(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットに取り付けられた回転道具に自動で工具を着脱する工具交換装置であって、新しい工具を設置しておく新工具ステーション、回転道具のスピンドルの回転を固定させるスピンドル固定用部材と、工具を締め付け又は弛めるための締め付け／弛め部材と、回転駆動モータとを有する工具締め付け／弛め装置、及び工具挟みつけチャックを具えた使用済み工具ステーションを有し、前記回転道具は工具を保持するコレットと、同コレットを締め付けるチャックナットを有し、同チャックナットには工具が貫通する穴の周囲に工具抜け止めリングが設けられており、 かつ、前記スピンドル固定用部材が、一方のアームを長くした顎付きスパナであることを特徴とする自動工具交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットに取り付けられた回転道具に対し工具を装着または装着されている工具を取り外すための工具交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットに取り付けられた回転道具に装着された仕上げ加工用などの工具を取り替える従来のやり方は、例えばエアグラインダなどの回転道具に工具を手作業で取り付け、この工具を取り付けた状態の回転道具をロボットが掴みにゆくようにしていた。このように手作業で工具を取り付けた回転道具を用意しておいて、工具が摩耗して新しい工具と交換する必要があるときは、予じめ工具を取り付けてある回転道具を回転道具ごと交換していた。従って、ロボットで行う作業に必要な工具の数だけの回転道具を必要としていた。
【０００３】
このような従来のやり方を図１０が示しており、新工具ステーション１００には、それぞれ、工具１１１，１１２，１１３・・・を取り付けた回転道具１０１，１０２，１０３・・・が用意されている。３０はロボットで、このロボット３０のロボットフランジ３にエアチャック５によって回転道具２が装着されており、この回転道具２に取り付けられた工具８を交換するときは、所望の工具が取り付けられている回転道具ごと交換するのである。
【０００４】
このように、従来のロボットに対する工具交換装置は、回転道具に対する工具着脱のための手作業を必要とするとともに、ロボットが行う作業に必要な工具の数だけの回転道具を必要とするという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ロボットに取り付けられた回転道具に自動で所望の工具を確実に装着するとともに装着された工具を取り外すことを可能とした自動工具交換装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、ロボットに取り付けられた回転道具に自動で工具を着脱する工具交換装置であって、新しい工具を設置しておく新工具ステーション、回転道具のスピンドルの回転を固定させるスピンドル固定用部材と、工具を締め付け又は弛めるための締め付け／弛め部材と、回転駆動モータとを有する工具締め付け／弛め装置、及び工具挟みつけチャックを具えた使用済み工具ステーションを有し、前記回転道具は工具を保持するコレットと、同コレットを締め付けるチャックナットを有し、同チャックナットには工具が貫通する穴の周囲に工具抜け止めリングが設けられており、 かつ、前記スピンドル固定用部材が、一方のアームを長くした顎付きスパナである構成の自動工具交換装置を提供する。
【０００７】
このように本発明による自動工具交換装置は、新工具ステーション、工具締め付け／弛め装置、及び使用済み工具ステーションを有しており、ロボットに取り付けられた回転道具は新工具ステーションへ動かされて新工具を挿入されて保持したのち、工具締め付け／弛め装置へ動かされ、工具締め付け／弛め装置におけるスピンドル固定用部材によって回転道具のスピンドルの回転が阻止されて、その締め付け／弛め部材によってコレット等の工具取付け具の締め付けが行われる。
【０００８】
こうして所望の工具を取り付けられた回転道具によってロボットが作業することによって工具が摩耗して新しい工具と交換する必要があるときは、回転道具を再び工具締め付け／弛め装置に動かして、スピンドル固定用部材によって回転道具のスピンドルの回転が阻止され、締め付け／弛め部材によって工具取付け具の締め付けが弛められる。
【０００９】
そのあと、回転道具は使用済み工具ステーションに移動されて工具を工具挟みつけチャックによって挟みつけたのち回転道具を動かして回転道具から工具を離脱させる。摩耗した工具を離脱させたあと、回転道具は新工具ステーションに動かされ前記したように新しい工具が装着される。
以上のようにして、本発明の自動工具交換装置によれば、回転道具をそのままにして、工具のみを自動的に装着したり取り外すことができる。
【００１０】
本発明による自動工具交換装置においては、その工具を保持するコレットと、同コレットを締め付けるチャックナットを設けた構成とし、そのチャックナットに工具が貫通する穴の周囲にＯリングなどの抜け止めリングを設けた構成としてあるので、新工具ステーションにおいてチャックナットの穴に新しい工具を挿し込んだ状態、及び工具締め付け／弛め装置で使用済み工具が締め付けを弛められた状態で、回転道具からそれらの工具が抜け落ちるのを防ぐことができる。
【００１１】
更に、本発明の自動工具交換装置では工具締め付け／弛め装置におけるスピンドル固定用部材を、一方のアームを長く構成した顎付きスパナを設けた構成にしてあるので、スピンドル固定用部材はスピンドルに向けて動かされたときに、その顎はスピンドルの向きをスピンドル固定用部材に対し整合させることができ、スピンドル固定用部材が確実にスピンドルを掴まえることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の自動工具交換装置を、図示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、仕上加工を行うロボットに対し本発明による自動工具交換装置を適用したものを示している。
本実施形態による自動工具交換装置３６を用いた作業ロボット装置の全体構成が図１に示してあり、ロボット３０によって加工物３２におけるフランジ３４に工具８を用いて仕上げ加工を行うのである。
【００１３】
ロボット３０の作業アームの先端には、図２に示すようにエアモータ、電気モータ等の回転道具２が取り付けられている。この回転道具２のスピンドルには、面切り欠きや６角形に形成されたスピンドル固定部４が設けられている。回転道具２のスピンドルにはコレット６が取り付けられ、コレット６によって工具８が保持される。
１０は、６角形又は８角形に形成されたチャックナットで、このチャックナット１０を回転させてコレット６を締め付けることによってコレット６を縮少させ工具８を固く固定することができる。
【００１４】
チャックナット１０を工具８が貫通する穴の周囲にはＯリングなどの抜け止めリング１２が取り付けられており、この抜け止めリング１２は、チャックナット１０の穴を通してコレット６に挿入されてチャックナット１０による締付け力が与えられる前の工具８が抜け落ちるのを防いで工具を保持する働きをする。
図３には、自動工具交換装置３６の全体構成が示されており、この自動工具交換装置は、（ａ）図に示す新工具ステーションと、（ｂ）図に示す工具締め付け／弛め装置と、（ｃ）図に示す使用済み工具ステーションを有している。
【００１５】
新工具ステーションには、図３の（ａ）に示すように、工具置き台１４が設けられ、この工具置き台１４には所要数の新しい工具８が保持されている。
工具締め付け／弛め装置には、図３の（ｂ）に示すように、スピンドル固定用部材１６を上下動可能に支持するスタンド１８と、締め付け／弛め部材２０を支持する支柱２２が設けられている。
【００１６】
スピンドル固定用部材１６は、図７に示すように一方のアームを長くした顎付きスパナの形をしている。
この顎付きスパナの形をしたスピンドル固定用部材１６は、スピンドルの固定部４に近づけられたときに、スピンドルの固定部４の面切り欠き部７をスパナの２叉内に整合させて嵌り込めるようにする作用を行う。
その作用の状態を図８に示してある。
【００１７】
図８の（ａ）は、顎付きスパナの形をしたスピンドル固定用部材１６がスピンドルの固定部４に近づきつつある状態を示している。スピンドル固定用部材１６が更に近づくと長い方のアームがスピンドルの固定部４に当接して（ｂ）図のようにスピンドルの固定部４の端を押すので、スピンドルの固定部４には、その中心軸まわりに図中に矢印で示すようにトルクが働き、スピンドルをスピンドル固定用部材１６の前進につれて回転させる。
【００１８】
その結果、スピンドルの固定部４の面切り欠き部７はスピンドル固定用部材１６の２叉の方を向けられる。この状態を（ｃ）図が示している。
この状態でスピンドル固定用部材１６が更に前進されるとスピンドルの固定部４はスピンドル固定用部材１６内に嵌入されてスピンドルの固定部４は回転が阻止される状態となる。
【００１９】
一方、締め付け／弛め部材２０は図９に示すように、６角、８角などのチャックナット１０を嵌め込んでチャックナット１０を回転させ内部のコレット６の締め付け又はコレット６を締め付けているチャックナット１０を弛めるレンチの形をしている。
【００２０】
図３に戻って、工具締め付け／弛め装置には、ギャモータ２４が設けられ、このギャモータ２４は、前記した締め付け／弛め部材２０を支持する支柱２２が取り付けられたターンテーブル２３を回転させて締め付け／弛め部材２０にトルクを与えてチャックナット１０を回転させてコレット６を締め付けて工具を固定、又はチャックナット１０によるコレット６の締め付けを解除して工具の固定を解放する働きをする。
【００２１】
使用済み工具ステーションには、図３の（ｃ）に示すように使用済み工具収納箱２６と、２爪エアチャック２８が設けられている。この２爪エアチャック２８は、工具締め付け／弛め装置でチャックナット１０を回転させることによってコレット６からの締め付けを解放され抜け止めリング１２によってチャックナット１０に保持されている状態の工具８を挟みつける。その状態で回転道具２がロボットにより上方へ移動されると工具８はコレット６から抜き取られて使用済み工具収納箱２６内に落下して収納される。
図示した自動工具交換装置は以上の構成を有しており、この自動工具交換装置を用いてロボット３０によって加工物３２の仕上げ加工作業は次のように行われる。
【００２２】
（新工具の装着）
回転道具２に対する工具８の装着の様子が図４に示されている。仕上げ加工作業を行うロボットに取り付けられた回転道具２は図４の（ａ）に示すようにロボットにより新工具ステーションの工具置き台１４に移動され、工具置き台１４上に保持されている新しい工具８に向けて降下される。
こうして工具８を、チャックナット１０の中に取り付けられた抜け止めリング１２を通してコレット６に挿入させ、工具挿入が終了する。この状態を図４の（ｂ）が示している。
【００２３】
コレット６に挿入された工具８は未だ締め付けられていないが、抜け止めリング１２により抜け落ちるのを防がれる。こうして工具８を挿入された回転道具２はロボットによって締め付け／弛め装置に向けて移動される。この状態を図４の（ｃ）が示している。
締め付け／弛め装置に移動された回転道具２は、そのスピンドルの固定部４がスピンドル固定用部材（顎付きスパナ）１６に、図８で説明した態様で嵌合され、スピンドルの回転が阻止された状態となる。この状態を図５の（ａ）が示している。
【００２４】
次に、回転道具２はスピンドル固定用部材１６と共に締め付け／弛め部材２０に向けて降下され、チャックナット１０が締め付け／弛め部材２０に図９に示した態様で嵌入される。この状態を図５の（ｂ）が示している。
次にギャモータ２４を駆動することにより、ターンテーブル２３を介して締め付け／弛め部材２０をチャックナット１０の締め付け方向に回転させる。締め付け／弛め部材２０のレンチ形状とチャックナット１０の形状が合って噛み合うと、ギャモータ２４からのトルクで、チャックナット１０が回転される。
【００２５】
スピンドルの固定部４は、スピンドル固定用部材１６との係合によって回転が阻止されているのでコレット６はチャックナット１０の回転により締め付けられ、工具８は固定される。この状態を図５の（ｃ）が示している。
そのあと回転道具２は図６の（ａ）に示すように上方に移動されて締め付け／弛め部材２０から退避される。
こうして回転道具２は締め付け／弛め装置から図６の（ｂ）に示すように退避され、加工物３２のところに移動されて工具８により仕上げ加工を行う。
【００２６】
（使用済み工具の取り外し）
仕上げ加工により工具８が摩耗すると、回転道具２は締め付け／弛め装置に移動され、図５の（ａ）に示すようにスピンドル固定用部材１６にスピンドルの固定部４が嵌り込んでスピンドルの回転が阻止される。
次いで回転道具２は降下され、図５の（ｂ）に示すように締め付け／弛め部材２０にチャックナット１０が嵌入されたのち、ギャモータ２４をチャックナット１０がコレット６の締め付け方向と逆方向、すなわちコレット６が弛められる方向に回転させる。
【００２７】
こうして工具８がコレット６による締め付けを解かれると、回転道具２は、図６の（ａ），（ｂ）に示すように締め付け／弛め装置から退避されて使用済み工具ステーションへ移動される。
使用済み工具ステーションでは、コレット６からの締め付けを解かれて抜け止めリング１２によって保持されている状態の工具８を２爪エアチャック２８で挟んだのち、回転道具２を退避させることで工具８は回転道具２から抜きとられる。
【００２８】
抜きとられた使用済み工具は、２爪エアチャック２８を開くことで使用済み工具収納箱２６に落とし込まれる。これで使用済み工具の抜きとりを終え、工具を抜きとられた回転道具２には、図４、図５によって説明した態様で新しい工具が装着される。
【００２９】
以上、本発明を図示した実施態様に基づいて具体的に説明したが、本発明がこれらの実施態様に限定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００３０】
例えば、上記実施態様では、仕上げ加工を行う場合の工具交換について説明したが、仕上げ加工以外の加工を行う場合であってもよい。
また、スピンドル固定用部材１６として顎付きスパナを用いる場合について説明したが、スピンドル固定用部材１６としては、これ以外の構造のものであっても、スピンドルの固定部４と係合してその回転を阻止できるものであれば適宜採用してよい。
同様に、使用済み工具ステーションでは２爪エアチャック２８を用いているが、工具を挟みつけうるものであれば、これ以外の適宜の構造の工具挟みつけチャックであってよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ロボットに取り付けられた回転道具に自動で工具を着脱する工具交換装置であって、新しい工具を設置しておく新工具ステーション、回転道具のスピンドルの回転を固定させるスピンドル固定用部材と、工具を締め付け又は弛めるための締め付け／弛め部材と、回転駆動モータとを有する工具締め付け／弛め装置、及び工具挟みつけチャックを具えた使用済み工具ステーションを有し、前記回転道具は工具を保持するコレットと、同コレットを締め付けるチャックナットを有し、同チャックナットには工具が貫通する穴の周囲に工具抜け止めリングが設けられており、 かつ、前記スピンドル固定用部材が、一方のアームを長くした顎付きスパナである構成の自動工具交換装置を提供する。
【００３２】
本発明の自動工具交換装置では、ロボットに取り付けられた回転道具は新工具ステーションへ動かされて新工具を挿入されて保持したのち、工具締め付け／弛め装置へ動かされ、工具締め付け／弛め装置におけるスピンドル固定用部材によって回転道具のスピンドルは回転しないように固定されて、その締め付け／弛め部材によってコレット等の工具取付け具の締め付けが行われる。
【００３３】
一方、工具が摩耗して新しい工具と交換する必要があるときは、回転道具を再び工具締め付け／弛め装置に動かして、スピンドル固定用部材によって回転道具のスピンドルの回転が阻止され、締め付け／弛め部材によって工具取付け具の締め付けが弛められる。そのあと、回転道具は使用済み工具ステーションに移動されて工具を工具挟みつけチャックによって挟みつけたのち回転道具を動かして回転道具から工具を離脱させる。
【００３４】
摩耗した工具を離脱させたあと、回転道具は新工具ステーションに動かされ前記したように新しい工具が装着される。
以上のようにして、本発明の自動工具交換装置によれば、回転道具をそのままにして、工具のみを自動的に装着したり取り外すことができる。
【００３５】
本発明による自動工具交換装置においては、その工具を保持するコレットと、同コレットを締め付けるチャックナットを設けた構成とし、そのチャックナットに工具が貫通する穴の周囲にＯリングなどの抜け止めリングを設けた構成としているので、新工具ステーションにおいてチャックナットの穴に新しい工具を挿し込んだ状態、及び工具締め付け／弛め装置で使用済み工具が締め付けを弛められた状態で、回転道具からそれらの工具が抜け落ちるのを防ぐことができる。
【００３６】
また、本発明の自動工具交換装置で用いている工具締め付け／弛め装置におけるスピンドル固定用部材には、一方のアームを長く構成した顎付きスパナを設けた構成にしているので、スピンドル固定用部材はスピンドルに向けて動かされたときに、その顎はスピンドルの向きをスピンドル固定用部材に対し整合させることができ、スピンドル固定用部材は確実にスピンドルを掴まえることができ、ロボットに取り付けられた回転道具に自動で工具を円滑、確実に着脱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態による工具交換装置を用いて、ロボットによって加工物の仕上げ加工を行う装置の構成を示す説明図で、（ａ）は全体構成を示す説明図、（ｂ）は（ａ）図の矢視Ａ拡大図である。
【図２】  ロボットに取付けられた回転道具に対する工具の取り付け状態を示す側面図。
【図３】  本発明の実施の一形態による工具交換装置の構成を示す側面図で、（ａ）はその新工具ステーションを示し、（ｂ）はその工具締め付け／弛め装置を示し、（ｃ）はその使用済み工具ステーションを示している。
【図４】  図３に示した工具交換装置による工具の取り付け操作を示す図面で、（ａ）は工具を取り付けていない回転道具を新工具ステーションに移動している状態を示し、（ｂ）は新工具ステーションにおいて新工具を挿入している状態を示し、（ｃ）は新工具を挿入した回転道具を締め付け／弛め装置に向け移動している状態を示している。
【図５】  締め付け／弛め装置においてチャックナットを回転してコレットを締め付け（又は弛め）る動作を示す図面で、（ａ）はスピンドル固定用部材にスピンドルの固定部を嵌合した状態を示し、（ｂ）はチャックナットを締め付け／弛め部材に嵌合した状態を示し、（ｃ）はチャックナットを回転させて締め付け（又は弛め）を行っている状態を示している。
【図６】  工具の取付けを終えた回転道具が締め付け／弛め装置から退避する状態、又は締め付け／弛め装置でチャックナットを回転してコレットの締め付けを解いて工具を取り外す動作を示す図面で、（ａ）は締め付け／弛め部材によってコレットを締め付け、又は弛めたのち回転道具が退避しようとしている状態を示し、（ｂ）は締め付け／弛め装置から退避しつつある状態を示し、（ｃ）は使用済み工具ステーションにおいて工具を取り外している状態を示している。
【図７】  スピンドル固定用部材の構成を示す図面で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図８】  スピンドル固定用部材がスピンドルの固定部を嵌め込む動作を示す図面で、（ａ）はスピンドルに向け移動している状態、（ｂ）はスピンドルに当った状態、（ｃ）はスピンドルを回転させた状態、（ｄ）はスピンドルを嵌め込んだ状態を示している。
【図９】  締め付け／弛め部材の構造を示す図面で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図１０】  従来の工具交換のやり方を示す説明図。
【符号の説明】
２    回転道具
３    ロボットフランジ
４    スピンドルの固定部
５    エアチャック
６    コレット
７    スピンドルの面切り欠き部
８    工具
１０  チャックナット
１２  抜け止めリング
１４  工具置き台
１６  スピンドル固定用部材（顎付きスパナ）
１８  スタンド
２０  締め付け／弛め部材
２２  支柱
２３  ターンテーブル
２４  ギャモータ
２６  使用済み工具収納箱
２８  ２爪エアチャック
３０  ロボット
３２  加工物
３４  フランジ
３６  工具交換装置
【図１】
0003716155.tif 000002
【図２】
0003716155.tif 000003
【図３】
0003716155.tif 000004
【図４】
0003716155.tif 000005
【図５】
0003716155.tif 000006
【図６】
0003716155.tif 000007
【図７】
0003716155.tif 000008
【図８】
0003716155.tif 000009
【図９】
0003716155.tif 000010
【図１０】
0003716155.tif 000011