カーエレクトロニクスには欠かせないより小型なコネクタ
著者 Pete Bartolik(ピート・バートリック) 氏
DigiKeyの北米担当編集者の提供
2024-03-14
マルツ掲載日：2024-08-05
自動車メーカー各社は、自動車の機能や特徴を絶えず追加し改良していますが、その多くは電子制御ユニット(ECU)に依存しています。しかし、スペースには限りがあるため、電子機器や電気システムを確実に機能させるために、電力の流れや通信を処理するコネクタの小型化と効率化が常に求められています。
ドアミラーはその典型的な例で、モータ、ブラインドスポットモニタインジケータ、方向指示器、ヒータエレメント、グランドイルミネータ、キーレスエントリシステムのアンテナ、さらには水滴を吹き飛ばす超音波発生装置などが組み込まれていることも珍しくありません。防水性と耐振動性が要求される多くの電子機器が、比較的小型のハウジングに収められています。
自動車産業は大規模な変革の渦中にあり、その原動力となっているのは、機能や特徴の継続的なコンピュータ化と、内燃エンジンからの脱却を加速させることを目的とした政府と産業界による大規模な投資です。
自動車はますますモバイル化するコンピュータシステムであり、自動車メーカーは新たな収益を生むコネクテッドカーサービスへの道を開く構想を持っています。先進運転支援システム(ADAS)、自律走行、予知保全、Shared Ownershipモデルなども、ソフトウェア駆動車への重点シフトに寄与しています。
これらの影響は、自動車メーカーが急速に変化する可能性がある消費者の期待や要求に合わせて戦略を微調整する中、非常に破壊的な移行の中で適応しなければならない部品サプライヤにも影響を与えるでしょう。たとえば、いくつかの自動車メーカーは電気自動車(EV)へのシフト計画を加速または減速しており、サプライチェーン管理はサプライヤとの関係を複雑にする根強い問題として残っています。
確実な計画の1つは、自動車メーカーが年ごとにほとんど変わらない車両全体の設置面積内でより多くのエレクトロニクス機能を追加しようとしているため、部品の小型化に対する需要が継続していることです。
部品サプライヤはより小型の製品を設計しなければならず、また、メーカーが限られたスペースでより多くのECUを利用しようとしているため、それらの製品の性能向上も計画しなければなりません。コネクタは、設計者が新製品を計画する際に最終的に考えることが多いですが、メーカーがモジュールの小型化やケーブルの引き回しを模索するにつれて、設計プロセスにおける重要性が増しています。
小さくなり信頼性が高まることで大きくなる
ケーブルとコネクタは本質的に中枢神経系のような働きがあり、コンピュータとセンサの役割の拡大をサポートするために、より革新的でコンパクトにならなければなりません。場合によっては、現在の自動車に搭載されている従来のコネクタは、それに不可欠なモジュールよりもサイズが大きいこともあります。より小型で信頼性が高く、狭い場所や混雑した場所でもより柔軟な構成が可能でなければならず、サービスもますます難しくなっています。
コネクタの小型化は、性能を犠牲にして達成されることが多く、厳しい試験基準の中で競争上の優位性を求めるメーカーにとっては受け入れがたいものです。
先に挙げたドアミラーは、コネクタの技術的要件を引き上げる、より洗練された機能の必要性を示しています。自動車業界の顧客や部品サプライヤは、省スペース、大電流対応、加工性の向上、耐水性、耐高振動性を備えたコネクタを求めています。
世界トップ10の相互接続サプライヤであるJAE Electronicsのエンジニアは、自動車技術の進歩に対する顧客の要求に応えるために必要な性能、設計、柔軟性を提供する車載用防水コネクタを設計することで、この課題に挑みました。
JAEは、0.13～1.0mm2の電線サイズに対応し、－40℃～＋125℃の動作温度範囲を持つ車載用インラインピンソケットコネクタMX80シリーズを開発しました。エンジニアは、コネクタ内部の端子から始まり、スプリング形状、電流処理、機械的ロック、ワイヤサイズ範囲、圧着最適化、損傷防止、テストプローブへのアクセス、取り付けと取り外し、広い動作温度、密閉性、振動性能など、さまざまな側面を評価しました。
これらの要件を明確にした後、JAEのチームは成形、材料の選択、組み立てを含む実際のコネクタ設計に取り組みました。高品質な小型コネクタ製造の経験を生かし、耐水性、大電流、高信頼性といった厳しい要求を満たす高性能な小型コネクタの開発に着手しました。
保持力と小型化を両立させたコネクタシリーズ
JAEでは、2種類の試作設計バージョンを開発しました。一つは究極の小型化、もう一つは小型化による保持力低下に対応したものです。このような努力の結果、JAEはゴムシールの前にリテーナを設置する独自の設計を開発し、保持力を向上させました。
新しい設計により、ハーネスの適切な組み立てと端子の保持が保証され、水深1メートルで30分間耐えられるIPX7の防水保護等級に適合しています。また、高温、高圧のウォータージェットに耐える4極IPX9Kバージョンも用意されています。
JAEはMX80コネクタの2、3、4極のインラインピンソケットバージョンを提供しています。6極バージョンはソケットタイプコネクタのみ提供しています。信頼性を高め、不完全な組み立てを防止するため、コネクタはハウジングに端子位置保証(TPA)機能を組み込み、端子の不完全な挿入を検出します。また、完全な嵌合を確認するための明確なクリック音もあります。
MX80シリーズは、以下のようなさまざまな自動車や輸送車両のアプリケーションに適しています。
・ミラーとグレージング
ドアミラー、ルーフシステム、エレクトロクロミックガラス、グレージングモジュール
・照明
前後のバンパー、フォグランプ、バックライト、ストップランプ、ナンバープレート照明、インジケータ、パドルランプ、周囲照明
・センサ
パーキング、ブレーキペダル、カメラ、キーレスエントリモジュール、タイヤ空気圧、液体リザーバ
・オーディオ
スピーカ(ガラガラ、大きなワイヤサイズ)、マイクロフォン
・その他
サスペンション、テールゲート、ドア、ボンネットスイッチ
JAEのコンポーネント製品ラインアップには、2ピンのMX80B02PZ1A(図1)インラインコネクタと2極のMX80A02SZ1B(図2)ソケットコネクタがあります。
また、3ピンのMX80B03PZ1Aインラインコネクタと3極のMX80A03SZ1Bソケットコネクタ、4ピンのMX80B04PZ1Aインラインコネクタと4極のMX80B04PZ1Bソケットコネクタ、6極のMX80A06SZ1Aソケットコネクタもあります。
IPX9K規格のコネクタには、4ピンのMX80D04PZ1AインラインとMX80E04SZ1Aソケットがあります。
図1：MX80B02PZ1A 2ピンのインラインコネクタハウジング。(提供：JAE Electronics)
図2：MX80A02SZ1B 2極のソケットコネクタ。(提供：JAE Electronics)
JAE MX80シリーズは、0.75～1.0mm2、0.3～0.5mm2、0.13～0.22mm2の電線サイズに対応したコンパクトな防水インラインコネクタです。電線サイズ0.13mm2の場合、2ピンコネクタの定格電流は4.2A、3ピンコネクタの定格電流は3.7A、4ピンコネクタの定格電流は3.6Aです。0.35mm2の電線サイズでは、それぞれの定格は7.1A、6.4A、5.4Aであり、1.0mm2の電線では、それぞれの定格は10.3A、10.0A、9.5Aです。
コネクタは、車載用電気コネクタシステムの性能基準USCAR-2 V2とコネクタ試験基準LV214(重要度3)に準拠した環境試験を受けています。ISO/JASO/EWCAP/VDA標準の0.64mmタブサイズを採用し、2.54mmピッチのピンコンタクトと互換性があり、シャーシ固定用車両クリップをサポートするためにピンハウジングに統合ブラケットを組み込んでいます。
リアカバー、ハウジング、フロントリテーナ(図3)は、ポリブチレンテレフタレートとガラス繊維(PBT-GF10)材料で成形されています。シールにはシリコンゴムを使用しています。JAEは、銅合金材料と錫メッキ仕上げで作られたMX80S08K3F1を含む接点(別売、納入時には一体化されていません)を提供しています。未使用の端子穴を塞ぐダミープラグは、IPX7(MX80A000XD1)とIPX9K(MX60A000XD2)の両方の定格バージョンがあります。
図3：MX80インラインピンとソケットコネクタの拡大図。(提供：JAE Electronics)
JAEはまた、ECUやセンサなどの車載電子機器の接続に適した非防水の小型コネクタMX81シリーズも提供しています。MX81A002SF1を含むMX81コネクタは、防水コネクタのMX80シリーズと同じソケット端子を使用しています。これにより、車両の幅広い防水および非防水エリアに同じ端子と圧着工具を利用することができます。
まとめ
自動車メーカーは、既存のスペースにエレクトロニクスを駆使した機能や特徴を追加したいと考えています。よりコンパクトで効率的な新しいタイプのコネクタを活用できる製品設計者は、より小型のコンポーネントをより高い性能で提供できるようになり、メーカーは市場の需要に応える柔軟性を高めることができます。
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