JP3868873B2

JP3868873B2 - 着脱機構

Info

Publication number: JP3868873B2
Application number: JP2002270949A
Authority: JP
Inventors: 啓丸山
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: JP2004106104A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ロボットのマニピュレータ等の可動部を有する機器においては、マニピュレータのハンド等のように交換して着脱される交換部材が取り付けられる。この場合、機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構が必要となる。このような着脱機構においては、着脱作業にあまり時間がかからず簡単に着脱できることが作業能率向上の観点から要求される。そのため、自動化されているマニピュレータ等の機器の動作と同様に、交換部材の着脱動作も自動化されて省力化・効率化等の目的が達成されることが求められる。しかし、マニピュレータのハンド等の交換部材自体の作動用動力が必要でないような場合、別途着脱動作用の動力源を設ける必要があり、機構も複雑となる。したがって、着脱動作用の新たな動力源を不要にするためには、マニピュレータ等の機器の動作だけで着脱できることが必要となる。また、簡単に着脱できるとともに低コスト化を図る観点からも、簡易な構造で着脱機構が実現されることが望まれる。
【０００３】
機器の動作だけで交換部材の着脱を行うものとしては、下記特許文献１に記載されたものが知られている。これは、回動自在に基端部が枢着された係止片を板バネにより付勢して機器側の係止溝内に係入することで交換部材を機器に装着するものである。しかしながら、バネ力により係止して保持しているため、例えば、交換部材が高速で回転するような高速動作条件等の場合、安定して交換部材の装着状態を維持することが困難である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４９７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、機器の動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第１の発明の着脱機構は、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構であって、前記機器側に設けられる装着用要素と、前記装着用要素に対して着脱自在に取り付けられる前記交換部材側に設けられる被装着要素と、前記交換部材を取り出し自在に保持する保持器と、を備え、前記装着用要素は、筒状体と、前記筒状体の内部側に向かって突出自在に支持される係止片と、前記筒状体の外周と摺接して往復動自在に支持されて前記筒状体に対して相対移動を行うとともに外周にフランジ部が設けられたスリーブと、を有し、前記被装着要素は、フランジ部と、前記筒状体に嵌入自在な端部と、前記端部に設けられ、前記係止片が前記筒状体の内部側に突出した際に前記係止片と係合可能な凹部と、を有し、前記保持器は、前記被装着要素のフランジ部と係止可能で前記交換部材を保持する溝部と、前記スリーブのフランジ部と当接して前記スリーブの相対移動を規制可能な規制部と、を有し、前記スリーブのフランジ部と前記規制部とが当接した状態で、前記装着用要素が略一方向に移動するように前記機器を動作させることで、前記スリーブのフランジ部と前記被装着要素のフランジ部との距離を接近又は離間させるとともに、前記スリーブの内周によって前記係止片の移動を規制しながら前記係止片を前記筒状体の内部側に突出させ又は外部側に退避させ、前記交換部材を前記装着用要素に対して装着又は脱抜することを特長とする。
【０００７】
この構成によると、装着用要素には筒状体と係止片とスリーブとを設け、筒状体に嵌入される被装着要素の端部には凹部を設け、保持器には溝部と規制部とを設けるという簡易な構成で着脱機構を実現できる。そして、スリーブのフランジ部と規制部とが当接した状態で、装着用要素を略一方向に移動するように機器を動作させるだけで、スリーブが相対移動して係止片と被装着要素の凹部とが係合され又は係合解除され、交換部材が装着用要素に対して装着又は脱抜できる。即ち、機器の簡単な動作だけで交換部材の着脱が可能となる。また、スリーブのフランジ部と被装着要素のフランジ部とが接近した装着状態では、係止片が筒状体の内部側に突出して被装着要素の凹部と係合した状態のままでスリーブの内周によって係止片の移動が規制されている。このため、交換部材が高速で回転されるような高速動作条件等の場合であっても、係止片が凹部と係合したままの状態が保たれ、安定して装着状態を維持することができる。したがって、本発明の構成によると、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、機器の動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
【０００８】
第２の発明の着脱機構は、第１の発明において、前記保持器の規制部はスロープ状に形成され、前記スリーブのフランジ部と前記規制部のスロープ面とが当接した状態で、前記装着用要素を略水平に移動するように前記機器を動作させることで、前記スリーブのフランジ部が前記スロープ面に沿って移動し、前記スリーブのフランジ部と前記被装着要素のフランジ部との距離を接近又は離間することを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、規制部がスロープ状に形成され、機器を略水平方向に動作させるだけで、スリーブのフランジ部がスロープ面に沿って移動してスリーブの相対移動が行われる。即ち、スロープ状の規制部を設けるという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけでスリーブを相対移動させる構造を容易に実現できる。
【００１０】
第３の発明の着脱機構は、第１又は第２の発明において、前記筒状体と前記スリーブとの間にはバネ部材が介装され、このバネ部材の弾性回復力により前記スリーブのフランジ部が前記スロープ面に沿って移動することを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、筒状体とスリーブとの間にバネ部材を介装するという簡易な構造によって、スリーブのフランジ部がスロープ面に沿うようにスリーブを相対移動させる構造を容易に実現できる。
【００１２】
第４の発明の着脱機構は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記保持器は、平面視で略コの字型に設けられ、前記交換部材はコの字型のスリット部分に沿って移動可能であり、このスリット方向に沿って前記溝部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、被装着要素のフランジ部と係止可能で交換部材を保持する溝部がスリット方向に設けられているため、被装着要素の端部が筒状体に嵌入された状態でスリット方向に装着用要素を移動させても、交換部材が保持器に保持された状態のままに保たれる。そして、規制部をスリット方向に設けることによって、装着用要素をスリット方向に移動させた際に、被装着要素のフランジ部が溝部と係止した状態のままでスリーブのフランジ部と被装着要素のフランジ部との距離を接近又は離間させることができる。即ち、略コの字型に設けることによって、簡易な構造の保持器を実現できる。
【００１４】
第５の発明の着脱機構は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、前記規制部は、前記交換部材の前記端部とは反対側のツール部が貫通可能な開口部分を有し、前記溝部は前記開口部分の下方に設けられ、前記被装着要素のフランジ部の外形が前記開口部分を通過可能な大きさに形成されるとともに、前記スリーブのフランジ部の外形が前記開口部分の縁と当接する大きさに形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によると、装着用要素に交換部材が装着された状態で、開口部分に向かって下向きに略真っ直ぐに装着用要素が移動するように機器を動作させると、まずツール部と被装着要素のフランジ部とが開口部分を通過し、次いでスリーブのフランジ部が開口部分の縁と当接する。スリーブのフランジ部と規制部とが当接した状態で、さらに機器を動作させて装着用要素を真っ直ぐ下方に移動することで、スリーブの相対移動が行われることになる。そして、スリーブのフランジ部と被装着要素のフランジ部との距離が離間し、係止片と被装着要素の凹部との係合が解除されると、交換部材は自重により落下し、開口部分の下方に設けられた溝部と被装着要素のフランジ部とが係止することになり、交換部材の脱抜が完了する。したがって、被装着要素のフランジ部、開口部分、スリーブのフランジ部のそれぞれの相対的な大きさを調整することにより、装着用要素を保持器に押し付けるだけで交換部材を容易に短時間で脱抜できる簡易な構造が実現できる。
【００１６】
第６の発明の着脱機構は、第５の発明において、前記溝部には、前記被装着要素のフランジ部の上下面ともに一部重なるように係止可能な係止凹部が、連続して形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によると、スリーブの相対移動完了後に、係止凹部が形成されている方向に、端部が筒状体に嵌入された状態の交換部材とともに装着用要素を少し移動させることで、被装着要素のフランジ部が係止凹部に引っ掛かるように係止される。このため、係止片と被装着要素の凹部との係合解除後の交換部材の上方への移動が阻止され、交換部材を確実に脱抜することができる。
【００１８】
第７の発明の着脱機構は、第１〜第６の発明のいずれかにおいて、ボール状に形成された前記係止片が、前記筒状体に穿設された孔部に支持されているボールジョイントにより前記装着用要素と前記被装着要素との着脱が行われることを特徴とする。
【００１９】
この構成によると、筒状体に支持される係止片の移動をスリーブの内周によって規制しながら筒状体の内部側に突出させ又は外部側に退避させる構造を、ボール状係止片が筒状体に穿設された孔部に支持されたボールジョイントによって簡易な構造で実現できる。
【００２０】
第８の発明の着脱機構は、第１〜第７の発明のいずれかにおいて、前記機器はロボットのマニピュレータであり、前記交換部材は着脱自在に取り付けられる前記マニピュレータのハンドであることを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、ロボットのマニピュレータに対してハンドを着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、ロボットのマニピュレータの動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
【００２２】
第９の発明の着脱機構は、第１〜第７の発明のいずれかにおいて、前記機器はロボットのマニピュレータであり、前記交換部材は前記マニピュレータの先端側に着脱自在に取り付けられる摩擦攪拌接合用のチップであることを特徴とする。
【００２３】
この構成によると、高速でチップを回転することで摩擦攪拌接合を行う溶接ロボットであっても、安定してチップの装着状態を維持できるとともに、簡易な構造の着脱機構を提供することができる。そして、チップが取り付けられた装着用要素は回転するものの、エアーや溶接電源等のようなチップ自体の作動用動力が必要でない摩擦攪拌接合の場合であっても、別途チップ着脱動作用の動力源を設ける必要も無く、マニピュレータの動作だけで着脱できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１及び第２実施形態を実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る着脱機構１をロボット１０１に適用した場合を例示したものである。ロボット１０１は、マニピュレータ１０２を有しており、マニピュレータ１０２には、フレーム１０４に並設される保持器１３（図示では３台）にそれぞれ保持された交換部材１０３が交換して着脱される。即ち、本実施形態に係る着脱機構１は、可動部を有する機器であるマニピュレータ１０２に対して交換部材１０３を着脱自在に取り付けるためのものである。そして、この着脱機構１は、機器１０２側に設けられる装着用要素１１と、装着用要素１１に対して着脱自在に取り付けられる交換部材１０３側に設けられる被装着要素１２と、交換部材１０３を取り出し自在に保持する保持器１３とを備えている。
【００２６】
図１において、マニピュレータ１０２は、所定の作業を開始する際に、所定の保持器１３に保持された所定の交換部材１０３を選択して装着する。そして、その作業が終了して次の作業に移る場合、装着している交換部材１０３を脱抜して（取り外して）もとの保持器１３へと戻し、次の作業用の交換部材１０３を装着する。マニピュレータ１０２への交換部材１０３の着脱は、マニピュレータ１０２側の装着用要素１１と交換部材１０３側の被装着要素１２との着脱により行われる。そして、この着脱に際しては、後述するように、保持器１３に対して装着用要素１１が略一方向（略水平方向）に移動するようにマニピュレータ１０２を動作させることで行われる。
【００２７】
図２〜４は、着脱機構１の各構成要素を説明する図である。図２は、３台の保持器１３に交換部材１０３がそれぞれ保持されている様子を示す斜視図である。図３は、着脱動作中における装着用要素１１、交換部材１０３（被装着要素１２）、保持器１３のみを取り出して示した斜視図である。図４は、装着用要素１１、交換部材１０３（被装着要素１２）、保持器１３を示す断面図（交換部材１０３以外）であって、平面視で略コの字型に設けられる保持器１３のスリット部分に沿った方向の断面で示している。図４（ａ）は、装着開始時又は脱抜終了時を、図４（ｂ）は、着脱動作中（図４（ｂ））をそれぞれ示す図である。
【００２８】
なお、図２〜４に示す着脱機構１においては、交換部材１０３が摩擦攪拌接合用のチップである場合を例示している。この摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding）の説明図を図１０に示す。図１０は、母材１０５、１０５の端面同士を摩擦攪拌接合により溶接する場合を示している。即ち、突き合わされた母材端面の上側の母材表面にチップ１０３の先端が当接した状態で、チップ１０３を高速で回転させながら接合端面に沿って移動させ、摩擦熱により接合端面近傍の内部組織を流動化させて攪拌し、冷却後一体化するものである。この摩擦攪拌接合の場合、チップ１０３が取り付けられた装着用要素１１は回転するものの、エアーや溶接電源等のようなチップ１０３自体の作動用動力が必要でない。したがって、後述のように、別途チップ着脱動作用の動力源を設ける必要が無くマニピュレータ１０２の動作だけで着脱できる着脱機構１が特に有効となる。
【００２９】
まず、装着用要素１１は、図１、３、４に示すように、マニピュレータ１０２における装着部として設けられ、筒状体１４と、係止片１５と、スリーブ１６とを有している。筒状体１４は、マニピュレータ１０２の先端側に回転自在に取り付けられている。筒状体１４が回転することで、装着されたチップ１０３が回転される。
【００３０】
係止片１５は、ボール状に形成されており、筒状体１４の周方向に複数配置されている。この各係止片１５は、筒状体１４に穿設された複数の孔部２２にそれぞれ支持されており、筒状体１４の内部側に向かって突出自在に支持されている。即ち、ボール状係止片１５が筒状体１４の内部側に突出することで後述の被装着要素１２の凹部２５と係合し、筒状体１４の外部側に退避することで係合が解除されるボールジョイントにより、装着用要素１１と被装着要素１２との着脱が行われるようになっている（図４参照）。
【００３１】
スリーブ１６は、円筒状に形成され、一端側（被装着要素１２側）の外周にフランジ部１７が設けられている。そして、スリーブ１６の内周と筒状体１４の外周とが摺接して往復動自在に支持されており、スリーブ１６は、筒状体１４に対して相対移動を行えるようになっている。図４（ａ）におけるスリーブ１６の近傍の要部断面図を図５に示す。スリーブ１６の内周側と筒状体１４の外周側には、それぞれ段部１８と段部１９とが設けられており、これらの段部１８、１９は対向して配置されている。そして、段部１８、１９の上方及び下方にて、それぞれスリーブ１６の内周と筒状体１４の外周とが摺接している。また、段部１８、１９間には、バネ部材２０（スプリング２０）が配設されている（即ち、筒状体１４とスリーブ１６との間には、バネ部材２０が介装されている）。このバネ部材２０の弾性回復力により、筒状体１４の外周に摺動自在に支持されるスリーブ１６が筒状体１４に対して付勢されるようになっている。なお、スリーブ１６のフランジ部１７には、傾斜して形成される当接面１７ａが設けられており、この当接面１７ａにて後述する保持器１３の規制部２６と当接可能に設けられている。
【００３２】
また、スリーブ１６の端部（図５中の下端側）には、スプール１６の内周に沿うくぼみ部２１が形成されており、係止片１５が筒状体１４の外部側に退避している状態では、係止片１５は、このくぼみ部２１と筒状体１４の孔部２２との間に支持されている。なお、孔部２２は、筒状体１４の内部側に向かって径が狭まって形成されており、係止片１５が内部側に落下してしまわないように形成されている。そして、孔部２２は、下り傾斜する面を備えるように筒状体１４の外側に向かって広がって形成されている。したがって、スリーブ１６が筒状体１４に対して上方に相対移動している状態（図４（ａ）及び図５の状態）では、係止片１５は筒状体１４の外部側に退避した状態となる。一方、バネ部材２０の付勢力によりスリーブ１６が筒状体１４に対して下方に相対移動した状態（図４（ｂ）の状態）では、くぼみ部２１が下方に相対移動し、くぼみ部２１に連なるスプール１６の内周に押されて筒状体１４の内部側に突出することになる。なお、くぼみ部２１からスプール１６の内周に連なる部分は、テーパ状に形成されており、係止片１５を滑らかに移動させることができるようになっている。また、スリーブ１６のフランジ部１７と保持器１３の規制部２６とが当接していない状態では、筒状体１４に嵌着されたリング３６とくぼみ部２１とが係止することで、スリーブ１６が筒状体１４に保持される。
【００３３】
つぎに、被装着要素１２は、図１〜４に示すように、チップ１０３に設けられ、端部２３と、フランジ部２４と、凹部２５とを有している。端部２３は、保持器１３にチップ１０３が保持されている状態における上端側（即ち、摩擦攪拌接合用のツール部とは反対側）に設けられ、筒状体１４の挿入口１４ａに対して嵌入自在な大きさに設けられる（図４参照）。
【００３４】
フランジ部２４は、後述する保持器１３の溝３３と係止し、チップ１０３の保持器１３への保持を可能にするものである。このフランジ部２４よりも上端側（端部２３）が、筒状体１４の挿入口１４ａ内に嵌入される。なお、挿入口１４ａの下端側は、例えば、六角形に形成され、端部２３におけるフランジ部２４に隣接する部分２３ａ（図４における端部２３の下側）の形状も、挿入口１４ａ内に根元まで嵌入可能な六角形に形成される。これにより、筒状体１４からチップ１０３へと確実に回転トルクが伝達されることになる。
【００３５】
また、凹部２５は、端部２３の外周に沿って設けられた溝状の凹みである。この凹部２５は、端部２３において、フランジ隣接部分２３ａ以外の円周形状の部分に設けられている。そして、この凹部２５は、端部２３が筒状体１４内に奥まで嵌入された状態で係止片１５が筒状体１４の内部側に突出した際に、係止片１５と係合可能な位置に設けられている。図４（ｂ）は、係止片１５が筒状体１４の内部側に突出して凹部２５と係合している状態を示しており、図４（ａ）は、係止片１５が筒状体１４の外部側へ退避して凹部２５との係合が解除されている状態を示している。
【００３６】
つぎに、保持器１３について説明する。保持器１３は、図１〜４に示すように、平面視で略コの字型に設けられる上側部材２６と下側部材２７とを備えている。そして、この略コの字型の上下部材２６及び２７が、重ねられた状態でフレーム１０４に取り付けられ、コの字型の二股部分がフレーム１０４から突出するように設けられている。そして、コの字型の二股部分の間に形成されるスリット部分２８の幅は、チップ１０３をスリット部分２８に沿って移動可能な大きさに形成されている。
【００３７】
保持器１３の上側部材２６は、スリーブ１６のフランジ部１７と当接してスリーブ１６の筒状体１４に対する相対移動を規制可能な規制部２６を構成している。即ち、規制部２６（上側部材２６）におけるフレーム１０４への取り付け側には、水平な頂上面２９が設けられ、この頂上面２９に連なる二股部分の上面には、二股部分の突出方向に向かって下り傾斜したスロープ状に形成されたスロープ面３０が設けられている。そして、スリット部分２８を形成する頂上面２９側の縁３１とスロープ面３０側の縁３２とが、スリーブ１６のフランジ部１７の当接面１７ａと当接可能に形成されている。図４（ａ）は、フランジ部１７の当接面１７ａと頂上面２９の縁３２とが当接している状態を表しており、図３及び図４（ｂ）は、フランジ部１７の当接面１７ａとスロープ面３０の縁３１とが当接している状態を示している。このように、規制部２６におけるスロープ面３０側の縁３１と頂上面２９側の縁３２とがスリーブ１６のフランジ部１７と当接してスリーブ１６の相対移動を規制可能となっている。
【００３８】
また、保持器１３の下側部材２７は、二股部分の上面の高さがフレーム１０４への取り付け側の上面の高さよりも低い段状に形成されている。これにより、保持器１３に、上側部材２６と下側部材２７との間で水平方向に延在する溝部３３が、スリット方向に沿って形成されている。この溝部３３は、被装着要素１２のフランジ部２４と係止可能に設けられており、チップ１０３を保持できるようになっている。また、溝部３３の終端部分には、下側部材２７におけるフレーム１０４への取り付け側に形成された係止溝３４が、溝部３３と連続して設けられている。そして、この係止溝３４には、僅かに突出自在に取り付けられるボールプランジャ３５が設けられ（図４（ｂ）参照）、図４（ａ）の状態にチップ１０３が位置しているときに、被装着要素１２のフランジ部２４を係止可能になっている。
【００３９】
なお、図３に示すように、保持器１３の幅Ｗは、チップ１０３が収納可能であれば、種々変更することができる。即ち、保持器１３の設置スペースに制約があるような場合でも、幅Ｗの寸法を小さく設定することで、少ないスペースに多くの保持器１３を設置することが可能になる。
【００４０】
次に、上記構成を備える着脱機構１の作動について説明する。まず、チップ１０３を装着用要素１１に対して装着する場合について説明する。図１においては、マニピュレータ１０２側の装着用要素１１にはチップ１０３が取り付けられておらず、チップ１０３は、いずれも保持器１３においてスリット部分２８の奥側に保持されている状態が図示されている。この状態から、マニピュレータ１０２を動作させて、装着用要素１１を所定の保持器１３に保持された所定のチップ１３上に移動させる。このとき、装着用要素１１におけるスリーブ１６は、バネ部材２０により付勢されており、係止片１５は、スリーブ１６の内周に押されて筒状体１４の内部側に突出した状態になっている。そして、スリーブ１６は、くぼみ部２１と筒状体１４に嵌着されたリング３６とが係止した状態で、筒状体１４に保持されている。
【００４１】
そして、この状態から、装着用要素１１をそのまま真っ直ぐ下方に移動するようにマニピュレータ１０２を動作させる。この動作により、図４（ａ）に示すように、装着用要素１１の筒状体１４の挿入口１４ａ内に、チップ１０３側の被装着要素１２の端部２３が嵌入される状態になる。即ち、装着用要素１１が下降していくと、まず、スリーブ１６のフランジ部１７の当接面１７ａが、保持器１３の規制部２６における頂上面２９の縁３２と当接する。そして、そのまま装着用要素１１を下降させるように移動させていくと、筒状体１４は下降して挿入口１４ａ内に被装着要素１２の端部２３が嵌入されていく。しかし、スリーブ１６のフランジ部１７と規制部２６における頂上面２９の縁３２とが当接してスリーブ１６の位置は動かないため、バネ力に抗してスプリング２０が圧縮されながらスプール１６と筒状体１４との間で相対移動が生じる。そして、スリーブ１６のフランジ部１７と被装着要素１２のフランジ部２４との距離が離間していき、図４（ａ）に示す状態となる。図４（ａ）の状態では、スリーブ１６が筒状体１４に対して上方に相対移動した状態になっており、スリーブ１６のくぼみ部２１が、筒状体１４の孔部２２の側方に位置し、ボール状係止片１５は、筒状体１４の外部側に退避した状態になっている。
【００４２】
この図４（ａ）に示すように、スリーブ１６のフランジ部１７と規制部２６とが当接した状態で、装着用要素１１が図中右に向かって略一方向に（略水平方向に）移動するようにマニピュレータ１０３を動作させる。図４（ｂ）は装着用要素１１が水平方向に移動中の状態を示したものである。このように、スリーブ１６のフランジ部１７と規制部２６のスロープ面３０とが当接した状態（フランジ部１７の当接面１７ａとスロープ面３０の縁３１とが当接した状態）で装着用要素１１を略水平方向に移動するようにマニピュレータ１０３を動作させることで、バネ部材２０の弾性回復力によりスリーブ１６のフランジ部１７がスロープ面３０に沿って移動する。そして、装着用要素１１の移動とともに筒状体１４に端部２３が嵌入されたチップ１０３も移動し、スリーブ１６のフランジ部１７と被装着要素１２のフランジ部２４との距離が接近していく。
【００４３】
このようにスリーブ１６が筒状体１４に対し下方に相対移動すると、スリーブ１６のくぼみ部２１の位置も筒状体１４に対して下方に相対移動する。これにより、係止片１５が、くぼみ部２１のテーパ部分に沿って押されて孔部２２内を移動し、筒状体１４の内部側に突出する。このとき被装着要素１２の端部２３に設けられた凹部２５は、孔部２２に対向して位置しているため、筒状体１４の内部側に突出した係止片１５は、被装着要素１２の凹部２５と図４（ｂ）に示すように係合する。そして、凹部２５に係合した係止片１５は、スリーブ１６の内周によって孔部２２内での移動が規制されるため、係合状態が保たれる。このように係止片１５と凹部２５とが係合してチップ１０３が装着用要素１１に装着された状態で、マニピュレータ１０３の動作とともに保持器１３のスリット部分２８からチップ１０３が水平方向に外され、装着動作が完了する。
【００４４】
このように、着脱機構１においては、係止片１５、凹部２５、スリーブ１６によって装着状態が保たれることで、チップ１０３が高速回転する場合でも装着状態が安定して維持される。そして、装着用要素１１からチップ１０３への回転トルクは、六角形の挿入口１４ａ及びフランジ隣接部分２３ａの嵌合によって伝達され、装着用要素１１と被装着要素１２との間には摩擦で固定して装着する部分がない。したがって、摩擦攪拌接合時のチップ駆動力によって固着やかじりつき等の発生を防止することができる。
【００４５】
つぎに、装着用要素１１に装着されたチップ１０３を脱抜する場合について説明する。前述のように装着動作が完了し、マニピュレータ１０２により所定の動作（本実施形態においては、摩擦攪拌接合作業）が行われた後、装着されたチップ１０３を脱抜する（取り外す）場合は、前述の装着動作と逆の動作を行うことになる。まず、マニピュレータ１０２を動作させて、チップ１０３を所定の保持器１３のスリット部分２８の前方に移動させる。このとき、スリット部分２８に沿ってチップ１０３を挿入することで、被装着要素１２のフランジ部２４が保持器１３の溝部３３に係止可能であるとともに、スリーブ１６のフランジ部１７が規制部２６のスロープ面３０の縁３１の先端部分と当接可能な位置に配置される。
【００４６】
この状態から、図４（ｂ）に示すように、チップ１０３をスリット部分２８に沿って挿入していく。即ち、被装着要素１２のフランジ部２４が保持器１３の溝部３３に係止されるとともに、スリーブ１６のフランジ部１７と規制部２６のスロープ面３０とが当接した状態で、装着用要素１１を図中左に向かって略水平方向に移動するようにマニピュレータ１０２を動作させる。これにより、装着動作時とは逆方向に、スリーブ１６のフランジ部１７が規制部２６のスロープ面３０に沿って移動する。即ち、バネ部材２０の弾性回復力によってスリーブ１６のフランジ部１７がスロープ面３０に押し付けられながらバネ部材２０が圧縮されていき、スリーブ１６が筒状体１４に対して上方に相対移動する。この相対移動とともに、スリーブ１６のフランジ部１７と被装着要素１２のフランジ部２４との距離が離間する。
【００４７】
このようにスリーブ１６が上方に相対移動し、スリーブ１６のフランジ部１７がスロープ面３０を登りきって頂上面２９に達すると、スリーブ１６のくぼみ部２１が筒状体１４の孔部２２の側方に位置する。そのため、係止片１５が孔部２２の下り傾斜面に沿って移動して筒状体１４の外部側へと退避する。即ち、係止片１５と筒状体１４の凹部２５との係合が解除され、着脱機構１は図４（ａ）の状態になる。このとき、被装着要素１２のスリーブ２４は、保持器１３の係止溝３４及びボールプランジャ３５により係止される。この後、そのまま装着用要素１１が上昇するようにマニピュレータ１０２を動作させることで、筒状体１４の上昇とともに挿入口１４ａから被装着要素１２の端部２３が抜き取られ、チップ１０３の脱抜動作が完了する。なお、係止溝３４とボールプランジャ３５とが設けられてない場合であっても、装着用要素１１を上昇させることで脱抜動作は完了する。
【００４８】
上述したように、着脱機構１によると、スリーブ１６のフランジ部１７と規制部２６とが当接した状態で、装着用要素１１が略水平方向に移動するようにマニピュレータ１０２を動作させることで、スリーブ１６のフランジ部１７と被装着要素１２のフランジ部２４との距離を接近又は離間させる。そして、この相対移動とともに、スリーブ１６の内周によって係止片１５の移動を規制しながら係止片１５を筒状体１４の内部側に突出させ又は外部側に退避させ、チップ１０３を装着用要素１１に対して装着又は脱抜することができる。したがって、マニピュレータ１０２を略一方向に動作させるという簡単な動作だけで、チップ１０３の着脱が可能になる。また、装着用要素１１には、筒状体１４と係止片１５とスリーブ１６とを設け、筒状体１４に嵌入される被装着要素１２には凹部を設け、保持器１３には溝部３３とスロープ状の規制部２６とを設けるという簡易な構成で着脱機構を実現できる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る着脱機構２について説明する。着脱機構２も第１実施形態の着脱機構１と同様に、図１に示すようなロボット１０１等に適用される。着脱機構２は、着脱機構１とほぼ同様の構成を備えているが、装着用要素１１が略鉛直方向に移動するようにマニピュレータ１０２を動作させることでチップ１０３の脱抜が可能になっている点が異なる。図６及び図７は、着脱機構２における第１実施形態の図４に相当する図を示したものであり、図６は脱抜動作のフローを示す断面図を、図７は装着動作のフローを示す断面図をそれぞれ示している。なお、着脱機構２の説明においては、図６、７に着脱機構１の場合と同じ符号を付して説明を適宜割愛し、着脱機構１と異なる点を説明する。
【００５０】
図６（ａ）において、着脱機構２は、着脱機構１と同様に、保持器１３に形成されているコの字型のスリット部分２８の終端部分が、頂上面２９にて開口している。即ち、規制部２６は、スリット部分２８の終端で開口した部分（以下、「開口部分３６」という）を有している。この開口部分３６は、チップ１０３の端部２３とは反対側のツール部１０３ａが貫通可能に形成されている。そして、被装着要素１２のフランジ部２４の外形（外径）が、開口部分３６を鉛直方向に通過可能な大きさに形成されるとともに、スリーブ１６のフランジ部１７の外形（外径）が開口部分３６の縁３２と当接する大きさに形成されている。即ち、縁３２の平行に延びている部分同士の間の距離よりも、被装着要素１２のフランジ部２４の外径は小さく、スリーブ１６のフランジ部１７の外径は大きくなるように、それぞれ形成されている。また、着脱機構２においても、保持器１３の溝部３３は、開口部分３６の下方に設けられており、被装着要素１２のフランジ部２４と係止可能でチップ１０３を保持するように設けられている。
【００５１】
着脱機構２は、上記構成を備えることにより、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、チップ１０３が装着された装着用要素１１を略鉛直下方に移動させることで、チップ１０３の脱抜が可能になる。まず、図６（ａ）において、マニピュレータ１０２を動作させて、チップ１０３が装着された装着用要素１１を開口部分３６の上方に位置するように移動させる。そして、この状態から、開口部分３６に向かって下方に略真っ直ぐに装着用要素１１が移動するようにマニピュレータ１０２を動作させると、まずツール部１０３ａと被装着要素１２のフランジ部２４とが開口部分３６を通過し、次いで、スリーブ１６のフランジ部１７が開口部分３６の縁３２と当接する。
【００５２】
スリーブ１６のフランジ部１７と規制部２６とが当接した状態で、さらに装着用要素１１が略真っ直ぐに（略一方向に）移動するようにマニピュレータ１０２を動作させることで、スリーブ１６の相対移動が行われることになる。即ち、スリーブ１６のフランジ部１７の当接面１７ａが規制部２６の縁３２によって押され、スリーブ１６の位置は変わらないまま、バネ部材２０が圧縮されるとともに、筒状体１４はチップ１０３とともに下降する。そして、スリーブ１６のフランジ部１７と被装着要素１２のフランジ部２４との距離が離間し、図６（ｂ）に示すように、スリーブ１６のくぼみ部２１が係止片１５の側方に（筒状体１４の孔部２２の側方に）位置すると、着脱機構１の場合と同様に、係止片１５と被装着要素１２の凹部２５との係合が解除される。このとき、被装着要素１２のフランジ部２４の下面２４ａと溝部３３の上向き面３３ａとの間には、隙間ｄ（距離ｄ）が形成されるように溝部３３の高さが設定されている。これにより、係止片１５と凹部２５との係合が解除されると、チップ１０３は自重により距離ｄだけ落下し、被装着要素１２のフランジ部２４の下面２４ａと溝部３３の上向き面３３ａとが当接し、チップ１０３は溝部３３に係止される。
【００５３】
係止片１５と凹部２５との係合が解除され、チップ１０３が自重で落下した後は、マニピュレータ１０２を上記と逆方向に動作させて、装着用要素１１を上方に移動させることで、図６（ｃ）に示すように、チップ１０３の脱抜が完了する。
【００５４】
したがって、着脱機構２によると、被装着要素１２のフランジ部２４、開口部分３６、スリーブ１６のフランジ部１７のそれぞれの相対的な大きさを調整することにより、装着用要素１１を保持器１３に押し付けるだけでチップ１０３を容易に脱抜できる簡易な着脱機構が実現できる。
【００５５】
なお、着脱機構２において、チップ１０３を装着用要素１１に対して装着するときは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、着脱機構１の場合と同様の動作により行うことができる。まず、図７（ａ）において、保持器１３に保持されたチップ１０３の上方に（開口部分３６の上方に）装着用要素１１を移動させる。次いで、マニピュレータ１０２を動作させて、装着用要素１１を下方に移動させる。そして、規制部２６とスリーブ１６のフランジ部１７とが当接してスリーブ１６と筒状体１４とが相対移動するとともに、筒状体１４の挿入口１４ａ内に被装着要素１２の端部２３が嵌入され、図６（ｂ）の状態になる。この状態から、図６（ｃ）に示すように、スリーブ１６のフランジ部１７と規制部２３のスロープ面３０とが当接した状態で、装着用要素１１を略水平方向に（略一方向に）移動するようにマニピュレータ１０２を動作させる。そして、着脱機構１の場合と同様に、スリーブ１６のフランジ部１７と被装着要素１２のフランジ部２４との距離を接近させるとともに、スリーブ１６の内周によって係止片１５の移動を規制しながら係止片１５を筒状体１４の内部側に突出させる。こうして、チップ１０３が装着用要素１１に対して装着される。
【００５６】
以上が、本発明の第１及び第２実施形態に係る着脱装置の説明であり、これら実施形態に係る着脱装置によると、簡易な構造であるとともに、マニピュレータ（機器）の動作だけで着脱可能であり、安定してチップ（交換部材）の装着状態を維持できる着脱機構が得られる。
【００５７】
なお、実施の形態は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
（１）ロボットのマニピュレータに限らず、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付ける場合に、本実施形態の着脱機構は、広く適用可能である。
【００５８】
（２）保持器の形状は、必ずしも略コの字型でなくてもよく、被装着要素のフランジ部と係止可能で交換部材を保持する溝部と、スリーブのフランジ部と当接してスリーブの相対移動を規制可能な規制部とを備えていれば、種々の形状をとることができる。
【００５９】
（３）第２実施形態に係る着脱機構においては、図８に示す着脱機構３のように、保持器１３の溝部３３の形状を変更してもよい。即ち、着脱機構３においては、溝部３３に、被装着要素１２のフランジ部２４の上下面（下面２４ａ、上面２４ｂ）ともに一部重なるように係止可能な係止凹部３３ｂが連続して形成されている。図６、７に示す着脱機構２の場合、スリーブ１６の相対移動が完了して図６（ｂ）に示す状態になると、係止片１５が筒状体１４の外部側に退避して被装着要素１２の凹部２５との係合が解除され、挿入口１４ａからチップ１０３が自重により落下する。図８に示す着脱機構３においては、この図６（ｂ）に相当する状態になった後、マニピュレータ１０２を動作させて、係止凹部３３ｂが形成されている方向に（図中矢印ａ方向に）、端部２３が筒状体１４に嵌入された状態のチップ１０３とともに装着用要素１１を少し移動させる。これにより、図８に示すように、被装着要素１２のフランジ部２４が係止凹部３３ｂに引っ掛かるように係止される。このため、係止片１５と被装着要素１２の凹部２５との係合解除後のチップ１０３の上方への移動が阻止され、装着用要素１１を上方に移動させる際に、チップ１０３を確実に脱抜することができる。
【００６０】
（４）また、第２実施形態に係る着脱機構においては、図９に示す着脱機構４のように、保持器１３の規制部２６の形状を変更してもよい。即ち、着脱機構４においては、図６、７に示す着脱機構２のようなスロープ面３０が設けられておらず、段部３７が設けられており、頂上面２９と同じ高さで水平に連なる上段面３７ａと上段面３７ａより高さが低い下段面３７ｂとが形成されている。着脱機構２の場合、図６（ｂ）の状態から、マニピュレータ１０２を動作させて装着用要素１１を略水平方向に移動させ、スリーブ１６のフランジ部１７をスロープ面３０に沿って移動させる。図９に示す着脱機構４においては、着脱機構２における図６（ｂ）に相当する状態（即ち、図９の状態）から、同様にマニピュレータ１０２を動作させて装着用要素１１を略水平方向に移動させる。まず、筒状体１４の挿入口１４ａ内に被装着要素１２の端部２３が嵌入されたままの状態で、スリーブ１６のフランジ部１７は上段面３７ａに沿って移動する。そして、スリーブ１６のフランジ部１７が、段部３７に達して上段部３７ａを全て通過し終えると、上段部３７ａと当接していたスリーブ１６のフランジ部１７は、下段部３７ｂと当接する位置まで、バネ部材２０によって付勢されて筒状体１４に対し下方に相対移動することになる。これにより、スリーブ１６のフランジ部１７と被装着要素１２のフランジ部２４との距離が接近し、スリーブ１６の内周によって係止片１５が筒状体１４の内部側に突出して被装着要素１２の凹部２５と係合し、チップ１０３が装着用要素１１に対して装着されることになる。この後、装着用要素１１をそのまま略水平方向に移動させることでスリット部分２８からチップ１０３を抜き出し、装着動作が完了する。図９に例示する着脱機構４のように、スロープ状以外の形状に形成された規制部２６であっても、着脱機構２と同様の作用効果を奏することができる。
【００６１】
【発明の効果】
第１の発明によると、装着用要素には筒状体と係止片とスリーブとを設け、筒状体に嵌入される被装着要素の端部には凹部を設け、保持器には溝部と規制部とを設けるという簡易な構成で着脱機構を実現できる。そして、スリーブのフランジ部と規制部とが当接した状態で、装着用要素を略一方向に移動するように機器を動作させるだけで、スリーブが相対移動して係止片と被装着要素の凹部とが係合され又は係合解除され、交換部材が装着用要素に対して装着又は脱抜できる。即ち、機器の簡単な動作だけで交換部材の着脱が可能となる。また、スリーブのフランジ部と被装着要素のフランジ部とが接近した装着状態では、係止片が筒状体の内部側に突出して被装着要素の凹部と係合した状態のままでスリーブの内周によって係止片の移動が規制されている。このため、交換部材が高速で回転されるような高速動作条件等の場合であっても、係止片が凹部と係合したままの状態が保たれ、安定して装着状態を維持することができる。したがって、本発明の構成によると、可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、機器の動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
【００６２】
第２の発明によると、規制部がスロープ状に形成され、機器を略水平方向に動作させるだけで、スリーブのフランジ部がスロープ面に沿って移動してスリーブの相対移動が行われる。即ち、スロープ状の規制部を設けるという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけでスリーブを相対移動させる構造を容易に実現できる。
【００６３】
第３の発明によると、筒状体とスリーブとの間にバネ部材を介装するという簡易な構造によって、スリーブのフランジ部がスロープ面に沿うようにスリーブを相対移動させる構造を容易に実現できる。
【００６４】
第４の発明によると、被装着要素のフランジ部と係止可能で交換部材を保持する溝部がスリット方向に設けられているため、被装着要素の端部が筒状体に嵌入された状態でスリット方向に装着用要素を移動させても、交換部材が保持器に保持された状態のままに保たれる。そして、規制部をスリット方向に設けることによって、装着用要素をスリット方向に移動させた際に、被装着要素のフランジ部が溝部と係止した状態のままでスリーブのフランジ部と被装着要素のフランジ部との距離を接近又は離間させることができる。即ち、略コの字型に設けることによって、簡易な構造の保持器を実現できる。
【００６５】
第５の発明によると、装着用要素に交換部材が装着された状態で、開口部分に向かって下向きに略真っ直ぐに装着用要素が移動するように機器を動作させると、まずツール部と被装着要素のフランジ部とが開口部分を通過し、次いでスリーブのフランジ部が開口部分の縁と当接する。スリーブのフランジ部と規制部とが当接した状態で、さらに機器を動作させて装着用要素を真っ直ぐ下方に移動することで、スリーブの相対移動が行われることになる。そして、スリーブのフランジ部と被装着要素のフランジ部との距離が離間し、係止片と被装着要素の凹部との係合が解除されると、交換部材は自重により落下し、開口部分の下方に設けられた溝部と被装着要素のフランジ部とが係止することになり、交換部材の脱抜が完了する。したがって、被装着要素のフランジ部、開口部分、スリーブのフランジ部のそれぞれの相対的な大きさを調整することにより、装着用要素を保持器に押し付けるだけで交換部材を容易に短時間で脱抜できる簡易な構造が実現できる。
【００６６】
第６の発明によると、スリーブの相対移動完了後に、係止凹部が形成されている方向に、端部が筒状体に嵌入された状態の交換部材とともに装着用要素を少し移動させることで、被装着要素のフランジ部が係止凹部に引っ掛かるように係止される。このため、係止片と被装着要素の凹部との係合解除後の交換部材の上方への移動が阻止され、交換部材を確実に脱抜することができる。
【００６７】
第７の発明によると、筒状体に支持される係止片の移動をスリーブの内周によって規制しながら筒状体の内部側に突出させ又は外部側に退避させる構造を、ボール状係止片が筒状体に穿設された孔部に支持されたボールジョイントによって簡易な構造で実現できる。
【００６８】
第８の発明によると、ロボットのマニピュレータに対してハンドを着脱自在に取り付けるための着脱機構を提供するに際し、簡易な構造であるとともに、ロボットのマニピュレータの動作だけで着脱可能であり、安定して装着状態を維持できる着脱機構を提供することができる。
【００６９】
第９の発明によると、高速でチップを回転することで摩擦攪拌接合を行う溶接ロボットであっても、安定してチップの装着状態を維持できるとともに、簡易な構造の着脱機構を提供することができる。そして、チップが取り付けられた装着用要素は回転するものの、エアーや溶接電源等のようなチップ自体の作動用動力が必要でない摩擦攪拌接合の場合であっても、別途チップ着脱動作用の動力源を設ける必要も無く、マニピュレータの動作だけで着脱できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る着脱機構をロボットに適用した場合を例示した図である。
【図２】第１実施形態に係る着脱機構の保持器にマニピュレータのハンドがそれぞれ保持されている様子を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る着脱機構による着脱動作中における装着用要素、被装着要素、保持器の様子を示した斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る着脱機構による装着動作又は脱抜動作を説明する断面図である。
【図５】図４（ａ）におけるスリーブ近傍の要部断面図である。
【図６】第２実施形態に係る着脱機構による脱抜動作のフローを示す断面図である。
【図７】第２実施形態に係る着脱機構による装着動作のフローを示す断面図である。
【図８】第２実施形態に係る着脱機構の変形例を示す断面図である。
【図９】第２実施形態に係る着脱機構の変形例を示す断面図である。
【図１０】摩擦攪拌接合により母材の端面同士を溶接する様子を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４着脱機構
１１装着用要素
１２被装着要素
１３保持器
１４筒状体
１５係止片
１６スリーブ
１７スリーブのフランジ部
２０バネ部材
２３端部
２４被装着要素のフランジ部
２５凹部
２６規制部
３０スロープ面
１０１ロボット
１０２マニピュレータ
１０３チップ

Claims

可動部を有する機器に対して交換部材を着脱自在に取り付けるための着脱機構であって、
前記機器側に設けられる装着用要素と、前記装着用要素に対して着脱自在に取り付けられる前記交換部材側に設けられる被装着要素と、前記交換部材を取り出し自在に保持する保持器と、を備え、
前記装着用要素は、筒状体と、前記筒状体の内部側に向かって突出自在に支持される係止片と、前記筒状体の外周と摺接して往復動自在に支持されて前記筒状体に対して相対移動を行うとともに外周にフランジ部が設けられたスリーブと、を有し、
前記被装着要素は、フランジ部と、前記筒状体に嵌入自在な端部と、前記端部に設けられ、前記係止片が前記筒状体の内部側に突出した際に前記係止片と係合可能な凹部と、を有し、
前記保持器は、前記被装着要素のフランジ部と係止可能で前記交換部材を保持する溝部と、前記スリーブのフランジ部と当接して前記スリーブの相対移動を規制可能な規制部とを有し、
前記スリーブのフランジ部と前記規制部とが当接した状態で、前記装着用要素が一方向に移動するように前記機器を動作させることで、前記スリーブのフランジ部と前記被装着要素のフランジ部との距離を接近又は離間させるとともに、前記スリーブの内周によって前記係止片の移動を規制しながら前記係止片を前記筒状体の内部側に突出させ又は外部側に退避させ、前記交換部材を前記装着用要素に対して装着又は脱抜することを特徴とする着脱機構。
前記保持器の規制部はスロープ状に形成され、前記スリーブのフランジ部と前記規制部のスロープ面とが当接した状態で、前記装着用要素を水平方向に移動するように前記機器を動作させることで、前記スリーブのフランジ部が前記スロープ面に沿って移動し、前記スリーブのフランジ部と前記被装着要素のフランジ部との距離を接近又は離間することを特徴とする請求項１に記載の着脱機構。
前記筒状体と前記スリーブとの間にはバネ部材が介装され、このバネ部材の弾性回復力により前記スリーブのフランジ部が前記スロープ面に沿って移動することを特徴とする請求項１又は２に記載の着脱装置。
前記保持器は、平面視でコの字型に設けられ、前記交換部材はコの字型のスリット部分に沿って移動可能であり、このスリット方向に沿って前記溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の着脱機構。
前記規制部は、前記交換部材の前記端部とは反対側のツール部が貫通可能な開口部分を有し、前記溝部は前記開口部分の下方に設けられ、
前記被装着要素のフランジ部の外形が前記開口部分を通過可能な大きさに形成されるとともに、前記スリーブのフランジ部の外形が前記開口部分の縁と当接する大きさに形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の着脱機構。
前記溝部には、前記被装着要素のフランジ部の上下面ともに一部重なるように係止可能な係止凹部が、連続して形成されていることを特徴とする請求項５に記載の着脱機構。
ボール状に形成された前記係止片が、前記筒状体に穿設された孔部に支持されているボールジョイントにより前記装着用要素と前記被装着要素との着脱が行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の着脱機構。
前記機器はロボットのマニピュレータであり、前記交換部材は前記マニピュレータの先端側に着脱自在に取り付けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の着脱装置。
前記交換部材は、摩擦攪拌接合用のチップであることを特徴とする請求項８に記載の着脱装置。