コネクタのチュートリアル

コネクタのチュートリアル

Pat Sagsveen著
Contributed By Digi-Key Electronics
2017-09-05

コネクタは回路の中で最も高度な部品ではないかもしれませんが、間違いなく最も重要な部品の1つです。回路は、いくつかの異なる観点から考えることができます。多くのエンジニアが最初に目にする回路は、紙の上で表される理論的な側面でしょう。確かにしっかり検討しなかった回路がうまく動作するはずもなく、重要ではありますが、全体像ではありません。回路は、ある機能を実現するために機器や製品に組み込まれるものです。その製品には飛行機や列車などに搭載される大型のものも多く、大きな基板に収まらなかったり、基板がない場合もあります。そのため、コネクタは、必ずしも同じ物理的な基板上にない回路の部品を、迅速かつ効率的に接続する方法として使用され、電子ハイウェイのバイパスを担っています。

市場にはいくつかの種類のコネクタがあり、どれも同じ目的を果たすものですが、その方法は異なっています。振動が気になる車載用もあれば、静止状態でも屋外で風雨にさらされる環境での使用を想定したものもあり、数え上げたらきりがありません。コネクタは製造時間の短縮に役立ちます。作業者が複数の接続部をはんだ付けする時間より、コネクタを別のコネクタに差し込む時間の方がはるかに短いのです。この記事で、一般的なコネクタと、用途に応じたコネクタの使い分けについて、少しでもご理解いただければ幸いです。

長方形コネクタ

「長方形コネクタ」とは、実際のコネクタの形状を指しており、このハウジングの形状が長方形であることを意味します。これらのコネクタは製造上使いやすいので、プリント基板によく見られます。基板には通常、メスのソケットが装着できるスルーホールまたは面実装のオスのヘッダがあり、基板にワイヤを接続する良い方法です。メス型コネクタにはワイヤが圧着されたソケットがあり、ワイヤは何かに接続されています。例えば、オスのヘッダであるB2B-XH-A(LF)(SN)と、嵌合するメスのハウジングであるXHP-2がこれに該当します。これらは、JST Sales America Inc.の製品ですが、そのままでは動作しません。XHP-2はプラスチック製のハウジングのみで、このコネクタの内部にはソケットがないため、このコネクタから出ている配線もありません。ソケットは、ハウジングに合わせた独自のアクセサリです。いくつかのコンタクトは非常によく似ていますが、コネクタを確実に動作させるために、コネクタハウジング用に作られた適切なコンタクトを必ず使用することをお勧めします。Digi-KeyのXHP-2のページには、ページの下方に「関連製品」としてソケットを表示するセクションがあります(図1)。

図1.XHP-2製品ページの「関連製品」セクション

メーカーがコネクタのシリーズを作る場合、同じスタイルのコネクタを多くの異なる極数で作ることがよくあります。これらは、最初の例としてあげたXHシリーズの2つの例のように、コネクタのシリーズとして表示されます。長方形コネクタ - ハウジングのページでXHシリーズのオプションを見ると、すべてのコネクタの関連製品が、すべてのハウジングに対して同じコンタクトを表示していることが容易にわかります。一般的に、ほとんどのコネクタのシリーズでは、コンタクトのバリエーションがいくつかあり、ワイヤゲージのオプションや、時には異なるメッキのオプションが用意されています。これはルールではありませんが、シリーズによっては、電源専用ピンと信号専用ピンを持つコネクタに代表されるように、異なるサイズのコンタクトを持つコネクタもあります。例えば、AUHR-05V-Hでは、4つの信号ピンと1つの電源ピンを持つように設計されています。コンタクトを見ると、電源ピンと信号ピンの2種類のスタイルがあることがわかります。電源ピンは22-26の太いワイヤゲージに、信号ピンは28-30ゲージのワイヤに対応するよう作られています。メッキオプションとは、コンタクトの仕上げのことです。最も一般的なメッキは錫と金です。錫は安価で、腐食環境に置かれない、あるいは高い信頼性を必要としない多くの製品に適したコンタクトの仕上げです。金は腐食しない貴金属であるため、腐食環境での用途に適しています。金接点と錫接点の嵌合は、両者のフレークが混ざり合い、最終的に酸化されるため、推奨されません。

JSTは、2インチ/6インチ/12インチのワイヤを取り付けた圧着済みリード線を作っています。例えば、ASXHSXH22K152は、主に試作用であるため高価な手工具が不要になるリード線付きです。この目的のために多くのメーカーが事前に圧着済みリード線を作製しています。Digi-Keyのウェブサイトには、ジャンパ線、圧着済みリード線というセクションがあります。低予算で製品を開発する場合に有効です。もし、これが量産品であれば、圧着済みのリード線を購入するよりも、工具を使った方が結局は経済的になるでしょう。ハウジング用のソケットを探すのと同じように、Digi-Keyのウェブサイトでは、個々のコンタクトのページに工具のタブがリストアップされています。例えば、XHP-2用のベアソケットである SXH-001T-P0.6を見ると、工具を紹介する欄があります(図2)。

図2.製品ページに掲載されているXHシリーズコネクタ用の工具

もう1つ必要なのは、コンタクトを挿入したり、取り外したりするときに使う挿入/取り外し工具でしょう。これも「ツーリング」の欄に記載されていますが、この製品の場合はXJ-06です。すべてのコンタクトに挿入工具が必要なわけではありませんが、コンタクトを取り外したい場合は、ほとんどの場合、取り外し工具が必要です。最終的に、先ほどのオスのヘッダB2B-XH-A(LF)(SN)を使うには、以下のような製品、工具が必要になります。

1.オスのヘッダ - B2B-XH-A(LF)(SN)
2.メスのハウジング - XHP-2
3.WC-110のような工具が必要なSXH-001T-P0.6のようなソケットか、ASXHSXH22K152のようなリード線付きソケットのどちらか
4.コンタクトを取り外すための挿入/取り外し工具 - XJ-06

長方形コネクタは、非常に良く使われるスタイルです。一般的に大電流用途には使用されませんが、小電流用途では、基板への電源供給や信号の送受信を経済的に行うことができる優れた方法です。ほとんどは、何らかの形でラッチで固定されているため、耐振動性に優れています。長方形コネクタの形式はこれだけではなく、フリーハンギングタイプやパネルマウントタイプの長方形コネクタもあります。例えば、TE Connectivity AMP Connectors3-640441-2があります。このコネクタは基板上のヘッダと嵌合することができますが、フリーハンギングコネクタである3-647001-2と嵌合することも可能です。このコネクタは、従来のコネクタとは異なる終端形式を採用していることが重要です。従来のオスは基板にはんだ付けするスルーホールで、従来のメスはコンタクトに圧着端子を使うものでした。このコネクタはIDC(Insulated Displacement Contact)を採用しています。これは、ワイヤと接触するために絶縁体を貫通する導体を備えていることを意味します。

コンタクトの終端にはいくつかの形式があります。

1.圧着
2.はんだ付け
3.IDC
4.ネジ止め

上記は、主な4種類の終端形式です。圧着は、コンタクトを使用して、それをワイヤの周りに圧着してワイヤと電気的な接続をし、コンタクトの別の部分で絶縁体を保持します。TE Connectivityは、圧着とは何か、許容できる圧着とは何かを説明する良いビデオを公開しています。ビデオのタイトルは「圧着理論の基礎: シリーズ I (英語)」です。はんだ付け終端には、スルーホール部品を基板にはんだ付けする場合と、コネクタにワイヤをはんだ付けするためのカップやスペースがある場合とがあります。IDC(insulation displacement contact)は絶縁体を突き破って接触させるもので、ネジ止めはネジでワイヤをコンタクトに固定するものです。はんだ付け終端は、コンタクトがすでにコネクタの中にあることを意味し、圧着終端は、コンタクトがハウジングから分離されていることを意味します。Digi-Keyのウェブサイトでは、ハウジングにすでにコンタクトがあるかどうかが分かりにくい場合があります。 Digi-Keyのウェブサイトには、コネクタ製品のページがいくつかありますが、その多くに「ハウジング」の文字があります。これらのページはハウジングのみとなり、通常、関連製品としてコンタクトが掲載されます。この製品ページの例を図3に示します。

image

図3.「長方形コネクタ - ハウジング」の製品ページのトピックパスの一例

長方形コネクタを扱う場合、もう1点、ピンのピッチについて言及する必要があります。ピッチとは、ピン間の距離のことです。決して規格ではありませんが、1.27mm、2.00mmおよび2.54mmが、最も一般的なサイズです。一般的に電子機器では、小さい方が良いとされていますが、これはルールではなくガイドラインです。アプリケーションにどのピッチが最適かは、ボードスペースが決め手となりそうです。
ヘッダは、基板にはんだ付けされるごく一般的なコネクタで、その上に簡単にソケットを接続することができます。最初の例はシュラウド型のヘッダでしたが、Wurth Electronics Inc.61300311121のようにシュラウドが無いヘッダも存在します(図4)。

image

図4.Wurth Electronicsの3極ヘッダ(61300311121)

チップの複数の要素をテストする必要がある評価ボードで、非常によく使われています。それらを使うと、基板を持って、簡単にブレッドボードに乗せることができます。例えば、Arduino Pro Mini 3.3vがあります。このボードには、ATmega328チップをテストして使用するための回路が付属していますが、どのピンにも接続されていません。基板にヘッダをはんだ付けすることが可能なので、ブレッドボードに収めやすく、使い勝手が良くなります。このようなヘッダは、必要に応じてジャンパを使用してピンを短絡させることもできます。ジャンパを選ぶ際には、ヘッダのピッチを知ることが不可欠です。このヘッダは2.54mmピッチで、同じピッチのTE Connectivity AMP Connectorsの382811-8のようなジャンパを使用できます。ほとんどのブレッドボードは2.54mmピッチで、これは0.1インチ間隔と呼ばれることがあります。これらは、5-534998-6のようなブレッドボードと同じ面を持つソケットと嵌合するためによく使用されます。

image

図5.TE Connectivityの0.1インチ、12極のソケット(5-534998-6)

その特殊なコネクタは基板にはんだ付けするものですが、ASSMANN WSW ComponentsAWP 10-7240-Tのようにリボンケーブルに取り付けるフリーハンギングタイプのソケットもあります。

image

図6.Assmannのフリーハンギングソケット(AWP10-7240-T 10)

このタイプのコネクタは、通常、リボンケーブルの取り付けにIDC終端を使用し、AWZ-10-Tのようにストレインリリーフを備えていることが多いようです。Digi-Keyでは、このようなソケット用のケーブルアセンブリを販売しており、長方形ケーブルアセンブリページでご覧いただけます。Samtec Inc.には、FFSD-05-D-04.00-01-Nのようなソケット~ソケットオプション、 FFMD-05-T-06.00-01-Nのようなソケット~プラグオプション、およびFFMD-05-D-06.00-01のようなプラグ~プラグオプションがあります。

丸型コネクタ

丸型コネクタは、回路の一部を相互に接続するという点で、長方形コネクタと同じです。形状が丸型であることから丸型コネクタと呼ばれています。長方形コネクタと同様に基板に取り付けることもできますが、どちらかというとフリーハンギングやパネルマウントとしてよく使用されています。丸型コネクタの固定方法はさまざまですが、コネクタが抜けないように、ネジ式やバヨネット式のコネクタを使用することが多いようです。産業用や軍事用には多くの丸型コネクタが使用されています。多くの場合、丸型コネクタは大電流に対応でき、長方形コネクタよりもIP定格を取得するのが簡単です。IP定格とは、防塵・防水性能を示す「ingress protection(侵入への保護)」のことで、コネクタが埃や水をどれだけ防ぐことができるかを示します。これは、汚れや湿気の多い環境で何かを扱う場合、非常に魅力的な品質です。パネルボックスから鉄塔の頂上まで、電源、グランド、センサへの信号線を供給する必要がある回路を想像してください。屋外で、雨や雪にさらされる可能性もあります。これを解決するには、Conxall/Switchcraft17282-3SG-300のようなパネルマウントの丸型コネクタが良いでしょう。

image

図7.Conxall/SwitchcraftのIP67定格対応の3極丸型コネクタ(17282-3SG-300)

このコネクタはIP67に対応しており、水深1mまでなら問題なく使用できますので、湿気の多い環境に最適です。丸型コネクタは、その丸型の形状からパネルへの実装が容易であることが良い点です。鉄やアルミに長方形の穴を開けるのは、丸型の穴を開けるよりはるかに難しいことです。17282-3SG-300には、使用しないときに取り付けることができるカバー(16295)と、水を防ぐために使用できる小型のガスケット(16293)があります。16282-3PG-3111のようなフリーハンギングコネクタと嵌合可能です。これらはバヨネットロックで固定されるため、嵌合の脱着が簡単です。このコネクタは、屋外で発生するすべての問題を解決するものではありませんが、丸型コネクタの優れた特性の一端を明らかに示しています。

長方形コネクタと同様に、丸型コネクタにもアクセサリがあったり、工具が必要なこともよくあります。Digi-Keyのウェブサイトでは、通常、特定の製品ページにすべてのアクセサリが掲載されており、工具は通常、コネクタの実際のコンタクトのページで見つけることができます。前にも説明しましたように、Digi-Keyのウェブサイトで「ハウジング」と書かれているページの製品にはコンタクトが付いていませんが、単に「丸型コネクタ」と書かれているページの製品にはすでにコンタクトが付いています。丸型コネクタの多くは、MIL規格コネクタの範疇に入ります。このコネクタは、メーカーを問わず、すべて同じ仕様になるように規格化されています。MIL規格コネクタの他に、同じガイドラインに沿ってはいますが、正規のMIL規格コネクタが受けるような認証は受けていない派生シリーズがあります。派生シリーズは、MIL規格部品と全く同じもので、MIL規格部品であることを示すドキュメントがないだけです。これらの派生品は、MIL規格対応品の品番付与法を同様に保持し、多くの場合、これらの品番は、MIL規格対応品の品番のプレフィックスの変更のみを伴います。

これらの品番付与法について、MS3102E14S-2Pを例にとって検証します。ITT CannonAmphenol Industrial Operationsという2つのメーカーから、同じ部品が出ているのがわかります。この番号は、実はコネクタの属性をすべて表すもので、番号は標準化されているため、同じ番号のコネクタは、異なるメーカーでも互換性があることになります。さらに調査をするためには、Amphenolのシリーズのデータシートの70ページ「注文方法」のセクションを使用して、この番号をセクションに分割する必要があります。

MS – MIL規格(Military Standard)を表します。

3102 – 耐環境型サービスクラスでボックスマウントレセプタクルを示しています。

image

図8.Amphenolの丸型コネクタの寸法表記を含む代表図(画像提供:Amphenol Industrial Operations)

14S – (単体で)コネクタのシェルサイズを表します。

image

図9.シェルのサイズ指定が14Sの場合の寸法(画像提供:Amphenol Industrial Operations)

14S-2 – コンタクトの配置を示すものです。

図10.14Sシェルサイズのコンタクト配置(画像提供:Amphenol Industrial Operations)

P – ピンコンタクトを示します。

この番号は、コネクタの属性が何であるかを詳細に示しています。ボックスマウントレセプタクルは、すべて図8のようになりますが、シェルサイズによって寸法が異なります。コンタクト配置は、MS3102E14S-2Pの図11のように、どのようにコンタクトを配置するかを記述しています。

image

図11.14S-2指定のAmphenolのMS3102E14S-2Pのコンタクト配置(画像提供:Amphenol Industrial Operations)

このコネクタはコンタクトが装填されていますが、その多くは圧着コンタクトです。これらに対応する注文可能なコンタクトを見つけるには、コンタクトのサイズを知ることが不可欠です。コンタクトのサイズは、コンタクト配置の下に示されます。MIL-5015の派生部品である97-4102A-18-4Sを例を挙げます。この部品は、そのコネクタが97シリーズに属しているため、MS97に置き換えたものです。4102Aは、97シリーズのカタログからお分かりになるように、やはり以前にご紹介したMS3102E14S-2Pと同じくボックスマウントレセプタクルです。

image

図12.Amphenolのボックスレセプタクル(97-4102A)の寸法表記を含む代表的な図面(画像提供:Amphenol Industrial Operations)

97-4102A-18-4Sは、#16のコンタクトを4つ使用する18-4コンタクト配置になります。カタログ26ページには、コンタクトの注文方法が掲載されています。図13は、バルク梱包のコンタクトに関する注文情報のイメージ図です。

図 13.バルク梱包のコンタクトに関する注文情報(画像提供:Amphenol Industrial Operations)

このコネクタに関する前述の情報を利用すると、#16のコンタクト、コネクタのシェルサイズが18-4の適切なコンタクトを見つけることができます。この情報を使って、表の8行目を見れば、コンタクトを探し出すことができます。これにより、サイズ16がわかり、コネクタサイズ18~36については、結果的にソケットコンタクトの品番9745-1622S-X(920)が決定されます。Digi-Keyのようなディストリビュータで注文する場合、品番のニュアンスがわからなくなる可能性があることを指摘しておく必要があります。その例として、記載されているコンタクトが挙げられます。 Amphenolの発注ガイドでは品番が9745-1622S-X(920)となっていますが、Digi-Keyのウェブサイトではメーカー品番が97-45-1622S-4(920)となっています。(920)の前のXは、銀メッキまたは金メッキの別の選択肢を示す一般的なスペースホルダです。Digi-Keyのサイトの4は、これが銀メッキであることを示しています。
Digi-Keyウェブサイトの製品ページの「その他の製品名/品番」に、このコネクタの別の品番があります:97451622S40920。このことが混乱を招くことは間違いありませんが、Digi-Keyのようなディストリビュータには、正しいコネクタの注文方法を理解するための支援チームがあります。Digi-Keyへのお問い合わせは、Japan Support(012-955-960)までお電話いただき、ご相談ください。

DINコネクタも丸型コネクタの一種です。通常、信号レベルの通信に使用される小型の丸型コネクタです。これらのコネクタは、直径が13.2mmです。これは、直径が13.2mmのCUI DevicesSD-80で説明することができます。DINコネクタはすべて同じ大きさの面を持ちますが、必要な配列に応じていくつかのコンタクト配列を選択することができます。また、コネクタを一方向にしか嵌められないように、必ず切り欠きがあります。図14は、この点を説明するSDシリーズのデータシートからの抜粋です。

図14.CUI DevicesのSDシリーズDINコネクタのコンタクト配列(画像提供:CUI Devices)

また、このコネクタには、嵌合の着脱回数を示す別の評価項目もあります。データシートには「Life(寿命)」と記載されており、これは何回確実に嵌合・脱着できるかを表しており、しばしば 「Mating Cycles(嵌合サイクル)」と呼ばれます。このモデルは、寿命が尽きるまで5,000回のサイクルがあります。これはデータシートの「SPECIFICATIONS(仕様)」の部分に記載されています(図15)。

図15.CUI DevicesのSDシリーズDINコネクタの仕様 (「life / 嵌合サイクル」を強調)(画像提供:CUI Devices)

端子ブロック

端子ブロックは、2本以上のワイヤを接続するために使用されます。多くの場合、端子ブロックの内側にワイヤを押さえるためのネジロックがあります。プラスチック製の絶縁体の上に接点があり、各回路が絶縁体で区切られているものが一般的です。端子ブロックには、ヘッダ、プラグ、レセプタクル、バリアブロック、ワイヤ~基板間、DINレール、チャンネル、インターフェースモジュール、パネル実装オプションなどさまざまな種類があり、これらはすべてDigi-Keyウェブサイトの端子ブロックセクションでご覧になれます。

バリアブロック

バリアブロックは、ワイヤ終端用のネジ端子が付いたプラスチック製のハウジングになります。この一例として、EatonTB100-08SPがあります(図16)。

image

図16.Eatonの8回路バリアブロック(TB100-08SP)

ブロックの両側のワイヤを接続するために使用されるものです。このモデルは、1回路あたり30アンペア、300Vまで対応可能です。多くのバリアブロックは、ブロック自体に、ある回路と別の回路を接続するためのジャンパが作られています。これらは、メーカーからのドキュメントで説明されています。TB100-08SPは、Magnum TB100シリーズに属します。最初のページにある「Dimensions - in」の表で08回路の行に寸法を見つけることができます(図17)。

図17.EatonのMagnum TB100シリーズの寸法仕様(画像提供:Eaton)

関連するハードウェアは、データシートの2ページ目をご覧ください。ネジ、クイックコネクト、ジャンパなど、数種類のオプションが掲載されています。多くの場合、メーカーはこれらの付属品をすべてデータシートに記載しています。この製品では、3つのジャンパがリストアップされています(図18)。

image

図18.TB100シリーズ端子ブロック用ジャンパ(画像提供:Eaton)

これらは品番が非常に短いため、結果的に見つけることが困難です。ディストリビュータのウェブサイトでも端子ブロックと同じページには掲載されていないことがよくあります。これらは、Digi-Keyウェブサイトの端子ブロック - アクセサリ - ジャンパのページに該当します。このアイテムがあるかどうかを簡単に確認するには、ウェブサイト全体の検索バーに番号を入れるよりも、図19のJ101の検索のように、端子ブロックアクセサリのページを見つけて、これを検索結果内の検索タブに入れる方が効率的です。

図19.J101ジャンパのDigi-Key部品検索例

この検索を実行すると、J101/Jという結果が出ます。これがTB100-08SPが属するTB100シリーズに適したジャンパとなります。9.53mmという適切なピッチを持ち、データシートの画像のような形をしています。アクセサリに関して、Digi-Keyのウェブサイトには通常、「製品属性」の表に「同時使用/関連製品」の項目があり、アクセサリがどのシリーズまたは部品に対応するかが示されています(図20)。

図20.J101/JジャンパのDigi-Key部品検索ページ(「同時使用/関連製品」を強調)

ヘッダ、プラグおよびソケット

これらは、この記事の長方形コネクタの部分で述べたヘッダやフリーハンギングソケットと非常によく似ています。ヘッダは多くの場合、基板に取り付けられ、フリーハンギングの端はヘッダレセプタクルが取り付けられます。例えば、On-Shore Technology, Inc.OSTOQ063250OSTTJ0631530と嵌合します。多くの場合、これらはメーカーごとの互換性があります。Digi-KeyのウェブサイトでOSTJ0631530を見ていて、これと嵌合できる類似製品を探すには、まず製品仕様からピッチ、極数、タイプを選択します(図21)。

図21.Digi-Keyのウェブサイトで相手側コネクタを検索する場合、適切なボックスにチェックを入れてください。

そして、ページの一番下にある「検索」ボタンを押します(図22)。

図22.一致する属性がすべて選択されたら、ページ下部の検索ボックスをクリックします。

図23、図24および図25に、検索されたいくつかのコネクタの外観を示します。

image

図23. 1827745 Phoenix Contact.

image

図24. TJ0631530000G Amphenol Anytek.

image

図25. 1792810000 - Weidmuller.

これらの各メーカーの部品の前面には、同じようにキーが付けられています。これは、プラグ式端子ブロックの多くに当てはまり、作業をより便利にします。各ピッチはわずかに異なる面を持ちます。これらのプラグはすべてコンタクト用のソケットが付いたフリーハンギングタイプですが、オスピンが付いたフリーハンギングタイプのレセプタクルもあります。例としては、Phoenix Contactの1858073が挙げられます。また、Phoenix Contactの1788570のように、はんだ終端ではなく、ネジ端子で何かに取り付けられるオスピンのレセプタクルもあります。

これまではすべてネジ式終端でしたが、スプリング式終端もかなり一般的です。スプリング式終端の例としては、Phoenix Contactの1881367があります。このコネクタは、背面のバネでワイヤを固定しており、バネを縮めることでワイヤを取り外すことができます(図26)。

image

図26.1881367 – Phoenix Contact.

DINレール端子ブロック

DINレールは多くの産業用途で普及しており、DINレール用に作成された端子ブロックがあります。これらは、これまでの例と同様に回路を接続する機能を持ちますが、外観は全く異なります。これらはすべて、Weidmullerの1020000000のように、DINレールに取り付けるためのスロットが底面に付いています(図27)。

image

図27.Weidmullerの1020000000 DINレール端子ブロック

このタイプの端子ブロックは、通常、端子ブロックの内部チャンバを囲むようにプレートを追加することができます。これらの情報は、Digi-Keyウェブサイトの関連タブで確認できます。たとえば、1050000000は1020000000のエンドプレートとなります。また、1693800000のように、これらの端子ブロックの1つを別の端子ブロックに接続する必要がある場合は、ジャンパが用意されています。

インターフェースモジュール

インターフェースモジュールは、アダプタのようなものと考えることができます。制御側の接続とプロセス側の接続があります。例えば、American Electrical, Inc.DSUB-9-MFなどが挙げられます。このコネクタは、図28に示すようにオスまたはメスの9極D-Subコネクタを、簡単に個別のワイヤに分割することができます。

image

図 28.American Electricalのインターフェースモジュール(DSUB-9-MF)

インターフェースモジュールは、他にも多くの形態があります。インターフェースモジュールのもう1つの素晴らしい例は、Phoenix Contactの2900701のように、RJ45ジャックを個別のワイヤに接続するものです(図29)。

image

図29.Phoenix Contactのインターフェースモジュール(2900701)

パネルマウント

端子ブロックは、パネルマウントも可能です。相手側は、フリーハンギングおよび実装された端子ブロックと同じルールに従います。基本的にコネクタのピッチが分かっていれば、他のメーカーの端子ブロックと嵌合する可能性が高いです。電源用のコンセントと兼用できる例としては、Phoenix Contactの1861167があります。通常、図30に示すように、コネクタの両側に取り付け穴があります。

image

図30.パネルマウント端子ブロックは、Phoenix Contactの1861167に見られるように、通常、取り付け穴が設けられています。

注意すべきは、これにはネジが付属しないことです。金具が別売になっていることがよくありますが、これも例外ではありません。前述のとおり、Digi-Keyのウェブサイトには、通常、これらのアクセサリを紹介する関連製品セクションがあります。この機種には、0728263というハードウェアセットが一緒に販売されています。

D-Sub

D-SubはD-subminiatureとも呼ばれ、コネクタの嵌合面の形状がDの形をしていることから、その名がついています。D-Subコネクタには標準的なシェルサイズがあり、標準的なピン番号を有しています。Digi-Keyのウェブサイトには、これを特定するのに役立つシェルサイズとコネクタレイアウトデジグネータが掲載されています。NorComp Inc.171シリーズでご確認ください。

5種類のシェルサイズとコネクタレイアウトがあり、それぞれピン数に対応しています。

ピン数 シェルサイズ コネクタレイアウト 品番
9 1 (DE、E) 171-009-103L001
15 2 (DA、A) 171-015-103L001
25 3 (DB、B) 171-025-103L001
37 4 (DC、C) 171-037-103L001
50 5 (DD、D) 171-050-103L001

表1.標準的なD-Subのシェルサイズとコネクタレイアウトの例

標準のシェルサイズとレイアウトと同様に、同じシェルサイズでもコンタクトの列を増やして、同じ面積に高密度のコンタクトを配置した高密度レイアウトもあります。その好例が、TE Connectivity AMP ConnectorsのAMPLITIMITE HD-22シリーズです。

ピン数 シェルサイズ コネクタレイアウト 品番
15 1 (DE、E)、高密度 5749767-1
26 2 (DA、A)、高密度 5748481-5
44 3 (DB、B)、高密度 5748482-5
62 4 (DC、C)、高密度 5748394-5
78 5 (DD、D)、高密度 5748483-5

表2.高密度D-Subのシェルサイズとコネクタレイアウトの例

これらは、決してすべてのシェルのサイズやレイアウトではありませんが、主要なものはほぼ網羅されています。D-Subコネクタの多くは、電源ピンと同軸ピンを併せ持ちます。ITT CannonのDCMM-13W6Sがその一例です。このコネクタには7つの信号ピンと、同軸または電源のどちらかに使用できる6つのピンがあります。これまでの例と同様に4(DC、C)サイズの外観を持ちますがが、これまでの2つの4(DC、C)コネクタとは異なるレイアウトになっています。

バレルコネクタ

バレルコネクタは、民生用電子機器への電源供給によく使用されます。丸い形をしており、さまざまなサイズがあります。これらは、ノートパソコン用のACアダプタなどのあらゆる種類の電子機器に搭載されています。 バレルコネクタの例は、かなり標準的なサイズのCUI Devicesの PP3-002Aです(図31)。

image

図31.CUI Devicesのバレルコネクタ(PP3-002A)

これは外径5.5mm、内径2.1mmで、バレルコネクタの中では非常に一般的なサイズです。バレルコネクタの多くは、内径は2.1mmまたは2.5mmで、外径は5.5mmが一般的です。このコネクタにはさまざまなサイズがありますので、直径2.1mmや2.5mmと決めつけてしまうと問題が発生します。コネクタのサイズを知る絶対的な方法は、それに対するドキュメントを入手することです、メーカーはある時点で物理的な寸法を文書化しているはずです。資料がない場合は、ノギスでプラグの直径を測定することをお勧めします。このタイプのバレルプラグは、図32に示すPJ-036AH-SMT-TRのようなバレルジャックと嵌合します。

image

図 32.CUI Devicesのバレルジャック(PJ-036AH-SMT-TR)

また、オーディオコネクタにもバレル型があります。最も認知度が高いのは、CUI DevicesのSP-3501のような1/8インチプラグでしょう。コンピュータ、携帯電話、MP3プレーヤなど、オーディオを再生する機器に見られる多くの1/8インチジャックに使用できる、非常に一般的なヘッドフォンプラグです。

image

図33.標準的な1/8インチオーディオジャック(ここではCUI DevicesのSP-3501を使用)

Digi-Keyのようなディストリビュータがこのようなコネクタを説明する際に使用する用語は、3.5mmプラグになります。多くのディストリビュータがこう呼ぶのは、実際の直径が3.5mm(0.138インチ)だからです。この製品に関しては、この寸法が図面に記載されていない場合もあります(図34)。

image

図34.3.5mmオーディオプラグの寸法

このコネクタのいいところは、どのメーカーのものでも問題なく使えることです。1/8インチジャックは、業界で認められているコネクタのサイズです。SP-3501は、メーカーを問わず、民生用の1/8インチジャックで動作します。1/8インチと1/4インチは非常に標準的なサイズですが、ただし、このように見えるコネクタがすべてこのサイズになるわけではないことに注意が必要です。1/8インチコネクタは、ヘッドフォンやコンピュータの小型スピーカを接続するために使用されます。一般的に1/4インチコネクタは電話回線に使用されていましたが、現在ではエレキギターをペダルを通してアンプに接続するために使用されるのが一般的です。この2つのサイズは標準的なもので、メーカー間で簡単に取り換えができるようになっています。他のバレル型オーディオコネクタは、同じようにはいかないかもしれません。例として、CUI DevicesのSP-25401を挙げることができます(図35)。

image

図 35.CUI DevicesのSP-25401は、2.5mmジャックです。

このコネクタは、SP-3501と外観はよく似ていますが、直径はSP-3501より1ミリほど小さくなっています。これは直径2.5mmで、SP-3501のジャックとは嵌合しません。嵌合に失敗しないためには、これらの直径を知ることが重要ですが、直径が分かれば、同じサイズの他のメーカーの部品と嵌合させることは容易です。また、SP-25401はSP-3501と異なり、導体が3本から4本になっていることも特徴です。これはプラグの金属導体を見ればわかりますが、SP-25401には3つの絶縁体があり、4本の導体を構成しています。SP-3501は、2つの絶縁体で3つの導体を構成しており、ステレオサウンド用のオーディオプラグとしては典型的なものです。

USB

USBにはいくつかの形式があります。最も一般的なUSBはUSB-Aで、コンピュータの周辺機器や多くの電化製品の充電によく使用されています。通常、コンピュータにはUSB-Aのメス、デバイス側にはオスがついています。これらのコネクタは、多くの場合、電源とグランド用に2つ、データ用に2つの合計4つの接点を持っています。このようなコネクタの例としては、Amphenol FCIの87583-3010RPALFがあります(図36)。

image

図 36.AmphenolのUSB-Aレセプタクル(87583-3010RPALF)

このコネクタには4つの接点があり、またPCB基板に固定するための保持用ポストがあります。このようなコネクタを使用する場合、プリント基板をどのようにレイアウトするかが重要です。ありがたいことに、87583-3010RPALFの図37に示すように、メーカーは通常これらのコンポーネントの推奨フットプリントを記載しています.

image

図 37.USB-Aレセプタクル(87583-3010RPALF)の推奨 PCB レイアウト

これらのコネクタは規格に準拠していますので、あるメーカーの部品と別のメーカーの部品の嵌合が可能です。エンジニアがメス側に87583-3010RPALFを使用していた場合、Molex LLC048037220を使用して嵌合することは問題ありません(図38)。

image

図38.USB-Aのオスプラグ(Molexの0480372200)

標準化され、メーカー間で互換性があるため、USBは今日の市場で非常に人気のある選択肢となっています。USBコネクタは、USB-Aだけでなく、人気の高いUSB-Bなど、いくつかの種類があります。USB-Bコネクタは、多くのプリンタやArduino Unoに搭載されているコネクタです。USB-Aタイプより少し頑丈で、接点の配置も異なります。USB-Aは全ての接点が一列に並んでいるのに対し、USB-BはOn-Shore Technology, Inc.のUSB-B1HSW6のように絶縁体の上に2つ、絶縁体の下に2つと接点が分かれています。図39はこの違いを示したもので、左がUSB-A、右がUSB-Bの図面です。

image

図39.USB-A(左)とUSB-B(右)の接点のレイアウトの違い

USB-Bのメス側は絶縁体で4つの接点が2列に分かれているので、USB-Bのオス側はASSMANN WSW ComponentsのA-USBPB-Nのように4つの接点が上2つ、下2つと分離されることになります。図40にこの部品の接点の配置を示しますが、これはすべてのUSB-Bコネクタの標準となるものです。

image

図40.ASSMANNのソケット(A-USBPB-N)の端子配列

mini USBも、USBコネクタの一般的なスタイルです。旧来の携帯電話や周辺機器に多く採用されていました。例えば、Hirose Electrical Co. LTDUX60A-MB-5STが挙げられます(図41)。

image

図41.Hiroseのmini USBレセプタクル(UX60A-MB-5ST)

これらは、USB-AやUSB-Bよりも小さいサイズです。嵌合するコネクタは、UX40A-MB-5Pのようにフリーハンギングタイプで、単体では識別しにくいのですが、ケーブルに取り付けるとかなり識別しやすくなります。図42は、左がUX40A-MB-5P、右がUX40A-MB-5PP-500-1002(UX40A-MB-5Pのケーブル付き)です。

image

図 42.Hiroseのmini USB(UX40A-MB-5P)(左)とケーブル付き(UX40-MB-5PP-500-1002)(右)

注意すべき点は、USB-Aとmini USBの端子数の違いです。USB-Aは、電源、グランド、データ用2つの計4つの端子があります。mini-USBには5つの端子があり、4つはUSB-Aと同じ機能ですが、さらにセンス端子と呼ばれる5番目の端子があります。5番目の端子を使用すると、ケーブルが信号を送信して、デバイスがマスターまたはスレーブのどちらである必要があるかをデバイスに通信させることができます。USB-Aとmini USBを持つUSBケーブルがある場合、センス端子はグランドとショートします。これはUSB On The Go、またはUSB OTGと呼ばれています。Maxim Integratedでは、USB On-the-Go Basicsというタイトルで、これに関してさらに深く掘り下げた記事を掲載しています。

同軸コネクタ

同軸コネクタは、同軸ケーブルの終端に使用されます。このコネクタを理解するためには、まず同軸ケーブルとは何かを理解することが重要です。ケーブルは、誘電体材料で囲まれたソリッドワイヤが第2の導体で覆われており、コネクタも全く同じような構成です。これらのコネクタは、TE Connectivity AMP Connectorsの1909763-1のように、中心導体、絶縁体、および内部導体を囲む第2導体で構成されます(図43)。

image

図 43.TE Connectivityの同軸コネクタ(1909763-1)

図のように、中央のオスピンはコネクタの外殻に接触していません。このコネクタは、超小型同軸コネクタです。同軸コネクタには、さまざまな種類があります。主なものとして、BNC、SMA、RP-SMA、UMCCなどがあり、その他にもいくつかの種類があります。同軸コネクタを選ぶ際には、いくつか注意すべき点があります。コネクタの形式は同じでなければなりません。BNCコネクタとSMAコネクタをアダプタ無しで結合することはできません。形式が決まったら、次はインピーダンスを知ることです。BNCコネクタはその一例で、コネクタの中にはいくつかの異なるインピーダンスオプションを持っているものがあります。Digi-KeyのウェブサイトでBNCコネクタを見ると、75Ωと50Ωの2つのインピーダンスオプションがあることがわかります。 相手側コネクタのインピーダンスに合わせることが重要です。相手側のBNCコネクタが75Ωの場合、75Ωのコネクタを選択する必要があります。もし、エンジニアが同軸ケーブルをSMAコネクタに終端する仕事を任された場合、次のように考えることができます。SMAコネクタは50Ωのインピーダンスを持っており、別のSMAコネクタと嵌合します。すでに設置されていたコネクタが、Amphenol RF Division132139のようなメスソケットのパネルマウントレセプタクルだった場合、エンジニアは、Amphenol RF Divisionの132114のようなオスピンのフリーハンギングプラグが必要だと分かっています。片側がソケット付きレセプタクルの場合、もう片側はピン付きプラグである必要があります。Digi-Keyのウェブサイトで132114をご覧になると、「製品属性」ボックスに「ケーブルグループ」という項目があり、このコネクタが使用できる適用ケーブルが表示されています(図44)。

図 44.Digi-Keyの部品検索で132114の項目には、このコネクタに適用されるケーブルグループが表示されています。

ケーブルグループが見つかったら、次はその中から目的の1本を探します。大プロジェクトで数百本ものケーブルが必要な場合は、Digi-Keyウェブサイトのケーブル、ワイヤ > 同軸ケーブル(RF)ページにあるRFケーブルのパートに行き、パラメトリック検索で「ケーブルグループ」オプションからケーブルグループから選ぶとよいでしょう(図45)。

image

図45.希望のケーブルグループオプションを選択し、適切な部品を探します。

132114のケーブルグループの選択肢の1つがRG-316で、ケーブルの選択肢としてAlpha Wireの9316 BR005が残ることになります。ケーブルを少ししか必要としない場合は、Digi-Keyウェブサイトのケーブルアセンブリ > 同軸ケーブル(RF)のページで、同軸ケーブルアセンブリに目を通す方が経済的な場合があります。そのページからSMA-SMAコネクタを選択し、RG-316のケーブルタイプを選択することが可能です。Amphenol RF Divisionの135101-01-06.00は、6インチのケーブルだけが必要な場合にうまく機能するケーブルアセンブリの好例です(図46)。

image

図 46.Amphenolの6インチケーブルアセンブリ(135101-01-06.00 SMA)

RG-316ケーブルとオスピン付きSMAプラグ2個を接続したフリーハンギングのケーブルアセンブリです。多くの場合、コネクタを使用したケーブルアセンブリが存在することになります。この理由は、ケーブルは通常大量の単位で販売されており高価ですが、多くの場合、必要なのは小さなケーブル配線だけで済むためです。メーカーは工具が高価であることを承知していますので、顧客の特定のニーズを満たすために、アセンブリ品を組み立てることがよくあります。同軸コネクタを見ると、これらのケーブルアセンブリは、多くの場合ケーブルアセンブリを作製するためのコストよりもはるかに安くなっています。

まとめ

まだまだ語りつくせないほど多くのことがあります。この記事で、さまざまな形式やタイプのコネクタについて、少しでもご理解いただければ幸いです。これは非常に大きなテーマで、数枚の短いページにまとめるのは困難です。ここでは、コネクタの種類や用途、コネクタを選ぶ際のポイントなどを紹介しました。コネクタは組み立て式が多いですが、ハウジングだけあって、配線やコンタクトを後から追加する必要がある場合もあります。コネクタの終端処理には、はんだ付け、圧着、IDC(圧接)、ネジ止めなどの方法があります。コネクタについては、まだまだ書き足りないことがたくさんありますが、これをきっかけに、コネクタの種類や、回路を完成させるためのコネクタの利用方法について理解していただければと思います。回路設計の際に見落とされがちなコネクタは、実は単純な部品でありながら、回路を構成する上で重要な役割を担っています。

これらのコネクタ、またはその他さまざまなコネクタは、Digi-Keyウェブサイトの「コネクタ、相互接続」ページでご覧いただけます。

image

免責事項:このWebサイト上のさまざまな著者および/またはフォーラム参加者によって表明された意見、信念、および見解は、必ずしもDigi-Key Electronicsの意見、信念、および見解またはDigi-Key Electronicsの公式方針を反映するものではありません。



オリジナル・ソース(English)