JP2012074372A - 腐食防止機能付き電気コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】相手コネクタの挿入を検出するプラグ検出ユニットを有し、腐食を低減する電気コネクタを提供する。
【解決手段】電気コネクタ（１０２）は、電気コネクタ及び相手コネクタ（１０４）の嵌合状態を検出するためのプラグ検出ユニットを有する。プラグ検出ユニットは、間欠試験信号により嵌合状態を検出するよう作動可能である。或いは、又はさらに、第１電気コンタクト（１１８）及び第２電気コンタクト（１２０）の表面は、異なる酸化電位を有する材料で覆われる。ここで、試験信号の正電圧は、他方の電気コンタクトと比較してより高い酸化電位を有する電気コンタクトに印加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、対応する相手コネクタに電気接触するための、少なくとも１個の電気コンタクトを有する電気コネクタに関する。特に、本発明は、コネクタ及び相手コネクタの嵌合状態を検出するためのプラグ検出ユニットを有するコンタクトを扱う。本発明はさらに、嵌合状態を検出するための対応する方法に関する。一般に、本発明は、携帯電話と共に使用するための電気コネクタ、特に、コネクタが外部環境に対して封止される態様で携帯電話のハウジング内に電気コンタクトを直接組み込むシステムコネクタに関する。

携帯電話に関連するシステムコネクタは、携帯電話の内部回路と外部電気回路すなわち外部デバイスとの電気接続を構築及び維持するために使用される。このような外部デバイス及び接続要求事項の例は、バッテリ充電機器、携帯電話ユニットのハンズフリーを可能にするために代表的には自動車で使用されるベースステーションすなわちドッキングステーション、及びヘッドセットである。歴史的には、このようなシステムコネクタには、水や塵埃が電話機の内部室に自由に入ってしまう開口すなわち通路があった。代表的には、組立前には封止されずに組み立てなければならない、印刷回路基板、構造フレーム部材及びハウジングエンクロージャを含むいくつかの個別部品があるので、これらの貫通通路は電話ユニット内にあった。このように、システムコネクタは、印刷回路基板に直接半田付けされるか、又はハウジング及びフレームが整列した状態で印刷回路基板上に押圧される個別部品からなるのが一般的である。

最近開発されたものは、少なくとも部分的に電話機の内部要素に対して封止されるハウジング内に、防滴機器用の要求事項を満たすのに十分なように、コネクタの電気コンタクトを配列する。

内部回路の短絡の形成及び損傷を避けるために、電気コネクタは、相手コネクタが挿入されない限り電源が切れず、相手コネクタが挿入される場合のみオーディオ／ビデオ信号又はバッテリへの接続等の作動信号を流すことができる。

この目的のために、相手コネクタの存在を検出するプラグ検出ユニットが設けられる。

米国特許出願公開第２０１０／０１８２１５９号明細書

しかし、相手コネクタが挿入されたかどうかを監視することは、少なくとも１個の電気端子に現れる電圧の問題を引き起こす。この結果、湿度の存在下では、このような一定電圧は、コンタクトの迅速且つ重大な腐食という結果となる電解工程をもたらす。

携帯電話用の公知の防水コネクタは、耐久性及び耐海水性の要求事項を満たすよう、２μｍの金めっきを使用する。一般に、携帯電話市場は、充電及び付属品との接続に高信頼性を要求する。しかし、価格圧力のため、このような厚い貴金属めっきを経済的に使用することはできない。これは、従来のコネクタのニッケルコンタクト上の金フラッシュめっきは、塵埃、湿度、汗及び海水の組合せの中で通常の嵌合をすると、金フラッシュめっきはニッケルコンタクトの細孔を覆うことができないので、使用中にゆっくりと劣化することを意味する。

従って、本発明が解決しようとする課題は、コネクタが内蔵されるデバイスの十分に長い製品寿命となるレベルまで腐食を低減する電気コネクタを提供することである。

上述の課題は、独立請求項に従った、コネクタ、並びに電気コネクタ及び相手コネクタの嵌合状態の検出方法により解決する。本発明の利点のある実施形態は、従属請求項の対象である。

本発明は、準備（スタンバイ）モードの間は全電源が切れる従来のコネクタでは、プラグがコネクタに挿入されたことを検出するために印加されなければならない試験信号自体が、コンタクトの重大な腐食をもたらす可能性があるという技術思想に基づく。本発明者らは、この試験信号を、特定製品の寿命が終わるまで問題が生じない程度に腐食を小さくするよう変更しなければならないことを見出した。異なる２つのアプローチが提案され、これらは個別に又は組み合わせて適用できる。

第１のアプローチは、電気コネクタが、従来のコネクタシステムの連続試験信号の代わりに間欠試験信号により、コネクタ及び相手コネクタの嵌合状態をチェックするよう作動可能なプラグ検出ユニットを有することである。連続電圧試験信号の代わりに短い持続時間のパルス信号を印加することにより、腐食速度が著しく遅くなる。入出力コネクタの任意のコンタクト上の一定電位差を、例えば、1.8ボルトの１秒間隔で１ミリ秒の短い低電圧パルスに置換することにより、１／1000のオーダーの減少が達成される。プラグ挿入時のこのようなパルスに関連したチェックは、腐食を100％防止はしないが、腐食の進行を著しく遅らせる。目的は、製品の寿命が終了するまで深刻な腐食を遅らせることにある。

本発明に係る技術思想は、イオン転移によりコンタクトの劣化を生じさせ得る状態で使用される任意のコンタクト上の電位差を有する任意のコネクタに適用できる。

本発明により提案された第２のアプローチは、電気化学腐食は関連する材料の酸化電位に依存するという事実を利用する。一般的に知られているように、腐食は、電気化学的作用の結果としての金属の劣化であり、腐食が生ずるためには正極及び負極を必要とする。

正極は、酸化電位が高く、電子を失う金属又は場所（site）である。他方、負極は、還元電位が高く、電子を得る金属又は場所である。換言すると、負極は、正極よりも酸化電位が低い。酸化する、すなわち電子を失う材料の計測は、酸化電位として公知である。２つの金属の酸化電位の差は、より正極になりやすい金属を消耗する腐食を伴う。

もちろん、腐食には別の２つのファクタが必要である。すなわち、異なる酸化電位を有する２金属間の電気接続と、２金属間にイオンを伝達する水等の電解液の存在である。標準的な酸化電位の値は、腐食が生ずる別の金属に対して金属が負極又は正極となる傾向を決定する手段である。

この物理的原理から始まり、本発明は、試験信号を流す電気コンタクトと第２基準コンタクトとが、異なる酸化電位を有する金属からなるか、又はこのような金属で覆われるという技術思想に基づく。他方のコンタクトと比べて高い酸化電位を有する電気コンタクトに正電圧を印加することにより、試験信号による腐食を遅らせることができる。例えば、正電圧は＋1.5ボルトの酸化電位を有する金コンタクトに印加され、接地電位は−0.25ボルトの酸化電位を有するニッケル電極に印加される。

もちろん、高い酸化電位を有する表面を有する電極、すなわちより貴金属の性質を有する金属が他の電極に対して正電圧に接続される限り、他の金属の組合せ及び異なる合金を使用してもよい。この結果、正極の外部コンタクトに金めっき及び負極のコンタクトにニッケルめっきを使用することにより、ニッケルめっきのコンタクトの腐食速度は減少する。正側は、金のより高い貴金属性により保護される。このため、フラッシュ金メッキコンタクトを、スマートフォン、ナビゲーション機器、カメラ等の携帯移動体デバイスの領域での防滴又は防海水のコネクタに使用することができる。

本発明に係る間欠試験信号は、矩形波信号又は鋸波状信号の形状を有するパルスを具備する。もちろん、他の適当な信号形状も適切である。さらに、間欠試験信号の極性は、正極、負極又は交流を選択してもよい。

特に有効な腐食速度の低減は、低電位位相よりも短い持続時間を有する高電位位相と低電位位相とが交代するように間欠試験信号を選択することにより達成できる。本明細書において高電位は1.8ボルトまでであることが好適であるのに対し、低電位は０ボルトを示す。もちろん、必要に応じて他の値も選択可能である。

本発明に係る試験信号及び電極構成は、２個のコネクタの嵌合により作動するスイッチを具備するプラグ検出ユニットと共に使用できると有利であり、これにより、試験信号用の電流経路が変わる。或いは、プラグ検出ユニットはまた、嵌合状態の相手コネクタによって短絡される少なくとも２個の電気コンタクトを具備してもよい。

添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を図示するために本明細書の一部に組み込まれると共に本明細書の一部を形成する。発明の説明と共にこれらの図面は、本発明の原理の説明に供する。図面は、本発明がいかに形成され使用されるかの好適な例を示す目的のみのためであり、本発明を図示され説明される実施形態のみに限定するものとして解釈すべきでない。また、実施形態のいくつかの側面は、個別に又は異なる組合せで本発明に係る解決手段を形成する。別の特徴及び利点は、同様の要素には同様の参照符号が付けられた添付図面に図示された本発明の様々な実施形態の以下のより特定の説明から明白となるであろう。

本発明に係るコネクタシステムを示す概略図である。 相手コネクタが挿入された後の図１の構造を示す図である。 有利な別の一実施形態に係るコネクタ組立体の嵌合状態を示す図である。

図１は、コネクタ１０２及び相手コネクタ１０４を具備するオーディオ／ビデオ（ＡＶ）コネクタシステム１００の一例を示す。本例において、コネクタはオーディオ／ビデオジャックであり、相手コネクタ１０４は「丸型標準コネクタ」、「フォンプラグ」又は「ＴＲＲＳコネクタ（ティップ・リング・リング・スリーブコネクタ）」と称されることが多いＡＶプラグにより形成される。

しかし、本発明の原理は、もちろん、コネクタへの相手コネクタ１０４の挿入が検出される任意の種類のコネクタシステム用に使用してもよい。

本実施形態において、相手コネクタ１０４の挿入は、以下に説明されるように、検出ユニットにより、より精確にはプラグ検出ユニットにより、ジャックコネクタ１０２の側面で検出される。しかし、検出ユニットは、必ずしもジャックコネクタの一部でなければならない訳ではないが、プラグに関係することも可能である。この場合、検出ユニットは「ジャック検出ユニット」となる。プラグ検出ユニットの少なくとも一部は、コネクタ１０２が内蔵されたデバイス内で、印刷回路基板等の回路キャリア上に配置されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）内に位置してもよい。

一般的に、標準化されたＡＶプラグ及びＡＶジャックは、民生オーディオ製品及び通信製品で頻繁に使用される。ＡＶプラグは、先端片で終わる複数の筒状片からなる代表的なＡＶプラグ１０４で多くの人々には馴染みがある。特に、プラグ１０４の本体は通常、スリーブ１０６、１個以上のリング１０８，１１０及び先端１１２を有し、各々はジャック１０２との接点を提供する。これらのプラグコンタクトはまた、極と称されることがしばしばある。

本発明によれば、ＡＶジャック１０２は、デバイス自体への湿気及び塵埃の進入を阻止する封止ハウジング１１４内に配置される。準備モードの間、湿度によるダメージを防止するために、本発明によれば、ＡＶジャック１０２の全コンタクト１１６は、オーディオ信号やビデオ信号等の電圧と接続されていない。

本発明に係るプラグ検出ユニットは、プラグ１０４の挿入の際に可動であるプラグ検出ユニット１１８を具備する。好適には、プラグ検出ユニット１１８は接地（ＧＮＤ）に接続される。

さらに、プラグ検出ユニットは、試験信号１２２に接続されたスイッチコンタクト１２０を具備する。プラグ１０４がジャックコネクタ１０２内に挿入される際に、プラグ検出ユニット１１８はスイッチコンタクト１２０のスイッチ部１２１を駆動し、これにより、接地及び試験信号１２２間の回路は閉じている。

本発明によれば、試験信号１２２は、連続的な正電圧又は負電圧により形成されておらず、間欠信号により形成される。例えば、試験信号１２２は、腐食効果を最小にするように選択された振幅やパルス幅を有する矩形波パルス信号を具備してもよい。図示の例において、矩形波パルス信号は、１秒間隔で１μ秒の長さの1.8ボルトパルスで形成される。この信号伝達スキームにより、プラグが挿入されることをデバイスが検知するまで１秒のむだ時間が起こるが、この遅延はユーザには気付かれない。その一方で、腐食速度は１／１０００のオーダーで低減することができる。

或いは、又はパルス信号伝達との組合せで、スイッチコンタクト１２０及び可導プラグ検出コンタクト１１８の材料は、コンタクトが搬送する正信号電圧が貴金属材料、すなわち高い酸化電位を有する材料からなる表面で製造されるように選択される。例えば、本実施形態において、スイッチコンタクト１２０は金層で覆われるのに対し、接地接続されたコンタクト１１８はニッケル層で覆われるか、又はニッケルから製造される。

この手段により、腐食速度は著しく低減可能である。

プラグ１０４の挿入時及び挿入されたプラグの検出時に、デバイスの準備モードは中断され、必要な信号はコンタクト１１６に印加される。これらはオーディオ信号やビデオ信号であってもよく、さらに、当業界で周知であるように特定の種類のプラグコネクタ１０４に依存してもよい。

図２は、図１のコネクタ１０２及び相手コネクタ１０４の嵌合状態を示す。簡単のために、コネクタ１０２の封止ハウジング１１４は図２に示していない。

別の一実施形態では、機械的スイッチ１２０が、嵌合状態で相手コネクタ１０４のスリーブ１０６により短絡される２個のプラグ検出コンタクトにより置換されてもよい。

図３は、本実施形態に係るコネクタ組立体の嵌合状態を示す。ここで、相手コネクタ１０４は、上述した２個のプラグ検出コンタクト１２４，１２６を有するジャックコネクタ１０３に挿入される。前の実施形態と同様に、ジャックコネクタ１０２は封止ハウジング（図示せず）を具備してもよい。

本実施形態において、一方のプラグ検出コンタクト１２６は試験信号１２２に接続され、他方のプラグ検出コンタクト１２４は接地（ＧＮＤ）に接続される。

再び、プラグ検出コンタクト１２６は、接地コンタクト１２４の表面での酸化電位より高い酸化電位を有する表面で形成することができる。

もちろん、本発明の原理は、正電圧及び接地間の電位差に限定されないが、もちろん、正コンタクトが貴金属コーティングを有する負電位及び接地間の電位差を適用してもよい。

ジャックコンタクト１１６及びスイッチ１２０は、外方へ開放し且つ液体で濡れた槽内に配置される。槽自体は、（移動体）デバイスの内部のほうへ封止される。常開スイッチ１２０は、プラグを検出するために電圧差を有する。本発明によれば、この電圧差の総持続時間は、プラグ検知用の短パルス試験信号を使用することにより減少する。プラグが挿入されると、プラグ検出コンタクトは、嵌合状態において接地に嵌合する。

或いは、プラグ検出は、プラグの挿入時に短絡される、プラグコンタクトあたり２個のジャックコンタクトを使用することにより、スイッチ無しですることもできる。当業者には明白であるように、プラグの任意のコンタクト（スリーブ、第１リング、第２リング又はティップ）は、このプラグ検出スキーム用に使用してもよい。

例えば、いくつかの相手先ブランド製造業者（ＯＥＭ）は、スリーブ自体ではなく、接地用のスリーブの次に第２リングを使用する。この場合、第１リングは、上述した任意のプラグ検出スキーム用の接地コンタクトとして使用できる。

１００ コネクタシステム
１０２ コネクタ
１０４ 相手コネクタ
１０６ スリーブ
１０８ 第１リング
１１０ 第２リング
１１２ 先端
１１４ 封止ハウジング（ハウジング）
１１６ コンタクト
１１８ プラグ検出ユニット
１２０ スイッチコンタクト
１２１ スイッチ部
１２２ 試験信号
１２４ プラグ検出コンタクト
１２６ プラグ検出コンタクト

Claims (16)

1. 対応する相手コネクタ（１０４）と電気接触するために少なくとも１個の電気コンタクト（１１６）を有する電気コネクタ（１０２）であって、
   前記電気コネクタは、該コネクタ及び前記相手コネクタの嵌合状態を検出するプラグ検出ユニットを具備し、
   前記プラグ検出ユニットは、間欠試験信号（１２２）により前記嵌合状態を検出するよう作動可能であることを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記間欠試験信号は、矩形波信号又は鋸歯状信号の形状を有する電圧パルスからなることを特徴とする請求項１記載の電気コネクタ。
3. 前記間欠試験信号は、正極及び負極の一方又は双方の極性を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の電気コネクタ。
4. 前記間欠試験信号は、高電位位相及び低電位位相を具備し、
   前記高電位位相は、前記低電位位相より短い持続時間を有することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
5. 異なる酸化電位を有する材料で覆われた少なくとも２個の電気コンタクト（１１８，１２０）が設けられ、
   他方の前記電気コンタクトと比較してより高い酸化電位を有する前記電気コンタクトに正電圧が印加されることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
6. 対応する相手コネクタ（１０４）と電気接触するために少なくとも１個の第１電気コンタクト（１１８，１２４）を有する電気コネクタ（１０２）であって、
   前記電気コネクタは、該コネクタ及び前記相手コネクタの嵌合状態を検出するプラグ検出ユニットを具備し、
   前記プラグ検出ユニットは、試験信号（１２２）により前記嵌合状態を検出するよう作動可能である第２電気コンタクト（１２０，１２６）を具備し、
   前記第１電気コンタクト及び前記第２電気コンタクトは、異なる酸化電位を有する材料で覆われており、
   前記試験信号の正電圧は、他の前記電気コンタクトと比較してより高い酸化電位を有する前記電気コンタクトに印加されることを特徴とする電気コネクタ。
7. 前記プラグ検出ユニットは、前記両コネクタの嵌合により駆動されるスイッチ（１２１）を具備し、
   これにより、前記試験信号用の電流路を変更することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
8. 前記プラグ検出ユニットは、前記嵌合状態で前記相手コネクタにより短絡される少なくとも２個の電気コンタクトを具備し、
   これにより、前記試験信号用の電流路を変更することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
9. 前記コネクタは、携帯電話用のオーディオ／ビデオジャックであることを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
10. 前記コネクタは、水の浸入に対して封止されるハウジング（１１４）内に埋設されていることを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
11. 前記プラグ検出ユニットは、前記相手コネクタとの前記嵌合状態の検出の際、準備モードから稼働モードへ前記コネクタの作動状態を変更するよう作動可能であることを特徴とする請求項１ないし１０のうちいずれか１項記載の電気コネクタ。
12. 前記試験信号のない前記準備モードにおいて、前記少なくとも１個の電気コンタクトに印加される電位がないことを特徴とする請求項１１記載の電気コネクタ。
13. 対応する相手コネクタと電気接触するために少なくとも１個の電気コンタクトを有する電気コネクタの嵌合状態を検出する方法であって、
    前記相手コネクタの挿入時に前記嵌合状態を示すよう閉じるプラグ検出回路に、間欠信号である試験信号（１２２）を印加する工程を具備することを特徴とする電気コネクタの嵌合状態検出方法。
14. 前記間欠試験信号は、矩形波信号又は鋸歯状信号の形状を有する電圧パルスからなることを特徴とする請求項１３記載の電気コネクタの嵌合状態検出方法。
15. 前記間欠試験信号は、正極及び負極の一方又は双方の極性を具備することを特徴とする請求項１３又は１４記載の電気コネクタの嵌合状態検出方法。
16. 前記間欠試験信号は、高電位位相及び低電位位相を具備し、
    前記高電位位相は、前記低電位位相より短い持続時間を有することを特徴とする請求項１３ないし１５のうちいずれか１項記載の電気コネクタの嵌合状態検出方法。

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