JP4091603B2 - モジュール構造を有するインピーダンス調整された高密度コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、信号ケーブル、特に、高速信号ケーブルとプリント回路基板との接続に使用されるコネクタに関し、より詳細には、選択されたインピーダンスを有する高密度コネクタに関する。

多くの電子装置は、関連装置間又はコンピュータの周辺装置と回路基板との間で信号を伝送するのに伝送ラインに依存している。これらの伝送ラインは、高速データ伝送が可能な信号ケーブルを含んでいる。

これらの信号ケーブルは、電線をケーブルの長手方向に沿って撚（よ）り合せたツイストペア線を一対以上使用しており、各ツイストペアは関連する接地シールドによって取囲まれている。ペアの一方の電線は＋１．０〔ボルト〕の信号を受取り、ペアの他方の電線は−１．０〔ボルト〕の信号を受取る。したがって、これらの電線は、それらが運ぶ差動信号、すなわち逆極性でバランスした信号を表わす言葉である「差動」ペアと呼ばれる。そのようなツイストペア構造は、他の電子装置からの誘導電界を最小限に抑えるか又は減少させ、それにより、電磁干渉を除去する。

このような伝送ライン、すなわちケーブルから関連する電子装置の回路までの間で電気的性能の完全性を維持するために、前記伝送ライン全体に亘（わた）って実質的に一定のインピーダンスを得ること、及び、伝送ラインのインピーダンスに大きな不連続性を生じることを避けることが望ましい。良く知られているように、コネクタ嵌（かん）合面での伝送ラインコネクタのインピーダンスを制御することは困難である。何故なら、従来のコネクタのインピーダンスは、通常、コネクタを通して、及び、嵌合する二つのコネクタ構成要素、特に高密度コネクタの境界面を横切って変化するためである。ケーブル等の電気的伝送ラインでは、信号導体と接地シールドの特定の構造、すなわち、物理的配置を維持することで、伝送ライン全体に亘って所望のインピーダンスを比較的容易に維持することができるが、通常、ケーブルがコネクタに接続される領域ではインピーダンスの変化が起こる。該インピーダンスの変化が大きいと、伝送ラインを通して伝送される信号の完全性に影響を与える。したがって、コネクタのケーブル、あるいは、回路基板への接続部を含むコネクタインターフェイスの全体に亘って所望のインピーダンスを維持することが望ましい。

２００１年８月２８日に発行された米国特許第６，２８０，２０９号公報に記載されているように、接地端子と関連する一対の差動信号端子とを三角形に配列し端子三つ組配置を形成した場合、コネクタシステムのインピーダンスを選択、すなわち、「調整」することができることは知られている。しかしながら、この構造では、このようなコネクタ内の端子をどのようにして高密度化するかについての問題を解決することはできない。

したがって、本発明は、高い性能を提供するコネクタとケーブルとの間の改善された高密度接続を提供し、かつ、終端領域におけるケーブルと装置コネクタとの間の嵌合界面を通してケーブルの電気特性を維持する終端構造を対象とする。

したがって、本発明の全般的な目的は、伝送ラインのインピーダンスへの適合をより良好に行うために、コネクタ内のインピーダンス不連続性を最小にした高速データ転送接続のための改善された高密度コネクタを提供することである。

本発明の別の目的は、回路基板と伝送ラインで終端された相手側コネクタとの間で高性能接続を達成する改善されたコネクタを提供することであり、前記伝送ラインは、複数の差動信号配線対を含み、各対が関連した接地を有し、コネクタは信号端子対とそれと関連した接地端子とを有し、これらは、前記コネクタが相手側コネクタと嵌合されたときに生じるインピーダンス不連続性を減少させるために三つの端子が組となって三角形に配置されて三つ組（"triplet" or "triad"）を形成しており、信号端子と接地端子の隣接する三角形状の組を反転することによって、コネクタ内において要求される所定のインピーダンスを維持しながら、コネクタを高密度にすることができる。

本発明の更に別の目的は、高密度用途のコネクタを提供することであり、コネクタは、三つの端子間の結合を強めるために、互いに離間された二つの信号端子と一つの接地端子とを三角形に配列した複数の端子三つ組を有し、接地端子は、それぞれの三角形配列の頂点に配置され、コネクタはそのような三つ組を少なくとも二組有し、一方の三つ組が他方の三つ組に対して反転されており、コネクタの端子は、ハウジングモジュールを形成する複数の絶縁性コネクタハウジングセグメント内に支持されており、前記モジュールは、コネクタの嵌合面に沿って幅方向に容易に反転することができる。

本発明の更に他の目的は、絶縁性材料で形成されたハウジングを有する高密度コネクタを提供することであり、ハウジングは複数のキャビティが中に配置されており、そのような各キャビティは導電性端子を含み、前記ハウジングのキャビティはコネクタ内に三角形の組で配列されており、そのようなそれぞれ三角形の組は一対の信号端子と一つの接地端子とを含み、隣接する三角形の組は互いに反転されており、ハウジングは複数の別々のハウジングブロックから形成されており、各ハウジングブロックには端子三つ組が一体化されており、前記ハウジングブロックは、互いに容易に反転することができるように、かつ、所定の幅のコネクタハウジングを形成するのに使用することができるように、互いに係合可能である。

本発明の更に他の目的は、前述のハウジングブロックを用いたコネクタを提供することであり、各ハウジングブロックは誘電性あるいは絶縁性の材料で形成されるのが好ましく、前記ハウジングブロックのうちの少なくとも二個は異なる誘電率を有するか、これらハウジングブロックの一部が空隙（げき）により互いに離間している。

本発明の更に別の目的は、多重チャネル伝送ラインを電子装置に接続するための、制御されたインピーダンスを有する改善された高密度コネクタを提供することであり、このコネクタは、電気絶縁性のハウジングと、該ハウジングによって支持された複数の導電性端子とを含み、この端子は、少なくとも二セットの三つの別個の端子を含み、その各セットが別個の信号伝送ラインを画定し、かつ、各端子セットが二つの差動信号端子と一つの関連した接地端子とを含み、各セットの三つの端子はハウジング内において仮想三角形の角に配置され、前記各端子セットの仮想三角形はコネクタハウジング内で幅方向に互いに反転されているとともに互いに離間されており、各端子セットは、絶縁性材料で形成されたハウジングモジュール内に支持されており、該モジュールは複合コネクタハウジングを形成するために互いに係合可能であり、各モジュールは空隙により互いに離間されている。

本発明は、その構造によってこれらの目的を達成する。本発明の主要な形態においては、三個の導電対端子の組を独特な三つ組パターンで支持する絶縁性ハウジングを有するコネクタが提供され、端子のうちの二つは差動信号を伝え、残りの端子は、差動信号線対に対して接地面又は接地リターンとして働く接地端子である。このコネクタは、複数の端子の三つ組を（コネクタ嵌合面に沿って幅方向に）反転した状態で支持し、これにより、コネクタハウジング内に端子列が二列画定され、第１の三つ組の信号端子がコネクタの一方の列に配置され、その第１の三つ組の接地端子がコネクタ内の他方の列に配置され、一方、隣の三つ組の信号端子がコネクタ内の他方の列に配置され、接地端子はコネクタの一方の列に配置される。このようにして、すべての端子三つ組の信号端子と接地端子はコネクタの嵌合面に沿って反転した状態で配列される。

コネクタ内におけるこれらの端子の三組配列によって、コネクタ全体に亘り、そして、ケーブルや回路基板とコネクタとの接合点、又は、嵌合相手のコネクタを基点としてインピーダンスをより有効に制御することを可能にする。

このようにして、第１のコネクタのそのような各三つ組は、並置状態で相互に位置合せされるとともに、互いに所定の距離だけ離間された接点部分を有する一対の信号端子を含む。接地端子は、第２の列の二つの信号端子から離間されている。本発明の他の主要な形態においては、接地端子の幅と、上記のような各三つ組の信号端子からの間隔は、三つの端子の静電容量などの電気特性が所望の特性となるように選択することができ、この電気特性はすべてコネクタのインピーダンスに影響を及ぼす。このインピーダンスを調整する接地構造によって、差動信号端子の結合位置、すなわち、ピッチを変更することなく、コネクタ内に生じるインピーダンス不連続性を減少できる可能性が高くなる。したがって、本発明のこの形態は、ケーブル又は他の回路に見られる差動信号線対及び関連する接地線の配置毎に「調整可能」な端子配列を提供するものであると特徴付けることが適切である。

本発明の別の主要な形態においては、これらの調整可能な三つ組は、コネクタハウジング内に反転した状態で設けられている。すなわち、隣接する端子三つ組の接地端子は、信号端子と同様に、コネクタの幅方向に沿って交互に、コネクタの異なる端子列に設けられている。コネクタに多数の端子三つ組を利用するときは、電力端子や基準端子などのコネクタの他の端子を、コネクタ内の端子三つ組の間の中間点に配置することができる。

本発明の以上その他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明の検討によって明瞭に理解されよう。

以下の詳細な説明において添付図面を参照するが、前記添付図面において類似の参照符号は類似の部分を示す。

本発明は、特に入出力（Ｉ／Ｏ）アプリケーションやその他のアプリケーションにおいて利用される高速ケーブルの性能を高めるのに特に有用な改良されたコネクタに関する。より詳細には、本発明は、機械的、かつ、電気的に均一になるような手段をコネクタに講じることによってコネクタ単体での性能、及び、相手側コネクタと組合せた場合における性能を向上させようとするものである。

ビデオカメラ、すなわち、カムコーダ等の電子装置に接続される多くの周辺装置は様々な周波数でデジタル信号を伝送する。コンピュータに接続されるその他の装置（例えば、コンピュータ内のＣＰＵ部分に接続される装置）はデータ伝送のために高速で動作する。高速ケーブルは、これらの周辺装置とＣＰＵとを接続するため、及び、装置と二個以上のＣＰＵを接続するのに使われる。高速データ転送のアプリケーションで使用されるケーブルは、通常、ツイストペア線あるいは独立したペア線の形態の信号線の差動ペアを含むであろう。

高速データ伝送を最適化する上で考慮すべき点の一つは、クロストーク及び信号反射が関与する信号劣化が挙げられ、もう一つの考慮すべき点はインピーダンスである。ケーブル内におけるクロストーク及び信号反射は、被覆（シールド）を設けることや信号線の差動ペアを使うことで容易に制御することができるが、コネクタ内におけるクロストーク及び信号反射の制御は、コネクタ内で使用されている材料の種類が多岐に亘ること等によって更に困難になっている。コネクタの物理的な寸法によって、特定の電気的性能を得るためにコネクタや端子の構造を変更することができる範囲が限定される。

伝送路におけるインピーダンスの不整合は信号の損失や消失等を引き起こすことが多い信号反射の原因となる。したがって、伝送される信号の完全性を維持するためには信号路全体に亘ってインピーダンスを一定に保つように試みることが望ましい。伝送ケーブルのインピーダンスを制御することは複雑なことではない。コネクタはケーブルの終端となり、装置のプリント回路基板上の回路へ伝送信号を伝搬する手段を提供するものであるが、このようなコネクタにおいては、通常、インピーダンスの制御があまり上手く行われておらず、ケーブルのインピーダンスから大幅に変化してしまう。これらの二つの要素間におけるインピーダンス不整合は伝送エラーや帯域が制限される等の結果をもたらす。

図１５は信号ケーブルに使用される従来のプラグ・レセプタクルコネクタ組立体で発生するインピーダンスの不連続性を示す。信号ケーブルでのインピーダンスは、図１５の右側に５１で示すように一定の値、すなわち、基準値に接近している。この基準値からの偏移を、太実線５０に示す。ケーブルのインピーダンスは、図１５の左側でかつ「プリント回路基板終端」を示す軸の左側に示されている回路基板５２のインピーダンスに略一致している。縦軸「Ｍ」はソケット、すなわち、レセプタクルコネクタとプリント回路基板との間にある終端点を表す。また、縦軸「Ｎ」は二個の嵌（は）め合いコネクタ、すなわち、プラグコネクタとソケットコネクタとの間の境界面を表す。縦軸「Ｐ」はプラグコネクタがケーブルに終端されている点を表す。

図１５の曲線５０は従来のコネクタについての典型的なインピーダンスの「変化」、すなわち、「不連続性」を示し、ピークと谷が三個発生しており、図示のように、これらピークあるいは谷は基線からの距離（又は値）Ｈ１、 Ｈ２、 Ｈ３を有している。これらの距離は、水平「距離」軸と交差する縦軸の基点を零（０）〔オーム〕としてオームの単位で測定される。これらの従来のコネクタ組立体においては、Ｈ１で示される高インピーダンスは通常約１５０〔オーム〕に達する。また、Ｈ２で示される低インピーダンスは通常約６０〔オーム〕まで減少する。このＨ１とＨ２との間の約９０〔オーム〕の大きさの不連続性は、プリント回路基板やケーブルに対してのコネクタの電気的性能に影響を与える。

本発明は、Ｉ／Ｏ（入出力）アプリケーションに特に有用な高密度コネクタに関する。構造を改良することによって、コネクタのインピーダンスを設定可能にし、これにより、上記不連続性を減少させるようにした。本発明のコネクタでは、コネクタの電気的な性能を改善するために設計によって「調整」が実施される。

図１は、本発明の原理に従って構成されたレセプタクル又はソケットコネクタ１００の斜視図である。コネクタ１００は、絶縁性材料（典型的にはプラスチック）から成る絶縁コネクタハウジング１１２を含んでいることが分る。図示の実施形態では、コネクタハウジング１１２は、二つのリーフ、すなわち、アーム部１１４ａ、１１４ｂを有する。これらは、後部本体から外方に延びるとともに、コネクタのレセプタクル又はソケットの一部を構成している。これらのハウジングのリーフ部は、図示したように、複数の導電体端子１１９を支持する。下側リーフ部１１４ａは、一連の溝又はスロット１１８を含んでいてもよく、これらの溝又はスロット１１８は、下側リーフ部内に配置され、かつ、導電性端子１１９のうちの選択された端子をハウジング内に収容するように適合されている。同様に、上側リーフ部１１４ｂは、これに対応してコネクタ１００の残りの端子１１９を収容する類似の溝１２０を含む。

コネクタハウジング１１２とその関連する端子１１９全体をシールドするために、コネクタは、本体部１１６の上側及び下側リーフ部１１４ａ、１１４ｂを取囲む本体部１２４を有するシートメタルから成る第１のシェル又はシールド１２３を含んでいてもよい。また、この第１のシールド１２３は、プリント回路基板の表面に取付け、かつ、回路基板のアースへの接続を実現する脚部１２５を備えているのが好ましい。コネクタ１００のスルーホール取付けに使用するために、下方に延びる脚部（図示せず）をシールドに形成してもよいが、表面実装の適用が好ましい。また、コネクタハウジング１１２の後部の近くでコネクタハウジング１１２の一部を取囲む第２のシールド１２６を設けてもよい。この第２のシールド１２６は前方に延在して、第１のシールド１２３の本体部１２４を取囲む。また、この第２のシールド１２６は、取付け脚１２７を利用するとともに、コネクタハウジング１１２の後部を覆うように折畳むことができる後部フラップ１２８を利用し、この後部フラップは、これを覆うように後方に曲げられるタブ１２９によって所定の位置に固定される。図４は、図１のソケット／レセプタクルコネクタ１００と嵌合可能なプラグコネクタ１６０を示す。

前述されたように、本発明の目的の一つは、一般に多回路コネクタに見られるシステム（例えば、ケーブル）インピーダンスにより近いインピーダンスを有するコネクタを提供することである。本発明は、上記目的を、本明細書において、別個の対応する組の形態で配列された複数の関連付けられた端子の配列と呼ぶ構成によって達成し、本明細書では各組を「三つ組（"triplet" or "triad"）」と呼ぶ。最も単純な三つ組は、別個の三つの端子の配列である。そのような三つ組の例が図６に概略的に示されており、それぞれの別個の組の端子は、仮想破線で互いに結び付けられており、端子は、そのような仮想三角形の各頂点に配置されている。

そのような各三つ組は、図１、３及び６に示した二つの端子１４０及び１４１のような二つの信号端子と、単一の接地端子１５０とを含み、これらの端子は、プラグ部分１６２に保持されたプラグコネクタ１６０の対応する端子１６１と嵌合するように配列されるとともに、同じ強さであるが互いに相補的な信号、すなわち、＋１．０〔ボルト〕と−１．０〔ボルト〕の信号を伝えるケーブル（図示せず）の差動配線対の配線に終端されている。そのような差動対は、通常、接地基準を含む。図６に、コネクタ１００内の関連した端子セットの配列を概略的に示す。二つの信号端子が、水平方向に互いに離間され、一方、接地端子が、二つの端子から垂直方向に離間されて、各三つ組の三つの端子間の電気結合が強化される。図６で分かるように（この図の１６５に概略的に示した）、それぞれの端子の組は、三角形のパターンで配列された二つの差動信号端子と接地基準端子とを有し、各端子は、一つの態様において、仮想三角形の一つの頂点を定義すると考えることができる。

関連した各組を構成する端子は、図６において、破線１６５で互いに結び付けられて前述の仮想三角形を構成し、また、図６は、コネクタの幅方向、すなわち、方向Ｗに沿って反転した状態配列された六つの別個の端子セットが示されていることが分かる。六つの端子セットは、別個の端子、すなわち、１４０、１４１及び１５０、１４２、１４３及び１５１、１４４、１４５及び１５２、１４６、１４７及び１５３、１４８、１４９及び１５４、並びに、２４０、２４１及び２５０を含む。そのような各端子セットは、端子テール部１８０によって回路基板上の差動信号トレースに接続されていることを意味する一対の差動信号端子と、単一の接地基準端子とを含む。

例として図５を使用すると、すべての端子はそれぞれ、プラグコネクタ１６０の対向する端子１６１と摺（しゅう）動接触、すなわち、嵌め合いのために使用される平坦（たん）なブレード部１８１を含むことが好ましい。図１及び５に示したように、各三つ組の接地端子１５０、１５１は、三つ組の関連した信号端子１４０、１４１のどちらか一つの端子よりも幅が広いことが好ましく、その幅は、二つの信号端子の幅を合せた幅よりも大きくてもよい。端子１１９は、また、接触ブレード１８１とテール部１８０を相互接続する本体部１８２を含むことが好ましい。この設計では、端子１１９を容易に打抜き形成することができる。端子１１９は、レセプタクルコネクタのハウジング本体部１１２の下側リーフ１１４ａの対応するスロット１１８に収容され、接触ブレード部１８１の自由端は、スロット１１８の端に形成された開口部内に保持される。

図４のプラグコネクタでは、プラグコネクタは、堅固なプラグ本体部１８５を有することが好ましく、端子は、プラグ本体部１８５の両面に配置される。必要に応じて、プラグ本体部１８５は、図１のレセプタクルコネクタの凸状キー（positive key）１８８を収容するように適合されたキー溝を含んでいてもよい。キーとキー溝とは、例示したように、少なくとも一対の別個の端子三つ組の間に配置される。

次に、「三つ組」の態様の利点について、一つの関連した端子セット、すなわち、図６の左側に示し、信号端子１４０、１４１（Ｓ１とＳ２と示した）と接地端子１５０（Ｇ１２）を含む端子セットに関して考察する。二つの信号端子１４０と１４１は、ある意味において、接地端子１５０に対して三角形に配列されていると考えることができる。また、これらの端子は、別の意味において、信号端子の一部分が、接地端子１５０の側縁の多少外側の位置まで延在することがあるため、接地端子の「両側に位置する」と考えることができる。これらの三つの関連した端子間の三角形の関係は、様々でよく、正三角形の関係、二等辺三角形の関係、不等辺三角形の関係などを含むことができ、唯一の制限は、コネクタ１００の望ましい幅Ｗである。

端子１１９の接触ブレード部は、各本体部から片持状に延出しており、したがって、中間本体部とは異なる平面にある。二つ（頂部側と低部側、すなわち、上側と下側）の列の端子の接触ブレード部は、互いに離間され、また、互いに異なる平面にある。各列の接触ブレード部は、互いに平行であることが好ましいが、製造公差や他の製造上の配慮によって、二組の接触ブレード部が互いに平行でない場合もあることを理解されたい。

コネクタ１００内の端子の密度を高めるために、関連する隣接する端子の組が、互いに「反転」される。これは、図６に示したプラグコネクタに最も明確に示されており、一つおきの関連した端子セットの接地端子、すなわち、端子１５０（Ｇ１２）、１５２（Ｇ５６）、１５３（Ｇ７８）、及び、２５０（Ｇ１１１２）が、その間にある関連した端子セットの信号端子、すなわち、端子１４２と１４３（Ｓ３とＳ４）、１４８と１４９（Ｓ９とＳ１０）とともに、コネクタハウジング１１２の一方（上側）のリーフ部１１４ｂに沿って位置し、すなわち、リーフ部１１４ｂに支持されていることが分かる。似ているが逆の形で、一つおきの関連した端子セットの信号端子、すなわち、１４０と１４１（Ｓ１とＳ２）、１４４と１４５（Ｓ５とＳ６）、１４６と１４７（Ｓ７とＳ８）、及び、２４０と２４１（Ｓ１１とＳ１２）と、その間の関連した端子セットの接地端子、すなわち、１５１ （Ｇ３４）と１５４（Ｇ９１０）は、他方、すなわち、下側のリーフ部１１４ａに沿って位置し、すなわち、リーフ部１１４ａに支持されている。図６に示したように、電力入出力端子１７０や他の用途に確保された端子１７１などの他の端子が、上側又は下側のリーフ部に配置されていてもよく、図６は、図４に示したプラグコネクタと図１に示したレセプタクルコネクタの両方の概略図と考えることができる。また、リーフ部の一方にキー部材１７３を形成して、相手側プラグコネクタ１６０にキー接続する手段を提供することができる。

この構造によって、コネクタの各差動信号端子対及びそれと関連する回路基板電気回路は、それらと関連付けられた別個の接地端子を有し、この接地端子がコネクタを貫通して延在する。これにより、電気的性能の観点から相互接続ケーブルにより近付けることができる。プラグコネクタ１６０内に同じ反転三角形の関係が維持され、これとレセプタクルコネクタ１００の構造によって、ケーブルの信号配線から見た接地の位置が、ケーブルの長さ全体に亘って同一に維持され、また、プラグとレセプタクルコネクタの界面を通り回路基板に至るまで、実質的に同一に維持される。

各対の差動信号端子についての関連した別個の接地端子の存在は、一組となっている三つの関連した端子間に容量性で同相の結合を付与するために重要である。この結合は、コネクタの特定領域のインピーダンスを減少させる働きをし、基板界面までケーブル全体に亘るインピーダンスの変動を減少させる働きをする。したがって、本発明では、図１５のインピーダンス曲線の直線基線５０をより忠実にエミュレートするインピーダンス曲線が得られる。端子のサイズとその間隔を変化させて、事実上、コネクタのインピーダンスを「調整」することができる。この調整の効果は、図１５に説明されており、この図では、ケーブルから回路基板コネクタ組立体まで全体に亘ってインピーダンス不連続性の減少が生じている。本発明のコネクタに生じると予想されるインピーダンス不連続性は、図１５の破線６０で示されている。図１５の実線は、コネクタシステムに起きる典型的なインピーダンス不連続性を表し、破線と実線を比較すると、この不連続性のピークと谷の大きさＨ１１、Ｈ２２及びＨ３３は、大幅に減少している。本発明は、従来のコネクタ組立体に生じていた全体の不連続性を大幅に減少させると考えられる。あるアプリケーションにおいては、最高レベルの不連続性が約１３５〔オーム〕（Ｈ１１）になり、最低レベルの不連続性が約８５〔オーム〕（Ｈ２２）になると考えられる。本発明のコネクタの目標基線インピーダンスは、一般に、約２８〜約１５０〔オーム〕の範囲で変化するが、約１００〜約１１０〔オーム〕の範囲で変化し、公差が約＋／−５〜＋／−２５〔オーム〕であることが好ましい。したがって、本発明のコネクタは、約５０〔オーム〕以下の総不連続性（Ｈ１１とＨ２２との差）を有し、その結果、前述の約９０〔オーム〕の従来の不連続性から５０〔％〕近く減少することになる。この利益は、二つの差動信号端子及びそれに関連した接地端子の間に生じる容量結合から生じると考えられる。しかしながら、容量結合は、端子及びそれを支持するコネクタの最終的な特性インピーダンスに影響を及ぼす一つの要因に過ぎないことを理解されたい。

図１〜６に示した実施形態において、接地端子接触ブレード部の幅は、信号端子の対応する接触ブレード部よりも大きいことが好ましい。いくつかの例では、接地端子の一部が、関連した信号端子のうちの少なくとも一つの端子の一部の上に横たわるか、又は、重なっていてもよく、他の例では、接地端子が、信号端子の側縁から上方に延在する仮想線の間にあるか、又は、その仮想線と接していてもよい。接地端子の幅を大きくしたために、関連した信号端子よりも接地端子が大きくなっている例では、接地端子は、信号端子よりも大きい表面積を有し、したがって、高い結合性を有する。

図７は、本発明の原理を具体化し、図１〜６の平坦な接触ブレード部と対照的にピン型接触部を有する端子を利用するコネクタの別の実施形態３００を示す。このコネクタ３００では、螺（ら）旋型（helix-styl）端子３０２が利用され、そのような各端子３０２は、絶縁性コネクタハウジング３０６の別個の関連したキャビティ３０４に収容される。該キャビティ３０４とその関連した端子３０２は、図示したように、コネクタハウジング内に二列に配置される。このタイプの端子の接触部の基本構造は、１９８８年４月２６日に発行された米国特許第４，７４０，１８０号に概略的に記載されている。図１１に示したように、このタイプのコネクタ３００の各端子３０２は、関連したコネクタハウジングのキャビティ３０４内の所定位置に端子３０２を保持するための本体部３１６から延びる螺旋型接触部３１５と、図示したように、コネクタ３００を回路基板３２０の表面に取付けるために使用されるテール部３１８とを有する。端子３０２のテール部３１８は、相互接続部３１９によって接触部と本体部に接続されている。接触部３１５の平面は異なる（しかし、平行であることが好ましい）が、相互接続部３１９とテール部３１８の平面は、共通であることが好ましい。

これらの型の端子のテール部３１８はすべて、表面取付用のテール部であり、したがって、コネクタが取付けられる回路基板（図示せず）の上面と一致する単一の共通平面にある。しかしながら、図１１（想像線）及び１６に例示したように、端子は、スルーホール取付用のテール部を利用してもよい。この場合には、端子のテール部と本体部は共通平面になく、接地端子と信号端子は、異なる平面（図１１及び１６に垂直面を示す）にあり、間隔「Ｄ」だけ互いに離間されている。この配列では、テール部３１８は、相互接続本体部３１９の一部として存在し、また、接地端子のテール部は、信号端子のテール部から離間されている。

コネクタ３００は、一対のシールド、すなわち、内部シールド３０８と外部シールド３１０とを有し、コネクタ構造全体にシールドを提供する。内部シールド３０８は、図９に示したようにコネクタハウジング３０６の一部分を覆うように延在し、外部シールド３１０は、当該技術分野で周知の方法でコネクタハウジング３０６の実質的に全体を覆うように延在してもよい。この実施形態において、コネクタ３００は、図１〜６のコネクタに利用されるような、電力入出力端子や状態検出端子などの補助端子を有していない。

この実施形態では、二つの接地端子が利用され、一対の差動信号端子３２５、３２６及び３２７、３２８とそれぞれ関連付けられている。関連した各組の信号端子と接地端子が、望ましい三角形の形に配列され、組が互いに反転されており、すなわち、コネクタが、別個の二列の端子を有すると考えた場合、一方の組の接地端子が一方の端子列に配列され、他方の差動端子セットの接地端子が、他方の端子列に配置される。同様に、各差動端子セットの信号端子が反転される。このタイプのアプリケーションは、多重信号チャネルアプリケーションに有効であり、この場合、各差動端子セットは、異なる別個のチャネルからのデータを伝えるために使用される。

図１２は、本発明の原理によって構成されたコネクタの別の実施形態４００を示す。この実施形態では、二組４０２、４０４の差動端子が、反転三角形の形で示されているが、それぞれの差動端子セットを構成する三つの端子が、コネクタハウジング４０８の前面に形成された凹部又はキャビティ４０６によって部分的に分離されている。このキャビティは、深さがコネクタハウジングより小さく、例えば、約０．５〔ｍｍ〕〜約１０〔ｍｍ〕の範囲であることが好ましい。この深さは、コネクタハウジングの嵌合面に中空の空隙又は空気「溜（だ）め」を提供し、三つ組内の各端子が互いに持つ親和力を修正することによって、それらの間に適度な電気絶縁性を提供する働きをする。凹部４０６は、空気を誘電体として使用することによって、三つの端子をある程度「結び付ける」働きをする。例示したように、凹部は、三つ組の三つの端子を接続する仮想三角形の境界内にあることが望ましい。

図１３は、差動端子セットを互いに絶縁するために、コネクタハウジング４２２内に凹部又はキャビティ４２０をどのように形成することができるかを示す。この例の凹部４２０は、図１２に示した凹部よりもコネクタハウジング内に深く突出することができ、必要に応じて、前記コネクタハウジングを完全に貫通してもよい。このタイプの構造では、キャビティ４２０が深い空気チャネルを提供する。空気はコネクタハウジング材料と異なる誘電率を有するため、端子の三つ組を互いに電気的に絶縁する働きをする。

図１４は、更に別の実施形態５００を示し、この実施形態において、例えば図１４に示したほぼ三角形構成を有する絶縁性支持体５０６上に、一組三つの関連した端子５１０（二つの信号端子Ｓと一つの接地基準端子Ｇを含む）をインサート成形、又は、その他の成形によって端子セットの「インサート」が形成され、これにより、対応するキャビティに挿入する別個のインサート、又は、モジュールが形成される。そのように関連した各組の端子は、二つの信号端子が互いに離間され、接地端子が信号端子から離間されるように、支持体５０６によって三角形の配置で維持される。これらのインサート、又は、モジュールは、コネクタハウジング５０２内の相補的に形成されたキャビティ５０５に差込まれるものである。このようにして、関連した各端子セットの端子間並びに隣接する端子セットの間に異なる絶縁性材料が存在し、これらの端子セットも反転されている。成形した支持体５０６の誘電率は、端子三つ組間を電気的に絶縁する別の手段を提供し、かつ、各三つ組の端子間で少なくとも結合という観点での電気的親和力を高めるために、コネクタハウジング５０２の誘電率と異なる。端子セットの支持材料が、周囲のコネクタハウジングより高い誘電率を有する場合は、三つ組の端子間の結合が強くなり、それにより、三つ組のインピーダンスが低下する。これと逆に、端子セットの支持材料が、周囲のコネクタハウジングよりも低い誘電率を有する場合は、三つ組の端子間の結合が低下し、それにより、三つ組のインピーダンスが高くなる。こうして、コネクタのインピーダンスを、コネクタ全体のインピーダンスと、別個の三つ組（又は信号チャネル）内のインピーダンスの両方で調整することができる。

図１７は、ピン型自動車コネクタ６００における本発明の反転構造の実施形態を示す。コネクタ６００は、複数のキャビティ６０２が中に形成された絶縁性ハウジング６０１を有する。そのような各キャビティ６０２内に導電性端子が配置されていることが好ましいが、用途によっては、キャビティのいくつかが、空であるか、又は、「潰（つぶ）されて」いてもよい。図に示したように、二つの信号チャネルが示され、それぞれの信号チャネルは、二つの信号端子Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋、Ｂ−が単一の接地端子ＧＲＡ及びＧＲＢと関連付けられた端子三つ組６０３、６０４を含む。このタイプの用途では、端子の三つ組が、電力「接地」型端子、すなわち、入力電圧と帰還電圧＋Ｖ〔cc〕と- Ｖ〔cc〕によって分離される。端子は、ハウジング６０１の後部まで貫通し、そこで、ワイヤハーネスの対応する線又は回路基板に終端される。相手側コネクタは、コネクタ６００と結合するために同様に配列された突出端子を利用する。

図１８〜２３は、本発明の別の実施形態であり、コネクタハウジングをモジュール構造としたものである。図１８に図式的に示すように、コネクタ「ブロック」、あるいは、「モジュール」７００は、角形ブロックの形態の絶縁性（好ましくは誘電性）の本体部７０１を有し、該本体部７０１は、頂部表面７０２、底部表面７０３、左側面７０４及び右側面７０５を有する。本体部７０１内には三個の導電性端子７１０〜７１２が配置されているが、これらは適切な方法、例えば、インサート成形やオーバーモールド成形等によって所定の位置に成形されるのが好ましい。図１８及び１９に示すように、これら端子７１０〜７１２は二列に配置されており、該二列の内の一方は、互いに距離Ｄ１だけ離間した二個の差動信号端子７１０及び７１１（図１８においてＳで示す）によって構成されている。前記二列の内の第２の列は、関連する接地端子７１２（図１８においてＧで示す）によって構成され、信号端子Ｓの第１の列から距離Ｄ２だけ離間している。図１８において点線で示すように、三個の端子７１０〜７１２は、仮想三角形の頂点に端子が配置された三角形構成で配置される。好ましくは、これら端子の三角形構成は、ハウジングの前面７１５から後面７１６までのハウジング全体に亘って維持され、ブロックを前面７１５又は後面７１６から見た場合、このパターンは容易に見ることができる。前記端子７１０〜７１２は、ブロックを貫通しており、前側接触部７２０と後側テール部７２１とを有する。該テール部７２１は、図１９にはスルーホールテール部として図示されているが、その他の、例えば、図９に図示したタイプの表面実装用テール部３１８等のテール部を用いることもできると理解されよう。このスタイルのコネクタに使用する端子は、図示のピン端子でもよいし、図７に示す低圧力螺旋型の端子３０２でもよいし、図１及び３に示す平坦なブレード部１４０、１４１及び１５０でもよい。

重要なことであるが、ハウジングブロック７００は、その左側部７０４及び右側部７０５に沿って係合手段７０６が形成された構成であるのが好ましい。図１８〜２１の実施形態においては、係合手段７０６は、ハウジングブロック７００の側壁７０４、７０５から外側に延びる複数の突出部７０７と、突出部７０７の間の溝７０８とで構成されている。これらの溝７０８、すなわち、凹部は、図２０及び２１に示すように、別のハウジングの突出部を収容し、これにより、所望の長さＬＣのコネクタを容易に組立てることができる。コネクタブロック７００を所定の位置に保持するため、図２０に示すように保持部材、すなわち、外側ハウジング７３０を設けることができる。したがって、本発明のコネクタはモジュール構造としての特徴を有する。この保持部材も、前記ハウジングブロック７００の係合手段７０６に形状及び間隔が相補的な溝７３２及び突出部７３３から成る係合手段７３１を有するのが好ましい。突出部の形状は、摩擦干渉のみに基づく係合でない係合を提供する楔（くさび）形とするのが好ましい。図示の係合手段は鍵（かぎ）溝（mortise and teno）型の係合手段であるが、その他の形状も使用することができると理解されよう。

前記ハウジングブロック７００に形成した係合手段７０６は、ブロックを反転したときに相補的な形状となり、隣接するハウジングブロックに容易に取付けることができるように配置することができる。これを図２０〜２１に分かりやすく示す。各図において、一方のハウジングブロックが、隣接するハウジングブロックに反転して取付けられていることがわかる。このようにして、二個のハウジングブロックによって二列の端子列が形成されるが、端子同士は反転しているため、互いに隣接するブロックの信号端子同士は反転する、すなわち、第１の三つ組端子の二個の差動信号端子Ｓ１はコネクタ７００の第１の（図の上方の）列に配置され、第２の三つ組端子の二個の差動信号端子Ｓ２はコネクタ７００の第２の（図の下方の）列に配置される。同様に、二個の別個の端子セットの接地端子Ｇ１及びＧ２は異なる列に配置されている。図２０及び２１に示す配置では、端子三つ組同士は反転した状態で配置されているが、図２２に示す構成は反転されておらず、各々の信号端子Ｓ１、Ｓ２は第１の（図の上方の）列に配置され、接地端子Ｇ１、Ｇ２は第２の（図の下方の）列に配置されている。

突出部７０７の寸法は、図２０〜２２に示すように、空隙７３５を画定するように、対向する凹部７０８より若干小さくすることができる。図示の空隙７３５は、コネクタ組立体内に水平方向に形成されているが、図２２に仮想線で示すように、ハウジングブロックの突出部の寸法を別の方向において小さくして鉛直方向の空隙７３６を形成することができる。同様に、図２０に示すように、前記空隙７３５が水平方向に形成されるようにブロックの構造を変更することができる。端子セット同士は電気的に分離されていると考えることができるが、端子セットは三角形配置であるため、各三つ組内の差動信号端子同士は電気親和性を示し、関連する端子セットについては、空気の誘電率はハウジング材料の誘電率と異なるため、空隙により、隣接する端子セット間に更なる分離が提供される。同様に、ハウジングブロックは、誘電率が異なる材料で形成することができ、誘電率の高い二個のハウジングブロックを誘電率の低いハウジングブロックの両側に配置することができる。これは、各三つ組内の端子間の結合に加え、隣接する三つ組間のクロスカップリングにも影響を及ぼす。

図２３は、コネクタハウジングブロック８００の別の実施形態を示し、本発明のハウジングブロックを用いてどのようにプラグ・レセプタクル型コネクタを構成するかを示す。コネクタモジュール８００は、ハウジングモジュール８００の前面から延びる突出プラグ、すなわち、接触ブレード部８０２を備えた絶縁体本体８０１を有する。プラグ部８０２の両面、すなわち、両側には、相手側コネクタの対向する端子と結合する二個の信号端子８０３及び関連する接地端子８０４の平坦な接触部が配置されている。プラグ部８０２は、ハウジングモジュールの材料で形成することができるが、好ましくは誘電性材料で形成される。あるいは、プラグ部８０２は、延出するプラグ部を提供するための、ハウジングによって保持された回路基板等の別部品であってもよい。ハウジングモジュール８００の本体には、突出部８０６と凹部８０７から成る係合手段が設けられる。これまでに記載したハウジングモジュールと同様、突出部は互い違いになっており、反転すると図２０及び２１に示すように互いに係合することができる。この実施形態の端子のテール部８０５は表面実装用テール部であり、端子の接触部が存在する面から外れるように曲がっている。反転したコネクタを組立てるために端子を適切に方向付けるには、各ハウジングモジュールの端子のテール部は反対方向に曲げて形成しなければならない。言い換えると、図２３では前記テール部８０５は下方に曲げられているが、反転構成を提供するためには、隣接するコネクタハウジングの端子のテール部は、反対方向、すなわち、上方に曲げなければならない。

図示していないが、コネクタハウジングモジュールの他の構成も用いることができると理解すべきである。例えば、レセプタクルコネクタのハウジングブロックの前面には、端子を支持するスロット、あるいは、レセプタクルが形成されており、図２３に示すように、レセプタクルの幅をハウジングモジュールの幅ＷＭＭより小さくしてプラグ部８０２の幅ＷＰＰと同等とすることによって、どの組立コネクタにおいても、組立コネクタの嵌合面においてプラグ部とレセプタクル部とを不連続とすることができる。

支持回路基板に取付けるための本発明の原理に従って構成されたソケット又はレセプタクルコネクタの斜視図である。 図１のコネクタの斜視図であり、コネクタの後端を示す。 図１のコネクタの正面図である。 図１のレセプタクルコネクタと結合するプラグコネクタの正面図である。 図１のコネクタの分解図である。 コネクタによって支持された多数の関連した端子セットの空間的な反転配列を示す、図１のコネクタの端面の図である。 二つの関連した信号−接地端子セットだけを有し、平坦なブレード端子ではなく低圧力螺旋型端子を利用する、本発明の原理に従って構成されたコネクタの別の実施形態の斜視図である。 図７のコネクタの後面図である。 分かりやすくするために外部ケースを除去した状態で後から見た、図７のコネクタの斜視図である。 外部ケースを取付けた状態で後部から見た、図７のコネクタの斜視図である。 図７のコネクタに使用される端子の斜視図であり、その関連した端子セット内の他に端子に対する端子の相対位置及び向きを示す。 本発明の原理に従って構成され、コネクタハウジングに凹部を組込んで、それぞれの関連した端子セットの端子間に絶縁性ギャップを提供する、別のレセプタクル形コネクタの斜視図である。 関連した端子セットの間の空気又は絶縁性ギャップの別の使用を図式に示す別のレセプタクル形コネクタの概略図である。 本発明の原理に従って構成され、各組の関連した端子が、コネクタハウジングに差込まれるインサートなどの絶縁体上にあらかじめ形成された端子配列を示す、別のレセプタクル形コネクタの図である。 高速ケーブル接続全体に亘って発生する典型的なインピーダンス不連続性と、本発明のコネクタにおけるこの不連続性の減少を示す図である。 テール部とその相互接続部が同じ平面になくてもよい様子を示す、スルーホール型の一組の端子の斜視図である。 本発明の反転三つ組構造を利用する自動車型コネクタの図である。 本発明の原則に従って構成された、差動信号伝送用の端子三つ組を含む個別のハウジングブロックの前面模式図である。 図１８のハウジングブロックに従って端子セットを組込んだハウジングブロックの斜視図である。 図１８のハウジングブロックを二個用いて組立て、ハウジングブロックを反転した状態で一緒に外側の保持部材（すなわちシェル）内に保持したモジュールコネクタの断面図であり、内部に保持した端子セットが反転している状態を示す。 図２０のモジュールコネクタの前面図である。 図１８のハウジングブロックを二個用いて組立て、一緒に保持部材内に保持されているが、ブロック同士は同じ向きで係合しているモジュールコネクタの断面図である。 本発明のプラグ型ハウジングブロックの斜視図である。

Claims (17)

1. 高密度電気コネクタであって、
   複数の導電性端子を保持するハウジングを有し、前記端子は相手側コネクタの対向する端子の対向する接触部と結合するための接触部を備え、前記端子は少なくとも第１及び第２の別個の端子セットを含み、それぞれの別個の端子セットが一対の差動信号端子と、関連した接地端子とを備え、前記ハウジングは、少なくとも、相互に係合する第１及び第２のセグメントから形成され、前記第１のセグメントは前記第１の別個の端子セットを支持し、前記第２のセグメントは前記第２の別個の端子セットを支持し、
   前記二つの別個の端子セットは前記ハウジング上に少なくとも二列に配置され、該二列のうちの一方が、前記第１の別個の端子セットからの一対の差動信号端子と、前記第２の別個の端子セットからの接地端子とを含み、前記二列のうちの他方が、前記第２の別個の端子セットからの一対の差動信号端子と、前記第１の別個の端子セットからの接地端子とを含み、前記第１及び第２の別個の端子セットは、前記ハウジング内において互いに反転されている高密度電気コネクタ。
2. 前記ハウジングの第１及び第２の相互係合セグメントの各々は、相補的な形状の突出部及び凹部を含む、請求項１に記載の高密度コネクタ。
3. 前記ハウジングの第１及び第２の相互係合セグメントの、相補的な形状の突出部及び凹部は、前記セグメントの両側部に設けられている、請求項１に記載の高密度コネクタ。
4. 前記ハウジングの第１及び第２の相互係合セグメントの、相補的な形状の突出部及び凹部は楔形である、請求項３に記載の高密度コネクタ。
5. 前記端子は、前記セグメントの第１の面から延びる接触部と、前記セグメントの第２の面から延びるテール部とを含む、請求項１に記載の高密度コネクタ。
6. 前記第１及び第２の面は前記セグメントの両側部に設けられている、請求項５に記載の高密度コネクタ。
7. 前記セグメントと係合しこれらを一体に保持する外側保持部材を更に含む、請求項１に記載の高密度コネクタ。
8. 前記保持部材は、前記セグメントを収容する内部キャビティ部を含む、請求項７に記載の高密度コネクタ。
9. 前記セグメントの各々において、信号端子接触部は水平方向に互いに離間しており、接地端子接触部は前記信号端子接触部から鉛直方向に離間している、請求項５に記載の高密度コネクタ。
10. 前記セグメントは各々、前記第１の面から外側に延びる絶縁性接触ブレード部を含み、前記信号端子接触部と接地端子接触部とは前記ブレード部分の両側側部に設けられている、請求項９に記載の高密度コネクタ。
11. 前記ハウジングの第１及び第２の相互係合セグメントの、相補的な形状の突出部及び凹部の各々は鍵溝（mortise and tenon ）部材を含む、請求項２に記載の高密度コネクタ。
12. 前記端子は、前記二個の差動信号端子と前記関連した接地端子とが、仮想三角形の各頂点に配置され三角形パターンが前記セグメント全体に亘って維持されるように、前記セグメントの各々において三角形パターンで配置されている、請求項１に記載の高密度コネクタ。
13. 前記端子の接触部は前記セグメントの第１の面において三角形パターンで配置され、前記二個の信号端子及び前記関連した接地端子の前記接触部は、前記第１の面から見たときに仮想三角形の各頂点に配置されている、請求項５に記載の高密度コネクタ。
14. 前記端子のテール部は前記セグメントの第２の面において三角形パターンで配置され、前記二個の信号端子及び前記関連する接地端子の前記テール部は、前記第２の面から見たときに仮想三角形の各頂点に配置されている、請求項１３に記載の高密度コネクタ。
15. 前記突出部及び凹部は、前記相互係合セグメントのうちの隣接するセグメント間に空隙が形成される大きさである、請求項２に記載の高密度コネクタ。
16. 前記空隙が水平方向に延びている、請求項１５に記載の高密度コネクタ。
17. 前記空隙が鉛直方向に延びている、請求項１５に記載の高密度コネクタ。

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