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電気回路の構成要素は、電気導体を介して電流が流れることができる場合に電気的に接続されていると言えます。電気コネクタは、電気回路の部品間、または異なる電気回路間で電気接続を作成し、それらをより大きな回路に接続するために使用される電気機械装置です。 [ 1 ]
接続部は取り外し可能（携帯機器の場合など）、組み立てと取り外しに工具が必要、または2点間の恒久的な電気接続として機能する場合があります。[ 2 ]アダプタを使用して、異なるコネクタを接続することができます。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部品が、ソケットと呼ばれるメス部品に接続されます。
電源、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構成が製造されています。[ 3 ]電気コネクタは、その機能によって区別される4つの基本カテゴリに分類できます。[ 4 ]
コンピュータにおいて、電気コネクタは物理インターフェースとみなされ、ネットワークのOSIモデルにおける物理層の一部を構成する。
上記で述べた分類に加えて、コネクタはピン配置、接続方法、材質、サイズ、接触抵抗、絶縁性、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。
コネクタは一般的に、視覚的に識別しやすく、組み立てが迅速で、安価であり、簡単な工具しか必要としないことが望ましい。場合によっては、機器メーカーは、他社製のコネクタとの互換性がないという理由で特定のコネクタを選択し、接続可能なものを制御できるようにすることもある。あらゆる用途に理想的な特性をすべて備えた単一のコネクタは存在しない。コネクタの種類が多様化しているのは、メーカーの多様かつ具体的な要求によるものである。[ 7 ]： 6
電気コネクタは基本的に導体と絶縁体の2種類の材料から構成されます。導体材料にとって重要な特性は、接触抵抗、導電率、機械的強度、成形性、および弾性です。[ 8 ]絶縁体は高い電気抵抗を持ち、高温に耐え、精密な嵌合のために容易に製造できる必要があります。
コネクタの電極は、導電性と展延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代替品としては、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、錫などの別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、耐食性に優れたコーティング材料を使用することで、金属間の接触面を制限し、接触抵抗の原因とな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。たとえば、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アプリケーションでは、これらの欠点を軽減するために、銅ピンは通常金でコーティングされます。[ 9 ] [ 10 ]
コネクタの部品を一緒に保持するコンタクトキャリアは、絶縁特性のため、通常はプラスチックで作られています。ハウジングまたはバックシェルは、成形プラスチックと金属で作ることができます。[ 7 ]： 15熱電対や大型白熱ランプに関連する高温用コネクタ本体は、焼成セラミック材料で作られることがあります。
コネクタの故障の大部分は、断続的な接続または断線によって発生します。[ 11 ] [ 12 ]
コネクタは純粋に受動部品であり、回路の機能を向上させるものではないため、コネクタが回路の機能に与える影響はできるだけ小さくする必要があります。コネクタの取り付けが不十分（主にシャーシに取り付けられている）だと、特に極端な衝撃や振動にさらされた場合、故障のリスクが大幅に高まる可能性があります。[ 11 ]その他の故障原因としては、印加される電流と電圧に対して定格が不十分なコネクタ、侵入保護が不十分なコネクタ、摩耗または損傷したねじ込み式バックシェルなどが挙げられます。
高温はコネクタの故障の原因にもなり、故障の「雪崩」を引き起こす可能性があります。周囲温度が上昇すると、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、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、特に頻繁に嵌合・脱着される電気コネクタにおいて、それを防ぐように特別に設計されていない電気コネクタでよく見られる故障モードです。 [ 13 ]コネクタ内の多くの金属部品にとって表面腐食はリスクであり、接触部に薄い表面層が形成されて抵抗が増加し、熱の蓄積や断続的な接続につながる可能性があります。[ 14 ]しかし、コネクタを再嵌合または再装着すると、各サイクルで接触部の表面から微細な層が削り取られ、新しい酸化されていない表面が露出するため、表面腐食の問題を軽減できます。
産業用途や高信頼性用途で使用されるコネクタの多くは、円筒形のハウジングと円形のコンタクトインターフェース形状を持つ、断面が円形です。これは、USB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。これらは、容易な接続と切断、密閉性の高い環境、堅牢な機械的性能のために一般的に使用されています。[ 15 ]これらは、軍事、航空宇宙、産業機械、鉄道で広く使用されており、MIL-DTL-5015およびMIL-DTL-38999が一般的に規定されています。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ています。AC電源プラグも、 SchukoプラグやIEC 60309のように、一般的に円形です。
IEC 61076-2-101で規定されているM12コネクタは、外径12mmの嵌合ねじを備えた円形の電気プラグ/レセプタクルペアで、NMEA 2000、DeviceNet、IO-Link、一部の産業用イーサネットなどで使用されています。[ 16 ] [ 17 ]
円形デザインの欠点は、長方形コネクタと比較して、アレイで使用する場合にパネルスペースの利用効率が低いことである。
円形コネクタは一般的にバックシェルを使用しており、バックシェルは物理的および電磁的な保護を提供すると同時に、コネクタをレセプタクルに固定する方法も提供する場合があります。[ 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を使用して、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介して、多くのコネクタタイプ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、後者の例としては、空気圧ラインコネクタや光ファイバ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、および将来の変更を簡素化する傾向があります。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。
コネクタの中には、挿入時に特定のピンが他のピンよりも先に接触し、切断時に最初に切断されるように設計されているものがあります。 [ 1 ]これは、電源コネクタで機器を保護するためによく使用され、例えば、最初に安全接地を接続するなどです。また、ホットスワップで接続を適切に順序付ける方法として、デジタル信号にも使用されます。
多くのコネクタには、間違った向きで嵌合するのを防ぐための機械部品（キー溝と呼ばれることもある）がキーイングされている。 [ 20 ]これは、コネクタの機械的損傷、間違った角度や間違ったコネクタへの挿入、またはオーディオケーブルを電源コンセントに差し込むなどの互換性のない危険な電気接続を防ぐために使用できる。[ 1 ]キーイングは、対称的なコネクタが間違った向きや極性で接続されることも防ぐ。キーイングは、信号電子機器のように類似のコネクタが多数存在する状況で特に重要である。[ 7 ] : 26例えば、XLRコネクタには正しい向きを確保するための切り欠きがあり、Mini-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製の突起がある（二次キーイングを提供するための切り欠きのある金属製スカートもある）。[ 21 ]
コネクタハウジングの中には、意図しない切断や環境シール不良を防ぐためにロック機構を備えているものがあります。[ 1 ]ロック機構の設計には、さまざまなタイプのロックレバー、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などがあります。一部のコネクタ、特にコンタクト数が多いコネクタは、接続および切断に大きな力が必要です。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、接続および切断に必要な力を提供する役割も果たします。用途の要件に応じて、ロック機構を備えたハウジングは、電気接続とハウジングシールの完全性を確保するために、物理的な衝撃や振動、水しぶき、粉塵などを含むさまざまな環境シミュレーションでテストされる場合があります。
バックシェルは、産業用および高信頼性コネクタ、特に円形コネクタの一般的なアクセサリです。[ 18 ]バックシェルは通常、コネクタやケーブルを環境的または機械的なストレスから保護したり、電磁干渉からシールドしたりします。[ 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利用可能です。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、相手側のレセプタクルに取り付けるためにねじ山が付い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 ]
極限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になる場合があります。双曲面コンタクトは、振動や衝撃などのより過酷な物理的要求に耐えるように設計されています。[ 20 ]また、挿入力も約40%少なく[ 25 ]、コンタクトあたり0.3ニュートン（1オンスf ）程度[ 26 ]で済むため、寿命が延び、場合によってはゼロ挿入力コネクタの代替品となります。 [ 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、双曲面形状にねじられた等間隔の複数の縦方向ワイヤがあります。これらのワイヤは歪みに対して非常に高い耐性を持ちますが、ある程度の弾性も残っているため、本質的には線形バネとして機能します。[ 28 ] [ 29 ]オスピンが挿入されると、ソケット半分の軸方向ワイヤがたわみ、ピンの周りに巻き付いて、多数の接点を提供します。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切り欠きに曲げることによって両端で固定されます。[ 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があるものの、コネクタ内でより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となる可能性がある。[ 25 ]また、従来のピンとソケットのコンタクトよりもかなり高価であるため、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、その普及は限られていた。[ 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、後にスミス・グループに買収された。その後数十年間、このコネクタは着実に普及し、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）の用途で使用されている。[ 28 ]
ポゴピンまたはスプリング式コネクタは、機械的耐久性と使いやすさが優先される民生品や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。安全のために迅速な切断が求められるMagSafeコネクタなどの用途で使用されています。摩擦ではなくスプリングの圧力に依存するため、従来のピンとソケットの設計よりも耐久性が高く、損傷も少ないため、インサーキットテストで使用されています。[ 33 ]
クラウンスプリングコネクタは、大電流の流れや産業用途で一般的に使用されています。接点の数が多いため、従来のピンとソケット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 ]
技術的には不正確だが、電気コネクタは、一方の端が永久的に接続され、もう一方の端が（通常）取り外し可能な 2 つの接続方法の間で変換するアダプタの一種と見なすことができる。[ 7 ]： 40定義上、この「アダプタ」の両端は異なる接続方法を持つ。たとえば、オス電話コネクタのはんだタブとオス電話コネクタ自体である。[ 3 ]この例では、ケーブルに接続されたはんだタブが永久的な接続を表し、オスコネクタ部分はメスソケットと接続して取り外し可能な接続を形成する。
ケーブルや機器にコネクタを取り付ける方法は数多くあります。これらの方法の中には、専用工具を使わずにできるものもあります。一方、専用工具が必要な方法もありますが、そうした方法を使えば、コネクタをより迅速かつ確実に組み立てることができ、修理も容易になります。
コネクタがその仕様をすべて満たしながら相手側と接続および切断できる回数は嵌合サイクルと呼ばれ、コネクタの寿命の間接的な指標となります。コネクタの接触に使用される材料、メッキの種類と厚さは、嵌合サイクルを決定する主要な要因です。[ 35 ]
プラグとソケットのコネクタは通常、オスプラグ（一般的にはピン接点）とメスソケット（一般的にはレセプタクル接点）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固定されており、プラグはケーブルに接続されますが、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、これらを相手側のソケットの開口部に挿入します。接続する金属部品間の接続は、良好な電気接続を確立し回路を完成させるために、十分にしっかりと固定されている必要があります。プラグとソケットの接続方法には、双曲面接点を使用するものもあり、これによりより信頼性の高い電気接続が可能になります。多ピンコネクタを扱う際には、各ピンに接続されているワイヤまたは回路ノードを特定するために、ピン配置図があると便利です。
コネクタの種類によっては、ピン接続とソケット接続を単一のユニットに組み合わせたものがあり、これを両性コネクタと呼びます。[ 6 ]： 56これらのコネクタは、オスとメスの両方の側面との嵌合を含み、突起と凹みの両方を含む相補的なペアの同一部品で構成されています。これらの嵌合面は、性別に関係なく（サイズとタイプが一致している限り）、他のどの部品とも自由に嵌合できる同一の継手に取り付けられます。
イーサネットパッチケーブルのように、ケーブルの両端に同じ性別のコネクタが取り付けられている場合もあります。一方、延長コードのように同じコネクタのオスとメスが取り付けられている場合や、互換性のないコネクタが取り付けられている場合など、用途によってコネクタの形状が異なる場合もあります。後者はアダプタケーブルと呼ばれることもあります。
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、自動車用電源ソケット、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、その対となる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 ]一対の固定（より固定された）コネクタはジャック（ J と表記）に分類され、通常はシャーシマウントコネクタや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（固定されていない）コネクタはプラグ（ P と表記）に分類され、[ 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 ]この慣例は現在 ASME Y14.44-2008 で定義されており、これはIEEE 200-1975に取って代わるもので、IEEE 200-1975は、はるか昔に廃止された MIL-STD-16（1950 年代）に由来しており、このコネクタ命名規則の歴史的背景を強調しています。[ 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、機械的な摩擦と均一な変形を利用して、コネクタを被覆を剥がしたワイヤ（通常は撚り線）に固定します。[ 1 ]圧着は、スプライスコネクタ、圧着マルチピンプラグとソケット、圧着同軸コネクタで使用されます。圧着には通常、専用の圧着工具が必要ですが、コネクタは迅速かつ簡単に取り付けられ、はんだ付け接続や絶縁体置換コネクタの一般的な代替手段となっています。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し、圧縮されたワイヤが周囲のコネクタに張力を発生させ、これらの力が互いに打ち消し合って高い静止摩擦を生み出します。圧着接続には弾性要素があるため、振動や熱衝撃に非常に強い耐性があります。[ 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 ]
圧着プラグアンドソケットコネクタは、背面リリースまたは前面リリースに分類できます。これは、コネクタのピンが固定されている側面に関係します。[ 20 ]
多くのプラグおよび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によって、ワイヤ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続は、正しく行えば堅牢で信頼性がありますが、通常は圧着接続よりも時間がかかります。 [ 1 ]ワイヤをコネクタの背面にはんだ付けする場合、接続部を保護し、応力緩和を加え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、ワイヤを挿入する前にインストーラーがはんだを充填する円筒形の空洞で構成されています。[ 41 ]
はんだ付け接続を作成する際、ピン間またはワイヤ間の誘電体が溶融する可能性があります。金属の熱伝導率によりケーブルとコネクタ全体に熱が急速に伝わり、この熱によってプラスチック誘電体が溶融すると、短絡や「フレア状」（円錐状）絶縁体が発生する可能性があるため、これは問題となる可能性があります。[ 40 ]また、はんだ接合部は、振動や圧縮を受けた際に、圧着接合部よりも機械的故障を起こしやすいです。[ 42 ]
電線の被覆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、電線を挿入しながら被覆を切断する絶縁置換コネクタが使用されています。 [ 1 ]これらは一般的に、端子にフォーク状の開口部があり、そこに絶縁された電線を押し込むことで被覆が切断され、導体と接触します。生産ラインでこれらの接続を確実に行うには、組み立て中に加えられる力を正確に制御する専用ツールが必要です。小規模生産の場合、これらのツールは圧着接続用のツールよりも高価になる傾向があります。
絶縁変位コネクタは通常、信号用途で低電圧の細い導体に使用されます。数アンペアを超える電力導体は、他の方法でより確実に終端されますが、「ホットタップ」プレスオンコネクタは、既存の配線への追加のために自動車[ 43 ]アプリケーションで使用されています。
一般的な例としては、コンピュータのディスクドライブで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。約40本もの多数のワイヤを個別に終端処理するのは時間がかかり、ミスも発生しやすいですが、絶縁変位コネクタを使用すれば、すべてのワイヤを一度に終端処理できます。また、シールドされていないツイストペア配線の終端処理に使用されるパンチダウンブロックも、非常に一般的な用途です。
バインディングポストは、被覆を剥いた電線を金属電極にねじ込んだりクランプで固定したりする単線接続方式です。このようなコネクタは、電子計測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。
ねじ接続は、その単純で信頼性の高い構造のため、デバイス内部の半永久的な配線や接続によく使用されます。すべてのねじ端子の基本原理は、ボルトの先端が被覆を剥いた導体を締め付けることです。これらは、複数の導体を接続したり、[ 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したりするために使用できます。[ 7 ] : 50締め付けねじは、長手方向軸（ワイヤと平行）または横方向軸（ワイヤに垂直）で作用するか、またはその両方で作用します。いくつかの欠点としては、ワイヤの接続が単にケーブルを差し込むよりも難しいこと、およびねじ端子は一般的に人や異物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（端子ボードまたは端子ストリップとも呼ばれる）は、電線同士を継ぎ合わせたり、物理的に端を接合したりすることなく、個々の電線を接続する便利な手段を提供する。端子台は、さまざまな電線サイズと端子数に対応したものが容易に入手できるため、最も柔軟性の高い電気コネクタの1つである。端子台には、端から短い被覆を剥がしただけの電線を受け入れるタイプと、リング端子またはスペード端子が圧着された電線を受け入れるタイプ（バリアストリップと呼ばれることが多い）がある。
プリント基板（PCB）に取り付けられたネジ端子を使用すると、個々のワイヤを基板にはんだ付けされたリード線を介して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（フォーク端子またはスプリットリング端子とも呼ばれる）です。電気的な接触はリングまたはスペードの平らな面で行われ、機械的にはネジまたはボルトを通して接続されます。スペード端子は、取り外しや取り付けの際にネジまたはボルトを部分的に締めたままにできるため、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、圧着部分は絶縁スリーブの下に位置し、そこに圧着力が加わります。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分の周囲に同時に押し付けられ、応力緩和効果が得られます。絶縁コネクタの絶縁スリーブの色は、電線の断面積を示します。色はDIN 46245で標準化されています。
ブレードコネクタは、平らな導電性ブレード（プラグ）をレセプタクルに挿入して接続する、単線式のプラグアンド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。場合によっては、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）に一体成形されており、対応するコネクタ端子をデバイスのコネクタ端子に押し込むだけで接続できます。
金は一般的に、低レベルの信号電圧および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場合の接点コーティングとして指定されます。
その設計により、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 と指定する...嵌合ペアの可動（より固定されていない）コネクタは P と指定する
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