JP6765640B2

JP6765640B2 - コネクタ及びコネクタ付きケーブル

Info

Publication number: JP6765640B2
Application number: JP2017013949A
Authority: JP
Inventors: 洋輔石松; 深作　泉; 泉深作
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2020-10-07
Anticipated expiration: 2037-01-30
Also published as: JP2018125070A; US20180233838A1; US10199754B2

Description

本発明は、コネクタ及びコネクタ付きケーブルに関するものである。

サーバやネットワーク機器等のいわゆるＩＴ（Information Technology）装置が備える基板は、一般に“マザーボード”と呼ばれており、このマザーボードには複数のコネクタ付きケーブルが接続される。

コネクタ付きケーブルは、複数の差動信号伝送用ケーブルを内蔵したケーブルと、ケーブルの両端に設けられたコネクタとからなるものが用いられている。
コネクタには、ＩＴ装置等の機器とケーブルとを電気的に接続するパドルカード基板が内蔵されている。パドルカード基板の一端には、機器に電気的に接続される複数の機器側電極が形成されている。

ＩＴ装置等の高性能化に伴い、コネクタ付きケーブルで伝送できる帯域を広げることが望まれている。伝送できる帯域を広げる方法として、コネクタ付きケーブルのチャンネル数を増やす方法がある。この方法をとるためには、パドルカード基板における機器側電極を増やす必要がある。例えば、特許文献１のように機器側電極を複数列設けることで、パドルカード基板上における機器接続用電極を増やすことができる。

特開平１０−３３５０１９号公報

図７にパドルカード基板２００上の一端側に機器側電極４０ａ，４０ｂを複数列設けた例を示す。機器側電極４０ａは、パドルカード基板の一端面から所定間隔を離間して設けられている。機器側電極４０ｂは、パドルカード基板の一端面から機器側電極４０ａよりも離間して設けられている。パドルカード基板２００をＩＴ装置等の機器と接続する際には、機器側電極４０ａ，４０ｂをそれぞれ、機器のコネクタハウジング１０内に設けられ、マザーボード（図示しない）と電気的に接続されている複数の接触子１１ａ，１１ｂと接触させる。パドルカード基板２００を機器と接続する際には、パドルカード基板２００は、接触子１１ａ，１１ｂを表面で摺動させつつコネクタハウジング１０内をスライドさせ、対応する機器側電極４０ａ，４０ｂと接触子１１ａ，１１ｂとを接触させることにより、コネクタ付きケーブルと機器との接続が完了する。

しかしながら、接触子１１ａ，１１ｂがパドルカード基板２００上を摺動する際に、機器側電極４０ａ，４０ｂが設けられておらずパドルカード基板２００の表面に露出する基材が傷つけられる、または削られるおそれがあった。

そこで、本発明は、パドルカード基板を機器に接続する際に、パドルカード基板の表面に露出する基材が傷つられることや削られることを抑制することができるコネクタ及びコネクタ付きケーブルを提供することを目的とする。

本発明は、ケーブルの端部に設けられるコネクタであって、接続対象の機器と前記ケーブルとを電気的に接続するパドルカード基板と、前記パドルカード基板の一端部に前記機器への挿入方向に対して複数列形成され、前記機器に電気的に接続される複数の機器側電極と、前記機器への挿入方向に対して隣接する前記機器側電極同士の間に形成され、前記パドルカード基板の表面を保護する金属製の保護部と、を備え、前記保護部は、前記挿入方向に対して金属製の複数の保護パッドが互いに所定間隔を離間して形成されているコネクタである。

本発明によれば、パドルカード基板を機器に接続する際に、パドルカード基板表面の傷つきや削れを抑制することができるコネクタ及びコネクタ付きケーブルを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るコネクタ付きケーブルを示す平面図である。図１のＡ−Ａ線断面図で示したパドルカードの断面図と機器に設けられるコネクタハウジングを示す図である。比較例１に係るパドルカード基板の一端を示す図である。（ａ）は第１実施形態のパドルカード基板におけるクロストークの影響をシミュレーションした結果であり、（ｂ）は比較例１のパドルカード基板におけるクロストークの影響をシミュレーションした結果である。本発明の第２実施形態に係るコネクタ付きケーブルを構成するパドルカード基板５Ａを示す図である。第２実施形態のパドルカード基板におけるクロストークの影響をシミュレーションした結果である。図７は従来技術を説明する図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るコネクタ付きケーブル１の平面図である。

図１に示すように、コネクタ付きケーブル１は、複数の差動信号伝送用ケーブル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備えたケーブル２と、ケーブル２の両端に設けられたコネクタ３と、コネクタ３に内蔵され、接続対象の機器（図示せず）に電気的に接続される第１機器側電極４ａ，第２機器側電極４ｂ，第３機器側電極４ｃ，第４機器側電極４ｄが基材５３の一端５１に形成されると共に、他端５２に差動信号伝送用ケーブル２が電気的に接続され、機器と差動信号伝送用ケーブル２とを電気的に接続する多層基板からなるパドルカード基板５と、を備えている。

本実施形態では、２チャンネルの送受信が可能にコネクタ付きケーブル１を構成する場合を説明する。この場合、送信用と受信用にそれぞれ２本ずつ、合計４本の差動信号伝送用ケーブル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが備えられる。例えば、コネクタ付きケーブル１は、２５Ｇｂｐｓの信号を送受信するために用いられる。

パドルカード基板５（基材５３）の他端５２（ケーブル３の接続側の端部）には、差動信号伝送用ケーブル２ａが電気的に接続されるケーブル接続用電極６ａと、差動信号伝送用ケーブル２ｂが電気的に接続されるケーブル接続用電極６ｂと、差動信号伝送用ケーブル２ｃが電気的に接続されるケーブル接続用電極６ｃと、差動信号伝送用ケーブル２ｄが電気的に接続されるケーブル接続用電極６ｄと、が形成されている。

ケーブル接続用電極６ａは、差動信号伝送用ケーブル２ａが接続された側とは反対側に、多層基板の内層を介してカップリングコンデンサ７ａが接続される。ケーブル接続用電極６ｂは、差動信号伝送用ケーブル２ｂが接続された側とは反対側にカップリングコンデンサ７ｂが接続される。ケーブル接続用電極６ｃは、差動信号伝送用ケーブル２ｃが接続された側とは反対側に、多層基板の内層を介してカップリングコンデンサ７ｃが接続される。ケーブル接続用電極６ｄは、差動信号伝送用ケーブル２ｄが接続された側とは反対側にカップリングコンデンサ７ｄが接続される。

カップリングコンデンサ７ａは、ケーブル接続用電極６ａが接続された端子とは反対側の端子に、多層基板の内層を介して第１機器側電極４ａに接続される。カップリングコンデンサ７ｂは、ケーブル接続用電極６ｂが接続された端子とは反対側の端子に多層基板の内層を介して第２機器側電極４ｂに接続される。カップリングコンデンサ７ｃは、ケーブル接続用電極６ｃが接続された端子とは反対側の端子に多層基板の内層を介して第３機器側電極４ｃに接続される。カップリングコンデンサ７ｄは、ケーブル接続用電極６ｄが接続された端子とは反対側の端子に多層基板の内層を介して第４機器側電極４ｄに接続される。

つまり、第１機器側電極４ａは、カップリングコンデンサ７ａ，ケーブル接続用電極６ａを介して差動信号伝送用ケーブル２ａと接続される。第２機器側電極４ｂは、カップリングコンデンサ７ｂ，ケーブル接続用電極６ｂを介して差動信号伝送用ケーブル２ｂと接続される。第３機器側電極４ｃは、カップリングコンデンサ７ｃ，ケーブル接続用電極６ｃを介して差動信号伝送用ケーブル２ｃと接続される。第４機器側電極４ｄは、カップリングコンデンサ７ｄ，ケーブル接続用電極６ｄを介して差動信号伝送用ケーブル２ｄと接続される。

機器側電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、パドルカード基板５の一端５１に機器への挿入方向に対して複数列形成される。パドルカード基板の一端５１の端面５１ａより機器への挿入方向に対して所定距離（Ｄ１）離れた位置に、端面５１ａに対して平行に並べられた第１機器側電極４ａ，第３機器側電極４ｃが形成されている。パドルカード基板の一端部の端面５１ａより機器への挿入方向に対して所定距離（Ｄ２）離れた位置に、端面５１ａに対して平行に並べられた第２機器側電極４ｂ，第４機器側電極４ｄが形成されている。ここで、Ｄ２はＤ１よりも大きく、第２機器側電極４ｂ，第４機器側電極４ｄは、第１機器側電極４ａ，第３機器側電極４ｃよりもパドルカード基板の一端５１の端面５１ａより機器への挿入方向に対して離れて形成されている。すなわち、第１機器側電極４ａ，第３機器側電極４ｃが１列目の電極群を形成し、第２機器側電極４ｂ，第４機器側電極４ｄが２列目の電極群を形成している。

第１機器側電極４ａと第２機器側電極４ｂとの対向する端面は、例えば２．０ｍｍ以上の間隔（Ｄ３）を空けて離間している。同様に、第３機器側電極４ｃと第４機器側電極４ｄとの対向する端面は、例えば２．０ｍｍ以上の間隔（Ｄ３）を空けて離間している。

パドルカード基板５の表面の一端５１には、機器側電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの他に、グランドパターンや電源用電極（図示せず）、制御信号用電極（図示せず）等が整列して形成されており、カードエッジコネクタが構成されている。

グランドパターンは、第１機器側電極４ａ，第３機器側電極４ｃを挟みこむように形成された第１グランドパターン８１と、第２機器側電極４ｂ，第４機器側電極４ｄを挟み込むように形成された第２グランドパターン８２と、第１グランドパターン８１と第２グランドパターンとの間に形成された第３グランドパターン８３と、ケーブル接続用電極６ａ，６ｂ，６ｃを挟みこむように形成された第４グランドパターン８４と、第１機器側電極４ａ，第２機器側電極４ｂ，第３機器側電極４ｃ，第４機器側電極４ｄとケーブル接続用電極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとの間の伝送路上に形成された第５グランドパターン８５とから構成される。

第２グランドパターン８２と第４グランドパターン８４と第５グランドパターン８５とは連なっており、一体のパターンとして形成されている。第１グランドパターン８１と第３グランドパターン８３は、他のパターンとは連なっておらず、一体のパターンとして形成されていない。

パドルカード基板５の表面には、第１機器側電極４ａと第２機器側電極４ｂとの間に金属製の第１保護部９１が形成されている。パドルカード基板５の表面には、第３機器側電極４ｃと第４機器側電極４ｄとの間に金属製の第２保護部９２が形成されている。第１保護部９１は、パドルカード基板の機器への挿入方向に対して所定間隔を離間した２つの保護パッド９１ａ，９１ｂから形成される。第２保護部９２は、パドルカード基板の機器への挿入方向に対して所定間隔を離間した２つの保護パッド９２ａ，９２ｂから形成される。保護パッド９１ａと保護パッド９１ｂ、及び保護パッド９２ａと保護パッド９２ｂは互いに０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下の間隔（Ｄ４）を空けて離間している。Ｄ４は、０．５ｍｍ未満であると、保護パッド９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂを形成することが製造上難しくなる。Ｄ４は、０．２５ｍｍを超えると、保護パッド９１ａと保護パッド９１ｂ、及び保護パッド９２ａと保護パッド９２ｂの間の間隔が広くなりすぎ、パドルカード基板５の表面を保護する機能が十分でなくなる。

パドルカード基板５の端面５１ａと第１機器側電極４ａとの間には、金属製の第３保護部９３が形成されている。パドルカード基板５の端面５１ａと第３機器側電極４ｃとの間には、金属製の第４保護部９４が形成されている。

第１保護部９１，第２保護部９２，第３保護部９３，第４保護部９４は、各機器側電極やグランドパターンに電気的に接続されておらず、他の電極から電気的に浮いた状態である。

第１保護部９１，第２保護部９２，第３保護部９３，及び第４保護部９４は、第１機器側電極４ａ，第２機器側電極４ｂ，第３機器側電極４ｃ，第４機器側電極４ｄと同じ材料からなる。これらの材料を同じにすることにより、パドルカード基板５の基材５３上に機器側電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを形成する工程で第１保護部９１，第２保護部９２，第３保護部９３，及び第４保護部９４を同時に形成することができる。

つぎに、図２を用いてコネクタ付きケーブル１を機器に設けられたコネクタハウジング１０に挿入する際の動作を説明する。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図で示したパドルカード５の断面図と機器に設けられるコネクタハウジング１０を示す。図２では、第５グランドパターン、ケーブル２等の記載を省略している。

コネクタ付きケーブル１を機器に接続する際には、コネクタ付きケーブル１をコネクタハウジング１０内にスライドさせて挿入し、コネクタハウジング１０の奥側に設けられた第１接触子１１ａと第１機器側電極４ａとを接触させ、コネクタハウジング１０の手前側に設けられた第２接触子１１ｂと第２機器側電極４ｂとを接触させる。第１接触子１１ａと第１機器側電極４ａ、第２接触子１１ｂと第２機器側電極４ｂをそれぞれ接触させることによって、それぞれが電気的に接続される。

第１接触子１１ａは、第１機器側電極４ａと接触する位置までパドルカード基板５上をスライドする過程で、第３保護部９３を摺動する。第２接触子１１ｂは、第２機器側電極４ｂと接触する位置までパドルカード基板５上をスライドする過程で、第３保護部９３，第１機器側電極４ａ，第１保護部９１の保護パッド９１ａ，９１ｂを摺動する。パドルカード基板５は、第３保護部９３，保護パッド９１ａ，９１ｂが設けられていることにより、第１接触子１１ａ，第２接触子１１ｂによって表面に露出した基材５３上を摺動されることを抑制し、表面の傷つきや削れを抑制することができる。説明を省略するが、同様に、パドルカード基板５は、第４保護部９４，及び第２保護部９２により、図示しない他のコネクタハウジング１０内の接触子によって表面に露出した基材５３上を摺動されることを抑制し、表面の傷つきや削れを抑制する抑制することができる。

以下では、比較例１を参照しながら、第１保護部９１及び第２保護部９２についてさらに説明する。図３は、比較例１に係るパドルカード基板５００の一端を示す図である。比較例１のパドルカード基板５００では、第１実施形態のパドルカード基板５と比較して、第１保護部９１０及び第２保護部９２０がそれぞれ１つの保護パッドから形成されている。その他の構成は比較例１と第１実施形態とで同じである。

第１実施形態のパドルカード基板５及び比較例１のパドルカード基板５００について、各機器側電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに加えられた信号が隣接する他の機器側電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに与える影響を検討した。具体的には、第２機器側電極４ｂに信号を加えたときに、第１機器側電極４ａに表れる信号を電磁界解析によりシミュレーションした。すなわち、第２機器側電極４ｂに信号を加えたときの第１機器側電極４ａへのクロストークの影響をシミュレーションした。シミュレーション結果を図４（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）は第１実施形態のパドルカード基板５におけるクロストークの影響をシミュレーションした結果であり、図４（ｂ）は比較例１のパドルカード基板５００におけるクロストークの影響をシミュレーションした結果である。

図４（ａ），図４（ｂ）のシミュレーション結果より、比較例１のパドルカード基板５００では、２０ＧＨｚ付近、及び４０ＧＨｚ付近の帯域でクロストークのピークが現れている。実施形態１のパドルカード基板５では、クロストークのピークが比較例１よりも低く、かつクロストークの周波数に対する積分値も小さく現れている。よって、実施形態１は、比較例１と比較してクロストークの影響が小さいことが分かる。すわなち、第１実施形態のコネクタ付きケーブル１では、第１保護部９１（第２保護部９２）を２つ（複数）の部材で構成することにより、クロストークの影響を抑制することができる。

第１保護部９１における保護パッド９１ａと保護パッド９１ｂの隙間に樹脂部材を設けてもよい。樹脂部材は、パドルカード基板５の基材５３よりも耐摩耗性が高く、摩擦係数が低いことが好ましい。例えば、パドルカード基板５の基材５３はＦＲ４（ＦｌａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＴｙｐｅ４）からなる。例えば、樹脂部材はテフロン（登録商標）樹脂からなる。保護パッド９１ａと保護パッド９１ｂの隙間に樹脂部材が設けられることにより、パドルカード基板５は、第１接触子１１ａ，第２接触子１１ｂによって表面に露出した基材５３上を摺動されることを抑制することができる。同様に、第２保護部９２における保護パッド９２ａと保護パッド９２ｂの隙間に樹脂部材を設けてもよい。

第１グランドパターン８１，第２グランドパターン８２，第３グランドパターン８３は、連なった１つのパターンとして形成されてもよい。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態におけるコネクタ３及びコネクタ付きケーブル１は、パドルカード基板５の表面の第１機器側電極４ａと第２機器側電極４ｂとの間、及び第３機器側電極４ｃと第４機器側電極４ｄとの間に、金属製の第１保護部９１、及び第２保護部９２が形成されている。よって、パドルカード基板５を機器に接続する際に、パドルカード基板５の表面に露出する基材５３が傷つけられることや削られることを抑制することができる。

また、第１保護部９１（第２保護部９２）は、パドルカード基板５の機器への挿入方向に対して所定間隔を離間した金属製の複数の保護パッド９１ａ，９１ｂ（９２ａ，９２ｂ）から形成されことにより、第１保護部９１及び第２保護部９２がそれぞれ１つの保護パッドから形成される場合と比較して、隣接する機器側電極同士のクロストークの影響を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。第１実施形態のコネクタ付きケーブル１と第２実施形態のコネクタ付きケーブルとの差分は、パドルカード基板の一端にあるため、以下では第２実施形態のパドルカード基板５Ａの一端について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るコネクタ付きケーブルを構成するパドルカード基板５Ａを示す図である。第１実施形態に係るパドルカード５について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態に係るパドルカード基板５Ａは、第１機器側電極４ａと第２機器側電極４ｂとの間に金属製の保護部は形成されず、代わりに非金属製の第１保護部９１Ａが形成されている。同様に、パドルカード基板５Ａは、パドルカード基板第３機器側電極４ｃと第４機器側電極４ｄとの間に金属製の保護部は形成されず、代わりに非金属製の第２保護部９２Ａが形成されている。第１保護部９１Ａ，第２保護部９２Ａは、例えば樹脂やセラミック等からなる。第１保護部９１Ａ，第２保護部９２Ａは、パドルカード基板５Ａの基材５３よりも耐摩耗性が高く、摩擦係数が低い材料であることが好ましい。

第１実施形態と同様に、第２実施形態のパドルカード基板５Ａについて、各機器側電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに加えられた信号が隣接する他の機器側電極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに与える影響を検討した。具体的には、第２機器側電極４ｂに信号を加えたときに、第１機器側電極４ａに表れる信号を電磁界解析によりシミュレーションした。すなわち、第２機器側電極４ｂに信号を加えたときの第１機器側電極４ａへのクロストークの影響をシミュレーションした。シミュレーション結果を図６に示す。

図６，図４（ｂ）のシミュレーション結果より、比較例１のパドルカード基板５００では、２０ＧＨｚ付近、及び４０ＧＨｚ付近の帯域でクロストークのピークが現れている。第２実施形態のパドルカード基板５Ａでは、クロストークのピークが比較例１よりも低く、かつクロストークの周波数に対する積分値も小さく現れている。よって、第２実施形態は、比較例１と比較してクロストークの影響が小さいことが分かる。すわなち、第２実施形態のコネクタ付きケーブルでは、第１保護部９１（第２保護部９２）を非金属製の部材で構成することにより、クロストークの影響を抑制することができる。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態におけるコネクタ及びコネクタ付きケーブルは、パドルカード基板５Ａの表面の第１機器側電極４ａと第２機器側電極４ｂとの間、及び第３機器側電極４ｃと第４機器側電極４ｄとの間には、非金属製の第１保護部９１Ａ、及び第２保護部９２Ａが形成されている。よって、パドルカード基板５Ａを機器に接続する際に、パドルカード基板５の表面に露出する基材５３が傷つけられることや削られることを抑制することができる。

また、第１保護部９１Ａ及び第２保護部９２Ａは、非金属製の部材で構成されることから、隣接する機器側電極同士のクロストークの影響を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、パドルカード基板５，５Ａの一方の表面に各機器側電極や保護部等を形成することを説明したが、他方の表面にも同様に機器側電極や保護部等が形成されていてもよい。

１…コネクタ付きケーブル、２…ケーブル、３…コネクタ、４ａ…第１機器側電極、４ｂ…第２機器側電極、４ｃ…第３機器側電極、４ｄ…第４機器側電極、５，５Ａ…パドルカード基板、９１…第１保護部、９２…第２保護部

Claims

ケーブルの端部に設けられるコネクタであって、
接続対象の機器と前記ケーブルとを電気的に接続するパドルカード基板と、
前記パドルカード基板の一端部に前記機器への挿入方向に対して複数列形成され、前記機器に電気的に接続される複数の機器側電極と、
前記機器への挿入方向に対して隣接する前記機器側電極同士の間に形成され、前記パドルカード基板の表面を保護する保護部と、を備え、
前記保護部は、前記挿入方向に対して金属製の複数の保護パッドが互いに所定間隔を離間して形成されているコネクタ。
前記保護部は、前記挿入方向に対して２つの前記保護パッドが互いに０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下離間して形成されている請求項１に記載のコネクタ。
前記保護部は、離間している前記複数の保護パッドの間に樹脂部材を設けた請求項１または２に記載のコネクタ。
ケーブルと、
ケーブルの端部に設けられるコネクタと、を備え、
前記コネクタは、
接続対象の機器と前記ケーブルとを電気的に接続するパドルカード基板と、
前記パドルカード基板の一端部に前記機器への挿入方向に対して複数列形成され、前記機器に電気的に接続される複数の機器側電極と、
前記機器への挿入方向に対して隣接する前記機器側電極同士の間に形成され、前記パドルカード基板の表面を保護する金属製の保護部と、を備え、
前記保護部は、前記挿入方向に対して複数の保護パッドが互いに所定間隔を離間して形成されているケーブル付きコネクタ。
ケーブルの端部に設けられるコネクタであって、
接続対象の機器と前記ケーブルとを電気的に接続するパドルカード基板と、
前記パドルカード基板の一端部に前記機器への挿入方向に対して複数列形成され、前記機器に電気的に接続される複数の機器側電極と、
前記機器への挿入方向に対して隣接する前記機器側電極同士の間に形成され、前記パドルカード基板の表面を保護する非金属製の保護部と、を備える
コネクタ。
前記保護部は、パドルカード基板の基材よりも耐摩耗性が高く、かつ摩擦係数が低い請求項５に記載のコネクタ。
ケーブルと、
ケーブルの端部に設けられるコネクタと、を備え、
前記コネクタは、
接続対象の機器と前記ケーブルとを電気的に接続するパドルカード基板と、
前記パドルカード基板の一端部に前記機器への挿入方向に対して複数列形成され、前記機器に電気的に接続される複数の機器側電極と、
前記機器への挿入方向に対して隣接する前記機器側電極同士の間に形成され、前記パドルカード基板の表面を保護する非金属製の保護部と、を備えるケーブル付きコネクタ。