(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に環状のラッチ溝を有する棒状のガイドピンと、該ガイドピンを受け入れるピン穴を有し、該ピン穴にガイドピンの先端部を位置決めして係止するピン受台とからなるラッチ機構において、
前記ピン受台は、ピン穴の中心軸Ｚに対して半径方向内方に付勢された複数のラッチピンを有し、該ラッチピンは、半径方向内方に突出した接触部を有するヘッド部と、該ヘッド部を案内するガイド部とからなり、これにより接触部がガイドピンのラッチ溝まで隙間なく摺動するようになっており、
前記ガイドピンは、前記接触部が隙間なく摺動する範囲において滑らかに形成されており、前記ラッチピンのヘッド部は、中心軸Ｚにほぼ直交する受台側の下面と、中心軸Ｚに鋭角をなすガイドピン側の上面と、下面と上面の交点に位置し中心軸Ｚに直交する直線状の前記接触部とからなり、該接触部は、下面と上面間が滑らかな円弧状に形成されており、
前記ガイドピンは、ラッチピンの接触部と線接触する接触面を有し、該接触面にラッチピンの接触部が線接触するように、ラッチピンのガイド部が中心軸Ｚを中心に揺動可能に形成されており、
前記ラッチピンのガイド部は、ヘッド部から半径方向外方に延びかつ中心軸Ｚに直交する平面を有する断面形状に形成されており、前記ピン受台は更に、ラッチピンのガイド部を案内するガイド孔を有し、該ガイド孔は、ラッチピンのガイド部より周方向寸法が大きく形成されている、ことを特徴とするラッチ機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙空間において機器を取付け部に位置決めし係止するためのラッチ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間のような真空／無重力状態において、試験装置のような機器を所定の取付け部（例えば宇宙船の曝露部）に取付け／取外しする際に、最終的な連結を行う前に、機器を取付け部に位置決めし係止させる位置決め係止機構（以下、ラッチ機構という）が必要となる。
【０００３】
かかるラッチ機構は、図５に例示するように、機器１に取り付けたガイドピン３と、取付け部２に設けられたガイドコーン４とからなり、ガイドピン３の先端３ａをガイドコーン４の円錐穴４ａに差し込むことにより、ガイドピン３を挟持してその先端を位置決めするようになっている。機器１の取付け部２への最終的な連結は、ラッチ機構による位置決め後に、ロボット或いは宇宙飛行士により図示しないボルト、ナット等を用いて固定される。
【０００４】
図６は、従来のラッチ機構の構造断面図である。この図に示すように、従来のラッチ機構では、ガイドコーン４の内部に中心軸Ｚに対して垂直方向内向きにコイルバネ５で付勢された複数のラッチボール６を備え、このラッチボール６が転がりながらガイドピン３の先端部のラッチ溝３ｂに嵌まり、ガイドピン３をガイドコーン４に位置決めし係止するようになっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したラッチ機構では、取付け時の押込み力と取外し時の引抜き力を、所定の大きさに設定する必要がある。すなわち、宇宙空間のような真空／無重力状態において、宇宙飛行士が無理なく押し込める力で取り付けられ、かつ、位置決め後の固定作業中等に不用意な力で簡単に抜けるのを防止するように、取付け時の押込み力と取外し時の引抜き力を正確に設定する必要がある。
【０００６】
しかし、図６に示した従来のラッチ機構を実際に試作し試験した結果、押込み力／引抜き力が大きく不足する不具合があることが明らかになった。すなわち、所望の押込み力／引抜き力が例えば１５Ｎ（約１．５ｋｇｆ）である場合に、試験結果では押込み力が約＋０．５〜１．１ｋｇｆ、引抜き力が約−０．２〜＋０．０４ｋｇｆとなり、最悪の場合には外力が作用しなくても自然に抜けてしまう問題があることがわかった。
【０００７】
この原因を究明した結果、▲１▼摩擦係数のばらつき、▲２▼ラッチボールとガイドピンの当たり角の変動、▲３▼ラッチ状態におけるガイドピンとラッチボールの間の隙間の存在、▲４▼ガイドコーン４の中心軸Ｚに対するガイドピンの傾き、等の複数の要因が重なって発生することがわかった。
すなわち、▲１▼真空／無重力状態においては、摩擦係数は０〜０．２５程度まで変動するが、ラッチボールとガイドピンの当たり角が大きいためこの影響が大きい、▲２▼ラッチボールの円滑な回転を確保するためにラッチボールのストローク（突出し量）が不足し、当たり角度が変動しやすい、▲３▼ガイドピン／ラッチボールが摺動することにより、接触面の固体潤滑膜が剥離することがある、等の問題点があった。
【０００８】
本発明は上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の主目的は、取付け時の押込み力と取外し時の引抜き力を正確に設定することができるラッチ機構を提供することにある。また、本発明の別の目的は、▲１▼摩擦係数の変動を受けにくく、▲２▼当たり角度をほぼ一定に保持でき、▲３▼ラッチ状態における隙間（ガタ）が少なく、▲４▼ガイドピンが傾斜しにくく、▲５▼ガイドピン／ラッチボールの摺動による接触面の損傷が生じにくいラッチ機構を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、先端部に環状のラッチ溝を有する棒状のガイドピンと、該ガイドピンを受け入れるピン穴を有し、該ピン穴にガイドピンの先端部を位置決めして係止するピン受台とからなるラッチ機構において、前記ピン受台は、ピン穴の中心軸Ｚに対して半径方向内方に付勢された複数のラッチピンを有し、該ラッチピンは、半径方向内方に突出した接触部を有するヘッド部と、該ヘッド部を案内するガイド部とからなり、これにより接触部がガイドピンのラッチ溝まで隙間なく摺動するようになっており、前記ガイドピンは、前記接触部が隙間なく摺動する範囲において滑らかに形成されており、前記ラッチピンのヘッド部は、中心軸Ｚにほぼ直交する受台側の下面と、中心軸Ｚに鋭角をなすガイドピン側の上面と、下面と上面の交点に位置し中心軸Ｚに直交する直線状の前記接触部とからなり、該接触部は、下面と上面間が滑らかな円弧状に形成されており、前記ガイドピンは、ラッチピンの接触部と線接触する接触面を有し、該接触面にラッチピンの接触部が線接触するように、ラッチピンのガイド部が中心軸Ｚを中心に揺動可能に形成されており、前記ラッチピンのガイド部は、ヘッド部から半径方向外方に延びかつ中心軸Ｚに直交する平面を有する断面形状に形成されており、前記ピン受台は更に、ラッチピンのガイド部を案内するガイド孔を有し、該ガイド孔は、ラッチピンのガイド部より周方向寸法が大きく形成されている、ことを特徴とするラッチ機構が提供される。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、ラッチピンが、ヘッド部とこのヘッド部を捩じれないように案内するガイド部とからなり、ヘッド部に半径方向内方に突出した接触部を有しているので、ラッチボールのように突出し量の制約がないためラッチピンのストロークを十分大きくして、当たり角を小さく設定することができ、その分スプリング力（付勢力）を大きくして摩擦係数の影響を低減することができる。また、ラッチボールと比較してラッチピンの接触部の位置が変動しないので、ガイドピンとの当たり角をほぼ一定に保持することができる。更に、接触部がガイドピンのラッチ溝まで隙間なく摺動するようになっているので、ラッチ状態での隙間（ガタ）がなくガイドピンの傾きを防止することができる。従って、本発明のラッチ機構は、設計時のほぼ設定通りに作動させることができ、取付け時の押込み力と取外し時の引抜き力を正確に設定することができる。
【００１１】
また、前記ガイドピンは、前記接触部が隙間なく摺動する範囲において滑らかに形成されており、前記ラッチピンのヘッド部は、中心軸Ｚにほぼ直交する受台側の下面と、中心軸Ｚに鋭角をなすガイドピン側の上面と、下面と上面の交点に位置し中心軸Ｚに直交する直線状の前記接触部とからなり、該接触部は、下面と上面間が滑らかな円弧状に形成されているので、ラッチピンの接触部の位置を変動させることなく、ストロークを大きく設定し、円弧状の接触部をガイドピンの先端からラッチ溝まで隙間なく滑らかに摺動することができる。
【００１２】
また、前記ガイドピンは、ラッチピンの接触部と線接触する接触面を有し、該接触面にラッチピンの接触部が線接触するように、ラッチピンのガイド部が中心軸Ｚを中心に揺動可能に形成されているので、ラッチピンとガイドピンの接触を線接触（点接触ではなく）にすることができ、接触面圧を低減させて、ガイドピン／ラッチボールの摺動による接触面の損傷を防止することができる。すなわち、ラッチピンのガイド部が、中心軸Ｚを中心に揺動可能に形成されているので、ガイドピンがピン受台（ガイドコーン）に挿入されると、ガイドピン／ラッチピンが接触し、ラッチピンがガイドピンの接触面に沿うように自動的に整合される。従って、ガイドピン／ラッチピンの接触状態が線接触となり、接触面圧を低減し、表面の固体潤滑膜等の損傷を防止することができる。
【００１３】
更に、前記ラッチピンのガイド部は、ヘッド部から半径方向外方に延びかつ中心軸Ｚに直交する平面を有する断面形状に形成されており、前記ピン受台は更に、ラッチピンのガイド部を案内するガイド孔を有し、該ガイド孔は、ラッチピンのガイド部より周方向寸法が大きく形成されているので、各部品の加工誤差、組付角度誤差を極端に小さくすることなく、ガイド孔内でガイドピンが周方向に隙間の範囲で移動することにより、ラッチピンのガイド部を、中心軸Ｚを中心にわずかに揺動させて、ラッチピンをガイドピンの接触面に沿わせ自動的に整合させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、本発明によるラッチ機構の全体断面図である。この図に示すように、本発明のラッチ機構１０は、棒状のガイドピン１３とその先端部を位置決めして係止するピン受台１４（ガイドコーン）とからなる。ガイドピン１３の末端側は機器等１に固定され、先端部に環状のラッチ溝１３ｂが設けられている。また、ピン受台１４は、ガイドピン１３を受け入れるピン穴１１を有し、このピン穴１１にガイドピン１３の先端部１３ａを位置決めして係止するようになっている。かかる構成は、従来のラッチ機構と同様である。なお、ガイドピン１３とピン受台１４（ガイドコーン）は、機器等１を正確に位置決めするために２組以上を用いるのがよい。
【００１５】
図１に示すように、本発明において、ピン受台１４は、ピン穴１１の中心軸Ｚに対して半径方向内方に付勢された複数（この例では３つ）のラッチピン１６を有する。このラッチピン１６は、半径方向内方に突出した接触部１７ａを有するヘッド部１７と、ヘッド部１７を捩じれないように案内するガイド部１８とからなる。
【００１６】
ラッチピン１６のヘッド部１７は、中心軸Ｚにほぼ直交する受台側の下面１７ｂと、中心軸Ｚに鋭角（この例では約３０〜４０°）をなすガイドピン側の上面１７ｃとを有し、下面１７ｂと上面１７ｃの交点に中心軸Ｚに直交する直線状の接触部１７ａが形成されている。また、接触部１７ａにおいて、下面１７ｂと上面１７ｃの間が滑らかな円弧に形成されている。この円弧面の半径は、後述する条件を満たす範囲で大きいのが好ましく、例えば０．８ｍｍ〜１．２ｍｍ程度であるのがよい。
【００１７】
図１に示すように、ガイドピン１３は、先端部１３ａからラッチ溝１３ｂまで滑らかに形成されており、全体として中心軸Ｚを中心とする回転体をほぼ形成し、押込み時にラッチピン１６の接触部１７ａ又は上面１７ｃがガイドピン１３のラッチ溝１３ｂまで隙間なく摺動するようになっている。
【００１８】
図２は、図１のＡ−Ａ矢視図であり、ガイドピン１３とラッチピン１６の位置関係を示している。なお、この図では、図の明瞭化のために、ピン受台１４等を省略して示し、かつガイドピン１３とラッチピン１６を離した状態で示している。
図２に示すように、ガイドピン１３は、ラッチピン１６の直線状の接触部１７ａと線接触するように、ラッチピン１６の接触部１７ａに対向した平面で構成される接触面１５を有している。この構成により、上述したように、ガイドピン１３とピン受台１４（ガイドコーン）を２組以上用いることにより、ラッチピン１６の直線状の接触部１７ａ又は上面１７ｃにガイドピン１３の平面で構成される接触面１５を対向させて挿入することができ、挿入後のガイドピン１３とラッチピン１６の接触を点接触でなく、線接触にすることができる。
【００１９】
なお、この図では、３つのラッチピン１６が中心軸Ｚを中心として周方向に等間隔に設けられている。この構成により、ガイドピン１３のねじれを防止することができる。また、本発明はかかる構成に限定されず、２つ以下、又は４つ以上のラッチピン１６を設けてもよい。
【００２０】
図３は、図１のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。図１及び図３に示すように、ラッチピン１６のガイド部１８は、ヘッド部１７から半径方向外方に延び、かつ中心軸Ｚに直交する平面１８ａを有する断面形状に形成されている。また、ピン受台１４は更に、ラッチピン１６を付勢するためる圧縮コイルバネ１９と、これをピン受台１４内に収納するためのバネ固定座２０とを有する。このバネ固定座２０には、ラッチピンのガイド部１８を案内するガイド孔２０ａが設けられており、このガイド孔２０ａは、ラッチピンのガイド部１８より周方向寸法（図３で横方向）が大きく形成されている。この構成により、ラッチピンのガイド部１８がガイド孔２０内で周方向寸法（図３で横方向）に移動することにより、ガイドピン１３の平面で構成される接触面１５にラッチピン１６の接触部１７ａが線接触するように、ラッチピン１６のガイド部１８を中心軸Ｚを中心にわずかに揺動させることができる。
【００２１】
また、ピン受台１４とバネ固定座２０との間には、圧縮コイルバネ１９の位置を調整するシム２１が挟持されており、このシム２１の全体の厚さを変えることにより、ラッチピン１６の接触部１７ａに作用する付勢力を調整できるようになっている。
【００２２】
上述した本発明の構成によれば、ラッチピン１６が、ヘッド部１７とこのヘッド部を捩じれないように案内するガイド部１８とからなり、ヘッド部１７に半径方向内方に突出した接触部１７ａを有しているので、従来のラッチボールのように突出し量の制約がないためラッチピン１６のストロークを十分大きくして、当たり角を小さく設定することができ、その分スプリング力を大きくして摩擦係数の影響を低減することができる。
【００２３】
また、ラッチボールと比較してラッチピン１６の接触部１７ａの位置が変動しないので、ガイドピン１３との当たり角をほぼ一定に保持することができる。更に、接触部１７ａがガイドピン１３のラッチ溝１３ｂまで隙間なく摺動するようになっているので、ラッチ状態での隙間（ガタ）がなくガイドピンがほとんど傾かない。
【００２４】
従って、本発明のラッチ機構は、設計時のほぼ設定通りに作動させることができ、取付け時の押込み力と取外し時の引抜き力を正確に設定することができる。
【００２５】
更に、本発明の好ましい実施形態によれば、ラッチピン１６とガイドピン１３の係止中の接触を線接触（点接触ではなく）にすることができ、接触面圧を低減させて、ガイドピン／ラッチピンの摺動による接触面の損傷を防止することができる。すなわち、ラッチピン１６のガイド部１８が、中心軸Ｚを中心にわずかに揺動可能に形成されているので、ガイドピン１３がピン受台１４（ガイドコーン）に挿入されると、ガイドピン／ラッチピンが接触し、ラッチピン１６がガイドピン１３の接触面１５に沿うように自動的に整合される。従って、ガイドピン／ラッチピンの接触状態が線接触となり、接触面圧を低減し、表面の固体潤滑膜等の損傷を防止することができる。
【００２６】
図４は、摺動部の接触面圧を示す図である。この図において、縦軸は、ラッチピン１６とガイドピン１３の接触面圧（ＭＰａ）であり、右軸のＡは点接触の場合、Ｂ及びＣは線接触の場合であり、本発明のラッチ機構の場合を示している。なお、ＢとＣは、接触部１７ａの円弧面の半径等が若干相違するものである。この図から、点接触に比べて線接触の場合の接触面圧は大幅に低下しており、本発明のラッチ機構により表面の固体潤滑膜等の損傷を防止することができることがわかる。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明のラッチ機構は、▲１▼摩擦係数の変動を受けにくく、▲２▼当たり角度をほぼ一定に保持でき、▲３▼ラッチ状態における隙間（ガタ）が少なく、▲４▼ガイドピンが傾斜しにくく、▲５▼ガイドピン／ラッチピンの摺動による接触面の損傷が生じにくく、これにより、取付け時の押込み力と取外し時の引抜き力を安定して正確に設定することができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるラッチ機構の全体構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。
【図４】摺動部の接触面圧を示す図である。
【図５】ラッチ機構の使用例を示す模式図である。
【図６】従来のラッチ機構の構成図である。
【符号の説明】
１  機器
２  取付け部
３  ガイドピン
３ａ  先端
３ｂ  ラッチ溝
４  ガイドコーン
４ａ  円錐穴
５  コイルバネ
６  ラッチボール
１０  ラッチ機構
１１  ピン穴
１３  ガイドピン
１３ａ  先端部
１３ｂ  ラッチ溝
１４  ピン受台（ガイドコーン）
１５  平面接触面
１６  ラッチピン
１７  ヘッド部
１７ａ  接触部
１７ｂ  下面
１７ｃ  上面
１８  ガイド部
１８ａ  平面
１９  圧縮コイルバネ
２０  バネ固定座
２０ａ  ガイド孔
２１  シム
【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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