JP7724251B2 - スパイラルタップ - Google Patents

Description

本発明は、スパイラルタップに関する。

被削材にめねじを形成するための工具として切削タップが知られている。切削タップは、回転しながら被削材にねじ込まれ、切削によって生成される切りくずを本体の外面に設けられている複数の溝に収容しながらめねじ形成を行う。切削タップでは、上記溝の方向及び形状によって、生成される切りくずの形状や排出方向が異なる。例えば、螺旋状のねじれ溝を備えたスパイラルタップが公知である（特許文献１及び２）。スパイラルタップは、その切りくずの排出方向の特徴から、主に止まり穴に対するめねじ加工用タップとして用いられる。

国際公開第２００８－１３６１２３号 実開平５－１２０４２号公報

一般に、スパイラルタップでは、食付き部の山数に応じて生じる複数の切りくずが、対応するねじれ溝内で溝形状に従ってカールし、連なりながらシャンク方向へと排出される。すなわち、切りくずは、螺旋状にカールした一連の線状に形成される。切りくずの形状によっては同一のねじれ溝内又は隣接するねじれ溝内で生じた複数の切りくずが絡み合うこと、切りくずがスパイラルタップ又は被削材に絡むこと、及び、加工によって形成されたねじ山とスパイラルタップのねじ山との間に切りくずが噛み込むこと等によって、スパイラルタップ及び加工によって被削材に形成されたねじ山が損傷する虞がある。そのため、複数の切りくずが互いに絡み合わないように、また、切りくずがスパイラルタップ又は被削材に絡まないように、適宜切りくずの除去作業が必要になる場合がある。

特に、本発明者による試験によれば、加工したいめねじのサイズがＭ２０程度の太径や、呼び径に対し２倍以上のねじ長を持つめねじを加工する際は、ねじ長に比例して長く連なった切りくずが生じるため、上述したような問題がより発生しやすい。スパイラルタップを用いた安定した連続加工を行うためには、切りくずに起因する上記問題の解決が重要となる。

切りくずの噛み込みを抑制する方法として、特許文献１に記載のスパイラルタップでは、１山～５山からなる完全山部からシャンク側へ向かうに従って小径となるようテーパ状に山払いされたテーパ部を備えている。それによって、食付き山によって生じた切りくずがねじれ溝内で噛み込むことを抑制している。しかしながら、加工深さが呼び径の２倍に近い深穴加工の場合、切りくずの噛み込みの問題は解決できても、ねじれ溝による切りくずの排出機能が低下し、切りくずがうまく排出されずにスパイラルタップに絡む問題が残る。

一方で、特許文献２に記載のスパイラルタップには、おねじ部とシャンク部との間に切りくず排出用のガイド部が設けられている。ガイド部の外径寸法を被削材の下穴寸法に近似させることにより、排出される切りくずをガイド部のねじれ溝を通路として排出されるよう誘導される。そのため、切りくずがスパイラルタップに絡む問題や、隣接するねじれ溝から排出された切りくず同士が絡まる問題が解決される。しかしながら、被削材の種類や切削条件によって切りくず形状が異なる可能性があるため、被削材の下穴寸法に近似したガイド部が被削材の基準面に対し深く挿入されることに起因して、同一のねじれ溝内で生じる複数の切りくずが絡み合うことや、形成されたねじ山とスパイラルタップのねじ山との間に切りくずが噛み込み易くなる問題が残る。

本発明は、安定した切りくずの排出が可能なスパイラルタップを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、食付き部及び完全山部からなるおねじ部と、前記おねじ部の後端から後方に向かって前記おねじ部から続くねじ山がテーパ状に山払いされたテーパ部と、前記テーパ部とシャンクとの間に設けられ且つシャンクよりも大径の円柱状に形成されたガイド部と、前記おねじ部を分断するように軸線方向に沿って螺旋状に設けられた複数のねじれ溝と、を具備し、前記完全山部の外径の基準寸法をＤとし、前記おねじ部のピッチをＰとしたとき、前記ガイド部の外径がＤ－１．５Ｐであり、前記テーパ部のこう配角度が１０～１５度の範囲内であることを特徴とするスパイラルタップが提供される。

前記おねじ部の全長が１．２Ｄ以下であってもよい。前記おねじ部がＭ１８以上であってもよい。少なくとも前記おねじ部に対してコーティング処理、酸化処理、又は、窒化処理が施され、当該スパイラルタップの軸線に対する前記ねじれ溝のねじれ角が４０～４８度の範囲内であってもよい。

本発明の態様によれば、安定した切りくずの排出が可能なスパイラルタップを提供するという共通の効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態によるスパイラルタップの側面図である。 図２は、図１のスパイラルタップの概略図である。 図３は、図１のスパイラルタップのおねじ部側の端面図である 図４は、スパイラルタップによる加工を示す断面図である。 図５は、本発明の第１実施例によるスパイラルタップ及びこれを用いためねじ加工によって生じた切りくずの写真である。 図６は、本発明の第２実施例によるスパイラルタップ及びこれを用いためねじ加工によって生じた切りくずの写真である。 図７は、本発明に対する比較例によるスパイラルタップ及びこれを用いためねじ加工によって生じた切りくずの写真である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に亘り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、本発明の実施形態によるスパイラルタップ１の側面図であり、図２は、図１のスパイラルタップ１の概略図であり、図３は、図１のスパイラルタップ１のおねじ部２側の端面図である。

スパイラルタップ１は、食付き部３、及び、完全なねじ山形状を有する完全山部４からなるおねじ部２と、おねじ部２の後端から後方に向かっておねじ部２から続くねじ山がテーパ状に山払いされたテーパ部５と、テーパ部５とシャンク６との間に設けられ且つシャンク６よりも大径の円柱状に形成されたガイド部７と、おねじ部２を分断するように軸線Ｃに沿って軸線Ｃ周りに等間隔に螺旋状に設けられた４つのねじれ溝８（図３）と、を有している。ねじれ溝８は、テーパ部５及びシャンク６間に設けられ、且つ、シャンク６よりも僅かばかり小径のネック９まで延びている。本明細書中では、スパイラルタップ１の軸線方向において、おねじ部２側を「前」側と規定し、おねじ部２とは反対側のシャンク６を「後」側と規定する。

スパイラルタップ１のねじれ溝８は、右ねじれに設けられ、ガイド部７を超えてシャンク６側に延びている。ねじれ溝８の各々に沿って切れ刃が設けられている。スパイラルタップ１の少なくともおねじ部２には、ＴｉＣＮ等のコーティング処理、酸化処理、又は、窒化処理等の表面処理が施されている。

テーパ部５の軸線Ｃに対するテーパ部５のこう配角度をθとし、完全山部４の外径の基準寸法をＤとし、おねじ部２のピッチをＰとしたとき、ガイド部７の外径はＤ－１．５Ｐであることが好ましい。このとき、テーパ部５のこう配角度θは１０～１５度の範囲内であることが好ましい。おねじ部２の全長は、１．２Ｄ以下であることが好ましい。おねじ部２は、Ｍ１８以上であることが好ましく、Ｍ２４以下であることがさらに好ましい。

図４は、スパイラルタップ１による加工を示す断面図である。被削材１００の表面には、下穴１０１が設けられている。下穴１０１に対してスパイラルタップ１の先端側からねじ込まれることによって下穴１０１の内周面を切削加工し、めねじ１０２が形成される。切削加工によって生じた切りくずＧは、ねじれ溝８内を通って下穴１０１の開口近傍に到達し、下穴１０１の開口から放射状にシャンク６側へ排出される。切りくずＧは、螺旋状にカールした一連の線状に形成される。

スパイラルタップ１では、テーパ部５と形成されためねじ１０２との間に所定の隙間が形成される。したがって、食付き部３によって形成されためねじ１０２に対して完全山部４が通過し、続いてテーパ部５がねじ込まれる際には所定の隙間があることによって切りくずの噛み込みが抑制される。そのため、噛み込みによる刃欠けや切削トルクの上昇、折損等が抑制され、スパイラルタップ１の耐久性が一層向上する。また、テーパ部５では山払いされた残りの裾野の部分が、完全山部４の完全なねじ山形状の裾野の部分と同じであるため、完全山部４及びテーパ部５によって優れた案内作用（リード送り）が得られ、高い加工精度でめねじを切削加工することができる。

テーパ部５の後方に設けられたガイド部７と形成されためねじ１０２との間にも所定の隙間が形成される。切りくずは、ガイド部７によって一定方向に排出されるようにねじれ溝８内に案内され、切りくずが被削材１００とスパイラルタップ１との間で噛み込むリスクが低減される。さらに、切りくずは、ガイド部７に形成されたねじれ溝８を通路とし一定方向に排出されるため、スパイラルタップ１、具体的にはシャンク６に絡むことや、異なるねじれ溝８から排出された切りくず同士が絡まることが抑制され、安定した切りくずの排出が可能となる。

スパイラルタップ１の軸線Ｃに対するねじれ溝８のねじれ角は、４０～４８度の範囲内であることが好ましい。ここで、おねじ部にコーティング処理、酸化処理、又は、窒化処理等の表面処理が施されている場合には、スパイラルタップの耐摩耗性能が向上する一方で、高い潤滑性に起因して切りくずが伸びやすくなり切りくずの長さが長くなる。そのため、切りくずがスパイラルタップ又は被削材に絡まり易くなる。そこで、本発明の実施形態によるスパイラルタップ１では、ねじれ溝８のねじれ角を上述した範囲内とすることで、切削性能に対して適切なカール径になるよう切りくずの形状を調整した。その結果、排出された切りくずがスパイラルタップ１に絡むことや、異なるねじれ溝８から排出された切りくず同士が絡まることが抑制され、安定した切りくずの排出が可能となる。

図５は、本発明の第１実施例によるスパイラルタップ１及びこれを用いためねじ加工によって生じた切りくずの写真であり、図６は、本発明の第２実施例によるスパイラルタップ１及びこれを用いためねじ加工によって生じた切りくずの写真である。図７は、本発明に対する比較例によるスパイラルタップ及びこれを用いためねじ加工によって生じた切りくずの写真である。図７（Ａ）は、第１比較例であり、図７（Ｂ）は第２比較例であり、図７（Ｃ）は第３比較例である。

各実施例及び各比較例によるスパイラルタップはいずれも、Ｍ２０×２．５のスパイラルタップであり、おねじ部の長さは、２０ｍｍであり、シャンク６の外径は１５．０ｍｍであり、ネック９の外径は１４．５ｍｍである。

被削材としてＳ５０Ｃを使用し、立て形マシニングセンタに対してスパイラルタップ１をセットする。加工条件として、切削速度は１０ｍ／ｍｉｎ、加工深さは４７．５ｍｍ、切削油は水溶性切削油剤２０倍希釈とした。加工深さは、スパイラルタップ１の完全山部４の外径の基準寸法をＤとしたときめねじのねじ長が２Ｄとなるようとして、上記値を設定した。

図５の左図に示されるように、第１実施例によるスパイラルタップ１では、テーパ部５のこう配角度が１２．５度であり、１６．３ｍｍの外径を備えたガイド部７が設けられている。すなわちガイド部７の外径は、上述したように、Ｄ－１．５Ｐであることが好ましく、Ｍ２０×２．５のスパイラルタップの寸法から、上記値を設定した。第１実施例によるスパイラルタップ１を用いた場合、切りくずの噛み込み及び噛み込みによるスパイラルタップ１の刃欠けや切削トルクの上昇、折損等は確認されず、切りくずは良好に排出された。また、図５の右図に示されるように、切りくずのカール径は略均一であり、切りくずの各々の長さも略均一であった。

図６の左図に示されるように、第２実施例によるスパイラルタップ１では、テーパ部５のこう配角度が１５度である点において第１実施例によるスパイラルタップ１と異なる。第２実施例によるスパイラルタップ１を用いた場合、切りくずの噛み込み及び噛み込みによるスパイラルタップ１の刃欠けや切削トルクの上昇、折損等は確認されず、切りくずは良好に排出された。また、図６の右図に示されるように、切りくずのカール径は略均一であり、切りくずの各々の長さも略均一であった。

図７（Ａ）の左図に示されるように、第１比較例によるスパイラルタップでは、テーパ部のこう配角度が３０度である点において第１実施例によるスパイラルタップ１と異なる。第１比較例によるスパイラルタップを用いた場合、切りくずの噛み込みが発生し、切りくずは良好に排出されなかった。また、切削トルクの上昇は僅かに確認された。一方で、噛み込みによるスパイラルタップ１の刃欠けや折損等は確認されなかった。図７（Ａ）の右図に示されるように、切りくずは、カールしきれずに、細かく分断された。

図７（Ｂ）の左図に示されるように、第２比較例によるスパイラルタップでは、テーパ部のこう配角度が５度である。また、テーパ部のこう配角度が小さいことから、ガイド部は実質的に設けられていない。第２比較例によるスパイラルタップを用いた場合、切りくずの噛み込み及び切削トルクの上昇が発生した。一方で、切りくずは比較的良好に排出された。また、噛み込みによるスパイラルタップ１の刃欠けや折損は確認されなかった。図７（Ｂ）の右図に示されるように、切りくずのカール径は比較的均一であるが、長さに多少のばらつきがあった。

図７（Ｃ）の左図に示されるように、第３比較例によるスパイラルタップでは、テーパ部のこう配角度が１５度であるが、ガイド部が設けられていない点において第１実施例によるスパイラルタップ１と異なる。第３比較例によるスパイラルタップを用いた場合、切りくずの噛み込みが発生し、切りくずは良好に排出されなかった。また、切削トルクの上昇は僅かに確認され、切りくずがスパイラルタップに対して絡むことが確認された。図７（Ｃ）の右図に示されるように、切りくずは、カールしきれずに、細かく分断された。

以上より、スパイラルタップ１によれば、安定した切りくずの排出が可能となり、連続加工時の切りくずの絡まり等が防止される。

１ スパイラルタップ
２ おねじ部
３ 食付き部
４ 完全山部
５ テーパ部
６ シャンク
７ ガイド部
８ ねじれ溝
９ ネック

Claims (4)

1. 食付き部及び完全山部からなるおねじ部と、前記おねじ部の後端から後方に向かって前記おねじ部から続くねじ山がテーパ状に山払いされたテーパ部と、前記テーパ部とシャンクとの間に設けられ且つシャンクよりも大径の円柱状に形成されたガイド部と、前記おねじ部を分断するように軸線方向に沿って螺旋状に設けられた複数のねじれ溝と、を具備し、
   前記完全山部の外径の基準寸法をＤとし、前記おねじ部のピッチをＰとしたとき、前記ガイド部の外径がＤ－１．５Ｐであり、
   前記テーパ部のこう配角度が１０～１５度の範囲内であることを特徴とするスパイラルタップ。
2. 前記おねじ部の全長が１．２Ｄ以下である請求項１に記載のスパイラルタップ。
3. 前記おねじ部がＭ１８以上である請求項１又は２に記載のスパイラルタップ。
4. 少なくとも前記おねじ部に対してコーティング処理、酸化処理、又は、窒化処理が施され、当該スパイラルタップの軸線に対する前記ねじれ溝のねじれ角が４０～４８度の範囲内である請求項１又は２に記載のスパイラルタップ。