(57)【要約】【課題】硬質被膜をコーティングしたタップにおいて、切り屑の噛み込みを防止して折損や刃欠けを抑制し、工具寿命を向上させる。【解決手段】ねじ部１２の表面に硬質被膜２８が設けられているが、切れ刃２２のすくい面３２を含む直溝２０では硬質被膜２８が除去されて工具基材２４が露出しているため、そのすくい面３２に摺接させられる切り屑が巻き易くなり、噛み込みによる刃欠けや折損などが抑制される。一方、すくい面３２の硬質被膜２８が除去されると、すくい面摩耗が促進される可能性があるが、めねじの寸法精度に基づいて工具寿命を判定する場合、一般にすくい面摩耗よりも逃げ面摩耗が問題になり、切れ刃２２の刃先部分およびそれに続く逃げ面３０が硬質被膜２８によって構成されて本発明品によれば、その逃げ面摩耗が抑制され、工具の折損が抑制されることと相まって全体として工具寿命が長くなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切れ刃が形成された刃部を有する回転切削工具において、
前記刃部の表面には硬質被膜が設けられているとともに、前記切れ刃のすくい面では該硬質被膜が除去されて工具基材が露出している
ことを特徴とする回転切削工具。
【請求項２】
外周部に設けられたおねじを分断するように軸方向に形成された溝に沿って切れ刃が形成されているねじ部を有するとともに、該ねじ部には完全山部および食付き部が設けられてめねじを切削加工するタップにおいて、
前記ねじ部の表面には硬質被膜が設けられているとともに、前記食付き部における前記切れ刃のすくい面では該硬質被膜が除去されて工具基材が露出している
ことを特徴とするタップ。
【請求項３】
前記ねじ部における前記溝の全域で前記硬質被膜が除去されて工具基材が露出しており、該硬質被膜はランドのみに設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載のタップ。
【請求項４】
前記工具基材は高速度工具鋼または超硬合金で、前記硬質被膜は元素の周期表の  ＩＩＩｂ族、ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれらの相互固溶体である
ことを特徴とする請求項２または３に記載のタップ。
【請求項５】
請求項２に記載のタップの製造方法であって、
前記溝および前記おねじが設けられるとともに前記完全山部および前記食付き部を有するねじ部を加工するねじ部加工工程と、
前記ねじ部の表面に前記溝を含めて硬質被膜を形成するコーティング工程と、
前記食付き部における前記切れ刃のすくい面部分の前記硬質被膜を除去する被膜除去工程と、
を有することを特徴とするタップの製造方法。
【請求項６】
前記ねじ部加工工程では、目的とする溝寸法より小さい溝寸法で前記溝を形成し、
前記被膜除去工程では、目的とする溝寸法で研削砥石により研削加工を行ない、前記溝の全域で前記硬質被膜を除去して前記工具基材を露出させる
ことを特徴とする請求項５に記載のタップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタップ等の回転切削工具に係り、特に、折損や刃欠けを抑制して工具寿命を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
外周部に設けられたおねじを分断するように軸方向に形成された溝に沿って切れ刃が形成されているねじ部を有するとともに、そのねじ部には完全山部および食付き部が設けられてめねじを切削加工するタップが広く用いられている。特許文献１に記載のタップはその一例で、ねじ部（歯部）の表面には硬質被膜がコーティングされており、耐摩耗性や耐溶着性が向上して工具寿命が長くなる。硬質被膜としては、例えば特許文献２等に記載されているように、ＴｉＮやＴｉＣＮ等の単層或いは複数層から成るものなど、種々のものが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
実開平４−４７９２１号公報
【特許文献２】
特開平５−５７５０７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような硬質被膜は一般に摩擦係数が小さいため、切り屑が滑り易くなって巻き難くなり、例えば図５の（ｂ）  に示すように長く伸び、噛み込み易くなって刃欠けや折損などの損傷の原因となり、却って工具寿命が阻害されることがあった。これは、切り屑が落下し難い横型のねじ立て盤などを用いて、切り屑が破断し難い被削材にねじ立て加工を行なう場合に、特に問題になる。また、タップだけでなくドリル等の他の回転切削工具においても、切削条件などにより問題になることがある。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、硬質被膜をコーティングしたタップ等の回転切削工具において、切り屑の噛み込みを防止して折損や刃欠けを抑制し、工具寿命を向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、切れ刃が形成された刃部を有する回転切削工具において、前記刃部の表面には硬質被膜が設けられているとともに、前記切れ刃のすくい面ではその硬質被膜が除去されて工具基材が露出していることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、外周部に設けられたおねじを分断するように軸方向に形成された溝に沿って切れ刃が形成されているねじ部を有するとともに、そのねじ部には完全山部および食付き部が設けられてめねじを切削加工するタップにおいて、前記ねじ部の表面には硬質被膜が設けられているとともに、前記食付き部における前記切れ刃のすくい面ではその硬質被膜が除去されて工具基材が露出していることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第２発明のタップにおいて、前記ねじ部における前記溝の全域で前記硬質被膜が除去されて工具基材が露出しており、その硬質被膜はランドのみに設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第４発明は、第２発明または第３発明のタップにおいて、前記工具基材は高速度工具鋼または超硬合金で、前記硬質被膜は元素の周期表の  ＩＩＩｂ族、ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれらの相互固溶体であることを特徴とする。
【００１０】
第５発明は、第２発明のタップの製造方法であって、（ａ）  前記溝および前記おねじが設けられるとともに前記完全山部および前記食付き部を有するねじ部を加工するねじ部加工工程と、（ｂ）  前記ねじ部の表面に前記溝を含めて硬質被膜を形成するコーティング工程と、（ｃ）  前記食付き部における前記切れ刃のすくい面部分の前記硬質被膜を除去する被膜除去工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
第６発明は、第５発明のタップの製造方法において、（ａ）  前記ねじ部加工工程では、目的とする溝寸法より小さい溝寸法で前記溝を形成し、（ｂ）  前記被膜除去工程では、目的とする溝寸法で研削砥石により研削加工を行ない、前記溝の全域で前記硬質被膜を除去して前記工具基材を露出させることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
第１発明の回転切削工具は、刃部の表面に硬質被膜が設けられているが、切れ刃のすくい面では硬質被膜が除去されて工具基材が露出しているため、そのすくい面に摺接させられる切り屑が巻き易くなり、例えば切り屑が落下し難い横型の工作機械を用いて切り屑が破断し難い被削材に切削加工を行なう場合でも、その切り屑を噛み込み難くなって刃欠けや折損などの損傷が抑制される。また、切れ刃が鋭くなって切れ味が向上する。
【００１３】
一方、すくい面の硬質被膜が除去されると、すくい面摩耗が促進される可能性があるが、加工精度に基づいて工具寿命を判定する場合、一般にすくい面摩耗よりも逃げ面摩耗が問題になる。これに対し、切れ刃の刃先部分およびそれに続く逃げ面は硬質被膜によって構成されているため、逃げ面摩耗が抑制され、工具の損傷が抑制されることと相まって全体として工具寿命が長くなる。
【００１４】
第２発明のタップは、ねじ部の表面に硬質被膜が設けられているが、食付き部における切れ刃のすくい面では硬質被膜が除去されて工具基材が露出しているため、そのすくい面に摺接させられる切り屑が巻き易くなり、例えば切り屑が落下し難い横型のねじ立て盤を用いて切り屑が破断し難い被削材にねじ立て加工を行なう場合でも、その切り屑を噛み込み難くなって刃欠けや折損などの損傷が抑制される。また、切れ刃が鋭くなって切れ味が向上する。
【００１５】
一方、すくい面の硬質被膜が除去されると、すくい面摩耗が促進される可能性があるが、加工されためねじの寸法精度に基づいて工具寿命を判定する場合、一般にすくい面摩耗よりも逃げ面摩耗が問題になる。これに対し、切れ刃の刃先部分およびそれに続く逃げ面は硬質被膜によって構成されているため、逃げ面摩耗が抑制され、工具の損傷が抑制されることと相まって全体として工具寿命が長くなる。
【００１６】
第３発明では、ねじ部における溝の全域で硬質被膜が除去されて工具基材が露出しているため、例えば硬質被膜をコーティングした後に、溝加工用の研削砥石を用いて溝研削を行なうことにより、硬質被膜を容易に除去することができるとともに、寸法やコーティング状態などが一定の品質のタップを安定して提供することができる。
【００１７】
第５発明はタップの製造方法に関するもので、ねじ部の表面に溝を含めて硬質被膜をコーティングした後、食付き部における切れ刃のすくい面部分の硬質被膜を除去して工具基材を露出させるため、その工具基材の露出部分で切り屑が良好に巻き付くようになり、実質的に第２発明と同様の効果が得られる。
【００１８】
第６発明では、目的とする溝寸法より小さい溝寸法でねじ部に溝を形成し、硬質被膜をコーティングした後に、目的とする溝寸法で研削加工を行なって溝の全域で硬質被膜を除去するため、溝加工用の研削砥石を用いて硬質被膜を容易に除去することができるとともに、寸法やコーティング状態などが一定の品質のタップを安定して製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
第１発明の回転切削工具は、例えばタップやドリル、エンドミルなどである。第２発明のタップは第１発明の回転切削工具の一実施態様で、タップのねじ部は第１発明の回転切削工具の刃部に相当する。
【００２０】
第２発明のタップは、例えば径寸法が一定のめねじを切削加工する等径のハンドタップに好適に適用されるが、径寸法が連続的に変化しているテーパねじを切削加工するテーパタップなど、種々のタップに適用され得る。単一のタップでねじ立てを行なうものでも良いが、例えば先、中、上げ等の複数のタップを１組としてねじ立てを行なうものでも良い。
【００２１】
おねじを分断する溝は、３本または４本が適当であるが、１本、２本、或いは５本以上であっても良い。また、軸心に対して平行な直溝でも、軸心に対してねじれたねじれ溝であっても良い。ねじれ溝は、例えば切り屑をシャンク側へ排出するように設けられるが、通り穴の場合にはタップ先端側へ排出するように構成することもできる。
【００２２】
食付き部における切れ刃のすくい面では硬質被膜が除去されて工具基材が露出させられ、その工具基材が露出している表面上を切り屑が摺接させられることにより、摩擦によって良好に螺旋状に巻き付くが、必ずしもすくい面の全域で硬質被膜を除去する必要はなく、例えばおねじのねじ山の谷底よりも外周側部分だけ硬質被膜を除去しても良いし、切れ刃の刃先側に部分的に硬質被膜が残っていても良いなど、種々の態様が可能である。
【００２３】
タップや回転切削工具の工具基材としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、超硬合金以外の超高質工具材料や他の種々の工具材料を用いることもできる。
【００２４】
硬質被膜としては、元素の周期表の  ＩＩＩｂ族、ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒなどの炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれらの相互固溶体が適当で、具体的にはＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＮなどが好適に用いられ、単層或いは複数層設けられる。このような硬質被膜は、例えばアークイオンプレーティング法やスパッタリング法等のＰＶＤ法によって好適に設けられるが、プラズマＣＶＤ法等の他の成膜法で設けることもできる。
【００２５】
硬質被膜の除去方法としては、例えば上記ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＮ等の場合、研削砥石を用いて研削除去することが望ましいが、硬質被膜の種類に応じて他の除去手段を採用することもできる。
【００２６】
第６発明のねじ部加工工程では、目的とする溝寸法より小さい溝寸法で溝が形成されるが、第５発明の実施に際しては、目的とする溝寸法と同じ寸法で溝研削を行ない、被膜除去工程でも同じ溝研削を行なうことにより、溝上の硬質被膜を略除去するだけ、言い換えれば部分的に取り残しがあっても良い。ねじ部加工工程の溝研削と被膜除去工程の溝研削は、切り込み深さを変更するなどして同じ研削砥石を用いて行なうこともできるが、異なる研削砥石を使用することも可能である。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である４枚刃の等径ハンドタップ１０を説明する図で、（ａ）  は軸心と直角方向から見た正面図、（ｂ）  は先端側から見た拡大底面図、（ｃ）  は食付き部１８における軸心と直角な部分断面図である。また、図２は、食付き部１８の切れ刃２２を直溝２０側から見た図である。この等径ハンドタップ１０は、右ねじのめねじを切削加工するためのもので、加工すべきめねじに対応するおねじが外周部に設けられたねじ部１２、および円柱形状のシャンク１４を軸方向に一体に備えており、例えばねじ立て盤などにシャンク１４を把持されて軸方向へリード送りされつつ軸心まわりに回転駆動されることによりねじ立て加工を行なう。ねじ部１２は、ねじ山の高さが一定の完全山部１６と、その完全山部１６から工具先端側へ向かうに従って小径になる食付き部１８とを備えているとともに、軸心まわりに等間隔で４本の直溝２０が軸心と平行に設けられ、その直溝２０に沿って切れ刃２２が形成されている。
【００２８】
等径ハンドタップ１０は、超硬合金から成る工具基材２４にて構成されているとともに、ねじ部１２におけるランド２６の外周表面にはＴｉＣＮ合金から成る硬質被膜２８がねじ山の凹凸に倣って略一定の膜厚で設けられており、切れ刃２２の刃先部分およびそれに続く逃げ面３０は硬質被膜２８にて構成されている。一方、直溝２０では工具基材２４が露出しており、切れ刃２２のすくい面３２を含む直溝２０の表面の全域が工具基材２４、すなわち超硬合金にて構成されている。
【００２９】
このような硬質被膜２８は、例えば図３に示すようにねじ部加工工程、コーティング工程、および被膜除去工程を経て形成される。ねじ部加工工程は、前記直溝２０およびおねじが設けられるとともに完全山部１６および食付き部１８を有するねじ部１２を研削加工等により工具基材２４に設ける工程で、ここでの直溝２０は、目的とする溝寸法より僅かに小さい溝寸法で形成される。コーティング工程は、直溝２０を含めてねじ部１２の表面に硬質被膜２８をコーティングする工程で、例えばアークイオンプレーティング法やスパッタリング法等のＰＶＤ法により硬質被膜２８が数μｍの略一定の膜厚で設けられる。図４は、このように直溝２０を含めてねじ部１２の表面の全域に硬質被膜２８が設けられた状態を示す図で、図１の（ｃ）  に対応する断面図である。被膜除去工程は、切れ刃２２のすくい面３２部分の硬質被膜２８を除去するための工程で、本実施例では目的とする溝寸法で研削砥石により研削加工を行なうことにより、ねじ部１２における直溝２０の全域で硬質被膜２８が除去されて工具基材２４が露出させられるとともに、すくい面３２と逃げ面３０との稜線部分に尖った切れ刃２２が形成される。この被膜除去工程の溝研削に用いられる研削砥石は、ねじ部加工工程の溝研削に用いられる研削砥石と同じで、切り込み深さを僅かに深くしただけである。これにより、直溝２０部分の硬質被膜２８が確実に除去され、図１の等径ハンドタップ１０が得られる。
【００３０】
このように、本実施例の等径ハンドタップ１０は、ねじ部１２の表面に硬質被膜２８が設けられているが、切れ刃２２のすくい面３２を含む直溝２０では硬質被膜２８が除去されて工具基材２４が露出しているため、そのすくい面３２に摺接させられる切り屑が巻き易くなり、例えば切り屑が落下し難い横型のねじ立て盤を用いて切り屑が破断し難い被削材にねじ立て加工を行なう場合でも、その切り屑を噛み込み難くなって刃欠けや折損などの損傷が抑制される。図５の（ａ）  は本実施例によって排出された切り屑の例で、（ｂ）  はすくい面３２の硬質被膜２８を除去することなくねじ立て加工を行なった場合の切り屑の例であり、本実施例によれば切り屑が小さく巻き付くことが分かる。
【００３１】
また、すくい面３２部分の硬質被膜２８が除去されることにより、そのすくい面３２と逃げ面３０との稜線部分に形成される切れ刃２２が鋭くなり、優れた切れ味が得られるようになる。
【００３２】
一方、すくい面３２の硬質被膜２８が除去されると、すくい面摩耗が促進される可能性があるが、通りねじ限界ゲージなどによりめねじの寸法精度に基づいて工具寿命を判定する場合、一般にすくい面摩耗よりも逃げ面摩耗、特にねじ山の山頂とフランクとのコーナ部３４（図２参照）の逃げ面摩耗が問題になる。その場合に、本実施例では切れ刃２２の刃先部分およびそれに続く逃げ面３０が硬質被膜２８によって構成されているため、その逃げ面摩耗が抑制され、工具の損傷が抑制されることと相まって全体として工具寿命が長くなる。
【００３３】
また、本実施例では、ねじ部加工工程で目的とする溝寸法より小さい溝寸法でねじ部１２に直溝２０を形成し、コーティング工程でねじ部１２に硬質被膜２８をコーティングした後に、目的とする溝寸法で研削加工を行なって直溝２０の全域で硬質被膜２８を除去するため、溝加工用の研削砥石を用いて硬質被膜２８を容易に除去することができるとともに、寸法やコーティング状態などが一定の品質の等径ハンドタップ１０を安定して製造することができる。
【００３４】
因みに、このような本実施例の等径ハンドタップ１０（本発明品）と、図４のように直溝２０の硬質被膜２８をそのまま備えているコーティング品と、硬質被膜２８を全く備えていない無処理品とを用いて、以下の加工条件でねじ立て加工を行い、工具寿命に達するまでの加工穴数を調べたところ、図６に示す結果が得られた。各試験品の呼びはＭ１０×１で、溝底径は約４．８ｍｍ、切れ刃２２のすくい角は０°、マージン無しである。また、それぞれ３本ずつ用いて試験を行い、図６は平均値を示したものである。
（加工条件）
被削材：Ｓ４５Ｃ（機械構造用炭素鋼）
切削速度：５．９７ｍ／ｍｉｎ（１９０ｍｉｎ−１）
送り速度：１９０ｍｍ／ｍｉｎ
下穴：φ８．５×２３（止り穴）
ねじ立て長さ：１５ｍｍ
切削油剤：水溶性
使用機械：横型マシニングセンタ
【００３５】
図６から明らかなように、本発明品は無処理品に比べて約２倍の工具寿命が得られるようになった。本発明品および無処理品の寿命原因は、何れも通りねじ限界ゲージの通過不可すなわち逃げ面摩耗で、硬質被膜２８のコーティングにより逃げ面摩耗の耐摩耗性が大幅に向上することが分かる。一方、コーティング品の寿命原因は工具折損で、コーティング無しの無処理品に比べても工具寿命が著しく損なわれる。前記図５の（ｂ）  は、このコーティング品の切り屑で、（ａ）  に示す本発明品による切り屑に比べて巻回が緩くて長く、この切り屑の噛み込みによって工具が折損したものと考えられる。すなわち、本発明品のように直溝２０部分の硬質被膜２８を除去するだけで、図５の（ａ）  に示すように切り屑が小さく巻き付くようになり、その切り屑の噛み込みによる工具折損が抑制されて、硬質被膜２８による耐摩耗性の向上効果と相まって工具寿命が大幅に向上するのである。
【００３６】
なお、前記実施例では直溝２０の全域で硬質被膜２８が除去されていたが、例えば図７に示すように直溝２０のうち切れ刃２２に近いすくい面３２の付近だけ硬質被膜２８を除去するなど、種々の態様で実施することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である等径ハンドタップを示す図で、（ａ）  は軸心と直角な方向から見た正面図、（ｂ）  は拡大底面図、（ｃ）  は食付き部の部分断面拡大図である。
【図２】図１の等径ハンドタップの食付き部の切れ刃を直溝側から見た図である。
【図３】図１の等径ハンドタップの硬質被膜の処理手順を説明する工程図である。
【図４】図３のコーティング工程で溝部も含めて硬質被膜がコーティングされた状態を示す断面図で、図１の（ｃ）  に対応する図である。
【図５】本発明品の切り屑（ａ）  と、図４のように溝部の硬質被膜をそのまま備えているコーティング品の切り屑（ｂ）  とを比較して示す図である。
【図６】本発明品と、溝部の硬質被膜をそのまま備えているコーティング品と、硬質被膜を備えていない無処理品とを用いて、工具寿命に達するまでのねじ立て加工穴数を調べた結果を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例を説明する断面図で、図１の（ｃ）  に対応する図である。
【符号の説明】
１０：等径ハンドタップ（回転切削工具）    １２：ねじ部（刃部）    １６：完全山部    １８：食付き部    ２０：直溝    ２２：切れ刃    ２４：工具基材    ２８：硬質被膜    ３２：すくい面
【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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