(57)【要約】      （修正有）【課題】軸部とワークの孔との位置を確実に合わせることができる軸部挿入装置を提供する。【解決手段】軸部１０１と孔２１２との位置が合っていないときは、ボール２２を中心軸Ｍ周りに公転させ、ボール２２の遠心力により保持部１０及びバルブ１００を中心軸Ｍと直交する方向で円運動させる。これにより、軸部１０１の下端部がワーク２００の端面上で円運動し、軸部１０１の端部とワークの孔２１２との位置を合わせることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに設けられた孔に軸部を嵌合挿入するための軸部挿入装置であって、
軸部を保持し、軸部の中心軸と直交する方向に移動可能に設けられた保持部と、軸部の中心軸方向で保持部をワークに対して相対移動させる移動手段と、保持部に設けられ、軸部の中心軸周りに公転可能な錘とを備え、錘を公転させることにより、軸部を中心軸と直交する方向に円運動させる軸部挿入装置。
【請求項２】
内部空間に錘を収容したケースを保持部に固定し、ケースの内部空間に空気を吹き込むことにより錘を公転させるようにした請求項１記載の軸部挿入装置。
【請求項３】
軸部の中心軸と直交する方向に移動可能な保持部を、所定の初期位置に復帰させるように付勢する復帰手段を設けた請求項１又は２に記載の軸部挿入装置。
【請求項４】
保持部を、軸部の中心軸と直交する方向に平行移動可能とした請求項１〜３の何れかに記載の軸部挿入装置。
【請求項５】
バルブに設けられた軸部をワークの孔に挿入するものである請求項１〜４の何れかに記載の軸部挿入装置。
【請求項６】
ワークに設けられた孔に軸部を嵌合挿入するための方法であって、
ワークの孔が開口した端面に軸部の端部を当接させた状態で、錘を軸部の中心軸周りに公転させることにより軸部を中心軸と直交する方向に円運動させ、軸部の端部とワークの孔との位置を合わせる軸部挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに設けられた孔に軸部を挿入するための軸部挿入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワークの孔に軸部が嵌合する場合、軸部の外周面と孔の内周面とはほぼ同径に形成される。このような軸部を孔に挿入するには、両者の位置を正確に合わせる必要があるため、作業が非常に困難となる。
【０００３】
上記のような軸部の挿入作業は、人の手で行われることもあるが、挿入装置により自動で行われることが多い。例えば、特許文献１に示されている軸部挿入装置（バルブ挿入装置）は、バルブの軸部（バルブステムＶａ）の外周面をハンドユニット（５１）で把持し、この状態でバルブを降下させてバルブガイドの孔に挿入している。
【０００４】
この装置では、ハンドユニットを水平移動可能に設けている。バルブ挿入時において、バルブガイドの孔とバルブの軸部（バルブステムＶａ）との位置が僅かにずれている場合は、軸部の下端部の面取り部分がバルブガイドの開口縁部に当接することによりバルブがガイドされ、バルブがハンドユニットと共に僅かに水平移動して軸部が孔に挿入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−８０７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のバルブ挿入装置では、バルブの軸部とバルブガイドの孔とが、軸部の面取り部分の範囲を越えてずれた場合、すなわち、軸部の端面がバルブガイドの端面に当接した場合は、両者の位置のずれを修正することはできず、軸部を挿入できない。
【０００７】
本発明の解決すべき課題は、軸部とワークの孔との位置を確実に合わせることができる軸部挿入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、ワークに設けられた孔に軸部を嵌合挿入するための装置であって、軸部を保持し、軸部の中心軸と直交する方向に移動可能に設けられた保持部と、軸部の中心軸方向で保持部をワークに対して相対移動させる移動手段と、保持部に設けられ、軸部の中心軸周りに公転可能な錘とを備え、錘を公転させることにより、軸部を中心軸と直交する方向に円運動させる軸部挿入装置を提供する。
【０００９】
このように、本発明の軸部挿入装置は、軸部を保持する保持部に、軸部の中心軸周りに公転可能な錘を設けている。軸部と孔との位置が合っていないときは、錘を軸部の中心軸周りに公転させ、このときの錘の遠心力により保持部及び軸部を軸部の中心軸と直交する方向で円運動させる。これにより、軸部の端部がワークの端面上で円運動し、軸部と孔との位置を合わせることができる。
【００１０】
例えば、内部空間に錘を収容したケースを保持部に固定し、ケースの内部空間に空気を吹き込むことにより錘を公転させるようにすれば、モータ等の機構を保持部に設けることなく錘を公転させることができるため、装置を簡略化できる。
【００１１】
上記のように、保持部は、軸部の中心軸と直交する方向に移動可能に設けられるが、自由に移動可能とすると、保持部及び軸部の初期位置を定めることができず、軸部と孔との位置合わせが困難となる恐れがある。従って、保持部を所定の初期位置に復帰させるように付勢する復帰手段を設けることが好ましい。特に、軸部の軸方向を鉛直方向に対して傾斜させた場合、保持部が重力で軸方向と直交する方向に移動するため、復帰手段で初期位置に付勢することが望ましい。
【００１２】
また、保持部を、軸部の中心軸と直交する方向に平行移動可能とすれば、中心軸を傾斜させることなく軸部を円運動させることができる。従って、予め軸部の中心軸と孔の中心軸とを並行に設けておけば、軸部の端部と孔との位置が合った時点で両者の中心軸が一致し、軸部を孔に挿入することができる。
【００１３】
上記のような軸部挿入装置は、例えば、バルブに設けられた軸部をワークの孔に挿入するための装置として使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、軸部とワークの孔との位置を確実に合わせることができるため、容易且つ確実に軸部をワークの孔に挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】バルブ挿入装置の側面視の軸方向断面図である。
【図２】バルブ挿入装置の正面視の軸方向断面図である。
【図３】保持部の斜視図である。
【図４】保持部の正面視の軸方向断面図であり、（ａ）はアンチャック状態、（ｂ）はチャック途中の状態、（ｃ）はチャック状態を示す。
【図５】錘回転部の軸方向断面図である。
【図６】錘回転部の水平方向断面図である。
【図７】他の例に係る錘回転部の水平方向断面図である。
【図８】ユニットと基部との接続部を示す軸方向断面図である。
【図９】軸部と孔との位置を合わせる様子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る軸部挿入装置としてのバルブ挿入装置１は、図１及び図２に示すように、ワークに設けられた孔（図示例では、シリンダヘッド２００に設けられたバルブガイド２１０の孔２１２）に、バルブ１００の軸部１０１を嵌合挿入するものである。尚、本実施形態では、バルブ１００の中心軸Ｍを鉛直方向とし、バルブ１００を鉛直方向下方に降下させることで、バルブ１００をワークの孔２１２に挿入する場合を示す。
【００１７】
バルブ挿入装置１は、バルブ１００を保持する保持部１０と、錘回転部２０と、ワーク固定部３０と、保持部１０とワーク固定部３０とを鉛直方向で接近・離反させる移動手段（図示省略）とを有する。保持部１０および錘回転部２０は、中間部材４０を介して一体に固定され、この保持部１０、錘回転部２０、及び中間部材４０のユニットＡが、スラスト軸受５１及び５２を介して基部６０に取付けられる。基部６０は、ユニットＡから水平に延びた水平部６１と、水平部６１の端部から下方に延びた垂直部６２とを有し、支持台７０に軸方向移動可能に取付けられる。図示例では、基部６０の垂直部６２に固定されたガイド６３と、支持台７０に設けられたガイドレール７１とを嵌合させ、図示しない移動手段で基部６０を昇降させることで、基部６０及びユニットＡを一体に昇降させることができる。
【００１８】
保持部１０は、固定部１１と、固定部１１に取付けられ、作動軸１２ａを昇降させるシリンダ１２と、作動軸１２ａに取付けられ、固定部１１に対して上下動可能に設けられた可動部１３とを有し、傘部１０２を軸方向両側から挟持することでバルブ１００を保持するものである（図４（ｃ）参照）。詳しくは、固定部１１の下端面１１ａがバルブ１００の傘部１０２の端面に上方から当接すると共に、可動部１３に設けられた切り欠きスリーブ１４の上端開口部が傘部１０２の下面に形成されたテーパ面１０３に下方から当接する（図３参照）ことにより、バルブ１００が保持される。
【００１９】
切り欠きスリーブ１４は、例えば金属材料や樹脂材料で形成され、円周方向の一部を軸方向全長に亘って切り欠いた形状を成している。切り欠きスリーブ１４の上端開口部１４ａには面取りが施され、図示例では軸方向断面で円弧状に形成される（図４参照）。
【００２０】
可動部１３の切り欠きスリーブ１４の水平方向両側には、一対のプランジャ１６が設けられる。プランジャ１６は、スプリング（図示省略）で上方に付勢された支持軸１６ａを有し、支持軸１６ａの上端部で、バルブ１００の傘部１０２を下方から支持している。支持軸１６ａに、スプリングの弾性力よりも大きな下向きの力が加わると、支持軸１６ａが相対的に押し下げられる。
【００２１】
錘回転部２０は、図１及び図２に示すように、中間部材４０を介して保持部１０に固定され、内部に円筒状空間を有するケース２１と、ケース２１の内部空間に収容された錘としてのボール２２と、ケース２１の上側開口部に配された蓋部２３とを有する。ケース２１は、内周面の中心がバルブ１００の軸部１０１の中心軸Ｍと一致するように配される。ボール２２は、ケース２１の内部空間内で自由に移動することができる。
【００２２】
錘回転部２０には、図５に示すように、ケース２１の内部空間に空気を吹き込むための空気入口２４と、空気を排出するための空気出口２５とが設けられる。本実施形態では、空気入口２４は、蓋部２３の軸心から外周側にオフセットした位置に設けられ、空気出口２５は、蓋部２３の軸心に設けられる。このように、空気入口２４を蓋部２３に設けることで、空気入口２４とコンプレッサ（図示省略）とを連結するホース２６を斜め上方へ逃がすことができるため、例えば複数のバルブ挿入装置１を並べて使用する場合でも、隣り合う装置のホース２６同士が干渉することを防止できる。
【００２３】
錘回転部２０の構成は上記に限らず、錘を中心軸Ｍ周りに公転させて、バルブ１００及びユニットＡを円運動させるものであればよい。例えば、ボール２２の代わりに、内周面２１ａに沿って公転可能な円筒体を用いてもよい。あるいは、図７に示すように、ケース２１の内部空間に中心軸Ｍ周りに回転する偏心錘２７を設け、この偏心錘２７を回転（公転）させることによりユニットＡを円運動させてもよい。
【００２４】
ワーク固定部３０は、シリンダヘッド２００を所定姿勢で固定するためのものであり、シリンダヘッド２００を載置する基台３１と、シリンダヘッド２００を基台３１上に固定するための固定手段（図示省略）とを備える。基台２０１は、任意の角度にチルト可能に設けられる。
【００２５】
スラスト軸受５１・５２は軸方向に離間して配され、上側のスラスト軸受５１は中間部材４０と錘回転部２０との間に、下側のスラスト軸受５２は中間部材４０と保持部１０との間にそれぞれ設けられる。上側のスラスト軸受５１は、図８に拡大して示すように、上軌道輪５１ａと下軌道輪５１ｂとの間に複数のボール５１ｃを配した構成を成している。同様に、下側のスラスト軸受５２は、上軌道輪５２ａと下軌道輪５２ｂとの間に複数のボール５２ｃを保持している。ユニットＡ側に固定される上側のスラスト軸受５１の上軌道輪５１ａ及び下側のスラスト軸受５２の下軌道輪５２ｂは、その内周面を中間部材４０の外周面に圧入することで位置決め固定される。一方、基部６０側に固定される上側のスラスト軸受５１の下軌道輪５１ｂ及び下側のスラスト軸受５２の上軌道輪５２ａは、その外周面を基部６０の内周面に圧入することで位置決め固定される。スラスト軸受５１・５２の各軌道輪５１ａ・５１ｂ・５２ａ・５２ｂの軌道面（ボールとの接触面）は平坦面状である。これにより、ユニットＡは、基部６０に対する水平方向の全方向への相対移動が許容される。このように、水平移動のみを許容する２つのスラスト軸受５１・５２を軸方向に離間して配することで、中心軸Ｍを鉛直方向に維持したまま、ユニットＡを基部６０に対して水平方向に平行移動させることができる。
【００２６】
基部６０には、スラスト軸受５１・５２により水平移動可能に保持されたユニットＡを初期位置に復帰させるための復帰手段が設けられる。図示例では、復帰手段として、ユニットＡの外周面を、円周方向等間隔の複数箇所（３箇所以上、例えば４箇所）から内径向きに付勢する複数のプランジャ５３が設けられる。図示例のプランジャ５３は、内径端に回転自在に配されたボール５３ａと、ボール５３ａを内径向きに付勢するスプリング（図示省略）とを有する。スプリングで内径向きに付勢されたボール５３ａを、下側のスラスト軸受５２の下軌道輪５２ｂの外周面に当接させることで、ユニットＡには初期位置（すなわち、すべてのプランジャ５３の付勢力が釣り合う位置）へ戻す力が常に付勢される。尚、復帰手段はこれに限らず、例えば板バネ等の他の弾性部材で付勢するプランジャも使用できる。あるいは、ユニットＡの外周を環状のゴムで囲み、ゴムの弾性力でユニットＡを初期位置へ向けて付勢してもよい。
【００２７】
以下、バルブ挿入装置１によるバルブ１００の挿入方法を説明する。
【００２８】
まず、保持部１０でバルブ１００をチャックする。具体的には、図４（ａ）に示すように、可動部１３に設けられた切り欠きスリーブ１４の内周にバルブ１００の軸部１０１を配し、プランジャ１６の支持軸１６ａの上にバルブ１００の傘部１０２を載置する。この状態から可動部１３を上昇させると、バルブ１００が持ち上げられ、バルブ１００の傘部１０２の上面１０２ａが固定部１１の下端面１１ａに当接する（図４（ｂ）参照）。さらに可動部１３を上昇させると、支持軸１６ａがスプリングの付勢力に反して相対的に押し下げられ、切り欠きスリーブ１４がバルブ１００に下方から当接する（図４（ｃ）参照）。具体的には、切り欠きスリーブ１４の内周面の上端開口部１４ａが、バルブ１００の傘部１０２の下面に形成されたテーパ面１０３に当接する。このように、バルブ１００の傘部１０２を軸方向両側から挟持することにより、バルブ１００を保持部１０で位置決め固定される。
【００２９】
次に、ユニットＡにバルブ１００を位置決め固定した状態で、ユニットＡ及び基部６０を降下させ、バルブ１００の軸部１０１の下端部をバルブガイド２１０の孔２１２の上端開口部に配する。このとき、軸部１０１の中心軸Ｍと孔２１２の中心軸Ｎとの位置が合っていないと、軸部１０１の下端部がバルブガイド２１０の端面２１１に当接する（図９参照）。この場合、錘回転部２０の錘（ボール２２）を中心軸Ｍ周りに公転させることで、軸部１０１の下端部と孔２１２との位置を合わせる。以下、この工程を詳しく説明する。尚、通常、軸部１０１の中心軸Ｍと孔２１２の中心軸Ｎとのズレは微小であるが、図９では理解の容易しやすいように誇張して示している。
【００３０】
軸部１０１の下端部がバルブガイド２１０の端面２１１に当接したら、軸部１０１を端面２１１に軽く押し付けた状態で、空気入口２４からケース２１の内部空間に空気を吹き込む。空気入口２４から吹き込まれた空気は、ケース２１の内周面に沿って流れ、渦を巻くようにして上方の空気出口２５から排出される（図５及び図６の矢印参照）。この空気の流れによりボール２２をケース２１の内周面に沿って中心軸Ｍ周りに公転させ、このときのボール２２の遠心力によりユニットＡ及びバルブ１００を水平方向で細かく円運動させる。これにより、バルブ１００の下端部１０１ｂが、バルブガイド２１０の端面２１１上で小さな円を描くように移動し（図９の矢印参照）、孔２１２の場所と一致したら、軸部１０１が孔２１２に嵌り込む。尚、空気入口２４から吹き込む空気の量（流速）を徐々に高めていくと、バルブガイド２１０の端面２１１上で軸部１０１を螺旋状に円運動させることができるため、軸部１０１と孔２１２との位置をより確実に合わせることができる。
【００３１】
また、上述のように、ユニットＡを軸方向に離隔したスラスト軸受５１・５２を介して基部６０に取付けることで、バルブ１００の中心軸Ｍを鉛直方向に維持した状態で、水平方向に円運動させることができる。これにより、バルブ１００の中心軸Ｍとバルブガイド２１０の孔２１２の中心軸Ｎとが平行な状態を維持することができるため、バルブ１００を軽く押し下げながら円運動させることで、バルブ１００の軸部１０１の下端部１０１ｂと孔２１２の上端開口部２１３との水平方向位置が合えば、自動的に軸部１０１が孔２１２に挿入される。
【００３２】
尚、軸部１０１をバルブガイド２１０に押し付けながらバルブ１００を円運動させると、保持部１０とバルブ１００との固定部に負荷（モーメント）が加わるため、両者の固定が弛んだりずれたりする恐れがあるが、上記のように、バルブ１００の傘部１０２を軸方向両側から挟持することでバルブ１００を強固に固定することができるため、かかる不具合を確実に回避することができる。
【００３３】
以上の工程を経て、軸部１０１が孔２１２に嵌り込んだら、保持部１０によるバルブ１００のチャックを解放する。すなわち、可動部１３を固定部１１に対して降下させ、バルブ１００の傘部１０２を下方から支持していた切り欠きスリーブ１４を降下させる。このとき、バルブ１００は自重により降下しようとするが、可動部１３に設けられたプランジャ１６により下方から支持されることで、傘部１０２の上端面を固定部１１の下端面１１ａに当接した状態で保持される（図４（ｂ）参照）。さらに可動部１３を降下させると、傘部１０２の上端面が固定部１１から離隔し、プランジャ１６のみでバルブ１００を支持した状態となり、バルブ１００は、切り欠きスリーブ１４に対して浮かせた状態で保持される（図４（ａ）参照）。
【００３４】
図４（ａ）に示す状態では、切り欠きスリーブ１４の内周には、バルブ１００の軸部１０１のみが配される。これにより、テーパ面１０３と切り欠きスリーブ１４とが干渉することなく、切り欠きスリーブ１４の内周からバルブ１００を水平方向に相対的に引き抜くことができる。このとき、バルブ１００のテーパ面１０３が切り欠きスリーブ１４から離隔していることにより、両者が互いに傷つけあう恐れを回避できる。また、傘部１０２を下方から支持するプランジャ１６の支持軸１６ａの先端部を球面状に形成しているため、支持軸１６ａによるテーパ面１０３も防止できる。バルブ１００が水平方向に相対的に引き抜かれたら、バルブ１００の軸部がバルブガイド２１０の孔２１２にガイドされながら自重により降下し、挿入が完了する。
【００３５】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、シリンダヘッド２００を固定し、バルブ１００を固定したユニットＡを降下させることでバルブ１００の挿入を行っているが、これとは逆に、ユニットＡを固定し、シリンダヘッド２００を上昇させてもよい。
【００３６】
また、上記の実施形態では、バルブの挿入方向、すなわちユニットＡの移動方向を鉛直方向とした場合を示しているが、本発明のバルブ挿入装置では挿入方向を任意に設定することができる。例えば、シリンダヘッド２００を水平面上に載置し、バルブガイド２１０の傾斜に合わせた角度でバルブを挿入してもよい。バルブの挿入方向を斜めにすると、重力が作用することにより、バルブの軸部の下端部とバルブガイドの孔の位置を合わせることが難しくなるが、上記のようにバルブを円運動させてバルブと孔との位置を合わせることにより、挿入方向を斜めにした場合でもバルブを確実に挿入することが可能となる。また、バルブの挿入方向を斜めにすると、スラスト軸受５１・５２で支持されたユニットＡ及びバルブ１００に重力が作用するが、復帰手段（プランジャ５３）を設けることで、外力が加わらない状態では常にバルブを初期位置に配することができる。この他、挿入方向を水平方向にしたり、あるいは、上記実施形態とは位置関係を上下反転させて、バルブをワークの孔の下方から挿入するようにしてもよい。
【００３７】
また、上記の実施形態では、バルブ１００に設けられた軸部１０１をバルブガイド２１０の孔２１２に挿入する場合を示しているが、これにかぎらず、本発明の軸部挿入装置は、軸部を孔に挿入するものであれば、他の用途にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１     バルブ挿入装置（軸部挿入装置）
１０   保持部
２０   錘回転部
２２   ボール（錘）
３０   ワーク固定部
１００ バルブ
１０１ 軸部
２００ シリンダヘッド
２１０ バルブガイド
２１２ 孔
Ａ     ユニット
Ｍ     軸部の中心軸
Ｎ     孔の中心軸
【図１】
2010179411.tif 000003
【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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