JPH09228025A - フレッチング防止構造 - Google Patents
フレッチング防止構造Info
- Publication number
- JPH09228025A JPH09228025A JP5543496A JP5543496A JPH09228025A JP H09228025 A JPH09228025 A JP H09228025A JP 5543496 A JP5543496 A JP 5543496A JP 5543496 A JP5543496 A JP 5543496A JP H09228025 A JPH09228025 A JP H09228025A
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- fretting
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械部材におけるフレッチンク摩耗の低減に
有効なフレッチング防止構造を提供する。 【解決手段】 密着嵌合的に接触し合う２つの部材の接
触面間に相対運動が生ずる機械構造物において、前記接
触面の少なくとも一方の表層部にＦｅ−Ａｌ合金被覆層
が形成される。
有効なフレッチング防止構造を提供する。 【解決手段】 密着嵌合的に接触し合う２つの部材の接
触面間に相対運動が生ずる機械構造物において、前記接
触面の少なくとも一方の表層部にＦｅ−Ａｌ合金被覆層
が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、工作機械
における主軸と工具脱着部のように、部材が接触し合う
二面間において微小振幅の相対運動が生じる時に発生す
るフレッチング摩耗を効果的に防止する技術に関する。
における主軸と工具脱着部のように、部材が接触し合う
二面間において微小振幅の相対運動が生じる時に発生す
るフレッチング摩耗を効果的に防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】機械部品の摩擦面の摩耗には、アブレシ
ブ摩耗や、凝着摩耗などの一般的に見られる摩耗のほ
か、特殊な条件下で発生するものとして、フレッチング
がある。このフレッチングは、機械のはめ合い部のよう
に微少振幅の振動や変動応力を受ける部分に接触面があ
る場合に、二面間に何がしかの相対運動が生じるとほぼ
間違いなく起こる摩耗である。例えば、玉軸受のレース
の部分、軸継手と軸、スプライン軸、工作機械の主軸と
工具脱着部、焼バメ部とプレスバメ部、キー溝部など、
多くの部材にフレッチング摩耗が発生している。
ブ摩耗や、凝着摩耗などの一般的に見られる摩耗のほ
か、特殊な条件下で発生するものとして、フレッチング
がある。このフレッチングは、機械のはめ合い部のよう
に微少振幅の振動や変動応力を受ける部分に接触面があ
る場合に、二面間に何がしかの相対運動が生じるとほぼ
間違いなく起こる摩耗である。例えば、玉軸受のレース
の部分、軸継手と軸、スプライン軸、工作機械の主軸と
工具脱着部、焼バメ部とプレスバメ部、キー溝部など、
多くの部材にフレッチング摩耗が発生している。
【０００３】機械部材の中でフレッチングが特に大きな
問題となっているのは、工作機械の主軸に工具を装着す
る部分である。工作機械、とりわけマシニングセンタで
ラフィングカッタ、エンドミルカッタを使って荒削り加
工を短期間で急いで行うと、工具ホルダと主軸の接触面
で凝着が発生して赤錆を伴うフレッチング現象が発生す
る。このフレッチングが発生した部分では、疲労強度が
著しく低下するため、その防止対策を講じることが重要
となる。
問題となっているのは、工作機械の主軸に工具を装着す
る部分である。工作機械、とりわけマシニングセンタで
ラフィングカッタ、エンドミルカッタを使って荒削り加
工を短期間で急いで行うと、工具ホルダと主軸の接触面
で凝着が発生して赤錆を伴うフレッチング現象が発生す
る。このフレッチングが発生した部分では、疲労強度が
著しく低下するため、その防止対策を講じることが重要
となる。
【０００４】従来から行われてきた主な対策としては、
設計による改善、潤滑剤を塗布する方法、摩擦面を表面
処理する方法が知られている。このうち、設計による改
善では、焼バメ部とプレスバメ部でのフレッチング防止
にフィレットをつけて逃げる方法などが比較的有効とさ
れているが、機械部材の用途、性能などに応じて個別的
に対処するためにこれといった決め手はなく自ずと限界
がある。また、潤滑剤を塗布する方法では、一般に、フ
レッチング発生部には潤滑剤の供給が困難な部分が多
く、その利用は少ない。このため、一般的には、表面処
理法がフレッチング防止に採用されている。
設計による改善、潤滑剤を塗布する方法、摩擦面を表面
処理する方法が知られている。このうち、設計による改
善では、焼バメ部とプレスバメ部でのフレッチング防止
にフィレットをつけて逃げる方法などが比較的有効とさ
れているが、機械部材の用途、性能などに応じて個別的
に対処するためにこれといった決め手はなく自ずと限界
がある。また、潤滑剤を塗布する方法では、一般に、フ
レッチング発生部には潤滑剤の供給が困難な部分が多
く、その利用は少ない。このため、一般的には、表面処
理法がフレッチング防止に採用されている。
【０００５】現在のところ、フレッチング防止に採用さ
れている表面処理法には、Ｍｏ溶射、ＶＣ処理がある。
また、フレッチングを起こしにくい材料としてアルミ
ナ、超硬合金が知られているが、これらの材料は硬くか
つ脆いので機械部材としては使用することができない。
れている表面処理法には、Ｍｏ溶射、ＶＣ処理がある。
また、フレッチングを起こしにくい材料としてアルミ
ナ、超硬合金が知られているが、これらの材料は硬くか
つ脆いので機械部材としては使用することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｍｏ溶射法により接触
面に被覆層を形成することによってフレッチングを防止
する従来技術の場合、接触面の凝着を低減する効果はあ
るものの、被覆層自体の強度が小さいという根本的な問
題があり、被覆層の剥離、割れといった損傷が短時間で
発生することが多いという問題がある。とりわけ、工作
機械の主軸の工具脱着部のように、強度的に負荷が苛酷
でありかつ微小振動に不断にさらされてフレッチングの
発生しやすい条件におかれる機械部材での有効なフレッ
チング防止が課題とされている。
面に被覆層を形成することによってフレッチングを防止
する従来技術の場合、接触面の凝着を低減する効果はあ
るものの、被覆層自体の強度が小さいという根本的な問
題があり、被覆層の剥離、割れといった損傷が短時間で
発生することが多いという問題がある。とりわけ、工作
機械の主軸の工具脱着部のように、強度的に負荷が苛酷
でありかつ微小振動に不断にさらされてフレッチングの
発生しやすい条件におかれる機械部材での有効なフレッ
チング防止が課題とされている。
【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、機械部材におけるフレッチンク
摩耗の低減に有効なフレッチング防止構造ならびにその
方法を提供することにある。
有する問題点を解消し、機械部材におけるフレッチンク
摩耗の低減に有効なフレッチング防止構造ならびにその
方法を提供することにある。
【０００８】
【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、密着嵌合的に接触し合う２つの部材の
接触面間に相対運動が生ずる機械構造物において、前記
接触面の少なくとも一方の表層部にＦｅ−Ａｌ合金被覆
層が形成されていることを特徴とするものである。
めに、本発明は、密着嵌合的に接触し合う２つの部材の
接触面間に相対運動が生ずる機械構造物において、前記
接触面の少なくとも一方の表層部にＦｅ−Ａｌ合金被覆
層が形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明のフレッチング防止方法は、
密着嵌合的に接触し合ってフレッチングの発生しやすい
機械部材の接触面の少なくとも一方の表層部に形成され
たＦｅ−Ａｌ合金被覆層を介して両接触面を接触させ、
前記接触面間で生じる相対運動の際に発生する熱により
前記Ｆｅ−Ａｌ合金被覆層に酸化アルミを生成し、フレ
ッチング摩耗を防止する。
密着嵌合的に接触し合ってフレッチングの発生しやすい
機械部材の接触面の少なくとも一方の表層部に形成され
たＦｅ−Ａｌ合金被覆層を介して両接触面を接触させ、
前記接触面間で生じる相対運動の際に発生する熱により
前記Ｆｅ−Ａｌ合金被覆層に酸化アルミを生成し、フレ
ッチング摩耗を防止する。
【００１０】接触面の表層に形成されるＦｅ−Ａｌ合金
は、強度的に強固な被覆層を形成し、剥離、割れなどの
機械的損傷が発生しにくい。そして、接触面に相対運動
が生じてフレッチングの発生しやすい状況下では、摩擦
熱によりＦｅ−Ａｌ合金層の表面にフレッチングに対し
て耐性のある酸化アルミニウムが生成されて、この酸化
アルミニウムがフレッチング摩耗に対して防止効果を発
揮する。
は、強度的に強固な被覆層を形成し、剥離、割れなどの
機械的損傷が発生しにくい。そして、接触面に相対運動
が生じてフレッチングの発生しやすい状況下では、摩擦
熱によりＦｅ−Ａｌ合金層の表面にフレッチングに対し
て耐性のある酸化アルミニウムが生成されて、この酸化
アルミニウムがフレッチング摩耗に対して防止効果を発
揮する。
【００１１】機械部材の構造用合金鋼からなる母材中に
アルミニウムを拡散させて接触面表層部にＦｅ−Ａｌ合
金被覆層を形成する表面処理方法としては、機械部材を
溶融アルミニウム中に浸漬してＦｅ−Ａｌ合金層を形成
する浸漬法や、物理蒸着（ＰＶＤ）処理によりアルミニ
ウムを機械部材の表面に蒸着してから５００〜６００℃
の温度に加熱してアルミニウムを母材中に拡散させる方
法、その他、メッキ、溶射法により母材表面にアルミニ
ウムを付着させた後、５００〜６００℃の温度に加熱し
てアルミニウムを母材中に拡散させる方法など種々の方
法を用いることができる。
アルミニウムを拡散させて接触面表層部にＦｅ−Ａｌ合
金被覆層を形成する表面処理方法としては、機械部材を
溶融アルミニウム中に浸漬してＦｅ−Ａｌ合金層を形成
する浸漬法や、物理蒸着（ＰＶＤ）処理によりアルミニ
ウムを機械部材の表面に蒸着してから５００〜６００℃
の温度に加熱してアルミニウムを母材中に拡散させる方
法、その他、メッキ、溶射法により母材表面にアルミニ
ウムを付着させた後、５００〜６００℃の温度に加熱し
てアルミニウムを母材中に拡散させる方法など種々の方
法を用いることができる。
【００１２】また、本発明を適用可能な機械部材には、
フレッチング防止対策が重要な部材、例えば、工作機械
の主軸の工具脱着部である工具ホルダとテーパスリーブ
が代表的なものであるが、その他、玉軸受けのレース、
軸継手と軸、スプライン軸、焼バメ部とプレスバメ部、
キー溝等、種々のフレッチングが問題となる機械構成要
素に適用することができる。
フレッチング防止対策が重要な部材、例えば、工作機械
の主軸の工具脱着部である工具ホルダとテーパスリーブ
が代表的なものであるが、その他、玉軸受けのレース、
軸継手と軸、スプライン軸、焼バメ部とプレスバメ部、
キー溝等、種々のフレッチングが問題となる機械構成要
素に適用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるフレッチング
防止構造の一実施形態について添付の図面を参照して説
明する。まず、本発明を実施する形態の例として、工作
機械の主軸の工具脱着部に本発明を適用する例について
説明する。図１は、テーパスリーブを示し、図２は、工
具ホルダを示す。
防止構造の一実施形態について添付の図面を参照して説
明する。まず、本発明を実施する形態の例として、工作
機械の主軸の工具脱着部に本発明を適用する例について
説明する。図１は、テーパスリーブを示し、図２は、工
具ホルダを示す。
【００１４】テーパスリーブ１には、工具ホルダ２のシ
ャンク部３のテーパ面に対応したテーパ付孔部４が設け
られている。シャンク部３とテーパ付孔部４とは、装着
した状態では、高精度のはめ合い精度で嵌合するように
なっているが、切削加工中の振動や応力の変動により、
このテーパ面同士の間に相対運動が起こり、これがフレ
ッチングの原因となる。そこで、工具ホルダ２のテーパ
付孔部４の内周面と、シャンク部３のテーパ面には、そ
れぞれ表面処理法により表層部にＡｌを拡散させること
により、Ｆｅ−Ａｌ合金被覆層がフレッチング摩耗の防
止のために形成されている。
ャンク部３のテーパ面に対応したテーパ付孔部４が設け
られている。シャンク部３とテーパ付孔部４とは、装着
した状態では、高精度のはめ合い精度で嵌合するように
なっているが、切削加工中の振動や応力の変動により、
このテーパ面同士の間に相対運動が起こり、これがフレ
ッチングの原因となる。そこで、工具ホルダ２のテーパ
付孔部４の内周面と、シャンク部３のテーパ面には、そ
れぞれ表面処理法により表層部にＡｌを拡散させること
により、Ｆｅ−Ａｌ合金被覆層がフレッチング摩耗の防
止のために形成されている。
【００１５】次に、いくつかの実施例を挙げて前記実施
形態をより詳細に説明する。 実施例１ テーパスリーブ１、工具ホルダ２は、熱間工具鋼（ＪＩ
Ｓ ＳＫＤ６１）を材質とするもので、いわゆる浸漬法
により、テーパスリーブ１のテーパ付孔部の内周面と、
工具ホルダ２のシャンク部３のテーパ面にＡｌをその表
層に拡散させ、図において斜線で示すＦｅ−Ａｌ合金層
を形成した。この実施例では、アルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ ＡＤＤ１２）を電気炉内で加熱して溶解させ、その
温度を５８０℃±１０℃の範囲内に保持しつつ、その溶
解液中にテーパスリーブ１のテーパ付孔部４の部分、工
具ホルダ２のシャンク部３の部分を約２時間ほど接触さ
せた。このようにして表面処理した表層部の組織を図３
に示す。表層には、Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成されている
のがわかる。このＦｅ−Ａｌ合金層には、Ｆｅ2 Ａ
ｌ5 、ＦｅＡｌ2 、ＦｅＡｌ3 など種々の化合物が生成
されるが、いかなる化合物でもよい。
形態をより詳細に説明する。 実施例１ テーパスリーブ１、工具ホルダ２は、熱間工具鋼（ＪＩ
Ｓ ＳＫＤ６１）を材質とするもので、いわゆる浸漬法
により、テーパスリーブ１のテーパ付孔部の内周面と、
工具ホルダ２のシャンク部３のテーパ面にＡｌをその表
層に拡散させ、図において斜線で示すＦｅ−Ａｌ合金層
を形成した。この実施例では、アルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ ＡＤＤ１２）を電気炉内で加熱して溶解させ、その
温度を５８０℃±１０℃の範囲内に保持しつつ、その溶
解液中にテーパスリーブ１のテーパ付孔部４の部分、工
具ホルダ２のシャンク部３の部分を約２時間ほど接触さ
せた。このようにして表面処理した表層部の組織を図３
に示す。表層には、Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成されている
のがわかる。このＦｅ−Ａｌ合金層には、Ｆｅ2 Ａ
ｌ5 、ＦｅＡｌ2 、ＦｅＡｌ3 など種々の化合物が生成
されるが、いかなる化合物でもよい。
【００１６】ここで、表１は、同じ工具ホルダについ
て、Ａｌ拡散処理をしないものを比較例として、実施例
と引張強さ、伸び、表面硬さについてそれぞれ測定した
結果を示す。Ａｌ拡散処理により、引張強さ、伸びは変
化がないが、表面硬さは大きく増大する。
て、Ａｌ拡散処理をしないものを比較例として、実施例
と引張強さ、伸び、表面硬さについてそれぞれ測定した
結果を示す。Ａｌ拡散処理により、引張強さ、伸びは変
化がないが、表面硬さは大きく増大する。
【００１７】表２は、比摩耗量を測定した結果のデータ
で、比較例として種々の材料の対比摩耗量を挙げたもの
である。Ａｌ拡散処理により、従来材料として使われて
いる窒化鋼、浸炭鋼に較べて１／４〜１／６程度比摩耗
量が減少する結果が得られた。
で、比較例として種々の材料の対比摩耗量を挙げたもの
である。Ａｌ拡散処理により、従来材料として使われて
いる窒化鋼、浸炭鋼に較べて１／４〜１／６程度比摩耗
量が減少する結果が得られた。
【００１８】図４は、実施例のテーパスリーブ１、工具
ホルダ２をマシニングセンタの主軸に取り付けてラフィ
ングカッター、エンドミルにより荒加工を１０時間連続
試験をした後での拡散処理面の表面状況を示すもので、
摩耗粉の発生が僅かに認められただけで、凝着現象は見
られなかった。
ホルダ２をマシニングセンタの主軸に取り付けてラフィ
ングカッター、エンドミルにより荒加工を１０時間連続
試験をした後での拡散処理面の表面状況を示すもので、
摩耗粉の発生が僅かに認められただけで、凝着現象は見
られなかった。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】 実施例２ この実施例２は、実施例１と同じテーパスリーブ１、工
具ホルダ２について、物理蒸着法によってアルミニウム
合金（ＪＩＳ ＡＤＣ１２）を母材中に拡散して表層に
Ｆｅ−Ａｌ合金被覆層を形成した例である。ＰＶＤ装置
にてアルミニウムをターゲットに選び、３０℃で２分間
処理し、その後、電気炉内で５００℃の温度を保ったま
ま、２時間処理してアルミニウム合金を母材中に拡散さ
せた。
具ホルダ２について、物理蒸着法によってアルミニウム
合金（ＪＩＳ ＡＤＣ１２）を母材中に拡散して表層に
Ｆｅ−Ａｌ合金被覆層を形成した例である。ＰＶＤ装置
にてアルミニウムをターゲットに選び、３０℃で２分間
処理し、その後、電気炉内で５００℃の温度を保ったま
ま、２時間処理してアルミニウム合金を母材中に拡散さ
せた。
【００２１】図５は、拡散処理した表層での組織を示
す。実施例１と同じように、Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成さ
れている。比摩耗量を測定したところ、表２に示される
ように、実施例と同じ比摩耗量を示した。
す。実施例１と同じように、Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成さ
れている。比摩耗量を測定したところ、表２に示される
ように、実施例と同じ比摩耗量を示した。
【００２２】また、この実施例２のテーパスリーブ１、
工具ホルダ２をマシニングセンタの主軸に取り付けてラ
フィングカッター、エンドミルにより荒加工を１０時間
連続実施する試験を行って、フレッチング摩耗の発生を
調べたところ、従来、ラフィングカッター、エンドミル
に発生した凝着、摩耗粉の発生はみられなかった。
工具ホルダ２をマシニングセンタの主軸に取り付けてラ
フィングカッター、エンドミルにより荒加工を１０時間
連続実施する試験を行って、フレッチング摩耗の発生を
調べたところ、従来、ラフィングカッター、エンドミル
に発生した凝着、摩耗粉の発生はみられなかった。
【００２３】
【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、接触面の表層に強度的に強固で剥離、割れな
どの機械的損傷が発生しにくいＦｅ−Ａｌ合金被覆層を
形成することにより、接触面間に相対運動が生じてフレ
ッチングの発生しやすい状況下では、熱によりＦｅ−Ａ
ｌ合金層の表面にフレッチングに対して耐性のある酸化
アルミニウムが生成するのでフレッチング摩耗を効果的
に防止することができる。
によれば、接触面の表層に強度的に強固で剥離、割れな
どの機械的損傷が発生しにくいＦｅ−Ａｌ合金被覆層を
形成することにより、接触面間に相対運動が生じてフレ
ッチングの発生しやすい状況下では、熱によりＦｅ−Ａ
ｌ合金層の表面にフレッチングに対して耐性のある酸化
アルミニウムが生成するのでフレッチング摩耗を効果的
に防止することができる。
【図１】本発明を工作機械の主軸の工具脱着部に適用し
た実施形態のテーパスリーブを示す断面図。
た実施形態のテーパスリーブを示す断面図。
【図２】本発明を工作機械の主軸の工具脱着部に適用し
た実施形態の工具ホルダ示す側面図。
た実施形態の工具ホルダ示す側面図。
【図３】本発明の実施例において、顕微鏡によりアルミ
ニウムを拡散させた部材表層部の断面組織を示す図。
ニウムを拡散させた部材表層部の断面組織を示す図。
【図４】本発明の実施例について連続試験後の顕微鏡に
より部材接触面の表面状況を示す図。
より部材接触面の表面状況を示す図。
【図５】第２の実施例の部材表層部の断面組織のＥＰＭ
Ａ（電子線微小分析装置）による分析結果を示す図。
Ａ（電子線微小分析装置）による分析結果を示す図。
１ テーパスリーブ ２ 工具ホルダ ３ シャンク部 ４ テーパ付孔部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年５月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を工作機械の主軸の工具脱着部に適用し
た実施形態のテーパスリーブを示す断面図。
た実施形態のテーパスリーブを示す断面図。
【図２】本発明を工作機械の主軸の工具脱着部に適用し
た実施形態の工具ホルダを示す側面図。
た実施形態の工具ホルダを示す側面図。
【図３】本発明の実施例において、アルミニウムを拡散
させた部材表層部の断面組織を示す顕微鏡写真。
させた部材表層部の断面組織を示す顕微鏡写真。
【図４】本発明の実施例について連続試験後の部材接触
面の表面状況を示す顕微鏡写真。
面の表面状況を示す顕微鏡写真。
【図５】第２の実施例の部材表層部の断面組織のＥＰＭ
Ａ（電子線微小分析装置）による分析結果を示す顕微鏡
写真。
Ａ（電子線微小分析装置）による分析結果を示す顕微鏡
写真。
【符号の説明】 １ テーパスリーブ ２ 工具ホルダ ３ シャンク部 ４ テーパ付孔部
Claims (3)
- 【請求項１】密着嵌合的に接触し合う２つの部材の接触
面間に相対運動が生ずる機械構造物において、前記接触
面の少なくとも一方の表層部にＦｅ−Ａｌ合金被覆層が
形成されていることを特徴とするフレッチング防止構
造。 - 【請求項２】密着嵌合的に接触し合う機械部材の接触面
の少なくとも一方の表層部に形成されたＦｅ−Ａｌ合金
被覆層を介して両接触面を接触させ、前記接触面間で生
じる相対運動の際に発生する熱により前記Ｆｅ−Ａｌ合
金被覆層に酸化アルミニウムを生成し、フレッチング摩
耗を防止することを特徴とするフレッチング防止方法。 - 【請求項３】前記機械部材の構造用合金鋼からなる母材
中にアルミニウムを拡散させる表面処理により接触面表
層部にＦｅ−Ａｌ合金被覆層を形成することを特徴とす
る請求項２に記載のフレッチング防止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5543496A JPH09228025A (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | フレッチング防止構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5543496A JPH09228025A (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | フレッチング防止構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09228025A true JPH09228025A (ja) | 1997-09-02 |
Family
ID=12998495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5543496A Pending JPH09228025A (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | フレッチング防止構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09228025A (ja) |
-
1996
- 1996-02-19 JP JP5543496A patent/JPH09228025A/ja active Pending
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