工具交換装置
【課題】本発明は、ツールの交換を繰り返し行っても、ツールを適正に取り付けることのできる工具交換装置を提供する。
【解決手段】 一方向に延びる中心線を有する挿入部を有する装置本体と、ツールを装置本体に固定するロック機構とを備える。ロック機構は、一方向に往復移動可能に設けられた直動体と、複数のロック部材とを備え、直動体は、第一端を挿入部側に位置させて装置本体内に配置された軸部と、該軸部の第一端側に対して一方向に移動可能に連結された押圧部と、押圧部を一方向の何れか一方側に付勢する弾性体とを備える。直動体が一方向の何れか一方側に向けて移動することで、押圧部が複数のロック部材を押圧して該複数のロック部材の一部が挿入部の外周から外方に突出する一方、直動体が一方向の何れか他方側に向けて移動することで、複数のロック部材が挿入部内に退避する又は退避可能になる。
【解決手段】 一方向に延びる中心線を有する挿入部を有する装置本体と、ツールを装置本体に固定するロック機構とを備える。ロック機構は、一方向に往復移動可能に設けられた直動体と、複数のロック部材とを備え、直動体は、第一端を挿入部側に位置させて装置本体内に配置された軸部と、該軸部の第一端側に対して一方向に移動可能に連結された押圧部と、押圧部を一方向の何れか一方側に付勢する弾性体とを備える。直動体が一方向の何れか一方側に向けて移動することで、押圧部が複数のロック部材を押圧して該複数のロック部材の一部が挿入部の外周から外方に突出する一方、直動体が一方向の何れか他方側に向けて移動することで、複数のロック部材が挿入部内に退避する又は退避可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボット（本明細書において単にロボットという）に対してツールを取り付けるための工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロボットに対してツールを交換可能に取り付けるための工具交換装置が提供されている。
【０００３】
ツールは、処理の内容に応じた機能を有する機能部と、該機能部が連結されたツール本体とを備える。ツール本体は、第一端と該第一端の反対側の第二端とを有し、第一端側に工具交換装置と連結可能な連結部を備える。連結部は、ツール本体の第一端から第二端に向けて掘り下げられた凹状又は穴状の空洞部と、空洞部内で該空洞部の中心回りに配置された係合部とを含む。
【０００４】
これを前提に、工具交換装置は、ロボットに連結されるロボット連結部と、ツールの空洞部に挿入可能な挿入部とを有する装置本体と、空洞部に挿入部を挿入した状態でツールを装置本体に固定するロック機構と、ロック機構を作動させる駆動部と、を備える。
【０００５】
挿入部は、一方向に延びる中心線を有する。ロック機構は、装置本体内で一方向（挿入部の中心線の延びる方向）に往復移動可能に設けられた直動体と、挿入部の中心線回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材であって、それぞれの一部が挿入部の外周から外方に突出した状態と、それぞれが挿入部内に退避した状態とに切り換え可能に設けられた複数のロック部材とを備える。
【０００６】
そして、この種の工具交換装置において、一方向における直動体の移動の限界位置として、一方向の一方側の移動限界位置と、一方向の他方側の移動限界位置とが設定されている。直動体は、第一端と該第一端の反対側の第二端とを有する軸部であって、第一端を挿入部側に位置させて装置本体内に配置された軸部と、該軸部の第一端と連続する押圧部とを備える。
【０００７】
押圧部は、ロック部材の形態に応じた態様に形成され、直動体が一方向に移動することで複数のロック部材のそれぞれを押圧し、複数のロック部材のそれぞれの一部を挿入部の外周から外方に突出させるようになっている。
【０００８】
より具体的に説明すると、ロック部材には、カムや球体が採用される。カムで構成されるロック部材（以下、カム型ロック部材という）は、第一端部と該第一端部の反対側の第二端部とを有する。カム型ロック部材の第一端部と第二端部との間は、一方向（挿入部の中心線）と直交する方向に延びる軸を介して装置本体に支持されている。これにより、カム型ロック部材は、第一端側に対する一方向での付勢とその解除とを切り換えることで、軸を支点に回転し、第二端部が挿入部の外周から外方に突出した状態と該第二端部が挿入部内に退避した状態とに切り替わるようになっている。
【０００９】
これに伴い、カム型ロック部材を対象とする押圧部は、カム型ロック部材の第一端部を一方向に押圧可能（掛止可能）に形成される。これにより、直動体全体が一方向の何れか一方側に移動することで、押圧部がカム型ロック部材の第一端部を押圧し、カム型ロック部材の第二端部を挿入部の外周から外方に突出させるようになっている。また、直動体全体が一方向の何れか他方側に移動することで、押圧部がカム型ロック部材の第一端部を押圧し、カム型ロック部材の第二端部を挿入部内に退避させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
これに対し、球体で構成されるロック部材（以下、球状ロック部材という）は、一方向（挿入部の中心線）と直交する方向に移動自在に設けられる。
【００１１】
これに伴い、球状ロック部材を対象とする押圧部は、一方向に第一端と該第一端の反対側の第二端とを有し、第二端側から第一端側に向けて縮径してテーパ状に形成される。これにより、直動体全体が一方向の何れか一方側に移動することで、押圧部の外周面（テーパ面）が球状ロック部材を押圧し、該押圧部の外周面の傾斜によって作用する力（一方向の力の分力）で球状ロック部材の一部を挿入部の外周から外方に押し出すようになっている。また、直動体全体が一方向の何れか他方側に移動することで、球状ロック部材に対する押圧部による押圧が解除され、球状ロック部材の移動（挿入部内への退避）が許容されるようにもなっている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
駆動部は、電動式のものや、流体圧式（主として空圧式）のものが採用される。具体的には、電動式の駆動部は、回転運動を出力する電動モータと、電動モータの出力を直動体に伝達する駆動伝達部とを備える。駆動伝達部は、電動モータの出力（回転運動）が入力される歯車機構と、歯車機構の出力を受けて直動体を一方向に移動させるネジ機構とを含む。そして、電動式の駆動部は、直動体が一方向の何れか一方側に移動したときに、直動体が該一方側の移動限界位置に到達すると、直動体に必要な軸力（ロック部材がツールの係合部と圧接した状態で係合するのに必要な力）が作用しているとして直動体の移動（電動モータの駆動）を停止させる。また、電動式の駆動部は、直動体が一方向の何れか他方側に移動したときに、直動体が該他方側の移動限界位置に到達すると、直動体の移動（電動モータの駆動）を停止する（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
これに対し、流体圧式の駆動部は、直動体の軸部の第二端と連続するピストンと、該ピストンが内部に配置されるとともに、外部から流体（一般的に加圧空気）が供給されるシリンダであって、装置本体内に形成されたシリンダとを備える。シリンダ内の空間は、ピストンを境にして二つの空間に区画されている。これにより、流体圧式の駆動部は、シリンダ内の何れか一方の空間に流体を供給することで、直動体を前進させる（一方向の何れか一方側に移動させる）。また、流体圧式の駆動部は、シリンダ内の何れか他方の空間に流体を供給することで、直動体を後進させる（一方向の何れか他方側に移動させる）。この種の駆動部が採用される場合、直動体は、一方向の一方側の移動限界位置及び一方向の他方側の移動限界位置で機械的に停止するようになっている（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
これにより、上記構成の工具交換装置の何れにおいても、装置本体の挿入部がツール本体の空洞部に挿入された状態で、直動体（押圧部）が駆動部の出力を受けて一方向の何れか一方側に移動して移動限界位置に到達すると、複数のロック部材のそれぞれが挿入部から外側に突出した状態になり、複数のロック部材のそれぞれとツールの係合部とが圧接した状態で係合する。これにより、工具交換装置（装置本体）の挿入部がツールの空洞部から脱出不能になる。その一方で、装置本体の挿入部がツール本体の空洞部に嵌入された状態で、直動体（押圧部）が駆動部の出力を受けて一方向の何れか他方側に移動して移動限界位置に到達すると、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避した状態或いは退避可能な状態になる。これにより、工具交換装置（装置本体）の挿入部がツールの空洞部から脱出可能になる。
【００１５】
従って、上記構成の工具交換装置は、ツールの係合部に対するロック部材の係合とその解除とにより、ツールの着脱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１１−２０７５５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記構成の工具交換装置は、上述のように、直動体の押圧部が複数のロック部材を押圧する（複数のロック部材を移動させる）に当り、押圧部が複数のロック部材のそれぞれに圧接する。そのため、ツールの着脱（押圧部による複数のロック部材の押圧）が繰り返し行われると、押圧部及びロック部材が摩耗する傾向にある。その結果、直動体が一方向の何れか一方側に移動して移動限界位置に到達し、押圧部がロック部材を押圧しても、ロック部材がツールの係合部と適正に係合（圧接）できる位置にまで移動しなくなることがある。
【００１８】
特に、電動式の駆動部を備えた工具交換装置は、ツールの着脱が繰り返し行われると、押圧部及びロック部材の他に、駆動伝達部内の部品（例えば、歯車機構の歯車やネジ機構のネジ等）が摩耗し、駆動伝達部内にガタツキが生じる。その結果、押圧部がロック部材を適正に押圧できず、ロック部材がツールの係合部と適正に係合（圧接）できる位置にまで移動しなくなることが顕著になる。
【００１９】
従って、従来の工具交換装置の何れにおいても、ツールの交換を繰り返し行うことで、ツールを適正に取り付けることができなくなるといった問題があった。
【００２０】
そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、ツールの交換を繰り返し行っても、ツールを適正に取り付けることのできる工具交換装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部と、該空洞部内で該空洞部の中心回りに配置された係合部とを含むツール本体を備えたツールをロボットに対して交換可能に取り付けるための工具交換装置であって、前記ロボットと連結されるロボット連結部と、前記空洞部に対して挿入可能な挿入部であって、一方向に延びる中心線を有する挿入部とを有する装置本体と、前記空洞部に前記挿入部を挿入した状態で前記ツールを前記装置本体に固定するロック機構と、該ロック機構を作動させる駆動部と、を備え、前記ロック機構は、前記装置本体内で前記一方向に往復移動可能に設けられた直動体と、前記挿入部の前記中心線回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材と、を備え、前記直動体は、前記一方向に軸心を有する軸部と、該軸部に対して前記一方向に移動可能に連結された押圧部であって、前記挿入部内に配置される押圧部と、前記押圧部を前記一方向の何れか一方側に付勢する弾性体と、を備え、前記駆動部は、前記直動体を前記一方向に移動させるように構成され、前記直動体が前記一方向の何れか一方側に向けて移動することで、前記押圧部が前記複数のロック部材のそれぞれを押圧して該複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外方に突出する一方、前記直動体が前記一方向の何れか他方側に向けて移動することで、前記複数のロック部材のそれぞれが前記挿入部内に退避する又は退避可能になるように構成されていることを特徴とする。なお、ここで「一方向」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の延びる方向を意味し、「一方向の何れか一方側」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の両端のうちの何れか一方の端側を意味し、「一方向の何れか他方側」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の両端のうちの何れか一方の端の反対の端側を意味する。
【００２２】
上記構成の工具交換装置において、装置本体の挿入部がツール本体の空洞部に挿入された状態で、直動体が駆動部の出力を受けて一方向の何れか一方側に移動すると、押圧部が複数のロック部材を押圧する。これにより、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材のそれぞれとツールの係合部とが圧接した状態で係合する。従って、工具交換装置（装置本体）の挿入部がツールの空洞部から脱出不能になり、ツールが工具交換装置に固定される。これに対し、直動体が駆動部の出力を受けて一方向の何れか他方側に移動すると、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避する又は退避可能になる。これにより、複数のロック部材のそれぞれとツールの係合部との係合が解除される、或いは、解除可能になる。従って、装置本体の挿入部がツールの空洞部から脱出可能になり、ツールが工具交換装置から取り外し可能になる。
【００２３】
そして、上記構成の工具交換装置においても、ツールの着脱を繰り返し行うと、押圧部とロック部材とが摩耗する。また、駆動部が歯車機構やネジ機構等を含む駆動伝達部を備える場合、押圧部とロック部材に加えて駆動伝達部内でも摩耗が発生する。しかしながら、上記構成の工具交換装置のロック機構において、直動体が一方向の何れか一方側の移動限界位置に到達した状態で、直動体を構成する押圧部及び軸部のうちの軸部のみが一定位置に位置する。これに対し、直動体を構成する押圧部及び軸部のうちの一方向に移動可能な押圧部が弾性体によって一方向の何れか一方側に付勢された状態になる。その結果、各所に摩耗が生じても、弾性体の弾性力によって押圧部の一方向における押圧力が補われ、該押圧部が一方向で必要な押圧力を作用させつつ複数のロック部材を押圧した状態になる。
【００２４】
従って、各所で摩耗が生じても、押圧部がロック部材をツールの係合部と適正に係合（圧接）できる位置にまで押し出すことになる。これにより、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態でツールの係合部と適正に係合（圧接）することになる。これにより、上記構成の工具交換装置は、ツールの交換が繰り返し行われても、ツールを適正に取り付けることのできる状態になる。
【００２５】
本発明の一態様として、前記弾性体は、第一端と該第一端の反対側の第二端を有し、前記軸部には、前記弾性体の前記第一端を受ける第一受部が設けられ、前記押圧部には、前記第一受部に対して前記一方向にあけて対向し、前記弾性体の前記第二端を受ける第二受部が設けられていることが好ましい。このようにすれば、押圧部に対して弾性体による付勢力を効率的に伝えることができ、各所の摩耗（ガタツキ）に応じて押圧部を付勢しつつ複数のロック部材に圧接した状態で係合させることができる。
【００２６】
この場合において、前記押圧部は、前記直動体の前記軸部の前記第一端側に前記一方向に移動可能に連結される基体部と、該基体部よりも前記軸部の前記第一端側に配置され、前記基体部に対して分離可能に連結される分離先端部と、を備え、前記第二受部は、前記分離先端部に設けられていることが好ましい。このようにすれば、弾性体の交換が容易になる。すなわち、第二受部の設けられた分離先端部が基体部に対して分離されることで、第一受部と第二受部とに挟まれていた弾性体が露呈する。従って、煩雑な作業を行うことなく、弾性の低下した弾性体を新たな弾性体に容易に交換することができる。
【００２７】
本発明の他態様として、前記弾性体は、前記一方向に重ね合わされた複数の皿バネで構成されることが好ましい。このようにすれば、皿バネの枚数を変更することで、押圧部に対する付勢力を適正な力に容易に調整することができる。
【００２８】
本発明の別の態様として、前記駆動部は、回転運動を出力する電動モータと、該電動モータの回転運動が伝達されて前記一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体、及び前記一方向に延びて前記雌ネジ体と螺合された雄ネジ体を有するネジ機構を含む駆動伝達部と、を備え、前記軸部が雄ネジ体に連結されていることが好ましい。このようにすれば、モータの回転でネジ機構の雌ネジ体が一方向に延びる軸線回りで回転する。そして、雌ネジ体に螺合された雄ネジ体は、雌ネジ体の回転に伴って一方向に移動する。これにより、雌ネジ体に連結された軸体（直動体）が雄ネジ体と一緒に一方向に移動する。従って、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態と、複数のロック部材のそれぞれが前記挿入部内に退避する又は退避可能な状態に切り換えることができる。これにより、エア供給源のないエリアであっても電動モータを駆動することでツールを適正に連結する（取り付ける）ことができる。
【００２９】
さらに、本発明の別の態様として、前記複数のロック部材のそれぞれは、前記一方向と直交する方向に移動自在に設けられた球体で構成され、前記押圧部は、第一端及び第一端の反対側の第二端を前記一方向に有するとともに、前記第一端側から前記第二端側に向けて縮径したテーパ部を少なくとも一部に有し、テーパ部が複数のロック部材のそれぞれを押圧することで、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材に対するテーパ部の押圧が解除されることで、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避する又は退避可能な状態になるように構成されていることが好ましい。このようにすれば、押圧部によって複数のロック部材を適正に押圧でき、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態と、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部内に退避する又は退避可能な状態に円滑に切り換えることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明は、ツールの交換を繰り返し行っても、ツールを適正に取り付けることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る工具交換装置に取り付けられるツールの一例を示す図であって、図１Ａは、機能部を二点鎖線で示したツールの全体概略斜視図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩ−Ｉ断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る工具交換装置の概略全体斜視図である。
【図３】図３は、同実施形態に係る工具交換装置の概略分解斜視図である。
【図４】図４は、同実施形態に係る工具交換装置の断面図であって、図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図５】図５は、同実施形態に係る工具交換装置の断面図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図６】図６は、同実施形態に係る工具交換装置の断面図であって、図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図７】図７は、同実施形態に係る工具交換装置にツールを取り付ける際の状態断面図であって、ツールに工具交換装置をアプローチする状態の断面図である。
【図８】図８は、同実施形態に係る工具交換装置にツールを取り付ける際の状態断面図であって、空洞部に挿入部を挿入した状態の断面図である。
【図９】図９は、同実施形態に係る工具交換装置にツールを取り付ける際の状態断面図であって、ツールを工具交換装置に固定した状態の断面図である。
【図１０】本発明の他実施形態に係る工具交換装置の断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る工具交換装置の断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態に係る工具交換装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態に係る工具交換装置について、添付図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態に係る工具交換装置の説明に先立ち、工具交換装置の対象となるツールについて概略説明する。ツールは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、処理の内容に応じた機能を有する機能部５０と、該機能部５０が連結されたツール本体５１とを備える。
【００３３】
機能部５０は、上述のように、処理の内容に応じた機能を有するもので、例えば、処理（加工）の内容が溶接（スポット溶接）である場合には、スポットガンが採用され、処理（加工）の内容が部品の運搬（搬送）である場合には、一対の挟持体を有するハンドが採用される。なお、図１Ａ及び図１Ｂには、ツール５の一例として、機能部５０としてハンドを搭載したものが図示されている。
【００３４】
ツール本体５１は、第一端Ｐ１と該第一端Ｐ１の反対側の第二端Ｐ２とを有する。そして、ツール本体５１は、本実施形態に係る工具交換装置が連結される連結部５２を備えている。
【００３５】
連結部５２は、ツール本体５１の第一端Ｐ１から第二端Ｐ２に向けて掘り下げられ、第一端Ｐ１上（外面上）で開放した凹状又は穴状の空洞部５３（図においては穴状の空洞部５３）と、空洞部５３内で該空洞部５３の中心線ＣＬ１回りに配置された係合部５４とを含む。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂに図示されたツール本体５１（連結部５２）の空洞部５３は、第一端Ｐ１側から第二端Ｐ２側に延びる中心線ＣＬ１回りの内周面によって画定されている。これを前提に、ツール本体５１の係合部５４は、空洞部５３の内周面のうちの第一端Ｐ１側の内周面から内側（中心線ＣＬ１側）に突出するように形成されている。なお、空洞部５３は、第一端Ｐ１上で開放する開口を形成し、第二端Ｐ２側で拡大するように形成されることがある。この場合は、係合部５４は、空洞部５３における第一端Ｐ１上で開放する開口に添って設けられるか、或いは、空洞部５３内のツール本体５１における第一端Ｐ１側で該空洞部５３の中心線ＣＬ１回りに配置される。また、図１Ａ及び図１Ｂに図示された係合部５４は、周方向に連続して形成されているが、係合部５４は、周方向に断続的に形成されてもよい。そして、ツール本体５１の第一端Ｐ１上には、第二端Ｐ２に向けて掘り下げられたガイド穴５５が設けられている。ガイド穴５５は、第二端Ｐ２に向けて縮径したテーパ状に形成されている。
【００３７】
工具交換装置は、ツール５（ツール本体５１）が上記構成の連結部５２を備えることを前提に、図２に示すように、ロボットＲと連結されるロボット連結部２０と、ツール５の空洞部５３に挿入可能な挿入部２１であって、一方向に延びる中心線（直線状の中心線）ＣＬ２を有する挿入部２１とを有する装置本体２を備える。なお、本実施形態において、「一方向」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の延びる方向を意味する。また、以下の説明において、「一方向の一方側」とは、仮想直線の両端のうちの一方の端側を意味し、「一方向の他方側」とは、仮想直線の両端のうちの他方の端側を意味する。
【００３８】
ここで工具交換装置１についてより具体的に説明すると、工具交換装置１は、図３に示すように、装置本体２と、ツール５の空洞部５３に挿入部２１を挿入した状態で、ツール５を装置本体２に固定するロック機構３と、ロック機構３を作動させる駆動部４と、を備える。
【００３９】
装置本体２は、ロボット連結部２０及び挿入部２１に加え、ロック機構３を収容する収容空間２２０が形成された本体部２２と、ツール５に対して電気的に接続される端子等（図示しない）が収容されたコネクタボックス２３とを有する。また、本実施形態に係る装置本体２は、ツール５（ツール本体５１）のガイド穴５５に嵌入可能なガイドピン２４を有している。
【００４０】
本体部２２は、図３乃至図６に示す如く、第一端Ｐ３と該第一端Ｐ３の反対側の第二端Ｐ４とを有する。収容空間２２０は、一方向で本体部２２を貫通し、本体部２２の第一端Ｐ３上及び第二端Ｐ４上で開口している。
【００４１】
収容空間２２０は、挿入部２１と同心で設けられている。すなわち、収容空間２２０の中心線は、挿入部２１の中心線ＣＬ２と一致している。本実施形態において、収容空間２２０は、段付穴状に形成されている。具体的には、収容空間２２０は、本体部２２の第一端Ｐ３上で開口する大径穴部２２１と、第二端Ｐ４側で大径穴部２２１と連続し、本体部２２の第二端Ｐ４上で開口する小径穴部２２２とを備える。そして、本体部２２には、図３及び図４に示すように、収容空間２２０の大径穴部２２１と外部とを連通する横穴２２３が中心線ＣＬ２と直交する方向に貫通して設けられている。収容空間２２０の小径穴部２２２は、後述する押圧部３３を一方向に往復動可能に収容できる穴径に設定される。そして、図３及び図６に示すように、小径穴部２２２を画定する内周面上には、互いに対向する一対のガイド溝２２４，２２４が形成される。一対のガイド溝２２４，２２４のそれぞれは、一方向に延びている（中心線ＣＬ２に沿って延びている）。そして、一対のガイド溝２２４，２２４は、後述する複数のロック部材３１，…を躱すように配置されている。
【００４２】
挿入部２１は、図４乃至図６に示すように、筒状に形成され、第一端Ｐ５と該第一端Ｐ５の反対側の第二端Ｐ６とを有する。挿入部２１の外径は、ツール５の空洞部５３に挿入可能に設定される。すなわち、挿入部２１の外径は、ツール５の係合部５４の内径と略同等に設定される。これに対し、挿入部２１の内径は、本体部２２の収容空間２２０の小径穴部２２２と同径に設定される。これに伴い、挿入部２１の内穴が本体部２２の収容空間２２０と同心になるように、挿入部２１の第一端Ｐ５が本体部２２に接続されている。そして、図３乃至図５に示すように、挿入部２１には、一方向（中心線ＣＬ２）と直交する方向に貫通した複数の穴２１１，…が周方向に間隔をあけて設けられている。
【００４３】
前記ロボット連結部２０は、本体部２２の収容空間２２０（第一端Ｐ３上の開口）を閉塞可能な円板で構成され、本体部２２にネジ止めされる。そして、ロボット連結部２０には、周方向に間隔をあけて複数のネジ穴（採番しない）が設けられている。そして、ロボット連結部２０の複数のネジ穴のそれぞれの間に貫通穴（採番しない）が設けられている。ロボット連結部２０は、各貫通穴に挿通したネジ部材が本体部２２に螺合されることで本体部２２に固定される。これに対し、ロボットＲは、ロボット連結部２０に外嵌された状態で自身に挿通されたネジ部材（図示しない）がロボット連結部２０のネジ穴に螺合されることで工具交換装置１（装置本体２）に連結される。
【００４４】
ガイドピン２４は、図３及び図４に示すように、一方向に延びている。そして、ガイドピン２４は、本体部２２の第二端Ｐ４から外方に突出している。ガイドピン２４は、ツール５のガイド穴５５と対応した形状に形成される。本実施形態において、ツール５のガイド穴５５は、上述のようにテーパ状に形成される。これに伴い、ガイドピン２４は、本体部２２側（基端側）から先端に向けて先細りしたテーパ軸状に形成されている。
【００４５】
ロック機構３は、図３乃至図５に示すように、装置本体２内で一方向（挿入部２１の中心線ＣＬ２の延びる方向）に往復移動可能に設けられた直動体３０と、挿入部２１の中心線ＣＬ２回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材３１，…と、を備える。
【００４６】
直動体３０は、一方向の一方側の移動限界位置（以下、第一限界位置という）と前記一方向の他方側の移動限界位置（以下、第二限界位置という）とに位置変更可能に設けられている。本実施形態に係る直動体３０は、一方向に軸心を有する軸部３２と、軸部３２に対して一方向に移動可能に連結された押圧部３３であって、挿入部２１内に配置される押圧部３３と、押圧部３３を一方向の一方側に向けて付勢する弾性体３４と、を備える。また、本実施形態において、直動体３０は、軸部３２と押圧部３３とを連結する連結軸３５と、押圧部３３を一方向にガイドするための一対のガイド体３６，３６を更に備えている（図３及び図６参照）。
【００４７】
軸部３２は、第一端Ｐ７と該第一端Ｐ７の反対側の第二端Ｐ８とを一方向に有する。本実施形態に係る軸部３２は、段付き棒状に形成されている。より具体的には、軸部３２は、該軸部３２の第一端Ｐ７を含む小径軸部３２０と、小径軸部３２０に連続した大径軸部３２１であって、該軸部３２の第二端Ｐ８を含む大径軸部３２１とを備えている。そして、本実施形態に軸部３２は、後述するネジ機構４２の雄ネジ体４２１が一体的に形成されている。雄ネジ体４２１は、軸部３２と同心になるように、該軸部３２の第二端Ｐ８に連結されている。
【００４８】
軸部３２には、弾性体３４（弾性体３４の後述する第一端Ｐ９）を受ける第一受部３２２が設けられている。軸部３２は、上述のように、段付き棒状に形成されているため、大径軸部３２１における小径軸部３２０との接続端面が第一受部３２２を構成している。本実施形態において、弾性体３４との接触で大径軸部３２１が摩耗や損傷することを防止すべく、軸部３２の大径軸部３２１に外嵌される外嵌部材３７が設けられる。従って、本実施形態に係る第一受部３２２は、外嵌部材３７を挟んで弾性体３４を受けるようになっている。
【００４９】
軸部３２の大径軸部３２１及び外嵌部材３７には、図３及び図６に示す如く、一方向（中心線ＣＬ２）と直交する方向に貫通した挿通軸挿通穴３２３，３７０が設けられている。大径軸部３２１の軸挿通穴３２３及び外嵌部材３７の軸挿通穴３７０のそれぞれの穴径は、連結軸３５の外径に対応するように設定されている。すなわち、大径軸部３２１の軸挿通穴３２３及び外嵌部材３７の軸挿通穴３７０のそれぞれは、連結軸３５との間に隙間を形成することなく或いは隙間を略形成することなく該連結軸３５を挿通できるように形成されている。そして、大径軸部３２１に外嵌部材３７を外嵌した状態で、大径軸部３２１及び外嵌部材３７の軸挿通穴３２３，３７０が互いに連通するようになっている。
【００５０】
押圧部３３は、図３乃至図６に示すように、第一端Ｐ１１と該第一端Ｐ１１の反対側の第二端Ｐ１２とを有する。そして、本実施形態に係る押圧部３３の第一端Ｐ１１側は、第二端Ｐ１２側よりも外径が小径になっている。すなわち、押圧部３３は、第二端Ｐ１２側から第一端Ｐ１１に向けて縮径したテーパ部３３０を備える。
【００５１】
そして、本実施形態に係る押圧部３３には、一方向に貫通した段付き穴３３１が設けられる。押圧部３３の段付き穴３３１は、図４及び図５に示すように、押圧部３３の第二端Ｐ１２で開口する大径部３３２と、押圧部３３の第一端Ｐ１１側で大径部３３２と連続し、該押圧部３３の第一端Ｐ１１で開口した小径部３３３とを備えている。大径部３３２は、第一受部３２２を有する軸部３２の大径軸部３２１を収容可能に穴径が設定される。本実施形態において、上述のように、大径軸部３２１に外嵌部材３７が外嵌されるため、大径部３３２は、大径軸部３２１に外嵌した外嵌部材３７を収容可能に穴径が設定される。
【００５２】
そして、押圧部３３の内部には、弾性体３４（弾性体３４の後述する第二端Ｐ１０）を受ける第二受部３３４が設けられている。本実施形態において、上述のように、第一端側に小径部３３３を有する段付き穴３３１が押圧部３３内に設けられているため、大径部３３２と小径部３３３との境界に形成される端面が第二受部３３４を構成している。
【００５３】
本実施形態に係る押圧部３３は、軸部３２の第一端側が一方向に移動可能に連結される基体部３３５と、基体部３３５よりも軸部３２の第一端側に配置され、基体部３３５に対して分離可能に連結される分離部３３６と、を備える。
【００５４】
基体部３３５は、外観円柱状の大径基部３３７と、大径基部３３７に連続して先細りするテーパ部３３０とを備える。そして、分離部３３６は、テーパ部３３０の先端（小径部分）と同径に形成された小径基部３３８と、小径基部３３８に連続して先細りした小径テーパ部３３９とを備える。分離部３３６は、基体部３３５に対してネジ止めされており、これによって、基体部３３５から分離可能になっている。そして、該押圧部３３の段付き穴３３１の大径部３３２は、基体部３３５と分離部３３６とに跨って形成され、該段付き穴３３１の小径部３３３は、分離部３３６に形成されている。従って、本実施形態において、第一受部３２２は、基体部３３５内に配置され、第二受部３３４は、分離部３３６に設けられる。
【００５５】
そして、図３及び図６に示すように、押圧部３３の第二端Ｐ１２側には、一方向（中心線ＣＬ２）と直交する方向に貫通した軸挿通穴３４０が設けられている。本実施形態に係る押圧部３３は、基体部３３５及び分離部３３６によって構成されるため、軸挿通穴３４０は当該押圧部３３の第二端Ｐ１２側に位置する大径基部３３７に設けられている。押圧部３３（大径基部３３７）に設けられる軸挿通穴３４０は、連結軸３５を挿通可能な穴径に設定される。そして、押圧部３３の軸挿通穴３４は、一方向に長手をなす長穴に形成されている。そして、押圧部３３の軸挿通穴３４０は、大径軸部３２１に収容された軸部３２の大径軸部３２１及び外嵌部材３７の軸挿通穴３２３，３７０に対して一部が重複するように配置されている。
【００５６】
一対のガイド体３６，３６のそれぞれは、四角形状のプレートで構成される。一対のガイド体３６，３６のうちの一方のガイド体３６は、他方のガイド体３６よりも一方向の長さが長く設定されている。そして、一対のガイド体３６，３６のそれぞれには、連結軸３５が挿通される軸挿通穴３６０が貫通して設けられる。一対のガイド体３６，３６の軸挿通穴は、押圧部３３の軸挿通穴３４０と同様に、一方向に長手をなす長穴に形成される。なお、本実施形態において、押圧部３３の軸挿通穴３４０とガイド体３６，３６の軸挿通穴３６０とは同形、同サイズに形成されている。
【００５７】
そして、一対のガイド体３６，３６は、自己の軸挿通穴３６０が押圧部３３の軸挿通穴３４０と重なるように、押圧部３３（基体部３３５）を挟んだ状態で該押圧部３３に連結されている。一対のガイド体３６，３６は、押圧部３３を装置本体２の収容空間２２０内に収容したときに、装置本体２（本体部２２）に設けられた一対のガイド溝２２４，２２４のそれぞれに嵌合し、押圧部３３を一方向に案内するようになっている。
【００５８】
本実施形態において、上述のように、装置本体２（本体部２２）に設けられたガイド溝２２４，２２４が、複数のロック部材３１，…を躱すように配置されている。従って、一対のガイド体３６，３６及び該ガイド体３６，３６に挿通される連結軸３５についても、複数のロック部材３１，…を躱すように配置される。すなわち、一対のガイド体３６，３６及び該ガイド体３６，３６に挿通される連結軸３５は、挿入部２１の周方向で隣り合うロック部材３１，…の間に位置している。
【００５９】
連結軸３５は、押圧部３３の軸挿通穴３４０、ガイド体３６，３６の軸挿通穴３６０、外嵌部材３７の軸挿通穴３７０、及び軸部３２（大径軸部３２１）の軸挿通穴３２３に連結軸３５が挿通される。これにより、押圧部３３は、自己の軸挿通穴（長穴）３４０の長手方向（一方向）に往復移動可能な状態で軸部３２に連結される。
【００６０】
弾性体３４は、図３乃至図６に示すように、一方向に第一端Ｐ９と該第一端Ｐ９の反対側の第二端Ｐ１０とを有する。本実施形態に係る弾性体３４は、一方向に重ね合わされた複数の皿バネ３４１，…で構成される。従って、本実施形態の弾性体３４においては、図４乃至図６に示すように、複数の皿バネ３４１，…の両端にある皿バネ３４１，３４１のうちの一方の皿バネ３４１（第一端Ｐ９になる皿バネ３４１）が第一受部３２２に受けられ、複数の皿バネ３４１，…の両端にある皿バネ３４１，３４１のうちの他方の皿バネ３４１（第二端Ｐ１０になる皿バネ３４１）が第二受部３３４に受けられている。そして、上述のように、複数の皿バネ３４１，…で弾性体３４が構成されるに当り、軸部３２の小径軸部３２０が複数の皿バネ３４１，…に挿通された状態になっている。
【００６１】
本実施形態において、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、球体で構成されている。そして、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、挿入部２１に設けられた複数の穴２１１，…のそれぞれの内部に配置されている。すなわち、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、挿入部２１に設けられた複数の穴２１１，…のそれぞれの内部で転動することで、一方向（挿入部２１の中心線ＣＬ２）と交差する方向に移動するようになっている。これにより、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、一部が挿入部２１の外周から外方に突出し、ツール５の係合部５４と圧接した状態で係合可能な第一位置と、挿入部２１内に退避した第二位置とに位置変更するようになっている。なお、挿入部２１に設けられた複数の穴２１１，…のそれぞれは、挿入部２１の外周面側でロック部材３１，…の外径よりも小径になっており、ロック部材３１が穴２１１から脱落することが防止されている。
【００６２】
駆動部４は、種々態様のものを採用できるが、何れも、直動体３０を一方向に移動させるように構成される。本実施形態に係る駆動部４は、図３及び図４に示すように、回転運動を出力する電動モータ４０と、該電動モータ４０の回転運動が伝達されて一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体４２０、及び前記一方向に延びて前記雌ネジ体４２０と螺合された雄ネジ体４２１を有するネジ機構４２を含む駆動伝達部４１と、を備えている。
【００６３】
本実施形態において、電動モータ４０は、出力軸が装置本体２の収容空間２２０（挿入部２１）の中心線ＣＬ２と直交する方向に延びるように配置される。すなわち、電動モータ４０は、装置本体２（本体部２２）に設けられた横穴２２３に出力軸を挿通させた状態で本体部２２に固定されている。なお、本実施形態に係る工具交換装置１は、電動モータ４０を覆うカバー４４を備えており、電動モータ４０に対する防塵等が図られている。
【００６４】
前記ネジ機構４２は、上述のように、挿入部２１の中心線ＣＬ２回りで回転自在に設けられた雌ネジ体４２０と、挿入部２１の中心線ＣＬ２に沿って延びた雄ネジ体４２１であって、雌ネジ体４２０に螺合された雄ネジ体４２１とを備える。
【００６５】
雌ネジ体４２０は、図示しないスペーサを介して本体部２２に固定されたベアリング（ラジアルベアリング）Ｂｒ１に支持されている。そして、本実施形態において、ネジ機構４２の雄ネジ体４２１は、直動体３０（軸部３２）に対して同心で連結される。本実施形態において、ネジ機構４２を構成する雌ネジ体４２０及び雄ネジ体４２１のネジには、台形ネジが採用されている。
【００６６】
そして、電動モータ４０が上記配置で設けられるに伴い、本実施形態に係る駆動伝達部４１は、電動モータ４０の出力（回転運動）をネジ機構４２に伝達する歯車機構４３をさらに備える。
【００６７】
本実施形態において、歯車機構４３は、電動モータ４０の出力軸に連結されるとともに、本体部２２の横穴２２３内に配置されるベアリング（ラジアルベアリング）Ｂｒ２に支持され、中心線ＣＬ２と直交する方向に延びる軸線回りで回転可能に設けられる小径傘歯車４３０と、ロボット連結部２０の内面に支持されたベアリング（スラストベアリング）Ｂｓを介して中心線ＣＬ２回りで回転自在に設けられ、小径傘歯車４３０と噛合する大径傘歯車４３１とで構成される。これにより、歯車機構４３は、電動モータ４０の出力軸を回転中心とする回転運動（出力）を、該電動モータ４０の出力軸と直交する方向に延びる軸線（挿入部２１）回りの回転に変換するようになっている。そして、大径傘歯車４３１は、雌ネジ体４２０に機械的に連結されている。これにより、雌ネジ体４２０は、大径傘歯車４３１とともに挿入部２１の中心線回りで回転するようになっている。
【００６８】
そして、本実施形態に係る工具交換装置１は、駆動部４に電動モータ４０が備えているため、図３及び図６に示すように、直動体３０が一方向の一方側にある第一限界位置に到達した状態と、直動体３０が一方向の他方側にある第二限界位置に到達した状態とを認識するためのセンサＳ１，Ｓ２が設けられている。かかるセンサＳ１，Ｓ２には、種々タイプのものを採用できるが、本実施形態においては、磁気センサＳ１，Ｓ２が採用されている。これに伴い、直動体３０には、磁気センサＳ１，Ｓ２が検知する磁石Ｍが取り付けられている。本実施形態においては、磁気センサＳ１，Ｓ２が装置本体２（本体部２２）に対して一方向に間隔をあけて二つ設けられ、一対のガイド体３６，３６のうちの一方のガイド体３６に磁石Ｍが取り付けられている。これにより、本実施形態に係る工具交換装置１は、一方の磁気センサＳ１が磁石Ｍを検知したときに、直動体３０が第二限界位置に到達したと判断し、他方の磁気センサＳ２が磁石Ｍを検知したときに、直動体３０が第一限界位置に到達したと判断するようになっている。
【００６９】
本実施形態に係る工具交換装置１は、以上の通りである。続いて、上記構成の工具交換装置１の作動ついて説明する。
【００７０】
上記工具交換装置１にツール５を取り付けるに当り、直動体３０は、第二限界位置に位置する。この状態で、直動体３０の押圧部３３は、図７に示すように、複数のロック部材３１，…を押圧せずに、複数のロック部材３１，…は、挿入部２１内に退避している。そして、この状態で、装置本体２の挿入部２１がツール５（ツール本体５１）の空洞部５３に挿入される。このとき、挿入部２１の外周は、図８に示すように、係合部５４の内周面に案内され、挿入部２１と空洞部５３とが同心になる。そして、挿入部２１が空洞部５３に進入するのに併せて、ガイドピン２４がツール５のガイド穴５５に嵌入される。これにより、ツール５と工具交換装置１とが位置決めされる。
【００７１】
そして、工具交換装置１における装置本体２（本体部２２の第二端Ｐ４）がツール５のツール本体５１の第一端Ｐ１に当接した状態で、工具交換装置１の電動モータ４０が駆動される。そうすると、電動モータ４０の出力が歯車機構４３を介してネジ機構４２の雌ネジ体４２０に伝達され、雌ネジ体４２０が挿入部２１の中心線ＣＬ２を中心に回転する。これに伴い、図９に示すように、雌ネジ体４２０に螺合された雄ネジ体４２１が一方向の一方側に移動する。すなわち、直動体３０が第一限界位置に向けて移動する。
【００７２】
そして、直動体３０の移動に伴い、押圧部３３（テーパ部３３０）が複数のロック部材３１，…のそれぞれを押圧し、第二位置にある複数のロック部材３１，…のそれぞれが第一位置に向けて移動する。
【００７３】
そして、直動体３０が第一限界位置に到達すると、他方の磁気センサＳ２が磁石Ｍを検知し、電動モータ４０の駆動が停止される。この状態で、複数のロック部材３１，…のそれぞれが挿入部２１の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材３１，…のそれぞれとツール５の係合部５４とが圧接した状態で係合する。これにより、装置本体２の挿入部２１がツール５の空洞部５３から脱出不能になる。
【００７４】
この状態において、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの軸部３２のみが一定位置に位置するのに対し、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの一方向に移動可能な押圧部３３が弾性体３４による付勢力で挿入部２１の第二端Ｐ６側（一方向の一方側）側に押し付けられた状態（移動しようとした状態）になる。
【００７５】
そして、ツール５を交換するに当り、工具交換装置１の電動モータ４０が駆動（逆転）される。そうすると、電動モータ４０の出力が歯車機構４３を介してネジ機構４２の雌ネジ体４２０に伝達され、雌ネジ体４２０が挿入部２１の中心線ＣＬ２を中心に回転し、雌ネジ体４２０に螺合された雄ネジ体４２１が一方向の他方側に移動する。すなわち、直動体３０が第二限界位置に向けて移動する。
【００７６】
これに伴い、押圧部３３が複数のロック部材３１，…のそれぞれとの圧接が解除され、第一位置にある複数のロック部材３１，…のそれぞれが第二位置に向けて移動可能な状態になる。すなわち、複数のロック部材３１，…が一方向と直交する方向に移動自在な状態になる。
【００７７】
そして、直動体３０が第二限界位置に到達すると、一方の磁気センサＳ１が磁石Ｍを検知し、電動モータ４０の駆動が停止される。そして、上述のように、複数のロック部材３１，…のそれぞれが挿入部２１内に退避した状態或いは退避可能な状態になっているため、ロボットＲを動作させて工具交換装置１を移動させることで、複数のロック部材３１，…のそれぞれとツール５の係合部５４との係合が解除されつつ装置本体２の挿入部２１がツール５の空洞部５３から脱出することになる。従って、上記構成の工具交換装置１は、ツール５の係合部５４に対するロック部材３１，…の係合とその解除とにより、ツール５の着脱を円滑に行うことができる。
【００７８】
そして、上記構成の工具交換装置１は、従来のものと同様、ツール５の着脱を繰り返し行うと、押圧部３３とロック部材３１，…とが摩耗する。また、本実施形態において、駆動部４がネジ機構４２や歯車機構４３を含んでいるため、押圧部３３とロック部材３１，…に加えて駆動伝達部４１内でも摩耗が発生する。
【００７９】
しかしながら、本実施形態に係る工具交換装置１のロック機構３において、上述のように、直動体３０が第一限界位置に到達した状態で、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの軸部３２のみが一定位置に位置するのに対し、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの一方向に移動可能な押圧部３３が弾性体３４によって付勢された状態になる。
【００８０】
従って、各所に摩耗が生じても、押圧部３３が一方向の一方側に向けて必要な付勢力を作用させつつ複数のロック部材３１，…を押圧する。すなわち、押圧部３３は、一定の第一限界位置に位置することによる複数のロック部材３１，…に対する押圧に加え、弾性体３４の弾性力によって押圧部３３の一方向における押圧力が補われ、一方向で必要な押圧力を作用させつつ複数のロック部材３２，…を押圧した状態になる。
【００８１】
従って、各所で摩耗が生じても、複数のロック部材３１，…のそれぞれが挿入部２１の外周から外側に突出した状態でツール５の係合部５４と適正に係合（圧接）する。これにより、本実施形態に係る工具交換装置１は、長期に亘って使用しされても、ツール５を適正に取り付けることのできる状態になる。
【００８２】
また、本実施形態において、弾性体３４は、第一端Ｐ９と該第一端Ｐ９の反対側の第二端Ｐ１０を有し、軸部３２には、弾性体３４の第一端Ｐ９を受ける第一受部３２２が設けられ、押圧部３３には、第一受部３２２に対して前記一方向にあけて対向し、弾性体３４の第二端Ｐ１０を受ける第二受部３３４が設けられる。これにより、押圧部３３に対して弾性体３４による付勢力を効率的に伝えることができ、各所の摩耗（ガタツキ）に応じて押圧部３３を付勢しつつ複数のロック部材３１，…に圧接した状態で係合させることができる。
【００８３】
特に、本実施形態において、押圧部３３は、直動体３０の軸部３２に対して一方向に移動可能に連結される基体部３３５と、基体部３３５よりも軸部３２の第一端Ｐ７側に配置され、基体部３３５に対して分離可能に連結される分離部３３６と、を備え、第一受部３２２が基体部３３５内に配置され、第二受部３３４が分離部３３６に設けられるため、弾性体３４の交換が容易である。
【００８４】
具体的に説明すると、内部に軸部３２の第一受部３２２が配置された基体部３３５から第二受部３３４の設けられた分離部３３６が分離されることで、押圧部３３内の弾性体３４が露呈する。従って、押圧部３３内の弾性体３４を容易に取り出す（交換する）ことができる。これにより、経年によって弾性体３４が一定の付勢力を発揮することができなくなっても、弾性体３４を交換することで、押圧部３３を長期に亘って複数の係合部５４に圧接させることができる。すなわち、本実施形態に係る工具交換装置１は、弾性体３４の付勢力を管理することで、押圧部３３を複数の係合部５４に対して適正に圧接させることができる。
【００８５】
そのため、弾性体３４（皿バネ３４１，…）を交換したときや、該工具交換装置１を組み立てるときに、弾性体３４の付勢力（付勢状態）を確認する必要がある。本実施形態に係る工具交換装置１は、押圧部３３に貫通した段付き穴３３１が設けられ、該段付き穴３３１の大径部３３２に弾性体３４が内装されるとともに、該段付き穴３３１に弾性体３４の付勢力を受ける軸部３２（小径部３２０）が内挿され、該軸部３２の第一端Ｐ７が段付き穴３３１（小径部３３３）から視認可能となる。従って、直動体３０が第一限界位置にある状態で、段付き穴３３１の小径部３３３から露出する軸部３２の第一端Ｐ７の配置を確信すること（押圧部３３と軸部３２との相対的な配置を確認すること）で、弾性体３４が作用させている付勢力を確認することができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る弾性体３４は、一方向に重ね合わされた複数の皿バネ３４１，…で構成されているため、皿バネ３４１，…の枚数を変更することで、押圧部３３に対する付勢力を適正な力に容易に調整することができる。
【００８７】
また、本実施形態において、駆動部４は、回転運動を出力する電動モータ４０と、該電動モータ４０の回転運動が伝達されて一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体４２０、及び一方向に延びて雌ネジ体４２０と螺合された雄ネジ体４２１を有するネジ機構４２を含む駆動伝達部４１と、を備え、直動体３０の軸部３２が雄ネジ体４２１に連結されているため、エア供給源のないエリアであっても電動モータ４０を駆動することでツール５を適正に連結する（取り付ける）ことができる。
【００８８】
さらに、複数のロック部材３１，…のそれぞれが球体で構成されるとともに、押圧部３３がテーパ部３３０を一部に有し、テーパ部３３０が複数のロック部材３１，…のそれぞれに押圧することで、該複数のロック部材３１，…のそれぞれが第二位置に向けて移動するため、ツール５の係合部５４とロック部材３１，…の係合が確実になる。その結果、ツール５の固定が確実になる。
【００８９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し得ることは勿論のことである。
【００９０】
上記実施形態において、弾性体３４が複数の皿バネ３４１，…で構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、弾性体３４は、コイルバネで構成されてもよい。また、弾性体３４の弾発力（付勢力）が確保される場合には、弾性体３４は、ゴム材料で構成されてもよい。
【００９１】
上記実施形態において、ネジ機構４２（雌ネジ体４２０及び雄ネジ体４２１）のネジに台形ネジを採用したが、これに限定されるものではなく、各種ネジ構造を採用することができる。例えば、複数のボールを介して雌ネジ体４２０及び雄ネジ体４２１が螺合するボールネジを採用してもよい。
【００９２】
上記実施形態において、歯車機構４３が小径傘歯車４３０と大径傘歯車４３１とで構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、歯車機構４３を備える場合、歯車機構４３は、ウォームギア及びウォームホイールを備えたウォームや、ハイポイドギア及びハイポイドピニオンを備えたハイポイドであってもよい。
【００９３】
上記実施形態において、駆動部４が電動モータ４０を備えたが、これに限定されるものではなく、駆動伝達部４１を備えることを前提に、電動モータ４０に替えてエアーモータが採用されてもよい。なお、工具交換装置１全体を小型化する点や、各種工場でエアレス化が推奨されている点を考慮すれば、駆動部４は、電動モータ４０を備えたものを採用することが好ましいことは言うまでもない。
【００９４】
上記実施形態において、軸部３２の大径軸部３２１に外嵌部材３７が外嵌され、外嵌部材３７を介して大径軸部３２１の端面で構成される第一受部３２２で弾性体３４の第一端Ｐ９を受けるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、軸部３２の大径軸部３２１の第一受部３２２で直接弾性体３４の第一端Ｐ９を受けるようにしてもよい。
【００９５】
上記実施形態において、押圧部３３が基体部３３５と該基体部３３５から分離可能な分離部３３６で構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、押圧部３３は、一体的に形成されてもよい。
【００９６】
上記実施形態において、電動モータ４０及び駆動伝達部４１を備えた駆動部４が採用されが、これに限定されるものではなく、駆動部４は、直動体３０を一方向に移動させるものであればよい。具体的には、駆動部４は、図１０に示すように、直動体３０の軸部３２の第二端Ｐ８に連結されたピストン４６と、該ピストン４６が内部に配置されるとともに、外部から流体（一般的に加圧空気）が供給されるシリンダ４７であって、装置本体２（本体部２２）内に形成されたシリンダ４７とを備えたものであってもよい。この場合、シリンダ４７内は、ピストン４６を境にして第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とに区画されるため、第一空間Ａ１に流体を供給することで、直動体３０を前進させる（一方向の一方側に移動させる）ことができ、第二空間Ａ２に流体を供給することで、直動体３０を後進させる（一方向の他方側に移動させる）ことができる。従って、上記実施形態と同様に、直動体３０の押圧部３３がロック部材３１，…を適正に押圧することになり、ツール５を適正に取り付けることができる。
【００９７】
上記実施形態において、ロック部材３１が球体で構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、ロック部材３１は、図１１に示すように、第一端部Ｐ１３と該第一端部Ｐ１３の反対側の第二端部Ｐ１４とを有し、第一端部Ｐ１３と第二端部Ｐ１４との間が一方向と直交する方向に延びる軸３１０を介して装置本体２に支持された、いわゆるカム型のものであってもよい。かかるロック部材３１は、第一端Ｐ１３側に対する一方向での付勢とその解除とを切り換えることで、軸３１０を支点に回転し、第二端部Ｐ１４が挿入部２１の外周から外方に突出した状態と該第二端部Ｐ１４が挿入部２１内に退避した状態とに切り替わる。従って、直動体３０の押圧部３３は、ロック部材３１の第一端部Ｐ１３を一方向に押圧可能（掛止可能）に形成される。但し、この場合においても、押圧部３３は、軸部３２に対して一方向に移動可能に連結されるとともに、弾性体３４によって軸部３２側から付勢されることは勿論である。また、図１２に示すように、カム型のロック部材３１を備えるとともに、ピストン４６及びシリンダ４７を備えた駆動部４を備えたものであっても勿論よい。
【００９８】
上記実施形態において、直動体３０が一方向の一方側に移動する（第一限界位置に向けて移動する）ことで、押圧部３３が複数のロック部材３１，…を押圧し、該複数のロック部材３１，…を挿入部２１の外周から突出させるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、直動体３０が一方向の他方側に移動する（第二限界位置に向けて移動する）ことで、押圧部３３が複数のロック部材３１，…を押圧し、該複数のロック部材３１，…を挿入部２１の外周から突出させるようにしたものであってもよい。この場合において、押圧部３３が軸部２２に対して一方向に移動可能に連結されるとともに、弾性体３４が押圧部３３を一方向の他方側（第二限界位置側）に付勢するように設けられればよい。このようにしても、各所に摩耗が生じたときに、弾性体３４の弾性力によって押圧部３３の一方向における押圧力が補われ、該押圧部３３が一方向で必要な押圧力を作用させつつ複数のロック部材３１，…を押圧することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１…工具交換装置、２…装置本体、３…ロック機構、４…駆動部、５…ツール、２０…ロボット連結部、２１…挿入部、２２…本体部、２３…コネクタボックス、２４…ガイドピン、３０…直動体、３１…ロック部材、３２…軸部、３３…押圧部、３４…弾性体、３５…連結軸、３６…ガイド体、３７…外嵌部材、４０…電動モータ、４１…駆動伝達部、４２…ネジ機構、４３…歯車機構、４４…カバー、４６…ピストン、４７…シリンダ、５０…機能部、５１…ツール本体、５２…連結部、５３…空洞部、５４…係合部、５５…ガイド穴、２１１…穴、２２０…収容空間、２２１…大径穴部、２２２…小径穴部、２２３…横穴、２２４…ガイド溝、３１０…軸、３２０…小径軸部、３２１…大径軸部、３２２…第一受部、３２３…軸挿通穴、３３０…テーパ部、３３１…穴、３３２…大径部、３３３…小径部、３３４…第二受部、３３５…基体部、３３６…分離部、３３７…大径基部、３３８…小径基部、３３９…小径テーパ部、３４０…軸挿通穴、３４１…皿バネ、３６０…軸挿通穴、３７０…軸挿通穴、４２０…雌ネジ体、４２１…雄ネジ体、４３０…小径傘歯車、４３１…大径傘歯車、Ａ１…第一空間、Ａ２…第二空間、ＣＬ１，ＣＬ２…中心線、Ｍ…磁石、Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１１…第一端、Ｐ１３…第一端部、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８，Ｐ１０，Ｐ１２…第二端、Ｐ１４…第二端部、Ｒ…ロボット、Ｓ１，Ｓ２…センサ（磁気センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボット（本明細書において単にロボットという）に対してツールを取り付けるための工具交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ロボットに対してツールを交換可能に取り付けるための工具交換装置が提供されている。
【０００３】
ツールは、処理の内容に応じた機能を有する機能部と、該機能部が連結されたツール本体とを備える。ツール本体は、第一端と該第一端の反対側の第二端とを有し、第一端側に工具交換装置と連結可能な連結部を備える。連結部は、ツール本体の第一端から第二端に向けて掘り下げられた凹状又は穴状の空洞部と、空洞部内で該空洞部の中心回りに配置された係合部とを含む。
【０００４】
これを前提に、工具交換装置は、ロボットに連結されるロボット連結部と、ツールの空洞部に挿入可能な挿入部とを有する装置本体と、空洞部に挿入部を挿入した状態でツールを装置本体に固定するロック機構と、ロック機構を作動させる駆動部と、を備える。
【０００５】
挿入部は、一方向に延びる中心線を有する。ロック機構は、装置本体内で一方向（挿入部の中心線の延びる方向）に往復移動可能に設けられた直動体と、挿入部の中心線回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材であって、それぞれの一部が挿入部の外周から外方に突出した状態と、それぞれが挿入部内に退避した状態とに切り換え可能に設けられた複数のロック部材とを備える。
【０００６】
そして、この種の工具交換装置において、一方向における直動体の移動の限界位置として、一方向の一方側の移動限界位置と、一方向の他方側の移動限界位置とが設定されている。直動体は、第一端と該第一端の反対側の第二端とを有する軸部であって、第一端を挿入部側に位置させて装置本体内に配置された軸部と、該軸部の第一端と連続する押圧部とを備える。
【０００７】
押圧部は、ロック部材の形態に応じた態様に形成され、直動体が一方向に移動することで複数のロック部材のそれぞれを押圧し、複数のロック部材のそれぞれの一部を挿入部の外周から外方に突出させるようになっている。
【０００８】
より具体的に説明すると、ロック部材には、カムや球体が採用される。カムで構成されるロック部材（以下、カム型ロック部材という）は、第一端部と該第一端部の反対側の第二端部とを有する。カム型ロック部材の第一端部と第二端部との間は、一方向（挿入部の中心線）と直交する方向に延びる軸を介して装置本体に支持されている。これにより、カム型ロック部材は、第一端側に対する一方向での付勢とその解除とを切り換えることで、軸を支点に回転し、第二端部が挿入部の外周から外方に突出した状態と該第二端部が挿入部内に退避した状態とに切り替わるようになっている。
【０００９】
これに伴い、カム型ロック部材を対象とする押圧部は、カム型ロック部材の第一端部を一方向に押圧可能（掛止可能）に形成される。これにより、直動体全体が一方向の何れか一方側に移動することで、押圧部がカム型ロック部材の第一端部を押圧し、カム型ロック部材の第二端部を挿入部の外周から外方に突出させるようになっている。また、直動体全体が一方向の何れか他方側に移動することで、押圧部がカム型ロック部材の第一端部を押圧し、カム型ロック部材の第二端部を挿入部内に退避させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
これに対し、球体で構成されるロック部材（以下、球状ロック部材という）は、一方向（挿入部の中心線）と直交する方向に移動自在に設けられる。
【００１１】
これに伴い、球状ロック部材を対象とする押圧部は、一方向に第一端と該第一端の反対側の第二端とを有し、第二端側から第一端側に向けて縮径してテーパ状に形成される。これにより、直動体全体が一方向の何れか一方側に移動することで、押圧部の外周面（テーパ面）が球状ロック部材を押圧し、該押圧部の外周面の傾斜によって作用する力（一方向の力の分力）で球状ロック部材の一部を挿入部の外周から外方に押し出すようになっている。また、直動体全体が一方向の何れか他方側に移動することで、球状ロック部材に対する押圧部による押圧が解除され、球状ロック部材の移動（挿入部内への退避）が許容されるようにもなっている（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
駆動部は、電動式のものや、流体圧式（主として空圧式）のものが採用される。具体的には、電動式の駆動部は、回転運動を出力する電動モータと、電動モータの出力を直動体に伝達する駆動伝達部とを備える。駆動伝達部は、電動モータの出力（回転運動）が入力される歯車機構と、歯車機構の出力を受けて直動体を一方向に移動させるネジ機構とを含む。そして、電動式の駆動部は、直動体が一方向の何れか一方側に移動したときに、直動体が該一方側の移動限界位置に到達すると、直動体に必要な軸力（ロック部材がツールの係合部と圧接した状態で係合するのに必要な力）が作用しているとして直動体の移動（電動モータの駆動）を停止させる。また、電動式の駆動部は、直動体が一方向の何れか他方側に移動したときに、直動体が該他方側の移動限界位置に到達すると、直動体の移動（電動モータの駆動）を停止する（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
これに対し、流体圧式の駆動部は、直動体の軸部の第二端と連続するピストンと、該ピストンが内部に配置されるとともに、外部から流体（一般的に加圧空気）が供給されるシリンダであって、装置本体内に形成されたシリンダとを備える。シリンダ内の空間は、ピストンを境にして二つの空間に区画されている。これにより、流体圧式の駆動部は、シリンダ内の何れか一方の空間に流体を供給することで、直動体を前進させる（一方向の何れか一方側に移動させる）。また、流体圧式の駆動部は、シリンダ内の何れか他方の空間に流体を供給することで、直動体を後進させる（一方向の何れか他方側に移動させる）。この種の駆動部が採用される場合、直動体は、一方向の一方側の移動限界位置及び一方向の他方側の移動限界位置で機械的に停止するようになっている（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
これにより、上記構成の工具交換装置の何れにおいても、装置本体の挿入部がツール本体の空洞部に挿入された状態で、直動体（押圧部）が駆動部の出力を受けて一方向の何れか一方側に移動して移動限界位置に到達すると、複数のロック部材のそれぞれが挿入部から外側に突出した状態になり、複数のロック部材のそれぞれとツールの係合部とが圧接した状態で係合する。これにより、工具交換装置（装置本体）の挿入部がツールの空洞部から脱出不能になる。その一方で、装置本体の挿入部がツール本体の空洞部に嵌入された状態で、直動体（押圧部）が駆動部の出力を受けて一方向の何れか他方側に移動して移動限界位置に到達すると、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避した状態或いは退避可能な状態になる。これにより、工具交換装置（装置本体）の挿入部がツールの空洞部から脱出可能になる。
【００１５】
従って、上記構成の工具交換装置は、ツールの係合部に対するロック部材の係合とその解除とにより、ツールの着脱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１１−２０７５５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記構成の工具交換装置は、上述のように、直動体の押圧部が複数のロック部材を押圧する（複数のロック部材を移動させる）に当り、押圧部が複数のロック部材のそれぞれに圧接する。そのため、ツールの着脱（押圧部による複数のロック部材の押圧）が繰り返し行われると、押圧部及びロック部材が摩耗する傾向にある。その結果、直動体が一方向の何れか一方側に移動して移動限界位置に到達し、押圧部がロック部材を押圧しても、ロック部材がツールの係合部と適正に係合（圧接）できる位置にまで移動しなくなることがある。
【００１８】
特に、電動式の駆動部を備えた工具交換装置は、ツールの着脱が繰り返し行われると、押圧部及びロック部材の他に、駆動伝達部内の部品（例えば、歯車機構の歯車やネジ機構のネジ等）が摩耗し、駆動伝達部内にガタツキが生じる。その結果、押圧部がロック部材を適正に押圧できず、ロック部材がツールの係合部と適正に係合（圧接）できる位置にまで移動しなくなることが顕著になる。
【００１９】
従って、従来の工具交換装置の何れにおいても、ツールの交換を繰り返し行うことで、ツールを適正に取り付けることができなくなるといった問題があった。
【００２０】
そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、ツールの交換を繰り返し行っても、ツールを適正に取り付けることのできる工具交換装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部と、該空洞部内で該空洞部の中心回りに配置された係合部とを含むツール本体を備えたツールをロボットに対して交換可能に取り付けるための工具交換装置であって、前記ロボットと連結されるロボット連結部と、前記空洞部に対して挿入可能な挿入部であって、一方向に延びる中心線を有する挿入部とを有する装置本体と、前記空洞部に前記挿入部を挿入した状態で前記ツールを前記装置本体に固定するロック機構と、該ロック機構を作動させる駆動部と、を備え、前記ロック機構は、前記装置本体内で前記一方向に往復移動可能に設けられた直動体と、前記挿入部の前記中心線回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材と、を備え、前記直動体は、前記一方向に軸心を有する軸部と、該軸部に対して前記一方向に移動可能に連結された押圧部であって、前記挿入部内に配置される押圧部と、前記押圧部を前記一方向の何れか一方側に付勢する弾性体と、を備え、前記駆動部は、前記直動体を前記一方向に移動させるように構成され、前記直動体が前記一方向の何れか一方側に向けて移動することで、前記押圧部が前記複数のロック部材のそれぞれを押圧して該複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外方に突出する一方、前記直動体が前記一方向の何れか他方側に向けて移動することで、前記複数のロック部材のそれぞれが前記挿入部内に退避する又は退避可能になるように構成されていることを特徴とする。なお、ここで「一方向」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の延びる方向を意味し、「一方向の何れか一方側」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の両端のうちの何れか一方の端側を意味し、「一方向の何れか他方側」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の両端のうちの何れか一方の端の反対の端側を意味する。
【００２２】
上記構成の工具交換装置において、装置本体の挿入部がツール本体の空洞部に挿入された状態で、直動体が駆動部の出力を受けて一方向の何れか一方側に移動すると、押圧部が複数のロック部材を押圧する。これにより、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材のそれぞれとツールの係合部とが圧接した状態で係合する。従って、工具交換装置（装置本体）の挿入部がツールの空洞部から脱出不能になり、ツールが工具交換装置に固定される。これに対し、直動体が駆動部の出力を受けて一方向の何れか他方側に移動すると、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避する又は退避可能になる。これにより、複数のロック部材のそれぞれとツールの係合部との係合が解除される、或いは、解除可能になる。従って、装置本体の挿入部がツールの空洞部から脱出可能になり、ツールが工具交換装置から取り外し可能になる。
【００２３】
そして、上記構成の工具交換装置においても、ツールの着脱を繰り返し行うと、押圧部とロック部材とが摩耗する。また、駆動部が歯車機構やネジ機構等を含む駆動伝達部を備える場合、押圧部とロック部材に加えて駆動伝達部内でも摩耗が発生する。しかしながら、上記構成の工具交換装置のロック機構において、直動体が一方向の何れか一方側の移動限界位置に到達した状態で、直動体を構成する押圧部及び軸部のうちの軸部のみが一定位置に位置する。これに対し、直動体を構成する押圧部及び軸部のうちの一方向に移動可能な押圧部が弾性体によって一方向の何れか一方側に付勢された状態になる。その結果、各所に摩耗が生じても、弾性体の弾性力によって押圧部の一方向における押圧力が補われ、該押圧部が一方向で必要な押圧力を作用させつつ複数のロック部材を押圧した状態になる。
【００２４】
従って、各所で摩耗が生じても、押圧部がロック部材をツールの係合部と適正に係合（圧接）できる位置にまで押し出すことになる。これにより、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態でツールの係合部と適正に係合（圧接）することになる。これにより、上記構成の工具交換装置は、ツールの交換が繰り返し行われても、ツールを適正に取り付けることのできる状態になる。
【００２５】
本発明の一態様として、前記弾性体は、第一端と該第一端の反対側の第二端を有し、前記軸部には、前記弾性体の前記第一端を受ける第一受部が設けられ、前記押圧部には、前記第一受部に対して前記一方向にあけて対向し、前記弾性体の前記第二端を受ける第二受部が設けられていることが好ましい。このようにすれば、押圧部に対して弾性体による付勢力を効率的に伝えることができ、各所の摩耗（ガタツキ）に応じて押圧部を付勢しつつ複数のロック部材に圧接した状態で係合させることができる。
【００２６】
この場合において、前記押圧部は、前記直動体の前記軸部の前記第一端側に前記一方向に移動可能に連結される基体部と、該基体部よりも前記軸部の前記第一端側に配置され、前記基体部に対して分離可能に連結される分離先端部と、を備え、前記第二受部は、前記分離先端部に設けられていることが好ましい。このようにすれば、弾性体の交換が容易になる。すなわち、第二受部の設けられた分離先端部が基体部に対して分離されることで、第一受部と第二受部とに挟まれていた弾性体が露呈する。従って、煩雑な作業を行うことなく、弾性の低下した弾性体を新たな弾性体に容易に交換することができる。
【００２７】
本発明の他態様として、前記弾性体は、前記一方向に重ね合わされた複数の皿バネで構成されることが好ましい。このようにすれば、皿バネの枚数を変更することで、押圧部に対する付勢力を適正な力に容易に調整することができる。
【００２８】
本発明の別の態様として、前記駆動部は、回転運動を出力する電動モータと、該電動モータの回転運動が伝達されて前記一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体、及び前記一方向に延びて前記雌ネジ体と螺合された雄ネジ体を有するネジ機構を含む駆動伝達部と、を備え、前記軸部が雄ネジ体に連結されていることが好ましい。このようにすれば、モータの回転でネジ機構の雌ネジ体が一方向に延びる軸線回りで回転する。そして、雌ネジ体に螺合された雄ネジ体は、雌ネジ体の回転に伴って一方向に移動する。これにより、雌ネジ体に連結された軸体（直動体）が雄ネジ体と一緒に一方向に移動する。従って、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態と、複数のロック部材のそれぞれが前記挿入部内に退避する又は退避可能な状態に切り換えることができる。これにより、エア供給源のないエリアであっても電動モータを駆動することでツールを適正に連結する（取り付ける）ことができる。
【００２９】
さらに、本発明の別の態様として、前記複数のロック部材のそれぞれは、前記一方向と直交する方向に移動自在に設けられた球体で構成され、前記押圧部は、第一端及び第一端の反対側の第二端を前記一方向に有するとともに、前記第一端側から前記第二端側に向けて縮径したテーパ部を少なくとも一部に有し、テーパ部が複数のロック部材のそれぞれを押圧することで、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材に対するテーパ部の押圧が解除されることで、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避する又は退避可能な状態になるように構成されていることが好ましい。このようにすれば、押圧部によって複数のロック部材を適正に押圧でき、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態と、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部内に退避する又は退避可能な状態に円滑に切り換えることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明は、ツールの交換を繰り返し行っても、ツールを適正に取り付けることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る工具交換装置に取り付けられるツールの一例を示す図であって、図１Ａは、機能部を二点鎖線で示したツールの全体概略斜視図であり、図１Ｂは、図１ＡのＩ−Ｉ断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る工具交換装置の概略全体斜視図である。
【図３】図３は、同実施形態に係る工具交換装置の概略分解斜視図である。
【図４】図４は、同実施形態に係る工具交換装置の断面図であって、図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図５】図５は、同実施形態に係る工具交換装置の断面図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図６】図６は、同実施形態に係る工具交換装置の断面図であって、図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図７】図７は、同実施形態に係る工具交換装置にツールを取り付ける際の状態断面図であって、ツールに工具交換装置をアプローチする状態の断面図である。
【図８】図８は、同実施形態に係る工具交換装置にツールを取り付ける際の状態断面図であって、空洞部に挿入部を挿入した状態の断面図である。
【図９】図９は、同実施形態に係る工具交換装置にツールを取り付ける際の状態断面図であって、ツールを工具交換装置に固定した状態の断面図である。
【図１０】本発明の他実施形態に係る工具交換装置の断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る工具交換装置の断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態に係る工具交換装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態に係る工具交換装置について、添付図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態に係る工具交換装置の説明に先立ち、工具交換装置の対象となるツールについて概略説明する。ツールは、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、処理の内容に応じた機能を有する機能部５０と、該機能部５０が連結されたツール本体５１とを備える。
【００３３】
機能部５０は、上述のように、処理の内容に応じた機能を有するもので、例えば、処理（加工）の内容が溶接（スポット溶接）である場合には、スポットガンが採用され、処理（加工）の内容が部品の運搬（搬送）である場合には、一対の挟持体を有するハンドが採用される。なお、図１Ａ及び図１Ｂには、ツール５の一例として、機能部５０としてハンドを搭載したものが図示されている。
【００３４】
ツール本体５１は、第一端Ｐ１と該第一端Ｐ１の反対側の第二端Ｐ２とを有する。そして、ツール本体５１は、本実施形態に係る工具交換装置が連結される連結部５２を備えている。
【００３５】
連結部５２は、ツール本体５１の第一端Ｐ１から第二端Ｐ２に向けて掘り下げられ、第一端Ｐ１上（外面上）で開放した凹状又は穴状の空洞部５３（図においては穴状の空洞部５３）と、空洞部５３内で該空洞部５３の中心線ＣＬ１回りに配置された係合部５４とを含む。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂに図示されたツール本体５１（連結部５２）の空洞部５３は、第一端Ｐ１側から第二端Ｐ２側に延びる中心線ＣＬ１回りの内周面によって画定されている。これを前提に、ツール本体５１の係合部５４は、空洞部５３の内周面のうちの第一端Ｐ１側の内周面から内側（中心線ＣＬ１側）に突出するように形成されている。なお、空洞部５３は、第一端Ｐ１上で開放する開口を形成し、第二端Ｐ２側で拡大するように形成されることがある。この場合は、係合部５４は、空洞部５３における第一端Ｐ１上で開放する開口に添って設けられるか、或いは、空洞部５３内のツール本体５１における第一端Ｐ１側で該空洞部５３の中心線ＣＬ１回りに配置される。また、図１Ａ及び図１Ｂに図示された係合部５４は、周方向に連続して形成されているが、係合部５４は、周方向に断続的に形成されてもよい。そして、ツール本体５１の第一端Ｐ１上には、第二端Ｐ２に向けて掘り下げられたガイド穴５５が設けられている。ガイド穴５５は、第二端Ｐ２に向けて縮径したテーパ状に形成されている。
【００３７】
工具交換装置は、ツール５（ツール本体５１）が上記構成の連結部５２を備えることを前提に、図２に示すように、ロボットＲと連結されるロボット連結部２０と、ツール５の空洞部５３に挿入可能な挿入部２１であって、一方向に延びる中心線（直線状の中心線）ＣＬ２を有する挿入部２１とを有する装置本体２を備える。なお、本実施形態において、「一方向」とは、仮想的に設定した一本の直線（仮想直線）の延びる方向を意味する。また、以下の説明において、「一方向の一方側」とは、仮想直線の両端のうちの一方の端側を意味し、「一方向の他方側」とは、仮想直線の両端のうちの他方の端側を意味する。
【００３８】
ここで工具交換装置１についてより具体的に説明すると、工具交換装置１は、図３に示すように、装置本体２と、ツール５の空洞部５３に挿入部２１を挿入した状態で、ツール５を装置本体２に固定するロック機構３と、ロック機構３を作動させる駆動部４と、を備える。
【００３９】
装置本体２は、ロボット連結部２０及び挿入部２１に加え、ロック機構３を収容する収容空間２２０が形成された本体部２２と、ツール５に対して電気的に接続される端子等（図示しない）が収容されたコネクタボックス２３とを有する。また、本実施形態に係る装置本体２は、ツール５（ツール本体５１）のガイド穴５５に嵌入可能なガイドピン２４を有している。
【００４０】
本体部２２は、図３乃至図６に示す如く、第一端Ｐ３と該第一端Ｐ３の反対側の第二端Ｐ４とを有する。収容空間２２０は、一方向で本体部２２を貫通し、本体部２２の第一端Ｐ３上及び第二端Ｐ４上で開口している。
【００４１】
収容空間２２０は、挿入部２１と同心で設けられている。すなわち、収容空間２２０の中心線は、挿入部２１の中心線ＣＬ２と一致している。本実施形態において、収容空間２２０は、段付穴状に形成されている。具体的には、収容空間２２０は、本体部２２の第一端Ｐ３上で開口する大径穴部２２１と、第二端Ｐ４側で大径穴部２２１と連続し、本体部２２の第二端Ｐ４上で開口する小径穴部２２２とを備える。そして、本体部２２には、図３及び図４に示すように、収容空間２２０の大径穴部２２１と外部とを連通する横穴２２３が中心線ＣＬ２と直交する方向に貫通して設けられている。収容空間２２０の小径穴部２２２は、後述する押圧部３３を一方向に往復動可能に収容できる穴径に設定される。そして、図３及び図６に示すように、小径穴部２２２を画定する内周面上には、互いに対向する一対のガイド溝２２４，２２４が形成される。一対のガイド溝２２４，２２４のそれぞれは、一方向に延びている（中心線ＣＬ２に沿って延びている）。そして、一対のガイド溝２２４，２２４は、後述する複数のロック部材３１，…を躱すように配置されている。
【００４２】
挿入部２１は、図４乃至図６に示すように、筒状に形成され、第一端Ｐ５と該第一端Ｐ５の反対側の第二端Ｐ６とを有する。挿入部２１の外径は、ツール５の空洞部５３に挿入可能に設定される。すなわち、挿入部２１の外径は、ツール５の係合部５４の内径と略同等に設定される。これに対し、挿入部２１の内径は、本体部２２の収容空間２２０の小径穴部２２２と同径に設定される。これに伴い、挿入部２１の内穴が本体部２２の収容空間２２０と同心になるように、挿入部２１の第一端Ｐ５が本体部２２に接続されている。そして、図３乃至図５に示すように、挿入部２１には、一方向（中心線ＣＬ２）と直交する方向に貫通した複数の穴２１１，…が周方向に間隔をあけて設けられている。
【００４３】
前記ロボット連結部２０は、本体部２２の収容空間２２０（第一端Ｐ３上の開口）を閉塞可能な円板で構成され、本体部２２にネジ止めされる。そして、ロボット連結部２０には、周方向に間隔をあけて複数のネジ穴（採番しない）が設けられている。そして、ロボット連結部２０の複数のネジ穴のそれぞれの間に貫通穴（採番しない）が設けられている。ロボット連結部２０は、各貫通穴に挿通したネジ部材が本体部２２に螺合されることで本体部２２に固定される。これに対し、ロボットＲは、ロボット連結部２０に外嵌された状態で自身に挿通されたネジ部材（図示しない）がロボット連結部２０のネジ穴に螺合されることで工具交換装置１（装置本体２）に連結される。
【００４４】
ガイドピン２４は、図３及び図４に示すように、一方向に延びている。そして、ガイドピン２４は、本体部２２の第二端Ｐ４から外方に突出している。ガイドピン２４は、ツール５のガイド穴５５と対応した形状に形成される。本実施形態において、ツール５のガイド穴５５は、上述のようにテーパ状に形成される。これに伴い、ガイドピン２４は、本体部２２側（基端側）から先端に向けて先細りしたテーパ軸状に形成されている。
【００４５】
ロック機構３は、図３乃至図５に示すように、装置本体２内で一方向（挿入部２１の中心線ＣＬ２の延びる方向）に往復移動可能に設けられた直動体３０と、挿入部２１の中心線ＣＬ２回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材３１，…と、を備える。
【００４６】
直動体３０は、一方向の一方側の移動限界位置（以下、第一限界位置という）と前記一方向の他方側の移動限界位置（以下、第二限界位置という）とに位置変更可能に設けられている。本実施形態に係る直動体３０は、一方向に軸心を有する軸部３２と、軸部３２に対して一方向に移動可能に連結された押圧部３３であって、挿入部２１内に配置される押圧部３３と、押圧部３３を一方向の一方側に向けて付勢する弾性体３４と、を備える。また、本実施形態において、直動体３０は、軸部３２と押圧部３３とを連結する連結軸３５と、押圧部３３を一方向にガイドするための一対のガイド体３６，３６を更に備えている（図３及び図６参照）。
【００４７】
軸部３２は、第一端Ｐ７と該第一端Ｐ７の反対側の第二端Ｐ８とを一方向に有する。本実施形態に係る軸部３２は、段付き棒状に形成されている。より具体的には、軸部３２は、該軸部３２の第一端Ｐ７を含む小径軸部３２０と、小径軸部３２０に連続した大径軸部３２１であって、該軸部３２の第二端Ｐ８を含む大径軸部３２１とを備えている。そして、本実施形態に軸部３２は、後述するネジ機構４２の雄ネジ体４２１が一体的に形成されている。雄ネジ体４２１は、軸部３２と同心になるように、該軸部３２の第二端Ｐ８に連結されている。
【００４８】
軸部３２には、弾性体３４（弾性体３４の後述する第一端Ｐ９）を受ける第一受部３２２が設けられている。軸部３２は、上述のように、段付き棒状に形成されているため、大径軸部３２１における小径軸部３２０との接続端面が第一受部３２２を構成している。本実施形態において、弾性体３４との接触で大径軸部３２１が摩耗や損傷することを防止すべく、軸部３２の大径軸部３２１に外嵌される外嵌部材３７が設けられる。従って、本実施形態に係る第一受部３２２は、外嵌部材３７を挟んで弾性体３４を受けるようになっている。
【００４９】
軸部３２の大径軸部３２１及び外嵌部材３７には、図３及び図６に示す如く、一方向（中心線ＣＬ２）と直交する方向に貫通した挿通軸挿通穴３２３，３７０が設けられている。大径軸部３２１の軸挿通穴３２３及び外嵌部材３７の軸挿通穴３７０のそれぞれの穴径は、連結軸３５の外径に対応するように設定されている。すなわち、大径軸部３２１の軸挿通穴３２３及び外嵌部材３７の軸挿通穴３７０のそれぞれは、連結軸３５との間に隙間を形成することなく或いは隙間を略形成することなく該連結軸３５を挿通できるように形成されている。そして、大径軸部３２１に外嵌部材３７を外嵌した状態で、大径軸部３２１及び外嵌部材３７の軸挿通穴３２３，３７０が互いに連通するようになっている。
【００５０】
押圧部３３は、図３乃至図６に示すように、第一端Ｐ１１と該第一端Ｐ１１の反対側の第二端Ｐ１２とを有する。そして、本実施形態に係る押圧部３３の第一端Ｐ１１側は、第二端Ｐ１２側よりも外径が小径になっている。すなわち、押圧部３３は、第二端Ｐ１２側から第一端Ｐ１１に向けて縮径したテーパ部３３０を備える。
【００５１】
そして、本実施形態に係る押圧部３３には、一方向に貫通した段付き穴３３１が設けられる。押圧部３３の段付き穴３３１は、図４及び図５に示すように、押圧部３３の第二端Ｐ１２で開口する大径部３３２と、押圧部３３の第一端Ｐ１１側で大径部３３２と連続し、該押圧部３３の第一端Ｐ１１で開口した小径部３３３とを備えている。大径部３３２は、第一受部３２２を有する軸部３２の大径軸部３２１を収容可能に穴径が設定される。本実施形態において、上述のように、大径軸部３２１に外嵌部材３７が外嵌されるため、大径部３３２は、大径軸部３２１に外嵌した外嵌部材３７を収容可能に穴径が設定される。
【００５２】
そして、押圧部３３の内部には、弾性体３４（弾性体３４の後述する第二端Ｐ１０）を受ける第二受部３３４が設けられている。本実施形態において、上述のように、第一端側に小径部３３３を有する段付き穴３３１が押圧部３３内に設けられているため、大径部３３２と小径部３３３との境界に形成される端面が第二受部３３４を構成している。
【００５３】
本実施形態に係る押圧部３３は、軸部３２の第一端側が一方向に移動可能に連結される基体部３３５と、基体部３３５よりも軸部３２の第一端側に配置され、基体部３３５に対して分離可能に連結される分離部３３６と、を備える。
【００５４】
基体部３３５は、外観円柱状の大径基部３３７と、大径基部３３７に連続して先細りするテーパ部３３０とを備える。そして、分離部３３６は、テーパ部３３０の先端（小径部分）と同径に形成された小径基部３３８と、小径基部３３８に連続して先細りした小径テーパ部３３９とを備える。分離部３３６は、基体部３３５に対してネジ止めされており、これによって、基体部３３５から分離可能になっている。そして、該押圧部３３の段付き穴３３１の大径部３３２は、基体部３３５と分離部３３６とに跨って形成され、該段付き穴３３１の小径部３３３は、分離部３３６に形成されている。従って、本実施形態において、第一受部３２２は、基体部３３５内に配置され、第二受部３３４は、分離部３３６に設けられる。
【００５５】
そして、図３及び図６に示すように、押圧部３３の第二端Ｐ１２側には、一方向（中心線ＣＬ２）と直交する方向に貫通した軸挿通穴３４０が設けられている。本実施形態に係る押圧部３３は、基体部３３５及び分離部３３６によって構成されるため、軸挿通穴３４０は当該押圧部３３の第二端Ｐ１２側に位置する大径基部３３７に設けられている。押圧部３３（大径基部３３７）に設けられる軸挿通穴３４０は、連結軸３５を挿通可能な穴径に設定される。そして、押圧部３３の軸挿通穴３４は、一方向に長手をなす長穴に形成されている。そして、押圧部３３の軸挿通穴３４０は、大径軸部３２１に収容された軸部３２の大径軸部３２１及び外嵌部材３７の軸挿通穴３２３，３７０に対して一部が重複するように配置されている。
【００５６】
一対のガイド体３６，３６のそれぞれは、四角形状のプレートで構成される。一対のガイド体３６，３６のうちの一方のガイド体３６は、他方のガイド体３６よりも一方向の長さが長く設定されている。そして、一対のガイド体３６，３６のそれぞれには、連結軸３５が挿通される軸挿通穴３６０が貫通して設けられる。一対のガイド体３６，３６の軸挿通穴は、押圧部３３の軸挿通穴３４０と同様に、一方向に長手をなす長穴に形成される。なお、本実施形態において、押圧部３３の軸挿通穴３４０とガイド体３６，３６の軸挿通穴３６０とは同形、同サイズに形成されている。
【００５７】
そして、一対のガイド体３６，３６は、自己の軸挿通穴３６０が押圧部３３の軸挿通穴３４０と重なるように、押圧部３３（基体部３３５）を挟んだ状態で該押圧部３３に連結されている。一対のガイド体３６，３６は、押圧部３３を装置本体２の収容空間２２０内に収容したときに、装置本体２（本体部２２）に設けられた一対のガイド溝２２４，２２４のそれぞれに嵌合し、押圧部３３を一方向に案内するようになっている。
【００５８】
本実施形態において、上述のように、装置本体２（本体部２２）に設けられたガイド溝２２４，２２４が、複数のロック部材３１，…を躱すように配置されている。従って、一対のガイド体３６，３６及び該ガイド体３６，３６に挿通される連結軸３５についても、複数のロック部材３１，…を躱すように配置される。すなわち、一対のガイド体３６，３６及び該ガイド体３６，３６に挿通される連結軸３５は、挿入部２１の周方向で隣り合うロック部材３１，…の間に位置している。
【００５９】
連結軸３５は、押圧部３３の軸挿通穴３４０、ガイド体３６，３６の軸挿通穴３６０、外嵌部材３７の軸挿通穴３７０、及び軸部３２（大径軸部３２１）の軸挿通穴３２３に連結軸３５が挿通される。これにより、押圧部３３は、自己の軸挿通穴（長穴）３４０の長手方向（一方向）に往復移動可能な状態で軸部３２に連結される。
【００６０】
弾性体３４は、図３乃至図６に示すように、一方向に第一端Ｐ９と該第一端Ｐ９の反対側の第二端Ｐ１０とを有する。本実施形態に係る弾性体３４は、一方向に重ね合わされた複数の皿バネ３４１，…で構成される。従って、本実施形態の弾性体３４においては、図４乃至図６に示すように、複数の皿バネ３４１，…の両端にある皿バネ３４１，３４１のうちの一方の皿バネ３４１（第一端Ｐ９になる皿バネ３４１）が第一受部３２２に受けられ、複数の皿バネ３４１，…の両端にある皿バネ３４１，３４１のうちの他方の皿バネ３４１（第二端Ｐ１０になる皿バネ３４１）が第二受部３３４に受けられている。そして、上述のように、複数の皿バネ３４１，…で弾性体３４が構成されるに当り、軸部３２の小径軸部３２０が複数の皿バネ３４１，…に挿通された状態になっている。
【００６１】
本実施形態において、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、球体で構成されている。そして、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、挿入部２１に設けられた複数の穴２１１，…のそれぞれの内部に配置されている。すなわち、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、挿入部２１に設けられた複数の穴２１１，…のそれぞれの内部で転動することで、一方向（挿入部２１の中心線ＣＬ２）と交差する方向に移動するようになっている。これにより、複数のロック部材３１，…のそれぞれは、一部が挿入部２１の外周から外方に突出し、ツール５の係合部５４と圧接した状態で係合可能な第一位置と、挿入部２１内に退避した第二位置とに位置変更するようになっている。なお、挿入部２１に設けられた複数の穴２１１，…のそれぞれは、挿入部２１の外周面側でロック部材３１，…の外径よりも小径になっており、ロック部材３１が穴２１１から脱落することが防止されている。
【００６２】
駆動部４は、種々態様のものを採用できるが、何れも、直動体３０を一方向に移動させるように構成される。本実施形態に係る駆動部４は、図３及び図４に示すように、回転運動を出力する電動モータ４０と、該電動モータ４０の回転運動が伝達されて一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体４２０、及び前記一方向に延びて前記雌ネジ体４２０と螺合された雄ネジ体４２１を有するネジ機構４２を含む駆動伝達部４１と、を備えている。
【００６３】
本実施形態において、電動モータ４０は、出力軸が装置本体２の収容空間２２０（挿入部２１）の中心線ＣＬ２と直交する方向に延びるように配置される。すなわち、電動モータ４０は、装置本体２（本体部２２）に設けられた横穴２２３に出力軸を挿通させた状態で本体部２２に固定されている。なお、本実施形態に係る工具交換装置１は、電動モータ４０を覆うカバー４４を備えており、電動モータ４０に対する防塵等が図られている。
【００６４】
前記ネジ機構４２は、上述のように、挿入部２１の中心線ＣＬ２回りで回転自在に設けられた雌ネジ体４２０と、挿入部２１の中心線ＣＬ２に沿って延びた雄ネジ体４２１であって、雌ネジ体４２０に螺合された雄ネジ体４２１とを備える。
【００６５】
雌ネジ体４２０は、図示しないスペーサを介して本体部２２に固定されたベアリング（ラジアルベアリング）Ｂｒ１に支持されている。そして、本実施形態において、ネジ機構４２の雄ネジ体４２１は、直動体３０（軸部３２）に対して同心で連結される。本実施形態において、ネジ機構４２を構成する雌ネジ体４２０及び雄ネジ体４２１のネジには、台形ネジが採用されている。
【００６６】
そして、電動モータ４０が上記配置で設けられるに伴い、本実施形態に係る駆動伝達部４１は、電動モータ４０の出力（回転運動）をネジ機構４２に伝達する歯車機構４３をさらに備える。
【００６７】
本実施形態において、歯車機構４３は、電動モータ４０の出力軸に連結されるとともに、本体部２２の横穴２２３内に配置されるベアリング（ラジアルベアリング）Ｂｒ２に支持され、中心線ＣＬ２と直交する方向に延びる軸線回りで回転可能に設けられる小径傘歯車４３０と、ロボット連結部２０の内面に支持されたベアリング（スラストベアリング）Ｂｓを介して中心線ＣＬ２回りで回転自在に設けられ、小径傘歯車４３０と噛合する大径傘歯車４３１とで構成される。これにより、歯車機構４３は、電動モータ４０の出力軸を回転中心とする回転運動（出力）を、該電動モータ４０の出力軸と直交する方向に延びる軸線（挿入部２１）回りの回転に変換するようになっている。そして、大径傘歯車４３１は、雌ネジ体４２０に機械的に連結されている。これにより、雌ネジ体４２０は、大径傘歯車４３１とともに挿入部２１の中心線回りで回転するようになっている。
【００６８】
そして、本実施形態に係る工具交換装置１は、駆動部４に電動モータ４０が備えているため、図３及び図６に示すように、直動体３０が一方向の一方側にある第一限界位置に到達した状態と、直動体３０が一方向の他方側にある第二限界位置に到達した状態とを認識するためのセンサＳ１，Ｓ２が設けられている。かかるセンサＳ１，Ｓ２には、種々タイプのものを採用できるが、本実施形態においては、磁気センサＳ１，Ｓ２が採用されている。これに伴い、直動体３０には、磁気センサＳ１，Ｓ２が検知する磁石Ｍが取り付けられている。本実施形態においては、磁気センサＳ１，Ｓ２が装置本体２（本体部２２）に対して一方向に間隔をあけて二つ設けられ、一対のガイド体３６，３６のうちの一方のガイド体３６に磁石Ｍが取り付けられている。これにより、本実施形態に係る工具交換装置１は、一方の磁気センサＳ１が磁石Ｍを検知したときに、直動体３０が第二限界位置に到達したと判断し、他方の磁気センサＳ２が磁石Ｍを検知したときに、直動体３０が第一限界位置に到達したと判断するようになっている。
【００６９】
本実施形態に係る工具交換装置１は、以上の通りである。続いて、上記構成の工具交換装置１の作動ついて説明する。
【００７０】
上記工具交換装置１にツール５を取り付けるに当り、直動体３０は、第二限界位置に位置する。この状態で、直動体３０の押圧部３３は、図７に示すように、複数のロック部材３１，…を押圧せずに、複数のロック部材３１，…は、挿入部２１内に退避している。そして、この状態で、装置本体２の挿入部２１がツール５（ツール本体５１）の空洞部５３に挿入される。このとき、挿入部２１の外周は、図８に示すように、係合部５４の内周面に案内され、挿入部２１と空洞部５３とが同心になる。そして、挿入部２１が空洞部５３に進入するのに併せて、ガイドピン２４がツール５のガイド穴５５に嵌入される。これにより、ツール５と工具交換装置１とが位置決めされる。
【００７１】
そして、工具交換装置１における装置本体２（本体部２２の第二端Ｐ４）がツール５のツール本体５１の第一端Ｐ１に当接した状態で、工具交換装置１の電動モータ４０が駆動される。そうすると、電動モータ４０の出力が歯車機構４３を介してネジ機構４２の雌ネジ体４２０に伝達され、雌ネジ体４２０が挿入部２１の中心線ＣＬ２を中心に回転する。これに伴い、図９に示すように、雌ネジ体４２０に螺合された雄ネジ体４２１が一方向の一方側に移動する。すなわち、直動体３０が第一限界位置に向けて移動する。
【００７２】
そして、直動体３０の移動に伴い、押圧部３３（テーパ部３３０）が複数のロック部材３１，…のそれぞれを押圧し、第二位置にある複数のロック部材３１，…のそれぞれが第一位置に向けて移動する。
【００７３】
そして、直動体３０が第一限界位置に到達すると、他方の磁気センサＳ２が磁石Ｍを検知し、電動モータ４０の駆動が停止される。この状態で、複数のロック部材３１，…のそれぞれが挿入部２１の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材３１，…のそれぞれとツール５の係合部５４とが圧接した状態で係合する。これにより、装置本体２の挿入部２１がツール５の空洞部５３から脱出不能になる。
【００７４】
この状態において、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの軸部３２のみが一定位置に位置するのに対し、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの一方向に移動可能な押圧部３３が弾性体３４による付勢力で挿入部２１の第二端Ｐ６側（一方向の一方側）側に押し付けられた状態（移動しようとした状態）になる。
【００７５】
そして、ツール５を交換するに当り、工具交換装置１の電動モータ４０が駆動（逆転）される。そうすると、電動モータ４０の出力が歯車機構４３を介してネジ機構４２の雌ネジ体４２０に伝達され、雌ネジ体４２０が挿入部２１の中心線ＣＬ２を中心に回転し、雌ネジ体４２０に螺合された雄ネジ体４２１が一方向の他方側に移動する。すなわち、直動体３０が第二限界位置に向けて移動する。
【００７６】
これに伴い、押圧部３３が複数のロック部材３１，…のそれぞれとの圧接が解除され、第一位置にある複数のロック部材３１，…のそれぞれが第二位置に向けて移動可能な状態になる。すなわち、複数のロック部材３１，…が一方向と直交する方向に移動自在な状態になる。
【００７７】
そして、直動体３０が第二限界位置に到達すると、一方の磁気センサＳ１が磁石Ｍを検知し、電動モータ４０の駆動が停止される。そして、上述のように、複数のロック部材３１，…のそれぞれが挿入部２１内に退避した状態或いは退避可能な状態になっているため、ロボットＲを動作させて工具交換装置１を移動させることで、複数のロック部材３１，…のそれぞれとツール５の係合部５４との係合が解除されつつ装置本体２の挿入部２１がツール５の空洞部５３から脱出することになる。従って、上記構成の工具交換装置１は、ツール５の係合部５４に対するロック部材３１，…の係合とその解除とにより、ツール５の着脱を円滑に行うことができる。
【００７８】
そして、上記構成の工具交換装置１は、従来のものと同様、ツール５の着脱を繰り返し行うと、押圧部３３とロック部材３１，…とが摩耗する。また、本実施形態において、駆動部４がネジ機構４２や歯車機構４３を含んでいるため、押圧部３３とロック部材３１，…に加えて駆動伝達部４１内でも摩耗が発生する。
【００７９】
しかしながら、本実施形態に係る工具交換装置１のロック機構３において、上述のように、直動体３０が第一限界位置に到達した状態で、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの軸部３２のみが一定位置に位置するのに対し、直動体３０を構成する軸部３２及び押圧部３３のうちの一方向に移動可能な押圧部３３が弾性体３４によって付勢された状態になる。
【００８０】
従って、各所に摩耗が生じても、押圧部３３が一方向の一方側に向けて必要な付勢力を作用させつつ複数のロック部材３１，…を押圧する。すなわち、押圧部３３は、一定の第一限界位置に位置することによる複数のロック部材３１，…に対する押圧に加え、弾性体３４の弾性力によって押圧部３３の一方向における押圧力が補われ、一方向で必要な押圧力を作用させつつ複数のロック部材３２，…を押圧した状態になる。
【００８１】
従って、各所で摩耗が生じても、複数のロック部材３１，…のそれぞれが挿入部２１の外周から外側に突出した状態でツール５の係合部５４と適正に係合（圧接）する。これにより、本実施形態に係る工具交換装置１は、長期に亘って使用しされても、ツール５を適正に取り付けることのできる状態になる。
【００８２】
また、本実施形態において、弾性体３４は、第一端Ｐ９と該第一端Ｐ９の反対側の第二端Ｐ１０を有し、軸部３２には、弾性体３４の第一端Ｐ９を受ける第一受部３２２が設けられ、押圧部３３には、第一受部３２２に対して前記一方向にあけて対向し、弾性体３４の第二端Ｐ１０を受ける第二受部３３４が設けられる。これにより、押圧部３３に対して弾性体３４による付勢力を効率的に伝えることができ、各所の摩耗（ガタツキ）に応じて押圧部３３を付勢しつつ複数のロック部材３１，…に圧接した状態で係合させることができる。
【００８３】
特に、本実施形態において、押圧部３３は、直動体３０の軸部３２に対して一方向に移動可能に連結される基体部３３５と、基体部３３５よりも軸部３２の第一端Ｐ７側に配置され、基体部３３５に対して分離可能に連結される分離部３３６と、を備え、第一受部３２２が基体部３３５内に配置され、第二受部３３４が分離部３３６に設けられるため、弾性体３４の交換が容易である。
【００８４】
具体的に説明すると、内部に軸部３２の第一受部３２２が配置された基体部３３５から第二受部３３４の設けられた分離部３３６が分離されることで、押圧部３３内の弾性体３４が露呈する。従って、押圧部３３内の弾性体３４を容易に取り出す（交換する）ことができる。これにより、経年によって弾性体３４が一定の付勢力を発揮することができなくなっても、弾性体３４を交換することで、押圧部３３を長期に亘って複数の係合部５４に圧接させることができる。すなわち、本実施形態に係る工具交換装置１は、弾性体３４の付勢力を管理することで、押圧部３３を複数の係合部５４に対して適正に圧接させることができる。
【００８５】
そのため、弾性体３４（皿バネ３４１，…）を交換したときや、該工具交換装置１を組み立てるときに、弾性体３４の付勢力（付勢状態）を確認する必要がある。本実施形態に係る工具交換装置１は、押圧部３３に貫通した段付き穴３３１が設けられ、該段付き穴３３１の大径部３３２に弾性体３４が内装されるとともに、該段付き穴３３１に弾性体３４の付勢力を受ける軸部３２（小径部３２０）が内挿され、該軸部３２の第一端Ｐ７が段付き穴３３１（小径部３３３）から視認可能となる。従って、直動体３０が第一限界位置にある状態で、段付き穴３３１の小径部３３３から露出する軸部３２の第一端Ｐ７の配置を確信すること（押圧部３３と軸部３２との相対的な配置を確認すること）で、弾性体３４が作用させている付勢力を確認することができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る弾性体３４は、一方向に重ね合わされた複数の皿バネ３４１，…で構成されているため、皿バネ３４１，…の枚数を変更することで、押圧部３３に対する付勢力を適正な力に容易に調整することができる。
【００８７】
また、本実施形態において、駆動部４は、回転運動を出力する電動モータ４０と、該電動モータ４０の回転運動が伝達されて一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体４２０、及び一方向に延びて雌ネジ体４２０と螺合された雄ネジ体４２１を有するネジ機構４２を含む駆動伝達部４１と、を備え、直動体３０の軸部３２が雄ネジ体４２１に連結されているため、エア供給源のないエリアであっても電動モータ４０を駆動することでツール５を適正に連結する（取り付ける）ことができる。
【００８８】
さらに、複数のロック部材３１，…のそれぞれが球体で構成されるとともに、押圧部３３がテーパ部３３０を一部に有し、テーパ部３３０が複数のロック部材３１，…のそれぞれに押圧することで、該複数のロック部材３１，…のそれぞれが第二位置に向けて移動するため、ツール５の係合部５４とロック部材３１，…の係合が確実になる。その結果、ツール５の固定が確実になる。
【００８９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し得ることは勿論のことである。
【００９０】
上記実施形態において、弾性体３４が複数の皿バネ３４１，…で構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、弾性体３４は、コイルバネで構成されてもよい。また、弾性体３４の弾発力（付勢力）が確保される場合には、弾性体３４は、ゴム材料で構成されてもよい。
【００９１】
上記実施形態において、ネジ機構４２（雌ネジ体４２０及び雄ネジ体４２１）のネジに台形ネジを採用したが、これに限定されるものではなく、各種ネジ構造を採用することができる。例えば、複数のボールを介して雌ネジ体４２０及び雄ネジ体４２１が螺合するボールネジを採用してもよい。
【００９２】
上記実施形態において、歯車機構４３が小径傘歯車４３０と大径傘歯車４３１とで構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、歯車機構４３を備える場合、歯車機構４３は、ウォームギア及びウォームホイールを備えたウォームや、ハイポイドギア及びハイポイドピニオンを備えたハイポイドであってもよい。
【００９３】
上記実施形態において、駆動部４が電動モータ４０を備えたが、これに限定されるものではなく、駆動伝達部４１を備えることを前提に、電動モータ４０に替えてエアーモータが採用されてもよい。なお、工具交換装置１全体を小型化する点や、各種工場でエアレス化が推奨されている点を考慮すれば、駆動部４は、電動モータ４０を備えたものを採用することが好ましいことは言うまでもない。
【００９４】
上記実施形態において、軸部３２の大径軸部３２１に外嵌部材３７が外嵌され、外嵌部材３７を介して大径軸部３２１の端面で構成される第一受部３２２で弾性体３４の第一端Ｐ９を受けるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、軸部３２の大径軸部３２１の第一受部３２２で直接弾性体３４の第一端Ｐ９を受けるようにしてもよい。
【００９５】
上記実施形態において、押圧部３３が基体部３３５と該基体部３３５から分離可能な分離部３３６で構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、押圧部３３は、一体的に形成されてもよい。
【００９６】
上記実施形態において、電動モータ４０及び駆動伝達部４１を備えた駆動部４が採用されが、これに限定されるものではなく、駆動部４は、直動体３０を一方向に移動させるものであればよい。具体的には、駆動部４は、図１０に示すように、直動体３０の軸部３２の第二端Ｐ８に連結されたピストン４６と、該ピストン４６が内部に配置されるとともに、外部から流体（一般的に加圧空気）が供給されるシリンダ４７であって、装置本体２（本体部２２）内に形成されたシリンダ４７とを備えたものであってもよい。この場合、シリンダ４７内は、ピストン４６を境にして第一空間Ａ１と第二空間Ａ２とに区画されるため、第一空間Ａ１に流体を供給することで、直動体３０を前進させる（一方向の一方側に移動させる）ことができ、第二空間Ａ２に流体を供給することで、直動体３０を後進させる（一方向の他方側に移動させる）ことができる。従って、上記実施形態と同様に、直動体３０の押圧部３３がロック部材３１，…を適正に押圧することになり、ツール５を適正に取り付けることができる。
【００９７】
上記実施形態において、ロック部材３１が球体で構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、ロック部材３１は、図１１に示すように、第一端部Ｐ１３と該第一端部Ｐ１３の反対側の第二端部Ｐ１４とを有し、第一端部Ｐ１３と第二端部Ｐ１４との間が一方向と直交する方向に延びる軸３１０を介して装置本体２に支持された、いわゆるカム型のものであってもよい。かかるロック部材３１は、第一端Ｐ１３側に対する一方向での付勢とその解除とを切り換えることで、軸３１０を支点に回転し、第二端部Ｐ１４が挿入部２１の外周から外方に突出した状態と該第二端部Ｐ１４が挿入部２１内に退避した状態とに切り替わる。従って、直動体３０の押圧部３３は、ロック部材３１の第一端部Ｐ１３を一方向に押圧可能（掛止可能）に形成される。但し、この場合においても、押圧部３３は、軸部３２に対して一方向に移動可能に連結されるとともに、弾性体３４によって軸部３２側から付勢されることは勿論である。また、図１２に示すように、カム型のロック部材３１を備えるとともに、ピストン４６及びシリンダ４７を備えた駆動部４を備えたものであっても勿論よい。
【００９８】
上記実施形態において、直動体３０が一方向の一方側に移動する（第一限界位置に向けて移動する）ことで、押圧部３３が複数のロック部材３１，…を押圧し、該複数のロック部材３１，…を挿入部２１の外周から突出させるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、直動体３０が一方向の他方側に移動する（第二限界位置に向けて移動する）ことで、押圧部３３が複数のロック部材３１，…を押圧し、該複数のロック部材３１，…を挿入部２１の外周から突出させるようにしたものであってもよい。この場合において、押圧部３３が軸部２２に対して一方向に移動可能に連結されるとともに、弾性体３４が押圧部３３を一方向の他方側（第二限界位置側）に付勢するように設けられればよい。このようにしても、各所に摩耗が生じたときに、弾性体３４の弾性力によって押圧部３３の一方向における押圧力が補われ、該押圧部３３が一方向で必要な押圧力を作用させつつ複数のロック部材３１，…を押圧することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１…工具交換装置、２…装置本体、３…ロック機構、４…駆動部、５…ツール、２０…ロボット連結部、２１…挿入部、２２…本体部、２３…コネクタボックス、２４…ガイドピン、３０…直動体、３１…ロック部材、３２…軸部、３３…押圧部、３４…弾性体、３５…連結軸、３６…ガイド体、３７…外嵌部材、４０…電動モータ、４１…駆動伝達部、４２…ネジ機構、４３…歯車機構、４４…カバー、４６…ピストン、４７…シリンダ、５０…機能部、５１…ツール本体、５２…連結部、５３…空洞部、５４…係合部、５５…ガイド穴、２１１…穴、２２０…収容空間、２２１…大径穴部、２２２…小径穴部、２２３…横穴、２２４…ガイド溝、３１０…軸、３２０…小径軸部、３２１…大径軸部、３２２…第一受部、３２３…軸挿通穴、３３０…テーパ部、３３１…穴、３３２…大径部、３３３…小径部、３３４…第二受部、３３５…基体部、３３６…分離部、３３７…大径基部、３３８…小径基部、３３９…小径テーパ部、３４０…軸挿通穴、３４１…皿バネ、３６０…軸挿通穴、３７０…軸挿通穴、４２０…雌ネジ体、４２１…雄ネジ体、４３０…小径傘歯車、４３１…大径傘歯車、Ａ１…第一空間、Ａ２…第二空間、ＣＬ１，ＣＬ２…中心線、Ｍ…磁石、Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１１…第一端、Ｐ１３…第一端部、Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８，Ｐ１０，Ｐ１２…第二端、Ｐ１４…第二端部、Ｒ…ロボット、Ｓ１，Ｓ２…センサ（磁気センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部と、該空洞部内で該空洞部の中心回りに配置された係合部とを含むツール本体を備えたツールをロボットに対して交換可能に取り付けるための工具交換装置であって、前記ロボットと連結されるロボット連結部と、前記空洞部に対して挿入可能な挿入部であって、一方向に延びる中心線を有する挿入部とを有する装置本体と、前記空洞部に前記挿入部を挿入した状態で前記ツールを前記装置本体に固定するロック機構と、該ロック機構を作動させる駆動部と、を備え、前記ロック機構は、前記装置本体内で前記一方向に往復移動可能に設けられた直動体と、前記挿入部の前記中心線回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材と、を備え、前記直動体は、前記一方向に軸心を有する軸部と、該軸部に対して前記一方向に移動可能に連結された押圧部であって、前記挿入部内に配置される押圧部と、前記押圧部を前記一方向の何れか一方側に付勢する弾性体と、を備え、前記駆動部は、前記直動体を前記一方向に移動させるように構成され、前記直動体が前記一方向の何れか一方側に向けて移動することで、前記押圧部が前記複数のロック部材のそれぞれを押圧して該複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外方に突出する一方、前記直動体が前記一方向の何れか他方側に向けて移動することで、前記複数のロック部材のそれぞれが前記挿入部内に退避する又は退避可能になるように構成されていることを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記弾性体は、第一端と該第一端の反対側の第二端を有し、前記軸部には、前記弾性体の前記第一端を受ける第一受部が設けられ、前記押圧部には、前記第一受部に対して前記一方向にあけて対向し、前記弾性体の前記第二端を受ける第二受部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項３】
前記押圧部は、前記直動体の前記軸部の前記第一端側に前記一方向に移動可能に連結される基体部と、該基体部よりも前記軸部の前記第一端側に配置され、前記基体部に対して分離可能に連結される分離先端部と、を備え、前記第二受部は、前記分離先端部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の工具交換装置。
【請求項４】
前記弾性体は、前記一方向に重ね合わされた複数の皿バネで構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の工具交換装置。
【請求項５】
前記駆動部は、回転運動を出力する電動モータと、該電動モータの回転運動が伝達されて前記一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体、及び前記一方向に延びて前記雌ネジ体と螺合された雄ネジ体を有するネジ機構を含む駆動伝達部と、を備え、前記軸部が雄ネジ体に連結されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の工具交換装置。
【請求項６】
前記複数のロック部材のそれぞれは、前記一方向と直交する方向に移動自在に設けられた球体で構成され、前記押圧部は、第一端及び第一端の反対側の第二端を前記一方向に有するとともに、前記第一端側から前記第二端側に向けて縮径したテーパ部を少なくとも一部に有し、テーパ部が複数のロック部材のそれぞれを押圧することで、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材に対するテーパ部の押圧が解除されることで、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避する又は退避可能な状態になるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の工具交換装置。
【請求項１】
外面上で開放した凹状又は穴状の空洞部と、該空洞部内で該空洞部の中心回りに配置された係合部とを含むツール本体を備えたツールをロボットに対して交換可能に取り付けるための工具交換装置であって、前記ロボットと連結されるロボット連結部と、前記空洞部に対して挿入可能な挿入部であって、一方向に延びる中心線を有する挿入部とを有する装置本体と、前記空洞部に前記挿入部を挿入した状態で前記ツールを前記装置本体に固定するロック機構と、該ロック機構を作動させる駆動部と、を備え、前記ロック機構は、前記装置本体内で前記一方向に往復移動可能に設けられた直動体と、前記挿入部の前記中心線回りに間隔をあけて配置された複数のロック部材と、を備え、前記直動体は、前記一方向に軸心を有する軸部と、該軸部に対して前記一方向に移動可能に連結された押圧部であって、前記挿入部内に配置される押圧部と、前記押圧部を前記一方向の何れか一方側に付勢する弾性体と、を備え、前記駆動部は、前記直動体を前記一方向に移動させるように構成され、前記直動体が前記一方向の何れか一方側に向けて移動することで、前記押圧部が前記複数のロック部材のそれぞれを押圧して該複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外方に突出する一方、前記直動体が前記一方向の何れか他方側に向けて移動することで、前記複数のロック部材のそれぞれが前記挿入部内に退避する又は退避可能になるように構成されていることを特徴とする工具交換装置。
【請求項２】
前記弾性体は、第一端と該第一端の反対側の第二端を有し、前記軸部には、前記弾性体の前記第一端を受ける第一受部が設けられ、前記押圧部には、前記第一受部に対して前記一方向にあけて対向し、前記弾性体の前記第二端を受ける第二受部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置。
【請求項３】
前記押圧部は、前記直動体の前記軸部の前記第一端側に前記一方向に移動可能に連結される基体部と、該基体部よりも前記軸部の前記第一端側に配置され、前記基体部に対して分離可能に連結される分離先端部と、を備え、前記第二受部は、前記分離先端部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の工具交換装置。
【請求項４】
前記弾性体は、前記一方向に重ね合わされた複数の皿バネで構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の工具交換装置。
【請求項５】
前記駆動部は、回転運動を出力する電動モータと、該電動モータの回転運動が伝達されて前記一方向に延びる軸線回りで回転する雌ネジ体、及び前記一方向に延びて前記雌ネジ体と螺合された雄ネジ体を有するネジ機構を含む駆動伝達部と、を備え、前記軸部が雄ネジ体に連結されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の工具交換装置。
【請求項６】
前記複数のロック部材のそれぞれは、前記一方向と直交する方向に移動自在に設けられた球体で構成され、前記押圧部は、第一端及び第一端の反対側の第二端を前記一方向に有するとともに、前記第一端側から前記第二端側に向けて縮径したテーパ部を少なくとも一部に有し、テーパ部が複数のロック部材のそれぞれを押圧することで、複数のロック部材のそれぞれの一部が挿入部の外周から外側に突出した状態になり、複数のロック部材に対するテーパ部の押圧が解除されることで、複数のロック部材のそれぞれが挿入部内に退避する又は退避可能な状態になるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の工具交換装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２１３８４７（Ｐ２０１２−２１３８４７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【公開請求】
【出願番号】特願２０１１−２４１５４２（Ｐ２０１１−２４１５４２）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（５９１０５６５４７）ビー・エル・オートテック株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１５４２（Ｐ２０１１−２４１５４２）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（５９１０５６５４７）ビー・エル・オートテック株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
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