軍事用および航空宇宙用アプリケーションは,航空電子機器,無人機 (UAV),航空機,レーダー,衛星をカバーし,消費者よりもはるかに厳格な接続器と相互接続器を必要とします.医療このタイプの軍用/航空用コネクタは,様々な電気的,機械的,環境的ストレスに耐える必要があります.そして常に評価された性能指標を満たす必要があります.標準的な装置の性能は同じ条件下では 低下したり 損なわれたりします
軍用/航空用高度に信頼性の高い接続装置は,頑丈な囲いの中に閉じ込められた1つまたは一連の接触装置ではありません.接触力と接触材料は,指定条件下で満足のいく性能を確保するために統合システムとして機能しなければならない..
この論文では,設計者が軍事/航空用途のための相互接続装置を選択し使用する際に直面する課題について議論します.この3つのモレックス製品は,なぜこれらのデバイスがこれらの課題を克服するのに役立つかを説明するために,例として使用されます..
頑丈なコネクタの要件
頑丈なコネクタは,極端な機械的,環境的,熱的ストレスの下で一貫して仕様を満たします.これらのストレスの源は,動作環境によって異なります.しかし,また,重複の大きな程度があります例えば:
陸上軍事システムにおけるコネクターは,強い振動,厚い堆積物 (塵,砂,砂) と極端な熱と寒さに耐えられる必要があります.
海洋および深海接続装置は,腐食性の高い海水環境への長期的暴露と高圧耐える能力を持つ必要があります.
航空用コネクタは,非常に広い温度範囲で,繰り返し離陸,着陸,飛行装置の振動に耐えられる必要があります.
宇宙コンネクタは,打ち上げと大気への帰還の間に,より深刻な温度変動,真空露出,換気,強力な機械的ストレスを経験します.
これらの要件の仕様を満たすには,以下を含む様々な基本的な物理的要因を理解する必要があります.
振動:軍用車や戦闘機のコネクタは,最大20gの加速に耐えるように試験されています.
衝撃:高速加速または減速時に発生するこの種の高衝撃力は振動とは異なります.標準コンネクタでは最大50g,ナノおよびマイクロデザインでは最大100g爆発装置の爆発によって引き起こされる高強度,高周波,短時間構造振動を,爆発条件に関する専門規格でさえもカバーします.通常,ロケットの段階分離やミサイル用荷物の放出で見られる.
極端な温度:陸上システムでは -65°Cから125°Cの温度変動が起こり,宇宙システムでは最大200°Cの温度が起こり得ます.熱 と 冷え の 交替 に よっ て,材料 が 膨張 し,収縮 する材料を弱体化させ,電導性を影響する可能性があります.接続器内の異なる材料間の熱膨張係数 (CTE) の差異は,材料インターフェースで機械的ストレスを発生させることがあります.長期間の使用で不整合や故障を引き起こす可能性があります.
汚染物質への曝露:接続器の長期にわたる信頼性の高い動作を確保するために,湿度を防止するために,O型環,密封蓋,保護ワイヤの袖などの措置が講じられなければなりません.塵やその他の汚染物質.
腐食: これは塩霧や酸化によって引き起こされる継続的な問題です.この避けられない条件が接続器の整合性を破壊するのを防ぐために,接続器の材料は適切に選択され,使用されなければならない..
信頼性とは?
単純に言えば,長期的信頼性は,繰り返し使用,環境への曝露,機械的ストレスの下で安定した性能を維持する能力を指します.この性能は,コネクタが最初に使用される条件に依存するだけでなく,多くのコネクタ,特にI/Oコネクタは,数百,あるいは何千ものコネクタ操作を経験する.
成功した頑丈な設計には,分離不能な2つの側面があります:接触そのものと固定接触体のハウジング (ボディ) (図1).
接触材料,幾何学,塗装は重要な要因です (拡大するにはクリック)
図1. 接触材料,幾何学,塗装 は 頑丈 な 接続器 の 設計 の 鍵 です.画像 源: モレックス)
接触面の設計は,接続器が信頼性の高い接続を達成しながら低い挿入力を維持することを確保するために不可欠です.コンタクトジオメトリの精密加工は,接続のガラスを軽減し,コンタクト表面のゴールド塗装 (Au) 層は酸化を防止します金塗装は通常50マイクロインチ (μインチ) の厚さで,ニッケル (Ni) ベースコーティングに塗装され,塗装粘着性を高め,腐食耐性をさらに高めるために使用されます.
このコーティングは,コンタクトの銅 (Cu) 合金ベース材料をカバーします.金とニッケルコーティングの組み合わせは,航空宇宙,防衛,宇宙アプリケーションベリリウム銅 (BeCu) は,重量比の優れた強度と優れた疲労耐性により,基礎材料として広く使用されています.この合金は,長時間ストレスの後,弾性と弾性が不可欠なスプリングメンバーの接触に特に適しています.
リンゴ (CuSnP) は,強度と伝導性のバランスを確保する,スプリングのない接触に適した代替品です.この材料は耐腐蝕性があり,適度なスプリング特性があり,一定の柔軟性が必要であるが,継続的な曲げを必要としないコンパクトで細いピッチのコネクタに使用される.
頑丈なコネクタを設計するには,多くの要素を慎重に考慮する必要があります (図2)
安定性 を 保てる ため に は,通常の 力を 維持 する こと が 重要 です.高性能 の 春材 は 接触 圧力 と 耐久 性 を 保ち ます.
より良い接触力により空気の隙間が減り,抵抗が減り,信号の整合性が向上する.最適化された幾何学により圧力が分散して安定した伝導性を確保する.
コンタクトエンゲージメントは,ピンと容器の間の軸的重複であり,力,連続性,機械的安定性を組み合わせます.
正常 な 力 を 維持 する こと は,信頼性 を 保つ ため に 極めて 重要 です
図2 継続的な正規力 (上) は信頼性を確保する鍵となる要素であり,より大きな接触力 (下) は空気の隙間を縮小し,抵抗を軽減し,信号の整合性を向上させる.画像源(モレックス)
顕微鏡レベルでは,交尾接触エリアは,単に 2 つの滑らかな平らな表面の間の シンプルなフィットではありません. その反対に,オム接触が形成されるか断つ場合,接触インターフェイスは微小な荒さがある表面のピークと不規則な形です.より高い接触力はこれらの小さな突起を平ら化し,電気伝導性を向上させ,接触抵抗を軽減し,一貫したパフォーマンスを確保します.しかし,接触力の増加は,挿入力と引き出す力にも影響します.接触面の磨きが増加する
よく設計されたコンタクトシステムは 固定距離と正規の力をバランスして 解散した接続や過度の磨きや機械的なストレスを防止します接触抵抗が増加し信号が不安定になります反対に,過度の接触力により,塗装の磨きが加速し,接触構造が早めに疲労する.
商用コネクタには1つまたは2つのコンタクトだけがあるが,頑丈なコネクタでは,振動や衝撃による機械的な負荷を分散させるための多コンタクトシステムを使用している (図3).これらの接触システムは,ジョギングによる信号のアーチまたは損失を防止し,重要なシステムのための冗長な接触経路を提供します..
安定性と信号の整合性を向上させるための多接触設計
図3: 安定性と信号の整合性を向上させるための多コンタクト設計.画像源:モレックス)
接触システムには,時間とともに一貫した接触力を維持するためのスプリング要素も含まれる.スプリング装荷付きコンタクトは,コンタクトのアライナインメント中に小さな変化を補償し,繰り返しプラグとプラグを外すことで信頼性の高い伝導性を保証しますしかし,過剰な力が接触板の過剰な磨きを引き起こす可能性があります.
コンタクトだけではありません 接続器と保護器
頑丈なコネクタの基本的な機能は コンタクトから始まります しかしコンタクトのコーティングは 内部を囲む電気コンタクトよりも ずっと大きな役割を果たします極端な温度耐久性と重量とのバランスを保ちながら,攻撃的なメディアと湿度
ポリエーテル・エーテルケトン (PEEK),ポリフェニレン硫化物 (PPS),ポリエーテルイミドイミド (PEI) などの熱塑性ポリマーが優れた機械的強度,耐熱性,化学的安定性この材料は軽量構造物からの振動と衝撃を効果的に吸収します
ガラス繊維強化ポリマーや炭素繊維複合材料などの複合材料は,強度/重量比が優れている.この設計により,これらの材料の特性の最適化が可能になります.張力強さを含む衝撃耐性や熱安定性
ステンレス鋼とアルミニウム合金が 高い衝撃,高い振動,航空宇宙および防衛アプリケーションにおける強い電磁気干渉 (EMI).
ステンレス鋼のコネクタハウジングは,優れた耐腐蝕性と機械的強度を提供し,水分,化学物質,塩霧もアルミニウム合金には強いEMI遮断だけでなく,軽量で加工が容易で,軍事車両,航空機器,宇宙アプリケーション.
頑丈なコネクタの中には,全体的な寸法を小さくしながら安定性と安全な交配を提供する平らなロックシステムがあります.例えば,スプリングロックまたは保持装置は,戦場の条件下で接続器の機械的信頼性と操作の容易さを兼ね備えています.