JP4475394B2 - ワークホルダ - Google Patents

Description

本発明はワークホルダに関するものであり、特に、加工機械の主軸の回転を利用してワークピースを保持，解放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、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角に立体交差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把持する。
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においては、一対の挟持爪の間隔を最小から最大まで変化させる際の回転軸の回転角度が９０度であり、寸法が複数種類に異なるワークピースを挟持爪に挟持させる場合に、９０度の回転角度範囲の複数の回転位置で回転軸の回転を停止させることが必要であるため、回転軸の回転停止位置制御の精度を高くすることが必要である。回転角度が不足すれば挟持が不十分となり、ワークピースを落とす恐れがあり、回転角度が過剰であれば、挟持爪がワークピースに加える力が過大となって、ワークピースを破損する恐れがあるからである。
また、特許文献２に記載のワークホルダにおいても、構造上、一対のラックの長さには自ずから制限があるため、一対の把持部材の間隔を最小から最大まで変化させる際のピニオンおよび回転軸の回転角度が比較的小さく制限され、やはり回転軸の回転停止位置制御の精度を高くすることが必要である。
本発明は、以上の事情を背景として、ワークピースを加工機械に着脱するために、その加工機械の主軸の回転を利用してワークピースを保持・解放するワークホルダにおいて、主軸の回転角度制御を容易にすることを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るワークホルダは、(A)加工機械の主軸に共に回転可能かつ取り外し可能に取り付けられる回転軸と、(B)その回転軸を相対回転可能に保持し、自身は加工機械の非回転部と係合させられる本体部材と、(C)その本体部材に対して相対移動可能に設けられ、互いに共同してワークピースを保持する複数の保持部材と、(D)それら回転軸，本体部材および保持部材の間に設けられて、回転軸の本体部材に対する相対回転を保持部材の前記ワークピースを保持・解放する運動に変換する運動変換装置とを含み、その運動変換装置が、(a)前記回転軸と共に回転する第一ねじ部材と、(b)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んで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複数の保持部材の前記運動に変換するものであり、かつ、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、そのトルクリミッタが、(i)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、(ii)常に前記回転軸と共に回転する第二リミッタ部材と、(iii)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第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ものであることを特徴とするものである。
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。

本発明に係る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、第一ねじ部材と螺合された第二ねじ部材が軸方向に移動させられ、複数の保持部材が一斉に移動させられて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、複数の保持部材が一斉にワークピース保持方向あるいは解放方向に移動させられる。
本ワークホルダによれば、回転軸の回転角度、すなわち加工機械の主軸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、回転軸の回転角度制御の精度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保持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。
さらに、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。

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、 (3)項が請求項１に相当し、(5)項が請求項２に、 (6)項が請求項３にそれぞれ相当する。

（１）加工機械の主軸に共に回転可能かつ取り外し可能に取り付けられる回転軸と、
その回転軸を相対回転可能に保持し、自身は加工機械の非回転部と係合させられる本体部材と、
その本体部材に対して相対移動可能に設けられ、互いに共同してワークピースを保持する複数の保持部材と、
それら回転軸，本体部材および保持部材の間に設けられて、回転軸の本体部材に対する相対回転を保持部材の前記ワークピースを保持・解放する運動に変換する運動変換装置とを含み、前記ワークピースを保持するワークホルダであって、
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複数の保持部材の前記運動に変換するものであるワークホルダ。
（２）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 (1)項に記載のワークホルダ。
ワークピースを保持する際、複数の保持部材がワークピースに接触し、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、保持部材がワークピースを保持する力が過大になり、ワークピースと保持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、複数の保持部材がワークピースを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、保持部材が摩耗しても、２つの保持部材の接近・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、前述のように、運動変換装置が第一，第二ねじ部材を含む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。
（３）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第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 (2)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されてもよく、異なる軸線上に配設されてもよい。
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，第二係合部を互いに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。
（４）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 (3)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。
（５）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により構成された (3)項または (4)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。
（６）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 (3)項ないし (5)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、トルクの伝達を遮断する。
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。
（７）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 (3)項ないし (6)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。

（８）前記第一ねじ部材が前記回転軸と同軸に配設された (1)項ないし (7)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。
（９）前記第一ねじ部材が外周面に雄ねじ部が形成されたものであり、前記第二ねじ部材が内周面に雌ねじ部が形成されたものである (1)項ないし (8)項のいずれかに記載のワークホルダ。
（１０）前記第一ねじ部材が内周面に雌ねじ部が形成されたものであり、前記第二ねじ部材が外周面に雄ねじ部が形成されたものである (1)項ないし (8)項のいずれかに記載のワークホルダ。

（１１）前記本体部材と、その本体部材に回動可能に保持された一対のレバーと、それら一対のレバーの自由端部同士を連結する連結部材とから成る平行四辺形リンクが、対称軸に対して軸対称に複数、本体部材上に構成された平行四辺形リンク群を含み、前記運動変換装置が、前記回転軸の本体部材に対する相対回転を前記平行四辺形リンク群の運動に変換するものであり、前記複数の連結部材の各々に保持部が設けられてそれら連結部材が前記保持部材として機能する (1)項ないし(10)項のいずれかに記載のワークホルダ。
平行四辺形リンクは２つでもよく、３つ以上でもよい。２つであっても、例えば、保持部がワークピースの被保持部に面接触する保持面を備えていれば、ワークピースを安定して保持することができる。
運動変換装置は、第一，第二ねじ部材によって回転軸の回転を軸方向の移動に変換するとともに、その軸方向の移動を一対のレバーの回動運動に変換し、複数の平行四辺形リンクの一対のレバーが、対称軸に対して軸対称の状態を保って一斉に回動させられ、複数の保持部材が互いに接近，離間させられてワークピースを保持，解放する。
レバーの長さ、すなわちレバーの本体部材に対する回動軸線と連結部材に対する回動軸線との距離と、レバーの回動角度との少なくとも一方の設定により、複数の保持部の最大接近・離間距離を変えることができる。特に、レバー比、すなわちレバーの長さと、レバーの回動軸線と運動変換装置により得られる駆動力が作用する部分との長さとの比が大きいほど、保持部材を大きく移動させることができる。したがって、レバーを、保持部材に、大きさが異なる複数種類のワークピースを保持可能な移動量を与えることができる長さを有するものとするとともに、レバー比をできるだけ大きく設定し、ワークピースの被保持部の大きさに応じてレバーの回動角度を設定することにより、保持部材を被保持部の大きさに応じた距離、移動させ、大きさが異なる複数種類のワークピースを容易に保持させることができる。
例えば、直線運動により複数の保持部材が互いに接近，離間させられてワークピースを保持・解放する場合、その移動を案内する案内装置が必要であり、ワークホルダには、被保持部が最大のワークピースを保持する際の複数の保持部材の移動を案内し得る案内装置が設けられることとなり、大形となる。それに対し、レバーを用いれば、被保持部が大きいワークピースを保持する際にはレバーの回動角度が大きくされて保持部が対称軸から大きく離間させられるが、ワークピースを保持しない場合には、レバーを本体部材側へ回動させ、閉じておくことができ、被保持部が小さい場合には回動角度は小さく、常時、大きいスペースを要するわけではなく、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が得られる。
また、保持部は平行四辺形リンクの連結部材に設けられているため、レバーの回動角度が異なっても、保持部の本体部材に対する姿勢は変わらず、被保持部の大きさが異なる複数種類のワークピースを同じ姿勢で保持することができる。
（１２）前記平行四辺形リンク群が３つの平行四辺形リンクから成る(13)項に記載のワークホルダ。
本項のワークホルダは保持部を３つ備えることとなり、ワークピースを３箇所において安定して保持することができる。例えば、被把持面の横断面形状が円形であるワークピースを心出しして保持することができ、ワークピースの保持に適切である。
（１３）前記一対のレバーの各々の前記本体部材に対する相対回動軸線２本を含む平面と、それら一対のレバーの自由端部の各々の前記連結部材に対する相対回軸線２本を含む平面とが、共に前記対称軸に平行でありかつ互いに平行である(11)項または(12)項に記載のワークホルダ。
本項のワークホルダにおいては、平行四辺形リンク群が運動変換装置によって運動させられるとき、連結部材が対称軸に平行な姿勢を保って移動させられる。したがって、例えば、被保持部が対称軸に平行なワークピースであれば、大きさが異なっても連結部材の各々に設けられる保持部を常に同じ状態で被保持部に係合させることができる。

（１４）前記ワークピースが、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ものであり、前記保持部材が２つ設けられ、それら２つの保持部材の少なくとも一方が、前記被支持面を支持する支持面を備えた支持部材と、前記被係合面と係合する係合部材とを含み、他方が、少なくとも前記被係合面と係合する係合部材を含み、前記運動変換装置が、それぞれ前記本体部材に保持され、各々前記２つの保持部材の各々を保持する２つのレバーを備え、それらレバーを回動させることにより前記２つの保持部材を前記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ものである (1)項ないし(10)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おいても(11)項に記載のワークホルダと同様に、ワークホルダが大形となることを回避しつつ、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ことができる。
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。
本項のワークホルダにおいては、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。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、ワークホルダは加工機械に設けられ、ワークピースの加工機械への着脱に用いられるため、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。
（１５）前記支持部材の支持面がそれぞれ前記回転軸の軸線に平行である(14)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。
（１６）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，支持部材および運動変換装置が配置された(15)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つの保持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。

（１７）前記複数の保持部材が一対称軸に対して軸対称に配置されており、前記運動変換装置が、
前記一対称軸上を移動可能に前記本体部材に保持され、その対称軸に対して傾斜したカム面を有するカムと、
そのカムのカム面に前記複数の保持部材のカムフォロワを押し付ける付勢手段と、
前記回転軸の前記本体部材に対する相対回転を前記カムの移動に変換する回転・直線運動変換機構と
を含む (1)項ないし(10)項のいずれかに記載のワークホルダ。
カムが移動させられれば、カムフォロワが付勢手段の付勢力に抗して対称軸と直交する方向に移動させられ、複数の保持部材が一斉に離間（または接近）させられる。カムが逆方向に移動させられれば、カムフォロワが付勢手段の付勢により移動させられ、複数の保持部材が互いに接近（または離間）させられる。この複数の保持部材の接近・離間によりワークピースを保持・解放する。
（１８）前記カムが前記カム面を軸方向に隔たった２個所に備え、前記複数の保持部材の各々がそれら２個所のカム面にそれぞれ係合する２つずつのカムフォロワを備えた(17)項に記載のワークホルダ。

（１９） (1)項ないし(18)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前記主軸としての工具主軸と、
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、請求可能発明のいくつかの実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

＜第一実施例＞
図１および図２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は、本実施例では横断面形状が円形を成し、内側面１６は円筒面であり、端面１２と直交する。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る。

本加工機械は、ワークホルダ２０，主軸としての工具主軸２２，ワーク保持治具２４，相対移動装置としての工具主軸移動装置２６，工具等収容装置２７および自動工具交換装置２８を含む。本加工機械は、工具主軸２２が鉛直軸線まわりに回転可能に設けられた所謂縦型の機械であり、工具主軸移動装置２６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２２を移動させる。そのため、工具主軸移動装置２６は、図１および図２に概略的に示すように、Ｘ軸移動装置３０，Ｙ軸移動装置３２およびＺ軸移動装置３４を含む。Ｘ軸移動装置３０のＸ軸移動部材３６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３２のＹ軸移動部材３８は、Ｘ軸移動部材３６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３４のＺ軸移動部材４０は、Ｙ軸移動部材３８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４０上には主軸ハウジング５０が設けられ、加工機械の非回転部を構成し、工具主軸２２を鉛直軸線まわりに回転可能に保持しており、工具主軸２２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５２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２４は、本実施例では、Ｘ軸移動装置３０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、図２に示すように、工具主軸移動装置２６に対してＹ軸方向に隣接する位置に工具等収容装置２７が位置を固定して設けられている。工具等収容装置２７には、複数種類の加工工具６２および前記ワークホルダ２０が収容されている。工具等収容装置は、主として加工工具６２が収容される工具収容装置である。前記Ｚ軸移動部材４０には工具主軸２２と共に自動工具交換装置２８が搭載されている。自動工具交換装置２８は、本実施例では、鉛直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６６を備えた保持部材としての保持アーム６８，保持アーム６８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６８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６８を回転，移動させることにより、工具主軸２２と工具等収容装置２７との間で加工工具６２およびワークホルダ２０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２０は工具主軸２２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２４との間における受渡しを行う。

ワークホルダ２０を説明する。
ワークホルダ２０は、本実施例では、図３に示すように、本体部材としてのケーシング７８，相対回転阻止装置ないし係合装置８０，平行四辺形リンク群８２，後述するように平行四辺形リンクのリンクにより構成される複数、例えば、３つの保持部材，駆動装置８６およびトルクリミッタ８８を含む。駆動装置８６は回転軸９０および運動変換装置９２を含む。ケーシング７８は、回転軸９０を複数の軸受９４を介してその鉛直な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９０は、そのケーシング７８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９６が設けられており、シャンク部９６において工具主軸２２の先端部に設けられたテーパ状の嵌合孔９７に嵌合され、シャンク部９６に突設された図示を省略するプルスタッドがドローバーにより引っ張られ、工具主軸２２内に引き込まれて保持される。また、工具主軸２２の先端に設けられた複数の係合突起９８がそれぞれ、シャンク部９６の基端部に設けられた複数の係合凹部１００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９０の工具主軸２２に対する回転が阻止され、回転軸９０が工具主軸２２に共に回転可能に取り付けられる。係合突起９８および係合凹部１００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９０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２２から抜け出す方向に移動させることにより、工具主軸２２から取り外すことができる。

ケーシング７８は、係合装置８０により、前記主軸ハウジング５０に係合させられ、相対回転を阻止される。係合装置８０は、ケーシング７８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９０の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７８のシャンク部９０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９０側へ延び出させられており、ワークホルダ２０が工具主軸２２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９６の基端部に設けられた溝１２０に嵌入し、回転軸９０のケーシング７８に対する回転を阻止する。回転軸９０が工具主軸２２に嵌合されるとき、まず、係合部材１０８に設けられた係合突部１２２が、主軸ハウジング５０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９０が工具主軸２２に嵌合されることにより、ケーシング７８，回転軸９０およびケーシング１０６が係合部材１０８に対して軸方向に相対移動し、工具主軸２２および主軸ハウジング５０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９８は、ピン１１６が溝１２０から抜け出す前に係合凹部１００に嵌入させられる。ピン１１６の抜出しにより、ケーシング７８と回転軸９０との相対回転が許容され、ケーシング７８は、回転軸９０を相対回転可能に保持し、自身は主軸ハウジング５０に相対回転不能に係合させられ、回転軸９０は工具主軸２２と共に回転可能となる。ワークホルダ２０を工具主軸２２から取り外す際には、係合突起９８が係合凹部１００から抜け出す前にピン１１６が溝１２０に嵌入して回転軸９０とケーシング７８との位相が決められる。

ワークホルダ２０は前記加工工具６２と同様に工具主軸２２に取り付けられる。加工工具６２は、テーパ状のシャンク部，工具主軸２２の係合突起９８に嵌合される係合凹部等を備え、工具主軸２２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２２内に引き込まれて保持されるのである。本実施例では、係合突起９８，シャンク部９６が嵌合されるテーパ状の嵌合孔９７およびドローバー等が工具保持装置を構成している。

前記平行四辺形リンク群８２は、図４に示すように、複数、例えば、３つの平行四辺形リンク１３０から成る。これら３つの平行四辺形リンク１３０は、図３に１つを代表的に示すように、ケーシング７８と、一対のレバー１３２，１３４と、連結部材としての１つのリンク１３６とから成り、図４に示すように、ケーシング７８に回転軸９０の回転軸線のまわりに等角度間隔に設けられている。３つの平行四辺形リンク１３０は、回転軸９０の回転軸線を対称軸とし、対称軸に対して軸対称にケーシング７８上に構成されているのである。

ケーシング７８には、図３および図４に示すように、その先端面（回転軸９０のシャンク部９６が突出させられた側とは反対側の端面）と外周面とに開口し、回転軸９０の回転軸線を含む一平面内に位置するとともに軸方向に延びる溝１３８が複数、例えば、３個、等角度間隔に設けられている。これら溝１３８の各々にレバー１３２，１３４の各一端部が嵌合されるとともに、それぞれ軸１４０，１４２により、ケーシング７８に、回転軸９０の回転軸線と直角に立体交差する軸線まわりに回動可能に取り付けられている。レバー１３２，１３４のケーシング７８に対する相対回動軸線は互いに平行であり、本実施例では、それら相対回動軸線２本が、回転軸９０の回転軸線に平行な一平面に含まれるようにされている。

レバー１３２の自由端部は二股に分けられてヨーク部１４４が設けられ、図５に示すように、リンク１３６の他端部が嵌合されるとともに、軸１４８により、レバー１３２のケーシング７８に対する相対回動軸線と平行な軸線まわりに回動可能に連結されている。レバー１３４の自由端部は幅が薄くされ、リンク１３６の一端部に設けられたヨーク部１５０に嵌合され、軸１５２により、レバー１３４のケーシング７８に対する相対回動軸線と平行な軸線まわりに回動可能に連結されている。レバー１３２，１３４の各自由端部の各々のリンク１３８に対する相対回動軸線は互いに平行であり、それら相対回動軸線２本は回転軸９０の回転軸線に平行な一平面に含まれるようにされている。一対のレバー１３２，１３４の各々のケーシング７８に対する相対回動軸線２本を含む平面と、それら一対のレバー１３２，１３４の自由端部の各々のケーシング７８に対する相対回動軸線２本を含む平面とが、共に対称軸である回転軸９０の軸線に平行であり、かつ互いに平行である。したがって、リンク１３６は、その長手方向が回転軸９０の回転軸線に平行な姿勢を保って、ワークホルダ２０の半径方向および軸方向に移動させられる。

リンク１３６には、図３に示すように、その外面、すなわちケーシング７８側とは反対側の面に開口し、その回動軸線に平行な方向に貫通する係合部としての溝１７０が設けられている。溝１７０は、本実施例では、回転軸９０の回転軸線を中心とする円環状の溝であって、本ワークホルダ２０による保持を予定されている複数種類のワークピース１０の開口１４のうち、径が最小の開口１４の曲率よりやや大きい曲率の円環状の溝の一部を成す。溝１７０が設けられることにより、リンク１３６には、溝１７０の底面を構成し、回転軸９０の回転軸線に平行であって、部分円筒面状の係合面１７２と、溝１７０の側面を構成し、回転軸９０の回転軸線に直角であって、係合面１７２に対してケーシング７８の先端側（下側）において直交する平面状の支持面１７４とが設けられている。レバー１３２，１３４が回動させられるとき、係合面１７２，支持面１７４はリンク１３６と共に、回転軸９０に対する姿勢を変えることなく移動させられる。リンク１３６の溝１７０が設けられた部分が保持部１７６を構成し、本実施例ではリンク１３６がワークピース１０を保持する保持部材として機能する。

レバー１３４には、図３に示すように、プランジャ装置１６０が設けられ、レバー１３２，１３４およびリンク１３６が後述する収納位置に位置する状態において、レバー１３４をに開方向（保持位置側）に付勢するようにされている。プランジャ装置１６０は、ケーシング１６２内に軸方向に移動可能に設けられた当接部材１６４と、当接部材１６４をケーシング１６２から前記ケーシング７８の溝１３８の底面側へ突出する向きに付勢する付勢手段（例えば、弾性部材の一種であるスプリングたる圧縮コイルスプリング）と、付勢手段の付勢による当接部材１６４の移動限度を規定する移動限度規定部（図示省略）とを備えている。

前記運動変換装置９２は、本実施例では、図３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９０の軸受９４により回転可能に支持された部分に、回転軸９０の軸線まわりに相対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７８により相対回転可能に保持され、回転軸９０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３および図４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７８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７８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９０の回転軸に平行な方向に移動させられる。

前記３つの平行四辺形リンク１３０の各々の一方のレバー１３２はそれぞれ、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１３２にはそれぞれ、軸１４０によってケーシング７８に回動可能に連結された部分から、ケーシング７８の中心側に延び出す突部２００が設けられ、溝１３８の底壁に設けられた開口２０１を通って、雌ねじ部材１８２に設けられた溝２０２に回動可能に嵌入させられている。溝２０２は、図４に示すように、複数、本実施例では、３つ設けられている。これら溝２０２はそれぞれ、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に貫通して、等角度間隔に設けられている。

突部２００は、図３に示すように、その突部２００が設けられたレバー１３２を含む平行四辺形リンク１３０の回動平面内においてレバー１３２のケーシング７８に対する相対回動軸線と回転軸９０の回転軸線との両方を通る直線と直交し、レバー１３２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の回転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１４０の軸線まわりに回動させられ、レバー１３２が回動させられる。雌ねじ部材１８２の軸方向の移動が、溝２０２および突部２００によって一方のレバー１３２の回動に変換されるのであり、３つの平行四辺形リンク１３０の各レバー１３２，１３４が一斉に回動させられ、リンク１３６が一斉に移動させられる。これら平行四辺形リンク１３０の各レバー１３２，１３４は溝１３８に嵌合されており、回転軸９０の回転軸線を含み、溝１３８の幅方向の中央を通る平面に沿って回動させられ、平行四辺形リンク群８２は、対称軸に対して軸対称の状態を保って一斉に作動させられる。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９２を構成している。なお、レバー１３４には、レバー１３２の突部２００が設けられた部分との干渉を回避する切欠２０４が設けられている。

上記雄ねじ部材１８０と回転軸９０との間に、図３に示すように、前記トルクリミッタ８８が設けられている。雄ねじ部材１８０の後端部、すなわち回転軸９０のシャンク部９６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６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とを備えている。

回転軸９０にはまた、図３に示すように、第一リミッタ部材２２０に軸方向において後方側（シャンク部９６側）に隣接して第二リミッタ部材２３０が相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能に嵌合され、固定されている。回転軸９０の回転は、それぞれ係合部を構成し、相対回転阻止装置ないし回転伝達装置を構成するピン２５０と凹部２５２との嵌合により第二リミッタ部材２３０に伝達される。第二リミッタ部材２３０は常に回転軸９０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９０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９０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９０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９０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、３つの平行四辺形リンク１３０の各保持部１７６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２７０（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２４，工具主軸移動装置２６，工具等収容装置２７，自動工具交換装置２８，主軸回転駆動装置５２等を制御し、ワークホルダ２０によるワークピース１０の保持，開放、加工工具６２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２０によるワークピース１０の保持を説明する。
ワークホルダ２０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２４に保持させ、加工後、ワーク保持治具２４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２０が工具主軸２２に取り付けられる。工具主軸２２は工具主軸移動装置２６により工具等収容装置２７へ移動させられ、自動工具交換装置２８により、工具主軸２２が保持した加工工具６２が工具等収容装置２７へ戻され、工具等収容装置２７に収容されているワークホルダ２０が工具主軸２２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２０の回転軸９０がシャンク部９６において工具主軸２２の嵌合孔９７に嵌合され、係合突起９８と係合凹部１００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７８が係合装置８０により主軸ハウジング５０に相対回転不能に係合させられて、回転軸９０が工具主軸２２と共に回転可能とされる。回転軸９０は回転するが、ケーシング７８は回転せず、平行四辺形リンク群８２，雌ねじ部材１８２も回転しない。ワークホルダ２０が工具等収容装置２７に収容された状態では、雌ねじ部材１８２が後退端位置ないし上昇端位置に位置し、３つの平行四辺形リンク１３０は、図７に１つを代表的に示すように、いずれも、レバー１３２，１３４およびリンク１３６が、長手方向が回転軸９０の回転軸線とほぼ平行になり、溝１３８内に収納された収納位置に位置させられている。また、レバー１３２に設けられた突部２００は、レバー１３２の軸１４０の軸線を含み、平行四辺形リンク１３０の鉛直な回動平面に直角な一平面である水平面に対して、軸１４０の軸線より後方側（工具主軸２２側）の原位置に位置している。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２０は３つの平行四辺形リンク１３０が収納位置に位置する状態で工具主軸２２に取り付けられる。

そして、工具主軸２２に取り付けられたワークホルダ２０がロボットからワークピース１０を受け取る。本加工機械は縦型であり、ワークホルダ２０は鉛直軸線に平行であって下向きに工具主軸２２に取り付けられる。また、ワークピース１０は、図１に示されるワーク保持治具２４により保持されたワークピース１０と同様に、ロボットにより、開口１４が上向きとなるように保持されており、ワークホルダ２０はロボットにより保持されたワークピース１０の開口１４の上方に位置し、保持時には工具主軸２２が下降させられ、ワークホルダ２０が下降させられて、３つの平行四辺形リンク１３０の先端部（下端部）であって保持部１７６が開口１４を通ってワークピース１０内に進入させられる。ワークホルダ２０は鉛直方向において予め設定された作動位置ないし保持位置へ下降させられて停止させられる。

その状態で工具主軸２２が主軸回転駆動装置５２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９０が回転させられるとともに、その回転がトルクリミッタ８８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に嵌入させられており、回転軸９０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が下降させられ、図３に示すように、３つの平行四辺形リンク１３０の各レバー１３２，１３４が一斉に回動させられ、リンク１３６が回転軸９０の回転軸線に平行な姿勢を保って、その回転軸線から離れる方向に移動させられる。３つの平行四辺形リンク１３０の各保持部１７６は互いに離間させられ、ワークピース１０の開口１４を画定する部分の一部が、各保持部１７６の溝１７０に嵌入するとともに、係合面１７２が開口１４の内側面１６に係合する。係合面１７２は、本実施例では部分円筒面状を成し、３つの係合面１７２は内側面１６の３箇所に、端面１２に直角な方向の全体にわたって線状に接触し、互いに共同してワークピース１０を保持する。３つの保持部１７６がワークピース１０を保持する際のレバー１３２等の位置を保持位置と称する。

回転軸９０および雄ねじ部材１８０の回転角度を大きくすれば、保持部１７６の移動距離が大きくなり、レバー１３２，１３４の回動角度の設定により、３つの保持部１７６の最大接近・離間距離を変えることができる。３つの保持部１７６にワークピース１０を保持させるための工具主軸２２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。３つの保持部１７６にワークピース１０を解放させるための工具主軸２２の回転角度である解放角度は、ここでは、レバー１３２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２０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２２は３つの平行四辺形リンク１３０の各保持部１７６の係合面１７２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２０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２２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１７６の移動距離が短く、工具主軸２２の回転停止位置に誤差が生じた場合でも、保持部１７６の停止位置誤差が小さくて済み、工具主軸２２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８８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、係合面１７２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９０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２２の回転角度が大きめに設定されていても、レバー１３２，１３４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２２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２２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。

また、レバー１３４にプランジャ装置１６０が設けられており、レバー１３４は確実に保持位置へ移動させられ、保持部１７６が確実にワークピース１０を保持することができる。３つの平行四辺形リンク１３０が閉じられ、レバー１３２等が収納位置に位置する状態においては、前記プランジャ装置１６０の当接部材１６４がケーシング７８の溝１３８の底面に当接させられるとともに、スプリングの付勢力に抗してケーシング１６２に対して後退した状態にあり、レバー１３４には、ケーシング１６２を介してスプリングの付勢力が、保持位置へ移動する方向であって開く方向に作用している。そのため、雌ねじ部材１８２が下降させられてレバー１３２，１３４およびリンク１３６が開かれ、収納位置から保持位置へ移動させられるとき、レバー１３４はスプリングにより保持位置へ移動する向きに付勢され、レバー１３４，リンク１３６がワークピース１０を保持する際の姿勢とは逆の側であって、内側へ屈曲することが防止される。レバー１３４とリンク１３６とを相対回動可能に連結する軸１５２が、レバー１３４の軸１４２の軸線と、レバー１３２とリンク１３６とを相対回動可能に連結する軸１４８の軸線との両方と直交する線より、レバー１３２の軸１４０側に位置する状態にレバー１３４，リンク１３６が屈曲することが防止されるのであり、それにより、保持部１７６が、回転軸９０の回転軸線に平行な姿勢を保てなくなって、ワークピース１０を保持できない事態が発生することが防止される。保持部１７６がワークピース１０を保持する状態では、当接部材１６４は、図３に示すように溝１３８の底面から離間し、スプリングの付勢により、その先端部がレバー１３４から突出した状態にある。そして、レバー１３２等が収納位置へ回動させられるとき、当接部材１６４が溝１３８の底面に当接し、スプリングを圧縮してレバー１３４に付勢力を付与する状態となる。プランジャ装置１６０が屈曲防止装置たるレバー付勢装置ないし与圧付与装置を構成している。

このようにワークホルダ２０がワークピース１０を保持したならば、工具主軸２２が上昇させられ、ワークホルダ２０がワークピース１０をロボットから持ち上げる。そして、工具主軸移動装置２６によりワーク保持治具２４へ移動させられ、ワークピース１０を渡すのであるが、ワークピース１０はワークホルダ２０により吊り下げられた状態で移動させられる。保持部１７６は係合面１７２に対してその下端において隣接する支持面１７４を備えており、その支持面１７４により、ワークピース１０の端面１２とは反対側の面である内端面の開口近傍部分に接触して下方から支持することができ、ワークピース１０が重くても、落下の恐れなく確実に保持して搬送することができる。

ワークホルダ２０はワーク保持治具２４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２４により保持された後、工具主軸２２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（上昇）させられ、３つの平行四辺形リンク１３０の各レバー１３２，１３４が一斉に収納位置へ回動させられ、３つの保持部１７６が互いに接近させられて内側面１６から離間し、ワークピース１０を解放するとともに、レバー１３２等が溝１３８に収容される。ワークピース１０の解放後、工具主軸２２が上昇させられて、平行四辺形リンク１３０が開口１４を通ってワークピース１０から抜け出させられる。次いで、ワークホルダ２０が加工工具６２と交換され、ワークホルダ２０が工具等収容装置２７に収容され、工具主軸２２に加工工具６２が取り付けられ、工具主軸移動装置２６により移動させられて、ワーク保持治具２４に保持されたワークピース１０に加工を施す。

加工終了後、加工工具６２がワークホルダ２０と交換され、工具主軸２２にワークホルダ２０が取り付けられる。工具主軸２２が工具主軸移動装置２６により移動させられ、ワークホルダ２０は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２０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２４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２４に取り付ける。そのため、ワークホルダ２０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１３２等は収納位置までは回動させられず、係合面１７２が内側面１６から離間してワークピース１０を解放し、平行四辺形リンク群８２が開口１４から抜け出すのに十分な解放位置まで移動させられる。工具主軸２２の逆方向（ワークピース解放方向）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１３２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１３２等が収納位置まで戻される場合より小さく、平行四辺形リンク１３０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１３２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２０においては、例えば、図８および図９に示すように、レバー１３２，１３４の回動角度を大きくするほど、リンク１３６の対称軸と直交する方向における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９０ないし工具主軸２２の回転角度はワークピース１０の種類に応じて設定されている。ワークピース１０の開口１４の大きさが異なっても、３つの保持部１７６の各係合面１７２および支持面１７４の対称軸に対する姿勢は変わらず、係合面１７２が内側面１６に、その端面１２に直角な方向の全体にわたって線状に接触し、ワークピース１０を安定して保持することができる。また、支持面１７４も、その全体において端面１２とは反対側の内端面の開口近傍部分に接触し、ワークピース１０を支持することができる。３つの平行四辺形リンク１３０は、ワークピース１０を保持しない状態では、図７に示すように閉じ、各レバー１３２，１３４およびリンク１３６を溝１３８内に収納しておくことができ、ワークホルダ２０を収縮させてコンパクトな状態とすることができる。

ワーク保持治具２４にワークピース１０を取り付ける際、ワークピース１０を解放するためにレバー１３２，１３４，リンク１３６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２０に、連続して複数のワークピース１０のワーク保持治具２４への保持を行わせる作業態様では、ワークホルダ２０がワークピース１０を１個、ワーク保持治具２４に保持させる毎にレバー１３２等を溝１３８内に収納しなくてもよく、レバー１３２，１３４，リンク１３６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を解放し、平行四辺形リンク群８２が開口１４から抜け出す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２２ないし回転軸９０は、レバー１３２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９０の回転角度を大きくするほど、保持部１７６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２２ないし回転軸９０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。

＜第二実施例＞
請求可能発明の別の実施例を図１０ないし図１５に基づいて説明する。
本実施例の加工機械はマシニングセンタであり、工具主軸が水平軸線まわりに回転可能に設けられた所謂横型の機械とされており、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。

本加工機械は、図１０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１１参照），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。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、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、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、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。これらサーボモータは、本実施例ではエンコーダ付きとされている。

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。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１１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，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、前記回転軸９０と同様に工具主軸３０２のテーパ状の嵌合孔４２０に嵌合されるとともに、係合突起４２６と係合凹部４２８との嵌合により工具主軸２２に対する相対回転が阻止される。

また、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、前記係合装置８０と同様に構成されており、同じ作用を成す構成要素には同一の符号を付して対応関係を示し、説明を省略する。

ケーシング４００を構成する第一部材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、図１１および図１２に示すように、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１２および図１３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１２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１２および図１３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、図１３に示すように、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および駆動装置４０８（２つのレバー４０６を含む）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１１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１３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、雄ねじ部材１８０，雌ねじ部材１８２，突部２００，溝２０２および２つのレバー４０６を備えており、前記運動変換装置９２と同様に構成され、同じ作用を成す構成要素には同一の符号を付して対応関係を示し、詳細な説明は省略する。
前記２つのレバー４０６はそれぞれ、図１１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、溝４７０の底壁に設けられた開口５２０を通ってケーシング４００の中心側に延び出す突部２００が設けられ、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１２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１１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、レバー４０６が回動させられる。雌ねじ部材１８２の軸方向の移動により一対のレバー４０６が一斉に回動させられ、２つの支持板４９０が２つの突起部材４９２が互いに接近，離間する方向に移動させられる。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，雌ねじ部材１８２および２つのレバー４０６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との間に前記トルクリミッタ４１０が設けられている。トルクリミッタ４１０も前記トルクリミッタ８８と同様に構成されており、同じ作用を成す構成要素には同一の符号を付して対応関係を示す。トルクリミッタ４１０においては、雄ねじ部材１８０の、シャンク部４１８とは反対側の端部に第一リミッタ部材２２０が一体に設けられ、第二リミッタ部材２３０は第一リミッタ部材２２０より先端側ないし前方側（シャンク部４１８とは反対側）において回転軸４１２に嵌合され、ボルト等、適宜の固定手段によって着脱可能に固定されるとともに、軸受２４８によってケーシング４００により回転可能に保持されている。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。トルクリミッタ４１０の更なる説明は省略する。

本加工機械は、制御装置５５０（図１０参照）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に相対回転不能に嵌合されるとともに、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１１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が取り付けられる。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。

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１１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１０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１４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から突出する方向に回動させられ、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箇所に接触してワークピース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，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いる。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の回転停止位置に誤差が生じても、保持部材４０４の停止位置誤差が少なくて済む。また、トルクリミッタ４１０が前記トルクリミッタ８８と同様に作用し、ワークホルダ３００はワークピース１０等を損傷することなく、確実に保持する。

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１３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、加工後のワークピース１０を保持し、ワーク保持治具３０４から取り外すとともにロボットに渡す。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。ワーク保持治具３０４からの加工後のワークピース１０の受取りおよびロボットへの引き渡しは、未加工のワークピース１０のロボットからの受取りおよびワーク保持治具３０４への取付けと同様に行われる。

ワークホルダ３００においては、図１５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１１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。

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。

＜第三実施例＞
加工機械の工具主軸に取り付けられてワークピースを保持するワークホルダの更に別の実施例を図１６ないし図１９に基づいて説明する。
本ワークホルダ６００は、前記ワークホルダ２０と同様に、縦型のマシニングセンタに取り付けられてワークピース６１０を保持する。ワークピース６１０は、前記ワークピース１０と同様に、一面である外側の端面６１２に開口する開口６１４を備え、その内側面６１６においてワークホルダ６００により保持される。

ワークホルダ６００は、本体部材としてのケーシング６２０，係合装置６２２，複数、本実施例では３つの保持部材６２４，駆動装置６２６およびトルクリミッタ６２８を含む。駆動装置６２６は、回転軸６３０および運動変換装置６３２を含む。ワークホルダ６００は、前記ワークホルダ２０と同様にして、縦型の加工機械の工具主軸２２および主軸ハウジング５０に取り付けられる。ワークホルダ２０の構成要素と同じ作用を成す構成要素には同一の符号を付して対応関係を示し、説明を省略し、あるいは簡単に説明する。

３つの保持部材６２４はそれぞれ、図１６および図１７に示すように、長手形状のブロック状を成す。ケーシング６２０は円筒状を成し、その後部に軸受６３６を介して前記回転軸６３０が相対回転可能かつ軸方向に相対移動不能に保持されるとともに、前端部ないし先端部に保持部材６２４が保持されている。ケーシング６２０の前端部には、その周壁を半径方向に貫通して嵌合穴６４０が複数、本実施例では３つ、等角度間隔に設けられるとともに、各嵌合穴６４０に保持部材６２４が軸方向に相対移動不能かつ半径方向に相対移動可能に嵌合されている。３つの保持部材６２４は、回転軸６３０の回転軸線を対称軸として軸対称に配置されているのであり、各外面にはそれぞれ、対称軸を軸線とする部分円筒面状の係合面６４２と、係合面６４２の前端側から対称軸に直角にかつ外向きに延び出す平面状の支持面６４４とが設けられている。

保持部材６２４の内面（対称軸側の面）側には、図１６に示すように、対称軸の軸方向に隔たった２箇所にそれぞれカムフォロワ６５０が設けられている。これら２つずつのカムフォロワ６５０はそれぞれ、本実施例では、対称軸を中心線とする円錐面であって、ケーシング６２０の後部側ほど直径が増大する円錐面の一部を成す係合面とされており、ケーシング６２０の内周面から対称軸側へ突出させられ、カム６５６の２箇所のカム面６５８にそれぞれ係合させられている。カム６５６は横断面形状が円形の軸状を成し、ケーシング６２０に相対回転不能かつ３つの保持部材６２４が配置された一対称軸上を移動可能に保持されている。カム６５６のケーシング６２０に対する相対回転は、カム６５６に、軸方向に平行に設けられた係合部としての凹部６６０およびケーシング６２０に設けられた係合部としての突部６６２を含む相対回転阻止装置６６４により阻止され、軸方向の相対移動を許容される。

カム６５６の軸方向に隔たった２箇所にそれぞれ、その軸線を中心線とし、後方ほど直径が増大する円錐面の一部を成す面がそれぞれ形成されてカム面６５８が形成されている。カム面６５８は上記対称軸に対して傾斜させられており、３つの保持部材６２４の各２つずつのカムフォロワ６５０はそれぞれ、ケーシング６２０の外周面に嵌合された付勢手段の一種である弾性部材としてのスプリング６７０により、カム面６５８に押し付けられ、係合させられている。スプリング６７０は、本実施例では、引張コイルスプリングを構成する１つのリング状の部分の両端を接続してエンドレスのリングを形成したものとされており、スプリング６７０を弾性変形させて延ばしつつ、３つの保持部材６２４にそれぞれ、周方向に形成された溝６７４に嵌合する。３つの保持部材６２４は、スプリング６７０により、回転軸６３０の回転軸線に向かう向きに付勢され、２つのカムフォロワ６５０がそれぞれカム面６５８に押し付けられている。ケーシング６２０にも、その外面に開口して円環状の溝６７２が設けられ、スプリング６７０の保持部材６２４に嵌められた部分以外の部分は、溝６７２に嵌合され、溝６７２の底面に当接している。

カム６５６の後端部には雄ねじ部材６９０が一体に設けられるとともに、ケーシング６２０により相対回転可能かつ軸方向に相対移動不能に保持された雌ねじ部材６９２に螺合されており、雌ねじ部材６９２が回転軸６３０によって回転させられることにより、雄ねじ部材６９０が軸方向に移動させられ、カム６５６が前進，後退させられる。本実施例では、雄ねじ部材６９０が第二ねじ部材を構成し、雌ねじ部材６９２が第一ねじ部材を構成し、これらが回転・直線運動変換機構を構成し、カム６５６，カムフォロワ６５０およびスプリング６７０と共に運動変換装置６３２を構成している。

トルクリミッタ６２８は、雌ねじ部材６９２と一体に設けられた第一リミッタ部材７１０と、回転軸６３０に相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能に保持された第二リミッタ部材７１２とを含む。第二リミッタ部材７１２はまた、ケーシング６２０により相対回転可能に保持されている。これら第一リミッタ部材７１０と第二リミッタ部材７１２とは軸方向において対向させられ、それぞれ互いに対向して凹凸部７１４および複数のボールプランジャ７１６が設けられている。これら凹凸部７１４およびボールプランジャ７１６は、前記凹凸部２２２およびボールプランジャ２３２と同様に構成されており、同じ作用を成す構成要素には同一の符号を付して対応関係を示し、説明を省略する。

ワークホルダ６００によるワークピース６１０の保持・解放を説明する。
ワークホルダ６００は、ワークピース６１０を保持しない状態では、図１８に示すように、カム６５６が後退端位置に位置させられ、３つの保持部材６２４が最も対称軸側に引っ込まされ、ケーシング６２０内に殆ど収納されている。工具保持装置により鉛直に保持されたワークホルダ６００は、工具主軸移動装置により移動させられ、図１６に示すように、保持部材６２４が開口６１４内に進入させられる。保持部材６２４は、支持面６４４が開口１４を通過してケーシング６２０内に位置する状態になるまで進入させられ、回転軸６３０がワークピース保持方向に所定角度回転させられる。それにより、カム６５６が前進させられ、カム面６５８のカム作用により、３つの保持部材６２４が一斉にスプリング６７０の付勢力に抗してケーシング６３０の半径方向において外向きであって、互いに離間する向きに移動させられ、係合面６４２が内側面６１６に係合させられてワークピース６１０を保持する。ワークホルダ６００はワークピース６１０をぶら下げた状態で工具主軸移動装置２６によって移動させられるが、保持部材６２４は支持面６４４を備えており、ワークピース６１０を下方から３箇所において支持することができ、落下することなく搬送することができる。トルクリミッタ６２８の作用は、前記トルクリミッタ８８と同様であり、説明を省略する。

ワークホルダ６００にワークピース６１０を解放させる際には、回転軸６３０が逆向きに、ワーク保持時と同じ角度回転させられ、カム６５６が後退させられる。保持部材６２４は、スプリング６７０の付勢により、ケーシング６３０の半径方向において対称軸側へ移動させられ、係合面６４２が内側面６１６から離間させられてワークピース６１０を解放する。

回転軸６３０の回転角度を大きくし、カム６５６の移動距離を大きくするほど、例えば、図１９に示すように、保持部材６２４の移動距離が大きくなり、開口１４が大きいワークピース６１０を保持することができる。

なお、第一実施例および第三実施例の各ワークホルダ２０，６００は、横型のマシニングセンタに取り付けてワークピースを保持させてもよい。

また、第二実施例のワークホルダ３００は、縦型のマシニングセンタ（加工機械）に取り付けてワークピースを保持させてもよい。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において互いに接近・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側方から規制し、２つの係合部材によるワークピースの保持を補助する。

さらに、第二実施例のワークホルダ３００が横型のマシンニングセンサに取り付けられてワークピースを保持する場合、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させてもよい。ワークホルダを、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のである。この場合、支持面は、ワークピースの上向きの被支持面に上面から係合してそ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。

また、第二実施例のワークホルダ３００のように、２つのレバーと、各レバーに保持された保持部材とを有し、保持部材を接近，離間させてワークピースを保持，解放させるワークホルダにおいて、２つの保持部材の一方は、支持部材を有さず、係合部材のみを有するものとし、ワークホルダが支持部材を１つのみ有するものとしてもよい。

さらに、上記各実施例においてワークホルダ２０等は、複数の保持部ないし保持部材が互いに離間させられてワークピース１０等を保持し、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等を保持し、互いに離間させられてワークピース１０等を解放するものとしてもよい。ワークホルダに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。

また、複数の保持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。

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。

さらにまた、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。

本請求可能発明の実施例である加工機械を示す正面図である。 上記加工機械を示す側面図である。 上記加工機械のワークホルダを示す正面図（一部断面）である。 上記ワークホルダを示す底面図である。 上記ワークホルダを示す側面図である。 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。 上記ワークホルダがワークピースを保持しない状態の一部を示す正面図（一部断面）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。 上記ワークホルダによる更に別のワークピースの保持を説明する図である。 本請求可能発明の別の実施例である加工機械を示す正面図である。 図１０に示す加工機械のワークホルダを示す平面図（一部断面）である。 図１１に示すワークホルダを示す側面図（一部断面）である。 図１１に示すワークホルダを示す正面図（一部断面）である。 図１１に示す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。 図１１に示す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。 本請求可能発明の更に別の実施例である加工機械のワークホルダを示す正面図（一部断面）である。 図１６に示すワークホルダを示す底面図である。 図１６に示すワークホルダのワークピースを保持しない状態を示す図である。 図１６に示す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 ２０：ワークホルダ ２２：工具主軸 ２４：ワーク保持治具 ２６：工具主軸移動装置 ２７：工具等収容装置 ２８：自動工具交換装置 ５０：主軸ハウジング ６２：加工工具 ７８：ケーシング ８２：平行四辺形リンク群 ８６：駆動装置 ８８：トルクリミッタ ９０：回転軸 ９２：運動変換装置 １３０：平行四辺形リンク １３２，１３４：レバー １３６：リンク １７２：係合面 １７４：支持面 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 ２３２：ボールプランジャ 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 ６００：ワークホルダ ６１０：ワークピース ６１２：端面 ６１４：開口 ６１６：内側面 ６２４：保持部材 ６２６：駆動装置 ６２８：トルクリミッタ ６３０：回転軸 ６３２：運動変換装置 ６４２：係合面 ６５０：カムフォロワ ６５６：カム ６５８：カム面 ６７０：テンションスプリング ６９０：雄ねじ部材 ６９２：雌ねじ部材 ７１０：第一リミッタ部材 ７１２：第二リミッタ部材 ７１４：凹凸部 ７１６：ボールプランジャ

Claims (3)

1. 加工機械の主軸に共に回転可能かつ取り外し可能に取り付けられる回転軸と、
   その回転軸を相対回転可能に保持し、自身は加工機械の非回転部と係合させられる本体部材と、
   その本体部材に対して相対移動可能に設けられ、互いに共同してワークピースを保持する複数の保持部材と、
   それら回転軸，本体部材および保持部材の間に設けられて、回転軸の本体部材に対する相対回転を保持部材の前記ワークピースを保持・解放する運動に変換する運動変換装置とを含み、前記ワークピースを保持するワークホルダであって、
   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
   を含んで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複数の保持部材の前記運動に変換するものであり、かつ、
   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、そのトルクリミッタが、
   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第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
   を含むことを特徴とするワークホルダ。
2. 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により構成されたことを特徴とする請求項１に記載のワークホルダ。
3. 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。

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