タップして死ぬ

タップとダイスは、ねじ山を作成するために使用されるツールであり、これはねじ切りと呼ばれます。多くは切削ツールであり、その他は成形ツールです。タップは、かみ合うペア (例:ナット) のメス部分を切断または形成するために使用されます。ダイスは、かみ合うペア (例:ボルト)のオス部分を切断または形成するために使用されます。タップを使用してねじを切断または形成するプロセスはタッピングと呼ばれ、ダイを使用するプロセスはねじ切りと呼ばれます。

どちらのツールも、ねじ山をきれいにするために使用できます。これはチェーシングと呼ばれます。ただし、通常のタップやダイを使用してねじ山をきれいにすると、通常、材料が除去され、ねじ山が緩んで弱くなります。このため、機械工は通常、その目的のために作られたチェーザと呼ばれる特別なタップとダイを使用してねじ山をきれいにします。チェーザは柔らかい材料で作られており、新しいねじ山を切ることはありません。ただし、実際の留め具よりもしっかりとフィットし、通常のタップやダイのように溝が切られているため、破片が逃げることができます。たとえば、自動車整備士は、スパークプラグのねじ山にチェーザを使用して、腐食や炭素の蓄積を取り除きます。

現代のナットやボルトは一般的に金属で作られていますが、中世のウインチ、風車、水車、製粉所で使用するために木工工具を使用して非常に大きな木製のボルトやナットが作られた時代はそうではありませんでした。木製部品の切断と交換の容易さは、大きなトルクに耐え、ますます重い荷重に耐える必要性とバランスが取れていました。荷重がさらに重くなると、破損に耐えるために、より大きくて強いボルトが必要になりました。一部のナットとボルトは、フィートまたはヤードで測定されました。この開発により、最終的に木製部品が同一寸法の金属部品に完全に置き換えられました。木製部品が破損すると、通常は折れたり、裂けたり、裂けたりします。破片をやすりで削り落とし、残りの部品を組み立て直し、間に合わせの粘土の型に収めて、溶けた金属を型に流し込み、同一の部品をその場で交換できるようにしました。

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  Löffelholz-Codex のダイとタップ (ニュルンベルク 1505)
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  レッフェルホルツ写本（ニュルンベルク 1505 年）の開封済み型

18世紀から19世紀にかけて、金属加工用のタップやダイスは、旋盤やヤスリなどの工具を使って成形し、鍛冶屋で焼き入れや焼き戻しを行い、ユーザー自身で作ることが多かった（特にユーザーが工具製作に熟練していた場合） 。そのため、たとえば機関車、銃器、繊維機械などの製造者は、独自のタップやダイスを作ることが多かった。19世紀には機械加工産業が大きく発展し、タップやダイスを専門とする供給業者から購入する習慣が、徐々にこうした社内作業のほとんどに取って代わっていった。ジョセフ・クレメントは、 1828年にタップやダイスを販売した初期の業者の1人だった。^{[1] 1860年代から1870年代にかけてより高度な}フライス加工方法が導入されると、手ヤスリでタップの溝を切るなどの作業は過去のものとなった。 20 世紀初頭、ねじ研削の実践は大きな進化を遂げ、タップやダイスなどのねじ山を切る技術 (および応用科学) がさらに進歩しました。

19 世紀から 20 世紀にかけて、タップやダイスなどの ねじ生成技術と同時に、ねじの標準化も進みました。

米国最大のタップ＆ダイス会社は、マサチューセッツ州グリーンフィールドのグリーンフィールドタップ＆ダイス（GTD）でした。1940年から1945年にかけて、GTDは連合国の戦争活動に不可欠であったため、枢軸国の空襲に備えて、その敷地の周囲に対空砲が設置されました^{[要出典] 。GTDブランドは現在、}ウィディアプロダクツグループの一部です。

タップは穴の内面にねじ山を切ったり形成したりして、ナットのような機能を果たす雌面を作ります。画像内の 3 つのタップは、ほとんどの機械工が一般的に使用する基本的なタイプを示しています。

底タップ

画像の上部に示されているタップは、ほぼテーパーのない連続した刃先を持ち、1～1.5山のテーパーが一般的です。^{[2] [3]この特徴により、ボトミングタップは}止まり穴 の底までねじを切ることができます。ボトミングタップは通常、よりテーパーの付いたタイプのタップを使用して部分的にねじ切りされた穴にねじを切るために使用されます。ボトミングタップのテーパー端（「タップ面取り」​​）は、ねじ切りされていない穴にねじを切るには短すぎます。米国では、これらは一般にボトミングタップとして知られていますが、オーストラリアと英国ではプラグタップとしても知られています。

中間タップ、第2タップ、^[3]またはプラグタップ

画像の中央に示されているタップには先細りの刃先があり、タップを未タップ穴に位置合わせして挿入するのに役立ちます。先細りのねじ山の数は通常 3 ～ 5 です。^[2]プラグタップは最も一般的に使用されているタイプのタップです。^[要出典]米国ではプラグタップとして知られていますが、オーストラリアと英国ではセカンドタップとして知られています。

テーパータ​​ップ

画像の下部に示されている小さなタップは、中間タップに似ていますが、刃先がより顕著に先細になっています。この特徴により、テーパータ​​ップはプラグタップよりも攻撃性が低く、非常に緩やかな切削動作を実現します。テーパーねじの数は、通常 8 ～ 10 です。^[2]テーパータ​​ップは、加工が難しい材料 (合金鋼など) や、タップの直径が非常に小さく破損しやすい場合に最もよく使用されます。

電源タップ

上記のタップは手動で操作されるため、一般的にハンドタップと呼ばれます。操作中、機械工は定期的にハンドタップを反転させて、切削によって形成されたチップ (切りくずとも呼ばれる) を破砕する必要があります。これにより、切削された材料が密集してタップが破損するのを防ぎます。

最も一般的なタイプの動力駆動タップは、「スパイラルポイント」プラグタップ（「ガン」タップとも呼ばれます）で、その切断刃はタップの中心線に対して角度的にずれています。

この機能により、タップはチップを連続的に破砕し、穴の前方に排出して、チップの詰まりを防ぎます。スパイラル ポイント タップは通常、チップが逃げられるように材料を貫通する穴に使用されます。スパイラル ポイント プラグ タップの別のバージョンは、ツイスト ドリルのフルートに似たフルートを持つスパイラルフルートタップです。スパイラル フルート タップは、止まり穴でもうまく機能するため、高速自動タッピング操作で広く使用されています。

成形タップ

まったく異なる種類のタップは、成形タップです。成形タップは、溝なしタップまたはロールタップとも呼ばれ、切削タップのように穴の側面から金属を切削するのではなく、穴に回転しながら金属を強制的にねじ山の形に押し出します。成形タップには、タップの周囲に定期的に間隔を置いて配置された突起があり、タップが適切なサイズの穴に進められると、実際にねじ山が形成されます。突起の後ろのねじ山は、接触摩擦を減らすためにわずかに凹んでいます。切りくずのためのスペースを設ける必要がないため、これらの凹みは切削タップの溝よりもはるかに目立たず、タップはほぼ普通のねじ山のように見えます。タップは切りくずを生成しないため、切りくずを取り除くために定期的にタップを引き戻す必要はありません。切りくずが蓄積すると、切削タップが詰まって破損する可能性があります。この問題は特に止まり穴で深刻であるため、ねじ山成形はそのような用途に特に適しています。成形タップは、軟鋼やアルミニウムなどの可鍛性材料でのみ機能します。成形されたねじ山は、通常、切削されたねじ山よりも強度があります。タップ ドリルのサイズは、ほとんどのタップ ドリル テーブルに示されている切削タップに使用されるサイズよりも大きいため、正確な穴サイズが要求されます。穴がわずかに小さいと、タップが破損する可能性があります。摩擦力が関係するため、適切な潤滑が不可欠であり、切削油の代わりに潤滑油が使用されます。

手動か自動かにかかわらず、タッピングの加工は穴を開けること（通常はドリルで穴を開けること）と、タップの主径よりやや小さい直径にわずかに皿穴をあけることから始まります。正しい穴の直径は、多くの機械工場で標準的に参照されているドリルとタップのサイズ表に記載されています。ドリルの適切な直径は、タップ ドリルサイズと呼ばれます。タップ ドリル表がない場合は、次の方法で正しいタップ ドリルの直径を計算できます。

${\displaystyle TD=MD-{\frac {1}{N}}}$

ここで、はタップ ドリルのサイズ、はタップの主径 (例: 3 ⁄ 8 -16 タップの場合は3 ⁄ 8 インチ)、 はねじピッチ( 3 ⁄ 8 -16 タップ の場合は1 ⁄ 16インチ)です。3 ⁄ 8 -16タップの場合、上記の式は5 ⁄ 16を生成し、これが正しいタップ ドリル径です。上記の式は最終的に約 75% のねじになります。 ${\displaystyle TD}$${\displaystyle MD}$${\displaystyle 1/N}$

メートルねじではピッチが直接指定されるため、メートルサイズのタップの正しいタップドリル径は次のように計算されます。

${\displaystyle TD=MD-{\text{ピッチ}}}$

ここで、はタップドリルのサイズ、はタップの主直径 (例: M10×1.5 タップの場合は 10 mm)、ピッチはねじのピッチ (標準 M10 タップの場合は 1.5 mm) であり、正しいドリルのサイズは 8.5 mm です。これは、細目ピッチと粗目ピッチの両方に有効で、約 75% のねじも生成します。 ${\displaystyle TD}$${\displaystyle MD}$

プラスチック、アルミニウム、軟鋼などの柔らかいまたは中程度の硬度の材料では、中間 (プラグ) タップを使用してねじを切るのが一般的です。ねじを止まり穴の底まで延長する必要がある場合、加工者は中間 (プラグ) タップを使用して、タップの先端が底に達するまでねじを切断し、次に底部タップに切り替えて仕上げます。加工者は、タップが詰まったり壊れたりしないように、頻繁に切りくずを排出する必要があります。硬い材料の場合、加工者はテーパ タップから開始する場合があります。テーパ タップは直径の変化が緩やかなため、ねじを切るのに必要なトルクが小さくなります。止まり穴の底までねじを切るには、加工者はテーパ タップに続いて中間 (プラグ) タップを使用し、次に底部タップで仕上げます。

タッピングは、一連のタップ (最初のタップ、2 番目のタップ、最終 (仕上げ) タップ) を使用して手動で行うか、旋盤、ラジアルボール盤、ベンチ型ドリル マシン、ピラー型ドリル マシン、垂直フライス盤、HMC、VMC などの機械を使用して行うことができます。機械によるタッピングはより高速で、人的エラーが排除されるため、一般的に精度が高くなります。最終タッピングは、単一のタップで行われます。

一般的に機械タッピングの方が正確ですが、タップの破損が頻繁に発生し、タッピングの品質が一定しないため、タッピング操作の実行は従来非常に難しいものでした。

蛇口が破損する一般的な理由は次のとおりです。

• タップ関連の問題:
  • 蛇口の摩耗は簡単には定量化できない（摩耗した蛇口の使用）
  • 特定の用途に不適切なタップ形状のタップの使用。
  • 標準外または低品質の蛇口の使用。
• 切りくずが詰まる。
• タップと穴の位置がずれている。
• タップの供給量が多すぎたり少なすぎたりすると、張力または圧縮によって破損が発生します。
• 不適切または不十分な切削潤滑剤の使用。
• トルク制限機能がない。
• スクリューマシンで使用する場合のフロートが不適切またはゼロ（フロートを確立するには40 tpi以上の場合は0.1遅く、40 tpi以下の場合は0.15遅くすることを推奨^[4] ​​）
• スピンドル速度が不適切です。

これらの問題を克服するには、タッピング中にタップが破損する可能性を最小限に抑えるための特別なツールホルダーが必要です。これらは通常、従来のツールホルダーと CNC ツールホルダーに分類されます。

ユーザーの要件に応じて、さまざまなツールホルダーをタッピングに使用できます。

単純な手作業によるタッピングの最大の問題は、タップと穴が同軸になるように正確に位置合わせすることです。つまり、斜めにではなく真っ直ぐにタップが入るようにします。オペレーターは、良好なねじ山を作り、タップを壊さないようにするために、この位置合わせを理想に近づける必要があります。ねじ山の深さが深くなるほど、角度誤差の影響は顕著になります。深さが直径の 1 倍または 2 倍の場合、これはほとんど問題になりません。深さが直径の 2 倍を超えると、誤差が顕著になり、無視できなくなります。位置合わせに関するもう 1 つの事実は、最初の 1 つか 2 つのねじ切りによって、残りのねじ山の方向が決まるということです。最初の 1 つか 2 つのねじ切りの後で角度を修正することはできません。

この位置合わせ作業を支援するために、いくつかの種類の治具と固定具を使用して、フリーハンドのスキルを使用せずに正しい形状 (つまり、穴との正確な同軸性) を実現できます。

• ハンドタッパー: 基本的な形状がアーバープレスに類似したシンプルな治具。スピンドルはワークに対して正確に垂直に保持されます。標準タップはスピンドルに保持され、オペレーターはハンドルバーを介して手動でスピンドルを回転させます。この治具により、オペレーターが注意深く熟練して垂直に近づける必要がなくなります。熟練したオペレーターでも、2～5°の誤差が生じる可能性があります。
• タッピング ガイド、または「タップおよびリーマ アライナー/ホルダー」は、通常のタップ ハンドルを使用するときにタップにかぶせる単純な円錐形のガイドです。ハンド タッパーと同様に、基本的な原理は、正しい位置合わせを行うためのジグまたは固定具を使用するというものです。

• タッピングアタッチメント：これらは通常のもの（さまざまなタップサイズで利用可能）またはクイックチェンジタイプです。
• クイックチェンジドリルおよびタッピングチャック（CNC および手動制御ツールの両方で利用可能なバリエーション）
• リジッドタッピングアタッチメント（CNC用）

一般的に、タッピングホルダーには次の機能が求められます。

• ツインチャッキング: タップは円形断面と四角形断面の両方の点で保持されます。円形断面を掴むことで機械のスピンドルとの同心性が確保され、四角形を掴むことで確実な回転駆動力が得られます。
• 安全クラッチ: 設定されたトルク制限に達するとすぐに内蔵の安全機構が作動し、タップの破損を防ぎます。
• フロートラジアルパラレル: 小さなずれはこのフロートによって処理されます。
• 長さ補正: 組み込みの長さ補正により、スピンドルの小さな押し引きや送り差に対応します。

様々な環境でのタッピング作業の典型的な例を含むタッピングのケーススタディは、machinetoolaid.com [1]に掲載されています。

• タッピング ステーションは、バランス アーム ランプに似たパンタグラフスタイルのアームの先端にタッピング ヘッドが取り付けられた作業台です。オペレーターは、タッピング ヘッドを各 (すでにドリルで穴が開けられている) 穴に誘導し、すばやくタッピングを行います。
• ドリリングおよびタッピング センターは、その名前がタッピング ステーションに似ていますが、実際には、フライス加工の使用は限定的で、主にドリリングとタッピングに使用するために設計された、2 軸、2.5 軸、または 3 軸の軽量で手頃な価格の加工センターです。

ダブルリードタップとインサートタップでは、他のタップとは異なる速度と送り、および異なる開始穴直径が必要です。

米国のタップとドリル ビットのサイズに関する包括的な参考資料は、Albany County Fasteners が提供する表に記載されています。この表には、機械ネジのサイズ、1 インチあたりのねじ山数、大径と小径、さまざまな材料に適したドリルのサイズに関する詳細な仕様が記載されています。

ダイは、ロッドなどの円筒形の材料に外ねじを切り、ボルトのように機能する雄ねじ部品を作成します。ダイは一般に、ソリッドと調整可能な 2 つのスタイルで作られています。調整可能なダイは、一体型ねじまたはダイ ホルダー (「ダイ ストック」と呼ばれる) にセットされた一連のねじによって調整できます。一体型調整ねじは、軸方向に動作するように配置できます。この場合、調整ねじがダイのねじ穴に入ると、ダイのスリット部分が開きます。または、接線方向に動作するように配置できます。この場合、スリットの片側にねじ込まれたねじが、スリットの反対側に当接します。一体型ねじのないダイは、放射状に配置されたねじによってダイ ストック内で調整されます。ストック内の 2 つのねじがスリットの両側のくぼみに当接して、スリットを圧迫して閉じる傾向があります。一方、先細りの先端を持つ 3 つ目のねじがスリットにねじ込まれて、スリットが開きます。これら 3 つのねじを互いに動かすことで、ダイを調整します。

一体型ネジは米国では一般的ですが、英国やヨーロッパではほとんど知られていません。

右の画像に示すダイは調整可能です。

• 左上：上部調整ネジ付きの古い分割ダイ
• 左下: 上部調整ネジ付きの一体型ダイ
• 中央: 側面調整ネジ付きの一体型ダイ (全体画像ではほとんど見えません)
• 右: 調整ネジが組み込まれていない 2 つのダイ

ソリッドダイスは、公称ねじ形状と深さを切削しますが、その精度はダイスの製造精度と摩耗の影響に左右されます。調整可能なダイスは、摩耗を補正するため、または異なるクラスのねじの適合 (クラス A、B、まれにクラス C) を実現するために、わずかに圧縮または拡張できます。調整可能なタップも存在しますが、一般的ではありません。調整可能なタップには、溝に分割された先端と、刃先をわずかに押し広げる軸方向のねじがあります。

ねじ切りされるワークピース（ブランク）は、通常、ダイの主径よりもわずかに小さい直径で、ねじ切りされる端にわずかなテーパー（面取り）が付けられます。この面取りは、ダイをブランクの中心に配置するのに役立ち、ねじ切りを開始するために必要な力を減らします。^[8] ダイが開始すると、自動的に送ります。チップを破壊し、混雑を防ぐために、ダイを定期的に反転させる必要があることがよくあります。

ダイナットはねじ切りダイスとも呼ばれ、損傷したねじ山をきれいにするためのダイスです^[9]サイズを変更するための割れ目がなく、レンチで回せるように六角形の棒で作られています。損傷したねじ山を修復するプロセスは「チェーシング」と呼ばれます。ねじ切りダイスにはチップ形成歯がないため、新しいねじを切ることはできません。^[10]ただし、ダイスの外部プロファイルは、その機能に厳密には対応していません。ダイスの製造業者は、新しいねじ山の作成を目的とした六角形のモデルを製造しています。^[11]これらは、外部形状を除いてすべての点でソリッドダイスと同じように見えます。六角形のねじ切りダイスは、六角形の保持機能を備えたダイスストックと一緒に使用されます。

ほとんどのタッピングおよびねじ切り作業では、適切な潤滑剤の使用が不可欠です。一般的な材料に推奨される潤滑剤は次のとおりです。

炭素鋼（軟鋼）

石油系または合成切削油。

合金鋼

石油系切削油に少量（約 10 パーセント）の灯油またはミネラル スピリットを混ぜたもの。この混合物はステンレス鋼にも使用できます。

鋳鉄

潤滑剤は使用しないでください。切りくずを除去するには、低速のエアブラストを使用する必要があります。

アルミニウム

灯油またはミネラルスピリットに少量（15～25 パーセント）の石油系切削油を混ぜたもの。場合によっては、WD-40、CRC 5-56、3 - In-One Oilなどの製品が代用として使用できます。

真鍮

灯油または鉱物油。

ブロンズ

灯油またはミネラルスピリットに少量（10～15 パーセント）の石油系切削油を混ぜたもの。

• デガーモ、E. ポール; ブラック、J. T.; コーサー、ロナルド A. (2003)。 『製造における材料とプロセス』（第 9 版）。Wiley。ISBN 0-471-65653-4。
• ロー、ジョセフ・ウィッカム（1916年）、イギリスとアメリカの工具製造業者、ニューヘブン、コネチカット：エール大学出版局、LCCN  160117531926年にMcGraw-Hill社（ニューヨークおよびロンドン）から再版（LCCN  27-24075）;およびLindsay Publications社（イリノイ州ブラッドリー）から再版（ISBN 978-0-917914-73-7）。 

• 手作業でタッピングする人の写真
• AlbanyCountyFasteners.com のタップとダイス セット