JP7305329B2

JP7305329B2 - ケーブルコネクタ

Info

Publication number: JP7305329B2
Application number: JP2018193841A
Authority: JP
Inventors: 清一古川
Original assignee: Hirose Electric Co Ltd
Current assignee: Hirose Electric Co Ltd
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2023-07-10
Anticipated expiration: 2038-10-12
Also published as: JP2020061341A

Description

本発明は、差動信号を伝送可能なケーブルコネクタに関する。

自動車の車載ネットワーク等の様々な技術分野において、通信データ量の増加に伴って高速通信の需要が増大している。高速通信においては、単位時間当たりの情報量を増加させるために、高周波成分（例えば、１００ＭＨｚ以上の成分）を含む高速な電気信号（以下、本明細書において「高速信号」と称する場合がある）が用いられる。

高速信号の送受信に用いられる伝送線路として、差動伝送に対応した１対の電線である差動ペアを含むケーブルが提案されている（例えば、特許文献１）。差動伝送とは、以上の差動ペアを用いて、互いに逆極性を示す１対の信号である差動信号を伝送する伝送方式である。差動伝送においては、差動ペアを構成する２本の電線間でノイズが互いに打ち消し合う。つまり、差動伝送は、シングルエンド伝送と比較してノイズ耐性が高いため、高速通信に適している。

特許文献１に開示された差動ペアケーブルは、導線を絶縁体により被覆した４本の絶縁電線を環状に配し、絶縁電線を囲んで絶縁スペーサを配している。絶縁スペーサの外周に編組導体またはアルミ化されたポリエステルからなるシールド導体を配し、その外周を外被で覆っている。差動ペアを構成する１対の絶縁電線は、互いに１８０°離れるように（すなわち、ケーブルを断面視した際に対角上に）配置されている。

特表平９－５１１３５９号公報

高速信号を伝送する際の電気的特性に関しては、インピーダンスの整合が重要である。上記した差動伝送において、電気的特性が互いに異なる部分間におけるインピーダンスの整合を図ることによって、高速通信が適切に実現される。インピーダンスが適切に整合されない場合、高速信号の反射等に起因して電力損失や信号波形の異常が生じる。

上記した差動ペアケーブルの構造から理解されるように、ケーブル内の電線束は特定の空間的構造（撚り構造等）を有しており、その空間的構造によって特定の電気的特性が実現される。ケーブルは、コネクタを介して基板に接続される。基板設計における構造的要求（ピンアサイン等）に起因して、ケーブル内の電線の空間的構造をコネクタの手前で変更しなければならない場合がある。

この場合、ケーブルからコネクタへの非被覆領域において電線の空間的構造が変わるので、インピーダンス等の電気的特性も変化する。結果として、非被覆領域の電気的特性と、非被覆領域以外の部分（被覆領域）の電気的特性とに差が生じる。したがって、基板の構造的要求を充足するように非被覆領域で電線を引き回す際には、電気的特性をも考慮して電線の空間的構造を形成しないと、適切な高速通信が実現困難となる。

以上の事情を考慮して、本発明は、差動信号を送信可能な差動ペアを備えたケーブルコネクタにおいて、電気的特性をも考慮した適切な構造を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るケーブルコネクタは、導体と前記導体を被覆する絶縁体とを各々が有する複数の電線を撚り合わせて形成された撚り構造を有する電線束と、導電性を有し、前記電線束を被覆しているシールド層と、前記シールド層を絶縁被覆しているジャケット層と、を有するケーブルと、複数の前記電線がそれぞれ結線された複数の端子を収容しているハウジングと、を備えている。前記電線束は、互いに逆極性の差動信号を伝送可能な差動ペアであると共に当該電線束内で互いに離間している第１電線および第２電線を含み、前記ケーブルの一端に、前記ジャケット層および前記シールド層が除去されている非被覆領域が形成されており、前記非被覆領域において、前記電線束の前記撚り構造が変化することによって、前記非被覆領域以外の被覆領域における前記第１電線と前記第２電線との離間距離よりも、前記第１電線と前記第２電線とが近い距離に配置されている。

以上の構成によれば、差動ペアである第１電線と第２電線とが近付けられることによって、電線束が撚り合わせられている部分と、電線束が撚り戻されている非被覆領域との間のインピーダンスの整合を図っている。結果として、インピーダンス不整合による高速信号の反射が抑制され、ひいては、電力損失や信号波形の異常が抑制される。すなわち、インピーダンス等の電気的特性をも考慮した適切な構造が実現される。

好適には、上記したケーブルコネクタの前記非被覆領域において、前記差動ペアである前記第１電線と前記第２電線とが接触している。

好適には、上記したケーブルコネクタの複数の前記端子は、前記第１電線が圧着された第１端子と、前記第２電線が圧着された第２端子と、を含み、前記ハウジングは、前記第１端子および前記第２端子を互いに隣接した位置に収容している。

好適には、上記したケーブルコネクタの前記電線束は、４本の前記電線からなり、前記電線束の長手方向に対して直交する断面において、４本の前記電線の中心軸を頂点とする四角形の１組の対角に前記第１電線および前記第２電線がそれぞれ配置されている。

好適には、上記したケーブルコネクタの４本の前記電線は、それぞれ、４つの前記端子に圧着されており、前記ハウジングの長手方向に対して直交する断面において、４つの前記端子の中心軸を頂点とする四角形が略正方形をなすと共に、前記四角形の隣接する２頂点に前記第１電線と前記第２電線とがそれぞれ対応するように、４つの前記端子が前記ハウジングに収容されている。

好適には、上記したケーブルコネクタの前記非被覆領域において、前記第１電線と前記第２電線とが撚り合わせられたツイストペア構造が形成されている。

本発明によれば、差動信号を送信可能な差動ペアを備えたケーブルコネクタにおいて、電気的特性をも考慮した適切な構造が実現される。

本発明の実施形態に係るケーブルコネクタの部分断面図である。本発明の実施形態に係るＳＴＱケーブルの斜視図である。本発明の実施形態に係るＳＴＱケーブルの断面図（III-III断面図）である。本発明の実施形態に係るハウジングの斜視図である。本発明の実施形態に係るハウジングの概略断面図（V-V断面図）である。本発明の実施形態に係るＳＴＱケーブルの断面図（VI-VI断面図）である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態のケーブルコネクタ１を示す部分断面図である。ケーブルコネクタ１は、ＳＴＱ（シールドツイストクァッド，Shielded Twisted Quad）ケーブル１１とハウジング５１とを備えている。本実施形態のケーブルコネクタ１は、高速通信（すなわち、高速信号の送受信）を実現するために、差動伝送に対応した以下の構成を有している。

図２は、ハウジング５１に接続されていない状態のＳＴＱケーブル１１の斜視図である。図３は、被覆領域１５におけるＳＴＱケーブル１１の断面図（図２のIII-III断面図）である。図３の断面（III-III断面）は、ＳＴＱケーブル１１の長手方向Ｌに対して直交する平面である。図２および図３に示すように、ＳＴＱケーブル１１は、電線束２１とシールド層３１とジャケット層４１とを備えている。

図２および図３に示すように、電線束２１は、４本の電線２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）を１本に撚り合わせて形成されている。電線束２１は、所定の撚りピッチ（ツイスト率）等の空間的構造を示す所定の撚り構造を有している。電線２３は、それぞれ、導体２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ）と、導体２５を被覆する絶縁体２７（２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ）とで構成されている。導体２５は、例えば、銅線によって形成されている。絶縁体２７は、例えば、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル，Polyvinyl Chloride）樹脂によって形成されている。

電線束２１は、互いに逆極性の差動信号Ｄ（Ｄ＋，Ｄ－）を伝送可能な差動ペアＤＰを構成する第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂを含んでいる。図３に示すように、第１電線２３ａと第２電線２３ｂとは対角的に配置されている。なお、差動ペアＤＰ以外の第３電線２３ｃおよび第４電線２３ｄは、電源用およびグランド用である。

図３に示すように、電線束２１内の４本の電線２３は、ＳＴＱケーブル１１の中心軸に対して略点対称に配置されている。４本の電線２３の中心軸は、２本の対角線の交点がＳＴＱケーブル１１の中心軸となる四角形Ｑ１を構成している。

上記した４本の電線２３の中心軸を頂点とする四角形Ｑ１の１組の対角に、差動ペアＤＰを構成する第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂがそれぞれ配置されている。また、第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂは、電線束２１内で中心軸を挟んで離間距離ＳＤだけ互いに離間している。

シールド層３１は、導電性を有する素材、例えば、錫メッキ銅線によって編まれた編組で形成されている。シールド層３１は、電線束２１を筒状に被覆することによって、電線束２１を電磁的にシールドしている。ジャケット層４１は、絶縁性を有する素材、例えば、ＰＶＣ樹脂によって形成されている。ジャケット層４１は、電線束２１およびシールド層３１を筒状に絶縁被覆している。

図１に示すように、４本の電線２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）は、それぞれ、端子２９（２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ）に結線されており、電気的に接続されている。なお、第１電線２３ａは第１端子２９ａに結線され、第２電線２３ｂは第２端子２９ｂに結線されている。より詳細には、各電線２３の端部において、絶縁体２７が除去され剥き出しになった導体２５が、端子２９に圧着されている。

ハウジング５１は、絶縁性を有する素材、例えば、ＰＶＣ樹脂によって形成されている。ハウジング５１は、上記した４つの端子２９を収容している。図１に示すように、差動ペアＤＰである第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂにそれぞれ対応する第１端子２９ａおよび第２端子２９ｂが、ハウジング５１内の互いに隣接した位置に収容されている。

図４は、ハウジング５１の斜視図であり、図５は、ハウジング５１の概略断面図（図１のV-V断面図）である。図５の断面（V-V断面）は、ハウジング５１の長手方向Ｌに対して直交する平面である。上記の断面において、４つの端子２９の中心軸を頂点とする四角形Ｑ２が略正方形をなすように、端子２９がハウジング５１に収容されている。また、四角形Ｑ２の隣接する２頂点に差動ペアＤＰである第１電線２３ａ（第１端子２９ａ）と第２電線２３ｂ（第２端子２９ｂ）とが対応するように、端子２９がハウジング５１に収容されている。

なお、図５においては、図の左右方向（水平方向）に対して第１電線２３ａ（第１端子２９ａ）と第２電線２３ｂ（第２端子２９ｂ）とが隣接しているが、図の上下方向（垂直方向）に対して第１電線２３ａ（第１端子２９ａ）と第２電線２３ｂ（第２端子２９ｂ）とが隣接していてもよい。

図１および図２に示すように、ＳＴＱケーブル１１の一端には、ジャケット層４１およびシールド層３１が除去された非被覆領域１３が形成されている。また、非被覆領域１３と区別するために、非被覆領域１３以外のジャケット層４１およびシールド層３１によって被覆されているＳＴＱケーブル１１の部分を、被覆領域１５と称する。被覆領域１５における電線束２１の撚り構造と、非被覆領域１３における電線束２１の撚り構造とは、互いに相違している。

図６は、非被覆領域１３におけるＳＴＱケーブル１１の断面図（図２のVI-VI断面図）である。非被覆領域１３において、電線束２１の第１電線２３ａと第２電線２３ｂとが近付けられることによって、第３電線２３ｃと第４電線２３ｄとが押し出され遠ざけられている。

図３（被覆領域１５における断面図）および図６（非被覆領域１３における断面図）から理解されるように、被覆領域１５から非被覆領域１３に移行するに伴い電線束２１の撚り構造が変化することによって、被覆領域１５の撚り構造において互いに離間していた第１電線２３ａと第２電線２３ｂとが非被覆領域１３において接触する。なお、第１電線２３ａと第２電線２３ｂとは、非被覆領域１３の一部において接触していればよい。

また、第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂは、非被覆領域１３において接触した後、再び離間してハウジング５１の各内室に収容される。

要するに、本実施形態の構成では、被覆領域１５においては第１電線２３ａと第２電線２３ｂとが対角に配置されている一方で、ハウジング５１においては第１電線２３ａが接続された第１端子２９ａと第２電線２３ｂが接続された第２端子２９ｂとが隣接して配置されている。被覆領域１５とハウジング５１とを接続する非被覆領域１３において電線２３の撚り構造（空間的配置）を変化させる際に、差動ペアＤＰを構成する第１電線２３ａと第２電線２３ｂとを接触させている。

上記したように、本実施形態のケーブルコネクタ１は、導体２５と導体２５を被覆する絶縁体２７とを各々が有する４本の電線２３を撚り合わせて形成された電線束２１と、導電性を有し、電線束２１を被覆しているシールド層３１と、シールド層３１を絶縁被覆しているジャケット層４１と、を有するＳＴＱケーブル１１と、４本の電線２３がそれぞれ結線された４つの端子２９を収容しているハウジング５１と、を備えている。

そして、電線束２１は、互いに逆極性の差動信号Ｄ（Ｄ＋，Ｄ－）を伝送可能な差動ペアＤＰであると共に電線束２１内で互いに離間している第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂを含む。ＳＴＱケーブル１１の一端には、ジャケット層４１およびシールド層３１が除去された非被覆領域１３が形成されている。非被覆領域１３において、電線束２１の撚り構造が変化することによって、差動ペアＤＰである第１電線２３ａと第２電線２３ｂとが接触している。

上記した本実施形態の構成では、高速信号を伝送する差動ペアＤＰである第１電線２３ａと第２電線２３ｂとを非被覆領域１３において接触させることによって、撚り構造が相異なる被覆領域１５と非被覆領域１３との間のインピーダンスの整合を図っている。結果として、インピーダンス不整合による高速信号の反射が抑制され、ひいては、電力損失や信号波形の異常が抑制される。すなわち、以上の構成によれば、インピーダンス等の電気的特性をも考慮した適切な構造が実現される。

また、本実施形態においては、第１電線２３ａが圧着された第１端子２９ａと、第２電線２３ｂが圧着された第２端子２９ｂとが、ハウジング５１内の互いに隣接した位置に収容されている。この構成によれば、第１端子２９ａと第２端子２９ｂとを隣接させることが必要なピンアサインを有する基板に対して、本実施形態のケーブルコネクタ１を適用することが可能となる。

また、本実施形態においては、電線束２１の長手方向Ｌに対して直交する断面（III-III断面）において、４本の電線２３の中心軸を頂点とする四角形Ｑ１の１組の対角に第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂがそれぞれ配置されている。この構成によれば、差動ペアＤＰを構成する第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂが、電線束２１内で対称的・対角的に配置されるので、電線束２１（４本の電線２３）が撚り合わせられている部分（被覆領域１５）において、第１電線２３ａと第２電線２３ｂとの間でノイズを効果的に打ち消し合うことが可能である。

また、本実施形態においては、ハウジング５１の長手方向Ｌに対して直交する断面（V-V断面）において、４本の電線２３の中心軸を頂点とする四角形Ｑ２が略正方形をなすと共に、四角形の隣接する２頂点に第１電線２３ａと第２電線２３ｂとがそれぞれ対応するように、４つの端子２９がハウジング５１に収容されている。この構成によれば、四角形状に端子２９が配置されたコネクタにおいて、差動ペアＤＰに対応する第１端子２９ａと第２端子２９ｂとが隣接するピンアサインを採用した基板に対して、本実施形態のケーブルコネクタ１を適用することが可能となる。

上記した実施形態は多様に変形され得る。以下に実施形態の変形例を示す。実施形態および変形例から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合することが可能である。

上記した実施形態では、非被覆領域１３において、差動ペアＤＰである第１電線２３ａと第２電線２３ｂとが接触するように（すなわち、距離がゼロであるように）構成されている（図６参照）。しかしながら、非被覆領域１３の第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂは、被覆領域１５における第１電線２３ａと第２電線２３ｂとの離間距離ＳＤ（図３参照）よりも、近い距離に配置されていればよい。非被覆領域１３における第１電線２３ａと第２電線２３ｂとを近接させるだけでも電気的特性が改善するからである。

第１電線２３ａと第２電線２３ｂとが、非被覆領域１３においてツイストペア構造を形成していてもよい。以上の構成によれば、長い非被覆領域１３が設けられる場合であっても、差動ペアＤＰを構成する第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂの電気的特性を改善することが可能である。

上記した実施形態では、ＳＴＱケーブル１１の電線束２１に含まれる電線２３は４本である。しかしながら、４本以上の電線２３を含む電線束２１にて構成されるケーブルが採用されてもよい。例えば、電線束２１が８本、１６本、３２本、または６４本の電線２３を含むケーブルによって、ケーブルコネクタ１が構成されてもよい。

上記した実施形態では、ＳＴＱケーブル１１の電線束２１に含まれる差動ペアＤＰは１対（第１電線２３ａおよび第２電線２３ｂ）である。しかしながら、複数の差動ペアＤＰが電線束２１に含まれたケーブルが採用されてもよい。その場合、非被覆領域１３において、各々の差動ペアＤＰを構成する２本の電線２３が、それぞれ接触するように（または、被覆領域１５における離間距離ＳＤよりも近付くように）配線されると好適である。

なお、上記した実施形態の説明は、本発明に係るケーブルコネクタ１における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術的範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。さらに、上記した本発明の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ケーブルコネクタ
１１ＳＴＱケーブル（ケーブル）
１３非被覆領域
１５被覆領域
２１電線束
２３電線
２３ａ第１電線
２３ｂ第２電線
２９端子
２９ａ第１端子
２９ｂ第２端子
３１シールド層
４１ジャケット層
５１ハウジング
ＤＰ差動ペア
Ｑ四角形
ＳＤ離間距離

Claims

導体と前記導体を被覆する絶縁体とを各々が有する複数の電線を撚り合わせて形成された撚り構造を有する電線束と、
導電性を有し、前記電線束を被覆しているシールド層と、
前記シールド層を絶縁被覆しているジャケット層と、を有するケーブルと、
複数の前記電線がそれぞれ結線された複数の端子を収容しているハウジングと、を備えたケーブルコネクタであって、
前記電線束は、互いに逆極性の差動信号を伝送可能な差動ペアであると共に当該電線束内で互いに離間している第１電線および第２電線を含み、
前記ケーブルの一端に、前記ジャケット層および前記シールド層が除去されている非被覆領域が形成されており、
前記非被覆領域と前記非被覆領域以外の被覆領域とで、前記電線束の前記撚り構造を変化させることによって、前記被覆領域における前記第１電線と前記第２電線との離間距離よりも、前記非被覆領域における前記第１電線と前記第２電線との離間距離が近い距離に配置されていて、
前記非被覆領域において、前記差動ペアである前記第１電線と前記第２電線とが接触していて、
前記非被覆領域において、前記第１電線と前記第２電線とが撚り合わせられたツイストペア構造が形成されていて、
複数の前記端子は、前記第１電線が圧着された第１端子と、前記第２電線が圧着された第２端子と、を含み、
前記ハウジングは、前記第１端子および前記第２端子を互いに隣接した位置に収容していて、
前記電線束は、４本の前記電線からなり、
前記被覆領域においては、前記電線束の長手方向に対して直交する断面において、４本の前記電線の中心軸を頂点とする四角形の１組の対角に前記第１電線および前記第２電線がそれぞれ配置されている、ことを特徴とするケーブルコネクタ。
４本の前記電線は、それぞれ、４つの前記端子に圧着されており、
前記ハウジングの長手方向に対して直交する断面において、４つの前記端子の中心軸を頂点とする四角形が略正方形をなすと共に、前記四角形の隣接する２頂点に前記第１電線と前記第２電線とがそれぞれ対応するように、４つの前記端子が前記ハウジングに収容されている、ことを特徴とする請求項１に記載のケーブルコネクタ。