(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024067629
(43)【公開日】2024-05-17
(54)【発明の名称】クランプシステム
(51)【国際特許分類】
B25J 15/04 20060101AFI20240510BHJP
B23Q 3/00 20060101ALI20240510BHJP
B23Q 3/157 20060101ALI20240510BHJP
【ＦＩ】
B25J15/04 A
B23Q3/00 Z
B23Q3/157 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022177851
(22)【出願日】2022-11-07
(71)【出願人】
【識別番号】391003989
【氏名又は名称】株式会社コスメック
(74)【代理人】
【識別番号】110001841
【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ
(72)【発明者】
【氏名】春名 陽介
(72)【発明者】
【氏名】櫻井 健太
【テーマコード（参考）】
3C002
3C016
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C002FF07
3C016AA00
3C707EW07
3C707EW20
3C707GS02
3C707GS13
3C707GS19
(57)【要約】
【課題】圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ部材交換装置、および移動させる力が大きく変化することなく当該部材交換装置を動作させることが可能なストッカを備えるクランプシステムを提供すること。
【解決手段】部材交換装置１０１は、出力ロッド５を軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材９と、出力ロッド５を軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段１０とを備える。ストッカ１５１が備えるガイド面４９は、カムロッド２４の端部へ当該ガイド面４９からカムロッド２４の軸方向へ作用する反力Ｆが、カムロッド２４の軸方向のうちの一方へカムロッド２４が移動するにつれて大きくなる曲面形状に形成された曲面部５０を有する。
【選択図】図３
【解決手段】部材交換装置１０１は、出力ロッド５を軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材９と、出力ロッド５を軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段１０とを備える。ストッカ１５１が備えるガイド面４９は、カムロッド２４の端部へ当該ガイド面４９からカムロッド２４の軸方向へ作用する反力Ｆが、カムロッド２４の軸方向のうちの一方へカムロッド２４が移動するにつれて大きくなる曲面形状に形成された曲面部５０を有する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
部材交換装置（１０１、１０２）とストッカ（１５１、１５２）とを備えるクランプシステムであって、
前記部材交換装置（１０１、１０２）は、
ハウジング（１）と、
前記ハウジング（１）から突設される筒状のプラグ部（４）と、
前記プラグ部（４）のプラグ部筒孔（４ａ）に当該プラグ部筒孔（４ａ）の軸方向に移動可能となるように挿入される出力ロッド（５）と、
前記プラグ部（４）の周壁に形成された貫通孔（１５）に挿入される係合部材（１６）であって、前記出力ロッド（５）が前記軸方向へ移動されることにより前記貫通孔（１５）内で移動され、前記プラグ部（４）が挿入可能となるようにクランプ対象物（Ｔ）に設けられる装着孔（４０）が有する係止部（４１）に当接可能となっている係合部材（１６）と、
前記ハウジング（１）に形成された筒孔（６、７）であって、前記出力ロッド（５）が前記軸方向に移動可能となるように挿入される筒孔（６、７）と、
前記出力ロッド（５）を前記軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材（９、５２）と、
前記筒孔（６、７）の内部に配置され、または前記筒孔（６、７）の内部に充填され、前記出力ロッド（５）を前記軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段（１０）と、
前記ハウジング（１）に形成されたガイド孔（２３）であって、前記軸方向に対して交差する方向へ延びるガイド孔（２３）と、
前記ガイド孔（２３）に移動可能に挿入されるカムロッド（２４、５３）であって、前記操作部材（９、５２）が嵌り込むカム溝（２５、５６）が形成されたカムロッド（２４、５３）と、
を備え、
前記カム溝（２５、５６）は、前記カムロッド（２４、５３）の軸方向のうちの一方へ前記カムロッド（２４、５３）が移動することで前記操作部材（９、５２）を前記先端側方向へ押すカム面（２５ａ、５６ａ）を有し、
前記ストッカ（１５１、１５２）は、
前記カムロッド（２４、５３）を前記カムロッド（２４、５３）の軸方向のうちの一方へ移動させるためのガイド面（４９）を有する受け部材（４４）と、
前記受け部材（４４）を支持する支持部材（４３）と、
を備え、
前記ガイド面（４９）は、前記ハウジング（１）から突出する前記カムロッド（２４、５３）の端部へ当該ガイド面（４９）から前記カムロッド（２４、５３）の軸方向へ作用する反力（Ｆ）が、前記カムロッド（２４、５３）の軸方向のうちの一方へ前記カムロッド（２４、５３）が移動するにつれて大きくなる曲面形状に形成された曲面部（５０）を有する、
クランプシステム。
前記部材交換装置（１０１、１０２）は、
ハウジング（１）と、
前記ハウジング（１）から突設される筒状のプラグ部（４）と、
前記プラグ部（４）のプラグ部筒孔（４ａ）に当該プラグ部筒孔（４ａ）の軸方向に移動可能となるように挿入される出力ロッド（５）と、
前記プラグ部（４）の周壁に形成された貫通孔（１５）に挿入される係合部材（１６）であって、前記出力ロッド（５）が前記軸方向へ移動されることにより前記貫通孔（１５）内で移動され、前記プラグ部（４）が挿入可能となるようにクランプ対象物（Ｔ）に設けられる装着孔（４０）が有する係止部（４１）に当接可能となっている係合部材（１６）と、
前記ハウジング（１）に形成された筒孔（６、７）であって、前記出力ロッド（５）が前記軸方向に移動可能となるように挿入される筒孔（６、７）と、
前記出力ロッド（５）を前記軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材（９、５２）と、
前記筒孔（６、７）の内部に配置され、または前記筒孔（６、７）の内部に充填され、前記出力ロッド（５）を前記軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段（１０）と、
前記ハウジング（１）に形成されたガイド孔（２３）であって、前記軸方向に対して交差する方向へ延びるガイド孔（２３）と、
前記ガイド孔（２３）に移動可能に挿入されるカムロッド（２４、５３）であって、前記操作部材（９、５２）が嵌り込むカム溝（２５、５６）が形成されたカムロッド（２４、５３）と、
を備え、
前記カム溝（２５、５６）は、前記カムロッド（２４、５３）の軸方向のうちの一方へ前記カムロッド（２４、５３）が移動することで前記操作部材（９、５２）を前記先端側方向へ押すカム面（２５ａ、５６ａ）を有し、
前記ストッカ（１５１、１５２）は、
前記カムロッド（２４、５３）を前記カムロッド（２４、５３）の軸方向のうちの一方へ移動させるためのガイド面（４９）を有する受け部材（４４）と、
前記受け部材（４４）を支持する支持部材（４３）と、
を備え、
前記ガイド面（４９）は、前記ハウジング（１）から突出する前記カムロッド（２４、５３）の端部へ当該ガイド面（４９）から前記カムロッド（２４、５３）の軸方向へ作用する反力（Ｆ）が、前記カムロッド（２４、５３）の軸方向のうちの一方へ前記カムロッド（２４、５３）が移動するにつれて大きくなる曲面形状に形成された曲面部（５０）を有する、
クランプシステム。
【請求項2】
請求項１のクランプシステムにおいて、
前記付勢手段（１０）はバネ（１０）であり、
平面視において前記曲面部（５０）が円弧とされている、
クランプシステム。
前記付勢手段（１０）はバネ（１０）であり、
平面視において前記曲面部（５０）が円弧とされている、
クランプシステム。
【請求項3】
請求項２のクランプシステムにおいて、
前記ガイド面（４９）の全体が平面視において１つの円弧からなる前記曲面部（５０）とされている、
クランプシステム。
前記ガイド面（４９）の全体が平面視において１つの円弧からなる前記曲面部（５０）とされている、
クランプシステム。
【請求項4】
請求項３のクランプシステムにおいて、
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力に合わせて前記反力（Ｆ）も増大するように、前記円弧の半径（Ｒ）が決められている、
クランプシステム。
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力に合わせて前記反力（Ｆ）も増大するように、前記円弧の半径（Ｒ）が決められている、
クランプシステム。
【請求項5】
請求項４のクランプシステムにおいて、
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力と、前記カム面（２５ａ）が前記操作部材（９）を前記先端側方向へ押す力との差が一定となるように、前記円弧の半径（Ｒ）が決められている、
クランプシステム。
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力と、前記カム面（２５ａ）が前記操作部材（９）を前記先端側方向へ押す力との差が一定となるように、前記円弧の半径（Ｒ）が決められている、
クランプシステム。
【請求項6】
請求項２のクランプシステムにおいて、
前記曲面部（５０）は、第１曲面部（５０ａ）と、当該第１曲面部（５０ａ）の円弧の中心とは異なる円弧の中心の第２曲面部（５０ｂ）と、を有し、
前記ガイド面（４９）は、前記第１曲面部（５０ａ）と、前記第１曲面部（５０ａ）と連なる前記第２曲面部（５０ｂ）とからなる、
クランプシステム。
前記曲面部（５０）は、第１曲面部（５０ａ）と、当該第１曲面部（５０ａ）の円弧の中心とは異なる円弧の中心の第２曲面部（５０ｂ）と、を有し、
前記ガイド面（４９）は、前記第１曲面部（５０ａ）と、前記第１曲面部（５０ａ）と連なる前記第２曲面部（５０ｂ）とからなる、
クランプシステム。
【請求項7】
請求項６のクランプシステムにおいて、
前記部材交換装置（１０２）は、前記カムロッド（５３）の軸方向のうちの他方への前記カムロッド（５３）の移動を助勢する倍力機構（６０）をさらに備え、
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力および前記倍力機構（６０）の抵抗力に合わせて前記反力（Ｆ）も増大するように、前記第１曲面部（５０ａ）の円弧の半径（Ｒ１）が決められており、
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力に合わせて前記反力（Ｆ）も増大するように、前記第２曲面部（５０ｂ）の円弧の半径（Ｒ２）が決められている、
クランプシステム。
前記部材交換装置（１０２）は、前記カムロッド（５３）の軸方向のうちの他方への前記カムロッド（５３）の移動を助勢する倍力機構（６０）をさらに備え、
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力および前記倍力機構（６０）の抵抗力に合わせて前記反力（Ｆ）も増大するように、前記第１曲面部（５０ａ）の円弧の半径（Ｒ１）が決められており、
前記出力ロッド（５）が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ（１０）の抵抗力に合わせて前記反力（Ｆ）も増大するように、前記第２曲面部（５０ｂ）の円弧の半径（Ｒ２）が決められている、
クランプシステム。
【請求項8】
請求項１から７のいずれかのクランプシステムにおいて、
前記出力ロッド（５）の基端側端面に凹部（８）が形成されており、
前記操作部材（９）は、前記凹部（８）に回転可能な状態で収容されている、
クランプシステム。
前記出力ロッド（５）の基端側端面に凹部（８）が形成されており、
前記操作部材（９）は、前記凹部（８）に回転可能な状態で収容されている、
クランプシステム。
【請求項9】
請求項８のクランプシステムにおいて、
前記カム溝（２５）は、前記カムロッド（２４）の外周面に形成されており、
前記出力ロッド（５）の基端部が入り込むロッド逃がし溝（２７）が前記カム溝（２５）と重なるように前記外周面に形成されている、
クランプシステム。
前記カム溝（２５）は、前記カムロッド（２４）の外周面に形成されており、
前記出力ロッド（５）の基端部が入り込むロッド逃がし溝（２７）が前記カム溝（２５）と重なるように前記外周面に形成されている、
クランプシステム。
【請求項10】
請求項１から７のいずれかのクランプシステムにおいて、
前記ハウジング（１）の側面側に、前記カムロッド（２４）がリリース位置にあることを検出するリリースセンサ（３０）が配置されている、
クランプシステム。
前記ハウジング（１）の側面側に、前記カムロッド（２４）がリリース位置にあることを検出するリリースセンサ（３０）が配置されている、
クランプシステム。
【請求項11】
請求項１から７のいずれかのクランプシステムにおいて、
前記ハウジング（１）の側面側に、前記カムロッド（２４）がロック位置にあることを検出するロックセンサ（３４）が配置されている、
クランプシステム。
前記ハウジング（１）の側面側に、前記カムロッド（２４）がロック位置にあることを検出するロックセンサ（３４）が配置されている、
クランプシステム。
【請求項12】
請求項１から７のいずれかのクランプシステムにおいて、
前記操作部材（９）は球体である、
クランプシステム。
前記操作部材（９）は球体である、
クランプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工具、治具、機械加工対象物などの部材を、ロボットアームの先端などに着脱可能に固定するのに好適なクランプシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
上記クランプシステムを構成する部材交換装置は、部材を着脱可能に固定するためのものであるため、機能の点でいわゆるクランプ装置に類似する。クランプ装置として、下記の特許文献１に記載されたものがある。従来技術に係るそのクランプ装置は、次のように構成されている。
【0003】
クランプ装置は、ハウジングから突設される筒状のプラグ部、出力ロッド、係合用のボール、およびピストンなどから構成される。クランプ装置を構成するハウジングには、圧力流体が給排されるクランプ室およびアンクランプ室が設けられている。クランプ装置の駆動、すなわちピストンおよび出力ロッドの駆動には、例えば圧縮エアが用いられ、駆動のたびに、クランプ室およびアンクランプ室に圧縮エアが給排される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０２１／１７７３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のようなクランプ装置が多数設置されると、圧縮エアの供給設備として、規模が大きな設備が必要となる。また、圧縮エアを給排する配管設備は、数量が多く且つ複雑なものとなる。これらは、省エネルギーおよび環境対策の点から好ましいとは言えない側面がある。そのため、駆動源として圧縮エアは不要である、または必要であるとしても最小限であることが望ましい。
【0006】
また、ロボットアームの先端などにクランプ装置を取り付け、ロボットアームを動かすことでクランプ装置を移動させて動作させるとき、ロボットアームを動かす力をできるだけ一定に維持できたほうがよい。
【0007】
本発明の目的は、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ部材交換装置、および移動させる力が大きく変化することなく当該部材交換装置を動作させることが可能なストッカを備えるクランプシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
【0009】
（１）本願で開示するクランプシステムは、部材交換装置１０１、１０２とストッカ１５１、１５２とを備える。部材交換装置１０１、１０２は、ハウジング１と、前記ハウジング１から突設される筒状のプラグ部４と、前記プラグ部４のプラグ部筒孔４ａに当該プラグ部筒孔４ａの軸方向に移動可能となるように挿入される出力ロッド５と、前記プラグ部４の周壁に形成された貫通孔１５に挿入される係合部材１６であって、前記出力ロッド５が前記軸方向へ移動されることにより前記貫通孔１５内で移動され、前記プラグ部４が挿入可能となるようにクランプ対象物Ｔに設けられる装着孔４０が有する係止部４１に当接可能となっている係合部材１６と、前記ハウジング１に形成された筒孔６、７であって、前記出力ロッド５が前記軸方向に移動可能となるように挿入される筒孔６、７と、前記出力ロッド５を前記軸方向のうちの先端側方向へ押して移動させる操作部材９、５２と、前記筒孔６、７の内部に配置され、または前記筒孔６、７の内部に充填され、前記出力ロッド５を前記軸方向のうちの基端側方向へ押して移動させる付勢手段１０と、前記ハウジング１に形成されたガイド孔２３であって、前記軸方向に対して交差する方向へ延びるガイド孔２３と、前記ガイド孔２３に移動可能に挿入されるカムロッド２４、５３であって、前記操作部材９、５２が嵌り込むカム溝２５、５６が形成されたカムロッド２４、５３と、を備える。前記カム溝２５、５６は、前記カムロッド２４、５３の軸方向のうちの一方へ前記カムロッド２４、５３が移動することで前記操作部材９、５２を前記先端側方向へ押すカム面２５ａ、５６ａを有する。付勢手段１０は、例えばバネまたは圧縮ガス（圧力ガス）である。ストッカ１５１、１５２は、前記カムロッド２４、５３を前記カムロッド２４、５３の軸方向のうちの一方へ移動させるためのガイド面４９を有する受け部材４４と、前記受け部材４４を支持する支持部材４３と、を備える。前記ガイド面４９は、前記ハウジング１から突出する前記カムロッド２４、５３の端部へ当該ガイド面４９から前記カムロッド２４、５３の軸方向へ作用する反力Ｆが、前記カムロッド２４、５３の軸方向のうちの一方へ前記カムロッド２４、５３が移動するにつれて大きくなる曲面形状に形成された曲面部５０を有する。
【0010】
本願で開示するクランプシステムは次の作用効果を奏する。
【0011】
本願で開示する部材交換装置は次の作用効果を奏する。当該部材交換装置は、従来のクランプ装置が備えるクランプ室およびアンクランプ室というような駆動のたびに圧力流体が給排される室を備えない。当該部材交換装置では、内蔵された上記のカムロッドが外力によって動かされることで、軸方向のうちの先端側方向へ操作部材を介して出力ロッドは駆動される。軸方向のうちのもう一方の方向である基端側方向へは、上記の付勢手段によって出力ロッドは駆動される。したがって、当該部材交換装置は、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ。また、ストッカが備える、前記曲面部を有するガイド面からの反力を利用してカムロッドを軸方向へ移動させることで、部材交換装置を移動させる力が大きく変化することなく当該部材交換装置を動作させることができる。
【0012】
（２）（１）のクランプシステムにおいて、前記付勢手段１０はバネ１０であり、平面視において前記曲面部５０が円弧とされてもよい。
【0013】
この構成によると、ストッカが備える、前記曲面部を有するガイド面からの反力を利用してカムロッドを軸方向へ移動させることで、部材交換装置を移動させる力が大きく変化することなく当該部材交換装置を動作させることができる。
【0014】
【0015】
この構成によると、ストッカが備える、前記曲面部を有するガイド面からの反力を利用してカムロッドを軸方向へ移動させることで、部材交換装置を移動させる力が大きく変化することなく当該部材交換装置を動作させることができる。
【0016】
（４）（２）または（３）のクランプシステムにおいて、前記出力ロッド５が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ１０の抵抗力に合わせて前記反力Ｆも増大するように、前記円弧の半径Ｒが決められてもよい。
【0017】
この構成によると、部材交換装置を動作させるための、部材交換装置を移動させる力を一定に維持し得る。
【0018】
（５）（２）から（４）のいずれかのクランプシステムにおいて、前記出力ロッド５が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ１０の抵抗力と、前記カム面２５ａが前記操作部材９を前記先端側方向へ押す力との差が一定となるように、前記円弧の半径Ｒが決められてもよい。
【0019】
この構成によると、部材交換装置を動作させるための、部材交換装置を移動させる力を一定に維持し得る。
【0020】
（６）（２）のクランプシステムにおいて、例えば、図７から図１２に示すように、前記曲面部５０は、第１曲面部５０ａと、当該第１曲面部５０ａの円弧の中心とは異なる円弧の中心の第２曲面部５０ｂと、を有し、前記ガイド面４９は、前記第１曲面部５０ａと、前記第１曲面部５０ａと連なる前記第２曲面部５０ｂとからなってもよい。
【0021】
この構成によると、部材交換装置を移動させる力が大きく変化することなく当該部材交換装置を動作させることができる。
【0022】
（７）（６）のクランプシステムにおいて、前記部材交換装置１０２は、前記カムロッド５３の軸方向のうちの他方への前記カムロッド５３の移動を助勢する倍力機構６０をさらに備えてもよい。この場合、前記出力ロッド５が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ１０の抵抗力および前記倍力機構６０の抵抗力に合わせて前記反力Ｆも増大するように、前記第１曲面部５０ａの円弧の半径Ｒ１が決められ、前記出力ロッド５が前記先端側方向へ移動するときの、増大していく前記バネ１０の抵抗力に合わせて前記反力Ｆも増大するように、前記第２曲面部５０ｂの円弧の半径Ｒ２が決められてもよい。
【0023】
この構成によると、部材交換装置を動作させるための、部材交換装置を移動させる力を一定に維持し得る。
【0024】
（８）（１）から（７）のいずれかのクランプシステムにおいて、前記出力ロッド５の基端側端面に凹部８が形成されており、前記操作部材９は、前記凹部８に回転可能な状態で収容されてもよい。
【0025】
この構成によると、出力ロッドの基端側端面における操作部材の配置が容易となる。
【0026】
（９）（１）から（８）のいずれかのクランプシステムにおいて、前記カム溝２５は、前記カムロッド２４の外周面に形成されており、前記出力ロッド５の基端部が入り込むロッド逃がし溝２７が前記カム溝２５と重なるように前記外周面に形成されてもよい。
【0027】
出力ロッドの軸方向の移動距離を十分に確保しようとすると、カム溝の深さをある程度深いものとする必要がある。この場合に、出力ロッドの基端部がカムロッドに衝突することが危惧されるところ、上記の構成によると、出力ロッドがカムロッドに衝突することを防止できる。言い換えれば、上記の構成によると、出力ロッドの軸方向の移動距離を十分に確保できる。
【0028】
（１０）（１）から（９）のいずれかのクランプシステムにおいて、前記ハウジング１の側面側に、前記カムロッド２４がリリース位置にあることを検出するリリースセンサ３０が配置されてもよい。
【0029】
この構成によると、部材交換装置がリリース状態にあることを容易に把握できる。
【0030】
（１１）（１）から（１０）のいずれかのクランプシステムにおいて、前記ハウジング１の側面側に、前記カムロッド２４がロック位置にあることを検出するロックセンサ３４が配置されてもよい。
【0031】
この構成によると、部材交換装置がロック状態にあることを容易に把握できる。
【0032】
（１２）（１）から（１１）のいずれかのクランプシステムにおいて、前記操作部材９は球体とされてよい。
【0033】
この構成によると、先端側方向へ出力ロッドをスムーズに移動させることができる。
【発明の効果】
【0034】
本発明によれば、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない、または圧力流体を駆動に必要としてもその量が少なくてすむ部材交換装置、および移動させる力を大きく変化させることなく当該部材交換装置を動作させることが可能なストッカを備えるクランプシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【発明を実施するための形態】
【0036】
本発明の実施形態の説明では、ロボットアームＲＡの先端に部材交換装置を取り付けて、クランプ対象物である工具などのツールＴを当該部材交換装置によってロボットアームＲＡに着脱可能に固定するという、部材交換装置の使用例を例示している。このような用途の部材交換装置は、ツールチェンジャーと呼ばれる。部材交換装置と、後述するストッカとでクランプシステムを構成する。
【0037】
【0038】
ロボットアームＲＡの先端部に部材交換装置１０１のハウジング１が固定される。ハウジング１は、基端側（ロボットアームＲＡ側）の第１ハウジング２と、先端側の第２ハウジング３とを備える。第１ハウジング２と第２ハウジング３とは、複数のボルト（図示せず）によって固定される。なお、部材交換装置の組み立てにおいて問題がない場合は、第１ハウジング２と第２ハウジング３とは一体であってもよい。
【0039】
第２ハウジング３から筒状のプラグ部４が先端側方向へ一体に突設される。プラグ部４のプラグ部筒孔４ａに出力ロッド５のロッド先端部分５ａが上下方向（プラグ部筒孔４ａの軸方向）へ移動可能に挿入される。出力ロッド５の軸方向とプラグ部筒孔４ａの軸方向とは同じ方向である。
【0040】
第２ハウジング３の基端側に筒孔６が形成され、筒孔６内に出力ロッド５のロッド基端部分５ｂが上下方向へ移動可能に挿入される。筒孔６は、プラグ部筒孔４ａよりも径が大きい孔である。筒孔６とプラグ部筒孔４ａとの間に中径筒孔７が形成されている。筒孔６、中径筒孔７、およびプラグ部筒孔４ａの各軸方向は同じ方向である。中径筒孔７の径は、筒孔６の径よりも小さく、プラグ部筒孔４ａの径よりも大きい。なお、中径筒孔７の径は、筒孔６の径と同じにされてもよい。
【0041】
ロッド基端部分５ｂの基端側端面に形成された凹部８に、操作部材としてのボール９（球体、回転体）が回転可能な状態で収容される。なお、操作部材としてボール９に代えてローラ（不図示）などの回転体を用いることも可能である。ボール９は凹部８によって支持される。ここで、ロッド基端部分５ｂの基端側端面に凹部８を設けずに当該基端側端面を平らな面としたまま、ボール９を第１ハウジング２または第２ハウジング３から支持するという構造としてもよい。しかしながら、この構造によると、部材交換装置１０１の軸方向の長さが大きくなってしまう。すなわち、本実施形態のように、ロッド基端部分５ｂの基端側端面に凹部８を設け、凹部８にボール９を収容するという構造を採用したことで、部材交換装置１０１の軸方向の長さを短くすることができ、コンパクトな部材交換装置１０１となる。さらには、出力ロッド５とボール９（操作部材）とが一体とされてもよい。
【0042】
筒孔６および中径筒孔７の内部に、出力ロッド５を上方（基端側方向）へ押す付勢手段としてのバネ１０が配置される。バネ１０は圧縮コイルバネである。ロッド基端部分５ｂの基端部の外周面に、バネ１０の一端を受け止めるリング状のバネ受け１１が配置される。バネ１０の他端は、プラグ部筒孔４ａと中径筒孔７との間の段差部で受け止められる。バネ受け１１は、リング状のストッパ１２（止め輪）によって上方（基端側方向）への移動が規制されている。そのため、バネ受け１１は、出力ロッド５と一体的に上方（基端側方向）へ移動する。バネ受け１１は、バネ１０の一端を受け止める受け部１３と、筒孔６内で摺動する筒壁部１４とを有する。筒壁部１４の軸方向の長さは、受け部１３の径方向の幅よりも長い。筒壁部１４の軸方向の長さが長いことで、筒壁部１４と筒孔６との摺動面積が大きくなり出力ロッド５の軸方向の動きが安定する。
【0043】
なお、出力ロッド５を基端側方向へ押す付勢手段として、圧縮コイルバネに代えて、皿バネなどの他の種類のバネを用いることも可能である。また、部材交換装置１０１の組み立てにおいて問題がない場合は、出力ロッド５とバネ受け１１とは一体であってもよい。
【0044】
プラグ部４の周壁の先端寄り部分に複数の貫通孔１５が周方向へ所定間隔をあけて形成される。各貫通孔１５に、係合部材としてのボール１６（係合ボール）が挿入される。貫通孔１５によって、径方向の内方の図２に示す位置と径方向の外方の図１に示す位置（外側位置）との間で各ボール１６が移動可能に支持される。
【0045】
出力ロッド５のロッド先端部分５ａの外周壁には、各ボール１６に対応させて、押圧面１７と退避溝１８とが上下に連ねて形成される。押圧面１７は、先端側方向へ向かうにつれて広がるように形成される。押圧面１７がボール１６に対面する位置に移動することにより、ボール１６がプラグ部４の外周面よりも径方向の外方へ突出するように外側位置へ移動される。また、退避溝１８がボール１６に対面する位置であって、ボール１６が挿入可能となる退避位置に移動することにより、ボール１６がプラグ部４の外周面よりも径方向の内方へ移動可能となる。本実施形態では、４つのボール１６が各貫通孔１５にそれぞれ１つずつ挿入されているが、ボール１６は４つに限定されない。
【0046】
プラグ部４の周壁の基端部（根本部）に環状のコレット１９が外嵌される。コレット１９は先端側すぼまりのテーパ外周面１９ａを備え、上下方向へ延びる１つのスリット１９ｂによって弾性的に縮径されるようになっている。コレット１９は止め輪２０によってプラグ部４から抜けないようにされている（先端側方向への移動が規制されている）。第２ハウジング３の上面３ａに、複数の穴２２が周方向へ所定間隔をあけて形成される。穴２２に、コレット１９を先端側方向へ押す付勢手段としてのバネ２１が挿入される。バネ２１は圧縮コイルバネである。コレット１９はバネ２１によって先端側方向へ付勢されている。そのため、止め輪２０によって先端側方向への移動が規制されているコレット１９は、僅かではあるが、上下方向へ移動可能である。本実施形態では、３本のバネ２１が各穴２２にそれぞれ１本ずつ挿入されているが、バネ２１は３本に限定されない。また、コレット１９を先端側方向へ押す付勢手段として、圧縮コイルバネに代えて、皿バネなどの他の種類のバネを用いることも可能である。
【0047】
第１ハウジング２に、出力ロッド５の軸方向に対して交差する方向へ延びるガイド孔２３が形成される。なお、本実施形態におけるガイド孔２３は、出力ロッド５の軸方向に対して直交する方向へ延びる。ガイド孔２３に、カムロッド２４が移動可能に挿入される。
【0048】
カムロッド２４の外周面に、ボール９が嵌り込むカム溝２５が形成される。カム溝２５は、ボール９を先端側方向へ押すためのカム面２５ａを有する。カム面２５ａは、カムロッド２４の軸方向のうちの一方へカムロッド２４が移動することでボール９を先端側方向へ押す。カム面２５ａは、カムロッド２４の軸方向に対して傾斜する面である。また、先端側方向へ移動したボール９が嵌り込む凹面２６がカム面２５ａと連なるように形成される。また、カム溝２５と重なるようにして、カム溝２５よりも浅いロッド逃がし溝２７が、カム溝２５と同じ側のカムロッド２４の外周面に形成される。
【0049】
出力ロッド５の軸方向の移動距離を十分に確保しようとすると、カム溝２５の深さをある程度深いものとする必要がある。この場合に、出力ロッド５の基端部がカムロッド２４の外周面に衝突することが危惧されるところ、上記の構成によると、ロッド逃がし溝２７によって出力ロッド５がカムロッド２４に衝突することを防止できる。言い換えれば、上記の構成によると、出力ロッド５の軸方向の移動距離を十分に確保できる。
【0050】
カムロッド２４において、カム溝２５およびロッド逃がし溝２７が形成された側とは反対側の外周面に、カムロッド２４の軸方向に延びるガイド溝２８が形成される。ガイド溝２８に、回り止め回転体としてのボール２９が配置される。ボール２９は、前記のガイド孔２３に形成された保持穴２３ａに回転可能な状態で収容される。保持穴２３ａは、ボール９の中心部（出力ロッド５の軸心部）から出力ロッド５の軸方向のうちの基端側方向へ延ばした仮想の延長線Ｃと、ガイド孔２３とが交差する部分に設けられている。
【0051】
カムロッド２４の動きをより滑らかなものとするために、その外周面には周方向に延びる溝２４ａが形成されている。溝２４ａは複数形成されている。当該溝２４ａ部分に油だまりが形成されることにより、カムロッド２４とガイド孔２３との間に働く摩擦力を小さくすることができ、カムロッド２４の動きは滑らかなものとなる。カムロッド２４は小径部２４ｂを有し、小径部２４ｂの外周にバネ３６が装着されている。なお、バネ３６の付勢力は、バネ１０の付勢力よりもはるかに小さい。ボール９が押し付けられているカムロッド２４がバネ３６の付勢力で動くというものではない。
【0052】
第１ハウジング２の側面側に、カムロッド２４が図２に示すリリース位置にあることを検出するリリースセンサ３０が配置される。第１ハウジング２の側面にセンサ取付部材３１が固定される。このセンサ取付部材３１の側面にリリースセンサ３０が取り付けられる。センサ取付部材３１は筒孔３１ａを有し、筒孔３１ａにカムロッド２４が移動可能に挿入される。リリースセンサ３０は磁気センサである。カムロッド２４の外周面に、カムロッド２４がリリース位置にあることを検出するためのリング状の磁石３２が装着される。リリースセンサ３０が磁石３２を検出することで、カムロッド２４がリリース位置にあることを検出できる。
【0053】
センサ取付部材３１が固定された側とは反対側の、第１ハウジング２の側面にもう１つのセンサ取付部材３３が固定される。このセンサ取付部材３３の側面にロックセンサ３４が取り付けられる。センサ取付部材３３は筒孔３３ａを有し、筒孔３３ａにカムロッド２４が移動可能に挿入される。ロックセンサ３４は磁気センサである。カムロッド２４の外周面に、カムロッド２４がロック位置にあることを検出するためのリング状の磁石３５が装着される。ロックセンサ３４が磁石３５を検出することで、カムロッド２４がロック位置にあることを検出できる。
【0054】
リリースセンサ３０が配置されることで、部材交換装置１０１がリリース状態にあることを容易に把握できる。また、ロックセンサ３４が配置されることで、部材交換装置１０１がロック状態にあることを容易に把握できる。なお、リリースセンサ３０およびロックセンサ３４は磁気センサに限定されない。センサ取付部材３１およびセンサ取付部材３３はハウジング１の一部とみなされる。
【0055】
ツールＴの基端にツールアダプタ３７が固定される。ツールアダプタ３７に凹部３８が開口される。凹部３８にリング部材３９が装着され、リング部材３９は複数のボルト（図示せず）によってツールアダプタ３７に固定される。リング部材３９の内周孔によって装着孔４０が構成され、装着孔４０にプラグ部４が挿入可能になっている。装着孔４０は、クランプ対象物であるツールＴに設けられた装着孔に相当する。
【0056】
リング部材３９の装着孔４０に係止部４１が凹部３８の底方向へ向かうにつれて広がるようにテーパ状に形成される。また、係止部４１よりも開口側に近い部分に、コレット１９のテーパ外周面１９ａに係合するテーパ内周面４２が形成される。テーパ内周面４２は、凹部３８の底方向へ向かうにつれて狭まるように形成された面である。
【0057】
なお、本実施形態では、装着孔４０をリング部材３９に形成するようにしたが、ツールアダプタ３７の凹部３８の内周孔によって装着孔４０を構成するようにしてもよい。すなわち、ツールアダプタ３７の凹部３８の内周孔自体に、上記係止部４１およびテーパ内周面４２が形成されてもよい。さらには、ツールＴ自体に、上記係止部４１およびテーパ内周面４２を有する装着孔４０が設けられてもよい。
【0058】
装着孔４０がツールＴに設けられるとは、ツールＴ自体に装着孔４０が設けられる形態だけでなく、ツールアダプタ３７に装着孔４０が設けられたり、本実施形態のようにリング部材３９に装着孔４０が設けられたりする形態を含む。すなわち、装着孔４０がツールＴに設けられるとは、ツールＴ自体に装着孔４０が設けられる形態に加えて、ツールＴに直接的に（ツールアダプタ３７の場合）または間接的に（リング部材３９の場合）固定される部材に装着孔４０が設けられる形態を含む。
【0059】
次に、ストッカ１５１について説明する。図５は、ストッカ１５１の斜視図である。
【0060】
テーブルの上などに支持部材４３が固定される。支持部材４３に、平面視でＵ字形状の受け部材４４がボルト４５で固定される。受け部材４４は、Ｕ字形状の受け部材本体部４６と、受け部材本体部４６の下面にボルト４７（図１等参照）で固定される一対の載置台部４８とで構成される。
【0061】
受け部材本体部４６の内周面に、カムロッド２４をその軸方向のうちの一方（リリース側）へ移動させるためのガイド面４９が設けられる。ガイド面４９は、センサ取付部材３３（第１ハウジング２）から突出するカムロッド２４の端部２４ｄへ当該ガイド面４９からカムロッド２４の軸方向へ作用する反力Ｆ（図３参照）が、カムロッド２４の軸方向のうちの一方へカムロッド２４が移動するにつれて大きくなる曲面形状に形成された曲面部５０を有する。本実施形態において、曲面部５０は平面視において円弧とされている。また、ガイド面４９の端４９ａから端４９ｂまで全て円弧、すなわち、ガイド面４９の全体が平面視において１つの円弧からなる曲面部５０（ガイド面４９＝曲面部５０）とされている。
【0062】
なお、ガイド面４９の端４９ａから端４９ｂまでのうちの一部のみが円弧（曲面部）とされ、残りの部分が直線（直線部）とされてもよい。
【0063】
曲面部５０の円弧の半径Ｒは、出力ロッド５が先端側方向へ移動するときの、増大していくバネ１０の抵抗力に合わせて反力Ｆも増大するように決められる。また、出力ロッド５が先端側方向へ移動するときの、増大していくバネ１０の抵抗力と、カムロッド２４のカム面２５ａがボール９を先端側方向へ押す力との差が一定となるように、上記半径Ｒは決められる。
【0064】
受け部材本体部４６の内周面であって、上記ガイド面４９と対向する側には、カムロッド２４をその軸方向のうちの他方（ロック側）へ移動させるための第２ガイド面５１が設けられる。本実施形態において、第２ガイド面５１は平面視において直線の傾斜面とされている。
【0065】
上記構成のクランプシステムは次のように動作する。
【0066】
部材交換装置１０１において図２に示すリリース状態では、ボール９は、カムロッド２４に形成された凹面２６に嵌り込んでいるとともに、図１に示すロック状態のときよりも第２ハウジング３の筒孔６内に押し込まれている。これにより、バネ１０の付勢力に抗してボール９が出力ロッド５を先端側方向へ押して下降させた状態となっている。出力ロッド５が下降しているので、プラグ部４のボール１６が退避溝１８内の退避位置に移動可能となっている。ロボットアームＲＡを操作して、ツールアダプタ３７を介してツールＴに固定されたリング部材３９の上方に、出力ロッド５などを備える部材交換装置１０１が取り付けられたロボットアームＲＡの先端部を位置させる。なお、図２に示すように、リング部材３９は、ストッカ１５１の載置台部４８の載置部４８ａにひっかけられた態様で載置部４８ａの上に置かれており、これによりツールＴはストッカ１５１で支持された状態とされている。図６は、図２のＸ－Ｘ矢視図である。図６において部材交換装置１０１に隠れて見えないが、リング部材３９を含むツールＴは、ストッカ１５１（受け部材本体部４６）のＵ字開口部の奥に位置する。
【0067】
ツールＴをロボットアームＲＡに取り付けるときは、まず、ロボットアームＲＡの先端部を下降させて、リング部材３９の装着孔４０にプラグ部４が挿入された状態とする。このとき、装着孔４０に形成されているテーパ内周面４２に、拡径状態のコレット１９のテーパ外周面１９ａが当たり、第２ハウジング３の上面３ａ（着座面）とリング部材３９との間に少しの隙間が形成された状態にある。
【0068】
その後、図６に矢印で示すように、ストッカ１５１の受け部材本体部４６の開口端へ向けて、ロボットアームＲＡの先端部を水平移動させる。水平移動させていくと、センサ取付部材３１から突出しているカムロッド２４の端部２４ｃが、受け部材本体部４６の内方へ向かって傾斜する第２ガイド面５１に当たる。さらに水平移動させていくと、第２ガイド面５１からの反力でカムロッド２４の端部２４ｃはガイド孔２３内に押し込まれていく。
【0069】
カムロッド２４の端部２４ｃがガイド孔２３内に押し込まれると、図１に示すように、カムロッド２４に形成された凹面２６からボール９は外れる。そしてボール９は、バネ１０の付勢力によって押されてカム面２５ａに沿ってカム溝２５に入り込んでいく。また、バネ１０がバネ受け１１を介して出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させるので、出力ロッド５は上昇する。出力ロッド５が上昇すると、出力ロッド５に形成されている退避溝１８の一部を構成する押出し部１８ａがプラグ部４のボール１６を径方向の外方の突出位置へ押し出す。そして、出力ロッド５に形成されている押圧面１７がボール１６を介してツールＴ（リング部材３９）の係止部４１を上向きに押圧していく。これにより、コレット１９は縮径しツールＴとともに少しばかり上昇する。その結果、リング部材３９が第２ハウジング３の上面３ａに受け止められ、ツールＴはロボットアームＲＡの先端部に部材交換装置１０１を介して強固に固定される。部材交換装置１０１は、図２に示すリリース状態から図１に示すロック状態へ切換えられる。
【0070】
ツールＴをロボットアームＲＡから外すときは、ロボットアームＲＡを操作して、ストッカ１５１（受け部材本体部４６）の開口端からその奥へ向かって、ツールＴが固定されている部材交換装置１０１を入れていく（図３参照）。すると、センサ取付部材３３から突出しているカムロッド２４の端部２４ｄが、受け部材本体部４６に設けられたガイド面４９に当たる。そして、ガイド面４９からの反力Ｆでカムロッド２４の端部２４ｄはガイド孔２３内に押し込まれていく。
【0071】
カムロッド２４の端部２４ｄがガイド孔２３内に押し込まれると、カムロッド２４に形成されたカム面２５ａがボール９を押し、ボール９はカム面２５ａに沿って移動して凹面２６に乗り上がる。これにより、バネ１０の付勢力に抗してボール９が出力ロッド５を先端側方向へ押して、出力ロッド５は下降する。出力ロッド５が下降すると、出力ロッド５に形成されている退避溝１８がプラグ部４のボール１６に対面する位置となり、ボール１６は退避溝１８内（出力ロッド５の径方向の内方）へ移動可能となる。その結果、図２に示すように、ツールＴ（リング部材３９）をロボットアームＲＡから円滑に取り外すことが可能となる。
【0072】
なお、ボール９が回転することで、ボール９とカム面２５ａとの間の摩擦力が低減される。このため、ボール９が出力ロッド５を介してバネ受け１１の筒壁部１４を筒孔６の内周面に押し付ける力が軽減されて、筒壁部１４の外周面および筒孔６の内周面に部分的なすべり摩耗や破損が生じることが軽減される。また、プラグ部４のプラグ部筒孔４ａの内周面と出力ロッド５の外周面との間に生じる部分的な摩耗や破損も軽減される。その結果、出力ロッド５を先端側方向へスムーズに移動させることができる。
【0073】
本実施形態の部材交換装置１０１は、従来のクランプ装置が備えるクランプ室およびアンクランプ室というような駆動のたびに圧力流体が給排される室を備えない。当該部材交換装置１０１では、内蔵されたカムロッド２４を介してボール９が外力によって動かされることで、出力ロッド５はボール９で押されて先端側方向へ駆動される。先端側方向とは逆方向である基端側方向へは、バネ１０によって出力ロッド５は駆動される。したがって、当該部材交換装置１０１は、圧縮エアなどの圧力流体を駆動に必要としない。
【0074】
また、ツールＴをロボットアームＲＡから外すとき、すなわち部材交換装置１０１がロック状態からリリース状態へ切換わるとき、出力ロッド５が下降することで部材交換装置１０１内部のバネ１０の抵抗力は徐々に増大していく。ここで、ストッカ１５１が備えるガイド面４９は、円弧とされることで、当該ガイド面４９からカムロッド２４へ作用する反力Ｆが、カムロッド２４がリリース側へ移動するにつれて（＝出力ロッド５が下降するにつれて）大きくなるようにされている。そのため、バネ１０の抵抗力が増大していくところ、反力Ｆも増大していくので、ストッカ１５１が備えるガイド面４９からの反力Ｆを利用してカムロッド２４を軸方向へ移動させることで、部材交換装置１０１を移動させる力（＝ロボットアームＲＡを動かす力）を大きく変化させることなく当該部材交換装置１０１を動作させることができる。その結果、ロボットアームＲＡを動かす力を一定に維持し得る。上記の作用・効果を補足説明する。ガイド面４９が仮に直線とされた場合に、ロボットアームＲＡを動かす力が一定であると、反力Ｆも一定となる。そのため、増大していくバネ１０の抵抗力に抗して出力ロッド５を下降させるには、ロボットアームＲＡを動かす力を大きくすることで反力Ｆを大きくしなければならない。一方で、ガイド面４９が円弧であると、ロボットアームＲＡを動かす力が一定であっても、反力Ｆは増大していく。そのため、ロボットアームＲＡを動かす力を大きく変化させることなく、増大していくバネ１０の抵抗力に抗して出力ロッド５を下降させることができる。すなわち、ロボットアームＲＡを動かす力を大きく変化させることなく、部材交換装置１０１を動作させることができる。ロボットアームＲＡが一定の力で動くことで、カムロッド２４の端部２４ｄが円弧のガイド面４９を押す力（押圧力ベクトル）の大きさは一定であるが、カムロッド２４の軸方向に対する上記押圧力ベクトルの傾きは、ロボットアームＲＡがリリース側に移動するにつれて小さくなっていく。つまり、ガイド面４９が円弧であることで、ロボットアームＲＡがリリース側に移動するにつれて、上記押圧力ベクトルの軸方向（カムロッド２４の軸方向）成分は、バネ１０の抵抗力の増加に対抗するように大きくなっていく。この軸方向成分の１８０度反対側方向の成分が反力Ｆである。
【0075】
上記の部材交換装置１０１では、筒孔６および中径筒孔７の内部にバネ１０を配置し、バネ１０が出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させるようにしている。これに代えて、筒孔６および中径筒孔７内の空間を圧ガス室とし、当該圧ガス室のガス圧で、出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させるようにしてもよい。圧ガス室とは、内部に圧力ガスが充填された室のことである。圧ガス室は、室外部へ圧力ガスが漏れ出ないように室外部に対して封止される。圧ガス室に充填された圧力ガスが、出力ロッド５を基端側方向へ押して移動させる、バネ１０に代わる付勢手段となる。圧力ガスは、圧縮空気、圧縮窒素ガスなどである。
【0076】
圧ガス室は、上記のとおり、室外部へ圧力ガスが漏れ出ないように封止されるが、充填された圧力ガスによって出力ロッド５を駆動すると、少量ではあるが、圧ガス室から圧力ガスが漏れ出てしまうことがある。そのため、出力ロッド５を動かすのに必要な圧ガス室のガス圧を維持するために、圧ガス室から漏れ出た量の圧縮空気のみが圧ガス室に充填されるように部材交換装置が構成されるとよい。
【0077】
上記構成によると、圧ガス室には、当該圧ガス室から漏れ出た量の圧力ガスが供給されることとなるが、圧力ガスの使用量は極めて少ない。よって、空気圧縮機などの圧力ガスの供給設備は必要であるものの、その設備規模は極めて小さくてすむ。
【0078】
図７から図１２は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態のクランプシステムを構成する各部材について、第１実施形態のクランプシステムを構成する各部材と同様の部材については、同じ符号を付している。第２実施形態の説明において、第１実施形態と第２実施形態との共通の構成（相互に対応する部材）については適宜その説明を省略する。なお、第２実施形態のクランプシステムを構成する部材交換装置１０２およびストッカ１５２は、それぞれ、国際公開第２０１６／１３６８２１号公報に記載の出力装置およびストッカを改良したものであり、基本的な構成は当該出力装置およびストッカに類似する。まず、部材交換装置１０２について説明する。
【0079】
部材交換装置１０２のハウジング１は、ハウジング本体５７とガイド筒５８とガイド筒５９とを備える。出力ロッド５を先端側方向へ押して移動させる操作部材としてのピン部材５２が出力ロッド５に設けられる。ピン部材５２は、出力ロッド５に回転可能に支持されてもよいし、出力ロッド５に固定されてもよい。
【0080】
ガイド孔２３に移動可能に挿入されるカムロッド５３は、同軸配置されるロック側カムロッド５４とリリース側カムロッド５５とで構成される。ロック側カムロッド５４に、ピン部材５２が嵌り込むカム溝５６が形成されており、カム溝５６は、ロック側カムロッド５４の側面に形成されている。カム溝５６は、カムロッド５３の軸方向のうちの一方へカムロッド５３が移動することで、ピン部材５２を出力ロッド５の先端側方向へ押すカム面５６ａを有する。本実施形態では、ロック側カムロッド５４におけるカム溝５６が形成されている部分は板形状である。
【0081】
部材交換装置１０２は、カムロッド５３の軸方向のうちの他方へカムロッド５３が移動することを助勢する倍力機構６０をさらに備える。倍力機構６０は次のように構成される。
【0082】
ロック側カムロッド５４の外周面には、係合部材としての係合ボール６１が嵌り込む複数の係合凹部６２が、周方向へ所定の間隔をあけて形成される。その係合凹部６２のうちのハウジング本体５７中心側に形成されたカム面６２ａは、ロック側カムロッド５４の端部へ向かうにつれて軸心に近づくように形成される。また、ガイド筒５９の中に係合ボール６１を押圧する筒状の押圧部材６４が配置される。押圧部材６４の内周に形成された倍力面６４ａは、ロック側カムロッド５４の端部へ向かうにつれて広がるように形成されており、その水平方向（軸心方向）に対する傾斜角度は、カム面６２ａの水平方向（軸心方向）に対する傾斜角度よりも小さい。ガイド筒５９の中には、押圧部材６４を付勢するバネ６３が収容されている。
【0083】
上記構成の倍力機構６０は、前記のとおり、カムロッド５３の軸方向のうちの他方へカムロッド５３が移動することを助勢する機構である。そのため、カムロッド５３の軸方向のうちの一方（＝他方とは反対方向）へカムロッド５３が移動するとき倍力機構６０は抵抗となる。
【0084】
ストッカ１５２について説明する。
【0085】
本実施形態のストッカ１５２が備える受け部材４４は、所定の間隔をあけて配置された一対の第１受け部材６５、第２受け部材６６で構成される。
【0086】
第１受け部材６５の内周面に、カムロッド５３をその軸方向のうちの一方（リリース側）へ移動させるためのガイド面４９が設けられる。ガイド面４９は、ガイド筒５８から突出するカムロッド５３の端部へ当該ガイド面４９からカムロッド５３の軸方向へ作用する反力Ｆ（図８参照）が、カムロッド５３の軸方向のうちの一方へカムロッド５３が移動するにつれて大きくなる曲面形状に形成された曲面部５０を有する。
【0087】
曲面部５０は、第１曲面部５０ａと第２曲面部５０ｂとで構成される。第１曲面部５０ａは、第２曲面部５０ｂよりも受け部材４４の開口端側に位置する。第１曲面部５０ａおよび第２曲面部５０ｂは、いずれも、平面視において円弧とされている。第１曲面部５０ａの円弧の中心は、第２曲面部５０ｂの円弧の中心とは異なり、曲面部５０は、２種類の曲線とされている。ガイド面４９は、第１曲面部５０ａと、第１曲面部５０ａと連なる第２曲面部５０ｂとからなる。
【0088】
第１曲面部５０ａの円弧の半径Ｒ１は、出力ロッド５が先端側方向へ移動するときの、増大していくバネ１０の抵抗力および倍力機構６０の抵抗力に合わせて反力Ｆも増大するように決められる。第２曲面部５０ｂの円弧の半径Ｒ２は、出力ロッド５が先端側方向へ移動するときの、増大していくバネ１０の抵抗力に合わせて反力Ｆも増大するように決められる。
【0089】
第２受け部材６６の内周面には、カムロッド５３をその軸方向のうちの他方（ロック側）へ移動させるための、第１実施形態のストッカ１５１の場合と同様の第２ガイド面５１が設けられている。
【0090】
第２実施形態のクランプシステムは次のように動作する。
【0091】
図８に示すように、ツールＴをロボットアームＲＡから外すとき、ロボットアームＲＡを操作して、ストッカ１５２（受け部材４４）の開口端からその奥へ向かって、ツールＴが固定されている部材交換装置１０２を入れていく。すると、まずガイド筒５８から突出しているカムロッド５３の端部が、第１受け部材６５に設けられたガイド面４９の第１曲面部５０ａに当たる（係合される）。そして、第１曲面部５０ａからの反力Ｆでカムロッド５３の端部はガイド孔２３内に押し込まれていく。
【0092】
このとき、カム溝５６およびピン部材５２によって出力ロッド５が下降していくことで部材交換装置１０２内部のバネ１０の抵抗力は徐々に増大していく。また、倍力機構６０を構成する係合ボール６１がカム面６２ａによって係合凹部６２から押し出されていくときに、バネ６３の付勢力が押圧部材６４と係合ボール６１とを介してカムロッド５３に右方に向けて抵抗力として作用する（この抵抗力が倍力機構６０の抵抗力である。）ここで、第１曲面部５０ａの円弧の半径Ｒ１は、増大していくバネ１０の抵抗力および倍力機構６０の抵抗力に合わせて反力Ｆも増大するように決められているため、部材交換装置１０２を移動させる力（＝ロボットアームＲＡを動かす力）を大きく変化させることなく当該部材交換装置１０２を動作させることができる。
【0093】
図９に示すように、倍力機構６０の係合ボール６１が、カム面６２ａによってカムロッド５３の係合凹部６２から押し出されて、カムロッド５３の外周面に係合される。すると、倍力機構６０の抵抗力は、係合ボール６１とカムロッド５３の外周面との間に生じる摩擦力のみとなり、バネ６３の付勢力による抵抗力に比べて無視できる程度に小さくなる。その係合ボール６１がカムロッド５３の外周面に係合された後に、カムロッド５３の端部が、図１０に示すように、ガイド面４９の第２曲面部５０ｂに係合される。そして、その後は、第２曲面部５０ｂからの反力Ｆでカムロッド５３の端部はガイド孔２３内に押し込まれていく。
【0094】
ここで、倍力機構６０の抵抗力は弱まるが、部材交換装置１０２内部のバネ１０の抵抗力は依然として増大していく。第２曲面部５０ｂの円弧の半径Ｒ２は、この増大していくバネ１０の抵抗力に合わせて反力Ｆも増大するように決められているため、部材交換装置１０２を移動させる力（＝ロボットアームＲＡを動かす力）を大きく変化させることなく当該部材交換装置１０２を動作させることができる。
【0095】
曲面部５０が、第１曲面部５０ａ、第２曲面部５０ｂという２種類の曲線とされていることで、倍力機構６０をさらに備える部材交換装置１０２をツールチェンジャーとして用いた場合においても、ツールＴをロボットアームＲＡから外すときに、ロボットアームＲＡを動かす力を一定に維持し得る。
【0096】
カムロッド５３の端部がガイド孔２３内に押し込まれることで、カム溝５６およびピン部材５２によって出力ロッド５は下降する。出力ロッド５が下降すると、出力ロッド５に形成されている退避溝１８がプラグ部４のボール１６に対面する位置となり、ボール１６は退避溝１８内（出力ロッド５の径方向の内方）へ移動可能となる。その結果、図１１に示すように、ツールＴ（リング部材３９）をロボットアームＲＡから円滑に取り外すことが可能となる。
【0097】
ツールＴをロボットアームＲＡに取り付けるときの動き（動作）は第１実施形態の場合と同様であるので、その記載を省略する。
【0098】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記実施形態の要素を適宜組み合わせたり、上記実施形態に種々の変更を加えたりすることが可能である。
【0099】
例えば、上記の実施形態は次のように変更可能である。
【0100】
部材交換装置の姿勢は、例示した上下姿勢に対して、上下逆にされたり、横向きにされたり、さらには斜め向きにされたりしてもよい。
【0101】
クランプ対象物は、治具、機械加工対象物などであってもよい。
【0102】
第１実施形態の部材交換装置１０１において、リリースセンサ３０およびロックセンサ３４の両方、またはリリースセンサ３０およびロックセンサ３４のうちの一方が省略されてもよい。
【0103】
第２実施形態の部材交換装置１０２において、第１実施形態の部材交換装置１０１のように、リリースセンサ３０およびロックセンサ３４が設けられてもよい。
【0104】
第２実施形態の部材交換装置１０２において、ロック側カムロッド５４とリリース側カムロッド５５とが一体にされてもよい。
【0105】
第２実施形態の部材交換装置１０２において、倍力機構６０はロック側カムロッド５４に設けられているが、ロック側カムロッド５４に設けることに代えて、リリース側カムロッド５５に倍力機構を設けてもよい。
【符号の説明】
【0106】
１：ハウジング、４：プラグ部、４ａ：プラグ部筒孔、５：出力ロッド、６：筒孔、７：中径筒孔（筒孔）、８：凹部、９：ボール（操作部材）、１０：バネ（付勢手段）、１５：貫通孔、１６：ボール（係合部材）、２３：ガイド孔、２４：カムロッド、２５：カム溝、２５ａ：カム面、２７：ロッド逃がし溝、３０：リリースセンサ、３４：ロックセンサ、４０：装着孔、４１：係止部、４３：支持部材、４４：受け部材、４９：ガイド面、５０：曲面部、５０ａ：第１曲面部、５０ｂ：第２曲面部、５２：ピン部材（操作部材）、５３：カムロッド、５６：カム溝、５６ａ：カム面、６０：倍力機構、１０１、１０２：部材交換装置、１５１、１５２：ストッカ、Ｆ：反力、Ｒ、Ｒ１、Ｒ２：半径、Ｔ：ツール（クランプ対象物）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
