堅牢なアプリケーションに適したコネクタを選択するための主な考慮事項

コネクタは、さまざまなアプリケーションで使用される電気・電子システムの重要な部品です。したがって、希望する製品におけるコネクタの信頼性と性能は極めて重要です。コネクタが適切でない場合、システムは故障したり、性能が低下したりする可能性があります。これにより生産性が阻害され、製品の出荷が遅延し、金銭的損失が生じ、企業の評判を損なう恐れがあります。したがって、コネクタの選択は最終製品の成功に不可欠です。

コネクタ選択のガイダンス

ユーザーは、アプリケーションに適切なコネクタを選択する前に、いくつかの重要な要素を考慮しなければなりません。十分な知識と実地経験がなければ、経験の浅いエンジニアが、考慮すべき無数の要素を予見することは困難です。また、過酷な環境下で確実に動作しなければならない製品に対して最適なコネクタを選択する際、初心者や若いシステム設計者も支援を必要とする場合があります。

Harwinのエンジニアは、数十年にわたるさまざまな過酷なアプリケーションでの経験と、多種多様なコネクタの製造に関する膨大な知識を活かし、システム設計者がそれぞれのアプリケーションに適したコネクタを選択する前に考慮すべき7つの要素を考案しました。これには、振動、寸法、設計の複雑さ、電磁妨害（EMI）、データ伝送速度、耐久性、サプライチェーンの信頼性が含まれます。産業、IoT、輸送などの厳しい分野で急速な進化が起きているため、システムを設計するには、現在のニーズに適応するだけでなく、将来の要件も考慮する必要があります。

重要な要素を考慮する

産業用およびその他の重機械アプリケーションでは、システムは高レベルの振動にさらされ、物理的な損傷や、ピンのミスアライメントによるシグナルインテグリティの損失につながる可能性があります。Harwinなどの主要メーカーは、20Gもの振動に耐えるコネクタを設計・開発しており、厳しい条件下でも信頼性と性能が保証されたコネクタを提供しています。

小型化が進む中、コネクタのサイズも重要な要素です。コンパクトなフォームファクタ、面実装ハウジング、ピンピッチの縮小もコネクタメーカーに人気があります。同様に、技術の進歩に伴い、コネクタはミスアライメントに対する許容度も高くなっています。

同様に、現代のシステムにおける電子機器の急速な普及に伴い、産業用やその他同様の苛酷な環境下において、EMIは、高密度実装されたプリント回路基板（PCB）や回路エンクロージャで継続的な問題となっています。PCBやエンクロージャ上のEMI問題に対処するだけでなく、ユーザーは、選択したコネクタが既存および将来のEMIレベルを緩和できることも確認しなければなりません。コネクタのEMIを軽減する一般的な方法は、コネクタを導電性材料で覆うことであり、導電性材料はシールドとして機能します。効果的なバリアを作るため、導電性シールドは接地されます。

また、産業オートメーションやデータセンターのバックプレーンなど、高密度で高速な相互接続が必要なアプリケーションでは、挿入損失やクロストーク性能も重要な選択基準となる場合があります。

耐久性も重要なコネクタの特性です。設計者は、コネクタがその寿命の間に受ける嵌合サイクルの数を決定しなければなりません。これらの計算に基づき、設計者は標準的なコネクタが作業に適しているか、あるいは専用の高信頼性モデルが必要かを決定しなければなりません。

設計者はまた、コネクタの販売業者が信頼できる企業であり、偽造部品が市場に出回るのを防ぐために電子部品工業会（ECIA）規格を実施していることを確認する必要があります。同様に重要なのは、適切なコネクタメーカーを選択することです。これにより、最も過酷な条件下でも製品の品質と信頼性が確保され、将来の高品質供給が保証されます。

市場においてそのような信頼できる高品質メーカーの1社がHarwinです。同社は、故障が許されない厳しいミッションクリティカルなアプリケーション向けに、多数のピン数とフォームファクタをサポートする、耐久性・信頼性に優れ、振動や衝撃に強いコネクタ「Kontrol」ファミリを開発しています。

ニーズの変化に合わせて、HarwinはKontrol M55のポートフォリオを継続的に拡大し、性能を向上させています。新たに追加された製品は、密集したPCBの省スペースオプションとして1.27mmピッチを提供しています（図1）。M55コネクタは、産業用および組み込み用アプリケーションでの高い振動レベルに耐えるよう設計されており、完全なシュラウド構造で、20Gの高振動に12時間以上耐えることができるよう保持タブが追加されています。また、高レベルの衝撃に耐えるように設計・テストされており、安全な接続を維持するためのロック機構も備えています。その他の主な特長としては、500回の嵌合サイクル、3Gbpsのデータ伝送速度、コンタクトあたり1.2Aの電流定格、面実装（SM）ハウジング、-55°C～+125°Cの広い動作温度範囲などがあります。

図1：Harwinは、1.27mmファミリに堅牢な単列コネクタとケーブルアセンブリを追加することで、Kontrolシリーズを拡充しています。（画像提供：Harwin）

さまざまな設計レイアウトに対応するため、M55 SMコネクタは垂直および水平のPCBマウントがあり、さまざまな信号と電源のニーズに対応する拡張性を提供するピン数のオプションから選択できます。

垂直スペースが限られているPCBに基板スタッキングオプションを提供するために、Kontrolシリーズは10 + 10構成で20コンタクトの垂直ソケットM55-6002042Rを提供しています（図2）。この2列SMコネクタは高さ6.25mmで、はんだ付け強度を高めるため、位置決めペグとホールドダウン保持タブを備えています。

図2：Harwin Kontrol M55-6002042RはPCボードのスタッキング向けに設計されています。（画像提供：Harwin）

基板間の接続には、40 + 40レイアウトの80コンタクトを備えた頑丈な水平ヘッダが利用できます。他の製品と同様に、M55-7108042R SM基板対基板コネクタは、ファインピッチ間隔の堅牢な構造で、過酷な環境に対応する産業用耐久性を備えています。

Kontrolシリーズに加わったもう1つの製品がM55-8201242（図3）です。これは12ポジション、2列のメスIDCケーブルコネクタで、0.635mmピッチの30AWGリボンケーブルを使用して、既製のケーブルアセンブリを作成します。コネクタに内蔵されたラッチは嵌合を確実にし、産業用およびその他の同様の過酷なアプリケーションにおける厳しい条件下での性能を保証します。

図3：IDCケーブルコネクタ「M55-8201242」は、30AWGリボンケーブルを使用して、既製のケーブルアセンブリを作成します。（画像提供：Harwin）

位置の許容性を追加するため、Harwinは、Flectoフローティングコネクタを発売しました。複数のコネクタを用いて同一の2枚のプリント基板を接続する場合、このような位置の許容性の追加が必要となります。このコネクタは、データおよび/または電源用の基板対基板の電気機械的相互接続で、オスコネクタのX、Y、Z軸の動きを提供するように設計されています。中心線から±0.8mmまでのミスアライメントに耐えるように設計された、このファインピッチ、多ピン数の基板対基板コネクタは、完全なアライメント、高速データ伝送、混合信号および電源オプション、高い接触信頼性、複数の実装オプションを提供します。従来のコネクタとは異なり、フローティングコネクタは、はんだ接合部とコンタクトピンの両方の応力を緩和する弾性を提供する、バネのような機構を備えています。

図4：Flectoフローティングコネクタは、位置の許容性を追加する動きを提供します。（画像提供：Harwin）

まとめ

産業用および同等の苛酷なアプリケーションで使用される厳しい条件に適したコネクタを選択することに加え、Harwinのような信頼できる認定サプライヤを選ぶことも同様に重要です。この2つは密接に関連しており、選択した部品が最も過酷な環境下でも確実に機能することを保証します。