JP4295060B2 - コネクタ接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、コネクタ接続構造に係り、さらに詳細には、被評価機器と評価測定機器とを接続するケーブルとコネクタ本体に使用し、ケーブルの配列間隔等を一定にすることにより電気特性の向上を可能にするコネクタ接続構造に関する。

図１２を参照する。従来、例えば、被評価機器（試験用に製造されたサーバ等）１０１と、この被評価機器１０１の性能の評価を行う評価測定機器１０３とはコネクタ１０５を介してケーブル等で接続されている。

図１３を参照する。前記コネクタ１０５の詳細を示す。コネクタ１０５は複数の同軸ケーブル１０７が収縮チューブ１０９により束ねられている。そして、この収縮チューブ１０９内では被覆が剥がされ露出した外部導体１１１が互いに接触している。そして、グランド線１１９により基板１２３に形成されたグランド層１１７に接続されている。

同軸ケーブル１０７の端側では複数の中心導体１１３が露出している。複数の前記中心導体１１３は基板１２３上の回路部１２５に接続され被評価機器１０１にコネクタ接続される。

なお、露出した外部導体１１１等は収縮チューブ１１５に覆われている。さらに、中心導体１１３付近は樹脂部１２１により固定されている。

また、特許文献１を参照。
特願２００３−０７２７３５

このような、従来のコネクタは以下のような問題があった。すなわち、第１点目の問題として、同軸ケーブルの外部導体（シールド）剥ぎによる問題である。図１３において位置Ｐ１付近では、同軸ケーブルの外部導体の状態がまちまちであり、それぞれの同軸ケーブルがコネクタの基板につけられるまで適正なインピーダンスが確保できない。例えば、外部導体がないことにより、この同軸部分のインピーダンスは規格（例えばインフィニバンド規格）を大きく外れる。

図１４に示すように、規格では９０〜１１０（Ω）の範囲内に入ることが求められるのに対して、外部導体が剥がされた位置Ｐ１（図１３参照）ではインピーダンスのスペックの上限１５５（Ω）をも越えている（図１４の丸印１２７）。また、同軸ケーブルとコネクタの接続部Ｐ２（図１３参照）ではインピーダンスが低下していて、規格下限の９０（Ω）付近（図１４の丸印１２９）になっている。

第２点目の問題として、この外部導体の構造がない場合、各芯（中心導体等）同士にクロストークが発生する。各芯の露出部（外部導体が無い部分）が多くなるほどその傾向が強くなるが、従来の製品では規格（例えばインフィニバンド）の４％以下を満たしていない。

図１５は評価機器側から入力した場合で、０．４（Ｖ）の入力に対して振幅レベルでは０．０７（Ｖ）で１８（％）に達している。図１６は被測定機器側から入力したときの場合で、入力０．４（Ｖ）で振幅レベルで４（％）を越える場合がある。

第３点目の問題として、コネクタ・同軸ケーブルの接続である。評価測定機器は同軸（シングルエンド、すなわち、データを各ケーブル毎独立して扱う）、被評価機器は差動（平衡線、すなわち、各ケーブルのデータを一括して扱う）であるため、シングルエンド２本と平衡線の交換がこの製品内で行われる。すなわち、理想的な変換は一箇所で行われる必要がある。ところがこの製品は、図１３の右側からみた場合、同軸の外部導体１１１を除去した部分（位置Ｐ１付近）においてまずシングルエンドから平衡線への変換が行われる。しかし、取り付けられているコネクタはグランド層１１７の位置において、この部分で再び平衡からシングルエンドの変換が行われ、グランド層１１７をまたいだところでシングルエンドから平衡の変換があり、非常に無駄なモード変換が多い。これによりインピーダンスが安定しない・クロストークの影響が大きいという問題がある。

４点目の問題として、グランド処理がある。この製品では、コネクタと同軸ケーブル１０７のグランドとの接続が１本のグランド線１１９に集約されている。この状態で、被評価機器を接続し全ての信号線に信号を伝送した場合、各差動ペアにおいてバランスが取れていない電流が全てグランド線１１９だけを通して戻ることになり、グランドバウンスが生じやすいという問題がある。

また、それぞれの同軸ケーブル１０７のグランドの共通化は、同軸ケーブル１０７の被覆を剥ぎ、束ねた上から収縮チューブ１０９をかぶせて行っている。この場合、それぞれの外部導体の接触が不完全になりやすいかもしくは、コネクタの外部筐体により締め付けると同軸が変形し、同軸ケーブルのインピーダンスが変化してしまう問題がある。

５点目の問題として心線の接続部に塗布した樹脂の量が挙げられる。インピーダンスは、導体周辺の誘電体の量、形状、誘電率、又はグランドとの位置関係により決まるが、この製品では誘電体の塗布量がきっちりコントロールされておらず、均一ではない。よって、この部分のインピーダンスにばらつきが生じてしまう問題がある。

６点目の問題として、基板１２３を介していることである。部品点数が多くなることで信号劣化が避けられないため、アイパターンを測定すると図１７のようになる。高周波の信号が減衰し、信号の立ち上がり部分で波形のなまり部分１３１がみられる。

また、この製品を実際のテストに即した状態で使用すると、複数のペアに同時に信号を印可することになるが、この場合のアイパターンは図１７（右側）のようになり、ノイズが非常に多く載ってしまい、被測定機器の厳密な評価をすることが難しいという問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、複数本のケーブルの各中心導体及びこの各中心導体の外周を絶縁層を介して覆う各外部導体を所定の状態で配置しながら、前記外部導体同士を一括接続し、前記各ケーブルの電気特性を適正に維持する導体からなる接続部を備え、所定の状態で配置された前記中心導体をコネクタ本体の信号用端子に接続し、前記接続部をコネクタ本体のグランド用端子に接続するコネクタ接続構造であって、前記接続部はコネクタ本体と独立した部品で、前記複数本のケーブルと嵌合する一方の面から他方の面にかけて貫通した嵌合部と、前記他方の面に形成されコネクタ本体のグランド用端子と接触する接触部とを備え、前記嵌合部は、前記ケーブルの外部導体と嵌合する外部導体嵌合部と、前記ケーブルの絶縁層と嵌合する絶縁層嵌合部とで構成され、該嵌合部により複数の前記外部導体同士が導通可能に一括接続され、前記ケーブルの中心導体、絶縁層、及び外部導体が所定の状態に配置され、前記外部導体嵌合部の嵌合長さと、前記絶縁層嵌合部の嵌合長とを、露出した外部導体、及び絶縁層の長さに適正に合わせ、前記接続部の接触部は、前記他方の面に凹形状を備えて形成され、コネクタ本体のグランド用端子が挿入されて該グランド用端子と接触することにより、同軸ケーブルを適正な位置に位置決めするコネクタ接続構造である。

請求項２に係る発明は、前記中心導体と前記信号用端子とは樹脂部で接続され、前記樹脂部は適正な誘電率及び塗布量の樹脂で形成されている請求項１記載のコネクタ接続構造である。

請求項３に係る発明は、前記コネクタ接続構造は、被評価機器と評価測定機器とを接続する際に該被評価機器側端子に配置される請求項１又は２記載のコネクタ接続構造である。

上述の如く本発明によれば、例えば、同軸ケーブルの外部導体（シールド）部分を接続部（一括グランド化部品）の位置まで継続させることで、中心導体（信号線）が露出する部分を少なくし、インピーダンスの変動を少なくすることができる。また、同軸の外部導体剥ぎ部分を最小限に抑えることでインピーダンスのミスマッチを最小限に抑えることが出来、製品内部で信号の反射が生じにくい。そして、同軸ケーブルの外部導体を一括グランド化する部品の位置まで継続させることで、中心導体（信号線）が露出する部分を少なくし、クロストークを少なくすることができる。

一方、共通グランドを外部導体全体に取っているため、リターン電流が一箇所に集中せず、グランドバウンスが生じにくい。また、このグランド構造により、どの心線（中心導体）においてもグランドとの位置関係が同じであり、安定した電気特性が得られる。そして、コネクタ内部でのクロストーク特性を最小限に抑えることが出来、被測定機器の評価を厳密にできる。

さらに、基板付きコネクタを使用しない構造を採用することにより部品点数を少なくでき、かつ、同軸ケーブルのグランド処理を確実にすることで、隣接対の信号伝送の影響を受けにくく良好なアイパターンが得られる。

また、心線（中心導体）接続部の保護を目的とした樹脂に関して、その誘電率や塗布量（例えば寸法）を規定することで、インピーダンスの低下を抑えるだけでなく、インピーダンスをコントロールすることができる。

シングルエンドと平衡伝送の変換位置を一箇所にし、明確にすることにより、損失を最小限に抑え正確な伝送を行うことができる。

さらに、同軸ケーブルの心線（中心導体）をコネクタ接続部まで露出させないことで、同軸ケーブルのインピーダンスマッチングを確保することができる。なお、フレームグランド（一般に言われるアースで０Ｖ、例えば、筐体などにつながれているグランドで０Ｖ）とロジックグランド（信号を送受信する上でのグランドで、電子回路によっては０Ｖにならない場合がある）を絶縁用チューブで覆うことで差別化が図れる。

本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施例では、被評価機器と評価測定機器とを複数の同軸ケーブルで接続する際に使用されるコネクタ構造に限定して説明する。

一般に評価測定機器の接続コネクタは同軸仕様である。すなわち、同軸ケーブルであればケーブル内部の信号が外部から影響を受けにくく評価に適している。このため、合理的な構造を考えると、評価測定機器側から伸ばされた同軸ケーブルとインフィニバンド（被評価機器側）の平衡の変換部分はインフィニバンドコネクタの接続部分に限定される。そして、平衡、シングルエンドの変換を以下に説明する接続部で行う。これにより、インピーダンスが最も変化しやすい部分に平衡、シングルエンド変換を持ってくるので変化点を一箇所に集中できるので非常に合理的である。

図１を参照する。コネクタ接続構造１は、複数本の同軸ケーブル７、９の各中心導体及びこの各中心導体の外周を絶縁層を介して覆う各外部導体を所定の状態で配置しながら、前記外部導体同士を一括接続し、前記各同軸ケーブルの電気特性を適正に維持する導体からなる接続部５を備えている。

そして、所定の状態で配置された前記中心導体はコネクタ本体３の信号用端子に接続し、前記接続部はコネクタ本体３のグランド用端子に接続する。

ここで、所定の状態で配置の具体例を示す。すなわち、例えば、同軸ケーブルの外部導体剥ぎを必要最小限に抑え同軸構造を最大限維持する状態である。また、外部導体が剥がされた箇所が揃えられた状態である。さらに、中心導体同士、外部導体同士が互いに平行に並んでいる状態である。これらの状態を維持することにより、同軸ケーブルの電気特性を適正に維持できる。

図２にコネクタ接続構造１の分解図を示す。コネクタ接続構造１は、コネクタ本体３に、接続部５を介して同軸ケーブル７、９が接続される。

接続する同軸ケーブルの数、配置位置等はコネクタ本体の構造により変わるが、このコネクタ本体の構造に対応させてコネクタ接続部品の構造を容易に変えることができる。すなわち、以下に説明するコネクタ接続部品の構造に限定されるものではない。

前記コネクタ本体３はモールド部１１と、端子配置部１３とを備えている。そして、前記端子配置部１３にはグランド用端子１５、１７（本例では、理解を容易にするため２つのグランド用端子を対象に説明する）と、信号用端子１９、２１、２３、２５が配置されている（上述にように、理解を容易にするため信号用端子の数を限定している）。

上述のグランド用端子１５と、グランド用端子１７とはピッチＰＡで端子配置部１３に互いに平行に配置され、信号用端子１９、２１と信号用端子２３、２５とはピッチＰＢで端子配置部１３に互いに平行に配置されている。

前記接続部５は、コネクタ本体３と独立し、導体（例えば、真鍮、ステンレス、銅、リン青銅等の金属）からなる。そして、複数本の同軸ケーブル７、９と嵌合する、一方の面から他方の面にかけて貫通した嵌合部２７、２９と、前記他方の面に形成されコネクタ本体３のグランド用端子１５、１７と接触する接触部４７、４９とを備えている。この接触部４７と、接触部４９との配置ピッチＰＤはグランド用端子同士のピッチＰＡに等しいものである。

前記嵌合部２７は、前記同軸ケーブル７、９の外部導体５５、６３と嵌合する外部導体嵌合部３１、３３と、前記同軸ケーブル７の絶縁層５３と嵌合する絶縁層嵌合部３７と、前記同軸ケーブル９の絶縁層６１と嵌合する絶縁層嵌合部３５とで構成されている。

このような嵌合部２７が複数形成されている。本例では等間隔毎に形成されている。すなわち、前記嵌合部２７を基準にピッチＰＣの位置に嵌合部２９が形成されている。前述のように、この嵌合部２９は外部導体嵌合部３９、４１と、絶縁層嵌合部４３、４５を備えている。そして、図示しない同軸ケーブルが嵌合する。

前記外部導体嵌合部３１、３３と前記外部導体５５、６３との嵌合で、前記外部導体５５と前記外部導体６３とは導通可能に一括接続する。このように、複数本の同軸ケーブルの外部導体同士は全て一括接続する。これは、接続部５が、例えば金属であるからである。なお、嵌合に適した、はめ合い寸法は嵌合部の外形が同軸ケーブルの各外径より０．０５（ｍｍ）位大きいことが望ましい。作業性、通電性、強度等を考慮したものでる。また、嵌合部の内側にメッキ処理を施してもよい。

そして、前記外部導体嵌合部３１、３３と前記絶縁層嵌合部３５、３７とにより前記同軸ケーブル７の中心導体５１、絶縁層５３、及び外部導体５５が所定の位置に位置決めされ、同様に前記同軸ケーブル９の中心導体５９、絶縁層６１、及び外部導体６３が所定の位置に位置決めされる。なお、前記外部導体５５の外周は外被５７で覆われている。また、前記外部導体６３の外周は外被６５で覆われている。

同軸ケーブル７の中心導体５１はコネクタ本体３の信号用端子１９に接続する。同様に、同軸ケーブル９の中心導体５９はコネクタ本体３の信号用端子２１に接続する。

ここで、これらの接続を適正にするため、絶縁層嵌合部同士のピッチＰＦは中心導体を曲げずに接触できるように信号用端子の接触面同士のピッチＰＥに対応させ形成されている。

前記中心導体と前記信号用端子とは樹脂部で接続され、前記樹脂部は適正な誘電率及び塗布量の樹脂で形成されている。すなわち、樹脂でインピーダンスコントロールをする場合、電気信号は電磁波の一種で、伝搬するときには電界と磁界の相互作用で伝搬をしていくが、その時の電界／磁界＝特性インピーダンスと定義される。これを電気工学に置き換えると、最終的には特性インピーダンス＝ＳＱＲＴ（Ｌ／Ｃ）と表される。Ｌは導体のインダクタンスでＣはキャパシタンスである。キャパシタンスは、導体間もしくは導体とグランド間に発生するもので、その静電容量の大小は、導体の位置関係や寸法を変えない場合は、導体間に存在する材質の誘電率によって変わる。塗布する樹脂の量でインピーダンスをコントロールするということはそこから来たもので、樹脂量を多くする。すなわち、導体間の電気力線が横切らなければならない誘電体が多くなる。よって、静電容量Ｃが増加する。つまり、特性インピーダンスの式に当てはめるとインピーダンスが低下すると言うことになる。

前記接触部４７はコネクタ本体３のグランド用端子１５に接続する。また、前記接触部４９はコネクタ本体３のグランド用端子１７に接続する。この接続により、同軸ケーブルの各グランドがコネクタ本体のグランドに通電可能になる。

さらに、コネクタ本体３と接続部５との位置関係を適正に決めることができる。このため、同軸ケーブル７、９の中心導体５１、５９をコネクタ本体３の信号端子に正確に接続できる。この結果、電気特性に優れたコネクタ接続構造になる。

なお、上記接触部４７、４９は端から端を通して加工されているが四方を囲んだ溝形状でもよい。これにより、上下左右の位置決めを行うことができるからである。

図３を参照する。図２のコネクタ接続構造１を矢印ＡＲ１方向からみたものである。コネクタ本体３のグランド用端子１５が矢印ＡＲ２方向から接続部５の接触部４７に挿入される。また同軸ケーブル７が矢印ＡＲ３方向から嵌合部２７に嵌合される。この結果、適正な位置に同軸ケーブルが位置決めされる。

図４を参照する。図３の方法により組み立てられたコネクタ接続構造１である。ここで、コネクタ本体３の端面と接続部５の端面とはＤＡ分の隙間が確保されている。これにより、適正な接続関係を保つことができる。さらに、グランド用端子１５が接続部５の接触部に半田６７により接続されている。これにより、適正な強度のコネクタ接続構造にすることができる。また、コネクタ本体３と、接続部５の位置関係が上述のように適正に保たれているため、同軸ケーブル７の中心導体５１を正確に信号用端子１９に接続することができる。

図５を参照する。図２において断面Ａ−Ａを示す。外部導体嵌合部３１の深さＤＣは外部導体の露出部ＤＦより短く形成されている。また、絶縁層嵌合部３５、３７の長さＤＢは、絶縁層の露出部ＤＥと同一的に形成されている。

図６を参照する。上述のように嵌合部の長さが形成されているので、露出している中心導体の長さＤＤを端面から同一に揃えることができる。これにより、電気特性の向上を図ることができる。また、中心導体をむら無く確実に信号用端子に接続することができる。

図７を参照する。外部導体５５、６３を接続部５の嵌合部２７に嵌合させたとき、この外部導体５５、６３に露出させるように設定する。そして、この露出した部分を半田６９、７１により接続する。ここで、外部導体５５、６３は外部導体嵌合部３１により適正に固定されているので、半田による位置の変化等の影響を受けない。

図８を参照する。上述のようなコネクタ接続構造を採用した場合のインピーダンスを示す。すなわち、同軸ケーブルの外部導体の露出部分を無くし従来のコネクタ（図１３のＰ１付近）のインピーダンスを丸印７１で示す値に抑えることがでる。

図９及び図１０はクロストーク波形である。図９は評価機器側から入力した場合で、図１０は被測定機器側から入力したときの場合である。図９を参照する。信号線の露出部を減らすことにより、クロストークを減らすことができる。また、従来の製品と異なり、振幅は最大で入力値０．４（Ｖ）に対して０．００４（Ｖ）で１％であった。図１０を参照する。この測定結果においても、最大の振幅幅は４．８（ｍＶ）で１．２（％）のクロストークで、従来のコネクタよりも０．５（％）強低い結果となった。なお、この場合、隣接対両側で２．４（％）程度のクロストークであり、スペックに対して大きなマージンを持つ。

図１１を参照する。基板を無くしたことでアイパターンの高周波側の劣化の問題を無くした。図１１の左側のアイパターン（１つのペアに信号を伝送したときのアイパターン）で丸印７３付近では従来のようなダレは無い。図１１の右側のアイパターン（複数のペアに信号を伝送したときのアイパターン）も同様である。

なお、本発明は、上述した実施の態様の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施できるものである。

コネクタの接続構造を説明する説明図である。 コネクタの接続構造を説明する説明図である。 コネクタの接続構造を説明する説明図である。 コネクタの接続構造を説明する説明図である。 同軸ケーブルの位置決めを説明する説明図である。 同軸ケーブルの位置決めを説明する説明図である。 同軸ケーブルの位置決めを説明する説明図である。 インピーダンス特性を説明する説明図である。 クロストーク特性を説明する説明図である。 クロストーク特性を説明する説明図である。 アイパターンを説明する説明図である。 従来の技術を説明する説明図である。 従来の技術を説明する説明図である。 従来の技術の問題を説明する説明図である。 従来の技術の問題を説明する説明図である。 従来の技術の問題を説明する説明図である。 従来の技術の問題を説明する説明図である。

符号の説明

１ コネクタ構造
３ コネクタ本体
５ 接続部
７ 同軸ケーブル
２７ 嵌合部
４７ 接触部

Claims (3)

1. 複数本のケーブルの各中心導体及びこの各中心導体の外周を絶縁層を介して覆う各外部導体を所定の状態で配置しながら、前記外部導体同士を一括接続する接続部を備え、所定の状態で配置された前記中心導体をコネクタ本体の信号用端子に接続し、前記接続部をコネクタ本体のグランド用端子に接続するコネクタ接続構造であって、
   前記接続部はコネクタ本体と独立した部品で、前記複数本のケーブルと嵌合する一方の面から他方の面にかけて貫通した嵌合部と、前記他方の面に形成されコネクタ本体のグランド用端子と接触する接触部とを備え、
   前記嵌合部は、前記ケーブルの外部導体と嵌合する外部導体嵌合部と、前記ケーブルの絶縁層と嵌合する絶縁層嵌合部とで構成され、該嵌合部により複数の前記外部導体同士が導通可能に一括接続され、前記ケーブルの中心導体、絶縁層、及び外部導体が所定の状態に配置され、前記外部導体嵌合部の嵌合長さと、前記絶縁層嵌合部の嵌合長とを、露出した外部導体、及び絶縁層の長さに適正に合わせ、
   前記接続部の接触部は、前記他方の面に凹形状を備えて形成され、コネクタ本体のグランド用端子が挿入されて該グランド用端子と接触することにより、前記ケーブルを適正な位置に位置決めすることを特徴とするコネクタ接続構造。
2. 前記中心導体と前記信号用端子とは樹脂部で接続され、前記樹脂部は適正な誘電率及び塗布量の樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載のコネクタ接続構造。
3. 前記コネクタ接続構造は、被評価機器と評価測定機器とを接続する際に該被評価機器側端子に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のコネクタ接続構造。

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