JP5779650B2 - フィールドデバイス用の環状カバー及びハウジング組立体 - Google Patents

Description

本発明は密閉式の電子機器及びその製造方法に関し、より具体的には着脱可能なカバーを有した防爆型フィールドデバイス及びその製造方法に関する。

産業プロセス用の伝送器やコントローラなどが含まれるフィールドデバイスは、様々な設置状態で産業プロセス施設において用いられる。このフィールドデバイスには、例えば産業プロセスにおける圧力、温度、振動、流量、またはその他のほとんどのパラメータを検出するセンサが含まれ、また産業プロセスを管理または制御し、或いは産業プロセスに関わり合うアクチュエータやその他の装置が含まれる。多くの産業プロセス施設は、有害な環境におかれたり、若しくは火災、爆発、または振動の危険に晒されたりする可能性があるため、フィールドデバイスは防爆型に構成したり、動作環境条件に十分耐えうるように構成したりするのが一般的である。フィールドデバイスは、無線または有線接続によってコントロール室や他の装置などと通信を行い、産業プロセスの管理を支援できるようになっている。

一般的にフィールドデバイスは、所望の場所に設置され、その設置場所で作業者がプログラミングデバイスを用いて設定を行う。但し、そのようなプログラミングデバイスは高価であると共に、使用するには作業者がフィールドデバイスの設置場所にプログラミングデバイスを搬送しなければならない。また、伝送器のカバーは着脱しにくい上、カバーを取り外すことによって伝送器内部を外部環境に晒さざるを得なくなるため、伝送器のカバーを取り外さなくてもフィールドデバイスの設定を行えるのが望ましい。従って、フィールドデバイスに用いるのに適したローカルオペレータインタフェイスの提供が求められている。

フィールドデバイスでは、伝送器のハウジングに着脱可能に固定されて防爆型の封入容器を形成するねじ込み式カバーを用いるのが一般的である。しかしながら、カバーが電子回路や組み込まれた構成部材（例えば、ローカルオペレータインタフェイスを有するディスプレイガラス）に物理的に接触すると、伝送器のハウジングにカバーを取り付ける際（またはハウジングから取り外す際）に加わるトルクのほか、作業中に加わる振動や衝撃により、繊細な電子回路に破断や損傷、或いは破壊が生じる可能性がある。このため、従来のねじ込み式カバーは、カバーの近くに部品が位置するローカルオペレータインタフェイス（ＬＯＩ）をフィールドデバイスに設ける場合に問題がある。

図１は、国際電気標準会議（ＩＥＣ）規格６００７９−１（２００７）の防爆要件を満たす、従来技術としてのパイプ継手２０（ミネソタ州チャンハッセンのローズマウント社から、部品番号０００７９−０２８８−０００１にて入手可能）の分解斜視図である。このパイプ継手２０は、第１継手部材２２、第２継手部材２４及びカラー２６を備える。第１継手部材２２及び第２継手部材２４は、近接した２つのパイプや導管などを接続するのに用いる、端部が開口した筒状部材である。第１継手部材２２及び第２継手部材２４は、互いに組み合わさって防爆火炎伝播経路を形成する鋸歯状部２８をそれぞれ有している（図１では、第１継手部材２２の鋸歯状部２８が見えない）。カラー２６は、第２継手部材２４の肩部３０に当接するように第２継手部材２４の周囲に配設することが可能であり、第１継手部材２２に螺合することにより、第２継手部材２４を押し付けて第１継手部材２２に係合させる。パイプ継手２０では、第１継手部材２２と第２継手部材２４との間で相対的な回転が可能となっている。

本発明のフィールドデバイスは、ハウジングと、ハウジングに取り付けられ、ハウジングの中に少なくとも一部が位置する第１の電子回路部と、肩部を有する第１のカバーと、第１のカバーとハウジングとに設けられて相互に組み合わされる火炎伝播規制構造と、第１のカバーに対して相対回転可能に第１のカバーの周囲に嵌合する第１のねじ山付きカラーと、第１のカバーに固定された第２の電子回路部と、第１のカバーに固定された透明カバー部材とを備える。第１のねじ山付きカラーは、ハウジングに螺合して組み付けられており、第１のカバーの肩部に係合して第１のカバーをハウジングに固定する係合構造を有する。第２の電子回路部は、ハウジングに設けられた相手側の電気コネクタと、直線的な移動によって接続されることにより、第１の電子回路部と第２の電子回路部とを電気的に接続する電気コネクタを有する。そして、透明カバー部材を通して第２の電子回路部の少なくとも一部が視認可能となっている。

従来技術における防爆型パイプ継手の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るフィールドデバイスを示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るフィールドデバイスを示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るフィールドデバイスを示すブロック図である。 本発明に係るフィールドデバイス用のカバー及びハウジング組立体の分解斜視図である。 図３の４−４線に沿うフィールドデバイスの一部の断面図である。 回転防止構造の実施形態を示す、フィールドデバイスの一部の断面図である。 フィールドデバイスのカバーの一部の断面図である。 本発明に係るフィールドデバイス用のカバー及びハウジングの組立方法を示すフローチャートである。

添付図面の図は、本発明のいくつかの実施形態を示すものであるが、以下にも述べているとおり、別の実施形態も可能である。いずれの場合も、その開示内容は、代表的なものを用いて本発明を示すものであり、本発明を限定するものではない。様々な別の変形や実施の形態は、当業者がなし得るものであり、本発明の本質的な範囲及び趣旨に含まれるものである。各図は正確な縮尺とはなっていない場合がある。同じ参照番号は、ぞれぞれの図面において同様の部材を示すものである。

産業用プロセス用の伝送器やコントローラなどのフィールドデバイスは、腐食、火災、爆発、振動、及びその他の過激な状態に晒されるような環境で使用されることが多い。このため、産業プロセス施設で用いられるフィールドデバイスは、特に、予測される作動環境に適切に耐えることができるように構成される。そこで、フィールドデバイスは、耐久性のある鋳造物からなり機械加工された金属製の頑強なハウジングを備え、螺合して装着される（即ちねじ山付きの）カバーを有しているのが一般的である。このカバーには、ローカルインタフェイス部を覆うように配置された透明部材が設けられる。防爆要件を満たすため、この透明部材として比較的厚い（例えば約９ｍｍまたはそれ以上の）ガラス片を設けることが多い。

フィールドデバイスは、カバーを外してフィールドデバイスの内部を外部環境に晒すことなくフィールドデバイスを作動させることが可能な入力を有しているのが望ましい。１以上の導電性パッド（またはボタン）を有するタッチ回路を用いた容量性信号の検知は、カバーの透明部材を形成するガラスまたはプラスチックなどの絶縁素材を間に介して行うことが可能である。タッチ回路の導電性パッドと人間の指（または別の部位）とが、カバーの透明部材を形成する絶縁素材を間に挟んでキャパシタを形成する。容量性計測信号の大きさは絶縁性と関係があり、高い絶縁性を有した素材であるほど良好な検出信号を得ることができる。このため、カバーの比較的厚のある透明部材は、信号強度の点で好ましくない。また、キャパシタ内に何らかの空隙があると信号強度が低下するため、許容可能な信号レベルを確保するには、この空隙を最小化する必要がある。従って、タッチ回路とカバーのガラスとの間の空隙を低減または除去するのが望ましく、空隙がある場合には空隙を適度に正確に調整するのが望ましい。しかしながら、フィールドデバイスは、防爆要件を満たす上で望ましいねじ込み式のカバーを有するのが一般的であるため、カバーが電子回路に接触すると、カバーを伝送器のハウジングに取り付ける際（またはハウジングから取り外す際）に作用するトルクにより、繊細なディスプレイ回路、タッチ回路、或いは別の電子回路に、破断、損傷、或いは破壊が生じるおそれがある。電子回路がカバーと物理的に接触した状態にある場合、振動によっても同様の損傷が生じる可能性がある。更に、従来のねじ込み式のカバーを取り付ける場合には、タッチ回路とカバーの透明部材との間の空隙を調整することが困難である。カバーとハウジングに取り付けられたタッチ回路との間の取付誤差を規制することは困難であり、ハウジングに対して相対回転するねじ込み式のカバーに電子回路を取り付ける場合は、その電子回路と、ハウジング内にあって回転しない部品との電気的接続を得る上で問題が生じる。なお、容量性の形式以外のタッチ式インタフェイスを使用することは可能であるが、他の形式のタッチ式インタフェイスは一般的な産業プロセスの環境における使用に適していない。例えば、変形可能なタッチ層を用いたタッチスクリーンは、防爆型のフィールドデバイスの密閉性を維持する上で不適切である。

本発明は全般的に、電子回路に悪影響を及ぼす可能性を抑制しつつ、ハウジングに固定されて防爆性及び耐炎性を有した容器を形成するカバーに繊細な電子回路を取り付け可能とするような、フィールドデバイスシステム、及びその製造方法を提供するものである。相手側の電気コネクタに直線的に差し込まれるように構成された１以上の非回転式の電気コネクタを用い、カバーに保持されて取り付けられている電子回路と、ハウジングに保持されて取り付けられている電子回路とを適切に接続することが可能である。カバーは、適切な回転防止機構により、ハウジングに対して回転しないように固定することが可能である。カラーをハウジングに組み付ける（例えば螺合させる）と共に、カバーに組み付けることにより、ハウジングにカバーを保持することが可能である。ハウジングにカバーを保持する力をカラーが付与するように、カラーに当接する肩部をカバーに設けることが可能である。ハウジングに対してカバーが回転しないように固定しつつ、カラーをハウジング及びカバーのそれぞれに対して回転させることが可能である。鋸歯状部のような互いに組み合わさる火炎伝播規制構造をカバー及びハウジングの相互の接合面に配設し、これら両部材間に適切な防爆火炎伝播経路が設けられる。いくつかの実施形態として、本発明に係る複数のカバー組立体を所定のフィールドデバイスに設けることにより、所定の伝送器ハウジングの両端のカバーに電子回路を設けるようなことが可能となる。本発明の様々な特徴及び効果は、添付の図面に基づく説明によって理解されるであろう。

図２Ａ〜図２Ｃは、本発明のいくつかの選択可能な実施形態を概略的に示すものであるが、更に別の実施形態も可能であると理解すべきである。図２Ａ〜図２Ｃの実施形態に関する本発明の更なる詳細は、図３〜図７に示されており、以下において適宜説明する。

図２Ａは、フィールドデバイス４２を含むフィールドデバイスシステム４０を、第１実施形態として示すブロック図であり、フィールドデバイス４２は、当該フィールドデバイス４２と通信可能な産業プロセス４４及びコントロールルーム４６との間で相互にやりとりを行えるように設定されている。フィールドデバイス４２は、ハウジング４８、カバー５０Ａ、カバー５０Ｂ、カラー５２Ａ、カラー５２Ｂ、コントロール回路５４、センサ／アクチュエータ５６、付属電子回路部５８Ａ、付属電子回路部５８Ｂ、電気コネクタ６０Ａ、電気コネクタ６０Ｂ、電気コネクタ６２Ａ、及び電気コネクタ６２Ｂを備える。

コントロールルーム４６は、ディスプレイ、演算処理装置、メモリ、資産管理ソフトウエア（例えば、ミネソタ州チャンハッセンのエマーソンプロセスマネージメント社から入手可能なソフトウエアのAMS Suite and PlantWeb（登録商標））、並びに産業プロセス４４を監督及び管理し、フィールドデバイス４２からのデータを収集及び分析する様々な機器を備えることが可能である。

コントロール回路５４は、少なくとも一部がハウジング４８内に配置され固定されている。また、コントロール回路５４は、付属電子回路部５８Ａ及び付属電子回路部５８Ｂのそれぞれと電気的に接続されており、標準的に構成された１以上のプロセッサを有していてもよい。なお、これに代わる実施形態として、具体的な適用目的に応じ、複数の別個の電子回路でコントロール回路５４を構成することも可能である。例えば、コントロールルーム４６やセンサ／アクチュエータ５６との通信を行うためのターミナルブロック回路（図示せず）とは別個にコントロール回路５４を設けるようにしてもよい。

センサ／アクチュエータ５６は、産業プロセス４４との間で相互にやりとりを行うように設定されている。様々な実施形態においてセンサ及びアクチュエータ５６は、産業プロセス４４に関わる圧力、温度、振動、流量、またはその他のほとんどのパラメータを検出するように構成することが可能であり、また産業プロセス４４を監督または管理し、或いはその他の方法で相互に関わり合うアクチュエータやその他の機器を含むことが可能である。コントロール回路５４は、センサ／アクチュエータ５６と電気的に接続されており、センサ／アクチュエータ５６の作動制御、データ収集、データ処理などを行うのに適した任意の構成とすることができる。

フィールドデバイス４２はコントロールルーム４６と通信可能であり、フィールドデバイス４２とコントロールルーム４６との間の通信は、任意の適切な無線または有線接続を介して行うことが可能である。また、コントロールルーム４６との通信は、直接行ってもよいし、任意の数の中間媒体装置（図示せず）によるネットワークを介して行うようにしてもよい。コントロール回路５４は、フィールドデバイス４２が行う通信の監督及び管理を支援することが可能である。

図示した実施形態において、付属電子回路部５８Ａはカバー５０Ａに、また付属電子回路部５８Ｂはカバー５０Ｂに、それぞれ適切な留め具を用いるなどして取り付けられ保持されている。付属電子回路部５８Ａ及び付属電子回路部５８Ｂは、それぞれ基本的に任意の必要な機能を提供可能である。例えば、一実施形態において付属電子回路部５８Ａは、ディスプレイ及びタッチインタフェイス機能を有したローカルオペレータインタフェイス（ＬＯＩ）を提供可能であり、付属電子回路部５８Ｂは、接続される電子回路のための過渡現象保護機能を提供可能である。これに代わる実施形態として、付属電子回路部５８Ａ及び付属電子回路部５８Ｂのいずれにおいても、ほとんどのタイプの所望の電子回路を設けることが可能である。

図示した実施形態において、付属電子回路部５８Ａは電気コネクタ６０Ａを備え、付属電子回路部５８Ｂは電気コネクタ６２Ａを備える。電気コネクタ６０Ａには電気コネクタ６０Ｂが選択的に接続可能に設けられ、付属電子回路部５８Ａとコントロール回路５４との適切な電気的接続が得られるようになっている。また、電気コネクタ６２Ａには電気コネクタ６２Ｂが選択的に接続可能に設けられ、付属電子回路部５８Ｂとコントロール回路５４との適切な電気的接続が得られるようになっている。図示した実施形態においては、ハウジング４８内に配置され、コントロール回路５４から分離されて当該コントロール回路５４と機能的に接続される別個の部品として、電気コネクタ６０Ｂ及び電気コネクタ６２Ｂが示されているが、別の実施形態として、電気コネクタ６０Ｂ及び電気コネクタ６２Ｂは、コントロール回路５４と一体化されてもよいし、その他の任意の適切な構成としてもよい。一実施形態として、電気コネクタ６０Ａ、電気コネクタ６０Ｂ、電気コネクタ６２Ａ及び電気コネクタ６２Ｂは、それぞれ、一方（例えば電気コネクタ６０Ａ）を相手側となる他方（例えば電気コネクタ６０Ｂ）にほぼ直線的に差し込むことにより、１以上の独立した電気的接続を可能とする一般的なピン形式の電気コネクタ（例えば１０ピンタイプのコネクタ等）とすることができる。それぞれの電気コネクタによって行われる独立した電気的接続の数は、具体的な適用目的に応じて変更することが可能である。別の実施形態として、別の形式の差し込み式電気コネクタのほか、直線的な移動以外の操作により電気的接続がなされるような別の形式の電気コネクタを用いることも可能である。

カラー５２Ａはカバー５０Ａをハウジング４８に、またカラー５２Ｂはカバー５０Ｂをハウジング４８に、それぞれ着脱可能に固定するねじ山付きのカラーとして構成することができる。カバー５０Ａ及びカバー５０Ｂは、例えばハウジング４８の別々の開口部に対向して設けられ、カラー５２Ａをカバー５０Ａ及びハウジング４８に組み付けることにより、カバー５０Ａをハウジング４８に保持することができ、またカラー５２Ｂをカバー５０Ｂ及びハウジング４８に組み付けることにより、カバー５０Ｂをハウジング４８に保持することができる。カバー５０Ａとハウジング４８との間、及びカバー５０Ｂとハウジング４８との間に、それぞれ防爆火炎伝播経路及び密封シール（簡略化のため、図２Ａには密封シールが示されていない）を設けることにより、フィールドデバイス４２は密封された防爆型容器を形成することが可能となる。いくつかの実施形態として、カバー５０Ａとハウジング４８との間、及びカバー５０Ｂとハウジング４８との間で、それぞれ適切な回転防止機構を係合させ、ハウジング４８に対するカバー５０Ａ及びカバー５０Ｂの相対回転を抑制または防止することが可能である。これにより、付属電子回路部５８Ａがカバー５０Ａに、また付属電子回路部５８Ｂがカバー５０Ｂにそれぞれ固定され、且つコントロール回路５４がハウジング４８に固定される場合に、コントロール回路５４に対する付属電子回路部５８Ａ及び付属電子回路部５８Ｂの相対回転を抑制または防止する一助とすることができる。様々な実施形態として、電気コネクタ６０Ａ、電気コネクタ６０Ｂ、電気コネクタ６２Ａ及び電気コネクタ６２Ｂ、または火炎伝播規制構造を回転防止構造にしてもよいし、スプライン、キー、ピン、ダブテール（dovetail）、ボス、テザー（tether）などのような付加的な構造を回転防止構造とすることもできる。

更なる実施形態として、カバー５０Ａに対しカラー５２Ａを、またカバー５０Ｂに対しカラー５２Ｂを、それぞれ保持するための適切な保持構造（図示せず）を設けることが可能である。例えば、カバー５０Ａに対するカラー５２Ａの相対回転やその他の適切な動きを許容しつつ、カバー５０Ａのストッパと肩部との間にカラー５２Ａを保持し、カバー５０Ｂに対するカラー５２Ｂの相対回転やその他の適切な動きを許容しつつ、カバー５０Ｂのストッパと肩部との間にカラー５２Ｂを保持するようにしてもよい。このような構造とすることにより、作業者がハウジング４８からカバー５０Ａやカバー５０Ｂを取り外した後で再び装着する場合に、カラー５２Ａやカラー５２Ｂをなくしたり置き忘れたりする可能性を、より一層低減することができる。

フィールドデバイス４２には、図２Ａに示されない付加的な部材を設けることが可能である。例えば、適切な密封シールを設けてもよいし、必要に応じて追加の電子回路を設けてもよい。更に、具体的な適用目的に応じ、フィールドデバイス４２の具体的な構成を変更可能であると理解できるであろう。

図２Ｂは、第２実施形態のフィールドデバイスシステム４０’を示すブロック図である（具体的には図３も参照）。フィールドデバイスシステム４０’の構成は、図２Ａに基づき説明したフィールドデバイスシステム４０の構成と概ね同様である。但し、フィールドデバイスシステム４０’は、付属電子回路部５８Ａを保持するカバー５０Ａのほか、従来と同様のねじ山付きタイプであって電気回路を何も保持していないカバー５０Ｃを備えている。カバー５０Ａは透明カバー部材６６を備え、フィールドデバイス４２’の外側の位置から透明カバー部材６６を通し、付属電子回路部５８Ａの少なくとも一部を見ることができるようになっている。カバー５０Ａとハウジング４８との間には、防爆火炎伝播規制構造が設けることが可能である。カバー５０Ｃをハウジング４８に螺合することにより、公知の方法で防爆火炎伝播経路が形成されるようにすることが可能であり、これに併せ、或いはこれに代えて、カバー５０Ａに設けるものと同様の火炎伝播規制構造を設けることもできる。

図２Ｂの実施形態では、付属電子回路部５８Ａがローカルオペレータインタフェイス（ＬＯＩ）を構成し、電気コネクタ６０Ａ、デジタルディスプレイ回路６８、及びタッチ回路７０を備えている。デジタルディスプレイ回路６８及びタッチ回路７０のそれぞれの一部は透明カバー部材６６に隣接して配置され、透明カバー部材６６を通して視認できるようになっている。タッチ回路７０は、オペレータによるタッチ操作を可能とする任意の適切な構成とすることが可能であり、デジタルディスプレイ回路６８は、光学的なバックライト機能を有した１以上の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、または可視出力を生成可能な任意形式のデジタルディスプレイ（或いは、アナログディスプレイでもよい）により構成することができる。一実施形態として、タッチ回路７０は、導電性パッド（またはボタン）によって形成される１以上のタッチ操作可能領域を備えており、タッチ回路７０の当該領域の近くにおかれたオペレータの体の一部（例えば指）と共にキャパシタを選択的に形成するようになっている。このように、タッチ回路７０は公知の方法によって容量性タッチ操作が可能となっている。なお、タッチ回路７０のタッチ操作可能領域を形成する導電性パッドまたはボタンは、具体的な適用目的に応じ、任意の適切な構成とすることが可能であると認識することができるであろう。一実施形態として、タッチ回路７０は、ガラス層に支持された実質的に透明な導電性のトレース層（例えば、インジウムスズ酸化物からなる）を有しており、タッチ回路７０の少なくとも一部は、タッチ回路７０を通してデジタルディスプレイ回路６８を視認できるよう、デジタルディスプレイ回路６８を覆うように（即ち上方に）配設されている。これにより、デジタルディスプレイ回路６８が実質的に任意の情報を表示可能となり、タッチ回路７０のボタンに表示される情報に関連した様々な入力を、タッチ回路７０のタッチ操作可能領域で受け取ることが可能となる。このようにして、付属電子回路部５８Ａは、様々な情報を表示可能であると共に、比較的小さな領域内で様々な入力を行うことが可能な機能的なオペレータインタフェイスを提供する。なお、具体的な適用目的に応じ、任意の適切なメニュー及び表示レイアウトが付属電子回路部５８Ａにより提供可能であることを、当業者は認識できるであろう。いくつかの実施形態として、タッチ回路７０及びデジタルディスプレイ回路６８は、チップオングラス（ＣＯＧ）構造を有していてもよい。なお、これに代わる実施形態として、タッチ回路７０とデジタルディスプレイ回路６８とを互いに隣接して配置してもよいし、一方の上に他方を直接配置する代わりに別の配置を採用してもよい。

デジタルディスプレイ回路６８及びタッチ回路７０は、他の物体との接触で傷つきやすい場合があるため、相対移動（例えば回転）を抑制または防止するように、カバー５０Ａに付属電子回路部５８Ａを取り付けて固定してもよい。

フィールドデバイス４２’には、図２Ｂに具体的に示されないような追加の部材を設けることが可能である。また、具体的な適用目的に応じ、フィールドデバイス４２’の具体的な構成を変更可能であると認識することができるであろう。

図２Ｃは、第３実施形態としてフィールドデバイスシステム４０”を示すブロック図である。フィールドデバイスシステム４０”の構成は、図２Ｂに基づき説明したフィールドデバイスシステム４０’の構成と概ね同様である（また、フィールドデバイスシステム４０’の構成は図２Ａに基づき説明したフィールドデバイスシステム４０の構成と概ね同様である）。但し、フィールドデバイスシステム４０”ではフィールドデバイス４２”が、（フィールドデバイスシステム４０’におけるＬＯＩではなく）電気的な過渡現象保護機能を提供する付属電子回路部５８Ｂを保持したカバー５０Ｂを備えている。電気的な過渡現象保護機能によって、雷、溶接、重電設備、電気開閉器などで回路内に生じる過渡現象によりフィールドデバイス４２”がダメージを受けるのを防止する。図２Ｃに示す実施形態では、付属電子回路部５８Ｂが過渡現象保護回路７４及び電気コネクタ６２Ａを備えている。コントロールルーム４６から送られる電力は、コントロール回路５４等に供給される前に、過渡現象保護回路７４を通過させることができる。付属電子回路部５８Ｂは、相対移動（例えば回転）を抑制または防止するように、カバー５０Ｂに取り付けて固定することが可能である。図２Ｃに示すように、フィールドデバイス４２”には追加のカバー５０Ｃが設けられる。なお、これに代わる実施形態として、任意の所望構成の１以上の追加のカバーを設けることが可能であり、或いはカバー５０Ｃを省略することも可能である。

過渡現象保護回路７４は、任意の所望構成とすることが可能である。例えば、過渡現象保護回路７４には、接地された避雷管、回路中のダイオードにおける電荷蓄積を抑制する１対の抵抗素子、帯電電荷を排除する低静電容量ダイオード、１以上の過渡電圧吸収素子（例えば、コネチカット州シェルトンのビシェイアメリカ社から入手可能な、相互に逆方向に組み合わせたツェナーダイオードによるTransorb（登録商標））、及びその他の公知の過渡現象保護素子のうちの１以上を任意に構成して設けることが可能である。いくつかの実施形態において過渡現象保護回路７４は、ローズマウント（登録商標）４７０（商標）過渡現象保護装置（ミネソタ州チャンハッセンのエマーソンプロセスマネージメント社から入手可能）や、米国特許出願公開２０１０／０１２３５９１号に開示されているものなど、公知の構成とすることが可能である。

過渡現象保護回路に用いられる部品は、少なくとも代表的なフィールドデバイスのハウジングに比べて相対的に大きい場合があるため、そのような回路をハウジング内の限られたスペースに収容するのが難しい。カバー５０Ｂに過渡現象保護回路７４を取り付けようにして、ハウジング４８内の部品と干渉したり、ハウジング４８の拡大または再設計が必要となったりすることなく、若しくは過渡現象保護回路用の別個の容器を必要とすることなく、過渡現象保護回路７４を収容するように、カバー５０Ｂを拡大したり拡大以外の手法で構成したりすることが可能である。

フィールドデバイス４２”には、図２Ｃに具体的に示されないような追加の部材を設けることが可能である。また、具体的な適用目的に応じ、フィールドデバイス４２”の具体的な構成を変更可能であると認識することができるであろう。

図３は、図２Ｂに基づき前述した形式のフィールドデバイス４２’の一部を示す分解斜視図である。但し、当業者は、図３に示す特徴が他の実施形態（図２Ａや図２Ｃに示すような実施形態等）にも容易に適用可能であることを認識できるであろう。簡略化のため、カバー５０Ａ及びハウジング４８内の電子回路や他の内装部品は図３に示していない。

図３に示すように、フィールドデバイス４２’は、ハウジング４８、カバー５０Ａ、カバー５０Ｃ、カラー５２Ａ、シール８０Ａ及びシール８０Ｃを備える。図示した実施形態において、ハウジング４８はほぼ円筒形状をなし、中間部分の径が小さくなっている。ハウジング４８の両端部は、２つの内部区画室に向けて開口しており（図３には一方の開口及び一方の内部区画室のみが示される）、これら内部区画室は内部壁８２によって分離されている（内部壁８２には、内部壁８２を貫通する適切な電気接続用フィードスルーを設けることが可能である）。産業プロセス４４とのやりとり（図２Ｂ参照）のため、適合する導管を接続したり、フィールドデバイス４２’を取り付けたりできるように、ハウジング４８の内部区画室の少なくとも一方に開口する１以上の突出部８４を設けることが可能である。ハウジング４８にはねじ山８５を設けることができる。ハウジング４８は、金属材料や、その他の適切な素材を用いて形成することができる。

図３に示すように、シール８０Ａはハウジング４８とカバー５０Ａとの間に、またシール８０Ｃはハウジング４８とカバー５０Ｃとの間に、それぞれ配設される。図示した実施形態において、シール８０Ａ及びシール８０Ｃは、ハウジング４８とカバー５０Ａとの間及びハウジング４８とカバー５０Ｃとの間に、流体環境における密封状態を生成可能な一般的なＯリング型のシールとして構成される。シール８０Ａ及びシール８０Ｃを受容するため、ハウジング４８とカバー５０Ａ及びカバー５０Ｂとの少なくとも一方に溝８６を設けることができる。

図示した実施形態において、カラー５２Ａは概ね環状をなし、カラー５２Ａにはねじ山８８及び肩部９０（即ち係合構造）を設けることが可能であって、これらねじ山８８及び肩部９０のそれぞれは、カラー５２Ａの内周面または中心方向に向く面に配設することが可能である。また、カラー５２Ａには、カラー５２Ａを回転させるためのレンチなど、適合する工具を係止させることが可能な適切は構造を備えていてもよい。カラー５２Ａは、金属材料や、その他の適切な素材を用いて形成することができる。図示した実施形態においてカラー５２Ａは、ハウジング４８のねじ山８５にカラー５２Ａのねじ山８８を螺合させることにより、カバー５０Ａの外周に嵌合するように構成される。更に別の実施形態として、カバー５０Ａに対するカラー５２Ａの相対回転を許容しつつ、カバー５０Ａの周囲におけるカラー５２Ａの（軸線方向での）保持を補助するストッパのような、適切な規制部材（図示せず）を設けてもよい。

図３に示すようにカバー５０Ａは、枠部材９２と、当該枠部材９２に保持された透明カバー部材６６とを備える。図示した実施形態において透明カバー部材６６は、枠部材９２の中央部分に配設されている。防爆要件を満たすため、枠部材９２は金属材料を用いて形成し、透明カバー部材６６は９ｍｍ以上の厚みのガラスで形成することが可能である。付属電子回路部５８Ａ（簡略化のため図３には示さず）は、枠部材９２に固定して、少なくとも一部が透明カバー部材６６を通して視認できるように配置することができる。これに代わる実施形態として、透明カバー部材６６を省略し、カバー５０Ａ全体を枠部材９２として形成することも可能である。

枠部材９２には肩部９４を設けることが可能であり、この肩部９４は、カバー５０Ａの周縁部において外側、即ち外方に向く面に配設することができる。カバー５０Ａの肩部９４とカラー５２Ａの肩部９０とは、カラー５２Ａがハウジング４８に組み付けられたときに、互いに物理的に当接して合わさることにより、カラー５２Ａから肩部９０及び肩部９４を介してカバー５０Ａに押し付け力が伝達され、ハウジング４８に対するカバー５０Ａの押し付けを助長するように構成されている。カラー５２Ａを回転させているときには、肩部９０と肩部９４とが互いに摺動する。

図３に示すように、カバー５０Ｃにはねじ山９６が設けられており、このねじ山９６がハウジング４８のねじ山８５に螺合可能となっている。カバー５０Ｃは金属材料により形成することが可能である。図示する実施形態では、カバー５０Ｃに透明部材が設けられておらず、付属電子回路部が保持されていない。

カバー５０Ａ及びカバー５０Ｃは、ハウジング４８の両端に配置され、ハウジング４８の内部部品に対する開口部に設けられる。カバー５０Ａ及びカバー５０Ｃ、並びにハウジング４８には、それぞれ火炎伝播規制構造９６Ａ〜９６Ｄを設けることが可能である（図３において、カバー５０Ａの火炎伝播規制構造９６Ａ、及びハウジング４８の火炎伝播規制構造９６Ｄは視認できない）。カバー５０Ａの火炎伝播規制構造９６Ａ、及びハウジング４８の火炎伝播規制構造９６Ｂは、相互に組み合わさることにより、両者間に防爆火炎伝播経路が形成されるようになっている。同様に、カバー５０Ｃの火炎伝播規制構造９６Ｃ、及びハウジング４８の火炎伝播規制構造９６Ｄは、相互に組み合わさることにより、両者間にもう１つの防爆火炎伝播経路が形成されるようになっている。

一実施形態として、火炎伝播規制構造９６Ａ〜９６Ｄは、複数の同心円からなる環状の鋸歯状部として構成することが可能である。図４は、図３の４−４線に沿うフィールドデバイス４２’の一部の拡大断面図であって、シール８０Ａより径方向内側に位置して軸線方向で対向した鋸歯状部を、火炎伝播規制構造９６Ａ及び火炎伝播規制構造９６Ｂの一実施形態として示している。火炎伝播規制構造９６Ａは、全体的に肩部９４寄りに（肩部９４が向く方向とは反対方向に向けて）設けられ、火炎伝播規制構造９６Ｂは、全体的にねじ山８５及びシール８０Ａ寄りに設けられている。図４に示すように、火炎伝播規制構造９６Ａと火炎伝播規制構造９６Ｂとは、完全に組み合わさる５つの鋸歯状部を備える。これに代わる実施形態として、鋸歯状部の数を増減することも可能であるが、適切な防爆性が得られるように適用するには、少なくとも５つ以上の鋸歯状部が好ましい。火炎伝播規制構造９６Ａ及び火炎伝播規制構造９６Ｂの鋸歯状部は、間隔がＴ、挟角がαとなっている。いくつかの実施形態として、火炎伝播規制構造９６Ａ及び火炎伝播規制構造９６Ｂのそれぞれにおける鋸歯状部の径方向の合計幅を約８．２５５ｍｍ（０．３２５インチ）とした場合、間隔Ｔは１．２５ｍｍ（０．０５インチ）以上、挟角αは概ね６０度（±５度）とすることができる。

火炎伝播規制構造９６Ａ及び火炎伝播規制構造９６Ｂによって防爆火炎伝播経路が形成されるため、ねじ山８５及びねじ山８８で防爆火炎伝播経路を形成する必要がなくなり、比較的少ない数のねじ山を設ければよくなる。ねじ山８５及びねじ山８８のねじ山数の低減により、ハウジング４８へのカラー５２Ａの組み付けは、これら両部材のより少ない回数の回転で行うことが可能となり、更に迅速に組み付けを行うことができる。

なお、更に別の実施形態として、鋸歯状部以外の形式の火炎伝播規制構造を本発明に組み入れて用いてもよい。例えば、ＩＥＣ規格６００７９−１（２００７）に適合する任意の火炎伝播規制構造を用いてもよい。図３及び図４に示すような鋸歯状部による火炎伝播規制構造９６Ａ及び火炎伝播規制構造９６Ｂは、一例を示すものに過ぎず、これに限定されるものではない。

図５は、回転防止構造の実施形態を示す、フィールドデバイス４２’の一部の断面図である。図５に示すように、カバー５０Ａ（例えば、カバー５０Ａの枠部材９２）は第１回転防止構造１００を備え、ハウジング４８は第２回転防止構造１０２を備えている。第１回転防止構造１００と第２回転防止構造１０２とは互いに係合可能となっており、カバー５０Ａとハウジング４８との間の相対的な回転を抑制または防止することができる。第１回転防止構造１００及び第２回転防止構造１０２は、カバー５０Ａ及びハウジング４８の互いに対向する面、若しくは当該面の近傍に配設することができる。図示した実施形態において、第１回転防止構造１００はスプラインで構成され、第２回転防止構造１０２は当該スプラインを受容する溝で構成される。これに代わる実施形態として、スプラインをハウジング４８に設け、溝をカバー５０Ａに設けてもよい。また、別の実施形態として、第１回転防止構造１００及び第２回転防止構造１０２は、スプライン、キー、ピン、ダブテール、ボス、テザー、またはその他の回転防止構造など、任意の適切なもので構成することが可能である。

図６は、フィールドデバイス４２’のカバー５０Ａの一部の断面図である。図６に示すように、付属電子回路部５８Ａはシュラウド１１０によって保持されており、透明カバー部材６６に隣接して配置されている。図示した実施形態において、付属電子回路部５８Ａと透明カバー部材６６の内側の面との間には間隙Ｇが設けられている。シュラウド１１０は透明カバー部材６６に当接可能となっており、間隙Ｇの大きさを設定する上での一助となる。一実施形態において、間隙Ｇは約０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）であるが、これに代わる実施形態として、これよりも間隙Ｇを増減させることが可能である。シュラウド１１０はポリマ或いはその他の適切な材料からなる。付属電子回路部５８Ａは、適切な留め具を用いるなどしてシュラウド１１０に固定されており、更にシュラウド１１０は、枠部材９２（図６には示されない）に固定することができる。このようにして、枠部材９２、透明カバー部材６６、付属電子回路部５８Ａ及びシュラウド１１０は、相互に回転しないように固定可能となっている。図示した実施形態において、電気コネクタ６０Ａは、概ね直線的な動きにより相手側の電気コネクタ（図示せず）に接続可能なピン形式の雄型コネクタである。図６において、電気コネクタ６０Ａと付属電子回路部５８Ａにおける電気コネクタ６０Ａ以外の部分との機能的な接続は概略的にしか示していない。当業者は、この機能的な接続に、電線やフレキシブル回路など、任意の適切な電気的接続が適用可能であることを理解できるであろう。

図７は、フィールドデバイスのカバー及びハウジングの組立方法を示すフローチャートである。図７に示す方法は、図２Ａに示す形式のフィールドデバイスを組み立てるのに適するものであるが、別の実施形態のフィールドデバイスにも容易に適用可能である。図７に示す方法は、フィールドデバイスの新規の組立、既存のフィールドデバイスの改造、及び現場で使用中のフィールドデバイスのメンテナンスの際に適用することが可能である。

図７に示すように、最初に第１のカバーを、標準的にはハウジングと物理的に接した状態とし、ハウジングの開口に対応させて配置する（ステップ２００）。次に、第１のカバーとハウジングとの間で、第１の回転防止構造を係合させ（ステップ２０２）、第１のカバーに保持した電子回路とハウジングに保持した電子回路との間に第１の電気的接続を形成する（ステップ２０４）。この第１の電気的接続（ステップ２０４）は、電気コネクタ同士の実質的に直線的な動きなどにより、ハウジング（及びこれに保持された電子回路）に対して第１のカバー（及びこれに保持された電子回路）を回転させることなく行うことが可能である。次に、ハウジングに第１のカラーを組み付ける（ステップ２０６）。この第１のカラーの組み付けは、螺合によって行うことができる。そして、第１のカバーとハウジングとの間に、防爆火炎伝播経路が形成される（ステップ２０８）。また、第１のカラーによって第１のカバーに力が加わり、第１のカバーがハウジングに対して押し付けられる（ステップ２１０）。

更に第２のカバーを、標準的にはハウジングと物理的に接した状態とし、ハウジングの開口に対応させて配置する（ステップ３００）。次に、第２のカバーとハウジングとの間で、第２の回転防止構造を係合させ（ステップ３０２）、第２のカバーに保持した電子回路とハウジングに保持した電子回路との間に第２の電気的接続を形成する（ステップ３０４）。この第２の電気的接続（ステップ３０４）は、電気コネクタ同士の実質的に直線的な動きなどにより、ハウジング（及びこれに保持された電子回路）に対して第２のカバー（及びこれに保持された電子回路）を回転させることなく行うことが可能である。次に、ハウジングに第２のカラーを組み付ける（ステップ３０６）。この第２のカラーの組み付けは、螺合によって行うことができる。そして、第２のカバーとハウジングとの間に、防爆火炎伝播経路が形成される（ステップ３０８）。また、第２のカラーによって第２のカバーに力が加わり、第２のカバーがハウジングに対して押し付けられる（ステップ３１０）。

なお、図７に示す方法における各ステップは、具体的な適用目的に応じ、任意の適切な順番で実行可能である。例えば、第２のカバーに関するステップは、第１のカバーに関するステップより前もしくは後、または第１のカバーに関するステップと同時に実行することが可能である。また、これに代わる実施形態として、第２のカバーを当該第２のカバーに関わるステップと共に省略することも可能である。更に、追加のカバーを同様の方法で組み付けることもできる。具体的に示していない追加のステップを、例示した上記の方法に組み入れて実行することも可能である。

当業者は、本発明によって様々な効果や利点が得られることを認識できるであろう。例えば、本発明により、電子回路を保持するハウジングに対して着脱可能に組み付けられるカバーに、別の電子回路を保持することが可能となる。本発明により、フレキシブル回路やその他の複雑な電気接続の必要性をより一層低減することができるような、比較的単純で、信頼性があり、使いやすいインターフェイスを構成部品間に設けることができる。また、本発明により、様々な電子回路を保持し、必要に応じて特定のハウジングに選択的に組み付けることができて、ハウジング内の電子回路を変更することなく後で交換または置き換えが可能な様々なカバーについてのモジュール化が可能となる。これにより、所定のフィールドデバイスによって得られる機能の拡大または変更が、単純且つ容易に実現可能となる。また、ハウジングに複数の開口を設けることが可能であれば、所定のカバー及び電子回路をハウジングの任意の開口に装着できる。従って、カバーにローカルオペレータインタフェイス（ＬＯＩ）が保持されている場合、内蔵する所定の伝送器に対するアクセスが最適となる開口の部分に、このローカルオペレータインタフェイス（ＬＯＩ）を配設することができる。本発明の更なる効果及び利点は、本明細書における開示内容から当業者が認識可能であろう。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、当業者は、各要素について、本発明の範囲から外れることなく、様々な変更を行うことが可能であると共に、均等物に置き換えることが可能であることを理解できるであろう。また、特定の状況や材料を本発明の教示に適合させるべく、本発明の本質的な範囲から外れることなく様々な変更を行うことが可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内の全ての形態を含むものである。例えば、本発明によるカラーは、カラーとハウジングとを差し込み接合するなど、任意の適切な方法で相手の部材に組み付けることが可能である。

Claims (17)

1. 産業プロセス施設で使用するフィールドデバイス組立体であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに取り付けられ、前記ハウジングの中に少なくとも一部が位置する第１の電子回路部と、
   外周に肩部を有した第１のカバーと、
   前記肩部に隣接して前記第１のカバーに設けられる火炎伝播規制構造と、
   前記ハウジングに設けられ、前記第１のカバーに設けられる火炎伝播規制構造と組み合わさる火炎伝播規制構造と、
   前記第１のカバーに対して相対回転可能に前記第１のカバーの周囲に嵌合し、前記ハウジングに螺合する第１のねじ山付きカラーであって、前記第１のカバーの肩部に係合して前記第１のカバーを前記ハウジングに固定する係合構造を有した第１のねじ山付きカラーと、
   前記第１のカバーに固定された第２の電子回路部であって、前記ハウジングに設けられた相手側の電気コネクタと、直線的な移動によって接続されることにより、前記第１の電子回路部と前記第２の電子回路部とを電気的に接続する電気コネクタを有した第２の電子回路部と、
   前記第１のカバーに固定された透明カバー部材とを備え、
   前記透明カバー部材を通して前記第２の電子回路部の少なくとも一部が視認可能である
   ことを特徴とするフィールドデバイス組立体。
2. 前記第２の電子回路部は、
   前記透明カバー部材を介した容量性タッチ操作を可能とする容量性タッチ回路と、
   前記透明カバー部材を通して視認可能なデジタル表示を行うデジタルディスプレイ回路と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス組立体。
3. 前記容量性タッチ回路は、空隙により前記透明カバー部材から離間していることを特徴とする請求項２に記載のフィールドデバイス組立体。
4. 前記第２の電子回路部は、過渡現象保護回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス組立体。
5. 外周に肩部を有した第２のカバーと、
   前記第２のカバーの肩部に隣接して前記第２のカバーに設けられる付加的火炎伝播規制構造と、
   前記ハウジングに設けられる相手側の付加的火炎伝播規制構造と、
   前記第２のカバーに対して相対回転可能に前記第２のカバーの周囲に嵌合し、前記ハウジングに螺合する第２のねじ山付きカラーであって、前記第２のカバーの肩部に係合して前記第２のカバーを前記ハウジングに固定する係合構造を有し、前記第２のカバーの付加的火炎伝播規制構造が前記ハウジングの付加的火炎伝播規制構造と組み合わされる第２のねじ山付きカラーと、
   前記第２のカバーに固定された第３の電子回路部であって、前記ハウジングに設けられた相手側の付加的電気コネクタと、直線的な移動によって接続されることにより、前記第１の電子回路部と前記第３の電子回路部とを電気的に接続する付加的電気コネクタを有した第３の電子回路部と
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス組立体。
6. 前記第２の電子回路部は、前記透明カバー部材を通して視認可能なデジタル表示を行うデジタルディスプレイ回路を備え、
   前記第３の電子回路部は、過渡現象保護回路を備える
   ことを特徴とする請求項５に記載のフィールドデバイス組立体。
7. 前記第２の電子回路部は、前記透明カバー部材を介した容量性タッチ操作を可能とする容量性タッチ回路を更に備えることを特徴とする請求項６に記載のフィールドデバイス組立体。
8. 前記電気コネクタは、複数ピン形式の電気コネクタからなることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス組立体。
9. 前記第１のカバーと前記ハウジングとの間で係合することにより、前記ハウジングに対する前記第１のカバーの相対回転を抑制する回転防止構造を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス組立体。
10. 前記第１のねじ山付きカラーに隣接して設けられ、流体的シールを行うシール部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス組立体。
11. 産業プロセス施設で使用するフィールドデバイスの組立方法であって、
    ハウジングに対向させて第１のカバーを配置し、前記第１のカバーを前記ハウジングに対して相対回転しないように前記ハウジングに固定する工程と、
    前記第１のカバーに保持された第１の電気コネクタと、前記ハウジングに保持された第２の電気コネクタとの間で電気的接続を行い、当該電気的接続を行う際に前記第１の電気コネクタと前記第２の電気コネクタとを相対回転が生じないように固定する工程と、
    前記第１のカバーと前記ハウジングとの間に防爆火炎伝播経路を形成する工程と、
    第１のカラーを前記ハウジングに螺合する工程と、
    前記第１のカラーにより前記第１のカバーに力を加えて前記第１のカバーを前記ハウジングに固定する工程とを備え、
    前記第１のカバーは透明カバー部材を備え、
    容量性タッチ回路が、前記透明カバー部材の内側の面に隣接して前記第１のカバーに保持されており、
    前記ハウジングに対向させて前記第１のカバーを配置し、前記第１のカバーに保持された第１の電気コネクタと、前記ハウジングに保持された第２の電気コネクタとの間で電気的接続を行う工程の後、前記容量性タッチ回路と前記透明カバー部材との互いに対向する面の間に固定的な距離の空隙が維持される
    ことを特徴とするフィールドデバイスの組立方法。
12. 前記ハウジングと前記第１のカバーとの間に流体に対するシールを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のフィールドデバイスの組立方法。
13. 前記ハウジングに対向させて第２のカバーを配置し、前記第２のカバーを前記ハウジングに対して相対回転しないように前記ハウジングに固定する工程と、
    前記第２のカバーに保持された第３の電気コネクタと、前記ハウジングに保持された第４の電気コネクタとの間で電気的接続を行い、当該電気的接続を行う際に前記第３の電気コネクタと前記第４の電気コネクタとを相対回転が生じないように固定する工程と、
    前記第２のカバーと前記ハウジングとの間に防爆火炎伝播経路を形成する工程と、
    第２のカラーを前記ハウジングに螺合する工程と、
    前記第２のカラーにより前記第２のカバーに力を加えて前記第２のカバーを前記ハウジングに固定する工程と
    を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のフィールドデバイスの組立方法。
14. 前記第１のカバーと前記ハウジングとの間で回転防止構造を係合させる工程を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のフィールドデバイスの組立方法。
15. 産業プロセス施設で使用するフィールドデバイスのためのカバー組立体であって、
    外周に肩部を有したカバーと、
    前記肩部に隣接して前記カバーに設けられた火炎伝播規制構造と、
    前記カバーに対して相対回転可能に前記カバーの周囲に嵌合するねじ山付きカラーであって、前記カバーの肩部に係合することにより、前記カバーを、前記火炎伝播規制構造に組み合わされる隣接構造体に固定する係合構造を有したねじ山付きカラーと、
    前記カバーに固定された電子回路部であって、直線的な移動によって相手側の電気コネクタと接続されることにより、前記電子回路部と前記相手側の電気コネクタとを電気的に接続する電気コネクタを有した電子回路部と、
    前記カバーに固定された透明カバー部材とを備え、
    前記透明カバー部材を通して前記電子回路部の少なくとも一部が視認可能である
    ことを特徴とするカバー組立体。
16. 前記電子回路部は、
    前記透明カバー部材を介した容量性タッチ操作を可能とする容量性タッチ回路と、
    前記透明カバー部材を通して視認可能なデジタル表示を行うデジタルディスプレイ回路と
    を備えることを特徴とする請求項１５に記載のカバー組立体。
17. 前記電子回路部は、過渡現象保護回路を備えることを特徴とする請求項１５に記載のカバー組立体。

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