特許 6374455 熱管理を伴うコネクタシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6374455

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】熱管理を伴うコネクタシステム

(51)【国際特許分類】

   H01R 12/71 20110101AFI20180806BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20180806BHJP

【ＦＩ】

   H01R12/71

   H05K7/20 A

【請求項の数】13

【外国語出願】

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-159807(P2016-159807)

(22)【出願日】2016年8月17日

(65)【公開番号】特開2017-54805(P2017-54805A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2016年9月20日

(31)【優先権主張番号】62/206,598

(32)【優先日】2015年8月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591043064

【氏名又は名称】モレックス エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100116207

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100096426

【弁理士】

【氏名又は名称】川合 誠

(72)【発明者】

【氏名】ジェリー ディー カクリック

【審査官】 山下 寿信

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００５８６７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００５−５２０２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３４４７４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１０２１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０２１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１６４９７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００９９２７５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｒ １２／７１

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コネクタシステムであって、
前面と、後面と、前記前面と後面との間に延びる２つの対向する側面とを有するケージであって、該ケージが上壁と下壁とを含む中間区分を含み、前記上壁および下壁が前記ケージ内の上部ポートおよび下部ポートの画成に役立ち、前記下壁は前記中間区分が前記下部ポートと連通するようにその中に形成された穴を含む、ケージと、
該ケージ内に位置するハウジングであって、前記上部ポート内の第１の列のカンチレバー接点と、前記下部ポート内の第２の列のカンチレバー接点とを含む、ハウジングと、
前記中間区分で前記上下のポートの間に配置される付勢されたヒートシンクであって、前記穴を通って前記下部ポート内に延びる、付勢されたヒートシンクと、を備え、
前記ケージが前半部と後半部とを有し、前記ハウジングは前記後半部内に位置し、前記前半部内に延びず、複数のアパーチャが前記ケージの前記側面および前記後面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記複数のアパーチャの大部分が前記後半部内に位置する、コネクタシステム。

【請求項2】

装着ブラケットが前記ヒートシンクに取り付けられる、請求項１に記載のコネクタシステム。

【請求項3】

前記装着ブラケットが、前記ヒートシンクを前記下部ポートへ押圧する付勢要素を含む、請求項２に記載のコネクタシステム。

【請求項4】

前記付勢されたヒートシンクが、前記下部ポート内に押圧される平坦面を含む、請求項１に記載のコネクタシステム。

【請求項5】

前記付勢されたヒートシンクが、複数のフィンを含み、該フィンが、複数の柱状に配置されている、請求項４に記載のコネクタシステム。

【請求項6】

前記中間区分が、前部を含み、複数のアパーチャが前記前部内に設けられている、請求項１に記載のコネクタシステム。

【請求項7】

前記アパーチャの前記大部分が前記ヒートシンクと前記後面との間に位置する、請求項１に記載のコネクタシステム。

【請求項8】

コネクタシステムであって、
前面と、後面と、前記前面と後面との間に延びる２つの対向する側面とを有するケージであって、前記２つの対向する側面が上部ポートおよび下部ポートの画成に役立つ、ケージと、
該ケージ内に位置する中間区分であって、該中間区分が、内部スペースの画成に役立つ上壁と下壁とを含み、該下壁が前記下部ポートの上面を画成し、前記下壁は、前記内部スペースが前記下部ポートと連通するようにその中に形成された穴を含む、中間区分と、
前記ケージ内に位置するハウジングであって、前記上部ポート内に位置する第１の列のカンチレバー接点と、前記下部ポート内に位置する第２の列のカンチレバー接点とを含む、ハウジングと、
前記内部スペース内に位置するヒートシンクであって、前記穴を通って前記下部ポート内に延びる、付勢されたヒートシンクと、を備え、
前記ケージが前半部と後半部とを有し、前記ハウジングは前記後半部内に位置し、前記前半部内に延びず、複数のアパーチャが前記ケージの前記側面および前記後面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記複数のアパーチャの大部分が前記後半部内に位置する、コネクタシステム。

【請求項9】

付勢要素が前記ヒートシンクを前記下部ポート内に押圧する、請求項８に記載のコネクタシステム。

【請求項10】

前記付勢要素が前記ヒートシンクに装着されている、請求項９に記載のコネクタシステム。

【請求項11】

前記ケージの後部に設けられたアパーチャと連通するアパーチャが、前記中間区分の前部に設けられている、請求項８に記載のコネクタシステム。

【請求項12】

前記ヒートシンクが複数のフィンを含む、請求項８に記載のコネクタシステム。

【請求項13】

前記ケージが、２つの側面上にアパーチャを含み、それにより、動作時に空気が前記２つの側面のうちの一方のアパーチャ内に流れ込み、前記フィンを通過し、前記２つの側面のうちの他方のアパーチャから流出可能である、請求項１２に記載のコネクタシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本願は、２０１５年８月１８日に出願された米国仮出願第６２／２０６，５９８号に対する優先権を主張し、これは、全体が参照として本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

本開示は電気コネクタの分野に関し、特に熱エネルギーを管理するように構成された入力／出力（Ｉ／Ｏ）コネクタの分野に関する。

【0003】

入力／出力（Ｉ／Ｏ）コネクタは一般に、コンピュータ、ルータおよびスイッチのボックス又はラック間の接続性を提供するために使用される。一般に使用されるＩ／Ｏコネクタの形式には、小型フォームファクタプラグ式（ＳＦＰ）、クワッド小型フォームファクタプラグ式（ＱＳＦＰ）、ミニＳＡＳ、ミニＳＡＳ ＨＤおよびＰＣＩｅ８ｘコネクタが含まれる。これらのコネクタは、標準的な本体によって画成され、供給業者に関わりなく信頼できる性能を提供することが意図されたプラグとレセプタクルとを含んでいる。

【0004】

典型的なＩ／Ｏコネクタシステムは、ケーブルアセンブリと、基板装着コネクタとを含んでいる。ケーブルアセンブリは、通常ケーブルの両端に一対のプラグコネクタを含み、所望の距離を経て信号を送信するように構成されている。基板装着コネクタは、一般にパネル内に位置するレセプタクルであり、このレセプタクルは、プラグコネクタを受容し、これに嵌合するように構成されている。

【0005】

データレートの上昇につれて、克服するのが困難であった１つの問題は、プラグコネクタ間から信号を送信するために使用される媒体の物理的限界である。例えば受動ケーブルは短い距離にはコスト効率が高いが、信号周波数が高くなると距離に関して制約が生じる傾向がある。銅や光ファイバの能動ケーブルは、長距離にわたって信号を送信するのに適しているが電力消費量が多く、このため、コネクタシステムの設計が適切でないと熱の問題が生じ易くなる。能動ケーブルアセンブリの使用が増すと生じる主な問題の１つは、このようなアセンブリの使用がシステムに掛ける熱負担を高めることである。ガイドフレーム又はケージ内に配置されるモジュールを冷却する試みは、特に多数のポートが隣接して配置されている状況では比較的困難である。したがって、Ｉ／Ｏコネクタで使用されるレセプタクルシステムでの熱管理の改良が、特定の人々には評価されるだろう。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

レセプタクルコネクタは、各々のポートがモジュールを受けるように構成された上部ポートと下部ポートとから成るケージを含んでいる。ポートは積層関係で配置され、基板装着コネクタがケージ内に位置し、モジュールと嵌合するように適合されている。中間スペースがポート間に画成され、中間スペースはその中に配置されたヒートシンクを含んでいる。ヒートシンクは、下部ポート内に延びる平坦部を含み、動作時にモジュールがポートに挿入されるとモジュールに摺動可能に係合するよう構成されている。ヒートシンクをモジュール方向に押圧してヒートシンクとモジュールとの間に連続的な圧力を保つように付勢要素が使用される。ヒートシンクには、表面積の露出を増すためにフィンが形成されている。動作時には、モジュールからの熱エネルギーがモジュールからヒートシンクに伝達され、次いで熱エネルギーはヒートシンクからフィンに伝達される。コネクタシステムのケージはアパーチャを備え、空気がケージを通りヒートシンクのフィンを横切って流れることで、熱エネルギーをコネクタシステムから除去できるように構成されている。したがって、図示したコネクタシステムは、通常は空気をラックの一方の側からラックの他方の側に向けるラックシステムなどのアーキテクチャで使用するのに適している。

【0007】

本発明を例として説明するが、添付図面に限定されるものではなく、図面では、参照符号が類似した要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】コネクタシステムの実施形態の斜視図である。

【図2】図１の線１−１に沿った断面図の斜視図である。

【図3】図１に示す実施形態の斜視分解図である。

【図4】図１に示す実施形態の部分切断斜視図である。

【図5】中間区分の実施形態の立面平面図である。

【図6】図５に示す実施形態の側面立面図である。

【図7】付勢要素を支持する装着ブラケットと組み合わせたヒートシンクの実施形態の斜視図である。

【図8】装着ブラケットを取り外した、図７に示す実施形態の斜視図である。

【図9】付勢要素を支持する装着ブラケットと組み合わせたヒートシンクの別の実施形態の斜視図である。

【図10】装着ブラケットを取り外した、図９に示す実施形態の斜視図である。

【図11】図１に示したような実施形態の動作の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１〜１１は、所望の冷却を伴うコネクタを提供するために使用できる特徴を示しており、開示する実施形態は単なる例示であり、様々な形態で実施し得ることを理解されたい。本明細書に開示される特定の詳細は限定的であると解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の根拠として、および当業者に教示し、実施可能にさせる代表的な根拠として解釈されるべきである。したがって、特記しない限り、本明細書に開示される特徴を組み合わせて、簡略にするために特段に示していない追加の組み合わせを形成してもよい。

【0010】

特にラックタイプの装着システムのＩ／Ｏコネクタ内の熱エネルギーを管理するために様々な構成が使用されている。通常、ラックは上部ポートと下部ポートとを伴って構成されるケージを含んでいる。これらの配置では、上部ポートはラックの外部にある程度さらされるのに対して、下部ポートは外部から見えない位置にある。これらの配置では、ヒートシンクを、上部ポート内に位置するモジュールと容易に係合するが、下部ポート内に位置するモジュールとは容易に係合しないように適合することができる。このような場合、指向性空気流などの他の熱管理構造、およびモジュールに係合し、熱エネルギーを外側に位置するヒートシンクに誘導するように適合された熱伝導性ばねフィンガなどの他の熱移動方法が使用されている。これらの方法はコストが高くなる場合があり、貴重なスペースを使用し、特に高密度アーキテクチャにおいて隣接位置にあるＩ／Ｏコネクタに対する選択肢を限定する。

【0011】

コネクタシステム１は、前面６と後面７とを画成するケージアセンブリ５を含み、かつ（標準的な回路基板、又はその他の所望の構成でよい）基板２上に配置できるコネクタ１２０を含み、かつ各々が嵌合プラグモジュールを受容するように構成された上部ポート１０と下部ポート２０とを含んでいる。図１および２に示すように、コネクタシステム１は、（通常はカードスロット内に位置する）カンチレバー接点１２５の列を提供する横方向に離間した複数のウエハを有する積層コネクタ１２０を含み、少なくとも１列のカンチレバー接点１２５が各ポート内に位置している。好適な実施形態では、コネクタ１２０は後面に隣接し、前面から離間しており、ケージアセンブリが（前面側の）前半部ＦＨに分割されると、コネクタ１２０が後半部ＲＨ内に位置し、一般に前半部ＦＨ内には延びない。通常の動作では、コネクタアセンブリ１は、コネクタ１２０の周囲に配置され、回路基板に固定されることによって所望の特性をもたらす筐体を形成するケージアセンブリ５を有している。ヒートシンク１００はケージアセンブリ５内に配置され、中間区分７０に位置している。図示のように、任意選択的なライトパイプ対１３０も中間区分７０に配置することができ、動作中、ライトパイプ１３０はモジュール（図示せず）とコネクタ１２０との間の接続状態の表示を提供することができる。

【0012】

図示のように、ケージアセンブリ５は筐体を形成するように構築された本体３０、底部カバー８０、および後面パネル９０を含んでいる。組み立て後のケージアセンブリ５は、（上部ポートに関連する）前部開口と底部開口とを含んでいる。中間区分７０は、図１に最も明解に示されているように上部ポート１０と下部ポート２０とを画成する前部開口内に配置されている。積層コネクタは後面パネル９０の近傍に位置し、前部開口から離間している。コネクタシステム１がベゼル（図示せず）に係合するガスケット４０、５０および６０と共にラックに装着されると、電磁干渉（ＥＭＩ）シールを提供するためにガスケット４０、５０および６０が前部開口と中間区分７０の前部との周囲に固定される。既知の通り、ガスケット４０、５０および６０は、ポート内に延びる弾性ばねフィンガと、ポートから離れる方向に延びるばねフィンガとを含むことができる。理解されるように、ポート内に延びるばねフィンガは、ポート内に挿入されるモジュールの本体に係合するように構成され、外側に延びるばねフィンガはベゼルに係合するように構成されている。

【0013】

図２〜４に最も明解に示されているように、中間区分７０は本体３０内に配置され、上部ポート１０および下部ポート２０の画成に役立つ。中間区分７０は、間に内部スペース７９を画成する上壁７４と下壁７３とを含んで形成されている。図示のように、中間区分７０は、本体３０内に形成されたスロット内に突起し、二次成形されると中間区分７０を本体３０に固定するタブ７７を含んでいる。勿論、接着又は溶接、又は他の既知の技術などの、中間区分７０を本体に固定する代替方法も適しているであろう。中間区分７０は更に、内部に形成された複数のアパーチャ７１ａを有する前部７１を含んでおり、アパーチャのサイズは適切なＥＭＩ保護機能を備えるようなサイズであってよい。

【0014】

図７〜８に示されているように、ヒートシンク１００は熱伝導性材料から形成され、中間区分７０の内部スペース７９内に位置している。ヒートシンク１００は、フィン１０５と下部１０１ｂとの間に画成された対応するチャネル１０４が形成された複数のフィン１０５を有する上部１０１ａを含む本体１０１を有している。ヒートシンク１００の下部１０１ｂは、フィン１０５の下に位置する平坦面１０２を含んでいる。平坦面１０２は、コネクタの開口に隣接する前部と、コネクタ１２０の近傍に位置する後端部の両方にテーパ状縁部１０６を含んでいる。図示のように、装着ブラケット１１０はヒートシンク１００上に配置され、フィン１０５に当接している。

【0015】

好適な実施形態では、付勢要素がヒートシンク１００を下部ポート２０内へ押圧する。図示のように、装着ブラケット１１０は、装着ブラケット１１０をヒートシンク１００に位置合わせする保持クリップ１１４を含んでいる。付勢要素１１２は装着ブラケット１１０内に形成され、ヒートシンク１００から離れる方向に延びている。装着ブラケットとヒートシンクは両方とも、中間区分７０内に形成された内部スペース７９内に挿入される。図５〜６に示されているように、ヒートシンク１００と装着ブラケット１１０とは上壁７４と下壁７３との間に配置され、ヒートシンク１００の平坦面１０２は、中間区分７０の下壁７３内に形成された穴７２を貫いて延びている。この構成で、付勢要素１１２は上壁７４に係合し、ヒートシンク１００を下壁７３に押し付ける。位置決めタブ７６が中間区分７０の下壁７３内に形成され、穴７２内に延びている。ノッチ１０８がヒートシンク１００内に形成され、位置決めタブ７６に対応している。図示のように、第２の位置決めタブ７６が穴７２の反対側に形成され、ヒートシンク１００内に形成された同様の溝１０８と嵌合する。ヒートシンク１００が確実に対称に保たれることに役立つように、タブ７６と溝１０８とはヒートシンク１００の中心線Ｃをまたいで偏倚され、このような対称性は、動作時にモジュールが下部ポートに挿入される際に、ヒートシンクが最も一貫して移動できるのに役立ち得ると判断される。

【0016】

付勢要素は、位置の変動、又はその他の公差の補償に役立つため有用であるが、代替実施形態では、ヒートシンクは、適宜の公差制御で既に適正に位置合わせされるように位置決めすることができるため、付勢要素は不要である。別の代替実施形態では、付勢要素を下部ポート２０の床部に設けることができよう。更に別の実施形態では、ヒートシンクは、位置の公差を吸収するために使用される熱伝導性、圧縮性の材料を含むことができよう。勿論、公差を調整するためのこれらの様々な方法を、所望に応じて組み合わせても（又は省いても）よい。したがって、特記しない限り、公差に対処する特別な方法は必要ない。

【0017】

図４および５を参照すると理解できるように、ケージアセンブリは、対応する基板（印刷回路基板であってよい）上に装着されたコネクタ１２０の上方に位置している。ケージ５の底部に形成された開口によってコネクタ１２０をケージアセンブリ５の内部に配置し、しかもなお、支持する回路基板と嵌合させることができる。図４に最も明解に示されるように、上部ポート１０と下部ポート２０とは、中間区分７０によって部分的に画成される開口内に形成される。図３から理解できるように、平坦面１０２は下壁７３を貫いて延び、ポート２０内に延びている。ケージ本体３０の側面に形成されたアパーチャ３２によって空気ＡＦがケージアセンブリ５内に流入し、またそこから流出することが可能になる。中間区分７０の前部に形成された追加のアパーチャ７１ａ、６２と中間ガスケット６０によってそれぞれ、空気流ＡＦがケージアセンブリ５のこの区分に流入し、またそこから流出することが可能になる。図２に示されているように、後面パネル９０はアパーチャ９２を含んでいてもよく、これによって任意選択的な空気流ＡＦが後面パネル９０を通って流入、流出することが可能になることで熱エネルギー除去のための追加の経路を提供する。コネクタの構成が連結型で積層されている実施形態では、後面パネル９０を通過する空気流ＡＦはより重要であることが予期される。ある実施形態では、ケージの側面と後面のアパーチャの配置は、そうすることによってヒートシンクの上方の空気流を改善することに役立てることができるため、アパーチャの大部分がケージアセンブリの後半部ＲＨ内に位置するように位置決めすることができることに留意されたい。好適な実施形態では、アパーチャの大部分はヒートシンクの後方、例えば後面７とヒートシンク１００との間に位置している。

【0018】

図示されているヒートシンク１００は、一般にライディングヒートシンクとして知られるヒートシンクとある一定の類似性を有している。動作時には、モジュール（図示せず）が下部ポート２０に挿入され、コネクタ１２０に嵌合される。動作時には、モジュールの上面がテーパ状縁部１０６に当接し、ヒートシンク１００を上方に変位／移動させて付勢要素１１２を撓ませ、付勢要素１１２はヒートシンク１００に下方への反作用力を与え、それがモジュールの上面とヒートシンク１００の一定の接触を保つことに役立つ。これによって、ヒートシンク１００と挿入されたモジュールとの熱的接続の改善が可能になるため、熱エネルギーは挿入されたモジュールからヒートシンクへ、次いでフィンへ伝導されて徐熱される。空気流ＡＦは、フィンを通過して流れるようにケージを通り、チャネルを通って流れる。この空気流は、温度差があれば熱エネルギーをフィンから除去するのに役立ち、モジュールによって発生した熱エネルギーをコネクタアセンブリから散逸可能にするのに役立つ。図１１に示されているように、熱の流れが概略的に示されている。動作時に、モジュールがケージに挿入されると、モジュールによって発生した熱エネルギーは実質的に伝導熱伝達によってヒートシンクに伝達される。この熱エネルギーは次いで、主として通常はヒートシンクを通過する空気である流体への対流熱伝達によってヒートシンクから離れるように伝達される。理解できるように、空気流の方向はシステムの効率にとって重要ではなく、したがって空気はコネクタシステムの前面内に流入し、そこから流出することができる。しかし、理解できるように、空気流は１つの面に沿ってコネクタシステムに流入し、次いで別の面から流出する。

【0019】

付勢要素１１２を（図示のように）ヒートシンクに直接取り付けることは、組み立て易く、製造上のある一定の利点が得られるため好適であるが、このような構造は必ずしも必要ではないことに留意されたい。例えば、代替実施形態では、付勢要素を中間区分７０に直接装着することができる。したがって、任意の所望の付勢要素構成を使用してもよく、付勢要素の構成は特記しない限り限定的であることを意図するものではない。

【0020】

その他の方法で阻まれなければ、モジュールを底部ポート内に挿入すると、先ずヒートシンク１００の前部が係合され、それによってヒートシンク１００の前部が変位を開始するが、ヒートシンクの後部はなお元の位置に留まり、下壁７３に完全に押圧されることがあり得るだろう。このようなことが起こると、ヒートシンク１００は嵌り込み、スムーズに動けなくなって、挿入力が大幅に、不都合に増大する可能性が生じるであろう。挿入力が確実に適切に管理されることに役立つように、前述のタブ７６と溝１０８とが位置合わせ機能を与え、それによってヒートシンク１００が傾動しないようにされ、ひいては嵌り込む機会が低減する。加えて、タブ７６と溝１０８とはヒートシンクを所定位置に保つことに役立ち、かつケージアセンブリ５の中間区分７０内での前後移動を制限することに役立つことができる。

【0021】

ある実施形態では、ヒートシンク１００は、交差チャネル１０４を有するフィン１０５の配列を含み、図９および１０に示されているようなピラー型配置を形成してもよい。この構成では、空気流ＡＦは単一方向の経路に限定されず、多方向にピラーの周囲を流れ、停滞の可能性を最小にすると共に、乱流を増大し、性能を高める流路を見出すことができる。この配置はまた、空気にさらされ得るフィン／ピラーの表面積の増大にも役立ち、挿入されるモジュールを冷却するシステムの能力を更に高め易くなる。

【0022】

様々な実施形態が考えられるが、図示したモジュールと周囲との間の熱経路の構成は、空気流がアパーチャを通ってケージに流入し、そこに存在し、チャネルを通って流れて、ヒートシンクのフィンに伝達される熱エネルギーを散逸させるような構成であることに留意されたい。ケージを通る空気流は給排気口を画成するファンによって押し込まれ得る。

【0023】

本明細書に記載の開示は、その好適な例示的実施形態に関する特徴を記載している。特許請求の範囲および本開示の範囲および趣旨を逸脱せずに、多くの他の実施形態、修正および変形形態が当業者には想到されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】