相互接続

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コネクタ

オス/メス

ピッチ

コンタクト、ハウジング、コネクタアセンブリ、およびインサート

コンタクト終端スタイル

実装スタイル

防塵および防湿対策

ワイヤおよびケーブル

ワイヤ材料

ゲージ(サイズ)

ワイヤおよびケーブルの定格電流

圧着工具

電気的仕様

軍事および航空宇宙用グレードコネクタ

COTS(民生品)

航空宇宙用

相互接続

電力とデータの転送は単純に思えますが、相互接続ソリューションの選択には複雑な判断が必要です。設計上の決定事項として、ユーザーによるシステムの操作性、安全基準、互換性など、いくつかの事項について考慮する必要があります。

相互接続(インターコネクト)は電子機器において至る所で使用されていますコンピュータのUSBコネクタから、HDMIの高解像度ビデオ信号、さらには回路基板上で見られるシンプルな2極のワイヤ対基板コネクタに至るまで、あらゆるものをカバーします。

相互接続とは何でしょうか?回答を見る

相互接続とは、2つ以上のデバイス間でデータや電力を伝送するための経路を形成する、あらゆる機器や電子部品を指します。

相互接続には、ワイヤやケーブル、コネクタハウジングとコンタクト、そし接続の両端間で電力およびデータ伝送の経路を完成させるためのその他のデバイスや部品が含まれます。

コネクタ

コネクタは電力やデータ信号の流れをつなぐための部品です。コネクタはまた、機械的に接続および切り離しができるように設計されています。

コネクタは、システムの構成要素を再構成可能な方法でまとめるために必要不可欠です。ノートパソコンをコンセントに差し込む際、コネクタを使用してコンピュータに電源を供給(または充電)します。これにより、コンピュータのプラグを抜いて、後で別のコンセントから充電することが可能になります。

オス/メス

コネクタは、接続を完成させるために互いに嵌合する「オス」または「メス」部品のことを指すことが多々あります。メス部分はレセプタクルであり、そこに「オス」コネクタが嵌合します。

オスおよびメスコネクタのコンタクトを表す回路記号

プラグとジャックの違いは何でしょうか?回答を見る

ジャックはオス/メスどちらにもなり得ます。通常、コネクタペアのうちパネルまたは基板に実装される側を指します。一方、プラグは通常、コネクタペアのうちフリーハンギング(非固定型)部分となります。

ピッチ

ピッチとは、隣接する2つのコンタクト間の距離を測定したものです。コネクタハウジング内のコンタクト数が増加すると、コネクタ自体を大きくするか、コンタクト間のピッチを狭める必要があります。多くのデータラインを持つコネクタでは、通常、ピッチ寸法が非常に小さくなります。

コンタクト、ハウジング、コネクタアセンブリ、およびインサート

  • コンタクト - 端子とも呼ばれ、コネクタ内部の金属製の接続部分であり、電力やデータ信号がコネクタを確実に通過するための経路を提供します。これらのコンタクトは、ワイヤまたはプリント回路基板(PCB)の配線に接続されます。ほとんどのコンタクトは、電気的導電性や耐摩耗性を向上させるため、コンタクト表面をメッキ処理しています。
  • ハウジング - 接続時に接点を確実に固定し、外部環境の危険から接続部を保護する外側の構造体です。コネクタハウジングは、接続が誤って外れないように、相互接続の両側を固定するロック機構を備えている場合もあります。
  • コネクタアセンブリ - コネクタソリューション全体を指します。コンタクトとハウジングの両方に加え、ケーブル端に取り付けるコネクタのストレインリリーフ、環境粒子を遮断するためのシーリングブーツ、コネクタ未使用時に使用する保護キャップなど、追加される可能性のある付属品も含まれます。
  • インサート - プラスチックやゴムなどの電気絶縁材料です。これらのインサートは、コネクタのコンタクトが配置される構造であり、コンタクトの適切なキーイングと向きを確保します。
コネクタのインサート、コンタクト、ハウジングの例
出典:ヘビーデューティコネクタの性質と産業用コネクティビティにおける使用例

コンタクト終端スタイル

コンタクト接続スタイルにはさまざまな種類があります。サイズと終端スタイルは、用途と要件によって異なります。一般的なコンタクト終端スタイルは以下の通りです。

  • 圧着コンタクト - 迅速かつ容易ですが、コンタクトをワイヤに圧着するには専用工具が必要な場合があります。
TechForumに掲載された圧着コンタクトの例:
出典:EDAC 516シリーズの推奨圧着状態
  • はんだカップ - 低コストで環境保護と確実な電気接続を提供しますが、はんだ付けに時間を要します。
適切なはんだカップ終端処理の例
出典:NASAワークショップ検査図解リファレンス
  • PCピン - 回路基板上に一般的に見られる端子または単一ポストコネクタです。
Amphenol製PCピン終端の例:
出典:Digikey品番:4995-M12A-04PMMP-SF8001-ND

実装スタイル

  • フリーハンギング - ワイヤやケーブルの末端に取り付けられるコネクタのことです。 ケーブルの長さの範囲内でデバイスから離れた場所でも使用できるため、柔軟性や可動範囲に優れています。しかし、その反面、損傷を受けやすかったり、外的な危険にさらされやすいという欠点もあります。
  • パネルマウント - エンクロージャや壁の外側に固定されます。通常、エンクロージャに穴や切り欠きが設けられ、コネクタはその穴を通して取り付けられます。固定方法は、ナットとネジ山付きネックによる固定、外部ネジの使用、またはエンクロージャ内部の回路基板への取り付けのいずれかとなります。コネクタの取り付け穴はコネクタ本体で密閉できるため、IP保護等級に優れています。
  • 基板実装 - 基板実装用コネクタは、取り付けられるプリント回路基板自体がコネクタを構造的に固定する方式です。コンタクトの終端に加え、回路基板上に独自のスペースを必要とするサポートピンやポストを必要とする場合もあります。
基板実装用コネクタの例:
出典:Digikey品番:L77HDE15SD1CH4FVGA-ND

防塵および防湿対策

使用環境によっては、コネクタは高温または低温、水、粉塵、有害化学物質、その他の環境条件にさらされ、コネクタの性能が低下したり、最悪の場合は完全に故障したりする可能性があります。密閉型コネクタとは、こうした環境条件に耐えるように設計されたコネクタのことです。

侵入保護等級(またはIP等級)は、接続部の密閉性能と対応可能な環境要因の種類を定義するものです。国際電気標準会議(IEC)が定める侵入保護(IP)の例には、以下のようなものがあります。

  • IP20:直径12mm以上の粉塵粒子からの保護を示します。
  • IP67:水深1メートルでの30分間の水没に対する保護を示します。
  • IP69K:蒸気および高圧水への耐性を示します。

IP等級の詳細については、こちらをご覧ください。過酷で極端な環境におけるコネクタのための微妙な考慮事項

防塵および防湿性を備えたバレルコネクタ:
出典:IP等級の概要と防水コネクタ
A collection of various connectors.

使用可能なコネクタおよび考慮する必要のある関連する仕様要件を理解することは、設計プロセス全体を通じて重要なことです。

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ピッチは、あるコンタクトの中心から次のコンタクトの中心までの寸法です。

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このRJシステム は、1960年代初期登場以来、電気通信やデータ通信の用途で広く普及しており、1976年にFCCによって配線パターン、信号の仕様、コネクタ自体の物理的構造が標準化されたRJシステムとして分類されました。

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SMAを探しているとき、SMAコネクタとRP-SMAコネクタを見つけることがあります。この2つは何が違うのでしょうか?

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丸型コネクタは、一連の過酷な環境に耐えられるように設計された、さまざまなサイズの円筒形の電気デバイスです。

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ロボットやその他の高密度工場環境において信頼性の高い動作を確保するため、適切な電源および信号コネクタの選択方法を学びます。

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ワイヤおよびケーブル

ワイヤとケーブルの違いは何でしょうか?回答を見る

一見すると、ワイヤとケーブルは非常に似ており、通常、互換性のある言葉として使用されますが、実際には相互接続ソリューションの2つの異なる構成要素です。

  • ワイヤとは、絶縁体で囲まれた単一の導線のことです。
  • ケーブルとは、複数の導線または電線の束を束ね、外側の絶縁層で囲んだものです。ケーブルは、少なくとも2本以上のワイヤで構成されており、成形された絶縁体によって一体化されているものか、または各ワイヤが個別に絶縁され、それらを束ねた上で外側にさらに外被(外部絶縁層)を設けた構造のものがあります。
写真は2本の絶縁ワイヤを含むケーブルを示しています:
出典:Digikey品番:2320-2170820-DS-ND

単線とより線の違いは何でしょうか?回答を見る

ワイヤの導電経路として通常、単線とより線の2種類があります。

  • 単線:その名が示すように、金属を単一の固体導線として引き伸ばし、絶縁材料で被覆したものです。コストが低く、太く、柔軟性や曲げやすさに劣りますが、より大きな電流を流すことが可能です。
  • より線:ロープを構成する繊維のように、被覆のない細い導線を多数より合わせて1本の導体としたもの。撚り数の数が多いほど、ワイヤの柔軟性は高くなります。しかし、単線に比べて長さあたりのコストは高くなります。
写真は単線を使用した同軸ケーブルです。
出典:Digikey品番:BEL1299-100-ND

ワイヤ材料

これがワイヤを構成する導電材料です。一般的に、アルミまたは銅が使用され、はんだ付け性や耐熱性を向上させるため、錫メッキまたは場合によっては銀メッキ処理されます。

ゲージ(サイズ)

ワイヤの断面積が所定の直径になるまでダイスを通した数です。米国のワイヤサイズはアメリカンワイヤゲージ(AWG)で規定され、ゲージ番号が大きいほどワイヤの直径は小さくなります。より太いワイヤには、単位としてサーキュラーミルが使用されます。MCMサイズはkcmil(キロサーキュラーミル)とも呼ばれ、さらに太いケーブルで使用されます。1MCMは1,000サーキュラーミルに相当します。

AWG:アメリカンワイヤゲージシステムにおいて、36AWGワイヤの直径は0.0050インチです。0000(4/0)ワイヤは、直径が0.4600インチとなります。この間には39種類のゲージサイズがあります。ゲージスケール上で3段階上がるごとに、ワイヤの断面積がほぼ倍増するように設計されています。

ワイヤおよびケーブルの定格電流

最大連続定格電流は、電線のサイズ、またはケーブル内の導体の総数、および周囲温度や気流を含む周辺環境(周囲温度や空気の流れ)にも左右されます。

導線サイズAWGの定格電流:
出典:Digikey技術革新ハンドブック:

付加価値サービス

DigiKeyは単なる世界的な電子部品流通企業ではありません。当社は、お客様の設計を構想から現実へと導くための幅広い付加価値サービスを提供しています。具体的には以下の通りです。

  • ワイヤ切断サービス - 業界のトップブランドをはじめ、多様なワイヤおよびケーブル製品の長さ指定カットに対応しています。カスタムカットでは、UL認証やヨーロッパ規格のワイヤ & ケーブルなどを、ゲージ、重量を問わず任意の長さに切断できます。また、スプライスなし、最低発注数量なしでご利用いただけます。
  • リボンケーブル - 当社在庫のIDCコネクタを用いたアセンブリ品。ケーブルアセンブリは、両端コネクタ付き、または片端コネクタ付きで製作可能です。また、導線数が同じであれば、両端に異なるコネクタを取り付けることも可能です。
  • 長方形ケーブル - 在庫部品を用いたアセンブリ。
  • FFC- TE ConnectivityのFFCコネクタを使用したリボンケーブルアセンブリ。当社ウェブサイトでは付加価値製品として掲載しています。ケーブルアセンブリは、はんだタブ間接続、レセプタクルハウジングとはんだタブ間接続、またはレセプタクルハウジング間接続で製作可能です。
  • 圧着済み - コンタクト圧着済みワイヤ。
Screen shot of the Wire & cable cutting services​ thumbnail

DigiKeyのプロフェッショナルな切断サービスDigi-Spool®なら、ワイヤとケーブルを優れた精度で効率的に管理できるようになります。是非ご検討ください。 様々な種類のケーブルやワイヤを、お客様の仕様に合わせてカスタムカットします。

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ケーブルの話をするときの「曲げ」とは、ケーブルに張力がかかっているときに、ケーブルを位置決めしたり、曲げたりすることです。

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ツイストペアケーブルは、2つの導体を撚り合わせたタイプで、クロストークを減らし、電磁干渉(EMI)を相殺します。

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多くのリボンケーブルとディスクリートケーブルには、ジャケットに数字、文字、アイコンのセットがランダムに印刷されています。

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RFケーブルまたはコネクタを探す場合、最初に決定する必要があるのはケーブルです。

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ワイヤの電流容量は、ケーブル/ワイヤの中の導体によって異なることが知られています。

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圧着工具

圧着工具は、コネクタの金属コンタクトを導電ワイヤ周囲に折り曲げ圧着し、コンタクトとワイヤの間に強力な機械的接続を形成するように設計された専用手工具またはプレス機です。

一部の圧着工具では、ワイヤ切断や絶縁体の除去など、圧着工程のさまざまな作業を行うことができ、幅広いワイヤゲージやサイズに対応できます。

圧着工具なしで圧着できますか?回答を見る

圧着工具は、ワイヤ周囲のコンタクトに清潔で信頼性の高い圧着加工を行うのに便利です。ペンチでコンタクトをワイヤの周囲に折り曲げる方法に比べ、はるかに安定性と再現性に優れています。ペンチを使用してコンタクトをワイヤに圧着することは可能ですが、推奨される方法ではありません。この方法はコンタクトをワイヤに確実に圧着する信頼性の高い方法ではなく、コネクタが損傷する(またはハウジングに収まらない)可能性があり、コンタクトを固定するのに時間がかかります。

手動圧着工具

手工具(手動圧着とも呼ばれます)は、その名の通り、ワイヤにコンタクトを圧着するために使用される工具です。これらの工具にはスプリング式やラチェット式のものがありますが、加えられる主な力は使用者の手と握力によるものです。一般的に、これらの工具は現場修理用の単体のコンタクトや、ばらコンタクトを使用する小規模生産用に便利です。ワイヤの配置から圧着コンタクトの取り付けまで、すべてを手作業で行う必要があるためです。

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DKS-CRIMP-T1-ND

ダイ付き万能圧着工具

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1528-2525-ND

ラチェット式圧着ペンチ

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WM9999-ND

手動圧着工具14~24AWG対応

自動圧着機

電動工具やプレス機は外部電源(電気式または空気圧式)で駆動され、大量の圧着作業を効率的に行うために設計されています。これらの工具は構造がより複雑なため、価格が大幅に高くなる可能性があります。

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人間工学性、予算、作業結果など、アプリケーションのほぼあらゆるニーズに対応する圧着工具があります。

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圧着状態を確認することは、品質管理上、非常に重要です。

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ここでは、リング端子を適切に圧着する方法について少し説明します。

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私は、現場の多くの技術者が広く使用していないと感じるアイテムの1つに、ワイヤフェルールがあります。

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狭ピッチ(1.5-2.5mm)のJST、Molex、Amp、JAE、およびHirose(HRS)製ハウジングの多くのコンタクト(端子)には、特殊な圧着工具が必要です。

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狭ピッチ(1.6-2.5mm)のJST、Molex、Amp、JAE、およびHirose(HRS)製ハウジングの多くのコンタクト(端子)には、特殊な圧着工具が必要です。

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電気的仕様

アプリケーションに適した相互接続部品を選択する際には、電気的特性も考慮する必要があります。

  • ワイヤやケーブルには一定の抵抗があり、通常1000フィート(またはメートル)あたりのオーム値で表されます。メーカーは抵抗値の低減に務めていますが、熱放散という形である程度の電力損失は発生します。
  • コネクタの定格電力とは、コネクタの両側で安全に消費される電力量のことです。

相互接続部品(コネクタ、ケーブル、ワイヤ)にはどれくらいの電流を流すことができますか?回答を見る

定格電流(電流容量とも呼ばれます)とは、相互接続(コネクタ、ケーブル、ワイヤ)が安全に通過できる最大電流量のことです。相互接続部品に加わる電力が増加するほど、導電材料の微小ながら累積する抵抗により、電力は熱として失われます。定格電流を超えると、溶融、火花発生、危険な故障を引き起こす原因となります。

写真は1極あたり55アンペアに対応する小型コネクタです。
出典:Digikey品番:2243-ASMPP30-1X2-RK-ND

相互接続部品(コネクタ、ケーブル、ワイヤ)にはどれくらいの電圧をかけることができますか?回答を見る

定格電圧(使用電圧とも呼ばれます)とは、部品(または相互接続部品)が耐えられるる最大電圧差のことです。ワイヤとコネクタを組み合わせて使用する場合、その組み合わせは最も弱い部分によって強度が決まります。コネクタの信頼性には、絶縁材料、電気コンタクト間の間隔、環境条件などの要因が影響します。この定格を超えると、電気絶縁が破壊され、アーク放電が発生し、回路基板を損傷したり、火災の原因となることがあります。コネクタの電圧関連仕様には、以下の3種類があります。

  • 絶縁破壊電圧:この電圧を超えると製品は動作しなくなります。これは、故障電圧とも呼ばれます。
  • 絶縁耐圧:絶縁破壊電圧の75%です 。製品が使用されるべき非破壊電圧です。これは、耐電圧または試験電圧とも呼ばれます。
  • 定格電圧(DWVの1/3):製品が使用されるべき最大連続電圧です。使用電圧または動作電圧とも呼ばれます。

これらに関する詳細やご質問については、Tech Forumをご覧ください:絶縁破壊電圧、絶縁耐圧、定格電圧の違いについて

相互接続部品(コネクタ、ケーブル、ワイヤ)のシールドにはどんな効果がありますか?回答を見る

電磁妨害(EMI)とは、システム内で複数の電力信号やデータ信号を伝送する際に発生するノイズのことです。EMIの影響は、信号の出力が増加したり、相互接続間の間隔が狭くなったりすると、EMIが増幅される可能性があります。シールドされた相互接続は信号の完全性に影響を与え、適合性試験の合否を分ける要因となる場合があります。

写真はシールド付きコネクタです。
出典:Digikey品番:WM20205-ND
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高速エレクトロニクスにおけるシグナルインテグリティの基礎を明確に理解することは、AIデータセンター設計の成功に役立ちます。

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さまざまなコンタクト極数で提供される、フィルタ付きD-Sub Piアダプタとコネクタを使用することで、放射EMIと伝導EMIを軽減することができます。

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コネクタ, のデータシートを見ると、ほとんどの場合、そのコネクタの定格電流が記載されています。

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Image of Related Content: Clearance, Creepage Distance and Voltage Rating

人体やシステムを保護するための電気的な動作電圧に関する情報を見つけようとすると、混乱してしまうことがあります。

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Image of Related Content: Difference between the Breakdown Voltage, Dielectric Withstand Voltage and Rating Voltage

製品のテストレポートに、以下の3つの電圧定格が記載されていることがあります。

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電気・電子分野では、嵌合するコネクタは、通常、性別でオスまたはメスが指定されています。

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軍事および航空宇宙用グレードコネクタ

Mil-Spec(軍事規格の略)コネクタとアクセサリは、米国国防総省が定める環境保護および機器の互換性基準を満たしています。その名が示す通り、これらの規格は当初、航空宇宙分野などの軍事用途向けに開発されました。しかし、過酷な環境下での信頼性、カスタマイズ性の高さから、当初の軍用機器をはるかに越えた産業用、自動車用、高周波コンピューティング、通信用途にも急速に採用が進みました。現在では、ほとんどのMil-specコネクタメーカーが、民間市場向けに幅広い丸型コネクタ製品ラインを提供しています。

現在一般的に使用されている軍事規格にはどのようなものがあるでしょうか?回答を見る

米国国防総省が現在使用する電気および光ファイバコネクタの仕様基準は、もともと1930年代に開発されたものを基盤としていますが、その後様々な用途や市場へと発展してきました。

  • MIL-DTL-38999
  • MIL-DTL-26482
  • MIL-DTL-5015

COTS(民生品)

民生品(COTS)とは、メーカーが提供する既製品であり、一般的に入手可能な部品やソリューションのことです。メーカーが設計、製造、生産を管理しているため、これらは軍事規格の認定要件に直接準拠しているわけではありません。

航空宇宙用

航空宇宙用途は、電気コネクタが置かれる環境の中でも最も過酷な条件の1つです。極端な高温および低温の温度範囲、圧力差、絶え間ない振動、安定性と信頼性要するデータリンクを伴う高電力需要により、あらゆるコネクタは最高水準の仕様を満たすことが求められます。様々な軍事規格に適合する丸型コネクタは、航空宇宙用途において一般的に採用されています。

ハーメチックコネクタは、客室や航空機搭載センサパッケージなどの圧力隔壁において、完全な気密保護を実現します。

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宇宙アプリケーションの設計者は、電気コネクタやアッテネータを含むQPS部品のTRL(技術成熟度レベル)9を満たし、宇宙環境での実績を積み重ねていることを信頼しています。

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防衛分野はコネクティビティとサイバーセキュリティが不可欠なデジタル領域へと移行しています。フィルタ付きコネクタは通信の保護に役立ちます。

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高信頼性RFアプリケーションのための軍用性能仕様・規格に適合した部品と仕上げを選定します。

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衛星の配備が増えるにつれ、宇宙環境におけるコネクタやケーブルの選択肢の微妙な違いを熟知する必要がより多くの設計者に生じます。

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Image of Related Content: MIL-DTL-38999 Series II, JT Part Numbering , Contacts, Accs

これは、Amphenol社のハウジングおよびコネクタのMIL-DTL-38999シリーズII、JTシリーズのガイドです。

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