JP2003117869A - ロボットアームカップリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マスタプレートに対しツールプレートを確実
にかつ安定して着脱できる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
を提供する。 【解決手段】 マスタプレート１１において着脱機構４
３の挿入部１８の突出高さｈｉを位置決め機構６４の位
置決めピン６５の突出高さｈｐよりも高くし、マスタプ
レート１１とツールプレート３０とが接近したときに、
挿入部１８を位置決めピン６５に優先してツールプレー
ト３０の挿入穴部４０周りのツール側結合面３７に接触
させ、挿入部１８のみならず位置決めピン６５の損傷を
防止し、両プレート１１，３０を確実に安定して着脱す
るとともに、空気ポート７０，７１や電気接点を良好に
接続する。

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り付けられたマスタプ
レート（インナアッセンブリ）と、ツール等が取り付け
られるツールプレート（アウタアッセンブリ）と、これ
らマスタプレート及びツールプレートをロック状態に着
脱させる着脱機構とを有するものは知られている。

【０００３】このようなカップリング装置において、マ
スタプレート及びツールプレート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号に記載されるように、
着脱機構が、マスタプレートに対しロック位置及びロッ
ク解除位置の間をスライド可能に支持されるカム部材
と、該カム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と、ツールプレートに配設され、
上記ボールとテーパ面で接触可能で、カム部材がロック
位置に移動したとき、ボールと協働して両プレートを係
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、カム部材がロック位置に
移動したとき、ボールがテーパ面を介してツールプレー
トを上方に押し上げ、ツールプレートがマスタプレート
に結合されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ものでは、マスタプレートに対しツールプレートを確実
にかつ安定して着脱するのが困難であるという問題があ
った。

【０００５】（１）すなわち、ロボットアームの操作に
よりマスタプレートをツールプレートの収納場所に移動
させて両プレートを結合するとき、ツールプレートに対
しマスタプレートを各々の空気ポートや電気接点が接続
可能となるように位置決め機構により位置決めし、その
後に着脱機構により両プレートを結合するようになって
いる。この結合時や、逆にツールプレートをマスタプレ
ートから分離させるとき、或いはそれらのためにロボッ
トをティーチングしているときに、マスタプレートとツ
ールプレートとが接近した状態で誤動作や誤操作等によ
り両プレート間に大きな位置誤差が生じると、それに伴
って両プレートが位置決め機構で衝突して破損を招き、
或いは空気ポートや電気接点が良好に接続できなくなる
虞れがある。

【０００６】（２）また、マスタプレートとツールプレ
ートとの着脱はロボットに対するティーチングにより行
わせるが、人間が入ることができない例えば原子炉等の
場所で、両プレート間に大きな位置誤差があってティー
チングによっても両プレートの着脱を行わせることがで
きない場合、ロボットの遠隔操作で着脱を行わざるを得
ず、その着脱が困難になる。

【０００７】（３）さらに、上記位置決め機構は、例え
ばマスタプレートに突設された位置決めピンと、ツール
プレートに上記位置決めピンに対応して開口された位置
決めピン穴とを備え、位置決めピンを位置決めピン穴に
挿入することで、両プレートを位置決めするようにして
いるが、これら位置決めピンのピッチと位置決めピン穴
のピッチとの間に相対的な誤差が生じていると、その誤
差に起因して両プレートの正確な位置決めが困難にな
る。

【０００８】（４）さらにまた、ロボットのツールによ
り例えばワークのばり取りを行う場合等の粉塵の多い環
境下、或いは水分の多い環境下では、その粉塵や水分が
結合状態にある両プレートの結合面からその内部の着脱
機構、空気ポートや電気接点に進入するようになり、そ
の後にツールを交換したときに、上記進入した粉塵や水
分により両プレートの結合、空気や電気の接続を確実に
安定して行うことが困難になる。

【０００９】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
で、その主たる目的は、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凝らすことにより、そのマスタ
プレートに対しツールプレートを確実にかつ安定して着
脱できるようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべ
く、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
グ装置が対象である。

【００１１】そして、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
ぞれ設けられている。

【００１２】また、上記着脱機構は、上記マスタ側結合
面に突設された挿入部と、上記ツール側結合面に開口さ
れ、両プレートの結合時に上記挿入部が挿入される挿入
穴部と、上記挿入部が挿入穴部に挿入されたときに、こ
の挿入部を挿入穴部内周面に係合する係合機構とを備え
る。

【００１３】一方、上記位置決め機構は、上記挿入部周
りのマスタ側結合面に突設された複数の位置決め部材
と、上記挿入穴部周りのツール側結合面に開口され、上
記マスタプレートの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、上記挿入部の突出
高さが位置決め部材よりも大きいことを特徴とする。

【００１４】上記の構成によると、マスタプレートとツ
ールプレートとを結合するとき、マスタプレートがツー
ルプレートに接近して、マスタプレートの挿入部がツー
ルプレートの挿入穴部に挿入されるとともに、マスタプ
レートの位置決め部材がツールプレートの位置決め穴に
嵌合される。そして、上記挿入部が挿入穴部に挿入され
ると、係合機構が作動して挿入部が挿入穴部内周面に係
合され、この係合により両プレートが一体的に結合され
る。

【００１５】また、上記位置決め部材の位置決め穴への
嵌合により、ツールプレートとマスタプレートとが各々
の空気ポートや電気接点を接続可能に位置決めされて結
合される。

【００１６】そして、マスタプレートとツールプレート
とを分離させるときには、上記と逆の動作が行われる。

【００１７】そのとき、上記着脱機構における挿入部の
突出高さが位置決め機構における位置決め部材よりも大
きいので、上記のようにマスタプレートとツールプレー
トとが接近状態にあるときに、誤動作や誤操作等により
両プレート間に大きな位置誤差が生じていると、その突
出高さの大きい挿入部がツールプレートの挿入穴部では
なくてその周りのツール側結合面に接触するのみで、突
出高さの小さい位置決め部材はツール側結合面に接触し
ない。そして、この挿入部と位置決め部材との強度を比
較したとき、前者の挿入部の強度は後者よりも大きく、
この強度の大きい挿入部がツールプレートと接触するの
で、この挿入部のみならず位置決め部材も損傷すること
はなく、両プレートを確実に安定して着脱することがで
きるとともに、両プレートの位置決めを精度よく行って
空気ポートや電気接点を良好に接続することができる。

【００１８】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いる。また、上記着脱機構は、上
記マスタ側結合面に突設された円筒状の挿入部と、上記
ツール側結合面に開口され、両プレートの結合時に上記
挿入部が挿入される挿入穴部と、上記挿入部が挿入穴部
に挿入されたときに、該挿入部を挿入穴部内周面に係合
する係合機構とを備えており、上記挿入部の先端に先細
りテーパ部が形成されていることを特徴とする。

【００１９】この構成によれば、マスタプレートとツー
ルプレートとは、上記請求項１の発明と同様にして着脱
機構により着脱される。そして、マスタプレートにおけ
る挿入部の先端に先細りテーパ部が形成されているの
で、マスタプレートをツールプレートに接近させて挿入
部を挿入穴部に挿入するとき、その挿入部先端のテーパ
部が挿入穴部の開口縁部に当接し、その当接により挿入
部が案内されながら挿入穴部にスムーズに挿入される。
このため、人間が入ることができない例えば原子炉等の
場所で、マスタ及びツールプレート間に大きさ位置誤差
があってティーチングによっても両プレートの着脱を行
わせることができない場合に、上記挿入部の挿入穴部へ
のスムーズな挿入により両プレートの着脱をロボットの
遠隔操作で容易に行うことができる。

【００２０】請求項３の発明では、上記挿入部は円筒状
のものとする。また、係合機構は、挿入部に円周方向に
間隔をあけてかつ内外周面間に亘り半径方向に貫通する
ように形成された複数のボール収容孔と、この各ボール
収容孔に、挿入部外周面に対し出没可能に収容されたボ
ールと、上記挿入部内に、挿入部先端側のロック位置及
び挿入部基端側のロック解除位置の間を往復動可能に配
置され、ロック位置にあるときに上記ボールを半径方向
外側に押して挿入部外周面から突出させるカム部材と、
このカム部材を往復移動させるピストン部と、上記挿入
穴部の内周面に、挿入穴部底側に向かって大径となるよ
うに形成され、上記カム部材のロック位置への移動によ
り挿入部外周面から突出したボールに係合されるテーパ
カム面とを備えている。そして、上記ボール収容孔の挿
入部外周面側の開口端部に、ボールがボール収容孔から
抜け落ちるのを規制するストッパ部を一体に設ける。

【００２１】このことで、両プレートの分離時、係合機
構のカム部材はロック解除位置にあり、ボールは挿入部
の外周面から突出していない。マスタプレートとツール
プレートとを結合するとき、マスタプレートの挿入部が
ツールプレートの挿入穴部に挿入されると、ピストン部
によりカム部材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し、このロック位置への移動に
伴い上記ボールが半径方向外側に押されて挿入部外周面
から突出する。この挿入部外周面から突出したボールに
ツールプレートにおける挿入穴部内周面のテーパカム面
が係合され、この係合により両プレートが係合機構によ
り結合される。

【００２２】そのとき、上記ボール収容孔の挿入部外周
面側の開口端部にボールの抜け落ち規制用のストッパ部
が一体に設けられているので、例えば板ばね等のストッ
パ部材を挿入部外周面に取り付けてボールの抜け落ちを
防止する構造のように、そのストッパ部材が疲労して破
損したり、振動によりストッパ部材の抜け落ち防止効果
が低下したりするのを回避することができるとともに、
ストッパ部材を別途に設けることが不要となる。よっ
て、部品点数の低減を図りつつ、ボールの抜け落ちを確
実に防止して、両プレートの着脱を確実かつ安定して行
うことができる。

【００２３】尚、このボール収容孔の外側開口端部にス
トッパを形成する場合、ボール収容孔本来の内径よりも
小径の孔部に対し、その孔部の外側開口端部を残して拡
径するように挿入部の外周面側からボーリング加工等を
すればよい。

【００２４】請求項４の発明では、請求項３のロボット
アームカップリング装置において、カム部材は、ツール
プレートのテーパカム面のテーパ傾斜方向と反対方向に
テーパ状に傾斜しかつカム部材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に、ボールがツールプ
レートのテーパカム面を押圧してツールプレートがマス
タプレート側に移動するように該ボールをカム部材のス
ライド方向と略直交する方向に押圧する第１テーパ面
と、この第１テーパ面のカム部材のロック解除位置側部
に連設され、ボールの移動に伴うカム部材の移動を阻止
する第１円筒状面と、この第１円筒状面のカム部材のロ
ック解除位置側に連設され、かつ上記ツールプレートの
テーパカム面のテーパ傾斜方向と反対方向にテーパ状に
傾斜し、カム部材がロック位置に位置付けられたとき
に、ボールがツールプレートのテーパカム面を押圧して
ツールプレートをマスタプレートに当接させかつ該テー
パカム面とツール側結合面との間の部分がマスタプレー
トとボールとの間に挟み込まれた状態で保持されるよう
に該ボールをカム部材のスライド方向と略直交する方向
に押圧する第２テーパ面と、この第２テーパ面のカム部
材のロック解除位置側部に連設され、カム部材をスライ
ド可能に案内する第２円筒状面とを備えているものとす
る。

【００２５】この構成によれば、カム部材はその第２円
筒状面によってスライド可能に案内されてロック解除位
置とロック位置との間を移動する。そして、カム部材が
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、カム部材はその第１テーパ面によってボール
をカム部材のスライド方向と略直交する方向に押圧する
ので、そのボールがツールプレートのテーパカム面を押
圧してツールプレートがマスタプレート側に移動し、こ
のことでツールプレートがマスタプレート側に引き寄せ
られる。

【００２６】その後、カム部材がロック位置に向けてさ
らに移動すると、その第１円筒状面がボールに接触し、
次いで、第２テーパ面がボールに接触する。このカム部
材がロック位置に位置付けられた状態で、カム部材はそ
の第２テーパ面によってボールをピストン部のスライド
方向と略直交する方向に押圧するので、その第２テーパ
面によるくさび効果によりボールが半径方向外方に押圧
付勢される。このボールはツールプレート側のテーパカ
ム面に当接し、該テーパカム面を介してツールプレート
を押圧してマスタプレート側に付勢し、このことで、ボ
ールがテーパカム面とツール側結合面との間の部分をマ
スタプレート方向に押圧し、そのテーパカム面とツール
側結合面との間の部分がマスタプレートとボールとの間
に挟み込まれた状態となって保持され、両プレートが隙
間なく結合される。

【００２７】また、カム部材には上記第１及び第２テー
パ面間に第１円筒状面が連設されているので、仮に、カ
ム部材のスライド位置が所定位置に保持されず、ボール
が半径方向内側に変位してカム部材をロック解除位置側
たる後退側に戻しても、ボールが上記第１円筒状面に接
触すると、その部位でボールからカム部材に該カム部材
を後退させる力が作用しなくなり、マスタプレートとツ
ールプレートとの分離は規制される。

【００２８】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いる。

【００２９】また、上記位置決め機構は、上記マスタ側
結合面又はツール側結合面の一方に突設された１対の位
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、上記各位置決め部材がそれぞれ嵌合され
る１対の位置決め穴とを備えており、上記一方の位置決
め穴が断面円形状の丸穴であり、他方の位置決め穴は、
上記丸穴からなる一方の位置決め穴の中心上又は挿入穴
部の中心上を長軸が通る断面長円形状の長穴であること
を特徴とする。

【００３０】このことで、マスタプレートをツールプレ
ートに位置決めするとき、マスタプレート側又はツール
プレート側の一方側の両位置決め部材のピッチと、他方
の側の両位置決め穴のピッチとの間に誤差があっても、
その誤差は長穴からなる位置決め穴に位置決め部材が挿
入することで吸収され、ピッチ誤差に起因して両プレー
トの正確な位置決めが困難になることはない。

【００３１】請求項６の発明では、上記請求項５の発明
のロボットアームカップリング装置において、１対の位
置決め部材が挿入部の中心位置に対し非対称に配置され
ている一方、１対の位置決め穴が挿入穴部の中心位置に
対し非対称に配置されている構成とする。

【００３２】こうすれば、マスタプレートを本来の正規
位置とは周方向に所定角度（半回転）だけ回転ずれした
状態でツールプレートに結合しようとしても、いずれか
の位置決め部材が位置決め穴内に挿入できなくなって両
プレートの結合が阻止される。よって、間違った結合に
より空気ポートや電気接点が破損するのを防止すること
ができる。

【００３３】請求項７の発明では、上記請求項１、５又
は６のロボットアームカップリング装置において、位置
決め部材は、基端側に位置する円筒部と、該円筒部の先
端側に連続する先細りテーパ部とを備えており、マスタ
プレート及びツールプレートの結合面同士が略非当接状
態にあって両プレートが結合されていないときに、位置
決め部材がテーパ部で位置決め穴内周面と接触する一
方、マスタプレート及びツールプレートの結合面同士が
略当接状態にあって両プレートが結合されたときに、位
置決め部材が円筒部で位置決め穴内周面と接触するよう
に構成されている。

【００３４】この構成によると、両プレートの結合時に
マスタプレートの位置決め部材がツールプレートの位置
決め穴に挿入されるとき、まず、位置決め部材はテーパ
部で位置決め穴内周面に接触し、次いで円筒部で位置決
め穴内周面に接触する。また、両プレートの分離時にマ
スタプレートの位置決め部材がツールプレートの位置決
め穴から抜き出されるときには、上記と逆の動作が行わ
れる。そして、上記位置決め部材のテーパ部での接触に
より、結合時や分離時の位置精度（特にマスタプレート
とツールプレートとが相対的に角度を持って傾斜してい
るとき）が低くても、位置決め部材が位置決め穴の開口
部に引っ掛からずにスムーズに確実に挿入又は抜き出さ
れる。一方、位置決め部材が円筒部にて位置決め穴内周
面に接触することで、正確に位置決めすることができ
る。これらにより、スムーズな挿入又は分離と高精度の
位置決めとを両立させることができる。

【００３５】請求項８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の外周
縁部又はツール側結合面の外周縁部の一方に、両プレー
トの結合時に他方に当接して両結合面間の隙間をシール
するシール部材が設けられていることを特徴とする。

【００３６】請求項９の発明では、上記シール部材はマ
スタ側結合面の外周縁部又はツール側結合面の外周縁部
の一方に固定されたシール本体と、他方に当接するリッ
プ部とからなる断面Ｖ字状のものとする。

【００３７】これら請求項８及び９の発明の構成による
と、両プレートの結合状態で、各プレートの結合面外周
縁部間の隙間がシール部材によりシールされるので、ロ
ボットのツールにより例えばワークのばり取りを行う場
合等の粉塵の多い環境下、又は水分の多い環境下であっ
ても、その粉塵や水分が結合状態にある両プレートの結
合面からその内部の着脱機構、空気ポートや電気接点に
進入するのを防止することができ、その後にツールを交
換したときに両プレートの結合、空気や電気の接続を確
実に安定して行うことができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１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。

【００３９】図２〜図４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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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３１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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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の挿入穴部
４０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１８
を挿入穴部４０内周面に係合する係合機構４４を備えて
いる。すなわち、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４５，４
５，…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。

【００４６】図１０に拡大して示すように、各ボール収
容孔４５において挿入部１８外周面側の外側開口端部に
はその上下位置に、ボール４７がボール収容孔４５から
抜け落ちるのを規制する１対のストッパ部４８，４８が
一体に設けられている。この各ストッパ部４８はボール
収容孔４５内周面から所定高さ（例えば０．１ｍｍ）だ
け突出する爪状のもので、これを作るには、例えばボー
ル収容孔４５本来の内径よりも小径の孔部を挿入部１８
に形成しておき、その孔部の内周面を孔部の外側開口端
部を残して拡径するように挿入部１８の外周面側からボ
ーリング加工すればよい。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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３及
び図４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。

【００５３】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１対の
位置決めピン６５，６５（図１及び図２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６５，６
５に対応して開口された位置決め穴としての１対の位置
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６６，６
６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。

【００５４】具体的には、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６５
ｃとからなり、その頭部６５ａ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。

【００５５】そして、各位置決めピン６５のマスタ側結
合面２３からの突出高さｈｐは上記挿入部１８の同突出
高さｈｉよりも低く（ｈｉ＞ｈｐ）、換言すれば挿入部
１８の突出高さｈｉが位置決めピン６５よりも大きくさ
れている。

【００５６】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テーパ状の案内部６
６ａが形成されている。そして、図７及び図８に示すよ
うに、マスタ側結合面２３とツール側結合面３７とが略
非当接状態にあって両プレート１１，３０が結合されて
いないときに、各位置決めピン６５はテーパ部６５ｃで
位置決めピン穴６６の内周面（案内部６６ａを除く部
分）と接触する一方、図９に示す如く、マスタプレート
１１側及びツールプレート３０側の結合面２３，３７が
略当接して両プレート１１，３０が結合されたときに、
各位置決めピン６５は円筒部６５ｂで位置決めピン穴６
６の内周面と接触するようになっている。

【００５７】さらに、図５及び図６に示すように、上記
ツールプレート３０の２つの位置決めピン穴６６，６６
の一方（両図で左側のもの）は断面円形状の丸穴である
のに対し、他方（同右側のもの）は、ツールプレート３
０における挿入穴部４０の中心上を長軸が通る断面長円
形状の長穴で構成されている（尚、長穴は、一方の位置
決めピン穴６６の中心上を長軸が通るものであってもよ
い）。

【００５８】また、上記マスタ側結合面２３から突出す
る２つの位置決めピン６５，６５は、挿入部１８（マス
タ側結合面２３）の中心線上を通る互いに所定角度で交
差する２つの平面上にそれぞれ配置されていて、挿入部
１８の中心位置に対し円周方向に非対称に配置されてい
る。一方、ツール側結合面３７に開口する２つの位置決
めピン穴６６，６６についても、上記位置決めピン６
５，６５の非対称配置に対応して、図５及び図６に示す
如く、挿入穴部４０（ツール側結合面３７）の中心線上
を通る互いに所定角度で交差する２つの平面上にそれぞ
れ配置されていて、挿入穴部４０の中心位置に対し円周
方向に非対称に配置されている。尚、これら２つの位置
決めピン６５，６５及び位置決めピン穴６６，６６につ
いては、挿入部１８及び挿入穴部４０の中心線上を通る
１つの平面上に中心線からの距離を異ならせて配置し
て、挿入部１８及び挿入穴部４０の中心位置に対し半径
方向に非対称に配置するようにしてもよい。

【００５９】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１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。

【００６０】一方、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
１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７２をマスタ側空気ポー
ト７０開口端のブッシュ当接部７０ａ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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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に接触し、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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】そのとき、上記両プレート１１，３０の結
合時又は分離時のように、マスタプレート１１とツール
プレート３０とが接近している状態で、誤動作や誤操作
等により両プレート１１，３０間に大きな位置誤差が生
じていると、両プレート１１，３０が互いに衝突する
が、上記着脱機構４３における挿入部１８の突出高さｈ
ｉが位置決め機構６４における位置決めピン６５の突出
高さｈｐよりも大きいので、その衝突の際に、突出高さ
の大きい挿入部１８がツールプレート３０の挿入穴部４
０周りのツール側結合面３７に接触するのみで、突出高
さの小さい位置決めピン６５はツール側結合面３７に接
触しない。この挿入部１８と位置決めピン６５との強度
を比較したとき、前者の挿入部１８は内部にカム部材５
０を有する円筒状のもので、その強度は後者よりも大き
く、この強度の大きい挿入部１８がツールプレート３０
と接触するので、この挿入部１８が損傷しないのは勿論
のこと、位置決めピン６５も損傷することはなく、よっ
て両プレート１１，３０を確実に安定して着脱すること
ができるとともに、両プレート１１，３０間の空気ポー
ト７０，７１同士及びコネクタ７４，７５の電気接点同
士を良好に接続することができる。

【００７１】また、マスタプレート１１の挿入部１８に
おけるボール収容孔４５からのボール４７の抜け落ちを
規制するストッパ部４８，４８が設けられ、このストッ
パ部４８，４８はボール収容孔４５の外側開口端部に一
体に形成された爪状のものであるので、例えば板ばね等
のストッパ部材を挿入部１８外周面に取り付けてボール
４７の抜け落ちを防止する構造のように、そのストッパ
部材が疲労して破損したり、振動によりストッパ部材の
抜け落ち防止効果が低下したりするのを回避することが
できる。しかも、そのストッパ部材を別途に設けずとも
済む。よって、挿入部１８の外周面にボール収容孔４５
の開口が剥き出しになった構造であっても、部品点数の
低減を図りつつ、ボール４７の抜け落ちを確実に防止し
て、両プレート１１，３０の着脱を確実かつ安定して行
うことができる。

【００７２】さらに、上記ツールプレート３０の２つの
位置決めピン穴６６，６６の一方が断面円形状の丸穴で
あり、他方はツールプレート３０の挿入穴部４０中心上
を長軸が通る断面長円形状の長穴であるので、上記マス
タプレート１１とツールプレート３０との位置決めの
際、マスタプレート１１側の２つの位置決めピン６５，
６５のピッチと、ツールプレート３０側の位置決めピン
穴６６，６６のピッチとの間に誤差があったとしても、
長穴からなる位置決めピン穴６６に位置決めピン６５が
挿入することで、その誤差が吸収される。このことによ
り、位置決めピン６５，６５のピッチ誤差に起因して両
プレート１１，３０の正確な位置決めが困難になること
はない。

【００７３】しかも、上記２つの位置決めピン６５，６
５が挿入部１８の中心位置に対し周方向に非対称に配置
されている一方、２つの位置決めピン穴６６，６６も挿
入穴部４０の中心位置に対し周方向に非対称に配置され
ているので、仮に、マスタプレート１１を本来の正規位
置とは周方向に半回転だけ回転ずれした状態でツールプ
レート３０に結合しようとしても、一方の位置決めピン
６５が位置決めピン穴６６内に挿入できず、両プレート
１１，３０の結合が阻止される。よって、間違った結合
により各々の空気ポート７０，７１の接続部分（例えば
ブッシュ７２）やコネクタ７４，７５の電気接点が破損
するのを防止することができる。

【００７４】また、上記両プレート１１，３０の結合時
にマスタプレート１１の各位置決めピン６５がツールプ
レート３０の位置決めピン穴６６に挿入されるとき、ま
ず、位置決めピン６５のテーパ部６５ｃが位置決めピン
穴６６の内周面に、次いで位置決めピン６５の円筒部６
５ｂが位置決めピン穴６６の内周面にそれぞれ接触す
る。また、両プレート１１，３０の分離時にマスタプレ
ート１１の各位置決めピン６５がツールプレート３０の
位置決めピン穴６６から抜き出されるときには、上記と
逆の動作が行われる。そして、上記各位置決めピン６５
のテーパ部６５ｃでの接触により、両プレート１１，３
０の結合時や分離時にマスタプレート１１とツールプレ
ート３０との中心線が非平行状態で角度を持って傾斜し
ているとき（図７及び図８参照）等、その位置精度が低
くても、位置決めピン６５が位置決めピン穴６６の開口
部に引っ掛からずにスムーズに確実に挿入又は抜き出さ
れる。そして、位置決めピン６５が円筒部６５ｂにて位
置決めピン穴６６の内周面に接触すると、この接触状態
で正確に位置決めすることができる。これらにより、位
置決めピン６５のスムーズな挿入又は分離と、高精度の
位置決めとを両立させることができる。

【００７５】（実施形態２）図１１は本発明の実施形態
２を示し（尚、以下の実施形態では図１〜図１０と同じ
部分は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、
両プレート１１，３０の接合面２３，３７間をシールす
るようにしたものである。

【００７６】すなわち、この実施形態では、マスタプレ
ート１１におけるマスタ側結合面２３の外周縁部（マス
タボディ１２）には環状の突条７７が同心状に突設さ
れ、この突条７７の半径方向外側には他のマスタ側結合
面２３よりも上側に位置する底面を有する切欠き段部７
８が形成されている。

【００７７】一方、ツールプレート３０におけるツール
側結合面３７の外周縁部（ツールボディ３１）には、両
プレート１１，３０の結合時に上記マスタプレート１１
の突条７７が嵌合される切欠き段部７９が形成されてお
り、このマスタプレート１１の突条７７とツールプレー
ト３０の切欠き段部７９により両プレート１１，３０の
結合状態でラビリンス部８０が形成されるようになって
いる。

【００７８】そして、上記マスタプレート１１の切欠き
段部７８には、両プレート１１，３０の結合時にツール
プレート３０の切欠き段部７９底面に当接して両結合面
２３，３７間の隙間をシールするゴム製のシール部材８
１が配置されている。このシール部材８１は、マスタ側
結合面２３の外周縁部の切欠き段部７８に嵌合固定され
たシール本体８１ａと、このシール本体８１ａの下面に
一体形成され、ツール側結合面３７外周縁部の切欠き段
部７９底面に当接するリップ部８１ｂとからなる断面Ｖ
字状のものとされている。その他の構成は上記実施形態
１と同様である。

【００７９】したがって、この実施形態においては、両
プレート１１，３０の結合状態で、両プレート１１，３
０の結合面２３，３７外周縁部間の隙間がシール部材８
１によりシールされるので、ロボットのツール３により
例えばワークのばり取りを行う等の粉塵の多い環境下
や、或いは水分の多い環境下であっても、その粉塵や水
分が結合状態にある両プレート１１，３０の結合面から
その内部の着脱機構４３、空気ポート７０，７１や電気
コネクタ７４，７５の電気接点に進入するのを防止する
ことができる。よって、その後にツール３を交換したと
きに両プレート１１，３０の結合、空気や電気の接続を
確実に安定して行うことができる。

【００８０】尚、この実施形態では、マスタ側結合面２
３の外周縁部にシール部材８１を取り付けて、そのリッ
プ部８１ｂをツール側結合面３７の外周縁部に当接させ
るようにしているが、逆に、ツール側結合面３７の外周
縁部にシール部材を取り付けて、そのリップ部をマスタ
側結合面２３の外周縁部に当接させるようにしてよく、
同様の作用効果を奏することができる。

【００８１】また、両プレート１１，３０の結合時に形
成されるラビリンス部８０は必ずしも必要ではなく、一
方の結合面２３（又は３７）の外周縁部に切欠き段部を
形成して、それにシール部材のシール本体を嵌合固定す
るようにしてもよい。

【００８２】（実施形態３）図１２は実施形態３を示
し、マスタプレート１１の挿入部１８の先端に先細りテ
ーパ部１８ａを形成したものである。その他は実施形態
１と同様の構成である。

【００８３】したがって、この実施形態では、マスタプ
レート１１をツールプレート３０に接近させて挿入部１
８を挿入穴部４０に挿入するとき、その挿入部１８先端
のテーパ部１８ａが挿入穴部４０の開口縁部に当接し、
その当接により挿入部１８が案内されながら挿入穴部４
０にスムーズに挿入される。このため、人間が入ること
ができない例えば原子炉等の場所で、マスタ及びツール
プレート３０間に大きさ位置誤差があってティーチング
によっても両プレート１１，３０の着脱を行わせること
ができない場合に、上記挿入部１８の挿入穴部４０への
スムーズな挿入によって両プレート１１，３０の着脱を
ロボットの遠隔操作で容易に行うことができる。

【００８４】

【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
スタプレートにおいて着脱機構の挿入部の突出高さを位
置決め機構の位置決め部材のそれよりも高くしたことに
より、マスタプレートとツールプレートとが接近状態に
あるときに、誤動作や誤操作等により両プレート間に大
きな位置誤差が生じても、その突出高さの大きくかつ強
度の大きい挿入部を位置決め部材に優先してツールプレ
ートの挿入穴部周りのツール側結合面に接触させること
ができ、挿入部のみならず位置決め部材の損傷を防止で
き、よって両プレートを確実に安定して着脱できるとと
もに、空気ポートや電気接点の接続を良好に行うことが
できる。

【００８５】請求項２の発明によると、マスタプレート
における挿入部の先端に先細りテーパ部を形成したこと
により、挿入部を挿入穴部に対し、その先端のテーパ部
を挿入穴部の開口縁部に当接して案内しながらスムーズ
に挿入でき、人間が入ることができない例えば原子炉等
の場所で、マスタ及びツールプレート間に大きさ位置誤
差があってティーチングによっても両プレートの着脱を
行わせることができない場合であっても、両プレートの
着脱をロボットの遠隔操作で容易に行うことができる。

【００８６】請求項３の発明によると、挿入部が挿入穴
部に挿入されたときに挿入部を挿入穴部内周面に係合す
る係合機構において、その挿入部に開口されたボール収
容孔の挿入部外周面側の開口端部に、ボールがボール収
容孔から抜け落ちるのを規制するストッパ部を一体に設
けたことにより、部品点数の低減を図りつつ、ボールの
抜け落ちを確実に防止して、両プレートの確実で安定し
た着脱を行うことができる。

【００８７】請求項４の発明によると、着脱機構のカム
部材に第１テーパ面、第１円筒状面、第２テーパ面及び
第２円筒状面をロック位置側からロック解除位置側部に
向かって連続して設け、両プレートがロック状態にある
とき、マスタプレート側のピストン部の第２テーパ面に
よりボールを確実に半径方向外方に押してツールプレー
ト側のテーパカム面に押し付け、ツールプレートをボー
ルとマスタプレートとの間に挟み込んだ状態で保持する
ようにしたことにより、両プレートでの加工誤差が吸収
されて、マスタプレートとツールプレートとの結合が確
実に行われ、両プレートの結合面において隙間が生ぜ
ず、結合位置の再現性が向上する。しかも、マスタプレ
ート側の第１テーパ面よりもカム部材のロック位置側に
第１円筒状面が連設されているので、ボールが半径方向
内方に変位してカム部材を移動させても、その部位でボ
ールからカム部材に該カム部材を上昇させる力の作用を
停止でき、マスタプレートとツールプレートとの不用意
な分離を規制することができる。

【００８８】請求項５の発明によると、位置決め機構に
おけるマスタプレート又はツールプレートの一方にある
１対の位置決め穴の一方を丸穴とし、他方は、丸穴から
なる一方の位置決め穴の中心上又は挿入穴部の中心上を
長軸が通る長穴としたことにより、両位置決め部材のピ
ッチと両位置決め穴のピッチとの間に誤差があっても、
その誤差を長穴からなる位置決め穴で吸収して両プレー
トの正確な位置決めを行うことができる。

【００８９】請求項６の発明によると、上記１対の位置
決め部材を挿入部の中心位置に対し非対称に、また１対
の位置決め穴を挿入穴部の中心位置に対し非対称にそれ
ぞれ配置したことにより、マスタプレートを本来の位置
とは周方向に回転ずれした状態でツールプレートに結合
しようとするのを阻止でき、各プレートの空気ポートや
電気接点が破損するのを防止することができる。

【００９０】請求項７の発明によると、位置決め部材を
円筒部と、この円筒部の先端側に連続する先細りテーパ
部とを備えたものとし、マスタプレート及びツールプレ
ートの結合面同士の略非当接状態で両プレートが結合さ
れていないときにテーパ部で位置決め穴内周面と、また
マスタプレート及びツールプレートの結合面同士が略当
接して両プレートが結合されたときに円筒部で位置決め
穴内周面とそれぞれ接触させるようにしたことにより、
位置決め部材の位置決め穴に対するスムーズな挿入又は
分離と、高精度の位置決めとを両立させることができ
る。

【００９１】請求項８の発明では、マスタ側結合面の外
周縁部又はツール側結合面の外周縁部の一方に、両プレ
ートの結合時に他方に当接して両結合面間の隙間をシー
ルするシール部材を設けた。また、請求項９の発明で
は、上記シール部材はマスタ側結合面の外周縁部又はツ
ール側結合面の外周縁部の一方に固定されたシール本体
と、他方に当接するリップ部とからなる断面Ｖ字状のも
のとした。従って、これらの発明によると、ロボットの
ツールによりワークのばり取りを行う場合等の粉塵の多
い環境下や水分の多い環境下であっても、それら粉塵や
水分が結合状態にある両プレートの結合面からその内部
の着脱機構、空気ポートや電気接点に進入するのをシー
ル部材により防止でき、その後にツールを交換したとき
に両プレートの結合、空気や電気の接続を確実に安定し
て行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る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２】ロボットアームカップリング装置の断面図であ
る。

【図３】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４】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３相当図
である。

【図５】ツールプレートの位置決め穴の位置を示す平面
図である。

【図６】図５のVI−VI線断面図である。

【図７】マスタプレートとツールプレートとの結合又は
分離時に両プレートの中心軸が傾斜した状態を示す図２
相当図である。

【図８】マスタプレートとツールプレートとの結合又は
分離時に両プレートの中心軸が傾斜したときに位置決め
ピンのテーパ部が位置決めピン穴内周面と接触した状態
を示す拡大断面図である。

【図９】マスタプレートとツールプレートとの結合又は
分離時に位置決めピンの円筒部が位置決めピン穴内周面
と接触した状態を示す図８相当図である。

【図１０】ボール収容孔の拡大断面図である。

【図１１】本発明の実施形態２に係るロボットアームカ
ップリング装置を示す図３相当図である。

【図１２】実施形態２に係るロボットアームカップリン
グ装置を示す図３相当図である。

【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 １２ マスタボディ １８ 挿入部 １８ａ 先細りテーパ部 ｈｉ 突出高さ ２３ マスタ側結合面 ３０ ツールプレート ３１ ツールボディ ３３ 逃がし孔 ３５ ボール受け ３６ 中心孔 ３７ ツール側結合面 ３８ テーパカム面 ４０ 挿入穴部 ４３ 着脱機構 ４４ 係合機構 ４５ ボール収容孔 ４７ ボール ４８ ストッパ部 ５０ カム部材 ５１ 第１テーパ面 ５２ 第１円筒状面 ５３ 第２テーパ面 ５４ 第２円筒状面 ５７ ピストン部 ５８ ロック室 ５９ ロック解除室 ６４ 位置決め機構 ６５ 位置決めピン（位置決め部材） ｈｐ 突出高さ ６５ｂ 円筒部 ６５ｃ 先細りテーパ部 ６６ 位置決めピン穴（位置決め穴部） ６６ａ 案内部 ７０ マスタ側空気ポート ７１ ツール側空気ポート ７４ マスタ側コネクタ ７５ ツール側コネクタ ８０ ラビリンス部 ８１ シール部材 ８１ａ シール本体 ８１ｂ リップ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (9)

【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、 上記着脱機構は、上記マスタ側結合面に突設された挿入
   部と、 上記ツール側結合面に開口され、両プレートの結合時に
   上記挿入部が挿入される挿入穴部と、 上記挿入部が挿入穴部に挿入されたときに、該挿入部を
   挿入穴部内周面に係合する係合機構とを備える一方、 上記位置決め機構は、上記挿入部周りのマスタ側結合面
   に突設された複数の位置決め部材と、 上記挿入穴部周りのツール側結合面に開口され、上記マ
   スタプレートの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、 上記挿入部の突出高さが位置決め部材よりも大きいこと
   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、 上記着脱機構は、上記マスタ側結合面に突設された挿入
   部と、 上記ツール側結合面に開口され、両プレートの結合時に
   上記挿入部が挿入される挿入穴部と、 上記挿入部が挿入穴部に挿入されたときに、該挿入部を
   挿入穴部内周面に係合する係合機構とを備えており、 上記挿入部の先端に先細りテーパ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。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のロボットアームカップ
   リング装置において、挿入部は円筒状のものであり、 係合機構は、挿入部に円周方向に間隔をあけてかつ内外
   周面間に亘り半径方向に貫通するように形成された複数
   のボール収容孔と、 上記各ボール収容孔に、挿入部外周面に対し出没可能に
   収容されたボールと、 上記挿入部内に、挿入部先端側のロック位置と挿入部基
   端側のロック解除位置との間を往復動可能に配置され、
   ロック位置にあるときに上記ボールを半径方向外側に押
   して挿入部外周面から突出させるカム部材（カム部）
   と、 上記カム部材を往復移動させるピストン部と、 上記挿入穴部の内周面に、挿入穴部底側に向かって大径
   となるように形成され、上記カム部材のロック位置への
   移動により挿入部外周面から突出したボールに係合され
   るテーパカム面とを備え、 ボール収容孔の挿入部外周面側の開口端部にはボールが
   ボール収容孔から抜け落ちるのを規制するストッパ部が
   一体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３のロボットアームカップリング
   装置において、 カム部材は、ツールプレートのテーパカム面のテーパ傾
   斜方向と反対方向にテーパ状に傾斜しかつカム部材がロ
   ック解除位置からロック位置方向に移動開始したとき
   に、ボールがツールプレートのテーパカム面を押圧して
   ツールプレートがマスタプレート側に移動するように該
   ボールをカム部材のスライド方向と略直交する方向に押
   圧する第１テーパ面と、 上記第１テーパ面のカム部材のロック解除位置側部に連
   設され、ボールの移動に伴うカム部材の移動を阻止する
   第１円筒状面と、 上記第１円筒状面のカム部材のロック解除位置側に連設
   され、かつ上記ツールプレートのテーパカム面のテーパ
   傾斜方向と反対方向にテーパ状に傾斜し、カム部材がロ
   ック位置に位置付けられたときに、ボールがツールプレ
   ートのテーパカム面を押圧してツールプレートをマスタ
   プレートに当接させかつ該テーパカム面とツール側結合
   面との間の部分がマスタプレートとボールとの間に挟み
   込まれた状態で保持されるように該ボールをカム部材の
   スライド方向と略直交する方向に押圧する第２テーパ面
   と、 上記第２テーパ面のカム部材のロック解除位置側部に連
   設され、カム部材をスライド可能に案内する第２円筒状
   面とを備え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、 上記位置決め機構は、上記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１対の位置決め部材と、 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１対の位
   置決め穴とを備えており、 上記一方の位置決め穴が断面円形状の丸穴であり、 他方の位置決め穴は、上記丸穴からなる一方の位置決め
   穴の中心上又は挿入穴部の中心上を長軸が通る断面長円
   形状の長穴であることを特徴とするロボットアームカッ
   プリング装置。
6. 【請求項６】 請求項５のロボットアームカップリング
   装置において、 １対の位置決め部材が挿入部の中心位置に対し非対称に
   配置されている一方、１対の位置決め穴が挿入穴部の中
   心位置に対し非対称に配置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。
7. 【請求項７】 請求項１、５又は６のロボットアームカ
   ップリング装置において、 位置決め部材は、基端側に位置する円筒部と、該円筒部
   の先端側に連続する先細りテーパ部とを備えており、 マスタプレート及びツールプレートの結合面同士が略非
   当接状態にあって両プレートが結合されていないとき
   に、位置決め部材が上記テーパ部で位置決め穴内周面と
   接触する一方、マスタプレート及びツールプレートの結
   合面同士が略当接状態にあって両プレートが結合された
   ときに、位置決め部材が上記円筒部で位置決め穴内周面
   と接触するように構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。
8. 【請求項８】 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の外周縁部又はツール側結合面の外
   周縁部の一方に、両プレートの結合時に他方に当接して
   両結合面間の隙間をシールするシール部材が設けられて
   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。
9. 【請求項９】 請求項８のロボットアームカップリング
   装置において、 シール部材は、マスタ側結合面の外周縁部又はツール側
   結合面の外周縁部の一方に固定されたシール本体と、他
   方に当接するリップ部とからなる断面Ｖ字状のものであ
   ることを特徴とするロボットアームカップリング装置。