JP2017027675A - シールドコネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器内部のプリント基板内の信号配線やパターンと、電子機器の金属筐体やコネクタの金属ハウジングとの結合を小さくする構造を実現し、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの外部への拡散を防止することができるシールドコネクタを提供する。
【解決手段】ケーブルプラグが挿入される開口部を有し、接続基板と接続基板の一方の面に形成された接続配線に接続されるノイズ対策部品と接続基板のもう一方の面に形成された接続配線に接続されるコモンモードチョークコイルとを内蔵する樹脂ケースと、樹脂ケースの外側の領域のうち、開口部のケーブルプラグが挿入される奥行きに加え、ノイズ対策部品とコモンモードチョークコイルとを配置する領域までを覆う金属ハウジングとを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、電子機器における外部とのインタフェース回路での使用に好適な、ノイズ伝搬を抑制させるシールド型コネクタに関する。

一般の電子機器の電源供給や通信のために外部との接続を取るインタフェース回路においては、外来の電磁ノイズの影響を遮へいするために、インタフェース回路の周囲を金属で囲みシールドを取った構造にすることが多い。例えば、インタフェース回路にコネクタを使用する場合は、シールド付きのコネクタを使い、外来ノイズの混入を抑制する。このシールドコネクタを電気機器に取り付ける際は、シールドコネクタの金属ハウジングを電子機器の金属筐体に接続させ、導通を取り、金属筐体と同電位にすることで、シールドコネクタの金属ハウジングと電子機器の金属筐体が一体化したシールド構造が形成され、ノイズ耐性が高められる。

そこで、例えば、特許文献１〜３には、シールドコネクタを利用し、ノイズの伝搬抑制を図ることを目的とした構成が開示されている。
特許文献１に係るシールドコネクタでは、全体が矩形をしており、シールド部材はレセプタクルコネクタと嵌合するシールドプラグのシールド部材と接触することにより接地される、コネクタハウジングの前端部のみを囲む金属製シールド部材を有するシールド型プラグレセプタクルコネクタが開示されている。
また、特許文献２に係るシールドコネクタでは、インシュレータとコンタクトとシールド部材とを備えた電磁遮蔽式表面実装コネクタにおいて、インシュレータの本体を覆うシールド部材の本体に、折曲げ部を介して遮蔽部を設けて構成する構造となっており、シールド部材はインシュレータ本体の嵌合部を覆うシールド部材本体を有する構造について開示されている。
また、特許文献３に係る信号発生器の筐体構造では、シールドされた同軸コネクタを利用する構成について記載されており、同軸コネクタを筐体の前面パネルにアース接続する技術が開示されている。

一方、コネクタ等のインタフェース回路に対して、外来の電磁ノイズの混入を抑制する別の技術としては、コネクタ内部のピンの導体に対してノイズ対策部品を挿入することで、電磁ノイズをピンの導体から逃がす構成や電磁ノイズを吸収、反射させる構成が知られている。
上記のような部品を内蔵するコネクタによって、外来からの電磁ノイズを抑制する構成については、例えば、特許文献４，５には、コネクタ内部にノイズ対策部品を内蔵し、ノイズの伝搬抑制を図ることを目的とした構成が開示されている。
特許文献４に係るＥＭＣコネクタでは、コモンモードノイズとサージ電流との両方を低減するために、バリスタやサイリスタとコモンモードチョークコイルとを組み合わせてモジュラージャック内に設置する技術が開示されている。
また、特許文献５に係るコネクタでは、電話回線入力回路のモジュラーコネクタにおいて、バリスタからなるサージアブソーバとコモンモードチョークをコネクタ内に設ける技術が開示されている。

特開平０５−２０５８１９号公報 特開平１１−２０４２０５号公報 特開２００１−１３５９７０号公報 特開平１０−１７７８８２号公報 特開平０４−１２９３１２号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜３に開示されているような技術では、シールドコネクタのハウジングに重畳した電磁ノイズの伝搬は抑制できるものの、コネクタに接続されるケーブルを経由してコネクタ内部のピンに重畳される電磁ノイズの伝搬を抑制することはできない。従って、コネクタ内部のピンに重畳された電磁ノイズの混入を効果的に防ぐためには、ピンとハウジングを接続する構成が必要であり、そのためのノイズ対策部品をピンとハウジングの間に配置しなければならない。よって、上述した特許文献１〜３に開示されているような技術を用いる場合は、コネクタを実装したプリント基板においてノイズ対策部品を実装するための、配線パターンや導体構造の追加が必要であるという課題があった。

一方、特許文献４，５に開示された技術では、ノイズ対策部品をコネクタに内蔵する構成になっているものの、ノイズを逃がす先としては、コネクタ全体をシールドした導体、金属筐体と同じ電位になるグラウンドとなっており、コネクタハウジングや配線パターンをプリント基板上に設けなければならないため、金属筐体やコネクタハウジングと同じ電位の導体が電子機器の内部まで入り込む可能性があった。
しかし、近年の電子機器の小型化に伴い、プリント基板の配線構造は密集化する傾向にあるため、プリント基板内の信号配線やパターンと、金属筐体やコネクタハウジングと同じ電位の導体とが近接してしまうことがある。これにより、プリント基板内の信号配線やパターンと、金属筐体やコネクタハウジングとの間に不要な電磁的結合が生じる。ゆえに、プリント基板内部で閉じ込められるはずだった電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズが、プリント基板内の信号配線やパターンと、金属筐体やコネクタハウジングに伝搬し、回路の動作に起因する電磁ノイズが金属筐体やコネクタに接続されるケーブルに拡散するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電磁ノイズの伝搬を抑制するシールドコネクタにおいて、電子機器内部のプリント基板内の信号配線やパターンと、電子機器の金属筐体やコネクタの金属ハウジングとの結合を小さくする構造を実現し、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの外部への拡散を防止することができるシールドコネクタを提供することを目的とする。

この発明に係るシールドコネクタは、電子機器の金属筺体に嵌合されるシールドコネクタであって、ケーブルプラグが挿入される開口部を有し、接続基板と接続基板の一方の面に形成された接続配線に接続されるノイズ対策部品と接続基板のもう一方の面に形成された接続配線に接続されるコモンモードチョークコイルとを内蔵する樹脂ケースと、樹脂ケースの外側の領域のうち、開口部のケーブルプラグが挿入される奥行きに加え、ノイズ対策部品とコモンモードチョークコイルとを配置する領域までを覆う金属ハウジングとを備えた。

この発明によれば、電磁ノイズの伝搬を抑制するシールドコネクタにおいて、電子機器内部のプリント基板内の信号配線やパターンと、電子機器の金属筐体やコネクタの金属ハウジングとの結合を小さくする構造を実現し、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの外部への拡散を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係るインタフェース回路の外観を示す図である。 実施の形態１に係るインタフェース回路の内部構成を示す図であり、図１（ｃ）のＢ−Ｂ’の線における断面を示している。 実施の形態１に係るインタフェース回路の接続基板の構成を示す図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ’の線における断面図を示している。 実施の形態１に係るインタフェース回路１の配線の接続を説明する図である。 実施の形態１を適用した場合の、ネジ止めにて嵌合するコネクタの内部構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１におけるインタフェース回路は、例えば、イーサネット（登録商標／以下、記載を省略する。）用のケーブルを接続するＲＪ４５コネクタであるものとして、以下説明する。
なお、以下の説明において、ＲＪ４５コネクタは、単にコネクタと記載する。
当該コネクタは、電子機器の金属筺体内に設置されるものである。

図１は、この発明の実施の形態１に係るインタフェース回路１の外観を示す図である。
図１（ａ）は、インタフェース回路１の側面図であり、図１（ｂ）は、インタフェース回路１の開口部１１から見た正面図であり、図１（ｃ）は、インタフェース回路１の上面図を示している。

図１（ａ），図１（ｂ）に示すように、この実施の形態１に係るインタフェース回路１は、開口部１１と、金属ハウジング１２と、樹脂ケース１３と、タイン部１４と、固定突起１５と、フィンガー１６とを備え、開口部１１の中にはコンタクト端子１０１を有する。
図１（ａ）において、インタフェース回路１の左側からケーブルが挿入される。
インタフェース回路１の樹脂ケース１３にはケーブルが嵌合するための開口部１１が設けられている。この開口部１１の中にはコンタクト端子１０１（図１（ｂ）参照）があり、ケーブル側のプラグと開口部１１が嵌合し、ケーブルの芯線とコンタクト端子１０１とが接続される。
このコンタクト端子１０１から接続された配線は、コネクタのタイン部１４まで伸び、プリント基板（図示を省略する）の配線に接続される。当該コンタクト端子１０１とプリント基板との接続等、インタフェース回路１の内部の構成については図２を用いて後述する。

また、樹脂ケース１３には、プリント基板に実装するための位置決めに用いる固定突起１５が設けられる。具体的には、当該固定突起１５とタイン部１４とが、プリント基板上の穴に挿入されることによって、プリント基板上にコネクタが実装され、位置決めされる。
開口部１１が設けられた側の樹脂ケース１３の外側は、金属ハウジング１２で覆われる。すなわち、樹脂ケースの全面を覆うのではなく、開口部１１のケーブルが挿入される奥行き（図１（ａ）のＸ）に加え、ノイズ対策部品とコモンモードチョークコイルを配置する寸法までを覆うようにする。従って、インタフェース回路１の開口部１１の周りの、電子機器の金属筐体に嵌合する部分のみに、コネクタを囲む金属ハウジング１２が設けられる。ノイズ対策部品およびコモンモードチョークコイルについても、図２を用いて後述する。
金属ハウジング１２は、上面に導体のフィンガー１６を備え、当該フィンガー１６を経由して電子機器の金属筐体に接触され、導通が取られる。

図２は、実施の形態１に係るインタフェース回路１の内部構成を示す図であり、図１（ｃ）のＢ−Ｂ’の線における断面を示している。
なお、図１を用いて説明したものと同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
図２に示すように、インタフェース回路１の内部には、コンタクト端子１０１の他、コモンモードチョークコイル１０２と、ノイズ対策部品１０３と、ハウジング接続線１０４と、接続配線１０５と、接続基板１０６とが備えられる。

開口部１１に設けられたコンタクト端子１０１は、樹脂ケース１３に内蔵された接続基板１０６に接続される。なお、接続基板１０６は、例えば、インサート成形によって内蔵されるようにしてもよいし、樹脂ケースをパーツで作っておき、当該パーツを組み合わせる工程の中で接続基板１０６を嵌め込み内蔵するようにしてもよい。また、例えば、樹脂ケースのパーツを組み合わせる際に、タイン部１４の導体を嵌め込んで接続基板１０６を作り上げるようにしてもよい。接続基板１０６は、コネクタの形状に応じた方法で、適宜、樹脂ケース１３内に内蔵される。
接続基板１０６は両面に接続配線（接続パターン）１０５が形成されており、インタフェース回路１の上面側、すなわち、フィンガー１６を有する側の片面の接続配線１０５にはノイズ対策部品１０３が接続され、反対の面の接続配線１０５にはコモンモードチョークコイル１０２が接続されている。なお、コモンモードチョークコイル１０２は、直列型の部品であり、かつ、ノーマルモードには影響を与えずに、コモンモードのノイズ成分のみを除く性能を有するものである。
ノイズ対策部品１０３は、シャント型の部品であり、かつ、ノイズを金属ハウジングに逃すことのできる性能を有するものであって、例えば、サージアブソーバとして、バリスタやサイリスタなどが用いられる。
ノイズ対策部品１０３に繋がる接続配線１０５は、ハウジング接続線１０４を経由して金属ハウジング１２に接続される。

コモンモードチョークコイル１０２が実装された接続配線１０５は、樹脂ケース１３に内蔵したタイン部１４まで伸び、当該タイン部１４と接続される。
樹脂ケース１３の外側を覆う金属ハウジング１２は、図２に金属ハウジング１２の境界線と表示した部分までを覆う。この境界線は、上述の通り、開口部１１のケーブルが挿入される奥行き（図１，図２のＸ）に加え、ノイズ対策部品１０３と、コモンモードチョークコイル１０２を配置する領域までが金属ハウジングで覆われるように設定する。

図３は、実施の形態１に係るインタフェース回路１の接続基板１０６の構成を示す図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示している。
なお、図３（ａ）は、図２で説明したインタフェース回路１の内部構成を上側から見た上面図であり、図３（ｂ）は図２で説明したインタフェース回路１の内部構成を下側から見た下面図となっている。

図３（ａ）において、コンタクト端子１０１が接続基板１０６まで渡り、接続基板１０６上の接続配線１０５に接続される。このとき、コンタクト端子１０１と接続基板１０６の接続には、例えば、貫通ビアなどを用いることで、接続基板１０６の両面で接続配線１０５を引き出せるようにする。このように引き出した両面の接続配線１０５に対し、片面の配線、すなわち、接続基板１０６の上側の配線には、ノイズ対策部品１０３が挿入される。ノイズ対策部品１０３を通った配線は、ハウジング接続線１０４に接続され、金属ハウジング１２と導通が取られる。
一方、接続基板１０６の反対の面、すなわち、接続基板１０６の下側の配線には、イーサネットの差動伝送を構成するペアごとにコモンモードチョークコイル１０２が挿入される。コモンモードチョークコイル１０２を通った配線は、接続基板１０６上でタイン部１４を通した貫通ビア（図示省略）に接続され、導通が取られる。

次に、以上のように構成したインタフェース回路１の接続について説明する。
図４は、実施の形態１に係るインタフェース回路１の配線の接続を説明する図である。
コンタクト端子１０１から伸びたインタフェース回路１内部の配線は、回路内部にて分岐され、片方の配線については、各線に並列に接続されたノイズ対策部品１０３と金属ハウジング１２とフィンガー１６を経由して、電子機器の金属筐体に接続される。一方、もう片方の配線は、差動伝送を構成するペア線ごとに直列にコモンモードチョークコイル１０２が接続され、タイン部１４に接続される。
これにより、インタフェース回路１内のコンタクト端子１０１に重畳したノイズを、ノイズ対策部品１０３によって金属ハウジング１２に逃がすことができる。
また、金属ハウジング１２によって、インタフェース回路１の樹脂ケース１３は、開口部１１のケーブルが挿入される奥行き（図４のＸ）に加え、ノイズ対策部品１０３とコモンモードチョークコイル１０２を配置する領域までが覆われる。
これにより、インタフェース回路１の全面が金属で覆われたコネクタを使うよりも、電子機器内部のプリント基板内の信号配線やパターンと、金属ハウジング１２との間の距離を離すことができるため、結合による影響を小さくでき、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの拡散を抑制することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、インタフェース回路１の樹脂ケース１３を、開口部１１のケーブルが挿入される奥行きに加え、ノイズ対策部品１０３とコモンモードチョークコイル１０２とを配置する領域を金属ハウジング１２で覆うようにしたため、全面が金属で覆われたコネクタを使うよりも、電子機器内部の基板内の信号配線やパターンと、金属ハウジング１２との間の距離を離すことができるため、結合による影響を小さくでき、機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの拡散を抑制することができる。
また、ノイズ対策部品１０３とコモンモードチョークコイル１０２とを金属ハウジング１２で覆われたインタフェース回路１の内部に内蔵し、コンタクト端子１０１から伸びた配線に並列にノイズ対策部品１０３を挿入して、配線が当該ノイズ対策部品１０３とフィンガー１６とを経由して電子機器の金属筺体に接続され、かつ、当該コンタクト端子１０１から伸びた配線には、直列にコモンモードチョークコイル１０２が接続されるようにしたので、インタフェース回路１内部のコンタクト端子１０１に重畳したノイズをノイズ対策部品１０３によって金属ハウジング１２に逃がすことができる。

なお、上述した実施の形態１では、イーサネット接続用のＲＪ４５コネクタに対して実施の形態１を適用した形態を示したが、２本以上の配線が通るコネクタやインタフェース回路であれば、その形状や芯線の数は適宜変更可能である。
例えば、図５に示すように、ＲＪ４５ではない、ネジ止めにて嵌合するコネクタに対しても、上述した実施の形態１を適用することができる。
図５は、実施の形態１を適用した場合の、ネジ止めにて嵌合するコネクタの内部構成を示す図であるが、図５の構成要素は図１と同一であるので、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

また、上述した実施の形態１では、金属ハウジングの境界線は、開口部１１のケーブルが挿入される奥行き（図１，図２のＸ）に加え、ノイズ対策部品１０３と、コモンモードチョークコイル１０２を配置する領域までがちょうど金属ハウジングで覆われるように設定するようにした（図２〜４参照）が、金属ハウジングでどこまで覆うか、すなわち、金属ハウジングの境界線をどこに設けるかについては、これに限らず、金属ハウジングの境界線によって、コモンモードチョークコイル１０２等のフィルタの１次側と２次側との不要結合を防ぐことができるようになっていればよい。
例えば、直列挿入型の、コモンモードチョークコイル１０２等のフィルタの実装を考える際には、フィルタの１次側と２次側の結合を防がねば、減衰効果は劣化してしまう。そのため、コモンモードチョークコイル１０２を使用する場合には、チョークコイル内のノイズが減衰する部分において、ちょうどシールドの境界線を設けることで、その不要結合を防ぐ。このように、金属ハウジングの境界線を設ける目的は、当該不要結合を防ぐことにあるので、金属ハウジングの境界線によって、コモンモードチョークコイル１０２等のフィルタの１次側と２次側との不要結合を防ぐことができるようになっていればよく、当該不要結合を防ぐことができれば、例えば、金属ハウジングの境界線が、コモンモードチョークコイル１０２の中間になるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、図１，２に示すように、金属ハウジングは、インタフェース回路１の下側、すなわち、プリント基板側は覆わないようにしたが、これに限らず、金属ハウジングは、インタフェース回路１の全周を覆うようにしてもよい。金属ハウジングが、インタフェース回路１の全周を覆うようにすることで、シールド特性を向上させることができる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ インタフェース回路、１１ 開口部、１２ 金属ハウジング、１３ 樹脂ケース、１４ タイン部、１５ 固定突起、１６ フィンガー、１０１ コンタクト端子、１０２ コモンモードチョークコイル、１０３ ノイズ対策部品、１０４ ハウジング接続線、１０５ 接続配線、１０６ 接続基板。

Claims (3)

1. 電子機器の金属筺体に嵌合されるシールドコネクタであって、
   ケーブルプラグが挿入される開口部を有し、接続基板と前記接続基板の一方の面に形成された接続配線に接続されるノイズ対策部品と前記接続基板のもう一方の面に形成された接続配線に接続されるコモンモードチョークコイルとを内蔵する樹脂ケースと、
   前記樹脂ケースの外側の領域のうち、前記開口部の前記ケーブルプラグが挿入される奥行きに加え、前記ノイズ対策部品と前記コモンモードチョークコイルとを配置する領域までを覆う金属ハウジング
   とを備えたシールドコネクタ。
2. 前記ノイズ対策部品は、前記金属ハウジングで覆われた前記樹脂ケースの内部の前記接続配線と前記金属ハウジングとの間に接続され、かつ、前記コモンモードチョークコイルは、前記金属ハウジングで覆われた前記樹脂ケースの内部の前記接続配線に直列に接続される
   ことを特徴とする請求項１記載のシールドコネクタ。
3. 前記金属ハウジングは、前記電子機器の金属筺体に接するフィンガーを備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のシールドコネクタ。

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