(57)【要約】  【課題】ネジ加工用工具において、研削液を安定的に加工部に供給できず、ネジ形状溝の寸法精度、工具寿命が低下する。【解決手段】柱状体の上端部に工作機械に取り付ける固定部５を有するとともに、下端部の外周面に複数の環状凹凸部３を所定のピッチで形成してなる加工部４を有し、且つ上記固定部５の外周面に柱状体の軸方向に複数のスリット２を設ける。【選択図】図１
2005205566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材に予め穿設した孔の内周面に沿って押圧移動させてネジ形状溝を加工するネジ加工用工具であって、柱状体の上端部に工作機械に取り付ける固定部を有するとともに、下端部の外周面に複数の環状凹凸部を所定のピッチで形成してなる加工部を有し、且つ上記固定部の外周面に柱状体の軸方向に複数のスリットを設けたことを特徴とするネジ加工用工具。
【請求項２】
上記各スリットの少なくとも加工部側が加工部に向かって傾斜したことを特徴とする請求項１に記載のネジ加工用工具。
【請求項３】
上記スリットの傾斜角度が２〜１０°であることを特徴とする請求項２に記載のネジ加工用工具。
【請求項４】
上記スリットの底部が直線状またはＲ状であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のネジ加工用工具。
【請求項５】
上記環状凹凸部に研削液供給のための複数の供給用溝を設けるとともに、該溝が上記スリットと連通したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のネジ加工用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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雌ネジを加工するために用いるネジ加工用工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属にネジ加工する際には一般的にタップ工具が用いられる。このタップ工具は、ＪＩＳ  Ｂ  ４４３０に示すように環状凹凸部からなる加工部を有する工具で、予め必要な場所に所定の径の孔を加工し、その孔へタップ工具を挿入してゆっくりと回転させながらネジ形状溝を形成するという方法である。しかし、この加工方法は、被削材に孔をあけて押し付けながら形状を形成するため、金属などの弾性材料は加工できるが、セラミックスや超硬合金等の脆性材料に同様の加工をしようとしても、タップ工具ではその刃が欠けたり、押し付ける応力によって脆性材が破壊するという問題がある。
【０００３】
そこで、従来より、セラミックスや超硬合金等の脆性材にネジ形状溝を形成する場合には、セラミックスは非常に硬く、焼成後のセラミックスに加工すること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形状溝を形成しておき、その後、成形体を焼成するという方法が取られている。ところが、焼成前の成形体にネジ形状溝を形成したものは、焼成収縮のバラツキにより焼成後の形状が変形し、寸法誤差が生じるため、高精度なネジ形状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、図６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形状溝を形成することが実施されている。ネジ形状溝の加工は、図６（ａ）に示すような柱状体１２の先端にネジ形状溝を形成するための複数の環状凹凸部１３をネジピッチの整数倍で同軸上に連接したネジ加工用工具１１を用いて行われ、セラミックス等に予め円柱状の下孔を穿設しておき、下孔にネジ加工用工具１１を挿入して環状凹凸部１３を下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うことによって、下孔の内壁面に所定ピッチのネジ形状溝が形成されるものである。
【０００５】
また、このネジ加工用工具１１は、図６（ｂ）に示すように環状凹凸部１３に、軸方向に沿って溝部１４が複数形成されており、この溝部１４は環状凹凸部１３を下孔の内壁面に回転押圧させてネジ形状溝を形成する際、研削液を下孔の内壁面と環状凹凸部１３との間に充分に入り込ませ、被削材と環状凹凸部１３との摩擦による熱の発生を有効に抑制する作用をなすものであり、被削材と環状凹凸部１３間への研削液の入り込みによって被削材に高精度なネジ形状溝の形成を効率よく行うことができるものである。
【０００６】
さらに、環状凹凸部１３の表面にヌープ硬度が４０ＧＰａ以上の硬質膜４を被着させることで、加工時の摩擦により高温となって短期間に変形が発生し、これによって形成したネジ形状溝にもクラック等の傷がついてしまうのを防止することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、図６（ｃ）に示すように、ネジ加工用工具２１として、柱状体２２の先端に環状凹凸部２３を有し、その表面にはダイヤモンド砥粒を電解メッキ法にて電着固定してなり、中央部に研削液供給孔２４を設けることで研削液を加工部分に供給するように工夫されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１６１８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３４４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図６（ｂ）に示すような従来のネジ加工用工具１１では、脆性材にネジ形状溝を形成する場合、その外周から研削液を供給しても、工具１１の回転による遠心力で研削液が外側へと飛ばされてしまうため、溝部１４を設けても上手く伝わらず、研削液が環状凹凸部１３の下側まで届かず、高精度なネジ形状溝を加工できないという問題があった。
【０００９】
また、外周から研削液を供給する場合に供給口がネジ加工用工具１１や、被削材であるセラミックス等に加工中に当らないように、１００〜２００ｍｍ離れた距離から噴射されるため、加工部分に集中的に研削液を供給することが困難であった。
【００１０】
このように、研削液が十分に行き届かないと、ネジ加工用工具１１の環状凹凸部１３の温度がセラミックス等の被削材との摩擦によって非常に高温となり、工具を形成する柱状体の母材の強度が低下してしまうという問題があった。また、この熱により加工を促すダイヤモンド砥粒が炭化し、加工作用が低下することで、寸法精度が低下したり、工具が折れて破損し、被削材にまで影響を及ぼすという問題があった。
【００１１】
さらに、図６（ｃ）に示すようなネジ加工用工具２１では、中央部に研削液供給孔２４を形成しているため、Ｍ３〜Ｍ８といった小径のネジ形状溝を形成する際に工具２１自体が小さくなるため、研削液供給孔２４を形成できないという問題や、形成した場合に非常に強度が低下して加工中に欠け等が生じるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであってその目的は、ネジ加工用工具において、研削液を安定的に供給し、ネジ加工用工具の長寿命を図るとともに、加工精度の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、脆性材に予め穿設した孔の内周面に沿って押圧移動させてネジ形状溝を加工するネジ加工用工具であって、柱状体の上端部に工作機械に取り付ける固定部を有するとともに、下端部の外周面に複数の環状凹凸部を所定のピッチで形成してなる加工部を有し、且つ上記固定部の外周面に柱状体の軸方向に複数のスリットを設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記各スリットの少なくとも加工部側が加工部に向かって傾斜したことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、上記スリットの傾斜角度が２〜１０°であることを特徴とする。
【００１６】
またさらに、本発明は、上記スリットの底部が直線状またはＲ状であることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明は、上記環状凹凸部に研削液供給のための複数の供給用溝を設けるとともに、該溝が上記スリットと連通したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のネジ加工用工具によれば、柱状体の上端部に工作機械に取り付ける固定部を有するとともに、下端部の外周面に複数の環状凹凸部を所定のピッチで形成してなる加工部を有し、且つ上記固定部の外周面に柱状体の軸方向に複数のスリットを設けたことから、従来と同様に外周からの研削液の供給に加えて、柱状体の中央部に供給するための研削液を、上記溝を通して供給することが可能で、研削液の供給量を向上させることができる。
【００１９】
また、上記各スリットの少なくとも加工部側が加工部に向かって傾斜したことにより、円周上に皮膜されたダイヤモンド砥粒の全面に研削液を供給することが可能となり、研削液をより効率的に加工部分へ集中させることができ、また加工の摩擦による熱の発生を防ぎ、砥粒の摩耗によってネジ加工用工具の寿命が低下するのを防止でき、かつ加工屑の適正な排除が可能となる。
【００２０】
またさらに、上記スリットの傾斜角度が２〜１０°であることにより、研削液の噴射を阻害することなく軸芯である中央方向へ噴射することができ、加工部へ多くの研削液を供給し、冷却することができるため、工具の切れ味と寿命を伸ばすことができる。
【００２１】
さらにまた、上記スリットの底部が直線状またはＲ状であることから、加工部へ供給する研削液の噴射方向を、より加工部の方向へ向けることが可能となる。
【００２２】
さらにまた、上記環状凹凸部に研削液供給のための複数の供給用溝を設けるとともに、該溝が上記スリットと連通したことから、加工部の表面に皮膜されたダイヤモンド砥粒の全面に研削液を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明のネジ加工用工具（以下、単に工具とも称す）１の一実施形態を示し、図１（ａ）は断面図を、図１（ｂ）は斜視図を示すものであり、超硬合金、ＳＫ材等の硬度の高い金属材料からなる柱状体の上端部に工作機械に取り付ける固定部５を有するとともに、下端部の外周面に所定形状を複数の環状凹凸部３を所定のピッチで形成してなる加工部４を有するものであり、加工部４の表面には、例えばダイヤモンド砥粒を電解メッキ法にて電着固定して形成されている。
【００２５】
この工具１を用いてネジ形状溝を加工するには、セラミックス等の脆性材に予めＪＩＳ  Ｂ  ０２０５に示されている工具１の外径より大きな下孔径を穿設し、その下孔の内壁面に沿って工具１を回転押圧させて移動することで加工するものである。
【００２６】
ここで、本発明のネジ加工用工具１では、固定部５の外周面に柱状体の軸方向に複数のスリット２を形成することが重要である。
【００２７】
このスリット２を固定部５に設けることで、固定部５の上方から研削液を供給した場合、研削液がスリット２を伝わって加工部４に有効に供給することができ、工具１と被削材の接触時に起きる発熱を押え、また加工時の研削屑の除去がズムーズに行われるため、加工効率を向上することが可能となる。
【００２８】
また、スリット２は、幅１〜３ｍｍ程度とすることが好ましく、１mm未満のスリットは加工が難しく、３ｍｍを超えると研削液の供給時に飛散しやすくなり、供給の集中化に欠ける。さらに、スリット２の形状は、その断面形状においてＵ形状またはＶ形状、角形状のいずれでも研削液の供給は可能である。
【００２９】
また、各スリット２の深さは、環状凹凸部３からなる加工部４の凹部に接する深さとすることが好ましいが、加工部４が小径の場合は軸に平行なスリット２が深くなりすぎて、柱状体の固定部５を固定し高速回転させて加工作用をもたらすための強度が得られなくなることがあるため、固定部５の外径に対して１／４以下の深さに留めることが望ましい。
【００３０】
さらに、スリット２は、複数設けることが好ましく、環状凹凸部３からなる加工部４に研削液を加工作用面の全体にムラ無く供給することができ、砥粒の焼きつきや摩耗を最小限に抑えることができる。
【００３１】
スリット２の数量は、柱状体の外形寸法と環状凹凸部３の寸法によってもその数量を変えることが望ましく、
（固定部５の最大径）−（加工部４の最大径）＝Ｘ  とした場合、
Ｘの値が５以下の場合は４ヶ以上、またＸの値が５を越え１０以下の場合は２〜４ヶ、さらにＸの値が１０を越える場合は２ヶとすることが好ましい。
【００３２】
これは、Ｘの値が小さい場合は、環状凹凸部３の加工部４の寸法が比較的大きいため、加工部４にムラ無く研削液を供給するには、スリット２を多めに設定して、研削液を全体的に供給することが望ましい。また、Ｘの値が大きくなることは、加工部４の最大径が小さくなることであり、小径となった工具１へはスリット２を少なく設定し、集中して研削液を供給することが効果的である。
【００３３】
なお、上記固定部の最大径とは、スリット２以外の部位の最大径であり、加工部４の最大径とは環状凹凸部３の凸部にあたる部位の最大径を示す。
【００３４】
また、工具１は回転体として作用するため、軸が振れるような形状は工具の破損につながるため、スリット２は等配に配置することが好ましい。
【００３５】
またさらに、図２に示すように、スリット２の少なくとも加工部４側が傾斜することが好ましい。
【００３６】
これは、研削液の供給方向を加工部４側へ傾けることによって研削液をより効率的に加工部４へ集中させることができ、加工の摩擦による熱の発生を防ぎ、砥粒の摩耗防止等によるネジ加工用工具１の寿命を長くして、加工屑の適正な排除が可能となるためである。
【００３７】
また、この傾斜したスリット２の底部２ａは、上端部から下端部の加工面へ必ずしも直線的である必要はなく、図２（ｂ）に示すように途中までは軸と平行なスリット２としてもかまわない。
【００３８】
また、この傾斜したスリット２を形成する場合も、その幅・形状は軸に平行なスリット２と同様であればよいが、深さについては、加工部４へ研削液が供給できるのに適正な深さにする必要がある。したがって、研削液を環状凹凸部３の加工部４へ正しく供給するためには図２（ｃ）の部分拡大図に示すように、環状凹凸部３からなる加工部４へ向かって傾斜させるとともに、環状凹凸部３の凹部の底と接することが好ましい。
【００３９】
これは、スリット２の加工部４側の底が、環状凹凸部３の凹部に接することにより、研削液の作用面への供給効果がさらに向上する。その理由は、加工を行っている状態では、工具１の加工部４は被削材に設けた下孔の内部に入り込んだ状態である。このため外周から研削液を放出しても、工具１の回転力などにより下孔内部まで入り込むだけの圧力は得られないため、その効果は少ないものとなっている。そこで、下孔の入口より内部の加工面へ入り込むように研削液を供給できることは、研削加工の作用面へ直接供給する方向へと近づけることが可能となる。
【００４０】
また、図２に示すように、上記スリット２の傾斜角度αが２〜１０°であることが好ましい。
【００４１】
これは、研削液の噴射を阻害することなく軸芯である中央方向へ噴射することができ、加工部４へ多くの研削液を供給し、冷却することができるため、工具１の切れ味と寿命を伸ばすことができる。柱状体に設けた軸に平行なスリット２を通る研削液の方向を加工部４の方向へ向けるためであり、軸の長さや加工部４の径寸法を考慮してスリット２の傾斜角度αを決めることが望ましい。また、加工時の工具１の回転、遠心力で研削液の散水が起きるのを防ぐことができる。これは、加工時の工具１の回転、遠心力で研削液の散水が起きる為に傾斜したスリット２に２〜１０°の傾斜角度αを設けて回転による散水を防げるためである。
【００４２】
傾斜角度αが２°未満であると、このスリット２を通る研削液の方向を、研削作用面へ向けることが困難で、スリット２を深くして研削作用面に向けようとしたときは、スリット２の底部２ａの深さが深くなり過ぎてしまうため、柱状体の固定に必要な強度や、回転して加工する際の負荷に耐えられなくなり、破損に至る可能性がある。一方、傾斜角度αが１０°を越えるときは、研削液の噴出し方向が広がり過ぎて、加工作用面に供給できる研削液が少なくなり、その役割を果たし得ない。
【００４３】
また、上記スリット２の底部２ａは、図２に示すような直線状以外にも、図３（ａ）、（ｂ）に示すようにＲ状であってもよく、（ａ）の場合は凹形状であり、これはスリット２を加工する工具の径と合わせたＲ形状のスリット２が加工しやすく、（ｂ）の場合は加工が困難であるが固定部５のスリット２が浅くできるために工具１の強度を強く保持できる。なお、この場合、Ｒの大きさは、Ｒ１００〜２００ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４４】
また、図４に示すように、上記環状凹凸部３に研削液供給のための複数の供給用溝６を設けるとともに、該供給用溝６が上記スリット２と連通することが好ましい。
【００４５】
これにより、研削液の環状凹凸部３への供給がさらに増加させることが可能である。この場合、スリット２の深さが供給用溝６の底部より深い場合は、研削液の供給路として問題はないが、環状凹凸部３の強度を低下させてしまうため小径の工具１では避けるべきである。また、スリット２の深さが供給用溝８より浅い場合は、加工に作用している面への直接的な供給効果が少なくなる。
【００４６】
また、図５（ａ）の斜視図、（ｂ）の部分断面図に示すようにスリット２を固定部５の途中まで設け、そこから環状凹凸部３からなる加工部４に向けて斜めの供給孔７を設けてもよく、研削液の放出方向をより部分的に集中させることが可能である。
【００４７】
これにより、研削液は軸に平行なスリット２を通って固定部５の外径部を通り、途中からは供給孔７を通して、加工作用面である環状凹凸部３からなる加工部４の方向へ放出される。そして、研削液がさらに集中して供給できることから、加工時に発生する熱の冷却効果と、加工した研削屑の除去効果、またダイヤモンド砥粒の焼きつき防止や摩耗対策に大きな効果が得られる。この構造では、軸に平行なスリット２の長さを固定部５の長さよりも短く抑えることが必要で、これより長くなると研削液が貫通孔を通らずに、外側へと放出されてしまう。
【００４８】
ここで、上述の図１に示すようなスリット２を加工する方法としては、カッター又はマシニングセンター等を使用し、スリット２を途中まで加工した後、加工用の工具を傾けてボール盤等で孔加工することで得られる。
また、図２に示すようなスリット２の底部２ａを傾斜するように加工する場合には、所望の傾斜角度αに柱状体を傾けて、グラインディングセンタで加工するか、またはカッター装置や平面研削盤を使用しても同様の加工が可能である。
【００４９】
このとき、固定部５の外径と加工部４の外径の差を計算して、なめらかな傾斜とするように柱状体を固定する治具の角度を変えることで、傾斜角度αを自由に変えることができる。
【００５０】
また、図３のようにスリット２の底部２ａをＲ状に加工する場合は、ネジ加工用工具１を傾けて円形カッターに押し付けてスリット２のＲの大きさを自由に形成することができる。
さらに、図５のようにスリット２の途中から供給孔７を設ける場合は、軸と平行のスリット２を設けて、スリット２の加工部４側の端より、ドリルを使用して供給孔７を形成することで得られる。
【００５１】
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ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【実施例１】
【００５２】
次に本発明の実施例を示す。
【００５３】
ネジ加工用工具として、ＳＫ５からなり、固定部５として径をφ２５ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、環状凹凸部からなる加工部として最大径をφ５ｍｍ、長さを２０ｍｍのものに統一して製作し、これに表１に示すようなスリットを種々の形状で加工した。また、加工部の表面には粒度＃２００のダイヤモンド砥粒を電着によって付着させた。なお、供給用溝を設けたものは、外周側の開口幅が０．８ｍｍでスリットの本数に合わせて２〜４個設けた。
【００５４】
そして、各形状のネジ加工用工具試料を用いて、Ｍ８の雌ネジをアルミナセラミックスに加工して評価した。
【００５５】
先ず、径６．８ｍｍの下孔を、孔開け用工具によって深さ１８ｍｍで形成し、工具を２００ｒｐｍで回転させながら内壁面に押圧してネジ形状溝を形成した。なお、研削液としてスギカット研削液を高圧ポンプによって固定部から供給した。
【００５６】
加工２０箇所目において、プログラムの狙い寸法と実際の加工寸法の差を測定および加工可能回数について実験を行った。
【００５７】
プログラム寸法からの寸法差は、研削加工時に研削液の供給不足で工具の切れ味が悪くなると寸法が小さくなり、プログラム寸法との寸法差が大きくなることから評価項目とした。
【００５８】
また、加工可能回数は、１本のネジ加工用工具でＭ８の雌ネジ加工を何回実施できるかを確認し、プログラム寸法との寸法差が０．０５ｍｍを超える所を工具の使用可能回数とした。
【００５９】
結果は、表１に示す通りである。
【表１】
2005205566.tif 000003
【００６０】
表１に示すように、スリットを設けた試料（Ｎｏ．３〜１７）は、寸法ずれが０．０３ｍｍ以下、使用可能回数が４８回以上と非常に効率良く、高精度にネジ形状溝を形成することができる。
【００６１】
特に、スリットの底が環状凹凸部の凹部の底と一致した試料（Ｎｏ．７、９〜１１、１３）は、研削液がより有効に加工部に供給されており、プログラム寸法との寸法差が少なく、使用可能回数も従来品の３倍以上まで寿命が延びている。
【００６２】
また、加工部に研削液の供給用溝を形成した試料（Ｎｏ．１１）は、使用可能回数が１２８回と非常に寿命の高いものとなった。
【００６３】
これに対し、スリットを形成していない試料（Ｎｏ．１、２）は、実験加工では外周からのみ研削液を供給して加工しており、２０ヶ目の加工ですでにプログラム寸法との寸法差が限界の０．０５ｍｍまで達していた。また加工部に供給用溝を２ヶ所設けても、工具の回転により研削液が回転力によって外側へ吹き飛んでしまうため、大きな効果は確認できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（ａ）は本発明のネジ加工用工具の一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は、その斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明のネジ加工用工具の第１の他の実施形態を示す断面図であり、（ｃ）はその部分拡大図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明のネジ加工用工具の第２の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のネジ加工用工具の第３の他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は本発明のネジ加工用工具の第４の他の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）はその部分拡大図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来のネジ加工用工具を示す正面図および底面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１、１１、２１：ネジ加工用工具
２：スリット
３：環状凹凸部
４：加工部
５：固定部
６：供給用溝
７：供給孔
１２、２２：柱状体
１３、２３：環状凹凸部
１４：溝部
２４：研削液供給孔２４
【図１】
2005205566.tif 000004
【図２】
2005205566.tif 000005
【図３】
2005205566.tif 000006
【図４】
2005205566.tif 000007
【図５】
2005205566.tif 000008
【図６】
2005205566.tif 000009