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技術 シールドコネクタ

出願人 三菱電機株式会社
発明者 渡邊陽介内田雄佐々木雄一宮崎千春岡尚人大橋英征
出願日 2015年7月16日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2015-142089
公開日 2017年2月2日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2017-027675
状態 特許登録済
技術分野 雄雌嵌合接続装置細部
主要キーワード プラグレセプタクル シャント型 金属筺体 金属製シール ノイズ伝搬 シールドプラグ ケーブルプラグ シールド付き
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年2月2日)のものです。
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図面 (6)

課題

電子機器内部のプリント基板内の信号配線パターンと、電子機器の金属筐体コネクタ金属ハウジングとの結合を小さくする構造を実現し、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの外部への拡散を防止することができるシールドコネクタを提供する。

解決手段

ケーブルプラグが挿入される開口部を有し、接続基板と接続基板の一方の面に形成された接続配線に接続されるノイズ対策部品と接続基板のもう一方の面に形成された接続配線に接続されるコモンモードチョークコイルとを内蔵する樹脂ケースと、樹脂ケースの外側の領域のうち、開口部のケーブルプラグが挿入される奥行きに加え、ノイズ対策部品とコモンモードチョークコイルとを配置する領域までを覆う金属ハウジングとを備えた。

概要

背景

一般の電子機器電源供給通信のために外部との接続を取るインタフェース回路においては、外来電磁ノイズの影響を遮へいするために、インタフェース回路の周囲を金属で囲みシールドを取った構造にすることが多い。例えば、インタフェース回路にコネクタを使用する場合は、シールド付きのコネクタを使い外来ノイズ混入を抑制する。このシールドコネクタ電気機器に取り付ける際は、シールドコネクタの金属ハウジングを電子機器の金属筐体に接続させ、導通を取り、金属筐体と同電位にすることで、シールドコネクタの金属ハウジングと電子機器の金属筐体が一体化したシールド構造が形成され、ノイズ耐性が高められる。

そこで、例えば、特許文献1〜3には、シールドコネクタを利用し、ノイズ伝搬抑制を図ることを目的とした構成が開示されている。
特許文献1に係るシールドコネクタでは、全体が矩形をしており、シールド部材レセプタクルコネクタと嵌合するシールドプラグのシールド部材と接触することにより接地される、コネクタハウジング前端部のみを囲む金属製シールド部材を有するシールド型プラグレセプタクルコネクタが開示されている。
また、特許文献2に係るシールドコネクタでは、インシュレータコンタクトとシールド部材とを備えた電磁遮蔽表面実装コネクタにおいて、インシュレータの本体を覆うシールド部材の本体に、折曲げ部を介して遮蔽部を設けて構成する構造となっており、シールド部材はインシュレータ本体の嵌合部を覆うシールド部材本体を有する構造について開示されている。
また、特許文献3に係る信号発生器筐体構造では、シールドされた同軸コネクタを利用する構成について記載されており、同軸コネクタを筐体前面パネルアース接続する技術が開示されている。

一方、コネクタ等のインタフェース回路に対して、外来の電磁ノイズの混入を抑制する別の技術としては、コネクタ内部のピン導体に対してノイズ対策部品を挿入することで、電磁ノイズをピンの導体から逃がす構成や電磁ノイズを吸収、反射させる構成が知られている。
上記のような部品を内蔵するコネクタによって、外来からの電磁ノイズを抑制する構成については、例えば、特許文献4,5には、コネクタ内部にノイズ対策部品を内蔵し、ノイズの伝搬抑制を図ることを目的とした構成が開示されている。
特許文献4に係るEMCコネクタでは、コモンモードノイズサージ電流との両方を低減するために、バリスタサイリスタコモンモードチョークコイルとを組み合わせてモジュラージャック内に設置する技術が開示されている。
また、特許文献5に係るコネクタでは、電話回線入力回路モジュラーコネクタにおいて、バリスタからなるサージアブソーバコモンモードチョークをコネクタ内に設ける技術が開示されている。

概要

電子機器内部のプリント基板内の信号配線パターンと、電子機器の金属筐体やコネクタの金属ハウジングとの結合を小さくする構造を実現し、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの外部への拡散を防止することができるシールドコネクタを提供する。ケーブルプラグが挿入される開口部を有し、接続基板と接続基板の一方の面に形成された接続配線に接続されるノイズ対策部品と接続基板のもう一方の面に形成された接続配線に接続されるコモンモードチョークコイルとを内蔵する樹脂ケースと、樹脂ケースの外側の領域のうち、開口部のケーブルプラグが挿入される奥行きに加え、ノイズ対策部品とコモンモードチョークコイルとを配置する領域までを覆う金属ハウジングとを備えた。

目的

そこで、例えば、特許文献1〜3には、シールドコネクタを利用し、ノイズの伝搬抑制を図ることを目的とした

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

電子機器金属筺体に嵌合されるシールドコネクタであって、ケーブルプラグが挿入される開口部を有し、接続基板と前記接続基板の一方の面に形成された接続配線に接続されるノイズ対策部品と前記接続基板のもう一方の面に形成された接続配線に接続されるコモンモードチョークコイルとを内蔵する樹脂ケースと、前記樹脂ケースの外側の領域のうち、前記開口部の前記ケーブルプラグが挿入される奥行きに加え、前記ノイズ対策部品と前記コモンモードチョークコイルとを配置する領域までを覆う金属ハウジングとを備えたシールドコネクタ。

請求項2

前記ノイズ対策部品は、前記金属ハウジングで覆われた前記樹脂ケースの内部の前記接続配線と前記金属ハウジングとの間に接続され、かつ、前記コモンモードチョークコイルは、前記金属ハウジングで覆われた前記樹脂ケースの内部の前記接続配線に直列に接続されることを特徴とする請求項1記載のシールドコネクタ。

請求項3

前記金属ハウジングは、前記電子機器の金属筺体に接するフィンガーを備えることを特徴とする請求項1または請求項2記載のシールドコネクタ。

技術分野

0001

この発明は、電子機器における外部とのインタフェース回路での使用に好適な、ノイズ伝搬を抑制させるシールド型コネクタに関する。

背景技術

0002

一般の電子機器の電源供給通信のために外部との接続を取るインタフェース回路においては、外来電磁ノイズの影響を遮へいするために、インタフェース回路の周囲を金属で囲みシールドを取った構造にすることが多い。例えば、インタフェース回路にコネクタを使用する場合は、シールド付きのコネクタを使い外来ノイズ混入を抑制する。このシールドコネクタ電気機器に取り付ける際は、シールドコネクタの金属ハウジングを電子機器の金属筐体に接続させ、導通を取り、金属筐体と同電位にすることで、シールドコネクタの金属ハウジングと電子機器の金属筐体が一体化したシールド構造が形成され、ノイズ耐性が高められる。

0003

そこで、例えば、特許文献1〜3には、シールドコネクタを利用し、ノイズ伝搬抑制を図ることを目的とした構成が開示されている。
特許文献1に係るシールドコネクタでは、全体が矩形をしており、シールド部材レセプタクルコネクタと嵌合するシールドプラグのシールド部材と接触することにより接地される、コネクタハウジング前端部のみを囲む金属製シールド部材を有するシールド型プラグレセプタクルコネクタが開示されている。
また、特許文献2に係るシールドコネクタでは、インシュレータコンタクトとシールド部材とを備えた電磁遮蔽表面実装コネクタにおいて、インシュレータの本体を覆うシールド部材の本体に、折曲げ部を介して遮蔽部を設けて構成する構造となっており、シールド部材はインシュレータ本体の嵌合部を覆うシールド部材本体を有する構造について開示されている。
また、特許文献3に係る信号発生器筐体構造では、シールドされた同軸コネクタを利用する構成について記載されており、同軸コネクタを筐体前面パネルアース接続する技術が開示されている。

0004

一方、コネクタ等のインタフェース回路に対して、外来の電磁ノイズの混入を抑制する別の技術としては、コネクタ内部のピン導体に対してノイズ対策部品を挿入することで、電磁ノイズをピンの導体から逃がす構成や電磁ノイズを吸収、反射させる構成が知られている。
上記のような部品を内蔵するコネクタによって、外来からの電磁ノイズを抑制する構成については、例えば、特許文献4,5には、コネクタ内部にノイズ対策部品を内蔵し、ノイズの伝搬抑制を図ることを目的とした構成が開示されている。
特許文献4に係るEMCコネクタでは、コモンモードノイズサージ電流との両方を低減するために、バリスタサイリスタコモンモードチョークコイルとを組み合わせてモジュラージャック内に設置する技術が開示されている。
また、特許文献5に係るコネクタでは、電話回線入力回路モジュラーコネクタにおいて、バリスタからなるサージアブソーバコモンモードチョークをコネクタ内に設ける技術が開示されている。

先行技術

0005

特開平05−205819号公報
特開平11−204205号公報
特開2001−135970号公報
特開平10−177882号公報
特開平04−129312号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上述した特許文献1〜3に開示されているような技術では、シールドコネクタのハウジング重畳した電磁ノイズの伝搬は抑制できるものの、コネクタに接続されるケーブルを経由してコネクタ内部のピンに重畳される電磁ノイズの伝搬を抑制することはできない。従って、コネクタ内部のピンに重畳された電磁ノイズの混入を効果的に防ぐためには、ピンとハウジングを接続する構成が必要であり、そのためのノイズ対策部品をピンとハウジングの間に配置しなければならない。よって、上述した特許文献1〜3に開示されているような技術を用いる場合は、コネクタを実装したプリント基板においてノイズ対策部品を実装するための、配線パターン導体構造の追加が必要であるという課題があった。

0007

一方、特許文献4,5に開示された技術では、ノイズ対策部品をコネクタに内蔵する構成になっているものの、ノイズを逃がす先としては、コネクタ全体をシールドした導体、金属筐体と同じ電位になるグラウンドとなっており、コネクタハウジングや配線パターンをプリント基板上に設けなければならないため、金属筐体やコネクタハウジングと同じ電位の導体が電子機器の内部まで入り込む可能性があった。
しかし、近年の電子機器の小型化に伴い、プリント基板の配線構造密集化する傾向にあるため、プリント基板内の信号配線パターンと、金属筐体やコネクタハウジングと同じ電位の導体とが近接してしまうことがある。これにより、プリント基板内の信号配線やパターンと、金属筐体やコネクタハウジングとの間に不要な電磁的結合が生じる。ゆえに、プリント基板内部で閉じ込められるはずだった電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズが、プリント基板内の信号配線やパターンと、金属筐体やコネクタハウジングに伝搬し、回路の動作に起因する電磁ノイズが金属筐体やコネクタに接続されるケーブルに拡散するという課題があった。

0008

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電磁ノイズの伝搬を抑制するシールドコネクタにおいて、電子機器内部のプリント基板内の信号配線やパターンと、電子機器の金属筐体やコネクタの金属ハウジングとの結合を小さくする構造を実現し、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの外部への拡散を防止することができるシールドコネクタを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

この発明に係るシールドコネクタは、電子機器の金属筺体に嵌合されるシールドコネクタであって、ケーブルプラグが挿入される開口部を有し、接続基板と接続基板の一方の面に形成された接続配線に接続されるノイズ対策部品と接続基板のもう一方の面に形成された接続配線に接続されるコモンモードチョークコイルとを内蔵する樹脂ケースと、樹脂ケースの外側の領域のうち、開口部のケーブルプラグが挿入される奥行きに加え、ノイズ対策部品とコモンモードチョークコイルとを配置する領域までを覆う金属ハウジングとを備えた。

発明の効果

0010

この発明によれば、電磁ノイズの伝搬を抑制するシールドコネクタにおいて、電子機器内部のプリント基板内の信号配線やパターンと、電子機器の金属筐体やコネクタの金属ハウジングとの結合を小さくする構造を実現し、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの外部への拡散を防止することができる。

図面の簡単な説明

0011

この発明の実施の形態1に係るインタフェース回路の外観を示す図である。
実施の形態1に係るインタフェース回路の内部構成を示す図であり、図1(c)のB−B’の線における断面を示している。
実施の形態1に係るインタフェース回路の接続基板の構成を示す図であり、図1(a)のA−A’の線における断面図を示している。
実施の形態1に係るインタフェース回路1の配線の接続を説明する図である。
実施の形態1を適用した場合の、ネジ止めにて嵌合するコネクタの内部構成を示す図である。

実施例

0012

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
この実施の形態1におけるインタフェース回路は、例えば、イーサネット登録商標/以下、記載を省略する。)用のケーブルを接続するRJ45コネクタであるものとして、以下説明する。
なお、以下の説明において、RJ45コネクタは、単にコネクタと記載する。
当該コネクタは、電子機器の金属筺体内に設置されるものである。

0013

図1は、この発明の実施の形態1に係るインタフェース回路1の外観を示す図である。
図1(a)は、インタフェース回路1の側面図であり、図1(b)は、インタフェース回路1の開口部11から見た正面図であり、図1(c)は、インタフェース回路1の上面図を示している。

0014

図1(a),図1(b)に示すように、この実施の形態1に係るインタフェース回路1は、開口部11と、金属ハウジング12と、樹脂ケース13と、タイン部14と、固定突起15と、フィンガー16とを備え、開口部11の中にはコンタクト端子101を有する。
図1(a)において、インタフェース回路1の左側からケーブルが挿入される。
インタフェース回路1の樹脂ケース13にはケーブルが嵌合するための開口部11が設けられている。この開口部11の中にはコンタクト端子101(図1(b)参照)があり、ケーブル側のプラグと開口部11が嵌合し、ケーブルの芯線とコンタクト端子101とが接続される。
このコンタクト端子101から接続された配線は、コネクタのタイン部14まで伸び、プリント基板(図示を省略する)の配線に接続される。当該コンタクト端子101とプリント基板との接続等、インタフェース回路1の内部の構成については図2を用いて後述する。

0015

また、樹脂ケース13には、プリント基板に実装するための位置決めに用いる固定突起15が設けられる。具体的には、当該固定突起15とタイン部14とが、プリント基板上の穴に挿入されることによって、プリント基板上にコネクタが実装され、位置決めされる。
開口部11が設けられた側の樹脂ケース13の外側は、金属ハウジング12で覆われる。すなわち、樹脂ケースの全面を覆うのではなく、開口部11のケーブルが挿入される奥行き(図1(a)のX)に加え、ノイズ対策部品とコモンモードチョークコイルを配置する寸法までを覆うようにする。従って、インタフェース回路1の開口部11の周りの、電子機器の金属筐体に嵌合する部分のみに、コネクタを囲む金属ハウジング12が設けられる。ノイズ対策部品およびコモンモードチョークコイルについても、図2を用いて後述する。
金属ハウジング12は、上面に導体のフィンガー16を備え、当該フィンガー16を経由して電子機器の金属筐体に接触され、導通が取られる。

0016

図2は、実施の形態1に係るインタフェース回路1の内部構成を示す図であり、図1(c)のB−B’の線における断面を示している。
なお、図1を用いて説明したものと同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。
図2に示すように、インタフェース回路1の内部には、コンタクト端子101の他、コモンモードチョークコイル102と、ノイズ対策部品103と、ハウジング接続線104と、接続配線105と、接続基板106とが備えられる。

0017

開口部11に設けられたコンタクト端子101は、樹脂ケース13に内蔵された接続基板106に接続される。なお、接続基板106は、例えば、インサート成形によって内蔵されるようにしてもよいし、樹脂ケースをパーツで作っておき、当該パーツを組み合わせる工程の中で接続基板106を嵌め込み内蔵するようにしてもよい。また、例えば、樹脂ケースのパーツを組み合わせる際に、タイン部14の導体を嵌め込んで接続基板106を作り上げるようにしてもよい。接続基板106は、コネクタの形状に応じた方法で、適宜、樹脂ケース13内に内蔵される。
接続基板106は両面に接続配線(接続パターン)105が形成されており、インタフェース回路1の上面側、すなわち、フィンガー16を有する側の片面の接続配線105にはノイズ対策部品103が接続され、反対の面の接続配線105にはコモンモードチョークコイル102が接続されている。なお、コモンモードチョークコイル102は、直列型の部品であり、かつ、ノーマルモードには影響を与えずに、コモンモードノイズ成分のみを除く性能を有するものである。
ノイズ対策部品103は、シャント型の部品であり、かつ、ノイズを金属ハウジングに逃すことのできる性能を有するものであって、例えば、サージアブソーバとして、バリスタやサイリスタなどが用いられる。
ノイズ対策部品103に繋がる接続配線105は、ハウジング接続線104を経由して金属ハウジング12に接続される。

0018

コモンモードチョークコイル102が実装された接続配線105は、樹脂ケース13に内蔵したタイン部14まで伸び、当該タイン部14と接続される。
樹脂ケース13の外側を覆う金属ハウジング12は、図2に金属ハウジング12の境界線と表示した部分までを覆う。この境界線は、上述の通り、開口部11のケーブルが挿入される奥行き(図1図2のX)に加え、ノイズ対策部品103と、コモンモードチョークコイル102を配置する領域までが金属ハウジングで覆われるように設定する。

0019

図3は、実施の形態1に係るインタフェース回路1の接続基板106の構成を示す図であり、図1(a)のA−A’線における断面図を示している。
なお、図3(a)は、図2で説明したインタフェース回路1の内部構成を上側から見た上面図であり、図3(b)は図2で説明したインタフェース回路1の内部構成を下側から見た下面図となっている。

0020

図3(a)において、コンタクト端子101が接続基板106まで渡り、接続基板106上の接続配線105に接続される。このとき、コンタクト端子101と接続基板106の接続には、例えば、貫通ビアなどを用いることで、接続基板106の両面で接続配線105を引き出せるようにする。このように引き出した両面の接続配線105に対し、片面の配線、すなわち、接続基板106の上側の配線には、ノイズ対策部品103が挿入される。ノイズ対策部品103を通った配線は、ハウジング接続線104に接続され、金属ハウジング12と導通が取られる。
一方、接続基板106の反対の面、すなわち、接続基板106の下側の配線には、イーサネットの差動伝送を構成するペアごとにコモンモードチョークコイル102が挿入される。コモンモードチョークコイル102を通った配線は、接続基板106上でタイン部14を通した貫通ビア(図示省略)に接続され、導通が取られる。

0021

次に、以上のように構成したインタフェース回路1の接続について説明する。
図4は、実施の形態1に係るインタフェース回路1の配線の接続を説明する図である。
コンタクト端子101から伸びたインタフェース回路1内部の配線は、回路内部にて分岐され、片方の配線については、各線に並列に接続されたノイズ対策部品103と金属ハウジング12とフィンガー16を経由して、電子機器の金属筐体に接続される。一方、もう片方の配線は、差動伝送を構成するペア線ごとに直列にコモンモードチョークコイル102が接続され、タイン部14に接続される。
これにより、インタフェース回路1内のコンタクト端子101に重畳したノイズを、ノイズ対策部品103によって金属ハウジング12に逃がすことができる。
また、金属ハウジング12によって、インタフェース回路1の樹脂ケース13は、開口部11のケーブルが挿入される奥行き(図4のX)に加え、ノイズ対策部品103とコモンモードチョークコイル102を配置する領域までが覆われる。
これにより、インタフェース回路1の全面が金属で覆われたコネクタを使うよりも、電子機器内部のプリント基板内の信号配線やパターンと、金属ハウジング12との間の距離を離すことができるため、結合による影響を小さくでき、電子機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの拡散を抑制することができる。

0022

以上のように、この実施の形態1によれば、インタフェース回路1の樹脂ケース13を、開口部11のケーブルが挿入される奥行きに加え、ノイズ対策部品103とコモンモードチョークコイル102とを配置する領域を金属ハウジング12で覆うようにしたため、全面が金属で覆われたコネクタを使うよりも、電子機器内部の基板内の信号配線やパターンと、金属ハウジング12との間の距離を離すことができるため、結合による影響を小さくでき、機器内部の回路の動作に起因する電磁ノイズの拡散を抑制することができる。
また、ノイズ対策部品103とコモンモードチョークコイル102とを金属ハウジング12で覆われたインタフェース回路1の内部に内蔵し、コンタクト端子101から伸びた配線に並列にノイズ対策部品103を挿入して、配線が当該ノイズ対策部品103とフィンガー16とを経由して電子機器の金属筺体に接続され、かつ、当該コンタクト端子101から伸びた配線には、直列にコモンモードチョークコイル102が接続されるようにしたので、インタフェース回路1内部のコンタクト端子101に重畳したノイズをノイズ対策部品103によって金属ハウジング12に逃がすことができる。

0023

なお、上述した実施の形態1では、イーサネット接続用のRJ45コネクタに対して実施の形態1を適用した形態を示したが、2本以上の配線が通るコネクタやインタフェース回路であれば、その形状や芯線の数は適宜変更可能である。
例えば、図5に示すように、RJ45ではない、ネジ止めにて嵌合するコネクタに対しても、上述した実施の形態1を適用することができる。
図5は、実施の形態1を適用した場合の、ネジ止めにて嵌合するコネクタの内部構成を示す図であるが、図5の構成要素は図1と同一であるので、同様の構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

0024

また、上述した実施の形態1では、金属ハウジングの境界線は、開口部11のケーブルが挿入される奥行き(図1図2のX)に加え、ノイズ対策部品103と、コモンモードチョークコイル102を配置する領域までがちょうど金属ハウジングで覆われるように設定するようにした(図2〜4参照)が、金属ハウジングでどこまで覆うか、すなわち、金属ハウジングの境界線をどこに設けるかについては、これに限らず、金属ハウジングの境界線によって、コモンモードチョークコイル102等のフィルタ1次側2次側との不要結合を防ぐことができるようになっていればよい。
例えば、直列挿入型の、コモンモードチョークコイル102等のフィルタの実装を考える際には、フィルタの1次側と2次側の結合を防がねば、減衰効果劣化してしまう。そのため、コモンモードチョークコイル102を使用する場合には、チョークコイル内のノイズが減衰する部分において、ちょうどシールドの境界線を設けることで、その不要結合を防ぐ。このように、金属ハウジングの境界線を設ける目的は、当該不要結合を防ぐことにあるので、金属ハウジングの境界線によって、コモンモードチョークコイル102等のフィルタの1次側と2次側との不要結合を防ぐことができるようになっていればよく、当該不要結合を防ぐことができれば、例えば、金属ハウジングの境界線が、コモンモードチョークコイル102の中間になるようにしてもよい。

0025

また、上述した実施の形態1では、図1,2に示すように、金属ハウジングは、インタフェース回路1の下側、すなわち、プリント基板側は覆わないようにしたが、これに限らず、金属ハウジングは、インタフェース回路1の全周を覆うようにしてもよい。金属ハウジングが、インタフェース回路1の全周を覆うようにすることで、シールド特性を向上させることができる。

0026

また、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

0027

1インタフェース回路、11 開口部、12金属ハウジング、13樹脂ケース、14タイン部、15固定突起、16フィンガー、101コンタクト端子、102コモンモードチョークコイル、103ノイズ対策部品、104ハウジング接続線、105接続配線、106接続基板。

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