切削タップ
【課題】材料の雌ねじを切削する切削タップを提供する。
【解決手段】細長いタップ本体（２２）を有する切削タップであって、細長いタップ本体（２２）の軸方向前端（２４）が溝付部（３０）を有し、溝付部（３０）が面取り溝付部（５４）と仕上げ溝付部（５６）とを含む切削タップが提供される。面取り溝付部（５４）の各切削ねじ山（５８、６２、６６、６８）は、すくい面角度で配置されたすくい面（７２、７６、８０）を有し、前記すくい面角度は、切削ねじ山（５８、６２、６６、６８）が面取り溝付部（５４）の軸方向前端（２４）から軸方向後方に離れるとそれだけ負角になる。仕上げ溝付部（５６）の各切削ねじ山（５８、６２、６６、６８）は、実質的に等しい仕上げすくい面角度で配置されたすくい面（７２、７６、８０）を有する。仕上げすくい面角度は、面取り溝付部（５４）の軸方向後方終端の切削ねじ山のすくい面角度よりも負角である。
【解決手段】細長いタップ本体（２２）を有する切削タップであって、細長いタップ本体（２２）の軸方向前端（２４）が溝付部（３０）を有し、溝付部（３０）が面取り溝付部（５４）と仕上げ溝付部（５６）とを含む切削タップが提供される。面取り溝付部（５４）の各切削ねじ山（５８、６２、６６、６８）は、すくい面角度で配置されたすくい面（７２、７６、８０）を有し、前記すくい面角度は、切削ねじ山（５８、６２、６６、６８）が面取り溝付部（５４）の軸方向前端（２４）から軸方向後方に離れるとそれだけ負角になる。仕上げ溝付部（５６）の各切削ねじ山（５８、６２、６６、６８）は、実質的に等しい仕上げすくい面角度で配置されたすくい面（７２、７６、８０）を有する。仕上げすくい面角度は、面取り溝付部（５４）の軸方向後方終端の切削ねじ山のすくい面角度よりも負角である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の雌ねじを切削するために使用される切削タップに関する。より具体的には、本発明は、材料の雌ねじを切削するために使用される切削タップであって、超硬合金（例えばコバルト焼結炭化タングステン）工具材料から製造されるのに適切な切刃形状を有する切削タップに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの技術において、ねじ山を必要とする機構及び機械構成要素には長い歴史がある。この点に関して、構成要素の部分をアセンブリに接合するために、ねじ山はファスナ構成要素として、他の全ての手段より常に用いられている。したがって、ねじ山を形成するために使用される物品が、多くの製造技術にとって重要であることが理解できる。
【０００３】
雌ねじ及び雄ねじを形成するための多くの方法が存在するが、切削タップによって雌ねじを形成することが好ましい方法であることが経験的に示されてきた。現在、雌ねじを形成するための２つのタッピング法が存在する。タッピング法の主なものは、材料を孔の壁から切削し、次に、材料を除去してＶ字状の螺旋ねじ山を形成することを含む。その代わりに、材料を変位させて雌ねじを形成してもよい。材料の切削による第１のタッピング法は、一般に、第２の方法よりも好まれているが、この理由は、切削によるタッピング法が、小さなトルクで済み、変位法よりも精密なねじ山形状を形成するからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
理解できるように、雌ねじの形状及びサイズの寸法精度により、ねじ山アセンブリの精度及び適合性が調節される。言い換えれば、ねじ山の形状及びサイズに関する寸法精度が向上した雌ねじを形成する能力により、アセンブリの構成要素間でより確実な接続が得られる。したがって、ねじ山の形状及びサイズに関する寸法精度が向上した雌ねじを形成する切削タップと、雌ねじを切削する方法とを提供することが極めて望ましいことが明らかになる。
【０００５】
さらに理解できるように、タッピングの速度が、雌ねじを形成するためのコストに影響を及ぼす。これは、切削タップを使用することによって、以前に存在していたものよりも高い割合又は速度で雌ねじを形成できる製造上の利点が存在し得ることを意味する。したがって、これまで利用可能であったよりも高い速度で雌ねじを形成する切削タップと、雌ねじを切削する方法とを提供することが極めて望ましいことが明らかになる。
【０００６】
切削タップを製造するために使用される主な材料は高速度鋼である。高速度鋼は、その幾何学的構造を考慮すれば切削タップとして製造するのに適切な優れた強度特性を有する。切削タップに適切な例示的な高速度鋼はＭ１、Ｍ２及びＭ７等のグレードを含む。高速工具鋼用のＡＳＴＭ規格を参照されたい。
【０００７】
他の種類の切削工具（例えば、切屑形成材料除去用途のために使用される切削工具）に関連して、焼結（コバルト焼結）炭化タングステンは、例えば、高温で高速度鋼の硬度を保持する能力を含むより高い硬度及びより高い温度安定性等の特性の故に、このような切削工具を製造するには、高速度鋼よりも好ましい材料である。典型的に、「高速度」鋼から製造された切削工具よりも少なくとも３倍速い切削速度で、超硬合金（例えばコバルト焼結炭化タングステン）から製造された切削工具を使用できる。さらに、超硬合金切削工具の有効工具寿命は、高速度鋼切削工具の有効工具寿命よりも長い。したがって、切屑形
成材料除去用途において、超硬合金の使用は、高速度鋼の使用よりも有効な利点が得られることが理解できる。
【０００８】
超硬合金は、切屑形成材料除去用途に関連するこれらの利点を提供してきたが、これまで、超硬合金は、切削タップを形成するのに好ましい材料ではなかった。超硬合金は高速度鋼よりも低い強度を有するので、切削タップに対する超硬合金の使用が制限されるが、この理由は、切削タップが、典型的に、他の切削工具よりも幾何学的に脆弱であるからである。
【０００９】
他の切削用途（例えば切屑形成材料除去用途）で超硬合金切削工具を使用することによって得られる利点を考慮すれば、超硬合金から製造できる切削タップを提供することが望ましい。このような焼結切削タップは、既存の高速度鋼切削タップよりも多くの利点を提供する。この点に関して、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、ねじ山のサイズ及び形状に関する寸法精度を向上させる。超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、切削タップの有効工具寿命を延ばす。超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、雌ねじの生産速度を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。面取り溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対するすくい面角度で配置される。切削ねじ山が面取り溝付部の軸方向前端から離れると、それだけ面取り溝付部の切削ねじ山のすくい面角度が負角になる。
【００１１】
本発明の他の形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。さらに、溝付部は、面取り溝付部に隣接する軸方向前端と軸方向後方終端とを有する仕上げ溝付部を含む。仕上げ溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対する仕上げすくい面角度で配置される。仕上げ溝付部の切削ねじ山の各々の仕上げすくい面角度は実質的に等しい。仕上げすくい面角度は、面取り溝付部の軸方向後方終端の切削ねじ山のすくい面角度よりも負角である。
【００１２】
本発明のさらに他の形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。さらに、溝付部は、面取り溝付部との接合部を起点としてそこから後部軸方向に延びる仕上げ溝付部を含む。面取り溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対するすくい面角度で配置される。切削ねじ山が面取り溝付部の軸方向前端から軸方向後方に離れると、それだけ面取り溝付部の切削ねじ山のすくい面角度が負角になる。仕上げ溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対する仕上げすくい面角度で配置される。
仕上げ溝付部の切削ねじ山の各々の仕上げすくい面角度は実質的に等しい。仕上げすくい面角度は、面取り溝付部の軸方向後方終端の切削ねじ山のすくい面角度よりも負角である。
【００１３】
本発明の他の形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸と直径とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。面取り溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、中心点を有する移行半径によって定義され、この場合、切削ねじ山が後部軸方向に移動したときに、移行半径の中心点が末端切刃に対して半径方向内側に移動する。移行半径は切削タップの直径の約５％〜約１００％の範囲である。
【００１４】
以下は、本特許出願の一部をなす図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の螺旋状溝切削タップの特定の実施形態の等角図である。
【図２】本発明の直線状溝切削タップの特定の実施形態の側面図である。
【図３】面取り部、及びそれと切削タップの一定の直径部（つまり仕上げ部）との間の接合部を含む図２の切削タップの軸方向前部の形状を示した側面図である。
【図４】図３の側面図の左側（図３で見たとき）の拡大図である。
【図５Ａ】図４の断面線５Ａ−５Ａに沿った上部溝の断面図である。
【図５Ｂ】図４の断面線５Ｂ−５Ｂに沿った上部溝の断面図である。
【図５Ｃ】図４の断面線５Ｃ−５Ｃに沿った上部溝の断面図である。
【図６】直線状すくい面を有する従来技術の切削タップの１つの溝の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照すると、図１は、全体的に２０で示されている本発明の切削タップの特定の実施形態を示している。この場合、切削タップ２０は螺旋状溝を有する。切削タップ２０は、軸方向前端２４と軸方向後端２６とを有する細長い本体２２を有する。切削タップ２０は、軸方向後端２６に隣接する円筒状シャンク部（ブラケット２８）と、軸方向前端２４に隣接する螺旋状溝付部（ブラケット３０）とを有する。
【００１７】
切削タップ２０は、その円筒状シャンク部２８で工作機械等に動作可能に接続される。螺旋状溝付部３０は、軸方向前端２４を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り領域を有する。面取り領域は、後部軸方向に延びて接合部で終端する一定の直径領域（又は仕上げ領域）と円筒状シャンク部２８とを接合する。
【００１８】
特定のタッピングの用途について、右ねじれを有する螺旋状溝タップは孔（右ねじ山）から切屑を引き出し、盲孔に有効である。左螺旋状溝タップは切屑をタップ（右ねじ山）の前方に導き、貫通孔に有効である。
【００１９】
非常に多数の溝を有するタップに本発明を適用できる。小径のタップでは、３つの溝が実用的である。中間サイズ範囲のタップでは、４つの溝が実用的であり、大サイズのタップは５つの溝を有してもよい。サイズ範囲は、用いられる溝の数に対応し得るが、この理由は、この特性が用途に依存するからである。溝の数と組み合わせて、右螺旋状溝タップの溝ねじれ角が、非常に広い範囲にわたる用途に応じて変化される。非常に軟らかい材料の深い孔にタップが使用される場合、５５度の溝ねじれ角が有効である。より硬い材料のより浅い孔にタップが使用される場合、１５度の溝ねじれ角を用いることができる。鋼を
タッピングするには、３５〜５５度のねじれ角が最適である。
【００２０】
図２を参照すると、本発明の切削タップの他の特定の実施形態が示されており、この切削タップは、全体的に４０で示されている直線状溝切削タップである。直線状溝切削タップ４０は、軸方向前端４４と軸方向後端４６とを有する細長い本体４２を有する。直線状溝切削タップ４０は、軸方向後端４６に隣接する円筒状シャンク部（ブラケット５２）と、軸方向前端４４に隣接する直線状溝付部（ブラケット５０）とを有する。特定の用途について、直線状溝を有するタップは、短い切屑を生じさせる鋳鉄等の材料に有効である。
【００２１】
螺旋状溝切削タップ２０及び直線状溝切削タップ４０の各々は超硬合金から製造される。例示的な超硬合金材料は、バインダとしてのコバルトで焼結された１つ又は複数の金属炭化物を含む。主な炭化物成分は一般に炭化タングステンであるが、炭化タンタル、炭化チタン及び炭化ニオブ等の他の炭化物を使用してもよい。さらに、粒成長を抑制するために、少量の遷移金属炭化物を添加することが可能であり、また基体は少量の不可避不純物を含むことがある。いくつかの場合、バインダはコバルトに加えて鉄及び／又はニッケルを含んでもよい。１つの好ましい超硬合金は、約１５重量％に等しいコバルト含有量とバランス炭化タングステンと予想不純物とを有するコバルト焼結炭化タングステンである。
【００２２】
この説明の１つの焦点は超硬合金を切削タップ用の材料として使用することにあるが、本出願人らが、切削タップ形状に他の材料を適用できることを意図していることを理解されたい。この点に関して、超硬合金から切削タップを製造することを可能にする形状を高速度鋼切削タップにも用いることができる。さらに、超硬合金切削タップに用いられるような形状に関連する利点は、高速度鋼切削タップに対しても存在する。
【００２３】
図６を参照すると、直線状すくい面を有する従来技術の４溝切削タップの１つの溝が示されている。この従来技術の切削タップ形状において、直線状すくい面は、大径の末端切刃から切削タップの中心に延びる半径方向基準線に対してすくい角Ａ３で傾斜される。図６では、すくい角Ａ３は、すくい面の表面に沿って通過する線と半径方向基準線との間の刃先角として定義される。半径方向基準線からの傾斜が、図６に見られるように反時計回り方向にある場合、すくい角Ａ３は正角である。半径方向基準線からの傾斜が、図６に見られるように時計回り方向にある場合、すくい角は負角である。
【００２４】
すくい角Ａ３の大きさは従来技術の切削タップの刃の強度に影響を及ぼす。この点に関して、すくい角Ａ３を減少させる（すなわちすくい角Ａ３を負角にする）ことによって、切刃の強度を高くすることができる。しかし、すくい角Ａ３の減少により切刃の強度が高くなる一方、すくい角Ａ３を減少させるにつれて、ねじ山をタッピング（又は切削）するのに必要な切削力の大きさが大きくなる。従来技術のタップが超硬合金から製造された場合、切刃は非常に削れやすくなるがこの理由は、炭化物の強度が低いからである。具体的には、面取り後の最初の完全ねじ山にほぼ等しくまたそれを含む面取り部において、最も削れやすい切刃は狭い刃である。面取り後の狭い完全ねじ山も削れやすくなるが、この理由は、狭い完全ねじ山が小さな刃先角を有するからである。面取り部のエントリ（ｅｎｔｒｙ）のより広い刃は非常に削れにくくなるが、この理由は、より広い刃が、完全ねじ山の切刃ほど狭くないからである。
【００２５】
超硬合金切削タップに関する本出願人らの社内の研究所における経験では、０度〜−５度に等しいすくい角（Ａ３）がなお削れを生じさせる。さらに、０〜−５度を超えて、従来技術の超硬合金切削タップのすくい角Ａ３を減少させることが不可能であるが、この理由は、ねじ山をタッピングするのに必要な切削力を大きくすることによって、より負のすくい角（Ａ３）が切削動作に悪影響を及ぼすからである。
【００２６】
直線状すくい面を有する切削タップのすくい角（Ａ３）に関連する上記説明の障害は、円弧状すくい面を有する切削タップに対しても存在することを理解されたい。この点に関して、円弧状すくい面を有する切削タップのコーダルフック角（ｃｈｏｒｄａｌ ｈｏｏｋ ａｎｇｌｅ）は、直線状すくい面を有する切削タップのすくい角（Ａ３）に一致する。コーダルフック角は、大径から切削タップの中心までの半径方向基準線と、末端切刃から切削タップの小径までの弦（ｃｈｏｒｄ）との間の角度として定義される。
【００２７】
図３を参照すると、直線状溝切削タップ４０の直線状溝付部５０の軸方向前部が示されている。本発明を図１の切削タップ２０等の螺旋状溝切削タップにも適用できることを理解されたい。切削タップ４０の軸方向前端４４を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部（ブラケット５４）が存在する。面取り溝付部５４は、図３の寸法「Ｘ」で示した予め選択された距離にわたって延びる。面取り溝付部５４は、一定の直径の溝付部（又は仕上げ溝付部）（ブラケット５６）を有する接合部で終端する。一定の直径の溝付部５６は、面取り溝付部５４との接合部を起点として、円筒状シャンク部５２との接合部で終端するまで後部軸方向に延びる。
【００２８】
面取り溝付部５４について、その周囲面が、直線状溝切削タップ４０の中心長手方向軸Ｚ−Ｚに対して角度「Ｙ」で配置されることが明らかである。言い換えれば、面取り溝付部のねじ山の周囲面は、中心長手方向軸Ｚ−Ｚから角度「Ｙ」で配置される切頭円錐面に沿って配置される。
【００２９】
面取り溝付部５４は一連のＶ字状の切削ねじ山を有し、ここで、各切削ねじ山は切刃を有する。末端切削ねじ山５８は、切刃５９を有し、軸方向最前部の切削ねじ山である。末端切削ねじ山５８は、切刃６３を有する切削ねじ山６２に隣接する。切削ねじ山６２は、切刃６７を有する切削ねじ山６６に隣接する。切削ねじ山６６は、切刃６９を有する切削ねじ山６８に隣接する。一定の直径の溝付部（又は仕上げ溝付部）５６が、切削ねじ山６６を起点としてそこから円筒状シャンク部５２との接合部まで後部軸方向に延びることを理解されたい。
【００３０】
図４を参照すると、末端切削ねじ山５８の面取りされた切刃５９は切削ねじ山の最も強固な部分であるが、この理由は、面取りされた切刃５９が、他の切削ねじ山の切刃（例えば、切削ねじ山６２と６６のそれぞれの切刃６３と６７）よりも広く、それらほど狭くないからである。この点に関して、末端切削ねじ山５８は、「Ａ」の幅を有する。ねじ山６２は、「Ｂ」の幅を有する。切削ねじ山６６は、「Ｃ」の幅を有する。
【００３１】
正のすくい切削角は、より負の角度と同程度の強度を提供しないが、タッピング動作又は切削動作をより容易にする（すなわち、力が少なくて済む）。これは、末端切削ねじ山５８が最も強固な切削ねじ山であるので、すくい切削角が、なお十分な強度を有する切削ねじ山に対してタッピングをより容易に行うための正角であり得ることを意味する。言い換えれば、末端切削ねじ山５８は、最適なタッピング動作を行うために強度と切削の容易さとをバランスさせる形状を提供する。
【００３２】
引き続き図４を参照すると、次の切削ねじ山６２はより狭いので、末端切削ねじ山５８ほど強固ではない。切削角は、末端切削ねじ山５８ほど正角でなくてもよい上に、なお、正角又は少なくとも中間（すなわちゼロ度に等しい）であってもよい。末端切削ねじ山５８と同様に、切削ねじ山６２は、タッピング動作を最適化するために切削ねじ山の強度とタッピングの容易さとをバランスさせるすくい面を有する。
【００３３】
さらに、次の切削ねじ山６６はより一層狭いので、末端切削ねじ山５８又は切削ねじ山６２ほど強固ではない。この場合、切削角は、切削の容易さを低下させるとしても、切削
ねじ山６６のより低い強度を補償するために負角である必要があり得る。上記切削ねじ山と同様に、切削ねじ山６６は、タッピング動作全体を最適化するために切削ねじ山の強度とタッピングの容易さとをバランスさせるすくい面の形状を有する。切削ねじ山のバランスは、一定の直径の溝付部（又は仕上げ溝付部）にあり、実質的に同じ形状を有する。
【００３４】
図５Ａは、面取り部５４の軸方向前部の切削ねじ山６２用のすくい面を示している。この場合、すくい面７２は、直線状であり、正の切削角Ａ１を提供するよう配向される。切削角Ａ１は、半径方向基準線Ｇ−Ｇ（すなわち、末端切刃６３と切削タップの中心７４とを通過する線）と、すくい面７２に沿って延びる線Ｈ−Ｈとの間の刃先角である。線Ｇ−Ｇに対する線Ｈ−Ｈの傾斜方向は、図５Ａで見たとき反時計回り方向にあるので、切削角Ａ１は正角である。切刃は、面取り部５４の軸方向前部においてより強固であるので、正の切削角を利用でき、これにより、より容易な切削動作が可能になる。
【００３５】
図５Ｂは、図４の断面５Ｂ−５Ｂで示したような同じ切削ねじ山６２の軸方向のより後部の位置にあるすくい面を示している。図５Ｂでは、すくい面７６は、移行半径Ｒ１によって定義されているような凸形状を有する。移行半径Ｒ１の長さは、切削タップの直径の約５％〜約１００％の間で変化できる。切削角は、半径基準線と末端切刃６３、すなわち凸状すくい面７６の軸方向前方終端のすくい面の接線（Ｉ−Ｉ）との間の刃先角である。この場合、切削角はゼロ度であり、したがって、線Ｉ−Ｉのみが基準となるが、この理由は、線Ｉ−Ｉは半径方向基準線と同延であるからである。さらに、凸状すくい面７６は軸方向後方終端７８を有する。線Ｊ−Ｊは、凸状すくい面７６の軸方向後方終端７８の接線である。角度Ａ１は線Ｉ−Ｉと線Ｊ−Ｊとの間の刃先角である。この実施形態では、角度Ａ１は、図５Ａに示したような切削角Ａ１に等しい。
【００３６】
切削角がゼロ度に等しいとしても、切削タップの特定の用途に応じた他の切削角が適切であることを理解されたい。半径（Ｒ１）の位置及び大きさにより、凸状すくい面７６の配向、及び半径基準線と末端切刃６３のすくい面の接線との間の刃先角によって定義されているような切削角の大きさが決定される。
【００３７】
面取り部の一定の直径部又は仕上げ部では、また例えば図５Ｃに示したねじ山７０等の面取り部を通過したねじ山では、面取り部又は完全ねじ山の刃が脆弱になり削れやすい。ねじ山７０は、軸方向のより後部のねじ山よりも脆弱であるので、切削角Ａ２は減少される。ねじ山７０を参照すると、半径方向基準線（Ｍ−Ｍ）と末端切刃７１のすくい面の接線（Ｋ−Ｋ）との間の刃先角である切削角Ａ２を定義する凸状すくい面８０が存在する。線Ｍ−Ｍに対する線Ｋ−Ｋの傾斜は、図５Ｃで見たとき時計回り方向にあるので、切削角Ａ２は負角である。切削タップのタッピング動作全体を最適化するために、負の切削角が、より脆弱なねじ山７０を補償することを理解されたい。
【００３８】
さらに、凸状すくい面８０は軸方向後方終端８２を有する。線Ｌ−Ｌは、凸状すくい面８０の軸方向後方終端８２の接線である。角度Ａ１は線Ｌ−Ｌと線Ｍ−Ｍとの間の刃先角である。この実施形態では、角度Ａ１は、図５Ａに示したような切削角Ａ１に等しい。
【００３９】
末端切刃に対して移行半径Ｒ１の中心点を移動させることにより、面取り部５４の軸方向前部における正の切削角Ａ１から負の切削角Ａ２への滑らかな移行が可能になる。末端切刃に対する一定の半径（Ｒ１）の中心点の半径方向内側への漸次移動によって定義されるとおりのすくい面の形状により、正の切削角Ａ１と負の切削角Ａ２との間にある切削角が生じる。したがって、必要な場合、面取り部の前部エントリ、面取り部のその後の仕上げ部の耐削れ性切刃、及び面取り部のねじ山の軸方向後部において有効な切削角を可能にするように、本発明による切削タップのすくい面の形状が最適化される。切削タップ４０の切削動作について、切削タップ４０は、タップの面取り部の連続する切刃によって雌ね
じ形状を形成する。一定の直径の溝付部の最初の完全ねじ山と共に、最後のねじ山形状が得られるまで、材料が孔の壁から除去される。
【００４０】
切削角の範囲について、本出願人らは、角度Ａ１が５度の負角〜１５度の正角の範囲内であり、角度Ａ２が０〜２５度の負角の範囲内である場合、超硬合金から製造された切削タップを有効に使用できることを意図している。半径Ｒ１のサイズにより、ねじ山高さの０〜８０％の幅の範囲であるＡ１とＡ２との間に弦が形成されることによって、切削角Ａ１から切削角Ａ２への移行が調節される。図５Ｃには、長さＰの例示的な弦Ｎが示されている。
【００４１】
溝の半径が、角度Ａ１によって定義された線の接線である限り、本発明によるタップすくい面によって得られる切削タップ溝のバランスが、現在の実施に使用される任意の形状をとることができることを理解されたい。
【００４２】
他の選択肢は、タップの形状が、面取り部、及びそれを通過したタップ本体の両方に沿って一定のままであるように、タップを形成することである。この場合、切刃のすくい面角度は、全長に沿ったＡ２である。切屑が切刃を起点として生じ、すくい面を横切って流れるとき、最初に、切屑は、半径Ｒ１を介してより大きな切削角Ａ１に移行する小さな切削角Ａ２だけ反対側に向けられる。
【００４３】
切削タップの製造について、切削タップは、基体としばしば呼ばれる円筒状焼結炭化タングステンブランクから製造される。ブランクは、タップの仕上げ寸法よりも大きく寸法決めされる直径を有し、ある長さに切断されている。
【００４４】
基体を加工する際の第１のステップは、中心に対する円筒トラバース研削等の方法によって、又は中心なし送り込み研削方法によって、高精度の円筒形公差にブランクを研削することである。このステップ中、円筒状シャンクが、タップの軸方向後端に寸法決めするように研削され、ねじ付き本体部の大径がタップの軸方向前端に形成される。さらに、この工程中に又は追加の工程の結果として、円筒面、及び円筒状シャンクとネック部との間の斜面によって、任意のネック部を形成することが可能である。その上、円筒研削によりタップの端部で、任意の斜面を研削することが可能である。一般に、シャンク径はねじ山の径にほぼ等しいが、シャンク径は、大径のタップのねじ山の径よりも小さくてもよく、或いは、小径のタップのねじ山の径よりも大きくてもよい。選択肢は、図２に示したように、タップの軸方向最後端のシャンクの一部を正方形に研削することであり得る。
【００４５】
次のステップでは、面取り部と組み合わせて切刃を設けるように、１つ以上の溝が研削される。選択された切削角Ａ１とＡ２とを有するすくい面を設けるように、研削砥石の形状が形成され、Ａ１とＡ２は半径Ｒ１の接線であり、ここで、Ａ１はＡ２よりも正角である。Ａ１が、溝のバランスによって得られる半径の接線である限り、現在の技術に従って溝のバランスを形成することが可能である。１つ又は２つのステップで、完全な形状に研削され得る。例えば、２つのステップにおいて、最初に、現在の技術に従って溝を研削し、次に、後続の作業で本発明のすくい面を研削することによって、溝を研削することが可能である。その代わりに、１回の作業で、完全な形状を形成するように砥石を形成してもよい。溝は、右ねじ山又は左ねじ山との任意の組み合わせにおいて、直線状であるか或いは右螺旋状又は左螺旋状であり得る。
【００４６】
次のステップでは、小径及び大径と共に、Ｖ字状のねじ山側面を形成するように、ねじ付き本体部が螺旋状に研削される。その後、研削により、ねじ付きすくい面取り部の形状が形成される。Ｖ字状のねじ山側面及び大径により、タッピング中に形成される雌ねじが複製される。
【００４７】
孔のエントリのタップを可能にするように、すくい面取り部がテーパ状に研削される。面取り部が研削された後、有効な切刃角は、面取り部の最初のエントリを有するＡ１であり、面取り部のその後の仕上げ部の切削角Ａ２に徐々に進行する。
【００４８】
代わりに、選択された切削角Ａ１とＡ２とを有するすくい面を設けるように、研削砥石を形成することが可能であり、切削角Ａ１とＡ２は半径Ｒ１の接線であり、ここで、切削角Ａ１は切削角Ａ２よりも正角であり、面取り部を研削した後、すくい面は、最初に、前記砥石によって面取り角に研削され、次に、タップの形状が面取り部及びタップ本体の全長に沿って一定のままであるように面取り後のタップ本体の溝に沿って研削される。
【００４９】
研削後、切刃及び他の鋭い角部に小さな半径を形成するように、研磨媒体又は研磨ブラシでタップを研磨することが可能である。結果として得られる半径は約０ミクロン〜約１００ミクロンの間であり得る。この研磨により、上記刃の強度がさらに向上する。
【００５０】
この工程の最後のステップでは、金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物及び／又は金属酸化物からなる耐磨耗性層（図示せず）によってタップを選択的にコーティングすることが可能であり、この場合、金属は、以下のもの、すなわち、アルミニウム、シリコン、並びに周期表のＩＶａ族、Ｖａ族及びＶＩａ族の遷移金属の１つ以上から選択される。上記層は、単層として、又は交互層を含む複数の層に蒸着される。上記耐摩耗性層の頂部に、薄い摩擦層を蒸着することもできる。
【００５１】
理解できるように、本発明は、削れにくい超硬合金切削タップの使用を可能にする切削タップを提供する。超硬合金切削タップを使用することにより、いくつかの利点が得られる。
【００５２】
超硬合金切削タップが有する、既存の高速度鋼切削タップより優れた利点について、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、ねじ山のサイズ及び形状に関する寸法精度を向上させる。さらに、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、切削タップの有効工具寿命を延ばす。その上、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、雌ねじの生産速度を向上させる。
【００５３】
本明細書に記載した特許文献及び他の文献は、参照により本明細書に援用される。本発明の他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の仕様又は実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様及び例は、例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の真の範囲及び趣旨は以下の特許請求の範囲によって示される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の雌ねじを切削するために使用される切削タップに関する。より具体的には、本発明は、材料の雌ねじを切削するために使用される切削タップであって、超硬合金（例えばコバルト焼結炭化タングステン）工具材料から製造されるのに適切な切刃形状を有する切削タップに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの技術において、ねじ山を必要とする機構及び機械構成要素には長い歴史がある。この点に関して、構成要素の部分をアセンブリに接合するために、ねじ山はファスナ構成要素として、他の全ての手段より常に用いられている。したがって、ねじ山を形成するために使用される物品が、多くの製造技術にとって重要であることが理解できる。
【０００３】
雌ねじ及び雄ねじを形成するための多くの方法が存在するが、切削タップによって雌ねじを形成することが好ましい方法であることが経験的に示されてきた。現在、雌ねじを形成するための２つのタッピング法が存在する。タッピング法の主なものは、材料を孔の壁から切削し、次に、材料を除去してＶ字状の螺旋ねじ山を形成することを含む。その代わりに、材料を変位させて雌ねじを形成してもよい。材料の切削による第１のタッピング法は、一般に、第２の方法よりも好まれているが、この理由は、切削によるタッピング法が、小さなトルクで済み、変位法よりも精密なねじ山形状を形成するからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
理解できるように、雌ねじの形状及びサイズの寸法精度により、ねじ山アセンブリの精度及び適合性が調節される。言い換えれば、ねじ山の形状及びサイズに関する寸法精度が向上した雌ねじを形成する能力により、アセンブリの構成要素間でより確実な接続が得られる。したがって、ねじ山の形状及びサイズに関する寸法精度が向上した雌ねじを形成する切削タップと、雌ねじを切削する方法とを提供することが極めて望ましいことが明らかになる。
【０００５】
さらに理解できるように、タッピングの速度が、雌ねじを形成するためのコストに影響を及ぼす。これは、切削タップを使用することによって、以前に存在していたものよりも高い割合又は速度で雌ねじを形成できる製造上の利点が存在し得ることを意味する。したがって、これまで利用可能であったよりも高い速度で雌ねじを形成する切削タップと、雌ねじを切削する方法とを提供することが極めて望ましいことが明らかになる。
【０００６】
切削タップを製造するために使用される主な材料は高速度鋼である。高速度鋼は、その幾何学的構造を考慮すれば切削タップとして製造するのに適切な優れた強度特性を有する。切削タップに適切な例示的な高速度鋼はＭ１、Ｍ２及びＭ７等のグレードを含む。高速工具鋼用のＡＳＴＭ規格を参照されたい。
【０００７】
他の種類の切削工具（例えば、切屑形成材料除去用途のために使用される切削工具）に関連して、焼結（コバルト焼結）炭化タングステンは、例えば、高温で高速度鋼の硬度を保持する能力を含むより高い硬度及びより高い温度安定性等の特性の故に、このような切削工具を製造するには、高速度鋼よりも好ましい材料である。典型的に、「高速度」鋼から製造された切削工具よりも少なくとも３倍速い切削速度で、超硬合金（例えばコバルト焼結炭化タングステン）から製造された切削工具を使用できる。さらに、超硬合金切削工具の有効工具寿命は、高速度鋼切削工具の有効工具寿命よりも長い。したがって、切屑形
成材料除去用途において、超硬合金の使用は、高速度鋼の使用よりも有効な利点が得られることが理解できる。
【０００８】
超硬合金は、切屑形成材料除去用途に関連するこれらの利点を提供してきたが、これまで、超硬合金は、切削タップを形成するのに好ましい材料ではなかった。超硬合金は高速度鋼よりも低い強度を有するので、切削タップに対する超硬合金の使用が制限されるが、この理由は、切削タップが、典型的に、他の切削工具よりも幾何学的に脆弱であるからである。
【０００９】
他の切削用途（例えば切屑形成材料除去用途）で超硬合金切削工具を使用することによって得られる利点を考慮すれば、超硬合金から製造できる切削タップを提供することが望ましい。このような焼結切削タップは、既存の高速度鋼切削タップよりも多くの利点を提供する。この点に関して、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、ねじ山のサイズ及び形状に関する寸法精度を向上させる。超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、切削タップの有効工具寿命を延ばす。超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、雌ねじの生産速度を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。面取り溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対するすくい面角度で配置される。切削ねじ山が面取り溝付部の軸方向前端から離れると、それだけ面取り溝付部の切削ねじ山のすくい面角度が負角になる。
【００１１】
本発明の他の形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。さらに、溝付部は、面取り溝付部に隣接する軸方向前端と軸方向後方終端とを有する仕上げ溝付部を含む。仕上げ溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対する仕上げすくい面角度で配置される。仕上げ溝付部の切削ねじ山の各々の仕上げすくい面角度は実質的に等しい。仕上げすくい面角度は、面取り溝付部の軸方向後方終端の切削ねじ山のすくい面角度よりも負角である。
【００１２】
本発明のさらに他の形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。さらに、溝付部は、面取り溝付部との接合部を起点としてそこから後部軸方向に延びる仕上げ溝付部を含む。面取り溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対するすくい面角度で配置される。切削ねじ山が面取り溝付部の軸方向前端から軸方向後方に離れると、それだけ面取り溝付部の切削ねじ山のすくい面角度が負角になる。仕上げ溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、末端切刃と中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対する仕上げすくい面角度で配置される。
仕上げ溝付部の切削ねじ山の各々の仕上げすくい面角度は実質的に等しい。仕上げすくい面角度は、面取り溝付部の軸方向後方終端の切削ねじ山のすくい面角度よりも負角である。
【００１３】
本発明の他の形態では、本発明は、軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸と直径とを有する細長いタップ本体を備える切削タップである。細長いタップ本体の軸方向前端は溝付部を有し、この場合、溝付部は溝を有する。溝付部は、細長い本体の軸方向前端を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、この場合、面取り溝付部は軸方向後方終端を有する。面取り溝付部は複数の切削ねじ山を備え、この場合、切削ねじ山の各々は、末端切刃で終端するすくい面を有する。すくい面は、中心点を有する移行半径によって定義され、この場合、切削ねじ山が後部軸方向に移動したときに、移行半径の中心点が末端切刃に対して半径方向内側に移動する。移行半径は切削タップの直径の約５％〜約１００％の範囲である。
【００１４】
以下は、本特許出願の一部をなす図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の螺旋状溝切削タップの特定の実施形態の等角図である。
【図２】本発明の直線状溝切削タップの特定の実施形態の側面図である。
【図３】面取り部、及びそれと切削タップの一定の直径部（つまり仕上げ部）との間の接合部を含む図２の切削タップの軸方向前部の形状を示した側面図である。
【図４】図３の側面図の左側（図３で見たとき）の拡大図である。
【図５Ａ】図４の断面線５Ａ−５Ａに沿った上部溝の断面図である。
【図５Ｂ】図４の断面線５Ｂ−５Ｂに沿った上部溝の断面図である。
【図５Ｃ】図４の断面線５Ｃ−５Ｃに沿った上部溝の断面図である。
【図６】直線状すくい面を有する従来技術の切削タップの１つの溝の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照すると、図１は、全体的に２０で示されている本発明の切削タップの特定の実施形態を示している。この場合、切削タップ２０は螺旋状溝を有する。切削タップ２０は、軸方向前端２４と軸方向後端２６とを有する細長い本体２２を有する。切削タップ２０は、軸方向後端２６に隣接する円筒状シャンク部（ブラケット２８）と、軸方向前端２４に隣接する螺旋状溝付部（ブラケット３０）とを有する。
【００１７】
切削タップ２０は、その円筒状シャンク部２８で工作機械等に動作可能に接続される。螺旋状溝付部３０は、軸方向前端２４を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り領域を有する。面取り領域は、後部軸方向に延びて接合部で終端する一定の直径領域（又は仕上げ領域）と円筒状シャンク部２８とを接合する。
【００１８】
特定のタッピングの用途について、右ねじれを有する螺旋状溝タップは孔（右ねじ山）から切屑を引き出し、盲孔に有効である。左螺旋状溝タップは切屑をタップ（右ねじ山）の前方に導き、貫通孔に有効である。
【００１９】
非常に多数の溝を有するタップに本発明を適用できる。小径のタップでは、３つの溝が実用的である。中間サイズ範囲のタップでは、４つの溝が実用的であり、大サイズのタップは５つの溝を有してもよい。サイズ範囲は、用いられる溝の数に対応し得るが、この理由は、この特性が用途に依存するからである。溝の数と組み合わせて、右螺旋状溝タップの溝ねじれ角が、非常に広い範囲にわたる用途に応じて変化される。非常に軟らかい材料の深い孔にタップが使用される場合、５５度の溝ねじれ角が有効である。より硬い材料のより浅い孔にタップが使用される場合、１５度の溝ねじれ角を用いることができる。鋼を
タッピングするには、３５〜５５度のねじれ角が最適である。
【００２０】
図２を参照すると、本発明の切削タップの他の特定の実施形態が示されており、この切削タップは、全体的に４０で示されている直線状溝切削タップである。直線状溝切削タップ４０は、軸方向前端４４と軸方向後端４６とを有する細長い本体４２を有する。直線状溝切削タップ４０は、軸方向後端４６に隣接する円筒状シャンク部（ブラケット５２）と、軸方向前端４４に隣接する直線状溝付部（ブラケット５０）とを有する。特定の用途について、直線状溝を有するタップは、短い切屑を生じさせる鋳鉄等の材料に有効である。
【００２１】
螺旋状溝切削タップ２０及び直線状溝切削タップ４０の各々は超硬合金から製造される。例示的な超硬合金材料は、バインダとしてのコバルトで焼結された１つ又は複数の金属炭化物を含む。主な炭化物成分は一般に炭化タングステンであるが、炭化タンタル、炭化チタン及び炭化ニオブ等の他の炭化物を使用してもよい。さらに、粒成長を抑制するために、少量の遷移金属炭化物を添加することが可能であり、また基体は少量の不可避不純物を含むことがある。いくつかの場合、バインダはコバルトに加えて鉄及び／又はニッケルを含んでもよい。１つの好ましい超硬合金は、約１５重量％に等しいコバルト含有量とバランス炭化タングステンと予想不純物とを有するコバルト焼結炭化タングステンである。
【００２２】
この説明の１つの焦点は超硬合金を切削タップ用の材料として使用することにあるが、本出願人らが、切削タップ形状に他の材料を適用できることを意図していることを理解されたい。この点に関して、超硬合金から切削タップを製造することを可能にする形状を高速度鋼切削タップにも用いることができる。さらに、超硬合金切削タップに用いられるような形状に関連する利点は、高速度鋼切削タップに対しても存在する。
【００２３】
図６を参照すると、直線状すくい面を有する従来技術の４溝切削タップの１つの溝が示されている。この従来技術の切削タップ形状において、直線状すくい面は、大径の末端切刃から切削タップの中心に延びる半径方向基準線に対してすくい角Ａ３で傾斜される。図６では、すくい角Ａ３は、すくい面の表面に沿って通過する線と半径方向基準線との間の刃先角として定義される。半径方向基準線からの傾斜が、図６に見られるように反時計回り方向にある場合、すくい角Ａ３は正角である。半径方向基準線からの傾斜が、図６に見られるように時計回り方向にある場合、すくい角は負角である。
【００２４】
すくい角Ａ３の大きさは従来技術の切削タップの刃の強度に影響を及ぼす。この点に関して、すくい角Ａ３を減少させる（すなわちすくい角Ａ３を負角にする）ことによって、切刃の強度を高くすることができる。しかし、すくい角Ａ３の減少により切刃の強度が高くなる一方、すくい角Ａ３を減少させるにつれて、ねじ山をタッピング（又は切削）するのに必要な切削力の大きさが大きくなる。従来技術のタップが超硬合金から製造された場合、切刃は非常に削れやすくなるがこの理由は、炭化物の強度が低いからである。具体的には、面取り後の最初の完全ねじ山にほぼ等しくまたそれを含む面取り部において、最も削れやすい切刃は狭い刃である。面取り後の狭い完全ねじ山も削れやすくなるが、この理由は、狭い完全ねじ山が小さな刃先角を有するからである。面取り部のエントリ（ｅｎｔｒｙ）のより広い刃は非常に削れにくくなるが、この理由は、より広い刃が、完全ねじ山の切刃ほど狭くないからである。
【００２５】
超硬合金切削タップに関する本出願人らの社内の研究所における経験では、０度〜−５度に等しいすくい角（Ａ３）がなお削れを生じさせる。さらに、０〜−５度を超えて、従来技術の超硬合金切削タップのすくい角Ａ３を減少させることが不可能であるが、この理由は、ねじ山をタッピングするのに必要な切削力を大きくすることによって、より負のすくい角（Ａ３）が切削動作に悪影響を及ぼすからである。
【００２６】
直線状すくい面を有する切削タップのすくい角（Ａ３）に関連する上記説明の障害は、円弧状すくい面を有する切削タップに対しても存在することを理解されたい。この点に関して、円弧状すくい面を有する切削タップのコーダルフック角（ｃｈｏｒｄａｌ ｈｏｏｋ ａｎｇｌｅ）は、直線状すくい面を有する切削タップのすくい角（Ａ３）に一致する。コーダルフック角は、大径から切削タップの中心までの半径方向基準線と、末端切刃から切削タップの小径までの弦（ｃｈｏｒｄ）との間の角度として定義される。
【００２７】
図３を参照すると、直線状溝切削タップ４０の直線状溝付部５０の軸方向前部が示されている。本発明を図１の切削タップ２０等の螺旋状溝切削タップにも適用できることを理解されたい。切削タップ４０の軸方向前端４４を起点としてそこから後部軸方向に延びる面取り溝付部（ブラケット５４）が存在する。面取り溝付部５４は、図３の寸法「Ｘ」で示した予め選択された距離にわたって延びる。面取り溝付部５４は、一定の直径の溝付部（又は仕上げ溝付部）（ブラケット５６）を有する接合部で終端する。一定の直径の溝付部５６は、面取り溝付部５４との接合部を起点として、円筒状シャンク部５２との接合部で終端するまで後部軸方向に延びる。
【００２８】
面取り溝付部５４について、その周囲面が、直線状溝切削タップ４０の中心長手方向軸Ｚ−Ｚに対して角度「Ｙ」で配置されることが明らかである。言い換えれば、面取り溝付部のねじ山の周囲面は、中心長手方向軸Ｚ−Ｚから角度「Ｙ」で配置される切頭円錐面に沿って配置される。
【００２９】
面取り溝付部５４は一連のＶ字状の切削ねじ山を有し、ここで、各切削ねじ山は切刃を有する。末端切削ねじ山５８は、切刃５９を有し、軸方向最前部の切削ねじ山である。末端切削ねじ山５８は、切刃６３を有する切削ねじ山６２に隣接する。切削ねじ山６２は、切刃６７を有する切削ねじ山６６に隣接する。切削ねじ山６６は、切刃６９を有する切削ねじ山６８に隣接する。一定の直径の溝付部（又は仕上げ溝付部）５６が、切削ねじ山６６を起点としてそこから円筒状シャンク部５２との接合部まで後部軸方向に延びることを理解されたい。
【００３０】
図４を参照すると、末端切削ねじ山５８の面取りされた切刃５９は切削ねじ山の最も強固な部分であるが、この理由は、面取りされた切刃５９が、他の切削ねじ山の切刃（例えば、切削ねじ山６２と６６のそれぞれの切刃６３と６７）よりも広く、それらほど狭くないからである。この点に関して、末端切削ねじ山５８は、「Ａ」の幅を有する。ねじ山６２は、「Ｂ」の幅を有する。切削ねじ山６６は、「Ｃ」の幅を有する。
【００３１】
正のすくい切削角は、より負の角度と同程度の強度を提供しないが、タッピング動作又は切削動作をより容易にする（すなわち、力が少なくて済む）。これは、末端切削ねじ山５８が最も強固な切削ねじ山であるので、すくい切削角が、なお十分な強度を有する切削ねじ山に対してタッピングをより容易に行うための正角であり得ることを意味する。言い換えれば、末端切削ねじ山５８は、最適なタッピング動作を行うために強度と切削の容易さとをバランスさせる形状を提供する。
【００３２】
引き続き図４を参照すると、次の切削ねじ山６２はより狭いので、末端切削ねじ山５８ほど強固ではない。切削角は、末端切削ねじ山５８ほど正角でなくてもよい上に、なお、正角又は少なくとも中間（すなわちゼロ度に等しい）であってもよい。末端切削ねじ山５８と同様に、切削ねじ山６２は、タッピング動作を最適化するために切削ねじ山の強度とタッピングの容易さとをバランスさせるすくい面を有する。
【００３３】
さらに、次の切削ねじ山６６はより一層狭いので、末端切削ねじ山５８又は切削ねじ山６２ほど強固ではない。この場合、切削角は、切削の容易さを低下させるとしても、切削
ねじ山６６のより低い強度を補償するために負角である必要があり得る。上記切削ねじ山と同様に、切削ねじ山６６は、タッピング動作全体を最適化するために切削ねじ山の強度とタッピングの容易さとをバランスさせるすくい面の形状を有する。切削ねじ山のバランスは、一定の直径の溝付部（又は仕上げ溝付部）にあり、実質的に同じ形状を有する。
【００３４】
図５Ａは、面取り部５４の軸方向前部の切削ねじ山６２用のすくい面を示している。この場合、すくい面７２は、直線状であり、正の切削角Ａ１を提供するよう配向される。切削角Ａ１は、半径方向基準線Ｇ−Ｇ（すなわち、末端切刃６３と切削タップの中心７４とを通過する線）と、すくい面７２に沿って延びる線Ｈ−Ｈとの間の刃先角である。線Ｇ−Ｇに対する線Ｈ−Ｈの傾斜方向は、図５Ａで見たとき反時計回り方向にあるので、切削角Ａ１は正角である。切刃は、面取り部５４の軸方向前部においてより強固であるので、正の切削角を利用でき、これにより、より容易な切削動作が可能になる。
【００３５】
図５Ｂは、図４の断面５Ｂ−５Ｂで示したような同じ切削ねじ山６２の軸方向のより後部の位置にあるすくい面を示している。図５Ｂでは、すくい面７６は、移行半径Ｒ１によって定義されているような凸形状を有する。移行半径Ｒ１の長さは、切削タップの直径の約５％〜約１００％の間で変化できる。切削角は、半径基準線と末端切刃６３、すなわち凸状すくい面７６の軸方向前方終端のすくい面の接線（Ｉ−Ｉ）との間の刃先角である。この場合、切削角はゼロ度であり、したがって、線Ｉ−Ｉのみが基準となるが、この理由は、線Ｉ−Ｉは半径方向基準線と同延であるからである。さらに、凸状すくい面７６は軸方向後方終端７８を有する。線Ｊ−Ｊは、凸状すくい面７６の軸方向後方終端７８の接線である。角度Ａ１は線Ｉ−Ｉと線Ｊ−Ｊとの間の刃先角である。この実施形態では、角度Ａ１は、図５Ａに示したような切削角Ａ１に等しい。
【００３６】
切削角がゼロ度に等しいとしても、切削タップの特定の用途に応じた他の切削角が適切であることを理解されたい。半径（Ｒ１）の位置及び大きさにより、凸状すくい面７６の配向、及び半径基準線と末端切刃６３のすくい面の接線との間の刃先角によって定義されているような切削角の大きさが決定される。
【００３７】
面取り部の一定の直径部又は仕上げ部では、また例えば図５Ｃに示したねじ山７０等の面取り部を通過したねじ山では、面取り部又は完全ねじ山の刃が脆弱になり削れやすい。ねじ山７０は、軸方向のより後部のねじ山よりも脆弱であるので、切削角Ａ２は減少される。ねじ山７０を参照すると、半径方向基準線（Ｍ−Ｍ）と末端切刃７１のすくい面の接線（Ｋ−Ｋ）との間の刃先角である切削角Ａ２を定義する凸状すくい面８０が存在する。線Ｍ−Ｍに対する線Ｋ−Ｋの傾斜は、図５Ｃで見たとき時計回り方向にあるので、切削角Ａ２は負角である。切削タップのタッピング動作全体を最適化するために、負の切削角が、より脆弱なねじ山７０を補償することを理解されたい。
【００３８】
さらに、凸状すくい面８０は軸方向後方終端８２を有する。線Ｌ−Ｌは、凸状すくい面８０の軸方向後方終端８２の接線である。角度Ａ１は線Ｌ−Ｌと線Ｍ−Ｍとの間の刃先角である。この実施形態では、角度Ａ１は、図５Ａに示したような切削角Ａ１に等しい。
【００３９】
末端切刃に対して移行半径Ｒ１の中心点を移動させることにより、面取り部５４の軸方向前部における正の切削角Ａ１から負の切削角Ａ２への滑らかな移行が可能になる。末端切刃に対する一定の半径（Ｒ１）の中心点の半径方向内側への漸次移動によって定義されるとおりのすくい面の形状により、正の切削角Ａ１と負の切削角Ａ２との間にある切削角が生じる。したがって、必要な場合、面取り部の前部エントリ、面取り部のその後の仕上げ部の耐削れ性切刃、及び面取り部のねじ山の軸方向後部において有効な切削角を可能にするように、本発明による切削タップのすくい面の形状が最適化される。切削タップ４０の切削動作について、切削タップ４０は、タップの面取り部の連続する切刃によって雌ね
じ形状を形成する。一定の直径の溝付部の最初の完全ねじ山と共に、最後のねじ山形状が得られるまで、材料が孔の壁から除去される。
【００４０】
切削角の範囲について、本出願人らは、角度Ａ１が５度の負角〜１５度の正角の範囲内であり、角度Ａ２が０〜２５度の負角の範囲内である場合、超硬合金から製造された切削タップを有効に使用できることを意図している。半径Ｒ１のサイズにより、ねじ山高さの０〜８０％の幅の範囲であるＡ１とＡ２との間に弦が形成されることによって、切削角Ａ１から切削角Ａ２への移行が調節される。図５Ｃには、長さＰの例示的な弦Ｎが示されている。
【００４１】
溝の半径が、角度Ａ１によって定義された線の接線である限り、本発明によるタップすくい面によって得られる切削タップ溝のバランスが、現在の実施に使用される任意の形状をとることができることを理解されたい。
【００４２】
他の選択肢は、タップの形状が、面取り部、及びそれを通過したタップ本体の両方に沿って一定のままであるように、タップを形成することである。この場合、切刃のすくい面角度は、全長に沿ったＡ２である。切屑が切刃を起点として生じ、すくい面を横切って流れるとき、最初に、切屑は、半径Ｒ１を介してより大きな切削角Ａ１に移行する小さな切削角Ａ２だけ反対側に向けられる。
【００４３】
切削タップの製造について、切削タップは、基体としばしば呼ばれる円筒状焼結炭化タングステンブランクから製造される。ブランクは、タップの仕上げ寸法よりも大きく寸法決めされる直径を有し、ある長さに切断されている。
【００４４】
基体を加工する際の第１のステップは、中心に対する円筒トラバース研削等の方法によって、又は中心なし送り込み研削方法によって、高精度の円筒形公差にブランクを研削することである。このステップ中、円筒状シャンクが、タップの軸方向後端に寸法決めするように研削され、ねじ付き本体部の大径がタップの軸方向前端に形成される。さらに、この工程中に又は追加の工程の結果として、円筒面、及び円筒状シャンクとネック部との間の斜面によって、任意のネック部を形成することが可能である。その上、円筒研削によりタップの端部で、任意の斜面を研削することが可能である。一般に、シャンク径はねじ山の径にほぼ等しいが、シャンク径は、大径のタップのねじ山の径よりも小さくてもよく、或いは、小径のタップのねじ山の径よりも大きくてもよい。選択肢は、図２に示したように、タップの軸方向最後端のシャンクの一部を正方形に研削することであり得る。
【００４５】
次のステップでは、面取り部と組み合わせて切刃を設けるように、１つ以上の溝が研削される。選択された切削角Ａ１とＡ２とを有するすくい面を設けるように、研削砥石の形状が形成され、Ａ１とＡ２は半径Ｒ１の接線であり、ここで、Ａ１はＡ２よりも正角である。Ａ１が、溝のバランスによって得られる半径の接線である限り、現在の技術に従って溝のバランスを形成することが可能である。１つ又は２つのステップで、完全な形状に研削され得る。例えば、２つのステップにおいて、最初に、現在の技術に従って溝を研削し、次に、後続の作業で本発明のすくい面を研削することによって、溝を研削することが可能である。その代わりに、１回の作業で、完全な形状を形成するように砥石を形成してもよい。溝は、右ねじ山又は左ねじ山との任意の組み合わせにおいて、直線状であるか或いは右螺旋状又は左螺旋状であり得る。
【００４６】
次のステップでは、小径及び大径と共に、Ｖ字状のねじ山側面を形成するように、ねじ付き本体部が螺旋状に研削される。その後、研削により、ねじ付きすくい面取り部の形状が形成される。Ｖ字状のねじ山側面及び大径により、タッピング中に形成される雌ねじが複製される。
【００４７】
孔のエントリのタップを可能にするように、すくい面取り部がテーパ状に研削される。面取り部が研削された後、有効な切刃角は、面取り部の最初のエントリを有するＡ１であり、面取り部のその後の仕上げ部の切削角Ａ２に徐々に進行する。
【００４８】
代わりに、選択された切削角Ａ１とＡ２とを有するすくい面を設けるように、研削砥石を形成することが可能であり、切削角Ａ１とＡ２は半径Ｒ１の接線であり、ここで、切削角Ａ１は切削角Ａ２よりも正角であり、面取り部を研削した後、すくい面は、最初に、前記砥石によって面取り角に研削され、次に、タップの形状が面取り部及びタップ本体の全長に沿って一定のままであるように面取り後のタップ本体の溝に沿って研削される。
【００４９】
研削後、切刃及び他の鋭い角部に小さな半径を形成するように、研磨媒体又は研磨ブラシでタップを研磨することが可能である。結果として得られる半径は約０ミクロン〜約１００ミクロンの間であり得る。この研磨により、上記刃の強度がさらに向上する。
【００５０】
この工程の最後のステップでは、金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物及び／又は金属酸化物からなる耐磨耗性層（図示せず）によってタップを選択的にコーティングすることが可能であり、この場合、金属は、以下のもの、すなわち、アルミニウム、シリコン、並びに周期表のＩＶａ族、Ｖａ族及びＶＩａ族の遷移金属の１つ以上から選択される。上記層は、単層として、又は交互層を含む複数の層に蒸着される。上記耐摩耗性層の頂部に、薄い摩擦層を蒸着することもできる。
【００５１】
理解できるように、本発明は、削れにくい超硬合金切削タップの使用を可能にする切削タップを提供する。超硬合金切削タップを使用することにより、いくつかの利点が得られる。
【００５２】
超硬合金切削タップが有する、既存の高速度鋼切削タップより優れた利点について、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、ねじ山のサイズ及び形状に関する寸法精度を向上させる。さらに、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、切削タップの有効工具寿命を延ばす。その上、超硬合金切削タップは、高速度鋼切削タップと比較して、雌ねじの生産速度を向上させる。
【００５３】
本明細書に記載した特許文献及び他の文献は、参照により本明細書に援用される。本発明の他の実施形態は、本明細書に開示される本発明の仕様又は実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様及び例は、例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の真の範囲及び趣旨は以下の特許請求の範囲によって示される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸と直径とを有する細長いタップ本体を備える切削タップであって、
前記細長いタップ本体の前記軸方向前端が溝付部を有し、前記溝付部が溝を有し、
前記溝付部が、前記細長い本体の前記軸方向前端を起点として前記軸方向前端から後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、前記面取り溝付部が軸方向後方終端を有し、
前記面取り溝付部が複数の切削ねじ山を備え、前記切削ねじ山の各々が、末端切刃で終端するすくい面を有し、前記すくい面が、中心点を有する移行半径によって定義され、前記切削ねじ山が前記後部軸方向に移動したときに、前記移行半径の前記中心点が前記末端切刃に対して半径方向内側に移動し、前記移行半径が前記切削タップの直径の約５％〜約１００％の範囲である切削タップ。
【請求項２】
前記面取り溝付部が軸方向最前部の切削ねじ山を有し、前記すくい面角度が約５度の負角〜約１５度の正角の範囲であり、前記面取り溝付部が軸方向最後部の切削ねじ山を有し、前記すくい面角度が約１度の負角〜約２５度の負角の範囲である請求項１に記載の切削タップ。
【請求項３】
前記細長いタップ本体が超硬合金から製造される請求項１に記載の切削タップ。
【請求項４】
前記溝付部が直線状溝を有する請求項１に記載の切削タップ。
【請求項５】
前記溝付部が、約１５度〜約５５度のねじれ角を有する螺旋状溝を有する請求項１に記載の切削タップ。
【請求項６】
前記切刃が研磨される請求項１に記載の切削タップ。
【請求項７】
金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物及び／又は金属酸化物からなる１つ以上の層を含むコーティングスキームをさらに含み、前記金属が、アルミニウム、シリコン、並びに周期表のＩＶａ族、Ｖａ族及びＶＩａ族の遷移金属の１つ以上から選択される請求項１に記載の切削タップ。
【請求項８】
前記コーティングスキームに摩擦低減層をさらに含む請求項７に記載の切削タップ。
【請求項９】
前記細長いタップ本体が高速度鋼を含む請求項１に記載の切削タップ。
【請求項１０】
前記溝付部が、前記面取り溝付部に隣接する軸方向前端と軸方向後方終端とを有する仕上げ溝付部をさらに含み、
前記仕上げ溝付部が複数の切削ねじ山を備え、前記切削ねじ山の各々が、末端切刃で終端するすくい面を有し、前記すくい面が、前記末端切刃と前記中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対する仕上げすくい面角度で配置され、
前記仕上げ溝付部の前記切削ねじ山の各々の前記仕上げすくい面角度が実質的に等しく、前記仕上げすくい面角度が、前記面取り溝付部の前記軸方向後方終端の前記切削ねじ山の前記すくい面角度よりも負角である請求項１に記載の切削タップ。
【請求項１１】
前記仕上げ面角度が約１度の負角〜約２５度の負角の範囲である請求項１０に記載の切削タップ。
【請求項１２】
前記すくい面が、前記末端切刃と前記中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対するすくい面角度で配置され、前記切削ねじ山が前記面取り溝付部の前記軸方向前端から離れると、それだけ前記面取り溝付部の前記切削ねじ山の前記すくい面角度が負角になる請求項１に記載の切削タップ。
【請求項１】
軸方向前端と軸方向後端と中心長手方向軸と直径とを有する細長いタップ本体を備える切削タップであって、
前記細長いタップ本体の前記軸方向前端が溝付部を有し、前記溝付部が溝を有し、
前記溝付部が、前記細長い本体の前記軸方向前端を起点として前記軸方向前端から後部軸方向に延びる面取り溝付部を含み、前記面取り溝付部が軸方向後方終端を有し、
前記面取り溝付部が複数の切削ねじ山を備え、前記切削ねじ山の各々が、末端切刃で終端するすくい面を有し、前記すくい面が、中心点を有する移行半径によって定義され、前記切削ねじ山が前記後部軸方向に移動したときに、前記移行半径の前記中心点が前記末端切刃に対して半径方向内側に移動し、前記移行半径が前記切削タップの直径の約５％〜約１００％の範囲である切削タップ。
【請求項２】
前記面取り溝付部が軸方向最前部の切削ねじ山を有し、前記すくい面角度が約５度の負角〜約１５度の正角の範囲であり、前記面取り溝付部が軸方向最後部の切削ねじ山を有し、前記すくい面角度が約１度の負角〜約２５度の負角の範囲である請求項１に記載の切削タップ。
【請求項３】
前記細長いタップ本体が超硬合金から製造される請求項１に記載の切削タップ。
【請求項４】
前記溝付部が直線状溝を有する請求項１に記載の切削タップ。
【請求項５】
前記溝付部が、約１５度〜約５５度のねじれ角を有する螺旋状溝を有する請求項１に記載の切削タップ。
【請求項６】
前記切刃が研磨される請求項１に記載の切削タップ。
【請求項７】
金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物及び／又は金属酸化物からなる１つ以上の層を含むコーティングスキームをさらに含み、前記金属が、アルミニウム、シリコン、並びに周期表のＩＶａ族、Ｖａ族及びＶＩａ族の遷移金属の１つ以上から選択される請求項１に記載の切削タップ。
【請求項８】
前記コーティングスキームに摩擦低減層をさらに含む請求項７に記載の切削タップ。
【請求項９】
前記細長いタップ本体が高速度鋼を含む請求項１に記載の切削タップ。
【請求項１０】
前記溝付部が、前記面取り溝付部に隣接する軸方向前端と軸方向後方終端とを有する仕上げ溝付部をさらに含み、
前記仕上げ溝付部が複数の切削ねじ山を備え、前記切削ねじ山の各々が、末端切刃で終端するすくい面を有し、前記すくい面が、前記末端切刃と前記中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対する仕上げすくい面角度で配置され、
前記仕上げ溝付部の前記切削ねじ山の各々の前記仕上げすくい面角度が実質的に等しく、前記仕上げすくい面角度が、前記面取り溝付部の前記軸方向後方終端の前記切削ねじ山の前記すくい面角度よりも負角である請求項１に記載の切削タップ。
【請求項１１】
前記仕上げ面角度が約１度の負角〜約２５度の負角の範囲である請求項１０に記載の切削タップ。
【請求項１２】
前記すくい面が、前記末端切刃と前記中心長手方向軸との間の半径方向基準線に対するすくい面角度で配置され、前記切削ねじ山が前記面取り溝付部の前記軸方向前端から離れると、それだけ前記面取り溝付部の前記切削ねじ山の前記すくい面角度が負角になる請求項１に記載の切削タップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５６４１７（Ｐ２０１３−５６４１７Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５４０３４（Ｐ２０１２−２５４０３４）
【出願日】平成２４年１１月２０日（２０１２．１１．２０）
【分割の表示】特願２００９−５３３４５３（Ｐ２００９−５３３４５３）の分割
【原出願日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【出願人】（３９９０３１０７８）ケンナメタル インコーポレイテッド (182)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１６００ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｙ Ｌａｔｒｏｂｅ ＰＡ １５６５０−０２３１， ＵＳＡ
【出願人】（５９１１３１８２２）株式会社彌満和製作所 (13)
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２０日（２０１２．１１．２０）
【分割の表示】特願２００９−５３３４５３（Ｐ２００９−５３３４５３）の分割
【原出願日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【出願人】（３９９０３１０７８）ケンナメタル インコーポレイテッド (182)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１６００ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｙ Ｌａｔｒｏｂｅ ＰＡ １５６５０−０２３１， ＵＳＡ
【出願人】（５９１１３１８２２）株式会社彌満和製作所 (13)
[ Back to top ]