JP3686785B2 - 信号ケーブル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号ケーブルに関し、特に、USB規格に対応して、コンピュータ本体と周辺機器若しくは周辺機器同士を接続可能な信号ケーブルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、パーソナルコンピュータ(以下、パソコンと記載する)及びその周辺機器が相互に接続されてなるシステムを構築するには、キーボード装置、マウス、プリンタ等の周辺機器を、パソコンに設けられた各周辺機器用の専用ポートにそれぞれ接続するのが一般的であった。
【0003】
これに対して最近では、パソコン本体と周辺機器、若しくは周辺機器同士を共通に接続可能な端子を有するものが提供されている。
上記の端子を有するパソコン本体及び周辺機器からなるシステムは、パソコン本体にキーボード装置を信号ケーブルを介して接続し、さらにこのキーボード装置に備えられた周辺機器共通接続用端子に、マウス、プリンタ等の周辺機器を別の信号ケーブルを介して接続するように構成されている。
このような接続を行うために、キーボード装置には、周辺機器のプラグを差し込むためのソケットが設置されている。この種の接続をなすプラグ、ソケット、信号ケーブル等の形態はUSB規格として規格化されており、近年、USB対応の周辺機器として注目を集めている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パソコンの使用時において、キーボード装置、マウス等の入力機器は常に使用者によって操作される状況にあり、使用状態において静電気が発生することがある。そして、これらの機器に帯電した静電気は時として放電を生じ、パソコン本体と入力機器との間でやりとりされる各種電気信号に対して静電気ノイズとして悪影響を及ぼす場合がある。
また、パソコン本体の電源から、信号ケーブルを介してキーボード装置にバーストノイズが伝搬されることがあり、このバーストノイズも各種電気信号に対して悪影響を及ぼし、入力装置を誤動作させる場合がある。
【0005】
例えば、上記のUSB対応システムにおいては、パソコン本体の各専用ポートに周辺機器が各々接続される従来のシステムの場合と異なり、キーボードの下流側に信号ケーブルを介してマウスが接続されると、この信号ケーブルには、マウスからのデータ信号のみならず、パソコン本体がマウスの存在を認識するためのアドレス信号が随時行き来することになる。
従来のシステムの場合、バーストノイズや静電気ノイズが信号ケーブルに入り、データ信号が異常を来したとしても、リセット後に再度データ信号のやりとりを行えば正常な動作がなされ、特に問題とならない。
しかし、USB対応システムの場合、これらのノイズが入った際にマウスのアドレス信号をリセットしてしまうと、キーボードの下流にマウスが接続されているにもかかわらず、パソコン本体がマウスを認識できなくなり、マウスによる操作が不能になる恐れがあった。
このような事情から、USB対応のパソコン及びその周辺機器においては、バーストノイズや静電気ノイズに対する耐性が強いことが要求され、その対策が急務となっていた。
【0006】
また、これらのノイズ対策を行うにあたっては、各種周辺機器の製造コストの高騰を避けるという観点から、多大なコストをかけることなく、できるだけ簡便な方法でノイズ対策が実施できる手段の提供が望まれていた。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡便な方法で、特にバーストノイズによる誤動作、動作不良等の不具合を防止し得るUSB対応の信号ケーブルを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の信号ケーブルは、機器同士を接続してこれらの機器の間でやりとりさせる電気信号を伝達するものであり、電源線と接地線と1対の信号線とが、遮蔽用のシールド線に被覆されてなり、前記一対の信号線が、2cm/1回以下のピッチで互いにより合わされたことを特徴とする。
また、前記一対の信号線が、0.3cm/1回〜2cm/1回のピッチで互いにより合わされていることが好ましい。
【0009】
かかる信号ケーブルにおいては、一対の信号線のうちの一方が基準線とされ、もう一方の信号線がデータ線とされていて、これら基準線とデータ線の間の電位差の変化により各種電気信号を伝送するいわゆる差動通信方式が採用される。
従って、この信号ケーブルによれば、一対の信号線を2cm/1回以下のピッチでより合わせることによりこれら一対の信号線(基準線及びデータ線)の密着性が高くなり、いずれか一方の信号線にバーストノイズが侵入したとしても、このバーストノイズが電磁誘導の作用により他方の信号線に直ちに伝搬するため、一対の信号線間における電位差は相対的に変化せず、各種電気信号に異常を来すことがない。
【0010】
また本発明の信号ケーブルは、先に記載の信号ケーブルであって、前記電源線と前記接地線と前記1対の信号線とが、軟磁性体からなる環状コアに少なくとも1回以上巻回されていることを特徴とする。
【0011】
かかる信号ケーブルにおいては、電源線、接地線及び1対の信号線が、環状コアに少なくとも1回以上巻回されることによりインダクタが構成され、これら電源線、接地線及び1対の信号線のインピーダンスがそれぞれ高くなる。
このように、この信号ケーブルにおいては、機器間を接続する電源線等のインピーダンスが高くなるので、バーストノイズがこの信号ケーブルに流れにくくなり、各種電気信号に異常を来す可能性がより低減される。
なお、シールド線は環状コアに巻回されないので、シールド線のインピーダンスが低いまま維持され、このシールド線を介して一方の機器に帯電した静電気を他方の機器に素早く流すことが可能になり、機器が静電気により帯電されるのを防いで静電気ノイズの発生を低減し、これによりバーストノイズの悪影響も低減することが可能となる。
【0012】
更に本発明の信号ケーブルは、先に記載の信号ケーブルであって、前記シールド線が、前記電源線と前記接地線と前記1対の信号線を覆う網組金属線とされていることを特徴とする。
【0013】
かかる信号ケーブルにおいては、シールド線が網組金属線とされているので、シールド線を流れる電荷がこの信号ケーブルの長手方向に沿って直線的に流れることになり、渦電流損失が抑えられてインピーダンスが低減されるので、一方の機器に帯電した静電気を、この信号ケーブルを介して他方の機器に素早く流すことが可能になり、機器が静電気により帯電されるのを防いで静電気ノイズの発生を低減し、これによりバーストノイズの悪影響も低減することが可能となる。
また、シールド線が網組金属線とされているので、信号ケーブルの外部で発生したノイズがこの網組金属線により遮蔽されて、信号線に流れる電気信号に悪影響を及ぼすことがない。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1〜図4を参照して説明する。
本発明の信号ケーブルは、例えば、USB規格に対応するパソコン本体とキーボード装置とを接続するものであって、その一端にUSBプラグが設けられると共に他端がキーボード装置に接続され、USBプラグがパソコン本体のUSBソケットに挿入されることにより、パソコン本体とキーボード装置を接続するものである。
【0015】
図1には、上記の信号ケーブルを介してパソコン本体(図示せず)に接続されたキーボード装置を示す。
このキーボード装置21は、多数のキートップ28、28、…を有するキーボード本体26と、キーボード本体26を制御する制御回路を搭載した制御回路基板24とがケース内に収容されて構成されている。ケースは上下に2分割された上ケース27と下ケース22とからなり、キーボード本体26は上面のキートップ28が操作可能なように上ケース27から露出した状態で収容されている。また、キーボード本体26下方の後側には2個のUSBコネクタであるUSBソケット25、25が接続された制御回路基板24が収容されている。
【0016】
制御回路基板24は一般のプリント配線板からなり、略中央部に本発明の信号ケーブル1が取り付けられ、両端部には配線30を介して接続されたUSBソケット25、25がそれぞれ設けられている。
図1及び図2に示すように、本発明の信号ケーブル1は、1対の信号線4a、4bと、電源線5と、接地線6と、遮蔽用のシールド線7とから構成されるものであり、その一端にはUSBプラグ3が設けられている。
これらの信号線4a、4b、電源線5、接地線6、シールド線7は、半田付けにより制御回路基板24の下面に接続されるが、そのうち基板24とシールド線7との接続部にはさらに導線32が接続され、後述するシールドプレート23のパソコン本体側接続片34と導線32先端の接続部33とが接続されるようになっている。
【0017】
図3には、信号ケーブル1の内部構造を示す。図3に示すように、この信号ケーブル1においては、一対の信号線4a、4bが互いにより合わされてより対とされていて、電源線5と接地線6と共にアルミニウムテープ13に被覆されている。更にアルミテープ13の外周には、網組金属線7aとされたシールド線7が配置され、更にこのシールド線7(網組金属線7a)には熱可塑性樹脂等からなるシース14が被覆されている。
【0018】
また、図2に示すように、USBプラグ3は、断面視略ロ字状のシールド端子8と、このシールド端子8内に設けられた信号端子9、10、電源端子11及び接地端子12を具備してなり、シールド端子8にシールド線7(網組金属線7a)が接続され、信号端子9、10に信号線4a、4bが各々接続され、電源端子11に電源線が5が接続され、接地端子12に接地線6が接続されている。
そしてこのUSBプラグ3が、図示しないパソコン本体のUSBソケットに挿入されて、シールド端子8、信号端子9、10、電源端子11及び接地端子12が、パソコン本体側のシールド端子、信号端子、電源端子及び接地端子に各々接続される。
【0019】
一対の信号線4a、4b、電源線5及び接地線6は、例えば無酸素銅若しくはクロム銅、銀入り銅等といった銅合金や、アルミニウム若しくはアルミニウム合金等からなる導体に、絶縁材からなる絶縁被覆が施されたものである。
また、シールド線7も同様に、無酸素銅若しくはクロム銅、銀入り銅等といった銅合金や、アルミニウム若しくはアルミニウム合金等からなるものである。
【0020】
信号線4a、4bは、いずれか一方が基準線とされ、他方がデータ線とされていて、これら基準線とデータ線の間の電位差の変化に基づいて各種電気信号が伝送される。
また、電源線5は、一方の機器(パソコン本体)から他方の機器(キーボード装置21)に電源を供給するためのものである。
また、シールド線7は、一方の機器(キーボード装置21)側に帯電した静電気を他方の機器(パソコン本体)に逃がすものである。
【0021】
この信号ケーブル1においては、一対の信号線4a、4b(基準線及びデータ線)間の電位差の変化に基づいて各種電気信号が伝送されるいわゆる差動通信方式が採用される。
従って、一対の信号線4a、4bを互いにより合わせることにより、これら一対の信号線4a、4b(基準線及びデータ線)の密着性が高くなるので、いずれか一方の信号線にバーストノイズが侵入しても、このバーストノイズが電磁誘導の作用により他方の信号線に直ちに伝搬するため、一対の信号線4a、4b間における電位差は変化せず、各種電気信号に異常を来すことがない。
【0022】
この一対の信号線4a、4bは、2cm/1回以下のピッチで互いにより合わされていることが好ましく、0.3cm/1回〜2cm/1回のピッチで互いにより合わされていることがより好ましい。
ピッチが2cm/1回を越えると、信号線4a、4b同士の密着性が低下して、この信号線4a、4bによってやり取りされる各種電気信号が、バーストノイズにより異常が発生するおそれがある場合があるので好ましくない。
また、より合わせのピッチが0.3cm/1回未満では、信号線4a、4bが互いに堅くより合い、信号ケーブル1自体の柔軟性が小さくなるので好ましくない。
【0023】
また、図3に示すように、信号ケーブル1と制御回路基板24との接続部分においては、電源線5と接地線6と信号線4a、4bとが、軟磁性体からなる環状コア15に1巻分だけ巻回されている。
なお、シールド線7はこの環状コア15には巻回されない。
環状コア15は、例えばMnZnフェライト、NiMnフェライト等の各種フェライトや、Fe−Ni合金、Fe−Si合金等の軟磁性合金からなるものである。
このように、電源線5と接地線6と信号線4a、4bとが、環状コア15に巻回されることによりインダクタが構成される。
【0024】
また、制御回路基板24の下面側にはLSI、コンデンサ等、種々の電子部品が搭載されており、上面側にはこれら電子部品の端子間を接続して制御回路を構成する銅層からなる配線、ランド等が形成されている。USBソケット25は、プラグに接触する接点が軟質PVC(ポリ塩化ビニル)樹脂で覆われており、樹脂の外面には金属製のフレームグラウンド部(図示略、コネクタ側の接地端子)が固定されている。
【0025】
キーボード本体26は、複数のキートップ28が取り付けられたハウジング35と、スイッチ回路が印刷された2枚のメンブレンシートとスペーサとからなるメンブレンスイッチ36をハウジング35との間で挟み込む金属板37とから構成されている。また、金属板37は、キーボード本体26を上ケース27、下ケース22間に固定するための2箇所の接続部38とを有しており、この接続部38の貫通孔は、後述する上ケース27の貫通部39、下ケース22の締結部40と対応する位置に配置されている。さらに、金属板37の後縁部側のほぼ中央部には、後述するシールドプレート23のパソコン本体側接続片34と接続するための貫通孔を有する接続部41が設けられている。
【0026】
下ケース22には、上ケース27を固定するために前縁部側に設けられた複数の固定部42と、USBソケット25の固定位置を規定するために後縁部側に設けられたソケット溝43と、ソケット溝43近傍の後縁部側に設けられてUSBソケット25の固定位置を規定するストッパ44と、ストッパ44およびソケット溝43近傍に突出し、後述する上ケース27からの貫通部39に当接し、上ケース27と下ケース22を固定するための締結部40とが設けられている。ストッパ44は、USBソケット25にマウス等の接続プラグを差し込む際にその力を受けるとともに下ケース22後縁部の構造強度を維持するリブとして作用する。
【0027】
上ケース27は、下ケース22の固定部42に嵌合する複数のフック部45と、USBソケット25の接続部46の貫通孔とキーボード本体26の接続部38の貫通孔とを貫通し、下ケース22の締結部40に当接してネジ47により締結される貫通部39とを有している。
【0028】
シールドプレート23は、制御回路基板24上の各種電子部品を覆うように折り曲げ加工された1枚のステンレスの板体からなるものである。そして、制御回路基板24にほぼ一致した形状および寸法に設計されることにより制御回路基板24の全体を覆うようになっている。シールドプレート23の両端に突出する部分は、下ケース22のソケット溝43と同一形状の溝状に湾曲して成形されたソケット側接続片47となっており、このソケット側接続片47内にUSBソケット25が挿入され、組立状態においてはソケット側接続片47がUSBソケット25と下ケース22のソケット溝43との間に挟み込まれた状態となり、ソケット側接続片47がUSBソケット25外面のフレームグラウンド部に圧接される。このようにして、シールドプレート23とUSBソケット25とが電気的に接続される。
【0029】
また、シールドプレート23のほぼ中央部には、ネジ孔48を有する矩形状のパソコン本体側接続片34が形成されている。したがって、組立状態においてはシールドプレート23のパソコン本体側接続片34、導線32の接続部33、金属板37の接続部41の各貫通孔が一致するように重ね合わされ、これらがネジ止めされることにより、シールドプレート23が導線32を介して信号ケーブル1のシールド線7に接続される。
このようにして、シールドプレート23が、信号ケーブル1のシールド線7を介してパソコン本体のシールド端子に接続される。
【0030】
上記構成のキーボード装置21を組み立てる際には、図1に示すように、制御回路基板24に接続されたUSBソケット25を、その接続部46を下ケース22の締結部40に当接した状態で、下ケース22のソケット溝43、ストッパ44および締結部40で規制される位置に嵌め込む。その際、制御回路基板24の下側にシールドプレート23を配置し、下ケース22のソケット溝43内にシールドプレート23のソケット側接続片47を挿入した状態でさらにソケット側接続片47が形成する溝内にUSBソケット25を嵌め込む。その上側に、USBソケット25の接続部46に金属板37の接続部38を当接した状態で、キーボード本体26を載置する。そして、上述したように、シールドプレート23のパソコン本体側接続片34、導線32の接続部33、金属板37の接続部41を重ね合わせ、これらをネジ止めする。その上側から、上ケース7のフック部45を下ケース22の固定部42に嵌め合わせるとともに、上ケース27の貫通部39を金属板37の接続部38、USBコネクタ25の接続部46を通して下ケース22の締結部40に当接し、下ケース22の下側からネジ47により締結し、上ケース27と下ケース22とを固定する。
【0031】
上述の信号ケーブル1においては、一対の信号線4a、4bを2cm/1回以下のピッチでより合わせることによりこれら一対の信号線4a、4bの密着性が高くなるので、いずれか一方の信号線にバーストノイズが侵入しても、このバーストノイズが電磁誘導の作用により他方の信号線に直ちに伝搬するため、一対の信号線4a、4b間における電位差は相対的に変化せず、各種電気信号に異常を来すことがない。
【0032】
また、シールド線7が網組金属線7aとされているので、シールド線7を流れる電荷がこの信号ケーブル1の長手方向に沿って直線的に流れることになり、渦電流損失が起きることがなくシールド線7のインピーダンスが低減されるので、キーボード装置21に帯電した静電気を、この信号ケーブル1を介してパソコン本体に素早く流すことが可能になり、キーボード装置21が静電気により帯電されるのを防いで静電気ノイズの発生を低減し、更にバーストノイズの悪影響も低減することができる。
また、シールド線7が網組金属線7aとされているので、信号ケーブル1の外部で何らかのノイズが発生したとしても、この網組金属線7aによりノイズの侵入が遮蔽されて、信号線4a、4bに流れる電気信号に悪影響が及ぶことがない。
【0033】
また、電源線5と接地線6と1対の信号線4a、4bが、環状コア15に巻回されてインダクタが構成されるので、これら電源線5と接地線6と1対の信号線4a、4bのインピーダンスがそれぞれ高くなり、バーストノイズがこの信号ケーブル1に流れにくくなって、バーストノイズによって各種電気信号に異常を来す危険性をより低減できる。
なお、シールド線7は環状コア15に巻回されないため、シールド線7のインピーダンスが低いまま維持され、このシールド線7を介してキーボード装置21に帯電した静電気をパソコン本体に素早く流すことが可能になり、キーボード装置21が静電気によって帯電されるのを防いで静電気ノイズの発生を低減し、更にバーストノイズの悪影響も低減することができる。
【0034】
また、上述のキーボード装置21においては、シールドプレート23により制御回路基板24が下方から覆われているため、装置下面側の例えば机上等から輻射される静電気ノイズがシールドプレート23によって遮蔽される。さらに、シールドプレート23のコネクタ側接続片47がUSBソケット25のフレームグラウンド部に、パソコン本体側接続片34が信号ケーブル1のシールド線7にそれぞれ接続されているので、シールドプレート3が静電気を逃がす経路としても機能し、USBコネクタ5から進入した静電気をシールドプレート3及び信号ケーブル1を経てパソコン本体のシールド端子へと逃がすことができる。このように、シールドプレート3が静電気遮蔽と静電気導通経路の2つの役目を果たすことにより、静電気ノイズが制御回路基板4上の信号に悪影響を与え、動作不良等が生じる確率を充分に低減することができる。
また、信号ケーブル1のシールド線7が網組金属線7aとして構成されると共に環状コア15に巻回されていないため、シールド線7のインピーダンスが低く抑えられているので、キーボード装置21に帯電した静電気をパソコン本体に素早く逃がすことができる。
【0035】
【実施例】
図1〜図4に示す本発明の信号ケーブル及びキーボード装置を用いて、国際標準規格で定められた方法に準じてファーストバーストトランジェント試験を実施した。
信号ケーブルにパソコン本体を接続し、パソコン本体及びキーボードを起動状態とした上で、パソコン本体の電源コンセントから種々の大きさの電圧のバーストノイズを印加し、キーボード装置が誤動作するか否かを試験した。キーボードが誤動作したときのバーストノイズの電圧を表1に示す。
なお、信号ケーブルの信号線をよりあわせる際のピッチを、1.0cm/1回〜6cm/1回とした。
【0036】
表1に示すように、情報処理機器としての規格値1kVに対して、信号線のピッチが2cm/1回を越えた信号ケーブルでは、1kV以下のノイズでも誤動作させてしまうのに対し、信号線のピッチが2cm/1回以下である本発明の信号ケーブルでは、1.2kVのノイズ試験でも誤動作させない能力があり、バーストノイズに対する耐性が向上しているのが確認された。
このように、本発明の信号ケーブルによれば、一対の信号線を2cm/1回以下のピッチでよりあわせると共に電源線と接地線と信号線を環状コアに巻回し、かつシールド線を網組金属線とすることにより、バーストノイズに起因する周辺機器の誤動作、動作不良等の不具合を防止することができる。
【0037】
【表1】
【0038】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の信号ケーブルは、一対の信号線が、2cm/1回以下のピッチで互いにより合わされているので、これら一対の信号線の密着性が高くなるので、いずれか一方の信号線にバーストノイズが侵入しても、このバーストノイズが電磁誘導の作用により他方の信号線に直ちに伝搬するため、一対の信号線間における電位差は相対的に変化せず、各種電気信号に異常を来す危険性を低く抑えることができる。
【0039】
また本発明の信号ケーブルは、電源線と接地線と1対の信号線とが、軟磁性体からなる環状コアに少なくとも1回以上巻回されてインダクタが構成されるので、これら電源線、接地線及び1対の信号線のインピーダンスがそれぞれ高くなり、バーストノイズがこの信号ケーブルに流れにくくなって、バーストノイズにより各種電気信号に異常を来す危険性を低く抑えることができる。
また、シールド線は環状コアに巻回されないので、シールド線のインピーダンスが低いまま維持され、このシールド線を介して一方の機器で発生した静電気を他方の機器に素早く流すことが可能になり、機器が静電気により帯電されるのを防いで静電気ノイズの発生を低減することができ、更にバーストノイズによって各種電気信号に異常を来す危険性を低く抑えることができる。
【0040】
更に本発明の信号ケーブルにおいては、シールド線が前記電源線と前記接地線と前記1対の信号線を覆う網組金属線とされているので、シールド線を流れる電荷がこの信号ケーブルの長手方向に沿って直線的に流れることになり、渦電流損失が起きることなくインピーダンスが低減されるので、一方の機器で発生した静電気を、この信号ケーブルを介して他方の機器に素早く流すことが可能になり、機器が静電気により帯電されるのを防いで静電気ノイズの発生を低減することができ、、更にバーストノイズによって各種電気信号に異常を来す危険性をより低く抑えることができる。
また、シールド線が網組金属線とされているので、信号ケーブルの外部で発生したノイズがこの網組金属線により遮蔽されて、信号線に流れる電気信号に悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 キーボード装置の構成を示す分解斜視図である。
【図2】 本発明の実施形態である信号ケーブルを示す正面図である。
【図3】 図2に示す信号ケーブルの内部構造を示す斜視図である。
【図4】 図2に示す信号ケーブルとキーボード装置との接続部分を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
1 信号ケーブル
3 USBプラグ
4a、4b 信号線
5 電源線
6 接地線
7 シールド線
7a 網組金属線
15 環状コア
21 キーボード装置
23 シールドプレート(導体板)
24 制御回路基板
25 USBコネクタ(周辺機器共通接続用コネクタ)
26 キーボード本体
28 キートップ
34 パソコン本体側接続片
47 コネクタ側接続片
Claims (3)
- 機器同士を接続してこれらの機器の間でやりとりさせる電気信号を伝達するための信号ケーブルであり、
電源線と接地線と1対の信号線とが、遮蔽用のシールド線に被覆されてなり、前記一対の信号線が、2cm/1回以下のピッチで互いにより合わされていることを特徴とする信号ケーブル。 - 前記電源線と前記接地線と前記1対の信号線とが、軟磁性体からなる環状コアに少なくとも1回以上巻回されていることを特徴とする請求項1記載のケーブル。
- 前記シールド線が、前記電源線と前記接地線と前記1対の信号線を覆う網組金属線とされていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の信号ケーブル。
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