JP4210383B2 - 工具ホルダ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具が前端部に取付可能なホルダ本体に、その本体の後端側に開口部を有し且つ該本体の縦中心線に沿って延びる有底の中心孔を形成し、その中心孔に超硬材よりなる芯金を嵌装した工具ホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記工具ホルダの剛性アップのために、押しネジにより芯金を前方に押圧してホルダ本体の中間部に引張力を作用させることによりホルダ本体の剛性強度を高めるようにした技術は、従来公知（例えば実開平３−１０３１０５号公報参照）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来技術では、ホルダ本体と芯金との間に径方向のガタ（延いてはホルダの芯振れ）が生じないようにするために、芯金の外周面のみならずホルダ本体の中心孔内周面をも高精度に加工しており、この中心孔に対する内径加工は、特に深孔の場合には加工作業が非常に行い辛いため、コスト増になると共に作業能率が低下する等の問題がある。その上、ホルダ本体の構成材料としては、深孔の内径加工が可能なスチール等の金属材に限定されていたため、ホルダ本体の更なる剛性アップを図るべく芯金ばかりかホルダ本体をも超硬材より構成した工具ホルダは、従来では実用化されていなかった。
【０００４】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、上記問題を解決することができる工具ホルダ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、工具が前端部に取付可能なホルダ本体に、その本体の後端側に開口部を有し且つ該本体の縦中心線に沿って延びる有底の中心孔を形成し、その中心孔に超硬材よりなる芯金を嵌装した工具ホルダにおいて、前記ホルダ本体の中心孔の底壁に設けた前部保持孔に芯金前端の突起を嵌合させ、前記ホルダ本体の後部には、芯金を前記底壁に押圧するネジ部材を螺合すると共に、該ネジ部材に設けた後部保持孔に芯金後端の突起を嵌合させ、前記中心孔の内周面と芯金の外周面とを径方向に間隔をおいて相対向させると共に、その対向周面相互を、その相互間にホルダ本体及び芯金の構成材よりも低融点の溶融金属を充填、固化して形成された筒状金属層を介して密着させたことを特徴とする。
【０００６】
この特徴によれば、ネジ部材の締付作用により芯金がその前端を中心孔底壁に強く押し付けられるから、ホルダ本体の中間部（芯金を取り囲む部分）に軸方向の大きな引張力が作用して、ホルダの剛性強度が効果的に高められる。またホルダ本体中心孔の内周面と芯金外周面との間を径方向にガタなく密着させたので、ホルダの芯振れ防止に有効であり、しかもその密着に当たっては、中心孔内周面と芯金外周面との間に、比較的低融点の溶融金属を充填、固化して形成された筒状金属層を介在させて、該溶融金属により芯金の外径精度を精確に転写できるようにしているから、上記密着のためにホルダ本体の中心孔内周面を高精度に孔加工する必要はなくなり、ホルダ本体の加工コスト節減および加工時間短縮が図られる。その上、ホルダ本体の構成材としては、深孔の内径加工が可能な材料は勿論のこと、加工不可能な材料の選択も可能となるから、それだけ材料選択の自由度が拡がる。
【０００７】
また請求項２の発明は、請求項１の発明の上記特徴に加えて、前記中心孔の内周面と芯金の外周面とがそれぞれ前方に向かって漸次小径となるテーパ面に形成されることを特徴とし、この特徴によれば、ネジ部材の軸方向押圧力の一部が、中心孔内周面と芯金外周面との間で上記筒状金属層を径方向に圧縮する力に変換されるため、その金属層を介してのホルダ本体と芯金間の密着性がより効果的に高められる。
【０００８】
また請求項３の発明は、請求項１又は２の発明の上記特徴に加えて、前記ホルダ本体を超硬材より形成したことを特徴とし、この特徴によれば、ホルダ本体の更なる剛性アップが図られ、またこのようにホルダ本体を超硬材製としたことで中心孔の内径加工が不可能であったり或いは不十分であっても、その中心孔内周面と芯金外周面とに上記筒状金属層を介在させることで、その間を支障なく的確に密着させることができる。
【０００９】
更に請求項４の発明は、請求項１，２又は３に記載の工具ホルダを製造する方法であって、前記ホルダ本体及び芯金を別々に製造する工程と、このホルダ本体の中心孔内に前記芯金を挿入して該本体の前記前部保持孔に芯金前端の突起を嵌合させると共に、そのホルダ本体の後部に前記ネジ部材を螺合して該ネジ部材の前記後部保持孔に芯金後端の突起を嵌合させ、前記中心孔の内周面と芯金の外周面とを環状空隙を介して相対向させる工程と、前記ホルダ本体に取付けた充填治具を用いて、ホルダ本体及び芯金の構成材よりも低融点の溶融金属を前記環状空隙に注入、充填する工程と、前記溶融金属の冷却、固化後において、前記ネジ部材を締付けて芯金を前記底壁に押し付けることにより前記ホルダ本体の中間部に引張り荷重を作用させる工程とを少なくとも有することを特徴とする。この特徴によれば、請求項１，２又は３の発明に係る工具ホルダを能率よく的確に製造可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【００１１】
添付図面において、図１〜図４は本発明の第１実施例を示すものであって、特に図１は工具ホルダを装着した工作機械の要部を示す一部破断側面図、図２は工具ホルダの全体縦断面図、図３は図２の３矢視拡大図、図４は工具ホルダの製造過程を説明するための縦断面図である。また図５は、第２実施例の工具ホルダを示す図２対応図である。
【００１２】
先ず、本発明の第１実施例の構造を図１〜図３を参照して説明する。
【００１３】
図１において、工作機械の主軸部（図示せず）に着脱可能に装着されるシャンクＳのチャック部Ｃには、本発明の工具ホルダＨの後部が着脱可能にクランプされる。工具ホルダＨは、そのホルダ本体１の前端部に前端開放の工具取付孔１ａが形成され、この取付孔１ａには、機械加工用工具Ｍ（図示例ではエンドミル）の基部が挿入される。そしてその工具取付孔１ａの周壁に相互に間隔をおいて螺合した複数の取付ネジｂにより、前記工具Ｍがホルダ本体１に着脱可能に固着される。
【００１４】
図２，３を併せて参照して、ホルダ本体１は、前半部が僅かに先細り状の円筒状に形成されており、その中心部には、該本体１の後端に開口し且つ該本体１の縦中心線Ｌに沿って延びる有底の中心孔２が形成される。この中心孔２には、ストレートな円柱状に形成した芯金３が嵌装される。その芯金３は、ホルダ本体１の剛性強度を高めるべく該本体１内に埋設されてこれと一体化されるものであって超硬合金等の超硬材より構成される。またホルダ本体１も、芯金３と同一又は異種の超硬合金等の超硬材より構成される。
【００１５】
前記中心孔２の底壁４はホルダ本体１の前部（工具取付孔１ａの直後）に位置しており、この底壁４には、ホルダ本体１の縦中心線Ｌに対し同心の前部保持孔５が、中心孔２と工具取付孔１ａとを連通させるように形成される。この前部保持孔５には、芯金３の前端面に一体に突設した位置決め用の前部突起３ｆが嵌合される。
【００１６】
またホルダ本体１の後部（図示例では中心孔２の後端部）には、芯金３の前端面を前記底壁４に押圧するネジ部材としてのボルトＢが螺合される。このボルトＢの前部には、ホルダ本体１の縦中心線Ｌに対し同心の後部保持孔６が形成されており、その後部保持孔６には、芯金３の後端面に一体に突設した位置決め用の後部突起３ｒが嵌合される。
【００１７】
前記ボルトＢは基本的に円柱状に形成され、その後端面には、該ボルトの締付け用工具を相対回転不能に係合させる角孔ｈが形成される。
【００１８】
前記中心孔２の内周面と芯金３の外周面３ｏとは、ホルダ本体１の径方向に間隔（図示例では１．０ｍｍ程度）をおいて相対向しており、その対向周面相互は、その相互間にホルダ本体１及び芯金３の構成材よりも低融点の溶融金属ｍ（図４参照）を充填、固化して形成された筒状金属層７を介して密着している。
【００１９】
前記中心孔２の内周面は、芯金３の外周面３ｏに対面する芯金対応面２ｉと、その芯金対応面２ｉの後端に浅い環状溝２ｇを挟んで隣接した雌ネジ部２ｓとから構成される。その雌ネジ部２ｓは、芯金対応面２ｉよりも大径に形成され、前記ボルトＢが螺合される。更にホルダ本体１の後部において中心孔２の周壁には、該孔２を挟んで一直径線上に並ぶ一対の溶融金属充填口Ｐ，Ｐが形成され、その各充填口Ｐの内端部は、中心孔２の内周面（芯金対応面２ｉ）と芯金３の外周面３ｏとの対向面間に直接臨んでいる。
【００２０】
更にホルダ本体１の後端部外周面には、ボルトＢを挟むように互いに平行する一対の平坦な切欠状係合面１ｒが形成されており、その両係合面１ｒは、芯金３をボルトＢにより締込む際に締め込み工具又は治具に係合可能として、回り止めのために利用される。
【００２１】
次に前記工具ホルダＨの製造過程の一例を説明する。その製造方法は、ホルダ本体１及び芯金３を別々に製作する第１工程と、ホルダ本体１の中心孔２内に芯金３を挿入して該孔２内部の所定位置に位置決め保持し、その位置決め状態で中心孔２の内周面（芯金対応面２ｉ）と芯金３の外周面３ｏとを環状空隙１０を介して相対向させる第２工程と、その環状空隙１０にホルダ本体１及び芯金３の構成材よりも低融点の溶融金属ｍ（図示例では主成分として鉛、ビスマス等を含む）を注入、充填する第３工程と、その溶融金属の冷却、固化後において、ボルトＢを締付けて芯金３を中心孔２の底壁４に押し付けることによりホルダ本体１の中間部に引張り力を作用させる第４工程とを少なくとも有している。
【００２２】
前記第１工程においては、ホルダ本体１の製造過程でその中心孔２、工具取付孔１ａ、溶融金属充填口Ｐ等も形成され、その際に中心孔２は深孔であることからその内径加工は、超硬材の場合は焼結前にドリル等で機械加工される。一方、芯金３の製造過程でその外周面３ｏが高精度に仕上げ加工され、またその芯金３の前後両端の突起３ｆ，３ｒも高精度に仕上げ加工される。
【００２３】
また前記第２工程では、ホルダ本体１の中心孔２内に芯金３を挿入して該本体１の前部保持孔５に芯金３前端の突起３ｆを嵌合させると共に、中心孔２後端部の雌ネジ部２ｓにボルトＢを螺合して該ボルトＢの後部保持孔６に芯金３後端の突起３ｒを嵌合させることにより、芯金３が中心孔２内の定位置に位置決めされ、その位置決め状態で中心孔２の内周面（芯金対応面２ｉ）と芯金３の外周面３ｏとが環状空隙１０を介して相対向する。そしてこの空隙１０の後端側は、ホルダ本体１の溶融金属充填口Ｐの内端部に直接連通している。
【００２４】
また前記第３工程では、ホルダ本体１を、それの後端部が上向きとなるように起立保持させるが、その起立保持は、ホルダ本体１の工具取付孔１ａに嵌合したサポートプラグ１１を起立用治具Ｊ１の保持孔１２に嵌合させることにより行う。そしてその起立状態のホルダ本体１の後端部外周に筒状の充填治具Ｊ２の中心部２０を上方より嵌着させ、その充填治具Ｊ２内の通路２１を通して注入容器Ａ内の前記溶融金属ｍをホルダ本体１の溶融金属充填口Ｐに注入し、そこから前記環状空隙１０に充填する。その注入、充填に際しては、溶融金属ｍが環状空隙１０の隅々までスムーズに流動して該空隙１０に充満するよう、工具ホルダＨ（ホルダ本体１、芯金３、ボルトＢ）や充填治具Ｊ２を電気炉等の加熱手段により十分予熱しておく。
【００２５】
そして溶融金属ｍの環状空隙１０内への充填が完了したら、充填治具Ｊ２のドレーン孔１３のプラグ１４を外して、該ドレーン孔１３より余分な溶融金属ｍを流出させるようにする。これは、充填口Ｐに溶融金属ｍが残存したまま固化してしまうと、ボルトＢの締付けを行うときに余分の力を必要とし、後で剪断除去しなければならなくなるからである。
【００２６】
而してこの実施例によれば、環状空隙１０に注入、充填された溶融金属ｍが冷却、固化して、中心孔２の内周面と芯金３の外周面３ｏとの間に筒状金属層７が形成され実質的に一体化された後において、ボルトＢが締付けられると、これに押圧された芯金３が、その前端を中心孔底壁４に強く押し付けるように突っ張り作用を発揮するから、ホルダ本体１の中間部（即ち芯金３を取り囲む部分）に軸方向の大きな引張力が加わり、ホルダＨの剛性強度が効果的に高められる。
【００２７】
またホルダ本体１の中心孔２の内周面（芯金対応面２ｉ）が荒れていても、上記溶融金属ｍにより芯金３の外径精度が精確に転写されるため、その中心孔内周面２ｉと芯金外周面３ｏとの間を上記金属層７を介して径方向にガタなく密着させることができて、ホルダＨの芯振れ防止に有効である。従って上記密着のためにホルダ本体１の中心孔内周面２ｉを高精度に孔加工する必要はなくなり、それだけホルダ本体１の加工コスト節減および加工時間短縮が図られる。しかもホルダ本体１の構成材としては、深孔の内径加工が従来不可能とされた超硬材の選択も可能となるから、それだけ材料選択の自由度が拡がる。
【００２８】
また図５には、本発明の第２実施例が示される。この実施例では、ホルダ本体１の中心孔２の内周面２ｉと芯金３の外周面３ｏとがそれぞれ前方に向かって漸次小径となるテーパ面（そのテーパ角度θは、図示例では３度〜６度が好ましい）に形成される点を除いて、前記実施例と全て同一である。従って各構成要素には、前記実施例中の対応するものの参照符号を付すに留め、具体的な説明は省略する。
【００２９】
而してこの第２実施例でも前記実施例と同様の作用効果を達成することができ、更に中心孔２の内周面２ｉと芯金３の外周面３ｏとがそれぞれ先細りのテーパ面に形成されるので、ネジ部材（ボルトＢ）の軸方向押圧力の一部を、中心孔内周面２ｉと芯金外周面３ｏとの間で筒状金属層７を径方向に圧縮する力に変換することができ、従ってホルダ本体１と芯金３間の密着性をより効果的に高めることができる。
【００３０】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。例えば前記実施例では、ホルダ本体１を超硬材より構成したものを示したが、本発明（請求項１・２）では、ホルダ本体１を超硬材以外の適当な金属材、例えば中心孔内周面に対する内径加工が比較的容易なスチール材より構成してもよい。また前記実施例では、ホルダ本体１の中心孔底壁４に形成される前部保持孔５が、中心孔２と工具取付孔１ａとを連通させる貫通孔としたが、本発明では、その前部保持孔５を盲孔としてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、ホルダ本体の中心孔底壁の前部保持孔に芯金前端の突起を嵌合させ、ホルダ本体の後部には、芯金を前記底壁に押圧するネジ部材を螺合すると共に、該ネジ部材の後部保持孔に芯金後端の突起を嵌合させ、中心孔内周面と芯金外周面とを径方向に間隔をおいて相対向させると共に、その対向周面相互を、その相互間にホルダ本体及び芯金の構成材よりも低融点の溶融金属を充填、固化して形成された筒状金属層を介して密着させるようにしたので、ネジ部材の押圧作用により、ホルダ本体の中間部に軸方向の大きな引張力を付与してホルダの剛性強度を十分に高めることができる上、ホルダ本体の中心孔内周面と芯金外周面との間を径方向にガタなく密着させることができてホルダの芯振れ防止に有効であり、全体として加工精度の向上に大いに寄与することができ、深い所のエンドミル加工やドリル加工も的確に行い得る。
【００３２】
また特にホルダ本体の中心孔内周面と芯金外周面との間を密着させるに当たっては、その間に、比較的低融点の溶融金属を充填、固化して形成された筒状金属層を介在させて、該溶融金属により芯金の外径精度を精確に転写できるようにしているから、上記密着のためにホルダ本体の中心孔内周面を高精度に孔加工する必要はなくなり、ホルダ本体のコスト節減および加工時間短縮に寄与することができ、その上、ホルダ本体の構成材としては、深孔の内径加工が可能な材料は元より、加工不可能な材料の選択も可能となるから、それだけ材料選択の自由度が拡がる。
【００３３】
また特に請求項２の発明によれば、前記中心孔内周面と芯金外周面とがそれぞれ前方に向かって漸次小径となるテーパ面に形成されるので、ネジ部材の軸方向押圧力の一部を、中心孔内周面と芯金外周面との間で上記筒状金属層を径方向に圧縮する力に変換することができ、従ってその金属層を介してのホルダ本体と芯金間の密着性を効果的に高めることができるから、ホルダの芯振れ防止に一層効果的である。
【００３４】
また特に請求項３の発明によれば、ホルダ本体を超硬材より形成したので、ホルダ本体の更なる剛性アップを図り、工具ホルダの全体的強度を一層高めることができる。またこのようにホルダ本体を超硬材製としたことで中心孔の内径加工ができなくなっても、その中心孔内周面と芯金外周面とに上記筒状金属層を介在させることで、その間を支障なく的確に密着させることができる。
【００３５】
また特に請求項４の発明によれば、請求項１，２又は３の発明に係る工具ホルダを能率よく的確に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の工具ホルダを装着した工作機械の要部を示す一部破断側面図
【図２】第１実施例の工具ホルダの全体縦断面図
【図３】図２の３矢視拡大図
【図４】第１実施例の工具ホルダの製造過程を説明するための縦断面図
【図５】第２実施例の工具ホルダを示す図２対応図
【符号の説明】
Ｈ・・・・工具ホルダ
Ｍ・・・・エンドミル（工具）
Ｂ・・・・ネジ部材（ボルト）
１・・・・ホルダ本体
２・・・・中心孔
２ｉ・・・中心孔の芯金対応面（内周面）
３・・・・芯金
３ｆ・・・前部突起
３ｏ・・・外周面
３ｒ・・・後部突起
４・・・・底壁
５・・・・前部保持孔
６・・・・後部保持孔
７・・・・筒状金属層
１０・・・環状空隙

Claims (4)

1. 工具（Ｍ）が前端部に取付可能なホルダ本体（１）に、その本体（１）の後端側に開口部を有し且つ該本体（１）の縦中心線（Ｌ）に沿って延びる有底の中心孔（２）を形成し、その中心孔（２）に超硬材よりなる芯金（３）を嵌装した工具ホルダにおいて、
   前記ホルダ本体（１）の中心孔（２）の底壁（４）に設けた前部保持孔（５）に芯金（３）前端の突起（３ｆ）を嵌合させ、
   前記ホルダ本体（１）の後部には、芯金（３）を前記底壁（４）に押圧するネジ部材（Ｂ）を螺合すると共に、該ネジ部材（Ｂ）に設けた後部保持孔（６）に芯金（３）後端の突起（３ｒ）を嵌合させ、
   前記中心孔（２）の内周面（２ｉ）と芯金（３）の外周面（３ｏ）とを径方向に間隔をおいて相対向させると共に、その対向周面（２ｉ，３ｏ）相互を、その相互間にホルダ本体（１）及び芯金（３）の構成材よりも低融点の溶融金属を充填、固化して形成された筒状金属層（７）を介して密着させたことを特徴とする、工具ホルダ。
2. 前記中心孔（２）の内周面（２ｉ）と芯金（３）の外周面（３ｏ）とがそれぞれ前方に向かって漸次小径となるテーパ面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記ホルダ本体（１）を超硬材より形成したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の工具ホルダ。
4. 請求項１，２または３に記載の工具ホルダを製造する方法であって、
   前記ホルダ本体（１）及び芯金（３）を別々に製造する工程と、
   このホルダ本体（１）の中心孔（２）内に前記芯金（３）を挿入して該本体（１）の前記前部保持孔（５）に芯金（３）前端の突起（３ｆ）を嵌合させると共に、そのホルダ本体（１）の後部に前記ネジ部材（Ｂ）を螺合して該ネジ部材（Ｂ）の前記後部保持孔（６）に芯金（３）後端の突起（３ｒ）を嵌合させ、前記中心孔（２）の内周面（２ｉ）と芯金（３）の外周面（３ｏ）とを環状空隙（１０）を介して相対向させる工程と、
   前記ホルダ本体（１）に取付けた充填治具（Ｊ２）を用いて、ホルダ本体（１）及び芯金（３）の構成材よりも低融点の溶融金属（ｍ）を前記環状空隙（１０）に注入、充填する工程と、
   前記溶融金属の冷却、固化後において、前記ネジ部材（Ｂ）を締付けて芯金（３）の前端面を前記底壁（４）に押し付けることにより前記ホルダ本体（１）の中間部に引張り荷重を作用させる工程とを少なくとも有することを特徴とする、工具ホルダの製造方法。

Images