振動にさらされても高信頼性でデータ転送

機器やシステムの正常な動作を維持するために、軸部分に加わる力やトルクは常態監視の必要があります。安全で正確な動作を確保する唯一の方法といえるでしょう。高信頼性で実績のある手法のひとつが、ひずみゲージ法です。近年センサの小型化が進行し、使用するコネクタも適合するような小型化の要件があります。また機器やシステムの運用中に振動する状態でにあっても、データ転送は安定していなければいけません。このため、ドイツのブランデンブルク州ヘニングスドルフに本社を置くME-Meßsysteme社は、同社のセンサ製品にコンパクトで堅牢性に優れたフィッシャーコネクターズのMiniMaxシリーズを採用しています。

ロボットや医療機器、自動車業界で使われているシステムや機器の安全で効率的な動作と運用の維持には、信頼性の高い測定データが必要不可欠です。特に、力やトルクの軸部分への影響を示すデータが重要です。そのため、ME-Meßsysteme社のK6Dセンサは、個別に動作する6個のひずみゲージセンサを搭載し、ひずみゲージはフルブリッジ構成で、各センサが3軸方向にかかる力と軸の周囲にかかる3つのモーメント(回転を起こす力)を規則的で正確に算出することができます。近年、測定精度やセンサの反応時間に関する要件が継続的に高まっています。アナログ技術は信号変換が高速であり、さまざまな局面で使用されています。高速応答時間に加えて、高精度であるため、高速のマシンプロセスやロボットに高いニーズがあります。

ME-Meßsysteme社の6軸フォース・センサには、高度な機能と信頼性を備えたFischer MiniMax™ シリーズのMP11コネクタが採用されています。

 

センサ取得データはアナログの微弱な小信号で、制御コンピュータへと高速伝送する要件があります。機器の様々な部分に取り付けて、機械的なサイズが小さいセンサ複数個と、その伝送経路をコネクタで接続する構成には熟慮を要します。システムの中でも、コネクタとセンサの接合部が最も重要で、機械的な振動や動作により、コネクタのはんだ接合が失われてしまう可能性があります。その結果、測定誤差の発生や、機能不全の場合は機械を止めて修理を要しますが、このような事態は極力避けなければなりません。ME-Meßsysteme社のK6Dセンサのような力覚(フォース・トルク)センサは特に高信頼性で安定した有線接続が重要です。フォース・トルクセンサはひずみゲージセンサで構成され、総数24本の信号線(6x4)が必要です。小型化の実現には、小型と高機能性を備えたコネクタが求められます。ひずみゲージ信号を正確に転送するには、ひずみゲージごとにコネクタを1つ使うしか方法がありません。そのため、フォース・トルクセンサでは24極のコネクタ1個に統合することが課題でした。コネクタはまた、軽量化要件があり、高い加速度や振動にさらされても最高の接合信頼性を保証する必要があるからです。上述した複数の要件を全て満たすコネクタの選択しは少なく、耐振動性能が不足したり、防水ではなかったり、重すぎたり、加工が困難だったなど、課題がありました。こうした問題を解決するコネクタがFischer MiniMax™シリーズです。

 

課題と成功の要因

小さなコネクタ、大きなインパクト

ME-Meßsysteme社の6軸フォース・センサには、高度な機能と信頼性を備えたFischer MiniMax™シリーズのMP11コネクタが使われています。特筆すべき点は、振動やケーブル加工の工程でも抵抗値の変化が発生しないように、ケーブルのワイヤ線をコネクタのコンタクトに接続した部分を樹脂で固めて封入し、さらに、ケーブルの外部被膜とコネクタの接続部分には、特殊なオーバーモールドを用いています。センサとアンプを接続するケーブルは、熱や機械的にストレスがかかる状況でも抵抗値の変化が極めて少ない要件に適合するためには、通常ドラッグチェーン用ケーブルやコネクタ側に成形プロセスを施すことで実現されます。このような技術要因を組み合わせることで、高度な耐振性が実現されます。

MiniMaxシリーズのコネクタは、相互接続ケーブルの着脱を安全かつ確実に行えます。そのため、システムの設置における組立てや取付け、修理、点検、校正などに要する時間を大幅に節約することができます。また、MiniMaxシリーズのコネクタが選ばれる理由は、極めて小型軽量であること、そしてIP68規格に準拠した防水性能にあります。

ME-Meßsysteme社ではさらに小型化に進化させた各種センサ製品、3軸のK3Rフォース・トルクセンサや、3軸のK3Dフォース・センサに上述の要件に適合するコネクタ・ソリューションを検索しました。K3RやK3DはX、Y、Z軸の力を測定する構成で、各軸のひずみゲージは4ピンであるため、12極コネクタが要件です。このアプリケーションはK6Dよりもさらに小型であるため、コネクタには特殊なソリューションが必要でした。その結果、K3Rと K3D製品でも、フィッシャーコネクターズのMiniMaxシリーズが採用されました。K3Rと K3D製品に採用されたコネクタのはMiniMaxシリーズの<サイズ06>12極品で、3つの測定チャネルすべてにおいてK6Dファミリーで実現されていたのと同じメリットが提供されます。Fischer MiniMax™シリーズのコネクタは、最小のサイズでも極めて信頼性の高い信号伝送を実現します。機器の振動も、データの転送、すなわち結果的に得られる信号の安定性の維持に寄与します。

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「以前は異なるメーカーのさまざまなコネクタを試していましたが、いつも同じ問題に直面していました。つまり、どのコネクタも耐振動性能が不足していたり、防水ではなかったり、重すぎたり、加工が難しかったりしました。結局は当社の要件もアプリケーションの要件も満たすことはありませんでした。ところが、Fischer MiniMax™シリーズのコネクタを見つけた時は”これだ”と思いました。特に小型軽量であること、IP68規格に準拠した防水性能を備えていることが決め手となりました」

ME-Meßsysteme社、マネージングディレクター、Holger Kabelitz博士

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プロジェクトの要点

プロジェクト概要

機器やシステムを安全かつ正確に動作させるためには、特に軸部に作用する力やトルクは常に監視する必要があります。信頼できる成果を得るための実績に裏付けられた手法の一つが、ひずみゲージ法です。しかし、センサが非常に小さいため、接続技術もそれに合わせて最小化する必要があります。しかも、振動にさらされていてもデータ転送が安定していなければいけません。そのため、ME-Meßsysteme社のK6Dセンサは、個別に動作する6個のひずみゲージセンサを搭載し、ひずみゲージはフルブリッジ構成で、各センサが3軸方向にかかる力と軸の周囲にかかる3つのモーメント(回転を起こす力)を規則的に正確に算出することができます。近年、測定精度やセンサの反応時間に関する要件が継続的に高まっています。

Fischer MiniMax™シリーズのコネクタはまさに、このアプリケーション分野のために作られた製品です。コンパクトに設計されているため、センサにも簡単に組み込める程度まで十分に小型化されていながら必要な数のコンタクトを備え、IP68規格に準拠した防水性能も備え、振動にさらされていてもデータを確実に転送することができます。

主な課題

  • 超小型で多極の高密度設計コネクタ
  • 防水性能
  • 高い耐振動性と高信頼性でデータ転送

主要な技術的要件

堅牢性、信頼性、耐久性、コンパクト

 

ソリューション

採用されたコネクタ・ソリューション

Fischer Minimax™シリーズ

お客様の利点

  • 堅牢性
  • 耐久性
  • 信頼性
  • 省スペース性