特開 2024-48226 部材交換装置

(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】P2024048226

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】部材交換装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/12 20060101AFI20240401BHJP

   B23Q 3/00 20060101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

B23Q3/12 D

B23Q3/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022154147

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】391003989

【氏名又は名称】株式会社コスメック

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ

(72)【発明者】

【氏名】春名 陽介

【テーマコード（参考）】

3C016

【Ｆターム（参考）】

3C016AA03

3C016FA25

(57)【要約】

【課題】圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ部材交換装置を提供すること。
【解決手段】部材交換装置は、出力ロッド（５）の基端側端面に形成された凹部（８）に回転可能な状態で収容される操作部材（９）であって、出力ロッド（５）を軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材（９）と、筒孔（６、７）の内部に配置され、または筒孔（６、７）の内部に充填され、出力ロッド（５）を軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段（１０）とを備える。操作部材（９）は、ガイド孔（２３）に挿入されたカムロッド（２４）が有するカム面（２５ａ）で押されて移動する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジング（１）と、
前記ハウジング（１）から突設される筒状のプラグ部（４）と、
前記プラグ部（４）のプラグ部筒孔（４ａ）に当該プラグ部筒孔（４ａ）の軸方向に移動可能となるように挿入される出力ロッド（５）と、
前記プラグ部（４）の周壁に形成された貫通孔（１５）に挿入される係合部材（１６）であって、前記出力ロッド（５）が前記軸方向へ移動されることにより前記貫通孔（１５）内で移動され、前記プラグ部（４）が挿入可能となるようにクランプ対象物（Ｔ）に設けられる装着孔（４０）が有する係止部（４１）に当接可能となっている係合部材（１６）と、
前記ハウジング（１）に形成された筒孔（６、７）であって、前記出力ロッド（５）が前記軸方向に移動可能となるように挿入される筒孔（６、７）と、
前記出力ロッド（５）の基端側端面に形成された凹部（８）に回転可能な状態で収容される操作部材（９）であって、前記出力ロッド（５）を前記軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材（９）と、
前記筒孔（６、７）の内部に配置され、または前記筒孔（６、７）の内部に充填され、前記出力ロッド（５）を前記軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段（１０）と、
前記ハウジング（１）の基端部に形成されたガイド孔（２３）であって、前記軸方向に対して交差する方向へ延びるガイド孔（２３）と、
前記ガイド孔（２３）に移動可能に挿入されるカムロッド（２４）であって、前記操作部材（９）が嵌り込むカム溝（２５）が外周面に形成されたカムロッド（２４）と、
を備え、
前記カム溝（２５）は、前記操作部材（９）を前記先端側方向へ押すためのカム面（２５ａ）を有する、
部材交換装置。

【請求項2】

請求項１の部材交換装置において、
前記ハウジング（１）の側面側に、前記カムロッド（２４）がリリース位置にあることを検出するリリースセンサ（３０）が配置されている、
部材交換装置。

【請求項3】

請求項１または２の部材交換装置において、
前記ハウジング（１）の側面側に、前記カムロッド（２４）がロック位置にあることを検出するロックセンサ（３４）が配置されている、
部材交換装置。

【請求項4】

請求項１または２の部材交換装置において、
前記カムロッド（２４）の、前記カム溝（２５）が形成された側とは反対側の外周面に、当該カムロッド（２４）の軸方向に延びるガイド溝（２８）が形成されており、
前記ガイド溝（２８）に配置される回り止め回転体（２９）を収容する保持穴（２３ａ）が、前記ガイド孔（２３）における、前記操作部材（９）から前記基端側方向へ延ばした仮想の延長線（Ｃ）と交差する部分に設けられている、
部材交換装置。

【請求項5】

請求項１または２の部材交換装置において、
前記先端側方向へ移動した前記操作部材（９）が嵌り込む凹面（２６）が前記カム面（２５ａ）と連なるように前記カムロッド（２４）の外周面に形成されている、
部材交換装置。

【請求項6】

請求項１または２の部材交換装置において、
前記付勢手段（１０）はバネ（１０）であり、
前記出力ロッド（５）の基端部の外周面に、前記バネ（１０）の一端を受け止めるリング状のバネ受け（１１）が前記出力ロッド（５）と一体的に前記基端側方向へ移動するように配置されており、
前記バネ受け（１１）は、前記バネ（１０）の一端を受け止める受け部（１３）と、前記筒孔（６）と摺動する筒壁部（１４）とを有し、
前記筒壁部（１４）の長さは、前記受け部（１３）の径方向の幅よりも長い、
部材交換装置。

【請求項7】

請求項１または２の部材交換装置において、
前記カムロッド（２４）において、前記出力ロッド（５）の基端部が入り込むロッド逃がし溝（２７）が前記カム溝（２５）と重なるように形成されている、
部材交換装置。

【請求項8】

請求項１または２の部材交換装置において、
前記操作部材（９）は球体である、
部材交換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具、治具、機械加工対象物、パレットなどの部材を、ロボットアーム、搬送機械の可動部分、固定台としてのテーブルなどに着脱可能に固定するのに好適な部材交換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

上記部材交換装置は、部材を着脱可能に固定するためのものであるため、機能の点でいわゆるクランプ装置に類似する。クランプ装置として、下記の特許文献１に記載されたものがある。従来技術に係るそのクランプ装置は、次のように構成されている。

【0003】

クランプ装置は、ハウジングから突設される筒状のプラグ部、出力ロッド、係合用のボール、およびピストンなどから構成される。クランプ装置を構成するハウジングには、圧力流体が給排されるクランプ室およびアンクランプ室が設けられている。クランプ装置の駆動、すなわちピストンおよび出力ロッドの駆動には、例えば圧縮エアが用いられ、駆動のたびに、クランプ室およびアンクランプ室に圧縮エアが給排される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１７７３８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のようなクランプ装置が多数設置されると、圧縮エアの供給設備として、規模が大きな設備が必要となる。また、圧縮エアを給排する配管設備は、数量が多く且つ複雑なものとなる。これらは、省エネルギーおよび環境対策の点から好ましいとは言えない側面がある。そのため、駆動源として圧縮エアは不要である、または必要であるとしても最小限であることが望ましい。

【0006】

本発明の目的は、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ部材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】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明に係る部材交換装置は、例えば、図１および図２に示すように、次のように構成される。

【0008】

（１）本願で開示する部材交換装置は、ハウジング１と、前記ハウジング１から突設される筒状のプラグ部４と、前記プラグ部４のプラグ部筒孔４ａに当該プラグ部筒孔４ａの軸方向に移動可能となるように挿入される出力ロッド５と、前記プラグ部４の周壁に形成された貫通孔１５に挿入される係合部材１６であって、前記出力ロッド５が前記軸方向へ移動されることにより前記貫通孔１５内で移動され、前記プラグ部４が挿入可能となるようにクランプ対象物Ｔに設けられる装着孔４０が有する係止部４１に当接可能となっている係合部材１６と、前記ハウジング１に形成された筒孔６、７であって、前記出力ロッド５が前記軸方向に移動可能となるように挿入される筒孔６、７と、前記出力ロッド５の基端側端面に形成された凹部８に回転可能な状態で収容される操作部材９であって、前記出力ロッド５を前記軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材９と、前記筒孔６、７の内部に配置され、または前記筒孔６、７の内部に充填され、前記出力ロッド５を前記軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段１０と、前記ハウジング１の基端部に形成されたガイド孔２３であって、前記軸方向に対して交差する方向へ延びるガイド孔２３と、前記ガイド孔２３に移動可能に挿入されるカムロッド２４であって、前記操作部材９が嵌り込むカム溝２５が外周面に形成されたカムロッド２４と、を備える。前記カム溝２５は、前記操作部材９を前記先端側方向へ押すためのカム面２５ａを有する。付勢手段１０は、例えばバネまたは圧縮ガス（圧力ガス）である。

【0009】

本願で開示する部材交換装置は次の作用効果を奏する。当該部材交換装置は、従来のクランプ装置が備えるクランプ室およびアンクランプ室というような駆動のたびに圧力流体が給排される室を備えない。当該部材交換装置では、内蔵された上記のカムロッドが手動、または外力によって動かされることで、軸方向のうちの先端側方向へ操作部材を介して出力ロッドは駆動される。軸方向のうちのもう一方の方向である基端側方向へは、上記の付勢手段によって出力ロッドは駆動される。したがって、当該部材交換装置は、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ。

【0010】

（２）（１）の部材交換装置において、前記ハウジング１の側面側に、前記カムロッド２４がリリース位置にあることを検出するリリースセンサ３０が配置されてもよい。

【0011】

この構成によると、部材交換装置がリリース状態にあることを容易に把握できる。

【0012】

（３）（１）または（２）のクランプ装置において、前記ハウジング１の側面側に、前記カムロッド２４がロック位置にあることを検出するロックセンサ３４が配置されてもよい。

【0013】

この構成によると、部材交換装置がロック状態にあることを容易に把握できる。

【0014】

（４）（１）から（３）のいずれかの部材交換装置において、前記カムロッド２４の、前記カム溝２５が形成された側とは反対側の外周面に、当該カムロッド２４の軸方向に延びるガイド溝２８が形成されており、前記ガイド溝２８に配置される回り止め回転体２９を収容する保持穴２３ａが、前記ガイド孔２３における、前記操作部材９から前記基端側方向へ延ばした仮想の延長線Ｃと交差する部分に設けられてもよい。

【0015】

この構成によると、操作部材がカム面で押されて先端側方向へ移動しているときの、カムロッドが操作部材から受ける反力を上記の回り止め回転体で受けることができる。また、先端側方向へ操作部材が移動完了したとき、および操作部材がカム溝に嵌り込んでいるときの、カムロッドが操作部材から受ける力も上記の回り止め回転体で受けることができる。これらの結果、カムロッドの外周面との摺動でガイド孔が傷つくことなどを防止でき、スムーズなカムロッドの動きを長く維持できる。

【0016】

（５）（１）から（４）のいずれかの部材交換装置において、前記先端側方向へ移動した前記操作部材９が嵌り込む凹面２６が前記カム面２５ａと連なるように前記カムロッド２４の外周面に形成されてもよい。

【0017】

この構成によると、先端側方向へ操作部材が移動完了したときの操作部材の状態保持が安定する。

【0018】

（６）（１）から（５）のいずれかの部材交換装置において、前記付勢手段１０はバネ１０であり、前記出力ロッド５の基端部の外周面に、前記バネ１０の一端を受け止めるリング状のバネ受け１１が前記出力ロッド５と一体的に前記基端側方向へ移動するように配置されており、前記バネ受け１１は、前記バネ１０の一端を受け止める受け部１３と、前記筒孔６と摺動する筒壁部１４とを有し、前記筒壁部１４の長さは、前記受け部１３の径方向の幅よりも長くされてよい。

【0019】

この構成によると、バネ受けによって出力ロッドが支持され、出力ロッドの軸方向の動きが安定する。

【0020】

（７）（１）から（６）のいずれかの部材交換装置において、前記カムロッド２４において、前記出力ロッド５の基端部が入り込むロッド逃がし溝２７が前記カム溝２５と重なるように形成されてもよい。

【0021】

出力ロッドの軸方向の移動距離を十分に確保しようとすると、カム溝の深さをある程度深いものとする必要がある。この場合に、出力ロッドの基端部がカムロッドに衝突することが危惧されるところ、上記の構成によると、出力ロッドがカムロッドに衝突することを防止できる。言い換えれば、上記の構成によると、出力ロッドの軸方向の移動距離を十分に確保できる。

【0022】

（８）（１）から（７）のいずれかの部材交換装置において、前記操作部材９は球体とされてよい。

【0023】

この構成によると、先端側方向へ出力ロッドをスムーズに移動させることができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ部材交換装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、本発明の一実施形態を示し、部材交換装置のリリース状態における側面視の断面図である。

【図2】図２は、図１に示す部材交換装置のロック状態における側面視の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の実施形態の説明では、ロボットアームＲＡの先端部に部材交換装置を取り付けて、クランプ対象物である工具などのツールＴを当該部材交換装置によってロボットアームＲＡに着脱可能に固定するという、部材交換装置の使用例を例示している。このような用途の部材交換装置は、ツールチェンジャーと呼ばれる。

【0027】

図１および図２に基づいて、本発明の一実施形態に係る部材交換装置の構成を説明する。

【0028】

ロボットアームＲＡの先端部に部材交換装置のハウジング１が固定される。ハウジング１は、基端側（ロボットアームＲＡ側）の第１ハウジング２と、先端側の第２ハウジング３とを備える。第１ハウジング２と第２ハウジング３とは、複数のボルト（図示せず）によって固定される。なお、部材交換装置の組み立てにおいて問題がない場合は、第１ハウジング２と第２ハウジング３とは一体であってもよい。

【0029】

第２ハウジング３から筒状のプラグ部４が先端側方向へ一体に突設される。プラグ部４のプラグ部筒孔４ａに出力ロッド５のロッド先端部分５ａが上下方向（プラグ部筒孔４ａの軸方向）へ移動可能に挿入される。出力ロッド５の軸方向とプラグ部筒孔４ａの軸方向とは同じ方向である。

【0030】

第２ハウジング３の基端側に筒孔６が形成され、筒孔６内に出力ロッド５のロッド基端部分５ｂが上下方向へ移動可能に挿入される。筒孔６は、プラグ部筒孔４ａよりも径が大きい孔である。筒孔６とプラグ部筒孔４ａとの間に中径筒孔７が形成されている。筒孔６、中径筒孔７、およびプラグ部筒孔４ａの各軸方向は同じ方向である。中径筒孔７の径は、筒孔６の径よりも小さく、プラグ部筒孔４ａの径よりも大きい。なお、中径筒孔７の径は、筒孔６の径と同じにされてもよい。

【0031】

ロッド基端部分５ｂの基端側端面に形成された凹部８に、操作部材としてのボール９（球体、回転体）が回転可能な状態で収容される。なお、操作部材としてボール９に代えてローラ（不図示）などの回転体を用いることも可能である。ボール９は凹部８によって支持される。ここで、ロッド基端部分５ｂの基端側端面に凹部８を設けずに当該基端側端面を平らな面としたまま、ボール９を第１ハウジング２または第２ハウジング３から支持するという構造も考えられる。しかしながら、この構造によると、部材交換装置の軸方向の長さが大きくなってしまう。すなわち、本実施形態のように、ロッド基端部分５ｂの基端側端面に凹部８を設け、凹部８にボール９を収容するという構造を採用したことで、部材交換装置の軸方向の長さを短くすることができ、コンパクトな部材交換装置となる。

【0032】

筒孔６および中径筒孔７の内部に、出力ロッド５を上方（基端側方向）へ押す付勢手段としてのバネ１０が配置される。バネ１０は圧縮コイルバネである。ロッド基端部分５ｂの基端部の外周面に、バネ１０の一端を受け止めるリング状のバネ受け１１が配置される。バネ１０の他端は、プラグ部筒孔４ａと中径筒孔７との間の段差部で受け止められる。バネ受け１１は、リング状のストッパ１２（止め輪）によって上方（基端側方向）への移動が規制されている。そのため、バネ受け１１は、出力ロッド５と一体的に上方（基端側方向）へ移動する。バネ受け１１は、バネ１０の一端を受け止める受け部１３と、筒孔６内で摺動する筒壁部１４とを有する。筒壁部１４の軸方向の長さは、受け部１３の径方向の幅よりも長い。筒壁部１４の軸方向の長さが長いことで、筒壁部１４と筒孔６との摺動面積が大きくなり出力ロッド５の軸方向の動きが安定する。

【0033】

なお、出力ロッド５を基端側方向へ押す付勢手段として、圧縮コイルバネに代えて、皿バネなどの他の種類のバネを用いることも可能である。また、部材交換装置の組み立てにおいて問題がない場合は、出力ロッド５とバネ受け１１とは一体であってもよい。

【0034】

プラグ部４の周壁の先端寄り部分に複数の貫通孔１５が周方向へ所定間隔をあけて形成される。各貫通孔１５に、係合部材としてのボール１６（係合ボール）が挿入される。貫通孔１５によって、径方向の内方の図１に示す位置と径方向の外方の図２に示す位置（外側位置）との間で各ボール１６が移動可能に支持される。

【0035】

出力ロッド５のロッド先端部分５ａの外周壁には、各ボール１６に対応させて、押圧面１７と退避溝１８とが上下に連ねて形成される。押圧面１７は、先端側方向へ向かうにつれて広がるように形成される。押圧面１７がボール１６に対面する位置に移動することにより、ボール１６がプラグ部４の外周面よりも径方向の外方へ突出するように外側位置へ移動される。また、退避溝１８がボール１６に対面する位置であって、ボール１６が挿入可能となる退避位置に移動することにより、ボール１６がプラグ部４の外周面よりも径方向の内方へ移動可能となる。本実施形態では、４つのボール１６が各貫通孔１５にそれぞれ１つずつ挿入されているが、ボール１６は４つに限定されない。

【0036】

プラグ部４の周壁の基端部（根本部）に環状のコレット１９が外嵌される。コレット１９は先端側すぼまりのテーパ外周面１９ａを備え、上下方向へ延びる１つのスリット１９ｂによって弾性的に縮径されるようになっている。コレット１９は止め輪２０によってプラグ部４から抜けないようにされている（先端側方向への移動が規制されている）。第２ハウジング３の上面３ａに、複数の穴２２が周方向へ所定間隔をあけて形成される。穴２２に、コレット１９を先端側方向へ押す付勢手段としてのバネ２１が挿入される。バネ２１は圧縮コイルバネである。コレット１９はバネ２１によって先端側方向へ付勢されている。そのため、止め輪２０によって先端側方向への移動が規制されているコレット１９は、僅かではあるが、上下方向へ移動可能である。本実施形態では、３本のバネ２１が各穴２２にそれぞれ１本ずつ挿入されているが、バネ２１は３本に限定されない。また、コレット１９を先端側方向へ押す付勢手段として、圧縮コイルバネに代えて、皿バネなどの他の種類のバネを用いることも可能である。

【0037】

第１ハウジング２に、出力ロッド５の軸方向に対して交差する方向へ延びるガイド孔２３が形成される。なお、本実施形態におけるガイド孔２３は、出力ロッド５の軸方向に対して直交する方向へ延びる。ガイド孔２３に、カムロッド２４が移動可能に挿入される。

【0038】

カムロッド２４の外周面に、ボール９が嵌り込むカム溝２５が形成される。カム溝２５は、ボール９を先端側方向へ押すためのカム面２５ａを有する。カム面２５ａは、カムロッド２４の軸方向に対して傾斜する面である。また、先端側方向へ移動したボール９が嵌り込む凹面２６がカム面２５ａと連なるように形成される。また、カム溝２５と重なるようにして、カム溝２５よりも浅いロッド逃がし溝２７が、カム溝２５と同じ側のカムロッド２４の外周面に形成される。

【0039】

出力ロッド５の軸方向の移動距離を十分に確保しようとすると、カム溝２５の深さをある程度深いものとする必要がある。この場合に、出力ロッド５の基端部がカムロッド２４の外周面に衝突することが危惧されるところ、上記の構成によると、ロッド逃がし溝２７によって出力ロッド５がカムロッド２４に衝突することを防止できる。言い換えれば、上記の構成によると、出力ロッド５の軸方向の移動距離を十分に確保できる。

【0040】

カムロッド２４において、カム溝２５およびロッド逃がし溝２７が形成された側とは反対側の外周面に、カムロッド２４の軸方向に延びるガイド溝２８が形成される。ガイド溝２８に、回り止め回転体としてのボール２９が配置される。ボール２９は、前記のガイド孔２３に形成された保持穴２３ａに回転可能な状態で収容される。保持穴２３ａは、ボール９の中心部（出力ロッド５の軸心部）から出力ロッド５の軸方向のうちの基端側方向へ延ばした仮想の延長線Ｃと、ガイド孔２３とが交差する部分に設けられている。

【0041】

上記構成によると、ボール９がカム面２５ａで押されて先端側方向へ移動しているときの、カムロッド２４がボール９から受ける反力を上記のボール２９で受けることができる。また、先端側方向へボール９が移動完了したとき、およびボール９がカム溝２５に嵌り込んでいるときの、カムロッド２４がボール９から受ける力も上記のボール２９で受けることができる。これらの結果、カムロッド２４の外周面との摺動でガイド孔２３が傷つくことなどを防止でき、スムーズなカムロッド２４の動きを長く維持できる。なお、上記反力等は、基本的には、ガイド溝２８の図中左側に位置するカムロッド２４の外周面（径が大きい部分の外周面）と接触するガイド孔２３の内周面、およびガイド溝２８部分におけるカムロッド２４の外周面のうちのガイド溝２８が形成されていない部分と接触するガイド孔２３の内周面で受け止められる。

【0042】

カムロッド２４の動きをより滑らかなものとするために、その外周面には周方向に延びる溝２４ａが形成されている。溝２４ａは複数形成されている。当該溝２４ａ部分に油だまりが形成されることにより、カムロッド２４とガイド孔２３との間に働く摩擦力を小さくすることができ、カムロッド２４の動きを滑らかなものとすることができる。カムロッド２４は小径部２４ｂを有し、小径部２４ｂの外周にバネ３６が装着されている。なお、バネ３６の付勢力は、バネ１０の付勢力よりも十分小さい。ボール９が押し付けられているカムロッド２４がバネ３６の付勢力のみで動くというものではない。

【0043】

第１ハウジング２の側面側に、カムロッド２４が図１に示すリリース位置にあることを検出するリリースセンサ３０が配置される。第１ハウジング２の側面にセンサ取付部材３１が固定される。このセンサ取付部材３１の側面にリリースセンサ３０が取り付けられる。センサ取付部材３１は筒孔３１ａを有し、筒孔３１ａにカムロッド２４が移動可能に挿入される。リリースセンサ３０は磁気センサである。カムロッド２４の外周面に、カムロッド２４がリリース位置にあることを検出するためのリング状の磁石３２が装着される。リリースセンサ３０が磁石３２を検出することで、カムロッド２４がリリース位置にあることを検出できる。

【0044】

センサ取付部材３１が固定された側とは反対側の、第１ハウジング２の側面にもう１つのセンサ取付部材３３が固定される。このセンサ取付部材３３の側面にロックセンサ３４が取り付けられる。センサ取付部材３３は筒孔３３ａを有し、筒孔３３ａにカムロッド２４が移動可能に挿入される。ロックセンサ３４は磁気センサである。カムロッド２４の外周面に、カムロッド２４がロック位置にあることを検出するためのリング状の磁石３５が装着される。ロックセンサ３４が磁石３５を検出することで、カムロッド２４がロック位置にあることを検出できる。

【0045】

リリースセンサ３０が配置されることで、部材交換装置がリリース状態にあることを容易に把握できる。また、ロックセンサ３４が配置されることで、部材交換装置がロック状態にあることを容易に把握できる。なお、リリースセンサ３０およびロックセンサ３４は磁気センサに限定されない。

【0046】

ツールＴの基端にツールアダプタ３７が固定される。ツールアダプタ３７に凹部３８が開口される。凹部３８にリング部材３９が装着され、リング部材３９は複数のボルト（図示せず）によってツールアダプタ３７に固定される。リング部材３９の内周孔によって装着孔４０が構成され、装着孔４０にプラグ部４が挿入可能になっている。装着孔４０は、クランプ対象物であるツールＴに設けられた装着孔に相当する。

【0047】

リング部材３９の装着孔４０に係止部４１が凹部３８の底方向へ向かうにつれて広がるようにテーパ状に形成される。また、係止部４１よりも開口側に近い部分に、コレット１９のテーパ外周面１９ａに係合するテーパ内周面４２が形成される。テーパ内周面４２は、凹部３８の底方向へ向かうにつれて狭まるように形成された面である。

【0048】

なお、本実施形態では、装着孔４０をリング部材３９に形成するようにしたが、ツールアダプタ３７の凹部３８の内周孔によって装着孔４０を構成するようにしてもよい。すなわち、ツールアダプタ３７の凹部３８の内周孔自体に、上記係止部４１およびテーパ内周面４２が形成されてもよい。さらには、ツールＴ自体に、上記係止部４１およびテーパ内周面４２を有する装着孔４０が設けられてもよい。

【0049】

装着孔４０がツールＴに設けられるとは、ツールＴ自体に装着孔４０が設けられる形態だけでなく、ツールアダプタ３７に装着孔４０が設けられたり、本実施形態のようにリング部材３９に装着孔４０が設けられたりする形態を含む。すなわち、装着孔４０がツールＴに設けられるとは、ツールＴ自体に装着孔４０が設けられる形態に加えて、ツールＴに直接的に（ツールアダプタ３７の場合）または間接的に（リング部材３９の場合）固定される部材に装着孔４０が設けられる形態を含む。

【0050】

上記構成の部材交換装置は次のように動作する。

【0051】

図１に示すリリース状態では、ボール９は、カムロッド２４に形成された凹面２６に嵌り込んでいるとともに、図２に示すロック状態のときよりも第２ハウジング３の筒孔６内に押し込まれている。これにより、バネ１０の付勢力に抗してボール９が出力ロッド５を先端側方向へ押して下降させた状態となっている。出力ロッド５が下降しているので、プラグ部４のボール１６が退避溝１８内の退避位置に移動可能となっている。ロボットアームＲＡを操作して、ツールアダプタ３７を介してツールＴに固定されたリング部材３９の上方に、出力ロッド５などを備える部材交換装置が取り付けられたロボットアームＲＡの先端部を位置させる。

【0052】

ツールＴをロボットアームＲＡに取り付けるときは、まず、ロボットアームＲＡの先端部を下降させて、リング部材３９の装着孔４０にプラグ部４が挿入された状態とする。このとき、装着孔４０に形成されているテーパ内周面４２に、拡径状態のコレット１９のテーパ外周面１９ａが当たり、第２ハウジング３の上面３ａ（着座面）とリング部材３９との間に少しの隙間が形成された状態にある。その後、ロボットアームＲＡの先端部を水平方向に移動させるなどして、センサ取付部材３１から突出しているカムロッド２４の端部２４ｃを、静止している物体（不図示）に当て、当該物体からの反力でカムロッド２４の端部２４ｃをガイド孔２３内に押し込む。カムロッド２４の端部２４ｃがガイド孔２３内に押し込まれると、カムロッド２４に形成された凹面２６からボール９は外れる。そしてボール９は、バネ１０の付勢力によって押されてカム面２５ａに沿ってカム溝２５に入り込んでいく。また、バネ１０がバネ受け１１を介して出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させるので、出力ロッド５は上昇する。出力ロッド５が上昇すると、出力ロッド５に形成されている退避溝１８の一部を構成する押出し部１８ａがプラグ部４のボール１６を径方向の外方の突出位置へ押し出す。そして、出力ロッド５に形成されている押圧面１７がボール１６を介してツールＴ（リング部材３９）の係止部４１を上向きに押圧していく。これにより、コレット１９は縮径しツールＴとともに少しばかり上昇する。その結果、リング部材３９が第２ハウジング３の上面３ａに受け止められ、ツールＴはロボットアームＲＡの先端部に部材交換装置を介して強固に固定される。部材交換装置は、図１に示すリリース状態から図２に示すロック状態へ切換えられる。

【0053】

部材交換装置を図２に示すロック状態から図１に示すリリース状態へ切換えるときは、ロボットアームＲＡを操作して、センサ取付部材３３から突出しているカムロッド２４の端部２４ｄを、静止している物体（不図示）に当て、当該物体からの反力でカムロッド２４の端部２４ｄをガイド孔２３内に押し込む。カムロッド２４の端部２４ｄがガイド孔２３内に押し込まれると、カムロッド２４に形成されたカム面２５ａがボール９を押し、ボール９はカム面２５ａに沿って移動して凹面２６に乗り上がる。これにより、バネ１０の付勢力に抗してボール９が出力ロッド５を先端側方向へ押して、出力ロッド５は下降する。出力ロッド５が下降すると、出力ロッド５に形成されている退避溝１８がプラグ部４のボール１６に対面する位置となり、ボール１６は退避溝１８内（出力ロッド５の径方向の内方）へ移動可能となる。その結果、図１に示すように、ツールＴ（リング部材３９）をロボットアームＲＡから円滑に取り外すことが可能となる。

【0054】

なお、ボール９が回転することで、ボール９とカム面２５ａとの間の摩擦力が低減される。このため、ボール９が出力ロッド５を介してバネ受け１１の筒壁部１４を筒孔６の内周面に押し付ける力が軽減されて、筒壁部１４の外周面および筒孔６の内周面に部分的なすべり摩耗や破損が生じることが軽減される。また、プラグ部４のプラグ部筒孔４ａの内周面と出力ロッド５の外周面との間に生じる部分的な摩耗や破損も軽減される。その結果、出力ロッド５を先端側方向へスムーズに移動させることができる。

【0055】

本実施形態の部材交換装置は、従来のクランプ装置が備えるクランプ室およびアンクランプ室というような駆動のたびに圧力流体が給排される室を備えない。当該部材交換装置では、内蔵されたカムロッド２４を介してボール９が外力によって動かされることで、出力ロッド５はボール９で押されて先端側方向へ駆動される。先端側方向とは逆方向である基端側方向へは、バネ１０によって出力ロッド５は駆動される。したがって、当該部材交換装置は、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない。なお、カムロッド２４を物体に当てて動かすのではなく、カムロッド２４を人の手で押して動かしてもよい。

【0056】

上記の部材交換装置では、筒孔６および中径筒孔７の内部にバネ１０を配置し、バネ１０が出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させるようにしている。これに代えて、筒孔６および中径筒孔７内の空間を圧ガス室とし、当該圧ガス室のガス圧で、出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させるようにしてもよい。圧ガス室とは、内部に圧力ガスが充填された室のことである。圧ガス室は、室外部へ圧力ガスが漏れ出ないように室外部に対して封止される。圧ガス室に充填された圧力ガスが、出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させる、バネ１０に代わる付勢手段となる。圧力ガスは、圧縮空気、圧縮窒素ガスなどである。

【0057】

圧ガス室は、上記のとおり、室外部へ圧力ガスが漏れ出ないように封止されるが、充填された圧力ガスによって出力ロッド５を駆動すると、少量ではあるが、圧ガス室から圧力ガスが漏れ出てしまうことがある。そのため、出力ロッド５を動かすのに必要な圧ガス室のガス圧を維持するために、圧ガス室から漏れ出た量の圧縮空気のみが圧ガス室に充填されるように部材交換装置が構成されるとよい。

【0058】

上記構成によると、圧ガス室には、当該圧ガス室から漏れ出た量の圧力ガスが供給されることとなるが、圧力ガスの使用量は極めて少ない。よって、空気圧縮機などの圧力ガスの供給設備は必要であるものの、その設備規模は極めて小さくてすむ。

【0059】

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記実施形態の要素を適宜組み合わせたり、上記実施形態に種々の変更を加えたりすることが可能である。

【0060】

例えば、上記の実施形態は次のように変更可能である。

【0061】

部材交換装置の姿勢は、例示した上下姿勢に対して、上下逆にされたり、横向きにされたり、さらには斜め向きにされたりしてもよい。

【0062】

部材交換装置は、搬送機械の可動部分、固定台としてのテーブルなどに固定されてもよい。クランプ対象物は、治具、機械加工対象物、パレットなどであってもよい。

【0063】

リリースセンサ３０およびロックセンサ３４の両方、またはリリースセンサ３０およびロックセンサ３４のうちの一方が省略されてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１：ハウジング、４：プラグ部、４ａ：プラグ部筒孔、５：出力ロッド、６：筒孔、７：中径筒孔（筒孔）、８：凹部、９：ボール（操作部材）、１０：バネ（付勢手段）、１１：バネ受け、１３：受け部、１４：筒壁部、１５：貫通孔、１６：ボール（係合部材）、２３：ガイド孔、２３ａ：保持穴、２４：カムロッド、２５：カム溝、２５ａ：カム面、２６：凹面、２７：ロッド逃がし溝、２８：ガイド溝、２９：ボール（回り止め回転体）、３０：リリースセンサ、３４：ロックセンサ、４０：装着孔、４１：係止部、Ｃ：延長線、Ｔ：ツール（クランプ対象物）

【図1】

【図2】