(57)【要約】【課題】摩擦攪拌用の工具だけを交換することができる自動工具交換装置およびこの自動工具交換装置によって工具を交換可能に保持する工具保持具を提供する。【解決手段】工具保持具として、回転基台４０と係合片とを有する回転ツール保持具２９を用い、回転ツール３３を回転基台４０に嵌合させて把持するとともに、係合部４８に係合片を係合する。これによって回転ツール３３を回転基台４０嵌合させるだけで保持することができ、回転基台４０から離脱させる方向の力を工具に与えるだけで保持を解除して離脱させることができる。自動交換装置として、工具載置台７５と離脱手段７６とを備えるツールチェンジャ２０を用い、離脱手段７６で回転ツール３３に離脱する方向の力を与えることができ、離脱した回転ツール３３を工具載置台７５で受けて載置することができる。【選択図】　　　図８
2004136347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦攪拌接合装置に設けられ、一端部に摩擦攪拌部が形成され、他端部に係合部が形成され、中間部に掛合鍔部が形成される摩擦攪拌用の工具を着脱可能に保持する工具保持具であって、
摩擦攪拌接合装置の駆動軸に設けられ、嵌合孔が形成される嵌合部を有し、工具を他端部側から嵌合させ、工具の掛合鍔部との間に間隔をあけた状態で、工具を把持する回転基台と、
回転基台に工具を嵌合させることによって係合部に係合し、工具に回転基台から離脱する方向の力が与えられることによって保持解除可能に、回転基台と協働して工具を保持する係合片とを含むことを特徴とする工具保持具。
【請求項２】
一端部に摩擦攪拌部が形成され、他端部に係合部が形成され、中間部に掛合鍔部が形成される摩擦攪拌用の工具であって、工具を他端部側から嵌合させることによって保持するとともに、工具に離脱させる方向の力を与えることによって保持解除可能な工具保持具に保持される工具を、摩擦攪拌部が下部に配置される状態で載置するための複数の載置部が形成される工具載置台と、
工具載置台の各載置部に関連して設けられ、工具保持具から離脱する方向に力が与えられることのによって保持解除可能に、工具保持具に保持された工具が載置部の上方にある状態で、掛合鍔部に掛合して工具に工具保持具から離脱する方向の力を与えるための工具離脱手段とを含む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、摩擦攪拌用の工具を保持する工具保持具、摩擦攪拌用の工具を保持しておく工具載置台および摩擦攪拌用の工具を交換する自動工具交換装置。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の技術の可動ツール保持具１を示す断面図である。従来の技術の摩擦攪拌接合装置である摩擦攪拌接合ガン（以下、「ＦＳＷガン」という）は、ガンアダプタを介して、ロボットの先端部に装着される。このＦＳＷガンは、Ｃ字状の支持フレームの一端部に固定ツール保持具が設けられ、支持フレームの他端部に可動ツール保持具１が設けられて構成される（たとえば特許文献１および特許文献２）。
【０００３】
可動ツール保持具１は、可動ツール２を保持するための保持である。この可動ツール保持具１は、駆動軸に固定され、円錐台状の内周面が形成される回転基台３と、回転基台３に嵌まり込んで保持され、円錐台状の外周面が形成されるチャック部材４と、チャック部材４に着脱可能に連結され、回転基台に３に螺着される操作片５とを有する。操作片５を可動させて回転基台２対して軸線方向に変位させることによって、チャック部材４を半径方向に変位させることができる。
【０００４】
この可動ツール保持具１は、チャック部材４内に可動ツール２の円筒状の軸部６を挿入し、操作片５の手動操作によって、チャック部材４を半径方向内方へ変位させることによって、可動ツール２を把持することができる。このような可動ツール保持具１は、操作片５の手動操作によって、可動ツール２を着脱することができるように構成され、可動ツール２が摩耗した場合などに、交換することができる。
【０００５】
摩擦攪拌接合では、接合部位の形状に応じて可動ツール２を変更するなど、用途に応じて、異なる種類の可動ツール２が用いられる。この場合、手作業で可動ツール２を交換することは、極めて効率が悪いので、機械操作によっていわば自動的に可動ツール２を交換できるツールチェンジャが用いられる。従来の技術のツールチェンジャは、ＦＳＷガン全体を、ガンアダプタから取外すことによって、ＦＳＷガンごと交換する構成している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３１４９８２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３７０６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、ＦＳＷガン自体は、同一の構成であって、交換をする必要がないにもかかわらず、可動ツール２を交換するためだけに、交換しなければならない。このようにＦＳＷガン全体を交換する構成では、交換作業が大掛かりになるとともに、交換用のＦＳＷガンを保管しておくための広い保管場所を必要としてしまう。
【０００８】
本発明の目的は、摩擦攪拌用の工具だけを交換することができる自動工具交換装置およびこの自動工具交換装置によって工具を交換可能に保持する工具保持具を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、摩擦攪拌接合装置に設けられ、一端部に摩擦攪拌部が形成され、他端部に係合部が形成され、中間部に掛合鍔部が形成される摩擦攪拌用の工具を着脱可能に保持する工具保持具であって、
摩擦攪拌接合装置の駆動軸に設けられ、嵌合孔が形成される嵌合部を有し、工具を他端部側から嵌合させ、工具の掛合鍔部との間に間隔をあけた状態で、工具を把持する回転基台と、
回転基台に工具を嵌合させることによって係合部に係合し、工具に回転基台から離脱する方向の力が与えられることによって保持解除可能に、回転基台と協働して工具を保持する係合片とを含むことを特徴とする工具保持具である。
【００１０】
本発明に従えば、摩擦攪拌用の工具を、回転基台の嵌合部に嵌合させて把持するとともに、工具を回転基材に嵌合させることによって工具の係合部に係合片を係合する。このようにして回転基台と係合片とが協働して、工具を保持することができる。回転基台は、工具を嵌合させるだけで把持する構成であり、係合片は、工具を回転基台に嵌合させるだけで、係合部に係合する構成である。これによって複雑な操作をしなくても、工具を回転基台の嵌合部に嵌合させるだけで、工具を保持することができる。したがたって作業者が手作業で嵌合操作しなくても、機械操作によって、容易に工具を保持させることができる。
【００１１】
また回転基台と係合片とは、工具に回転基台から離脱させる方向の力が与えられることによって、工具の保持を解除可能に、工具を保持している。これによって複雑な操作をしなくても、回転基台から離脱させる方向の力を工具に与えるだけで、工具の保持を解除することができる。しかも回転基台は、工具の掛合鍔部との間に間隔をあけた状態で工具を把持する構成である。この掛合鍔部を利用して、機械操作によって、工具の保持を解除させるための力を工具に与えることができる。したがって作業者が手作業で離脱操作しなくても、機械操作によって、容易に工具を保持解除させて、離脱させることができる。
【００１２】
請求項２記載の本発明は、一端部に摩擦攪拌部が形成され、他端部に係合部が形成され、中間部に掛合鍔部が形成される摩擦攪拌用の工具であって、工具を他端部側から嵌合させることによって保持するとともに、工具に離脱させる方向の力を与えることによって保持解除可能な工具保持具に保持される工具を、摩擦攪拌部が下部に配置される状態で載置するための複数の載置部が形成される工具載置台と、
工具載置台の各載置部に関連して設けられ、工具保持具から離脱する方向に力が与えられることのによって保持解除可能に、工具保持具に保持された工具が載置部の上方にある状態で、掛合鍔部に掛合して工具に工具保持具から離脱する方向の力を与えるための工具離脱手段とを含むことを特徴とする自動工具交換装置である。
【００１３】
本発明に従えば、載置手段の各載置部に、摩擦攪拌用の工具をそれぞれ載置し、下方から支持することができる。工具は、摩擦攪拌部が下部に配置されており、係合部が形成される他端部が上部に配置される。このような載置手段に工具を載置しておくことによって、工具を他端部側から嵌合することによって、掛合鍔部から間隔をあけた状態で、工具を保持し、工具に離脱する方向に力を与えることによって保持解除可能な工具保持具を用いて、工具が嵌合するように工具保持具を変位操作することによって、工具保持具に工具を装着することができる。
【００１４】
また工具離脱手段が各載置部に関連して設けられ工具離脱手段を、工具保持具に保持された掛合鍔部に掛合して、工具に工具保持具から離脱する方向に力を与えることができる。このような力を工具に与えることによって、工具保持具による工具の保持を解除し、工具を工具保持具から離脱させることができる。このような工具離脱手段は、工具保持具に保持された工具が載置部の上方にある状態で、前述のように工具を工具保持具から離脱させるので、離脱された工具は、載置部に載置することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の自動工具交換装置２０を備える摩擦攪拌接合設備２１を示す正面図である。摩擦攪拌接合設備２１は、ロボット２２と、ロボット２２の先端部２５に設けられる摩擦攪拌接合ガン２３と、ツールチェンジャ２０とを含んで構成される。
【００１６】
ロボット２２は、汎用ロボットなどと呼ばれる多軸ロボット、本実施の形態では６軸ロボットであって、工場の床などの設置対象２４に設置して設けられる。このロボット２２は、その先端部２５を、互いに直交する３軸方向にスライド変位させることができるとともに、前記互いに直交する３軸まわりに角変位させることができる構成である。このロボット２２の先端部２５に摩擦撹拌接合ガン２３が設けられ、ロボット２２は、摩擦撹拌接合ガン２３を、前記互いに直交する３軸方向にスライド変位駆動することができるとともに、前記互いに直交する３軸まわりに角変位駆動することができる。
【００１７】
摩擦撹拌接合装置である摩擦攪拌接合ガン（以下、「ＦＳＷガン」という）２３は、工具である回転ツール３３を、高速で回転させて２つの接合対象物の少なくともいずれか一方に摺動させ、２つの接合対象物を加熱することによって軟化させて流動させ、２つの接合対象物を接合する装置である。このＦＳＷガン２３は、支持フレーム２７と、固定ツール保持具２８と、回転ツール保持具２９と、回転駆動手段３０と、スライド駆動手段３１とを有する。
【００１８】
支持フレーム２７は、大略的にＣ字状に形成される。この支持フレーム２７が、ガンアダプタ３２を介して、ロボット２２の先端部２５に固定される。このように支持フレーム２７でロボット２２の先端部２５に固定されることによって、ＦＳＷガン２３がロボット２２の先端部２５に設けられる。
【００１９】
固定ツール保持具２８は、支持フレーム２７の一端部であって、支持フレーム２７のロボット２２に固定される部位から遠い側の端部に設けられる。この固定ツール保持具２８は、支持フレーム２７に固定される保持具であり、固定ツール３５を着脱自在に保持する。固定ツール３５は、固定ツール保持具２８に保持された状態で、その軸線が予め定める基準軸線Ｌ０と一致する位置に配置され、支持フレーム２７に対する変位が阻止されて固定的に設けられる。
【００２０】
回転ツール保持具２９は、支持フレーム２７の他端部であって、支持フレーム２７のロボット２２に固定される部位に近い側の端部に、固定ツール保持具２８に対向して設けられる。この回転ツール保持具２９は、回転ツール３３を把持する回転基台４０を有し、回転基台４０によって把持して回転ツール３３を保持することができる。
【００２１】
支持フレーム２７には、駆動軸３６が設けられ、この駆動軸３６に回転基台４０が固定して設けられる。駆動軸３６は、その軸線を基準軸線Ｌ０と一致させて、基準軸線Ｌ０まわりに回転可能にかつ基準軸線Ｌ０に沿ってスライド変位可能に設けられ、回転基台４０は駆動軸３６の変位に伴って、基準軸線Ｌ０まわりに回転可能であるとともに、基準軸線Ｌ０に沿ってスライド変位可能である。回転ツール２９は、回転ツール保持具２９に保持された状態で、その軸線が基準軸線Ｌ０と一致する位置に配置され、回転基台４０の変位に伴って、基準軸線Ｌ０まわりに回転可能であるとともに、基準軸線Ｌ０に沿ってスライド変位可能である。
【００２２】
回転駆動手段３０は、サーボモータによって実現される回転駆動源４１と、回転駆動源４１から駆動軸３６に駆動力を伝達する回転伝達機構４２とを有する。この回転駆動手段３０は、回転駆動源４１から出力される回転駆動力を、回転伝達機構４２によって駆動軸３６に基準軸線Ｌ０まわりの回転駆動力として伝達し、駆動軸３６を基準軸線Ｌ０まわりに回転駆動することによって、回転基台４０に把持される回転ツール３３を基準軸線まわりに回転駆動することができる。
【００２３】
スライド駆動手段３１は、サーボモータによって実現されるスライド駆動源４３と、スライド駆動源４３から駆動軸３６に駆動力を伝達するスライド伝達機構４４とを有する。このスライド駆動手段３１は、スライド駆動源４３から出力される回転駆動力を、スライド伝達機構４４によって駆動軸３６に基準軸線Ｌ０に沿うスライド変位駆動力に変換して伝達し、駆動軸３６を基準軸線Ｌ０に沿ってスライド変位駆動することによって、回転基台４０に把持される回転ツール３３を基準軸線Ｌ０に沿ってスライド変位駆動することができる。
【００２４】
このようなＦＳＷガン２３は、回転ツール３３を回転させた状態で、回転ツール３３を基準軸線Ｌ０に沿って変位させ、回転ツール３３と固定ツール３５とで、２つの接合対象物を挟み、回転ツール３３を少なくとも一方の接合対象物に摺動させる。これによって、２接合対象物を接合することができる。このＦＳＷガン２３によって接合される接合位置は、ロボット２２によってＦＳＷガン２３を変位させて、変化させることができる。
【００２５】
自動工具交換装置であるツールチェンジャ２０は、ＦＳＷガン２３に装着される工具である回転ツール３３を、回転ツール保持具２９に対して着脱して交換するための装置である。このツールチェンジャ２０は、ロボット２２が設置される設置対象２４に設置される。
【００２６】
図２は、ＦＳＷガン２３の回転ツール保持具２９を示す断面図である。図３は、回転ツール保持具２９の回転基台４０を拡大して示す底面図である。図４は、回転ツール３３の一例であるロングツール３３ａを拡大して示す正面図である。図５は、ロングツール３３ａを拡大して示す平面図である。図６は、回転ツール３３の他の例であるショートツール３３ｂを拡大して示す正面図である。
【００２７】
回転ツール保持具２９は、摩擦撹拌用の工具である回転ツール３３を、着脱可能に保持する工具保持具である。回転ツール３３には、図４に示すようなロングツール３３ａおよび図６に示すようなショートツール３３ｂを含み、各種のツールが存在し、不特定のツールを示す場合、回転ツール３３という。
【００２８】
回転ツール３３は、軸線方向一端部に、接合対象物に摺動される摩擦撹拌部４７が形成され、軸線方向他端部に、係合部４８が形成され、軸線方向両端部間の中間部に、掛合鍔部５３が形成される。摩擦撹拌部４７は、掛合鍔部５３から軸線方向一端部側に突出する撹拌部連結部５６の先端部に形成されている。係合部４８は、回転ツール３３の残余の部分から軸線方向に突出しており、残余の部分に近い側の後端側部分５０に比べて、残余の部分から遠い側の先端側部分５１が大径に形成されている。
【００２９】
掛合鍔部５３は、半径方向外方に突出し、周方向全周に延びる突条である。回転ツール３３の係合部４８と掛合鍔部５３との間には、軸線方向一端部から他端部に向かうにつれて、換言すれば係合部４８に向かうにつれて、外径が小さくなる円錐台状の外周面、具体的にはジャコブステーパである外周面を有するテーパ部５４が形成される。このテーパ部５４と掛合鍔部５３との間には、外周面が円筒状の円筒部５５が介在され、テーパ部５４は、掛合鍔部５３から軸線方向に間隔Ｄをあけている。
【００３０】
前記係合部４８は、このテーパ部５４から軸線方向に突出している。係合部４８のテーパ部５４に連なる後端側部分５０の外径は、テーパ部５４の最も係合部４８寄りの端部、したがって係合部４８が連なる部分の外径よりも小さく形成されている。これによって回転ツール３３には、係合部４８とテーパ部５４とによって半径方向外方に開放する凹溝が周方向全周にわたって形成されている。
【００３１】
このような回転ツール３３は、互いに異なる種類のツール同士は、摩擦撹拌部４７および撹拌部連結部５６の少なくともいずれか一方の構成が異なる。たとえばロングツール３３ａとショートツール３３ｂとの差異は、ロングツール３３ａの撹拌連結部５６の軸線方向寸法が、ショートツール３３ｂの軸線方向寸法に比べて大きい点である。係合部４８から掛合鍔部５３までの構成は、種類に関わらず、全ての回転ツール３３において同様の構成である。
【００３２】
このような回転ツール３３を保持する回転ツール保持具２９は、支持基台５７と、前記回転基台４０と、係合片５８とを含んで構成される。支持基台５７は、支持フレーム２７に、基準軸線Ｌ０に沿ってスライド変位可能に支持されている。この支持基台５７は、内方側にボールベアリングによって実現される軸受手段５９を保持している。
【００３３】
回転基台４０は、その軸線を基準軸線Ｌ０と一致させて、支持基台５７内に部分的に嵌まり込んで設けられ、軸受手段５９を介して、支持台５７に対して、基準軸線Ｌ０に沿う方向のスライド変位が阻止された状態で、基準軸線Ｌ０まわりに回転可能に、支持されている。この回転基台４０は、軸線方向一端部に形成される連結部６０で、駆動軸３６に連結されて固定される。
【００３４】
また回転基台４０の固定ツール保持具２８に臨む側の端部である軸線方向他端部には、有底筒状の嵌合部６１が形成される。この嵌合部６１には、軸線に沿って嵌合孔６２が形成され、この嵌合孔６２は、固定ツール保持具２８側に向かって軸線方向に開放している。
【００３５】
嵌合部６１は、開放端側の把持部分６５と、底部側の係合片収容部分６６とを有する。嵌合孔６２は、把持部分６５および係合片収容部分６６にわたって連なって形成されている。把持部分６５における嵌合孔６２に臨む嵌合部６１の内周面は、回転基台４０の軸線方向他端部６０に向かうにつれて、換言すれば軸線に沿って嵌合孔６２の内方に向かうにつれて、内径が小さくなるように、円錐台状に、具体的にはジャコブステーパであって、回転ツール３３のテーパ部５４の外周面と同様の形状に形成される。
【００３６】
係合片５８は、基部６９と複数の爪部６８とを有する。各爪部６８は、周方向に間隔をあけて配置され、基端部で基部６９に連結され、遊端部に変形方向内方に突出する凸部を有する。これら爪部６８は、少なくとも遊端部が半径方向外方に変位するように弾発的に変形することができる。
【００３７】
このような係合片５８は、各爪部６８の遊端部を回転基台４０の開放端側に配置して、嵌合部６１の係合片収容部分６６に嵌まり込んで、嵌合孔６２に配置して設けられる。この状態で係合片５８は、基部６９で回転基台４０の嵌合部６１の底部に固定され、各爪部６８の遊端部が半径方向外方に変形可能な状態で設けられる。
【００３８】
このような固定ツール保持具２９は、回転基台４０の嵌合部６１に、回転ツール３３をその軸線方向他端部側、したがって係合部４８側から嵌合することによって、嵌合部６１の把持部分６５における内周面を回転ツール３３のテーパ部５４の外周面とを密着させて、回転ツール３３を把持することができる。回転基台４０の嵌合部６１と、回転ツール３３のテーパ部５４とは、回転ツール３３を回転基台４０に嵌合させたとき、相互の位置決めをすることができる。本実施の形態では、回転基台４０の軸線方向他端部と回転ツール３３の掛合鍔部５３とが、回転ツール３３における掛合鍔部５３とテーパ部５４との間隔Ｄと同一の間隔をあけて配置されるように位置決めされる。
【００３９】
また回転ツール３３が回転基台４０に把持された状態で、回転ツール３３の係合部４８は、係合片収容部分６６内に配置され、係合片５８内にはまり込んで、各爪部６８に囲まれるように配置され、係合片５８が回転ツール３３の係合部４８に係合する。係合片５８は、各爪部６８の遊端部が、回転ツール３３の係合部４８とテーパ部５４によって形成される凹溝に嵌まり込んで、係合部４８の先端側部分５１に係合する。このようにして係合片５８は、係合部４８に係合する。
【００４０】
この係合片５８は、前述のように弾発的に変形可能に形成されており、この係合片５８を特に操作しなくても、回転ツール３３の係合部４８を係合片５８外から係合片５８内に嵌合させるように、係合片５８に対して回転ツール３３が変位されると、各爪部６８が係合部４８によって弾発的に変形され、先端側部分５１が各爪部６８の遊端部よりも基部６９側に嵌まり込んだ時点で、各爪部６８が弾性回復力で復元して遊端部が先端側部分５１に係合される。またこのように係合した状態、しがたって係合部４８を係合片５８内から係合片５８外に排出させるように、係合片５８に対して回転ツール３３が変位されると、各爪部６８が係合部４８によって弾発的に変形され、先端側部分５１が各爪部６８の遊端部よりも係合片５８の外方に排出して、係合が解除される。このとき、各爪部６８が弾性回復力で復元する。
【００４１】
このように回転ツール保持具２９は、回転基台４０と係合片５８とが協働して、回転ツール３３を保持することができる。回転基台４０は、回転ツールを嵌合させるだけで把持する構成であり、係合片５８は、回転ツール３３を回転基台に嵌合させるだけで、係合部５８に係合する構成である。これによって回転ツール３３を回転ツール保持具２９によって保持させるにあたっては、複雑な操作をしなくても、回転ツール３３を回転基台４０に挿入するだけの簡単な操作で、保持させることができる。したがたって作業者が手作業で嵌合操作しなくても、機械操作によって、容易に回転ツール３３を保持させることができる。
【００４２】
また回転基台４０と係合片５８とは、回転ツール３３に回転基台４０から離脱させる方向の力が与えられることによって、回転ツール３３の保持を解除可能に、工具を保持している。したがって保持状態は、回転ツール保持具２９に対して、回転ツール２９を排出する方向、具体的には保持するときの挿入方向と反対方向の力を与えるだけで解除される。このように複雑な操作をしなくても、回転基台４０から離脱させる方向の力を回転ツール３３に与えるだけで、回転ツール３３の保持を解除することができる。しかも回転基台４０は、回転ツール３３の掛合鍔部５３との間に間隔Ｄをあけた状態で回転ツール３３を把持する構成である。この掛合鍔部５３を利用して、機械操作によって、回転ツール３３の保持を解除させるための力を回転ツール３３に与えることができる。したがって作業者が手作業で離脱操作しなくても、機械操作によって、容易に回転ツール３３を保持解除させて、離脱させることができる。
【００４３】
回転ツール保持具２９は、簡単な操作によって、回転ツール３３を挿入して、保持させることができるとともに、回転ツール３３の保持を解除させて、離脱させることができる。この保持操作および離脱操作は、回転ツール３３と回転ツール保持具２９とを相対的に軸線方向に変位させるだけの簡単な操作であり、作業者による手作業でなくても、機械操作によって容易に達成できる操作である。このように回転ツール保持具２９は、回転ツール３３を着脱可能に保持することができ、複数の種類の回転ツール３３を、この回転ツール３３単体で、機械操作によって着脱交換を可能にする。
【００４４】
また回転基台４０には、係合片収容部分６６における嵌合孔６２と、回転基台４０外とを連通するための連通孔７０が形成されており、回転ツール３３が回転ツール保持具２９に保持された状態で、回転基台４０内に密閉された空間が形成されることを防ぐことができる。これによって前述のような回転ツール３３の回転ツール保持具２９への挿入、保持操作および回転ツール保持具２９からの離脱操作を容易にすることができる。
【００４５】
図７は、ツールチェンジャ２０を示す平面図である。図８は、ツールチェンジャ２０を示す断面図である。図９は、工具載置台７５の一部を示す底面図である。図１０は、工具載置台７５の一部を示す断面図である。図１０には、図８の切断面線Ｓ１０−Ｓ１０を示す。自動工具交換装置であるツールチェンジャ２０は、工具載置台７５と、工具離脱手段７６とを含んで構成される。
【００４６】
工具載置台７５は、設置対象２４に立設される支柱７７の上端部に固定されて設けられる。この工具載置台７５は、板状の台本体７８と、台本体７８に設けられる複数の支持部材７９とを有する。本実施の形態では、たとえば３つの支持部材７９が設けられる。
【００４７】
各支持部材７９は、回転ツール３３をそれぞれ載置するための載置部である。これら支持部材７９は、略長方形の板状であって、一端部８１に厚み方向に挿通する支持孔８０が形成されている。このような各支持部材７９は、支持孔８０が台本体７８の外周縁辺部８２よりも外方に突出する位置に、したがって支持孔８０が台本体７８によって塞がれない位置に配置されて、他端部８３側の部分で台本体７８に固定される。各支持孔８０は、その軸線が略鉛直に配置されている。
【００４８】
各支持部材７９の支持孔８０は、各支持部材７９の支持孔８０に臨む孔周縁部８５の内周面の内径が、回転ツール３３の掛合鍔部５３の外径よりも小さく、かつこの掛合鍔部５３よりも軸線方向一端部よりの部分、したがって摩擦撹拌部４７および撹拌部連結部５６の外径よりも大きく形成されている。このような各支持部材７９は、摩擦攪拌部４７が下部に配置される状態で、回転ツール３３を支持孔８０に上方から挿入することによって、掛合鍔部５３を孔周縁部８５によって下方から受けて支持し、回転ツール３３を載置することができる。
【００４９】
工具離脱手段７６は、各支持部材７９に関連して、本実施の形態では、各支持部材７９ごとに、対応して個別に設けられる。したって本実施の形態では、３つの工具離脱手段７６が設けられる。各工具離脱手段７６は、離脱操作片８５と、離脱駆動源８６とを有する。
【００５０】
離脱操作片８５は、支持部材７９の上方側に配置され、その支持部材７９の支持孔８０に近接および離反する方向であってかつ水平な方向である離脱操作方向に変位可能に設けられる。この離脱操作片８５は、板状であって、厚み方向に挿通し、前記離脱操作方向に延びる案内溝８８が形成されており、支持部材７９に固定される案内片８９が案内溝８８を厚み方向に挿通する状態で嵌まり込んで、この案内片８９に案内される。このように案内されて離脱操作片８５は、前記離脱操作方向に変位可能である。離脱操作片８５の支持孔８０に近い側の一端部９０は、図４および図６に示すように、下方側の表面（下面）９１が先端に向かうにつれて上方へ傾斜する傾斜面に形成されている。
【００５１】
離脱駆動源８６は、離脱操作片８５を前記離脱操作方向へ変位駆動するためのアクチュエータであって、たとえば油圧シリンダおよび空気圧シリンダなどの流体圧シリンダによって実現される。この離脱駆動源は、シリンダ本体９３と、シリンダ本体９３に対して伸長および縮退可能なピストンロッド９４とを有し、シリンダ本体９３への流体の供給状態を制御することによって、ピストンロッド９４をシリンダ本体９３に対して伸長および縮退させることができる。
【００５２】
このような離脱駆動源８６は、ピストンロッド９４を前記離脱操作方向に伸長および縮退可能に配置され、シリンダ本体９３で工具載置台７５の台本体７８に固定されて設けられる。この離脱駆動源８６のピストンロッド９４の先端部に、離脱操作片８５がその他端部９６で固定され、離脱駆動源８６によって、離脱操作片８５を、離脱操作方向へ変位駆動することができる。
【００５３】
このようなツールチェンジャ２０は、保持した回転ツール３３の摩擦撹拌部４７が下部に配置され、掛合鍔部５３の係合部４８側の面が、離脱操作片８５の一端部９０における下面９１に水平方向に臨む位置に配置し、ピストンロッド９４を伸長させて、離脱操作片８５を回転ツール３０の軸線に近づける方向へ変位させる。このとき、離脱操作片８５の一端部９０の下面９１が掛合鍔部５３おける係合部４８側の面に当接させた状態で、前述のように変位させる。つまり離脱操作片８５の掛合面となる前記下面９１を回転ツール３３の軸線に垂直な面に対して傾斜させて、掛合鍔部５３に掛合し、離脱操作片８５を回転ツール３３の軸線に略垂直に変位させることによって、回転ツール３３にその軸線に沿う方向の力を与えることができる。
【００５４】
これによって回転ツール３３に、下方に向かう力を与えることができる。この力は、回転ツール３３を回転ツール保持具２９から抜き出して離脱させる方向の力である。このように工具離脱手段７６は、回転ツール保持具２９に保持された回転ツール３３の支持部材７９によって支持される被支持部、具体的には掛合鍔部５３が、支持部材７９の上方にある状態で、掛合鍔部５３に離脱操作片８５を掛合して、回転ツール３３に回転ツール保持具２９から離脱する方向の力を与えることができる。
【００５５】
このようにして工具離脱手段７６によって回転ツール３３に力を与えて、回転ツール３３を回転ツール保持具２９から離脱させることができ、離脱された回転ツール３３は、支持部材７９によって支持することができる。また工具離脱手段７６は、回転ツール保持具２９に保持された回転ツール３３が、部分的に支持孔８０に嵌まり込んでいる状態で、前記離脱させるための力を与える。これによって離脱された回転ツール３３を確実に支持部材７９によって支持させることができる。またこのように離脱操作片８５によって離脱操作するにあたって、掛合鍔部５３が前記間隔Ｄをあけて保持されているので、離脱操作片８５を掛合鍔部５３に掛合して、離脱操作することができる。
【００５６】
またこのようなツールチェンジャ２０の工具載置台７５に載置されている回転ツール３３は、係合部４８を上部に配置して、掛合鍔部５３が下方から支持された状態である。回転ツール３３を保持していない状態の回転ツール保持具２９を、工具載置台７５に載置される回転ツール３３の上方に配置し、工具載置台７５に載置される回転ツール３３に対して、回転ツール３３が係合部４８が回転基台４０の嵌合部に挿入して嵌合されるように、回転ツール保持具２９を下方へ変位させることによって、回転ツール３３を回転ツール保持具２９に保持させることができる。このような回転ツール保持具２９の変位は、ロボット２２によるＦＳＷガン２３全体の変位およびスライド駆動手段３１による回転ツール保持部２９の変位の少なくともいずれか一方によって達成される。
【００５７】
このようなツールチェンジャ２０を備える摩擦撹拌接合設備２１において、ＦＳＷガン２３の回転ツール保持部２９に保持される回転ツール３３を、回転ツール保持具２９から離脱させて、工具載置台７５に載置させるにあたっては、まず、回転ツール保持具２９を変位させて、回転ツール３３を載置していない支持部材７９の支持孔８０の軸線と基準軸線Ｌ０とが一致し、かつ回転ツール保持具２９に保持される回転ツール３３の掛合鍔部５３が支持部材７９の上方に配置されるように、回転ツール保持具２９を配置させる。この場合の回転ツール保持具２９の変位もまた、ロボット２２によるＦＳＷガン２３全体の変位およびスライド駆動手段３１による回転ツール保持部２９の変位の少なくともいずれか一方によって達成される。
【００５８】
この状態で、工具離脱手段７６によって、回転ツール保持具２９に保持されている回転ツール３３に、掛合鍔部５３に離脱操作片８５を掛合して離脱する方向の力を与える。具体的には、前述のように離脱駆動源８６によって離脱操作片８５を変位させる。これによって回転ツール３３が、回転ツール保持具２９から離脱される。離脱された回転ツール３３は、必然的に支持部材７９に支持されて載置される。
【００５９】
このように回転ツール３３を把持して搬送したり、細かな操作片を操作するなどの複雑な操作を必要とせず、離脱操作片８５を回転ツール３３の軸線に垂直な面に対して傾斜する掛合面となる下面９１で掛合鍔部５３に掛合して、回転ツール３３の軸線に略垂直な方向に変位させるだけの簡単な操作によって、回転ツール３３を離脱させて、その離脱させた回転ツール３３を工具載置台７５に載置することができる。このように作業者による手作業を必要とすることなく、簡単な機械操作によって、回転ツール３３を単体で離脱させることができる。
【００６０】
またこのようなツールチェンジャ２０を備える摩擦撹拌接合設備２１において、ＦＳＷガン２３の回転ツール保持部２９に、ツールチェンジャ２０の工具載置台７５に載置されている回転ツール３３を保持させるにあたっては、まず、回転ツール保持具２９を変位させて、保持すべき回転ツール３３が載置されている支持部材７９の支持孔８０の軸線と基準軸線Ｌ０とが一致し、その回転ツール３３の上方に回転ツール保持具２９を配置させる。この場合の回転ツール保持具２９の変位もまた、ロボット２２によるＦＳＷガン２３全体の変位およびスライド駆動手段３１による回転ツール保持部２９の変位の少なくともいずれか一方によって達成される。
【００６１】
この状態で、回転ツール保持具２９を回転ツール３３に近接させて、回転ツール３３が回転基台４０の嵌合部６１に嵌合させる。これによって回転ツール保持具２９に回転ツール３３を保持させることができる。この場合の回転ツール保持具２９の変位もまた、ロボット２２によるＦＳＷガン２３全体の変位およびスライド駆動手段３１による回転ツール保持具２９の変位の少なくともいずれか一方によって達成される。
【００６２】
このように回転ツール３３を把持して搬送したり、細かな操作片を操作するなどの複雑な操作を必要とせず、回転ツール保持具２９を変位させるだけの簡単な操作によって、回転ツール３３を離脱させて、その離脱させた回転ツール３３を工具載置台７５に載置することができる。このように作業者による手作業を必要とすることなく、簡単な機械操作によって、回転ツール３３を単体で離脱させることができる。しかも回転ツール保持具２９の変位は、摩擦撹拌接合において回転ツール保持具２９を変位させる手段を利用することができる。
【００６３】
ツールチェンジャ２０を備える摩擦撹拌接合設備２１では、回転ツール３３の離脱操作と、回転ツール３３の保持操作とを組合わせることにおって、回転ツール３３を単体で交換することができる。しかも手作業を必要とすることなく、簡単な機械操作によって、いわば自動的に交換することができる。
【００６４】
また離脱操作片８５は、掛合鍔部５３に掛合される一端部９０が、離脱操作方向に対して垂直に延びる形状である。このような構成によって、回転ツール３３が離脱操作片８５に対して離脱操作方向と垂直な方向にずれていても、離脱操作することができる。
【００６５】
図１１は、本発明の実施の他の形態のツールチェンジャ２０Ａを示す断面図である。本実施の形態のツールチェンジャ２０Ａは、図１〜図１０のツールチェンジャ２０と類似しており、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は同一の符号を付し、説明を省略する。本実施の形態のツールチェンジャ２０Ａは、図１〜図１０のツールチェンジャ２０に代えて用いることができるものであって、回転ツール保持具２９に衝撃力を与えるための衝撃手段１００をさらに有する。衝撃手段１００は、当接部材１０１と、衝突駆動源１０２とを有する。当接部材１０１は、回転ツール保持具２９の回転基台４０に衝突することによって、回転ツール保持具２９に衝撃を与えることができる。
【００６６】
衝突駆動源１０２は、当接部材１０１を、回転ツール３３が離脱操作される位置に配置される回転ツール保持具２９の回転基台４０に、近接および離反させる衝突操作方向へ変位駆動するためのアクチュエータであって、たとえば油圧シリンダおよび空気圧シリンダなどの流体圧シリンダによって実現される。この衝突駆動源１０２は、シリンダ本体１０５と、シリンダ本体１０５に対して伸長および縮退可能なピストンロッド１０６とを有し、シリンダ本体１０５への流体の供給状態を制御することによって、ピストンロッド１０６をシリンダ本体１０５に対して伸長および縮退させることができる。
【００６７】
このような衝突駆動源１０２は、ピストンロッド１０６を前記衝突操作方向に伸長および縮退可能に配置され、シリンダ本体１１０５で工具載置台７５の台本体７８に固定されて設けられる。この衝突駆動源１０２のピストンロッド１０６の先端部に、当接部材１０１が固定され、衝突駆動源１０２によって、当接部材１０２を、衝突操作方向へ変位駆動することができる。
【００６８】
このような衝撃手段１００は、当接部材１０２を変位させて、当接部材１０２を回転基台４０に当接させ、回転ツール保持具２９に衝撃を与えることができる。このような衝撃を与えることによって、回転基台４０の把持部と回転ツール３３のテーパ部との密着状態を解除しやすくすることができる。したがって工具離脱手段７６によって、離脱操作するときに、回転ツール保持具２９に衝撃を与え、保持状態を解除しやすくし、離脱操作を容易にすることができる。
【００６９】
その他の構成は、図１〜図１０のツールチェンジャ２０と同様であり、同様の効果を達成する。
【００７０】
図１２は、本発明の実施のさらに他の形態のツールチェンジャ２０Ｂにおける離脱操作片８５Ｂの一部を示す平面図である。本実施の形態の離脱操作片８５Ｂは、図１〜図１０の離脱操作片８５と類似しており、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は同一の符号を付し、説明を省略する。本実施の形態の離脱操作片８５Ｂは、図１〜図１０の離脱操作片８５に代えて用いることができるものであって、一端部９０がＵ字状に形成され、この一端部９０に回転ツール３３を嵌まり込ませるようにして、離脱操作する。このような構成であっても、図１〜図１０の離脱操作片８５と同様の離脱操作をすることができる。
【００７１】
前述の各実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することができる。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、作業者が手作業で嵌合操作しなくても、機械操作によって、容易に工具を保持させることができる。また作業者が手作業で離脱操作しなくても、機械操作によって、容易に工具を保持解除させて、離脱させることができる。このように機械操作によって、工具だけを着脱交換することができる工具保持具を実現することができる。
【００７３】
請求項２記載の本発明によれば、工具載置台に工具を載置しておき、工具保持具を変位操作することによって、工具保持具に工具を装着することができる。また工具離脱手段によって、工具に力を与えることによって、工具保持具による工具の保持を解除し、工具を工具保持具から離脱させることができ、離脱された工具を、工具載置台の載置部に載置することができる。このように工具を、容易な操作で工具保持具に保持できるように載置して保管することができるとともに、工具保持具に保持されている工具を、工具保持具から離脱させて、載置することができる。したがって摩擦攪拌装置全体ではなく、工具だけを、機械操作によって、いわば自動的に、着脱交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の自動工具交換装置２０を備える摩擦攪拌接合設備２１を示す正面図である。
【図２】ＦＳＷガン２３の回転ツール保持具２９を示す断面図である。
【図３】回転ツール保持具２９の回転基台４０を拡大して示す底面図である。
【図４】回転ツール３３の一例であるロングツール３３ａを拡大して示す正面図である。
【図５】ロングツール３３ａを拡大して示す平面図である。
【図６】回転ツール３３の他の例であるショートツール３３ｂを拡大して示す正面図である。
【図７】ツールチェンジャ２０を示す平面図である。
【図８】ツールチェンジャ２０を示す断面図である。
【図９】工具載置台７５の一部を示す底面図である。
【図１０】工具載置台７５の一部を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の他の形態のツールチェンジャ２０Ａを示す断面図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態のツールチェンジャ２０Ｂにおける離脱操作片８５Ｂの一部を示す平面図である。
【図１３】従来の技術の可動ツール保持具１を示す断面図である。
【符号の説明】
２０，２０Ａ，２０Ｂ　ツールチェンジャ
２１　摩擦撹拌接合設備
２２　ロボット
２３　ＦＳＷガン
２９　回転ツール保持具
３３　回転ツール
４０　回転基台
４７　摩擦撹拌部
４８　係合部
５３　掛合鍔部
５８　係合片
６１　嵌合部
７５　工具載置台
７６　離脱手段
７９　支持部材
８５　離脱操作片
【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】
2004136347.tif 000011
【図１０】
2004136347.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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