JP5367392B2 - バルブ挿入装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブの軸部をワークの孔に挿入するためのバルブ挿入装置に関する。

例えば自動車のエンジンには、燃焼室への吸排気を行うためのバルブが設けられる。バルブは、軸部および軸部の端部に設けられた傘部を有し、軸部がバルブガイドの内周に挿入されることで、摺動可能に支持される。バルブをスムーズに摺動させるために、バルブの軸部の外周面及びバルブガイドの孔の内周面はほぼ同径に形成され、できるだけ隙間が無いように嵌合される。このため、エンジンの組付工程において、バルブの軸部をバルブガイドの孔に挿入する作業は非常に困難となる。

このようなバルブ挿入作業は、人の手で行われることもあるが、バルブ挿入装置により自動で行われることが多い。装置でバルブを挿入する場合、バルブの軸部の位置とワークの孔の位置とを高精度に合わせる必要がある。例えば、特許文献１に示されているバルブ挿入装置は、バルブの軸部（バルブステムＶａ）の外周面をハンド手段（５０）で把持すると共に、バルブの傘部（バルブヘッドＶｂ）をバルブ挿入ユニット（３０）の基準座（４０）に圧接することで、バルブを所定姿勢で保持している。

特開平７−８０７３５号公報

上記の装置でバルブを強固に保持しようとすると、バルブの軸部の外周面をハンド手段で強力に把持する必要がある。しかし、バルブの軸部の外周面を強力に把持すると、軸部の外周面が傷ついてバルブガイドとの嵌合精度が低下し、バルブの摺動に支障を来たす恐れがある。このため、バルブの軸部を強力に把持することはできず、バルブの固定力が不足し、挿入作業中にバルブの位置がずれて、バルブの軸部をワークの孔に挿入できない恐れがある。

本発明の解決すべき課題は、軸部を傷つけることなくバルブを確実に位置決め固定することで、バルブをワークの孔に確実に挿入することができるバルブ挿入装置を提供することにある。

前記課題を解決するために成された本発明は、軸部と、軸部の一方の端部に設けられた傘部とを備えたバルブの軸部を、ワークに設けられた孔の内周に挿入するためのバルブ挿入装置であって、傘部を軸方向両側から挟持することによりバルブを固定するバルブチャック部と、ワークを固定するワーク固定部と、バルブチャック部とワーク固定部とを相対的に接近・離反させる移動手段とを備え、バルブチャック部が、傘部の端面に軸方向一方側から当接する第１チャック部材と、傘部に形成されたテーパ面に軸方向他方側から当接する第２チャック部材とを有し、第２チャック部材で傘部のテーパ面をガイドしながらバルブの軸心を所定位置に位置決めするものであり、バルブチャック部による傘部のチャックを解放した状態で、傘部を第２チャック部材から軸方向に離隔させ、第２チャック部をバルブに対して軸方向と直交する方向に引き抜き可能な状態でバルブを保持する保持手段を設けたことを特徴とする。

このように、本発明のバルブ挿入装置は、バルブチャック部で傘部を軸方向両側から挟持することで、バルブを位置決め固定している。これにより、軸部に触れることなくバルブを位置決めすることができるため、軸部の外周面が損傷する恐れを回避できる。また、バルブのテーパ面は、ワークの孔と摺動する支持面ではないため強い力で挟持することができ、これによりバルブを安定した状態で保持することができる。

バルブチャック部が、傘部に軸方向一方側から当接する第１チャック部材と、傘部に形成されたテーパ面に軸方向他方側から当接する第２チャック部材とを有し、第２チャック部材で傘部のテーパ面をガイドしながらバルブを位置決め固定すれば、バルブを所定位置に正確に位置決めした状態で固定することができる。

第２チャック部材が、内周にバルブの軸部を挿入可能なスリーブであり、該スリーブの内周面の開口部をバルブの傘部のテーパ面に当接するようにすれば、スリーブの開口部でバルブのテーパ面をスリーブの中心へ向けてガイドすることができるため、精度良く芯出しを行うことができる。

このスリーブを、円周方向一部を切り欠いた切り欠きスリーブとし、その切り欠き寸法Ｌをバルブの軸部の直径Ｄ１よりも大きくすれば（Ｌ＞Ｄ１、図５参照）、軸方向と直交する方向からスリーブの内周にバルブを出し入れすることができるため、バルブの脱着作業が容易化される。一方、切り欠きスリーブの切り欠き寸法が大きすぎると、チャックした時にバルブが切り欠き部から逃げてしまい、バルブを精度良く位置決めすることができない恐れがある。そこで、切り欠きスリーブの切り欠き寸法Ｌを、切り欠きスリーブとの当接点における傘部のテーパ面の直径Ｄ２よりも小さくすれば（Ｌ＜Ｄ２、図５参照）、バルブの傘部をチャックした状態で、テーパ面が切り欠き部を通過することができないため、バルブを確実に位置決めすることができる。

バルブがワークの孔に嵌合した後、バルブチャック部による傘部のチャックを解放し、バルブを軸方向と直交する方向に相対的に引き抜くことで、バルブの挿入が完了する。このとき、バルブの傘部が第２チャック部材と当接していると、バルブを引き抜く際にテーパ面と第２チャック部材とが互いに傷つけ合う恐れがある。そこで、バルブチャック部によるバルブのチャックを解放した状態で、バルブの傘部を第２チャック部材から離隔させた状態でバルブを保持可能な保持手段を設ければ、バルブを引き抜く際にテーパ面と第２チャック部材との接触を回避でき、これらの部材の損傷を防止できる。特に、上記のように、切り欠きスリーブ（第２チャック部材）の切り欠き寸法Ｌを、切り欠きスリーブとの当接点におけるテーパ面の直径Ｄ２よりも小さくした場合、切り欠きスリーブとバルブの傘部のテーパ面とを当接させた状態では、スリーブの内周に配されたバルブを軸方向と直交する方向に引き抜くことができない。従って、上記の保持手段によりバルブの傘部を第２チャック部材から離隔させ、切り欠きスリーブの内周にバルブの小径部（切り欠き部の切り欠き寸法Ｌよりも小径な部分）を配すれば、切り欠きスリーブとテーパ面とが干渉することなく、バルブを軸方向と直交する方向に引き抜くことができる。

バルブの軸部とワークの孔の位置が一致していない状態でバルブを降下させると（図１０（ａ）参照）、バルブの軸部がワークの端面に当接して孔に挿入されない（図１０（ｂ）参照）。そこで、バルブの中心軸Ｍ周りに公転する錘を設け、この錘の公転によりバルブ１００を中心軸Ｍと直交する方向に円運動させれば、軸部と孔との位置を合わせて軸部を孔に挿入することができる。このとき、バルブを、軸方向と直交する方向で平行移動可能に保持すれば、中心軸Ｍの方向を傾斜させることなくバルブを円運動させることができるため、挿入作業をスムーズに行うことができる。

また、バルブの中心軸Ｍとワークの孔の中心軸Ｎとを互いに傾斜させた状態で、バルブの軸部の端部をワークの孔の開口部に嵌合させれば、傾斜したワークの端面及び孔の縁でバルブを孔へ向けてガイドすることができる。軸部が孔の開口部に嵌合した後、中心軸Ｍと中心軸Ｎとを一致させることにより、バルブの軸部が孔の奥まで挿入される。

以上のように、本発明のバルブ挿入装置によれば、軸部を傷つけることなくバルブを確実に位置決め固定することができるため、バルブをワークの孔に確実に挿入することができる。

バルブ挿入装置の側面視の軸方向断面図である。 バルブ挿入装置の正面視の軸方向断面図である。 バルブチャック部の斜視図である。 バルブチャック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。 バルブ及び切り欠きスリーブの正面図である。 錘回転部の軸方向断面図である。 錘回転部の水平方向断面図である。 他の例に係る錘回転部の水平方向断面図である。 ユニットと基部との接続部を示す軸方向断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、バルブをバルブガイドに挿入する様子を示す軸方向断面図である。 バルブの中心軸とバルブガイドの中心軸とを傾斜させた様子を示す軸方向断面図である。 （ａ）は、バルブの軸部がバルブガイドの開口部でガイドされる様子を示す側面視の軸方向断面図であり、（ｂ）は同平面図である。 （ａ）は、バルブの軸部がバルブガイドの開口部に嵌り込んだ状態を示す側面視の軸方向断面図であり、（ｂ）は同平面図である。 （ａ）は、バルブの軸部がバルブガイドの開口部でガイドされる様子を示す側面視の軸方向断面図であり、（ｂ）は同平面図である。 バルブの軸部がバルブガイドの開口部でガイドされる様子を示す平面図である。

本発明の一実施形態に係るバルブ挿入装置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。

バルブ挿入装置１は、バルブチャック部１０と、錘回転部２０と、ワーク固定部３０と、バルブチャック部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。バルブチャック部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、このバルブチャック部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。

バルブチャック部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とを有する。固定部１１は第１チャック部材として機能し、その下端面１１ａがバルブ１００の傘部１０２の端面に上方か ら当接する。可動部１３は第２チャック部材を有し、そ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。本実施形態では、第 ２チャック部材として、内周に軸部１０１を挿入可能なスリーブ、詳しくは円周方向一部を切り欠いた切り欠きスリーブ１４が設けられる（図３参照）。すなわち、バルブチャック部１０は、固定部１１の下端面１１ａと可動部１３の切り欠きスリーブ１４とで、バルブ１００の傘部１０２を軸方向両側から挟持可能な構成を成している（図４（ｃ）参照）。

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の切り欠き寸法Ｌ（正面視における切り欠き部の隙間幅、図５参照）は、軸部１０１の直径Ｄ１よりも大きく設定される（Ｌ＞Ｄ１）。これにより、切り欠きスリーブ１４の側方から、バルブ１００の軸部１０１を内周に出し入れすることが可能となる。また、切り欠きスリーブ１４をバルブ１００のテーパ面１０３に当接させた状態（図５に点線で示す）において、その当接点におけるテーパ面１０３の外径寸法Ｄ２は、切り欠きスリーブ１４の切り欠き寸法Ｌよりも大きくなっている（Ｌ＜Ｄ２）。

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）。これにより、切り欠きスリーブ１４をバルブ１００に下方から当接させたときに、バルブ１００のテーパ面１０３の損傷を防止できる。また、切り欠きスリーブ１４の上端開口部１４ａの軸方向断面における曲率Ｒ１は、バルブ１００のテーパ面１０３の曲率Ｒ２よりも小さく設定される。これにより、切り欠きスリーブ１４の上端開口部１４ａをテーパ面１０３に確実に当接させ、バルブ１００をガイドする機能を果たすことができる。尚、図示例ではバルブ１００のテーパ面１０３が軸方向断面で円弧状に形成されているが、これに限らず、例えば断面楕円弧状や、断面直線状のテーパ面であってもよい。

可動部１３には、バルブ１００を切り欠きスリーブ１４から離隔させた（浮かせた）状態で保持する保持手段が設けられる（図３及び図４参照）。保持手段は、例えば、切り欠きスリーブ１４の水平方向両側に配された一対のプランジャ１６で構成される。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。

錘回転部２０は、図１及び図２に示すように、中間部材４０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。

錘回転部２０には、図６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。

空気入口２４からケース２１の内部空間に空気が吹き込まれると、ケース２１の内周面２１ａに沿って空気が流れる。詳しくは、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６及び図７の矢印参照）。これにより、ボール２２が、ケース２１の内周面に沿って、ユニットＡの中心軸Ｍ（すなわち、バルブ１００の軸部１０１の中心軸）周りで公転する。このボール２２の遠心力により、バルブ１００を保持したユニットＡを水平方向に円運動させる力が加わる。

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８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。

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。

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とバルブチャック部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９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。

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。

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。

まず、バルブチャック部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、上方へ向けて徐々に拡径したテーパ面１０３に、軸部１０１を囲むように設けられた切り欠きスリーブ１４の上端開口部１４ａが当接すると、テーパ面１０３（バルブ１００）が切り欠きスリーブ１４との当接点から内径向きの力を受ける。これにより、バルブ１００が切り欠きスリーブ１４の軸心側へ向けてガイドされ、バルブ１００の軸心と切り欠きスリーブ１４の軸心とが一致する。すなわち、切り欠きスリーブ１４を予め精度良く固定することで、バルブ１００の軸心を所定の位置に配することができる。この状態で、固定部１１の下端面１１ａと切り欠きスリーブ１４の上端開口部１４ａとで、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をバルブチャック部１０で位置決め固定される。

このような切り欠きスリーブ１４による位置決め機能を発揮するためには、テーパ面１０３のうち、切り欠きスリーブ１４との当接点における水平方向に対する角度δ（図５参照）を適当な範囲内に設定する必要がある。すなわち、角度δが小さすぎるとバルブ１００を内径向きにガイドする力が十分に得られないため、角度δは例えば３０°以上、好ましくは４０°以上に設定することが望ましく、図示例ではおよそ４５°に設定されている。

ところで、切り欠きスリーブ１４の切り欠き寸法Ｌが大きすぎると、バルブチャック部１０でバルブ１００をチャックした際に、バルブ１００が切り欠き部から外径側に逃げてしまい、位置決め精度が低下する恐れがある。そこで、図５に示すように、切り欠きスリーブ１４をバルブ１００のテーパ面１０３に当接させた状態で、この当接点におけるテーパ面の外径寸法Ｄ２を、切り欠きスリーブ１４の切り欠き寸法Ｌよりも大きく設定すれば、バルブ１００の傘部１０２をバルブチャック部１０で挟持した際にバルブ１００が切り欠き部から逃げる事態を回避できる。これにより、バルブ１００のテーパ面１０３を外周のほぼ全周からガイドすることができるため、バルブ１００の位置決め精度をより一層高めることができる。

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、例えば、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とが平行であると（図１０（ａ）参照）、軸部１０１の外周面とバルブガイド２１０の孔２１２とが水平方向に少しでもずれていると、軸部１０１の下端部１０１ｂがバルブガイド２１０の上端面２１１と当接して孔２１２に挿入されない（図１０（ｂ）参照）。

そこで、図１１に示すように、シリンダヘッド２００をチルトさせ、バルブガイド２１０の孔２１２の中心軸Ｎをバルブ１００の中心軸Ｍに対して僅かに傾斜させて保持した状態で（傾斜角θ、図１１では誇張して示す）、バルブガイド２１０の孔２１２の開口部にバルブ１００を当接させることにより、バルブ１００の軸部１０１の下端部を孔２１２へガイドすることができる。このガイド機構を、図１２〜図１５を用いて詳しく説明する。尚、ガイド機構の説明において、シリンダヘッド２００のチルトの中心軸方向を「チルト軸方向」と言う（図１２（ａ）〜図１４（ａ）において紙面と直交する方向、図１２（ｂ）〜図１４（ｂ）、図１５において上下方向）。また、傾斜したバルブガイド２１０の端面２１１において、チルト軸方向と直交する方向を「傾斜方向」と言う（図１２（ａ）〜図１４（ａ）において端面２１１の傾斜方向、図１２（ｂ）〜図１４（ｂ）、図１５において左右方向）。

図１２に示すように、バルブ１００の軸部１０１がバルブガイド２１０の孔２１２に対して傾斜方向で上側にずれている場合は、バルブ１００を降下させると、軸部１０１の下端部１０１ｂの縁部が、バルブガイド２１０の端面２１１の孔２１２より上側の領域に当接する（図中、当接点をＰで示す）。この状態からバルブ１００をさらに押し下げると、軸部１０１の下端部１０１ｂがバルブガイド２１０の傾斜端面２１１で傾斜方向下側にガイドされ、図１３に示すようにバルブガイド２１０の上端開口部２１３に嵌り込む。このとき、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とが傾斜しているため、軸部１０１は孔２１２の内周の下方までは挿入されず、バルブガイド２１０の上端開口部２１３の縁上の３点で支持される。その後、バルブガイド２１０の中心軸Ｎが鉛直方向となるようにシリンダヘッド２００のチルトを戻すと、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とが一致し、バルブ１００の軸部１０１がバルブガイド２１０の孔２１２の下方まで挿入される。

尚、軸部１０１の下端部１０１ｂがガイドされることにより、ユニットＡの下端部に水平方向の負荷が加わるが、ユニットＡを軸方向に離隔した２個のスラスト軸受５１・５２で支持することで、ユニットＡ及びバルブ１００の中心軸Ｍを傾斜させることなく鉛直方向に維持したまま、ユニットＡ及びバルブ１００を水平方向に移動させることができる。また、軸部１０１の下端部１０１ｂがガイドされることにより、バルブ１００とバルブチャック部１０との固定部に負荷（モーメント）が加わるが、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により、バルブ１００が強固に固定されるため、バルブ１００を確実に保持しておくことができる。

図１４に示すように、バルブ１００の軸部１０１が、バルブガイド２１０の孔２１２に対して傾斜方向下側にずれた場合は、軸部１０１の下端部１０１ｂの縁部が、バルブガイド２１０の上端開口部２１３の縁の下側部分に当接する。この状態から軸部１０１を押し下げると、軸部１０１がバルブガイド２１０の上端開口部２１３の縁で孔２１２側へガイドされ、上端開口部に嵌り込む（図１３参照）。その後の動作は上記と同様であるため、省略する。

図１５に示すように、バルブ１００の軸部１０１が、バルブガイド２１０の孔２１２に対してチルト軸方向でずれた場合は、軸部１０１の下端部１０１ｂの縁部が、バルブガイド２１０の上端開口部２１３の縁に一箇所で当接する。この状態から軸部１０１を押し下げると、軸部１０１がバルブガイド２１０の上端開口部２１３の縁で孔２１２側へガイドされ、上端開口部に嵌り込む（図１３参照）。その後の動作は上記と同様であるため、省略する。

ところで、軸部１０１が傾斜方向で上側にずれた場合（図１２参照）は、軸部１０１の下端部１０１ｂがバルブガイド２１０の傾斜端面２１１に当接する限り、ガイド機能を発揮することができる。一方、軸部１０１が傾斜方向で下側にずれた場合（図１４参照）は、軸部１０１の下端部１０１ｂの縁部のうち、中心より傾斜方向下側で上端開口部２１３に当接すれば孔２１２へ向けてガイドされるが、中心より傾斜方向上側で当接すると孔２１２から離れる向きに力が加わる。従って、軸部１０１の傾斜方向下側へのずれが大きいと、ガイド機能が発揮されない恐れがある。本実施形態では、図１１に示すように、バルブガイド２１０（シリンダヘッド２００）のチルト中心軸Ｏをバルブ１００（ユニットＡ）の中心軸Ｍ上に配しているため、バルブガイド２１０をチルトさせると、軸部１０１が孔２１２に対して傾斜方向上側にずれる。このように、比較的大きなずれが許容される傾斜方向上側に軸部１０１を積極的にずらすことで、より確実に軸部１０１を孔２１２へガイドすることができる。

本実施形態のバルブ挿入装置１では、何らかの事情で上記の方法ではバルブ１００を挿入できなかった場合でも、バルブ１００を確実にバルブガイド２１０の孔２１２に挿入するために、錘回転部２０が設けられる。以下、錘回転部２０の作用を説明する。

上記の工程を経ても、軸部１０１の下端部１０１ｂが、バルブガイド２１０の端面２１１と当接して孔２１２に挿入されない場合（図１０（ｂ）参照）は、軸部１０１を端面２１１に軽く押し付けた状態で、錘回転部２０によりユニットＡを円運動させる。すなわち、空気入口２４からケース２１の内部空間に空気を吹き込み、ボール２２をケース２１の内周面に沿って中心軸Ｍ周りに公転させる。このボール２２の遠心力により、ユニットＡ及びバルブ１００が、水平方向で細かく円運動する。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、孔２１２の場所と一致したら、軸部１０１が孔２１２に嵌り込む。このとき、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。

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。

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、バルブチャック部１０によるバルブ１００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。

以上の工程を経て、軸部１０１が孔２１２に嵌り込んだら、バルブチャック部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）。

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のうち、切り欠きスリーブ１４の切り欠き寸法Ｌよりも直径の小さい部分が配され、本実施形態では軸部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の作動軸１６ａの先端部を球面状に形成しているため、作動軸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。

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。

また、上記の実施形態では、第２チャック部材が切り欠きスリーブ１４である場合を示しているが、これに限らず、軸部の外周を囲むように設けられ、バルブ１００のテーパ面１０３を所定位置へ向けてガイドするものであればよい。例えば、バルブ１００のテーパ面１０３を下方から支持可能な位置で、円周方向等間隔に離隔した複数（例えば３個）の支持部材（図示省略）を第２チャック部材とすることができる。また、バルブ１００の着脱に問題が無ければ、切り欠きのないスリーブを第２チャック部材として用いることもできる。

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の中心軸Ｍと孔の中心軸Ｎとを少しチルトさせたり、バルブを円運動させたりして、バルブと孔との位置を合わせる手段を講じることで、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。

また、上記の実施形態では、バルブを挿入するに際し、シリンダヘッド２００をチルトさせることによるガイド機構、及び、錘回転部２０の２つの手段を講じているが、バルブの挿入が行えるようであれば一方を省略してもよい。あるいは、バルブ１００をバルブチャック部１０で確実に位置決め固定し、バルブ１００の位置と孔２１２の位置とを精度良く合わせることで、上記の手段を講じなくてもバルブの挿入が行えるようであれば、上記の双方の手段を省略してもよい。

また、上記の実施形態では、ワークがシリンダヘッドである場合を示しているが、これにかぎらず、バルブを挿入する必要があるものであれば、他のワークにも適用することができる。

１ バルブ挿入装置
１０ バルブチャック部
１１ 固定部（第１チャック部材）
１３ 可動部
１４ 切り欠きスリーブ（第２チャック部材）
１６ プランジャ
２０ 錘回転部
３０ ワーク固定部
５１・５２ スラスト軸受
５３ プランジャ
６０ 基部
７０ 支持台
１００ バルブ
１０１ 軸部
１０２ 傘部
１０３ テーパ面
２００ シリンダヘッド
２１０ バルブガイド
２１２ 孔
Ａ ユニット
Ｍ バルブ１００の中心軸
Ｏ シリンダヘッド２００（バルブガイド２１０）のチルト中心軸

Claims (8)

1. 軸部と、軸部の一方の端部に設けられた傘部とを備えたバルブの軸部を、ワークに設けられた孔の内周に挿入するためのバルブ挿入装置であって、
   傘部を軸方向両側から挟持することによりバルブを固定するバルブチャック部と、ワークを固定するワーク固定部と、バルブチャック部とワーク固定部とを相対的に接近・離反させる移動手段とを備え、
   バルブチャック部が、傘部の端面に軸方向一方側から当接する第１チャック部材と、傘部に形成されたテーパ面に軸方向他方側から当接する第２チャック部材とを有し、第２チャック部材で傘部のテーパ面をガイドしながらバルブを位置決め固定するものであり、
   バルブチャック部による傘部のチャックを解放した状態で、傘部を第２チャック部材から軸方向に離隔させ、第２チャック部をバルブに対して軸方向と直交する方向に引き抜き可能な状態でバルブを保持する保持手段を設けたバルブ挿入装置。
2. 第２チャック部材が、内周にバルブの軸部を挿入可能なスリーブであり、該スリーブの内周面の開口部をバルブの傘部のテーパ面に当接するようにした請求項１記載のバルブ挿入装置。
3. 前記スリーブが、円周方向一部を切欠いた切り欠きスリーブであり、その切り欠き寸法がバルブの軸部の直径よりも大きい請求項２に記載のバルブの挿入装置。
4. 切り欠きスリーブの切り欠き寸法が、切り欠きスリーブとの当接点におけるテーパ面の直径よりも小さい請求項３記載のバルブの挿入装置。
5. バルブの中心軸Ｍ周りに公転する錘を設け、この錘の公転により軸部の端部を中心軸Ｍと直交する方向に円運動させるようにした請求項１〜４の何れかに記載のバルブ挿入装置。
6. バルブを、軸方向と直交する方向で平行移動可能に保持した請求項５記載のバルブ挿入装置。
7. 軸部と、軸部の一方の端部に設けられた傘部とを備えたバルブの軸部を、ワークに設けられた孔の内周に挿入するための方法であって、
   第１チャック部材を傘部の端面に軸方向一方側から当接させると共に、第２チャック部材を傘部に形成されたテーパ面に軸方向他方側から当接させることにより、第２チャック部材で傘部のテーパ面をガイドしながらバルブを位置決め固定する工程と、第１チャック部材及び第２チャック部材でバルブを位置決め固定した状態でバルブの軸部をワークの孔に挿入する工程と、第１チャック部材及び第２チャック部材を離反させて傘部の固定を解放すると共に、傘部を第２チャック部材から軸方向に離隔させた状態で保持する工程と、第２チャック部材をバルブに対して軸方向と直交する方向に引き抜く工程とを有するバルブ挿入方法。
8. バルブの中心軸Ｍとワーク孔の中心軸Ｎとを互いに傾斜させた状態で、バルブの軸部の端部をワークの孔の開口部に嵌合させた後、中心軸Ｍと中心軸Ｎとを一致させることにより、バルブの軸部をワークの孔に挿入する請求項７記載のバルブ挿入方法。

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