車載用FAKRAコネクタ規格と射出成形

自動車業界と射出成形

2024.11.26

FAKRA規格とは

FAKRA（Fachkreis Automobil）は自動車業界で広く使用されるRFコネクタの標準規格であり、特に車両の通信システムやアンテナ接続に利用されています。FAKRAコネクタは色分けされたコードを使用して異なる機能を識別する仕組みを持っており、これにより誤接続を防ぎ、識別を容易にしています。

FAKRAカラーコードの概要

FAKRAコネクタには以下のような特徴があります。

色分けシステム

FAKRAコネクタは13種類の異なるカラーコードを持ち、各コネクタの機能を簡単に識別できます。例えば、一般的なカラーコードには黒（A）、白（B）、青（C）、ボルドー（D）などがあります。

機能の識別

各色は特定の機能や用途に関連付けられており、これにより技術者やユーザーは必要なコネクタを迅速に特定できます。例えば、特定の色は特定の信号やデータ伝送に対応していることが多いです。

誤接続防止

FAKRAコネクタは色分けだけでなく、独自のキーイング機構を持っており異なるタイプのコネクタが物理的に接続できないようになっています。これにより、誤接続のリスクが大幅に減少します。

FAKRAコネクタの利用例

FAKRAコネクタは以下のような用途で広く利用されています。

車載通信システム

車両のインフォテインメントシステムや先進運転支援システム（ADAS）においてデータの伝送や通信に使用されます。

アンテナ接続

車両のラジオやGPSアンテナなど、さまざまな通信機器との接続に利用されます。

自動運転技術

自動運転車両においてもFAKRAコネクタはセンサーや通信機器の接続に重要な役割を果たしています。

FAKRAコネクタはその信頼性と機能性から自動車業界において不可欠なコンポーネントとなっています。色分けされたコードシステムは特に複雑な車両通信ネットワークにおいて効率的な管理とメンテナンスを可能にします。

FAKRA規格制定の背景

FAKRA（Fachkreis Automobil）コネクタの規格が策定された背景には、主に自動車業界の進化と技術的な要求の高まりがあります。

1. 自動車の電子化と通信の必要性

電子機器の増加

現代の自動車には「GPS」「Bluetooth」「無線通信」「先進運転支援システム（ADAS）」など、多くの電子機器が搭載されています。これらの機器は信号の安定した伝送を必要とし、FAKRAコネクタはその要件を満たすために設計されました。

高周波信号の伝送

自動車の通信システムはDCから6 GHzまでの高周波信号を扱う必要があります。FAKRAコネクタはこれに対応するために開発され、特に高データレートの通信に適しています。

2. 標準化の必要性

業界の標準化

自動車業界では、部品の互換性や信頼性を確保するために標準化が重要です。FAKRAコネクタはUSCAR（United States Council for Automotive Research）やISO 20860などの国際的な標準に基づいており、これにより異なるメーカー間での互換性が保証されています。

誤接続防止

FAKRAコネクタは色分けされたコーディングと機械的なキーイングを採用しており誤接続を防ぐことができます。自動車の安全性を確保するためにこうした機能は非常に重要です。

3. 自動車産業の要求に応えるための設計

厳しい環境条件への対応

自動車は過酷な環境で使用されるため、FAKRAコネクタは「耐熱性」「耐振動性」「耐腐食性」を備えています。これにより、長期間にわたって信頼性の高い性能を発揮します。

コスト効率の向上

自動車産業ではコスト削減が常に求められています。FAKRAコネクタは効率的な製造プロセスを考慮して設計されており、生産コストの削減が可能です。

これらの要因が相まって、FAKRAコネクタの規格は自動車業界において重要な役割を果たすこととなり、現在の自動車の通信システムにおいて広く採用されています。

増加の理由と今後の展望

FAKRAコネクタの利用が増えている理由はいくつかあります。

1. 自動車の高度化と通信ニーズの増加

先進運転支援システム（ADAS）の普及

自動車における安全性や利便性を向上させるためのADASが普及しており、高周波信号の伝送が必要とされています。FAKRAコネクタはこれらのシステムにおいて信号の安定した伝送を実現します。

コネクテッドカーの増加

車両がインターネットに接続されることでデータ通信の需要が高まっています。FAKRAコネクタはGPSや通信モジュール、アンテナなどの接続に使用され、これにより車両の機能が向上します。

2. 5G技術の導入

高周波データ伝送の必要性

5Gネットワークの導入により高速かつ高容量のデータ伝送が求められています。FAKRAコネクタはこれらの要求に応えるために設計されており、特に自動車の通信システムにおいて重要な役割を果たしています。

3. 環境への配慮と持続可能性

エコフレンドリーな製品への需要

環境意識の高まりにより持続可能な製品が求められています。FAKRAコネクタはリサイクル可能な材料を使用するなど、環境に配慮した設計が進められています。

4. 技術革新と市場の成長

市場の成長

FAKRAコネクタ市場は2024年から2031年にかけて年平均成長率（CAGR）が9.9%から12.57%に達すると予測されています。これは自動車業界における通信技術の進化や、電動車両の増加に起因しています。

これらの要因によりFAKRAコネクタの需要は増加しており、今後もその重要性は高まると考えられています。

射出成形における課題

FAKRAコネクタの射出成形における課題は主に以下のような点が挙げられます

1. 成形不良の発生

ウェルドラインやヒケ

射出成形中に溶融樹脂が冷却される過程で、ウェルドライン（接合線）やヒケ（収縮）が発生することがあります。これらは製品の外観や機能に悪影響を及ぼす可能性があります。

充填バランスの調整

複雑な形状を持つFAKRAコネクタでは樹脂の流れが不均一になることがあり、これが充填バランスの問題を引き起こします。充填が不均一だと強度や耐久性に影響を与えることがあります。

2. 温度管理の難しさ

冷却の均一性

射出成形では冷却が不均一になると、製品に反りや変形が生じることがあります。特にFAKRAコネクタのような精密部品では温度管理が非常に重要です。

3. 材料の特性

熱応力への耐性

FAKRAコネクタは射出成形後にリフローはんだ付けなどの工程を経るため、使用する材料は熱応力に耐える必要があります。これにより、材料選定や成形条件の最適化が求められます。

4. 生産コストの管理

コスト効率の向上

射出成形プロセスにおいては成形不良や生産効率の低下がコストに直結します。したがって、成形条件の最適化や不良品の削減が重要な課題となります。

段取り時間短縮

13種類のカラーコードにより、材料の色替え、予備乾燥等に掛かる時間短縮は生産コストに直結する課題となります。

これらの課題に対処するためには、射出成形のプロセスを継続的に改善し、材料や成形条件の最適化を図ることが必要です。また、自動検査システムの導入など、品質管理の強化も重要な要素となります。

ハーモからの課題解決

成形不良への対応

成形不良の原因は材料・金型・成形条件・周辺機器など多岐に及びます。中でも、金型温度調節器や乾燥機が正常に稼働せず、不良品を出してしまうケースがあります。

特に、「正常な温度で稼働しているか」「金型温度調節器は適正な媒体流量を確保しているか」を監視することは難しく、周辺機器の性能に起因する不良対策に苦慮しているお客様の声をよくお聞きします。

このような課題には取出しロボットの周辺機器監視機能を持つトータルリンクで解決できます。

ハーモのトータルリンク

トータルリンクは成形自動運転中の周辺機器の稼働状況をロボットコントローラが常時監視し、異常の際はロボットが製品を別の場所へ開放し、不良品と思われる製品を自動で識別、作業者へ告知する機能を持っています。

トータルリンクを見る

段取り時間短縮

13種類のカラーコードは13種類の色替え作業を伴います。色替えの際は材料輸送のホースの交換作業を伴い、ホース交換に伴う作業時間が掛ってしまうとのお客様の声をお聞きします。
ホース交換の作業時間短縮の課題はワンタッチカプラーで解決できます。

ハーモのワンタッチカプラー

材料ホースの脱着時間を劇的に短縮

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材料の予備乾燥

さらに、材料替えの課題として材料の予備乾燥があります。使用する除湿乾燥機が1台の場合、成形終了から次の成形開始まで材料の予備乾燥が必要となります。

通常予備乾燥は2〜4時間を必要とし、その間射出成形機を稼働できない課題があります。また、射出成形機の停止時間を削減するためには予備の除湿乾燥機で予備乾燥をする必要があり、予備の除湿乾燥機の追加設備投資や使用しない予備乾燥機の保管場所の確保といった課題もあります。

このような課題解決には２タンク除湿乾燥機で解決できます。

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