JP5476267B2 - ドリル付きタップ - Google Patents

Description

本発明は、下穴を切削加工しつつ同時にめねじを切削加工するドリル付きタップに係り、特に、高い精度でめねじを切削加工できるドリル付きタップに関するものである。

下穴加工用のドリル刃を有するドリル部とめねじを切削加工するタップ部とを同軸上に一体的に備えており、そのドリル部により下穴を切削加工しつつ同時にタップ部によりその下穴の内周面にめねじを切削加工するドリル付きタップが知られている（特許文献１参照）。このようなドリル付きタップは、例えばＮＣ制御により１回転当り加工すべきめねじの１リードずつ前進するように回転速度および送り速度がシンクロ駆動されることにより、下穴の切削加工とめねじの切削加工とが同時に行われるため、下穴加工とめねじの切削加工とを別工程で行う場合に比較して、短時間で効率良くめねじを切削加工することができる。

特開平１０−１０００２０号公報

ところで、未だ公知ではないが、このようなドリル付きタップを用いて、アルミニウム合金鋳物等に設けられた有底の鋳抜き穴に対してめねじを切削加工することが考えられている。すなわち、鋳抜き穴は鋳造時の凝固収縮等の影響で寸法精度や位置精度が悪いため、その鋳抜き穴に対してそのままタップを用いてタップ立て加工を行うことにより高い位置精度でめねじを切削加工することは困難であり、鋳抜き穴を小さ目に設けて、その鋳抜き穴の中心から芯ずれした位置のタップ立て中心に対し、ドリル付きタップにより鋳抜き穴を完全に含む大きさで下穴を切削加工しつつめねじを切削加工するのである。アルミニウム合金鋳物は比較的軟質であるため、このようにドリル付きタップを用いて下穴を高い精度で切削加工しつつ、同時進行でその下穴の内周面にめねじを切削加工することが可能である。

しかしながら、このようにドリル付きタップを用いて鋳抜き穴にめねじを切削加工した場合、通りねじプラグゲージ（ＧＰ）による検査で不合格になり、十分な精度が得られないという問題があった。図６は、このようにドリル付きタップによって形成されるめねじを説明する図で、何れもねじ山の拡大断面図であり、(a) のめねじ９０は、ドリル付きタップを正回転させてドリル部により下穴が加工された後にタップ部により切削加工された状態、(b) のめねじ９２は、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際にタップ部が通過した後の状態、(c) のめねじ９４は、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際に更にドリル部が通過した後の状態、すなわち最終形状である。そして、(c) に示す最終形状のめねじ９４においては、ねじ山の山頂１１２にフランク１１４、１１６側へ突き出すバリ状のかえり１１８、１２０が認められ、これ等のかえり１１８、１２０に通りねじプラグゲージが引っ掛かって不合格になると考えられる。

上記かえり１１８、１２０について検討すると、かえり１１８は、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際に、タップ部のねじ山が(a) に示す当初のめねじ９０のねじ山の穴底側のフランク１１４に押圧されることにより、(b) に示すようにそのフランク１１４の表層部の一部が山頂１１２側へ毟れるように流動して突起１２２が形成されるとともに、その後にドリル部１００（図７参照）が通過する際にその突起１２２が押し潰されることによって形成されたものと考えられる。ドリル付きタップをＮＣ制御でシンクロ駆動した場合でも、装置の剛性の程度や各部の弾性変形などでタップ部のねじ山がフランク１１４に押圧されることがある。図７に示すドリル部１００は、従来のドリル付きタップのドリル部の一例の先端面図で、通常のドリルと同様にドリル刃１０２の外周端部に連続してドリル直径Ｄｄと等しい外径のマージン１０４が設けられており、そのマージン１０４よりも後方には所定の逃げ寸法で二番取り面１０６が設けられているとともに、後端のヒール１０８には、逆回転させて抜き出す際に切りくずの噛み込みによる欠け等を防止するために面取りが施されている。このため、前記めねじ９０を加工した後にドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際には、そのめねじ９０の内径と同じかそれより大きい外径のマージン１０４が前記突起１２２を押し潰してかえり１１８を生じさせる。めねじ９０の内径は、基本的にはドリル直径Ｄｄであるが、アルミニウム合金鋳物は比較的軟質で、一般にドリル刃１０２によって切削加工された後に弾性的に縮径し、ドリル直径Ｄｄよりも僅かに小さいＤｄ−αとなる。

また、このようにめねじ９０、９２の状態の内径はＤｄ−αであることから、ドリル付きタップが抜き出される際にドリル部１００のマージン１０４が山頂１１２に押圧され、その山頂１１２の表層部の一部が口元側へ流動することにより、前記フランク１１４と反対の口元側のフランク１１６側へ突き出すかえり１２０が生じる。前記フランク１１４側のかえり１１８についても、前記突起１２２だけでなく、マージン１０４が山頂１１２に押圧されることによりその山頂１１２の表層部の一部が穴底側へ流動して発生する可能性もある。このようなかえり１１８、１２０は、アルミニウム合金鋳物等の比較的軟質の被加工物の場合に生じ易い。なお、(c) に示す最終形状のめねじ９４の内径Ｄ１は、ドリル付きタップを抜き出す際に外径がドリル直径Ｄｄと等しいマージン１０４が山頂１１２に押圧されることにより、当初の内径Ｄｄ−αよりは拡大されるが、マージン１０４が通過した後に弾性的に縮径してドリル直径Ｄｄよりも小さくなり、Ｄｄ＞Ｄ１＞Ｄｄ−αとなる。

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、下穴を切削加工しつつ同時にめねじを切削加工するドリル付きタップにおいて、めねじを高い精度で切削加工できるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、下穴加工用のドリル刃を有するドリル部とめねじを切削加工するタップ部とを同軸上に一体的に備えており、そのドリル部により下穴を切削加工しつつ同時にタップ部によりその下穴の内周面にめねじを切削加工するドリル付きタップにおいて、(a) 前記ドリル部の複数のランドのヒールには、それぞれドリル直径Ｄｄと同一寸法の刃先径で、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に正のすくい角βで切削加工を行う逆回転切れ刃が切りくず排出溝に沿って設けられているとともに、(b) 前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、そのドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面とそのシンニングとの境界がその逃げ面側へ向かって凸となる湾曲形状を成しており、且つ、その湾曲形状の外側端縁は前記ヒールと一致する位置またはそのヒールよりも内周側で前記切りくず排出溝に達していることを特徴とする。

第２発明は、第１発明のドリル付きタップにおいて、前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、そのドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面とそのシンニングとの境界がタップ部外径Ｄｔに対して０．３０Ｄｔ〜０．３８Ｄｔの範囲内の半径Ｒの円弧形状を成していることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明のドリル付きタップにおいて、前記逆回転切れ刃のすくい角βは２０°〜３０°の範囲内であることを特徴とする。

第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかのドリル付きタップにおいて、前記ドリル部の複数のランドの外周面は、何れもリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ｄｄと同一寸法の外径の円筒面であることを特徴とする。

第５発明は、第１発明〜第３発明の何れかのドリル付きタップにおいて、前記ドリル部の複数のランドの外周面であってリーディングエッジとヒールとの間の中間部分には、それぞれドリル直径Ｄｄよりも小さい外径となるように背抜きが設けられていることを特徴とする。

このようなドリル付きタップにおいては、ドリル部の複数のランドのヒールにドリル直径Ｄｄと同一寸法の刃先径で逆回転切れ刃が設けられ、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に、言い換えればめねじを切削加工した後にドリル付きタップを抜き出す際に、正のすくい角βで切削加工が行われるようになっている。このため、ドリル刃により下穴を切削加工しつつタップ部でめねじの切削加工が行われた段階で、弾性によりめねじの内径がドリル直径Ｄｄよりも小さくなっている場合、ドリル付きタップを逆回転させて抜き出す際に、上記逆回転切れ刃によってそのめねじの内径すなわちねじ山の山頂部分が切削除去される。すなわち、逆回転切れ刃によって実質的にめねじの内径仕上げが行われるのであり、めねじの内径の寸法精度が向上するとともに、そのめねじの山頂に前記かえり１１８、１２０が発生することが防止されて、高い形状精度でめねじが切削加工されるようになる。

また、ドリル部の先端に設けられるシンニングが先端面図において湾曲形状を成しているとともに、その湾曲形状の外側端縁はヒールと一致する位置またはそのヒールよりも内周側で切りくず排出溝に達しているため、ヒールに設けられる前記逆回転切れ刃がシンニングによって減縮される恐れがなく、その逆回転切れ刃による切削作用が適切に得られる。すなわち、タップ部の先端側に設けられるドリル部の軸方向長さは、止り穴の場合、めねじが形成されない無駄な寸法となるため、できるだけ短いことが望まれるのに対し、例えば前記図７のドリル部１００のようにシンニング１０９がヒール１０８を超えて設けられると、そのシンニング１０９によってヒール１０８、更にはそのヒール１０８に設けられる逆回転切れ刃が削られるため、逆回転切れ刃が短くなったり無くなったりして、めねじのねじ山の山頂を切削できなくなる可能性がある。

また、上記シンニングは、逃げ面側へ向かって凸となる湾曲形状を成しているため、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように容易にシンニング形状を設定することができる。すなわち、前記図７のシンニング１０９のように逃げ面との間の境界が直線の場合、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒール１０８を超えないようにシンニング１０９を施すことは困難なのである。

第２発明は、ドリル刃の逃げ面とシンニングとの境界が０．３０Ｄｔ〜０．３８Ｄｔの範囲内の半径Ｒの円弧形状を成している場合で、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように一層容易にシンニング形状を設定することができる。すなわち、半径Ｒが０．３８Ｄｔよりも大きくなると、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないようにシンニングを施すことが難しくなり、半径Ｒが０．３０Ｄｔよりも小さくなると軸心付近の切りくず排出性能が損なわれる可能性がある。

第３発明では、逆回転切れ刃のすくい角βが２０°〜３０°の範囲内であるため鋭い切れ味が得られ、弾性により僅かに縮径するだけのめねじのねじ山の山頂部分を適切に切削除去することができる。すなわち、すくい角βが３０°を超えると刃物角が小さくなって刃欠けが生じ易くなる一方、２０°よりも小さいと切れ味が低下し、切削速度等の加工条件や被加工物の材質等によって異なるが、弾性的に僅かに縮径するめねじのねじ山の山頂部分を適切に切削することが難しくなる。

第４発明では、ドリル部の複数のランドの外周面がリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ｄｄと同一寸法の外径の円筒面であるため、ドリル部の加工が容易で安価に製造できる。ドリル部の軸方向長さをできるだけ短くした場合、下穴との接触による摩擦抵抗は小さく、ドリル直径Ｄｄと同一寸法の外径の円筒面のままでも差し支えない。

第５発明では、ドリル部の複数のランドの外周面に背抜きが設けられている場合で、下穴との接触による摩擦抵抗が小さくなり、発熱や加工トルクが抑制される。特に、ドリル部の軸方向長さが比較的長い場合に効果的である。

本発明の一実施例であるドリル付きタップを示す図で、(a) は概略正面図、(b) はドリル部先端の拡大図、(c) は(b) のドリル部を先端側から見た拡大先端面図、(d) はシャンク側から見た後端面図である。 図１のドリル付きタップを用いて鋳抜き穴に対して芯ずれした状態でめねじを切削加工する場合の説明図で、(a) は加工前の状態、(b) は加工されためねじ（ねじ穴）の断面図である。 図１のドリル付きタップを用いてめねじを切削加工した場合のめねじのねじ山形状の変化を説明する拡大断面図である。 図１のドリル付きタップ（本発明品）および従来品を用いて複数の切削速度でめねじを切削加工し、通りねじプラグゲージ（ＧＰ）およびピンゲージを用いて検査した結果を示す図である。 本発明の他の実施例を説明する図で、何れも図１(c) に相当する拡大先端面図である。 従来のドリル付きタップを用いてめねじを切削加工した場合のめねじのねじ山形状の変化を説明する拡大断面図である。 従来のドリル付きタップのドリル部を説明する図で、図１(c) に対応する拡大先端面図である。

本発明のドリル付きタップは、アルミニウム合金鋳物等の比較的軟質の鋳物に設けられた、ドリル直径Ｄｄよりも小径の有底の鋳抜き穴に対して、その鋳抜き穴を完全に含むようにドリル刃により下穴を切削加工しつつタップ部に設けられたねじ切り刃でめねじを切削加工する場合に好適に用いられるが、鋳物以外の被加工物に対してめねじを切削加工する場合に使用することもできる。鋳抜き穴等の予備穴が設けられていない被加工物に対して、ドリル刃により下穴を最初から切削加工しながらめねじを切削加工する場合にも用いられる。

鋳抜き穴に対してめねじを切削加工する場合、鋳抜き穴の中心から芯ずれした位置のタップ立て中心に対し、ドリル付きタップにより鋳抜き穴を完全に含む大きさで下穴を切削加工しつつめねじを切削加工することになるため、求心性に優れた３枚刃のドリル部が望ましい。また、タップ部およびドリル部を縦通してドリル刃の逃げ面に開口する螺旋状の油穴（オイルホール）を設け、ＭＱＬ（Minimum Quantity Lubrication；最少量潤滑）等により潤滑油剤を内部給油できるようにすることが望ましい。３枚刃のドリル部や油穴はあくまでも必要に応じて採用され、一般的な２枚刃のドリル部を用いることもできるし、油穴を省略することも可能である。

ドリル付きタップは、例えばＮＣ制御により１回転当り加工すべきめねじの１リードずつ前進するように回転速度および送り速度がシンクロ駆動され、抜き出す際も逆回転方向へ１回転当り１リードずつ後退するるようにシンクロ駆動されるが、軸方向に所定の遊びを有する状態で回転駆動することにより、ねじのリードに沿って螺進させながら切削したり抜き出したりすることも可能である。

ドリル部およびタップ部には、例えば一定のリードで捩じれた切りくず排出溝が連続して設けられるが、ドリル部ではねじれ溝でタップ部ではストレート溝とするなど、ドリル部とタップ部とでリードを変化させることも可能である。タップ部には、この切りくず排出溝に沿ってねじ切り刃が形成されるが、このねじ切り刃は、めねじのフランクおよび溝底を切削加工するもので、めねじのねじ山の山頂はドリル刃によって形成された下穴の内周面のままであり、本発明ではドリル付きタップが抜き出される際に逆回転切れ刃によってその山頂が仕上げ切削される。ドリル部およびタップ部は例えば一体に構成されるが、別体に構成されたドリル部を、タップ部を有する工具本体に対してねじや焼嵌め等の固設手段により一体的に固設することも可能である。

工具の材質としては超硬合金が好適に採用されるが、高速度工具鋼等の他の工具材料を用いることもできる。ドリル部やタップ部にはＤＬＣ（Diamond-Like Carbon;ダイヤモンド状カーボン) やＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質被膜をコーティングすることが望ましい。

ドリル部のランドのヒールには逆回転切れ刃が設けられ、逆回転させられて抜き出される際にめねじの山頂を切削加工する。この逆回転切れ刃のすくい面は前記切りくず排出溝の内壁面で、すくい角βは、この切りくず排出溝の断面形状によって適宜定められる。すくい角βは、軸心に対して直角な断面の径方向に対するすくい面の傾斜角度で、少なくとも正であれば良いが、２０°〜３０°の範囲内が望ましい。

第２発明では、ドリル部の先端に設けられるシンニングが所定の半径Ｒの円弧形状を成しているが、第１発明の実施に際しては、逃げ面との境界の曲率が連続的に変化していても良いなど、少なくともヒールを超えないようにシンニングが施されれば良い。なお、第１発明では、０．３０Ｄｔ〜０．３８Ｄｔの範囲を超えた一定の半径Ｒの円弧形状となるようにシンニングを施すことも可能である。

本発明では、シンニングによってヒールが削られることがないため、ドリル部の軸方向長さを比較的短くでき、例えばタップ部の先端からドリル刃の外端（コーナー）までのドリル長さ（軸方向長さ）Ｌ１を、タップ部のねじ山のピッチＰに対して１．５Ｐ〜３．０Ｐ程度とすることができる。但し、タップ部のねじ山のつる巻き線上にヒールすなわち逆回転切れ刃が設けられれば、軸方向長さが１Ｐより短くてもめねじのねじ山の山頂を適切に切削することができるので、ドリル長さＬ１はめねじのねじ山の山頂を切削できる範囲で適宜定められる。

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の(a) は、本発明の一実施例であるドリル付きタップ１０を軸心Ｏと直角方向から見た概略正面図で、(b) は(a) における左端に位置するドリル部１２の先端部分の拡大図、(c) は(b) のドリル部１２を先端側（図の上方）から見た拡大先端面図、(d) は(a) における右側に位置するシャンク１８側から見た後端面図である。このドリル付きタップ１０は、軸方向の先端側（図１(a) における左端側）からドリル部１２、タップ部１４、首部１６、およびシャンク１８を同軸上に連続して一体に備えており、超硬合金にて一体に構成されているとともに、シャンク１８を除く表面には硬質被膜としてＤＬＣがコーティングされている。このドリル付きタップ１０は右ねじ加工用のもので、タップ部１４には、形成すべきめねじに対応する右ねじのおねじ２０が設けられているとともに、同じく右まわりにねじれた３本の切りくず排出溝２２がおねじ２０を分断するように設けられており、その切りくず排出溝２２に沿って３枚のねじ切り刃が形成されている。タップ部１４は、径寸法が徐々に小さくなる前側の食付き部１４ａと、径寸法が一定の完全山部１４ｂとを備えており、完全山部１４ｂの外径がタップ部外径Ｄｔである。おねじ２０は加工すべきめねじに対応するもので、本実施例ではＭ６×１であり、タップ部外径Ｄｔは６．０ｍｍ、タップ長さＬ２は、本実施例では８山（８．０ｍｍ）で、その中の１．５山が食付き部１４ａである。なお、図面の各部の寸法の割合や角度等は必ずしも正確に記載したものではない。

３本の切りくず排出溝２２は、軸心まわりに等角度間隔（１２０°間隔）で互いに同じリードでドリル部１２の先端からシャンク１８の手前まで設けられており、それ等の切りくず排出溝２２がドリル部１２の円錐形状の先端部に開口する部分には、シャンク１８側から見て右まわりに回転駆動されることにより下穴を切削加工するドリル刃２６が形成されている。ドリル部１２の直径寸法であるドリル直径Ｄｄは、加工すべきめねじの内径と同じ寸法で、本実施例では約５．０４ｍｍであり、おねじ２０の谷径は約４．９ｍｍでドリル直径Ｄｄよりも小さい。また、タップ部１４の先端からドリル刃２６の外端（コーナー）までのドリル部１２の軸方向長さであるドリル長さＬ１は、おねじ２０のねじ山のピッチＰに対して１．５Ｐ〜３．０Ｐの範囲内で、本実施例では約２．０Ｐすなわち２ｍｍである。

切りくず排出溝２２は、タップ部１４の完全山部１４ｂにおいてねじれ角が２０°〜５０°の範囲内となるように一定のリードで設けられている。本実施例ではタップ部１４（完全山部１４ｂ）におけるねじれ角が約３８°となるように約２４．３４ｍｍのリードで設けられており、ドリル部１２におけるねじれ角は約３４°である。また、ドリル付きタップ１０には、切りくず排出溝２２と同じリードの螺旋状の３本の油穴（オイルホール）２８が、シャンク１８側の端面からドリル部１２の先端までドリル付きタップ１０の内部を縦通するように、それぞれ全長に亘って独立に設けられており、３枚のドリル刃２６の逃げ面３０にそれぞれ開口させられている。この油穴２８の直径ｄは、本実施例では約０．５ｍｍである。

ドリル部１２の先端にはシンニング３２が設けられ、ドリル刃２６の内周側部分が滑らかに軸心Ｏに接近させられている。シンニング３２は、ドリル部１２を先端側から見た図１(c) の先端面図において、逃げ面３０とシンニング３２との境界が逃げ面３０側へ向かって凸となる湾曲形状を成しており、且つ、その湾曲形状の外側端縁がランド２４のヒールと一致するように設けられている。具体的には、図１(c) の先端面図において、逃げ面３０とシンニング３２との境界がタップ部外径Ｄｔに対して０．３０Ｄｔ〜０．３８Ｄｔの範囲内の半径Ｒの円弧形状を成しており、本実施例では半径Ｒ≒２．０４ｍｍ＝０．３４Ｄｔである。このようなシンニング３２は、例えば外周部に半径Ｒの円弧形状の研削面が設けられた研削砥石を用いて施すことができる。

また、ドリル部１２における３つのランド２４の外周面３４は、何れもリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ｄｄと同一寸法の外径の円筒面で、そのヒールには逆回転切れ刃３６が設けられている。逆回転切れ刃３６は、ドリル直径Ｄｄと同一寸法の刃先径で、下穴加工と逆方向へ回転させられる際、すなわち図１(c) における右まわりに回転させられる際に、正のすくい角βで切削加工を行うもので、ドリル長さＬ１の全長に亘って切りくず排出溝２２に沿って設けられている。すくい角βは、軸心Ｏに対して直角な断面の径方向に対するすくい面の傾斜角度で、本実施例では２０°〜３０°の範囲内で約２５°とされている。逆回転切れ刃３６のすくい面は切りくず排出溝２２の内壁面で、すくい角βは切りくず排出溝２２の断面形状によって適宜定められる。

そして、このようなドリル付きタップ１０は、例えば図２の(a) に示すようにＮＣ工作機械等から成るねじ立て加工装置４０の主軸に取り付けられて使用されるとともに、必要に応じて給油装置４２から切削油剤（クーラント）が所定の給油圧で３本の油穴２８に供給される。図２は、アルミニウム合金鋳物等の被加工物４４に対して、鋳造によりその被加工物４４に設けられた有底の鋳抜き穴４６にめねじ５２を切削加工する場合で、鋳抜き穴４６は鋳造時の凝固収縮等の影響で寸法精度や位置精度が悪いため、その鋳抜き穴４６に対してそのままタップを用いてタップ立て加工を行うことにより高い位置精度でめねじを切削加工することは困難である。このため、鋳抜き穴４６を小さ目に設けて、その鋳抜き穴４６の中心Ｓ１から芯ずれした位置の目的とするタップ立て中心Ｓ２に対し、ドリル付きタップ１０により下穴５０を切削加工しつつめねじ５２を切削加工する。すなわち、ドリル直径Ｄｄと略等しい下穴径よりも小径の有底の鋳抜き穴４６に対して、その鋳抜き穴４６の中心Ｓ１から所定のずれ寸法ｅだけ芯ずれした位置のタップ立て中心Ｓ２を目標中心位置として、その鋳抜き穴４６を完全に含む大きさでドリル部１２により下穴５０を切削加工しつつ、同時にタップ部１４によりめねじ５２を切削加工するのである。ねじ立て加工装置４０は、ドリル付きタップ１０の回転速度および送り速度をそれぞれ独立に制御できるもので、そのドリル付きタップ１０を１回転当り加工すべきめねじ５２の１リードずつ前進させる回転速度および送り速度でシンクロ駆動することにより、先行するドリル部１２により被加工物４４に対して下穴５０を切削加工するとともに、連続してタップ部１４のねじ切り刃によりその下穴５０の内周面にめねじ５２を効率良く切削加工することができる。切りくずは、油穴２８を通して工具先端部に供給される切削油剤と共に、切りくず排出溝２２を通ってシャンク１８側へ排出される。図２の(a) はめねじ５２を切削加工する前の状態で、(b) はドリル付きタップ１０により切削加工されためねじ（ねじ穴）５２の断面図である。

ここで、本実施例のドリル付きタップ１０は、ドリル部１２の複数のランド２４のヒールにドリル直径Ｄｄと同一寸法の刃先径で逆回転切れ刃３６が設けられ、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に、言い換えればめねじ５２を切削加工した後にドリル付きタップ１０を抜き出す際に、正のすくい角βで切削加工が行われるようになっている。このため、ドリル刃２６により下穴５０を切削加工しつつタップ部１４でめねじ５２の切削加工が行われた段階で、弾性によりめねじ５２の内径がドリル直径Ｄｄよりも小さくなっている場合、ドリル付きタップ１０を逆回転させて抜き出す際に、上記逆回転切れ刃３６によってそのめねじ５２の内径すなわちねじ山の山頂部分が切削除去される。すなわち、逆回転切れ刃３６によって実質的にめねじ５２の内径仕上げが行われるのであり、めねじ５２の内径の寸法精度が向上するとともに、そのめねじ５２の山頂に前記図６(c) に示すようなかえり１１８、１２０が発生することが防止されて、高い形状精度でめねじ５２が切削加工されるようになる。

図３は、ドリル付きタップ１０を用いて切削加工される前記めねじ５２のねじ山の形状変化を示す拡大断面図で、前記図６に対応する図であり、(a) のめねじ５２ａは、ドリル付きタップ１０を正回転させてドリル部１２により下穴５０が加工された後にタップ部１４により切削加工された状態、(b) のめねじ５２ｂは、ドリル付きタップ１０を逆回転させて抜き出す際にタップ部１４が通過した後の状態、(c) のめねじ５２ｃは、ドリル付きタップ１０を逆回転させて抜き出す際に更にドリル部１２が通過した後の状態、すなわち最終形状である。この図３の(a) 、(b) は、前記図６における(a) 、(b) と同じで、めねじ５２ａ、５２ｂの段階の内径は、ドリル刃２６によって切削加工された後に弾性的に縮径することにより、ドリル直径Ｄｄよりも僅かに小さいＤｄ−αとなっている。また、ドリル付きタップ１０を逆回転させて抜き出す際に、タップ部１４のみが通過した(b) の段階のめねじ５２ｂは、タップ部１４のねじ山がめねじ５２ｂの穴底側のフランク１１４に押圧されることにより、そのフランク１１４の表層部の一部が山頂１１２側へ毟れるように流動して突起１２２が形成される。

これに対し、ドリル付きタップ１０を逆回転させてドリル部１２を引き抜いた後の(c) のめねじ５２ｃは、ドリル直径Ｄｄと同一寸法の刃先径でドリル部１２に設けられた逆回転切れ刃３６によってねじ山の山頂部分が切削除去される。これにより、めねじ５２ｃの内径Ｄ１の寸法精度が向上するとともに、(b) のめねじ５２ｂの段階で山頂に形成された突起１２２も同時に除去される。また、従来のようにマージン１０４がねじ山の山頂に押圧されてかえり１１８、１２０が発生する恐れもなく、高い形状精度でめねじ５２ｃが形成される。図３(c) の点線は、(b) の段階のめねじ５２ｂのねじ山の先端形状を比較のために示したものである。なお、(c) に示す最終形状のめねじ５２ｃの内径Ｄ１は、すくい角βが正の逆回転切れ刃３６によって仕上げ切削されるため、その逆回転切れ刃３６の刃先径であるドリル直径Ｄｄと略同じ寸法となる。

一方、本実施例では、ドリル部１２の先端に設けられるシンニング３２が、図１(c) の先端面図において湾曲形状を成しているとともに、その湾曲形状の外側端縁はヒールと一致しているため、ヒールに設けられる前記逆回転切れ刃３６がシンニング３２によって減縮される恐れがなく、その逆回転切れ刃３６による切削作用が適切に得られる。すなわち、タップ部１４の先端側に設けられるドリル部１２のドリル長さ（軸方向長さ）Ｌ１は、図２のような止り穴の場合、めねじ５２が形成されない無駄な寸法となるため、できるだけ短いことが望まれるのに対し、例えば前記図７のドリル部１００のようにシンニング１０９がヒール１０８を超えて設けられると、そのシンニング１０９によってヒール１０８、更にはそのヒール１０８に設けられる逆回転切れ刃３６が削られるため、逆回転切れ刃３６が短くなったり無くなったりして、めねじ５２のねじ山の山頂を切削できなくなる可能性がある。

また、上記シンニング３２は、逃げ面３０側へ向かって凸となる湾曲形状を成しているため、軸心Ｏ付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように容易にシンニング形状を設定することができる。すなわち、前記図７のシンニング１０９のように逃げ面との間の境界が直線の場合、軸心付近の切りくず排出性能を確保しつつヒール１０８を超えないようにシンニング１０９を施すことは困難なのである。

また、本実施例では、逃げ面３０とシンニング３２との境界が０．３０Ｄｔ〜０．３８Ｄｔの範囲内の半径Ｒの円弧形状を成しているため、軸心Ｏ付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないように一層容易にシンニング３２の形状を設定することができる。すなわち、半径Ｒが０．３８Ｄｔよりも大きくなると、軸心Ｏ付近の切りくず排出性能を確保しつつヒールを超えないようにシンニング３２を施すことが難しくなり、半径Ｒが０．３０Ｄｔよりも小さくなると軸心Ｏ付近の切りくず排出性能が損なわれる可能性がある。

また、本実施例では、逆回転切れ刃３６のすくい角βが２０°〜３０°の範囲内であるため鋭い切れ味が得られ、弾性により僅かに縮径するだけのめねじ５２ｂのねじ山の山頂部分を適切に切削除去することができる。すなわち、すくい角βが３０°を超えると刃物角が小さくなって刃欠けが生じ易くなる一方、２０°よりも小さいと切れ味が低下し、切削速度等の加工条件や被加工物４４の材質等によって異なるが、弾性的に僅かに縮径するめねじ５２ｂのねじ山の山頂部分を適切に切削することが難しくなる。

また、本実施例では、ドリル部１２の３つのランド２４の外周面３４がリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ｄｄと同一寸法の外径の円筒面であるため、ドリル部１２の加工が容易で安価に製造できる。ドリル部１２のドリル長さＬ１はできるだけ短くされるため、下穴５０との接触による摩擦抵抗は小さく、ドリル直径Ｄｄと同一寸法の外径の円筒面のままでも差し支えないのである。

次に、上記ドリル付きタップ１０（本発明品）と、そのドリル部１２の代わりに前記図７に示すドリル部１００を有する従来品とを用いて、以下の加工条件で下穴５０を切削加工しつつめねじ５２を切削加工し、そのめねじ５２の形状精度および寸法精度を検査した結果を説明する。予備穴径は、鋳抜き穴を想定して予め設けられた予備穴の径寸法で、その予備穴に対するめねじ５２の芯ずれ寸法ｅは０．５ｍｍである。
《加工条件》
タップサイズ：Ｍ６×１
ドリル直径（Ｄｄ）：φ５．０４
被削材：ＡＤＣ１２（ＪＩＳ規格；ダイカスト用アルミニウム合金）
予備穴径：φ３．５
タップ立て長さ：１２ｍｍ（止り穴）
切削速度：２０、５０、７５ｍ／ｍｉｎ
切削油剤：ＭＱＬ内部給油（給油量２００ｃｃ／分）
使用機械：横型マシニングセンタ

図４は検査結果を説明する図で、各切削速度でめねじ５２を５穴ずつ切削加工して検査した。「ＧＰ II 」は、有効径やねじ山形状、ピッチ等を総合的に検査できる通りねじプラグゲージ２級を用いた検査で、その通りねじプラグゲージが長さ１２ｍｍ（ねじ山１２Ｐ）のめねじ５２を完全に通過した場合が「合格」、１２Ｐ未満で６Ｐ以上が「△」、６Ｐ未満が「×」である。本発明品によれば何れの切削速度においても「合格」であるのに対し、従来品は総て不合格であった。また、「内径」は、０．０１ｍｍ飛びのピンゲージ（内径プラグゲージＰＰ）を用いて、そのピンゲージがめねじ５２を完全に通過した場合の最大寸法であり、本発明品は５．０４〜５．０６ｍｍの範囲内で、ドリル直径Ｄｄと同じか僅かに大きいのに対し、従来品は５．００〜５．０３ｍｍの範囲内で、弾性により縮径している。なお、切削速度による違いは、切削速度７５ｍ／分の５穴目で従来品が折損したのを除いて、本発明品、従来品共に殆ど差は見られなかった。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図５の(a) 、(b) は、何れも本発明の他の実施例を説明する図で、前記図１(c) に対応する先端面図である。(a) のドリル部６０は、３つのランド２４の外周面３４の周方向の中間位置、すなわちリーディングエッジとヒールとの間の中間部分に、ドリル直径Ｄｄよりも小径となるように背抜き６２が設けられている。この場合は、ドリル刃２６によって形成される下穴５０の内壁面との接触による摩擦抵抗が前記実施例に比較して低減され、発熱や加工トルクが抑制されるため、特にドリル部６０のドリル長さＬ１が比較的長い場合に効果的である。

図５の(b) のドリル部７０は、その先端面図において逃げ面３０との境界が一定の半径Ｒとなるシンニング７２の外側端縁がヒールよりも内周側で切りくず排出溝２２に達している場合で、半径Ｒは０．３０Ｄｔ〜０．３８Ｄｔの範囲内で設定されている。この場合も、前記実施例と同様にヒールに設けられる逆回転切れ刃３６がシンニング７２によって減縮される恐れがなく、その逆回転切れ刃３６による切削作用が適切に得られる。

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、これ等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。

１０：ドリル付きタップ １２、６０、７０：ドリル部 １４：タップ部 ２２：切りくず排出溝 ２４：ランド ２６：ドリル刃 ３０：逃げ面 ３２、７２：シンニング ３４：外周面 ３６：逆回転切れ刃 ５０：下穴 ５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ：めねじ ６２：背抜き Ｏ：軸心 Ｄｔ：タップ部外径 Ｄｄ：ドリル直径 β：すくい角

Claims (5)

1. 下穴加工用のドリル刃を有するドリル部とめねじを切削加工するタップ部とを同軸上に一体的に備えており、該ドリル部により下穴を切削加工しつつ同時に該タップ部により該下穴の内周面にめねじを切削加工するドリル付きタップにおいて、
   前記ドリル部の複数のランドのヒールには、それぞれドリル直径Ｄｄと同一寸法の刃先径で、下穴加工と逆方向へ回転させられる際に正のすくい角βで切削加工を行う逆回転切れ刃が切りくず排出溝に沿って設けられているとともに、
   前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、該ドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面と該シンニングとの境界が該逃げ面側へ向かって凸となる湾曲形状を成しており、且つ、該湾曲形状の外側端縁は前記ヒールと一致する位置または該ヒールよりも内周側で前記切りくず排出溝に達している
   ことを特徴とするドリル付きタップ。
2. 前記ドリル部の先端に設けられるシンニングは、該ドリル部を先端側から見た先端面図において、前記ドリル刃の逃げ面と該シンニングとの境界がタップ部外径Ｄｔに対して０．３０Ｄｔ〜０．３８Ｄｔの範囲内の半径Ｒの円弧形状を成している
   ことを特徴とする請求項１に記載のドリル付きタップ。
3. 前記逆回転切れ刃のすくい角βは２０°〜３０°の範囲内である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のドリル付きタップ。
4. 前記ドリル部の複数のランドの外周面は、何れもリーディングエッジからヒールに至るまでドリル直径Ｄｄと同一寸法の外径の円筒面である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のドリル付きタップ。
5. 前記ドリル部の複数のランドの外周面であってリーディングエッジとヒールとの間の中間部分には、それぞれドリル直径Ｄｄよりも小さい外径となるように背抜きが設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のドリル付きタップ。

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