(57)【要約】【課題】セラミックス等の脆性材からなる被削材にネジ溝を加工する際、加工されたネジ溝のネジ山角度の精度が悪い。【解決手段】柱状体２の外周面に、複数のネジ山部３を所定のピッチＰで形成してなるネジ加工用工具１を回転させながら、脆性材からなる被削材４に穿設した孔５の内周面に沿って押圧移動させることによってネジ溝６を加工するネジ加工方法であって、上記ネジ加工用工具１の中心軸に対して垂直で、各ネジ山部３の頂点３ａを結ぶ断面の面積をネジ山部断面積Ｘ、被削材４の孔５の底面の面積をＹとしたとき、各ネジ山部３の先端角度θ１が８５−５０（Ｘ／Ｙ）−０．５≦θ１≦８５−５０（Ｘ／Ｙ）＋０．５を満足するネジ加工用工具１を用いることによって、被削材４に形成されたネジ溝６における谷部の先端角度θ２を５９．５〜６０．５°の範囲となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状体の外周面に、複数のネジ山部を所定のピッチで形成してなるネジ加工用工具を回転させながら、脆性材からなる被削材に穿設した孔の内周面に沿って押圧移動させることによってネジ溝を加工するネジ加工方法であって、上記ネジ加工用工具の中心軸に対して垂直で、各ネジ山部の頂点を結ぶ断面の面積をネジ山部断面積Ｘ、被削材の孔の底面の面積をＹとしたとき、各ネジ山部の先端角度θ１が８５−５０（Ｘ／Ｙ）−０．５≦θ１≦８５−５０（Ｘ／Ｙ）＋０．５を満足するネジ加工用工具を用いることによって、被削材に形成されたネジ溝における谷部の先端角度θ２を５９．５〜６０．５°の範囲とすることを特徴とするネジ加工方法。
【請求項２】
上記ネジ加工用工具のネジ山部断面積Ｘと被削材の孔の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）が０．５〜０．７のとき、上記各ネジ山部の先端角度θ１が４５〜６０°のネジ加工用工具を用いることを特徴とする請求項１に記載のネジ加工方法。
【請求項３】
上記各ネジ山部の先端及び、各ネジ山部の間に形成される谷部の曲率半径を０．０１〜０．１ｍｍとしたネジ加工用工具を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のネジ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナ質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラス、サファイア等のセラミックス、或いは超硬合金等の脆性材にネジ加工用工具を用いてネジ溝を加工するためのネジ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばセラミックス等の脆性材にネジ溝を形成する場合、セラミックスは非常に硬く、焼成後セラミックスにネジ溝を形成するのが困難であることから、通常は焼成前の成形体に予め切削加工によってネジ溝を形成しておき、その後、成形体を焼成するという方法が取られている。
【０００３】
ところが、焼成前の成形体にネジ溝を形成したものは、焼成収縮のバラツキにより形状が変形したり、寸法誤差が生じ、高精度なネジ溝６を得られないという欠点を有していた。
【０００４】
そこで、上記欠点を解消するために、図４に示すように、特殊なネジ加工用工具１１を準備しセラミックス等の被削材にネジ溝を形成することが提案されている。
【０００５】
このネジ加工用工具１１は、例えば超硬合金、ＳＫ材（炭素工具鋼）等の硬度の高い金属材料からなり、柱状体１２の先端にネジ形成用の複数のネジ山部１３をネジピッチの整数倍で同軸上に連接したものであり、このネジ加工用工具１１を用いてネジ溝を加工するには、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、被削材４に予め円柱状の孔５を穿設し、該孔５内に上記ネジ加工用工具１１を挿入させ、しかる後、ネジ山部１３を孔の内壁面に回転させつつ押圧させ、同時にネジピッチに合わせたらせん状の相対的な移動を行わせることによって、孔５の内周面に所定ピッチのネジ溝６が形成される。
【０００６】
加工されたネジ溝は、一般的にＪＩＳ２級ネジによってネジの精度が管理され、例えばＭ３のネジ溝においては、外径寸法３．６５０＋（０．０１８〜０．０６）ｍｍ、有効径３．３２５＋（０．００９〜０．００３）ｍｍの通りネジゲージと、外径寸法３．６２２＋（０〜０．０１２）ｍｍ、有効径３．４０５＋（０〜０．００６）ｍｍの止りネジゲージを用いてその合否が確認される
従来は、ネジ溝６におけるネジ山の先端角度を６０°としたい場合には、ネジ加工用工具１１のネジ山部１３の先端角度θ１も６０°とし、ネジ加工用工具１１のネジ部断面積と孔の面積比やネジ溝のネジ山の先端角度との関係は考慮されていなかった。また、ネジ山部の先端の曲率半径Ｒは、０．２ｍｍ位であった（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２００２−１１６１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のネジ加工用工具１１を用いて被削材にネジ溝６を形成する場合、ネジ加工用工具１１のネジ山部１３の断面積と被削材４に形成された孔５の底面の面積の比に関係なく、ネジ山部１３の先端角度θ１が一定（６０°）であったため、ネジ加工用工具１１のネジ山部１３の断面積と、被削材４に形成した孔５の面積比が１に近づくにつれ、加工されたネジ溝６の谷部の先端角度θ２は６０°より鈍角になり精度が低下することとなる。
【０００９】
例えば、ネジ加工用工具１１のネジ山部１３の断面積と、被削材４に形成した孔５の面積比が１の場合、ネジ山部１３の一部を被削材４に穿設された孔５の内周面に密着させたままネジ溝６を形成するため、ネジ加工用工具１１のネジ山先端角度θ１を６０°にした場合、ネジ加工用工具１１を使用してネジ加工をする時、ネジ加工用工具１１が孔５を一周する間に工具高さがネジピッチ分下がることになる。ネジ加工用工具１１が環状の為、本来は点当りで加工すべきところが線当りになって加工されることから、加工されたネジ溝６の谷部の先端角度θ２は６０°より鈍角になり、ＪＩＳ２級の規格をクリアーすることができず、形だけ（ピッチのみ）のものとなり、一般的には谷部の寸法が大になる傾向があった。
【００１０】
本発明は上述の課題に鑑み案出されたもので、その目的はセラミックス等の硬くて加工が難しい脆性材に高精度なネジ溝（ＪＩＳ２級）を長期間にわたって形成することが可能なネジ加工方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のネジ加工方法は、柱状体の外周面に、複数のネジ山部を所定のピッチで形成してなるネジ加工用工具を回転させながら、脆性材からなる被削材に穿設した孔の内周面に沿って押圧移動させることによってネジ溝を加工するネジ加工方法であって、上記ネジ加工用工具の中心軸に対して垂直で、各ネジ山部の頂点を結ぶ断面の面積をネジ山部断面積Ｘ、被削材の孔の底面の面積をＹとしたとき、各ネジ山部の先端角度θ１が８５−５０（Ｘ／Ｙ）−０．５≦θ１≦８５−５０（Ｘ／Ｙ）＋０．５を満足するネジ加工用工具を用いることによって、被削材に形成されたネジ溝における谷部の先端角度θ２を５９．５〜６０．５°の範囲とすることを特徴とする。
【００１２】
また、上記ネジ加工用工具のネジ山部断面積Ｘと被削材の孔の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）が０．５〜０．７のとき、上記各ネジ山部の先端角度θ１が４５〜６０°のネジ加工用工具を用いることを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記各ネジ山部の先端及び、各ネジ山部の間に形成される谷部の曲率半径を０．０１〜０．１ｍｍとしたネジ加工用工具を用いることを特徴とする。
【００１４】
これにより、ネジ加工用工具のネジ山部断面積Ｘと孔の面積Ｙの比Ｘ／Ｙに合わせて、ネジ加工用工具のネジ山の先端角度を近似式によって算出されたものを種々選択することによって、加工されたネジ溝における谷部の先端角度θ２を所望のものとでき、ＪＩＳ２級の規格を合格する高精度な加工を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明のネジ加工方法に用いるネジ加工用工具を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は同図（ａ）の部分拡大断面図である。
【００１７】
上記ネジ加工用工具１は、柱状体２と、該柱状体２の先端部外周面に設けられた複数のネジ山部３とから形成されている。
【００１８】
上記柱状体２はネジ山部３を支持する支持部材として作用するとともにネジ山部２に一定の回転、一定のらせん状の移動を伝達する作用をなす。柱状体１は、例えば超硬合金、ＳＫ材等の硬度の高い金属材料で形成されている。
【００１９】
また、柱状体１は、その先端外周面に、例えば外周径が９．６０ｍｍ、７．８０ｍｍ、６．１０ｍｍ、４．４０ｍｍ等の円形をなすそろばん玉の形をした複数のネジ山部３が所定のピッチＰで形成配置されており、該ネジ山部３は、柱状体２に対し旋盤による研削を施すことによって形成される。
【００２０】
また、複数のネジ山部３の配置はセラミックスや超硬合金等の被削材に形成するネジ溝のピッチに対応した所定ピッチとなっている。
【００２１】
さらに、各ネジ山部３はその表面に＃２３０〜１０００の砥粒が被着されていることが好ましい。該砥粒は、各ネジ山部３を保護するとともに被削材４に対しネジ溝６を形成する作用をなす。
【００２２】
上記砥粒は、ダイヤモンド粉末やＣＢＮ等のヌープ硬度が４０ＧＰａ以上の高硬度の粉末からなり、電着槽内で導電性を持つホイール本体の表面に、ダイヤモンドあるいはＣＢＮ砥粒を散布してニッケル電気メッキにより砥粒を保持固定する電着法の他、レジンボンド、メタルボンド、ピドリファイドボンド等によって各ネジ山部３の表面に所定厚みに被着される。
【００２３】
なお、砥粒のヌープ硬度が４０ＧＰａ未満となると、被削材４にネジ溝６を形成する際、砥粒が短時間に摩耗してしまい、その結果、被削材４に対し、高精度なネジ溝６を長期間にわたって形成することができなくなる。従って、砥粒のヌープ硬度は４０ＧＰａ以上のものに特定される。
【００２４】
また、砥粒の粗さが＃２３０未満を使用すると、加工したネジ溝６の山谷の曲率半径が大きく、高精度なネジ溝６を加工することが出来ない。一方、＃１０００を越えると、砥粒の大きさが０．０１ｍｍ未満となり研削性が低下してしまう。
【００２５】
上記砥粒は、ダイヤモンド粉末やＣＢＮ（立方晶窒化硼素）等のヌープ硬度が４０ＧＰａ以上の高硬度の粉末からなり、電着槽内で導電性を持つホイール本体の表面に、ダイヤモンドあるいはＣＢＮ砥粒を散布してニッケル電気メッキにより砥粒を保持固定する電着法の他、レジンボンド、メタルボンド、ピドリファイドボンド等によって各ネジ山部３の表面に所定厚みに被着することができる。
【００２６】
次いで、上記ネジ加工用工具１を用いてネジ溝を加工する方法を図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００２７】
先ず、図２（ａ）に示す如く、上面に孔５を有しセラミックス等からなる被削材４を準備するとともに該被削材４に形成した孔５内にネジ加工用工具１を挿入する。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示す如く、柱状体２を外部の回転力付与手段により２５００〜３５００回転／分の回転速度で回転させ、同時に柱状体２の外周面に形成されているネジ山部３も同じ回転速度で回転させる。
【００２９】
そして、図２（ｃ）に示す如く、研削液をプランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ等の高圧ポンプを用い、圧送して高圧で供給しつつ、この回転するネジ山部３を孔５の内周面に所定の力で押圧させるとともにネジ山部３のピッチＰ分だけらせん状に相対的に移動させ、孔の内壁面の一部をネジ山部３の砥粒により削りとることによって所定ピッチのネジ溝６が形成される。
【００３０】
本発明のネジ加工方法は、被削材４に加工するネジ溝６の谷部の先端角度θ２を高精度なものとするため、図１（ｂ）に示すように上記ネジ加工用工具１のネジ山部３の先端角度θ１を、予め被削材４に形成した孔５との大きさの関係から近似式によって種々選択することを見出したことが重要である。
【００３１】
図３（ａ）は、上記ネジ加工用工具１の中心軸に対して垂直で、各ネジ山部３の頂点３ａを結ぶ断面の面積であるネジ山部断面積Ｘと、被削材４に形成された孔５の底面の面積Ｙを示すもので、同図（ｂ）はネジ溝６を加工した後の被削材４の部分断面図であり、この図３（ａ）、（ｂ）に示すようにネジ山部断面積Ｘと、被削材４の孔５の底面の面積をＹの比を（Ｘ／Ｙ）としたとき、各ネジ山部３の先端角度θ１が８５−５０（Ｘ／Ｙ）−０．５≦θ１≦８５−５０（Ｘ／Ｙ）＋０．５を満足するネジ加工用工具１を用いることによって、被削材４に形成されたネジ溝６における谷部の先端角度θ２が５９．５〜６０．５°の範囲となるものである。
【００３２】
このようにネジ加工用工具１のネジ山部断面積Ｘと被削材４の孔５の底面の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）によって、上記近似式によって算出されたネジ山部３の先端角度θ１を有するネジ加工用工具１を用いて加工することによって、セラミックス等の脆性材からなる被削材４に対してＪＩＳ２級を合格する高精度のネジ溝６を加工することができる。
【００３３】
この理由は、例えば図３（ｃ）に示すようにネジ加工用工具１のネジ山部３の断面積Ｘと被削材４の孔５の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）が１となるネジ加工用工具１ａを考えると、ネジ加工用工具１ａは１回転した時点で被削材４の孔５に１ピッチを刻み込むことになる。
【００３４】
ここで、例えば１ピッチを１ｍｍとした場合、図３（ｄ）に示す線図のようにＡポイントで回転がスタートすると、すぐにＢポイントでの加工も開始され、ネジ加工用工具１ａが４５°回転した時にはネジ加工用工具１の加工開始点は０．２５ｍｍ下降することになる。そして順次、ポイントＢ、Ｃ、Ｄと下降幅は広がり、Ｅポイントで下降幅は１ｍｍとなる。これにつれて、被削材４の孔５のネジ溝６におけるネジ山部３の幅は点線で示すように広がり、その角度はネジ加工用工具１ａのネジ山部３の先端角度θ１より大きくなってしまう。
【００３５】
これに対し、例えば面積比（Ｘ／Ｙ）が０．５の場合、回転数が増加するとともにネジ加工用工具１のネジ山部３と被削材４との接触面積が小さくなる。
【００３６】
このようにネジ加工用工具１のネジ山部断面積Ｘと、被削材４の孔５の底面の面積Ｙの比（Ｘ／Ｙ）の違いによってネジ加工用工具１のネジ山部３と被削材４との接触面積が変化するため、この面積比（Ｘ／Ｙ）によってネジ山部３の先端角度θ１も変化させる必要がある。これをネジ加工用工具１のネジ山部３の先端角度θ１を面積比（Ｘ／Ｙ）を用いた近似式８５−５０（Ｘ／Ｙ）−０．５≦θ１≦８５−５０（Ｘ／Ｙ）＋０．５によって種々変更することで、加工されたネジ溝６の谷部の先端角度θ２を５９．５〜６０．５°の範囲で加工することができる。
【００３７】
特に、上記ネジ加工用工具１のネジ山部３の断面積Ｘと被削材４の孔５の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）を０．５〜０．７の範囲としたとき、上記ネジ加工用工具１の各ネジ山部３の先端角度θ１を４５〜６０°とすることによって、被削材４に形成されたネジ溝６の谷部の先端角度θ２を５９．５〜６０．５°とすることが好ましい。
【００３８】
上記ネジ加工用工具１のネジ山部３の断面積Ｘと被削材４の孔５の面積Ｙの比（Ｘ／Ｙ）は０．５〜０．７とすることが好ましく、上記面積比（Ｘ／Ｙ）が０．５未満になると、ネジ加工用工具１のネジ山部３の強度が低下し、加工中にネジ加工用工具１が破損しやすい。一方、０．７を超えると、ネジ加工用工具１のネジ山部３の強度は増加するものの、ネジ山部３の先端角度θ１は上記近似式によって設定されるため、その値が小さくなり、ネジ山部３の厚みが薄くなるため加工中にネジ山部３に欠けが生じたり、ネジ加工用工具１が破損してしまう恐れがある。したがって、面積比（Ｘ／Ｙ）は０．５〜０．７の範囲にすることが好ましい。
【００３９】
また、ネジ加工用工具１のネジ山部３の先端角度θ１が４５°未満となると、ＪＩＳ規格であるネジ溝６の谷部の先端角度θ２が６０°よりも鋭角になってしまう。一方、先端角度θ１が６０°を越えると、ＪＩＳ規格の先端角度θ２が６０°よりも鈍角になりやすい。したがって、ネジ加工用工具１のネジ山部３の先端角度θ１は４５〜６０°が最適である。
【００４０】
そして、ネジ加工用工具１の各ネジ山部３の先端角度θ１を４５〜６０°とすることによって、被削材４に形成されたネジ溝６の谷部の先端角度θ２を５９．５〜６０．５°とすることができる。
【００４１】
また、上記ネジ加工用工具１のネジ山部３の先端３ａ及び各ネジ山部３の間に形成された谷部３ｂの曲率半径Ｒを０．０１〜０．１ｍｍとすることが好ましく、被削材４に形成したネジ溝６の谷部６ａの曲率半径がＪＩＳ規格で０．０６ｍｍとなることが必要であるため、ネジ山部３の先端角度θと表面の砥粒の大きさを調整してこれを満足させていることから、ネジ加工用工具１のネジ山部３の曲率半径を０．０１〜０．１ｍｍの小さなものとした精度の高い調整を行なうことができる。
【００４２】
なお、本発明のネジ加工用工具１は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更は可能であり、例えば、各種加工機等に組み込むことは何ら差し支えない。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明の作用効果を以下の実施例に基づき説明する。
【００４４】
先ず、図１に示すようなネジ加工用工具を作製し、ネジ山部の断面積Ｘと被削材の孔の底面の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）が表１に示す値となるようにした。
【００４５】
なお、このネジ加工用工具試料は、ネジ山部のピッチＰが０．８ｍｍ、ネジ山部の外周径が３．５ｍｍ、ネジ山部の数が１１個のものを設けて形成した。
【００４６】
また、ネジ山部の表面には＃２３０〜＃１０００のダイヤモンド粉末からなる硬質膜を電着により被着させてある。
【００４７】
次に、上記各ネジ加工用工具試料を用いて酸化アルミニウム質セラミックスに設けた直径５．３０ｍｍの孔の内壁面に研削液を供給しつつ、ネジ加工用工具の回転速度を若干過酷な５０００回転／分とし、孔の内壁面に沿って、送り速度を８ｍ／分として、らせん状に押圧移動させ、各試料５本ずつネジ溝を形成するとともに形成されたネジ溝を顕微鏡にて観察した。
【００４８】
ここで加工されたネジ溝６のネジ山の測定については、ＪＩＳ  Ｂ０２６１（平行ネジケージの検査方法）により検定されたネジプラグゲージにて通り止りの確認を行い、ネジ溝の寸法精度がＪＩＳ２級を合格したものを良品とし、
それ以外を不良品としてその数を示した。
【００４９】
また、ネジ溝にクラック等の傷や破損等が発生しているかどうかの確認も行なった。
【００５０】
その結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１の結果より、ネジ加工用工具のネジ山部断面積Ｘと被削材の孔の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）によってネジ加工用工具のネジ山部の先端角度θ１が、θ＝８５−５０（Ｘ／Ｙ）を満足する試料（Ｎｏ．２、６〜８、１３￣１５、２１〜２３、２８）は、不合格の数が２本以下となった。
【００５３】
特に、ネジ加工用工具のネジ山部の断面積Ｘと被削材の孔の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）が０．５〜０．７、ネジ山部の先端角度θ１が４５〜６０°、ネジ山部の先端の曲率半径を０．０１〜０．１ｍｍの試料（Ｎｏ．６、７、１３、１４、２１、２２）は、ＪＩＳ２級を全てのネジ溝がクリアーすることができ、欠け等も生じることはなかった。
【００５４】
これに対し、ネジ加工用工具のネジ山部断面積Ｘと被削材の孔の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）によってネジ加工用工具のネジ山部の先端角度θ１が、θ＝８５−５０（Ｘ／Ｙ）を満足しない試料（Ｎｏ．１、３〜５、９￣１２、１６〜２０、２４〜２７、２９）は、不合格の数が３本以上となり、欠けや破損が生じることがわかった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のネジ加工方法によれば、柱状体の外周面に、複数のネジ山部を所定のピッチで形成してなるネジ加工用工具を回転させながら、脆性材からなる被削材に穿設した孔の内周面に沿って押圧移動させることによってネジ溝を加工するネジ加工方法であって、上記ネジ加工用工具の中心軸に対して垂直で、各ネジ山部の頂点を結ぶ断面の面積をネジ山部断面積Ｘ、被削材の孔の面積をＹとし、両者の比を（Ｘ／Ｙ）としたときの各ネジ山部の先端角度θ１が近似式８５−５０（Ｘ／Ｙ）−０．５≦θ１≦８５−５０（Ｘ／Ｙ）＋０．５を満足することによって、被削材に形成されたネジ溝における谷部の先端角度θ２が５９．５〜６０．５°の範囲となることから、ＪＩＳ２級を合格する高精度なネジ溝を加工することができる。
【００５６】
また、上記ネジ加工用工具のネジ山部断面積Ｘと被削材の孔の面積Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）が０．５〜０．７のとき、上記ネジ加工用工具の各ネジ山部の先端角度θ１を４５〜６０°とすることによって、被削材に形成されたネジ溝における谷部の先端角度θ２が５９．５〜６０．５°となることから、ネジ加工中にネジ加工用工具が破損することはなく、ＪＩＳ２級を合格する高精度なネジ溝を加工することができる。
【００５７】
さらに、上記ネジ加工用工具の各ネジ山部の先端及び、各ネジ山部の間に形成される谷部の曲率半径を０．０１〜０．１ｍｍとすることにより、ネジ溝の谷部の寸法が大きくなることがなく、ＪＩＳ２級を合格する高精度なネジ溝を加工することができる。
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のネジ加工方法に用いるネジ加工用工具の一実施形態を示す平面図であり、（ｂ）はネジ山部の拡大断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はネジ加工方法を説明するための模式図である。
【図３】（ａ）は本発明のネジ加工方法に用いるネジ加工用工具と被削材の孔との関係を示す断面図であり、（ｂ）は加工されたネジ溝の部分断面図であり、（ｃ）、（ｄ）はネジ加工中のネジ加工用工具と被削材の孔との接触する様子を説明するための図である。
【図４】従来のネジ加工方法に用いたネジ加工用工具を示す正面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１１：ネジ加工用工具
２、１２：柱状体
３、１３：ネジ山部
４：被削材
５：孔
６：ネジ溝
θ１：ネジ加工用工具のネジ山部の先端角度
θ２：ネジ溝の谷部の先端角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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