JPH11235609A - 回転駆動型工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動部を切離した状態での刃具の自動交換を
可能とすることにより、１つの刃具に対する交換部材の
小型化、軽量化、低コスト化を図り、必要とする種々の
刃具を揃え易くするとともに、駆動部を含めた工具全体
を交換したり、駆動部への動力を着脱を不要とすること
により交換装置の小型化、単純化を可能とした回転駆動
型工具を提供する。 【解決手段】 刃具を回転駆動して使用する回転駆動型
工具において、前記刃具２に回転を与える駆動部１０
と、この駆動部１０からの駆動力を受ける前記刃具２を
回転自在に保持する刃具保持部手段としてのへッド３
０、このへッド３０を前記駆動部１０に対して着脱する
ための連結保持手段２０とを具備してなる構成とし、前
記へッド３０部分で交換自在としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、産業用ロ
ボットのエンドエフェクタとして使用される回転駆動型
工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、ばり取り作業や、溶接ビードの除
去作業を、産業用ロボットを用いて自動化する場合に、
そのロボットの手首部に取付けるエンドエフェクタとし
て、カッタや砥石などの刃具を装着した空圧工具や電動
工具などの回転駆動型工具を使用し、上記作業を行って
いる。

【０００３】しかし、これらの作業が、１種類の刃具で
済むことはありえず、加工部位や加工工程から、複数種
の刃具を使用する必要があった。そのため、自動工具交
換装置を用い、所望の刃具を備えた回転駆動型工具を選
択して交換し作業を行うようにしている。

【０００４】しかしながら、従来、この種の回転駆動型
工具は、刃具保持部であるヘッドが刃具に回転を与える
駆動部から自在に着脱できる構成となっておらず、自動
工具交換装置を用いて交換する際には、駆動部分を含め
た回転駆動型工具全体を交換するのが常であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
回転駆動型工具は、刃具保持部であるヘッドが、駆動部
から自在に着脱できる構成となっておらず、自動工具交
換装置は、駆動部を含めた回転駆動型工具全体を交換す
るためと、駆動部への動力を接続したり切離したりする
必要から、大型化、かつ複雑化せざるを得なかった。

【０００６】また、１つの刃具に対する交換部材の小型
化、軽量化、低コスト化が困難であるばかりでなく、交
換工具収納スペースも広く必要とするなどの問題もあっ
た。一方、近年、産業用ロボットのエンドエフエクタと
しての工具は、被加工物への接近性や加工性から、種々
の刃具が容易に選択できることと、小型化、単純化され
た交換装置を備えた回転駆動型工具を提供することが課
題となっていた。

【０００７】本発明は、上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、駆動部を切離した状態で
の刃具の自動交換を可能とすることにより、１つの刃具
に対する交換部材の小型化、軽量化、低コスト化を図
り、必要とする種々の刃具を揃え易くするとともに、駆
動部を含めた回転型駆動工具全体を交換したり、駆動部
への動力の着脱を不要とすることにより交換装置の小型
化、単純化を可能とした回転駆動型工具を提供しようと
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するための第１の手段として、刃具を回転駆動して使
用する回転駆動型工具において、前記刃具に回転を与え
る駆動手段に対して、前記刃具を回転自在に保持する刃
具保持手段を着脱し得る構成とし、前記刃具保持手段を
交換自在としたものである。

【０００９】これにより、駆動手段を切離した状態での
刃具の自動交換が可能となり、１つの刃具に対する交換
部材は、刃具保持手段部のみでよく、交換部材の小型
化、軽量化、低コスト化が図れ、種々の刃具を揃えて容
易に選択することが可能となる。また、従来のように、
駆動手段部を含めた回転駆動型工具全体を交換したり、
駆動モータへの動力を着脱する必要がなく、交換装置の
小型化、単純化を可能とした回転駆動型工具を提供でき
る。

【００１０】また、第２の手段として、刃具を回転駆動
して使用する回転駆動型工具において、前記刃具に回転
を与える駆動手段と、この駆動手段からの駆動力を受け
る前記刃具を回転自在に保持する刃具保持手段と、この
刃具保持手段を前記駆動手段に対して着脱するための連
結保持手段とを具備してなる構成としたものである。

【００１１】これにより、刃具交換時には、刃具を保持
した刃具保持手段のみを交換すれば良く、１つの刃具に
対する交換部材の小型化、軽量化、低コスト化が図れ、
種々の刃具を容易に選択できる。また、従来のように、
駆動手段を含めた回転駆動型工具全体を交換したり、駆
動モータへの動力を着脱する必要がなく、交換装置の小
型化、単純化を可能とした回転駆動型工具を提供でき
る。

【００１２】また、第３の手段として、前記回転駆動手
段が可変速の駆動源を備えている構成としたから、刃具
に適した回転数を与えることができ、より多くの種類の
刃具の使用が可能となる。

【００１３】また、第４の手段として、前記連結保持手
段が、前記駆動手段に対して前記刃具保持手段を位置決
めする位置決め手段と、この位置決め手段により位置決
めされた刃具保持手段を必要に応じて解除可能に前記駆
動手段に固定する固定・解除手段とを備え、かつ、前記
固定・解除手段が、前記刃具保持手段側に設けられた被
掛合部と、前記駆動手段側、かつ、前記被掛合部にその
一部が掛合する位置および掛合が解除される位置に変位
可能に設けられた掛合部材と、この掛合部材を前記掛合
する位置および前記掛合が解除される位置に選択的に変
位させる掛合部材変位手段とを具備してなる構成とした
ものである。これにより、簡単な構成でありながら、駆
動手段と刃具保持手段とを確実に連結あるいは固定解除
でき刃具を容易に交換することが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
について図面を参照して説明する。図１は、本発明の回
転駆動型工具１００を、産業用ロボット１の手首部１Ａ
に装着した状態を示すもので、第１図（ａ）は刃具２と
して砥石２ａを装着した状態を示し、第１図（ｂ）は刃
具２としてカッタ２ｂを装着した状態を示す。

【００１５】前記産業用ロボット１は、各部を図中矢印
Θ、Ｚ、Ｒ、α、β、γに自在に動かすことにより回転
駆動型工具１００の刃具２を被加工物（図示せず）の加
工部位に位置させるとともに、必要に応じて適宜刃具２
を交換して、例えば、ばり取りや、溶接ビードの除去等
の作業を行うようになっている。

【００１６】なお、産業用ロボット１自体の構成および
動作については、公知のものであり、ここでは詳細な説
明は省略する。つぎに、図２ないし図４を参照して、本
発明の回転駆動型工具１００について説明する。

【００１７】この回転駆動型刃具１００は、大きく分け
て３つの部分で構成されている。すなわち、刃具２に回
転を与える駆動手段としての駆動部１０と、前記刃具２
を回転自在に保持する刃具保持手段としてのヘッド３０
と、このヘッド３０を前記駆動部１０に着脱する連結保
持手段としてのヘッド交換機構部２０とからなる。

【００１８】なお、図２は駆動部１０にへッド３０が連
結固定された組立完了状態を示し、図３はへッド部の固
定動作が解除されたヘッド交換可能な状態を示し、ま
た、図４は駆動部１０からヘッド３０を取り外した状態
を示す。

【００１９】次に、各部の構成について説明する。ま
ず、駆動部１０の構成について説明する。この駆動部１
０は、駆動源である電動モータ１１と、この電動モータ
１１を産業用ロボット１の手首部１Ａに常時固定するた
めのロボット用工具マウント１２とを備えており、駆動
部１０は、産業用ロボット１の手首部１Ａに常時固定さ
れている。

【００２０】さらに、この駆動部１０の一端面部、すな
わち、電動モータ１１のモータ駆動軸１１ａの突出方向
端面部は、ヘッド交換機構部２０の取付部を兼ねてお
り、ヘッド交換機構部２０が取付けられている。

【００２１】ヘッド交換機構部２０は、電動モータ１１
のモータハウジング１１ｂに図示しない固定具を介して
取付けられたハウジング２１を有する。このハウジング
２１は、取付け端側が大径となる段付き筒状を呈し、モ
ータハウジング１１ｂの前記モータ駆動軸１１ａを囲僥
する状態に突設されたスリーブ部１１ｃを外嵌する状態
に取付けられ、このハウジング２１の内周部と前記スリ
ーブ部１１ｃの外周部との間でシリンダ室２２を形成し
ている。

【００２２】このシリンダ室２２内には、スリーブ部２
３ａの先端側外周部がテーパ部２３ｂとなっている掛合
部材変位手段としてのピストン２３がスライド自在に嵌
合され、また、シリンダ室２２と連通する状態に圧縮空
気を供給するための着用ポート２４および脱用ポート２
５が形成されている。

【００２３】そして、図示しない制御弁の働きにより圧
縮空気を着用ポート２４あるいは脱用ポート２５に導く
ことで後述するようにピストン２３を所定方向に移動さ
せるようになっている。

【００２４】一方、ハウジング２１の小径部には、その
径方向に沿って放射状に複数の保持孔２６が穿設されて
おり、これら保持孔２６内に移動可能に掛止部材である
複数の鋼球２７が保持されている。

【００２５】これら複数の鋼球２７は、前記ピストン２
３の移動に伴い、その一部がハウジング２１の小径部外
周面より突出したり、また、保持孔２６内に収納された
状態となっており、へッド３０を駆動部１０に固定した
り、へッド３０の固定動作を必要に応じて解除したりす
る固定・解除手段２８を構成している。

【００２６】すなわち、このピストン２３を着用ポジシ
ョン（図２に示す位置）に移動させると鋼球２７の一部
がハウジング２１の小径部外周面より突出した状態とな
り、後述するへッド３０側に設けられた被掛合部として
の環状の掛止溝３８に掛合し駆動部１０と連結した状態
に固定できる。

【００２７】また、ピストン２３を、脱用ポジション
（図３に示す位置）に移動させると鋼球２７の一部がハ
ウジング２１の保持孔２６内に収納された状態、換言す
れば小径部外周面より突出しない状態となり、後述する
ヘッド３０側に設けられた被掛合部としての掛止溝３８
との掛合が解除され、駆動部１０に対してへッド３０の
固定動作を解除できるようになっている。

【００２８】また、ヘッド交換機構部２０は、駆動部１
０に対してへッド３０を位置決めする位置決め手段２９
を有している。すなわち、ハウジング２１の大径部の端
面部には、複数の位置決め穴４０が形成されており、ヘ
ッド３０の後述するケース３１の端面に突設された位置
決めピン４１が嵌合することにより、へッド３０を所定
位置に位置決めできるようになっている。

【００２９】このように連結保持手段としてのヘッド交
換機構部２０は、へッド自動着脱に使用される機構、す
なわち、位置決め手段２９と、この位置決め手段２９に
より位置決めされたへッド３０を駆動部１０に固定した
り、へッド３０の交換を可能とすべくその固定動作を解
除したりする固定・解除手段２８を備えている。

【００３０】また、前記へッド３０は、次のように構成
されている。すなわち、前記ヘッド交換機構部２０のハ
ウジング２１に嵌合され、かつ前記位置決め手段２９に
よる位置決めと固定・解除手段２８による連結保持がな
されるヘッド本体としてのケース３１を有する。

【００３１】このケース３１は、ヘッド交換機構部２０
側が大径となる段付き筒状を呈し、その大径部が前記ヘ
ッド交換機構部２０のハウジング２１の小径部に嵌合す
るようになっている。そして、ケース３１の端面がハウ
ジング２１の大径部の端面に当接することでケース３１
の軸方向の位置決めがなされるようになっている。

【００３２】ケース３１の端面には、前述の位置決め手
段２９の構成部材である位置決めピン４１が突設されて
おり、該位置決めピン４１が前記ヘッド交換機構部２０
のケース２１に形成された位置決め穴４０に嵌合するこ
とで、ケース３１の芯出しおよび軸回り方向の位置決め
がなされるようになっている。

【００３３】また、ケース３１の前記ハウジング２１に
嵌合する部分の内周部には、前記固定・解除手段２８を
構成する複数の鋼球２７が掛止し得る被掛止部としての
掛止溝３８が形成されており、ケース３１の軸方向の抜
けを防止し得る構成となっている。

【００３４】さらに、ヘッド本体としてのケース３１の
中心部を貫通する状態に軸３２が設けられている。この
軸３２は、長さ方向の中間部分を前記ケース３１の小径
部の内側に配設された軸受３３、３３により回転自在に
保持され、その一端には前記モータ駆動軸１１ａからの
駆動力を伝達する駆動力伝達機構であるカップリング３
４が、他端には刃具２の装着機構であるチャック３５が
取付けられている。

【００３５】前記カップリング３４は、掛合溝３４ａを
有し、へッド部３０が駆動部１０に装着された状態にお
いて、前記モータ駆動軸１１ｂに取付けられた掛合部材
であるピン４２と掛合するようになっている。そして、
モータ駆動軸１１ａの回転力が軸３２に伝達され、チャ
ック３５に装着された刃具２が回転するようになってい
る。

【００３６】なお、交換部材であるへッド３０は、作業
に必要な砥石２ａ、カッタ２ｂ、その他、種々の形態の
刃具２の数だけ用意され、前記産業用ロボット１の動作
領域に設けられた、図示しないへッドスタンドに収納さ
れる。

【００３７】次に、この実施の形態の回転駆動型工具１
００のヘッド３０の着脱のための作用を説明する。ま
ず、へッド３０を着装する時の動作について説明する。

【００３８】この状態においては、産業用ロボット１の
手首部１Ａには、駆動手段である駆動モータ部１０と連
結保持手段であるヘッド交換機構部２０のみが装着さ
れ、へッド３０は予め取外された状態にある。

【００３９】この状態で、産業用ロボット１の手首部１
Ａが図示しないへッドスタンドに収納されている所望の
へッド３０（この実施形態においては砥石２ａを装着し
たへッド３０）に接近し、図４に示すように、ロボット
側のモータ駆動軸１１ｂの軸芯とへッドスタンド側にあ
るへッド３０の軸３２の軸芯を合わせる。

【００４０】ついで、前記手首部１Ａの移動に伴い駆動
部１０とヘッド交換機構部２０の一体ユニットをへッド
３０方向に移動させ、図３に示すようにヘッド交換機構
部２０のケース２１とへッド３０のケース３１とが確実
に嵌合する位置まで挿入する。

【００４１】これにより、カップリング３４の掛合溝３
４ａとモータ駆動軸１１ｂに取付けられたピン４２とが
掛合した状態となると共に、ケース３１に突設された位
置決めピン４１がハウジング２１に形成された位置決め
穴４０に嵌合することで、ハウジング２１とケース３１
の相対関係が定められる。

【００４２】しかる後、着用ポート２４からシリンダ室
２２に圧縮空気を導入するとその空気圧でピストン２２
は前進し、ピストン２３のテーパ部２３ｂで鋼球２７を
押し上げ、ケース３１の内周部に形成された被掛止部と
しての掛止溝３８内に掛合した状態となり、図２で示す
ようにケース３１を把持する。

【００４３】これによりヘッド３０の着装は完了し、該
ヘッド３０を取付けた回転駆動型工具１００が形成され
る。この状態で、産業用ロボット１を作動させて、上記
回転駆動型工具１００のヘッド３０をヘッドスタンドか
ら離脱させ、加工部位へ移動させる。

【００４４】ついで、電動モータ１１を駆動すると、そ
の駆動力は、モータ軸１１ａに設けられたピン４２、カ
ップリング３４を介して軸３２に伝達され、刃具２（軸
付き砥石２ａ）を回転させ、加工が可能となる。

【００４５】また、ヘッド交換時など、現在着装されて
いるヘッド３０を脱装する際は、次のような動作を行
う。すなわち、まず、産業用ロボット１の動作によりヘ
ッド３０をへッドスタンド上に移動せしめ図示しないヘ
ッド収納部に対向させる。

【００４６】ついで、脱用ポート２５からシリンダ室２
２に圧縮空気を導入してその空気圧でピストン２３を後
退させることで、鋼球２７の押出し状態を解除し、これ
により、ケース３１の内周部に形成された被掛止部とし
ての掛止溝３８との掛合を解除する。

【００４７】このようにして、図３で示すようにへッド
本体としてのケース３１の把持状態を解いた後、産業用
ロボット１の手首部１Ａの移動に伴い駆動部１０とヘッ
ド交換機構部２０の一体ユニットをへッド３０から離れ
る方向に移動させ、図４に示すようにへッド３０を脱装
することになる。

【００４８】以上説明したように、本発明の回転駆動型
工具１００は、刃具２を装着したへッド３０のみ着脱す
ればよく、１つの刃具２に対する交換部材の小型化、軽
量化、低コスト化が図れ、種々の刃具２を揃えて容易に
選択することが可能となる。

【００４９】さらに、駆動部１０およびヘッド交換機構
部２０はロボット手首部１Ａに常時固定となるため、電
動モー夕１１の動力源は固定でよく、ヘッド交換機構部
２０を小型化、簡略化できる。

【００５０】なお、上述の実施の形態例では、駆動部１
０の駆動源である電動モータ１１について特にその種類
に言及していないが、可変速駆動モータを使用すれば各
へッド３０に適した刃具２の回転数を選択できるという
効果を生ずる。

【００５１】また、駆動源として電動モータを使用する
ものについて説明したが、空圧モータ等であっても良
い。その他、本発明は上記実施の形態に限らず、本発明
の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは勿論
である。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、次の
ような効果を奏する。請求項１の回転駆動型工具によれ
ば、刃具を回転駆動して使用する回転駆動型工具におい
て、前記刃具に回転を与える駆動手段に対して、前記刃
具を回転自在に保持する刃具保持手段を着脱し得る構成
とし、前記刃具保持手段を交換自在としたものである。
これにより、駆動手段を切離した状態での刃具の自動交
換が可能となり、１つの刃具に対する交換部材は、刃具
保持手段部のみでよく、交換部材の小型化、軽量化、低
コスト化が図れ、種々の刃具を揃えて容易に選択するこ
とが可能となる。また、従来のように、駆動手段部を含
めた工具全体を交換したり、駆動モータへの動力を着脱
する必要がなく、交換装置の小型化、単純化を可能とし
た回転駆動型工具を提供できるといった効果を奏する。

【００５３】また、請求項２の回転駆動型工具によれ
ば、刃具を回転駆動して使用する回転駆動型工具におい
て、前記刃具に回転を与える駆動手段と、この駆動手段
からの駆動力を受ける前記刃具を回転自在に保持する刃
具保持手段と、この刃具保持手段を前記駆動手段に対し
て着脱するための連結保持手段とを具備してなる構成と
したものである。これにより、刃具交換時には、刃具を
保持した刃具保持手段のみを交換すれば良く、１つの刃
具に対する交換部材の小型化、軽量化、低コスト化が図
れ、種々の刃具を容易に選択できる。また、従来のよう
に、駆動手段を含めた工具全体を交換したり、駆動モー
タへの動力を着脱する必要がなく、交換装置の小型化、
単純化を可能とした回転駆動型工具を提供できるといっ
た効果を奏する。

【００５４】また、請求項３の回転駆動型工具によれ
ば、前記回転駆動手段が可変速の駆動源を備えている構
成としたから、刃具に適した回転数を与えることがで
き、より多くの種類の刃具の使用が可能となるといった
効果を奏する。

【００５５】また、請求項４の回転駆動型工具によれ
ば、前記連結保持手段が、前記駆動手段に対して前記刃
具保持手段を位置決めする位置決め手段と、この位置決
め手段により位置決めされた刃具保持手段を必要に応じ
て解除可能に前記駆動手段に固定する固定・解除手段と
を備え、かつ、前記固定・解除手段が、前記刃具保持手
段側に設けられた被掛合部と、前記駆動手段側、かつ、
前記被掛合部にその一部が掛合する位置および掛合が解
除される位置に変位可能に設けられた掛合部材と、この
掛合部材を前記掛合する位置および前記掛合が解除され
る位置に選択的に変位させる掛合部材変位手段とを具備
してなる構成としたものである。これにより、簡単な構
成でありながら、駆動手段と刃具保持手段とを確実に連
結あるいは固定解除でき刃具を容易に交換することが可
能となるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転駆動型工具を産業用ロボットに装
着した状態を示す概略図。

【図２】本発明の回転駆動型工具のヘッドが取付けられ
た組立完了状態を示す一部断面図。

【図３】本発明の回転駆動型工具のヘッドの交換可能な
状態を示す一部断面図。

【図４】本発明の回転駆動型工具のヘッドが取り外され
た状態を示す一部断面図。

【符号の説明】

１００…回転駆動型工具 １…産業用ロボット ２…刃具 １０…駆動部（駆動手段） １１…電動モータ（駆動源） ２０…ヘッド交換機構部（連結保持手段） ２７…鋼球（掛止部材） ２８…固定・解除手段 ２９…位置決め手段 ３０…へッド（刃具保持手段） ３４…カップリング（駆動力伝達機構） ３５…チャック ３８…掛止溝（被掛止部） ４０…位置決め穴 ４１…位置決めピン ４２…ピン（掛合部材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】刃具を回転駆動して使用する回転駆動型工
   具であつて、 前記刃具に回転を与える駆動手段に対して、前記刃具を
   回転自在に保持する刃具保持手段を着脱し得る構成と
   し、前記刃具保持手段を交換自在としたことを特徴とす
   る回転駆動型工具。
2. 【請求項２】刃具を回転駆動して使用する回転駆動型工
   具であつて、 前記刃具に回転を与える駆動手段と、 この駆動手段からの駆動力を受ける前記刃具を回転自在
   に保持する刃具保持手段と、 この刃具保持手段を前記駆動手段に対して着脱するため
   の連結保持手段と、を具備してなることを特徴とする回
   転駆動型工具。
3. 【請求項３】前記駆動手段が可変速の駆動源を備えてい
   ることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか
   に記載の回転駆動型工具。
4. 【請求項４】前記連結保持手段が、 前記駆動手段に対して前記刃具保持手段を位置決めする
   位置決め手段と、 この位置決め手段により位置決めされた刃具保持手段を
   必要に応じて解除可能に前記駆動手段に固定する固定・
   解除手段と、を備え、かつ、 前記固定・解除手段が、 前記刃具保持手段側に設けられた被掛合部と、 前記駆動手段側、かつ、前記被掛合部にその一部が掛合
   する位置および掛合が解除される位置に変位可能に設け
   られた掛合部材と、 この掛合部材を前記掛合する位置および前記掛合が解除
   される位置に選択的に変位させる掛合部材変位手段と、
   を具備してなることを特徴とする請求項２に記載の回転
   駆動型工具。