JP2011077012A - コネクタおよびシールド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来、基板間または基板と配線部材の間を接続するコネクタの電気的シールドは、性能が不十分か、形状の複雑化及びコスト高を招いていた。また、コネクタを構成するシールドが個別に形成されることにより、寸法公差やズレが生じコネクタ各部の電気的接続に対する信頼性が低下するの課題があった。
【解決手段】
コネクタを構成するソケット１及びプラグ６において、ソケット用ハウジング２の凹部の所定の側面と、前記所定の側面と嵌合時に対向するプラグ用第１ボディ部７の側面とにおいて、電極ピンが形成され、前記所定の側面と平行でないソケット用ハウジング２の外側面と、前記外側面と嵌合時に対向するプラグ用第２ボディ８の内側面とにおいて、前記外側面または前記内側面と密着したシールド用金属片３、９を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器の基板間接続及び基板-配線部材間接続などに用いられるコネクタ、特にＥＭＣ対策としてのシールド対策が施されたコネクタ、及び、シールド構造に関するものである。

電子機器の基板間の信号接続や基板−配線部材間の信号接続を行うために、基板または配線部材に接続されたコネクタが一般に用いられる。
コネクタを実装する基板上の回路部品、基板外部あるいは電子機器外部などのコネクタ外部からコネクタ内の信号線にノイズ等が進入し、信号線にかかる回路に対し影響を与える。一方、コネクタの信号線からコネクタの外部へ不要な電磁的な輻射、いわゆる放射ノイズ）が発生し、他の回路や機器に対しに影響を与えることになる。

このような場合に、電子機器などが備える電磁的な不干渉性および耐性のことをＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility：電磁環境適合性）と呼んでいる。ここで、電磁的な不干渉性とは、ある機器が動作することによって他の機器の動作を阻害したりする一定レベル以上の干渉源となる電磁妨害(EMI：Electro Magnetic Interference)を生じないこと、また、電磁的な耐性とは、付近にある電気機器などから発生する電磁波などによって、自身の動作が阻害されないような電磁感受性(EMS：Electro Magnetic Susceptibility)を持つことである。
コネクタにおけるＥＭＣ性能を向上させるためには、コネクタにいわゆる電気的なシールドを形成することが一般的である。
従来のコネクタでは、例えばコネクタの電極ピンの一部に複数の接地（ＧＮＤ）用のものを設ける方法、あるいは、コネクタの周囲に広範囲にシールド板を形成（例えば、特許文献１参照）する方法が知られている。

特開２００６-１５６０２３号公報（０００９〜００１４、図１）

従来のコネクタにおいて、複数の接地（ＧＮＤ）用の電極ピンを設ける方法では効果的なシールド性能が得られにくいという課題があった。
また、コネクタの周囲に広範囲にシールド構造を形成する方法（特許文献１）では、コネクタの構成部品であるシールド板及び固定板を形成するためにシールド板付固定板を別途複雑な形状で加工し、それによりコネクタの電極ピンを保持している絶縁ハウジングとは構造的に分離した形で広範囲なシールドを形成する。このため、コネクタ形状の複雑化、加工の複雑化及びコネクタのコスト高となるという課題があった。

また、シールド部材を別途加工して形成するので、コネクタを組み立てたときにコネクタ各部の寸法公差やぐらつき、あるいは実装した基板のそりにより、信号線の電気的接続を行う電極ピン同士の位置関係がずれて機械的接触が不確実な状態、例えばフレームの寸法誤差に影響され電極ピン同士が噛み合いにくくなる状態、となり従ってコネクタによる信号接続の信頼性が低下するという課題があった。
また、特許文献１に記載のコネクタにおいては、レセプタクル固定板とプラグ固定板とは、可動範囲の小さい接触片の先端のみで固定板同士の電気的接続を行う、あるいは、接触片を用いないで電気的接続を行っている。
そのため、例えばコネクタを実装した基板同士の反りなどによるレセプタクルとプラグの間隔の変動に対し、接触片と固定版の電気的接続、あるいは固定版同士の電気的接続の信頼性が低下するという課題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、複雑で高価な構造にすることなくシールド効果が得られ、かつプラグとソケットの各部の間の電気的接続の信頼性が向上したコネクタ、及び、前記コネクタを用いたシールド構造を提供することを目的とする。

本発明に係るコネクタにおいては、ソケット用ハウジング、プラグ用ボディ、電極ピン、ソケット用シールド及びプラグ用シールドを備えている。
さらに、ソケット用ハウジングの所定の側面と前記所定の側面と嵌合時に向かい合う前記プラグ用ボディの側面とに電極ピンがそれぞれ配設され、前記所定の側面と平行しない前記ハウジングの所定の外側面にソケット用シールドが密着して形成され、前記所定の外側面と嵌合時に向かい合う前記ボディの内側面にプラグ用シールドが密着して形成されており、嵌合時において電極ピン間の電気的接続を行うとともにシールド間の電気的接続を行うようにしたものである。

本発明は、電極ピンが配設された所定の側面と平行しない前記ハウジングの所定の外側面にソケット用シールドが密着して形成され、前記所定の外側面と嵌合時に向かい合う前記ボディの内側面にプラグ用シールドが密着して形成される。このため、シールドの形状を複雑な構造にすることなくシールド効果を得られる。また、プラグまたはソケットの各々において各部が固定的な位置関係になるとともに、シールド同士が電気的接続可能な位置関係の範囲が拡大する。このため、コネクタ各部の電気的接続の信頼性を向上することができる。

本発明の実施の形態１のコネクタ嵌合状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１のコネクタの嵌合状態を示す断面図である。 本発明のコネクタと比較するための本発明を実施しないコネクタの不要放射特性の一例を示す図である。 本発明のコネクタの不要放射特性の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１のコネクタを基板間接続に用いた状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２のコネクタ嵌合状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２のコネクタ嵌合状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態３のコネクタ嵌合状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態４のシールド構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態４のシールド構造を示す断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るコネクタについて、図１から図５をもとに以下に説明する。
なお、本実施の形態及び以下の各実施の形態では、コネクタを構成するソケットとプラグとが平面で構成された略長方体形状の外形をもつ場合で、ソケットとプラグとを各々回路基板に実装するために用いる場合を例にとり説明する。
また、以下では説明の便宜のため、絶縁体材料等で形成され電極ピンの電気的絶縁等を確保するための構造部分について、ソケット側を「ハウジング」、プラグ側を「ボディ」と定義して区別する。
さらに、以下の各実施の形態の説明において、各図において同一または対応する箇所には、同一または同様の符号を付している。また、同様なものについて重複する場合はその詳細な説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の実施の形態１におけるコネクタ嵌合状態を示す斜視図である。図１において、（Ａ）は、コネクタを構成する第１の接続手段であるソケットを、（Ｂ）は、コネクタを構成する第２の接続手段であるプラグと前記ソケットを、（Ｃ）は、ソケットとプラグとの嵌合状態を、各々示している。

コネクタはソケット１とプラグ６の対で構成されており、ソケット１とプラグ６とが機械的に嵌合状態になることで、同時に、ソケットの電極ピンとプラグの電極ピンの間の電気的接続が達成される。
また、ソケット１とプラグ６をそれぞれ別の基板（図示しない）あるいは接続用配線部材（図示しない）に各々実装し、ソケットとプラグの両者を嵌合させることにより、基板-基板間あるいは基板-配線部材間の電気的な接続がなされる。

図１（Ａ）において、ソケット１は、絶縁体材料または不導体材料で形成された構造物としてのハウジング２、シールド用金属片３、及びソケットの固定用金属片４、電気的接点であるである電極ピン５、とから構成されている。

ハウジング２は、全体として略長方体の形状であって、断面矩形状の貫通穴が形成され、この貫通穴の対向する長手方向の内側面に電極ピン５が所定の間隔、例えば等間隔、をおいて直線状に２列配設されている。各列の電極５の一端は、貫通穴から引き出され、かつ外方に折り曲げられて接続用配線部材あるいは基板との接続用端子部を形成している。

ハウジング２には、電極ピンが配設された側面と直交するハウジングの対向する外側面にシールド用金属片３が密着して固定されている。
また、シールド用金属片３は、電極ピンの引き出し側（図１（Ａ）の下側）においてその端部がソケットの外方に向かってＬ字形に折り曲げられて固定用金属片４を一体に形成している。

次にプラグ６の構成について説明する。プラグ６は絶縁材料又は不導体材料で形成された構造物としての第１ボディ部７及び第２ボディ部８、シールド用金属片９、プラグ固定用金属片１０、電極ピン１１とから構成されている。第１ボディ部７と第２ボディ部８はいずれも矩形状であって第１ボディ部７の周囲を第２ボディ部８が所定の間隔を設けて取り囲むよう配置されるとともに、両者は底部側で連結されて一体構造となっている。そして、第１、第２両ボディ部の間に形成された凹部を利用してソケット１がプラグ６に嵌合状態に組み合わされる。

電極ピン１１は、第１ボディ部７の長手方向の両側面に、ソケット１の電極ピン５と電気的に接続可能なように、ソケット１の電極ピン５と同様の所定の間隔及び配置で配設されている。各列の電極ピン１１は、プラグ６の底部側からプラグ６の外側に引き出されるとともに、外方に折り曲げられて接続用配線部材あるいは基板との接続用端子部を形成している。
また、第２ボディ部８の、第１ボディ部７の短手方向の外側面と向かい合う内側面に、シールド用金属片９が第２ボディ部８と密着して固定される。また、シールド用金属片９は、図２に示すように第１及び第２のボディ部の底部から突出する端部が外方に折り曲げられてソケットと同様に、プラグ用固定用金属片１０を形成している。

ソケット１とプラグ６とは、図１（Ｂ）に示す状態から同図（Ｃ）に示す位置までプラグ６の第１ボディ部にソケット１を嵌合させて組み合わせると、ソケット１の電極ピン５と、プラグ６の電極ピン１１が機械的に接触すると同時に電気的に接続が行われる。さらに、ソケット１のシールド用金属片３とプラグ６のシールド用金属片９が、嵌合により機械的に接触し両シールド用金属片の間の電気的接続がなされる。
ソケット１のシールド用金属片３は固定用金属片４を一体に形成した構造であるので、ソケット固定用金属片４を例えば基板に半田溶接を行うことのみで、ソケット２全体が基板に固定される。同様に、プラグ６のシールド用金属片９はプラグ固定用金属片１０を一体に形成した構造であり、プラグ固定用金属片１０を例えば基板に半田溶接することのみで、プラグ６全体が基板に固定される。

図２は、図１（Ｃ）に示した嵌合状態を上記長手方向に沿ってＡ−Ａ面で縦に切断した場合の断面図を示している。
図３は、本発明と比較するため、本発明を実施しない場合、特にシールド用金属片を有しないコネクタを用いた場合、の不要放射特性（スペクトル特性）の一例を示す図である。図４は、本発明を実施した場合のコネクタの不要放射特性の一例を示す図である。
図３及び図４において、縦軸が電界のレベル、横軸が周波数、グラフ中の丸印は主な周波数成分のピークレベル、図中の目盛り以外に記載されている横線が基準レベルを示す。なお、測定は、いわゆる遠方界の条件で行っている。

図３及び図４の比較から明らかなように、コネクタの側面部に位置してシールド用金属片が配置されることにより不要放射が減少し、コネクタにシールド効果が得られていることが分かる。
図５は、図２に示した状態で、ソケット１とプラグ６とを各々基板に固定した場合の例における断面図であり、図２に示した断面と同じ面で切断した場合の図である。
固定用金属片４及び１０の各々を基板の接続用孔１４及び１７に半田溶接などで機械的に固定することにより、コネクタが基板に固定される。また、接続用孔１４及び１７を介して基板の接地（ＧＮＤ）層１３及び１６とが電気接続されることにより、両基板の接地（ＧＮＤ）層１３および１６がシールド用金属３及び９を介して電気的に接続される。

以上のように構成されたコネクタにおいては、コネクタを構成するソケット及びプラグの所定の外側面及び内側面においてシールド用金属片を配置し両シールド用金属片の電気的接続を行うことにより、コネクタにシールド構造が形成される。
これにより、コネクタの信号線へのコネクタの外部からのノイズの進入による回路への影響、あるいは、コネクタの信号線からコネクタの外部への不要な放射ノイズの発生による他の回路・機器に対する影響、が低減されたコネクタを得ることができる。
また、ソケットのハウジング及びプラグのボディにおいて、コネクタの側面の全周ではなく、所定の側面部においてシールド用金属を形成している。また、シールド用金属片は薄板状に形成しているので、シールド用金属片の形状が複雑になることがなく、部材の加工が容易で低コストなシールド構造を有するコネクタを得ることができる。

また、ソケットとプラグとを嵌合状態に組み合わせるだけで両者のシールド用金属片同士が接触されることにより、シールド金属片の一部では２重のシールドが形成され、その部分においてよりシールド性能が向上する。
また、シールド用金属片に固定用金属片を一体に形成した構造とし、さらに、シールド用金属片をコネクタのハウジング及びボディに一体化した構造にしているので、コネクタを基板等に固定するための部品を別途形成する必要がなく、安価で構造が簡単なコネクタを得ることができるとともに、コネクタの各部の寸法公差による嵌合の際の電極ピン同士の位置ずれが発生しないので、機械的接触が確実となりコネクタの信号接続の信頼性が向上する。さらに、固定用金属片のみを半田溶接などで基板に固定することで、コネクタ全体が基板に固定されるので、構造が簡単で、安価に、シールド対策がされたコネクタを得ることが可能となる。

また、電極ピンとシールド用金属片との間、及び電極ピンの引き出し部と固定用金属片との間、はソケット１のハウジング２によって固定的に隔離されるので、誤接触を防ぐことができる。
また、コネクタの固定用金属片とシールド用金属片とは一体で形成されシールド用金属片同士は電気的接続が行われるので、コネクタの固定用金属片を基板に接続する際に基板の接地（ＧＮＤ）層に接続することで、シールド用金属片も接地され、基板同士の電位が共通化される。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るコネクタについて図６及び図７をもとに以下に説明する。
図６は、本発明の実施の形態であるコネクタの嵌合状態を示す断面図である。図６において、（Ａ）は、コネクタを構成するソケットとプラグを、（Ｂ）は、ソケットとプラグの嵌合状態を各々実施の形態１の図１と同様の断面で示している。図７は、図６（Ａ）及び同図（Ｂ）の各々の断面からコネクタの外方向を見た図を示している。
なお、前記実施の形態１において説明したものと同様なものについてはその詳細な説明を省略する。

本実施の形態においては、上記実施の形態１と異なり、ソケット１の各シールド用金属片３は、図６に示すようにハウジング２の上部から突出する端部が外方へ略Ｕ字状に折り曲げられ、さらにその先端が内方へ向かって折り曲げられて可撓性のある接触部を形成している。また、嵌合状態において接触部が内方へ撓みソケット１のシールド用金属３とプラグ６のシールド用金属片９とが機械的に接触すると同時に電気的接続がされるよう、第２ボディ部８を所定の寸法で形成している。

以上のように構成されたコネクタにおいては、上記実施の形態１に示した効果と同様の効果を持つコネクタを得ることができる。
また、シールド用金属片３の突出した端部に可撓性をもたせているので、シールド用金属片同士の接触が強化されることでソケットとプラグの嵌合状態が安定して抜けづらくなり、電極ピンの信号接続に対する信頼性が向上したコネクタを得ることができる。
さらに、シールド用金属片同士の電気的接続も確実にできるので、例えば固定用金属を基板の接地（ＧＮＤ）に接続することにより両基板の間の接地（ＧＮＤ）電位を一致させることができる。

なお、シールド用金属片３の突出した端部の形状は、可撓性を有し嵌合状態で電気的接続が可能な形状であればよく、本実施の形態の形状に限定されない。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るコネクタについて図８をもとに以下に説明する。
図８は、本発明の実施の形態のコネクタの嵌合状態を示す断面図である。図８において、（Ａ）は、ソケットとプラグを（Ｂ）は、ソケットとプラグの嵌合状態を、各々示す断面図であり、図１と同様の断面を示している。
なお、前記各実施の形態において説明したものと同様なものについてはその詳細な説明を省略する。

本実施の形態においては、上記実施の形態２と異なり、プラグ６の各シールド用金属９は、図８に示すように第２ボディ８の上部から突出する端部が外方へ略Ｕ字状に折り曲げられ、さらにその先端が内方へ向かって折り曲げられている。このとき、シールド用金属片９の突出部分の一部は、嵌合前の状態において第２ボディ部８より外側に位置するよう形成している。また、第２のプラグ用ボディ８の一部に、上記突出部分が収納可能なよう切り欠き部を形成している。

以上のように構成されたコネクタにおいては、上記各実施の形態に示した効果と同様の効果を持つコネクタを得ることができる。
また、プラグ６のシールド用金属片の平坦部分が嵌合の際に撓むので、ソケット１が挿入容易になるとともに、シールド用金属片同士の電気的接続が確実になる。また、略Ｕ字状に形成された部分により嵌合の際にソケット１がプラグのシールド用金属９に引っ掛かりにくくなる。

なお、シールド用金属片３の突出した端部の形状は、可撓性を有し嵌合状態で機械的接触及び電気的接続が可能な形状であれば本実施の形態の形状に限定されない。
また、本実施の形態においては、嵌合状態における両シールド用金属の可撓部分の相対的な位置関係を概ね同じ位置に形成しているが、本実施の形態の位置関係に限定されない。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るシールド構造について図９及び図１０をもとに以下に説明する。なお、前記各実施の形態において説明したものと同様なものについてはその詳細な説明を省略する。
図９は、上記実施の形態３の図８に示したコネクタを用いて、複数の金属筐体内に設置された基板の間の信号接続を行うとともに、コネクタとコネクタ挿入口を設けた筐体とからなるシールド構造を形成した場合の断面図を示している。
図９において、ソケット１は、基板（Ｉ）１２に実装されて筐体１８ａに設置されている。プラグ６は、基板（ＩＩ）１５に実装されて筐体１８ｂに設置されるとともに、筐体１８ｂに形成されたプラグ挿入口１８ｃに挿入され、コネクタは嵌合状態となっている。

上記実施の形態３において説明したように、プラグ６のシールド用金属９の突出部分は、嵌合前は第２ボディ部８より外側へ一部が突出しているので、プラグ挿入口１８ｃへのプラグ６を挿入する際にシールド用金属片が撓みプラグ挿入口１８ｃと機械的に接触し電気的接続がなされる。

以上のように構成されたシールド構造のコネクタにおいては、上記各実施の形態に示したコネクタの効果と同様の効果を持つコネクタを得ることができる。
また、以上のように構成されたシールド構造においては、筐体のプラグ挿入口１８ｃによりコネクタの周囲が金属で囲まれ、さらに、筐体の電位とシールド用金属の電位が同電位なるのことにより、固定用電極を基板の接地層に接続を行わなくとも、シールド効果が得られる。
また、プラグ６のシールド用金属片の突出部分がプラグの挿入の際に撓みプラグが抜けにくくなる。

図１０は、図９と異なり、ソケット１及びプラグ６の各固定用電極が基板の接地（ＧＮＤ）層１３及び１６に接続用孔１４及び１７を介し各々電気的に接続されている。以上のように構成されたシールド構造においては、固定用金属片と基板の接地（ＧＮＤ）層とを電気的に接続することにより、シールド用金属片を介してコネクタ、基板、筐体の電位が同電位なるので、よりシールド性能が向上する。

なお、本実施の形態においては、複数の筐体にそれぞれ基板が設置されている構成について示しているが、同一筐体内、あるいは同一筐体内の仕切られた領域内に、各基板が設置されているような場合であっても適用可能であり、本実施の形態に限定されない。
また、本実施の形態においては、２つの筐体が極めて接近しコネクタ自体は外部からほとんど見えないた場合について示しているが、筐体の間隔が空いてコネクタの一部が筐体外部へ露出してもよく、本実施の形態に限定されない。
また、上記各実施においては、基板同士接続について説明をしているが、ソケットまたはプラグの一方または両方に配線部材を接続する場合についても、本発明の効果が同様に得られる。

さらに、上記各実施の形態においては、略直方体のソケット及びプラグの長手方向の側面に２列の電極（ピン）直線状に２列配設された場合について示しているが、列の配置形状、列の数及びピンの数は限定されない。また、ハウジング及びボディの側面に電極ピン収納用凹部をさらに形成して電極ピンを形成するなど、種々の変形が可能である。
また、上記各実施の形態に記載のコネクタは、シールドの形成面を、電極ピンの一端に形成した接続用配線部材あるいは基板との接続用端子部の引き出し方向と、平行する側面とする方法によって規定可能な場合がある。
さらに、上記各実施の形態においては、ソケットとプラグとが全体として略直方体形状を持つものについて示しているが、種々の形状に対し本発明の技術的思想が適用可能である。

１ ソケット
２ ソケットのハウジング
３ ソケットのシールド用金属片
４ ソケットの固定用金属片
５ ソケットの電極ピン
６ プラグ
７ プラグの第１ボディ部
８ プラグの第２ボディ部
９ プラグのシールド用金属片
１０ プラグの固定用金具
１１ プラグの電極ピン
１２ 基板（I）
１３ 基板（I）の接地（ＧＮＤ）層
１４ 基板（I）の接続用孔
１５ 基板（II）
１６ 基板（II）の接地（ＧＮＤ）層
１７ 基板（II）の接続用孔
１８ａ 筐体
１８ｂ 筐体
１８ｃ 筐体のプラグ挿入口

Claims (5)

1. ソケットとプラグとの嵌合によりプラグの電気的接点とソケットの電気的接点との間の電気的接続を行うコネクタであって、
   筒形の１つの対向する側面部の内側に複数の電極ピンが配設されるとともに他の対向する側面部の外側にシールド用金属片が設けられたソケット用ハウジングと、
   前記ソケット用ハウジングが嵌合される凹部を有し、前記凹部の前記電極ピンと対向する位置に電極ピンが配設されるとともに前記シールド用金属片と対向する位置にシールド用金属片が設けられたプラグ用ボディとを備え、
   前記ソケット用ハウジングとプラグ用ボディとの嵌合状態で前記シールド金属片が互いに重合して接触するようにしたことを特徴とするコネクタ。
2. ハウジングのシールド用金属片及びプラグのシールド用金属片の少なくとも一方は、前記シールド用金属片の一端からコネクタの外方へ向かって前記シールドと一体で固定用金属片が形成され、前記固定用金属片は電子機器の基板の接地層または電子機器の筐体に電気的接続が可能な、請求項１に記載のコネクタ。
3. ハウジングのシールド用金属片の一端は、コネクタの外方に延長された略Ｕ字状の接触部が形成された、請求項１または請求項２に記載のコネクタ。
4. プラグのシールド用金属片の一端は、コネクタの外方に延長された略Ｕ字状の接触部が形成された請求項１から請求項３のいずれかに記載のコネクタ。
5. 請求項４に記載のコネクタと、前記コネクタのプラグが挿入可能でかつ挿入時にプラグ用シールドと電気的接続が可能な挿入口を設けた筐体と、
   からなるシールド構造。

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