JP3558902B2 - 管継手 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管の着脱に使用される管継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化学工場や食品工場等のプラント施設においては、流体状の原材料や中間製品を配管を介して各処理装置に搬送することが多い。そして、このようなプラント施設において品種や製造ロットを切り換える場合には、処理装置に接続されている配管を他の配管に切り換える操作が行われる。
【０００３】
この際、配管の着脱作業が困難であると、迅速な切り換えができないため、配管の着脱を容易に行うことができるように、従来から各種の管継手が提案および実用化されている。例えば実開昭６３−４７３４７号公報には、図５に示すように、円筒形状の管継手本体５１の挿入側５１ａに、弾性リングチャック５３を軸心方向に対して傾斜して設けると共に摺動環５４を軸心方向に摺動自在に設け、さらに、摺動環５４を摺動させるレバー５５を回動自在に設けた構成の管継手が提案されている。
【０００４】
そして、この構成において、レバー５５を図示二点鎖線の位置から図示実線の位置に回動させる操作をオペレータが行うと、摺動環５４を介して弾性リングチャック５３が押圧されて直立し、弾性リングチャック５３の爪５３ａが第２配管５７の外周面に食い込んで第２配管５７をロック状態にするため、第１配管５６と第２配管５７とを容易に接続することができる。また、レバー５５を逆方向に回動させる操作を行った場合には、上記と逆の動作で爪５３ａの食い込みが解除されてアンロック状態になるため、第１配管５６と第２配管５７とを容易に離反させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、オペレータがレバー５５を回動させることにより第２配管５７を着脱する構成では、第２配管５７の切り換え時に必ず人手を要するため、プラント施設の自動化および省人化を進める上で障害になるという問題がある。また、第２配管５７の切り換えごとに、オペレータが管継手の場所まで行って作業する必要があるため、オペレータにとって負担が大きいと共に、オペレータの作業スペースを確保しなければならないため、敷地面積の有効利用が不十分になるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、配管の着脱を自動化することができると共に遠隔操作することができる管継手を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、一端側に突出部を有する第１継手と、前記突出部に挿入される挿入部を有し、前記第１継手と接続される第２継手と、前記挿入部の外周に設けられた凹部と、前記突出部に回動自在に軸支され、回動によって前記凹部に係脱して前記突出部に前記挿入部が挿入された接続状態をロックまたはアンロックさせるカムと、前記第１継手の外周に設けられ、該第１継手の軸方向に移動する可動部を有するアクチュエータ手段と、前記可動部に一端部が回動自在に軸支され、他端部が前記カムの一端に回動自在に連結され、軸方向移動可能な前記可動部と回動可能な前記カムとを連結するリンクと、を備えてなり、前記アクチュエータ手段は離れた部位に設置される操作部により作動し、前記可動部が前記第１継手の軸方向に移動して、前記リンクを介して前記突出部に軸支された前記カムの他端部を回動中心として前記カムを回動させるものであり、前記第１継手に固定されたピストン部材と、前記ピトスン部材と摺動する内周を有するとともに前記第１継手の外周に摺動自在に設けられたシリンダ部材と、前記シリンダ部材をロック方向に付勢する付勢手段と、を有してなり、前記シリンダ部材が前記可動部材であって、前記操作部は、前記ピストン部材と前記シリンダ部材で区画される作動室へのアンロック方向に作用する流体の供給を制御するものであることを特徴としている。上記の構成によれば、アクチュエータ手段と離れた部位にある操作部とで、ロックおよびアンロックの切り換えを遠隔操作することができるため、オペレータが管継手の場所まで移動して切り換え作業を行う必要がない。従って、オペレータの負担を軽減することができると共に、オペレータの作業スペースが不要になるため、敷地面積を有効に利用することが可能になり、さらに配管の着脱を自動化することが可能になる。
【０００８】
さらに、上記の構成によれば、最小限のスペースでアクチュエータ手段を構成することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の管継手であって、前記凹部を前記挿入部の外周円の接線方向に延在する形状にし、前記カムを前記凹部に線接触するように形成したことを特徴としている。上記の構成によれば、カムが凹部に係合したときに線接触するため、点接触するものよりも面圧が低く、磨耗が少なくロック状態をより確実に維持することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図４に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る管継手は、図１に示すように、一端側同士が液密状態に接合される第１継手１と第２継手２とを有している。第１継手１は、両端にかけて連通された管形状に形成されており、第１継手１における他端側（第２継手２側とは反対側）の端面には、図示しないＯリング等のシール部材を嵌合させる第１嵌合溝１ａが環状に形成されている。また、第１継手１は、他端側から一端側にかけて連結溝１ｂと第１摺動面部１ｃと第２摺動面部１ｄと環状の突出部１ｅとをこの順に有している。連結溝１ｂは、第１継手１の外周面の全体に条設されており、第１継手１の他端側の端面に当接される第１配管３を連結する図示しない連結具が嵌合されるようになっている。
【００１１】
また、第１摺動面部１ｃおよび第２摺動面部１ｄは、第１継手１の外周面を鏡面状態に加工することにより形成されている。第１摺動面部１ｃは、第２摺動面部１ｄとの境界部分に段部１ｆを生じさせるように、第２摺動面部１ｄの外周径よりも小さな外周径に設定されている。そして、第１摺動面部１ｃにおける段部１ｆの近傍には、第２嵌合溝１ｇが形成されており、第２嵌合溝１ｇには、シール部材４が嵌合されている。
【００１２】
上記の第２摺動面部１ｄの一端側に形成された突出部１ｅは、端部に固定用フランジ３０が取り付けられている。また、突出部１ｅは、第２継手２の外径よりも大きな内周径を有するように形成されている。突出部１ｅの内周面には、第３嵌合溝１ｋが形成されており、第３嵌合溝１ｋには、第２継手２の一端側の端面に当接するシール部材７が嵌合されている。このシール部材７は、突出部１ｅの内周と後述する挿入部２の外周に設けてもよいが、洗浄性を考慮した場合には、シールが内部流路に露出している方が好ましい。さらに、突出部１ｅには、外周面から内周面にかけて貫通された貫通穴１ｈと、貫通穴１ｈから一端側方向に凹湾曲形状に立ち上げられたリンク逃げ部１ｉとが形成されている。そして、これらの貫通穴１ｈおよびリンク逃げ部１ｉは、軸心Ｏを介して対向する２か所の位置にそれぞれ配置されている。
【００１３】
上記のように構成された第１継手１には、第１継手１と同一の内径を有した第２継手２が接続されるようになっている。第２継手２は、上述の突出部１ｅの内周面に摺動自在に挿入される挿入部２ａと、挿入部２ａの他端側から立ち上げられたフランジ部２ｂとを有している。挿入部２ａの外周面には、底部が接線方向に形成された楕円形状の凹部２ｃが上述の貫通穴１ｈに対応する位置に形成されている。一方、フランジ部２ｂには、第２配管８をボルト締めにより第２継手２に固定するためのボルト挿通穴２ｄが形成されている。
【００１４】
また、第１継手１の外周側には、アクチュエータ機構５が設けられている。各アクチュエータ機構５は、第１摺動面部１ｃに嵌挿された環状のピストン部材６と、ピストン部材６が摺動する内周を有したシリンダ部材１０とを備えている。上記のピストン部材６は、シリンダ部材１０の内部空間を区画することによって、シリンダ部材１０内に第１作動室１１と第２作動室１２とを形成させている。また、ピストン部材６は、一方の側面が段部１ｆに当接され、他方の側面が第１摺動面部１ｃに固設されたストッパ部材１３に当接されることによって、軸心Ｏ方向に固定された状態にされている。また、ピストン部材６は、内周面に第２嵌合溝１ｇのシール部材４が当接され、外周面にシール部材１４が設けられており、これらのシール部材４・１４は、第１作動室１１および第２作動室１２を気密可能に区画している。
【００１５】
一方、ピストン部材６を収容したシリンダ部材１０は、一端側および他端側が第１摺動面部１ｃおよび第２摺動面部１ｄに摺動自在にそれぞれ貫挿されており、各摺動面部１ｃ・１ｄとの摺動面には、複数のシール部材１６・１７とダストシール１５・１８とが設けられている。また、第２作動室１２には、スプリング状のバネ１９が設けられている。バネ１９は、一端がピストン部材６に固設され、他端が第２作動室１２の他端面１２ａに固設されており、第２作動室１２の他端面１２ａをピストン部材６から離隔する方向（Ｂ方向）に付勢している。
【００１６】
上記のシリンダ部材１０には、第１作動室１１を外部に連通する第１連通穴１０ａと、第２作動室１２を外部に連通する第２連通穴１０ｂとが形成されている。第１連通穴１０ａには、空気配管２０および電磁弁２１を介して図示しないコンプレッサが接続されている。電磁弁２１は、ＯＮ状態となったときに図示しないコンプレッサからの圧縮空気を第１作動室１１に供給してシリンダ部材１０をＡ方向に移動させる一方、ＯＦＦ状態となったときに圧縮空気の供給を停止して第１作動室１１を大気中に開放し、バネ１９によりシリンダ部材１０をＢ方向に移動させるようになっている。
【００１７】
上記の電磁弁２１は、信号線２２ａを介して集中監視室等に設置された操作部２３に接続されている。この操作部２３には、近接スイッチ３１が信号線２２ｂを介して接続されており、近接スイッチ３１は、図３に示すように、突出部１ｅの外周面に設けられ、アンロック状態になるまでシリンダ部材１０が移動したときに、シリンダ部材１０を検出してアンロック状態検出信号を出力するようになっている。そして、操作部２３は、図１に示すように、オペレータや監視装置の指令に基づいて切換信号（ロック信号、アンロック信号）を電磁弁２１に送信することによって、電磁弁２１をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り換えるようになっていると共に、アンロック状態検出信号に基づいて第１継手１の突出部１ｅへの第２継手２の挿入部２ａの出し入れが可能な状態を検出するようになっている。
【００１８】
上記のようにして電磁弁２１の切り換えでＡ方向またはＢ方向に進退移動されるシリンダ部材１０の一端側には、湾曲形状に形成されたリンク２４の一端部が第１回動軸２７により回動自在に設けられている。リンク２４の他端部には、カム２５の一端部が第２回動軸２８により回動自在に連結されており、カム２５の他端部は、第３回動軸２９により突出部１ｅに回動自在に連結されている。そして、カム２５の第３回動軸２９側の係合凸部２５ａは、半球形状に形成されており、カム２５は、シリンダ部材１０がＢ方向に移動したときに第２継手２の凹部２ｃに係合凸部２５ａを係合させ、シリンダ部材１０がＡ方向に移動するときに凹部２ｃから係合凸部２５ａを係脱するようになっている。
【００１９】
上記の構成において、管継手の動作について説明する。尚、以降の説明においては、説明の便宜のため、複数のタンクに収容された原材料等の組み合わせを切り換えながら処理装置に供給するプラント施設に適用した場合を想定する。
【００２０】
先ず、準備段階として、原材料等を収容したタンク側の第１配管３に第１継手１の端面を当接した後、図示しない連結具により第１継手１と第１配管３とを連結する。また、第２配管８の端面を処理装置側の第２配管８に当接し、ボルト等を用いて第２継手２と第２配管８とを連結する。また、第２配管８は、図示しない配管移動装置により任意の位置に相対的に移動可能にされている。
【００２１】
次に、集中監視室において、オペレータや監視装置が生産状況を監視する。そして、品種や製造ロットの切り換えが必要になったと認識すると、次の組み合わせの接続状態となるように、切換対象となる管継手を特定する。この後、手動運転に設定されていればオペレータが操作部２３を操作し、自動運転に設定されていれば監視装置が操作部２３を操作することによって、特定された管継手のロック状態をアンロック状態に切り換える。
【００２２】
即ち、操作部２３からアンロック信号が送信され、信号線２２を介して電磁弁２１に入力される。電磁弁２１は、アンロック信号によりＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換わることによって、図示しないコンプレッサからの圧縮空気を第１作動室１１に供給する。これにより、圧縮空気の圧力が第１作動室１１の壁面に作用することによって、シリンダ部材１０がバネ１９のＢ方向の付勢力に打ち勝ってＡ方向に移動することになる。
【００２３】
シリンダ部材１０がＡ方向に移動すると、カム２５の係合凸部２５ａを第２継手２の凹部２ｃに係合させて管継手をロック状態にしているリンク２４およびカム２５に対してＡ方向の付勢力が作用する。この際、第１回動軸２７および第３回動軸２９は、シリンダ部材１０および突出部１ｅにそれぞれ固設されているため、これらの各回動軸２７・２９に軸支されたリンク２４の一端部およびカム２５の他端部は、シリンダ部材１０および突出部１ｅに対してそれぞれ回動自在に固定された状態になっている。一方、リンク２４とカム２５とを連結する第２回動軸２８は、移動自在にされている。これにより、リンク２４が第１回動軸２７を回動中心として回動し、カム２５が第３回動軸２９を回動中心として回動することによって、リンク２４およびカム２５間の第２回動軸２８がＡ方向に移動することになる。
【００２４】
この後、図２に示すように、カム２５の半球形状の係合凸部２５ａが第２継手２の凹部２ｃから十分に係脱された状態になると共に、カム２５が挿入部２ａの外周面から外れた位置に移動することによって、管継手がアンロック状態に切り換わる。
【００２５】
また、上記のリンク２４およびカム２５を回動させるシリンダ部材１０がアンロック状態なる位置まで移動すると、図３に示すように、近接スイッチ３１がシリンダ部材１０を検出してアンロック状態検出信号を送信する。アンロック状態検出信号は、図１の操作部２３に入力され、操作部２３は、アンロック状態検出信号の入力を検知したときに、アンロック状態になった旨をオペレータおよび監視装置に報知する。
【００２６】
オペレータや監視装置がアンロック状態を確認すると、操作部２３を介して図示しない配管移動装置に対して第２継手２を第１継手１から抜脱した後、次の第２配管８の第２継手２を第１継手１に装着するように指令する。これにより、配管移動装置は、先ず、第２継手２を第１継手１から離隔するように軸心Ｏ方向に移動して第１継手１から抜脱する。この後、次の切換対象の第２配管８に接続された第２継手２を第１継手１の軸心Ｏに一致すように移動した後、第１継手１方向に水平移動して突出部１ｅに挿入する。そして、第１継手１に対する第２継手２の装着を完了した旨の信号を操作部２３に送信する。
【００２７】
操作部２３は、第２継手２の装着を確認すると、図１に示すように、ロック信号を電磁弁２１に送信し、電磁弁２１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換える。ＯＦＦ状態に切り換わった電磁弁２１は、圧縮空気の供給を停止して第１作動室１１を大気中に開放し、第１作動室１１内の圧縮空気を大気中に放出させる。これにより、第１作動室１１の壁面に作用していた圧縮空気の圧力が消失することによって、第２作動室１２内のバネ１９の付勢力によりシリンダ部材１０がＢ方向に移動することになる。
【００２８】
シリンダ部材１０がＢ方向に移動すると、上述のアンロック時とは逆の動作によって、リンク２４およびカム２５間の第２回動軸２８がＢ方向に移動する。そして、このようにしてカム２５が回動すると、カム２５の半球形状の係合凸部２５ａが第２継手２の凹部２ｃに係合し、係合凸部２５ａが凹部２ｃに点状に当接しながら、凹部２ｃを介して第２継手２をＢ方向に移動させる。これにより、第１継手１と第２継手２とがロック状態に接合されることになる。尚、この接合時に、シール部材７が圧縮変形して管継手の内部通路に露出するため、原材料が第１継手１と第２継手２との接合部に残留する量を極めて低減させることができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態の管継手は、一端側に突出部１ｅを有する第１継手１と、突出部１ｅに挿入されてシールされる挿入部２ａを有する第２継手２と、挿入部２ａの外周に設けられた凹部２ｃと、突出部１ｅに軸支され、回動によって凹部２ｃに係脱して突出部１ｅに対する挿入部２ａの挿入状態をロックまたはアンロックさせるカム２５と、第１継手１の外周に設けられ、軸方向（Ａ方向およびＢ方向）に移動するシリンダ部材１０（可動部）を有するアクチュエータ機構５（アクチュエータ手段）と、軸方向に移動可能なシリンダ部材１０と回動可能なカム２５とを連結するリンク２４とを備え、アクチュエータ機構５が離れた部位に設置される操作部２３により作動するように構成されている。尚、上記のアクチュエータ機構５は、セルフシールタイプの管継手に適用することもできる。
【００３０】
上記の構成によれば、アクチュエータ機構５と離れた部位にある操作部２３とで、ロックおよびアンロックの切り換えを遠隔操作することができるため、オペレータが管継手の場所まで移動して切り換え作業を行う必要がない。従って、オペレータの負担を軽減することができると共に、オペレータの作業スペースが不要になるため、敷地面積を有効に利用することが可能になり、さらに配管の着脱を自動化することが可能になる。
【００３１】
また、本実施形態においては、アクチュエータ機構５が第１継手１に固定されたピストン部材６と、ピストン部材６が摺動する内周を有し、第１継手１の外周に摺動自在に設けられたシリンダ部材１０とを有し、操作部がピストン部材６で区画される作動室（第１作動室１１）への圧縮空気（流体）の供給を制御するように構成されている。尚、本実施形態においては、流体として圧縮空気を用いているが、これに限定されることはなく、オイルが用いられていても良い。そして、この構成であれば、第１継手１の外周にシリンダ部材１０を設けたので、最小限のスペースでアクチュエータ機構５を構成することができる。
【００３２】
また、本実施形態においては、ピストン部材６とシリンダ部材１０との間の第２作動室１２に、カム２５を凹部２ｃと係合させる移動方向（Ｂ方向）に付勢するバネ１９を設けた構成にされている。そして、この構成によれば、機器の故障等により圧縮空気を供給できなくなったり、圧縮空気の圧力が消失した場合であっても、バネ１９がロック状態を維持するため、高い安全性を維持することができる。
【００３３】
尚、本実施形態においては、第２作動室１２にバネ１９を設け、アンロック状態からロック状態への切り換えをバネ１９の付勢力を利用して行っているが、これに限定されることはなく、シリンダ部材１０の第２連通穴１０ｂに空気配管２０を接続し、第２連通穴１０ｂに圧縮空気を供給することによって、アクチュエータ機構５を単動シンリンダ構造から複動シリンダ構造に変え、圧縮空気でアンロック状態に切り換えるようになっていても良い。この場合において、電磁弁２１は、２ポート・２位置弁ではなく、４ポート・２位置弁を採用する。
【００３４】
また、本実施形態においては、カム２５の係合凸部２５ａおよび第２継手２の凹部２ｃをそれぞれ半球形状に形成し、係合凸部２５ａを凹部２ｃに係合させて点接触させることによりロック状態を維持しているが、これに限定されることもない。即ち、図４に示すように、挿入部２ａの外周円の接線方向に延在する形状に凹部２ｃ'を形成すると共に、この凹部２ｃ'に線接触するように係合凸部２５ａ'を形成した構成にされていても良い。そして、この構成であれば、カム２５'の係合凸部２５ａ'が凹部２ｃ'に係合したときに線接触するため、点接触よりも面圧が低く、磨耗が少ないことから、ロック状態をより確実に維持することができる。さらに、本実施形態のように、第１継手１と第２継手２との端面同士をシール部材７を介在させて気密に接続する場合には、カム２５'および凹部２ｃ'の磨耗が少なく、端面位置が後退しないので、シール部材７を適度に圧縮してシール性を保持することができることから耐久性が増す。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、一端側に突出部を有する第１継手と、前記突出部に挿入される挿入部を有し、前記第１継手と接続される第２継手と、前記挿入部の外周に設けられた凹部と、前記突出部に回動自在に軸支され、回動によって前記凹部に係脱して前記突出部に前記挿入部が挿入された接続状態をロックまたはアンロックさせるカムと、前記第１継手の外周に設けられ、該第１継手の軸方向に移動する可動部を有するアクチュエータ手段と、前記可動部に一端部が回動自在に軸支され、他端部が前記カムの一端に回動自在に連結され、軸方向移動可能な前記可動部と回動可能な前記カムとを連結するリンクと、を備えてなり、前記アクチュエータ手段は離れた部位に設置される操作部により作動し、前記可動部が前記第１継手の軸方向に移動して、前記リンクを介して前記突出部に軸支された前記カムの他端部を回動中心として前記カムを回動させるものであり、前記第１継手に固定されたピストン部材と、前記ピトスン部材と摺動する内周を有するとともに前記第１継手の外周に摺動自在に設けられたシリンダ部材と、前記シリンダ部材をロック方向に付勢する付勢手段と、を有してなり、前記シリンダ部材が前記可動部材であって、前記操作部は、前記ピストン部材と前記シリンダ部材で区画される作動室へのアンロック方向に作用する流体の供給を制御する構成である。上記の構成によれば、アクチュエータ手段と離れた部位にある操作部とで、ロックおよびアンロックの切り換えを遠隔操作することができるため、オペレータが管継手の場所まで移動して切り換え作業を行う必要がない。従って、オペレータの負担を軽減することができると共に、オペレータの作業スペースが不要になるため、敷地面積を有効に利用することが可能になり、さらに配管の着脱を自動化することが可能になるという効果を奏する。
【００３６】
さらに、上記の構成によれば、最小限のスペースでアクチュエータ手段を構成することができるという効果を奏する。
【００３７】
請求項２の発明は、請求項１記載の管継手であって、前記凹部を前記挿入部の外周円の接線方向に延在する形状にし、前記カムを前記凹部に線接触するように形成した構成である。上記の構成によれば、カムが凹部に係合したときに線接触するため、ロック状態をより確実に維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】管継手のロック状態を示す説明図である。
【図２】管継手のアンロック状態を示す説明図である。
【図３】近接スイッチによりシリンダ部材を検出する状態を示す説明図である。
【図４】カムの凹部への係合状態を示す説明図である。
【図５】従来例を示すものであり、管継手のアンロック状態とロック状態とを示す説明図である。
【符号の説明】
１ 第１継手
１ｂ 連結溝
１ｃ 第１摺動面部
１ｄ 第２摺動面部
１ｅ 突出部
１ｆ 段部
１ｇ 第２嵌合溝
１ｈ 貫通穴
１ｉ リンク逃げ部
２ 第２継手
２ａ 挿入部
２ｂ フランジ部
２ｃ 凹部
２ｄ ボルト挿通穴
３ 第１配管
４ シール部材
５ アクチュエータ機構
６ ピストン部材
７ シール部材
８ 第２配管
１０ シリンダ部材
１１ 第１作動室
１２ 第２作動室
１３ ストッパ部材
１４ シール部材
１９ バネ
２０ 空気配管
２１ 電磁弁
２３ 操作部
２４ リンク
２５ カム
２５ａ 係合凸部
２７ 第１回動軸
２８ 第２回動軸
２９ 第３回動軸
３１ 近接スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管の着脱に使用される管継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化学工場や食品工場等のプラント施設においては、流体状の原材料や中間製品を配管を介して各処理装置に搬送することが多い。そして、このようなプラント施設において品種や製造ロットを切り換える場合には、処理装置に接続されている配管を他の配管に切り換える操作が行われる。
【０００３】
この際、配管の着脱作業が困難であると、迅速な切り換えができないため、配管の着脱を容易に行うことができるように、従来から各種の管継手が提案および実用化されている。例えば実開昭６３−４７３４７号公報には、図５に示すように、円筒形状の管継手本体５１の挿入側５１ａに、弾性リングチャック５３を軸心方向に対して傾斜して設けると共に摺動環５４を軸心方向に摺動自在に設け、さらに、摺動環５４を摺動させるレバー５５を回動自在に設けた構成の管継手が提案されている。
【０００４】
そして、この構成において、レバー５５を図示二点鎖線の位置から図示実線の位置に回動させる操作をオペレータが行うと、摺動環５４を介して弾性リングチャック５３が押圧されて直立し、弾性リングチャック５３の爪５３ａが第２配管５７の外周面に食い込んで第２配管５７をロック状態にするため、第１配管５６と第２配管５７とを容易に接続することができる。また、レバー５５を逆方向に回動させる操作を行った場合には、上記と逆の動作で爪５３ａの食い込みが解除されてアンロック状態になるため、第１配管５６と第２配管５７とを容易に離反させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、オペレータがレバー５５を回動させることにより第２配管５７を着脱する構成では、第２配管５７の切り換え時に必ず人手を要するため、プラント施設の自動化および省人化を進める上で障害になるという問題がある。また、第２配管５７の切り換えごとに、オペレータが管継手の場所まで行って作業する必要があるため、オペレータにとって負担が大きいと共に、オペレータの作業スペースを確保しなければならないため、敷地面積の有効利用が不十分になるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、配管の着脱を自動化することができると共に遠隔操作することができる管継手を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、一端側に突出部を有する第１継手と、前記突出部に挿入される挿入部を有し、前記第１継手と接続される第２継手と、前記挿入部の外周に設けられた凹部と、前記突出部に回動自在に軸支され、回動によって前記凹部に係脱して前記突出部に前記挿入部が挿入された接続状態をロックまたはアンロックさせるカムと、前記第１継手の外周に設けられ、該第１継手の軸方向に移動する可動部を有するアクチュエータ手段と、前記可動部に一端部が回動自在に軸支され、他端部が前記カムの一端に回動自在に連結され、軸方向移動可能な前記可動部と回動可能な前記カムとを連結するリンクと、を備えてなり、前記アクチュエータ手段は離れた部位に設置される操作部により作動し、前記可動部が前記第１継手の軸方向に移動して、前記リンクを介して前記突出部に軸支された前記カムの他端部を回動中心として前記カムを回動させるものであり、前記第１継手に固定されたピストン部材と、前記ピトスン部材と摺動する内周を有するとともに前記第１継手の外周に摺動自在に設けられたシリンダ部材と、前記シリンダ部材をロック方向に付勢する付勢手段と、を有してなり、前記シリンダ部材が前記可動部材であって、前記操作部は、前記ピストン部材と前記シリンダ部材で区画される作動室へのアンロック方向に作用する流体の供給を制御するものであることを特徴としている。上記の構成によれば、アクチュエータ手段と離れた部位にある操作部とで、ロックおよびアンロックの切り換えを遠隔操作することができるため、オペレータが管継手の場所まで移動して切り換え作業を行う必要がない。従って、オペレータの負担を軽減することができると共に、オペレータの作業スペースが不要になるため、敷地面積を有効に利用することが可能になり、さらに配管の着脱を自動化することが可能になる。
【０００８】
さらに、上記の構成によれば、最小限のスペースでアクチュエータ手段を構成することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の管継手であって、前記凹部を前記挿入部の外周円の接線方向に延在する形状にし、前記カムを前記凹部に線接触するように形成したことを特徴としている。上記の構成によれば、カムが凹部に係合したときに線接触するため、点接触するものよりも面圧が低く、磨耗が少なくロック状態をより確実に維持することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図４に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る管継手は、図１に示すように、一端側同士が液密状態に接合される第１継手１と第２継手２とを有している。第１継手１は、両端にかけて連通された管形状に形成されており、第１継手１における他端側（第２継手２側とは反対側）の端面には、図示しないＯリング等のシール部材を嵌合させる第１嵌合溝１ａが環状に形成されている。また、第１継手１は、他端側から一端側にかけて連結溝１ｂと第１摺動面部１ｃと第２摺動面部１ｄと環状の突出部１ｅとをこの順に有している。連結溝１ｂは、第１継手１の外周面の全体に条設されており、第１継手１の他端側の端面に当接される第１配管３を連結する図示しない連結具が嵌合されるようになっている。
【００１１】
また、第１摺動面部１ｃおよび第２摺動面部１ｄは、第１継手１の外周面を鏡面状態に加工することにより形成されている。第１摺動面部１ｃは、第２摺動面部１ｄとの境界部分に段部１ｆを生じさせるように、第２摺動面部１ｄの外周径よりも小さな外周径に設定されている。そして、第１摺動面部１ｃにおける段部１ｆの近傍には、第２嵌合溝１ｇが形成されており、第２嵌合溝１ｇには、シール部材４が嵌合されている。
【００１２】
上記の第２摺動面部１ｄの一端側に形成された突出部１ｅは、端部に固定用フランジ３０が取り付けられている。また、突出部１ｅは、第２継手２の外径よりも大きな内周径を有するように形成されている。突出部１ｅの内周面には、第３嵌合溝１ｋが形成されており、第３嵌合溝１ｋには、第２継手２の一端側の端面に当接するシール部材７が嵌合されている。このシール部材７は、突出部１ｅの内周と後述する挿入部２の外周に設けてもよいが、洗浄性を考慮した場合には、シールが内部流路に露出している方が好ましい。さらに、突出部１ｅには、外周面から内周面にかけて貫通された貫通穴１ｈと、貫通穴１ｈから一端側方向に凹湾曲形状に立ち上げられたリンク逃げ部１ｉとが形成されている。そして、これらの貫通穴１ｈおよびリンク逃げ部１ｉは、軸心Ｏを介して対向する２か所の位置にそれぞれ配置されている。
【００１３】
上記のように構成された第１継手１には、第１継手１と同一の内径を有した第２継手２が接続されるようになっている。第２継手２は、上述の突出部１ｅの内周面に摺動自在に挿入される挿入部２ａと、挿入部２ａの他端側から立ち上げられたフランジ部２ｂとを有している。挿入部２ａの外周面には、底部が接線方向に形成された楕円形状の凹部２ｃが上述の貫通穴１ｈに対応する位置に形成されている。一方、フランジ部２ｂには、第２配管８をボルト締めにより第２継手２に固定するためのボルト挿通穴２ｄが形成されている。
【００１４】
また、第１継手１の外周側には、アクチュエータ機構５が設けられている。各アクチュエータ機構５は、第１摺動面部１ｃに嵌挿された環状のピストン部材６と、ピストン部材６が摺動する内周を有したシリンダ部材１０とを備えている。上記のピストン部材６は、シリンダ部材１０の内部空間を区画することによって、シリンダ部材１０内に第１作動室１１と第２作動室１２とを形成させている。また、ピストン部材６は、一方の側面が段部１ｆに当接され、他方の側面が第１摺動面部１ｃに固設されたストッパ部材１３に当接されることによって、軸心Ｏ方向に固定された状態にされている。また、ピストン部材６は、内周面に第２嵌合溝１ｇのシール部材４が当接され、外周面にシール部材１４が設けられており、これらのシール部材４・１４は、第１作動室１１および第２作動室１２を気密可能に区画している。
【００１５】
一方、ピストン部材６を収容したシリンダ部材１０は、一端側および他端側が第１摺動面部１ｃおよび第２摺動面部１ｄに摺動自在にそれぞれ貫挿されており、各摺動面部１ｃ・１ｄとの摺動面には、複数のシール部材１６・１７とダストシール１５・１８とが設けられている。また、第２作動室１２には、スプリング状のバネ１９が設けられている。バネ１９は、一端がピストン部材６に固設され、他端が第２作動室１２の他端面１２ａに固設されており、第２作動室１２の他端面１２ａをピストン部材６から離隔する方向（Ｂ方向）に付勢している。
【００１６】
上記のシリンダ部材１０には、第１作動室１１を外部に連通する第１連通穴１０ａと、第２作動室１２を外部に連通する第２連通穴１０ｂとが形成されている。第１連通穴１０ａには、空気配管２０および電磁弁２１を介して図示しないコンプレッサが接続されている。電磁弁２１は、ＯＮ状態となったときに図示しないコンプレッサからの圧縮空気を第１作動室１１に供給してシリンダ部材１０をＡ方向に移動させる一方、ＯＦＦ状態となったときに圧縮空気の供給を停止して第１作動室１１を大気中に開放し、バネ１９によりシリンダ部材１０をＢ方向に移動させるようになっている。
【００１７】
上記の電磁弁２１は、信号線２２ａを介して集中監視室等に設置された操作部２３に接続されている。この操作部２３には、近接スイッチ３１が信号線２２ｂを介して接続されており、近接スイッチ３１は、図３に示すように、突出部１ｅの外周面に設けられ、アンロック状態になるまでシリンダ部材１０が移動したときに、シリンダ部材１０を検出してアンロック状態検出信号を出力するようになっている。そして、操作部２３は、図１に示すように、オペレータや監視装置の指令に基づいて切換信号（ロック信号、アンロック信号）を電磁弁２１に送信することによって、電磁弁２１をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り換えるようになっていると共に、アンロック状態検出信号に基づいて第１継手１の突出部１ｅへの第２継手２の挿入部２ａの出し入れが可能な状態を検出するようになっている。
【００１８】
上記のようにして電磁弁２１の切り換えでＡ方向またはＢ方向に進退移動されるシリンダ部材１０の一端側には、湾曲形状に形成されたリンク２４の一端部が第１回動軸２７により回動自在に設けられている。リンク２４の他端部には、カム２５の一端部が第２回動軸２８により回動自在に連結されており、カム２５の他端部は、第３回動軸２９により突出部１ｅに回動自在に連結されている。そして、カム２５の第３回動軸２９側の係合凸部２５ａは、半球形状に形成されており、カム２５は、シリンダ部材１０がＢ方向に移動したときに第２継手２の凹部２ｃに係合凸部２５ａを係合させ、シリンダ部材１０がＡ方向に移動するときに凹部２ｃから係合凸部２５ａを係脱するようになっている。
【００１９】
上記の構成において、管継手の動作について説明する。尚、以降の説明においては、説明の便宜のため、複数のタンクに収容された原材料等の組み合わせを切り換えながら処理装置に供給するプラント施設に適用した場合を想定する。
【００２０】
先ず、準備段階として、原材料等を収容したタンク側の第１配管３に第１継手１の端面を当接した後、図示しない連結具により第１継手１と第１配管３とを連結する。また、第２配管８の端面を処理装置側の第２配管８に当接し、ボルト等を用いて第２継手２と第２配管８とを連結する。また、第２配管８は、図示しない配管移動装置により任意の位置に相対的に移動可能にされている。
【００２１】
次に、集中監視室において、オペレータや監視装置が生産状況を監視する。そして、品種や製造ロットの切り換えが必要になったと認識すると、次の組み合わせの接続状態となるように、切換対象となる管継手を特定する。この後、手動運転に設定されていればオペレータが操作部２３を操作し、自動運転に設定されていれば監視装置が操作部２３を操作することによって、特定された管継手のロック状態をアンロック状態に切り換える。
【００２２】
即ち、操作部２３からアンロック信号が送信され、信号線２２を介して電磁弁２１に入力される。電磁弁２１は、アンロック信号によりＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換わることによって、図示しないコンプレッサからの圧縮空気を第１作動室１１に供給する。これにより、圧縮空気の圧力が第１作動室１１の壁面に作用することによって、シリンダ部材１０がバネ１９のＢ方向の付勢力に打ち勝ってＡ方向に移動することになる。
【００２３】
シリンダ部材１０がＡ方向に移動すると、カム２５の係合凸部２５ａを第２継手２の凹部２ｃに係合させて管継手をロック状態にしているリンク２４およびカム２５に対してＡ方向の付勢力が作用する。この際、第１回動軸２７および第３回動軸２９は、シリンダ部材１０および突出部１ｅにそれぞれ固設されているため、これらの各回動軸２７・２９に軸支されたリンク２４の一端部およびカム２５の他端部は、シリンダ部材１０および突出部１ｅに対してそれぞれ回動自在に固定された状態になっている。一方、リンク２４とカム２５とを連結する第２回動軸２８は、移動自在にされている。これにより、リンク２４が第１回動軸２７を回動中心として回動し、カム２５が第３回動軸２９を回動中心として回動することによって、リンク２４およびカム２５間の第２回動軸２８がＡ方向に移動することになる。
【００２４】
この後、図２に示すように、カム２５の半球形状の係合凸部２５ａが第２継手２の凹部２ｃから十分に係脱された状態になると共に、カム２５が挿入部２ａの外周面から外れた位置に移動することによって、管継手がアンロック状態に切り換わる。
【００２５】
また、上記のリンク２４およびカム２５を回動させるシリンダ部材１０がアンロック状態なる位置まで移動すると、図３に示すように、近接スイッチ３１がシリンダ部材１０を検出してアンロック状態検出信号を送信する。アンロック状態検出信号は、図１の操作部２３に入力され、操作部２３は、アンロック状態検出信号の入力を検知したときに、アンロック状態になった旨をオペレータおよび監視装置に報知する。
【００２６】
オペレータや監視装置がアンロック状態を確認すると、操作部２３を介して図示しない配管移動装置に対して第２継手２を第１継手１から抜脱した後、次の第２配管８の第２継手２を第１継手１に装着するように指令する。これにより、配管移動装置は、先ず、第２継手２を第１継手１から離隔するように軸心Ｏ方向に移動して第１継手１から抜脱する。この後、次の切換対象の第２配管８に接続された第２継手２を第１継手１の軸心Ｏに一致すように移動した後、第１継手１方向に水平移動して突出部１ｅに挿入する。そして、第１継手１に対する第２継手２の装着を完了した旨の信号を操作部２３に送信する。
【００２７】
操作部２３は、第２継手２の装着を確認すると、図１に示すように、ロック信号を電磁弁２１に送信し、電磁弁２１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り換える。ＯＦＦ状態に切り換わった電磁弁２１は、圧縮空気の供給を停止して第１作動室１１を大気中に開放し、第１作動室１１内の圧縮空気を大気中に放出させる。これにより、第１作動室１１の壁面に作用していた圧縮空気の圧力が消失することによって、第２作動室１２内のバネ１９の付勢力によりシリンダ部材１０がＢ方向に移動することになる。
【００２８】
シリンダ部材１０がＢ方向に移動すると、上述のアンロック時とは逆の動作によって、リンク２４およびカム２５間の第２回動軸２８がＢ方向に移動する。そして、このようにしてカム２５が回動すると、カム２５の半球形状の係合凸部２５ａが第２継手２の凹部２ｃに係合し、係合凸部２５ａが凹部２ｃに点状に当接しながら、凹部２ｃを介して第２継手２をＢ方向に移動させる。これにより、第１継手１と第２継手２とがロック状態に接合されることになる。尚、この接合時に、シール部材７が圧縮変形して管継手の内部通路に露出するため、原材料が第１継手１と第２継手２との接合部に残留する量を極めて低減させることができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態の管継手は、一端側に突出部１ｅを有する第１継手１と、突出部１ｅに挿入されてシールされる挿入部２ａを有する第２継手２と、挿入部２ａの外周に設けられた凹部２ｃと、突出部１ｅに軸支され、回動によって凹部２ｃに係脱して突出部１ｅに対する挿入部２ａの挿入状態をロックまたはアンロックさせるカム２５と、第１継手１の外周に設けられ、軸方向（Ａ方向およびＢ方向）に移動するシリンダ部材１０（可動部）を有するアクチュエータ機構５（アクチュエータ手段）と、軸方向に移動可能なシリンダ部材１０と回動可能なカム２５とを連結するリンク２４とを備え、アクチュエータ機構５が離れた部位に設置される操作部２３により作動するように構成されている。尚、上記のアクチュエータ機構５は、セルフシールタイプの管継手に適用することもできる。
【００３０】
上記の構成によれば、アクチュエータ機構５と離れた部位にある操作部２３とで、ロックおよびアンロックの切り換えを遠隔操作することができるため、オペレータが管継手の場所まで移動して切り換え作業を行う必要がない。従って、オペレータの負担を軽減することができると共に、オペレータの作業スペースが不要になるため、敷地面積を有効に利用することが可能になり、さらに配管の着脱を自動化することが可能になる。
【００３１】
また、本実施形態においては、アクチュエータ機構５が第１継手１に固定されたピストン部材６と、ピストン部材６が摺動する内周を有し、第１継手１の外周に摺動自在に設けられたシリンダ部材１０とを有し、操作部がピストン部材６で区画される作動室（第１作動室１１）への圧縮空気（流体）の供給を制御するように構成されている。尚、本実施形態においては、流体として圧縮空気を用いているが、これに限定されることはなく、オイルが用いられていても良い。そして、この構成であれば、第１継手１の外周にシリンダ部材１０を設けたので、最小限のスペースでアクチュエータ機構５を構成することができる。
【００３２】
また、本実施形態においては、ピストン部材６とシリンダ部材１０との間の第２作動室１２に、カム２５を凹部２ｃと係合させる移動方向（Ｂ方向）に付勢するバネ１９を設けた構成にされている。そして、この構成によれば、機器の故障等により圧縮空気を供給できなくなったり、圧縮空気の圧力が消失した場合であっても、バネ１９がロック状態を維持するため、高い安全性を維持することができる。
【００３３】
尚、本実施形態においては、第２作動室１２にバネ１９を設け、アンロック状態からロック状態への切り換えをバネ１９の付勢力を利用して行っているが、これに限定されることはなく、シリンダ部材１０の第２連通穴１０ｂに空気配管２０を接続し、第２連通穴１０ｂに圧縮空気を供給することによって、アクチュエータ機構５を単動シンリンダ構造から複動シリンダ構造に変え、圧縮空気でアンロック状態に切り換えるようになっていても良い。この場合において、電磁弁２１は、２ポート・２位置弁ではなく、４ポート・２位置弁を採用する。
【００３４】
また、本実施形態においては、カム２５の係合凸部２５ａおよび第２継手２の凹部２ｃをそれぞれ半球形状に形成し、係合凸部２５ａを凹部２ｃに係合させて点接触させることによりロック状態を維持しているが、これに限定されることもない。即ち、図４に示すように、挿入部２ａの外周円の接線方向に延在する形状に凹部２ｃ'を形成すると共に、この凹部２ｃ'に線接触するように係合凸部２５ａ'を形成した構成にされていても良い。そして、この構成であれば、カム２５'の係合凸部２５ａ'が凹部２ｃ'に係合したときに線接触するため、点接触よりも面圧が低く、磨耗が少ないことから、ロック状態をより確実に維持することができる。さらに、本実施形態のように、第１継手１と第２継手２との端面同士をシール部材７を介在させて気密に接続する場合には、カム２５'および凹部２ｃ'の磨耗が少なく、端面位置が後退しないので、シール部材７を適度に圧縮してシール性を保持することができることから耐久性が増す。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、一端側に突出部を有する第１継手と、前記突出部に挿入される挿入部を有し、前記第１継手と接続される第２継手と、前記挿入部の外周に設けられた凹部と、前記突出部に回動自在に軸支され、回動によって前記凹部に係脱して前記突出部に前記挿入部が挿入された接続状態をロックまたはアンロックさせるカムと、前記第１継手の外周に設けられ、該第１継手の軸方向に移動する可動部を有するアクチュエータ手段と、前記可動部に一端部が回動自在に軸支され、他端部が前記カムの一端に回動自在に連結され、軸方向移動可能な前記可動部と回動可能な前記カムとを連結するリンクと、を備えてなり、前記アクチュエータ手段は離れた部位に設置される操作部により作動し、前記可動部が前記第１継手の軸方向に移動して、前記リンクを介して前記突出部に軸支された前記カムの他端部を回動中心として前記カムを回動させるものであり、前記第１継手に固定されたピストン部材と、前記ピトスン部材と摺動する内周を有するとともに前記第１継手の外周に摺動自在に設けられたシリンダ部材と、前記シリンダ部材をロック方向に付勢する付勢手段と、を有してなり、前記シリンダ部材が前記可動部材であって、前記操作部は、前記ピストン部材と前記シリンダ部材で区画される作動室へのアンロック方向に作用する流体の供給を制御する構成である。上記の構成によれば、アクチュエータ手段と離れた部位にある操作部とで、ロックおよびアンロックの切り換えを遠隔操作することができるため、オペレータが管継手の場所まで移動して切り換え作業を行う必要がない。従って、オペレータの負担を軽減することができると共に、オペレータの作業スペースが不要になるため、敷地面積を有効に利用することが可能になり、さらに配管の着脱を自動化することが可能になるという効果を奏する。
【００３６】
さらに、上記の構成によれば、最小限のスペースでアクチュエータ手段を構成することができるという効果を奏する。
【００３７】
請求項２の発明は、請求項１記載の管継手であって、前記凹部を前記挿入部の外周円の接線方向に延在する形状にし、前記カムを前記凹部に線接触するように形成した構成である。上記の構成によれば、カムが凹部に係合したときに線接触するため、ロック状態をより確実に維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】管継手のロック状態を示す説明図である。
【図２】管継手のアンロック状態を示す説明図である。
【図３】近接スイッチによりシリンダ部材を検出する状態を示す説明図である。
【図４】カムの凹部への係合状態を示す説明図である。
【図５】従来例を示すものであり、管継手のアンロック状態とロック状態とを示す説明図である。
【符号の説明】
１ 第１継手
１ｂ 連結溝
１ｃ 第１摺動面部
１ｄ 第２摺動面部
１ｅ 突出部
１ｆ 段部
１ｇ 第２嵌合溝
１ｈ 貫通穴
１ｉ リンク逃げ部
２ 第２継手
２ａ 挿入部
２ｂ フランジ部
２ｃ 凹部
２ｄ ボルト挿通穴
３ 第１配管
４ シール部材
５ アクチュエータ機構
６ ピストン部材
７ シール部材
８ 第２配管
１０ シリンダ部材
１１ 第１作動室
１２ 第２作動室
１３ ストッパ部材
１４ シール部材
１９ バネ
２０ 空気配管
２１ 電磁弁
２３ 操作部
２４ リンク
２５ カム
２５ａ 係合凸部
２７ 第１回動軸
２８ 第２回動軸
２９ 第３回動軸
３１ 近接スイッチ
Claims (2)
- 一端側に突出部を有する第１継手と、
前記突出部に挿入される挿入部を有し、前記第１継手と接続される第２継手と、
前記挿入部の外周に設けられた凹部と、
前記突出部に回動自在に軸支され、回動によって前記凹部に係脱して前記突出部に前記挿入部が挿入された接続状態をロックまたはアンロックさせるカムと、
前記第１継手の外周に設けられ、該第１継手の軸方向に移動する可動部を有するアクチュエータ手段と、
前記可動部に一端部が回動自在に軸支され、他端部が前記カムの一端に回動自在に連結され、軸方向移動可能な前記可動部と回動可能な前記カムとを連結するリンクと、を備えてなり、
前記アクチュエータ手段は、
離れた部位に設置される操作部により作動し、前記可動部が前記第１継手の軸方向に移動して、前記リンクを介して前記突出部に軸支された前記カムの他端部を回動中心として前記カムを回動させるものであり、前記第１継手に固定されたピストン部材と、前記ピトスン部材と摺動する内周を有するとともに前記第１継手の外周に摺動自在に設けられたシリンダ部材と、前記シリンダ部材をロック方向に付勢する付勢手段と、を有してなり、
前記シリンダ部材が前記可動部材であって、前記操作部は、前記ピストン部材と前記シリンダ部材で区画される作動室へのアンロック方向に作用する流体の供給を制御するものであることを特徴とする管継手。 - 前記凹部を前記挿入部の外周円の接線方向に延在する形状にし、前記カムを前記凹部に線接触するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の管継手。
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1998
- 1998-12-14 JP JP35425198A patent/JP3558902B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2000179771A (ja) | 2000-06-27 |
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