JPH088045Y2 - 自動工具交換装置の工具保持構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、自動工具交換装置の装置本体側と工具側
とに設けられる２つの部材からなり、装置本体に工具を
位置決めして保持する工具保持構造に関するものであ
る。

従来の技術 自動工具交換装置として、例えば、極座標型あるいは
関節型のロボットを使用したものにあっては、多数の工
具ホルダの中から選択した工具をアームの先端に一旦保
持して加工機等の設備に取付ける動作を行なうが、従来
のこの種の装置においては、アームの先端に工具を取付
ける際の位置決め方法として、アーム先端部と工具基端
部とに互いに雌雄結合するアダプタを予め取付けてお
き、工具を保持させる際に、両アダプタ間にピンを高精
度で貫挿して位置決めを行なうものが多い。そして、こ
の両アダプタ間にピンを貫挿して位置決めする形式の装
置の場合には、アーム先端に保持した工具を、加工機に
装着する際等に、先ず位置決めしているピンを抜いた後
に工具を外すか、あるいは位置決めピンを抜くのと同時
に工具を外して加工機側に装着するのが一般的である
（例えば実開昭61-12693号公報参照）。

考案が解決しようとする課題 したがって、前述した従来の自動工具交換装置におい
ては、工具に対してアーム側の保持部を、位置決めピン
によって一度で位置決めしかつ保持するため、アームを
工具に接近させる際には、ピンの嵌合が高精度なためア
ームの移動速度が極めて低速にして位置合わせする必要
があった。その結果、前述した従来の自動工具交換装置
においては、工具の連結・離脱に時間がかかり過ぎると
いう問題があった。

この考案は、上記の事情に鑑みてなされたもので、工
具の保持および離脱を速くかつ確実に行なうことのでき
る自動工具交換装置の工具保持構造を提供することを目
的とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための手段としてこの考案におい
ては、自動工具交換装置側に装着される第１結合部材
と、工具側に装着される第２結合部材とからなり、前記
第１結合部材は、第２結合部材と対向する面から垂直方
向に出没可能に設けられた電磁石と、対向する第２結合
部材と係合しかつこの第２結合部材を第１結合部材に引
寄せて密着させる係合引寄せ部材およびこの係合引寄せ
部材を駆動するアクチュエータとを備え、前記第２結合
部材は、第１結合部材から突出した状態の電磁石の先端
が吸着して第１結合部材と所定量離隔した状態で相対位
置を仮位置決めする被吸着部材と、前記係合引寄せ部材
が係合する係合部とを備え、さらに前記第１結合部材と
第２結合部材の互いに対向する面のいずれか一方から突
出する位置決め部材と、いずれか他方に設けられて前記
位置決め部材が嵌合して前記相対位置を本位置決めする
ガイド部と、前記第１結合部材と第２結合部材とが本位
置決めされて結合された状態を解除可能にロックするロ
ック機構とを備えていることを特徴としている。

作用 自動工具交換装置の工具保持構造の第１結合部材は装
置本体の所定位置に、第２結合部材は工具側の所定の位
置にそれぞれ予め取付けられる。そして、加工機等への
工具装着時や工具交換時には、装置本体側に取付けられ
た第１結合部材が、所定の工具に取付けられている第２
結合部材の位置まで移動するとともに、第１結合部材の
位置決め部材が、第２結合部材のガイド部に係合して第
１結合部材から突出した状態の電磁石が第２結合部材の
被吸着部材に吸着して、第１結合部材と第２結合部材と
が所定量離れた状態で相対位置を仮位置決めし、かつ工
具を仮保持する。次に、第１結合部材のアクチュエータ
が作動して係合引寄せ部材を駆動すると、この係合引寄
せ部材を工具側の第２結合部材の係合部に係合させると
ともに第２結合部材と第１結合部材とが密着するように
引寄せる。このとき、突出状態の電磁石は第１結合部材
の中に押込まれるとともに、この第１結合部材と第２結
合部材とが密着する方向に引寄せられて、第２結合部材
のガイド部に係合した位置決め部材がガイド部との係合
が徐々に深まることに、第１結合部材と第２結合部材と
の相対位置の修正が自動的に行なわれ、両者が密着する
際には位置決め部材がガイド部に隙間なく係合すること
によって正しい位置に高精度に本位置決めされると同時
に、第１結合部材と第２結合部材とが一体に結合された
後、ロック機構によって工具が確実に保持される。

また、前記保持構造により保持された工具は、加工機
等の工具装着位置まで移送される。このとき、ロック機
構により保持状態がロックされているため、移送途中に
工具が落下することがない。そして、工具が加工機等の
工具装着部に支持されると、先ずロックが解除され、次
に、第１結合部材のアクチュエータが作動して係合引寄
せ部材を駆動して第２結合部材との係合を解除した後、
電磁石の電源スイッチを切って消磁させる。そして、自
動工具交換装置が初期位置に復帰するために移動する
と、第１結合部材と第２結合部材とが分離し、加工機に
装着された工具を残して第１結合部材のみが装置本体と
一体に移動する。また、加工機等に装着されている工具
を外して工具ストッカー等に収容する際には、加工機の
工具装着部と工具ストッカーの工具収容部との間で、逆
の順序で同様に作動させる。

実施例 以下、この考案の一実施例を第１図ないし第５図に基
いて説明する。

自動工具交換装置の工具保持構造は、ロボット先端部
１にボルト連結された第１結合部材２と、工具側にボル
ト連結された第２結合部材３とで構成されている。

装置本体側に連結された第１結合部材２は、この第１
結合部材２の本体2aと、第２結合部材３との相対位置を
仮位置決めする電磁吸着機構４と、第２結合部材３を引
寄せて密着させて、一体に結合させるクランプ機構５
と、第２結合部材３と一体に結合した状態をロックする
ロック機構６と、第２結合部材３との相対位置を修正す
る一対の位置決めテーパピン7,7と、流体連結器８と、
電気連結器９とを備えている。また、第２結合部材３
は、この第２結合部材３の本体3aと、第１結合部材２の
電磁吸着機構４が吸着する被吸着ブロック10と、第１結
合部材２の位置決めテーパピン7,7がそれぞれ嵌合する
一対のガイド孔11,11と、第１結合部材２のクランプ機
構５を係合させる係合ピン12,12と、流体連通孔13およ
び電気連結器14とを備えている。

そして、前記電磁吸着機構４は、第１結合部材２の第
２結合部材３と密着させる面の中心を挟んで対称となる
位置に形成された穴2b,2bにはそれぞれ電磁石4b,4bが、
傾動可能に遊挿されるとともにスプリング4aによって突
出方向（第２図において下方）に弾性付勢されて出没可
能に設けられたフローティング軸4cの端部（第２図にお
いて下端）に取付けられており、この各電磁石4bが第２
結合部材３の対向する位置にそれぞれ設けられた被吸着
ブロック10に吸着することにより、第２結合部材３をフ
ローティング保持して仮位置決めできるようになってい
る。

また、クランプ機構５は、前記一対の電磁石4b,4bか
ら外れた位置で、中心を挟んで対称となる位置にピン15
aを支点に半径方向に揺動可能に設けられた一対のクラ
ンプ爪15,15と、両クランプ爪15,15間に設けられて、こ
れらを半径方向に開閉駆動するエアシリンダ16とからな
り、エアシリンダ16の両端側に設けられたロッド16a,16
aが各クランプ爪15の先端側（第３図において下端側）
にピン15bにて連結され、両クランプ爪15,15を互いに離
隔する方向に駆動して、第２結合部材３の係合ピン12,1
2に係合させてクランプするようになっている。

また、クランプ状態をロックするロック機構６は、両
クランプ爪15,15の基端側（第３図において上端側）へ
延長した部分の間に設けられたロック用エアシリンダ17
と、このロック用エアシリンダ17内に、スプリング18に
より互いに離反する方向に弾性付勢されて背中合わせで
収容されたピストン19,19と、両ピストン19,19のロッド
の先端にそれぞれ取付けられた直方体のブロック20,20
とからなり、一対のクランプ爪15,15がクランプ状態
（第３図において二点鎖線で示した状態）のときに、ロ
ック用エアシリンダ17内のエアを排出させると、スプリ
ング18の作用で両ピストン19,19が離反方向に摺動して
各ロッド先端のブロック20,20をそれぞれ外側に移動さ
せる。その結果、クランプ状態のクランプ爪15,15の各
基端にブロック20がそれぞれ係合して、クランプ爪15の
揺動が規制されてクランプ状態が維持されるようになっ
ている。

また流体連結器８は、第１結合部材２と第２結合部材
３とが密着した際に第２結合部材３側の流体連通孔13に
気密に連結され、また電気連結器９は、同様にして第２
結合部材３側の電気連結器14に当接して電気的に接続さ
れるようになっている。

次に、上記のように構成される工具保持構造を備えた
自動工具交換装置によって、それぞれ第２結合部材３が
取付けられている多数の工具の中から選択した所定の工
具を加工機の工具装着部に装着する場合について説明す
る。

先ず、自動工具交換装置のロボット先端部１に取付け
られた第１結合部材２を、所定の工具の位置まで移動さ
せて、この工具に取付けられている第２結合部材３の互
いに密着させる面を対峙させ、かつスイッチONして電磁
石4bを励磁した後、密着させる面に対して直角方向から
接近させる。第２結合部材３に第１結合部材２を接近さ
せると、スプリング4aの弾性力により突出している一対
の電磁石4bの先端面が、第２結合部材３に設けられた一
対の被吸着ブロック10にそれぞれ吸着してこれをフロー
ティング保持するとともに、第１結合部材２に設けられ
た一対の位置決めテーパピン７の小径な先端部が、第２
結合部材３に設けられた一対のガイド孔11に遊嵌して両
結合部材2,3の相対位置が仮位置決めされた状態で、第
１結合部材２と第２結合部材３とが、若干の間隙を有し
て連結される。

そして、第２結合部材３を介して吸着保持された工具
が、自動工具交換装置によって加工機の工具装着部に向
けて移動を開始すると、エアシリンダ16によりクランク
機構５の一対のクランプ爪15が、その先端を互いに離隔
する方向に揺動駆動され、両クランプ爪15,15の先端外
側に、先ず第２結合部材３に設けられた係合ピン12が係
合した後、両クランプ爪15が更に離隔方向に駆動される
と、揺動するクランク爪15により係合ピン12が第１結合
部材２の方向に引寄せられる。そして、その結果、両結
合部材2,3間の間隙が減少するのに伴なって、電磁石4b
はスプリング4aの弾性力に抗して穴2a内に押込まれ、ま
た一対の位置決めテーパピン７は、徐々にその大径部側
をガイド孔11内に嵌挿されることにより、両結合部材2,
3の相対位置が自動的に修正される。このとき、各電磁
石4bが設けられているフローティング軸4cが傾動を許容
されているため、各電磁石4bが被吸着ブロック10との吸
着が解除されることがなく、第１結合部材２と第２結合
部材３との相対位置の修正が可能となる。

その結果、両結合部材2,3が最終的に密着すると、位
置決めテーパピン７の最大外径部が、ガイド孔11に隙間
なく嵌合することによって高精度の本位置決めが行なわ
れる。

クランプ機構５によって両結合部材2,3が互いに密着
して一体にクランプされたら、ロック機構６のロック用
エアシリンダ17内のエアを排出してブロック20,20によ
り両クランプ爪15の揺動を規制してクランプ状態をロッ
クする。

このようにして、工具装着部へ向けて移動中に、両結
合部材2,3の相対位置を高精度に位置決めし、かつ確実
にクランプさせた状態で移動を完了した時点で、保持し
ている工具を加工機の工具装着部に支持させた後、エア
シリンダ16によりクランプ爪15,15の先端が、互いに接
近する方向に揺動駆動すると、各クランプ爪15と係合ピ
ン12との係合が解除され、工具は電磁石4aの吸着力のみ
により保持された状態となる。（第３図の状態）。

したがって、電磁石4aのスイッチを切って消磁させた
後、自動工具交換装置のロボット先端部１が初期位置に
向けて移動すると、第１結合部材２が離脱して、第２結
合部材３が取付けられた工具は、加工機の工具装着部に
支持された状態で残る。

なお、加工機に装着されている工具を外して工具スト
ッカー等に収容する際には、加工機に装着された工具を
同様にして保持した後、保持した工具を工具ストッカー
等に移送して保持を解除することにより同様に行なうこ
とができる。

以上のように、この実施例においては、電磁石4bによ
り吸着して工具を仮保持した状態で目的地への移動を開
始し、移動中においてクランプ機構５と位置決めテーパ
ピン７およびガイド孔11とによりロボット先端部を静止
させることなく高精度に位置決めを行なうとともに確実
に保持するようにしたので、工具の保持および離脱に要
する時間を大幅に短縮することができる。

考案の効果 以上、説明したように、この考案の自動工具交換装置
の工具保持構造は、先ず、自動工具交換装置側の第１結
合部材の電磁石を、工具側の第２結合部材の被吸着部材
に吸着させるとともに、第１結合部材２側の位置決め部
材を、第２結合部材側のガイド部に遊嵌させることによ
り、工具の仮保持と仮位置決めとを行なった後、移送途
中において、第１結合部材側の係合引寄せ部材を第２結
合部材側の係合部に係合させて引寄せることにより、両
結合部材の相対位置を修正するとともに両結合部材を一
体に連結して、工具を高精度に本位置決めしかつ保持す
るので、工具の位置決めおよび保持を短時間で確実に行
なうことができる。また、本位置決め後にロック機構に
よって保持状態をロックして移送するため、移送途中に
おける工具の落下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの考案の一実施例を示すもの
で、第１図は第２結合部材の平面図（第３図のＩ−Ｉ線
断面図）、第２図は第１図のII-II線断面図、第３図は
第１図のIII-III線断面図、第４図は第１図のIV-IV線断
面図、第５図は第１図のＶ−Ｖ線断面図である。 ２……第１結合部材、３……第２結合部材、４……電磁
吸着機構、4b……電磁石、５……クランプ機構、６……
ロック機構、７……位置決めテーパピン、10……被吸着
ブロック、11……ガイド孔、12……係合ピン、15……ク
ランプ爪、16……エアシリンダ、17……ロック用エアシ
リンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 梅村 芳文 愛知県豊田市トヨタ町６番地 株式会社協 豊製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−59382（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−117695（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−26184（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】自動工具交換装置側に装着される第１結合
   部材と、工具側に装着される第２結合部材とからなり、
   前記第１結合部材は、第２結合部材と対向する面から垂
   直方向に出没可能に設けられた電磁石と、対向する第２
   結合部材と係合しかつこの第２結合部材を第１結合部材
   に引寄せて密着させる係合引寄せ部材およびこの係合引
   寄せ部材を駆動するアクチュエータとを備え、前記第２
   結合部材は、第１結合部材から突出した状態の電磁石の
   先端が吸着して第１結合部材と所定量離隔した状態で相
   対位置を仮位置決めする被吸着部材と、前記係合引寄せ
   部材が係合する係合部とを備え、さらに前記第１結合部
   材と第２結合部材の互いに対向する面のいずれか一方か
   ら突出する位置決め部材と、いずれか他方に設けられて
   前記位置決め部材が嵌合して前記相対位置を本位置決め
   するガイド部と、前記第１結合部材と第２結合部材とが
   本位置決めされて結合された状態を解除可能にロックす
   るロック機構とを備えていることを特徴とする自動工具
   交換装置の工具保持構造。