JP6819778B2 - 携帯型電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、携帯型電子機器に関する。
一般的に、電子機器では、外部機器等と接続するために様々のコネクタが用いられている。ここで、特許文献１には、電子機器間でデータ通信を行うための接続ケーブルを接続するための外部インターフェースコネクタであって、接続ピンが増えたとしても接続端子のピッチを細かくすることなく小型化できる外部インターフェースコネクタが開示されている。
より詳細には、この外部インターフェースコネクタは、回路基板の表面側に実装される第１のインターフェースコネクタと、裏面側に実装される第２のインターフェースコネクタとに２分割されており、当該第１のインターフェースコネクタと第２のインターフェースコネクタとが回路基板に実装されることにより一つの外部インターフェースコネクタとして構成される。
また、この外部インターフェースコネクタでは、上記第１のインターフェースコネクタが金属製のシェルカバーと樹脂製のホルダーとからなり、シェルカバーを回路基板のグランドに落とすことによりシールドの役割を持たせている（すなわち、外部インターフェースコネクタをシールドしている）。
特開２０１６−１３４３１９号公報
ところで、近年、例えば携帯型情報通信端末などの携帯型電子機器では、機器の小型化、薄型化、高速駆動化などに伴い、携帯型電子機器内のデジタル回路から発生したノイズがアンテナを経由して受信回路に混入し、受信感度を劣化させる現象、所謂自家中毒が問題になっている。特に、例えばコネクタとアンテナとが近接して配設されるような場合に、コネクタ（コネクタピン）から放射されたノイズがアンテナを経由して受信回路に混入し、受信感度を劣化させるおそれがある。そのため、コネクタ（コネクタピン）から放射されるノイズを遮蔽するシールド効果をより高めることが望まれている。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、コネクタ（コネクタピン）のシールド効果をより高めることが可能な携帯型電子機器を提供することを目的とする。
本発明に係る携帯型電子機器は、グランドパターンが形成された配線基板と、コネクタピンを有し、配線基板に実装されたコネクタと、コネクタが実装された配線基板が収納される、導電性を有する筐体と、導電性を有し、コネクタを構成するコネクタピンの少なくとも一部を覆い、配線基板のグランドパターンに電気的に接続された第１のシールド部材と、導電性を有し、第１のシールド部材と接することなく配設され、複数のコネクタピンを第１のシールド部材によって覆われていない範囲を含んで覆い、筐体に電気的に接続された第２のシールド部材とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、携帯型電子機器に搭載されるコネクタのシールド効果をより高めることが可能となる。
実施形態に係る携帯型電子機器（携帯型情報通信端末）を示す斜視図である。 実施形態に係るコネクタのシールド構造を示す断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図）であり、（ａ）は基板取付け前、（ｂ）は基板取付け後の断面図である。 実施形態に係るコネクタのシールド構造を示す断面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図）であり、（ａ）は基板取付け前、（ｂ）は基板取付け後の断面図である。 アンテナに結合するノイズレベルの測定結果を示すグラフである。 アンテナに結合するノイズレベルを測定した測定系を示す模式図である。 第１比較例のシールド構造（第２のシールド部材を有しない例）を示す断面図である。 第２比較例のシールド構造（第２のシールド部材が基板グランドに接続された例）を示す断面図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
まず、図１〜図３を併せて用いて、実施形態に係るコネクタ２のシールド構造について説明する。図１は、コネクタ２のシールド構造が適用された携帯型電子機器（携帯型情報通信端末）１を示す斜視図である。図２は、コネクタ２のシールド構造を示す断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図）であり、（ａ）は基板取付け前、（ｂ）は基板取付け後の断面図である。同様に、図３は、コネクタ２のシールド構造を示す断面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図）であり、（ａ）は基板取付け前、（ｂ）は基板取付け後の断面図である。なお、本実施形態では、携帯型電子機器１として、携帯型情報通信端末（スマートフォン）を例にして説明する。
携帯型情報通信端末１（請求の範囲に記載の携帯型電子機器に相当）は、例えば、通話機能、電子メール送受信機能、ウェブ（インターネット）閲覧機能、画像（静止画・動画）閲覧機能、音楽再生機能、及び撮像（カメラ）機能等を有する情報端末である。図１に示されるように、携帯型情報通信端末１は、薄型の略直方体形状を有しており、その前面には、シート状の液晶パネル（ＬＣＤディスプレイ）１１とタッチパネル１２とが重ねて取り付けられている。液晶パネル１１は、例えば、文字情報や画像情報、並びに入力操作画面などを表示する。タッチパネル１２は、手（指）によるタッチ操作（入力操作）を検出する。タッチ操作の検出には、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式等を採用することができる。
携帯型情報通信端末１には、外部機器（例えば基地局等）との間で無線通信により上記情報を送受信するための無線通信アンテナ１３、及び外部機器との間で有線通信により情報を送受信するためのコネクタ（レセプタクル）２が設けられている。なお、詳細は後述する。
携帯型情報通信端末１の筐体１０は、例えば金属等の導電性を有する素材からなり、薄型の略直方体状に形成されている。ここで、筐体１０は、筐体自体が金属等の導電性を有する素材から形成されていてもよいし、例えば、樹脂などの導電性を有しない素材に、導電性を有する薄膜が貼り付けられたり、又は導電性を有するコーティングが施されることによって形成されていてもよい。
液晶パネル１１の背面側（筐体１０の内部側）には、図２、３に示される中蓋１４が設けられている。また、中蓋１４の端部には、上述した電波を送受信するアンテナ１３が取り付けられている。なお、アンテナ１３は、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）アンテナであり、配線基板３０に接続される。中蓋１４の背面側（筐体１０の内部側）には、コネクタ２が実装された配線基板３０やバッテリパック（図示省略）などが収納される。
配線基板３０は、例えば、配線パターン（グランドパターン、電源パターン、信号パターン）が形成された複数の絶縁層が積層されて構成されている。絶縁層は、例えば、ＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）から形成された矩形の薄板である。配線パターンは、例えば銅箔などから形成される。
配線基板３０には、例えば、ベースバンドプロセッサを有し通信処理を行う電子回路、及びアプリケーションプロセッサを有し様々なアプリケーション・ソフトウェアを処理（実行）する電子回路等が実装されている。
配線基板３０の端部には、筐体１０の下側の側面にプラグ挿入口が開口するようにコネクタ（レセプタクル）２が実装されている。よって、コネクタ２とアンテナ１３とは、携帯型情報通信端末１の厚み方向に対して上下に重なるように近接して配設される。
コネクタ２は、例えばＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃコネクタである。コネクタ（レセプタクル）２は、プラグ挿入空間を画成する略角筒状コネクタシェル２０と、プラグ挿入空間に配置されたプラグ案内片２１と、プラグ案内片２１に設けられプラグ側端子と導通可能な複数のコネクタピン（接続端子）２２とを有している。
コネクタシェル２０は、略角筒状のシェル本体２０ａと、シェル本体２０ａから側方に（配線基板３０と平行に）突出する取付片２０ｂとを有している。取付片２０ｂが配線基板３０にはんだ付けされることによりコネクタシェル２０（コネクタ２）が配線基板３０に取り付けられる。また、図３に示されるように、複数のコネクタピン２２それぞれの一端（基端）は配線基板３０に接続されている。コネクタシェル２０（シェル本体２０ａ）は、例えば、略矩形状に打ち抜かれた一枚の導電性の金属板を折り曲げて略角筒状に形成される。
コネクタ２は、シールド効果をより高めることができる構造を備えている。次に、このコネクタ２のシールド構造について詳細に説明する。コネクタ２のシールド構造は、主として、第１のシールド部材として機能するコネクタシェル２０と、絶縁部材３５と、第２のシールド部材４０とを備えて構成されている。このように、本実施形態では、第１のシールド部材として、コネクタ２を構成するコネクタシェル２０を用いた（兼用した）。
コネクタシェル（第１のシールド部材）２０は、上述したように導電性を有し、コネクタ２を構成する複数のコネクタピン２２の少なくとも一部を覆っている。より具体的には、コネクタシェル２０は、複数のコネクタピン２２の基端部（後端部）を除き、先端部及び中央部を側方から覆っている。なお、コネクタシェル２０は、複数のコネクタピン２２を（開口部を除いて）全面的に覆ってもよい。また、上述したように、コネクタシェル２０は、配線基板３０のグランドパターン３１（基板グランド）に電気的に接続されている。
第２のシールド部材４０は、例えば、導電性を有する金属箔（銅箔等）から形成されている。第２のシールド部材４０は、筐体１０（フレームグランド）に電気的に接続されている（詳細は後述する）。なお、筐体１０（フレームグランド）は、例えば、任意の一点において、配線基板３０のグランドパターン３１（基板グランド）と電気的に接続されている。
第２のシールド部材４０は、コネクタシェル（第１のシールド部材）２０と接することなく離間して配設される。また、第２のシールド部材４０は、コネクタシェル２０を全体的に覆うように配設されている。ここで、コネクタシェル２０と第２のシールド部材４０との間には、コネクタシェル２０と第２のシールド部材４０とが接触することを確実に防止するために、シート状（薄膜状）の絶縁体からなる絶縁部材３５が介装されている。
第２のシールド部材４０は、複数のコネクタピン２２を、コネクタシェル（第１のシールド部材）２０によって覆われていない範囲（例えば後端部）を含んで、すなわちコネクタシェル２０よりも広い範囲で覆うように設けられる。よって、コネクタピン２２は、プラグが挿入される開口端を除き、コネクタシェル（第１のシールド部材）２０及び第２のシールド部材４０によって全面的に覆われる。
第２のシールド部材４０は、絶縁部材３５を介して、コネクタシェル２０と筐体１０との間に挟まれることによって、筐体１０（フレームグランド）に圧接されることにより、筐体１０（フレームグランド）と電気的に接続される。なお、本実施形態では、絶縁塗装した金属製の中蓋１４を用いて、圧力をかけて、第２のシールド部材４０と筐体１０とを密着させた。
続いて、図４〜７を用いて、本実施形態に係るコネクタ２のシールド構造、及び比較用のシールド構造（第１比較例、第２比較例）それぞれのノイズ低減効果について、測定結果を示して説明する。ここでは、比較用のシールド構造（第１比較例）として、図６に示される、コネクタシェル（第１のシールド部材）２０のみからなるもの、すなわち、第２のシールド部材４０を備えていないものを用いた。また、比較用のシールド構造（第２比較例）として、図７に示される、第２のシールド部材４０が（筐体１０（フレームグランド）ではなく）配線基板３０のグランドパターン３１（基板グランド）に接続されたものを用いた。
そして、第２のシールド部材４０の有無、及び、第２のシールド部材４０が接続されるグランドの違い（基板グランドかフレームグランドか）によるノイズレベル（アンテナ１３に結合するノイズレベル）の違い、すなわちコネクタ２のシールド効果を評価した。ここでは、ＬＴＥアンテナ１３を対象にして、結合するノイズレベルを評価した。図４は、本実施形態に係るコネクタ２のシールド構造、第１比較例並びに第２比較例に係るシールド構造それぞれのＬＴＥアンテナ１３に結合するノイズレベルの測定結果を示すグラフである。また、図５は、ＬＴＥアンテナ１３に結合するノイズレベルの測定系（測定システム）１００を示す図である。
まず、図５を参照しつつ、アンテナ１３に結合するノイレベルズの測定系（測定システム）１００について説明する。同図に示されるように、シールドルーム１０１の中には、ＬＴＥアンテナ１３を有する携帯型情報通信端末１（ＥＵＴ）が設置されている。携帯型情報通信端末１は、シールドルーム１０１の外に置かれたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０２とＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃケーブル１０３で接続されている。一方、携帯型情報通信端末１のＬＴＥアンテナ１３は、フェライトコア１０４が装着された同軸ケーブル１０５を通してスペクトラムアナライザ１０６に接続されている。
そして、ＵＳＢ３．１ Ｇｅｎ１でパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０２と通信したときの、ＬＴＥアンテナ１３に結合するノイズレベルを評価した。なお、第２のシールド部材４０を設けることで、ＬＴＥアンテナ１３の放射特性が変化する（例えば共振周波数がずれる）場合がある。そのため、第２のシールド部材４０を設ける場合には、第２のシールド部材４０を設けないときのアンテナ特性に再調整し（すなわち、共振周波数等の特性を同じにして）ノイズレベルを測定した。
上述した測定システム１００を用いて測定した、本実施形態に係るコネクタ２のシールド構造、及び比較用のシールド構造（第１比較例、第２比較例）それぞれを用いた場合のノイズレベルの測定結果を図４に示す。図４に示されたグラフの横軸は周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸はノイズレベル（ｄＢｍ）である。
図４に示されるように、本実施形態に係るコネクタ２のシールド構造２は、比較例（第１比較例び第２比較例）と比較して、４００〜１０００（ＭＨｚ）の周波数領域において、１０（ｄＢｍ）以上、ノイズレベルが低減されることが確認された。これは、ほぼゼロ電位となる筐体１０（フレームグランド）に接続された第２のシールド部材４０によってコネクタピン２２（コネクタ２）がシールドされることにより、近接配置されたＬＴＥアンテナ１３にコネクタピン２２（コネクタ２）から放射されたノイズが結合しなくなったためである。
なお、第１比較例と比べて、第２比較例の方がノイズレベルが悪化した。その理由は、携帯型情報通信端末１の基板グランドは、大地グランド電位(完全なゼロ電位)ではないため、コネクタピン２２から放射されたノイズが基板グランドに伝導し、基板グランドのパターンからノイズが放射されたものと考えられる。
本実施形態によれば、導電性を有し、コネクタ２を構成する複数のコネクタピン２２の少なくとも一部（例えば先端部及び中央部の側方）を覆い、配線基板３０のグランドパターン３１に電気的に接続されたコネクタシェル（第１のシールド部材）２０に加えて、導電性を有し、コネクタシェル２０と接することなく配設され、複数のコネクタピン２２をコネクタシェル２０によって覆われていない範囲（例えば後端部）を含んで覆い、かつ、グランド電位が配線基板３０のグランドパターン３１（基板グランド）よりも安定している筐体１０（フレームグランド）に電気的に接続された第２のシールド部材４０を備えている。よって、コネクタシェル（第１のシールド部材）２０にノイズがのったとしても、第２のシールド部材４０によってノイズがシールドされるため、コネクタピン２２（コネクタ２）から放出されるノイズ（電磁ノイズ）をより効果的にシールドすることができる。その結果、コネクタ２のシールド効果をより高めることが可能となる。
特に、上述したコネクタ２のシールド構造を適用することにより、配線基板３０のグランドパターン３１が大地に接地されることなく（すなわちフローティングされた状態で）用いられる携帯型情報通信端末１において、コネクタ２のシールド効果をより高めることができ、例えば自家中毒問題を効果的に解消することが可能となる。
本実施形態によれば、コネクタシェル（第１のシールド部材）２０が、一端が配線基板３０に接続された複数のコネクタピン２２を覆い、第２のシールド部材４０が、コネクタシェル２０を覆うように配設されている。そのため、コネクタシェル２０と配線基板３０のグランドパターン３１とをより容易に接続することができ、かつ、第２のシールド部材４０と筐体１０（フレームグランド）とをより容易に接続することが可能となる。
本実施形態によれば、コネクタシェル（第１のシールド部材）２０と第２のシールド部材４０との間にシート状の絶縁部材３５が介装されているため、コネクタシェル２０と第２のシールド部材４０とが接触することを確実に防止できる。
本実施形態によれば、コネクタ２を構成するコネクタシェル２０を第１のシールド部材として用いたため、第１のシールド部材を別途（専用に）設ける必要がない。
本実施形態によれば、第２のシールド部材４０が、絶縁部材３５を介して、コネクタシェル２０と筐体１０との間に挟まれることにより、筐体１０に圧接されている。そのため、第２のシールド部材４０と筐体１０とを接続する際に、ねじ止めやはんだ付け等が不要となり、例えば、コストの低減、製造工程の削減、部品点数の削減、防水性能の向上などを図ることができる。また、ねじ止め等と比較して、より広い面積で第２のシールド部材４０と筐体１０とを接触させることができるため、シールド効果をより高めることが可能となる。
本実施形態によれば、コネクタ２（コネクタピン２２）から放出されるノイズが、近接して配設されているアンテナ１３で受信されることを防止（結合を防止）することができる。よって、コネクタ２（コネクタピン２２）から放射されるノイズがアンテナ１３を経由して受信回路に混入し、受信感度を劣化させること（自家中毒）を効果的に防止することが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第２のシールド部材４０を、絶縁部材３５を介して、コネクタシェル２０と筐体１０との間に挟むことによって、筐体１０（フレームグランド）に圧接した（接続した）が、例えば、金属ガスケットやシールドフィンガーなど用いて双方を接触させる構成としてもよい。また、例えば、スプリングバネや板バネなどを用いて第２のシールド部材４０（配線基板３０）を筐体１０側に付勢する構成としてもよい。
上記実施形態では、第２のシールド部材４０が第１のシールド部材（コネクタシェル）２０を覆う構成としたが、第１のシールド部材２０が第２のシールド部材４０を覆う構成としてもよい。
上記実施形態では、本発明に係るコネクタ２のシールド構造を携帯型情報通信端末（スマートフォン）に適用したが、携帯型情報通信端末以外の携帯型電子機器に適用してもよい。また、コネクタ２は、ＵＳＢ Ｔｙｐｅ−Ｃコネクタに限られることなく、他のタイプのコネクタであってもよい。
１ 携帯型情報通信端末（携帯型電子機器）
２ コネクタ
１０ 筐体
１３ アンテナ
２０ コネクタシェル（第１のシールド部材）
２２ コネクタピン
３０ 配線基板
３１ グランドパターン
３５ 絶縁部材
４０ 第２のシールド部材

Claims (6)

  1. グランドパターンが形成された配線基板と、
    コネクタピンを有し、前記配線基板に実装されたコネクタと、
    前記コネクタが実装された前記配線基板が収納される、導電性を有する筐体と、
    導電性を有し、前記コネクタを構成するコネクタピンの少なくとも一部を覆い、前記配線基板のグランドパターンに電気的に接続された第１のシールド部材と、
    導電性を有し、前記第１のシールド部材と接することなく配設され、前記複数のコネクタピンを前記第１のシールド部材によって覆われていない範囲を含んで覆い、前記筐体のみに接続され、前記配線基板のグランドパターンには接続されていない第２のシールド部材と、を備えることを特徴とする携帯型電子機器。
  2. 前記第１のシールド部材は、一端が前記配線基板に接続された前記複数のコネクタピンの少なくとも一部を覆い、
    前記第２のシールド部材は、前記第１のシールド部材を覆うように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯型電子機器。
  3. 前記第１のシールド部材と前記第２のシールド部材との間に介装された絶縁部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の携帯型電子機器。
  4. 前記第１のシールド部材は、前記コネクタを構成するコネクタシェルであることを特徴とする請求項３に記載の携帯型電子機器。
  5. 前記第２のシールド部材は、前記絶縁部材を介して、前記コネクタシェルと前記筐体との間に挟まれることにより、前記筐体に圧接されていることを特徴とする請求項４に記載の携帯型電子機器。
  6. 電波を送受信するアンテナをさらに有し、
    前記配線基板には、前記アンテナが接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の携帯型電子機器。
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