JP6672332B2 - 管用テーパねじ加工スパイラルタップ - Google Patents

Description

本発明は、管用テーパねじの雌ねじを切削加工するスパイラルタップに関するものであり、特に、切削された雌ねじにむしれと称される欠点の発生や工具の欠損の発生を抑制する技術に関するものである。

管、管用アダプタ、流体機器などにおいて、管用テーパの雌ねじを切削加工するための管用テーパねじ加工タップが知られている。このようなタップでは、管用テーパねじの雌ねじにテーパを付けるため、完全山部にもテーパが付けられていて、食いつき部に加えてその完全山部でも切削が行われる。

このような管用テーパねじ加工タップでは、完全山部での切削では、平行ねじ加工タップの食いつき刃に比較して、山だけでなく谷でも切削するため、切削抵抗が高いので、タップの欠損、チッピング、摩耗などの不具合が発生し易く、加工能率や工具の耐久性が十分に得られないという問題があった。

これに対して、タップの欠損やチッピングと切り屑つまりの防止との両立を図って高硬度材に対しても高能率な加工および長寿命が得られるように、刃厚角の総和が１２５°〜１５０°とした管用テーパねじ用タップが提案されている。たとえば、特許文献１に記載された管用テーパねじ加工タップがそれである。

登録実用新案第３００５７４１号公報

しかしながら、上記のような管用テーパねじ加工タップでは、完全山部における１刃あたりの切り込み代がたとえば５μｍ程度と大幅に小さく、切れ刃が雌ねじ内周面にこすれるため、特にＳＳ材のような低炭素鋼やＳＵＳ材では、雌めじの内周面の肌粗れ現象であるむしれが発生するという、不都合があった。また、タップの逆転時において、切れ刃に対向する裏刃に切粉くずが刃に噛み込まれることに起因して、タップ回転停止時の切れ刃の跡が雌ねじの内周面に形成され、シール性が損なわれる可能性があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、むしれやタップ回転停止時の切れ刃の跡が雌ねじに発生することが抑制される管用テーパねじ加工スパイラルタップを提供することにある。

本発明者等は以上の事情を背景として種々研究を重ねるうち、従来の管用テーパねじ加工タップの常識に反して、溝幅よりもランド幅を大きくして所定の溝幅比とするとともに、溝を所定のねじれ角のスパイラル溝とすると、こすれとタップ回転停止時の切れ刃の跡とが好適に抑制されることを見いだした。本発明は、このような知見に基づいて為されたものである。

すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）食付き部の先端から完全山部に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となる管用テーパねじのねじ山が、溝によって周方向に分断されることにより複数のランドが形成され、前記ランドの回転方向側の一端に前記溝に沿って切れ刃が形成され、回転軸線まわりに回転させられる管用テーパねじ加工スパイラルタップであって、（ｂ）前記溝は、３本又は４本のねじれ溝であって、３０°以上５０°未満のねじれ角を有するものであり、（ｃ）前記回転軸線に直交する断面において前記回転軸線を中心とする前記溝が占める角度をＡＧ、前記回転軸線を中心とする前記ランドが占める角度をＡＬとしたときの溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）は、０．３以上０．５以下であることにある。

第２発明の要旨とするところは、第１発明において、前記ねじれ溝は４本であって前記ランドは前記４本のねじれ溝により４つ形成されており、前記切れ刃は、前記４つのランドのうち周方向において１つおきのランドに形成されていることにある。

第３発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明において、前記複数本のねじれ溝は、右ねじれ溝であることにある。

第４発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明において、前記複数本のねじれ溝は、左ねじれ溝であることにある。

第５発明の要旨とするところは、第１発明から第４発明のうちのいずれか１の発明において、前記ランドの回転方向とは反対側の一端に前記溝に沿って裏刃が形成され、前記裏刃のすくい角は前記切れ刃のすくい角よりも小さく設定されていることにある。

第６発明の要旨とするところは、第１発明から第５発明のうちのいずれか１の発明において、前記食付き部には、前記切れ刃から前記ランドの幅方向の中間位置まで逃げ角が設定され、前記ランドの幅方向の中間位置から前記裏刃までは逃げ角が零であることにある。

第７発明の要旨とするところは、第１発明から第６発明のうちのいずれか１の発明において、少なくとも前記食付き部および完全山部には、炭窒化チタンＴｉＣＮ膜にて表面処理が施されたものである。

第１発明によれば、（ａ）食付き部の先端から完全山部に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となる管用テーパねじのねじ山が、溝によって周方向に分断されることにより複数のランドが形成され、前記ランドの回転方向側の一端に前記溝に沿って切れ刃が形成され、回転軸線まわりに回転させられる管用テーパねじ加工スパイラルタップであって、（ｂ）前記溝は、３本又は４本の複数本のねじれ溝であって、３０°以上５０°未満のねじれ角を有するものであり、（ｃ）前記回転軸線に直交する断面において前記回転軸線を中心とする前記溝が占める角度をＡＧ、前記回転軸線を中心とする前記ランドが占める角度をＡＬとしたときの溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）は、０．３以上０．５以下であることから、３０°以上５０°未満のねじれ角を有するねじれ溝の存在によってむしれの発生が抑制されるとともに、切れ刃と裏刃との間が短くなってタップ回転停止時の切れ刃の跡が雌ねじに発生することが抑制される管用テーパねじ加工スパイラルタップが得られる。

第２発明によれば、前記ねじれ溝は４本であって前記ランドは前記４本のねじれ溝により４つ形成されており、前記切れ刃は、前記４つのランドのうち周方向において１つおきのランドに形成されていることから、１つの切れ刃当たりの切り込み深さが大きくなるので、切れ刃のすべりに起因するこすれが一層抑制される。

第３発明によれば、前記複数本のねじれ溝は、右ねじれ溝であることから、切りくずの詰まりが抑制される。

第４発明によれば、前記複数本のねじれ溝は、左ねじれ溝であることから、切りくずの詰まりが抑制される。

第５発明によれば、前記ランドの回転方向とは反対側の一端に前記溝に沿って裏刃が形成され、前記裏刃のすくい角は前記切れ刃のすくい角よりも小さく設定されているので、タップ回転停止時の切れ刃の跡が一層抑制される。

第６発明によれば、前記食付き部には、前記切れ刃から前記ランドの幅方向の中間位置まで逃げ角が設定され、前記ランドの幅方向の中間位置から前記裏刃までは逃げ角が零であることから、切れ刃に対して裏刃の後退は小さいので、タップ回転停止時の切れ刃の跡が一層抑制される。

第７発明によれば、少なくとも前記食付き部および完全山部には、炭窒化チタンＴｉＣＮ膜にて表面処理が施されたものであるので、前記管用テーパねじ加工スパイラルタップの耐久性が高められる。

ここで、好適には、硬質被膜としての炭窒化チタンＴｉＣＮ膜が被着される母材としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の種々の工具材料を採用できる。

本発明の一実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップを示す正面図である。 図１の管用テーパねじ加工スパイラルタップの構成を説明する、図１のII−II視断面図である。 図１の管用テーパねじ加工スパイラルタップの構成を説明する、食付き部の要部断面図である。 本発明者が行った実験結果を説明する図表である。 図４の従来品１である管用テーパねじ加工スパイラルタップの断面図である。 図４の従来品２である管用テーパねじ加工スパイラルタップの断面図である。

以下、本発明の一実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップについて図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０を示す正面図であり、図２は、図１のII−II視断面を拡大して示す図である。図１および図２において、管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０は、その先端から、食付き部１２、完全山部１４、シャンク部１６を備え、回転軸線Ｃまわりに回転させられるものである。管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０には、食付き部１２の先端から完全山部１４に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となる管用テーパねじのねじ山１８が、複数本のねじれ溝２０によって周方向に分断されることにより複数のランド２２が形成されている。ねじれ溝２０は、右ねじれ溝および左ねじれ溝のいずれでもよいが、本実施例では右ねじれで形成されている。

これにより、ランド２２の回転方向Ａ側の一端にねじれ溝２０に沿って切れ刃２４が形成され、ランド２２の回転方向Ａとは反対側の他端に右ねじれ溝２０に沿って裏刃２６が形成されている。切れ刃２４のすくい角αは、裏刃２６のすくい角αよりも４倍乃至１０倍程度大きくなるように、ねじれ溝２０の断面形状が設定されている。

右ねじれ溝２０は、切りくず収容又は排出用の溝として機能するものであって、３本から４本の範囲で周方向に等間隔で且つねじ山１８の管用テーパねじと同様の溝底勾配で形成される。本実施例では、ねじれ溝２０は、４本形成され、この場合、管用テーパねじのねじ山１８が、４本の右ねじれ溝２０によって周方向に分断されることにより４つのランド２２が形成されている。このねじれ溝２０のねじれ角βは、３０°以上５０°未満の範囲内であり、好適には３５°〜４５°、さらに好適には４０°付近の値である。なお、好適には、切れ刃２４は、４つのランド２２のうち周方向において１つおきのランドに形成されている。

図２は、回転軸線Ｃに直交する完全山部１４の断面を示している。図２に詳しく示されるように、回転軸線Ｃを中心とする１つのねじれ溝２０が占める角度をＡＧ、回転軸線Ｃを中心とする１つのランド２２が占める角度をＡＬとしたとき、ＡＬ＞ＡＧとなるようにねじれ溝２０の断面形状が設定されている。詳しくは、溝幅比をＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）と定義すると、溝幅比は、０．３以上０．５以下とされている。

図３は、食付き部１２の断面を拡大して示している。図３に示すように、切れ刃２４からランド２２の幅（刃厚）寸法の中間位置までの回転軸線Ｃまわりの角度θ内、たとえば２０°乃至２３°の範囲内では、切れ刃２４から回転方向とは反対方向に向かうにしたがって縮径する逃げ面Ｅが形成されており、上記中間位置からランド２２のヒール（裏刃２６）に至る間は、逃げ角が零となるように同径に丸削りされている。

なお、上記管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０の少なくとも食付き部１２および完全山部１４には、表面処理が施され、たとえば炭窒化チタンＴｉＣＮ膜３０が形成されている。

本発明者等は、素材（高速度工具鋼）および表面処理（炭窒化チタンＴｉＣＮ）と、加工されるテーパネジの種類（Ｒｃ１／２）、および切れ刃２４のすくい角α（１２°）を共通させるとともに、ねじれ溝２０の本数およびランド角を替えた複数種類の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０すなわち試験品１〜試験品５、試験品７〜試験品９、および、従来品１〜従来品２を試作し、それら複数種類の試験品および従来品を用いて管用テーパ雌ねじの切削試験を以下の条件下で行った。図４は、上記試験品１〜試験品５、試験品７〜試験品９、および、従来品１〜従来品２の構成と、それらの試験結果とを示している。

（切削試験条件）
被削材 ：ＳＵＳ３０４
使用機械 ：横型マシニングセンタ （ＢＴ＃５０）
切削油剤 ：水溶性
給油方式 ：外部
切削速度 ：４ｍ／ｍｉｎ．

試験品１〜試験品５は、ねじれ溝のねじれ角βが、０°、３０°、４５°、４０°、５０であるが、溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）は０．４で共通である。なお、この溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）は少数点以下を四捨五入した値である。図４の試験結果から明らかなように、試験品１は、きりくず詰まりによりすぐ折損した。また、試験品４では、刃欠けが発生した。しかし、試験品２、３、５では、むしれがなく、タップ回転停止時の切れ刃の跡が雌ねじに発生することも抑制され、ねじゲージが合格となり、良好な切削結果が得られた。これらの事実により、試験品１では溝ねじれがないため、切りくずの詰まりにより折損が発生し、試験品４では溝ねじれがあるものの、剛性不足によって刃欠けが発生するが、ねじれ溝２０のねじれ角βが３０°以上５０°未満の範囲では、切りくずの詰まりや刃欠けが発生しないことが明らかとなった。

従来品１、試験品５、試験品７、試験品８、試験品９は溝数が４本である点、および溝ねじれ角βが４０°である点で共通するが、溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）が相互に相違している。また、従来品２は溝数が５本である点で従来品１と相違している。図４の試験結果によれば、従来品１では、切りくずの切り離しができず工具の逆転時に折損が発生した。試験品９および従来品２では、切りくずが団子状となって切りくずの詰まりが発生した。しかし、試験品５、試験品７、試験品８では、むしれがなく、タップ回転停止時の切れ刃の跡が雌ねじに発生することも抑制され、ねじゲージが合格となり、良好な切削結果が得られた。但し、試験品７では、工具の逆転時に切りくずの噛み込み音が発生し、試験品８では、切りくずがやや詰まり気味であった。これらの事実により、試験品１では溝ねじれがないため、切りくずの詰まりにより折損が発生し、試験品４では溝ねじれがあるものの、剛性不足によって刃欠けが発生するが、ねじれ溝２０のねじれ角βが３０°以上５０°未満の範囲では、切りくずの詰まりや刃欠けが発生しないことが明らかとなった。これらの事実により、従来品１および従来品２では溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）が０．５を上回るので、切りくずの分離不能や切りくずの詰まりが発生し、試験品９では、溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）が０．３を下回るので、切りくずが団子状となって切りくずの詰まりが発生するが、溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）が０．３以上０．５以下の埴では、切りくずの詰まりや切りくずの分離不能による折損がないことが明らかとなった。

上述のように、本実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０は、食付き部１２の先端から完全山部１４に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となる管用テーパねじのねじ山１８が、ねじれ溝２０によって周方向に分断されることにより複数のランド２２が形成され、ランド２２の回転方向側の一端にねじれ溝２０に沿って切れ刃２４が形成され、回転軸線Ｃまわりに回転させられるものであって、ねじれ溝２０は、３本又は４本のねじれ溝であって、３０°以上５０°未満のねじれ角βを有するものであり、回転軸線Ｃに直交する断面において回転軸線Ｃを中心とするねじれ溝２０が占める角度をＡＧ、回転軸線Ｃを中心とするランド２２が占める角度をＡＬとしたときの溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）は、０．３以上０．５以下である。これにより、３０°以上５０°未満のねじれ角βを有するねじれ溝２０の存在によってむしれの発生が抑制されるとともに、切れ刃２４と裏刃２６との間が短くなってタップ回転停止時の切れ刃の跡が雌ねじに発生することが抑制される管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０が得られる。

また、本実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０によれば、ねじれ溝２０は４本であって、ランド２２は４本のねじれ溝２０により４つ形成されており、切れ刃２４は、４つのランド２２のうち周方向において１つおきのランドに形成されていることから、１つの切れ刃当たりの切り込み深さが大きくなるので、切れ刃２４のすべりに起因するこすれが一層抑制される。

また、本実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０によれば、複数本のねじれ溝２０は、右ねじれ溝または左ねじれ溝であることから、切りくずの詰まりが抑制されるので、折損が一層抑制される。

また、本実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０によれば、ランド２２の回転方向Ａとは反対側の一端にねじれ溝２０に沿って裏刃２６が形成され、裏刃２６のすくい角は切れ刃２４のすくい角αよりも小さく設定されているので、タップ回転停止時の切れ刃２４の跡が一層抑制される。

また、本実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０によれば、食付き部１２には、切れ刃２４からランド２２の幅方向の中間位置までの角度範囲θ内で逃げ角が設定され、ランド２２の幅方向の中間位置から裏刃２６までは逃げ角が零であることから、切れ刃２４に対して裏刃２６の後退は小さいので、タップ回転停止時の切れ刃の跡が一層抑制される。

また、本実施例の管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０によれば、少なくとも食付き部１２および完全山部１４には、炭窒化チタンＴｉＣＮ膜３０にて表面が被覆されたものであるので、管用テーパねじ加工スパイラルタップ１０の耐久性が高められる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその精神を逸脱しない範囲において他の態様においても適用される。

１０：管用テーパねじ加工スパイラルタップ １２：食付き部 １４：完全山部 １６：シャンク部 １８：ねじ山 ２０：ねじれ溝 ２２：ランド ２４：切れ刃 ２６：裏刃 ３０：炭窒化チタン膜 α：すくい角 β：ねじれ角 Ｃ：回転軸線

Claims (7)

1. 食付き部の先端から完全山部に向かうに従って不完全な形状から完全な形状となる管用テーパねじのねじ山が、溝によって周方向に分断されることにより複数のランドが形成され、前記ランドの回転方向側の一端に前記溝に沿って切れ刃が形成され、回転軸線まわりに回転させられる管用テーパねじ加工スパイラルタップであって、
   前記溝は、３本又は４本のねじれ溝であって、３０°以上５０°未満のねじれ角を有するものであり、
   前記回転軸線に直交する断面において前記回転軸線を中心とする前記溝が占める角度をＡＧ、前記回転軸線を中心とする前記ランドが占める角度をＡＬとしたときの溝幅比ＡＧ／（ＡＧ＋ＡＬ）は、０．３以上０．５以下である
   ことを特徴とする管用テーパねじ加工スパイラルタップ。
2. 前記ねじれ溝は４本であって前記ランドは前記４本のねじれ溝により４つ形成されており、
   前記切れ刃は、前記４つのランドのうち周方向において１つおきのランドに形成されている
   ことを特徴とする請求項１の管用テーパねじ加工スパイラルタップ。
3. 前記複数本のねじれ溝は、右ねじれ溝である
   ことを特徴とする請求項１または２の管用テーパねじ加工スパイラルタップ。
4. 前記複数本のねじれ溝は、左ねじれ溝である
   ことを特徴とする請求項１または２の管用テーパねじ加工スパイラルタップ。
5. 前記ランドの回転方向とは反対側の一端に前記溝に沿って裏刃が形成され、前記裏刃のすくい角は前記切れ刃のすくい角よりも小さく設定されている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１の管用テーパねじ加工スパイラルタップ。
6. 前記食付き部には、前記切れ刃から前記ランドの幅方向の中間位置まで逃げ角が設定され、前記ランドの幅方向の中間位置から前記裏刃までは逃げ角が零である
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１の管用テーパねじ加工スパイラルタップ。
7. 少なくとも前記食付き部および完全山部には、炭窒化チタンＴｉＣＮ膜にて表面処理が施されている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１の管用テーパねじ加工スパイラルタップ。

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