JP4607425B2 - インピーダンス制御ケーブルコネクタ - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、同軸ケーブル、ツインコンダクタケーブル、および／またはツイストペアケーブル用のコネクタに関する。本発明は、コネクターを通じて制御インピーダンスが嵌め合い面からケーブル端へ提供されるような、上記タイプのシールドケーブルの終端に特に適している。
【０００２】
当業界では、シールドケーブルの終端を行うための様々なコネクタが知られている。このようなコネクタは、１つの用途タイプ向けに設計されているのが一般であり、異なる信号／接地構成などや、あるいはハンダ付けまたは溶接などの異なるタイプの接続方法に使用できるように変更することは一般的には容易ではない。更に、既知のコネクタは一般に組立てが難しく、複数の成形ステップ、電気接点のオーバーモールド等々、コネクタ製造プロセスに時間と費用のかかるものが多い。最後に、先行技術に基づくコネクタは、高性能システムの場合に十分な性能特性を備えていないことが多い。不十分な性能特性としては、例えば、コネクタ内のインピーダンスを制御できないこと、あるいはコネクタインピーダンスを当該コネクタを使用するシステムのそれに一致させることができないことなどがある。明らかに必要とされているものは、その使用においてより大きな柔軟性を備え、また製造が簡単で経済的なコネクタである。
【０００３】
発明の概要
従って、本願に記載された発明は、代替用途向けに簡単に組立および構成され、またコネクタの各信号芯線の両端に制御されたインピーダンスを提供するよう調整できる電気コネクタを提供する。
【０００４】
簡単にいうと、本発明は、シールドケーブルを終端し、規則正しく配した接続ピンにケーブルを接続するためのコネクタを提供する。このコネクタは、それぞれソケットの接点を受けるよう構成された複数の縦方向のチャンネルを有する絶縁材料から形成された平面コネクタ本体を備える。平面導電性接地板は、コネクタ本体の底面をカバーし、複数の各ソケット接点を横切って延在している。この接地板は、ケーブルのシールドと電気接触を行って、各ソケット接点から等距離に接地平面を確立する。カバー部材は、当該ソケット接点を密閉する。
【０００５】
複数のこれらのコネクタは共に積み重ね、コネクタ本体上の嵌め合う係合面に固定される保持ロッドにより積み重ねた構成に保持できる。このコネクタのスタックでは、接地板に電気的に接続される導電性部分をカバー部材に設けることができ、この部分において、カバー部材の導電性部分は、コネクタ本体の上側より上に延在し、上に積み重ねられたコネクタの接地板と電気接続を行う。このようにして、コネクタのスタック内の接地板の各々が、同じ大地電位にあることが保証され得る。
【０００６】
発明の詳細な説明
図１の拡大図に示す本発明のコネクタ１８は、絶縁性の誘電材料から形成されたコネクタ本体２０、複数のソケット接点２２、平面導電性接地板２４、およびカバー部材２６を含む。複数のコネクタ本体が共に積み重ねられるときに保持ロッド２８を使用することができる。図１には、コネクタ１８が１組のツインコンダクタケーブル３０と一緒に使用されている。しかし、下記に詳細に記すように、本発明のコネクタ１８は、同軸またはツイストペアケーブルなどの、他のタイプのシールドケーブルと一緒に使用してもよい。
【０００７】
コネクタ本体２０は、上面３２とそれと反対側の底面３４とを含む。この上面と底面３２、３４は、フロントエッジ３６、バックエッジ３８、および２つの長手方向のサイドエッジ４０によって画定される。コネクタ本体２０の上面３２は、フロントエッジ３６の開口部４３からバックエッジ３８の方向へ延在するリブ４５によって分けられた複数のチャンネル４２を含む。チャンネル４２は、ソケット接点２２を受けて、コネクタ本体２０内にソケット接点２２を確実に保持するよう構成されている。
【０００８】
図２に最もよく示されているように、ソケット接点２２は、コネクタ１８の使用時に開口部４３に挿入された対応接続ピン（図示されていない）に係合するよう構成された弾力のある接点部４４を含む。シャンク４６は、弾力のある接点部４４からソケット端子４８へと延在している。シャンク４６と端子４８の幅と高さは、以下により詳細に説明する接地板２４によって提供される接地平面と既知のマイクロストリップ関係にある特性インピーダンスを制御するよう選択してもよい。この特性インピーダンスはまた、接点２２と接地板２４の間のコネクタ本体２０の部分の厚みを変えることにより、あるいはコネクタ本体２０の材料の誘電率を変えることによって制御してもよい。
【０００９】
ソケット接点２２はまた、ソケット接点２２を正しくチャンネル４２内に位置付け、またハウジングに傷をつけずに接点２２を脱着可能に各チャンネル４２内に保持するスプリング部材５０を含んでいるので、個々のソケット接点２２は、ハウジングを傷つけることなく交換できる。ソケット接点２２には、コネクタ本体２０を摩擦によって係合させてソケット接点２２の位置を保持しやすくする形状をした追加保持要素５２を設けることができるが、このような槍状または鋸歯状の要素は、接点の交換を困難にする場合がある。コネクタ全体１８を操作不能にせずに、比較的低コストで壊れた接点を交換できるよう、脱着可能なソケット接点２２を有することが有利である。
【００１０】
図３ａと３ｂで最もよく示されているように、ソケット接点２２は、縦にスライドしてコネクタ本体２０内の嵌め合いチャンネル４２に入るよう構成されている。接点２２がスライドして所定の位置におさまると、ソケット端子４８が凹部５４をチャンネル４２の壁の中に係合させる。このようにして、ソケット接点２２はチャンネル４２の底に対して確実に保持され、それによりコネクタの両端のインピーダンス変動を引き起こす恐れのあるソケット接点とコネクタ本体２０間のエアギャップを除去する。これがないとケーブル３０の信号線７４のスプリング力によって端子４８が持ち上がってコネクタ本体２０から離れやすくなる場合があるので、これは重要である。ソケット接点２２は、コネクタ本体２０のフロントエッジ３６の方へ更に移動されると、スプリング部材５０がチャンネル４２の壁の移動止め５６にパチンとはまる。この点においてソケット接点２２が正しく配置されてそのチャンネル４２内に固定される。ソケット接点２２は、移動止め５６と係合したスプリング部材５０と、凹部５４と係合した端子４８とによって、チャンネル４２の外へ動かないようになる。接点２２は、上記のように各チャンネル４２内に配置される。
【００１１】
ソケット接点２２がコネクタ本体２０の中に配置された後、接地板２４は、コネクタ本体２０の底側３４に付加できる。接地板２４は金属などの導電性材料で形成されます。接地板２４は、１つ以上のソケット接点２２を接地するよう選択的に変形できる変形可能接地接点６０を含む。この１つ以上の接地接点６０は、ソケット接点２２を接地させるために変形してもよい。このように、コネクタ１８は、プログラマブル接地方式を提供することができる。
【００１２】
接地接点６０は、コネクタ本体２０（図３ｂで最もわかりやすく図示）の底側３４の中の開口部６２によってソケット接点２２と機械的および電気的な接続を行う。この接地接点６０は、ソケット接点２２とスプリング力だけの接触を行っても構わず、あるいはソケット接点２２にハンダ付けまたは溶接してもよい。
【００１３】
接地板２４は、固定タブ６４によってコネクタ本体２０の底側３４に固定される。固定タブ６４は、コネクタ本体２０（図４）の底側３４内のスロットに係合する。固定タブ６４がスロット６６に配置された後、接地板２４がコネクタ本体２０のバックエッジ３８の方へ動かされる。このスライドする動きによって、固定タブ６４はスロット６６の突起（図示されていない）に係合し、接地板２４をコネクタ本体２０の底側３４に対してしっかりと引き付ける。固定タブ６４は、接地板２４がバックエッジ３８の方へ動かされるとカム作用を起こす形状である。このカム作用は、コネクタ本体２０に対して接地板を追い立て、それにより、コネクタの両端のインピーダンス変動を起こす恐れのあるエアギャップを排除する。このため、接地板２４の材料は幾分弾力性のあるものが好ましい。当業者は他の適切な材料をすぐに認識するであろうが、ベリリウム銅合金は１つの適切な材料の１例である。接地板２４と底側３４との間のタイトフィットを更に保証するために、接地板２４は、コネクタ本体２０への取付前の状態では若干凹型の形状を有するよう形成して、固定タブ６４が底側３４の方へ接地板２４の縁を引っ張ってそれにより底側３４に対して接地板２４を扁平にするようにするのが好ましい。接地板２４が完全に所定の位置に配置されると、底側３４上の切り上がった突起７０は接地板２４内の開口部７２に係合する。このようにして、接地板２４は、フロントエッジ３６の方へ動いてコネクタ本体２０から外れたりすることが防止される。
【００１４】
接地板２４がコネクタ本体２０上に取り付けるこの方向（つまり、コネクタ１８係合時に軸方向に引き出す方向）の結果、接地板２４は、係合したコネクタ１８の係合を外すときに外れることはない。特に、ケーブル３０がコネクタ１８に接続されるときに、ケーブル遮蔽７３がハンダ付けまたは溶接などの他の手段によって接地板２４に接続される。接地板２４は（コネクタ１８が使用されていないときにケーブルへかけられる）軸方向の引出し力の方向に取り付けられるため、ケーブルを引っ張ることにより、接地板２４を外したり緩めたりすることにはならず、コネクタ本体２０に接地板２４を更に固定することになる。
【００１５】
図４で示される通り、接地板２４は、コネクタの各ソケット接点２２を横切って延在している。これは、コネクタ１８の性能にいくつかの利点を提供する。接地板２４は電流戻り経路の一部であることから、コネクタ内に生成される自己インダクタンスを最小化するためにできるだけ広い戻り経路を提供するのが有利である。戻り経路が長く狭いと、発生する自己インダクタンスが大きくなり、コネクタ性能には有害である。接地板２４の変形可能な接地接点６０は、変形された接点６０のベースがコネクタのフロントエッジ３６の近くに配置されるよう配置されることに留意する。接地板２４は当該コネクタの電流戻り回路の一部となり、また信号経路および設置経路の長さに差異があると、コネクタ内の自己インダクタンスも大きくなることから（またその結果インピーダンスも増大することから）、接地接点６０は、嵌め合いピンヘッダ１０６の接地ピンなど、嵌め合い接地部品の係合点にできるだけ近くに位置付けることが有利である。代替実施態様では、接地接点６０は、嵌め合いピンヘッダの接地ピンに接触するような形状にできる。このようにして、信号経路と接地経路の長さは、できるだけ同じ長さに近くに保持され、それによって当該コネクタ内の自己インダクタンスを最小化する。
【００１６】
最後に、接地板２４を各接点２２を横切って延在させることにより、接地平面は、コネクタのインピーダンスが各信号線で綿密に制御されるようにするコネクタ全体を差し渡して確立される。接地板２４を上記の方法で固定することにより、ソケット接点２２と接地板２４により生まれる接地平面との間の間隔は一定かつ均一な距離に維持される。ソケット接点２２は、接地平面を有するマイクロストリップ形状と呼ばれるものを形成する。マイクロストリップ形状を有するデバイスのインピーダンスを決定するための方法が当業界で知られており、接地平面とソケット接点２２との間の間隔を均一な距離に維持することにより、コネクタ１８のインピーダンスが最適なコネクタ性能が得られるように細かく制御および調整できることが認識されるであろう。例えば、インピーダンスは、ソケット接点の幅と厚みを変えることにより、コネクタ本体２０を形成する材料の誘電率を変えることにより、あるいは接点２２と接地板２４との間の材料の厚みを変えることにより、調整することができる。ソケット接点２２と接地平面との間の間隔がコネクタ１８の両端で変動する場合は、各ソケット接点２２は異なるインピーダンスを経験し、そのためコネクタを通過する信号の劣化を起こす。このようなインピーダンス変動はコネクタの帯域幅を制限し、数多くの高性能システムでは受け入れ不能である。
【００１７】
接地板２４がコネクタ本体２０に接続された後で、ケーブル３０をコネクタ１８に接続することができる。ケーブル３０の信号芯線７４は、当該ソケット接点２２の端子４８に接続される一方、ケーブルシールド７３が接地板２４に接続される。これは図４および図５で確認することができる。図５では、固定タブ６４も、ケーブルシールド７３の接続用のハンダタブとしても機能できることが理解できる。ケーブル３０の信号芯線７４がハンダ付けにより接点端子４８に接続されるのが普通であるが、他の接続方法を使用してもよい。例えば、信号芯線７４をソケット端子４８に溶接するのが望まれる場合もある。このため、コネクタ本体２０には、点検用窓７８（図３ｂで最も詳しく図示）が設けられる。点検用窓７８によって、信号芯線３０を端子４８に溶接できるよう電極をソケット端子４８の両側に到達させることができる。もちろん、接地板２４は、接地板２４がコネクタ本体２０上に取り付けられた後に点検用窓７８を覆うことから、このような溶接は、接地板２４の取付前に行う必要があろう。あるいは、端子４８を点検するための点検孔を接地板２４にも設けることができる。接地板２４はまた、バックエッジ３８の近くのいくつかの点検用窓８０を含む。点検用窓８０は、例えば、ケーブル３０の電気シールド７３を接地板２４に接続するためのハンダペーストの使用を可能にする。接地板２４にはまた、信号芯線７４を端子４８への接続用の正しい高さに配置するのを助ける隆起したひだ８２を設けてもよい。
【００１８】
チャンネル４２を分けるリブ４５は、ケーブルオーガナイザとして機能し、ケーブル３０をチャンネル４２へ導き、ケーブル信号芯線７４を端子４８上に正しく配置するのを助けることに留意する。図５で最もよく図示されているように、リブ４５は、信号芯線７４をを正しく整列させるのに必要な分だけ、バックエッジ３８に方へ延在している。これにより、信号芯線７４は、信号芯線７４の大きな曲がりを必要とすることなく、様々な接触端子４８により簡単にルーティングすることができる。
【００１９】
ケーブル３０が接点２２と接地板２４に固定された後にカバー部材２６を取り付けてコネクタ１８の組立を完成してもよい。カバー部材２６は、図１で最もよく分かるように、カバー部材２６をコネクタ本体２０のバックエッジ３８からフロントエッジ３６にスライドさせることによってコネクタ本体に固定される。カバー部材２６がスライドして所定の位置にはまると、カバー２６上のガイドレール８４がコネクタ本体２０内のスロット８６に係合して、カバー部材２６を正しく配置および固定する。カバー部材２６がコネクタ本体２０と完全に係合すると、レール８４上のラッチ要素８８がコネクタ本体２０内の戻り止め９０にしっかりと係合する一方、カバー部材２６のフロントエッジのリップ９２がコネクタ本体２０のエッジ９４の下に固定される。このようにして、図６に記載された組立コネクタ１８は使用可能状態になる。
【００２０】
ほとんどの用途では、複数の組立コネクタ１８が互いに結合されて、「スタック式」コネクタとして使用される。スタック式の一連のコネクタの例は、図７ａと図７ｂに示されている。これらの図でわかる通り、これらのコネクタは、保持ロッド２８によって互いに固定される。保持ロッド２８は、コネクタ本体２０のサイドエッジ４０上の嵌め合い凹部１００に係合するよう構成される。凹部１００は、保持ロッド２８に沿って、保持ロッド２８内の嵌め合い溝１０４を掛けるための突出リブ１０２を含む。溝１０４は、複数のコネクタ１８が互いに保持ロッド２８によって積み重ねられ固定されるときにコネクタ１８が互いに対して確実に保持されるような間隔に配置される。スタックされた各コネクタ１８間の圧縮力を保持ロッド２８が提供できるよう、保持ロッド２８の材料はある程度弾力性をもつことが好ましい。ただし、保持ロッドの材質はまた、スタックされた各コネクタ１８を他のすべての次元において正しく整列させるのに十分な剛性を有するものでなければならない。
【００２１】
保持ロッド２８は、コネクタ本体２０を形成する材料のデュロメータよりも低いデュロメータを有する高分子材料から形成されるのが好ましい。このようにして、保持ロッド２８は、保持ロッド２８がコネクタ本体２０に係合するとコネクタ本体２０の材質に降伏する。あるいは、保持ロッド２８は、コネクタ本体２０が保持ロッド２８の材料に降伏するよう、コネクタ本体２０を形成する材料のデュロメータより大きなデュロメータを有する材料で形成してもよい。
【００２２】
積み重ねられた一連のコネクタは、図８ａと８ｂに示すように、嵌め合いピンヘッダ１０６に係合させることができる。当業者であれば、保持ロッド２８と凹部１００の構成によって、目的とする機能を果たすことを確保しつつも、様々な形状への変更が可能であることを認識するであろう。例えば、保持ロッド２８を受けるためにコネクタ本体２０内に凹部１００を設けるのではなく、突起（図示されていない）をコネクタ本体２０から延在させ、保持ロッド２８がその突起に係合するよう構成することができる。
【００２３】
コネクタ１８と本書に記載する積み重ね方法によって、パワードシステムのピンヘッダ１０６からコネクタのスタック全体の接続を切断することなく、一連の積み重ねられたコネクタ内の単一のコネクタ１８を交換することが可能となる。一般に「ホットスワップ」と呼ばれるこれは、積み重ねられたコネクタから凹部１００から保持ロッド２８を簡単に取り外し、ピンヘッダ１０６から単一のコネクタ１８を引き抜くことによって達成できる。取り外したコネクタ１８は、次に必要な調整を行った後に再挿入することができ、あるいは新しいコネクタをその代わりに取り付けることもできる。保持ロッド２８は次に、コネクタのスタックを固定するために再度取り付けられる。これは、コネクタ１８のスタック全体をピンヘッダから取り外すことが必要で、また更に１つのコネクタの交換にコネクタのスタック全体の分解を要した先行技術のスタッカブルコネクタに対して大きな利点である。さらに、上記の接地板２４の取り付け方法では、単一のコネクタ１８は、接地板２４がコネクタ本体２０から外れる可能性なしに、ケーブル３０を引っ張って取り外すことができる。
【００２４】
ピンヘッダ１０６のピンフィールドとコネクタ１８とのアライメントを容易にするため、コネクタ本体２０に、任意のガイドレール１０８を設けてもよい。これは、ピンヘッダ１０６の中に組立コネクタ１８を導くのに有益である。ガイドレール１０８は、ピンヘッダ１０６内の溝１１０と嵌め合うよう構成される。ガイドレール１０８と溝１１０の位置と形状は、コネクタ１８の使用法または用途によって変わる場合がある。更に、ガイドレール１０８は、ピンヘッダ１０６との誤った接続を防止するためにコネクタ分極キーとして機能することができる。
【００２５】
コネクタ１８とピンヘッダ１０６に他の特徴を設けてもよい。例えば、図８ｂに示すように、コネクタ１８のスタックをピンヘッダ１０６内に固定するための保持ラッチ１１２をピンヘッダ１０６に設けてもよい。ラッチ１１２は、コネクタ２０のバックエッジ３８でリップ１１４を係合させるよう設計されている。
【００２６】
コネクタは２つのツインコンダクターケーブル用に設定されたものであるが、同軸ケーブルまたはツイストペアケーブルなど、他の番号および種類のケーブルをこのコネクタに使用してもよい。接地板２４内の同一のコネクタ本体２０を、異なるタイプまたは番号のケーブルに使用してもよい。但し、異なる番号または種類のケーブルには少し修正されたカバー部材２６’が望まれる場合がある。例えば、図９と１０は、上記のコネクタ本体２０、接点２２、および接地板２４と３つの同軸ケーブル３０’を使用した場合を図示したものである。若干異なるサイズおよび形状の同軸ケーブル３０’を対応するために、若干修正されたカバー部材２６’が提供される。ただし、カバー部材２６’のガイドレール８４、ラッチ機構８８、およびリップ９２は、カバー部材２６について既に説明したものと同一である。
【００２７】
場合によっては、導電性材料からカバー２６を形成すること、あるいはカバー２６の各部を金属メッキすることなどによって導電性部分を有するカバー２６を提供すること、そして次にカバー２６の導電性部分を接地板２４に電気的に接続することが望まれることがある。このような修正されたコネクタ１８”とカバー２６”は図１１に示した。カバー２６”には、カバー２６”の上に積み重ねられるコネクターの接地板２４と電気的接触をもつスプリング接点１１６が設けられる。カバー２６”は、コネクタ本体２０を通じて接地板２４の固定タブ６４を延在させてカバー２６”と接触することなどによって、コネクタ１８”の接地板２４と電気的接触を行ってもよい。カバー２６”を接地板２４と電気的に接続することにより、コネクタ１８”に追加シールドが設けられ、またコネクタ１８”のスタック内の各コネクタが同じ大地電位にあると保証することができる。
【００２８】
上述の本発明は、先行技術のコネクタに比べて数多くの利点を提供する。接地板２４内のプログラマブル接地接点６０を使用すると、コネクタ本体またはカバー部材への設計変更を要することなく、信号接点および接地接点の構成について完全な柔軟性が確保される。幅広の接地板２４は、低インピーダンスの電流戻り経路を提供し、接地板２４が創出する接地平面とソケット接点２２との間の均一な間隔によって、コネクタインピーダンスは、接地板２４により提供される接地平面との既知のマイクロストリップ関係の中で制御できる。簡素化されたスタック要素により、コネクタ１８はいくつでも、追加部品を使用せずに積み重ねることができ、またコネクタ１８のスタックの容易な分解と、また更にコネクタのスタック内の単一のコネクタの「ホットスワップ」を可能にする。
【００２９】
本発明は、本書において、一定の図示した実施態様に関して説明してきた、すべての修正、代替構造、および本発明の精神と範囲に属する等価物を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本書に記載のケーブルコネクタの１つの実施態様の分解斜視図である。
【図２】 図１のコネクタに使用されるソケット接点の拡大斜視図である。
【図３ａ】 コネクタ本体へのソケット接点の挿入を図示した斜視図である。
【図３ｂ】 コネクタ本体へのソケット接点の挿入を図示した斜視図である。
【図４】 図１の組立コネクタ底側の斜視図である。
【図５】 カバー部材のない組立コネクタの斜視図である。
【図６】 カバー部材付きの組立コネクタの斜視図である。
【図７ａ】 組立コネクタのスタックの斜視図である。
【図７ｂ】 組立コネクタのスタックの斜視図である。
【図８ａ】 ピンヘッダで係合したスタック式コネクタの斜視図である。
【図８ｂ】 ピンヘッダで係合したスタック式コネクタの斜視図である。
【図９】 カバーの代替実施態様を示すコネクタの拡大斜視図である。
【図１０】 図９の組立コネクタの底側の斜視図である。
【図１１】 カバーの他の代替実施態様を示すコネクタの拡大斜視図である。

Claims (2)

1. シールドケーブルを終端し、規則正しく配置された接続ピンに前記ケーブルを接続するための電気コネクタであって、
   絶縁材料から形成された平面コネクタ本体であって、前記コネクタ本体は上面とそれに対向する下面とを有し、前記上面および下面はフロントエッジ、バックエッジ、および２つの縦方向のサイドエッジによって画定され、前記上面は複数の縦方向のチャンネルを含み、各チャンネルは対応する接続ピンと嵌め合いになるよう構成された複数のソケット接点のひとつを受け取るよう構成され、前記コネクタ本体のフロントエッジは前記チャンネル内に配置された前記ソケット接点の中へ前記接続ピンを導くための複数の開口部を有する、平面コネクタ本体と、
   前記コネクタ本体の底面に係合するよう構成された平面導電性接地板であって、前記複数のソケット接点の各々の両端に延在して、前記複数のソケット接点の各々から等距離の接地板を確立する平面導電性接地板と、
   前記コネクタ本体の上面と嵌め合い、前記縦方向の各チャンネルとソケット接点を密閉するよう構成されたカバー部材と、
   を備え、
   前記平面導電性接地板が前記フロントエッジに近接する当該接地板上に配置された少なくとも１つの接地タブを含み、当該少なくとも１つの接地タブが前記コネクタ本体の底面上の開口部を通過して、前記ソケット接点の１つに接触することを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記カバー部材が前記接地板に電気的に接続された導電性部分を更に具備し、前記カバー部材の導電性部分が前記コネクタ本体の上面より上に延在するよう形成されたことを特徴とする、請求項１記載の電気コネクタ。

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