JP2015201420A - コネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】プラグ部での異常発熱に対し感度よく通電を遮断できるプラグを提供する。
【解決手段】プラグ20は、ケーブル10の一端が挿入された樹脂製のカバー部21と、カバー部21の先端から突出した状態で支持されレセプタクル1内に挿入されるプラグ部22と、カバー部21内に配置されたプリント回路基板27とを有し、プリント回路基板27に熱保護回路32が実装される。熱保護回路32は、温度を検出する温度スイッチIC33と、プリント回路基板27の電源ラインに挿入温度スイッチIC33に内蔵されたFET34とを備える。温度スイッチIC33は、その検出温度が所定の温度を超えたときにFET34によって電源ラインを遮断するための異常発熱信号を出力する。プラグ側金属シェル25と温度スイッチIC33とを熱的に結合する金属ボンディング部材36を備える。
【選択図】図14

Description

本発明は、異常発熱を検出し、通電を遮断する熱保護回路を備えたコネクタに関するものである。
この種のコネクタに関し、特許文献1には、ケーブル導体とコネクタピンとを接続するプリント回路基板に熱保護回路が実装され、熱保護回路は、温度感知素子(サーミスタ)と電力遮断スイッチ(FET)とを含み、遮断スイッチが電源用(VBUS)のケーブル導体とコネクタピンとを導通接続する基板導電路に挿入され、温度感知素子が所定の温度を超えたときに遮断スイッチによって電力(電流)供給を遮断するものが記載されている。
米国特許第8498087号明細書
コネクタに熱保護回路を備える場合、従来のコネクタで見られるように、熱保護回路は、ケーブルとの接続部に組み込む必要がある。よって、コネクタに備える熱保護回路には、ケーブルとの接続部での異常発熱に対し感度がよく、相手コネクタとの接続部での異常発熱に対し感度が鈍くなる傾向がある。従来のコネクタは、相手コネクタとの接続部の熱を積極的に効率よく熱保護回路の温度センサ部に伝える構造を備えず、相手コネクタとの接続部での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができない、という課題がある。
特に、マイクロ−USBプラグ等の小型で強度が小さく、相手コネクタとの接続部が変形しやすいコネクタでは、相手コネクタに接続(嵌合)されていない状態で、通常出力側機器に組み込みこまれている保護回路が機能せず、相手コネクタとの接続部が異常発熱する場合があり、相手コネクタとの接続部での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができないと問題である。
本発明の目的は、相手コネクタとの接続部の熱を積極的に効率よく熱保護回路の温度センサ部に伝え、相手コネクタとの接続部での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができるコネクタを提供することにある。
第1の解決手段は、請求項1に記載のコネクタである。このコネクタは、ケーブルの一端が挿入された絶縁性合成樹脂製のカバー部(ケーブルとの接続部)と、前記カバー部の先端から突出した状態で支持され相手コネクタ内に挿入されるプラグ部(相手コネクタとの接続部)と、前記カバー部内に配置されたプリント回路基板とを有し、前記プラグ部は、絶縁体と、前記絶縁体に支持された複数の接触端子と、前記絶縁体の外周側を覆う金属シェルとを備えた、コネクタであって、前記プリント回路基板に熱保護回路が実装され、前記熱保護回路は、温度を検出する温度スイッチIC(温度センサ部)と、前記プリント回路基板の電源ラインに挿入されたFETとを備え、前記温度スイッチICは、その検出温度が所定の温度を超えたときに前記FETによって前記電源ラインを遮断するための異常発熱信号を出力する、コネクタであり、前記金属シェルと前記温度スイッチICとを熱的に結合する金属ボンディング部材を備えたことを特徴とするものである。
ここで、前記温度スイッチICは前記FETを備えている。即ち、温度スイッチICは前記FETを内蔵していることが好ましい(第3の解決手段である請求項3に記載のコネクタ。)。
第2の解決手段は、請求項2に記載のコネクタである。このコネクタは、請求項1に記載のコネクタにおいて、前記金属ボンディング部材は、前記金属シェルに一体に形成され、かつ、前記温度スイッチICと向かい合うように前記金属シェルから前記カバー部内に延出され、かつ、前記温度スイッチICに接触する伝熱部が形成された金属板材からなることを特徴とするものである。
第4の解決手段は、請求項4に記載のコネクタである。このコネクタは、請求項2又は3に記載のコネクタにおいて、前記伝熱部が弾性片からなることを特徴とするものである。
第5の解決手段は、請求項5に記載のコネクタである。このコネクタは、請求項2乃至4の何れか1に記載のコネクタにおいて、前記伝熱部と前記温度スイッチICとの一方の接触面に貼着され前記伝熱部と前記温度スイッチICとの両接触面間に介在する熱伝導樹脂シートを備えたことを特徴とするものである。
第6の解決手段は、請求項6に記載のコネクタである。このコネクタは、請求項1乃至5に記載の何れか1のコネクタが、マイクロ−USB規格に基づくプラグであることを特徴とするものである。
第7の解決手段は、請求項7に記載のコネクタである。このコネクタは、請求項1、3、6のいずれか1に記載のコネクタにおいて、前記金属ボンディング部材は、前記金属シェルと一体化されて前記金属シェルから前記温度スイッチICまで延ばされた、前記金属シェルとは別に形成された金属板材からなることを特徴とするものである。
請求項1に記載のコネクタによれば、プラグ部の覆いである金属シェルが金属ボンディング部材によって温度スイッチICと熱的に結合されたことにより、プラグ部の熱を積極的に効率よく温度スイッチICに伝えることができ、プラグ部での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができる。また、相手コネクタ側の異常発熱に対しても感度よく通電を遮断することができる。
請求項3に記載のコネクタによれば、温度スイッチICとFETが1チップ化できる。
請求項2に記載のコネクタによれば、金属ボンディング部材が金属シェルと一体部品とされたことにより、コネクタの部品点数及び組み立て工数を増やすことなく金属ボンディング部材を備えることができる。
請求項4に記載のコネクタによれば、弾性片からなる伝熱部とされたことにより、伝熱部がコネクタの製品寸法のばらつきを吸収しながら温度スイッチICに確実に接触(密着)することができる。また、コネクタを組み立てるとき、伝熱部が温度スイッチICに過度な負荷を加えるのを防止することができる。
請求項5に記載のコネクタによれば、伝熱部と温度スイッチICとの一方の接触面に熱伝導樹脂シートが貼着されたことにより、コネクタを組み立てるとき、熱伝導樹脂シートが緩衝材の役目を果たし、伝熱部が温度スイッチICに過度な負荷を加えるのを防止することができる。
請求項6に記載のコネクタによれば、請求項1乃至5に記載の何れか1のコネクタが、マイクロ−USB規格に基づくプラグであることにより、マイクロ−USBプラグにおいて、異常発熱を検出し通電を遮断することができ、しかも、プラグ部での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができる。
請求項7に記載のコネクタによれば、金属ボンディング部材が金属シェルとは別に形成されたことにより、金属ボンディング部材が金属シェルに一体に形成された場合と比べて、金属ボンディング部材及び金属シェルの製造コストを削減することができる。
本発明の実施形態としてのコネクタが接続される相手コネクタの正面図である。 図1のA−A断面図である。 コネクタが設けられるケーブルの構成図である。 コネクタの斜視図である。 コネクタの正面図である。 図5のA−A断面図である。 コネクタの平面図である。 コネクタの底面図である。 コネクタの分解斜視平面図である。 コネクタの分解斜視底面図である。 熱保護回路を示す回路図である。 コネクタの接続状態を示す断面図である。 プラグ部での異常発熱状態を示す正面図である。 コネクタが備える金属ボンディング部材の作用を示す断面図である。 本発明の他の実施形態としてのコネクタの側断面図である。 図15のコネクタの外観を示す斜視図である。 図16のオーバーモールドを透明化した状態の斜視図である。 図17のインナーモールドを透明化した状態の斜視図である。 図18の金属ボンディング部材を透明化した状態の斜視図である。 図18を裏返した状態の斜視図である。 プラグ部の分解斜視図である。 図22(A)は金属ボンディング部材の斜視図、図22(B)は金属ボンディング部材を絶縁被覆した状態の斜視図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態としてのコネクタは、マイクロ−USB(2.0)規格に基づくプラグである。従って、その相手コネクタは、マイクロ−USB(2.0)規格に基づくレセプタクルである。以下では、本発明の実施形態としてのコネクタを「プラグ」、その相手コネクタを「レセプタクル」という。また、プラグは、レセプタクルと向かい合わせた状態でレセプタクル内に挿入されるが、本明細書においては、プラグとレセプタクルそれぞれの互いに向かい合わせる側を「前」、反対側を「後」という。
先ず、本発明の実施形態としてのプラグが接続されるレセプタクルについて、図1,図2及び図12を参照し説明する。図1は、レセプタクルの正面図、図2は、図1のA−A断面図、図12は、プラグの接続状態を示す断面図である。
図1,図2及び図12に示すように、レセプタクル1は、プラグ20が挿入されるプラグ挿入部2が前側に開口されたハウジング3と、ハウジング3に支持されプラグ挿入部2内に露出した5本のレセプタクル側接触端子4とを備え、ハウジング3は、導電性金属板材を所定の形状に打ち抜き、曲げ加工することにより形成されたシールド部材である筒状のレセプタクル側金属シェル5と、レセプタクル側接触端子4を支持する絶縁体であるレセプタクル本体6とからなる。
レセプタクル側金属シェル5は、基板に接続される基板接続端子5aと、後面カバー5bとを一体に形成する。
レセプタクル本体6は、レセプタクル側金属シェル5の後端部に嵌め込まれる後壁部6aと、後壁部6aの前面から突出した平板状の端子支持部6bとを一体に形成し、端子支持部6bをプラグ挿入部2内に突出した状態で支持する。また、レセプタクル本体6は、その端子支持部6bの下面に、横並びの配置で5本の前後方向の端子収容溝部6cを形成する。このレセプタクル本体6は、絶縁性合成樹脂材をもって成形される。
レセプタクル側接触端子4は、導電性金属板材を所定の形状に打ち抜き、曲げ加工することにより形成され、その後、インサート成型によってレセプタクル本体6に一体に成形され支持される。このレセプタクル側接触端子4は、プラグ側接触端子24と接触される接触片部4aが、その下面を端子収容溝部6cに沿って露出した状態で端子支持部6bの下面に埋設固定された状態、かつ、基板に接続される基板接続片部4bが、後壁部6aの下部から外部に引き出された状態になっている。
レセプタクル側接触端子4は、図1において左から右に、1番の電源用(VBUS)、2番の差動信号用(D−)、3番の差動信号用(D+)、4番のID識別用(ID)、5番のグランド用(GND)の順で横一列に並べられる。
レセプタクル1の組み立ては、レセプタクル側接触端子4が一体に成形されたレセプタクル本体6をレセプタクル側金属シェル5内に後端開口から挿入し、後壁部6aをレセプタクル側金属シェル5の後端部に嵌め込み、後壁部6aの後面を後面カバー部5bで覆い、レセプタクル本体6をレセプタクル側金属シェル5内に固定する。
以上のように構成されたレセプタクル1は、スマートホンを中心とした携帯電話、タブレット端末等の小型携帯電子機器に充電用途やデータ通信用途で搭載される。具体的には、機器筐体に二次電池とともに内蔵されたプリント回路基板のエッジ部に実装され、筐体側面部に設けられたプラグ挿入口にプラグ挿入部2が開口される。レセプタクル1の基板への実装は、基板接続片部4b及び基板接続端子部5aを基板に設けられたランドやスルーホール等のレセプタクル接続部にそれぞれ半田付けする。
続いて、本発明の実施形態としてのプラグが設けられるケーブルについて、図3を参照し説明する。図3は、ケーブルの構成図である。
図3に示すように、ケーブル10は、マイクロ−USB(2.0)規格に基づくケーブルであり、4本の芯線11、シールド12、補強ワイヤ14、シース13からなる。
芯線11は、導体11aを絶縁体11bで被覆した絶縁電線である。導体11aは、例えばすずめっきされた銅線等からなる。絶縁体11bは、例えばポリ塩化ビニルからなる。芯線11の4本は、電源用(Vcc)、グランド用(GND)、ペアの差動信号用(D−)及び(D+)である。ペアの芯線11は、平行線の状態、又は、撚り合わせた状態でケーブル10に内装される。
シールド12は、インナーシールド12aとアウターシールド12bとを備え、二重構造を有する。インナーシールド12aは、例えばアルミ箔テープからなり、芯線11に巻き付けその周りを覆う。アウターシールド12bは、例えばすずめっきされた銅線を編んだ編組チューブからなり、インナーシールド12aの周りを覆う。
補強ワイヤ14は、断面形状が丸形の金属ワイヤからなり、シールド12のインナーシールド12aとアウターシールド12bとの間に埋め込まれる。
ケーブル10の保護外皮であるシース13は、例えばポリ塩化ビニル等の絶縁体からなり、シールド12の周りを覆う。
以下、本発明の実施形態としてのプラグについて、図4乃至図14を参照し説明する。図4は、プラグの外観をカバー部を半透明化(二点破線化)した状態で示す斜視図、図5は、プラグの外観を示す正面図、図6は、プラグの内部構造を図5のA−A線で切断した状態で示す断面図、図7は、プラグの内部構造をプラグ側金属シェルを透明化した状態で示す平面図、図8は、プラグの内部構造をシェルカバーを透明化した状態で示す底面図、図9は、プラグの構成をそれを分解した状態で示す斜視平面図、図10は、プラグの構成をそれを分解した状態で示す斜視底面図、図11は、熱保護回路を示す回路図、図12は、前述したとおり、プラグの接続状態を示す断面図、図13は、プラグ部での異常発熱状態を示す正面図、図14は、プラグが備える金属ボンディング部材の作用を示す断面図である。
図4に示すように、プラグ20は、ケーブル10の一端が挿入された絶縁性合成樹脂製のカバー部21と、カバー部21の先端(前端)から突出した状態で支持されたプラグ部22とを有し、図12に示すように、プラグ部22がレセプタクル1内、具体的には、レセプタクル側金属シェル5の内側、即ち、プラグ挿入部2内に挿入される。
プラグ部22は、図4乃至図10に示すように、絶縁体であるプラグ本体23と、プラグ本体23に支持された5本のプラグ側接触端子24と、プラグ本体23の外周側を覆うシールド部材である筒状のプラグ側金属シェル25とを備え、前側に開口した端子支持部挿入部26が形成され、図12に示すように、プラグ挿入部2内に突出した端子支持部6bが挿入される。
プラグ本体23は、図4乃至図10に示すように、カバー部21の内側前端部に配置されるブロック状のケーブル接続部基部23aと、ケーブル接続部基部23aの前面から突出した平板状のプラグ部基部23bとを一体に形成し、プラグ部基部23bをカバー部21の前端面中央部から突出した状態で支持する。また、プラグ本体23は、プラグ部基部23bの上面に、上側及び前側に開口した凹形状で端子支持部挿入部26を形成する。また、プラグ本体23は、図5乃至図7、図9に示すように、ケーブル接続基部23aからプラグ部基部23bにかけて延びる前後方向の5本の端子収容部23cを横並びの配置で形成する。端子収容部23cは、5本全ての後端がケーブル接続基部23aの後端面でカバー部21内に開口され、両端の2本の前端がプラグ部基部23bの前端面で前側に開口され、中ほどの3本の前端がプラグ部基部23bの前端面に達しておらずその直後に位置し閉鎖される。また、端子収容部23cは、5本全ての前部上部が端子支持部挿入部26により切り取られ、その端子支持部挿入部26の下壁面と後壁面の二面に開口された状態になっている。このプラグ本体23は、絶縁性合成樹脂材をもって成形される。なお、端子収容部23cは、5本全ての前端がプラグ部基部23bの前端面で前側に開口されていてもよい。
プラグ側金属シェル25は、図4乃至図6、図8乃至図10に示すように、導電性金属板材を所定の形状に打ち抜き、曲げ加工することにより筒状に形成され、図4乃至図6に示すように、プラグ側金属シェル25によりプラグ部基部23bの外周側を覆うことにより、端子支持部挿入部26が前側のみに開口された状態になっている。プラグ側金属シェル25の後端部は、カバー部21の内側前端部に配置される。
プラグ側接続端子24は、図5乃至図7に示すように、端子収容部23c内に後端開口から挿入されることにより、横一列に並べられた状態でプラグ本体23に装着され支持される。このプラグ側接続端子24は、導電性金属板材を所定の形状に打ち抜き、曲げ加工することにより形成され、図5乃至図10に示すように、前後方向に延びプラグ本体23に固定される基部24aと、基部24aの前端から前方に延出され上下方向に弾性変位可能な弾性接触片部24bと、弾性接触片部24bの前端(先端)で上向きに突出した状態で設けられた接触部24cと、基部24aの後端から後方に延出された基板接続片部24eとを一体に形成し、図5乃至図7に示すように、基部24aが、端子収容部23cの後部に圧入されケーブル接続部基部23aに対し抜け止め固定され、かつ、弾性接触片部24bが、端子収容部23cの前部に挿入されプラグ部基部23bに対し上下方向に弾性変位可能な状態で端子支持部挿入部26内に下側から露出され、かつ、接触部24cが、端子支持部挿入部26内の前端部に下側から上向きに突出され、そして、基板接続片部24eは、ケーブル接続基部23aの後端面からカバー部21内に突出された状態になっている。
プラグ側接続端子24は、図5において右から左に、1番の電源用(VBUS)、2番の差動信号用(D−)、3番の差動信号用(D+)、4番のID識別用(ID)、5番のグランド用(GND)の順で横一列に並べられる。
なお、端子支持部挿入部26内には、図5及び図6に示すように、上側からプラグ側金属シェル25が露出され、かつ、下側からプラグ側接続端子24の接触部24cが突出されるが、プラグ側接続端子24は、その接触部24cにて上側のプラグ側金属シェル25と絶縁のための空間距離Cを有した状態でプラグ本体23に支持される。
カバー部21には、図4に示すように、その後端から後側に突出した状態でケーブル挿入部であるケーブルブッシュ21aが一体に形成される。
また、プラグ20は、図6乃至図10に示すように、カバー部21内に配置されプラグ側接触端子24とケーブル10内の芯線11の導体11aとを接続するプリント回路基板27を備える。
プラグ側接続端子24は、図6乃至図10に示すように、基部24aと基板接続片部24eとの間に列変換部24dを一体に形成し、基板接続片部24eは、列変換部24dによってケーブル接続部基部23aの後端面から上下二段でカバー部21内に突出される。具体的には、2番の差動信号用(D−)と4番のID識別用(ID)の基板接続片部24eが、その列変換部24dによって基部24aより高い位置にて後方に延出され上段で横一列に並べられ、1番の電源用(VBUS)と3番の差動信号用(D+)と5番のグランド用(GND)の基板接続片部24eが、その列変換部24dによって基部24aより低い位置にて後方に延出され下段で横一列に並べられる。これら上段の基板接続片部24eと下段の基板接続片部24eとの間には、プリント回路基板27の板厚に相当する間隙が設けられる。
プリント回路基板27は、図6乃至図8に示すように、前部中央部が上段に配置された基板接続片部24eと下段に配置された基板接続片部24eとの間隙に挿入され、両面が上下に向き、全体がプラグ部基部23bとは反対にケーブル接続部基部23aの後端面から後側に突出した状態で、プラグ本体23の直後に支持される。
プリント回路基板27の上面には、図7及び図9に示すように、その前部中央部に横並びの配置で2つの端子接続部(ランド)28b、28dが形成され、後部両側角部に2つのケーブル接続部(ランド)29b、29cが形成される。プリント回路基板27の下面には、図8及び図10に示すように、その前部中央部に横並びの配置で3つの端子接続部(ランド)28a、28c、28eが形成され、後部両側角部に2つのケーブル接続部(ランド)29a、29dが形成される。5つの端子接続部28a〜28eは、その符号順(アルファベット順)に、電源用(VBUS)、差動信号用(D−)、差動信号用(D+)、ID識別用(ID)、グランド用(GND)である。4つのケーブル接続部29a〜29dは、その符号順(アルファベット順)に、電源用(Vcc)、グランド用(GND)、差動信号用(D−)、差動信号用(D+)である。
図6及び図7に示すように、上段に配置された基板接続片部24eは、それに対応しプリント回路基板27の上面に形成された端子接続部28b、28dにそれぞれ半田付けで接続され、図6及び図8に示すように、下段に配置された基板接続片部24eは、それに対応しプリント回路基板27の下面に形成された端子接続部28a、28c、28eにそれぞれ半田付けで接続される。これにより、プリント回路基板27は、図6乃至図8に示すように、5本のプラグ側接続端子24を介して前述した状態でプラグ本体23の直後に支持され固定される。また、図6乃至図8に示すように、ケーブル10の一端側で露出された芯線11の導体11aがプリント回路基板27の対応するケーブル接続部29a〜29dにそれぞれ半田付けで接続される。これにより、プリント回路基板27は、図11に示すように、ID識別用以外の4本のプラグ側接触端子24とそれらに対応する4本の芯線11の導体11aとをそれぞれ導通接続し、ID識別用の端子接続部28dはどこにも接続しない空き端子(N/C:Not Connected)とする。
また、プラグ20は、図4及び図6に示すように、カバー部21内で、ケーブル接続部基部23aの外周側からプリント回路基板27の外周側、さらにはケーブル10の一端側で露出された4本の芯線11の外周側を覆うケーブル接続部金属カバー部30及びシェルカバー31を備える。
ケーブル接続部金属カバー部30は、プラグ側金属シェル25に一体に形成され、図4、図6、図8乃至図10に示すように、プラグ側金属シェル25の後端上縁から折り曲げでケーブル接続部基部23aの前面に沿って立ち上げる金属カバー部接続片部30aと、金属カバー部接続片部30aの上端縁から折り曲げでケーブル接続部基部23aの上面に沿って後方に延出されたケーブル接続部上面カバー部30bと、ケーブル接続部上面カバー部30bの左右側縁からそれぞれ折り曲げでケーブル接続部基部23aの左右側面に沿って下方に延出された一対のケーブル接続部側面内カバー部30cとを一体に有し、前後及び下側に開口したコ字形をなす。
シェルカバー31は、導電性金属板材を所定の形状に打ち抜き、曲げ加工することにより形成され、図4、図6、図7、図9及び図10に示すように、ケーブル接続部上面カバー部30bと向かい合うケーブル接続部下面カバー部31aと、ケーブル接続部下面カバー部31aの左右側縁からそれぞれ折り曲げで上方に延出された一対のケーブル接続部側面外カバー部31bとを一体に有し、前後及び上側に開口したコ字形をなす。
ケーブル接続部金属カバー部30及びシェルカバー31は、ケーブル接続部金属カバー部30をシェルカバー31内に上側開口から嵌め込み、ケーブル接続部側面外カバー部31bをケーブル接続部側面内カバー部30cの外側に重ね合わせた状態で固定することにより、ケーブル接続部金属カバー部30の下側開口をケーブル接続部下面カバー部31aで閉鎖した状態で、図6に示すように、ケーブル接続部基部23aの外周側からプリント回路基板27の外周側、さらにはケーブル10の一端側で露出された4本の芯線11の外周側を覆うように、図4に示すように、前後にのみ開口した筒状に一体化される。
ケーブル接続部金属カバー部30には、図4、図6、図8乃至図10に示すように、ケーブル接続部上面カバー部30bの後端縁中央部から後方に延出されたケーブル接続片部30dと、ケーブル接続片部30dの後端に突出した状態で設けられたシールド接触片部30eとが一体に形成される。シェルカバー31には、図4、図6、図7、図9及び図10に示すように、ケーブル接続部下面カバー部31aの後端縁中央部から後方に延出されたケーブル接続片部31cと、ケーブル接続片部31cの後端に突出した状態で設けられた上側に開口したU字形のシールド結合片部31dとが一体に形成される。図4及び図6に示すように、シールド結合片部31dを、ケーブル10の一端側で露出されたシールド12の外周面(アウターシールド12bの外周面)にシールド接触片部30eを抱き込んだ状態で締め付け固定することにより、プラグ20のシールド部材であるプラグ側金属シェル25及びシェルカバー31をケーブル10のシールド12と結合し一体化した状態でケーブル10に接続固定する。なお、シールド結合片部31dをケーブル接続部金属カバー部30に設け、シールド接触片部30eをシェルカバー31に設ける構成としてもよい。また、シェルカバー31を備えない場合、ケーブル接続部金属カバー部30にはシールド結合片部31dが設けられる。
以上の構成においてプラグ20は、図12に示すように、レセプタクル1に接続(嵌合)することにより、ケーブル10をレセプタクル1が搭載された小型携帯電子機器に接続することができる。即ち、カバー部21を持ち、プラグ部22の前端面をレセプタクル1の前面に向かい合わせた状態で、プラグ部22をプラグ挿入部2内に挿入する。すると、端子支持部挿入部26内に上側から露出したプラグ側金属シェル25と、同じく端子支持部挿入部26内に下側から露出したプラグ側接触端子24の接触部24cとの間隙、即ち、空間距離Cを通して端子支持部6bが端子支持部挿入部26内に挿入される。これに伴い、レセプタクル側接触端子4の接触片部4aの下面によりプラグ側接触端子24の接触部24cが押し下げられ、プラグ側接触端子24の弾性接触片部24bが弾性変形する。この状態で、さらにプラグ部22をプラグ挿入部2内に挿入すると、プラグ側接触端子24の接触部24cがレセプタクル側接触端子4の接触片部4aの下面で摺動する。そして、プラグ部22がプラグ挿入部2内に完全挿入された状態(プラグ部22がラッチにより抜け止めされる状態)で、図12に示すように、プラグ20がレセプタクル1に接続され、プラグ側接触端子24の接触部24cがレセプタクル側接触端子4の接触片部4aに下側から押し付いて接触し、プラグ側接触端子24とレセプタクル側接触端子4とが導通接続される。これにより、ケーブル10が小型携帯電子機器に接続される。
ここで、ケーブル10の他端に、例えばUSB(2.0)規格に基づくUSBコネクタ(プラグ)が設けられ、USBコネクタ(レセプタクル)が搭載されたPCやその周辺機器等に接続された場合、小型携帯電子機器とPC或いはその周辺機器との間でデータを転送することができる。また、USBコネクタ(レセプタクル)が搭載されたPC或いはACアダプタやモバイルバッテリ等の充電器に接続された場合、接続電源から小型携帯電子機器に充電電流を供給することができる。
プラグ20は、レセプタクル1に接続された状態(図12)で、カバー部21を持ち、プラグ部22をプラグ挿入部2内から抜き去ると、レセプタクル側接触端子4の接触片部4aによるプラグ側接触端子24の接触部24cへの押し下げがなくなり、図5及び図6に示すように、プラグ側接触端子24の弾性接触片部24bが元の自由状態に復帰し、プラグ側接触端子24の接触部24cが上側のプラグ側金属シェル25と再び空間距離Cを有して向かい合う。
以上のように構成されたプラグ20は、次の手順でケーブル10の一端に組み立てることができる。即ち、プラグ本体23にプラグ側接続端子24を挿入装着する。次に、そのプラグ側接続端子24の基板接続片部24eにプリント回路基板27の対応するプラグ側接続端子接続部28a〜28dをそれぞれ半田付けし、プラグ本体23の直後にプラグ側接続端子24を介してプリント回路基板27を支持する。次に、そのプリント回路基板27のケーブル接続部29a〜29dにケーブル10の一端側で露出された対応する芯線11の導体11aをそれぞれ半田付けし、ケーブル10内の芯線11の導体11aをプリント回路基板27を介して対応するプラグ側接続端子24に接続する。次に、プラグ本体23をケーブル接続部金属カバー部30内に後端開口や下側開口から嵌め込み、プラグ部基部23bをプラグ側金属シェル25内に後端開口から嵌め込み、ケーブル接続部基部23aとプリント回路基板27とケーブル10の一端側で露出された4本の芯線11をケーブル接続部金属カバー部30内に収容する。次に、そのケーブル接続部金属カバー部30をシェルカバー31内に上側開口から嵌め込み、ケーブル接続部基部23aとプリント回路基板27とケーブル10の一端側で露出された4本の芯線11をプラグ側金属シェル25及びシェルカバー31で覆う。次に、シールド結合片部31dを、ケーブル10の一端側で露出されたシールド12の外周面にシールド接触片部30eを抱き込んだ状態で締め付け固定する。これにより、図4の実線に示すプラグ半製品が完成する。そして、そのプラグ半製品を射出成形金型キャビティ内に装着し、オーバーモールド樹脂により、ケーブル接続部金属カバー部30及びシェルカバー31を覆い、図4の二点破線に示すカバー部21を成形することにより、プラグ20の製品が完成する。なお、オーバーモールド樹脂は、ケーブル接続部金属カバー部30及びシェルカバー31内にも充填される。
続いて、本発明の要旨構成について説明する。プラグ20は、図11に示すように、異常発熱を検知し、通電を遮断する熱保護回路32を備える。
熱保護回路32は、図11に示すように、温度を検出する温度スイッチIC33、及び内蔵のNチャンネルFET(電界効果トランジスタ)34とを備え、プラグ側金属シェル25に一体に形成されたケーブル接続部上面カバー部30bが向かい合うプリント回路基板27の上面に温度スイッチIC33が実装される(図6、図7)。
電源用(Vcc)のケーブル接続部29aは、NチャンネルFET34のドレイン(D)に接続され、電源用(VBUS)の端子接続部28aは、NチャンネルFET34のソース(S)に接続される。即ち、NチャンネルFET34を内蔵した温度スイッチIC33は、電源用(Vcc)のケーブル接続部29aと電源用(VBUS)の端子接続部28aとを導通接続したプリント回路基板27の電源ライン(電流路の一部)に挿入される。
温度スイッチIC33は、それに内蔵された温度センサによって温度を検出する。温度センサには、例えば、サーミスタ(抵抗体素子)や温度センサIC(トランジスタやダイオード等の半導体素子)等が用いられる。温度スイッチIC33は、温度センサ部で所定の温度(検出すべき異常発熱に対応した温度:例えば100℃)を検出すると、NチャンネルFET34がOFFする。その時のプラグ20の表面温度は、それよりも低くなる。温度スイッチIC33の電源端子には、電源用(Vcc)のケーブル接続部29aが接続され、温度スイッチIC33のグランド端子は、グランド用(GND)のケーブル接続部29bに接続される。
熱保護回路32の動作について、図11を参照し説明する。ここでは、レセプタクル1が搭載された例えばスマートホンの充電に、ケーブル10の一端に設けられたプラグ20がレセプタクル1に接続され、かつ、ケーブル10の他端がUSBコネクタを介して例えばACアダプタ本体に接続され、かつ、そのACアダプタの電源プラグがコンセントに接続された状態とする。
[プラグ20が定常発熱状態であるときの動作]
電源(交流100V)とスマートホンに内蔵された二次電池との間の電流供給回路に異常がない場合、プラグ20には、例えば1Aからピークで2A程度の電流が流れ、プラグ20は定常発熱状態を示し、温度スイッチIC33に内蔵のNチャンネルFET34はON状態となり、スマートホンに電流を供給する。
[プラグ20が異常発熱したときの動作]
電流供給回路に何らかの異常が生じ電流が増えた場合、プラグ20は異常発熱し、温度スイッチIC33の検出温度が所定の温度を超えると、温度スイッチIC33の検出出力はHIGH(電源電圧レベル)(異常発熱信号)となる。温度スイッチIC33の検出出力がHIGHであると、NチャンネルFET34はOFF状態となり、スマートホンへの通電を遮断する。スマートホンへの通電を遮断すると、プラグ20の異常発熱は止まる。なお、温度スイッチIC33の検出温度が、コンデンサにより決定される時間以上、所定の温度を超えると、温度スイッチIC33の検出出力がHIGHになる構成とすることが好ましい。
[遮断後の動作]
一度、異常発熱が検出され、温度スイッチIC33に内蔵のNチャンネルFET34がOFFになると、フリップフロップ回路によりその状態が保持(ラッチ)される。このため、プラグ20の異常発熱が一旦止まり、温度スイッチIC33の検出温度が所定の温度より下がっても、電流供給(充電)が再開されず、再度、異常発熱することにはならない。温度スイッチIC33のラッチ状態は、ACアダプタの電源プラグをコンセントから抜き去り、温度スイッチIC33の電源電圧が所定の電圧値以下になった場合、リセットされる。このため、ユーザがプラグ20を電源に接続したままレセプタクル1に挿抜して、充電を再開しようとして、再度、異常発熱することにはならない。
以上の構成においてプラグ20は、ケーブル10の一端が挿入された絶縁性合成樹脂製のカバー部(ケーブル10との接続部)21と、カバー部21の先端から突出した状態で支持されレセプタクル1内に挿入されるプラグ部(レセプタクル1との接続部)22と、カバー部21内に配置されたプリント回路基板27とを有し、プラグ部22は、プラグ本体23と、プラグ本体23に支持された複数のプラグ側接触端子24と、プラグ本体23の外周側を覆うプラグ側金属シェル25とを備えたものであって、プリント回路基板27に熱保護回路32が実装され、熱保護回路32は、温度を検出する温度スイッチIC(温度センサ部)33と、温度スイッチIC33に内蔵されたFET34とを備え、温度スイッチIC33は、その検出温度が所定の温度を超えたときにFET34によって電源ラインを遮断するプラグであり、前述したとおり、熱保護回路32には、カバー部21での異常発熱に対し感度がよく、プラグ部22での異常発熱に対し感度が鈍くなる傾向がある。
以上の構成においてプラグ20は、プラグ側金属シェル25に一体に形成され、かつ、温度スイッチIC33と向かい合うように金属シェル25からカバー部21内に延出されたケーブル接続部上面カバー部30bを備えており、それを備えていないプラグに比べてプラグ部22の熱が多少カバー部21に伝わりやすくなっている。しかし、このケーブル接続部上面カバー部30bは、プラグ側金属シェル25と温度スイッチIC33とを熱的に結合し、プラグ部22の熱を積極的に効率よく温度スイッチIC33に伝えるようなものではなく、依然、プラグ部22での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することは困難である。
また、プラグ20は、小型で強度が小さく、プラグ部22が変形しやすいマイクロ−USBプラグであり、このプラグ20では、通常出力側機器に組み込みこまれている保護回路が機能せず、プラグ部22が異常発熱する場合があり、プラグ部20での異常発熱に対し感度よく通電を遮断する必要がある。
プラグ部22での異常発熱について、図13及び図14を参照し説明する。ここでも、レセプタクル1が搭載されたスマートホンの充電に、ケーブル10の一端に設けられたプラグ20がレセプタクル1に接続され、かつ、ケーブル10の他端がUSBコネクタを介して例えばACアダプタ本体に接続され、かつ、そのACアダプタの電源プラグがコンセントに接続された状態とする。
a プラグ20は、マイクロ−USBプラグであり、小型で強度が小さく、プラグ部22がこじり負荷等で変形しやすく、また、プラグ部22の端子支持部挿入部26内に露出されたプラグ側接触端子24の接触部24cとプラグ側金属シェル25との空間距離Cが近いため、プラグ部22が変形された場合、そのプラグ部22をレセプタクル1内から抜き去ったとき、プラグ部22の前端部(先端部)でプラグ側接触端子24の接触部24cが空間距離Cを越えてプラグ側金属シェル25に接近し接触することがある。
b aの接触タイミングが完全に一致することは少なく、電源用(VBUS)とグランド用(GND)のプラグ側接触端子24の接触部24cの一方が完全に接触した状態で、もう一方が接近(完全に接触していない)することで、接近した方のプラグ側接触端子24の接触部24cとプラグ側金属シェル25との間にアーク(電弧)が発生する。
c アークの影響で、アーク発生箇所の金属表面に抵抗分が生成し、即ち、金属表面が炭化し、その金属表面の抵抗値が上がる。
d 電源用(VBUS)とグランド用(GND)のプラグ側接触端子24の接触部24cの両方がプラグ側金属シェル25に接触すると、両プラグ側接触端子24間がプラグ側金属シェル25を介して短絡し、プラグ22内に過電流が流れるが、通常ACアダプタに組み込まれた保護回路が機能し、そのまま電流が流れることはない。
e プラグ20の継続使用等でb、cを繰り返す間にアーク発生箇所の金属表面の炭化が進み、その金属表面の抵抗値が徐々に上がり、ある一定値を越えると、両プラグ側接触端子24間がプラグ側金属シェル24を介して短絡し、プラグ20内に電流が流れても、アーク発生箇所の金属表面の抵抗値が高いため、ACアダプタに組み込まれた保護回路が機能せず、そのまま電流が流れ、プラグ部22の前端部が異常発熱する。
しかし、このプラグ20では、図4、図6、図7、図9、図10及び図14に示すように、ケーブル接続部上面カバー部30bは、プラグ側金属シェル25に一体に形成され、かつ、温度スイッチIC33と向かい合うように金属シェル25からカバー部21内に延出されただけでなく、ケーブル接続部上面カバー部30bの温度スイッチIC33と向かい合う箇所に、その温度スイッチIC33に接触する伝熱部35が形成されており、ケーブル接続部上面カバー部30bを、プラグ側金属シェル25と温度スイッチIC33とを熱的に結合する金属ボンディング部材36として備える。
こうして、プラグ部22の覆いであるプラグ側金属シェル25が金属ボンディング部材36によって温度スイッチIC33と熱的に結合されたことにより、プラグ部22の熱を積極的に効率よく温度スイッチIC33に伝えることができ、プラグ部22での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができる。また、プラグ部22がレセプタクル1内に挿入されたときには、レセプタクル側(スマートホン側)の異常発熱に対しても感度よく通電を遮断することができる。また、金属ボンディング部材36がプラグ側金属シェル25と一体部品とされたことにより、プラグ20の部品点数及び組み立て工数を増やすことなく金属ボンディング部材36を備えることができる。
また、このプラグ20では、図4、図6、図7、図9、図10及び図14に示すように、伝熱部35が弾性片35aからなる。
こうして、弾性片35aからなる伝熱部35とされたことにより、伝熱部35がプラグ22の製品寸法のばらつきを吸収しながら温度スイッチIC33に確実に接触(密着)することができる。また、プラグ20を組み立てるとき、具体的には、プラグ本体23をケーブル接続部金属カバー部30内に嵌め込み、プラグ部基部23bをプラグ側金属シェル25内に後端開口から嵌め込むとき、伝熱部35が温度スイッチIC33に過度な負荷を加えるのを防止することができる。
また、このプラグ20では、図6、図7、図9、図10及び図14に示すように、伝熱部35、35aと温度スイッチIC33との一方の接触面に貼着され伝熱部35、35aと温度スイッチIC33との両接触面間に介在する熱伝導樹脂シート37を備える。この熱伝導樹脂シート37には、例えばシリコーン樹脂等の熱伝導性の高い絶縁性合成樹脂シート材が用いられる。
こうして、伝熱部35、35aと温度スイッチIC33との一方の接触面に熱伝導樹脂シート37が貼着されたことにより、プラグ22を組み立てるとき、熱伝導樹脂シート37が緩衝材の役目を果たし、伝熱部35、35aが温度スイッチIC33に過度な負荷を加えるのを防止することができる。熱伝導樹脂シート37は、伝熱部35、35aと温度スイッチIC33との間の熱伝達効率を維持しながら緩衝材の役目を果たすものであればよい。
そして、このプラグ20がマイクロ−USBプラグであることにより、マイクロ−USBプラグにおいて、異常発熱を検出し通電を遮断することができ、しかも、プラグ部22での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができるものになっている。
次に、本発明の他の実施形態としてのコネクタについて、図15乃至図22を参照しつつ説明する。本実施形態のコネクタも図1,図2及び図12に示すレセプタクル1を相手コネクタとするマイクロ−USB(2.0)規格に基づくプラグであって、図3に示すケーブル10に設けられるプラグであり、以下「プラグ」という。なお、本実施形態のプラグ200において、前述したプラグ20と同一構造には同一符号を付して重複説明を避ける。
前述したプラグ20では、プラグ側金属シェル25に一体に形成されたケーブル接続部金属カバー部30のケーブル接続部上面カバー部30bを金属ボンディング部材36として備えるのに対し、本実施形態のプラグ200では、図15、図18乃至図21に示すように、プラグ側金属シェル25にはケーブル接続部金属カバー部30が一体に形成されておらず、図15、図18、図22(A)に示すように、プラグ側金属シェル25とは別に形成された金属ボンディング部材360を備えている。
ここで、本実施形態のプラグ200において、プラグ側金属シェル25には、図15、図18乃至図21に示すように、上下一対の係止片251、252が一体に形成されている。上部係止片251は、プラグ側金属シェル25の後端上縁から折り曲げでケーブル接続部基部23aの前面に沿って上方へ延出され、その後、さらに折り曲げで後方へ延出され、ケーブル接続部基部23aの上面に重ね合わされている。下部係止片252は、プラグ側金属シェル25の後端下縁から折り曲げでケーブル接続部基部23aの前面に沿って下方へ延出され、その後、さらに折り曲げで後方へ延出され、ケーブル接続部基部23aの下面に重ね合わされている。プラグ側金属シェル25は、上部係止片251の先端部に形成された係止孔251aをケーブル接続部基部23aの上面に突出して形成された係止爪223aに係合させ、かつ、下係止片252の先端部に形成された係止孔252aをケーブル接続部基部23aの下面に突出して形成された係止爪223bに係合させることにより、プラグ本体23に対し抜け止めされて固定されるようになっている。
そして、本実施形態のプラグ200において、金属ボンディング部材360は、図15、図18、図22(A)に示すように、矩形平板状の金属片からなり、前端が上部係止片251の上に重ね合わされた密着状態で半田361(半田付け)によりプラグ側金属シェル25と一体化され、上部係止片251から後方へ延出され、先端(後端)が温度スイッチIC33の上面に密着されている。
こうして、本実施形態のプラグ200では、プラグ部22の覆いであるプラグ側金属シェル25がそれとは別に形成された金属ボンディング部材360によって温度スイッチIC33と熱的に結合されており、プラグ部22での異常発熱に対し感度よく通電を遮断することができるようになっている。また、金属ボンディング部材360がプラグ側金属シェル25とは別に形成されていることにより、前述したプラグ20のように金属ボンディング部材36がプラグ側金属シェル25に一体に形成された場合と比べて、金属ボンディング部材360及び金属シェル25の製造コストを削減することができるようになっている。
また、本実施形態のプラグ200では、金属ボンディング部材360と温度スイッチIC33との間に隙間が無いようにするため、図15、図18に示すように、両者を絶縁性の両面粘着テープ362により接着固定してある。なお、この両面粘着テープ362には熱伝導性、耐熱性に優れたものを使用することが好ましい。
さらに、本実施形態のプラグ200では、絶縁性確保のため、図15、図22(B)に示すように、金属ボンディング部材360は、その前端部を除いて絶縁体363により覆ってある。具体的には、例えばポリイミド系やポリエーテルエーテルケトン系のテープ基材を有するカプトン(登録商標)テープ等の耐熱性に優れた片面粘着テープで金属ボンディング部材360の前端部を除いて袋状に包んでいる。なお、この絶縁体363についても熱伝導性に優れたものを使用することが好ましい。
ところで、本実施形態のプラグ200では、ケーブル接続部金属カバー部30及びシェルカバー31を備えておらず、その代わり、図15乃至図17図に示すように、ケーブル接続部基部23a、プリント回路基板27、ケーブル10の端部から露出された4本の芯線11及びケーブル10の端部の周りにインサート成形により絶縁性合成樹脂のインナーモールド210が形成され、その後、インナーモールド210の周りにインサート成形により絶縁性合成樹脂のオーバーモールド、すなわちカバー部21が形成されている。
また、プラグ側接触端子24は、図19乃至図21に示すように、ID識別用が抜かれ、それ以外の4本のみプラグ本体23に支持されている。なお、ID識別用の端子収容部23cは、ケーブル接続基部23aの後端面に貫通しておらず、インナーモールド210の成形時、溶融した樹脂がID識別用の端子収容部23cから端子支持部挿入部26にまわり込まないようにしてある。
1 レセプタクル(相手コネクタ)
10 ケーブル
20 プラグ(コネクタ)
21 カバー部
22 プラグ部
23 プラグ本体
24 プラグ側接触端子
25 プラグ側金属シェル
27 プリント回路基板
30b ケーブル接続部上面カバー部
32 熱保護回路
33 温度スイッチIC
34 FET
35、35a 伝熱部
36 金属ボンディング部材
37 熱伝導樹脂シート
200 プラグ(コネクタ)
360 金属ボンディング部材

Claims (7)

  1. ケーブルの一端が挿入された絶縁性合成樹脂製のカバー部と、前記カバー部の先端から突出した状態で支持され相手コネクタ内に挿入されるプラグ部と、前記カバー部内に配置されたプリント回路基板とを有し、前記プラグ部は、絶縁体と、前記絶縁体に支持された複数の接触端子と、前記絶縁体の外周側を覆う金属シェルとを備えた、コネクタであって、前記プリント回路基板に熱保護回路が実装され、前記熱保護回路は、温度を検出する温度スイッチICと、前記プリント回路基板の電源ラインに挿入されたFETとを備え、前記温度スイッチICは、その検出温度が所定の温度を超えたときに前記FETによって前記電源ラインを遮断するための異常発熱信号を出力する、コネクタであり、前記金属シェルと前記温度スイッチICとを熱的に結合する金属ボンディング部材を備えたことを特徴とするコネクタ。
  2. 前記金属ボンディング部材は、前記金属シェルに一体に形成され、かつ、前記温度スイッチICと向かい合うように前記金属シェルから前記カバー部内に延出され、かつ、前記温度スイッチICに接触する伝熱部が形成された金属板材からなることを特徴とする請求項1に記載のコネクタ。
  3. 前記温度スイッチICは前記FETを備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載のコネクタ。
  4. 前記伝熱部が弾性片からなることを特徴とする請求項2又は3に記載のコネクタ。
  5. 前記伝熱部と前記温度スイッチICとの一方の接触面に貼着され前記伝熱部と前記温度スイッチICとの両接触面間に介在する熱伝導樹脂シートを備えたことを特徴とする請求項2乃至4の何れか1に記載のコネクタ。
  6. コネクタが、マイクロ−USB規格に基づくプラグであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1に記載のコネクタ。
  7. 前記金属ボンディング部材は、前記金属シェルと一体化されて前記金属シェルから前記温度スイッチICまで延ばされた、前記金属シェルとは別に形成された金属板材からなることを特徴とする請求項1、3、6のいずれか1に記載のコネクタ。
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