JP2006019215A

JP2006019215A - 電気コネクタ

Info

Publication number: JP2006019215A
Application number: JP2004198208A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Kameda; 靖敏亀田
Original assignee: FCI Asia Technologies Pte Ltd
Current assignee: Amphenol FCI Connectors Singapore Pte Ltd
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US20090305551A1; EP1775803A8; WO2006004092A8; TW200618420A; EP1775803A1; WO2006004092A1; TWI286867B; CN1998113A; EP1775803A4

Abstract

【課題】差動式伝送用コネクタの信号特性の劣化を改善する。
【解決手段】本発明のコネクタは、相手方コネクタに嵌合し、それぞれが一対の信号線と少なくとも１本のドレイン線とを備えた差動式伝送用ケーブル２本以上の電気接続を行うためのコネクタであって、前記コネクタは、上記ケーブルの一対の信号線が接続される一対の隣接した信号線用接触子と、上記ケーブルの少なくとも１本のドレイン線が接続される接地線用接触子と、前記一対の信号線用接触子及び前記接地線用接触子を同一面上であって上記ケーブルの軸方向と直交する幅方向に交互に一列に配列した担体と、前記信号線用接触子及び前記接地線用接触子並びに前記担体を覆うシェルと、を備え、前記配列上の少なくとも一方の端に位置するドレイン線は前記シェルと接続される。
【選択図】図７

Description

本発明は、差動式伝送用ケーブルを電気接続可能なコネクタに関し、特有の配列によって良好な高速信号特性を提供するコネクタに関連するものである。

近年では情報の大容量化及び情報伝送の高速化に伴い、パーソナルコンピュータ等に付属するデバイス間のインターフェースとしてシリアルＡＴＡと称するデータ転送規格が主流となっている。シリアル伝送方式は、情報を１本の伝送路を用いて１ビットずつ伝送する方式を指しており、信号線の本数が少ないため、信号線間の干渉が発生しにくく高速化に有利な特性を持っている。また、信号電圧の観点からみても、±２５０ｍＶ程度と低く設定することができる点で有利であり、さらに、元の信号と、該信号と極性を反転した信号とを差動ペアとして同時に２本の信号線で伝送する差動伝送を採用し、外部からのノイズに対する耐性を向上させている。そのため、当該転送方式では、２本×２組＝４本の信号線が必要となる。代表例としてはＵＳＢ方式が挙げられる。しかし、情報の更なる大容量化に伴い今後の情報通信において信号転送速度の高速化と信号線数の増加が現実的に求められると共にそれらに起因する信号線間の信号特性の劣化を改善する必要がある。こういった問題を解決するために特許文献１および２のような対策が講じられた。

特許文献１の差動式伝送用コネクタは、一対のピン状の信号コンタクトを特許文献１の添付図１に示すように水平方向と垂直方向に交互に配列し、水平方向の信号コンタクトに対して直交するように一対の接地用コンタクトを配列し、垂直方向の信号コンタクトの中間に１本の接地用コンタクトを配列することによって、雄側と雌側のコネクタ接続を全体の寸法を大きくせずに行うことができ、各方向の信号線間のクロストークを低減することができる差動信号伝送用コネクタである。

特許文献２は、従来技術の差動式伝送用コネクタにおいて、隣接するドレイン線付差動伝送用ケーブルからのクロストークを防止するために、一対の信号線及びドレイン線の合計３本を一組にしてシールド材でシールドし、一対の信号線を縦方向に併設し、横方向に隣接する他の一対の信号線との間にドレイン線と接するようにグランド用金属板等を配設して高周波特性を向上させた構造に対し、その構造の複雑性を改善するためになされたもので、縦に並列した一対の信号線間に縦方向にグランド用金属板に、信号用コンタクトの軸心方向と略直交する方向に揃えたドレイン線を接続させるシールド平板を、上下一対の信号用コンタクトの略中間位置にくるように前記グランド用金属板に係止する構造を開示している。これによって、シールド板によりケーブルのドレイン線をケーブルカバー等で所要方向に整列させて一括して圧接作業ができ、また、グランドコンタクト板と係止されて一体化されるので、高速伝送の伝送特性が向上するというものである。

特開２００２−２４６１２１号特開２００３−２５７５５８号

特許文献１に開示されたコネクタ構造は、多数本のピン状の信号コンタクトを２次元的に配列したものであって、この概念を１次元配列された比較的少数本の信号コンタクトに対して用いることはできない。また、１次元配列を目的とするコネクタには、通常信号コンタクトの周囲を取り囲むシールドが含まれるため、その点においても、特許文献１に開示された技術は、信号コンタクトが１次元配列されたコネクタには適用できない。

また、特許文献２に開示されたコネクタ構造は、縦に２本一組の信号線を横方向に配列し、他の信号線との間にドレイン線と接触させたシールド板を介在させてドレイン線を前記縦方向の信号線の中間位置に配置されるように、グランドコンタクトとなるシールド板に接続しているが、１次元配列の信号線及びドレイン線を取り囲むシェルを構成することによりシールド部を形成する本発明の構造とは異なっており、引用文献１の場合と同様に信号コンタクトが１次元配列されたコネクタには適用できない。

従来の差動式伝送用コネクタでは、差動式伝送用ケーブル内の一対の信号線及び１又は複数のドレイン線を信号線及び接地線として同一の担体上に一列に配列する構造が一般的であった。しかし、所要の信号線数が増加するにつれて各電線間の配置間隔は縮小を余儀なくされ、信号線間のクロストークに起因する信号特性の劣化が起こり得る。本発明は上記問題点を鑑み、コネクタ内の電気接触子と対応する各電線との接続点を覆うシェルを配置すると共にシールド効果を発揮させ、さらにドレイン線を接続することにより、信号線のインピーダンス特性を改善し、従来は両端のドレイン線に接続されていた、該ドレイン線に対応する接地用電気接触子を除去してコネクタ幅を縮小してコネクタ全体の寸法を小型化し、かつ、特性の向上を図ることを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明のコネクタは、相手方コネクタに嵌合し、それぞれが一対の信号線と少なくとも１本のドレイン線とを備えた差動式伝送用ケーブル２本以上の電気接続を行うためのコネクタであって、
前記コネクタは、上記ケーブルの一対の信号線が接続される一対の隣接した信号線用接触子と、上記ケーブルの少なくとも１本のドレイン線が接続される接地線用接触子と、前記一対の信号線用接触子及び前記接地線用接触子を同一面上であって上記ケーブルの軸方向と直交する幅方向に交互に一列に配列した担体と、前記信号線用接触子及び前記接地線用接触子並びに前記担体を覆うシェルと、を備え、
前記配列上の少なくとも一方の端に位置するドレイン線は前記シェルと接続される。

典型的な実施形態では、例えば、１本以上のドレイン線と２本の信号線を有する差動式伝送用ケーブルを２本並列して、隣接する２本１対の信号線が接地線の両端に１対ずつ配設されるように、モールド成形された担体の平面上に対応する電気接触子を配列する。接地用電気接触子には少なくとも１本のドレイン線が接続される。担体及び各電気接触子は、例えば、シールド効果を有する中空の金属製シェルに覆われる。該金属製シェルには少なくとも１本のドレイン線が接続される。以上の構造によって安定した信号伝送特性を得ることができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明のコネクタは、上述したように担体上に配列された信号線用接触子及び接地線用接触子の両端にドレイン線が位置し、双方のドレイン線が前記シェルに接続される。

例えば、デュアルドレイン差動式伝送用ケーブルを使用する場合、各ケーブルの両端にはドレイン線が位置する場合が一般的である。よって、２本のケーブルを並列した場合は、上述したように配列された信号線及び接地線の両外端にドレイン線が位置することとなり、これらを金属製シェルに接続することにより小型化が図れる。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明のコネクタの前記接地線用接触子は、前記各ケーブルのドレイン線が１本ずつ接続されている。

前述のようにデュアルドレイン差動式伝送用ケーブルを使用して２本のケーブルを並列する場合は、各ケーブルの一対の信号線の間には２本のドレイン線が隣接することとなり、これらを１本の接地線用接触子に同時に接続すれば、間隔が狭小な各線の配列が可能となり、よって、コネクタ全体の大きさを最小化することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明のコネクタは、前記ケーブルは２本からなり、各ケーブルが前記配列面に対して一対の信号線の両端にドレイン線を有し、前記２本のケーブルを配列した際に前記両端のドレイン線の一部は前記シェルに接続され、両側に一対の信号線を有するドレイン線は、１本の接地線用接触子に接続される。

一対の信号線の両端にドレイン線を有するデュアルドレイン差動式伝送用ケーブルを２本配列した場合、配列の最外端に位置するドレイン線をシェルに接続し、それ以外の隣接する一対のドレイン線を接地線として１本の接地線用接触子に接続する。このような構造により、従来技術では最外端に位置するドレイン線に対して各接地線用接触子が配列されていたが、本発明ではシェルに接続されるため、２本の接触子を省略することができ、コネクタの全体的な大きさの縮小化に貢献する。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明のコネクタの組み合わせは、上記記載のいずれか１つのコネクタと、
シェルにより取り囲まれた担体に前記コネクタの各接触子に対応する接触子を備えて、対応するシェル同士の嵌合と共に電気接続を実現可能な相手方コネクタと、
から構成される。

本発明のコネクタは、高速信号転送用の差動式伝送用ケーブルを接続する相対的なコネクタにおいて、例えば、パーソナルコンピュータに内蔵されるハードディスクとプリント配線基板上の中央演算プロセッサ等との複数のデバイス間での電気的接続のためのケーブルコネクタと、デバイスと直接的に接続するための基板上に配設されたボードコネクタとを嵌合接続する。該嵌合には前記金属製シェルの外郭形状が相補的であり、一方の中空シェルに他方のシェルを挿入することによって、一方の中空シェルが内面で他方のシェルの外面を覆うように接触する。各シェル内部には電気接触子が配列された担体が具備されており、嵌合時には対応する接触子同士が接触することによりデバイス間の電気接続が行われる。

上記パーソナルコンピュータに適用可能なコネクタの一例を図９に示す。図９（ｂ）は、一端（ｂ’側）で２本の差動式伝送用ケーブルと１５本並列された電力供給用ケーブルとが同一コネクタ、いわゆるコンボタイプのコネクタで端末処理配線され、他端（ｂ’’側）で別個に独立したコネクタで端末処理配線された上面図であり、図９（ａ）は、図９（ｂ）におけるコンボコネクタで端末処理配線されたコネクタ側（ｂ’側）の挿入方向から見た正面図である。当該コンボコネクタは、更にハードディスクに搭載されてコネクタと嵌合され、接続が図られる。図９（ａ）の差動式伝送用ケーブルのコネクタ部を見ても分かるように、接触子は合計で７本存在している。最外端に位置する接触子はドレイン線用であり、中央の１本の接触子は、隣接する２本のドレイン線用であり、その他の接触子は、前記最外端の接触子と前記中央の接触子に１対ずつ挟まれた信号線用である。
本発明の対象は、図９（ｃ）側のボードコネクタと対応する、前記他端で別個に独立した差動式伝送用ケーブルのコネクタであり、図９（ａ）で示された前記最外端のドレイン線がシェルに接続されているため、接触子数は５本である。

ここで、本発明の独立したコネクタ側（ｂ’’側）も電力供給用コネクタと兼用させてしまうことも可能で、差動式伝送用ケーブル配線と前記電力供給用ケーブル配線の双方全体をシェルで覆う場合、前記最外端のドレイン線をシェルに接続することができる。図９の変形例として図１０をその一例として示す。図１０は、本願発明に基づくコネクタの差動式伝送用ケーブル配線を、例えば、４本のケーブルに対して配置可能な１組５本で合計で２０本の接触子を有する一体型コネクタ（ｂ’’側）を図示している。本図では、配置可能な４本分のケーブルのうち、差動式伝送用の４芯ケーブル４２を２本配設し、残りの２本分を電力線用として兼用した場合を示し、複芯の電力線５０を５本配設している。（ｂ’’）側の当該コネクタでは、前記２本の差動式伝送用ケーブルに関しては図９と同一配線（両端のドレイン線をシェルに接続）としてもよいし、最外端のドレイン線１本のみをシェルに接続し、電力線と隣接する側のドレイン線を別の組の任意の接触子に接続して接地線として利用してもよい。前者の場合は、使用する接触子は１０本で、後者の場合は、使用する接触子は１１本である。また、前記５本の電力線５０に関しては電力線ごとに１組分の接触子と接続することができる。電力線を配設する場合は、アプリケーションに応じて適宜数芯まとめて各接触子に適切に接続して電力供給させることができる。（ｂ’）側のコンボコネクタ側の電力線は各芯線が所定の接触子に接続されるが、本発明と直接関係しないため詳細については省略する。
以下に図９（ｃ）のボードコネクタ側と対応する本発明によるケーブルコネクタ配線の構成を説明する。

図１は、本発明による基板側に固定するボードコネクタと、該ボードコネクタと相補するケーブルコネクタの外観斜視図を示している。ボードコネクタは、内部にケーブルコネクタの金属製シェルを収容可能に形成されており、ケーブルコネクタとの接続時には内部の担体に形成された電気接触子が対応する電気接触子と接触することにより、電気接続がなされる。

図２は、本発明によるボードコネクタの外観斜視図を示している。（ａ）は本発明によるボードコネクタの上方斜視図である。筐体２６は、ケーブルコネクタの挿入方向に対して開口されており、図示されていない基板に固定するために４本の脚部２０が設けられている。該筐体２６の内部には、二対の差動式伝送信号線用接触子２２及び１つの接地線用接触子２４が同一面上であって嵌合方向と直交する幅方向に配列された状態で担体２８が設けられており、ケーブルコネクタとの嵌合時には各接触子は対応する接触子と係合する。（ｂ）は本発明によるボードコネクタの下方斜視図である。本発明によるボードコネクタの外郭は、基板との固定時に接地部と接触する底板の金属製シェル２７と筐体２６とを係止することにより形成される。またケーブルコネクタが挿入される面の背面からは、前記各接触子２２，２４の脚部が適切な形状に加工されて基板との固定時に基板上の所定の位置で接続配線される。

図３は、図２に示した本発明によるボードコネクタの構成要素を示した分解斜視図である。各接触子２２，２４はケーブルコネクタが挿入される面の背面から担体２８に挿入されて、該挿入方向に対して所定間隔で同一平面状に並列された状態で担体２８との組み立てが終了する。続いて、該組み立て担体２８は同様にケーブルコネクタが挿入される面の背面から筐体２６と金属製シェル２７との係合体に挿入されて、本発明によるボードコネクタの組み立てが完成する。

図４は、本発明によるケーブルコネクタの部分拡大斜視図である。（ａ）はボードコネクタと接続される正位置を示した斜視図であり、各接触子４４，４６を担持した担体４７が金属製シェル４０の天板側に配設されている。絶縁モールド部材４８は、各接触子４４，４６と担体４７を全体的に覆う金属製シェル４０の一部分とケーブル４２の一部分を覆い、ボードコネクタとの嵌合接続時には対向する所定部分が前記ボードコネクタの開口縁部と当接し、それによって、金属製シェル４０がボードコネクタの内部の所定位置より奥に加重されるのを防止する。（ｂ）は（ａ）の位置を１８０度反転させており、担体４７上には、各ケーブル４２内の一対の信号線と接続された合計２対の信号線用接触子４６と、各ケーブル内の１本のドレイン線同士が接続された接地線用接触子４４とが配設されている。ボードコネクタとの嵌合接続時には対応する接触子同士（２２と４６；２４と４４が対応）が係合する。

図５は、図４のケーブルコネクタの分解斜視図であり、各構成要素について説明する。ケーブル４２は２本並列され、各ケーブルの内部には一対の信号線４５と該一対の信号線４５の両側に１本ずつドレイン線４３とが配列されている。接触子群は、２本のドレイン線が同時に接続される１本の接地線用接触子４４と、その両側に一対ずつ合計２対の信号線用接触子４６とで構成され、１つのコネクタに対して合計５本の接触子を有する。図４で示したように接触子４４，４６、担体４７及び金属製シェル４０が順次組み立てられ、続いて第１モールド部材４１、銅製テープ４９、及び第２モールド４８部材で覆って完成する。

図６は、図５の各構成要素の組み立て工程を詳細に図解している。図６（ａ）は、まず、接地線用接触子４４と信号線用接触子４６とを含む接触子群を前記担体４７上に配列し、各ケーブル４２内に配列された各電線を対応する各接触子と半田接続し、さらに、信号線間に位置する２本のドレイン線を１本の接地線用接触子に半田接続し、続いて、該担体４７を金属製シェル４０で覆うと同時に最外部に位置する各ドレイン線４３を前記金属製シェル４０に半田接続した状態を示している。続いて、図６（ｂ）は、前記金属製シェル４０とケーブル４２の端末部との間で露出された部分を第１のモールド部材４１で覆った状態を示している。引き続き、図６（ｃ）は、モールド部材４１の上を銅製テープ４９で覆った状態を示している。最後に、図６（ｄ）は、前記銅製テープ４９の上を第２のモールド部材４８で覆って最終的に完成した図を示している。

図７は、図６の第１モールド部材４１、銅製テープ４９処理及び第２モールド部材４８による成形を終えたカバーによって金属製シェル及びケーブルの端末部を覆うように組み立てる直前の様態を拡大して図示している。前述したように合計で４本の電線４３，４５を収容するケーブルが２本並列され、一対の信号線４５の両端に２本のドレイン線４３が位置するようにケーブルの軸方向と直交する幅方向に合計８本の電線が配列されている。最外端に位置する２本のドレイン線４３は金属製シェル４０に半田接続される。また、合計で２対の信号線４５は各対応する信号線用接触子４６に各々半田接続される。さらに、両端に一対の信号線を有する各ケーブルから１本ずつ延びた一対のドレイン線４３は同一の接地線用接触子４４に半田接続される。これらの配列構成によって、シールド効果を有する金属製シェル４０が２対の信号線４５及び１対の接地用ドレイン線４３を覆い、これにより接触子群と電線との接続によるインピーダンス不整合や信号線間のクロストークに起因する信号雑音は軽減される。

図７では、２本の差動式伝送用ケーブルを使用した場合の配線について説明した。図８は、３本以上の差動式伝送用ケーブルを使用した場合の配線を示しており、両端のドレイン線はシールド４０に接続され、それ以外の隣接する一対のドレイン線４３は１つの接地用電気接触子に接続される。

この構成によって、従来では最外部に位置したドレイン線に対して接地用電気接触子を設けていたが、本発明では最外部のドレイン線をシールド４０に直接的に接続するため、従来では最外部に位置していた２本の接地用電気接触子を省略することが可能なり、ケーブルの軸方向と直交する幅方向の長さが縮小される。これにより、コネクタの寸法を小型化することができる。

また、ケーブル技術の向上と相俟って、使用するケーブルの性能を慎重に選定し、本発明のコネクタを採用することにより、小型で、且つ、高性能なコネクタを達成することができた。

図１は、本発明によるボードコネクタと該ボードコネクタと相補するケーブルコネクタの外観図を示している。図２（ａ）は、本発明によるボードコネクタの上方斜視図を示している。図２（ｂ）は、本発明によるボードコネクタの下方斜視図を示している。図３は、図２に示した本発明によるボードコネクタの構成要素を示した分解斜視図を示している。図４は、本発明によるケーブルコネクタの部分拡大斜視図である。図５は、図４のケーブルコネクタの分解斜視図である。図６（ａ）〜（ｄ）は、図５の各構成要素の組み立て工程を図解している。図６の最終工程で第２モールド部材を覆う直前の様態を拡大して図示している。図８は、３本以上の差動式伝送用ケーブルを使用した場合の配線を示している。図９は、パーソナルコンピュータに適用可能なコネクタの一例を示している。図９（ａ）は挿入側から見た図であり、図９（ｂ）は上面図である。図９（ｃ）は本発明による差動式伝送用ケーブルコネクタと相補するボードコネクタである。図１０は、本願発明に基づくコネクタの差動式伝送用ケーブル配線用接触子を、例えば、電力用ケーブルに対しても利用可能な一体型コネクタ（ｂ’’側）を図示している。

符号の説明

２０・・・脚部
２２・・・信号線用接触子
２４・・・接地線用接触子
２６・・・筐体
２７・・・金属製シェル
２８・・・担体
４０・・・金属製シェル
４１・・・第１モールド部材
４２・・・差動式伝送用ケーブル
４３・・・ドレイン線
４４・・・接地線用接触子
４５・・・信号線
４６・・・信号線用接触子
４８・・・第２モールド部材
４９・・・銅製テープ
５０・・・電力線

Claims

相手方コネクタに嵌合し、それぞれが一対の信号線と少なくとも１本のドレイン線とを備えた差動式伝送用ケーブル２本以上の電気接続を行うためのコネクタであって、
前記コネクタは、上記ケーブルの一対の信号線が接続される一対の隣接した信号線用接触子と、上記ケーブルの少なくとも１本のドレイン線が接続される接地線用接触子と、前記一対の信号線用接触子及び前記接地線用接触子を、同一面上であって上記ケーブルの軸方向と直交する幅方向に交互に一列に配列した担体と、前記信号線用接触子及び前記接地線用接触子並びに前記担体を覆うシェルと、を備え、
前記配列上の少なくとも一方の端に位置するドレイン線は前記シェルと接続されるコネクタ。
前記配列の両端にドレイン線が位置し、双方のドレイン線が前記シェルに接続された請求項１に記載のコネクタ。
前記接地線用接触子は、前記各ケーブルのドレイン線が１本ずつ接続されている請求項１又は２に記載のコネクタ。
前記ケーブルは２本からなり、各ケーブルが前記配列面に対して一対の信号線の両端にドレイン線を有し、前記２本のケーブルを配列した際に前記両端のドレイン線の一部は前記シェルに接続され、両側に一対の信号線を有するドレイン線は、１本の接地線用接触子に接続される請求項１ないし３のいずれかに記載のコネクタ。
前記請求項１ないし４の何れか１つに記載されたコネクタと、
シェルにより取り囲まれた担体に前記コネクタの各接触子に対応する接触子を備えて、対応するシェル同士の嵌合と共に電気接続を実現可能な相手方コネクタと、
から構成される一組のコネクタ。