(57)【要約】  互いに連結されるように構成されたマスターユニット及びツールユニットを有するロボットツールチェンジャ。ロボットツールチェンジャのマスターユニットには、ロック位置とロック解除位置との間で移動可能であるピストンが移動可能に搭載される。ピストンは、ロック解除面、フェイルセーフ面及びロック面を有する接触領域を含む。保持領域の内部に含まれる一連の転がり部材が更に設けられ、転がり部材は、マスターユニットをツールユニットにロックするためにピストンにより作動される。例えば、ピストンは転がり部材と係合し、ツールユニットの一部を形成する軌道輪とロックされた関係になるように転がり部材を押圧する。ピストンが不慮の事態により又は偶発的にロック位置からロック解除位置へ動くのを防止するために、通常ピストンのロック面とロック解除面との間に配置され、ピストンがロック位置からロック解除位置まで移動する場合に、ピストンの移動を抑制する抑制面がピストンに設けられる。
2009530121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットツールチェンジャであって、
ａ．第１のユニットと、
ｂ．第２のユニットと、
ｃ．一方の前記ユニットの保持領域に配置された複数の転がり部材と、
ｄ．前記ロボットツールチェンジャの一方の前記ユニットに移動可能に搭載され、ロック位置とロック解除位置との間で移動可能なピストンと、を備え、
ｅ．前記ロック位置において、前記ピストンは、一方の前記ユニットの前記転がり部材と係合し、かつ、２つの前記ユニットを互いにロックするために、前記転がり部材を他方の前記ユニットの面に押圧するように動作可能であり、
ｆ．前記ピストンは、前記ロボットツールチェンジャの開口部を通過して往復移動可能なステムを含み、
ｇ．前記ピストンの前記ステムと、前記開口部とは、
前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記ピストンの移動の少なくとも一部の間、前記ピストンの移動を少なくとも僅かに抑制するように構成されたロボットツールチェンジャ。
【請求項２】
前記ピストンの前記ステムは、前記開口部の一部に係合する段差部分を含み、
前記ピストンの前記段差部分と前記開口部の一部との係合は、前記ロック解除位置に向かう前記ピストンの移動を抑制しようとする請求項１記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３】
前記ステムは、段差部分が形成された外面を含み、
前記開口部は、Ｏリングを含み、
前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記段差部分が前記Ｏリングと係合するように、前記段差部分と前記Ｏリングとは互いに離間して配置された請求項１記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項４】
前記段差部分と前記Ｏリングとは、
前記ピストンが前記ロック位置からロック解除位置へ移動する場合に、前記段差部分と前記Ｏリングとの係合によって前記Ｏリングが少なくともわずかに変形し、前記Ｏリングが前記ピストンの移動を少なくともわずかに抑制するように構成された請求項３記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項５】
前記ピストンは、前記ロック位置と前記ロック解除位置との間のフェイルセーフ位置に位置可能であり、
前記ステムと前記開口部とは、
前記フェイルセーフ位置と前記ロック解除位置との間にある場合、前記ロック位置と前記フェイルセーフ位置との間にある場合よりも、前記ピストンの移動に対して大きな抵抗を加えるように構成された請求項１記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項６】
前記ピストンは、前記ロック位置と前記ロック解除位置との間のフェイルセーフ位置に位置可能であり、
前記ピストンは、前記転がり部材に係合する部分を有する接触領域を含み、
前記接触領域は、
接触面又はロック解除面と、
ロック面と、
前記接触面又はロック解除面と、前記ロック面と、の間に配置されたフェイルセーフ面と、を含み、
前記接触領域は、
前記フェイルセール面と、前記接触面又はロック解除面と、の間に略配置された抑制面を含み、
前記抑制面は、前記ピストンが前記フェイルセーフ位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記ピストンの移動を少なくともわずかに抑制する請求項１記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項７】
前記抑制面の少なくとも一部分は前記フェイルセーフ面を越えて外側へ延出する請求項６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項８】
前記抑制面は、
前記フェイルセーフ面と、前記接触面又はロック解除面と、の間に略配置された隆起部を含み、
前記隆起部は前記ピストンの前記接触領域の周囲に延出する請求項６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項９】
前記抑制面は、
前記フェイルセーフ面と、前記接触面又はロック解除面と、の間に略配置された円錐形の面を含む請求項６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１０】
ロボットツールチェンジャであって、
ａ．第１のユニットと、
ｂ．第２のユニットと、
ｃ．前記ロボットツールチェンジャの一方のユニット内に移動可能に搭載に装着され、ロック位置とロック解除位置との間で移動可能なピストンと、を備え、
ｄ．前記ピストンは、前記ロボットツールチェンジャの開口部を通過して往復移動可能なステムを含み、
ｅ．前記ピストンと、前記開口部とは、
前記ピストンが前記ロック位置と前記ロック解除位置との間で往復移動する場合に、前記ピストンの移動の一部の間でのみ、前記ピストンの移動を少なくともわずかに抑制するように構成されたロボットツールチェンジャ。
【請求項１１】
前記ピストンの前記ステムは、前記開口部の一部に係合する段差部分を含み、
前記ピストンの前記段差部分と前記開口部の一部との係合は、前記ロック解除位置に向かう前記ピストンの移動を抑制しようとする請求項１０記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１２】
前記ステムは、段差部分が形成された外面を含み、
前記開口部は、Ｏリングを含み、
前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記段差部分が前記Ｏリングと係合するように、前記段差部分と前記Ｏリングとは互いに関して離間して配置された請求項１０記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１３】
前記段差部分と前記Ｏリングとは、
前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記段差部分と前記Ｏリングとの係合によって前記Ｏリングが少なくともわずかに変形し、前記Ｏリングが前記ピストンの移動を少なくともわずかに抑制するように構成された請求項１２記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１４】
ロボットツールチェンジャであって
ａ．第１のユニットと、
ｂ．第２のユニットと、
ｃ．一方の前記ユニットの保持領域に配置された複数の転がり部材と、
ｄ．前記ロボットツールチェンジャの一方の前記ユニット内に移動可能に搭載され、ロック位置とロック解除位置との間で移動可能なピストンと、を備え、
ｅ．前記ピストンは、ロック面と、接触面と、を含み、
ｆ．前記ピストンは、前記ロック面と前記接触面との間に略配置され、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記転がり部材と係合して、前記ピストンの移動を少なくともわずかに抑制するフェイルセーフ面を更に含むことを特徴とするロボットツールチェンジャ。
【請求項１５】
前記フェイルセーフ面は円錐形の面を含む請求項１４記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１６】
前記円錐形の面は、
前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記転がり部材が前記円錐形の面と一方の前記ユニットのロック面との間で圧縮されるように、前記ピストンにおいてその向きが規定された請求項１５記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１７】
前記円錐形の面は、前記ピストンの長手方向軸線と略平行に延びる基準線と約１°〜５°の角度を成す請求項１６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１８】
前記フェイルセーフ面の少なくとも一部は、
前記ピストンが前記ロック位置と前記ロック解除位置との間で移動する場合に、前記フェイルセーフ面と前記転がり部材との係合により、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動するために克服しなければならない少なくともわずかな抵抗力が発生されるように、十分に外側へ突出した請求項１４記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項１９】
前記フェイルセーフ面は隆起部を含む請求項１４記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２０】
前記フェイルセーフ面は、前記ピストンから少なくともわずかに外側に突出し、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に前記ピストンの移動に対して少なくともわずかな抵抗を与える傾斜面領域を含む請求項１４記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２１】
前記フェイルセーフ面の少なくとも一部を形成する前記隆起部は、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記転がり部材と係合するために前記ピストンから突出した請求項１９記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２２】
前記フェイルセーフ面は、
円筒形の面と、
前記円筒形の面から外側へ突出する隆起部と、を含む請求項１４記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２３】
前記円筒形の面は、前記ロック面と前記隆起部との間に位置する請求項２２記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２４】
前記隆起部は、前記ロック解除面と前記円筒形の面との間に略位置する請求項２２記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２５】
前記隆起部は、前記ロック解除面に略隣接して位置し、
前記円筒形の面は、前記ロック面に略隣接して位置する請求項２２記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２６】
前記フェイルセーフ面は、
円筒形の面と、
前記円筒形の面から少なくともわずかに外側へ突出する円錐形の面と、を含む請求項１４記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２７】
前記円筒形の面は、前記ロック面と前記円錐形の面との間に位置する請求項２６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２８】
前記円錐形の面は、前記ロック解除面と前記円筒形の面との間に略位置する請求項２６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項２９】
前記円筒形の面は、前記ロック面に略隣接して位置し、
前記円錐形の面は、前記ロック解除面に略隣接して位置する請求項２６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３０】
前記フェイルセーフ面は、前記ロック面と前記ロック解除面との間に配置された円錐形の面を含み、
前記円錐形の面は、前記円錐形の面が前記ロック解除面に向かって延出するにしたがって外側へ突出する部分を少なくとも含む請求項１４記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３１】
ロボットツールチェンジャであって、
ａ．第１のユニットと、
ｂ．第２のユニットと、
ｃ．一方の前記ユニットの保持領域に配置された複数の転がり部材と、
ｄ．他方の前記ユニットに設けられ、前記転がり部材との係合によって前記第１のユニットと前記第２のユニットとが互いにロックされるように、前記転がり部材と係合するように設けられたロック面と、
ｅ．前記ロボットツールチェンジャの一方の前記ユニット内に移動可能に搭載され、ロック位置とロック解除位置との間で移動可能なピストンと、を備え、
ｆ．前記ピストンは、ロック面と、接触面と、を含み、
ｇ．前記ピストンは、前記ロック面と前記接触面との間に配置されたフェイルセーフ面を更に含み、前記フェイルセーフ面は、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記フェイルセーフ面が前記転がり部材と係合して、前記転がり部材を前記ロック面に押圧し、前記ピストンの移動を抑制するように、前記転がり部材の少なくとも一部の経路において前記ピストンから外側へ突出し、
ｈ．前記フェイルセーフ面は、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記フェイルセーフ面が前記転がり部材と係合し、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動するために克服しなければならない抵抗力が発生するように構成されたロボットツールチェンジャ。
【請求項３２】
前記フェイルセーフ面は円錐形の面を含む請求項３１記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３３】
前記円錐形の面は、前記ピストンの長手方向軸線とほぼ平行に延びる基準線と角度を成す請求項３２記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３４】
前記円錐形の面は、前記ピストンの長手方向軸線と平行に延びる基準線と約１°〜５°の角度を成す請求項３３記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３５】
前記フェイルセーフ面は、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記転がり部材と係合するための隆起部を含む請求項３１記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３６】
前記フェイルセーフ面は、前記ピストンの長手方向軸線に関してほぼ平行に延出する円筒形の面を更に含む請求項３５記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３７】
前記円筒形の面は、前記ロック面に略隣接して配置され、
前記隆起部は、前記ロック解除面に略隣接して配置された請求項３６記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３８】
前記フェイルセーフ面は、
前記ピストンが、前記ロック面から離れて前記ロック解除面に向かって移動する場合に、前記転がり部材を少なくともわずかに外側へ移動させ、その結果、前記ロック解除位置に向かって移動する前記ピストンに抑制力が加えられるように、十分に外側へ突出するように構成された請求項３１記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項３９】
前記フェイルセーフ面は隆起部を含む請求項３８記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項４０】
前記フェイルセーフ面は円錐形の面を含む請求項３８記載のロボットツールチェンジャ。
【請求項４１】
マスターユニット及びツールユニットを互いにロックするために、転がり部材と係合し、ロック位置とロック解除位置との間で移動可能なピストンを有するロボットツールチェンジャの、前記マスターユニットと前記ツールユニットとの連結が、偶発的に解除されるのを防止する方法であって、
概ね、前記ピストンのロック面とロック解除面との間に、前記ピストンに抑制面を設けることにより、前記ロック位置から前記ロック解除位置への前記ピストンの移動を抑制し、
前記抑制面は前記ピストンから外側へ突出し、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動する場合に、前記転がり部材と少なくともわずかに係合する方法。
【請求項４２】
前記ピストンから隆起部を突出させ、
前記隆起部は前記抑制面の少なくとも一部を形成し、前記ロック面と前記ロック解除面との間に略位置する請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記ロック面と前記抑制面との間に略位置する円錐形の面を前記ピストンに設けることを含む請求項４１記載の方法。
【請求項４４】
前記ピストンが前記ロック位置と前記ロック解除位置との間で移動する場合に、前記抑制面が前記転がり部材と係合し、その結果、抵抗力が発生するように前記抑制面を構成し、前記ピストンが前記ロック位置から前記ロック解除位置へ移動するためには前記抵抗力を克服しなければならない請求項４１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットツールチェンジャに関し、特に、互いに連結されるように構成されたマスターユニット及びツールユニットを有するロボットツールチェンジャに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットツールチェンジャは、一般に、マスターユニット及びツールユニットを具備する。通常、マスターユニットはロボットアームから支持され、ツールユニットはマスターユニットに連結されてツールを支持する。構造によっては、マスターユニットとツールユニットとを互いに連結するために、マスターユニットに流体作動ピストンが設けられる場合がある。ピストンは、通常はマスターユニットのボール保持領域に保持される一連のボールと係合するための接触領域を含む。マスターユニットとツールユニットが係合して連結した場合、ピストンの接触領域はボールと係合し、ボールがツールユニットに形成された軌道輪と係合する場所でボールを外側に位置決めする。軌道輪の形状とボールの軌道輪への押圧により、マスターユニット及びツールユニットは互いにロック位置に引き込まれる。
【０００３】
カムとも称するピストンの接触領域は、２つの明確に異なる機能を実行するように特に構成される。第１に、接触面にはロック面が設けられる。ロック面がボールと係合すると、ロック面の形状によって、ボールはツールユニットの軌道輪と係合し、ツールユニットがマスターユニットの内部のロック位置に引き込まれる。接触面には、通常はフェイルセーフ面と呼ばれる面も配置される。フェイルセーフ面の機能は、ピストンに流体を供給する系統に障害が起こった場合、あるいは流体の供給が一時的に遮断されるか又は中断された場合に、ボールと係合し、マスターユニットとツールユニットとの連結関係を維持を助長することである。換言すれば、フェイルセーフ面は、ピストン及びその接触面がロック位置からロック解除位置まで直接移動するのを一時的に防止する。しかし、ピストンにおいて見られるフェイルセーフ面は円筒形であり、ピストンの長手方向軸線とほぼ平行に延出する。従って、そのようなフェイルセーフ面がボールと係合した場合、ピストンをロック位置からロック解除位置まで移動させるために克服すべき抵抗力は発生しない。状況によっては、ピストンが偶発的にフェイルセーフ位置を通り越すこともありうる。例えば、振動、衝撃又は他の外部からの力によって、ピストンが偶発的にフェイルセーフ位置を通り越してロック解除位置まで動くことも考えられる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、互いに連結されるように構成された第１のユニット及び第２のユニットを有するロボットツールチェンジャに関する。一方のユニットには、ロック位置とロック解除位置との間で移動する流体作動ピストンが装着される。ロック位置にある場合、ピストンは一連の転がり部材と係合し、２つのユニットを互いにロックするために転がり部材を他方のユニットと係合させる。不慮の事態により又は偶発的にピストンがロック位置からロック解除位置まで移動するのを防止するために、ピストンは、ピストンがロック位置からロック解除位置まで移動する場合に、ピストンの移動を抑制するような形状に形成されたか又は構成されたフェイルセーフ面又は抑制面を含む。
【０００５】
更に、本発明は、第１のユニットと、第２のユニットと、ユニットのうち一方のユニットに配置された複数の転がり部材とを有するロボットツールチェンジャに関する。ピストンは、ロボットツールチェンジャのユニットのうち一方のユニットに移動可能に搭載され、ロック位置とロック解除位置との間で移動可能である。ピストンは、ロボットツールチェンジャの開口部を通って往復移動自在であるステムを含む。ピストンのステム及び開口部は、ピストンがロック位置からロック解除位置へ移動する場合にピストンの移動の少なくとも一部の間でピストンの移動を少なくともわずかに抑制するように構成される。この抑制は、ピストンが不慮の事態により又は偶発的にロック解除位置をとるのを防止するためのものである。
【０００６】
本発明の他の目的及び利点は、以下の説明及び本発明を単に例示している添付の図面を考察することにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図面を更に参照すると、図面には本発明のロボットツールチェンジャが示され、全体を図中符号１０により示される。ツールチェンジャ１０は、基本的に、互いに連結されるように構成された第１のユニット及び第２のユニットを具備する。第１のユニットは全体を図中符号１２により示され、マスターユニットとも呼ぶ。第２のユニットは全体を図中符号１４により示され、ツールユニットとも呼ぶ。使用中、第１のユニット又はマスターユニット１２は、通常、ロボットアーム（図示せず）に連結され、第２のユニット又はツールユニット１４は、通常、特定のツールに連結される。更に、使用中、一連のツールユニット１４が設けられてもよく、各ツールユニットは１つの特定のツールを保持又は支持する。従って、使用中、それぞれのツールユニット１４は第１のユニット又はマスターユニット１２に連結され、連結を解除される。本明細書中で開示されるロボットツールチェンジャ１０は、本明細書中に参考として組み込まれる米国特許第５，２１１，５０１号公報に開示されるロボットツールチェンジャに多くの点で類似する。
【０００８】
通常、多くのロボットシステムはロボットアーム、マスターユニット１２及びそれぞれ異なるツールに連結される複数のツールユニット１４を含むので、ツールチェンジャ１０の能動構成要素をマスターユニット１２の内部に配置するのが一般的である。しかし、能動構成要素及び受動構成要素のマスターユニット１２及びツールユニット１４への配分を逆にしてもよい。通常、マスターユニット１２はロボットアームに連結され、ツールユニット１４はロボットツールに連結されるが、任意の適用用途において、この特定の組み合わせが逆にされてもよい。
【０００９】
以下に説明するように、ロボットツールチェンジャ１０の主な機能の１つは、ツールユニット１４をマスターユニット１２に迅速に且つ効率よく連結し且つその連結を解除するためのシステムを提供することである。しかし、ロボットツールチェンジャ１０は、装着されたツールに種々の供給及びユーティリティを提供するための追加設備を含む。例えば、マスターユニット１２にマスター電気接点を設けることは一般的である。これにより、マスターユニット１２、ツールユニット１４を介した経路で最終的にはツールまで電気の供給ができる。例えば、溶接ツールにより利用されるような相対的に大きな電流を電源からロボットシステムを介してツールユニット１４まで供給できる。同様に、ツールユニットに連結された特定のツールにより使用されるために、加圧空気などの流体をマスターユニット１２を介してツールユニット１４へ送出できる。ロボットツールチェンジャにより通常提供される他のそのような供給及びユーティリティには、油圧油、冷却流体、油及びデータ転送などが含まれる。それらの供給及びユーティリティ自体は本発明には重要ではなく、本明細書中に示される一般的な種類のロボットツールチェンジャは周知であり且つ市販されているので、サービス及びユーティリティの詳細は本明細書中においては詳細に論じられない。
【００１０】
第１のユニット又はマスターユニット１２について説明する。マスターユニット１２は流体チャンバ１４を具備する。図１を参照。図示される構造においては、流体チャンバ１４は円筒形であり、円筒形の壁１６を含む。流体チャンバ１４に隣接して、水平部材１８を含む構造があり、部材１８は突出する環状リング２０を含む。水平部材１８は流体チャンバ１４の一端部を形成する。更に、水平部材１８は中央開口部１８Ａを含み、中央開口部に形成された環状溝にＯリング１８Ｂが固定されている。環状リング２０には一連の開口部２２が形成される。転がり部材２４は、一般に、各開口部２２に保持又は配置される。開口部２２の内側及びその周囲の領域は、以下に説明されるようにマスターユニット１２をツールユニット１４とロックするために利用される転がり部材２４を少なくとも部分的に保持する役割を果たすため、この領域は保持領域とも呼ぶ。
【００１１】
全体を図中符号３０により示される複動式のピストンが流体チャンバの内部に配置される。ピストン３０は、加圧流体源により流体チャンバ１４の内部において往復作動される。一実施形態においては、ピストン３０は空気圧により往復移動される。ピストン３０は、図中符号３２により示される長手方向軸線を含む。更に、ピストン３０は、流体チャンバ１４の内部に摺動自在に収納されたベース３４を含む。空気又は他の流体がベースをバイパスするのを防止するために、ベース３４はチャンバとの間に流体密シールを形成する。特に、ベース３４は、流体チャンバ１４の円筒形の壁１６に当接して密封するＯリング３６を具備する。ステム３８は、ベース３４に関して中心位置が一致するように配置される。長手方向軸線３２はステム３８の中心を通るのが好ましい。図１からわかるように、ステム３８は、水平部材１８に形成された開口部１８Ａを貫通する。全体を図中符号４０により示されるほぼ円筒形のヘッドがステムに固定される。ねじ４２はヘッド４０の一部を貫通し、ステム１８に形成されたねじ付き空洞部の中へ延出する。ねじ４２を締めることにより、ピストン３０のヘッド４０はピストンのベース３４に連結される。
【００１２】
ヘッド４０の外周部は、マスターユニット１２とツールユニット１４とのロックを実行するために転がり部材２４に係合するように構成される。特に、ヘッドの外周部は、ロック機能及びロック解除機能の双方を実現するためにロック部材２４と協働するように構成される。従って、ヘッド４０の外周部又は外側領域は、転がり部材２４と接触し、以下に説明されるように、転がり部材２４とツールユニット１４の一部分とのロック関係を成立させるための接触領域を含む。
【００１３】
ヘッド４０の接触領域を見ると、図１〜図７Ｂに示されるように、ヘッドはロック面５０を含むことがわかる。ロック面５０は長手方向軸線３２に関して傾斜して、すなわち、角度を成して位置している。尚、図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、ロック面５０は長手方向軸線３２に関して全体的に上方内側へ傾斜している。本明細書中において以下に説明されるように、ピストン３０がロック位置をとる場合、ロック面５０は対応する転がり部材２４と係合し、転がり部材２４をツールユニット１４の一部分と係合させ、マスターユニット１２及びツールユニット１４を互いにロックさせる。
【００１４】
ピストンヘッド４０の接触領域には接触面５６も形成される。接触面５６はロック解除面とも呼ぶ。図２、図４及び図６からわかるように、接触面５６は長手方向軸線３２に向かって上方内側へ傾斜している。接触面５６は２つの機能を実行する。ピストン３０がロック解除位置からロック位置まで移動する際、ピストンのヘッド４０を取囲む接触面５６は転がり部材２４と接触し、転がり部材２４を環状リング２０に形成された開口部２２を通して外側へ押し出す。そのため、面５６を接触面と呼ぶことができる。更に、ピストン３０がロック解除位置をとる場合には、図６に示されるように、接触面５６は転がり部材２４に隣接して位置する。開口部２２の形状、並びに接触面５６の位置及び形状によって、転がり部材２４は、図６に示されるように開口部２２の一方の側へ動くことができる。ピストン３０の接触面５６は、転がり部材２４が開口部２２から落下するのを防止する。同時に、転がり部材２４の位置は、転がり部材２４から妨害されることなく、ツールユニット１４をマスターユニット１２から離脱させることができる。従って、面５６は場合によってはロック解除面とも呼ぶ。
【００１５】
ロック面５０に隣接してフェイルセーフ面５２が配置される。本実施形態においては、フェイルセーフ面５２の一部分は、ピストン３０の長手方向軸線３２とほぼ平行に延出するほぼ円筒形の面を含む。フェイルセーフ面５２は、抑制面５２Ａと呼ぶ別の部分を更に含む。図からわかるように、フェイルセーフ面５２は、略、ロック面５０とロック解除面５６との間に延出する。フェイルセーフ面５２の円筒形の部分は、ロック面５０に隣接して配置される。ロック面の抑制部分５２Ａはロック解除面５６に隣接して配置される。フェイルセーフ面５２の目的は、ピストン３０が図１に示されるロック位置から図５及び図６に示されるロック解除位置まで不慮の事態により又は偶発的に動くのを防止することである。特に、図１に示されるロック位置においては、転がり部材２４は、ピストンをロック位置へ押し出す作動力が遮断された場合にピストンをロック解除位置へ押し出そうとするピストンヘッド４０に向かう力を発生させる。ピストン３０に作用する作動力が偶発的に遮断された場合、ピストンは図１に示されるロック位置から図３及び図４に示されるフェイルセーフ位置へ動こうとする。多くの場合、フェイルセーフ面５２の円筒形の部分は、マスターユニット１２とツールユニット１４との連結関係を維持するのを助ける。しかし、フェイルセーフ面５２の円筒形の部分により転がり部材２４に向かって加えられる通常の力は、軸方向に著しく大きな力成分を発生しない。しかし、フェイルセーフ面５２の一部を形成する抑制面５２Ａは、フェイルセーフ面の円筒形の部分から少なくともわずかに外側へ突出する。抑制面５２Ａが転がり部材２４と係合することによって、ロック解除位置に向かおうとするピストンの更なる移動に対して少なくともわずかな抵抗が発生する。
【００１６】
図１〜図７Ｂに示される実施形態の場合、抑制面５２Ａは隆起部の形態をとる。尚、抑制面５２Ａを形成する隆起部は、通常フェイルセーフ面５２の円筒形の部分と接触面又はロック解除面５６との間に配置される。隆起部の寸法は種々に異なっていてもよいが、隆起部はフェイルセーフ面の円筒形の部分を越えて外側へ約０．０１０〜０．０４０インチ突出してもよいと考えられる。図７Ａ及び図７Ｂにおける抑制面５２Ａの関係に注目する。この場合、抑制面５２Ａを形成する隆起部は、略、ロック解除面５６とフェイルセーフ面５２の円筒形の部分との間に位置する。この構造においては、フェイルセーフ面５２の円筒形の部分のすぐ上のヘッドの接触領域にわずかな凹部が存在する。従って、ピストン３０が隆起部を越えて図６のロック解除位置へ移動する場合に、転がり部材２４はその過程で隆起部を越えていかなければならないため、転がり部材２４は隆起部とロック軌道輪６０のロック面６２との間で少なくともわずかに圧縮される。
【００１７】
次にツールユニット１４に関して説明する。前述のように、マスターユニット１２はツールユニットに連結されるように構成される。マスターユニット１２とロックするために、ツールユニット１４はロック軌道輪６０を具備する。ツールユニット１４の一部を形成するロック軌道輪６０は、マスターユニット１２に挿入され、転がり部材２４の外側で転がり部材２４に隣接する位置をとるように構成される。図１〜図６を参照。ロック軌道輪６０は、ロック面６２を含む。ツールユニット１４をマスターユニット１２とロックするために、ピストン３０が作動され、図１に示されるように押し上げられる。最終的に、ピストン３０のロック面５０は転がり部材２４と係合し、転がり部材を環状リング２０の開口部２２を通して外側へ押し出す。転がり部材２４は、ツールユニット１４の一部を形成するロック面６２と係合し、図１に示されるように、ロック軌道輪６０を図１に示されるロック位置まで押し下げる。
【００１８】
図４及び図７Ａに示されるフェイルセーフ位置においては、フェイルセーフ面５２は依然として転がり部材２４と係合している。フェイルセーフ面５２の円筒形の部分が転がり部材２４と係合すると、フェイルセーフ面は、大きな軸方向の抵抗力が発生されない場合であってもマスターユニット１２とツールユニット１４との連結関係を維持するのを助ける。しかし、ピストン３０が隆起部又は抑制面５２Ａを越えて移動しようとした場合、隆起部と転がり部材２４との係合によって軸方向の抵抗力が発生される。その結果、少なくともわずかな能動抵抗が発生し、ピストン３０をロック解除位置まで移動させるためには、この抵抗を克服しなければならない。すなわち、転がり部材が隆起部を乗り越えようとする間に、少なくともわずかな軸方向抵抗力が発生される。
【００１９】
ピストン３０がロック解除位置をとる場合、ロック軌道輪６０は連結位置から自由に移動できる。特に、ロック解除面５６により転がり部材２４は図６に示される位置をとることができ、その結果、ロック面６０は解放される。当然、これはツールユニット１４をマスターユニット１２から解除できることを意味する。
【００２０】
図８〜図１１Ｃには、ピストン３０のヘッド４０の接触領域の第２の実施形態が示される。図１に示される実施形態においては、フェイルセーフ面５２は、ロック面５０と接触面又はロック解除面５６との間に配置された隆起部を具備していた。本実施形態においては、フェイルセーフ面５２は、ロック面５０と接触面又はロック解除面５６との間にほぼ円錐形の面を形成する。すなわち、図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるように、フェイルセーフ面５２は、フェイルセーフ面が接触面又はロック解除面５６と接合する場所まで上方及びわずかに外側へ延出する。フェイルセーフ面５２がピストン３０の周囲に下方へ突出している場合、突出線は円錐を形成する。図１１Ａに示されるように、ピストンが図８に示されるロック位置から図１０に示されるロック解除位置まで移動する場合に、、円錐形の面５２はピストンの移動を抑制し、ピストンの移動に対して少なくともわずかな抵抗を発生させることがわかる。実際、転がり部材２４は、円錐形の面５２とロック軌道輪６０のロック面６２との間でわずかに圧縮される。
【００２１】
円錐形の面５２の角度はわずかであるのが好ましい。図１１Ｂに示されるように、ピストンの長手方向軸線３２と平行である基準線ＲＦに関する円錐形の面５２の角度は約２°であるのが好ましいが、約１°〜５°の範囲であってもよい。尚、円錐形の面５２の角度は、基準線ＲＦと円錐形の面又は抑制面５２の延長線である作図線ＣＬとが成す角度Ａ（図１１Ｂ）により表される。
【００２２】
図８〜図１１Ｂに示される第２の実施形態を簡単に検討してみると、図８においては、ピストン３０はロック位置をとる。この場合、ロック面５０は転がり部材２４と係合し、転がり部材がツールユニット１４のロック軌道輪６０のロック面６２と係合する場所まで転がり部材を外側へ押し出す。これにより、ロック軌道輪６０はロック位置まで引き下げられる。
【００２３】
ピストン３０の作動力に障害が起こった場合、図９に示されるように、ピストン３０は、転がり部材２４がフェイルセーフ面５２と係合する場所まで下方へ移動しようとする。フェイルセーフ面５２は円錐形、すなわち、ピストンの長手方向軸線３２に対して傾斜しているので、ピストン３０がロック位置からロック解除位置まで移動する場合に、転がり部材２４は少なくともわずかに外側へ押し出される。すなわち、円錐形又は傾斜したフェイルセーフ面５２は、概して、ピストンが偶発的にロック位置からロック解除位置へ動くのを防止する。これは、面５２の円錐形の形状が、ピストンに能動的なロック解除力が加えられることなくピストンが図９に示されるように下方へ移動するのを有効に抑制する抑制面を形成するからである。
【００２４】
図１１Ｃには、ピストン３０がロック位置からロック解除位置まで移動した結果発生した軸方向の抵抗力が概略的に示される。尚、転がり部材２４が円錐形の面５２と係合するにつれて、垂直力Ｆ１が発生される。この力は円錐形の面５２に対して垂直に作用し、図１１Ｃに示されるように、ほぼ水平だがわずかに上向きに方向を規定される。力Ｆ１は水平の力成分Ｆ２と、垂直又は上向き軸方向の力成分Ｆ３とを含む。ピストン３０をロック位置からロック解除位置まで移動させるために克服しなければならないのは、軸方向の力成分Ｆ３である。
【００２５】
図１２は、ピストンヘッド４０の接触領域の第３の実施形態を示す。この場合、フェイルセーフ面５２は２つの部分を含む。第１に、ほぼ円筒形の部分５２Ｂがあり、第２の円錐形の部分５２Ａがある。この構造は、円錐形の面５２Ｂが図１〜図７Ｂの実施形態における隆起部の位置を占める点を除いて、図１〜図７Ｂに示される実施形態に類似する。いずれにせよ、本実施形態においては、ピストン３０がロック位置からロック解除位置まで移動する場合に、転がり部材は、まずフェイルセーフ面の円筒形の部分５２Ｂと係合し、その後、円錐形の面又は傾斜面５２Ｂと係合する。先の実施形態の場合と同様に、円錐形の面又は傾斜面５２Ｂはピストン３０の移動を抑制し、不慮の事態により又は偶発的にピストン３０が円錐形の面又は傾斜面５２Ｂを越えてロック解除位置まで移動するのを防止する。
【００２６】
フェイルセーフ位置からロック解除位置に至るピストンの移動を抑制するための方法は他にもある。図１３には、ピストン３０のステム３８の一部分が水平部材１８に隣接して示される。ステム３８には段差部分３８Ａが設けられる。段差部分の寸法は種々に異なってもよい。一実施形態においては、段差部分３８Ａはステム３８から約０．００５〜０．０１０インチ外側へ突出すると考えられる。図１２に示されるように、ステム３８が下方へ動くにつれて、段差部分３８Ａは開口部１８Ａを通過し、水平部材１８を通過する。開口部１８Ａを通過する際に、段差部分３８ＡはＯリング１８Ｂと係合する。段差部分３８ＡとＯリング１８Ｂとの係合は、ステム３８の更なる下降移動を少なくともわずかに抑制する。段差部分３８ＡとＯリング１８Ｂとの係合は、段差部分３８ＡがＯリング１８Ｂを通過する間にＯリング１８Ｂを圧縮又はわずかに変形しようとする。
【００２７】
ピストンのフェイルセーフ位置からロック解除位置に至る不慮の事態による又は偶発的な移動を防止するために、段差部分３８Ａは効果的にステム３８に配置される。従って、ピストン３０がフェイルセーフ位置をとる場合、段差部分３８ＡはＯリング１８Ｂのすぐ上方の位置にあると考えられる。振動又は他の外部からの力によって、ピストン３０がロック解除位置へ動こうとすると、段差部分３８ＡはＯリング１８Ｂと係合し、ステム３８の更なる下降移動を少なくともわずかに抑制するであろう。これにより、ピストンは有効にフェイルセーフ位置に保持される。しかし、段差部分３８Ａは相対的に小さいので、ステム３８に段差部分が設けられていても、ステム３８及びピストンがロック位置とロック解除位置との間で移動する際のステム３８の通常の上下動作は抑止又は妨害されない。
【００２８】
本発明の範囲及び本質的特徴から逸脱せずに、本明細書中に記載された方法以外の特定の方法で本発明が実施されてもよいことは言うまでもない。従って、本明細書中の実施形態は、あらゆる面において単なる例示であり、限定的な意味を持つと解釈されるべきではなく、添付の請求の範囲の意味及び均等の範囲内に入る全ての変更は本発明に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ロック位置にあるロボットツールチェンジャのピストンを示す本発明のロボットツールチェンジャの横断面図である。
【図２】図１において円で囲まれＩＩにより示されるツールチェンジャの一部分を示す拡大図である。
【図３】図１に類似するが、フェイルセーフ位置にあるピストンを示す図である。
【図４】ＩＶより示される図３の円で囲まれた部分の拡大図である。
【図５】図１に類似するが、ロック解除位置にあるピストンを示す図である。
【図６】図５においてＶＩにより示される円で囲まれた部分の拡大図である。
【図７Ａ】ピストンがロック位置、フェイルセーフ位置及びロック解除位置の間を移動する間のピストンの一部分と転がり部材との関係を示す概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａに類似するが、ピストンの長手方向軸線に関するピストンの接触領域を示す概略図である。
【図８】ピストンの代替構造を示し、ロック位置にあるピストンが示されるツールチェンジャの一部分の拡大図である。
【図９】図８に類似するが、ピストンがフェイルセーフ位置にある場合の図である。
【図１０】図８に類似するが、ピストンがロック解除位置にある場合の図である。
【図１１Ａ】ロック位置、フェイルセーフ位置及びロック解除位置の間のピストンの移動を転がり部材に関して示す代替実施形態のピストンの概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに類似するが、ピストンの長手方向軸線に関するピストンの接触領域を示す概略図である。
【図１１Ｃ】図８〜図１１Ｂに示される実施形態に関して、転がり部材がロック位置からロック解除位置まで移動する場合に、発生する力成分を示す概略図である。
【図１２】ピストンの接触領域の別の構造を示す概略図である。
【図１３】図１に示されＸＩＩと指示される円で囲まれた領域の拡大図である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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