JP2004017213A - 焼嵌め式接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械に装着する工具ホルダにドリル等の工具を焼嵌め式に取り付けるに際し、前記工具ホルダの凹部を該工具ホルダの熱膨張率以上に熱膨張させることにより、焼嵌めのための締まり代を大きくして、強固な保持力がえられるようにすること。
【解決手段】嵌合用凹部を有するチャック部を熱膨張させた状態で、当該凹部に凸軸である工具のシャンク部を挿入して冷却することにより両者を結合する装置において、前記凹軸であるチャック部の外周部に該凹軸の材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張材料の層を設けた。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に装着するホルダに工具を焼嵌め式に取り付ける工具ホルダ等の接続装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばマシニングセンタ等の工作機械の主軸に取り付けられる切削工具として、工具ホルダにドリル等の工具を固定したものが使用されている。この種の切削工具におけるホルダへの工具取り付け方式としては、種々の方式が実用されているが、最近、焼嵌め方式が注目されるようになった。焼嵌め方式は、周知の通り、嵌合用の凹部を有する凹軸（例えば工具ホルダ）を加熱膨張させた状態で凸軸（例えば工具のシャンク部）を挿入し、凹軸を冷却して収縮させることにより両者を結合する方式である。この焼嵌め方式は、工具保持のダイナミックバランスが良好なことから、切削工具等の工具取り付けに採用されることが多くなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記ドリル等の工具を焼嵌めでホルダに取り付ける場合、ホルダの熱膨張が大きいほど締まり代が大きくなり、工具のシャンク部を保持する力が強固になるが、熱膨張率の大きい材料は一般に強度が低いので、高強度を必要とするホルダ自体の材質として高熱膨張率材料を使用することはできない。このため、工具ホルダ本体の材質としては、高強度を有するが比較的熱膨張率の小さい構造用鋼や合金鋼が使用されている。このように、熱膨張率の小さい材料を工具ホルダに使用すると、焼嵌め代が小さいので、工具シャンク部とホルダ内径の加工精度を厳密に管理する必要があり、工具の寸法によっては十分な保持強度が得られないという問題点があった。
【０００４】
上記切削工具における工具の保持強度を向上する方法として、工具を把持する把持部材に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を採用する方法（特開平１１−４８００７号）、工具ホルダのチャック部をシャンク部よりも熱膨張率の高い別材料で形成し、両者を一体化する方法（特開２０００−１２６９６１号）、工具ホルダのチャック部の外周部に熱膨張率の高い材料で作られたリングを焼嵌めする方法（特開２００１−１２９７８号）等、種々の技術が提案されている。しかしながら、これらの方法には一長一短があり、チャック部の強度を低下させることなく熱膨張を大きくするという点では、いずれも十分なものとは言えない。そこで本発明は、凹軸の強度を低下させることなく、凹軸の持つ熱膨張率以上に熱膨張させることにより、焼嵌めのための締まり代を大きくして、強固に工具等を保持できる装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構造の接続装置を提供する。すなわち、本発明にかかる接続装置は、嵌合用凹部を有する凹軸を熱膨張させた状態で、前記嵌合用凹部に凸軸を挿入して冷却することにより両軸を接続する焼嵌め式接続装置であって、前記凹軸の嵌合用凹部の外周部に前記凹軸の材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張材料の層を設けたことを特徴としている。具体例をあげれば、凹軸が工具ホルダであり、凸軸が該工具ホルダに取り付けられるドリル等の工具のシャンク部であって、該工具ホルダのチャック部の中空部の外周部に高熱膨張率材料の層を設けた。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の接続装置として、工具ホルダを例にとって具体的に説明する。図１は本発明の１実施形態を表すもので、この工具ホルダ（接続装置）１は、ドリル等の切削工具を保持する工具ホルダであり、テーパ状シャンク部２と、マニュピュレータ把持部３と、チャック部４とで構成される。そして、このチャック部４で工具を保持し、シャンク部２を工作機械の主軸に挿入固定して使用される。チャック部４は工具のシャンク部（凸軸）が焼嵌めされる凹軸となっている。この工具ホルダ１におけるテーパ状シャンク部２とマニュピュレータ把持部３の構造は従来公知のものと同様であるので、説明を省略する。
【０００７】
この工具ホルダ１の本体１ａは構造用鋼、合金鋼等の鋼材で作られるもので、チャック部４は、端部が開口する中空部４ａを有する凹軸として形成されている。そして、その中空部４ａの内周面４ｂよりも僅かに外周寄りの肉厚部分に円筒状の空間７が形成されている。この円筒状の空間７は、高熱膨張材料を収納するためのもので、その深さは、図示例ではマニュピュレータ把持部３にまで達しているが、チャック部４を効果的に熱膨張させることができれば、これよりも浅くしてもよい。
【０００８】
上記空間７には、工具ホルダ１の本体１ａを構成する鋼材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張率材料、例えばステンレス鋼で製作された円筒８が圧入されている。このため、中空部４ａの外周部に環状の高熱膨張率材料の層１０が形成された状態となっている。なお、高熱膨張率材料の他の例としては、錫、鉛、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、クロム又はこれらの合金材料等がある。これら高熱膨張材料のうち、鋼よりも融点の低い材料の場合は、あらかじめ円筒状に成形して圧入する代りに、溶融させた溶湯を嵌合空間７に流し込むことによって高熱膨張率層１０を形成することも可能である。
【０００９】
次に、図２は上記と異なる実施形態を表すもので、この実施形態では、チャック部４の内周面４ｂが拡径され、その拡径部分に高熱膨張率材料の円筒８が圧入されている。このため、チャック部４の内周面４ｂ′自体が高熱膨張率層１０となっている。この実施形態のものは製作が簡単であり、高熱膨張材料が軟質の材料である場合は、工具シャンク部に対する密着性が良好であるという利点がある。
【００１０】
図３はさらに異なる実施形態を表すもので、この実施形態では、チャック部本体４ｃが外周段部を有する小径の円筒状に形成され、その小径部に高熱膨張材料の円筒８が焼嵌め又は圧入で外嵌されるとともに、さらにその外周部に外筒１２が焼嵌めされている。外筒１２は鋼材で作られており、その基部が溶接１３で工具ホルダ本体１ａに固着され、チャック部材１４に形成されている。この実施形態では、図１のものと同様に、チャック部４の肉厚部に高熱膨張率層１０が形成されることになるが、図１のものに比べて加工精度等の点で製作が容易である。
【００１１】
図４はさらに異なる実施形態を表すもので、この実施形態では、チャック部の短い基部４ｄのみがホルダ本体１ａと一体に形成され、この部分に別体のチャック部材１４が固着されることによりチャック部４が構成されている。チャック部材１４は、先端部に内側に突出する抜け止めリング１４ａを備えた筒状であり、その内周部に高熱膨張率材料で作られた円筒８が内嵌されている。この円筒８は、例えば冷やし嵌めにより取り付けられる。外筒１２に高熱膨張率材料の円筒８を内嵌したチャック部材１４は、小径のチャック基部４ｄに焼嵌め等の手段で嵌合した状態で、基部側の端部を溶接１３で固着されている。チャック部材１４の固定法としては、チャック基部４ｄにねじを切って螺着（工具ホルダの回転方向に対し逆ねじとする）する方法や、外周部に挿通したロックボルト１３ａ等でチャック基部４ｄに固定するサイドロック方式（図の鎖線で示す）を採用することができる。この実施形態は、図２に示すものと同様に高熱膨張率層１０がチャック内面に露出しているが、チャック部材１４の先端部に内向フランジ状の抜け止めリング１４ａが設けられているので、円筒８の抜け出しが生じないという利点がある。
【００１２】
この工具ホルダ１は、焼嵌め式にドリル等の工具を保持するもので、チャック部４を加熱して熱膨張させ、その中空部に工具のシャンクを挿入して冷却することにより該工具をしっかりと保持する。このチャック部４の加熱時には、高熱膨張率層１０の熱膨張が大きいので、チャック部に開方向の力を加えることになり、比較的低温でもチャック部を大きく開くことができるのである。このように、大きな熱膨張を得ることができるので、冷却したときの収縮も大きく、工具をしっかりと保持できるのである。高熱膨張材料は一般に強度が低い傾向があるが、この工具ホルダでは、チャック部の主体をなすのは高強度の鋼材であるから、保持剛性が低下するおそれはない。なお、以上の説明では、工具を焼嵌めで保持する工具ホルダを例にとって説明したが、凹軸と凸軸とを焼嵌めして接続する種々の接続装置に利用できることは明らかである。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる接続装置は、凹軸と凸軸とを焼嵌め式に接続するもので、凹軸に高熱膨張率層が設けられているので、焼嵌めのための加熱時に、当該高熱膨張率層の作用によって凹部を大きく開くことができる。このため、凸軸の挿入が容易であるのみならず、冷却時における収縮も大きいので、凸軸を強固に保持できるのである。しかも高熱膨張率層以外の部分は高強度の凹軸材料からなるため、これに嵌合保持される凸軸の保持剛性が低下することはない。この接続装置を焼嵌め式の工具ホルダに利用する場合は、特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接続装置の一例としての工具ホルダを表す一部断面側面図（ａ）及びその正面図（ｂ）である。
【図２】上記と異なる実施形態を表す一部断面側面図（ａ）及びその正面図（ｂ）である。
【図３】さらに異なる実施形態を表す一部断面側面図（ａ）及びその正面図（ｂ）である。
【図４】さらに異なる実施形態を表す一部断面側面図（ａ）及びその正面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１　　　　工具ホルダ
２　　　　テーパ状シャンク部２
３　　　　マニュピュレータ把持部３
４　　　　チャック部
８　　　　円筒
１０　　　　高熱膨張率層

Claims (4)

1. 嵌合用凹部を有する凹軸を熱膨張させた状態で、前記嵌合用凹部に凸軸を挿入して冷却することにより両軸を接続する焼嵌め式接続装置であって、前記凹軸の嵌合用凹部の外周部に前記凹軸の材料よりも熱膨張率の高い高熱膨張材料の層を設けたことを特徴とする焼嵌め式接続装置。
2. 焼嵌め式接続装置が切削工具を焼嵌め式に取り付ける工具ホルダである請求項１に記載の焼嵌め式接続装置。
3. 凹軸の材料が構造用鋼又は合金鋼であり、高熱膨張材料がステンレス鋼である請求項１又は２に記載の焼嵌め式接続装置。
4. 凹軸の材料が鋼材であり、高熱膨張材料が錫、鉛、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、クロムもしくはこれらの合金である請求項１又は２に記載の焼嵌め式接続装置。

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