いざという時に役立つ: 圧着接続の物理学

私の友人に、大手防衛請負業者の電子機器組立技術者がいました。 彼は、最も単純な問題を理解できない、派手な本で勉強しているエンジニアたちの肩に負担をかけている生産現場の人間でした。 彼は、あるアセンブリが QC に合格しておらず、同点の多くのメンバーがそれを理解できなかったと主張しました。 彼は状況を評価するために身を乗り出し、「圧着不良」という 2 語の診断を言いました。 危険なコネクタが再加工され、組み立ては合格しましたが、半袖シャツを着た人たちは非常に残念に思いました。

経験という客観的な教訓が教育よりも優先されることがあるということは別として、私はいつもその「悪いしわ寄せ」の宣言について疑問に思っていました。 エンジニアが困惑するほど微妙に回路をいじる圧着の何が問題になるのでしょうか? 現代世界の多くの部分をこれほど単純なテクノロジーに依存して接続できるのはなぜでしょうか? そもそも、圧着接続の内部では一体何が起こっているのでしょうか?

私たちは、はんだ接合が電気接続の王者であると考える傾向があります。 接合部を加熱し、溶けたはんだを流し込むという行為は、完成品に永続性と品質の感覚を与えます。 そして、商業エレクトロニクス産業の初期には、基本的にはんだ付けが町の唯一のショーでした。

しかし、はんだ付け接合には、電気機械的にも生産の面でも問題があります。結局のところ、組み立て作業員は、はんだ付けを非常に速く行うことしかできません。 1950 年代初頭、AMP Corporation は、生産用途向けの最初の圧着接続である F-Crimp またはオープン バレル設計を発表しました。 AMP は、この圧着設計を使用して、導体に迅速かつ繰り返し適用でき、はんだ付けでは決して達成できない方法での自動製造方法に役立つ幅広いコネクタを販売しました。

圧着は金属の特性を利用して、電気的および機械的に健全な接続を実現します。 圧着コネクタに使用される銅、真鍮、アルミニウム、青銅などの金属は延性と展性があります。 金属の延性は張力下での変形の度合いであり、展性は金属が圧縮下でどのように変形するかの尺度です。 圧着では、圧着コネクタとワイヤに大きな圧縮力を加える必要があるため、各要素の展性が圧着品質の重要な要素となります。 ただし、圧着プロセス中にコネクタとワイヤの両方が大幅に伸びるため、延性も重要な役割を果たします。

圧着工具は、高品質の圧着を実現するために重要な部分です。 圧着工具の最終目的はダイセットです。 これは通常、工具鋼のアンビルとハンマーであり、その具体的な構成はコネクタのタイプによって決まります。

AMP スタイル F 圧着の場合、U 字型コネクタは脚を上にしてアンビル上に配置されます。 適切に剥がされたワイヤーが脚の間に置かれ、ハンマーがアンビル上に移動します。 ハンマーはコネクタの脚をワイヤのストランドの上に導き、最終的にワイヤを折り曲げて束ねたワイヤの束を作ります。

接続部にさらに圧力がかかると、より線内の金属が伸びて流れ始めます。 これにより、接続の抵抗を増加させた可能性のある表面酸化物が緩み、除去されます。 圧力が増すとワイヤ束の変形がさらに進み、各ストランドの元の丸い断面がなくなり、蜂の巣パターンで互いにぴったりと並んだ平らな側面を持つストランドの集合に置き換えられます。 その結果、素線と圧着コネクタの間に冷間溶接された気密接合が形成されます。

ほとんどの圧着工具は、ワイヤのプラスチック絶縁体に 2 番目の脚のセットを軽く圧着することで張力を緩和します。 一般に、絶縁体に穴を開けたり傷つけたりしないように注意が払われます。 通常、これらのストレインリリーフ圧着は絶縁体をしっかりと包み込み、曲げの力を絶縁体に向けてワイヤの導体から遠ざけるだけです。 完成した終端をプラスチック本体に挿入できるように、第 3 組の脚も工具によって円形に形成することもできます。