JP2001129728A

JP2001129728A - 焼ばめホルダ

Info

Publication number: JP2001129728A
Application number: JP31279299A
Authority: JP
Inventors: Haruki Mizoguchi; 春機溝口
Original assignee: MST Corp KK; MST Corp
Current assignee: MST Corp KK; MST Corp
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2001-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた剛性と把持力を有し、工具の取付け位
置（工具刃の突出量の設定）を高精度に設定できる焼ば
めホルダを提供する。【解決手段】工具の挿入量の調節を可能にする挿入量
規制具６を内部に具備した焼ばめホルダ１のチャック部
４の先端に、必要に応じて凸型で円筒形の小径部4aを設
け、焼ばめにより熱膨張率の高いリングをチャック部４
の先端又は小径部4aの外周に設けると、工具の取付け位
置を高精度に設定でき、剛性及び把持力の優れた固定が
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は焼ばめホルダに関
し、特にホルダ本体と工具本体の密着性を高める手段を
具備する焼ばめホルダに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】コレッ
ト式工具ホルダは、ドリル、エンドミル等の工具を用い
た加工において刃部の摩耗、欠損等により工具を交換す
る必要が生じた際、工具の突出量を正確に再現すること
により、加工干渉の防止やＮ／Ｃへの補正値入力の手間
及び入力ミスの防止が可能になるので、従来より採用さ
れている。

【０００３】しかし、従来のコレット式工具ホルダで
は、工具と工具把持部の間に隙間が形成されやすく、ま
た工具の把持力が低いため、剛性の低下やビビリが発生
するといった問題があった。

【０００４】これに対し焼ばめ式工具ホルダは、剛性及
び工具の把持力が高いため、最近注目を集めている。焼
ばめ式工具ホルダは、加熱による金属の熱膨張を利用し
てホルダ把持部内径を拡径させ、工具シャンクを挿入
し、その後冷却することで膨張した金属部分を収縮させ
て元に戻し、工具シャンクを把持し固定する。焼ばめ式
工具ホルダでは、高い工具把持力と剛性は得られるが、
加熱を行うまでは工具シャンクをホルダ把持部に挿入す
ることができない上に、熱膨張した状態で工具の突出量
を規制するので高精度な位置決めができないという問題
がある。

【０００５】そこで、図13に示すように、工具ホルダ内
部に挿入量規制具６を設け、工具８のシャンク8aの後端
部を挿入量規制具６の上面に当接させて、工具の突出量
を設定するといった手段が提案されている。しかしこの
場合、シャンク8aの後端部を支持するように挿入量規制
具６が設けられているので、工具ホルダの収縮により工
具８と挿入量規制具６に非常に強い圧縮力が発生し、座
屈力による精度不良が生じてしまう。

【０００６】また他の例としては、特開平11-77443号に
開示されているように、工具をホルダ本体に挿入する際
に工具の突出量を設定する刃物挿入規制具を工具に設け
て、係止する方法が提案されている。しかし、この方法
では座屈力は発生しないが、高精度な位置決めが困難と
なる。これは、チャック部は軸方向にも膨張しており、
工具を刃物挿入規制具で把持し常温まで冷却して元の状
態に戻すと、刃物挿入規制具と工具ホルダのチャック部
先段部面の間に隙間が形成されるため、高精度な位置決
めができないからである。

【０００７】従って、本発明の目的は、優れた剛性と把
持力を有し、工具の取付け位置（工具刃の突出量の設
定）を高精度に設定できる焼ばめホルダを提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、挿入量の調節を可能にする挿入量
規制具を内部に具備した焼ばめホルダのチャック部先端
に、必要に応じて凸型で円筒形の小径部を設け、焼ばめ
により熱膨張率の高いリングをチャック部の先端又は小
径部の外周に設けると、工具の取付け位置を高精度に設
定でき、剛性及び把持力の優れた固定が可能であること
を発見し、本発明を完成した。

【０００９】すなわち本発明の焼ばめホルダは、工作機
械との接続部と、マニュピレータ把持部と、工具のシャ
ンクを挿入し焼ばめにより固定するチャック部を有し、
チャック部の外周に焼ばめにより固定される環状のリン
グが設けられていることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】[1] ホルダ本体図１及び図２に本発明の焼ばめホルダの一例を示す。図
１及び図２に示す焼ばめホルダ１はいずれもテーパ接続
部２及びマニュピレータ把持部３、工具保持用のチャッ
ク部４から構成されている。チャック部４には工具を挿
入するための挿入孔５及び挿入孔５の内部には工具を把
持する工具把持部７が設けられている。また工具把持部
７の下方には工具の挿入量を調節する挿入量規制具６が
設けられている。チャック部４は、先端側の小径部4aと
基端側の大径部4bとの間に段部を有する構造となってお
り、図１に示す焼ばめホルダ１は小径部4aと大径部4bと
の境界部分の段部面4cが軸方向に垂直な面を形成してい
る。また、図２に示す焼ばめホルダ１は小径部4aと大径
部4bとの境界部分の段部面4cが先端方向に径が小さくな
るテーパ面を形成している。

【００１１】図１及び図２に示すように、小径部4aに図
３〜図５に示すような溝９を設けることで、工具把持力
の向上を図ることができる。図３に示す小径部4aには、
半径方向に小径部4aの内周まで伸びる溝９が軸方向に伸
びている。溝９の軸方向への長さは、小径部4aの軸方向
の長さ以上とするのが好ましい。溝９の数は１以上であ
って、特に３〜12であるのが好ましい。また図４に示す
小径部4aには、その下端の外周に環状の溝９が設けられ
ている。さらに図５に示す小径部4aには、その外周に軸
方向に伸びる溝９が設けられている。軸方向に伸びる溝
９の長さは、工具把持部７の把持長Ｌ₁以上とするのが
好ましい。溝９の数は１以上であって、特に３〜12であ
るのが好ましい。図３〜図５に示すような溝９を設ける
と小径部4aの肉厚が厚くても工具を強く把持することが
できる。

【００１２】図２に示すように段部面4cがテーパ面形成
していても強い工具把持力及び剛性が得られる。また小
径部4aを図６(a) 又は(b) に示すような形状とすること
により、さらなる把持力及び剛性の向上が得られる。図
６(a) に示すチャック部４は、小径部4aと大径部4bとの
境界部分の段部面4cが、先端方向に径が小さくなるテー
パ面を形成し、小径部4aが軸方向に平行な面を形成し、
さらに小径部4aの先端側が先端方向に径が小さくなるテ
ーパ面を形成している。また図６(b) に示すチャック部
４は、段部面4cが、軸方向に垂直な面を形成し小径部4a
が先端方向に径が小さくなるテーパ面を形成している。

【００１３】チャック部４の先端にある工具挿入孔５の
径Ｄ₁は、工具シャンクの外径より大きくすると、この
ようないわゆる隙間ばめで構成することになり、常温で
工具の突出量を設定できるため、高精度な位置決めを行
うことができる。

【００１４】焼ばめホルダの材質としては、SCM 、SKD
等の工具ホルダに広く用いられるもので良いが、インバ
ー等の不変鋼がより好ましい。インバー等の不変鋼は後
述するリングより熱膨張率が小さいので効率的な焼ばめ
が可能となり、またリングから伝わる熱により膨張が発
生しないので、極めて高精度に工具の突出量を設定する
ことができる。なお、上記のような材質で構成されてい
れば、チャック部４と本体は別の材質で構成されていて
もよい。

【００１５】[2] リング (1) リングの形状及び材質小径部4aの外周及び段部面4cに設けられるリングは、小
径部4aや段部面4cの形状に応じたものを使用するのが好
ましい。具体的には、図７に示すような形状のものを適
宜選択して使用するのが好ましい。例えば図１及び図３
〜図５に示すように段部面4cが軸方向に垂直な面を形成
している場合は、小径部4aの外周には円筒形のリング10
a を使用するのが好ましい。図２に示すように段部面4c
がテーパ面を形成している場合は、そのテーパ面に当接
するテーパ面を有するリング10bを使用するのが好まし
い。また、図６(a) に示す小径部4aに対応するリングと
してはリング10c 、図６(b) に示す小径部4aにはリング
10d をそれぞれ使用するのが好ましい。なお、図６(b)
に示す小径部4aにはリング10e のような外形が円錐台形
のものを使用することもできる。

【００１６】また工具シャンクを強く把持するには、リ
ングの軸方向の長さが工具把持部７の把持長Ｌ₁以上で
あるのが好ましい。把持長Ｌ₁より小さいと、工具把持
部７全体を締付けることができないため、工具シャンク
を強く把持することができなくなる。さらに上記リング
は焼ばめによって、小径部4aを介して工具のシャンクを
強く把持するものである。従って、小径部4aの外径Ｄ₂
とリングの内径は締まりバメで構成するのが好ましい。

【００１７】リングの材質としては、SUS304、HPM75 、
アルミ合金、銅合金等のチャック部４を構成する金属よ
り熱膨張率の大きいものが好ましい。このようなリング
を使用すると、熱膨張率が大きいので低温での焼ばめが
可能となり、リング取付け時にホルダ本体に伝わる熱が
少なくなって膨張量も最小限に抑えられる。さらにリン
グの取外しも低温で行うことができるので、加熱・冷却
時間の短縮及び加熱による変質を防ぐことができる。

【００１８】(2) リングの肉厚リングの肉厚は剛性及び工具把持力に大きな影響を与え
る。例えば図１及び図３〜図５に示す小径部4aの肉厚よ
りリングの肉厚が大きすぎると剛性が低下してしまい、
小さすぎると工具把持力が低下してしまう。従って、高
い剛性と工具把持力を得るため、リングの肉厚Ｔ₂と小
径部4aの肉厚Ｔ₁の比（Ｔ₂／Ｔ₁）を適切な範囲に設
定しなければならない。この肉厚比Ｔ₂／Ｔ₁を設定す
るには、リング及びホルダの材質、熱膨張率、強度等や
締り代、小径部の形状（溝加工等）、リングとホルダの
段部面接触等のパラメータも考慮する必要がある。

【００１９】そこで、以下の条件で最適な肉厚比の範囲
を調査した。工具：超鋼（シャンク径φ12mm）ホルダ：SKD61 （内径φ12mmの円筒形状）リング：ステンレス鋼（外径φ16、18、20mmの円筒形
状）挿入隙間（ホルダ内径−工具外径）：0.005mm 締代（ホルダ外径−リング内径）：0.020mm （有効0.01
5mm ）

【００２０】図８〜図10にリングの外径がそれぞれφ1
6、φ18、φ20mmのときの把持締代と(a) リング取外し
可能温度及び(b) 断面二次モーメント（剛性）の関係を
示す。図８〜図10より、工具を把持する最低条件とし
て、工具シャンクの把持締代が重要であることがわか
る。把持締代が０以下であるとリングを焼ばめしても工
具のシャンクを把持してないため使用できない。逆に把
持締代が大きくなると面圧（把持力）が上がり、加工時
のスリップを防止できる。

【００２１】以上から、肉厚比Ｔ₂／Ｔ₁は0.5 以上と
するのが好ましく、リングの取外し温度及び剛性の低下
を考慮すると0.5 〜３とするのがより好ましい。

【００２２】[3] 焼ばめ方法チャック部４又は小径部4aの外周に設けるリングを加熱
して膨張させる。加熱手段には高周波誘導加熱、ヒータ
加熱等のこれまで知られている方法を用いることができ
る。膨張したリングを室温状態にあるホルダ１のチャッ
ク部４又は小径部4aの外周に設置する。その後、必要に
応じて冷風を供給して、リングを収縮させて工具を密着
固定する。以下、焼ばめによる工具の固定方法につい
て、具体例をあげて説明する。

【００２３】(1) 第一の実施例図１に示す小径部4aの外周にリング10a を設けて焼ばめ
により工具を固定する方法について説明する。

【００２４】図11(a) に示すようにチャック部４の挿入
孔５に工具８のシャンク8aを挿入する。工具刃が所定量
突出するように挿入量規制具６が設けられおり、シャン
ク8aの外径と挿入孔５の内径とは隙間ばめで構成されて
いるので、常温で高精度な工具の位置決めができる。次
ぎにリング10a をヒータ等で加熱し、図11(b) に示すよ
うに熱膨張したリング10a を小径部4aの外周に設ける。
チャック部４（小径部4a）の外径とリング10a の内径は
締まりばめで構成されているが、リング10a は熱膨張し
ているので小径部4aの外周に容易に設置することができ
る。このようにして小径部4aの外周には締まりばめで構
成されるリング10a が設けられているため、常温になる
とリング10a の収縮により、小径部4aが締めつけられ、
小径部4aを介して工具シャンクも強く把持される。その
結果、図11(c) に示すように工具８の密着固定が可能と
なる。

【００２５】同様な方法で図３〜図５に示すようなチャ
ック部４に溝９が設けられている場合もリング10a を使
用して焼ばめにより工具を密着固定することができる。
溝９は、焼ばめの際、締付けの損失を防ぐので、工具８
との密着性をより向上させることができる。

【００２６】(2) 第二の実施例図２に示す小径部4aの外周にリング10b を設けて焼ばめ
により工具を固定する方法について説明する。

【００２７】図12(a) に示すようにチャック部４の挿入
孔５に工具８のシャンク8aを挿入する。工具刃が所定量
突出するように挿入量規制具６が設けられおり、シャン
ク8aの外径と挿入孔５の内径とは隙間ばめで構成されて
いるので、常温で高精度な工具の位置決めができる。次
ぎにリング10b をヒータ等で加熱し、図12(b) に示すよ
うに熱膨張したリング10b を小径部4aの外周に設ける。
チャック部４（小径部4a）の外径とリング10b の内径は
締まりばめで構成されているが、リング10b は熱膨張し
ているので小径部4aの外周に容易に設置することができ
る。この状態で常温まで冷却すると、リング10b 及びチ
ャック部４は収縮して元の状態に戻る。膨張及び収縮は
径方向だけでなく軸方向にも起こるが、リング10b の下
端のテーパ面とテーパ面を形成している段部面4cはテー
パ面同士が当接しており、収縮の際にこれらのテーパ面
同士が引きつけ合うので段部面4cとリング10b の下段部
面の間に隙間が形成されず、剛性をあげることができ
る。挿入孔５の内径と工具シャンクの外径は隙間ばめで
構成されているが、小径部4aの外周には締まりばめで構
成されるリング10b が設けられているため、リング10b
の収縮により、小径部4aが締めつけられる。小径部4aを
介して工具シャンク8aも強く把持されるので図12(c) に
示すように、工具の密着固定が可能となる。

【００２８】同様な方法で図６(a) 又は(b) に示すよう
な形状のチャック部４に種々のリング（10c 〜10e ）を
使用して焼ばめを行えばリングの内面とチャック部４の
外周が接触した状態からリングの収縮が始まるのでより
強力に工具を密着固定することができる。図６(a) 又は
(b) に示すようなチャック部４の小径部4aの外周に当接
するリングを設けると、リング10a や10b を使用する場
合よりも効率良く固定することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の焼ばめホ
ルダは優れた剛性と把持力を有するので、使用中に剛性
の低下やビビリが発生することはない。また工具を把持
するタイミングは、リングからホルダ本体への熱が伝わ
り始めてまもなくなので、従来のホルダ本体を加熱する
場合と比較して、ホルダ本体の膨張量が極めて小さい。
従って、常温に戻れば、設定した突出量が再現されやす
く、従来の焼ばめホルダでは不可能であった工具の取付
位置（工具刃の突出量）を高精度に設定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による焼ばめホルダを示す
部分断面図である。

【図２】本発明の他の一実施例による焼ばめホルダを
示す部分断面図である。

【図３】本発明の焼ばめホルダのチャック部の一実施
例を示す図であり、(a) は上面を示し、(b) は側面の部
分断面を示す。

【図４】本発明の焼ばめホルダのチャック部の他の実
施例を示す図であり、(a) は上面を示し、(b) は側面の
部分断面を示す。

【図５】本発明の焼ばめホルダのチャック部の他の実
施例を示す図であり、(a) は上面を示し、(b) は側面の
部分断面を示す。

【図６】本発明の焼ばめホルダのチャック部の他の実
施例を示す図であり、(a) 及び(b) は小径部を種々の形
状にした場合の例を示す部分断面図である。

【図７】本発明の焼ばめホルダの先端に設けられるリ
ングの例を示す断面図である。

【図８】 (a) は外径φ16のリングの肉厚比によるシャ
ンク把持締代とリング脱温度の関係を示すグラフであ
り、(b) はリングの肉厚比によるシャンク把持締代と断
面二次モーメントの関係を示すグラフである

【図９】 (a) は外径φ18のリングの肉厚比によるシャ
ンク把持締代とリング脱温度の関係を示すグラフであ
り、(b) はリングの肉厚比によるシャンク把持締代と断
面二次モーメントの関係を示すグラフである

【図10】 (a) は外径φ20のリングの肉厚比によるシャ
ンク把持締代とリング脱温度の関係を示すグラフであ
り、(b) はリングの肉厚比によるシャンク把持締代と断
面二次モーメントの関係を示すグラフである

【図11】本発明の焼ばめ方法の例を示す部分断面図で
あり、(a) は工具を挿入した状態を示し、(b) は加熱後
にリングを設けた状態を示し、(c) は常温まで冷やした
後の状態を示す。

【図12】本発明の焼ばめ方法の他の例を示す部分断面
図であり、(a) は工具を挿入した状態を示し、(b) は加
熱後にリングを設けた状態を示し、(c) は常温まで冷や
した後の状態を示す。

【図13】従来の焼ばめホルダの一例を示す部分断面図
である。

【符号の説明】

１・・・焼ばめホルダ２・・・テーパ接続部３・・・マニュピレータ把持部４・・・チャック部 4a・・・小径部 4b・・・大径部 4c・・・段部面５・・・挿入孔６・・・挿入量規制具７・・・工具把持部Ｌ₁・・・工具把持部の把持長Ｔ₁・・・小径部の肉厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械との接続部と、マニュピレータ
把持部と、工具のシャンクを挿入し焼ばめにより固定す
るチャック部を有する焼ばめホルダにおいて、前記チャ
ック部の外周に焼ばめにより固定される環状のリングが
設けられていることを特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項２】請求項１に記載の焼ばめホルダにおい
て、前記チャック部が先端側の小径部と基端側の大径部
とからなり、前記小径部の外周及び小径部と大径部の間
の段部面に焼ばめにより固定される環状のリングが設け
られていることを特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項３】請求項１又は２に記載の焼ばめホルダに
おいて、前記焼ばめホルダ内部に工具の挿入量を調節で
きる挿入量規制具が設けられていることを特徴とする焼
ばめホルダ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記環状のリングの軸方向の長さが前
記チャック部内に設けられた工具把持部の把持長以上で
あることを特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項５】請求項２〜４のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記小径部と大径部との境界部分の段
部面が、先端方向に径が小さくなるテーパ面を形成して
いることを特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記チャック部が先端方向に径が小さ
くなるテーパ面を形成していることを特徴とする焼ばめ
ホルダ。
【請求項７】請求項２〜５のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記小径部が軸方向に平行な面を形成
し、さらに前記小径部の先端側が先端方向に径が小さく
なるテーパ面を形成していることを特徴とする焼ばめホ
ルダ。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記チャック部の外側に軸方向に平行
な１以上の溝が設けられており、前記溝の長さが工具ホ
ルダのチャック部内に設けられた工具把持部の把持長以
上であることを特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記チャック部の外側に環状の溝が設
けられていることを特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項10】請求項１〜９のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記チャック部に半径方向に伸びる溝
が軸方向に伸びるように設けられていることを特徴とす
る焼ばめホルダ。
【請求項11】請求項10に記載の焼ばめホルダにおい
て、前記チャック部に半径方向に伸びる溝が小径部の内
周まで伸びていることを特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項12】請求項１〜11のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記チャック部と焼ばめホルダ本体が
別の材質からなり、前記チャック部が環状のリングより
熱膨張率の低い材質からなることを特徴とする焼ばめホ
ルダ。
【請求項13】請求項１〜12のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記チャック部が不変鋼からなること
を特徴とする焼ばめホルダ。
【請求項14】請求項１〜13のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記チャック部内径と工具のシャンク
の外径が隙間ばめで構成され、前記チャック部外径とリ
ングの内径が締まりばめで構成されていることを特徴と
する焼ばめホルダ。
【請求項15】請求項１〜14のいずれかに記載の焼ばめ
ホルダにおいて、前記環状のリングの肉厚と前記チャッ
ク部に設けられた小径部の肉厚の比（リングの肉厚／チ
ャック部に設けられた小径部の肉厚）が0.5 以上である
ことを特徴とする焼ばめホルダ。