JPH0811994B2 - 配管継手及び接続装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は配管継手及び配管継手接
続装置に関する。さらに詳しくは、流体圧力が作用する
際に離脱しないように機械的に保持する機構を有すると
ともに継手の結合位置をずらすことでシール部を洗浄で
きる配管継手及び接続装置に関する。さらに、複数の位
置においても密封性と位置保持を果たすことができる構
造を有している継手と接続装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆ迅速流体継手（クイックカップリ
ング）として市販されているものは多い。これらの結合
は、雄管と雌管の接続継手を押し込んで行われるが、流
体圧力が作用している際に、万が一に押込力が消失して
も、継手同士が離脱しようとするのを防ぐために、機械
的手段により継手の相互位置を保持する機構（いわゆる
ロックメカニズム）が付加されている。そのような機械
的位置保持機構には各種あるがその代表例にはボールロ
ックメカニズムがある。このメカニズムをもつ従来の接
続継手の構造を図５に示す。１条の溝部（凹部）１を有
する雄管先端部分２と、その雄管先端部分２の溝部１に
ボール３が嵌まって機械的保持をはたしている雌管先端
部分４から構成されている。雌管先端部分４にあって
は、雌管壁の先端部に周囲均等にして数ケ所に透孔５が
設けられ、各透孔５には例えば鋼製のボール３が動き自
在にして嵌め込まれている。そしてその外部には、ボー
ルを押さえるためのスリーブ６、同スリーブ６を復元動
作させるためのスプリング７から構成されている。８は
雌管配管、９は雄管配管を示す。雄管９の先端には、ス
リーブの脱落を防止するためのストッパー１０が設けら
れている（これには、半割りリングやスナップリング、
スプリングワイヤーなど各種のものが用いられる）。２
０は管の中心線である。

【０００３】さらに、流体のシールのためには、雌管先
端部分の内壁の一部にＯリング１１が設けられている。
この種の接続継手の操作（手動の場合）について説明す
る。接続に際しては、まずスリーブ６を矢印ｒの方向に
引いて、ボール３の固持を解除して、ボールを運動自在
にして雄管９もしくは雌管８を挿入する。雄管９を挿入
した後に、スリーブ６を矢印ｒと逆の方向に動かし元の
位置に戻す。スリーブ６から手を離すと自動的に戻るよ
うにスプリング７が内蔵されている。図２に示すように
この状態で、スリーブ６はボール３を押さえる形とな
り、流体内圧が作用しても離脱することなくロック状態
となる。流体内圧が作用した時にお互いを引き離そうと
するので、これを防止するためにこのロックメカニズム
が必要とされる。

【０００４】このような構造の接続継手は構造が簡単
で、しかも操作も容易であり、高圧高温にも使用するこ
とができるので、広い分野で用いられている。さらに、
このような接続継手は手動操作のみならず、自動操作に
ても行うことができ、継手自動接続装置に広く用いられ
ている。すなわち、スリーブの動作を行うための駆動装
置と、雄管もしくは雌管を挿入結合する駆動装置の両方
を備えるようにして、手動と同じ作動を実現できる。こ
れらの駆動装置としては、空気圧シリンダーが代表的な
例である。ロックメカニズムがない場合には、この押込
み駆動力すなわち空気圧をずっと保持しておく必要があ
るが、万が一に空気が失われたらお互いに離れようとす
るので流失事故につながる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の接続継手は、次のような要求に必ずしも十分に対応
できなかった。生産現場の自動化への要求は、たんに組
み立て産業のみならず、食品ならびに飲料製造業界にあ
っても同様であり、システムの自動化が要求され、それ
に伴って自動継手接続装置が必要とされている。一方、
同業界にあっては、多くは回分生産システムによること
が多く、製品の銘柄切り替え時の他に、例えばその日の
割当て生産が終了したら、装置の洗浄などを行って、翌
日の生産に備えたりすることが行われている。

【０００６】食品や飲料の製造のあたっては、製造過程
において隙間に入りこんだ残存物の細菌繁殖による汚染
が極度に嫌われている。これは、腐敗物が製品の中に混
入してくる可能性があることは勿論であるが、細菌の発
生が生じた場合にはそれを食止めることが難しいか、発
見した場合にその処置が広範囲に及ぶために作業が大変
になるからである。このために、洗浄の作業が頻繁に行
われることになり、装置またはシステムを自動化する場
合の、検討課題の一つが洗浄の自動化である。従って、
食品及び飲料製造業界では接続継手を自動化する場合に
あって、継手に特に要求されるのは、接続シール部のガ
スケット（代表的例としてはＯリング）をいかに洗浄し
て清浄な状態を保つかということである。これを可能と
する構造や、動作方式の開発が望まれている。

【０００７】このような洗浄作業はできるだけ簡単に、
別途に設ける洗浄ステーションに装置を持ち込むことな
く、しかも、製品の移送が完了した直後に速やかに洗浄
が行われることが望まれる。いわゆる、その場で取り付
けたままで洗浄を行うクリーニング・イン・プレース
（以下ＣＩＰという）の方式が好ましい。配管ラインの
洗浄は、製品が流された後に洗浄液を配管に流して行う
いわゆるラインＣＩＰ方式によっていることが多いの
で、その際に、その場で、Ｏリングシール部の洗浄がで
きる構造の継手接続装置が好ましい。一方、先に述べた
ような従来のクイックカップリングは、その構造上、ラ
インをつないだままで、Ｏリングをその場にて洗浄でき
るようにはなっておらず、また、Ｏリング接触面もその
場で洗浄できないので、洗浄の自動化に対しては不十分
であった。

【０００８】上記のように従来の構造をもつボールロッ
クメカニズムの継手では、接続及びシールという機能の
みであり、洗浄という点が考慮されていないので、ＣＩ
Ｐ方式にて洗浄を自動化する場合には問題があった。継
手の接続を自動で行う装置の要求が高まるに従って、機
械的な保持を可能とする接続継手の必要性も増す。この
ような場合に、機械的保持機構を持ち、該機構の自動操
作が容易であり、なおかつ、シール部としてのＯリング
及びシール接触面の洗浄も自動的にしかもＣＩＰ方式に
て行われることのできる構造の接続継手の開発が強く望
まれている。本発明は、以上の課題に対し、機械的保持
を行う上で簡便な機構で動作も簡単なボールロックを用
いて、なおかつ、Ｏリング及び接触面の洗浄を容易に自
動でしかもＣＩＰ方式で行える接続継手及びその接続シ
ステムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の事情に鑑
みなされたものであり、雄管と雌管とを結合させる配管
継手であって、雄管の先端に近い方に第１シール手段、
その後方に第２シール手段を設け、さらに雄管を雌管に
完全に嵌挿した時の両者の第１段固持手段、雄管を若干
抜き出した状態での両者の第２段固持手段をそれぞれ設
け、第１段固持手段に対して第１シール手段が働き、第
２段固持手段により固持する時は前方の第１シール手段
が開放されて後方の第２シール手段が働くようにしたこ
とを特徴とする配管継手を提供するものである。

【００１０】

【実施例】次に本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。図１及び２は本発明の配管継手の１実施例断面図で
あり、図１は完全に結合している状態（製品流通時）を
示し、図２は雄管を若干抜き出した状態（洗浄時）を示
す。図３は配管継手を有する接続装置の全体説明図であ
る。各図中同符号は同じものを示す。図１において、１
２は雌管、１３は雄管を示し、１４は管の中心線を示
す。雄管の本体部分の外周表面には２条の溝部１５、１
６が設けられており、その下にはＯリングが２段に設け
られている。図中下側のＯリングは１次シール１７であ
り、製品となる流体１８をシールするものであり、上部
のＯリングは２次シール１９であり、後述する洗浄液を
シールするためのものである。雄管部全体は他の配管と
接続可能なように、溝のある側と反対側に接続部位２０
をもっており、配管２１との接続がなされる。配管との
接続には、例えばサニタリークランプ２２が用いられる
が、ねじ込み、フランジ継手などを用いてもよい。

【００１１】雌管１２には１次シール、２次シール間に
溝部２３が設けられ、雌管を上下方向へ移動させること
により、該溝部と１次シールを相対させて同じ位置に
し、１次シールと雌管との接触をはずして後述するよう
に洗浄可能なようになっている。図中２４は雌側配管２
５との接続部位、２６はサニタリークランプを示す。な
お、図の例ではサニタリークランプ継手を使用している
が、雄管又は雌管の配管との接続部位については、各種
の手段を用いることができる。ねじ継手であってもよ
く、フランジ継手でもよい。また、完全に溶接すること
もできる。雌管１２の先端部には外周面上均一な間隔で
透孔２７が設けられ、各透孔２７には、運動自在なよう
に鋼球に代表されるボール２８が装着されている。さら
に、ボールの外にはスリーブ２９が設けられ、ボール２
８の脱落を防止するとともに、適度な固持力がでるよう
に設定されて設けられている。スリーブ２９の内側に
は、自動戻りのためのスプリング３０が設けられてい
る。また、スリーブ２９が脱落しないように、雌管の先
端には、スリーブ脱落防止用の押さえ金具３１が設けら
れている（Ｃリングや単なるスプリングワイヤーを巻き
付けたもの）。さらに、スリーブにはスリーブを引いた
りする操作を行うために駆動装置（代表的には空気シリ
ンダー。図示せず）が取り付けられる。上下方向に該接
続継手を用いるものとして、雄管の下半分の外周部に
は、下部に１次シールが、上部には２次シールが設けら
れているのは前述の通りである。

【００１２】次に動作を説明する。図１は製品１８が流
される際の状態を表わしている。１次シール１７にて、
第１の流体（例えば製品である食品や飲料）に対する気
密性が実現されている。第１の流体が流通した後に、洗
浄液が流通される。これを図２に従って説明する。まず
洗浄液３２を流すのに先立って、まずスリーブ駆動装置
（図示しない）を作動させて、スリーブ２９を引いて、
ロック用ボール２８の固持を解除し、ついで、雌管用駆
動装置（図示しない）によって雌管１２の位置を若干変
化（図の例では下側に位置変化）させる。その場で、こ
のような位置移動を行わせる。図２はこのように位置移
動した状態を表わしている。こうしてボール２８を上部
の溝部１５から下側溝部１６に移して嵌め込み、スリー
ブを元の状態に戻してロック状態とし、固持力を生じせ
しめることができる。これにより、製品である食品や飲
料を密封していた１次シールのＯリングは接触面から離
れることとなる。このようにした後に、ライン洗浄液３
２が流されるので、ガスケットが液にさらされることと
なり、洗浄されることになる。この位置（洗浄ポジショ
ン）でも、洗浄液が外部に漏れては困るので、洗浄液に
対する密封性を実現するために２次シール１９が設けら
れている。シール用Ｏリングに用いられる材質は、食品
製造に適するグレードのものが適宜選定される。勿論、
２段のシール及び２条の溝の位置などは上記の動作・機
能が実現できうるように適宜寸法設計される。ラインＣ
ＩＰによる、配管内面、１次シールＯリング及び接触面
の洗浄が終了したら、雌管１２を矢印ｓ方向に抜き出
し、雄管１３との切り離しが行われる。雌管と雄管を接
続する際には、手動の場合と同様に、スリーブを駆動装
置により引いて、いったんボールロックを解除してから
雌管を挿入する。挿入後にスリーブを元に戻して、機械
的保持を行う。その１例を図３に従って説明する。

【００１３】図３は、接続継手を自動的に接続動作させ
るための装置の全体略図である。図中３３は雌管側、３
４は雄管側であり、それぞれ上記で説明したものであ
る。図中３５は雌管を雄管と嵌合させ、雌管の位置変化
をさせるための駆動装置である。代表的には空気シリン
ダーであるがこれに限定するものではない。さらに、図
中３６は、雌管側のスリーブ駆動装置であり、前記の固
持手段（ボール２８と溝部１５、１６）の固持を解除し
たり、再度固持したりする場合に、スリーブを移動させ
る必要があるが、その為の駆動装置である。さらに、両
方の管を結合接続する際に芯合わせを要するがそのため
の位置合わせ機構を有し、代表的な例としてはガイドピ
ン３７とガイド穴ブロック３８との組み合わせが用いら
れる。３９はガイドピン受け台、４０はガイド穴ブロッ
ク受け台である。なお、上記のように動作して、雄管・
雌管の間で位置関係の変化を生じせしめ、なおかつ、ボ
ールロックする際に必要な精度にて位置合わせさせるた
めの制御機能を持つ駆動機構を用いることもできる。こ
のような精度の調整自体は、最近の自動化要素技術を用
いて±０．５ｍｍの精度から、さらには±０．１ｍｍの
精度で行うことができる。

【００１４】図４は本発明の配管継手の雄管・雌管の各
々の側に仕切り弁を設けた例を示し、製品・洗浄液等の
流出を遮断する目的に用いられる。一般に仕切り弁には
サニタリー仕様のバタフライバルブ、ボールバルブ、シ
ングルシートサニタリーバルブもしくはダブルシートバ
ルブを上下２つに分割したものなどを用いることができ
るが、図はバタフライバルブ４１を用いている。これら
は、食品産業の広い分野で用いられており、分解洗浄が
容易にでき、これらと当該接続継手を組み合わせること
により洗浄が容易な仕切弁付継手システムとなし得る。
図中４２はアクチュエーター、４３は心棒、４４はパッ
キング、４５はバタフライディスクである。仕切り弁を
用いて、これの開閉操作を繰り返すことによって、より
高い洗浄効果を得ると同時に、洗浄ポジションへ移動す
る前や接続継手が完全に切り離される以前に、流路の遮
断を行う。切離し時に仕切り弁の閉動作を行うのでライ
ンの元弁として機能し得る。バルブと接続継手との接続
手段については、各種のものが用いることができる。ね
じ継手であってもよく、フランジ継手や食品業界でよく
用いられるサニタリークランプ継手でもよい。ただし接
続継手と同じ形状である必要がある。

【００１５】図６は本発明の配管継手の他の例の断面図
であり、上記のようにガスケット及び接触面を単に洗浄
液をさらしただけでは、洗浄の効果が十分でない場合に
対応するためのものである。同図において図１と同符号
は同じものを示す。この例は、洗浄ポジションにある１
次シールに対して、洗浄液５０を直接吹き付ける方式で
ある。このために、洗浄ポジションにある雄管の１次シ
ール１７に相対する位置に吹き出し口５１を設け、さら
に雌管の肉厚部分には細長い通路５２が吹き出し口５１
に連通して設けられ、この間を洗浄液５０が流れるよう
にして、洗浄ポジションにある１次シール１７に向け
て、吹き出し口５１から、洗浄液５０が吹き付けられ
る。この開口はちょうど雌管と雄管の結合時は１次シー
ルと２次シールの略中間位置に位置していることとな
る。このようにすれば、ラインに洗浄液３２を流す際と
同時に、この１次シール１７へ洗浄液５０を吹き付ける
ことによって、１次シールの洗浄効果を高めることがで
きる。接触面については、ラインの流速を高めることに
よって、十分に洗浄が行われる。通常、よく実施されて
いる方式では管内流速が１．５ｍ／秒以上あれば洗浄効
果が十分あるということがいわれている。１次シール及
び２次シールに用いるＯリングの材質によっては、高温
でも耐えられるので、例えば高温蒸気を吹き付けること
により、殺菌も可能となる。

【００１６】さらに、本発明の配管継手の変更態様を図
７〜図１１に従って説明する。これらにおいて、図１〜
図６と同符号は同じものを示す。図７は１次シール接触
面での洗浄効果を高めるために、接触面をなるべく、管
の内側にもってきて、洗浄液の流通路側に近い位置にし
た場合である。この場合は雌管の根元部位５３を内側に
張り出す形にするのがよい。一方雄管の先端５４を段差
薄くしている。図８は１次シール１７を雄管の先端部の
端縁部に設けたものである。この場合、１次シールの接
触面に液の溜まり部分ができるので、これを防止するよ
うに図９のように雌管の接触面を滑らかな曲面５５とす
るのがよい。このような構造の１次シールは、面圧シー
ルとなり挿入時に摺れることがないので、シールの寿命
の点からは好ましい場合がある。

【００１７】図１０は、図６にあるような洗浄液噴出口
５１を１次シールの洗浄だけに使用するのではなく、１
次シールからの製品液の漏洩検知に用いた例である。こ
れは吹き出し口につながって、細い管が設けられ、そこ
へ漏れてきた製品が流れ込み、例えば導電率計などによ
り漏れを検知できるようにすることにより達成できる。
より詳しくは図示のように、製品移送中は製品接続中の
１次シールからの漏洩検知にライン６０に接続し、製品
の移送が終了したらバルブ６１を切り替えて、洗浄液供
給ライン６２から送り込み１次シール１７に吹き付ける
に用いる。この切り替えバルブには製品と洗浄液が混入
するのを防止するために、ダブルロックシステムの方式
のバルブとするのがよい。図１１は、雌管側に１次シー
ル６３を設けたものである。この場合、洗浄ポジション
では雌管が下に下がり、Ｏリング及び接触面が洗浄液の
流れにさらされることとなり、洗浄がなされることにな
る。図１２は、図６の配管継手を水平に用いた、洗浄液
の吹き出し口及び通路を設けた構造のものである。図１
２（Ａ）は製品接続時、図１２（Ｂ）は洗浄作業時であ
る。これにより、１次シールからの漏れを検知すると共
に、完全切り離しの前に、図１２（Ｃ）のようにして内
部に残留している残液を系外に排出することができる。
すなわち図１２（Ｂ）は、周囲の孔部から洗浄液を１次
シールに向けて吹き付けるものである。図１２（Ｃ）
は、洗浄が終了した後に洗浄残液を同孔部より排出しよ
うとするものである。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、従来の配管継手の欠点を解消
するものであり、以下にこれをまとめて示す。 簡便な機械的保持機構の一つであるボールロックメカ
ニズムを用いる接続継手にあって、従来はできなかった
シール手段（Ｏリング）及び接触面の洗浄を行える。 配管継手の結合を離脱しないで位置をずらすだけでシ
ール部を洗浄できる。すなわちＣＩＰ方式にできるの
で、自動化に適する。 必要とされる洗浄の程度の応じて、１次シールに洗浄
液を噴出することができるので、洗浄効果を高めること
ができる。 １次シールの洗浄と１次シールからの製品漏洩の検知
を１つの手段で行うことができる。 必要により、洗浄液にかえて高温蒸気を噴出すること
ができるので、殺菌効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配管継手の１実施例の断面図であり、
結合時の状態を示す。

【図２】本発明の配管継手の１実施例の断面図であり、
洗浄時の状態を示す。

【図３】本発明の配管継手の接続装置の全体説明図であ
る。

【図４】本発明の配管継手の接続状態を示す断面図であ
る。

【図５】従来の接続継手の断面図である。

【図６】本発明の配管継手の他例の断面図である。

【図７】本発明の配管継手の他例の断面図である。

【図８】本発明の配管継手の他例の断面図である。

【図９】本発明の配管継手の他例の断面図である。

【図１０】本発明の配管継手の他例の断面図である。

【図１１】本発明の配管継手の他例の断面図である。

【図１２】本発明の接続装置を横形で使用した状態を示
す断面図である。（Ａ）は製品流通時、（Ｂ）は洗浄作
業時、（Ｃ）は残存液排出時をそれぞれ示す。

【符号の説明】

１２ 雌管 １３ 雄管 １５ 溝部 １６ 溝部 １７ １次シール １８ 製品 １９ ２次シール ２０ 接続部位 ２１ 雄管側配管 ２２ サニタリークランプ ２３ 溝部 ２４ 接続部位 ２５ 雌管側配管 ２６ サニタリークランプ ２７ 透孔 ２８ ボール ２９ スリーブ ３０ スプリング ３１ 押さえ金具 ３２ 洗浄液 ３３ 雌管側 ３４ 雄管側 ３５ 雌管駆動装置 ３６ 雌管スリーブ駆動装置 ３７ ガイドピン ３８ ガイド穴ブロック ５０ 洗浄液 ５１ 吹き出し口 ５２ 通路

Claims (10)

３ 【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雄管と雌管とを結合させる配管継手であ
   って、雄管の先端に近い方に第１シール手段、その後方
   に第２シール手段を設け、さらに雄管を雌管に完全に嵌
   挿した時の両者の第１段固持手段、雄管を若干抜き出し
   た状態での両者の第２段固持手段をそれぞれ設け、第１
   段固持手段に対して第１シール手段が働き、第２段固持
   手段により固持する時は前方の第１シール手段が開放さ
   れて後方の第２シール手段が働くようにしたことを特徴
   とする配管継手。
2. 【請求項２】 第１段及び第２段固持手段として、雌管
   の外側に設けたスリーブが、雌管の先端部に複数個設け
   た透孔に運動自在に嵌め込まれかつ雄管の溝に嵌合した
   ボールを押さえ、これにより、雌管と雄管を所定の位置
   関係で固持するとともに離脱を防止するものを用いるこ
   とを特徴とする請求項１記載の配管継手。
3. 【請求項３】 スリーブ内側にはスプリングがあり、自
   動復帰を行うことを特徴とする請求項２記載の配管継
   手。
4. 【請求項４】 雌管の先端部の内側表面が高低の段差を
   有し、段差のより高い位置で前記第１シール手段又は第
   ２シール手段と接することを特徴とする請求項１記載の
   配管継手。
5. 【請求項５】 第１シール手段と第２シール手段の略中
   間点に対応する位置の３雌管部側に、洗浄液の吹き出し
   口を設け、該吹き出し口に連通する流路を雌管部壁内に
   設けてなることを特徴とする請求項１記載の配管継手。
6. 【請求項６】 吹き出し口を通じて、漏れを検出するこ
   とを特徴とする請求項５記載の配管継手。
7. 【請求項７】 雄管と雌管とを結合させる配管継手であ
   って、雌管の内側で先端より基部側に雄管との間隙を密
   封する第１シール手段を設け、それより先端の位置で雄
   管の外側に第２シール手段を設け、さらに雄管を雌管に
   完全に嵌挿した時の、両者の第１段固持手段、雄管を若
   干抜き出した状態での両者の第２段固持手段を設け、第
   １段固持手段に対して第１シール手段が機能し、第２段
   固持手段により固持する時は前方の第１シール手段が開
   放されて後方の第２シール手段が働くようにしたことを
   特徴とする配管継手。
8. 【請求項８】 請求項１〜７いずれかに記載の配管継手
   を有し、同継手の接続、位置合わせ、離脱又はスリーブ
   の操作を行う駆動装置を設けたことを特徴とする配管継
   手接続装置。
9. 【請求項９】 スリーブの駆動を雌管側に設けた駆動装
   置にて行うことを特徴とする請求項７記載の接続装置。
10. 【請求項１０】 請求項１の配管継手の雌管・雄管各々
    の配管側に仕切り弁を設けてなること特徴とする配管接
    続継手。