本発明は、高圧ガスボンベの容器弁締め付け装置に関する。

高圧ガスボンベ（以下、ボンベと略す）は、使用済み後、製造元に回収される。 製造元では、回収した使用済みボンベ内のガスを除くと共に、容器弁を外してボンベ内部を洗浄し、ガス封入のために再度容器弁をボンベに取り付けている。 また、高圧ガス保安法で定められた期間毎に容器の再検査を受けなければならず、この際は必ず容器弁を外して検査を受けなければならない。
この作業は、人手によって一本ずつ行うには多くの手間がかかること、そして締め付けトルクの品質管理上の理由から、現在では機械化され自動的かつ連続的に行っている。 この設備は従来、容器弁が仮締めされたボンベを寝かせた状態でクランプして保持し、容器弁の締め付け保持用の角型部はボンベの軸方向と直交する方向から嵌合部材を容器弁に嵌合させてモータで回転させ、容器弁を締め付けていくことにより行われていた。
しかし、嵌合部材を回転させるときに容器弁に加わる大きなトルクにより、クランプ保持されているボンベの芯が振れ、このため容器弁とボンベとの螺合部分に大きな力が加わって互いの螺合部分が損傷する場合があった。

特許文献１及び特許文献２には、締め付けトルク制御による、締め付け時における容器弁やボンベの損傷防止について記載されている。 また、特許文献３には、締め付け時における容器弁の締め付け軸方向への移動による容器弁やボンベの損傷の防止について記載されている。 しかし、これらの文献には、本発明のようなボンベの芯振れを抑えることによる、容器弁やボンベの損傷防止に関しては記載されていない。

本発明はかかる事情においてなされたものであって、その目的は、容器弁をボンベに自動で締め付けるにあたって容器弁またはボンベの螺合部分の損傷を抑えることのできる技術を提供することにある。

本発明は、ボンベに仮締めされている容器弁を締め付ける装置であって、
前記ボンベの周面を挟んで垂直姿勢に保持するクランプ機構と、
前記ボンベに仮締めされている前記容器弁の先端に設けられたバルブ高さ位置を検出するための高さ検出部と、
前記ボンベを垂直姿勢で当該ボンベの中心軸周りに回転させるための回転ステージと、
前記容器弁におけるガス取り出し口の高さ位置に形成された横断面形状が角型である角型部分の両側面に水平方向から嵌合する締め付け用の嵌合部材と、前記容器弁における角型部分よりも高い位置に形成された筒部位に水平方向から嵌合する押え用の嵌合部材と、が共通に固定された基体と、
前記締め付け用の嵌合部材から見た前記容器弁のガス取り出し口の水平方向の向きを検出するための向き検出部と、
前記基体を鉛直軸周りに回転させる回転駆動機構と、
前記ボンベに対して前記基体を相対的に水平方向及び上下方向に移動させるための移動機構と、
前記回転駆動機構及び基体からなる組立体と前記移動機構との間に介在し、当該組立体が移動機構に対して少なくとも水平方向に対してＸ−Ｙ方向自在に揺動可能に取り付けられるための弾性体と、
前記高さ検出部の検出結果に基づいて前記嵌合部材に対する前記ボンベの相対高さ位置を前記移動機構により調整するステップと、前記向き検出部の検出結果に基づいて、ガス取り出し口から見て前記締め付け用の嵌合部材が背後に位置するように前記ボンベの向きを前記回転ステージを介して調整するステップと、前記回転駆動機構の回転軸が前記ボンベの中心軸に揃う位置まで前記基体を前記ボンベに対して相対的に前進させて前記嵌合部材を前記容器弁の予め設定した部位に嵌合させるステップと、前記ボンベを前記クランプ機構により保持した状態で前記回転駆動機構により前記締め付け用の嵌合部材を予め設定されたトルクで回転させて前記容器弁を前記ボンベに締め付けるステップとを実行するように制御信号を出力する制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記向き検出部は、前記回転ステージにより前記ボンベを１回転させたときに、
前記容器弁のガス取り出し口及び安全弁のいずれもがその光軸を遮る向きと遮らない向きとが存在するように当該光軸が水平に設定された第１の光センサと、
前記容器弁のガス取り出し口及び安全弁の一方についてのみその光軸を遮る向きと遮らない向きとが存在するように当該光軸が水平に設定された第２の光センサと、を備えていてもよい。
更に、本発明は、前記回転ステージに前記ボンベ底部を固定するための磁石を設け、前記容器弁の向きを検出し調整するステップは、前記ボンベが前記磁石に固定された状態で行われてもよい。

本発明によれば、ボンベに仮締めされた容器弁を自動で締め付けるにあたって、ボンベを垂直姿勢に保持し、嵌合部材による締め付け時に、押さえ用の嵌合部材により容器弁の筒部位を支持しており、また組立体と移動機構との間に弾性体を介することで組立体がＸ−Ｙ方向自在に揺動可能となり嵌合部材の回動軸とボンベの中心軸とが揃うこととなる。 このため、ボンベの芯振れが抑えられ、容器弁とボンベとの螺合部分等の損傷は発生しない。

本発明の実施の形態に係る、ボンベの容器弁締め付け装置の概要を示した平面図である。

本発明の実施の形態に係る、バルブ高さ検出区域及びバルブ締付区域の概要を示した斜視図である。

本発明の実施の形態に係る、バルブ締付部の概要を示した平面図である。

本発明の実施の形態に係る、バルブ締付部を容器弁に取り付けた状態を示した縦断面図である。

本発明の実施の形態に係る、容器弁の縦断面図の一例である。

本発明の実施の形態に係る、向きを合わせた容器弁にスパナを取り付ける直前の状態を示した平面図である。

本発明の実施の形態に係る、容器弁の向き検出時における光センサの位置関係を示した側面図である。

本発明の実施の形態に係る、制御信号のやり取りを表した概要図である。

本発明の実施の形態に係る、バルブ締付工程における動作手順を表したフロー図である。

本発明の実施の形態に係る、規制機構及び搬送機構の横断面図の一例である。

本発明の実施の形態に係る、光センサ及びバルブ締付部の高さ位置を説明する側面図である。

本発明の実施の形態に係る、エリアセンサによる検出方法を説明する平面図である。

本発明の実施の形態に係る、バルブ向き検出部における検出結果の一例を表したグラフである。

本発明の実施の形態に係る、バルブ締付部を容器弁に取り付けた状態を示した概要斜視図である。

本発明の実施の形態に係る、バルブ締付部を容器弁に取り付けた状態におけるサポート及びスパナを示した平面図である。

本発明の実施の形態に係る、容器弁締付時の状態を示した縦断面図である。

以下に本発明に係るボンベの容器弁締め付け装置の実施形態を説明する。 容器弁締め付け装置は、図１に示すように、ボンベ搬入区域Ｓ１、ボンベ姿勢変換区域Ｓ２、バルブ高さ検出区域Ｓ３及びバルブ締付区域Ｓ４の以上４つの区域からなる。 まず、ボンベ搬入区域Ｓ１では、容器弁１が仮締めされたボンベ８が横になって転がされた状態で容器弁締め付け装置に搬入される。 次のボンベ姿勢変換区域Ｓ２では、このボンベ８は直立され、搬送機構２のクランプ機構２１により保持される。 保持されたボンベ８は、そのままこのクランプ機構２１を介して搬送機構２によりガイドレール３３に沿ってバルブ高さ検出区域Ｓ３に搬送され、バルブ高さ検出部５により容器弁１の高さを検知する。 その後、そのままバルブ締付区域Ｓ４に搬送され、仮締めされている容器弁１をボンベ８に締め付け螺着させる。

ここでまず、本実施形態における容器弁締め付け装置の構造について説明する。 ボンベ搬入区域Ｓ１には、図１に示すように、ローラの並んだ搬入路３があり、その終端には、転がってきたボンベ８を受け止めるための受け止め部３１が設けられている。 この受け止め部３１は、搬送機構２にボンベ８を受け渡すことができるように、前記搬入路３の終端を回転軸として下方に倒れ込む構造になっている。 この受け止め部３１の下方には、図１に示すように、図中Ｙ方向に水平に伸びるガイド路である２本のガイドレール３３及びフリーローラ３２が後工程の区域へ向けて敷設されている。

ボンベ姿勢変換区域Ｓ２に臨む領域には、搬送機構２が設けられており、この搬送機構２は、図１に示すように、横断面がコの字型の搬送基体２０と、ボンベ８の周面を両側から挟み付けて保持するクランプ機構２１とを備えている。 そして、この搬送機構２は、Ｘ、Ｙ方向に沿って移動可能であり、またＸ方向を回転軸として回転可能である。 これにより、受け止め部３１に横たわっているボンベ８をクランプ機構２１により保持しＸ方向を軸として９０°回転することで、ボンベ８を搬送方向に転がすことが可能なフリーローラ３２に直立させることができる。

バルブ高さ検出区域Ｓ３には、図２に示すように、運搬されてきたボンベ８の上方にバルブ高さ検出部５が設けられている。 このバルブ高さ検出部５は、昇降モータ５２と、この昇降モータ５２により昇降軸５１を介して昇降する接触センサ５０とを備えている。 検出の際には昇降モータ５２により接触センサ５０を昇降させ、この接触センサ５０が容器弁１上面と接した時点での接触センサ５０の下降距離から容器弁１の高さ位置を検出できるようになっている。

次のバルブ締付区域Ｓ４には、鉛直軸まわりに回転自在な回転ステージ７１が、図２及び図１６に示すように、その上面がボンベ８の底面の移動面と同じ高さに位置するように設けられている。 この回転ステージ７１には、ボンベ８を回転ステージに固定するための永久磁石７２が設けられている。 この永久磁石７２は、後述のように容器弁１の向きを検出し調整する際に、ボンベ８が回転せず回転ステージ７１が空回りするということを阻止する役割を持っている。
また、このバルブ締付区域Ｓ４には、図２及び図１０に示すように、回転ステージ７１に載置されたボンベ８の周面の上部４ヶ所及び下部４ヶ所を規制するための規制機構７３が設けられている。 この規制機構７３は、ボンベ８を両側から挟む規制クランプ機構７４と、この規制クランプ機構７４における、ボンベ８に当接する部位に設けられた水平回転自在な規制ローラ７５と、を備えている。 規制ローラ７５は上下の規制クランプの各々に４個ずつ設けられている。

また、図２に示すように、バルブ締付区域Ｓ４におけるボンベ８の載置位置の上方には容器弁１を締め付けるためのバルブ締付部６が設けられている。 このバルブ締付部６は、図２、図４及び図５に示すように、容器弁の弁箱の角型部１２と嵌合することで容器弁１を締め付けることができる締め付け用の嵌合部材であるスパナ６０と、このスパナ６０より上方位置に設けられ、容器弁１のグランドナットの筒部位１３に嵌合することにより容器弁１締め付け時の回動軸６９のずれを防止するための押さえ用の嵌合部であるＵ字型のサポート６１とを備えている。 なお、図５は、容器弁１の一例である。
このスパナ６０及びサポート６１は、共通の基体６７に設けられており、この基体６７の上部には、垂直な回転軸６９が取り付けられ、この回転軸６９の上端部には回転駆動機構である締付モータ６２が設けられている。 従って、締付モータ６２により回転軸６９を介して基体６７が回転する。

６４は締付モータ６２の支持台、６５は軸受け部である。 この支持台６４は、図２及び図３に示すように、第１の支持台６４ａ、第２の支持台６４ｂ及び弾性体６４ｃからなる。 第１の支持台６４ａは、締付モータ６２を下から支持しており、当該第１の支持台６４ａを水平方向に囲むように設けられた第２の支持台６４ｂと、例えばばね機構からなる弾性体６４ｃを介して、Ｘ及びＹ方向の四方にて接続されている。 そして、この第２の支持台６４ｂは、例えばシリンダ機構からなる水平移動機構６３ａにより、図中Ｘ方向（ガイドレール３３が伸びる方向と直交する方向）から支持されており、Ｘ方向に進退自在に移動可能である。 支持台６４は、この構造により、バルブ締付部６を容器弁１に嵌合し容器弁１を締め付ける際に、スパナ６０の回動軸６８と容器弁１の締め付け軸とのＸ及びＹ方向のずれを微調整するフローティング機構の役割を果たすことが可能となっている。 換言すれば、上述のように弾性体６４ｃを用いることで、基体６７、回転軸６９及び第１の支持台６４ａからなる組立体が、水平移動機構６３ａに対して水平方向に遊びを持って取り付けられているということになる。

そして、この水平移動機構６３ａはカバー６６に固定されており、このカバー６６は例えばボールねじ機構からなる昇降機構６３ｂにより昇降自在に移動可能である。 従って、バルブ締付部６は、バルブ高さ検出工程における検出結果に基づき容器弁１に嵌合可能な高さ位置に移動することができる。

また、カバー６６には、図６、図７及び図１２に示すように、光センサ７０である第１のセンサ７０ａ、第２のセンサ７０ｂ及び第３のセンサ７０ｃが備え付けられている。
第１のセンサ７０ａは、図中Ｘ方向に光軸７６ａが形成されるように、発光部７０ａ及び受光部７０ａが容器弁１の配置領域を挟んで互いに対向して設けられている。 受光部７０ａは、図中Ｙ方向（ガイドレール３３が伸びる方向）に多数の受光素子が配列され、容器弁１のガス取り出し口１０から安全弁１１までが受光ゾーンに入るように構成されている。

第２のセンサ７０ｂは、Ｙ方向に光軸７６ｂが形成されるように、発光部７０ｂ及び受光部７０ｂが容器弁１の配置領域を挟んで互いに対向して設けられている。 そして、この第２のセンサ７０ｂは、その光軸７６ｂが、図７に示すように、容器弁１の向きが着弁位置にあるとき安全弁１１により遮られ、また容器弁１の向きが着弁位置と１８０度反対向きのときガス取り出し口１０により遮られるように配置されている。
第３のセンサ７０ｃは、図中Ｙ方向に光軸７６ｃが形成されるように、発光部７０ｃ及び受光部７０ｃが容器弁１の配置領域を挟んで互いに対向して設けられている。 そして、この第３のセンサ７０ｃは、その光軸７６ｃが、図７に示すように、容器弁１の向きが着弁位置にあるときガス取り出し口１０により遮られ、また容器弁１の向きが着弁位置と１８０度反対向きのときは容器弁１に遮られないように配置されている。
これらの光センサ７０は、カバー６６を介して昇降機構６３ｂにより、昇降自在に移動可能である。

本実施形態に係る容器弁締め付け装置は、図８に示すように、コンピュータからなる制御部４を備えている。 図８中、４１はプログラム格納部（図示せず）に格納されたプログラムであり、このプログラム４１は後述の実施形態の一連の動作を実施するようにステップが組まれている。 また、容器弁１の種別に応じた締付トルク値などの入力データもこれに含まれる。 ４０はＣＰＵ、４３はバスである。

次に、上記のように構成された本実施形態の動作について図１に基づき説明する。 まず、容器弁１が仮締めされたボンベ８が、横になって転がされた状態で容器弁締め付け装置に搬入される。 このボンベ８は、搬入路３の終端に設けられている受け止め部３１にて受け取られる。 そして、搬送機構２がＸ方向に前進してクランプ機構２１、２１の間にボンベ８を挟み込み、クランプ機構２１を閉じることでボンベ８を押圧して保持する。 この状態で、受け止め部３１が下方に倒れ込むことで、ボンベ８が搬送機構２に受け渡される。 そして、搬送機構２によりボンベ８をＸ方向を軸として９０°回転し直立させる。 ここで一旦、クランプ機構２１を開きボンベ８をフリーローラ３２上に置き、再びクランプ機構２１を閉じることでボンベ８をフリーローラ３２上に保持し直す。 その後、ボンベ８は、このクランプ機構２１を介して、搬送機構２によりガイドレール３３に沿ってバルブ高さ検出区域Ｓ３に搬送される。

ボンベ８が、バルブ高さ検出部５の真下に搬送されると、図２に示すように、接触センサ５０が、下降して容器弁１の上面に接触し、バルブの高さを測定し、制御部４のバルブ高さ位置記憶部５５に記憶する。 次いで上昇して元の位置に戻る。 この接触センサ５０が容器弁１上面と接触した時点での接触センサ５０の下降距離から容器弁１の高さ位置を検出する。

次に、図９に示すように、ボンベ８はバルブ締付区域Ｓ４に搬送され（ステップＰ１）、バルブ締付工程へと移る。 まず、ボンベ８は、図１０（ａ）に示すように、上下４ヶ所ずつ規制ローラ７５により可動方向が規制され、クランプ機構２１は外される（ステップＰ２）。 これにより、ボンベ８は水平方向において回転できる状態に規制されていることになる。 そして、前工程のバルブ高さ検出結果に基づき、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、昇降機構６３ｂにより待機位置にあるカバー６６を下降させ、このカバー６６に固定されている光センサ７０の高さ位置を、容器弁１の向きを検知することができるように調整する（ステップＰ３）。
この状態で、永久磁石７２によりボンベ８を保持している回転ステージ７１が回転することで、ボンベ８を回転させる。 このとき制御部４は、受光強度検出部４２にて光センサ７０の受光信号の受光強度を検出して、スパナ６０がガス取り出し口１０や安全弁１１に衝突することなく容器弁の弁箱の角型部１２に適切に嵌合できる容器弁１の向きを把握する。 そして、回転ステージ７１を回転させて図４に示すような前記適切な向きに容器弁１の向きを合わせる（ステップＰ４）。 なお、ここで述べた容器弁１の向きの検出方法の詳細については、後述する。

更に、図１０（ｂ）に示すように、クランプ機構２１によりボンベ８の外周筒部位を再度固定し、規制機構７３による規制ローラ７５の圧着は解除する（ステップＰ５）。 図１１（ｃ）に示すように、昇降機構６３ｂによりバルブ締付部６の高さ位置を調整した後（ステップＰ６）、バルブ締付部６を水平移動機構６３ａにより容器弁１に向かって前進させ、スパナ６０及びサポート６１を夫々容器弁１の弁箱の角型部１２及び容器弁１のグランドナットの筒部位１３に嵌合させる（図１４及び図１５、ステップＰ７）。 このとき、容器弁１の水平方向（図中Ｘ及びＹ方向）の位置は、搬送機構２により予め設定された位置に配置されるため、バルブ締付部６を容器弁１に嵌合する際のバルブ締付部６の水平方向の停止位置も予め決まっている。 また、バルブ締付部６は、前述の支持台６４によるフローティング作用により、この停止位置においてスパナ６０の回動軸６８と容器弁１の締め付け軸とが一致するようになっている。

続いて、図１６に示すように、締付モータ６２によりスパナ６０及びサポート６１を回転させることで、所定のトルク値にて容器弁１をボンベ８に螺着させる（ステップＰ８）。 そして再度、規制機構７３による規制ローラ７５を圧着し、クランプ機構２１を開き（ステップＰ９）、回転ステージ７１を回転させて容器弁１の向きを締め付け前の位置に戻す（ステップＰ１０）。 次に、バルブ締付部６を水平移動機構６３ａにより後退させて容器弁１から取り外し（ステップＰ１１）、クランプ機構２１によりボンベ８をクランプすると共に規制機構７３による規制ローラ７５の圧着の解除を行い（ステップＰ１２）、ボンベ８を搬出できるようにカバー６６を昇降機構６３ｂにより待機位置まで上昇させ（図１１（ａ）、ステップＰ１３）、ボンベ８を搬出する（ステップＰ１４）。

ここで、容器弁１の向きを検出する様子について図６、図７、図１２及び図１３を用いて詳述する。 カバー６６の高さ位置は、容器弁１の向きを検出するために、図７（ａ）に示すように、ガス取り出し口１０及び安全弁１１の高さ領域が重なっている領域に第１のセンサ７０ａの光軸７６ａの高さ位置が設定され、かつ第２のセンサ７０ｂの光軸７６ｂがガス取り出し口１０の高さ位置に設定されると共に、第３のセンサ７６ｃの光軸７６ｃがガス取り出し口１０の高さ位置とは重ならず、安全弁１１の高さ位置に設定されるように、昇降機構６３ｂにより調整される。

この高さ位置において容器弁１の向きを検出すると、第１のセンサ７０ａの検出結果である受光強度は、図１２に示すように、容器弁１の向きが着弁位置もしくはそれと１８０度反対向きの位置の時にレーザー光の遮光面積が最小となることから、この時に検出結果はピーク値を示す（図１３）。 制御部４は、このピーク値を検出したときの容器弁１の回転方向位置を着弁位置もしくはそれと１８０度反対向きの位置と判定する。 なお、図１２中、第１のセンサ７０ａにおける容器弁１による遮光部はハッチングにより示す。
一方、第２のセンサ７０ｂ及び第３のセンサ７０ｃは、前記判定が行なわれたときに容器弁１が着弁位置かそれとも１８０度反対向きの位置のいずれであるかを判別するために設けられている。 つまり、第２のセンサ７０ｂ及び第３のセンサ７０ｃは、図７に示すように、容器弁１の向きが着弁位置である場合には、両方共に受光出力がゼロであるが（図７（ａ））、着弁位置と１８０度反対向きの位置である場合には、第２のセンサ７０ｂの受光出力はゼロであり第３のセンサ７０ｃにおいて受光が検出される（図７（ｂ））。
このように、これら３つの光センサ７０ａ、７０ｂ、７０ｃを組み合わせることで容器弁１の着弁位置を検知し、その時点で容器弁１の向きを着弁位置に調整する。

上述の実施形態によれば、高圧ガスボンベ８に仮締めされた容器弁１を自動で締め付けるにあたって、ボンベ８を直立姿勢で回動させ、光センサ７０を利用してガス取り出し口１０及び安全弁１１の向きを適正化し、スパナ６０を容器弁１の角型部１２に嵌合させるときに押さえ用のサポート６１を容器弁１のグランドナットの筒部位１３に嵌合させ、こうして容器弁１の上部を押さえ付けた状態でスパナ６０による締め付けを行っている。 また、バルブ締付部６と水平移動機構６３ａとの間に弾性体６４ｃが介在しているので、弾性体６４ｃのフローティング作用によりスパナ６０が角型部１２に対して適正に嵌合し、このためスパナ６０の回動軸と容器弁１の締め付け軸とが揃うこととなる。 このため、ボンベ８の芯振れが抑えられ、容器弁１とボンベ８との螺合部分等の損傷が発生しない。

なお、上記実施形態においては、スパナ６０及びサポート６１と光センサ７０とは同一の昇降機構６３ｂにより移動させる場合について説明したが、本発明はその場合だけでなく、例えばスパナ６０及びサポート６１と光センサ７０とをそれぞれ別々に上下自在に移動させることが可能な場合に対しても適用することができる。
また、上記実施形態における弾性体６４ｃとしては、例えばバルブ締付部６が水平方向において位置の微調整が可能であり且つスパナ６０と容器弁１との嵌合時の振動や衝撃に対する緩衝特性を持ち且つ外力がかかっていない時には常に一定の位置を保つようなフローティング機能を持っていればよく、例えばダンパのような構造についても本発明では「弾性体６４ｃ」に含まれる。
また、上記実施形態においては、搬送機構２と容器弁１の向き検出時の規制機構７３とが別々であったが、本発明はその場合だけでなく、例えば前記搬送機構２にクランプ機構２１及び規制機構７３の両方の機能が備えられていてもよい。

１ 容器弁１０ ガス取り出し口１１ 安全弁１２ 容器弁弁箱の角型部（スパナ嵌合部）
１３ グランドナットの筒部位（サポート嵌合部）
２ 搬送機構２０ 搬送基体２１ クランプ機構３ 搬入路３１ 受け止め部３３ ガイドレール４ 制御部４０ ＣＰＵ
４１ プログラム４２ 受光強度検出部４３ バス５ バルブ高さ検出部５０ 接触センサ５１ 昇降軸５２ 昇降モータ６ バルブ締付部６０ スパナ６１ サポート６２ 締付モータ６３ 移動機構６３ａ 水平移動機構６３ｂ 昇降機構６４ 支持台６４ａ 第１の支持台６４ｂ 第２の支持台６４ｃ 弾性体６５ 軸受け部６６ カバー６７ 基体６８ スパナの回動軸６９ 回転軸７０ 光センサ７０ａ 第１のセンサ７０ｂ 第２のセンサ７０ｃ 第３のセンサ７１ 回転ステージ７２ 永久磁石７３ 規制機構７４ 規制クランプ機構７５ 規制ローラ７６ａ、７６ｂ、７６ｃ
光軸８ 高圧ガスボンベ