JP2017135030A - 多芯ケーブル用コネクタ - Google Patents

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菊地 宏司
Koji Kikuchi
宏司 菊地
大裕 伊藤
Daiyu Ito
大裕 伊藤
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Abstract

【課題】本発明は、例えばUSB3.1typeC等の共用のコンタクト端子を有する多芯ケーブル用コネクタであって、共用のコンタクト端子間をはんだ接続等を利用せず容易に安定して接続できる多芯ケーブル用コネクタを提供することを目的とする。【解決手段】多芯ケーブル用コネクタ100は、複数の信号線11により構成される多芯ケーブル10に接続され、多芯ケーブル10を構成する複数の信号線11のそれぞれに接続される複数のコンタクト端子107と、複数のコンタクト端子107を上下二段に並列に配列するインシュレータ105と、インシュレータ105の上下二段に並列に配列された複数のコンタクト端子107を上下に分ける位置に挿入される金属板108であって、金属板108に設けられた複数の内部接点108aが幾つかのコンタクト端子107に接続され、接続された幾つかのコンタクト端子107が電気的に共用可能となる金属板108とを備える。【選択図】図9

Description

本発明は、多芯ケーブル用コネクタに関し、特に複数の共用コンタクト端子を有する例えばUSB3.1typeC等に使用される多芯ケーブル用コネクタに関する。
情報技術の発達に伴い、パソコン、携帯電話、デジタルカメラ、音楽プレーヤ、カーエレクトロニクス、あるいは、その他の電子デバイスで使用されるコネクタについても、安定した形で信号伝送速度を高速化することが求められている。また、コンピュータ等の情報機器に周辺機器を接続するためのシリアルバス規格の1つであるUSB(Universal Serial Bus)規格も知られている。
USB規格は、最大転送速度の向上などを求めて何度か規格が拡張されており、これらは1.1から3.1まで上位互換であり、機能や性能が下位規格に縛られることを除けば、下位規格品と上位規格品を接続しても正しく動作することが求められている。最新のUSB3.1規格では、USB3.0のデータ転送速度5Gbpsの「SUPER SPEED(Gen 1)」モードに加えて、新たに最大転送速度10Gbpsを誇る「SUPER SPEED PLUS(Gen 2)」モードが追加されている。また、USB3.1規格では、電気の最大出力が20V×5A(100W)まで強化されており、これはUSB3.0の5V×900mA(4.5W)と比較して約22倍もの電源供給が可能であり、さらに以前のUSB2.0規格から比較すると約40倍にもなり、飛躍的に電源供給能力が高くなっている。
特許第5573928号明細書
USB3.1規格には、上下の向きが決まっており、サイズがやや大きいtypeAと、12ピンが2列並列に並び、上下の向きが決まっておらず、逆向きに挿入しても機能するtypeCがある。typeCでは、上下逆向きに挿入しても同様に信号伝送を可能とする必要があるため、上下に共用のコンタクト端子が存在する。従来、このような共用のコンタクト端子間の接続では、プリント基板のパッドにケーブルをはんだ付けした後、パターンを分岐し、スルーホール等を介することにより共用のコンタクト間を接続すること等を行っていた。しかしながら、車載用コネクタの場合、はんだ付けによる接続では定量的な接続ができないという問題点があった。
また、特許文献1には、ツイストペアケーブルを利用した多芯ケーブル用の電気コネクタが記載されており、この電気コネクタでは、ツイストペアケーブルの撚り戻し部におけるインピーダンスの増加またはノイズ性能の低下を抑制できることが記載されているが、共用のコンタクト端子を接続する方法については記載されていない。
従って、本発明は、共用のコンタクト端子を有する例えばUSB3.1typeC等に使用される多芯ケーブル用コネクタであって、共用のコンタクト端子間をはんだ接続等を利用せず容易に安定して接続できる多芯ケーブル用コネクタを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の多芯ケーブル用コネクタは、複数の信号線により構成される多芯ケーブルに接続される多芯ケーブル用コネクタであって、上記多芯ケーブルを構成する上記複数の信号線のそれぞれに接続される複数のコンタクト端子と、上記複数のコンタクト端子を上下二段に並列に配列するインシュレータと、上記インシュレータの上下二段に並列に配列された上記複数のコンタクト端子を上下に分ける位置に挿入される金属板であって、上記金属板に設けられた複数の内部接点が上記上下二段に並列に配列された複数のコンタクト端子のうちの複数の第1のコンタクト端子群に接続され、接続された上記複数の第1のコンタクト端子群が共用可能となる金属板とを備えることを特徴とする。
また、上記インシュレータの外部を覆う内部金属シェルであって、上記内部金属シェルに設けられた複数の外部接点により上記上下二段に並列に配列された複数のコンタクト端子のうちの複数の第2のコンタクト端子群に接続され、接続された上記複数の第2のコンタクト端子群が共用可能となる内部金属シェルをさらに備えるものとしてもよい。
また、上記金属板は、密着曲げにより形成され、上記複数の内部接点は上下に向かい形成されるものとしてもよい。
また、上記複数の内部接点は、上記多芯ケーブルに対向する側に向かい延び、ばね性を有する板状の突起片であるものとしてもよい。
また、上記複数の外部接点は、上記多芯ケーブルに対向する側に向かい延び、ばね性を有する板状の突起片であるものとしてもよい。
本発明によれば、共用のコンタクト端子を有する例えばUSB3.1typeC等に使用される多芯ケーブル用コネクタであって、共用のコンタクト端子間をはんだ接続等を利用せず容易に安定して接続できる多芯ケーブル用コネクタを提供することができる。
本発明の高速信号伝送用コネクタと、レセプタクルが嵌合した状態を示す斜視図である。 本発明の高速信号伝送用コネクタの斜視図である。 図2に示す高速信号伝送用コネクタのモールドカバーを取り外した状態を示す斜視図である。 図3に示す高速信号伝送用コネクタの外部金属シェルを取り外した状態を示す斜視図である。 図4に示す高速信号伝送用コネクタの内部金属シェルを取り外した状態を示す斜視図である。 図5に示す高速信号伝送用コネクタのケーブル収納部を取り外した状態を示す斜視図である。 図7(a)は、本発明の高速信号伝送用コネクタの内部金属シェルを示す斜視図であり、図7(b)は、本発明の高速信号伝送用コネクタのケーブル収納部を示す斜視図である。 図8(a)は、本発明の高速信号伝送用コネクタのコンタクト端子を示す図であり、図8(b)は、本発明の高速信号伝送用コネクタの金属板を示す図である。 図9(a)は、複数のコンタクト端子、金属板、内部金属シェルが組み込まれたインシュレータの斜視図であり、図9(b)は、図9(a)に示すIXb−IXb線に沿った断面図であり、図9(c)は、図9(a)に示すIXc−IXc線に沿った断面図である。 USB3.1typeCのピン配列を示す図である。 図11(a)は、本発明の高速信号伝送用コネクタの金属板の別の例を示す図であり、図11(b)は、複数のコンタクト端子、別の金属板、内部金属シェルが組み込まれたインシュレータの上面図であり、図11(c)は、図11(b)に示すXIc−XIc線に沿った断面図であり、図11(d)は、図11(b)に示すXId−XId線に沿った断面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
尚、以下の説明における上下方向の概念は、添付の図面における上下に対応しており、各部材の相対的な位置関係を示すものであって、絶対的な位置関係を示すものではない。また、以下の説明において、便宜的にコネクタの挿入方向を「先端」と示し、コネクタの挿入方向の逆方向を「後端」と示し、左右方向とは、コネクタの挿入方向に対し直交する方向を「左右」を示すこととするが、絶対的な位置関係を示すものではない。
図1は、本発明の高速信号伝送用コネクタ100と、レセプタクル200が嵌合した状態を示す斜視図である。
図1において、本発明の高速信号伝送用コネクタ100は、実装基板1に実装されたレセプタクル200に挿抜可能に嵌合される。なお、ここでは説明の都合上、プラグ側コネクタをコネクタと称し、レセプタクル側コネクタをレセプタクルと称する。レセプタクル200は、複数の金属製のレセプタクルコンタクト端子201、絶縁材で形成されレセプタクルコンタクト端子201を配列するレセプタクルインシュレータ202、及び、レセプタクルインシュレータ202の周囲を覆い金属材料で形成されるレセプタクルシェル203等から構成されるが、詳細な説明は省略する。
図2は、本発明の高速信号伝送用コネクタ100の斜視図である。
図2において、本発明の高速信号伝送用コネクタ100は、USB3.1ケーブル等の高速信号伝送用の多芯ケーブル10に接続されるコネクタである。なお、本実施形態では、高速信号伝送用コネクタ100をUSB3.1typeC規格に適用するように上下2段に12ピンずつ並列に配列したピン配列のコネクタに適用した例を説明するが、高速信号伝送でなくても共用可能コンタクトピンを有する多芯ケーブルに使用される多芯ケーブル用コネクタであれば、これには限定されない。また、本実施形態のUSB3.1typeC用の高速信号伝送用コネクタ100のピン配列は、図2に示すように下側中央2箇所にコンタクト端子107が配置されていない部分があるが、これは車載用を想定しており車載用では逆差しを許容しない規格であるためであるが、これには限定されない。
高速信号伝送用コネクタ100は、図2に示すように外部がモールドカバー101により覆われている。モールドカバー101は、例えば樹脂等の絶縁材により形成され、後述する外部金属シェル102の外側に固定される。また、モールドカバー101の図2に示す上面側には、ロック機構101aが設けられており、これにより高速信号伝送用コネクタ100はレセプタクル200に挿抜可能に嵌合される。
図3は、図2に示す高速信号伝送用コネクタ100のモールドカバー101を取り外した状態を示す斜視図である。
図3において、モールドカバー101の内側には、外部金属シェル102が配置されている。外部金属シェル102は、例えばステンレス等の金属材料で形成され、コネクタ外部に放射されるノイズ、あるいは、コネクタ内部に侵入するノイズを抑制するために、後述する内部金属シェル103が配置された後にその外側に固定される。外部金属シェル102は、後述する内部金属シェル103、ケーブル収納部104、及び、インシュレータ105等を内部に収容するために略箱型の形状を有しており、後端側には、多芯ケーブル10の被覆13の周囲に折り返された編込線12を圧着して電気的に接続するためのGND固定部102aが形成される。
多芯ケーブル10は、複数の信号線11を編込線12で覆い、編込線12を被覆13で覆うことにより構成される。複数の信号線11としては、一般的に、芯線11aが被覆11bで覆われた高速伝送用のツイストペアケーブル等が使用できるが、USB3.1では、最大転送速度10Gbpsの「SUPER SPEED PLUS(Gen 2)」モードを達成する必要があり、高速伝送用の信号線には、芯線14aが絶縁材14bを介してシールド線14cで覆われ、その周囲に被覆14dが設けられた同軸線14を使用することもできる。
また、外部金属シェル102の先端側の上部には、上方に向かい90度折れ曲がり長方形状を有するモールドカバー保持部102bが形成される。モールドカバー保持部102bは、後端側から挿入されたモールドカバー101の先端側から保持する。
また、外部金属シェル102には、図3に示す上面および下面の中央付近に2箇所ずつ略箱形状の外部金属シェル102の内側に折れ曲がりばね性を有し例えば長方形状を有する4カ所の接触片102cが設けられている。4カ所の接触片102cは、そのばね性により、後述する複数の同軸線14の周囲に設けられ、同軸線14の被覆14dの周囲に折り返されるか、または、被覆14dをストリップして、その下から顕れたシールド線14cに接続された複数の金属筒106に接触される。金属筒106が外部金属シェル102の接触片102cと接触されることにより、GND接続が強固となり、高周波ノイズの放射と侵入のさらなる抑制が見込まれる。なお、ここでは、接触片102cが4ヶ所の長方形状に設けられるものとしたが、この数、この形状には限定されない。
図4は、図3に示す高速信号伝送用コネクタ100の外部金属シェル102を取り外した状態を示す斜視図である。
図4において、外部金属シェル102の内側には、ステンレス等の金属材料で形成された内部金属シェル103と、ケーブル収納部104が配置される。内部金属シェル103は、後述する複数のコンタクト端子107が挿入されて固定されたインシュレータ105の外側に固定され、複数のコンタクト端子107の周辺のノイズの放射と侵入を抑制する。内部金属シェル103には、複数のコンタクト端子107のうちの幾つかに電気的に接触するための複数の外部接点103aが設けられるが、詳細な説明は図7(a)を使用して後述する。
図5は、図4に示す高速信号伝送用コネクタ100の内部金属シェル103を取り外した状態を示す斜視図である。
図5において、内部金属シェル103の内側には、インシュレータ105が配置され、その後端側にはケーブル収納部104が配置される。ケーブル収納部104は、ダイキャスト等の導電性の材料で形成され、USB3.1で規定される最大転送速度10Gbpsを達成するために問題となる高速信号伝送時における高周波のインピーダンス特性、及びノイズ性能の低下を抑制するために設けられる。ケーブル収納部104を設けることにより、後述する図10に示す効果がある。ケーブル収納部104の形状は、後述する図7(b)に示されるが、詳細な説明は後述する。
図6は、図5に示す高速信号伝送用コネクタ100のケーブル収納部104を取り外した状態を示す斜視図である。
図6において、インシュレータ105は、樹脂等の絶縁材料で形成され、多芯ケーブル10の複数の信号線11の芯線11a、及び、同軸線14の芯線14aに接続された複数のコンタクト端子107が挿入され、固定される。高速伝送用の信号線である複数の同軸線14の周囲には、真鍮やステンレスなどの金属材料で形成された複数の金属筒106が設けられる。金属筒106は、圧着前にU字形状に形成され、同軸線14の周囲に嵌め込まれた後、被覆14dの下から顕れたシールド線14cに圧着され、筒形状に形成されるか、同軸線14の被覆14dの下から顕れたシールド線14cにはんだ付けすること等により電気的に接続される。金属筒106を設けることにより、高速信号伝送時に問題となる高周波伝送時のインピーダンス特性、及びノイズ性能の低下を抑制する効果がある。
インシュレータ105の12ピンを上下二段に並列に配列された複数のコンタクト端子107を上下に分ける位置には、ステンレス等の金属材料で形成された金属板108が挿入される。金属板108には、後述する図8(b)に示されるように複数のコンタクト端子107のうちの幾つかに電気的に接触するための複数の内部接点108aが設けられるが、詳細な説明は後述する。
図7(a)は、本発明の高速信号伝送用コネクタ100の内部金属シェル103を示す斜視図であり、図7(b)は、本発明の高速信号伝送用コネクタ100のケーブル収納部104を示す斜視図である。
図7(a)において、内部金属シェル103は、ステンレス等の金属材料で形成され、複数のコンタクト端子107のうちの幾つかに電気的に接触するための複数の外部接点103aを備える。複数の外部接点103aに接続された幾つかのコンタクト端子107は、電気的に共用可能となる。これにより、はんだ付け等の定量的でない接続を避けることができ、容易に安定したコンタクト端子107間の接続を実現できる。なお、多芯ケーブル10の信号線11、及び、同軸線14は、共用可能となった幾つかのコンタクト端子107のうちの1つに接続すればよい。また、本実施形態では、図10に示すUSB3.1typeCのピン配列表に準拠し、上下二段に12ピンずつ並列に配列された各段の両端に配列されたA1、A12、B1、及び、B14の4本のGNDピンを共用可能に接続し、これら4本のピンに対応する位置に複数の外部接点103aが設けられるが、これらの位置、あるいは、本数には限定されない。また、複数の外部接点103aが先端側に向かい延び、ばね性を有する板状の突起片であるものとしたがこれには限定されず、複数のコンタクト端子107に電気的に接触できる形状であればよい。
図7(b)において、ケーブル収納部104は、ダイキャスト等の導電性の材料で形成される。ケーブル収納部104には、複数の溝104aが形成され、インシュレータ105に挿入された複数のコンタクト端子107に接続された多芯ケーブル10の複数の信号線11、及び、同軸線14がインシュレータ105の後端側において配列される形状に形成される。なお、ここでは、USB3.1typeCのピン配列表に準拠し、上下二段に12ピンずつ並列に配列されたピン配列に適合するように複数の溝104aが形成されるものとしたが、これには限定されず、多芯ケーブル10に含まれる複数の信号線11、あるいは、同軸線14の本数に合わせて複数の溝104aが形成されればよい。また、ここではケーブル収納部104の材料として軽量化のためにダイキャストを使用するものとしたが、これには限定されずコネクタ内部のうち複数のコンタクト端子107の後端側の部分を導電性の材料で埋めることができれば、これには限定されない。また、後述する図11に示すように、高速伝送用の信号線として使用される同軸線14の周辺にのみ、ケーブル収納部104を配置するものとしてもよい。
図8(a)は、本発明の高速信号伝送用コネクタ100のコンタクト端子107を示す図であり、図8(b)は、本発明の高速信号伝送用コネクタの金属板108を示す図である。
図8(a)において、コンタクト端子107は、銅等の金属で形成され、コネクタ嵌合時にレセプタクルコンタクト端子201と接触する略四角柱形状のコンタクト部107aと、多芯ケーブル10の信号線11の芯線11a、及び、同軸線14の芯線14aを圧着により固定する圧着部107bと、信号線11の被覆11b、及び、同軸線14の絶縁材14bを固定する固定部107cとを備える。なお、上述のように共用可能とされる幾つかのコンタクト端子107には、内部金属シェル103、あるいは、金属板108が接触されるため、多芯ケーブル10の信号線11、及び、同軸線14のうちの1本が接続されればよい。
図8(b)において、金属板108は、ステンレス等の金属材料で形成され、複数のコンタクト端子107のうちの幾つかに電気的に接触するための複数の内部接点108aを備える。複数の内部接点108aに接続された幾つかのコンタクト端子107は、電気的に共用可能となる。これにより、はんだ付け等の定量的でない接続を避けることができ、容易に安定したコンタクト端子107間の接続を実現できる。なお、多芯ケーブル10の信号線11、及び、同軸線14は、共用可能となった幾つかのコンタクト端子107のうちの1つに接続すればよい。また、本実施形態では、図10に示すUSB3.1typeCのピン配列表に準拠し、上下二段に12ピンずつ並列に配列された各段の4番目と9番目に配列されたA4、A9、B4、及び、B9の4本のVBUSピンを共用可能に接続し、これら4本のピンに対応する位置に複数の内部接点108aが設けられるが、これらの位置、あるいは、本数には限定されない。また、本実施形態では、金属板108が金属材料を折り曲げて2枚密着曲げに形成され上下に複数の内部接点108aを設けるものとしたが、これには限定されない。また複数の内部接点108aが後端側に向かい延び、ばね性を有する板状の突起片であるものとしたがこれには限定されず、複数のコンタクト端子107に電気的に接触できる形状であればよい。
図9(a)は、複数のコンタクト端子107、金属板108、内部金属シェル103が組み込まれたインシュレータ105の斜視図であり、図9(b)は、図9(a)に示すIXb−IXb線に沿った断面図であり、図9(c)は、図9(a)に示すIXc−IXc線に沿った断面図である。
上述したように、図9(b)において、金属板108に設けられた複数の内部接点108aは、複数のコンタクト端子107の幾つかに電気的に接触され、接触された幾つかのコンタクト端子107が電気的に共用可能となる。同様に、図9(c)において、内部金属シェル103に設けられた複数の外部接点103aは、複数のコンタクト端子107の幾つかに電気的に接触され、接触された幾つかのコンタクト端子107が電気的に共用可能となる。
図10は、USB3.1typeCのピン配列を示す図である。
図10において、上述のように、USB3.1typeC用のコネクタでは、上下逆向きに挿入しても同様に信号伝送を可能とする必要があるため、A1乃至A12と、B1乃至B12は、上下に配置された共用のコンタクト端子となっている。上述のように、A1、A12、B1、及び、B14の4本のGNDピンは、内部金属シェル103により共用可能に接続され、A4、A9、B4、及び、B9の4本のVBUSピンは、金属板108により共用可能に接続される。なお、A2、A3、A10、A11、B2、B3、B10、及び、B11は高速信号伝送用の端子であり、本実施形態では、同軸線14が接続される。また、A6、A7、B6、及び、B7は、USB2.0と共用のピンであり、高速信号伝送の必要はなく、本実施形態では、同軸線14ではない通常の信号線11が接続される。
図11(a)は、本発明の高速信号伝送用コネクタの金属板の別の例108Aを示す図であり、図11(b)は、複数のコンタクト端子107A、金属板108A、内部金属シェル103Aが組み込まれたインシュレータ105Aの上面図であり、図11(c)は、図11(b)に示すXIc−XIc線に沿った断面図であり、図11(d)は、図11(b)に示すXId−XId線に沿った断面図である。
図11(a)乃至図11(d)に示すように、金属板108Aは、先端側に向かい延び、ばね性を有する板状の突起片である複数の内部接点108Aaを有する。このような形状の複数の内部接点108Aaを設けることによっても、図8(b)に示す金属板108と同様の効果が得られる。なお、図8(b)に金属板108、及び、図11(a)乃至図11(d)に金属板108Aをそれぞれ示したが、金属板の形状は、これらの形状には限定されない。
以上のように本発明の多芯ケーブル用コネクタによれば、共用のコンタクト端子を有する例えばUSB3.1typeC等に使用される多芯ケーブル用コネクタにおいて、共用のコンタクト端子間をはんだ接続等を利用せず容易に安定して接続することができる。
1 実装基板
10 多芯ケーブル
11 信号線
11a、14a 芯線
11b、13、14d 被覆
12 編込線
14 同軸線
14b 絶縁材
14c シールド線
100 高速信号伝送用コネクタ
101 モールドカバー
102 外部金属シェル
103、103A 内部金属シェル
103a、103Aa 外部接点
104、104A ケーブル収納部
105、105A インシュレータ
106 金属筒
107、107A コンタクト端子
108、108A 金属板
108a、108Aa 内部接点
200 レセプタクル
201 レセプタクルコンタクト端子
202 レセプタクルインシュレータ
203 レセプタクルシェル

Claims (5)

  1. 複数の信号線により構成される多芯ケーブルに接続される多芯ケーブル用コネクタであって、
    前記多芯ケーブルを構成する前記複数の信号線のそれぞれに接続される複数のコンタクト端子と、
    前記複数のコンタクト端子を上下二段に並列に配列するインシュレータと、
    前記インシュレータの上下二段に並列に配列された前記複数のコンタクト端子を上下に分ける位置に挿入される金属板であって、前記金属板に設けられた複数の内部接点が前記上下二段に並列に配列された複数のコンタクト端子のうちの複数の第1のコンタクト端子群に接続され、接続された前記複数の第1のコンタクト端子群が共用可能となる金属板と
    を備えることを特徴とする多芯ケーブル用コネクタ。
  2. 前記インシュレータの外部を覆う内部金属シェルであって、前記内部金属シェルに設けられた複数の外部接点により前記上下二段に並列に配列された複数のコンタクト端子のうちの複数の第2のコンタクト端子群に接続され、接続された前記複数の第2のコンタクト端子群が共用可能となる内部金属シェルをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の多芯ケーブル用コネクタ。
  3. 前記金属板は、密着曲げにより形成され、前記複数の内部接点は上下に向かい形成されることを特徴とする請求項1に記載の多芯ケーブル。
  4. 前記複数の内部接点は、前記多芯ケーブルに対向する側に向かい延び、ばね性を有する板状の突起片であることを特徴とする請求項1に記載の多芯ケーブル。
  5. 前記複数の外部接点は、前記多芯ケーブルに対向する側に向かい延び、ばね性を有する板状の突起片であることを特徴とする請求項2に記載の多芯ケーブル。
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