JP2016036891A - バイス及びワーククランプ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄肉の変形し易いワークを、ほとんど変形させずに固定できるとともに、比較的低いクランプ力で大きい回転抵抗力を得ることのできるバイスを提供する。
【解決手段】 バイスＶは、ワークＷをクランプする一対のジョー（固定ジョー２・移動ジョー３）と、移動ジョー３を固定ジョー２に接近又は離間する方向に送るとともに前記ワークＷをクランプする送りクランプ機構（送りスクリュー６・ハンドル８など）を具備する。各ジョーの口金部20,30が凹曲面20b、30bとなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワーク（被固定物）を挟んでクランプ（固定）するバイス、並びに、バイスを用いてワークをクランプする方法に関する。特には、薄肉円筒などの変形し易いワークを、ほとんど変形させずに固定できるとともに、比較的低いクランプ力で大きな回転抵抗力を得ることのできるバイスに関する。あるいは、上記特性とワークのセンタリング（自動調芯）機能を調和させたバイスなどに関する。なお、「回転抵抗力」とは、切削加工時などに刃物の回転トルクによってワークが回転してしまうのを止める力のことをいう。

薄肉円筒のワークを加工する際に、該ワークをバイスで径方向に挟むようにクランプすると、クランプ力により薄肉円筒が潰れ変形しやすい。この状態で所望の形状・寸法に加工した後にクランプを解除すると、ワークがスプリングバックして、ワークの形状・寸法が上記所望の状態と異なってしまう。かといって、ワークの変形を抑制するためにクランプ力を弱めると、ワークの加工力（切削工具などがワークに及ぼす力）によりクランプがずれてしまう。いずれの場合も不良品発生の原因となる。なお、クランプ時にワークの塑性変形や表面傷が生じた場合にも不良品発生の発生のおそれがある。

このような問題を防止するため、ワークの端部に厚肉のフランジ部を付け、同フランジ部をクランプするなどの対策がとられている。しかし、そのような厚肉フランジ部を付けると、材料の無駄や加工工数増加につながる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、薄肉円筒などの変形し易いワークを、ほとんど変形させずに固定できるとともに、比較的低いクランプ力で大きい回転抵抗力を得ることのできるバイスを提供することを目的とする。あるいは、前記の特性とワークのセンタリング（自動調芯）機能を調和させたバイスを提供することを目的とする。さらに、そのようなワークを高精度で加工することのできるワーククランプ方法を提供することを目的とする。

本発明の第１のバイスは、 ワークの表面に押し当てられる口金部を有し、前記ワークをクランプする一対のジョーと、 前記一対のジョーを互いに接近又は離間する方向に送るとともに前記ワークをクランプする送りクランプ機構と、を具備するバイスであって、
前記一対のジョーの前記口金部が凹曲面であることを特徴とする。

このバイスにおいては、凹曲面は、ワークＷの外面を、極力面接触に近い状態で抱きかかえる。これにより、薄肉円筒などの変形し易いワークを、ほとんど変形させずに固定できる。また、比較的低いクランプ力で大きい回転抵抗力を得ることができる。クランプ力を低くした場合には、相乗的にワークの変形を抑制できる。

本発明の第２のバイスは、 前記一対のジョーの一方の前記口金部が凹曲面であり、 前記一対のジョーの他方の前記口金部がＶ字溝であることを特徴とする。

この第２のバイスは、Ｖ字溝の存在により、上記第１のバイスよりも、ワークのセンタリング（自動調芯）機能を向上できる。なお、薄肉ワークを、ほとんど変形させずに固定できるとともに、比較的低いクランプ力で大きい回転抵抗力を得ることのできるという作用効果も、一定程度保持している。

本発明のワーククランプ方法は、 ワークの表面に押し当てられる口金部を有し、前記ワークをクランプする一対のジョーと、 前記一対のジョーを互いに接近又は離間する方向に送るとともに前記ワークをクランプする送りクランプ機構と、を具備するバイスを用いてワークをクランプする方法であって、 前記一対のジョーの少なくとも一方の前記口金部が凹曲面であることを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、薄肉円筒などの変形し易いワークを、ほとんど変形させずに固定できるとともに、比較的低いクランプ力で大きい回転抵抗力を得ることのできるバイスを提供できる。あるいは、前記の特性とワークのセンタリング（自動調芯）機能を調和させたバイスを提供できる。さらに、そのようなワークを高精度で加工することのできるワーククランプ方法を提供できる。

本発明の第一実施形態に係るバイスの全体の構造を示す斜視図である。 図１のバイスで薄肉円筒のワークをクランプした状態を示す斜視図である。 図１のバイスの一部断面平面図である。 図１・図３のバイスの右側面図である。 図１・図３のバイスの移動ジョー３を固定ジョー２に寄せた状態を想像線で示す正面図である。 本発明の第二実施形態に係るバイスの口金部の形状を示す平面図である。

１；ベース、10；ガイド凸状、11；上面、12；溝、13；側面、14；下面
２；固定ジョー、20；口金部、20ｂ；ワーク当接面、20d；凸部、20f；凹部、20h；突起
３；移動ジョー３、30；口金部、30ｂ；ワーク当接面、30d；凸部、30f；凹部、
33；凹部、35；穴、38；凸部、39；下面
５；フランジ、51；溝
６；送りスクリュー、60；台形ネジ（オネジ）、62；首部、64；頭部、
７；ハンドル箱
８；ハンドル、81；メネジ、
100；ピン、110；ネジ、120；ボトムプレート、130；ネジ
140；六角穴付きボルト

以下、本発明の第一実施形態に係るバイスについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
図２・図１・図３に示すように、バイスＶは、ワークＷ（被固定物）をクランプする一対のジョー（固定ジョー２・移動ジョー３）と、移動ジョー３を固定ジョー２に接近又は離間する方向に送るとともに前記ワークＷをクランプする送りクランプ機構（送りスクリュー６・ハンドル８など）を具備する。これらはベース１上に配置されている。この実施形態の一対のジョー２・３における、ワークＷの表面に押し当てられる口金部20・30のワーク当接面20b・30bは凹曲面（円筒面の一部）である。

図１・図４を参照しつつ、ベース１について説明する。ベース１は、移動ジョー３の送り方向（図１に示す前後方向）、即ち送りスクリュー６の軸方向に長い略長方形のプレート状の部材である。図４に示すように、ベース１の上部側面には、移動ジョー３をガイドするガイド凸状10が、長手方向に延びるように形成されている。ベース１の下部側面に形成されている溝12は、固定用クランプ治具などを使用して、工作機械の加工テーブルや、測定器のテーブルなどにバイスを固定するためのものである。ベース１の上面11・側面13・下面14は、いずれも高精度に加工されており、このバイスＶの搭載される加工機械への設置面・加工基準面となりうる。なお、図中では上下・左右などと方向を規定しているが、図の左右方向や前後方向を重力方向に沿う姿勢にバイスを設置することも当然ありうる。

固定ジョー２は、図１に示すように、ベース１の上面11に搭載されて固定されたブロック状の部材である。固定ジョー２の固定は、図示せぬ固定ボルトがベース１の下面14から固定ジョー２内にねじ込まれることによりなされている。固定ジョー２の移動ジョー３との対向面には、図３・図２に示すように、ワークＷの外面に押し当てられる口金部20が形成されている。

口金部20には、図３・図１に示すように円周状の凹曲面20ｂが形成されている。この凹曲面20bの詳細構成・作用については後述する。口金部20の左右部分（中央以外）は、図５・図１の正面視で、上下に並ぶ三段の凸部20dと凹部20fが形成されている。これらの凸部20d・凹部20fは、一対のジョー２・３が近寄ったときに、次述する移動ジョー３の口金部30の凹凸部30d・30fと入子の関係になる。この凹凸部についても詳しくは後述する。
なお、固定ジョー２の下面後側において下方に突出している四角い突起20hは、ベース１とジョー２をボルトで締結する際に位置決めするためのものである。また、ワークを締め付けた場合にジョー２が後方へズレないようにするストッパーの役目も果たしている。

移動ジョー３は、図５・図１に示すように、ベース１の上面11において前後方向に移動可能なブロック状の部材である。図４に示すように、移動ジョー３の左右の下部には、凸部38が下方に張り出している。この凸部38の下面には、ボトムプレートボトムプレート120が、ネジ130で固定されている。このボトムプレート120と移動ジョー３の下面39とで、ベース１のガイド凸条10を挟んで、移動ジョー３をガイドしている。

移動ジョー３の固定ジョー２との対向面には、図３・図２に示すように、ワークＷの外面に押し当てられる口金部30が形成されている。口金部30には、図３・図１に示すように円周状の凹曲面30ｂが形成されている。この凹曲面30bの詳細構成・作用については後述する。口金部30の左右部分（中央以外）は、図５・図１に示すように、上下に並ぶ三段の凹部30fと凸部30dが形成されている。これらの凹部30f・凸部30dは、一対のジョー２・３が近寄ったときに、前述の固定ジョー２の口金部20の凸凹部20d・20fと入子の関係になる。この凹凸部についても詳しくは後述する。

図３を参照しつつ移動ジョー３の送りクランプ機構について簡単に説明する。この送りクランプ機構は、主に、送りスクリュー６とハンドル８とから構成されている。送りスクリュー６は、全体として前後方向に延びる丸棒状の部材である。送りスクリュー６の図の前側端部は外に張り出した頭部64となっている。この頭部64は、移動ジョー３の後側中央部に形成されている凹部33の奥の穴35に嵌りこんでいる。

送りスクリュー６の頭部64の後側には、一段細い首部62が形成されている。この首部62の外側には板状のフランジ５の溝51が外嵌している。溝51は、図示は省略してあるが、フランジ５の下端部から上に延びるようにフランジ５に切り込まれている。フランジ５は、移動ジョー３にネジ110で固定されている。このようにして、送りスクリュー６の頭部64は移動ジョー３に固定されている。送りスクリュー６の首部62の後側外周は、長い台形ネジ（オネジ）60が切られている。

図１・図３に示すように、ハンドル８は、外側にローレット加工の施されたパイプ状の部材であり、前側内面にはメネジ81が切られている。このメネジ81には送りスクリュー６のオネジ60が螺合している。ハンドル８の前端部の外周面は、ハンドル箱７内に、回転自在・軸方向（前後方向）移動不能に固定されている。ハンドル箱７内の二本のピン100は、ハンドル８のハンドル箱７からの抜け止めである。ハンドル箱７は、図４に示す六角穴付きボルト140によってベース１に固定されている。結局、ハンドル８を回すと、それと螺合している送りスクリュー６が前後方向に進退し、それにつれて移動ジョー３も前後方向にスライドする。

次に、図３を主に参照しつつ、両ジョー２・３の口金部凹曲面20b・30bについて説明する。この凹曲面20b・30bは、ワークＷの外周面を、極力面接触に近い状態で抱きかかえることにより、薄肉円筒などの変形し易いワークを、ほとんど変形させずに固定できる。また、比較的低いクランプ力で大きい回転抵抗力を得ることができる。

ジョー口金部20・30の凹曲面20b・30bの曲率半径Ｒvと、ワークＷの外周面の曲率半径Ｒwとの関係は、Ｒw≦Ｒv≦１０Ｒwであることが好ましい。この範囲で接触圧力比が93％以下となる。すなわち接触圧力比が７％以上低減される。ここで、「接触圧力比」とは、接触する面が平面の場合の最大接触圧力「Ｐmax（平面）」と、接触する面が凹曲面の場合の最大接触圧力「Ｐmax（凹曲面）」との比をいい、以下の式で計算できる。

Ｐmax（凹曲面）／Ｐmax（平面）＝（ｎ−１／ｎ）^２／３
ただし、ｎ＝Ｒv／Ｒw
上記関係は、より好ましくは、Ｒw≦Ｒv≦３Ｒwである。この範囲で接触圧力比が76％以下となる。すなわち接触圧力比が24％以上低減される。

口金部20・30の凹曲面20b・30bの上端・下端の角は、0・1〜0.3mmの面取り（又はアール）加工が施されている。これにより、バイスに触れる人の指が切れないようになっているとともに、バイスの有効把持面積減らさない。凹曲面20b・30bは、研磨・バフ加工されており、ワーク把持力向上とワーク表面傷つき防止が図られている。

上述のように、両ジョー２・３の口金部20・30の左右部分（中央以外）には、図５・図１に示すように、上下に並ぶ三段の凸凹部20d・20fと凹部30fと凸部30dが形成されており、これらの凹部・凸部は、一対のジョー２・３が近寄ったときに、互いに入子の関係になる。これにより、本発明のバイスを小さい径のワークを挟むのに用いる場合、両ジョーの間隔を狭くしたときに、両ジョーの口金部が互いに当ってしまうことを防止する。なお、凹凸部を三段としたのは、ワークをベース１から浮かした状態でクランプすることもあるからである。

このような凹曲面と凹凸部の構成の結果、この実施形態のバイスにおいては、図１・図３に示すように、凹曲面20b・30bの左右方向両端部は入子凹凸部に形成される。一方、凹曲面20b・30bの左右方向中央部は、オーバーラップする凹凸部ではなく、ジョーの対向面の奥に上から下まで連続して形成される。このようにすることにより、ワークとジョーとの接触面積が増えるため、回転抵抗力を大きくすることができる。また、接触面積が増えることで、接触圧力が小さくなり、ワークの食込みによる傷の防止策にもなる。

図６は、本発明の第二実施形態に係るバイスのジョー口金部の形状を示す平面図である。このバイスＶ´においては、一対のジョーの一方（移動ジョー203）の口金部230が凹曲面230bであり、一対のジョーの他方（固定ジョー202）の口金部220がＶ字溝220bである。こうすることにより、第一実施形態のバイスよりも、ワークのセンタリング（自動調芯）機能を向上できる。なお、薄肉ワークを、ほとんど変形させずに固定できるとともに、比較的低いクランプ力で大きい回転抵抗力を得ることのできるという作用効果も、一定程度保持している。

Claims (5)

1. ワークの表面に押し当てられる口金部を有し、前記ワークをクランプする一対のジョーと、
   前記一対のジョーを互いに接近又は離間する方向に送るとともに前記ワークをクランプする送りクランプ機構と、
   を具備するバイスであって、
   前記一対のジョーの前記口金部が凹曲面であることを特徴とするバイス。
2. ワークの表面に押し当てられる口金部を有し、前記ワークをクランプする一対のジョーと、
   前記一対のジョーを互いに接近又は離間する方向に送るとともに前記ワークをクランプする送りクランプ機構と、
   を具備するバイスであって、
   前記一対のジョーの一方の前記口金部が凹曲面であり、
   前記一対のジョーの他方の前記口金部がＶ字溝であることを特徴とするバイス。
3. 前記ワークの表面の曲率半径Ｒwと、前記口金部の前記凹曲面の曲率半径Ｒvとの関係が
   Ｒw≦Ｒv≦１０Ｒw であることを特徴とする請求項１又は２記載のバイス。
4. 前記一対のジョーの前記口金部が、相互に入り込みあう入子構造であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のバイス。
5. ワークの表面に押し当てられる口金部を有し、前記ワークをクランプする一対のジョーと、 前記一対のジョーを互いに接近又は離間する方向に送るとともに前記ワークをクランプする送りクランプ機構と、を具備するバイスを用いてワークをクランプする方法であって、
   前記一対のジョーの少なくとも一方の前記口金部が凹曲面であることを特徴とするワーククランプ方法。

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