JP2019012586A - コネクタ構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】コネクタを基板に実装する際の生産性を従来よりも向上できるコネクタ構造体を提供する。
【解決手段】本技術では、基板と、一方の基板面に配置された第1コネクタと、他方の基板面に配置された第2コネクタと、を備え、前記第1コネクタ及び前記第2コネクタが、対向する基板面において重ならない位置に配置されるコネクタ構造体を提供する。前記第1コネクタ及び前記第2コネクタのそれぞれには、信号の接続に供され且つ互いに結線される信号接続ピンが設けられ、前記各信号接続ピンの間の距離は、前記信号の周波数におけるインピーダンスの偏差を所定範囲内に抑制可能な距離に設定される。
【選択図】図2

Description

本開示は、コネクタ構造体に関する。より詳しくは、一方の基板面に配置された第1コネクタと、他方の基板面に配置された第2コネクタとを備えるコネクタ構造体に関する。
電子部品や電線をプリント基板に実装する工法の一つに、スルーホール実装(Through-hole technology)と呼ばれる工法がある。当該工法は、挿入実装(Insertion mount technology; IMT)とも呼ばれる。当該工法では、電子部品につながるリード端子を基板の孔(スルーホール)に通して、基板の片面もしくは両面に半田付けする工法である。
一般的なスルーホール実装は下記のような工程1〜4となる。工程1では、電子部品が孔に挿入できる形に整えられる。工程2では、電子部品がプリント基板の孔に挿入される。工程3では、孔に対して半田付けが行われる。工程4では、孔に付着した半田が冷却される。
例えば、基板の両面に半田付けするスルーホール実装では、まず、基板のスルーホールに第1コネクタのピンが差し込まれる。続いて、同じスルーホールに第2コネクタのピンが差し込まれる。この後、スルーホールに差し込まれた各ピンが半田付けにて接続される(例えば、特許文献1参照)。
特開2014−82325号公報
しかし、複数のピンを基板の両面から一つのスルーホールに差し込む作業は非常に困難である。更に、スルーホールに入る半田の量は、基板面の面積分だけでなく、スルーホール内周面と各ピンとの隙間に流れ込む体積分の半田の量を考慮する必要がある。
そのため、半田の供給量の調整に用いるメタルマスクの形状が複雑化し、コネクタを基板に実装する際の作業性がより悪化し、実装作業の生産性が低下するという問題があった。
本開示はかかる問題点を解決するもので、その目的は、コネクタを基板に実装する際の生産性を従来よりも向上できるコネクタ構造体を提供することである。
本発明者は、前記の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、本発明を完成させるに至った。
即ち、本開示では、基板と、一方の基板面に配置された第1コネクタと、他方の基板面に配置された第2コネクタと、を備え、前記第1コネクタ及び前記第2コネクタが、対向する基板面において重ならない位置に配置されるコネクタ構造体を提供する。
本開示によれば、対向する基板面において重ならない位置に、第1コネクタ及び第2コネクタが配置される。従って、第1コネクタの一方の基板面への実装や、第2コネクタの他方の基板面への実装を、基板の片面からの半田付けで実現できる。
このため、従来の実装方法のように複数のピンを孔に差し込む際の、孔の内周面と各ピンとの隙間に流れ込む体積分の半田の量を考慮する必要がなく、メタルマスクの形状が複雑化することもない。
その結果、コネクタを基板の表裏面に実装する際の生産性を従来よりも向上できる。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本開示の一実施形態に係る情報通信システム100の外観斜視図である。 コネクタユニット25の要部の分解斜視図の一例である。(A)は、コネクタユニット25の正面側の分解斜視図である。(B)は、コネクタユニット25の背面側の分解斜視図である。 コネクタユニット25の一例を示す側面図である。 プリント基板25Baの回路配置構成の一例を示す平面図である。(A)は、プリント基板25Baの表面図である。(B)は、プリント基板25Baの裏面図である。 プリント基板25Bbの回路配置構成の一例を示す平面図である。(A)は、プリント基板25Bbの表面図である。(B)は、プリント基板25Bbの裏面図である。 スルーホール実装手順についての説明図である。(A)は、本実施形態に係るコネクタ構造体におけるスルーホール実装手順の説明図である。(B)は、従来のスルーホール実装手順の説明図である。
以下、本開示を実施するための好適な形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本開示の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本開示の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
本開示の一実施形態に係るコネクタ構造体を適用した情報通信システムについて説明する。
[全体構成]
図1は、本開示の一実施形態に係る情報通信システム100の外観斜視図である。本開示に係る情報通信システム100は、以下に列記するように、撮像装置10A、インターフェース装置20、と、これらの装置の間に介挿され、且つ脱着可能であるとともに、既定の機能を有する所定数N(本実施形態では、簡単のため1であると仮定する。)の機能拡張装置10Bから構成される。以下、各装置について詳細に説明する。
[撮像装置10A]
撮像装置10Aでは、被写体を撮像して画像データが取得される。撮像装置10Aは、図示しないレンズ、撮像素子及びA/D変換器などを有する。
撮像装置10Aは、全体が略直方体の外観を呈する本体11と、この本体11の前面部に着脱自在に設けられ複数のレンズを有するレンズ筒12とによって構成されている。この本体11は、各々が互いに対向する上下左右の壁板を有し前後方向に開口する筐体13と、筐体13の前方開口部に装着され光軸方向に開口する前面板14と、筐体13の後方開口部に装着され表裏両面に開口する外部接続用の貫通口を有する後面板(不図示)とからなる。
上記撮像素子は、上記レンズを通過した被写体光束により被写体を撮像する。撮像素子としては、公知のCMOSセンサ、公知のCCDセンサ等の固体撮像素子を例示することができる。撮像素子は、被写体光束を受光する複数の光電変換素子を有しており、複数の光電変換素子でそれぞれ生じた蓄積電荷量に応じたアナログ信号を上記A/D変換器へ出力する。A/D変換器は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、画像データとして機能拡張装置に出力する。
この筐体13には、上記撮像素子等に接続されるプリント基板が内蔵されている。このプリント基板には、例えば、ネットワークインターフェース(不図示)、マイクロプロセッサ(不図示)、フラッシュメモリ(不図示)、及び、FPGA(field-programmable gate array)(不図示)等が実装される。
撮像装置10Aは、機能拡張装置10Bの一端に直接嵌合可能な機械的構造を有する。撮像装置10Aの機械的構造は、特に限定されず、インターフェース装置20の一端に直接嵌合可能な機械的構造を有していてもよい。撮像装置10Aは、機能拡張装置10Bとの間で電気信号又は光信号の接続に供されるコネクタ(不図示)を有する。このコネクタは、上記の後面板に設けられる。
[機能拡張装置10B]
機能拡張装置10Bは、撮像装置10Aとインターフェース装置20との間に脱着自在に介在され、撮像装置10Aの機能を拡張する構成を有する。
機能拡張装置10Bは、撮像装置10Aの一端、及び、インターフェース装置20の一端に直接嵌合可能な機械的構造を有する。
機能拡張装置10Bは、全体が筒状の外観を呈する筐体50を有する。この筐体50は、各々が互いに対向する上壁板、下壁板、左壁板、及び右壁板を有し、前後方向に開口する貫通口(不図示)を有している。当該貫通口の後方側には、例えば、ネットワークインターフェース(不図示)、マイクロプロセッサ(不図示)、フラッシュメモリ(不図示)、及び、FPGA(不図示)、コネクタ(不図示)等がプリント基板に実装されたコネクタユニット25(図2参照)が配置される。
[インターフェース装置20]
インターフェース装置20では、例えばPC(Personal Computer)等の外部装置との間でデータ通信が行われる。インターフェース装置20は、例えば、USB(Universal Serial Bus)、GbE(Gigabit Ethernet(登録商標))、FIBER(TBD)、CXP(CoaXPress)等の規格に従った方式で通信を行うことができる。
インターフェース装置20は、機能拡張装置10Bの他端に直接嵌合可能な機械的構造を有する。インターフェース装置20の機械的構造は、特に限定されず、撮像装置10Aの一端に直接嵌合可能な機械的構造を有していてもよい。
インターフェース装置20は、前方向に開口した箱状の外観を呈する本体16と、この本体16の前方開口部(不図示)に取り付けられたコネクタユニット25(図2参照)とからなる。このコネクタユニット25には、例えば、ネットワークインターフェース(不図示)、フラッシュメモリ(不図示)、FPGA(不図示)、マイクロプロセッサ(不図示)、及びコネクタ(不図示)等が実装される。
[コネクタユニット25]
図2は、コネクタユニット25の要部の分解斜視図の一例である。図2(A)はコネクタユニット25の正面側の分解斜視図である。図2(B)はコネクタユニット25の背面側の分解斜視図である。図2(A)、(B)に示すように、コネクタユニット25は、一組のコネクタ構造体25A、25Bを備える。
[コネクタ構造体25A]
コネクタ構造体25Aは、プリント基板25Baと、第1コネクタ25Caと、第2コネクタ25Daと、を備える。
第1コネクタ25Caは、プリント基板25Baの表面(一方の基板面25Ea)に配置される。第1コネクタ25Caは機能拡張装置10Bとの間で電気信号又は光信号の接続に供されるコネクタプラグである。このコネクタプラグは、機能拡張装置10Bに設けたコネクタレセプタクル(不図示)の挿入及び抜去が可能である。
第2コネクタ25Daは、プリント基板25Baの裏面(他方の基板面25Fa)に配置される。第2コネクタ25Daはコネクタ構造体25Bを介してPC等の外部装置との間で電気信号又は光信号の接続に供されるコネクタレセプタクルである。このコネクタレセプタクルは、コネクタ構造体25Bに設けたコネクタプラグの挿入及び抜去が可能である。
第1コネクタ25Ca及び第2コネクタ25Daは、対向する基板面25Ea、25Faにおいて重ならない位置に配置される。具体的に、プリント基板25Baの表面にある第1コネクタ25Caと、裏面にある第2コネクタDaとは、プリント基板25Baの厚み方向に見た際に、中心軸(不図示)の回りに、相互に180°ずらした位置に設けられる。
第1コネクタ25Ca及び第2コネクタ25Daのそれぞれには、信号の接続に供され且つ互いに結線される信号接続ピン25Ga、25Haが設けられる各信号接続ピン25Ga、25Ha間の距離は、信号の周波数におけるインピーダンスの偏差を所定範囲内に抑制可能な距離に設定される。具体的に、各信号接続ピン25Ga、25Haの間の距離は、下記の式(1)に示す分布定数線路の特性インピーダンスZ(Ω)において、コイルL(コネクタ25Ca、25Da間の信号線)の長さが変わると周波数におけるインピーダンスも変わるような場合でも、インピーダンスの偏差を所定範囲内に抑制可能であり、安定した信号伝送を実現できる。
Figure 2019012586
各信号接続ピン25Ga、25Ha間の距離は等距離に設定されることが好ましい。このような等長配置によれば、各信号接続ピン25Ga、25Ha間の距離が同じになり、インピーダンスの偏差を0にでき、より安定した信号伝送を実現できる。
第1コネクタ25Ca及び第2コネクタ25Daのそれぞれには、電源供給ピン25Ia、25Jaが設けられている。第1コネクタ25Ca及び第2コネクタ25Daの双方もしくはいずれか一方が形成されている側と反対側の基板面25Fa、25Eaの空きスペースには、ヒートシンク等の放熱器が配置されることが好ましい。一般に、スルーホール実装の際にプリント基板25Baの孔に電源供給ピンが入る場合、孔内に熱が篭り易い。そのため、基板面25Fa、25Eaの空いたスペースを有効活用し、当該スペースに放熱器を設けることが好ましい。これにより、孔内に篭った熱は放熱器を経て周囲の空気に伝わり拡散される。
[コネクタ構造体25B]
コネクタ構造体25Bの構成については、パワーコネクタなどの電力供給回路や、受信回路及びドライバ回路を備える点を除き、コネクタ構造体25Aと略同じであるので、各構成要素の末尾に付加した添文字「a」に代えて添文字「b」を付加することとし、構成の説明を省略する。
なお、パワーコネクタなどの電力供給回路は、プリント基板25Bbの表面となる一方の基板面25Ebに配置される。受信回路及びドライバ回路は、プリント基板25Bbの裏面となる他方の基板面25Fbに配置される。
図3は、コネクタユニット25の一例を示す側面図である。図に示すように、コネクタ構造体25Aに設けた第2コネクタ25Da(コネクタプラグ)は、コネクタ構造体25Bに設けた第2コネクタ25Db(コネクタレセプタクル)に挿入されている。なお、この例では、対向する基板面25Fa、25Fb間の寸法は15.0mmである。また、プリント基板25Ba、25Bbの各厚みは1.6mmである。
図4は、プリント基板25Baの回路配置構成の一例を示す平面図である。図4(A)は、プリント基板25Baの表面図である。図4(B)は、プリント基板25Baの裏面図である。
図4(A)に示すように、プリント基板25Baの表面(基板面25Ea)には、第1コネクタ25Caや、FPGAや、ROM(Read Only Memory)、DDR2 SDRAM(Double-Data-Rate2 Synchronous Dynamic Random Access Memory)、DDR3 SDRAM(Double-Data-Rate3 Synchronous Dynamic Random Access Memory)等の各種ICメモリや、DEBUGコネクタが配置される。
図4(B)に示すように、プリント基板25Baの裏面(基板面25Fa)には、第2コネクタ25Daが配置される。なお、図4(A)の第1コネクタ25Ca、及び、図4(B)の第2コネクタ25Daは、いずれも、ヒロセ電機株式会社製のFX23シリーズが採用される。
図4(A)、(B)に示すように、プリント基板25Baの表面25Eaにある第1コネクタ25Caと、裏面25Faにある第2コネクタ25Daとは、プリント基板25Baの厚み方向から見た際に、正方形状の表面25Ea(裏面25Fa)における対角線の交点を中心として、180°ずらした位置に配置される。
この配置構成により、図4(A)の表面25Eaのうち、第2コネクタ25Daと反対側の位置には、該第2コネクタ25Daの位置決めピンや電源供給ピンが入る孔を含んだ空きスペースが形成される。この空きスペースを利用すれば、第2コネクタ25Daの基板面25Faへの実装を、基板面25Eaからの半田付けのみで実現できる。
また、図4(B)の裏面25Faのうち、第1コネクタ25Caと反対側の位置には、該第1コネクタ25Caの位置決めピンや電源供給ピンが入る孔を含んだ空きスペースが形成される。この空きスペースを利用すれば、第1コネクタ25Caの基板面25Eaへの実装を、基板面25Faからの半田付けのみで実現できる。
図5は、プリント基板25Bbの回路配置構成の一例を示す平面図である。図5(A)は、プリント基板25Bbの表面図である。図5(B)は、プリント基板25Bbの裏面図である。
図5(A)に示すように、プリント基板25Bbの表面(基板面25Eb)には、RJ45コネクタからなる第1コネクタ25Cbや、例えばイーサネット(登録商標)(Ethernet(登録商標))の配線で利用される電力を供給する電力供給回路やパワーコネクタなどの各種部品が配置される。
図5(B)に示すように、プリント基板25Bbの裏面(基板面25Fb)には、FX23シリーズの第2コネクタ25Db、受信回路やドライバ回路が配置される。
図5(A)、(B)に示すように、プリント基板25Bbの表面25Ebにある第1コネクタ25Cbと、裏面25Fbにある第2コネクタ25Dbとは、プリント基板25Bbの厚み方向から見た際に、正方形状の表面25Eb(裏面25Fb)における対角線の交点を中心として、180°ずらした位置に配置される。
この配置構成により、図5(A)の表面25Ebのうち、第2コネクタ25Dbと反対側の位置には、該第2コネクタ25Dbの位置決めピンや電源供給ピンが入る孔を含んだ空きスペースが形成される。この空きスペースを利用すれば、第2コネクタ25Dbの基板面25Fbへの実装を、基板面25Ebからの半田付けのみで実現できる。
また、図5(B)の裏面25Fbのうち、第1コネクタ25Cbと反対側の位置には、該第1コネクタ25Cbの位置決めピンや電源供給ピンが入る孔を含んだ空きスペースが形成される。この空きスペースを利用すれば、第1コネクタ25Cbの基板面25Ebへの実装を、基板面25Fbからの半田付けのみで実現できる。
[スルーホール実装手順]
図6は、スルーホール実装手順についての説明図である。図6(A)は、本実施形態に係るコネクタ構造体におけるスルーホール実装手順の説明図である。まず、基板のスルーホールにコネクタのピンを差し込む。続いて、基板においてコネクタが取付けられている側と反対側の面から、コネクタのピンとスルーホールとの間の隙間に半田付けを行う。
この手順では、コネクタの基板への実装を、基板片面からの半田付けのみで実現できる。このため、従来の実装方法のように複数のピンをスルーホールに差し込む際の、スルーホールの内周面と各ピンとの隙間に流れ込む体積分の半田の量を考慮する必要がなく、メタルマスクの形状が複雑化することもない。その結果、コネクタを基板の表裏面に実装する際の生産性を従来よりも向上できる。
図6(B)は、従来のスルーホール実装手順の説明図である。まず、基板のスルーホールに第1コネクタのピンが差し込まれる。続いて、同じスルーホールに第2コネクタのピンが差し込まれる。この後、スルーホールに差し込まれた各ピンが半田付けにて接続される。このため、従来の実装手順では、基板面の面積分だけでなく、スルーホール内部に流れ込む体積分の半田の量を考慮する必要があった。そのため、半田の量の調整に用いるメタルマスクの形状が複雑化し、コネクタを基板に実装する際の作業性がより悪化し、実装作業の生産性が低下するという問題があった。
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
(1)
基板と、
一方の基板面に配置された第1コネクタと、
他方の基板面に配置された第2コネクタと、
を備え、
前記第1コネクタ及び前記第2コネクタが、対向する基板面において重ならない位置に配置されるコネクタ構造体。
(2)
前記第1コネクタ及び前記第2コネクタのそれぞれには、信号の接続に供され且つ互いに結線される信号接続ピンが設けられ、
前記各信号接続ピンの間の距離は、
前記信号の周波数におけるインピーダンスの偏差を所定範囲内に抑制可能な距離に設定される上記(1)に記載のコネクタ構造体。
(3)
前記各信号接続ピン間の距離は等距離に設定される上記(2)に記載のコネクタ構造体。
(4)
前記第1コネクタ及び前記第2コネクタのそれぞれには、電源供給ピンが設けられ、
前記第1コネクタ及び前記第2コネクタの双方もしくはいずれか一方が形成されている側と反対側の基板面には、放熱器が配置される上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載のコネクタ構造体。
(5)
前記第1コネクタはプラグであり、前記第2コネクタはレセプタクルである上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載のコネクタ構造体。
なお、上述した本実施形態のコネクタ構造体では、プリント基板25Baの表面にある第1コネクタ25Caと、裏面にある第2コネクタ25Daとは、プリント基板25Baの厚み方向に見た際に、中心軸(不図示)の回りに、相互に180°ずらした位置に設けられる例について述べたが、本実施形態はこれに限定されない。第1コネクタ25Ca及び第2コネクタ25Daは、対向する基板面において重ならない位置に設けることさえできればよく、例えば、プリント基板25Baの表面にある第1コネクタ25Caと、裏面にある第2コネクタ25Daとは、プリント基板25Baの厚み方向に見た際に、中心軸(不図示)の回りに、相互に90°ずらした位置に設けられるものでもよい。
なお、上述した本実施形態のコネクタ構造体では、第1コネクタ25Ca及び第2コネクタ25Daの双方もしくはいずれか一方が形成されている側と反対側の基板面25Fa、25Eaの空いたスペースに、ヒートシンク等の放熱器を配置する例について述べたが、本実施形態はこれに限定されない。信号のバンド幅が不足する場合には、基板面25Fa、25Eaの空いたスペースに、新たなコネクタを配置し、当該コネクタに伝送容量を配分してもよい。これにより、コネクタ構造体の全体としての伝送容量を増やすことができる。
10B 機能拡張装置
10A 撮像装置
11、16 本体
12 レンズ筒
13 筐体
14 前面板
20 インターフェース装置
25 コネクタユニット
25A、25B コネクタ構造体
25Ba、25Bb プリント基板
25Ca、25Cb 第1コネクタ
25Da、25Db 第2コネクタ
25Ea、25Eb 基板面
25Fa、25Fb 基板面
25Ga、25Gb 信号接続ピン
25Ia、25Ib 電源供給ピン
50 筐体
100 情報通信システム

Claims (5)

  1. 基板と、
    一方の基板面に配置された第1コネクタと、
    他方の基板面に配置された第2コネクタと、
    を備え、
    前記第1コネクタ及び前記第2コネクタが、対向する基板面において重ならない位置に配置されるコネクタ構造体。
  2. 前記第1コネクタ及び前記第2コネクタのそれぞれには、信号の接続に供され且つ互いに結線される信号接続ピンが設けられ、
    前記各信号接続ピンの間の距離は、
    前記信号の周波数におけるインピーダンスの偏差を所定範囲内に抑制可能な距離に設定される請求項1に記載のコネクタ構造体。
  3. 前記各信号接続ピン間の距離は等距離に設定される請求項2に記載のコネクタ構造体。
  4. 前記第1コネクタ及び前記第2コネクタのそれぞれには、電源供給ピンが設けられ、
    前記第1コネクタ及び前記第2コネクタの双方もしくはいずれか一方が形成されている側と反対側の基板面には、放熱器が配置される請求項1乃至3のいずれか一項に記載のコネクタ構造体。
  5. 前記第1コネクタはプラグであり、前記第2コネクタはレセプタクルである請求項1乃至4のいずれか一項に記載のコネクタ構造体。
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