特開 2022-134777 バルブ開閉装置及びロボット

(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】P2022134777

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】バルブ開閉装置及びロボット

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/44 20060101AFI20220908BHJP

【ＦＩ】

F16K31/44 F

F16K31/44 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021034169

(22)【出願日】2021-03-04

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チン チン ウェン

(72)【発明者】

【氏名】田中 基康

【テーマコード（参考）】

3H063

【Ｆターム（参考）】

3H063AA05

3H063BB07

3H063DB31

3H063DB46

3H063GG16

(57)【要約】

【課題】例えばロボットに搭載されることで、作業者がアクセスすることが困難な場所まで搬送可能であり、適切にバルブを開閉できるバルブ開閉装置及びロボットを提供する。
【解決手段】パイプＰＰ内で揺動する開閉バルブに連結され、前記パイプＰＰに固定された軸受装置ＢＲに対して回動可能なレバーＬＶを操作するバルブ開閉装置１０は、アクチュエータ１４と、前記アクチュエータ１４により回転駆動される駆動ギヤ１５と、前記駆動ギヤ１５に噛合して回動し、前記レバーＬＶに係合する第１ピン１６を備えた従動ギヤ１３と、前記軸受装置ＢＲを収容する開放部を備え、前記扇状ギヤ１３を回動可能に保持するケース１２と、を有し、前記扇状ギヤ１３は、第１ピン１６を起点に前記レバーＬＶを越えて扇状ギヤ１３の回転中心回りに９０度を超え、３６０度未満の角度で延在する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基部に対して変位する開閉バルブに連結された回動可能な操作部材を操作するバルブ開閉装置であって、
アクチュエータと、
前記アクチュエータにより回転駆動される駆動ギヤと、
前記駆動ギヤに噛合して回動し、前記操作部材に係合する係合部を備えた従動ギヤと、
前記基部を収容する開放部を備え、前記基部の周囲にて前記従動ギヤを回動可能に保持するケースと、を有し、
前記従動ギヤは、前記係合部を起点に前記操作部材を越えて前記従動ギヤの回転中心回りに９０度を超え、３６０度未満の角度で延在する、
ことを特徴とするバルブ開閉装置。

【請求項2】

前記係合部は、前記従動ギヤの回動に応じて、前記操作部材に係合する位置に移動する第１ピン及び第２ピンである、
ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ開閉装置。

【請求項3】

前記ケースに配設される当接部材と、
前記従動ギヤに設置されるピン制御装置と、を有し、
前記第１ピンが第１の方向から接近して前記当接部材に当接したときは、前記ピン制御装置は、前記従動ギヤに対して前記第１ピンを傾動させる、
ことを特徴とする請求項２に記載のバルブ開閉装置。

【請求項4】

前記第１ピンが前記第１の方向とは異なる第２の方向から接近して前記当接部材に当接したときは、前記ピン制御装置は、前記当接部材に対して前記第１ピンをスライドさせる、
ことを特徴とする請求項３に記載のバルブ開閉装置。

【請求項5】

前記ケース及び前記従動ギヤはＣ字形状を有する、
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のバルブ開閉装置。

【請求項6】

前記従動ギヤは、その回転中心回りに２７０度以上の角度で延在する、
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のバルブ開閉装置。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載のバルブ開閉装置を搭載したことを特徴とするロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バルブ開閉装置及びロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

火力発電所や原子力発電所などにおいて、何らかの不具合が生じた場合に、冷却機能及び隔離機能を発動して安全停止させるためのバルブが設置されている。しかしながら、不具合の状況によっては、作業者がバルブまで安全にアクセスできないことも懸念される。 これに対し、特許文献１には、バルブを電動アクチュエータにより開閉する技術が開示されている。バルブを電動アクチュエータにより開閉することができれば、遠隔操作により作業者の安全を確保することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－１００８９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、構内において予備電源を含む全電源が喪失するような最悪の事態が生じた場合、バルブを開閉する電動アクチュエータが動作しなくなるおそれがある。これに対し、ロボットにバルブ開閉装置を搭載し、万が一全電源が喪失したような場合には、遠隔操作または自律動作によりロボットをバルブにアクセスさせて、バルブ開閉装置によりバルブを開閉させることも提案されている。

【0005】

ここで、バルブにアクセスするためには狭い場所を通過せざるを得ない場合もあり、そのためロボットの小型化・軽量化を図る必要がある。一方、ロボットの小型化・軽量化を図ると、バルブ操作時の反力をロボットにより支持することが困難となり、たとえバルブにアクセスできたとしても、バルブ開閉動作を適切に行えないおそれがある。

【0006】

本発明は，かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、例えばロボットに搭載されることで、作業者がアクセスすることが困難な場所まで搬送可能であり、適切にバルブを開閉できるバルブ開閉装置及びロボットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、代表的な本発明のバルブ開閉装置の一つは、
基部に対して変位する開閉バルブに連結された回動可能な操作部材を操作するバルブ開閉装置であって、
アクチュエータと、
前記アクチュエータにより回転駆動される駆動ギヤと、
前記駆動ギヤに噛合して回動し、前記操作部材に係合する係合部を備えた従動ギヤと、
前記基部を収容する開放部を備え、前記基部の周囲にて前記従動ギヤを回動可能に保持するケースと、を有し、
前記従動ギヤは、前記係合部を起点に前記操作部材を越えて前記従動ギヤの回転中心回りに９０度を超え、３６０度未満の角度で延在する、ことにより達成される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、例えばロボットに搭載されることで、作業者がアクセスすることが困難な場所まで搬送可能であり、適切にバルブを開閉できるバルブ開閉装置及びロボットを提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態にかかるバルブ開閉装置を、ロボットに搭載した状態で示す斜視図である。

【図2】図２は、バルブ開閉装置の平面図である。

【図3A】図３Ａは、バルブ開閉装置の斜視図である。

【図3B】図３Ｂは、異なる角度から見たバルブ開閉装置の斜視図である。

【図4A】図４Ａは、ピン制御装置とピンとを拡大して示す斜視図である。

【図4B】図４Ｂは、当接部材の斜視図である。

【図4C】図４Ｃは、駆動ギヤ側から見た当接部材の斜視図である。

【図5】図５は、ピン制御装置を分解して示す図である。

【図6】図６は、本実施形態のバルブ開閉装置により開閉可能なバルブを備えたパイプの一例を示す側面図である。

【図7】図７は、本実施形態のバルブ開閉装置により開閉可能なバルブを備えたパイプの一例を示す平面図である。

【図8】図８は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図9】図９は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図であるが、ここでは第１ピンの動作を時系列的に説明している。

【図10】図１０は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図11】図１１は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図12】図１２は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図13】図１３は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図14】図１４は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図15】図１５は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図16】図１６は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図17】図１７は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図18】図１８は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図であるが、ここでは第１ピンの動作を時系列的に説明している。

【図19】図１９は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図20】図２０は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図21】図２１は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【図22】図２２は、バルブ開閉装置の動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明にかかる実施形態を、具体的に説明する。
図１は、本実施形態にかかるバルブ開閉装置１０を、ロボットＲＢに搭載した状態で示す斜視図である。ロボットＲＢは、モータを搭載したシャーシＳＳと、シャーシＳＳに対して回転可能であって、モータにより回転駆動される駆動輪ＤＷ１と、シャーシＳＳに対して回転可能である従動輪ＤＷ２と、シャーシＳＳに取り付けられ複数の関節を備えたアームＡＭとを有する。アームＡＭは、アクチュエータによって屈伸・回転可能であり、その先端にバルブ開閉装置１０が取り付けられている。したがって、アームＡＭはバルブ開閉装置１０を任意の姿勢で、任意の位置へと変位させることができる。

【0011】

図２は、バルブ開閉装置１０の平面図であるが、ケースの一部を省略して示している。図３Ａは、バルブ開閉装置１０の斜視図であるが、一部簡略化して図示している。図３Ｂは、異なる角度から見たバルブ開閉装置１０の斜視図である。

【0012】

図において、金属板１１上にケース１２が取り付けられている。金属板１１は、ロボットＲＢのアームＡＭに固定されるとともに、ケース１２を支持する機能を有する。金属板１１は、ケース１２のＣ字形状の開口部に対応して、切欠１１ａを備える。ケース１２は、軽量化を図るべく樹脂製であると好ましいが、金属製であってもい。

【0013】

ケース１２は、金属板１１に固定され凡そθ＝２７０度にわたって延在する平面視でＣ字形状の底板１２ａと、底板１２ａの内周に接合された部分円筒状の内側壁１２ｂと、底板１２ａの外周に接合された部分円筒状の外側壁１２ｃと、内側壁１２ｂから径方向外側に向かって張り出した内側上部壁１２ｄと、外側壁１２ｃから径方向内側に向かって張り出した外側上部壁１２ｅと、外側壁１２ｃの中央から径方向外側に配設されたギヤケース部１２ｆとを有する。内側壁１２ｂと外側壁１２ｃとは、互いに離間している。また、ケース１２における周方向両端は、図３Ａ，３Ｂに示すように開放している。内側壁１２ｂの内側が開放部を構成する。

【0014】

内側壁１２ｂと外側壁１２ｃとの間に、金属板製の扇状ギヤ（従動ギヤともいう）１３が配置されている。扇状ギヤ１３も、凡そθ＝２７０度にわたって延在する平面視でＣ字形状を有する。したがって、扇状ギヤ１３がケース１２に収容された状態で、その周方向端部（以下、略して端ともいう）はケース１２の周方向両端からはみ出さない。扇状ギヤ１３の外周には、歯１３ａが形成されている。

【0015】

扇状ギヤ１３の内周は、部分円形状であって、ケース１２の内側壁１２ｂにより摺動可能に支持されている。内側壁１２ｂは、扇状ギヤ１３の回動を案内する機能を有する。

【0016】

ギヤケース部１２ｆ内には、図２に点線で示すアクチュエータ１４と、駆動ギヤ１５が配置されている。アクチュエータ１４の回転軸は駆動ギヤ１５に連結され、アクチュエータ１４の回転駆動に応じて駆動ギヤ１５が回転する。駆動ギヤ１５の歯１５ａは、扇状ギヤ１３の歯１３ａに噛合している。アクチュエータ１４は、外部の制御装置に接続され、入力された駆動信号により回転動作する。

【0017】

扇状ギヤ１３の上面には、その一端近傍において、円筒状の第１ピン１６及び第１ピン１６の姿勢を制御するピン制御装置１７が配置され、また第１ピン１６から離間した位置に、円筒状の第２ピン１９が立設された状態で配置されている。さらに、ケース１２の一端近傍に、当接部材１８が配置されている。第１ピン１６及び第２ピン１９が係合部を構成する。

【0018】

図４Ａは、ピン制御装置１７と第１ピン１６とを拡大して示す斜視図である。図４Ｂ、４Ｃは、当接部材１８の斜視図である。図５は、ピン制御装置１７を分解して示す図である。
当接部材１８は、図４Ｂ，４Ｃに示すように、ブロック状の本体１８ａと、本体１８ａの上端に連設され一部が庇状に突き出した矩形板部１８ｂとを有する。本体１８ａがケース１２に取り付けられた状態で、突き出した矩形板部１８ｂの１つの角部１８ｃが、扇状ギヤ１３の回転中心に最も近づくように配置される(図３Ｂ参照)。

【0019】

図５において、ピン制御装置１７は、第１ピン１６の下端を保持する保持板１７ａと、保持板１７ａに連結される基板１７ｂと、シャフト１７ｃと、巻きバネ１７ｄと、コイルバネ１７ｅとを有する。ここで、シャフト１７ｃの軸線方向をｒ方向とし、シャフト１７ｃ回りの方向をφ方向とする。ｒ方向は、扇状ギヤ１３の径方向とすると望ましい。

【0020】

保持板１７ａは、第１ピン１６の下端に形成された雄ねじ１６ａに螺合する雌ねじ孔１７ｆと、一対のアーム状に延在する第１連結部１７ｇとを有する。第１連結部１７ｇは、貫通孔１７ｈを有する。

【0021】

基板１７ｂは、一対のアーム状に延在する第２連結部１７ｉと、扇状ギヤ１３に固定するボルト等を挿通する穴１７ｋとを有する。第２連結部１７ｉは、第１連結部１７ｇよりも間隔をあけて配置され、貫通孔１７ｊを有する。

【0022】

ピン制御装置１７の組付け時には、雌ねじ孔１７ｆに雄ねじ１６ａを螺合させて、第１ピン１６を保持板１７ａに取り付ける。その後、一対の第１連結部１７ｇ間に巻きバネ１７ｄを配置し、また一方の第１連結部１７ｇの外側にコイルバネ１７ｅを配置して、さらに第１連結部１７ｇを第２連結部１７ｉで挟むようにして、保持板１７ａと基板１７ｂを接近させる。かかる状態で、シャフト１７ｃを、貫通孔１７ｊ、コイルバネ１７ｅ、貫通孔１７ｈ、巻きバネ１７ｄ、貫通孔１７ｈ、貫通孔１７ｊという順序で挿通させ、不図示のクリップ等で抜け止めを図る。これにより保持板１７ａと基板１７ｂとが、シャフト１７ｃを介して回動可能に連結される。基板１７ｂは、穴１７ｋに挿通される不図示のボルト等にて扇状ギヤ１３に固定される。

【0023】

図４に示すように組付けられた状態で、第１連結部１７ｇと第２連結部１７ｉとの間には、コイルバネ１７ｅが完全に縮長しないクリアランスが設けられている。コイルバネ１７ｅの付勢力によって、第１連結部１７ｇすなわち保持板１７ａは、第２連結部１７ｉすなわち基板１７ｂに対して、ｒ方向外方（扇状ギヤ１３の径方向外方）に常に付勢されている。しかし、第１ピン１６が逆方向に押圧力を受けたとき、第１ピン１６とともに保持板１７ａは、コイルバネ１７ｅの付勢力に抗してｒ方向内方に変位する。

【0024】

また、巻きバネ１７ｄの一端は、保持板１７ａに当接し、その他端は基板１７ｂに当接している。巻きバネ１７ｄの付勢力によって、保持板１７ａは、基板１７ｂに対してφ方向反時計回りに常に付勢されている。このため、自由状態で保持板１７ａは扇状ギヤ１３の上面に設置した状態、即ち第１ピン１６が扇状ギヤ１３に対して直立した状態に維持される。しかし、第１ピン１６が傾動方向に押圧力を受けたとき、第１ピン１６とともに保持板１７ａは、巻きバネ１７ｄの付勢力に抗してφ方向時計回りに変位する。

【0025】

（バルブ開閉装置の動作）
図６は、本実施形態のバルブ開閉装置により開閉可能なバルブを備えたパイプの一例を示す側面図である。図７は、本実施形態のバルブ開閉装置により開閉可能なバルブを備えたパイプの一例を示す平面図である。

【0026】

図において、ガスまたは液体が通過するパイプＰＰの内側に、揺動可能なバタフライバルブＢＶ（開閉バルブともいう）が配設されている。バタフライバルブＢＶに取り付けられた回転軸ＲＳの一端は、パイプＰＰの外壁を貫通して外部に露出しており、パイプＰＰの外壁に設置された軸受装置（基部ともいう）ＢＲにより回転可能に保持されるとともに、レバー（操作部材ともいう）ＬＶの一端に連結固定されている。

【0027】

レバーＬＶを回動させることで、回転軸ＲＳを介してバタフライバルブＢＶが回転変位させられる。図６，７に示すように、レバーＬＶがパイプＰＰの軸線と平行になる位置では、バタフライバルブＢＶがパイプＰＰの軸線に沿った方向となり、パイプＰＰ内で流体の通過を許容するバルブ開の状態となる。

【0028】

これに対し、レバーＬＶが図６に点線で示す位置に回動すると、バタフライバルブＢＶの外周がパイプＰＰの内周に当接し、パイプＰＰ内で流体の通過を阻止するバルブ閉の状態となる。

【0029】

図６に示すように、軸受装置ＢＲを設置するために、一般的にパイプＰＰとレバーＬＶとの間には、一定の隙間Ｃがある。本実施形態のバルブ開閉装置１０は、この隙間Ｃ内に進入できるよう、薄形の形状となってる。

【0030】

図面を参照して、バルブ開閉装置１０の動作について説明する。図８～２２は、バルブ開閉装置１０の動作を説明するための図であるが、理解しやすいようにロボットなどは省略して簡潔的に図示している。

【0031】

（バルブ閉動作）
以下、開いた状態のバルブを閉じる動作について説明する。まず、図１を参照して、バルブ開閉装置１０を搭載したロボットＲＢは、駆動輪ＤＷ１を駆動して、遠隔操作または自律移動によりバルブが設置された場所まで自走する。バルブが設置された場所に到達した後、ロボットＲＢはアームＡＭを駆動して、図８に示すように、バルブ開閉装置１０を、切欠１１ａ側よりレバーＬＶとパイプＰＰとの隙間Ｃ（図６）に向かって接近させる。ただし、金属板１１の裏面から、直立した第１ピン１６の上端までの距離は、パイプＰＰとレバーＬＶとの隙間Ｃ（図６参照）より大きいため、このままではバルブ開閉装置１０の接近が阻まれる。

【0032】

そこで、バルブ開閉装置１０がレバーＬＶとパイプＰＰとの隙間Ｃに近づいた時、アクチュエータ１４により駆動ギヤ１５を時計回りに回転させる。これにより、図９に示すように、ケース１２に対して扇状ギヤ１３が反時計回りに回動し、その一端がケース１２から露出する。このとき、ピン制御装置１７は、第１ピン１６が当接部材１８に当接して傾動するように機能する。

【0033】

（第１ピンの傾動動作）
第１ピン１６の傾動動作について、図１０の模式図を参照して詳細に説明する。当接部材１８の矩形板部１８ｂは、パイプＰＰとレバーＬＶとの隙間Ｃ（図６参照）を通過可能な程度に、低い高さ位置に配置されている。図１０において矢印で示すように、第１ピン１６が右方から左方に向かう方向を、第１の方向という。

【0034】

図１０（ａ）において、ケース１２に対して扇状ギヤ１３が相対変位して、第１ピン１６が当接部材１８に接近すると、当接部１８ａが第１ピン１６の上部に当接する。これにより、ピン制御装置１７の保持板１７ａに対してモーメントが付与されるため、図１０（ｂ）に示すように、巻きバネ１７ｄ（図４Ａ参照）の付勢力に抗して、保持板１７ａとともに第１ピン１６が、基板１７ｂ側に向かって傾動する。第１ピン１６が傾動したことは、駆動ギヤ１５の回転角度を監視することで検出できる。第１ピン１６が所定量傾動した時点で、制御装置は駆動ギヤ１５の回転を中止する。

【0035】

第１ピン１６が傾動することで、金属板１１の裏面から第１ピン１６の上端までの距離は、パイプＰＰとレバーＬＶとの隙間Ｃ（図６参照）より小さくなる。そこで、ロボットＲＢはアームＡＭを動かして、バルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲに接近させる。これにより、図１１に示すように、第１ピン１６がパイプＰＰとレバーＬＶとの間を通過し、金属板１１の切欠１１ａ内に軸受装置ＢＲを収容する位置にバルブ開閉装置１０が到達する。金属板１１の切欠１１ａ内に軸受装置ＢＲを収容する位置に到達した時点で、扇状ギヤ１３の回転中心は、レバーＬＶの回動中心と略一致する。

【0036】

傾動した第１ピン１６がパイプＰＰとレバーＬＶとの間を通過した後、制御装置は駆動ギヤ１５を逆回転させ、扇状ギヤ１３を時計回りに回動させる。これにより、当接部材１８による拘束が解かれるため、図１０（ａ）に示すように巻きバネ１７ｄの付勢力に従って第１ピン１６が直立姿勢に戻る。第１ピン１６が直立姿勢に戻ったことは、駆動ギヤ１５の回転角度を監視することで検出できる。

【0037】

さらに、制御装置は駆動ギヤ１５の逆回転を続行し、扇状ギヤ１３を時計回りに回動させる。すると、図１２に示すように、直立した第１ピン１６がレバーＬＶの下面に当接係合するが、第１ピン１６は基板１７ｂとは逆方向には傾動しないため、レバーＬＶの下面に当接係合したままとなる。かかる状態を維持したまま、扇状ギヤ１３が時計回りにさらに回動すると、第１ピン１６がレバーＬＶを押圧して時計回りに回動させる。

【0038】

このとき、第１ピン１６にはレバーＬＶからの反力ＲＦが伝達される。具体的には、パイプＰＰの軸線直交方向下方に向かって、第１ピン１６にレバーＬＶから反力ＲＦが付与される。本実施形態によれば、反力ＲＦを受ける第１ピン１６を起点に、扇状ギヤ１３の回転中心回りにレバーＬＶを越え、９０度を超える角度で扇状ギヤ１３が延在している。このため、第１ピン１６が受ける反力ＲＦを、第１ピン１６から９０度の位置にある扇状ギヤ１３の内周がケース１２を介して軸受装置ＢＲに当接することにより支持することができる。なお、第１ピン１６の反力ＲＦを受けるためには、扇状ギヤ１３は、その回転中心回りに９０度を超えている必要があり、またバルブ開閉装置１０が軸受装置ＢＲに接近するためには、扇状ギヤ１３は３６０度未満（好ましくは３００度以下）の角度で延在する必要がある。
さらにケース１２及び扇状ギヤ１３がＣ字状を有するため、その切欠部にレバーＬＶを合わせることで、レバーＬＶの正面側(図６で紙面垂直方向)からバルブ開閉装置１０を挿入して、軸受装置ＢＲの外側に配置することもできる。

【0039】

図１３に示すように、第１ピン１６に押されてレバーＬＶがパイプＰＰの軸線に直交する位置まで移動して、バルブ閉の状態となったとき、制御装置は駆動ギヤ１５の回転を中止する。その間、第１ピン１６は反力ＲＦを受け続けるが、第１ピン１６と共に扇状ギヤ１３も回動するため、その反力ＲＦを適切に支持することができる。これによりバルブ開閉装置１０が軸受装置ＢＲから脱落することが抑制される。レバーＬＶがパイプＰＰの軸線に直交する位置まで移動したことは、駆動ギヤ１５の回転角度を監視することで検出できる。

【0040】

図１３に示す状態では、扇状ギヤ１３がケース１２の他端側から露出し、一端側近傍まで延在しているので、バルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲから離脱させることができない。そこで、図１３に示す状態から、アクチュエータ１４により駆動ギヤ１５を時計回りに回転させると、扇状ギヤ１３が反時計回りに回動する。これにより図１４に示すように、第１ピン１６がレバーＬＶから離間するとともに、扇状ギヤ１３の他端がケース１２内へと引き込まれる。扇状ギヤ１３の他端がケース１２内へと引き込まれたことは、駆動ギヤ１５の回転角度を監視することで検出できる。

【0041】

そこで、ロボットＲＢのアームＡＭが、バルブ開閉装置１０を上昇させる。これにより、バルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲから離間させることができる。バルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲから上方に離間させた状態を、図１５に示す。

【0042】

（バルブ開動作）
次に、閉じた状態のバルブを開く動作について説明する。図１５に示すように、レバーＬＶがパイプＰＰの軸線に直交する位置にある場合、レバーＬＶと第１ピン１６及び第２ピン１９との干渉が生じないため、ロボットＲＢはアームＡＭを動かして、レバーＬＶに沿ってバルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲに接近させることができる。

【0043】

図１６に示すように、バルブ開閉装置１０が、金属板１１の切欠１１ａ内に軸受装置ＢＲを収容する位置に到達した時点で、扇状ギヤ１３の回転中心は、レバーＬＶの回動中心と略一致する。

【0044】

その後、制御装置は駆動ギヤ１５を時計回りに回転させ、扇状ギヤ１３を反時計回りに回動させる。すると、図１７に示すように、第２ピン１９がレバーＬＶの右側に当接係合し、さらに扇状ギヤ１３が回動することで、第２ピン１９に押されて、レバーＬＶは反時計回りに回動する。

【0045】

このとき、第２ピン１９にはレバーＬＶからの反力ＲＦが伝達される。本実施形態によれば、反力ＲＦを受ける第２ピン１９を起点に、扇状ギヤ１３の回転中心回りにレバーＬＶを越え、９０度を超える角度（ここでは１８０度）で扇状ギヤ１３が延在している。このため、第２ピン１９の反力ＲＦを、扇状ギヤ１３の内周が軸受装置ＢＲに当接することで支持することができる。なお、扇状ギヤ１３の内周により第２ピン１９からの反力を受けるためには、扇状ギヤ１３は、その回転中心回りにレバーＬＶを挟む側において第２ピン１９から端部まで１８０度以上で延在することが好ましい。また、扇状ギヤ１３は、バルブ開となるまで駆動ギヤ１５と噛合し続けるために、レバーＬＶを挟まない側において第２ピン１９から端部まで９０度以上で延在していることが好ましい。以上を勘案すると、扇状ギヤ１３の一端から他端までの角度は、２７０度以上であると好ましい。またバルブ開閉装置１０が軸受装置ＢＲに接近するためには、扇状ギヤ１３は３６０度未満（好ましくは３００度以下）の角度で延在する必要がある。

【0046】

また、バルブ開閉のためレバーＬＶを９０度移動させることを考慮すると、第１ピン１６と第２ピン１９とは、９０度以上の角度で周方向に離間していることが望ましい。

【0047】

この時、第１ピン１６が当接部材１８に当接するが、扇状ギヤ１３が反時計回りに回動する場合は、図１０を参照して説明したように、第１ピン１６が傾動可能であり、傾動することにより第１ピン１６が当接部１８ａの下方を通過できる。

【0048】

図１８に示すように、第２ピン１９に押されてレバーＬＶがパイプＰＰの軸線に平行になる位置まで移動して、バルブ開の状態となったとき、制御装置は駆動ギヤ１５の回転を中止する。その間、第２ピン１９は反力ＲＦを受け続けるが、第２ピン１９と共に扇状ギヤ１３も回動するため、その反力ＲＦを適切に支持することができる。これによりバルブ開閉装置１０が軸受装置ＢＲから脱落することが抑制される。レバーＬＶがパイプＰＰの軸線に平行になる位置まで移動したことは、駆動ギヤ１５の回転角度を監視することで検出できる。

【0049】

図１８に示す状態では、扇状ギヤ１３がケース１２の一端側から露出し、他端側近傍まで延在しているので、バルブ開閉装置１０を離脱させることができない。そこで、図１８に示す状態から、アクチュエータ１４により駆動ギヤ１５を反時計回りに回転させる。これにより、扇状ギヤ１３が時計回りに回動するが、それに伴い第１ピン１６が当接部材１８の裏面側（駆動ギヤ１５から遠い側）から当接する。上述したように、第１ピン１６は、基板１７ｂとは反対側には傾動できず、そのままでは当接部材１８と干渉する。そこで、ピン制御装置１７は、第１ピン１６が当接部材１８の矩形板部１８ｂに当接してスライドするように機能する。

【0050】

（第１ピンのスライド動作）
第１ピン１６のスライド動作について、図１９の模式図を参照して詳細に説明する。なお、図１９において、矩形板部１８ｂの前縁が扇状ギヤ１３の移動方向に平行になるように示されているが、実際には矩形板部１８ｂの駆動ギヤ１５側の角部１８ｃ（図４Ｂ）が最も扇状ギヤ１３の回転中心に近くなるように配置されている。このため、矩形板部１８ｂの前縁は、角部１８ｃに近づくにつれて扇状ギヤ１３の回転中心に接近するように傾斜している(図３Ｂ参照)。図１９において、矢印で示すように第１ピン１６が左方から右方に向かう方向を、第２の方向という。

【0051】

図１９（ａ）において、ケース１２に対して扇状ギヤ１３が相対変位して、第１ピン１６が当接部材１８の裏側（駆動ギヤ１５とは反対側）から接近し、図１９（ｂ）に示すように、当接部１８ｂの前縁が第１ピン１６の中心よりも当接部材１８に近い位置で、第１ピン１６の円筒外周面に当接する。これにより第１ピン１６が、ピン制御装置１７の保持板１７ａに対して当接部１８ｂから離間する側に力を受けるため、コイルバネ１７ｅ(図４Ａ参照)の付勢力に抗して、基板１７ｂに対して保持板１７ａとともに第１ピン１６が、扇状ギヤ１３の回転中心に向かってスライドする。

【0052】

第１ピン１６がスライドして、当接部材１８との干渉が回避されれば、時計回りに回動する扇状ギヤ１３とともに、第１ピン１６は直立したまま摺動しつつ当接部材１８を回り込んで通過できる。当接部材１８を通過した後、図１９（ｃ）、図２０に示すように、コイルバネ１７ｅの付勢力に従い第１ピン１６は逆方向にスライドして元の位置に戻る。第１ピン１６が当接部材１８を通過したことは、駆動ギヤ１５の回転角度を監視することで検出できる。

【0053】

しかし、第１ピン１６が直立したままでは、パイプＰＰの軸線と平行なレバーＬＶを通過できないため、バルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲから離脱させることができない。

【0054】

（第１ピンの傾動動作）
そこで、バルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲから離脱させるため、第１ピン１６を傾動させる。まず、制御装置が駆動ギヤ１５の駆動を中止した後、時計回りに回転させ、扇状ギヤ１３を反時計回りに回動させると、図１０（ｂ）に示すように、当接部１８ａが第１ピン１６の上部に当接する。これにより、ピン制御装置１７の保持板１７ａに対してモーメントが付与されるため、巻きバネ１７ｄ（図４Ａ参照）の付勢力に抗して、保持板１７ａとともに第１ピン１６が、基板１７ｂ側に向かって傾動する。第１ピン１６が傾動したことは、駆動ギヤ１５の回転角度を監視することで検出できる。第１ピン１６が所定量傾動した時点で、制御装置は駆動ギヤ１５の回転を中止する。

【0055】

図２１に示すように第１ピン１６が傾動することで、レバーＬＶとパイプＰＰとの間を第１ピン１６が通過できるようになる。そこで、ロボットＲＢはアームＡＭを動かして、バルブ開閉装置１０を上方に変位させる。これにより、第１ピン１６がパイプＰＰとレバーＬＶとの間を通過し、図２２に示すように、バルブ開閉装置１０を軸受装置ＢＲから離間させることができる。その後、制御装置は駆動ギヤ１５を逆回転させ、扇状ギヤ１３を時計回りに回動させる。これにより、当接部材１８による拘束が解かれるため、図１０（ａ）に示すように巻きバネ１７ｄの付勢力に従って第１ピン１６が直立姿勢に戻る。

【0056】

本実施形態のバルブ開閉装置１０は小型で軽量であるため、ロボットＲＢに搭載して搬送可能であり、また薄形であるため、パイプＰＰとレバーＬＶとの間の隙間Ｃに容易に進入可能であり、さらにレバーＬＶの操作時の反力を自身で受けることができる。このため、バルブ開閉装置１０を搭載するロボットＲＢの小型化・軽量化を図れ、内蔵電池で動作する自律型ロボットである場合、その稼働時間の延長を図ることができる。

【符号の説明】

【0057】

１０ バルブ開閉装置
１１ 金属板
１２ ケース
１３ 扇状ギヤ（従動ギヤ）
１４ アクチュエータ
１５ 駆動ギヤ
１６ 第１ピン(係合部)
１７ ピン制御装置
１８ 当接部材
１９ 第２ピン(係合部)
ＲＢ ロボット
ＡＭ アーム
ＰＰ パイプ
ＢＲ 軸受装置（基部）
ＬＶ レバー（操作部材）

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】