丸型コネクタとケーブルの基本

Jeff Smoot／著

この投稿では
1.丸型コネクタとは？
2.丸型コネクタの特徴
3.丸型コネクタの幅広い用途
4.M5対M8対M12の指定とコード
5.丸形コネクタに適用可能な規格
6.丸型コネクタの選択基準
7.アプリケーション例
8.概要

丸型コネクタとは？

丸型コネクタは、丸型の合わせ面を有する、様々なサイズの円筒形の電気デバイスです。 電力や信号、データを転送するための複数のピン、あるいは該当する部品と接続するコンタクトがあります。 これらはまた、丸型相互接続とも言われます。内部のコンタクトは、信号を伝達するためのワイヤやケーブルと嵌合します。

円筒形（チューブの形状）をした特に堅牢なこのコネクタは、振動や衝撃による損傷、極端な温度や圧力、外部信号や干渉、ほこりやガスによる侵入に対する耐性があります。

このカテゴリーで現在利用可能な最新の製品は、シンプルなプラスチック、金属、またはコンポジットの標準丸型コネクタから、 DIN、メートル法、密閉、プッシュプル、キー付き、混合シグナル、MicroまたはNanoバージョンを含むその他多くのタイプまで多岐にわたります。 電力、信号、データを1つのデバイスにまとめたハイブリッドオプションが利用できます。 コネクタ製品を特定のアプリケーションに合わせてカスタマイズする、モジュール式またはカスタムのソリューションもあります。

丸型コネクタの特徴

チューブ型（円筒形）をした丸型コネクタは、他の形状よりも高い強度と重量の比率を丸型コネクタにもたらします。 この固有の強度により、外部要素、衝撃による損傷、偶発的なデカップリングに対する抵抗力を持たせることが可能になります。 この強度は、頻繁な嵌合サイクルを必要とするアプリケーションでも有用で弾力性があります。 内部ピンまたはコンタクトの数は用途によって異なり、接点または内部キーのレイアウトは、嵌合デバイスへの適切な位置合わせおよび挿入を保証します。

丸型コネクタは、（常にではありませんが）多くの場合、シェル上にあるネジの部分で接続されます。 このねじ込み式接続により、振動や衝撃があっても、所定の位置に簡単かつ確実にロックし、所定の位置に留まることができます。 その他のタイプの接続システムには、バヨネットロック、プッシュ/プルロック、スナップロックのタイプがあります。

丸型コネクタの基本構造には以下が含まれます。

メス丸型コネクタの基本構造

  • コンタクト - これはコネクタ内部に内蔵されているピンとソケットのことで、互いに嵌合して電気接続を形成します。 1つのコンタクトペアは、オスの接点ピンとメスのソケットから構成されています。
  • 絶縁体 - これは、コンタクトを封入し、コンタクト同士およびコネクタシェルから絶縁するために使用する材料のことです。 この材料は、コンタクトをシェルの正しい位置に保持し、互いから適切に離間する役目も果たします。
  • シェル – コネクタの外側のカバーで、コンタクトと絶縁体を収納します。 また、コネクタを半分に合わせ、コネクタセクションを互いに固定するか、デバイスに固定するときに位置合わせを提供します。
  • アクセサリ – コネクタの部品の位置決め、ガイド、クランプ、固定、またはシールに使用する追加コンポーネントです。これには、ピン、リング、キー、クランプ、ガスケットなどが含まれます。

オス丸型コネクタの基本構造

丸型コネクタの幅広い用途

極度の振動、衝撃、温度、圧力、干渉（EMIとRFI）で高い性能を発揮する丸形コネクタは、電力の伝送、信号の伝送、データ転送、混合信号（電力+信号+データ）の伝送を必要とする多くの産業アプリケーションにおける使用が増加しています。 このコネクタは、コネクタに堅牢な構造が求められる場合、侵入に対する保護が必要な場合、安全な嵌合システムが必要な場合、あるいはEMIやRFIからの保護が必要な場合に最適です。

M5対M8対M12の指定とコード

M型丸型コネクタは、産業用ネットワークアプリケーションでセンサとアクチュエータを接続するために使用される一連の標準製品タイプです。 このコネクタは、過酷な条件下でも機能するように設計されています。 「M」という名称は、カップリングナットと嵌合レセプタクルのミリねじのサイズ、つまりコネクターの相対的なサイズを指します。 M5コネクタは、5mm径のファスナーを有し、M8は8mmのファスナーを有し、M12は12mmのファスナーを有しています。

M12丸形コネクタとケーブルは最も良く使われているサイズで、自動車産業のグローバル標準となっています。 さらに、コンタクト部分のキー配置または形状に基づいて、追加のカテゴリに分割されます。 さまざまなM12コードにより、ケーブルが正しいコネクタで取り付けられていることが保証されます。 使用するさまざまなコードとその定義は次のとおりです。

  • A – センサー、DC電源、1 Gbitイーサネット用コネクター（コンピュータシステムを接続してネットワークを形成するプロトコル）。
  • B – Fieldbus（分散制御用の産業用コンピュータネットワーク）およびProfibus（フィールドセンサと制御システム間の通信を提供するデジタルネットワーク標準）用のコネクタ。
  • C – デュアルキー溝でセキュリティを強化したコネクタ。センサおよびアクチュエータのAC電源に使用。
  • D – 100 Mbit EthernetおよびProfinet（コントローラとデバイス間のデータ交換プロトコル）システム用のコネクタ。
  • X – 10 Gbitイーサネット高速アプリケーションおよびパワー・オーバー・イーサネット（PoE）用コネクタ。
  • S – AC電源用コネクタ(C – コード化された部品の交換）。
  • T – DC電源用コネクタ（Aの交換用 – コード付き部品）。

異なる丸型コネクタカテゴリと接続タイプ

丸形コネクタに適用可能な規格

丸型コネクタは、いくつかの異なる国内および国際規格団体に準拠して設計および製造されています。 これらの製品の開発と継続的な使用に関連する規格化団体と指定の一部を以下に示します。

  • UL – 丸型コネクタ（UL1977とUL2238）に関するUnderwriter’s Laboratoriesの規格は、製造に使用される材料の安全上の問題と特性を対象としています。
  • IEC – International Electrotechnical Commission（国際電気標準会議）の規格は、 M12コネクタの要件を定義するIEC 61076-2-113など、いくつかのタイプの丸型コネクタを定義および説明しています。
  • MIL/AERO – 丸型コネクタの軍事基準（Military Standards）は、1930年代に米国国防総省によって開発され、 丸型デバイスを含む広範なコネクタの設計とテスト要件をカバーしています。
  • EN – 欧州規格（European Standards/European Norm）は、EN- IEC 61076の丸型コネクタの詳細をカバーしています。 その他の規格は、アプリケーション別のコネクタ仕様をカバーしています。
  • IP – 侵入保護（Ingress Protection）定格は、コネクタ本体に侵入する固体や液体に対する保護をカバーするIEC 60529規格によって定義されています。 米国ではANSI 60529がIPを、欧州ではEN 60529がIPをカバーしています。
  • DIN – ドイツ国家標準機構（Deutsches Institut fur Normung）規格は、特にDIN 41524とその他の文書における丸型コネクタを対象としています。
  • VARAN – 汎用オートメーション・ランダム・アクセス・ネットワーク（Versatile Automation Random Access Network）は、 丸型コネクタなどのマシンオートメーション用のハードウェアに実装されるイーサネットベースのバスシステムです。

丸型コネクタの選択基準

新しい設計または再設計用に丸型コネクタを指定する場合、考慮すべき基準が多数あります。 1つ目は、対象となる設計に必要なのが、丸型プラスチックコネクタ（CPC）か丸型金属シェルコネクタ（CMC）か、ということです。 これ以外にも、以下に検討すべきパラメータをランダムな順序で示した非網羅的なリストを示します。

  • タイプ（オス/メス）： オスの部品には、レセプタクルのソケット、またはメスの部分に接続するコンタクトピンが組み込まれています。 多くのプラグとレセプタクルは、自社ブランドまたは製造された製品ライン内で嵌合するように設計されています。 通常、異なるメーカーのコネクタ同士の相互接続はできません。通常、コネクタは嵌合ペアで調達しますが、必ずしも常にそうなるとは限りません。

丸型コネクタのオスとメスのマッチング

  • コンタクトの数： 動作に必要な信号やデータ、電力を伝送するためのコネクタに設計に必要な導電性ピンまたはコンタクトの数。
  • 終端： ワイヤやケーブルがコネクタの導電性接点と嵌合する方法です。 はんだ、ワイヤラップ、ラグ、圧着などのオプションもあります。
  • コンタクトのサイズ： 個々のコンタクトの直径、または各コンタクトと嵌合できるワイヤのゲージ。
  • 電圧・電流定格： コネクタが扱える最大電圧または電流。電流定格は、アンペア（A）で表される電流です。 定格電圧は安全に伝送できる電圧で、ボルト（V）で表されます。
  • 挿入頻度： コネクタ接続の着脱の規則性（嵌合サイクルとも呼ばれる）。 頻度の高い嵌合サイクルでは、より堅牢なコネクタまたはケーブル保護アクセサリが必要になる場合があります。
  • マウントタイプ： ケーブルマウント、パネルマウント、または回路ボードマウントなど、コネクタの取り付け方法。 タイプごとに異なる取付ハードウェアが適用されます。
  • カップリングまたはロックスタイル： コネクタがセキュアに嵌合されるための方法。 ロックスタイルには、バヨネット、ラッチ、プッシュプル、ねじ式、クイックディスコネクトがあります。
  • バックシェルのタイプ： コネクタのバックシェルは、セキュアにケーブルをサポートするために、丸型コネクタのケーブル側にねじ込みされます。 ストレート、ライトアングル、ブレードテール、ばね、ストレインリリーフ、シール、圧着など、さまざまなタイプのバックシェルがあります。
  • 環境要因： コネクタは液体、ガス、または浸漬に曝されますか？コネクタはEMIまたはRFI信号からの保護が必要ですか？ コネクタは腐食性化学物質や過度の振動、頻繁な衝撃に曝されますか？これらの質問に対するそれぞれの答えによって、必要な品質、機能、アクセサリーを判断することができます。
  • 使用する材料： コネクタ本体は、要件と予算に応じて、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、複合材、真鍮のいずれかがあります。
  • アクセサリ： コネクタメーカーは、製品の機能性を高めるさまざまな種類のアクセサリを提供しています。 このアクセサリのリストは膨大ですが、液体やガスを閉塞するためのシール、ブーツ、キャップ、ケーブルの切断を保護するためのストレインリリーフ、ケーブルクランプ、 接続を保護するためのバックシェル、フランジ、ガスケット、取り付け用のグロメット、挿入/取り外しを容易にするためのケーブルグリップなどがあります。
  • プラグとソケット： 業界標準にはばらつきがありますが、通常、ソケットとジャックはパネルマウントコネクタと関連し、一方、プラグはケーブルアセンブリの一部であるコネクタです。 繰り返しになりますが、この命名には標準的な規則はないため、メーカーが異なると別の用語が使用されていることもあります。

ジャックと異なるタイプのプラグ

アプリケーション例

丸型コネクタは、1930年代に軍事用に導入されて以来使用が拡大しています。 例えば、今日のプロセス制御システムと工場フロアのセンサネットワークでは、過酷な環境の厳しい条件下で確実に機能する相互接続製品が必要とされることが多々あります。

また、電子医療機器にも丸型コネクタが使われており、病院のスタッフがケーブルを常に正しく接続し、患者が移動してもケーブルの接続が緩まないようにしなければなりません。 丸型コネクタを使用した接続のメリットの恩恵を受けているその他の多くのアプリケーションには、以下があります。

  • プロセス制御および産業用オートメーション
  • 工場配線
  • 輸送
  • 航空宇宙・防衛
  • 医療機器
  • ロボット工学
  • 音声/ビデオ通信
  • ラジオ・テレビ通信
  • エネルギー
  • 無人航空機（UAV）
  • テストと測定

概要

丸型コネクタは長年使用されており、さまざまな過酷な環境条件下で機能する信頼性の高いコンポーネントであることが証明されています。 Same Skyでは、ほぼすべてのアプリケーションの課題に対応できる多様な丸型コネクタとケーブルを提供しています。