양태의 경우, 모따기부는 바람직하게는, 축선 방향으로 연속된 복수의 나사산을 포함하고, 복수의 나사산의 외경은 복수의 나사산이 축선 방향으로 오목한 형상을 형성하도록 변한다. 그러므로, 절삭날의 절삭 치수, 즉 칩의 두께 치수가 완전 산부로부터 탭 단부를 향하는 방향을 따라 감소한다. 완전 산부에 가까운 부분에서는, 나사산의 정상 부근에서 절삭 작업이 실시되므로, 칩은 감소된 폭 치수를 갖는다. 탭 단부에 더 가까운 다른 부분에서는, 나사산의 골밑 (root) 부근에서 절삭이 행해지므로, 칩의 폭이 넓어지게 된다.

따라서, 상기한 본 발명의 이전 양태에서 획득되는 것처럼 일정한 모따기 구배로 모따기부가 변하는 경우에 비해, 개별 절삭날에 의해 생성되는 칩은, 칩의 단면적 (나아가서는, 제거되는 체적) 이 서로 동일하게 되도록 칩의 단면 형상이 변하는 경향이 있다. 이로써, 다수의 절삭날에 작용하는 절삭 부하들 사이의 차가 감소하여, 국부적인 마모의 발생이 억제되고, 내구성이 더욱 향상된다.

도 1 은 본 발명이 적용된 스파이럴 탭을 보여주는 한 세트의 도면으로, 도 1a 는 정면도이고, 도 1b 는 도 1a 의 선 IA-IA 를 따라 자른 확대 단면도이며, 도 1c 는 모따기부에 형성된 나사산 형상을 보여주는 확대도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 스파이럴 탭의 모따기부의 나사산 형상을 보여주는 한 세트의 도면으로, 도 2a 는 가공 방법의 일례를 보여주는 도면이고, 도 2b 는 나사산의 외주면의 경사각 (θ) 을 보여주는 도면이며, 도 2c 는 모따기부의 다수의 절삭날의 절입 형상 (cutting-in shapes) (칩 형상) 을 보여주는 도면이다.
도 3 은 경사각 (θ) 이 상이한 7 종류의 시험품을 이용하여 내구성 시험을 실시한 결과를 보여주는 한 세트의 도면으로, 도 3a 는 가공 조건을 나타내고, 도 3b 는 시험 결과를 나타낸다.
도 4 는 도 3 에 나타낸 내구성 시험 동안 배출된 칩의 사진으로, 본 발명의 시험품 No.4 를 보여준다.
도 5 는 도 3 에 나타낸 내구성 시험 동안 배출된 칩의 사진으로, 종래 기술의 시험품 No.1 을 보여준다.
도 6 은 도 3 의 내구성 시험시에 최초 3 개의 구멍에 대해 측정한 회전 토크의 데이터를 보여주는 한 세트의 도면으로, 도 6a 는 본 발명의 시험품 No.4 에 관한 데이터를 보여주는 도면이고, 도 6b 는 종래 기술의 시험품 No.1 에 관한 데이터를 보여주는 도면이다.
도 7 은 도 3 의 내구성 시험시에 최초 3 개의 구멍에 대해 측정한 추력 (thrust force) 에 대한 데이터를 보여주는 한 세트의 도면으로, 도 7a 는 본 발명의 시험품 No.4 에 관한 데이터를 보여주는 도면이고, 도 7b 는 종래 기술의 시험품 No.1 에 관한 데이터를 보여주는 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 다른 실시형태를 보여주는 도면으로, 도 1c 에 대응하는 것이다.

본 발명의 스파이럴 탭은 외부 나사를 분할하도록 형성된 2 ~ 4 개의 비틀림 홈을 갖는 것이 일반적이지만, 비틀림 홈의 개수는 직경 치수 등에 따라 적절히 결정될 수 있다. 일반적으로, 비틀림 홈은 예를 들어 10°~ 55°정도의 범위의 홈 각 (fluted angle) 을 갖지만, 30°~ 50°정도의 범위의 홈 각을 갖는 비틀림 홈이 널리 이용되어 왔다. 그러나, 홈 각은 직경 치수 등에 따라 적절히 정해질 수 있다. 공구 모재로는, 고속 공구강 또는 초경합금이 바람직하게 채용될 수 있지만, 다른 공구 재료를 채용할 수도 있다. 스파이럴 탭은, 가능하게는 TiN, TiCN 등의 경질 코팅으로 코팅되거나 또는 필요에 따라 산화 처리를 거칠 수 있다.

본 발명의 스파이럴 탭은, 미리 드릴 등에 의해 형성된 구멍에 내부 나사, 즉 암나사를 절삭하기 위한 전용품으로서 이용될 수 있다. 일 대안에서, 스파이럴 탭은, 나사부로부터 먼 위치의 탭 단부에, 먼저 구멍을 형성하고 이어서 그 안에 내부 나사를 절삭하는데 이용되는 드릴 등을 갖는 구조를 가질 수 있다. 다른 대안에서, 스파이럴 탭은 막힌 보어에 내부 나사를 절삭하는 타입이거나 또는 관통 보어에 내부 나사를 절삭하는 타입일 수 있다.

모따기부의 축선방향 치수가 예를 들어 1.5P (여기서, "P"는 "나사산의 피치임) ~ 4P 정도의 범위인 것이 일반적으로 이용된다. 축선방향 치수가 2P ~ 3P 의 범위의 것이 널리 알려져 있다. 그러나, 축선방향 치수는 직경 치수 및 피삭재 종류 등에 따라 적절히 결정될 수 있다.

모따기부의 외부 나사는, 예를 들어 완전 산부와 동일 치수로 형성된 외부 나사의 외주부를 숫돌 등을 이용하여 연삭 제거함으로써 목표 경사각 (θ) 이 되도록 규정될 수 있는 경사각 (θ) 으로 형성된 나사산을 갖는다. 그러나, 그러한 완성 상태로 마무리된 스파이럴 탭의 경우, 경사각 (θ) 이 -15°≤ θ ≤ 30' 인 것으로 충분할 수 있고, 그러한 가공 방법은 적절히 결정될 수 있다. 비틀림 홈에 의해 분리되는 나사산 모두는 경사각 (θ) 과 동일한 각도를 갖는 것이 바람직하지만, 경사각 (θ) 은 -15°~ +30' 의 범위 내에서 연속적으로 또는 단계적으로 변할 수 있다.

경사각 (θ) 이 -15°보다 작으면 (마이너스 측으로 커지면), 탭 단부에 형성된 절삭날의 모서리부의 각도가 작아져 (나사산의 꼭지각이 60°인 경우 105°보다 작아져), 절삭날의 마모나 치핑 위험을 야기한다. 한편, 경사각 (θ) 이 +30' 보다 커지면, 증가된 배출 성능으로 칩이 안정적인 나선형 형상을 갖는 효과를 적절히 획득하는 것이 어려워진다. 따라서, 경사각 (θ) 은 -15° ~ +30' 의 범위 내로 결정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 3 양태의 경우, 모따기부가 축선방향을 따라 오목 형상으로 변하는 외경을 갖도록 축선방향으로 연속적인 다수의 나사산을 갖는다. 따라서, 절삭날의 절삭 치수, 즉 칩의 두께 치수가 완전 산부로부터 탭 단부까지 감소한다. 그러므로, 개별 절삭날에 의해 생성되는 칩은 최소화된 차이를 갖는 단면적을 갖는다. 오목 형상, 즉 모따기부에 있어서의 다수의 나사산의 외경은 칩이 서로 거의 동일한 단면적을 갖도록 결정되는 것이 바람직하다.

실시예

이하에서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1a, 도1b 및 도 1c 는 본 발명에 따른 일 실시예인 3 개의 절삭날을 갖는 스파이럴 탭 (10) 을 보여주는 한 세트의 도면으로, 도 1a 는 축선 "O" 에 수직한 방향에서 본 스파이럴 탭 (10) 의 정면도이고, 도 1b 는 도 1a 에 있어서의 선 IA-IA 을 따라 자른 확대 단면도이며, 도 1c 는 모따기부 (16b) 에 있어서의 나사산 프로파일 (절삭 치형 (teeth) 프로파일) 을 확대하여 보여주는 도면이다. 스파이럴 탭 (10) 은, 섕크 (12), 목부 (14), 및 나사부 (16) (기재한 순서대로 공통 축선 상에 모두 형성됨) 를 구비하고 있다. 나사부 (16) 는 절삭될 내부 나사에 대응하는 그루브 프로파일을 갖는 외부 나사 (18) 를 구비하고 있다. 또한, 나사부 (16) 는, 섕크 (12) 측에서 보았을 때 절삭/회전 방향 (즉, 본 실시예에서는 시계방향) 과 같은 방향으로 홈가공된 3 개의 비틀림 홈 (20) 을 구비하고, 이 비틀림 홈은 외부 나사 (18) 를 분리하도록 축선 (O) 주위에 등간격으로 형성되어 있다. 나사부 (16) 는, 탭 단부를 향해 외경이 작아지는 모따기부 (16b), 및 그 모따기부 (16b) 로부터 연속적으로 연장되어 일정한 외경으로 형성된 완전 나사산을 갖는 완전 산부 (16a) 를 포함한다. 나사부 (16) 는 비틀림 홈 (20) 을 따라 형성된 절삭날 (22) 을 구비하고 있다. 3 개의 비틀림 홈 (20) 각각은, 일정한 리드의 나선을 따라 나사부 (16) 및 목부 (14) 의 중간까지 연속적으로 형성되어 있다. 도 1a 의 1점 쇄선은 각각 비틀림 홈 (20) 의 중심선을 나타낸다. 본 실시예의 경우, 스파이럴 탭 (10) 은 고속 공구강으로 이루어져 있고, M12×1.75 라는 호칭을 갖는다. 나사부 (16) 에 있어서의 각각의 비틀림 홈 (20) 은 약 40°의 비틀림 각 (spiral angle) 을 갖고, 모따기부 (16b) 는 2.5P (여기서, "P"는 "나사산의 피치임) 의 축선방향 길이를 갖는다.

모따기부 (16b) 의 경우, 축선 방향으로 연속된 다수의 나사산은 미리 정해진 일정한 모따기 구배로 변하는 외경을 갖는다. 나사산은, 축선 (O) 에 대해 모따기 구배 각도 (본 실시예에서는 13°12' 임) 로 경사진 직선 L1 상에 중심이 정렬된 선단 (외주면 (26)) 을 갖도록 설계된다. 축선 방향으로 연속된 나사산의 외경의 변화량 (t1) 는 다른 연속된 나사산의 변화량 (t2) 과 동일하다. 외경의 변화량 (t1, t2) 은 절삭날 (22) 의 절삭 치수, 즉 칩의 두께 치수에 대응한다. 본 실시예의 경우, 스파이럴 탭 (10) 은 3 개의 날, 즉 축선 (O) 주위에 형성된 3 개의 절삭날 (22) 를 구비하고, 각 절삭날 (22) 의 절삭 치수 (칩의 두께 치수를 나타냄) 는 변화량 (t1, t2) 의 1/3 이다.

또한, 모따기부 (16b) 에 있어서의 외부 나사의 나사산은, 도 2a 에 나타낸 바와 같이 축선 (O) 을 포함하는 단면에서, 완전 산부 (16a) 와 동일한 치수를 갖는 나사산 (24) 의 외주부 (도 2a 에서 빗금친 부분) 를 직선적으로 절제한 형태로 형성되어 있다. 본 실시예에서, 완전 산부 (16a) 와 동일한 치수를 갖는 나사산 (24) 이 나사 연삭 가공에 의해 형성된 후, 원통 연삭 스톤을 이용한 연삭 가공에 의해, 빗금친 부분으로 나타낸 외주부가 연삭 제거된다. 이로써, 모따기부 (16b) 는, 축선 방향을 따라 직선 형상으로 형성된 외주면 (26) 을 갖는 목표 나사산 구성을 구비할 수 있다. 외주면 (26) 은 경사각 (θ) (도 2b 참조) 으로 축선 (O) 을 가로지르고, 경사각은, 탭 단부를 향해 직경이 감소되는 측을 정 (+) 으로 정의했을 때 -15°≤ θ ≤ 30' 가 되도록 결정된다. 본 실시예에서, 3 개의 비틀림 홈 (20) 에 의해 원주방향으로 분리된 다수의 나사산 모두는 동일한 경사각 (θ) 으로 경사진 단일 연삭 스톤을 이용하여 연삭되는 외주면 (26) 을 갖는다. 도 1c 및 도 2a 는, 축선 (O) 을 포함하는 단면 형상에 각각 대응하는, 각각의 비틀림 홈 (20) 을 따라 보여지는 절삭날 (22) (레이크면에서의 절삭날) 을 보여주고, 각각의 외주면 (26) 은 경사각 (θ) = 0°를 갖는다. 또한, 외주면 (26) 및 나사산은, 각각, 필요에 따라 릴리프 또는 이스케이프먼트 (escapements) 를 갖는 플랭크를 구비할 수 있다.

그러한 구조를 갖는 경우, 스파이럴 탭 (10) 은 예컨대 태핑기 등의 스핀들에 고정식으로 장착되고, 그리고 나서 모따기부 (16b) 가 리드 피드 (lead feed) 에서 전진하고, 즉 1회전마다 1P 만큼 전진하여, 피삭재의 미리 형성된 구멍에 나사조임된다. 이로써, 모따기부 (16b) 에 형성된 다수의 절삭날 (22) 이 내부 나사를 절삭할 수 있고, 칩이 비틀림 홈 (20) 을 통해 섕크 (12) 근처의 지점까지 안내 및 배출된다. 도 2c 는, 내부 나사를 절삭하기 위해 본 실시예의 스파이럴 탭 (10) 이 피삭재 (30) 의 미리 형성된 구멍 (32) 에 나사조임되는 때 획득되는 칩의 단면 형상 (절삭날 (22) 의 절삭 형상) 을 보여주는 도면이다. 동그라미친 숫자 1 ~ 8 로 나타낸 영역이 절삭 단계의 순서 및 칩의 단면 형상을 나타낸다. 모든 칩은 축선 (O) 과 평행하게 연장되고, 폭 방향 (축선 방향) 으로 거의 일정한 두께 치수를 갖는 동시에, 거의 동일한 두께 치수를 갖는다.

본 실시예의 스파이럴 탭 (10) 의 경우, 모따기부 (16b) 는 나사산의 외주면 (26) 이 축선 (O) 에 대해 경사각 (θ) 으로 경사져 있는 외부 나사를 갖는다. 즉, 나사산과 비틀림 홈 (20) 이 서로 교차하는 리지 부분에 형성되는 절삭날 (22) 의 외주부가 축선 (O) 에 대해 경사각 (θ) 으로 경사진다. 경사각 (θ) 은 -15°≤ θ ≤ 30' 이다. 그러므로, 칩은 비틀림 홈 (20) 으로부터 외부로 양호하게 배출되는 안정적인 나선형 형상을 갖고, 이로써 칩의 물림으로 인한 절삭날의 치핑 또는 파손의 발생을 억제하여, 내구성이 향상된다.

또한, 본 실시예의 경우, 모따기부 (16b) 가 축선 방향으로 연속된 복수의 나사산을 갖고, 이 나사산은 미리 정해진 일정한 모따기 구배를 따라 변하는 외경을 갖는다. 외경의 변화량 (t1, t2) 이 서로 동일하고, 모따기부 (16b) 에 존재하는 다수의 절삭날 (22) 이 거의 동일한 절삭 치수를 갖는다. 즉, 칩은 거의 동일한 두께를 갖는다. 그러므로, 모따기부 (16b) 의 모든 절삭날 (22) 이 안정적인 나선형 형상의 칩을 제공하고, 칩의 배출 성능이 더 향상된다.

모따기부 (16b) 에 있어서의 나사산의 외주면 (26) 의 경사각 (θ) 이 서로 상이한 7 종류의 시험품 No.1 ~ No.7 (각각 2 개씩 준비함) 을 이용하여 본 실시예의 스파이럴 탭 (10) 에 대해 내구성 시험을 행하였다. 시험 결과를 도 3a ~ 도 3c 에 나타내었다. 7 종류의 시험품 No.1 ~ No.7 은 도 3b 에 나타낸 바와 같이 상이한 경사각 (θ) 을 갖는다. 경사각 (θ) = 13°12' 인 시험품 No.1 은, 경사각 (θ) 이 모따기부의 모따기 구배와 동일하게 되도록 결정된 경사각 (θ) 을 갖는 종래 기술의 공구를 나타낸다. 0°로부터 -13°까지의 경사각 (θ) 을 갖는 시험품 No.4 ~ No.6 은, 본 발명의 공구를 나타내고, 시험품 No.2, No.3 및 No.7 은 비교예의 공구를 나타낸다. 내부 나사를 형성하기 위한 도 3a 에 나타낸 태핑 조건으로 내부 나사, 즉 암나사의 태핑을 실시하였고, 날의 치핑 또는 게이지아웃 (gauge-out) (GP-OUT) 을 야기하는 공구 수명이 다할 때까지의 태핑된 구멍의 개수를 체크하였다. 도 3a 에 나타낸 바와 같이 피삭재 종류 중 재료 "S45C" 는 JIS (일본 산업 표준) 에 규정된 기계 구조용 탄소강이다.

도 3b 에 나타낸 시험 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 발명품의 시험품 No.4 ~ No.6 모두는 절삭날 (22) 의 마모로 인한 게이지아웃이 될 때까지 태핑 작업을 실시할 수 있었고, 태핑을 실시하여 400 개 이상의 내부 나사를 절삭할 수 있었다. 대조적으로, 경사각 (θ) 이 -15°≤ θ ≤ 30' 을 만족시키지 않는 시험품 No.1 ~ No.3 및 No.7 모두는, 칩의 물림으로 인한 날의 치핑의 발생 때문에 공구 수명이 다하였다. 또한, 이들 시험품 모두는 태핑된 구멍의 평균 개수가 300 개 이하이었다. 또한, 본 발명의 제품에 의하면, 내구성이 40% 정도 향상될 수 있음이 밝혀졌다.

도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b 는, 내구성 시험의 태핑 작업 동안 배출된 절삭 칩을 보여주는 사진이다. 도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 탭의 시험품 No.4 에 의해 배출된 칩을 보여주며, 도 5a 및 도 5b 는 종래 기술의 시험품 No.1 의 칩을 보여준다. 이들 칩의 사진에서 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 도 4a 및 도 4b 에 나타낸 본 발명품의 탭을 이용한 칩이 비교적 균일한 와인딩 (winding) 나선형 형상을 갖는다. 이에 반하여, 도 5a 및 도 5b 에 나타낸 종래 기술의 탭을 이용한 칩은 부분적으로 왜곡된 와인딩 형상으로 형성된 형상을 갖고, 왜곡된 와인딩 형상의 존재로 인해, 복수의 칩이 동일한 비틀림 홈 (20) 에서 서로 얽히게 되어, 배출 성능이 악화된다.

도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b 는, 도 3a 및 도 3b 에 나타낸 내구성 시험에 이용된, 본 발명의 탭을 보여주는 시험품 No.4 및 종래 기술의 시험품 No.1 에 대해 행한 내구성 시험 동안 태핑된 최초 3 개의 구멍에 대해 측정된 태핑 토크 (회전 토크) 및 추력의 결과를 보여준다. 도 6a 및 도 6b 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 시험품은 종래 기술의 시험품의 태핑 토크보다 약간 더 큰 태핑 토크를 갖지만, 그러한 태핑 토크는 태핑에서 적절히 허용되는 범위에 속한다. 도 7a 및 도 7b 에 나타낸 추력의 경우, 본 발명의 탭과 종래 기술의 탭의 추력 사이에 거의 차이가 없다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 탭이, 종래 기술의 탭을 이용하는 경우에 비해 태핑 토크 및 추력을 거의 손상시키는 일 없이, 안정된 나선형 형상을 갖는 칩을 제공하고 배출 성능 및 내구성을 향상시키는 것을 알 수 있다.

또한, 전술한 본 실시예에서는, 모따기부 (16b) 가 축선 방향으로 연속적으로 형성된 복수의 나사산을 갖고, 나사산은 미리 정해진 일정한 모따기 구배를 따라 변하도록 직선 (L1) 상에 중심이 위치된 외주면 (26) 을 갖고, 따라서 외경의 변화량 (t1, t2) 이 서로 동일하게 된다. 그러나, 도 8 에 나타내는 것처럼 오목 형상으로 형성된 모따기부 (16b) 및 오목 곡선 (L2) 상에 외주면 (26) 의 중심이 정렬되도록 외주면 (26) 이 변화될 수 있다. 이 경우, 직경 치수의 변화량 (t2) 이 t1 보다 작아져, 절삭날 (22) 의 절삭 치수, 즉 칩의 두께 치수가 완전 산부 (16a) 로부터 탭 단부를 향해 감소한다. 완전 산부 (16a) 에 가까운 부분에서는, 나사산의 정상 부근이 절삭을 실시하고, 따라서 칩의 폭 (외주면 (26) 의 폭에 대응함) 이 작아지게 된다. 탭 단부에 더 까까운 다른 영역에서는, 나사산의 골밑 부근에서 나사산으로 절삭이 실시되므로, 칩의 폭이 커지게 된다. 이로써, 위에서 언급한 상기 실시예에서 획득되는 바와 같이 모따기부가 일정한 모따기 구배로 변하는 경우에 비해, 개별 절삭날 (22) 에 의해 생성되는 칩의 단면 형상은 칩의 단면적 (나아가서는 제거되는 체적) 이 서로 동일해지도록 변할 수 있다. 이는 다수의 절삭날 (22) 에 작용하는 절삭 부하들 사이의 차를 감소시켜, 국부적인 마모의 발생을 억제하고 내구성을 더 향상시킨다.

도 8 에 나타낸 실시예의 경우, 칩이 서로 거의 동일한 단면적을 갖도록 오목 형상, 즉 오목 곡선 (L2) 을 결정할 수 있고, 그러한 경우, 다수의 절삭날 (22) 에 작용하는 절삭 부하가 서로 거의 동일하게 된다.

이상에서 도면에 나타낸 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 이는 단지 하나의 실시형태일 뿐이며, 본 발명은 본 기술분야의 당업자의 지식에 기초하여 다양한 수정예 및 변형예로 실시될 수 있다.

산업상의 이용 가능성

본 발명의 스파이럴 탭에 의하면, 모따기부는, 완전 산부와 동일 치수의 나사산의 외주부를, 축선 (0) 을 포함하는 단면에서 직선적으로 절제한 형태를 취하는 나사산을 갖는 외부 나사를 구비하도록 형성된다. 직선은 탭 단부를 향해 직경이 감소하는 측을 정으로 정의했을 때 -15°≤ θ ≤ 30' 인 경사각 (θ) 으로 축선 (O) 을 가로지른다. 이로써, 비틀림 홈으로부터 외부로 양호하게 배출되는 안정적인 나선형 (스파이럴) 형태로 칩이 형성될 수 있다. 또한, 이는 칩의 물림으로 인한 절삭날의 치핑의 발생을 억제하여, 우수한 내구성을 획득할 수 있다. 따라서, 스파이럴 탭은 다양한 피삭재에서의 내부 나사의 태핑에 바람직하게 채용될 수 있다.

10 : 스파이럴 탭
16 : 나사부
16a : 완전 산부
16b : 모따기부
18 : 외부 나사
20 : 비틀림 홈
22 : 절삭날
O : 중심 축선
θ : 경사각

Claims

외부 나사; 그 외부 나사를 분리하도록, 섕크측으로부터 멀어지는 방향으로 보았을 때 절삭/회전 방향과 같은 방향으로 홈가공된 비틀림 홈; 및 그 비틀림 홈을 따라 형성된 절삭날을 갖는 나사부를 포함하는 스파이럴 탭으로서,
상기 나사부는, 외경이 일정한 완전 산부, 및 탭 단부를 향해 외경이 감소하는 모따기부를 포함하고,
상기 모따기부는 형성된 구멍에 나사조임되어, 형성된 구멍의 내주면에 내부 나사를 절삭하고 또한 섕크를 향해 비틀림 홈을 따라 칩을 배출하는, 상기 스파이럴 탭에 있어서,
상기 모따기부는 외부 나사를 갖고, 외부 나사의 나사산은, 상기 완전 산부와 동일한 치수의 나사산으로부터, 축선 (O) 을 포함하는 단면에 수직한 방향으로부터 보았을 때 외주부를 직선적으로 절제한 형태로 형성되고,
상기 직선은 탭 단부를 향해 직경이 감소하는 측을 정으로 정의했을 때 -15°≤ θ ≤ 30' 인 경사각 (θ) 으로 축선 (O) 을 가로지르는 것을 특징으로 하는 스파이럴 탭.
제 1 항에 있어서, 상기 모따기부는 축선 방향으로 연속된 복수의 나사산을 갖고, 복수의 나사산은 미리 정해진 일정한 모따기 구배로 변하는 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 스파이럴 탭.
제 1 항에 있어서, 상기 모따기부는 축선 방향으로 연속된 복수의 나사산을 갖고, 복수의 나사산은 축선 방향으로 오목한 형상을 갖도록 변하는 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 스파이럴 탭.