JP6755441B2 - ツール交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、ツール交換装置に関する。

ツール交換装置は、例えばロボットのアームに種々のツールを交換して取り付けるためのものである。このようなツール交換装置は、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等に取り付けられるマスタプレートと、ツール側に取り付けられるツールプレートとを有している。このマスタプレート及びツールプレートが互いに係脱される係止部及び被係止部をそれぞれ備え、操作によって着脱できるよう設けられ、この着脱によってロボットは種々のツールに交換することができる。このようなツール交換装置としては、係止部として複数のボールが設けられ、このボールの出退によって上記着脱がなされるものが公知である（特開２０１５−４４９号公報参照）。

この公報所載のロボットアーム用ツール交換装置にあっては、ツールプレートが上面に差込凹部を有し、マスタプレートがこの差込凹部に差し込み可能な筒状部を有している。このマスタプレートは、上記筒状部を有するプレート本体を有し、このプレート本体にはシリンダ室が形成されている。また、上記複数のボールは、上記筒状部の軸と垂直方向に出退可能に筒状部に保持されている。上記マスタプレートは、上記シリンダ室を加圧することで上記筒状部の軸方向に筒状部内をツールプレート側に移動するピストン部材を有している。そして、このピストン部材の移動によって上記複数のボールは筒状部の軸と垂直方向外側に移動する。上記ツールプレートは、上記差込凹部に上記筒状部を差し込んだ状態で複数のボールが出退することで複数のボールと係脱される被係止部を有している。

上記ツール交換装置にあっては、ツールプレートの着動作を行う際、まず上記差込凹部に上記筒状部を差し込む。そして、この状態でシリンダ室を加圧することで、ピストン部材がツールプレート側に移動し、複数のボールが筒状部の軸と垂直方向の外側に押し出される。このように筒状部の側面の外側に押し出されたボールは、ツールプレートの被係止部に係止され、これによりマスタプレートにツールプレートが連結される。そして、この連結状態において、ロボットアームに装着されたツールによって所望の作業がなされる。上述のようなツールプレートの着動作におけるシリンダ室の加圧は、例えば工場のエア供給装置等によってなされ、このエア供給装置からエア供給管を介して上記シリンダ室にエアが供給される。一方、ツールプレートの脱動作を行う際には、シリンダ室の反対側の室を加圧することで、ピストン部材が上方に移動し、複数のボールの筒状部側面の内側への移動が許容されることで、上記被係止部との係止が解除される。

マスタプレートとツールプレートとが連結され、ツールによる作業を行っている場合等にあっては、ツールの自重等によってツールプレートにはマスタプレートから離脱する方向の力が作用する。この離脱方向の力は、上記ボールを介して上記ピストン部材をマスタプレート側へ押し戻す方向の力となって伝達される。このようにピストン部材に伝達される力（以下、離脱方向の力ということがある）に対して、ピストン部材にはシリンダ室の圧力によるツールプレート側への押圧力（以下、連結維持方向の力ということがある）が作用することで、ピストン部材の上方への移動が規制され、マスタプレートとツールプレートとの連結状態が維持される。

特開２０１５−４４９号公報

しかしながら、上記離脱方向の力に比べて上記連結維持方向の力が弱いと、ピストン部材がマスタプレート側に移動してしまい、十分な連結状態が維持できない。上記連結維持方向の力を強くするために、シリンダ室の圧力を高める手法が考えられるが、工場のエア供給装置等から供給される圧力には限界があり、またシリンダ室を高圧に耐えられるものとすると装置全体が高額化するおそれもある。また、上記連結方向の力を強くするために、ピストン部材の受圧面積を広くする手法も考えられるが、ピストン部材の幅が大きくなることで装置全体の幅及び重量が大きくなり、取り扱いや操作性が悪くなるおそれがある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、コスト増大及び装置の幅の大型化を抑制しつつ、マスタプレートへのツールプレートの連結状態において係止部の係止状態を維持する往復動体の押圧力を十分に確保できると共に、確実に連結状態を維持することができるツール交換装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、互いに係脱される係止部及び被係止部をそれぞれ備えるマスタプレート及びツールプレートを備え、上記マスタプレートが、シリンダ室、及び上記シリンダ室の圧力によって往復動し、この往復動によって上記係止部を被係止部に係止させる往復動体を備えるツール交換装置であって、上記マスタプレートが、上記シリンダ室と区画される補助シリンダ室、及びこの補助シリンダ室の圧力によって上記往復動体を上記係止部の係止状態側に押圧するロッド部を有する補助往復動体をさらに備えることを特徴とする。

当該ツール交換装置にあっては、往復動体が係止部の係止状態側に移動することで、マスタプレートへのツールプレートの連結状態が得られる。当該ツール交換装置は、マスタプレートが、シリンダ室と区画される補助シリンダ室と、この補助シリンダ室の圧力によって上記往復動体を上記係止部の係止状態側に押圧するロッド部を有する補助往復動体とをさらに備えているので、上記ツールプレートの連結状態を維持する押圧力を上記補助シリンダ室及び補助往復動体によって十分に得ることができる。つまり、上記連結状態において往復動体に係止部の係止解除側への力が作用しても、往復動体は、シリンダ室の圧力によって係止状態側に押圧されていると共に、補助シリンダ室の圧力を受ける補助往復動体によって係止状態側に押圧される。このため、係止部の係止状態を維持する往復動体の押圧力をシリンダ室のみならず補助シリンダ室の圧力によって十分に確保できる。このように当該ツール交換装置は、十分な押圧力の確保のために往復動体の受圧面積を必ずしも広くする必要がないので、装置の幅の大型化を抑制でき、マスタプレートとツールプレートとの連結性に優れる。また、当該ツール交換装置は、従来のシリンダ圧と同程度の圧力であっても上述のように十分な押圧力が確保できるので、シリンダ室を高圧に対応できるよう設ける必要性が必ずしもなく、コスト増大を抑制できる。

上記ロッド部は、上記シリンダ室と補助シリンダ室とを連通する連通路を有することが好ましい。このようにシリンダ室と補助シリンダとが補助往復動体のロッド部の連通路によって連通することで、シリンダ室又は補助シリンダ室の一方の圧力の調整を行うことで他方の圧力の調整も行うことができる。

上記マスタプレートは、上記補助シリンダ室の内周壁を構成する凹部が形成された第１部材と、この第１部材のツールプレート側に固定され、上記シリンダ室の内周壁を構成する凹部が形成された第２部材とを備えることが好ましい。これにより、上記第２部材として従来のマスタプレートを利用することができ、コスト増大の抑制を図ることができる。また、この第２部材のツールプレートが装着される反対側に上記第１部材を固定することによって当該ツール交換装置が構成されるため、装置の幅の大型化を抑制することができる。

上記第１部材は、上記シリンダ室のピストン対向壁を構成すると共に上記ロッド部が気密に摺動する摺動孔が形成された区画壁を有し、上記第２部材に固定され、上記補助シリンダ室のピストン対向壁を構成する区画板をさらに備えると良い。これにより、第２部材の凹部及び第１部材の区画壁によってシリンダ室を気密状態とし、第１部材の凹部及び区画板によって補助シリンダ室を気密状態とすることができる。

上記ツールプレートは、ツール装着側の反対側に差込凹部を有し、上記マスタプレートが上記差込凹部に差し込み可能な筒状部を有し、上記係止部は、上記往復動体の往復動によって上記筒状部の軸と垂直方向に出退可能に保持される係止部から構成され、上記被係止部が、上記筒状部を差込凹部に差し込んだ状態で軸と垂直方向に進出した上記係止部により係止されることが好ましい。当該ツール交換装置は、上記構成を採用することで、ツールプレートの差込凹部にマスタプレートの筒状部を差し込み、この状態でシリンダ室及び補助シリンダ室の圧力を制御することで、往復動体が係止状態側に移動する。そして、この往復動体の移動によって、複数の係止部が筒状部の軸と垂直方向外側に移動し、ツールプレートの被係止部を係止することで、マスタプレートへのツールプレートの連結状態が得られる。このツールプレートの連結状態において、ツールプレートが離脱するような力が作用すると、この力が上記係止部を介して往復動体に伝達されるが、上述のようにシリンダ室及び補助シリンダ室の圧力によって係止状態を維持するための十分な押圧力が往復動体に作用しているので、係止部の筒状部内側への移動を確実に規制することができる。

以上説明したように、本発明のツール交換装置は、コスト増大及び装置の幅の大型化を抑制しつつ、マスタプレートへのツールプレートの連結状態において係止部の係止状態を維持する往復動体の押圧力を十分に確保できると共に、確実に連結状態を維持することができる。

本発明の一実施形態のツール交換装置のツールプレートの離脱状態の概略的断面側面図である。 図１のツール交換装置のツールプレートの連結直前の状態の概略的断面側面図である。 図１のツール交換装置のツールプレートの連結状態の概略的断面側面図である。 図１のツール交換装置の補助ピストン部材のロッド部材の概略的斜視図である。 図１と異なる実施形態のツール交換装置のツールプレートの連結前の状態の概略的断面側面図である。 図５のツール交換装置のツールプレートの連結状態の概略的断面側面図である。

〈ツール交換装置〉
本発明の一実施形態である図１〜図３のツール交換装置は、上面に差込凹部２を有するツールプレート１と、上記差込凹部２に差し込み可能な筒状部５を有し、上記ツールプレート１を着脱可能に連結するマスタプレート４とを備える。このマスタプレート４及びツールプレート１は、互いに係脱される係止部である複数のボール６及び被係止部７をそれぞれ備え、上記複数のボール６及び被係止部７の係脱によってマスタプレート４にツールプレート１が着脱可能に連結される。

上記マスタプレート４は、例えばロボットアーム（図示省略）に装着され、上記ツールプレート１にはツール（図示省略）が装着され、マスタプレート４とツールプレート１とが操作によって着脱されることでロボットアームは種々のツール（ツールプレート１）を交換して装着できる。

上記マスタプレート４は、主シリンダ室８と、この主シリンダ室８の圧力によって往復動し、この往復動によって上記複数のボール６を被係止部７に係止させる往復動体である主ピストン部材９と、上記主シリンダ室８と区画される補助シリンダ室１０と、この補助シリンダ室１０の圧力によって上記主ピストン部材９を上記ボール６の係止状態側に押圧するロッド部１３を有する補助往復動体である補助ピストン部材１１とを備えている。つまり、当該ツール交換装置にあっては、主ピストン部材９をツールプレート１側に押圧する補助ピストン部材１１を有し、この補助ピストン部材１１の受圧面が主ピストン部材９との受圧面と略同面積であるので、主ピストン部材９のみからなる場合に比べてマスタプレート４とツールプレート１との連結力（連結を維持する力）を略倍増させることができる。

具体的には、上記マスタプレート４は、上記補助シリンダ室１０の内周壁を構成する凹部が形成された第１部材１５と、上記主シリンダ室８の内周壁を構成する凹部が形成された第２部材１７とを有している。上記第１部材１５及び上記第２部材１７は、主シリンダ室８の気密を保つように、例えばボルトやネジを用いて離脱可能に固定される。

上記第１部材１５は、上記主シリンダ室８のピストン対向壁を構成する区画壁１６を有する。この区画壁１６には、後述する補助ピストン部材１１のロッド部１３が気密に摺動する摺動孔が形成されている。

また、上記マスタプレート４は、上記第１部材１５に離脱可能に固定され、上記補助シリンダ室１０のピストン対向壁を構成する区画板２０をさらに備えている。この実施形態では、上記補助シリンダ室１０のピストン対向壁を構成するために上記区画板２０を備えているが、補助シリンダ室１０が気密に保つことができるように第１部材１５及び／又はマスタプレート４の被装着体が構成されている場合（例えば、ロボットアームと第１部材１５とが接する部分にオーリングを設ける等）、該区画板２０は省略することも可能である。

上記第２部材１７は、上述のように主シリンダ室８の内周壁を構成する凹部の形成された第１筒状体１８と、この第１筒状体１８の下部に固定される第２筒状体１９とを有している。なお、第１筒状体１８及び第２筒状体１９は略円筒状に設けられている。

上記第１筒状体１８の下面には、第２筒状体１９の装着される段部が設けられている。この段部には、上記第２筒状体１９が固定される。上記第２筒状体１９は、上記段部に嵌着される鍔部と、この鍔部から図の下方に突出する筒状部５とを有している。このため、上記筒状部５は、上記第１筒状体１８より下方に突出するように設けられる。また、第２筒状体１９は、後述する主ピストン部材９のロッド部２５を挿通する挿通穴が形成されている。

また、上記マスタプレート４及びツールプレート１は、連結状態において互いに当接する当接面４ａ，１ａを有している。具体的には、上記第１筒状体１８の下面及び上記第２筒状体１９の鍔部の下面が、面一に設けられ当接面４ａを構成し、連結状態においてツールプレート１の上面である当接面１ａに当接する（図３参照）。

上記筒状部５には、上記ボール６を保持する複数の保持穴が軸と垂直方向に穿設されている。この保持穴は、ボール６を筒状部５の側面から出退可能に保持している。なお、前記保持穴の径はボール６の径よりも小さく設けられ、ボール６が筒状部５の外側に離脱することを規制している。

上記主ピストン部材９は、上記主シリンダ室８の圧力によって上記第２部材１７内を往復動可能に取付けられている。この主ピストン部材９の一部が上記筒状部５内を往復動することによって、上記複数のボール６は筒状部５の側面から出退する。

具体的には、上記主ピストン部材９は、主シリンダ室８の圧力を受け主シリンダ室８を摺動する板状の受圧面部２４と、この受圧面部２４から図の下方に向けて突設され上記第２筒状体１９の挿通穴に挿入されるロッド部２５と、このロッド部２５の先端（下端）に固着されるカム部２６とを有している。このカム部２６は、側面が上記ボール６に当接し、ボール６の筒状部５内側への移動が規制される。

上記カム部２６は、主ピストン部材９が上端に位置する際にボール６の外面が筒状部５の外面より内側に移動することを許容し、ボール６の筒状部５から内側に脱落することを防止している（図１参照）。

また、カム部２６の側面は、図の下方に従って内側に傾斜した傾斜面とされており、主ピストン部材９の下方への移動によってボール６が外側に押し出され、ボール６と被係止部７との係止状態が得られる。ここで、カム部２６の側面は、傾斜角の異なる二つの傾斜面を有している。二つの傾斜面の筒状部５の軸方向とのなす角度は、下方の傾斜面の方が大きく、続く上方の傾斜面の方が小さい。上記主ピストン部材９が上端に位置した状態（図１参照）から下方に移動することで、上記傾斜の大きな面がボール６に当接して図２に示すようにボール６を軸と垂直方向外側に押し出し、その後、主ピストン部材９が下端に至ると、上記傾斜の小さな面がボール６の軸と垂直方向内側への移動を規制している（図３参照）。このように、ツールプレート１との連結状態においてボール６に当接するカム部２６の傾斜面が、筒状部５の軸方向とのなす角度が小さい、すなわちボール６の出退方向とのなす角度が大きいため、ボール６の不用意な内側への移動をより確実に規制することができる。

上記ツールプレート１は、上記差込凹部２に上記筒状部５を差し込んだ状態で複数のボール６が出退することで複数のボール６と係脱される被係止部７を有している。

上記被係止部７は、上記マスタプレート４の当接面４ａ，及びツールプレート１の当接面１ａが隙間をもって対向している状態で上記複数のボール６が筒状部５から外側に進出された際に複数のボール６の上部に当接する天面７ａを有し、上記天面７ａに当接するボール６をさらに外側に進出させた際に上記当接面４ａ，１ａが互いに当接するよう設けられている。具体的には、上記差込凹部２の径が、図の上方よりも下方に従って大きくなるように傾斜した上記天面７ａが形成されている。より具体的に説明すると、上記筒状部５が差込凹部２に差し込まれ、上記当接面４ａ，１ａ同士が所定の隙間をもって配された状態で、主ピストン部材９の移動によってボール６が外側に押し出された際に天面７ａとボール６とが図２に示すように当接し、この状態からさらにボール６が外側に出ることで、天面７ａに沿ってボール６が移動し、相対的にツールプレート１がマスタプレート４側に引き寄せられ、図３に示すツールプレート１の連結状態が得られる。

上記補助ピストン部材１１は、上記補助シリンダ室１０の圧力によって上記筒状部５の軸方向に沿って往復動可能に上記第１部材１５に取付けられている。この補助ピストン部材１１は、補助シリンダ室１０の圧力を受け補助シリンダ室１０を摺動する板状の受圧面部１２と、この受圧面部１２から図の下方に向けて突設されるロッド部１３とを有している。この補助ピストン部材１１のロッド部１３は、上述のように第１部材１５の区画壁１６の摺動孔を貫通し、先端が主シリンダ室８に至ることができるよう設けられている。そして、この補助ピストン部材１１のロッド部１３の先端が、図３に示すようにツールプレート１の連結状態において上記主ピストン部材９の受圧面部２４の上面（受圧面）に当接するよう設けられている。

また、上記補助ピストン部材１１のロッド部１３は、上記主シリンダ室８と補助シリンダ室１０とを連通する連通路１４を有している。このため、主シリンダ室８を加圧した際にこの連通路１４を介して連通される補助シリンダ室１０も加圧される。

上記ロッド部１３の連通路１４は、補助ピストン部材１１の受圧面から先端まで貫通して設けられている。また、ロッド部１３には、連通路１４の先端側で連通路１４から側方に向けて穿設された複数のスリット１４ａが形成されている（図４参照）。このスリット１４ａは、ロッド１３の先端が主ピストン部材９に当接した状態においても補助シリンダ室１０と主シリンダ室８との連通状態を維持する。このスリット１４ａの上端は、補助ピストン部材１１が最上端に位置した際、補助シリンダ室１０の反対側の室に連通しないように第１部材１５の区画壁１６によって閉塞される位置に形成されている（図１参照）。

当該ツール交換装置は、主シリンダ室８に流体を供給するための流通路２１が形成されている。具体的には、この流通路２１は、上記第２部材１７に形成されている。また、上記流通路２１には、工場内のエア供給装置（図示省略）に電磁弁（図示省略）を介して接続されている。

さらに、マスタプレート４には、上記主ピストン部材９の受圧面部２４と第２筒状体１９との間の室の流体を排出する第２の流通路２２が設けられている。また、マスタプレート４には、上記補助ピストン部材１１の受圧面部１２と区画壁１６との間の室の流体を排出する第３の流通路２３が設けられている。この第２の流通路２２及び第３の流通路２３は、主ピストン部材９及び補助ピストン部材１１がボール６の係止状態側に移動した際（図１から図２の状態、及び図２から図３の状態となる際）に上記室のエアを排出する。なお、主ピストン部材９及び補助ピストン部材１１がボール６の係止解除側に移動させる際（図３から図２の状態、及び図２から図１の状態となる際）には、第２の流通路２２を介して上記室へエアを流入する。ここで、上記第２の流通路２２も上記電磁弁に接続されている（図示省略）。なお、第３の流通路２３も電磁弁に接続することも可能であるが、外気に開放されていても良い。

〈動作方法〉
次に、当該ツール交換装置の動作方法について説明する。

当該ツール交換装置は、マスタプレート４の当接面４ａとツールプレート１の当接面１ａとが隙間をもって対面した状態（図２参照）とし、主シリンダ室８にエアを供給する。

上述のように主シリンダ室８の圧力によって主ピストン部材９が下方に移動し、主シリンダ室８のエアが補助ピストン部材１１の連通路１４を介して補助シリンダ室１０に流入する。主ピストン部材９が下方に移動することで、カム部２６に当接するボール６が筒状部５の外側に押し出され、天面７ａに当接することでツールプレート１がマスタプレート４側に引き寄せられ、当接面４ａ，１ａ同士が当接し、ツールプレート１とマスタプレート４との連結状態が得られる（図３参照）。

上記連結状態を解除するにあたっては、第２の流通路２２を介して主シリンダ室８の反対側の室（主ピストン部材９の受圧面部２４と第２筒状体１９との間の室）にエアを供給することで主ピストン部材９が図の上方に移動する。この主ピストン部材９の上方移動によって、補助ピストン部材１１が上方に移動する。この補助ピストン部材１１の上方移動によって、第３の流通路２３を介して補助シリンダ室１０の反対側の室（補助ピストン部材１１の受圧面部１２と区画壁１６との間の室）にエアが流入する。また、補助ピストン部材１１の上方移動によって、補助シリンダ室１０のエアが補助ピストン部材１１の連通路１４を介して主シリンダ室８に流入する。主ピストン部材９の上方移動によって、主シリンダ室８のエアは流通路２１を介して排出される。なお、この連結状態の解除にあっては、流通路２１から主シリンダ室８内のエアを強制的に排出するよう構成することも可能である。

〈利点〉
当該ツール交換装置にあっては、マスタプレート４へのツールプレート１の連結状態において、主ピストン部材９にボール６の係止解除側への力が作用しても、主ピストン部材９は、主シリンダ室８の圧力によって下方に押圧されていると共に、補助シリンダ室１０の圧力を受ける補助ピストン部材１１によって下方側に押圧されている。このため、主シリンダ室８のみならず補助シリンダ室１０の圧力によってボール６の係止状態を維持する主ピストン部材９の押圧力を十分に確保できる。

このように当該ツール交換装置は、十分な押圧力の確保のために主ピストン部材９自体の受圧面積を必ずしも広くする必要がないので、ピストン部材の幅方向の大型化を抑制できる。

また、当該ツール交換装置は、従来の装置におけるシリンダ圧と同程度の圧力であっても、上述のように十分な押圧力が確保できるので、シリンダ室を高圧に対応できるよう設ける必要性が必ずしもなく、コスト増大を抑制できる。

さらに、上記補助シリンダ室１０の内周壁を構成する凹部が形成された第１部材１５を、上記主シリンダ室８の内周壁を構成する凹部が形成された第２部材１７に離脱可能に固定するものであるので、従来のマスタプレートを利用することができ、かつ、流通路もそのまま利用できるため、コスト増大の抑制をさらに図ることができる。また、第２部材１７の天面（図の上方）に上記第１部材１５を固定することによって当該ツール交換装置が構成されるため、当該ツール交換装置の幅の大型化をより抑制することができる。

〈その他の実施形態〉
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。

上記実施形態にあっては、主ピストン部材９と補助ピストン部材１１とがそれぞれ別体で設けられているものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば主ピストン部材９と補助ピストン部材１１とが一体的に固着されているものも採用可能である。

上記実施形態においては、補助ピストンのロッド部１３に主シリンダ室８と補助シリンダ室１０とを連通する連通路１４を形成したものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、主シリンダ室８及び補助シリンダ室１０が連通されておらず、主シリンダ室８及び補助シリンダ室１０それぞれに流体を供給する流通路を設けることも可能である。

また、主シリンダ室８及び補助シリンダ室１０を連通させた場合にあっても、上記実施形態のように流通路２１により主シリンダ室８に流体を供給するものに限定されるものではない。例えば、第１部材１５に設けられる流通路２７によって図５及び図６に示すように補助シリンダ室１０に流体を供給するよう設けることも可能である。なお、図５及び図６において、上記実施形態と同一構成のものについて同様の符号を用いている。

また、上記実施形態にあっては、ツールの連結状態を解除する際に主シリンダ室８の反対側の室にエアを供給するものについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、主ピストン部材と補助ピストン部材とが一体的に設けられている場合には補助シリンダ室の反対側の室に流体を供給することで、ツールの連結状態を解除することも可能である。さらに、主シリンダ室の反対側の室と、補助シリンダ室の反対側の室との双方に流体を供給することで、ツールの連結状態を解除することも可能である。また、主シリンダ室の反対側の室と、補助シリンダ室の反対側の室とを連通させるよう構成させることも可能である。

また、上記実施形態においては、ピストン部材がエアの加圧によって往復動行うものについて説明したが、その他の流体を用いることも可能である。さらに、ツールプレート１の連結状態を主シリンダ室８の加圧によって得るものについて説明したが、本発明はこれに限定されず、主シリンダ室８が負圧になることでツールプレート１の連結状態が得られるよう設計変更することも可能である。

さらに、上記実施形態においては被係止部７に係脱される係止部材としてボール６を用いたものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態のような筒状体に、カム部材（係止部材）を軸支し、このカム部材がピストン部材の往復動によって筒状体の軸と垂直方向に出退し、このカム部材の出退によってカム部材と被係止部との係脱がなされるものを採用することも可能である。

さらに、上記実施形態においては、主ピストン部材９がツールプレート１側に位置するときにマスタプレート４とツールプレート１との連結状態（図３参照）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。主ピストン部材がツールプレート側に位置するときに係止部と被係止部との係止解除状態（ツールプレートとの離脱状態）となり、主ピストン部材がマスタプレート側に移動することで係止部と被係止部との係止状態（ツールプレートとの連結状態）となるものも本発明の意図する範囲内である。なお、このように構成するためには、上記実施形態のカム部２６の形状を上下反対とすることによって可能である。具体的には、カム部の側面を図の上方に従って内側に傾斜した傾斜面とすることで、ピストン部材の上方への移動によってボール（係止部）が外側に押し出され、ボールと被係止部との係止状態が得られる。

上記実施形態においては、補助シリンダ室を有する第１部材が、第２部材に固定されてマスタプレートを構成するものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ロボットアーム等のマスタプレートの被装着体側に第１部材に相当する機能を組み込ませることも可能であり、この場合、前記マスタプレートの被装着体の該機能を有する部材と第２部材からなるマスタプレートとで構成される装置も本発明の範疇である。

上記実施形態においては、一つの補助シリンダ室及び一つの補助ピストンからなる装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数からなるものも本発明の範疇である。例えば、第１部材又は第２部材に、さらに３つ目のピストンと３つ目のシリンダ室を備えた第３部材を備えた装置とすることも可能である。３つのピストンの受圧部面積がほぼ等しい場合、従来のようにマスタプレートに１つのシリンダ室とピストンとを備える装置と比較して、マスタプレートとツールプレートとの連結力を略３倍とすることができる。

上記実施形態にあっては、筒状部が略円筒状のものについて説明したが、筒状部が角筒状等であってもよい。

本発明のツール交換装置は、上述のようにコスト増大及び装置の幅の大型化を抑制しつつ、マスタプレートへのツールプレートの連結状態において係止部の係止状態を維持する往復動体の押圧力を十分に確保できると共に、確実に連結状態を維持することができるので、ロボット等が各種のツールを着脱可能に装着する各種作業に好適に用いることができる。

１ ツールプレート
１ａ 当接面
２ 差込凹部
４ マスタプレート
４ａ 当接面
５ 筒状部
６ ボール
７ 被係止部
７ａ 天面
８ 主シリンダ室
９ 主ピストン部材
１０ 補助シリンダ室
１１ 補助ピストン部材
１２ 受圧面部
１３ ロッド部
１４ 連通路
１４ａ スリット
１５ 第１部材
１６ 区画壁
１７ 第２部材
１８ 第１筒状体
１９ 第２筒状体
２０ 区画板
２１ 流通路
２２ 第２の流通路
２３ 第３の流通路
２４ 受圧面部
２５ ロッド部
２６ カム部
２７ 流通路

Claims (5)

1. 互いに係脱される係止部及び被係止部をそれぞれ備えるマスタプレート及びツールプレートを備え、上記マスタプレートが、シリンダ室、及び上記シリンダ室の圧力によって往復動し、この往復動によって上記係止部を被係止部に係止させる往復動体を備えるツール交換装置であって、
   上記マスタプレートが、
   上記シリンダ室と区画される補助シリンダ室、及び
   この補助シリンダ室の圧力によって上記往復動体を上記係止部の係止状態側に押圧するロッド部を有する補助往復動体をさらに備え、
   上記シリンダ室が、上記往復動体が有する受圧面によって区画される上側シリンダ室及び下側シリンダ室を含み、
   上記補助シリンダ室が、上記補助往復動体が有する受圧面によって区画される上側補助シリンダ室及び下側補助シリンダ室を含み、
   上記補助往復動体のロッド部が、上記上側シリンダ室と上側補助シリンダ室とを連通する連通路を含み、
   上記マスタプレートが、
   上記上側シリンダ室と、上記連通路を介して上側補助シリンダ室とに流体を供給及び排出する第１の流通路と、
   上記下側シリンダ室に流体を供給及び排出する第２の流通路と、
   上記下側補助シリンダ室に流体を流入及び排出する第３の流通路とを有することを特徴とするツール交換装置。
2. 上記ロッド部が、上記シリンダ室と補助シリンダ室とを連通する連通路を有する請求項１に記載のツール交換装置。
3. 上記マスタプレートが、
   上記補助シリンダ室の内周壁を構成する凹部が形成された第１部材と、
   この第１部材のツールプレート側に固定され、上記シリンダ室の内周壁を構成する凹部が形成された第２部材と
   を備える請求項１又は請求項２に記載のツール交換装置。
4. 上記第１部材が、上記シリンダ室のピストン対向壁を構成すると共に上記ロッド部が気密に摺動する摺動孔が形成された区画壁を有し、
   上記マスタプレートが、上記第１部材に固定され、上記補助シリンダ室のピストン対向壁を構成する区画板をさらに備える請求項３に記載のツール交換装置。
5. 上記ツールプレートがツール装着側の反対側に差込凹部を有し、上記マスタプレートが上記差込凹部に差し込み可能な筒状部を有し、
   上記係止部が、上記往復動体の往復動によって上記筒状部の側面より出退可能に保持される複数のボールから構成され、上記被係止部が、上記筒状部を差込凹部に差し込んだ状態で側面より進出した少なくとも１つの上記ボールにより係止される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のツール交換装置。

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