JPH0753352B2 - 自動工具交換用カップラー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この出願の発明は、ロボット等の出力部に取付けられる
第１ユニットと、この第１ユニットに接続される工具を
有したワーク側の第２ユニットとから成る自動工具交換
用カップラーに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、アーム式の工業用ロボットには、工具交換機能を
具備させてあり、第１図に示す如くアーム（Ａ）の先端
部に工具交換用カップラー（Ｃ）を有するものとしてあ
る。

上記工具交換用カップラー（Ｃ）は、同図に示すよう
に、ロボット側に取付けられる第１ユニット（１）と、
工具が取付けられたワーク側の第２ユニット（２）とか
ら構成されており、工具が相違する多数の第２ユニット
（２）が用意されている。

即ち、一つの工程が終了し次の工程に移る際に、今まで
使用していた第２ユニット（２）を第１ユニット（１）
から取外し、他の種類の工具を有する第２ユニット
（２）を結合させるのである。そして、この結合の際に
は、各ユニットに具備させた電気・空気・油・水経路用
のコネクタがON状態となるようにしてある。

上記したコネクタのうち、油や水経路用のものとして
は、例えば、従来は、第５図に示すようなものが使用さ
れており、このものは、第１ユニット（１）側に設けら
れた雄コネクタ（３）と、第２ユニット（２）側に設け
られた雌コネクタ（４）とから構成されている。

雄コネクタ（３）は、同図に示すように、先端に雌コネ
クタ（４）に密嵌される挿入部（34）を有する筒状のケ
ーシング本体（30）と、これの内部に進退自在に収容さ
れると共に接続方向側にバネ付勢され、更に、流体経路
（39）を有した軸状の移動弁体（32）と、前記移動弁体
（32）の先端近傍外周面に、ケーシング本体（30）の先
端近傍内周面との水密を確保するＯリング（33）とから
構成されており、上記移動弁体（32）の先端部に押力が
作用しない場合、ケーシング本体（30）の接続側端と移
動弁体（32）の接続側端とが面一となるようにしてあ
る。

雌コネクタ（４）は、第５図に示すように、筒状のケー
シング本体（40）と、これの内部に流体経路（41）を設
けるべく固定配設された軸状の固定弁体（44）と、前記
ケーシング本体（40）と固定弁体（44）間に進退自在に
介装されると共に接続方向側にバネ付勢された進退筒
（42）と、前記ケーシング本体（40）の先端近傍内周面
に、進退筒（42）の先端近傍外周面との水密性を確保す
るＯリング（43）と、固定弁体（44）の先端近傍外周面
に、前記進退筒（42）の先端近傍内周面との水密性を確
保する為のＯリング（45）とから構成されており、上記
進退筒（42）の先端部に押力が作用しない場合、ケーシ
ング本体（40）及び固定弁体（44）の接続側端と進退筒
（42）の接続側端とがほぼ面一となるようにしてある。

このものでは、第５図に示す如く雄コネクタ（３）の挿
入部（34）を雌コネクタ（４）の孔部分に挿入するよう
にして接続され、その接続過程は第６図（ａ）（ｂ）
（ｃ）（ｄ）に示す如くである。

ところが、上記コネクタでは、同図（ｂ）に示した状態
において、Ｏリング（33）（45）が同時に機能せず矢印
（Ｙ）に示した漏れ経路が構成されてしまい、その結
果、工具交換用カップラー（Ｃ）内に、流体が溜まって
しまう。これは、漏電等の問題を引き起こしてしまい、
危険である。

他方、工具交換用カップラー（Ｃ）としては、第７図
（主要部の半断面図のみを示す）に示すようなものがあ
る。

このものでは、同図に示す如く雄コネクタ（３）の挿入
部（34）を雌コネクタ（４）の孔部分に挿入するように
して接続され、その接続過程は第７図（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示す如くである。

ところが、このものでは、雄コネクタ（３）の挿入部
（34）を雌コネクタ（４）の孔部分に挿入した瞬間、流
体圧によって、バネ（Ｂ）の付勢力に抗して進退筒（4
2）が押し込まれて、瞬間的に同図（ａ）に示す矢印
（Ｙ）のような漏れ経路が構成されてしまう。即ち、こ
のものも、前者のものと同様に工具交換カップラー
（Ｃ）内に流体が溜まってしまい、前者同様危険であ
る。

尚、上記カップラーにおいて、バネ（Ｂ）の付勢力を大
きくし、流体圧により進退筒（42）が押し込まれないよ
うにすることも可能であるが、バネ（Ｂ）の付勢力を大
きくした場合には、上記第１ユニット（１）と第２ユニ
ット（２）の接続時において、その接合面相互が平行に
なりにくいという不都合を招来する。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、この出願の発明では、第１ユニット（１）と第
２ユニット（２）との接合面の平行度が保て、且つ、前
記第１・２ユニット（１）（２）相互間に流体が漏れに
くい工具交換用カップラーを提供することを課題とす
る。

〔課題を解決する為の手段〕

そこで、この出願の発明では、第１ユニット（１）の流
体経路中に雄コネクタ（３）を設けると共に、第２ユニ
ット（２）の流体経路中に雌コネクタ（４）を設け、第
１ユニット（１）と第２ユニット（２）が接合状態にあ
るときには、前記雄コネクタ（３）と雌コネクタ（４）
とが接続されて、前記第１ユニット（１）の流体経路と
第２ユニット（２）のそれが連通状態になる形式の自動
工具交換用カップラーに於いて、 雄コネクタ（３）が、第１ユニット（１）の接合面から
突出すると共にその内部が流体経路となり、更に、先端
から一定範囲に小孔径部（35）を有した筒状の挿入部
（34）と、前記小孔径部（35）内に、進退自在に収容す
ると共に挿入部（34）の開放方向に対して抜止状態にせ
しめられた移動弁体（32）と、前記移動弁体（32）を挿
入部（34）の開放方向に付勢するバネ（B1）と、前記移
動弁体（32）に、これの外周面と小孔径部（35）の壁面
との水密性を確保する為に設けられたＯリング（90）と
から構成され、雌コネクタ（４）が、第２ユニット
（２）の流体経路内に、進退自在に収容され且つバネ
（B2）によって流体経路の開放方向に付勢された進退筒
（42）と、第２ユニット（２）の流体経路における開放
部近傍に固定配設され、当接する態様で上記進退筒（4
2）の開放側への抜止めを確保する固定弁体（44）と、
前記固定弁体（44）に、これの外周面と上記進退筒（4
2）との当接状態においてこれら相互の水密性を確保
し、又、挿入部（34）が進退筒（42）を押込んだ状態に
おいて、固定弁体（44）と小孔径部（35）の壁面間の水
密性を確保するＯリング（91）とから構成され、 上記進退筒（42）の内周面に、挿入部（34）が進退筒
（42）に当接したとき、これら相互間の水密性を確保す
るＯリング（92）を設けると共に、上記した小孔径部
（35）域の長さを、移動弁体（32）と固定弁体（44）と
が当接した状態におけるＯリング（90）（91）間距離以
上の大きさに設定している。

〔作用〕

この出願の発明は次の作用を有する。

．挿入部（34）により進退筒（42）がバネ（B2）の付
勢力に抗して押込まれる直前のシール状態 挿入部（34）と進退筒（42）間の水密性がＯリング（9
2）により確保され、流体経路と外周部とが遮断されて
おり、且つ、小孔径部（35）の壁面と移動弁体（32）間
の水密性がＯリング（90）により確保され、雄コネクタ
（３）内の流体が挿入部（34）の開放部から漏れないよ
うになっている。

．挿入部（34）によって、の状態より更にバネ（B
2）の付勢力に抗して進退筒（42）が押込まれたときの
シール状態 の状態に加えて、前記小孔径部（35）の壁面と固定弁
体（44）間の水密性がＯリング（91）により確保されて
いる。

．挿入部（34）によっての状態より更にバネ（B2）
の付勢力に抗して進退筒（42）がさらに押込まれたとき
のシール状態 Ｏリング（90）の位置が小孔径部（35）から外れること
となって移動弁体（32）の外周部には流体経路が形成さ
れることとなり、挿入部（34）と進退筒（42）間の水密
性がＯリング（92）により、小孔径部（35）の壁面と固
定弁体（45）間の水密性がＯリング（91）により、それ
ぞれ確保されているのみとなっている。

この状態では、Ｏリング（91）の存在により外部に流体
が漏れない状態となっており、又、進退筒（42）に流体
圧が作用していない。

．挿入部（34）によっての状態より更にバネ（B2）
の付勢力に抗して進退筒（42）がさらに押込まれたとき
のシール状態 Ｏリング（90）及びＯリング（91）の位置が共に小孔径
部（35）から外れることとなって移動弁体（32）及び固
定弁体（44）の外周部には流体経路が形成されることと
なり、挿入部（34）と進退筒（42）間の水密性がＯリン
グ（92）により確保されているのみとなっている。

即ち、雄コネクタ（３）と雌コネクタ（４）の流体経路
が連通状態となり、前記流体経路と外部との水密性はＯ
リング（92）により確保されている。

〔実施例〕

以下、この出願の発明の構成を一実施例として示した図
面に従って説明する。

この実施例のものは、従来の技術の欄に記載したものと
同様（第１図参照）に、アーム式の工業用ロボットのハ
ンド等に取付けられる第１ユニット（１）と、工具が取
付けられたワーク側の第２ユニット（２）とから構成さ
れており、第２図に示すガイドピン（10）とガイド孔
（20）を介して適性に第１ユニット（１）と第２ユニッ
ト（２）とが接合された時には、電気用コネクタ（E1）
（E2）や水経路用の雄・雌コネクタ（３）（４）やその
他（空気・油経路用）コネクタが接続状態となるように
してある。

以下に、この自動工具交換用カップラー（Ｃ）の要部で
ある第１・２ユニット（１）（２）に形成された流体経
路（11）（12）及び雄・雌コネクタ（３）（４）につい
て詳述する。

この実施例のものでは、第３図に示すように、上記第１
ユニット（１）の流体経路（11）における接合面側開放
部分に雄コネクタ（３）を設けると共に、第２ユニット
（２）の流体経路（21）における接合面側開放部分に雌
コネクタ（４）を設け、第１ユニット（１）と第２ユニ
ット（２）が接合状態にあるときには、前記雄コネクタ
（３）と雌コネクタ（４）とが接続されて、流体経路
（11）と流体経路（21）とが連通状態になるようにして
ある。

雄コネクタ（３）は、第３図に示すように、筒状のケー
シング本体（30）内に、移動弁体（32）、バネ受け（5
0）、前記移動弁体（32）とバネ受け（50）との間に介
装されたバネ（B1）とを収容して構成されたもので、こ
れの一端を第１ユニット（１）の接合面から突出させる
態様で流体経路（11）に挿入螺着すると共に前記突出部
を雌コネクタ（４）内に嵌入される挿入部（34）として
ある。尚、ケーシング本体（30）と第１ユニット（１）
との水密性は、同図に示す如く、Ｏリング（93）により
確保している。

ケーシング本体（30）は、同図に示すように、挿入部側
内周面の一定範囲（移動弁体（32）と固定弁体（44）と
が当接した状態における、Ｏリング（90）とＯリング
（91）との間隔よりも少し大きく設定されている）を小
孔径部（35）としてあると共にその他の内周面を大孔径
部（36）としてある。

移動弁体（32）は、第３図に示すように、挿入部（34）
の内部に収容されている弁体部（32a）と、上記大孔径
部（36）と小孔径部（35）間の段付部と係合する環状片
（32b）と、バネ受け（50）に摺動自在に支持される軸
部（32c）とを有するもので、前記弁体部（32a）に、こ
れの外周面と小孔径部（35）の壁面との水密性を確保す
る為のＯリング（90）を設けている。

バネ受け（50）は、同図に示すように、バネ挿入溝（50
a）を有する環状のもので、その内周径を上記した軸部
（32c）の外径よりも少し大きく設定していると共に、
前記バネ挿入溝（50a）の底壁には複数の流体流出入孔
（50b）を形成してある。尚、このバネ受け（50）はケ
ーシング本体（30）の内部に設けたＣ型リング（51）に
より抜止め状態を確保してある。

雌コネクタ（４）は、第３図に示すように、進退筒（4
2）と、前記進退筒（42）内に収容される固定弁体（4
4）と、前記進退筒（42）をユニットの接合面側に付勢
するバネ（B2）と、前記進退筒（42）と固定弁体（44）
間に介装される固定中筒（46）とから構成されている。

進退筒（42）は、同図に示すように、雄コネクタ（３）
を構成するケーシング本体（30）と略同径に設定してあ
り、先端部の形状は上記挿入部（34）と対応する形状と
してある。そして、この進退筒（42）には、その内周面
に、雄コネクタ（３）との接続時において挿入部（34）
と当接する内方突出片（42a）を形成すると共に挿入部
（34）と進退筒（42）との水密性を確保する為のＯリン
グ（92）を設けてある。尚、上記した内方突出片（42
a）は、後述する固定弁体（44）の弁体部（44a）との当
接による進退筒（42）の抜止め機能をも有している。

固定中筒（46）は、第３図に示すように、筒部（46b）
の一端部に設けた鍔部（46a）を利用して流体経路構成
壁に固定してあり、前記筒部（46b）の外径を上記進退
筒（42）の内径よりも少し小さく設定してある。そし
て、この固定中筒（46）には、その鍔部（46a）の外周
面と流体経路の壁面との水密性を確保する為のＯリング
（95）を設けると共に、筒部（46b）の外周面と進退筒
（42）の内周面との水密性を確保する為のＯリング（9
4）を設けてある。

固定弁体（44）は、同図に示すように、流体経路（21）
におけるユニットの接合面側開放部近傍に位置する弁体
部（44a）と、この弁体部（44a）に連設された軸部（44
b）と、複数の流体流出入孔（47a）を有し且つ前記軸部
（44b）を進退筒（42）と同軸上に固定する固定板（4
7）とから構成されており、前記固定板（47）を上記固
定中筒（46）に挿入螺合するようにして取付けられてい
る。そして、前記弁体部（44a）には、第３図に示すよ
うに、これと内方突出片（42a）とが当接した状態にあ
るときには、これら相互間の水密性が確保されるよう
に、その外周面にＯリング（91）を設けてある。

この実施例のものは上記のような構成であるから、以下
に示す作用を有する。

．挿入部（34）により進退筒（42）がバネ（B2）の付
勢力に抗して押込まれる直前のシール状態（第４図
（ａ）参照） 挿入部（34）と進退筒（42）間の水密性がＯリング（9
2）により確保され、流体経路と外部とが遮断されてお
り、且つ、小孔径部（35）の壁面と移動弁体（32）間の
水密性がＯリング（90）により確保され、雄コネクタ
（３）内の流体が挿入部（34）の開放部から漏れないよ
うになっている。

．挿入部（34）によって、の状態より更にバネ（B
2）の付勢力に抗して進退筒（42）が押込まれたときの
シール状態（第４図（ｂ）参照） のシール状態に加えて、前記小孔径部（35）の壁面と
固定弁体（44）間の水密性がＯリング（91）により確保
されている。

．挿入部（34）によっての状態より更にバネ（B2）
の付勢力に抗して進退筒（42）がさらに押込まれたとき
のシール状態（第４図（ｃ）参照） Ｏリング（90）の位置が小孔径部（35）から外れること
となって移動弁体（32）の外周部には流体経路が形成さ
れることとなり、挿入部（34）と進退筒（42）間の水密
性がＯリング（92）により、小孔径部（35）の壁面と固
定弁体（45）間の水密性がＯリング（91）により、それ
ぞれ確保されているのみとなっている。

この状態では、Ｏリング（91）の存在により外部に流体
が漏れない状態となっており、又、進退筒（42）に流体
圧が作用していない。

．挿入部（34）によっての状態より更にバネ（B2）
の付勢力に抗して進退筒（42）がさらに押込まれたとき
のシール状態（第４図（ｄ）参照） Ｏリング（90）及びＯリング（91）の位置が共に小孔径
部（35）から外れることとなって移動弁体（32）及び固
定弁体（44）の外周部には流体経路が形成されることと
なり、挿入部（34）と進退筒（42）間の水密性がＯリン
グ（92）により確保されているのみとなっている。

即ち、雄コネクタ（３）と雌コネクタ（４）の流体経路
が連通状態となり、前記流体経路と外部との水密性はＯ
リング（92）により確保されている。

そして、第１ユニット（１）の流体経路（11）からの流
体は、流体経路（11）バネ受け（50）の流体流出入孔
（50b）移動弁体（32）の外周部小径部（35）内
内方突出片（42a）で囲まれた部分固定中筒（46）内
流体流出入孔（47a）の経路で第２ユニット（２）の
流体経路（21）に至ることとなる。

〔発明の効果〕

この出願の発明は、上記の如くの構成を有するものであ
るから、次の効果を有する。

作用の欄の〜に記載したように、雄コネクタ（３）
と雌コネクタ（４）との流体経路が連通状態となる直前
まで、Ｏリング（90）（91）により外部と流体経路との
水密性は確保されているから、Ｏリング（92）は、雄コ
ネクタ（３）と雌コネクタ（４）の流体経路が連通状態
になったときに初めてシールとしての機能を発揮するこ
ととなる。

流体経路が連通した状態では、進退筒（42）と挿入部
（34）間に作用する流体圧、即ち、Ｏリング（92）に作
用する流体圧は低いものとなるから、バネ（B2）の付勢
力は小さいものでも、Ｏリング（92）はシール機能を十
分に発揮するものとなる。

即ち、第１ユニット（１）と第２ユニット（２）との接
合面の平行度が保て、且つ、前記第１・２ユニット
（１）（２）相互間に流体が漏れにくい工具交換用カッ
プラーを提供できることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアーム式の工業用ロボットの外観図、第２図は
この発明の自動工具交換用カップラーの外観斜視図、第
３図は前記カップラーのコネクタ部の判断面図、第４図
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は前記カップラーの接続過程
を説明する為の図、第５図は従来の自動工具交換用カッ
プラーにおけるコネクタ部の判断面図、第６図（ａ）
（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第５図のカップラーの接続過程を
説明する為の図、第７図（ａ）（ｂ）（ｃ）は他の従来
のカップラーの接続過程を説明するための図であり、図
中、 （１）…第１ユニット、（２）…第２ユニット （３）…雄コネクタ、（４）…雌コネクタ （32）…移動弁体、（34）…挿入部 （35）…小孔径部、（42）…進退筒 （44）…固定弁体、（90）…Ｏリング （91）…Ｏリンク、（92）…Ｏリング （B1）…バネ、（B2）…バネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１ユニット（１）の流体経路中に雄コネ
   クタ（３）を設けると共に、第２ユニット（２）の流体
   経路中に雌コネクタ（４）を設け、第１ユニット（１）
   と第２ユニット（２）が接合状態にあるときには、前記
   雄コネクタ（３）と雌コネクタ（４）とが接続されて、
   前記第１ユニット（１）の流体経路と第２ユニット
   （２）のそれが連通状態になる形式の自動工具交換用カ
   ップラーに於いて、 雄コネクタ（３）が、 第１ユニット（１）の接合面から突出すると共にその内
   部が流体経路となり、更に、先端から一定範囲に小孔径
   部（35）を有した筒状の挿入部（34）と、 前記小孔径部（35）内に、進退自在に収容すると共に挿
   入部（34）の開放方向に対して抜止状態にせしめられた
   移動弁体（32）と、 前記移動弁体（32）を挿入部（34）の開放方向に付勢す
   るバネ（B1）と、 前記移動弁体（32）に、これの外周面と小孔径部（35）
   の壁面との水密性を確保する為に設けられたＯリング
   （90）とから構成され、 雌コネクタ（４）が、 第２ユニット（２）の流体経路内に、進退自在に収容さ
   れ且つバネ（B2）によって流体経路の開放方向に付勢さ
   れた進退筒（42）と、 第２ユニット（２）の流体経路における開放部近傍に固
   定配設され、当接する態様で上記進退筒（42）の開放側
   への抜止めを確保する固定弁体（44）と、 前記固定弁体（44）に、これの外周面と上記進退筒（4
   2）との当接状態においてこれら相互の水密性を確保
   し、又、挿入部（34）が進退筒（42）を押込んだ状態に
   おいて、固定弁体（44）と小孔径部（35）の壁面間の水
   密性を確保するＯリング（91）とから構成され、 上記進退筒（42）の内周面に、挿入部（34）が進退筒
   （42）に当接したとき、これら相互間の水密性を確保す
   るＯリング（92）を設けると共に、 上記した小孔径部（35）域の長さを、移動弁体（32）と
   固定弁体（44）とが当接した状態におけるＯリング（9
   0）（91）間距離以上の大きさに設定した ことを特徴とする工具交換用カップラー。