JP3193220U - 磁石式コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の吸着力が得られ、安定した電気的接続が可能であり、電源ケーブルに過剰な引っ張り力が加わった場合、破損する前にコネクタが外れ、ケーブルの断線やコネクタの破損を防止することができる磁石式コネクタを提供する。【解決手段】プラグ１０に納められた磁石ユニット１は、磁力を有する素材であるマグネット２と、導電性を有した金属ケース３とにより構成され、ＤＣ電源のＧＮＤが供給されている。また、コンタクトユニット１１と磁石ユニット１は、ホルダ１３により絶縁されており、コンタクトユニット１１にＤＣ電源のプラス電圧が供給されている。プラグ１０と対となるレセプタクルに構成されるＧＮＤ板は磁性材でできており、磁石ユニット１とＧＮＤ板とが磁力の吸着力により接続され、嵌合することによりコネクタとして機能し、電気的接続が可能となる。【選択図】図１

Description

本考案は、電子機器等に接続される電源用ケーブルに設けられるプラグと、機器側に取付けられるレセプタクルとの接続（コネクタ）に関する。

従来、携帯可能な小型電子機器（以下、モバイル端末という）にＤＣ電源を供給するためのコネクタとして、例えば、下記特許文献に開示されている。

モバイル端末では、バッテリーが内蔵されている製品が一般的であり、バッテリー充電用のための電源供給コネクタが設けられている。コネクタは、電源供給量の違いにより、専用のコネクタもしくは、ＵＳＢ規格のコネクタを利用した接続が一般的である。

しかしながら、モバイル端末へ充電する場合、電源ケーブルが接続された状態でモバイル端末を持ちながら操作することがあり、接続されていることを忘れ、無意識にモバイル端末を持ち上げたりすると、接続されたケーブルの長さ以上に引っ張られることがあり、その際コネクタに負荷が掛かり、ケーブルの断線やコネクタの破損に繋がる要因となっていた。

このため、特許文献１では、磁石を設けたコネクタを提供している。このコネクタは、プラグ及びレセプタクル間において、磁力による吸着力を得る接続が可能としたコネクタとしている。磁力による吸着力を全面に均一にできるため、プラグとレセプタクル間の位置ズレとなる不均衡による影響を低減することができ、無造作にケーブルを引っ張りコネクタを引き抜いたりした場合、強い力の方向に依存することがなく、コネクタが破損する前に分離することができるコネクタが提供されている。

特開２０１０−５６０５７号公報

しかしながら、従来の磁力を利用したコネクタ（プラグとレセプタクル）の接続構成では、近年のモバイル端末の形状が薄くなる傾向に対して、磁力を有する部位の接触面積が確保できないため、所定の吸着力を得ようとした場合、吸着力が弱くなってしまう。また、従来のコネクタの構成ではあらゆる角度から強い力が加わった場合、容易にコネクタが外れるようにするため、プラグとレセプタクルとの間の嵌合力を弱くする必要があり、わずかな衝撃により電気的な接続が維持できなくなり、電源を供給中に瞬断等が発生する。

そこで、本考案が解決しようとする課題は、モバイル端末の手に持って操作する電子機器類の小型化、薄型化に対応するため、接触面積を必要最小限の面積としながら、所望の吸着力が得られ、安定した電気的接続が可能なコネクタであり、電源ケーブルに過剰な引っ張り力が加わった場合、破損する前にコネクタが外れ、ケーブルの断線やコネクタの破損を防止することができるコネクタを提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１に記載された考案は、
磁石を有するコネクタにおいて、円筒状の磁石と、前記円筒状の磁石を被う円筒状の導電材とが組み付けられた磁石ユニットと、前記磁石ユニットの前記円筒状の磁石の軸方向に貫通する穴には、絶縁性を有した円筒状のホルダが挿入され、前記円筒状のホルダの軸方向に貫通する穴には、導電性を有した電気接点ピンが挿入されている第１のコネクタが構成され、前記第１のコネクタと嵌め合いとなる第２のコネクタは、前記第１のコネクタの前記磁石ユニットと接触する導電性を有する磁性体と、前記第１のコネクタの前記導電性を有した電気接点ピンと接触する電気接点とが設けられていることを特徴としている。

このように、第１のコネクタは電源供給側となるプラグとなり、磁力を発生する磁石ユニットが設けられている。磁石ユニットは、磁石（マグネット）を被う導電材でできたケースに収められており、第２のコネクタ（レセプタクル）に設けられた磁性体に磁石ユニットが吸着することにより、プラグとレセプタクルとが接続され、所定の嵌合力を得ることができる。

上記目的を達成するため請求項２に記載された考案は、
前記磁石ユニットの円筒状の磁石と、前記円筒状の磁石を被う円筒状の導電材とが前記第２のコネクタの前記導電性を有する磁性体に当接することを特徴とする。
このように、本出願第１の考案の磁石式コネクタにおいて、磁石ユニットを構成し、磁石を円筒状の導電材で被うことにより、磁石が磁性体に当接する際に受ける衝撃や、落下させた場合の衝撃等において、破損を防止するための保護としても機能し、磁石の割れや欠けの発生を予防することができる。

上記目的を達成するため請求項３に記載された考案は、
前記円筒状の磁石は、通電素子とすることを特徴とする。
このように、本出願の第１の考案又は第２の考案において、磁石ユニットを構成する円筒状の磁石と、円筒状の磁石を被う円筒状の導電材とが通電素子として動作するため、第２のコネクタ（レセプタクル）に当接して接触する場合、電源供給側（プラグ）に設けられた２つの導電素子により、２部品での電気的接続が可能となるため、衝撃や振動による接触不良に対し、安定した接続が可能となる。

上記目的を達成するため請求項４に記載された考案は、
前記円筒状の磁石は、接触面に対して多極着磁されていることを特徴とする。
このように、本出願第１の考案又は第２又は第３の考案において、磁石ユニットに設けた磁石を多極着時することにより、磁石のもつ最大限の磁力を確保することができるため、小型、薄型化の形状を求められた場合、磁力の低下による吸着力の減少を抑制することができる。

上記目的を達成するため請求項５に記載された考案は、
前記磁石ユニットが前記第２の電気接点と接触する側とは反対側の端部にヨークが設けられていることを特徴とする。
このように、本出願の第１の考案又は第２の考案又は第３の考案又は第４の考案において、磁石ユニットの磁石の小型化および薄型化にともなう磁力の低下を、ヨーク（磁性体）を設けることにより磁力線の方向を所定の向きに集中させることができるため、レセプタクルの形状に対して効率の良い磁力線とすることができる。なお、効率の良い磁力線によれば、磁力を増加させることができるため、吸着力を強くすることができる。

以上、請求項１から請求項５までの考案によれば、円筒状の磁石を導電性のある素材で被うことにより、磁石部の保護を兼ねると共に、磁石に対しても通電効果を持たせつつ、通電素子として利用することができる。また、電気的な通電素子として接触面積を最大限に確保することができるため、電力量を増加させても接触抵抗によるロスが少なく、安定した通電を行うことができる。
また、磁石には多極着磁及びヨークが構成されており、コネクタの小型化、薄型化に伴う磁力の低減を抑制することができるため、必要に応じた吸着力を得る最小限の磁石を使用した磁力式コネクタを提供することができる。

（ａ）本考案の実施の形態であるプラグの分解斜視図である。（ｂ）本考案の実施の形態であるプラグの概略断面図である。 本考案のコネクタの形態であるレセプタクルが実装された筐体の実施形態である。 本考案のマグネットにヨークを組み込んだ実施形態である。 （ａ）本考案の実施の形態であるレセプタクルの分解斜視図ある。（ｂ）本考案の実施の形態であるレセプタクルの概略断面図ある。 本考案のマグネットの多極着時の例を示した図である。

本考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態の図２に示すように、ＡＣ−ＤＣアダプター２２またはＵＳＢコネクタ２１が接続された電源ケーブル２３の他方に、プラグ１０が取付され、小型電子機器（以降、小型電子機器はモバイル端末２０とする）に組み付けられたレセプタクル３０に、プラグ１０が磁力により接続する形態を基に説明する。

図１は、本考案の実施のプラグ１０を分解した斜視図である。
磁力を有する素材であるマグネット２は、略円筒状であり、導電性を有した金属ケース３に納められている。この構成を磁石ユニット１とする。
次に磁石ユニット１には、コンタクトユニット１１が組み込まれており、ＤＣ電源のプラス電圧がプラス線２４に供給されている。コンタクトユニット１１は、モバイル端末２０に設けられたレセプタクル３０に設けられた接点に当接するためのコンタクトピン１２が設けられており、絶縁素材でできたホルダ１３の中に組み込まれている。なお、磁石ユニット１とコンタクトユニット１１とは、絶縁素材でできたホルダ１３により隔てられており、接触することが無い構成である。

ＡＣ−ＤＣアダプター２２またはＵＳＢコネクタからケーブル２３を経由し、出力されるＤＣ出力のプラス電圧を供給するプラス線材２４を、ハンダ付け等によりプラス端子１５に接続される。接続されたプラス端子１５と、コンタクトピン１２との間には、付勢する接点バネ１４が組み込まれ、コンタクトピン１２が図４で示すレセプタクル３０に設けられた受電コンタクトピン３２に当接した際の接触圧（接点荷重）を決めている。

続いてＤＣ出力のもう一方の出力構成を説明する。ＡＣ−ＤＣアダプター２２またはＵＳＢコネクタからケーブル２３を経由し出力されるＤＣ出力のＧＮＤを供給するＧＮＤ線材２５を、ハンダ付け等によりＧＮＤ端子１６に接続される。接続されたＧＮＤ端子１６は、ホルダ１３の外側に配置され、磁石ユニット１の金属ケース３と接触するように装着されている。ＧＮＤ端子１６はバネ性を有しているので、金属ケース３と接触する場合、ＧＮＤ端子１６へ所定の荷重が加わるように組み込まれ、常に接触状態となる。金属ケース３は、マグネット２を被うように配置されており、マグネット２と接触している。なお、金属ケース３の内側に中心軸に向かって凸状のリブ等（図示せず）が設けられ、マグネット２と金属ケース３とが安定して接触する状態を構成している。また、磁石ユニット１に組み込まれたマグネット２は、衝撃に対して脆く、欠け、割れ等が発生するため、金属ケース３を設けることによりマグネット２を物理的な衝撃から保護する構成としている。

本実施の形態では、金属ケース３とマグネット２とが接触していることにより、ＧＮＤの給電は磁石ユニット１全体がＧＮＤの電位状態となり、電気的にＧＮＤの給電素子として機能する。本構成により、図４に示すレセプタクル３０に設けられた磁性素材できたＧＮＤ端子３１は、磁石ユニット１の磁力により吸着し、嵌合状態となる。マグネット２の磁力により嵌合されると、プラグ１０からレセプタクル３０にＤＣ電圧が通電される。

なお、磁石ユニット１に組み込まれた、金属ケース３は導電性のある素材を使用するため、電気的にＧＮＤの電位を効率良く伝達することができる。また、金属ケース３と接続されているマグネット１も導通する素材であるため、金属ケース３と共に磁石ユニット１は通電素子として構成されている。

本実施例のその他の形態として、マグネット２を軸方向に短くした場合、磁石ユニット１のホルダ１３の当接面との間にヨーク７を設けることにより、磁力線の方向および磁束の分布を所定の方向に集中させることができる。よって、プラグ１０を短縮（長さ方向に短く）する場合は、マグネット２を軸方向に短くし、所定の厚みのヨーク７を設けることにより、プラグ１０全体を短小化することができ、かつ、短小化による磁力の低下を押さえることが可能となり磁力を増幅することもできる。

図５は本実施例の多極着磁マグネット４０の着磁方向を示している。磁石ユニットに組み込まれるマグネット２には、多極着磁されている多極着磁マグネット４０を使用しても良く、軸方向に多極の着磁が実施され、前述しているヨーク７との組み合わせにより、より強力な磁力を得ることができる。なお、図４に示されているようにモバイル端末の仕様によってはコネクタ形状を略丸型から楕円形状とすることも良く、その際のマグネット形状は最大磁力が発生することができる多極着磁方向としても良い。

本実施例では、コンタクトピン１２をプラス、磁石ユニット１をＧＮＤとして説明したが、電子機器の仕様によっては、電位と接触子の関係は電子機器の仕様に合わせることが可能で特に限定することはない。

本考案は、小型電子端末の中でも、モバイル用の電子機器に用いられることに適しており、特に小型電子機器へ電源を供給するＵＳＢ、もしくはＡＣ−ＤＣアダプターから出力される電源用のコネクタとして使用することが望ましい。また、小型電子機器用の携帯型の予備バッテリーから供給（出力）される電源用コネクタとして、マグネットにより容易に接続可能である効果を得られると共に、携帯型のために発生する不注意により過度の力で引っ張られたりした場合でも、コネクタが破損する前に外れるため、コネクタの破損防止にも有効なコネクタとして提供することができる。

１ 磁石ユニット
２ マグネット
３ 金属ケース
１０ プラグ
１１ コンタクトユニット
１２ コンタクトピン
１３ ホルダ
１４ 接点バネ
１５ プラス端子
１６ ＧＮＤ端子
１７ 樹脂ケース
２０ 小型電子機器（モバイル端末）
２１ ＵＳＢコネクタ
２２ ＡＣ−ＤＣアダプタ
２３ ケーブル
２４ プラス線
２５ ＧＮＤ線
３０ レセプタクル
３１ ＧＮＤ板
３２ 受電コンタクトピン
３３ ＧＮＤ接点プレート
３４ プラス接点プレート
３５ レセプタクルホルダ
３６ Ｏリング
４０ 多極着磁マグネット

上記目的を達成するため請求項５に記載された考案は、
前記磁石ユニットが前記第２のコネクタと接触する側とは反対側の端部にヨークが設けられていることを特徴とする。
このように、本出願の第１の考案又は第２の考案又は第３の考案又は第４の考案において、磁石ユニットの磁石の小型化および薄型化にともなう磁力の低下を、ヨーク（磁性体）を設けることにより磁力線の方向を所定の向きに集中させることができるため、レセプタクルの形状に対して効率の良い磁力線とすることができる。なお、効率の良い磁力線によれば、磁力を増加させることができるため、吸着力を強くすることができる。

１ 磁石ユニット
２ マグネット
３ 金属ケース
７ ヨーク
１０ プラグ
１１ コンタクトユニット
１２ コンタクトピン
１３ ホルダ
１４ 接点バネ
１５ プラス端子
１６ ＧＮＤ端子
１７ 樹脂ケース
２０ 小型電子機器（モバイル端末）
２１ ＵＳＢコネクタ
２２ ＡＣ−ＤＣアダプタ
２３ ケーブル
２４ プラス線
２５ ＧＮＤ線
３０ レセプタクル
３１ ＧＮＤ板
３２ 受電コンタクトピン
３３ ＧＮＤ接点プレート
３４ プラス接点プレート
３５ レセプタクルホルダ
３６ Ｏリング
４０ 多極着磁マグネット

Claims (5)

1. 磁石を有するコネクタにおいて、
   円筒状の磁石と、
   前記円筒状の磁石を被う円筒状の導電材とが組み付けられた磁石ユニットと、
   前記磁石ユニットの前記円筒状の磁石の軸方向に貫通する穴には、絶縁性を有した円筒状のホルダが挿入され、前記円筒状のホルダの軸方向に貫通する穴には、導電性を有した電気接点ピンが挿入されている第１のコネクタが構成され、
   前記第１のコネクタと嵌め合いとなる第２のコネクタは、前記第１のコネクタの前記磁石ユニットと接触する導電性を有する磁性体と、前記第１のコネクタの前記導電性を有した電気接点ピンと接触する電気接点とが設けられていることを特徴とする磁石式コネクタ。
2. 前記磁石ユニットの円筒状の磁石と、前記円筒状の磁石を被う円筒状の導電材とが前記第２のコネクタの前記導電性を有する磁性体に当接することを特徴とする請求項１記載の磁石式コネクタ。
3. 前記円筒状の磁石は、通電素子とすることを特徴とする請求項１、請求項２に記載の磁石式コネクタ。
4. 前記円筒状の磁石は、接触面に対して多極着磁されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の磁石式コネクタ。
5. 前記磁石ユニットが前記第２の電気接点と接触する側とは反対側の端部にヨークが設けられていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の磁石式コネクタ。

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