JP5021758B2 - 電気ケーブル用のコネクタ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００６年１１月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／８６７，７６３号の優先権を主張するものである。

（発明の分野）
本発明は、電気ケーブル、より具体的には小さな直径を有する電気ケーブル用のコネクタに関する。

他の回路基板、ケーブル又は電子デバイスへの集積回路の配線は、当該技術分野において既知である。そのような配線は典型的には、特に信号線の密度が比較的低かったとき、また、信号が配線内又はプリント回路基板内の導体を通じて伝搬するのに必要な延べ時間と比較して、回路のスイッチング速度（信号伝送時間とも呼ばれる）が低速であったとき、形成が困難なものではなかった。配線サイズと信号伝送時間の双方に関して、ユーザーの要求がより厳しくなるにつれ、物理的サイズと電気的性能の双方の点で満足に機能することができる配線の設計及び製造はより困難となってきた。

高速回路、すなわち少なくとも５ＧＨｚの伝送周波数を有する回路に必要なインピーダンス制御を提供するためのコネクタが開発されてきた。これらのコネクタの多くは有用であるが、シグナルインテグリティの十分な制御を達成するように電気特性を綿密に制御すると共に信号線の密度を増加させるコネクタ設計が、当該技術分野において依然として必要とされている。

本発明の少なくとも１つの態様は、当該技術分野において既知である電気ケーブル用のコネクタに勝る改善された電気的性能をもたらすように設計された電気ケーブル用のコネクタに関する。このコネクタは、電気ケーブルがコネクタに電気的に接続される終端ケーブルアセンブリの一部であってもよい。

一態様において、本発明は、管状ハウジングと、内部ハウジングと、その内部ハウジング内に配置された複数の電気接点とを備える電気ケーブル用のコネクタを提供する。導電性材料でできた管状ハウジングは、開口部と第１及び第２の対向する開放端部とを画定する内壁を有している。電気絶縁性材料でできた内部ハウジングは、管状ハウジングの中に、その管状ハウジングの開放端部の少なくとも一方から挿入されるように適合されており、固定された相対位置で電気接点を受容するように構成された内部空間を備えている。電気接点は、電気ケーブルの導体に接続されるように構成され、２つの側部を有しており、各側部は、非連続的な接点位置決め機構を有している。所望により、内部ハウジングは、複数の壁強化リブを有する実質的に中空の中央壁を更に有していてもよい。

別の態様において、本発明は、管状ハウジングと、内部ハウジングと、その内部ハウジング内に配置された複数の電気接点とを備える電気ケーブル用のコネクタを提供する。導電性材料でできた管状ハウジングは、開口部と第１及び第２の対向する開放端部とを画定する内壁を有している。電気絶縁性材料でできた内部ハウジングは、管状ハウジングの中に、その管状ハウジングの開放端部の少なくとも一方から挿入されるように適合されており、固定された相対位置で電気接点を受容するように構成された内部空間を備えている。内部ハウジングは、複数の壁強化リブを有する実質的に中空の中央壁を更に有している。電気接点は、電気ケーブルの導体に接続されるように構成されている。

更に別の態様において、本発明は、電気ケーブル用の本発明のコネクタと、そのコネクタに電気的に接続された電気ケーブルとを有する終端ケーブルアセンブリを提供する。

上記の本発明の概要は、本発明の開示した各実施形態又はすべての実現形態を説明することを意図したものではない。以下の図面及び詳細な説明によって、例示的実施形態をより具体的に示す。

電気ケーブル用の先行技術のコネクタの例示的実施形態の分解斜視図。 本発明による電気ケーブル用のコネクタの例示的実施形態の分解斜視図。 図２のコネクタの部分分解斜視図。 図２のコネクタの斜視図。 本発明のコネクタの改善された性能を示すグラフ。 本発明のコネクタの改善された性能を示すグラフ。 本発明のコネクタの改善された性能を示すグラフ。 本発明による電気ケーブル用のコネクタの別の例示的実施形態の分解斜視図。 本発明による電気ケーブル用のコネクタの別の例示的実施形態の分解斜視図。

以下の詳細な説明において、本願の一部をなす添付の図面を参照する。添付の図面は、実例として、本発明を実施することができる具体的な実施形態を示す。他の実施形態が利用されてもよく、また、構造的又は論理的な変更が、本発明の範疇から逸脱することなくなされてもよいことは理解されよう。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるものではなく、本発明の範疇は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本発明は、先行技術のコネクタと比較することによって、最良に理解され認められる。図１は、そのような先行技術のコネクタを示している。電気ケーブル用のコネクタ４が電気ケーブル６に接続される終端ケーブルアセンブリ２が示されている。電気ケーブル用のコネクタ４は、管状ハウジング８と、内部ハウジング１０と、電気接点１６とを有している。管状ハウジング８は、導電性材料から作られており、開口部と第１及び第２の対向する開放端部とを画定する内壁を有している。所望により、管状ハウジング８は、例えば、はめ合いコネクタのアース接点との、又はプリント回路基板上のアース接触パッドとの電気接触をなすように構成された１つ以上の外部アース接点２６を有する。内部ハウジング１０は、電気絶縁性材料から作られており、単一部品ハウジング（図示せず）又は複数部品ハウジングであることができる。図１は、内部ハウジング部品１０ａと内部ハウジング部品１０ｂとを有する複数部品ハウジングの例を示している。組立において、内部ハウジング１０ａと内部ハウジング１０ｂは、内部ハウジング部品の位置決め機構と共に管状ハウジング８によって相対位置を維持される。内部ハウジング部品１０ａは、内部ハウジング１０を管状ハウジング８内に適切に位置決めするのを支援するように構成された止め具１４を有している。加えて、実質的に中実の内部ハウジング中央壁２２によって分離された電気接点１６を受容するように構成された内部空間１２を有している。電気接点１６は、設計においては従来のものである。電気接点１６は、シート材料で概ねＵ字形状に形成されており、前部の通路形状の差込み部分１６ａと、接点位置決め部分１６ｂと、後部の接続部分１６ｃとを有している。前部の通路形状の差込み部分１６ａは、好適なはめ合いコネクタの電気接点に、分離可能に電気的に接続されるように構成されている。接点位置決め部分１６ｂは、接点の両側の連続的な接点位置決め機構１８を有しており、この接点位置決め機構１８は、実質的に接点位置決め部分１６ｂの全長に沿って延びている。後部の接続部分１６ｃは、電気ケーブル６の導体２０に電気的に接続されるように構成されている。電気ケーブル６は、図４に示された開口部１２８などのはんだ付け用開口部を使用することにより、電気ケーブル用のコネクタ４に取り付けられる。現行の技術で提示されたこの例示的実施形態において使用されている電気ケーブルのタイプは、単一のワイヤケーブル（例えば、単一の同軸ケーブル若しくは単一の二軸ケーブル）又は複数のワイヤケーブル（例えば、複数の同軸ケーブル若しくは複数の二軸ケーブル若しくはツイストペアケーブル）であることができる。

図２、３、及び４は、本発明の例示的実施形態を示している。電気ケーブル用のコネクタ１０４が電気ケーブル１０６に接続される終端ケーブルアセンブリ１０２が示されている。電気ケーブル用のコネクタ１０４は、管状ハウジング１０８と、内部ハウジング１１０と、電気接点１１６とを有している。管状ハウジング１０８は、導電性材料から作られており、開口部と第１及び第２の対向する開放端部とを画定する内壁を有している。所望により、管状ハウジング８は、例えば、はめ合いコネクタのアース接点との、又はプリント回路基板上のアース接触パッドとの電気接触をなすように構成された１つ以上の外部アース接点１２６を有する。内部ハウジング１１０は、電気絶縁性材料から作られており、単一部品ハウジング（図示せず）又は複数部品ハウジングであることができる。図２及び３は、内部ハウジング部品１１０ａと内部ハウジング部品１１０ｂとを有する複数部品ハウジングの例を示している。組立において、内部ハウジング部品１１０ａと内部ハウジング部品１１０ｂは、内部ハウジング部品の位置決め機構と共に管状ハウジング１０８によって相対位置を維持される。内部ハウジング部品１１０ａは、図４で分かるように、内部ハウジング１１０を管状ハウジング１０８内に適切に位置決めするのを支援するように構成された止め具１１４を有している。加えて、実質的に中空の内部ハウジング中央壁１２２によって分離された電気接点１１６を受容するように構成された内部空間１１２を有している。所望により、実質的に中空のハウジング中央壁１２２は、壁の構造健全性をもたらすように構成された複数の壁強化リブ１２４を有している。電気接点１１６は、シート材料で概ねＵ字形状に形成されており、前部の通路形状の差込み部分１１６ａと、不連続な接点位置決め部分１１６ｂと、後部の接続部分１１６ｃとを有している。前部の通路形状の差込み部分１１６ａは、好適なはめ合いコネクタの電気接点に、分離可能に電気的に接続されるように構成されている。接点位置決め部分１１６ｂは、接点の両側の非連続的な接点位置決め機構１１８を有している。非連続的な接点位置決め機構１１８は、１つ以上の孔、くぼみ、開口部、スロット、２つ以上の区分、又はそれらの組み合わせを有してもよい。図２及び３は、接点位置決め部分１１６ｂの端部に配置された２つの区分を有する非連続的な接点位置決め機構１１８の例を示している。後部の接続部分１１６ｃは、電気ケーブル１０６の導体１２０に電気的に接続されるように構成されている。電気ケーブル１０６は、図４に示された開口部１２８などのはんだ付け用開口部を使用することにより、電気ケーブル用のコネクタ１０４に取り付けられる。この例示的実施形態において使用されている電気ケーブルのタイプは、単一のワイヤケーブル（例えば、単一の同軸ケーブル若しくは単一の二軸ケーブル）又は複数のワイヤケーブル（例えば、複数の同軸ケーブル若しくは複数の二軸ケーブル若しくはツイストペアケーブル）であることができる。

接点位置決め機構を、接点位置決め機構１８（図１に示す）ではなく接点位置決め機構１１８（図２及び３に示す）として設計することによって得られる性能の改善は劇的なものであり、図５ａ、５ｂ、及び５ｃに提示されているデータから分かる。

図５ａは、サンプル１及び２として表された終端ケーブルアセンブリ２、並びに、サンプル３及び４として表された、ただし実質的に中実の内部ハウジング中央壁２２（図１に示す）を有する終端ケーブルアセンブリ１０２のインピーダンスプロファイルを示している。このデータを作成するための試験方法は、当該技術分野において周知である。データは、テクトロニクス５０ ＴＤＳ ８０００ ５０ＧＨｚスコープ（Tektronix 50 TDS 8000 50 GHz Scope）を’８０Ｅ０４ ＴＤＲサンプリングヘッド（'80E04 TDR Sampling Head）と共に使用して生成された。理想的には、システムは一定のインピーダンスを有することになる。終端ケーブルアセンブリを設計するとき、１つの目標は、信号がケーブルアセンブリを通じて進むときのインピーダンスの変化を最小化することである。インピーダンスの変化を最小化することによって、信号のひずみ及び減衰が減じられ、それによってケーブルアセンブリの性能が改善される。インピーダンスプロファイルを比較することにより、非連続的な接点位置決め機構１１８を有する電気接点１１６を使用する本発明のケーブルアセンブリ（サンプル３及び４）では、従来のケーブルアセンブリ（サンプル１及び２）と比べて、インピーダンスがより高度に制御されることが分かる。具体的には、非連続的な接点位置決め機構１１８を有する電気接点１１６を使用するケーブルアセンブリは、ケーブルアセンブリを通じた、はるかに滑らかなインピーダンスプロファイル及び、より狭いインピーダンス変動幅を示している。

図５ｂは、ある周波数範囲にわたる、ケーブルアセンブリを通じて進む正弦波信号の減衰又は損失を示している。このデータを作成するための試験方法は、当該技術分野において周知である。このデータは、アジレント８７２０ＥＳ ５０ＭＨｚ〜２０ＧＨｚ Ｓ−パラメータ・ネットワーク・アナライザ（Agilent 8720ES 50 MHz - 20 GHz S-Parameter Network Analyzer）を使用して生成された。減衰のプロットを比較することにより、非連続的な接点位置決め機構１１８を有する電気接点１１６を使用する本発明のケーブルアセンブリ（サンプル３及び４）では、従来のケーブルアセンブリ（サンプル１及び２）と比べて、減衰又は損失がはるかに低くなることが分かる。具体的には、一般に認められていることとして、−３ｄＢ（約０．７０７のＶｏｕｔ／Ｖｉｎに等しい）を超える減衰は許容されない。図５ｂから、試験した構成に関して、連続的な接点位置決め機構を有する先行技術のケーブルアセンブリでは、満足な性能が約４２００ＭＨｚまでしか得られないが、非連続的な接点位置決め機構１１８を有する電気接点１１６を使用する本発明のケーブルアセンブリでは、満足な性能が約５９００ＭＨｚまで得られることが容易に分かる。これは、従来のケーブルアセンブリに勝る劇的かつ予想外の改善であることが明らかである。

図５ｃは、アイ開口率をビットレートの関数として示している。アイ開口率は、信号内の相加性雑音を測定するための周知の方法であり、アイダイアグラムとしても知られるアイパターンから読み取られることができる。開口アイパターンは、最小の信号ひずみに対応する。このデータを作成するための試験方法は、当該技術分野において周知である。この信号は、アドバンストＤ３１８６ １２Ｇｂｐｓパルス・パターン・ジェネレータ（Advantest D3186 12 Gbps Pulse Pattern Generator）を使用して生成され、テクトロニクス５０ ＴＤＳ ８０００ ５０ＧＨｚスコープ（Tektronix 50 TDS 8000 50 GHz Scope）を使用して測定された。図５ｃから、非連続的な接点位置決め機構１１８を有する電気接点１１６を使用する本発明のケーブルアセンブリでは、従来のケーブルアセンブリと比べて、より高いビットレート（すなわち、６Ｇｂｐｓを超えるビットレート）において、劇的に高いアイ開口率が維持されることが容易に分かる。これは、従来のケーブルアセンブリに勝る、信号性能の劇的かつ予想外の改善を表している。

性能の更なる改善は、内部ハウジング中央壁を、実質的に中実の内部ハウジング中央壁２２（図１に示す）ではなく実質的に中空の内部ハウジング中央壁１２２（図２及び３に示す）として付加的に設計することによって、達成可能である。

図６は、本発明の別の例示的実施形態を示す。電気ケーブル用のコネクタ２０４が電気ケーブル２０６に接続される終端ケーブルアセンブリ２０２が示されている。この実施形態において、電気ケーブル２０６は二軸ケーブルである。電気ケーブル用のコネクタ２０４は、図２に示した電気ケーブル用のコネクタ１０４と設計において類似しているが、二軸ケーブルの用途に適応するように構成されている。

図７は、本発明の別の例示的実施形態を示す。電気ケーブル用のコネクタ３０４が電気ケーブル３０６に接続される終端ケーブルアセンブリ３０２が示されている。この実施形態において、電気ケーブル３０６はツイストペアケーブルである。電気ケーブル用のコネクタ３０４は、図２に示した電気ケーブル用のコネクタ１０４と設計において類似しているが、ツイストペアケーブルの用途に適応するように構成されている。

好ましい実施形態の説明を目的として、特定の実施形態を本明細書で例示し説明してきたが、同じ目的を達成するように計画された多種多様な他の実現形態及び／又は等価な実現形態が、本発明の範疇から逸脱することなく、図示し説明した特定の実施形態の代わりとなり得ることは、当業者には理解されよう。機械、電気機械、及び電気の分野における当業者には、本発明が非常に多種多様な実施形態で実現され得ることは容易に理解されよう。本願は、本明細書で論じた好ましい実施形態のいかなる改作又は変型をも包含することを意図したものである。したがって、本発明が特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されることが、明白に意図されている。

Claims (3)

1. 電気ケーブル用のコネクタであって、
   開口部と第１及び第２の対向する開放端部とを画定する内壁を有する、導電性材料でできた管状ハウジングと、
   前記管状ハウジングの中に、前記管状ハウジングの前記開放端部の少なくとも一方から挿入されるように適合された、電気絶縁性材料でできた内部ハウジングであって、固定された相対位置で電気接点を受容するように構成された内部空間を備える内部ハウジングと、
   前記内部ハウジング内に配置され、電気ケーブルの導体に接続されるように構成された複数の電気接点であって、２つの側部を備え、各側部が非連続的な接点位置決め機構を有する電気接点とを備える、コネクタ。
2. 前記内部ハウジングは、更に、複数の壁強化リブを有する実質的に中空の中央壁を備える、請求項１記載のコネクタ。
3. 請求項１記載のコネクタと、
   前記コネクタに電気的に接続された電気ケーブルとを備える、終端ケーブルアセンブリ。

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