JP2000190133A - 主軸クランプ用部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 硬さと引張強さとともに靱性を兼備した高強
度のプルスタッド、コレットなどの主軸クランプ用部品
を提供する。 【解決手段】 工具鋼とバナジウムを含む粉末を焼結し
た粉末焼結素材をクランプ用部品に機械加工する工程
と、クランプ用部品を真空炉で焼なましし応力を除去す
る工程と、クランプ用部品を真空炉またはソルトバスで
焼入れ焼戻しする工程を経て、焼戻しマルテンサイトの
素地にバナジウム炭化物の微細粒子が均一に分布した組
織の部品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸の
ツールクランプ装置に使用されているプルスタッドやコ
レットなどの主軸クランプ用部品およびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、自動工具交換装置が搭載された
工作機械の主軸に組み込まれるツールクランプ装置を示
す。１０は、工具Ｔが装着される主軸であり、この主軸
１０は、主軸ハウジング１１内に軸受１２を介して回転
可能に支持されている。主軸１０の先端部には、テーパ
付の工具取付穴１３が形成され、この工具取付穴１３に
工具ホルダ１４のテーパシャンク１５が挿着される。テ
ーパシャンク１５の先端にはプルスタッド１６が取り付
けられている。

【０００３】主軸１０内には、その軸方向にドローバー
１７が移動可能に挿入され、このドローバー１７の先端
部にプルスタッド１６を把持するコレット１８が設けら
れている。ドローバー１７の後端部には、皿ばね１９が
設けられ、この皿ばね１９の引張力により引き込まれる
ドローバー１７はコレット１８を介して工具ホルダ１４
を主軸１０にクランプする。なお、２０は、工具ホルダ
１４を取り外すため、ドローバー１７を押し出し、コレ
ット１８とプルスタッド１６の係合を外す作用をする油
圧シリンダである。

【０００４】従来、コレット１８やプルスタッド１６な
どの部品は、軸受鋼、ＳＣＭ材、ＳＮＣＭ材などの溶製
材を材料として、図２に示すような工程を経て製造され
る。コレットは、素材の軸受鋼を焼なまししてから機械
加工し、さらに焼入れをして硬さをＨＲＣ６０程度に高
めている。プルスタッドは、素材のＳＣＭ材、ＳＮＣＭ
材を機械加工してから、表面の耐摩耗性を強化するため
に浸炭焼入により表面に浸炭硬化層を形成する処理を行
っている。

【０００５】近年の自動化および高性能化の進んだ工作
機械では、コレットやプルスタッドの使用条件がますま
す厳しくなっており、工具のクランプ性能の信頼性を確
保するために、破損のない高強度のものが求められてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように溶製素材を材料とする部品では、焼入れや浸炭焼
入れなどの熱処理の過程で、表層が粒界酸化することが
あり、この粒界酸化層は切り欠き効果で疲労強度を低下
させるという問題がある。また、コレットのようにツー
ルをクランプした時に応力が段付部に集中する部品で
は、脆性破壊が生じないように靱性が要求されるが、軸
受鋼製では硬さに比べて靱性に劣っていた。他方、ツー
ルをクランプしたときに軸方向と直角な断面に一様に引
張応力が作用するプルスタッドでは、内部と浸炭硬化層
とで引張強さが異なり、高強度化の点で問題があった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、硬さと引張強さとともに靱性を
兼備した高強度の主軸クランプ用部品を提供することに
ある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、部品の表層が
粒界酸化および脱炭しないように熱処理を行え、硬さと
引張強さとともに靱性を兼備した高強度の主軸クランプ
用部品を製造できる製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、工作機械の主軸に内蔵されるツールク
ランプ装置を構成するクランプ用部品の製造方法であっ
て、工具鋼とバナジウムを含む粉末を焼結した粉末焼結
素材をクランプ用部品に機械加工する工程と、前記クラ
ンプ用部品を真空炉で焼なましし応力を除去する工程
と、前記クランプ用部品を真空炉またはソルトバスで焼
入れ焼戻しする工程と、からなることを特徴とするもの
である。

【００１０】また、本発明は、工作機械の主軸に内蔵さ
れるツールクランプ装置を構成するクランプ用部品であ
って、焼戻しマルテンサイトの素地にバナジウム炭化物
の微細粒子が均一に分布した粉末焼結素材を材質とする
ことを特徴とするものである。

【００１１】本発明では、材料を従来の溶製材に替え
て、炭素（Ｃ）、バナジウム（Ｖ）を多く含む粉末焼結
素材としている。この粉末焼結素材では、Ｖが炭化物
〔Ｖ₄Ｃ₃〕を生成する時に、周辺の素地の炭素と化合す
るので、高炭素鋼主体であっても靱性が高まり、脆性破
壊が起こりにくくなる。また、粉末焼結材であるから、
組織が微細化して強度を向上させ異方性をなくす。さら
にバナジウム炭化物自体が炭化物のなかでも硬度が高
く、その微細粒子を素地に分布させることができ、優れ
た耐摩耗性を付与することができる。また、焼なまし後
に、焼入れ焼戻しをすることで、部品の表層の粒界酸化
や脱炭などの欠陥の発生を防止する。

【００１２】上記粉末焼結素材の組成は、好ましくは、
重量比〔％〕で、Ｃが１．０〜２．０、Ｖが５．０〜１
２．０、その他Ｃｒ、Ｍｏを含み、残部をＦｅとする。
また、工具鋼材料としては、ＳＫＨ９、ＳＫＨ１０、Ｓ
ＫＨ５２、ＳＫＨ５３、ＳＫＨ５４、ＳＫＨ５５、ＳＫ
Ｈ５６、ＳＫＨ５７が好適である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、添付の図面を参照しながら説明する。図１は、本発
明の製造方法の工程図である。粉末焼結素材は、工具鋼
を主体にＶ、Ｃｒ、Ｍｏ，Ｍｎを含む粒径３０〜２００
μの粉末を材料にして熱間静水圧焼結法により焼成した
ものである。焼結条件は、圧力５０〜１５０ＭＰａ、温
度１１００〜１２００℃、加熱時間１〜４時間である。

【００１４】次いで、焼成した粉末焼結素材からコレッ
トやプルスタッドの部品形状に機械加工する。加工した
部品は、真空炉で５５０〜５９０℃の温度を４時間保持
してから徐冷する焼きまなしを行って組織内部の残留応
力を除去する。

【００１５】次いで、部品をソルトバスに入れて、予熱
してから、１０６５℃から１１２０℃に加熱し、炉から
取り出し空冷することで焼入れ処理をする。その後、部
品をソルトバスに入れ、５４０〜５９５℃で２時間加熱
し焼戻しをする。この焼戻し処理は２回行う。焼入れ焼
戻しは真空炉で行ってもよい。必要があれば、最後に研
磨仕上げを行なって、コレットあるいはプルスタッドが
製作される。

【００１６】

【発明の実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をより
具体的に説明する。コレットとプルスタッドを製造する
にあたって、この実施例の粉末焼結素材の組成〔重量
％〕は、次の通りである。 Ｃ： １．７８ Ｖ： ９．０ Ｍｎ： ０．５ Ｓｉ： ０．９ Ｃｒ： ５．２５ Ｍｏ： １．３ Ｆｅ： 残部 この組成の粉末焼結素材を上記実施形態の加工条件にし
たがってコレットとプルスタッドを製作した。そして、
部品の機械的性質について、引張試験、硬さ試験、衝撃
試験などを行ったところ以下のような結果が得られた。 引張強さ ２００．４ｋｇｆ／ｍｍ² 硬さ ＨＲＣ５５ 靱性〔シャルピーノッチ〕７．１４ｋｇ・ｍ／ｃｍ² 表面に粒界酸化や脱炭などの欠陥もみられず、また、耐
摩耗性も秀でた部品を得ることができた。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、硬さと引張強さの強化とともに、硬脆さを改
善し、高強度で耐摩耗性に優れた主軸クランプ用部品を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による主軸クランプ用部品の製造方法の
工程図。

【図２】従来の主軸クランプ用部品の製造方法の工程
図。

【図３】ツールクランプ装置を内蔵する工作機械主軸の
断面図。

【符号の説明】

１０ 主軸 １１ 主軸ハウジング １２ 軸受 １３ 工具取付穴 １４ 工具ホルダ １５ テーパシャンク １６ プルスタッド １７ ドローバー １８ コレット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の主軸に内蔵されるツールクラン
   プ装置を構成するクランプ用部品の製造方法であって、 工具鋼とバナジウムを含む粉末を焼結した粉末焼結素材
   からクランプ用部品を機械加工する工程と、 前記クランプ用部品を真空炉で焼なましし応力を除去す
   る工程と、 前記クランプ用部品を真空炉またはソルトバスで焼入れ
   焼戻しする工程と、からなることを特徴とする主軸クラ
   ンプ用部品の製造方法。
2. 【請求項２】工作機械の主軸に内蔵されるツールクラン
   プ装置を構成するクランプ用部品であって、 焼戻しマルテンサイトの素地にバナジウム炭化物の微細
   粒子が均一に分布した粉末焼結素材を材質とすることを
   特徴とする主軸クランプ用部品。
3. 【請求項３】粉末焼結素材の組成は、重量比〔％〕で、 Ｃが１．０〜２．０、 Ｖが５．０〜１２．０、 その他Ｃｒ、Ｍｏを含み、 残部をＦｅとすることを特徴とする請求項２に記載の主
   軸クランプ用部品