(57)【要約】【課題】超硬合金から構成される刃部と鋼材から構成されるシャンク部とを接合する構造のタップにおいて、超硬合金から構成される刃部の接合部分にクラックが発生することを抑制しつつ、耐折損強度を確保できるタップを提供すること。【解決手段】鋼材から構成されるシャンク部２０と超硬合金から構成される刃部１０とが、中間材３０を介して接合されると共に、その接合が所定圧力で加圧しながら通電加熱することで行われる。この場合、中間材３０は、刃部１０を構成する超硬合金よりも熱膨張係数が大きな超硬合金から構成されるので、接合時の残留応力を中間材３０により緩和して、超硬合金から構成される刃部１０にクラックが発生することを抑制しつつ、軸方向の一部に強度の弱い部分が形成される（即ち、ねじり応力が中間材３０に集中する）ことを抑制して、耐折損強度を確保できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材から構成されるシャンク部と、そのシャンク部の先端に配設されると共に超硬合金から構成され被加工物にめねじを形成する刃部とを備えるタップにおいて、
前記刃部を構成する超硬合金よりも熱膨張係数が大きな超硬合金から構成される中間材を備え、
前記シャンク部と刃部とが前記中間材を介して接合されると共に、その接合が所定圧力で加圧しながら通電加熱することで行われることを特徴とするタップ。
【請求項２】
前記刃部を構成する超硬合金は、ＷＣを主成分とし、Ｃｏ含有量が６ｗｔ％以上かつ１２ｗｔ％以下に設定され、
前記中間材を構成する超硬合金は、ＷＣを主成分とし、Ｃｏ含有量が１６ｗｔ％以上かつ２０ｗｔ％以下に設定されることを特徴とする請求項１記載のタップ。
【請求項３】
前記シャンク部および刃部の接合部分は、直径が１．４ｍｍ以上かつ３２ｍｍ以下に設定され、
前記中間材は、厚み寸法が１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のタップ。
【請求項４】
前記シャンク部の後端側が曲がって形成されたベントシャンクタップであ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タップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タップに関し、特に、超硬合金から構成される刃部と鋼材から構成されるシャンク部とを接合する構造のタップにおいて、超硬合金から構成される刃部の接合部分にクラックが発生することを抑制しつつ、耐折損強度を確保できるタップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の下穴にめねじを形成するタップでは、耐摩耗性の向上などを目的として、超硬合金を使用する場合がある。この場合、タップ全体を超硬合金で構成すると、材料コストや研削コストが嵩むため、製品コストが増加する。これに対し、刃部のみを超硬合金から構成すると共に、シャンク部を鋼材から構成し、これら２部材をろう付けにより接合して形成されるタップが知られている。このタップによれば、刃部の耐摩耗性の向上を図りつつ、製品コストを抑制できるが、２部材の接合にろう付けを採用すると、超硬合金の熱膨張係数が鋼材の熱膨張係数の半分程度とその差が大きいことから、ろう付け時の残留応力により、超硬合金にクラックが発生し易い。
【０００３】
ここで、２部材を接合する技術として、特許文献１には、第１の被接合材と第２の被接合材とを通電加熱により接合する技術が開示される。特許文献１では、第１の被接合材および第２の被接合材が共に焼結体からなり、これら２部材の熱膨張係数が近いため、特許文献１に開示の接合方法が有効となるが、熱膨張係数の差が大きい場合には、接合時の残留応力により熱膨張係数の小さい側にクラックが発生する。そのため、超硬合金と鋼材との接合には適用できない。
【０００４】
これに対し、特許文献２には、鋼材から構成される台金と超硬合金から構成される刃先チップとの間に、台金（鋼材）の熱膨張係数と刃先チップ（超硬合金）の熱膨張係数との中間の熱膨張係数を有する金属（Ｆｅ−Ｎｉ基合金）から構成される中間材を介設して接合することで刃物を形成する技術が開示される。この接合方法によれば、接合時の残留応力を中間材により緩和して、超硬合金にクラックが発生することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７４２８７号公報
【特許文献２】特開平１０−２９６５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献２の技術をタップに採用した場合には、折損強度を確保できないという問題点があった。即ち、軸まわりの相対回転により被加工物にめねじを形成するタップでは、めねじの形成加工時にねじり応力が作用されるため、軸方向の一部に強度の弱い部分があると、その部分に応力が集中して、折損の要因となる。特許文献２のように、中間材がＦｅ−Ｎｉ基合金からなる場合には、中間材の強度が他の２部材（鋼材および超硬合金）に比較して弱いため、軸方向の一部に強度の弱い部分が形成され、その部分（中間材）に、タップ使用時（めねじの形成時）のねじり応力が集中することで、折損を招く。
【０００７】
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、超硬合金から構成される刃部と鋼材から構成されるシャンク部とを接合する構造のタップにおいて、超硬合金から構成される刃部の接合部分にクラックが発生することを抑制しつつ、耐折損強度を確保できるタップを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
請求項１記載のタップによれば、鋼材から構成されるシャンク部と超硬合金から構成される刃部とが、中間材を介して接合されると共に、その接合が、所定圧力で加圧しながら通電加熱することで行われる。中間材は、刃部を構成する超硬合金よりも熱膨張係数が大きな超硬合金から構成されるので、接合時の残留応力を中間材により緩和して、超硬合金から構成される刃部にクラックが発生することを抑制しつつ、軸方向の一部に強度の弱い部分が形成される（即ち、ねじり応力が中間材に集中する）ことを抑制して、耐折損強度を確保できるという効果がある。
【０００９】
請求項２記載のタップによれば、請求項１記載のタップの奏する効果に加え、刃部を構成する超硬合金のＣｏ含有量よりも、中間材を構成する超硬合金のＣｏ含有量が多くされ、刃部を構成する超硬合金の熱膨張係数よりも中間材を構成する超硬合金の熱膨張係数が大きくなるので、超硬合金から構成される刃部のクラックの発生の抑制と耐折損強度の確保とを効果的に達成できるという効果がある。
【００１０】
特に、刃部を構成する超硬合金のＣｏ含有量が６ｗｔ％以上かつ１２ｗｔ％以下に設定されるので、被加工物の下穴にめねじを形成するための特性およびその際の耐摩耗性を刃部に持たせることができる。この場合、中間材を構成する超硬合金は、Ｃｏ含有量が１６ｗｔ％以上とされるので、中間材の熱膨張係数を、刃部の熱膨張係数およびシャンク部の熱膨張係数の中間に近づけて、接合時の残留応力を中間材によって緩和させやすくできる。よって、刃部および中間材の双方が超硬合金から構成される場合でも、これら刃部および中間材にクラックが発生することを抑制できる。一方、中間材を構成する超硬合金は、Ｃｏ含有量が２０ｗｔ％以下に設定されるので、中間材のじん性を確保して、タップの耐折損強度を確保できる。
【００１１】
請求項３記載のタップによれば、請求項１又は２に記載のタップの奏する効果に加え、シャンク部および刃部の接合部分が、直径が１．４ｍｍ以上かつ３２ｍｍ以下に設定されるところ、中間材の厚み寸法が、１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下に設定されるので、超硬合金から構成される刃部および中間材にクラックが発生することを抑制しつつ、接合強度を確保することができるという効果がある。
【００１２】
即ち、中間材の厚み寸法が１ｍｍよりも小さく（薄く）されると、かかる中間材による応力緩和作用を十分に発揮させることができなくなり、超硬合金から構成される刃部および中間材にクラックが発生しやすくなる。一方、中間材の厚み寸法が５ｍｍよりも大きく（厚く）されると、通電加熱の際の加熱不足を招き、接合強度を確保できなくなる。これに対し、請求項３によれば、中間材の厚み寸法が上記範囲に設定されるので、クラックの発生を抑制しつつ、接合強度を確保できる。
【００１３】
請求項４記載のタップによれば、請求項１から３のいずれかに記載のタップの奏する効果に加え、シャンク部の後端側が曲がって形成されたベントシャンクタップとして構成されるので、請求項１から３のいずれかに記載の構成の採用が特に有効となる。即ち、ベントシャンクタップは、その形状に起因して、タップ全体を超硬合金から構成することが不可能であったところ、本発明のように、刃部よりも熱膨張係数が大きな超硬合金から中間材を構成したことで、刃部を超硬合金から構成すると共にシャンク部を鋼材から構成することが始めて可能となったものであり、これにより、刃部の耐磨耗強度の向上と、鋼材の使用による製品コストの削減とを同時に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態におけるタップの正面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ部におけるタップの部分拡大正面図である。
【図２】（ａ）は、刃部および中間材を構成する超硬合金のＣｏ含有量と熱膨張係数との関係、並びに、シャンク部を構成する高速度工具鋼の熱膨張係数を図示する表であり、（ｂ）は、中間材の板厚寸法と接合強度との関係を図示する表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、タップ１の全体構成について説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態におけるタップ１の正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ部におけるタップ１の部分拡大正面図である。
【００１６】
タップ１は、超硬合金から構成されると共に被加工物にめねじを形成する刃部１０と、その刃部１０が先端側に配設されると共に高速度工具鋼（鋼材）から構成されるシャンク部２０と、それら刃部１０及びシャンク部２０の間に介設される中間材３０とを備え、ベントシャンクタップとして形成される。即ち、タップ１のシャンク部２０は、めねじが形成された被加工物（ナット）を挿通可能な直径とされ、後端部（図１（ａ）右上側）が９０°方向へ湾曲される。
【００１７】
中間材３０は円柱状（円板状）に形成されると共に、刃部１０及びシャンク部２０は少なくともその接合部分が円柱状に形成され、本実施形態では、それらの直径が同一（本実施形態では６ｍｍ）に設定される。また、本実施形態では刃部１０の呼び径が８ｍｍとされる。なお、接合部分の直径は、１．４ｍｍから３２ｍｍの範囲内で設定されることが好ましい。この範囲内であれば、その接合部分の直径によらず、中間材３０の厚み寸法を一定とできるからである。
【００１８】
中間材３０は、刃部１０を構成する超硬合金よりも熱膨張係数が大きな超硬合金から構成され、刃部１０とシャンク部２０との間で拡散接合される。このように、中間材３０が、刃部１０よりも熱膨張係数が大きな超硬合金から構成されることで、接合時の残留応力を中間材３０により緩和して、刃部１０にクラックが発生することを抑制しつつ、タップ１の軸方向（図１（ａ）左右方向）の一部に強度の弱い部分が形成される（即ち、ねじり応力が中間材３０に集中する）ことを抑制して、耐折損強度を確保できる。
【００１９】
次いで、図２を参照して、タップ１の詳細構成について説明する。まず、タップ１の製造方法について説明する。タップ１は、刃部１０及びシャンク部２０をそれぞれ形成した後、これら刃部１０及びシャンク部２０の間に、円柱状（円板状）に形成された中間材３０を同軸上に介設させ、所定圧力で軸方向に加圧しつつ通電加熱して拡散接合することで、製造される。
【００２０】
ここで、刃部１０とシャンク部２０との間に中間材３０を介設しない場合には、刃部１０（超硬合金）の熱膨張係数とシャンク部２０（高速度工具鋼）の熱膨張係数との差異が大きいため、通電加熱による拡散接合を採用する場合、膨張時に接合された後、冷却される際に、両者の収縮量の差異に起因して、刃部１０（超硬合金）にクラックが発生する。これに対し、刃部１０とシャンク部２０との間に、中間材３０を介設させることで、かかる中間材３０に応力緩和作用を発揮させることができ、刃部１０（及び中間材３０）のクラックの発生を抑制できる。
【００２１】
図２（ａ）は、刃部１０及び中間材３０を構成する超硬合金のＣｏ含有量と熱膨張係数との関係、並びに、シャンク部２０を構成する高速度工具鋼の熱膨張係数を図示する表である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、超硬合金は、高速度工具鋼に比較して熱膨張係数が半分程度と小さく、また、Ｃｏ含有量が少ないほど熱膨張係数が小さくなると共に、Ｃｏ含有率が多いほど熱膨張係数が大きくなる。本実施形態では、刃部１０を構成する超硬合金は、Ｃｏ含有量が９ｗｔ％に設定され、中間材３０を構成する超硬合金は、Ｃｏ含有量が１８ｗｔ％に設定される。
【００２３】
なお、Ｃｏ含有量は、刃部１０を構成する超硬合金において６ｗｔ％以上かつ１２ｗｔ％以下に、中間材３０を構成する超硬合金において１６ｗｔ％以上かつ２０ｗｔ％以下に、それぞれ設定されることが好ましい。
【００２４】
これにより、刃部１０を構成する超硬合金のＣｏ含有量に対し、中間材３０を構成する超硬合金のＣｏ含有量を多くすることで、刃部１０を構成する超硬合金の熱膨張係数よりも中間材３０を構成する超硬合金の熱膨張係数を大きくできるので、接合時における刃部１０のクラックの発生の抑制とタップ１の耐折損強度の確保とを効果的に達成できる。
【００２５】
特に、刃部１０を構成する超硬合金のＣｏ含有量が６ｗｔ％以上かつ１２ｗｔ％以下に設定されることで、被加工物の下穴にめねじを形成するための特性およびその際の耐摩耗性を刃部１０に持たせることができる。
【００２６】
この場合、中間材３０を構成する超硬合金は、Ｃｏ含有量が１６ｗｔ％以上とされるので、中間材３０の熱膨張係数を、刃部１０の熱膨張係数およびシャンク部２０の熱膨張係数の中間に近づけて、接合時の残留応力を中間材３０により緩和させやすくできる。よって、刃部１０及び中間材３０の双方が超硬合金から構成される場合でも、接合時に、これら刃部１０及び中間材３０にクラックが発生することを抑制できる。一方、中間材３０を構成する超硬合金は、Ｃｏ含有量が２０ｗｔ％以下に設定されるので、中間材３０のじん性を確保して、タップの耐折損強度を確保できる。
【００２７】
図２（ｂ）は、中間材３０の板厚寸法と接合強度との関係を図示する表である。なお、この表は、刃部１０を構成する超硬合金のＣｏ含有量が９ｗｔ％に、中間材３０を構成する超硬合金のＣｏ含有量が１６ｗｔ％に、それぞれ設定されると共に、中間材３０の直径（即ち、刃部１０及びシャンク部２０の接合部分における直径）が６ｍｍに設定されたタップ（以下「試験用タップ」と称す）において、中間材３０の板厚寸法を変化させて接合を行った結果を示したものである。
【００２８】
図２（ｂ）において、「板厚寸法」欄は中間材３０の軸方向長さ（図１（ａ）左右方向寸法）を、「接合強度」欄は４点曲げ試験により測定された接合面の接合強度を、「結果」欄は接合強度の合否判定を、それぞれ示す。４点曲げ試験は、外側と内側との２点ずつの支点（支点間距離は、内側が２０ｍｍ、外側が６０ｍｍ）で試験用タップに曲げモーメントを負荷する試験である。接合強度の合否判定は、３ＧＰａが基準値とされる。これは、タップ用超硬材料の抗折力が一般に３ＧＰａ以上とされるためである。
【００２９】
また、試験用タップの製造に際しては、刃部１０及びシャンク部２０のクランプ圧を４ｋｇ／平方ｃｍ、軸方向への送り圧力を１．６ｋｇ／平方ｃｍ、通電時間を最大５秒、アプセット（通電加熱後に接合対象を変形させる長さ）を０ｍｍに設定した。この設定により、接合対象が接合時の過熱により軟化され過ぎること、及び、酸化の影響を受けることを抑制できる。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、接合強度は、中間材３０の板厚寸法（図１（ａ）左右方向寸法）の増減に伴い、変化される。具体的には、Ｎｏ．２に示すように、板厚寸法が０．５ｍｍとされる中間材３０では、接合強度が２．７ＧＰａとなり、基準値に対し未達となった。これは、中間材３０の板厚寸法が小さい（薄い）ため、中間材３０による応力緩和作用を十分に発揮させることができず、接合時のクラックが存在したことで、接合強度が低下したと考えられる。
【００３１】
一方、Ｎｏ．５に示すように、板厚寸法が１０ｍｍとされる中間材３０では、接合強度が１．８ＧＰａとなり、基準値に対し未達となった。これは、中間材３０の板厚寸法が大きい（厚い）ため、通電加熱の際の加熱不足に起因して、接合強度が確保できなかったと考えられる。
【００３２】
なお、Ｎｏ．１に示すように、中間材３０の板厚寸法が０ｍｍの場合（即ち、中間材３０を介設させず、刃部１０とシャンク部２０とを直接接合した場合）には、両者（刃部１０及びシャンク部２０）を接合することができなかった。即ち、刃部１０のＣｏ含有量が少なく、シャンク部２０（高速度工具鋼）から刃部１０（超硬合金）へＦｅが拡散されないためと考えられる。
【００３３】
一方、Ｎｏ．３及びＮｏ．４に示すように、板厚寸法が１．０ｍｍ及び５．０ｍｍとされる中間材３０では、接合強度が３．２ＧＰａ及び３．１ＧＰａとなり、基準値を満足した。
【００３４】
ここで、タップ１は、刃部１０及びシャンク部２０の接合部分は、直径が１．４ｍｍ以上かつ３２ｍｍ以下に設定される場合、中間材３０は、厚み寸法が１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下に設定されることが好ましい。上述の通り、中間材３０の厚み寸法が１ｍｍよりも小さく（薄く）されると、中間材３０に応力緩和作用を十分に発揮させることができなくなり、超硬合金から構成される刃部１０及び中間材３０にクラックが発生しやすくなる。
【００３５】
一方、中間材３０の厚み寸法が５ｍｍよりも大きく（厚く）されると、通電加熱の際の加熱不足を招き、接合強度が確保できなくなる。これに対し、中間材３０の厚み寸法が上記範囲に設定されることで、応力緩和作用を発揮させ、クラックの発生を抑制しつつ、適切な加熱状態を確保しやすくして、接合強度を確保できる。
【００３６】
以上、実施形態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。
【００３７】
上記実施形態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。例えば、上記実施形態で説明した呼び径などの数値は一例であり、かかる数値は任意に設定可能である。
【００３８】
上記実施形態では、シャンク部２０が高速度工具鋼（ハイス鋼）から構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、シャンク部２０を合金工具鋼（ダイス鋼）から構成しても良い。
【００３９】
上記実施形態では、タップ１の刃部ベントシャンクタップとして形成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、シャンク部２０をストレート形状とすることは当然可能である。また、刃部１０は、ハンドタップ、スパイラルタップ、ポイントタップ、盛上げタップ、管用タップのいずれであっても良い。
【符号の説明】
【００４０】
１      タップ
１０    刃部
２０    シャンク部
３０    中間材
【図１】
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【図２】
2014028413.tif 000004