M12 X code コネクタ付き Cat.6A LAN ケーブルの開発

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M12 X code コネクタ付き Cat.6A LAN ケーブルの開発
Development of LAN Cable with M12 X Code Connector
田所弘圭

Hiroyoshi TADOKORO

浦卓也

Takuya URA

丸尾久雄

三沢

Hisao MARUO

満Mitsuru MISAWA

今井リサ

藤田道朝

Risa IMAI

Michitomo FUJITA

産業用 LAN の普及に伴い，コネクタについても高い接続信頼性が要求されてきている。近年では，従来のRJ45 ではない産業用コネクタも市場に出回り始めている。この中で，高い接続信頼性を誇り，防塵防水性を有する M12 X code コネクタを高遮へい・耐油・耐屈曲の産業用 LAN ケーブルと組合せ，Cat.6A の特性を満足させることに成功した。
With the spread of industrial LAN, high connection reliability is also required for connectors. In recent years, industrialconnectors other than the conventional RJ45 have also begun to appear on the market. Among these, we succeeded insatisfying the characteristics of Cat.6A by combining the M12 X code connector, which boasts high connection reliability
and is dustproof and waterproof, with an industrial LAN cable with high shielding, oil resistance, and bending resistance.

1．はじめに

昨今，少子高齢化に伴う社会課題解決手段として，介護IoT 対応の機器使用の工場で代表的に使用されている方式
であり，様々な会社や団体から提供されているが，通信速度の限界が課題となっていた。

ロボットの開発やコロナ禍の中，遠隔地での医療ロボット

工場ネットワークは，大きく 4 つに分類されるが，接続等，様々な分野において，産業用ロボット，AI（Artificialの中間地点であるコントロール系に近年，産業用イーサネ

Intelligence 人工知能），IoT（Internet of Things）のニーットが採用され，過酷な環境下における高速化・大容量化ズの高まりに伴い，高速化・過酷環境への機能向上が産業を実現している（表 1，図 2）。

用 LAN ケーブル及びコネクタに求められている。
一方，産業用 LAN ケーブルは，既に上市し，需要も年々シェア（％）

急速に伸びているが，端末のコネクタ部は，従来の RJ-45コネクタをマイナーチェンジした防塵・防水機能を付加したコネクタで対応していたが，可動部による引張張力には限界があった。
本報では，その課題を解決した M12 コネクタ付きケーブルの開発について報告する。

2．産業用ネットワークの動向
産業用ネットワークの動向として，フィールドバス方式からイーサネット方式への転換が，2018 年に逆転したこと

図1が，イーサネットシェア推移で分かる（図 1，参考文献 2））。

イーサネットシェア

ドイツ起点に提唱されたインダストリー 4.0 による工場IT 化が進んだことが要因と言われている。
イーサネット方式は，米国 IEEE802.3 委員会で標準化された世界的に最も普及した伝送方式であり，年々高速化への技術開発も凄まじい発展を遂げている。一方，フィールドバス方式は，FA（Factory Automation）導入の工場や

表1

工場ネットワークの分類

ネットワーク分類

名称

サイト

情報系

イーサネット

事務所

コントロール系
フィールド系
センサ系

イーサネット（産業用）
フィールドバス

工場内
設備内

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Vol. 67 (2021)
表2

M12 code 種類

使用用途

A codeDC 電源センサ

B codeプロフィバス

情報系

パソコン

サーバ

M12 コネクタ種類

D code4極

X code8極

備考Cat.5e100 Mbps

Cat.5e ～ Cat.6A

1 Gbps ～ 10 Gbps

工業用PC

4．M12 X code コネクタの特徴
コントロール系コントローラ

M12 X code コネクタは，鉄道及び，産業機器用向けとして開発されており，高速通信対応（10G Cat.6A）で，耐振性，防塵防水性（IP67）といった高い接続信頼性を有していながら容易に脱着することが可能である。また，組立型，モールド型といった 2 種類のタイプがあり，組立型はロボット

現地施工が容易に行え，同じ導体サイズであれば，何度か工作機器
フィールド系であり加工時の量産性がモールド型と比較し劣る。モール

リモートI/O

ゲートウェイ成端し直すことができる一方，コネクタ単体が比較的高価
ド型は，現地施工ができない代わりに，組立型より比較的安価で量産対応ができ，小型軽量化できる点が優れている

センサ系
リレー

図2スイッチ

（表 3）。
表3

各種I/O機器工場ネットワークの構造組立型とモールド型の違い

現地施工

価格

量産性

大きさ

組立型

〇△△△

モールド型

×〇〇〇

5．M12 X code コネクタとケーブル接続加工
3．コネクタ種類

5.1

ケーブル

LAN 用コネクタは，RJ-45（Registered Jack）が一般的

ケーブルは，高遮へい型 Cat.5e（適用周波数帯域 100に普及しており，8 極 8 心接続できるタイプである。ISOMHz）と高遮へい型 Cat.6A（適用周波数帯域 500 MHz）

8877 にてサイズ等が標準化されている。また，電話用のを用いた（表 4，図 3，図 4）。

RJ-11（6 極）と構造が酷似しており，接続や加工の容易さから広く普及している。

ケーブル構造の大きな違いは，Cat.6A ケーブルは適用周波数が高いため，伝送特性を満足させるため，中心に十字一方，オフィス，マンション，家庭環境で使用されるこ型の介在が配置されていることである。尚，この構造の違とを想定した構造のため，RJ-45 コネクタでは，防水性がいは，コネクタ接続の際にも注意を要するポイントであり，なく屋外や過酷な条件下での使用には不向きであるため，如何に 4 対の形状を維持した状態で加工するかということ

RJ-45 に代わるコネクタの採用が急務であった。になる。

その対応として，産業用として広く使われているねじ込み式の丸形コネクタである M12 コネクタに着目した。
M12 コネクタには，code ごとに使用用途が異なり，Acode では，DC 電源で動作するセンサやその他の小型デバ

表4ケーブル種類

ケーブル型名

サイズ×対数性能

備考

HFS-TPCC® 5 PATCH-FA

26 AWG × 4P

Cat.5e～ 100 MHz

HFS-TPCC® 6A PATCH-FA

26 AWG × 4P

Cat.6A～ 500 MHz

イス用，B code では，プロフィバス（フィールドバスの一種）で使用されるのが一般的である。
イーサネットでは，長らく 4 極の D code による Cat.5eが主流であったが，Cat.6 以降の情報伝送量の増大に対応すべく，2014 年に M12 X code（IEC61076-2-109）が規格化され，海外メーカーがこぞって製品化を行った（表 2）。
当社においても開発が完了していた高遮へい型 Cat.6A
ケーブルと組立型 M12 X code コネクタとの組み合わせを検討し，問題の無いことを確認する中で，より小型軽量，安価なモールド型への方向転換を行った。

図3HFS-TPCC® 5 PATCH-FA（Cat.5e）M12 X code コネクタ付き Cat.6A LAN ケーブルの開発
表519

M12 コネクタ付きケーブルの特性（改善前）
パッチコード試験

LAN ケーブル

絶縁抵抗

耐電圧

〇〇〇

Cat.5e×〇〇Cat.6A

400500NEXT

RL

HFS-TPCC 5 PATCH-FA〇

HFS-TPCC® 6A PATCH-FA×®

備考

8070

HFS-TPCC 6A PATCH-FA（Cat.6A）

5.2

コネクタ

コネクタは M12 X code コネクタ（モールド型）を施す（図 5）。

Cat.5e は 100 MHz迄100 MHzでの閾値の差 7.1 dB60dB

図4®

504030200100200300MHzCat.6A Limit
図6Cat.5e Limit

Cat.6A と Cat.5e との閾値の差（NEXT）

Cat.6A 性能を満足させるためには，5.3 項で述べた課題を解消させる必要があり，その改善前後の状態を X 線写真にて確認した。
図5M12 X code コネクタ（モールド型）

図 7 は改善前の状態であり，モールド内の配線の乱れ，偏りが確認できる。この現象は，射出成型時の樹脂圧による影響であり，高周波帯域での特性劣化の原因となる。

5.3 加工時の課題と対策

一方，図 8 に改善後の状態があるが，各対間の距離が均加工時の課題としては，モールド加工を施す際の射出成等な状態を維持しており，射出成型時の樹脂圧の影響を受型機による樹脂圧力がケーブル内構造にどのような影響をけても，配線の乱れ，偏りを最小限に抑えられていること及ぼすかであり，下記に主な 2 点を挙げた。

が解る。

（モールド加工時課題）
・撚り状態の維持（対撚りの乱れ，潰れ等）
・伝送特性の維持（高周波帯域における性能確保）
上記課題を鑑み，実験を重ねながら，射出成型による樹脂圧力を分散させる為，モールド内の下処理設計を見直し条件確立することで本課題は解決に至った。
（特許出願中）6．実験結果（構造，伝送特性）
モールド型の M12 X code コネクタ（改善前）と当社の図7

X 線写真（対撚りの乱れ，偏り）

産業用 LAN ケーブルと組合せ，特性の確認を行った。基
本特性の評価結果を表 5 に示す。
Cat.5e ケーブルとの組合せでは良好な結果を得たが，Cat.6A ケーブルでは NEXT（近端漏話減衰量），RL（反射減衰量）共に不合格となった。この差は，当然 Cat.6A がCat.5e に対し，カバーする周波数帯域の差（Cat.5e：100MHz，Cat.6A：500 MHz）もあるが，閾値が厳しいこともある（図 6）。
図8X 線写真（特性改善後）

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次に，改善前後の伝送特性の確認結果を図 9 に示す。
NEXT について改善前では，全周波数帯域にて閾値を超えることが出来なかったが，改善後では，全周波数帯域にて十分なマージンを確保できている。また，改善前の RL は，特に 250 MHz 付近～ 400 MHz 付近にて閾値を超えられていなかったが，改善後では，NEXT と同様に全周波数帯域にて十分なマージンを確保することができた。
M12 X code のモールド型は，組立型に対し，約 45% の小型化に成功した（図 10）。

図 10組立型（上）モールド型（下）比較7．信頼性評価
M12 コネクタ付き Cat.6A ケーブルの信頼性評価試験の結果を表 6 に示す。試験は，IEC 61076-2-109 からコネクタとケーブルとの組合せによって影響の出る項目を重視し選定，また使用環境を想定した項目について追加，評価を実施した。M12 X code コネクタの特徴である，接続信頼性確認試験の正弦波振動試験，衝撃試験において，瞬断無く問題がなかった。もう一つの特徴である，防塵防水性の確認においても，IP6X 試験，IPX7 試験共に問題ない事を確認した。
表6信頼性評価結果（抜粋）

試験項目

試験規格（IEC）

結果

合否

遮へい特性

61196-1

ケーブル同等〇

IP 保護等級

60529

IP67

〇

機械的動作

60512-9-1

試験後 初期特性を満足

〇

正弦波振動

60512-9-1

1μs以上の瞬断無き事〇

衝撃60512-9-1

1μs以上の瞬断無き事〇

コンタクトディスターバンス

60512-2-52.5μs 以上の瞬断無き事〇

混合ガス流腐食60068-2-60

試験後 初期特性を満足〇

高温

60512-11-9

試験後 初期特性を満足〇

低温60512-11-10

試験後 初期特性を満足〇

8．ま とめ近年の，産業機器のイーサネット化に対応するため，
M12 X code コネクタ付き LAN ケーブルを開発した。本開発品はモールドタイプであるため，現場施工が不要であり，従来の組立型と比較し小型軽量であることが特徴であり，今後は，上市に向けた量産性確認等を進めていく。

参考文献
1）国際電気標準会議：IEC 61076-2-109：2014 CONNECTORS FOR
ELECTRONIC EQUIPMENT –PRODUCT REQUIREMENTS –Part 2-109: Circular connectors – Detail specification for connectors
with M 12 x 1 screw-locking, for data transmission frequencies up
to 500 MHz2）Thomas Carlsson：産業用ネットワーク市場シェア動向 2021
（2021.3.31 HMS Networks 統計）
図9NEXT，RL 特性改善結果｢TPCC｣ は冨士電線株式会社の登録商標です。

M12 X code コネクタ付き Cat.6A LAN ケーブルの開発

冨士電線㈱田所 弘圭（たどころ ひろよし）
光・加工品課
加工品の設計・開発に従事

冨士電線㈱丸尾 久雄（まるお ひさお）
光・加工品課
加工品の設計・開発に従事

冨士電線㈱三沢満（みさわ みつる）
光・加工品課 課長
加工品の設計・開発・製造に従事

冨士電線㈱浦 卓也（うら たくや）
取締役 生産本部長

昭和電線ケーブルシステム㈱今井 リサ（いまい りさ）
技術開発センター 先行技術開発課
先行技術開発・商品開発に従事

昭和電線ケーブルシステム㈱藤田 道朝（ふじた みちとも）
技術開発センター 先行技術開発課
先行技術開発・商品開発に従事

課長

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