WO2024253036A1

WO2024253036A1 - ツールプレートおよびツール交換装置

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Publication number: WO2024253036A1
Application number: PCT/JP2024/020011
Authority: WO
Inventors: 紀之針崎
Original assignee: BL Autotec Ltd
Current assignee: BL Autotec Ltd
Priority date: 2023-06-05
Filing date: 2024-05-31
Publication date: 2024-12-12
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: JPWO2024253036A1; JP7665903B1; CN121240954A

Abstract

本開示の一態様は、工具を保持するツールプレートであって、マスタプレートの一部が挿入される挿入孔部が形成されているツールプレート本体と、上記挿入孔部に配置され、係合部材に対応する係合溝が形成されている環状のリング部材と、上記挿入孔部に配置される際の上記リング部材の周方向の位置決めをするための位置決めピンとを備え、上記ツールプレート本体に上記位置決めピンを立設するピン孔が形成され、平面視における上記リング部材が、上記ピン孔に対応する位置で上記位置決めピンを部分的に囲むように縁部に形成されている切欠き部、または上記位置決めピンを囲むように形成されている孔部を有し、上記切り欠き部または上記孔部が、上記位置決めピンとの間に間隙を有するように形成されている。

Description

ツールプレートおよびツール交換装置

　本開示は、ツール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、マスタプレートがボールを有し、このボールがツールプレートと係合および係合解除をすることでマスタプレートとツールプレートを着脱するツール交換装置が知られている（米国特許第４６９６５２４号明細書）。

米国特許第４６９６５２４号明細書

　特許文献１に記載のインナーアセンブリ（マスタプレート）にはボールが移動する孔が形成されたボールリテーナが配置されている。上記ボールは、ピストン部材の往復動によって上記往復動と直交する方向に押し出され、アウターアセンブリ（ツールプレート）のカムロックリング（リング部材）に形成されている傾斜面と係合している。上記ボールは上記傾斜面と点接触となるため、この接触部分に大きな負荷がかかるおそれがある。そこで、上記傾斜面に上記ボールが係合するための溝を設け、この溝とボールとを線または面で接触させることが考えられるが、上記ボールと上記溝との位置が正確に一致しないと上記ボールが上記溝に対して異常摩擦、面圧上昇など（「かじり」ともいわれる）を引き起こして係合が困難になり、上記マスタプレートと上記ツールプレートとを容易に装着することができなくなるおそれがある。上記ボールと上記溝との位置を正確に合わせようとすると、ツール交換装置の製造が煩雑になり、さらに各部材の製造上または加工上の高い寸法管理が要求されるため、ツール交換装置のコストが増大するおそれがある。

　上述のような事情を鑑み、本開示は、係合部材と係合する係合溝が形成されたリング部材の配置を容易に行うことができるツール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、ツール交換装置のマスタプレートが有する係合部材と係合可能で工具を保持するツールプレートであって、マスタプレートの一部が挿入される挿入孔部が形成されているツールプレート本体と、上記挿入孔部に配置され、係合部材に対応する係合溝が形成されている環状のリング部材と、上記挿入孔部に配置される際の上記リング部材の周方向の位置決めをするための位置決めピンとを備え、上記ツールプレート本体に上記位置決めピンを立設するピン孔が形成され、平面視における上記リング部材が、上記ピン孔に対応する位置で上記位置決めピンを部分的に囲むように縁部に形成されている切欠き部、または上記位置決めピンを囲むように形成されている孔部を有し、上記切り欠き部または上記孔部が、上記位置決めピンとの間に間隙を有するように形成されている。

　本開示のツールプレートは、係合部材と係合する係合溝が形成されたリング部材をツールプレート本体に容易に配置することができる。

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、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離脱状態を示す模式的断面側面図である。図５は、図１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底面図である。

［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、ツール交換装置のマスタプレートが有する係合部材と係合可能で工具を保持するツールプレートであって、マスタプレートの一部が挿入される挿入孔部が形成されているツールプレート本体と、上記挿入孔部に配置され、係合部材に対応する係合溝が形成されている環状のリング部材と、上記挿入孔部に配置される際の上記リング部材の周方向の位置決めをするための位置決めピンとを備え、上記ツールプレート本体に上記位置決めピンを立設するピン孔が形成され、平面視における上記リング部材が、上記ピン孔に対応する位置で上記位置決めピンを部分的に囲むように縁部に形成されている切欠き部、または上記位置決めピンを囲むように形成されている孔部を有し、上記切り欠き部または上記孔部が、上記位置決めピンとの間に間隙を有するように形成されている。

　当該ツールプレートは、ツールプレート本体と、このツールプレート本体の挿入孔部に配置され、係合溝が形成されているリング部材と、このリング部材の周方向の位置決めをする位置決めピンとを有し、上記ツールプレート本体には上記位置決めピンを立設するピン孔が形成され、上記リング部材は、上記ピン孔に対応する位置で上記位置決めピンを部分的に囲むように周面に形成されている切欠き部、または上記位置決めピンを囲むように形成されている孔部を有している。上記切り欠き部または上記孔部は、上記位置決めピンとの間に間隙を有するように形成されている。すなわち、上記切り欠き部または上記孔部は、上記位置決めピンに対して遊び（クリアランス）が設けられるように形成されている。つまり、上記リング部材は、周方向における正確な位置（向き）を合わせて配置することを要せず、上記位置決めピンに上記切り欠き部または上記孔部を合わせることで容易に配置することができる。

（２）上記（１）において、平面視における上記リング部材の縁部における上記切欠き部の一対の縁部間の距離、または上記孔部の直径が、上記位置決めピンの直径の１．０５倍以上であってもよい。このようにすることで、上記クリアランスが形成され易くなり、上記リング部材をより容易に配置することができる。

（３）上記（１）または（２）において、上記リング部材に上記切り欠き部が形成され、この切欠き部が平面視で半円形状に形成されていてもよい。このようにすることで、上記切欠き部を容易に形成することができる。

（４）本開示の一態様は、上記（１）から上記（３）のいずれかのツールプレートと、このツールプレートを着脱可能な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、上述のツールプレートを備えるため、容易に製造することができる。

［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５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で往復動可能なピストン部材３４０と、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摺動部材３８１，３８２とを備える。

　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、平面で形成された四つの側面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２１６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は横断面に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。一対のガイド孔２１６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ガイド孔２１６に対して部分的に遊び（間隙）が形成されるため、一対のガイドピン３１４，３１５をガイド孔２１６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一孔部３３１と、本体部３１０に形成され、中心軸が第一孔部３３１の中心軸と共通し、第一孔部３３１の内径より大きな内径を有する第二孔部３３２とを含む。本体部３１０の下方には第一孔部３３１と第二孔部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、第一孔部３３１と第二孔部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、内周面が第一孔部３３１の内周面と連続している突出部分３３４を有することが好ましい。具体的には、突出部分３３４は、段部分３３３における第一孔部３３１の開口縁部で、その内周面と第一孔部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ことが好ましい。

　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（第二孔部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、第二孔部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に略等角度間隔で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に形成されている係合溝２２３と当接することで、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、ボール用孔３２１に篏合されている。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、第一孔部３３１に対応する第一部分３４１と、第二孔部３３２に対応する第二部分３４２とで構成されている。すなわち、ピストン部材３４０は、第一孔部３３１内で往復動可能に形成されている第一部分３４１と、第二孔部３３２内で往復動可能に形成されている第二部分３４２とを有する。第一部分３４１および第二部分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二孔部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。

　第一部分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）に傾斜した傾斜面が形成されている。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。これにより、ツールプレート２０のマスタプレート３０からの離脱が可能となる。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している。

　ピストン部材３４０は、第二部分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の係合溝２２３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、第二部分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、例えば第二部分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。

　第二部分３４２には、突出部分３３４と当接しない窪部分３４３が形成されていることが好ましい。具体的には、第二部分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を有していることが好ましい。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、第二部分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、連続している第一孔部３３１の内周面と共に第一部分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、第二孔部３３２に突出部分３３４を形成することで、第一部分３４１の往復動のガイド面を部分的に第二孔部３３２内に設けることができる。また、第二部分３４２に窪部分３４３を形成することで、第二孔部３３２内における第二部分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、第一部分３４１のガイド面と第二部分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。

（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、第一孔部３３１の内周面とピストン部材３４０の第一部分３４１の外周面との間に配置される第一摺動部材３８１と、第二孔部３３２の内周面とピストン部材３４０の第二部分３４２の外周面との間に配置される第二摺動部材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、摩耗、損傷などが発生し、さらに往復動が高負荷（高抵抗）になるおそれがある。摺動部材３８１，３８２を配置することで、摩耗、損傷などを抑制しつつピストン部材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３４５，３４６が形成されている。具体的には、第一部分３４１に第一摺動部材３８１を配置する第一溝部３４５が形成され、第二部分３４２に第二摺動部材３８２を配置する第二溝部３４６が形成されている。第二摺動部材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３４５，３４６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、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（第一溝部３４５に相当する溝部）は挿入部のピストン孔部の内周面（第一孔部３３１の内周面に相当する箇所）に形成される。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以上の第一装着孔３６１が形成され、この第一装着孔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。第一装着孔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つの第一装着孔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。本実施形態では第一装着孔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。

　取付プレート３６０には、この第一装着孔３６１と異なるピッチ間隔または異なるＰ．Ｃ．Ｄ．を有する第二装着孔３６５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。第二装着孔３６５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つの第二装着孔３６５が形成されている。

　マスタプレート３０の本体部３１０には、第一装着孔３６１に対応する位置に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）を挿通する第一ボルト孔３１６が形成され、第二装着孔３６２に対応する位置にも同様に第二ボルト孔（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。

〔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とリング部材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にリング部材２２０が配置されている。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一挿入孔２１２と、中心が第一挿入孔２１２の中心と共通し、第一挿入孔２１２の内径より大きな内径で形成され、リング部材２２０が配置されるリング用孔２１３とを含む。

　第一挿入孔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。リング用孔２１３には、リング部材２２０が配置される第一リング孔２１３ａと、配置されたリング部材２２０の脱落を防止するための環状部材２４０を嵌合するための環状溝２１３ｂと、この環状溝２１３ｂの下方で内径が第一リング孔２１３ａより大きくかつ環状溝２１３ｂ（環状部材２４０の外径）より小さい第二リング孔２１３ｃとを有する。環状部材２４０としては、特に限定されるものではなく、Ｃ－リング、スパイラルリテイニングリングなど公知のものが用いられてもよい。ツールプレート本体２１０が第二リング孔２１３ｃを有することで、リング部材２２０および環状部材２４０を容易に配置できる。環状部材２４０と共にツールプレート本体２１０に配置されたリング部材２２０は、周方向に移動（回転）可能に第一リング孔２１３ａに収容されている。

　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。

　リング部材２２０は、円環状部材であり、外径が第一リング孔２１３ａの内径と略同一に形成されている。内周の上部は、第一挿入孔２１２と同一の径を有する第二挿入孔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は、下方に向かって拡径するように形成されている。

　係合面２２２には、マスタプレート３０が有する係合部材に対応する係合溝２２３が形成されている。具体的には、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、横断面が略円弧状の複数（本実施形態では８つ）の係合溝２２３が形成されている。８つの係合溝２２３は、横断面が円弧状で、ボール３７０の移動に対応するようにリング部材２２０の中心から放射状に略等角度間隔で形成されている。すなわち、係合溝２２３は、延伸している方向（軸方向）がボール３７０の移動方向（ピストン部材３４０によって押し出される方向）と平面視で同一（平行）になるように形成されている。

　リング部材２２０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い。上記金属は重金属であることが好ましい。上記金属は、焼結材であることがより好ましい。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およびリング部材２２０の摩耗、損傷を抑制できる。このため、ボール３７０およびリング部材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。上記金属としては、特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス、鉄、チタンなどが挙げられる。

　ツールプレート２０は、挿入孔部２１１（第一リング孔２１３ａ）に配置される際にリング部材２２０の周方向の位置決めをするための位置決めピン２３０を有する。位置決めピン２３０は、ツールプレート本体２１０にリング部材２２０を配置する際に、周方向における係合溝２２３の位置がボール３７０と対応するように位置決めをするための部材である。

　ツールプレート本体２１０には、位置決めピン２３０を立設するピン孔２１７が形成されている。位置決めピン２３０としては、ピン孔２１７から容易に脱落しないものであれば特に限定されるものではなく、ピン孔２１７に圧入される平行ピン、スプリングピンなどの公知のものを用いてもよい。あるいは、ピン孔２１７を雌螺子孔とし、位置決めピン２３０をボルトなどとしてもよい。

　本実施形態のピン孔２１７は、リング用孔２１３の底部２１９（第一挿入孔２１２と第一リング孔２１３ａとを接続している平面）で、その中心が平面視でリング部材２２０の外周面に位置するように形成されている。位置決めピン２３０は、ピン孔２１７に立設されている。すなわち、位置決めピン２３０は、その一部がピン孔２１７に埋設され、残部が底部２１９から下方に突出するようにピン孔２１７に配置されている。

　リング部材２２０は、ピン孔２１７に対応する位置で位置決めピン２３０を部分的に囲むように形成されている切欠き部、または位置決めピン２１７を囲む孔部を有する。上記切欠き部は平面視で略半円形状に形成されていることが好ましく、または上記孔部は平面視で略円形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、上記切欠き部または上記孔部を容易に形成することができる。本実施形態のリング部材２２０は、平面視で略半円形状に形成されている切欠き部２２４を外周面に有する。

　切欠き部２２４は、平面視で位置決めピン２３０との間に間隙を有するように形成されている。すなわち、切欠き部２２４の中心をピン孔２１７の中心と一致するようにリング部材２２０をツールプレート本体２１０に配置すると、切欠き部２２４の内周面（平面視における切欠き部２２４の縁部）と位置決めピン２３０とが当接しないように形成されている。つまり、リング部材２２０は、ツールプレート本体２１０に配置した際に、切欠き部２２４が位置決めピン２３０に当接する範囲で周方向に遊び（クリアランス）を有するように配置される。

　切欠き部２２４を位置決めピン２３０に合わせるようにしてリング部材２２０をツールプレート本体２１０に配置することで、一定の範囲（切欠き部２２４が位置決めピン２３０に当接する範囲）でボール３７０に対する係合溝２２３の位置合わせをすることができる。ボール３７０と係合溝２２３とのかじり（異常摩擦、面圧上昇など）を防止する観点からは、ボール３７０に対する係合溝２２３の位置が一致していることが好ましい。具体的には、平面視におけるボール３７０の移動方向と、係合溝２２３の軸方向とが一致していることが好ましい。しかし、リング部材２２０をツールプレート本体２１０に配置する際に上記移動方向に上記軸方向を一致させることが要求されると、上記配置が煩雑になるおそれがある。

　当該ツールプレート２０は、リング部材２２０をツールプレート本体２１０に配置する際に、一定の範囲でボール３７０に対する係合溝２２３の位置合わせをすることができるが、上記軸方向および上記移動方向（以下、２つの方向ともいう）は、正確に一致しないことがある。当該ツールプレート２０は、仮に上記２つの方向が一致していないとしても、マスタプレート３０がツールプレート２０を装着する際に、ボール３７０が挿入部３２０から押し出されて係合溝２２３と当接すると、ボール３７０が係合溝２２３を押圧することによって係合溝２２３の上記軸方向がボール３７０の上記移動方向に略一致するように係合リング２２０が周方向に回転し、上記２つの方向が略一致する。このため、ボール３７０が係合溝２２３を円滑に移動することができ、上記２つの方向の不一致による上記かじりなどを抑制することができる。従って、マスタプレート３０に当該ツールプレート２０が装着される確実性を向上することができる。

　平面視におけるリング部材２２０の縁部（外周面）における切欠き部２２４の一対の縁部間の距離の下限値としては、位置決めピン２３０の径の１．０５倍が好ましく、１．０８倍がより好ましく、１．１０倍がさらに好ましい。上記縁部間の距離の上限値としては、位置決めピン２３０の径の１．５０倍が好ましく、１．４０倍がより好ましく、１．３０倍がさらに好ましく、１．２５倍が特に好ましい。上記縁部間の距離を上記下限値以上とすることで、リング部材２２０を配置する容易性を向上することができる。上記縁部間の距離を上記上限値以下とすることで、ボール３７０の押圧力によって上記２つの方向が一致する確実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、第一挿入孔２１２および第二挿入孔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、その一部が係合溝２２３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の一部が係合溝２２３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）している係合溝２２３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〕
　当該ツールプレート２０は、リング部材２２０の周方向の位置決めをする位置決めピン２３０を有し、リング部材２２０に形成されている切欠き部２２４は、平面視で位置決めピン２３０との間に間隙を有するように形成されている。リング部材２２０は、切欠き部２２４が位置決めピン２３０に当接する範囲で周方向にクリアランスを有するため、リング部材２２０を容易にツールプレート本体２１０に配置することができる。当該ツールプレート２０は、ボール３７０が挿入部３２０から押し出されて係合溝２２３と当接すると、ボール３７０が係合溝２２３を押圧することによって係合溝２２３の軸方向がボール３７０の移動方向に一致するように係合リング２２０が周方向に回転し、上記２つの方向が略一致する。このため、ボール３７０が係合溝２２３を円滑に移動することができ、上記２つの方向の不一致によるかじりなどを抑制することができる。従って、マスタプレート３０に当該ツールプレート２０が装着される確実性を向上することができる。

〈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、第一孔部と第二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。

　リング部材には、切欠き部に代えて、平面視で位置決めピンを囲繞する孔部を形成してもよい。ツールプレートに形成されているピン孔は、その中心が平面視でリング部材の外周面に位置することに限定されず、リング部材の切り欠き部または孔部が係合溝に平面視で重複しない範囲で任意の位置に設けられてもよい。

　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。

　本発明のツールプレートは、マスタプレートの係合部材と線または面で当接するため強度を向上することができ、特に高荷重の作業を行う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　第一挿入孔
　　２１３　リング用孔
　　２１３ａ　第一リング孔
　　２１３ｂ　環状溝
　　２１３ｃ　第二リング孔
　　２１４　装着面
　　２１５　ガイド面
　　２１６　ガイド孔
　　２１７　ピン孔
　　２１８　環状溝
　　２１９　底部
　　２２０　リング部材
　　２２１　第二挿入孔
　　２２２　係合面
　　２２３　係合溝
　　２２４　切欠き部
　　２３０　位置決めピン
　　２４０　環状部材
　　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
　　３１６　第一ボルト孔
　　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　第一孔部
　　３３２　第二孔部
　　３３３　段部分
　　３３４　突出部分
　　３４０　ピストン部材
　　３４１　第一部分
　　３４２　第二部分
　　３４２ａ　下面
　　３４２ｂ　上面
　　３４３　窪部分
　　３４４　カム
　　３４５　第一溝部
　　３４６　第二溝部
　　３６０　取付プレート
　　３６１　第一装着孔
　　３６２　ボルト用孔
　　３６３　上面
　　３６４　ボス
　　３６５　第二装着孔
　　３７０　ボール
　　３７１　保持部材
　　３８１　第一摺動部材
　　３８２　第二摺動部材

Claims

　ツール交換装置のマスタプレートが有する係合部材と係合可能で工具を保持するツールプレートであって、
　マスタプレートの一部が挿入される挿入孔部が形成されているツールプレート本体と、
　上記挿入孔部に配置され、係合部材に対応する係合溝が形成されている環状のリング部材と、
　上記挿入孔部に配置される際の上記リング部材の周方向の位置決めをするための位置決めピンと
　を備え、
　上記ツールプレート本体に上記位置決めピンを立設するピン孔が形成され、
　平面視における上記リング部材が、上記ピン孔に対応する位置で上記位置決めピンを部分的に囲むように縁部に形成されている切欠き部、または上記位置決めピンを囲むように形成されている孔部を有し、
　上記切り欠き部または上記孔部が、上記位置決めピンとの間に間隙を有するように形成されているツールプレート。
　平面視における上記リング部材の縁部における上記切欠き部の一対の縁部間の距離、または上記孔部の直径が、上記位置決めピンの直径の１．０５倍以上である請求項１に記載のツールプレート。
　上記リング部材に上記切り欠き部が形成され、
　この切欠き部が平面視で半円形状に形成されている請求項１に記載のツールプレート。
　請求項１、請求項２または請求項３に記載のツールプレートと、
　このツールプレートを着脱可能なマスタプレートと
　を備えるツール交換装置。