特許 5943807 回転体の案内・固定構造及びバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943807

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】回転体の案内・固定構造及びバイス

(51)【国際特許分類】

   B23Q 16/10 20060101AFI20160621BHJP

   B23Q 1/28 20060101ALI20160621BHJP

   B23Q 1/52 20060101ALI20160621BHJP

   B25B 1/22 20060101ALI20160621BHJP

   F16B 2/16 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   B23Q16/10 C

   B23Q1/28 A

   B23Q1/52

   B25B1/22

   F16B2/16 A

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-231713(P2012-231713)

(22)【出願日】2012年10月19日

(65)【公開番号】特開2014-83603(P2014-83603A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年6月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000228257

【氏名又は名称】日本オートマチックマシン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100413

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 温

(74)【代理人】

【識別番号】100123696

【弁理士】

【氏名又は名称】稲田 弘明

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 清一

【審査官】 長清 吉範

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４５−０１３２８８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 実公昭４７−０３１２６３（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開２０１１−０１６１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０６３３５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０３４５５５８６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−０８９４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭６０−０２１５７７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 実開昭５２−０６５７６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特公平０３−００３８０３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実公昭５１−０２０９４６（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 国際公開第２００９／０９６３４８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １６／１０

Ｂ２３Ｑ １／２８

Ｂ２３Ｑ １／５２

Ｂ２５Ｂ １／２２

Ｆ１６Ｂ ２／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガイド体によって回転可能に案内されている回転体を、回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替える回転体の案内・固定構造であって、
前記ガイド体と前記回転体との間に溝が形成されており、
該溝に複数のボールが配置されており、
前記ボールに圧迫を加えて、前記ガイド体と前記回転体との間で前記ボールを突っ張らせる手段を備えるとともに、
前記溝が、前記回転体の回転軸方向に傾斜したテーパ部分を含むことを特徴とする回転体の案内・固定構造。

【請求項2】

ガイド体によって回転可能に案内されている回転体を、回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替える回転体の案内・固定構造であって、
前記ガイド体と前記回転体との間には溝が形成されており、
該溝に複数のボールが配列されており、
該ボールの列を溝内に向けて押す手段を備えるとともに、
前記溝が、前記回転体の回転軸方向に傾斜したテーパ部分を含むことを特徴とする回転体の案内・固定構造。

【請求項3】

前記溝が円環状であって、前記回転体の回転軸方向に離れて複数の溝が形成されており、各溝に複数のボールが配列されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回転体の案内・固定構造。

【請求項4】

前記回転体及びガイド体に、前記回転体の回転軸に交差する面で当接する部分が存在し、
前記テーパ部分が、前記当接面から離れるにしたがって、前記回転軸から遠くなる方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の回転体の案内・固定構造。

【請求項5】

前記溝が、前記回転体又は前記ガイド体のいずれか一方に形成されたテーパ溝と、何れか他方に形成された方形溝との組合せであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の回転体の案内・固定構造。

【請求項6】

前記回転体が前記ガイド体と嵌合しており、
嵌合時の外側にある前記回転体又はガイド体の側面又は端面から、前記溝に至る貫通孔が開けられており、
該貫通孔に、前記ボール押し手段が挿入されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の回転体の案内・固定構造。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転体の案内・固定構造を有するバイス。

【請求項8】

ガイド体によって回転可能に案内されている回転体を、回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替える回転体の案内・固定方法であって、
前記ガイド体と前記回転体との間に、前記回転体の回転軸方向に傾斜したテーパ部分を含む溝を形成し、
該溝に複数のボールを配置し、
前記ボールに、前記溝の周方向への圧迫を加えて、前記ガイド体と前記回転体との間で前記ボールを突っ張らせ、前記回転体を前記ガイド体に対して固定することを特徴とする回転体の案内・固定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転体を回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替える、回転体の案内及び固定構造及び方法に関する。特には、工作物（ワーク）の回転割り出しに使用されるロック構造に関する。さらには、このロック構造を有するバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

工作物（ワーク）に、所定の角度関係を有する複数箇所の加工を施す際には、ワークが保持された円テーブルやチャックを、ガイド体に対して回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替えることのできるロック構造を備えたバイスが使用される。このようなロック構造には、ワークが全長に渡って同軸上で回転するか（同軸度）や、ロック状態とゆるめ状態を切り替えた場合における、回転体の振れが小さいこと、が要求される。

【0003】

図８は、一般的なロック構造を有するバイスの構造を示す側断面図である。
このバイス１００は、ワークが保持される回転体１１０（シャフト）と、回転体１１０を回転可能に案内するガイド体１３０（ホルダー）とを有する。この例では、ワークを保持するチャック３が回転体１１０の上面に固定されている。

【0004】

回転体１１０は、チャックが固定される円テーブル部１１１と、ガイド体１３０に嵌合する軸部１１３とを有する。軸部１１３の高さ方向の中央付近には、小径部１１４が形成されている。
ガイド体１３０の中心には、回転体１１０の軸部１１３が嵌合する軸孔１３１が開けられている。また、ガイド体１３０の側面から軸孔１３１に至る、回転軸に直交する方向に貫通する横孔１３３が開けられている。この横孔１３３は、回転体１１０の軸部１１３が、ガイド体１３０の貫通孔１３１に嵌合した際の、軸部１１３の小径部１１４に開口するように位置している。この横孔１３３には、ロックネジ１４０が螺合している。回転体１１０をガイド体１３０に嵌合させた状態でロックネジ１４０を締めると、同ネジ１４０の先端が回転体１１０の軸部１１３の小径部１１４に圧接されて、軸部１１３、すなわち、回転体１１０が回転不能にロックされる。ロックネジ１４０を緩めると、同ネジ１４０が軸部１１３から離れ、回転体１１０は回転可能となる。

【0005】

このようなロック機構は、回転体１１０を回転させた際の同軸度を良くするために、ガイド体１３０の貫通孔１３１や、回転体１１０の小径部１１４の外面の加工精度（真円度）とともに、両面間の隙間を小さくする必要がある。ただし、あまり隙間を小さくすると、回転体を回転させる際に大きな抵抗となり、回転しづらくなるという問題がある。一方、両面間の隙間を大きくすると、回転体をロックネジで締めた際に回転体の振れが大きくなるという問題がある。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、ロック状態とゆるめ状態を切り替えた場合にも、回転体の振れが小さい、回転体の案内・固定構造及び方法を提供することを目的とする。さらに、高精度であるにも関わらず加工費を低減できる回転体の案内・固定構造及び方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のベースとなる回転体の案内・固定構造は、 ガイド体によって回転可能に案内されている回転体を、回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替える回転体の案内・固定構造であって、 前記ガイド体と前記回転体との間に溝が形成されており、 該溝に複数のボールが配置されており、 前記ボールに圧迫を加えて、前記ガイド体と前記回転体との間で前記ボールを突っ張らせる手段を備えることを特徴とする。

【0008】

ボールに圧迫を加えてガイド体と回転体との間でボールを突っ張らせることにより、ガイド体と回転体との間に、ボールを介しての押し付け力を発生させ、両者を回転不能な状態とすることができる（固定状態、ロック状態）。ボールへの圧迫を解除すれば、上記押し付け力がなくなって、ボールが回転しやすくなり、回転体が回転可能あるいは回転容易となる（非固定状態、ゆるめ状態）。ボールの圧迫をある程度加えることにより、適当な抵抗感の得られる状況下で回転体の角度を調整することもできる。

【0009】

ボールが収容される溝を、回転体の回転軸の全周に沿って設ければ、回転軸に対してほぼ均等な間隔で、ほぼ均等な力を与えることができるので、保持されるワークの同軸度の再現性を得やすくなる。

【0010】

本発明の回転体の案内・固定構造のより具体的な態様は、 ガイド体によって回転可能に案内されている回転体を、回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替える回転体の案内・固定構造であって、 前記ガイド体と前記回転体との間には溝が形成されており、 該溝に複数のボールが配列されており、 該ボールの列を溝内に向けて押す手段を備えることを特徴とする。

【0011】

案内・固定構造をロックする手段として、一部のボールを、例えばネジの頭等で押す手段をとることができる。この場合、溝内に、ある程度のクリアランスをもって列状などの形態で配列されているボール群を溝の中に向けて押すと、各ボールは移動可能な方向に押されて、その結果、ボールが、溝の壁に圧接して移動不能となり、ガイド体と回転体との間で回転不能の状態となる。

【0012】

本発明の回転体の案内・固定構造を、バイスのような工作物（ワーク）保持装置・回転割り出し装置に用いる場合には、ロック状態とゆるめ状態を切り替える際における、回転体の振れが小さいことが求められる。加工や検査などの高精度の位置決め・回転を必要とする場合も同様である。そのような高精度用途には、ボールの真球度や溝の真円度などを高める必要がある。なお、バイスに用いた場合の構造と、各部の寸法の精度例については後述する。

【0013】

一方、上記の部分以外、例えば回転体とガイド体との嵌合部については、それほど高精度とする必要はない。これらの部分の面積は、比較的広いので、高精度に加工すると加工費が高額になる。本発明においては、高精度加工しなければならない部分の面積が狭くなるので、結果的に加工費が安くなる。なお、ボールについては、ボールベアリング用などとして、高精度なものが比較的安価に市販されている。

【0014】

本発明においては、 前記溝が円環状であって、前記回転体の回転軸方向に離れて複数の溝が形成されており、各溝に複数のボールが配列されていることとしてもよい。

【0015】

本発明においては、回転体を、回転軸方向に離れた複数の溝のボール群（列）で支えるので、回転体の回転軸に直交する方向の倒れも少ない状態とすることができる。なお、この場合は、回転体とガイド体との嵌合部は、溝部を除いて一般的な精度の加工ですむ。

【0016】

本発明においては、 前記溝が、前記回転体の回転軸方向に傾斜したテーパ部分を含むことが好ましい。

【0017】

ボールから溝テーパ部にかかる力は、回転軸に直交する方向の成分とともに、回転軸方向の成分を有しているので、回転体に、回転軸に沿う方向（上方向、下方向）の力も加えることができ、回転軸方向にも強く固定することができる。例えば、軸方向において、回転体をガイド体に対して引き込む（押し付ける）、あるいは、ガイド体から引き離す方向に力を加えることができる。

【0018】

本発明においては、 前記回転体及びガイド体に、前記回転体の回転軸に交差する面で当接する部分が存在し、 前記テーパ部分が、前記当接面から離れるにしたがって、前記回転軸から遠くなる方向に傾斜していることが好ましい。

【0019】

回転体及びガイド体に、前記回転体の回転軸に交差する（例えば直交する）面で当接する部分（図１や図６における、回転体１０の円テーブル部１１の下面とガイド体３０の上端面）が存在する場合、テーパ部分を、回転軸方向において当接面から離れるにしたがって、回転軸から遠くなる方向に傾斜させれば、回転体の当接面をガイド体の当接面に押圧する力を加えることができる。したがって、回転体とガイド体とをより強固に固定することができる。詳しくは後述するように、図１や図６のバイスにおいては、回転体１０の円テーブル部１１（フランジ部）の下面１１ａがガイド体３０の上端面３０ａに押圧される。

【0020】

本発明においては、 前記溝が、前記回転体又は前記ガイド体のいずれか一方に形成されたテーパ溝と、何れか他方に形成された方形溝との組合せであることが好ましい。

【0021】

この場合、ボールが、回転体又はガイド体の一方に形成されたテーパ溝の奥側の壁と、もう一方に形成された方形溝の上側又は下側の壁とに圧接されるので、ボールを介した回転体とガイド体との押し付け力（回転軸方向の力を含む）を発生させやすい。

【0022】

本発明においては、 前記回転体が前記ガイド体と嵌合しており、 嵌合時の外側にある前記回転体又はガイド体の側面から、前記溝に至る貫通孔が開けられており、 該貫通孔に、前記ボール押し手段が挿入されていることとできる。
あるいは、 前記回転体が前記ガイド体と嵌合しており、 嵌合時の内側にある前記回転体又はガイド体の端面から、前記溝に至る貫通孔が開けられており、 該貫通孔に、前記ボール押し手段が挿入されていることとしてもよい。

【0023】

本発明のバイスは、上記に記載の回転体の案内・固定構造を有することを特徴とする。

【0024】

本発明によれば、保持されるワークを回転させたときの同軸度が高く、ロック・ロック解除時のワークの軸心の振れを少ないバイスを提供できる。

【0025】

本発明の回転体の案内・固定方法は、 ガイド体によって回転可能に案内されている回転体を、回転可能な状態と回転不能な状態とに切り替える回転体の案内・固定方法であって、 前記ガイド体と前記回転体との間に、前記回転体の回転軸方向に傾斜したテーパ部分を含む溝を形成し、 該溝に複数のボールを配置し、 前記ボールに、前記溝の周方向への圧迫を加えて、前記ガイド体と前記回転体との間で前記ボールを突っ張らせ、前記回転体を前記ガイド体に対して固定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ボールに圧迫を加えて、ガイド体と回転体との間にボールを介しての押し付け力を発生させ、両者を回転不能な状態とすることができる。ボールへの圧迫を解除すれば、押し付け力がなくなってボールが回転しやすくなり、回転体が回転可能あるいは回転容易となる。ボールの圧迫をある程度加えることにより、適当な抵抗感の得られる状況下で回転体の角度を調整することもできる。
また、ボールが収容される溝を、回転体の回転軸の全周に沿って設ければ、回転軸に対してほぼ均等な間隔で、ほぼ均等な力を与えることができるので、保持されるワークの同軸度の再現性を得やすくなる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るロック構造を備えたバイスを示す図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は一部縦断面図である。

【図2】図１のバイスの斜視図である。

【図3】図１のバイスのロック機構の溝及び該溝に収容されたボールの作用を説明する縦断面図であり、図３（Ａ）はロック解除状態、図３（Ｂ）はロック状態を示す。

【図4】図１のバイスのロック機構の溝内に収容されたボールを説明する一部横断面図であり、図４（Ａ）はロック解除状態、図４（Ｂ）はロック状態を示す。

【図5】本発明の第２の実施の形態に係るロック構造を備えたバイスを示す一部縦断面図である。

【図6】本発明の第３の実施の形態に係るロック構造を備えたバイスを示す図であり、図６（Ａ）は一部縦断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図7】図６のバイスのロック機構の溝及び該溝に収容されたボールの作用を説明する縦断面図である。

【図8】一般的なロック機構を備えたバイスの構造を示す一部縦断面図である。

【発明を実施するための良好な形態】

【0028】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１、図２を参照して、本発明の第１の態様に係るロック機構を備えたバイスの構造を説明する。図１（Ａ）は、バイスの正面図、図１（Ｂ）は、一部断面図である。図２は、図１のバイスの斜視図である。この例では、回転体の回転軸が垂直の場合を説明する。
バイス１は、ワークが保持される回転体１０（シャフト）と、回転体１０を回転可能に案内するガイド体３０（ホルダー）と、回転体１０とガイド体３０とのロック構造５０を構成するロックネジ５１及び複数のボール５３と、を有する。この例では、ワークはチャック３に保持されて、このチャック３が回転体１０の上面に固定されている。なお、説明では、図１や図３等の上下方向を「上下」と呼ぶが、実際のバイスの姿勢は回転体１０の回転軸を水平方向とする場合や、斜め、逆さ方向とする場合もある。

【0029】

回転体１０は、チャック３が固定される円テーブル部１１と、円テーブル部１１よりも小径で、同テーブル部１１と同軸上に延びる円筒状の軸部１３とを有する。回転体１０の軸心には、貫通孔１５が開けられている。貫通孔１５は上部の小径部と、下部の大径部とからなる。

【0030】

円テーブル部１１の側面には、全周に渡って例えば３°刻みの目盛が記されている。軸部１３の外周面の、高さ方向のほぼ中央には、環状の溝１７が全周に渡って形成されている。溝１７は、断面形状が逆三角形で、ほぼ水平な上壁と、回転軸方向において図の上から下へ広がるように傾斜したテーパ状の奥壁とを有する（溝の形状の詳細については後述する）。

【0031】

ガイド体３０は、直方体の形状であり、軸心には、回転体１０の軸部１３が嵌合する貫通孔３１が開けられている。貫通孔３１の径は、回転体１０の軸部１３の径とほぼ同じであり、回転体１０の軸部１３はガイド体３０の貫通孔３１に嵌合して、回転軸Ａに沿って回転する。軸部１３が完全に貫通孔３１に嵌合した状態で、回転体１０の円テーブル部１１の下面１１ａは、ガイド体３０の上端面３０ａに当接する。ガイド体３０の上面の一辺には、段部３３が形成されている。この段部３３には、回転体１０の円テーブル部１１の側面に記された目盛に対応する副尺３５（バーニャ）が取り付けられている。
また、ガイド体３０には、バイス１を加工機等への取り付けるためのボルトを通すザグリ孔３７が開けられている。

【0032】

ガイド体３０の貫通孔３１の内周面の、高さ方向のほぼ中央部には、環状の溝４１が全周に渡って形成されている。この溝４１は、回転体１０の軸部１３がガイド体３０の貫通孔３１に嵌合した状態で、軸部１３に形成されたテーパ状溝１７に対向する位置に形成される。溝４１は、断面形状が方形で、ほぼ水平な上壁及び下壁と、ほぼ垂直な奥壁とを有する（溝の形状の詳細については後述する）。また、ガイド体３０の外周面から方形溝４１に至る、回転軸Ａに直交する方向に貫通するネジ孔４３が開けられている。このネジ孔４３に、回転体１０をロック状態と解除状態とに切り替えるためのロックネジ５１が螺合する。

【0033】

ガイド体３０の方形溝４１と回転体１０の軸部１３のテーパ状溝１７とが対向して形成される環状の溝（以降環状溝という）内と、ガイド体３０のネジ孔４３内には、複数のボール５３が配列される。ボール５３は真球であり、径は、ガイド体３０の溝４１の深さ（奥行き）よりも大きく、同溝４１の高さよりもやや小さい。この例では、環状溝に２０個、ネジ孔４３に２個のボールが配列される。ボール５３は高精度（真球度）を求められるが、ボールベアリング用の剛球等を使用することができる。

【0034】

ガイド体３０の下面には、貫通孔３１と同軸の円筒状の凹部４５が形成されている。回転体１０の軸部１３がガイド体３０の貫通孔３１に完全に嵌合すると、軸部１３の下端はこの凹部４５内に突き出る。この突き出た軸部１３には、回転体１０の抜け止めナット４７が螺合している。ただし、この例では、回転体１０の抜け止めのために、この抜け止めナット４７は必ずしも必要ではない。また、突き出た軸部１３に駆動ギアやウオームホイールを取り付けて、回転体１０をこれらの機構で回転させるようにしてもよい。この凹部４５は、カバー４９で閉じられている。

【0035】

以下、回転体１０及びガイド体３０の溝１７、４１の位置関係とボール５３と寸法例について図３（Ａ）を参照して説明する。
前述のように、回転体１０のテーパ状溝１７は、断面形状が逆三角形で、ほぼ水平な上壁１７ａと、回転軸方向において、回転体１０とガイド体３０との当接面から離れる方向（この例では上から下方向に）に拡がるように傾斜したテーパ状の奥壁１７ｂとを有する。ガイド体３０の方形溝４１は、断面形状が方形で、ほぼ水平な上壁４１ａ及び下壁４１ｂと、ほぼ垂直な奥壁４１ｃとを有する。テーパ状溝１７の高さＨ１は、方形溝４１の高さＨ２よりも高く、方形溝４１の上壁４１ａは、テーパ状溝１７の上壁１７ａよりも低い位置にある。各溝等の寸法例を示す。
回転体１０のテーパ状溝１７の深さＤ１：２．４ｍｍ、
回転体１０のテーパ状溝１７の高さＨ１：９ｍｍ、
回転体１０のテーパ状溝１７の奥壁１７ｂの垂直方向に対する角度θ：１５°、
角度θは好ましくは１０°〜３０°、より好ましくは１０°〜２０°である、
ガイド体３０の方形溝４１の深さＤ２：３．８ｍｍ、
ガイド体３０の方形溝４１の高さＨ２：５．２ｍｍ、
回転体１０の溝１７の上壁１７ａとガイド体３０の溝４１の上壁４１ａとの差Ｌ１：０．４ｍｍ、
ボール５３の径：５ｍｍ。

【0036】

次に、ロック解除動作とロック動作について、図３と図４を参照して説明する。この例では、回転体１０の回転軸が垂直の場合を説明する。
ロックネジ５１が緩められてボール５３に負荷がかかっていない状態においては、図３（Ａ）と図４（Ａ）に示すように、ボール５３の回転軸Ａから外側の約３／４以上の部分が方形溝４１に収容され、内側の約１／４の部分がテーパ状溝１７に収容されている。また、前述のような寸法の関係により、ボール５３の高さ方向及び水平方向にクリアランスが存在する。一例として、図３（Ａ）に示すように、ボール５３が、方形溝４１の下壁４１ｂと奥壁４１ｃに当接した状態で、ボール５３と方形溝４１の上壁４１ａとの間にクリアランスＣ１（例えば０．２ｍｍ）が存在し、ボール５３とテーパ状溝１７の奥壁１７ｂとの間にクリアランスＣ２（例えば０．３ｍｍ）が存在する。あるいは、ボール５３は、方形溝４１の下壁４１ｂと、テーパ状溝１７の奥壁１７ｂとに当接する場合もある。また、環状溝の周方向にもややクリアランスのある状態であると考えられる。つまり、各ボール５３は環状溝内でフリーの状態であって回転可能であり、回転軸Ａに近寄る方向への力が存在しないので、回転体１０はガイド体３０に対して回転可能となる。ここでは、図４に示すように、ネジ孔４３に２個のボール５３ａ、５３ｂが収容され、溝１７、４１の、最もネジ孔４３に近い部分に、ボール５３ｃ、５３ｄが収容されているとする。

【0037】

ロックネジ５１を締めると、図４（Ｂ）に示すように、ネジ孔４３に収容されている外側のボール５３ａは、回転軸Ａに近寄る方向（奥方向）に押される。そして、このボール５３ａの隣（奥側）のボール５３ｂも、奥方向に押される。すると、ボール５３ｂは、環状溝１７、４１内の、最もネジ孔４３に近い部分に存在する５３ｃ、５３ｄの間に割り込み、両側のボール５３ｃ、５３ｄを環状溝１７、４１内に押し込む。その結果、環状溝１７、４１内のボール５３は、周方向、径方向及び上下方向において、隣接するボールと溝の壁に押し付けられた（突っ張った）状態となる。つまり、前述のように、環状溝１７、４１に収容されているボール５３は、高さ方向及び水平方向にクリアランスが存在するので、ボール５３の各々は移動可能な方向に移動し、最終的には、ボール５３が移動できない状態となる。具体的には、周方向においては、隣接するボールに圧接し、上下方向においては、方形溝４１の上壁４１ａ又は下壁４１ｂに圧接し、径方向においては、方形溝４１の奥壁４１ｃ又はテーパ状溝１７の奥壁１７ｂに圧接する。その結果、例えば、図４（Ｂ）に示すように、水平面において、ボール５３が、方形溝４１の奥壁４１ｃとテーパ状溝１７の奥壁１７ｂとに交互に圧接すると考えられる。

【0038】

このうち、テーパ状溝１７の奥壁１７ｂに圧接されているボール５３を考える。このボール５３は、その両側のボールから奥方向へ押されて、テーパ状溝１７の奥壁１７ｂに押圧されている。この際、図３（Ｂ）に示すように、奥壁１７ｂに垂直な方向への力Ｆ１が働く。奥壁１７ｂはテーパ面であるため、その分力として、同壁に対して水平方向（回転軸Ａへ近寄るの方向）の力Ｆ２と、回転軸Ａの方向に下方向の力Ｆ３がかかる。なお、ボール５３がテーパ状溝１７の奥壁１７ｂ方向に押圧された場合も、ボール５３のほとんどの部分は、方形溝４１に収容されたままである。したがって、奥壁１７ｂに対して垂直な方向（斜め下方向）への力Ｆ１の反力として、ボール５３にはその反対方向（斜め上方向）の力Ｆ４がかかるが、この力Ｆ４により、ボール５３は方形溝４１の上壁４１ａに圧接される。

【0039】

つまり、回転体１０とガイド体３０間にボール５３を介した押し付け力が発生し、この力により回転体１０がガイド体３０に対して、回転不能にロックされる。さらに、ボール５３から回転体１０の軸部１３に対して、回転軸Ａの方向に下方向の力Ｆ３がかかるので、回転体１０は、回転軸Ａの方向において下方向に引かれる。これにより、回転体１０の円テーブル部１１の下面１１ａが、ガイド体３０の上端面３０ａに強く圧接されて固定される。これにより、前述の抜け止めナット４７が不要となる。

【0040】

このロック機構においては、図３（Ｂ）に示すように、環状溝内のボール５３が交互にテーパ状溝１７の奥壁１７ｂに圧接されている場合、回転体１０の軸部１３に全周からほぼ均等の間隔でほぼ均等の力がかかる。したがって、ロックとロック解除を繰り返しても、回転体１０の軸心の振れを抑えることができ、再現性が得られる。

【0041】

また、ロックネジ５１を押し込む力を変えることにより、ボール５１が各溝の壁へ圧接する力を調整することができる。これにより、適当な抵抗感の得られる状況下で回転体１０の角度を調整することもできる。

【0042】

高精度の位置決めを必要とする場合は、ボール５３の真球度や溝１７、４１の真円度などを、例えば以下のように高める必要がある。
ボール５３の真球度：±０．０００１３ｍｍ（一般購入品で±０．１３μｍ）、
方形溝４１の真円度：±０．０１ｍｍ、
テーパ状溝１７の真円度：±０．０１ｍｍ、
方形溝４１の同芯度：±０．０１ｍｍ、
テーパ状溝１７の同芯度：±０．０１ｍｍ。

【0043】

ただし、上記の部分以外、例えば、回転体１０とガイド体３０との嵌合部については、高精度とする必要はない。これらの部分の面積は比較的広いので、高精度に加工すると加工費が高額になる。本発明においては、高精度加工しなければならない部分の面積は狭くなるので、結果的に加工費が安くなる。なお、ボールについては、ボールベアリング用などとして、高精度なものが比較的安価に市販されている。

【0044】

図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るロック機構を備えたバイスについて説明する。
この例のバイス１Ａは、図１のバイス１のロック機構５０が、回転体１０の軸部１３の高さ方向において離れた２ヶ所に設けられている。この例では、回転体１０の軸部１３を高さ方向に離れた２ヶ所でロックするので、回転体１０の回転軸と直交する方向への倒れを少ない状態とすることができ、回転体１０のガタつきもより低減される。さらしたがって、回転体１０とガイド体３０の嵌合部の加工精度を高める必要がなくなり、加工費をさらに低減できる。また、回転体１０の円テーブル部１１の下面とガイド体３０の上面とが接触しなくてもロック状態とすることができる。

【0045】

図６を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るロック機構を備えたバイスについて説明する。
この例のバイス１Ｂは、回転体１０とガイド体３０の主な構造は、図１のバイス１とほぼ同じであるが、この例では、回転体１０に形成された溝１７の形状が方形であり、ガイド体３０に形成された溝４１が三角形である。

【0046】

図７に示すように、回転体１０の溝１７は、図１の方形溝と同様に、断面形状が方形で、ほぼ水平な上壁及び下壁１７ｂと、ほぼ垂直な奥壁とを有する。ガイド体３０の溝４１は、図１のテーパ状溝と上下逆の三角形で、回転軸方向において、回転体１０とガイド体３０との当接面から離れる方向（上から下方向に）に拡がるように傾斜したテーパ状の奥壁４１ｃと、ほぼ水平な下壁とを有する。各溝の寸法や位置関係は、図１と同様である。

【0047】

また、この例のバイス１Ｂは、回転体１０の溝１７とガイド体３０の溝４１で形成される環状溝に収容されているボール５３に緊張力を与えるロックネジ５１が、ガイド体３０の側面からではなく、回転体１０の底面から螺合する。

【0048】

つまり、この例では、回転体１０に、回転軸方向の貫通孔は開けられておらず、回転体１０の軸部１３の底面の中心から、溝１７の高さ位置まで、回転軸Ａと同軸に延びるネジ孔７１が開けられているとともに、このネジ孔７１の先端（奥端）から溝１７に至る、回転軸Ａと直交する方向に延びる横孔７３が開けられている。水平面において、横孔７３は、ネジ孔７１の中心（回転軸Ａ）を越えて延びている。横孔７３の高さは、軸部１３の方形溝４１の高さとほぼ等しい。ネジ孔７１の径は、ボール５３の径よりも大きい。ボール５３は、環状溝とともに、このネジ孔７１と横孔７３にも配列されている。また、ネジ孔７１には、ロックネジ５１が螺合している。

【0049】

ロックネジ５１が緩められてボールに負荷がかかっていない状態においては、図１の例と同様に、回転体１０はガイド体３０に対して回転可能である。

【0050】

ロックネジ５１を締めると、ネジ孔７１内のボール５３が上方向に押され、最も上側のボール５３が横孔７３内のボールの間に割り込む。すると、その両側のボール５３は横孔７３の中方向（奥方向）または環状溝へ向かう外方向に移動しようとする。図６（Ｂ）に示すように、このうち、環状溝の方向に押された、最も環状溝側のボール５３´が、環状溝内のボール５３の間に割り込む。これにより、その両側のボール５３が環状溝の奥方向に移動する。そして、図１のロック構造と同様に、図６（Ｂ）に示すように、水平面において、ボール５３が、溝４１の奥壁と溝１７の奥壁とに交互に圧接すると考えられる。

【0051】

この例でも、溝４１の奥壁４１ｃに圧接されているボール５３は、その両側のボールから外方向へ押されている。この際、図７に示すように、奥壁４１ｃに垂直な方向への力Ｆ１が働く。奥壁４１ｃはテーパ面であるため、その分力として、同壁に対して水平方向（回転軸Ａから離れる方向）の力Ｆ２と、回転軸Ａの方向に上方向の力Ｆ３がかかる。そして、奥壁４１ｃに対して垂直な方向（斜め上方向）への力Ｆ１の反力として、ボール５３にはその反対方向（斜め下方向）の力Ｆ４がかかるが、この力Ｆ４により、ボール５３は方形溝１７の下壁１７ｂに圧接される。つまり、ボール５３は、溝１７、４１の壁に押し付けられるとともに、ボール５３から回転体１０に対して下方向の力がかかる。そして、この力により、回転体１０の円テーブル部１１の下面１１ａが、ガイド体３０の上端面３０ａに強く圧接されてより強固に固定される。

【0052】

次に、図１のバイスと、図８に示した従来例のバイスにおいて、同軸度と、ロック時の振れを計測した結果の一例を説明する。
同軸度とは、基準軸線と同一直線上にあるべき軸線の、基準軸線からのずれの大きさを示すものである。ここでは、チャックにロッド状のワークを保持させ、バイスを水平面上に寝かせた状態で、ロック時のワークの根元から３０ｍｍと根元から１０ｍｍの位置の、水平面からの高さを計測する。次に、ロックを解除し、回転体を９０°回転させて再度ロックし、同様に、ワークの先端と根元の、水平面からの高さを測定する。これを、回転体を初期状態から１８０°、２７０°及び３６０°回転させたときの、ワークの先端と根元の計測値の平均値を示す。
ロック時の振れとは、同様に、チャックにロッド状のワークを保持させ、バイスを水平面上に寝かせた状態で、完全のロックした状態と、回転体が回転可能な程度に予圧をかけた半ロック状態での、ワーク上のある部分の高さの差を示す。

【0053】

測定結果を表に示す。

【表1】

表に示すように、本発明においては、同軸度及びロック時の振れとも、従来品よりも高い精度が得られた。

【符号の説明】

【0054】

１ バイス ３ チャック
１０ 回転体（シャフト） １１ 円テーブル部
１３ 軸部 １５ 貫通孔
１７ 溝
３０ ガイド体（ホルダー） ３１ 貫通孔
３３ 段部 ３５ 副尺
３７ ザグリ孔 ４１ 溝
４３ ネジ孔 ４５ 凹部
４７ ナット ４９ カバー
５０ ロック構造 ５１ ロックネジ
５３ ボール
７１ ネジ孔 ７３ 横孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】