JP2005246488A - ワークホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】 大形化を抑えつつ、被保持部の大きさが異なる複数種類のワークピースを保持するワークホルダを提供する。
【解決手段】 ケーシング４００に２つのレバー４０６を回動可能に取り付け、その自由端部にそれぞれ支持板４９０，突起部材４９２を備えた保持部材４０４を設ける。回転軸４１２の回転を、雄ねじ部材１８０，雌ねじ部材１８２，突部２００，溝２０２を含む運動変換装置９２によりレバー４０６の回動運動に変換し、保持部材４０４を移動させてワークピース１０を保持させる。ワークピース１０の保持部材４０４が係合する２つの被係合面間の距離が大きい場合、保持部材４０４がケーシング４００から大きく離間するが、ワークピース１０を保持する場合以外にはレバー４０６をケーシング４００側へ回動させ、閉じておくことができ、ワークホルダ３００の大形化を回避しつつ、大きさが異なる複数種類のワークピース１０を保持し得る。
【選択図】 図２

Description

本発明はワークホルダに関するものであり、特に、２つの係合部材を互いに接近・離間させてワークピースを保持するワークホルダに関するものである。

この種のワークホルダは、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているように既に知られている。特許文献１に記載のワークホルダは、カムを利用して一対の挟持爪を互いに接近，離間させ、ワークピースを挟持，解放するように構成されている。このワークホルダは、ハウジングにより相対回転可能に保持され、工作機械の主軸により回転させられる回転軸と、ハウジングにより相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能であって、回転軸と同心に保持された作動軸と、回転軸に固定の円筒状の駆動カムと、作動軸に、駆動カムと対向して設けられた円筒状の被駆動カムと、ハウジングにより、回転軸の回転軸線と直交する一直線上において互いに接近・離間可能に設けられた一対の挟持爪と、作動軸と一対の挟持爪とを連結する一対のリンクとを備えている。駆動カムと被駆動カムとの互いに対向する端面にはそれぞれ、山部と谷部とを９０度の回転角度間隔で有する波形のカム面が形成されており、作動軸は、ばねにより、駆動カムと被駆動カムとのカム面同士が噛み合う向きに付勢されている。駆動カムと被駆動カムの各カム面の山部と谷部とが互いに噛み合う状態から回転軸が主軸により９０度回転させられれば、各カム面の山部同士が当接する状態となり、作動軸が回転軸から離間する向きに移動させられ、一対のリンクが回動させられて一対の挟持爪が案内装置により案内されつつ互いに離間させられ、ワークピースを解放する。回転軸が主軸により更に同じ方向にあるいは逆方向に９０度回転させられれば、山部と谷部とが噛み合う状態となり、一対の挟持爪が案内装置により案内されつつ互いに接近させられてワークピースを挟持する。

また、特許文献２に記載のワークホルダは、ラックおよびピニオンを利用して一対の把持部材を互いに接近，離間させ、ワークピースを把持，解放するように構成されている。このワークホルダは、ハウジングにより相対回転可能に保持され、主軸により回転させられる回転軸と、その回転軸に同心に、相対回転不能にかつ軸方向に相対移動不能に設けられたピニオンと、ハウジングにより回転軸の回転軸線と直角に立体交差する方向に相対移動可能に保持され、ピニオンに噛み合わされた一対のラックと、それらラックの各々に保持された把持部材とを備えている。一対のラックは互いに平行に設けられており、回転軸が主軸により回転させられれば、ピニオンが回転させられ、一対のラックが互いに反対方向へ移動させられて一対の把持部材が互いに離間させられ、ワークピースを解放する。回転軸が逆向きに回転させられれば、一対のラックが上記とは逆向きに移動させられ、一対の把持部材が互いに接近させられてワークピースを保持する。
特開平９−２９５７４号公報 特開２００３−１８１７３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のワークホルダは、被保持部の大きさが異なる複数種類のワークピースの保持に適さない問題がある。一対の挟持爪は直線移動により互いに接近，離間させられてワークピースを保持・解放するため、被保持部の大きさが異なる複数種類のワークピースを１つのワークホルダによって保持しようとすれば、一対の挟持爪の接近・離間距離を大きくすることが必要である。しかし、そのためには案内装置が大形となり、ワークホルダが大形となる。被保持部の大きさに応じてワークホルダを複数種類用意すれば、被保持部が小さいワークピースを保持するワークホルダは小形に構成することができるが、複数種類のワークホルダが必要であり、ワークピースの保持に要するコストが高くなる。
また、特許文献２に記載のワークホルダにおいても同様の問題がある。このワークホルダにおいては、保持部材がラックの移動により直線移動させられるため、被保持部の大きさが異なる複数種類のワークピースを保持しようとすれば、ラックを長くして保持部材の移動距離を大きくすることとなり、ワークホルダが大形となることを避け得ないのである。
本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、大形化を抑えつつ、大きさが異なる複数種類のワークピースを保持することができるワークホルダを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本願の第一発明に係るワークホルダは、被支持面と、その被支持面と交差する方向に延びた互いに反対向きの２つの被係合面とを備えたワークピースを保持するワークホルダであって、 (A)本体部材と、 (B)前記被支持面を支持する支持面を備えた少なくとも１つの支持部材と、 (C)前記２つの被係合面と係合する２つの係合部材と、 (D)それぞれ前記本体部材に保持され、それぞれ前記２つの係合部材の各々を保持するとともに、少なくとも一方が前記支持部材をも保持する２つのレバーと、 (E)それら２つのレバーを回動させることにより、前記２つの係合部材を互いに接近・離間する方向に移動させる駆動装置とを含むように構成される。

本願の第二発明に係るワークホルダは、一面に開口する開口を備えたワークピースを保持するワークホルダであって、 (a)本体部材と、 (b)それぞれ前記一面に接触して前記ワークピースを支持する支持面を備えた２つの支持部材と、 (c)それら支持部材の前記支持面の各々から突出し、前記開口内に入り込んで開口の内側面に係合する２つの係合部材と、 (d)それぞれ前記本体部材に保持され、各々前記一対の支持部材の各々を保持する２つのレバーと、 (e)それらレバーを回動させることにより、前記２つの支持部材を前記２つの係合部材が互いに接近・離間する方向に移動させる駆動装置とを含むように構成される。

第一発明に係るワークホルダにおいて、係合部材と支持部材とは、互いに直接固定されていてもよく、レバー等他の部材を介して間接的に固定されていてもよい。また、互いに一体に構成されていてもよい。
本発明に係るワークホルダにおいては、駆動装置によって２つのレバーが回動させられ、２つの係合部材が被係合面に係合させられてワークピースを保持する。また、２つの係合部材がワークピースに係合するとき、支持部材が支持面においてワークピースの被支持面に接触可能となり、ワークピースを支持することが可能な状態とされる。駆動装置によって２つのレバーが逆方向に回動させられれば、２つの係合部材が被係合面から離間させられてワークピースを解放するとともに、支持部材が被支持面から離間させられてワークピースを解放する。
レバーの長さ、すなわちレバーの回動軸線と係合部材との距離と、レバーの回動角度との少なくとも一方の設定により、２つの係合部材の最大接近・離間距離を変えることができる。したがって、レバーを、被保持部の大きさが異なる複数種類のワークピースを保持可能な長さを有するものとし、２つの被係合面間の距離に応じてレバーの回動角度を設定することにより、複数種類のワークピースを保持することができる。２つの被係合面間の距離が大きいワークピースを保持する際にはレバーが回動させられて係合部材が本体部材から大きく離間させられるが、ワークピースを保持する場合以外には、レバーを本体部材側へ回動させ、閉じておくことができ、ワークホルダが大形となることを回避しつつ、大きさが異なる複数種類のワークピースを保持し得るワークホルダを得ることができる。
また、本ワークホルダは支持面を備えており、ワークピースを面によって支持することができるため、ワークピースを安定して保持することができる。例えば、被支持面が下向きであり、支持面が上向きに設けられる場合、支持部材はワークピースを下方から支持することができ、ワークピースが重い場合、特に、重くかつ重心が２つの係合部材により保持される２つの被係合部を結ぶ直線から外れていて、その直線まわりの回転トルクが生じる場合でも、安定して保持することができる。被支持面が上向きの面である場合には、支持面が下向きの面となるが、ワークピースの２つの被係合部を結ぶ直線まわりの回転はやはり支持面により防止され、ワークホルダは重いワークピースでも安定して保持することができる。被支持面および支持面が垂直あるいは傾斜している場合でも同様である。ワークピースを安定して保持するためには支持部材を２つ設けることが望ましいが、例えば、ワークホルダが加工機械に設けられ、装置間におけるワークピースの受渡しに用いられる場合、ワークピースを加工時ほど精度良く強固に保持しなくてよく、支持部材は１つでもよい。支持面が１つであっても、面によってワークピースを広く支持することができ、１つで足る場合もあるのである。

第二発明に係るワークホルダにおいても、係合部材と支持部材とは、互いに直接固定されていてもよく、レバー等他の部材を介して間接的に固定されていてもよい。また、互いに一体に構成されていてもよい。
本ワークホルダにおいては、２つの係合部材が開口の内側面に係合してワークピースを保持するとともに、２つの支持面がワークピースを支持する。２つの係合部材はそれぞれ内側面に、互いに離間する方向に力を加えて係合し、２つの支持面はその近傍においてワークピースを支持し、ワークピースが安定して保持される。第二発明に係るワークホルダにより保持されるワークピースは、第一発明に係るワークホルダにより保持されるワークピースの一種であり、第一発明に係るワークホルダによっても保持することができる。
第二発明に係るワークホルダにおいても、レバーの長さおよび回動角度の設定により、大形化を抑えつつ、開口の大きさが異なる複数種類のワークピースを保持することができる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、 (1)項が請求項１に相当し、 (2)項が請求項２に、 (4)項および (5)項を併せたものが請求項３に、 (6)項および (7)項を併せたものが請求項４に、 (8)項が請求項５に、 (9)項が請求項６にそれぞれ相当する。

（１）被支持面と、その被支持面と交差する方向に延びた互いに反対向きの２つの被係合面とを備えたワークピースを保持するワークホルダであって、
本体部材と、
前記被支持面を支持する支持面を備えた少なくとも１つの支持部材と、
前記２つの被係合面と係合する２つの係合部材と、
それぞれ前記本体部材に保持され、それぞれ前記２つの係合部材の各々を保持するとともに、少なくとも一方が前記支持部材をも保持する２つのレバーと、
それら２つのレバーを回動させることにより、前記２つの係合部材を互いに接近・離間する方向に移動させる駆動装置と
を含むワークホルダ。

（２）一面に開口する開口を備えたワークピースを保持するワークホルダであって、
本体部材と、
それぞれ前記一面に接触して前記ワークピースを支持する支持面を備えた２つの支持部材と、
それら支持部材の前記支持面の各々から突出し、前記開口内に入り込んで開口の内側面に係合する２つの係合部材と、
それぞれ前記本体部材に保持され、各々前記一対の支持部材の各々を保持する２つのレバーと、
それらレバーを回動させることにより、前記２つの支持部材を前記２つの係合部材が互いに接近・離間する方向に移動させる駆動装置と
を含むワークホルダ。
（３）前記支持部材が長手形状をなし、それの長手方向と前記レバーの長手方向との成す角度が変更可能である (1)項または (2)項に記載のワークホルダ。
本項のワークホルダによれば、例えば、ワークピースの形状，寸法等に応じて支持面によるワークピースの支持位置を変更することができ、より安定してワークピースを保持することが可能となる。

（４）前記本体部材に回転軸が相対回転可能に保持されており、前記駆動装置が、その回転軸と、その回転軸の本体部材に対する相対回転を前記２つのレバーの回動に変換する運動変換装置とを含む (1)項ないし (3)項のいずれかに記載のワークホルダ。
回転軸が回転させられることにより運動変換装置を介してレバーが回動させられ、係合部材がワークピースを保持・解放する。
運動変換装置は、例えば、(8)項に記載のワークホルダのように、互いに螺合された第一，第二ねじ部材を含む装置とされ、あるいは、カムおよびカムフォロワを含む装置とされる等、種々の構成が採用可能である。後者の運動変換装置は、回転軸と共にカムを回転させるとともに、カムにより与えられるカムフォロワの運動によって２つのレバーを直接回動させる装置とされる。
（５）前記回転軸が加工機械の主軸に取り外し可能に取り付けられ、前記本体部材が加工機械の非回転部と係合させられる (4)項に記載のワークホルダ。
本項のワークホルダは、加工機械に取り付けられて、例えば、加工機械において加工されるワークホルダのワーク取付部に対する取付け，取外しに用いられる。本体部材は非回転部との係合により回転を阻止され、回転軸が主軸により回転させられてレバーが回動させられる。工作機械の主軸の回転を利用してレバーが回動させられ、ワークピースの保持・解放が容易にかつ安価に行われる。
（６）前記支持部材の支持面が前記回転軸の軸線に平行である (4)項または (5)項に記載のワークホルダ。
本項によれば、例えば、ワークホルダを回転軸線と交差する方向においてコンパクトに構成することができる。
（７）前記支持部材の支持面が一平面上に位置し、その一平面の片側に前記本体部材，支持部材，レバーおよび駆動装置が配置された (6)項に記載のワークホルダ。
支持面の片側に本体部材等を配置すれば、支持面の本体部材等とは反対側の空間が空き、例えば、形状，寸法等が種々に異なるワークピースを本体部材等との干渉を生じることなく、支持面に支持させることができる。
本項のワークホルダであって、２つの係合部材のそれぞれに対応して支持部材が設けられる場合には、それら支持部材の各支持面がそれぞれ一平面上に位置させられる。２つの支持部材の支持面が同一平面上に位置することは不可欠ではなく、例えば、互いに平行な異なる２つの平面内にそれぞれ位置するように支持面を設けてもよい。この支持面を有するワークホルダは、例えば、段付き状の部分を備え、互いに平行な異なる２つの平面内にそれぞれ位置する２つの被支持面を有するワークピースの保持に適している。

（８）前記運動変換装置が、
前記回転軸と共に回転する第一ねじ部材と、
前記本体部材に相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に保持され、前記第一ねじ部材と螺合された第二ねじ部材と
を含み、第二ねじ部材の前記本体部材に対する軸方向の相対移動を前記２つのレバーの回動に変換するものである (4)項ないし (7)項のいずれかに記載のワークホルダ。
第一ねじ部材および第二ねじ部材は、回転軸と同軸に配設してもよく、異なる軸線上に配設してもよい。例えば、第一，第二ねじ部材を回転軸の軸線を含む一平面内に位置し、回転軸の軸線と平行な軸線上に配設してもよい。この場合、例えば、第一ねじ部材と回転軸との間に、回転軸の回転を第一ねじ部材に伝達する回転伝達装置が設けられ、第一ねじ部材が回転軸と共に回転するようにされる。
本項のワークホルダにおいては、回転軸が回転させられ、第一ねじ部材が回転させられることにより、第一ねじ部材に螺合された第二ねじ部材が軸方向に移動させられ、２つのレバーが一斉に回動させられて係合部材がワークピースを保持・解放する。第一ねじ部材は、ワークピースを保持する場合と解放する場合とにおいて互いに逆向きに回転させられ、２つのレバーが一斉にワークピース保持方向あるいは解放方向に回動させられる。
本ワークホルダによれば、回転軸の回転を利用して係合部材にワークピースを保持，解放させるのであるが、回転軸の回転角度、すなわち回転軸を回転させる回転軸駆動装置の回転角度の制御を容易に行うことができる。第一，第二ねじ部材のねじのリード角を小さくすれば、第一ねじ部材の同じ回転角度に対する第二ねじ部材の軸方向の移動距離を短くすることができ、回転軸の実際の回転角度がワークピースの保持に必要な角度より多少大きくても、第二ねじ部材の軸方向の移動距離の増大が小さくて済む。したがって、ワークピースを保持，解放するための回転軸の回転角度が、保持に適した角度よりやや大きめになっても、ワークピースに過大な保持力を加えて破損することなく、確実に保持することができ、回転軸の回転角度の制御を低くすることができ、制御が容易になる。
また、本ワークホルダは、被保持部の大きさが異なる複数種類のワークピースの保持に適している。回転軸および第一ねじ部材の回転角度を大きくすれば、レバーの回動角度が大きくなって係合部材の移動距離が大きくなるため、複数種類の被保持部の寸法に合わせて、それらを保持，解放するための回転軸の回転角度範囲（保持角度と解放角度との間の角度範囲）を複数種類設定することにより、被保持部の大きさの違いに対応することが容易なのである。

（９）前記第一ねじ部材が前記本体部材に相対回転可能に保持されており、その第一ねじ部材と前記回転軸との間に、設定値以下のトルクは伝達するが設定値を超えるトルクは伝達しないトルクリミッタが設けられた (8)項に記載のワークホルダ。
ワークピースを保持する際、２つの係合部材がワークピースに係合し、保持した状態から更に回転軸が回転させられ、第一ねじ部材が回転させられれば、係合部材がワークピースを保持する力が過大になり、ワークピースと係合部材との少なくとも一方が破損する恐れがある。それに対し、トルクリミッタが設けられていれば、２つの係合部材がワークピースに係合し、保持した状態から更に、回転軸が回転させられても、設定値を超える回転トルクは第一ねじ部材に伝達されない。そのため、例えば、回転軸の回転角度制御に誤差があっても、ワークピースを破損することなく、保持することができる。また、係合部材が摩耗しても、２つの係合部材の接近・離間距離の不足が自動的に回避され、確実にワークピースが保持される。
さらに、運動変換装置を第一，第二ねじ部材を含んで構成することにより容易になる回転軸の回転角度制御が、さらに容易になる。回転軸の回転角度が大きくても、トルクリミッタにより第一ねじ部材への設定値を超えるトルクの伝達が阻止され、ワークピースの破損が回避されるからである。
（１０）前記トルクリミッタが、
常に前記第一ねじ部材と共に回転する第一リミッタ部材と、
常に前記回転軸と共に回転する第二リミッタ部材と、
それら第一リミッタ部材と第二リミッタ部材との一方にその一方の回転軸線を中心とする一円周上に複数設けられた第一係合部と、第一リミッタ部材と第二リミッタ部材との他方に保持されて前記第一係合部と弾性的に係合する第二係合部とであって、第一リミッタ部材と第二リミッタ部材との相対回転トルクが前記設定値以下である場合は第二係合部が弟一係合部から外れず、前記設定値を超える場合は外れるものと
を含む (9)項に記載のワークホルダ。
第一ねじ部材と第一リミッタ部材および第二ねじ部材と第二リミッタ部材とは、それぞれ同軸に配設してもよく、異なる軸線上に配設してもよい。
第一リミッタ部材と第二リミッタ部材とは、相対回転トルクが設定値を超えれば相対回転するが、第一係合部が複数設けられているため、回転軸が停止したとき、第一，第二リミッタ部材の位相を問わず、第一係合部と第二係合部とが互いに係合し、トルクリミッタが、設定値以下のトルクは伝達するが、設定値を超えるトルクは伝達しない状態に自動的に復帰し易い。そのため、例えば、ワークピースの保持後、ワークピースを解放する際に作業者が第一，第二係合部を互い係合させて回転軸の回転が第一ねじ部材に伝達されるようにしなくて済むことが多い。
（１１）前記第一係合部と第二係合部とが軸方向において互いに対向する(10)項に記載のワークホルダ。
第一リミッタ部材と第二リミッタ部材とは、一方を他方の内側あるいは外側に相対回転可能に嵌合し、第一係合部と第二係合部とが、回転軸線と直交する方向において互いに対向するようにすることも可能である。しかし、第一係合部と第二係合部とを軸方向において互いに対向させれば、トルクリミッタをコンパクトに構成することができる。
（１２）前記第一係合部が、前記一円周に沿って連続的に形成された波形の凹凸部の一部分ずつにより構成された(10)項または(11)項に記載のワークホルダ。
波形の凹凸部の、回転軸が停止した際に第二係合部と係合する部分が第一係合部を構成
し、回転軸の回転停止時における第一係合部と第二係合部との相対位相のいかんを問わず、第一，第二係合部が係合し、トルクリミッタとして機能する状態が得られる。
（１３）前記第二係合部が、
前記第一リミッタ部材と第二リミッタ部材との前記他方に設けられた収容凹部と、
その収容凹部の先端開口から少なくとも一部が外部に突出可能に保持されたボールと、
前記収容凹部内に配設され、前記ボールを突出方向に付勢する弾性部材と
を備えた(10)項ないし(12)項のいずれかに記載のワークホルダ。
相対回転トルクが設定値以下の状態では、ボールは第一，第二リミッタ部材の一方に係合した状態を保ち、両リミッタ部材を一体的に回転させる。相対回転トルクが設定値を超えたならば、ボールは弾性部材の付勢力に抗して収容凹部内に引っ込み、第一，第二リミッタ部材の相対回転を許容し、トルクの伝達が遮断される。
相対回転トルクの設定値は、弾性部材の弾性力に応じた大きさに設定される。第二係合部が複数設けられる場合、その数は、複数の弾性部材の弾性力に応じた相対回転トルクの和が設定値となるように選定される。
（１４）前記第一リミッタ部材が前記第一ねじ部材と同軸に設けられた(10)項ないし(13)項のいずれかに記載のワークホルダ。
第一リミッタ部材を第一ねじ部材とは、異なる軸上に設けてもよい。この場合、例えば、第一リミッタ部材と第一ねじ部材との間に回転伝達装置を設けて第一リミッタ部材の回転が第一ねじ部材に伝達され、共に回転するようにする。本項のワークホルダによれば、例えば、ワークホルダを、回転軸の回転軸線と交差する方向に関してコンパクトに構成することができる。
（１５）前記第一ねじ部材が前記回転軸と同軸に配設された (8)項ないし(14)項のいずれかに記載のワークホルダ。
本項のワークホルダによれば、例えば、ワークホルダを、回転軸の回転軸線と交差する方向に関してコンパクトに構成することができる。
（１６）前記運動変換装置が、前記本体部材に前記回転軸の回転軸線に平行な方向に移動可能に保持され、第一係合部を有する可動部材と、
前記２つのレバーの各々に設けられ、前記第一係合部と係合する第二係合部と
を含み、それら第一係合部と第二係合部とが、前記可動部材の移動を前記２つのレバーの各々の回動に変換可能な状態で係合する (4)項ないし(15)項のいずれにか記載のワークホルダ。
第一係合部は２つの第二係合部に共通に一つ設けられても、第二係合部の各々に対応して１つずつ設けられてもよい。
（１７） (1)項ないし(16)項のいずれかに記載のワークホルダと、
先端部に加工工具を着脱可能に保持する工具保持装置を備えて回転する工具主軸と、
前記加工工具により加工されるべきワークピースが取り付けられるワーク取付部と、
それら工具主軸とワーク取付部とを相対移動させて、工具主軸の工具保持装置に保持された前記ワークホルダに、前記ワークピースを保持させて前記ワーク取付部に取り付けさせるとともに、そのワークホルダの代わりに工具保持装置に保持された加工工具に、ワーク取付部に取り付けられたワークピースを加工させる相対移動装置と
を含む加工機械。
工具主軸，工具保持装置および相対移動装置を利用してワークホルダにワーク取付部へのワークピースの取付けを行わせることができる。ワークホルダを専用の相対移動装置により移動させ、ワーク取付部へのワークピースの取付けを行わせる場合に比較して、加工機械を簡易にかつ安価に構成することができる。また、ワークホルダを、加工工具用の収容装置に収容するようにすれば、専用の収容スペースも不要となる。
工具主軸の工具保持装置に保持されているワークホルダを加工工具と交換し、あるいは加工工具をワークホルダと交換する自動交換機能は、相対移動装置とは別に設けられた自動工具交換装置が果たすようにすることも可能である。しかし、相対移動装置が自動交換機能の少なくとも一部を果たすようにすることも可能であり、そうすれば構成を一層単純化し得る。

以下、本請求可能発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１には本請求可能発明の実施例である加工機械が概略的に図示されている。本加工機械はマシニングセンタであり、ワークピース１０を始めとする種々のワークピースが加工される。ワークピース１０は、その一面であって、軸線に直角な外面である端面１２に開口する開口１４を備えている。開口１４の内側面１６は、本実施例では環状を成し、端面１２と直交する面とされている。ワークピース１０は、例えば、自動車のトランスミッションのハウジングであり、内側面１６は円筒面を成す。

本加工機械は、図１に概略的に示すように、ワークホルダ３００，主軸としての工具主軸３０２（図２参照），ワーク保持治具３０４，相対移動装置としての工具主軸移動装置３０６，工具等収容装置３０７および自動工具交換装置３０８を含む。本加工機械は、工具主軸３０２の回転軸線が水平に設けられた所謂横型の機械であり、工具主軸移動装置３０６は、水平面内において互いに直交する２方向（一方をＸ軸方向、他方をＹ軸方向とする）および鉛直方向（Ｚ軸方向とする）に工具主軸３０２を移動させる。そのため、工具主軸移動装置３０６は、Ｘ軸移動装置３１０，Ｙ軸移動装置３１２およびＺ軸移動装置３１４を含む。Ｘ軸移動装置３１０のＸ軸移動部材３１６は、エンコーダ付サーボモータ（図示省略）を駆動源とするＸ軸駆動装置によりＸ軸方向に移動させられ、Ｙ軸移動装置３１２のＹ軸移動部材３１８は、Ｘ軸移動部材３１６上において、エンコーダ付サーボモータを駆動源とするＹ軸駆動装置によりＹ軸方向に移動させられる。Ｚ軸移動装置３１４のＺ軸移動部材３２０は、Ｙ軸移動部材３１８上において、エンコーダ付サーボモータを駆動源とするＺ軸駆動装置によりＺ軸方向に移動させられる。Ｚ軸移動部材３２０上には主軸ハウジング３３０が設けられ、加工機械の非回転部を構成し、工具主軸３０２をＸ軸方向に平行な水平軸線まわりに回転可能に保持しており、工具主軸３０２はエンコーダ付サーボモータを駆動源とする主軸回転駆動装置３３２により回転させられる。サーボモータは回転角度の正確な制御の可能な電動モータであり、サーボモータに替えてステップモータを用いてもよい。

ワーク保持治具３０４は、本実施例では、Ｘ軸移動装置３１０に対してＸ軸方向に隣接する位置に固定して設けられており、ワーク取付部を構成し、ワークピース１０を保持，解放する。また、Ｙ軸移動部材３１８上に工具等収容装置３０７が搭載されている。工具等収容装置３０７には、複数種類の加工工具３４２および前記ワークホルダ３００が収容されている。工具等収容装置３０７は主として加工工具３４２が収容される加工工具収容装置である。前記Ｚ軸移動部材３２０には工具主軸３０２と共に自動工具交換装置３０８が搭載されている。自動工具交換装置３０８は、水平軸線まわりに回転可能に設けられ、両端部にそれぞれ保持部３４６を備えた保持部材としての保持アーム３４８，保持アーム３４８を回転させるアーム回転駆動装置（図示省略）および保持アーム３４８を回転軸線に平行な方向に移動させるアーム移動装置（図示省略）等を含み、保持アーム３４８を回転，移動させることにより、工具主軸３０２と工具等収容装置３０７との間で加工工具３４２およびワークホルダ３００の受渡しを行う。本加工機械においてワークピース１０は、図示を省略するロボットにより搬入され、搬出される。ワークホルダ３００は工具主軸３０２に取り付けられて、ワークピース１０のロボットとの間における受渡しおよびワーク保持治具３０４との間における受渡しを行う。

ワークホルダ３００を説明する。
ワークホルダ３００は、図２に示すように、本体部材としてのケーシング４００，係合装置４０２，２つの保持部材４０４，２つのレバー４０６，駆動装置４０８およびトルクリミッタ４１０を含む。駆動装置４０８は、回転軸４１２および運動変換装置４１４を含む。ケーシング４００は、回転軸４１２を複数の軸受４１６を介してその軸線まわりに相対回転可能にかつ軸方向に相対移動不能に保持する。回転軸４１２は、そのケーシング４００からの突出部に、突出端ほど直径が直線的に減少するシャンク部４１８が設けられており、シャンク部４１８において工具主軸３０２の先端部に設けられたテーパ状の嵌合孔４２０に嵌合され、シャンク部４１８に突設されたプルスタッド（図示省略）がドローバーにより引っ張られ、工具主軸３０２内に引き込まれて保持される。また、工具主軸３０２の先端に設けられた複数の係合突起４２６がそれぞれ、シャンク部４１８の基端部に設けられた複数の係合凹部４２８に嵌入させられ、互いに係合させられることにより、回転軸４１２の工具主軸３０２に対する回転が阻止され、回転軸４１２が工具主軸３０２に共に回転可能に取り付けられる。係合突起４２６および係合凹部４２８はそれぞれ、係合部ないし回転伝達部を構成し、両者が回転伝達装置を構成している。回転軸４１２は、ドローバーによるプルスタッドの保持を解除した状態で、工具主軸３０２から抜け出す方向に移動させることにより、工具主軸３０２から取り外すことができる。

ケーシング４００は、本実施例では、複数の部材が互いに組み付けられ、固定されて成り、第一部材４４０および第二部材４４２を含む。第一，第二部材４４０，４４２は、組付け後は一体のケーシング４００として機能する。ケーシング４００は係合装置４０２により、前記主軸ハウジング３３０に係合させられて回転を阻止されるとともに、回転軸４１２の回転を許容する。係合装置４０２は、ケーシング４００に一体的に設けられたケーシング１０６と、ケーシング１０６内に回転軸４１２の回転軸線に平行な方向に移動可能に嵌合された係合部材１０８と、係合部材１０８をケーシング１０６から後方へ、すなわちケーシング４００のシャンク部４１８が突出させられた側と同じ側へ突出する向きに付勢する付勢装置の一種である弾性部材としての圧縮コイルスプリング１１０とを含む。圧縮コイルスプリング１１０はスプリングの一種であり、このスプリング１１０の付勢による係合部材１０８の移動限度は、係合部材１０８に設けられた係合部としての半径方向外向きのフランジ部１１２が、ケーシング１００に設けられたストッパとしての肩面１１４に係合することにより規定される。また、係合部材１０８は、直径方向に貫通して嵌合された係合部材としてのピン１１６が、ケーシング１０６に設けられて係合部を構成する一対の切欠１１８に嵌入させられることにより、ケーシング１０６に対する回転を阻止されている。

ピン１１６はケーシング１０６から回転軸４１２側へ延び出させられており、ワークホルダ３００が工具主軸３０２から取り外された状態では、係合部材１０８はスプリング１１０の付勢による移動限度位置にあり、ピン１１６の突出端部がシャンク部４１８の基端部に設けられた溝１２０に嵌入し、回転軸４１２のケーシング４００に対する回転を阻止する。回転軸４１２が工具主軸３０２に嵌合され、係合凹部４２８が係合突起４２６に嵌合されるとき、係合部材１０８に設けられた係合突部１２２が、主軸ハウジング３３０に設けられた係合凹部１２４に嵌入し、係合部材１０８の移動が止められる。その状態から更に回転軸４１２が工具主軸３０２に嵌合されることにより、ケーシング４００，１０６，回転軸４１２が係合部材１０８に対して軸方向に相対移動し、工具主軸３０２および主軸ハウジング３３０に接近させられ、ピン１１６が溝１２０から抜け出させられる。前記係合突起４２６は、ピン１１６が溝１２０から抜け出す前に係合凹部４２８に嵌入させられる。ピン１１６の抜出しにより、ケーシング４００と回転軸４１２との相対回転が許容され、ケーシング４００は、回転軸４１２を相対回転可能に保持し、自身は係合装置４０２によって主軸ハウジング３３０に相対回転不能に係合させられ、回転軸４１２は工具主軸３０２と共に回転可能となる。ワークホルダ３００を工具主軸３０２から取り外す際には、係合突起４２６が係合凹部４２８から抜け出す前にピン１１６が溝１２０に嵌入して回転軸４１２とケーシング４００との位相が決められる。

ワークホルダ３００は前記加工工具３４２と同様に工具主軸３０２に取り付けられる。加工工具３４２は、テーパ状のシャンク部，工具主軸３０２の係合突起４２６に嵌合される係合凹部等を備え、工具主軸３０２に相対回転不能に嵌合されるとともに、ドローバーにより工具主軸３０２内に引き込まれて保持される。本実施例では、係合突起４２６，シャンク部４１８が嵌合されるテーパ状の嵌合孔４２０およびドローバー等が工具保持装置を構成している。

ケーシング４００を構成する前記第一部材４４０は、概して円筒状を成し、第二部材４４２は、第一部材４４０の外径より大きい直径の円板の一部を切り欠いた形状を有し、第一部材４４０の開口を塞ぐ状態で同心に固定されている。ケーシング４００には、直径方向に隔たった２箇所にそれぞれ、レバー溝４６８が形成されている。これらレバー溝４６８はそれぞれ、第一部材４４０に形成され、その外周面および先端面に開口する溝４７０と、第二部材４４２に形成され、第二部材４４２を軸線方向に貫通し、その先端面および溝４７０に開口するととともに、外周面に開口する溝４８０とを含む。溝４７０，４８０の幅は同じであり、第一，第二部材４４０，４４２にわたってレバー溝４６８が形成されている。

２つのレバー溝４６８にはそれぞれ、レバー４０６が嵌合されるとともに、２つのレバー４０６はそれぞれ、その溝４７０側に嵌合された一端部において、軸４７２によりケーシング４００に、回転軸４１２の回転軸線と直角に立体交差する軸線であって鉛直であり、互いに平行な軸線まわりに回動可能に取り付けられている。レバー４０６は、溝４８０を通ってケーシング４００の先端面から突出させられており、主として溝４８０により回動を案内される。溝４８０がガイドを構成している。

２つのレバー４０６の各自由端部であって、ケーシング４００からの突出端部にそれぞれ、保持部材４０４が取り付けられている。これら２つの保持部材４０４はそれぞれ、本実施例では、支持部材としての支持板４９０および係合部材としての突起部材４９２を含む。支持板４９０は長手形状を成し、突起部材４９２は横断面形状の外周が円形を成し、図３および図４に示すように、２つのレバー４０６の自由端部にそれぞれ設けられた取付部４９４に固定手段の一種であるボルト４９６によってまとめて固定され、互いに直接固定されている。前記第二部材４４２は、図３に示すように、その外周部の、２つのレバー溝４６８を含む平面と直交する方向に隔たった箇所が、その平面と平行な切欠面５００において切り欠かれており、２つのレバー４０６の各取付部４９４はそれぞれ、図３および図４に示すように、レバー４０６の自由端部から、その長手方向に直角な方向であって、回転軸４１２の回転軸線と直角に立体交差する方向に延び出させられ、一方の切欠面５００を超えて突出させられている。なお、２つのレバー溝４６８を含む平面と直交し、切欠面５００とは反対方向に隔たった箇所も、切欠面５００と平行な切欠面５０１において切り欠かれている。

これら突出端部にそれぞれ、取付面５０２が回転軸４１２の回転軸線と平行で水平な一平面上に位置する状態で設けられ、各取付面５０２上にそれぞれ支持板４９０が載置されるとともに、突起部材４９２が、その軸線が支持板４９０の板面に対して直角（本実施例では鉛直）となる姿勢で載置され、ボルト４９６等、適宜の固定手段により併せて取付部４９４に着脱可能に固定されている。支持板４９０は、固定手段としての別のボルト５０３によっても取付部４９４に着脱可能に固定されている。２つの支持板４９０のそれぞれ、取付部４９４とは反対側の面が支持面５０４を構成し、突起部材４９２の外周面が支持面５０４に直角な係合面５０６を構成している。これら２つの支持面５０４は回転軸４１２の軸線に平行であるとともに、水平な一平面上に位置し、その一平面の片側にケーシング４００，支持板４９０，レバー４０６および駆動装置４０８が配置されている。支持板４９０については、その支持面５０４を構成する部分以外の部分が、支持面５０４が位置する一平面の片側に配置される。また、レバー４０６の自由端部は、図２に示すように、基端部に対して一平面内において屈曲させられ、支持板４９０はレバー４０６の基端部に対して傾斜した姿勢で固定されており、２つの支持板４９０は、その先端部（レバー４０６の自由端部側）が互いに接近する姿勢で固定されている。

２つの突起部材４９２は、２つの支持面５０４の各々から突出した状態で固定されており、各突起部材４９２の突出端部にはそれぞれ、図４に示すように、半径方向外向きに延び出すフランジ部５１０が設けられ、突起部材４９２，支持板４９０およびフランジ部５１０の間に円環状の溝５１２が設けられている。

前記運動変換装置４１４は、本実施例では、図２に示すように、第一ねじ部材としての雄ねじ部材１８０および第二ねじ部材としての雌ねじ部材１８２を含む。雄ねじ部材１８０は外周面に雄ねじ部１８４が形成されており、雄ねじ部材１８４のリード角は小さくされている。雄ねじ部材１８０は、回転軸４１２の軸受４１６により回転可能に支持された部分よりケーシング４００内の部分に、回転軸４１２の軸線まわりに回転可能かつ軸方向に相対移動不能に嵌合されている。雄ねじ部材１８０は、ケーシング４００により相対回転可能に保持され、回転軸４１２と同軸に配設されているのである。雌ねじ部材１８２は内周面に雌ねじ部１８６が形成されており、雄ねじ部材１８０と螺合されている。図２および図３に示すように、雌ねじ部材１８２には、その外周面に開口し、軸方向に平行に延びる係合部としての溝１８８が設けられ、ケーシング４００に半径方向に設けられた係合部としての突部１９０が嵌入させられており、それにより、雌ねじ部材１８２はケーシング４００に対して軸方向の相対移動は可能であるが、相対回転は不能とされている。したがって、雄ねじ部材１８０が回転させられれば、雌ねじ部材１８２は軸方向であって、回転軸４１２の回転軸線に平行な方向に移動させられる。

前記２つのレバー４０６はそれぞれ、図２に示すように、雌ねじ部材１８２に相対回動可能に係合させられている。これらレバー４０６にはそれぞれ、軸４７２によってケーシング４００に回動可能に連結された部分から、ケーシング４００の中心側に延び出す突部２００が設けられ、溝４７０の底壁に設けられた開口５２０を通り、雌ねじ部材１８２に設けられた２つの溝２０２の各々に回動可能に嵌入させられている。２つの溝２０２はそれぞれ、図３に一方を示すように、雌ねじ部材１８２の外周面に開口し、その軸線と直角に立体交差する方向であって、レバー４０６の回動軸線と平行な方向に貫通して互いに平行に設けられている。

突部２００は、図２に示すように、レバー４０６の回動平面（本実施例では水平面）内においてレバー４０６の回動軸線と回転軸４１２の回転軸線との両方を通る直線と直交し、レバー４０６の回動軸線と平行な軸線を中心線とする円柱の外周部の一部が切り欠かれた形状を備え、溝２０２の雌ねじ部材１８２の軸線に平行な方向に隔たった一対の側面にそれぞれ、摺動を伴う相対回動可能に接触させられている。したがって、雌ねじ部材１８２が軸方向に移動させられれば、溝２０２の移動により突部２００が軸４７２の軸線まわりに回動させられ、一対のレバー４０６が一斉に回動させられる。雌ねじ部材１８２の軸方向の移動が、溝２０２および突部２００によってレバー４０６の回動に変換されるのであり、本実施例では、溝２０２が第一係合部を構成し、雌ねじ部材１８２の溝２０２が設けられた部分が可動部材を構成し、突部２００が第二係合部を構成し、雄ねじ部材１８０および雌ねじ部材１８２と共に運動変換装置４１４を構成している。

上記雄ねじ部材１８０と回転軸４１２との間に、図２に示すように、前記トルクリミッタ４１０が設けられている。雄ねじ部材１８０の先端部、すなわち回転軸４１２のシャンク部４１８側とは反対側の端部は大径とされ、第一リミッタ部材２２０が一体に設けられている。本実施例では、第一リミッタ部材２２０は雄ねじ部材１８０と同軸に設けられ、常に雄ねじ部材１８０と共に回転する。第一リミッタ部材２２０の円環状の端面には、雄ねじ部材１８０の回転軸線を中心とする一円周に沿って、波形の凹凸部２２２が連続して形成され、第一係合部を構成している。凹凸部２２２は、図５に展開して示すように、断面形状がそれぞれ弓形を成し、雄ねじ部材１８０の回転軸線を中心として放射状に延び、交互に設けられた複数ずつの凹部２２４と凸部２２６とを含む。

回転軸４１２にはまた、図２に示すように、第一リミッタ部材２２０に軸方向において先方側ないし前方側（シャンク部４１８とは反対側）に隣接して第二リミッタ部材２３０が同心に固定されている。第二リミッタ部材２３０は回転軸４１２の先端部に嵌合され、ボルト等、適宜の固定手段によって回転軸４１２に固定されるとともに、ケーシング４００により軸受２４８を介して回転可能に保持されており、それぞれ係合部を構成するピン２５０および凹部２５２を含む回転伝達装置ないし相対回転阻止装置により、回転軸４１２の回転が第二リミッタ部材２３０に伝達される。回転軸４１２は、その前端部を第二リミッタ部材２３０を介してケーシング４００により回転可能に支持され、第二リミッタ部材２３０は常に回転軸４１２と共に回転するのであり、第二係合部を構成する複数のボールプランジャ２３２を保持している。

第二リミッタ部材２３０には、第一リミッタ部材２２０の凹凸部２２２に対向する側の面に開口し、回転軸４１２の回転軸線に平行な方向に延びる複数の収容凹部２３４が等角度間隔に設けられるとともに、それぞれボール２３６が収容されている。収容凹部２３４の開口は、ボール２３６の直径よりやや小さくされ、ボール２３６は、収容凹部２３４の先端開口から一部が外部に突出可能に保持されている。また、ボール２３６は、収容凹部２３４内に配設された弾性部材の一種であるスプリングとしての圧縮コイルスプリング２３８により、収容凹部２２８から突出する方向に付勢されており、その突出部が、前記凹凸部２２２の凹部２２４の各々に嵌入させられる。凹凸部２２２とボールプランジャ２３２とは軸方向において互いに対向し、第一，第二リミッタ部材２２０，２３０は、複数のボールプランジャ２３２の各ボール２３６がそれぞれ複数の凹部２２４の各々に係合する複数の位相で互いに係合することができる。凹凸部２２２の各位相においてボール２３６が嵌入する部分がそれぞれ第一係合部を構成し、凹凸部２２２の一部分ずつにより第一係合部が構成されている。

第一リミッタ部材２２０と第二リミッタ部材２３０との相対回転トルクが、設定値、すなわち複数のボールプランジャ２３２の各々においてボール２３６をスプリング２３８の付勢力に抗して後退させるのに必要なトルクの和以下の状態では、ボール２３６が凹部２２４に嵌入した状態に保たれ、第一，第二リミッタ部材２２０，２３０は一体的に回転させられ、回転軸４１２の回転が雄ねじ部材１８０に伝達されて、雄ねじ部材１８０が回転軸４１２と共に回転する。相対回転トルクが上記トルクの和を超えれば、複数のボール２３６がスプリング２３８の付勢力に抗して一斉に収容凹部２３４内に引っ込まされ、凸部２２６を乗り越えて第二リミッタ部材２３０が第一リミッタ部材２２０に対して回転し、回転軸４１２の回転が雄ねじ部材１８０に伝達されなくなる。ボールプランジャ２３２は、適切な設定値が得られ、２つの保持部材４０４がワークピース１０を適切に保持することができる力に対応する設定値（設定トルク）が得られる数、設けられる。

本加工機械は、制御装置５５０（図１参照）により制御される。制御装置２７０はコンピュータを主体として構成されており、ワーク保持治具３０４，工具主軸移動装置３０６，工具等収容装置３０７，自動工具交換装置３０８，主軸回転駆動装置３３２等を制御し、ワークホルダ３００によるワークピース１０の保持，開放、加工工具３４２によるワークピース１０の加工等を制御する。

ワークホルダ３００によるワークピース１０の保持を説明する。
ワークホルダ３００は、図示を省略するロボットから未加工のワークピース１０を受け取ってワーク保持治具３０４に保持させ、加工後、ワーク保持治具３０４から加工済みのワークピース１０を受け取ってロボットに渡す。そのため、加工に先立ってワークホルダ３００が工具主軸３０２に取り付けられる。工具主軸３０２は工具主軸移動装置３０６により工具等収容装置３０７へ移動させられ、自動工具交換装置３０８により、工具主軸３０２が保持した加工工具３４２が工具等収容装置３０７へ戻され、工具等収容装置３０７に収容されているワークホルダ３００が工具主軸３０２の工具保持装置に保持される。この際、前述のように、ワークホルダ３００の回転軸４１２がシャンク部４１８において工具主軸３０２の嵌合孔４２０に嵌合され、係合突起４２６と係合凹部４２８との嵌合により相対回転を阻止されるとともに、ケーシング４００が係合装置４０２により主軸ハウジング３３０に相対回転不能に係合させられて、回転軸４１２が工具主軸３０２と共に回転可能とされる。回転軸４１２は回転するが、ケーシング４００は回転せず、保持部材４０４，レバー４０６，雌ねじ部材１８２も回転しない。また、ワークホルダ３００が工具等収容装置３０７に収容された状態では、２つのレバー４０６は閉じられ、図２に示すように、長手方向が回転軸４１２の回転軸線とほぼ平行な姿勢で全体が溝４７０内に収納され、２つの保持部材４０４が互いに最も接近させられた収納位置に位置させられている。この収納位置は、非保持位置ないし解放位置でもあり、ワークホルダ３００はレバー４０６等が収納位置に位置する状態で工具主軸３０２に取り付けられる。また、本加工機械は横型であり、ワークホルダ３００は回転軸４１２が水平であって横向きとなり、２つの保持部材４０４の各支持面５０４が水平かつ上向きとなる姿勢で保持され、２つの突起部材４９２はそれぞれ支持面５０４から上方へ突出している。さらに、突部２００は、軸４７２の回動軸線を含み、レバー４０６の水平な回動平面に直角な面である鉛直面に対して軸４７２の軸線より後方側（工具主軸３０２側）の原位置に位置している。

そして、工具主軸３０２が工具主軸移動装置３０６により移動させられ、工具主軸３０２に保持されたワークホルダ３００にロボットからワークピース１０を受け取らせる。この際、２つのレバー４０６は閉じられ、図２に示すように、回転軸４１２の回転軸線とほぼ平行な姿勢でレバー溝４６８内に収納されて、非保持位置ないし収納位置に位置させられている。ワークピース１０はロボットにより、図１に示すワーク保持治具３０４により保持されたワークピース１０と同様に、その開口１４および端面１２が下向きとなる状態で保持されており、ワークホルダ３００は工具主軸移動装置３０６により移動させられ、２つの保持部材４０４およびレバー４０６がワークピース１０の下側へ進入させられるとともに、突起部材４９２が開口１４内に入り込み、突起部材４９２の軸線に平行な方向において、２つのレバー４０６が開かれることにより内側面１６に係合する位置であって、予め設定された係合位置（作動位置，保持位置でもある）へ移動させられる。

その状態で工具主軸３０２が主軸回転駆動装置３３２によりワークピース保持方向へ回転させられる。それにより回転軸４１２が回転させられるとともに、その回転がトルクリミッタ４１０を介して雄ねじ部材１８０に伝達され、雄ねじ部材１８０が回転させられる。ワークピース１０を保持する際には、ボール２３６が凹凸部２２２の凹部２２４に嵌入しており、回転軸４１２の回転により雄ねじ部材１８０が回転させられるのである。それにより、雌ねじ部材１８２が前進させられ、例えば、図６に示すように、２つのレバー４０６が一斉に対称にケーシング４００から突出する方向へ回動させられ、２つの保持部材４０４が回転軸４１２の回転軸線から離れる方向に移動させられて互いに離間させられ、２つの突起部材４９２が互いに離間させられて開かれる。そして、ワークピース１０の開口１４を画定する部分の一部が溝５１２に嵌入し、２つの保持部材４０４の各突起部材４９２の係合面５０６がそれぞれ、内側面１６の２箇所に線状に接触し、互いに共同してワークピース１０を保持する。２つの保持部材４０４がワークピース１０を保持する際の保持部材４０４およびレバー４０６の位置を保持位置（２つの保持部材４０４の接近・離間方向における保持位置である）と称する。

回転軸４１２および雄ねじ部材１８０の回転角度を大きくすれば、保持部材４０４の移動距離が大きくなり、レバー４０６の回動角度の設定により、２つの保持部材４０４の最大接近・離間距離を変えることができる。２つの保持部材４０４にワークピース１０を保持させるための工具主軸３０２の回転角度である保持角度は、ワークピース１０の大きさに応じて予め設定されている。２つの保持部材４０４にワークピース１０を解放させるための工具主軸３０２の回転角度である解放角度は、ここでは、レバー４０６等が収納位置に位置する状態での角度である。保持角度は、ワークホルダ３００がワークピース１０を確実に保持し得る大きさに設定されており、工具主軸３０２は２つの保持部材４０４の各突起部材４９２が内側面１６に係合した後も更に回転させられる。本ワークホルダ３００においては、雄ねじ部材１８０がリード角が小さいものとされており、工具主軸３０２の単位回転角度に対する雌ねじ部材１８２の移動距離、ひいては保持部材４０４の移動距離が短く、工具主軸３０２の回転停止位置に誤差が生じた場合でも、保持部材４０４の停止位置誤差が小さくて済み、工具主軸３０２の回転角度の制御精度が低くてよく、制御を容易に行うことができる。

その上、本実施例においては、トルクリミッタ４１０が設けられているため、ワークピース１０を損傷することなく確実に保持することができ、回転角度制御を一層容易に行うことができる。第二リミッタ部材２３０から第一リミッタ部材２２０に伝達される回転トルクは、突起部材４９２が内側面１６に係合するまでの間は設定値以下であるが、係合後、回転軸４１２が更に回転させられることにより急激に増大する。そして、予め設定された設定値を超えれば、ボール２３６がスプリング２３８の付勢力に抗して収容凹部２３４内に引っ込んで凸部２２６を乗り越え、第二リミッタ部材２３０が第一リミッタ部材２２０に対して回転し、雄ねじ部材１８０に設定値を超える回転トルクが伝達されることが回避される。そのため、工具主軸３０２の回転角度が大きめに設定されていても、２つのレバー４０６が無理に回動させられてワークピース１０を破損することがない。工具主軸３０２は所定角度回転させられた状態において停止させられ、ボール２３６は凹部２２４に嵌入した状態となる。凹凸部２２２は複数ずつの凹部２２４および凸部２２６を含み、工具主軸３０２の回転停止時における第一，第二リミッタ部材２２０，２３０の位相を問わず、ボール２３６は凹部２２４に嵌入して相対回転トルク伝達状態に復帰することができる。

このようにワークホルダ３００がワークピース１０を保持したならば、工具主軸３０２が工具主軸移動装置３０６により移動させられ、ワークピース１０がロボットから取り外される。そして、工具主軸３０２がワーク保持治具３０４へ移動させられ、ワークホルダ３００にワークピース１０をワーク保持治具３０４に取り付けさせるのであるが、ワークホルダ３００はワークピース１０を下側から保持し、図４に示すように、ワークピース１０の開口１４を画定する部分が溝５１２内にあって支持面５０４が端面１２の下に位置している。そのため、ワークホルダ３００は２つの支持面５０４において端面１２の開口近傍部に接触してワークピース１０を下方から面で支持することができ、ワークピース１０が重くても、落下の恐れなく保持して搬送することができる。特に本ワークホルダ３００は２つの保持部材４０４がいずれも支持面５０４を有しており、また、支持板４９０は長手形状を成すとともに、レバー４０６に対して傾斜して固定され、支持面５０４が大きくされるとともに、端面１２にできる限り大きい面積で接触するようにされており、ワークピース１０を安定して支持することができる。端面１２は被支持面であり、内側面１６は、被支持面と直交する方向に延びた面であり、そのうち、２つの突起部材４９２がそれぞれ係合する部分が、互いに反対向きの２つの被係合面を構成する。

ワークホルダ３００はワーク保持治具３０４への移動後、下降させられ、ワークピース１０を取り付ける。ワークピース１０がワーク保持治具３０４により保持された後、工具主軸３０２がワークピース１０を保持する際とは逆の方向に同じ角度、回転させられる。それにより、雄ねじ部材１８０が逆方向に回転させられて雌ねじ部材１８２が後退させられ、２つのレバー４０６が一斉に収納位置へ回動させられ、２つの突起部材４９２が互いに接近させられて内側面１６から離れ、ワークピース１０を解放する。そして、工具主軸３０２がＺ軸移動装置３１４により下降させられるとともに、Ｘ軸移動装置３１０およびＹ軸移動装置３１２によりＸ軸，Ｙ軸方向へ移動させられ、ワークホルダ３００がワークピース１０から抜け出させられるとともに、工具主軸３０２が工具主軸移動装置３０６により移動させられ、ワークホルダ３００が工具等収容装置３０７へ移動させられる。次いで、ワークホルダ３００が加工工具３４２と交換され、ワークホルダ３００の代わりに加工工具３４２が工具保持装置により保持され、工具主軸３０２が工具主軸移動装置３０６により移動させられて、ワーク保持治具３０４に保持されたワークピース１０が加工工具３４２により加工される。加工工具３４２は、例えば、ワークピース１０の外面や、外面に開口する穴の内側面等を加工する。

加工終了後、加工工具３４２がワークホルダ３００と交換され、工具保持装置によりワークホルダ３００が保持され、工具主軸３０２にワークホルダ３００が取り付けられる。そして、ワークホルダ３００はワーク保持治具３０４へ移動させられて加工後のワークピース１０を保持する。この保持は、ワークホルダ３００がロボットからワークピース１０を受け取る場合と同様に行われ、ワーク保持治具３０４からワークピース１０を取り外してロボットに渡す。そして、ロボットから未加工のワークピース１０を受け取り、ワーク保持治具３０４に取り付ける。そのため、ワークホルダ３００がロボットに渡したワークピース１０を解放する際には、レバー４０６等は収納位置までは回動させられず、係合面５０６が内側面１６から離間してワークピース１０を解放し、突起部材４９２が開口１４から抜け出すのに十分な解放位置まで回動させられる。工具主軸３０２の逆方向（ワーク解放方向）への回転角度がそのように設定される。ロボットから未加工のワークピース１０を受け取る際にレバー４０６等は解放位置から保持位置へ移動させられるが、この回動角度はレバー４０６等が収納位置まで戻される場合より小さく、レバー４０６ないし保持部材４０４の開閉が迅速に行われ、ワークピース１０の受渡しが迅速に行われる。ロボットへのワークピース１０の渡し後、ロボットから未加工のワークピース１０を受け取る場合でも、レバー４０６等を収納位置まで戻してもよく、また、ワークピース１０を受け取らない場合には、収納位置へ戻される。

ワークホルダ３００においては、例えば、図７に示すように、回転軸４１２の回転角度を大きくし、レバー４０６の回動角度を大きくするほど、保持部材４０４の半径方向への移動距離を大きくし、開口１４が大きいワークピース１０を保持することができる。回転軸４１２ないし工具主軸３０２の回転角度はワークピース１０の種類に応じて予め設定されている。２つのレバー４０６は、ワークピース１０を保持しない状態では、図２に示すように閉じられてレバー溝４６８内に収納されており、ワークホルダ３００は収縮してコンパクトな状態とされる。

ワーク保持治具３０４にワークピース１０を取り付ける際、ワークピース１０を解放するために２つずつの保持部材４０４およびレバー４０６を収納位置へ戻すことは不可欠ではない。例えば、ワークホルダ３００に、連続して複数のワークピース１０のワーク保持治具３０４への保持を行わせる作業態様では、ワークホルダ３００がワークピース１０を１個、ワーク保持治具３０４に保持させる毎にレバー４０６等をレバー溝４６８内に収納しなくてもよく、保持部材４０４，レバー４０６を、ワークピース１０の内側面１６の大きさに応じた保持位置と、その保持位置から、内側面１６から離れてワークピース１０を解放するのに足る解放位置との間で回動させ、移動させればよい。この場合、工具主軸３０２ないし回転軸４１２は、レバー４０６等を保持位置と、収納位置までは至らない解放位置との間で移動させる角度、回転させられ、保持時と解放時とにおいて正逆両方向に同じ角度回転させられる。回転軸４１２の回転角度を大きくするほど、保持部材４０４の移動距離を大きくし、内側面１６が大きいワークピース１０を保持することができ、ワークピース１０を保持，解放するための工具主軸３０２ないし回転軸４１２の回転角度範囲（保持角度と解放角度との間の角度範囲）は、内側面１６の大きさに応じて複数種類、設定される。

なお、長手形状を成す支持部材とレバーの長手方向との成す角度を変更可能としてもよい。例えば、上記実施例において、支持板４９０をボルト４９６のみによって取付部４９４に固定するようにし、ボルト４９６の螺合を緩め、支持板４９０をボルト４９６の軸線まわりに回動させてレバー４０６の長手方向との成す角度を変更する。

また、ワークホルダは、支持部材が係合部材より上側に位置し、支持面が下向きとなる状態でワークピースを保持し、ワークピースを上方からぶら下げるように工具保持装置に保持させてもよい。この場合、支持部材が係合部材より上側に位置し、支持部材の支持面が下向きとされ、上向きの被支持面に上側から係合してワークピースの傾きやずれを規制し、落下することなく、搬送されるようにする。

さらに、マシニングセンタ等加工機械は、主軸が鉛直軸線まわりに回転させられる所謂縦型の加工機械でもよい。この場合、ワークホルダは、例えば、支持面が鉛直となり、２つの係合部材が鉛直面内で接近・離間させられてワークピースを保持・解放することとなり、支持面はワークピースを下方から支持することはないが、ワークピースのずれや傾きを規制し、２つの係合部材によるワークピースの保持を補助する。

また、上記実施例においてワークホルダ３００は、２つの係合部材が互いに離間させられてワークピース１０を保持し、互いに接近させられてワークピース１０等を解放するものとされていたが、互いに接近させられてワークピース１０を保持し、互いに離間させられてワークピース１０を解放するものとしてもよい。ワークピースの被保持部を外側から保持させるのである。この場合、保持部材のワークピースを保持する部分の形状は、例えば、ワークピースの被保持部の形状等に応じた形状とされる。例えば、保持部材に横断面形状が三角形状の凹部を設け、その凹部の互いに交差する２つの面を係合面とし、被保持部の被保持面たる外側面に接触させて保持させる。

さらに、２つの係合部材のワークピースの保持・解放動作の少なくとも一部と、相対移動装置によるワークホルダとワーク保持治具との相対移動の少なくとも一部とが並行して行われるようにしてもよい。

また、工具主軸は、鉛直軸線および水平軸線以外の軸線まわりに回転するものとしてもよい。

さらに、相対移動装置は、ワーク取付部を移動させる装置としてもよく、工具主軸とワーク取付部との両方を移動させる装置としてもよい。

また、本請求可能発明は、マシニングセンタ以外の加工機械であって、ワークホルダを備えた加工機械およびその加工機械のワークホルダや、加工機械以外の装置等においてワークピースを保持するワークホルダにも適用することができる。

以上、本請求可能発明のいくつかの実施例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本請求可能発明は、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した形態で実施することができる。

本発明の実施例である加工機械を示す正面図である。 上記加工機械のワークホルダを示す平面図（一部断面）である。 上記ワークホルダを示す側面図（一部断面）である。 上記ワークホルダを示す正面図（一部断面）である。 上記ワークホルダのトルクリミッタの凹凸部およびボールを示す展開図である。 上記ワークホルダによるワークピースの保持を説明する図である。 上記ワークホルダによる別のワークピースの保持を説明する図である。

符号の説明

１０：ワークピース １２：端面 １４：開口 １６：内側面 １８０：雄ねじ部材 １８２：雌ねじ部材 １８４：雄ねじ部 １８６：雌ねじ部 ２００：突部 ２０２：溝 ２２０：第一リミッタ部材 ２２２：凹凸部 ２２４：凹部 ２２６：突部 ２３０：第二リミッタ部材 ２３４：収容凹部 ２３６：ボール ２３８：圧縮コイルスプリング ３００：ワークホルダ ３０２：工具主軸 ３０４：ワーク保持治具 ３０６：工具主軸移動装置 ３０７：工具等収容装置 ３０８：自動工具交換装置 ３３０：主軸ハウジング ３４２：加工工具 ４０４：保持部材 ４０６：レバー ４０８：駆動装置 ４１０：トルクリミッタ ４１２：回転軸 ４１４：運動変換装置 ４９０：支持板 ４９２：突起部材 ５０４：支持面 ５０６：係合面

Claims (6)

1. 被支持面と、その被支持面と交差する方向に延びた互いに反対向きの２つの被係合面とを備えたワークピースを保持するワークホルダであって、
   本体部材と、
   前記被支持面を支持する支持面を備えた少なくとも１つの支持部材と、
   前記２つの被係合面と係合する２つの係合部材と、
   それぞれ前記本体部材に保持され、それぞれ前記２つの係合部材の各々を保持するとともに、少なくとも一方が前記支持部材をも保持する２つのレバーと、
   それら２つのレバーを回動させることにより、前記２つの係合部材を互いに接近・離間する方向に移動させる駆動装置と
   を含むことを特徴とするワークホルダ。
2. 一面に開口する開口を備えたワークピースを保持するワークホルダであって、
   本体部材と、
   それぞれ前記一面に接触して前記ワークピースを支持する支持面を備えた２つの支持部材と、
   それら支持部材の前記支持面の各々から突出し、前記開口内に入り込んで開口の内側面に係合する２つの係合部材と、
   それぞれ前記本体部材に保持され、各々前記一対の支持部材の各々を保持する２つのレバーと、
   それらレバーを回動させることにより、前記２つの支持部材を前記２つの係合部材が互いに接近・離間する方向に移動させる駆動装置と
   を含むことを特徴とするワークホルダ。
3. 前記本体部材に回転軸が相対回転可能に保持されており、前記駆動装置が、その回転軸と、その回転軸の本体部材に対する相対回転を前記２つのレバーの回動に変換する運動変換装置とを含み、前記回転軸が加工機械の主軸に取り外し可能に取り付けられ、前記本体部材が加工機械の非回転部と係合させられることを特徴とする請求項１または２に記載のワークホルダ。
4. 前記支持部材の支持面が前記回転軸の軸線に平行であり、その支持面が一平面上に位置し、その一平面の片側に前記本体部材，支持部材，レバーおよび駆動装置が配置されたことを特徴とする請求項３に記載のワークホルダ。
5. 前記運動変換装置が、
   前記回転軸と共に回転する第一ねじ部材と、
   前記本体部材に相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に保持され、前記第一ねじ部材と螺合された第二ねじ部材と
   を含み、第二ねじ部材の前記本体部材に対する軸方向の相対移動を前記２つのレバーの回動に変換するものであることを特徴とする請求項３または４に記載のワークホルダ。
6. 前記第一ねじ部材が前記本体部材に相対回転可能に保持されており、その第一ねじ部材と前記回転軸との間に、設定値以下のトルクは伝達するが設定値を超えるトルクは伝達しないトルクリミッタが設けられたことを特徴とする請求項６に記載のワークホルダ。

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