JP6604462B2 - タップ - Google Patents

Description

本発明は、主にチタン合金等の被削材料に対してめねじ加工を行うタップに関する。

一般的に、鋼材等の被削材に対してめねじ加工を行う場合にめねじの呼び径やピッチに応じたタップが用いられている。
また、使用されるタップの形態は被削材の種類やめねじの加工穴深さ等種々の要因によって決定される。

被削材が炭素鋼（ＳＣ材）等の場合には、比較的に延性を有する材料であるためにめねじ加工時に発生する切りくずが他の被削材の場合に比べて長くなる。
結果として、タップの溝に切り屑が詰まりやすく、切り屑の排出性能が低下するという傾向が見られる。

それに加えて、めねじ加工後にタップを逆回転させて被削材から引き抜く際に長く連なった切りくずがタップに絡みつく。
そのことで加工されためねじ部分とタップの切れ刃部分とが擦れあって、お互いを損傷させるという問題があった。

この問題に対して、例えば特許文献１ないし３では従来の溝（ねじれ溝）に加えて副溝をさらに設けることでめねじ加工時に発生する切りくずを分断して、切りくずの排出性能およびタップの引き抜き時の性能を向上させるタップが開示されている。

国際公開第２０１４／０１３５４９号パンフレット 日本国特開２００８−７３７７４号公報 日本国特開平１―１７１７２５号公報

一方、被削材が鋼材よりも相対的に延性の小さい材料、例えばチタン合金等の場合には切りくずはめねじ加工時に比較的に小さく分断される。
そのため、上述したような切りくずが長く連なることで切りくずの排出特性が低下するという問題は発生しない。

しかし、めねじ加工後においてタップを逆回転させながら被削材から引き抜く際に、分断された切りくずはタップの溝内でヒール側へ移動する。
その結果、ヒールと被削材の隙間に切り屑が侵入して、切り屑がねじ部で凝着（焼き付く）しやすく、タップの引き抜き時の性能が低下するという問題があった。

そこで、本発明は被削材がチタン合金等に代表される鋼材等よりも相対的に延性の低い材料である場合でも、めねじ加工後における被削材からの引き抜き時の性能を向上させるタップを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明に係るタップは食付き部および完全山部を有するねじ部と、そのねじ部を分断するように形成された溝部と、ねじ部および溝部に連続して形成されたシャンク部と、を備えるタップにおいて、溝部は、少なくとも、ねじ部の切刃側に形成されている第１溝と、その第１溝と連続して形成されている第２溝と、第１溝および第２溝の境界である稜線部と、から構成されており、タップの中心軸から稜線部までの距離は、中心軸から第１溝の溝底までの距離および中心軸から前記第２溝の溝底までの距離よりも長くした点に特徴がある。
この場合に中心軸から第１溝の溝底までの距離については、中心軸から第２溝の溝底までの距離よりも短くしても構わない。

なお、食付き部の逃げ角を２°未満としたり、食付き部の山数を２山以上とすることもできる。
溝部は直溝（ストレート）またはねじれ溝（スパイラル）のいずれの溝形態であっても構わないが、ねじれ溝の溝形態である方がより好ましい。

本発明に係るタップを用いることで、鋼材に比較して延性が低いチタン合金等の被削材に対してめねじ加工を施す場合であっても、めねじ加工後の分断された切りくずによるタップの噛み込みを防止し、タップを逆回転させて被削材から引き抜く際の性能を向上させるという効果を奏する。

本発明の一実施形態を示すタップ１の正面図である。 図１に示すタップ１の先端部分の拡大図である。 図１に示すタップ１のＸ−Ｘ線位置での断面図である。 図３に示す溝部３周辺の部分拡大図である。 切削加工時におけるタップ１と被削材Ｗの位置関係を説明する拡大図である。 試験１で用いた従来品１（タップ１００）の断面図である。 試験１で用いた従来品２（タップ２００）の断面図である。 試験１にて本発明品１から発生した切り屑（長いもの）を示す写真である。 試験１にて本発明品１から発生した切り屑（短いもの）を示す写真である。 試験１にて従来品１から発生した切り屑（長いもの）を示す写真である。 試験１にて従来品１から発生した切り屑（短いもの）を示す写真である。 試験１にて従来品２から発生した切り屑（長いもの）を示す写真である。 試験１にて従来品２から発生した切り屑（短いもの）を示す写真である。

１ タップ
２ ねじ部
３ 溝部
４ シャンク部
５ 切刃
６ すくい面
７ ヒール
２１ 食付き部
２１ａ 食付き部の第１山
２１ｂ 食付き部の第２山
２２ 完全山部
２２ａ 完全山部の第１山
２２ｂ 完全山部の第２山
３１ 第１溝
３１ｂ 第１溝の溝底
３２ 第２溝
３２ｂ 第２溝の溝底
３３ 稜線部
Ｃ１ 中心軸を中心にした第１溝の溝底に接する仮想円（内接円）
Ｃ２ 中心軸を中心にした第２溝の溝底に接する仮想円（内接円）
ｄ１ タップの中心軸から第１溝の溝底までの距離
ｄ２ タップの中心軸から第２溝の溝底までの距離
ｅ タップの中心軸から稜線部までの距離
Ｏ タップの中心軸
θ 食付き部の逃げ角

本発明に係るタップの一実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。
本発明の一実施形態を示すタップ１の正面図を図１に示す。
タップ１の先端部側は、図１に示すようにらせん状で複数の切れ刃を備えたねじ部２と、そのねじ部２を分断するように形成された溝部３から構成されている。
また、従来のタップと同様に後端部側にシャンク部４がねじ部２および溝部３に連続して形成されている。

次に、図１に示すタップ１の先端部側の拡大図を図２に示す。
タップ１のねじ部２は、図２に示すようにタップ１の先端部側より食付き部２１および完全山部２２に区分されている。
食付き部２１は、図２に示すタップ１の形態においてタップ１の先端部側から第１山２１ａ，第２山２１ｂが形成されている。
完全山部２２は、食付き部２１側から第１山２２ａ，第２山２２ｂ・・が形成されている。
また、溝部３は図２に示すように第１溝３１，第２溝３２およびこれら２つの溝３１，３２の境界部分である稜線部３３に区分されている。

図１に示すタップ１のＸ−Ｘ線位置での断面図を図３、図３に示す溝部３周辺の部分拡大図を図４にそれぞれ示す。
図１に示すタップ１の実施形態では、図３に示すように中心軸Ｏを中心にして周方向に３ヶ所の溝部（ねじれ溝）３が形成されている、いわゆる３溝のスパイラルタップである。
溝部３は、前述したように図３および図４に示すように大きく分けて第１溝３１，第２溝３２および稜線部３３から形成されている。

第１溝３１は、図４に示すようにねじ部２の切れ刃５から連続して形成されており、すくい面６を形成している溝である。
第２溝３２は、後述する稜線部３３を介して第１溝３１に連なり、ヒール７を形成している溝である。
つまり、タップ１の回転方向（図４において反時計周り）側より、第２溝３２、第１溝３１の順に配列されている。
稜線部３３は、第１溝３１を形成する曲面と第２溝３２を形成する曲面が互いに重なり合うことで形成される境界部分であり、図３および４に示すようにタップ１の軸方向の断面視において径方向外側（外径側）に凸状に形成される。

第１溝３１と第２溝３２の溝の深さ、すなわちタップ１の外周面から各溝３１，３２の溝底３１ｂ，３２ｂまでの距離を比較すると、図３および図４に示すように第１溝３１の溝深さが第２溝３２の溝深さよりも深い。
言い換えると、タップ１の中心軸Ｏから第１溝３１と第２溝３２の各溝底３１ｂ，３２ｂまでの距離ｄ１，ｄ２を比較した場合、図４に示すように中心軸Ｏから第１溝３１の溝底３１ｂまでの距離ｄ１は、中心軸Ｏから第２溝３２の溝底３２ｂまでの距離ｄ２よりも短い。

ここで、第１溝３１の溝底３１ｂは図４に示すようにタップ１の中心軸Ｏを中心とした第１溝３１の仮想円Ｃ１（二点鎖線で図示）と第１溝３１を形成する外郭線（曲面）との接点である。
同様に、第２溝３２の溝底３２ｂも図４に示すように中心軸Ｏを中心とした第２溝３２の仮想円Ｃ２（二点鎖線で図示）と第２溝３２を形成する外郭線（曲面）との接点である。
なお、仮想円Ｃ１はタップ１の心厚を示す。

さらに、タップ１の中心軸Ｏから稜線部３３までの距離ｅは、図４に示すように中心軸Ｏから第１溝３１の溝底３１ｂまでの距離ｄ１や中心軸Ｏから第２溝３２の溝底３２ｂまでの距離ｄ２よりも長い。

次に、本発明に係るタップにおけるヒールの逃げについて説明する。
本発明に係るタップ１の切削加工時におけるタップ１と被削材Ｗの内周面の拡大図を図５に示す。
タップ１と被削材Ｗの内周面の間には図５に示すように逃げ（ねじ山の逃げ）が存在する。
その逃げ量は食付き部の逃げ角θとして２°未満とする。
逃げ角θを２°未満とすることで、第２溝３２に切り屑が存在する場合でも第２溝３２からねじ部２側（タップ１と被削材Ｗの隙間）への切り屑の侵入を防止できる。

なお、図１に示す実施の形態ではタップ１の溝部３がねじれ溝（スパイラル）の場合を示しているが、本発明に係るタップは溝部が直溝（ストレート）でも構わない。

本発明に係るタップの溝部をねじれ溝とすることで、被削材がチタン合金等のようにめねじ加工時に発生する切りくずが分断される形態の場合でも切り屑を第１溝内に滞留させて、第２溝への侵入を防止できる。

つまり、めねじ加工時に発生する切りくずがタップの第２溝へ入り込むことが防止されるので、めねじ加工終了後にタップを逆回転させながら引き抜く際に切りくずがタップのヒール側からねじ部へ侵入して、切り屑とタップの噛み込みを防止するという効果を奏する。

＜試験１＞
タップの溝（断面）形状および食付き部の逃げ角による切削性能を確認するためにチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）を被削材としてタップの切削加工試験を行った。
その試験結果について図面を用いて説明する。
本試験では、図１等に示す本発明に係るタップ（以下、「本発明品１」という）の他に、従来のタップとして２種類のタップ（以下、それぞれ「従来品１」，「従来品２」という）を加えた計３種類のタップ（Ｍ９）を使用した。
本試験で用いた従来品１の溝形態を示すタップ１００の模式断面図を図６、従来品２の溝形態を示すタップ２００の模式断面図を図７にそれぞれ示す。

図６および図７に示すように、従来品１および従来品２の溝部が概ね通常のタップと同様である点は共通するが、従来品２（タップ２００）の溝２０３の深さは従来品１（タップ１００）の溝１０３よりも深い。
言い換えると、タップ１００（従来品１）の心厚Ｏ１００から溝底１０３ｂまでの距離は、タップ２００（従来品２）の心厚Ｏ２００から溝底２０３ｂまでの距離に比べて長い。
本試験で使用した３種類のタップの仕様を表１に示す。

上記に示す３種類のタップを用いて切削加工試験を行った後、各タップから排出された切り屑の形態を図８ないし図１３に示す。
本発明品１から排出された切り屑の内、切り屑長さが長いものを図８、短いものを図９に示す。
同様に、切削試験後に従来品１から排出された切り屑の形態を図１０（長い切り屑），図１１（短い切り屑）、従来品２から排出された切り屑の形態を図１２（長い切り屑），図１３（短い切り屑）に示す。

３種類のタップを用いて切削加工試験を行った結果、３種類のタップから発生した長い切り屑を比較すると、図８および図１０に示すように本発明品１および従来品１を用いた切削加工により発生した切り屑は１回または２回程度のらせん状に形成された形態であった。
一方、従来品２を用いた切削加工による長い切り屑は、図１２に示すように幾重にもらせん状に巻かれた形態であった。
図１２に示す形態の切り屑が切削加工中に発生すると、タップの溝部に切り屑が詰まる原因となる。

次に、上記３種類のタップから発生した短い切り屑の形態を比較する。
本発明品１および従来品２を用いた切削加工により発生した切り屑の形態は図９および図１３に示すように細かく分断されずにカールされた（円弧）形状であった。
これに対して、従来品１の切削加工により発生した切り屑の形態は図１１に示すように細かく分断された形態であった。
図１１に示す形態の切り屑が切削加工中に発生すると、切削加工後にタップを逆回転することで細かな切り屑がタップのヒールからねじ部側へ侵入して、タップと被削材の間で凝着（焼き付き）が発生する原因となる。

以上の試験結果より、被削材がチタン合金の場合には従来品１および２の様にタップの溝形態が通常のタップと同じ形態であると、溝の深さに関わらず切削加工時に発生する切り屑は幾重にもらせん状に巻かれた形態であったり、細かく分断された形態として排出されることがわかった。
これに対して、本発明品１の様に１溝の形態を複数に分割して形成し、一方の溝の深さを他方の溝深さよりも深くすることで、切削加工で生成する切り屑が適切な長さになることがわかった。

＜試験２＞
次に、タップの食付き部におけるねじ山の数（山数）と切削性能の関係性を確認するためにタップの切削加工試験を行った。
その試験結果について図面を用いて説明する。
本試験では先の試験１で用いた本発明品１の形態と同一にして、食付き部の山数を２山半のタップ（本発明品１）および食付き部の山数を１山半に減じたタップ（以下、「比較品１」という）の２種類のタップを使用した。

本試験２では、本発明品１および比較品１の２種類のタップを用いて被削材に対して計５０穴のねじ穴加工を行い、各タップから排出された切り屑の形態を確認した。
また、加工されたねじ穴に対してゲージによる寸法確認も行った。
ここで使用したゲージは、ねじ穴へ回転しながらねじ込んだ際に所定の位置まで挿入できることを確認するためのゲージ（いわゆる、通りプラグゲージ）、およびねじ穴へ回転しながらねじ込んだ際に所定の位置（２回転）以上は挿入できないことを確認するためのゲージ（いわゆる、止まりプラグゲージ）の２種類のゲージを用いてねじ穴の寸法確認を行った。

本試験により発生した切り屑は、本発明品１および比較品１ともに試験１の試験結果と同様に図８および図９に示すような円弧形状であり、ほぼ一定長さに形成されたものであった。
また、切削加工されたねじ穴のゲージによる寸法確認では、本発明品１を用いて加工された計５０穴のねじ穴に対して上述した２種類のゲージを用いたねじ穴の寸法確認について問題は見られなかった。

しかし、比較品１を用いて加工されたねじ穴は、通りプラグゲージによる寸法確認を第１穴目から開始して、通算で第４穴目および第５穴目においてゲージが所定位置まで挿入するまでに大きな抵抗が感じられた。
そのためゲージをそれ以上挿入させることなく、ねじ穴の寸法確認結果については「不合格」と判断した。
なお、第６穴目以降のねじ穴の寸法確認は、ゲージのねじ部の損傷を防止する観点からその時点で終了した。

以上の試験結果より、ねじ加工されたねじ穴について日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０２０５）に準じたねじ穴寸法を確保するためには、タップの食付き部の山数は少なくとも２山以上有しているのが好ましい。

本発明に係るタップは、めねじ加工後に分断された切りくずがタップに噛み込むのを抑えることができるので、相対的に延性の低い被削材のねじ加工にも広く適用できる。

Claims (4)

1. 食付き部および完全山部を有するねじ部と、前記ねじ部を分断するように形成された溝部と、前記ねじ部および前記溝部に連続して形成されたシャンク部と、を備えるタップにおいて、
   前記溝部は、少なくとも、
   前記ねじ部の切刃側に形成されている第１溝と、
   前記第１溝と連続して形成されている第２溝と、
   前記第１溝および前記第２溝の境界である稜線部と、
   から構成されており、
   前記タップの中心軸から前記稜線部までの距離は、
   前記中心軸から前記第１溝の溝底までの距離および
   前記中心軸から前記第２溝の溝底までの距離よりも長く、
   前記中心軸から前記第１溝の溝底までの距離は、
   前記中心軸から前記第２溝の溝底までの距離よりも短い
   ことを特徴とするタップ。
2. 前記食付き部の逃げ角は、２°未満である
   ことを特徴とする請求項１に記載のタップ。
3. 前記食付き部の山数は、２山以上である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタップ。
4. 前記溝部は、ねじれ溝である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のタップ。

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