JP7288328B2 - ボールバルブのステム挿入装置とそのステム挿入方法並びにバルブ用自動組立システム - Google Patents

Description

本発明は、ボールバルブのステム挿入装置に関し、特に、ワンピース型ボデーにステムを挿入する場合であって、バルブを自動組立する場合に適したステム挿入装置とステムの挿入方法並びにバルブ用自動組立システムに関する。

通常、ボールバルブを組立てる際には、ボデーの外側からステムを挿入し、このステムにボールが取り付けられる。このようなボールバルブの組立ては、手作業、又は自動化した組立ライン等のシステムにより実施され、このとき、ステムは一般にボデーの流路開口部側から挿入されてステム孔に挿入され、ステムの全長が流路開口部の内径よりも大きいときには、流路開口部に対して傾けた状態でステム孔の位置まで挿入する必要がある。このような理由から、組立ラインでバルブを組立てる場合であっても、流路開口部に対して適切にステムを挿入するために、ステムの挿入は手作業で行われることが多い。その際、ステムにはステム孔への挿入を容易にするためのグリスが塗られており、このグリスがステム孔以外の余計な部分に付着することが無いように挿入する必要がある。特に、ワンピース型ボールバルブでは、ステム挿入側の流路開口部からステム孔までの距離が長くなるため、ステムを手作業で挿入する場合には熟練を要する。

これに対して、ステムのステム孔への挿入を自動化により行うようにしたバルブ組立装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このバルブ組立装置には、ステムを縦向きから水平方向に矯正する斜面であるステム受面を備えるステム受治具と、このステム受治具に供給されたステムを弁箱のステム孔に押込むステム押込装置とが設けられている。ステムは、ステム受面に所定状態に載置され、このステムをステム押込装置の押込み爪により押込むことで、ステム孔にステムを挿入しようとするものである。

特許第２８５８６８０号公報

ボールバルブのステム孔に手作業でステムを挿入する場合、ボールバルブ全体の組立ての自動化ができなくなり、ボールバルブの組立て完了までに手動化による組立て工程が必要となる。また、特にワンピース型ボールバルブでは、ステム孔以外へのグリスの付着を防ぎつつステム挿入するためには熟練を要し、たとえ熟練者の場合であっても、周囲の余計な部分にグリスが付着するおそれがある。手動によるステム挿入の場合、作業に時間がかかり組立効率も悪い。

一方、特許文献１のバルブ組立装置においては、ステム孔へのステムの挿入を開始するためには、ステムをボデーの流路開口部から挿入し、ステム受面の傾斜に沿ってステム孔に指向配置させた状態にセットする必要がある。このことから、ステムを所定位置に配置するために、あらたに移動用の装置が必要になったり、或は手動でステムを所定位置に載置する必要が生じる。

ステムをステム受治具に接触させるように載置させ、この状態からステム押込装置で押込んでいるので、ステムに潤滑用グリスを塗布した場合にはこのグリスがステム受治具に付着するおそれがある。続けて別のステムの挿入を行う場合には、このステムにステム受治具に付着したグリスが接触し、これによりステム孔以外の余計な部分にグリスが付着する可能性がある。この場合には、グリスを手作業などにより除去して流体への悪影響などを防ぐ必要が生じる。

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、ボールバルブの流路口からステム挿入孔までのステムの挿入の自動化を図ることができ、潤滑用のグリスのステム挿入孔以外の余計な部分への付着を防ぎつつステムをスムーズに挿入でき、ボールバルブ全体の組立ての自動化にも寄与するボールバルブのステム挿入装置とそのステム挿入方法並びにバルブ用自動組立システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、装置本体には、ボールバルブの流路口からボデー内にステムを降下する挿入用治具と、流路口と直交するステム挿入孔に挿入してステムの上端部を支える案内用治具とを備え、挿入用治具の下端部に把持部を有し、この把持部でステムの下端部が回転する状態でステムの下端部を把持し、挿入用治具でボールバルブの流路口からボデー内にステムを降下させた状態で、挿入用治具と案内用治具とでステムの上下端部を支えて把持部を中心に回転させながら水平状態に矯正し、かつステム挿入口に対してステムを芯出し状態に配置させたボールバルブのステム挿入装置である。

請求項２に係る発明は、挿入用治具は、流路口の口径に応じてステムを水平方向から傾斜させた状態又は水平状態に把持し、ステムを流路口に対して非接触状態で降下させるチャックを備えたボールバルブのステム挿入装置である。

請求項３に係る発明は、チャックは、ステムの下端部を把持する把持部を有し、この把持部の先端側には、ステムの下部底面に当接してこのステムを所定の傾斜角度に保持する傾斜状の当接面が設けられたボールバルブのステム挿入装置である。

請求項４に係る発明は、案内用治具は、ステムの上端部を受ける下部スライド治具と、この下部スライド治具に対してスライドする上部スライド治具とを備え、これら上部スライド治具と下部スライド治具には、ステムの上端部を上下方向側から把持してステムの回転を規制する案内面がそれぞれ設けられたボールバルブのステム挿入装置である。
請求項５に係る発明は、ボデーの挿入用治具が挿入される流路口と反対側の流路口から昇降動自在に支承用治具が設けられ、この支承用治具の先端側は、ステムの外周面を載置可能な形状に形成され、支承用治具がステムを水平状態に支える機能を有するボールバルブのステム挿入装置である。

請求項６に係る発明は、挿入用治具の下端部に設けた把持部でステムの下端部を把持した状態でこのステムをボールバルブの流路口からボデー内に降下させ、この降下したステムの上端部を流路口と直交するステム挿入孔に挿着した案内用治具で支え、ステムがステム挿入孔の位置まで降下したときに、挿入用治具の把持部と案内用治具とによりステムの上下端部を支えて把持部を中心に回転しながらステムを略水平状態に矯正し、ステム挿入孔に対してステムを芯出し状態に配置した状態でステムを挿入するようにしたボールバルブのステム挿入方法である。

請求項７に係る発明は、流路口の口径に応じて挿入用治具に設けたチャックでステムを水平方向から傾斜させた状態又は水平状態に把持し、流路口にステムを非接触状態で降下させるようにしたボールバルブのステム挿入方法である。

請求項８に係る発明は、ステム挿入孔に挿入したステムを、押圧用治具によりその挿入完了位置まで押圧するようにしたボールバルブのステム挿入方法である。

請求項９に係る発明は、ボールバルブのステム挿入装置を用いたバルブ用自動組立システムである。

請求項１に係る発明によると、装置本体の挿入用治具と案内用治具とによりボールバルブの流路口からステム挿入孔までへのステムの挿入の自動化を図ることができ、ステムを垂直方向に降下させて挿入することで、潤滑用のグリスのステム挿入孔付近以外の余計な部分への付着を防ぎつつ高精度かつスムーズに挿入できる。これにより、特に、ワンピース型ボールバルブのボデーのように流路開口部からステム孔までの距離が長い場合であっても、ボデー内部へのステムの接触を防ぎつつ、迅速かつ正確に所定の向きによってステムを挿入できる。このステムの自動組込みによりボールバルブ全体の組立ての自動化にも寄与でき、ロボット等を備えた自動組立システムを用いて一括して集中的にボールバルブを自動組立でき、組立て効率も向上する。

請求項２に係る発明によると、チャックによりステムを傾斜させた状態又は水平状態に把持しつつ、このステムを流路口に非接触状態で降下できるため、ボールバルブのサイズに対応してボデー内への接触を防ぎながらステムをステム挿入孔の所定位置まで適切に運ぶことができる。

請求項３に係る発明によると、チャックの把持部の先端側に傾斜状の当接面を設け、この当接面をステムの頭部上面に当接させてステムを所定の傾斜角度に保持することで、チャックでステムを把持するときにこのステムを自動的に傾斜させた状態にでき、ボールバルブの流路口への接触を確実に防止しつつ、ステムを所定位置まで正確に挿入できる。

請求項４に係る発明によると、案内用治具が、下部スライド治具と上部スライド治具との案内面にステムの上端部を把持部しながらこのステムをステム挿入孔に案内できる。これにより、ステムの回転を規制してこのステムをステム挿入孔に対して所定の向きに配置しながらこのステム挿入孔への挿入が可能となる。
請求項５に係る発明によると、水平状態のステムの外周面を支承用治具で支えることにより、ステムの傾きを防いで水平状態を維持することができる。

請求項６に係る発明によると、挿入用治具によりステムをボデー内に降下させ、このステムを案内用治具で支えて傾きを矯正することにより、ボールバルブの流路口からステム挿入孔までへのステムの挿入の自動化を図ることができ、このとき、ステムに塗布した潤滑用のグリスがステム挿入孔付近以外の余計な部分に付着することを防ぎつつスムーズにステムを挿入することができる。このようにステムを自動組込みできることで、ボールバルブ全体の組立ての自動化にも寄与でき、自動組立システムを用いてボールバルブを一括して組立て可能になる。

請求項７に係る発明によると、チャックによりステムを傾斜させた状態又は水平状態に把持しつつ、このステムを流路口に非接触状態で降下できるため、ボールバルブのサイズに対応してボデー内への接触を防ぎながらステムをステム挿入孔の所定位置まで適切に運ぶことが可能になる。

請求項８に係る発明によると、挿入用治具と案内用治具とで所定状態に配置したステムを、押圧用治具により挿入完了位置まで押圧することにより、ボデーにステムを所定状態に挿入して組込みでき、ボデーに対して次の工程の組立てを図ることが可能になる。自動化によりステムの挿入から組込みまでをおこなうことができるため、ボールバルブ全体の組立ての自動化にも寄与する。

請求項９に係る発明によると、ボールバルブのステム挿入の自動化を図ることで、手作業による組立てを経ることなくバルブ全体の自動組立てが可能になり、セル生産方式などの限られた組立スペースの組立て方式において、ロボット等を利用して高効率の生産性を発揮しつつバルブを組立てできる。

本発明のボールバルブのステム挿入装置の第１実施形態における挿入前の状態を示した断面図である。 ステムの挿入工程を示す断面図である。 ステムの次なる挿入工程を示す断面図である。 ステムの更に次なる挿入工程を示す断面図である。 （ａ）はチャックの一部拡大説明図である。（ｂ）はチャックの正面図である。 支承用治具の一部拡大正面図である。 バルブ用自動組立システムの模式平面図である。 本発明のボールバルブのステム挿入装置の第２実施形態における概略断面図である。 図８（ｂ）におけるＡ部拡大断面図である。

以下に、本発明におけるボールバルブのステム挿入装置を実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のボールバルブのステム挿入装置（以下、装置本体１という）の第１実施形態の断面図を示しており、図１～図４においてステムの挿入工程を示している。

本発明の装置本体１で組立てられるボールバルブ２は、フルボアタイプで小径（１／２インチ、３／４インチなど）のねじ込み式の態様からなり、ボデー１０、ステム１１、Ｏリング１２、ワッシャー１３を有し、これら以外にも図示しないボール、インサート、ボールシートを備え、これらが組込まれて一体化される。これらのうち、ボデー１０に対して所定位置にステム１１を挿入するために装置本体１が用いられる。

ボールバルブのボデー１０は、いわゆるワンピース型と呼ばれる構造に設けられ、両側には正六角形状の継手部２０が一体に設けられ、この継手部２０の内部に流路口２１が形成されている。各流路口２１の内部には雌ねじ２２が形成され、この雌ねじ２２により図示しない外部の継手等がボデー１０に接続可能に設けられる。流路口２１と直交する側にはステム挿入孔２３が形成され、ステム１１は流路口２１を通してステム挿入孔２３に挿入されて内部に組込まれる。

一方側の継手部２０の内部には、環状突出部２４が内径方向に突出して形成され、その中央部には開口流路２５が形成される。開口流路２５の拡径側には、ボールシート装着用の収納凹溝２６が形成され、この収納凹溝２６にボールシートが装着される。一方、他方側の継手部１０の内部はインサートが挿入可能な内径に形成され、このインサートが螺着によって装着される。インサートの先方側にはボールシートが装着され、このボールシートと収納凹溝に収納されたボールシートとによりボールの一、二次側がシールされる。

ステム１１は、その下端部に平行二面部３０が形成され、この平行二面部３０を介してボールが取付けられる。平行二面部３０の二面幅は約５ｍｍに設けられ、この平行二面部３０を介してステム下端部側に環状鍔部３１が形成される。環状鍔部３１にはワッシャー１３が装着され、このワッシャー１３を介して環状鍔部３１がボデー１０内部に係止することで、ステム１１が低トルク性により回転可能であり、かつボデー１０外部への抜け出しが防止される。環状鍔部３１のボール取付け側には、フラット状の下部底面３２が形成されている。

ステム１１の上端部には、平行二面部３０と直交する向きに平行二面状部３３が形成され、この平行二面状部３３には図示しないハンドルが接続され、このハンドルによりボールが開閉操作可能に設けられる。

ステム１１の外周には、ＮＢＲ（ニトリルゴム）を材料として形成された２つのＯリング１２が装着され、これらＯリング１２によりボデー１０内周側とのシール性が確保される。ステム１１のＯリング１２周辺には図示しない潤滑用グリスが塗布され、このグリスによりステム１１とボデー１０とのシール性及びトルク性が確保される。
本例において、ステム１１の下端部とはボールが装着される側をいい、この下端部の反対側であるハンドルによる操作側をステム１１の上端部とする。

ボールシートは、ボデー内のボールの一、二次側に装着され、このボールシートによりボールのシール性とトルク性とが確保される。インサートは、一方側のボールシートを装着した状態のボデー１０内にステム１１及びボールを装着した後に、流路口２１側から螺子接合により取付けられる。このインサートには、他方側のボールシートが予め装着される。

続いて、本例における上記ボールバルブのステム挿入用の装置本体１を説明する。装置本体１は、挿入用治具４０、案内用治具４１、押圧用治具４２、支承用治具４３を有している。
挿入用治具４０は、ステム１１の下端部側を把持可能なクランプ状に設けられ、この下端部である平行二面部３０を把持した状態でボールバルブ２の流路口２１からボデー１０内に降下できるように設けられる。

挿入用治具４０の先端側には、図５に示したチャック５０が備えられる。チャック５０は、ステム１１の下端部（平行二面部３０）を両側から把持可能なクランプ状の把持部５１を有する平行チャックの態様をなし、その把持部５１同士の間隔は、チャック５０の開状態で約５ｍｍ、閉状態で約３ｍｍとなるように設けられ、その把持力は約４ｋｇｆになっている。把持部５１の先端側には傾斜状の当接面５２が形成され、この当接面５２は、ステム１１の下部底面３２に当接可能に形成され、水平方向から３０°～６０°の任意の角度θに設けられ、本例では水平方向から３０°の角度θに形成されている。図５（ａ）においては、一方側の把持部５１側を省略した状態を示し、図５（ｂ）においては、一組の把持部５１の側面図を示している。

チャック（挿入用治具）５０は、図示しない空圧の駆動源により動作され、これによりその把持力が無段階に調節可能に設けられる。このためステム１１を把持するときの力を小さく設定することで、ステム１１の損傷を防止しつつその傾斜状態又は水平状態を維持し、確実にステム挿入孔２３までのステム１１の運搬及び挿入が可能となる。

チャック５０でステム１１を把持する際には、当接面５２を下部底面３２に当接させることでステム１１を所定の角度θ（本例では水平方向から３０°）に保持し、このステム１１を水平状態から傾斜させた状態、又は図示しない水平状態に把持可能となる。このことから、流路口２１の口径に応じてステム１１の角度θを変えてチャック５０で把持し、ボールバルブ２の異なる口径に対応させて、流路口２１に対してステム１１を非接触状態で降下させることが可能となる。

案内用治具４１はステム挿入孔２３に挿入可能に設けられ、流路口２１から降下したステム１１の上端部（平行二面状部３３）を支えることが可能になっている。装置本体１は、上記の挿入用治具４０によりステム挿入孔２３の高さまでステム１１が降下したときに、挿入用治具４０と案内用治具４１とがステム１を略水平状態に支えることで傾きを矯正し、かつ流路口２１から挿入したステム１１をステム挿入孔２３に対して芯出し状態に配置する機能を有する。

上記案内用治具４１は、それぞれ半円状に設けられた下部スライド治具５５と、上部スライド治具５６とを備え、これら２つを合わせ面で組み合わせたときには断面円筒状の形状となり、この組み合わせ状態でステム挿入孔２３に芯出し状態で挿入される。上部スライド治具５６は、下部スライド治具５５に対して前後方向にスライド可能に設けられる。

下部スライド治具５５、上部スライド治具５６の先端側には、これらの合わせ面と平行な面で切り欠かれた案内面５５ａ、５６ａがそれぞれ設けられ、これらの案内面５５ａ、５６ａを組み合わせたときに、その内部側にステム上端部（平行二面状部３３）を遊嵌状態で装入可能になっている。これら案内面５５ａ、５６ａに平行二面状部３３が装入されたときには、水平状態とされているこの平行二面状部３３を下部スライド治具５５、上部スライド治具５６で挟持し、ステム１１の回転を規制した状態となる。

押圧用治具４２は、ロボット或は適宜の治具の先端側に取付けられ、図３（ｂ）、図４（ａ）において水平方向及び上下方向に任意に移動可能に設けられている。押圧用治具４２は鉤状に形成され、その先端側にステムの平行二面部３０の底面側に係止可能な押圧面５７が設けられ、この押圧面５７でステム挿入孔２３に途中まで挿入した状態のステム１１を水平方向に押圧可能になっている。押圧用治具４２によりステム１１を押圧し、その挿入完了位置まで押し込むことが可能になっている。

図１、図６において、支承用治具４３は略円柱状に形成され、ボデー１０の挿入用治具４０（押圧用治具４２）が挿入される流路口２１と反対側の流路口２１から昇降動自在に設けられる。支承用治具４３の先端側には、円弧状に切欠かれた凹状曲面５８が形成され、この凹状曲面５８は、ステム１１外周面を載置可能な形状に形成されている。支承用治具４３は、挿入用工具４０により挿入されたステム１１を水平状態に支える機能を有し、ステム１１のステム挿入孔２３への挿入後に挿入用治具４０が抜き出されたときにも、ステム１１を水平状態に支えてステム挿入孔２３への芯出し状態を保持することが可能になっている。

なお、装置本体１により組立てられるボールバルブ２は、ワンピース構造以外の複数の部品の組合わせによるものであってもよく、組立時に流路口２１からステム１１を挿入する構造のボールバルブであれば、流路口２１の構造やステム１１以外の部品の組付け構造にはこだわらない。

チャックは、ステム１１を把持した状態で移動可能に保持できるものであれば、上記の態様に限らず各種構造に設けることができる。この場合、把持部の形状を変えることにより、ステム１１を任意の角度θで保持することも可能となる。

案内用治具は、降下したステムの上端部付近を支えて水平状態まで向きを案内可能であれば、下部スライド治具及び上部スライド治具の先端形状を変えたり、又は上下スライド治具以外の組み合わせによる案内用治具を設けたり、或は単体の案内用治具を設けるようにしてもよい。

上述した装置本体１は、例えば、図７に示すバルブ用自動組立システム（以下、組立システム本体６０）に用いられる。組立システム本体６０は、前述したボールバルブ２を完成品の状態まで組立て可能であり、本例ではセル生産方式の構成よりなる。

組立システム本体６０は、第１基台６１、第２基台６２を有し、これら第１基台６１と第２基台６２とを合わせて約２メートル四方の領域内に設置される。第１基台６１には組立て用の小型の第１ロボット６３、第２基台６２には第１ロボット６３よりも大型の組立て用の第２ロボット６４が設けられ、これら第１ロボット６３、第２ロボット６４は垂直多関節型のアーム式ロボットよりなっている。これらにはそれぞれ３次元方向に移動可能な多軸アーム６５、６６が備えられ、多軸アーム６６の先端側に前述した挿入用治具４０が取付けられ、この挿入用治具４０にチャック５０が設けられる。組立システム本体６０には、第１ロボット６３、第２ロボット６４以外にも各部の組立て用の組立て機構、部品供給機構などの専用機が設けられ、これらを用いて中間部品を組立てたり、この中間部品及び単体の部品をボデー１０に組付けることでボールバルブ２が組立てられる。

第１基台６１では、主に比較的小型の部品の供給や、中間部品の組立てがおこなわれ、第１ロボット６３や各種専用機により、例えば、ステム１１、ボールシート、インサート、Ｏリング１２、ワッシャー１３の供給、ボールシートやインサートの表裏判定、ステム１１へのＯリング１２及びワッシャー１３の組付けなどが実施される。
第２基台６２では、主に第１基台６１の場合に比較して大型の部品の供給や、中間部品や単体部品の組み付けがおこなわれ、第２ロボット６４や各種専用機により、例えば、ボデー１０が供給されたり、このボデー１０に対してステム１１やボール、インサート、ボールシートの供給や組付けなどが実施されることにより完成品が設けられる。

装置本体１は上記した第２基台６２上に配置され、ボールバルブの組立て工程の一部として、ボデー１０にステム１１を挿入する機能を有している。
この場合、挿入用治具４０は、第２ロボット６４の多軸アーム６６の先端側に取付けられることによりこの多軸アーム６６で３次元方向に移動可能であり、これによってチャック５０で把持したステム１１をボデー１０の流路口２１から降下させて挿入することが可能になっている。

前述した案内用治具４１は、第２基台６２上に突出形成された図１に示す固定板７０の貫通穴７０ａに挿入され、固定板７０には固定されていない状態で独立して水平状態を維持するように配置される。これにより下部スライド治具５５及び上部スライド治具５６が水平方向に維持され、その中心の高さが第２基台上６２に配置したボデー１０のステム挿入孔２３と同心状態に配置される。さらに、上部スライド治具５６がスライドするときにも、この上部スライド治具５６及び下部スライド治具５５の水平状態が維持される。

ボデー１０は、第２基台６２に形成された図１の凹状の装着部７１を介して装置本体１に配置される。この場合、装着部７１にボデー１０の継手部２０が嵌入されることで、第２基台６２の所定位置にボデー１０が位置決め状態で保持される。装着部７１に一方側の継手部２０を嵌入することで、他方側の継手部２０の流路口２１が上方に開口した状態となり、この流路口２１からステム１１を挿入可能になっている。このとき、ボデー１０の流路口２１、２１は、第２基台６２に対して垂直の向きとなる。

この状態で支承用治具４３を昇動作させると、開口流路２５を通してその先方側が環状突出部２４よりも上方に移動し、凹状曲面５８がステム１１の挿入側に露出した状態となる。この凹状曲面５８に挿入用治具４０で流路口２１に降下されたステム１１を支承するようになっている。

続いて、上述した装置本体１によるボールバルブ２のステム挿入方法並びに作用を説明する。本実施形態では、小型で口径の小さいワンピース型ボールバルブ２のボデー１０にステム１１を挿入するものとし、ステム１１を水平方向から傾斜させた状態で挿入するものとする。
図１に示すように、ボデー１０は一方側の継手部２０が装着部７１に固定され、他方側の継手部２０の流路口２１が上方に開口した状態になっている。

図示しない電源を投入して装置本体１を動作させると、挿入用治具４０のチャック５０が、Ｏリング１２及びワッシャー１３が組み付けられ、Ｏリング１２周辺に潤滑用グリスが塗布された状態のステム１１の下端部（平行二面部３０）を把持し、この状態でステム１１を流路口２１からボデー１０内に挿入する。このとき、前述したように平行二面部３０の二面幅が約５ｍｍ、チャック５０の把持部５１同士の間隔が開状態で約６ｍｍ、閉状態で約３ｍｍであるため、開状態のチャック５０（挿入用治具４０）がステム１１に接触してこのステム１１を傷付けることがなく、４ｋｇｆの把持力によりステム１１の脱落やずれも防いでいる。平行二面部３０は縦向きの状態になっており、この平行二面部３０をチャック５０で左右側から把持することで、ステム１１に縦方向の力が加わるときには把持部分を中心にこのステム１１が回転可能になっている。

この場合、流路口２１の口径に応じて、チャック５０でステム１１を水平方向に対して傾斜させた状態又は水平状態に把持可能であり、本例では、当接面５２がステム下部端面３２に当接することで、ステム１１を水平方向から３０°の角度θで傾斜した状態に保持した状態で流路口２１から垂直方向に挿入するようになっている。

このため、流路口２１に非接触状態でステム１１を降下させ、ステム１１外周やＯリング１２、ワッシャー１３への接触を回避し、これらが傷付くことを防止する。その際、潤滑用グリスが流路口２１付近やボデー１０内部に付着するおそれもない。

図２（ａ）において、ステム１１がステム挿入孔２３の位置付近まで降下したときには、ステム１１の上端部（平行二面状部３３）側がステム挿入孔２３に挿入された案内用治具４１に当接し、この案内用治具４１によりステム１１が支えられる。
このとき、案内用治具４１において、下部スライド治具５５が上部スライド治具５６に対して前進方向にスライドして前方に突出した状態にセットされる。これにより、下降したステム１１の平行二面状部３３が下部スライド治具５５の案内面５５ａに当接し、平行二面状部３３のそれ以上の下降が防がれた状態でさらにチャック５０が下降しようとする。

図２（ｂ）において、チャック５０が更に下降すると、案内面５５ａに当接した平行二面状部３３の先端側が中心となってステム下端部（平行二面部３０）側が回転するように下降し、ステム１１が徐々に傾いた状態から水平状態に近づく。このとき、チャック５０の把持力がステム１１の挿入開始時よりも小さくなり、これによってステム１１の把持部分の損傷を防ぎ、ステム１１がスムーズに回転する。

その後、平行二面部３０がステム挿入孔２３の高さまで降下したときにチャック５０による下降が停止し、挿入用治具４０と案内用治具４１とによりステム１１の上下側を支えてその傾きを略水平状態に矯正した状態となる。これにより、下部スライド治具５５、上部スライド治具５６により、ステム１１をステム挿入孔２３に芯出し状態で配置して挿入可能になる。
この場合、ステム１１の外周面を支承用治具４３で支えていることで、ステム１１の傾きが防がれて水平状態を維持するようになっている。

図３（ａ）に示すように、下部スライド治具５５が上部スライド治具５６に対してステム１１の挿入方向にスライドしつつ、そのストローク分だけチャック５０が水平方向にやや移動する。これによって、平行二面状部３３が上下の案内面５５ａ、５６ａにより保持されてステム１１の回転が防がれてステム挿入孔２３に挿入可能になる。続けてチャック５０によるステム１１の把持状態を解除し、挿入用治具４０を上方に抜き出す。このとき、ステム１１は支承用治具４３で支え続けられるため、その水平状態が維持されている。

図３（ｂ）は、上部流入口２１の上方に押圧用治具４２を移動させた状態を示している。この状態から図４（ａ）に示すように、平行二面部３０の先端面に押圧面５７が当接する位置まで押圧用治具４２を降下させ、続いて図４（ｂ）において押圧用治具４２を水平移動させることで、この押圧用治具４２によりステム１１を所定位置まで押圧するようにする。これにより、ステム１１のステム挿入孔２３への挿入が完了となる。

本発明の上記実施形態における装置本体１は、挿入用治具４０と案内用治具４１とを有し、挿入用治具４０を第２ロボット６４の多軸アーム６６の先端側に取付けていることで、この第２ロボット６４でステム１１を流路口２１の上方まで移動し、この状態からステム１１をボデー１０に挿入可能となっている。このように、組立用ロボットを利用してステム１１を所定位置に配置できることから、あらたにステム移動用の装置を必要としたり、手動によりステムを所定位置に配置することなく、挿入前のステム１１を所定位置に配置し、自動化によるステム１１の挿入が可能となる。

第２ロボット６４でステム挿入孔２３の位置までステム１１を降下し、このステム１１を挿入用治具４０と案内用治具４１とにより略水平状態に支えて傾きを矯正し、ステム挿入孔２３に芯出し状態に配置できるため、手作業の場合に生じる無駄な組立て時間を省くことが可能となる。このことから、組立システム本体６０全体の自動化にも寄与し、この組立システム本体６０を使用して効率の高いバルブの連続組立てが可能となる。

図示しないが、チャックを交換することにより、直立状態に把持したステム１１をボデー１０内の所定位置に挿入することも可能となる。この場合、下部スライド治具の案内面を支承用治具４３の凹状曲面５８の上面側まで延長しつつ、その先端側にステム１１の平行二面状部３３を把持可能な切欠き凹部を設けるとよい。これにより、チャックで把持した直立状態のステム１１を降下させて案内面まで到達したときには、平行二面状部３３が切欠き凹部に係合した状態となり、この状態で下部スライド治具がスライドすることでステムを直立状態から回転させて略水平状態まで案内することができる。

図８においては、本発明のボールバルブのステム挿入装置の第２実施形態を示している。なお、この実施形態において、前記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。

図８では、チャック５０によりステム１１が図１とは異なる状態で把持された例を示している。このような把持状態としては、予め設定されている場合、又は、チャック５０でステム１１を把持する際に把持位置がずれた場合や、チャック５０による３次元方向への移動中に揺れや外部への接触などにより、ステム１１が所定の状態から傾いた場合などがある。

ステム１１が、図８（ａ）の状態から、チャック５０でステム挿入孔２３の位置付近まで降下したときには、ステム１１の上端部（平行二面状部３３）側が、ステム挿入孔２３に挿入された案内用治具４１により支えられる。
このとき、案内用治具４１において、下部スライド治具５５が上部スライド治具５６に対して前進方向にスライドして前方に突出した状態にセットされる。これにより、下降したステム１１の平行二面状部３３が下部スライド治具５５の案内面５５ａに当接し、平行二面状部３３のそれ以上の下降が防がれた状態で、さらにチャック５０が下降しようとする。

このときのステム１１の状態を図８（ｂ）に示す。図の状態からチャック５０がさらに下降しようとすると、案内面５５ａに当接した平行二面状部３３の先端側が中心となって、ステム上端部（平行二面部３０）側が回転するように下降する。この下降の際に、ステム上端部のＯリング１２がステム挿入孔２３の開口端側に接触した場合には、このＯリング１２がステム１１の下降に合わせて変形しつつ、ステム１１の上端部からこのＯリング１２付近までがステム挿入孔２３に挿入される。

この場合、Ｏリング１２の材質がニトリルゴムであることから、上記のようにステム１１の下降に合わせて変形するときに、このＯリング１２が傷付いたり破断したり、或は脱落するおそれがない。Ｏリング１２は、ニトリルゴムに限らず、弾性変形可能な各種材料を用いることができる。

図９においては、図８（ｂ）におけるＡ部拡大断面図を示している。ステム１１に装着されたＯリング１２がステム挿入孔２３の開口端に接触したときには、この接触位置Ｂが支点となり、チャック５０で把持されたステム下端部の把持位置Ｃが力点となり、ステム上端部（平行二面状部３３）と案内面５５ａとの接触位置Ｄが作用点となる「てこの原理」を利用してステム１１が挿入される。

これにより、力点Ｃからステム１１に下降方向の力が加わったときには、この力が支点Ｂを中心に作用点Ｄに加わり、作用点Ｄであるステム上端部（平行二面状部３３）側が案内面５５ａにより下方から支えられていることで、ステム１１には、ステム上端部がステム挿入孔２３に挿入する回転方向の力が働く。そのため、狭いボデー１０内部においても、確実にステム１１をステム挿入孔２３に挿入することができる。
このとき、図の支点Ｂ、力点Ｃ、作用点Ｄの位置関係において、二点鎖線で示した、支点Ｂから作用点Ｄまでの長さＬ１よりも、支点Ｂから力点Ｃまでの長さＬ２のほうが大きいことで、モーメント力の関係によって小さい力でステム１１をステム挿入孔２３に挿入できる。

上述のことから、ステム１１の下降時にＯリング１２がステム挿入孔２３の開口端側に接触した場合にも、Ｏリング１２によるシール性を維持しながらステム１１を所定の状態に挿入でき、潤滑用グリスが流出口２１付近などに付着することも回避できる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

１ 装置本体
２ ボールバルブ
１０ ボデー
１１ ステム
２１ 流路口
２３ ステム挿入孔
３０ 平行二面部（ステム下端部）
３２ 下部底面
３３ 平行二面状部（ステム上端部）
４０ 挿入用治具
４１ 案内用治具
４２ 押圧用治具
５０ チャック
５１ 把持部
５２ 当接面
５５ 下部スライド治具
５５ａ 案内面
５６ 上部スライド治具
５６ａ 案内面
６０ 組立システム本体
θ 角度

Claims (9)

1. 装置本体には、ボールバルブの流路口からボデー内にステムを降下する挿入用治具と、前記流路口と直交するステム挿入孔に挿入して前記ステムの上端部を支える案内用治具とを備え、前記挿入用治具の下端部に把持部を有し、この把持部で前記ステムの下端部が回転する状態で前記ステムの下端部を把持し、前記挿入用治具で前記ボールバルブの流路口から前記ボデー内に前記ステムを降下させた状態で、前記挿入用治具と前記案内用治具とで前記ステムの上下端部を支えて前記把持部を中心に回転させながら水平状態に矯正し、かつ前記ステム挿入口に対して前記ステムを芯出し状態に配置させたことを特徴とするボールバルブのステム挿入装置。
2. 前記挿入用治具は、前記流路口の口径に応じて前記ステムを水平方向から傾斜させた状態又は水平状態に把持し、前記ステムを前記流路口に対して非接触状態で降下させるチャックを備えた請求項１に記載のボールバルブのステム挿入装置。
3. 前記チャックは、前記ステムの下端部を把持する把持部を有し、この把持部の先端側には、前記ステムの下部底面に当接してこのステムを所定の傾斜角度に保持する傾斜状の当接面が設けられた請求項２に記載のボールバルブのステム挿入装置。
4. 前記案内用治具は、前記ステムの上端部を受ける下部スライド治具と、この下部スライド治具に対してスライドする上部スライド治具とを備え、これら上部スライド治具と下部スライド治具には、前記ステムの上端部を上下方向側から把持して前記ステムの回転を規制する案内面がそれぞれ設けられた請求項１乃至３の何れか１項に記載のボールバルブのステム挿入装置。
5. 前記ボデーの前記挿入用治具が挿入される前記流路口と反対側の流路口から昇降動自在に支承用治具が設けられ、この支承用治具の先端側は、前記ステムの外周面を載置可能な形状に形成され、前記支承用治具が前記ステムを水平方向に支える機能を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載のボールバルブのステム挿入装置。
6. 挿入用治具の下端部に設けた把持部で前記ステムの下端部を把持した状態でこのステムをボールバルブの流路口からボデー内に降下させ、この降下したステムの上端部を前記流路口と直交するステム挿入孔に挿着した案内用治具で支え、前記ステムが前記ステム挿入孔の位置まで降下したときに、前記挿入用治具の前記把持部と前記案内用治具とにより前記ステムの上下端部を支えて前記把持部を中心に回転しながら前記ステムを略水平状態に矯正し、前記ステム挿入孔に対して前記ステムを芯出し状態に配置した状態で前記ステムを挿入するようにしたことを特徴とするボールバルブのステム挿入方法。
7. 前記流路口の口径に応じて前記挿入用治具に設けたチャックで前記ステムを水平方向から傾斜させた状態又は水平状態に把持し、前記流路口に前記ステムを非接触状態で降下させるようにした請求項６に記載のボールバルブのステム挿入方法。
8. 前記ステム挿入孔に挿入した前記ステムを、押圧用治具によりその挿入完了位置まで押圧するようにした請求項６又は７に記載のボールバルブのステム挿入方法。
9. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のボールバルブのステム挿入装置を用いたバルブ用自動組立システム。

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