JP3908690B2

JP3908690B2 - 着脱機構

Info

Publication number: JP3908690B2
Application number: JP2003119663A
Authority: JP
Inventors: 啓丸山; 尚範中村; 泰成藤沢
Original assignee: Nitta Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nitta Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP2004322257A

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、着脱作業が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請求項１に記載の着脱機構は、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、装着側係合部と、溝と、を有し、前記被装着要素は、前記装着用要素への装着時に前記装着側係合部に係合する被装着側係合部と、前記装着用要素への装着時に前記溝に嵌合して前記装着用要素と前記被装着要素とを固定するプランジャと、を有し、前記保持器は、前記交換部材を保持して前記交換部材の着脱方向を中心として前記交換部材と共に回転可能に支持される保持部材と、前記保持部材に設けられたストッパと、前記保持部材を支持する支持台側に設けられると共に前記ストッパが当接可能なストッパ受けと、前記保持部材を前記ストッパ受けに対して所定位置に復帰させる付勢手段と、を有し、前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記保持部材に保持される前記交換部材の前記被装着要素に対して前記装着用要素を回転させることなく着脱方向に押し込み、前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係合させることにより前記被装着要素を前記保持部材と共に回転させて前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係止させ、前記被装着要素と前記装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより前記機器に前記交換部材を装着して維持し、前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素に装着された前記交換部材を前記保持部材に保持させて前記機器により前記装着用要素と前記被装着要素とを係止解除方向に回転させ、前記ストッパが前記ストッパ受けに当接して前記保持部材および前記被装着要素の回転が停止してから前記装着用要素のみが回転することにより前記装着側係合部と前記被装着側係合部とが相対回転されて係止が外れ、前記装着側係合部と前記被装着側係合部との係合で前記被装着要素が前記装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより前記機器から前記交換部材を脱抜することを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、装着用要素には装着側係合部を設け、被装着要素には被装着側係合部を設け、保持器には保持部材とストッパとストッパ受けと付勢手段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、保持部材に保持される被装着要素に対して装着用要素を着脱方向に押し込み、装着側係合部と被装着側係合部とを係合させて被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより機器に交換部材を装着して維持することができると共に、装着用要素に装着された交換部材を保持部材に保持させて機器により装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させ、ストッパがストッパ受けに当接して装着用要素のみが回転することにより装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れ、装着側係合部と被装着側係合部との係合で被装着要素が装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより機器から交換部材を脱抜することができる。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、交換部材の装着状態では、装着側係合部と被装着側係合部とが係合して被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定していると共に装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させない限りは装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れないので、交換部材が高速で一方向に回転されるような高速動作条件等の場合であっても、装着用要素と被装着要素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。
また、プランジャが装着用要素と被装着要素とを固定して抜け止めを図るので、交換部材の使用時などでも機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【０００８】
請求項２に記載の着脱機構は、請求項１において、前記装着用要素は略円柱形状であり、前記装着側係合部は、前記装着用要素の外周に前記略円柱形状の軸方向に対して螺旋状に形成された案内溝と、前記案内溝の前記機器側端部に凹状に形成された回転止め部とを有し、前記被装着要素は略円筒形状であり、前記被装着側係合部は、前記被装着要素の内周に突出して設けられたピンから成り、前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記装着用要素が前記被装着要素に押し込まれることで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が回転され、前記ピンが前記回転止め部に係止されることで前記被装着要素と前記装着用要素とが回転方向に位置決めされ、前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素が回転することで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が着脱方向に押し出されることを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、装着側係合部は螺旋状に形成された案内溝と凹状に形成された回転止め部とを有すると共に被装着側係合部はピンから成り、ピンが案内溝に案内されることにより被装着要素が回転されたり押し出される。即ち、装着側係合部に螺旋状の案内溝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被装着要素を相対移動させる構造を容易に実現できる。また、装着側係合部に凹状の回転止め部を設けるという簡易な構造により、回転止め部にピンが係止されて被装着要素と装着用要素とが回転方向に位置決めされトルクの伝達が可能になる。よって、ツール駆動時に交換部材が高速で一方向に回転されると共に、トルクが伝達されるような高速動作条件等の場合であっても、ピンが回転止め部に係合したままの状態が保たれ、機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
請求項３に記載の着脱機構は、請求項１又は２において、前記保持部材は横断面多角形の保持孔を有し、前記被装着要素の前記保持部材に保持される被保持部位は前記保持孔に嵌って相対回転が防止される横断面形状であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、保持部材に設けた横断面多角形の保持孔と被装着要素に設けた被保持部位という簡易な構造により、保持部材に装着した被装着要素と保持部材とを共に回転させる構造を容易に実現できる。
【００１４】
請求項４に記載の着脱機構は、請求項３において、前記保持孔の縁には前記被保持部位の端部を案内するエッジ案内部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向き（位相）が合致していなくても交換部材を保持孔に挿入することによりエッジ案内部が被保持部位の端部を案内するので円滑に挿入することができる。即ち、保持孔の縁にエッジ案内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保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【００１６】
請求項５に記載の着脱機構は、請求項３又は４において、前記保持孔および前記被保持部位の横断面形状は正六角形であることを特徴とする。
【００１７】
この構成によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向きが合致している確率が高い。また、エッジ案内部を有する場合は各エッジ案内部は最大でも６０度の範囲で交換部材を案内すればいいので、エッジ案内部の大きさは小さくても足りる。したがって、機器の簡単な動作だけで保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【００１８】
請求項６に記載の着脱機構は、請求項１〜５において、前記付勢手段は、前記保持部材を両方向に回転可能な中立位置に復帰させることを特徴とする。
【００１９】
この構成によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に挿入して保持させるときに、保持部材が両方向に回転可能なので挿入を円滑に行うことができる。
【００２０】
請求項７に記載の着脱機構は、請求項１〜６において、前記付勢手段は前記保持部材と前記支持台側とを連結する捻りコイルばねであることを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、保持部材をストッパ受けに対して所定位置に復帰させる構造を容易に実現できる。
【００２２】
請求項８に記載の着脱機構は、請求項１〜７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。
【００２３】
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。
【００２４】
請求項９に記載の着脱機構は、請求項８において、前記ハンドは、摩擦攪拌接合用のチップであることを特徴とする。
【００２５】
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。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の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。
【００２７】
（実施形態）
図１は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ハンド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に対して交換部材であるハンド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、マニピュレータ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ハンド１０３側に設けられる被装着要素１２と、ハンド１０３を取り出し自在に保持する保持器１３とを備えている。
【００２８】
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ハンド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、装着しているハンド１０３を脱抜して（取り外して）もとの保持器１３へと戻し、次の作業用のハンド１０３を装着する。マニピュレータ１０２へのハンド１０３の着脱は、マニピュレータ１０２側の装着用要素１１とハンド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を、装着時には上下方向、脱抜時には上下方向および回転方向に移動するようマニピュレータ１０２を動作させることで行われる。
【００２９】
図２〜図７は、着脱機構１の各構成要素を説明する図である。図２は、保持器１３に保持されているハンド１０３とこれに向き合う装着用要素１１を示す斜視図である。図３は、装着用要素１１がハンド１０３をチャックして保持器１３から引き抜いた状態を示す斜視図である。図４は、ハンド１０３を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図をそれぞれ示す。図５は、装着用要素１１を示す正面図である。図６は、保持器１３から保持部材１４と付勢手段１５とを取り外した分解斜視図である。図７は、保持器１３を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した状態を示す中央縦断面図である。
【００３０】
なお、図２〜図７に示す着脱機構１においては、ハンド１０３が摩擦攪拌接合用のチップ（以下、「チップ１０３」という）である場合を例示している。この摩擦攪拌接合（ＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇ）の説明図を図１１に示す。図１１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撹拌し、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、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。
【００３１】
まず、被装着要素１２は、図１、２、４に示すように、保持器１３に保持されいてる状態のチップ１０３の上端側（即ち、摩擦攪拌接合用のツール部１０６とは反対側）に設けられている。この被装着要素１２は、略円筒形状であり、被装着側係合部１６と、プランジャ１７と、被保持部位１８とを備えている。
【００３２】
被装着側係合部１６は、被装着要素１２の装着用要素１１への装着時に装着側係合部１９に係合する。この被装着側係合部１６は、被装着要素１２の内周に突出して設けられたピンから成る。ここでは、１２０度ごとに計３本のピン１６が設けられている。
【００３３】
プランジャ１７は、被装着要素１２が装着用要素１１に装着されたときに後述の装着用要素１１の溝２０に嵌合して、装着用要素１１と被装着要素１２とを固定する。即ち、プランジャ１７のボールが被装着要素１２の内部側に突出することで後述の装着用要素１１の溝２０に嵌合し、被装着要素１２の外部側に退避することで係合が解除されることにより、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。
【００３４】
被保持部位１８は、後述する保持器１３の保持部材１４に保持されるものであり、保持部材１４の保持孔２１に嵌って相対回転が防止される横断面形状とされている。ここでは、被保持部位１８の横断面形状は正六角形である。
【００３５】
つぎに、装着用要素１１は、図１、２、５に示すように、マニピュレータ１０２におけるハンド装着部として設けられ、略円柱形状で、テーパ部２２と、溝２０と、装着側係合部１９とを有する。テーパ部２２がマニピュレータ１０２にチャックされて回転されることで、装着側係合部１９に装着されたチップ１０３が回転される。
【００３６】
溝２０には、被装着要素１２のプランジャ１７が嵌合する。これにより、被装着要素１２を装着用要素１１に着脱可能に固着することができる。
【００３７】
装着側係合部１９は、案内溝２３と、回転止め部２４と、離脱防止部２５とを備えている。案内溝２３は、装着用要素１１の外周に略円柱形状の軸方向に対して螺旋状に形成されている。ここでは、６０度ごとに計６本の案内溝２３が形成されている。回転止め部２４は、案内溝２３のマニピュレータ１０２側端部に凹状に形成されている。回転止め部２４の保持器１３側の縁が離脱防止部２５を形成している。即ち、マニピュレータ１０２にチップ１０３を装着するときは、装着用要素１１が被装着要素１２に押し込まれることでピン１６が案内溝２３に案内されて被装着要素１２が回転され、ピン１６が回転止め部２４に係止されることで被装着要素１２と装着用要素１１とが回転方向に位置決めされる。これにより、装着用要素１１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。さらに、ピン１６が離脱防止部２５に係止して、被装着要素１２が装着用要素１１から自重で抜けることを防止する。また、マニピュレータ１０２からチップ１０３を脱抜するときは、装着用要素１１が回転することでピン１６が案内溝２３に案内されて被装着要素１２が着脱方向に押し出される。
【００３８】
つぎに、保持器１３について説明する。保持器１３は、図１〜３、６、７に示すように、保持部材１４と、ストッパ２６と、ストッパ受け２７と、付勢手段１５と、支持台２８とを有している。
【００３９】
保持部材１４は、チップ１０３を保持してチップ１０３の着脱方向を中心としてチップ１０３と共に回転可能に支持台２８に支持されるものである。保持部材１４は、支持台２８に対してベアリング２９により支持されている。この保持部材１４は、横断面多角形の保持孔２１を有する。この保持孔２１は、被装着要素１２の被保持部位１８が嵌合して相対回転が防止される横断面形状であり、ここでは正六角形であるようにしている。保持孔２１の縁には被保持部位１８の端部を案内するエッジ案内部３０が形成されている。即ち、チップ１０３を脱抜するためにチップ１０３を保持部材１４に保持させるときに、保持孔２１と被保持部位１８との向き（位相）が合致していなくてもチップ１０３を保持孔２１に挿入することによりエッジ案内部３０が被保持部位１８の端部を案内するので円滑に挿入することができる。
【００４０】
ストッパ２６は、保持部材１４に設けられる。ストッパ受け２７は、支持台２８に設けられると共にストッパ２６が当接可能である。付勢手段１５は、保持部材１４をストッパ受け２７に対して所定位置に復帰させるよう付勢する。この付勢手段１５は、保持部材１４と支持台２８側とを連結する捻りコイルバネとしている。この捻りコイルバネの一端は支持台２８に形成された切り欠き部２８ａに係合され、他端は保持部材１４に形成された係合孔１４ａに挿入される。また、この付勢手段１５は、保持部材１４を両方向に回転可能な中立位置に復帰させる。即ち、保持部材１４が中立位置にあるときは、ストッパ２６はストッパ受け２７に当接しておらず、保持部材１４はいずれの方向へも回転可能になっている（図７（Ａ）参照）。
【００４１】
支持台２８はブロック状で、上部支持台３１と下部支持台３２とから成る。さらに、支持台２８の上面には、Ｌ字アングル等によって近接センサが設けられている（図示せず）。この近接センサは、保持部材１４に保持されたチップ１０３を検出するものとしている。よって、この近接センサにより、保持部材１４にチップ１０３が保持されているか否かを検出することができる。
【００４２】
なお、図２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。
【００４３】
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および図２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において保持部材１４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１０３上に移動させる。このとき、保持部材１４は、付勢手段１５により中立位置に維持されている。
【００４４】
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、装着用要素１１が被装着要素１２に押し込まれることで、被装着要素１２のピン１６が装着用要素１１の案内溝２３に案内されて被装着要素１２が回転される。被装着要素１２は保持部材１４と共に付勢手段１５に抗して回転される。そして、ピン１６が回転止め部２４に係止されることで被装着要素１２と装着用要素１１とが回転方向に位置決めされる。これにより、装着用要素１１から被装着要素１２へのトルクの伝達が可能になる。また、被装着要素１２のプランジャ１７が装着用要素１１の溝２０に入り込むこと、あるいは被装着要素１２のピン１６が装着用要素１１の離脱防止部２５に係止することにより、被装着要素１２と装着用要素１１とを着脱方向に容易に離脱しないよう固定することができる。よって、マニピュレータ１０２にチップ１０３を装着して維持することができる。
【００４５】
そして、装着用要素１１およびチップ１０３をそのまま真っ直ぐ上方に移動するようにマニピュレータ１０２を動作させる。被保持部位１８が保持部材１４から抜け出すと、保持部材１４は付勢手段１５により中立位置に復帰される。そして、図３に示すように、チップ１０３が保持器１３から外されることにより、装着動作が完了する。
【００４６】
このように、着脱機構１においては、プランジャ１７と溝２０とにより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、ピン１６と回転止め部２４と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１０３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。
【００４７】
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を空いている所定の保持器１３の上方に移動させる。
【００４８】
そして、チップ１０３の先端を保持部材１４に挿入するよう下降動作を行い、被保持部位１８を保持部材１４に当接させる。このとき、保持部材１４の保持孔２１と被保持部位１８との向きが合致していなくても、エッジ案内部３０が被保持部位１８の端部を案内し、保持部材１４を中立位置から回転させながら円滑に挿入することができる。
【００４９】
そして、被保持部位１８を保持孔２１にある程度の深さだけ入れたら、最下位置に達する前にマニピュレータ１０２の下降動作を停止する。ここで、装着用要素１１を解除方向（通常の動作方向とは反対方向）に回転させる。これにより、装着用要素１１と、被装着要素１２と、保持部材１４とが解除方向に回転される。そして、保持部材１４のストッパ２６がストッパ受け２７に当接して回転不能になる。さらに、装着用要素１１が回転されることにより、ピン１６が案内溝２３に案内されて被装着要素１２が着脱方向に押し出される。この押し出し力がプランジャ１７と溝２０との固定力に打ち勝って被装着要素１２が装着用要素１１から外れる。これにより、マニピュレータ１０２からチップ１０３が脱抜され、脱抜動作が完了する。
【００５０】
上述したように、着脱機構１によると、装着側係合部１９に螺旋状の案内溝２３を設けると共に被装着側係合部１６をピンにするという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで被装着要素１２を着脱する構造を容易に実現できる。
【００５１】
（参考例）
次に、参考例に係る着脱機構２について説明する。この着脱機構２も本発明の着脱機構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、装着側係合部１９と被装着側係合部１６との構成が異なっている。図８は、着脱機構２における装着用要素１１を示す斜視図であり、図９は、着脱機構２における被装着要素１２を示す斜視図である。また、図１０は、保持器１３と被装着要素１２と装着用要素１１とを示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した状態を示す中央縦断面図である。なお、着脱機構２の説明においては、図８〜１０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。
【００５２】
装着用要素１１の装着側係合部１９と被装着要素１２の被装着側係合部１６とは、スプライン形状で、ラチェット機構を構成している。即ち、装着用要素１１と被装着要素１２とを接近させるとこれらが相対回転すると共に、更に近接させると相対回転することなく嵌合することができる。この構成により、この着脱機構２によっても着脱機構１と同様に、装着用要素１１を直線運動させるだけでチップ１０３を装着することができると共に、装着用要素１１の直線運動と回転運動のみでチップ１０３を脱抜することができるようになる。
【００５３】
上述したように、着脱機構２によると、装着側係合部１９と被装着側係合部１６とをラチェット機構にするという簡易な構造により、機器の簡単な動作だけで被装着要素１２を着脱する構造を容易に実現できる。
【００５４】
以上が、本発明の実施形態に係る着脱機構１の説明であり、これら実施形態に係る着脱機構１によると、簡易な構造であるとともに、マニピュレータ１０２（機器）の動作だけで着脱可能であり、安定してチップ１０３（交換部材）の装着状態を維持できる着脱機構１が得られる。
【００５５】
また、マニピュレータ１０２は装着用要素１１を鉛直方向の運動および回転運動させるだけでチップ１０３の着脱が可能になるので、多大なモーメントの掛かる水平移動を行う必要が無くロボット１０１の寿命を延ばすことができる。
【００５６】
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。
【００５７】
（１）ロボット１０１のマニピュレータ１０２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１は、広く適用可能である。
【００５８】
（２）保持部材１４の保持孔２１および被保持部位１８の横断面形状は正六角形に限らず、例えば正方形や正八角形でも良い。保持器１３の付勢手段１５は捻りコイルばねに限らず、圧縮あるいは引っ張りコイルバネや巻き板バネなどであっても良い。また、付勢手段１５は保持部材１４を両方向に回転可能な中立位置に復帰させることには限らず、ストッパ２６がストッパ受け２７に当接した状態に復帰させて保持部材１４が一方向のみに回転するようにしても良い。この場合は、エッジ案内部３０が保持部材１４を回転可能な方向のみに案内するようにする。
【００５９】
（３）装着側係合部１９と被装着側係合部１６とは案内溝２３とピン１６との組み合わせやラチェット機構に限らず、その他の構成であっても良い。
【００６０】
（４）実施形態に係る着脱機構１においては、離脱防止部２５は無くても良い。この場合でも、プランジャ１７と溝２０とが被装着要素１２と装着用要素１１との離脱防止を図る。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、装着用要素には装着側係合部を設け、被装着要素には被装着側係合部を設け、保持器には保持部材とストッパとストッパ受けと付勢手段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、保持部材に保持される被装着要素に対して装着用要素を着脱方向に押し込み、装着側係合部と被装着側係合部とを係合させて被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより機器に交換部材を装着して維持することができると共に、装着用要素に装着された交換部材を保持部材に保持させて機器により装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させ、ストッパがストッパ受けに当接して装着用要素のみが回転することにより装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れ、装着側係合部と被装着側係合部との係合で被装着要素が装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより機器から交換部材を脱抜することができる。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、交換部材の装着状態では、装着側係合部と被装着側係合部とが係合して被装着要素と装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定していると共に装着用要素と被装着要素とを係止解除方向に回転させない限りは装着側係合部と被装着側係合部との係止が外れないので、交換部材が高速で一方向に回転されるような高速動作条件等の場合であっても、装着用要素と被装着要素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。
また、プランジャが装着用要素と被装着要素とを固定して抜け止めを図るので、交換部材の使用時などでも機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【００６２】
また、機器は装着用要素を鉛直方向の運動および回転運動させるだけで交換部材の着脱が可能になるので、多大なモーメントの掛かる水平移動を行う必要が無く機器の寿命を延ばすことができる。
【００６３】
請求項２の発明によると、装着側係合部は螺旋状に形成された案内溝と凹状に形成された回転止め部とを有すると共に被装着側係合部はピンから成り、ピンが案内溝に案内されることにより被装着要素が回転されたり押し出される。即ち、装着側係合部に螺旋状の案内溝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被装着要素を相対移動させる構造を容易に実現できる。また、装着側係合部に凹状の回転止め部を設けるという簡易な構造により、回転止め部にピンが係止されて被装着要素と装着用要素とが回転方向に位置決めされトルクの伝達が可能になる。よって、ツール駆動時に交換部材が高速で一方向に回転されると共に、トルクが伝達されるような高速動作条件等の場合であっても、ピンが回転止め部に係合したままの状態が保たれ、機器と交換部材との装着状態を安定して維持することができる。
【００６４】
【００６５】
請求項３の発明によると、保持部材に設けた横断面多角形の保持孔と被装着要素に設けた被保持部位という簡易な構造により、保持部材に装着した被装着要素と保持部材とを共に回転させる構造を容易に実現できる。
【００６６】
請求項４の発明によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向き（位相）が合致していなくても交換部材を保持孔に挿入することによりエッジ案内部が被保持部位の端部を案内するので円滑に挿入することができる。即ち、保持孔の縁にエッジ案内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保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【００６７】
請求項５の発明によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に保持させるときに、保持孔と被保持部位との向きが合致している確率が高い。また、エッジ案内部を有する場合は各エッジ案内部は最大でも６０度の範囲で交換部材を案内すればいいので、エッジ案内部の大きさは小さくても足りる。したがって、機器の簡単な動作だけで保持孔と被保持部位との向きを合致させて嵌合させる構造を容易に実現できる。
【００６８】
請求項６の発明によると、交換部材を脱抜するために交換部材を保持部材に挿入して保持させるときに、保持部材が両方向に回転可能なので挿入を円滑に行うことができる。
【００６９】
請求項７の発明によると、保持部材をストッパ受けに対して所定位置に復帰させる構造を容易に実現できる。
【００７０】
請求項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。
【００７１】
請求項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】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】図１に示す着脱機構の保持器にマニピュレータのハンドが保持されている様子を示す斜視図である。
【図３】図１に示す着脱機構によりハンドを保持器から引き抜いた様子を示す斜視図である。
【図４】図１に示す着脱機構のハンドを示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図をそれぞれ示す。
【図５】図１に示す着脱機構の装着用要素を示す正面図である。
【図６】図１に示す着脱機構の保持器から保持部材と付勢手段とを取り外した分解斜視図である。
【図７】図１に示す着脱機構の保持器を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した状態を示す中央縦断面図である。
【図８】参考例に係る着脱機構の装着用要素を示す斜視図である。
【図９】参考例に係る着脱機構の被装着要素を示す斜視図である。
【図１０】参考例に係る着脱機構の保持器と被装着要素と装着用要素とを示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線で切断した状態を示す中央縦断面図である。
【図１１】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着脱機構
１１装着用要素
１２被装着要素
１３保持器
１４保持部材
１５付勢手段
１６装着側係合部
１９被装着側係合部
２１保持孔
２６ストッパ
２７ストッパ受け
１０１ロボット
１０２マニピュレータ（機器）
１０３チップ（交換部材）

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、装着側係合部と、溝と、を有し、
前記被装着要素は、前記装着用要素への装着時に前記装着側係合部に係合する被装着側係合部と、前記装着用要素への装着時に前記溝に嵌合して前記装着用要素と前記被装着要素とを固定するプランジャと、を有し、
前記保持器は、前記交換部材を保持して前記交換部材の着脱方向を中心として前記交換部材と共に回転可能に支持される保持部材と、前記保持部材に設けられたストッパと、前記保持部材を支持する支持台側に設けられると共に前記ストッパが当接可能なストッパ受けと、前記保持部材を前記ストッパ受けに対して所定位置に復帰させる付勢手段と、を有し、
前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記保持部材に保持される前記交換部材の前記被装着要素に対して前記装着用要素を回転させることなく着脱方向に押し込み、前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係合させることにより前記被装着要素を前記保持部材と共に回転させて前記装着側係合部と前記被装着側係合部とを係止させ、前記被装着要素と前記装着用要素とを着脱方向に離脱しないよう固定することにより前記機器に前記交換部材を装着して維持し、
前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素に装着された前記交換部材を前記保持部材に保持させて前記機器により前記装着用要素と前記被装着要素とを係止解除方向に回転させ、前記ストッパが前記ストッパ受けに当接して前記保持部材および前記被装着要素の回転が停止してから前記装着用要素のみが回転することにより前記装着側係合部と前記被装着側係合部とが相対回転されて係止が外れ、前記装着側係合部と前記被装着側係合部との係合で前記被装着要素が前記装着用要素に対して着脱方向に押されて離脱されることにより前記機器から前記交換部材を脱抜することを特徴とする着脱機構。
前記装着用要素は略円柱形状であり、前記装着側係合部は、前記装着用要素の外周に前記略円柱形状の軸方向に対して螺旋状に形成された案内溝と、前記案内溝の前記機器側端部に凹状に形成された回転止め部とを有し、
前記被装着要素は略円筒形状であり、前記被装着側係合部は、前記被装着要素の内周に突出して設けられたピンから成り、
前記機器に前記交換部材を装着するときは、前記装着用要素が前記被装着要素に押し込まれることで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が回転され、前記ピンが前記回転止め部に係止されることで前記被装着要素と前記装着用要素とが回転方向に位置決めされ、
前記機器から前記交換部材を脱抜するときは、前記装着用要素が回転することで前記ピンが前記案内溝に案内されて前記被装着要素が着脱方向に押し出されることを特徴とする請求項１に記載の着脱機構。
前記保持部材は横断面多角形の保持孔を有し、前記被装着要素の前記保持部材に保持される被保持部位は前記保持孔に嵌って相対回転が防止される横断面形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の着脱機構。
前記保持孔の縁には前記被保持部位の端部を案内するエッジ案内部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の着脱機構。
前記保持孔および前記被保持部位の横断面形状は正六角形であることを特徴とする請求項３又は４に記載の着脱機構。
前記付勢手段は、前記保持部材を両方向に回転可能な中立位置に復帰させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の着脱機構。
前記付勢手段は前記保持部材と前記支持台側とを連結する捻りコイルばねであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の着脱機構。
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請求項１〜７のいずれか１項に記載の着脱機構。
前記ハンドは、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に記載の着脱機構。