スプリングコネクタ、いわゆるポゴピンは、AppleやMicrosoftなどの大手が自社製品に採用したことで、ますます普及しています。
ポゴピンには、ほかのコネクタにはない長所がいくつもあります。この記事では、その長所と設計への活かし方を紹介します。
ポゴピンの歴史
7つの理由の前に、少しだけ歴史を振り返ります。このタイプのコネクタは約50年前からあります。ベテランのエンジニアなら、かつてのポゴピンの評判があまり良くなかったことを覚えているでしょう。不安定で電流が小さく、振動に弱いため、データ伝送を伴う多くの用途には向きませんでした。
半導体テスト産業の発展とともに、スプリング式テストピンは大きく進化しました。ICテストの狭ピッチに対応するための小型化技術は、民生用のポゴピンコネクタにも受け継がれています。たとえばC.C.P. Contact Probes Co., Ltd.では高さ2 mm未満のポゴピンを製造しており、テストプローブでは直径0.1 mm未満も珍しくありません。
では、なぜ今ポゴピンがこれほど選ばれ、多くの用途に適しているのでしょうか。理由は次のとおりです。
1. コストを抑えられる
多くのコネクタはプレス加工で作られます。薄い金属板を金型で打ち抜いて成形する方法です。一方、ポゴピンは切削加工で作られます。丸棒の金属を高速回転させ、刃物で不要な部分を削り取ります。
両者の大きな違いは金型費です。金型は最大で5,000 USDかかることがあり、この費用は価格計算に含める必要があります。計算例は次のとおりです。
コネクタ単価＋金型費÷数量＝コネクタ1個あたりの最終価格
0.4 USD＋3,500 USD÷10,000＝0.75 USD
この例では、金型費によって単価が80％以上上がります。特に少量の非標準コネクタでは、ポゴピンのほうが効率的な選択肢です。
2. 使いやすさが向上する
スプリングコネクタは便利です。Apple製品への評価は人それぞれですが、MagSafe充電ケーブルは良い例でした。近づけるだけで自動で位置が合い、使い方もシンプル。こうした小さな改良がユーザーを驚かせ、ブランドのファンを生みます。
ポゴピンコネクタは、特に機器に自動で位置合わせされるよう設計すると、まさにこうした使い勝手の向上をもたらします。
3. 狭いスペースに最適
多くのコネクタは「大きくて丈夫」か「小さくて壊れやすい」のどちらかです。ポゴピンは両方の長所を兼ね備え、非常に小型でありながら最大100万回の圧縮に耐えます。これはバネの設計によるものです。プレス成形の板バネは曲げ部に負荷が集中しますが、コイルバネは圧縮時に力が均等に分散するため、より小型化できます。
4. 最も耐久性の高いコネクタ
スプリングコネクタは非常に長持ちします。ほかのコネクタと違い、ポゴピンは垂直方向に圧縮されるため、各部品の摩耗が大幅に少なくなります。一般的なコネクタは挿抜時に金属面同士がこすれ合い、めっきが摩耗して電流容量が下がります。強い力で差し込むほど影響は大きくなります。ポゴピンではこれが起きません。摩擦はプランジャーとバレルの間だけで、その摩擦を生むバネ力はエンジニアが制限・指定しています。
5. 公差の許容範囲が広い
ポゴピンコネクタほどストロークの大きいコネクタはほかにありません。設計者にも使い手にも大きな自由度があり、製造時の小さなばらつきは作動ストロークで吸収できます。
例として、スマートフォンLG G6では背面の指紋センサーの不具合が発生しました。内部には小型の板バネコネクタが使われ、背面カバー上のセンサー接点に接触していました。暑い地域ではプラスチック製の背面カバーが膨張し、接点がコネクタから浮いてしまったのです。ストロークが長く、材料の変形に強いコネクタを使っていれば避けられた問題です。
6. 組立が簡単
機器設計では組立方法が重要な検討事項です。手作業での接続はコストも手間もかかります。ポゴピンを使った基板対基板コネクタなら手作業での位置合わせは不要で、組立順序の自由度も高く、短時間で組み立てられます。スクリューピンのように、固定と接続を1つの部品で兼ねるピンもあります。
7. 電流が安定している
最後に、ポゴピンは電流の安定性に優れています。ピンごとにバネ力や構造を設定でき、バネ力を上げるとプランジャーがバレルにしっかり押し付けられ、導電性が向上します。
ボール構造やC.C.P. Contact Probesの特許大電流ポゴピンなどの設計は、電流の流れをさらに改善します。ポイントはプランジャーとバレルの接点数を増やし、瞬断の可能性を下げることです。瞬断が起きると電流がすべてバネを流れ、バネが溶けて最終的にピンが故障することがあります。
関連記事
ポゴピンの基礎、ポゴピンの7つの実装方法もあわせてご覧ください。型番はポゴピン検索から探せます。設計のご相談はお問い合わせください。