JP2010123429A - コネクタ接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルコネクタの電子機器側コネクタに対する挿入および抜取りを、コネクタ部材の金属疲労や弾性疲労がなく繰り返し可能にするとともに、汎用の同軸ケーブルや同軸コネクタの接続に適用可能にする。
【解決手段】オス型中心導体２１の突出部２１ａ、２１ｂの外周面がメス型中心導体１４の導体挿入孔１７の内周面に接触するとともに、放電用環状導体２４の内周面がメス型中心導体１４の先端部の外周面に、放電用環状導体２４の外周面が第１のシールド筐体１６の内周面に、それぞれ接触することによって、前記オス型中心導体２１と接地電位にある第１のシールド筐体１６とが導通する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子機器側に設けられた電子機器側コネクタと、ケーブルが接続されて前記電子機器側コネクタに接続されるケーブル側コネクタとを備えるコネクタ接続構造に関する。

同軸ケーブルをＵＳＢポート等を介してコンピュータシステム等の電子機器に接続した際に、その同軸ケーブルに帯電した電荷がその電子機器内の電子回路に放電されて回路素子を破壊する場合がある。このようなケーブルの静電気放電による回路素子の破壊防止のために、ケーブルの導体（芯線）を電子機器内の導体と結合させる前に、前記ケーブルの前記導体を放電素子と結合させ、前記ケーブルの前記導体上の静電気を減少させるコネクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はかかる従来のコネクタ構造を示す。このコネクタ構造では、メス・コネクタ２００が、アース２２０と結合されたハウジング２１０、取り付け板２１５、放電素子２３０および２４０、導体２３５および２４５、ならびにアイソレータ２５５（図６の（Ｂ）および図６の（Ｃ）に示される）を備える。図６の（Ａ）および図６の（Ｂ）は、メス・コネクタ２００の前面図および側面図の例をそれぞれ示す。図６の（Ｃ）は、ケーブルコネクタ２９０をメス・コネクタ２００と結合させているときの別の側面図の例を示す。

ハウジング２１０によって、メス・コネクタ２００をエレクトロニクス・デバイス用のアースと結合させるとよい。例えば、ハウジング２１０をエレクトロニクス・デバイスの筐体と結合させるとよい。いくつかの実施態様では、ハウジング２１０は、メス・コネクタ２００を非互換ケーブルと結合させないように、結合用の独自の形状を定めるソケットを備えるとよい。さらに別の実施態様では、ハウジング２１０は、接続が確定したら、ケーブルとメス・コネクタ２００との間の相互接続を一緒に保持するような形状のソケットを形成するとよい。

取り付け板２１５は、放電素子２３０および２４０と結合して、最初にケーブル接続（図６の（Ｃ）に例が示される）を確定する際、放電素子を定位置に保持する。取り付け板２１５は、導体２３５および２４５をケーブルの導体から絶縁して、エレクトロニクス・デバイスの回路への静電放電を防ぐかまたは弱めるとよい。

放電素子２３０および２４０の位置は、放電素子２３０および２４０をケーブルコネクタ２９０のオス・ピン２９５の通路に保持し、これによって、ケーブルコネクタ２９０をハウジング２１０に挿入するとき、放電素子２３０および２４０をオス・ピン２９５と接触させる。放電素子２３０および２４０は、オス・ピン２９５と接触する一方、放電素子２３０および２４０はアイソレータ２５５（図６の（Ｂ）および（Ｃ）に示される）と接触してピン２９５上の静電気をアース２２０に放電させる。

ここでは放電素子２３０および２４０がオス・ピン２９５と接触した後、放電素子は、図６の（Ｃ）に示されるように、オス・ピン２９５と導体２３５および２４５との間の接続の通路から押し退けられる。
つまり、ばね状の放電素子２３０、２４０がオス・ピン２９５に対し非接触となり、放電素子２３０、２４０の接地が解除されるとともに、オスピン２９５がエレクトロニクス・デバイス内の導体に電気的に接続される。この結果、電子機器の電子回路は静電放電の影響を受けず、ケーブルコネクタのオスピン２９５から信号のみを受けることとなる。
特開２００７‐１５７７１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のコネクタ構造は、ケーブルコネクタ２９０がハウジング２１０に挿入され、放電素子２３０および２４０がオスピン２９５およびアイソレータ２５５に接触する際に変形させる構成であるために、このケーブルコネクタ２９０のハウジング２１０に対する挿入および抜取りごとに放電素子２３０および２４０がストレスを受けて次第に疲労し、弾性を失って（ヘタルことによって）前記接触が不完全となり、遂にはオス・ピン２９５上の静電気をアースに落とすことができなくなる。

また、放電素子２３０および２４０はばね形状をなし、汎用の統一規格外の特殊な形態であるために、規格内の同軸ケーブルまたは同軸コネクタへの接続が不可能であるという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーブルコネクタの電子機器側コネクタに対する挿入および抜取りを、コネクタ部材の金属疲労や弾性疲労なく繰り返し可能にするとともに、汎用の同軸コネクタの接続に適用できるコネクタ接続構造を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るコネクタ接続構造は、下記（１）を特徴としている。
（１） 電子機器に設けられた電子機器側コネクタと、ケーブルが接続された状態で前記電子機器側コネクタに連結可能なケーブル側コネクタと、を備えるコネクタ接続構造において、
前記電子機器側コネクタは、軸方向に沿って穿たれた導体挿入孔を有するメス型中心導体と、前記メス型中心導体を内部に支持する第１の絶縁物と、前記第１の絶縁物を介して前記メス型中心導体の周辺を被うと共に前記メス型中心導体との間に環状空間を形成する、接地電位にある第１のシールド筒体と、を備え、
前記ケーブル側コネクタは、軸方向に沿って突出して形成され、前記電子機器側コネクタに前記ケーブル側コネクタが連結した際に前記導体挿入孔に挿通される突出部を有するオス型中心導体と、前記オス型中心導体を内部に支持する第２の絶縁物と、を備え、
前記メス型中心導体は、該メス型中心導体の先端部を除く外周面に軸方向に沿って形成された絶縁層をさらに有し、
前記ケーブル側コネクタは、前記第２の絶縁物から軸方向に向かって連設され内部に前記オス型中心導体を収容するとともに、前記電子機器側コネクタに前記ケーブル側コネクタが連結した際に前記環状空間に収容される放電用環状導体をさらに備え、
前記電子機器側コネクタに前記ケーブル側コネクタが連結する過程において、まず、前記オス型中心導体の前記突出部の外周面が前記メス型中心導体の前記導体挿入孔の内周面に接触するとともに、前記放電用環状導体の内周面が前記メス型中心導体の先端部の外周面に、前記放電用環状導体の外周面が前記第１のシールド筐体の内周面に、それぞれ接触することによって、前記前記オス型中心導体と前記第１のシールド筐体とが導通し、
その後、前記オス型中心導体の前記突出部の外周面が前記メス型中心導体の前記導体挿入孔の内周面に接触するとともに、前記放電用環状導体の内周面が軸方向の全長に亘って前記メス型中心導体の前記前記絶縁層に接触することによって、前記前記オス型中心導体と前記第１のシールド筐体との導通が遮断される、
こと。

上記（１）の構成のコネクタ接続構造によれば、電子機器側コネクタにケーブル側コネクタを接続する場合において、電子機器側コネクタのメス型中心導体に対するケーブル側コネクタのオス型中心導体の挿し込み作業による所定の挿し込み量では、放電用環状導体が電子機器側コネクタのメス型中心導体と接地電位（グランド電位）にある第１のシールド筒体とに同時に接触（摺接）する。このため、ケーブル側コネクタに接続されたケーブルの導体（芯線）上の静電気は、オス型中心導体、メス型中心導体、放電用環状導体および第１のシールド筒体を順次通じてグランドへ放電される。
続いて、ケーブル側コネクタを電子機器側コネクタに対して更に深く挿し込む。この作業により前記放電用環状導体が前記メス型中心導体の導体外周部分から離れて、前記絶縁層上に完全に乗り移る。これにより、放電用環状導体とそのメス型中心導体との電気的接続が断たれる。したがって、前記同軸ケーブルの導体を流れる信号は、前記オス型中心導体、電子機器側コネクタのメス型中心導体を経て電子機器１３内の電子回路へ供給される。
このように、両コネクタの接続当初に同軸ケーブルの静電気の放電を行い、その上で、続く接続作業により速やかに両コネクタ間で信号の授受を可能にし、電子回路の静電気による破壊を確実に防止することができる。このコネクタ接続構造では、両コネクタの挿入および抜取りを繰り返しても、各中心導体や放電用環状導体等の金属疲労やヘタリが発生することはなく、また、汎用の同軸コネクタへの適用が可能である。

本発明によれば、ケーブルコネクタの電子機器側コネクタに対する挿入および抜取りを、コネクタ構成部材の金属疲労や弾性疲労なく繰り返し可能にするとともに、汎用の同軸コネクタを利用したケーブルの接続に広く適用できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下に、本発明にかかるコネクタ構造の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
ここで、図１は、本発明に係る実施形態のコネクタ接続構造を備える電子機器を示す概念図である。図２は、本発明に係る実施形態のコネクタ構造を示す縦断面図である。図３は、図３（Ａ）が図１に示す絶縁体と放電用環状導体との結合構造を示す斜視縦断面図、図３（Ｂ）がその絶縁体と放電用環状導体との結合前の組み付け状況を示す説明図である。図４は、電子機器側コネクタとケーブル側コネクタとの接続当初の状態を示す縦断面図である。図５は、電子機器側コネクタとケーブル側コネクタとを完全に接続した状態を示す縦断面図である。

図２に示すように、本発明に係る実施形態のコネクタ構造は、電子機器側コネクタ１１とケーブル側コネクタ１２とを連結するものからなる。電子機器側コネクタ１１は電子機器１３内の電子回路に接続され、ケーブル側コネクタ１２は同軸ケーブル（図示しない）に接続される。電子機器側コネクタ１１はメス型中心導体１４と、絶縁物１５と、第１のシールド筒体１６とを備えている。メス型中心導体１４は導体金属棒などからなり、先端から軸方向に沿って所定長に亘って穿たれた導体挿入孔１７が形成されている。この導体挿入孔１７は、後述のオス型中心導体を挿入および抜出し可能にするサイズ、形態をなす。

導体挿入孔１７は、例えば円形断面の孔であり、前記オス型中心導体との摺接によって、このオス型中心導体と電子機器１３内の電子回路との間でメス型中心導体１４を通して電気信号の授受を行えるようにしている。

絶縁物１５は、全体として合成樹脂のリング状成形品からなり、その中心孔１５ａにメス型中心導体１４を貫通させることで、このメス型中心導体１４を第１のシールド筒体１６内に絶縁支持可能にしている。この絶縁物１５はメス型中心導体１４の先端部付近を除く部位を所定長に亘って支持している。

第１のシールド筒体１６は、絶縁物１５を介してメス型中心導体１４の一部周辺を被うとともに、メス型中心導体１４との間に環状空間１８を形成している。この環状空間１８は後述の放電用環状導体の移動空間として用いられる。

メス型中心導体１４には、メス型中心導体１４の先端部および絶縁物１５が保持する部位を除く箇所の外周に、このメス型中心導体１４の軸方向に沿って所定長に亘って絶縁層１９が形成されている。この絶縁層１９は、前記放電用環状導体の軸方向の長さより長く、その外周径はメス型中心導体１４の外径と略同一である。従って、絶縁層１９の外周面とこの絶縁層１９が設けられていない部位のメス型中心導体１４の外周面とは滑らかに繋がる均等面になっている。

次に、ケーブル側コネクタ１２は同軸ケーブル側に接続され、メス型中心導体２０と、オス型中心導体２１と、絶縁物２２、２３と、放電用環状導体２４と、第２のシールド筒体２５と、からなる。これらのうちメス型中心導体２０は導体金属棒からなり、一端（図上では、左端）から軸方向に沿った所定長に亘って、同軸ケーブル（図示しない）の導体（芯線）を挿入および保持する導体挿入孔２６が穿設されている。オス型中心導体２１は、メス型中心導体２０と同径の導体金属棒からなり、図示のようにこのメス型中心導体２０の他端に連接されている。従って、メス型中心導体２０とオス型中心導体２１との電気的接続が得られる。

オス型中心導体２１は、これの軸方向の過半部が縮径された小径部２１ａを有しており、この小径部２１ａ先端は尖端状（円錐状）に加工されて、尖端状部２１ｂとされている。この尖端状部２１ｂは小径部２１ａの前記メス型中心導体１４における導体挿入孔１７への挿入を容易化している。なお、小径部２１ａおよび尖端状部２１ｂを総称して突出部と称することがある。この小径部２１ａの外径サイズは導体挿入孔１７の内径サイズより僅かに小さい。また、小径部２１ａの長さは、その導体挿入孔１７の長さに略等しいか、僅か大き目とされている。

絶縁物２２は合成樹脂の環状成形品からなり、これの中心孔にメス型中心導体２０とオス型中心導体２１との連接端部付近を共に貫通させるように支持している。

第２のシールド筒体２５は、絶縁物２２を介してメス型中心導体２０およびオス型中心導体２１の全体を被うとともに、これらのメス型中心導体２０およびオス型中心導体２１間にそれぞれ環状空間２７、２８を形成している。環状空間２７は、メス型中心導体２０のうちの絶縁物２２から突出した部分を内側に収容する空間である。絶縁物２２の一端にはこの絶縁物２２に比べて内外周径および厚みのサイズが小さ目の絶縁物２３が一体に連接され、これが合成樹脂の環状成形品からなる。この絶縁物２３は、電子機器側コネクタ１１にケーブル側コネクタ１２が連結した際に電子機器側コネクタ１１内部に形成された環状空間１８に収容される。

また、この絶縁物２３には、図３（Ａ）に示すように、この絶縁物２３と内外周径のサイズが等しい放電用環状導体２４が、絶縁物２３から軸方向に向かって連設されている。放電用環状導体２４は、電子機器側コネクタ１１にケーブル側コネクタ１２が連結した際に環状空間１８に収容される。絶縁物２３の一端面側には、図３（Ｂ）に示すように、所定深さの環状溝２３ａが形成されており、放電用環状導体２４の一側面側には環状突起２４ａが設けられている。これらの環状溝２３ａに環状突起２４ａを、接着剤などを介在させて嵌合することで、絶縁物２３と放電用環状導体２４を、図３（Ａ）に示すように一体化することができる。

この絶縁物２３と放電用環状導体２４とを合わせた長さは、第２のシールド筒体２５内の環状空間１８に収まる長さである。放電用環状導体２４の軸方向の長さは、前述のように絶縁層１９の軸方向の長さに比べて小さい。また、絶縁物２３と放電用環状導体２４の内径は、相互が摺接可能になるように、メス型中心導体１４の外径に対し僅か大き目である。更に、絶縁物２３および放電用環状導体２４の外周面と第２のシールド筒体２５の内周面との間には空隙Ｇが設けられ、この空隙Ｇは、放電用環状導体２４の外周面と第２のシールド筒体２５の内周面とに摺接しながら第１のシールド筒体１６が滑らかに出入できるサイズとされる。また、第１のシールド筒体１６および第２のシールド筒体２５は電子機器１３のケース１３Ａとともにグランドに接地されている。

電子機器１３側にはロック部材２９が設けられており、このロック部材２９は電子機器側コネクタ１１に嵌合されたケーブル側コネクタ１２を電子機器１３に固定保持する。従って、ケーブル側コネクタ１２を電子機器側コネクタ１１から抜き取る場合には、このロック部材２９によるケーブル側コネクタ１２のロックを解除すればよい。このロック部材２９のロックおよびロック解除の機構としては、周知のものを用いることができる。

次に、電子機器側コネクタ１１に対するケーブル側コネクタ１２の連結手順を説明する。電子機器側コネクタ１１およびケーブル側コネクタ１２は、図２に示すように別々に組み付けられている。電子機器側コネクタ１１を介して電子機器１３との間で電気信号のやり取りをするには、ケーブル側コネクタ１２に同軸ケーブルを接続し、電子機器側コネクタ１１およびケーブル側コネクタ１２を、図４に示すように連結する。

この連結作業によって、ケーブル側コネクタ１２のオス型中心導体２１の小径部２１ａが電子機器側コネクタ１１を構成するメス型中心胴体１４の導体挿入孔１７内に挿入される。同時に、絶縁物２３および放電用環状導体２４が電子機器側コネクタ１１を構成する第１のシールド筒体１６およびメス型中心導体１４間の環状空間１８内に進入する。このとき、同軸ケーブルの導体はメス型中心導体２０、オス型中心導体２１、メス型中心導体１４、放電用環状導体２４、第１のシールド筒体１６および第２のシールド筒体２５を順次介してグランドに接地される。

従って、同軸ケーブルの導体上に帯電した静電気は、電子機器側コネクタ１１に対するケーブル側コネクタ１２の所定の接続ストローク中にグランドに落とされる。この結果、その静電気は電子装置の電子回路内に侵入することはなく、電子回路部品を前記静電気による絶縁破壊から守ることができる。

続いて、メス型コネクタ２０に同軸ケーブルを、図３に示すように接続した後、図５に示すように、ケーブル側コネクタ１２を更に電子機器側コネクタ１１に挿し込む。これによりオス型中心導体２１の小径部２１ａは導体挿入孔１７内に更に深く進入するとともに、放電用環状導体２４はメス型中心導体１４の外周の絶縁層１９に接触する位置に移動する。そして、放電用環状導体２４が略最大移動可能位置に達すると、放電用環状導体２４がメス型中心導体１４外周との直接的な接触から外れて、全長（全幅）に亘って絶縁層１９上に接触する状態となる。

このように放電用環状導体２４の全長が絶縁層１９上に乗り移ると、放電用環状導体２４とメス型中心導体１４との電気的接続が遮断され、同軸ケーブルの導体およびオス型中心導体２１の、放電用環状導体２４を通じての接地回路は開放される。従って、同軸ケーブルを通じて伝えられる電気信号をオス型中心導体２１およびメス型中心導体１４を通じて電子機器１３内の電子回路に安全に供給することができる。

この場合に、電子機器側コネクタ１１およびケーブル側コネクタ１２の連結（嵌合）および連結解除（嵌合解除）時にあっては、放電用環状導体２４の内周面がメス型コネクタ１４の外周の導体部分とこれに面一となる絶縁層１９とに滑らかに摺接しながら移動する動作となるため、電子機器側コネクタ１１およびケーブル側コネクタ１２の接続および接続解除を繰り返しても、所期の安定した電気信号の授受が半永久的に可能になる。また、同軸ケーブル接続用のコネクタ構造として有用となる。

なお、前述にあっては、ケーブル側コネクタ１２のメス型中心導体２０およびオス型中心導体２１を別々に構成した場合について述べたが、これらのメス型中心導体２０およびオス型中心導体２１を一体構成したものを用いてもよい。一体構成とすることにより、静電気の放電や信号の授受がより滑らかになる。

また、前述においては、別々の絶縁物２２、２３を連結したものについて説明したが、これらの絶縁物２２、２３を一体成形品として成形したものを用いることもできる。この場合には、放電用環状導体２４の支持強度を高めることができる。

以上説明したように、本発明に係る実施形態は、ケーブル側コネクタ１２のオス型中心導体２１を支持する絶縁物２２と、この絶縁物２２を介してオス型中心導体２１の周辺を被う第２のシールド筒体２５と、オス型中心導体２１を被うように絶縁物２２に連設され、電子機器側コネクタ１１のメス型中心導体１４および絶縁層１９の外周と第１のシールド筒体１６の内周とにそれぞれ摺接しながら環状空間２７内を軸方向移動可能に設けられた放電用環状導体２４と、を備え、前記電子機器側コネクタ１１のメス型中心導体１４に対するケーブル側コネクタ１２のオス型中心導体２１の挿し込み作業当初においては、メス型中心導体１４およびオス型中心導体２１を放電用環状導体２４を介して予め接地された第１のシールド筒体１６および第２のシールド筒体２５に導通可能にするとともに、前記挿し込み作業を更に続け、放電用環状導体２４を全長に亘って絶縁層１９に摺接させることにより、メス型中心導体１４およびオス型中心導体２１の第１のシールド筒体１６および第２のシールド筒体２５に対する導通を遮断可能にする構成とした。

これにより、ケーブル側コネクタ１２の電子機器側コネクタ１１に対する挿入および抜取りを、コネクタ部材の金属疲労や弾性疲労を招かずに繰り返し可能にするとともに、汎用の同軸ケーブルの接続に広く適用できることとなる。

本発明に係る実施形態のコネクタ構造を備える電子機器を示す概念図である。 本発明に係る実施形態のコネクタ構造を示す縦断面図である。 図３（Ａ）が図１に示す絶縁体と放電用環状導体との結合構造を示す斜視縦断面図、図３（Ｂ）がその絶縁体と放電用環状導体との結合前の組み付け状況を示す説明図である。 電子機器側コネクタとケーブル側コネクタとの接続当初の状態を示す縦断面図である。 電子機器側コネクタとケーブル側コネクタとを完全に接続した状態を示す縦断面図である。 従来のコネクタ構造を示す説明図である。

符号の説明

１１ 電子機器側コネクタ
１２ ケーブル側コネクタ
１３ 電子機器
１４ メス型中心導体
１５ 絶縁物
１６ 第１のシールド筒体
１７ 導体挿入孔
１８ 環状空間
１９ 絶縁層
２０ メス型中心導体
２１ オス型中心導体
２２、２３ 絶縁物
２４ 放電用環状導体
２５ 第２のシールド導体
２６ 導体導入孔
２７、２８ 環状空間

Claims (1)

1. 電子機器に設けられた電子機器側コネクタと、ケーブルが接続された状態で前記電子機器側コネクタに連結可能なケーブル側コネクタと、を備えるコネクタ接続構造において、
   前記電子機器側コネクタは、軸方向に沿って穿たれた導体挿入孔を有するメス型中心導体と、前記メス型中心導体を内部に支持する第１の絶縁物と、前記第１の絶縁物を介して前記メス型中心導体の周辺を被うと共に前記メス型中心導体との間に環状空間を形成する、接地電位にある第１のシールド筒体と、を備え、
   前記ケーブル側コネクタは、軸方向に沿って突出して形成され、前記電子機器側コネクタに前記ケーブル側コネクタが連結した際に前記導体挿入孔に挿通される突出部を有するオス型中心導体と、前記オス型中心導体を内部に支持する第２の絶縁物と、を備え、
   前記メス型中心導体は、該メス型中心導体の先端部を除く外周面に軸方向に沿って形成された絶縁層をさらに有し、
   前記ケーブル側コネクタは、前記第２の絶縁物から軸方向に向かって連設され内部に前記オス型中心導体を収容するとともに、前記電子機器側コネクタに前記ケーブル側コネクタが連結した際に前記環状空間に収容される放電用環状導体をさらに備え、
   前記電子機器側コネクタに前記ケーブル側コネクタが連結する過程において、まず、前記オス型中心導体の前記突出部の外周面が前記メス型中心導体の前記導体挿入孔の内周面に接触するとともに、前記放電用環状導体の内周面が前記メス型中心導体の先端部の外周面に、前記放電用環状導体の外周面が前記第１のシールド筐体の内周面に、それぞれ接触することによって、前記前記オス型中心導体と前記第１のシールド筐体とが導通し、
   その後、前記オス型中心導体の前記突出部の外周面が前記メス型中心導体の前記導体挿入孔の内周面に接触するとともに、前記放電用環状導体の内周面が軸方向の全長に亘って前記メス型中心導体の前記前記絶縁層に接触することによって、前記前記オス型中心導体と前記第１のシールド筐体との導通が遮断される、
   ことを特徴とするコネクタ接続構造。

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