JPWO2010073397A1

JPWO2010073397A1 - 入出力ユニット

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Publication number: JPWO2010073397A1
Application number: JP2010543729A
Authority: JP
Inventors: 正一郎林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP4959002B2; CN102265721A; DE112008004202T5; WO2010073397A1; US20120002358A1; CN102265721B

Abstract

制御装置のバックユニットに配置されたバックユニットコネクタに嵌合される前側コネクタを備え、制御装置とフィールド機器との間の信号授受を仲介する入出力ユニットにおいて、前側コネクタを基板の前縁に装着し、フィールド機器のコネクタと嵌合される後側コネクタを基板の後縁に装着し、信号授受を仲介する電子回路を実装した入出力カードと、前側にバックユニットのガイド孔に挿入されるガイド軸を有し、入出力カードを保持するカードホルダーと、から成る入出力サブユニットと、後面が開放された箱状に形成され、入出力サブユニットが内面との間に間隙を有して挿入されるスロットが形成され、前板に、バックユニットコネクタが内面との間に間隙を有して外側から挿入される長孔及びガイド軸が内面との間に間隙を有して内側から挿通される軸孔が形成され、入出力サブユニットをスロット内に保持した状態でバックユニットに取付けられるケースと、を備える。

Description

本発明は、工作機械の数値制御装置等の制御装置と、センサー、電動バルブ及びランプ等のフィールド機器とを接続し入出力信号の授受を行なう入出力ユニットに関するものである。

従来、工業用制御機器と被制御対象となるフィールド機器との間の信号授受を仲介する入出力ユニットにおいて、前記工業用制御機器とバス接続される入出力ネストと、この入出力ネストに収容されると共に、この工業用制御機器で取り扱う信号形式とフィールド機器で取り扱う信号形式との変換を行う入出力カードと、この入出力ネストに機械的に装着され、フィールド機器と接続された信号線が結線されると共に、この信号線が入出力カードと電気的に接続されるインターフェイス部と、を具備する入出力ユニットがある（例えば、特許文献１参照）。

この入出力ユニットでは、入出力カードと工業用制御機器のバックユニットとの間に中継基板（バックボード）を介在させており、この中継基板には、バックユニット上のコネクタと接続されるコネクタ（１つ）と、複数（４枚）の入出力カードと接続される複数（４つ）のコネクタが装着されている。

入出力サブユニットをバックユニットに接続するときは、中継基板を、樹脂成型品である入出力ネスト内に保持し、まず、入出力ネストをバックユニットにネジで取付ける。そのとき同時に、入出力ネスト内の中継基板のコネクタとバックユニット上のコネクタが嵌合する。

バックユニットに取付けられた入出力ネスト内には、入出力カードと接続される中継基板の複数のコネクタが配置されており、樹脂成型品で形成された入出力ネストのカード挿入スロットに沿って、入出力カードを一枚ずつ挿入してコネクタ接続を行なう。

特開平０６−２４４５７０号公報

しかしながら、上記の従来の入出力サブユニットでは、入出力ネストをバックユニットに取付けた後、さらに、複数（４枚）の入出力カードを一枚ずつ挿入してコネクタ接続を行なう必要があり、組立て工数が多い、という問題がある。また、入出力カードとバックユニットとを接続するための中継基板（バックボード）を必要とし、電気的接続の信頼性が低い上に、コストアップとなる、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、組立工数が少なく、電気的接続の信頼性が高く、低コストな入出力ユニットを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、制御装置のバックユニットに並列に配置された複数のバックユニットコネクタに夫々嵌合される前側コネクタを備え、前記制御装置と複数のフィールド機器との間の信号授受を仲介する入出力ユニットにおいて、前記前側コネクタを基板の前縁に装着し、前記フィールド機器のコネクタと嵌合される複数の後側コネクタを前記基板の後縁に装着し、前記信号授受を仲介する電子回路を実装した入出力カードと、前側に前記バックユニットのガイド孔に挿入される複数のガイド軸を有し、前記入出力カードを保持するカードホルダーと、から成る複数の入出力サブユニットと、後面が開放された箱状に形成され、前記入出力サブユニットが内面との間に間隙を有して挿入される複数のスロットが形成され、前板に、前記バックユニットコネクタが内面との間に間隙を有して外側から挿入される長孔及び前記ガイド軸が内面との間に間隙を有して内側から挿通される軸孔が形成され、前記複数の入出力サブユニットを前記夫々のスロット内に保持した状態で前記バックユニットに取付けられるケースと、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる入出力ユニットは、組立工数が少なく、電気的接続の信頼性が高く、低コストである、という効果を奏する。

図１は、本発明の入出力ユニットの実施の形態の入出力カードを示す斜視図である。図２は、実施の形態のカードホルダーを示す斜視図である。図３は、実施の形態の入出力サブユニットをケースに挿入する前の状態を示す斜視図である。図４は、実施の形態の入出力サブユニットをケースに挿入した状態を示す前方斜視図である。図５は、実施の形態の入出力ユニットをバックユニットに取付ける前の状態を示す斜視図である。図６は、実施の形態の入出力ユニットを示す後面図である。図７は、図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８は、図７のＤ部拡大図である。図９は、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１０は、図９のＥ部拡大図である。図１１は、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

符号の説明

１０入出力カード
１１基板
１１ａ基準孔
１１ｂ縦長基準孔
１１ｃ締結孔
１２前側コネクタ
１３後側コネクタ
１４電子回路
２０カードホルダー
２０ａ後板
２０ｂ長孔
２０ｃ天板
２０ｄ底板
２０ｅスナップフィット
２０ｆ把持部
２０ｇ側板
２０ｈ位置決めピン
２０ｉ前板
２０ｊ切欠き部
２０ｋガイド軸
２０ｍ係止爪
２０ｎ凸条（突起部）
２０ｐ台座
２０ｒねじ孔
２０ｓスナップフィット
３０入出力サブユニット
４０ケース
４０ａ天板
４０ｂ底板
４０ｃ溝
４０ｄスロット
４０ｅガイド部
４０ｆスナップフィット嵌合部
４０ｇ係止孔
４０ｈ支持溝
４０ｉ前板
４０ｊ長孔
４０ｋ軸孔
４０ｍ、４０ｎねじ通し孔
４０ｐ側板
４０ｓ間隙
４０ｔ間隙
４１ねじ
５０バックユニット
５０ａガイド孔
５０ｂねじ孔
５１バックユニットコネクタ
９１入出力ユニット

以下に、本発明にかかる入出力ユニットの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明の入出力ユニットの実施の形態の入出力カードを示す斜視図である。図１に示すように、入出力カード１０は、矩形の基板１１と、基板１１の表面の前縁に装着され、後述のバックユニットコネクタ５１（図５参照）と嵌合される前側コネクタ１２と、基板１１の表面の後縁に装着され、図示しない各フィールド機器（センサー、電動バルブ及びランプ等）のコネクタと嵌合される複数の後側コネクタ１３と、基板１１に実装され前側コネクタ１２と後側コネクタ１３の間を電気的に接続し、図示しない制御装置で取扱う信号形式とフィールド機器で取扱う信号形式との変換を行う電子回路１４と、を備えている。

基板１１の前縁下部には、入出力カード１０を後述のカードホルダー２０（図２参照）に位置決めする基準孔１１ａが設けられ、前縁上部には、縦長基準孔１１ｂが設けられている。また、基板１１の後部上下部には、締結孔１１ｃが設けられている。

図２は、実施の形態のカードホルダーを示す斜視図である。図２に示すように、カードホルダー２０は、樹脂により、一側面が開放された薄型の直方体箱状に成型されている。後板２０ａには、入出力カード１０の複数の後側コネクタ１３が頭を出す長孔２０ｂが形成されている。

天板２０ｃ及び底板２０ｄの後部の外側には、略Ｌ字形のスナップフィット２０ｅが設けられている。スナップフィット２０ｅには、係止爪２０ｍが設けられている。天板２０ｃ及び底板２０ｄの後部の両側部には、突起としての凸条２０ｎ（図３参照）が設けられている。天板２０ｃ及び底板２０ｄの後端部には、把持部２０ｆが設けられている。

側板２０ｇの前縁上下部には、入出力カード１０を設置する台座２０ｐが形成され、台座２０ｐには、基板１１の基準孔１１ａ及び縦長基準孔１１ｂに嵌合し、入出力カード１０をカードホルダー２０上で位置決めする位置決めピン２０ｈが設けられている。位置決めピン２０ｈの前方の前板２０ｉの後側には、位置決めピン２０ｈに嵌合された入出力カード１０の前縁に係合して入出力カード１０を抜け止めするスナップフィット２０ｓが設けられている。また、側板２０ｇの後部上下部には、台座にねじ孔２０ｒが設けられている。

前板２０ｉの上部及び下部を除く大部分は、入出力カード１０の前側コネクタ１２が頭を出す切欠き部２０ｊが形成されている。前板２０ｉの上部及び下部には、バックユニットコネクタ５１（図５参照）の上下近傍のバックユニット５０に設けられたガイド孔５０ａに挿入される２本の先細のガイド軸２０ｋが設けられている。側板２０ｇ、天板２０ｃ及び底板２０ｄには、多数の風孔が設けられている。

図３は、実施の形態の入出力サブユニットをケースに挿入する前の状態を示す斜視図である。図３に示すように、入出力サブユニット３０は、一側面が開放された薄型の直方体箱状に形成されたカードホルダー２０と、カードホルダー２０の側板２０ｇ上に位置決め固定された入出力カード１０と、を備えて成る。

入出力カード１０は、カードホルダー２０の側板２０ｇに形成された台座２０ｐに設置され、位置決めピン２０ｈに基板１１の基準孔１１ａ及び縦長基準孔１１ｂを嵌合させ、スナップフィット２０ｓに前縁を係止され、図示しないねじにより締結孔１１ｃを通してねじ孔２０ｒに締結されている。

入出力カード１０は、台座２０ｐ上に設置されることによって、カードホルダー２０との垂直方向の位置決めがなされ、位置決めピン２０ｈに基準孔１１ａ及び縦長基準孔１１ｂを嵌合させることによって前後方向及び上下方向の位置決めがなされる。縦長基準孔１１ｂは、位置決めピン２０ｈ間のピッチと基準孔１１ａ、１１ｂ間のピッチの製作誤差を吸収する。

入出力カード１０がカードホルダー２０に位置決め固定された状態で、入出力カード１０の複数の後側コネクタ１３は、カードホルダー２０の後板２０ａに形成された長孔２０ｂから頭を出している。前側コネクタ１２は、カードホルダー２０の前板２０ｉの切欠き部２０ｊから頭を出している。

図４は、実施の形態の入出力サブユニットをケースに挿入した状態を示す前方斜視図であり、図５は、実施の形態の入出力ユニットをバックユニットに取付ける前の状態を示す斜視図であり、図６は、実施の形態の入出力ユニットを示す後面図であり、図７は、図６のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図８は、図７のＤ部拡大図であり、図９は、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図１０は、図９のＥ部拡大図であり、図１１は、図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

図３及び図４に示すように、ケース４０は、樹脂により、後面が開放された直方体箱状に成型されている。天板４０ａ及び底板４０ｂの幅方向中央には、前後方向全長に亘るＵ字状の溝４０ｃが形成されている。ケース４０の内部空間は、溝４０ｃにより、２つのスロット４０ｄに分割されている。

夫々のスロット４０ｄの上下には、入出力サブユニット３０の挿入をガイドするＵ字状のガイド部４０ｅが形成されている。スロット４０ｄの縦横内面寸法は、カードホルダー２０の縦横外形寸法より略２ｍｍ大きく形成され、スロット４０ｄ（ガイド部４０ｅ）の内面とカードホルダー２０との間には、全周に亘って略１ｍｍの間隙４０ｓ（図８、図１０参照）ができるようになっている。

ガイド部４０ｅの後端部には、カードホルダー２０のスナップフィット２０ｅを嵌合し入出力カード３０の後部を弾力的に保持するスナップフィット嵌合部４０ｆが形成されている。スナップフィット嵌合部４０ｆには、スナップフィット２０ｅに設けられた係止爪２０ｍを係止して入出力サブユニット３０をスロット４０ｄから抜け止めする係止孔４０ｇが設けられている。

図３及び図１０に示すように、ガイド部４０ｅの後部の両側部には、カードホルダー２０の後部に設けられた突起としての複数の凸条２０ｎを嵌合して入出力サブユニット３０の後部を点支持する複数の支持溝４０ｈが設けられている。

図４に示すように、ケース４０の前板４０ｉには、２つのスロット４０ｄの夫々に対応して、バックユニットコネクタ５１（図５参照）を挿入可能な２つの長孔４０ｊと、入出力サブユニット３０のガイド軸２０ｋが挿通される合計４つの軸孔４０ｋが設けられている。軸孔４０ｋは、長孔４０ｊの上下近傍に設けられている。

長孔４０ｊの縦横内面寸法は、バックユニットコネクタ５１の外形寸法より縦横略２ｍｍ大きく形成され、長孔４０ｊの内面と長孔４０ｊに挿入されるユニットコネクタ５１との間には、全周に亘って略１ｍｍの間隙ができるようになっている。また、軸孔４０ｋの内径寸法は、ガイド軸２０ｋの外径寸法より略２ｍｍ大きく形成され、軸孔４０ｋの内面とガイド軸との間には、全周に亘って略１ｍｍの間隙４０ｔ（図８参照）ができるようになっている。

また、溝４０ｃの前方の前板４０ｉには、ケース４０をバックユニット５０のねじ孔５０ｂに締結するねじ４１を挿通するねじ通し孔４０ｍ、４０ｎが設けられている。ケース４０の天板４０ａ、底板４０ｂ及び側板４０ｐには、多数の風穴が設けられている。

図６〜図１１に示すように、ケース４０の２つのスロット４０ｄの夫々に入出力サブユニット３０を挿入し、カードホルダー２０の前板２０ｉをケース４０の前板４０ｉの内面に当接させると、入出力サブユニット３０のガイド軸２０ｋが、前板４０ｉの軸孔４０ｋに挿通される。このとき、スロット４０ｄ（ガイド部４０ｅ）の内面と入出力サブユニット３０との間には、略１ｍｍの間隙４０ｓ（図８、図１０参照）があり、軸孔４０ｋの内面とガイド軸２０ｋとの間には、略１ｍｍの間隙４０ｔ（図８参照）がある。

また、カードホルダー２０の天板２０ｃ及び底板２０ｄの後部外側に設けられたスナップフィット２０ｅが、ケース４０のスロット４０ｄ（ガイド部４０ｅ）の後端上下に形成されたスナップフィット嵌合部４０ｆに嵌合して弾性的に支持され、スナップフィット２０ｅに設けられた係止爪２０ｍが、スナップフィット嵌合部４０ｆに設けられた係止孔４０ｇに係止され、入出力サブユニット３０がケース４０から抜け出るのを防止する。

さらに、カードホルダー２０の天板２０ｃ及び底板２０ｄの後部の両側部に設けられた突起部としての複数の凸条２０ｎが、ガイド部４０ｅの後部両側に設けられた複数の支持溝４０ｈに嵌合し、入出力サブユニット３０は、支持溝４０ｈに凸条２０ｎが点支持され、前部が、スロット４０ｄと内面との間の略１ｍｍの間隙内で左右上下に揺動可能である。

凸条２０ｎと支持溝４０ｈの内面との間の間隙は、略０．２ｍｍに設定されている。それ故、凸条２０ｎは、支持溝４０ｈにより上下左右方向とも拘束され、点支持された状態となる。入出力ユニット９１は、以上説明したケース４０と、ケース４０に挿入保持された入出力サブユニット３０とを備えて成る。入出力サブユニット３０は、後部に設けられた凸条２０ｎが支持溝４０ｈに点支持され、前部が左右上下に揺動するので、揺動角度は小さい。

入出力ユニット９１のガイド軸２０ｋを、バックユニット５０のガイド孔５０ａに挿入していくと、バックユニットコネクタ５１が、入出力サブユニット３０の前側コネクタ１２に嵌合する。

このとき、バックユニット５０に並列に配置された２つのバックユニットコネクタ５１の配置位置が組立誤差によりずれていても、スロット４０ｄ内で、ガイド軸２０ｋ及び前側コネクタ１２が、ずれたバックユニットコネクタ５１に追従して小さな傾斜角度で揺動してずれ、バックユニットコネクタ５１と前側コネクタ１２とを無理なく嵌合することができる。

この状態で、ねじ４１をケース４０のねじ通し孔４０ｍ、４０ｎを通してバックユニット５０のねじ孔５０ｂにねじ込み、入出力ユニット９１を、バックユニット５０に取付ける。

本発明の実施の形態では、１つのケース４０に２つの入出力サブユニット３０を挿入保持する例を説明したが、１つのケースに３つ以上の入出力サブユニット３０を挿入保持するようにしてもよい。

以上説明したように、実施の形態の入出力ユニット９１は、入出力カード１０とバックユニット５０とを接続するための中継基板を必要としないので、組立工数が少なく、電気的接続の信頼性が高く、低コストである。

以上のように、本発明にかかる入出力ユニットは、工作機械の数値制御装置等の入出力ユニットとして有用である。

Claims

制御装置のバックユニットに並列に配置された複数のバックユニットコネクタに夫々嵌合される前側コネクタを備え、前記制御装置と複数のフィールド機器との間の信号授受を仲介する入出力ユニットにおいて、
前記前側コネクタを基板の前縁に装着し、前記フィールド機器のコネクタと嵌合される複数の後側コネクタを前記基板の後縁に装着し、前記信号授受を仲介する電子回路を実装した入出力カードと、
前側に前記バックユニットのガイド孔に挿入される複数のガイド軸を有し、前記入出力カードを保持するカードホルダーと、
から成る複数の入出力サブユニットと、
後面が開放された箱状に形成され、前記入出力サブユニットが内面との間に間隙を有して挿入される複数のスロットが形成され、前板に、前記バックユニットコネクタが内面との間に間隙を有して外側から挿入される長孔及び前記ガイド軸が内面との間に間隙を有して内側から挿通される軸孔が形成され、前記複数の入出力サブユニットを前記夫々のスロット内に保持した状態で前記バックユニットに取付けられるケースと、
を備えることを特徴とする入出力ユニット。
前記カードホルダーは、後部に支持点となる複数の突起部を有し、前記ケースのスロットの後部には、前記複数の突起部を夫々支持する複数の支持溝が設けられ、前記入出力サブユニットは、前記支持溝に前記突起部が支持されて、前部が前記間隙内で左右上下に揺動することを特徴とする請求項１に記載の入出力ユニット。
前記カードホルダーは、一側面が開放された薄型の直方体箱状に形成され、後板には、前記入出力カードの複数の後側コネクタが頭を出す長孔が形成され、天板及び底板の後部外側には、スナップフィットが設けられ、前記スナップフィットには、係止爪が設けられ、前記天板及び底板の後部の両側部には、前記突起部としての凸条が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の入出力ユニット。
前記ケースのスロットの後端上下には、前記カードホルダーのスナップフィットを嵌合するスナップフィット嵌合部が形成され、該スナップフィット嵌合部には、前記スナップフィットに設けられた係止爪を係止して前記入出力サブユニットを抜け止めする係止孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の入出力ユニット。