マイクロ同軸ケーブルアセンブリ設計における機械的信頼性を確保する方法

医療機器、ドローン、ロボティクスおよび民生用電子機器の分野が急速に発展する中、高性能で小型化された接続ソリューションの需要はかつてないほど高まっています。Hotten Electronic Wire Technologyでは、当社のチームは超音波プローブケーブル、内視鏡ケーブル、ロボット用ワイヤーハーネス、ドローン用ワイヤーハーネスなどの精密設計されたケーブルアセンブリに注力しています。これらのマイクロ同軸ケーブルは、各用途において繰り返しの曲げ、ねじり、引張荷重といった大きな機械的ストレスを受けます。長期的な機械的信頼性を確保することは後付けではなく、設計初期段階から考慮される重要な要件です。本ブログでは、耐久性と信頼性の高い小型同軸ケーブルアセンブリを実現するための4つの基本的な設計技術について説明します。

主要部品のための戦略的材料選定

機械的信頼性の構造は、ケーブルのコア部品として選択された材料に依存します。主導体としては、高強度銅合金と銀メッキ鋼芯銅線を組み合わせることで、十分な導電性を確保しつつ引張強度を高めています。誘電体材料は信号の安定性と柔軟性の両立が必要であり、発泡低密度ポリエチレンが好まれることが多いです。ロボット用ワイヤーハーネスやジンバルカメラケーブルなど、高い屈曲性が求められる用途では、外層材料が極めて重要になります。当社グループでは、優れた耐摩耗性、環境耐性、そして損傷を伴わずに長期間の繰り返し屈曲に耐える能力を持つ、先進的な熱可塑性エラストマー（TPE）、ポリウレタン（PUR）、および特殊PVCブレンドを使用しています。保護編組層（ガードブレード）は、通常、高密度の錫メッキ銅または銀メッキ銅から構成され、連続的な動作中においても保護機能と構造的安定性を維持するように設計されています。

最適化された機械的ストレインリリーフ設計

あらゆるタイプのケーブルアセンブリにおいて故障の主な要因の一つは、曲げ可能なケーブルと剛性のコネクタとの接続部分にあります。機械的応力を分散させ、導体の問題を防止するためには、効果的でカスタム設計されたストレインリリーフが不可欠です。当社のLVDSおよびUSB4ワイヤハーネスでは、グループがオーバーモールド技術を用いて多段階のストレインリリーフを設計しています。これは、柔軟性のある材料を直接ケーブルとコネクタの接合部に成形し、折れやすいはんだ接合部から弯曲応力を効果的に逃がす、滑らかで完成度の高い移行部を形成します。ストレインリリーフの形状、デュロメータ（硬度）、寸法は、使用環境における曲げ半径、引張荷重、ねじれの要求事項に基づいて完全に決定されており、最も厳しい環境下でも耐久性を保証します。

コネクタインターフェースおよび故障に関する精度

信号伝送の信頼性は、その中で最も弱いリンクである端末処理と同等に重要です。マイクロ同軸導体をコネクタに圧着、はんだ付け、さらには溶接する際の精度は絶対に妥協できません。当社グループでは、RFケーブルやICEケーブルなどの製品において、安定的かつ再現性のある接続を保証するために、自動化された高精度端末処理装置を活用しています。臨床用センシングやAR／VR用途で使用される極細ケーブルには、レーザー溶接が清潔で強固かつ信頼性の高い接合を実現し、繊細な部品に過度な熱影響を与えることなく処理できます。同様に、ねじ込み式、プッシュプル式、ベイオネット式など確実なロック機構を備えたコネクタを選定することで、ドローンや外科用手術用メスケーブルでの応用においてよく見られる振動やケーブルへの張力による意図しない切断を防止します。

厳格なアプリケーション別テストおよび検証

最後の重要な提案は、認識と、広範でアプリケーション固有のテストを実施することです。プロトタイプアセンブリは、要件仕様をはるかに上回る現実世界の問題を模倣したテストを受けるべきです。これには以下が含まれます。

フレックスライフテスト：ロボットやジンバルアセンブリに見られる継続的な動きをモデル化します。

ねじりおよび捻りテスト：最小侵襲医療処置で使用される内視鏡ケーブルおよびIVUSケーブルにとって不可欠です。

引張および圧潰テスト：狭い設置環境でつぶされたり引っ張られたりする可能性があるケーブルの耐久性を確保します。

環境テスト：超音波プローブケーブルおよびRFアブレーションケーブルなどの臨床機器に適した、液体、温度極値、および滅菌プロセス（該当する場合）に対してアセンブリを暴露します。

これらの4つの柱である製品科学研究、ストレス緩和設計、精密終端処理、および包括的なスクリーニングを各設計に組み込むことで、当社グループはマイクロ同軸ケーブルアセンブリが優れた電気的性能だけでなく、顧客のミッションクリティカルな用途に必要な機械的信頼性も提供することを保証しています。Hottenでは、信頼性は最初のスケッチから創り出されます。