WO2019087821A1 - 自動工具交換用カップラー及び自動工具交換装置 - Google Patents

自動工具交換用カップラー及び自動工具交換装置 Download PDF

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WO2019087821A1
WO2019087821A1 PCT/JP2018/039014 JP2018039014W WO2019087821A1 WO 2019087821 A1 WO2019087821 A1 WO 2019087821A1 JP 2018039014 W JP2018039014 W JP 2018039014W WO 2019087821 A1 WO2019087821 A1 WO 2019087821A1
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port
connection
separation
output port
switching valve
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PCT/JP2018/039014
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陽介 谷口
賢司 釣本
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ニッタ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an automatic tool change coupler and an automatic tool changer.
  • a device including a first connecting member attached to the robot side and a second connecting member attached to the tool side is disclosed (eg, patent documents 1).
  • the first connecting member is provided at the first connecting body with a protrusion and a cam that can project radially from the protrusion.
  • a connection hole into which the protrusion can be inserted is formed in the second connection body, and an engagement component with which the cam can be engaged is provided on the inner peripheral surface of the connection hole.
  • the first connection member and the second connection member are connected by the engagement of the cam with the engagement component in a state where the projection is inserted into the connection hole. Further, the first connecting member and the second connecting member are separated by releasing the engagement between the cam and the engaging part.
  • the tool changer can change the tool attached to the industrial robot.
  • Patent Document 2 a mechanism for preventing separation due to an erroneous operation when the first connecting member and the second connecting member are in the connected state is disclosed (for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 2 a first direction switching valve that mechanically switches depending on whether or not the first connection member is in a connection state with the second connection member, and a second one in which the first connection member is placed on the table.
  • a second direction switching valve is provided which mechanically switches depending on whether or not the connecting member is in the connecting state, and the first connecting member and the second connecting member are in the separated state or in the connected state;
  • a coupler for automatic tool change in which the gas flow path to the separation port is connected via the first and second directional switching valves only when the second connection member side of the second connection member is placed on the table. It is disclosed.
  • the separation port and the connection port of the first connection member are disposed at different positions, and the separation gas supplied from the robot side is supplied to the separation port via the automatic tool change coupler and tube. Ru. Therefore, the tubes are arranged around the automatic tool changer, which increases the possibility of the tubes interfering with the external environment when the robot turns. Moreover, since the surrounding tube is an indeterminate element, there existed a problem that off-line teaching was difficult. Thus, the conventional automatic tool change coupler has a problem that the function of the automatic tool changer is limited.
  • An object of the present invention is to provide a coupler for automatic tool change and an automatic tool changer which can further improve the convenience of the automatic tool changer.
  • the automatic tool change coupler comprises a first connecting member removably attached to the main body of the device and a second connecting member removably attached to the tool, the first connecting member being a cylinder Chamber, a connection port connected to the cylinder chamber and disposed in parallel to the axial direction of the cylinder chamber, and a separation port, the first connection member being supplied with gas to the connection port or the separation port
  • An automatic tool changer for use in an automatic tool changer which moves a cam provided on the second joint member to connect or disconnect the second connection member with respect to the first connection member, the coupler body and the coupler body
  • a first direction switching valve that is provided on one side surface of the first connection member and switches according to whether or not the first connection member is in a connection state with the second connection member; And a second direction switching valve that switches depending on whether or not the second connection member placed on the second connection member is in a connection state
  • the coupler body includes a plurality of ports and a plurality of flow paths communicating the plurality of ports.
  • the separation output port is disposed parallel to the axial direction of the cylinder chamber with respect to the connection output port, and the separation input port is disposed at a position radially offset from the separation output port by at least the length of the diameter.
  • the automatic tool changer comprises a first connecting member provided with the above-mentioned automatic tool changing coupler and a second connecting member provided with a dog at a position corresponding to the first direction switching valve. It is characterized by
  • the separation input port has a plurality of flow paths communicating the plurality of ports, and the separation input port is disposed at the center radially offset from the separation output port by at least the length of diameter.
  • the piping on the main body side of the device can be connected directly to the separation port and the connection port. Therefore, since the automatic tool changer can omit the coupler and the pipe connecting the separation port and the connection port, the convenience can be further improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, showing a separated state of the tool changer of the present embodiment, wherein FIG. It is a perspective view which shows the 1st connection member of this embodiment. It is a front view showing a coupler for automatic tool change of this embodiment. It is a pneumatic circuit diagram of the coupler for automatic tool changes of this embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 for explaining the operation of the tool changer according to the embodiment. It is sectional drawing which shows the connection state of the tool exchange apparatus of this embodiment. It is a front view which shows the connection state of the tool exchange apparatus of this embodiment. It is a perspective view showing a tool exchange device concerning a modification of this embodiment. It is an exploded perspective view of a coupler for automatic tool change concerning a modification of this embodiment.
  • the automatic tool changer 10 shown in FIG. 1 has a first connecting member 12A fixed to a tip (not shown) of an arm of an industrial robot which is a main body of the apparatus and a second connection fixed to a tool (not shown). And a member 14.
  • the 2nd connection member 14 shown to this figure is installed in the mounting stand 24 in the state which is not connected with 12 A of 1st connection members.
  • the first connection member 12A inserts the positioning pin 17 provided in the first connection main body 16A into the positioning hole 13 formed in the second connection main body 15 of the second connection member 14, thereby the second connection member 14A.
  • the tool is not particularly limited, and for example, a spot welding gun, a robot hand or the like is used.
  • the first connecting member 12A and the robot arm, and the second connecting member 14 and the tool are detachably fastened by a fastener (not shown), for example, a bolt.
  • the robot arm and the tool are connected and separated via the automatic tool changer 10.
  • the first connecting member 12A is provided with a coupler for automatic tool replacement (hereinafter, referred to as a "coupler") 18.
  • the coupler 18 has a first direction switching valve 20 and a second direction switching valve 21.
  • the first connecting member 14 is provided with a first dog 22 at a position corresponding to the first direction switching valve 20.
  • a second dog 26 is provided on the stand 24 at a position corresponding to the second direction switching valve 21.
  • the first connecting member 12A has a first connecting body 16A, and a cylinder 30, a coil spring 32, and a cam 34 provided on the first connecting body 16A.
  • the coil spring 32 is loaded so as to push up the cylinder 30 in one direction.
  • the cylinder 30 rotationally moves the cam 34 by performing linear motion in one direction and the other direction (hereinafter, referred to as axial direction).
  • the first connection main body 16A has a plate-like portion 25 formed in a substantially plate shape, a projection 27 projecting from the surface of the plate-like portion 25, a cylinder chamber 31 formed in the plate-like portion 25, and A cam mechanism accommodating chamber 28 coaxial with the cylinder chamber 31 and formed in the projection 27 is formed.
  • the cylinder chamber 31 is formed by closing a hole formed on the other surface of the plate-like portion 25 with a lid 40.
  • the separation port 36 and the connection port 38 are connected to the cylinder chamber 31 side by side in the axial direction.
  • a first contact surface 12S is formed on the periphery of the protrusion 27 on the surface of the plate-like portion 25.
  • the cylinder 30 has a piston 33 disposed in the cylinder chamber 31, a piston rod 35 provided on a central axis of the piston 33, and an operation portion 39 formed on the tip end side of the piston rod 35.
  • the piston 33 is formed to slide in the axial direction in the cylinder chamber 31.
  • the separation port 36 and the connection port 38 are connected to one side and the other side in the axial direction of the cylinder chamber 31 with the piston 33 interposed therebetween.
  • the piston rod 35 has a proximal end connected to the piston 33 and a distal end disposed in the cam mechanism storage chamber 28.
  • An operating portion 39 is provided at the tip of the piston rod 35.
  • the operating portion 39 has a substantially disc shape in which the piston rod 35 is enlarged in the radial direction, and has a gap in the axial direction.
  • the cam 34 is an inverted L-shaped member and is rotatably supported by the projection 27 of the first connection main body 16A via the support shaft 37 at the approximate center, and the addition portion 49 is provided at one end, and the other end
  • the action portion 55 is formed on the side.
  • the addition portion 49 is formed with a concave surface curved to one side across one end of the cam 34, and a flat surface is formed on the other side.
  • the action part 55 is formed in an arc shape.
  • the addition portion 49 is inserted into the gap of the operation portion 39, and the concave surface is in contact with the upper portion of the gap, and the flat surface is in contact with the lower portion of the gap.
  • the cam 34 rotates about the support shaft 37 by the operation part 39 pushing down the concave surface and the operation part 39 pushing up the flat surface by the linear motion of the piston rod 35.
  • a plurality of cams 34, three in the case of the present embodiment, are provided equally on the circumference of the projection 27.
  • the second connection member 14 includes a second connection body 15 and an engagement component 42 fixed to the second connection body 15.
  • the second connection main body 15 is formed in a substantially plate shape, and has a connection hole 44 opened in the thickness direction.
  • the engagement component 42 is installed at a circumferential position corresponding to the position of the cam 34.
  • an attachment portion 51 for attaching the coupler 18 is provided on the outer peripheral surface of the first connection main body 16A.
  • the mounting portion 51 is provided with a separation port 36, a connection port 38, and a screw hole 53.
  • the separation port 36 and the connection port 38 are provided side by side in parallel with the axial direction of the cylinder 30.
  • the separation port 36 is disposed on the upper side
  • the connection port 38 is disposed on the lower side.
  • the coupler 18 has a coupler body 19, and a first direction switching valve 20 and a second direction switching valve 21 are provided on one side surface of the coupler body 19.
  • the coupler body 19 is provided with a separation input port 41 and a connection input port 43 on one side surface, and a separation output port 45 and a connection output port 47 on the other side surface, and a plurality of communication ports It has a flow path (not shown in the figure).
  • the separation input port 41 and the connection input port 43 are connected to piping via a connector.
  • the piping is connected to the compressor via a solenoid valve.
  • the solenoid valve switches the supply of the separation gas to the separation input port 41 or the connection gas to the connection input port 43, and the exhaust from the separation input port 41 or the connection input port 43.
  • the center-to-center distance between the separation input port 41 and the connection input port 43 is preferably greater than or equal to the center-to-center distance between the separation port 36 and the connection port 38. If the center-to-center distance between the separation input port 41 and the connection input port 43 is too short, it becomes difficult to connect piping to the separation input port 41 and the connection input port 43.
  • the center-to-center distance between the separation input port 41 and the connection input port 43 is substantially the same as the center-to-center distance between the separation port 36 and the connection port 38.
  • the pipe can be connected to the separation input port 41 and the connection input port 43 in the same procedure as in the case where the pipe is directly connected to the separation port 36 and the connection port 38 without using the coupler 18 You can The term “substantially the same” is not limited to completely identical, but includes a range in which the operator does not feel uncomfortable as compared with the case where piping is directly connected to the separation port 36 and the connection port 38 without using the coupler 18.
  • the separation output port 45 and the connection output port 47 are provided at positions respectively corresponding to the separation port 36 and the connection port 38 of the attachment portion 51.
  • the connection input port 43 and the connection output port 47 are disposed substantially coaxially.
  • the term "substantially coaxial” is not limited to the perfect coaxial, but includes the case where the central axes of the connection input port 43 and the connection output port 47 are offset to the extent of the radius of the connection input port 43.
  • the separation output port 45 is disposed substantially parallel to the coupling output port 47 in the axial direction of the cylinder chamber 31.
  • the separation input port 41 is disposed at a position radially offset from the separation output port 45 by at least the length of the diameter. In the case of this figure, the separation input port 41 is disposed at a position shifted to the left with respect to the separation output port 45.
  • the coupler body 19 is a horizontally long rectangular plate-like member, and the separation input port 41 and the connection input port 43 are disposed on one side in the longitudinal direction (left side in the case of FIG. In the case of the right side, the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 are disposed.
  • the lower end of the coupler body 19 is disposed at the same height as the first contact surface 12S of the first connecting body 16A.
  • the separation input port 41 is provided at a position deviated from the separation output port 45 in a direction away from the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 (left side in the case of this figure).
  • the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 are valves having three ports, and either a mechanical type or an electromagnetic type can be used. In the case of this embodiment, the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 use mechanical valves.
  • the first direction switching valve 20 has a first valve 48
  • the second direction switching valve 21 has a second valve 50.
  • the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 are arranged such that the first valve 48 and the second valve 50 project downward from the lower end of the coupler body 19.
  • the first direction switching valve 20 switches the output of the first direction switching valve 20 depending on whether the first connecting member 12A and the second connecting member 14 are in a connected state.
  • the first direction switching valve 20 detects whether or not the first connecting member 12A and the second connecting member 14 are in a connected state depending on whether or not the first valve 48 contacts the first dog 22 (see FIG. 8).
  • the second direction switching valve 21 switches the output of the second direction switching valve 21 depending on whether or not the first connecting member 12A is in a connecting state with the second connecting member 14 placed on the table 24.
  • the second direction switching valve 21 is in a connected state with the second connecting member 14 on which the first connecting member 12A is placed on the mounting table 24 depending on whether the second valve 50 contacts the second dog 26 or not.
  • the coupler 18 is fixed to the first connecting member 12A by screwing a mounting screw (not shown) inserted in a through hole penetrating in the thickness direction of the coupler body 19 into a screw hole of the mounting portion 51.
  • a mounting screw (not shown)
  • the separation output port 45 is connected to the separation port 36 via a gasket (not shown)
  • the connection output port 47 is connected to the connection port 38 via the gasket.
  • an O-ring can be used as the gasket.
  • the pneumatic circuit formed inside the coupler 18 will be described with reference to FIG.
  • the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 have first to third ports 20a to 20c and 21a to 21c.
  • the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 are always held at the first position P1 by a spring.
  • the first valve 48 switches from the first position P1 to the second position P2 when the first valve 22 and the second valve 50 are pressed by the second dog 26 against the spring.
  • connection input port 43 is connected to the connection output port 47 via the connection input channel 60.
  • the separation input port 41 is connected to the second port 20 b of the first direction switching valve 20 via the input flow path 52.
  • first ports 20 a and 21 a communicate with each other via the first internal flow channel 56 as an internal flow channel
  • the third ports 20 c and 21 c communicate with each other as the internal flow channel Are connected via the second internal flow path 54 of FIG.
  • the second port 21 b of the second direction switching valve 21 is connected to the separation output port 45 via the output flow path 58.
  • the first direction switching valve 20 connects the second port 20b and the third port 20c at the first position P1.
  • the first valve 48 connects the second port 20b and the first port 20a.
  • the second direction switching valve 21 connects the third port 21c and the second port 21b at the first position P1.
  • the second valve 50 connects the first port 21a and the second port 21b when switched to the second position P2.
  • first connecting member 12A and the second connecting member 14 are coaxially arranged and positioned.
  • gas is supplied as fluid from the separation port 36 to one side of the cylinder chamber 31 with the piston 33 interposed therebetween through the air supply and discharge mechanism.
  • the piston 33 moves to the other side, that is, descends.
  • the operation unit 39 pushes down the adding unit 49 of the cam 34.
  • the cam 34 rotates about the support shaft 37 in the arrow direction, that is, in the counterclockwise direction in FIG. Thereby, the cam 34 is accommodated in the projection 27 (FIG. 6).
  • the projection 27 of the first connection member 12A is inserted into the connection hole 44 of the second connection member 14 until the first contact surface 12S contacts the second contact surface 14S.
  • the gas on one side of the cylinder chamber 31 with the piston 33 interposed therebetween is discharged from the separation port 36 through the air supply and discharge mechanism.
  • the gas is supplied from the connection port 38 to the other side of the cylinder chamber 31 with the piston 33 interposed therebetween.
  • the force of the coil spring 32 is added to the pressure by this gas, and the piston 33 moves to the other surface side, that is, rises.
  • the operation unit 39 pushes up the adding unit 49 of the cam 34.
  • the gas is discharged from the connection port 38 to the other side of the cylinder chamber 31 with the piston 33 interposed therebetween.
  • gas is supplied from the separation port 36 to one side of the cylinder chamber 31 with the piston 33 interposed therebetween, and the cam 34 is rotated counterclockwise and accommodated in the projection 27.
  • the first connecting member 12A and the second connecting member 14 can be separated.
  • the automatic tool changer 10 includes the coupler 18 so that the first connection member 12A and the second connection member 14 are separated, and the first connection member 12A and the second connection member 14 are different. In the state in which the first connecting member 12A is inserted into the second connecting member 14 placed on the mounting table 24 in a connected and working state, the following operation is performed.
  • the coupler body 19 has a plurality of flow paths communicating a plurality of ports, and the separation input port 41 is a position where the center is radially offset by at least the length of the diameter with respect to the separation output port 45 By arranging them, the robot side piping can be directly connected to the separation port 36 and the connection port 38. Therefore, since the automatic tool changer 10 can omit the pipe connecting the coupler 18 and the separation port 36 and the connection port 38, the convenience can be further improved. By arranging the centers at positions shifted in the radial direction, interference between the separation input port 41 and the separation output port 45 can be avoided, and the coupler body 19 can be miniaturized.
  • the coupler 18 has the separation input port 41 and the connection input port 43 disposed on the left side in the longitudinal direction, the first direction switching valve 20 and the second direction switching valve 21 disposed on the right side in the longitudinal direction, and separates the separation input port 41. Since it is provided at a position shifted to the left with respect to the output port 45, downsizing can be realized as a whole. Therefore, the coupler 18 is suitable for the small-sized automatic tool changer 10, that is, the first connecting member 12A in which the axial length of the cylinder 30 is small.
  • the coupler 18 can also be applied to a larger first connecting member 12B.
  • the coupler 18 includes a second coupler body 61 disposed on the other side surface of the coupler body 19, that is, the surface on the mounting portion 51 side.
  • the second coupler body 61 is a vertically long rectangular plate-like member, and has a second separated input port 62 and a second connection input port 63 on one side surface, and is not shown on the other side surface, but is not It has a separation output port and a second connection output port.
  • the second separated input port 62 and the second connected input port 63 are located at positions corresponding to the separated output port 45 (FIG. 4) formed on the other side surface of the coupler body 19 and the connected output port 47 (FIG. 4) It is formed.
  • the second separation output port and the second connection output port are formed at positions corresponding to the separation port 36 and the connection port 38, which are formed in the attachment portion 51. Further, although not shown, the second coupler body 61 internally connects the separation flow path connecting the second separation input port 62 and the second separation output port, and the second connection input port 63 and the second connection output port. And a connecting channel.
  • the separation output port 45 is connected to the separation port 36 via the second separation input port 62 and the second separation output port by fixing the coupler 18 to the mounting portion 51 with the second coupler body 61 interposed therebetween. .
  • the connection output port 47 is connected to the connection port 38 via the second connection input port 63 and the second connection output port.
  • the coupler body 19 can be applied to the larger first connecting member 12B. Therefore, the coupler 18 can achieve commonality of parts, and can improve versatility.
  • separation input port 41 was provided in the position shifted to the left to separation output port 45
  • the present invention is not limited to this, and may be provided in the position shifted to the right.
  • the separation input port 41 may be provided at a position shifted upward or downward with respect to the separation output port 45.
  • the separation input port 41 is located at the left of the separation output port 45 by at least the length of the diameter and in the vertical direction, that is, at a predetermined position in the left diagonal upper direction with respect to the separation output port 45 You may provide.
  • the predetermined position in the upward or downward direction is a position at which interference between the input channel 52 and the output channel 58 can be avoided.

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Abstract

自動工具交換装置の利便性をより向上することができる自動工具交換用カップラー及び自動工具交換装置を提供する。カップラー本体（１９）と、前記カップラー本体（１９）の一側表面に設けられ、第１連結部材（１２Ａ）が第２連結部材（１４）と連結状態にあるか否かにより切換る第１方向切換え弁（２０）、及び、第１連結部材（１２Ａ）が置台（２４）に載せられた第２連結部材（１４）と連結状態にあるか否かにより切換る第２方向切換え弁（２１）を備え、カップラー本体（１９）は、複数のポートと、複数の前記ポートを連通する複数の流路と、一側表面に、連結用気体を導入する配管が接続される連結入力ポートと、分離用気体を導入する配管が接続される分離入力ポートと、一側表面に対向する他側表面に、連結ポートに接続される連結出力ポートと、分離ポートに接続される分離出力ポートとを有し、分離入力ポートは、分離出力ポートに対し中心が少なくとも直径の長さだけ半径方向にずれた位置に配置されている。

Description

自動工具交換用カップラー及び自動工具交換装置
　本発明は、自動工具交換用カップラー及び自動工具交換装置に関するものである。
　各種機器、例えば産業用ロボットに適用される工具交換装置として、ロボット側に取り付けられる第１連結部材と、工具側に取り付けられる第２連結部材とを備えるものが開示されている（例えば、特許文献１）。第１連結部材は、突起部と、突起部から半径方向に突出可能なカムとが第１連結本体に設けられている。第２連結部材には、前記突起部が挿入可能な連結穴が第２連結本体に形成されており、当該連結穴の内周面に前記カムが係合可能な係合部品が設けられている。工具交換装置は、突起部が連結穴に挿入された状態で、カムが係合部品に係合することにより、第１連結部材と第２連結部材が連結する。またカムと係合部品の係合を解除することにより、第１連結部材と第２連結部材は分離する。このようにして工具交換装置は、産業用ロボットに取り付ける工具を交換することができる。
　上記のような工具交換装置では、第１連結部材と第２連結部材が連結状態にあるとき、誤操作によって分離することを防ぐための機構が開示されている（例えば、特許文献２）。上記特許文献２には、第１連結部材が第２連結部材と連結状態にあるか否かにより機械的に切換る第１方向切換え弁と、第１連結部材が置台に載置された第２連結部材と連結状態にあるか否かにより機械的に切換る第２方向切換え弁とを設け、第１連結部材と第２連結部材とが分離状態にあるとき又は、連結状態にある第１・第２連結部材の当該第２連結部材側が置台に載置されているときにのみ上記第１・２方向切換え弁を介して分離ポートへの気体流路が繋がるようにした自動工具交換用カップラーが開示されている。
特開２０１２－２５０３２７号公報 特許第３５６４５６５号公報
　上記特許文献２の場合、第１連結部材の分離ポート及び連結ポートとは異なる位置に配置され、ロボット側から供給された分離用気体は自動工具交換用カップラー及びチューブを介して分離ポートに供給される。したがって自動工具交換装置の周囲にチューブが配置されているため、ロボットが旋回した際にチューブが外部環境と干渉する可能性が高まる。また、周囲のチューブは不確定要素であるため、オフラインティーチングが困難であるという問題があった。このように従来の自動工具交換用カップラーは、自動工具交換装置の機能を制限してしまう、という問題があった。
　本発明は、自動工具交換装置の利便性をより向上することができる自動工具交換用カップラー及び自動工具交換装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る自動工具交換用カップラーは、機器の本体側に着脱自在に取り付けられる第１連結部材と、工具側に着脱自在に取り付けられる第２連結部材とを備え、前記第１連結部材はシリンダ室と、前記シリンダ室に接続され、前記シリンダ室の軸方向に平行に配置された連結ポートと分離ポートとを有し、前記連結ポート又は前記分離ポートへの気体の供給により前記第１連結部材に設けられたカムを移動させ、前記第１連結部材に対して前記第２連結部材を連結又は分離する自動工具交換装置に用いられる自動工具交換用カップラーであって、カップラー本体と、前記カップラー本体の一側表面に設けられ、前記第１連結部材が前記第２連結部材と連結状態にあるか否かにより切換る第１方向切換え弁、及び、前記第１連結部材が置台に載せられた前記第２連結部材と連結状態にあるか否かにより切換る第２方向切換え弁とを備え、前記カップラー本体は、複数のポートと、複数の前記ポートを連通する複数の流路と、一側表面に、連結用気体を導入する配管が接続される連結入力ポートと、分離用気体を導入する配管が接続される分離入力ポートと、前記一側表面に対向する他側表面に、前記連結ポートに接続される連結出力ポートと、前記分離ポートに接続される分離出力ポートとを有し、前記連結入力ポートと前記連結出力ポートは同軸上に配置され、前記分離出力ポートは前記連結出力ポートに対し、前記シリンダ室の軸方向に平行に配置され、前記分離入力ポートは、前記分離出力ポートに対し中心が少なくとも直径の長さだけ半径方向にずれた位置に配置されている。
　本発明に係る自動工具交換装置は、上記自動工具交換用カップラーが設けられた第１連結部材と、前記第１方向切換え弁に対応する位置にドグが設けられた第２連結部材とを備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、複数のポートを連通する複数の流路を有し、分離入力ポートは、分離出力ポートに対し中心が少なくとも直径の長さだけ半径方向にずれた位置に配置したことにより、直接分離ポートと連結ポートに機器の本体側の配管を接続できる。したがって、自動工具交換装置は、カップラーと、分離ポート及び連結ポートを繋ぐ配管を省略できるため、利便性をより向上することができる。
本実施形態の工具交換装置を示す斜視図である。 本実施形態の工具交換装置の分離状態を示す、図１におけるＡ－Ａ断面図であり、図２Ａは第１連結部材、図２Ｂは第２連結部材である。 本実施形態の第１連結部材を示す斜視図である。 本実施形態の自動工具交換用カップラーを示す正面図である。 本実施形態の自動工具交換用カップラーの空気圧回路図である。 本実施形態の工具交換装置の動作の説明に供する、図１におけるＡ－Ａ断面図である。 本実施形態の工具交換装置の連結状態を示す断面図である。 本実施形態の工具交換装置の連結状態を示す正面図である。 本実施形態の変形例に係る工具交換装置を示す斜視図である。 本実施形態の変形例に係る自動工具交換用カップラーの分解斜視図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
１．全体構成
（自動工具交換装置）
　図１に示す自動工具交換装置１０は、機器の本体である産業用ロボットのアームの先端（図示しない）に固定される第１連結部材１２Ａと、工具（図示しない）に固定される第２連結部材１４とを備える。本図に示す第２連結部材１４は、第１連結部材１２Ａに連結されていない状態では、置台２４に設置されている。第１連結部材１２Ａは、第１連結本体１６Ａに設けられた位置決めピン１７を、第２連結部材１４の第２連結本体１５に形成された位置決め穴１３に挿入することにより、第２連結部材１４に対し正確に位置決めされる。工具は特に限定されないが、例えばスポット溶接ガンや、ロボットハンドなどが用いられる。第１連結部材１２Ａとロボットアーム、及び第２連結部材１４と工具は、図示しない締結具、例えばボルトにより、着脱自在に締結される。ロボットアームと工具は、自動工具交換装置１０を介して、連結されると共に、分離される。
　第１連結部材１２Ａには、自動工具交換用カップラー（以下、「カップラー」という）１８が設けられている。カップラー１８は、第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１とを有する。第２連結部材１４には、第１方向切換え弁２０に対応した位置に、第１ドグ２２が設けられている。置台２４には、第２方向切換え弁２１に対応した位置に、第２ドグ２６が設けられている。
　図２Ａに示すように、第１連結部材１２Ａは、第１連結本体１６Ａと、第１連結本体１６Ａに設けられた、シリンダ３０、コイルバネ３２、及びカム３４を有する。コイルバネ３２は、シリンダ３０を一方向に押し上げるように装填されている。シリンダ３０は、一方向及び他方向（以下、軸方向という）に直線運動することにより、カム３４を回転運動させる。
　第１連結本体１６Ａは、略板状に形成された板状部２５と、当該板状部２５の表面から突出した突起部２７と、板状部２５内に形成されたシリンダ室３１と、当該シリンダ室３１の同軸上であって前記突起部２７内に形成されたカム機構収容室２８とが形成されている。シリンダ室３１は、板状部２５の他表面に形成された穴を、蓋４０で閉塞することにより、形成される。シリンダ室３１には、分離ポート３６と連結ポート３８が軸方向に並んで接続されている。板状部２５の表面には、突起部２７の周縁に第１接触面１２Ｓが形成されている。
　シリンダ３０は、シリンダ室３１内に配置されるピストン３３と、ピストン３３の中心軸に設けられたピストンロッド３５と、ピストンロッド３５の先端側に形成された操作部３９とを有する。ピストン３３は、シリンダ室３１内を軸方向に摺動するように形成されている。分離ポート３６と連結ポート３８は、ピストン３３を挟んでシリンダ室３１の軸方向の一方側と、他方側に接続されている。ピストンロッド３５は、基端がピストン３３に連結されており、先端がカム機構収容室２８に配置されている。ピストンロッド３５の先端には、操作部３９が設けられている。操作部３９は、ピストンロッド３５を半径方向に大きくした略円盤形状であり、軸方向に隙間を有する。
　カム３４は、逆Ｌ字型の部材であって、略中心において支持軸３７を介して第１連結本体１６Ａの突起部２７に回転自在に支持されており、一端側に付加部４９、他端側に作用部５５が形成されている。付加部４９は、カム３４の一端を挟んで一側に湾曲した凹面が形成されており、他側に平坦面が形成されている。作用部５５は円弧形状に形成されている。付加部４９は、操作部３９の隙間に挿入され、凹面が隙間の上部に、平坦面が隙間の下部に接触している。カム３４は、ピストンロッド３５の直線運動によって、操作部３９が凹面を押し下げたり、操作部３９が平坦面を押し上げたりすることにより、支持軸３７を中心として回転する。カム３４は、突起部２７の円周上に複数、本実施形態の場合、３個、均等に設けられている。
　図２Ｂに示すように、第２連結部材１４は、第２連結本体１５と、第２連結本体１５に固定された係合部品４２とを有する。第２連結本体１５は、略板状に形成されており、厚さ方向に開口した連結穴４４を有する。連結穴４４は、カム３４の位置に対応した円周方向の位置に、係合部品４２が設置されている。
　図３に示すように、第１連結本体１６Ａは、カップラー１８を取り付ける取付部５１が外周面に設けられている。取付部５１は、分離ポート３６、連結ポート３８、及びネジ穴５３が設けられている。分離ポート３６及び連結ポート３８は、シリンダ３０の軸方向に平行に並んで設けられている。本図の場合、分離ポート３６が上側、連結ポート３８が下側に配置されている。
（カップラー）
　カップラー１８は、図４に示すように、カップラー本体１９を有し、当該カップラー本体１９の一側表面に、第１方向切換え弁２０と、第２方向切換え弁２１とが設けられている。カップラー本体１９は、一側表面に分離入力ポート４１と連結入力ポート４３が設けられ、他側表面に分離出力ポート４５と連結出力ポート４７が設けられており、内部に各ポートを連通する複数の流路（本図には図示しない）を有する。
　分離入力ポート４１及び連結入力ポート４３には、図示しないが、コネクタを介して配管に接続される。配管はソレノイドバルブを介して圧縮機に接続されている。ソレノイドバルブは、分離入力ポート４１への分離用気体又は連結入力ポート４３への連結用気体の給気と、分離入力ポート４１又は連結入力ポート４３からの排気を切換える。分離入力ポート４１と連結入力ポート４３の中心間距離は、分離ポート３６と連結ポート３８の中心間距離以上に離れているのが好ましい。分離入力ポート４１と連結入力ポート４３の中心間距離が近すぎると、配管を分離入力ポート４１と連結入力ポート４３に接続する際の作業が困難になる。分離入力ポート４１と連結入力ポート４３の中心間距離は、分離ポート３６と連結ポート３８の中心間距離と略同じであるのがより好ましい。この場合、カップラー１８を用いずに直接配管を分離ポート３６と連結ポート３８に接続する場合と同様の手順で配管を分離入力ポート４１と連結入力ポート４３に接続することができるので、違和感なく作業をすることができる。略同じとは、完全に同一である場合に限られず、カップラー１８を用いずに配管を分離ポート３６と連結ポート３８に直接接続する場合に比べ、オペレータに違和感を与えない範囲を含む。
　分離出力ポート４５と連結出力ポート４７は、取付部５１の分離ポート３６と連結ポート３８にそれぞれ対応する位置に設けられている。連結入力ポート４３と連結出力ポート４７は略同軸上に配置されている。略同軸上とは、完全な同軸上に限定されるものではなく、連結入力ポート４３と連結出力ポート４７の中心軸が連結入力ポート４３の半径の長さ程度にずれている場合を含む。
　分離出力ポート４５は連結出力ポート４７に対し、前記シリンダ室３１の軸方向に略平行に配置されている。分離入力ポート４１は、分離出力ポート４５に対し中心が少なくとも直径の長さだけ半径方向にずれた位置に配置されている。本図の場合、分離入力ポート４１は、分離出力ポート４５に対し、左側にずれた位置に配置されている。
　カップラー本体１９は、横長矩形の板状部材であって、長手方向一側（本図の場合左側）に分離入力ポート４１及び連結入力ポート４３が配置されており、長手方向他側（本図の場合右側）に第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１が配置されている。カップラー本体１９は、下端が、第１連結本体１６Ａの第１接触面１２Ｓと同じ高さに配置される。分離入力ポート４１は、分離出力ポート４５に対し、第１方向切換え弁２０及び第２方向切換え弁２１から離れる方向（本図の場合左側）にずれた位置に設けられている。
　第１方向切換え弁２０及び第２方向切換え弁２１は、ポートを３個有するバルブであり、機械式、電磁式のいずれを用いることもできる。本実施形態の場合、第１方向切換え弁２０及び第２方向切換え弁２１は、機械式のバルブを用いる。第１方向切換え弁２０は、第１バルブ４８、第２方向切換え弁２１は、第２バルブ５０を有する。第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１は、第１バルブ４８及び第２バルブ５０が、カップラー本体１９の下端より下方へ突出するように配置されている。
　第１方向切換え弁２０は、第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４が連結状態にあるか否かにより、第１方向切換え弁２０の出力を切換える。第１方向切換え弁２０は、第１バルブ４８が、第１ドグ２２に接触したか否かによって、第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４が連結状態にあるか否かを検出する（図８）。
　第２方向切換え弁２１は、第１連結部材１２Ａが置台２４に載せられた第２連結部材１４と連結状態にあるか否かにより、第２方向切換え弁２１の出力を切換える。第２方向切換え弁２１は、第２バルブ５０が、第２ドグ２６に接触したか否かによって、第１連結部材１２Ａが置台２４に載せられた第２連結部材１４と連結状態にあるか否かを検出する。
　カップラー１８は、カップラー本体１９の厚さ方向に貫通する貫通穴に挿入した取り付けネジ（図示しない）を、取付部５１のネジ穴にねじ込むことにより、第１連結部材１２Ａに固定される。カップラー１８が取付部５１に固定されることにより、分離出力ポート４５がガスケット（図示しない）を介して分離ポート３６に、連結出力ポート４７がガスケットを介して連結ポート３８に接続される。ガスケットとしては、例えばＯリングを用いることができる。
　図５を参照して、カップラー１８の内部に形成されている空気圧回路を説明する。第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１は、第１～第３ポート２０ａ～２０ｃ、２１ａ～２１ｃを有する。第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１は、スプリングによって、常時、第１位置Ｐ１に保持される。第１バルブ４８は第１ドグ２２によって、第２バルブ５０は第２ドグ２６によって、スプリングに対向して押された場合に、第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２にそれぞれ切換る。
　連結入力ポート４３は、連結入力流路６０を介して連結出力ポート４７に接続されている。分離入力ポート４１は、入力流路５２を介して第１方向切換え弁２０の第２ポート２０ｂに接続されている。第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１は、第１ポート２０ａ，２１ａ同士が内部流路としての第１内部流路５６を介して、第３ポート２０ｃ，２１ｃ同士が内部流路としての第２内部流路５４を介して接続されている。第２方向切換え弁２１の第２ポート２１ｂは、出力流路５８を介して分離出力ポート４５に接続されている。
　第１方向切換え弁２０は、第１位置Ｐ１において、第２ポート２０ｂと第３ポート２０ｃとを接続する。第１バルブ４８は、第２位置Ｐ２に切換ったとき、第２ポート２０ｂと第１ポート２０ａを接続する。第２方向切換え弁２１は、第１位置Ｐ１において、第３ポート２１ｃと第２ポート２１ｂとを接続する。第２バルブ５０は、第２位置Ｐ２に切換ったとき、第１ポート２１ａと第２ポート２１ｂとを接続する。
２．動作及び効果
　次に、第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４を連結する動作を説明する。まず、第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４を同軸上に配置し、位置決めする。この状態で給排気機構を通じて、ピストン３３を挟んでシリンダ室３１の一方側に、分離ポート３６から流体として気体を供給する。この気体によってピストン３３の一方側の圧力がコイルバネ３２の力を上回ると、ピストン３３が他方側へ移動、すなわち下降する。これにより操作部３９がカム３４の付加部４９を押し下げる。そうするとカム３４は、支持軸３７を中心として矢印方向、すなわち図２中反時計回りに回転する。これによりカム３４は、突起部２７内に収容される（図６）。
　次いで、第１連結部材１２Ａの突起部２７を第２連結部材１４の連結穴４４に、第１接触面１２Ｓが第２接触面１４Ｓに接触するまで挿入する。この状態で給排気機構を通じて、ピストン３３を挟んでシリンダ室３１の一方側の気体を分離ポート３６から排出する。同時にピストン３３を挟んでシリンダ室３１の他方側へ連結ポート３８から気体を供給する。この気体による圧力に、コイルバネ３２の力が加わり、ピストン３３は、他表面側へ移動、すなわち上昇する。これにより操作部３９がカム３４の付加部４９を押し上げる。そうするとカム３４は、支持軸３７を中心として矢印方向、すなわち本図中時計回りに回転する。この回転によって、カム３４は突起部２７から放射状に突出し、作用部５５が係合部品４２の係合面と係合する。このようにして第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４が連結される（図７）。
　さらに、ピストン３３を挟んでシリンダ室３１の他方側へ連結ポート３８から気体を排出する。同時にピストン３３を挟んでシリンダ室３１の一方側に、分離ポート３６から気体を供給し、カム３４を反時計回りに回転させ突起部２７内に収容する。このようにして第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４を分離することができる。
　本実施形態の自動工具交換装置１０は、カップラー１８を備えていることにより、第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４が分離している状態、第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４が連結されて作業中の状態、置台２４に載せられた第２連結部材１４に、第１連結部材１２Ａを挿入した状態において、以下のように動作する。
（分離状態）
　第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４が分離している状態のとき、すなわち第１ドグ２２及び第２ドグ２６が第１位置Ｐ１にあるとき、分離入力ポート４１は、第１方向切換え弁２０及び第２方向切換え弁２１を介して、分離出力ポート４５に接続された状態となっている。したがって、図示しないソレノイドバルブを操作することにより、上記シリンダ３０を連結方向及び分離方向に動作させることができる。
（ロボット作業中）
　第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４が連結した状態で作業中のとき、第２連結部材１４は置台２４から離れているので、第１ドグ２２が第２位置Ｐ２にあり、第２ドグ２６が第１位置Ｐ１にある。このとき、第２方向切換え弁２１が閉弁状態となり、分離入力ポート４１は分離出力ポート４５と切断されている。したがって、オペレータの誤操作や、電気ノイズなどにより、図示しないソレノイドバルブが動作したとしても、第１連結部材１２Ａから不用意に第２連結部材１４が分離することを防止することができる。
（第１連結部材１２Ａと、置台２４に載せられた第２連結部材１４の分離及び連結動作）
　置台２４に載せられた第２連結部材１４に、第１連結部材１２Ａを挿入した状態のとき（図８）、すなわち第１ドグ２２及び第２ドグ２６が第２位置Ｐ２にあるとき、分離入力ポート４１は、第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１を介して、分離出力ポート４５に接続された状態となっている。したがって、図示しないソレノイドバルブを操作することにより、上記シリンダ３０を連結方向及び分離方向に動作させることができる。
　本実施形態に係るカップラー本体１９は、複数のポートを連通する複数の流路を有し、分離入力ポート４１は、分離出力ポート４５に対し中心が少なくとも直径の長さだけ半径方向にずれた位置に配置したことにより、分離ポート３６と連結ポート３８にロボット側の配管を直接接続できる。したがって、自動工具交換装置１０は、カップラー１８と、分離ポート３６及び連結ポート３８を繋ぐ配管を省略できるため、利便性をより向上することができる。中心を半径方向にずらした位置に配置したことにより、分離入力ポート４１と分離出力ポート４５の干渉が避けられ、カップラー本体１９を小型化することができる。
　カップラー１８は、長手方向左側に分離入力ポート４１及び連結入力ポート４３が配置され、長手方向右側に第１方向切換え弁２０と第２方向切換え弁２１が配置されており、分離入力ポート４１を分離出力ポート４５に対し左側にずれた位置に設けたので、全体として小型化を実現することができる。したがってカップラー１８は、小型の自動工具交換装置１０、すなわちシリンダ３０の軸方向長さが小さい第１連結部材１２Ａに好適である。
３．変形例
　本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
　上記実施形態の場合、シリンダ３０の軸方向長さが小さい第１連結部材１２Ａに適用する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば図９に示すように、カップラー１８は、より大型の第１連結部材１２Ｂに適用することもできる。当該カップラー１８は、カップラー本体１９の他側表面、すなわち取付部５１側の表面に配置される第２カップラー本体６１を備える。
　図１０に示すように、第１連結本体１６Ｂは、分離ポート３６と連結ポート３８の間の間隔が、カップラー本体１９の他側表面に形成された分離出力ポート４５と連結出力ポート４７の間隔より長い。第２カップラー本体６１は、縦長矩形の板状部材であって、一側表面に第２分離入力ポート６２と、第２連結入力ポート６３とを有し、図示しないが他側表面に、第２分離出力ポートと、第２連結出力ポートとを有する。第２分離入力ポート６２と、第２連結入力ポート６３は、カップラー本体１９の他側表面に形成された分離出力ポート４５（図４）と、連結出力ポート４７（図４）に対応した位置に形成されている。第２分離出力ポートと、第２連結出力ポートは、取付部５１に形成された、分離ポート３６と、連結ポート３８に対応した位置に形成されている。また第２カップラー本体６１は、図示しないが、内部に、第２分離入力ポート６２と第２分離出力ポートとを繋ぐ分離流路と、第２連結入力ポート６３と第２連結出力ポートとを繋ぐ連結流路とを有する。
　第２カップラー本体６１を間に挟んでカップラー１８を取付部５１に固定することにより、分離出力ポート４５は、第２分離入力ポート６２、第２分離出力ポートを介して分離ポート３６に接続される。同様に、連結出力ポート４７は、第２連結入力ポート６３、第２連結出力ポートを介して、連結ポート３８に接続される。
　上記変形例に係る第２カップラー本体６１を用いることにより、カップラー本体１９を、より大型の第１連結部材１２Ｂに適用することができる。したがってカップラー１８は、部品の共通化を図ることができ、汎用性を向上することができる。
　上記実施形態の場合、自動工具交換装置１０は、図２に示す断面構造を有する構成に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第１連結部材１２Ａと第２連結部材１４を分離又は連結する圧縮気体を導入する分離ポート３６及び連結ポート３８が、軸方向に平行に配置されているものであれば、他の構成の自動工具交換装置に適用することができる。
　上記実施形態の場合、分離入力ポート４１を分離出力ポート４５に対し左側にずれた位置に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限られず、右側にずれた位置に設けてもよい。また分離入力ポート４１は、分離出力ポート４５に対し上側又は下側にずれた位置に設けてもよい。分離入力ポート４１を分離出力ポート４５に対し、上側又は下側にずれた位置に設けることにより、入力流路５２と出力流路５８の干渉も避けることができるので、カップラー本体をより薄型化することができる。さらに分離入力ポート４１を分離出力ポート４５に対し少なくとも直径の長さだけ左側であって、上下方向、すなわち分離出力ポート４５に対し左斜め上方向の所定位置、又は左斜め下方向の所定位置に設けてもよい。上方向又は下方向の所定位置とは、入力流路５２と出力流路５８の干渉を避けることができる位置である。分離入力ポート４１を分離出力ポート４５に対し左斜め上方向又は下方向の所定位置に設けることにより、カップラー本体の縦と横の長さ、及び厚さを最適化できるので、カップラーをより小型化することができる。
１０    自動工具交換装置
１２Ａ、１２Ｂ  第１連結部材
１４    第２連結部材
１８    カップラー
１９    カップラー本体
２０    第１方向切換え弁
２１    第２方向切換え弁
２２    第１ドグ（ドグ）
２４    置台
３１    シリンダ室
３４    カム
３６    分離ポート
３８    連結ポート
４１    分離入力ポート
４３    連結入力ポート
４５    分離出力ポート
４７    連結出力ポート
５２    入力流路
５４    第２内部流路（内部流路）
５６    第１内部流路（内部流路）
５８    出力流路
６１    第２カップラー本体
６２    第２分離入力ポート
６３    第２連結入力ポート

Claims (4)

  1. 　機器の本体側に着脱自在に取り付けられる第１連結部材と、工具側に着脱自在に取り付けられる第２連結部材とを備え、前記第１連結部材はシリンダ室と、前記シリンダ室に接続され、前記シリンダ室の軸方向に平行に配置された連結ポートと分離ポートとを有し、前記連結ポート又は前記分離ポートへの気体の供給により前記第１連結部材に設けられたカムを移動させ、前記第１連結部材に対して前記第２連結部材を連結又は分離する自動工具交換装置に用いられる自動工具交換用カップラーであって、
    カップラー本体と、
    前記カップラー本体の一側表面に設けられ、前記第１連結部材が前記第２連結部材と連結状態にあるか否かにより切換る第１方向切換え弁、及び、前記第１連結部材が置台に載せられた前記第２連結部材と連結状態にあるか否かにより切換る第２方向切換え弁と
    を備え、
    前記カップラー本体は、
    複数のポートと、複数の前記ポートを連通する複数の流路と、
    一側表面に、
    連結用気体を導入する配管が接続される連結入力ポートと、
    分離用気体を導入する配管が接続される分離入力ポートと、
    前記一側表面に対向する他側表面に、
    前記連結ポートに接続される連結出力ポートと、
    前記分離ポートに接続される分離出力ポートと
    を有し、
    前記連結入力ポートと前記連結出力ポートは同軸上に配置され、
    前記分離出力ポートは前記連結出力ポートに対し、前記シリンダ室の軸方向に平行に配置され、
    前記分離入力ポートは、前記分離出力ポートに対し中心が少なくとも直径の長さだけ半径方向にずれた位置に配置されている
    ことを特徴とする自動工具交換用カップラー。
  2. 前記カップラー本体は、
    前記分離入力ポートと前記第１方向切換え弁を繋ぐ入力流路と、
    前記第１方向切換え弁と前記第２方向切換え弁を繋ぐ内部流路と、
    前記第２方向切換え弁と前記分離出力ポートを繋ぐ出力流路と
    を有することを特徴とする請求項１に記載の自動工具交換用カップラー。
  3. 前記カップラー本体の他側表面に配置される第２カップラー本体を備え、
    一側表面に、
    前記連結出力ポートが接続される第２連結入力ポートと、
    前記分離出力ポートが接続される第２分離入力ポートと、
    前記一側表面に対向する他側表面に、
    前記連結ポートに接続される第２連結出力ポートと、
    前記分離ポートに接続される第２分離出力ポートと、
    前記第２連結入力ポートと前記第２連結出力ポートとを繋ぐ連結流路と、
    前記第２分離入力ポートと前記第２分離出力ポートとを繋ぐ分離流路と
    を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動工具交換用カップラー。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の自動工具交換用カップラーが設けられた前記第１連結部材と、
    前記第１方向切換え弁に対応する位置にドグが設けられた前記第２連結部材と
    を備えたことを特徴とする自動工具交換装置。
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