JP2003117868A - ロボットアームカップリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットアーム１に取り付けられたマスタプ
レート１１と、ツール３が取り付けられるツールプレー
ト３０と、ツールプレート３０をマスタプレート１１に
着脱させる着脱機構４３と、着脱機構４３による両プレ
ート１１，３０の結合時にツールプレート３０をマスタ
プレート１１に位置決めする位置決め機構６４とを備え
たロボットアームカップリング装置１０の信頼性を上げ
る。 【解決手段】 両プレート１１，３０の結合時にマスタ
プレートのブッシュ当接部７０ａに気密状に当接してマ
スタ側空気ポート７０とツール側空気ポート７１とを連
通させるブッシュ７２を先端部に結合面から突出するテ
ーパ部７２ａを有する略円筒状のものとし、テーパ部７
２ａの中間部に環状の突条７２ｂを同心状に設け、ブッ
シュ７２の内周部に略パイプ状の補強部材７３を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスタプレート及
びツールプレートを組み合わせたロボットアームカップ
リング装置に関する技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロボットのアームに対してツー
ル等の脱着を行うことができるようにしたカップリング
装置として、ロボットアームに取付けられたマスタプレ
ート（インナアッセンブリ）と、ツール等が取付けられ
るツールプレート（アウタアッセンブリ）と、上記マス
タプレートとツールプレートとをロックするロック手段
とを有するカップリング装置は知られている。

【０００３】そのような装置において、マスタプレート
とツールプレートとの結合及び結合解除を素早く行うこ
とができるようにしたものとして、例えば米国特許第
４，６９６，５２４号明細書及び図面に記載されるよう
に、ロック手段が、マスタプレートによってロック位置
とロック解除位置との間をスライド可能に支持されるピ
ストン部材と、該ピストン部材の周囲に配設され、マス
タプレートに支持される複数のボール部材と、上記ツー
ルプレートに配設され、該ボール部材とテーパ面で接触
可能で、ピストン部材がロック位置に移動したとき、ボ
ール部材と協働して両プレートを結合保持するボール受
けとを有するものが提案されている。この提案の装置に
よれば、ピストン部材がロック位置に移動したとき、ボ
ール部材がテーパ面を介してツールプレートを上方に押
し上げ、マスタプレートとツールプレートとが結合され
るようになっている。

【０００４】さらに、このような装置においては、ロボ
ットアームの先端に装着されるツール等に作動制御用の
加圧エアを供給するために、マスタプレート及びツール
プレートの内部に空気ポートが設けられており、両プレ
ートの結合時に各々の結合面同士が略当接したときに各
結合面に開口する空気ポート同士を接続するようになさ
れている。そして、両プレートの結合状態で各々の空気
ポートの接合面での接続部からの空気漏れを防ぐ目的
で、マスタプレート側の空気ポートの開口にブッシュ当
接部を設ける一方、ツールプレートの空気ポートの開口
部に、両プレートの結合時にブッシュ当接部に気密状に
当接して両プレートの空気ポートを連通させるブッシュ
を設けることが行われている。

【０００５】また、上記両プレートを結合するときに両
者の位置決めをするための位置決めピンがマスタプレー
ト側結合面に突設されており、この位置決めピンをツー
ルプレートの位置決め穴に挿入することで位置決めを行
うようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
カップリング装置においては、上記ブッシュを空気ポー
トの開口部から外れにくくするために、ブッシュの後端
には鍔部が設けられており、この鍔部が邪魔になってブ
ッシュをツールプレート側結合面から挿入することはで
きない。そのため、ツールプレートを２枚にして、結合
面側の一方の第１部材に貫通形成したブッシュ挿通孔に
ブッシュを背面側から挿通した後、その第１部材の背面
にもう１つの第２部材を重ねる２重構造にせざるを得
ず、部品点数が増えてコストアップの要因の１つとなっ
ていた。さらに、２重構造であるため、製作誤差等によ
り隙間が発生し、空気漏れ等の不具合が発生するという
問題があった。

【０００７】また、長期間に亘り、カップリング装置が
着脱を繰り返されたり、又は結合状態でツールプレート
とマスタプレートとの間で曲げモーメントがかかり、両
者の間で微小な開きが繰り返されたりすると、位置決め
ピンが位置決め穴の開口部内周と擦れ合って摩耗し、が
たが大きくなってうまく位置決めできなくなる等の問題
があった。

【０００８】さらに、ロボットアームカップリング装置
の周りには各プレートに接続される配線や配管類が配置
されており、これらがロボットを動作させたときに引っ
かかってロボットを故障させるという問題があった。

【０００９】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
で、上記のロボットアームカップリング装置の構造に工
夫をすることにより、そのロボットアームカップリング
装置の信頼性を上げ、ロボットを故障させるのを防ぐこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、ロボットアームに取り付け
られたマスタプレートと、ツール等が取り付けられるツ
ールプレートと、このツールプレートをマスタプレート
に着脱させる着脱機構と、この着脱機構による両プレー
トの結合時にツールプレートをマスタプレートに位置決
めする位置決め機構とを備えたロボットアームカップリ
ング装置であって、このマスタプレートのツールプレー
トとの対向面にマスタ側結合面が、またツールプレート
のマスタプレートとの対向面にツール側結合面がそれぞ
れ設けられており、このマスタ側結合面に開口するマス
タ側空気ポートと、ツール側結合面に開口するツール側
空気ポートとが設けられ、このマスタ側空気ポート又は
ツール側空気ポートの一方の開口部に、ポートの開口側
に向かって内径が増大するテーパ状のブッシュ当接部が
設けられている一方、マスタ側空気ポート又はツール側
空気ポートの他方の開口部に、上記両プレートの結合時
に上記ブッシュ当接部に気密状に当接してマスタ側空気
ポートとツール側空気ポートとを連通させるブッシュが
装着されており、このブッシュは、先端部に結合面から
突出するテーパ部を有する略円筒状のものであり、テー
パ部の中間部には環状の突条が同心状に設けられている
構成とする。

【００１１】上記の構成によると、着脱機構による両プ
レートの結合時に各々の結合面同士が略当接し、ブッシ
ュの先端部がマスタプレートのブッシュ当接部に当接し
て、各結合面に開口する空気ポート同士が連通する。そ
のとき、ブッシュは円筒状のもので、従来のようにその
後端に鍔が設けられていないため、ツール側結合面から
ブッシュを挿入することができ、ツールプレートを２枚
構造にする必要がなくなり、部品点数が減って組立工
数、材料費の削減を図ることができるとともに、製作誤
差等により隙間が発生して空気漏れ等の不具合が発生す
るのを防止できる。

【００１２】また、ブッシュのテーパ部の中間部に環状
の突条が同心状に設けられているので、両プレート結合
時にブッシュによる不要な反発力を抑制するとともに、
各ブッシュにおけるマスタプレートのブッシュ当接部と
の距離の誤差による反発力のばらつきを抑制することが
でき、両プレートの結合性がアップする。よって、これ
らの相乗効果により、ロボットアームカップリング装置
の信頼性を上げることができる。

【００１３】請求項２の発明では、ロボットアームに取
り付けられたマスタプレートと、ツール等が取り付けら
れるツールプレートと、このツールプレートをマスタプ
レートに着脱させる着脱機構と、この着脱機構による両
プレートの結合時にツールプレートをマスタプレートに
位置決めする位置決め機構とを備えたロボットアームカ
ップリング装置であって、このマスタプレートのツール
プレートとの対向面にマスタ側結合面が、またツールプ
レートのマスタプレートとの対向面にツール側結合面が
それぞれ設けられており、このマスタ側結合面に開口す
るマスタ側空気ポートと、ツール側結合面に開口するツ
ール側空気ポートとが設けられ、このマスタ側空気ポー
ト又はツール側空気ポートの一方の開口部に、ポートの
開口側に向かって内径が増大するテーパ状のブッシュ当
接部が設けられている一方、マスタ側空気ポート又はツ
ール側空気ポートの他方の開口部に、上記両プレートの
結合時に上記ブッシュ当接部に気密状に当接してマスタ
側空気ポートとツール側空気ポートとを連通させるブッ
シュが装着されており、このブッシュは、先端部に結合
面から突出するテーパ部を有する略円筒状のものであ
り、ブッシュの内周部に略パイプ状の補強部材が設けら
れている構成とする。

【００１４】上記の構成によると、請求項１の発明と同
様にツールプレートを２枚構造にする必要がなくなっ
て、組立工数、材料費の削減及び空気漏れ等の防止を図
ることができる。また、ブッシュの内周部に略パイプ状
の補強部材が設けられているので、ブッシュの剛性が上
がり、このブッシュが装着されているポートの開口部に
ブッシュの外周部を密着させてブッシュを抜けにくくす
ることができる。また、ブッシュの厚みを薄くできるた
め、ツール制御用空気の空気圧を保つための有効断面積
を大に確保することができる。よって、これらの相乗効
果により、ロボットアームカップリング装置の信頼性を
上げることができる。

【００１５】請求項３の発明では、請求項２のロボット
アームカップリング装置であって、ブッシュのテーパ部
の中間部には環状の突条が同心状に設けられている構成
とする。

【００１６】上記の構成によると、上記請求項１及び２
の発明の効果の双方が得られ、さらに信頼性の高いロボ
ットアームカップリング装置を実現できる。

【００１７】請求項４の発明では、位置決め機構は、マ
スタ側結合面又はツール側結合面の一方に突設された複
数の位置決め部材と、マスタ側結合面又はツール側結合
面の他方に開口され、各位置決め部材がそれぞれ嵌合さ
れる複数の位置決め穴とを備えており、この位置決め穴
の開口端に円弧面部が形成されているとする。

【００１８】上記構成によると、位置決めピンが擦り合
う位置決め穴の開口端に円弧面部が形成されているため
に、長期間に亘り、ロボットアームカップリング装置が
着脱を繰り返されたり、又は結合状態でマスタプレート
とツールプレートとの間で曲げモーメントがかかって両
者の間で微小な開きが繰り返されたりしても、位置決め
ピンと位置決め穴とが摩耗することを防ぐことができ、
がたが大きくなってうまく位置決めできない等の問題を
回避してロボットアームカップリング装置の信頼性を向
上させることができる。

【００１９】請求項５の発明では、ロボットアームに取
り付けられたマスタプレートと、ツール等が取り付けら
れるツールプレートと、このツールプレートをマスタプ
レートに着脱させる着脱機構と、この着脱機構による両
プレートの結合時にツールプレートをマスタプレートに
位置決めする位置決め機構とを備えたロボットアームカ
ップリング装置において、上記マスタプレート又はツー
ルプレートの少なくとも一方の外周に、各プレートに接
続される配線又は配管を覆うガードが設けられていると
する。

【００２０】上記の構成によると、両プレートの少なく
とも一方の外周にガードが設けられているので、ロボッ
トアームカップリング装置に出っ張りがある場合であっ
ても、ロボット動作時にロボットアームカップリング装
置自身の出っ張り等に、各プレートに接続される配線や
配管類が引っかかるのをガードにより防止して、ロボッ
トが故障するのを防ぐことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図６において、１
はロボットのアーム、２は該ロボットアーム１に揺動可
能に支持されたハンドで、このハンド２にはツール３が
本発明の実施形態１に係るロボットアームカップリング
装置１０を介して着脱可能に結合されている。上記ツー
ル３は、エアアクチュエータ４によって駆動されて互い
に接離する１対のクランプアーム５，５を備え、両クラ
ンプアーム５，５を接近させたときには両クランプアー
ム５，５間に図外のワークをクランプするようにしてい
る。

【００２２】図６〜図８にも示すように、上記ロボット
アームカップリング装置１０は、ロボットアーム１に取
り付けられたマスタプレート１１と、ツール３が取り付
けられるツールプレート３０とを備え、これら両プレー
ト１１，３０は互いに素早く結合及び分離がなされるよ
うになっている。

【００２３】上記マスタプレート１１は、環状のマスタ
ボディ１２と円筒部材１７とを備えてなり、マスタボデ
ィ１２の内部には、上側（ロボットアーム１側）に位置
する小径のシリンダ孔１３と、このシリンダ孔１３の下
側（ツールプレート３０側）に同心状に連続し、シリン
ダ孔１３よりも大径の円筒部材装着孔１４とが貫通して
形成され、シリンダ孔１３の上側開口端は、マスタボデ
ィ１２にねじ２５により止めした蓋部材２６により気密
状に閉塞されている。

【００２４】一方、円筒部材１７は、下側に開口された
有底円筒状の挿入部１８と、この挿入部１８の上端部外
周に一体に形成され、２つのピン取付孔１９，１９（１
つのみ図示する）を有する取付フランジ部２０とからな
り、挿入部１８の底壁中心部にはロッド挿通孔２１が貫
通形成され、取付フランジ部２０は上記マスタボディ１
２の円筒部材装着孔１４に気密状に嵌合されかつねじ２
２によりマスタボディ１２に取付固定されている。そし
て、上記マスタボディ１２の取付フランジ部２０下面は
その周りのマスタボディ１２の下面と面一にされてお
り、これら両面により、マスタプレート１１のツールプ
レート３０との対向面にマスタ側結合面２３が設けら
れ、このマスタ側結合面２３の中心部に挿入部１８が突
設されている。上記挿入部１８は後述するボール４７と
の接触面圧による摩耗や変形を防ぐために、高硬度金属
材料（例えば耐腐食性にも優れたステンレス鋼の焼入れ
材）よりなる。

【００２５】上記ツールプレート３０は、環状のツール
ボディ３１及びボール受け３５を備え、ツールボディ３
１の内部には、上側（マスタプレート１１側）に位置す
る大径のボール受け装着孔３２と、このボール受け装着
孔３２の下側（ツール３側）に同軸状に連続し、ボール
受け装着孔３２よりも小径の逃がし孔３３とが貫通して
形成されている。

【００２６】上記ボール受け３５は内部に中心孔３６を
有する環状のもので、このボール受け３５は、上記挿入
部１８と同様に高硬度金属材料よりなるもので、上記ツ
ールボディ３１のボール受け装着孔３２に嵌合されて図
外のねじによりツールボディ３１に取付固定されてい
る。ボール受け３５の上面はその周りのツールボディ３
１の上面と面一にされており、これら両面により、ツー
ルプレート３０のマスタプレート１１との対向面にツー
ル側結合面３７が設けられている。

【００２７】また、ボール受け３５内の中心孔３６下端
部の内径は上記ツールボディ３１の逃がし孔３３上端と
同一径で、両面が面一に連続しているが、中心孔３６上
端部の内径は下端部よりも小径であり、これらの上端部
及び下端部には下側に向かって大径となるようにテーパ
状に傾斜するテーパカム面３８が形成されており、この
テーパカム面３８は、後述するカム部材５０のロック位
置への移動により挿入部１８外周面から突出したボール
４７に係合される。そして、ツールプレート３０の逃が
し孔３３と、その上端に連続するボール受け３５の中心
孔３６とで連続する１つの挿入穴部４０が構成されてい
る。よって、この挿入穴部４０はツール側結合面３７の
中心部に開口され、テーパカム面３８は、挿入穴部４０
の内周面に挿入穴部４０底側に向かって大径となるよう
に設けられている。

【００２８】そして、図５に示すように、マスタプレー
ト１１のマスタボディ１２及びツールプレート３０のツ
ールボディ３１の各外周面には、アイマークＥ１，Ｅ２
が両プレート１１，３０を結合した状態で合致するよう
に、予め機械加工等により設けられている。これによ
り、ロボット１にティーチングする際に、適切に両プレ
ート１１，３０の結合位置を教示することができる。

【００２９】上記マスタプレート１１及びツールプレー
ト３０には、ツールプレート３０をマスタプレート１１
に着脱させる着脱機構４３と、この着脱機構４３による
両プレート１１，３０の結合時にツールプレート３０を
マスタプレート１１に位置決めする位置決め機構６４と
が設けられている。

【００３０】上記着脱機構４３は、上記マスタプレート
１１の挿入部１８と上記ツールプレート３０のボール受
け３５とを構成要素の一部として備え、さらに上記挿入
部１８が挿入穴部４０に挿入されたときに、該挿入部１
８を挿入穴部４０内周面に係合するようになされてい
る。そして、上記挿入部１８にはその内外周面間に亘り
半径方向に貫通する複数のボール収容孔４５，４５，…
が円周方向に間隔をあけて形成され、この各ボール収容
孔４５にボール４７が挿入部１８外周面に対し出没可能
に収容されている。

【００３１】ここで、図１及び図４に示すように、上記
各ボール収容孔４５内周面とボール４７外周面とのクリ
アランスは通常よりも大きめ（例えば０．２ｍｍ）に設
定されている。

【００３２】上記挿入部１８内には略円柱状のカム部材
５０が挿入部１８先端側のロック位置と挿入部１８基端
側のロック解除位置との間を往復動可能に嵌挿されてお
り、このカム部材５０が、ロック位置にあるときに上記
ボール４７を半径方向外側に押して挿入部１８外周面か
ら突出させるようにしている。

【００３３】具体的には、カム部材５０の外周面に、第
１テーパ面５１、第１円筒状面５２、第２テーパ面５３
及び第２円筒状面５４が下側（先端側）から上側（基端
側）に向かって順に連続して形成されている。第１テー
パ面５１は、上記ツールプレート３０のテーパカム面３
８のテーパ傾斜方向と反対方向にテーパ状に傾斜してい
る。この第１テーパ面５１は、カム部材５０が下方、つ
まりロック解除位置からロック位置方向に移動開始した
ときに、ボール４７がツールプレート３０のテーパカム
面３８を押圧してツールプレート３０がマスタプレート
１１側に移動するように該ボール４７をカム部材５０の
スライド方向と略直交する方向に押圧する。

【００３４】また、上記第１円筒状面５２は、上記第１
テーパ面５１のカム部材５０の上側つまりロック解除位
置側部に連設されていて、ボール４７の移動に伴うカム
部材５０の移動を阻止するものである。

【００３５】そして、図４に示すように、これらの第１
テーパ面５１と上記第１円筒状面５２との境界には、滑
らかな円弧面からなる境界部５５が形成されている。

【００３６】さらに、上記第２テーパ面５３は、上記第
１円筒状面５２のカム部材５０の上側つまりロック解除
位置側に連設されかつ上記ツールプレート３０のテーパ
カム面３８のテーパ傾斜方向と反対方向にテーパ状に傾
斜している。この第２テーパ面５３は、カム部材５０が
ロック位置に位置付けられたときに、ボール４７がツー
ルプレート３０のテーパカム面３８を押圧してツールプ
レート３０をマスタプレート１１に当接させかつ該テー
パカム面３８とツール側結合面３７との間のボール受け
３５がマスタプレート１１とボール４７との間に挟み込
まれた状態で保持されるように該ボール４７をカム部材
５０のスライド方向と略直交する方向に押圧する。

【００３７】さらにまた、上記第２円筒状面５４は、上
記第２テーパ面５３のカム部材５０の上側つまりロック
解除位置側部に連設されていて、カム部材５０をスライ
ド可能に案内するものである。

【００３８】上記カム部材５０の上面中心部には上下方
向に延びるロッド部５６が一体に形成されている。この
ロッド部５６は挿入部１８底壁のロッド挿通孔２１を気
密状に貫通してマスタボディ１２内のシリンダ孔１３に
延び、ロッド部５６の上端にはカム部材５０を往復移動
させるピストン部５７が中心部にて一体に接続されてい
る。このピストン部５７は、円筒部材１７及び蓋部材２
６により密閉されたシリンダ孔１３内の空間を上側（蓋
部材２６側）のロック室５８と下側（円筒部材１７側）
のロック解除室５９とに区画している。そして、図７及
び図８に示すように、マスタボディ１２には、一端がマ
スタボディ１２外周面に開口する一方、他端が上記ロッ
ク室５８に開口するロックポート６０と、一端が同様に
マスタボディ１２外周面に開口する一方、他端が上記ロ
ック解除室５９に開口するロック解除ポート６１とが貫
通形成されており、これらロック室５８又はロック解除
室５９の一方に選択して加圧エアを供給することによ
り、ピストン部５７をシリンダ孔１３内で往復動させ
て、そのピストン部５７にロッド部５６を介して連結一
体化されているカム部材５０を挿入部１８内で往復動さ
せ、ロック室５８に加圧エアを供給したときには、カム
部材５０をロック解除位置からロック位置に向かって下
側に移動させる一方、ロック解除室５９に加圧エアを供
給したときには、カム部材５０をロック位置からロック
解除位置に向かって上側に移動させるようにしている。

【００３９】これに対し、上記位置決め機構６４は、上
記マスタプレート１１において挿入部１８周りのマスタ
側結合面２３に突設された位置決め部材としての２本の
位置決めピン６５，６５（図６で１つのみ示す）と、ツ
ールプレート３０において上記挿入穴部４０周りのツー
ル側結合面３７に上記位置決めピン６５，６５に対応し
て開口された位置決め穴としての２つの位置決めピン穴
６６，６６とからなり、これら位置決めピン６５，６５
がそれぞれ対応する位置決めピン穴６６，６６に挿入嵌
合されることで、マスタプレート１１とツールプレート
３０との円周方向の位置決めを行うようにしている。

【００４０】具体的には、図１及び図３に示すように、
上記各位置決めピン６５は、基端に位置する頭部６５ａ
と、この頭部６５ａの先端側に連続し、頭部６５ａより
も小径の円筒部６５ｂと、この円筒部６５ｂの先端側に
連続する先細りテーパ部６５ｃとからなり、その頭部６
５ａと円筒部６５ｂの略上半部とはマスタプレート１１
の円筒部材１７における取付フランジ部２０の上記各ピ
ン取付孔１９に挿通され、この頭部６５ａを取付フラン
ジ部２０上面側に配置することで、位置決めピン６５が
ピン取付孔１９から抜け止めされている。

【００４１】一方、各位置決めピン穴６６は、ツールプ
レート３０のボール受け３５を貫通してツールボディ３
１の上下略中央部まで延びる円筒状の有底穴で、その開
口端には上側に向かって大径となる円弧面状の円弧面部
６６ａが形成されている。

【００４２】上記マスタプレート１１のマスタボディ１
２には、一端（上流端）がマスタボディ１２外周面に、
また他端（下流端）がマスタ側結合面２３にそれぞれ開
口するマスタ側空気ポート７０が貫通形成されている。
図６に示すように、このマスタ側空気ポート７０の一端
には、上流側がロボットアーム１側に延びて図外の加圧
エア供給源に接続されたマスタ側加圧エア配管６の下流
端が接続されている。また、マスタ側空気ポート７０他
端のマスタ側結合面２３への開口部には、下側（開口
側）に向かって内径が増大するテーパ状のブッシュ当接
部７０ａが形成されている。

【００４３】一方、図１に示すように、ツールプレート
３０のツールボディ３１には、一端（下流端）がツール
ボディ３１外周面に、また他端（上流端）がツール側結
合面３７にそれぞれ開口するツール側空気ポート７１が
貫通形成され、図６に示す如く、このツール側空気ポー
ト７１の一端には、下流側を上記ツール３のエアアクチ
ュエータ４に接続したツール側加圧エア配管７の上流端
が接続されている。また、ツール側空気ポート７１の他
端のツール側結合面３７への開口部７１ａには、先端が
ツールプレート３０結合面よりも突出するゴム製のブッ
シュ７２が装着固定されており、両プレート１１，３０
の結合時にマスタ側結合面２３とツール側結合面３７と
が当接したときに、ツールプレート３０側のブッシュ７
２をマスタ側空気ポート７０開口端のブッシュ当接部７
０ａに気密状に当接させて両空気ポート７０，７１を連
通させ、ロボットアーム１側の加圧エアをツール３のエ
アアクチュエータ４に供給するようにしている。

【００４４】詳しくは、図２に示すように、上記ブッシ
ュ７２は、先端部にテーパ部７２ａを有する略円筒状の
ものであり、上記テーパ部７２ａの中間部には環状の突
条７２ｂが同心状に設けられており、ブッシュ７２の内
周面にはパイプ状の補強部材７３が嵌合されて設けられ
ている。さらに、上記空気ポート７１の開口部７１ａ内
周面にはブッシュ７２が抜けにくくなるようにするため
のねじ加工（凹凸加工）が施されている。

【００４５】また、上記の如く、上記着脱機構４３にお
ける円筒部材１７、カム部材５０、ピストン部材５７が
マスタボディ１２と、またボール受け３５がツールボデ
ィ３１とそれぞれ別部材とされ、これらは、接触面圧に
よる摩耗や変形を防ぐために、高硬度金属材料（例えば
耐腐食性にも優れたステンレス鋼の焼入れ材）よりな
る。

【００４６】また、マスタボディ１２の外周部には複数
の電気接点（図示せず）を有するマスタ側コネクタ７４
が、またツールボディ３１の外周部には上記マスタ側コ
ネクタ７４の接続端子に接続される複数の接続端子（図
示せず）を有するツール側コネクタ７５がそれぞれ取り
付けられており、両プレート１１，３０の結合時に両コ
ネクタ７４，７５の接続端子が互いに導通される。

【００４７】次に、上記実施形態の作動について説明す
る。マスタプレート１１がツールプレート３０から分離
されているとき、着脱機構４３のロック解除室５９に加
圧エアが供給されてピストン部５７は上側にある。ま
た、このピストン部５７にロッド部５６を介して連結さ
れているカム部材５０は上側のロック解除位置にあり、
挿入部１８のボール収容孔４５内の各ボール４７は挿入
部１８の外周面から突出していない。

【００４８】この状態からマスタプレート１１とツール
プレート３０とを結合するとき、ロボットアーム１の移
動操作によりマスタプレート１１がツールプレート３０
に接近し、そのマスタプレート１１のマスタ側結合面２
３から突出している挿入部１８が、ツールプレート３０
のツール側結合面３７に開口している挿入穴部４０に挿
入される。これに略並行して、マスタ側結合面２３から
突出している各位置決めピン６５が、ツール側結合面３
７に開口している対応する位置決めピン穴６６に挿入嵌
合される。

【００４９】そして、上記挿入部１８が挿入穴部４０に
挿入されると、マスタプレート１１のロック解除室５９
に加圧エアが供給されてピストン部５７が下側に移動
し、このピストン部５７によりカム部材５０が駆動され
て上記ロック解除位置からロック位置へスライド移動す
る。このカム部材５０のロック位置への移動に伴い、上
記ボール４７が半径方向外側に押されて挿入部１８外周
面から突出する。この挿入部１８外周面から突出したボ
ール４７にツールプレート３０における挿入穴部４０内
周面のテーパカム面３８が係合され、この係合により両
プレート１１，３０が結合される。

【００５０】具体的には、カム部材５０はその第２円筒
状面５４によって挿入部１８内をスライド可能に案内さ
れてロック解除位置からロック位置に移動し、このカム
部材５０がロック解除位置からロック位置方向に移動開
始したとき、まず、カム部材５０はその第１テーパ面５
１によってボール４７をカム部材５０のスライド方向と
略直交する方向に押圧する。このことで、そのボール４
７がツールプレート３０のテーパカム面３８を押圧して
ツールプレート３０がマスタプレート１１側に移動し、
このことでツールプレート３０がマスタプレート１１側
に引き寄せられる。

【００５１】その後、カム部材５０がロック位置に向け
てさらに移動すると、その第１円筒状面５２がボール４
７に接触する。ここで、第１テーパ面５１と上記第１円
筒状面５２との境界である境界部５５は滑らかな円弧面
からなるため、ボール４７との接触面圧が下がり、ボー
ル４７の動きが滑らかとなり、境界部５５の摩耗を抑制
することができる。

【００５２】次いで、第２テーパ面５３がボール４７に
接触する。このカム部材５０がロック位置に位置付けら
れた状態で、カム部材５０はその第２テーパ面５３によ
ってボール４７をピストン部５７のスライド方向と略直
交する方向に押圧するので、その第２テーパ面５３によ
るくさび効果によりボール４７が半径方向外方に押圧付
勢される。このボール４７はツールプレート３０側のテ
ーパカム面３８に当接し、このテーパカム面３８を介し
てツールプレート３０を押圧してマスタプレート１１側
に付勢し、このことで、ボール４７がテーパカム面３８
とツール側結合面３７との間のボール受け３５をマスタ
プレート１１に向かう方向に押圧し、そのボール受け３
５がマスタプレート１１とボール４７との間に挟み込ま
れた状態となって保持され、両プレート１１，３０が各
々の結合面２３，３７間に隙間を生じさせることなく結
合され、結合位置の再現性が向上する。

【００５３】ここで、上記各ボール収容孔４５は外部に
むき出しとなっていて、粉塵等が溜まりやすい構造とな
っているが、ボール収容孔４５とボール４７とのクリア
ランスは大きめにとられているので、このボール収容孔
４５に粉塵等が溜まり、或いは摩耗粉や錆等が発生して
も、それらの影響を受けにくくしてボール４７の動きを
スムースにすることができる。尚、このクリアランスが
大きくても、ボール収容孔４５とボール４７との接触場
所が一定であるために結合の性能には影響を与えない。

【００５４】また、カム部材５０には上記第１及び第２
テーパ面５１，５３間に第１円筒状面５２が連設されて
いるので、仮に、カム部材５０のスライド位置が所定位
置に保持されず、ボール４７が半径方向内側に変位して
カム部材５０をロック解除位置側たる後退側に戻して
も、ボール４７が上記第１円筒状面５２に接触すると、
その部位でボール４７からカム部材５０に該カム部材５
０を後退させる力が作用しなくなり、マスタプレート１
１とツールプレート３０との分離は規制される。

【００５５】一方、上記各位置決めピン６５の対応する
位置決めピン穴６６への挿入により、ツールプレート３
０とマスタプレート１１とが位置決めされ、マスタ側空
気ポート７０とツール側空気ポート７１とが互いに連通
されて、両ポート７０，７１を介してマスタ側加圧エア
配管６とツール側加圧エア配管７とが接続され、ツール
３のエアアクチュエータ４に加圧エア供給源から加圧エ
アが供給されてツール３が作動可能となる。また、両コ
ネクタ７４，７５の各電気接点同士が互いに導通され
る。

【００５６】そして、上記マスタプレート１１とツール
プレート３０とを分離させるときには、上記と逆の動作
が行われる。

【００５７】そのとき、ブッシュ７２は円筒状のもの
で、従来のようにその後端に鍔が設けられていないた
め、ツールボディ３１上面からブッシュ７２を挿入する
ことができ、ツールプレート３０を２枚構造にする必要
がなくなる。それ故、部品点数が減り、かつ組立工数や
材料費の削減を図ることができるとともに、製作誤差等
により隙間が発生して空気漏れ等の不具合が発生するの
を防止できる。また、ブッシュ７２のテーパ部７２ａの
中間部に環状の突条７２ｂが同心状に設けられているの
で、両プレート１１，３０結合時にブッシュ７２による
不要な反発力を抑制するとともに、各ブッシュ７２にお
けるマスタプレート１１のブッシュ当接部７０ａとの距
離の誤差による反発力のばらつきを抑制することがで
き、両プレート１１，３０の結合性がアップする。さら
に、ブッシュ７２の内周面に補強部材７３が嵌合されて
いるので、ブッシュ７２の剛性が上がり、このブッシュ
７２が装着されているツール側空気ポート７１の開口部
７１ａにブッシュ７２の外周部を密着させてブッシュを
抜けにくくすることができる。また、ブッシュ７２の厚
みを薄くできるため、ツール３を制御する圧縮空気の空
気圧を保つための有効断面積を大に確保することができ
る。よって、これらの効果により、ロボットアームカッ
プリング装置１０の信頼性を上げることができる。

【００５８】さらに、位置決めピン６５が擦り合う位置
決めピン孔６６の開口端に円弧面部６６ａが形成されて
いるために、長期間に亘り、ロボットアームカップリン
グ装置１０が着脱を繰り返されたり、又は結合状態でマ
スタプレート１１とツールプレート３０との間で曲げモ
ーメントがかかって両者の間で微小な開きが繰り返され
たりしても、位置決めピン６５と位置決めピン孔６６と
が摩耗することを防ぐことができ、がたが大きくなって
うまく位置決めできない等の問題を回避でき、ロボット
カップリング装置１０の信頼性を向上させることができ
る。

【００５９】また、着脱機構４３は、マスタボディ１２
及びツールボディ３１とは別部材とされているため、着
脱機構４３を共通のベースとして、両ボディ１２，３１
の形状を自由に設計でき、顧客の要求に柔軟に対応でき
る。

【００６０】また、マスタプレート１１のマスタボディ
１２及びツールプレート３０のツールボディ３１の外周
面に位置確認用のアイマークＥ１，Ｅ２が結合した状態
で合致するように予め機械加工等により設けられている
ため、シールのように現物合わせで張り付ける手間が省
けるとともに、ツールプレートの追加注文等に柔軟に対
応することができる。

【００６１】（実施形態２）図９は実施形態２を示す。
尚、上記実施形態１と同様の構造についての説明は省
き、異なる点についてのみ説明する。

【００６２】図９に示すように、ロボットアームカップ
リング装置１０のマスタプレート１１及びツールプレー
ト３０の周りに、ロボットアーム１の先端に取り付けら
れるツール（図示せず）等の制御用にマスタ側コネクタ
９０及びツール側コネクタ９１が設けられている。さら
に、そのマスタ側コネクタ９０には電気配線９２が接続
されている。そして、マスタ側コネクタ９０には、配線
が絡むことを防ぐために丸棒を角部が丸みを持つように
曲げたガードＧ、Ｇが取付けられ、これらのガードＧ，
Ｇに上記電気配線９２がクリップＣ，Ｃ，…等により一
体的に固定されている。

【００６３】従って、この実施形態では、マスタプレー
ト１１の外周にガードＧ，Ｇが設けられているので、ロ
ボットアームカップリング装置１０に出っ張りがある場
合であっても、ロボットアーム１動作時にロボットアー
ムカップリング装置１０自身に各プレート１１，３０に
接続される配線９２が引っかかってロボットアーム１が
故障するのを防ぐことができる。尚、電気配線９２だけ
でなく、配管等であっても同様の効果が得られる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、ロボットアームに取り付けられたマスタプレー
トと、ツール等が取り付けられるツールプレートと、こ
のツールプレートをマスタプレートに着脱させる着脱機
構と、この着脱機構による両プレートの結合時にツール
プレートをマスタプレートに位置決めする位置決め機構
とを備えたロボットアームカップリング装置に対し、マ
スタ側空気ポート又はツール側空気ポートの一方の開口
部に、ポートの開口側に向かって内径が増大するテーパ
状のブッシュ当接部を設ける一方、マスタ側空気ポート
又はツール側空気ポートの他方の開口部に、上記両プレ
ートの結合時に上記ブッシュ当接部に気密状に当接して
マスタ側空気ポートとツール側空気ポートとを連通させ
るブッシュを装着し、このブッシュは、先端部に結合面
から突出するテーパ部を有する略円筒状のものとし、テ
ーパ部の中間部には環状の突条を同心状に設けたことに
より、部品点数が減りかつ組立工数、材料費の削減を図
ることができるとともに、空気漏れ等の不具合が発生す
るのを防止できる。また、両プレートの結合性がアップ
する。従って、これらにより、ロボットアームカップリ
ング装置の信頼性を上げることができる。

【００６５】請求項２の発明によると、ロボットアーム
に取り付けられたマスタプレートと、ツール等が取り付
けられるツールプレートと、このツールプレートをマス
タプレートに着脱させる着脱機構と、この着脱機構によ
る両プレートの結合時にツールプレートをマスタプレー
トに位置決めする位置決め機構とを備えたロボットアー
ムカップリング装置に対し、マスタ側空気ポート又はツ
ール側空気ポートの一方の開口部に、ポートの開口側に
向かって内径が増大するテーパ状のブッシュ当接部を設
ける一方、マスタ側空気ポート又はツール側空気ポート
の他方の開口部に、上記両プレートの結合時に上記ブッ
シュ当接部に気密状に当接してマスタ側空気ポートとツ
ール側空気ポートとを連通させるブッシュを装着し、こ
のブッシュは、先端部に結合面から突出するテーパ部を
有する略円筒状のものとし、ブッシュの内周部に略パイ
プ状の補強部材を設けたことにより、部品点数が減りか
つ組立工数、材料費の削減を図ることができるととも
に、空気漏れ等の不具合が発生するのを防止できる。ま
た、ブッシュを抜けにくくするとともに、ツール制御用
空気の空気圧を保つための有効断面積を大に確保するこ
とができる。従って、これらにより、ロボットアームカ
ップリング装置の信頼性を上げることができる。

【００６６】請求項３の発明によると、請求項２のロボ
ットアームカップリング装置に対し、請求項１の発明と
同様に、テーパ部の中間部に環状の突条を同心状に設け
たことにより、ロボットアームカップリング装置の信頼
性をさらに上げることができる。

【００６７】請求項４の発明によると、ロボットアーム
カップリング装置に対し、位置決め機構の位置決め穴の
開口端に円弧面部も形成したことにより、位置決めピン
と位置決め穴との間の摩耗を防ぎ、位置決めが困難にな
ることを回避して、ロボットアームカップリング装置の
信頼性の向上を図ることができる。

【００６８】請求項５の発明によると、ロボットアーム
カップリング装置において、マスタプレート又はツール
プレートの少なくとも一方の外周に、各プレートに接続
される配線又は配管を覆うガードを設けたことにより、
ロボット動作時にロボットアームカップリング装置自身
に各プレートに接続される配線や配管類が引っかかるの
をガードにより防止してロボットの故障等を防ぐことが
でき、よってロボットアームカップリング装置との信頼
性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るロボットアームカッ
プリング装置の半部を示す拡大断面図である。

【図２】ブッシュの一部破断拡大断面図である。

【図３】マスタプレートとツールプレートとの結合状態
を示す拡大断面図である。

【図４】両プレートの結合時にカム部材がボールと係合
した状態を示す拡大断面図である。

【図５】ロボットアームカップリング装置の結合時にア
イマークが合致した状態を示す正面図である。

【図６】ロボットアームカップリング装置をロボットア
ームに装着した状態を示す一部破断正面図である。

【図７】ロボットアームカップリング装置におけるマス
タプレートのカム部材がロック解除位置にあってマスタ
プレートとツールプレートとが分離された状態を示す断
面図である。

【図８】カム部材がロック位置にあってマスタプレート
とツールプレートとが結合された状態を示す図７相当図
である。

【図９】本発明の実施形態２に係るロボットアームカッ
プリング装置の斜視図である。

【符号の説明】

１ ロボットアーム ３ ツール １０ ロボットアームカップリング装置 １１ マスタプレート ３０ ツールプレート ４３ 着脱機構 ４７ ボール ６４ 位置決め機構 ６５ 位置決めピン（位置決め部材） ６６ 位置決めピン孔（位置決め孔部） ６６ａ 円弧面部 ７０ マスタ側空気ポート ７０ａ ブッシュ当接部 ７１ ツール側空気ポート ７１ａ 開口部 ７２ ブッシュ ７２ａ テーパ部 ７２ｂ 突条 ７３ 補強部材 Ｇ ガード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津村 稔 兵庫県神戸市兵庫区芦原通４丁目１番16号 ビー・エル・オートテック株式会社内 (72)発明者 百田 均 兵庫県神戸市兵庫区芦原通４丁目１番16号 ビー・エル・オートテック株式会社内 (72)発明者 ▲高▼▲濱▼ 雄一 兵庫県神戸市兵庫区芦原通４丁目１番16号 ビー・エル・オートテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3C007 ES03 ET08 EV03 EW00 GS02 GS11 GS12 HS11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームに取り付けられたマスタ
   プレートと、 ツール等が取り付けられるツールプレートと、 上記ツールプレートをマスタプレートに着脱させる着脱
   機構と、 上記着脱機構による両プレートの結合時にツールプレー
   トをマスタプレートに位置決めする位置決め機構とを備
   えたロボットアームカップリング装置であって、 上記マスタプレートのツールプレートとの対向面にマス
   タ側結合面が、またツールプレートのマスタプレートと
   の対向面にツール側結合面がそれぞれ設けられており、 上記マスタ側結合面に開口するマスタ側空気ポートと、 上記ツール側結合面に開口するツール側空気ポートとが
   設けられ、 上記マスタ側空気ポート又はツール側空気ポートの一方
   の開口部に、ポートの開口側に向かって内径が増大する
   テーパ状のブッシュ当接部が設けられている一方、 上記マスタ側空気ポート又はツール側空気ポートの他方
   の開口部に、上記両プレートの結合時に上記ブッシュ当
   接部に気密状に当接して上記マスタ側空気ポートとツー
   ル側空気ポートとを連通させるブッシュが装着されてお
   り、 上記ブッシュは、先端部に結合面から突出するテーパ部
   を有する略円筒状のものであり、 上記テーパ部の中間部には環状の突条が同心状に設けら
   れていることを特徴とするロボットアームカップリング
   装置。
2. 【請求項２】 ロボットアームに取り付けられたマスタ
   プレートと、 ツール等が取り付けられるツールプレートと、 上記ツールプレートをマスタプレートに着脱させる着脱
   機構と、 上記着脱機構による両プレートの結合時にツールプレー
   トをマスタプレートに位置決めする位置決め機構とを備
   えたロボットアームカップリング装置であって、 上記マスタプレートのツールプレートとの対向面にマス
   タ側結合面が、またツールプレートのマスタプレートと
   の対向面にツール側結合面がそれぞれ設けられており、 上記マスタ側結合面に開口するマスタ側空気ポートと、 上記ツール側結合面に開口するツール側空気ポートとが
   設けられ、 上記マスタ側空気ポート又はツール側空気ポートの一方
   の開口部に、ポートの開口側に向かって内径が増大する
   テーパ状のブッシュ当接部が設けられている一方、 上記マスタ側空気ポート又はツール側空気ポートの他方
   の開口部に、上記両プレートの結合時に上記ブッシュ当
   接部に気密状に当接して上記マスタ側空気ポートとツー
   ル側空気ポートとを連通させるブッシュが装着されてお
   り、 上記ブッシュは、先端部に結合面から突出するテーパ部
   を有する略円筒状のものであり、 上記ブッシュの内周部に略パイプ状の補強部材が設けら
   れていることを特徴とするロボットアームカップリング
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２のロボットアームカップリング
   装置において、 ブッシュのテーパ部の中間部には環状の突条が同心状に
   設けられていることを特徴とするロボットアームカップ
   リング装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つのロボット
   アームカップリング装置において、 位置決め機構は、マスタ側結合面又はツール側結合面の
   一方に突設された複数の位置決め部材と、 上記マスタ側結合面又はツール側結合面の他方に開口さ
   れ、上記各位置決め部材がそれぞれ嵌合される複数の位
   置決め穴とを備えており、 上記位置決め穴の開口端に円弧面部が形成されているこ
   とを特徴とするロボットアームカップリング装置。
5. 【請求項５】 ロボットアームに取り付けられたマスタ
   プレートと、 ツール等が取り付けられるツールプレートと、 上記ツールプレートをマスタプレートに着脱させる着脱
   機構と、 上記着脱機構による両プレートの結合時にツールプレー
   トをマスタプレートに位置決めする位置決め機構とを備
   えたロボットアームカップリング装置であって、 上記マスタプレート又はツールプレートの少なくとも一
   方の外周に、各プレートに接続される配線又は配管を覆
   うガードが設けられていることを特徴とするロボットア
   ームカップリング装置。