特許 6604531 雄型部材及び工具交換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6604531

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】雄型部材及び工具交換装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/04 20060101AFI20191031BHJP

【ＦＩ】

   B25J15/04 A

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-64483(P2015-64483)

(22)【出願日】2015年3月26日

(65)【公開番号】特開2016-182656(P2016-182656A)

(43)【公開日】2016年10月20日

【審査請求日】2018年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000111085

【氏名又は名称】ニッタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137800

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 正義

(74)【代理人】

【識別番号】100148253

【弁理士】

【氏名又は名称】今枝 弘充

(74)【代理人】

【識別番号】100148079

【弁理士】

【氏名又は名称】梅村 裕明

(72)【発明者】

【氏名】菊地 博己

(72)【発明者】

【氏名】釣本 賢司

(72)【発明者】

【氏名】西尾 英樹

(72)【発明者】

【氏名】松本 良介

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平５−３０１１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−９０４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−７５９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−２９９７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７６８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１４０３９３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機器の本体側に取り付けられ、工具側に取り付けられる雌型部材に連結される自動工具交換装置の雄型部材において、
ピストンとこのピストンを収容するシリンダ室と一端が前記ピストンに連結されたピストンロッドとを有し、前記ピストンの前記シリンダ室内における往復動によって前記ピストンロッドが進退するシリンダ部と、
前記雌型部材の係合部材に対応して設けられ、前記係合部材に係合する係合位置とその係合を解除した解除位置との間で回動自在とされ、前記ピストンロッドの進退により前記係合位置と前記解除位置とに回動されるカムと、
前記シリンダ室内に第１検出面が露呈されるとともに、前記カムが前記解除位置にあるときの前記ピストンを臨む位置に配され、前記第１検出面の前面における前記ピストンの有無を検出する第１近接センサと、
前記シリンダ室内に第２検出面が露呈されるとともに、前記カムが前記係合位置にあるときの前記ピストンを臨む位置に配され、前記第２検出面の前面における前記ピストンの有無を検出する第２近接センサと、
前記第１及び前記第２近接センサに対応して、前記シリンダ室の壁部を貫通して設けられた一対のセンサ孔と、
前記第１及び前記第２近接センサを保持する一対の保持孔が形成され、一方の面側に前記第１及び前記第２近接センサの前記第１及び前記第２検出面側を突出した状態で、前記一対の保持孔に前記第１及び前記第２近接センサを保持し、前記第１及び前記第２近接センサの突出した部分を前記センサ孔に挿入した状態で前記シリンダ室の外壁面に取り付けられる取付プレートと
を備え、
前記第１及び前記第２近接センサは、前記シリンダ室内に突出しない状態に、前記取付プレートに組み付けられていることを特徴とする雄型部材。

【請求項2】

前記第１及び前記第２近接センサは、外周面に雄ねじが形成され、
前記取付プレートは、前記一対の保持孔の内周面に雌ねじが形成され、前記雄ねじを前記雌ねじに螺合させることにより、前記第１及び前記第２近接センサを保持することを特徴とする請求項１に記載の雄型部材。

【請求項3】

前記取付プレートは、ＳＵＳ３０４からなることを特徴とする請求項１または２に記載の雄型部材。

【請求項4】

前記カムは、前記雌型部材の複数の係合部材に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の雄型部材。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項に記載の雄型部材と、前記雌型部材とを備えることを特徴とする工具交換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、雄型部材及び工具交換装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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知られている（例えば、特許文献１）。雄型部材は、突起部が形成された雄型本体と、雄型本体に内蔵されたシリンダ部とを備えている。突起部には、シリンダ部で作動される複数のカムが内蔵されている。各カムは突起部から突出して雌型部材に設けた係合部材に係合する係合位置と、係合部材との係合を解除し突起部内に収容された解除位置との間で回動する。雌型部材には、突起部が挿入可能な連結穴が形成されており、この連結穴の内周面に設けた開口の奥に係合部材が設けられている。工具交換装置は、突起部が連結穴に挿入された状態で、各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。また各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。

【0003】

工具交換装置では、不完全な連結状態で産業用ロボットが動作することを回避するために、カムが係合位置にあるか解除位置にあるかを、カムごとに２個の近接センサを設けてそれぞれ検出していた。この場合、一方の近接センサは、係合位置のカムを臨むように設けられ、他方の近接センサは、解除位置のカムを臨むように設けられている。また、一方の近接センサを係合位置のカムを臨むように設け、他方の近接センサをカムが解除位置となったときのシリンダ部のピストンを臨む位置に設けた構成も知られている（特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２５０３２７号公報

【特許文献2】特開平５−３０１１８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のようにカムごとに２個の近接センサを設けた構成では、雄型部材の小型化が困難であった。また、カムを臨むように近接センサを設けた場合には、カムが外部に露出しているため、近接センサの検出面等の一部を少なくとも外部に露出させなくてはならず、近接センサが損傷するおそれがあった。

【0006】

本発明は、小型化に有利であり、また近接センサの損傷を防止できる雄型部材及び工具交換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の雄型部材は、機器の本体側に取り付けられ、工具側に取り付けられる雌型部材に連結される自動工具交換装置の雄型部材において、ピストンとこのピストンを収容するシリンダ室と一端がピストンに連結されたピストンロッドとを有し、ピストンのシリンダ室内における往復動によってピストンロッドが進退するシリンダ部と、雌型部材の係合部材に対応して設けられ、係合部材に係合する係合位置とその係合を解除した解除位置との間で回動自在とされ、ピストンロッドの進退により係合位置と解除位置とに回動されるカムと、シリンダ室内に第１検出面が露呈されるとともに、カムが解除位置にあるときのピストンを臨む位置に配され、第１検出面の前面におけるピストンの有無を検出する第１近接センサと、シリンダ室内に第２検出面が露呈されるとともに、カムが係合位置にあるときのピストンを臨む位置に配され、第２検出面の前面におけるピストンの有無を検出する第２近接センサとを備えるものである。

【0008】

また、本発明の工具交換装置は、上記の雄型部材と雌型部材とを備えるものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、第１近接センサの第１検出面をシリンダ室内に露呈するとともにカムが係合位置にあるときのピストンを臨む位置に配し、第１検出面の前面におけるピストンの有無を検出し、また第２近接センサの第２検出面をシリンダ室内に露呈するとともにカムが解除位置にあるときのピストンを臨む位置に配し、第２検出面の前面におけるピストンの有無を検出するようにしたから、近接センサが外部に露出されないので近接センサの損傷が防止される。また、ピストンに対して第１近接センサと第２近接センサとを設ければよいので、近接センサの個数を少なくでき雄型部材及び工具交換装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る工具交換装置を備えた産業用ロボットの概略を示す斜視図である。

【図2】雄型部材の断面を示す断面図である。

【図3】雌型部材の断面を示す断面図である。

【図4】取付プレートへの第１及び第２近接センサの取り付けを説明する斜視図である。

【図5】シリンダ部への第１及び第２近接センサの取り付け状態を示す斜視図である。

【図6】雄型部材と雌型部材とを連結した状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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アーム１１の先端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。アーム１１と雄型部材１２、及び工具１４と雌型部材１６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。本図においては、工具１４としてスポット溶接ガンが図示されているが、雌型部材１６を取り付けた状態の異なる工具１４が複数用意されている。アーム１１と工具１４は、工具交換装置１０を介して連結されるとともに分離可能であり、工具１４が交換自在になっている。雄型部材１２には、制御部１５が接続されており、この制御部１５によって、雄型部材１２と雌型部材１６との連結・分離が制御される。

【0012】

雄型部材１２は、その装着面１２ａに位置決めピン１８が設けられるとともに、中央に突起部２０が設けられている。一方の雌型部材１６は、その装着面１６ａに位置決め穴２２が開口するとともに、中央に連結穴２３が設けられている。連結の際には、位置決めピン１８を位置決め穴２２に挿入することにより、雄型部材１２が雌型部材１６に対し正確に位置決めされて、突起部２０が連結穴２３に挿入される。突起部２０を連結穴２３に挿入した状態で、詳細を後述するように、係合機構を作動させることで雄型部材１２と雌型部材１６とを固定する。一方、係合機構による固定を解除してから、雄型部材１２を雌型部材１６から離れる方向にアーム１１を移動させることによって、アーム１１から工具１４を分離することができる。

【0013】

図２に示すように、雄型部材１２は、雄型本体２５、この雄型本体２５に設けられたシリンダ部２６、及びカム２７を有する。雄型本体２５の一方の面が、上述のように位置決めピン１８、突起部２０を設けた装着面１２ａになっている。シリンダ部２６及びカム２７は、雌型部材１６に設けた係合部材としてのロックピン２８（図３参照）とともに、雄型部材１２と雌型部材１６との連結を固定する係合機構になっている。雄型本体２５の他方の面は、カバープレート２９によって覆われている。

【0014】

シリンダ部２６は、カム２７を回動させるためのものであり、シリンダ室３１、このシリンダ室３１内に収容されたピストン３２、このピストン３２に連結されたピストンロッド３３を備えたエアシリンダである。シリンダ室３１は、雄型本体２５に一体に形成したシリンダ側壁３１ａ及び底板部３１ｂと、ヘッドカバー３１ｃにより形成される。シリンダチューブとなるシリンダ側壁３１ａは、円筒状に形成されており、ロッドカバーとなる底板部３１ｂは、シリンダ室３１内を気密状態に保ちながらピストンロッド３３を貫通させている。ヘッドカバー３１ｃは、シリンダ室３１の上端部を気密に塞いでいる。

【0015】

ピストン３２は、円筒形状であり、その軸心方向（図中、上下方向）に移動自在になっている。ピストン３２は、例えばアルミ製になっている。このピストン３２は、図２に示されるように、シリンダ室３１の下部に移動した第１位置と、図６に示すように、シリンダ室３１の上部に移動した第２位置との間で、後述するように空気の圧力で往復動する。第１位置は、後述するようにロックピン２８との係合を解除させる解除位置にカム２７を移動させた位置であり、第２位置はロックピン２８に係合する係合位置にカム２７を移動させた位置である。

【0016】

シリンダ側壁３１ａには、それを貫通した第１給排気ポート３５ａと第２給排気ポート３５ｂとが設けられている。第１給排気ポート３５ａは、シリンダ室３１内で第１位置のピストン３２よりも下側に開口しており、第２給排気ポート３５ｂは、シリンダ室３１内で第２位置のピストン３２よりも上側に開口している。第１給排気ポート３５ａと第２給排気ポート３５ｂとは、図示しない配管を介して給排気機構に連結されている。これにより、第１給排気ポート３５ａ及び第２給排気ポート３５ｂの一方を介してシリンダ室３１内に空気を送り込み、他方を介してシリンダ室３１外に空気を排出することにより、ピストン３２を第１位置または第２位置に移動する。なお、コイルバネ３７は、ピストン３２を第２位置に向けて付勢している。第１位置にピストン３２を移動する場合には、このコイルバネ３７の付勢力に抗してピストン３２を空気圧で移動させる。

【0017】

シリンダ室３１の壁部としてのシリンダ側壁３１ａには、それを貫通したセンサ孔３８とセンサ孔３９とが設けられている。センサ孔３８には第１近接センサ４１を、またセンサ孔３９には第２近接センサ４２をそれぞれ差し込んだ状態で、第１、第２近接センサ４１、４２が取付プレート４３を介して雄型本体２５に取り付けられている。第１、第２近接センサ４１、４２は、カム２７が解除位置と係合位置とのいずれにあるかを検知するために、ピストン３２の位置を検出するためのものである。第１近接センサ４１は、その第１検出面４１ａがシリンダ室３１内に露呈されており、第１検出面４１ａが第１位置にあるピストン３２を臨む位置に配されている。第２近接センサ４２は、同様に、その第２検出面４２ａがシリンダ室３１内に露呈されているが、第２検出面４２ａは、第２位置にあるピストン３２を臨む位置に配されている。第１、第２近接センサ４１、４２は、第１、第２検出面４１ａ，４２ａの前面におけるピストン３２の有無を非接触で検出する。

【0018】

この例では、アルミ製のピストン３２を非接触で検出するために、第１、第２近接センサ４１、４２として、高周波発振形（誘導形）の近接センサを用いている。第１、第２近接センサ４１、４２は、ピストン３２の有無を非接触で検出するものであれば検出方式は限定されない。第１、第２近接センサ４１、４２は、制御部１５に接続されており、第１、第２近接センサ４１、４２の検出結果がそれぞれ制御部１５に送られる。第１，第２近接センサ４１，４２の雄型本体２５に対する取り付けの詳細については後述する。

【0019】

第１近接センサ４１、第２近接センサ４２は、雄型本体２５に取り付けられ、雄型部材１２に収容された構成となっている。このため第１近接センサ４１、第２近接センサ４２が外部に露出せず、それらが損傷するおそれがない。また、第１近接サンサ４１と第２近接センサ４２とでピストン３２の位置を検出しているので、この例のようにカム２７が複数個設けられている場合でも、２個の近接センサ４１，４２で足り、雄型部材１６及び工具交換装置１０の小型化に寄与する。

【0020】

取付プレート４３は、ＳＵＳ３０４（ステンレス）製としてある。このように取付プレート４３をＳＵＳ３０４製とすることにより、アルミ製の場合に比べて第１近接センサ４１、第２近接センサ４２から出力される検出信号に重畳されるノイズを低減することができ、誤検出を防止する上で有利になる。

【0021】

ピストンロッド３３は、その基端がピストン３２に連結されており、先端側が底板部３１ｂを貫通して突起部２０内に突出している。このピストンロッド３３は、シリンダ室３１内におけるピストン３２の往復動にともなって、その軸心方向に進退する。突起部２０内に突出したピストンロッド３３の部分の周面に円筒状の外筒部４４が固定されており、外筒部４４はピストンロッド３３と一体に移動する。外筒部４４の先端は、基端側よりも径が大きくなっている。また、ピストンロッド３３の先端には、ロッド本体３３ａよりも径が大きい大径部３３ｂが形成されている。

【0022】

外筒部４４と大径部３３ｂとの間に、カム２７を回動させるための第１摺動部材４５と第２摺動部材４６とを配してある。第１摺動部材４５と第２摺動部材４６は、いずれも略円盤形状の中心に穴が形成されたドーナッツ状であり、中心の穴にロッド本体３３ａを通してある。第１摺動部材４５は、外筒部４４側に配されており、外筒部４４によってピストンロッド３３の基端方向への移動が規制される。また、外筒部４４と第１摺動部材４５との間に、第１摺動部材４５をピストンロッド３３の先端方向に付勢するコイルバネ４７が配されている。第２摺動部材４６は、大径部３３ｂ側に配されており、大径部３３ｂによって先端方向への移動が規制されている。これら第１摺動部材４５と第２摺動部材４６によって、カム２７を挟持している。この挟持によって、ピストンロッド３３の進退によらないカム２７の回動を防止している。

【0023】

ピストンロッド３３の外周に複数のカム２７が配されている。この例では、３個のカム２７がピストンロッド３３を中心とする円周上に均等な間隔で配してある。カム２７は、適当な厚みを有した板状の摺動部４８と、この摺動部４８の一端に形成され摺動部４８の厚み方向（紙面に垂直な方向）に長くされた係合部４９とが一体に形成された略Ｔ字状になっている。このカム２７は、摺動部４８をその厚み方向に貫通した支持軸５０を介して突起部２０に回動自在に取り付けられている。軸５０は、ピストンロッド３３の軸心方向に直交する向きに配されている。カム２７は、図２に示されるように、突起部２０内に収容され雌型部材１６のロックピン２８との係合を解除した解除位置と、図６に示されるように、突起部２０から一部を突出させ、ロックピン２８と係合する係合位置との間で回動する。

【0024】

摺動部４８は、カム２７が解除位置にあるときにピストンロッド３３側に向く第１摺動面４８ａと、係合部４９と反対側で第１摺動面４８ａに繋がった第２摺動面４８ｂとを有している。第１摺動面４８ａは、凹状に湾曲しており、第２摺動面４８ｂは、平坦である。なお、係合部４９と第２摺動面４８ｂとの間には、第２摺動面４８ａとほぼ直交する平坦な面が形成されている。係合部４９は、外側に凸状に湾曲しており、その外周面がロックピン２８と係合する係合面４９ａになっている。

【0025】

第１摺動面４８ａには、コイルバネ４７の付勢力により第１摺動部材４５が押し当てられている。このコイルバネ４７の付勢力による第１摺動部材４５の押圧によって、カム２７は、その第２摺動面４８ｂを第２摺動部材４６に接触する状態に回動することにより、突起部２０内に完全に収容された状態で保持される。ピストン３２が第１位置から第２位置に移動したときには、それにともなう第２摺動部材４６の移動によって第２摺動面４８ｂが押圧されることで、カム２７が解除位置から係合位置に移動する。また、ピストン３２が第２位置から第１位置に移動したときには、それにともなう第１摺動部材４５の移動によって第１摺動面４８ａが押圧されることで、カム２７が係合位置から解除位置に移動する。また、このようにカム２７は、ピストン３２の第１位置と第２位置との往復動にともなうピストンロッド３３の進退によって、解除位置と係合位置との間で回動する。

【0026】

図３に示すように、雌型部材１６は、雌型本体５１と、雌型本体５１に固定された係合部材としてのロックピン２８とを有する。雌型本体５１には、それを貫通した連結穴２３が形成されている。また、雌型部材１６の一方の面が、上述のように位置決め穴２２が開口した装着面１６ａとなっている。連結穴２３の内周面のうち、各カム２７の位置に対応した部分には開口が設けられており、その開口の奥にそれぞれロックピン２８が設けられている。ロックピン２８は、円柱形状であり、カム２７の軸５０と平行に設けられている。各ロックピン２８は、係合位置に回動したカム２７の係合面４９ａがそれぞれ係合する。これにより、雄型部材１２と雌型部材１６とが連結する。なお、係合部材は、円柱形状のロックピン２８に限定されるものではない。

【0027】

図４に示すように、第１近接センサ４１は、円筒形の筐体を有し、その先端が第１検出面４１ａになっている。また、第１近接センサ４１の後端からは、第１検出面４１ａの検出状態に応じた検出信号を出力するリード線４１ｂが出ている。同様に、第２近接センサ４２は、円筒形の筐体の先端が第２検出面４２ａになっており、後端からリード線４２ｂが出ている。

【0028】

取付プレート４３には、センサ孔３８、３９と同じ中心間隔で、保持孔６１、６２が形成されている。第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２は、外周面に形成された雄ねじ４１ｃ、４２ｃを、保持孔６１、６２の内周面に形成された雌ねじ６１ａ、６２ａに螺合させることによって、取付プレート４３に組み付けられる。この組み付けの際には、雄ねじ４１ｃ、４２ｃにそれぞれ適量のシールテープ（テープ状のシール材）６４を巻き付けてから、雄ねじ４１ｃ、４２ｃを雌ねじ６１ａ、６２ａに螺合させる。これによって、取付プレート４３と第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２との間の隙間を埋めて気密性を保つ。なお、取付プレート４３からはみ出した余分なシールテープ６４は除去される。また、雌ねじ４１ｃ、４２ｃにそれぞれ螺合させたナット６５を締めることによって、第１、第２近接センサ４１、４２と保持孔６１、６２との螺合が緩まないようにしている。

【0029】

ところで、第１、第２近接センサ４１、４２がシリンダ室３１内に突出している場合には、ピストン３２の移動動作に支障をきたすばかりでなく、第１、第２近接センサ４１、４２及びピストン３２を破損させてしまう。このため、第１、第２近接センサ４１、４２をシリンダ室３１内に突出しない状態に組み付ける必要がある。一方、第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２は、それぞれ対応する位置のピストン３２の周面と第１、第２検出面４１ａ、４２ａとの距離が、定格動作距離（検出距離）よりも小さくなるように組み付ける必要がある。この例に用いた第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２の定格動作距離は、０．５５ｍｍ程度であり、第１、第２検出面４１ａ、４２ａは、シリンダ室３１の内周面から極僅かにセンサ孔３８、３９内に入った状態に組み付ける必要がある。なお、近接センサの定格動作距離は、検出面から垂直方向に標準検出体を接近させたときに、近接センサが動作する時の距離であり、この距離は温度変化、電圧変動などが考慮されていない。

【0030】

第１、第２近接センサ４１、４２の取付プレート４３への組み付けと同時に、上記のように第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２がシリンダ室３１内に突出せず、かつ第１、第２検出面４１ａ、４２ａとピストン３２の周面との距離が適切になる状態に調整している。そして、この取付プレート４３をシリンダ側壁３１ａに組み付けることにより、シリンダ側壁３１ａの取り付け後に、第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２がシリンダ室３１内に突出しないようにする調整と、第１、第２検出面４１ａ、４２ａとピストン３２の周面との距離との調整を不要にしている。

【0031】

この例では、第１、第２近接センサ４１、４２の取付プレート４３への組み付けは、取付プレート４３を治具６７に固定した状態で行う。この治具６７の平坦な上面には、センサ孔３８、３９と同じ中心間隔で一対の調整穴６８が設けられている。調整穴６８は、取付プレート４３から第１、第２近接センサ４１、４２を突出すべき長さと同じ深さにしてある。すなわち、調整穴６８の深さは、上述の定格動作距離とシリンダ側壁３１ａの厚みとに基づいて決められており、シリンダ側壁３１ａの厚みよりも極僅かに短くしてある。組み付け時には、保持孔６１、６２を一対の調整穴６８に重ねた状態にして取付プレート４３を治具６７の上面にねじ５７で固定する。

【0032】

上記のように治具６７に固定した取付プレート４３の保持孔６１、６２にシールテープ６４を巻いた第１近接センサ４１、第２近接センサ４２を挿入し、雌ねじ６１ａ、６２ａに雄ねじ４１ｃ、４２ｃを螺合させる。そして、調整穴６８の底部に第１近接センサ４１、第２近接センサ４２が突き当たった状態でナット６５を締める。この後に、治具６７から取付プレート４３を取り外す。このようにして、第１、第２検出面４１ａ、４２ａ側の突出した長さが調整された第１、第２近接センサ４１、４２が組み付けられた取付プレート４３が得られる。

【0033】

図５に示すように、雄型本体２５のシリンダ側壁３１ａには、その外周面の一部を平坦にした取付面７１が形成されている。センサ孔３８、３９は、それらの一端が取付面７１に開口し、他端がシリンダ室３１の内面に開口している。センサ孔３８、３９の内径は、第１近接センサ４１，第２近接センサ４２の先端部の外径と同じ、または僅かに大きくしてある。第１近接センサ４１、第２近接センサ４２の取付プレート４３から突出した部分を対応するセンサ孔３８、３９にそれぞれ挿入した状態にして、取付プレート４３が取付面７１にねじ５７によってねじ止される。これにより、第１、第２近接センサ４１、４２がシリンダ室３１に突出しない状態、かつ第１、第２検出面４１ａ、４２ａとピストン３２の周面との距離とが適切にされた状態に組み付けられる。したがって、新規の組立て時や、メンテナンス時等に第１、第２近接センサ４１、４２の組み付け状態の調整のためにシリンダ室３１を開いたり、ピストン３２を外したりする必要がない。また、調整時に第１、第２近接センサ４１、４２をピストン３２に接触させて破損するようなこともない。

【0034】

なお、各Ｏリング７２は、取付プレート４３と取付面７１との間の気密性を保つものである。取付プレート４３の取付面７１側の面には、第１、第２近接センサ４１、４２が突出する開口の周囲に溝（図示省略）がそれぞれ形成されている。これらの溝にＯリング７２がそれぞれ嵌め込まれ、取付プレート４３と取付面７１との間で圧縮される。

【0035】

次に上記のように構成された工具交換装置１０の作用について説明する。工具１４をアーム１１に連結する場合には、アーム１１の移動により、雌型部材１６の装着面１６ａに雄型部材１２の装着面１２ａを対向させた状態にする。この状態で給排気機構から第２給排気ポート３５ｂに空気を供給し、また第１給排気ポート３５ａから空気を排気する。この給排気により、シリンダ室３１内では、ピストン３２よりもヘッドカバー３１ｃ側の圧力が高くなり、その圧力によってコイルバネ３７の付勢力に抗してピストン３２が底板部３１ｂ側へ移動、すなわち下降する。

【0036】

上記ピストン３２の下降とともに、ピストンロッド３３及び外筒部４４が下降し、外筒部４４との間にコイルバネ４７が配された第１摺動部材４５がカム２７の第１摺動面４８ａを下方に押圧する。この押圧によって、カム２７は、軸５０を中心として図２中時計方向に回転する。そして、ピストン３２が第１位置まで下降すると、カム２７が解除位置になる。このようにして、各カム２７を突起部２０内に収容した状態にする。

【0037】

上記のようにピストン３２が第１位置に移動すると、第１近接センサ４１の第１検出面４１ａにピストン３２の周面が対面した状態になる。これにより、第１近接センサ４１から出力される検出信号が変化する。この検出信号の変化により、制御部１５は、ピストン３２に連動したカム２７が解除位置になったことを検知する。

【0038】

カム２７が解除位置になったことが制御部１５で検知されると、装着面１２ａが装着面１６ａに当接するまで、雄型部材１２が雌型部材１６に向けて移動され、図６に示すように、突起部２０を連結穴２３に挿入した状態にされる。この状態で給排気機構から第１給排気ポート３５ａに空気を供給し、また第２給排気ポート３５ｂからに空気を排気する。この給排気により、シリンダ室３１内では、ピストン３２よりも底板部３１ｂ側の圧力が高くなり、その圧力とコイルバネ３７の付勢力とによって、ピストン３２がヘッドカバー３１ｃ側へ移動、すなわち上昇する。

【0039】

ピストン３２の上昇とともに、ピストンロッド３３及び外筒部４４が上昇する。これにより、第２摺動部材４６がカム２７の第２摺動面４８ｂを上方に押圧する。この押圧によって、カム２７は、軸５０を中心として図６中反時計方向に回転する。そして、ピストン３２が第２位置まで上昇すると、カム２７が係合位置になる。このようにして、各カム２７が突起部２０から放射状に突出し、係合面４９ａがロックピン２８と係合する。これにより、雄型部材１２と雌型部材１６が連結される。

【0040】

上記のようにピストン３２が第２位置に移動すると、第２近接センサ４２の第２検出面４２ａにピストン３２の周面が対面した状態になる。これにより、第２近接センサ４２から出力される検出信号が変化し、ピストン３２に連動したカム２７が係合位置になったことが制御部１５によって検知される。

【0041】

カム２７が係合位置になったことが検知された後に、アーム１１が移動する。係合位置となっているカム２７によって雄型部材１２と雌型部材１６とが固定されているから、アーム１１とともに工具１４が移動する。アーム１１によって工具１４を移動し、工具１４による作業を行う。

【0042】

所定の作業後に工具１４をアーム１１から分離する場合には、アーム１１によって工具１４を所定の位置、例えば工具ホルダーに移動する。この後、給排気機構から第２給排気ポート３５ｂに空気を供給し、また第１給排気ポート３５ａから空気を排気する。この給排気によって、ピストン３２を第１位置まで下降し、カム２７を解除位置に回動する。制御部１５が第１近接センサ４１からの検出信号によってピストン３２が第１位置まで下降したことを検出した後に、雄型部材１２を雌型部材１６から離す方向にアーム１１が移動される。これにより、アーム１１から工具１４が分離される。

【0043】

上記のように第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２により、ピストン３２の位置を検出し、カム２７の解除位置と係合位置とを検知しているが、同じピストン３２を検出対象としている。このため、２個の近接センサがそれぞれ別部品を検出する構成のように、第１近接センサ４１及び第２近接センサ４２が互いに矛盾するような検出結果となることはない。

【0044】

また、第１近接センサ４１、第２近接センサ４２が故障して、それを交換するような場合では、シリンダ側壁３１ａから、取付プレート４３とともに第１近接センサ４１、第２近接センサ４２を取り外す。次に、取付プレート４３に対して、交換すべき第１近接センサ４１または第２近接センサ４２を、上述のようにして突出する長さを調整した状態に組み付ける。この後に、取付プレート４３をシリンダ側壁３１ａの取付面７１に取り付ければよい。第１近接センサ４１、第２近接センサ４２の突出長を既に調整してあるので、シリンダ室３１内に第１近接センサ４１、第２近接センサ４２が突出していないか否かの確認をする必要がない。もちろん、シリンダ室３１を開けたり、ピストン３２を外したりする必要もない。

【0045】

上記各実施形態では、機器の一例として産業用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用ロボットのアームに第１連結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。

【符号の説明】

【0046】

１０ 工具交換装置
１２ 雄型部材
１６ 雌型部材
２６ シリンダ部
３１ シリンダ室
３２ ピストン
４１ 第１近接センサ
４２ 第２近接センサ
４３ 取付プレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】