JPH08323574A - 自動刃具交換装置および刃具着脱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットなどに取付けられる市販の刃具を、
刃具を保持するための特別な保持具を必要とすることな
く搬送し、機械操作によって、いわば自動的に交換す
る。 【構成】 鉛直な軸線まわりに回転自在に設けられる回
転テーブル９を有する刃具載置台３に刃具２が複数載置
され、刃具２は挟持手段３６に挟持されて、搬送手段４
によって刃具載置台３と所定位置との間を搬送される。
所定位置において、ロボットアームの先端部５に設けら
れる刃具着脱装置６は、刃具着脱操作手段７によって開
閉され、刃具２は刃具着脱装置６と搬送手段４との間で
着脱されて交換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばロボットなど
に備えられ、そのロボットに取付けられる刃具を機械操
作によって、いわば自動的に交換するための自動刃具交
換装置に関する。

【０００２】また本発明は、たとえばロボットに備えら
れる刃具を挟持するための刃具着脱装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】刃具を挟持する刃具着脱装置は、その所
定の位置にたとえば、スパナなどを掛合し、軸線まわり
に角変位させることによって、その内部に設けられた挟
持部材が半径方向に変位するように構成され、刃具はこ
の挟持部材の半径方向への変位によって挟持されて取付
けられる。このような従来技術では、刃具の交換は手作
業で行われるので手間を要する。

【０００４】この手間を排除するために、たとえばＮＣ
（数値制御）工作機械などは、刃具がホルダに保持され
た状態で、多数収納するマガジンと、刃具着脱装置との
間を搬送され、機械操作によって、いわば自動的に交換
されるように構成される。

【０００５】また、他の従来の技術としては特開平１−
２８９６９０号公報に開示されている工具取付用治具の
逃がし溝に嵌合して該逃がし溝に沿って移動可能であ
り、逃がし溝方向に対して直角方向に回転して上記治具
の周方向に部分的に形成された周方向溝に嵌合する爪を
一体的に有し、前記治具に嵌合して該治具を押圧する位
置決めピンを移動自在に設けるとともに、該位置決めピ
ンの駆動手段を備えて成るオートツールチェンジャがあ
る。

【０００６】さらに、他の従来の技術としては、特開平
５−３１６９１号公報に開示されている作動アームの先
端に設けた装置本体に、工具を備えた被着部材を着脱自
在に装着する工具保持装置において、前記装置本体に、
放射方向に進退可能とした複数のロックピンを配置した
ロック装置を設けるとともに、前記被着部材を前記ロッ
ク装置の外側を囲むリング状に形成して、この被着部材
に前記各ロックピンの外端部を係合させて被着部材を装
置本体に装着可能にし、前記各ロックピンに対して垂直
の方向に進退駆動されるピストンを、前記各ロックピン
の放射状の中央部に配設するとともに、前記ピストンの
端部に先端に行くに従ってピストン中心線に近づくよう
に傾斜したカム面を有するカムを前記ロックピンが進退
する方向に遊動可能に連結し、前記カム面を前記各ロッ
クピンの内端部に接触させて前記各ロックピンを進出駆
動することを特徴とする工具保持装置がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、刃具を自
動的に交換するためには、ホルダを別途用意する必要が
あり、たとえば一般に市販されている円柱状の軸部を有
する刃具をそのまま単体で用いることができない。

【０００８】したがって、本発明の目的は、たとえばロ
ボットなどに備えることによって、軸部を有する刃具を
単体で用いて、その刃具をいわば自動的に交換すること
ができる自動刃具交換装置を提供することである。

【０００９】また本発明の他の目的は、機械操作によっ
て容易に開閉される刃具着脱装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸部を有する
刃具が、刃部を上方にして複数載置される刃具載置台
と、刃具載置台と所定位置との間で、刃具の軸部を直接
挟持して搬送するための搬送手段と、所定位置におい
て、ロボットアームの先端部に設けられる刃具着脱装置
と搬送手段との間で、刃具を着脱するための刃具着脱操
作手段とを含むことを特徴とする自動刃具交換装置であ
る。また、本発明の刃具載置台は、刃具を載置するため
の複数の載置位置を有し、各載置位置における刃具の有
無を検出する刃具検出手段を備えることを特徴とする。
さらに本発明は、各載置位置に刃具を受けるブッシュが
設けられ、このブッシュの底部には、貫通孔が形成され
ることを特徴とする。また、本発明の刃具載置台は、鉛
直な軸線まわりに回転自在に設けられ、刃具が載置され
る回転テーブルを有し、その回転テーブルの角度位置を
検出する角度位置検出手段が備えられることを特徴とす
る。また、本発明の搬送手段は、刃具を挟持する挟持手
段と、挟持手段と搬送手段本体との間を弾性的に連結す
る連結部材とを含むことを特徴とする。さらにまた、本
発明の挟持手段は、刃具を挟持するためのグリップを有
し、そのグリップの先端部には、刃具を位置決めするた
めの位置決め部が設けられることを特徴とする。また、
本発明の刃具着脱装置は、可動部材が軸方向に変位して
開閉し、刃具着脱操作手段は、可動部材を変位させて、
刃具着脱装置を開くことを特徴とする。さらに、本発明
の刃具着脱操作手段は、弾性支持によって設置されるこ
とを特徴とする。また本発明は、挟持手段によって挟持
された刃具を、刃具着脱装置に押込むための押込み手段
を備えることを特徴とする。また本発明は、出力軸に固
定される回転基台と、基端部が回転基台に固定され、遊
端部に軸線方向に沿った切割り溝が形成され、遊端部の
外径が軸方向に関して変化する傾斜面が設けられる挟持
部材と、回転基台に対して挟持部材の軸線方向に変位可
能に装着され、傾斜面に当接する当接部を有し、当接部
が軸線方向に変位することによって、挟持部材の遊端部
を半径方向内方に押圧する可動部材と、可動部材を回転
基台に対して挟持部材の軸線方向に付勢する付勢手段と
を含むことを特徴とする刃具着脱装置である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、刃具載置台には、軸部を有す
る刃具が刃部を上方にして複数載置される。これによっ
て、交換される刃具を容易に確認することができる。

【００１２】また搬送手段は、刃具の軸部を直接挟持し
て刃具載置台と所定位置との間で搬送し、刃具着脱操作
手段は、所定位置においてロボットアーム先端部の刃具
着脱装置と搬送手段との間で刃具を着脱する。これによ
って、刃具は単体で搬送され、刃具着脱装置への着脱が
機械操作によって行われ、いわば自動的に刃具が交換さ
れる。

【００１３】また本発明に従えば、複数の載置位置を有
する各載置台には、各載置位置における刃具の有無を検
出する刃具検出手段が備えられる。これによって、刃具
を確実に刃具着脱装置に搬送し、また複数の載置位置の
うちの空所を検出して、使用済みの刃具を元に戻すこと
ができる。

【００１４】さらに本発明に従えば、各載置位置には、
刃具を受けるブッシュが設けられる。これによって、刃
具のすべりをよくして、滑らかに載置位置に載置するこ
とができる。

【００１５】また、ブッシュには、底部に貫通孔が形成
される。これによって、ブッシュ内に水や油および切粉
やほこりなどが溜まることを防止することができる。

【００１６】さらに本発明に従えば、刃具載置台は、鉛
直な軸線まわりに回転自在に設けられ、刃具を載置する
回転テーブルを有する。これによって、簡単な構成で、
多くの刃具を小さな空間内に準備しておくことができ
る。

【００１７】また、回転テーブルの角度位置を検出する
角度位置検出手段が備えられる。これによって、回転テ
ーブルを所望の角度位置に容易に角変位させることがで
きる。

【００１８】さらに本発明に従えば、搬送手段に設けら
れる刃具を挟持する挟持手段は、搬送手段本体に連結部
材によって弾性的に連結される。これによって、挟持手
段は、搬送手段本体に対して変位可能であり、刃具が配
置されるべき位置へと実際に配置されている位置との誤
差を補償することができる。

【００１９】さらに本発明に従えば、挟持手段に備えら
れる刃具を載置するためのグリップには、その先端部
に、刃具を位置決めする位置決め部が設けられる。これ
によって、刃具を位置決め部において確実に挟持し、搬
送手段に対する刃具の位置を一定にすることができる。

【００２０】さらに本発明に従えば、刃具着脱操作手段
は、可動部材の軸方向の変位によって開閉する刃具着脱
装置の可動部材を変位させて、刃具着脱装置を開く。こ
れによって、簡単な構成で、刃具着脱装置を刃具が着脱
可能な状態にすることができる。

【００２１】さらに本発明に従えば、刃具着脱操作手段
は、弾性支持されて設置される。これによって、刃具着
脱装置の移動に伴う衝撃を吸収し、また刃具着脱装置の
位置のずれを許容することができる。

【００２２】さらに本発明に従えば、挟持手段によって
挟持された刃具は、押込み手段によって刃具着脱装置に
押込まれる。これによって、挟持手段によって所定位置
に配置された刃具を、位置がずれないように確実に着脱
装置に押込むことができる。

【００２３】さらに本発明に従えば、出力軸に固定され
る回転基台に、挟持部材がその基端部で固定され、この
挟持部材の遊端部には軸方向に沿った切割り溝が形成さ
れ、軸線方向に関して外径が変化する傾斜面が設けられ
る。回転基台に対して挟持部材の軸線方向に変位可能に
装着される可動部材には、傾斜面に当接する当接部が設
けられ、当接部は、可動部材が軸線方向に変位されるこ
とによって、挟持部材の遊端部を半径方向内方に押圧す
る。これによって、各着脱装置は可動部材が軸方向に変
位することによって開閉して、刃具が着脱される。

【００２４】

【実施例】図１は本発明の一実施例の自動刃具交換装置
１を簡略化して示す斜視図であり、図２はその正面図で
あり、図３はその平面図である。自動刃具交換装置１
は、刃具２が複数載置される刃具載置台３と、刃具載置
台３と所定位置との間で、刃具を搬送する搬送手段４
と、所定位置において、ロボットアームの先端部５に設
けられる後述する刃具着脱装置６と搬送手段４との間で
刃具の着脱をするための刃具着脱操作手段７と、所定位
置において、刃具着脱装置６内に刃具２を押込むための
押込み手段８とを含んで構成される。

【００２５】図４は刃具載置台３を一部を切欠いて示す
平面図であり、図５は図４の下方から見て示す断面図で
あり、図６は図４の右方向から見て示す断面図である。
刃具載置台３は円板状であり、鉛直な軸線まわりに回転
自在に設けられる回転テーブル９と、回転テーブル９を
回転駆動する駆動手段１０とを含む。

【００２６】回転テーブル９には、外周部付近に複数
（本実施例において３２ケ所）の刃具載置位置１１が、
周方向に等しい間隔（１１．２５°）毎に設けられ、各
載置位置１１には、図７に示されるような有底筒状のブ
ッシュ１２が取付けられて、ブッシュ１２内に刃具２が
収納されるようにして載置される。

【００２７】刃具２は、軸付のフラップホイールや、軸
付の砥石などであり、円柱状の軸部１８と、その一端部
に切削刃あるいは研削刃を備える刃部１９とを有し、そ
の刃部１９を上方に配置した状態で、軸部１８をブッシ
ュ１２内に挿入するようにして、回転テーブル９に載置
される。このように、刃具２を、刃部１９を上方に配置
して載置することで、交換されるべき刃具２を容易に視
認することができるので、誤操作を防止できる。

【００２８】ブッシュ１２の底部１３には、貫通孔１４
が形成され、底部１３と反対側の開放側の端部には、半
径方向外方に突出するフランジ部１５が形成される。こ
のようなブッシュ１２は、底部１３を下方に向け、載置
位置１１に形成される取付孔１６に挿通され、フランジ
部１５を回転テーブル９の上面１７に係止するようにし
て、回転テーブル９に取付けられる。

【００２９】また、ブッシュ１２は、軸部１８が緩やか
にブッシュ１２内に挿入されるように、すなわちブッシ
ュ１２の内周面１００と、軸部１８の外周面との間に隙
間Δｄが介在されるように、刃具２に対応して、ブッシ
ュ１２の内径ｄ１が選ばれる（たとえば、刃具２の軸部
１８の外径が６．０ｍｍに対して、ブッシュ１２の内径
が６．２１ｍｍ）。これによって、刃具１２を正確な位
置に載置し、容易にブッシュ１２内に挿入して載置する
ことができ、また、容易にブッシュ１２内から取出すこ
とができる。また、ブッシュ１２の開放側の端部におけ
る内周部の角部３３には、面取りが施され、斜面３４が
形成される。これによって、刃具２は、斜面３４に案内
されて容易にブッシュ内に導かれる。

【００３０】また、ブッシュ１２の底部１３に、貫通孔
１４が形成されることによって、刃具２に付着している
切粉や切削油などが落下し、また水やほこりなどがブッ
シュ内に侵入しても、切粉やほこり、また切削油や水な
どがブッシュ１２内に溜まることなく排出されるので、
刃具２をきれいな状態で回転テーブル９に載置しておく
ことができる。すなわち、水によって軸部が腐食したり
切粉やほこりなどによって傷ついたりすることを防止す
ることができる。また切削油や水によって、刃具２がブ
ッシュに吸着してしまい、刃具２の載置あるいは取出し
が困難になることを防止することができる。さらに、刃
具２に切粉やほこりあるいは水などが付着した状態で、
搬送手段４によって刃具着脱装置６に搬送され、刃具着
脱装置６に傷をつけてしまうことを防止することができ
る。

【００３１】また、このように載置位置１１にブッシュ
１２を設けることによって、ブッシュ１２を交換するだ
けで、形状および寸法の異なる軸部１８を有する刃具２
を載置することができる。さらに、回転テーブル９に刃
具を載置するように構成することで、簡単な構成で、多
くの刃具２を載置し、その刃具２を容易に後述する搬送
手段４の挟持手段３６によって挟持される挟持位置に移
動することができる。

【００３２】駆動手段１０は、水平な軸線まわりに回転
される出力軸２０を有するステップモータ２１と、出力
軸２０に固定されるプーリ２２と、出力軸２０の軸線
と、平行な軸線まわりに回転自在に設けられる伝達軸２
３と、伝達軸２３に固定され、プーリ２２との間にベル
ト２４が張架されるプーリ２５と、鉛直な軸線まわりに
回転自在に設けられ、伝達軸２３の回転力が図示しない
傘歯車によって伝達される回転軸２６とを含む。

【００３３】ステップモータ２１は、たとえば制御手段
からのパルス信号が与えられ、その信号に応答して、出
力軸２０に固定されるプーリ２２を回転させる。プーリ
２２に与えられた回転力は、ベルト２４を介してプーリ
２５に伝達され、伝達軸２３に与えられる。伝達軸２３
に与えられた回転軸は、前述の傘歯車によって、水平な
軸線まわりの回転力から鉛直な軸線まわりの回転力に変
換されて、回転軸２６に与えられる。

【００３４】刃具２が載置される回転テーブル９は、水
平な仮想平面上に配置された状態で、回転軸２６に固定
され、ステップモータ２１の出力すなわち回転軸２６に
伝えられた回転力によって鉛直な軸線まわりに回転駆動
される。回転力の動力源としてステップモータ２１を用
いることによって、回転テーブル９を所望の角度だけ角
変位させることができ、所定の刃具２を後述する所望の
位置に移動させることが容易である。このような構成を
有する刃具載置台３は、基台２７に載置されて固定され
る。

【００３５】また、刃具載置台３には、各載置位置１１
における刃具の有無、すなわちブッシュ１２に刃具が収
納されているか否かを検出する刃具検出手段２８が備え
られる。刃具検出手段２８は、たとえばフォトダイオー
ドやフォトインタラプタなどのフォトセンサなどによっ
て実現され、取付部材２９によって基台２７に固定さ
れ、搬送手段４が刃具２を挟持するための挟持位置に所
望の刃具２が収納されるべきブッシュ１２が配置された
ときの、そのブッシュ１２内の刃具２の有無を検出す
る。これによって、たとえばすでに刃具２が収納されて
いるにも拘わらず、他の刃具２を収納しようとして、刃
具２や刃具載置台３あるいは搬送手段４などを破損した
り、また搬送手段４が、刃具２を挟持することなく移動
し、ロボットアームの先端部５に設けられる刃具着脱装
置６に刃具２を取付けることができず、ワークに加工を
施すことができないなどの誤動作を防止することができ
る。

【００３６】さらに、刃具載置台３には、回転テーブル
９に固定されるピン３０と、基台２７に固定される近接
センサ３１とを有し、回転テーブル９の角度原点位置を
検出する角度原点位置検出手段３２が備えられる。この
ピン３０を近接センサ３１が検出することによって、回
転テーブル９の角度原点位置を検出する。これによっ
て、駆動手段１０によって駆動された回転テーブル９の
角度原点位置の補正などのオリエンテーションを行うこ
とができる。

【００３７】本実施例において、刃具載置台３には、回
転テーブル９を備えるように構成されたけれども、本発
明の他の実施例として、たとえば水平方向あるいは上下
方向にスライドするテーブルなどを備える構成であって
もよい。

【００３８】図８は搬送手段４を示す正面図であり、図
９は図８の右方向側から見て示す断面図である。搬送手
段４は、刃具載置台３と、所定位置との間を往復駆動さ
れる搬送手段本体３５と、搬送手段本体３５に対し上下
に移動可能、かつ、水平な軸線まわりに揺動可能に設け
られ、刃具２を挟持する挟持手段３６とを含んで構成さ
れる。

【００３９】搬送手段４が設置される基台２７には、刃
具載置台３から所定位置に向かう方向に沿って搬送手段
本体３５を案内するための直線上のレール３７が設けら
れ、さらに同方向に沿って、搬送手段本体３５を往復駆
動するための空気圧複動シリンダ３８が設けられる。

【００４０】搬送手段本体３５は、下方に向けて開放す
る案内溝３９が形成されるガイド部材４０を備え、案内
溝３９にレール３７が嵌まり込んだ状態で乗載され、さ
らに空気圧複動シリンダ３８に備えられる図示しないピ
ストンに、搬送手段本体３５のピストンに対する変位の
許容するたとえばヒンジ手段４１を介して連結される。
これによって、搬送手段本体３５はレール３７に案内さ
れて、空気圧複動シリンダ３８の空気圧によって、刃具
載置台３と所定位置との間を往復駆動される。搬送手段
本体３５と、空気圧複動シリンダ３８のピストンと前述
のようにヒンジ手段４１を介して連結することによっ
て、搬送手段本体３５がレール３７によって、案内され
る方向と、ピストンの移動する方向との間にずれが生じ
ていても、それを許容することができる。すなわち、レ
ール２７の延びる方向と、空気圧複動シリンダ３８の軸
線方向とがほぼ平行になるように設けられればよい。

【００４１】また空気圧複動シリンダ３８を用いること
によって、搬送手段本体３５を往復駆動することがで
き、しかも安価に製造することができる。また搬送手段
４を、刃具載置台３あるいは刃具着脱操作手段７やロボ
ットアームの動作と干渉しないように、搬送手段４を、
刃具載置台３と所定位置との中間位置に容易に配置する
ことができる。

【００４２】また基台２７には、レール３７の長手方向
両端部付近に、その搬送手段４のその移動に伴う衝撃を
吸収するための衝撃吸収手段４２，４３が設けられる。
これによって、搬送手段本体３５が、刃具載置台３側あ
るいは所定位置側へ移動されて停止される際に、その衝
撃を吸収し、たとえば搬送手段４の一部が破損すること
を防止することができる。さらに、衝撃吸収手段４２に
よって、刃具載置台３側のあるいは所定位置側における
所望する搬送手段本体３５の停止位置に停止させること
ができる。

【００４３】さらに、搬送手段本体３５には、挟持手段
３６が取付けられる移動体４８および水平な軸線まわり
に回転自在であり、上下に配置される一対のプーリ４
４，４５が設けられる。これらのプーリ４４，４５間に
は、ベルト４６が張架され、ベルト４６は搬送手段本体
３５に備えられるモータ４７によって、プーリ４４が逆
転可能に回転駆動されて、矢符Ａ方向に走行駆動され
る。そしてベルト４６の走行駆動によって、プーリ４４
の回転がプーリ４５に伝達され、さらにプーリ４５の回
転は図示しない傘歯車によってヒンジ手段４９に伝達さ
れ、これによってヒンジ手段４９の水平な軸線Ｌ１回り
に角度位自在に設けられた移動体４８およびこれに取付
けられた挟持手段３６は軸線Ｌ１回りに揺動される。

【００４４】この揺動により、刃具１９を上方にして刃
具載置台３に載置された刃具２を１８０°反転させ、刃
部１９を下方にして所定位置に搬送される。また挟持手
段３６は、図示しない空気圧複動シリンダを介して移動
体４８に取付けられており、空気圧により搬送手段本体
に対して上下に移動され、刃具２を刃具載置台３のブッ
シュ１２内に収納したり、またブッシュ１２内から取出
したりすることができる。

【００４５】このように、搬送手段本体３５がレール３
７に沿って移動され、挟持手段３６は、搬送手段本体３
５に対して、上下に移動可能、かつ水平な軸線Ｌ１まわ
りに揺動可能に設けられるので、挟持手段３６に挟持さ
れた刃具２は、たとえば仮想線で示されるような位置５
０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄなどに移動させることが
できる。

【００４６】図１０は、移動部材４８および挟持手段３
６を示す平面図である。図８、図９および図１０を参照
して、挟持手段３６には、刃具を挟持するグリップ５１
が備えられる。グリップ５１は、水平に配置される一対
の棒状のグリップ片５２ａ，５２ｂによって構成され、
各グリップ片５２ａ，５２ｂは、相互に近接／離反する
ように操作され、これによって刃具２が挟持される。

【００４７】図１１は、グリップ５１の先端部を拡大し
て示す平面図である。グリップ５１の先端部すなわち、
各グリップ片５２ａ，５２ｂの先端部には、刃具２を位
置決めするための位置決め部である凹所５３がそれぞれ
形成される。この各凹所５３は、上下に沿った三角形状
の切込みがなされるいわゆるＶ字溝であり、相互に対向
するように形成される。刃具２は、その軸部１８が凹所
５３に嵌まり込んだ状態で、位置決めされて挟持される
ので、常に一定の位置において挟持される。したがっ
て、搬送手段本体３５に対する刃具２の位置を容易に把
握することができ、載置位置１１や所定位置に正確に搬
送することができる。このような搬送手段４は、回転テ
ーブル９が回転されて、挟持位置に配置された刃具２
を、挟持手段３６によって挟持し、所定位置に搬送す
る。

【００４８】本実施例において、位置決め部は、一対の
いわゆるＶ字溝に形成された凹所５３によって構成され
たけれども、本発明の他の実施例として、弧状に形成さ
れるいわゆるＵ字溝に形成される凹所によって構成され
てもよく、またこのような凹所５３は、一方のグリップ
片５２ａまたは５２ｂにのみ形成されるようにしてもよ
い。さらに、一方のグリップ片５２ａまたは５２ｂか
ら、他方のグリップ片５２ｂまたは５２ａに向けて、あ
るいは相互に突出するたとえばピンなどの突出片によっ
て刃具の変位を阻止するようにして位置決めするように
構成されてもよく、またたとえば磁石を用いて、磁力に
よって刃具の位置決めをするようにしてもよい。

【００４９】再び図８、図９および図１０を参照して、
このような挟持手段３６は、ゴムから成る連結部材５４
によって、移動体４８に弾性的に取付けられ、これによ
って、挟持手段３６は搬送手段本体３５に対して弾性的
に変位することが許容されるので、たとえば挟持手段３
６によって挟持された刃具２の実際の位置と、刃具２が
配置されるべき位置との誤差が生じるなどしても、それ
を許容し、刃具２の交換を確実に行うことができる。

【００５０】本実施例において、連結部材５４は、ゴム
から成ったけれども、本発明の他の実施例として、たと
えば、ばね部材によって挟持手段３６と移動体４８とを
連結するようにしてもよく、他の弾性変位を許容する部
材を用いるようにしてもよい。

【００５１】図１２は本実施例の自動刃具交換装置１が
備えられるロボットアームの先端部５を示す断面図であ
り、図１３はその平面図である。先端部５には、偏平な
取付板５５が設けられ、その取付板５５には、刃具着脱
装置６を回転駆動するためのモータ５６がホルダ５７に
収納されて設けられ、また刃具２の回転速度を検出する
回転速度検出器５８と、切粉を吸引するためのダクトホ
ース５９が接続される接続管６０とが設けられる。

【００５２】モータ５６には、大きな出力、すなわち大
きな回転力を得ることができる空気圧モータが用いら
れ、これによって取付けられた刃具によるワークの加工
を容易化することができる。また、空気圧モータは、維
持管理、補修管理、整備および保全などが簡単であり、
容易に行うことができる。

【００５３】回転速度検出器５８は、仮想線で示される
ようにファイバーユニット６１を介して、刃具着脱装置
６の回転速度を検出し、刃具着脱装置６に取付けられた
刃具２の回転速度を検出する。これによって、刃具２の
回転速度を制御し、加工精度を制御することができる。
また、接続管６０のダクトホース５９と反対側には、た
とえば真空ポンプなどによって実現される吸引源に接続
されており、切粉などがダクトホース５９を介して吸引
される。これによって、切粉によってワークに傷がつく
ことを防止することができる。

【００５４】図１４は、本発明の一実施例の刃具着脱装
置６を示す断面図である。刃具着脱装置６は、モータ５
６の出力軸６１に固定される回転基台６２と、モータ５
６の出力軸６１と同軸上で、回転基台６２に固定される
挟持部材６３と、回転基台６２に対して挟持部材６３の
軸線方向に変位可能に装着される可動部材６４と、可動
部材６４を回転基台６２に対して、モータ５６と反対側
に向けて押圧付勢する付勢手段６５とを含む。

【００５５】回転基台６２は、大略的に円筒状であり、
軸方向一端部に半径方向外方に突出するフランジ部６６
が形成され、内周面にねじの形成される２箇所のめねじ
部６７，６８を有し、フランジ部６６をモータ５６側に
配置して、出力軸６１の先端部に形成されるおねじ部６
９がフランジ部６６に近い側のめねじ部６７に螺着さ
れ、出力軸に固定される。

【００５６】挟持部材６３は略円筒状であり、モータ５
６側に配置され、おねじの形成される基端部７０がモー
タ５６に遠い側のめねじ部６８に螺着されて回転基台６
２に固定される。その挟持部材６３の遊端部７１には、
軸線方向に沿った切割り溝７２が先端部から中央部付近
に延びて形成され、さらにその外径が先端に向かうにつ
れて大きくなる傾斜面７３が形成される。回転基台６２
が出力軸６１に固定され、挟持手段６３が回転基台６２
に固定されることによって、モータ５６の回転力が挟持
部材６３に挟持された刃具２に伝達され、刃具２が回転
駆動される。

【００５７】可動部材６４は大略的に円筒状であり、軸
方向一端部に残余の部分よりも内径の大きく、かつ、半
径方向外方に突出するフランジ部７４が形成される大径
部７５を有し、他端部に、半径方向内方に突出し、傾斜
面７３と平行であり、その傾斜面７３に当接される当接
面７６が形成される当接部７７を有し、フランジ部７４
をモータ５６側に配置して、回転基台６２にその外方か
ら覆うようにして装着される。

【００５８】付勢手段６５は、複数（本実施例において
６枚）の環状の板ばねによって構成され、回転基台６２
が挿通され、可動部材６４の大径部７５に嵌まり込んで
装着され、回転基台６２に対して挟持部材６３の基端部
７０から遊端部７１に向かう方向に、すなわちモータ５
６から離反する方向に可動部材６４を押圧付勢する。こ
の付勢によって、可動部材６４が、先端側に近付く方
向、すなわちモータ５６から離反する方向に移動され、
当接部７７が遊端部７１を半径方向内方に押圧し、この
押圧によって、刃具２が挟持される。

【００５９】このような付勢手段６５の付勢に抗して、
たとえばフランジ部６６，７４を相互に近接するように
相互に押圧し、可動部材６４を回転基台６２に対して、
モータ５６側に変位させることによって、刃具着脱装置
６が開かれ、すなわち挟持部材６３が開かれて、刃具２
の着脱が可能になる。これによって、たとえば機械操作
による簡単な操作によって刃具着脱装置６を開閉するこ
とができ、作業性が向上される。

【００６０】本実施例において、付勢手段６５には、環
状の板ばねが６枚用いられたけれども、本発明の他の実
施例として、板ばねの形状は、環状に限る必要なく、た
とえば長方形状のものを用いてもよく、またその枚数は
５枚以下、あるいは７枚以上であってもよく、また板ば
ねに代えて圧縮コイルばねを用いてもよく、またたとえ
ばゴムなどの弾発性を有する材料から成る部材を用いて
もよい。

【００６１】さらに本実施例において、挟持手段６３の
傾斜面は、その外径が先端側に向かうにつれて大きくな
るように形成されたけれども、先端側に向かうにつれて
小さくなるように形成し、可動部材６４がモータに近付
くように移動することで、遊端部７１が半径方向内方に
押圧されるように構成してもよい。

【００６２】さらに本実施例において、可動部材６４
は、回転基台６２に対して押圧付勢されたけれども、た
とえば引張りコイルばねなどを用いて、引張り付勢され
るように構成され、回転基台６２に対して挟持部材６３
の軸線方向に可動部材６４を変位させて刃具着脱装置６
が開かれるようにしてもよい。

【００６３】図１５は図１〜図１３に示す実施例の自動
刃具交換装置１に備えられる刃具着脱操作手段７を示す
正面図であり、図１６はその平面図であり、図１７はそ
の側面図である。刃具着脱操作手段７は、偏平な板状で
あり、水平に配置されて設けられる上挟持板７８と、偏
平な板状であり、水平に配置して設けられ、上挟持板７
８に対して上下方向に移動可能に設けられる下挟持板７
９と、下挟持板７９を上下に駆動する駆動手段８０とを
含む。

【００６４】上挟持板７８は、厚み方向に貫通し、一側
部から中央部付近に延びて形成される切込み溝８１が形
成される。切込み溝８１は、上部側の幅の狭い部分８２
と、下部側の幅の広い部分８３とを有し、その間に段差
面８４を有する。

【００６５】下挟持板７９は、厚み方向に貫通し、一側
部から中央部付近に延びて形成される切込み溝８５が形
成される。切込み溝８５は、下部側の幅の狭い部分８６
と、上部側の幅の広い部分８７とを有し、その間に段差
面８８を有する。このように下挟持板７９は、上挟持板
７８に平行にかつ下挟持板７９と上挟持板７８とは接触
された状態で、切込み溝８１，８５が、当接面に関して
対称的に位置されるように配置される。

【００６６】駆動手段８０は、切込み溝８１，８５の幅
方向両側にそれぞれ配置される一対の空気圧複動シリン
ダによって構成され、その図示しないシリンダ部が上挟
持板７８に固定され、図示しないピストンが下挟持板７
９に連結される。ピストンがシリンダ部に対して上下に
伸長／縮退されることによって、下挟持板７９が上下に
駆動される。このような刃具着脱操作手段７は、切込み
溝８１，８５を、搬送手段４によって刃具２が搬送され
る所定位置に配置して設けられる。この切込み溝８１，
８５には、ロボットのアームの先端部５に設けられる刃
具着脱装置６が、各フランジ部６６，７４が切込み溝８
１，８５の広い部分８３，８７に配置されて嵌まり込
み、各挟持板７８，７９の段差面８４，８８をフランジ
部６６，７４に当接させて、刃具着脱操作手段７は、駆
動手段８０によって下挟持板７９を上挟持板７８に近接
させるように駆動し、可動部材６４を回転基台６２に近
接させるように移動させて、刃具着脱装置６を開いた状
態にする。

【００６７】このような刃具着脱操作手段７は、図３に
示すように切込み溝８１，８５は、その開放側の端部を
搬送手段４の搬送方向から角度θだけずれた方向に臨ん
で設けられる。これによって、仮想線で示されるような
位置９１に、搬送方向と交差する方向から接近するロボ
ットのアームの先端部５の刃具着脱操作手段７に対する
接近を容易にすることができる。

【００６８】また、図１に示す押込み手段８は、所定位
置の鉛直下方に備えられる空気圧複動シリンダであり、
ピストン９０が伸長されることによって、刃具２が上方
に押上げられ、挟持手段３６によって挟持された刃具２
が刃具着脱装置６の挟持部材６３内に押込まれる。すな
わち、刃具着脱装置６が、刃具着脱操作手段７によって
開いた状態にされ、この状態で、押込み手段８によっ
て、刃具２が刃具着脱装置６に押込まれる。これによっ
て刃具２は、刃具着脱装置６に正確に、確実に取付ける
ことができる。

【００６９】図１５〜図１７に示すような刃具着脱操作
手段７は、上挟持板７８がゴムから成る取付部材８９を
介して、基台２７に取付けられて、弾性支持によって設
置される。これによって、切込み溝８１，８５に刃具着
脱装置６が挿入され、嵌まり込む際などの刃具着脱操作
手段７に与えられる衝撃などを吸収し、刃具着脱装置６
あるいは刃具着脱操作手段７の損傷などを防止すること
ができる。また、刃具着脱操作手段７に対する刃具着脱
装置６の位置がずれても、そのずれを許容し、容易に刃
具着脱装置６の位置決めをすることができ、容易に刃具
着脱装置６を開いた状態にすることができ、刃具２の着
脱を容易に行うことができる。

【００７０】図１８は、自動刃具交換装置１およびロボ
ットの電気的構成を示すブロック図である。自動刃具交
換装置１は、ロボット９２に備えられるロボットコント
ローラ９３からインターロック制御盤９４にプログラム
指令が与えられ、インターロック制御盤９４によって、
自動刃具交換装置１およびその他の周辺機器９５に動作
指令が与えられて制御される。自動刃具交換装置１に備
えられる刃具交換シーケンサ９６は、搬送手段４、刃具
着脱操作手段７、押込み手段８および刃具載置台３を後
述する順序で動作制御する。刃具交換シーケンサ９６に
よって、搬送手段４、刃具着脱操作手段７、押込み手段
８および刃具載置台３をそれぞれ動作制御し、全ての動
作が終了すると、刃具交換シーケンサ９６から動作確認
がインターロック制御盤９４に与えられ、インターロッ
ク制御盤９４は、周辺機器９５からの動作確認が与えら
れ、全ての動作確認が終了したことを確認して、ロボッ
トコントローラ９３に終了信号を与えて、刃具を交換す
る動作が終了したことをロボットに伝える。

【００７１】また、自動刃具交換装置１には、ローカル
制御盤９７が備えられており、ロボットコントローラ９
３からのプログラム指令に代えて、あるいは付け加えて
ローカル制御盤９７のたとえばキー入力などによって、
自動刃具交換装置１を制御することができる。たとえ
ば、交換すべき刃具２をキー入力によって選択したり、
刃具の交換を途中で停止させたりすることができる。

【００７２】自動刃具交換装置１は、以下に示すような
順序で刃具交換シーケンサ９６によって制御され、刃具
２の交換が行われる。先ず、ロボットコントローラ９３
によってロボット９２が操作されて、ロボット９２のア
ームの先端部５に設けられる刃具着脱装置６が、所定位
置に、すなわち刃具着脱操作手段７の切込み溝８１，８
５に挿入される。次に、搬送手段４が移動されて挟持手
段３６によって刃具着脱装置６に取付けられている刃具
２が挟持され、この状態で刃具着脱操作手段７が操作さ
れて刃具着脱装置６が開の状態にされ、挟持手段３６に
よって刃具２が刃具着脱装置６から抜取られ、搬送手段
４によって刃具載置台３に搬送され、空所となっている
載置位置１１のブッシュ１２内に収納される。

【００７３】次に、各載置台３の回転テーブル９が回転
されて、取付けられるべき刃具２が挟持位置に配置さ
れ、挟持手段３６によってブッシュ１２からの抜取られ
る。挟持手段３６によって挟持される刃具２は、搬送手
段４によって所定位置に搬送される。

【００７４】次に、刃具着脱操作手段７によって刃具着
脱装置６が開の状態にされて、押込み手段８のピストン
が伸長され、挟持手段３６によって挟持されている刃具
２が、ピストンに押圧されて刃具着脱装置６内に押込ま
れる。刃具着脱操作手段７による刃具着脱装置６の操作
が解除され、刃具着脱装置６に備えられる付勢部材６５
の付勢によって、刃具２が挟持される。挟持手段３６が
刃具２を離し、押込み手段８のピストン９０が縮退され
て刃具２の刃具着脱装置６への取付けが終了する。

【００７５】搬送手段４が原点とされる位置、たとえば
刃具載置台３と、所定位置との中間位置などに配置さ
れ、または挟持手段は、搬送手段３５に対して刃具載置
台側に反転されて配置されて、すなわち原点復帰され
る。次に、ロボットコントローラ９３によってロボット
が操作され、アームの先端部５が所定位置から回避され
る。このようにして、刃具２に機械操作によっていわば
自動的に、交換される。

【００７６】このような自動刃具交換装置１は、前述の
ように刃具２を交換するために用いてもよく、また刃具
載置台３に載置されている複数の刃具２から所望の刃具
２を取出して、ロボットアームの先端部５に設けられる
刃具着脱装置６に装着するために用いられてもよく、さ
らに刃具着脱装置６に取付けられている刃具２を取外
し、刃具載置台３に収納するために用いられてもよい。

【００７７】このような自動刃具交換装置１を用いるこ
とで、刃具の着脱（交換）作業が、機械操作によってい
わば自動化され、人手を必要とすることなく、作業性が
向上される。また、刃具２に特別な工夫、たとえば軸の
加工や刃具２を保持するための保持具などを取付けてお
く必要がなく、たとえば市販の刃具をそのまま用いるこ
とができて手間を省き、さらに費用を削減することがで
きる。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、刃具載置
台に載置される軸部を有する刃具は、搬送手段によっ
て、軸部が直接挟持されて刃具載置台と所定位置との間
を搬送され、所定位置においてロボットアームの先端部
の刃具着脱装置に着脱される。これによって、刃具は単
体で搬送され、刃具着脱装置へ着脱されるので、刃具を
搬送するために刃具を保持する特別な保持具などを必要
とすることなく、機械操作によっていわば自動的に刃具
の交換を行うことができる。したがって、たとえば市販
の刃具などをそのまま用いることができ、費用を削減す
ることができるとともに作業性が向上される。

【００７９】また本発明によれば、刃具載置台には、各
載置位置における刃具の有無を検出する検出手段が設け
られ、刃具を確実に刃具着脱装置に搬送し、また空所と
なっている載置位置を検出して、使用済みの刃具を元に
戻すことができるので、誤動作を防止し、刃具や装置の
破損を防止することができる。

【００８０】さらに本発明によれば、載置位置には、刃
具を受けるブッシュが設けられ、刃具を滑らかに配置す
ることができるので、刃具の取出し、または収納が容易
であり、円滑に刃具の交換を行うことができる。

【００８１】またブッシュの底部には、貫通孔が形成さ
れ、ブッシュ内に水や油、また切粉やほこりなどが溜ま
ることを防止することができるので、刃具が傷ついた
り、また刃具に付着した水や油あるいは切粉やほこりな
どによって、刃具着脱装置に傷がついてしまうことを防
止することができる。

【００８２】さらに本発明によれば、回転テーブルに刃
具を載置して、簡単な構成で多くの刃具を小さな空間に
準備しておくことができるので、空間を有効的に利用す
ることができる。

【００８３】また回転テーブルの角度原点位置を検出す
る角度原点位置検出手段が備えられ、回転テーブルを所
望の角度原点位置に容易に角変位させることができるの
で、回転テーブルの誤動作を防止し、確実に刃具の交換
を行うことができる。

【００８４】さらに本発明によれば、搬送手段に備えら
れる刃具を挟持する挟持手段は、搬送手段本体に連結部
材によって弾性的に連結され、挟持手段は、搬送手段本
体に対して変位可能であり、刃具が載置されるべき位置
と、実際に配置されている位置との誤差を許容し、補償
することができるので、刃具の交換の際に、挟持手段が
確実に刃具を挟持し、また確実に刃具を刃具着脱装置に
着脱し、刃具載置台に確実に載置することができる。

【００８５】さらに本発明によれば、挟持手段のグリッ
プには、その先端部に刃具を位置決めする位置決め部が
設けられ、刃具を所定の位置において挟持し、搬送手段
における刃具の位置を一定にすることがきるので、刃具
の位置を確実に把握することができ、刃具着脱装置への
着脱や刃具載置台への載置などを確実に行い、刃具の交
換を確実に行うことができる。

【００８６】さらに本発明によれば、刃具着脱操作手段
は、刃具着脱装置の可動部材をその軸方向に変位させる
ことによって、刃具着脱装置を開く。これによって、簡
単な構成で、刃具着脱装置を刃具が着脱可能な状態にす
ることができるので、部品点数を削減し、コストを低減
することができる。

【００８７】さらに本発明によれば、刃具着脱操作手段
は、弾性支持されて設置され、刃具着脱装置の移動に伴
う衝撃を吸収し、また刃具着脱装置の位置のずれを許容
することができるので、刃具着脱装置および刃具着脱操
作手段の破損を防止し、確実に刃具着脱装置を刃具が着
脱可能な状態にすることができる。

【００８８】さらに本発明によれば、刃具は、押込み手
段によって、刃具着脱装置に押込まれ、挟持手段によっ
て所定の位置に配置された刃具を位置がずれないように
して刃具着脱装置に押込むことができるので、刃具を確
実に、かつ正確に刃具着脱装置に取付けることができ
る。

【００８９】さらに本発明によれば、出力軸に固定され
る回転基台に挟持部材が固定され、この挟持部材の遊端
部には軸方向に沿った切割り溝が形成され、外径が変化
する傾斜面が設けられる。回転基台に対して変位可能に
装着される可動部材には、挟持部材の傾斜面に当接する
当接部が設けられ、当接部は可動部材が変位されことに
よって遊端部を半径方向内方に押圧する。これによっ
て、刃具着脱装置は、可動部材が軸方向に変位されるこ
とによって開閉されて刃具が着脱されるので、たとえば
機械操作による簡単な操作によって、刃具着脱装置を開
閉し、刃具の交換を行うことができ、刃具の交換作業が
容易化されて作業性が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の自動刃具交換装置１を簡略
化して示す斜視図である。

【図２】自動刃具交換装置１の全体の構成を示す正面図
である。

【図３】その自動刃具交換装置１の平面図である。

【図４】自動刃具交換装置１に備えられる刃具載置台３
の一部を切欠いて示す平面図である。

【図５】刃具載置台３を図２の下方から見て示す断面図
である。

【図６】刃具載置台３を図２の右方向から見て示す断面
図である。

【図７】刃具載置台３に取付けられるブッシュ１２を拡
大して示す断面図である。

【図８】自動刃具交換装置１に備えられる搬送手段４を
示す正面図である。

【図９】搬送手段４を図６の右方向から見て示す断面図
である。

【図１０】搬送手段４に備えられる挟持手段３６および
移動体４８を示す平面図である。

【図１１】挟持手段３６に備えられるグリップ５１の先
端部分を拡大して示す平面図である。

【図１２】自動刃具交換装置１が備えられるロボットの
アームの先端部５を示す正面図である。

【図１３】ロボットのアームの先端部５を示す平面図で
ある。

【図１４】本発明の一実施例のロボットアームの先端部
に設けられる刃具着脱装置６を示す断面図である。

【図１５】自動刃具交換装置１に備えられる刃具着脱操
作手段７を示す正面図である。

【図１６】その刃具着脱操作手段７を示す平面図であ
る。

【図１７】その刃具着脱操作手段７を図１３の左側から
見て示す側面図である。

【図１８】自動刃具交換装置１およびその自動刃具交換
装置１が備えられるロボットの電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 自動刃具交換装置 ２ 刃具 ３ 刃具載置台 ４ 搬送手段 ５ ロボットアームの先端部 ６ 刃具着脱装置 ７ 刃具着脱操作手段 ８ 押込み手段 ９ 回転テーブル １２ ブッシュ １４ 貫通孔 １８ 軸部 ２１ ステップモータ ２８ 刃具検出手段 ３２ 角度原点位置検出手段 ３５ 搬送手段本体 ３６ 挟持手段 ３７ レール ４７，５７ モータ ５１ グリップ ５４ 連結部材 ６２ 回転基台 ６３ 挟持部材 ６４ 可動部材 ６５ 付勢部材 ７０ 基端部 ７１ 遊端部 ７２ 切割り溝 ７３ 傾斜面 ７７ 当接部 ８９ 取付部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 辰也 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 (72)発明者 新田 理 兵庫県神戸市中央区海岸通２丁目２番３号 株式会社富士インダストリーズ内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部を有する刃具が、刃部を上方にして
   複数載置される刃具載置台と、 刃具載置台と所定位置との間で、刃具の軸部を直接挟持
   して搬送するための搬送手段と、 所定位置において、ロボットアームの先端部に設けられ
   る刃具着脱装置と搬送手段との間で、刃具を着脱するた
   めの刃具着脱操作手段とを含むことを特徴とする自動刃
   具交換装置。
2. 【請求項２】 刃具載置台は、刃具を載置するための複
   数の載置位置を有し、各載置位置における刃具の有無を
   検出する刃具検出手段を備えることを特徴とする請求項
   １に記載の自動刃具交換装置。
3. 【請求項３】 各載置位置に刃具を受けるブッシュが設
   けられ、このブッシュの底部には、貫通孔が形成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の自動刃具交換装置。
4. 【請求項４】 刃具載置台は、鉛直な軸線まわりに回転
   自在に設けられ、刃具が載置される回転テーブルを有
   し、その回転テーブルの角度位置を検出する角度位置検
   出手段が備えられることを特徴とする請求項１に記載の
   自動刃具交換装置。
5. 【請求項５】 搬送手段は、 刃具を挟持する挟持手段と、 挟持手段と搬送手段本体との間を弾性的に連結する連結
   部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の自動刃
   具交換装置。
6. 【請求項６】 挟持手段は、刃具を挟持するためのグリ
   ップを有し、そのグリップの先端部には、刃具を位置決
   めするための位置決め部が設けられることを特徴とする
   請求項５に記載の自動刃具交換装置。
7. 【請求項７】 刃具着脱装置は、可動部材が軸方向に変
   位して開閉し、 刃具着脱操作手段は、可動部材を変位させて、刃具着脱
   装置を開くことを特徴とする請求項１に記載の自動刃具
   交換装置。
8. 【請求項８】 刃具着脱操作手段は、弾性支持によって
   設置されることを特徴とする請求項１に記載の自動刃具
   交換装置。
9. 【請求項９】 挟持手段によって挟持された刃具を、刃
   具着脱装置に押込むための押込み手段を備えることを特
   徴とする請求項１に記載の自動刃具交換装置。
10. 【請求項１０】 出力軸に固定される回転基台と、 基端部が回転基台に固定され、遊端部に軸線方向に沿っ
    た切割り溝が形成され、遊端部の外径が軸方向に関して
    変化する傾斜面が設けられる挟持部材と、 回転基台に対して挟持部材の軸線方向に変位可能に装着
    され、傾斜面に当接する当接部を有し、当接部が軸線方
    向に変位することによって、挟持部材の遊端部を半径方
    向内方に押圧する可動部材と、 可動部材を回転基台に対して挟持部材の軸線方向に付勢
    する付勢手段とを含むことを特徴とする刃具着脱装置。