ワイヤーラップ

ワイヤ ラップは、電話の クロスバー スイッチの配線用に発明され、後に電子回路基板の構築に応用された電子部品の組み立て技術です。絶縁基板に取り付けられた電子部品は、端子間を走る絶縁ワイヤによって相互接続され、ワイヤの非絶縁部分をコンポーネントのリード線またはソケット ピンの周りに数回巻き付けることによって接続されます。

ワイヤーは手作業または機械で巻くことができ、その後手作業で修正できます。1960 年代から 1970 年代初頭にかけては大規模製造で人気があり、今日でも少量生産や試作品に使用されています。この方法では、プリント基板の設計と製造が不要になります。ワイヤー ラッピングは、自動化された装置で複雑なアセンブリを製造し、その後手作業で簡単に修理または修正できるため、他の試作品製造技術の中でも珍しいものです。

ワイヤラップ構造により、プリント回路よりも信頼性の高いアセンブリを製造できます。振動やベースボードの物理的ストレスによる接続の不具合が少なくなり、はんだ付けが不要なため、腐食、コールドジョイント、ドライジョイントなどのはんだ付け不良がなくなります。角の端子ポストにワイヤを 冷間溶接するため、接続自体がより強固になり、電気抵抗が低くなります。

ワイヤ ラップは、ギガヘルツ マイクロ波回路やスーパーコンピュータなどの高周波プロトタイプや少量生産の組み立てに使用されました。ワイヤの長さを正確に制御でき、ツイスト ペアまたは磁気シールドされたツイスト クワッドを一緒に配線できるという点で、自動プロトタイピング技術の中ではユニークです。

ワイヤーラップ構造は 1960 年頃に回路基板製造で普及しましたが、現在ではその使用は急激に減少しています。表面実装技術の登場により、この技術は過去数十年に比べてあまり役に立ちません。はんだ付け不要のブレッドボードや専門的に製造された PCB のコスト低下により、この技術はほぼ消滅しました。

20 世紀初頭のポイントツーポイントの電子工作では、部品を所定の位置に保持するために強力な接続が必要だったため、ワイヤを手で巻くのが一般的でした。ワイヤはバインディング ポストまたはスペード ラグの周りに手で巻かれ、はんだ付けされていました。

現代のワイヤーラッピング技術は、第二次世界大戦後、ベル研究所で、ベル電話システムで使用するために設計された新しいリレーの電気接続を行う手段として開発されました。 ^[1]アーサー・C・ケラー率いる設計チームが「ケラーラップガン」を開発し、ラップシステム全体が産業用途のためにウェスタンエレクトリックに引き渡されました。ウェスタンエレクトリックの「製造か購入か」委員会がハンドツールを外部ベンダーに製造させることを決定した後、ウェスタンエレクトリックはツール契約を入札にかけました。ウェスタンエレクトリックに回転式ハンドツールを供給しているミシガン州グランドヘブンのケラーツールが契約を獲得し、ツールの製造と使用を容易にするためにいくつかの設計変更を行いました。ケラーは1953年にツールの製造を開始し、その後、ウェスタンエレクトリックから技術を一般市場で販売することを許可するライセンスを取得しました。

1950 年代後半に発表されたIBM初のトランジスタ コンピュータは、ワイヤラップ バックプレーンを使用する IBM 標準モジュラー システムで構築されました。

ワイヤーラップは、アップルコンピュータがオリジナルのMacintoshコンピュータ（Macintosh 128K）の初期のプロトタイプを作成するために使用されました。^[2]

30 または 28 AWGワイヤの正しく行われたワイヤラップ接続は、7 巻き (太いワイヤの場合はそれより少ない) の裸線と、張力緩和のための下部の絶縁ワイヤの半巻きから 1.5 巻きです。^{[3] [4]} 四角い硬質金メッキの支柱は、このように 28 個の冗長接点を形成します。銀メッキのワイヤコーティングは、金に冷間圧接します。腐食が発生した場合、それはワイヤの外側で発生し、酸素が浸透して酸化物を形成できない気密接点では発生しません。正しく設計されたワイヤラップツールは、各接合部に 1 平方インチあたり最大 20 トンの力を加えます。

電子部品はソケットに差し込まれることがあります。ソケットはシアノアクリレート（またはシリコン接着剤）でガラス繊維強化エポキシ（グラスファイバー）の薄い板に取り付けられています。

ソケットには四角いポストが付いています。通常のポストは、0.025 インチ (0.64 mm) の正方形で、高さは 1 インチ (25.4 mm)、間隔は 0.1 インチ (2.54 mm) です。高級ポストは、腐食を防ぐために 0.000025 インチ (630 nm) の金でメッキされた硬質ベリリウム銅合金です。安価なポストは、錫メッキされた青銅です。

30ゲージ(~0.0509mm ² )の銀メッキ軟銅線は、加熱しても危険なガスを放出しないフルオロカーボンで絶縁されています。最も一般的な絶縁材は「 Kynar」です。30 AWG Kynar 線は標準の長さに切断され、両端から 1 インチの絶縁材が取り除かれます。

ボード上に配線を配置する方法は 3 つあります。専門的に作られたワイヤーラップ ボードでは、長い配線を最初に配置して、短い配線が長い配線を機械的に固定します。また、アセンブリの修理を容易にするために、配線は層状に貼り付けられます。各配線の端は常にポスト上で同じ高さにあるため、1 本の配線を交換するには最大 3 本の配線を交換する必要があります。また、層を見やすくするために、層は異なる色の絶縁体で作られています。宇宙仕様または耐空仕様のワイヤーラップ アセンブリでは、配線は箱詰めされ、振動を減らすためにワックスでコンフォーマル コーティングされることがあります。エポキシは、アセンブリの修理が不可能になるため、コーティングには使用されません。^[要出典]

「ワイヤーラップツール」には 2 つの穴があります。ワイヤーと1 ⁄ 4 インチ (6.4 mm) の絶縁ワイヤーをツールの端近くの穴に入れます。ツールの中央の穴をポストの上に置きます。

ツールを素早くねじります。その結果、絶縁ワイヤが 1.5 ～ 2 回転してポストに巻き付けられ、さらにその上に裸ワイヤが 7 ～ 9 回転してポストに巻き付けられます。ポストにはこのような接続を 3 つ行う余地がありますが、通常は 1 つまたは 2 つしか必要ありません。これにより、改造や修理の際に手動でワイヤを巻き付けることが容易になります。

絶縁電線を 1.5 回転させることにより、ポストと接続する部分の電線の疲労を防ぐことができます。

絶縁電線の巻き線より上では、裸の電線が柱に巻き付いています。柱の角は、平方インチあたり数トンの圧力で食い込んでいます。これにより、電線の銀板と柱の金または錫の角の間の領域からすべてのガスが押し出されます。さらに、このような接続が 28 箇所 (4 角柱の場合は 7 巻き) あるため、電線と柱の間の接続は非常に信頼性があります。さらに、柱の角は非常に「鋭い」もので、曲率半径が非常に小さいです。^{[引用が必要]}

1960年代から1970年代にかけてガードナー・デンバー社が製造した自動ワイヤラップマシンは、電子「バックプレーン」または「回路基板」にワイヤを自動的に配線、切断、被覆除去、ラッピングする機能を持っていました。このマシンは、パンチカード、^[5] マイラーパンチホールテープ、初期のマイクロコンピュータにエンコードされた配線指示によって動作していました。

初期のマシン (たとえば、14FB および 14FG モデル) は、当初は「水平」に設定されていました。つまり、ワイヤ ラップ ボードは、水平ツール プレート上に逆さま (ピンを上) に置かれ、次にマシンに巻き込まれ、回転 (TRP テーブル回転位置 4 位置) およびシフト (PLP = パレット縦位置 11 位置) パレット アセンブリに固定されました。これらのマシンには、ボール スクリュー搭載の「A」および「B」ドライブ キャリッジを駆動するサーボに電力を供給するための非常に大きな油圧ユニット、数百の IBM 制御リレーを搭載した高さ 6 フィート (1.8 m) の電子キャビネット、さまざまな空気圧機械サブシステムを制御するための数十のソレノイド、および位置決め指示用の IBM 029 カード リーダーが含まれていました。自動ワイヤ ラップ マシン自体は、高さ 6 フィート (1.8 m)、幅 8 フィート (2.4 m) とかなり大きくなっていました。マシンのメンテナンスは非常に複雑で、作業するためだけにマシン内に登らなければならないこともよくありました。安全インターロックが適切に維持されていない場合、これは非常に危険です。

その後、やや小型のマシンが「垂直型」（14FV）になり、ボードはピンがマシンのオペレーターに面した状態でツール プレート上に置かれるようになりました。油圧ユニットはなくなり、ボール スクリューを回転させるダイレクト ドライブ モーターと、位置フィードバックを提供するロータリー エンコーダが採用されました。これにより、オペレーターは製品をよりよく見ることができるようになりましたが、最大ラップ領域は水平型マシンよりも大幅に小さくなりました。水平型マシンの最高速度は、通常、1 時間あたり約 500 ～ 600 ワイヤですが、垂直型マシンでは、ボードの品質と配線構成に応じて、1 時間あたり最大 1200 ワイヤに達することもあります。

ワイヤーラップは、ディスクリート部​​品が少ないデジタル回路ではうまく機能しますが、多数のディスクリート抵抗器、コンデンサ、またはその他の部品を含むアナログシステムでは不便です（そのような要素はヘッダーにはんだ付けして、ワイヤーラップソケットに差し込むことができます）。^[6]ソケットは、集積回路をプリント基板に直接挿入する場合に比べて追加コストがかかり、システムのサイズと質量が増加します。複数のワイヤストランドは回路間のクロストークを引き起こす可能性がありますが、デジタル回路ではほとんど影響がありませんが、アナログシステムでは制限となります。相互接続されたワイヤは電磁干渉を放射する可能性があり、プリント基板よりもインピーダンスが予測しにくくなります。ワイヤーラップ構造では、多層プリント基板で可能なグランドプレーンと電源分配プレーンを提供できないため、ノイズの可能性が高くなります。^[7]

• ブレッドボード
• ストリップボード
• ワイヤー彫刻
• 配線用鉛筆

ウィキメディア・コモンズには、ワイヤーラッピングに関連するメディアがあります。

• [1] 電空ワイヤラップマシンを制御するために使用されるパンチカード。
• [2]ワイヤーラップマシンを映したバローズ社のプロモーションビデオ（09:50）
• [3]ガードナーデンバー社製の上記機械の説明書。