JPH0626600A - カートリッジ化配管接続装置及び回分生産システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 フレキシブルホースでない伸縮可能な配管が
具備され、さらに駆動装置、接続装置、エネルギー源、
通信手段、検知システムなどが設けられて、これらが外
枠の内に納められているカートリッジ化された配管接続
装置であり、固定タンクと移送物質切替え用に設けられ
ている複数の固定配管との間に同カートリッジを台車に
搭載して移動させる。所定の固定タンクに対応する所定
の位置にて台車を停止させ、カートリッジを昇降装置に
て昇降させ、必要に応じて回転移動させその位置を確定
させる。次いで固定タンクと固定配管を、それぞれの接
続口を介してカートリッジ内の接続装置により接続す
る。これを回分生産システムに用いる。 【効果】配管接続装置をカートリッジ化することによ
り、物流取扱い上の容易性を増し、なおかつ、フレキシ
ブルホースのもつ欠点を解消し、食品飲料製造業界の生
産システムでの自動化を促進し、多品種生産に対するフ
レキシビリティを増す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伸縮自在な構造の配管
を主体に、それの駆動機構及びカップリング手段などを
一対にして、所定の、剛性のフレーム内に収納してカー
トリッジとなした自動接続装置に関する。さらに詳しく
は、タンクと切り替え用ヘッダー配管との間で、タンク
内容物の切り替え移送を行う回分生産システムにおい
て、この切替えと接続作業を自動的に行うのに適する接
続装置に関するものであり、その装置を用いる生産シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】食品、ならびに飲料製造プラントにあっ
て、複数のタンク群から例えば原料や中間製品などのタ
ンク内容物を他の位置にある、複数のタンク群に所望の
目的に応じて移送する場合がある。この場合、タンク群
に併設して複数の配管からなるヘッダーを設けることが
行われる。これは、例えば、中間製品の受け入れ、払い
出し、洗浄の目的に用いられるものである。従来例え
ば、受け入れから、払い出しに切替えるに際しては、バ
ルブの切替え操作による場合や、フレキシブルホースに
よるラインのつなぎ変えが行われていた。ところで、近
年装置の大型化、労働環境の変化に伴いこれらの切替え
作業を自動化する必要が生じてきている。

【０００３】このような配管のバルブの切替えは図１１
に示される。図中４１、４２は中間製品のタンク、４
３、４４、４５はライン配管、４６…、４７…はタンク
４１又はタンク４２系統のバルブである。したがって、
例えば、タンクの群に対して、共通に受け入れ、払い出
し、洗浄の３本のライン配管がある場合に、それらの切
替えのために図１１に示すような多くのバルブ４６、４
７が必要である。バルブの切替え操作による場合、例え
ば、製品と洗浄液の混合を防止するために、また、洗浄
がしやすいように、特殊な構造のバルブを必要とし、高
価なものとなっている。また、切替えするラインが多数
ある場合には、このバルブを設備する数が増すととも
に、制御入出力点数が増加し、制御関係の設備の費用が
大きなものとなる。

【０００４】一方、フレキシブルホースによるつなぎ作
業の場合には、従来は、人手により、ホースの移動、位
置合わせ、芯合わせ、接続、絞め込みなどの作業がなさ
れてきた。しかし、ホースの太さが比較的小さい範囲で
は人手による操作が可能であるが、これが大きく太くな
る場合には、その作業は重作業となる。フレキシブルホ
ースによるつなぎ作業を自動化するために、ホースを例
えば台車の上に乗せて、所定の位置まで移動させ、必要
な配管口との接続を自動的に行う方式が提案されている
（特開平３−２６３２８号）。この方式は、フレキシブ
ルホースを台車に積載してタンクと配管ヘッダーの間を
移動し、必要な位置にて台車が停止した後、台車側に設
けたカップリング位置変動手段にて、フレキシブルホー
スの両端に設備したカップリングを所望のノズルに接続
するためのものである。接続が完了すると、台車は立ち
去り、フレキシブルホースが例えばタンク側と配管側の
ノズル間に位置することになる。

【０００５】この方式には次のような欠点がある。 台車には、その駆動方式、制御方式、軌道の有無など
により固有の停止精度があり、停止の都度にその位置が
変わることになる。有軌道方式では停止の精度がよい
が、無軌道方式の台車では、スピード、誘導方式により
異なるが、数ミリメートルから十数ミリメートルの範囲
とかなり大きい停止精度となるのが通例である。一方、
タンク側、配管側は、固定されたものであり、その位置
関係、空間における相対位置関係は停止の都度変わるこ
ととなる。したがってその微調整が必要となる。これら
の微調整を行うにあたっては、お互いの位置関係を検知
するためのセンサーと目標物との間の距離を補正する機
構が必要となる。すなわち、接続する際には、３次元で
の高度な位置確認操作が必要とされる。 接続した後に運転されるが、内容物の性状によって
は、運転後に接続時と同じ形状に維持されているとは限
らず、台車がホースの切り離しのために再度到着してか
ら、ホースをつかむ際や、台車がホースの下部を通過す
る際などに、高度な３次元での形状確認が必要となる。

【０００６】フレキシブルホースには最小曲率半径が
定められており、変形を十分に吸収するためには、ホー
スの長さをある程度長くする必要がある。また、ホース
の寿命を長くする上でも、適切な曲率半径を守ることが
必要である。短い場合には、ホースの寿命が低下するこ
とのほか極端な場合には、端部のつぶれ（いわゆる竹の
子の終わった部分）により、内容物の流通ができない場
合がある。 台車が去った後には、フレキシブルホースのみが接続
されたままであり、運転状況の把握ができない、タンク
内の液レベルなどをタンク側にて判断して、上位コンピ
ューターに伝え、それに基づいて台車がホースを取り外
しにくるなど、集中管理的な管理しか取れないなどの難
点がある。そのため提唱されているパイプレスプラント
の基本理念である自律作業には適さない。 複数本のフレキシブルホースを台車に積載して移動し
ているが、ホースの形状は常に一定とは限らず、繰り返
し使用によるネジレなどが生じてくるのが通例であり、
複数本のホースを扱うことは現実的に無理がある。さら
に、タンク側の複数の接続口と配管側の複数の接続口と
の間で、複数のホースを組み合わせて接続しようとする
際には、ホースのからみをまねき、からまないように所
定の位置に自動的にセットすることは非常に高度な技術
を要することとなり、現実的ではない。取り外した後の
形状が一定しないことにより、さらにこの事態が生じや
すい。

【０００７】要するに、上記の提案では、柔軟体である
ホースをホースとしてそのままの形で取り扱っており、
これが高度な認識技術と制御技術が必要とさせる要因と
なっており、自動化の実現に大きな障害となっている。
これらを解消し、操作の柔軟性を高めるために台車に高
度な知能レベルを持つロボットを搭載して、柔軟体であ
るホースを扱うことも考えられるが、問題解決にあたっ
ては、高度な認識処理や制御方式が必要である状況には
変わりはなく、さらに、カップリングの押し込みに大き
な力がいることなどからして、ロボットが大型化するこ
とは避けられない。これに対し、本発明者らは先に、フ
レキシブルホースの取扱いにくさを勘案して、形態を変
えて、タンクと配管ヘッダーの間の接続を自動化する装
置とシステムを提案した（特願平４−６９０６３号）。
これは、ホースを剛性のあるフレーム内に収納して、全
体をカートリッジとなして物流の一単位とし、取扱い性
能の向上を実現したものである。ホースの両端にはカッ
プリング手段としての自動接続装置が設備されており、
またホースのカートリッジ内での移動も駆動装置によっ
てなされている。そしてカートリッジ化されているの
で、位置合わせがＦＡ技術で用いられている通常の方法
でよく、また、形状もフレームのまま用いられ、取り付
け時及び運転後にもその形状は変わらない。

【０００８】しかしながら、次のような理由によって、
業界や製品によっては、品質管理の点から、フレキシブ
ルホースの多用が適切でないか、好ましくない場合があ
り、またホースの使用を最小限にしたい場合もある。特
に、食品、飲料などの製造業界にあっては、この傾向が
ある。したがって上記の本発明者らの提案も必ずしも満
足しうるものではなかった。 ビールなどの発酵製品を扱う場合、ホース内の凹凸部
に内容物が滞留残存して、内容物の腐敗による発酵が生
じる。ホース内面の凹部はもちろんのこと、思わぬ隙間
や滞留部へ内容物が侵入して滞留し、腐敗発酵を招く。 食品や飲料を製造する場合には、上記のような腐敗
を防止するために、洗浄が頻繁に行われなければならな
いが、洗浄には弱アルカリ性溶液、弱酸性溶液、清水な
どが繰り返して流され、時として熱水が用いられ、使用
環境が厳しい。移送に際しては、内圧が繰り返し作用す
ることにもなり、ますます条件としては過酷になる。こ
のため、ホースでは材料の損傷が激しく、縦割れなどが
生じやすい。 以上のように、フレキシブルホースを用いる場合には、
業界や製品によっては、その使用が適切ではないか、好
ましくないため、その使用を最小限にしなければならな
い場合がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
フレキシブルホースをそのまま取り扱うような場合の難
点である高度な認識技術と制御技術が必要となるという
難点を克服し、ファクトリーオートメーションにおいて
自動化を容易に実現しうるカートリッジ化配管接続装
置、その接続システム及びそれを用いた回分生産システ
ムを提供することを目的とする。さらに本発明は、接続
装置内の残留内容物の腐敗等の問題を回避でき、厳しい
使用環境でも繰り返し使用できるカートリッジ化配管接
続装置、それの接続システム及びそれによる回分生産シ
ステムを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的は、
（１）その両端または一端に伸縮可能なスライド機構を
もつ配管、その配管の両端もしくは一端を伸縮させるた
めの駆動機構及び前記スライド機構もつ配管の両端又は
一端に設けられこの配管と固定タンク又は固定配管との
カップリング手段が枠体中にカートリッジ化して収納さ
れ、これが移動手段上に設けられてなることを特徴とす
るカートリッジ化配管接続装置、（２）カートリッジが
バッテリー又は空気ボンベを内蔵する１項記載の配管接
続装置、（３）配管の一部に検出装置を設けたことを特
徴とする１項記載の配管接続装置、（４）駆動機構及び
カップリング手段が自動的に制御される１項記載のカー
トリッジ化配管接続装置、（５）固定したタンクと、固
定配管との間の所定の位置に１項記載のカートリッジ化
配管接続装置を移動させ、前記固定タンクと固定配管と
の間をそれぞれのカップリング手段により接続するよう
にしたことを特徴とする接続システム、（６）カートリ
ッジ化配管接続装置が自動位置決め装置と自動カップリ
ング装置を内蔵し、これにより前記固定タンクとの接続
及び固定配管との接続を行うことを特徴とする５項記載
の接続システム、（７）複数の固定されたタンクと併設
される複数の固定された配管を有し、固定タンク列が配
管に対し、平面的にみて平行に配置されていることを特
徴とする５項記載の接続システム、（８）固定タンクと
固定配管との間に１項記載のカートリッジ化配管接続装
置を移動させて所定の固定タンクに対応する所定の位置
にて停止させ、配管カートリッジを昇降装置にて昇降さ
せ、必要に応じて回転移動させることによりその位置を
確定し、固定タンクと固定配管を、それぞれのカップリ
ング手段を介して配管カートリッジにより接続するよう
にしたことを特徴とする接続システム、（９）５項、６
項、７項又は８項記載の接続システムを用いることを特
徴とする回分生産システム、により達成された。

【００１１】

【実施例】次に、本発明を図示の一実施例に従って説明
する。図１は本発明のカートリッジ化配管接続装置の一
実施例の側面図である。カートリッジ９内には、左右方
向（又は上下方向）に伸縮自在なようにスリーブ構造に
なっている配管１３が設けられている。配管１３は例え
ば食品業界で用いられているステンレス製の鋼管でよ
い。内面が平滑であるので、凹凸を最小限にすることが
できる。タンク側及びヘッダー側の取り合い口が図１１
のように配置されている場合には、結局左右方向と、上
下方向のみの伸縮を考えればよい。配管の両端または一
端に左右方向に伸縮自在なようにスリーブ構造となるス
ライド機構２０を設けておき、その端には上下方向に伸
縮可能なようにスライド機構を有しているカップリング
装置１４ａ，１４ｂが設けられている。カップリング装
置１４ａ，１４ｂの内部には、上下方向伸縮自在なスラ
イド機構と、カップリングと、カップリングを押し込み
接続させるための駆動装置が一体となっている。

【００１２】例えば、図１１のような取り合い口の配管
にあっては、カートリッジ９が位置決めコーン１８によ
り所定の位置にセットされると、まず右端の伸縮自在ス
ライド機構２０がカートリッジ内の駆動及び位置合わせ
装置１５ｂ（図例ではボールねじとモーターの組み合わ
せ機構）により、所望するラインの取り合い口の真上ま
で移動し、微調整される。この際に、取り合い口との間
で正確な位置合わせが可能となる。同様に、左端はタン
ク側取り合い口の真下まで移動し、微調整されて位置決
めされる。次いで、両端のカップリング装置１４ａ，１
４ｂ内の駆動装置により自動的に（例えば空気シリンダ
ー）、カップリングが上下に昇降させられ、必要な接続
がなされる。この場合、上下方向の伸縮自在スライド機
構により、伸びが吸収される。カップリング装置内の駆
動装置のストロークは任意に設定できる。なお、スライ
ド機構２０の部分のシール部に関しては、種々の既知の
技術が用途に応じて選定される。また、この部分の洗浄
は、カートリッジ９がいったん使用されると、洗浄ステ
ーションにて分解洗浄されるので、常に清浄な状態に保
たれる。

【００１３】カートリッジ９内には、位置決め機構１５
ａ，１５ｂ、配管の両端部にあるカップリング装置１４
ａ，１４ｂに加えて、補助機能をもつその他の装置２１
（例えば、切り離し後のカップリング面を洗浄するため
の装置など）やカートリッジの頭脳に当たるＣＰＵ機能
を果たす制御ユニット２２、上位制御システムとの通信
を行うための通信ユニット２３、運転状態を知るための
検出装置（例えば、導電率計２４、流量計２５）、補助
タンク２６（例えば洗浄装置用洗浄液及び排液回収タン
クなど）、駆動エネルギー源ユニット２７（バッテリー
など）などが収められており、剛性を有する強度部材の
枠組み１９により固定されている。カートリッジ９はこ
の枠組み１９により、剛性を有するものとして、すなわ
ち物流単位として取扱いが可能となり、物流の通常の手
段により、取扱いできる。さらに、枠組み１９の外に薄
い板を張りめぐらして、一種の容器のようにすることも
可能であり、配管の接続が外れた場合や、運転の手違い
により液が漏れても、床上にこぼれるまでの一時的なホ
ルダーとして機能も持たせることができる。この場合
に、内部に漏れてきたことを検知するものを設けておけ
ば、直ちにタンクの元弁を閉めるなどの処理が迅速に行
える。カートリッジ９内には駆動装置へのエネルギー源
を内蔵している。駆動に電気エネルギーを用いる場合に
は、バッテリーを内蔵すればよく、また、空気エネルギ
ーを用いる場合には小さな圧縮空気ボンベを内蔵するな
どの方法がある。エネルギー源が内蔵されているので、
カートリッジ自身による自律的な作業がなされうる。ま
た、エネルギー源の容量が低下してきた場合には、通信
手段により、サービスステーションに通信することもで
きる。カートリッジ内にエネルギー源を持つことが得策
でない場合には、カートリッジが所定の位置にセットさ
れる際に、固定されているエネルギーラインと自動的に
接続することも行われる。例えば、セットされる位置
に、空気ラインや電気ラインを設けておき、カートリッ
ジ内に設けられている自動カップリング装置により、カ
ートリッジがセットされることを利用して、これらのラ
インとの接続がなされるようにしておけばよい。

【００１４】カートリッジ９内には、運転状況を知るた
めに、いろいろなセンサー類を設置することができる。
例えば、配管途上に導電率計２４を設けておき、内容物
の切替えに際して流体の導電率が違うことにより流体の
流れてきたことを感知することができる。また、流量計
２５を配管途上に設置しておき、流量を検出して、積算
して通過流量を知ることも容易にできる。これらの計測
にさいしては、非接触方式によることもでき、例えば、
電磁流量計などを用いれば、洗浄が面倒な製品を流す場
合にも用いることができる。これらの計測値は、通信手
段２３があるので、上位システムに情報を伝えることが
できる。通信手段として、いろいろな方法が広く用いら
れている。光通信などの方法が考えられる。

【００１５】いわゆる、パイプレスプラントの基本概念
である「自律性のある移動体」を実現する上で、タンク
に知能を持たせるのと同様な位置付けで、移動される配
管にも、必要に応じて、知能を持たせることが望まれる
場合がある。そのために、カートリッジ内に頭脳として
のＣＰＵ２２を設備するようにするのがよい。具体的に
は、自動操作できるようにシーケンサーなどが設備され
る。もちろんＣＰＵを内蔵するまでもない、簡単なシス
テムにあっては省略できる。カートリッジ内にＣＰＵと
情報伝達手段を搭載すれば、接続が完了したことを検出
装置などで感知し、その信号を光通信などにより、上位
コンピューターに伝えることも可能であり、接続装置の
解除に際しても、タンク内の液レベルの検知信号や、配
管カートリッジ内に設けられている流量計による検知信
号などにより移送が完了したことが確認されると、離脱
作業が自らの判断にて可能となる。もちろん、離脱作業
にあたっては、タンク側との情報のやり取りが行われ
る。すべての作業を終えてから、台車への信号を光通信
を介して送り、台車の到着を待つなどのことができるよ
うになる。さらに、接続部位のガスケットを洗浄するた
めの、アルコール噴霧装置や、楽液洗浄装置などを同時
に搭載することができる。また、当然これらの溶液のた
めの小容量のタンクを内蔵することはもちろんである。
また、殺菌機能を持つ装置（例えば、紫外線殺菌装置、
火災殺菌装置）などを所望の目的に応じて搭載すること
ができる。

【００１６】本発明において枠組みを持たせ、カートリ
ッジとしたので、必要な装置などが自在に搭載可能であ
り、種々の業界または製品の要求にあわせて、搭載する
設備を変更できることはもちろんである。本発明におい
ては、駆動装置をカートリッジ内に持たず、すべての駆
動を台車側より行って、必要な接続などの作業を行わせ
ることも可能である。これにより、カートリッジ内に内
蔵する設備を少なくすることができる。ただし、この場
合には、作業の度に台車がその位置にあり、駆動させる
ための位置合わせを被駆動体との間で行なう必要があ
る。このように、伸縮自在な配管およびそれらを移動し
接続させるための駆動装置、エネルギー源、頭脳に相当
するＣＰＵ、通信手段などを一つのフレーム枠組内に設
置し、剛性をもつカートリッジとなしたので、通常の物
流操作手段による取扱いが容易になり、さらにフレキシ
ブルホースの持つ欠点も克服されるので、種々の効果が
生まれる。

【００１７】以下では、このようなカートリッジ化され
た配管接続装置を用いた例を説明する。図２は本発明の
カートリッジ化配管接続装置を用いた生産システムの一
実施例の平面図である。図中１、２、３、４、５は異な
る内容物（原料、中間製品など）をそれぞれ入れたタン
ク、６、７、８はライン配管を示し、９は搬送台車（以
下単に台車という）１０の上に搭載したカートリッジで
ある。１１はタンク１〜５にそれぞれ設けた接続継手で
あり、一方１２はライン配管６、７、８に設けた継手で
ある。この実施例においては５基のタンクが一列に配置
されてタンクが配列されている方向に沿うように３本の
配管からなる配管ヘッダーが設けられているがタンク
数、配管の数については特に制限はない。

【００１８】図２には、台車１０が当初タンク１の位置
にあり、これを所定のタンクの位置、例えばタンク４の
位置に移動させ、タンク４の位置に位置決めされたと
き、台車１０を停止させるような制御がなされる場合が
示されており、台車１０がタンク４の位置に停止する
と、台車に付属される昇降装置ならびに回転テーブルに
よりカートリッジ９を上昇回転させ、カートリッジが、
所定の位置にセットされると、カートリッジはタンク４
の接続継手１１と配管ヘッダーの接続継手１２との間を
接続するような動作を行うようになっている。なお、そ
の位置決めに当っては、従来に用いられているガイドコ
ーン、ガイドピンなどの方式が用いられてよい。また、
このような制御の仕方については、後で詳述する。この
ような剛体としてのカートリッジの取扱いの容易性は前
述の通りである。カートリッジ９内に設けられている接
続及び位置決め装置を駆動するためのエネルギー源とし
て、電気または空気エネルギーを用いることができ、そ
れらがカートリッジ内に設けられてもよく又、自動接続
装置がカートリッジ側に設けられて外部より供給されて
もよい。

【００１９】図３は図２のタンク４の位置でのカートリ
ッジ９の接続を説明する正面図である。同図において、
カートリッジ９内には伸縮自在のスリーブ付き配管１３
が両端にカップリング装置１４ａ，１４ｂを有して内蔵
されている。１５ａ，１５ｂは各カップリング装置を所
定の位置に移動させる位置決め機構である。伸縮自在の
方向は、左右と上下方向である。なお、図３は駆動エネ
ルギーとして電気を用いる場合である。２８、２９はカ
ートリッジ又は台車に対する固定側通信ユニットを示
す。５０は台車のＣＰＵ（ＰＬＣ）を示す。５１は台車
側の通信ユニットである。一方、タンク４には開閉バル
ブ１６を介して、取り出しラインの先端に、接続継手１
１が前記カップリング装置１４ａに対応して設けられて
いる。また配管ヘッダー側には、カップリング装置１４
ｂと接続する配管ヘッダーの接続継手１２が設けられて
おり、これは開閉バルブ１７を介して配管に接続する。

【００２０】前述のようにカートリッジ９は台車１０に
搭載されている。台車は、有軌道の方式であってもよ
く、無軌道の方式であってもよく、又、無軌道の場合に
は、その誘導方式には、種々のものを目的に応じて選択
できる。図３において接続継手１１は下向きになってい
るが横向きであってもよい。接続継手１２は上向きに開
口しているが、高さを違えて段違いに配置されてもよ
い。配管ヘッダー側の接続口は一列に配置されている。
接続継手１１、１２は通常オス型とし、これに対するカ
ップリング装置１４ａ，１４ｂをメス型とするのがよ
い。カートリッジ９はこれらの接続継手１１、１２の間
の空間に上昇させられ、回転させられて、接続継手１
１、１２と機械的な干渉することなく、所定の位置に置
かれる。

【００２１】固定接続後、台車１０は別の位置に移動可
能で他のカートリッジを搭載して移動することがあるの
で、先に設置したカートリッジの下部の空間には、他の
カートリッジが台車に搭載されても通過できるような寸
法にすることが好ましい。所定の位置に設置されたカー
トリッジは、固定される。これにはガイドコーンなどよ
く用いられている方式でよい。このガイドコーンによっ
て、タンク及び配管との取り合い口との相対位置が定ま
ってしまう。タンク及び配管の溶接工事にあたって、ガ
イドコーンから適切な治具を用いて工事を行えば位置関
係はきわめてよい精度の範囲に収まることになり、停止
精度のわるい無軌道の台車を用いる場合にあっても、所
定の位置関係が得られることとなる。

【００２２】台車１０には、昇降装置または回転テーブ
ルが設けられている。これは図４に示される。図中、４
８は昇降装置、４９は昇降装置の上に設けた回転テーブ
ルであり、カートリッジ９を搭載する。矢印に示すよう
に、この昇降装置と回転テーブルの組み合わせにより、
カートリッジの高さと、方向回転を自由に行うことがで
きる。空間寸法として、カートリッジを移動させるのに
十分な空間がある場合には、カートリッジを回転させる
ことは必要でなく、単純なる昇降のみでよいことはもち
ろんである。上述の如く接続装置１４ａと接続装置１４
ｂの間は左右及び上下に伸縮自在につながっており、接
続に際しての接続口の移動量を吸収することができる。
カップリング装置１４ａ，１４ｂを駆動するには通常、
モーターが用いられているが、電気を用いるのが安全上
支障がある場合には、空気モーターなどによってもよい
ことはもちろんである。

【００２３】図５はタンク下部の接続口に用いられる接
続装置１４ａの一実施例の拡大断面図である。タンクに
は開閉バルブ１６を介して継手１１が接続する。継手１
１には、内弁を設けていないが、設けることもできる。
通常はこちらの側をオス側としてよい。それに対するよ
うに位置させられているカップリング装置側の継手３０
はメスになっており、機械的なロックがかかるようにな
っている。継続に際して用いられた駆動エネルギーが消
失した場合（カートリッジが固定された後に台車がカー
トリッジから離れる場合）には、接続継手での機械力が
なくなるので、流体圧力が作用した場合にはずれる。こ
れを防止するために、駆動エネルギーが消失してもはず
れることのないように機械的な固持機構（ロック機構）
を設ける。このために種々の機構が用いられているが、
代表的な例はボールによるロックであり、レバーによる
ロックであり、爪などの機械クランプによるロックであ
る。このような機械ロックを用いることによって、必要
な接続がなされた後には、台車はカートリッジから離れ
て別の目的に用いることができ、工場全体での台車の数
を減らし、有効利用を計ることができる。３９はこの接
続継手３０の長さを伸縮自在に調節するスライド機構で
ある。これらの接続装置とロック機構をオス側の継手と
結合するための直線駆動装置３１が必要とされる。図中
は、電気モーターと回転−直線変換機構を組み合わせた
ものであるが、空気圧力エネルギーが用いる場合には、
空気シリンダーでよい。

【００２４】このような、メス側接続機構と直線駆動装
置を内蔵して設けるカップリング装置は、ユニット化さ
れ、図中にあってはねじ３２とモーター３３の組み合わ
せに代表される位置決め機構により、所定の位置に移動
させられる。ねじとモータの組み合わせによらない他の
方法でもよい。例えば、空気圧エネルギーが用いられる
場合には、中間位置調節型の空気シリンダーであってよ
い。さらに、タンク下部の場合には、他の接続口がなく
１個しかないので、単純な空気シリンダーを用いること
ができる。配管ヘッダー側の接続口においても同様に構
成される。これを図６に示す。こちら側にあっては、接
続口が複数あるのでカップリング装置１４ｂは、中間位
置での位置設定ができる位置決め機構によること以外は
図５と同様であり、図５と同符号は同じものを示す。１
７はヘッダー配管への開閉バルブである。

【００２５】以上の接続装置で用いられる、接続継手に
は各種のものが知られており、これから任意に選択し使
用できる。機能的には内弁のあるもの、内弁のないもの
などであり、所望の目的に応じて適宜選択できる。例え
ば、内弁を設けることによって、切り離し時の液の漏れ
を防止できる。ただし、内弁を設けるので、機械部品が
増すことと、内部抵抗が増して流体圧力損失が増えるこ
と、さらに洗浄が繁雑になることなどの問題がある。例
えば、特開平３−１３３７８９号にあるような先端ゴム
製環状袋体を設け、空気圧力が供給されるとゴム製環状
袋体が膨張して、接続部位とのシールを行って、流路を
形成する形式のものもある。この場合、接続継手の芯が
ずれていても、ゴムによりそのずれが吸収されて、十分
にシールできる利点があるが内弁がないので、液だれに
ついては、液だれ受けパンを設けるなどの工夫が必要で
ある。なお、上記の例はカートリッジ内のバッテリーか
ら電気エネルギーを供給する例であるが、支障ある場合
（例えば、バッテリーの寿命の点などから）には、タン
ク位置に個別に電源接続装置３４を設けて、カートリッ
ジ９の固定と同時に電源が接続されるように設備されて
もよい。これを図７に示す。４０は電源コネクター接続
装置を示す。この場合には、特開平３−７４１０５号に
あるような非接点型の給電装置が用いられてもよい。さ
らに、エネルギーとして電気のみならず空気圧力エネル
ギーであってもよい。環境によっては、電気式を用いる
ことが安全上の観点より好ましくない場合があり、この
場合には空気圧が望ましい。例えば、図８に示すように
空気接続口３５をタンクの位置に個別に設けて、空気接
続装置３６を通してカートリッジ９が固定される際に合
わせて自動的に接続される。

【００２６】なお、上記の説明ではカートリッジの位置
決めにガイドコーン、ガイドピンなどが用いられるが、
ガイドコーンの１例を図９に示した。同図に示すように
オス側のコーン３７とメス側の凹部３８が合致すること
により相対的な位置関係が調整される。なお、上述の構
成において、台車は有軌道形式のものでも、無軌道形式
のものでも良く、無軌道方式の場合には、その誘導方式
については任意のものを用いることができる。具体的に
は、台車１０およびカートリッジ９は、例えば固定側ユ
ニット（図示せず）の上位のコンピュータからの指令に
基づき動作制御がなされるようになっている。また、カ
ートリッジ９には、接続状態、移送状態を検知する検知
装置が内蔵されており、接続状態、移送状態が所定のも
のとなったことが検知されたときに、カートリッジ９か
ら検知信号が固定側ユニットを介し上位のコンピュータ
に送られるようになっている。すなわち、無軌道方式で
あれ有軌道方式であれ無人搬送台車１０およびカートリ
ッジ９を制御する制御方法や信号の送受については、種
々の仕方があり、広くＦＡ（ファクトリーオートメーシ
ョン）システムに用いられているようなものを用いるこ
とができる。信号送受の代表的な方式として、例えば、
非接触方式の光通信による情報伝達方式を用いることが
できる。また、その他の方式として、例えば多数のピン
によるコネクタ接続等をも用いることもできるが、この
場合には芯合わせを必要とするので、自動的な接続作業
が難しくなる。従って、光通信による情報伝達方法のよ
うな非接触方式が用いられるのが良い。このときには、
固定側ユニットには、光通信ユニットが設けられ、ま
た、台車１０およびカートリッジ９にも光通信ユニット
が設けられる。

【００２７】また、このような方式では、台車１０の移
動制御、カートリッジ９の昇降、必要により回転制御
は、上位コンピュータからの指令を固定ユニット、光通
信ユニットを介して台車１０が受信することによってな
され、工程の進捗に従って、上位コンピュータから所定
の信号、例えば移動、昇降、回転の信号が台車１０に伝
えられるようになっている。台車１０には、例えばマイ
クロコンピュータが搭載されており、該マイクロコンピ
ュータは、上位コンピュータから所定の信号を受けるこ
とにより、所定の作業、例えば移動、昇降、回転等を行
うようになっている。また、カートリッジ９が所定の位
置に固定された場合には、上位コンピュータからの信号
により、内蔵したＣＰＵ機能を介して接続装置が接続す
べき継手の指示が与えられるようにもできる。又、固定
されたことを自分自身で検出して接続装置に指示を出す
などのあらかじめ決められた手順により自動操作でき
る。また、内容物の移送に際し、バルブを開閉する動作
が必要とされるが、接続装置の接続が完了したことを上
述のように検知装置（例えばセンサ）により検知して、
その信号を光通信ユニットを介して上位コンピュータに
伝え、条件が全て整ったことが確認されてからバルブの
開動作がなされるようにもすることができる。また、接
続装置の解除に際しても、タンク内の液レベルの検知信
号や、流量の検知信号により移送が行われたことが上位
コンピュータで確認されると、カートリッジ９の取り外
しを行うために上位コンピュータからは台車１０に移動
の信号が送られると、台車１０のマイクロコンピュータ
は、台車１０を所定位置に移動させるよう制御し、これ
により切り離しの動作がなされてもよいし、カートリッ
ジ内部に流量検知装置を内蔵する場合には、この検知信
号により、自から接続解除などを行い、待機中の台車に
移動要請の信号を出すことも可能である。

【００２８】次に、本実施例のカップリング装置の動作
について述べる。固定側に設けられているガイドコーン
１８（又はガイドピン）に合わせて、カートリッジ９が
位置決めされる。したがって、例えばタンク下部の接続
継手１１との相対的な位置関係は自づと決まってしま
う。これは、ライン６、７、８の接続継手１２との間で
も同様である。したがって、カートリッジ９が位置固定
されたら、それらとの位置関係に相当する移動量をカッ
プリング装置１４ａ，１４ｂに与えればよい。この場合
には、カップリング装置１４ａ，１４ｂは共に、移動の
前には基準となる基準点に戻っていることが必要であ
り、そこからの移動量が上位コンピュータからの信号で
与えられることになる。なお、基準点に戻る動作は、カ
ートリッジが切り離される前に予め行って、さらに、カ
ートリッジ９内に移動量検出装置や、接続する側との相
対位置を知る機能（例えば、ノズルとの近接センサー）
が内蔵されている場合には、通常の位置決め技術により
（フィードバック機構により）容易に位置決めができ
る。すなわち、タンクやライン配管が溶接構造物である
ことにより製作仕上がり精度が良くすることが期待でき
ない場合や、該当するタンクやラインによってはその接
続継手の位置がそれぞれ異なっている場合などには、オ
ス側接続継手１１、１２のある位置にセンサースイッチ
を設けておき、そのセンサーにより位置を感知して位置
決め機構１５ａ，１５ｂが停止するような制御回路を構
成することによりカップリング装置の位置決めを行うこ
ともできる。

【００２９】このようにして、位置決め機構により、接
続継手オス側１１、１２とカップリング装置１４ａ又は
１４ｂに内蔵されている接続継手メス側３０、３０とが
相対するようになる。次いで、直線駆動機構３１により
メス側の接続継手３０が上昇（カップリング装置１４
ａ）または下降（カップリング装置１４ｂ）させられ、
接続部位が押し込まれる。この際に多少の芯ずれがあっ
てもそれを吸収して接続するゴム製環状袋体によるカッ
プリングを用いることもできるし、ガイドピンを用いて
さらに精度よく芯合わせを行う必要のあるタイプのカッ
プリングなど（ワンタッチカップリングなど）いろいろ
な形式のものがあり、適宜選択される。接続してから
は、押し込みエネルギーが消失してもはずれることのな
いように機械ロックがかけられる。

【００３０】次いで開閉バルブ１６、１７を開けてタン
ク内容物を、カートリッジを介して、ヘッダー配管に移
送する。タンク内容物の移送が終ると、移送の終了がタ
ンクの液レベルから検知され、あるいは流量により検知
され、その検知信号が該検知装置から上位コンピュータ
に向けて発せられ、その信号に基づく上位コンピュータ
からの制御によりカートリッジの取り外しが行われる。
カップリングの取り外しは、まず機械ロックがはずさ
れ、ついで直線駆動装置がもとの位置に戻る。次いで、
位置決め機構部位が基準点に復帰する。カップリング装
置１４ｂ側は複数の継手部を対象とするので、基準点に
戻っていることが必要である。カップリング装置１４ａ
側については、基準点に復帰するか、そのままの位置と
するかは前述のような理由で決定される。

【００３１】このような本発明のシステムの制御回路の
他の例を図１０に基づいてさらに説明する。カートリッ
ジ化配管接続装置１０１には、全体を制御するマイクロ
コンピュータ１０２と、上位コンピュータ１０９や台車
などとの情報の送受を制御する情報通信手段１０３と、
自動接続装置１０５の移動駆動制御を行う移動用駆動装
置１０４と、計測用装置１０７とが設けられている。こ
こで、自動接続装置１０５は、上下方向に伸縮自在なス
ライド機構を両端にもつ配管と、該配管のカップリング
及びカップリングを所定位置に移動させて配管接続させ
る駆動機構とを一体的に有しており、上記移動用駆動装
置１０４は、マイクロコンピュータ１０２から移動指令
を受けると、自動接続装置１０５を所定位置に移動させ
るようになっている。自動接続装置１０５が、移動用駆
動装置１０４の駆動によって、所定位置まで移動し、移
動を完了すると、その旨が移動用駆動装置１０４に送ら
れ、これにより、移動用駆動装置１０４は、移動完了信
号をマイクロコンピュータ１０２に通知するようになっ
ている。また、自動接続装置はマイクロコンピュータ１
０２から接続指令を受けると接続を行い、これが完了す
ると、接続完了信号をマイクロコンピュータ１０２に通
知するようになっている。また、計測用装置１０７は、
例えばカートリッジ内の配管に取付けられた流量計等で
構成されており、タンク内容物の移送量を計測し、計測
結果をマイクロコンピュータ１０２に与えるようになっ
ている。

【００３２】一方、タンク１１０には、タンク側情報通
信手段１１１が設けられており、タンク１１０は、この
タンク側情報通信手段１１１を介して上位コンピュータ
１０９との間で情報の送受を行うようになっている。こ
の接続システムの動作について説明する。まず、台車は
カートリッジ情報ステーションにいき、洗浄済みのカー
トリッジを選択する。その際に、台車にはカートリッジ
配管接続装置の情報通信手段を介して、上位コンピュー
タからどのステーションにいくかの情報が伝えられる。
カートリッジが所定のタンクに進み、これにセットされ
ると、タンク側情報通信手段１１１を介して上位コンピ
ュータからの信号が伝えられるか、または、あらかじめ
待機ステーションで記憶させられた情報（すなわちセッ
ト完了信号がでたら、接続のために左右に移動するよう
な指示）により、ヘッダー側配管のどの配管口と接続さ
れるのかの指示がされる。このような移動指令信号が情
報通信手段１０３、マイクロコンピュータ１０２を介し
て送られると、移動用駆動装置１０４はモーターなどに
より、自動接続装置１０５を移動させる。移動にしたが
って、移動用駆動装置１０４は移動量を確認し、モータ
ー側にフィードバックしながら、最終的な位置決めを行
う。移動が完了し、所定の位置に来たら、移動用駆動装
置１０４は移動完了信号をマイクロコンピュータ１０２
に出す。これには、例えばリミットスイッチなどが使え
る。

【００３３】次いで自動接続装置内部の駆動装置が作動
して、接続がなされる。この場合、駆動装置と同様な手
順により、接続がなされる。最終的に接続が完了したこ
とを確認する信号が出され、マイクロコンピュータに伝
えられる。その信号は情報通信手段を介して、上位コン
ピュータに伝えられ、タンクの元弁が開閉される。タン
ク内容物が次いで移送されるが、移送量をカートリッジ
内の配管に取り付けられた計測用装置（例えば、流量計
など）にて計測し、移送量を監視することができる。所
定の移送量に達したなら、移送を停止するために、信号
をカートリッジから発して、元弁を閉とすることができ
る。全量が払い出される場合には、その量についての情
報が伝えられてもよい。カートリッジ内には、エネルギ
ー源として例えばバッテリーが内蔵されているが、その
容量低下にさいしては、事前に警告を出しておくことが
望まれる。このために、容量を監視（例えば、電圧の低
下を測定して）しておき、所定の値になったら、警告信
号を外部に出すこともできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、タンクと配管ヘッダー
との間の自動接続システム用として、伸縮自在な配管及
び移動カップリング装置を一体的に収納する、カートリ
ッジ化された装置を用いるので、通常の物流操作技術に
よる取扱いを容易とし、なおかつフレキシブルホースを
まったく使用していないので、フレキシブルホースを用
いるのが適切でないか、好ましくない場合にあっても適
用が可能となり、そのような要求が強い業界及び製品の
製造にあっても、プラントの自動化を促進でき、品種切
り替えの要求に素早く対応が可能となり、多様な生産の
要求に柔軟に対応できる。さらに、カートリッジ内にＣ
ＰＵを内蔵させれば、自律的な操作が可能となりより自
在なプラントの運転が可能となる。本発明によるシステ
ムにあっては、タンク内の内容物を切り替える場合に、
容器ごと移動させる必要がなく、容器を固定させ、配管
ヘッダーへの内容物の移送を容易に行え、回分生産シス
テムをフレキシブルに運転し得るようにするのもで、安
全上及び品質感知上の問題を起こさずに、生産規模の拡
大が容易にできる。また、本発明の装置並びに同装置を
用いるシステムによれば、切り替えバルブの数が少なく
てすみ、システムの制御も容易となることはもちろんで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカートリッジ化配管カップリング装置
の一実施例を示す図である。

【図２】本発明のカートリッジ化配管カップリング装置
を用いた生産システムの一実施例の平面図である。

【図３】上記図２のシステムの正面図である。

【図４】本発明に用いられる上記にカートリッジ化配管
カップリング装置の移動に用いられる台車の作動機構説
明図である。

【図５】本発明に用いられるカップリング装置の一実施
例の拡大断面図である。

【図６】本発明に用いられるカップリング装置の一実施
例の拡大断面図である。

【図７】本発明に用いられるカートリッジの電気エネル
ギー接続状態の説明図である。

【図８】本発明に用いられるカートリッジの空気エネル
ギー接続状態の説明図である。

【図９】ガイドコーンの側面図である。

【図１０】本発明のシステムの制御回路の一例を示す。

【図１１】従来の配管とタンクとの接続状態を示す平面
図である。

【符号の説明】

１、２、３、４、５ タンク ６、７、８ 配管 ９ カートリッジ １０ 台車 １１ 接続継手 １２ 接続継手 １３ ホース １４ａ，１４ｂ カップリング装置 １５ａ，１５ｂ 位置決め機構 １６、１７ 開閉バルブ １８ ガイドコーン １９ 枠組み ２０ スライド機構 ２１ 電源コネクターカップリング装置 ２２ ＣＰＵ ２３ 通信ユニット ２７ 駆動エネルギー源ユニット ３０ 接続継手 ３１ 直線駆動装置 ３２ ねじ ３３ モーター ４８ 昇降装置 ４９ 回転テーブル

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その両端または一端に伸縮可能なスライ
   ド機構をもつ配管、その配管の両端もしくは一端を伸縮
   させるための駆動機構及び前記スライド機構もつ配管の
   両端又は一端に設けられこの配管と固定タンク又は固定
   配管とのカップリング手段が枠体中にカートリッジ化し
   て収納され、これが移動手段上に設けられてなることを
   特徴とするカートリッジ化配管接続装置。
2. 【請求項２】 カートリッジがバッテリー又は空気ボン
   ベを内蔵する請求項１記載の配管接続装置。
3. 【請求項３】 配管の一部に検出装置を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の配管接続装置。
4. 【請求項４】 駆動機構及びカップリング手段が自動的
   に制御される請求項１記載のカートリッジ化配管接続装
   置。
5. 【請求項５】 固定したタンクと、固定配管との間の所
   定の位置に請求項１記載のカートリッジ化配管接続装置
   を移動させ、前記固定タンクと固定配管との間をそれぞ
   れのカップリング手段により接続するようにしたことを
   特徴とする接続システム。
6. 【請求項６】 カートリッジ化配管接続装置が自動位置
   決め装置と自動カップリング装置を内蔵し、これにより
   前記固定タンクとの接続及び固定配管との接続を行うこ
   とを特徴とする請求項５記載の接続システム。
7. 【請求項７】 複数の固定されたタンクと併設される複
   数の固定された配管を有し、固定タンク列が配管に対
   し、平面的にみて平行に配置されていることを特徴とす
   る請求項５記載の接続システム。
8. 【請求項８】 固定タンクと固定配管との間に請求項１
   記載のカートリッジ化配管接続装置を移動させて所定の
   固定タンクに対応する所定の位置にて停止させ、配管カ
   ートリッジを昇降装置にて昇降させ、必要に応じて回転
   移動させることによりその位置を確定し、固定タンクと
   固定配管を、それぞれのカップリング手段を介して配管
   カートリッジにより接続するようにしたことを特徴とす
   る接続システム。
9. 【請求項９】 請求項５、６、７又は８記載の接続シス
   テムを用いることを特徴とする回分生産システム。