JP6475979B2

JP6475979B2 - 係合部品、雌型部材、及び工具交換装置

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Publication number: JP6475979B2
Application number: JP2014264304A
Authority: JP
Inventors: 良介松本; 信宏表
Original assignee: Nitta Corp
Current assignee: Nitta Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN107000217B; US10322455B2; JP2016124039A; WO2016104149A1; CN107000217A; US20170355049A1

Description

本発明は、係合部品、雌型部材、及び工具交換装置に関し、特に産業用ロボットに適用されるものに関する。

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雄型部材と、工具側に取り付けられる雌型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）。雄型部材は、突起部と、突起部から半径方向に突出可能なカムとが雄型本体に設けられている。雌型部材には、前記突起部が挿入可能な連結穴が雌型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、雄型部材と雌型部材が連結する。またカムと係合部品の係合を解除することにより、雄型部材と雌型部材は分離し得る。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。

上記特許文献１の場合、係合部品は、カムから受ける力を分散させ得る分散面を有することにより、雄型部材と雌型部材が偏りのない略均一な力で連結される。

特開２０１２−２５０３２７号公報

しかしながら、上記特許文献１の場合、カムから受ける力によって、係合部品にモーメントが生じる。このモーメントによる係合部品の位置ずれを抑えるには、雌型部材の半径方向に複数配置されたボルトにより、係合部品を雌型部材本体に強固に固定する必要がある。そうすると係合部品を小型化することができず、結果として雌型部材及び工具交換装置を大型化せざるを得ないという問題があった。

本発明は、小型化することができる係合部材品、雌型部材及び工具交換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る係合部品は、機器の本体側に着脱自在に取り付けられる雄型部材と、工具側に着脱自在に取り付けられる雌型部材とを備える工具交換装置の、前記雌型部材を構成する雌型本体に着脱自在に取り付けられる係合部品において、前記雄型部材に設けられたカムが係合する係合面と、前記係合面を介して前記カムから付与される力を前記雌型本体に伝達する分散面とを有し、前記分散面は、略直交する第１分散面と第２分散面とからなり、前記第１分散面は、長手方向を有する略四角形状に形成されており、前記長手方向に直交する断面形状が、前記第１分散面と、前記第２分散面と、前記係合面とにより、略三角形状に形成されており、前記第１分散面には、前記長手方向に一列にのみ配置された複数の締結穴が形成されており、前記カムから前記係合面に付与された力のうち、前記長手方向と直交する第１方向の成分を前記第１分散面に作用させ、前記カムから前記係合面に付与された力のうち、前記長手方向と前記第１方向とに直交し、かつ、前記第１方向の成分より大きい第２方向の成分を前記第２分散面に作用させることを特徴とする。

本発明に係る雌型部材は、上記係合部品と、前記係合部品が着脱自在に取り付けられる雌型本体とを備え、前記雌型本体には、前記係合部品の前記締結穴に対応する位置に貫通穴が形成されており、前記係合部品は、前記雌型本体から前記貫通穴を通じ挿入されたボルトにより前記雌型本体に固定されていることを特徴とする。

本発明に係る工具交換装置は、上記雌型部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、係合部品は、長手方向に直交する断面形状が、係合面及び、第１分散面と第２分散面によって、略三角形状に形成することができるので、小型化することができる。したがって雌型部材、及び工具交換装置は、全体として小型化を実現することができる。

本実施形態に係る工具交換装置の使用状態を示す斜視図である。本実施形態に係る工具交換装置の断面図であり、図２Ａは雄型部材、図２Ｂは雌型部材の図である。本実施形態に係る係合部品の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る係合部品の構成を示す図であり、図４Ａは背面図、図４Ｂは平面図、図４Ｃは正面図、図４Ｄは右側面図である。本実施形態に係る係合部品と雌型本体の位置関係を示す部分斜視図である。本実施形態に係る雄型本体の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る雄型本体の構成を示す正面図である。本実施形態に係る雄型本体の構成を示す背面図である。本実施形態に係る雄型本体の構成を示す左側面図である。本実施形態に係る雄型本体の構成を示す右側面図である。本実施形態に係る雄型本体の構成を示す平面図である。本実施形態に係る雄型本体の構成を示す底面図である。本実施形態に係る雌型本体の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る雌型本体の構成を示す正面図である。本実施形態に係る雌型本体の構成を示す背面図である。本実施形態に係る雌型本体の構成を示す左側面図である。本実施形態に係る雌型本体の構成を示す右側面図である。本実施形態に係る雌型本体の構成を示す平面図である。本実施形態に係る雌型本体の構成を示す底面図である。本実施形態に係る工具交換装置の断面図であり、雄型部材と雌型部材を連結した状態を示す図である。

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
図１に示す工具交換装置１０は、産業用ロボットの本体としてのアームの先端（図示しない）に固定される雄型部材１２と、工具１４に固定される雌型部材１６とを備える。雄型部材１２は、雄型本体１７に設けられた位置決めピン１８を、雌型部材１６の雌型本体１９に形成された位置決め穴２０に挿入することにより、雌型部材１６に対し正確に位置決めされる。工具１４は特に限定されないが、本図においてはスポット溶接ガンが図示されている。雄型部材１２と本体、及び雌型部材１６と工具１４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。本体と工具１４は、工具交換装置１０を介して、連結されると共に、分離し得る。

図２Ａに示すように、雄型部材１２は、雄型本体１７と、雄型本体１７に設けられた、シリンダ２２、コイルバネ２４、及びカム２６を有する。コイルバネ２４は、シリンダ２２を一方向に押し上げ得るように装填されている。シリンダ２２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２６を回転運動させる。

雄型本体１７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２８と、板状部２５内に形成されたシリンダ室３０と、当該シリンダ室３０の同軸上であって前記突起部２８内に形成されたカム機構収容室３９とが形成されている。シリンダ室３０は、板状部２５の他表面に形成された穴を、フランジ３６で閉塞することにより、形成される。シリンダ室３０には、第１ポート３２と第２ポート３４が軸方向に並んで連結されている。第１ポート３２と第２ポート３４は、図示しないが配管を介して給排気機構に連結されている。板状部２５の表面には、突起部２８の周縁に雄型接触面３８が形成されている。

シリンダ２２は、シリンダ室３０内に配置されるヘッド４０と、ヘッド４０の中心軸に設けられたピストン４２と、ピストン４２の先端側に形成された第１拡径部４４及び第２拡径部４６とを有する。ヘッド４０は、シリンダ室３０内を軸方向に摺動するように形成されている。第１ポート３２と第２ポート３４は、ヘッド４０を挟んでシリンダ室３０の軸方向の一方側と、他方側に連結されている。ピストン４２は、基端がヘッド４０に連結されており、先端がカム機構収容室３９に配置されている。ピストン４２の先端には、軸方向に間隔をあけて、第１拡径部４４と、第２拡径部４６が設けられている。第１拡径部４４と第２拡径部４６は、ピストン４２を半径方向に大きくした略円盤形状を有する。

カム２６は、逆Ｌ字型の部材で形成されており、略中心において支持軸２７を介して雄型本体１７の突起部２８に回転自在に支持されており、一端側に付加部２９、他端側に作用部３１が形成されている。付加部２９は、カム２６の一端を挟んで一側に湾曲した凹面３３が形成されており、他側に平坦面３５が形成されている。作用部３１は円弧形状に形成されている。付加部２９は、凹面３３を第１拡径部４４側に、平坦面３５を第２拡径部４６側に配置して、第１拡径部４４と第２拡径部４６の間に挿入されている。カム２６は、ピストン４２の直線運動によって、第１拡径部４４が凹面３３を押し下げたり、第２拡径部４６が平坦面３５を押し上げたりすることにより、支持軸２７を中心として回転する。カム２６は、突起部２８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、雌型部材１６は、雌型本体１９と、雌型本体１９に固定された係合部品４８とを有する。雌型本体１９は、略板状に形成されており、厚さ方向に開口した連結穴５０と、一表面に形成された雌型接触面５２とを有する。連結穴５０は、雌型接触面５２側に形成された第１連結穴５５と、第１連結穴５５と同軸上であって他表面側に形成された第２連結穴５７とからなる。第２連結穴５７は、第１連結穴５５より径が大きい。第１連結穴５５と第２連結穴５７の接続部分には、カム２６の位置に対応した円周方向の位置に、設置部５９が複数、本実施形態の場合、３個設けられている。当該設置部５９は、雌型本体１９の他表面側及び連結穴５０の内面側が開口した溝であって、雌型接触面５２側に天井面５１が形成されていると共に、連結穴５０の半径方向に側面５３が形成されている。天井面５１及び側面５３は平坦面で構成されている。当該設置部５９には、係合部品４８が設置されている。

図３及び図４に示すように、係合部品４８は、細長い部材であって、長手方向に直交する断面形状が、分散面としての直交する第１分散面５６及び第２分散面５８と、係合面５４とにより、略三角形状に形成されている。第１分散面５６と第２分散面５８は平坦面で構成されている。第１分散面５６には、複数の締結穴６０が長手方向にのみ形成されている。本図に示すように、複数の締結穴６０は、長手方向に一列にのみ配置されている。本図の場合、締結穴６０は、長手方向に一列に３個形成されている。係合面５４は、円弧形状を有する。

図５を参照して、係合部品４８と設置部５９との位置関係について説明する。図５は、係合部品４８が設置部５９に挿入される前の状態を示す斜視図である。係合部品４８は、長手方向が連結穴５０（図２Ｂ）の円周方向に沿った状態で配置され、設置部５９の天井面５１に第１分散面５６が面接触し、第２分散面５８が設置部５９の側面５３に面接触するように挿入される。雌型本体１９には、締結穴６０に対応する円周方向の位置に貫通穴４９が形成されている。係合部品４８は、当該貫通穴４９を通じ挿入されたボルト（図示しない）により、雌型本体１９に着脱自在に固定される。

また、図６〜図１９に、雄型本体１７及び雌型本体１９の斜視図及び六面図を示す。

（２）動作及び効果
次に、雄型部材１２と雌型部材１６を連結する動作を説明する。まず、雄型部材１２と雌型部材１６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、ヘッド４０を挟んでシリンダ室３０の一方側に、第１ポート３２から流体として気体を供給する。この気体によってヘッド４０の一方側の圧力がコイルバネ２４の力を上回ると、シリンダ２２が他方側へ移動、すなわち下降する（図２）。これにより第１拡径部４４がカム２６の付加部２９を押し下げる。そうするとカム２６は、支持軸２７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２６は、突起部２８内に収容される。

次いで、図２０に示すように、雄型部材１２の突起部２８を雌型部材１６の連結穴５０に、雄型接触面３８（図２Ａ）が雌型接触面５２（図２Ｂ）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、ヘッド４０を挟んでシリンダ室３０の一方側の気体を第１ポート３２から排出する。同時にヘッド４０を挟んでシリンダ室３０の他方側へ第２ポート３４から気体を供給する。この気体による圧力に、コイルバネ２４の力が加わり、シリンダ２２は、他表面側へ移動、すなわち本図において上昇する。これにより第２拡径部４６がカム２６の付加部２９を押し上げる。そうするとカム２６は、支持軸２７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２６は突起部２８から放射状に突出し、作用部３１が係合部品４８の係合面５４と係合する。このようにして雄型部材１２と雌型部材１６が連結される。

以上のようにして雄型部材１２と雌型部材１６が連結されることにより、カム２６から作用部３１を通じて係合部品４８の係合面５４に力Ｆが付与される。力Ｆは、軸方向成分Ｆ_Ｚと半径方向成分Ｆ_Ｒとに分けて考えると、軸方向成分Ｆ_Ｚが係合部品４８の第１分散面５６に、半径方向成分Ｆ_Ｒが第２分散面５８に作用する。

本実施形態の工具交換装置１０は、係合部品４８の第１分散面５６に作用する軸方向成分Ｆ_Ｚより第２分散面５８に作用する半径方向成分Ｆ_Ｒの方が、より大きくなるように構成されている。これにより、従来のように、係合部品４８に対し図２０中の矢印方向のモーメントが生じないので、係合部品４８を雌型本体１９に固定する方法を簡略化することができる。すなわち、本実施形態の場合、雌型部材１６の半径方向に係合部品４８を固定するボルトを複数配置する必要がない。したがって本実施形態の係合部品４８は、長手方向に締結穴６０を配置するだけで足りるので、幅方向の大きさを小さくすることができる。さらに係合部品４８は、設置部５９から抜ける方向のモーメントが生じないことから従来に比べ小さいボルトを使用することができ、しかも設置部５９の天井面５１側からボルトを締めつけて固定できるので、高さ方向の大きさも小さくすることができる。したがって係合部品４８は、長手方向に直交する断面形状が、係合面５４、第１分散面５６、及び第２分散面５８によって、略三角形状に形成することができるので、小型化を実現することができる。

また雌型部材１６は、半径方向にボルトを挿入する貫通穴４９を配置する必要がないので、半径方向に小さくすることができる。したがって工具交換装置１０は、全体として小型化を実現することができる。

このように係合部品４８の第１分散面５６より第２分散面５８に、より大きい力を作用させるには、係合面５４に係合したときのカム２６の回転角度をより大きくすることが有効である。これにより半径方向成分Ｆ_Ｒを軸方向成分Ｆ_Ｚより大きくすることができるので、係合部品４８の第１分散面５６より第２分散面５８に、より大きい力を作用させることができる。

（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、正面視において多角形状の雄型本体１７及び雌型本体１９を図示したが、本発明はこれに限らず、正面視において円形状の雄型本体及び雌型本体に適用することもできる。

上記実施形態の場合、カム２６を突起部２８の円周上に３個設ける場合について説明したが、本発明はこれに限らず、４個以上設けることとしてもよい。

上記実施形態の場合、流体として気体を用いてシリンダ２２を動作させる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、液体を用いてもよい。また、モータを用いてカム２６を駆動してもよい。

上記実施形態の場合、係合部品４８の第１分散面５６と第２分散面５８、及び、設置部５９の天井面５１と側面５３は、それぞれ平坦面で構成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、面接触可能であれば、曲面や凹凸面で形成してもよい。

上記実施形態では、機器の一例として産業ロボットの場合を説明したが、工具交換装置を取り付ける機器は、産業用ロボットに限定されるものではない。例えばアームに取付けられた工具、あるいはその工具で把持した物の移動や移動先での作業を容易にするバランスアームやハンドクレーンなどであってもよい。また、機器の本体側である産業ロボットのアームに雄型部材を取り付けているが、その取り付け位置は、機器の構成や工具の種類などに応じて、機器の本体の任意の位置に決めることができる。

１０工具交換装置
１２雄型部材
１４工具
１６雌型部材
１７雄型本体
１９雌型本体
２６カム
４８係合部品
５４係合面
５６第１分散面
５８第２分散面
６０締結穴

Claims

機器の本体側に着脱自在に取り付けられる雄型部材と、工具側に着脱自在に取り付けられる雌型部材とを備える工具交換装置の、前記雌型部材を構成する雌型本体に着脱自在に取り付けられる係合部品において、
前記雄型部材に設けられたカムが係合する係合面と、
前記係合面を介して前記カムから付与される力を前記雌型本体に伝達する分散面と
を有し、
前記分散面は、略直交する第１分散面と第２分散面とからなり、
前記第１分散面は、長手方向を有する略四角形状に形成されており、
前記長手方向に直交する断面形状が、前記第１分散面と、前記第２分散面と、前記係合面とにより、略三角形状に形成されており、
前記第１分散面には、前記長手方向に一列にのみ配置された複数の締結穴が形成されており、
前記カムから前記係合面に付与された力のうち、前記長手方向と直交する第１方向の成分を前記第１分散面に作用させ、
前記カムから前記係合面に付与された力のうち、前記長手方向と前記第１方向とに直交し、かつ、前記第１方向の成分より大きい第２方向の成分を前記第２分散面に作用させることを特徴とする係合部品。
請求項１記載の係合部品と、
前記係合部品が着脱自在に取り付けられる雌型本体と
を備え、
前記雌型本体には、前記係合部品の前記締結穴に対応する位置に貫通穴が形成されており、
前記係合部品は、前記雌型本体から前記貫通穴を通じ挿入されたボルトにより前記雌型本体に固定されていることを特徴とする雌型部材。
請求項２記載の雌型部材を備えることを特徴とする工具交換装置。