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ix Industrialコネクタで産業用Ethernetポートの密度と信頼性をアップグレード

著者 Kenton Williston 氏
DigiKeyの北米担当編集者の提供
2024-02-15

マルツ掲載日:2024-07-01



 工場では、ロボティクス、マシンビジョン、IIoT技術など、データ集約型のアプリケーションが急増しています。その結果、高速通信への需要が高まっています。産業用Ethernetが貢献した一方で、設計者は高ポート密度を可能にし、電磁妨害(EMI)を最小限に抑え、物理的に頑丈な接続を確保しなければなりません。

 RJ45コネクタのわずか4分の1のサイズで、強化されたEMIシールドと堅牢な嵌合を備えたix Industrialコネクタは、ファクトリオートメーションの要件に対応するために作られました。IEC61076-3-124で標準化されたこのコネクタは、マルチベンダーの幅広いソリューションを可能にし、スマートファクトリ機能をさらに強化するための一連の機能を提供します。

 この記事では、ファクトリオートメーションの接続要件について簡単に説明し、ヒロセ電機のix Industrialコネクタを紹介し、どのように要件を満たすために使用できるかを示します。

産業用EthernetとRJ45コネクタの課題

 産業用Ethernetには、スマート工場に適した2つの重要な特徴があります。それは、毎秒10Gbpsのデータ転送速度と、Ethernetの技術基盤です。同じTCP/IPプロトコル、CAT5eやCAT6ケーブル、RJ45コネクタを使用しています。この相互運用性により、スマート工場内のデバイス同士や企業システムとの統合が容易になります。

 しかし、産業環境では、コネクタへの物理的ストレスが大きくなり、ポート密度が高まるにつれて、設計者はEMIをさらに最小限に抑えることができる、より小さなフットプリントのコネクタを必要としています。図1に示すように、ix Industrialコネクタは、RJ45コネクタに比べて設置スペースを75%削減できます。同時に、耐久性とEMI耐性も大幅に向上します(図2)。


図1:ix Industrialコネクタ(左)は、従来のRJ45(右)より75%小型化されています。(画像提供:Automation World)


図2:ix Industrialコネクタは、ファクトリオートメーションの要件に対応するため、多くの性能強化を実現しています。(画像提供:ヒロセ電機 )

 ix Industrialは独自のコネクタを使用していますが、それ以外は他の産業用Ethernetエコシステムと互換性があります。たとえば、最大10GbpsのCAT6Aケーブルや、最大3AのPoE(Power over Ethernet)やPoE+に対応しています。

 この互換性を基盤に、小型化コネクタはIEC61076-3-124で標準化され、ベンダー間の相互運用性を確保することで、設計プロセスを簡素化し、技術者が製品を選択する際の自由度を高めています。たとえば、ヒロセ電機のix Industrialコネクタシリーズは、他のメーカーのソリューションと完全に互換性があります。

 ix Industrialコネクタは、PROFINET、CC-Link IE TSN、GigE Visionを含む複数のEthernetプロトコルにも採用されています。

・PROFINETはProfibusとProfinet International(PI)によって統括され、広く使われている産業用Ethernetプロトコルです。プログラマブルロジックコントローラ(PLC)、ロボット、ドライブ、センサやアクチュエータの入出力(I/O)に使用されます。

・CC-Link IE TSNは、ギガビットEthernetとTSN(Time-Sensitive Networking)を組み合わせたCC-Link協会の規格です。半導体や自動車製造などの先端産業で見られます。

・GigE Visionは、AIA(Automated Image Association)が管理する高性能産業用カメラのインターフェース規格です。Ethernetのネットワークを使用することで、高速データ転送、ケーブル長の延長、低コスト、スケーラビリティなどの利点を実現しています。

 これらの公式認定に加え、ix Industrialコネクタは、EtherCAT、Modbus TCP、Ethernet/IPを含む他の多くの産業用Ethernetプロトコルで使用できます。これらのプロトコルをサポートし、堅牢な小型化を実現したix Industrialコネクタは、多くのスマート工場アプリケーションにとって魅力的な選択肢です。これには次のようなものが含まれます。

・マシンビジョン:高解像度カメラは、リアルタイムの分析と意思決定のために大量の画像データを生成します。これは、ix Industrialコネクタの高いデータレートとコンパクトなサイズを活かして、マルチカメラのセットアップに対応します。

・ロボティクス:協働ロボットや自律型ロボットは、安全で効率的な動作のためにリアルタイムのセンサデータと制御信号に依存しています。ix Industrialコネクタの堅牢性と低EMI感受性は、信頼性の高いデータ交換を保証します。

・予知保全:重要な機器にセンサを追加することで、潜在的な故障を早期に検出し、コストのかかるダウンタイムを防ぐことができます。ix Industrialコネクタは薄型で堅牢な設計のため、過酷な使用条件下での小型センサに最適です。

プラグとレセプタクルの省スペース設計オプション

 ix Industrialのレセプタクルとプラグは、いずれも省スペース性を高める特筆すべき特徴を持っています。図3に示すように、レセプタクルはさまざまな構成で利用可能です。

IX61G-A-10Pのような縦型レセプタクルは、わずか10mmピッチで並列に取り付けることができ、高いポート密度を実現します。この構成では、6個のix Industrialコネクタが3個のRJ45コネクタと同じスペースに収まるため、スイッチやルータなどの設置面積を大幅に削減できます。

IX60G-A-10Pのような薄型水平レセプタクルは、高さが5.7mmとRJ45コネクタの半分以下なので、センサなどのアプリケーションに適しています。

IX80G-A-10Pのような垂直型レセプタクルは、上部から嵌合することができ、設計者に柔軟性を与えます。


図3:ix Industrialレセプタクルは、縦型、垂直型、水平型(それぞれ上、左、下)があります。プラグコネクタはストレートとライトアングルがあります。(画像提供:ヒロセ電機 )

 プラグは、IX40G-B-10S-CV(7.0)のようなストレートタイプと、IX30G-A-10S-CVL2(7.0)のようなライトアングルタイプがあります。特に注目すべきはライトアングルのオプションで、接続部の高さを低くし、狭いスペースでのケーブルの取り回しを容易にします。たとえば、これらのプラグは、ケーブルの曲げ半径に関する問題を最小限に抑え、高密度デイジーチェーン接続を容易にすることができます。

機械的耐性と電気的耐性

 工業用条件に耐えるよう設計されたix Industrialコネクタは、振動、衝撃、EMIに強い堅牢な構造を特徴としています。レセプタクルシェルは、5つのスルーホールに、はんだ付けをするための足を介してプリント回路基板(プリント基板)に取り付けられます。これにより、ねじりや引っ張りに耐える強固な物理的接続が形成され、信号接点が保護されます。また、レセプタクルシェルと基板のグランドプレーンとの間で強固な接続を行うことができます。

 プラグシェルは、一体化されたワイヤ終端ユニットとケーブルクランプで構成されています(図4)。これにより、ケーブルアセンブリの接続部分が、ケーブルにかかる負荷の影響を受けるのを防ぐことができます。シェルは圧着され、レセプタクルのグランドスプリングと直接接触し、EMIに対して360°連続シールドを形成します。


図4:ix industrialプラグは、物理的損傷とEMIから保護するシェルでワイヤ終端ユニットを包んでいます。(画像提供:ヒロセ電機 )

 コネクタはまた、音と触覚でクリック感を提供する堅牢なスナップインロック機構を備えています。このポジティブロック機構は、激しい振動のある環境でも確実な接続を保証し、5,000回の嵌合サイクルに耐えるコネクタをサポートします。

 ヒロセ電機は、パラジウムニッケル接点を備えたix Industrialコネクタのバリエーションも提供しています。たとえば、IX30G-A-10S-CV(7.0)(01)プラグは、0.75μmのパラジウムニッケルに0.05μmの金メッキを施したコンタクトを使用しています。これらのコンタクトは、標準的な金コンタクトよりも耐久性が高く、頻繁な嵌合サイクルを必要とする用途には非常に貴重です。

組み立てとテストの簡素化

 ヒロセ電機では、高品質な接続を確保するため、22~28AWG(アメリカンワイヤゲージ)のケーブルを使用することを推奨しています。ワイヤは、はんだ付けまたは圧接接続(IDC)で終端することができ、フィールド終端プラグにはIDCを推奨します。この終端方法は、 HT803/IXG-8/10S-63-72のような圧着工具を使用し、ワイヤの絶縁体を切断し、1回の動作で接続します。

 最も耐久性があり、高品質の終端を得るには、はんだ付けが望ましいです。ヒロセ電機は、IX40G-A-10S-CV(7.0)のように、この終端方式に対応した数多くのプラグを提供しています。

 ケーブルやアセンブリをテストするために、ヒロセ電機はAmprobe(Fluke Networks社)DSXケーブルアナライザ用のアダプタセット、DSX-CHA-5-IX-Sを提供しています。このアナライザを使用することで、技術者は適切な運転を保証し、あらゆる問題の診断を簡素化することができます。

まとめ

 ix Industrialコネクタを使用して、スマート工場アプリケーションにおいて高いポート密度と信頼性を実現できます。IEC61076-3-124で標準化されているため、設計者はメーカー間の相互運用性を保証されます。多様なプラグとレセプタクルのオプションにより、機器の設置面積を縮小し、ケーブルのストレスを回避し、干渉のリスクを最小限に抑えて高帯域幅を実現するために、取り付けとケーブル配線の方向を選択することができます。

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