JP2022153206A - 自動清浄接続装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】雄カプラーを雌カプラーに接続または分離する一連の作業を自動化させるとともに、接液部を洗浄及び乾燥可能なケミカル用自動清浄接続装置及び方法を提供する。【解決手段】自動清浄接続装置は、一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出する自動清浄接続装置において、他方のタンクに連結される雌カプラー70が配備された主本体と、一方のタンクに連結される雄カプラーをy軸方向に移動させて、雄カプラーを雌カプラー70と締結または解放するカプラー接続モジュール20と、雄カプラーと雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥するカプラー洗浄モジュール60と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、自動清浄接続装置及び方法に係り、さらに詳しくは、清浄な感情において液体運搬用の大型コンテナータンクのケミカルを自動的に積み下ろしするための自動清浄接続装置及び方法に関する。
一般に、半導体製造工場などにおいて、多種多様なケミカル(Chemical)はタンクローリー(タンク車)に積載され、運ばれて工場の貯留タンクに積み下ろし(Loading and Unloading)され、このような積み下ろし作業にクイックカプラーが用いられる。
クイックカプラー(Quick Coupler)は、雄カプラーと雌カプラーとからなり、別途の組立て工具なしにホースまたはパイプなどの管状部材同士を互いに継合または継合解除する。雄カプラーと雌カプラーとの係合または係脱を通じて管状部材の内部流路が連通または遮断される。
特に、半導体製造工場において用いられるケミカルは、酸性またはアルカリ性の毒性物質が多いため、安全事故が生じると、人体に致命的な悪影響を及ぼす虞があるため、カプラーの連結及び分離に際して接液部についているケミカルが作業員またはその他の物質に接触される汚染をブロックすることが重要である。
また、11/2”(40A)以上の比較的に大きなサイズのカプラーを連結及び連結解除する作業を行うに際して、多くの人手がかかり、作業員に無理を与える他、無理な操作により作業員が危険物質に晒される可能性が高くなる。
このような従来の不都合を解消するために、本発明においては、雄カプラーを雌カプラーに接続または分離する一連の作業を自動化させるとともに、接液部を洗浄及び乾燥可能なケミカル用自動清浄接続装置及び方法を提供する。
本発明に係る自動清浄接続装置は、一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出する自動清浄接続装置において、他方のタンクに連結される雌カプラーが配備された主本体と、一方のタンクに連結される雄カプラーをy軸方向に移動させて、雄カプラーを雌カプラーと締結または解放するカプラー接続モジュールと、雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を洗浄または乾燥するカプラー洗浄モジュールと、を備える。
前記カプラー洗浄モジュールは、雌カプラーの周りを取り囲むように設けられ、円周方向の一方の側に洗浄用流体または乾燥用流体を注入するための注入口が形成され、かつ、円周方向の他方の側に排出口が形成されて、注入口を介して流れ込んだ流体がサイクロン状に流動して内部を洗浄または乾燥する。
前記カプラー洗浄モジュールは、雄カプラーが雌カプラーと完全に係合される前に、または雄カプラーが雌カプラーから抜脱した後に、雄カプラーが雌カプラーと隣り合った状態で洗浄または乾燥を行う。
前記自動清浄接続装置は、前記雄カプラーをx軸方向に移動させて雌カプラーの定位置に位置合わせするアラインモジュールを備える。
前記アラインモジュールは、ベースプレートと、前記ベースプレートに回転自在に連結されたピニオンと、前記ピニオンを回転駆動するピニオン駆動部と、前記ピニオンを間に挟んで並ぶようにx軸方向に延びた一対のクランプガイドレールと、前記クランプガイドレールに導かれ、前記ピニオンと噛合されたラックが形成されたクランプスライダーと、
前記クランプスライダーに結合され、x軸方向の移動により雄カプラーを位置合わせするアラインクランプと、を備える。
前記自動清浄接続装置は、前記ベースプレートの一方に結合され、クランプスライダーをx軸方向に拘束及び拘束解除してクランプスライダーのストロークを2段に制御する2段制御用シリンダーを備える。
前記カプラー接続モジュールは、雄カプラーのフランジを把持して固定するグリップ部と、前記グリップ部をy軸方向に移動させる駆動部と、から構成される。
前記グリップ部は、雄カプラーのフランジが通過可能な孔が形成された把持ケースと、前記把持ケースに組み付けられ、雄カプラーのフランジを噛み込む少なくとも一対のグリッパーと、前記グリッパーが固定され、x軸方向に向かい合う一対のx軸移動ブロックと、前記x軸移動ブロックの上端に斜めに形成されたガイド溝と、前記一対のガイド溝に一緒に嵌入されて上下に導かれる昇降ブロックと、前記昇降ブロックに結合される昇降ロッドを有する昇降シリンダーと、前記x軸移動ブロックの上端が嵌入されてx軸移動ブロックをx軸方向に摺動案内するガイドハウジングと、を備える。
前記x軸移動ブロックの各一方の側には離脱止めクランプが配備され、前記離脱止めクランプは、y軸方向に雄カプラーのフランジの厚さに見合う分だけ離れた支持爪を有し、前記グリッパーが把持するとともに、前記支持爪がフランジの両端に引っ掛かる。
前記駆動部は、前記ガイドハウジングが結合されるy軸移動ブロックと、前記y軸移動ブロックをy軸方向に摺動案内するグリップ部ガイドレールと、前記グリップ部ガイドレールが結合されるフレームと、前記y軸移動ブロックのストロークを2段に制御する駆動手段と、を備える。
本発明に係る自動清浄接続方法は、一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出する自動清浄接続方法において、アラインクランプを縮めて、雄カプラーをx軸方向に位置合わせするステップと、昇降シリンダーを作動させて、グリッパーが雄カプラーのフランジの外周面を噛み込むステップと、アラインクランプを拡開させて、グリッパーが移動可能なように通路を確保するステップと、駆動手段を作動させて、雄カプラーをカプラー洗浄モジュールに移動させるステップと、カプラー洗浄モジュールを作動させて、雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を洗浄または乾燥するステップと、前記駆動手段を作動させて、雄カプラーを雌カプラーと完全に係合するステップと、を含む。
前記雄カプラーをx軸方向に位置合わせするステップは、ピニオン駆動部を作動させて、アラインクランプをx軸方向に1段縮めるステップと、雄カプラーを一対のアラインクランプの間に位置させ、2段制御用シリンダーを作動させて、アラインクランプをx軸方向に2段縮めて雄カプラーを位置合わせするステップと、を含む。
本発明に係る自動清浄接続装置及び方法は、雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部の汚染(化学物質、臭気、ヒュームなど)を自動的に取り除いてクリーンな環境を提供し、カプラー洗浄モジュールの内部において雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を効率よく洗浄及び乾燥して作業員が安全な環境において作業を行うことができ、安全事故の発生率を著しく下げることができる。
また、人手不足が深刻化している中で、人手で行い難い雄カプラーと雌カプラーとの係合または係脱の作業を自動化させて生産性を画期的に向上させ、このような係合または係脱の作業に際してのカプラー及びガスケットなどの部品の変化を極力抑える。なお、雄カプラーの固定力を極大化させて安定的な作業を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の内部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアラインモジュールを示す斜視図である。 図3の平面図である。 図3の作動例を示すものである。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置に雄カプラーを結合する例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るグリップ部を示す分解斜視図である。 図2の正面図である。 図2の側面図である。 本発明の一実施形態に係るカプラー洗浄モジュールを示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の作動過程を示すものである。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の作動過程を示すものである。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の作動過程を示すものである。
以下、添付図面に基づいて、自動清浄接続装置及び方法の技術的な構成について詳しく説明する。以下の説明に際して、図2のx軸方向が長手方向でありy軸方向が幅方向であり、z軸方向は高さ方向である。しかしながら、このような方向の設定は、説明のしやすさのためのものであり、本発明がこれに限定されることはない。
図1から図10を参照すると、本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置1は、一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出するものであって、例えば、半導体製造工場などにおいてタンクローリーに積載されたケミカルを工場の貯留タンクに積み下ろし(Loading and Unloading)する個所において使用可能である。自動清浄接続装置1は、主本体10と、アラインモジュール50と、カプラー接続モジュール20及びカプラー洗浄モジュール60を備える。
主本体10は、一方のタンク(工場の貯留タンク)と他方のタンク(タンクローリー)との間に設けられてもよく、雌カプラー70を備える。雌カプラー70は、工場の貯留タンクに連結され、雄カプラー90との連結または連結解除を通じて内部流路が連通または遮断される。雄カプラー90は、タンクローリーに連結され、雌カプラー70と係合されて工場の貯留タンクのケミカルがタンクローリーに搬入(Loading)されたりタンクローリーのケミカルが工場の貯留タンクに搬出(Unloading)されたりする。
主本体10は、概ね箱状を呈して、自動清浄接続装置1のハウジングをなす。例えば、主本体10は、工場の貯留タンクの前方に設けられ、ケミカル運搬用の大型コンテナータンクであるタンクローリーから引き出された2つの雄カプラー90を接続できるように構成される。2つの雄カプラー90は、液体用雄カプラーとガス用雄カプラーなどから互いに異なるように構成されてもよく、その直径が互いに異なるように形成されてもよい。なお、雄カプラー90は、3つ以上構成されることも可能であれば、あるいは、単一から構成されることも可能である。
雄カプラー90は、フランジ910を備え、フランジ910の一方の端部に雌カプラー70と係合される接液部940が形成される。フランジ910は、ホースフランジ930にボルトを介して締め付けられ、ホースフランジ930は、タンクローリーに連結されるホースの端部に結合される。フランジ910とホースフランジ930との間にはガスケット920が配備されてシール性を確保する。
主本体10の正面には入口101が形成され、入口101は扉により開閉される。扉は、入口101の上部と下部とにそれぞれ配備され、一方の扉は入口101の上部をヒンジ軸として上部方向に回転して開かれ、他方の扉は入口101の下部をヒンジ軸として下部方向に回転して開かれる。扉の中央部には半円状の溝が形成されて、扉の開閉に際して雄カプラー90と干渉されず、雄カプラー90がy軸方向に自由に移動可能なようになっている。主本体10には、装置の作動を制御するコントロールパネルが設けられてもよい。
アラインモジュール50は、雄カプラー90をx軸方向に移動させて雌カプラー70の定位置に位置合わせする。アラインモジュール50は、ベースプレート530と、ピニオン540と、ピニオン駆動部520と、クランプガイドレール550と、クランプスライダー560と、アラインクランプ510と、2段制御用シリンダー570と、を備える。ベースプレート530は、一定の厚さを有し、x軸方向に長い長方形の板状を呈し、上部にカバー531が組み付けられる。カバー531の上部には、アラインクランプがx軸方向に自由に移動可能なようにx軸方向に長尺状に延びた複数の孔が形成される。
ピニオン540は、ベースプレート530に回転自在に連結される。ピニオン540は、x軸方向にベースプレート530の中央部に、かつ、y軸方向にベースプレート530の中央部に配置される。ピニオン駆動部520は、ピニオン540を回転駆動するものであって、ベースプレート530の下面に垂直に固定されるモーターから構成される。ピニオン駆動部520のモーター軸は、ベースプレート530を貫通してピニオン540と係合される。
一対のクランプガイドレール550は、ベースプレート530の上面に結合され、ピニオン540を間に挟んで並ぶようにx軸方向に延設される。一対のクランプガイドレール550は、y軸方向に離間して互いに平行をなす。クランプガイドレール550は、クランプスライダー560と連結されて、クランプスライダー560をx軸方向に摺動案内する。
クランプスライダー560は、クランプガイドレール550に導かれて、クランプガイドレール550に沿ってx軸方向に摺動する。ピニオン540と向かい合うクランプスライダー560の一方の面にはラック561が形成される。ラック561は、ピニオン540と噛合され、ピニオン540の回転によりクランプスライダー560がx軸方向に直線移動する。
一対のアラインクランプ510は、クランプスライダー560の上面に結合され、x軸方向に往復移動する。アラインクランプ510のx軸方向への移動により雄カプラー90が雌カプラー70との係合位置に位置合わせされる。アラインクランプ510は、雄カプラー90と向かい合う面に流線状の屈曲部511が形成される。屈曲部511は、雄カプラー90の接液部940と対応する形状を呈して、雄カプラー90との密着力を高める。
雄カプラー90を基準として両側のアラインクランプ510は、y軸方向に互いに近づく方向に屈曲されて、x軸方向に同一線上に位置する。すなわち、雄カプラー90を基準として一方のアラインクランプ510は、クランプスライダー560の上面から後方に向かって屈曲されて延び、雄カプラー90を基準として他方のアラインクランプ510は、クランプスライダー560の上面から前方に向かって屈曲されて延びる。要するに、雄カプラー90の接液部940に密着されるアラインクランプ510の屈曲部511は、x軸方向に同一線上に位置する。
2段制御用シリンダー570は、ベースプレート530の一方に結合され、クランプスライダー560をx軸方向に拘束及び拘束解除してクランプスライダー560のストロークを2段に制御する。2段制御用シリンダー570のロッド571は、クランプスライダー560に向かってx軸方向に前進して、クランプスライダー560のx軸方向への移動を拘束する。なお、2段制御用シリンダー570のロッド571は、クランプスライダー560の反対方向に向かってx軸方向に後進して、クランプスライダー560のx軸方向への移動を拘束解除してクランプスライダー560がx軸方向にさらに移動することができる。
一対のアラインクランプ510は、x軸方向に最大限に拡開されたとき、それらの間にカプラー接続モジュール20のグリップ部30が自由に通過することができる。アラインクランプ510が最大限に拡開された位置において、ピニオン駆動部520が作動してピニオン540が回転すれば、一対のアラインクランプ510は縮まる。このとき、2段制御用シリンダー570のロッド571がクランプスライダー560の移動を拘束して、クランプスライダー560のストロークが1段に制御される。この場合、一対のアラインクランプ510は、雄カプラー90の接液部が自由に通過可能な程度にのみ拡開された状態である。
次いで、一対のアラインクランプ510の間に雄カプラー90が嵌入されれば、2段制御用シリンダー570が作動してロッド571が後進する。したがって、クランプスライダー560の拘束状態が解除されて、ピニオン駆動部520の動力によりクランプスライダー560のストロークが2段に制御される。要するに、一対のアラインクランプ510の間に嵌入された雄カプラー90は、アラインクランプ510により位置合わせされる。次いで、カプラー接続モジュール20のグリップ部30により雄カプラー90の把持が完了すると、ピニオン駆動部520が作動してピニオン540が反対の方向に回転して一対のアラインクランプ510はx軸方向に最大限に拡開される。
カプラー接続モジュール20は、雄カプラー90をy軸方向に移動させて雄カプラー90を雌カプラー70と係合または係脱させる。カプラー接続モジュール20は、グリップ部30及び駆動部40から構成される。グリップ部30は、雄カプラー90のフランジ910を把持して固定する。駆動部40は、グリップ部30をy軸方向に往復移動させる。
グリップ部30は、把持ケース310と、グリッパー321と、x軸移動ブロック320と、ガイド溝322と、昇降ブロック330と、昇降シリンダー340と、ガイドハウジング350と、を備える。
把持ケース310の中央部には、雄カプラー90のフランジ910が通過可能な孔が形成される。中央部の孔は、雄カプラー90のフランジ910が自由に通過可能なように十分な直径に形成される。なお、把持ケース310には、グリッパー321を収めるためのグリッパー溝311と、後述する離脱止めクランプ360を収めるためのクランプ溝312と、が中央部の孔の周りに沿って形成される。
グリッパー321は、把持ケース310に組み付けられ、雄カプラー90のフランジ910を噛み込む。グリッパー321は、少なくとも一対からなり、一対のグリッパー321が向かい合った状態に縮まって雄カプラー90のフランジ910の外周面を密着して固定する。雄カプラー90と向かい合うグリッパー321の一方の面には、雄カプラー90を強固に噛み込むための複数の凹凸が形成されてもよい。
x軸移動ブロック320の下部にグリッパー321が固定される。グリッパー321は、x軸移動ブロック320に一体に形成されてもよく、別途に製作されて組み立てられてもよい。一対のx軸移動ブロック320は、x軸方向に向かい合う。一対のx軸移動ブロック320がx軸方向に互いに近づくように移動すると、グリッパー321は雄カプラー90のフランジ910を固定し、一対のx軸移動ブロック320がx軸方向に互いに遠ざかるように移動すると、グリッパー321は雄カプラー90のフランジ910を固定解除する。
ガイド溝322は、x軸移動ブロック320の上端に斜めに形成される。x軸移動ブロック320の上端には、溝及び係止爪の形状に段差が形成された突出部が形成され、前記突出部に斜め状にガイド溝322が形成される。前記突出部は、後述するガイドハウジング350の横状溝351に嵌入されて摺動案内される。ガイド溝322は、昇降ブロック330の昇降に際して、昇降ブロック330を導いてx軸移動ブロック320をx軸方向に移動させる。
昇降ブロック330は、一対のガイド溝322に一緒に嵌入されて上下に導かれる。昇降ブロック330は、正面視で、概ね下部が狭く、かつ、上部の方がさらに広い台形を呈し、x軸方向に両端部がガイド溝322に嵌入される。昇降ブロック330は、昇降シリンダー340に連結されて昇降され、昇降ブロック330の昇降によりx軸移動ブロック320はx軸方向に摺動される。
昇降シリンダー340は、昇降ブロック330に結合される昇降ロッド341を有する。昇降ロッド341の端部は、昇降ブロック330の上端に結合される。昇降シリンダー340は、シリンダーハウジングと前記シリンダーハウジングの内部において移動するピストンから構成され、シリンダーハウジングは、ガイドハウジング350の内部に配備されてもよい。図7には、昇降シリンダー340におけるピストンのみが示されている。昇降シリンダー340は、昇降ブロック330の昇降に動力を与える。
ガイドハウジング350には、x軸移動ブロック320の上端が嵌入されてx軸移動ブロック320をx軸方向に摺動案内する。x軸方向にガイドハウジング350の両側面には、横方向に横状溝351が延設される。横状溝351にx軸移動ブロックの上側突出部嵌入されて摺動案内される。ガイドハウジング350には、昇降シリンダー340が組み込まれる。
昇降シリンダー340が昇降ロッド341を下降させると、昇降ブロック330がx軸移動ブロック320に形成されたガイド溝322に沿って下降しながら、一対のx軸移動ブロック320を拡開させて、グリッパー321は雄カプラー90を把持する。逆に、昇降シリンダー340が昇降ロッド341を上昇させると、昇降ブロック330がx軸移動ブロック320に形成されたガイド溝322に沿って上昇しながら、一対のx軸移動ブロック320を縮めて雄カプラー90の把持状態を解除する。
また、x軸移動ブロック320には、離脱止めクランプ360が配備される。離脱止めクランプ360は、一対のx軸移動ブロック320のそれぞれ一方の面に配備される。離脱止めクランプ360は、x軸移動ブロック320の前方面に前方に突出するように形成される。離脱止めクランプ360は、支持爪を備え、支持爪は、y軸方向に雄カプラー90のフランジ910の厚さに見合う分だけ離間する。グリッパー321が雄カプラー90を把持するとともに、支持爪はフランジ910の両端に引っ掛かる。
すなわち、支持爪は、第1の支持爪361及び第2の支持爪362から構成される。第1の支持爪361及び第2の支持爪362は、y軸方向に離脱止めクランプ360の両側に形成される。第1の支持爪361及び第2の支持爪362は、グリッパー321が雄カプラー90を把持するとともに、y軸方向にフランジ910の両端に引っ掛かるようにして、雄カプラー90がグリップ部30から抜脱され難くし、かつ、固定力を増大させる。
この場合、第1の支持爪361は、角張った形状を呈し、第2の支持爪362は、一方の面が傾斜したテーパー状を呈する。このような構成を通じて、雄カプラー90のフランジ910とホースフランジ930との間に配備されたガスケット920が第2の支持爪362の一方の面に挟み込まれてつぶされるといった歪み現象を防ぐ。第2の支持爪362のテーパー状は、第2の支持爪362がガスケット920に容易に食い込んでフランジ910にのみ引っ掛かって固定されるようにする。
駆動部40は、y軸移動ブロック440と、グリップ部ガイドレール430と、フレーム410と、駆動手段420と、を備える。
y軸移動ブロック440には、グリップ部30のガイドハウジング350が結合される。すなわち、ガイドハウジング350の上端にy軸移動ブロック440の下部が結合される。y軸移動ブロック440は、フレーム410に対してy軸方向に往復移動自在に形成される。y軸移動ブロック440及びグリップ部30は、一緒にy軸方向に移動して、グリップ部30に把持された雄カプラー90はy軸方向に移動する。
グリップ部ガイドレール430は、フレーム410に結合され、y軸方向に長尺状に延設される。グリップ部ガイドレール430は、y軸移動ブロック440をy軸方向に摺動案内する機能をする。フレーム410は、主本体10側に固設される。駆動手段420は、y軸移動ブロックのストロークを2段に制御して、雄カプラー90を3つのポジションに位置するように制御する。駆動手段420は、2つのエアシリンダーから構成されてもよく、その他の形態でも実現可能である。
すなわち、第1のエアシリンダーは、y軸移動ブロック440をグリップ部ガイドレール430に対して直線移動させる1段制御の動力を与え、第2のエアシリンダーは、第1のエアシリンダー及びy軸移動ブロック440を一体に直線移動させる2段制御の動力を与える。この場合、第1のエアシリンダーは、同じストロークに比べて比較的に手狭いスペースにも配設可能なロッドレスシリンダー(Rodless Cylinder)から構成されてもよい。なお、駆動手段420は、LMガイド、ボールスクリュー、サーボモーターなど様々な駆動構造にも実現可能である。
カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥する。好ましくは、カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄した後、乾燥を行う。洗浄液としては、脱イオン水(DeIonized Water)などが使用可能であり、乾燥用ガスとしては、窒素、不活性ガスなどが使用可能である。カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部の汚染(化学物質、臭気、ヒュームなど)を自動的に取り除いてクリーンな環境を提供する。
カプラー洗浄モジュール60は、概ね円筒状を呈し、雌カプラー70の周りを取り囲むように設けられる。また、カプラー洗浄モジュール60には、円周方向の一方に洗浄用流体または乾燥用流体を注入するための注入口610が形成され、かつ、円周方向の他方に排出口620が形成される。注入口610を介して流れ込んだ流体は、サイクロン状に流動して内部を洗浄または乾燥した後、排出口620を介して排出されてドレインタンク80に収集される。
この場合、カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90が雌カプラー70と完全に係合される前に、雄カプラー90が雌カプラー70と隣り合った状態で洗浄または乾燥を行う。あるいは、カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90が雌カプラー70から抜脱した後に、雄カプラー90が雌カプラー70と隣り合った状態で洗浄または乾燥を行う。このような構成を通じて、カプラー洗浄モジュール60の内部において、雄カプラー90と雌カプラー70との接液部を効率よく洗浄または乾燥することができる。
一方、さらに図11から図13を参照すると、本発明の一実施形態に係る自動清浄接続方法は、アラインクランプ510を縮めて雄カプラー90をx軸方向に位置合わせするステップと、昇降シリンダー340を作動させて、グリッパー321が雄カプラー90のフランジ910の外周面を噛み込むステップと、アラインクランプ510を拡開させてグリッパー321が移動可能なように通路を確保するステップと、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90をカプラー洗浄モジュール60に移動するステップと、カプラー洗浄モジュール60を作動させて、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥するステップと、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を雌カプラー70と完全に係合するステップと、を含む。
また、雄カプラー90をx軸方向に位置合わせするステップは、ピニオン駆動部520を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に1段縮めるステップと、雄カプラー90を一対のアラインクランプ510の間に位置させ、2段制御用シリンダー570を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に2段縮めて雄カプラー90を位置合わせするステップと、を含む。
さらに詳しくは、まず、作業員は、主本体10の正面扉を開き、雌カプラー70に差し込まれているプラグを抜去する。次いで、ピニオン駆動部520を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に1段縮める。アラインクランプ510を1段縮めた状態で、雄カプラー90を一対のアラインクランプ510の間に位置させ、2段制御用シリンダー570を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に2段縮めて雄カプラー90を位置合わせする。
雄カプラー90を位置合わせした直後に、または雄カプラー90を位置合わせした同時に、昇降シリンダー340を作動させて、グリッパー321が雄カプラー90のフランジ910の外周面を噛み込む。次いで、ピニオン駆動部520を反対の方向に作動させてアラインクランプ510を拡開させて、グリッパー321が移動可能なように通路を確保する。同じ方法で、隣に位置している他の雌カプラー70への他の雄カプラー90の位置合わせ及び噛み込み作業を行う。次いで、主本体10の正面扉を閉じ、コントロールパネルを操作して自動運行(Auto Run)を行う。
自動運行が開始されると、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を洗浄及び乾燥ポジションであるカプラー洗浄モジュール60に向かって移動させる。次いで、カプラー洗浄モジュール60を作動させて、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥する。洗浄及び乾燥が完了すると、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を雌カプラー70と完全に係合する。次いで、工場の貯留タンクからタンクローリーへとケミカルを搬入したり、タンクローリーから工場の貯留タンクへとケミカルを搬出したりする。
ケミカルの搬入または搬出が完了すると、雄カプラー90の抜脱は、前述した係合過程の逆順に行う。まず、雌カプラー70から雄カプラー90を一定の距離だけ隣り合った状態に離間させた後、カプラー洗浄モジュール60を作動させて、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥する。洗浄及び乾燥が完了すると、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を元の位置(Original position)に移動させる。
次いで、作業員は、主本体10の正面扉を開き、昇降シリンダー340を作動させて、雄カプラー90の把持状態を解除した後、雄カプラー90をグリップ部30から抜き外す。隣の他の雄カプラー90もまたグリップ部30から抜き外した後、プラグを雌カプラー70に差し込んで結合する。主本体10の正面扉を閉じて一連の自動清浄接続方法を終了する。
以上、本発明に係る自動清浄接続装置について図示の実施形態に基づいて説明したが、これは単なる例示的なものに過ぎず、当業者であれば、誰でもこれより様々な変形例及び均等な他の実施形態が採用可能であるという点が理解できる筈である。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想により定められるべきである。
1 自動清浄接続装置
10 主本体
20 カプラー接続モジュール
30 グリップ部
40 駆動部
50 アラインモジュール
60 カプラー洗浄モジュール
70 雌カプラー
90 雄カプラー
310 把持ケース
320 x軸移動ブロック
321 グリッパー
322 ガイド溝
330 昇降ブロック
340 昇降シリンダー
350 ガイドハウジング
360 離脱止めクランプ
410 フレーム
420 駆動手段
430 グリップ部ガイドレール
440 y軸移動ブロック
510 アラインクランプ
520 ピニオン駆動部
530 ベースプレート
540 ピニオン
550 クランプガイドレール
560 クランプスライダー
570 2段制御用シリンダー
571 ロッド
610 注入口
620 排出口
910 フランジ
920 ガスケット
930 ホースフランジ
940 接液部
本発明は、自動清浄接続装置及び方法に係り、さらに詳しくは、清浄な感情において液体運搬用の大型コンテナータンクのケミカルを自動的に積み下ろしするための自動清浄接続装置及び方法に関する。
一般に、半導体製造工場などにおいて、多種多様なケミカル(Chemical)はタンクローリー(タンク車)に積載され、運ばれて工場の貯留タンクに積み下ろし(Loading and Unloading)され、このような積み下ろし作業にクイックカプラーが用いられる(例えば、特許文献1参照)
クイックカプラー(Quick Coupler)は、雄カプラーと雌カプラーとからなり、別途の組立て工具なしにホースまたはパイプなどの管状部材同士を互いに継合または継合解除する。雄カプラーと雌カプラーとの係合または係脱を通じて管状部材の内部流路が連通または遮断される。
特に、半導体製造工場において用いられるケミカルは、酸性またはアルカリ性の毒性物質が多いため、安全事故が生じると、人体に致命的な悪影響を及ぼす虞があるため、カプラーの連結及び分離に際して接液部についているケミカルが作業員またはその他の物質に接触される汚染をブロックすることが重要である。
また、11/2”(40A)以上の比較的に大きなサイズのカプラーを連結及び連結解除する作業を行うに際して、多くの人手がかかり、作業員に無理を与える他、無理な操作により作業員が危険物質に晒される可能性が高くなる。
韓国特許第10-1894482号明細書
このような従来の不都合を解消するために、本発明においては、雄カプラーを雌カプラーに接続または分離する一連の作業を自動化させるとともに、接液部を洗浄及び乾燥可能なケミカル用自動清浄接続装置及び方法を提供する。
本発明に係る自動清浄接続装置は、一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出する自動清浄接続装置において、他方のタンクに連結される雌カプラーが配備された主本体と、一方のタンクに連結される雄カプラーをy軸方向に移動させて、雄カプラーを雌カプラーと締結または解放するカプラー接続モジュールと、雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を洗浄または乾燥するカプラー洗浄モジュールと、を備える。
前記カプラー洗浄モジュールは、雌カプラーの周りを取り囲むように設けられ、円周方向の一方の側に洗浄用流体または乾燥用流体を注入するための注入口が形成され、かつ、円周方向の他方の側に排出口が形成されて、注入口を介して流れ込んだ流体がサイクロン状に流動して内部を洗浄または乾燥する。
前記カプラー洗浄モジュールは、雄カプラーが雌カプラーと完全に係合される前に、または雄カプラーが雌カプラーから抜脱した後に、雄カプラーが雌カプラーと隣り合った状態で洗浄または乾燥を行う。
前記自動清浄接続装置は、前記雄カプラーをx軸方向に移動させて雌カプラーの定位置に位置合わせするアラインモジュールを備える。
前記アラインモジュールは、ベースプレートと、前記ベースプレートに回転自在に連結されたピニオンと、前記ピニオンを回転駆動するピニオン駆動部と、前記ピニオンを間に挟んで並ぶようにx軸方向に延びた一対のクランプガイドレールと、前記クランプガイドレールに導かれ、前記ピニオンと噛合されたラックが形成されたクランプスライダーと、
前記クランプスライダーに結合され、x軸方向の移動により雄カプラーを位置合わせするアラインクランプと、を備える。
前記自動清浄接続装置は、前記ベースプレートの一方に結合され、クランプスライダーをx軸方向に拘束及び拘束解除してクランプスライダーのストロークを2段に制御する2段制御用シリンダーを備える。
前記カプラー接続モジュールは、雄カプラーのフランジを把持して固定するグリップ部と、前記グリップ部をy軸方向に移動させる駆動部と、から構成される。
前記グリップ部は、雄カプラーのフランジが通過可能な孔が形成された把持ケースと、前記把持ケースに組み付けられ、雄カプラーのフランジを噛み込む少なくとも一対のグリッパーと、前記グリッパーが固定され、x軸方向に向かい合う一対のx軸移動ブロックと、前記x軸移動ブロックの上端に斜めに形成されたガイド溝と、前記一対のガイド溝に一緒に嵌入されて上下に導かれる昇降ブロックと、前記昇降ブロックに結合される昇降ロッドを有する昇降シリンダーと、前記x軸移動ブロックの上端が嵌入されてx軸移動ブロックをx軸方向に摺動案内するガイドハウジングと、を備える。
前記x軸移動ブロックの各一方の側には離脱止めクランプが配備され、前記離脱止めクランプは、y軸方向に雄カプラーのフランジの厚さに見合う分だけ離れた支持爪を有し、前記グリッパーが把持するとともに、前記支持爪がフランジの両端に引っ掛かる。
前記駆動部は、前記ガイドハウジングが結合されるy軸移動ブロックと、前記y軸移動ブロックをy軸方向に摺動案内するグリップ部ガイドレールと、前記グリップ部ガイドレールが結合されるフレームと、前記y軸移動ブロックのストロークを2段に制御する駆動手段と、を備える。
本発明に係る自動清浄接続方法は、一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出する自動清浄接続方法において、アラインクランプを縮めて、雄カプラーをx軸方向に位置合わせするステップと、昇降シリンダーを作動させて、グリッパーが雄カプラーのフランジの外周面を噛み込むステップと、アラインクランプを拡開させて、グリッパーが移動可能なように通路を確保するステップと、駆動手段を作動させて、雄カプラーをカプラー洗浄モジュールに移動させるステップと、カプラー洗浄モジュールを作動させて、雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を洗浄または乾燥するステップと、前記駆動手段を作動させて、雄カプラーを雌カプラーと完全に係合するステップと、を含む。
前記雄カプラーをx軸方向に位置合わせするステップは、ピニオン駆動部を作動させて、アラインクランプをx軸方向に1段縮めるステップと、雄カプラーを一対のアラインクランプの間に位置させ、2段制御用シリンダーを作動させて、アラインクランプをx軸方向に2段縮めて雄カプラーを位置合わせするステップと、を含む。
本発明に係る自動清浄接続装置及び方法は、雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部の汚染(化学物質、臭気、ヒュームなど)を自動的に取り除いてクリーンな環境を提供し、カプラー洗浄モジュールの内部において雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を効率よく洗浄及び乾燥して作業員が安全な環境において作業を行うことができ、安全事故の発生率を著しく下げることができる。
また、人手不足が深刻化している中で、人手で行い難い雄カプラーと雌カプラーとの係合または係脱の作業を自動化させて生産性を画期的に向上させ、このような係合または係脱の作業に際してのカプラー及びガスケットなどの部品の変化を極力抑える。なお、雄カプラーの固定力を極大化させて安定的な作業を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の内部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアラインモジュールを示す斜視図である。 図3の平面図である。 図3の作動例を示すものである。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置に雄カプラーを結合する例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るグリップ部を示す分解斜視図である。 図2の正面図である。 図2の側面図である。 本発明の一実施形態に係るカプラー洗浄モジュールを示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の作動過程を示すものである。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の作動過程を示すものである。 本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置の作動過程を示すものである。
以下、添付図面に基づいて、自動清浄接続装置及び方法の技術的な構成について詳しく説明する。以下の説明に際して、図2のx軸方向が長手方向でありy軸方向が幅方向であり、z軸方向は高さ方向である。しかしながら、このような方向の設定は、説明のしやすさのためのものであり、本発明がこれに限定されることはない。
図1から図10を参照すると、本発明の一実施形態に係る自動清浄接続装置1は、一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出するものであって、例えば、半導体製造工場などにおいてタンクローリーに積載されたケミカルを工場の貯留タンクに積み下ろし(Loading and Unloading)する個所において使用可能である。自動清浄接続装置1は、主本体10と、アラインモジュール50と、カプラー接続モジュール20及びカプラー洗浄モジュール60を備える。
主本体10は、一方のタンク(工場の貯留タンク)と他方のタンク(タンクローリー)との間に設けられてもよく、雌カプラー70を備える。雌カプラー70は、工場の貯留タンクに連結され、雄カプラー90との連結または連結解除を通じて内部流路が連通または遮断される。雄カプラー90は、タンクローリーに連結され、雌カプラー70と係合されて工場の貯留タンクのケミカルがタンクローリーに搬入(Loading)されたりタンクローリーのケミカルが工場の貯留タンクに搬出(Unloading)されたりする。
主本体10は、概ね箱状を呈して、自動清浄接続装置1のハウジングをなす。例えば、主本体10は、工場の貯留タンクの前方に設けられ、ケミカル運搬用の大型コンテナータンクであるタンクローリーから引き出された2つの雄カプラー90を接続できるように構成される。2つの雄カプラー90は、液体用雄カプラーとガス用雄カプラーなどから互いに異なるように構成されてもよく、その直径が互いに異なるように形成されてもよい。なお、雄カプラー90は、3つ以上構成されることも可能であれば、あるいは、単一から構成されることも可能である。
雄カプラー90は、フランジ910を備え、フランジ910の一方の端部に雌カプラー70と係合される接液部940が形成される。フランジ910は、ホースフランジ930にボルトを介して締め付けられ、ホースフランジ930は、タンクローリーに連結されるホースの端部に結合される。フランジ910とホースフランジ930との間にはガスケット920が配備されてシール性を確保する。
主本体10の正面には入口101が形成され、入口101は扉により開閉される。扉は、入口101の上部と下部とにそれぞれ配備され、一方の扉は入口101の上部をヒンジ軸として上部方向に回転して開かれ、他方の扉は入口101の下部をヒンジ軸として下部方向に回転して開かれる。扉の中央部には半円状の溝が形成されて、扉の開閉に際して雄カプラー90と干渉されず、雄カプラー90がy軸方向に自由に移動可能なようになっている。主本体10には、装置の作動を制御するコントロールパネルが設けられてもよい。
アラインモジュール50は、雄カプラー90をx軸方向に移動させて雌カプラー70の定位置に位置合わせする。アラインモジュール50は、ベースプレート530と、ピニオン540と、ピニオン駆動部520と、クランプガイドレール550と、クランプスライダー560と、アラインクランプ510と、2段制御用シリンダー570と、を備える。ベースプレート530は、一定の厚さを有し、x軸方向に長い長方形の板状を呈し、上部にカバー531が組み付けられる。カバー531の上部には、アラインクランプがx軸方向に自由に移動可能なようにx軸方向に長尺状に延びた複数の孔が形成される。
ピニオン540は、ベースプレート530に回転自在に連結される。ピニオン540は、x軸方向にベースプレート530の中央部に、かつ、y軸方向にベースプレート530の中央部に配置される。ピニオン駆動部520は、ピニオン540を回転駆動するものであって、ベースプレート530の下面に垂直に固定されるモーターから構成される。ピニオン駆動部520のモーター軸は、ベースプレート530を貫通してピニオン540と係合される。
一対のクランプガイドレール550は、ベースプレート530の上面に結合され、ピニオン540を間に挟んで並ぶようにx軸方向に延設される。一対のクランプガイドレール550は、y軸方向に離間して互いに平行をなす。クランプガイドレール550は、クランプスライダー560と連結されて、クランプスライダー560をx軸方向に摺動案内する。
クランプスライダー560は、クランプガイドレール550に導かれて、クランプガイドレール550に沿ってx軸方向に摺動する。ピニオン540と向かい合うクランプスライダー560の一方の面にはラック561が形成される。ラック561は、ピニオン540と噛合され、ピニオン540の回転によりクランプスライダー560がx軸方向に直線移動する。
一対のアラインクランプ510は、クランプスライダー560の上面に結合され、x軸方向に往復移動する。アラインクランプ510のx軸方向への移動により雄カプラー90が雌カプラー70との係合位置に位置合わせされる。アラインクランプ510は、雄カプラー90と向かい合う面に流線状の屈曲部511が形成される。屈曲部511は、雄カプラー90の接液部940と対応する形状を呈して、雄カプラー90との密着力を高める。
雄カプラー90を基準として両側のアラインクランプ510は、y軸方向に互いに近づく方向に屈曲されて、x軸方向に同一線上に位置する。すなわち、雄カプラー90を基準として一方のアラインクランプ510は、クランプスライダー560の上面から後方に向かって屈曲されて延び、雄カプラー90を基準として他方のアラインクランプ510は、クランプスライダー560の上面から前方に向かって屈曲されて延びる。要するに、雄カプラー90の接液部940に密着されるアラインクランプ510の屈曲部511は、x軸方向に同一線上に位置する。
2段制御用シリンダー570は、ベースプレート530の一方に結合され、クランプスライダー560をx軸方向に拘束及び拘束解除してクランプスライダー560のストロークを2段に制御する。2段制御用シリンダー570のロッド571は、クランプスライダー560に向かってx軸方向に前進して、クランプスライダー560のx軸方向への移動を拘束する。なお、2段制御用シリンダー570のロッド571は、クランプスライダー560の反対方向に向かってx軸方向に後進して、クランプスライダー560のx軸方向への移動を拘束解除してクランプスライダー560がx軸方向にさらに移動することができる。
一対のアラインクランプ510は、x軸方向に最大限に拡開されたとき、それらの間にカプラー接続モジュール20のグリップ部30が自由に通過することができる。アラインクランプ510が最大限に拡開された位置において、ピニオン駆動部520が作動してピニオン540が回転すれば、一対のアラインクランプ510は縮まる。このとき、2段制御用シリンダー570のロッド571がクランプスライダー560の移動を拘束して、クランプスライダー560のストロークが1段に制御される。この場合、一対のアラインクランプ510は、雄カプラー90の接液部が自由に通過可能な程度にのみ拡開された状態である。
次いで、一対のアラインクランプ510の間に雄カプラー90が嵌入されれば、2段制御用シリンダー570が作動してロッド571が後進する。したがって、クランプスライダー560の拘束状態が解除されて、ピニオン駆動部520の動力によりクランプスライダー560のストロークが2段に制御される。要するに、一対のアラインクランプ510の間に嵌入された雄カプラー90は、アラインクランプ510により位置合わせされる。次いで、カプラー接続モジュール20のグリップ部30により雄カプラー90の把持が完了すると、ピニオン駆動部520が作動してピニオン540が反対の方向に回転して一対のアラインクランプ510はx軸方向に最大限に拡開される。
カプラー接続モジュール20は、雄カプラー90をy軸方向に移動させて雄カプラー90を雌カプラー70と係合または係脱させる。カプラー接続モジュール20は、グリップ部30及び駆動部40から構成される。グリップ部30は、雄カプラー90のフランジ910を把持して固定する。駆動部40は、グリップ部30をy軸方向に往復移動させる。
グリップ部30は、把持ケース310と、グリッパー321と、x軸移動ブロック320と、ガイド溝322と、昇降ブロック330と、昇降シリンダー340と、ガイドハウジング350と、を備える。
把持ケース310の中央部には、雄カプラー90のフランジ910が通過可能な孔が形成される。中央部の孔は、雄カプラー90のフランジ910が自由に通過可能なように十分な直径に形成される。なお、把持ケース310には、グリッパー321を収めるためのグリッパー溝311と、後述する離脱止めクランプ360を収めるためのクランプ溝312と、が中央部の孔の周りに沿って形成される。
グリッパー321は、把持ケース310に組み付けられ、雄カプラー90のフランジ910を噛み込む。グリッパー321は、少なくとも一対からなり、一対のグリッパー321が向かい合った状態に縮まって雄カプラー90のフランジ910の外周面を密着して固定する。雄カプラー90と向かい合うグリッパー321の一方の面には、雄カプラー90を強固に噛み込むための複数の凹凸が形成されてもよい。
x軸移動ブロック320の下部にグリッパー321が固定される。グリッパー321は、x軸移動ブロック320に一体に形成されてもよく、別途に製作されて組み立てられてもよい。一対のx軸移動ブロック320は、x軸方向に向かい合う。一対のx軸移動ブロック320がx軸方向に互いに近づくように移動すると、グリッパー321は雄カプラー90のフランジ910を固定し、一対のx軸移動ブロック320がx軸方向に互いに遠ざかるように移動すると、グリッパー321は雄カプラー90のフランジ910を固定解除する。
ガイド溝322は、x軸移動ブロック320の上端に斜めに形成される。x軸移動ブロック320の上端には、溝及び係止爪の形状に段差が形成された突出部が形成され、前記突出部に斜め状にガイド溝322が形成される。前記突出部は、後述するガイドハウジング350の横状溝351に嵌入されて摺動案内される。ガイド溝322は、昇降ブロック330の昇降に際して、昇降ブロック330を導いてx軸移動ブロック320をx軸方向に移動させる。
昇降ブロック330は、一対のガイド溝322に一緒に嵌入されて上下に導かれる。昇降ブロック330は、正面視で、概ね下部が狭く、かつ、上部の方がさらに広い台形を呈し、x軸方向に両端部がガイド溝322に嵌入される。昇降ブロック330は、昇降シリンダー340に連結されて昇降され、昇降ブロック330の昇降によりx軸移動ブロック320はx軸方向に摺動される。
昇降シリンダー340は、昇降ブロック330に結合される昇降ロッド341を有する。昇降ロッド341の端部は、昇降ブロック330の上端に結合される。昇降シリンダー340は、シリンダーハウジングと前記シリンダーハウジングの内部において移動するピストンから構成され、シリンダーハウジングは、ガイドハウジング350の内部に配備されてもよい。図7には、昇降シリンダー340におけるピストンのみが示されている。昇降シリンダー340は、昇降ブロック330の昇降に動力を与える。
ガイドハウジング350には、x軸移動ブロック320の上端が嵌入されてx軸移動ブロック320をx軸方向に摺動案内する。x軸方向にガイドハウジング350の両側面には、横方向に横状溝351が延設される。横状溝351にx軸移動ブロックの上側突出部嵌入されて摺動案内される。ガイドハウジング350には、昇降シリンダー340が組み込まれる。
昇降シリンダー340が昇降ロッド341を下降させると、昇降ブロック330がx軸移動ブロック320に形成されたガイド溝322に沿って下降しながら、一対のx軸移動ブロック320を拡開させて、グリッパー321は雄カプラー90を把持する。逆に、昇降シリンダー340が昇降ロッド341を上昇させると、昇降ブロック330がx軸移動ブロック320に形成されたガイド溝322に沿って上昇しながら、一対のx軸移動ブロック320を縮めて雄カプラー90の把持状態を解除する。
また、x軸移動ブロック320には、離脱止めクランプ360が配備される。離脱止めクランプ360は、一対のx軸移動ブロック320のそれぞれ一方の面に配備される。離脱止めクランプ360は、x軸移動ブロック320の前方面に前方に突出するように形成される。離脱止めクランプ360は、支持爪を備え、支持爪は、y軸方向に雄カプラー90のフランジ910の厚さに見合う分だけ離間する。グリッパー321が雄カプラー90を把持するとともに、支持爪はフランジ910の両端に引っ掛かる。
すなわち、支持爪は、第1の支持爪361及び第2の支持爪362から構成される。第1の支持爪361及び第2の支持爪362は、y軸方向に離脱止めクランプ360の両側に形成される。第1の支持爪361及び第2の支持爪362は、グリッパー321が雄カプラー90を把持するとともに、y軸方向にフランジ910の両端に引っ掛かるようにして、雄カプラー90がグリップ部30から抜脱され難くし、かつ、固定力を増大させる。
この場合、第1の支持爪361は、角張った形状を呈し、第2の支持爪362は、一方の面が傾斜したテーパー状を呈する。このような構成を通じて、雄カプラー90のフランジ910とホースフランジ930との間に配備されたガスケット920が第2の支持爪362の一方の面に挟み込まれてつぶされるといった歪み現象を防ぐ。第2の支持爪362のテーパー状は、第2の支持爪362がガスケット920に容易に食い込んでフランジ910にのみ引っ掛かって固定されるようにする。
駆動部40は、y軸移動ブロック440と、グリップ部ガイドレール430と、フレーム410と、駆動手段420と、を備える。
y軸移動ブロック440には、グリップ部30のガイドハウジング350が結合される。すなわち、ガイドハウジング350の上端にy軸移動ブロック440の下部が結合される。y軸移動ブロック440は、フレーム410に対してy軸方向に往復移動自在に形成される。y軸移動ブロック440及びグリップ部30は、一緒にy軸方向に移動して、グリップ部30に把持された雄カプラー90はy軸方向に移動する。
グリップ部ガイドレール430は、フレーム410に結合され、y軸方向に長尺状に延設される。グリップ部ガイドレール430は、y軸移動ブロック440をy軸方向に摺動案内する機能をする。フレーム410は、主本体10側に固設される。駆動手段420は、y軸移動ブロックのストロークを2段に制御して、雄カプラー90を3つのポジションに位置するように制御する。駆動手段420は、2つのエアシリンダーから構成されてもよく、その他の形態でも実現可能である。
すなわち、第1のエアシリンダーは、y軸移動ブロック440をグリップ部ガイドレール430に対して直線移動させる1段制御の動力を与え、第2のエアシリンダーは、第1のエアシリンダー及びy軸移動ブロック440を一体に直線移動させる2段制御の動力を与える。この場合、第1のエアシリンダーは、同じストロークに比べて比較的に手狭いスペースにも配設可能なロッドレスシリンダー(Rodless Cylinder)から構成されてもよい。なお、駆動手段420は、LMガイド、ボールスクリュー、サーボモーターなど様々な駆動構造にも実現可能である。
カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥する。好ましくは、カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄した後、乾燥を行う。洗浄液としては、脱イオン水(DeIonized Water)などが使用可能であり、乾燥用ガスとしては、窒素、不活性ガスなどが使用可能である。カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部の汚染(化学物質、臭気、ヒュームなど)を自動的に取り除いてクリーンな環境を提供する。
カプラー洗浄モジュール60は、概ね円筒状を呈し、雌カプラー70の周りを取り囲むように設けられる。また、カプラー洗浄モジュール60には、円周方向の一方に洗浄用流体または乾燥用流体を注入するための注入口610が形成され、かつ、円周方向の他方に排出口620が形成される。注入口610を介して流れ込んだ流体は、サイクロン状に流動して内部を洗浄または乾燥した後、排出口620を介して排出されてドレインタンク80に収集される。
この場合、カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90が雌カプラー70と完全に係合される前に、雄カプラー90が雌カプラー70と隣り合った状態で洗浄または乾燥を行う。あるいは、カプラー洗浄モジュール60は、雄カプラー90が雌カプラー70から抜脱した後に、雄カプラー90が雌カプラー70と隣り合った状態で洗浄または乾燥を行う。このような構成を通じて、カプラー洗浄モジュール60の内部において、雄カプラー90と雌カプラー70との接液部を効率よく洗浄または乾燥することができる。
一方、さらに図11から図13を参照すると、本発明の一実施形態に係る自動清浄接続方法は、アラインクランプ510を縮めて雄カプラー90をx軸方向に位置合わせするステップと、昇降シリンダー340を作動させて、グリッパー321が雄カプラー90のフランジ910の外周面を噛み込むステップと、アラインクランプ510を拡開させてグリッパー321が移動可能なように通路を確保するステップと、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90をカプラー洗浄モジュール60に移動するステップと、カプラー洗浄モジュール60を作動させて、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥するステップと、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を雌カプラー70と完全に係合するステップと、を含む。
また、雄カプラー90をx軸方向に位置合わせするステップは、ピニオン駆動部520を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に1段縮めるステップと、雄カプラー90を一対のアラインクランプ510の間に位置させ、2段制御用シリンダー570を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に2段縮めて雄カプラー90を位置合わせするステップと、を含む。
さらに詳しくは、まず、作業員は、主本体10の正面扉を開き、雌カプラー70に差し込まれているプラグを抜去する。次いで、ピニオン駆動部520を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に1段縮める。アラインクランプ510を1段縮めた状態で、雄カプラー90を一対のアラインクランプ510の間に位置させ、2段制御用シリンダー570を作動させて、アラインクランプ510をx軸方向に2段縮めて雄カプラー90を位置合わせする。
雄カプラー90を位置合わせした直後に、または雄カプラー90を位置合わせした同時に、昇降シリンダー340を作動させて、グリッパー321が雄カプラー90のフランジ910の外周面を噛み込む。次いで、ピニオン駆動部520を反対の方向に作動させてアラインクランプ510を拡開させて、グリッパー321が移動可能なように通路を確保する。同じ方法で、隣に位置している他の雌カプラー70への他の雄カプラー90の位置合わせ及び噛み込み作業を行う。次いで、主本体10の正面扉を閉じ、コントロールパネルを操作して自動運行(Auto Run)を行う。
自動運行が開始されると、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を洗浄及び乾燥ポジションであるカプラー洗浄モジュール60に向かって移動させる。次いで、カプラー洗浄モジュール60を作動させて、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥する。洗浄及び乾燥が完了すると、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を雌カプラー70と完全に係合する。次いで、工場の貯留タンクからタンクローリーへとケミカルを搬入したり、タンクローリーから工場の貯留タンクへとケミカルを搬出したりする。
ケミカルの搬入または搬出が完了すると、雄カプラー90の抜脱は、前述した係合過程の逆順に行う。まず、雌カプラー70から雄カプラー90を一定の距離だけ隣り合った状態に離間させた後、カプラー洗浄モジュール60を作動させて、雄カプラー90と雌カプラー70との間の接液部を洗浄または乾燥する。洗浄及び乾燥が完了すると、駆動手段420を作動させて、雄カプラー90を元の位置(Original position)に移動させる。
次いで、作業員は、主本体10の正面扉を開き、昇降シリンダー340を作動させて、雄カプラー90の把持状態を解除した後、雄カプラー90をグリップ部30から抜き外す。隣の他の雄カプラー90もまたグリップ部30から抜き外した後、プラグを雌カプラー70に差し込んで結合する。主本体10の正面扉を閉じて一連の自動清浄接続方法を終了する。
以上、本発明に係る自動清浄接続装置について図示の実施形態に基づいて説明したが、これは単なる例示的なものに過ぎず、当業者であれば、誰でもこれより様々な変形例及び均等な他の実施形態が採用可能であるという点が理解できる筈である。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想により定められるべきである。
1 自動清浄接続装置
10 主本体
20 カプラー接続モジュール
30 グリップ部
40 駆動部
50 アラインモジュール
60 カプラー洗浄モジュール
70 雌カプラー
90 雄カプラー
310 把持ケース
320 x軸移動ブロック
321 グリッパー
322 ガイド溝
330 昇降ブロック
340 昇降シリンダー
350 ガイドハウジング
360 離脱止めクランプ
410 フレーム
420 駆動手段
430 グリップ部ガイドレール
440 y軸移動ブロック
510 アラインクランプ
520 ピニオン駆動部
530 ベースプレート
540 ピニオン
550 クランプガイドレール
560 クランプスライダー
570 2段制御用シリンダー
571 ロッド
610 注入口
620 排出口
910 フランジ
920 ガスケット
930 ホースフランジ
940 接液部
以下、添付図面に基づいて、自動清浄接続装置及び方法の技術的な構成について詳しく説明する。以下の説明に際して、図2のy軸方向が雄カプラーと雌カプラーの軸線方向であり、x軸方向が幅方向であり、z軸方向は高さ方向である。しかしながら、このような方向の設定は、説明のしやすさのためのものであり、本発明がこれに限定されることはない。

Claims (12)

  1. 一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出する自動清浄接続装置において、
    他方のタンクに連結される雌カプラーが配備された主本体と、
    一方のタンクに連結される雄カプラーをy軸方向に移動させて、雄カプラーを雌カプラーと締結または解放するカプラー接続モジュールと、
    雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を洗浄または乾燥するカプラー洗浄モジュールと、
    を備える自動清浄接続装置。
  2. 前記カプラー洗浄モジュールは、
    雌カプラーの周りを取り囲むように設けられ、円周方向の一方の側に洗浄用流体または乾燥用流体を注入するための注入口が形成され、かつ、円周方向の他方の側に排出口が形成されて、注入口を介して流れ込んだ流体がサイクロン状に流動して内部を洗浄または乾燥する請求項1に記載の自動清浄接続装置。
  3. 前記カプラー洗浄モジュールは、
    雄カプラーが雌カプラーと完全に係合される前に、または雄カプラーが雌カプラーから抜脱した後に、雄カプラーが雌カプラーと隣り合った状態で洗浄または乾燥を行う請求項1に記載の自動清浄接続装置。
  4. 前記雄カプラーをx軸方向に移動させて雌カプラーの定位置に位置合わせするアラインモジュールを備える請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の自動清浄接続装置。
  5. 前記アラインモジュールは、
    ベースプレートと、
    前記ベースプレートに回転自在に連結されたピニオンと、
    前記ピニオンを回転駆動するピニオン駆動部と、
    前記ピニオンを間に挟んで並ぶようにx軸方向に延びた一対のクランプガイドレールと、
    前記クランプガイドレールに導かれ、前記ピニオンと噛合されたラックが形成されたクランプスライダーと、
    前記クランプスライダーに結合され、x軸方向の移動により雄カプラーを位置合わせするアラインクランプと、
    を備える請求項4に記載の自動清浄接続装置。
  6. 前記ベースプレートの一方に結合され、クランプスライダーをx軸方向に拘束及び拘束解除してクランプスライダーのストロークを2段に制御する2段制御用シリンダーを備える請求項5に記載の自動清浄接続装置。
  7. 前記カプラー接続モジュールは、
    雄カプラーのフランジを把持して固定するグリップ部と、前記グリップ部をy軸方向に移動させる駆動部と、から構成される請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の自動清浄接続装置。
  8. 前記グリップ部は、
    雄カプラーのフランジが通過可能な孔が形成された把持ケースと、
    前記把持ケースに組み付けられ、雄カプラーのフランジを噛み込む少なくとも一対のグリッパーと、
    前記グリッパーが固定され、x軸方向に向かい合う一対のx軸移動ブロックと、
    前記x軸移動ブロックの上端に斜めに形成されたガイド溝と、
    前記一対のガイド溝に一緒に嵌入されて上下に導かれる昇降ブロックと、
    前記昇降ブロックに結合される昇降ロッドを有する昇降シリンダーと、
    前記x軸移動ブロックの上端が嵌入されてx軸移動ブロックをx軸方向に摺動案内するガイドハウジングと、
    を備える請求項7に記載の自動清浄接続装置。
  9. 前記x軸移動ブロックの各一方の側には離脱止めクランプが配備され、
    前記離脱止めクランプは、y軸方向に雄カプラーのフランジの厚さに見合う分だけ離れた支持爪を有し、
    前記グリッパーが把持するとともに、前記支持爪がフランジの両端に引っ掛かる請求項8に記載の自動清浄接続装置。
  10. 前記駆動部は、
    前記ガイドハウジングが結合されるy軸移動ブロックと、
    前記y軸移動ブロックをy軸方向に摺動案内するグリップ部ガイドレールと、
    前記グリップ部ガイドレールが結合されるフレームと、
    前記y軸移動ブロックのストロークを2段に制御する駆動手段と、
    を備える請求項8に記載の自動清浄接続装置。
  11. 一方のタンクから他方のタンクへとケミカルを搬入または搬出する自動清浄接続方法において、
    アラインクランプを縮めて、雄カプラーをx軸方向に位置合わせするステップと、
    昇降シリンダーを作動させて、グリッパーが雄カプラーのフランジの外周面を噛み込むステップと、
    アラインクランプを拡開させて、グリッパーが移動可能なように通路を確保するステップと、
    駆動手段を作動させて、雄カプラーをカプラー洗浄モジュールに移動させるステップと、
    カプラー洗浄モジュールを作動させて、雄カプラーと雌カプラーとの間の接液部を洗浄または乾燥するステップと、
    前記駆動手段を作動させて、雄カプラーを雌カプラーと完全に係合するステップと、
    を含む自動清浄接続方法。
  12. 前記雄カプラーをx軸方向に位置合わせするステップは、
    ピニオン駆動部を作動させて、アラインクランプをx軸方向に1段縮めるステップと、
    雄カプラーを一対のアラインクランプの間に位置させ、2段制御用シリンダーを作動させて、アラインクランプをx軸方向に2段縮めて雄カプラーを位置合わせするステップと、
    を含む請求項11に記載の自動清浄接続方法。
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