CN101103498A - Usb连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种USB插头，包括外壳(11)，固定口(13)，上和下滑块(14、15)以及杠杆装置(19)。外壳具有形成在其前端的开口以及与其后端连接的两对引线脚(12)。水平延伸的固定口(13)固定在外壳(11)后端中间，固定口的每一侧设置有两对与引线脚(12)电连接的触头。上和下滑块(14、15)分别具有彼此面对的第一侧和沿着外壳(11)的上和下侧可滑动的第二侧，每一个滑块具有两个金属触头(17、18)，它们设置在第一侧并与固定口的触头对应。杠杆装置(19)设置在上和下滑块(14、15)之间，以便利用施加在上和下滑块其中一个上的外部插入力交替移动上和下滑块。有利的是，USB插头适于与传统USB插座以上侧和颠倒取向连接。

Description

USB连接器
技术领域
本发明涉及一种USB连接器，特别是适用于可反向与传统USB插座连接的USB插头。
背景技术
USB标准连接器在计算机和消费性电子产品中广泛使用。它可以被用来连接外围设备与计算机主机而不需要主机的重新起动并确保快速传输速率。由于USB连接器的特殊结构，USB插头以给定的取向只能插入一个USB插座中。通常在外表面设置记号来帮助使用者识别正确的插入取向，然而，大多数使用者仍然经常感到很难识别正确的插入方向，因为USB插头的金属外壳在相对的方向形成有相同的形状。
如图1a和1b所示，传统USB插座80通常包括主体81，片状元件82，外壳83以及两对弹簧触头84。片状元件82与主体81形成为一个整体，并从主体81中突出而朝向外壳83的开口端。外壳83通常用金属制成，并围住整个主体81和片状元件82。两对弹簧触头84固定在片状元件82中并沿着片状元件82的下侧平行设置。上部空隙85和下部空隙86分别限制在USB插座80中片状元件82和外壳83之间。
图2a和2b说明了传统USB插头90，该插头包括主体91，片状元件92，外壳93以及两对电极触头94。片状元件92在主体91下侧形成为一体，并从主体91朝向外壳93的开口端突出。外壳93通常是金属制成并围绕整个主体91和片状元件92。电极触头94固定在片状元件92中而主体91沿着与USB插座80的弹簧触头84相对应的片状元件92的上侧表面平行设置。空隙95限定在USB插头90中片状元件92和外壳93之间。
如图3所示，当传统的USB插头90与传统的USB插座80相连接时，USB插头90的前端首先插入到USB插座80的上部和下部空隙85和86中。USB插座80的片状元件82插入到USB插头90的空隙95中。USB插头90的电极触头94与USB插座80的相应的弹簧触头84电连接。
需要注意的是，仅有一个单独片状元件92被非对称地从主体91下侧突出，因此USB插头90只能在如图3所示的上侧插入的取向与USB插座80正确连接。如果USB插座80和USB插头90中的一个是颠倒的，例如，当USB插座80保持如图1所示的上侧取向而USB插头90被翻转为颠倒的取向，或者另外当USB插头90保持如图2和3所示的上侧取向而USB插座80被翻转为颠倒的取向，USB插头90和USB插座80之间不能建立正确的连接。
为了识别USB连接的正确插入方向，通常识别标记96设置在USB插头90的外表面如图2和3可见。然而，有时USB连接之间的连接仍然无法避免错误的操作。如果错误的插入操作在强迫力下进行，USB连接器的硬件将会发生永久损坏。
为了解决上述传统USB连接的问题，申请号为JP2003-217728的日本专利公开了一种改进的USB插座，该插座适用于与传统标准USB插头以翻转的方式连接来解决上述缺陷。
如图4所示，根据上述专利的第一个例子提供了一种USB插座200，该插座包括主体201，片状元件202，外壳203和弹簧触头204。其中片状元件202在主体201中部形成为一体，并从主体201突出到外壳203的开口端。外壳203围绕整个主体201和片状元件202。特别地，片状元件202的上侧和下侧每一个设置有两对弹簧触头204。上部空隙205和下部空隙206在片状元件202的相对侧、在USB插座200中对称限定为相同的形状。由于USB插座的对称结构，如图4所示，当使用者想要连接传统USB插头90和USB插座200时，他/她可以仅仅调整USB插头的垂直位置以便使USB插头的空隙95与USB插座200的片状元件202成一直线而不管USB插头90的插入方向是上侧或者颠倒的方向，即传统USB插头90可以与USB插座80在上侧和颠倒的插入方向翻转连接。
但是，上述USB插座200的缺点为：USB插座200的外壳203的开口尺寸与传统标准的USB插头90不匹配，而且USB插头90的垂直位置必须调整以便使得USB插头90的空隙95与USB插座200的片状元件202成一直线。此外，金属制成的USB插头的外壳93可能引起USB插座200弹簧触头204在插入连接时短路，因此这种USB插座200的可靠性比较低。
如图5、6、7所示，根据上述专利的另一个例子提供了USB插座300，该插座包括上滑块302和下滑块302′，它们在外壳303可以滑动地被接收。一对上部弹簧触头304和一对下部弹簧触头304′各自设置在上滑块302的下下侧和下滑块302′上侧。特别地，两个弹簧305和305′各自连接到上和下滑块302和302′的后端，来为滑块302和302′提供压缩回弹能量。
如图6所示，当USB插头90以上侧插入取向与USB插座300连接时，上滑块302将被插入USB插头90的空隙95中，而下侧滑块302′将通过USB插头90的片状元件92的进入而向内缩回。当USB插头90以颠倒的方向与USB插座300连接时，如图7所示，下滑块302′将被插入USB插头95的空隙95中，而上滑块302将通过USB插头的片状元件92的进入而向内缩回。如果USB插头90从USB插座300中拔出，缩回的滑块302或者302′将通过弹簧305或者305′的弹力回到原来的位置。
然而，上述专利USB插座300的结构非常复杂，因此制造成本很高，此外该专利没有说明弹簧触头304和304′与USB插座300的引线脚的可靠电连接。
因此，本发明的一个目的时提供改进的USB连接器以便解决前述技术的问题和缺陷。
发明内容
本发明提供了一种新型USB连接器，特别是一种USB插头，该插头适用于和标准USB插座连接。本发明的USB插头包括外壳、固定口、上滑块、下滑块和杠杆装置。
其中，外壳具有形成在其前端的开口以及连接到其后端的两对引线脚。
水平延伸的固定口固定到外壳后端中部。固定口的上侧和下侧的每一个都有两对设置在其上并分别与两对引线脚对应且电连接的触头。
可滑动容纳在外壳中的上和下滑块具有互相面对的第一侧面和沿着外壳的上和下侧壁可以滑动的第二侧面，上和下滑块中的每一个有两对设置在其第一侧上的金属触头，它们与两对设置在固定口上的触头相对应。
杠杆装置可操作地设置在上和下滑块之间，以便通过施加在上和下滑块之一上的外部插入力交替移动上和下滑块，由此，当USB插头以上侧或者颠倒的方向连接到传统标准的USB插座时，其中一个滑块通过施加在其上的插入力向内退回，而另一个滑块通过杠杆装置向外移动。
有利的是，USB插头适于与传统USB插座在上侧和颠倒的取向连接。
在一个实施例中，杠杆装置包括至少一个齿轮，该齿轮在至少一个上齿条和至少一个下齿条之间有效啮合。
优选地，至少一个的上齿条和至少一个的下齿条在上和下滑块第一侧成一体。
在本发明的一个实施例中，用来供电的滑块的外部金属触头对向外壳前端比用来信号通信的滑块的内部金属触头对延伸得长。并且用来提供电能的固定口外部触头对向外壳前端比用来信号通信的固定口内部触头对延伸得长。
有利的是，USB插头和传统USB插座之间的供电连接在信号通信连接之前建立，而信号通信在供电连接断开之前断开。
附图说明
图1a是传统USB插座的前视图；
图1b是带有如图1a中所示传统USB插座的部分截面的侧视图；
图2a是传统USB插头前视图；
图2b是带有如图2a中所示USB插座的部分截面的侧视图；
图3是显示了传统USB插头插入传统USB插座的简图；
图4是显示了现有技术的USB插座的第一示例用来以可翻转的方式连接传统USB插头的简图；
图5是显示了现有技术的USB插座的第二示例用来以可翻转的方式连接传统USB插头的简图；
图6是显示了图5所示的USB插座以上侧插入取向与USB插头连接的简图；
图7是显示了图5中的USB插座以颠倒插入取向与USB插头连接的简图；
图8是根据本发明的USB插头的平面示意图；
图9是图8中所示的USB插头从A方向显示的侧面示意图；
图10是根据本发明的USB插头沿着图9中所示的B-B线的截面示意图；
图11是根据本发明的USB插头沿着图10中所示的C-C线的截面示意图；
图12是根据本发明的USB插头的一个滑块的侧面示意图；
图13a是显示了根据本发明的USB插头将与传统标准的USB插座以上侧插入取向连接的侧面示意图；
图13b是显示了根据本发明的USB插头将与传统标准的USB插座以颠倒插入取向连接的侧面示意图；
图14a-14c是显示了以上侧插入取向连接USB插头到传统标准的USB插座的各步骤的示意图；以及
图15a-15c是显示了以颠倒插入取向连接USB插头到传统标准的USB插座的各步骤的示意图；
具体实施方式
如图8和9所示，根据本发明的改进的USB插头10包括外壳11，该外壳11具有在其前端形成的开口和与其后端连接的两对引线脚12。
从图10中可以更清楚的看出，两个绝缘片110各自配合在外壳11后端部分的相对两侧。参照图10和11，本发明的USB插头10还包括设置在外壳11后端的固定口13，在外壳11中可滑动容纳的上滑块14和下滑块15，以及适配的杠杆装置，该装置设置在上滑块14和下滑块15之间。
固定口13形成为薄片元件，其水平延伸并固定在外壳11的后端中部。固定口13的每一侧具有两对设置在其上并与该对引线脚12电连接的触头16。其中，两个外触头对16用来供电，两个内触头对16用来信号通信。两个外触头对16向外壳11的前端比两个内触头对16延伸得更长。
上和下滑块14和15是由绝缘材料以相同构型一体形成的片状元件。如图10和11所示，并参考图12，上和下滑块14和15各自具有互相面对的第一侧和可以沿着外壳11的上和下侧壁滑动的第二滑块。
上滑块14有两对金属触头17，它们设置在其第一侧并与触头16对应，而下滑块15也有两对金属触头18，它们设置在其第一侧并与触头16相对应。其中，外部金属触头对17和18用来供电而内部金属触头对17和18用来信号通信。每一个金属触头17和18具有一个固定端部，该固定端部紧固在滑块14和、15的第一侧上，并具有一个弯曲弹簧端部，该弹簧端部向外壳11的后端延伸。每一外部金属触头对17和18的固定端部向外壳11的前端比内部金属触头对17和18延伸得长。
根据本发明的杠杆装置的一个实施例包括一对齿轮19，该对齿轮在两个相对边缘上可操作地设置在上和下滑块14和15的第一侧之间。相应地，一对上齿条141和一对下齿条151在相对的边缘各自设置在上和下滑块14和15的第一侧之间。该对齿轮19可旋转设置在外壳11中并在上齿条141和下齿条151对之间有效啮合。该对上齿条141安装在上滑块14上，而该对下齿条151安装在下滑块15上，因此，当上和下齿条对141和151被齿轮对19在一个旋转方向驱动时，上部和下滑块14和15将被分别在两个相反的方向移动。
以这种方式，上和下滑块14和15能够通过施加在上和下滑块之一的外部插入力交替移动。当滑块14和15之一通过外部插入力向内缩回时，向内方向施加在缩回的滑块上的该外部插入力将通过齿轮19和齿条141和151被转化为向外方向施加在另一个滑块14和15中上的压力，因此另一个滑块14和15通过利用杠杆装置将向外移动。
在杠杆装置的一个实施例中，上和下齿条141和151在相对边缘上与滑块14和15的第一侧成一体。然而齿条141和151还可以与滑块14和15单独形成。对于本领域的技术人员，可以理解的是，杠杆装置可以是能使上和下滑块14和15在外壳11中交替移动的任何实用机械结构。
如图13所示，传统的标准USB插座20可以通常包括一个主体21，一个片状元件22，一个外壳23，两对弹簧触头24和与两对弹簧触头24电连接的两对引线脚25。上部空隙26和下部空隙27分别限定在USB插座20中片状元件22和外壳23之间。
当本发明的USB插头10与传统USB插座20以如图13a所示的上侧取向相连接，或者以如图13b所示的颠倒取向相连接时，可以看出，由于上和下滑块14和15的相同结构，上侧插入取向和颠倒插入取向连接均没有阻碍。附图中显示的箭头分别表示USB插头10的上侧和颠倒的插入连接取向。
图14a、14b和14c显示了以上侧取向将本发明的USB插头10和传统USB插座20连接的插入步骤。水平箭头表示USB插头10的移动方向。
首先，USB插头10的外壳11的前端部分插入USB插座20的外壳23的上部和下部空隙26和27中。然后当USB插头10持续向USB插座20移动时，USB插座20的片状元件22持续插入USB插头10的外壳11中。被USB插座20的片状元件22压迫的下滑块15向内缩回直到下滑块15移动到最内的位置，在该位置下滑块15的弹簧触头18与固定口13的相应触头16电连接，并且同步地，上滑块14利用杠杆装置向外移动直到上滑块14移动到最外的位置，在该位置USB插座20的弹簧触头24与上滑块14的金属触头17电连接。
这样，下滑块15的金属触头18的弹簧端部与固定口13的触头16电连接，上滑块14的金属触头17的弹簧端部与下滑块15的金属触头18的固定端部电连接，而USB插座20的弹簧触头24与上滑块14的金属触头17的固定端部电连接。因此，通过做为下滑块15和USB插座20的片状元件22之间桥梁的上滑块14，在USB插头10和USB插座20之间建立电连接。
图15a、15b和15c显示了将本发明的USB插头10与USB插座20以颠倒取向连接的插入步骤。水平箭头表示USB插头10的移动方向。
首先，USB插头10的外壳的前端部分插入USB插座20的外壳23的上部和下部空隙26和27中。然后当USB插头10持续向USB插座20移动时，USB插座20的片状元件22持续进入USB插头10的外壳11中。被USB插座20的片状元件22压迫的上滑块14向内缩回直到上滑块14移动到最内位置，在该位置上滑块14的弹簧触头17与固定口13的相应触头16电连接，而同步地，下滑块15利用杠杆装置向外移动直到下滑块15移动到最外位置，在该位置USB插座20的弹簧触头24与下滑块15的金属触头18电连接。
以这种方式，上滑块14的金属触头17的弹簧端部与固定口13的触头16电连接，下滑块15的金属触头18的弹簧端部与上滑块14的金属触头17的固定端部电连接，而USB插座20的弹簧触头24与下滑块15的金属触头18的固定端部电连接。因此，通过做为上滑块14和USB插头10的片状元件22之间桥梁的下滑块15，在USB插头10和USB插座20之间建立电连接。
有利的是，因为外部金属触头对14和15的固定端部向外壳11的前端比内部触头对14和15的固定端部延伸得长，而固定口13的外部触头对16向外壳11的前端比固定口13的内部触头对16延伸得长，在插入时供电连接在信号通信连接前建立，而拔出时信号通信在供电断开之前断开。

Claims (5)

1.一种USB插头(10)包括：外壳(11)、两对引线脚(12)、固定口(13)、上滑块(14)、下滑块(15)和杠杆装置，其特征在于：
外壳(11)具有形成在其前端的开口和两对与其后端连接的引线脚(12)；
水平延伸的固定口(13)固定在外壳(11)后端的中部，固定口(13)的每一侧具有两对设置在其上并分别与两对引线脚(12)电连接的触头(16)；
上和下滑块(14、15)各自具有彼此面对的第一侧和沿着外壳(11)的上和下侧壁可滑动的第二侧，上和下滑块(14、15)中每一个具有两对金属触头(17、18)，它们设置在该上和下滑块的第一侧上并与设置在固定口(13)上的所述对触头(16)相对应；
杠杆装置可操作地设置在上和下滑块(14、15)之间以便通过施加在上和下滑块(14、15)中一个上的外部插入力交替移动上和下滑块(14、15)，由此当USB插头(10)与传统的标准USB插座(20)以上侧或者颠倒取向连接时，其中一个滑块(14、15)通过施加在其上的插入力向内缩回，同时另一个滑块(14、15)通过杠杆装置向外移动。
2.如权利要求1所述的USB插头(10)，其特征在于，所述杠杆装置包括至少一个齿轮(19)，该齿轮可操作地啮合于至少一个上齿条(141)和至少一个下齿条(151)之间。
3.如权利要求2所述的USB插头(10)，其特征在于，所述至少一个上齿条(141)和至少一个下齿条(151)分别在上和下滑块(14、15)的第一侧上成为一体。
4.如权利要求1至3中任一项所述的USB插头(10)，其特征在于，每一个金属触头(17、18)具有紧固在滑块(14、15)的第一侧上的固定端部，以及向外壳(11)的后端延伸的弯曲弹簧端部。
5.如权利要求4所述的USB插头(10)，其特征在于，用来供电的滑块(14、15)的外部金属触头对(17、18)的固定端部向外壳(11)前端比用来信号通信的滑块(14、15)的内部金属触头对(17、18)的固定端部延伸得更长，而固定口(13)的外部触头对(16)向外壳(11)的前端比固定口(13)的内部触头对(16)延伸得更长。
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