堅牢なカスタムコネクタソリューションの考慮事項

輸送、化学、ディスクリート部品の製造、船舶など、幅広い産業分野で堅牢な部品が必要とされています。 大型車やオフロード車、トラックやバス、建設車両、軍用機器のエンジンやギアボックス、その他さまざまな部品に電子回路が組み込まれる中で、過酷な条件にも耐えられる堅牢なコネクタが求められています。 コネクタもその一部である堅牢な電子機器の世界市場は、2023年には147.5億ドルと評価されており、10年後には337.2億ドルに成長すると見込まれています。

ここでは、堅牢なコネクタの選択に影響を与える要素と、これらのコネクタを特定の用途に合わせてどのようにカスタマイズできるかについてご紹介します。

特殊な堅牢コネクタの選択

コネクタは産業用機器において重要な機能を果たします。製品内のさまざまな部品間、または2つ以上の部品間で、電力、電子信号、データの安全かつ確実な伝送を可能にします。

堅牢なコネクタを選択する際に考慮すべき主な要素は以下の通りです。

• 振動、耐衝撃性を試す高負荷や急激な負荷、衝撃、極端な温度、埃など、過酷な環境に対する耐性。
• 性能の完全性を保証する防塵・防水規格（IP67、IP69K）などの基準への適合。 用途によっては、部品がガソリン、ディーゼル、油圧、トランスミッション、ブレーキ液、潤滑油に接触する可能性もあります。 たとえば、コネクタによっては圧力洗浄に耐える必要があり、その場合はIP69K規格への準拠が必要です。 タイトなシールにより、腐食性環境や過酷な流体環境に常にさらされても漏れを防ぎ、機能を維持することができます。
• 電圧や電流定格などの電気的仕様。これらの仕様は、コネクタが、通常使用時の電気的負荷や変動に耐えられることを保証します。
• コネクタの完全性を損なわないハウジング素材。
• 使いやすさ。具体的には、電子信号を長時間中断することなく、コネクタを素早く組み立て、嵌合、および嵌合解除できることを意味します。

ITT Cannonは、過酷な環境に対応する小型・軽量の各種コネクタを製造しています。 たとえば、ITT CannonのAPDシリーズ（図1）は、最大48V/500V、最大240A定格のアプリケーション向けに設計された、フルプラスチック製の過酷環境用コネクタソリューションです。 オプションには、1ウェイと2ウェイの高出力、VDE認証の4ウェイ高電圧ソリューション、51ウェイの高密度コネクタなどがあります。

図1：ITT CannonのAPDコネクタシリーズは、強固な密閉を実現するバヨネットカップリング機構を備えたオールプラスチック製オプションです。このコネクタは、幅広い過酷な動作条件に耐えることができます。（画像提供：ITT Cannon）

APDコネクタシリーズは、素早く120度回転するバヨネットカップリング機構を備えており、IP67/IP69K規格に準拠した信頼性の高い密閉性を実現します。 -40°Cから+125°C（-40°Fから+257°F）の極端な温度にも耐える設計で、AWG22からAWG0までのワイヤサイズに対応し、高出力および高電圧のバリエーションも用意されています。 コンパクトで軽量、組み立てが簡単なこのシリーズは、1、2、4、6/7、19、37、51ウェイの複数のバリエーションと、多様なアプリケーションのニーズを満たす包括的なアクセサリとツーリングソリューションを取り揃えています。

このシリーズには、モジュラーAPDプレート（図2）も含まれており、コネクタを幅広い構成で使用することが可能です。

図2：APDモジュラーインターフェースは、さまざまな方法で構成することができ、組み立てやメンテナンスに費やす時間を削減できます。（画像提供：ITT Cannon）

このインターフェースは、キャビンとシャーシ間の接続や集中型相互接続アプリケーションにおけるコネクタの効率的な管理を目的としています。 APDプレートは、APD相互接続の設置、再構成、嵌合・嵌合解除を簡単かつ迅速に行うことを可能にし、早期故障を防ぐ方法の1つです。 さらに、モジュラーAPDプレートはメンテナンスを容易にし、狭いスペースをより効率的に使用できます。 標準化されたソリューションは、異なる部品やシステム間でも容易に移行できます。

コネクタの故障メカニズム

過酷な条件下で機器を操作する際に確認すべき最も重要な要素の1つは、通常の操作中に部品が故障しないことです。 そのためには、コネクタが故障するさまざまな要因を慎重に評価する必要があります。以下はその例です。

腐食と汚染：過酷な流体、泥、湿気に継続的または頻繁にさらされると、コネクタ部品が腐食し、最終的に信号が減衰する可能性があります。 ITTのAPDシリーズ用プラスチックハウジングは、腐食や湿気に耐え、過酷な環境条件下でもメンテナンスが容易です。

振動と衝撃：舗装されていない道路や同様の荒地を常に走行すると、オフロード車両の振動と衝撃が増大します。 コネクタの摩耗や破損、そして最終的な故障の原因となるのは、路面状況だけではありません。 丸型のAPDシリーズ コネクタは、バヨネットカップリング設計を採用しており、激しい振動への対応に特に適しています。

不適切な組み立てとメンテナンス：コネクタは正確な方法で組み立てられる必要があり、手順を無視すると、ねじれや曲がりにより性能が損なわれる可能性があります。 組み立てや取り外しが容易であることは、コネクタの長寿命化につながります。

電気的過負荷による過熱：コネクタは一定の電流や電圧に耐え、サージにもある程度耐えられるように定格されています。 しかし、これらの限界値を超えると、コネクタが溶融し、システムコンポーネントに損傷を与え、信号損失を引き起こす可能性があります。

コネクタの故障にはさまざまな原因が考えられるため、複雑なシステムで使用する場合は、特定の用途や動作条件を理解しておく必要があります。

特殊用途向けの堅牢カスタムコネクタ　　

時には、広範なコネクタ製品群がカスタマイズの起点となることもあります。

ITT Cannonのカスタムソリューションの3つの例は、さまざまな特定用途におけるAPDコネクタの適応性を示しています。

たとえば、船舶や列車に使用される大型ディーゼルエンジン向けに、エンジン製造会社がカスタムソリューションを必要としていました。 このような機器では、コネクタは効率的な電力伝送と、ギアボックスやプロペラなどの各種システムの統合を確保します。 このソリューションで考慮しなければならない主な条件は、エンジンオイルへの曝露、激しい振動、エンジンルーム内の限られたスペースなどでした。 これらの課題に対処するため、まずAPDシリーズ 7ウェイコネクタが採用されました。 最終的なソリューションには、密閉性を確保し、耐振動性と耐圧性を向上させるためにOリングが追加されました。 コネクタはステンレススチール製のスプリングクリップで固定されました。 限られたスペースを有効に活用するため、カスタムソリューションのフットプリントは標準的な同等製品の半分に抑えられました。

別の事例では、農業用および建設用機器メーカーが、トラクターのトランスミッションのダブルクラッチギアボックス用カスタムコネクタソリューションを必要としていました。 このようなギアボックスは、ギアチェンジを簡単かつスムーズに行うことができ、高速のレーシングカーやトラクターには特に有効です。 コネクタシステムが克服しなければならない課題の1つは、ギアボックスの独特な形状であり、コネクタの形状と形態の再構成が必要でした。 また、ギアオイルへの過剰な曝露や高い抵抗も問題でした。 最終的なソリューションでは、6つの異なる接続が必要でした。APD 19ウェイインターフェース（図3）をベースにした2つの大型6ウェイ電源コネクタと、信号伝送用の4つの小型APD 4ウェイベースコネクタです。 2つのカスタムOリングにより、耐振動性の要件が満たされました。

図3：ITT CannonのAPD 19ウェイは、トラクターのトランスミッションのダブルクラッチギアボックス用ソリューションの基礎となりました。（画像提供：ITT Cannon）

最後に、選択的触媒還元（SCR）ポンプ内のディーゼル排気液への曝露は、商用車メーカーにとって主な課題でした。 コネクタは、腐食性の環境に耐えるだけでなく、狭いスペースでも機能する必要がありました。 このソリューションでは、カスタムコネクタの起点であったAPD 37ウェイのフォームファクタを大幅に変更しました。 ステンレススチール製のブラケットでコネクタアセンブリを固定し、振動によるシールの損失を防止しました。

まとめ

過酷な環境は多岐にわたり、油や極端な温度への曝露から、突然の衝撃や振動まで、さまざまなものがあります。 これらの要因が絡み合うため、多くの使用事例ではカスタムコネクタソリューションが必要となります。 APDコネクタシリーズは、さまざまな用途に最適な出発点となります。 幅広いオプションは多くの最終用途に適合しますが、特定の修正が必要な場合は簡単にカスタマイズできます。 APDコネクタシリーズは、軍事活動、航空、トラック輸送、農業など、どのような分野であっても、信号、データ、接続の完全性を失うことなく、過酷な動作条件に耐えることができます。