特開 2023-536 ロボット用電磁式ツール交換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023000536

(43)【公開日】2023-01-04

(54)【発明の名称】ロボット用電磁式ツール交換装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/04 20060101AFI20221222BHJP

【ＦＩ】

B25J15/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021101425

(22)【出願日】2021-06-18

(71)【出願人】

【識別番号】000185248

【氏名又は名称】小倉クラッチ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】中島 哲夫

(72)【発明者】

【氏名】高橋 常仁

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707GS04

3C707GS06

3C707GS15

3C707HT36

(57)【要約】

【課題】ロボットアームとツールとが連結される状態と切り離される状態との切替えを磁力で行うことができるとともに、ツール側部品を強固に支持できるロボット用電磁式ツール交換装置を提供する。
【解決手段】電磁力で作動状態が切替えられる連結機構３１を有するロボットアーム側の継手部５と、連結機構３１を介して継手部５に着脱可能に取付けられるツール側のツール連結部６と、磁束Φが継手部５を通る状態と磁束Φが消失する状態とを切替える電磁部７とを備える。連結機構３１は、ツール連結部６に連結される連結位置と、ツール連結部６に連結されることがない非連結位置との間で移動可能な連結爪９（連結部材）と、連結爪９を連結位置に付勢するばね部材３２と、磁束Φが通ることにより磁気吸引力によって移動し、連結爪９（連結部材）をばね部材３２のばね力に抗して非連結位置に移動させるプランジャ組立体５３（磁気作動部材）とを有している。
【選択図】 図１８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁力で作動状態が切替えられる連結機構を有し、ロボットアームに支持される継手部と、
ツールが取付けられる取付座を有し、前記連結機構を介して前記継手部に着脱可能に取付けられるツール連結部と、
磁束が前記継手部を通る状態と磁束が消失する状態とを切替える電磁部とを備え、
前記連結機構は、
前記ツール連結部に連結される連結位置と、前記ツール連結部に連結されることがない非連結位置との間で移動可能な連結部材と、
前記連結部材を前記連結位置に付勢するばね部材と、
磁束が通ることにより磁気吸引力によって移動し、前記連結部材を前記ばね部材のばね力に抗して前記非連結位置に移動させる磁気作動部材とを有していることを特徴とするロボット用電磁式ツール交換装置。

【請求項2】

請求項１記載のロボット用電磁式ツール交換装置において、
前記連結機構は、
有底円筒状のフィールドコアを有しているとともに、前記フィールドコアの内部で前記磁気作動部材が前記電磁力によって前記フィールドコアの軸線方向に移動するように構成され、
前記電磁部は、前記軸線方向に並ぶ一対の磁極部材と、前記一対の磁極部材の間に設けられた鉄心と、前記鉄心の周囲に設けられた電磁コイルとを備え、
前記フィールドコアと前記一対の磁極部材とが前記軸線方向とは直交する方向に並ぶ状態において、磁束が一方の前記磁極部材から前記フィールドコアおよび前記磁気作動部材を経由して他方の前記磁極部材に達するように磁気回路が生成されることを特徴とするロボット用電磁式ツール交換装置。

【請求項3】

請求項２記載のロボット用電磁式ツール交換装置において、
前記電磁部は、前記ツール連結部を着脱自在に支持するツールスタンドに一体的に設けられていることを特徴とするロボット用電磁式ツール交換装置。

【請求項4】

請求項１～請求項３の何れか一つに記載のロボット用電磁式ツール交換装置において、
前記ツールは電動式のものであり、
前記継手部と前記ツール連結部は、前記継手部に前記ツール連結部が連結されることにより電気的に接続されかつ前記継手部が前記ツール連結部から切り離されることにより切断されるコネクタを有し、
前記継手部から前記コネクタを介して前記ツールに至る通電路によって前記ツールが給電されることを特徴とするロボット用電磁式ツール交換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットアームにツールを交換可能に取付けるロボット用電磁式ツール交換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ツールを交換して使用する産業用ロボットは、ツールを簡単に交換できるようにツール交換装置を備えているものが多い。従来のこの種のツール交換装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているものがある。特許文献１に開示されたツール交換装置は、ロボットアームの先端に取付けられた第１ユニットと、第１ユニットに連結機構を介して着脱可能に取付けられた、ツール側の第２ユニットとを備えている。

【0003】

連結機構は、第１ユニットに設けられた連結爪を第２ユニットのピンに係合させることにより第１ユニットと第２ユニットとを連結する構成が採られている。連結爪は、ピンに係合する連結位置と、ピンとの係合が解消される非連結位置との間で回動するよう構成されており、エアシリンダとばね部材とを動力源とする駆動装置によって駆動される。連結爪が連結位置に移動することにより第１ユニットに第２ユニットが連結され、連結爪が非連結位置に移動することによって、第１ユニットが第２ユニットから切り離される。

【0004】

特許文献２に記載されているツール交換装置は、ロボットアームに設けられた永久磁石と、この永久磁石に磁力によって着脱可能に取付けられるツール側のアタッチメントと、アタッチメントを着脱自在に支持する支持台と、支持台に設けられた電磁石とによって構成されている。電磁石は、永久磁石の磁力の大きさを変えることができるように構成され、ロボットアームとアタッチメントとが連結される状態と切り離される状態との切替えを行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５－１７７５６９号公報

【特許文献2】実用新案登録第２５２２９２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に示すツール交換装置では、エアシリンダに圧縮エアーを供給するためのエアー配管をロボットアームの動作を妨げることがないようにロボットアームに沿わせて設けなければならない。また、圧縮エアーを生成するためのコンプレッサーが必要になる。このため、エアー供給系の構成部品が多くなってロボット回りが煩雑になるという問題があった。
特に、電動ツールを使用する場合は、エアー配管の他に電気配線をロボットアームに沿わせて設置しなければならないため、ロボット回りが更に複雑になる。

【0007】

このような不具合は、特許文献２に開示されているようにロボットアームにツール側のアタッチメントを磁力によって取付ける構成を採ることにより、ある程度は解消することができる。この理由は、ツール交換装置の駆動用エアー配管が不要になり、ロボット回りが簡素化されるからである。しかし、特許文献２に示す構成を採ると、ツールの重量を永久磁石の磁力で支えるため、重量の重いツールや、重量物を把持するツールを使用することはできなくなる。

【0008】

本発明の目的は、ロボットアームとツールとが連結される状態と切り離される状態との切替えを磁力で行うことができるとともに、ツール側部品を強固に支持できるロボット用電磁式ツール交換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的を達成するために、本発明に係るロボット用電磁式ツール交換装置は、電磁力で作動状態が切替えられる連結機構を有し、ロボットアームに支持される継手部と、ツールが取付けられる取付座を有し、前記連結機構を介して前記継手部に着脱可能に取付けられるツール連結部と、磁束が前記継手部を通る状態と磁束が消失する状態とを切替える電磁部とを備え、前記連結機構は、前記ツール連結部に連結される連結位置と、前記ツール連結部に連結されることがない非連結位置との間で移動可能な連結部材と、前記連結部材を前記連結位置に付勢するばね部材と、磁束が通ることにより磁気吸引力によって移動し、前記連結部材を前記ばね部材のばね力に抗して前記非連結位置に移動させる磁気作動部材とを有しているものである。

【0010】

本発明は、前記ロボット用電磁式ツール交換装置において、前記連結機構は、有底円筒状のフィールドコアを有しているとともに、前記フィールドコアの内部で前記磁気作動部材が前記電磁力によって前記フィールドコアの軸線方向に移動するように構成され、前記電磁部は、前記軸線方向に並ぶ一対の磁極部材と、前記一対の磁極部材の間に設けられた鉄心と、前記鉄心の周囲に設けられた電磁コイルとを備え、前記フィールドコアと前記一対の磁極部材とが前記軸線方向とは直交する方向に並ぶ状態において、磁束が一方の前記磁極部材から前記フィールドコアおよび前記磁気作動部材を経由して他方の前記磁極部材に達するように磁気回路が生成されるものであってもよい。

【0011】

本発明は、前記ロボット用電磁式ツール交換装置において、前記電磁部は、前記ツール連結部を着脱自在に支持するツールスタンドに一体的に設けられていてもよい。

【0012】

本発明は、前記ロボット用電磁式ツール交換装置において、前記ツールは電動式のものであり、前記継手部と前記ツール連結部は、前記継手部に前記ツール連結部が連結されることにより電気的に接続されかつ前記継手部が前記ツール連結部から切り離されることにより切断されるコネクタを有し、前記継手部から前記コネクタを介して前記ツールに至る通電路によって前記ツールが給電されてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明においては、連結部材がばね部材のばね力によって連結位置に移動することにより、継手部が連結部材を介してツール連結部に連結される。また、磁気作動部材が磁力によって移動することにより、ばね部材のばね力に抗して連結部材が非連結位置に移動し、継手部がツール連結部から切り離される。
したがって、ロボットアームとツールとが連結される状態と切り離される状態との切替えを電磁力で行うことができるとともに、ツール側部品を強固に支持できるロボット用電磁式ツール交換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明に係るロボット用電磁式ツール交換装置の使用形態を示す斜視図である。

【図2】図２は、継手部とツール連結部の斜視図である。

【図3】図３は、継手部の底面図である。

【図4】図４は、継手部とツール連結部の断面図である。

【図5】図５は、継手部の断面図である。

【図6】図６は、継手部の分解斜視図である。

【図7】図７は、継手部の一部の断面図である。

【図8】図８は、継手部の先端部分の分解斜視図である。

【図9】図９は、連結部材が非連結位置にある継手部の断面図である。

【図10】図１０は、継手部をツール連結部に連結する直前の状態を示す断面図である。

【図11】図１１は、連結部材が連結位置にある継手部の断面図である。

【図12】図１２は、継手部がツール連結部に連結された状態を示す斜視図である。

【図13】図１３は、ロボット用電磁式ツール交換装置の斜視図である。

【図14】図１４は、ロボット用電磁式ツール交換装置の平面図である。

【図15】図１５は、ツール連結部とツールホルダープレートの断面図である。

【図16】図１６は、ロボット用電磁式ツール交換装置の斜視断面図である。

【図17】図１７は、ロボット用電磁式ツール交換装置の動作を示す正面図である。

【図18】図１８は、ロボット用電磁式ツール交換装置の斜視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係るロボット用電磁式ツール交換装置の一実施の形態を図１～図１８を参照して詳細に説明する。
図１に示すロボット用電磁式ツール交換装置１は、産業用ロボット２のロボットアーム３にツール４を交換可能に取付けるためのものである。このロボット用電磁式ツール交換装置１は、ロボットアーム３に支持された継手部５と、ツール４に着脱可能に取付けられるツール連結部６と、これらの継手部５とツール連結部６との連結、切り離しを切替えるための電磁部７とによって構成されている。

【0016】

継手部５とツール連結部６は、図２に示すように形成されている。継手部５は、図２の最上部に二点鎖線によって描かれているロボットアーム３にツールチェンジャーアダプタ８を介して取付けられている。継手部５の先端部分５ａ（図２においては下端部）には、詳細は後述するが複数の連結爪９が設けられている。ツール連結部６は、継手部５の先端部分５ａが挿入される凹部１１を有し、凹部１１内に設けられた連結ピン１２が継手部５の連結爪９と係合することにより継手部５に連結され、継手部５と一体的に移動できるようになる。

【0017】

（継手部の説明）
この実施の形態による継手部５は、ツールチェンジャーアダプタ８に固定された円柱状を呈するハウジング１３と、ハウジング１３の外周部に取付けられたロボット側電極ボックス１４などを備えている。以下において、ロボット用電磁式ツール交換装置１の構成部品を説明するにあたって方向を示す場合は、ハウジング１３のツールチェンジャーアダプタ８に取付けられる一端側を基端側とし、ツールチェンジャーアダプタ８とは反対側を先端側として行う。

【0018】

ハウジング１３は、図４に示すように、ツールチェンジャーアダプタ８に複数の固定用ボルト１５（図４においては１本のみ描かれている）によって固定された有底円筒状のフィールドコア１６と、フィールドコア１６の開口部に組み付けられた連結爪ホルダー１７とによって構成されている。フィールドコア１６は、ツールチェンジャーアダプタ８と接する底部１８を有する有底円筒状の第１のコア１９と、第１のコア１９の先端に固定された円環状の第２のコア２０と、第２のコア２０の先端に固定された円筒状の第３のコア２１とによって構成されている。第１のコア１９と第３のコア２１は磁性材によって形成され、第２のコア２０は非磁性材によって形成されている。

【0019】

第１のコア１９は、図６に示すように外筒１９ａと内筒１９ｂとを有している。上述した固定用ボルト１５は、図４および図５に示すように内筒１９ｂに形成されたねじ孔２２に螺着している。内筒１９ｂの内周部であって基端側には小径穴２３（図５参照）が形成され、先端側には大径穴２４が形成されている。小径穴２３には円筒状の第１の軸受ブッシュ２５が嵌合している。第１の軸受ブッシュ２５は、後述するプランジャ２６の基端側に形成された小径部２６ａを基端側と先端側とに往復できるように移動自在に支持している。プランジャ２６は、詳細は後述するが、本発明に係る連結機構３１の一部を構成するものである。大径穴２４には後述するばね部材３２の一端部が挿入されている。ばね部材３２は圧縮コイルばねによって構成されている。

【0020】

第２のコア２０は、例えばアルミニウム合金などの非磁性材によって形成されている。この第２のコア２０と第１および第３のコア１９，２１との結合は、例えば図７に示す結合構造３３によって行うことができる。この結合構造３３は、第２のコア２０の外周部から基端側に突出する第１の筒体３３ａと、第２のコア２０の外周部から先端側に突出する第２の筒体３３ｂとを用いて構成されている。第１の筒体３３ａは、第１のコア１９の外周部に重ねられ、径方向に延びる第１のスプリングピン３４によって第１のコア１９に固定されている。第２の筒体３３ｂは、第３のコア２１の外周部に重ねられ、径方向に延びる第２のスプリングピン３５によって第３のコア２１に固定されている。第１のスプリングピン３４と第２のスプリングピン３５は、第２のコア２０の周方向に所定の間隔をおいて並ぶ複数の位置に設けられている。

【0021】

第３のコア２１は、軸線方向（図５においては上下方向であって、基端側から先端側に向かう方向）において第１のコア１９や第２のコア２０より長くなるように形成されている。第３のコア２１の先端側には連結爪ホルダー１７が螺着されている。
連結爪ホルダー１７は、第３のコア２１の先端側の開口部にねじ込まれて開口部を塞ぐ円環状の本体３６と、本体３６から先端側に突出する３つの支持板３７とによって構成されている。

【0022】

本体３６の軸心部には円筒状の第２の軸受ブッシュ３８が嵌合しているとともに、第２の軸受ブッシュ３８を貫通してプランジャ２６が通されている。第２の軸受ブッシュ３８は、後述するプランジャ２６の先端側に形成された大径部２６ｂを基端側と先端側とに往復できるように移動自在に支持している。本体３６の外周部には、継手部５を後述するツール連結部６に連結するときに位置決めを行うためのピン孔３９が形成されている。ピン孔３９は、本体３６の周方向に所定の間隔をおいて離間する複数の位置にそれぞれ形成されている。

【0023】

３つの支持板３７は、図３に示すように、それぞれ先端側から見て山形状に形成されており、山形の頂部３７ａが本体３６の軸心を指向するとともに、支持板３７どうしの間にプランジャ２６の大径部２６ｂを挿入できるように互いに離間して配置されている。支持板３７の頂部３７ａに連なる傾斜面となる２つの板部３７ｂは、隣接する他の支持板３７の板部３７ｂと平行になるように形成されている。互いに隣り合う２つの支持板３７の互いに対向する一対の板部３７ｂ，３７ｂの間には、プランジャ２６とともに連結機構３１の一部を構成する連結爪９が挿入されている。

【0024】

連結爪９は、本発明でいう「連結部材」を構成するもので、互いに対向する一対の板部３７ｂに支軸４１によって回動自在に支持されている。この実施の形態による連結爪９は、３つの支持板３７によって挟まれた３箇所にそれぞれ設けられている。
支軸４１は、図８に示すように、連結爪９の中央部に形成された貫通孔４２と、板部３７ｂに形成された貫通孔４３とに通され、両端部において板部３７ｂに支持されている。支軸４１の両端部には、支軸４１が板部３７ｂから抜けることを規制するＥリング４４がそれぞれ取付けられている。

【0025】

連結爪９には、図５に示すように、貫通孔４２を挟んで一方と他方とにそれぞれ突起４５，４６が設けられている。これらの突起４５，４６のうち連結爪ホルダー１７の軸心側に位置する第１の突起４５は、後述するプランジャ２６の環状溝４７に係入している。このように第１の突起４５が環状溝４７に係入することにより、連結爪９は、プランジャ２６の基端側への移動あるいは先端側への移動に伴って支軸４１を中心にして回動する。

【0026】

プランジャ２６は、円柱状に形成されて継手部５の軸心部に収容されており、上述した第１および第２の軸受ブッシュ２５，３８に軸線方向に移動自在に支持されている。プランジャ２６の基端側の一端部は、ばね部材３２の中に通されている。プランジャ２６の軸線方向の中央部には、有底円筒状に形成されたガイドストッパー５１の底部５１ａが固着されている。このガイドストッパー５１の外周部を構成する円筒部５１ｂは、底部５１ａから基端側に突出し、第１のコア１９の外筒１９ａと内筒１９ｂとの間に挿入されている。

【0027】

また、ガイドストッパー５１の軸心部には、円形凹部５２が形成されている。この円形凹部５２の中には、ばね部材３２の先端側の端部が挿入されている。このばね部材３２は、ガイドストッパー５１と第１のコア１９との間に圧縮された状態で挿入されている。このため、プランジャ２６とガイドストッパー５１とからなるプランジャ組立体５３は、ばね部材３２のばね力によって先端側に向けて付勢されるようになる。
このプランジャ組立体５３にばね部材３２のばね力のみが作用する場合、プランジャ組立体５３はばね部材３２のばね力によって先端側に移動する。プランジャ組立体５３の先端側への移動は、図５に示すように、環状溝４７に第１の突起４５が係合する連結爪９によって規制される。プランジャ組立体５３が先端側へ移動するときに連結爪９は、支軸４１を中心として回って揺動し、第１の突起４５が環状溝４７に挟み込まれることにより停止する。以下においては、このときの連結爪９の位置を「連結位置」という。第２の突起４５は、図５に示すように、連結爪９が連結位置にあるときに本体３６の径方向外側に向けて延びる形状に形成されている。

【0028】

一方、プランジャ組立体５３は、基端側へはガイドストッパー５１の端面５４が第１のコア１９の内筒１９ｂに当接するまで移動可能である。プランジャ組立体５３を基端側へ移動させるときの動力源は電磁力である。この電磁力は、後述する電磁部７で発生した磁束Φ（図９参照）がフィールドコア１６とガイドストッパー５１とを通ることにより生じる。プランジャ組立体５３は、磁束Φが通ることにより磁気吸引力によって移動する。磁束Φは、図９中に二点鎖線で示すように、第３のコア２１から第２のコア２０を迂回してガイドストッパー５１および第１のコア１９を通る。このように磁束Φが通ることにより、ガイドストッパー５１に第１のコア１９に向かう方向へ磁気吸引力（電磁力）が作用し、ガイドストッパー５１がばね部材３２のばね力に抗して移動し、ガイドストッパー５１の端面５４が第１のコア１９の内筒１９ｂに当接した状態で保持される。このとき、連結爪９の第１の突起４５がプランジャ２６によって押されて基端側（図９においては上側）に移動し、第２の突起４６が本体３６の径方向内側に向けて後退する。以下においては、このときの連結爪９の位置を「非連結位置」という。この実施の形態においては、プランジャ２６とガイドストッパー５１とからなるプランジャ組立体５３が本発明でいう「磁気作動部材」に相当する。

【0029】

連結爪９が非連結位置に位置している状態においては、第２の突起４６が図９中に二点鎖線で示すツール連結部６の連結ピン１２より本体３６の径方向内側に位置するようになる。継手部５をツール連結部６に連結するときは、上述したように連結爪９を非連結位置に移動させて行う。継手部５をツール連結部６に連結するためには、図１０に示すように、連結爪９が非連結位置に位置している状態で継手部５の先端部分５ａをツール連結部６の凹部１１内に挿入する。そして、電磁部７を停止させて磁束Φを消失させる。磁束Φが消失すると、図１１に示すように、ばね部材３２のばね力でプランジャ組立体５３が先端側に移動し、連結爪９が連結位置に移動する。

【0030】

連結爪９が連結位置に移動することにより、ツール連結部６の連結ピン１２と係合し、継手部５がツール連結部６に連結される。このように、連結爪９は、ツール連結部６に連結される連結位置と、ツール連結部６に連結されることがない非連結位置との間で移動可能である。この実施の形態においては、プランジャ２６と、ガイドストッパー５１と、連結爪９などによって、本発明でいう「電磁力で作動状態が切替えられる連結機構」が構成されている。

【0031】

ロボット側電極ボックス１４は、図２に示すように、ハウジング１３の外周部に接続アダプタ６１を介して取付けられており、ロボットアーム３に沿って配線されたロボット側ケーブル（図示せず）が接続される第１のコネクタ６２を有している。ロボット側ケーブルは、ツール４に電力や制御信号を送るためのケーブルである。第１のコネクタ６２は、ロボット側ケーブルが接続されるコネクタ部６３と、コネクタ部６３に電気的に接続された接続端子６４とによって構成されている。コネクタ部６３は、ロボット側電極ボックス１４の側部に側方からロボット側ケーブルを接続できるように設けられている。ここでいうロボット側電極ボックス１４の側部とは、ハウジング１３の径方向において最も外側に位置する部分をいう。接続端子６４は、ロボット側電極ボックス１４の先端部に突設されている。ここでいう先端部とは、継手部５の先端側に相当する端部である。

【0032】

（ツール連結部の説明）
ツール連結部６は、図２に示すように、凹部１１を有する有底円筒状に形成された連結ベース７１と、連結ベース７１に取付けられたツール側電極ボックス７２とを備えている。
連結ベース７１の凹部１１は、継手部５の先端部分５ａである３つの支持板３７および連結爪９を収容できる大きさ、形状に形成されている。
凹部１１の側壁となる連結ベース７１の筒部７１ａには、図１１に示すように、連結ベース７１の径方向において連結ベース７１内に向けて延びるように３本の連結ピン１２（図１１においては１本のみ図示されている）が設けられている。これらの連結ピン１２は、連結ベース７１を周方向に３等分する位置であって、上述した連結爪９と対応する位置に設けられている。連結ピン１２は、連結ベース７１の筒部７１ａに基端側からねじ込まれた止めねじ７３によって連結ベース７１に固定されている。

【0033】

この実施の形態による連結ベース７１の筒部７１ａは、先端側から見て山形状に形成された支持板３７の谷部分に挿入される３つの凸部７４（図２参照）を有している。これらの凸部７４には、基端側に向けて突出する位置決めピン７５がそれぞれ立設されている。上述した連結爪ホルダー１７の複数のピン孔３９は、３本の位置決めピン７５と対応する位置に形成されている。これらの位置決めピン７５は、継手部５をツール連結部６に対して位置決めするためのピンで、ツール連結部６に対する継手部５の位置が正しい場合にのみ連結爪ホルダー１７のピン孔３９に嵌入する。ツール連結部６に対する継手部５の位置が正しい場合とは、連結位置に位置する連結爪９と連結ピン１２とが基端側から見て重なるような場合である。

【0034】

図４に示すように、連結ベース７１の先端面７６には、円板状のツールアダプタ７７が取付用ボルト７８によって取付けられている。ツールアダプタ７７は、形状が異なる各種のツール４を一つのツール連結部６に取付けるためのもので、連結ベース７１に取付ける部分の形状を共通としてツール４毎に形成されており、ツール４に固定されている。この実施の形態においては、連結ベース７１の先端面７６が本発明でいう「取付座」に相当する。

【0035】

ツール側電極ボックス７２は、継手部５のロボット側電極ボックス１４と同等の構成が採られている。すなわち、図２に示すように、連結ベース７１の外周部に接続アダプタ８１を介して取付けられており、図示していないツール側ケーブルが接続される第２のコネクタ８２を有している。ツール側ケーブルは、ツール４に電力や制御信号を送るためのケーブルで、第２のコネクタ８２からツール４まで延びている。第２のコネクタ８２は、ツール側ケーブルが接続されるコネクタ部８３と、コネクタ部８３に電気的に接続された接続端子８４とによって構成されている。

【0036】

コネクタ部８３は、ツール側電極ボックス７２の側部に側方からツール側ケーブルが接続されるように設けられている。ここでいうツール側電極ボックス７２の側部とは、連結ベース７１の径方向において最も外側に位置する部分をいう。接続端子８４は、ツール側電極ボックス７２の基端部に突設されている。ここでいう基端部とは、ツール連結部６の先端側に相当する端部である。

【0037】

このツール側電極ボックス７２の接続端子８４と、ロボット側電極ボックス１４の接続端子６４とは、継手部５がツール連結部６に連結された状態で互いに接続して導通され、継手部５がツール連結部６から切り離されることにより切断されるように構成されている。この実施の形態においては、接続端子６４，８４を有する第１のコネクタ６２および第２のコネクタ８２が本発明でいう「コネクタ」に相当する。

【0038】

第１のコネクタ６２の接続端子６４と第２のコネクタ８２の接続端子８４とが接続されることにより、継手部５から第１および第２のコネクタ６２，８２とツール側ケーブルとを介してツール４に至る通電路８５（図１２参照）が構成される。ツール４は、図示していないロボット側ケーブルから通電路８５を介して給電されることにより動作する。ツール４の動作は、制御信号が図示していない制御装置からロボット側ケーブルと通電路８５とを介してツール４に送られることにより制御される。

【0039】

（電磁部の説明）
電磁部７は、図１３（Ａ）に示すように、複数の脚９１を有するツールスタンド９２の最上部に一体的に設けられている。図１３（Ａ）は、ロボット用電磁式ツール交換装置１でツール４を交換するときの形態にある電磁部７の斜視図である。
ツールスタンド９２は、複数の脚９１によって床（図示せず）から上方に離れた位置に配置されたツールホルダープレート９３を備えている。ツールホルダープレート９３は、金属製の板によって形成されており、図１３（Ｂ）に示すように、ツール支持部９４となる複数の切欠き９５を有している。図１３（Ｂ）は電磁部７とツールスタンド９２の一部を削除して示す斜視図である。この実施の形態によるツールホルダープレート９３には二つの切欠き９５が形成されているが、切欠き９５の数は適宜変更することができる。

【0040】

切欠き９５は、平面視においてＵ字状に形成されている。この切欠き９５の幅は、図１５に示すように、ツール連結部６の連結ベース７１の外径より小さい。図１５はツール連結部６の一部とツールホルダープレート９３の一部の断面図である。図１５の破断位置は、図１４中にXV－XV線で示す位置である。図１４は、ロボット用電磁式ツール交換装置１が組み付けられたツールスタンド９２の平面図である。

【0041】

この実施の形態によるツールアダプタ７７の連結ベース７１との接続部には、切欠き９５の中に入る小径部９６が形成されている。この小径部９６が切欠き９５の中に入るようにツール連結部６をツールホルダープレート９３に沿って進めることにより、連結ベース７１がツールホルダープレート９３に支承され、ツール連結部６が着脱自在にツールスタンド９２に支持されることになる。

【0042】

電磁部７は、図１３（Ａ）に示すように、略箱状の筐体１０１を有している。筐体１０１の一側部には、継手部５を挿入可能な平面視半円状の凹部１０２が形成されている。この凹部１０２は、上述したツールホルダープレート９３の二つの切欠き９５の上方にそれぞれ位置付けられている。すなわち、凹部１０２は、２箇所のツール支持部９４の上方にそれぞれ位置付けられている。

【0043】

筐体１０１は、上壁となる上側フィールドプレート１０３と、下壁となる下側フィールドプレートと１０４｛図１３（Ｂ）参照｝と、側壁となる枠体１０５とによって形成されており、ツールスタンド９２の脚９１に支持されてツールホルダープレート９３の上方に設置されている。上側フィールドプレート１０３と下側フィールドプレート１０４は、それぞれ磁性材によって板状に形成されている。上側フィールドプレート１０３と下側フィールドプレート１０４には、凹部１０２の一部となる平面視半円状の切欠き１０３ａ，１０４ａが形成されている。この実施の形態においては、上側フィールドプレート１０３と下側フィールドプレート１０４とが本発明でいう「磁極部材」に相当する。

【0044】

筐体１０１の上下方向の位置は、図１６に示すように、ツールホルダープレート９３上のツール連結部６に連結された継手部５のフィールドコア１６と、上側フィールドプレート１０３および下側フィールドプレート１０４とがフィールドコア１６の軸線方向とは直交する方向に並ぶような位置である。図１６の破断位置は、図１４中にXVI－XVI線によって示す位置である。
図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、上側フィールドプレート１０３と下側フィールドプレート１０４との間であって２箇所のツール支持部９４の上方には、３枚の板状部品が設けられている。

【0045】

これらの板状部品は、下側フィールドプレート１０４に重ねられた下側磁極サポータ１０６と、下側磁極サポータ１０６の上に重ねられた樹脂サポータ１０７と、樹脂サポータ１０７の上に重ねられるとともに上側フィールドプレート１０３に重ねられた上側磁極サポータ１０８である。下側磁極サポータ１０６と上側磁極サポータ１０８は、それぞれ磁性材によって形成され、樹脂サポータ１０７は、樹脂材料（非磁性材）によって形成されている。これらの３枚のサポータ１０６～１０８は、上側フィールドプレート１０３の切欠き１０３ａと下側フィールドプレート１０４の切欠き１０４ａとに連なる平面視円弧状の切欠き１０６ａ，１０７ａ，１０８ａを有している。これらの切欠き１０６ａ，１０７ａ，１０８ａは、上側および下側フィールドプレート１０３，１０４の切欠き１０３ａ，１０４ａと協働して上述した凹部１０２の周壁を構成している。

【0046】

樹脂サポータ１０７の切欠きａは、図１６に示すように、他の切欠き１０３ａ，１０４ａ，１０６ａおよび１０８ａより径方向内側に突出しており、フィールドコア１６の外周面が上側および下側フィールドプレート１０３，１０４や、上側および下側磁極サポータ１０６，１０８に接触することを防いでいる。
また、上側フィールドプレート１０３と下側フィールドプレート１０４との間には、鉄心１１１と電磁コイル１１２とからなる電磁石１１３が設けられている。

【0047】

鉄心１１１は、磁性材によって円柱状に形成されており、上端が上側フィールドプレート１０３に接続されているとともに、下端が下側フィールドプレート１０４に接続されている。電磁コイル１１２は、鉄心１１１の周囲に設けられており、鉄心１１１が貫通するコイルボビン１１２ａと、このコイルボビン１１２ａに巻き付けられた素線１１２ｂとによって構成されている。電磁石１１３は、図１３（Ｂ）および図１４に示すように、上述した３枚のサポータ１０６～１０８を囲むような４箇所にそれぞれ設けられている。このため、この実施の形態においては、８個の電磁石１１３が筐体１０１内に収容されている。これらの電磁石１１３は、図示していない給電装置から給電されて極性が一致するように動作する。

【0048】

（ロボット用電磁式ツール交換装置の動作の説明）
次に、電磁部７の動作の説明を含めてロボット用電磁式ツール交換装置１の動作を説明する。継手部５にツール連結部６を連結するにあたっては、先ず、図１７（Ａ）に示すようにツールスタンド９２に上方から継手部５を接近させる。図１７は、ロボットアーム３を省略して描いてある。ツールスタンド９２の２箇所のツール支持部９４には、それぞれツール連結部６が支持されている。これらのツール連結部６には、それぞれ予めツール４が取付けられている。

【0049】

継手部５の連結爪９は、継手部５がツールスタンド９２の上方に位置している状態においては連結位置に位置している。この状態で継手部５を下降させ、図１７（Ｂ）に示すように継手部５を電磁部７の凹部１１内に上方から挿入する。このとき継手部５は、図１８に示すように継手部５の先端部分５ａがツール連結部６の凹部１１に入る直前に停止させる。この状態においては、継手部５のフィールドコア１６と上側および下側フィールドプレート１０３，１０４（一対の磁極部材）とがフィールドコア１６の軸線方向とは直交する方向に並ぶようになる。

【0050】

そして、電磁部７の電磁石１１３に通電する。電磁石１１３の電磁コイル１１２が励磁すると、磁束Φが図１８中に二点鎖線で示す経路を通る磁気回路１２１が生成される。この磁束Φは、鉄心１１１の下端から、下側フィールドプレート１０４（一方の磁極部材）と、下側磁極サポータ１０６と、第３のコア２１と、ガイドストッパー５１（磁気作動部材）と、第１のコア１９と、上側フィールドプレート１０３（他方の磁極部材）とを通って鉄心１１１の上端に達する。

【0051】

このように磁気回路１２１が生成されることにより、ガイドストッパー５１を第１のコア１９に向けて吸引するような磁気吸引力がガイドストッパー５１に作用し、ガイドストッパー５１がばね部材３２のばね力に抗してプランジャ２６とともに上昇し、ガイドストッパー５１の端面５４が第１のコア１９の内筒１９ｂに当接した状態で保持される。このようにガイドストッパー５１およびプランジャ２６が移動することにより、図９に示すように、連結爪９が非連結位置、言い換えればツール連結部６に連結されることがない位置に移動する。

【0052】

しかる後、図１７（Ｃ）に示すように、継手部５を更に下降させ、ツール連結部６に上方から重ねる。このとき、図１１に示すように、位置決めピン７５がピン孔３９に嵌入することにより、継手部５がツール連結部６に位置決めされる。そして、電磁部７の電磁石１１３への通電を遮断する。このように電磁石１１３への通電が遮断されることにより、磁束Φが消失し、プランジャ組立体５３がばね部材３２のばね力によって押されて下方に移動する。このとき、図１１および図１６に示すように、連結爪９が連結位置に移動して連結ピン１２に係合する。連結爪９が連結ピン１２に係合することにより継手部５がツール連結部６に連結される。この連結状態においては、ツール４の重量やツール４に加えられる作業時の反力などがツール連結部６から継手部５のハウジング１３とツールチェンジャーアダプタ８などを介してロボットアーム３に伝達されるようになる。

【0053】

継手部５とツール連結部６とが連結された後、ロボットアーム３によって継手部５およびツール連結部６をツールスタンド９２の側方に向けて水平に移動させ、ツールホルダープレート９３の切欠き９５からツール連結部６を引き出す。このようにツール連結部６がツールスタンド９２から外されることにより、ロボットアーム３によってツール４をワークに接近させて所定の作業を行うことができるようになる。
ツール４を交換する場合は、上述した動作とは逆の動作を行って継手部５をツール連結部６から切り離し、この継手部５を別のツール４が取付けられたツール連結部６に連結させる。

【0054】

（実施の形態による効果の説明）
このように、この実施の形態によるロボット用電磁式ツール交換装置１においては、連結爪９（連結部材）がばね部材３２のばね力によって連結位置に移動することにより、継手部５が連結爪９を介してツール連結部６に連結される。この連結状態においては、ツール４の重量やツール４から受ける荷重を連結爪９を介して強固に受けることができる。また、ガイドストッパー５１とプランジャ２６とからなるプランジャ組立体５３（磁気作動部材）が磁力によって移動することにより、ばね部材３２のばね力に抗して連結爪９が非連結位置に移動し、継手部５がツール連結部６から切り離される。

【0055】

したがって、ロボットアーム３とツール４とが連結される状態と切り離される状態との切替えを電磁力で行うことができるとともに、ツール側部品となるツール連結部６を強固に支持可能なロボット用電磁式ツール交換装置を提供することができる。
この結果、ロボットアーム３にツール交換装置１の駆動用のエアー配管が不要になり、ロボット回りを簡素化することが可能になる。

【0056】

この実施の形態による連結機構３１は、有底円筒状のフィールドコア１６を有しているとともに、フィールドコア１６の内部でガイドストッパー５１およびプランジャ２６（磁気作動部材）が電磁力によってフィールドコア１６の軸線方向に移動するように構成されている。電磁部７は、軸線方向に並ぶ上側および下側フィールドプレート１０３，１０４（一対の磁極部材）と、上側および下側フィールドプレート１０３，１０４の間に設けられた鉄心１１１と、鉄心１１１の周囲に設けられた電磁コイル１１２とを備えている。

【0057】

フィールドコア１６と上側および下側フィールドプレート１０３，１０４（一対の磁極部材）とがフィールドコア１６の軸線方向とは直交する方向に並ぶ状態において、磁束Φが下側フィールドプレート１０４（一方の磁極部材）からフィールドコア１６およびプランジャ組立体５３（磁気作動部材）を経由して上側フィールドプレート１０３（他方の磁極部材）に達するように磁気回路１２１が生成される。
この実施の形態においては、継手部５が電磁部７とは別体に形成されているから、電磁部７が一体に設けられている場合と較べて継手部５の小型化を図ることができる。

【0058】

この実施の形態による電磁部７は、ツール連結部６を着脱自在に支持するツールスタンド９２に一体的に設けられている。このため、省スペース化が図られたロボット用電磁式ツール交換装置を提供することができる。

【0059】

この実施の形態によるツール４は電動式のものである。継手部５とツール連結部６は、継手部５にツール連結部６が連結されることにより電気的に接続されかつ継手部５がツール連結部６から切り離されることにより切断される第１および第２のコネクタ６２，８２を有している。継手部５から第１および第２のコネクタ６２，８２を介してツール４に至る通電路８５によってツール４が給電される。
このため、継手部５が電磁部７とは別体に形成される構成を採ることにより、ロボットアーム３に沿わせる配線がツール駆動用の電気配線のみとなるから、ロボット回りがより一層簡素化されるようになる。

【符号の説明】

【0060】

１…ロボット用電磁式ツール交換装置、３…ロボットアーム、５…継手部、４…ツール、６…ツール連結部、７…電磁部、９…連結爪（連結部材）、１６…フィールドコア、３１…連結機構、３２…ばね部材、５３…プランジャ組立体（磁気作動部材）、６２…第１のコネクタ（コネクタ）、７６…先端面（取付座）、８２…第２のコネクタ（コネクタ）、８５…通電路、９２…ツールスタンド、１０３…上側フィールドプレート（磁極部材）、１０４…下側フィールドプレート（磁極部材）、１１１…鉄心、１１２…電磁コイル、１２１…磁気回路、Φ…磁束。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】