JP5962275B2 - 多芯ケーブルアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、径が異なる複数のケーブルを基板等の接続部材に接続した多芯ケーブルアセンブリに関する。

例えば、超音波診断装置などの医療機器のプローブに接続されるケーブルハーネスとして、複数本の細径同軸ケーブルを集合一体化させたフラットケーブルユニットが用いられている。
フラットケーブルユニットの一例では、複数本の同軸ケーブルが並列して配置され、これらの同軸ケーブルは、その外被が取り除かれ、シールド部材、絶縁体及び中心導体が段状に順次露出されている。そして同軸ケーブルを個別に係止するグランドバーが各シールド部材に固定されて同軸ケーブルのピッチが規定されている。

基板やコネクタ等の接続部材に上記のフラットケーブルユニットを接続して、多芯ケーブルアセンブリを作製する場合、各同軸ケーブルの中心導体を接続部材の信号端子部に接続し、各同軸ケーブルのシールド部材に固定されているグランドバーを接続部材のグランドパッドに接続する。この接続は半田付け等により行われる。これにより、各同軸ケーブルのシールド部材に固定されているグランドバーと、基板等の接続部材のグランドパッドとが接続された構成となる。

上記のような医療機器のプローブ等の基板やコネクタにケーブルを接続する構成において、その製品の仕様によっては、径が異なる複数のケーブルからなる複合ケーブルや、構造が異なる同軸ケーブルと２芯同軸ケーブル（ツイナックスケーブル）との両方からなる複合ケーブルを用いるものがある。ツイナックスケーブルは、信号線が平衡伝送用により対線にされ、金属材のシールド部材で対線が覆われた構造を有するものである。

上記のような径が異なる複数のケーブルからなる複合ケーブルの構成に関して、例えば特許文献１には、径の異なる複数のケーブルをグランドバーに一括接続する構成が開示されている。ここでは、高速伝送と低速伝送との双方に対応するために、線径の異なる高速伝送用の同軸ケーブルのシールド部材またはツイナックスケーブルのドレイン線と、低速伝送用の絶電電線とを同じグランドバーに接続している。

特開２０１２−４９０３５号公報

径の異なる複数のケーブルを基板やコネクタなどの接続部材に接続する場合、グランドパッドとグランドバーとで複数のケーブルを挟み、その内部を半田で埋めることにより固定する構成が考えられる。しかしながらこの場合、太径のケーブルの径に応じてグランドパッドとグランドバーとの間隔が規制されるため、細径のケーブルが不安定になり、接続作業性や接続精度が悪化することが考えられる。
例えば特許文献１のように、径の異なる複数のケーブルを含む複合ケーブルの場合、全てのケーブルを一括してグランドバーに固定してしまうと、それぞれのケーブルで接続条件が異なり、基板に対する接続をうまく行うことができない。
そこで、異なる径を有するケーブルのうち、同径のケーブルをまとめてグランドバーに固定し、同じ径を有するケーブルごとのフラットケーブルユニットを作成し、これらフラットケーブルユニットを並べて接続部材にそれぞれ一括接続することが考えられる。

しかしながら、それぞれのフラットケーブルユニットが有するグランドバーは、その両端に耳部がある。耳部は、並列したケーブルよりも並列方向外側に突出している。これは、フラットケーブルユニットのグランドバーを基板のグランドパッドに接続する際に、半田の熱でケーブルが外傷しないように半田代を設ける必要があることによる。
このようなフラットケーブルユニットを複数並べて基板等の接続部材に接続する場合、それぞれのグランドバーの耳部同士が干渉して邪魔になり、予め決められたスペースの接続部材に対して接続がうまくできなくなる。ここでグランドバーをカットしようとする場合にも、ケーブルの近傍ではケーブルの外傷の危険性があるため、グランドバーをカットすることはできない。

また、複数並べるフラットケーブルユニットの全体の幅に合わせて、基板等の接続部材自体の大きさを拡張することで対応することができるが、この場合には接続部材の大型化を招来する。グランドバーの耳部程度の長さであっても、接続部材の大型化は市場要求等から容易に許容されない。
あるいは、グランドバーを使用せずに、それぞれのケーブルを接続部材側のグランドパッドに接続することが考えられる。この場合、手作業で１本ずつケーブルをグランドパッドに接続する必要が生じ、手間がかかり煩雑である。また、手作業で半田接続すると、使用する半田の量も多くなり、半田付け部の高さ（または厚さ）が大きくなる。さらに、半田の熱によりケーブルの外被に外傷が生じて絶縁不良を起こす可能性がある。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、径の異なる複数のケーブルを基板やコネクタ等の接続部材に接続する際、接続部材を拡張する必要なく、良好な作業性とケーブルの信頼性を確保して接続を行うことができるようにした多芯ケーブルアセンブリを提供することを目的とする。

本発明の多芯ケーブルアセンブリは、複数のケーブルを並列させて接続部材に接続してなる多芯ケーブルアセンブリであり、複数のケーブルは、径が異なるケーブルを含み、ケーブルの径ごとに複数の群に分けられる。そして、ケーブルが有するシールド部材に導通するように複数の群ごとにグランドバーが固定され、一つの群においてケーブルの長さ方向に同じ位置でシールド部材が露出され、シールド部材に棒状のグランドバーが固定され、一つの群に含まれる複数本のケーブルが一体化され、グランドバーと接続部材に備えられるグランドパッドとの間に複数のケーブルを配置して、各群のグランドバーがグランドパッドに導通接続される。ケーブルの並列した方向に互いに隣接するグランドバーは、各ケーブルの長手方向にずれて配置されている。
また、ケーブルの並列した方向に、他の１つのグランドバーを挟んで両側に位置する２つのグランドバーは、各ケーブルの長手方向に重なった位置に配置されている。

本発明の多段同軸ケーブルハーネスによれば、径の異なる複数のケーブルを基板やコネクタ等の接続部材に接続する際、接続部材を拡張する必要なく、良好な作業性とケーブルの信頼性を確保して接続を行うことができるようになる。

本発明に係る多芯ケーブルアセンブリに適用される同軸ケーブルの構成例を示す断面図である。 本発明に係る多芯ケーブルアセンブリに適用されるツイナックスケーブルの構成例を示す断面図である。 同軸ケーブルを使用したフラットケーブルユニットの構成例を示す図である。 ツイナックスケーブルを使用したフラットケーブルユニットの構成例を示す図である。 ツイナックスケーブルを使用したフラットケーブルユニットの他の構成例を示す図である。 フラットケーブルユニットを接続する基板の構成例を示す図である。 本発明に係る多芯ケーブルアセンブリの構成例を示す図である。

本発明に係る多芯ケーブルアセンブリは、径の異なる複数のケーブルを並列させて基板やコネクタなどの接続部材に接続した構成を有するもので、ケーブルの並列方向における接続部材の幅を不要に拡張することなく、接続作業性及びケーブルの信頼性を確保できるような構成を有するものである。多芯ケーブルに使用するケーブルとしては、径の異なる同軸ケーブル、あるいは２芯ケーブル（ツイナックスケーブル）等が適用される。

図１は、本発明に係る多芯ケーブルアセンブリに適用される同軸ケーブルの構成例を示す断面図である。同軸ケーブル１１は、その中心に中心導体１２を有し、中心導体１２の周囲に、絶縁体１３、シールド部材１４及び外被１５が同軸状に順次設けられている。
中心導体１２は、例えば、錫めっきされた銅合金線１２ａを複数本撚って形成したものであり、その外周を、例えばポリオレフィン（ポリエチレン、発泡ポリエチレン等）、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂（ＥＥＡ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、フッ素樹脂などからなる絶縁材で被覆することにより、絶縁体１３が形成されている。
シールド部材１４は、例えば、複数本の銅合金線等の導体１４ａを横巻きで巻き付けた、もしくは編組構造とした外部導体である。そしてシールド部材１４の外周側に、ポリエステルなどの樹脂からなる外被１５が被覆されている。

図２は、本発明に係る多芯ケーブルアセンブリに適用されるツイナックスケーブルの構成例を示す断面図で、図２（Ａ）、図２（Ｂ）はツイナックスケーブルの異なる構成例を示すものである。
図２（Ａ）のツイナックスケーブル２１は、中心導体２２ａ，２２ｂを絶縁被覆した絶縁コア２３ａ，２３ｂ、シールド部材２５、及び外被２６を有する。

中心導体２２ａ，２２ｂとしては、銅やアルミ等の導体またはこれらの導体に銀や錫のメッキを施した単線または撚り線を用いることができる。また、表面側を低抵抗とし導体中心側を高抵抗とした２層構造の導体を用いるものもある。
絶縁コア２３ａ，２３ｂの被覆層の部分は、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等が用いられる。２本の絶縁コア２３ａ，２３ｂは撚り合わせてもよいし、撚らずに並行に揃えてもよい。シールド部材２５は、２本の絶縁コア２３ａ，２３ｂを含むように覆う部材であり、例えばＡｌ−ＰＥＴ等のシールドテープを螺旋状に巻くことで設けられる。

図２（Ｂ）のツイナックスケーブル２１は、図２（Ａ）の構成に加えてドレイン線２４を備えたものである。ドレイン線２４は、シールド部材２５に接触するように設けられた、例えば軟銅、錫メッキ軟銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等などの導線である。ドレイン線２４は、絶縁コア２３ａ，２３ｂに縦添えされた状態で設けられる。

シールド部材２５は、図２（Ｂ）に示すように絶縁コア２３ａ，２３ｂを覆うように設けられ、その外側にドレイン線２４が沿わせられる。このとき、シールド部材２５がＡｌ−ＰＥＴ等の２層構造のシールドテープを用いている場合、Ａｌの金属層を外側にして、その金属層とドレイン線２４とを導通させる。そして外被２６は、上記の２本の絶縁コア２３ａ，２３ｂ、シールド部材２５、及びドレイン線２４を一括して覆う。

なおツイナックスケーブルには、シールド部材２５の金属を内側に向けて、シールド部材２５で絶縁コア２３ａ，２３ｂ、ドレイン線２４を一緒に被覆したものもある。この場合、シールド部材２５は、絶縁コア２３ａ，２３ｂを並べた谷の部分にドレイン線２４を縦添えして覆うように設け、これら絶縁コア２３ａ，２３ｂとドレイン線２４とをシールド部材２５で一括して覆うようにして構成する。あるいは、絶縁コアを撚り合わせたものもある。

次に、上記のような同軸ケーブルやツイナックスケーブルを使用したフラットケーブルユニットの構成について説明する。
本発明に係る多芯ケーブルアセンブリは、径が異なる複数のケーブルを有している。複数のケーブルは、それぞれ同じ径を有するケーブルごとにまとめられ、ケーブル径ごとの複数のフラットケーブルユニットを構成する。そして複数のフラットケーブルを並べて基板やコネクタ等の接続部材に接続した構成を備えている。

図３は、同軸ケーブルを使用したフラットケーブルユニットの構成例を示す図で、図３（Ａ）はフラットケーブルユニットの先端部の平面図で、図３（Ｂ）はフラットケーブルユニットの側面図である。フラットケーブルユニット１０は、同じ径を有する複数の同軸ケーブル１１が配列され、グランドバー１６を固定して一体化されている。
フラットケーブルユニット１０において、グランドバー１６を固定する前の各同軸ケーブル１１は、中心導体１２、絶縁体１３及びシールド部材１４が段状に露出される。ここでは、例えば平面状に配列させた同径の複数の同軸ケーブル１１のそれぞれに対して、外被１５を所定長除去し、シールド部材１４を露出させる。そして、シールド部材１４を所定位置で切断し、その切断位置よりも先端側のシールド部材１４を除去して絶縁体１３を露出させる。このとき、一定長のシールド部材１４が露出した状態になっている。

そして複数の同軸ケーブル１１で露出したシールド部材１４にグランドバー１６を固定する。ここでは、例えば糸半田をグランドバー１６とシールド部材１４との間に挟み、もしくはペースト半田をグランドバー１６に塗布し、パルスヒータで加熱して固定する。これにより、グランドバー１６が各同軸ケーブル１１のシールド部材１４と導通接続される。

次いでグランドバー１６を固定した同軸ケーブル１１の先端部において、グランドバー１６から所定位置で絶縁体１３を除去し、中心導体１２を露出させるこれにより、図３に示すようなフラットケーブルユニット１０を作製することができる。
なお上記の工程はフラットケーブルユニット１０を作製するときの処理の一例を示すものであり、シールド部材１４とグランドバー１６とが導通接続される他の構成や工程を適宜採用することができる。以下の図４〜図５の例においても同様とする。

図４は、ツイナックスケーブルを使用したフラットケーブルユニットの構成例を示す図で、図４（Ａ）はフラットケーブルユニットの先端部の平面図で、図４（Ｂ）はフラットケーブルユニットの側面図である。
フラットケーブルユニット２０は、同じ外径を有する複数のツイナックスケーブル２１が配列され、グランドバー２７に固定されて一体化されている。

この場合、グランドバー２７を固定する前の各同軸ケーブル２１は、絶縁コア２３ａ，２３ｂ及びシールド部材２５が段状に露出される。そして露出しているシールド部材２５に糸半田やペースト半田を用いてグランドバー２７を固定する。これにより、グランドバー２７が各ツイナックスケーブル２１のシールド部材２５と導通接続される。そしてグランドバー２７から先端側の所定位置で絶縁コア２３ａ，２３ｂの被覆層を除去し、各中心導体２２ａ，２２ｂを露出させる。これにより、フラットケーブルユニット２０を作製することができる。この構成は、図２（Ａ）に示す構成のツイナックスケーブル２１に適用できる。

図５は、ツイナックスケーブルを使用したフラットケーブルユニットの他の構成例を示す図で、図５（Ａ）はフラットケーブルユニットの先端部の平面図で、図５（Ｂ）はフラットケーブルユニットの側面図である。
この例では、ツイナックスケーブル２１のドレイン線２４をグランドバー２７に接続する構成とする。この場合、グランドバー２７を接続する前の各ケーブル２１は、外被２６が所定長剥離され、絶縁コア２３ａ，２３ｂが露出され、ドレイン線２４も導出される。

そしてドレイン線２４をツイナックスケーブル２１の長手方向に折り返して、その先端部をグランドバー２７に固定する。グランドバー２７の固定は、例えば導電性接着剤を用いるか、もしくは外被２６の損傷を防ぐために低温半田を用いる。これにより、ドレイン線２４を介して、シールド部材２５とグランドバー２７とが導通接続される。そしてグランドバー２７から先端側の所定位置で絶縁コア２３ａ，２３ｂの被覆層を除去し、各中心導体２２ａ，２２ｂを露出させる。これによりフラットケーブルユニット２０を作製することができる。この構成は、図２（Ｂ）に示す構成のツイナックスケーブル２１に適用できる。

図６は、フラットケーブルユニットを接続する基板の構成例を示す図である。基板３０は、複数のケーブルを並列させて接続する接続部材の一例であり、例えば医療機器のプローブなどに設けられる。基板３０には、ケーブルの信号伝送線路となる中心導体を接続するための複数の信号端子部３２と、フラットケーブルユニットのグランドバーを接続するためのグランドパッド３１とが備えらえる。

フラットケーブルユニットが有する複数のケーブルの並列方向を基板３０の幅方向Ｗとするとき、グランドパッド３１は、基板３０の幅方向Ｗのほぼ全領域に設けられる。また、幅方向Ｗに直交する方向（ケーブルの長手方向Ｌとする）のグランドパッド３１の長さは、例えば、複数のケーブルをグランドパッド上に手作業で半田付けする構成のものと比較して長くなっている。これは、後述するように、フラットケーブルユニットのグランドバーをケーブルの長手方向Ｌにずらして配置するため、長手方向Ｌのグランドパッド３１の長さが拡張されたものである。この場合、基板３０の幅を拡張することなく、基板３０のスペースを利用して、長手方向Ｌに拡張されたグランドパッド３１を形成することができる。

図７は、本発明に係る多芯ケーブルアセンブリの構成例を示す図で、図６の基板３０に対して異なるケーブル径を有する複数のフラットケーブルユニット１０，２０を接続した構成を示すものである。
この例では、１つの基板３０に設けられた複数の信号端子部３２に対して、３種類の径のケーブルが接続される。３種類のケーブルのうち、２つは同軸ケーブルであり、径ごとにまとめられた２つのフラットケーブルユニット１０を構成している。また、他の１つのケーブルはツイナックスケーブルであり、フラットケーブルユニット２０を構成している。フラットケーブルユニット１０は、図３と同様の構成を備え、同径の複数の同軸ケーブル１１のシールド部材１４にグランドバー１６が固定されている。また、フラットケーブルユニット２０は、図４と同様の構成を備え、同径の複数のツイナックスケーブル２１のシールド部材２５にグランドバー２７が導通接続されている。

多芯ケーブルアセンブリにおいて、同軸ケーブルを使用した２つのフラットケーブルユニット１０は、それぞれのグランドバー１６が基板３０のグランドパッド３１に半田にて接続される。そして、各同軸ケーブル１１の中心導体１２が信号端子部３２に半田にて接続される。
また、ツイナックスケーブルを使用したフラットケーブルユニット２０は、そのグランドバー２７がグランドパッド３１に半田にて接続され、ツイナックスケーブル２１のそれぞれの中心導体２２ａ，２２ｂが順次信号端子部３２に半田にて接続される。

グランドパッド３１に対するグランドバー１６，２７の接続は、グランドパッド３１とグランドバー１６，２７との間を半田で埋めることで行うか、もしくはグランドバー１６，２７の端部にケーブルの径にほぼ相当する導電性の橋脚部を付与し、その橋脚部を介してグランドバー１６，２７をグランドパッド３１に導通接続する構成とすることができる。

上記のように本例の多芯ケーブルアセンブリは、接続部材となる基板３０に接続する複数のケーブルには、径の異なるケーブルが含まれる。そしてこれら複数のケーブルを、同径のケーブルの群に分けて、それぞれの群ごとにフラットケーブルユニット１０，２０を作成する。各フラットケーブルユニット１０，２０には、各ケーブルのシールド部材１７，２５にグランドバー１６，２７が導通接続されていて、そのグランドバー１６，２７が基板３０のグランドパッド３１に接続される。これにより、各ケーブル（同軸ケーブル１１，ツイナックスケーブル２１）は、同径のケーブルごとにまとめられて、グランドバー１６，２７とグランドパッド３１とにより挟まれた形態で固定される。

そして複数のフラットケーブルユニット１０，２０のうち、互いに隣接するフラットケーブルユニット１０，２０のグランドバー１６，２７は、各ケーブル（同軸ケーブル１１，ツイナックスケーブル２１）の長手方向に互いにずれた位置でグランドパッド３１に接続される。これにより、それぞれのフラットケーブルユニット１０，２０のグランドバー１６、２７の端部の耳部が互いに干渉することなく、基板３０の幅方向Ｗにおけるスペースを無駄に拡張することなく、径の異なる複数のケーブルを基板３０に接続することができる。

また、各グランドバー１６，２７のつうち、互いに隣々接するグランドバー、すなわち他の１つのグランドバーを挟んでその両側に位置する２つのグランドバーは、各ケーブルの長手方向Ｌに互いに重なる位置に配置される。これにより、ケーブルの長手方向Ｌにおける基板３０のグランドパッド３１の長さを最小限に抑えることができ、基板３０自体の面積を拡張することなく基板３０のスペースを利用してグランドパッド３１を形成することができる。

上記の構成は、径の異なる複数のケーブル（同軸ケーブル１１，ツイナックスケーブル２１）を基板３０に接続するものであるが、コネクタなどの他の接続部材においても同様の構成を採用することができる。この構成により、径の異なる複数のケーブルを基板やコネクタ等の接続部材に接続する際、接続部材を拡張する必要なく、良好な作業性とケーブルの信頼性を確保して接続を行うことができるようになる。

１０，２０…フラットケーブルユニット、１１…同軸ケーブル、１２…中心導体、１２ａ…銅合金線、１３…絶縁体、１４…シールド部材、１４ａ…導体、１５…外被、１６…グランドバー、１７，２５…シールド部材、２０…フラットケーブルユニット、２１…ツイナックスケーブル、２２ａ，２２ｂ…中心導体、２３ａ，２３ｂ…絶縁コア、２４…ドレイン線、２５…シールド部材、２６…外被、２７…グランドバー、３０…基板、３１…グランドパッド、３２…信号端子部。

Claims (2)

1. 複数のケーブルを並列させて接続部材に接続してなる多芯ケーブルアセンブリであって、
   前記複数のケーブルは、径が異なるケーブルを含み、該ケーブルの径ごとに複数の群に分けられ、前記ケーブルが有するシールド部材と導通するように前記複数の群ごとにグランドバーが固定され、一つの群において前記ケーブルの長さ方向に同じ位置でシールド部材が露出され、前記シールド部材に棒状のグランドバーが固定され、一つの群に含まれる複数本のケーブルが一体化され、前記グランドバーと前記接続部材に備えられるグランドパッドとの間に前記複数のケーブルを配置して、各群の前記グランドバーが前記グランドパッドに導通接続され、
   前記ケーブルの並列した方向に互いに隣接する前記グランドバーは、各前記ケーブルの長手方向にずれて配置されていることを特徴とする多芯ケーブルアセンブリ。
2. 前記ケーブルの並列した方向に、他の１つのグランドバーを挟んで両側に位置する２つの前記グランドバーは、各前記ケーブルの長手方向に重なった位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多芯ケーブルアセンブリ。

Images