WO2024252501A1

WO2024252501A1 - マスタプレートおよびツール交換装置

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Publication number: WO2024252501A1
Application number: PCT/JP2023/020898
Authority: WO
Inventors: 一樹矢野
Original assignee: BL Autotec Ltd
Current assignee: BL Autotec Ltd
Priority date: 2023-06-05
Filing date: 2023-06-05
Publication date: 2024-12-12
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: CN121219115A; KR20260015240A; JPWO2024252501A1

Abstract

本開示の一態様は、工具を保持するツールプレートを着脱可能でロボットアームに装着されるマスタプレートであって、往復動することでツールプレートを着脱可能にするピストン部材と、ツールプレートが装着される上記ピストン部材の第１の位置と、ツールプレートが離脱される上記ピストン部材の第２の位置とを検出する検出器とを備え、上記ピストン部材に、有底の穴部が形成され、上記検出器が、検出センサと、この検出センサに検出される被検出部とを有し、上記被検出部の少なくとも一部が、上記穴部内に配設されている。

Description

マスタプレートおよびツール交換装置

　本開示は、マスタプレートおよびツール交換装置に関する。

　製造現場などで使用されるロボットのアームには、種々の工具（ツール）を交換できるように、ツール交換装置を備えるものがある。このようなロボットアーム用のツール交換装置は、一台のロボットがツールの交換により複数の作業を行うことができるので、ロボットの多機能化や段取り時間の短縮化を図ることができ、多品種少量生産などに貢献することができる。

　このツール交換装置は、一例として、ロボット側に取り付けられるマスタプレートと、ツールが取り付けられているツールプレートとを有している。マスタプレートはツールプレートを着脱自在に構成され、この着脱によってロボットは作業に適したツールの交換を行うことができる。このようなツール交換装置として、固定プレート（マスタプレート）と、工具プレート（ツールプレート）と、これらのプレート間の隙間の大きさを検出する検出手段とを備えるツール交換装置が知られている（特開平７－１８６０７９号公報）。

特開平７－１８６０７９号公報

　特許文献１に記載のツール交換装置では、検出手段を備えることでマスタプレートとツールプレートとの装着状態の適正または異常を検出できるとされている。ツール交換装置は、安全性を確保するためにツールプレートの着脱状態を監視できることが要求されると同時に、作業性を向上するために小型化、および小型化による軽量化を図ることが求められている。特許文献１のツール交換装置では、上記検出手段を上記マスタプレートに形成されている孔に配置しているが、この孔はシリンダボアと離間して形成されているため、小型化を容易に図ることができないおそれがある。

　上述のような事情を鑑み、本開示は、ツールプレートの着脱状態を監視でき、かつ小型化を図ることができるマスタプレートを提供することを課題とする。

　上記課題を解決する本開示の一態様は、工具を保持するツールプレートを着脱可能でロボットアームに装着されるマスタプレートであって、往復動することでツールプレートを着脱可能にするピストン部材と、ツールプレートが装着される上記ピストン部材の第１の位置と、ツールプレートが離脱される上記ピストン部材の第２の位置とを検出する検出器とを備え、上記ピストン部材に、有底の穴部が形成され、上記検出器が、検出センサと、この検出センサに検出される被検出部とを有し、上記被検出部の少なくとも一部が、上記穴部内に配設されている。

　本開示のマスタプレートは、ツールプレートの着脱状態を監視でき、かつ小型化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態のツール交換装置のマスタプレート側からの模式的平面図である。図２は、マスタプレートとツールプレートとの離脱状態を示す図１のツール交換装置の模式的側面図である。図３は、図１のＡ－Ａ断面図である。図４は、図３のツール交換装置におけるマスタプレートとツールプレートとの装着状態を示す模式的断面側面図である。図５は、図１のマスタプレートが備える検出器の被検出部の側面を示す模式的拡大図である。図６は、図３のＡ－Ａ断面を示す模式的拡大図である。

［本開示を実施するための形態の説明］
　以下、本開示の一態様を列記して説明する。

（１）本開示の一態様は、工具を保持するツールプレートを着脱可能でロボットアームに装着されるマスタプレートであって、往復動することでツールプレートを着脱可能にするピストン部材と、ツールプレートが装着される上記ピストン部材の第１の位置と、ツールプレートが離脱される上記ピストン部材の第２の位置とを検出する検出器とを備え、上記ピストン部材に、有底の穴部が形成され、上記検出器が、検出センサと、この検出センサに検出される被検出部とを有し、上記被検出部の少なくとも一部が、上記穴部内に配設されている。

　当該マスタプレートは、マスタプレートで往復動するピストン部材のツールプレートの装着位置としての第１の位置、およびツールプレートの離脱位置としての第２の位置を検出する検出器を備える。このため、ツールプレートの着脱状態を容易に監視できる。上記検出器は、検出センサと、この検出センサに検出される被検出部とを有し、この被検出部の少なくとも一部は上記ピストン部材に形成されている穴部内に配設されている。すなわち、当該マスタプレートが備える部材の内部に上記検出器の一部が配置されている。このため、当該マスタプレートに上記検出器を配置するためのスペース（領域）を抑制することができ、当該マスタプレートの小型化を容易に図ることができる。

（２）上記（１）において、上記被検出部が、上記穴部の底部分に立設しているドグと、このドグに配され、上記検出センサに検出される被検出ブロックとを有し、上記被検出ブロックが、上記ドグの周方向に回転自在に配されていてもよい。このようにすることで、ツールプレートの着脱状態を精度よく監視できる。

（３）上記（１）または上記（２）において、上記検出センサが、上記第１の位置を検出する第１検出センサおよび上記第２の位置を検出する第２検出センサを含み、上記被検出ブロックが、上記第１検出センサに検出される第１被検出ブロック、および上記第２検出センサに検出される第２被検出ブロックを含み、上記第１検出センサおよび上記第２検出センサが、上記ピストン部材が往復動をする方向に直交する仮想面上に配置されていてもよい。このようにすることで、当該マスタプレートの小型化をより容易に図ることができる。

（４）上記（１）から上記（３）のいずれかにおいて、ツールプレートが装着される反対面に取り付けられる取付プレートをさらに備え、上記取付プレートに上記検出センサが配設されていていてもよい。このようにすることで、当該マスタプレートの小型化をさらに容易に図ることができる。

（５）本開示の一態様は、工具を保持するツールプレートと、このツールプレートを着脱可能な上記（１）から上記（４）のいずれかのマスタプレートとを備えるツール交換装置である。

　当該ツール交換装置は、上述の当該マスタプレートを備えるため、当該マスタプレートとツールプレートとの着脱状態を監視でき、小型化を図ることができる。

［本開示を実施するための形態の詳細］
　以下、適宜図面を参照しつつ、本開示の一実施形態を説明する。なお、図面は、参照用の図であり、各構成（各部材）の形状、縮尺等は、実際のものと異なることがある。以下の説明において、「上」とは、当該ツール交換装置におけるピストン部材の軸方向（往復動方向）のマスタプレート側を意味し、「下」とは、その反対側（ツールプレート側）を意味する。また上下方向を「縦」、上下方向に直交する方向を「横」ということがある。

＜ツール交換装置＞
　本開示の一実施形態であるツール交換装置１は、図１乃至図４で示すように、工具（不図示）を保持するツールプレート２０と、このツールプレート２０を着脱可能なマスタプレート３０とを主に備える。マスタプレート３０は、例えばロボットアーム（不図示）に装着され、異なる工具を保持している複数のツールプレートを任意に着脱する。これにより、ロボットアームは種々の工具（ツールプレート）の交換をすることができる。

〔マスタプレート〕
　マスタプレート３０は、装着面３１１を有する本体部３１０、および本体部３１０の装着面３１１の反対面３１２から突出し、ツールプレート２０に挿入される挿入部３２０を有するマスタプレート本体３００と、このマスタプレート本体３００に形成されているピストン孔部３３０で往復動をすることでツールプレート２０を着脱可能にするピストン部材３４０と、ツールプレート２０が装着されるピストン部材３４０の第１の位置（装着位置、図４参照）と、ツールプレート２０が離脱されるピストン部材３４０の第２の位置（離脱位置、図３参照）とを検出する検出器４００とを備える。ピストン孔部３３０の内周面３２３とピストン部材３４０の外周面との間には、摺動部材３８１，３８２が配置されている。

　マスタプレート３０は、装着面３１１に取り付けられる取付プレート３６０をさらに備える。装着面３１１には、取付プレート３６０の外周が嵌合するためのインロー３１１ａが形成されている。このインロー３１１ａに取付プレート３６０の外周を嵌合することで、取付プレート３６０が少なくとも部分的に本体部３１０内に挿入されるため、マスタプレート３０の厚み（縦方向の大きさ）を薄型化することができる。

（マスタプレート本体）
　マスタプレート本体３００は、本体部３１０と挿入部３２０とを有し、その中心部を貫通するようにピストン孔部３３０が形成されている。本体部３１０は、装着面３１１と反対面３１２とを接続している各側面３１３が、少なくとも部分的に平面で形成されていることが好ましい。本実施形態の本体部３１０は、平面視略矩形に形成され、平坦な四つの側面３１３を有する。平面視における本体部３１０の角部は面取りされていることが好ましい。側面３１３が少なくとも部分的に平面で形成されることにより、この平面部分に電気コネクタ、液体接続ユニット、センサユニットなどの拡張ユニット（不図示）を容易に配置でき、当該ツール交換装置の機能を容易に拡張することができる。

　挿入部３２０は、本体部３１０の反対面３１２から突出するように形成され、平面視略円形状をなしている。挿入部３２０は、ツールプレート２０の挿入孔部２１１に挿入される。すなわち、挿入部３２０は、マスタプレート３０とツールプレート２０との接続部分として機能する。横方向における挿入部３２０の外径は、本体部３１０の外形幅（対向する側面３１３間の距離）より小さく形成される。このようにすることで、ツールプレート２０の外形幅をマスタプレート３０の外形幅と略同一にすることができる。

　本体部３１０と挿入部３２０とは、軽金属または樹脂で一体に形成されていることが好ましい。軽金属としては、特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタンなどが挙げられる。樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、繊維強化プラスチック、カーボン繊維強化プラスチック、エンジニアプラスチック、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。本体部３１０と挿入部３２０とを軽金属または樹脂で一体形成することで、マスタプレート本体３００を簡易な構成とすることができ、小型化および軽量化が図り易くなる。なお、軽金属とは、比重が５以下の金属または合金を意味する。

　本体部３１０は、一対のガイドピン３１４，３１５を有する。具体的には、一対のガイドピン３１４，３１５は、本体部３１０の対角線上で挿入部３２０の中心に対称に位置し、反対面３１２で略垂直に立設している。ガイドピン３１４，３１５の軸方向と、挿入部３２０の軸方向とは略平行であり、ガイドピン３１４，３１５の高さ（反対面３１２から下端までの距離）は、挿入部３２０の高さより大きい。ツールプレート２０には、一対のガイドピン３１４，３１５が挿入される一対のガイド孔（不図示）が形成されている。ガイドピン３１４，３１５の下方の先端は略半球状に形成されている。ガイドピン３１４，３１５を設けることで、挿入部３２０のツールプレート２０の挿入孔部２１１への挿入の確実性を向上することができる。

　一方のガイドピン３１４の横断面は略円形であり、他方のガイドピン３１５の横断面は、一対の平行な直線部とこの一対の直線部を接続する一対の円弧部とを有する。すなわち、一方のガイドピン３１４は略円柱状の部材であり、他方のガイドピン３１５は円柱の周面（曲面部）に一対の平面部が形成されている柱状部材である。

　他方のガイドピン３１５における一対の曲面部（円弧部）の径は、一方のガイドピン３１４の径と同一である。他方のガイドピン３１５における一対の平面部は、互いの面が略平行になるように形成され、その法線と、一対のガイドピン３１４，３１５の中心を通る仮想直線とが略平行になるように形成される。上記一対のガイド孔は、内径が一方のガイドピン３１４の外径と略同一に形成されている。他方のガイドピン３１５に平面部を設けることで一方の上記ガイド孔に対して部分的に遊び（クリアランス）が形成されるため、一対のガイドピン３１４，３１５を上記ガイド孔に容易に挿入することができ、ひいてはマスタプレート３０にツールプレート２０を容易に装着することができる。

　ピストン孔部３３０は、本体部３１０と挿入部３２０とを貫通するように形成されている。平面視におけるピストン孔部３３０の形状は略円形であり、本体部３１０、挿入部３２０およびピストン孔部３３０の中心は共通している。本実施形態のピストン孔部３３０は、挿入部３２０に形成されている第１孔部３３１と、本体部３１０に形成され、中心軸が第１孔部３３１の中心軸と共通し、第１孔部３３１の内径より大きな内径を有する第２孔部３３２とを含む。本体部３１０の下方には第１孔部３３１と第２孔部３３２とを接続している段部分（接続面）３３３が形成されている。本実施形態の段部分３３３は、横方向と平行な面として形成されている。すなわち、第１孔部３３１と第２孔部３３２との境界に平坦な段部分３３３が形成されている。段部分３３３は、装着面３１１に向けて突出し、内周面が第１孔部３３１の内周面と連続している突出部分３３４を有する。具体的には、突出部分３３４は、段部分３３３における第１孔部３３１の開口縁部で、その内周面と第１孔部３３１の内周面とが面一になるように略円筒状に形成されている。

　ピストン孔部３３０は、ピストン部材３４０のシリンダ室として形成されている。ピストン孔部３３０上方の開口（第２孔部３３２の装着面３１１側の開口）は、取付プレート３６０によって封止されている。取付プレート３６０は、第２孔部３３２内を気密に保つためのオーリング（Ｏ－ｒｉｎｇ）などの封止部材（不図示）を介して装着面３１１に取り付けられてもよい。

　挿入部３２０には、ツールプレート２０を装着するための係合部材が設けられている。本実施形態では、上記係止部材として、８つのボール３７０を用いている。ボール３７０は、挿入部３２０に穿設されたボール用孔３２１に配置されている。ボール３７０は、ピストン部材３４０の往復動によって横方向に移動（転動）する。具体的には、ピストン部材３４０の往動（下方への移動）によってボール３７０の一部が挿入部３２０の外周面３２２に突出し、ピストン部材３４０の復動（上方への移動）によって上記突出した一部が外周面３２２内に移動可能となる。上記突出した一部がツールプレート２０の係合面２２２に当接することで、ツールプレート２０がマスタプレート３０に固定される。

　ボール用孔３２１には、ボール３７０を保持するための保持部材３７１が配置されている。保持部材３７１は、略円環状の部材であり、例えば嵌合されることでボール用孔３２１に配置されている。保持部材３７１の表裏面は、挿入部３２０の外周面３２２および内周面３２３から突出しないように形成されている。ボール３７０が移動する保持部材３７１の内周面は、ボール３７０が挿入部３２０の外周面３２２側に離脱することを防止するため、挿入部３２０の外周面３２２側で縮径している。すなわち、保持部材３７１の内周面は、挿入部３２０の外周面３２２側で部分的に突出している突部が形成されている。

　保持部材３７１は、含油処理をされた金属または含油処理をされたセラミクスで形成されていることが好ましく、上記金属が重金属であることがより好ましい。上記金属は、焼結材であることがさらに好ましい。このようにすることで、強度を維持しつつボール３７０を円滑に移動させることができ、ボール３７０および保持部材３７１の摩耗、損傷を抑制できる。このため、ボール３７０および保持部材３７１、ひいてはツール交換装置１の耐久性、メンテナンス性を向上することができる。

（ピストン部材）
　ピストン部材３４０は、ピストン孔部３３０内を往復動する。ピストン部材３４０は、第１孔部３３１に対応する第１部分３４１と、第２孔部３３２に対応する第２部分３４２とで構成されている。すなわち、ピストン部材３４０は、第１孔部３３１内で往復動可能に形成されている第１部分３４１と、第２孔部３３２内で往復動可能に形成されている第２部分３４２とを有する。第１部分３４１および第２部分３４２は、一体で形成されたものであってもよいし、別体で形成して接合したものであってもよい。

　ピストン部材３４０を往復動させる手段としては、特に限定されるものではなく、例えば、エアなどの流体を第２孔部３３２内に供給および排出して昇圧および減圧することでピストン部材３４０を往復動させてもよいし、電動などでピストン部材３４０を往復動させてもよい。

　第１部分３４１の下方の端部における外周面（側面）には、カム３４４が形成されている。カム３４４は、下方に行くに従って内側（軸側）に傾斜した傾斜面として形成されている。カム３４４は、ピストン部材３４０の往動によってボール３７０に当接して押圧し、ボール３７０の一部が挿入部３２０の外周面３２２から押し出され、この一部とツールプレート２０の係合面２２２とが係合し、マスタプレート３０の本体部３１０の反対面３１２とツールプレート２０の装着面２１４とが密着する。ピストン部材３４０が復動すると、カム３４４によるボール３７０の押圧が解除され、ボール３７０の挿入部３２０（ピストン孔部３３０）内への移動が許容される。また、カム３４４は、ピストン部材３４０が上方に位置する際にボール３７０がピストン孔部３３０内に脱落することを防止する。

　ピストン部材３４０は、第２部分３４２の下面３４２ａが段部分３３３に当接することで往動が規制される。マスタプレート３０にツールプレート２０が装着される際には、ピストン部材３４０によって押し出されたボール３７０がツールプレート２０の係合面２２２と当接し、マスタプレート３０の反対面３１２とツールプレート２０の装着面２１４とが密着することによってピストン部材３４０の往動が規制されてもよい。すなわち、ツールプレート２０の装着状態では、第２部分３４２の下面３４２ａは段部分３３３に当接しなくてもよい。ピストン部材３４０の復動の規制は、特に限定されるものではなく、例えば第２部分３４２の上面３４２ｂが取付プレート３６０に当接することで復動が規制されてもよい。

　第２部分３４２には、突出部分３３４と当接しない窪部分３４３が形成されている。具体的には、第２部分３４２は、段部分３３３と当接する下面３４２ａに、突出部分３３４を収容するように形成されている窪部分３４３を有している。すなわち、窪部分３４３は突出部分３３４の逃げとして形成されている環状の凹部である。窪部分３４３を設けることで、第２部分３４２のストローク（往復動の距離）を確保することができる。

　突出部分３３４の内周面は、連続している第１孔部３３１の内周面と共に第１部分３４１の往復動をガイドするガイド面として機能する。すなわち、第２孔部３３２に突出部分３３４を形成することで、第１部分３４１の往復動のガイド面を部分的に第２孔部３３２内に設けることができる。また、第２部分３４２に窪部分３４３を形成することで、第２孔部３３２内における第２部分３４２のストロークを確保することができる。つまり、突出部分３３４および窪部分３４３を設けることで、第１部分３４１のガイド面と第２部分３４２のガイド面（内周面）とをオーバーラップさせることができる。このため、ピストン部材３４０の往復動の安定性を確保しつつ挿入部３２０の高さを抑制することができ、ひいてはツールプレート２０を装着する確実性を確保しつつマスタプレート３０の薄型化を容易に図ることができる。

　ピストン部材３４０には、有底の穴部３４５が形成されている。すなわち、ピストン部材３４０は、下方に底部分３４６が形成され、上方は開口している。底部分３４６には、検出器４００のドグ４３０を立設させるためのドグ受部３４７が形成されている。具体的には、ドグ受部３４７は、略円筒状で、その軸方向がピストン部材３４０の往復動の方向（ピストン部材３４０の軸方向）と略平行になるように底部分３４６に設けられている。ドグ受部３４７の内周面は、雌螺子加工が施されている。

（摺動部材）
　摺動部材は、ピストン孔部３３０の内周面３２３とピストン部材３４０の外周面との間に配置される。本実施形態のマスタプレート３０は、第１孔部３３１の内周面とピストン部材３４０の第１部分３４１の外周面との間に配置される第１摺動部材３８１と、第２孔部３３２の内周面とピストン部材３４０の第２部分３４２の外周面との間に配置される第２摺動部材３８２とを備える。往復動するピストン部材３４０がピストン孔部３３０の内周面に当接すると、往復動が高負荷（高抵抗）になり、さらに摩耗、損傷などが発生するおそれがある。摺動部材３８１，３８２を配置することで、ピストン部材３４０を低負荷（低抵抗）で円滑に移動させることができ、摩耗、損傷などを抑制することができる。摺動部材３８１，３８２は、ピストン孔部３３０とピストン部材３４０とで形成される空間（シリンダ室）を気密にするものであってもよい。摺動部材３８１，３８２は、例えば、オーリングであり、シリコン、樹脂シール材、フッ素ゴム、ニトリルゴムなどで形成されている。

　当該マスタプレート３０では、ピストン部材３４０に摺動部材３８１，３８２を配置する溝部３４８，３４９が形成されている。具体的には、第１部分３４１に第１摺動部材３８１を配置する第１溝部３４８が形成され、第２部分３４２に第２摺動部材３８２を配置する第２溝部３４９が形成されている。第２摺動部材３８２は、ピストン部材３４０が復動した際に突出部分３３４の上端より下方に位置するように配置される。

　当該マスタプレート３０は、摺動部材３８１，３８２をピストン部材３４０に配置し、マスタプレート本体３００には配置しない。すなわち、マスタプレート本体３００に摺動部材３８１，３８２を配置する溝部３４８，３４９を形成しない。このため、マスタプレート本体３００に肉薄部（溝部）が形成されることで強度が低下することを抑制できるため、マスタプレート本体３００の小型化を図りつつ強度を確保することができる。

　具体的には、仮にマスタプレート本体３００に摺動部材を配置する溝部を形成すると、例えば一方の溝部（第１溝部３４８に相当する溝部）は挿入部の孔部の内周面（第１孔部３３１の内周面に相当する箇所）に形成されることがある。挿入部に溝部が形成されると、ツールプレートによる応力（負荷）が上記溝部に集中し、上記挿入部が損傷するなどのおそれがある。このため、挿入部あるいはマスタプレート本体を強度が高い金属で形成し、または大型化をすることで強度を確保することが必要になるおそれがある。当該マスタプレート３０は、溝部が形成されず、よって肉薄に形成されている部分を有していないため、ツールプレート２０による応力の集中を抑制することができる。このため、マスタプレート本体３００の小型化を図りつつ強度を確保することができる。

（取付プレート）
　取付プレート３６０は、マスタプレート３０の装着面３１１に取り付けられる。取付プレート３６０には、ロボットアームに装着されるための３以上の第１装着孔３６１が形成され、この第１装着孔３６１にボルトを挿通して固定することでマスタプレート３０がロボットアームに装着される。第１装着孔３６１は、例えばＩＳＯ規格などで規定されたピッチ間隔またはＰ．Ｃ．Ｄ．（Ｐｉｔｃｈ　Ｃｉｒｃｌｅ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ）を有するように形成されていることが好ましい。本実施形態では６０度ピッチ間隔の６つの第１装着孔３６１が形成されている。

　取付プレート３６０には、マスタプレート本体３００に固定するボルト（不図示）が挿通するボルト用孔３６２が形成されている。本実施形態では第１装着孔３６１に隣接する６つのボルト用孔３６２が形成されている。取付プレート３６０には、その上面３６３にロボットアームに対する位置決めをするためのボス３６４が形成されていることが好ましい。

　ボス３６４は、第１底部３６５を有する略円筒状に形成されていることが好ましい。このようにすることで、ボス３６４内に検出器４００を配置することができ、マスタプレート３０を小型化することができる。

　取付プレート３６０には、この第１装着孔３６１と異なるピッチ間隔または異なるＰ．Ｃ．Ｄ．を有する第２装着孔３６６が形成されていてもよい。ロボットアームに形成されているマスタプレート装着用の孔は、規格で規定されたピッチ間隔またはＰ．Ｃ．Ｄ．（以下、「ピッチなど」ともいう）で形成されたものと、規格外のピッチで形成されたものとがある。第２装着孔３６６は、規格外のピッチでマスタプレート装着用の孔が形成されたロボットアーム、ロボットアーム以外の作業用工具などに対応するようなピッチで形成されていることが好ましい。このようにすることで、当該マスタプレート３０の汎用性を向上することができる。本実施形態では、ボルト用孔３６２に隣接する１２０度ピッチ間隔の３つの第２装着孔３６６が形成されている。

　マスタプレート３０の本体部３１０には、ロボットアームなどにマスタプレート３０を固定するためのボルト（不図示）を挿通する第１ボルト用孔（不図示）が第１装着孔３６１に対応する位置に形成され、第２装着孔３６２に対応する位置にも同様に第２ボルト孔（不図示）が形成されている。本体部３１０には、ボルト用孔３６２に対応する位置に雌螺子孔（不図示）が形成されている。

（検出器）
　検出器４００は、ツールプレート２０が装着されるピストン部材３４０の第１の位置（装着位置）と、ツールプレート２０が離脱されるピストン部材３４０の第２の位置（離脱位置）とを検出する。すなわち、検出器４００は、マスタプレート３０とツールプレート２０との装着状態および離脱状態を監視することができる。検出器４００は、検出センサと、この検出センサに検出される被検出部とを有する。

　本実施形態の検出器４００は、上記検出センサとして、上記装着位置を検出する第１検出センサ４１１および上記離脱位置を検出する第２検出センサ４１２とを有する。また、上記被検出部として、第１検出センサ４１１に検出される第１被検出ブロック４２１と、第２検出センサ４１２に検出される第２被検出ブロック４２２と、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２が配置されるドグ４３０とを有する。ドグ４３０は、ピストン部材３４０の底部分３４６で立設している。すなわち、ドグ４３０と、このドグ４３０に配置されている第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２とは、ピストン部材３４０と共に往復動をする。本実施形態の第１検出センサ４１１および第２検出センサ４１２はフォトセンサであり、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は樹脂で形成されている。

　ドグ４３０は、図５に示すように、略円柱状部材であり、上方から順に第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２が配設されるドグ第１部４３１と、ドグ第１部４３１の径より大きい径で形成されているドグ第２部４３２と、ドグ第２部４３２の径より大きい径で形成されている座部４３３と、座部４３３の径より小さい径で形成されている雄螺子部４３４とを含む。ドグ４３０は、雄螺子部４３４をドグ受部３４７の内周面に形成されている上記雌螺子に螺合させることでピストン部材３４０に固定される。座部４３３の下端は、ドグ受部３４７の上端に当接する座面として形成されている。

　第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、略直方体状に形成された頭部４２１ａ，４２２ａと、この頭部４２１ａ，４２２ａの一面から一方向に延出する略平板状の脚部４２１ｂ，４２２ｂとを有する。頭部４２１ａ，４２２ａは上記検出センサに近接して検出されるように形成され、脚部４２１ｂ，４２２ｂは上記検出センサと離間して検出されないように形成されている。第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、脚部４２１ｂ，４２２ｂドグ第１部４３１の外周面に当接するように配置される。すなわち、頭部４２１ａ，４２２ａがドグ４３０の軸方向と直交する方向に突出するように配置される。第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、平面視でドグ４３０の中心に対称に配置されている。すなわち、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、平面視でドグ４３０の中心に１８０°間隔で配置されている。第１被検出ブロック４２１は、頭部４２１ａを上方に向けて配置され、第２被検出ブロック４２２は、頭部４２２ａを下方に向けて配置されている。

　ピストン部材３４０は、繰り返し往復動をすることにより、周方向に回転することがある。第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、ドグ４３０に固定されていると、ピストン部材３４０の回転と共に回転し、上記検出センサによる検出が不安定になることがある。または、上記検出センサによる検出を安定させるために、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２と共に回転可能に上記検出センサを配設する必要が生じ、マスタプレート３０の構造が複雑化するおそれがある。このため、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、ドグ４３０の周方向に回転自在に配されていることが好ましい。すなわち、ドグ４３０が回転しても、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２の上記検出センサに対する相対的な位置が変化しないようにドグ４３０に配されていることが好ましい。このようにすることで、上記検出センサによる検出の安定性を向上することができる。

　本実施形態の第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、ドグ第１部４３１およびドグ第２部４３２の段部４３５と、ドグ第１部４３１の上方に嵌合されているリング４４０との間に配置されている。具体的には、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、段部４３５に載置され、上端（第１被検出ブロック４２１の頭部４２１ａで上方に位置している側面、および第２被検出ブロック４２２の脚部４２２ｂで上方に位置している端面）がリング４４０に当接している。ドグ４３０の段部４３５に載置されている第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、上端がリング４４０に当接することでドグ４３０からの脱落が抑制されている。第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、ドグ４３０に固定されず、ドグ４３０に対して周方向に回転可能に配置されている。頭部４２１ａを上方に向けて配置される第１被検出ブロック４２１は、頭部４２１ａがリング４４０より上方に延出している場合は、リング４４０を嵌合できるように頭部４２１ａに逃げ部を形成してもよい（図５参照）。

　本実施形態の第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２は、ピストン部材３４０の上面３４２ｂより上方に位置し、取付プレート３６０内に配置される。具体的には、取付プレート３６０は第１底部３６５から下方に突出し、有底で外周面が略円形の突出部３６７を有し、この突出部３６７の第２底部３６８にはドグ第２部４３２が挿通するドグ孔３６８ａが形成されている。このドグ孔３６８ａとドグ第２部４３２との間には、第３摺動部材３８３が配置されている。

　突出部３６７の内周面３６９は、図６に示すように、平面視で、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２の往復動をガイドするように形成されている矩形部３６９ａと、この矩形部３６９ａの略中央で横方向に膨らみ、ドグ第２部４３２の往復動をガイドするように形成されている一対の円弧部３６９ｂとを有する。内周面３６９の矩形部３６９ａは、第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２のドグ４３０からの脱落抑制効果を向上するように形成されている。

　第１検出センサ４１１および第２検出センサ４１２は、ピストン部材３４０が往復動をする方向に直交する仮想面上に配置されていることが好ましい。このようにすることで、マスタプレート３０の薄型化を図ることができる。本実施形態の第１検出センサ４１１および第２検出センサ４１２は、取付プレート３６０の第１底部３６５で互いの検出面が対向するように配置されている。具体的には、第１検出センサ４１１は第１被検出ブロック４２１の頭部４２１ａを検出するように第１底部３６５に配置され、この第１底部３６５に第２検出センサ４１２が第２被検出ブロック４２２の頭部４２２ａを検出するように配置されている。第１検出センサ４１１、第１被検出ブロック４２１、第２被検出ブロック４２２および第２検出センサ４１２は、平面視で直列に配置されている。

　ピストン部材３４０が往動して上記第１の位置に到達すると、第１検出センサ４１１は第１被検出ブロック４２１の頭部４２１ａを検出し、第２検出センサ４１２は第２被検出ブロック４２２を検出することができない。ピストン部材３４０が復動して上記第２の位置に到達すると、第２検出センサ４１２は第２被検出ブロック４２２の頭部４２２ａを検出し、第１検出センサ４１１は第１被検出ブロック４２１を検出することができない。すなわち、一方の検出センサが被検出部の検出状態、かつ他方の検出センサが被検出部の非検出状態であれば、ツールプレート２０の装着状態であることを検知し、他方の検出センサが被検出部の検出状態、かつ一方の検出センサが被検出部の非検出状態であれば、ツールプレート２０の離脱状態であることを検知することができる。２つの検出センサが同時に検出状態、または２つの検出センサが同時に非検出状態であれば、ツールプレート２０の装着状態が異常であることを検知できるようにされてもよい。このようにして、当該マスタプレート３０は、ツールプレート２０の着脱状態を監視することができる。

　第１検出センサ４１１および第２検出センサ４１２が検出した信号を受信部（不図示）に送るハーネス４１１ａ，４１２ｂは、取付プレート３６０に形成されているハーネス孔３６５ａ内に配置されるのが好ましい。

〔ツールプレート〕
　ツールプレート２０は、ツールプレート本体２１０と係合リング２２０とを有する。ツールプレート本体２１０には挿入孔部２１１が形成され、この挿入孔部２１１に係合リング２２０が嵌合されている。具体的には、挿入孔部２１１は、挿入部３２０の外径と略同一径で形成されている第１挿入用孔２１２と、中心が第１挿入用孔２１２の中心と共通し、第１挿入用孔２１２の内径より大きな内径で形成されているリング用孔２１３とを含む。第１挿入用孔２１２の上方（装着面２１４側）には、挿入部３２０の挿入をガイドするように拡径しているガイド面２１５が形成されている。

　ツールプレート本体２１０は平面視でマスタプレート３０と略同一形状に形成されていることが好ましい。また、ツールプレート本体２１０は軽金属または樹脂で形成されていることが好ましい。このようにすることで、当該ツール交換装置１の軽量化を図ることができる。

　係合リング２２０は、円環状部材であり、外径がリング用孔２１３の内径と略同一に形成されている。内周の上部は、第１挿入用孔２１２と同一の径を有する第２挿入用孔２２１として形成され、内周の下部は、下方に向かって拡径するように形成されている。内周の下部は、挿入部３２０から押し出されたボール３７０の一部と係合する係合面２２２として形成されている。係合面２２２には、ボール３７０と線または面で係合（当接）することができるように、円弧状の複数のボール用溝２２３が形成されていることが好ましい。この場合、ツールプレート２０は、ボール３７０とボール用溝２２３とのそれぞれの周方向の位置が対応するように係合リング２２０の位置を特定するための位置決めピン（不図示）を有することが好ましい。

　係合リング２２０は、含油処理をされた金属で形成されていることが好ましく、上記金属が重金属であることがより好ましい。上記金属は、焼結材であることがさらに好ましい。このようにすることで、強度を維持しつつボール３７０を円滑に移動させることができ、ボール３７０および係合リング２２０の摩耗、損傷を抑制できる。このため、ボール３７０および係合リング２２０、ひいてはツール交換装置１の耐久性、メンテナンス性を向上することができる。

　ツールプレート２０をマスタプレート３０に装着するには、第１挿入用孔２１２および第２挿入用孔２２１に挿入部３２０を挿入し、ピストン部材３４０を往動させる。カム３４４によって、ボール３７０の一部が挿入部３２０の外側に押し出され、その一部が係合面２２２に当接する。

　マスタプレート本体３０の反対面３１２と、ツールプレート２０の装着面２１４とが隙間をもって対向している状態で、ボール３７０の一部が係合面２２２に当接しつつさらに押し出されると、下方に向かって拡径（傾斜）している係合面２２２に沿って、ボール３７０がツールプレート２０をマスタプレート３０側に相対的に引き寄せ、ツールプレート本体２１０の装着面２１４とマスタプレート本体３００の反対面３１２とが互いに密着して、ツールプレート２０がマスタプレート３０に固定される。

〔利点〕
　当該マスタプレート３０は、マスタプレート本体３００に形成されているピストン孔部３３０で往復動するピストン部材３４０のツールプレート２０の装着位置と離脱位置とを検出する検出器４００を備える。このため、ツールプレート２０の着脱状態を容易に監視できる。検出器４００は、第１検出センサ４１１および第２検出センサ４１２と、これらの検出センサに検出される第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２と、これらの被検出ブロックを配置するドグ４３０とを有し、このドグ４３０がピストン部材３４０に形成されている穴部３４５内に配設されている。このため、当該マスタプレートにドグ４３０と、このドグ４３０に配される第１被検出ブロック４２１および第２被検出ブロック４２２とを配置するためのスペース（領域）を抑制することができ、当該マスタプレート３０の小型化を容易に図ることができる。

〈その他の実施形態〉
　今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

　マスタプレートおよびツールプレートの形状は、平面視略矩形に限定されるものではなく、また必ずしも側面に平面部分が形成されるものに限定されるものではない。マスタプレートおよびツールプレートの形状は、平面視略円形、半円形、楕円形、三角形、五角以上の多角形などとしてもよい。

　ピストン孔部は、第１孔部と第２孔部とを有していなくてもよい。例えば、本体部と挿入部とを一定の内径で貫通する孔であってもよい。

　ガイドピンの形状は、特に限定されるものではなく、横断面が多角形状などであってもよい。また、ガイドピンの数も特に限定されるものではない。

　取付プレートは、装着面に形成されたインローに篏合されるものに限定されない。例えば、平坦な装着面に取付プレートを載置して固定するものであってもよい。また、取付プレートは、一のピッチ間隔またはＰ．Ｃ．Ｄ．で形成された装着孔を有するものであってもよい。

　ピストン部材に配置される摺動部材の数は、２つに限定されるものではなく、１または３以上であってもよい。

　検出センサは、フォトセンサに限定されるものではなく、例えば、近接センサなどとしてもよい。

　被検出部は、上述のドグおよび被検出ブロックに限定されるものではなく、被検出部の構成、形状などは、マスタプレートの構成、形状などに応じて適宜変更することが可能である。また、検出センサは、取付プレートに配置されることに限定されず、マスタプレートの本体部などに配置されてもよい。

　上述の実施形態では、被検出ブロックの上端がドグの上方に配置されるリングの下面に当接する構成で説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ドグの上端で、このドグの軸方向にボルトを螺合し、このボルトの頭部の下面が被検出ブロックの上端に当接するようにしてもよい。

　上述の実施形態では、当該マスタプレートは、一方の検出センサが被検出部の検出状態、かつ他方の検出センサが被検出部の非検出状態であれば、ツールプレートの装着状態であることを検知し、他方の検出センサが被検出部の検出状態、かつ一方の検出センサが被検出部の非検出状態であれば、ツールプレートの離脱状態であることを検知するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、２つの検出センサが同時に被検出部の検出状態となることでツールプレートの装着状態（または離脱状態）、２つの検出センサが同時に被検出部の非検出状態となることでツールプレートの離脱状態（または装着状態）を検知するようにしてもよい。この場合、２つの検出センサの一の検出センサのみが検出状態になると、ツールプレートの装着状態が異常であることを検知するようにしてもよい。

　上記実施形態では、ピストン部材が下方に位置するときにマスタプレートとツールプレートとの連結状態が得られる構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ピストン部材が下方に位置するときにツールプレートの離脱状態となり、ピストン部材が上方に移動することでツールプレートの装着状態となるようにしてもよい。

　本発明のマスタプレートは、ツールプレートの着脱状態が監視可能であり、かつ小型化を図ることができるため、ロボットアームなどのツール交換装置に好適に用いることができる。

　　１　ツール交換装置
　　２０　ツールプレート
　　２１０　ツールプレート本体
　　２１１　挿入孔部
　　２１２　第１挿入用孔
　　２１３　リング用孔
　　２１４　装着面
　　２１５　ガイド面
　　２２０　係合リング
　　２２１　第２挿入用孔
　　２２２　係合面
　　２２３　ボール用溝
　　３０　マスタプレート
　　３００　マスタプレート本体
　　３１０　本体部
　　３１１　装着面
　　３１１ａ　インロー
　　３１２　反対面（装着面の反対面）
　　３１３　側面
　　３１４，３１５　ガイドピン
　　３２０　挿入部
　　３２１　ボール用孔
　　３２２　外周面
　　３２３　内周面
　　３３０　ピストン孔部
　　３３１　第１孔部
　　３３２　第２孔部
　　３３３　段部分
　　３３４　突出部分
　　３４０　ピストン部材
　　３４１　第１部分
　　３４２　第２部分
　　３４２ａ　下面
　　３４２ｂ　上面
　　３４３　窪部分
　　３４４　カム
　　３４５　穴部
　　３４６　底部分
　　３４７　ドグ受部
　　３４８　第１溝部
　　３４９　第２溝部
　　３６０　取付プレート
　　３６１　第１装着孔
　　３６２　ボルト用孔
　　３６３　上面
　　３６４　ボス
　　３６５　第１底部
　　３６５ａ　ハーネス孔
　　３６６　第２装着孔
　　３６７　突出部
　　３６８　第２底部
　　３６８ａ　ドグ孔
　　３６９　内周面
　　３６９ａ　矩形部
　　３６９ｂ　円弧部
　　３７０　ボール
　　３７１　保持部材
　　３８１　第１摺動部材
　　３８２　第２摺動部材
　　３８３　第３摺動部材
　　４００　検出器
　　４１１　第１検出センサ
　　４１１ａ，４１２ａ　ハーネス
　　４１２　第２検出センサ
　　４２１　第１被検出ブロック
　　４２１ａ，４２２ａ　頭部
　　４２１ｂ，４２２ｂ　脚部
　　４２２　第２被検出ブロック
　　４３０　ドグ
　　４３１　ドグ第１部
　　４３２　ドグ第２部
　　４３３　座部
　　４３４　雄螺子部
　　４３５　段部
　　４４０　リング

Claims

　工具を保持するツールプレートを着脱可能でロボットアームに装着されるマスタプレートであって、
　往復動をすることでツールプレートを着脱可能にするピストン部材と、
　ツールプレートが装着される上記ピストン部材の第１の位置と、ツールプレートが離脱される上記ピストン部材の第２の位置とを検出する検出器と
　を備え、
　上記ピストン部材に、有底の穴部が形成され、
　上記検出器が、検出センサと、この検出センサに検出される被検出部とを有し、
　上記被検出部の少なくとも一部が、上記穴部内に配設されているマスタプレート。
　上記被検出部が、上記穴部の底部分に立設しているドグと、このドグに配され、上記検出センサに検出される被検出ブロックとを有し、
　上記被検出ブロックが、上記ドグの周方向に回転自在に配されている請求項１に記載のマスタプレート。
　上記検出センサが、上記第１の位置を検出する第１検出センサおよび上記第２の位置を検出する第２検出センサを含み、
　上記被検出ブロックが、上記第１検出センサに検出される第１被検出ブロック、および上記第２検出センサに検出される第２被検出ブロックを含み、
　上記第１検出センサおよび上記第２検出センサが、上記ピストン部材が往復動をする方向に直交する仮想面上に配置されている請求項１または請求項２に記載のマスタプレート。
　ツールプレートが装着される反対面に取り付けられる取付プレートをさらに備え、
　上記取付プレートに上記検出センサが配設されている請求項１または請求項２に記載のマスタプレート。
　工具を保持するツールプレートと、
　このツールプレートを着脱可能な請求項１または請求項２に記載のマスタプレートと
　を備えるツール交換装置。