(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
付圧装置に連結された付圧部材(52)と、ワークに接触する接触面(53a)を備えて前記付圧部材に対して相対傾動可能に設けられた接触部材(53)と、付圧部材と接触部材との間に凹溝によって形成された球体収容空間(54)と、この収容空間内の前記接触面に略平行な第１の面(A)と第２の面(B)との２面にのみ分布している球体とを備え、第１の面に分布している第１群の球体(55)及び第２の面に分布している第２群の球体(56)はそれぞれ一列に分布しており、隣接する第１群の球体と第２群の球体とはそれらの中心を結ぶ線分がジグザグを形成するように分布しており、付圧部材(52)をワーク側に移動して接触部材(53)がワークに接触したとき、接触部材(53)がワークの面の傾斜に倣って傾動することを特徴とする、口金。
【請求項２】
付圧装置に連結された付圧部材(52)と、ワークに接触する接触面(53a)を備えて前記付圧部材に対して相対傾動可能に設けられた接触部材(53)と、付圧部材と接触部材との間に凹溝によって形成された球体収容空間(54)と、この収容空間内の前記接触面に略平行な第１の面(A)と第２の面(B)との２面にのみ分布している球体とを備え、第１の面に分布している第１群の球体(55)は１列に分布しており、第２の面に分布している第２群の球体(56)は２列に分布しており、隣接する第１群の球体と第２群の球体とはそれらの中心を結ぶ線分がジグザグを形成するように分布しており、付圧部材(52)をワーク側に移動して接触部材(53)がワークに接触したとき、接触部材(53)がワークの面の傾斜に倣って傾動することを特徴とする、口金。
【請求項３】
第１群の球体と第２群の球体とがジグザグを形成する線分の内の互いに同方向を向く線分上でのみ接触し、かつ当該方向の線分上でのみ第１群の球体と第２群の球体とが接触するように、接触部材(53)をその接触面(53a)と略平行に付勢する付勢部材(60)を備えていることを特徴とする、請求項１又は２記載の口金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワークを保持するバイスやワークの位置決めないし固定に用いる治具のワークと当接する部分に設けられる口金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイスや治具のワークに当接する部分には、口金が設けられる。加工あるいは位置保持のために固定されるワークは、口金により挟持され、あるいは口金に当接して位置決めされる。
【０００３】
口金はバイスや治具本体に固定または移動可能に取り付けられている。定位置に取り付けられた口金は、これに向かって進出してくるワークを受け止めて保持し、移動可能に設けられた口金は、ネジやシリンダなどの付圧装置によってワークに向かって進出してワークを保持する。ワークを強固に保持する必要があるときは、強大な力を発生する付圧装置を設けて、大きな力で口金をワークに当接させる。このとき、口金にはワークから大きな反力が作用する。
【０００４】
移動可能に設けられた口金は、摺動部ないし転動部に甚だしい場合には遊隙を有し、また遊隙を有しないまでも、十分な締まり代を付与できないために剛性が低下する。ワークから口金に作用する反力は、この摺動部ないし転動部を通ってバイスや治具本体に伝えられるため、口金を大きな力でワークに押接させたときは、その反力によって口金が偏倚するということが起こる。この偏倚は、前述した摺動部ないし転動部のがたや変形によって起ることが多いが、バイスや治具本体の弾性変形によっても起り得る。
【０００５】
工作機械にワークを固定するために用いるバイスなどにおいては、ワークの固定位置精度がワークの加工精度に直接影響を与える。特に、ミクロンオーダーの加工を行うときは、ワークがそれに対応する精度で固定されていることが前提になる。
【０００６】
工作機械のワークテーブルに取付けたバイスの口金によってワークの側辺を挟持してワークを固定する単純な例を考えると、バイスの口金はバイス本体より上方に突出して設けられ、従って口金を移動可能にするための摺動部ないし転動部は、通常口金の後方（反ワーク側）でかつ口金の中心より下方に位置している。このような構造のバイスでワークを挟持すると、ワークからの反力により、口金を上方に向ける方向のモーメントが生じ、移動可能に設けられた口金は、摺動部ないし転動部のがたや変形に起因して、数ミクロンというオーダーで上動する。
【０００７】
ワークはバイスの口金によって挟持されているため、口金が上動すると、必然的にワークも上動して、例えばワークの上面を加工するとき、口金の上方への移動が加工誤差となる。更にワークからの反力は、口金やバイス本体そのものを弾性変形させ、これらの変形も同じ方向の誤差を発生させる要因となる。この傾向は、薄いワークを口金の上方部分で挟持したときに、特に生じやすい。
【０００８】
また、バイスの口金でワークの側面を挟持するとき、側面が正しい平面及び角度に加工されていないと、ワークと口金との間で片当たりが生ずる。例えば断面が逆台形のワークを挟持したとき、ワークは口金の上縁で挟持されることになり、前記の薄いワークを挟持したときと同様に、口金を上向きにしようとする大きなモーメントが生じ、口金が上動してワークの底面とその載置面との間に隙間が生ずる、というようなことが起る。
【０００９】
バイスでワークを挟持したときに生ずるこのような現象を認識しないまま加工が行われることも多く、そのような場合には、予想しなかった大きな加工誤差が発生することとなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような加工誤差の発生を防止するには、ワークの側面をバイスの口金で挟持したとき、ワークをその載置面に押し付ける方向の力を発生させてやればよい。また、例えばワークの側面が傾斜しているような場合には、口金のワークに当接する面をワークの傾斜に合せて傾動可能にしてやればよい。
【００１１】
この発明は、上記のような機能を備えた簡単な構造の、従って保守が容易で安価に提供することが可能な口金を得ることを課題としており、構造が簡単で口金のワーク挟持面に口金の付勢方向と直交する方向の力を発生させる口金や、ワークの面精度に応じてワークに当接する面が傾動可能な口金を実現するための技術手段を得ることを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明では、中心を結ぶ線分がジグザグを描くように口金のワークに当接する面と略平行な２つの面内に配置された球体群５５、５６を介してワークに向けて付圧される接触部材５３を設けることによって、上記課題を解決している。球体の中心を結ぶ線分のジグザグの形状は、口金のワーク当接面と平行な面内に形成されるものを含んでもよいが、当該面内に存在しないジグザグ形状が必ず含まれていなければならない。前記２つの面内に存在する球体の中心を、一方の面に存在するものと他方の面に存在するものとを交互に連結することによって、前記線分のジグザグの形状が描かれる。
【００１３】
ジグザグを描いているすべての線分上で２つの面に分布している球体相互が接触している構造と、一方の方向に傾斜している線分上でのみ球体相互が接触し他方の方向に傾斜している線分上では、球体相互が離間している構造とが可能である。前者の構造は、ワークに対する付圧力の方向を変換する機能を口金に付与する手段として、または口金のワークに当接する面を傾動可能にする手段として採用できる。一方、後者の構造は、口金のワークに当接する面に、口金の付圧方向と略直交する一方向のスラスト力を発生させる手段として採用することができる。すなわち、後者の構造により、ワークの側面を挟持したときにワークの底面をワーク載置面に押し付けて、ワークの浮き上がりを防止する口金が実現可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１実施態様を示す図で、５１は固定部材、５２は図示しないネジなどの付圧装置で、図の右方向に押動される付圧部材、５３は図示しないワークの底面に接触する上向きの接触面５３ａを備えた接触部材である。５４は固定部材５１、付圧部材５２及び接触部材５３によって形成された球体収容空間である。球体収容空間５４は、図２に示すように、固定部材５１と接触部材５３とに形成した断面コ字形の凹溝によって形成されている。５５はこの収容空間５４に収容された第１群の球体、５６は第２群の球体で、第１群の球体５５は収容空間５４内の上方にある第１の面Ａ上に分布しており、第２群の球体５６は下方にある第２の面Ｂ上に分布している。第１の面Ａ及び第２の面Ｂは、接触部材の接触面５３ａと平行である。
【００１５】
第１の面Ａに分布している第１群の球体５５相互及び第２の面Ｂに分布している第２群の球体５６相互は、隣接する球体との間に遊隙を有しており、第１群の球体５５と第２群の球体５６とは、互いに千鳥の位置関係となるように分布している。したがって、第１群の球体５５と第２群の球体５６とが、図２(ａ)に示すように、凹溝によって形成された球体収容空間５４にそれぞれ１列にして収容されている場合は、第１群の球体５５は、２個の第２群の球体に接触しており、また、図２(ｂ)に示すように、凹溝によって形成された球体収容空間５４に第１群の球体５５が１列にして収容され、第２群の球体５６が２列にして収納されている場合は、第１群の球体５５は、３ないし４個の第２群の球体に接触している。互いに隣接する第１群の球体５５と第２群の球体５６の中心を結ぶ線分がジグザグを形成している。
【００１６】
第１の実施態様において、付圧部材５２が図の右方に進出すると、接触部材５３が上動してワークの底面に押し付けられる。このとき、たとえワークの底面が若干傾斜していても、接触部材５３はワークの底面に倣って傾動し、かつ上動する。
【００１７】
図３はこの発明の第２の実施態様を示す図である。この第２の実施態様のものは、接触部材５３の背面に向かって押動される付圧部材５２と、接触部材５３の背面と付圧部材５２の前面との間に形成された球体収容空間５４を備えている。この収容空間は、付圧部材５２の前面と接触部材５３の背面とに、浅い断面コの字形の凹溝を形成することによって形成されている。収容空間５４には図１と同様な形態で、第１群の球体５５と第２群の球体５６とが収容されている。
【００１８】
この実施態様のものは、付圧部材５２をワーク側に移動して接触部材５３がワークに接触したとき、接触部材５３がワークの面の傾斜に倣って傾動可能である。従ってバイスの口金にこの第２実施態様の構造を用いることにより、口金のワーク挟持面がワークの面に倣って傾動して、ワークと口金との片当たりを防止する機能が付与される。
【００１９】
図４はこの発明の第３実施形態を示した図である。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に、付圧部材５２の前面に設けた凹溝と接触部材５３の背面に設けた凹溝とで、球体収容空間５４が形成され、付圧部材５２は接触部材５３の背面に向けて押動される。
【００２０】
収容空間５４内には第１群の球体５５と第２群の球体５６とが、それぞれ接触部材の接触面５３ａと平行な面Ａ，Ｂ上に分布させて収容されており、かつ各群の球体５５、５６のそれぞれの面Ａ、Ｂ内での移動を防止するための小径の球体からなるスペーサ５７が設けられている。接触部材５３は付勢バネ６０で上方に付勢されており、この付勢力により、第１群の球体５５はその上方に隣接する第２群の球体５６のみに接触している。すなわち第１群の球体５５は、下方に隣接する第２群の球体５６との間に遊隙Ｅを有している。
【００２１】
この構造で付圧部材５２がワークに向けて移動して接触部材５３がワークに接触すると、付圧部材５２の更なる付圧力により、第２群の球体５６が第１群の球体５５を下向きに移動させようとする分力が生じ、これによって接触部材５３は、下向きに付勢されて、当接したワークをその載置面に押圧して、ワークの浮き上がりを防止する。
【００２２】
図５ないし図８は第３実施態様の構造をワークバイスの口金に採用した具体例を示したものである。バイス５８は可動口金１５と固定口金１４とを備えているが、同じ構造なので、以下可動口金についてのみ説明する。
【００２３】
付圧部材５２は、バイスの送りねじ１６に螺合された移動台６に固定されており、この送りねじ１６の回転及び倍力機構５９の作用によってストローク端で発生する大きな軸方向力により、固定口金１４側へ移動及び付圧される。口金１５のワーク挟持面６２の中央に矩形の凹所が形成され、その凹所内に板状の接触部材５３が、少なくとも上下方向に若干移動可能に嵌め込まれている。矩形の凹所の底面と接触部材５３の背面には、それぞれ対向する位置に２本の上下方向の断面コ字形の凹溝が形成され、対向する凹溝によって２本の球体収容空間５４が形成されている。この２本の収容空間には、第１群の球体５５と第２群の球体５６とが、図４で述べたと同様な形態で収容されている。
【００２４】
接触部材５３の下辺部分には、下辺に開口するバネ収容空間が形成され、このバネ収容空間にコイルバネ、ウレタン樹脂、皿バネなどの付勢バネ６０が収容され、凹所の下辺との間で付勢力を作用させることにより、接触部材５３を上方に付勢している。また接触部材５３の背面中央に、付圧部材５２側に向かって延びるストッパボルト６１が植立され、このストッパボルトによって、接触部材５３の接触面５３ａが口金のワーク挟持面６２より若干突出した位置で係止されている。すなわち、付勢バネ６０の付勢力により、接触部材５３を上方に付勢すると、第１群の球体５５とその上方に位置する第２群の球体５６との接触により、接触部材５３がワークの挟持面６２から突出する方向に付勢されるので、その突出量をストッパボルト６１で規定しているのである。
【００２５】
なお、図４に示したバイスの口金以外の部分の構造は、以下の通りである。可動台３はスライドベース１に沿って図の左右方向に移動可能で、スライドベース１に所定間隔で設けた半円状のノック孔１７の一個にノックピン２で固定される。可動台３には、円筒状のシリンダハウジング１８が回転自在、かつ軸方向移動不能に嵌挿されており、倍力機構のシリンダ４が、このシリンダハウジング１８の内周面に形成され、また操作ねじ５が、シリンダハウジング１８に螺合している。
【００２６】
操作ねじ５には、その先端の押動部材８との間に円筒部１９が設けられ、この円筒部にボールクラッチ２０が装着されている。バネ２１で外周方向に付勢されたボールクラッチのボール２２は、押動部材８の退避位置において、シリンダハウジング１８に設けた凹所２３に嵌合して、操作ねじ５の回転がシリンダハウジング１８に伝達されるようになっている。なお、２４及び２５は、シリンダハウジング１８の軸方向移動を固定しているスラストプレート、２６はシリンダハウジングの鍔、２７はナットである。
【００２７】
シリンダハウジング１８の可動口金側端部は、回転継手２８を介して同一軸線上に配置した送りねじ１６に連結されている。回転継手２８は、シリンダハウジング１８と送りねじ１６とを、両者が相対回動不能かつ軸方向に若干相対移動可能で、かつ弾性リング１２により、送りねじ１６をシリンダハウジング１８側に付勢して連結している。具体的には、外フランジ２９を有するシリンダハウジング１８の送りねじ１６側の端面に直径方向の溝が設けられており、この溝に両端に外フランジ３０を有する送りねじ１６の直径方向の突起３３が嵌まり込んでおり、両外フランジ２９、３０の間に弾性リング１２が嵌め込まれている構造である。
【００２８】
送りねじ１６の基端（図では左端）にはリング状のラム７が形成され、このラムがシリンダハウジング１８に形成したシリンダ４に軸方向移動自在に嵌挿されている。送りねじ１６の軸心には、当接端に球体３１を嵌め込んだストッパねじ３２が螺合されている。送りねじ１６は中空で、その中心孔内に工具を差し込んで、ストッパねじ３２を回動することにより、ストッパ（球体）３１の位置を調整する。
【００２９】
シリンダ４内には、円周を略等分する位置に、軸方向に２列の鋼球からなる受動球体１０ａ、１０ｂが配置されており、これらの受動球体と円周方向の位置を同一又は千鳥にして、押込み球体１１が配置されている。
【００３０】
押込み球体１１は、受動球体１０ａ、１０ｂより大径で、受動球体１０ａ、１０ｂの分布ピッチ円より小径のピッチ円上に配置されている。弾性リング１２のバネ力によって、押込み球体１１がシリンダ４の内径側へと付勢され、押動部材８の円錐面８ｅに当接している。
【００３１】
上記構成において、操作ねじ５を回動すると、ボールクラッチ２０及び回転継手２８を介して、シリンダハウジング１８と送りねじ１６が一体となって回転し、送りねじ１６と移動台６との螺合部分のねじ作用により、可動口金１５が進退する。
【００３２】
可動口金１５が進出してワークに当接すると、移動台６の移動が停止し、送りねじ１６の回転負荷が増大する。この状態で更に操作ねじ５を回動すると、ボールクラッチ２０が負荷に対抗できなくなり、ボール２２が凹所２３から外れて、シリンダハウジング１８の回転が停止し、操作ねじ５のみが回転するようになる。そうすると、シリンダハウジング１８に対して操作ねじ５の先端の押動部材８が前進して、押込み球体１１を放射方向外側に押動し、２つの受動球体１０ａ、１０ｂの間に押込み球体１１が侵入して、移動台６側の受動球体１０ｂがラム７の端面を押して、送りねじ１６を図の右方向に押動し、これが可動口金１５に伝達されてワークを挟持する。
【００３３】
操作ねじ５の先端部に一体に設けた押動部材８は、シリンダ４の中心軸回りに回転しながら進出してくる。この押動部材８の回転は、押込み球体１１を回転させ、更に受動球体１０を回転させる。この回転により、押込み球体１１は、受動球体１０ところがり接触をしながら、両者の接触点が螺旋を描くようにして、押込まれることとなり、滑り接触による大きな摩擦力の発生が回避される。シリンダ４の内周に自由回転可能なスリーブを嵌挿し、更にシリンダの固定端面及びラム７の端面に自由回転可能なスラスト板を装着することにより、円周方向のころがり接触をより完全なものとすることができる。
【００３４】
最大の締付力は、押動部材８の先端がストッパ（球体）３１に当接した位置で発揮される。この状態で回転継手２８部分の弾性リング１２は、弾性的に押しつぶされた状態となっている。
【００３５】
この締結状態から操作ねじ５を逆回転すると、押動部材８が後退し、弾性リング１２の挟圧力が開放されて、送りねじ１６、すなわちラム７が図で左方に移動し、押込み球体１１を半径方向内側に押し出して、可動口金１５の締結力が開放される。更に操作ねじ５が後退すると、ボールクラッチ２０のボール２２が凹所２３に嵌合して、操作ねじ５の回転がシリンダハウジング１８及び送りねじ１６に伝達されるようになり、その後は送りねじ１６の回転によって、移動台６が後退する。
【００３６】
すなわち、固定口金１４と可動口金１５との間に挟持しようとするワークを載せ、操作ねじ５を回動すると、まず最初は付圧部材５２が送りねじ１６の回転によって送られて、ワークが固定口金と可動口金とによって挟持される。更に操作ねじ５を回転させると、クラッチ２０が外れて倍力機構５９が動作を開始し、固定口金１４と可動口金１５とでワークを強固に挟持する。このときワークには、ワーク挟持面６２より先に接触部材５３の接触面５３ａが当接し、ワークから作用する反力により、接触部材の接触面５３ａがワーク挟持面６２と同一面となるまで押込まれる。このときの接触部材５３の下方への動きにより、ワークはバイスのワーク載置面６３に押し付けられた後、挟持される。この動作により、バイスで挟持されたときのワークの浮き上がりが完全に回避され、ワークを保持したときのワーク上面の精度を、従来のバイスでは実現不可能であった１ミクロン台の精度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施態様を示す模式的な断面側面図
【図２】  図１のＣ−Ｃ部断面図
【図３】  第２実施態様の傾動状態を示す模式的な断面側面図
【図４】  第３実施態様を示す模式的な断面側面図
【図５】  この発明の口金を備えたたバイスの具体例を示す部分断面側面図
【図６】  図４のバイスの口金の正面図
【図７】  図４のバイスの口金の断面平面図
【図８】  図５のバイスの倍力機構の詳細図
【符号の説明】
52  付圧部材
53  接触部材
53a  接触面
54  球体収容空間
60  付勢バネ
61  ストッパボルト
Ａ  第1の面
Ｂ  第2の面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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