過酷な環境での密閉型コネクタの使用

設計者は、特に輸送、産業システム、洗濯機などのスマート家電において、ますます限られたスペースに多くの電子部品を組み込むようになっています。このようなアプリケーションでは、配線は、埃、湿気の浸入、温度の極端な変化、機械的応力のために、信頼性に関する多くの課題を引き起こす可能性があります。

同じシステム内でも、個々の接続に求められる要件は大きく異なる場合があります。低電圧デジタル信号を伝送するケーブルは、モータや配電用の高電圧を伝送する太いワイヤと比較して、相互接続の問題が異なります。コネクタの選択を間違えると、信号が完全にまたは断続的に故障し、高額なダウンタイムやメンテナンスの問題が発生する可能性があります。

この記事では、アプリケーションで使用するのに十分な堅牢性を備えた適切なケーブル相互接続ソリューションを選択する際の課題について説明します。IP67定格とUSCAR-2シーリングクラス2のケーブルコネクタシステムを適切に使用することで、信頼性の高い相互接続が可能となり、メンテナンスや修理のコストを削減できることを説明します。次に、MolexのIP67定格およびUSCAR-2シーリングクラス2のさまざまなケーブル相互接続ソリューションを紹介し、さまざまなアプリケーション要件に対応するためにどのように使用できるかを紹介します。

産業用相互接続設計の考慮事項

産業環境用の機器の設計者は、粒子状の汚染物質、液体、および極端な温度を考慮しなければなりません。また、産業用システムは、環境や設備の変化により予測できない状況に対応する必要があります。

工場や倉庫などの産業施設では、さまざまな相互接続ソリューションが使用されていますが、その多くはヘビーデューティなものです。自動車やトラックも、移動型の産業環境としてみなされます。これらの相互接続の状況で考慮しなければならない一般的なガイドラインがあります。最も基本的なのは、鉄粉、金属片、埃、微粉末など、あらゆる種類の粒子状物質に対する耐性です。粒子状物質が細かいほど、空中を浮遊する確率が高くなります。たとえば、ヘビーデューティ機器からの一般的な埃、すす、その他の微粒子は、ファンや換気システムによって空中に保持され、そこから何フィートも離れた場所に到達する場合があります。これらの微粒子は、嵌合したコネクタなど、非密閉の開口部に入り込み、内部表面を汚染する可能性があります。これにより、接続抵抗による断続的な誤動作から完全な接触損失まで、嵌合の問題が発生する可能性があります。また、粒子状物質が研磨性または腐食性である場合、永久的なコネクタの故障を引き起こし、高価で時間のかかる交換を必要とすることがあります。

また、産業環境下ではさまざまな流体が存在する場合があります。水、ガソリン、油、各種の化学物質は、ヘビーデューティの産業環境では一般的です。これらの液体が流体または蒸気として嵌合コネクタシステムに侵入すると、短絡の原因となり、機器の故障につながることがあります。

IP67定格の相互接続システム

産業界では、異なる環境条件に合わせてさまざまなコネクタを作るのではなく、IP67定格のワイヤ、ケーブル、コネクタシステムを使用することが標準化されています。IPの2文字は、正式には「international protection rating（国際保護等級）」という3つの単語を表しています。IPは、非公式ですが、より正確な「侵入保護」という意味で最も一般的に知られています。IP67は、相互接続システムの微粒子や異物に対する耐性と、水の浸入に対する耐性を定義しています。

IP67の「6」は、細塵を含む粒子状物質を相互接続が完全に通さないことを示しています。これは主に、2つの嵌合コネクタの嵌合ハウジング間のタイトなシールによって達成されます。「7」は、IP67相互接続システムが水深1メートルまでの浸水に最大30分間耐えられることを示しています。ほとんどの産業環境ではこれで十分です。

2つのコネクタの嵌合ハウジング間のタイトなシールが役立ちますが、耐水性は、一般的に水だけでなく、多くの化学薬品にも耐性があるコネクタガスケットによって主に達成されます。ガスケット材料は化学物質に対する耐性が異なるため、相互接続システムを選択する際には、使用するガスケット材料が重要な考慮事項となります。

低電力デジタル信号の接続

もちろん、すべてのケーブル相互接続システムが同じニーズを持っているわけではありません。IP67定格の機器のデジタルロジック信号向け相互接続ソリューションは、通常、約500mAの電流で5V以下の電圧を処理するだけで済みます。これらの低電力信号は、通常、物理的な酷使がさほどない小型の軽量ケーブルコネクタを使用しています。コネクタは、機器を素早く組み立てるために嵌合が容易で、ケーブルアセンブリの低電流ワイヤにストレスを与えないように十分に軽量である必要があります。これらの相互接続アプリケーション向けに、MolexはMizu-P25ミニチュアワイヤ～ワイヤ間コネクタシステムを用意しています。これらの防水IP67認証コネクタは、便利でコンパクトなハウジングに収められており、嵌合アセンブリから埃や水をシャットアウトします。

IP67定格Mizu-P25コネクタの嵌合ペアの例として、Molexの0521160240プラグとMolexの0521170240レセプタクル2極防水コネクタシステムがあります（図1）。完全に嵌合すると、2つのコネクタの長さはわずか25.5mmになり、小さくて狭いスペースのエンクロージャに適しています。

図1：MolexのMizu-P25 0521160240プラグと0521170240レセプタクル2極嵌合コネクタシステムは、埃や水からしっかりと保護します。嵌合コネクタの長さはわずか25.5mmで、適切な嵌合時に明確な可聴クリック音を提供します。（画像提供：Molex）

各コネクタのハウジングとキャップにはポリエステルを使用しています。ポリエステルは耐水性、難燃性に優れており、長時間日光にさらされても色あせたり、ひび割れたりすることがありません。また、ポリエステル製のコネクタは破損にも強く、通常の使用時に変形に抵抗しながら曲がります。このため、コネクタシステムは、機器の組み立て中の嵌合時の荒い取り扱いにも耐えられるほど十分堅牢です。ポリエステル製のコネクタは、優れたせん断抵抗も備えており、コネクタが嵌合および非嵌合の時に発生する滑り摩耗に最適です。

コネクタリングシールとワイヤエンドシールは、水や埃に対して気密性の高いシールを提供するシリコーンガスケットを使用しています。シリコーンガスケットとシールは低温で柔軟性を維持するため、これらのコネクタは、冷蔵庫や寒冷地の屋外機器など、低温機器に最適です。これらのコネクタは5mmピッチの2極で、2つの信号を安全に分離します。アセンブリを容易にする圧着ピンを使用して、ユーザーが組み立てます。

このコネクタシステムは、システム開発者が選択した圧着端子を問わず、容易に嵌合できるように設計されています。適切に嵌合されている場合、コネクタがしっかりと嵌合されていることを示す明確な可聴クリック音を提供します。これは、システムの組み立て中に技術者を支援し、タイトな嵌合シールを確実にします。

MolexのMizu-P25コネクタシステムは250V定格で、動作温度範囲は-40°C～+105°Cです。このため、MolexのMizu-P25 0521160240プラグと0521170240レセプタクルコネクタシステムは、白物家電や寒冷地の多くの産業システムに適しています。IP67定格は、コネクタシステムが水や埃に対して安全であり、コネクタシステムの広範な環境試験を必要としないことを機器設計者に示しています。

堅牢で密閉された相互接続でメンテナンスが容易

相互接続システムには、高電流を処理し、過酷な環境でもメンテナンスしやすいことが求められる場合があります。相互接続システムは、誤って切断されない確実な接続を提供するだけでなく、メンテナンス作業中に簡単に切断できる必要があります。これらの状況では、設計者はMolexのSquba密閉型ワイヤ～ワイヤ間相互接続システムを使用できます。また、SqubaコネクタはIP67定格で、小さなフォームファクタで多くの電力を供給できます。たとえば、MolexのSquba 2042230004プラグと2042200004レセプタクルは、1.80mmピッチの4極コネクタで、信頼性の高い電源と信号の供給を実現します（図2）。

図2：MolexのSquba 2042230004プラグ（左）と2042200004レセプタクル（右）は、湿った環境で高電流をしっかりと保護するように設計された4極相互接続システムです。（画像提供：Molex）

MolexのSqubaコネクタは、圧着端子を使用しており、適切な接続時に可聴クリック音を提供します。レセプタクルのコネクタラッチは薄型で、外部機器に引っ掛かる可能性を最小限に抑えます。ラッチは、しっかりとした安全な接続を提供します。この接続は、指を使ってしっかりと上向きに力を加えるか、標準的なデラッチプライツールを使用することで、メンテナンス中に簡単に切断できます。

Squbaプラグとレセプタクルハウジングはどちらもナイロン製で、非常に丈夫であり、ほとんどの工業用化学薬品に耐性があります。このため、MolexのSquba相互接続システムは、コネクタが移動したり、押されたり、機器によって影響を受けたりする可能性のある環境に適しています。この相互接続システムは、シリコーンシールによって埃や湿気から密閉されています。

各コネクタピンは、125V ACまたはDCを供給することができます。推奨されるワイヤゲージは22～24AWGです。22AWGのより線に圧着されたピンを使用して、各ピンは30°Cで最大5.25Aを処理し、最大21Aの通電容量を達成できます。最大電流容量は温度によって変化するため、設計者はコネクタの説明書をよく読んで、コネクタの意図する電流スループットが条件に適していることを確認する必要があります。

動作温度定格は-40°C～+105°Cで、IP67定格を備えているため、これらのコネクタは、低温または湿潤環境で動作する必要のあるHVACシステム、飲料用ディスペンサ、産業機器などの環境に適しています。

複数回路の水密相互接続

相互接続システムは、1本のケーブルで同じ信号を相互接続するような単純なものではないことがあります。場合によっては、デジタル信号、高電流制御信号、電源接続など、複数の回路タイプを同じケーブルで伝送する必要があります。このような状況では、さまざまなサイズの接点を扱うことができるハイブリッド相互接続システムが必要になります。これらのアプリケーションでは、設計者はMolexのMX150ハイブリッドケーブルアセンブリ相互接続システムを使用できます。MX150ハイブリッドシステムは、IP67定格と同様のUSCAR-2シーリングクラス2の要件を満たしています。USCAR-2クラス2では、水中に浸した状態での真空圧試験に合格する必要があります。

組み立て時、MolexのMX150ハイブリッドは完全に密閉されたコネクタシステムです。この製品は、嵌合コネクタが水没する可能性がある状況や、液体と高圧水噴霧が一般的である非常に湿った環境に適しています。

MolexのMX150ハイブリッド1601126001 12極プラグと1601116006 12極レセプタクル（図3）には、最大10個の1.5mmブレード端子と最大2個の2.5mmブレード端子を含めることができます。1.5mm端子は低レベルのロジック信号の伝送に使用でき、2個の2.8mmブレード端子は最大22Aの伝送に使用できます。これにより、この相互接続システムは、1つのワイヤハーネスで1台の機械に電源とデータの両方を伝送する必要がある車載用および産業用アプリケーションに適しています。

図3：MolexのMX150ハイブリッド1601126001 12極プラグ（左）と1601116006レセプタクル（右）は、水密相互接続システムで1.5mmと2.80mmのブレード端子を安全に扱うことができます。（画像提供：Molex）

MX150 IP67ハイブリッド相互接続システムは、完全に組み立てられ、嵌合された状態では、汚れや埃による汚染を受けません。水中に沈めて、-40°C～+125°Cで動作させることができます。コネクタハウジングはナイロンとガラスの組み合わせで、荒い取り扱いや軽い衝撃にも強く、耐久性に優れています。このため、この相互接続システムは、コネクタが極端な温度、高圧水噴霧、重量物からの強い衝撃にさらされる車載用エンジンアプリケーションだけでなく、過酷な産業環境や多くの家電製品にも適しています。

MolexのMX150ハイブリッド1601126001プラグと1601116006レセプタクルは、ケーブルまたはワイヤハーネスの一部として組み立てる必要があります。このアセンブリでは、プラグとレセプタクルに端子を挿入する必要があります。しかし、組立技術者が端子をコネクタハウジングに完全に挿入しないことがあり、信頼性の低い接続につながる可能性があります。こうした状況のために、これらのコネクタのそれぞれには、端子位置保証（TPA）ハウジングが含まれています。

TPAハウジングにピンが正しく挿入されている場合、組み立て技術者はピンが所定の位置にしっかりとロックされている感触を得ます。端子が正しく挿入されていないと、プラグとレセプタクルを嵌合する際に、ラッチができなくなります。TPAにより、ピンが適切に挿入されていることが保証され、システムの信頼性が向上します。

まとめ

産業用、輸送用、または家電製品のシステム設計者は、狭いスペース、埃や汚れ、極端な温度、液体や油、その他の浸透性物質など、過酷なアプリケーションに接続が確実に耐えられるようにする必要があります。設計プロセスを簡素化するために、設計者はIP67定格のコネクタを探すことができます。これらの特別に設計されたコネクタは、埃や汚れの侵入、水分や液体の浸入を防止します。

前述のように、低レベルのデジタル信号から高電流の電力供給まで、幅広いアプリケーション要件に適したさまざまなIP67定格コネクタがあります。適切なIP67定格のコネクタアセンブリを選択することで、システムの信頼性を確保し、高価なダウンタイムや修理のリスクを最小限に抑えることができます。