WO1999007504A1

WO1999007504A1 - Shrinkage fit type tool holder

Info

Publication number: WO1999007504A1
Application number: PCT/JP1998/003357
Authority: WO
Inventors: Haruki Mizoguchi
Original assignee: Mst Corporation
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 1999-02-18
Also published as: US6315506B1; JPH1148007A; EP1004378B1; DE69821772T2; EP1004378A1; EP1004378A4; JP3932216B2; DE69821772D1

Description

明細書焼嵌め式工具ホルダ技術分野

本発明は、マシニングセン夕、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。

背景技術

マシニングセン夕は、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。

マシニングセン夕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、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、マシニングセン夕の主軸と接続するためのテ —パ状接続部 2、マニュビレー夕の係合部 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ツト 41を締め付けて二一ドルローラ一 43で挟持することにより、固定される。

工具ホルダが工具を保持する方式としては上記ナツ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、テ一パ状接続部 2、マ二ュピレ一夕係合部 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の中空部に揷入された工具 9のシャンクは焼嵌めにより固定される。チャック部 4の先端のェ具把持部の内面に 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。

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、マ二ュピレ一夕係合部 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一をチャック部 4の先端面から噴出する。

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、インバ一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 20〜30腿の時は 0. 02匪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。

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及び硬度の変化を防止し、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、ステンレス等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（例えば実開平卜 92309 号参照）。

しかしながら、従来の焼嵌め方式による工具ホルダでは、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 12匪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。そのためほとんどの市販の工具（シャンク径の多くは 12腿以下）は焼嵌めに利用できないという問題があった。

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 B411 6 超硬ソリッドエンドミルには h 7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ょうとすると、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。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 °C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、それに伴ってェ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。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。

また切削加工液又はエア一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及び図 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。

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。発明の開示

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。

すなわち、本発明の一実施例による焼嵌め式工具ホルダは、（a) 工作機械との接続部と、マ二ュピレ一夕保持部と、チャック部とを有する工具ホルダ本体と、 (b) 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。好ましくは、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、前記供給孔の吐出口は前記工具把持部材の外面に形成された軸線方向ガイド溝の後端面に開口している。本発明の別の実施例による焼嵌め式工具ホルダは、工作機械との接続部と、マ二ュビレ一夕保持部と、チャック部と、前記チャック部の先端部に一体的に設けられ、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とを有し、少なくとも前記工具把持部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。好ましくは、チャック部に切削加ェ用液又はエアーの供給孔が設けられており、前記供給孔の吐出口は前記工具把持部の外面に形成された軸線方向ガイド溝の後端面に開口している。図面の簡単な説明

図 1は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を示す部分断面側面図であり、

図 2は図 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り、

図 3は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を示す部分断面側面図であり、

図 4は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り、

図 5は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を示す部分断面側面図であり、

図 6は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を示す部分断面側面図であり、

図 7は従来の二一ドルローラー式工具ホルダに取り付けた本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具把持部を示す部分断面側面図であり、

図 8は本発明の第一の実施例によるコレット型ニ面拘束焼嵌め式工具ホルダを示す部分断面側面図であり、

図 9は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を示す部分断面側面図であり、

図 10は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を示す部分断面側面図であり、

図 11は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り、

図 12は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を示す部分断面側面図であり、

図 13は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り、

図 14は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を示す部分断面側面図であり、

図 15は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を示す部分断面側面図であり、

図 16は従来の二一ドルローラ一式工具ホルダに取り付けた本発明の第一の実施例による焼嵌め式工具把持部を示す部分断面側面図であり、

図 17は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り、

図 18は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り、

図 19は本発明の第三の実施例による切削加工液又はエア一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り、

図 20は図 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り、図 21は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ェ具ホルダを示す部分断面側面図であり、

図 22は従来のニードル口一ラー式工具ホルダを示す部分断面側面図であり、図 23は図 22の工具ホルダを工具取付け側から見た正面図であり、

図 24 (a) は従来の焼嵌め式工具ホルダの一例を示す部分断面側面図であり、図 24 (b) は従来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り、図 25 (a) は従来の焼嵌め式工具ホルダのもう一つの例を示す部分断面側面図であり、

図 25(b) は図 25 (a) に示す従来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。発明を実施するための最良の形態

本発明を添付図面を参照して以下詳細に説明する。

[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ヤ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 xlO—⁶/°C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 xl0_⁶〜6.5 xlO— ^S/°C程度である。従って、工具把持部材の熱膨張係数は 13.5 X 10— ⁶/°C以上であるのが好ましく、 15.6 X 10—⁶/°C以上がより好ましい。工具把持部材の熱膨張係数が 13.5X10— ⁶/°画C未満であると、 500 °C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。

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カ（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 h 7公差 +工具シャンク直径 Dの 1/1000とした。

表 1

内径外径最大締め代最大ミゼス応力び

(mm) (mm) m)

3 12 13 1 17. 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 なおミゼス応力びは、下記のパラメ一夕により求めることができる。

Γι ：工具把持部材の内半径（腦）、

r₂ ：工具把持部材の外半径（腿）、

a, ：工具把持部材の線膨張係数（ 1/°C) 、

t ：工具シャンクの線膨張係数（ 1/°C)、

t ：温度差 (°C) 、

E：ヤング率（kgf/腿² ) 、

ソ：ポアソン比。まず直径方向の膨張量 6 (腿）は、

により表され、把持圧力 (kgf/醒 ² ) は、

2η { ( 1—ソ） Γ!² + ( 1 + ν) r₂ ² } · · · (2) により表される。

最大の円周方向応力 cr_t 及び半径方向応力 cT_r (それぞれ kgf/腿² ) は、

2 { ( 1 -y) ri² + ( 1 + v) r₂ ² } · · · (3)

σ_Γ =-Ρι · · · (4)

により表される。

最大主剪断応力 r (kgf/醒 ² ) は、

て = ( 1/2) (a_t -a, ) · · · (5)

により表される。

従って、主応力（kgf/腿² ) は、

び 1 = CTt 、び σ_Γ =-Ρ i 、

び =ソ (び + σ ) · · · (6)

であり、ミゼス応力び (kgf/mm² ) は、

a= [ ( 1/2) { (び ₂ -CT3 ) ² + (び ₃ - cTi ) ²

+ (σι —び₂ ) ² } ] ^1/2 · · · (7)

である。

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力一バイド、硫化物等がある。上記条件を満たすオーステナィ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%、 Ni 2〜10%、 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 CO.2 %以下、 Sil%以下、 Mnl4〜： 16%、 P0.05%以下、 SO.02%以下、 Ni0.2 〜1.5 %、 Crl5〜19%、 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ォ一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 CO.15%以下、 Si3〜4.5 %、 Mn2%以下、 P 0.04%以下、 SO.03%以下、 Ni6〜8%、 Crl4〜16%、 MoO. 5 〜1.5 %、 NO.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号及び特閧平 8- 295998号に開示されているオーステナイト鋼を用いることもできる。

オーステナィ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（10.5〜11.6X10— ⁶/°C) と比較して、 1.5 倍程度（約 17 xlO— ⁶/°C) 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。

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カを有するために、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。

このようにオーステナィ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、 ①熱膨張係数が大きいために、 500 °C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、 ②加熱後耐カが大きいために、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。

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。

[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ビレー夕保持部を有する工具ホルダ本体 11と別体であり、ェ具把持部材 6のみオーステナィト鋼により形成されている。

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 11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のみオーステナィト鋼とすることにより、加工コストの低減が可能になる。

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、マニュピレー夕係合部 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。

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。

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、マニュピレ一夕係合部 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。ェ具把持部材 36はロウ付け、溶接、焼嵌め等の方法によりチャック部 4に固着される。

図 5は、図 3に示す工具把持部材 36をコレツ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はコレツ卜 42によって把持され、ナツト 41をねじ込むことによって固定される。

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。

図 7は、図 6に示す工具把持部材 36を二一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、ニードルローラ一 43によって把持することによって固定される。

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のチヤック部 4のテ一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 67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 67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 のテ一パ部には割りがない。

図 9は一面拘束コレツト式工具ホルダ本体 11に取り付けたコレツ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の拡閧状（テ一パ状）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はナツト 41によって工具ホルダ本体 11に固定される。

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 765 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。

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、マ二ュビレ一夕係合部 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。

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。

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、マニュビレー夕が係合部 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、焼嵌め等によってチャック部 4に固着される。

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。

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。

図 16は図 15に示す工具把持部材 86をニードル口一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、ナツト 41をねじ込み、二一ドルローラ一 43で把持することにより固定される。

(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、マシニングセン夕の主軸と接続するためのテ一パ状接続部 2と、マ二ュピレ一夕係合部 3と、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 a であり、工具把持部 6 a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。

図 18は先端部の工具把持部 6 a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、マ二ュビレ一夕係合部 3及び工具固定用チヤック部 4を具備し、チャック部 4の先端部に工具把持部 6 aが設けられている。工具把持部 6 a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。

(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。

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 0と平行に延在する部分 68 aと、平行部 68 a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 68 aの先端の開口部 68 c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のが好ましい。開口部 68 c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◦と平行に延在するガイド溝 70が形成されており、加工液又はエア一を工具先端へ導く役割を果たす。開口部 68 cがあるガイド溝 70の後端面は湾曲状になっているのが好ましい。このような形状の軸線方向ガイド溝 70により、開口部 68 cから噴出する加工液又はエア一は離散せず、工具先端に集中する。

またガイド溝 70の形成により供給孔 68の平行部 68 a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 68 a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。

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、マ二ュピレ一夕保持部 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 6 aとを有し、各部は一体的である。この場合、工具把持部 6 a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。

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。

実施例比較例 1〜3

シャンク径が 6麵の超硬エンドミル（JIS P10 、線膨張係数ひ =6. 5 X 10" ⁶/ °C) 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： 6腿、外径： 12誦）をオーステナイト組織を有する特殊鋼（HPM7 5 、日立金属（株）製）により製造した。超硬ソリツドスクェアエンドミルの公差は 0〜― 12〃mであり、また工具把持部材の内径の公差は一 18〃m〜一 23〃m であった。

室温（20°C) において締まり代が最大（23〃m) のときの超硬ソリッドスクェァエンドミルのミゼス応力を計算した。計算結果を、線膨張係数ひ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カ（加熱後耐力）を測定した。結果を表 2に示す。

比較として HPM75 の代わりに SCM415、 SCM440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、線膨張係数ひ、焼嵌め温度及び加熱後耐カを求めた。結果をあわせて表 2に示す。表 2

焼嵌め温ミゼス加熱後

No. ( 1 )

材質係数度（°C) 応力耐カコメント実施例 1 HPM75 約 17 385 95. 5 ≥ 100 満 ii 比較例 1 SCM415 11. 2 836 95. 5 約 60 耐力不足比較例 2 SC 440 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： x lO_ ⁶/°C。

(2) 単位： kgf/誦 ² 。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 °C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 °C 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かった。

次に、以上のようにして超硬ェンドミルを焼嵌めした工具把持部材を図 2のェ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超硬コ一ティングボールェンドミル、

回転数： 10000rpm、

送り： 1400醒 /min、

切り込み：荒加工 0. 6塵、仕上げ加工 0. 1腿。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つた。

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、線膨張係数ひ = 19 x l(T ⁶/°C、耐カ 160 kgf/mm² 以上）及びそれに対応する超硬エンドミル

(JIS P10 、線膨張係数ひ = 6. 5 x lO /°C) 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 h 7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 5〃mとした。結果を表 3に示す。

表 3

工具工具把持部材（^{2 )} ミゼス応力焼嵌め温度

No 外径（外径内径最大締代 (kgf/mm² ) (°C)

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：蓮。

(2) 単位：丽（ただし締代の単位は; m) 。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 3腿以上である。また工具外径が 8誦以上になると、 SCM440でも十分な加熱後耐カを示すので、この実施例は 8顧未満の工具外径に対して有効である。産業上の利用分野

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又は工具把持部を有し、その工具把持部材又は工具把持部に超硬工具を焼嵌めしてなるので、以下の特徴を有する。

(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カを保持する。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。

(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。

(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。

(4) 工具把持部材又は工具把持部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レヽる複雑形状の加工にも柔軟に対応することができる。

(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、工具把持部材又は工具把持部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一を有効に送給することができる。

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夕、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。

Claims

請求の範囲

1 . (a) 工作機械との接続部と、マニュピレー夕保持部と、チャック部とを有する工具ホルダ本体と、（b) 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 . 請求の範囲第 1項に記載の焼嵌め式工具ホルダにおいて、前記工具ホルダ本体の前記チャック部に対して、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 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の焼嵌め式工具ホルダにおいて、前記ェ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。

4 . 請求の範囲第 1項〜第 3項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 °C以下であることを特徴とする焼嵌め式工具ホルダ。

5 . 請求の範囲第 1項〜第 4項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、前記供給孔の吐出口は前記工具把持部材の外面に形成された軸線方向ガイド溝の後端面に開口していることを特徴とする焼嵌め式工具ホルダ。

6 . 工作機械との接続部と、マ二ュピレ一夕保持部と、チャック部と、前記チヤック部の先端部に一体的に設けられ、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とを有し、少なくとも前記工具把持部が析出硬ィ匕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。

7 . 請求の範囲第 6項に記載の焼嵌め式工具ホルダにおいて、前記工具把持部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。

8 . 請求の範囲第 6項又は第 7項に記載の焼嵌め式工具ホルダにおいて、前記ェ具把持部の焼嵌め温度が 500 °C以下であることを特徴とする焼嵌め式工具ホルダ

9 . 請求の範囲第 6項〜第 8項のいずれかに記載の焼嵌め式工具ホルダにおいて、前記工具把持部内又は前記工具把持部に連なるチヤック部の部分内に切削加工用液又はエアーの供給孔が設けられており、前記供給孔の吐出口は、前記工具把持部の外面に形成された軸線方向ガイド溝の後端面に開口していることを特徴とする焼嵌め式工具ホルダ。