JP5119494B2 - コネクタ構造、コネクタ装置、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、防水対応のコネクタ構造と、そのコネクタ構造によるコネクタ装置と、そのコネクタ装置を備える電子機器に関する。

防水コネクタとして、例えば特許文献１には、プラグの端子毎にゴム栓でシールする技術が開示されている。
特開２００６−１２７９９２号公報

しかしながら、特許文献１の防水コネクタでは、端子毎にゴム栓でシールする構造のため、小型化が難しいという問題があり、また、水中でコネクタを挿入する際に、プラグの端子内にゴム栓のシール孔から水が入ると逃げがなく、プラグを押し込むための強い力を必要とするという問題もある。

本発明の課題は、防水対応のコネクタ構造において、小型化を可能とし、水が入っても強い力を必要とせずに押し込めるようにすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、２つのコネクタの接続で電気的接続を行うコネクタ構造であって、第一のコネクタは、先端部に開口部を持つ凹部を有する第一のインシュレータと、前記第一のインシュレータ内を通り、前記凹部において露出する第一の電極と、前記第一のインシュレータの先端部、前記第一の電極の間、及び前記凹部内の前記開口部の反対側の後端面に接するように一体に成形された第一のシール部と、前記第一のインシュレータを覆う第一のシェルと、を備え、第二のコネクタは、前記第一のコネクタとの接続時に先端部が前記凹部に当接する凸部を有する第二のインシュレータと、前記第二のインシュレータ内を通り、前記凸部において露出する第二の電極と、前記第二のインシュレータを覆う第二のシェルと、を備えるコネクタ構造を特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコネクタ構造であって、前記凹部は、前記開口部と反対側の後端面を有し、前記第一のシール部は、前記凹部の内面に沿った部分と前記開口部の周囲に沿った部分とを有するクランク状に形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のコネクタ構造であって、前記凹部は、前記開口部とその反対側端部との間が一様に連続する傾斜面に形成され、前記第一の電極及び前記第一のシール部が、前記凹部の前記傾斜面において平面状に並ぶことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のコネクタ構造であって、前記第二のコネクタに、前記第二のインシュレータの後端部に位置する第二のシール部を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のコネクタ構造であって、前記第一のコネクタに、前記第一のインシュレータの後部内に位置する第三のシール部を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のコネクタ構造を持ち、前記第二のコネクタに接続された電気回路と前記第二のコネクタ内の前記第二の電極との電気的接続の有無を切り替える内部接続スイッチと、前記第一のコネクタが前記第二のコネクタに接続された状態にあっては、前記第一のコネクタ内の前記第一の電極は前記第一のシール部を挟んでそれぞれが独立した空間において前記第二のコネクタの前記第二の電極と接触され、その各電極が前記独立した空間で接触された状態にあるか否かで前記第一のコネクタの装着の有無を検出する検出手段と、を備え、前記検出手段により前記第一のコネクタの装着有りと検出された場合に、前記内部接続スイッチをオンにして前記第二のコネクタの前記第二の電極を前記電気回路と電気的に接続するコネクタ装置を特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のコネクタ装置であって、前記検出手段により前記第一のコネクタの接続状態から非接続状態への変化を検出された際に、前記内部接続スイッチをオフにすることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載のコネクタ装置を備える電子機器を特徴とする。

本発明によれば、各電極を一体成形されたシール部によりシールするようにしたことで、防水対応のコネクタ構造の小型化が可能となる。更に、平型構造であるためコネクタ挿入中のこじり等に対して変形が起こりにくく、また、水中でコネクタを挿入する際に各コネクタの電極が接するまで隙間が確保されており、水が入っていても逃げがあり、コネクタを押し込むために強い力を必要としない。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明を適用した一実施形態の構成として両コネクタを示したもので、１は第一のコネクタ、２は第二のコネクタ、３はプラグ、４は基板である。

図示例において、第一のコネクタ１はプラグ３に設けられ、第二のコネクタ２は基板４に設けられている。プラグ３は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）通信用等で図示しない外部デバイスに繋がっている。基板４は、図示しない携帯電話に内蔵されて、第二のコネクタ２を端部に実装している。この第二のコネクタ２は、携帯電話の防水筐体側面に露出可能となっている。

図２は第一のコネクタ１を拡大して示し、図３はその構成部品を分解して示し、図４はそのシェルを外した状態を示したものであり、１１は第一のインシュレータ、１２は第一の電極、１３は第一のシール部、１４は第三のシール部、１５は第一のシェルである。

図示例において、第一のインシュレータ１１は、横方向に五枚並ぶ第一の電極１２に対応して、前後方向に貫通する五本の圧入孔を有するとともに、上面に開放されて先端部の前面に開口部を持つ前部の凹部１１ａと、上面に開放される後部の凹部１１ｂを有している。そして、前部の凹部１１ａには、その底面及び前面開口部周囲に、後端面に露出した圧入孔に連続して、横方向に五枚並ぶ第一の電極１２を露出する五本の溝が形成されている。後部の凹部１１ｂの前面及び後面には、圧入孔がそれぞれ露出している。

第一の電極１２は、板状でその板面を縦にして横方向等間隔に五枚並べられて、第一のインシュレータ１１に形成した圧入孔にそれぞれ圧入して組み付けられる。この第一の電極１２は、第一のシール部１３のスリットにおいて露出する。

第一のシール部１３は、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａに一体に成形されるもので、横方向に五枚並ぶ第一の電極１２を露出する五本のスリットを有している。この第一のシール部１３は、前部の凹部１１ａの底面に沿った部分及びその後端面に沿った立ち上がり部分とその前面開口部の周囲に沿った垂れ下がり部分とからなる側面視クランク状に形成されている。なお、第一のシール部１３は、前部の凹部１１ａ及びその開口部周囲にポッティングにより設けても良い。

第三のシール部１４は、第一のインシュレータ１１の後部の凹部１１ｂにポッティングにより設けられるものである。なお、第三のシール部１４は、後部の凹部１１ｂに一体成形されても良い。

第一のシェル１５は、第一のインシュレータ１１の周囲を覆ってその前面及び後面を露出させたものである。この第一のシェル１５は、上下面の一方の幅が広くて他方の幅が狭い断面形状となっている。

図５は第二のコネクタ２を拡大して示したもので、図６はその構成部品を分解して示したものであり、２１は第二のインシュレータ、２２は第二の電極、２３は第二のシール部、２５は第二のシェルである。

図示例において、第二のインシュレータ２１は、横方向に五枚並ぶ第二の電極２２に対応して、前後方向に貫通する五本の圧入孔を有するとともに、第一のコネクタ１との接続時に、先端部が第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａの両側面及び第一のシェル１５の内面に当接する凸部２１ａを一体に有している。この凸部２１ａには、その上下面の一方の面に、後端面に露出した圧入孔に連続して、横方向に五枚並ぶ第二の電極２２を露出する五本の溝が形成されている。

第二の電極２２は、板状でその板面を横にして横方向等間隔に五枚並べられて、第二のインシュレータ２１に形成した圧入孔にそれぞれ圧入して組み付けられる。この第二の電極２２は、第二のインシュレータ２１の凸部２１ａの溝において露出している。

第二のシール部２３は、第二のインシュレータ２１及び第二のシェル２５の後面にポッティングにより設けられるものである。なお、第二のシール部２３は、第二のインシュレータ２１の後面に一体に成形しても良い。

第二のシェル２５は、第二のインシュレータ２１の周囲を覆ってその前方の凸部２１ａ及び後面を露出させたものである。この第二のシェル２５は、上下面の一方の幅が広くて他方の幅が狭い断面形状となっており、その内方に第一のコネクタ１の第一のシェル１５が挿入されて嵌合する。

次に、図７は第一のコネクタ１と第二のコネクタ２の嵌合直前の状態を部分的にカットして示したものである。そして、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はその嵌合を段階的に示すもので、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は図８と反対方向から見た状態を示したものである。

すなわち、第一のコネクタ１と第二のコネクタ２の接続は、先ず、図７、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、第一のシェル１５を第二のシェル２５内に挿入して嵌合するとともに、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａ内に第二のインシュレータ２１の凸部２１ａを挿入して、そのまま図８（ｂ）及び図９（ｂ）から図８（ｃ）及び図９（ｃ）、さらに、図８（ｄ）及び図９（ｄ）に示すように押し込んでいく。

その過程において、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａ内の第一のシール部１３のスリットに露出する五枚の第一の電極１２の前端部の端子部に、第二のインシュレータ２１の凸部２１ａの溝に露出する五枚の第二の電極２２の前端部の端子部がそれぞれ接触していく。
その後、図８（ｄ）及び図９（ｄ）に示すように、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａと第二のインシュレータ２１の凸部２１ａとの間に第一のシール部１３が密着して挟み込まれた状態となってコネクタ接続が完了する。

さらに、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は両端子部の嵌合を段階的に示したもので、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は第一のシール部１３の嵌合を段階的に示したものである。

すなわち、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、第一のシェル１５を第二のシェル２５内に挿入して嵌合するとともに、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａ内に第二のインシュレータ２１の凸部２１ａを挿入して、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）から図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）に示すように押し込んでいく過程において、凹部１１ａ内の第一のシール部１３に対し凸部２１ａが滑りながら嵌合していく。

以上、実施形態の構造による第一のコネクタ１と第二のコネクタ２によれば、第一の電極１２及び第二の電極２２を一体成形された第一のシール部１３によりシールするようにしたことで、コネクタ構造の小型化が可能となる。
さらに、平型構造のコネクタであるため、そのコネクタ挿入中のこじり等に対して変形が起こりにくく、また水中でコネクタを挿入する際に各コネクタの電極が接するまで隙間が確保されており、水が入っていても逃げがあり押し込むために強い力を必要としないといった利点が得られる。

そして、実施形態においては、第一のシール部１３を、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａの底面に沿った部分及びその後端面に沿った立ち上がり部分とその前面開口部の周囲に沿った垂れ下がり部分とからなる側面視クランク状としたので、第一のコネクタ１内の第一の電極１２と第二のコネクタ２内の第二の電極２２とを確実に接続した状態で防水することができる。
また、実施形態では、第一のコネクタ１の第一のインシュレータ１１の凹部１１（ｂ）に第三のシール部１４を備えたことで、携帯電話の防水筐体側面において確実な防水機能が得られる。

また、第二のコネクタ２の第二のインシュレーター２１及び第二のシェル２５の後面に第二のシール部２３を備えたことで、プラグ３において防水機能が得られる。

次に、図１２は第二のコネクタ２内の第二の電極２２を携帯電話内部の電気回路と電気的接続する処理の一例を示すフローチャートで、この処理は制御回路によりなされる。

具体的には、携帯電話の電源投入後に、ステップＳ１でコネクタ電源線をオンにして、第二のコネクタ２内の第二の電極２２への通電を開始する。続いてステップＳ２で水分等による第二の電極２２間の短絡を端子間の抵抗値で判断する。すなわち、第二の電極２２間の抵抗が規定値内であれば、続くステップＳ３でＵＳＢデバイスの初期化モードに移行し、通信の可・不可を確認する。ステップＳ３で通信可であれば、続くステップＳ４でＵＳＢ通信を開始し、その後、ステップＳ５で信号回路が切断されて処理を終了する。

また、電極間シール不良等による通信回路上の不具合が発生した場合には、ステップＳ２で短絡であると判断されて、ステップＳ６でコネクタへの電源供給自体をオフにする。この電源オフ中は携帯電話のディスプレイ部に「通信オフ」を表示する。そして、ステップＳ７で携帯電話の操作部より再開入力がなされると、再びステップＳ１に戻って以降の処理を行う。

また、ステップＳ３において、通信不可でＵＳＢデバイスの初期化モードに移行しない場合も、同様にステップＳ６でコネクタへの電源供給自体をオフにする。

なお、ステップＳ６・Ｓ７の処理を省略し、端子間抵抗を常時測定しても良い。

以上のように、第二のコネクタ２内の第二の電極２２と第二のコネクタ２に接続された電気回路との電気的接続を、第一のシール部１３を挟んで独立した空間で第一のコネクタ１の第一の電極１２と接続されたことを検出した場合にのみ行うようにしたことで、両コネクタ接続時は各電極１２・２２が空間的に独立した状態で接続状態にあり、その独立した空間内に水が存在したとしても、すなわち、装着時に電極１２・２２に水が付着し、例えば大量に付着した状態にあったとしても、電気的接続後に両コネクタ１・２の結合により電気が流れる場合も、その電気が他の接点端子と短絡（ショート）することを防止できる。

しかも、実施形態のように、第一のコネクタ１の接続状態から非接続状態への変化が検出された際に、内部接続スイッチをオフするようにしたことで、無駄な電力消費を回避できる。

（実施形態２）
図１３は実施形態２の構成として両コネクタ１・２の接続直前状態を示したもので、前述した実施形態１と同様の部分には同一符号を付してその説明を省略する。
すなわち、実施形態２では、図示のように、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａを、その前面開口部と反対側端部との間が図示例では前下がりに一様に連続する傾斜面に形成して、その傾斜面において第一の電極１２及び第一のシール部１３が平面状に並ぶようにしている。
また、第二のインシュレータ２２の凸部２１ａも、凹部１１ａの傾斜面に対応する傾斜面としている。

このように、第一のインシュレータ１１の前部の凹部１１ａを一様に連続する傾斜面に形成して、第一のシール部１３を平面状としたことで、前述した実施形態１の側面視クランク状のものと比較して、第一のシール部１３の成型が簡易となる。

（変形例）
以上、実施形態では、第一のインシュレータ１１に第一のシール部１３を設けたが、第二のインシュレータ２１にも第一のシール部１３のシール機能を分担させて設けるようにしても良い。

（その他の変形例）
なお、以上の実施形態においては、携帯電話としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電卓、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ、ノートパソコン、ウェアラブルパソコン等の携帯端末装置や充電器などの電子機器であっても良い。
また、実施形態では、プラグ側を第一のコネクタ、レセプタクル側を第二のコネクタとしたが、プラグ側を第二のコネクタ、レセプタクル側を第一のコネクタとしても良い。
さらに、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施形態の構成を示すもので、両コネクタを示した分解斜視図である。 図１のプラグ側コネクタを示した拡大斜視図である。 図２のプラグ側コネクタの構成を示す分解斜視図である。 図３のプラグ側コネクタのシェルを外した状態を示した斜視図である。 図１のレセプタクル側コネクタを示した拡大斜視図である。 図５のレセプタクル側コネクタの構成を示す分解斜視図である。 両コネクタの嵌合直前の状態を部分的にカットして示した斜視図である。 両コネクタの嵌合を段階的に示すもので、部分的にカットして示した斜視図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）である。 図８と反対方向から見た状態を示した斜視図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）である。 両端子部の嵌合を段階的に示した破断側面図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。 第一のシール部の嵌合を段階的に示した破断側面図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。 第二のコネクタ内の第二の電極を電子機器内部の電気回路と電気的接続する処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態２の構成を示すもので、両コネクタの接続直前状態を示した斜視図である。

符号の説明

１ 第一のコネクタ
１１ 第一のインシュレータ
１１ａ 凹部
１１ｂ 凹部
１２ 第一の電極
１３ 第一のシール部
１４ 第三のシール部
１５ 第一のシェル
２ 第二のコネクタ
２１ 第一のインシュレータ
２１ａ 凸部
２２ 第二の電極
２３ 第二のシール部
２５ 第二のシェル
３ プラグ
４ 基板

Claims (8)

1. ２つのコネクタの接続で電気的接続を行うコネクタ構造であって、
   第一のコネクタは、
   先端部に開口部を持つ凹部を有する第一のインシュレータと、
   前記第一のインシュレータ内を通り、前記凹部において露出する第一の電極と、
   前記第一のインシュレータの先端部、前記第一の電極の間、及び前記凹部内の前記開口部の反対側の後端面に接するように一体に成形された第一のシール部と、
   前記第一のインシュレータを覆う第一のシェルと、
   を備え、
   第二のコネクタは、
   前記第一のコネクタとの接続時に先端部が前記凹部に当接する凸部を有する第二のインシュレータと、
   前記第二のインシュレータ内を通り、前記凸部において露出する第二の電極と、
   前記第二のインシュレータを覆う第二のシェルと、
   を備えることを特徴とするコネクタ構造。
2. 前記凹部は、前記開口部と反対側の後端面を有し、
   前記第一のシール部は、前記凹部の内面に沿った部分と前記開口部の周囲に沿った部分とを有するクランク状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ構造。
3. 前記凹部は、前記開口部とその反対側端部との間が一様に連続する傾斜面に形成され、
   前記第一の電極及び前記第一のシール部が、前記凹部の前記傾斜面において平面状に並ぶことを特徴とする請求項１に記載のコネクタ構造。
4. 前記第二のコネクタに、前記第二のインシュレータの後端部に位置する第二のシール部を備えることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ構造。
5. 前記第一のコネクタに、前記第一のインシュレータの後部内に位置する第三のシール部を備えることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ構造。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のコネクタ構造を持ち、
   前記第二のコネクタに接続された電気回路と前記第二のコネクタ内の前記第二の電極との電気的接続の有無を切り替える内部接続スイッチと、
   前記第一のコネクタが前記第二のコネクタに接続された状態にあっては、前記第一のコネクタ内の前記第一の電極は前記第一のシール部を挟んでそれぞれが独立した空間において前記第二のコネクタの前記第二の電極と接触され、その各電極が前記独立した空間で接触された状態にあるか否かで前記第一のコネクタの装着の有無を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記検出手段により前記第一のコネクタの装着有りと検出された場合に、前記内部接続スイッチをオンにして前記第二のコネクタの前記第二の電極を前記電気回路と電気的に接続することを特徴とするコネクタ装置。
7. 前記検出手段により前記第一のコネクタの接続状態から非接続状態への変化を検出された際に、前記内部接続スイッチをオフにすることを特徴とする請求項６に記載のコネクタ装置。
8. 請求項６または７に記載のコネクタ装置を備えることを特徴とする電子機器。

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