


電気回路の構成要素は、電流が導電体を通してそれらの間を流れる場合、電気的に接続されている。電気コネクタは、電気回路の構成要素間、または異なる電気回路間を電気的に接続し、それらをより大きな回路に結合するために使用される電気機械装置である。 [ 1 ]
接続部は取り外し可能(携帯機器など)なものもあれば、工具を用いて組み立て・取り外しを行うもの、あるいは2点間の恒久的な電気接続部として機能するものもあります。 [ 2 ]アダプタは異種コネクタを接続するために使用できます。ほとんどの電気コネクタには性別があり、つまりプラグ と呼ばれるオス側がソケットと呼ばれるメス側に接続されます。
電力、データ、オーディオビジュアル用途向けに数千種類のコネクタが製造されています。[ 3 ]電気コネクタは、機能によって4つの基本的なカテゴリに分類できます。[ 4 ]
コンピューティングにおいて、電気コネクタは物理インターフェースと見なされ、ネットワークのOSI モデルの物理層の一部を構成します。
上記のクラスに加えて、コネクタは、ピン配列、接続方法、材料、サイズ、接触抵抗、絶縁、機械的耐久性、侵入保護、寿命(サイクル数)、および使いやすさによって特徴付けられます。
コネクタは通常、視覚的に識別しやすく、組み立てが迅速で、安価で、シンプルな工具で済むことが求められます。機器メーカーによっては、他社のコネクタと互換性がなく、接続可能なものを制御できるという理由で、特定のコネクタを選択する場合もあります。あらゆる用途に理想的な特性をすべて備えたコネクタは存在しません。コネクタの種類が急増しているのは、メーカーの多様かつ具体的な要件によるものです。[ 7 ] : 6
電気コネクタは基本的に、導体と絶縁体の2種類の材料で構成されています。導体材料にとって重要な特性は、接触抵抗、導電性、機械的強度、成形性、および弾力性です。[ 8 ]絶縁体は、高い電気抵抗、高温への耐性、そして精密なフィットのために製造が容易でなければなりません
コネクタの電極は、導電性と展性に優れているため、通常は銅合金で作られています。[ 7 ] : 15 代替材料としては、真鍮、リン青銅、ベリリウム銅などがあります。ベース電極金属は、金、ニッケル、スズなどの他の不活性金属でコーティングされることがよくあります。[ 8 ]導電性、機械的堅牢性、耐腐食性に優れたコーティング材を使用すると、金属同士の接触面積を制限し、接触抵抗の増加につながる不動態化酸化物層や表面吸着物の影響を軽減できます。例えば、銅合金は電極として好ましい機械的特性を持っていますが、はんだ付けが難しく、腐食しやすいという欠点があります。そのため、特にアナログ信号や高信頼性が求められる用途では、銅ピンに金コーティングを施すことで、これらの欠点を軽減するのが一般的です。[ 9 ] [ 10 ]
コネクタ部品を固定するコンタクトキャリアは、絶縁性のため、通常はプラスチック製です。ハウジングやバックシェルは、成形プラスチックと金属で作られる場合があります。[ 7 ]:15 熱電対や大型白熱電球など、高温で使用されるコネクタ本体は、焼成セラミック材料で作られる場合があります。
コネクタの故障の大部分は、断続的な接続または接点のオープンによって発生します。[ 11 ] [ 12 ]
| 故障モード | 相対確率 |
|---|---|
| 断線 | 61% |
| 接触不良 | 23% |
| 短絡 | 16% |
コネクタは純粋に受動的な部品であり、回路の機能を強化するものではありません。そのため、コネクタは回路の機能にできるだけ影響を与えないようにする必要があります。コネクタ(主にシャーシに取り付けられているもの)の取り付けが不安定だと、特に極端な衝撃や振動を受けた場合に、故障のリスクが大幅に高まる可能性があります。[ 11 ]その他の故障の原因としては、適用される電流と電圧に対してコネクタの定格が不十分であること、コネクタの侵入保護が不十分であること、ねじ付きバックシェルが摩耗または損傷していることなどが挙げられます
高温はコネクタの故障を引き起こし、結果として「雪崩」のような故障を引き起こす可能性があります。つまり、周囲温度の上昇により絶縁抵抗が低下し、導体抵抗が増加します。この増加によりさらに熱が発生し、このサイクルが繰り返されます。[ 11 ]
フレッティング(いわゆる動的腐食)は、特にそれを防ぐように設計されていない電気コネクタ、特に頻繁に嵌合および離脱される電気コネクタでよく見られる故障モードです。 [ 13 ]表面腐食はコネクタ内の多くの金属部品にとってリスクであり、接点に薄い表面層を形成して抵抗を増加させ、熱の蓄積や断続的な接続の一因となります。[ 14 ]ただし、コネクタを再嵌合または再装着すると、各サイクルで接点の表面から微視的な層が削り取られ、酸化されていない新しい表面が露出するため、表面腐食の問題を軽減できます。
産業用および高信頼性アプリケーションに使用されるコネクタの多くは、断面が円形で、円筒形のハウジングと円形の接触インターフェース形状を備えています。これは、USBコネクタやブレードコネクタなどの一部のコネクタの長方形設計とは対照的です。これらのコネクタは、容易な嵌合と離脱、厳しい環境密閉、および堅牢な機械性能のためによく使用されます。[ 15 ]これらは軍事、航空宇宙、産業機械、鉄道の分野で広く使用されており、MIL-DTL-5015およびMIL-DTL-38999が一般的に指定されています。音響工学や無線通信などの分野でも、 XLRやBNCなどの円形コネクタが使用されます。AC電源プラグも一般的に円形で、たとえばSchukoプラグやIEC 60309が使用されます。

M12コネクタは、 IEC 61076-2-101で規定されており、 NMEA 2000、DeviceNet、IO-Link、一部の産業用イーサネットなどで使用される、外径12mmの嵌合ネジを備えた円形の電気プラグ/レセプタクルのペアです。 [ 16 ] [ 17 ]
円形デザインの欠点は、長方形のコネクタと比較すると、アレイで使用する場合のパネルスペースの使用効率が悪いことです。
円形コネクタでは、物理的および電磁的保護を提供するバックシェルが一般的に使用されますが、コネクタをレセプタクルに固定する方法も提供される場合があります。[ 18 ]場合によっては、このバックシェルは、グロメット、Oリング、またはポッティングの使用により、気密シール、またはある程度の侵入保護を提供します。[ 15 ]
ハイブリッドコネクタは、通常、インサート付きのハウジングを使用することで、多くの種類のコネクタを混在させることができます。[ 19 ]これらのハウジングは、電気インターフェースと非電気インターフェースの混在も可能にします。後者の例としては、空気圧ラインコネクタや光ファイバーコネクタなどがあります。ハイブリッドコネクタはモジュール式であるため、組み立て、修理、および将来の変更が簡素化される傾向があります。また、個々のケーブルとコネクタアセンブリの数を減らすことで、機器の設置時間を短縮できる複合ケーブルアセンブリの作成も可能になります
一部のコネクタは、挿入時に特定のピンが他のピンよりも先に接触し、切断時に最初に断線するように設計されています。[ 1 ]これは、機器を保護するために電源コネクタでよく使用され、例えば安全接地を最初に接続します。また、デジタル信号コネクタでは、ホットスワップ時に接続を適切に順序付ける方法として使用されます。
多くのコネクタには、間違った方向での嵌合を防ぐための機械部品(キー溝と呼ばれることもある)が取り付けられている。 [ 20 ]これは、コネクタが間違った角度や間違ったコネクタに押し込まれることによる機械的損傷を防ぐために使用できるほか、オーディオケーブルを電源コンセントに差し込むなど、互換性のない危険な電気接続を防ぐためにも使用できる。[ 1 ]キーイングにより、本来は対称的なコネクタが間違った方向や極性で接続されるのも防止できる。キーイングは、信号電子機器など、類似のコネクタが多数ある状況で特に重要である。[ 7 ] : 26 たとえば、XLRコネクタには正しい方向を確保するためのノッチがあり、ミニDINプラグにはソケットの対応する穴に収まるプラスチックの突起がある(二次キーイングを提供するためにノッチ付きの金属スカートもある)。[ 21 ]
一部のコネクタハウジングは、不注意による接続の切断や環境シール不良を防ぐためのロック機構を備えています。[ 1 ]ロック機構の設計には、様々な種類のロックレバー、ジャックスクリュー、ねじ込みシェル、プッシュプルコネクタ、トグルまたはバヨネットシステムが含まれます。一部のコネクタ、特にコンタクト数が多いコネクタは、接続と切断に大きな力を必要とします。このようなコネクタのロックレバー、ジャックスクリュー、ねじ込みシェルは、接続時にコネクタを保持するだけでなく、接続と切断に必要な力を提供する役割も担っています。用途の要件に応じて、ロック機構を備えたハウジングは、物理的な衝撃や振動、水噴霧、粉塵などを含む様々な環境シミュレーション下で試験され、電気接続とハウジングシールの完全性を確認する場合があります
バックシェルは、産業用および高信頼性コネクタ、特に円形コネクタによく使用されるアクセサリです。[ 18 ]バックシェルは通常、コネクタやケーブルを環境や機械的ストレスから保護したり、電磁干渉から遮蔽したりします。[ 22 ]さまざまなサイズ、形状、材質、保護レベルなど、さまざまな目的に合わせて多くの種類のバックシェルが用意されています。バックシェルは通常、クランプまたは成形ブーツでケーブルに固定され、対応するレセプタクルに取り付けるためのねじ山が切られている場合があります。[ 23 ]軍事および航空宇宙用途のバックシェルは、米国ではSAE AS85049によって規制されています。[ 24 ]
過酷な環境下で確実な信号安定性を実現するには、従来のピンとソケットの設計では不十分となる場合があります。双曲面コンタクトは、振動や衝撃など、より過酷な物理的要求に耐えられるように設計されています。[ 20 ]また、挿入力も約40%低減します[ 25 ](コンタクトあたり0.3ニュートン(1オンスf ) と低くなります) [ 26 ] 。これにより寿命が延び、場合によってはゼロ挿入力コネクタの代替手段となります。[ 27 ] [ 25 ]
双曲面コンタクトを備えたコネクタでは、各メスコンタクトには、等間隔に配置された複数の縦方向ワイヤが双曲面状にねじれています。これらのワイヤはひずみに対して高い耐性を持ちながら、ある程度の弾性も備えているため、実質的に線形ばねとして機能します。[ 28 ] [ 29 ]オスピンが挿入されると、ソケット側にある軸方向ワイヤが撓み、ピンに巻き付いて複数の接触点を形成します。双曲面構造を形成する内部ワイヤは、通常、先端をハウジングの溝またはノッチに曲げることで両端が固定されます。[ 30 ]
双曲面コンタクトは、状況によっては信頼性の高い接続を実現する唯一の選択肢となる場合もありますが、コネクタ内で大きな体積を占めるという欠点があり、高密度コネクタでは問題を引き起こす可能性があります。[ 25 ]また、従来のピンとソケットのコンタクトよりも大幅に高価であるため、1920年代にヴィルヘルム・ハロルド・フレデリックによって発明されて以来、普及が制限されてきました。[ 31 ] 1950年代には、フランソワ・ボノムが「ハイパータック」コネクタで双曲面コンタクトを普及させました。このコネクタは後にスミスグループに買収されました。その後数十年にわたり、このコネクタは着実に人気を博し、現在でも医療、産業、軍事、航空宇宙、鉄道(特にヨーロッパの列車)などの用途で使用されています。[ 28 ]

ポゴピンまたはスプリングローデッドコネクタは、機械的な弾力性と使いやすさが優先される民生用および産業用製品で一般的に使用されています。[ 32 ]コネクタは、バレル、スプリング、プランジャーで構成されています。MagSafeコネクタなど、安全性のために迅速な取り外しが求められる用途に使用されます。摩擦ではなくスプリング圧力を利用するため、従来のピンとソケットの設計よりも耐久性が高く、損傷が少ないため、インサーキットテストに使用されています。[ 33 ]

クラウンスプリングコネクタは、高電流の流れや産業用途で一般的に使用されています。接点数が多いため、従来のピンとソケットのコネクタよりも電気的に信頼性の高い接続を提供します。[ 34 ]
技術的には不正確ですが、電気コネクタは、一方の端が恒久的に接続され、もう一方の端が(通常は)取り外し可能な2つの接続方法を変換するアダプタの一種と見なすことができます。[ 7 ] : 40 定義上、この「アダプタ」の各端には異なる接続方法があります。たとえば、オスの電話コネクタのはんだタブと、オスの電話コネクタ自体です。[ 3 ]この例では、ケーブルに接続されたはんだタブが恒久的な接続を表し、オスのコネクタ部分がメスのソケットとインターフェースして取り外し可能な接続を形成します。
ケーブルやデバイスにコネクタを取り付ける方法は数多くあります。中には特殊な工具を使わずに行える方法もあれば、特殊な工具を必要とするものの、コネクタの組み立てをはるかに迅速かつ確実に行い、修理も容易化できる方法もあります。
コネクタが全ての仕様を満たした状態で相手側と接続・切断できる回数は嵌合回数と呼ばれ、コネクタ寿命の間接的な指標となります。コネクタの接点に使用される材料、めっきの種類、厚さは、嵌合回数を決定する主要な要因です。[ 35 ]
プラグコネクタとソケットコネクタは通常、オス型プラグ(通常はピンコンタクト)とメス型ソケット(通常はレセプタクルコンタクト)で構成されています。多くの場合、ソケットはシャーシコネクタのようにデバイスに恒久的に固定され、プラグはケーブルに接続されます(必ずしもそうとは限りません)。
プラグには通常、1本以上のピンまたは突起があり、これらを嵌合ソケットの開口部に挿入します。良好な電気接続を確保し、回路を完結させるには、嵌合する金属部品間の接続が十分にしっかりとしている必要があります。プラグとソケットの接続には、双曲面コンタクトを使用する別の方法があり、より信頼性の高い電気接続を実現します。多ピンコネクタを使用する場合は、各ピンに接続されている配線または回路ノードを特定するために、ピン配列図があると便利です。
一部のコネクタスタイルでは、ピン接続タイプとソケット接続タイプを1つのユニットに組み合わせたものがあり、これは両性具有コネクタと呼ばれます。[ 6 ] : 56 これらのコネクタは、突起部と凹部の両方を備えた、互いに補完し合う一対の同一部品で構成されます。これらの嵌合面は、サイズとタイプが一致していれば、オスとメスのどちらにも自由に嵌合できる同一の継手に取り付けられます。
多くのイーサネットパッチケーブルのように、ケーブルの両端が同じオスとメスのコネクタで終端されている場合もあります。また、延長コードのように同じコネクタのオスとメスで終端されている場合や、互換性のないコネクタで終端されている場合(アダプタケーブルと呼ばれることもあります)など、ケーブルの両端が異なる終端になっている場合もあります。
プラグとソケットは、ブレードコネクタ、ブレッドボード、XLRコネクタ、車の電源コンセント、バナナコネクタ、電話コネクタなど、さまざまなコネクタシステムで広く使用されています。

ジャックは、隔壁または筐体の表面に取り付けられ、相互にプラグと嵌合するコネクタです。[ 36 ]アメリカ機械学会によると、[ 37 ]ペアの固定(より固定された)コネクタはジャック(J で示す)として分類され、通常はシャーシマウントコネクタまたはパネルマウントコネクタのように機器に取り付けられます。可動(より固定されていない)コネクタはプラグ( P で示す)として分類され、[ 37 ]ワイヤ、ケーブル、または取り外し可能な電気アセンブリに取り付けるように設計されています。[ 38 ]この規則は現在、ASME Y14.44-2008 で定義されており、IEEE 200-1975に取って代わります。IEEE 200-1975は、長い間廃止されている MIL-STD-16(1950 年代)に由来しており、このコネクタ命名規則の遺産が強調されています。[ 36 ] IEEE 315-1975はASME Y14.44-2008と連携してジャックとプラグを定義しています。
ジャックという用語は、いくつかの関連用語に登場します。

圧着コネクタははんだ付け不要の接続の一種で、機械的摩擦と均一な変形を利用して、コネクタを予め被覆を剥がした電線(通常は撚線)に固定する。[ 1 ]圧着は、スプライスコネクタ、圧着多ピンプラグとソケット、圧着同軸コネクタで使用されている。圧着には通常、専用の圧着工具が必要であるが、コネクタは迅速かつ容易に設置できるため、はんだ接続や圧接コネクタの一般的な代替手段となっている。効果的な圧着接続では、コネクタの金属が降伏点を超えて変形するため、圧縮された電線が周囲のコネクタに張力を引き起こし、これらの力が互いに打ち消されて高い静摩擦が生じる。圧着接続には弾性体が含まれているため、振動や熱衝撃に対する耐性が非常に高い。[ 39 ]
圧着された接点は永久的です(つまり、コネクタとワイヤの端は再利用できません)。[ 40 ]
圧着プラグ・ソケットコネクタは、ピンが固定されているコネクタの側面によって、リアリリース型とフロントリリース型に分類されます。 [ 20 ]
多くのプラグコネクタとソケットコネクタは、コネクタの背面にある電極に導体をはんだ付けすることで電線またはケーブルに接続されます。コネクタのはんだ付け接合部は、正しく行えば堅牢で信頼性が高いですが、通常、圧着接続よりも時間がかかります。 [ 1 ]コネクタの背面に電線をはんだ付けする場合、接続部を保護し、張力を軽減するためにバックシェルがよく使用されます。金属製のはんだバケットまたははんだカップが用意されており、これは設置者が電線を挿入する前にはんだを充填する円筒形の空洞で構成されています。[ 41 ]
はんだ付け接続を行う際、ピンやワイヤ間の絶縁体が溶融する可能性があります。金属の熱伝導性により、ケーブルやコネクタを通して熱が急速に拡散し、プラスチック絶縁体が溶融すると、短絡や「フレア」(円錐状)絶縁体が生じる可能性があります。[ 40 ]また、はんだ接合部は、振動や圧縮を受けると、圧着接合部よりも機械的破損が発生しやすくなります。[ 42 ]
電線から絶縁体を剥がすのは時間がかかるため、迅速な組み立てを目的とした多くのコネクタでは、電線を挿入する際に絶縁体を切断する圧接コネクタが使用されています。 [ 1 ]これらは通常、端子にフォーク状の開口部があり、そこに絶縁電線が押し込まれ、絶縁体を切断して導体に接触します。生産ラインでこれらの接続を確実に行うために、特殊な工具を使用して、組み立て中に加えられる力を正確に制御します。小規模な場合、これらの工具は圧着接続用の工具よりも高価になる傾向があります
圧接コネクタは、通常、信号用途や低電圧用途の小径導体に使用されます。数アンペア以上の電流を流す電力導体は、他の方法でより確実に終端処理されますが、「ホットタップ」プレスオンコネクタは、自動車分野では既存の配線を拡張するために使用されています[ 43 ]。
一般的な例としては、コンピュータのディスクドライブに使用される多芯フラットリボンケーブルが挙げられます。多数の(約40本)電線を個別に終端処理すると、作業に時間がかかり、エラーが発生しやすくなりますが、圧接コネクタを使用すれば、すべての電線を1回の操作で終端処理できます。また、非常に一般的な用途として、シールドなしツイストペア線の終端処理に使用される、いわゆるパンチダウンブロックがあります。

バインディングポストは単線接続方法で、被覆を剥がした電線を金属電極にねじ込むかクランプで固定します。このようなコネクタは、電子試験機器やオーディオ機器でよく使用されます。多くのバインディングポストはバナナプラグに も対応しています
ネジ接続は、そのシンプルさと信頼性から、半永久的な配線やデバイス内部の接続によく使用されます。すべてのネジ端子の基本原理は、ボルトの先端で被覆を剥いた導体を締め付けることです。複数の導体を接合したり、[ 44 ]プリント基板にワイヤを接続したり、ケーブルをプラグやソケットに終端処理したりするために使用できます。[ 7 ] : 50 締め付けネジは、縦軸 (ワイヤに平行)、横軸 (ワイヤに垂直)、またはその両方で作用します。欠点としては、ワイヤの接続がケーブルを差し込むだけよりも難しいこと、ネジ端子は一般に人や異物の導電性物質との接触から十分に保護されていないことが挙げられます。

端子台(端子台またはストリップとも呼ばれる)は、スプライスや端末の物理的な接合なしに、個々の電線を接続できる便利な手段を提供します。端子台は幅広い電線サイズと端子数に対応しているため、最も柔軟性の高い電気コネクタの一つです。端子台には、電線の端から短い絶縁被覆を剥がすだけで接続できるタイプと、バリアストリップと呼ばれるタイプのものがあります。このタイプは、リング型またはスペード型の端子ラグを圧着した電線を接続できます。
プリント回路基板(PCB) に取り付けられたネジ端子を使用すると、基板にはんだ付けされたリード線を通じて個々のワイヤを PCB に接続できます。

画像の上段にあるコネクタは、リング端子とスペード端子(フォークリング端子またはスプリットリング端子と呼ばれることもあります)として知られています。電気的接触はリングまたはスペードの平面で行われ、機械的にはネジまたはボルトを貫通させることで接続されます。スペード端子の形状は、ネジまたはボルトを途中までねじ込んだままスペード端子を取り外したり取り付けたりできるため、接続が容易です。サイズは、導線の ゲージ、内径、外径によって決まります。
絶縁圧着コネクタの場合、圧着部は絶縁スリーブの下に位置し、この絶縁スリーブを通して圧着力が作用します。圧着時には、この絶縁スリーブの延長端がケーブルの絶縁部を包み込むように同時に圧着され、張力緩和効果を生み出します。絶縁コネクタの絶縁スリーブには、電線の断面積を示す色が付いています。色はDIN 46245に従って標準化されています。

ブレードコネクタは、レセプタクルに挿入される平らな導電性ブレード(プラグ)を使用する、単線プラグ・ソケット接続デバイスの一種です。ワイヤは通常、圧着またははんだ付けによって、オスまたはメスのブレードコネクタ端子に接続されます。絶縁タイプと非絶縁タイプがあります。ブレードがコンポーネント(スイッチやスピーカーユニットなど)の一体型部品である場合、対応するコネクタ端子がデバイスのコネクタ端子に押し込まれます。
金は一般的に、低レベルの信号電圧・電流アプリケーション、および高い信頼性が重要な考慮事項となるアプリケーションにおける接点コーティングとして指定されます。
この設計により、錫メッキ接続における従来の故障モードであるフレッティング腐食が防止されます。。
嵌合ペアの固定(より固定された)コネクタはJまたはXと指定されなければならない。嵌合ペアの可動(より固定されていない)コネクタはPと指定されなければならない。
ウィキメディア・コモンズにおける 電気コネクタ関連メディア