JP2006517746A - マザーボードを用いずに外部コネクタに相互接続される内部回路カードを備えた電子ボックス - Google Patents

Abstract

電子シャーシボックスは、一対の対向側壁、一対の対向端壁、底面、頂部カバー、及び前記壁の選択された壁に装着されたリングコネクタ組立体（４４、４６、４８、５０、５２）を有する。ボス部材（２４、２６、２８、３０、３２、３４）が、底面から異なった高さにのび、ボス部材の上に回路カード（３６、３６、４０、４２）が互いに空間的関係に装着される。可撓性の相互接続体が、回路カードを相互に且つリングコネクタ組立体内に装着される外部コネクタに相互接続することによって、マザーボードの必要性を実質的に低減し、そして通常は必要性をなくする。

Description

[0001]本発明は、スペースシャトルオービター、宇宙ステーション或いは他の宇宙船のような航空機産業及び宇宙空間応用に用いる電子ボックスに関し、そして特に、マザーボードの使用を必要とせずに複数の回路カードを接続詞内部に相互接続する電子ボックスに関する。

[0002]典型的な宇宙空間電子シャーシボックスは、一般に、“マザーボード”にプラグインしそしてそれによって相互接続される多数のプラグイン回路カードから成る。このマザーボードは、ワイヤハーネスか或いは可撓性ケーブルハーネスによってプラグイン回路ボードから外部電子機器への及びその逆に外部電子機器からプラグイン回路ボードへの通信を行うために、“アウトサイドワールド”に接続されなければならない。ハーネスは複数のコネクタに接続され、これらのコネクタは普通円筒状であり、周知の仕方で電子シャーシボックスの１つ又は複数の壁に取付けられる。（これらの形式の先行技術のシステムについて開示し、本明細書に参照文献として結合される米国特許第５，０９３，７５９号参照。）

[0003]プラグイン回路カードは通常、回路カードをマザーボードにおける受けコネクタと整列し且つそれら回路カードを物理的に支持するように、電子ボックス構造体内に形成したある形式のシャーシカードガイド部材に頼る。回路カードをマザーボードに正確に整列させ同時に回路カードを物理的に支持することは、綿密な寸法決め及び許容差を必要とし、しばしばシャーシ内にマザーボードを正確に固定する。カードガイド部材は、カードをマザーボード上の受けコネクタにプラグインできるようにするために、正確に配置ししかもカードはある程度の変位しなければならない。必要なカード変位は結果として妥協状態を生み、カードガイド部材は衝撃や振動中にカードを支持するのにほとんど有効でなくなると共に、カードからシャーシへの熱シンクを行うのに回路カードの固定取付けで達成できるものよりほとんど効果がない。

[0004]ある幾つかの構成では、電子ボックスの外壁に形成した個々のカードエッジガイドに取付けられる回路カードは、マザーボードにおけるそれぞれの受けコネクタに挿入され、マザーボードは回路カードと電子ボックスの底部との間に位置決めされる。回路カードと電子ボックスの底部との間にマザーボードを挿置することは結果として、カードのエッジから電子ボックスの側壁を横切って熱伝導が生じるのみであるので、電子機器から熱伝導を制限することになる。一般的に、カードのエッジからではなく、大きな表面積を介して熱を伝導するのが望ましい。

[0005]前に述べたように、電子シャーシボックスの外側に接続する方法は、通常、マザーボードからシャーシの壁に設けた外部コネクタに接続したハーネスによって行われる。デジタル応用では、ハーネスは数百本のワイヤから成り得る。ワイヤハーネスが実用的でない場合には、しばしば可撓性ケーブルが用いられる。しかし、可撓性ケーブルはマザーボードの一部（“堅固−可撓”と呼ばれる）として構成されるか、或いは別の対のコネクタによってマザーボード内にプラグインするように構成されなければならない。この後者の方法は一般に実施するのにコストが掛かり、困難である。

[0006]相互接続ハーネスケーブルで占められるボックス内のスペースの大きさを最小化する試みにおいて、別の先行技術のシステムでは、インラインコネクタの構成を利用する。インラインコネクタは、マザーボードに取付けたコネクタでインラインコネクタを相互接続してマザーボードに隣接して取付けられる。回路カードのエッジガイドは、マザーボードに接続した回路カードを保持するためになお必要とされる。

[0007]プラグイン回路カードの使用は、上述の制限の他に、他の制限を生じる。ほとんどの宇宙空間応用、特に宇宙船電子機器においては、プラグインカードは、カードが持ちこたえる場合に超えることのできない熱及び振動環境における制限がある。[0008]従って、前記の観点から、電子シャーシボックスにおける回路カードの支持及び相互接続用のマザーボード及び回路カードガイドの必要性を低減すること及び好ましくは該必要性を無くすことによって先行技術の問題点及び制限を解決するのが望ましい。

[0009]一対の対向側壁と、一対の対向端壁と、底面と、頂部カバーとを備える電子シャーシボックスが提供される。本電子シャーシボックスは、内部に形成され、底面から互いにそれぞれの高さにのびる多数のボス部材と、空間的に関連するように各々多数のボス部材のそれぞれに取付けた多数の回路カードとを有する。複数の電気コネクタは、一対の対向側壁の少なくとも一方に装着され、また可撓性相互接続体は、多数の回路カードを互いに及び複数の電気コネクタにそれぞれ相互接続するために設けられる。[0010]本発明は、同じ番号が同じ要素を示す添付図面を参照して以下説明する。

[0015]本発明の以下の詳細な説明は全く単なる例示のものであり、本発明或いは本発明の応用及び使用を限定しようとするものではない。更に、上述の発明の背景又は以下の本発明の詳細な説明に表現した或いは包含した理論によって範囲を限定するものではない。

[0016]図１を参照すると、電子シャーシボックス１０の斜視図が示され、この電子シャーシボックス１０は例えばアルミニウムブロックストックから本寸法に機械加工される。ボックス１０は、ボックス１０を予定の外部面に装着するフートパッド１２を備え、また一対の対向端壁（１４、１６）及び一対の対向側壁（１８、２０）を備える。電子シャーシボックス１０はまた、多数の回路カードを支持し且つ分離する多数のボス状部材及びスペーサー（２４、２６、２８、３０、３２、３４）を備えた底面を有する。発明の詳細な説明において続いて例示し説明する別の実施形態において、ボックス１０は、回路カードの付加的に支持体を成すように形成された複数の棚を有する。ボス部材及び棚は機械加工中に普通の仕方で形成できる。

[0017]この図面において入出力コネクタなして示される多数の取外し可能な回路カード（３６、３８、４０、４２）は、ボックス１０内に嵌合するように形成され、そしてそれぞれのボス又はスペーサー部材に及び随意にはボックスの壁に形成した棚に、ねじなどのような緊締具を用いて互いに離間した関係で装着される。他の複数の図面に更に詳細に示されるように、各回路カードはそれと組合さった入出力コネクタを備え、動作中入出力コネクタを介してデータ入力及びデータ出力が行われる。電子シャーシボックス１０は更に、それぞれコネクタリング（４４、４６、４８、５０、５２）を通すため、端壁１６及び側壁１８を通して機械加工した或いは適当に形成した複数の開口を有する。前記のコネクタリングは複数の外部電気コネクタを保持し、これらの外部電気コネクタは電子機器の動作中に周知の仕方で回路カードと連通するようにボックス１０の壁内に装着される。更に、ボックス１０はまた頂部カバーを有し、頂部カバーは、例えばねじなどのような緊締具によってボックスの端壁及び側壁に取付けることができるが、本発明の説明を簡潔にするために図示してない。

[0018]図２〜図４は、本発明一実施形態による可撓性相互接続体６０を示す。図２は、矢印２Ａの方向におけるボックス１０の切断端面図において、本発明の実施形態による可撓性相互接続体６０を個々の回路カードに取付けた入出力コネクタと共に例示する。図３は、図１を参照して前方に傾けたボックス１０を示し、回路カード（３６、３８、４０、４２）は可撓性相互接続体６０を明瞭に示すために省略した。図４は斜視図で、回路カードに対する内部接続部と電子シャーシボックス（図示していない）の壁に装着した外部コネクタとの間に装着した本発明の実施形態による可撓性相互接続体を例示する。可撓性相互接続ケーブル６０は、それの長さ方向に沿って離間した多数のコネクタ（７２、７４、７６、７８）を有する。コネクタ（７２、７４、７６、７８）はそれぞれ入出力コネクタ（６２、６４、６６、６８）に接続し、これらの入出力コネクタ（６２、６４、６６、６８）はそれぞれの回路カード（４２、４０、３８、３６）に接続される。代表的な慣例によれば、可撓性相互接続ケーブル６０に結合したコネクタは、回路カードに取付けた牝入出力コネクタに結合し係合する牡コネクタである。

[0019]可撓性相互接続体６０は、E.I.DuPont de Nemours社から入手できるカプトン（Kapton）材料のような種々の材料で製作できる。（本明細書に参照文献として結合される、カプトン材料を積層して電気相互接続体を形成する方法に関する米国特許第６，１５０，０７１号参照）。他の複数の代わりの方法も周知であり、従って本明細書には記載しない。可撓性相互接続体６０は、多数の可撓性相互接続コネクタ及び回路カード入出力コネクタを介して回路カードの各々に結合する。回路カード接続部のそれぞれの間において可撓性相互接続体６０は好ましくは曲がりくねった仕方で形成され、また、可撓性相互接続体６０は、加熱され、そして図１に例示したようにボックス１０の開放スペース内に嵌合するように、図２に例示するようにほぼ曲りくねった仕方で形成され得る。回路カード３６に接続した後、可撓性相互接続体６０は、好ましくは下方へ向き、９０°曲がって、図３及び図４に明瞭に見られるように、ボックス１０の底面２２に沿って曲がりくねる。

幾つかの曲がりくねりループの後、可撓性相互接続体６０は拡張され、そして応力逃がしバー７０及び付随する結合組立体８０によってボックス１０の底面２２に保持される。応力逃がしバー７０は、可撓性相互接続体６０底面２２に保持し且つケーブルにおける応力を低減するという２つの働きする。可撓性相互接続体６０は、図３及び図４に示すように、ボックス１０の外部へ通じる電気コネクタと相互接続するように曲げられる。そして可撓性相互接続体６０はある形態にされ、複数の外部コネクタ（図示していない）に接続し且つそれら外部コネクタと整合させながら堅固な部分（８２、８４）によって適切な位置に保持される。可撓性相互接続体６０の曲りくねった形態は、可撓性相互接続体６０における応力を逃がし、可撓性相互接続体６０及び多数の回路カードに対する接続部の各々を、接続の完全な状態を損なう衝撃から分離するのに役立つ。

[0020]入出力コネクタ（６２、６４、６６、６８）は図３及び図４に示すように、それぞれの回路カード（３６、３８、４０、４２）に取付けられ、そしてコネクタ（７２、７４、７６、７８）と係合され、これらのコネクタ（７２、７４、７６、７８）は可撓性相互接続体６０の長さ方向に沿って離間した関係で接続される。図３に例示したように、ボックス１０はまた複数のシェルフ状部材（２５、２７、２９、３１）を有し、これらのシェルフ状部材（２５、２７、２９、３１）には、回路カードが、前記のボス部材及びスペーサーに加えて係止する。回路カードはシェルフ状部材にねじ止め又は固着できる。シェルフ状部材と共にボックス１０の側壁及び端壁を物理的且つ熱的に接触することにより、回路カードの動作中に発生した熱は回路カードにおける電子素子から離れる方向に伝導できる。複数の外部電気コネクタは、本発明の詳細な説明において前記で述べたように複数のコネクタリング（３３、４４、４６、４８、５０、５２）に嵌合される。図３に示すように、ボックス１０はまたそれの選択側部に形成或いは機械加工した複数の開口を有する。これらの開口は特に、回路カードの動作中に回路カードから熱を散逸させる働きをする。

[0021]従って、前記した内容は、電子ボックスの複数の壁に装着した複数の外部コネクタに、電子ボックス内に装着した回路カードを相互接続する構成である。この新規な構成は、マザーボードの必要性を大幅に低減し、そして好ましくは除去し、このことは、電子ボックスのサイズ要件を低減するだけでなく、良好なヒートシンク特性及び衝撃や振動に対する良好な耐性ももたらす。改良されたヒートシンク作用は、一部、シャーシボックスの側部及び回路カードの係止するシェルフ部材に回路カードの周囲部の実質的部分に沿って回路カードを接触させることによって達成される。衝撃及び振動に対する良好な耐性は、一部、回路カードを、シャーシボックスのシェルフ部材並びにボス部材及びスペーサーに固定することによって達成される。更に、可撓性相互接続ケーブルの曲がりくねった特性は衝撃及び応力軽減をもたらす。

マザーボードを用いる代わりに、回路カードを接続及び相互接続するのに可撓性相互接続ケーブルを使用することにより、マザーボードとシャーシのカードガイドとの間に必要な耐性に関係なく、回路カードをシャーシボックスに堅固に固定することができる。これらの特性は、電子ボックスを応用できる航空宇宙およびスペースシャトル環境において重要である。本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

[0022]以上の発明の詳細な説明においては少なくとも１つの実施形態について例示したが、非常な数の変形が存在することが認識されるべきである。また、記載した１つ又は複数の実施形態は単なる例示あって、本発明の範囲、応用可能性、或いは形態をいかようにも限定するものでないことも認識されるべきである。むしろ、前記の詳細な説明は、本発明の実施形態を実施する有利な道筋を当業者にもたらす。種々の変更は、特許請求の範囲に定義した本発明の範囲から逸脱せずに例示した実施形態に記載した要素の機能及び構成についてなされ得ることが理解される。

本発明の一実施形態に従って回路カードの取付けを示す電子シャーシボックスの斜視図。 本発明の一実施形態に従って電子シャーシボックス内の可撓性相互接続ケーブルを例示する断面図。 回路カードのない本発明の一実施形態の可撓性相互接続体を示す図１の電子ボックスの別の斜視図。 電子ボックス（図示していない）の複数の壁に装着した複数の外部コネクタと回路カードの複数の内部コネクタとの間に装着した本発明の一実施形態の可撓性相互接続体を例示する斜視図である。

Claims (20)

1. 一対の対向側壁、一対の対向端壁、底面、及び頂部カバーを含む電子シャーシボックスであって、
   シャーシボックス内に形成され、前記底面から互いにそれぞれの高さにのびる多数のボス部材と；
   空間的に関連するように各々前記多数のボス部材のそれぞれに取付けた多数の回路カードと；
   前記一対の対向側壁の少なくとも一方に装着される多数の電気コネクタと；
   前記多数の回路カードを互いに及び前記多数の電気コネクタにそれぞれ相互接続する可撓性相互接続体と；を含む電子シャーシボックス。
2. 前記多数の回路カードの各々が、それに取付けられ、電気的データを前記多数の回路カードに伝送したり前記多数の回路カードから伝送できるそれぞれの入出力コネクタを有する請求項１記載の電子シャーシボックス。
3. 前記可撓性相互接続体が、それの長さ方向に沿って間隔をあけて配置した多数のコネクタを有し、前記多数のコネクタの各々が前記多数の回路カードの前記入出力コネクタのそれぞれに相応する請求項２記載の電子シャーシボックス。
4. 前記可撓性相互接続体が曲りくねった部分を有する請求項１記載の電子シャーシボックス。
5. 更に、前記可撓性相互接続体における歪みを低減するため電子シャーシボックスの前記底面に取付けた応力逃がしバーを有する請求項４記載の電子シャーシボックス。
6. 前記可撓性相互接続体が、曲りくねったループに形成した部分を有し、そしてカプトン（Kapton）材料から成る請求項１記載の電子シャーシボックス。
7. 第１及び第２の対向端壁と；
   第１及び第２の対向側壁と；
   底面と；
   頂部カバーと；
   前記底面からのびる多数のスペーサー部材と；
   空間的に関連するように前記スペーサー部材のそれぞれに取外し可能に取付けた多数の回路カードと；
   前記第１及び第２の対向側壁の少なくとも一方に装着した多数の電気コネクタと；
   前記多数の回路カードを互いに及び前記第１及び第２の対向側壁の少なくとも一方に装着した多数の電気コネクタに接続する可撓性相互接続体と；を含む金属材料製の電子ボックス。
8. 前記多数の回路カードの各々が、それに取付けられ、電気的データを前記多数の回路カードの各々に伝送したり前記多数の回路カードの各々から伝送できるそれぞれの入出力コネクタを有する請求項７記載の電子ボックス。
9. 前記可撓性相互接続体が、それの長さ方向に沿って間隔をあけて配置した多数のコネクタを有し、前記多数のコネクタの各々が、前記多数の回路カードに取付けた前記入出力コネクタのそれぞれに整合される請求項８記載の電子ボックス。
10. 前記可撓性相互接続体が、それに及び前記第１及び第２の対向側壁の少なくとも一方に取付けた多数の端部コネクタを有する請求項９記載の電子ボックス。
11. 更に、前記可撓性相互接続体における歪みを低減ししかも前記可撓性相互接続体を前記底面に保持するため電子シャーシボックスの前記底面に取付けた応力逃がしバーを有する請求項１０記載の電子シャーシボックス。
12. 前記可撓性相互接続体が、曲りくねったループに形成した部分を有し、そしてカプトン（Kapton）材料から成る請求項１１記載の電子シャーシボックス。
13. 更に、選択的端壁及び側壁に形成した複数の開口を有する請求項１１記載の電子シャーシボックス。
14. 航空宇宙電気データシステムに応用するのに適した電子ボックスであって、
    一対の側壁と；
    一対の端壁と；
    底面と；
    頂部カバーと；
    前記底面から前記底面上の特定の高さにのびる多数のスペーサー部材と；
    相互に空間的に関連するように前記スペーサー部材のそれぞれに取付けた多数の回路カードと；
    各々前記回路カードの対応したそれぞれに取付けられ且つ前記回路カードの対応したそれぞれと連通した多数の入出力コネクタと；
    前記対の対向側壁の少なくとも一方に装着した多数の出力コネクタと；
    前記多数の入出力コネクタ及び前記多数の出力コネクタに電子的に結合した可撓性相互接続体と；を含む電子ボックス。
15. 前記可撓性相互接続体が更に、それの長さ方向に沿って離間した多数のコネクタを有し、前記多数のコネクタの各々が前記多数の回路カードに取付けられた前記入出力コネクタのそれぞれに結合される請求項１４記載の電子ボックス。
16. 前記可撓性相互接続体がカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）材料から成り、そして前記多数の回路カードに取付けた前記多数の入出力コネクタのそれぞれの間に通常曲りくねった形状のループを有する請求項１５記載の電子ボックス。
17. 更に、前記可撓性相互接続体の一部を前記底面に保持し且つ前記可撓性相互接続体における応力を除去する応力除去部材を有する請求項１６記載の電子ボックス。
18. 更に、前記対の側壁及び前記対の端壁の一方に機械加工した多数のスリーブを有し、前記スリーブの各々が多数の回路カードの１つを支持するように形成された請求項１４記載の電子ボックス。
19. 前記対の側壁、前記対の端壁及び前記底面が、金属ストックの単一部片で構成される請求項１８記載の電子ボックス。
20. 前記多数の回路カードの各々が、前記端壁、前記側壁、及び前記多数のスリーブの１つと熱接触する請求項１９記載の電子ボックス。
    

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