JPH07249531A - Ｆａコネクタおよびそれを用いたワークパレット - Google Patents

Ｆａコネクタおよびそれを用いたワークパレット

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JPH07249531A
JPH07249531A JP6067749A JP6774994A JPH07249531A JP H07249531 A JPH07249531 A JP H07249531A JP 6067749 A JP6067749 A JP 6067749A JP 6774994 A JP6774994 A JP 6774994A JP H07249531 A JPH07249531 A JP H07249531A
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淳之 平井
Yoshiji Hiraga
義二 平賀
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電極接触を用いず無接触で、しかも厳密な位置
決めを行わなくても安定に電源供給および信号授受がで
きるコネクタ装置を提供する。 【構成】２本の流体配管をカップリングする流体カップ
ラと、電気信号送電部を内側、電力給電部を外側に同軸
配置してそれぞれ高周波電磁誘導により二次側カップラ
に無接触で伝送する電磁カップラと、二次側に伝送する
電力を生成する高周波インバータとからなる一次側カッ
プラと、２本の流体配管をカップリングする流体カップ
ラと、電気信号受信部を内側、電力受電部を外側に同軸
配置してそれぞれ高周波電磁誘導により一次側カップラ
から無接触で受け取る電磁カップラと、一次側から伝送
された電気信号および電力を二次側で駆動される負荷の
ために変換する変換部とからなる二次側カップラとを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、円テーブルなどの回転
体上、あるいはマシニングセンタ用加工パレットなど分
離移動する物体の上で、油圧や空圧等の流体圧力を使っ
て被加工ワークのクランプ、チャッキング作業などを人
手によらず自動で行う工作機械加工段取りシステムにお
いて、流体供給用自動着脱カップリングおよび外部配管
の数を極力減らし、完全自動のリモート電磁弁制御を可
能ならしめる無接触の電力および信号伝送用ＦＡコネク
タに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまでは、機械加工に先立ち、円テー
ブルなど回転体、あるいはマシニニグセンタ用加工パレ
ットなど自律移動体上に被加工ワークをクランピング、
チャッキングするといういわゆる段取り工程の作業は、
その多くを人手に頼ってきたが、加工時間の低減にとも
ない全工程時間における段取り時間のしめる割合が次第
に高くなってきている。また昨今の人手不足と少量多品
種型生産体制への移行は、段取り完全自動化の必要性を
更に強めてきている。
【０００３】これに対して最近、油圧や空圧を自動的に
断続するコネクタ（カップラ）が開発され、回転体や自
律移動体上でワークをクランピング、チャッキングする
ためのパワの供給が容易になってきている。今後ワーク
のローディング、アンローディングをロボットが行う様
になっていく状況にあって、ワークの心だし、位置決
め、クランピング、アンクランピング作業などすべてを
自動化したいという要求が強まっている。このような作
業を行うための圧力源としての流体（特に油圧）は上述
の自動コネクタにより供給されるようになったが、これ
らの圧力源を電磁弁により制御して回転体や分離移動体
上のアクチュエータを駆動するための信号伝送は油、
水、切り粉の介在という周囲悪環境の問題を解決して行
わなければならない。
【０００４】一般に、回転テーブルや移動パレット上ワ
ーククランプにおいては、一つのワークに対しても独立
作動の油圧（あるいは空圧）アクチュエータが複数個あ
る場合、そしてワーク自体も複数である場合が殆どであ
る。この様に搭載するアクチュエータの数が増えるにつ
れて、自動着脱カップリングの数も、固定側の配管の数
も増える。自動着脱カップリングの数の増加は勘合のた
めの位置決めを難しくするばかりか、カップリング部の
大型化と信頼性の低下を招き、配管数の増加は設備配置
上の問題を生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、これを回避す
るには、これら回転体や移動体上にそれぞれのアクチュ
エータを独立に制御する複数の電磁弁を搭載することに
よって回転体や移動体と固定部間の流体供給経路を必要
最小限にする必要がある。この場合、これらの電磁弁を
駆動する電源と信号の授受をいかに行うかがポイントと
なる。これを可能にするものの候補として従来から多接
点式のコネクタがあるが、本発明がその対象としている
工作機械加工現場の環境のもとでは、油圧発生用油、切
削油、水、切り粉などの介在により長期間にわたる安定
な電源供給も信号伝送、制御も出来ない。一方、特開昭
６２−２９０１１３号公報には、油圧配管が配設された
マニホールドと一体に構成された接触型電力給電装置が
示されている。この装置は電力給電時に生ずる磁気吸着
力により油圧配管の接合を行うようにしたものである
が、接触型であるため、悪環境下では危険である。さら
に油圧装置の弁は固定側（一次側）で操作する必要があ
り、移動側（二次側）の自律的動作が不能である。ま
た、本出願人が先に提案した特開平６−６９９３号公報
では、無接触給電装置自体の詳細は開示しているが、流
体配管のカップリング装置と一体化するものは開示され
ていない。従って、本発明は、電極接触を用いず無接触
で、しかも厳密な位置決めを行わなくても安定に電源供
給および信号授受ができるコネクタ装置を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、２本の流体配
管をカップリングする流体カップラと、電気信号送電部
を内側、電力給電部を外側に同軸配置してそれぞれ高周
波電磁誘導により二次側カップラに無接触で伝送する電
磁カップラと、二次側に伝送する電力を生成する高周波
インバータとからなる一次側カップラと、２本の流体配
管をカップリングする流体カップラと、電気信号受信部
を内側、電力受電部を外側に同軸配置してそれぞれ高周
波電磁誘導により一次側カップラから無接触で受け取る
電磁カップラと、一次側から伝送された電気信号および
電力を二次側で駆動される負荷のために変換する変換部
とからなる二次側カップラと、を備えた電力、電気信
号、および流体を一次側と二次側との間で伝送するＦＡ
コネクタである。
【０００７】
【作用】本発明は、ケーブル配線が難しい、あるいは不
可能な回転体（例えば多回転円テーブル）や移動体（マ
シニングセンタ用加工パレットなど）上で複数の電磁弁
を悪環境（油、切削油、水、切り粉などの介在）に影響
されず安定に制御するため、一次側、すなわち固定側か
ら高周波電磁誘導により電極接触なしで電力を伝えると
ともに信号授受も無接触にておこなう。二次側（即ち回
転、あるいは移動側）では高周波電力を整流、平滑後安
定化して、電磁弁駆動用電源とセンサ用電源およびＣＰ
Ｕ回路制御電源を作る。電磁弁のオンオフ制御信号の伝
送は、電力伝送用の分割変圧器とは別に磁路を形成する
小形の高周波分割変圧器を経てシリアル通信により行わ
れ、二次側に搭載したＣＰＵがシーケンシャルに電磁弁
ソレノイドドライブ素子に信号を与えることにより複数
の電磁弁の制御が行われる。これにより、コネクタにお
ける流体配管がどのようなケースでも２流路ですむこと
になる点に注目されたい。また、二次側に搭載した油
圧、空圧機器の接点情報は逆に二次側から一次側への高
周波電磁誘導によるシリアル伝送によって行われる。加
えて、サーボバルブ制御などに必要なアナログ指令信
号、クランプ力、チャック力検出値などのアナログフィ
ードバック信号も同シリアル通信によって一次側から二
次側へ、あるいは二次側から一次側に伝送される。
【０００８】
【実施例】図１に本発明によるＦＡコネクタの構成を示
す。一次側（固定側）には高周波インバータ１があり、
１０ｋＨｚ以上の正弦波或は矩形波の高周波を発生す
る。この高周波電圧は図２に示すような高周波分割変圧
器２の一次側に加えられる。この分割変圧器２の二次側
は回転体あるいは分離移動体側に搭載されており、一次
側と狭い間隙を経て無接触で対向する。回転体への搭載
において常時電源供給および信号授受を行う必要がある
場合は回転軸と同心状にポット状の分割変圧器を図２の
ように配置し回転角度に関係なく電磁的な結合を行う。
このように、狭い間隙を経て一次側（固定側）に接近し
た二次側巻線には、高周波電圧が発生するが、この電圧
は回転体あるいは移動体に搭載したダイオードブリッジ
３およびＬＣフィルタ４により整流、平滑され直流電圧
に変換された後、安定化回路５により安定化して電磁弁
制御回路６、図示しないセンサ、およびパラレルシリア
ル変換回路７の電源となる。
【０００９】一方、電磁弁のオンオフ信号の伝送は、上
位コントローラ８からのシリアル情報を高周波変復調回
路９で高周波信号に変調したのち、電力伝送用の分割変
圧器２とは別に磁路を形成する小形の分割変圧器１０を
経た高周波電磁誘導によるシリアル通信で行われ、これ
を受けた二次側（回転、移動側）に搭載した高周波変復
調回路１１で復調したのち、パラレルシリアル変換回路
７にシリアルデータで入力される。パラレルシリアル変
換回路７は演算処理機能も有しており、シーケンシャル
に電磁弁制御回路６に信号を与えることにより流体分岐
部１２の複数の電磁弁１３の制御が行われる。また、二
次側に搭載した複数の油圧、空圧センサ機器の圧力接点
情報１４は、逆にパラレルシリアル変換回路７に取り込
まれこれまた高周波電磁誘導による二次側から一次側へ
のシリアル伝送によってフィードバックされる。さら、
油圧や空圧のサーボバルブ制御などに必要なアナログ指
令信号、クランプ力、チャック力検出値などのアナログ
フィードバック信号も同シリアル通信によって一次側か
ら二次側へ、あるいは二次側から一次側に伝送される。
【００１０】図３は本発明をパレットに適用した事例で
ある。パレット３１は、本発明のＦＡコネクタの二次側
回路を内蔵しており、その流体圧を用いてワーク３２を
固定するワーククランパ３３を有している。本発明のＦ
Ａコネクタの一次側回路は嵌合用シリンダ３４の先端に
取り付けられ、ガイドピン３５、ガイド穴３６に嵌合さ
せることにより、電磁カップラ３７、流体カップラ３
８、３９が一次側と二次側で結合される。ただし、電磁
カップラについては、電気的に絶縁のままで、無接触で
給電されるものとする。これにより電気火花が飛ぶ恐れ
がなくなる。電磁カップラ３７は電力と信号の各分割変
圧器２、１０を同軸配置にまとめたものである。その流
体圧を用いてワークを固定するワーククランパ３３につ
いては、油圧制御の場合は、逆止弁などを用いて圧力の
保持機能が達成しやすいので油圧によって固定すること
で問題はないが、油圧とは違い圧力の保持が難しい空圧
制御の場合は一考を要する。例えば、バネを設け、空気
源と接続されていない状態（移動時、加工時）で、バネ
の力によってワークをパレットにクランプし、空圧によ
りそのクランプを解除（複数電磁弁空気圧制御によりバ
ネ力に坑したクランプアームの持ち上げ下げする）とい
うやり方が推奨される。
【００１１】さらに、二次側（回転体上、分離移動体
上）にＣＰＵを搭載し、シリアル通信を行うことにより
信号用カップリングの点数を飛躍的に減らし、搭載固定
したワークの着座やクランプ圧確認用センサ信号のフィ
ードバックなど情報点数を増やすことができるばかり
か、移動体に用いた場合にはメモリバックアップを施す
ことによりワークやパレットＩＤや加工情報の授受も行
うことができる。また、本発明のよるコネクタは工作機
械のみならずロボットアームの先端に取り付けられる複
数の油圧、空圧アクチュエータの制御に対しても有効で
ある。特にタレット型空圧駆動ツール交換の様にエアの
供給、排気経路が複数である場合には回転型のコネクタ
が有効である。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるＦＡコ
ネクタを用いれば、回転テーブルや移動パレット上での
流体圧力（油圧、空圧）によるワーククランプにおい
て、アクチュエータが複数個ある場合、さらにワーク自
体も複数である場合でも、流体自動カップリングの数や
固定側の配管数をふやすことなく制御を行えるため、結
果としてカップリング部の大型化や信頼性の低下、配管
設備肥大化の問題を回避できる。しかも従来からある多
接点式コネクタやスリップリングの場合とは違い、工作
機械加工現場での悪環境（即ち油圧発生用油、切削油、
水、切り粉などの介在）のもとでも劣化が無く長期間に
わたって安定な電源供給も制御が可能となるばかりか、
（特に移動分離型の場合に関しては）勘合のために厳密
な位置決めを行わなくても良いという効果が得られるた
め、工作機械加工工程に先立つ段取り工程全自動化の実
現に寄与すること大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念ブロック図を示す図
【図２】電磁カップリングを示す図
【図３】本発明の具体的適用例を示す図
【符号の説明】
１ 高周波インバータ ２，１０ 高周波分割変圧器 ３ ダイオードブリッジ ４ ＬＣフィルタ ５ 安定化回路 ６ 電磁弁制御回路 ７ パラレルシリアル変換回路 ８ 上位コントローラ ９，１１ 高周波変復調回路 １２ 流体分岐部 １３ 電磁弁 １４ 圧力接点情報
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｆ１６Ｌ 37/00 Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｙ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２本の流体配管をカップリングする流体
    カップラと、電気信号送電部を内側、電力給電部を外側
    に同軸配置してそれぞれ高周波電磁誘導により二次側カ
    ップラに無接触で伝送する電磁カップラと、二次側に伝
    送する電力を生成する高周波インバータとからなる一次
    側カップラと、 ２本の流体配管をカップリングする流体カップラと、電
    気信号受信部を内側、電力受電部を外側に同軸配置して
    それぞれ高周波電磁誘導により一次側カップラから無接
    触で受け取る電磁カップラと、一次側から伝送された電
    気信号および電力を二次側で駆動される負荷のために変
    換する変換部とからなる二次側カップラと、を備えた電
    力、電気信号、および流体を一次側と二次側との間で伝
    送するＦＡコネクタ。
  2. 【請求項２】前記負荷は、流体を複数の配管に分配する
    ための複数の電磁弁を含むことを特徴とする請求項１記
    載のＦＡコネクタ。
  3. 【請求項３】請求項２記載のＦＡコネクタの二次側カッ
    プラを備え、流体圧により複数のクランプを作動させる
    ワークパレット。
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