(57)【要約】【課題】ロボットアームカップリング装置の脱落防止装置の加圧流体圧回路を改良する。【解決手段】稼働状態ではツールの重量等が分離方向に作用するカップリングの構造において、誤動作などに伴う脱落危険を回避する機構として、流体圧回路に分離圧が負荷されないように機械的に固定する機構を一つのバルブ構造にて実現したものであって、脱落危険を回避し、安全性を向上させたロボットアームカップリング装置の脱落防止装置をシンプルな機構にて実現するものであって、この安全バルブをバルブ操作する機構として、ツールプレートを検知してスプールを操作する機構とツール置き台を検知してバルブ本体側を操作する機構を別々に設けるこにより、２ポジション切替バルブを活用して脱落防止機構を実現。【選択図】 図１
2009136942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタプレートとツールプレートとの着脱が流体圧によって制御されるロボットアームカップリング装置の脱落防止装置において、
着脱機構における係合構造がツールプレートを装着した状態にて、ツールプレート側の重量が分離方向の負荷となって働く構造であって、
着脱制御用の着脱シリンダはマスタプレート側に設けられており、ヘッド側を結合室、ロッド側を分離室とした2室構造であり、
流体圧回路は、加圧流体供給源と前記着脱シリンダの間に形成され、途中に電磁切り替えバルブが設けられ、さらに、当該電磁切り替えバルブと前記分離室側の回路の途中に一つの脱落防止検出弁が設けられており、
当該脱落防止検出弁は、２ポジション切り替え弁であり、マスタプレートとツールプレートの関係状態を検出する機構によって弁の位置が規制されるものであって、
脱落防止検出弁は、マスタプレートに装着され、ポジションの切り替えがスプール制御及び当該脱落防止検出弁本体の制御によってなされ、脱落防止検出弁にはスプールを制御する検出ピンと脱落防止検出弁本体に固着されている下方に付勢されているツール置台検出プレートが設けられており、
ツールプレートには前期検出ピンに当接するツール置台検出ドグが固着され、ツール置台にはツール置台を検出する置台検知プレートに当接するツール置き台検出ピンが設けられており、
検出ピンとツールプレート検出ドグが当接することによりマスタプレートとツールプレートの接触状態を検知し、置台検知プレートと置台検出ピンが当接することによりマスタプレートがツール置き台上の所定の位置にあることを検知することにより、後者の検知状態が優先するように設定されており、マスタプレート、ツールプレート及びツール置き台の3者の関係状態を検出機構が構成されており、
マスタプレートにツールプレートが装着され、かつ、ツール置台に接触していない状態を検出した場合は、分室側の流体圧は常に開放に接続され、電磁切り替えバルブ側の流体圧は開放あるいは閉鎖に接続されて、着脱シリンダの分離室には加圧流体が供給されずに開放排気されるのみであって、
稼動状態下においては着脱シリンダが分離方向に動作することを防止することを特徴とするロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【請求項２】
脱落防止検出弁は、
マスタプレートとツールプレートの関係は、ツール置き台上にある装着状態（I）、ツール置き台上にある分離状態（II）、稼動状態（III）及び非装着状態（IV）の４状態に区分され、
前期ツール置き台上にある装着状態（I）及び前期ツール置き台上にある分離状態（II）では、置台検出ピンが置台検知プレートに当接して脱落防止検出弁本体を押し上げて上流側分離用加圧エア通路と下流側分離用加圧エア通路は連通するポジション（Ｐｌ）とすることにより、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能とし、
前期稼動状態（III）では、ツールプレート検出ドグが検出ピンに当接して押し上げることにより、脱落防止検出弁のスプールをポジション(Ｐｓ)とすることにより、分離室側の下流側分離用加圧エア通路は開放ポートへ、上流側分離用加圧エア通路は封止ポートに接続して、分離室には流体圧が供給されることなく排出され、
前期非装着状態（IV）では、検出ピンはツールプレート検出ドグに当接せず、置台検知プレートは置台検出ピンに当接せず、脱落防止検出弁はポジション（Ｐｌ）に位置して前期（I）及び（II）と同様に、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能であること
を特徴とする請求項１記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【請求項３】
脱落防止検出弁は、
マスタプレートとツールプレートの関係は、ツール置き台上にある装着状態（I）、ツール置き台上にある分離状態（II）、稼動状態（III）及び非装着状態（IV）の４状態に区分され、
前期ツール置き台上にある装着状態（I）及び前期ツール置き台上にある分離状態（II）では、置台検出ピンが置台検知プレートに当接して脱落防止検出弁本体を押し上げて上流側分離用加圧エア通路と下流側分離用加圧エア通路が連通するポジション（Ｐｌ）とすることにより、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能とし、
前期稼動状態（III）では、ツールプレート検出ドグが検出ピンに当接して押し上げることにより、脱落防止検出弁のスプールをポジション(Ｐｓ)とすることにより、分離室側の下流側分離用加圧エア通路は開放ポートへ、上流側分離用加圧エア通路は開放ポートに接続して、分離室には流体圧が供給されることなく排出され、
前期非装着状態（IV）では、検出ピンはツールプレート検出ドグに当接せず、置台検知プレートは置台検出ピンに当接せず、脱落防止検出弁はポジション（Ｐｌ）に位置して前期（I）及び（II）と同様に、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能であること
を特徴とする請求項１記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【請求項４】
マスタプレートとツールプレートとの着脱機構は、
マスタプレートの下部には挿入用の円筒部が備えられており、該円筒部には外周から出没する部材を複数備えており、
該出没部材は、前記円筒部内部に配置された逆円錐台に形成されたテーパカム面を着脱シリンダのロッドに連結して上下動することにより出没部材の押出を制御する制御機構により制御され、
一方ツールプレートには上部径を小さくしたテーパカム面を設けた穴部が設けられており、
前記マスタプレートの挿入用の円筒部を当該ツールプレートの穴部に挿入し、前記出没部材を押し出して前記穴部のテーパカム面に押し付けることによりマスタプレートとツールプレートとを係合して両者を装着し、また、出没部材を後退することにより両者の係合を解除する係合機構を備えていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【請求項５】
マスタプレートの下部に設けられた挿入用の円筒部の外周から出没する部材は、ボール部材であることを特徴する請求項４記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【請求項６】
請求項５記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置において、
マスタプレートとツールプレートとの着脱機構は、
マスタプレートにロック位置及びロック解除位置の間をスライド可能に支持されたカム部材と、該カム部材の周囲に配設され、マスタプレートにカム部材のスライド方向と直交する方向に移動可能に支持される複数のボール部材と、ツールプレートに配設され、カム部材がロック位置に移動したときに両プレートを連結保持するようにボール部材に係合されるツール側ボール受けとを備えており、
前記カム部材には、カム部材のスライド方向に沿って延びかつボール部材を収容可能な複数の断面円弧状のマスタ側ボール収容溝がカム部材の周方向において前記ボール部材の位置に対応して配設されている一方、
前記ツール側ボール受けには、カム部材のスライド方向に沿って延びかつボール部材を収容可能な複数の断面円弧状のツール側ボール収容溝がボール受けの周方向において上記ボール部材の位置に対応して配設されており、
前記マスタ側ボール収容溝の内面に、溝長さ方向の断面がカム部材のスライド方向に対し所定方向に傾斜する形状とされたマスタ側傾斜部が形成され、
前記ツール側ボール収容溝の内面に、溝長さ方向の断面がカム部材のスライド方向に対しマスタ側傾斜部の傾斜方向と反対方向に傾斜する形状とされたツール側傾斜部が形成され、
前記カム部材がロック位置に位置付けられた状態でマスタ側傾斜部の上部がボール部材をツール側傾斜部に当接させるように押圧する構成とされていることを特徴とするロボットアームカップリング装置
【請求項７】
流体圧は空気圧であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスタプレート及びツールプレートを組み合わせたロボットアームカップリング装置において、そのツールプレートの脱落を防止する装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ロボットのアームに対してツール等の脱着を行うことができるようにしたカップリング装置として、ロボットアームに取り付けられたマスタプレート（インナアッセンブリ）と、ツール等が取り付けられるツールプレート（アウタアッセンブリ）と、これらマスタプレート及びツールプレートをロック状態に着脱させる着脱機構とを有するものは知られている。
【０００３】
このようなカップリング装置において、マスタプレート及びツールプレートの結合及び分離を素早く行うことができるようにしたものとして、例えば特許文献１に記載されるように、着脱機構が、マスタプレートにロック位置及びロック解除位置の間をスライド可能に支持されるカム部材と、結合室及び分離室を備えたエアシリンダからなり、カム部材をスライドさせる着脱シリンダと、カム部材の周囲に配設され、マスタプレートに支持される複数のボールと、ツールプレートに配設され、上記ボールとテーパ面で接触可能で、カム部材がロック位置に移動したとき、ボールと協働して両プレートを係合保持するボール受けとを有するものが提案されている。この提案の装置によれば、着脱シリンダによりカム部材がロック位置に移動したとき、ボールがテーパ面を介してツールプレートを上方に押し上げ、ツールプレートがマスタプレートに結合されるようになっている。
【０００４】
ところで、上記提案装置のように、エアシリンダからなる着脱シリンダの結合室に加圧エアを供給したときにカム部材等を移動させてツールプレートをマスタプレートに結合する一方、分離室に加圧エアを供給したときに、ツールプレートをマスタプレートから分離させるようにしたものでは、仮に、両プレートの結合状態で加圧エア自体の供給が停止したときにツールプレートがマスタプレートから分離されないようにフェイルセイフ機構を設けたとしても、周辺機器の異常、誤操作、誤動作等により着脱シリンダの分離室に加圧エアが供給されると、着脱シリンダが誤作動してツールプレートがマスタプレートから分離されてしまい、ツールプレートに結合されている溶接ガンやハンド等の治具が落下する虞れがある。
【０００５】
特許文献１とは異なる着脱機構として、ツールプレートの重量が着脱機構の係合をロック保持する方向に負荷される着脱機構を有するロボットアームカップリング装置が提案されている（特許文献２〜４）。このようなロボットアームカップリング装置において、ツールプレートのマスタプレートからの脱落を防止するための脱落防止装置が提案されている。
【０００６】
まず、上記特許文献２には、（１）ツールプレートとしての第２ユニットを載置するための置台に空気注入具を設ける一方、マスタプレートとしての第１ユニットに着脱シリンダの分離室に連通しかつ空気注入具と接続可能な空気注入孔を設け、第２ユニットがマスタプレートとしての第１ユニットに結合された状態で置台の適正位置に載置されたときに、置台の空気注入具と第１ユニットの空気注入孔とを接続して、空気注入孔から着脱シリンダの分離室に加圧エアを供給すること、（２）第１ユニットにおいて着脱シリンダの分離室に連通する空気通路に空気逃し口を設ける一方、置台には空気逃し口を閉塞可能な栓体を設け、第２ユニットが第１ユニットに結合された状態で置台の適正位置に載置されたときに、置台の栓体により第１ユニットの空気逃し口を閉塞して空気通路の加圧エアを着脱シリンダの分離室に供給すること、及び（３）第１ユニットにおいて着脱シリンダの分離室に連通する空気通路に常時閉の開閉弁を設ける一方、置台には開閉弁の開き動作可能な押圧部を設け、第２ユニットが第１ユニットに結合された状態で置台の適正位置に載置されたときに、置台の押圧部により開閉弁を開いて空気通路の加圧エアを着脱シリンダの分離室に供給することが示されている。
【０００７】
また、特許文献３に示されるものでは、マスタプレートとしての第１ユニットにツールプレートとしての第２ユニットを着脱シリンダにより着脱する着脱機構とは別に、第２ユニットを第１ユニットに係合保持する係合機構を設け、第２ユニットが第１ユニットに結合された状態では係合機構により第２ユニットを第１ユニットに係合保持するが、その第１ユニットへの係合状態で第２ユニットが置台の適正位置に載置されたときに、置台側への当接により係合機構による係合を解除して、第２ユニットを第１ユニットに対し分離可能とするようになされている。
【０００８】
さらに、特許文献４には、マスタプレートとしての第１ユニットとツールプレートとしての第２ユニットが係合状態にあっては、ツールプレート側の係合ピンがマスタプレート側の係合用のカムの上に接触していて、ツールプレート側の荷重が係合ピンを介して係合用カムに負荷されているので、係合用のカムを操作するシリンダがロボットアームの作業中に係合解除方向に誤作動を起こしても、ツール側荷重がロッドの収縮の妨げとなる係合機構そのものが脱落防止の安全機構となる脱落防止機構が開示されている。この種の形式の係合構造にあっては、作業中に発生する脱落の危険性を回避するための加圧流体回路の誤作動を防止する必要性は小さい。なお、本文献には着脱するための着脱シリンダの分離室に対しソレノイドバルブの切換えにより加圧エアを供給するエア通路に、両ユニットの接合状態の有無に応じて切り換わる第１方向切換弁と、第１ユニットが置台上の第２ユニットに接合状態の有無に応じて切り換わる第２方向切換弁とを直列に接続し、両ユニットが切離し状態にあるときと、両ユニットが接続状態にあって第２ユニットが置台上にあるときとにのみ、両切換弁により着脱シリンダの分離室に加圧エアを供給するようにすることで、誤操作や誤動作等による第２ユニットの第１ユニットからの脱落を防止しつつ、着脱シリンダの分離室からのエアの漏洩に起因する第２ユニットの接続不能状態を解消することが提案されている。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４６９６５２４号公報
【特許文献２】特許第２８８１２７１号公報
【特許文献３】特開平５―１６９３８２号公報
【特許文献４】特許第３５６４５６５公報
【特許文献５】特許第３８９３１４４公報
【特許文献６】特許第３７１７９２３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本出願人は、ロボットアームカップリング装置の着脱、係合機構として前記特許文献４等に開示された手段とは異なる手段を採用したものを提案（特許文献５，特許文献６参照）し、その手段に適した脱落防止機構を組み込んだ加圧流体回路を特許文献５として提案した。即ち、着脱・係合機構としてツールプレート側の挿入口上部に形成された内側に張り出した庇状下面をテーパカム面に形成し、このテーパカム面にマスタプレート側の挿入部である円筒の外周面から背面圧によって出没制御されるボールなどの押圧部材を押し付けて係合する形式を採用している。この形式は、ボールなどの押圧部材を数多く配置できると共に一斉に均一な力で制御することができ、カップリングに作用する全周囲からの付勢力に異方性無く対応でき、かつ、大重量のツールや作業に適し、なおかつ、クイックチェンジ性に優れている。反面、ツール側の荷重は庇状下面に設けられたテーパカム面に接触しているボールに対して絶えず退避圧力として作用しており、不用意に背面圧を制御するシリンダロッドが収縮すると直ちに係合が解除されてツールが脱落する危険がある。このためにボールに対して背面圧を作用させるカム部材のテーパ面の途中に垂直な直線部を設けて、ボールの退避が一旦停止する機構を機械的に組み込むと共に、流体圧回路にもロボットアームが作業中にはシリンダロッドを収縮させるシリンダの分離室には加圧流体が供給させることなく、大気中に排気される様に維持される機構を組み込んだ発明を提案した。即ち、電磁切換バルブと着脱制御シリンダの分離室に形成される加圧流体回路の途中にマスタプレートとツールプレートの接触の有無を感知してスプールが位置規制されるツールプレート検出バルブとツールプレートがツール置き台上に存在することを感知してスプールが位置規制されるツール置き台検出バルブの２つの検出バルブを設けて、マスタプレートとツールプレートが装着状態であってロボットアームが稼働状態にあるときは、着脱シリンダの分離室側には加圧流体が排気されるのみであって、供給されないようにバルブ位置を機械的に保証した安全装置を組み込んだ脱落防止装置を提案した。
【００１１】
本発明の目的は、本出願人が先に提案した特許文献５に開示したロボットアームカップリング装置の脱落防止装置の加圧流体圧回路を改良することを目的としたものであって、装着されたツールの荷重が着脱機構の係合を解除する方向に働く特許文献５記載の様な着脱機構を備えたロボットアームカップリング装置の脱落防止装置において、前提案では安全用の検出バルブを２つ用いており回路構成が複雑であったところ、本願発明では、検出バルブを一つとして回路構成を簡素することを目的としたロボットアームカップリング装置の脱落防止装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、マスタプレートとツールプレート、ツール置き台の関係を一つの検出バルブで可能としたロボットアームカップリング装置の脱落防止装置を提案するものである。
本発明の主な構成は次のとおりである。
【００１３】
（１）マスタプレートとツールプレートとの着脱が流体圧によって制御されるロボットアームカップリング装置の脱落防止装置において、
着脱機構における係合構造がツールプレートを装着した状態にて、ツールプレート側の重量が分離方向の負荷となって働く構造であって、
着脱制御用の着脱シリンダはマスタプレート側に設けられており、ヘッド側を結合室、ロッド側を分離室とした2室構造であり、
流体圧回路は、加圧流体供給源と前記着脱シリンダの間に形成され、途中に電磁切り替えバルブが設けられ、さらに、当該電磁切り替えバルブと前記分離室側の回路の途中に一つの脱落防止検出弁が設けられており、
当該脱落防止検出弁は、２ポジション切り替え弁であり、マスタプレートとツールプレートの関係状態を検出する機構によって弁の位置が規制されるものであって、
脱落防止検出弁は、マスタプレートに装着され、ポジションの切り替えがスプール制御及び当該脱落防止検出弁本体の制御によってなされ、脱落防止検出弁にはスプールを制御する検出ピンと脱落防止検出弁本体に固着されている下方に付勢されているツール置台検出プレートが設けられており、
ツールプレートには前期検出ピンに当接するツール置台検出ドグが固着され、ツール置台にはツール置台を検出する置台検知プレートに当接するツール置き台検出ピンが設けられており、
検出ピンとツールプレート検出ドグが当接することによりマスタプレートとツールプレートの接触状態を検知し、置台検知プレートと置台検出ピンが当接することによりマスタプレートがツール置き台上の所定の位置にあることを検知することにより、後者の検知状態が優先するように設定されており、マスタプレート、ツールプレート及びツール置き台の3者の関係状態を検出機構が構成されており、
マスタプレートにツールプレートが装着され、かつ、ツール置台に接触していない状態を検出した場合は、分室側の流体圧は常に開放に接続され、電磁切り替えバルブ側の流体圧は開放あるいは閉鎖に接続されて、着脱シリンダの分離室には加圧流体が供給されずに開放排気されるのみであって、
稼動状態下においては着脱シリンダが分離方向に動作することを防止することを特徴とするロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【００１４】
（２）脱落防止検出弁は、
マスタプレートとツールプレートの関係は、ツール置き台上にある装着状態（I）、ツール置き台上にある分離状態（II）、稼動状態（III）及び非装着状態（IV）の４状態に区分され、
前期ツール置き台上にある装着状態（I）及び前期ツール置き台上にある分離状態（II）では、置台検出ピンが置台検知プレートに当接して脱落防止検出弁本体を押し上げて上流側分離用加圧エア通路と下流側分離用加圧エア通路は連通するポジション（Ｐｌ）とすることにより、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能とし、
前期稼動状態（III）では、ツールプレート検出ドグが検出ピンに当接して押し上げることにより、脱落防止検出弁のスプールをポジション(Ｐｓ)とすることにより、分離室側の下流側分離用加圧エア通路は開放ポートへ、上流側分離用加圧エア通路は封止ポートに接続して、分離室には流体圧が供給されることなく排出され、
前期非装着状態（IV）では、検出ピンはツールプレート検出ドグに当接せず、置台検知プレートは置台検出ピンに当接せず、脱落防止検出弁はポジション（Ｐｌ）に位置して前期（I）及び（II）と同様に、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能であること
を特徴とする（１）記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【００１５】
（３）脱落防止検出弁は、
マスタプレートとツールプレートの関係は、ツール置き台上にある装着状態（I）、ツール置き台上にある分離状態（II）、稼動状態（III）及び非装着状態（IV）の４状態に区分され、
前期ツール置き台上にある装着状態（I）及び前期ツール置き台上にある分離状態（II）では、置台検出ピンが置台検知プレートに当接して脱落防止検出弁本体を押し上げて上流側分離用加圧エア通路と下流側分離用加圧エア通路が連通するポジション（Ｐｌ）とすることにより、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能とし、
前期稼動状態（III）では、ツールプレート検出ドグが検出ピンに当接して押し上げることにより、脱落防止検出弁のスプールをポジション(Ｐｓ)とすることにより、分離室側の下流側分離用加圧エア通路は開放ポートへ、上流側分離用加圧エア通路は開放ポートに接続して、分離室には流体圧が供給されることなく排出され、
前期非装着状態（IV）では、検出ピンはツールプレート検出ドグに当接せず、置台検知プレートは置台検出ピンに当接せず、脱落防止検出弁はポジション（Ｐｌ）に位置して前期（I）及び（II）と同様に、電磁切替バルブのポジション切り替えによって着脱シリンダの分離室又は結合室に流体圧を供給又は排出可能であること
を特徴とする（１）記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【００１６】
（４）マスタプレートとツールプレートとの着脱機構は、
マスタプレートの下部には挿入用の円筒部が備えられており、該円筒部には外周から出没する部材を複数備えており、
該出没部材は、前記円筒部内部に配置された逆円錐台に形成されたテーパカム面を着脱シリンダのロッドに連結して上下動することにより出没部材の押出を制御する制御機構により制御され、
一方ツールプレートには上部径を小さくしたテーパカム面を設けた穴部が設けられており、
前記マスタプレートの挿入用の円筒部を当該ツールプレートの穴部に挿入し、前記出没部材を押し出して前記穴部のテーパカム面に押し付けることによりマスタプレートとツールプレートとを係合して両者を装着し、また、出没部材を後退することにより両者の係合を解除する係合機構を備えていること
を特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【００１７】
（５）マスタプレートの下部に設けられた挿入用の円筒部の外周から出没する部材は、ボール部材であることを特徴する（４）記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【００１８】
（６）（５）記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置において、
マスタプレートとツールプレートとの着脱機構は、
マスタプレートにロック位置及びロック解除位置の間をスライド可能に支持されたカム部材と、該カム部材の周囲に配設され、マスタプレートにカム部材のスライド方向と直交する方向に移動可能に支持される複数のボール部材と、ツールプレートに配設され、カム部材がロック位置に移動したときに両プレートを連結保持するようにボール部材に係合されるツール側ボール受けとを備えており、
前記カム部材には、カム部材のスライド方向に沿って延びかつボール部材を収容可能な複数の断面円弧状のマスタ側ボール収容溝がカム部材の周方向において前記ボール部材の位置に対応して配設されている一方、
前記ツール側ボール受けには、カム部材のスライド方向に沿って延びかつボール部材を収容可能な複数の断面円弧状のツール側ボール収容溝がボール受けの周方向において上記ボール部材の位置に対応して配設されており、
前記マスタ側ボール収容溝の内面に、溝長さ方向の断面がカム部材のスライド方向に対し所定方向に傾斜する形状とされたマスタ側傾斜部が形成され、
前記ツール側ボール収容溝の内面に、溝長さ方向の断面がカム部材のスライド方向に対しマスタ側傾斜部の傾斜方向と反対方向に傾斜する形状とされたツール側傾斜部が形成され、
前記カム部材がロック位置に位置付けられた状態でマスタ側傾斜部の上部がボール部材をツール側傾斜部に当接させるように押圧する構成とされていることを特徴とするロボットアームカップリング装置
【００１９】
（７）流体圧は空気圧であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のロボットアームカップリング装置の脱落防止装置。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明は、稼働状態ではツールの重量等が分離方向に作用するカップリングの構造において、誤動作などに伴う脱落危険を回避する機構として、流体圧回路に分離圧が負荷されないように機械的に固定する機構を一つのバルブ構造にて実現したものであって、脱落危険を回避し、安全性を向上させたロボットアームカップリング装置の脱落防止装置をシンプルな機構にて実現することができた。
この安全バルブをバルブ操作する機構として、ツールプレートを検知してスプールを操作する機構とツール置き台を検知してバルブ本体側を操作する機構を別々に設けるこにより、２ポジション切替バルブを活用して脱落防止機構を実現している。
安全バルブから空気圧などを大気中などに排気する場合に、着脱シリンダの分離室側は排気一方に設定し、電磁バルブ側からの供給圧は、封止する場合と開放排気する場合の２つ構造を開示しており、前者は空気圧などの漏れ音が少ないので静穏な作業環境が保たれ、後者は漏れ音の発生は電磁バルブの誤動作などに発生するので異常感知として有効に活用できる。
出退する複数のボールを係合機構に活用しているので、全周３６０度に対して異方性無くチャッキングでき、大荷重にも対応可能であって、素早く着脱操作が可能である。さらに、個別のボールを湾曲カム面にしたボール収容溝とすることにより、カップリング装置を薄型、小型化することができ、操作性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図５において、１はロボットのアーム、２は該ロボットアーム１に揺動可能に支持されたハンドで、このハンド２にはツール３が本発明の実施形態に係るロボットアームカップリング装置１０を介して着脱可能に結合されている。上記ツール３は、図示しないが例えばエアアクチュエータによって作動するクランプ装置等からなる。
【００２２】
図６及び図７にも示すように、上記ロボットアームカップリング装置１０は、ロボットアーム１に取り付けられたマスタプレート１１と、ツール３が取り付けられるツールプレート３０とを備え、これら両プレート１１，３０は互いに素早く結合及び分離がなされるようになっている。
【００２３】
上記マスタプレート１１は、環状のマスタボディ１２と円筒部材１７とを備えており、マスタボディ１２の内部には、上側（ロボットアーム１側）に位置する小径のシリンダ孔１３と、このシリンダ孔１３の下側（ツールプレート３０側）に同心状に連続し、シリンダ孔１３よりも大径の円筒部材装着孔１４とが貫通して形成され、シリンダ孔１３の上側開口端は、マスタボディ１２にねじ２５により止めた蓋部材２６により気密状に閉塞されている。
【００２４】
一方、円筒部材１７は、下側に開口された有底円筒状の挿入部１８と、この挿入部１８の上端部外周に一体に形成され、２つのピン取付孔１９，１９（１つのみ図示する）を有する取付フランジ部２０とからなり、挿入部１８の底壁中心部にはロッド挿通孔２１が貫通形成され、取付フランジ部２０は上記マスタボディ１２の円筒部材装着孔１４に気密状に嵌合されかつねじ２２によりマスタボディ１２に取付固定されている。そして、上記マスタボディ１２の取付フランジ部２０下面はその周りのマスタボディ１２の下面と面一にされており、これら両面により、マスタプレート１１のツールプレート３０との対向面にマスタ側結合面２３が設けられ、このマスタ側結合面２３の中心部に挿入部１８が突設されている。
【００２５】
上記ツールプレート３０は、環状のツールボディ３１及びボール受け３５を備え、ツールボディ３１の内部には、上側（マスタプレート１１側）に位置する大径のボール受け装着孔３２と、このボール受け装着孔３２の下側（ツール３側）に同軸状に連続し、ボール受け装着孔３２よりも小径の逃がし孔３３とが貫通して形成されている。
【００２６】
上記ボール受け３５は内部に中心孔３６を有する環状のもので、このボール受け３５は上記ツールボディ３１のボール受け装着孔３２に嵌合されて図外のねじによりツールボディ３１に取付固定されている。ボール受け３５の上面はその周りのツールボディ３１の上面と面一にされており、これら両面により、ツールプレート３０のマスタプレート１１との対向面にツール側結合面３７が設けられている。
【００２７】
また、ボール受け３５内の中心孔３６下端部の内径は上記ツールボディ３１の逃がし孔３３上端と同一径で、両面が面一に連続しているが、中心孔３６上端部の内径は下端部よりも小径であり、これらの上端部及び下端部には下側に向かって大径となるようにテーパ状に傾斜するテーパカム面３８が形成されており、このテーパカム面３８は、後述するカム部材５０のロック位置への移動により挿入部１８外周面から突出したボール４７に係合される。そして、ツールプレート３０の逃がし孔３３と、その上端に連続するボール受け３５の中心孔３６とで連続する１つの挿入穴部４０が構成されている。この挿入穴部４０はツール側結合面３７の中心部に開口され、テーパカム面３８は、挿入穴部４０の内周面に挿入穴部４０底側に向かって大径となるように設けられている。
【００２８】
上記マスタプレート１１及びツールプレート３０には、ツールプレート３０をマスタプレート１１に着脱させる着脱機構４３と、この着脱機構４３による両プレート１１，３０の結合時にツールプレート３０をマスタプレート１１に位置決めする位置決め機構６４とが設けられている。
【００２９】
上記着脱機構４３は、上記マスタプレート１１の挿入部１８と上記ツールプレート３０の挿入穴部４０とを構成要素の一部として備え、さらに上記挿入部１８が挿入穴部４０に挿入されたときに、該挿入部１８を挿入穴部４０内周面に係合する係合機構４４を備えている。すなわち、上記挿入部１８にはその内外周面間に亘り半径方向に貫通する複数のボール収容孔４５，…が円周方向に間隔をあけて形成され、この各ボール収容孔４５にボール４７が挿入部１８外周面に対し出没可能に収容されている。
【００３０】
図８に拡大して示すように、各ボール収容孔４５において挿入部１８外周面側の外側開口端部にはその上下位置に、ボール４７がボール収容孔４５から抜け落ちるのを規制する１対のストッパ部４８，４８が一体に設けられ、この各ストッパ部４８はボール収容孔４５内周面から所定高さ（例えば０．１ｍｍ）だけ突出する爪状のものである。
【００３１】
上記挿入部１８内には略円柱状のカム部材５０が挿入部１８先端側のロック位置と挿入部１８基端側のロック解除位置との間を往復動可能に嵌挿されており、このカム部材５０が、ロック位置にあるときに上記ボール４７を半径方向外側に押して挿入部１８外周面から突出させるようにしている。
【００３２】
具体的には、カム部材５０の外周面に、第１テーパ面５１、第１円筒状面５２、第２テーパ面５３及び第２円筒状面５４が下側（先端側）から上側（基端側）に向かって順に連続して形成されている。第１テーパ面５１は、上記ツールプレート３０のテーパカム面３８のテーパ傾斜方向と反対方向にテーパ状に傾斜している。この第１テーパ面５１は、カム部材５０が下方、つまりロック解除位置からロック位置方向に移動開始したときに、ボール４７がツールプレート３０のテーパカム面３８を押圧してツールプレート３０がマスタプレート１１側に移動するように該ボール４７をカム部材５０のスライド方向と略直交する方向に押圧する。
【００３３】
また、上記第１円筒状面５２は、上記第１テーパ面５１のカム部材５０の上側つまりロック解除位置側部に連設されていて、ボール４７の移動に伴うカム部材５０の移動を阻止するものである。
【００３４】
さらに、上記第２テーパ面５３は、上記第１円筒状面５２のカム部材５０の上側つまりロック解除位置側に連設されかつ上記ツールプレート３０のテーパカム面３８のテーパ傾斜方向と反対方向にテーパ状に傾斜している。この第２テーパ面５３は、カム部材５０がロック位置に位置付けられたときに、ボール４７がツールプレート３０のテーパカム面３８を押圧してツールプレート３０をマスタプレート１１に当接させかつ該テーパカム面３８とツール側結合面３７との間のボール受け３５がマスタプレート１１とボール４７との間に挟み込まれた状態で保持されるように該ボール４７をカム部材５０のスライド方向と略直交する方向に押圧する。
【００３５】
さらにまた、上記第２円筒状面５４は、上記第２テーパ面５３のカム部材５０の上側つまりロック解除位置側部に連設されていて、カム部材５０をスライド可能に案内するものである。
【００３６】
上記カム部材５０の上面中心部には上下方向に延びるロッド部５６（ピストンロッド）が一体に形成されている。このロッド部５６は挿入部１８底壁のロッド挿通孔２１を気密状に貫通してマスタボディ１２内のシリンダ孔１３に延び、ロッド部５６の上端にはカム部材５０を往復移動させるピストン部５７が中心部にて一体に接続されている。このピストン部５７は、円筒部材１７及び蓋部材２６により密閉されたシリンダ孔１３内の空間を上側（蓋部材２６側）の結合室５８（ロック室）と下側（円筒部材１７側）の分離室５９（ロック解除室）とに区画している。そして、上記マスタボディ１２、蓋部材２６、円筒部材１７、ピストン部５７及びロッド部５６により、シリンダ孔１３を蓋部材２６と円筒部材１７とで気密状に閉塞して、その内部にピストン部５７を往復動可能に嵌装してなるエアシリンダからなる着脱シリンダ６０が構成され、この着脱シリンダ６０は結合室５８及び分離室５９を有している。
【００３７】
さらに、図６及び図７に示すように、マスタボディ１２には、一端がマスタボディ１２外周面に開口する一方、他端が上記結合室５８に開口する結合ポート６１と、一端が同様にマスタボディ１２外周面に開口する一方、他端が上記分離室５９に開口する分離ポート６２とが貫通形成されており、これら結合室５８又は分離室５９の一方に選択して加圧エアを供給することにより、ピストン部５７をシリンダ孔１３内で往復動させて、そのピストン部５７にロッド部５６を介して連結一体化されているカム部材５０を挿入部１８内で往復動させ、結合室５８に加圧エアを供給したときには、カム部材５０をロック解除位置からロック位置に向かって下側に移動させることにより、ツールボディ３１におけるボール受け装着孔３２のテーパカム面３８に挿入部１８外周面から突出したボール４７を係合して、ツールプレート３０をマスタプレート１１に結合する一方、分離室５９に加圧エアを供給したときには、カム部材５０をロック位置からロック解除位置に向かって上側に移動させることにより、テーパカム面３８とボール４７との係合を解除して、ツールプレート３０をマスタプレート１１から分離させるようにしている。
【００３８】
図１に加圧流体回路を示す。加圧流体回路７９は電磁切替バルブバルブ７８と着脱シリンダ６０の間に形成され、着脱シリンダ６０の結合室５８に連結されるマスタボディ１２外周面に開口している結合ポート６１に通じる結合用加圧エア通路７５と、着脱シリンダ６０のロッド側である分離室５９に連結される分離ポート６２に通じる分離用加圧エア通路７６から構成され、分離用加圧エア通路７６は、脱落検出防止弁脱落防止検出弁８００が中間に介在して電磁切替バルブ側である上流側分離用加圧エア通路７６ａ、分離室側である下流側分離用加圧エア通路７６ｂとなっている。両エア通路７５，７６の上流端は電磁切換バルブ７８を介して加圧エア供給源（図示せず）に接続されている。
この電磁切換バルブ７８は、加圧エア供給源からの加圧エアを着脱シリンダ６０の結合室５８又は分離室５９の一方に択一的に供給するように切り換わるもので、第１〜第５ポート７８ａ〜７８ｅを有しかつ結合位置Ｐ１（第１位置）、分離位置Ｐ２（第２位置）の２位置に切り換わるバルブからなる。この電磁切換バルブ７８の第１ポート７８ａは上記結合用加圧エア通路７５の上流端に、また第２ポート７８ｂは分離用加圧エア通路７６の上流端にそれぞれ接続されている。第３ポート７８ｃは加圧エア供給源に接続され、第４及び第５ポート７８ｄ，７８ｅはいずれも大気に開放されている。そして、電磁切換バルブ７８が結合位置Ｐ１に切り換わったときには、第１ポート７８ａと第３ポート７８ｃとを、また第２ポート７８ｂと第５ポート７８ｅとをそれぞれ連通させ、加圧エア供給源からの加圧エアを結合用加圧エア通路７５を介して着脱シリンダ６０の結合室５８に供給することにより、カム部材５０をロック解除位置からロック位置に向かって下側に移動させてツールプレート３０をマスタプレート１１に結合させる。一方、分離位置Ｐ２に切り換わったときには、第２ポート７８ｂと第３ポート７８ｃとを、また第１ポート７８ａと第４ポート７８ｄとをそれぞれ連通させ、加圧エア供給源からの加圧エアを分離用加圧エア通路７６を介して着脱シリンダ６０の分離室５９に供給することにより、分離室を拡張してピストン５７、ロッド５６を上昇させ、連動するカム部材５０をロック位置からロック解除位置に向かって上側に移動させてツールプレート３０をマスタプレート１１から分離させる。
【００３９】
さらに、上記着脱シリンダ６０の分離室５９に加圧エア供給源からの加圧エアを供給する分離用加圧エア通路７６には着脱シリンダ６０と電磁切換バルブ７８との間に、マスタプレート１１とツールプレート３０とツール置台９０の３者の接触状況を感知する脱落防止検出弁８００が設けられている。脱落防止検出弁８００は、図２及び第４図に示すようにマスタボディ１２外周面に取り付けられている。脱落防止検出弁８００には、スプールに連結していてツールプレートを検知するセンサ部であってプッシュロッドタイプである検出ピン８２を下方に向けて設けており、また、脱落防止検出弁８００の本体に置台検知プレート８３を固着している。この置台検知プレート８３は付勢バネ８４によって下方に付勢されている。バネに抗して置台検知プレート８３を上方に押し上げると脱落防止検出弁８００の本体が上方に動き、ポジションの切り替えがなされる。置台検知プレート８３はツール置台９０から立設されたツール置台検出ピン９１と当接して押しあげらるように設定されている。これによりマスタプレート１１がツール置台９０の上方の所定位置にあることを検知することができる。検出ピン８２は脱落防止検出弁８００のスプールに連動しており、検出ピン８２の位置に応じてスプールが操作され、ポジションの切り替えがなされる構成である。
【００４０】
上記脱落防止検出弁８００は、第１〜第３ポート８００ａ〜８００ｃを有し、かつ第１位置Ｐｌ、第２位置Ｐｓの２位置に切り換わる３ポート２位置機械式スプリング復帰型切換バルブである。常時はスプリングの付勢力により第１位置Ｐｌに保持され、検出ピン８２がツールプレートに設けられた置き台検出ドグ８６に当接してスプリングの付勢力に抗して押されたときには第１位置Ｐｌから第２位置Ｐｓに切り換わるようになっている。
【００４１】
この脱落防止検出弁８００の第１ポート８００ｂは上記電磁切換バルブ７８の第２ポート７８ｂに、また第３ポート８００ｃは分離ポート６２に、さらに第２ポート８００ａは非接続の大気開放ポートである。第２位置Ｐｓに切り換わったときには、第１ポート８００ｂは封止され、電磁切替えバルブ７８から加圧エアが供給された場合でも、エア等の加圧流体の漏れが生じない。また第２ポート８００ａと第３ポート８００ｃが連通し、分離室の加圧流体は大気中などへ開放される。ロボットアームの稼動環境下では、生産工程で発生する異音は故障や不具合のサインとして重要であるところ、加圧エアの漏れ音は異音との区別が付かない雑音となる場合があり、故障発見など生産ラインの管理には不都合なときがある。本実施例は、このような生産ラインの管理にも有用である。加圧エアの大気中放出は、原則として、第１位置Ｐｌにおいて非係合状態からロック状態するために結合室を拡張する際に分離室が収縮するときであるので、発生するエア漏れ音を少なくすることができ、生産工程の作業環境を良好に保つことができる。
【００４２】
さらに、上記ツールプレート３０のツールボディ３１外周面には、ツールプレート検出ドグ８６が取り付け固定されている。ツールプレート検出ドグ８６は、脱落防止検出弁８００の検出ピン８２に対向しており、ツールプレート３０とマスタプレート１１が接触した状態では、検出ピン８２を押し上げてスプールの位置が変わり脱落防止検出弁８００は、Ｐｓの位置となる。本願発明では、後述の置台検出ピン９１との関係で、脱落防止検出弁８００がＰｓのポジションとなるのは、両プレートが係合した状態でツール置き台から離れているとき、即ち、稼働状態であって、他の状態ではＰｌのポジションである。このロボットアームが稼働中の状態では、分離室側の下流側分離用加圧エア通路７６ｂは第３ポート８００ｃから第２ポート８００ａにつながり加圧流体は自由に放出される状態であり、電磁切替バルブ側の上流側分離用加圧エア通路７６ａは第１ポート８００ｂに入り封止ポートに接続して、加圧エアなどの加圧流体の漏れ音は発生しない（図２（ｂ）参照）。
【００４３】
置き台検出ピン９１がツール置台９０に立設されている。この置台検出ピン９１は脱落防止検出弁８００の置台検知プレート８３に対向する位置に取り付けられており、置台検出ピン９１が置台検知プレート８３に当接して押し上げると脱落防止検出弁８００本体が動き、Ｐｌのポジションとなる。置台検出ピン９１と置台検知プレート８３の当接して押し上げられる関係は、ツールプレート３０の高さより高くしてあり、ツール置台９０上にツールプレート３０が存在し、マスタプレート１１と接触した状態では、先に述べた検出ピン８２とツールプレート検出ドグ８６との接触関係を優先して脱落防止検出弁８００本体を押し上げる関係に規定する。これにより、ツール置台９０が検知された状態（図２（ａ）参照）では、脱落防止検出弁８００はＰｌの位置となり、上流側分離用加圧エア通路７６ａと下流側分離用加圧エア通路７６ｂは連通して、分離室５９への流体圧の供給、排出は電磁切替バルブ７８の操作によって行うことができるので、マスタプレート１１とツールプレート３０は着脱自由である。
なお、図２（ｃ）（２ポジション１バルブ１方向排気タイプの例）及び図３（ｃ）（２ポジション１バルブ２方向排気タイプの例）に示すように、ロボットアームの通常の作動範囲外の位置には、ロボットのハンド２（ロボットアームカップリング装置１０のマスタプレート１１）に装着されない不使用状態にあるツール３をロボットアームカップリング装置１０のツールプレート３０と共に載置して保管するためのツール置台９０が設置され、このツール置台９０にはツール３を挿入保持するための孔、開口、切欠き等からなるツール挿入部９０ａが形成されている（なお図２〜図４では要部のみを簡略化して示している）。また、ツール置台９０の上面には、マスタプレート１１に位置決めされて結合されたツールプレート３０がツール置台９０上の適正位置に載置されたときに置台検知プレート８３接触して脱落防止検出弁８００本体を押し上げる場所に置台検出ピン９１が立設されている。そして、マスタプレート１１がツール置台９０上の所定位置、つまりツール置台９０上に載置されたツールプレート３０を結合する位置にあるとき、置台検出ピン９１が置台検知プレート８３を押し上げて脱落防止検出弁８００は第１位置Ｐｌに位置決めされ、ツールプレート３０がツール置き台上にある状態を検出することとなるのは上述の通りである。
【００４４】
以上により、流体圧回路７９は、マスタプレート１１、ツールプレート３０，ツール置台９０の３者の関係に応じて、マスタプレートとツールプレートの着脱を制御し、ロボットアームが作業中等であるマスタプレートとツールプレートが結合状態にあって、ツール置台９０に接地していない状態では脱落防止検出弁８００が機械的に第２位置Ｐｓに保持されて、分離室側５９の分離用加圧エア通路７６は脱落防止検出弁８００の開放ポートに接続されて、加圧流体は放出状態に維持される。したがって、電磁切替バルブ７８が誤作動しても分離室側に加圧流体は供給されることはない。
本発明は、本出願人が先に出願した特許文献５では前記したマスタプレート１１、ツールプレート３０及びツール置台９０の３者の関係を検知してロボットアームが稼働中にはずれて脱落することを防止する加圧流体回路として、分離用加圧エア通路７６に２つの検出バルブを用いたが、本願発明は一つの２ポジションの検出バルブを機械的に制御して流体圧回路及び機器の簡素化を実現した。
他の状態、即ち分離室に加圧流体を供給してもツールが脱落する事故が発生しない状況では脱落防止検出弁８００は、第１位置Ｐｌにあって、分離用加圧エア通路７６は、下流側分離用加圧エア通路７６ｂと上流側分離用加圧エア通路７６ａに連通した状態にあり、電磁切替バルブ７８の制御によって、分離室へ加圧流体の給排が自由となっている。したがって、ツール置台９０にツールプレート３０が載置された状態ではマスタプレート１１とツールプレート３０とのロック、アンロックが可能であり、ツールを交換することができる。また、ツールプレート３０を装着しない状態でマスタプレート１１がフリーであるときは、分離室５９への加圧流体を供給してロッド５６を上昇させ、カム部材を上昇させることにより、ツールプレート３０の挿入穴部にマスタプレートの挿入用の円筒部を挿入可能にスタンバイさせることができる。また、７５は常時電磁切替バルブ７８に接続しているので結合室５８は、電磁切替バルブ７８の操作によって伸縮できる。したがって、マスタプレートとツールプレートの着脱は速やかに容易に実施できる。
マスタプレートとツールプレートとツール置き台の３者の関係の状況を図２及び図３に概略を示す。図２は、上記したとおり脱落防止検出弁８００の構成が２ポジション１バルブ１方向排気タイプの例であり、図３は２ポジション１バルブ２方向排気タイプ例である。
即ち、図２に示された２ポジション１バルブ１方向排気タイプの脱落防止検出弁８００は、２つの位置に規制され、ロボットアーム稼働中は分離室側の排気のみが可能であり、電磁切替バルブ側から入る流体圧は止められて排出されない構成となっている。この例は、エアなど漏れ音を少なくすることができ、生産工程の作業環境を良好に保つことができる。
また、図３に示された２ポジション１バルブ２方向排気タイプの脱落防止検出弁８００は、２つの位置に規制され、分離室側の排気と電磁切替側から入る流体圧の双方が脱落防止検出弁８００のポートを通して排出することができる様にしたものである。この例は、エアなど漏れ音は発生するが、電磁切替バルブ側の回路７０ａの加圧流体も確実に大気等の外部へ放出される。
【００４５】
マスタプレート１１、ツールプレート３０、ツール置台９０の上記各状態における各検出バルブ８００，脱落防止検出弁８０１の位置と、着脱シリンダ６０の分離室５９に対する分離用加圧エアの供給状態とをまとめて表１に示す。
【００４６】
【表１】
2009136942.tif 000003
【００４７】
尚、位置決め機構６４は、図５に示すように、マスタプレート１１において挿入部１８周りのマスタ側結合面２３に突設された１対の位置決めピン６５，６５（１つのみ示す）と、ツールプレート３０において挿入穴部４０周りのツール側結合面３７に位置決めピン６５，６５に対応して開口された１対の位置決めピン穴６６，６６（１つのみ示す）とからなり、これら位置決めピン６５，６５がそれぞれ対応する位置決めピン穴６６に挿入嵌合されることで、マスタプレート１１とツールプレート３０との円周方向の位置決めを行うようにしている。
【００４８】
また、マスタプレート１１のマスタボディ１２には、一端（上流端）がマスタボディ１２外周面に、また他端（下流端）がマスタ側結合面２３にそれぞれ開口するマスタ側空気ポート７０が貫通形成されている。このマスタ側空気ポート７０の一端には、上流側がロボットアーム１側に延びるマスタ側加圧エア配管６の下流端が接続されている。一方、ツールプレート３０のツールボディ３１には、一端（下流端）がツールボディ３１外周面に、また他端（上流端）がツール側結合面３７にそれぞれ開口するツール側空気ポート７１が貫通形成され、このツール側空気ポート７１の一端には、下流側を上記ツール３のエアアクチュエータに接続したツール側加圧エア配管７の上流端が接続されており、両プレート１１，３０の結合時にマスタ側結合面２３とツール側結合面３７とが当接したときに、両空気ポート７０，７１を連通させて、ロボットアーム１側の加圧エアをツール３のエアアクチュエータに供給するようにしている。
【００４９】
次に、上記実施形態の作動について説明する。
ツール３がロボットのハンド２から分離されてロボットアームカップリング装置１０のマスタプレート１１がツールプレート３０から分離されているとき、電磁切換バルブ７８は分離位置Ｐ２にあり、着脱機構４３の着脱シリンダ６０における分離室５９に加圧エアが供給されてピストン部５７は上側にある。また、このピストン部５７にロッド部５６を介して連結されているカム部材５０は上側のロック解除位置にあり、挿入部１８のボール収容孔４５内の各ボール４７は挿入部１８の外周面から突出していない。
【００５０】
この状態から、ツール置台９０上のツール３をハンド２に装着するために、ロボットアームカップリング装置１０のマスタプレート１１とツールプレート３０とを結合するとき、ロボットアーム１の移動操作によりマスタプレート１１がツール置台９０上のツール３と一体のツールプレート３０に接近し、そのマスタプレート１１のマスタ側結合面２３から突出している挿入部１８が、ツールプレート３０のツール側結合面３７に開口している挿入穴部４０に挿入される。これに略並行して、マスタ側結合面２３から突出している各位置決めピン６５が、ツール側結合面３７に開口している対応する位置決めピン穴６６に挿入嵌合される。
【００５１】
そして、上記挿入部１８が挿入穴部４０に挿入されると、電磁切換バルブ７８が結合位置Ｐ１に切り換えられ、マスタプレート１１の着脱シリンダ６０における結合室５８に加圧エアが供給されてピストン部５７が下側に移動し、このピストン部５７によりカム部材５０が駆動されて上記ロック解除位置からロック位置へスライド移動する。このカム部材５０のロック位置への移動に伴い、上記ボール４７が半径方向外側に押されて挿入部１８外周面から突出する。この挿入部１８外周面から突出したボール４７にツールプレート３０における挿入穴部４０内周面のテーパカム面３８が係合され、この係合により両プレート１１，３０が結合される。
【００５２】
具体的な係合動作については図６〜８参照。具体的には、カム部材５０はその第２円筒状面５４によって挿入部１８内をスライド可能に案内されてロック解除位置からロック位置に移動し、このカム部材５０がロック解除位置からロック位置方向に移動開始したとき、まず、カム部材５０はその第１テーパ面５１によってボール４７をカム部材５０のスライド方向と略直交する方向に押圧して押し出す。このことで、そのボール４７がツールプレート３０のテーパカム面３８を押圧してツールプレート３０がマスタプレート１１側に移動し、マスタプレート１１側に引き寄せられる。
【００５３】
その後、カム部材５０がロック位置に向けてさらに移動すると、その第１円筒状面５２がボール４７に接触し、次いで、第２テーパ面５３がボール４７に接触する。このカム部材５０がロック位置に位置付けられた状態で、カム部材５０はその第２テーパ面５３によってボール４７をピストン部５７のスライド方向と略直交する方向に押圧するので、その第２テーパ面５３によるくさび効果によりボール４７が半径方向外方に押圧付勢される。このボール４７はツールプレート３０側のテーパカム面３８に当接し、このテーパカム面３８を介してツールプレート３０を押圧してマスタプレート１１側に付勢し、このことで、ボール４７がテーパカム面３８とツール側結合面３７との間のボール受け３５をマスタプレート１１に向かう方向に押圧し、そのボール受け３５がマスタプレート１１とボール４７との間に挟み込まれた状態となって保持され、両プレート１１，３０が各々の結合面２３，３７間に隙間を生じさせることなく結合され、結合状態が向上する。
【００５４】
また、カム部材５０に設けられた第１円筒状面５２は、係合機構に組み込まれた安全装置の役割を果たしている。即ち、稼働中に何らかの原因によりカム部材５０がロック位置に保持されずに、ボール４７が第２テーパ面５３に沿って後退し、半径方向内側に変位してカム部材５０をロック解除位置側へ後退した場合に、ボール４７が第１円筒状面５２に接触すると、その部位でボール４７からカム部材５０に該カム部材５０を後退させる力が作用しなくなり、マスタプレート１１とツールプレート３０との分離方向の動きは一旦規制される（フェイルセイフ機構）。しかしながら、シリンダ６０の分離室５９に加圧エアが供給や蓄積された場合はピストン５７が上昇し、ボール４７は後退が進むこととなるので、流体圧回路側に分離室が拡張するような問題が生じた場合にはこの安全機構は破られることとなる。本願発明では、稼働中に分離室５９側に加圧エアが供給されることはなく、結合室側からピストンのシールを通してエア漏れが発生しても分離室５９に加圧エアが蓄積することなく排気されるように脱落防止検出弁８００のスプールの位置を第２位置Ｐｓに機械的に固定する構造を設けたので、稼働中に加圧エアが分離室を拡張するような危険が回避される安全機構を設けたものである。
【００５５】
このようにしてマスタプレート１１にツールプレート３０を着脱するとき、両プレート１１，３０の関係としては、図２（ａ）に示すように、ツールプレート３０がツール置台９０上の適正位置に載置されるように、このツールプレート３０をマスタプレート１１が電磁切換バルブ７８の結合位置Ｐ１及び分離位置Ｐ２間の切換可能な状態にあり「係合された装着状態」と「係合がはずれた分離状態」とにすることができる２状態が含まれる「着脱可能状態」、図２（ｂ）に示すように、ツールプレート３０がマスタプレート１１に結合されかつツール置台９０上から離れた「稼働状態」、図２（ｃ）に示すように、ツールプレート３０がツール置台９０上になく、マスタプレート１１のみがツール置台９０上に位置する「ツールプレート非装着状態」との４つの状態（表１参照）がある。
【００５６】
（係合された装着状態）
「係合された装着状態」では、図２（ａ）に示す如く、ツール置台９０に載置されているツールプレート３０のツールボディ３１の上面よりも上方に伸びたツール置台９０上に固定された置台検出ピン９１が置台検知プレート８３に当接して、脱落防止検出弁８００本体を押し上げた状態となる。このときマスタボディ１２外周面に取り付けられたツールプレート検出ドグ８６は脱落防止検出弁８００の検出ピン８２と非接触あるいは軽く接触した状態であって、置台検知プレート８３と置台検出ピン９１の接触が優位をなっていて、スプリングの付勢力に抗して脱落防止検出弁８００は位置Ｐｌに設定される。このことで、加圧エア供給源からの分離用加圧エアは、脱落防止検出弁８００の第３ポート８００ｃから第２ポート８００ａが連通し、分離室側の分離用加圧エア通路７６を経由して着脱シリンダ６０の分離室５９に供給可能な状態となる。あるいは「係合された装着状態」では、ツールプレート３０はツール３と共にツール置台９０上にあり、このツールプレート３０をマスタプレート１１から分離しても問題はないので、そのツールプレート３０の分離動作を行うことができる。７５は、電磁切替バルブ７８の操作に応じて結合室５８に供給・排出することが常時できる。
【００５７】
（係合がはずれた分離状態）
また上述のように「係合がはずれた分離状態」は、図２（ａ）に示される如く、上記「装着状態」と同様である。つまり、「係合がはずれた分離状態」では、ツールプレート３０はツール３と共にツール置台９０上にあり、このツールプレート３０をマスタプレート１１から分離あるいは結合しても問題はないので、そのツールプレート３０の分離動作を行うことができる。
【００５８】
（稼働状態）
さらに、上記「稼働状態」では、図２（ｂ）に示すように、ツールプレート３０がツール３と共にマスタプレート１１に結合され、置台検出ピン９１から離れた状態でドグプレート８６が脱落防止検出弁８００の検出ピン８２が当接してスプールを押し上げて、スプリングの付勢力に抗して脱落防止検出弁８００のスプールは第２の位置Ｐｓに設定される。この状態で脱落防止検出弁８００は、ポート８００ｃとポート８００ａが連通し、通路下流側分離用加圧エア通路７６ｂを通して分室側の加圧エアは外部へ放出され、上流側の通路７６ａはポート８００ｂにて封鎖されて遮断されている。ツールプレート検出ドグ８６と検出ピン８２が物理的に接触している状態で固定されているので、脱落防止検出弁８００も第２位置Ｐｓに保持されることとなり分離室が拡張することはない。つまり、この「稼働状態」では、ツールプレート３０はツール３と共にマスタプレート１１に結合され、このツールプレート３０をマスタプレート１１から分離すると脱落事故が生じるので、そのツールプレート３０の分離動作が成されないように構成されている。
【００５９】
（ツールプレート非装着状態）
さらにまた、「ツールプレート非装着状態」では、図２（ｃ）に示すように、ツールプレート３０がツール置台９０上にないが、マスタプレート１１はツール置台９０上にあるツールプレート３０を結合できる置台検出ピン９１の先端より上方の待機位置を想定している。脱落防止検出弁脱落防止検出弁はスプリングの付勢力により第１位置Ｐｌに位置する。この状態では、脱落防止検出弁８００は前記「係合された装着状態」と同様であり、電磁切替バルブ７８とシリンダ６０の結合室５８及び分離室５９との間の回路７５、７６は連通しており、電磁切替バルブ７８の操作により、いずれも操作可能である。ただし、この状態は、分離室側５９を拡張しておき、次のツールプレートを装着できる準備状態とするのが普通である。
【００６０】
「稼働状態」においては、脱落防止検出弁８００が第２位置Ｐｓにあり、着脱シリンダ６０の結合室５８に加圧エア供給源からの加圧エアが供給されるが、この状態で電磁切換バルブ７８に誤操作や誤動作等による異常状態が発生し、同じ加圧エアが着脱シリンダ６０の分離室５９に供給されるように切り換わったとしても、分離室側の上流側分離用加圧エア通路７６ａと下流側分離用加圧エア通路７６ｂは分断されており、加圧エアは分離室５９へは供給されず、下流側分離用加圧エア通路７６ｂは大気中へ開放されているので分離室５９に加圧エアが滞留することもない。
【００６１】
また、検出ピン８２、置台検知プレート８３、ツールプレート検出ドグ８６，置台検出ピン９１を組み合わせることにより、マスタプレート、ツールプレート、ツール置台の三者の関係状態を検出して脱落防止検出弁８００の位置を物理的に固定することを実現することができた。シンプルな機構で機械的に切り換わるので、作動信頼性の高い流体圧回路７９が容易に得られる。バルブの構造も、脱落防止検出弁８００は２ポジション１方向排気であり、電磁切替バルブ７８は２ポジションにて実現している。バルブ構造も含めてシンプルな機構を実現している。
【００６２】
尚、上記実施形態では、流体としてエアを用いて説明しているが、オイル等の液体を用いてもよく、放出される液体をドレンすればよい。
【００６３】
＜他の実施態様＞  
上記図２に記載された２ポジション１方向排気である脱落防止検出弁８００に代えて、２ポジション２方向排気に形成した脱落防止検出弁８０１を用いた例を図３に示す。この例は、稼働状態（図３ｂ）では、分室側の分離用加圧エア通路７６は脱落防止検出弁８０１において、上流側分離用加圧エア通路７６ａ、下流側分離用加圧エア通路７６ｂとも開放されていて、電磁切替バルブ７８側から加圧エアが供給されても開放ポートである８０１ｄから大気中に放出され、分離室側からの下流側分離用加圧エア通路７６ｂは開放ポート８０１ａから大気中に放出される。図３ａに示される係合された装着状態や図３ｃに示されるツールプレート非装着状態では、上流側分離用加圧エア通路７６ａと下流側分離用加圧エア通路７６ｂはポート８０１ｂと８０１ｃにつながり、連通し電磁切替バルブ７８から着脱シリンダ６０の分離室５９へつながっているので、加圧エアの漏れは発生しない。これにより、稼働状態では電磁切替バルブは結合室側の回路７５へ加圧エアを送るポジション（第１位置Ｐ１）に通常はあるべきところ、誤動作などの原因により分離室側の分離用加圧エア通路７６ａに加圧エアを送るポジション（第２位置Ｐ２）に切り替わったときには、加圧エアは大気中へ放出され、エア漏れ音が発生するので異常状態を容易に判別することができる。
なお、検出ピン８２、置台検知プレート８３、ツールプレート検出ドグ８６，置台検出ピン９１の組み合わせ及びマスタプレート、ツールプレート、ツール置台の三者の関係状態を検出して脱落防止検出弁８０１の位置を物理的に固定することは、前記第２図に示した構造と同様であるので、詳細説明は省略する。この例においても、シンプルな機構で機械的に切り換わるので、作動信頼性の高い流体圧回路７９が容易に得られる。バルブの構造も、脱落防止検出弁８０１は２ポジション２方向排気であり、電磁切替バルブ７８は２ポジションにて実現している。バルブ構造も含めてシンプルな機構を用いることができている。加えて、異常状態の判別を目視によらず、音で判別することが可能となる。
【００６４】
＜薄型着脱機構＞
本脱落防止機構を適用できる薄型の着脱機構を説明する。着脱機構について詳しく述べるが、この着脱機構を操作する着脱シリンダの流体圧制御回路として上述した安全回路を採用することができる。
即ち、この薄型の着脱機構は本出願人が既に提案した特許第３７１７９２３号公報に開示されたものであって、ボール部材をカム部材及びボール受けの双方において断面円弧状のボール収容溝内に配置し、その各ボール収容溝の内面をボール部材と接触させて、接触面積を増大させるようにして、ボール部材を用いながら、ロボットアームカップリング装置の薄型化を実現したものである。
【００６５】
具体的には、ロボットアームに取り付けられたマスタプレートと、ツールが取り付けられるツールプレートと、これら両プレートを一体的に連結してロック固定するロック手段とを有し、このロック手段が、上記マスタプレートにロック位置及びロック解除位置の間をスライド可能に支持されたカム部材と、このカム部材の周囲に配設され、上記マスタプレートにカム部材のスライド方向と直交する方向に移動可能に支持される複数のボール部材と、上記ツールプレートに配設され、上記カム部材がロック位置に移動したときに両プレートを連結保持するようにボール部材に係合されるボール受けとを備えたロボットアームカップリング装置が前提である。
【００６６】
そして、上記カム部材には、カム部材のスライド方向に沿って延びかつ上記ボール部材を収容可能な複数の断面円弧状のマスタ側ボール収容溝がカム部材の周方向において上記ボール部材の位置に対応して配設されている一方、上記ボール受けには、上記カム部材のスライド方向に沿って延びかつ上記ボール部材を収容可能な複数の断面円弧状のツール側ボール収容溝がボール受けの周方向において上記ボール部材の位置に対応して配設されている。
【００６７】
また、上記マスタ側ボール収容溝の内面に、溝長さ方向の断面がカム部材のスライド方向に対し所定方向に傾斜する形状とされたマスタ側第１傾斜部が形成され、上記ツール側ボール収容溝の内面に、溝長さ方向の断面がカム部材のスライド方向に対し上記マスタ側傾斜部の傾斜方向と反対方向に傾斜する形状とされたツール側傾斜部が形成されており、上記カム部材がロック位置に位置付けられた状態で上記マスタ側第１傾斜部がボール部材を上記ツール側傾斜部に当接させるように押圧する構成にされていることを特徴とする。
【００６８】
この構成により、カム部材がロック位置に移動した状態で、カム部材はそのマスタ側ボール収容溝内におけるマスタ側第１傾斜部によってボール部材をボール受けのツール側ボール収容溝内におけるツール側傾斜部に当接するように押圧し、そのマスタ側第１傾斜部による楔効果によりボール部材が半径方向外側に押圧付勢される。それから、このボール部材はツール側傾斜部を介してボール受け及びツールプレートを押圧してマスタプレート側に付勢し、このことで両プレートが隙間なく連結される。
【００６９】
そのとき、上記ボール部材がカム部材における断面円弧状のマスタ側ボール収容溝及びボール受けにおける同様のツール側ボール収容溝に収容されているので、ボール部材はマスタ側ボール収容溝及びツール側ボール収容溝の各内面（基本的に溝底面）に接触することとなり、両者の接触形態はボール部材の外周面とボール収容溝の内面とによる、同じ方向に湾曲した円弧面同士の接触となり、ボール部材がカム部材外周のマスタ側テーパ面及びボール受け内周のツール側テーパ面と接触する、逆方向に湾曲した円弧面同士の接触構造に比べ接触面積が増加する。換言すれば、小径のボール部材を用いながら、接触面積を増加させて接触面圧を低減させることができる。このことで、ボール部材の直径を小さくし、そのカム部材の動作ストロークを小さくして、ロボットアームカップリング装置の厚さを薄くすることができる。
【００７０】
また、上記マスタ側ボール収容溝の内面には、マスタ側第１傾斜部よりもカム部材のロック位置側に、溝長さ方向の断面がカム部材のスライド方向と平行な形状とされたストレート部が連設されている構造としてもよい。
【００７１】
こうすれば、カム部材のスライド位置が所定位置に保持されず、ボール部材が半径方向内側に変位してカム部材をロック解除位置側たる後退側に戻しても、マスタ側第１傾斜部のカム部材のロック位置側にストレート部が連設されているので、その部位でボール部材からカム部材に該カム部材を後退させる力が作用しなくなり、マスタプレートとツールプレートとの分離は規制される。
【００７２】
上記マスタ側ボール収容溝の内面には、上記ストレート部よりもカム部材のロック位置側に、溝長さ方向の断面がマスタ側第１傾斜部と同方向に傾斜する形状とされたマスタ側第２傾斜部が形成され、上記ストレート部とマスタ側第２傾斜部とは、溝長さ方向の断面が円弧形状とされた円弧部を介して連続している構成としてもよい。
【００７３】
図９は本薄型着脱機構の形態に係るロボットアームカップリング装置Ａの主要部を示す。このロボットアームカップリング装置Ａは、図示しないロボットアームにツール等を交換可能に装着するためのもので、図１０に示すマスタプレート１０１と、図１１に示すツールプレート１０２とを備え、マスタプレート１０１はロボットアームに取り付けられる一方、ツールプレート１０２にツール等が取り付けられ、これら両プレート１０１，１０２はロック機構１２７により互いに素早く連結及び連結解除がなされるように構成されている。マスタプレートには着脱制御用のシリンダが設けられており、該シリンダは結合室と分離室に区分されていて、流体圧の供給・排出に伴いシリンダロッドを上下動して、ロッド先端に連結されたカム部材を制御して、ボール部材を出没制御し、ロック、アンロックする機構を備えていることは前述の機構と同様である。
本薄型の着脱機構は前述のように、ボール部材をカム部材及びツール側ボール受けの双方において断面円弧状のボール収容溝内を配置したことにあり、その各ボール収容溝の内面をボール部材と接触させて、接触面積を増大したものであるので、この構造について、詳述する。
【００７４】
図１２、１３を参照するに、カム部材１２８の外周面には、複数（例えば８つ）の断面円弧状のマスタ側ボール収容溝１２９，１２９，…がカム部材１２８の周方向において上記ボール部材１４４の位置（シリンダヘッド１１０のボール収容孔１１５の位置）に対応して配設されている。この各マスタ側ボール収容溝１２９は、カム部材１２８の外周下端隅角部を部分的に円弧溝状に切り欠いた形状のもので、基本的にカム部材１２８のスライド方向（上下方向）に沿って延び、その上端部はカム部材１２８の上面ではなくて外周面の上端近傍に位置しており、この各マスタ側ボール収容溝１２９内に各ボール部材１４４を収容可能となっている。
【００７５】
各マスタ側ボール収容溝１２９の内面（基本的に溝底面）には、マスタ側第１傾斜部１３０と、このマスタ側第１傾斜部１３０よりもカム部材１２８のロック位置側（下側）に連続するストレート部１３１と、このストレート部１３１よりもカム部材１２８のロック位置側（下側）に連続するマスタ側第２傾斜部１３２とが形成され、マスタ側第１傾斜部１３０とストレート部１３１とは上側円弧部１３３を介して連続し、ストレート部１３１とマスタ側第２傾斜部１３２とは下側円弧部１３４を介して連続している。これら第１傾斜部１３０、ストレート部１３１、第２傾斜部１３２及び円弧部１３３，１３４は、いずれもマスタ側ボール収容溝１２９の内面（溝底面）に位置し、各々の位置での溝の半径ｒ１は同じであるが、その円弧中心を変えることによって形成される。
【００７６】
一方、ツールプレート側に設けられるボール受け１５８の内周面下部には、図１４を参照するに、複数（例えば８つ）の断面円弧状のツール側ボール収容溝１６３，１６３，…がボール受け１５８の周方向において上記マスタプレート１０１側の各ボール部材１４４の位置（カム部材１２８のマスタ側ボール収容溝１２９の位置）に対応して配設されている。この各ツール側ボール収容溝１６３は、ボール受け１５８の内周下端隅角部を部分的に円弧溝状に切り欠いた形状のもので、基本的に上記カム部材１２８のスライド方向（上下方向）に沿って延び、その上端部はボール受け１５８の上面ではなくてその外周面の上端近傍に位置しており、この各ツール側ボール収容溝１６３内に各ボール部材１４４を収容可能となっている。このツール側ボール収容溝１６３の円弧半径ｒ１は、マスタ側ボール収容溝１２９の円弧半径ｒ１と同じである（尚、これら両ボール収容溝１６３，１２９の円弧半径を互いに異ならせてもよい）。尚、ツール側ボール収容溝１６３をその上端部がボール受け１５８の上面まで達するように形成してもよい。
【００７７】
上記各ツール側ボール収容溝１６３の内面（基本的に溝底面）にはツール側傾斜部１６４が形成され、このツール側傾斜部１６４は、溝長さ方向の断面がカム部材１２８のスライド方向に対し上記マスタ側ボール収容溝１２９におけるマスタ側第１傾斜部１３０の傾斜方向と反対方向に、つまり上側に向かってボール受け１５８の中心側に向かうように傾斜する形状とされている。このツール側ボール収容溝１６３においても、上記マスタ側ボール収容溝１２９と同様に、その各位置での溝の半径ｒ１は同じで、その円弧中心を変えることによって形成される。
【００７８】
次に、本薄型着脱機構の作用について説明する。まず、ツールプレート１０２をマスタプレート１０１に締結する場合、ロボットアームの操作によりマスタプレート１０１のシリンダヘッド１１０がツールプレート１０２におけるボール受け１５８の内部ないしツールボディ１５０の小径孔１５２内に嵌挿される。また、マスタプレート１０１の１対の位置決めピン１２２，１２２がツールプレート１０２の１対の位置決め嵌合穴１６１へそれぞれ嵌合される。この状態では、シリンダヘッド１１０の各ボール収容孔１１５内に支持されているボール部材１４４がボール受け１５８の各ツール側ボール収容溝１６３に円周方向において対応する。また、この各ボール部材１４４は、回り止め機構１３７によりカム部材１２８の各マスタ側ボール収容溝１２９に円周方向において対応している。
【００７９】
この状態で、ピストン１４０上側の室に加圧エアが供給されて、ピストン１４０がそれまでの上昇位置から下降し、このピストン１４０の駆動によりカム部材１２８が上昇端のロック解除位置から下降移動する。このカム部材１２８の下降により、上記マスタ側ボール収容溝１２９内にボール部材１４４が入り込み、そのボール収容溝１２９内面下端のマスタ側第２傾斜部１３２がボール部材１４４を半径方向外側に押してシリンダヘッド１１０の外周面から突出させる。このことでボール部材１４４の突出部が上記ツール側ボール収容溝１６３内に入る。さらにカム部材１２８が下降すると、上記マスタ側第２傾斜部１３２上側のストレート部１３１がボール部材１４４を押圧するようになる。その後、カム部材１２８が下降端のロック位置に位置付けられると、上記ストレート部１３１上側でマスタ側ボール収容溝１２９上端にあるマスタ側第１傾斜部１３０がボール部材１４４を押圧するようになり、ボール部材１４４は上記ツール側ボール収容溝１６３のツール側傾斜部１６４に当接する。この状態では、各ボール部材１４４は、マスタ側ボール収容溝１２９のマスタ側第１傾斜部１３０と、ツール側ボール収容溝１６３のツール側傾斜部１６４と、ボール収容孔１１５の内面下部とに当接してこれらにより移動不能に押圧保持され、このことでツールプレート１０２がマスタプレート１０１に一体的に連結されてロック固定される。
【００８０】
すなわち、このとき、ピストン１４０上面にエア圧が作用して、ピストン１４０と一体のカム部材１２８も下方に押され、マスタ側ボール収容溝１２９内上端のマスタ側第１傾斜部１３０によってボール部材１４４の外周面が押されるので、このマスタ側第１傾斜部１３０によるいわゆる楔効果により、ボール部材１４４が所定位置となるまで半径方向外側に移動される。しかも、上記マスタ側第１傾斜部１３０の傾斜角度θ１が小さいので、上記楔効果がさらに高められる。そのため、ボール受け１５８のツール側ボール収容溝１６３におけるツール側傾斜部１６４にボール部材１４４より作用する押圧力によってツールプレート１０２が上方に付勢され、ツールプレート１０２の上面がマスタプレート１０１の下面に接触するまで移動することとなる。このことで、両プレート１０１，１０２の間に加工のばらつきにより隙間が生じるとしても、そのばらつきは、上記マスタ側ボール収容溝１２９内のマスタ側第１傾斜部１３０によりボール部材１４４を半径方向外側に積極的に押圧付勢してツールプレート１０２を上方に変位させることで吸収され、両プレート１０１，１０２が常に隙間を生じない状態で連結されることとなり、連結位置の再現性が良くなる。
【００８１】
また、ピストン１４０上面に対しては常時エア圧が作用しているが、何等かの原因でピストン１４０上面にエア圧が作用しなくなると、ツールを含めたツールプレート２の重量によりボール部材４４が半径方向内側に押されて変位し、ピストン１４０が持ち上げられるようになる。こうなったとしても、上記マスタ側第１傾斜部１３０下側にストレート部１３１が連設されているので、その部位までボール部材１４４が移動するのに伴い、その移動後はボール部材１４４からピストン１４０に該ピストン１４０を上昇させる方向の力は作用しなくなり、よって両プレート１０１，１０２の不用意な分離を規制することができる。
【００８２】
尚、上記ツールプレート１０２とマスタプレート１０１との連結を解除する場合には、ピストン１４０下側の分離室に加圧エアを供給してピストン１４０を上昇させることで、上記連結時とは逆の動作が行われ、ボール部材１４４が半径方向内側に移動して両プレート１０１，１０２の連結が解除される。
【００８３】
したがって、この実施形態においては、各ボール部材１４４がカム部材１２８における断面円弧状のマスタ側ボール収容溝１２９及びボール受け１５８における同様のツール側ボール収容溝１６３に収容された状態で移動するので、ボール部材１４４はマスタ側ボール収容溝１２９及びツール側ボール収容溝１６３の各内面（基本的に溝底面）に接触することとなり、両者の接触形態はボール部材１４４の外周面とボール収容溝１２９，１６３の内面とによる、同じ方向に湾曲した円弧面同士の接触となる。この円弧面同士の接触では、ボール部材１４４が従来のカム部材外周のマスタ側テーパ面及びボール受け内周のツール側テーパ面と接触する、逆方向に湾曲した円弧面同士の接触構造に比べ接触面積が増加するので、小径のボール部材１４４を用いながら、接触面積を増加させて接触面圧を低減させることができる。よって、ボール部材１４４の直径を小さくし、そのカム部材１２８の動作ストロークを小さくして、ロボットアームカップリング装置Ａの厚さ（上下高さ）を薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ロボットアームカップリング装置の着脱シリンダに接続されるエア回路を示す回路図である。
【図２】バルブ機構の作動に伴い着脱シリンダの分離室に対する接続状態と脱落防止検出弁機構の作動状態の変化を示す図。
【図３】バルブ機構の作動に伴い着脱シリンダの分離室に対する接続状態と脱落防止検出弁機構の作動状態の変化を示す他の例の図。
【図４】マスタプレート、ツールプレート、ツール置き台及びそれぞれに設けられた検出ピン、置き台検出伝達ピン、バルブ当接ピンの概略を示す斜視図である。
【図５】ロボットアームカップリング装置をロボットアームに装着した状態を示す一部破断正面図である。
【図６】ロボットアームカップリング装置におけるマスタプレートとツールプレートとが分離された状態を示す断面図である。
【図７】マスタプレートとツールプレートとが結合された状態を示す図６相当図である。
【図８】ボール収容状態とカム部材に関わる拡大断面図である。
【図９】薄型タイプのロボットアームカップリング装置を両プレートの連結状態で示す縱断面図である。
【図１０】薄型タイプのロボットアームカップリング装置マスタプレートの縱断面図である。
【図１１】薄型タイプのロボットアームカップリング装置ツールプレートの縦断面図である。
【図１２】カム部材の断面図である。
【図１３】カム部材の斜視図である。
【図１４】ツールプレート側のボール受けの斜視図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  ロボットアーム  
２  ハンド  
３  ツール  
１０  ロボットアームカップリング装置
１１  マスタプレート  
１２  マスタボディ  
１３  シリンダ孔
１４  円筒部材装着孔
１７  円筒部材  
１８  挿入部
１９  ピン取付孔
２０  取付フランジ部
２２  ねじ
２３  マスタ側結合面
２５  ねじ
２６  蓋部材  
３０  ツールプレート  
３１  ツールボディ
３２  ボール受け装着孔
３３  逃がし孔
３５  ボール受け
３６  中心孔
３７  ツール側結合面  
３８  テーパカム面
４０  挿入穴部  
４３  着脱機構  
４４  係合機構  
４５  ボール収容孔  
４７  ボール
４８  ストッパ部
５０  カム部材
５１  第１テーパ面
５２  第１円筒状面
５３  第２テーパ面
５４  第２円筒状面  
５６  ロッド部  
５７  ピストン部  
５８  結合室  
５９  分離室
６０  着脱シリンダ
６１  結合ポート
６２  分離ポート
６４  位置決め機構
６５  位置決めピン
６６  位置決めピン孔
７０  マスタ側空気ポート
７１  ツール側空気ポート  
７５  結合用加圧エア通路  
７６  分離用加圧エア通路
７６ａ  上流側分離用加圧エア通路  
７６ｂ  下流側分離用加圧エア通路  
７８  電磁切換バルブ
７８ａ〜ｅ  第１〜第５ポート
Ｐ１  第１位置  
Ｐ２  第２位置  
７９  加圧流体回路  
８００、８０１  脱落防止検出弁
Ｐｌ  第１位置
Ｐｓ  第２位置
８２  検出ピン
８３  置台検知プレート
８４  付勢バネ
８６  ツールプレート検出ドグ
９０  ツール置台  
９１  置台検出ピン
１０１  マスタプレート
１０２  ツールプレート
１１０  シリンダヘッド
１１５  ボール収容孔
１２２  位置決めピン
１２７  ロック機構
１２８  カム部材
１２９  マスタ側ボール収容溝
１３０  マスタ側第１傾斜部
１３１  ストレート部
１３２  マスタ側第２傾斜部
１３３  上側円弧部
１３４  下側円弧部
１３７  回り止め機構
１４０  ピストン
１４４  ボール部材
１５０  ツールボディ
１５２  小径孔
１５８  ボール受け
１６１  位置決め嵌合穴
１６３  ツール側ボール収容溝
１６４  ツール側傾斜部
【図１】
2009136942.tif 000004
【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】
2009136942.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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