JP5756698B2 - 電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、高速伝送に用いられる電気コネクタに関する。

近年の情報処理機器・通信機器の発達と動画像などによるデータの大容量化に伴い、各機器で使用する信号の高速化が求められている。例えば、サーバ間接続においては、６Ｇｂｐｓ以上の高速伝送特性が求められている。
従来、この高速伝送に用いられる電気コネクタとして、例えば、図５乃至図８に示すものが知られている（特許文献１参照）。図５は、従来例の電気コネクタを相手コネクタに嵌合した状態の側面模式図で、両コネクタを嵌合した際に製品の製造公差の関係で相手ハウジングの底部と第１ハウジングの先端との間に隙間Δができる状態を示している。図６は、図５における６−６線に沿う断面図である。図７は、従来例の電気コネクタを相手コネクタに嵌合した状態の側面模式図で、両コネクタを嵌合した際にロック部がパネルにロックされない状態を示している。図８は、図７における８−８線に沿う断面図である。

図５乃至図８に示す電気コネクタ１０１は、相手コネクタ１３０に嵌合する第１ハウジング１１０と、第１ハウジング１１０に固定された金属製のシェル１２０とを備えている。
第１ハウジング１１０には、複数の弾性コンタクト１１１が取り付けられている。各弾性コンタクト１１１は、嵌合方向前方（図６における左方）に位置する弾性接触部１１２及び嵌合方向後方に位置する接続部１１３を備えている。弾性接触部１１２は、相手コネクタ１３０に設けられた相手コンタクト１５０に弾性接触する。接続部１１３には、ケーブルＣの絶縁電線Ｃ１が半田接続される。

シェル１２０は、内部に空洞部１２１を有し、この空洞部１２１内に第１ハウジング１１０を固定する。第１ハウジング１１０の嵌合方向後端部には、突起部１１４が形成され、この突起部１１４がシェル１２０に形成された凹部１２２に入り込んで第１ハウジング１１０がシェル１２０に固定される。シェル１２０の嵌合方向前端部には、複数対のロック部１２３が設けられている。

一方、相手コネクタ１３０は、相手ハウジング１４０と、相手ハウジング１４０に取り付けられた複数の相手コンタクト１５０とを備えている。相手コンタクト１４０は雄型コンタクトで構成され、相手コネクタ１３０はヘッダを構成する。相手コネクタ１３０は、回路基板１６０上に実装される。回路基板１６０は、パネル１８０との間にスペーサ１７０を介して図示しない取付ねじ等によりパネル１８０に取り付けられる。

電気コネクタ１０１は、パネル１８０に形成された開口部１８１に第１ハウジング１１０を挿通させ、第１ハウジング１１０を相手コネクタ１３０に嵌合させる。この際、第１コネクタ１０１のシェル１２０に設けられたロック部１２３がパネル１８０の開口部１８１にロックされる。これにより、電気コネクタ１０１と相手コネクタ１３０との嵌合が完了し、ケーブルＣと回路基板１６０とが電気的に接続される。

米国特許第７６３７７６７号明細書

しかしながら、この図５乃至図８に示した電気コネクタ１０１にあっては、次の問題点があった。
即ち、ロック部１２３、第１ハウジング１１０、相手コネクタ１３０、及びスペーサ１７０等の製品の製造公差が原因で、図５に示すように、第１ハウジング１１０を相手コネクタ１３０に嵌合した際に第１ハウジンング１１０の先端と相手ハウジング１４０の底部との間に隙間Δができるときがある。この場合、コンタクト１１１の接触部１１２が相手コンタクト１５０に接触する接点位置が、図６に示すように、第１ハウジンング１１０の先端が相手ハウジング１４０の底部に当接する場合より相手コンタクト１５０の先端側のＤ１となる。すると、接点位置Ｄ１から相手コンタクト１５０の先端までの距離がＥ１となる。この距離Ｅ１は、第１ハウジンング１１０の先端が相手ハウジング１４０の底部に当接する場合の、接点位置から相手コンタクト１５０の先端までの距離よりも短くなる。接点位置から相手コンタクト１５０の先端までの距離はいわゆるスタブ（stub）量とよばれ、このスタブ量が、第１ハウジンング１１０の先端が相手ハウジング１４０の底部に当接する場合のスタブ量よりも小さくなる。スタブ量が小さくなると、接点付近のキャパシタンスあるいはインダクタンスが変化することになる。インピーダンス整合の設計においては、第１ハウジンング１１０の先端が相手ハウジング１４０の底部に当接する場合、つまり第１ハウジング１１０が相手コネクタ１３０に完全に嵌合する場合を想定して接点位置を決め、この接点位置に基くスタブ量に基いてインピーダンス整合の設計を行っている。従って、スタブ量が小さくなると、設計値に対してインピーダンスが変化し、インピーダンス不整合が生じることになる。これにより、信号品質が低下し、インピーダンスやリターンロスといった伝送特性が悪化してしまうという問題があった。

一方、図７に示すように、隙間Δが生じないように第１ハウジング１１０を大きくすると、製品の製造公差が原因で、シェル１２０に設けられたロック部１２３がパネル１８０にロックされない場合がでてくる。
従って、本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、製品の製造公差にかかわらず、第１ハウジングが常に相手コネクタに完全に嵌合し、インピーダンス不整合がなく所望の伝送特性が得られる電気コネクタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係る電気コネクタは、相手コネクタに嵌合すると共に、前記相手コネクタに設けられた相手コンタクトに接触するコンタクトを備えた第１ハウジングと、該第１ハウジングを嵌合方向及び該嵌合方向と逆方向に移動可能に支持すると共に、前記相手コネクタ側にロックされるロック部を有する第２ハウジングと、該第２ハウジングに支持されると共に、前記第１ハウジングを前記嵌合方向に付勢する弾性部材とを備え、前記弾性部材の反発力がコネクタ嵌合時の挿入力を上回るように設定され、その結果、前記第１ハウジングの先端が前記相手コネクタの相手ハウジングの底部に当接することを特徴としている。

ここで、「相手コネクタ側」とは、相手コネクタ及び相手コネクタに接続されたパネル等の接続部材を意味する。
また、本発明のうち請求項２に係る電気コネクタは、請求項１記載の電気コネクタにおいて、前記弾性部材が、圧縮コイルばねであることを特徴としている。
更に、本発明のうち請求項３に係る電気コネクタは、請求項１又は２記載の電気コネクタにおいて、前記ロック部が、前記相手コネクタを支持するパネルにロックされることを特徴としている。

本発明に係る電気コネクタによれば、第１ハウジングを嵌合方向及び該嵌合方向と逆方向に移動可能に支持すると共に、相手コネクタ側にロックされるロック部を有する第２ハウジングと、第２ハウジングに支持されると共に、第１ハウジングを嵌合方向に付勢する弾性部材とを具備するので、第２ハウジングをロック部によって相手コネクタ側にロックして第１ハウジングが相手コネクタに嵌合する際に、第１ハウジングが弾性部材により嵌合方向に付勢される。このため、製品の製造公差にかかわらず、第１ハウジングが常に相手コネクタに完全に嵌合し、インピーダンス不整合がなく所望の伝送特性が得られる電気コネクタを提供できる。第２ハウジングは、ロック部により相手コネクタ側に確実にロックされる。

本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す側面模式図であり、第１ハウジングが相手コネクタに嵌合する前の状態を示している。 図１における２−２線に沿う断面図である。 本発明に係る電気コネクタの実施形態を示す側面模式図であり、第１ハウジングが相手コネクタに嵌合した状態を示している。 図３における４−４線に沿う断面図である。 従来例の電気コネクタを相手コネクタに嵌合した状態の側面模式図で、両コネクタを嵌合した際に製品の製造公差の関係で相手ハウジングの底部と第１ハウジングの先端との間に隙間ができる状態を示している。 図５における６−６線に沿う断面図である。 従来例の電気コネクタを相手コネクタに嵌合した状態の側面模式図で、両コネクタを嵌合した際にロック部がパネルにロックされない状態を示している。 図７における８−８線に沿う断面図である。

以下、本発明に係る電気接続構造の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に示す電気コネクタ１は、例えば、６Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いられるもので、相手コネクタ４０に嵌合する第１ハウジング１０と、第２ハウジング２０と、複数の弾性部材３０とを具備している。
第１ハウジング１０は、絶縁性部材で、嵌合方向（図２において矢印で示す方向）の後端部に複数（本実施形態にあっては４個）の突起部１４を有している。複数の突起部１４は、第１ハウジング１０の正面（図２における左面）から見て９０°間隔に配置されている。

そして、第１ハウジング１０には、複数のコンタクト１１が取り付けられている。各コンタクト１１は、嵌合方向の前端（図２における左端）に位置する弾性接触部１２と、嵌合方向の後端に位置する接続部１３とを備えている。各コンタクト１１は、導電性金属板を打抜き及び曲げ加工することによって形成される。弾性接触部１２は、相手コネクタ４０に設けられた相手コンタクト６０に弾性接触する。接続部１３には、ケーブルＣの絶縁電線Ｃ１が半田接続される。

また、第２ハウジング２０は、金属製のシェル部材で、金属板を打抜き及び曲げ加工することによって形成される。第２ハウジング２０は、内部に空洞部２１を有し、この空洞部２１内に第１ハウジング１０を嵌合方向及びこの嵌合方向と逆方向に移動可能に支持する。第２ハウジング２０の空洞部２１の嵌合方向前方部には、第１ハウジング１０の突起部１４が入り込む複数（本実施形態にあっては４個）の凹部２２が形成されている。各凹部２２には各突起部１４が入り込むので、複数の凹部２２は、第２ハウジング２０の正面から見て９０°間隔に配置されている。第１ハウジング１０の嵌合方向前方（嵌合方向）への移動は、突起部１４が凹部２２の嵌合方向前壁部に当接することによって規制される。一方、第１ハウジング１１の嵌合方向後方（嵌合方向と逆方向）への移動は、突起部１４が凹部２２の嵌合方向後壁部に当接することによって規制される。また、第２ハウジング２０の嵌合方向前端部の上端及び下端には、後述する相手コネクタ４０を支持するパネル９０にロックされるロック部２３が設けられている。

また、複数の弾性部材３０は、本実施形態にあっては４個設けられる。各弾性部材３０は、圧縮コイルばねで構成され、第２ハウジング２０の各凹部２２内で第１ハウジング１０との間で第２ハウジング２０に支持される。各弾性部材３０は、各凹部２２内で支持されるので、第２ハウジング２０の正面から見て９０°間隔に配置されている。各弾性部材３０の支持構造について具体的に説明すると、各凹部２２の嵌合方向後壁部に弾性部材３０の一端を支持する突起（図示せず）が形成されている。一方、第１ハウジング１０の嵌合方向後壁部には、弾性部材３０の他端を支持する突起（図示せず）が設けられている。各弾性部材３０は、第２ハウジング２０側の突起と第１ハウジング１０側の突起とに支持されて第２ハウジング２０と第１ハウジング１０との間に配置されている。各弾性部材３０は、圧縮コイルばねで構成されているので、各弾性部材３０により第１ハウジング１０は嵌合方向（嵌合方向前方）に付勢される。この結果、第１ハウジング１０を相手コネクタ４０に嵌合する前の状態では、図２に示すように、第１ハウジング１０の各突起部１４が第２ハウジング２０に形成された凹部２２の嵌合方向前壁部に当接した状態となる。

第１ハウジング１０が嵌合する相手コネクタ４０は、相手ハウジング５０と、相手ハウジング５０に取り付けられた複数の相手コンタクト６０とを備えている。相手ハウジング５０は、第１ハウジング１０を受容する第１ハウジング受容キャビティ５１を有している。相手コネクタ４０は、回路基板７０上に実装される。各相手コンタクト６０の一端は、回路基板７０上の導電部に半田等により接続され、他端は、第１ハウジング受容キャビティ５１内に延びる。各相手コンタクト６０は雄型コンタクトで構成され、相手コネクタ４０はヘッダを構成する。

そして、相手コネクタ４０を実装した回路基板７０は、パネル９０との間にスペーサ８０を介して図示しない取付ねじ等によりパネル９０に取り付けられる。
電気コネクタ１は、図３及び図４に示すように、第１ハウジング１０をパネル９０に形成された開口部９１を挿通させ、第１ハウジング１０を相手ハウジング５０の第１ハウジング受容キャビティ５１内に挿入させる。

そして、第１ハウジング１０の挿入を進行させると、先ず、第１ハウジング１０の先端が相手ハウジング５０の底部に当接する（第１ハウジング１０が相手コネクタ４０に完全に嵌合する）。なお、この状態は、弾性部材３０の反発力がコネクタ嵌合時の挿入力を上回る限り、達成される。この状態では、図４に示すように、コンタクト１１の接触部１２が相手コンタクト６０に接触する。これにより、コンタクト１１に接続されたケーブルＣと、相手コンタクト６０に接続された回路基板７０とが電気的に導通する。そして、コンタクト１１の接触部１２が相手コンタクト６０に接触する接点位置が、Ｄとなる。また、この接点位置Ｄから相手コンタクト６０の先端までの距離がＥとなる。この接点位置Ｄは、第１ハウジンング１０の先端が相手ハウジング５０の底部に当接する場合、つまり第１ハウジング１０が相手コネクタ４０に完全に嵌合する場合を想定して決めた接点位置に等しい。また、距離Ｅは、第１ハウジング１０が相手コネクタ４０に完全に嵌合する場合を想定して決めたスタブ量に等しい。

更に、電気コネクタ１を相手コネクタ４０に対して押し込むと、第１ハウジング１０は相手ハウジング５０の底部に当接しているため動かない。従って、接点位置Ｄ及び距離Ｅに変化はない。その一方、第２ハウジング２０及びロック部２３が、図３及び図４に示すように、パネル９０に形成された開口部９１を挿通し、ロック部２３がパネル９０にロックされる。第２ハウジング２０によって第１ハウジング１０を嵌合方向及び嵌合方向と逆方向に移動可能に支持しているからである。ロックの際、第２ハウジング２０は、弾性部材３０のばね力に抗して進み、第２ハウジング２０に形成された凹部２２の嵌合方向前壁部が第１ハウジング１０の各突起部１４から離れることになる。ロック部２３がパネル９０にロックされると、第１ハウジング１０の相手コネクタ２０に対する嵌合が完了する。

ロック部２３、第１ハウジング１０、相手コネクタ４０、及びスペーサ８０等の製品に製造公差は必ずあるが、第１ハウジング１０が常に相手コネクタ４０に完全に嵌合する。このため、接点位置Ｄ及び距離Ｅに変化はなく、さらに、第２ハウジング２０がロック部２３によって確実にパネル９０にロックされる。このため、インピーダンス不整合がなく所望の伝送特性が得られる電気コネクタ１を提供できる。

この理由は、ロック部２３を有する第２ハウジング２０によって第１ハウジング１０を嵌合方向及び嵌合方向と逆方向に移動可能に支持すると共に、第２ハウジング２０に支持された弾性部材３０によって、第１ハウジング１０を嵌合方向に付勢するからである。
また、本実施形態に係る電気コネクタ１においては、弾性部材３０を圧縮コイルばねで構成したため、簡単な構造で、第２ハウジング２０に支持できるとともに第１ハウジング１０を嵌合方向へ付勢することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、ロック部２３がロックされるのは、パネル９０に限られず、相手コネクタ４０自体でもよいし、あるいは、相手コネクタ４０に接続されたパネル以外の接続部材でもよい。

また、弾性部材３０は、必ずしも圧縮ばねである必要はなく、第１ハウジング１０を嵌合方向に付勢するものであれば、弾性エラストマー等の弾性構造をもったものでもよい。
更に、第２ハウジング２０は、金属製のシェル部材に限られず、絶縁性のあるる樹脂部材であってもよい。
また、弾性部材３０は、複数設ける必要はなく、１つであってもよい。また、弾性部材３０を複数設ける場合、第１ハウジング１０を嵌合方向に安定して付勢できるのであれば、第２ハウジング２０の正面から見て９０°間隔に配置する必要は必ずしもない。

１ 電気コネクタ
１０ 第１ハウジング
１１ コンタクト
２０ 第２ハウジング
２３ ロック部
３０ 弾性部材
４０ 相手コネクタ
５０ 相手ハウジング
６０ 相手コンタクト
９０ パネル

Claims (3)

1. 相手コネクタに嵌合すると共に、前記相手コネクタに設けられた相手コンタクトに接触するコンタクトを備えた第１ハウジングと、
   該第１ハウジングを嵌合方向及び該嵌合方向と逆方向に移動可能に支持すると共に、前記相手コネクタ側にロックされるロック部を有する第２ハウジングと、
   該第２ハウジングに支持されると共に、前記第１ハウジングを前記嵌合方向に付勢する弾性部材とを備え、
   前記弾性部材の反発力がコネクタ嵌合時の挿入力を上回るように設定され、その結果、前記第１ハウジングの先端が前記相手コネクタの相手ハウジングの底部に当接することを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記弾性部材が、圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ。
3. 前記ロック部が、前記相手コネクタを支持するパネルにロックされることを特徴とする請求項１又は２記載の電気コネクタ。

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