JP5565887B2 - インピーダンス補正要素を有する電気コネクタおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気絶縁性コンタクトキャリアと、当該コンタクトキャリア内で保持される少なくとも１つの導電性コンタクト要素とを有する電気コネクタに関する。さらに本発明は、このタイプのコネクタを製造する製造方法に関する。

信号線は通常、直流電流ではなく、パルス電流または交流電流のみを伝送する。信号線へのパルス反射を防止するために、信号線は何よりもまず、均一の、すなわち一定のインピーダンスをもたなければならない。公称インピーダンス（nominal impedance）として知られているものを参照されたい。したがって、特に高速データ伝送に関連して線を接続するには、関連するプラグコネクタでも、このような一定のインピーダンスに準拠するように注意を払わなければならない。

原則的には、公称インピーダンスＺ_ｎとは、信号線対（pairs of signal lines）の特性である。このタイプの信号線では、パルス抵抗と比較すると直流電流の抵抗がごくわずかあるため、公称インピーダンスは、線の長さにほとんど依存しない。

公知のプラグコネクタでは、ピン条片の形状変化によって生じる、ピン条片に沿ったインピーダンスの変動を補償するために、電気的コンタクト要素に沿って直径を変化させる。さらに、インピーダンスを補償するために、それぞれが相補型の信号導線対に関係する複数のコンタクトピンを曲げることが知られている。

しかしながら、これらの公知の方法は、一方では製造コストを増大させる。また他方では、器具を変更しただけで、変更された公称インピーダンスが実施される可能性があるという欠点を有する。

本発明の目的は、電気絶縁性コンタクトキャリアと、経済的に製造でき、インピーダンスの設定が特に簡単である少なくとも１つの導電性コンタクト要素とを有する電気コネクタを開示することである。

この目的は、独立請求項の主題によって実現される。本発明による電気コネクタの有利な発展形態は、独立請求項の主題である。

これに関して、本発明は、少なくとも１つのコンタクト要素が配置される領域内でコネクタのインピーダンスを設定するために、コンタクトキャリア内にインピーダンス補正要素を配置するという特にシンプルな方法で、インピーダンス補正を実施できるという着想に基づく。このようなコンタクト補正要素は、一方では、ピン条片の形状変化によって生じる、ピン条片に沿ったインピーダンスの変動を補償することができる。また他方では、ピン条片の端部におけるインピーダンスの急上昇を防止することができる。

本発明における第１の有利な実施形態によれば、インピーダンス補正要素として、コンタクトキャリアに形成された貫通孔内に受容されるインピーダンス補正ピンを使用し、かつ、電気コネクタのインピーダンスを、貫通孔内のインピーダンス補正ピンの位置によって設定することができる。コンタクトキャリアは、スリーブとピンコンタクトの両方に対するキャリアとすることができる。このインピーダンス補正ピンを、規定の形状、奥行き、および長さを有するコンタクトに対して平行なコンタクトキャリア内へ挿入すると、コンタクトキャリアに沿ってほぼ一定のインピーダンス経路を生成することが可能である。このようにして、インピーダンスの急上昇を回避することができる。またこのタイプのインピーダンス補正ピンにより、公称インピーダンスとは異なるように、インピーダンスを意図的に設定することができると有利である。

インピーダンス補正ピンに加えて、電気絶縁性インピーダンス補償要素を誘電体要素として設けることもできる。このインピーダンス補償要素は、特にコンタクトが９０°の角度で下降する場合、ピン条片の端部におけるインピーダンスの急上昇を防止するのに有利である。この場合、この追加の要素は、コンタクトキャリアと同じ比誘電率を有することができ、または、必要に応じて、特定の異なる比誘電率を呈することができる。

コネクタのインピーダンスに特に簡単に適合できるようにするために、コンタクト要素は、第１の外部構成要素に接続するためのコネクション領域と、第２の外部構成要素に接触するためのコンタクト領域とを有するように構成され、コネクション領域とコンタクト領域は、接続領域（connecting region）によってともに結合される。本発明において、多数のコンタクト要素をコンタクトキャリア内に配置することができる。

本発明の有利な実施形態によれば、コンタクトキャリアは、接続領域内に貫通孔を有する。この貫通孔は、複数のコンタクト要素に対して等距離を隔てて中心に配置される。この貫通孔はそれ自体、コネクタのプラスチック材料とは異なる誘電体であり、加えて本発明によれば、導電性のインピーダンス補正ピンを受け取ることができる。電気コネクタのインピーダンスは、貫通孔内の補正ピンの位置によって設定される。さらに、補正ピンの形状、長さ、およびその材料は、電気コネクタのインピーダンスに影響を与える。

特にシンプルな方法では、このようなインピーダンス補正ピンは金属から作製されるが、好ましくは押出し部品または回転部品として作製される。

最も単純な横断面形状は円形の横断面であるが、任意の他の所望の横断面ももちろん、インピーダンス補正ピンに使用することができる。したがって、たとえば横断面は、正方形もしくは矩形とすることができ、または製造方法のコストおよび特有のインピーダンス要件に応じて、異なる形状を有することができる。さらに、インピーダンスの補償要件に応じて、本発明によるインピーダンス補正ピンはまた、長手方向に変化する直径経路を有することができ、すなわち、たとえば腰部がくびれた形とすることができる。

インピーダンス補正ピンを使用することで、インピーダンスの急上昇を補償するために必要とされるはずの横断面が複数の変化を有するコンタクト要素を使用する必要がなくなる。一定の横断面経路を有するコンタクトは、より経済的に製造することができる。さらに、インピーダンスを目的を定めてかつ局部的に正確に補償すること、または意図的にインピーダンスに影響を与えることは、インピーダンス補正ピンをピン条片の長手方向に意図的に配置することによって、そしてまたインピーダンス補正ピンの長さおよび横断面を選択することによって実現することができる。これは、高速データ（ＨＳＤ）用のピン条片または高周波信号伝送向けの類似の適用分野で使用するのに何より重要である。

本発明の有利な発展形態によれば、インピーダンス補正要素は、インピーダンス補正ピンに加えて、電気絶縁性のインピーダンス補償要素を有することができる。この誘電体要素を使用して、特にコンタクトが９０°下降する場合に、ピン条片の端部におけるインピーダンスの急上昇を防止する。本明細書で前述したように、電気絶縁性のインピーダンス補償要素は、コンタクトキャリアと同じ比誘電率を有することができ、または、信号品質を改善するように選択された異なる比誘電率を有することができる。

インピーダンス補償要素は、端部領域内でもインピーダンスをピン条片のインピーダンス値に設定するために、コンタクト要素がプラスチック材料でほぼ完全に封入されていると有利である。

本発明の理解を深めるために、以下の図に示す例示的な実施形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。この場合、同じ部分には、同じ参照番号および同じ構成要素名を付す。さらに、図示および記載された実施形態からのいくつかの特徴または特徴の組合せは、それ自体発明的であり、または本発明による解決策になることができる。

図１は、インピーダンス補正ピンを有する電気コネクタの斜視分解図である。 図２は、図１に示したコネクタの切欠図である。 図３は、インピーダンス補正ピンおよび追加の誘電体インピーダンス補償要素を有する電気コネクタの切欠図である。 図４は、図３の実施形態における非対称の断面図である。

図１は、本発明に係る、第１の有利な実施形態による電気コネクタ１００の分解図である。

電気コネクタ１００は、適切な電気絶縁材料からなるコンタクトキャリア１０２を備える。この図に示す特有の実施形態では、プラグコネクタは、たとえばプリント回路基板と信号線の間の接続に使用されるものなど、角度を付けたプラグコネクタである。このプラグコネクタ１００は、４極高速データ（ＨＳＤ）用ピン条片と呼ばれる。４つのコンタクト要素（本ケースではコンタクトピンである）を、参照番号１０４で示す。但し、本発明による原理はもちろん、コンタクト要素としてコンタクトスリーブを有するプラグコネクタにも適用することができる。

コンタクトピン１０４はそれぞれ、第１の外部構成要素、たとえば信号ケーブルのプラグコネクタに接続するためのコネクション領域１０６と、第２の外部構成要素、たとえばプリント回路基板に接触するためのコンタクト領域１０８とを有することができる。コネクション領域１０６とコンタクト領域１０８は、接続領域１１０を介してともに結合され、コンタクト領域１０８の長手方向軸には、接続領域およびコネクション領域の長手方向軸に対して９０°の角度を付けることができる。４つのコンタクトピン１０４は、接続領域１１０の横断面内で貫通孔１０４に対して対称に配置されることが好ましい。

コンタクトキャリアの形状の寸法変化、そして封入遮蔽（この図には図示せず）内の間隔および形状のばらつきは、インピーダンスの不均質性を信号伝搬方向に引き起こし、これが信号品質に悪影響を与える。さらに、公称インピーダンスとは異なるように、インピーダンスを意図的に設定する必要があることがある。

したがって、以下に示す複数の図面を参照すると明らかになるように、本発明によれば、金属製のインピーダンス補正ピン１１２が、コンタクトキャリア１０２内へ、４つのコンタクトピン１０４の中心に位置するように挿入される。

図１から明らかであるように、本発明に従ってインピーダンスを適合させることで、コンタクトピン１０４の横断面を長さ全体にわたって一定のまま保つことができる。これにより、特にコンタクトピン１０４を経済的に作製することができ、かつコンタクトピン１０４をコンタクトキャリア１０２内に経済的に実装することができる。

コンタクトキャリア１０２内の導電性インピーダンス補正ピン１１２の正確な位置は、図２の切欠図から明らかになる。図２からわかるように、コンタクトキャリア１０２は連続する貫通孔１１４を有する。貫通孔１１４は、接続領域１１０内で複数のコンタクトピン１０４に対して、中心に位置するように配置される。金属製のインピーダンス補正ピン１１２を貫通孔１１４内へ規定の深さまで押し込んで、ピン条片の特定領域内のインピーダンスを補償する。

本発明によれば、規定の形状、奥行き、および長さを有するコンタクトピン１０４に対して平行なコンタクトキャリア１０２内へ導電性のインピーダンス補正ピン１１２を挿入することによって、コンタクトキャリアに沿ってほぼ一定のインピーダンス経路を生成することができる。このようにして、インピーダンスの急上昇を回避することができ、さらにインピーダンス補正ピンはまた、インピーダンスを、公称インピーダンスとは目的をもって異なる設定にすることができる。

本発明によれば、コンタクトキャリア１０２の特定領域内のインピーダンスを補償するために、金属製のインピーダンス補正ピン１１２は、コンタクトキャリアに沿ってほぼ均質なインピーダンス経路が生成されるように、コンタクトピン１０４の接続領域およびコネクション領域に対して平行に、コンタクトキャリア１０２内へ挿入される。コンタクトピン１０４は、規定の奥行き、長さ、および横断面形状で、かつ最適化された間隔を有する。貫通孔１１４内の位置に加えて、インピーダンス補正ピン１１２の長さならびに横断面形状もまた、必要に応じて変更可能である。インピーダンス補正ピン１１２は、コンタクトキャリア１０２内の、横断面が適合された貫通孔１１４内に配置される。そこでは、インピーダンスを局部的に補償すること、またはインピーダンスに意図的に影響を与えることを実現するために、インピーダンス補正ピン１１２を、必要に応じて長手方向に移動させることができる。

言うまでもなく、たとえばプラスチック材料でインピーダンス補正ピン１１２を被覆することによって、コンタクトキャリア内の所定の位置にインピーダンス補正ピン１１２を固定することもできる。このようにして、インピーダンスの急上昇を補償することもでき、またピン条片に沿って均一のインピーダンス経路を実現することができる。

本発明のさらなる有利な実施形態について、図３および４を参照して詳細に説明する。別法として、または金属製のインピーダンス補正ピン１１２に加えて、ここでは、電気絶縁性のインピーダンス補償要素１１６が設けられる。このインピーダンス補償要素１１６は、コンタクトピン１０４がプラスチック材料でほぼ完全に封入されるように、コンタクトピン１０４のコンタクト領域１０８上を摺動し、この領域内でもインピーダンスをピン条片のインピーダンス値に設定する。これにより、ピン条片のインピーダンス経路が平滑になり、反射される信号成分を最小にすることによって、伝送すべき信号の品質が改善される。

本発明によれば、インピーダンス補償要素１１６は、コンタクトキャリア１０２と同じ比誘電率を有する材料、またはさらには異なる比誘電率を有する材料から作製することができる。この図に示す実施形態では、２つのより長いコンタクトピンにはコンタクトブッシング１１８が設けられ、２つのより短いコンタクトピンは、インピーダンス補償要素によって部分的に取り囲まれるのみである。

以下、図１〜図４を参照して、本発明による電気コネクタの取付手順を説明する。

この手順ではまず、基本的な要素である、コンタクトキャリア１０２が製造され、コンタクトキャリア１０２内にコンタクト要素１０４が配置される。これは、プラスチック材料製の本体内へ金属製コンタクト要素をシールドすることによって、または押し込むことによって行うことができる。

４つのコンタクトピンの中心に、連続する貫通孔１１４が形成される。但し、言うまでもなく、この貫通孔は、射出成形中に予め作製しておくこともできる。本発明によれば、規定の直径を有し、かつ正確に寸法設定された規定の長さで製造された金属製のインピーダンス補正ピン１１２は、この貫通孔１１４内へ嵌合される。図３に示す断面図では、インピーダンス補正ピン１１２は、コンタクトキャリア１０２の縁部１２０と同一平面で嵌合されているが、貫通孔１１４内におけるインピーダンス補正ピン１１２の正確な位置は個別に設定することができる。

原則的には、早ければコンタクトキャリア１０２の射出成形に、インピーダンス補正ピン１１２をプラスチック材料マトリックス内へ一緒に埋め込むことも可能である。これには、電気コネクタ１００の製造工程数がより少なくなるという利点があるが、後にインピーダンス補正ピンの位置を変えることによってインピーダンスを適合させることができないという欠点がある。

別法として、または金属製のインピーダンス補正ピン１１２に加えて、電気絶縁性のインピーダンス補償要素１１６が、コンタクトピン１０４のコンタクト領域全体にわたって摺動する。これは、具体的には角度を付けたプラグコネクタが、ピン条片の端部におけるインピーダンスの急上昇を防止できるようにするのに特に有利である。伝送すべき信号の品質は、反射される信号成分を最小にすることによって、著しく改善される。

最後に、遮蔽する目的で、同じく導電性である筐体（図示せず）内に、構成全体を取り付けることができる。

前述のように、本発明による原理は、高速データ伝送、および高周波数信号伝送における類似の適用分野に特に有利である。

Claims (15)

1. 電気絶縁性のコンタクトキャリア（１０２）と、前記コンタクトキャリア（１０２）内で保持される少なくとも１つの導電性のコンタクト要素（１０４）とを有する電気コネクタであって、
   前記少なくとも１つのコンタクト要素（１０４）が配置される領域内で前記コネクタ（１００）のインピーダンスを設定するために、前記コンタクトキャリア（１０２）内に少なくとも１つのインピーダンス補正要素（１１２、１１６）が配置されるとともに、
   前記インピーダンス補正要素として、前記コンタクトキャリア（１０２）に形成された貫通孔（１１４）内に受容されるインピーダンス補正ピン（１１２）を含み、かつ、
   前記電気コネクタのインピーダンスが、前記貫通孔（１１４）内の前記インピーダンス補正ピン（１１２）の位置によって設定される、電気コネクタ。
2. 前記インピーダンス補正ピン（１１２）が、導電性インピーダンス補正ピン（１１２）である、請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記インピーダンス補正要素として、電気絶縁性インピーダンス補償要素（１１６）をさらに含む、請求項１または２に記載の電気コネクタ。
4. 前記少なくとも１つのコンタクト要素（１０４）が、コンタクトピンからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
5. 前記コンタクト要素（１０４）が、第１の外部構成要素に接続するためのコネクション領域（１０６）と、第２の外部構成要素に接触するためのコンタクト領域（１０８）とを有し、前記コネクション領域（１０６）と前記コンタクト領域（１０８）が、接続領域（１１０）によってともに結合される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
6. 前記貫通孔（１１４）は、複数の前記コンタクト要素に対して等距離を隔てて中心に配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
7. 前記電気絶縁性インピーダンス補償要素（１１６）が、前記少なくとも１つのコンタクト要素（１０４）を少なくとも部分的に受容するための少なくとも１つのコンタクトブッシング（１１８）を備える、請求項３〜６のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
8. 前記少なくとも１つのコンタクト要素（１０４）が、９０°の角度を付けたコンタクトピンからなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
9. 前記導電性インピーダンス補正ピン（１１２）が、角度を付けずに作製される、請求項２に記載の電気コネクタ。
10. 前記導電性インピーダンス補正ピン（１１２）が金属製である、請求項２または９に記載の電気コネクタ。
11. 前記導電性インピーダンス補正ピン（１１２）が、円形または角のある横断面を有する、請求項２、９、１０のいずれか１項に記載の電気コネクタ。
12. 前記電気絶縁性インピーダンス補償要素（１１６）が、前記コンタクトキャリアと同じ比誘電率、または前記コンタクトキャリアとは異なる特定の比誘電率を有する誘電体材料から作製される、請求項３に記載の電気コネクタ。
13. 電気絶縁性のコンタクトキャリア（１０２）と、前記コンタクトキャリア（１０２）内で保持される少なくとも１つの導電性のコンタクト要素（１０４）とを有する電気コネクタを製造する方法であって、
    前記コンタクトキャリア（１０２）内に前記少なくとも１つのコンタクト要素（１０４）を取り付けるステップと、
    前記少なくとも１つのコンタクト要素（１０４）が配置される領域内で前記コネクタのインピーダンスを設定するために、前記コンタクトキャリア（１０２）内にインピーダンス補正要素を取り付けるステップとを含むとともに、
    前記インピーダンス補正要素として、前記コンタクトキャリア（１０２）に形成された貫通孔（１１４）内に受容されるインピーダンス補正ピン（１１２）を含み、かつ、
    前記電気コネクタのインピーダンスが、前記貫通孔（１１４）内の前記インピーダンス補正ピン（１１２）の位置によって設定される、方法。
14. 前記インピーダンス補正ピン（１１２）が、導電性インピーダンス補正ピン（１１２）である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つのコンタクト要素（１０４）に電気絶縁性のインピーダンス補償要素（１１６）を取り付けるステップをさらに含む、請求項１３または１４に記載の方法。

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