JP7115147B2 - カードエッジ取り付け機構及びそれを備えた電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、カードエッジ取り付け機構に関し、特に電子装置の背面からカードを挿入できるカードエッジ取り付け機構に関する。

現状のサーバ装置、ネットワーク装置等の電子装置においては、搭載したPCI-Expressカード等のカードの点検や故障等の理由で交換や保守を行う。PCIはPeripheral Component Interconnectの略である。そのためには、電源を停止するかあるいは、通電した活線状態のまま、ラックからカードを外すか、ラックを大きく引き出して、装置の天板を開けて交換作業を行う必要がある。

一般的な電子装置の内部は、図１２に示すように、マザーボード（図１２の３０００）と呼ばれる基板にコネクタ１０００を介して、拡張カード２０００を挿す構造である。コネクタ１０００は拡張スロットとも呼ばれる。一般的な電子装置は通常、図１３に示すように、複数段あるラック５００に搭載された状態で運用されている。電子装置内には、拡張カード２０００で示すように、オプションとしてカードエッジ型のカードが挿入されている。この構造では、拡張カード２０００にアクセスすることは出来ない。拡張カード２０００を交換するには、一旦電源を切り、装置をラックから引き出すか、装置をラックから降ろし、天板６００を開けて拡張カード２０００を上から引き抜いて交換する必要がある。

天板を開けないで済むようにする改善や、保守性を向上させる為には、図１４に示すように、拡張カード２００の形状を専用のコネクタ形状とし、マザーボード上にバックボード１５００等の受け基板を立て、専用の形状とした拡張カード２０００を差し込む。この場合、バックボード１５００を介して、拡張カード２００を挿す為、専用のコネクタを介して接続し、信号の経路も長くなり、設計の難易度が増す。また拡張カード２００は、専用の設計となるため、規格品の使用は出来ない。構造が複雑になり設計コストがアップする。また回路設計工程が長くなり、シミュレーションなどを行うなど設計の難易度が増すという問題がある。

また特許文献１の回路基板装置では、ドーターカード１は矩形の回路基板であるが、マザーボード４と接続する接続端子が、マザーボード４の面に対して、角度θで傾斜している。さらに、ドーターカード１には、マザーボード４の面に対して同様に角度θで傾斜している案内部７がある。ユニットシャーシ５の天板８の下面には、同様に角度θで傾斜している案内部６がある。ドーターカード１をマザーボード４に装着する際には、ドーターカード１をマザーボード４の面に平行に進行方向１１に従ってユニットシャーシ５へ進入させる。ドーターカード１の進入方向前方部には、マザーボード４の面に対して角度θで傾斜した案内面を有する案内部７が設けられており、案内部７及び６は、ドーターカード１をマザーボード４の面に平行に進入させたときに相互に当接し、その案内面で摺動してドーターカード１を角度θで決まる斜め下方に導く。更に、ドーターカード１の進入方向後方部には、マザーボード４の面に対して角度θで傾斜した案内面を有する案内部１７が設けられており、案内部１７及び１６同士は、その案内面で摺動してドーターカード１を角度θで決まる斜め下方に導く。

しかし特許文献１のドーターカード１とコネクタ３は、マザーボード４に対して角度を持つ接続端子が必要であり、規格外のドーターカード、コネクタが必要である。また接続端子はマザーボード４の斜め上方から挿入しており、その分ユニットシャーシ５内部の空間を高くする必要がある。
また、装置背面から交換できるようにしたものでも拡張カードが規格外になるという問題があった。

特開２００７－２８１４３０号公報

図１２，１３で述べたものでは、拡張カードを交換するために天板を開ける必要がある。また図１４、特許文献１で述べたものでは、拡張カードが専用の設計となるため、規格品は使用できない。

本発明の目的は規格品の拡張カードが使用でき、しかも背面からカードの挿入、抜去が可能なカードエッジ取り付け機構を提供することである。

本発明は、マザーボード上に設けたコネクタに拡張カードを接続するカードエッジ取り付け機構であって、
前記コネクタは、コネクタ外装と連接機構を備え、
前記コネクタ外装には前記拡張カードを挿入する開口端を備え、前記連接機構は複数のコネクタ接点と前記開口端の反対側に立ち上がり板を備え、前記複数のコネクタ接点は前記コネクタ外装に設けた空間内にある連接棒に接続され、前記マザーボード上の電極と電気的に接続するコンタクト部を有し、
前記立ち上がり板は前記挿入時に前記拡張カードに押されて立ち上がり、前記複数のコネクタ接点は前記立ち上がり板が立ち上がることによって立ち上がり、挿入された前記拡張カードは、前記拡張カード側からガイドピンで固定するかまたは前記コネクタ外装に設けたクランプで固定するカードエッジ取り付け機構である。

本発明によれば、規格品の拡張カードが使用でき、しかも背面からカードの挿入、抜去が可能なカードエッジ取り付け機構を提供できる。

本発明の第１の実施形態のコネクタを示す図で、（ａ）は拡張カードの挿入前、（ｂ）は挿入後を示す。 本発明の第１の実施形態のコネクタ内部でのコネクタ接点の動きを説明する透過断面図であり、（ａ）は拡張カードの挿入前、（ｂ）は挿入中を示す。 本発明の第１の実施形態のコネクタがマザーボードの電極に電気的に接続された状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態のコネクタの連接機構の片側を示す図である。 本発明の第１の実施形態のコネクタのコネクタ接点を説明する図であり、（ａ）は挿入する拡張カード側から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）の側面から見た図で、内部の様子も示している。 本発明の第１の実施形態のガイドピンを説明する図であり、（ａ）はガイドピンを差す前の状態、（ｂ）はガイドピンを最後まで押し込んだ状態、（ｃ）はネジで固定した状態の図である。 本発明の第１の実施形態のガイドピンで固定する別の方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態の拡張カードをクランプで固定する方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態の拡張カードをクランプで固定する方法を示す図である。 本発明の第１の実施形態の動作を説明する図である。 本発明の第２の実施形態を示す図で、コネクタに拡張カードを挿入することを示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図で、コネクタの構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図で、挿入した拡張カードをガイドピンで固定することを示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図で、挿入した拡張カードをクランプで固定することを示す図である。 一般的な電子装置の内部を示す図である。 一般的な電子装置の内部を示す図である。 一般的な電子装置の内部を示す図である。

（第１の実施形態）
（構成の説明）
本実施形態の構成について説明する。図１は、サーバ、ネットワーク機器等の電子装置のマザーボード３００上に搭載したメスのコネクタ１００を横から見た図であり、（ａ）は拡張カード２００挿入前、（ｂ）は挿入後を示す。装置の筐体は図示していない。また図２はコネクタ１００内部でのコネクタ接点の動きを説明する透過断面図であり、（ａ）は拡張カード２００の挿入前、（ｂ）は挿入中を示す。

複数のコネクタ接点１０４と跳ね上げ板１０６を備えた連接機構１０３は、拡張カード２００の挿入前は、図１（ａ）に示すように拡張カード２００を挿入する側に傾いた状態である。拡張カード２００が装置の背面側のカバー（不図示）を外し、拡張カード２００を挿入していく。図２に示すように、連接機構１０３にはカード挿入側から見た最奥部に跳ね上げ板１０６があり、拡張カード２００の先端が跳ね上げ板１０６の先端に接触し（図２（ｂ））、連接機構１０３を押していく。すると図１（ｂ）に示すように、連接機構１０３は斜めの状態から直立した状態になる。後述するガイドピンあるいはクランプで直立状態を固定する。コネクタ１００とガイドピンあるいはクランプでカードエッジ取り付け機構となる。

次にコネクタ１００について述べる。図３，４，５はコネクタ１００の構造を説明する図である。図３はコネクタ１００がマザーボード３００の電極３０５に電気的に接続された状態を示す斜視図である。図３ではコネクタ１００が１つしか接続されていないが、通常は複数のコネクタ１００がマザーボード３００上に並んでいる。なお図３はリードタイプのコネクタの例であるが、プレスフィットタイプ、DIP（Dual-in-line package）タイプのコネクタでも同様である。

コネクタ１００のハウジングに相当するコネクタ外装１６０は、長さ方向の断面が略コの字形状（略Ｕ字形）の、樹脂製の絶縁体であり、コネクタ１００の拡張カード挿入側には開口端１７０があり、その反対側（最奥部）の端部は閉じている。コネクタ外装１６０の内側にはマザーボード３００と電気的な接続を取るための連接機構１０３がある。連接機構１０３は、図４に示すように、複数のコネクタ接点１０４とそれらをつなぐ絶縁体の連接棒１０５、コネクタ１００の最奥部に位置する跳ね上げ板１０６を備えている。

跳ね上げ板１０６も連接機構１０３の端付近で、コネクタ接点１０４と同様に回転可能に接続する。跳ね上げ板１０６は金属でも良いし、樹脂等の絶縁体でも良いが、拡張カードに押されても強度が低下しにくいよう、アルミ合金等の金属製にするとよい。複数のコネクタ接点１０４はコネクタ外装１６０の内側の両側面に均等間隔で配置される。

図４は連接機構１０３の片側だけを示している。連接機構１０３のもう片側は図示していないが、拡張カード２００が挿入される開口部１５０を挟んで、同じ構造の物が反対側にもあり、跳ね上げ板１０６が両者をコネクタ１００の最奥部で接続している。コネクタ外装１６０の内部には、拡張カード２００の挿抜方向に、連接棒１０５が動く空間１０９がある。図示していない図４の手前側の連接機構も同様である。

コネクタ接点１０４は下部に円筒形の軸穴１１０があり、この軸穴１１０にコネクタ１００から出た円柱形の凸部を嵌め込むことで、凸部を軸１１１として回転する。またコネクタ１００の片側にある複数のコネクタ接点１０４は上方で一本の連接棒１０５に接続される。コネクタ１００のもう片方にある複数のコネクタ接点１０４も同様である。その結果１つのコネクタ１００内の２つの連接機構１０３は拡張カードが挿入されると同じ動きをする。つまり挿入側に傾いていたのが両方とも立ち上がる。複数のコネクタ接点１０４はそれぞれ対応する拡張カードの電極と接触して電気的な接続を取っている。なお対向するコネクタ接点１０４は同じ高さに設置する。

図５はコネクタ接点１０４を説明する図で、（ａ）は挿入する拡張カード側から見た斜視図、（ｂ）は（ａ）の側面から見た図で、内部の様子も示している。コネクタ接点１０４のモールド部１０７は樹脂等の絶縁体である。拡張カードの電極２０５と電気的に接続する箇所であるコンタクト部１０８は金、銅などの金属製であり、図５（ａ）に示すように中央部で丸く盛り上がった形状である。盛り上がった頂点で拡張カードの電極と接触する。コネクタ１００の開口部１５０の幅はPCI/PCI express等の規格に準じており、コンタクト部１０８が拡張カードの電極２０５との間で適切な接触圧力を保つ開口幅になるようにする。

またコネクタ外装１６０の内部には、拡張カード２００の挿抜方向に、連接棒１０５が動く空間１０９がある。また、連接棒１０５は拡張カード２００の挿抜方向と上下方向（マザーボード３００の主面に垂直な方向）に動くことができる。空間１０９は連接棒１０５が上下方向の移動もできる程度に大きくしておく。また連接棒１０５に対向するモールド部１０７には円形の軸穴１２０が開口しており、一方連接棒１０５には軸穴１２０に嵌る位置と形状の軸１２１を設ける。軸１２１は円柱状の凸部である。コネクタ接点１０４は上部の軸１２１と下部の軸１１１の両方で回転可能なため、連接機構１０３の形状は拡張カード２００の挿入時に平行四辺形から長方形に変形でき、逆に拡張カード２００の抜去時には長方形から平行四辺形に変形できる。空間１０９をマザーボード３００側に広げれば、連接機構１０３を大きな角度で寝かせることができるが、空間１０９が大きくなるとコネクタ１００の強度が低下する。そのため連接機構１０３をどの程度まで寝かせるかとの兼ね合いから空間１０９の大きさを決める。
また、跳ね上げ板１０６にも軸穴１１０と同様の軸穴が開口しており、コネクタ外装１６０には軸１１１と同様の軸が設けてある。そのためコネクタ接点１０４と同様の動きをすることができる。

またコンタクト部１０８の下部の内部には、コンタクト部１０８とマザーボード３００に形成された電極とを電気的に接続するためのワイヤ１１２が、回転する軸を避けて通っている。ワイヤ１１２はコンタクト部１０８とはボンディングで、マザーボード３００上の電極とはハンダ付けで接続されている。なお接続方法はこれら以外でも構わない。

なお、図１では、拡張カード２００がコネクタ１００の端よりも左側にはみ出している。これは電極２０５部分の長さが拡張カード２００の挿入方向全体の長さより短いためであるが、このような場合は跳ね上げ板１０６の長さを、挿入時に拡張カード２００の下端にぶつからない高さ、例えばコネクタ接点１０４と同じ高さにしておくとよい。

このようにして拡張カード２００がコネクタの開口内に挿入され、跳ね上げ板１０６にぶつかり、連接機構１０３が長方形になる、つまり跳ね上げ板１０６がコネクタ１００の最奥部とぶつかるとそこで挿入が終わる。

拡張カード２００をコネクタ１００に取り付けた後、その状態を固定する。以下その方法を説明する。

装置背面のベゼル７００の、コネクタ１００の高さより高い位置にガイド穴７０１を２つ開けておく。ベゼル７００は装置内部に塵などが入らないようにする金属製のカバーであり、拡張カード２００の背面側端部に接続されている。また２つのガイド穴７０１の中央にネジ穴７０２を開けておく。細長いコの字状のガイドピン７０３を２つのガイド穴７０１からベゼル７００を貫通させて挿入し奥まで通す。ガイドピン７０３のコの字の縦線の部分の中央に、ネジ穴７０２と対応するネジ穴７０４を開けておく。図６（ａ）はガイドピン７０３を差す前の状態、図６（ｂ）はガイドピン７０３を最後まで押し込んだ状態を示す。ガイドピン７０３を最後まで押し込んだ後、図６（ｃ）に示すように、ネジをネジ穴に入れてガイドピン７０３をベゼル７００に固定する。

なおガイドピン７０３を構成する２本の長い棒の間隔を、拡張カード２００の最大厚みよりも少し大きくする。このようにすれば、２本の棒が拡張カード２００に搭載された電子部品にぶつかることがない。

図７はガイドピンで固定する別の方法を示す図で、ベセルとガイドピンを横から見た断面図である。細長いコの字状のガイドピン７１３を奥まで通したとき、ガイドピン７１３がガイド穴７０１に当たる箇所に凹部７２３を形成しておく。凹部７２３がガイド穴７０１に嵌ってその位置でガイドピン７０３が固定される。

図８は、拡張カード２００を取り付けた後、クランプを用いて固定する方法を示す。図８（ａ）は固定前の状態を示す斜視図、図８（ｂ）は背面から見た装置の図である。図９は図８（ａ）の状態を側面から見た図である。

図８ではコネクタ１００のコネクタ外装１６０にクランプ８００を設けている。コネクタ外装１６０に軸穴８０１を設けてクランプ８００の２本のアーム８０２を回転可能に固定する。軸穴８０１の中心が回転中心になる。コネクタ外装１６０の最奥部の外側にコネクタ外装１６０の両外側を円筒形に張り出させて軸穴８０１とし、アーム８０２の軸穴８０１に対応する位置に軸８０５を設ける。

２本のアーム８０２の間の間隔は、アーム８０２がコネクタ１００にぶつからずしかも隣のスロットの領域にはみ出さない寸法に設定する。クランプ８００の先端にはカード固定部８０４を設ける。カード固定部８０４は上方から見てロの字形状である。ベゼル７００の幅方向のロの字の内側の寸法を、アーム８０２を上方に引き上げてカード固定部８０４の内側でベゼル７００を両側から挟んでアーム８０２が動かないようにできる程度に設定する。カード固定部８０４の底部は開口していてもよいし、塞いであっても良い。なお図９にだけ示してあるが、カード固定部８０４の上部にクランプノブ８０８を設けて、これを掴んでクランプ８００の引き上げ、引下げをすると楽である。

拡張カード２００をコネクタ１００に挿入する前は、図８（ａ）に示すように、クランプ８００は、拡張カード挿入時にベゼルとぶつからない位置に下げておき挿入の邪魔にならないようにする。挿入した後、図８（ｂ）、図９に示すように、クランプ８００のカード固定部８０４の下端を上方に引き上げ、ベゼル７００の両側面を挟んで固定する。

（動作の説明）
本実施形態のカードエッジ取り付け機構の動作を以下に示す。図１０の装置の背面のカバー（不図示）を開け、拡張カード２００を背面から、コネクタ１００に挿そうとする場合電源を停止するか、否かは装置の仕様に委ねることとする。例として、電源を停止させた場合で説明する。マザーボード３００は装置から引き出さず、ラックに搭載された状態のままである。この状態で拡張カード２００を差し込む。図７のガイドピンないしは、図のクランプ構造で拡張カードをコネクタに固定することによって、作業は完了する。取り外す場合は、この逆の動作にて拡張カードを取り外すことが出来る。

図３～５に示したコネクタ１００に拡張カード２００を差していくが、拡張カード２００の挿入前は図４に示すようにコネクタ接点１０４は開口端１７０側に傾いた状態である。拡張カード２００は、コネクタ１００の開口端１７０からスライドして挿入していく。挿入された拡張カード２００の端が跳ね上げ板１０６に当たって、跳ね上げ板１０６がコネクタ１００の最奥部に当たると垂直になる。コネクタ接点１０４も一斉に垂直に跳ね上げられるそれによって拡張カード２００の電極２０５とコンタクト部１０８が正しい位置関係で接触する。図６、７に示したガイドピン７０３，７１３または図８に示したクランプ８００でこの位置関係を固定する。

本実施形態のカードエッジ取り付け機構によれば、拡張カードには特殊な構造や部品が不要で規格品の拡張カードが使用でき、しかも背面からカードの挿入、抜去が可能である。

なお、図５ではコネクタ外装１６０の上部にある連接棒１０５に固定された軸１２１を、コネクタ接点１０４の上部の軸穴１２０と嵌るように設けて両者の間で回転可能にした。またコネクタ外装１６０の下部に軸１１１を、コネクタ接点１０４下部の軸穴１１０と嵌るように設けて両者の間で回転可能にした。しかしこれを逆にする、つまり、連接棒１０５をコネクタ接点１０４下部に設け、軸１１１と軸穴１１０にあたる軸と軸穴をコネクタ接点上部に設けても良い。ただし、コネクタ接点とコネクタ外装の下部にはワイヤ１１２が通っているので、連接棒と空間はワイヤを避けるように配置する。

（第２の実施形態）
図１１Ａ～図１１Ｄは本発明の第２の実施形態のカードエッジ取り付け機構を示す図である。本実施形態のカードエッジ取り付け機構は、図１１Ａに示すように、マザーボード３００上に設けたコネクタ１００に拡張カード２００を接続するものである。

図１１Ｂに示すように、コネクタ１００は、コネクタ外装１６０と連接機構１０３を備える。コネクタ外装１６０には拡張カード２００を挿入する開口端１７０を備える。また連接機構１０３は複数のコネクタ接点１０４と、開口端１７０の反対側に立ち上がり板１０６を備える。複数のコネクタ接点１０４はコネクタ外装１６０に設けた空間１０９内にある連接棒１０５に接続される。またコネクタ接点１０４は、マザーボード３００上の電極３０５と電気的に接続するコンタクト部１０８を有する。

立ち上がり板１０６’は挿入時に拡張カード２００に押されて立ち上がり、複数のコネクタ接点１０４は立ち上がり板１０６’が立ち上がることによって立ち上がる。挿入された拡張カード２００は、図１１Ｃ示すように、拡張カード側からガイドピン７０３で固定する。またはガイドピン７０３に代えて、図１１Ｄ示すように、コネクタ外装１６０に回転中心を設けたクランプ８００を上げることで固定する。

カードエッジ取り付け機構をこのように構成すれば、規格品の拡張カードが使用でき、しかも背面からカードの挿入、抜去が可能になる。

１００ コネクタ
１０３ 連接機構
１０４ コネクタ接点
１０５ 連接棒
１０６ 跳ね上げ板
１０６’ 立ち上がり板
１０７ モールド部
１０８ コンタクト部
１０９ 空間
１１０，１２０，８０１ 軸穴
１１１，１２１，８０５ 軸
１５０ 開口部
１６０ コネクタ外装
１７０ 開口端
２００ 拡張カード
２０５ 電極
３００ マザーボード
３０５ 電極
５００ ラック
７００ ベゼル
７０１ ガイド穴
７０３，７１３ ガイドピン
７０２，７０４ ネジ穴
７２３ 凹部
８００ クランプ
８０２ アーム
８０４ カード固定部
８０８ クランプノブ

Claims (8)

1. マザーボード上に設けたコネクタに拡張カードを接続するカードエッジ取り付け機構であって、
   前記コネクタは、コネクタ外装と連接機構を備え、
   前記コネクタ外装には前記拡張カードを挿入する開口端を備え、前記連接機構は複数のコネクタ接点と前記開口端の反対側に立ち上がり板を備え、前記複数のコネクタ接点は前記コネクタ外装に設けた空間内にある連接棒に接続され、前記マザーボード上の電極と電気的に接続し、前記拡張カードが挿入されたときに前記拡張カードの電極との間に接触圧力を保つコンタクト部を有し、
   前記立ち上がり板は前記挿入時に前記拡張カードに押されて立ち上がり、前記複数のコネクタ接点は前記立ち上がり板が立ち上がることによって立ち上がり、挿入された前記拡張カードは、前記拡張カード側からガイドピンで前記拡張カードのベゼルに固定されるかまたは前記コネクタ外装に設けたクランプで前記コネクタに固定されるカードエッジ取り付け機構。
2. 前記コネクタ接点は前記マザーボード側で前記コネクタ外装に対して回転可能に接続され、更に前記連接棒と回転可能に接続されている請求項１に記載のカードエッジ取り付け機構。
3. 前記コネクタ接点は前記連接棒に設けた第１の軸を中心に回転可能であり、前記コネクタ接点は前記マザーボード側において前記コネクタ外装に設けた第２の軸を中心に回転可能である請求項１または２に記載のカードエッジ取り付け機構。
4. 電子装置の背面側から前記拡張カードを挿入する請求項１から３のいずれか一項に記載のカードエッジ取り付け機構。
5. 前記連接機構は前記拡張カードの挿入前は前記拡張カード側に傾いた状態であり、前記立ち上がり板は挿入される前記拡張カードに押されて立ち上がる請求項１から４のいずれか一項に記載のカードエッジ取り付け機構。
6. 前記ガイドピンは、前記挿入側から前記拡張カードのベゼルを貫通して前記拡張カードをコの字状に挟み、前記ベゼルに固定される請求項１から５のいずれか一項に記載のカードエッジ取り付け機構。
7. 前記クランプは、前記コネクタ外装と前記挿入側と反対側において回転可能に接続され、回転して前記ベゼルに固定される請求項１から５のいずれか一項に記載のカードエッジ取り付け機構。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のカードエッジ取り付け機構を備えた電子装置。

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