JP5012764B2 - プログラマブルコントローラの結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、プログラマブルコントローラの第１ケースと箱状の第２ケースとを、それら両ケースの突合せ壁同士を重ね合せるようにして着脱可能に結合するようにしたプログラマブルコントローラの結合構造に関する。

例えば工場設備等において使用され、外部機器に対する入出力制御を行うプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）のシステムにおいては、一般に、ＣＰＵユニット、電源ユニット、Ｉ／Ｏユニットなどの複数のユニット（モジュール）を組合せ、バスラインを介して接続して構成される。近年、制御回路や入出力回路部等を備えて構成されるＩ／Ｏモジュールと、外部機器（例えば、モータ、ベルトコンベア、電磁弁、表示装置、ランプ等の負荷、スイッチやセンサ等の入力機器）との電気的接続を行うための端子台を備えた端子台モジュールとを別体に構成し、それらを着脱可能に結合して１つのユニットを構成することが行われている。

この構成によれば、Ｉ／Ｏモジュール（回路基板）が故障した場合などに、いちいちバスライン（ＤＩＮレール）からの接続を外さなくとも、端子台モジュールに対してＩ／Ｏモジュールのみを交換することにより対応できる等、使いやすいものとなる。この場合、前記端子台モジュールは、ケースの外壁部に、端子台が設けられると共に、コネクタを有し前記Ｉ／Ｏモジュールが結合される接合部が設けられ、さらに、ＤＩＮレールに接続される被取付部などが設けられている。これに対し、前記Ｉ／Ｏモジュールは、矩形箱状のケース内に、複数の回路基板を有すると共に、ケースの一面に、コネクタを有し前記接合部に結合される連結部が設けられている。

このとき、端子台モジュールとＩ／Ｏモジュールとを結合する際に、両者を簡易に外れないようにするためのロック機構を設けることが行われる。一般に、この種のロック機構としては、例えば特許文献１に示されるように、一方のケース（例えば端子台モジュール側）に、先端にフックを有するロック部材をその基端側で回動可能に設け、他方のケース（例えばＩ／Ｏモジュール側）に、そのロック部材のフックが係合される被係合部を設け、その被係合部に対して前記ロック部材のフックを弾性係合させることにより、ロック部材の弾性力を利用して両ケースを結合状態にロックする構造が採用されている。
特開平７−１２１０８３号公報

ところで、従来では、上記したＩ／Ｏモジュールは、比較的軽く、さほど大きな重量ではなかったため、ロック部材のフックを被係合部に引掛けるといった単純な構造のロック機構であっても、ロックの機能を十分に果たすことができていた。ところが、近年、この種のプログラマブルコントローラ特にＩ／Ｏモジュールにあっては、高機能化が図られてきており、回路基板の大型化（枚数の増加）、部品数の増大、部品実装の高密度化等に伴い、１個のＩ／Ｏモジュールの重量が大きくなってきた事情がある。

このため、従来の単純な構造のロック機構では、端子台モジュールに対するＩ／Ｏモジュールの十分な固定強度が得られなくなる傾向にあり、例えば、強い衝撃や振動があった際にロック部材によるロックが外れ、Ｉ／Ｏモジュールの結合が外れてしまうといった虞が生ずる。そのような不具合に対処するためには、ロックのための機構を追加する（ロック部材の数を増やす）といったことも考えられるが、構造が複雑となってコスト高となる問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、プログラマブルコントローラの第１ケースと箱状の第２ケースとを、それら両ケースの突合せ壁同士を重ね合せるようにして着脱可能に結合するようにしたものにあって、比較的簡単な構成で済ませつつも、両ケースを強固に結合することができるプログラマブルコントローラの結合構造を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のプログラマブルコントローラの結合構造は、プログラマブルコントローラの第１ケースと箱状の第２ケースとを、それら両ケースの突合せ壁同士を重ね合せるようにして着脱可能に結合するようにしたものにあって、前記第２ケースの突合せ壁には、前記第１ケース側に凸となる嵌合突起が設けられると共に、前記第１ケースの突合せ壁には、前記嵌合突起が嵌合する嵌合穴が設けられ、前記第１ケースには、前記第２ケースを結合状態にロックするための全体としてＬ字状をなすロック部材が設けられており、前記ロック部材は、基端側が前記第１ケースに支持され先端側が前記第２ケースの前記突合せ壁の隣り合う面である側壁の外面部に沿って延びる主部と、この主部の先端部に前記側壁方向を向いて設けられた係止爪と、前記主部の基端から直角に折曲り先端側が前記第１ケースの突合せ壁の内側に沿って延びる支持部と、この支持部の先端に前記突合せ壁側に凸となるように設けられ前記嵌合穴の内側に臨んで配置される突起部とを備えると共に、前記主部と支持部との境界の折曲り部分を支点として該第１ケースに揺動可能に支持されており、前記第２ケースの前記側壁には、前記ロック部材の主部の先端側が該側壁に近付くロック方向に揺動された状態で前記係止爪が係止される被係止部が設けられており、前記第２ケースの前記第１ケースに対する重ね合せ状態では、前記嵌合突起が前記嵌合穴に対し、該嵌合穴の内面のうち前記ロック部材の支点方向を向く部分に接しながら嵌合するように構成されていると共に、その嵌合により、前記嵌合突起の先端が前記ロック部材の突起部に常に接触して該突起部を前記突合せ壁から離れる方向に押圧することにより、前記ロック部材を前記ロック方向に揺動させる力が常に作用するように構成されているところに特徴を有する（請求項１の発明）。

上記構成によれば、第１ケースの突合せ壁に対し、第２ケースの突合せ壁を重ね合わせることにより、第２ケースの嵌合突起が第１ケースの嵌合穴に嵌合し、その状態で、第１ケースに揺動可能に設けられた全体としてＬ字状をなすロック部材の係止爪が、ロック方向に揺動して第２ケースの側壁に設けられた被係止部に係止される。これにより、両ケースが結合状態にロックされる。このとき、嵌合突起の先端が、嵌合穴の内側に臨んで配置されるロック部材の突起部に常に接触して突起部を突合せ壁から離れる方向に押圧し、その力がロック部材をロック方向に揺動させる力に変換される。ロック部材がＬ字状であることから、係止爪には常に第２のケースに食い込む力が発生し、１個のロック部材でも、ロック部材の係止爪による第２ケースのロックがより強固に行われるようになる。

従って、ロック機構（ロック部材）の数を増やすことなく、比較的簡単な構成で、両ケースを強固に固定することが可能となる。また、嵌合突起が嵌合穴に対し、該嵌合穴の内面のうちロック部材の支点方向を向く部分に接しながら嵌合するように構成されているので、第１ケースの突合せ壁に対し、第２ケースの突合せ壁が傾いて結合されることを未然に防止することができると共に、結合状態では、第２ケース側が、被係止部に対する係止爪の係止が外れる方向にがたつくこともない。

ところで、本発明のプログラマブルコントローラの結合構造にあっては、第１ケースから第２ケースを取外す場合、ユーザが、ロック部材の主部をロック方向とは反対の方向に弾性変形させて、係止爪の被係止部に対する係止を解く作業を行う必要がある。その際に、嵌合突起とロック部材の突起部との間の摩擦力（摺動抵抗）が大きい場合には、ロック部材をロック方向とは反対方向に揺動させるために必要な力が大きくなる。これに対し、嵌合突起とロック部材の突起部との間の摩擦力（摺動抵抗）が小さい場合には、嵌合突起に対してロック部材の突起部が容易にずれ動くことによって、ユーザによるロック部材のロック解除の作業がより容易となる。

そこで、前記ロック部材の突起部を、先端が鋭角となった錐形状に構成し、前記嵌合突起に対して点接触するようにすることができる（請求項２の発明）。あるいは、嵌合突起を、先端が鋭角となった錐形状に構成し、前記ロック部材の突起部に対して点接触するようにすることができる（請求項３の発明）。これらによれば、ユーザによるロック部材のロック解除の作業を容易とすることができる。嵌合突起の押圧力を、面接触等の場合と同じだけロック部材に伝達できることは勿論である。

以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、図３は、例えば工場設備等において使用されるプログラマブルコントローラ１のシステムの全体構成を概略的に示している。ここで、プログラマブルコントローラ１は、ＬＡＮ２を介してＦＡコンピュータ３等に接続されており、またプログラマブルコントローラ１のうち後述するＩ／Ｏユニット４には、各種スイッチやセンサ類、制御対象機器（モータ、ベルトコンベア、電磁弁、表示装置、ランプ等の負荷）等の外部機器５が接続されるようになっている。

詳しく図示はしないが、本実施例におけるプログラマブルコントローラ１は、例えば、制御盤（或いはラック）内に、前記外部機器５に対する入出力制御を行うＩ／Ｏユニット４を含む複数個のユニット（モジュール）を備えて構成される。この場合、前記ユニット（モジュール）としては、複数個のＩ／Ｏユニット４の他に、全体を制御するＣＰＵユニット、電源供給用の電源ユニット等があり、それらが必要に応じて組合せられ、図示しないバスラインにより相互間が接続される。このとき、Ｉ／Ｏユニット４を含む各ユニットは、前記制御盤内の壁面に設けられた取付用のＤＩＮレール６（図２に一部のみ図示）に、例えばねじ止めにより横方向に並んで取付けられるようになっている。

ここで、本実施例におけるＩ／Ｏユニット４の構成について、図１及び図２も参照して述べる。図２に示すように、前記Ｉ／Ｏユニット４は、図２で下側に位置する第１ケースたる端子台モジュール７と、図２で上側に位置する第２ケースたるＩ／Ｏモジュール８とを重ね合わせるようにして着脱可能に結合して構成される。尚、Ｉ／Ｏユニット４（端子台モジュール７）は、実際には、図２で下面側を背面としてＤＩＮレール６に取付けられるのであるが、以下の説明では、便宜上、前後や上下、左右といった向きを表す場合に、図２に示す矢印Ｆ方向を前方と定義する。つまり、図２は、Ｉ／Ｏユニット４を分解状態で前方左斜めやや上方から見た斜視図となる。

図２に示すように、前記Ｉ／Ｏモジュール８は、プラスチックからやや横長の矩形箱状に構成された筐体９内に、図示しない制御回路や入出力回路等を実装した回路基板を配設して構成されている。この場合、図１にも一部示すように、前記筐体９の下面（底壁部）が突合せ壁９ａとなって、端子台モジュール７に重ね合わせられるのであるが、図示はしないが、この突合せ壁９ａの前部寄り部分には、該端子台モジュール７に対し主として電気的接続を図るためのコネクタ部が設けられている。

そして、詳しくは後述するが、Ｉ／Ｏモジュール８の突合せ壁９ａの図で中央後部寄り部分には、図１に示すように、端子台モジュール７側（図で下方）に凸となる嵌合突起１０が一体に設けられている。さらに、図１に示すように、筐体９のうち、突合せ壁９ａに隣り合う面である側壁９ｂ（突合せ壁９ａから直角に連続する図で背面側の壁）には、後述するロック部材の係止爪が係止される被係止部たる係止穴１１が形成されている。

一方、前記端子台モジュール７は、図２に示すように、プラスチックから薄型の矩形箱状に構成された筐体１２の前半部の上面に、周知の端子台１３を有して構成されている。詳しい図示及び説明は省略するが、この端子台１３は、例えば３段の段差を前後方向に有するブロック状のハウジングに、複数個の接続端子を、各段について左右方向に配列して構成されている。前記各接続端子は、ねじ穴を有する座金部と、この座金部に上方からねじ込まれるねじとを有して構成されている。前記外部機器５のケーブルは、その先端にＹ型端子が取付けられ、そのＹ型端子が端子台１３の図で前方から差込まれて接続端子に着脱可能に接続されるようになっている。

そして、端子台モジュール７の筐体１２の上面（上壁部）の後半部が、Ｉ／Ｏモジュール８（突合せ壁９ａ）が重ね合わせられる突合せ壁１２ａとされている。この突合せ壁１２ａの前部寄り部分には、前記Ｉ／Ｏモジュール８との間での電気的接続を主として図るためのコネクタ部（図示せず）が設けられている。また、筐体１２の図で下面部には、前記ＤＩＮレール６に係合される係合溝部１４が設けられている。さらに、筐体１２の図で左側面部には、前記バスライン（他のユニット）との電気的接続用のコネクタ１５も設けられている。

さて、上記のように、Ｉ／Ｏユニット４は、端子台モジュール７（突合せ壁１２ａ）に対し、Ｉ／Ｏモジュール８（突合せ壁９ａ）を、コネクタ部同士が接続されるように重ね合わせて結合することにより、１つのユニットとして機能するのであるが、それら端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８とを容易に外れないようにするためのロック機構１６が、以下のように設けられる。

即ち、図１に示すように、前記Ｉ／Ｏモジュール８の突合せ壁９ａには、嵌合突起１０が設けられており、前記端子台モジュール７の突合せ壁１２ａには、その嵌合突起１０が嵌合する嵌合穴１７が設けられている。このとき、図１（ｃ）に示すように、端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８との重ね合せ状態では、嵌合突起１０が嵌合穴１７に対し、該嵌合穴１７の内面のうち前側部分（後述のロック部材の支点方向を向く部分）に接しながら嵌合し、嵌合突起１０と嵌合穴１７のうち後側の内面との間には若干の隙間が生ずるようになっている。

そして、図２にも一部示すように、端子台モジュール７の筐体１２には、Ｉ／Ｏモジュール８を結合状態にロックするための例えばプラスチック製のロック部材１８が設けられている。図１に示すように、このロック部材１８は、全体として側面ほぼＬ字型の板状に構成されており、詳細には、縦方向に延びる主部１８ａと、その主部１８ａの基端（下端）から前方に向けて直角に折曲って延びる支持部１８ｂとを一体に有している。また、前記主部１８ａの先端部（上端部）の中央部には、前方を向く係止爪１９が一体に設けられている。これと共に、前記支持部１８ｂの先端（前端）には、上方に凸となる突起部２０が一体に設けられている。

このロック部材１８は、前記支持部１８ｂが、筐体１２の背面側の側壁１２ｂの上部に形成された横長のスリット穴１２ｃを通して、筐体１２内に差込まれた状態に設けられている。これにて、このロック部材１８は、端子台モジュール７の筐体１２に対し、前記主部１８ａと支持部１８ｂとの境界の折曲部１８ｃを支点として、前後方向に僅かながたを有した（若干の移動可能な）状態で、矢印Ａ方向（ロック方向）及びそれとは反対の矢印Ｂ方向（ロック解除方向）に揺動可能に支持されている。

このとき、前記ロック部材１８の主部１８ａが、側壁１２ｂ及び側壁９ｂの外面部に沿って延びるように配置され、その先端の係止爪１９が、前記側壁９ｂに形成された係止穴１１に対応している。また、ロック部材１８の支持部１８ｂが、筐体１２の突合せ壁１２ａの内側（下面）に沿って延び、前記突起部２０が、嵌合穴１７の内側に臨んで配置されるようになっている。

これにより、ロック部材１８（主部１８ａ）がロック方向（矢印Ａ方向）に揺動されることにより、係止爪１９が係止穴１１に係止し、Ｉ／Ｏモジュール８（筐体９）を結合状態にロックするようになっている。これと共に、Ｉ／Ｏモジュール８（筐体９）の端子台モジュール７の突合せ壁１２ａに対する重ね合せ状態では、前記嵌合突起１０が、前記嵌合穴１７の内面のうち前記ロック部材１８の支点（折曲部１８ｃ）方向を向く部分に接しながら嵌合すると共に、その嵌合により、前記嵌合突起１０の先端がロック部材１８の突起部２０に常に接触して該突起部２０を突合せ壁１２ａから離れる方向（下方）に押圧し、前記ロック部材１８に対しロック方向（矢印Ａ方向）に揺動させる力を常に作用させるように構成されている。

次に、上記構成の作用、効果について述べる。ユーザが、端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８とを結合させてＩ／Ｏユニット４を構成する場合には、図１（ａ）及び図２に示すように、Ｉ／Ｏモジュール８の下面（突合せ壁９ａ）を、端子台モジュール７の突合せ壁１２ａに対して、コネクタ部同士が接続されるようにしながら、上方から重ね合わせるようにする。

すると、図１（ｂ）に示すように、Ｉ／Ｏモジュール８の嵌合突起１０が、端子台モジュール７の嵌合穴１７に挿入されていき、ロック部材１８の突起部２０の上端面に当接して筐体１２の突合せ壁１２ａから離れる方向（下方）に向けて押圧する。これにより、ロック部材１８は、支持部１８ｂが下方に押下げられることに伴い、折曲部１８ｃを支点にロック方向（矢印Ａ方向）に揺動する。そして、遂には、嵌合突起１０が嵌合穴１７に嵌合した状態で、図１（ｃ）に示すように、主部１８ａの先端の係止爪１９が、Ｉ／Ｏモジュール８の側壁９ｂに設けられた係止穴１１に係止されるようになる。これにより、端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８とが結合状態にロックされるのである。

このとき、係止爪１９が係止穴１１に対しロック部材１８の弾性力によって係止されていることに加え、Ｉ／Ｏモジュール８の嵌合突起１０の先端が、ロック部材１８の突起部２０に常に接触してロック部材１８をロック方向に揺動させる力を作用させているので、１個のロック部材１８でも、ロック部材１８の係止爪１９によるＩ／Ｏモジュール８のロックが十分に強固に行われるようになる。

また、嵌合突起１０が嵌合穴１７に対し、該嵌合穴１７の内面のうちロック部材１８の支点方向（後方）を向く部分に接しながら嵌合するように構成されているので、端子台モジュール７の突合せ壁１２ａに対し、Ｉ／Ｏモジュール８の突合せ壁９ａが傾いて結合されることを未然に防止することができる。これと共に、端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８との結合状態では、Ｉ／Ｏモジュール８側が、端子台モジュール７に対し、係止穴１１に対する係止爪１９の係止が外れる方向（図で前方）、つまりロックが緩む方向にがたつくこともない。

尚、ユーザが、上記Ｉ／Ｏユニット４の状態（結合状態）から、端子台モジュール７との結合を解いてＩ／Ｏモジュール８を取外す場合には、図１（ｃ）に示すロック状態から、ロック部材１８の主部１８ａをロック方向とは反対方向（矢印Ｂ方向）に弾性変形させるようにして、係止穴１１に対する係止爪１９の係止を外し、引続き、Ｉ／Ｏモジュール８（筐体９）を、端子台モジュール７（突合せ壁１２ａ）から上方に引き外すようにすれば良い。

このように本実施例の端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８との結合構造（ロック機構１６）によれば、端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８とを結合状態にロックするためのロック部材１８の数を増やすことなく、比較的簡単な構成で、端子台モジュール７とＩ／Ｏモジュール８と両ケースを強固に固定することができるという優れた効果を得ることができるものである。

尚、上記実施例では、嵌合突起１０の先端面及び突起部２０の先端面を共に平坦面としたが、本発明においては、ロック部材１８の突起部２０を、先端が鋭角となった錐形状に構成し、嵌合突起１０に対して点接触するように構成したり、あるいは、嵌合突起１０を、先端が鋭角となった錐形状に構成し、ロック部材１８の突起部２０に対して点接触するように構成したりしても良い。これによれば、嵌合突起１０とロック部材１８の突起部２０との間の摩擦力（摺動抵抗）を小さくすることができるので、嵌合突起１０に対してロック部材１８の突起部２０が容易にずれ動くことによって、ユーザによるロック部材１８のロック解除の作業をより容易とすることができる。

その他、所期の目的を達成することができるものであれば、例えば端子台モジュール７（筐体１２）やＩ／Ｏモジュール８（筐体９）、ロック部材１８等の具体的な形状や構造等についても種々の変形が可能であるなど、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、端子台モジュールに対するＩ／Ｏモジュールの結合前の状態（ａ）、結合途中の状態（ｂ）、及び結合完了状態（ｃ）における、ロック機構部分の縦断右側面図 Ｉ／Ｏユニットの外観構成を概略的に示す分解斜視図 プログラマブルコントローラのシステムの構成を概略的に示す図

符号の説明

図面中、１はプログラマブルコントローラ、４はＩ／Ｏユニット、７は端子台モジュール（第１ケース）、８はＩ／Ｏモジュール（第２ケース）、９は筐体、９ａは突合せ壁、９ｂは側壁、１０は嵌合突起、１１は係止穴（被係止部）、１２は筐体、１２ａは突合せ壁、１２ｂは側壁、１２ｃはスリット穴，１６はロック機構、１７は嵌合穴、１８はロック部材、１８ａは主部、１８ｂは支持部、１８ｃは折曲部、１９は係止爪、２０は突起部を示す。

Claims (3)

1. プログラマブルコントローラの第１ケースと箱状の第２ケースとを、それら両ケースの突合せ壁同士を重ね合せるようにして着脱可能に結合するようにしたプログラマブルコントローラの結合構造であって、
   前記第２ケースの突合せ壁には、前記第１ケース側に凸となる嵌合突起が設けられると共に、前記第１ケースの突合せ壁には、前記嵌合突起が嵌合する嵌合穴が設けられ、
   前記第１ケースには、前記第２ケースを結合状態にロックするための全体としてＬ字状をなすロック部材が設けられており、
   前記ロック部材は、基端側が前記第１ケースに支持され先端側が前記第２ケースの前記突合せ壁の隣り合う面である側壁の外面部に沿って延びる主部と、この主部の先端部に前記側壁方向を向いて設けられた係止爪と、前記主部の基端から直角に折曲り先端側が前記第１ケースの突合せ壁の内側に沿って延びる支持部と、この支持部の先端に前記突合せ壁側に凸となるように設けられ前記嵌合穴の内側に臨んで配置される突起部とを備えると共に、前記主部と支持部との境界の折曲り部分を支点として該第１ケースに揺動可能に支持されており、
   前記第２ケースの前記側壁には、前記ロック部材の主部の先端側が該側壁に近付くロック方向に揺動された状態で前記係止爪が係止される被係止部が設けられており、
   前記第２ケースの前記第１ケースに対する重ね合せ状態では、前記嵌合突起が前記嵌合穴に対し、該嵌合穴の内面のうち前記ロック部材の支点方向を向く部分に接しながら嵌合するように構成されていると共に、その嵌合により、前記嵌合突起の先端が前記ロック部材の突起部に常に接触して該突起部を前記突合せ壁から離れる方向に押圧することにより、前記ロック部材を前記ロック方向に揺動させる力が常に作用するように構成されていることを特徴とするプログラマブルコントローラの結合構造。
2. 前記ロック部材の突起部は、先端が鋭角となった錐形状をなし、前記嵌合突起に対して点接触することを特徴とする請求項１記載のプログラマブルコントローラの結合構造。
3. 前記嵌合突起は、先端が鋭角となった錐形状をなし、前記ロック部材の突起部に対して点接触することを特徴とする請求項１記載のプログラマブルコントローラの結合構造。

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