JPH06190760A - 自動工具交換装置用の結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結合（ロック）力が非常に大であり、重量が
数１００Ｋｇ程度のツールを装着して操作しても、動作
不良の生じる恐れがない自動工具交換装置用の結合装置
を提供すること。 【構成】 ユニット２に設けた、回動軸を中心として回
動し且つ曲面に形成された係合部分１５ａを有するカム
１５と、前記カム１５を円滑に駆動するためにユニット
２に揺動自在に取付けられたシリンダ１７と、他方のユ
ニット３に設けた、前記両ユニット２，３に接触面を互
い接触した状態で前記カム１５の係合部分１５ａが係合
可能とした係合ピン４６とを備え、前記カム１５の係合
部分１５ａは、回動軸からの距離が、前記両ユニット
２，３の接触面を互いに接触させた状態における前記係
合ピン４６と前記カム１５との接触点から前記回動軸ま
での距離に等しくしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動工具交換装置用
の結合装置に関し、より詳細には、ロボット等の操作手
段に接続される第１ユニットと、種々のツールを取り付
けられる少なくとも一つの第２ユニットとを備え、一つ
の第２ユニットを第１ユニットに分離可能に接続するよ
うに構成した自動工具交換装置用の結合装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】前記構成の自動工具交換装置では、ロボ
ット側ユニットとツール側ユニットを分離可能に結合す
る結合装置が用いられているが、従来知られている結合
装置は、図８に示す構成のものが主流であった。すなわ
ち、ロボット側のユニット１０１に設けた窪み１０２の
側壁にテーパ孔１０３を形成し、このテーパ孔１０３に
鋼球１０４をその内端部が窪み１０２内に突出可能に嵌
入すると共に、この鋼球１０４の外側に鋼球押さえ１０
５を上下移動可能に設けている。鋼球押さえ１０５は、
上方の室１０６に設けた圧縮バネ１０７によって常時下
方に付勢され、ポート１０８より下方の室１０９に圧縮
空気を供給すると、上方に移動するようになっている。

【０００３】鋼球押さえ１０５が下降して図示した位置
に来ると、その内端面が鋼球１０４を内方に押圧し、窪
み１０２の側壁から鋼球１０４の内端部が突出する。鋼
球押さえ１０５が上昇すると、鋼球１０４は外側に移動
し、窪み１０２の側壁から突出しない。ツール側のユニ
ット１１０には、前記ロボット側ユニット１０１の窪み
１０２に対する位置に、略円柱形の係合突起１１１が設
けてあり、その先端付近に形成した切欠部１１２に前記
鋼球１０４を嵌入・係合するようになっている。

【０００４】なお、１１３は、シール用のＯリングであ
る。両ユニット１０１、１１０を結合・一体化する際に
は、まずポート１０８より下方の室１０９に圧縮空気を
供給して、鋼球押さえ１０５を上昇させ、鋼球１０４を
外側に移動させた状態で、ロボット側ユニット１０１と
ツール側ユニット１１０の対向面を互いに接触させ、ツ
ール側ユニット１１０の係合突起１１１をロボット側ユ
ニット１０１の窪み１０２に嵌入させる。次に、下方の
室１０９より圧縮空気を排出すると、鋼球押さえ１０５
が下降して鋼球１０４が内側に押し出され、係合突起１
１１の切欠部１１２に係合する。こうして、両ユニット
１０１、１１１を結合・一体化が完了するのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の結合装置で
は、鋼球１０４と係合突起１１１との係合により両ユニ
ット１０１、１１０を結合するので、例えばスポット溶
接用のユニット等のように、１００Ｋｇ程度の重量の大
きなツールを取り付けた場合、係合突起１１１と鋼球１
０４との接触点や、鋼球押さえ１０５と鋼球１０４との
接触点に非常に大きな接触圧力が生じる。このため接触
部分が窪んで、その窪みに鋼球１０４が食い込み、動作
不良、特に両ユニット１０１、１１０の分離不能という
不具合が発生しやすい難点がある。

【０００６】この発明は以上のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、結合（ロッ
ク）力が非常に大であり、重量が数１００Ｋｇ程度のツ
ールを装着して操作しても、動作不良の生じる恐れがな
い自動工具交換装置用の結合装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、ロボットの
操作手段に接続される第１ユニット２と、種々のツール
を取り付けられる少なくとも一つの第２ユニット３とを
備え、一つの第２ユニット３を前記第１ユニット２に分
離可能に接続するように構成した自動工具交換装置に用
いる結合装置であって、前記ユニット（２）に設けた、
回動軸を中心として回動し且つ曲面に形成された係合部
分（１５ａ）を有するカム（１５）と、前記カム（１
５）を円滑に駆動するためにユニット（２）に揺動自在
に取付けられたシリンダ（１７）と、他方のユニット
（３）に設けた、前記両ユニット（２）（３）に接触面
を互い接触した状態で前記カム（１５）の係合部分（１
５ａ）が係合可能とした係合ピン（４６）とを備え、前
記カム（１５）の係合部分（１５ａ）は、回動軸からの
距離が、前記両ユニット（２）（３）の接触面を互いに
接触させた状態における前記係合ピン（４６）と前記カ
ム（１５）との接触点から前記回動軸までの距離に等し
くしてあり、 前記カム（１５）を回動させてその係合
部分（１５ａ）を前記係合ピン（４６）に接触させるこ
とにより、両ユニット（２）（３）を結合するように構
成したことを特徴とする結合装置。

【０００８】上記カム（１５）は、略扇形の板から形成
し、係合部分（１５ａ）をその円弧状部分に設けること
ができる。

【０００９】

【作用】以上のように構成しているので、両ユニット
２、３の接触面を接触させた状態で、シリンダ１７によ
りカム１５を係合ピン４６に向かって回動すると、前記
カム１５の係合部分１５ａは、前記係合ピン４６に接触
し、両ユニット２、３を結合してロックすることができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、この発明の
実施例を説明する。図は、この発明に係る結合装置を使
用した自動工具交換装置の一実施例を示したものであ
る。図７において、１は自動工具交換装置、２はロボッ
トアーム等の操作手段（図示せず）に取り付けられた第
１ユニット、３はスポット溶接ガン４が取り付けられた
第２ユニットを示している。第２ユニット３は、前記ス
ポット溶接ガン４等の種々のツールを取り付けたものが
複数個用意され、棚上に配置されている。作業の際に
は、任意の一つの第２ユニット３を選択して第１ユニッ
ト２に結合・一体化し、ロボット等の操作手段によって
所定の作業をさせることができる。

【００１１】上側の第１ユニット２は、本体部２ａ凸部
２ｂから成り、図３及び図４に示されるように、本体部
２ａは、偏平な円柱形部材から二つの略扇形部分を切欠
して形成される略Ｙ字形の形状を有している。本体部２
ａの前記切欠部には、それぞれインターフェース用のモ
ジュール５、６が取り外し可能として取り付けてあり、
全体としてほぼ一つの円柱形となるようにしてある。ま
た、切欠されていない扇形部分７には、側面に第２ユニ
ット３に取り付けたツールに制御用電気信号を送る電気
コンジット８と、当該ツールに制御用エアを供給・排出
する複数のエア用ポート９が設けてあり、下面には電気
コンジット８に接続された電気コネクタ（図示せず）及
びエア用ポート９に連通する継手（図示せず）が設けて
ある。本体部２ａの切欠部側の端縁の上部には、鍔部１
０が設けてあり、前記インターフェース用のモジュール
５、６はこの鍔１０にボルト止めされている。

【００１２】凸部２ｂは、星形に形成されて本体部２ａ
の下面に突設されている。この凸部２ｂは、互いに１２
０°をなす３本の半径に沿って延びると共に、中心部で
互いに接合された三つの部分１１から成っている。第１
ユニット２の内部は、その上端部より凸部２ｂの下端付
近まで達する深さで、凸部２ｂと同様の星形形状に切欠
され、凸部２ｂの各部分１１に沿って三つのシリンダ収
容室１２が形成されている。このシリンダ収容室１２
は、後述のカム駆動用のエアシリンダを収容する空間で
ある。シリンダ収容室１２の上部開口は、本体部２ａの
上面に取り付けた円形板から成る蓋１３によって塞がれ
ている。

【００１３】凸部２ｂの各部分１１の先端部１１ａに
は、矩形の孔を形成して窓１４が設けてあり、この窓１
４内に略扇形とした板状のカム１５が設けてある。この
カム１５は、部分１１の先端部１１ａに外部から横方向
（水平方向）に貫通して窓１４内に架け渡された支持ピ
ン１６によって第１ユニット２の中心軸に平行な面（鉛
直面）内で回動可能に支持され、窓１４を通って部分１
１の外部と内部間を回動可能である。

【００１４】カム１５が後述の係合用ピンと係合する部
分１５ａは、円弧状の端縁部分である。このため支持ピ
ン１６は、カム１５の係合部分１５ａとは反対側の角１
５ｂに近い位置に設けてある。また、カム１５の前記係
合部分１５ａは、回動軸すなわち支持ピン１６からの距
離が、前記両ユニット（２）（３）の接触面を互いに接
触させた状態における前記係合ピン（４６）と前記カム
（１５）との接触点から前記支持ピン１６までの距離に
等しくしてある。

【００１５】前記カム１５は、前述した三つのシリンダ
収容室１２に揺動自在に設けられた駆動用エアシリンダ
１７によって各々駆動される。各シリンダ１７は、いず
れも支持部材１８を介して、部分１１の両内側面に固定
された取付台１９によって支持され、第１ユニット２の
中心軸に沿って上下に回動可能である。駆動用エアシリ
ンダ１７へのエアの供給及び排出は、本体部２ａの側面
に設けられたエア用ポート２０、２１より、連結管２
２、２３を介して行われる。

【００１６】前記エアシリンダ１７は、各々、ピストン
ロッド２４が前記カム１５と平行になるように配置して
ある。ピストンロッド２４の先端には、その二つの脚部
を前記カム１５側に向けて、Ｕ字形のジョイント２５が
固定してあり、前記カム１５をこのジョイント２５の二
つの脚部の間に挟むような形で、カム１５に回動可能に
接続してある。ジョイント２５とカム１５の接続は、両
者を貫通して設けた接続用ピン２６によって行ってい
る。接続用ピン２６は、係合部分１５ａに近い位置でカ
ム１５を貫通している。

【００１７】以上の構成により、駆動用エアシリンダ１
７を作動してピストンロッド２４を出し入れすると、そ
の運動は、Ｕ字形ジョイント２５と接続用ピン２６によ
ってカム１５に伝達されるので、シリンダ１７によって
カム１５を支持ピン１６の周りに回動することができ
る。前記インターフェース用のモジュール５は、溶接ガ
ン４に溶接用電流を供給するものであり、側面に電気コ
ンジット２７を、下面に電気接点２８ａ，２８ｂをそれ
ぞれ設けている。他のモジュール６は、溶接ガン４に冷
却水を供給するものであり、側面に水用ポート２９を、
下面に接続用孔３０をそれぞれ設けている。

【００１８】なお３１は、前記本体部２ａの下面に設け
た位置決めピンである。第２ユニット３は、前記第１ユ
ニット２と同様の略Ｙ字形の形状を持っている。略扇形
に切欠した二つの部分には、各々インターフェース用の
モジュール３２，３３が取り外し可能として取り付けて
あり、全体として第１ユニット２とほぼ同一の一つの円
柱形をなすようにしている。これらのモジュール３２，
３３は、第１ユニット２に取り付けてあるモジュール
５，６と対をなし、両ユニット２，３を重ねたときに互
いに重なり合うようにしてある。

【００１９】溶接用電流を供給するモジュール３２は、
側面に電気コンジット３４を、上面に電気接点３５ａ，
３５ｂをそれぞれ設けており、冷却水を供給するモジュ
ール３３は、側面に水用ポート３６を、上面に継手３７
をそれぞれ設けている。モジュール３２の電気接点３５
ａ，３５ｂは、第１ユニット２のモジュール５の電気接
点２８ａ，２８ｂにそれぞれ対応する位置にあり、両モ
ジュール３２，５が重なったときに両者は接続される。
モジュール３３の二つの継手３７も、両モジュール３
３，６が重なったときに連通するように、第１ユニット
２のモジュール６の接続用孔３０に対応する位置に設け
てある。なお、両モジュール３２，３３は、第１ユニッ
ト２と同様に、切欠部側の端縁に設けた鍔部３８にボル
ト止めされている。

【００２０】第２ユニット３の扇形部分３９には、両ユ
ニット２，３を重ねたときに、第１ユニット２の図示し
ていない電気コネクタ及び継手とそれぞれ接続される、
電気コネクタ４０及び複数の継手４１が設けてある。こ
の電気コネクタ４０及び継手４１は、各々、扇形部分３
９の側面に設けた電気コンジット４２及びエア用ポート
４３に接続されている。

【００２１】第２ユニット３の中央部は、Ｙ字形に切欠
され、上下に開口した空間４４が形成してある。この空
間４４には、前記第１ユニット２のＹ字形の凸部２ｂが
嵌合する。空間４４の三つの外端部には、各々、半径方
向外側に窪んだ窪み４５が形成され、この窪み４５に、
第２ユニット３の外部から水平方向に貫通して架け渡さ
れた係合ピン４６が設けてある。この係合ピン４６は、
図６に見るように、第２ユニット３の上端に近い位置に
設けてあり、第２ユニット３の中心軸を含む面に対して
直交している。両ユニット２，３を重ねたとき、空間４
４の各外端部の内壁面４７には、第１ユニット２の凸部
２ｂの先端部１１ａ外面が接し、窪み４５には、カム１
５の外端が嵌入する。前記空間４４の下部開口は、第２
ユニット３の下端に取り付けた円形板から成る蓋４８に
よって塞がれている。前記スポット溶接ガン４は、この
蓋４８を介して取り付けられている。

【００２２】なお、４９は、第１ユニット２の位置決め
ピン３１が挿入される位置決め用の孔、５０，５１は、
第１ユニット２のエア用ポート２０，２１に接続された
継手である。次に、以上のように構成した自動工具交換
装置１の使用状態について説明する。

【００２３】ここでは、種々のツールを取り付けてラッ
ク上に並べられた複数の第２ユニット３の中から、図示
したスポット溶接ガン４を取り付けた第２ユニット３を
選択する場合を考える。まず、ロボットアームに取り付
けた第１ユニット２を、前記第２ユニット３の上方に移
動し、第１ユニット２の二本の位置決めピン３１を第２
ユニット３の二つの位置決め用孔４９に各々一致させて
停止する。

【００２４】続いて、第１ユニット２を下降し、位置決
めピン３１を第２ユニット３の位置決め用孔４９に挿入
するようにして、両ユニット２，３を重ると、第１ユニ
ット２の凸部２ｂが第２ユニット３の空間４４に嵌合す
る。このとき、カム１５駆動用の各エアシリンダ１７に
は、ピストンロッド２４を引っ込める方向にエアが供給
されているので、図１に見るようにカム１５の大部分が
シリンダ収容室１２の内側に引っ込んでおり、両ユニッ
ト２，３の嵌合には支障はない。

【００２５】第１ユニット２の本体部２ａの下端面と第
２ユニット３の上端面とが完全に接すると、自動的に、
第１ユニット２の扇形部分７に設けた図示しない電気コ
ネクタとエア用継手が、第２ユニット３の扇形部分３９
に設けた電気コネクタ４０とエア継手４１にそれぞれ接
続される。また、第１ユニット２のモジュール５，６の
電気接点２８ａ，２８ｂとエア用の接続用孔３０も、第
２ユニット３のモジュール３２，３３の電気接点３５
ａ，３５ｂとエア用継手３７に、それぞれ接続される。

【００２６】こうして、ロボットより第１ユニット２に
送られた、制御用の電気信号とエア信号及び溶接用の電
流及び冷却水を、第２ユニット３を介してスポット溶接
ガン４に伝達することが可能となる。以上のようにして
両ユニット２，３が接触すると、操作弁（図示せず）を
操作して、各エアシリンダ１７にそれまでとは反対方向
にエアを供給し、ピストンロッド２４を同期して突出さ
れる。すると、各ピストンロッド２４と連結されている
三つのカム１５が、支持ピン１６を中心として外側に向
かって回動し、図２に見るように、その円弧状の係合部
分１５ａが第２ユニット３の係合ピン４６に接触し、両
ユニット２，３の結合をロックして保持できる。

【００２７】尚、この実施例において、停電等の事故に
よってエアの供給が停止した場合のことを考慮し、前記
シリンダ１７にスプリングを内蔵して、結合時にエアが
なくなっても、ピストンロッド２４が突き出たままに保
持されるように構成するのが好ましい。結合した両ユニ
ット２，３を分離するときは、シリンダ１７に前記と逆
方向にエアを供給すればよい。こうすれば、カム１５が
反対方向に回動して係合ピン４６から離れるので、容易
に分離することができる。

【００２８】

【発明の効果】この発明は以上に述べた構成を有するも
のであり、カム１５が係合部分１５ａと係合ピン４６と
の接触圧力によって、両ユニット２，３の結合力が生じ
るので、鋼球１０４と係合突起１１１との係合によりロ
ックする従来の装置に比べて、係合部分に生じる接触圧
力は小さく、またカム１５と係合ピン４６とが係合中に
引っ掛かって離れなくなるような不都合を生じることが
なく、従って重量が数１００kg程度のツールを装着して
操作しても、動作不良が生じる恐れはない。

【００２９】また、この発明の装置では、その構成上、
両ユニット２，３に分離する方向の力が作用した場合
に、却って両ユニット２，３のロック力を強めることに
なり、不意に大きな力が作用しても、両ユニット２，３
が分離することがないという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の結合装置を示すものであ
り、第１ユニットの凸部を第２ユニットの凹部に嵌入し
て、結合装置により両ユニットを結合する直前の状態を
示す一部断面説明図である。

【図２】前記結合装置により両ユニットを結合してロッ
クした状態を示す一部断面説明図である。

【図３】前記結合装置を使用した第１ユニットの平面図
である。

【図４】図３におけるＡ−Ａ線に沿った部分断面説明図
である。

【図５】前記結合装置を使用した第２ユニットの平面図
である。

【図６】図５におけるＢ−Ｂ線に沿った部分断面説明図
である。

【図７】図３ないし図６に示す二つのユニットを使用し
た自動交換装置を、各ユニットを互いに分離した状態で
示す斜視図である。

【図８】従来の結合装置の一例を示す部分断面説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 自動工具交換装置 ２ 第１ユニット ２ａ 本体部 ２ｂ 凸部 ３ 第２ユニット ４ スポット溶接ガン ５ インターフェース用モジュール ６ インターフェース用モジュール １２ シリンダ収容室 １４ 窓 １５ カム １５ａ 係合部分 １６ 支持ピン １７ エアシリンダ １８ 支持部材 １９ 取付台 ２０ エア用ポート ２１ エア用ポート ２２ 連結管 ２３ 連結管 ２４ ピストンロッド ２５ ジョイント ２６ 接続用ピン ３１ 位置決めピン ３２，３３ インターフェース用モジュール ４４ 空間 ４５ 窪み ４６ 係合ピン ４９ 位置決め用孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルース ディー． ニュウェル アメリカ合衆国 12309 ニューヨーク シェネクタディ トロッティングハム ロ ード 778 (72)発明者 トーマス ジェイ． ペトロニス アメリカ合衆国 12065 ニューヨーク クリフトン パーク サウスベリー ロー ド 63

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの操作手段に接続される第１ユ
   ニット（２）と、種々のツールを取り付けられる少なく
   とも一つの第２ユニット（３）とを備え、一つの第２ユ
   ニット（３）を前記第１ユニット（２）に分離可能に接
   続するように構成した自動工具交換装置に用いる結合装
   置であって、 前記ユニット（２）に設けた、回動軸を中心として回動
   し且つ曲面に形成された係合部分（１５ａ）を有するカ
   ム（１５）と、 前記カム（１５）を円滑に駆動するためにユニット
   （２）に揺動自在に取付けられたシリンダ（１７）と、 他方のユニット（３）に設けた、前記両ユニット（２）
   （３）に接触面を互い接触した状態で前記カム（１５）
   の係合部分（１５ａ）が係合可能とした係合ピン（４
   ６）とを備え、 前記カム（１５）の係合部分（１５ａ）は、回動軸から
   の距離が、前記両ユニット（２）（３）の接触面を互い
   に接触させた状態における前記係合ピン（４６）と前記
   カム（１５）との接触点から前記回動軸までの距離に等
   しくしてあり、前記カム（１５）を回動させてその係合
   部分（１５ａ）を前記係合ピン（４６）に接触させるこ
   とにより、両ユニット（２）（３）を結合するように構
   成したことを特徴とする結合装置。
2. 【請求項２】 前記カム（１５）が略扇形の板から成
   り、その係合部分（１５ａ）が円弧状部分に設けてある
   ことを特徴とする請求項１に記載の結合装置。