(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れ及び焼き戻しした丸棒状の鋼材に円筒度を高めるよう研削加工を行い、この鋼材の軸方向に、該軸上に頂点を有する円錐状の穴底を有する穴を形成し、先端支と皿バネとを嵌挿可能な冶具を用いて前記先端支と複数枚重ねた前記皿バネとを前記穴の穴底に挿入し、次に前記鋼材を加熱した状態で防振用軸体を前記穴内に挿入し、さらに前記防振用軸体の先端で前記皿バネを圧縮するところまで押し込んだ後、前記鋼材を急冷して焼き嵌めを完了した後に、前記鋼材の先端部に工具固定部を形成することを特徴とする工具用防振ホルダーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中ぐり加工時、旋盤、溝入れ、ねじ切り加工時などのびびり振動や過度のしなりを防止するための軸体を工具用ホルダーに挿着する、工具用防振ホルダーの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工具機械で中ぐり加工、すなわち、すでに工作物に空けられた穴を、切削工具を用いて所望の寸法に拡げる加工において、棒状体の工具用ホルダーの先端側に切刃部を備えた切削工具が使用されている。
【０００３】
中ぐり加工用の工具用ホルダーを構成する素材として鋼材が用いられるが、加工穴直径に比べて穴が深い加工の場合には切削工具を細長形状とし、工具機械本体から切削工具の切刃部先端までの突き出し量Ｌを大きくする必要がある。そのため突き出し量Ｌ／加工径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が大きくなるので、鋼材は剛性が低い（ヤング率が２００ＧＰａ程度）ことから、びびり振動や過度のしなりが生じやすく、加工面が粗くなったり或いは所望の加工精度を得難かったりする問題があった。
【０００４】
そこで、鋼製の工具用ホルダーに防振機構を付加するため、特開平７−２８５００２号では、鋼製のシャンク部の軸方向に設けた穴に超硬合金からなるテーパー状の防振用軸体を挿入する工具用防振ホルダーが提案されている。この工具用防振ホルダーによれば、鋼製の工具用ホルダーの内部に高剛性の超硬合金からなる防振用軸体を挿入したことにより、鋼材の剛性が補強される。さらに、超硬合金製の防振用軸体の周囲に高耐衝撃性の鋼材を配したので、超硬合金の脆さが補強される。
【０００５】
このような防振用軸体を備えた工具用防振ホルダーを作製するにあたって、本発明者は、特開２００１−９６４０３号にて、焼き嵌めによりシャンク部の穴内に防振用軸体を設置することを提案している。
【０００６】
この特開２００１−９６４０３号では、製造工程のどの段階で焼き嵌めを行うかを明示していないが、実際には、丸棒状の鋼材の軸方向に穴を形成し、さらに前記鋼材の先端部に工具固定部を形成してから、ホルダーに剛性および硬度を付与するための焼き入れ及び焼き戻し、並びに、防振用軸体を挿着するための焼き嵌め工程を行っていた。
【０００７】
ここで、焼入れ前に前記穴加工と前記工具固定部の形成を行っていた理由は、焼入れ後に穴加工や工具固定部の形成を行うのにくらべて、焼入れ前は鋼材が格段に柔らかく、加工が容易であるためであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の工具用防振ホルダーの製造方法では、前記防振用軸体を前記穴内の穴底側まで挿入できないことがあり、歩留りが必ずしも良くなかった。これは、穴加工、工具固定部の形成を焼入れ、焼戻し工程や焼き嵌め工程よりも前に行うと、焼入れ、焼戻し工程や焼き嵌め工程時に前記鋼材に肉厚が大きく違う部分が存在することとなり、この肉厚の違いに相応して部位によって冷却速度の差が生じ、収縮速度の差が出る。そして、この収縮速度の差によって前記鋼材および前記穴の円筒度が悪化する。これにより、前記防振用軸体を穴底側まで挿入することができず不良品となることがあった。
【０００９】
そこで、本発明は鋼製の工具用ホルダー内に超硬合金など剛性の高い材料からなる防振用軸体を装着する工具用防振ホルダーの製造方法において、歩留りを向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明の製造方法は、焼入れ及び焼き戻しした丸棒状の鋼材に円筒度を高めるよう研削加工を行い、この鋼材の軸方向に、該軸上に頂点を有する円錐状の穴底を有する穴を形成し、先端支と皿バネとを嵌挿可能な冶具を用いて前記先端支と複数枚重ねた前記皿バネとを前記穴の穴底に挿入し、次に前記鋼材を加熱した状態で防振用軸体を前記穴内に挿入し、さらに前記防振用軸体の先端で前記皿バネを圧縮するところまで押し込んだ後、前記鋼材を急冷して焼き嵌めを完了した後に、前記鋼材の先端部に工具固定部を形成することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、焼入れ及び焼き戻しした丸棒状の鋼材に円筒度を高めるための研削加工を行い、この鋼材の軸方向に穴を形成するので、前記穴の円筒度が高く、その周囲の肉厚も均一となる。前記円筒度とは、二つの同軸の幾何学的円筒面で円筒部分をはさんだときの二円筒面の作る領域が最小となる場合の両円筒面の半径の差と定義され、ここでは、前記丸棒の側面の幾何学的円筒面からの狂いを意味する。そして、この状態で焼き嵌めが行われるので、冷却時の収縮速度に部位による差が生じず、円筒度が高く維持される。したがって、前記防振用軸体を挿入する際に前記穴の曲がりによって前記防振用軸体が前記穴内の途中で止まってしまうことがないので歩留りが向上する。また、前記穴の穴底側に皿バネを挿入してから前記防振用軸体の先端でもって前記皿バネを圧縮するように前記防振用軸体を押し込んで焼き嵌めすることで、焼き嵌めによる前記穴の周囲方向への圧縮応力と、前記皿バネの軸方向への圧縮応力が相まって大きな防振性能を備えた工具用防振ホルダーを得ることができる。さらには、前記穴の穴底に先端支を当接させ、この先端支に皿バネを当接させるように挿入することで、皿バネが円錐状となった穴底に直接着座する場合に比べ、上記先端支の一方端面が皿バネに対し安定した座り面を提供することで皿バネによる圧縮応力を切削工具の軸方向にロスなく作用させることができる。これにより、防振性能が大きく改善する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図により説明する。
【００１７】
図１に本実施形態により製造される工具用防振ホルダー（以下、ホルダーと略称する）１を示す。このホルダー１は後端から軸方向に穴２を形成し、この穴２の穴底側に高密度タングステン製の先端支３と皿バネ４を配し、この皿バネ４を超硬合金などヤング率が２７０ＧＰａ以上の高剛性材料からなる防振用軸体５の先端で圧縮したものである。このホルダー１は、前記防振用軸体５を焼き嵌めにより固定しており、この嵌合による前記穴２の周囲方向への圧縮応力と、皿バネ４の軸方向への圧縮応力、また、前記先端支３の高い防振性能が相まって大きな防振性能を備える。
【００１８】
図２に、このホルダー１の製造工程を示す。
【００１９】
図２に示すようにホルダー１の製造工程は、丸棒焼入れ及び焼戻しＳ１→外周研削Ｓ２→穴加工Ｓ３（深穴加工Ｓ３ａ・テーパー加工Ｓ３ｂ・ホーニング加工Ｓ３ｃ・内径洗浄Ｓ３ｄ）→焼き嵌めＳ４→工具固定部形成Ｓ５の順で行われる。以下、この順に従い前記ホルダー１の製造方法を説明する。
（Ｓ１  焼き入れ及び焼戻し）
丸棒状の鋼材に対して焼入れおよび焼戻しを行う。焼入れは使用する鋼材の変態点近くの温度で行う。これにより前記鋼材の硬度を上げる。また、焼入れにより不均一となった前記鋼材の組織状態を均一化するため、焼戻しを行う。焼戻しの温度は、前記鋼材に後述の穴加工や工具固定部の形成のために都合がよい硬度となるようにする。この硬度を３５〜４０ＨＲｃ以下とすると、穴加工を比較的容易に行うことができる。
【００２０】
使用する鋼材として、クロム・モリブデン鋼、ニッケル・クロム鋼、ニッケル・クロム・モリブデン鋼当の合金鋼や、鉄にＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ及びＳの５元素が入った炭素合金鋼をベースにクロム、タングステン、マンガン、モリブデン、バナジウムなどを添加した合金鋼などを用いることができる。
（Ｓ２  外周研削）
前記鋼材の側面（円筒面）に対して円筒度を高めるために研削加工を行う。
（Ｓ３  穴加工）
（Ｓ３ａ  深穴加工）
前記鋼材の一方端からガンドリルを用いて穴加工を行う。このとき、穴の円筒度を２０μｍ程度とする。
【００２１】
（Ｓ３ｂ  テーパー加工）
前記ガンドリルの先端形状プロファイル（ギザギザ状）が残っている穴底を、先端形状プロファイルがテーパー状のガンドリルまたは一般のドリルによってテーパー形状に加工する。
【００２２】
（Ｓ３ｃ  内径ホーニング加工）
前記穴２の内径をホーニングマシーン、リーマ、ラッピングなどによりホーニングする。この際、円筒度を１０μｍレベルまで高める。
【００２３】
（Ｓ３ｄ  内径洗浄）
前記穴２の内部を、石油系溶剤を用いて超音波洗浄する。これにより、切削屑や粉を穴内から除去する。
（Ｓ４  焼き嵌め）
焼き嵌めに先んじて、前記先端支３と複数枚直列に重ねた皿バネ４を穴底に挿入する。
【００２４】
挿入にあたって、図３に示すように前記先端支３と前記皿バネ４を嵌挿可能な突起を先端６ａに備えた治具６を用いる。この突起６ａに前記先端支３と前記皿バネ４を装着した状態で、穴２の入り口を下向きとした前記鋼材８の穴２内に前記治具６を挿入する。その後、前記鋼材８と前記治具６を逆さまにして前記穴２の入り口を上向きとし、前記治具６のみを穴２から取り外す。
【００２５】
次に、図４に示す焼き嵌め用装置７のヒーター１１内に前記鋼材８を設置し、２００〜５００℃に加熱する。そして、この加熱状態で前記防振用軸体５を前記穴２内に挿入し、さらに、前記防振用軸体５の先端で前記皿バネ４を圧縮するところまで押し込む。この装置７は、油圧式のプレス機構９、温度センサ（不図示）、並びに、前記ヒーター１１と前記プレス機構９の制御部（不図示）を備えている。そして、前記ヒーター１１をオフとし前記鋼材８を急冷することで、拡大していた鋼材８が収縮し、焼き嵌めが完了する。
【００２６】
なお、前記防振用軸体５としては、ハイス、超硬合金やサーメット等のヤング率２７０ＧＰａ以上の高剛性材料を用いる。また、前記皿バネ４は、ＳＫＤ６１ダイス鋼などの耐熱合金を使用する。前記プレス機構９の圧力としては５０Ｋｇｆ〜１００００Ｋｇｆである。
【００２７】
また、前記穴２の径に対して、前記防振用軸体５の径は＋数十μｍ程度に設定しておく。
（Ｓ５  工具固定部形成）
前記鋼材８に対し、旋盤、フライス、研削盤により鋼材の外周面の加工を行い、また、マシニングセンタにより、その先端部に工具固定部を形成する。
【００２８】
以上、本発明の実施形態を例示したが本発明はこの実施形態に限定されるものでなく、発明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができる。例えば、前記実施形態では、前記先端支と前記皿バネを用いた実施形態を説明したが、前記先端支を用いないもの、或いは、前記先端支と前記皿バネの両方を用いないものであっても良い。また、本発明は、中ぐり工具のみでなく、旋盤、溝入れ、ねじ切り加工用の工具に適用することも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、焼入れ及び焼き戻しした丸棒状の鋼材に円筒度を高めるための研削加工を行い、この鋼材の軸方向に穴を形成するので、焼き嵌め前の前記穴の円筒度が高く、その周囲の肉厚も均一となる。そして、この状態で焼き嵌めが行われるので、冷却時の収縮速度に差が部位によって生じず円筒度が高く維持される。したがって、前記防振用軸体を挿入する際に前記穴の曲がりによって前記防振用軸体が前記穴内の途中で止まってしまうことがないので歩留りが向上する。また、前記穴の穴底側に皿バネを挿入してから前記防振用軸体の先端でもって前記皿バネを圧縮するように前記防振用軸体を押し込んで焼き嵌めすることで、焼き嵌めによる前記穴の周囲方向への圧縮応力と、前記皿バネの軸方向への圧縮応力が相まって大きな防振性能を備えた工具用防振ホルダーを得ることができる。さらには、前記穴の穴底に先端支を当接させ、この先端支に皿バネを当接させるように挿入することで、皿バネが円錐状となった穴底に直接着座する場合に比べ、上記先端支の一方端面が皿バネに対し安定した座り面を提供することで皿バネによる圧縮応力を切削工具の軸方向にロスなく作用させることができる。これにより、防振性能が大きく改善する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態の製造方法により製造される工具用防振ホルダーを示し、（ａ）は要部破断正面図、（ｂ）は要部を透視した斜視図である。
【図２】本発明一実施形態の工程フローチャートである。
【図３】前記実施形態における、前記皿バネと前記先端支を前記鋼材に形成した穴内に挿入するために用いる治具を示し、（ａ）は先端部分の拡大図、（ｂ）は使用方法を示す説明図である。
【図４】前記実施形態における焼き嵌め用装置の要部破断正面図である。
【符号の説明】
１    工具用防振ホルダー
２    穴
３    先端支
４    皿バネ
５    防振用軸体
６    治具
６ａ  突起
７    焼き嵌め用装置
８    鋼材
９    プレス機構
１１  ヒーター
【図１】
0003847146.tif 000002
【図２】
0003847146.tif 000003
【図３】
0003847146.tif 000004
【図４】
0003847146.tif 000005