(57)【要約】【課題】タップの逆回転のときに、被削材に残留する切り屑が食付き部切れ刃の逃げ面側と被削材との間に入り込み、擦れや噛み込みによってトルクが増大し、刃先強度不足からチッピングや折損を起こしたりする事故を防止する。【解決手段】１山以上の不完全山を持つ食付き部、およびこれに続く完全山部とからなるねじ部と、該ねじ部に連結されるシャンク部とからなり、前記ねじ部に切れ刃を形成する複数本の溝を備え、前記不完全山における食付き部切れ刃で雌ねじの切削加工を行うタップであって、前記各切れ刃のヒール部には、前記タップの逆回転時に切り屑を切断する逆回転切れ刃を有し、ある特定のランドの食付き部切れ刃に着目したとき、タップに正回転の送りをかけた前記特定のランドの逆回転切れ刃の回転軌跡が、前記特定のランドの食付き部切れ刃の回転軌跡と実質上同じ軌跡上にあることを特徴とする切削加工用タップ。【選択図】図５
2010125593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１山以上の不完全山を持つ食付き部、およびこれに続く完全山部とからなるねじ部と、該ねじ部に連結されるシャンク部とからなり、前記ねじ部にはねじ山と交差して切れ刃を形成する複数本の溝を備え、前記不完全山における食付き部切れ刃で雌ねじの切削加工を行うタップであって、前記各食付き部切れ刃のヒール部には、前記タップの逆回転時に切り屑を切断する逆回転切れ刃を有し、ある特定のランドの食付き部切れ刃に着目したとき、タップに正回転の送りをかけた前記特定の切れ刃の逆回転切れ刃の回転軌跡がタップに送りをかけた前記特定の食付き部切れ刃の回転軌跡と実質上同じ軌跡上にあることを特徴とする切削加工用タップ。
【請求項２】
１山以上の不完全山を持つ食付き部、およびこれに続く完全山部とからなるねじ部と、該ねじ部に連結されるシャンク部とからなり、前記ねじ部にはねじ山と交差して切れ刃を形成する複数本の溝を備え、前記食付き部の不完全山における切れ刃で雌ねじの切削加工を行うタップであって、前記各切れ刃のヒール部には、前記タップの逆回転時に切り屑を切断する逆回転切れ刃を有し、ある特定のランドの食付き部切れ刃に着目したとき、タップに送りをかけた前記逆回転切れ刃と工具軸中心との距離が前記特定の同一ランドの食付き部切れ刃と工具軸中心との距離の１．０未満倍ないし０．９７倍であることを特徴とする切削加工用タップ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の切削加工用タップにおいて、食付き部切れ刃のすくい角が負角であり、工具軸直角断面でのヒール部と工具軸中心を結んだ直線とヒール部の逆回転切れ刃の刃溝を形成する曲線のなす角度が前記刃溝方向に０度より大きいことを特徴とする切削加工用タップ。
【請求項４】
少なくともねじ部が高速度工具鋼または超硬合金からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の切削加工用タップ。
【請求項５】
少なくともねじ部が硬質皮膜でコーティングされていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の切削加工用タップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本願発明は、工作機械によって回転と同期して送り移動されて雌ねじの加工を行う切削加工用タップに関する。
【背景技術】
【０００２】  本発明が対象とするタップの一般的な形状は、ねじ部とシャンク部からなり、前記ねじ部はタップの先端から順に、ねじ山の高さがタップの先端側に次第に低くなるテーパ状の食付き部と、形成すべき雌ねじに対応するねじ山が設けられた完全山部からなるねじ部とから構成される。前記食付き部のねじ山と完全山部とに交差する溝が設けられ、ねじ山が複数のランドに分けられるので、前記ランドの側端部に切れ刃が形成されることになる。従来のタップの食付き部の切れ刃は径方向に逃げ角を有し、切れ刃の先端からランドのヒール側に至るまで切れ刃の外径が次第に小さくなる形状にされているのが普通である。これに対して、ヒール側の形状を検討したものとして、タップ切削のガイド作用の向上の観点から検討した実開平５−１６０６２号に記載のタップの提案がある。【０００３】  従来のタップで雌ねじを加工する場合、タップの正回転時（雌ねじの切削加工時）に食付き部は切削作用をし、雌ねじ溝を徐々に創成する一方、連続切削のため、１つの切れ刃に対し繋がった１つの切り屑が排出される。雌ねじ溝の創成後、タップは逆回転されて完全山部にガイトされてド穴を後退し、所定の位置で停で停止される。
【特許文献１】実開平５−１６０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  タップによる雌ねじの加工においては、食付き部により、雌ねじ溝（ねじ山）の創成が進むに従って、タップのねじ部の完全山部が、形成された雌ねじ部に入っていくことになる。この際、食付き部の不完全山における切り刃は常に切削を行っている連続切削であることから、繋がった切り屑が排出される。雌ねじ溝の創成後にタップは逆回転されるが、従来のタップの加工においては、前述のような連続切削によって創成された切り屑は、タップの逆回転時には、被削材と繋がった状態になっている。そのために、タップの逆回転のときには、被削材（雌ねじ材）に残留する切り屑は、食付き部切れ刃の逃げ面側と被削材との間に入り込み、擦れや噛み込みによってトルクが増大し、刃先強度不足からチッピングや折損を起こしたりすることが多く、特に止まり穴や深穴においてのタップ加工で問題になっていた。また、鋼などの被削材が硬くなるほどチッピングや切損が起こしやすくなるため、焼入れ後に雌ねじの加工を行うことはほとんどなかった。
雌ねじ溝を創生した後のタップの逆回転時に、切り屑の擦れや噛み込みによってチッピングや折損が生じる現象は、問題認識はあったものの十分な現象解析はなく、したがって十分な対策がなされていなかった。【０００５】  前述の実開平５−１６０６２号には、タップのヒール部の外径が切れ刃より大きいことを特徴とするねじ切削用タップが提案されている。このタップは食付き初期から十分なタップのガイド作用を得て雌ねじ精度を向上させることを目的とするものであるが、本件特許発明者の回転トルク解析によると、前記公知例に記載される構造の切削用タップは、主目的とする正回転時においてさえ、大きな回転トルクが生じ、切削抵抗の刃先が欠損しやすいという問題点があることが分かった。ましてや逆回転時にはあまりにも回転トルクが大きすぎて、雌ねじ側に残留する切り屑を切断することは出来ないという問題がある。さらに最近ではタップ径が数ミリという小径の精密ねじ切りの頻度が多くなり、タップの折損の可能性が高まっている。また、タップの寿命を延ばしたいという要求は強く、チッピングや折損の可能性が従来のタップ材料よりも高い超硬タップの寿命安定化も課題となっている。【０００６】  本発明はこのような背景と課題の認識の下に、特に超硬タップの切削挙動、とくに食付き部切れ刃と該切れ刃のヒール部の挙動を、高速カメラによる実切削の観察、切削トルクの測定、および切り屑の生成と除去の観察などとあわせて実行した結果生まれたもので、今まで発想のなかった新規で実用的な超硬タップまたは高速度工具鋼製タップを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、工作機械を使用して回転と送りが完全同期して切削するタップを用いて行う雌ねじの加工において、切れ刃となるランドのヒール部の機能を、従来のような食付き部の逃げ部分という概念から脱却し、ヒール部がタップの逆回転のときには食付き部切刃で生成されて雌ねじ溝に残留する切り屑を積極的に切削除去する切れ刃として機能するような形状にするという新規な発想に基づくものである。本発明では、ヒール部に設けるこの切れ刃を逆回転切れ刃と呼称する。本発明の逆回転切れ刃を具備したタップは、正回転切削時に後続の食付き切れ刃で被削材（雌ねじ）に生じて残留する切り屑を積極的に切削除去し、切り屑詰まりによるタップ切れ刃の欠けやチッピング等を大幅に抑制し、安定したねじ立てを行うことが出来る。ただし、ある特定のランドにおいて正回転時に機能する食付き部切れ刃と逆回転時に機能する逆回転切れ刃をいずれも適正に機能させるためには、主に切削トルクを異常に高めないために条件がある。それは、ある特定のランドの食付き部切れ刃に着目したとき、タップに正回転の送りをかけた前記特定のランドの逆回転切れ刃の回転軌跡が、前記特定のランドの食付き部切れ刃の回転軌跡と実質上同じであるということである。【０００８】  すなわち本発明の内、請求項１に記載の発明は、１山以上の不完全山を持つ食付き部、およびこれに続く完全山部とからなるねじ部と、該ねじ部に連結されるシャンク部とからなり、前記ねじ部にはねじ山と交差して切れ刃を形成する複数本の溝を備え、前記食付き部の不完全山における切れ刃で雌ねじの切削加工を行うタップであって、前記各切れ刃のヒール部には、前記タップの逆回転時に切り屑を切断する逆回転切れ刃を有し、ある特定のランドの食付き部切れ刃に着目したとき、タップに正回転の送りをかけた前記特定のランドの逆回転切れ刃の回転軌跡が、前記特定のランドの食付き部切れ刃の回転軌跡と実質上同じ回転軌跡上にあることを特徴とする切削加工用タップである。【０００９】  本発明の請求項２に記載の発明は、１山以上の不完全山を持つ食付き部、およびこれに続く完全山部とからなるねじ部と、該ねじ部に連結されるシャンク部とからなり、前記ねじ部にはねじ山と交差して切れ刃を形成する複数本の溝を備え、前記食付き部の不完全山における切れ刃で雌ねじの切削加工を行うタップであって、前記各切れ刃のヒール部には、前記タップの逆回転時に切り屑を切断する逆回転切れ刃を有し、ある特定のランドの食付き部切れ刃に着目したとき、タップに送りをかけた前記逆回転切れ刃と工具軸中心との距離が前記特定の同一ランドの食付き部切れ刃と工具軸中心との距離の１．０未満倍ないし０．９７倍であることを特徴とする切削加工用タップ。【００１０】  本発明の請求項３の発明は、前記本発明の請求項１または請求項２に記載の切削加工用タップにおいて、さらに、食付き部切れ刃のすくい角が負角であり、ヒール部と工具軸中心を結んだ直線とヒール部の逆回転切れ刃の刃溝を形成する曲線のなす角度が前記刃溝方向に０度より大きいことを特徴とする切削加工用タップである。この発明により、食付き部切れ刃の切れ味が向上し、逆回転切れ刃の過度な負担をなくしてヒール部の折損を���止できる。ここで、ヒール部と工具軸中心を結んだ直線とヒール部の逆回転切れ刃の刃溝を形成する曲線のなす角度は逆回転切れ刃のすくい角と言う。また、逆回転切れ刃のすくい角は、前記刃溝方向に０度より大きいことを負とする。【００１１】  本発明の請求項１ないし請求項３までのいずれかに記載の切削加工用タップは、少なくともねじ部が高速度工具鋼または超硬合金からなることが望ましい。特に本発明は逆回転切れ刃によりタップの逆回転時での切り屑切削が確実に行えるので、工具の径が３ｍｍ以下程度の小径の超硬合金製タップであっても、従来技術の問題点である逆回転時の切り屑巻き込みが原因であったチッピングや折損が防止できる。よって超硬タップは工具の長寿命化が図れる点において本発明の適用用途として最適である。【００１２】  本発明の請求項１ないし請求項４までのいずれかに記載の切削加工用タップは、少なくともねじ部が高速度工具鋼または超硬合金からなり、さらに少なくとも前記ねじ部が硬質皮膜でコーティングされていることが望ましい。硬質皮膜のコーティングの種類としては、対象とする被削材によって選択すればよい。例示すれば、鋼切削用のタップではＴｉＳｉＮ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、酸化皮膜などが推奨され、非鉄金属切削用のタップではダイヤモンド被覆、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などを被覆すると寿命延長化の効果がある。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の新規な切削加工用タップを適用することにより、雌ねじ加工中、特に逆回転時に生じる雌ねじ溝に残留する被加工物と繋がった切り屑をヒール部で切削除去できる。そのため、被削材とタップの食付き部逃げ面の間に切り屑が噛み混むことによって生じる刃先の欠けやチッピングを大幅に抑制でき、安定した加工が可能となる。
本発明の切削加工用タップを高速度工具鋼でも製造できることは当然であるが、従来ではチッピングや折損の恐れが大きかった超硬合金で製造しても事故の心配は大幅に減少し、安定してねじ立てが出来るので、超硬タップの長寿命化と小径化への対応も含めて、タップの適用分野を大幅に広げることが出来る。
本発明の切削加工用タップに硬質皮膜のコーティングを施したものは、チッピングや折損の恐れがないので、コーティングなしのものと比較して、さらにタップの寿命を延ばすことが出来、ねじ立ての自動化が容易であることを含めて工業的効果は顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  本発明の最適な形状の決定の根拠を、主に回転時の切削トルクの測定から検討した結果について以下に説明する。図１に従来技術の形状を有する市販の呼び寸法８ｍｍ（外径８ｍｍ）・食付き山数が５山で溝数を４溝設けたタップと５溝設けたタップで切削トルクを比較した測定データを示す。横軸は秒で表わした経過時間、縦軸は回転トルクをＮ・ｃｍで表わしたものである。タップの正回転時のトルクに関しては、４溝タイプのタップの場合に若干のトルクの振幅がみられるが両工具に大きな差はない。しかし、タップの逆回転開始直後にかかるマイナス方向のトルクに大きな違いが生じている。図２は、図１の逆回転時のトルクを部分拡大したデータであるが、トルクがゼロとなる逆回転開始（図２では、横軸の１．９１秒近傍）からトルクがマイナス方向に最大になるまでに時間がかかっている。これは、逆回転開始時に生じる被削材に残留する切り屑が、先に切削を行った食付き部切れ刃の逃げ面と被削材に挟まれ、切削トルクが増大するため、先行する食付き部切れ刃が後続する食付き部切れ刃で生じた切り屑の所まで逆回転するのに時間を要するためである。４溝タイプと５溝タイプで、逆回転開始から切り屑の噛み込みまでの時間が異なるのは、切れ刃の間隔が異なるためである。切れ刃の間隔は５溝タイプの方が４溝タイプより小さいから、５溝タイプの逆回転時の回転トルクの増大は４溝タイプより早く始まっている。ただ、５溝タイプで創成される切り屑の厚みは、４溝タイプより薄いためマイナス方向に出るトルクの最大値が異なり、今回の測定では５溝タイプの値は小さくなった。【００１５】  タップは工具軸直角断面で見たときに、食付き部の切れ刃の高さと逆回転切れ刃を設けるヒール部の高さは、前記工具軸直角断面でのタップの軸心（回転中心）からの直線距離で定義される。前記食付き部の切れ刃の高さと、逆回転切れ刃が設けられているヒール部の高さが同じであっても、正回転時の雌ねじ加工中はヒール部が干渉する。すなわち、この場合には逆回転切れ刃は同じランドでの食付き部切れ刃と同じ軌跡上にはない。この現象は次のように説明できる。タップは雌ねじ加工中に１回転で１リード分軸方向に送りがかかるため、食付き部の切れ刃によって切削された雌ねじを通過するヒール部は、食付き部切れ刃からヒールまで回転したリード分だけ後方となる。一般的なタップの食付き部はテーパ状のため、タップ先端より後方は工具径が大きくなるから、ヒール部が通過する位置は、同じランドの食付き部切れ刃が通過した位置からより工具径が大きくなる。そのため、工具軸直角断面で食付き部切れ刃の高さとヒール部の高さが同じタップを用いて雌ねじ加工を行うと食付き部切れ刃より後方となったヒール部は工具径が大きくなり、ヒール部と被削材との干渉が生じるので切削トルクが増大し、加工中や特に逆回転時に折損が生じてしまう。【００１６】  そこで、本発明では切り屑の噛み込みを防止するため、食付き部の切れ刃のヒール部に前記切れ刃とは逆方向の逆回転切れ刃を設け、後続の食付き部切れ刃で生じる切り屑を切断除去する機能として逆回転切れ刃を設けることで付与するとともに、前述した切削トルクの詳細な測定結果を取り入れて、タップの正回転時に切削トルクの増大を実用切削可能範囲内に抑える形状としたものである。そのために、本発明の第１の発明であるタップは、特定の食付き部切れ刃に着目したとき、タップに送りをかけた前記切れ刃の逆回転切れ刃の回転軌跡が、タップに送りをかけた前記食付き部切れ刃の回転軌跡と実質上同じであることを特徴とする切削加工用タップとしたことを特徴とする。【００１７】  前述の工具軸直角断面で食付き部切れ刃と逆回転切れ刃の位置が軸心から同じ位置にあっても逆回転切れ刃を有するヒール部は雌ねじ加工中に干渉することからヒール部は逃げていないといけない。しかしながら、従来の一般的なタップの逃げ角では、逆回転時に被削材と繋がった切り屑が噛み込む程度の逃げ角が付与されているのが通常である。これに対して本発明では、逆回転時にヒール部が切れ刃となり、被削材と繋がった切り屑が噛み込まない最適な逆回転切れ刃の位置が存在する。この最適な位置は、ねじの寸法、ねじピッチ、食付き山数で決まる。本発明例を製造する場合、これらを考慮した逃げ角を有する逃げ面を研削し、刃溝と逃げ面とで形成されるヒール部の稜線が逆回転切れ刃とする。これが本発明でいう、特定の切れ刃の逆回転切れ刃の回転軌跡がタップに送りをかけた前記特定の食付き部切れ刃の回転軌跡と同じ軌跡上にあるということである。しかし、タップの工業的な製作上、または使用上の許容幅をもって、理論的な回転軌跡からのアロアンスがある。本発明での実質上同じ軌跡とは、この内容を表現するものである。【００１８】  図３は本発明の一例である切削加工用直溝タップを示す。図４は、図３の食付き部のＡ−Ａ断面のを示す。図４で示すように、本発明のタップの食付き部１２をＡ−Ａ断面で見たときに、直線距離で定義される食付き部１２の切れ刃と工具軸中心との長さ２０と、逆回転切れ刃８と工具軸中心との長さは同一ではない。Ａ−Ａ断面でみた本発明タップの形状の特徴を定義すれば、ある特定のランドの食付き部切れ刃に着目したとき、タップに送りをかけた逆回転切れ刃８と工具軸中心との長さ１６が、前記特定の同一ランドの食付き部切れ刃と工具軸中心との長さ１７の１．０未満倍ないし０．９７倍とする。このことにより、雌ねじ部での切り屑の残留部を逆回転切れ刃で積極的に切削除去するので、欠けやチッピングを大幅に抑制でき、安定したねじ加工が可能となる。
前記の工具軸中心との長さの関係が１．０倍以上の場合は、タップでのねじ加工中に逆回転切れ刃が干渉するため、トルクが大きくなり折損が生じる可能性が高くなる。０．９７倍未満の場合は、タップの逆回転のときに食付き部１２の逃げが大きく、逆回転切れ刃８と被削材との間が広くなり、被削材（雌ねじ材）に残留する切り屑は、食付き部１２の切れ刃の逃げ面側と被削材との間に入り込み、擦れや噛み込みによって逆回転時のトルクが増大し、チッピングや折損が生じる可能性が高くなる。
タップ径、またはタップの食付き部１２の山数によって、逆回転切れ刃８が干渉せず、かつ、特定ランドの逆回転切れ刃の回転軌跡が食付き部１２の切れ刃の回転軌跡と実質上同じ軌跡上にするために考慮すべき幅があるからである。例えば、タップの寸法がＭ８、食付き部１２のねじ山数が９山など山数を多く設計し、ランド幅を小さくしたときは、１．０未満倍に限りなく近くなり、タップの寸法がＭ８食付き部のねじ山数が１山など山数を小さく設計し、ランド幅を大きくしたときは０．９７倍になる。
さらに、図４において、各切れ刃の逃げ面は食付き部１２の切れ刃と逆回転切れ刃８を結んだ直線１８より、凸状であり、工具軸中心から外側にあることが望ましい。これにより、切れ刃の逃げ面と雌ねじの間に微小な隙間がないため、切り屑が入り込むことがなく、切り屑の噛み込みのない安定したねじ加工が行える。【００１９】  本発明の切削加工用タップの具体的な作用を、従来の技術のタップと比較して図をもって説明する。図５に本発明例のタップ、図６に従来タップの先端視で雌ねじ加工中のねじの１ピッチ分の３次元の模式図を示す。図５と図６のそれぞれの正回転時と逆回転時の状態を示す。雌ねじ１ピッチ分の回転軌跡１は食付き部１２の雌ねじ１ピッチ分の形状を示しており、食付き部はタップ先端から工具径が序々に大きくなるため、タップ先端視で螺旋状となる。食付き部切れ刃２は工具軸中心で回転しており、円弧状の食付き部切れ刃２の回転軌跡５を通りながらタップ正回転方向に切削を行い、切り屑６を創成する。後続の食付き部切れ刃３は雌ねじ１ピッチ分の回転軌跡１上にあり、工具径は食付き部切れ刃２より大きくなるため、回転軌跡５と雌ねじ１ピッチ分の回転軌跡の差を切削し、切り屑７を創成する。その後、雌ねじ加工が終了すると、タップを雌ねじから取り出すために逆回転するが、各切れ刃で創成されたねじ立て最終時の切り屑は被削材と繋がったまま残留する。その時、従来のタップであれば、図６の逆回転時に示すように、被削材（雌ねじ部である）に残留する切り屑７は、タップ逃げ面のヒール部１４で逆回転方向に押され、前記タップ逃げ面と被削材との間に噛み込み、切れ刃に欠けやチッピングが生じる原因となりうる。【００２０】  本発明は、図５の逆回転時に示すように、ヒール部に設けた逆回転切れ刃８で切り屑７を切削除去し、噛み込みによる刃欠けやチッピングを抑制でき、安定したねじ加工が可能となる。特に、タップに送りをかけた逆回転切れ刃８の回転軌跡がタップに送りをかけた食付き部１２の切れ刃２の回転軌跡５と実質上同じ軌跡上にあるため、切り屑７は逆回転切れ刃８によって、大きな切削トルクを生じることなく切削除去できる。ある特定の食付き部１２のランドに着目したとき、そのランドでの食付き部１２の切れ刃の回転軌跡５は、食付き部１２の切れ刃はタップの工具軸方向に線状であるから切れ刃の回転軌跡５は面状となる。前記同一ランドでの逆回転切れ刃は正回転のときには前記食付き部１２の切れ刃に遅れて回転軌跡を描くが、前記の面状の回転軌跡と幾何学的に全く同一ということは必要ではないし、タップの微小な回転むらも考慮すると、面状の回転軌跡が全く同一ということは工業生産上困難である。しかし、実用的に回転トルクが極力上がらない程度、すなわちタップの刃先のチッピングやタップの折損が生じない程度には両者の回転軌跡が揃っている必要がある。本発明ではこの条件を、実質上同じ軌跡上にあると規定している。本発明のこの条件によって、正回転時には、特定ランドでの後続する逆回転切れ刃８は先行する食付き部切れ刃の軌跡上を通過することとなるから、回転トルクを実用上支障があるほど上げることなく回転し、逆回転時には、食付き部切れ刃は既に通過してきた軌跡を逆回転切れ刃��に続いて切削トルクの上昇が支障ない範囲で戻ることになるので、逆回転切れ刃８が切り屑をスムーズに切断できることになる。【００２１】  また、本発明の切削加工用タップは、正回転時にはヒール部に設けた逆回転切れ刃８は食付き部１２の切れ刃が通過した軌跡に添って回転するため、切削したねじ加工面を逆回転切れ刃８がさらうことにより光沢のある平滑な加工面が得られる効果もある。前記公知文献に記載されるタップのような被削材との干渉ではないため、切削中のトルクの増加は最小限に抑えることができ、安定した加工が可能となる。さらに、本発明は、望ましくは食付き部切れ刃のすくい角を負角に設定することにより、タップの正回転による雌ねじ加工中でも食付き部１２の切れ刃の刃先強度があり欠けやチッピングを抑制でき、安定した雌ねじの切削加工ができる。本発明は望ましくは、逆回転切れ刃についても、工具軸直角断面でのヒール部１４と工具軸中心を結んだ直線とヒール部の逆回転切れ刃の刃溝を形成する曲線のなす角度、すなわち、逆回転切れ刃のすくい角１５が前記刃溝方向に０度より大きくすることにより、逆回転切れ刃の剛性を向上させ、欠けやチッピング等の発生を抑制することが出来る。好ましくは、逆回転切れ刃のすくい角１５は−２°〜−１０°の範囲が望ましい。以下、本発明例を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２２】  （実施例１）
本発明例、従来例として、タップの基材をＣｏ含有膩が８重量パーセント、ＷＣ平均粒径が０．８μｍの超硬合金とし、呼び寸法Ｍ８（外径８ｍｍ）、ピッチ１．２５ｍｍ、溝数４、食付き部の山数５に設けた超硬直溝タップにおいて、本発明例１は、タップのヒール部に逆回転切れ刃を設け、タップに送りをかけたヒール部の回転軌跡が、前記切れ刃の刃先の回転軌跡と実質ヒ同じとしたもの、従来例２として工具軸直角断面で見たときに切れ刃とヒールの高さが同じもの、従来例３としてとして、食付き部の逃げ角を工具輔直角断面で５°とし、ヒール部が被削材と十分にクリアランスを有するものを作製した。この従来例３の形状は、従来から最も汎用的に普及しているタップの形状である。また、本発明例、従来例ともにタップの表面を、硬さＨＶ３５ＧＰａのＴｉＳｉＮ膜で被覆した。
試験条件は、被削材にＳＫＤ６１の長方形のブロック材を用意し、硬さＨＲＣ４３、タップの下穴として、穴径が６．８ｍｍ、深さが２０ｍｍを設け、そして、同期送り機能付き縦型マシニングセンタにて、回転数を２００ｍｉｎ−１（切削速度５ｍ／ｍｉｎ）、送り速度を２５０ｍｍ／ｍｉｎとし、ねじ立てを行った。クーラントは、外部給油方式とし、油剤は極圧添加剤入りを用いた。評価方法として、逆回転時の切り屑の噛み込みを着目するために、切削動力計を用い切削トルクの測定比較を行った。【００２３】  その比較結果を図７に示す。本発明例１は逆回転時のトルクは最も小さく、ヒール部に設けた逆回転切れ刃によって被削材に残留する切り屑を切削除去した瞬間にトルクは増加したが、切削による増加であり、増加量もわずかのため問題はなかった。従来例２はヒール部が被削材と干渉したため、測定時にトルクの増大により折損し、測定が行えなかった。従来例３は被削材に残留する切り屑が逃げ面と被削材に噛み込んだ瞬間にトルクが非常に大きくなっている結果となった。【００２４】  （実施例２）
本発明例、比較例として、本発明例１と同じ工具仕様とし、逆回転切れ刃と工具軸中心との距離を変化させたものを種々作成した。本発明例４は、同一ランドの食付き部切れ刃と工具軸中心との長さの０．９９倍、本発明例５は、０．９８倍、本発明例６は、０．９７倍、本発明例８は、０．９６倍、比較例９は、１．１倍、とした。
被削材及び切削条件は、実施例１と同様とし、評価方法は、２００穴までの加工穴数で評価し、食付き部にチッピング等の不具合が生じた時、もしくは、タップが折損した時を寿命と判断し切削を止めた。【００２５】  結果として、本発明例４〜７は、チッピングや折損もなく安定して所定の２００穴まで、加工することが出来た。本発明例８は、２００穴加工後に逆回転切れ刃に微小チッピングが認められ、切り屑が噛み込みんだと推察される。
比較例９は、トルクの増大により加工中に１穴目で折損した。【００２６】  （実施例３）
実施例３は、被削材として炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）と硬さＨＲＣ４３のＳＫＤ６１の２鋼種を用いて寿命テストを行った。切削条件として、予め径が６．８ｍｍ、深さが２０ｍｍのド穴を設け、Ｓ５０Ｃは回転数を４００ｍｉｎ−１（切削速度１０ｍ／ｍｉｎ）、送り速度を５００ｍｍ／ｍｉｎとし、ＳＫＤ６１は回転数を１６０ｍｉｎ−１（切削速度４ｍ／ｍｉｎ）、送り速度を２００ｍｍ／ｍｉｎとした。本発明例４、５は、実施例１の本発明例１と同じ、従来例６、７は、実施例１の従来例２と同じ、従来例８、９は、実施例１の従来例３と同じ設計で製作した。さらに、本発明例１０、１１は工具母材を高速度工具鋼（ＡＩＳＩ  Ｍ７）製とし、その他を本発明例１と同じ設計で作製した。
評価方法として、１５０穴までの加工穴数で評価し、食付き部にチッピング等の不具合が生じた時、もしくは、タップが折損した時を寿命と判断し切削を止めた。その結果を表１に示す。【００２７】
【表１】
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【００２８】  本発明例１０、１１の超硬タップは、いずれの条件でも目標数を加工できた。これは、逆回転時に被削材に残留する切り屑が逆回転切れ刃により切削除去されたため、切れ刃に切り屑が噛み込むことがなく安定した加工が行えたためである。
これに対し、従来例１２、１３の超硬タップではヒール部が被削材と干渉するため、切削トルクが増大し、雌ねじ加工中に１〜２穴目で折損してしまった。従来例１４、１５の超硬タップでは逆回転時に被削材と繋がった切り屑が切れ刃と被削材の間に噛み込み、切削初期で食付き部の刃先に欠けが生じた。本発明例で加工した雌ねじは光沢のある平滑な加工面が得られた。【００２９】  本発明例１６、１７は、超硬合金製に代えて、高速度工具鋼（ＡＩＳＩ  Ｍ７）製のタップでねじ立てを行い評価したものである。いずれの条件でも、超硬合金に比べるとやや摩耗が大きくなっているものの、チッピングや折損もなく、安定して所定の１５０穴まで、加工することが出来た。【００３０】  （実施例４）
実施例４として本発明例１８〜２９は、食付き部切れ刃と逆回転切れ刃のより好ましい形状を決定するために、本発明例１と同様の仕様で食付き部切れ刃と逆回転切れ刃のすくい角について変化させたものを用意し、被削材は硬さＨＲＣ４３のＳＫＤ６１を用いて、実施例３と同様の切削条件で試験を行った。評価方法として、加工穴数が４５０穴、食付き部切れ刃の摩耗幅が０．１ｍｍ以上に達した時、または食付き部切れ刃および逆回転切れ刃にチッピング等の不具合が生じた時点での加工穴数を記録した。その結果を表２に示す。【００３１】
【表２】
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【００３２】  結果として、食付き部切れ刃のすくい角が−５°で逆回転切れ刃のすくい角が負角である本発明例２０〜２５、２９は、加工穴数が４５０穴以上で、チッピング等の不具合もなく安定した加工ができた。特に、逆回転切れ刃のすくい角が−２°〜−１０°の本発明例２０〜２３のものは、５００穴加工後もまだ切削可能な状態であった。
逆回転切れ刃のすくい角が正角である本発明例１８、１９、２８のものは、逆回転切れ刃に剛性がなく途中で微小チッピングが生じた。さらに、食付き部切れ刃のすくい角が正角の本発明例２６、２７のものは、逆回転切れ刃のすくい角が正角の場合と同様に剛性不足から、４２０穴以下で食付き部切れ刃に微小チッピングが生じた。【００３３】  （実施例５）
本発明例として、実施例１の本発明例１と同じ形状とし、本発明例３０はタップに表面処理を施さない超硬タップ、本発明例３１はＴｉＣＮを被覆したもの、本発明例３２はＤＬＣを被覆したものである。被削材として、硬さＨＲＣ４３のＳＫＤ６１を用い実施例２と同様の切削条件と評価方法で表面処理の効果を確認した例である。工具状態は、摩耗幅が初期摩耗程度で０．０１ｍｍ未満の場合は摩耗無し、０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満の場合は摩耗小、摩耗幅が０．０５ｍｍ以上の時は摩耗大で表した。その結果を表３に示す。【００３４】
【表３】
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【００３５】  本発明例３０は表面処理を行っていないため、１５０穴加工後摩耗幅は０．０７ｍｍとなった。本発明例３１、３２は表面処理の効果で１５０穴加工後も摩耗幅は０．０５ｍｍ以下となり、安定した寿命が得られた。【００３６】  これらの結果から、本発明の切れ刃の望ましい形態としては、食付き部切れ刃のすくい角が負角であり、工具軸直角断面でのヒール部と工具軸中心を結んだ直線とヒール部の逆回転切れ刃の刃溝を形成する曲線のなす角度が前記刃溝方向に０度より大きい形状のタップが最も望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、従来品の４溝タイプと５溝タイプの切削トルクの比較を示す。
【図２】図２は、図１の逆回転開始時の部分拡大図を示す。
【図３】図３は、本発明例の一例である切削加工用タップを示す。
【図４】図４は、図３の食付き部のＡ−Ａ断面を示す。
【図５】図５は、本発明例の切削模式図を示す。
【図６】図６は、従来品の切削模式図を示す。
【図７】図７は、本発明例と従来例の逆回転時における切削トルクの比較を示す。
【符号の説明】
【００３８】１  雌ねじ１ピッチ分の回転軌跡
２  食付き部切れ刃
３  食付き部切れ刃
４  食付き部切れ刃
５  回転軌跡
６  食付き部切れ刃２で生じる切り屑
７  食付き部切れ刃３で生じる切り屑
８  逆回転切れ刃
９  ねじ部
１０  シャンク部
１１  溝
１２  食付き部
１３  完全山部
１４  ヒール部
１５  逆回転切れ刃のすくい角
１６  工具軸垂直断面での逆回転切れ刃と工具軸中心との距離
１７  工具軸垂直断面での食付き部切れ刃と工具軸中心との距離
１８  食付き部切れ刃と逆回転切れ刃を結んだ直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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