JP6304828B2 - インピーダンス等化部材を一体化した電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、絶縁性コンタクトキャリアと、インピーダンス等化部材を備える少なくとも１つの導電性コンタクト部材とを有する電気コネクタに関する。特に、本発明は、シールドの有無に拘らず規定のインピーダンス特性を有する電気コネクタに関する。

電気コネクタは、極めて多種多様な電気部品及び電気構造体、例えば、印刷回路基板、同軸ケーブル、別体の回路部品、フレキシブル回路等を互いに接続することで知られている。一般に、かかるコネクタは、同一又は同類の部品間、例えば、２つの回路間だけでなく、同一ではない部品同士間、例えば、ケーブルと印刷回路基板との間に信号線や電力供給線を生成する。かかるプラグコネクタは、対応する用途に応じて多様な形状又はサイズで作製されている。かかるコネクタのコンタクト同士間の形状、サイズ、及び間隔も大きく異なる。個々のコンタクトの形状、サイズ、及び間隔と共に、そのインピーダンスも変化する。

信号線は、一般的に直流電流を伝送せず、代わりに、信号線にパルス反射が生じないようにパルス電流又は交流電流のみを伝送するため、均一なインピーダンス、即ち、一定のインピーダンスが提供されることが保証されなければならない。これがいわゆる公称インピーダンスと呼ばれるものである。従って、特に関連するプラグコネクタ上の高速データ伝送に関連して、線同士を接続する際、一定のインピーダンスが維持されることも保証されなければならない。

従って、１つ以上のコンタクト部材を使用する電気コネクタ内において所望の公称インピーダンスを調整するための様々なアプローチが知られている。このように、例えば、ＤＥ１０２００９０１９６２６Ｂ３（ドイツ国特許第１０２００９０１９６２６号明細書）では、コネクタのインピーダンスを調整するために、孔に受容される導電性インピーダンス補正ピンを配置することが提案されている。この孔は、複数のコンタクト部材に対して対称的に配置される。

しかしながら、このように調整されたインピーダンスは、プラグコネクタが更にシールドに包囲されたままか否かに明らかに依存すると考えられる。例えば自動車におけるイーサネット接続などの様々な用途に関して、電磁散在（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｓｐｅｒｓｉｏｎｓ）に対するシールドが必要か否かは、設置条件に大きく依存する。原則として、コストの面から、遮蔽されていないプラグコネクタという変形が好ましく、シールドは特別な場合に代替的な手段としてのみ嵌合される。

従って、インピーダンス値が電磁シールドの有無によって大きな影響を受けない規定のインピーダンスを有する電気コネクタが求められている。

ＵＳ６，７４９，４４４Ｂ２（米国特許第６，７４９，４４４号明細書）により、交換可能なインピーダンスチューナを有する電気コネクタが知られている。この調整部材は、誘電材料から作製され、更に、コンタクトと平行に配置されたインピーダンス調整金属板を有する。これらの金属板は、インピーダンスチューナに受容され、インピーダンスチューナから取り外すことができる。この誘電チューナもまた、他のインピーダンス値が望ましい場合に、プラグコネクタハウジングから丸ごと取り外して、異なるチューナと交換することができる。しかしながら、本発明とは異なり、ＵＳ６，７４９，４４４Ｂ２に係るインピーダンスチューナは、コネクタを包囲する金属ケーシングによってコネクタに固定されている。即ち、調整されるインピーダンスは、金属シールドを有する装置に常に基づいている。

従って、既知のプラグコネクタは、インピーダンスの調整に関して極めて柔軟であるが、作製するには比較的高価であり、シールドに加えて、インピーダンスチューナを交換可能に固定するという目的も有する金属シェルを必須に備えている。

一方、本発明が対処する課題は、簡単且つコスト効果の高い方法で作製することができる上述の種類の電気コネクタを提供することと、コネクタを包囲するシールド又は任意で設けられた接地板又はその他の金属ハウジングの存在に拘らず安定したインピーダンスに調整することである。

この課題は、本発明の独立請求項の主題によって解決される。本発明に係る電気コネクタの有利な発展形態は、本発明の従属請求項において示される。

本発明は、少なくとも１つのコンタクト部材が配置される領域の少なくとも一部においてコネクタのインピーダンスを調整するために、少なくとも１つのインピーダンス等化部材が、コンタクトキャリアと一体化するように、即ち、製造工程後にコンタクトキャリアに永久的に接続されるように、コンタクトキャリア上に設けられるという考えに基づく。インピーダンス等化部材は、特に、導電性の略平面構造を有し、前記少なくとも１つのコンタクト部材に対して、調整対象のインピーダンス値に依存する所定の間隔を置いて配置される。コンタクトキャリアに一体化される本発明に係るこのインピーダンス等化部材は、遮蔽されていないコネクタのインピーダンス挙動を支配する。ここで付加的なシールドが嵌合されると、このシールドは、コネクタのインピーダンスに対してある程度の影響を及ぼすが、この影響は小さく、信号特性は所要の制限範囲内に留まる。当然のことながら、ハウジングの形状によって、シールドがコンタクト部材に対して所与の最小の間隔を維持することが確保されることが保証されなければならない。

特に簡単な方法では、本発明に係るインピーダンス等化部材は、金属板から作製することによって実現することができる。かかる金属板は、いわゆるスティッチ接続によって取外し不能な方法でハウジング内に導入又はコンタクトキャリアに接続されることもできる。幾つかの部品からなる、即ち、２つの部分からなるハウジングを作成すること、及び組立前に２つの部分の一方に金属板を挿入することも有利である。いずれにしても、インピーダンス等化部材は組立後に再び取り外されるようにはなっていない。

コンタクト部材は、一般的に、第１の外部の電気部品、例えばケーブルを接続するための接続領域と、第２の外部の電気部品、例えば相手コネクタピンに接触するための接触領域とを有し、この接続領域と接触領域は、他の接続領域によって互いに接続されている。本発明によれば、インピーダンス等化部材は、接続領域と接触領域の両方に配置されてもよく、且つ両領域に同時に配置されてもよい。それにより、全ての重要な接続点におけるインピーダンスの安定化が達成される。

特に有利な方法では、本発明は、コンタクト部材の接続領域に圧着コネクタが設けられた電気コネクタ用に使用することができる。

或いは、印刷回路基板（ＰＣＢ）に接触するための接続コネクタとして、プレスイン又は半田接続部及び特に屈曲構成が設けられてもよい。しかしながら、この位置には、その他の考え得る接続部、例えば、その他のプラグ接続部が設けられ、本発明に係る電気コネクタがアダプタを形成するようにしてもよい。

以下では、大抵の場合、コンタクト部材がソケット部材であるという事実に対して具体的に言及する。しかしながら、当然のことながら、本発明に係るインピーダンス安定化は、ピンコンタクトに対しても行われることができる。

インピーダンス等化部材の影響によるインピーダンス特性の本発明に係る優越性は、特に、インピーダンス等化部材がコンタクト部材の両長手軸に沿って略平行に延在することによって、確実に達成することができる。

コンタクトキャリアに対するインピーダンス等化部材の永久的な接続に関しては、様々に考え得る有利な実施形態がある。一方では、インピーダンス等化部材は、絶縁性コンタクトキャリアに一体化されてもよく、したがって、例えば、射出成形作業において鋳込まれてもよい。この手順には、本機能に極めて重要なコンタクト部材とインピーダンス等化部材の間の間隔の調整が比較的小さな誤差で行われることができるという利点がある。或いは、コンタクトキャリアの外側面上のインピーダンス等化部材が、所謂スティッチ作業又はその他の任意の適切な接着剤による接着又はプレスイン法によってコンタクトキャリアに永久的に接続されるようにしてもよい。既に述べたように、数個の部品からなる、例えば２つの部分からなるハウジングを作製し、組立前に２つの部分の一方に金属板を挿入することも有利である。いずれにせよ、インピーダンス等化部材は、組立後に再び取り外されるようにはなっておらず、インピーダンス等化部材は、分離不能な方法でコンタクトキャリアに接続されることが好ましい。

特にインピーダンス等化部材が金属板から製作される場合、インピーダンス等化部材は、電気コネクタに対して様々な付加的な機能を行うことができる。例えば、インピーダンス等化部材は、コンタクトキャリアを包囲するように任意で取り付けられる導電性シールドをコネクタに固定することができる少なくとも１つの弾性部材を有してもよい。その結果、コネクタを遮蔽することが意図されていても、更なる保持部材を嵌める必要がない。

更に、インピーダンス等化部材は、印刷回路基板と共に締付接続部を形成するために、１つ以上の締付突出部を有してもよい。かかる所謂基板ロックを使用して、一般的に知られているように、リベット型固定具又はねじ型固定具に代わるものとして、プラグコネクタを印刷回路基板上に取付けて保持することができる。基板ロックに接続されるプラグコネクタが、構成対象の印刷回路基板上に押圧され、クランプは、係合するか、機械的張力を受ける。かかる締付接続部の保持力は、例えば半田作業時に、印刷回路基板上にプラグコネクタを保持するのに十分となるように選択することができる。内側がめっきされた組立孔の場合、基板ロックを半田付けすることによって、挿抜作業時にプラグコネクタのテンションリリーフを大幅に更に改善することもできる。

更に、インピーダンス等化部材は、例えば、ケーブルのシールドに接触するために、圧着コネクタを備えてもよい。

本発明に係る電気コネクタが導電性シールドを備える場合、有利な一実施形態によれば、少なくとも１つのインピーダンス等化部材は、既にこのシールドの一部を形成していてもよい。

本発明をより良く理解するために、以下の図面に示された本発明の実施形態を参照して、本発明をより詳細に説明する。同一の部品には同一の参照番号及び同一の記号を付す。更に、図示及び記述される実施形態からの幾つかの特徴又は特徴の組み合わせは、単独で独立した発明的な解決法を構成してもよいし、本発明に係る解決法を構成してもよい。
第１の有利な実施形態に係る印刷回路基板上に搭載された電気コネクタの断面図である。 図１の装置の被覆されたエッジが見えるようにした側面図である。 図２の装置の他の断面図である。 図２のプラグコネクタの正面図である。 第２の実施形態に係るプラグコネクタの平面図である。 図５の装置の第１の断面である。 図５の装置の第２の断面である。

図面を参照して本発明を以下に詳細に説明する。

図１は、第１の有利な実施形態に係る印刷回路基板（ＰＣＢ）１１４上に搭載された時の本発明に係る電気コネクタ１００の断面図である。電気コネクタ１００は、適切な絶縁性材料から作製されたコンタクトキャリア１０２を含む。本書に示す特定の実施形態では、電気コネクタ１００は、例えば印刷回路基板と信号線の接続に使用される、二端子を屈曲したプラグコネクタである。この例では、図３及び図４を参照すると明らかになるように、ソケットコンタクトとして構成された２つのコンタクト部材１０４が設けられている。しかしながら、本発明に係る原理は、その他の接続構成にも適用することができる。

コンタクト部材１０４の各々は、コンタクト部材１０４を印刷回路基板１１４に電気的に接続するための接続コネクタ１２２、例えば、半田接続部又はプレスインコネクタとの接続領域１０６を有する。接続領域１１０は、相手コネクタに接続されるように構成された実際の接触領域１０８に接続されている。図示の実施形態では、接触領域は、相手コネクタピンに電気的に接続可能なコンタクトソケットとして構成されている。

コンタクト部材１０４は、係止アーム１１８によってコンタクトキャリア１０２の対応する係止開口１２０に固定される。更に、コンタクトキャリア１０２は、図示の実施形態では２つの部品として構成されており、接続領域１０６及び接触領域１０８が、別々に作製可能なコンタクトキャリア１０２の夫々の部分に位置するようにしている。

本発明によれば、コンタクトキャリア１０２には、接続領域１０６と接触領域１０８の両方において、金属製のインピーダンス等化部材１１２が一体化されている。コンタクト部材１０４に対する長さ、幅、及び間隔ｄ１又はｄ２は夫々、波抵抗の特定値、例えば、１００Ω，５０Ω，又は１２０Ωに調整されるように選択される。これらの間隔の程度は、１０分の数ミリメートルの範囲内であり、波抵抗は、インピーダンス等化部材１１２がコンタクト部材１０４から離れて配置されるほど大きくなる。

本発明に係るインピーダンス等化部材１１２の配置により、プラグコネクタ１００のインピーダンス挙動は強く支配的に影響され、コンタクトキャリアを包囲する追加的なシールドが波抵抗全体の影響に及ぼす効果が弱くなる。図示の実施形態では、インピーダンス等化部材は、接続領域１０６と接触領域１０８の両方に設けられている。しかしながら、必ずしもそうしなければならない訳ではなく、正確に規定された形状のコンタクトソケット又は接続コネクタによって、インピーダンスの適当な調整が既に保証されている場合がある。

図示の実施形態では、インピーダンス等化部材１１２は、いずれの場合も、金属製の打ち抜き部品／曲げ部品としてコンタクトキャリア１０２のプラスチック材料に鋳込まれる。この形態は、特に高精度に作製することができる形態であって、インピーダンス等化部材１１２が特に良好且つ安定的にコンタクトキャリア１０２に固定される形態を構成する。しかしながら、その他の、好ましくは取外し不能な接続の変形形態を用いることもでき、特にインピーダンス等化部材は、コンタクトキャリア１０２の外面上でプラスチック材料内へ押し込む又は締め付けることもでき、或いは、インピーダンス等化部材は、多部品複合ハウジングの内側に保持することができる。

図２及び図４を同時に見ると分かるように、金属製のインピーダンス等化部材は、更なる機能を有することもできるので有利である。このように、例えば、接続領域１０６に位置するインピーダンス等化部材１１２上には、印刷回路基板１１４に対する締付接続部となる４つの基板ロック１１６が形成されている。既に述べたように、コネクタ１００は、これによって印刷回路基板１１４に対して確実に固定されることができ、挿入作業のために、印刷回路基板１１４に接触するための接続コネクタ１２２上でのテンションリリーフシステムが保証される。接続コネクタ１２２が圧入コネクタとして構成される場合と半田接続の場合の両方において、このように、挿入作業によって印刷回路基板に対して電気コンタクトが損傷することを効果的に防止することができる。図示されていないが、各インピーダンス等化部材１１２は、圧着突起として機能する対応する突出部を有してもよい。

更に、付加的な金属シールドを固定するロック突出部又は弾性突出部が形成されてもよい。この場合、インピーダンス等化部材は、導電的にシールドに接続されているために、シールドの一部を形成し、プラグコネクタを再び印刷回路基板から取り外すことなく、遡及的に追加することを意図する場合に印刷回路基板からの遮蔽を大幅に高めることもできる。

図３及び図４に見られるように、インピーダンス等化部材１１２は、本発明によればコンタクト部材１０４と平行に配置され、インピーダンスが２つのコンタクト部材１０４の互いに対する所与の間隔に関して所定の値に調整されるように選択された、コンタクト部材１０４に対して明確に規定された間隔を有する。

用途によっては、コンタクトキャリア１０２を少なくとも部分的に包囲する導電性シールドをコネクタ１００に嵌合することが必要となる場合がある。インピーダンスは、やはりかかるシールドの影響を受けるが、金属製のインピーダンス等化部材１１２の影響は優越的な効果を生じ、それにより、信号の品質に対して問題が生じず、信号の品位は必要限度以内に留まる。尚、シールドは、インピーダンス等化部材１１２の影響が実際に優勢的な効果のまま留まるように、コンタクト部材に対して所与の最小間隔を有していなければならない。

本発明に係るコネクタ１００の他の有利な実施形態を図５乃至図７に示す。ここでの大きな違いは、インピーダンス等化部材１１２の寸法に関係する。即ち、接続領域１０６では、第１のインピーダンス等化部材１１２ａは第１の実施形態よりも長いが、接触領域に配置されたインピーダンス等化部材１１２ｂは第１の実施形態よりも短い。更に、この実施形態におけるコンタクトキャリア１０２は、実質的に単体であり、インピーダンスを等化し、印刷回路基板１１４に対して屈曲した圧入コネクタを被覆するために設けられたカバーキャップ１２４のみを有する。

以上、本発明に係る原則を、２つのプラグコンタクトを備えるイーサネット接続部を例に説明してきた。しかしながら、かかるインピーダンス等化部材は、単極型プラグコネクタ又は３つ以上のコンタクトを備えるコネクタ用に作製することもできる。複数のコンタクトの全体に対して連続的な金属面を設けることができ、或いは、別々のインピーダンス等化部材が夫々の場合において既定のコンタクト群に関わるようにしてもよい。

本発明に係るインピーダンス等化部材は、調整されたインピーダンスに対する安定化効果を有し、所定の誤差の範囲内において、導電性シールドが更にプラグコネクタ１００上に設けられているか否かによって信号品質に違いが生じないようにすることが重要である。更に、ピッチ及び空間的形状に対する遮蔽型及び非遮蔽型に関して、正確に同一のコネクタを使用することができ、特に自動車部門において時間とコストの節約になる。

１００ 電気コネクタ
１０２ コンタクトキャリア
１０４ コンタクト部材、コンタクトソケット
１０６ コンタクトソケットの接続領域
１０８ コンタクトソケットの接触領域
１１０ 接続領域
１１２ インピーダンス等化部材
１１４ 印刷回路基板
１１６ 基板ロック
１１８ 係止アーム
１２０ 係止開口
１２２ 接続コネクタ
１２４ カバーフラップ

Claims (10)

1. 絶縁性コンタクトキャリア（１０２）と、前記コンタクトキャリア（１０２）に保持される導電性コンタクト部材（１０４）とを有する電気コネクタであって、
   少なくとも１つの前記コンタクト部材（１０４）が配置される領域の少なくとも一部における当該コネクタ（１００）のインピーダンスを調整するために、少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）が前記コンタクトキャリア（１０２）中に設けられて前記コンタクトキャリア（１０２）と一体化し、
   前記インピーダンス等化部材（１１２）は、導電性の略平面構造を有し、
   前記インピーダンス等化部材（１１２）は、前記少なくとも１つのコンタクト部材（１０４）に対して、調整対象のインピーダンス値に依存する所定の間隔を置いて配置され、
   前記コンタクトキャリアを少なくとも部分的に包囲する導電性シールドを更に含み、
   前記少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）は、前記シールドに接続されることにより前記シールドの一部を形成し、
   前記インピーダンス等化部材（１１２）は、前記電気コネクタが搭載される印刷回路基板（１１４）に対する基板ロック（１１６）を有する電気コネクタ。
2. 前記少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）が金属板から作製される請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記コンタクト部材（１０４）は、第１の外部部品を接続するための接続領域（１０６）と第２の外部部品に接触するための接触領域（１０８）を有し、
   前記接続領域（１０６）と前記接触領域（１０８）は、接続領域（１１０）によって互いに接続され、
   前記少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）は、前記接続領域（１０６）や前記接触領域（１０８）に配置される請求項１又は請求項２に記載の電気コネクタ。
4. 前記接続領域（１０６）における前記少なくとも１つのコンタクト部材（１０４）は、印刷回路基板に挿入されることができるように、屈曲した形に構成されている請求項３に記載の電気コネクタ。
5. 前記少なくとも１つのコンタクト部材（１０４）は、前記接続領域（１０６）に圧着接続される請求項３に記載の電気コネクタ。
6. 前記少なくとも１つのコンタクト部材（１０４）は、前記接触領域（１０８）にコンタクトソケットを含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気コネクタ。
7. ２つのコンタクト部材（１０４）が設けられ、
   前記少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）は、前記接触領域（１０８）において前記コンタクト部材（１０４）の両長手軸に沿って延在するように配置される請求項３乃至６のいずれか一項に記載の電気コネクタ。
8. 前記少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）は、前記絶縁性コンタクトキャリア（１０２）に一体化される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気コネクタ。
9. 前記コンタクトキャリア（１０２）は、射出成形部品として作製され、
   前記少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）は、前記コンタクトキャリア（１０２）に鋳込まれる請求項８に記載の電気コネクタ。
10. 前記少なくとも１つのインピーダンス等化部材（１１２）は、前記コンタクトキャリア（１０２）を包囲するように取り付け可能な導電性シールドを固定するための少なくとも１つの弾性部材を有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電気コネクタ。

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