JPH0938801A

JPH0938801A - 自動旋盤のガイドブッシュ装置

Info

Publication number: JPH0938801A
Application number: JP19293495A
Authority: JP
Inventors: Sousaku Kimura; 壮作木村; Kunihiko Kokubo; 邦彦小久保; Masahiko Watanabe; 雅彦渡辺; Yukio Miya; 宮　　行男; Osamu Sugiyama; 杉山　　修; Ryuta Koike; ▲龍▼太小池; Shinsaku Tsuchida; 真作土田
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】自動旋盤のガイドブッシュ内周面の磨耗が少な
く、ガイドブッシュの寿命が向上されたガイドブッシュ
装置を提供する。【解決手段】自動旋盤のガイドブッシュ装置において、
ガイドブッシュ内周面のワーク支持部分を硬質材料で構
成し、その表面に直接又は中間被膜層を介して硬質カー
ボン被膜（ＤＬＣ被膜）を形成する。そして、硬質材料
は、超硬合金、サーメット又はセラミックスで形成す
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、棒状素材を把持し
て回転する主軸と、主軸を回転可能に支承する主軸台
と、棒状素材を切削加工するための複数の工具を有する
刃物台と、主軸台又は刃物台を主軸の軸方向に相対的に
摺動可能に制御して駆動する制御装置と、回転する棒状
素材が切削抵抗によって撓むことを防ぐために、棒状素
材を加工位置の近傍で少なくとも軸方向に摺動可能に支
持するように刃物台に設けられたガイドブッシュ装置と
を備えたいわゆるガイドブッシュ型自動旋盤のガイドブ
ッシュ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動旋盤のガイドブッシュ装置は、回転
する棒状素材が切削抵抗によって撓むことを防ぐために
棒状素材を加工位置の近傍で少なくとも軸方向に摺動可
能に支持するものであり、長尺の部品であっても精度良
く加工することが可能となるので、主として長尺の部品
を加工する自動旋盤には必須のものとして広く使用され
ている。

【０００３】この自動旋盤のガイドブッシュ装置には、
回転する棒状素材を固定したガイドブッシュで支持する
固定型ガイドブッシュと、棒状素材と共に回転する回転
型ガイドブッシュとがあり、棒状素材とガイドブッシュ
の内周面とは、前者は回転方向と軸方向に、後者は軸方
向に摺動しながら棒状素材を支持している。従って、前
者は比較的小径の棒状素材を加工する際に使用されるこ
とが多く、後者は比較的大径の棒状素材を加工する際に
使用されることが多い。

【０００４】しかし、固定型ガイドブッシュでは比較的
小径の棒状素材であっても、主軸と共に高速で回転する
棒状素材の外周を回転しないガイドブッシュで支持する
ので相対的な周速の差が大きくなり、また、回転型ガイ
ドブッシュでは比較的大径の棒状素材を１回の切削で加
工するので１回の切削で生じる切削量が大きくなり、こ
の切削抵抗をガイドブッシュで受けるので切削抵抗でガ
イドブッシュの内周面と棒状素材とが強く押し付けら
れ、いずれにしてもガイドブッシュの内周面に磨耗が発
生して精度が劣化し、或いは棒状素材の外周面にキズが
付き、又はガイドブッシュとの間に喰付きや焼付きが発
生するような事故が生じていた。

【０００５】このようなガイドブッシュの内周面の磨耗
を防ぐために、ガイドブッシュの内周面に超硬合金、サ
ーメット又はセラミックス等の硬質材料のブッシュをロ
ー付け又は接着することが特開平４−１４１３０３号公
報にて提案されている。しかし、これらは、いずれも硬
質材料を使用することによって磨耗を減少させようとす
るだけのものであって、ガイドブッシュ内周面の磨耗に
よる精度の劣化を防止することができるとしても、依然
として、超硬合金やサーメットの場合は従来の焼入れ鋼
と同じ程度に摩擦係数が大きく、セラミックスの場合は
摩擦係数は小さいが熱伝導率は従来の焼入れ鋼に比べて
低く、熱膨張率も小さいという欠点を有しているもので
ある。

【０００６】即ち、超硬合金やサーメットでは摩擦係数
が依然として大きいので、棒状素材の外周面の周速に限
界があって大径の棒状素材では外周面にキズや喰付きが
発生しやすく、素材径の大きいものには不適であり、セ
ラミックスでは熱伝導率と熱膨張率が小さいので、温度
が上昇するとガイドブッシュの内周面と棒状素材の外周
面との間のスキマが減少して焼付きが生じやすいという
欠点を依然として有しているものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような欠点を除く
ために、本出願人は、ガイドブッシュの内周面に硬質カ
ーボン被膜を形成することを特願平７−４９４７３号で
提案した。この硬質カーボン被膜は、摩擦係数が小さく
且つ熱伝導率が高いので、従来技術の欠点を全て解消し
た理想的なものと思われた。しかし、焼入れ鋼に直接硬
質カーボン被膜を形成したものに比べて、超硬合金、サ
ーメット又はセラミックス等の硬質材料に硬質カーボン
被膜を形成したものの方が耐久性がより優れていること
が明らかになった。本発明は、この知見に基づいてなさ
れたものであり、ガイドブッシュ内周面の磨耗が少なく
充分な耐久性を有するようにして、ガイドブッシュの寿
命を向上させることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、棒状素材を把持して回転する主軸と、主軸
を回転可能に支承する主軸台と、棒状素材を切削加工す
るための複数の工具を有する刃物台と、主軸台又は刃物
台を主軸の軸方向に相対的に摺動可能に制御して駆動す
る制御装置と、棒状素材を加工位置の近傍で少なくとも
軸方向に摺動可能に支持する刃物台に設けられたガイド
ブッシュとを有する自動旋盤において、棒状素材を支持
するガイドブッシュ内周面のワーク支持部分が硬質材料
で構成されており、且つその表面に直接又は中間被膜層
を介して硬質カーボン被膜が形成されている自動旋盤の
ガイドブッシュ装置としたものであり、特に、棒状素材
を支持するガイドブッシュ内周面のワーク支持部分の硬
質材料を超硬合金、サーメット又はセラミックスとした
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。図１は、自動旋盤に用いられるガイドブッシュ
装置の１例であり、固定型ガイドブッシュを示す断面図
である。図において、棒状素材５１は、主軸台２１に回
転可能に支承された主軸２３の先端部に設けられたコレ
ットチャック４５によって把持されて主軸２３と共に回
転し、棒状素材５１の先端部は主軸２３を貫通して突出
しており、主軸２３と同芯に設けられたガイドブッシュ
装置１のガイドブッシュ４を更に貫通し、棒状素材５１
をその加工位置まで突出している。棒状素材５１をコレ
ットチャック４５で把持した主軸２３は、図示しないサ
ーボモータ、送りねじ及び案内機構によって駆動される
主軸台２１の摺動によって軸方向に移動し、この主軸台
２１の移動によって棒状素材５１が加工位置において長
手方向に移動することにより、部品の加工形状に対応す
る棒状素材５１の移動制御が行われる。

【００１０】一方、棒状素材５１を切削加工するための
工具（バイト１２）は、１個のみが図示されているが、
刃物台（コラム１３）にバイトホルダ１１を介して複数
個が取り付けられており、図示しないサーボモータ、送
りねじ及び案内機構によって駆動されて、複数のバイト
から任意のバイト１２を図示しない数値制御装置の指令
によって加工位置に選択し、或いはそのバイト１２の切
り込み深さを制御することができる。

【００１１】ガイドブッシュ装置１は、このバイト１２
による加工位置の近傍の位置で棒状素材５１を支持する
ようにコラム１３に設けられており、コラム１３に固定
されたガイドブッシュ本体２にガイドブッシュスリーブ
３が嵌入して固定され、更にこのガイドブッシュスリー
ブ３にガイドブッシュ４が嵌入されている。

【００１２】ガイドブッシュ４には、バイト１２側に形
成された外径テーパ部４ｃに円周方向に複数個所（通常
３個所）のスリット４ａが設けてあり、ガイドブッシュ
スリーブ３に対して、外径テーパ部４ｃとストレート部
４ｅによって、ガイドブッシュスリーブ３の内径と嵌合
しており、ガイドブッシュ４の反対側に形成されたねじ
部４ｄに螺合するナット５を締め込むことによりガイド
ブッシュ４が図示右方向に移動し、ガイドブッシュスリ
ーブ３の内径テーパ部３ａに対しガイドブッシュ４の外
径テーパ部４ｃが引き込まれて圧縮され、スリット４ａ
が設けてあることによって、この圧縮力によりガイドブ
ッシュ４の内周面４ｂの内径寸法を収縮させて調整する
ことを可能にしている。

【００１３】また、ガイドブッシュスリーブ３には、回
り止め用のキーピン６が植設されており、キーピン６の
内端部はガイドブッシュ４の外径に形成されたキー溝４
ｆに嵌入し、ガイドブッシュ４が切削主分力によりガイ
ドブッシュスリーブ３に対して回転することを防いでい
る。

【００１４】ガイドブッシュ４は、この内径調節機能に
より棒状素材５１の回転及び主軸軸方向の移動を妨げる
ことなく、しかも切削抵抗による棒状素材５１の撓みを
低く抑えるように、ガイドブッシュ４の内周面４ｂの内
径寸法を棒状素材５１の径に合わせた適切な隙間に調整
することを可能とするものである。

【００１５】図２は、ガイドブッシュ４の形状を単体で
示す拡大図であって、外径テーパ部４ｃとストレート部
４ｅとで図示しないガイドブッシュスリーブ３に嵌入
し、スリット４ａを有するのでねじ部４ｄに螺合するナ
ット５を締め込むことによって内周面４ｂを縮径し、ガ
イドブッシュ４の内周面４ｂの内径寸法を調整すること
は前述した通りである。このガイドブッシュ４のワーク
支持部分の内周面４ｂには、超硬合金、サーメット又は
セラミックスのような硬質材料からなるブッシュ７をロ
ー付け又は接着して固定してあり、且つその表面に直接
又は中間被膜層を介して非晶質の硬質カーボン被膜（Ｄ
ＬＣ被膜）７ａが形成されている。

【００１６】ここで、硬質材料からなるブッシュ７が超
硬合金又はサーメットで形成されているときは、熱伝導
率や熱膨張率が焼入れ鋼とほぼ同じなので格別の問題は
生じないが、セラミックスで形成されているときは、セ
ラミックスの熱伝導率や熱膨張率は一般に焼入れ鋼に比
較すると小さいので、温度が上昇した際の熱伝導が悪い
ためにガイドブッシュ４の内周面４ｂが高温になり、又
は、熱膨張率が低いために棒状素材５１の径方向の熱膨
張よりガイドブッシュ４の内周面４ｂの熱膨張が少な
く、両者間の隙間が減少することが生じることが考えら
れる。これを防止するためには、熱伝導率や熱膨張率が
焼入れ鋼に近いセラミックスを選択して使用するか、セ
ラミックスのブッシュ７の厚さを薄くして熱伝導率や熱
膨張率が小さくても支障のないように配慮する必要があ
る。

【００１７】硬質カーボン被膜（ＤＬＣ被膜）７ａは、
黒色であるが、ダイヤモンドによく似た性質を持つもの
である。即ち、硬質カーボン被膜７ａは、ダイヤモンド
と同様に、高い機械的硬度、低い摩擦係数、良好な電気
的絶縁性、高い熱伝導率、高い耐食性を持ち、更に、油
性、水溶性の切削油との濡れ性が高いものであって、炭
素を含むガス（例えばベンゼン、メタンガス等）を導入
した真空槽内でプラズマを発生することによってコーテ
ィングするものであって、硬質カーボン被膜７ａの膜厚
は１μｍから５μｍ程度であり、被膜の特性を長く維持
するためには２μｍから３μｍに形成することが望まし
い。この硬質カーボン被膜７ａの中間被膜層としては、
周期律表第ＩＶ族のシリコンやゲルマニウム及びその化
合物、又はシリコンカーバイトやチタンカーバイト等の
炭素を含む化合物等が適当である。

【００１８】図３は、固定型ガイドブッシュに代えて回
転型ガイドブッシュを使用した場合の断面図である。こ
の場合においても、ガイドブッシュが回転可能に支承さ
れている点が異なっているのみで、その他は前記固定型
ガイドブッシュについての説明と同様であり、全く同様
に実施することができる。

【００１９】以上の説明の自動旋盤では、刃物台（コラ
ム１３）が固定されており、主軸台２１が主軸２３の軸
方向に図示しない数値制御装置によって制御されて摺動
させる主軸台摺動型自動旋盤となっているが、主軸台２
１を固定し、刃物台を移動させる主軸台固定型自動旋盤
としても何ら支障はない。

【００２０】

【実施例】ここで、本発明のガイドブッシュを使って実
際の切削加工を行い、従来のガイドブッシュと本発明の
硬質カーボン被膜を内周面に形成したガイドブッシュと
を比較した。比較試験したガイドブッシュは固定型のガ
イドブッシュである。

【００２１】従来のガイドブッシュは内周面に超硬金属
のブッシュを設けたものを使用し、本発明のガイドブッ
シュは内周面に設けた超硬金属のブッシュの表面に厚さ
３μｍの硬質カーボン被膜を形成している。そして切削
条件は下記に記す条件で行った。被加工物ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）直径１６
ｍｍ回転数４０００ｒｐｍ切り込み量６．５ｍｍ送り量０．０５ｍｍ／１回転加工長さ２０ｍｍ

【００２２】この切削試験の結果は、従来のガイドブッ
シュでは切削開始直後にガイドブッシュ内周面に焼付き
が発生していた。これに対して本発明の硬質カーボン被
膜を内周面に形成したガイドブッシュでは、被加工物の
連続切削加工試験において、２０００ｍの切削距離の後
にも焼付きの発生は一切なく、さらにガイドブッシュ内
周面の磨耗や剥離もまったく発生していなかった。

【００２３】以上の実施例では、硬質カーボン被膜とし
てカーボンのみでＤＬＣ被膜を形成したものについて述
べてきたが、ＣＦ₄プラズマの中でフッ素化ＤＬＣ被膜
として形成したり、層状結晶材料ＭｏＳ₂、グラファイ
ト、ＰＴＦＥの被膜をＤＬＣ被膜の上に形成することも
可能である。この場合には、更に摩擦係数が減少し、ガ
イドブッシュ内周面の磨耗や剥離が減少して耐久性が増
加することが期待できる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ガイドブッシュは被加工物と接触する内周面に硬質カー
ボン被膜を設ける。この硬質カーボン被膜は黒色を有
し、ダイヤモンドによく似た性質をもつ。すなわち硬質
カーボン被膜は、高い機械的硬度や低い摩擦係数や良好
な電気的絶縁性や高い熱伝導率や高い耐食性を持つもの
である。さらに、本発明のガイドブッシュは、棒状素材
を支持するガイドブッシュ内周面のワーク支持部分の硬
質カーボン被膜の下層となる基材が硬質材料で構成され
ているので、基材である硬質材料（超硬合金、サーメッ
ト又はセラミックス等）の構成成分である炭素やチタン
が硬質カーボン被膜或いは中間被膜層と基材との密着性
を向上させるとともに、切削抵抗のような大きな負荷
（特に大きな振動加速度）が加わったときにも硬質材料
であるために変形し難く、大きな振動加速度が加わった
ときに硬質カーボン被膜の下面が変形することによって
生じる硬質カーボン被膜の剥離や磨耗も生じ難い効果を
有する。また、基材と硬質カーボン被膜の間に中間被膜
層を設けた場合には、相互の密着性が更に向上し、より
剥離や磨耗が生じ難いものとなる。

【００２５】このため本発明のガイドブッシュは長期間
の使用や重切削において、被加工物と接触する内周面の
磨耗を抑えることができ、また、被加工物へのキズの発
生を抑えることが可能となり、さらにガイドブッシュと
被加工物との喰付きや焼付きの発生も抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固定型ガイドブッシュを示す断面図

【図２】ガイドブッシュの単体形状を示す拡大図

【図３】回転型ガイドブッシュを使用した例の断面図

【符号の説明】

１ガイドブッシュ装置２ガイドブッシュ本体３ガイドブッシュスリーブ３ａ内径テーパ部４ガイドブッシュ４ａスリット４ｂ内周面４ｃ外径テーパ部４ｄねじ部４ｅストレート部４ｆキー溝５ナット６キーピン７ブッシュ７ａ硬質カーボン被膜１１バイトホルダ１２バイト１３コラム２１主軸台２３主軸４５コレットチャック５１棒状素材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮行男埼玉県所沢市大字下富字武野840番地シチズン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者杉山修埼玉県所沢市大字下富字武野840番地シチズン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者小池 ▲龍▼太埼玉県所沢市大字下富字武野840番地シチズン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者土田真作埼玉県所沢市大字下富字武野840番地シチズン時計株式会社所沢事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】棒状素材を把持して回転する主軸と、該
主軸を回転可能に支承する主軸台と、前記棒状素材を切
削加工するための複数の工具を有する刃物台と、前記主
軸台又は前記刃物台を主軸の軸方向に相対的に摺動可能
に制御して駆動する制御装置と、前記棒状素材を加工位
置の近傍で少なくとも軸方向に摺動可能に支持する前記
刃物台に設けられたガイドブッシュとを有する自動旋盤
において、前記棒状素材を支持するガイドブッシュ内周
面のワーク支持部分が硬質材料で構成されており、且つ
その表面に直接又は中間被膜層を介して硬質カーボン被
膜が形成されていることを特徴とする自動旋盤のガイド
ブッシュ装置。
【請求項２】前記硬質材料が超硬合金、サーメット又
はセラミックスであることを特徴とする請求項１記載の
自動旋盤のガイドブッシュ装置。