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バイス(万力)種類・材質・用途

工具 | 2021年08月10日

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バイス(万力)は、様々な加工や作業で材料の固定具として使用されている工具です。金属加工業や建築・建設業、美術・工芸の業界などのほか、DIYやホビークラフトにも用いられています。

しかし、バイスの種類は多く、種類によって用途や使い方も異なります。市場に流通しているバイスは、種類だけでなくサイズも豊富であるため、その選定は困難です。

また、バイスは、適用範囲外のサイズに使用したり、間違った使い方をしたりすると、ケガや材料の損傷、機械の故障などに繋がることがあります。

この記事では、バイスの詳細や使い方、種類、材質、用途などについて解説していきます。

バイス(万力)とは

バイスとは、金属や木材などの加工・組立・検査を容易かつ精密に行うために、工作物を強固に挟んで固定する作業工具のことです。日本語では、万力と言います。

バイスの具体的な用途は、切断や切削、研磨、組立、溶接、仕上げなどを行う際の材料の固定です。例えば、材料を寸法通りに切断するには、工具から掛かる力に対して、材料が不動であることが求められます。ネジを留める場合や外す場合も、材料が動いてしまっては作業が捗りません。これらの要求に応えて、材料を確実に固定する装置がバイスです。材料を接着する際に、接着剤が硬化するまで固定するといった使い途もあります。また、チャックのように、工作機械に予め組み込まれているバイスもあります。なお、バイスとチャックとの違いは、バイスが物を2方向から挟むのに対して、チャックは円筒状のものを掴むという点です。

バイスには多くの種類があり、例えば、作業台に取り付けて用いるベンチバイス(下図A)やボール盤に固定して用いられるベタバイス(下図B)、小さい物の確実な固定が可能な手万力(下図C)、持ち運びやすく工事現場で主に活用されているシャコ万力などが挙げられます。なお、下図Aの1〜5で指示されている部位には、以下のような名称があります。

1:ハンドル

2:ネジ

3:口金(固定部)

4:口金(可動部)

5:バイス固定クランプ

バイス(万力)の使い方

バイスの使用方法は種類によって異なりますが、口金に物を挟んで固定するという点はどのバイスでも同じです。

例えば、ベンチバイスであれば、まずクランプによってバイスを作業台などの安定した台に固定します(上図Aの5がクランプ)。

次に、口金に固定したい工作物を挟んでハンドルを回していくと、口金の可動部がゆっくりと動き、工作物が締め付けられて固定されます。締め付けが強過ぎると工作物や機械の損傷に繋がりますし、弱過ぎると作業中に工作物が動いてしまいます。工作物の硬さや工作物に加わる力に応じて、適度な締め付け具合いを見つけましょう。また、工作物が軟らかい場合は、口金と工作物の間に当て布を挟むことで、変形やキズの防止が可能です。木製や樹脂製の軟らかい口金を備えたタイプや口金を軟らかい素材のものに交換できるタイプもあります。

作業を行う際は、工作物がグラついたり、口金が緩んだりしていないかを確認しながら行います。特に、ヤスリ掛けやタガネ作業による加工は、衝撃や負荷が一定方向に掛かるため、口金が緩む可能性があります。このような場合は、口金の固定部へ力が加わるように加工を行う(上図Aの3の方向に向かって加工を行う)と、緩みにくくなるでしょう。

クランプとの違い

引用元:DIYガイド 揃えておきたい基礎道具「クランプ」株式会社さくら樹脂

バイスとクランプは、共通に対象物を挟んで固定する工具ですが、バイスはそれ自身が作業台などに固定されているのに対し、クランプは特に自身が何かに固定されているわけではないという点が違います(上図のF型クランプを参照)。

バイスは、自身を作業台にネジ留めなどで強固に固定した上で、口金に工作物を挟んで固定し、加工などを行います。一方、クランプは、複数の工作物をまとめて固定してネジ留めしたり、工作物と作業台とを一緒に挟み込んで固定された工作物を加工したりといった使い方をします。

とは言え、バイスとクランプとの間に明確な違いがあるわけではありません。例えば、上述のシャコ万力はC型クランプと呼ばれることもあり、バイス又はクランプの種類によっては、同一の工具を2つの名称で呼び表すことがあるのです。ただし、このようなケースは、一部の種類に留まっており、基本的にバイスとクランプとは上述したような違いがあります。

バイス(万力)の種類

バイスには、多くの種類がありますが、大別すると手仕上げ用万力と機械加工用万力があります。それぞれ形状や性能が異なりますが、以下では代表的なバイスの特徴や用途などについてご紹介します。

横バイス・リードバイス

横バイスは、横万力・箱万力・リードバイスとも呼ばれる、手仕上げ用バイスの中で最も代表的なバイスです。バイス本体を作業台にボルトなどで締結して使用します。

ヤスリやタガネなどを使った作業や組み立て作業によく用いられているバイスです。強固な固定が可能であることから、ハツリ(タガネを叩いて削る作業)のような衝撃が掛かる作業や金型・治具の仕上げと言った精密性を要する作業のどちらの作業にも適しています。

横バイスは、口金の呼び寸法(幅寸法)に対して、口金の開く寸法が同等以上、口金の深さが3分の2から同等程度に設定されており、工作物の安定的な固定が可能です。

回転台を付属している製品も多く、作業性の向上が期待できます。付属していない場合でも、後から回転台を取り付けることは難しくありません。

また、横バイスには、角胴形と丸胴形の2種類があります。角胴形はJIS B 4620(1995)、丸胴形はJIS B 4621(1995)にて規格化されており、共に呼び寸法「75・100・125・150」(単位:mm)の4サイズが規定されています。ここで、呼び寸法とは、横バイスの口金の幅寸法のことで、バイスのサイズはこの呼び寸法によって基準化されています。なお、市販品の中には、大型の200mmや250mmのバイスもあります。

●角胴形の特徴・寸法

角胴形は、口金の可動部の胴部が角柱状の横バイスで、この胴部が四角形の穴の空いた本体内部を動くことによって口金が開閉します。ハンドル操作にロス荷重が発生するため、角胴形と比べるとハンドル操作が重くなっています。

角胴形の寸法は、JIS規格の中で、下図のように規定されています。

引用元:「横万力(角胴形) JIS B 4620(1995)より抜粋」株式会社ナベヤ

●丸胴形の特徴・寸法

丸胴形は、口金の可動部の胴部が円柱状の横バイスで、この胴部が円筒の本体内部を動くことによって口金が開閉します。角胴形と比べて、ハンドル操作が滑らかで、口金の移動精度に優れるという特徴があります。

丸胴形の寸法は、JIS規格にて、下図のように規定されています。

引用元:「横万力(丸胴形) JIS B 4621(1995)より抜粋」株式会社ナベヤ

マシンバイス

マシンバイスとは、工作機械のテーブルの上に取り付けて使用する機械加工用万力のことです。横バイスなどと比べると精度や剛性が高く、取り付ける工作機械に応じた性能を持ちます。

口金によって工作物を挟んで固定するのは、他のバイスと同様ですが、口金を締め付ける機構は、横バイスと同じネジ式のほか、メカ式や油圧式、空圧式などがあります。メカ式の中には、工作物が小さい場合などに、締結力の中心がズレることで起こる工作物の浮き上がりを防止する機能が搭載されているものがあります。油圧式は、弱い力で強力な締結が可能で、空圧式は、工作物の固定の自動化に向いています。

マシンバイスには、ボール盤用やフライス盤用、マシニングセンタ用、研削盤用など、工作機械に合わせた多くの種類があります。後述する「精密バイス」の大多数、「ヤンキーバイス」や「ベタバイス」などもマシンバイスの一種です。

参考:【切削加工とは?】特徴・種類・注意点を動画と一緒にご紹介します!

精密バイス

精密バイスは、工作物との接触面やバイス本体の取り付け面などの寸法が高精度のバイスです。その本体は、精密に研磨されており、高い水準の直角度や平行度を実現しています。主に機械加工に取り付けて用いられます。

上述したように、工作機械の種類に合わせた専用の精密バイスが豊富に販売されています。一方で、汎用の精密バイスも市販されており、それが精密性を要する手仕上げなどに用いられることがあります。

また、精密バイスは、浮き上がり防止機能を備えたものが多く、回転台も始めから付いていたり、オプションで付けられたりするものがほとんどです。

ベンチバイス(取り付けバイス)

ベンチバイスとは、作業台への脱着が簡単にできる手仕上げ用のバイスのことです。取り付けバイスとも呼ばれます。DIYやホビークラフトなどで用いられることが多く、家庭にてよく利用されるバイスです。

横バイスなどは、ボルトで作業台に固定し、取り外すことはほとんどありません。それに対し、ベンチバイスは、工作物を固定する口金のほかに、作業台への取り付け用のクランプが搭載されているため、簡易な脱着が可能となっています。

シャコ万力

引用元:「19. シャコ万力」岡野機器株式会社

シャコ万力は、上図のような構造の手仕上げ用のバイスです。口の開きをボルトによって調整し、口に対象物を挟んで固定します。対象物を挟み込んで固定する工具という点では他のバイスと同様ですが、どちらかと言うとクランプに近い役割を果たすバイスです。なお、日本ではバイスの分類となっていますが、日本以外ではクランプに分類されています。

シャコ万力は、ネジ留めや仮組み、接着、溶接、穴あけといった簡単な作業時・加工時の保持・固定具として主に用いられるバイスです。その一方、強固な固定が必要な研磨などの加工、高い精度が必要な工作機械による加工などにはほとんど用いられません。

シャコ万力のサイズは、最大口開(口の開きの最大長さ)で表されますが、口の深さ(奥行き)も固定可能な材料のサイズを見積る上で重要です。シャコ万力は、小さなものから大きなものまで、様々なサイズのものが流通しているので、望みの寸法のシャコ万力を見つけることは難しくないでしょう。

シャコ万力は、多くの場合、複数の材料を一緒に挟み込むことで、材料間の相対位置を固定するという使い方をします。このような使い方をする場合、長い材料や重い材料は、複数のシャコ万力を使って確実に固定することが推奨されます(下図中の下図参照)。なお、シャコ万力で挟む部分は、材料同士の重なりを広く取ることが重要です(下図中の上図参照)。重なりが小さいと、シャコ万力が外れたり、材料が破損したりすることがあります。

引用元:「19. シャコ万力」岡野機器株式会社

また、シャコ万力は、材料と作業台とを一緒に挟み込むことで、材料を作業台へ固定するという使い方をするときがあります。

シャコ万力には、いくつかの種類がありますが、ここでは、代表的なB型(バーコ型)とC型についてご紹介します。

●B型(バーコ型)

B型は、口の奥が平坦で、口の深さに比べて口の開きが長いシャコ万力です(見出し「シャコ万力」の下図参照)。バーコ型とも呼ばれます。断面がI型ですが、コーナーには補強肉が施されています。

●C型

引用元:「19. シャコ万力」岡野機器株式会社

C型は、丸みがあるシャコ万力です(上図参照)。B型に比べて、口の奥行きが深く、物を深くまで挟み込めるという特徴があります。強度も高く、重量物の固定に向いています。

ヤンキーバイス

ヤンキーバイスは、ボール盤用のマシンバイスです。本体の側面と背面が直角になっているため、横置きや縦置きでも使用することができます。多くのヤンキーバイスで口金にV溝が付いており、丸物も固定できるようになっています。精密バイスと同様に寸法精度が高いバイスで、精密ボール盤バイスという名称で販売されていることもあります。

バイスの傾斜角度を0°から90°まで調整できるアングル羽根が付いているものもあります(下図参照)。アングル羽根が付いているヤンキーバイスでは、加工物を着脱することなく、様々な角度からの穴あけを行うことが可能です。

引用元:MEKASYS「ERON精密小型ボール盤バイス(ヤンキーバイス)・スイベルアングルバイス」株式会社日伝

ベタバイス

ベタバイスは、ボール盤用のマシンバイスで、ヤンキーバイスを簡素化したような構造を持ちます。ヤンキーバイスでは可能だった縦置きでの加工はできず、横置きにして加工を行います。寸法精度は、精密バイスと同様に高くなっています。

アングルバイス

引用元:通販モノタロウ「TRUSCO U型アングルバイス」株式会社MonotaRO(ものたろう)

アングルバイスは、ボール盤やフライス盤などで用いられるマシンバイスです。工作物の傾斜角度を0°から90°まで変えることが可能で、工作物を着脱することなく様々な角度から加工ができます(上図参照)。回転台が付属しているものもあり、その場合、工作物の口金に覆われている部分以外であれば、任意の方向からの加工が可能です。

ちなみに、アングル羽根が付属しているヤンキーバイスと同等の機能を持つのがアングルバイスです。

パイプ万力

パイプ万力は、パイプバイスとも呼ばれるパイプ加工専用のバイスです。円筒形状のパイプを固定することから、口金は平行ではなくV字形状で、上下からパイプを噛むように挟んでパイプが回転しないように保持します。手仕上げ用のバイスで、主に水道やガスの配管業者が使用します。

具体的な用途はパイプの固定ですが、パイプの切断やパイプへのネジ切り、パイプと継手の溶接や締結などを行う際に主に用いられます。

パイプ万力は、通常、持ち運びが可能な作業台にボルトで取り付けて使用します。一方で、三脚が付いた脚付パイプ万力も市販されており、脚付パイプ万力は工事現場でそのまま使用できます。

なお、パイプ万力は、適合するパイプのサイズが決まっているため、パイプのサイズに合わせてパイプ万力を選定する必要があるので注意しましょう。

サインバイス

サインバイスは、主に研削加工に用いられるマシンバイスで、精密に傾斜角度の設定を行うことができるという特徴を持ちます。設定可能な傾斜角の範囲は、1°から45°程度までが標準的です。

サインバーと呼ばれる角度を任意に設定可能な器具が組み込まれており、通常はサインバーの下にブロックゲージを挟んで傾斜角を設定します。

バイス(万力)材質ごとの特徴

バイスの材質には、一般的な鋳鉄や鉄鋼(スチール)のほか、炭素工具鋼などの特殊鋼、ステンレス鋼などの合金鋼、アルミ合金など、多様な金属が使われています。ここでは、バイスの材質として代表的なダクタイル鋳鉄、ねずみ鋳鉄、特殊鋼、スチールの特徴について説明します。

ダクタイル鋳鉄製

ダクタイル鋳鉄(FCD材)は、球状黒鉛鋳鉄とも呼ばれる、鋳鉄の中でも強度と延性に優れた鋳鉄です。鋳造前に、安価なマグネシウムを添加することで製造可能な低コストの材料です。

ねずみ鋳鉄(FC材)に比べて、数倍の強度を持ち、粘り強さも兼ね備えています。引張強さが、ねずみ鋳鉄ではおよそ100MPa〜350MPaであるのに対して、ダクタイル鋳鉄ではおよそ400MPa〜700MPaにも達します。ただし、ねずみ鋳鉄が示す優れた振動吸収性能は備えていません。

摩耗や衝撃に強く、亀裂も生じにくいことから、強度が必要な鉄道部品や自動車部品、水道管、各種工具などに幅広く利用されています。

ダクタイル鋳鉄は、バイスの材質としても有用で、様々な種類のバイスに使われています。特にその優れた強度と頑丈さから、強力に締め付けたときでも壊れにくいため、強い締結力が必要なバイスの材質に採用されています。

鋳鉄製

鋳鉄は、炭素の含有率が2.14%超の鋳造によって製造された鉄のことです。上述のダクタイル鋳鉄やねずみ鋳鉄も鋳鉄の一種です。

その中でも、ねずみ鋳鉄は、普通鋳鉄や一般鋳鉄とも呼ばれる、最も一般的な鋳鉄です。引張強さが小さく、展延性も乏しい材料ですが、耐摩耗性や耐熱性には優れ、高い振動吸収性能を持っています。これらの長所から、耐摩耗性を活かしたマンホールの蓋、耐熱性を活かした防火戸、減衰性を活かした機械部品などの用途があります。

ねずみ鋳鉄は、バイスの材質としては、ベンチバイスや軽作業用の小型の横バイス、ボール盤用のベタバイスなどに採用されています。

参考:鉄・鋼・鋳鉄の違いは炭素の量|鋳物の特徴など

特殊鋼製

特殊鋼は、鉄にニッケルやクロムなどの元素を添加することで、耐熱性や耐食性、耐摩耗性などを向上させたり、特殊な性質を持たせたりした鉄鋼です。

バイスには、例えば、以下のような特殊鋼が使われています。

・ステンレス鋼…クロムやニッケルなどの添加によって耐食性などを向上させた鉄鋼

・炭素工具鋼(SKS材)…少量のクロムやタングステン、バナジウム、ニッケルなどの添加によって靭性や耐摩耗性、耐衝撃性などを向上させた鉄鋼

・クロムモリブデン鋼(SCM材)…クロムとモリブデンの添加によって硬度や靭性、耐食性を向上させた鉄鋼

ステンレス鋼や炭素工具鋼は、精密バイスやヤンキーバイス、アングルバイスといったマシンバイスの材質によく採用されています。一方、クロムモリブデン鋼は、横バイスの口金に用いられていることがあります。

参考:SUS304とSUS430の意味とは? 使い分けや特徴も分かりやすく解説!

参考:SCM435(クロムモリブデン鋼)材質、硬度、強度、比重、用途

スチール製

スチールは、安価で種類も豊富であることから、多くのバイスの材質に採用されている素材です。

例えば、以下のようなスチールが使われています。

・SS400…引張強さが400MPa以上である強靭な鋼材

・S45C…炭素含有量が0.45%前後で硬度が高い鋼材

・S15CK…浸炭焼入れ(表面に炭素を浸透させる処理)専用の低炭素鋼で、内部が柔軟な状態のまま、表面のみの硬化が可能な鉄鋼

SS400はバイスのネジ部などに、S45Cはシャコ万力やバイスのネジ部などに、S15CKはバイスの口金などによく使われています。

参考:SS400とS45Cの違いを徹底解説【専門家が語る】製品による使い分け

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この記事を書いた人
株式会社Catallaxy

株式会社Catallaxyは "未来の製造業をつくる" をミッションに掲げ、製造業における従来のサプライチェーン/バリューチェーンの刷新を目指しています。記事内容に関するお問い合わせはこちらへ。

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