JP2009076375A

JP2009076375A - 多芯ケーブルコネクタ

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Publication number: JP2009076375A
Application number: JP2007245691A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kuwabara; 研爾桑原; Toshiro Endo; 敏郎遠藤; Hiroyuki Matsuoka; 宏行松岡
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-21
Also published as: US7857657B2; WO2009039287A3; JP4954001B2; US7950953B2; WO2009039287A2; CN101803121A; US20110059643A1; US20100210138A1; TW200934009A

Abstract

【課題】ケーブルの信号線の整列と、該信号線の基板の配線パターンへの半田付けとを容易にし、かつ基板上でのインピーダンスの不整合を最小限とする多芯ケーブルコネクタを提供する。
【解決手段】多芯ケーブルコネクタ１は、ケーブル固定部材２と、ケーブル固定部材２内に収容される集合ケーブル３と、集合ケーブル３が含む信号線３１２を整列させる整列板４と、集合ケーブル３の信号線３１２と導通接続される配線パターン５３が形成された基板５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の信号線を有する多芯のケーブルコネクタに関し、特には高速伝送用の多芯ケーブルコネクタに関する。

パーソナルコンピュータや大容量の記憶装置に使用されるケーブルコネクタは、高速伝送の普及に伴い、従来に比べてより多くの信号線を含むタイプのものが増えている。一方でケーブルコネクタはコンパクトであることも要求され、故にコネクタ内では多数の信号線が高密度に配列される。このようなケーブルコネクタでは、信号線間の距離が非常に短く、各信号線を正確に基板に半田付け等により導通接続する必要がある。

例えば特許文献１に記載には、「インシュレータ板の上下両面に列設した信号コンタクトに対して、複数の２軸ケーブルの夫々の端部において、被覆を取り除いた後の一対の端子が、そのピッチを変えることなく、インシュレータ板の上下を挟むように嵌合された時に、板面に上下に列設された信号コンタクトの１対と接続するように、インシュレータ板の厚さを定めるようにした」多芯高速信号伝送コネクタが開示されている。

また特許文献２には、「電気絶縁性のブロック体にコンタクトが組み込まれている構造であるコンタクト組立体と、一端側を該コンタクト組立体の背面側に前記コンタクトと接続して設けてあり、他端側に端子パッドが並んでいる中継基板と、ワイヤとこれを被覆する電気絶縁性の被覆部とよりなる複数の被覆電線を有するケーブルと、前記コンタクト組立体と前記中継基板と前記ケーブルの端を覆うシールドケースとを有し、前記被覆電線のワイヤの先端部が前記中継基板の前記端子パッドに固定されて並んでいる構成のケーブルコネクタであって、上記被覆電線のワイヤのうち前記被覆部の端より出ているワイヤ部を前記ワイヤよりも細くし、細くしたワイヤ部が前記端子パッドに固定してある構成」を備えたケーブルコネクタが開示されている。

さらに特許文献３には、「複数の平衡伝送用ケーブルと接続するケーブルコネクタにおいて、前記ケーブルコネクタは、相手側コネクタに嵌合されるコネクタと、前記コネクタに保持される信号コンタクト及びグランドコンタクトと、前記ケーブルを保持するロケータと、前記ロケータに保持されるグランドプレートとを備え、前記平衡伝送用ケーブルは、互いに絶縁された信号線とドレイン線とを備え、前記グランドプレートは、前記ドレイン線と接続され、前記コネクタと、前記ロケータとを係合させることにより、前記グランドプレートと前記グランドコンタクトとは、互いに接続し、かつそれぞれが協働して、複数の平衡伝送用ケーブルの前記信号線の夫々を取り囲むように配設されたことを特徴とするケーブルコネクタ」が開示されている。

特開２００３−１０９７０８号公報特開２００６−２６０８５０号公報特開２００４−３１２５７号公報

ケーブルが有する複数の信号線を基板に半田付けする際、基板に形成された配線パターンと各信号線との位置決めを正確に行う必要があるが、その位置決めは一般に困難であり、従来のコネクタは位置決めのためにやや複雑な構造を含む場合があった。

またケーブルコネクタを高速伝送用途に使用する場合、コネクタ内でのインピーダンスの乱れが生じる箇所が存在する。すなわち、ケーブル内の信号線が絶縁被覆によって被覆されさらにその外周が銅箔等の導電性のグランド層で覆われている部位では、信号線とグランド層との距離がケーブル長手方向について一定であるので、インピーダンスも一定となる。一方、ケーブルコネクタの基板上には規定された寸法の配線パターンが形成されるので、基板以降のインピーダンスも所定の値に規定される。従って、信号線の被覆が切除されてその端部が基板上の配線パターンに半田付けされるまでの部位においては、露出した信号線が他の信号線と隣接配置されることになり、インピーダンスの乱れが生じる場合がある。このインピーダンスの乱れは、特に高周波数の高速伝送においては大きくなる傾向があり、乱れが一定値以上になると、波形が乱れて信号品質の低下につながる。

そこで本発明は、多数のケーブルを整列させて、基板に形成された配線パターンに電気的に接続させた多芯ケーブルコネクタにおいて、ケーブルの信号線と基板の配線パターンとの整列と半田付けを簡易な構造を用いて容易にし、かつ基板上でのインピーダンスの乱れを最小限に抑制する多芯ケーブルコネクタ構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、絶縁被覆によって同心状に被覆された信号線と、該信号線の周囲に配置された導電性の箔を含むグランド層を有する単ケーブルを複数備え、かつ集合した該複数の単ケーブルの少なくとも１つのグランド層に沿わせた導電性のドレインワイヤを備える集合ケーブルと、表面及び裏面を有し、該表面及び該裏面にそれぞれ配線パターンを備え、かつ該配線パターンの一端部に嵌合相手のコネクタとの接点となるランドと、該配線パターンの他端部に前記信号線及び前記ドレインワイヤのそれぞれ接点となる信号線取付部及びドレインワイヤ取付部とを備える基板と、表面及び裏面を有し、前記基板を受容する基板受容部を該表面に備え、上下に長い貫通孔であって該基板受容部の外周縁の上縁および下縁から前記貫通孔の上端部と下端部がそれぞれ突出して設けられた、前記信号線のそれぞれを受容する信号線受容孔と、前記基板受容部から離れて設けられ、前記ドレインワイヤを受容するドレインワイヤ受容部とを備える整列板と、前記整列板の裏面側で、前記集合ケーブルと該整列板とを一体的に固定するケーブル固定部材と、を備え、前記整列板の前記基板受容部に前記基板の前記取付部側の一端部が受容され、前記整列板が前記ケーブル固定部材に固定されることで前記基板が前記ケーブル固定部材に対して位置決めされ、前記ケーブルの前記グランド層の端面が前記整列板の裏面に当接して配置され、前記信号線が前記整列板の前記表面側で前記整列板から露出して、前記基板の両面で前記取付部と電気的に接続され、前記ドレインワイヤが前記整列板の前記ドレイン受容部を通って前記整列板の前記表面側に配線され、該表面側で前記基板の少なくとも一方の面で前記取付部と電気的に接続される、多芯ケーブルコネクタが提供される。

本発明に係る多芯ケーブルコネクタによれば、絶縁被覆のない信号線を位置決めする整列板により、各信号線を基板に対して正確に位置決めすることができる。またケーブルコネクタにおいてインピーダンスの乱れが生じ得る領域は実質的に整列板の厚さに相当する長さの領域に限定されるので、高速伝送用途でもノイズ等の影響を受けないケーブルコネクタが提供される。

図１は、本発明に係る多芯ケーブルコネクタの内部構造の好適な実施形態を示す斜視図であり、図２はその分解組立図である。多芯ケーブルコネクタ（以降、単にコネクタと略称する）１は、ケーブル固定部材２と、ケーブル固定部材２内で固定される集合ケーブル３と、集合ケーブル３が含む信号線を整列させる整列板４と、集合ケーブル３の信号線と導通接続される基板５とを有する。なお図示していないが、コネクタ１は図１の内部構造全体を覆うハウジングを有し、ハウジングはコネクタ１と導通接続されるソケット（図示せず）と嵌合可能な形状を備える。

集合ケーブル３は、図３に示すように、絶縁被覆３１１によってそれぞれ同心状に被覆された２つの信号線３１２と、２つの信号線の周囲に配置された銅箔等の導電性の箔をＰＥＴ等の基材３１４にラミネートしたグランド層３１３とからなる単ケーブル３１を複数（図示例では８つ）備え、さらに、複数の単ケーブル３１の外周に沿わせた導電性のドレインワイヤ３２を備える。また図示していないが、集合ケーブル３はハウジング２よりも基板５に関して反対側において、複数の単ケーブル３１とドレインワイヤ３２とを一括して被覆してケーブル外形を凡そ円形に形成する絶縁性の外被を備える。図示例では、外被が除去された領域で８つの単ケーブルが４つずつ２列に配置されて、基板５に対して配列される。単ケーブルのグランド層３１３は、銅箔等の導電面が単ケーブルの外側に向いて配置されており、電気的に同電位となるように互いに当接している。またドレインワイヤ３２は、図示例では２つ設けられており、複数の単ケーブル３１を集合させたものの周囲に螺旋状に沿わせてあり、複数の単ケーブル３１それぞれのグランド層３１３に当接することにより、複数の単ケーブル共通のドレインワイヤとしての機能を有する。従って本実施形態では、ドレインワイヤは単ケーブル毎には設けられず、故に基板５との半田付け箇所が低減される。本発明に係る単ケーブル３１は、このようにグランド層３１３同士を接触させる構造のため、通常のケーブルのようにグランド層の外周に樹脂被覆層を有していない。

基板５は、表面５１及び裏面５２を有し（図１及び図２では裏面は見えず）、各面にそれぞれ配線パターン５３が形成される。配線パターン５３の一端部には、コネクタ１の嵌合相手であるソケット（図示せず）との接点となるランド５４が形成され、配線パターン５３の他端部には、上述の信号線３１２との接点となる信号線取付部５５、及びドレインワイヤ３２との接点となるドレインワイヤ取付部５６が形成される。なお基板５の裏面についても、表面と同様の配線パターン、ランド及び取付け部が形成される。

整列板４は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、表面４１及び裏面４２を有し、表面４１には組立時に基板５の端部を受容する基板受容部４３が形成される。基板受容部４３は図示のような凹所であっても貫通孔であってもよく、貫通孔とすると単ケーブルの信号線の剥き出し（露出長）が短くできる。つまり、絶縁被覆３１１の剥き際と基板５上での信号線３１２の半田箇所との距離を短くできる。一方、基板受容部４３を、少なくとも部分的に基板端部と当接する凹所として構成すると、ケーブル長手方向に関する基板５と整列板４との相対位置関係を規定することができる。また整列板４は、信号線３１２を受容する複数の信号線受容孔４４を有する。図示するように、各信号線受容孔４４は上下に長い貫通孔であり、詳細には基板受容部４３の外周の上縁４３１及び下縁４３２からそれぞれ突出する上端部４４１及び下端部４４２を備える。上端部４４１及び下端部４４２の各々は、コネクタの組立時に各信号線３１２を正確に位置決めする機能を有する。整列板４はさらに、基板受容部４３から離れて設けられ、ドレインワイヤ３２を受容するドレインワイヤ受容部４５を有する。なお図示例でのドレインワイヤ受容部４５は孔であるが、切り欠きであってもよい。整列板４はさらに、その裏面４２に複数の絶縁被覆のそれぞれを受容するように、窪みを有していてもよい。

次に、コネクタ１の組み立て手順について説明する。先ず図２に示す集合ケーブル３のように、各単ケーブル３１の一端において、所定の長手方向長さにわたって絶縁被覆３１１を切除し、信号線３１２のみが露出した状態にしておく。単ケーブル３１はその外表面にグランド層３１３を有し、通常のケーブルが有する樹脂被覆層をグランド層３１３の外側に有していない。従って、グランド層３１３を切除した端部の直近から絶縁被覆３１２を除去することができ、インピーダンスの不整合部分の長さを最小限に短くできる。グランド層３１３の外側に樹脂被覆層を有すると、グランド層３１３は樹脂被覆層の端部とほぼ面一で切除できるが、樹脂被覆層（グランド層３１３）を除去した端部の直近に絶縁被覆層３１１を除去するための除去刃を当接することができず、絶縁被覆層３１１が樹脂被覆層（グランド層３１３）から突出した状態を形成する。従って突出している絶縁被覆層３１１部分では信号線のインピーダンスが乱れる結果となる。

次に図５に示すように、各単ケーブル３１の一端から露出している信号線３１２を、それぞれ整列板４の信号線受容孔４４の上端部４４１及び下端部４４２（図４参照）内に、整列板４の裏側から挿入する。ここで上端部４４１及び下端部４４２は信号線３１２の外形に略等しい寸法を備えており、基板受容部４３を挟んで対向する、整列させられた信号線間距離は基板５の厚さと略等しいので、各信号線は基板５に対して正確に位置決めすなわち整列される。またグランド層３１３（図２及び図３参照）の端面３１３１は、整列板４の裏面４２に当接することが好ましい。なおここでいう「当接」とは物理的に接していることを必ずしも要さず、インピーダンスの乱れが伝送する信号の周波数において無視できる程度の微小な間隔がグランド層の端面３１３１と整列板の裏面４２との間に形成される形態も含むものとする。これにより、単ケーブルのインピーダンスは整列板４の手前までは一定に維持される。さらには、基板５の端部と絶縁被覆（単ケーブル）の端部（剥き際）との間隔を調整して、この部分のインピーダンスの乱れを小さくすることもできる。このときに整列板４の基板受容部４３の底面と裏面４２との厚さを、達成するべきインピーダンスに合わせた寸法としておくと、機械的に基板とケーブルを整列板に位置決めするだけで、この部分でのインピーダンスを最適なものにすることができる。

次に図６に示すように、整列板４の表面４１から突出している各信号線３１２を、基板５の両面に形成された信号線取付部５５に導通接続する。導通接続の方法は例えば手作業による半田付けが可能であるが、上述のように各信号線は、一般に弾性の絶縁被覆に被覆されていない状態で整列板４によって正確に位置決めされているので、半田付け作業の自動化も比較的容易に行うことができる。

次に図７に示すように、２つのドレインワイヤ３２（図示例では１つのみ図示）を整列板４のドレインワイヤ受容孔４５に整列板４の裏側から通して表面４１から突出させ、基板５の両面に形成されたドレインワイヤ取付部５６に導通接続する。この場合も、導通接続の方法は例えば手作業による半田付けが可能である。なお図５〜図７では基板５の表面５１側での信号線の導通接続を説明しているが、裏面５２側でも同様の操作が行われる。

そして、図１に示したように、ケーブル固定部材２を集合ケーブル３の外側を囲繞するように配置し、接着剤を集合ケーブル上に適用して整列板４と集合ケーブル３とに一体的に固定する。接着剤は予め集合ケーブル上に適用してからそれを囲繞するようにケーブル固定部材２を配置してもよいし、先にケーブル固定部材２を配置したのちに、図示しない開口部を通してケーブル固定部材２と集合ケーブル３又は整列板４との隙間に接着剤を注入してもよい。整列板４は信号線受容孔４４の上端部４４１及び下端部４４２の寸法が信号線の寸法に略等しく構成されているため、接着剤等がその裏面側に適用されるときに、その接着剤が基板側へ流出しないように堰き止める機能を有する。接着剤が整列板４の基板側へ流出すると、信号線３１２と基板５との半田付け部や基板５の配線パターン５３が接着剤で覆われてしまい、インピーダンスを乱してしまう。このとき、図２に示すように単ケーブル３１の外形と相補的形状を有するケーブル受容孔２１を形成しておくこともできる。あるいは、整列板４の裏面側で複数の単ケーブル３１と整列板とをホットメルト接着剤や熱可塑性樹脂等の樹脂組成物を集合ケーブル上で固化させて一体的に固定したケーブル固定部材を用いる構成としてもよい。このとき、金型等を使用してケーブル固定部材を形成することができる。最後に、嵌合する相手側コネクタ（ソケット）に応じた図示しないハウジングを取付けることにより、多芯ケーブルコネクタ１が完成する。整列板４及びケーブル固定部材２の一方又は双方をハウジングに対して固定することで、集合ケーブル３に張力がかかっても、その張力が半田付け部に伝わって電気的な接続不良が生じることを抑制できる。

コネクタ１では、上述のように、整列板４の裏面までは、単ケーブル３１の各信号線とグランド層との距離は一定であるので、集合ケーブルのインピーダンスも一定である。一方、各信号線が基板５に接続されている信号線取付部５５以降は、基板５上に形成された配線パターン５３によってインピーダンスが正確に規定される。従って高速伝送において問題となり得るインピーダンスの乱れが発生する領域は、本発明に係るコネクタにおいては、各信号線が絶縁被覆３１１に覆われなくなる位置から基板５の信号線取付部５５までの間、すなわち整列板４の厚さに相当する長さの領域に限定される。従って従来に比べ、インピーダンスの乱れが生じ得る領域の長さを大幅に低減することができ、高速伝送においてもインピーダンスの乱れが実質的に問題とならないケーブルコネクタを提供することができる。

上記の理由から、整列板４は、インピーダンスの観点からは、各信号線の位置決め作用や必要な強度を有する限りにおいて可能な限り薄い方が好ましい。しかし、整列板４内の厚さ方向に、信号線との距離が単ケーブル内での信号線とグランド層との距離と等しい導電層を形成すれば、整列板内でも単ケーブルと同様のインピーダンスが得られる。この場合、インピーダンスを考慮して整列板を薄くする必要はない。

本発明の実施形態に係る多芯ケーブルコネクタの斜視図である。図１のコネクタの分解組立図である。図１のコネクタが有する集合ケーブルの径方向断面図である。（ａ）図１のコネクタが有する整列板の裏面を示す図であり、（ｂ）整列板の表面を示す図であり、（ｃ）（ｂ）のIV-IV線における断面図である。図１のコネクタの組立工程を示す斜視図であって、信号線を整列板の信号線受容孔に挿通した状態を示す図である。図１のコネクタの組立工程を示す斜視図であって、整列板から突出した信号線を基板の配線パターンに導通接続した状態を示す図である。図１のコネクタの組立工程を示す斜視図であって、ドレインワイヤを整列板のドレインワイヤ受容孔に通した後、基板の配線パターンに導通接続した状態を示す図である。

符号の説明

１コネクタ
２ケーブル固定部材
３集合ケーブル
３１単ケーブル
３１２信号線
３１３グランド層
３２ドレインワイヤ
４整列板
４３基板受容部
４４信号線受容孔
４５ドレインワイヤ受容孔
５基板
５３配線パターン
５４信号線取付部
５５ドレインワイヤ取付部

Claims

絶縁被覆によって同心状に被覆された信号線と、該信号線の周囲に配置された導電性の箔を含むグランド層を有する単ケーブルを複数備え、かつ集合した該複数の単ケーブルの少なくとも１つのグランド層に沿わせた導電性のドレインワイヤを備える集合ケーブルと、
表面及び裏面を有し、該表面及び該裏面にそれぞれ配線パターンを備え、かつ該配線パターンの一端部に嵌合相手のコネクタとの接点となるランドと、該配線パターンの他端部に前記信号線及び前記ドレインワイヤのそれぞれ接点となる信号線取付部及びドレインワイヤ取付部とを備える基板と、
表面及び裏面を有し、前記基板を受容する基板受容部を該表面に備え、上下に長い貫通孔であって該基板受容部の外周縁の上縁および下縁から前記貫通孔の上端部と下端部がそれぞれ突出して設けられた、前記信号線のそれぞれを受容する信号線受容孔と、前記基板受容部から離れて設けられ、前記ドレインワイヤを受容するドレインワイヤ受容部とを備える整列板と、
前記整列板の裏面側で、前記集合ケーブルと該整列板とを一体的に固定するケーブル固定部材と、を備え、
前記整列板の前記基板受容部に前記基板の前記取付部側の一端部が受容され、前記整列板が前記ケーブル固定部材に固定されることで前記基板が前記ケーブル固定部材に対して位置決めされ、
前記ケーブルの前記グランド層の端面が前記整列板の裏面に当接して配置され、前記信号線が前記整列板の前記表面側で前記整列板から露出して、前記基板の両面で前記取付部と電気的に接続され、
前記ドレインワイヤが前記整列板の前記ドレイン受容部を通って前記整列板の前記表面側に配線され、該表面側で前記基板の少なくとも一方の面で前記取付部と電気的に接続される、
多芯ケーブルコネクタ。