コネクタの仕組み

コネクタの基礎知識 コネクタの仕組み ～どうやって電気が伝わるの？～ ODU 基礎知識特集-1 | 2021 www.odu.co.jp

2 目次 1.　コネクタで電気が伝わる仕組み 2 2.　電気が流れるのを邪魔するもの 3 (a)　金属の表面の凸凹 3 (b)　金属表面の絶縁被膜 4 3.　邪魔者を成敗 4 (a)　金属表面の凸凹を無くすにはどうしたらいいでしょうか？ 4 (b)　金属表面の絶縁被膜はどうしたらいいでしょうか？ 5 4.　材料について 5 5．実際のコネクタに使われる表面メッキの特徴 6 6.　コネクタの寿命（着脱回数） 7 7.　ODU コネクタのバリエーション 8 ODU SPRINGTAC® 8 ODU LAMTAC® 8 ODU TURNTAC® 9 ODU STAMPTAC® 9 1.　コネクタで電気が伝わる仕組み 私たちの身の回りにはたくさんのコネクタがあります。 コンセント にプラグ、 USB、 LAN、 スマホの充電ケーブルなど、 コネクタに 触らない日は無いのではないでしょうか。 コネクタとは電気を伝えるための接続器ですが、 どうして電気 が伝わるのでしょう？ その仕組みを簡単に説明したいと思います。

3 金属は電気を通します。 これは金属の中に自由に動き回れる電子があるからです。 ( 下図：1) 二つの金属をピタッと接触させると、 自由電子はこの接触面を通り抜けることができます。 コネクタはこのことを利用したものです。 つまり金属をピタッと密着させることで電気を通し、 金属を離すことで電気を通らなくするというのがコネクタの重要な役割です。 ( 下図：2) 【図 1】 直流電源 直流電源 + - + - 金属 金属 自由電子 自由電子 金属に電圧をかけると自由電子は + に向かって移動する。 【図 2】 金属が離れていると通れない 金属が接触していると通れる 自由電子 自由電子 2.　電気が流れるのを邪魔するもの (a)　金属の表面の凸凹 金属の表面は拡大して見ると凸凹しています。 この凸凹があるので、 二つの金属をくっつけても、 出っ張りの先端がほんの何点か接触す るだけになってしまい、 電気をたくさん伝えるのに十分な接触面積が得られません。 接触面積が大きいほど電気は流れるのですが、 金属 の面積が大きくても凸凹の具合によっては見た目ほどの接触面積が得られません。 【図 3】 接触面が小さい

4 (b)　金属表面の絶縁被膜 金属は空気中に置いておくと表面に絶縁被膜ができてしまいます。 ぴかぴかだった表面がくすんだ色になっていくのはこのためです。 昔のスタンド式のケータイ電話の充電器で、 電話をセットしても充電ランプが点かないことがよくありました。 これは電極の表面に絶縁被膜 ができたしまったために、 金属と金属が直接接触できなくなってしまったためです。 【図 4】 ピンク線＝絶縁被膜 ピンク線＝絶縁被膜 絶縁被膜が邪魔をして、 自由電子が通れない この部分の絶縁被膜がこそげ落ちる 3.　邪魔者を成敗 【図 5】 接触圧を強くする (a)　金属表面の凸凹を無くすにはどうしたらいいでしょうか？ ひとつには、 初めから滑らかな表面に作ることですが、 これにも限界があります。 もう一 つぶれる つは接触圧を強くすることです。 接触圧を強くすればその力で出っ張りの先端がつぶれ て平になります。 接触圧が強いほど、 接触面積は大きくなります。 それじゃあ接触圧 は強ければ強いほどいいのかというと、 そうもいきません。 接触圧が強すぎると別の問題 が出てきてしまいます。 コネクタの抜き差しに大きな力が必要となりますし、 何よりも摩 擦が大きいので摩耗が激しくコネクタが削れてすぐにダメになってしまいます。 また、 コネクタの接触圧は普通ソケットのばねの力ですが、 強い力になるようにばねを 接触面が拡がる 大きく曲げると材料の金属が金属疲労を起こし、 すぐにばねが緩くなって接触圧が低 下してしてしまいます。 電気はよく通るけどとても寿命の短いコネクタになってしまいます。 新品のプラグピン 摩耗してしまったプラグピン

5 (b)　金属表面の絶縁被膜はどうしたらいいでしょうか？ まずはゴシゴシとこすることです。 コネクタを抜き差しするときに擦れ合うこと（ワイピングといいます） で絶縁被膜を除去することができます。 さっきのケータイ電話の電極もゴシゴシこすると充電ランプ が点くようになりましたね。 このゴシゴシの強さはコネクタの接触圧と比例します。 強すぎると絶縁被 この部分をごしごし 膜だけでなく、 自分の表面（多くはメッキされています）も削れてしまうので注意が必要です。 また、絶縁被膜は電圧でも破壊されますが、低電圧の信号の場合はこの効果は期待できません。 したがって信号用のコネクタには、 腐食による絶縁被膜の出来にくい材料（金など）を使う必要 があります。 4.　材料について 金属の性質はその種類によって違いますが、 次の性質がコネクタにとって重要です。（コネクタに使用される状態での比較） • 電気の流れやすさ 流れやすい 流れにくい Au = 金 流れやすい 流れにくい Ag = 銀 流れAやすgい Cu Au Al 流れNにくiい Cu = 銅 流れAやgすい Cu Au Al 流れNにくiい Ni = ニッケル Ag Cu Au Al Ni Al = アルミニウム • 絶縁被膜のできにくさでAきにgくい Cu Au Al でNきやiすい できにくい できやすい できにくい Au Ni Ag できやすい できにくい Au Ni Ag できやすい Au Ni Ag 硬い Au Ni Ag 柔らかい • 硬さ 硬い 柔らかい 硬い Au Ag 柔らかい 硬い Au Ag 柔らかい Au Ag 安価 Au Ag 高価 安価 高価 • 価格 安価 Ag Au 高価 安価 Ag Au 高価 Ag Au Ag Au

6 5． 実際のコネクタに使われる表面メッキの特徴 金メッキAg Au Ni 銀メッキe Ag Au Ni ニッAケg ルメッAキu Ni 電気の流れやすさ 普通 優秀 劣る 絶縁被膜のできにくさ 優秀 劣る 優秀 硬さ 普通 劣る 優秀 価格 劣る 普通 優秀 絶縁被膜ができやすく、かつ ニッケルメッキは耐腐食性や耐熱 金は高価なため、メッキを薄くしま 柔らかいため、メッキ厚を厚く 性に優れているので、特殊な場 使われ方 す（0.5-1.5μm）。そのために下地 （6-7μm）してワイピングで絶縁 合に使用されますが、表面メッキと にニッケルメッキを施し、平滑性を 被膜を取り除く際にメッキが少し してはあまり使用されません。 良くしてから金メッキを施します。 ずつ削れても長持ちする構造に 金メッキの下地メッキとしてはよく します。 使用されます。 金メッキ 銀メッキ ニッケルメッキ 信号伝送に最適 電源接続に最適 高温環境に最適 Au Ag Ni Sn P Cu Zn Ni Sn ホワイトブロンズメッキ ONIP： ODU-NiP スズメッキ 非磁性 (NiP下地メッキ) 優れたハンダぬれ性 非磁性

7 6.　コネクタの寿命（着脱回数） コネクタの寿命は主に以下の要因によって決まります。 • 摩耗による寸法変化 プラグピンが摩耗して細くなると、 ソケットピンのばね性による接触圧が弱くなり、 充分な接触面積が得られなくなります。 また、 摩耗により表面メッキが無くなると電気が流れにくくなります。 • 金属疲労によるソケットのばね性の劣化 ソケットのばね性が劣化すると、 プラグピンが摩耗していなくても接触圧が弱くなり、 十分な接触面積が得られなくなります。 長寿命を実現するためには、 接触圧は、 「充分な接触面積を得るために出来るだけ強く、 しかし摩耗を防ぐためできるだけ弱く」、 相反する要求をちょうどいいバランスにすることが大切です。 また、 使用に際しても、 摩耗によって出たカスがヤスリのような働きをしてますます摩耗してしまうことを防ぐため、 定期的に清掃するこ とも重要です。 メーカーが推奨する潤滑剤がある場合は、 その使用も長寿命の実現につながります。 コネクタって意外とデリケートなんです。 できるだけ優しく丁寧に扱ってあげてください。 きっと長持ちしますよ。 文責：藍川　洋一 / オーディーユージャパン　テクニカルセールス ・ マネージャー ODU メンテナンスセット（潤滑剤） 次号：「コネクタと電線の接続」 について（2021 / 5月頃を予定） *上記の内容は予告なく変更する場合がありますのでご了承ください。

8 7.　ODU コネクタのバリエーション ODU SPRINGTAC® スプリングワイヤー技術をソケットに採用 ODU SPRINGTAC®は、一本一本が独立した複数のスプリングワイヤーをソケット内に配置しています。これにより多数の安定した接触点 数を確保し、つねに安定した導通が得られます。最も小さなコンタクト (∅ 0.76 mm) においても、15本のスプリングワイヤーが実装され ています。10万回を超える着脱回数を実現しています。 非嵌合時 嵌合時 スパーク保護 ソケットピン ソケットピン プラグピン プラグピン ボディ スプリングワイヤー ODU LAMTAC® ラメラ技術をソケットに採用 ODU LAMTAC®は、シートメタルを型抜きして作られたラメラ（格子状の構造）をソケット内に配置しています。格子の一本一本が 複数の接触点数を生み出し、安定した導通が得られます。大電流、高温（最大180℃）に対応します。1万回を超える着脱回 数を実現しています。 非嵌合時 嵌合時 ソケットピン ソケットピン プラグピン プラグピン ボディ ラメラ

9 ODU TURNTAC® スロットタイプのソケット ODU TURNTAC®は、極めて優秀な接続特性と経済的な価格設定の双方を持ち合わせています。一体構造により、外径0.3 mmの小さなコンタクトも可能で、また挿入時の許容角も最大5°まであります。スロットタイプであるにもかかわらず1万回を超 える着脱回数を実現しています。 非嵌合時 嵌合時 ソケットピン プラグピン ソケットピン プラグピン ODU STAMPTAC® スタンプタイプのコンタクト ODU STAMPTAC®は、シートメタルを型抜き加工し、それを丸めてピン形状にしたコンタクトです。生産における自動結線に向いて おり、またコスト的にも優秀です。部位に応じて厳選された材質、表面処理、そして精確な製造技術によって、1万回を超える着 脱回数を実現しています。 非嵌合時 嵌合時 ソケットピン プラグピン ソケットピン プラグピン

ODU ODU ODU ODU International Trading Co., Ltd. ODU ODU GmbH & Co. KG ODU Otto Dunkel GmbH ODU ( ) Connectors Manufacturing Co., Ltd. ODU ODU ODU ( ) ODU ( ) ODU ODU ODU ODUグループ概要 品質管理 & 認証 • コネクタ業界での80年にわたる実績 • ISO 9001 (品質マネジメントシステム) • 世界全体での従業員数2,300人以上 • IATF 16949 (自動車業界向け品質マネジメントシステム) • 世界12か所の営業拠点 (ドイツ、中国、ルーマニア、 • ISO 13485 (医療機器向け品質保証) デンマーク、フランス、香港、イタリア、 スウェーデン、 • ISO 14001 (環境マネジメントシステム) イギリス、アメリカ、日本、韓国) と5か所の製造・物流拠点 • ISO 50001 (エネルギーマネジメントシステム) • ワンストップソリューション： ODUが提供する技術はデザイン・ • UL、CSA、VG、VDEといった様々なグローバル規格をクリア 開発、機械ツール・特殊機械の組立、 射出成型、型抜・ • UL認証ケーブルアセンブリ 旋盤、表面処理、組立・ハーネス加工におよびます。 すべての認証につきましては、ODUのホームページをご参照ください。 2020年2月時点 オーディーユージャパン株式会社 〒106-0032 東京都港区六本木4丁目1-1 第二黒崎ビル 3F Phone: 03 6441 3210　Fax : 050 3737 4793 E-mail: sales@odu.co.jp 掲載されている画像の一部はイメージです。 すべてのデータおよび仕様は予告なしに変更することがあります。 こちらのQRコードよりODUの 最新版の本冊子の情報が、過去のすべてのバージョンよりも優先されます。 ウェブサイトページにアクセス頂けます。 本冊子のPDF版を、Aperza Catalogからダウンロード頂けます。 www.odu.co.jp コネクタの仕組み / JP / 0321