JPH0729268B2 - 自動工具交換装置 - Google Patents

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に設けられ
た両ユニユットの結合装置は、通常、ロボット側ユニッ
トに揺動可能に設けた二つの棒状のレバーと、当該両レ
バーにピストンロッドを係合させたエアシリンダと、ツ
ール側ユニットに設けた二本の結合用ピンとから成って
いる。両ユニットを結合する際には、両ユニットの接触
面を接触した状態でエアシリンダを作動し、両レバーを
同期して揺動させて結合用ピンに各々係止してロックす
るのである。前記エアシリンダを操作するエア圧の供給
は、ロボット側ユニットの側面に取り付けた継手と当該
ユニット内部に設けた管から成る流路（ライン）を通っ
て行われる。

【０００３】前記従来の自動工具交換装置には、ツール
側ユニットに取り付けたツールに当該ツールを制御する
電気信号を伝達する制御用電気信号ラインや、当該ツー
ルを操作するエア圧または油圧を供給する操作用エア圧
・油圧ライン・または当該ツールを冷却する冷却水ライ
ンが設けてある。制御用電気信号ラインは、各ユニット
の側面に設けた電気コンジットと、各ユニットの接触面
に設けた電気接点ないし電気コネクタと、各ユニット内
でこれらを接続するリード線とから構成される。また、
操作用エア圧・油圧ライン及び冷却水ラインは、各ユニ
ットの側面及び接触面に設けた継手と、これらを各ユニ
ット内で接続する管ないし流路から構成される。ロボッ
トから送られた電気信号、エア圧、油圧等は、ロボット
側ユニットの側面の電気コンジットや継手から両ユニッ
ト内に入り、ツール側ユニットの側面の電気コンジット
や継手から出てツールに送られるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の自動工具交
換装置では、制御用電気信号ラインの電気コンジット、
電気コネクタ及び操作用エア圧・油圧ラインや冷却水ラ
インの継手が、各ユニット本体に固定して設けてあるた
め、ツールの制御や操作に必要な条件が大きく異なる
と、もはや同一装置では操作できず、他の自動工具交換
装置で操作しなければならなかった。

【０００５】即ち、例えば、ツールとして油圧グリッパ
を取り付けたときには、操作用油圧を供給する油圧ライ
ンと、制御用電気信号を送る数Ａ程度の小容量の電気信
号ラインが必要である。また、スポット溶接用ガンを取
り付けた場合は、前記制御用の小容量の電気信号ライン
の他に１００Ａ程度の電流容量をもつ溶接用電流ライン
と冷却水用のラインが必要となる。この両者のように、
操作するツールが必要とする条件が大きく異なると、同
一の装置を使用することはもはや不可能となり、自動工
具交換装置を数多く備えることが必要であった。

【０００６】そこで、この発明では、取り付けたツール
の制御及び操作に必要な電気信号ラインや電流ライン、
あるいはエア圧・油圧・水等のラインが大きく異なって
も、各ツールに応じて最適のラインを選択して備えるこ
とができる自動工具交換装置、換言すれば、所望のライ
ンの継手部を自由に交換できるようにして、安価な設備
費でしかも作業能率を向上させ得る自動工具交換装置を
提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、ロボットの
操作部側から工具側へ電気、ガス、空気、水、油等を供
給するために、前記操作部に取付けられる第１ユニット
又は前記工具を有する第２ユニットのうち一方に雄側の
継手部を、他方に雌側の継手部を、それぞれ具備させ、
前記第１ユニットと第２ユニットが適正に接合されたと
きには雄・雌側継手部相互が接続状態となる自動工具交
換装置において、第１・２ユニットはそれぞれ、複数の
取付部を有した本体部と、前記取付部に着脱自在に取り
付けることができ且つ、電気、ガス、空気、水、油のう
ち少なくとも一種類の継手部を有した複数種のモジュー
ルとを有するものとしてあり、第２ユニット側に具備さ
せてある工具の種別に応じて各モジュールを選択して本
体部の取付部に取り付けることができるようにしてあ
る。

【０００８】

【作用】この発明は以上のように構成しているので、次
の作用を有する。この自動工具交換装置では、第１ユニ
ットと第２ユニットが適正に接合状態にあるときには、
従来の技術に記載したものと同様に、ロボットの操作部
側から工具側へ電気、ガス、空気、水等を供給できる。

【０００９】そして、工具の使用目的に応じて、その使
用する電気、ガス、空気、水等の種類や容量等に変更が
必要な場合には、その変更する継手部を有したモジュー
ルのみを本体の取付部から取り外し、所望の種類や容量
のモジュールを取付けるようにすればよい。

【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を結合・一体化し、
ロボット等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と凸
部２ｂから成り、図３及び図５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
２ａ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・排出する四つのエア用ポート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１０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】この構成により、モジュール５，６の取付
並びに交換は、ボルトの締付及び緩め作業のみで行え、
非常に簡単である。また、モジュール５，６は、第１ユ
ニット２の切欠部に対応する形状として、当該切欠部に
嵌合しているので、モジュール５，６が第１ユニット２
の円柱形の外側にほとんどはみ出ないという利点があ
る。

【００１３】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、その上端面より凸部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によって寒がれ
ている。

【００１４】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を設けてあり、図４に示すよ
うに、この窓１４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１
４を通って部分１１の外部と内部間を回動可能である。

【００１５】カム１５は、後述の第２ユニット３に設け
た係合用ピンと円弧状の端縁部分１５ａで係合し、支持
ピン１６は、反対側の角１５ｂに近い位置に設けてあ
る。また、カム１５の前記係合部分１５ａと回動軸すな
わち支持ピン１６との距離が、外側の部分が最小であ
り、内側に向かって徐々に増加するように設定するた
め、支持ピン１６の位置を、円弧状の係合部分１５ａの
両端部間の角度を二等分する直線上から下方にずらして
設定してある。

【００１６】前記三つのカム１５は、前述した三つのシ
リンダ収容室１２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１
７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により、連結管２２，２
３を介して行われる。

【００１７】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１５ｂに近い位置でカ
ム１５を貫通している。

【００１８】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と電気接点２８
ｂ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、下面に二つの接続用孔３０をそれぞれ設けてい
る。

【００１９】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つけ
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３
２，３３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。

【００２０】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と
標準電流供給用の三つの電気接点３５ｂとをそれぞれ設
けている。また、冷却水を供給するモジュール３３は、
側面に二つの水用ポート３６を、上面に二つの継手３７
をそれぞれ設けている。モジュール３２の電気接点３５
ａと電気接点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３３，６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の二つの接続用孔３０に対応す
る位置に設けてある。

【００２１】なお、両モジュール３２，３３は、第１ユ
ニット２のモジュール５，６と同様に、切欠部側の端縁
の下部に設けた鍔部３８にボルト止めされている。この
ため、モジュール３２，３３の取付並びに交換作業が非
常に簡単であり、モジュール３２，３３が第２ユニット
３からはみ出ないという利点があるのは、第１ユニット
２の場合と同様である。

【００２２】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及び四つのエア用継手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３９の側面に設けた電気コンジット４２及び四つの
エア用ポート４３に接続されている。

【００２３】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の外部から横方向（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４４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１５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によって寒がれている。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。

【００２４】なお、４９は、図７の第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、５０，５
１は、第１ユニット２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。

【００２５】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７
において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。

【００２６】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を重ねると、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の駆動用の各エアシリンダ１
７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。

【００２７】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とエア用継手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。

【００２８】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
流と冷却水を、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、各ピストンロッド２４を同期して突出さ
せる。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に接触する。

【００２９】前述のように、カム１５の係合部分１５ａ
と支持ピン１６との距離は、係合ピン４６に近い位置で
最小であり、係合ピン４６から離れるに従って徐々に増
加しているので、回動角度が増加するに従って係合ピン
４６を押圧する力が増加する。こうして、両ユニット
２，３の結合をロックして保持することができる。この
実施例では、両ユニット２，３の結合時における係合ピ
ン４６と支持ピン１６の相対位置及びカム１５の寸法の
関係を適宜設定して、カム１５の係合部分１５ａが係合
ピン４６を押圧して停止する位置を、カム１５の中心角
の二等分線が係合部分１５ａと交差する中心位置よりも
内側に設定しているので、両ユニット２，３を分離する
方向に力が作用した場合、その力によるモーメントは、
大部分がカム１５を外側に回動する方向に作用する。し
たがって、前記力は、両ユニット２，３のロック力を強
める方向に作用するため、このような場合にも非常に分
離し難いという利点がある。

【００３０】また、停電等の事故によってエアの供給が
停止した場合の事を考慮し、前記シリンダ１７にスプリ
ングを内蔵して、供給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。

【００３１】以上の実施例では、カム１５を略扇形の板
から形成しているが、この発明はこれに限られるもので
なく、円板形や円筒形等、種々の形状で実施することが
できるのは勿論である。また係合部分１５ａも凸状に限
られない。要は、カムの係合部分が、回動軸からの距離
が、結合時の係合ピンとカムの回動軸との距離に等しい
部分と、当該距離よりも大きい部分とを含んでいて、そ
の距離が徐々に変化するものであれば足りる。

【００３２】

【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、次の効果を有する。作用の欄に記載した内容
から、安価な設備費でしかも作業能率を向上させ得る自
動工具交換装置を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る自動工具交換装置の実施例を示
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。

【図２】同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。

【図３】同結合装置を使用した第１ユニットの平面図。

【図４】図３におけるＡ−Ａ線に沿った部分断面説明
図。

【図５】同結合装置を使用した第２ユニットの平面図。

【図６】図５におけるＢ−Ｂ線に沿った部分断面説明
図。

【図７】図３乃至図６に示す二つのユニットを使用した
自動工具交換装置を、各ユニットを互いに分離した状態
で示す斜視図。

【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 ７ 扇形部分 ８ 電気コンジット ９ エア用ポート １０ 鍔部 ２０ エア用ポート ２１ エア用ポート ２２ 連結管 ２３ 連結管 ２７ 電気コンジット ２８ａ 電気接点 ２８ｂ 電気接点 ２９ 水用ポート ３０ 接続用孔 ３１ 位置決めピン ３２ インターフェース用モジュール ３３ インターフェース用モジュール ３４ 電気コンジット ３５ａ 電気接点 ３５ｂ 電気接点 ３６ 水用ポート ３７ 水用継手 ３８ 鍔部 ３９ 扇形部分 ４０ 電気コネクタ ４１ エア用継手 ４２ 電気コンジット ４３ エア用ポート ４９ 位置決め用孔 ５０ エア用継手 ５１ エア用継手

───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 昭59−117077（ＪＰ，Ａ) 実公 昭58−17752（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの操作部側から工具側へ電気、
   ガス、空気、水、油等を供給するために、前記操作部に
   取付けられる第１ユニット又は前記工具を有する第２ユ
   ニットのうち一方に雄側の継手部を、他方に雌側の継手
   部を、それぞれ具備させ、前記第１ユニットと第２ユニ
   ットが適正に接合されたときには雄・雌側継手部相互が
   接続状態となる自動工具交換装置において、第１・２ユ
   ニットはそれぞれ、複数の取付部を有した本体部と、前
   記取付部に着脱自在に取り付けることができ且つ、電
   気、ガス、空気、水、油のうち少なくとも一種類の継手
   部を有した複数種のモジュールとを有するものとしてあ
   り、第２ユニット側に具備させてある工具の種別に応じ
   て各モジュールを選択して本体部の取付部に取り付ける
   ことができるようにしてあることを特徴とする自動工具
   交換装置。