JPH0613885B2 - セルフタッピングインサ−トの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、雄ねじのねじ山の一部が、ねじ込み端部外周
に形成したテーパ部によって切断され、かつ、このねじ
込み端部に、ねじ軸線を横切る方向に延びる切削溝を形
成するセルフタッピングインサート（ねじ切りインサー
ト）の製造方法に関する。

このようなセルフタッピングインサートは、軽金属合
金、鋳鉄、青銅、非鉄金属、合成樹脂材、ラミネート材
あるいは硬木材等の低剪断抵抗を有する材料を用いて高
負荷、耐摩耗性、耐振動性の優れたねじコネクタを製造
するのに用いられる。これらには普通にはボルトを挿入
する雌ねじが設けられている。

このようなねじ切りインサートには、ねじ込み状態にお
いて比較的高いねじ解きトルクならびに引抜き抵抗が要
求される、このため、例えば直径１０mmのおねじを有す
るねじ切りインサートによれば、軟質材のワークピース
の場合の受容孔は約８．６〜８．８mmの径を有すること
が必要であり、一方硬質の脆性材の場合には受容孔は
８．９〜９．２mmの径が必要である。もしこのようなイ
ンサートの長さが１４mmである場合には受容孔は少なく
とも１７mmの深さがなければならない。その場合テーパ
部は約４．５mmの長さであり、切削溝の深さは約７mmで
ある。

ところが、経験によれば、このようなセルフタッピング
インサートの場合、受容孔にねじ込む際のねじ切りトル
ク、ねじ込んだ後のねじ解きトルクならびに引抜き抵抗
が比較的広範囲で変化してしまい、所望値を示さないこ
とがよくある。

引抜き抵抗は、本質的にはインサートの切削溝のない円
筒部の長さに比例する。切削溝を形成し、テーパ部によ
ってねじプロフィルが削られた部分は引抜き抵抗に全く
または殆ど寄与しなくなる。

ねじ解きトルクはインサートがどれくらい深く受容孔の
雌ねじを切るかによって大きく左右される。十分深く切
削された雌ねじは、インサートの円筒部の雄ねじの間で
殆ど摩擦を生じず、したがってねじ解きトルクは小さい
ものとなる。雌ねじが十分深く切削されていないときに
はインサートは挿入時に締めつけられ、したがって受容
孔内で全く回転させることができなくなる。最適な切削
深さは、切削溝がインサートのテーパ部の長さよりも十
分に深い場合、つまり、いくつかの完全なねじ切り用ね
じプロフィルがインサートの円筒部の領域における溝部
分に存在する場合に得られる。しかしながら、この場
合、ねじ解きトルクは所望値より小さくなる。また、引
抜き抵抗は深い切削溝により減少せしめられる。

公知のねじ切りインサートにおいては、雄ねじの始点と
切削溝の位置とは全く無関係である。すなわち、切削溝
によって形成される刃先プロフィルはインサート毎に変
化する。刃先プロフィルが変化することにより、ねじ切
りトルクが変化し、さらにテーパ部長さおよび切削溝深
さが一定であっても、切削溝によってテーパ部より上方
に形成される完全なねじ切りプロフィル（完全ねじ部）
の巻き数は変化し、完全なねじ切りプロフィルが形成さ
れない場合も生じ得る。しかしながら、実際には、最悪
の場合であっても、完全なねじ切りプロフィルが確実に
存在するようにして、インサートがねじ切り中に締めつ
けられないようにしなければならない。この理由から、
切削溝は本来必要な長さよりも深くつくられる。その結
果、平均ねじ解きトルクおよび引抜き抵抗は減少せしめ
られるが、しかしこれらの数値の分散範囲は比較的広
い。

さらにまた、公知のねじ切りインサートでは切削プロフ
ィルが様々である結果として切削能力もばらばらであ
る。最悪の場合でも十分な切削能力を達成するために
は、テーパ部は比較的長くする必要がある。

したがって、公知のねじ切りインサートでは、テーパ部
は比較的長く、しかも切削溝は比較的深く作られてい
る。事実、このことは切削溝およびテーパ部が大寸法に
なり、全体的にねじ切りインサートが必要以上に長くな
ることを意味する。長い、したがって比較的平坦なテー
パ部は、ねじ切りインサート自身がワークピースの受容
孔内で切削を行なわず、研磨するだけという結果をもた
らす。

また、ねじ切りインサートをワークピース内に最適に嵌
合させる前提条件は、ねじ切りインサートの雄ねじとこ
れによって受容孔内に形成される雌ねじとの間に遊びが
ないということである。この条件は、既存の従来のねじ
切りインサートでは必ずしも保証されなかった。つま
り、従来のねじ切りインサートによって受容孔内に形成
される雌ねじは大きすぎる、すなわち、ねじ切りインサ
ートが受容孔内でゆるくなり、簡単に外れてしまうこと
がある。ねじ切りインサートが受容孔に大きすぎる雌ね
じを切削してしまう理由は、切削溝の底部において雄ね
じに隆起が形成されることにある。その理由は次の通り
である。

公知のねじ切りインサートにおいては、切削溝の底部は
ねじ切りインサートの軸線に対して直角に形成されてい
る。切削溝はフライス加工によって形成されるが、切削
溝の深さによっては、フライス工具とねじ切りインサー
トの間に作用する圧力によって、ねじ山の一部が隣の谷
に向かって押圧され、押し曲げられて隆起が形成されて
しまう。ねじの谷に向かって形成されるこの隆起プロフ
ィルは、本来のねじプロフィルの外側に突出するもので
あるから、そのねじ切りインサートを受容孔内に回転挿
入する際に受容孔の壁から余分に材料を削りとってしま
う。

本発明の目的は、そのねじ切りトルク、ねじ解きトルク
ならびに引抜き抵抗が可能な限り一定でかつねじ解きト
ルクおよび引抜き抵抗は可能な限り大きく、しかも比較
的長さの短いねじ切りインサートを提供することであ
る。

本発明は、このようなねじ切りインサート（セルフタッ
ピングインサート）を容易に得ることができる製造方法
を提供するもので、ピッチＴの雄ねじのねじ山の一部
が、ねじ込み端部外周に形成したテーパ部によって切削
され、かつ、このねじ込み端部に、ねじ軸線を横切る方
向に延びる切削溝を形成するセルフタッピングインサー
トの製造方法において、多数のインサートに形成する切
削溝を、ねじ込み端部の前端面に位置する雄ねじの始点
に関し、同一の位置関係で形成し、切削溝によって形成
される刃先プロフィルを、これら多数のインサートをね
じ込むべきワークピースの材料によって定まる一定形状
としたことを特徴としている。

この本発明方法によれば、ワークピースの材料に応じ
て、ねじ切りトルク、ねじ解きトルク及び引抜き抵抗が
一定な多数のインサートを得ることができる。

本発明方法によると、ねじ切りトルク、ねじ解きトルク
及び引抜き抵抗が一定な多数のインサートを得ることが
できるので、切削溝の深さを従来のように深くする必要
がなく、テーパ部の長さとほぼ等しい深さとすることが
できる。

また、この切削溝の底部は、インサートの軸に直交する
方向に対して、次の条件を満たすようにして、傾斜させ
て設けることが好ましい。すなわち、この傾きは、雄ね
じのピッチＴのｘ倍（ｘ＝0.5,1.5,2.5）とし、かつ、
切削溝底部が、雄ねじをその一つの谷部からその谷部の
次の山頂との間で横切るようにするのである。このよう
に傾きを設定することにより、切削溝をフライス加工す
る際、雄ねじの山が隣りの谷に向かって押し潰され、変
形することを避けることができる。

以下図面について本発明を説明する。第１図に示す円筒
状のねじ切りインサートは雄ねじ１を有する。このねじ
切りインサートの内部には雌ねじ２が設けられている。
ねじ切りインサートのねじ込み端部には貫通溝（切削
溝）３が設けられている。また、ねじ切りインサートは
ねじ込み端部にテーパ部４を有する。切削溝３によって
切断形成された雄ねじ１の斜面は、ねじ切りインサート
が滑らかな受容孔内にねじ込まれるとき、受容孔に雌ね
じを切削する刃先として機能する。切削溝３の深さに対
応するねじ切りインサートの長さ５の部分は、ねじ切り
カッタとしての機能を有することになるが、ねじ切りイ
ンサートを受容孔内に固定することは殆ど関与しない。
ねじ切りインサートの残りの長さ６の部分（円筒部）が
主としてこの固定機能に関与する。

公知のねじ切りインサートでは、雄ねじ１の位置に関す
る切削溝３の位置、すなわち前面７での雄ねじの始点に
対する溝の位置は規定されていない。したがって、切削
溝３の領域での刃先プロフィルは種々に変化することに
なる。これを第２図、第３図を参照して説明する。

第２図、第３図には、第１図の溝平面８の形状が示され
ている。溝平面８によって切り取られた雄ねじプロフィ
ルは、ねじ切りインサートを受容孔内にねじ込むとき、
刃先プロフィルとして機能する。このことはもう一方の
溝平面８′についても同様にあてはまる。

第２図において、前面７と溝平面８のそれぞれ延長平面
の交わる線上にねじ山頂９があると仮定する。その場合
の刃先プロフィルは第２図に実線で示す通りである。第
３図では、雄ねじ１は、第２図の雄ねじに対し９０゜だ
けずらして設けられている。すなわち、第３図では、ね
じ山頂１０は前面７に対してねじピッチＴの1/4の距離
(T/4)を有する。第２図、第３図を比較すれば明らかな
ように、両者では刃先プロフィルが全く相違している。
これらの刃先プロフィルの結果、ねじ切りトルクおよび
切削特性に差異が生じることになる。

本発明は、雄ねじ１と切削溝３との相対位置を常に明確
に規定することにより、ねじ切りインサートが例えば、
第２図のような、あるいは第３図のような刃先プロフィ
ルのみを常に有するようにしようとするものである。ど
ちらの刃先プロフィルがより有利かはねじ切りインサー
トを挿入すべき受容孔を有するワークピースの材料によ
って決められる。

溝平面８と常に直径方向の反対側に位置する溝平面８′
における刃先プロフィルは、ねじピッチＴの半分だけず
れており、その刃先プロフィルは第２図に一点鎖線で示
してある。

雄ねじ１と切削溝３との相対位置を規定するには、雄ね
じ１の始点を、切削溝３を加工するフライスに対して、
常に同じ位置に位置させればよい。

第７図は、テーパ部４を有する雄ねじ１のねじ込み端部
に、フライス加工によって切削溝３を形成する場合の概
念図である。雄ねじ１は、クランパ３０によって、クラ
ンプされる。クランパ３０は、半割可能な一対の可動ク
ランプ３０Ａからなっていて、その一方には、雄ねじ１
の始点１′を一致させるべき、指標３１が形成されてい
る。図では、便宜上、一つの指標３１のみを描いている
が、異なる周方向位置に、複数の指標を描いてもよい。
雄ねじ１をクランパ３０にクランプする際に、雄ねじ１
の始点１′をこの指標３１に合わせ、そのまま、フライ
ス刃３２により切削溝３を加工すれば、指標３１に始点
１′を合わせて形成されたセルフタッピングインサート
はすべて、同一の刃先プロフィルを有することとなる。

このように、直径方向に対向した刃先として機能する２
個の溝平面が、すべてのねじ切りインサートについて常
に同じ刃先プロフィルを有するときには切削溝３の深さ
は、テーパ部４の長さよりもあまり深くする必要はな
い。つまり、切削溝３の深さはテーパ部４の長さとほぼ
同一でよい。このことは切削溝３がねじ切りインサート
の円筒部内へ例えば１または２ねじピッチ分だけ延びて
いればよいということを意味する。これにより受容孔に
深すぎる雌ねじを形成してしまうことはなくなり、した
がってねじ解きトルクおよび引抜き抵抗は増大せしめら
れる。それと同時に、引抜き抵抗の増大にはほとんど寄
与しないねじ切りインサートの長さ５の部分を最小の長
さにすることもできる。このようにしてねじ切りインサ
ートを短くすることができる。また、それと同時にねじ
切りトルクおよびねじ解きトルクはかなりバランスす
る。

切削溝３の位置と前面７上の雄ねじ１の始点との間、し
たがって切削溝３と雄ねじ１との間に明確な位置関係が
あれば、テーパ部４の形状をそれぞれのインサートの目
的に合わせて決めることができる。第４図にはテーパ部
１１が本質的に凸状になっている場合が示され、一方第
５図にはテーパ部１２が本質的に凹状になっている場合
が示されている。各場合の最も好ましい形状は、ねじ切
りインサートを挿入すべき材料による。例えば第４図の
凸形状は比較的軟質な材料に主に適しており、それに対
し第５図の凹形状は一層脆性の材料に適している。

ねじ切りインサートが常に同じ刃先プロフィルを有して
いれば、ねじ切りインサートを受容孔に挿入するときに
深さインジケータおよびタッピング工具内のスリップク
ラッチは不要とすることができる。インサートが常に受
容孔上に位置し、所定の回転数だけ回転せしめられれ
ば、それで十分である。したがって、インサートは常に
同じ深さまでねじ込まれ、そのねじ込み状態に応じて同
じねじ解きトルクおよび引抜き抵抗を有する。もちろ
ん、これは受容孔の径は同じであるとの前提の上での話
である。

従来技術のさらに別の欠点について以下に述べる。公知
のねじ切りインサートでは、溝底部（切削溝３の底部）
１７はねじ切りインサートの軸線１８に対して直角に延
びている。この溝底部１７は、雄ねじ１のねじ山を、そ
の山頂２２を越えて切削することがある。この場合に
は、第６図に符号１９で示すように、切削溝３の底部１
７に隣接して薄肉斜面が形成されてしまう。この薄肉斜
面１９は、切削溝３のフライス加工中のフライス加工圧
により、雄ねじの隣接する谷２０に向かって押圧され、
符号１９′で示すように隆起を形成してしまう。この隆
起１９′は、本来のねじプロフィルからはみ出している
から、受容孔の雌ねじの切削加工中に壁から余分に材料
を削りとってしまう。

本発明は、溝底部２１または２１′を軸線１８に対して
直角でなく傾斜させ、その傾斜を、例えば雄ねじのピッ
チＴの半分に等しくし、かつ、切削溝底部２１、２１′
が雄ねじ１の一つの谷部２０とこの谷部の次の山頂２２
との間で横切るようにすることで、この欠点を解消し
た。図示例においては、符号２１で示す切削溝底部が、
ねじの谷２０において雄ねじ１を切り取る例を示してお
り、符号２１′で示す切削溝底部が、ねじの山頂２２で
雄ねじ１を切り取る例を示している。前者（切削溝底部
２１）は、フライス加工の際に残部のねじ山が変形する
おそれが最も少ない。これに対し、後者（切削溝底部２
１′）は、前者に比較して、フライス加工の際に、切削
溝３の底部２１に隣接する残部ねじ山が変形する（隆起
１９′に相当する隆起が形成される）可能性は高まる
が、少なくとも雄ねじ１のプロフィルの半分が残される
ので、この半分のプロフィルが、フライス加工圧力に対
する抵抗となり、そのため残部ねじ山が隣接するねじの
谷内に押しこまれる変形は生じることがない。つまり、
溝底部２１は切削溝３の最小深さ、溝底部２１′は切削
溝３の最大溝深さを表している。実際には、溝底部は、
溝底部２１と領域から溝底部２１′の領域にほんの僅か
延びているのがよい。

これに対し、切削溝３の底部が、雄ねじ１の一つの山頂
からこの山頂の次の谷の間で、該雄ねじを横切るときに
は、従来と同じ問題が生じてしまう。この状態は、切削
溝３の底部が符号２１′と符号２１″の間に位置する場
合である。

溝底部２１または２１′はねじ切りインサートの軸線１
８上を垂直方向に対し０．５Ｔだけ傾斜して延び、かつ
雄ねじ１のピッチＴの方向に傾斜している。この傾斜は
また、溝底部２３によって示される如く、例えば１．５
Ｔでもよい。溝底部２３′は、溝底部２１′に対応して
いる。さらにまたこれとは別に、溝底部２４によって例
示する如く、溝底部は雄ねじ１のピッチＴの逆方向に傾
斜してもよい。狭ピッチを有する雄ねじ１の場合には、
溝底部２１、２３または２４の傾斜は２．５Ｔでもよ
い。

これらのいずれの場合でも、切削溝３の底部は、雄ねじ
１をその一つの谷部２０とこの谷部の次の山頂との間で
横切るからである。

以上のように本発明の製造方法によれば、多数のセルフ
タッピングインサートの刃先プロフィルをほぼ一定にす
ることができる。従って、同一の材料からなるワークピ
ースに対し、ねじ切りトルクおよび切削特性が一定の多
数のセルフタッピングインサートを容易に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は雌ねじを備えたねじ切りインサートの部分断面
側面図、第２図は刃先を示す図、第３図は別の刃先を示
す図、第４図は第一実施例のテーパ部を有するねじ切り
インサートの側面図、第５図は第二実施例のテーパ部を
有する別のねじ切りインサートの側面図、第６図は溝部
分を切り取ったねじ切りインサートの図、第７図はフラ
イス加工によってねじ切りインサートのねじ込み端部に
切削溝を形成する概念図である。 １……雄ねじ、２……雌ねじ、３……切削溝、４……テ
ーパ部、７……前面、８……溝平面。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピッチＴの雄ねじのねじ山の一部が、ねじ
   込み端部外周に形成したテーパ部によって切断され、か
   つ、このねじ込み端部に、ねじ軸線を横切る方向に延び
   る切削溝を形成するセルフタッピングインサートの製造
   方法において、 多数のインサートに形成する上記切削溝（３）を、ねじ
   込み端部の前端面に位置する上記雄ねじ（１）の始点に
   関し、同一の位置関係で形成し、上記切削溝によって形
   成される刃先プロフィルを、これら多数のインサートを
   ねじ込むべきワークピースの材料によって定まる一定形
   状としたことを特徴とするセルフタッピングインサート
   の製造方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、切削溝
   （３）は、テーパ部（４，１１，１２）の長さとほぼ等
   しい深さを有することを特徴とする製造方法。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、切削溝の
   底部（２１，２１′，２３，２４）は、インサートの軸
   （１８）に直交する方向に対して傾いており、 この傾きは、上記ピッチＴのｘ倍（ｘ＝0.5,1.5,2.5）
   であり、かつ、 上記切削溝底部（２１，２１′，２３，２４）は、雄ね
   じ（１）をその一つの谷部（２０）からその谷部の次の
   山頂（２２）との間で横切ることを特徴とする製造方
   法。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項において、切削溝底
   部（２１，２１′，２３）は、雄ねじ（１）のピッチＴ
   の方向に傾斜していることを特徴とする製造方法。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項において、テーパ部
   （１１）は、断面凸状に形成されていることを特徴とす
   る製造方法。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項において、テーパ部
   （１２）は断面凹状に形成されていることを特徴とする
   製造方法。