(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツール移動装置に装着するツールを交換する際に用いるツール交換機構であって、
係合凸部を有し、ツール移動装置に取り付けられる第１のツールチェンジャと、
前記係合凸部が挿入される係合凹部を有し、ツールに取り付けられる第２のツールチェンジャとを有し、
前記第１のツールチェンジャの前記係合凸部を貫通する奇数個の調整孔を、該係合凸部の中心で互いに交差するように形成し、前記奇数個の調整孔の前記係合凸部の一方の側面にそれぞれに該係合凸部の側面からボールの一部が突出するボールプランジャを配置し、前記奇数個の調整孔の前記係合凸部の他方の側面側から、前記ボールプランジャの押圧力の調整に用いられる工具が挿入可能とし、
前記第２のツールチャンジャの前記係合凹部側面には、前記係合凸部から突出したボールプランジャのボールが係合するＶ溝が設けられているツール交換機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一実施形態はツール交換機構及び調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータや携帯電話機等の製造に代表される電子機器の製造分野では、多種多様なユーザのニーズに応えるべく、多種変量生産が主流になってきている。多種変量生産を行なうために考案された組立てのセル生産では、作業者一人が他品種の組立てを行なわなくてはならない。他品種の組立てを自動組立機で行なう場合は、ロボットなどの汎用自動化設備に他品種の組立てを行なうことができる機能を組み込まなければならない。
【０００３】
例えば、品種の異なる製品を組み立てるためには、その製品専用の工具や治具（ツール）を用いるため、マルチツールユニットやツールチェンジユニットをロボットに装着することが一般的である。すなわち、ロボットのアームの先端に取り付けたツールを、これから組立てを行なう製品専用のツールに交換する。
【０００４】
ツールチェンジユニットは、一般的に、ツールの装着・離脱を行なう機構と、その機構を駆動するためのアクチュエータ（モータ、エアシリンダ等）を有している。ロボットにこのような機構を搭載する場合、ロボットアームに対する許容負荷や大きさによる制約条件から、ツールチェンジユニットを小型化・軽量化しなければならない。ツールチェンジユニットを小型化・軽量化するために、アクチュエータを使用しないツールチェンジャが提案されている。
【０００５】
アクチュエータを使用しないツールチェンジユニットの一例として、ペンプロッタ（ＸＹプロッタ）に使用されているペン交換機構が知られている。ペンプロッタにおいては、ツールの装着・離脱を行なうための機構を駆動するアクチュエータを、ツールの移動・位置決めを行なうＸＹ移動機構が兼ねている。ただし、ペンプロッタにおけるツールはペンであり、ペンは描く線の色や太さが異なるだけで、外形形状や重量は同じである。すなわち、異なるツールに交換はするものの、外形形状や重量が同じツールに限られる。
【０００６】
一方、各種製品の自動組立作業では、ツール・ロボットの機能性能に関係無くツール交換ができなければならない。また、ツールチェンジユニット自体の重量・大きさ・形状を共通化も要求されている。上述のペンプロッタと同様に、ロボット自身をツールチェンジユニットのアクチュエータとして用いる場合、ツール重量やロボットの許容負荷能力に合わせて把持力（装着力）・リリース力（離脱力）を可変できる機構が必要となる。
【０００７】
一般的に、ツールチェンジユニットでは、ツールが装着される側（例えば、ロボットアームの先端）の係合部をツール側に設けられた係合部に係合させることによりツールを把持する。ツールが装着される側の係合部は例えば円筒状の凸部であり、ツール側の係合部は例えば当該円筒状の凸部が挿入されて嵌合する円筒状の凹部である場合が多い。すなわち、ツール装着側の円筒状の凸部をツールの円筒状の凹部に嵌め込んでツールを把持する機構である。
【０００８】
このようなツール把持機構と同様な機構として、樹脂製チューブの搬送治具において、チューブ挿入孔の外周に３個のボールプランジャを等間隔で設け、３点で樹脂製チューブに係合して把持することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、鋳造金型装置において、ボアピンの外周部に３個のボールプランジャを設け、スリーブの内面にボールプランジャのボールを押し付けることで、ボアピンでスリーブを保持することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、周囲枠体の円周方向に等間隔で設けられた３本の支持棒材を球体の外周に押し付けて係合させ、球体を３点で保持する球体支持方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−６７３３８号公報
【特許文献２】特開２００９−７２８１７号公報
【特許文献３】特許第３１７０６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ツールチェンジユニットにおいて、ロボットアームの先端のツールが装着される側の係合部（凸部）をツール側に設けられた係合部（凹部）に係合させることによりツールを装着・把持する場合がある。このような場合には、ツールの重量やロボットの許容負荷に合わせて、係合力（把持力）や係合させるために加える押圧力を変更するための調整機構を設ける必要がある。このような調整機構を係合部（凹部）を有するツール側に設けた場合、ツール側の大きさが大きくなり、ツール側の重量も増大してしまい、それだけロボットアームへの負荷が大きくなって好ましくない。
【００１１】
そこで、ツールの重量やロボットの許容負荷能力に合わせて係合力（把持力）や離脱力（リリース力）を簡単に調節できる小型の調整機構の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態によれば、ツール移動装置に装着するツールを交換する際に用いるツール交換機構であって、係合凸部を有し、ツール移動装置に取り付けられる第１のツールチェンジャと、前記係合凸部が挿入される係合凹部を有し、ツールに取り付けられる第２のツールチェンジャとを有し、前記第１のツールチェンジャの前記係合凸部を貫通する奇数個の調整孔を、該係合凸部の中心で互いに交差するように形成し、前記奇数個の調整孔の前記係合凸部の一方の側面にそれぞれに該係合凸部の側面からボールの一部が突出するボールプランジャを配置し、前記奇数個の調整孔の前記係合凸部の他方の側面側から、前記ボールプランジャの押圧力の調整に用いられる工具が挿入可能とし、前記第２のツールチャンジャの前記係合凹部側面には、前記係合凸部から突出したボールプランジャのボールが係合するＶ溝が設けられているツール交換機構が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
ツールの重量やツール移動装置の許容負荷能力に合わせて、ツールの把持力や離脱力（リリース力）を簡単に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態によるツール交換機構であるツールチェンジユニットの断面図である。
【図２】図１に示すツールチェンジユニットの断面図である。
【図３】アーム側ツールチェンジャを図１の矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。
【図４】アーム側ツールチェンジャを図１の矢印ＩＶ方向から見た側面図である。
【図５】ツール側ツールチェンジャを図１の矢印Ｖ方向から見た平面図である。
【図６】ツール側ツールチェンジャを図１の矢印ＶＩ方向から見た側面図である。
【図７】アーム側ツールチェンジャの係合凸部が、ツール側ツールチェンジャの係合凹部に挿入された状態を示す平面図である。
【図８】ボールプランジャのボールがＶ溝に係合した状態を示す拡大断面図である。
【図９】アーム側ツールチェンジャをツール側ツールチェンジャ２Ｂに係合させる前の状態を示す側面図である。
【図１０】ツールホルダを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図１１】ツール側ツールチェンジャが取り付けられたツールが収納されたツールホルダを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１２】アーム側ツールチェンジャの係合凸部をツール側ツールチェンジャの係合凹部に挿入し係合させた状態を示す側面図である。
【図１３】ツール側ツールチェンジャと共にツールを上方に移動した状態を示す側面図である。
【図１４】ツールをツールホルダから完全に外した状態を示す側面図である。
【図１５】ツールをツールホルダのツール支持部材の切欠き部に入れる前の状態を示す側面図である。
【図１６】アーム側ツールチェンジャの支持板のブッシュの垂直下方にツールホルダの位置決めピンが位置するようにツールを移動した状態の側面図である。
【図１７】ツール側ツールチェンジャが取り付けられたツールをツールホルダに収納した状態を示す側面図である。
【図１８】アーム側ツールチェンジャがツール側ツールチェンジャから離脱した状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１及び図２は一実施形態によるツール交換機構であるツールチェンジユニット２の断面図である。ツールチェンジユニット２は、アーム側ツールチェンジャ２Ａとツール側ツールチェンジャ２Ｂを含む。図１にはツール側ツールチェンジャ２Ｂがアーム側ツールチェンジャ２Ａから離脱した状態が示されている。ツール側ツールチェンジャ２Ｂは、図２に示すようにアーム側ツールチェンジャ２Ａに装着可能である。
【００１７】
アーム側ツールチェンジャ２Ａは、ダンパ機構４を介してロボットアーム６の先端に取り付けられる。ロボットアーム６を動かすことでアーム側ツールチェンジャ２Ａを移動することができる。ダンパ機構４はロボットアーム６に対してアーム側ツールチェンジャ２Ａを図２における上方向に弾性的に移動可能するために設けられるものである。本実施形態において、ロボットは、作業を行なう位置までツールを移動するための装置の一例であり、ツール移動装置に相当する。
【００１８】
ツール側ツールチェンジャ２Ｂは、ツール８に固定されてツール８と一体となる。本実施形態ではツール８として吸着ヘッドが用いられおり、ツール８には吸引通路８ａが設けられている。ツール側ツールチェンジャ２Ｂがツール８に取り付けられると、ツール８の吸引通路８ａはツール側ツールチェンジャ２Ｂの吸引プラグ４１に接続された状態となる。ツール側ツールチェンジャ２Ｂがアーム側ツールチェンジャ２Ａに装着されると、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの吸引プラグ４１はアーム側ツールチェンジャ２Ａに設けられたソケット穴２１ａに挿入された状態となり、ツール８の吸引通路８ａはツールチェンジャ２Ａの吸引通路２１ｂに接続される。これにより、ツール側ツールチェンジャ２Ａの吸引通路２１ｂに負圧を導入することで、吸着ヘッドであるツール８に負圧を導入して吸着動作を行なわせることができる。
【００１９】
ここで、アーム側ツールチェンジャ２Ａの構造について詳細に説明する。図３はアーム側ツールチェンジャ２Ａを図１の矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。図４はアーム側ツールチェンジャ２Ａを図１の矢印ＩＶ方向から見た側面図である。
【００２０】
アーム側ツールチェンジャ２Ａは、平板状の本体２０と、本体２０の外周の一部から垂直方向に延在するソケット形成部２１と、本体２０の中央部分から突出した係合凸部２２とを有する。本体２０はアルミ合金等の比較的軽い金属材料で形成される。係合凸部２２の周囲において、２本の位置決めピン２３が本体２０から突出して設けられている。位置決めピン２３は、ステンレス鋼のように比較的硬度の高い金属材料により形成される。
【００２１】
ツール側ツールチェンジャ２Ｂがアーム側ツールチェンジャ２Ａに装着される際、係合凸部２２は、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの係合凹部に挿入されて嵌合する。これによりツール側ツールチェンジャ２Ｂは、アーム側ツールチェンジャ２Ａに離脱可能に装着される。係合凸部２２が係合凹部に挿入される前に、２本の位置決めピン２３がツール側ツールチェンジャ２Ｂの位置決め孔に挿入されて嵌合することで、アーム側ツールチェンジャ２Ａはツール側ツールチェンジャ２Ｂに対して位置決めされる。
【００２２】
アーム側ツールチェンジャ２Ａのソケット形成部２１には空気吸引用継ぎ手１０が取り付けられ、吸引通路２１ｂに接続される。したがって、空気吸引用継ぎ手１０から空気を吸引することで、吸引通路２１ｂ及び吸引プラグ４１を介してツール８の吸引通路８ａに負圧を導入することができる。
【００２３】
アーム側ツールチェンジャ２Ａの本体２０の側面からはロッド２４が延出している。ダンパ機構４のロッド４ａに一端が取り付けられたバネ１１の他端がロッド２４に取り付けられている。アーム側ツールチェンジャ２Ａはダンパ機構４により図４の矢印方向にスライド可能に支持されており、バネ１１はアーム側ツールチェンジャ２Ａのスライド方向と反対方向に付勢している。
【００２４】
本体２０から突出している係合凹部２２は円柱形状であり、その直径方向に貫通して延在する３本の調整孔２２ａが形成されている。調整孔２２ａの内面には、全長さにわたってネジが形成れており、外周にネジが形成されたボールプランジャ２５が各調整孔２２ａ内にねじ込まれて配置されている。後述のように、ボールプランジャ２５のボールがツール側ツールチェンジャの係合凹部の内面に押し付けられることで、ツール側ツールチェンジャ２Ｂがアーム側ツールチェンジャ２Ａに装着され固定される。
【００２５】
次に、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの構造について詳細に説明する。図５はツール側ツールチェンジャ２Ｂを図１の矢印Ｖ方向から見た平面図である。図６はツール側ツールチェンジャ２Ｂを図１の矢印ＶＩ方向から見た側面図である。
【００２６】
上述のように、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの本体４０には、吸引プラグ４１が取り付けられ、アーム側ツールチェンジャ２Ａの吸引ソケット穴２１ａに嵌合するようになっている。アルミ合金のように比較的軽い金属材料で形成された本体４０には、アーム側ツールチェンジャ２Ａの位置決めピン２３が挿入される位置決め穴４２が形成されている。位置決め孔４２には、ステンレス鋼のように比較的硬度の高い金属材料で形成されたブッシュ４２ａが嵌め込まれている。ブッシュ４２の内径は位置決めピン２３の外径より僅かに大きい程度であり、２箇所のブッシュ４２に位置決めピン２３が嵌合することで、アーム側ツールチェンジャ２Ａをツール側ツールチェンジャ２Ｂに対して精度よく位置決めすることができる。
【００２７】
ツール側ツールチェンジャ２Ｂの本体４０には、アーム側ツールチェンジャ２Ａの係合凸部２２が挿入される係合凹部４３が形成されている。係合凹部４３の内面に、円環状のＶ溝４４ａを有するテーパリング４４が嵌め込まれている。テーパリング４４は、ステンレス鋼のように比較的硬度の高い金属材料で形成されている。アーム側ツールチェンジャ２Ａの係合凸部２２がツール側ツールチェンジャ２Ｂの係合凹部４３に挿入されると、係合凸部２２の外周面から突出した３個のボールプランジャ２５の先端のボールが、テーパリング４４のＶ溝４４ａに係合するようになっている。ボールプランジャ２５のボールがテーパリング４４のＶ溝４４ａに係合することで、係合凸部２２が係合凹部４３に固定される。ボールプランジャ２５による固定動作については後述する。
【００２８】
本体４０の一端（上側の端部）には、本体の左右方向に延在する支持板４５が固定されている。支持板４５は後述のようにツール側ツールチェンジャ２Ｂに取り付けられたツール８をホルダに収納するときにツール側ツールチェンジャ２Ｂの上部を支持するために設けられる。支持板４５の左右両側には、ホルダに設けられた位置決めピンに係合する位置決め孔を有するブッシュ４５ａが設けられている。本体４０の下部の両側面には、先端がテーパ状に形成されたガイド４６が取り付けられている。ガイド４６は、後述のように、ツール側ツールチェンジャ２Ｂに取り付けられたツール８をツールホルダに収納する際にツール側ツールチェンジャ２Ｂが垂直になるようにガイドする機能を果たす。
【００２９】
ここで、アーム側ツールチェンジャ２Ａの３個のボールプランジャ２５によるツール側ツールチェンジャ２Ｂの固定動作について説明する。図７はアーム側ツールチェンジャ２Ａの係合凸部２２が、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの係合凹部４３に挿入された状態を示す平面図である。図８はボールプランジャ２５のボールがＶ溝４４ａに係合した状態を示す拡大断面図である。
【００３０】
アーム側ツールチェンジャ２Ａの係合凸部２２は、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの係合凹部４３に嵌め込まれたテーパリング４４の内側に挿入される。このとき、係合凸部２２の外周面から突出したボールプランジャ２５のボール２５ａは、テーパリング４４の上端の縁により押されて内側に移動し、テーパリング４４の内側を摺動しながらＶ溝４４ａまで移動する。そして、ボールプランジャ２５のボール２５ａは、図８に示すようにＶ溝４４ａに入り込み、ボールプランジャ２５内に設けられているスプリング２５ｂの弾性力によりＶ溝４４ａの内面に押し付けられる。
【００３１】
３個のボールプランジャ２５が等角度（１２０度）で配置されているため、３点でＶ溝４４ａに係合して押圧する。このようにボールプランジャ２５のボール２５ａがＶ溝４４ａの内面に係合することで、ツール側ツールチェンジャ２Ｂをアーム側ツールチェンジャ２Ａで保持（把持）することができる。アーム側ツールチェンジャ２Ａがツール側ツールチェンジャ２Ｂを把持する把持力は、ボールプランジャ２５のボール２５ａでＶ溝４４ａの内面を押圧する押圧力により決まる。
【００３２】
ここで、ツール８が重い場合には大きな把持力が必要であり、ツール８が軽い場合には小さな把持力でよい。したがって、ツール８の重量に基づいて把持力を調整する必要がある。把持力はボールプランジャ２５のボール２５ａをスプリング２５ｂで押す力に相当する。したがって、把持力を大きくするにはボールプランジャ２５を外側に出して、係合凸部２２の外周面からボール２５ａが大きく突出するようにすればよい。反対に、把持力を小さくするにはボールプランジャ２５を内側に入れて、係合凸部２２の外周面からのボール２５ａの突出量小さくすればよい。
【００３３】
ただし、把持力を大きくしようとしてボールプランジャ２５を外側に出して係合凸部２２の外周面からボール２５ａが大きく突出させると、係合凸部２２を係合凹部４３に挿入する際に必要な押圧力も大きくなる。係合凸部２２を係合凹部４３に挿入するには、係合凸部２２の外周面から突出したボール２５ａをテーパリング４４の内周面に突き当てて内側に移動させながら、テーパリング４４の内周面を摺動させて、Ｖ溝４４ａまで移動させる。ボール２５ａをテーパリング４４の内周面に突き当てて内側に移動させる力は、係合凹部２２を挿入方向に押圧する力を、ボール２５ａで方向変換した力に相当する。すなわち、ボール２５ａをスプリング２５ｂの押圧力に逆らって内側に押し込むだけの力が出るように係合凹部２２を挿入方向に押圧する必要がある。
【００３４】
このように、ボール２５ａの突出量を大きくすると、それだけボール２５ａを内側に押し込む距離が大きくなり、スプリング２５ｂの押圧力に抗してボール２５ａを内側に押し込むための力を大きくしなければならない。換言すれば、把持力を大きくするためにボール２５ａの突出量を大きくすると、それだけ係合凸部２２を挿入方向に押圧する力も大きくしなければならない。
【００３５】
本実施形態のようにロボットアーム６の駆動力によりアーム側ツールチェンジャ２Ａをツール側ツールチェンジャ２Ｂに押し付けて係合凸部２２を係合凹部４３に挿入する構成の場合、使用するロボットで出すことのできる押圧力はロボットの性能により上限（ロボットの許容負荷能力）がある。小型のロボットなどでは、ボール２５ａの突出量を大きくすると、係合凸部２２を係合凹部４３に挿入できるだけの押圧力を出せないおそれがある。
【００３６】
そこで、本実施形態では、必要な把持力や、ロボットの性能（アーム側ツールチェンジャ２Ａを押圧できる最大力）を考慮して、ボール２５ａの突出量を調整する機構を設けている。ボール２５ａの突出量の調整は、ボールプランジャ２５の位置を外側又は内側にずらすことで行なう。ボールプランジャ２５の外周にはねじが形成されており、ボールプランジャ２５は調整孔２２ａ（ネジ孔）にねじ込まれて組み込まれている。調整孔２２ａは係合凸部２２を貫通して延在しており、ボールプランジャ２５は調整孔２２ａの一端側に位置している。ボールプランジャ２５の後端には、ドライバビットやレンチを係合させることのできる係合穴２５ｃが設けられている。したがって、調整孔２２ａの反対側からドライバビット又はレンチを差し込んで、ボールプランジャ２５の後端の係合穴２５ｃに係合させることができる。そして、ボールプランジャ２５を回転させてボールプランジャ２５の位置を移動させることで、ボール２５ａの突出量を調整することができる。この調整は組立て作業員がドライバやレンチを用いて容易に行なうことができる。
【００３７】
ここで、図７に示すように、本実施形態では、３本の調整孔２２ａが等角度（１２０度間隔）で配列され、その各々にボールプランジャ２５が組み込まれている。３本の調整孔２２ａの中心軸は同一平面内に延在し、係合凸部２２の中央で互いに交差している。このように構成することにより、各調整孔２２ａのボールプランジャ２５の反対側が係合凸部２２の外周面に開口している状態となり、ドライバビットやレンチを調整孔２２ａに挿入することができる。また、一つの調整孔２２ａに配置されたボールプランジャ２５は、調整孔２２ａが交差する部分を塞がないような長さである。
【００３８】
調整孔２２ａの本数は３本に限ることなく、係合凸部２２の大きさで制約されないなら、５本、７本というように奇数本の調整孔２２ａを設けることとしてもよい。奇数本の調整孔２２ａを等角度で配置することで、調整孔２２ａのボールプランジャ２５ａの反対側を係合凸部２２の外周面で開口させておくことができ、ドライバビットやレンチ等の工具を調整孔２２ａに挿入することができる。
【００３９】
ここで、例えば、偶数本として４本の調整孔２２ａを等角度で配置しようとすると、２本の調整孔２２ａを十字状に配列することとなり、各調整孔２２ａの両端側にボールプランジャ２５を配置しなければならない。調整孔２２ａの両端側にボールプランジャ２５が配置されると、調整孔２２ａは２つのボールプランジャ２５で両端が塞がれてしまい、ドライバビットやレンチを調整孔２２ａに挿入することができなくなってしまう。したがって、本実施形態では、奇数本の調整孔２２ａを等角度で配列することとした。
【００４０】
以上のように、組立て作業員は、ツール８の重量やロボットの許容負荷能力に合わせて、適切な把持力が出るように、ボールプランジャ２５のボール２５ａの突出量を予め調整しておくことができる。したがって、本実施形態のツールチェンジユニット２を用いることで、同じロボットに、重量や形状が異なる複数のツールの各々を、ロボットの動作のみで簡単に装着することができる。
【００４１】
次に、上述のツール交換機構であるツールチェンジユニット２を用いて行なうツール交換動作について説明する。
【００４２】
まず、ツール８をロボットアーム６に装着する動作について説明する。図９に示すように、ツール８に取り付けられたツール側ツールチェンジャ２Ｂはツールホルダ５０に収納されているものとする。ツールホルダ５０は、垂直方向に延在するベース板５１と、ベース板５１から水平方向に延在するツール支持部材５２と、ツール支持部材５２の下方で水平方向に延在するガイド取付け部材５３と、ガイド取り付け部材に設けられた一対のガイド受け５４ａ、５４ｂとを有する。
【００４３】
図１０はツールホルダ５０を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。ツールホルダ５０は、複数のツールを収納するように構成されている。図１０に示す例では２個のツールを収納できるように、収納部が２つ形成されている。すなわち、ツール支持部材５２には切欠き部５６が２箇所設けられ、切欠き部５６の各々に上方からツール８を差し込むことでツール８をツールホルダ５０に収納することができる。
【００４４】
なお、ベース板５１から水平方向に延在するツール支持部材５２を補強するために、ベース板５１とツール支持部材５２とに当接する補強板５５Ａが取り付けられている。同様に、ベース板５１から水平方向に延在するガイド取り付け部材５３を補強するために、ベース板５１とガイド取り付け部材５３とに当接する補強板５５Ｂが取り付けられている。
【００４５】
図１１はツール側ツールチェンジャ２Ｂが取り付けられたツール８が収納されたツールホルダ５０を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。ツール側ツールチェンジャ２Ｂの支持板４５の左右部分に設けられたブッシュ４５ａに、ツールホルダ５０のツール支持部材５２に設けられた位置決めピン５２ａが嵌合し、支持板４５の左右部分がツール支持部材５２に載せられて支持される。ツールホルダ５０に収納された状態では、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの左右側面に取り付けられたガイド４６は、ツールホルダ５０のガイド取り付け部材５３に設けられた一対のガイド受け５４ａ、５４ｂの間に挿入されている。このように、ツール８がツールホルダ５０に収納された状態で、ツール側ツールチェンジャ２Ｂはツール支持部材５２により支持され、水平方向の移動は、位置決めピン５２ａと、ガイド受け５４ａ、５４ｂとにより規制される。
【００４６】
以上のように、ツール８は、ツール８に取り付けられたツール側ツールチェンジャ２Ｂの支持板４５の両側がツール支持部材５２により支持された状態でツールホルダ５０に収納される。この状態で、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの側部に取り付けられたガイド４６は、ツールホルダ５０の一対のガイド受け５４ａ、５４ｂの間に収納されている。
【００４７】
ツール８がツールホルダ５０に収納された状態で、図１２に示すように、ロボットアーム６を移動してアーム側ツールチェンジャ２Ａの係合凸部２２をツール側ツールチェンジャ２Ｂの係合凹部４３に挿入し係合させる。このとき、アーム側ツールチェンジャ２Ａの２本の位置決めピン２３がツール側ツールチェンジャ２Ｂの位置決め孔４２に嵌合し、ツール側ツールチェンジャ２Ｂに対してアーム側ツールチェンジャ２Ａが位置決めされる。アーム側ツールチェンジャ２Ａの係合凸部２２をツール側ツールチェンジャ２Ｂの係合凹部４３に挿入するときに、ボールプランジャ２５のボール２５ａがテーパリング４４に当接してツール側ツールチェンジャ２Ｂが押されることとなる。しかし、ツール側ツールチェンジャ２Ｂの上部は、ツールホルダ５０の位置決めピン５２ａにより係止され、下部はガイド受け５４ｂにより係止されているので、ツール側ツールチェンジャ２Ｂは押された方向に移動できず、ロボットアーム６により押圧しながら係合凸部２２を係合凹部４３に挿入することができる。
【００４８】
また、ボールプランジャ２５のボール２５ａを内側に移動させるためには、ロボットアーム６によりアーム側ツールチェンジャ２Ａを押圧する力が必要である。この押圧力は、上述のように、調整孔２２ａを用いてボールプランジャ２５の位置を調整しておくことで、ロボットアーム６が出せる力の範囲内（ロボットの許容負荷能力内）に収められているため、アーム側ツールチェンジャ２Ａの係合凸部２２をツール側ツールチェンジャ２Ｂの係合凹部４３に挿入することができる。
【００４９】
係合凸部２２が係合凹部４３に挿入されると、係合凸部２２のボールプランジャ２５のボール２５ａが係合凹部４３のテーパリング４４のＶ溝４４ａに係合し、ツール側ツールチェンジャ２Ｂはアーム側ツールチェンジャ２Ａにより把持される。そして、図１３に示すように、ロボットアーム６を上方に移動してツール側ツールチェンジャ２Ｂと共にツール８を上方に移動する。この上方への移動により、ツール側ツールチェンジャ２Ｂは位置決めピン５２ａから外れ、且つ、ガイド４６はガイド受け５４ａ、５４ｂの間から外れる。
【００５０】
その後、図１４に示すように、ロボットアーム６をツールホルダ５０から離れる方向に移動することで、ツール８はツールホルダ５０から完全に外れて、作業位置に移動できるようになる。
【００５１】
使用し終わったツール８をツールホルダ５０に戻すときは、上述の動作と逆の動作を行なえばよい。すなわち、図１５に示すように、ロボットアーム６を移動してツール８をツールホルダ５０のツール支持部材５２の切欠き部５６に入れる。このとき、アーム側ツールチェンジャ２０Ｂの支持板４５が、ツールホルダ５０の位置決めピン５２ａより上になるようにツール８の垂直方向の位置を決める。そして、図１６に示すように、ロボットアーム６を水平に移動し、アーム側ツールチェンジャ２０Ｂの支持板４５のブッシュ４５ａの垂直下方にツールホルダ５０の位置決めピン５２ａが位置するように、ツール８を移動する。
【００５２】
その後、ロボットアーム６を垂直下方に移動することで、ツール側ツールチェンジャ２０Ｂの支持板４５のブッシュ４５ａにツールホルダ５０の位置決めピン５２ａが挿入されると共に、ガイド部材５４ａ、５４ｂの間にガイド４６が挿入される。これにより、図１７に示すようにツール側ツールチェンジャ２０Ｂが取り付けられたツール８をツールホルダ５０に収納した状態となる。
【００５３】
続いて、ロボットアーム６をツールホルダ５０から離れるように水平方向に移動することで、図１８に示すように、アーム側ツールチェンジャ２０Ａがツール側ツールチェンジャ２０Ｂから離脱する。このとき、アーム側ツールチェンジャ２０Ａの把持力に抗してアーム側ツールチェンジャ２０Ａを水平方向に移動させなければならないので、ロボットアーム６に負荷がかかる。しかし、アーム側ツールチェンジャ２０Ａの把持力は、上述のボールプランジャ２５のボール２５ａの突出量を調整して適切な把持力に設定してあるので、ロボットアーム６が出すことのできる力で、アーム側ツールチェンジャ２０Ａをツール側ツールチェンジャ２０Ｂから離脱から離脱させることができる。
【００５４】
以上のような、ツール８のロボットアーム６への装着動作と、ツールホルダ５０への収納動作とにより、ロボットアーム６に装着するツール８を簡単に交換することができる。
【符号の説明】
【００５５】
２  ツールチェンジユニット
２Ａ  アーム側ツールチェンジユニット
２Ｂ  ツール側ツールチェンジユニット
４  ダンパ機構
６  ロボットアーム
８  ツール
８ａ  吸引通路
１０  吸引継ぎ手
２０  本体
２１  ソケット形成部
２１ａ  ソケット
２１ｂ  吸引通路
２２ａ  調整孔
２３  位置決めピン
２５  ボールプランジャ
２５ａ  ボール
２５ｂ  スプリング
２５ｃ  係合穴
４０  本体
４１  吸引プラグ
４２  位置決め孔
４２ａ  ブッシュ
４３  係合凹部
４４  テーパリング
４４ａ  Ｖ溝
４５  支持板
４５ａ  ブッシュ
４６  ガイド
５０  ツールホルダ
５１  ベース板
５２  ツール支持部材
５２ａ  位置決めピン
５３  ガイド取付け部材
５４ａ，５４ｂ  ガイド受け
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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