特許 7248562 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】

(24)【登録日】2023-03-20

(45)【発行日】2023-03-29

(54)【発明の名称】工具交換装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/04 20060101AFI20230322BHJP

【ＦＩ】

B25J15/04 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019215371

(22)【出願日】2019-11-28

(65)【公開番号】P2021084186

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-06-21

(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】110002675

【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 良介

(72)【発明者】

【氏名】菊地 博己

【審査官】松井 裕典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－３６２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５０３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１８７９７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平５－１９２８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１８３３３（ＪＰ，Ａ）

(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】

機器の本体側と工具側のいずれか一方に取り付けられ、第１の連結面を有する第１の連結部材と、
前記本体側と前記工具側の他方に取り付けられ、前記第１の連結面に接触可能な第２の連結面を有する第２の連結部材と
を備える工具交換装置であって、
前記第１の連結部材は、前記第１の連結面に、
第１のピンと、
第２のピンと、
補助突起と
を有し、
前記第２の連結部材は、前記第２の連結面に、
前記第１のピンが出入可能な第１の穴と、
前記第２のピンが出入可能な第２の穴と、
前記補助突起が出入可能な補助穴と
を有し、
前記第１のピンと前記第１の穴の間、及び、前記第２のピンと前記第２の穴の間に、前記第２の連結面に平行な方向の第１の隙間がそれぞれ設けられており、
前記補助突起と前記補助穴の間に、前記第２の連結面に平行な方向の第２の隙間が設けられており、
前記第２の隙間は、前記第１の隙間より大きい
工具交換装置。

【請求項2】

前記第１の連結面から前記補助突起の先端までの長さが、前記第１の連結面から前記第１のピンの先端までの長さ、及び前記第１の連結面から前記第２のピンの先端までの長さより短い、請求項１に記載の工具交換装置。

【請求項3】

前記第１のピンと前記第２のピンの間の距離が、前記補助突起と前記第１のピンの間の距離よりも長く、かつ、前記補助突起と前記第２のピンの間の距離よりも長い、請求項１又は２に記載の工具交換装置。

【請求項4】

前記第１のピン、前記第２のピン、及び前記補助突起は、先端に向かって直径が細くなるテーパー部を有するテーパーピンである、請求項１～３のいずれか１項に記載の工具交換装置。

【請求項5】

前記第２の隙間は、
前記第１のピンと前記第１の穴、及び、前記第２のピンと前記第２の穴がそれぞれ接触した位置において、前記補助突起と前記補助穴の間に第３の隙間を形成可能であり、
前記第１の連結面及び前記第２の連結面に交差する軸を中心とする回転方向の前記第１の連結部材及び前記第２の連結部材の弾性変形によって前記補助突起と前記補助穴が接触可能な大きさである、
請求項１～４のいずれか１項に記載の工具交換装置。

【請求項6】

前記第１のピンと、前記第２のピンと、前記補助突起とは、前記第１の連結面の中心を通り前記第１の連結面に平行な直線に対し非線対称となる位置に設けられている、請求項１～５のいずれか１項に記載の工具交換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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、ロボット本体側に取り付けられる第１の連結部材と、工具側に取り付けられる第２の連結部材とを備える装置が開示されている（例えば、特許文献１）。この工具交換装置は、第１の連結部材の連結面に設けた突起部が第２の連結部材の連結面に設けられた連結穴に挿入され、互いの連結面同士が接触した状態で、突起部のカムが連結穴の内面の係合部品に係合することにより、第１の連結部材と第２の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の連結部材と第２の連結部材は分離し得る。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。産業用ロボットは、あらかじめ動作を記録するティーチングをして作成されたプログラムに基づき、上記動作を再生することによって、所望の作業を行う。

【0003】

ロボットの使用目的や工具の種類に応じて、ロボット本体に設けた制御装置などの回路と工具に内蔵された回路との間で制御用の信号等をそれら回路間で送受信する必要がある。工具交換装置を用いた場合に、ロボット本体と工具とが連結・分離されるから、これに応じて回路間の信号線の接続、切断を行う必要がある。このような信号線の接続、切断を行なう信号中継装置が知られている。信号中継装置は、第１の連結部材と第２の連結部材にそれぞれ取り付けた信号モジュールから構成されている。各信号モジュールは、第１の連結部材と第２の連結部材との連結によって、互いの端子同士を接触させて電気的に接続状態になり、第１の連結部材と第２の連結部材との分離によって、端子同士の接触を解除するコネクタを備えている。

【0004】

上記特許文献１の工具交換装置は、第１の連結部材の連結面に設けた２つのテーパーピンを、第２の連結部材の連結面に設けた２つの穴に挿入することによって、第１の連結部材と第２の連結部材の位置決めをする。

【0005】

特許文献２には、第１の連結部材の連結面に設けられた３つのテーパーピンと、第２の連結部材の連結面に設けられた３つの穴とを備える工具交換装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平４－１０１７９６号公報

【文献】特開２０１０－３６２８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

産業用ロボットの動作、工具の重量及び重心位置に応じて、工具交換装置には、連結面に交差する軸を中心とする回転方向の負荷（ねじりトルク）が発生する。上記特許文献１の工具交換装置は、第１の連結部材の連結面に設けた２つのテーパーピンを、第２の連結部材の連結面に設けた２つの穴に挿入することによって、第１の連結部材と第２の連結部材の位置決めをすると共に、上記ねじりトルクによって生じる回転方向の位置ずれを防止する構造となっている。ロボット本体と工具をスムーズに連結及び分離するため、２つのテーパーピンと２つの穴の間には、それぞれ隙間が設けられている。

【0008】

産業用ロボットの動作中に、工具交換装置に対しねじりトルクが印加されると、テーパーピンと穴の間の隙間の分だけ、第１の連結部材と第２の連結部材の連結面間に回転方向の位置ずれが生じる。さらにねじりトルクが大きくなると、第１の連結部材と第２の連結部材が弾性変形し、回転方向の位置ずれがより大きくなる。回転方向の位置ずれが生じる前後の第１の連結部材に対する第２の連結部材の中心角の変位である相対変位角が大きくなり過ぎると、コネクタにおける端子同士の位置ずれも大きくなり、通信異常が発生するという問題がある。

【0009】

工具の重量が大きくなれば上記ねじりトルクも増大し、相対変位角も大きくなるので、工具交換装置のねじりトルクに対する耐性（耐ねじりトルク性）は、ロボットの可搬重量に応じて設定する必要がある。特許文献２に記載の工具交換装置のように、テーパーピンを従来の２本から３本とし、各テーパーピンに作用する応力を低減することによって、耐ねじりトルク性を向上することができる。

【0010】

しかしながら、テーパーピンを３本とした場合、２本の場合に比べ、位置合わせする箇所が増える。したがって、第１の連結部材と第２の連結部材の連結動作に伴って、テーパーピンを穴に挿入させる際、第１の連結部材と第２の連結部材の相対的な位置をより精密に制御する必要があるため、ティーチングが困難になり作業性が低下してしまう、という問題がある。

【0011】

本発明は、ティーチングの作業性の低下を抑制しながら、耐ねじりトルク性を向上することができる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】

【0012】

本発明に係る工具交換装置は、機器の本体側と工具側のいずれか一方に取り付けられ、第１の連結面を有する第１の連結部材と、前記本体側と前記工具側の他方に取り付けられ、前記第１の連結面に接触可能な第２の連結面を有する第２の連結部材とを備える工具交換装置であって、前記第１の連結部材は、前記第１の連結面に、第１のピンと、第２のピンと、補助突起とを有し、前記第２の連結部材は、前記第２の連結面に、前記第１のピンが出入可能な第１の穴と、前記第２のピンが出入可能な第２の穴と、前記補助突起が出入可能な補助穴とを有し、前記第１のピンと前記第１の穴の間、及び、前記第２のピンと前記第２の穴の間に、前記第２の連結面に平行な方向の第１の隙間がそれぞれ設けられており、前記補助突起と前記補助穴の間に、前記第２の連結面に平行な方向の第２の隙間が設けられており、前記第２の隙間は、前記第１の隙間より大きい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、補助突起を備えていることによって耐ねじりトルク性を向上することができる。さらに補助突起を備えているものの、第２の隙間が第１の隙間より大きいので、補助突起がティーチングの作業に影響を与えないため、ティーチングの作業性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る工具交換装置を適用した産業用ロボットを示す模式図である。

【図2】第１実施形態に係る工具交換装置を示す斜視図であり、図２のａは第１の連結部材、図２のｂは第２の連結部材である。

【図3】第１実施形態に係る第１のピン（第２のピン及び補助ピン）を示す斜視図である。

【図4】第１実施形態に係る第１の連結部材を示す正面図である。

【図5】図５のｃは第１のピン（第２のピン）と第１の穴（第２の穴）との関係を模式的に示す部分断面図、図５のｄは補助ピンと補助穴との関係を模式的に示す部分断面図である。

【図6】第１のピンと第１の穴、第２のピンと第２の穴、及び補助ピンと補助穴の位置関係を示す模式図であり、図６のｅは回転前、図６のｆは回転後である。

【図7】第２実施形態に係る第１の連結部材を示す斜視図である。

【図8】変形例（１）に係る工具交換装置を示す斜視図であり、図８のｇは第１の連結部材、図８のｈは第２の連結部材である。

【図9】変形例（２）に係る第１の連結部材を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

１．第１実施形態
（全体構成）
図１に示す工具交換装置１０は、機器としての産業用ロボット１の、本体としてのアーム１２の先端に固定される第１の連結部材１４Ａと、工具１６に固定される第２の連結部材１８Ａとを備える。第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａは、アルミニウムなどの金属で形成された、所定の厚さを有する板状の本体１３，１５を有する。第１の連結部材１４Ａの本体１３は第１の連結面２０を、第２の連結部材１８Ａの本体１５は第２の連結面２４を有する。図１の工具交換装置１０は、第１の連結部材１４Ａの第１の連結面２０と、第２の連結部材１８Ａの第２の連結面２４とが接触した状態で連結されている姿勢を示している。図１において工具交換装置１０は、ｘ－ｙ平面に平行な基台８上に据え付けられており、第１の連結面２０及び第２の連結面２４に交差する軸Ａがｚ軸に平行となる向きに工具１６を保持している。本図の場合、軸Ａは、工具交換装置１０の中心を通り、第１の連結面２０及び第２の連結面２４に直交する。

【0017】

第１の連結部材１４Ａは、第１の連結面２０と背中合わせの第１の固定面１７においてアーム１２と図示しないボルトによって、着脱自在に締結される。第２の連結部材１８Ａは、第２の連結面２４と背中合わせの第２の固定面１９において、工具１６と図示しないボルトによって、着脱自在に締結される。本図においては、工具１６としてスポット溶接ガンが図示されているが、第２の連結部材１８Ａを取り付けた状態の異なる工具１６が図示しない置台に複数用意されている。アーム１２と工具１６は、工具交換装置１０を介して連結されると共に分離可能であり、アーム１２に対し工具１６が交換自在である。

【0018】

図２のａは第１の連結部材１４Ａを示す斜視図である。第１の連結部材１４Ａは、本体１３の中央に第１の連結面２０から突出した突起部２２が設けられている。突起部２２は、カムを含む係合機構を有する。第１の連結部材１４Ａは、突起部２２の周囲に、第１のピン２８と、第２のピン３０と、補助突起としての補助ピン３２Ａとが配置されている。第１のピン２８と、第２のピン３０と、補助ピン３２Ａとは、第１の連結面２０から突出している。

【0019】

第１の連結部材１４Ａは、アーム１２の先端に固定するためのボルト（図示しない）を挿入する複数（図２のａの場合６個）の貫通穴４３が設けられている。第１の連結部材１４Ａは、本体１３の第１の連結面２０と第１の固定面１７の間に配置される側面に、第１の信号モジュール２１が設けられている。第１の信号モジュール２１は、第１の連結面２０に端子２５が露出した第１のコネクタ２３を備える。

【0020】

第１実施形態に係る、第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａは、形状および長さが同じであり、高強度の金属、例えば鋼で形成されている。図３を用いて、代表して第１のピン２８について説明する。図３に示すように、第１のピン２８は、円柱状の円柱部３９と、基端が円柱部３９の先端に一体に設けられ、先端に向かって直径が細くなる円錐台形状のテーパー部４１とを有するテーパーピンである。円柱部３９の外径とテーパー部４１の基端の外径は同じである。円柱部３９の基端に雌ねじ４０が形成されている。補助ピン３２Ａの円柱部３９の直径は、第１のピン２８及び第２のピン３０の円柱部３９の直径より小さい。

【0021】

第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａは、第１の連結部材１４Ａの本体１３に設けられた穴（図示しない）に円柱部３９を第１の連結面２０側から挿入し、第１の固定面１７から雌ねじ４０にボルト（図示しない）をねじ込むことによって本体１３に固定される。第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａは、テーパー部４１、及び円柱部３９の先端側の一部が第１の連結面２０から突出した状態で本体１３に固定される（図２のａ）。

【0022】

図４に示すように、第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａは、軸Ａ方向からみて第１の連結面２０上の三角形の頂点となる位置に配置されている。第１のピン２８と第２のピン３０の間の距離Ｌ１が第１の連結部材１４Ａにおいてとり得る最大距離となるように、第１のピン２８と第２のピン３０は配置されている。

【0023】

第１の連結面２０は、突起部２２、貫通穴４３及び第１のコネクタ２３が設けられている。突起部２２、貫通穴４３及び第１のコネクタ２３と干渉しない範囲で距離Ｌ１が最大となるように、第１のピン２８及び第２のピン３０が第１の連結面２０に配置される。第１のピン２８と第２のピン３０の間の距離Ｌ１は、補助ピン３２Ａと第１のピン２８の間の距離Ｌ２より長く、かつ、補助ピン３２Ａと第２のピン３０の間の距離Ｌ３よりも長い。距離Ｌ２と距離Ｌ３はどちらの方が長くてもよい。図４の場合、距離Ｌ３の方が距離Ｌ２より長い場合が示されている。第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａは、第１の連結面２０の中心を通り第１の連結面２０に平行な直線、すなわち軸Ａに直交する直線に対し非線対称となる位置に設けられている。

【0024】

図２のｂは第２の連結部材１８Ａを示す斜視図である。第２の連結部材１８Ａは、本体１５の中央に第２の連結面２４から第２の固定面１９へ貫通する連結穴２６を有する。連結穴２６は、突起部２２が出入可能であり、係合機構のカムが係合する係合部品が内面に設けられている。連結穴２６の周囲の第２連結面２４に、第１のピン２８が出入可能な第１の穴３４と、第２のピン３０が出入可能な第２の穴３６と、補助ピン３２Ａが出入可能な補助穴３８Ａとが設けられている。

【0025】

第１の穴３４、第２の穴３６、及び補助穴３８Ａは、それぞれ、第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａに対応した位置に設けられている。すなわち、第１の穴３４、第２の穴３６、及び補助穴３８Ａは、軸Ａ方向からみて第２の連結面２４上の三角形の頂点となる位置に配置されている。

【0026】

第２の連結部材１８Ａは、工具１６に固定するためのボルト（図示しない）を挿入する複数（図２のｂの場合６個）の貫通穴４７が設けられている。第２の連結部材１８Ａは、本体１５の第２の連結面２４と第２の固定面１９の間に配置される側面に、第２の信号モジュール３１が設けられている。第２の信号モジュール３１は、第２の連結面２４に端子３５が露出した第２のコネクタ３３を備える。

【0027】

第２の連結面２４は、連結穴２６、貫通穴４７及び第２のコネクタ３３が設けられている。第１の穴３４、第２の穴３６、及び補助穴３８Ａは、第２の連結面２４に設けられた連結穴２６、貫通穴４７及び第２のコネクタ３３と干渉しないように配置される。第１の穴３４と第２の穴３６の間の距離Ｌ１は、補助穴３８Ａと第１の穴３４の間の距離Ｌ２よりも長く、かつ、補助穴３８Ａと第２の穴３６の間の距離Ｌ３よりも長い。第１の穴３４、第２の穴３６、及び補助穴３８Ａは、軸Ａに直交する直線に対し非線対称となる位置に配置されている。

【0028】

図５のｃに示すように、第１のピン２８と第１の穴３４の間、及び、第２のピン３０と第２の穴３６の間に、第２の連結面２４に平行な方向の第１の隙間Ｄ１がそれぞれ設けられている。第１の隙間Ｄ１は、第１のピン２８及び第２のピン３０の円柱部３９のそれぞれの直径をφ１、第１の穴３４及び第２の穴３６のそれぞれの直径をφ２とすると、（φ２－φ１）／２で表される。

【0029】

図５のｄに示すように、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａの間に、第２の連結面２４に平行な方向の第２の隙間Ｄ２が設けられている。第２の隙間Ｄ２は、補助ピン３２Ａの円柱部３９の直径をφ３、補助穴３８Ａの直径をφ２とすると、（φ２－φ３）／２で表される。

【0030】

実際の工具交換装置１０における第１の隙間Ｄ１及び第２の隙間Ｄ２は、軸と穴の直径の差に加え、距離Ｌ１、距離Ｌ２、及び距離Ｌ３の影響を受ける。本明細書では、説明の便宜上、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａにおいて、距離Ｌ１、距離Ｌ２、及び距離Ｌ３の誤差がないものと仮定して説明する。

【0031】

本実施形態の場合、補助ピン３２Ａの円柱部３９の直径φ３が、第１のピン２８及び第２のピン３０の円柱部３９の直径φ１よりも小さく形成されているので、第２の隙間Ｄ２は第１の隙間Ｄ１より大きい。

【0032】

図６のｅは、第１の穴３４、第２の穴３６、及び補助穴３８Ａと、それぞれ第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａの位置関係を、図４に対応して示した模式図である。第２の隙間Ｄ２は、第１の隙間Ｄ１より大きいので、第１の隙間Ｄ１分だけ、第１の連結部材１４Ａ及び第２の連結部材１８Ａの位置が第１の連結面２０に平行な方向にずれたとしても、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａが干渉しない。例えば、図６のｆに示すように、第１の連結部材１４Ａが第２の連結部材１８Ａに対し、軸Ａを中心として図６の紙面において相対的に右回転した場合、第１のピン２８と第１の穴３４が図面の上部側において、第２のピン３０と第２の穴３６が図面の下部側において、それぞれ接触する。

【0033】

第１のピン２８と第１の穴３４、及び、第２のピン３０と第２の穴３６が、それぞれ接触した回転位置において、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａは、図６のｆの紙面における左側で最も近づく。この補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａの間の隙間を第３の隙間Ｄ３とする。すなわち、第３の隙間Ｄ３は、第１のピン２８と第１の穴３４、及び、第２のピン３０と第２の穴３６が、それぞれ接触した回転位置における、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａの間の最小の隙間である。第２の隙間Ｄ２は、第１のピン２８と第１の穴３４、及び、第２のピン３０と第２の穴３６が、それぞれ接触した位置において、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａの間に、少なくとも第３の隙間Ｄ３を形成する大きさである。回転方向の位置ずれが生じる前後の第２の連結部材１８Ａに対する第１の連結部材１４Ａの中心角の変位を相対変位角θ（図６のｆ）と呼ぶ。

【0034】

図６のｆに示す状態からさらに軸Ａを中心とし、第１の連結部材１４Ａ及び第２の連結部材１８Ａに対し、相対的に右回転する方向にねじりトルクが印加され、第１の連結部材１４Ａ及び前記第２の連結部材１８Ａが弾性変形した場合、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａが接触する。工具交換装置１０は、第１の連結部材１４Ａ及び前記第２の連結部材１８Ａの上記弾性変形を補助ピン３２Ａによって抑制するべく、上記弾性変形開始後すぐに補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａが接触するように形成されるのが好ましい。したがって、第３の隙間Ｄ３は０より大きく、小さいほど好ましい。

【0035】

（作用及び効果）
次に上記構成の作用及び効果について説明する。まず、産業用ロボット１のプログラムを作成するためにティーチングを行う。図示しない置台に設置されている工具１６に締結された第２の連結部材１８Ａに対し、アーム１２を移動して、第１の連結部材１４Ａを位置合わせする。軸Ａがｚ軸に平行になるように、第２の連結部材１８Ａが置台に配置されている場合について説明する。アーム１２を移動させ第１の連結部材１４Ａを第２の連結部材１８Ａのｚ軸上方に配置する。次いで、アーム１２をｘ軸及びｙ軸を中心に回転させ、第１の連結部材１４Ａの第１の連結面２０が、第２の連結部材１８Ａの第２の連結面２４に対し平行になるよう姿勢を調整する。

【0036】

次いで、アーム１２をｘ方向及びｙ方向に移動すると共に、ｚ軸を中心に回転させることによって、第１のピン２８と第１の穴３４、及び第２のピン３０と第２の穴３６の位置を合わせる。第１のピン２８と第１の穴３４の位置、及び第２のピン３０と第２の穴３６の位置は、第１の隙間Ｄ１の分だけ位置ずれが許容される。

【0037】

本実施形態の場合、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａの間の第２の隙間Ｄ２は、第１の隙間Ｄ１より大きいので、第１のピン２８と第１の穴３４、及び第２のピン３０と第２の穴３６の位置ずれが第１の隙間Ｄ１の範囲内であれば、自ずと補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａは互いに干渉しない位置に配置される。したがって、補助ピン３２Ａが第１の連結部材１４Ａに設けられているが、工具交換装置１０において、補助ピン３２Ａを有しない場合と同様に位置合わせを行うことができる。すなわち、工具交換装置１０において、補助ピン３２Ａを有しない場合と位置合わせの困難性はほとんど変わらない。

【0038】

次いで、アーム１２をｚ軸方向に移動させることによって、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａを連結、分離する動作をティーチングする。工具１６をアーム１２に連結する場合には、アーム１２を第２の連結部材１８Ａへ近づく方向へ移動させ、第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａを、それぞれ、第１の穴３４、第２の穴３６、及び補助穴３８Ａに挿入する。

【0039】

さらにアーム１２を第１の連結面２０と第２の連結面２４とが接触するまで移動させ、かつ突起部２２を連結穴２６に挿入した状態で、係合機構を作動させることで第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａとを連結する。一方、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａを分離するには、係合機構による連結を解除してから、アーム１２を、第１の連結部材１４Ａが第２の連結部材１８Ａから離れる方向へ移動させる。上記のようにして、アーム１２に対し工具１６を連結及び分離することができる。

【0040】

工具交換装置１０は、補助ピン３２Ａを備えているものの、第２の隙間Ｄ２が第１の隙間Ｄ１より大きいので、補助ピン３２Ａがティーチングの作業に影響を与えない。したがって、工具交換装置１０は、ティーチングの作業性の低下を抑制することができる。

【0041】

工具交換装置１０は、上記のようにして、ティーチング作業が行われたことによって、プログラムが作成され、当該プログラムに基づき、動作を行う。すなわち、工具交換装置１０は、アーム１２に対し工具１６を連結及び分離することによって、必要な工具１６を用いて所望の作業を行う。第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａとの連結によって、第１のコネクタ２３及び第２のコネクタ３３は、互いの端子２５，３５同士を接触させて電気的に接続状態になり、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａとの分離によって、端子２５，３５同士の接触を解除する。

【0042】

産業用ロボットの動作、工具１６の重量、及び工具１６の重心位置に応じて、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａの間には、軸Ａを中心とする回転方向のねじりトルクが発生する。当該ねじりトルクによって、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａは第１の隙間Ｄ１分だけ相対的に回転し、第１のピン２８が第１の穴３４に、第２のピン３０が第２の穴３６にそれぞれ接触する（図６のｆ）。第２の隙間Ｄ２が第１の隙間Ｄ１より大きいので、第１のピン２８が第１の穴３４に、第２のピン３０が第２の穴３６にそれぞれ接触した段階では、補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａは第３の隙間Ｄ３分だけ離れており、まだ接触していない。ねじりトルクによって第１の穴３４及び第２の穴３６にそれぞれ接触することによって、第１のピン２８及び第２のピン３０に応力が作用するが、補助ピン３２Ａは補助穴３８Ａに接触していないので、応力がまだ作用していない。

【0043】

上記ねじりトルクがさらに大きくなり、第１のピン２８と第１の穴３４、及び第２のピン３０と第２の穴３６の間に印加される力が増大すると、第１の連結部材１４Ａ及び第２の連結部材１８Ａが弾性変形し始め、相対変位角θが大きくなる。相対変位角θが大きくなると、やがて補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａが接触する。補助ピン３２Ａと補助穴３８Ａが接触すると、それまでねじりトルクによる応力が作用していなかった補助ピン３２Ａにも応力が作用することによって、工具交換装置１０は、耐ねじりトルク性が向上する。耐ねじりトルク性が向上することによって、第１の連結部材１４Ａ及び第２の連結部材１８Ａの弾性変形、及び相対変位角θの増加が抑制される。したがって、工具交換装置１０は、第１のコネクタ２３及び第２のコネクタ３３における端子２５，３５同士の位置ずれを抑制でき、通信異常を防止することができる。

【0044】

実際に、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａに対しねじりトルクを加えたときの相対変位角θの大きさを調べたところ、補助ピン３２Ａを設けなかった場合に比べ、補助ピン３２Ａを設けた方が、相対変位角θが約４０％小さくなることが確認された。したがって、工具交換装置１０は、補助ピン３２Ａを設けることによって、耐ねじりトルク性を向上することができる。

【0045】

工具交換装置１０は、補助ピン３２Ａを備えることによって耐ねじりトルク性を向上できると共に、第２の隙間Ｄ２を、第１の隙間Ｄ１より大きくしたことによって、位置合わせの困難性を、補助ピン３２Ａを設けない場合と同程度にすることができる。

【0046】

第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａは、軸Ａに直交する直線に対し非線対称となる位置に設けたことによって、軸Ａを中心とする回転方向の位置を間違えて第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａが連結されることを防止できる。

【0047】

距離Ｌ１が最大距離となるように第１のピン２８と第２のピン３０が配置されている。すなわち工具交換装置１０は、第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａを軸Ａから等距離及び等間隔に配置する場合に比べ、第１のピン２８と第２のピン３０の間の距離Ｌ１が長い。距離Ｌ１が長い分だけ、第１の連結部材１４Ａと第２の連結部材１８Ａの相対的な回転によって第１のピン２８及び第２のピン３０に印加される力を小さくすることができるので、工具交換装置１０は、耐ねじりトルク性をより向上することができる。

【0048】

距離Ｌ１が最大距離となるように第１のピン２８と第２のピン３０が配置されていることによって、工具交換装置１０は、距離Ｌ１が短い場合に比べ、第１の隙間Ｄ１によって生じる相対変位角θを小さくすることができる。

【0049】

第１のピン２８、第２のピン３０、及び補助ピン３２Ａは、先端に向かって直径が細くなるテーパーピンであるので、第１の穴３４、第２の穴３６、補助穴３８Ａに対する出入の際に、軸が穴に接触し出入の途中で穴に対し軸が固定してしまう、いわゆる「こじり」を、円柱状のピンの場合に比べ生じにくくすることができる。

【0050】

２．第２実施形態
第２実施形態に係る第１の連結部材について図７を参照して説明する。第２実施形態に係る第１の連結部材１４Ｂは、補助ピン３２Ｂが第１実施形態と異なる。第２実施形態に係る補助ピン３２Ｂは、基端から先端までの長さが、第１のピン２８及び第２のピン３０よりも短い。図７に示す補助ピン３２Ｂは、テーパー部５１の長さが第１実施形態の補助ピン３２Ａに比べ短い。補助ピン３２Ｂは、テーパー部５１、及び円柱部３９の先端側の一部が第１の連結面２０から突出した状態で本体１３に固定される。第１の連結部材１４Ｂにおいて、第１の連結面２０から補助ピン３２Ｂの先端までの長さが、第１の連結面２０から第１のピン２８の先端までの長さ、及び第１の連結面２０から第２のピン３０の先端までの長さより短い。

【0051】

補助ピン３２Ｂの円柱部３９の直径φ３は、第１実施形態と同様、第１のピン２８及び第２のピン３０の円柱部３９の直径φ１より小さい。第１の連結部材１４Ｂを適用した工具交換装置において、第２の隙間Ｄ２は、第１の隙間Ｄ１より大きい。

【0052】

第１の連結部材１４Ｂを備えた工具交換装置は、補助ピン３２Ｂを備えると共に、補助ピン３２Ｂと補助穴３８Ａの間に第２の隙間Ｄ２が形成されることによって、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、補助ピン３２Ｂの長さが短いことによって、第１のピン２８及び第２のピン３０の先端が第１の穴３４及び第２の穴３６に進入し始めた段階では、まだ補助ピン３２Ｂの先端は補助穴３８Ａに到達しない。したがってティーチングの際、補助ピン３２Ｂの影響を受けずに第１のピン２８及び第２のピン３０だけを位置決めすればよいので、ティーチングの作業性の低下をより確実に抑制することができる。

【0053】

仮に、第１のピン２８及び第２のピン３０と、第１の穴３４及び第２の穴３６の位置が第１の隙間Ｄ１を超えてずれた状態で、第１のピン２８及び第２のピン３０を第１の穴３４及び第２の穴３６にそれぞれ挿入しようとした場合であっても、工具交換装置は、補助ピン３２Ｂと補助穴３８Ａが干渉することをより確実に防ぐことができる。

【0054】

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。

【0055】

図８に示す第１の連結部材１４Ｃのように、補助突起は、平行キー３２Ｃを用いてもよい。平行キー３２Ｃは、先端面及び基端面が長円形状である柱状の部材である。平行キー３２Ｃの先端面は、第１の連結面２０から突出している。平行キー３２Ｃの基端面には、図示しないが雌ねじが形成されている。平行キー３２Ｃは、第１の連結部材１４Ｃの本体１３に設けられた穴（図示しない）に第１の連結面２０側から挿入し、第１の固定面からボルト（図示しない）を基端面の雌ねじにねじ込むことによって固定される。

【0056】

第１の連結面２０から平行キー３２Ｃの先端面までの長さが、第１の連結面２０から第１のピン２８の先端までの長さ、及び第１の連結面２０から第２のピン３０の先端までの長さより短い。第２の連結部材１８Ｂの第２の連結面２４には、平行キー３２Ｃが出入可能な補助穴３８Ｂが設けられている。補助穴３８Ｂは、平行キー３２Ｃに合わせた長円形状であって、平行キー３２Ｃの先端面の外形に対し第２の連結面２４に平行な方向の第２の隙間Ｄ２を形成可能な大きさを有する。

【0057】

第１の連結部材１４Ｃを備える工具交換装置は、平行キー３２Ｃを備えると共に、平行キー３２Ｃと補助穴３８Ｂの間には第２の隙間Ｄ２が形成されることによって、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。第１の連結部材１４Ｃは、第１の連結面２０から平行キー３２Ｃの先端までの長さが、第１の連結面２０から第１のピン２８の先端までの長さ、及び第１の連結面２０から第２のピン３０の先端面までの長さより短いので、上記第２実施形態と同様の効果が得られる。

【0058】

図９に示す第１の連結部材１４Ｄのように、補助突起は、ダイヤピン３２Ｄを用いてもよい。ダイヤピン３２Ｄは、円柱部（図示しない）と、円柱部の先端に一体に設けられた、ダイヤ形状部４５とを有する。ダイヤ形状部４５は、中心軸からみてダイヤ形状となるように軸方向に延びる溝が形成されている。円柱部の直径と、ダイヤ形状部４５の最外径とは、同じφ３である。ダイヤ形状部４５の最外径φ３は、第１実施形態と同様、第１のピン２８及び第２のピン３０の円柱部３９の直径φ１より小さい。

【0059】

第２の連結部材は、上記第１実施形態の第２の連結部材１８Ａを適用することができる。したがってダイヤピン３２Ｄと補助穴３８Ａの間に形成される第２の隙間Ｄ２は、第１の隙間Ｄ１より大きい。第１の連結面２０からダイヤピン３２Ｄの先端までの長さは、第１の連結面２０から第１のピン２８の先端までの長さ、及び第１の連結面２０から第２のピン３０の先端までの長さより短い。

【0060】

第１の連結部材１４Ｄを備える工具交換装置は、ダイヤピン３２Ｄを備えると共に、ダイヤピン３２Ｄの最外径と補助穴３８Ａの間には第２の隙間Ｄ２が形成されることによって、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。第１の連結部材１４Ｄは、第１の連結面２０からダイヤピン３２Ｄの先端までの長さが、第１の連結面２０から第１のピン２８の先端までの長さ、及び第１の連結面２０から第２のピン３０の先端までの長さより短いので、上記第２実施形態と同様の効果が得られる。ダイヤピン３２Ｄは、ダイヤ形状部４５において補助穴３８Ａ内面と接する表面積が小さいため、「こじり」を、円柱状のピンの場合に比べ生じにくくすることができる。

【0061】

第１及び第２実施形態の場合、補助突起は、１個の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、２個以上であってもよい。

【0062】

第１及び第２実施形態の場合、補助突起の直径を小さくすることによって第２の隙間Ｄ２を設けることとしたが、本発明はこれに限らない。補助突起の直径を第１のピン２８及び第２のピン３０と同じとし補助穴を大きくすることによって、第２の隙間Ｄ２を形成してもよい。

【0063】

第１実施形態及び第２実施形態の場合、第１の連結部材に突起部、第２連結部材に連結穴を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第１の連結部材に連結穴、第２の連結部材に突起部を設けてもよい。

【0064】

第１実施形態及び第２実施形態の場合、第１の連結部材がアーム１２に、第２の連結部材が工具１６に固定される場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明に係る工具交換装置は、第１の連結部材が工具１６に、第２の連結部材がアーム１２に固定される実施形態に適用してもよい。

【0065】

第１実施形態及び第２実施形態の場合、第１のピン２８と第１の穴３４の間の隙間、及び、第２のピン３０と第２の穴３６の間の隙間は、第１の隙間Ｄ１である場合について説明したが、両者の隙間は完全に一致している場合に限らず、若干ずれている場合を含む。

【0066】

第１実施形態及び第２実施形態の場合、第１のピン２８と第２のピン３０は、テーパーピンである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、円柱状及び多角柱状のピンに適用してもよい。

【符号の説明】

【0067】

１ 産業用ロボット（機器）
１０ 工具交換装置
１２ アーム（本体）
１４Ａ,１４Ｂ,１４Ｃ,１４Ｄ 第１の連結部材
１６ 工具
１８Ａ,１８Ｂ 第２の連結部材
２０ 第１の連結面
２４ 第２の連結面
２８ 第１のピン
３０ 第２のピン
３２Ａ,３２Ｂ 補助ピン（補助突起）
３２Ｃ 平行キー（補助突起）
３２Ｄ ダイヤピン（補助突起）
３４ 第１の穴
３６ 第２の穴
３８Ａ,３８Ｂ 補助穴
Ａ 軸
Ｄ１ 第１の隙間
Ｄ２ 第２の隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】