JP2015149353A - 電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】DINレールに取り付けられる機能別モジュールに対して相互干渉することなく個別に前面からアクセスでき、入出力モジュールが実装されるベースプレートに外力の影響を及ぼすことなく機能別モジュールをDINレールに着脱でき、発熱量が大きい機能別モジュールについては効率よく放熱でき、小型化による省スペース化が図れ、操作性の優れた電子機器を実現すること。【解決手段】複数のモジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートを、複数の取付部材を介してDINレールに着脱可能に取り付けるように構成された電子機器において、前記ベースプレートに前記取付部材と係合され前面から操作可能な操作レバーを設け、この操作レバーを操作することにより前記取付部材と前記DINレールとの係止を解除することを特徴とするもの。【選択図】 図3

Description

本発明は、電子機器に関し、詳しくは、複数のモジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートを、複数の取付部材を介してDINレールに着脱可能に取り付けるように構成された電子機器に関するものである。
電子機器の一種に、複数のモジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートを、複数の取付部材を介してDINレールに着脱可能に取り付けるように構成されたものがある。
図10は、このような電子機器を用いて構成される制御システムの一例を示すブロック図である。図10において、フィールドコントロールステーション10は、複数の入出力モジュール11と、電源モジュールや上位システムとの間で各種信号の授受を制御する制御モジュールなどの各種の機能モジュール12が図示しないベースプレートに設けられた第1の端子盤に着脱可能に嵌合接続されている。
フィールドコントロールステーション10は、ケーブル20を介して第2の端子盤30と接続されている。第2の端子盤30には、システム側のケーブル20が図示しないコネクタを介して着脱可能に嵌合接続されるコネクタ31、フィールド側の図示しないセンシング機器やモータ、バルブなどのフィールド機器の配線が接続される端子台32、コネクタ31と端子台32とを機械的かつ電気的に接続する信号系統を必要に応じて機械的に遮断する断路部材33などが設けられている。
断路部材33は、たとえばシステムの立ち上げや保守時にそれぞれの信号系統のシステム側またはフィールド側における状態を個別に確認することを目的として設けられたもので、該当する信号系統の断路部材33を第2の端子盤30から抜去することにより、システム側とフィールド側の間で信号の授受を行う信号入出力系統を機械的に遮断する。
これらフィールドコントロールステーション10や端子盤30は、たとえばDINレールに着脱可能に取り付けられる。図10では、端子盤30の背面がDINレール40に取り付けられた状態を示している。
図11はDINレール40に取付部材50を介して電子機器60を取り付けた状態の説明図であり、(A)は斜視図、(B)は(A)の簡略断面図である。図11において、DINレール40はDIN規格により寸法が標準化された断面形状が扁平なトップハット形のレール部材であり、底が比較的浅い断面矩形の溝部40aと、溝部40aの対向する両側面がそれぞれ外側にL字形に折り曲げられた幅が比較的狭い両側のフランジ辺40b、40cが形成されている。
取付部材50は電子機器60の背面にねじで固着されたものであって、ベース部材51と、図示しないばねを介してベース部材51に対して摺動可能に取り付けられた脱着レバー52とで構成されている。
ベース部材51には、DINレール40のフランジ辺40b、40cを係止するための溝部51aが形成されている。
脱着レバー52は、溝部51aの一辺(下辺)を開閉するように摺動可能に取り付けられ、通常は図示しないばねで付勢されて溝部51aの一辺を閉じた状態になっている。脱着レバー52の奥行側の端部にはDINレール40に押し付けたときにばねの弾性力に対抗して下方に摺動するようにテーパー面が形成され、引き出し側の端部は操作部としてベース部材51の端部から長さLだけ突出するように形成されている。
(B)の状態において、DINレール40に電子機器60を着脱可能に取り付けるのにあたっては、電子機器60の背面に固着された取付部材50の溝部51aの上辺にDINレール40のフランジ辺40bを係止させた後、取付部材50の溝部51aの下辺をDINレール40のフランジ辺40cに押し付ける。
取付部材50をDINレール40のフランジ辺40cに押し付けることにより、脱着レバー52の奥行側の端部に形成されたテーパー面がフランジ辺40cの端面を摺動して脱着レバー52は下方に摺動し、溝部51aの下辺を徐々に開いた状態になる。
DINレール40のフランジ辺40cが脱着レバー52の奥行側の端部に形成されたテーパー面を乗り越えると取付部材50の溝部51aに嵌め合わされて、脱着レバー52は再びばねで付勢されて溝部51aの一辺を閉じた通常の状態になり、取付部材50の溝部51aの下辺にDINレール40のフランジ辺40cが係止されることになる。
DINレール40に取り付けられた電子機器60を取り外すのにあたっては、取付部材50の脱着レバー52を下方に引いてDINレール40のフランジ辺40cを取付部材50の溝部51aの下辺から引き出し、続いてDINレール40のフランジ辺40bと取付部材50の溝部51aの上辺との係止を解除する。
図12は、図10の入出力モジュール11の具体的な構成例図である。(A)は入出力モジュール11の前面に着脱可能な複数種類の端子ブロック11a、11b、11cを用意しておき、用途に応じたものに交換して取り付ける例を示している。(B)は入出力モジュール11にコネクタ11dを介してケーブルを接続する例を示している。(C)は入出力モジュール11に信号線を接続するためのカバー付の端子盤11eを設けた例を示している。これらの入出力モジュール11も図示しないDINレールに取り付けられる。
図13は、図10の入出力モジュール11の他の具体的な構成例図である。(A)、(B)は発熱量が大きい入出力モジュール11のケース11f、11gを熱伝導性の優れたアルミ材で構成したものであり、(C)はネスト(エンクロージャー)11h全体をアルミ材で構成したものである。これらの入出力モジュール11も図示しないDINレールに取り付けられる。
特許文献1には、DINレールに最小限のスペースで、横滑りしないで固定でき、基板を金属ケースの中に収納したDINレール取付け形ターミナルボードの構成が記載されている。
特開2012−134352号公報
しかし、図11に示すDINレール取り付け構造において、DINレール40に取り付けられた電子機器60を取り外すためには、作業者が取付部材50のベース部材51に摺動可能に取り付けられた脱着レバー52の端部を直接操作できるように、脱着レバー52の端部を操作端としてベース部材51の端部から一定の長さLだけ突出させなければならず、外形サイズが大きくなってしまうという問題がある。
また、取付幅の広い電子機器60をDINレール40に取り付ける場合には、電子機器60の背面に固着された同一寸法の複数の取付部材50が用いられるが、DINレール40に取り付けられた電子機器60を取り外すためには、電子機器60の背面に固着された全ての取付部材50の脱着レバー52を同時に引き出さなければならず、その作業はかなり困難である。
また、図12のように入出力モジュール11の前面に端子ブロック11a〜11cが取り付けられる構成によれば、入出力モジュール11の本体前面にアクセスするのにあたっては、端子ブロック11a〜11cがアクセスの邪魔になり、作業性を低下させる。
特に、端子ブロック11a〜11cにフィールド配線を接続する場合には、入出力モジュール11にフィールド配線による引っ張り力が加わって、入出力モジュール11を破損してしまうおそれがある。そこで、前述の図10のように、フィールド配線を接続するための端子盤30を別途設けることも行われている。
さらに、図13に示すように、熱対策としてケースの構成物すべてをアルミ材とした場合には、コストが増加するという問題もある。
本発明は、これらの課題を解決するものであって、その目的は、前面からのアクセスのみで、複数の機能別モジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートをDINレールに着脱できるとともにDINレールに取り付けられたベースプレートに相互干渉することなく機能別モジュールを着脱でき、ベースプレートの外形に外力の影響を及ぼすことなくフィールド機器との配線が接続でき、発熱量が大きい機能別モジュールについては効率よく放熱できて小型化による省スペース化が図れる操作性の優れた電子機器を実現することにある。
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
複数のモジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートを、複数の取付部材を介してDINレールに着脱可能に取り付けるように構成された電子機器において、
前記ベースプレートに前記取付部材と係合され前面から操作可能な操作レバーを設け、
この操作レバーを操作することにより前記取付部材と前記DINレールとの係止を解除することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の電子機器において、
前記複数のモジュールは機能別にグループ化されるとともに、各グループを構成するモジュールの端面がグループ単位で階段状を形成するように前記ベースプレート上に配列されていることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2に記載の電子機器において、
前記機能別モジュールグループのいずれかに放熱用のダクトを設け、このダクトに隣接する他の機能別モジュールグループを密着させたことを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項2または請求項3のいずれかに記載された電子機器において、
前記機能別モジュールグループは、入出力モジュールと所定のオプション機能を有するプラグインモジュールと端子台を含むことを特徴とする。
これらの構成により、前面からのアクセスのみで、複数の機能別モジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートをDINレールに着脱できるとともにDINレールに取り付けられたベースプレートを外すことなくベースプレートに搭載された個々の機能別モジュールを相互干渉することなく着脱でき、ベースプレートに外力の影響を及ぼすことなくフィールド機器との配線が接続でき、発熱量が大きい機能別モジュールについては効率よく放熱できて小型化による省スペース化が図れる操作性の優れた電子機器を実現できる。
本発明に基づく電子機器の一実施例を示す構成説明図である。 図1に示す電子機器の組立説明図である。 ベースプレート100の背面の斜視図である。 取付部材160の構成説明図である。 図3に示す操作レバー150と取付部材160が組み込まれたベースプレート100のDINレール140への取付手順を底面からみた説明図である。 DINレール140に取り付けられたベースプレート100の取り外し説明図である。 端子台130の構成説明図である。 端子台130の構成説明図である。 板ばね135の機能を説明するための構成説明図である。 従来の制御システムの一例を示すブロック図である。 DINレール40に取付部材50を介して電子機器60を取り付けた状態の説明図である。 図10の入出力モジュール11の具体的な構成例図である。 図10の入出力モジュール11の他の具体的な構成例図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に基づく電子機器の一実施例を示す構成説明図であって、(A)は上面図、(B)は正面図、(C)は側面図、(D)は全体の斜視図であり、図2は図1に示す電子機器の組立説明図である。
図1および図2において、ベースプレート100の前面には、同一機能を有する2個の入出力モジュール110がコネクタCN1〜CN2を介して嵌合接続され、所定のオプション機能を有する機能別モジュールとしての複数のプラグインモジュール120がコネクタCN3を介して嵌合接続され、複数の端子台130がコネクタCN4を介して嵌合接続される。これら各構成要素の着脱は、前面からアクセスして作業することにより、比較的簡単に行える。なお、ベースプレート100の背面は、後述するようにDINレール140に着脱可能に取り付けられる。
これら2個の入出力モジュール110と複数のプラグインモジュール120と複数の端子台130の奥行方向の長さは、これらがベースプレート100に取り付けられた状態におけるそれぞれの端面がベースプレート100の一方の側から他方の側に向かって階段状になるように設計されている。
2個の入出力モジュール110a、110bはマスター/スレーブ関係で動作するものであって、マスターとして動作している一方の入出力モジュール(たとえば110a)が故障した場合にはスレーブとして動作している他方の入出力モジュール(たとえば110b)がマスターとして代替動作するように冗長化され、二重化駆動される。これにより、入出力モジュール110の故障に起因する動作停止を最小限に抑制できる。
プラグインモジュール120は、入出力モジュール110には実装されていないリレーによる信号変換機能、絶縁機能、断路機能、ヒューズ機能などのオプション機能を、各信号系統に個別に付加するものである。プラグインモジュール120の前面には、前面レバー121がプラグインモジュール120の前面を覆うようにして、その一端近傍が取付軸に対して回転可能に取り付けられている。
プラグインモジュール120にオプション機能としてたとえば断路機能を実装することにより従来の端子盤30に設けられていた断路部材33を不要にでき、ヒューズ機能を実装することにより従来の端子盤30に設けられていたヒューズを不要にできる。
図3は、ベースプレート100の背面の斜視図である。ベースプレート100の背面には、ほぼ中央部分に長手方向に形成されDINレール140が嵌め合わされる比較的幅の広い第1の溝部101と、一方の側辺近傍に溝部101と平行に長手方向に形成され操作レバー150が摺動可能に嵌め合わされる第1の溝部101よりも幅の狭い第2の溝部102と、これら第1の溝部101および第2の溝部102と直交するように離散的に形成されベースプレート100をDINレール140に着脱可能に取り付けるための取付部材160が摺動可能に嵌め合わされる第3の溝部103が3本設けられている。
第3の溝部103の底面には取付部材160を摺動可能に嵌め合わせた状態における取付部材160の摺動方向を案内するガイド溝103aが設けられ、第3の溝部103の両壁面には取付部材160の両側面に設けられた段付部160d、160eが摺動可能に嵌め合うガイド部103b、103cが設けられている。
操作レバー150には、第3の溝部103にそれぞれ固着される同一形状の取付部材160と機械的に結合するための円柱状の3個の突起体151が、第3の溝部103と等しい間隔で設けられている。
図4は、取付部材160の構成説明図である。取付部材160はプラスチックでほぼ矩形の平板枠状に一体成型されたものであり、一端にはテーパー面160aが形成され、この端部近傍には弾性を有し実質的な板ばねとして機能する片持ち状の可動片160bが形成されている。可動片160bの端部には第3の溝部103の底面に設けられたガイド溝103aに嵌め合う円柱状の係止部160cが一体化されている。
テーパー面160aの両側面には、第3の溝部103の両壁面に設けられたガイド部103b、103cに摺動可能に嵌め合う段付部160d、160eが形成されている。枠部の可動片160bの固定部側の奥行方向には斜辺160fが設けられている。
これら操作レバー150と取付部材160をベースプレート100に取り付けるのにあっては、まず、操作レバー150を突起体151が上面に突出するようにして第2の溝部102の端部に突き当たるまで挿入する。
その後、取付部材160を、第3の溝部103にそれぞれ移動可能に取り付ける。具体的には、第3の溝部103の両壁面に設けられたガイド部103b、103cに取付部材160の両側面に形成された段付部160d、160eを摺動可能に嵌め合わせるとともに、可動片160bの端部に一体化された円柱状の係止部160cを第3の溝部103の底面に設けられたガイド溝103aに嵌め合わせる。
このように操作レバー150と取付部材160がベースプレート100に組み込まれた状態において、操作レバー150は取付部材160の可動片160bの弾性力により図3の左方向に押し付けられる。
これにより、取付部材160のテーパー面160aが形成された端部は溝部101の一方の壁面101aから突出することになり、溝部101の底面との間にDINレール140のフランジ辺140cを嵌め合わせて係止する係止溝101bを形成する。なお、この壁面101aの開口部の角部は、DINレール140の他方のフランジ辺140cを円滑に着脱できるようにほぼ円弧状に面取りされている。
第1の溝部101の他方の壁面101cの開口部近傍には断面形状が円弧状の突起辺101dが形成され、その突起辺101dと溝部101の底面との間にはDINレール140の一方のフランジ辺140bを係止するための係止溝101eが形成されている。
図5は、図3に示す操作レバー150と取付部材160が組み込まれたベースプレート100のDINレール140への取付手順を示す底面からみた説明図である。
まず、(A)に示すように、ベースプレート100の溝部101の壁面の突起辺101dと溝部101の底面との間に形成される係止溝101eにDINレール140の一方のフランジ辺140bを嵌め合わせて係止する。
続いて、(B)に示すように、ベースプレート100全体をDINレール140に対して押し付ける。これにより、ベースプレート100に取り付けられた取付部材160の端部のテーパー面160aがDINレール140の他方のフランジ辺140cの端面を摺動することになり、DINレール140の他方のフランジ辺140cはこのテーパー面160aと溝部101の底面との間に形成される係止溝101bに嵌め合う。
この結果、(C)に示すように、ベースプレート100はDINレール140に係止固定されることになる。
図6はDINレール140に取り付けられたベースプレート100の取り外し説明図であり、(A)はベースプレート100がDINレール140に取り付けられた状態説明図、(B)はその部分拡大図、(C)はベースプレート100をDINレール140から取り外した状態説明図、(D)はその部分拡大図である。
図6(A)、(B)は操作レバー150を引き出さない通常の状態であり、操作レバー150の3個の突起体151はそれぞれ対応する取付部材160の斜辺160fを摺動するように嵌め合わされていて、操作レバー150は取付部材160の可動片160bの弾性力により第2の溝部102の端部に突き当たる所定の位置に押し付けられている。
この状態におけるベースプレート100は、前述のように、溝部101の一方の壁面の突起辺101dと溝部101の底面との間に形成された係止溝101eにDINレール140の一方のフランジ辺140bが嵌め合わされ、3個の取付部材160のテーパー面160aと溝部101の底面との間に形成される係止溝101bにDINレール140の他方のフランジ辺140cが嵌め合わされることにより、DINレール140に安定した状態で取り付けられる。
図6(C)、(D)は、操作レバー150が3個の取付部材160の可動片160bの弾性力に対抗して第2の溝部102の所定位置から引き出された状態である。操作レバー150が引き出されることにより操作レバー150に設けられている3個の突起体151は対応する取付部材160の斜辺160fを摺動し、これら3個の取付部材160の端部がDINレール140のフランジ辺140cから離れるように3個の取付部材160を第3の溝部103上で同時に摺動させる。
これにより、3個の取付部材160のテーパー面160aと溝部101の底面との間に形成されていた係止溝101bは一時的に消滅し、ベースプレート100の取付部材160を介したDINレール140に対する取り付け状態は解除されて、ベースプレート100をDINレール140から取り外すことができる。
図7は、端子台130の構成説明図である。端子台130は、側面カバー131とヒートシンク133で基板132を挟み、ねじ134で固定するように構成されている。端子台130のヒートシンク133としては、冷却用の風が流れるように形成された角筒部を有するアルミ異形材を用いる。
図8も端子台130の構成説明図であり、(A)は上面図、(B)は正面図、(C)は側面図である。端子台130の側面カバー131には、実質的に板ばねとして機能するクランク状に折り曲げ加工された折り曲げ部135が設けられている。
図9は折り曲げ部135の機能を説明するための構成説明図であり、(A)は背面図、(B)は側面図、(C)は正面図、(D)は上面図、(E)は(C)のA−A断面図、(F)は(E)の部分拡大図である。この折り曲げ部135は、図9に示すようにベースプレート100に端子台130が実装されたときに、ベースプレート100のケース100aと相互に干渉し、端子台130のヒートシンク133をプラグインモジュール120の方向へ押し付ける力が発生する。
このような構造により、端子台130のヒートシンク133はプラグインモジュール120と確実に接触することになり、プラグインモジュール120の放熱効果を高めることができる。
入出力モジュール110は、その時々の条件によって、110a側に挿されたり、110b側に挿されたり、両側に挿されたりする場合がある。したがって、その発熱量や放熱性を確定することができない。そこで、発熱体を有しない端子台130側に放熱機構を設けることにより、常に安定した放熱効果を得ることができる。
また、図10に示した従来の構成におけるフィールドコントロールステーション10と端子盤30を一体化することができ、省スペース化が実現できる。
また、図1および図2に示すように、ベースプレート100に、入出力モジュール110と所定のオプション機能を有する複数のプラグインモジュール120と複数の端子台130を、前面からアクセスして着脱可能に嵌合接続することができ、相互の干渉がない構造を実現できる。
また、図5および図6に示すように、ベースプレート100のDINレール140への固定にあたってはベースプレート100の前面をDINレール140に押しつけて、ベースプレート100のDINレール140からの取り外しにあたっては操作レバー150を引き出せばよく、前面からのアクセスのみでDINレール140に対するベースプレート100の着脱が可能な構造を実現できる。
また、ベースプレート100をDINレール140に固定する取付部材160は、装置の外形から突出させることなくベースプレート100をDINレール140から取り外せる構造であって小型化が図れるとともに、複数の取付部材160を1本の操作レバー150の操作により同時に動作させることができる
また、複数のプラグインモジュール120の放熱対策については、図7に示すように端子台130にヒートシンク133を埋め込むことにより、最小限のスペースで効率的に熱対策を実現している。
近年の制御システムでは、複雑なプロセス制御を要求されることが多く、複雑なプロセス制御を行うためには多種のフィールド機器とコントローラ間で多種多様な信号でやりとりしなければならない。
そこで、多種のフィールド機器とコントローラ間の信号を所望の形態に変換する入出力モジュールが必要となり、入出力モジュールには多種の信号変換能力が求められる。併せて、信号線の絶対量も増えることから、これらの電子機器を取り付けるラックや収納するキャビネットを削減するための小型化も必要となる。
一方、本発明の電子機器を構成する入出力モジュールは、プロセス制御システムで用いられる調節計(コントローラ)と比べると、保守、変更の機会が多い。その要因として、入出力モジュールを含む電子機器の設置現場がプロセス制御のフィールドに近いので外部ノイズなどで壊れやすいこと、フィールド機器の追加削除に伴い物理的な変更が必要となることが多いことなどが考えられる。
さらに、変更の際にはコントローラや他の制御対象への影響を最小限に抑えることが求められることから、制御対象ユニット毎に独立したベースプレートに所定の機能別モジュールグループが嵌合接続されたものと交換できることが望ましい。
以上説明した本発明は、これらの要求を満たすものであり、前面からのアクセスのみで、複数の機能別モジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートをDINレールに着脱できるとともに、DINレールに取り付けられたベースプレートを外すことなくこのベースプレートに搭載された個々の機能別モジュールを相互干渉することなく着脱でき、ベースプレートに外力の影響を及ぼすことなくフィールド機器との配線が接続でき、発熱量が大きい機能別モジュールについては効率よく放熱できて小型化による省スペース化が図れる操作性の優れた電子機器が実現できる。
100 ベースプレート
101 第1の溝部
102 第2の溝部
103 第3の溝部
103a ガイド溝
103b、103c ガイド部
110 入出力モジュール
120 プラグインモジュール
130 端子台
140 DINレール
140a 溝部
140b、140c フランジ辺
150 操作レバー
151 突起体
160 取付部材
160a テーパー面
160b 可動片
160c 係止部
160d、160e 段付部
160f 斜辺

Claims (4)

  1. 複数のモジュールが着脱可能に嵌合接続されるベースプレートを、複数の取付部材を介してDINレールに着脱可能に取り付けるように構成された電子機器において、
    前記ベースプレートに前記取付部材と係合され前面から操作可能な操作レバーを設け、
    この操作レバーを操作することにより前記取付部材と前記DINレールとの係止を解除することを特徴とする電子機器。
  2. 前記複数のモジュールは機能別にグループ化されるとともに、各グループを構成するモジュールの端面がグループ単位で階段状を形成するように前記ベースプレート上に配列されていることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記機能別モジュールグループのいずれかに放熱用のダクトを設け、このダクトに隣接する他の機能別モジュールグループを密着させたことを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
  4. 前記機能別モジュールグループは、入出力モジュールと所定のオプション機能を有するプラグインモジュールと端子台を含むことを特徴とする請求項2または請求項3のいずれかに記載された電子機器。
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