JP2006032208A - 電気コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 隣接する信号線間のクロストークを抑制すると共に、高精度のはんだ接続技術を必要としない電気コネクタを提供する。
【解決手段】 差動ケーブル１の複数の信号線２がそれぞれ接続されるための複数の信号線接続導体１６と、差動ケーブル１のドレイン線４が接続されるためのドレイン線接続導体１７とを有する基板１２を備える電気コネクタ１１。電気コネクタ１１はさらに、信号線２と信号線接続導体１６との接続部を覆うカバー２０を備える。カバー２０は、導体からなり、ドレイン線接続導体１７に接続される。ドレイン線４をカバー２０に接続することにより、ドレイン線４をドレイン線接続導体１７に接続できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電気コネクタに係り、特に、ドレイン線付き差動ケーブルをプリント基板等に接続する際に用いる高速伝送用コネクタに関する。

例えば、コンピュータとその周辺機器との間でなされる高速信号の伝達のために、ドレイン線付き差動ケーブルが高速伝送用ケーブルとして使用されており、このドレイン線付き差動ケーブルのプリント基板等への接続のため高速伝送用コネクタが使用される。

図７に示すように、ドレイン線付差動ケーブル１は、導体からなる一対の信号線２，２と、これら信号線２，２をそれぞれ被覆する一対の絶縁体３，３と、導体からなるグランド用のドレイン線４と、これらを一括して被覆する金属製のシールド５（例えばアルミ箔）と、さらにこの金属シールド５を被覆する絶縁体からなるシース６とから構成される。ドレイン線４とシールド５とは接触されており、ドレイン線４をグランドに接続することでシールド５もグランドに接続することができる。

このようなドレイン線付差動ケーブル１では、一対の信号線２，２に互いに逆方向のデジタル信号を、無バイアス下又はバイアス下で加入することで、高周波成分を相殺するようにして放射ノイズが出ないように、また、外部ノイズの影響が出ないようにしている。また、隣接するケーブルからのクロストークを防止するため、一対の信号線２，２及びドレイン線４の計３本を一組にしてシールド５でシールドしている。

図８に示すように、通常は、複数（図示例では４本）の差動ケーブル１が集合されて１本の伝送ケーブル７を構成している。各差動ケーブル１が、一対の信号線２，２を上下に配置した状態（つまり縦長の状態）で密に並列され、これらを一括してシールド体９及び外部シース１０で被覆し、多対の信号線２を有する伝送ケーブル７が構成される。

図９及び図１０にも示すように、これら複数の差動ケーブル１を接続するためのコネクタ５１は、上下に分割されたケース５２と、ケース５２内に収容される基板（パドルカード）５３とを備え、基板５３の前端部がケース５２の開口部５４から突出されて相手側に接続され、基板５３の後端部が前記差動ケーブル１に接続されるようになっている。基板５３は、ＧＨｚ領域でのインピーダンス整合を実現するために用いられる。基板５３の上面（表面）と下面（裏面）とに、前記複数の信号線２をそれぞれ接続させるための複数の信号線用パターン５４と、前記複数のドレイン線４を接続させるための複数のドレイン線用パターン５５とが、コネクタ幅方向において交互に、且つ並列に設けられる。

コネクタ幅方向の各差動ケーブルの位置において、上下の信号線用パターン５４に上下の信号線２がそれぞれ対になるようにはんだ接続され（このはんだ接続部を符号５６で示す）、図示例では上側のドレイン線用パターン５５にドレイン線４がはんだ接続される（このはんだ接続部を符号５７で示す）。

このほか、基板５３の内部には、上下に配置された二つのグランド板５７が周端部を露出した状態で設けられる。全てのドレイン線用パターン５５とグランド板５７とは、コネクタ内で又は相手方との接続により、互いに接続される。

特表平１０−５０８１４６号公報 特開２００３−５９５９３公報 特開平７−６８２３号公報

ところで、前記基板５３の上下面では、はんだ接続部５６，５７が比較的狭小なピッチＰ１，Ｐ２で存在する。即ち現状では、相手方のプリント基板等の高密度実装化に伴って基板５３に接続すべき信号線数が飛躍的に増大し、コネクタの基板５３においても高密度実装を実現するため各パターン５４，５５の配置を可能な限り狭小ピッチにする必要がある。

しかしながら、このような狭小ピッチではんだ接続部５６，５７を配置すると、隣接する信号線間でクロストークが比較的大きくなってしまう。また、特にドレイン線４のはんだ接続部５７が存在する基板５３の片面側（図示例では上面側）において、隣接するはんだ接続部同士を接続させぬような高精度のはんだ接続技術が必要となる。

そこで、本発明の目的は、隣接する信号線間のクロストークを抑制すると共に、高精度のはんだ接続技術を必要としない電気コネクタを提供することにある。

本発明によれば、複数の信号線と、ドレイン線とを有する差動ケーブルが接続されるための基板であって、前記複数の信号線がそれぞれ接続されるための複数の信号線接続導体と、前記ドレイン線が接続されるためのドレイン線接続導体とを有する基板と、前記ドレイン線接続導体に接続されるための導体からなり、前記複数の信号線と前記複数の信号線接続導体との接続部を部分的又は全体的に覆うカバーとを備え、前記ドレイン線を、前記カバーに接続することにより、前記ドレイン線接続導体に接続可能としたことを特徴とする電気コネクタが提供される。

好ましくは、前記カバーが、前記接続部に臨む表面に絶縁層を有する。

また好ましくは、前記カバーが、互いに隣接する前記接続部の間に位置される仕切板を有する。

また好ましくは、前記カバーが前記基板の表裏面側にそれぞれ設けられ、これらカバーが連結部材により互いに連結される。前記ドレイン線接続導体が、前記基板の幅方向両外側の端部に設けられ、前記カバーが断面コ字状とされて前記両外側のドレイン線接続導体に着座されてもよい。

また好ましくは、前記カバーが、前記ドレイン線接続導体に接続固定された曲げ変形可能な支持導体により、前記ドレイン線接続導体に接続されると共に片持ち支持される。

本発明によれば、隣接する信号線間のクロストークを抑制できると共に、高精度のはんだ接続技術を必要としない電気コネクタを提供することができるという、優れた効果が発揮される。

図１〜図３に本発明の第一実施形態に係る電気コネクタを示す。説明の便宜上、図１にコネクタの前後左右上下の向きを示してある。なお前後方向を長さ方向、左右方向を幅方向、上下方向を高さ方向とする。コネクタ１１は、前記従来例同様、複数のドレイン線付き差動ケーブル１を接続させるための基板（パドルカード）１２と、この基板１２を収容するための上下分割式のケース１３とを備える。差動ケーブル１及びこの差動ケーブル１を複数（本実施形態では４本）有する伝送ケーブル７の構成は、前述したものと同じなので説明を割愛する。

ケース１３は金属製で、前面に開口部１４を有し、この開口部１４を通じて基板１２の前端部を突出させるようになっている。基板１２と開口部１４との隙間が、基板１２にスライド可能に嵌合された絶縁体からなる蓋板１５により、コネクタの内側から閉止される。

基板１２は、複数の信号線２をそれぞれ接続させるための複数の信号線接続導体と、複数のドレイン線４をそれぞれ接続させるための複数のドレイン線接続導体とを備える。本実施形態において、信号線接続導体は、基板１２の上面と下面とにエッチング処理によって形成された信号線用パターン１６である。また同様に、ドレイン線接続導体は、基板１２の上面と下面とにエッチング処理によって形成されたドレイン線用パターン１７である。但し信号線接続導体とドレイン線接続導体との形態はこのようなパターンに限定されず、例えば、基板表面に取り付けられた導体板等であってもよい。

また本実施形態においては、基板１２の内部に、互いに上下に離間された２枚のグランド板１８が埋設されている。このグランド板１８は、基板１２と同一面積を有し、コネクタ内部に設けられた図示しない導体により、又は、コネクタの相手側との接続により、ドレイン線用パターン１７と電気的に接続される。従ってこれらグランド板１８もドレイン線接続導体をなすものである。グランド板１８の前後左右の端面は、基板１２の前後左右の端面と面一とされ、外部に露出されている。

本実施形態では、４対の信号線２と４本のドレイン線４とが接続可能となるよう、４本の信号線用パターン１６と、５本のドレイン線用パターン１７とが基板１２の上面と下面とにそれぞれ設けられる。基板１２の左右外側の両側端縁部に沿って比較的幅広のドレイン線用パターン１７Ａが設けられ、これらドレイン線用パターン１７Ａの間に、比較的幅狭の４本の信号線用パターン１６と、隣接する信号線用パターン１６の間に位置される比較的幅狭の３本のドレイン線用パターン１７Ｂとが、左右方向において交互に、且つ並列に等ピッチＰで離間して設けられる。またこれらパターン１６，１７Ａ，１７Ｂは基板１２の全長に亘って直線的に延出される。

上下の４本の信号線用パターン１６の後部側に、上下に位置された各対の信号線２がそれぞれ接続される。この接続ははんだ付けによってなされ、接続部を符号１９で示す。但し、かかる接続方法は必ずしもはんだ接続である必要はなく、例えば圧接等であってもよい。

特に、本実施形態の特徴は、このような接続部１９を覆うカバーを設けた点にある。以下これについて説明する。

カバー２０は、導体からなり、本実施形態では金属板からなる。カバー２０は、正面視（図２）で断面コ字状に形成され、基板１２の上面側（表側）及び下面側（裏側）にそれぞれ設けられる。カバー２０は、上側及び下側のそれぞれにおいて、４箇所の信号線接続部１９の全体を覆うような左右幅と前後長とを有する。

上側のカバー２０について、カバー２０は、接続部１９の上方を覆い左右両側のドレイン線用パターン１７Ａの位置まで左右方向に延出する本体部２１と、本体部２１の左右両端から垂直下向きに延出され左右両側のドレイン線用パターン１７Ａの上に着座する一対の脚部２２とから一体的になる。これら脚部２２はドレイン線用パターン１７Ａに接続固定される。この接続固定方法は、本実施形態でははんだ付けだが、他の方法も採用可能である。

またカバー２０は、接続部１９に臨む表面に絶縁層２３を有する。絶縁層２３は、本体部２１の下面と、左右の脚部２２の内側面とのほぼ全体に設けられ、所定の上下厚さＴ１及び左右厚さＴ２を有する。絶縁層２３は典型的には絶縁材料を断面コ字状に成型したものをカバー２０の裏面に貼設して形成される。

図３に示されるように、絶縁層２３と基板１２とは前後方向における後端の位置が同一であるが、カバー２０は絶縁層２３より後方に突出され、露出した差動ケーブル１の絶縁体３を覆っている。

下側のカバー２０については、上側のカバー２０に対し配置が上下反転すること以外、同じ構成であるので、説明を省略する。このように基板１２の上面側と下面側とにカバー２０を設けたことにより、基板１２はカバー２０により上下から挟み込まれることになる。

また、本実施形態の場合、上面側のカバー２０と下面側のカバー２０とを互いに連結するための連結部材２４が設けられる。連結部材２４は、基板１２の左右片側（本実施形態では左側）の側面部を覆うような、正面視で断面コ字状とされた金属板からなり、上下の脚部２２の外側面に接続される。この接続位置はドレイン線用パターン１７Ａの付近の位置である。接続方法は本実施形態でははんだ付けだが、他の方法も採用可能である。

本実施形態のコネクタでは、図示されるように、ドレイン線４をカバー２０に接続することができる（接続部を４ａで示す）。これによってドレイン線４を、カバー２０を介してドレイン線用パターン１７Ａに接続することができる。本実施形態では、４本のドレイン線４が、全て上面側のカバー２０の上面に接続される。接続方法は、本実施形態でははんだ付けだが、圧接等の他の方法も採用可能である。

ドレイン線４は、下面側のカバー２０の下面に接続してもよいし、一部の本数を上面側カバー２０に接続し残りの本数を下面側カバー２０に接続してもよい。また、差動ケーブル１のシールド５を上面側或いは下面側カバー２０に接続し、ドレイン線４をシールド５を介してカバー２０に接続するようにしてもよい。ドレイン線４又はシールド５を、カバー２０外に位置するドレイン線用パターン１７又はグランド板１８に接続してもよい。要は、差動ケーブル１のドレイン線４が、いずれかのドレイン線用パターン１７に電気的に接続されていればよい。

本実施形態のコネクタによれば、導体からなるカバー２０が信号線２の接続部１９を上方又は下方から覆っているので、隣接する各信号線２間の電界結合や磁界結合を防ぐことができ、クロストークを抑制できる。なおこのようなクロストーク抑制の観点から、カバー２０の左右幅は、少なくとも、基板１２の片面側に並列された全ての接続部１９を覆えるような大きさとするのが好ましい。

また、ドレイン線４をカバー２０に接続できるので、ドレイン線４を従来のように基板１２上のドレイン線用パターン１７に直接接続する必要はなく、従って、信号線２を接続する際、信号線２の隣に空きスペースを作ることができ、これによって高精度なはんだ接続技術を不要とし、接続作業性を大いに向上できる。つまり、カバー２０によって、簡易な実装方法を実現できるものである。

また、カバー２０により信号線接続部１９を外部から保護することができる。カバー２０の両脚部２２を基板１２に接続したこと、及び連結部材２４で上下のカバー２０を連結したことにより、全体として構造が頑強となり、信頼性を向上できる。

ここで、上下のカバー２０を連結部材２４で予め接続しておき、これら上下のカバー２０と連結部材２４とで一部品とすることができる。こうすると、上下のカバー２０の基板１２への接続に際し、上下のカバー２０の間に基板１２をスライド挿入させることで、上下のカバー２０を同時に基板１２に対し位置決めすることができる。こうすることによりカバー２０の取付作業性を向上できる。

さらに、カバー２０に絶縁層２３を設けたので、信号線接続部１９とカバー２０との接触ひいては接続部１９同士の短絡を確実に防止できる。もっともカバー２０が信号線接続部１９から確実に離間されるのであれば、絶縁層２３を省略することも考えられる。

図３に示したように、カバー２０の後端部により、露出した絶縁体３を覆うので、この部分で生じるクロストークも抑制することができる。

クロストークの低減効果は、絶縁層２３の厚さＴ１が薄いほど高くなる。絶縁層２３をなす材料の比誘電率が２．３の場合、クロストークを２０％以上低減するには厚さＴ１を０．４５ｍｍ以下に設定する必要がある。また絶縁層２３をなす材料の比誘電率が４．７の場合、クロストークを２０％以上低減するには厚さＴ１を０．９ｍｍ以下に設定する必要がある。絶縁層２３をなす材料を、異なる比誘電率をもつ材料に変えることで、カバー２０の寸法を変更又は調節することができる。

図２に見られるように、基板１２上の中央部のドレイン線用パターン１７Ｂは使用されていない。よって最初からこのパターンのない基板が使用可能である。さらに、グランド板１８を省略した基板、或いはグランド板１８の大きさを変更した基板を適用し、カバー２０の使用に伴うインピーダンス整合をとることも可能である。カバー２０は必ずしも上下に設ける必要はない。例えば、ドレイン線が接続される上側のみとすることも可能である。連結部材２４を省略することも可能である。

次に、本発明の第二実施形態を説明する。この第二実施形態は前記第一実施形態と略同様であり、以下において相違点を主に説明する。

図４に示されるように、この第二実施形態ではカバー２０が、互いに隣接する接続部１９の間に位置される仕切板２５を有する。仕切板２５はカバー２０と同様に導体からなり、本実施形態では金属板からなる。このような仕切板２５は上側のカバー２０と下側のカバー２０との両方に設けられ、すべての接続部１９の間の位置に１枚ずつ設けられる。

上側のカバー２０において、仕切板２５は、上下方向に延出されると共に、その上端がカバー２０の下面に接続され、その下端がドレイン線用パターン１７Ｂの僅かに上方に位置される。カバー２０の高さ寸法及び絶縁層２３の厚さＴ１が第一実施形態より大きくされる。仕切板２５は絶縁層２３の中に埋め込まれる。即ち絶縁層２３は、接続部１９の間の位置に下方に突出する突出部２６を有し、この突出部２６の中に仕切板２５が埋め込まれている。突出部２６の下端は、本実施形態ではドレイン線用パターン１７Ｂに接触されているが、未接触でもよい。同様に、本実施形態では仕切板２５の下端が絶縁層２３の中に埋め込まれ、ドレイン線用パターン１７Ｂから離間されるが、絶縁層２３から突出されたり、ドレイン線用パターン１７Ｂに接触されたりしてもよい。

下側のカバー２０においては、上側のカバー２０に対し配置が上下反転すること以外、同じ構成であるので、説明を省略する。

このような仕切板２５を設けることにより、接続部１９からカバー２０までの距離に拘わらず、つまりカバーの高さ寸法に拘わらず、信号線間の電界結合と磁界結合とを防ぐことができ、クロストークを効果的に抑制できる。

また、本実施形態の他の相違点としては、上下のグランド板１８が左右方向に複数に分割されていることである。それぞれのグランド板１８は、ドレイン線用パターン１７Ａ，１７Ｂと同じ左右方向の位置にのみ設けられ、それらドレイン線用パターン１７Ａ，１７Ｂと等しい左右幅を有する。このように、グランド板１８の総面積を第一実施形態より小さくしたのは、仕切板２５を設けたことによるインピーダンスの整合を図るためである。

次に、本発明の第三実施形態を図５を参照しつつ説明する。この第三実施形態も前記第一実施形態と略同様であり、以下相違点を中心に説明する。

この第三実施形態で特徴的なのは、カバー２０をドレイン線接続導体としてのグランド板１８に接続し且つ片持ち支持するための曲げ変形可能な支持導体２７を設けたことである。支持導体２７は、複数（本実施形態では二つ）設けられ、左上と右下とにそれぞれ一つずつ設けられている。これら支持導体２７は基板１２の幅方向両外側に配置され、断面円弧状をなして基板１２の両外側にはみ出すようになっている。これら支持導体２７は好ましくは金属板からなる。

左上のものについて、支持導体２７の下端は上側のグランド板１８の露出した左端面に接続され、支持導体２７の上端はカバー２０の左端面に接続される。同様に、右下のものについて、支持導体２７の上端は下側のグランド板１８の露出した右端面に接続され、支持導体２７の下端はカバー２０の右端面に接続される。接続方法は典型的にははんだ付けだが、他の方法も適用可能である。

支持導体２７とカバー２０とは基板１２に予め取り付けられ、即ちこれらは予め一体化される。信号線２の接続作業時には、仮想線で示すように、支持導体２７を曲げてカバー２０を開き、接続作業後に再び支持導体２７を曲げ戻してカバー２０を閉じる。これによりカバーの取付作業は皆無となり、接続作業は大変容易になる。

なお、本実施形態では、カバー２０及び絶縁層２３がシンプルな平板状とされる。そして第一実施形態の連結部材２４は省略される。本実施形態は第一実施形態よりシンプルな構成であり、よって、組立作業性の向上やコスト低減等を図れるものである。

本実施形態において、支持導体２７をグランド板１８ではなく、ドレイン線用パターン１７Ａに接続することも可能である。

次に、本発明の第四実施形態を説明する。図６に示すように、この第四実施形態では、カバー２０が接続部１９を部分的に覆うものとなっている。即ち、カバー２０は、基板片面側の４箇所の接続部１９の後端から所定距離前方までを覆い、接続部１９の前部の所定長さ部分を覆わずに露出させる。換言すれば、差動ケーブル１において、絶縁体３を剥ぎ取るときに、カバー２０の前後長より長く信号線２を露出させ、カバー２０より長い接続部１９を構成するようにする。

こうすると、ソフトビーム（商標）等の一括はんだ付け装置を用いて複数の接続部１９の一括はんだ付けを行うことができ、この際、カバー２０を信号線２のための整線固定治具に用いることができ、はんだ付け作業を容易化できる。

例えば前記第一実施形態のようなコ字状のカバー２０を用いた場合、カバー２０の接続固定を行う前に、各信号線用パターン１６の上に各信号線２を並べ、その上からカバー２０を被せて絶縁層２３と信号線用パターン１６との間に信号線２を軽く挟み込む。そして前部の露出した信号線２に対し一括はんだ付け作業を行う。この場合、絶縁層２３と信号線用パターン１６との間の隙間は信号線２がぎりぎり後方から挿入できる程度の大きさとするのが好ましい。カバー２０を上から軽く押して弾性変形させることで信号線２の保持が可能となる。

前記第三実施形態のような、変形可能な支持導体２７とカバー２０とを用いた場合、カバー２０を上から軽く押して信号線２を信号線用パターン１６上に押さえ付けることができる。カバー２０が支持導体２７の曲げ変形により開閉できるので、信号線２の整線が容易に行えるのと同時に、整線された信号線２をより確実に保持できる。

次に、本発明に係るコネクタを従来のコネクタと比較した場合の試験結果を示す。図１１が従来のコネクタ、図１２が本発明に係るコネクタの結果であり、いずれも近端クロストークを測定する方法で試験を行った。評価方法にはＴＤＲを用い、立ち上がり時間２００ｐｓで測定を行った。図から分かるように、本発明のコネクタでは従来のコネクタに比べクロストークを２０％低減できることが確認され、これにより本発明のコネクタの有利性が実証された。

本発明は、前記実施形態の他、特許請求の範囲に規定される本発明の思想及び範囲内で様々な変更、変形、及び省略が可能である。例えば、１枚の基板に接続される差動ケーブルの本数や、信号線及びドレイン線の数は、前記実施形態の数以外にも任意の数が可能である。また、前記第一〜第四実施形態を部分的に組み合わせた実施形態なども可能である。カバーを前後方向に分割して複数のものから構成することも可能である。

本発明の第一実施形態を示す斜視図である。 同正面図である。 同側面断面図である。 本発明の第二実施形態を示す正面図である。 本発明の第三実施形態を示す正面図である。 本発明の第四実施形態を示す側面断面図である。 差動ケーブルを示す断面図である。 従来のコネクタを示す斜視図である。 同正面図である。 同側面断面図である。 従来のコネクタに対する試験結果である。 本実施形態のコネクタに対する試験結果である。

符号の説明

１ 差動ケーブル
２ 信号線
４ ドレイン線
１１ コネクタ
１２ 基板
１６ 信号線用パターン
１７，１７Ａ，１７Ｂ ドレイン線用パターン
１８ グランド板
１９ 接続部
２０ カバー
２３ 絶縁層
２４ 連結部材
２５ 仕切板
２７ 支持導体

Claims (6)

1. 複数の信号線と、ドレイン線とを有する差動ケーブルが接続されるための基板であって、前記複数の信号線がそれぞれ接続されるための複数の信号線接続導体と、前記ドレイン線が接続されるためのドレイン線接続導体とを有する基板と、
   前記ドレイン線接続導体に接続されるための導体からなり、前記複数の信号線と前記複数の信号線接続導体との接続部を部分的又は全体的に覆うカバーとを備え、
   前記ドレイン線を、前記カバーに接続することにより、前記ドレイン線接続導体に接続可能としたことを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記カバーが、前記接続部に臨む表面に絶縁層を有する請求項１記載の電気コネクタ。
3. 前記カバーが、互いに隣接する前記接続部の間に位置される仕切板を有する請求項１又は２記載の電気コネクタ。
4. 前記カバーが前記基板の表裏面側にそれぞれ設けられ、これらカバーが連結部材により互いに連結される請求項１乃至３いずれかに記載の電気コネクタ。
5. 前記ドレイン線接続導体が、前記基板の幅方向両外側の端部に設けられ、前記カバーが断面コ字状とされて前記両外側のドレイン線接続導体に着座される請求項１乃至４いずれかに記載の電気コネクタ。
6. 前記カバーが、前記ドレイン線接続導体に接続固定された曲げ変形可能な支持導体により、前記ドレイン線接続導体に接続されると共に片持ち支持される請求項１乃至３いずれかに記載の電気コネクタ。
   

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