JP4431450B2

JP4431450B2 - 電気コネクタ

Info

Publication number: JP4431450B2
Application number: JP2004192780A
Authority: JP
Inventors: 信也石塚; 和幸小材
Original assignee: DDK Ltd
Current assignee: DDK Ltd
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: US7232345B2; JP2006019039A; US20060003639A1

Description

本発明は、サーバやスーパーコンピュータ等の電子・電気機器に使用される電気コネクタに関するもので、特にケーブルと接続した場合のクロストークの低減を図ったものである。

現在では電子・電気機器の小型化に伴い電気コネクタにも小型化の要求が強くなってきている。電気コネクタ（図示せず）は、電気絶縁体で材料で形成された絶縁体と導電性の材料で形成されたコンタクトとを備えていることが多い。該コンタクトは相手物と接触する接触部と前記絶縁体に固定される固定部と基板やケーブルに接続される接続部とを備えており、また、前記コンタクトは前記絶縁体に圧入や引っ掛け（ランス）等によって固定されている。
狭ピッチ化が進む中、例えば、下記に示す特許文献１のように、複数の前記コンタクトの代わりに、フレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ」という）や基板のパターンを接触部や接続部として用いたものもある。
また、特許文献２のようにリジット基板とフレキ基板とを直接接続したものを提案されている。
例えば、コンタクトの代わりに基板等を接触部や接続部として用いた構造としては、特開平１０−３２０６２号がある。特開平１０−３２０６２号の要約によると、基板相互間に生じた位置ずれ（０．５ｍｍ程度）に関係なく、各基板に設置されたコネクタが嵌合できる構造の電気コネクタを提供することを目的とし、絶縁体にコンタクトを保持・固定する手段を設け、前記コンタクトが可撓性を有していることにより達成し、コンタクトは絶縁層Ａと絶縁層Ｂとの間に導体を挟み込んだコンタクト部材を２枚張り合わせた構造にしたものが開示されている。即ち、コンタクト部材として、ＦＰＣを用いて、コネクタ嵌合時のフローティングを高めた構造にしている。特開平７−１５１０６号の要約によると、リジッド基板とフレキ基板を直接接続した際の信号劣化など電気特性の低下を防止することを目的とし、リジッド基板とフレキ基板を直接接続する狭パターンからなる接点パターンにおいて、ｎ本の信号パターンに１本の割合でグランド接地パターンを配置することにより、接点パターンのインピーダンスが安定化し、ノイズや静電気の影響を受け難くなるとともに信号パターン同士のクロストークノイズにより信号の劣化が低減され、電気特性の低下が防止される構造のものが開示されている。即ち、ｎ本の信号パターンとグランド接地パターンとの配置をｎ本の信号パターンをグランド接地パターンで挟むことで、インピーダンスの安定を図ったものである。

近年、電気・電子機器の小型化が進むにつれ、コネクタの小型化の要求も強くなってきており、コネクタはより一層軽薄短小化が進んできている。また、高速伝送（信号スピードの高速化）に伴い、クロストークの低減が必要不可欠になっている。
特許文献１の構造のものは、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を用い嵌合時のフローティングを高めたもので、接続部も表面実装タイプ（ＳＭＴ）のものでケーブルに接続するものでなく、かつ、信号とグランドの区別がなくインピーダンスの安定性やクロストークの低減を図ったものでもない。
特許文献２の構造のものは、ｎ本の信号パターンに１本の割合でグランド接地パターンを配置することにより、接点パターンのインピーダンスの安定性を図ったもので、クロストークの低減には繋がらない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、コネクタの小型化が図れ、インピーダンスの安定性も図れ、接続するケーブルの長短に関係なく、クロストークの低減が図れる電気コネクタを提供せんとするものである。

上記目的は、基板１４の挿入孔３０を有するハウジング１２と、相手物との接触部２６とケーブルとの接続部２８とを有する複数の信号パターン２０及びグランドパターン２２とを有するとともに少なくとも一方面側にグランドパターン２２間に信号パターン２０を配置し、且つ、長手方向両側に係止部２４を有する基板１４と、遮蔽するために前記グランドパターン２２の接続部２８側上に接続された遮蔽板１６と、前記基板１４の係止部２４に係合する係合部４２を有する略Ｕ字形状のロック部材１８とを備え、前記ロック部材１８を前記ハウジング１２に固定することを特徴とする電気コネクタ。

複数の信号パターン２０及びグランドパターン２２とを、前記グランドパターン２２間に信号パターン２０を前記基板１４の表裏両面に配置するとともに略Ｕ形状をした前記遮蔽板１６を前記グランドパターン２２の接続部２８側上に接続する。
前記遮蔽板１６を前記基板１４の表面より０．２〜１．５ｍｍ高くする。０．２ｍｍ以下ではクロストークを低減することはできなく、１．５ｍｍ以上ではコネクタの小型化の要求に逆行することになる。

以上の説明から明らかなように、本発明の電気コネクタ１０によると、次のような優れた顕著な効果が得られる。
（１）基板１４の挿入孔３０を有するハウジング１２と、相手物との接触部２６とケーブルとの接続部２８とを有する複数の信号パターン２０及びグランドパターン２２とを有するとともに少なくとも一方面側にグランドパターン２２間に信号パターン２０を配置した基板１４と、遮蔽するために前記グランドパターン２２の接続部２８側上に接続された遮蔽板１６とを備えているので、コネクタ１０の小型化も可能で、接続するケーブルの長短に関係なく、コネクタのクロストークの低減に繋がる。
（２）複数の信号パターン２０及びグランドパターン２２とを、前記グランドパターン２２間に信号パターン２０を前記基板１４の表裏両面に配置するとともに略Ｕ形状をした前記遮蔽板１６を前記グランドパターン２２の接続部２８側上に接続しているので、コネクタ１０の小型化も可能で、部品点数を増やすことなく容易に遮蔽板１６を接続することができ、周波数や前記遮蔽板１６の高さや信号パターン２２のピッチ等が変化しても従来に比べ約２５％のクロストークの低減に繋がる。
（３）前記基板１４の長手方向両側の所定の位置に係止部２４を設け、該係止部２４に係合する係合部４２を有するロック部材１８を前記ハウジング１２に固定しているので、基板１４を相手物との接触として使用しているためコネクタ１０の小型化が図れ、確実に基板１４をハウジング１２に固定することができ、安定した接続を得ることができる。
（４）前記ロック部材１８を略Ｕ字形状にしているので、部品点数を増やすことなく確実に基板１４をハウジング１２に固定することができ、安定した接続を得ることができる。
（５）前記遮蔽板１６を前記基板１４の表面より０．２〜１．５ｍｍ高くしているので、周波数や前記遮蔽板１６の高さや信号パターン２２のピッチ等が変化しても従来に比べクロストークを約２５％低減することができ、コネクタの小型化の要求も満たすことができる。

図１から図５に基づいて、本発明の電気コネクタ１０の一実施例について説明する。図１（Ａ）は本発明の電気コネクタを嵌合側からみた斜視図であり、（Ｂ）は本発明の電気コネクタを接続部側からみた斜視図である。図２は電気コネクタを部品ごとに分解した状態の接続部側からみた斜視図である。図３は基板の斜視図であり、図４は遮蔽板の斜視図であり、図５はロック部材の斜視図である。
一実施例の本発明の電気コネクタ１０は、主にハウジング１２と基板１４と遮蔽板１６とロック部材１８を備えている。該電気コネクタ１０は、コンタクトの代わりに相手物に接触するものとして基板１４を用いて、ピッチの狭小化とコネクタ１０の小型化を図ったものである。

まず、本発明の一つのポイントである基板１４について説明する。電気コネクタの場合、一般的にはコンタクトを用いて、信号のやり取りを行なっているが、本発明ではコンタクトの代わりに基板１４を用いたものである。前記基板１４は、主に相手物と接触する接触部２６とケーブル等と結線される接続部２８とを有した信号パターン２０及びグランドパターン２２を備えている。前記基板１４は図３のように略凸形状をしており、長手方向両側に段部２９が設けられており、該段部２９によって前記ハウジング１２に挿入された際の位置決めを行なっている。前記信号パターン２０と前記グランドパターン２２は、前記グランドパターン２２の間に前記信号パターン２０が配置されている。前記グランドパターン２２間に前記信号パターン２０を配置することで遮蔽効果を持たせ、インピーダンスの安定性を図っている。前記信号パターン２０及び前記グランドパターン２２は本実施例のように基板１４の表裏両面に設けてもよいが、仕様によってはどちらか一方の面に設けてもよい。

前記基板１４の大きさは、要求仕様やコネクタの小型化や強度等を考慮して適宜設計するが、信号パターン間のピッチが１．５ｍｍであるため、実施例では１６．８（長手）Ｘ１４（奥行き）Ｘ１．２（厚さ）ｍｍにした。また、前記基板１４には図３のように長手方向両側に前記ロック部材１８の係合部４２と係合する係止部２４が設けられている。前記係止部２４の形状としては、前記ロック部材１８の係合部４２に係合できれば如何なるものでも良いが、本実施例では図３のように貫通孔にしてもよく、コ字形状の切り欠き（図示せず）にしてもよい。仕様によっては、貫通孔を止め孔にしてもよい。

次に、本発明のもう一つのポイント部分である遮蔽板１６について説明する。この遮蔽板１６は金属製であり、公知技術のプレス加工によって製作されている。前記遮蔽板１６の材質としては、バネ性や導電性などが要求されるので、黄銅やベリリウム銅やリン青銅等を挙げることができる。

前記グランドパターン２２間に前記信号パターン２０を配置しただけではクロストークの低減に繋がらないために、前記遮蔽板１６を基板１４のグランドパターン２２の接続部２８に接続することでクロストークの低減を図り、前記遮蔽板１６の前記基板１４の表面からの高さ（出っ張り量）を変えることでクロストークの低減量も変えることができる。前記遮蔽板１６の形状は、前記基板１４の要求仕様や前記遮蔽板１６の強度によって適宜設計される。本実施例では前記基板１４の表裏両面にパターンが設けられているため図４のように略Ｕ字形状をしており、前記基板１４を挟持するように前記グランドパターン２２の接続部２８に接続されるパターン用接続部３８を対向するように備え、連結部４０によって２つの前記パターン用接続部３８を一体（略Ｕ字形状）に形成している。前記パターン用接続部３８は前記グランドパターン２２に接続し易いように湾曲形状に突出させている。

前記遮蔽板１６の大きさは、ケーブルを接続した際のクロストークの低減やコネクタの小型化を考慮して設計する。前記遮蔽板１６は前記基板１４の表面より０．２〜１．５ｍｍ高く（出っ張り量）なるようにしている。０．２ｍｍ以下ではクロストークを低減することはできなく、１．５ｍｍ以上ではコネクタの小型化の要求に逆行することになる。このようなことを考慮して、本実施例では出っ張り量を０．４ｍｍにしている。
また、前記基板１４の表裏面のどちらか一方面側にパターンが設けられた場合にも、本実施例のような略Ｕ字形状をした遮蔽板１６を使用することもできるが、パターンが設けられた面のみに、接続できるような形状し設計してもよい。例えば、前記パターン用接続部を備えた板状片（図示せず）のようなものが考えられる。
前記遮蔽板１６の前記基板１４への接続の仕方としては、半田付けや溶接や溶着や単なる挟持による接触などが考えられる。

次に、ハウジング１２について説明する。このハウジング１２は電気絶縁性のプラスチックであり、公知技術の射出成形によって製作され、この材質としては寸法安定性や加工性やコスト等を考慮して適宜選択するが、一般的にはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリアミド（６６ＰＡ、４６ＰＡ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）やポリカーボネート（ＰＣ）やこれらの合成材料を挙げることができる。

前記ハウジング１２には前記基板１４が挿入される挿入孔３０が設けられている。前記基板１４は前記ハウジング１２に圧入や引っ掛け（別部品を用いたものを含む）等によって固定される。固定方法は、基板の強度や位置精度や保持力等を考慮して設計されるが、理想的には別部品を用いた引っ掛けがよい。本実施例では、下述するようなロック部材１８を嵌合部側３４より挿入して、前記ロック部材１８の一部を前記基板１４の係止部２４に引っ掛けることで固定している。
また、前記ハウジング１２には、接続部側３４で厚み方向に対向するように凸部４８が所定の間隔を開け、かつ、長手方向両側に計４つ設けられている。厚み方向に対向する凸部４８間（所定の間隔）に前記基板１４の段部２９が入るようになっており、対向する凸部４８の間隔は基板１４の厚みを考慮して適宜設計され、本実施例では基板１４の厚みより０．２ｍｍ程度大きくしている。前記基板１４の長手方向の位置決めは、前記挿入孔３０の長手方向両側に所要数のクラッシュリブ（図示せず）を設けて行なっている。本実施例では、このような役割を考慮して、前記クラッシュリブを長手方向に各２個計４個設けている。

上記したことから、前記挿入孔３０の大きさとしては、長手方向は前記基板１４の各パターン２０、２２のピッチずれ等を考慮して設計され、本実施例ではクラッシュリブを設け前記基板１４を圧入し、厚み方向は位置決め等を行なっていないため前記基板１４より０．２ｍｍ程度大きくしている。厚み方向の位置決めは、下述する前記ロック部材１８によって行なっている。
また、厚み方向に対向する前記凸部４８間には、嵌合部側３４から接続部側３６に貫通した前記ロック部材１８が固定される挿入溝３２が設けられている。前記挿入溝３２の大きさは前記ロック部材１８による前記基板１４の保持力や前記ハウジング１２の強度等を考慮して設計されるが、本実施例では２．９８Ｘ０．４５ｍｍ程度にしている。

次に、ロック部材１８について説明する。このロック部材１８は金属製であり、公知技術のプレス加工によって製作されている。前記ロック部材１８の材質としては、寸法安定性成型性などが要求されるので、黄銅やベリリウム銅やリン青銅等を挙げることができる。
前記ロック部材１８は前記ハウジング１２の挿入溝３２に圧入によって嵌合部側３４より挿入されて固定される。前記ロック部材１８は図５のように略Ｕ字形状をしており、前記基板１４の係止部２４に係合する係合部４２と圧入のための固定部４４と位置決め及び保持力アップのための位置決め部４６とを備えている。

前記係合部４２の形状としては、前記基板１４の保持力や係合性を考慮して設計し、これらを満足できれば如何なる形状でもよく、本実施例では内側に突出したＲ状の湾曲形状にしている。前記固定部４４の大きさは、前記ハウジング１２の挿入溝３２に圧入固定できればよい。前記位置決め部４６は、前記ロック部材１８を前記ハウジング１２の挿入溝３２に挿入した際の前記ロック部材１８の挿入する深さを規制するためと、前記基板１４に接続されたケーブルがこじられた際の接続部側３６への前記基板１４の抜けを防止するためのものである。前記位置決め部４６の大きさは、これらの役割とハウジング１２の強度を考慮して適宜設計する。
上述のように、前記ロック部材１８によって、前記基板１４の厚み方向の位置決めを行っているので、図５のような二股形状をした内側に突出した前記係合部４２を除いた内側寸法は前記基板１４の厚み寸法とほぼ同一寸法にしている。

最後に、組立の順序について説明する。
まず、前記基板１４を前記ハウジング１２の挿入孔３０に接続部側３６方向より挿入する。
次に、前記ロック部材１８を前記ハウジング１２の挿入溝３２に嵌合部側３４方向より挿入し、前記ロック部材１８の係合部４２を前記基板１４の係止部２４に係合させる。
最後に、前記遮蔽板１６を前記基板１４のグランドパターン２２の接続部２８上に接続部側３６方向より挿入し、前記遮蔽板１６のパターン用接続部３８を前記グランドパターン２２の接続部２８に半田付けによって接続させ、所要数のケーブルを前記基板１４の信号パターン２０の接続部２８に接続する。
また、必要によっては、本発明の電気コネクタ１０を上下カバー等によって覆うこともある。

本発明の活用例としては、サーバやスーパーコンピュータ等の電子・電気機器に使用される電気コネクタに活用され、特にケーブルと接続した場合のクロストークの低減を図ったものである。

（Ａ）本発明の電気コネクタを嵌合側からみた斜視図である。（Ｂ）本発明の電気コネクタを接続部側からみた斜視図である。電気コネクタを部品ごとに分解した状態の接続部側からみた斜視図である。基板の斜視図である。遮蔽板の斜視図である。ロック部材の斜視図である。

１０電気コネクタ
１２ハウジング
１４基板
１６遮蔽板
１８ロック部材
２０信号パターン
２２グランドパターン
２４係止部
２６接触部
２８接続部
２９段部
３０挿入孔
３２挿入溝
３４嵌合部側
３６接続部側
３８パターン用接続部
４０連結部
４２係合部
４４固定部
４６位置決め部
４８凸部

Claims

基板の挿入孔を有するハウジングと、相手物との接触部とケーブルとの接続部とを有する複数の信号パターン及びグランドパターンとを有するとともに少なくとも一方面側にグランドパターン間に信号パターンを配置し、且つ、長手方向両側に係止部を有する基板と、遮蔽するために前記グランドパターンの接続部側上に接続された遮蔽板と、前記基板の係止部に係合する係合部を有する略Ｕ字形状のロック部材とを備え、前記ロック部材を前記ハウジングに固定することを特徴とする電気コネクタ。
複数の信号パターン及びグランドパターンとを、前記グランドパターン間に信号パターンを前記基板の表裏両面に配置するとともに略Ｕ形状をした前記遮蔽板を前記グランドパターンの接続部側上に接続することを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ。
前記遮蔽板を前記基板の表面より０．２〜１．５ｍｍ高くすることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項記載の電気コネクタ。