JPH1148007A - 焼嵌め式工具ホルダ - Google Patents

焼嵌め式工具ホルダ

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JPH1148007A
JPH1148007A JP9228911A JP22891197A JPH1148007A JP H1148007 A JPH1148007 A JP H1148007A JP 9228911 A JP9228911 A JP 9228911A JP 22891197 A JP22891197 A JP 22891197A JP H1148007 A JPH1148007 A JP H1148007A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な把持力を有するとともに市販の工具に
対して柔軟に対応することができる焼嵌め式工具ホルダ
を提供する。 【解決手段】 工作機械との接続部２と、マニュピレー
タ保持部３と、超硬工具のシャンクを焼嵌めにより固定
する工具把持部材６とからなる焼嵌め式工具ホルダであ
り、少なくとも前記工具把持部材６が析出硬化又は加工
硬化により強化されたオーステナイト組織を有する特殊
鋼からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセン
タ、フライス盤、旋盤、中ぐり盤、研削盤等に使用する
焼嵌め式工具ホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】マシニングセンタは、工具の自動交換機
能を備えた数値制御（NC）工作機械であり、一旦被加工
物を取付ければ、フライス削り、穴部又は切欠部削り、
中ぐり、ネジ立て等の種々の加工を自動的に行うことが
できるために、省力化と生産性の向上が得られる。
【０００３】マシニングセンタにおいて複数の刃物工具
を自在に交換して使用するためには、各工具を工具ホル
ダに取り付け、工具台にセットする。工具ホルダの一例
を図22及び図23に示す。工具ホルダ１は、マシニングセ
ンタの主軸と接続するためのテーパ状接続部２、マニュ
ピレータの係合部３、及び工具保持用チャック部４を具
備する。チャック部４の中空部に挿入された工具のシャ
ンクはナット41を締め付けてニードルローラー43で挟持
することにより、固定される。
【０００４】工具ホルダが工具を保持する方式としては
上記ナット式の他にいわゆる焼嵌め式がある。焼嵌め式
は工具保持のダイナミックバランスがよく、高速加工が
可能であるという利点を有し、最近注目を集めている。
焼嵌め式工具ホルダの一例を図24(a) 及び(b) に示す。
工具ホルダ１は、テーパ状接続部２、マニュピレータ係
合部３、及び工具保持用チャック部４を具備する。チャ
ック部４の中空部に挿入された工具９のシャンクは焼嵌
めにより固定される。チャック部４の先端の工具把持部
の内面に４本の溝45が設けられ、それより切削加工用液
又はエアーが噴出する。
【０００５】焼嵌め式工具ホルダのもう１つの例を図25
(a) 及び(b) に示す。工具ホルダ１は、テーパ状接続部
２、マニュピレータ係合部３、及び工具保持用チャック
部４を具備する。チャック部４の中空部に挿入された工
具９のシャンクは焼嵌めにより固定される。チャック部
４先端の工具把持部の内部に工具ホルダの中空部に連通
する４本の孔46が工具ホルダの軸線方向に平行に設けら
れ、切削加工用液又はエアーをチャック部４の先端面か
ら噴出する。
【０００６】従来の焼嵌めホルダは、工具把持部と工具
シャンクとの熱膨張率の差を利用している。工具シャン
クには超硬合金、サーメット、セラミックス、インバー
等の低膨張材が用いられ、また工具把持部にはニッケル
クロム鋼等の高膨張材が用いられている（例えば実開平
4-54606 号参照）。結合力（把持力）を決める締め代は
工具シャンク径の１／1000程度であり、例えばシャンク
径が20〜30mmの時は0.02mm前後に設定されている。これ
らの条件を満たすことにより焼嵌めに必要な加熱温度を
低く抑えるている。
【０００７】これらの従来技術では、工具シャンクと工
具把持部の中空部の寸法を適宜設定することにより、加
熱を必要最小限にし、材料組織の変化に伴う強度、硬度
変化を防止し、着脱可能としている。その他に、超硬工
具シャンクをハイスや、ステンレスなどの把持部材でか
しめることにより固着し、工具シャンクをはずす時に加
熱するもの等も提案されている（例えば実開平1-92309
号参照）。
【０００８】
【発明を解決しようとする課題】しかしながら、従来の
焼嵌め方式による工具ホルダには、工具把持部材の中空
部と工具のシャンクとの熱膨張率の差が十分ではないた
め焼嵌めによる把持力が十分でない。熱膨張量は工具シ
ャンクの径が小さくなるに比例して小さくなるため、工
具シャンクの径が12mm以下になると熱膨張量が小さす
ぎ、僅かな公差でも把持力が大きく低下する。そのため
市販の工具はほとんど焼嵌めに利用できないという問題
があった。
【０００９】またJIS 規格等による工具シャンクにはい
ずれも公差があり、例えばJIS B4116 超硬ソリッドエン
ドミルにはｈ７の公差があるが、従来の焼嵌め式工具ホ
ルダでは、この公差を吸収できる程の熱膨張率の差と、
焼嵌め強度を確保することが困難である。工具の公差を
完全に吸収しようとすると、工具ホルダの把持部材の中
空部の公差をできるだけ小さくしなければならないが、
これは特に小径工具の場合に困難である。個々の工具シ
ャンクと工具ホルダとの現物合わせで、工具ホルダの把
持部材の中空部を加工することも考えられるが、量産性
の観点から不可能である。
【００１０】このような公差を吸収する方法として、焼
嵌め温度を高くすることも考えられ、現在700 ℃程度ま
で加熱することも行われている。しかしながら従来の材
質では工具ホルダの強度が低下し、把持部材の中空部の
拡がりが生じたり、加熱、冷却の繰り返しにより鋼の焼
き戻しに相当する組織変化が起こり、それに伴って工具
ホルダの硬度及び強度が低下する。さらに焼嵌め温度が
高いと、把持部材の中空部に酸化被膜が形成され、把持
力が低下したり、内径寸法が変化したりする。
【００１１】一方工具ホルダの構造に関して、工具ホル
ダに直接工具を焼嵌めする場合には、工具ホルダ全体を
加熱、冷却するため、焼嵌めに時間がかかるのみなら
ず、取り扱いにくいものになってしまう。
【００１２】また切削加工液又はエアーを供給する孔に
関しては、従来の工具ホルダでは図24及び図25に示すよ
うに工具把持部材の内面に溝を設けたり、端面に通じる
供給孔を設けたりしているが、工具シャンクを焼嵌めし
た状態では工具ホルダの把持部に非常に大きな応力が発
生するため、図24、25のような孔形状では応力集中が起
こる。また切削加工液又はエアーは工具の回転により拡
散し、工具先端に集中しないという問題がある。
【００１３】従って本発明の目的は、従来の問題点を解
決し、十分な把持力を有するとともに市販の工具に対し
て柔軟に対応することができる焼嵌め式工具ホルダを提
供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者等は、少なくとも工具ホルダの工具把
持部を特定のオーステナイト鋼材で製造することによ
り、焼嵌めの際に大きな締り代が得られるのみならず、
低温での焼嵌めができ、かつ市販の工具に対して柔軟に
対応できる焼嵌め式工具ホルダとすることができること
を発見し、 本発明を完成した。
【００１５】すなわち、本発明の焼嵌め式工具ホルダ
は、工作機械との接続部と、マニュピレータ保持部と、
超硬工具のシャンクを焼嵌めにより固定する工具把持部
材とからなり、少なくとも前記工具把持部材が析出硬化
又は加工硬化により強化されたオーステナイト組織を有
する特殊鋼からなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明を添付図面を参照して以下
詳細に説明する。
【００１７】[1] 工具把持部材の材質 工具シャンクを焼嵌める工具把持部材の熱膨張係数は工
具シャンクの熱膨張係数によって決まり、一般に工具シ
ャンクの熱膨張係数＋9.1 （10-6／℃）以上とするのが
好ましい。焼嵌める工具シャンクは超硬合金製であるの
で、その熱膨張係数は通常4.4 ×10-6〜6.5 ×10-6／℃
程度である。従って、工具把持部材の熱膨張係数は13.5
×10-6／℃以上であるのが好ましく、15.6×10-6／℃以
上がより好ましい。工具把持部材の熱膨張係数が13.5×
10-6／℃未満であると、500 ℃以下の温度で工具を十分
に焼嵌めできない。なお締り代としては、工具シャンク
の直径Ｄの１／1000〜３／1000程度であるのが好まし
い。
【００１８】次に工具把持部材は焼嵌めのために加熱・
冷却を繰り返し受けるので、焼嵌め温度での加熱後の耐
力（以下単に「加熱後耐力」という）がミゼス応力以上
でなければならず、公差等を考慮して安全率を1.1 倍と
すると、加熱後耐力がミゼス応力の1.1 倍以上であるの
が好ましい。ミゼス応力は工具把持部材の内径、工具把
持部材の外径及び締め代が決まると、その値が実質的に
決定される。工具把持部材の最大ミゼス応力の一計算例
を表１に示す。この例では、外径を内径の４倍として、
締め代を実用上最大となるｈ７公差＋工具シャンク直径
Ｄの１／1000とした。
【００１９】 表１ 内径 外径 最大締め代 最大ミゼス応力σ （ｍｍ） （ｍｍ） （μｍ） （kgf/mm2 ） ３ １２ １３ １１７．３１ ４ １６ １６ １０８．２８ ６ ２４ １８ ８１．２１ ８ ３２ ２３ ７７．８３ １０ ４０ ２５ ６７．６８ １２ ４８ ３０ ６７．６８
【００２０】なおミゼス応力σは、 下記のパラメータに
より求めることができる。 r1：工具把持部材の内半径（mm）、 r2：工具把持部材の外半径（mm）、 α1 ：工具把持部材の線膨張係数（１／℃）、 α2 ：工具シャンクの線膨張係数（１／℃）、 ｔ：温度差（℃）、 Ｅ：ヤング率（kgf/mm2 ）、 ν：ポアソン比。
【００２１】まず直径方向の膨張量δ（mm）は、 δ＝２r1（α1-α2 ）t ・・・(1) により表され、把持圧力Ｐ1 （kgf/mm2 ）は、 Ｐ1 ＝δＥ（r2 2 −r1 2 ）／ ２r1｛（１−ν）r1 2 ＋（１＋ν）r2 2 ｝ ・・・(2) により表される。最大の円周方向応力σt 及び半径方向
応力σr （それぞれkgf/mm2 ）は、 σt ＝δＥr1（r2 2 ／r1＋１）／ ２｛（１−ν）r1 2 ＋（１＋ν）r2 2 ｝ ・・・(3) σr ＝−Ｐ1 ・・・(4) により表される。最大主剪断応力τ（kgf/mm2 ）は、 τ＝（１／２）（σt −σr ） ・・・(5) により表される。従って、主応力（kgf/mm2 ）は、 σ1 ＝σt 、 σ2 ＝σr ＝−Ｐ1 、 σ3 ＝ν（σ1 ＋σ2 ） ・・・(6) であり、ミゼス応力σ（kgf/mm2 ）は、 σ＝［（１／２）｛（σ2 −σ3 ）2 ＋（σ3 −σ1 ）2 ＋（σ1 −σ2 ）2 ｝］1/2 ・・・(7) である。
【００２２】上記熱膨張係数及び加熱後耐力の条件を満
たす鋼材として、オーステナイト組織を有する特殊鋼を
使用する。この特殊鋼は金属間化合物の析出硬化又は加
工硬化により強化されている。なお金属間化合物の析出
硬化の場合、金属間化合物としてはカーバイド、硫化物
等がある。上記条件を満たすオーステナイト組織を有す
る特殊鋼として、(1) 重量比でＣ 0.4〜１％、Si 1.4％
以下、Mn５〜10％、Ni２〜10％、Cr７〜14％、Ｖ 0.5〜
2.5％、Cu 0.6〜４％、Al 0.6〜４％、残部実質的にFe
及び不可避的不純物元素からなるオーステナイト工具
鋼、例えばHPM75（日立金属（株）製）、(2) 重量比で
Ｃ0.2 ％以下、Si１％以下、Mn14〜16％、Ｐ0.05％以
下、Ｓ0.02％以下、Ni0.2 〜1.5 ％、Cr15〜19％、Ｎ
0.3〜0.4 ％、残部実質的にFe及び不可避的不純物元素
からなるオーステナイトステンレス鋼、例えば AUS205
（愛知製鋼（株）製）、(3) 重量比でＣ0.15％以下、Si
３〜4.5％、Mn２％以下、Ｐ0.04％以下、Ｓ0.03％以
下、Ni６〜８％、Cr14〜16％、Mo0.5 〜1.5 ％、Ｎ0.1
％以下、残部実質的にFe及び不可避的不純物元素からな
る高強度オーステナイト系ステンレス鋼、例えばNTK H-
1 （日本金属工業（株）製）、及びJIS 規格のSUH660鋼
等が挙げられる。また、特開平5-302149号、特開平8-24
6104号、特開平8-277443号、特開平8-295998号で開示し
たオーステナイト鋼を用いることができる。
【００２３】オーステナイト組織を有する特殊鋼とし
て、例えばHPM75 は従来のニッケルクロム鋼の熱膨張係
数（10.5〜11.6×10-6／℃）と比較して、1.5 倍程度
（約17×10-6／℃）の熱膨張係数を有する。そのため低
温での工具シャンクの焼嵌めが可能となり、また着脱に
要する時間が短縮される。
【００２４】さらに同じ加熱温度でも大きな熱膨張量が
得られるため、締まり代が十分に得られるとともに、工
具シャンクの公差と把持部材の中空部の公差を十分吸収
することができる。また大きな加熱後耐力を有するため
に、工具把持部材の中空部の拡大（歪み）を有効に防止
することができる。これに対して、従来のニッケルクロ
ム鋼では、大きな熱膨張量を得るために高温で焼嵌めを
行なわざるを得ないので、工具把持部材の材質の強度及
び硬度の低下は避けられず、また加熱後耐力がミゼス応
力に達しない。
【００２５】このようにオーステナイト組織を有する特
殊鋼により工具把持部材を形成することにより、熱膨
張係数が大きいために、500 ℃以下と低温でも工具シャ
ンク及び工具把持部材の公差を十分に吸収して焼嵌めす
ることができ、加熱後耐力が大きいために、繰り返し
焼嵌めを行っても、工具シャンクの固定が不十分になる
ことはない。
【００２６】またオーステナイト組織を有する特殊鋼は
テンパカラー（酸化被膜）が形成しにくいので、工具シ
ャンクの把持力が低下することがないのみならず、中空
部の内径の変化も起こらない。
【００２７】[2] 工具ホルダの構造 (1) 第一の実施例（別体の工具把持部材のみがオーステ
ナイト鋼製） 本発明の一実施例による工具ホルダにおいては、工具把
持部材６は工作機械との接続部及びマニュピレータ保持
部を有する工具ホルダ本体11と別体であり、工具把持部
材６のみオーステナイト鋼により形成されている。
【００２８】図１に示す工具把持部材６は、工具シャン
ク（図示せず）を焼嵌めにより固定するための貫通孔61
と、工具ホルダ本体との固定用テーパー部62と、工具把
持部材６を工具ホルダ本体11及び工作機械に固定するた
めのネジ部63とを有する。工作機械に取り付けられる工
具ホルダ本体11と工具シャンクの把持部材６とを別体と
して着脱可能にすることにより、焼嵌めに必要な加熱・
冷却時間を短縮し、焼嵌めを効率良く行うことが可能に
なる。またオーステナイト組織を有する特殊鋼は一般に
切削性が悪いので、工具把持部材６のみオーステナイト
鋼とすることにより、加工コストの低減が可能になる。
【００２９】図２に示すように、工具ホルダ本体11は二
面拘束型のホルダであり、テーパー状接続部２と、マニ
ュピレータ係合部３と、工具把持部材６を保持するチャ
ック部４とを具備する。工具把持部材６はネジ８により
チャック部４の中空部に着脱自在に固定できる。
【００３０】図３はこの実施例の工具把持部材のもう一
つの例を示す。この工具把持部材36の先端部には工具シ
ャンクを固定するための貫通孔361 が設けられている
が、他端は図１と異なり、ストレートな中空円筒部364
からなる。
【００３１】図４は図３に示す工具把持部材36を工具ホ
ルダ本体11に取り付けた状態を示す。工具ホルダ本体11
は一面拘束型であり、テーパー状接続部２と、マニュピ
レータ係合部３と、工具保持用チャック部４とを具備す
る。工具把持部材36はロウ付け、溶接、焼嵌めなどの方
法によりチャック部４に固着される。
【００３２】図５は、図３に示す工具把持部材36をコレ
ット式工具ホルダに取り付けた状態を示す。工具把持部
材36はコレット42によって把持され、ナット41をねじ込
むことによって固定される。
【００３３】図６は工具把持部材の別の例を示す。工具
把持部材36は工具シャンクを焼嵌めにより固定するため
の貫通孔61と、工具ホルダ本体11に固定用の中空円筒部
65とを有する。
【００３４】図７は、図６に示す工具把持部材36をニー
ドルローラー式工具ホルダ本体11に取り付けた状態を示
す。工具把持部材36はチャック部４の中空部に挿入さ
れ、ナット41をねじ込み、ニードルローラー43によって
把持することによって固定される。
【００３５】図８は二面拘束コレット式工具ホルダに取
り付けたコレット型工具把持部材66を示す。工具把持部
材66は全体が円筒状で、先端部に工具ホルダ本体11のチ
ャック部４のテーパ内面と同じ外形を有するテーパ部を
有し、後端部の内面にはネジ部が設けられている。工具
把持部材66のテーパ部には工具シャンクを焼嵌めにより
固定するための貫通孔61が設けられている。また工具把
持部材66の後端ネジ部に螺合するネジ８により、工具把
持部材66は工具ホルダ本体11に固定される。なお工具シ
ャンクを焼嵌めにより固定するために、コレット型工具
把持部材66のテーパ部には割りがない。
【００３６】図９は一面拘束コレット式工具ホルダ本体
11に取り付けたコレット式の工具把持部材のもう一つの
例を示す。工具把持部材66は全体が円筒状で割りがな
く、先端部に工具ホルダ本体11のチャック部４の拡開状
（テーパ状）内面と同じ外形を有する中空円錐状部を有
する。工具把持部材66の先端部には工具シャンクを焼嵌
めにより固定するための貫通孔61が設けられている。ま
た工具把持部材66はナット41によって工具ホルダ本体11
に固定される。
【００３７】図10は、先端部のみがオーステナイト組織
を有する特殊鋼からなる工具把持部材の一例を示す。工
具把持部材76の先端部767 は工具シャンクを焼嵌めによ
り固定するための貫通孔761 を有し、また工具把持部材
76の後半部は工具ホルダ本体11への固定用テーパー部76
5 を有する。なお工具把持部材76のその他の部分は通常
の鋼材製で良い。
【００３８】図11は、図10に示す工具把持部材76を工具
ホルダ本体11に取り付けた状態を示す。工具ホルダ本体
11は二面拘束型であり、テーパー状接続部２と、マニュ
ピレータ係合部３と、工具固定用チャック部４を具備す
る。工具把持部材76はネジ８によってチャック部４の中
空部に着脱自在に固定される。
【００３９】図12は、先端部767 のみがオーステナイト
組織を有する特殊鋼からなる工具把持部材76の別の例を
示す。この工具把持部材76の先端部767 には工具シャン
クを固定するための貫通孔761 が設けられているが、他
端は図10と異なり、ストレートな中空円筒部764 からな
る。
【００４０】図13は、図12に示す工具把持部材76を工具
ホルダ本体11に取り付けた状態を示す。工具ホルダ本体
11は一面拘束型のホルダであり、テーパー状接続部２
と、マニュピレータが係合部３と、工具固定用チャック
部４を具備する。工具把持部材76はロウ付け、溶接、焼
嵌めなどによってチャック部４に固着される。
【００４１】図14は図12に示す工具把持部材76をコレッ
ト式工具ホルダ本体11に取り付けた状態を示す。工具把
持部材76はコレット42によって把持され、ナット41で固
定される。
【００４２】図15は、先端部のみがオーステナイト組織
を有する特殊鋼からなる工具把持部材の別の例を示す。
工具把持部材86の先端部867 は工具シャンクを焼嵌めに
より固定するための貫通孔861 を有し、また工具把持部
材86の後半部は工具ホルダ本体11への固定用中空円筒部
865 を有する。
【００４３】図16は図15に示す工具把持部材86をニード
ルローラー式工具ホルダ本体11に取り付けた状態を示
す。工具把持部材86はチャック部４の中空部に挿入さ
れ、ナット41をねじ込み、ニードルローラー43で把持す
ることにより固定される。
【００４４】(2) 第二の実施例（工具把持部材が工具ホ
ルダ本体と一体的） 図17は本発明の別の実施例による焼嵌め式工具ホルダを
示す。この実施例の焼嵌め式工具ホルダ１は全体的にオ
ーステナイト組織を有する特殊鋼からなり、マシニング
センタの主軸と接続するためのテーパ状接続部２と、マ
ニュピレータ係合部３と、工具固定用チャック部４とを
具備する。チャック部４の先端部が工具把持部６であ
り、工具把持部６に工具シャンクを固定するための貫通
孔５が設けられている。なお７はプルスタッドである。
【００４５】図18は先端部の工具把持部６のみがオース
テナイト組織を有する特殊鋼からなる以外図17と同じ構
造の焼嵌め式工具ホルダ１の別の例を示す。図17の焼嵌
め式工具ホルダと同様に、この焼嵌め式工具ホルダ１
は、テーパ状接続部２、マニュピレータ係合部３及び工
具固定用チャック部４を具備し、チャック部４の先端部
に工具把持部６が設けられている。工具把持部６には工
具シャンクを焼嵌めにより固定するための貫通孔５が設
けられている。
【００４６】(3) 第三の実施例（切削加工液又はエアー
の供給孔を有する場合） 深い加工とか狭く入り込んでいる複雑形状の加工を効率
よく行うためには、切削加工用の液又はエアーを供給す
る必要があるが、工具自身に供給孔がない場合には焼嵌
め式工具ホルダに供給孔を設ける。
【００４７】図19及び20は二面拘束型工具ホルダ本体11
に工具把持部材６を取り付けた構造の焼嵌め式工具ホル
ダ１を示す。この例では、切削加工用の液又はエアーの
供給孔68は工具把持部材６に形成されている。工具把持
部材６内に円周方向に等間隔に設けられた３つの供給孔
68の各々は、工具ホルダ１の軸線Ｏと平行に延在する部
分68ａと、平行部68ａの末端と工具把持部材６の中空部
とに連通するように半径方向に延在する部分68ｂと、平
行部68ａの先端の開口部68ｃとからなる。開口部68c は
前記工具把持部材６の工具把持部位66より後方、つまり
貫通孔61の後端より後方に位置する。開口部68ｃから工
具把持部材６の先端まで、工具把持部材６の外面には軸
線Ｏと平行に延在するガイド溝70が形成されており、加
工液又はエアーを工具先端へ導く役割を果たす。開口部
68ｃがあるガイド溝70の後端は湾曲状になっているのが
好ましい。このような形状のガイド溝70により、開口部
68ｃから噴出する加工液又はエアーは離散せず、工具先
端に集中する。
【００４８】またガイド溝70の形成により供給孔68の平
行部68ａは比較的短くて済むので、加工が容易である。
その上、ガイド溝70の形成により平行部68ａを比較的工
具把持部材６の外面に近い部分に形成でき、またガイド
溝70の後端を貫通孔61の後端より後方に位置づけるの
で、工具把持部材６の強度低下の恐れもない。
【００４９】図21は、工具ホルダ１を一体型として以外
図19のものと同じ構造の焼嵌め式工具ホルダ１を示す。
この場合も、供給孔68は図19と同じ作用をする。
【００５０】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。実施例１、比較例１〜３ シャンク径が６mmの超硬エンドミル（JIS P10 、線膨張
係数α＝6.5 ×10-6／℃）を準備し、そのシャンク径に
適合する内径を有する図１に示す形状の工具把持部材
（内径：６mm、外径：12mm）をオーステナイト組織を有
する特殊鋼（HPM75 、日立金属（株）製）により製造し
た。超硬ソリッドスクェアエンドミルの公差は０〜−12
μｍであり、また工具把持部材の内径の公差は−18μｍ
〜−23μｍであった。
【００５１】室温（20℃）において締まり代が最大（23
μｍ）のときの超硬ソリッドスクェアエンドミルのミゼ
ス応力を計算した。計算結果を、線膨張係数α及び上記
締まり代を得るのに必要な焼嵌め温度とともに表２に示
す。またその焼嵌め温度まで加熱した後での耐力（加熱
後耐力）を測定した。結果を表２に示す。
【００５２】比較としてHPM75 の代わりにSCM415、SCM4
40及びSUS304により製造した工具把持部材を使用し、実
施例１と同じ方法で、ミゼス応力、線膨張係数α、焼嵌
め温度及び加熱後耐力を求めた。結果をあわせて表２に
示す。
【００５３】 表２ 線膨張 焼嵌め温 ミゼス 加熱後 No. 材質 係数(1) 度（℃） 応力(2) 耐力(2) コメント 実施例１ HPM75 約17 385 95.5 ≧ 100 可能 比較例１ SCM415 11.2 836 95.5 約60 耐力不足 比較例２ SCM440 13.0 610 95.5 約80 耐力不足 比較例３ SUS304 18.4 322 95.5 約21 耐力不足 注(1) 単位：×10-6／℃。 (2) 単位：kgf/mm2 。
【００５４】表２の結果から明らかなように、オーステ
ナイト組織を有する特殊鋼（HPM75）を使用した場合だ
け、500 ℃以下の焼嵌め温度で、ミゼス応力以上の加熱
後耐力を得られた。これに対して、SCM415及びSCM440の
場合には焼嵌め温度が500 ℃超であるので、高温焼嵌め
による問題が起こり、またSUS304の場合には焼嵌め温度
は低いが、加熱後耐力が著しく小さい。
【００５５】次に、以上のようにして超硬エンドミルを
焼嵌めした工具把持部材を図２の工具ホルダ本体に固定
し、金型材（NAK80 、大同特殊鋼（株）製）を下記の条
件で切削した。 切削工具：R3超硬コーティングボールエンドミル、 回転数： 10000rpm、 送り： 1400mm/min、 切り込み：荒加工0.6mm 、仕上げ加工0.1mm 。
【００５６】その結果、実施例１の工具把持部材を使用
した場合には何の問題もなく切削できたが、比較例１〜
３の工具把持部材を使用した場合には歪みにより振れ精
度が悪くなり、良好な仕上げ面が得られなかった。また
エンドミルを交換した後に、再度加工を行うと、加工中
にエンドミルが滑るとか、把持できない等の問題があっ
た。
【００５７】実施例２ 種々の内外径を有する工具把持部材（AUS205、愛知製鋼
（株）製、線膨張係数α＝19×10-6／℃、耐力160 kgf/
mm2 以上）及びそれに対応する超硬エンドミル（JIS P1
0 、線膨張係数α＝6.5 ×10-6／℃）の組合せに対し
て、ミゼス応力及び必要な焼嵌め温度を計算した。ただ
し工具把持部材の公差をｈ７とし、最小の締め代を工具
外径の1/1000とし、把持部内径の加工誤差を５μｍとし
た。結果を表３に示す。
【００５８】 表３ 工具 工具把持部材(2) ミゼス応力 焼嵌め温度No. 外径 (1) 外径 内径 最大締代 （kgf/mm2 ） （℃） １ 3 9 3 18 158.5 500 ２ 4 10 4 21 135.3 440 ３ 6 12 6 23 95.5 327 ４ 8 14 8 28 83.5 300 ５ 10 16 10 30 69.6 260 ６ 12 18 12 35 66.2 253 注(1) 単位：mm。 (2) 単位：mm（ただし締代の単位はμｍ）。
【００５９】表３から明らかなように、ミゼス応力は工
具外径が小さくなるにしたがって大きくなる。そのた
め、この実施例により適用し得る工具外径の範囲は３mm
以上である。また工具外径が８mm以上になると、SCM440
でも十分な加熱後耐力を示すので、この実施例は８mm未
満の工具外径に対して有効である。
【００６０】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の焼嵌め式工
具ホルダは、オーステナイト組織を有する特殊鋼からな
る工具把持部材を有し、その工具把持部材に超硬工具を
焼嵌めしてなるので、以下の特徴を有する。
【００６１】(1) オーステナイト組織を有する特殊鋼は
熱膨張率が大きいとともに、焼嵌め温度に加熱した後で
も十分な耐力を保持する。そのため工具シャンクの焼嵌
め温度を低温化でき、着脱に要する時間が短縮されるの
みならず、焼嵌め後の超硬工具の固定不備の問題が生じ
ることはない。
【００６２】(2) 低温での焼嵌めが可能であるので、焼
嵌め部の金属組織に変化が起こらず、酸化被膜も形成さ
れない。
【００６３】(3) 特に工具ホルダ本体と工具把持部材と
を着脱自在な別体とすることにより、焼嵌め用に加熱す
る部材を工具把持部材に限定でき、もって焼嵌め作業の
効率化を達成することができる。
【００６４】(4) 工具把持部材を適宜長くしたりコンパ
クトにしたりすることにより、深い加工とか狭く入り込
んでいる複雑形状の加工にも柔軟に対応することができ
る。
【００６５】(5) さらに切削加工用の液又はエアーを供
給する１つ又は複数の孔の吐出口を、工具把持部材の外
面に縦方向に形成したガイド溝の後端に開口させること
により、工具の先端に切削加工用の液又はエアーを有効
に送給することができる。
【００６６】以上のような特徴を有する本発明の焼嵌め
式工具ホルダは、高速回転でも振動が少なく、高精度の
加工を行うことができる。本発明の焼嵌め式工具ホルダ
はマシニングセンタ、フライス盤等各種の工作機械用の
焼嵌め式工具ホルダとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図２】 図１に示す工具把持部材を工具ホルダ本体に
取り付けた状態を示す部分断面側面図である。
【図３】 本発明の第一の実施例実施例による焼嵌め式
工具ホルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図４】 本発明の第一の実施例による組み合せ式一面
拘束焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図５】 本発明の第一の実施例によるコレット型焼嵌
め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図６】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図７】 従来のニードルローラー式工具ホルダに本発
明の第一の実施例による焼嵌め式工具把持部を取り付け
たものの部分断面側面図である。
【図８】 本発明の第一の実施例によるコレット型二面
拘束焼嵌め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図９】 本発明の第一の実施例によるコレット型一面
拘束焼嵌め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図10】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図11】 本発明の第一の実施例による着脱式二面拘束
焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図12】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図13】 本発明の第一の実施例による組み合せ式一面
拘束焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図14】 本発明の第一の実施例によるコレット型焼嵌
め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図15】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図16】 従来のニードルローラー式工具ホルダに本発
明の第一の実施例による焼嵌め式工具把持部を取り付け
たものの部分断面側面図である。
【図17】 本発明の第二の実施例による一体型一面拘束
焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図18】 本発明の第二の実施例による一体型一面拘束
焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図19】 本発明の第三の実施例による切削加工液又は
エアー用の供給孔を有する着脱式二面拘束焼嵌め式工具
ホルダを示す部分断面側面図である。
【図20】 図19の焼嵌め式工具ホルダを工具取付け側か
ら見た平面図である。
【図21】 本発明の第三の実施例による供給孔を有する
一体型一面拘束焼嵌め式工具ホルダを示し、(a) は部分
断面側面図であり、(b) は工具取付け側から見た平面図
である。
【図22】 従来のニードルローラー式工具ホルダを示す
部分断面側面図である。
【図23】 図22の工具ホルダを工具取付け側から見た正
面図である。
【図24】 従来の焼嵌め式工具ホルダの一例を示し、
(a) は部分断面側面図であり、(b) は工具取付け側から
見た平面図である。
【図25】 従来の焼嵌め式工具ホルダのもう一例を示
し、(a) は部分断面側面図であり、(b) は工具取付け側
から見た平面図である。
【符号の説明】
１・・・・工具ホルダ 11・・・・工具ホルダ本体 ２・・・・テーパ状接続部 ３・・・・マニュピレータ用保持部 ４・・・・工具固定用チャック部 41・・・・ナット 42・・・・コレット 43・・・・ニードルローラー 44、45、46、68・・加工液、エアー供給孔 ５、61・・工具保持用貫通孔 ６、36・・・・工具保持部材 ７・・・・プルスタッド ８・・・・ボルト ９・・・・工具
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年７月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】従来の焼嵌めホルダは、工具把持部と工具
シャンクとの熱膨張率の差を利用している。工具シャン
クには超硬合金、サーメット、セラミックス、インバー
等の低膨張材が用いられ、また工具把持部にはニッケル
クロム鋼等の高膨張材が用いられている（例えば実開平
4-54606 号参照）。結合力（把持力）を決める締め代は
工具シャンク径の１／1000程度であり、例えばシャンク
径が20〜30mmの時は0.02mm前後に設定されている。これ
らの条件を満たすことにより焼嵌めに必要な加熱温度を
低く抑えている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】図１に示す工具把持部材６は、工具シャン
ク（図示せず）を焼嵌めにより固定するための貫通孔61
と、工具ホルダ本体との固定用テーパー部62と、工具把
持部材６を工具ホルダ本体11に固定するためのネジ部63
とを有する。工作機械に取り付けられる工具ホルダ本体
11と工具シャンクの把持部材６とを別体として着脱可能
にすることにより、焼嵌めに必要な加熱・冷却時間を短
縮し、焼嵌めを効率良く行うことが可能になる。またオ
ーステナイト組織を有する特殊鋼は一般に切削性が悪い
ので、工具把持部材６のみオーステナイト鋼とすること
により、加工コストの低減が可能になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】図４は図３に示す工具把持部材36を工具ホ
ルダ本体11に取り付けた状態を示す。工具ホルダ本体11
は一面拘束型であり、テーパー状接続部２と、マニュピ
レータ係合部３と、工具把持部材36を保持するためのチ
ャック部４とを具備する。工具把持部材36はロウ付け、
溶接、焼嵌めなどの方法によりチャック部４に固着され
る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】図５は、図３に示す工具把持部材36をコレ
ット式工具ホルダ本体11に取り付けた状態を示す。工具
把持部材36はコレット42によって把持され、ナット41を
ねじ込むことによって固定される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４４】(2) 第二の実施例（工具把持部材が工具ホ
ルダ本体と一体的） 図17は本発明の別の実施例による焼嵌め式工具ホルダを
示す。この実施例の焼嵌め式工具ホルダ１は全体的にオ
ーステナイト組織を有する特殊鋼からなり、マシニング
センタの主軸と接続するためのテーパ状接続部２と、マ
ニュピレータ係合部３と、工具固定用チャック部４とを
具備する。チャック部４の先端部が工具把持部６ａであ
り、工具把持部６ａに工具シャンクを固定するための貫
通孔５が設けられている。なお７はプルスタッドであ
る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】図18は先端部の工具把持部６ａのみがオー
ステナイト組織を有する特殊鋼からなる以外図17と同じ
構造の焼嵌め式工具ホルダ１の別の例を示す。図17の焼
嵌め式工具ホルダと同様に、この焼嵌め式工具ホルダ１
は、テーパ状接続部２、マニュピレータ係合部３及び工
具固定用チャック部４を具備し、チャック部４の先端部
に工具把持部６ａが設けられている。工具把持部６ａに
は工具シャンクを焼嵌めにより固定するための貫通孔５
が設けられている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】図21は、工具ホルダ１及び工具把持部材６
を一体型とした以外図19のものと実質的に同じ構造の焼
嵌め式工具ホルダ１を示す。すなわち工具ホルダ１は、
工作機械との接続部２と、マニュピレータ保持部３と、
チャック部４と、チャック部４の先端部に設けられた工
具把持部６ａとを有し、各部は一体的である。この場
合、工具把持部６ａ内又はそれに連なるチャック部４の
部分内に設けられた供給孔68は図19と同じ作用をする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６５】(5) さらに切削加工用の液又はエアーを供
給する１つ又は複数の孔の吐出口を、工具把持部材の外
面に縦方向に形成したガイド溝の後端面に開口させるこ
とにより、工具の先端に切削加工用の液又はエアーを有
効に送給することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図２】 図１に示す工具把持部材を工具ホルダ本体に
取り付けた状態を示す部分断面側面図である。
【図３】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図４】 本発明の第一の実施例による組み合せ式一面
拘束焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図５】 本発明の第一の実施例によるコレット型焼嵌
め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図６】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図７】 従来のニードルローラー式工具ホルダに本発
明の第一の実施例による焼嵌め式工具把持部を取り付け
たものの部分断面側面図である。
【図８】 本発明の第一の実施例によるコレット型二面
拘束焼嵌め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図９】 本発明の第一の実施例によるコレット型一面
拘束焼嵌め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図10】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図11】 本発明の第一の実施例による着脱式二面拘束
焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図12】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図13】 本発明の第一の実施例による組み合せ式一面
拘束焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図14】 本発明の第一の実施例によるコレット型焼嵌
め式工具ホルダの部分断面側面図である。
【図15】 本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具ホ
ルダの工具把持部材の部分断面側面図である。
【図16】 従来のニードルローラー式工具ホルダに本発
明の第一の実施例による焼嵌め式工具把持部を取り付け
たものの部分断面側面図である。
【図17】 本発明の第二の実施例による一体型一面拘束
焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図18】 本発明の第二の実施例による一体型一面拘束
焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図である。
【図19】 本発明の第三の実施例による切削加工液又は
エアー用の供給孔を有する着脱式二面拘束焼嵌め式工具
ホルダを示す部分断面側面図である。
【図20】 図19の焼嵌め式工具ホルダを工具取付け側か
ら見た平面図である。
【図21】 本発明の第三の実施例による供給孔を有する
一体型一面拘束焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面
図である。
【図22】 従来のニードルローラー式工具ホルダを示す
部分断面側面図である。
【図23】 図22の工具ホルダを工具取付け側から見た正
面図である。
【図24】 従来の焼嵌め式工具ホルダの一例を示し、
(a) は部分断面側面図であり、(b) は工具取付け側から
見た平面図である。
【図25】 従来の焼嵌め式工具ホルダのもう一例を示
し、(a) は部分断面側面図であり、(b) は工具取付け側
から見た平面図である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 １・・・・工具ホルダ 11・・・・工具ホルダ本体 ２・・・・テーパ状接続部 ３・・・・マニュピレータ用保持部 ４・・・・工具固定用チャック部 41・・・・ナット 42・・・・コレット 43・・・・ニードルローラー 44、45、46、68・・加工液、エアー供給孔 ５、61・・工具保持用貫通孔 ６、36・・・・工具把持部材 ６ａ・・・・工具把持部 ７・・・・プルスタッド ８・・・・ボルト ９・・・・工具
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１７】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１８】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２１】

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 工作機械との接続部と、マニュピレータ
    保持部と、超硬工具のシャンクを焼嵌めにより固定する
    工具把持部材とからなる焼嵌め式工具ホルダにおいて、
    少なくとも前記工具把持部材が析出硬化又は加工硬化に
    より強化されたオーステナイト組織を有する特殊鋼から
    なることを特徴とする焼嵌め式工具ホルダ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の焼嵌め式工具ホルダに
    おいて、前記接続部及び前記マニュピレータ保持部を有
    する工具ホルダ本体に対して、前記工具把持部材を着脱
    自在に組み合わせてなることを特徴とする焼嵌め式工具
    ホルダ。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の焼嵌め式工具ホルダに
    おいて、前記接続部と、前記マニュピレータ保持部と、
    前記工具把持部材とが一体的に形成されていることを特
    徴とする焼嵌め式工具ホルダ。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の焼嵌め
    式工具ホルダにおいて、前記工具把持部材の焼嵌め後の
    耐力がミゼス応力以上であることを特徴とする焼嵌め式
    工具ホルダ。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の焼嵌め
    式工具ホルダにおいて、前記工具把持部材の焼嵌め温度
    が500 ℃以下であることを特徴とする焼嵌め式工具ホル
    ダ。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の焼嵌め
    式工具ホルダにおいて、前記工具把持部材に切削加工用
    液又はエアーの供給孔が設けられており、前記供給孔は
    前記工具把持部材の軸線に平行に延在するとともに、そ
    の吐出口は工具把持部材の軸線に平行に側面に形成され
    たガイド溝の内端に開口し、かつ前記吐出口が前記工具
    把持部材の工具把持部位より後方に位置することを特徴
    とする焼嵌め式工具ホルダ。
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