JP5176955B2

JP5176955B2 - 電子機器及びコネクタの嵌合方法

Info

Publication number: JP5176955B2
Application number: JP2008520497A
Authority: JP
Inventors: 宏工藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2027-05-28
Also published as: WO2007142060A1; CN101461117A; EP2026441A4; US20090206800A1; CN101461117B; EP2026441A1; JPWO2007142060A1; US8198861B2

Description

本願は、２００６年６月２日に出願された日本出願特願２００６−１５５４２６号を基礎とする優先権を主張し、その日本出願の開示は参照によりすべてここに取り込まれる。

この発明は、電子機器及びこの電子機器に用いられるコネクタの嵌合方法に係り、より具体的には、外部機器接続用コネクタに電源供給用コネクタを接続する場合に適用して好適な電子機器及びコネクタの嵌合方法に関する。

携帯電話機では、装着されている充電式電池を充電する場合、外部機器接続用コネクタに充電器の電源供給用コネクタが接続される。携帯電話機の筐体は、近年では、従来にも増して小形化及び薄型化されてきているため、これらのコネクタも小形化及び薄型化されている。コネクタの小型化及び薄型化と物理的な強度との関係は反比例する傾向にあるため、コネクタの抜き差し時にコネクタあるいは周辺部が破損することがあるという問題点がある。このため、たとえば、各コネクタの材質を従来のプラスチックから金属に変更するなど、破損の防止対策が講じられている。

この種の携帯電話機としては、たとえば図６に示すものがあった。
この携帯電話機１は、たとえば折り畳み型の筐体を有し、図６に示すように、ユニット２と、ユニット３と、ヒンジ部４とを備えている。ユニット２は、前面に表示部５及びレシーバ６を備えている。ユニット３は、前面にマイク７及び操作キー８ａ，８ｂ、及び端面にコネクタ９を備え、内部には、図示しない制御部及び充電式電池を備えている。そして、ユニット２の前面とユニット３の前面とが向かい合う態様でユニット２とユニット３とがヒンジ部４を介して折り畳まれるように構成されている。

また、この携帯電話機１には、上記充電式電池を充電するためのＡＣアダプタ１０が付属している。ＡＣアダプタ１０には、ＡＣ電源プラグ１１、ケーブル１２、プラグ１３、及び注意事項表示札１４が設けられている。充電時には、プラグ１３がコネクタ９に接続される。注意事項表示札１４には、プラグ１３の着脱（抜き差し）操作に関する注意事項が表示されている。このＡＣアダプタ１０は、たとえば、リチウムイオン電池で構成された上記充電式電池の規格に対応した充電電圧４．２Ｖ／１０００ｍＡの電源を供給する。

図７に示すように、携帯電話機１のコネクタ９は、鉄金属ケース９ａを有している。この鉄金属ケース９ａの所定の部位には、金属爪受け切掛け９ｂが設けられている。一方、ＡＣアダプタ１０のプラグ１３には、鉄金属爪１３ａ及び金属爪リリースフック１３ｂが設けられている。コネクタ９とプラグ１３とが嵌合されるとき、プラグ１３の鉄金属爪１３ａがコネクタ９の金属爪受け切掛け９ｂに嵌ることにより、嵌合が確実に行われ、電気的特性が確保される。コネクタ９からプラグ１３を抜くときには、金属爪リリースフック１３ｂを摘むことにより、鉄金属爪１３ａが金属爪受け切掛け９ｂから開放される。

図８に示すように、携帯電話機１は、電源部２０を有している。電源部２０は、充電回路２１と、バッテリ２２とを備えている。また、携帯電話機１には、図６中のプラグ１３を介してＡＣアダプタ１０が接続されている。そして、ＡＣアダプタ１０から、プラグ１３の＋側端子ＶＣＨＧ及びグラウンド側端子ＧＮＤ、及び携帯電話機１のコネクタ９を介して携帯電話機１の電源部２０に電源が供給されるようになっている。

図９に、図８中のバッテリ２２の充電電流特性の例を示す。縦軸は充電電流ＩＣＨＧ又は電池電圧Ｖ、横軸は充電時間Ｔを示している。
図９に示すように、充電開始直後の予備充電期間Ｔ₁では、充電回路２１の制御により、バッテリ２２の予備充電が行われ、バッテリ２２の電圧値（電池電圧）ｅと時間の関係が監視されて異常の有無が確認される。電圧値ｅが規定値を満たし、正常であれば、急速充電期間Ｔ₂に移行する。急速充電期間Ｔ₂では、約１０００ｍＡの充電電流ＩＣＨＧがバッテリ２２に供給されて定電流駆動が行われ、充電電圧を４．２Ｖ付近まで急速に持ち上げて充電が行われる。この後、電圧値ｅが定格値の４．２Ｖの近傍になったとき、トリクル充電期間Ｔ₃に移行する。トリクル充電期間Ｔ₃では、ＡＣアダプタ１０とバッテリ２２との電圧差に応じた充電電流ＩＣＨＧがバッテリ２２に供給されて定電圧駆動が行われ、この電圧差が徐々に少なくなると共に、充電電流も少なくなっていく。Ｆ点において電圧差がなくなったとき、充電完了となる。このときの充電電流値は、ゼロである。

上記の携帯電話機１の他、関連する技術としては、たとえば、文献１（特開２００５−０４５４９０）に記載されたものがある。
文献１に記載された携帯端末機器のコネクタ構造では、コネクタ本体に電磁石が取り付けられていると共に、コネクタ接続口にこの電磁石に吸着される金属片が取り付けられている。そして、スイッチ回路により、携帯端末機器本体から出力される制御信号に基づいて電磁石への通電／非通電が切り替えられる。

しかしながら、上記の携帯電話機には、次のような問題点があった。
図７に示す携帯電話機１では、プラグ１３の鉄金属爪１３ａがコネクタ９の金属爪受け切掛け９ｂに嵌ることにより、コネクタ９とプラグ１３とが嵌合される。また、金属爪リリースフック１３ｂを摘むことにより、鉄金属爪１３ａが金属爪受け切掛け９ｂから開放され、コネクタ９からプラグ１３が抜かれる。このとき、プラグ１３を抜く操作を正しく行わないと、鉄金属爪１３ａが金属爪受け切掛け９ｂから開放されず、固定されたままとなる。このため、さらにプラグ１３に無理に力を入れて抜こうとする“こじり”動作を伴い、コネクタ９及びプラグ１３を破損してしまうという問題点がある。この対策として、プラグ１３や注意事項表示札１４に金属爪リリースフック１３ｂの操作に対する注意事項が表示されているが、抜本的な対策にはならない。特に、海外では、金属爪リリースフック１３ｂの操作が日本国内の習慣と異なる場合が多いため、プラグ１３を抜く操作時に、コネクタ９又はプラグ１３を破損することが多い。

また、文献１に記載された携帯端末機器のコネクタ構造では、携帯端末機器本体から出力される制御信号に基づいて電磁石への通電／非通電が切り替えられるものであるため、この発明と目的は類似しているが、構成が異なっている。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、外部機器接続用コネクタから電源供給用コネクタを外すときに、各コネクタの破損が防止される電子機器及びコネクタの嵌合方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明は、電源の供給機能を有する外部機器の電源供給用コネクタに接続され、前記外部機器から電源の供給を受けるための外部機器接続用コネクタと、前記外部機器から前記外部機器接続用コネクタを経て供給された電源により所定の動作を行う電子回路と、前記外部機器接続用コネクタに設けられると共に前記外部機器接続用コネクタと前記電子回路との間に電気的に接続され、前記外部機器から供給される電源電流が流れることにより磁力を発生し、前記電源供給用コネクタの磁性体で形成された所定の部位を吸引することにより、前記外部機器接続用コネクタと前記電源供給用コネクタとの嵌合状態を保持する電磁石とを備え、さらに、前記電子回路は、急速充電およびトリクル充電を含む各充電方式に応じて前記電磁石に流れる前記電源電流の値を異ならせるように制御する。

また、この発明は、電源の供給機能を有する外部機器の電源供給用コネクタを、前記外部機器から電源の供給を受ける電子機器の外部機器接続用コネクタに嵌合するステップと、二つのコネクタを嵌合して前記外部機器から前記電子機器の電子回路に電源電流が流れることにより、前記外部機器接続用コネクタに設けられると共に前記外部機器接続用コネクタと前記電子回路との間に電気的に接続された電磁石が磁力を発生し、前記電源供給用コネクタの磁性体で形成された所定の部位を吸引して、前記外部機器接続用コネクタと前記電源供給用コネクタとの嵌合状態を保持するステップとを備える。

この発明では、外部機器接続用コネクタに電磁石が設けられ、外部機器から供給される電源電流が流れることにより電磁石が磁力を発生し、外部機器の電源供給用コネクタの磁性体を吸引して、外部機器接続用コネクタと電源供給用コネクタとの嵌合状態を保持するため、嵌合状態が確実になる。その一方、外部機器の電源電流の供給が停止されたとき、嵌合状態が解除されるので、外部機器接続用コネクタから電源供給用コネクタを容易に抜くことができ、破損を防止できる。

図１は、この発明の第１の実施例である電子機器の要部の電気的構成を示す回路図である。図２は、図１中のコネクタ及びプラグの要部の構造を示す図である。図３は、図２中のバッテリの充電電流特性の例を示す図である。図４は、この発明の第２の実施例である携帯電話機の要部の電気的構成を示す回路図である。図５は、図２中のコネクタの構成の変形例を示す図である。図６は、本発明に関連する携帯電話機の筐体が折り畳み式に構成されている場合の開状態を示す外観図である。図７は、図６中のコネクタ及びプラグの要部の構造を示す図である。図８は、図６中の携帯電話機の要部の電気的構成及びＡＣアダプタを示す図である。図９は、図８中のバッテリの充電電流特性の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１に、この発明の電子機器の第１の実施例である携帯電話機３０の要部の電気的構成を示す。
この携帯電話機３０は、電源部（電子回路）３１、電磁石３２及びコネクタ（外部機器接続用コネクタ）３３を有している。電源部３１は、充電回路３４と、バッテリ３５（充電式電池）とを備えている。電磁石は、コネクタ３３と電源部３１との間に直列に電気的に接続されている。また、携帯電話機３０には、プラグ（電源供給用コネクタ）４０を介してＡＣアダプタ４１（外部機器、充電用電源装置）が接続されている。ＡＣアダプタ４１は、携帯電話機３０に対する電源の供給機能を有している。コネクタ３３は、ＡＣアダプタ４１から電源の供給を受けるためのものである。そして、ＡＣアダプタ４１から、プラグ４０の＋側端子ＶＣＨＧ及びグラウンド側端子ＧＮＤ、携帯電話機３０のコネクタ３３及び電磁石３２のコイル３２ｂを介して携帯電話機３０の電源部３１に電源が供給されるようになっている。

電磁石３２は、鉄芯３２ａにコイル３２ｂが巻回されて構成されている。特に、この実施例では、電磁石３２は、コネクタ３３に付随して又はコネクタ３３の近傍に設けられ、ＡＣアダプタ４１から供給される電源電流が流れることにより磁力を発生し、プラグ４０の所定の部位が磁性体（鉄金属）で構成されている場合に、この磁性体を吸引することにより、コネクタ３３との嵌合状態を保持する。充電回路３４は、ＡＣアダプタ４１からコネクタ３３を経て電源の供給を受けてバッテリ３５を充電するとき、電源の電圧とバッテリ３５の電圧との電圧差が所定値以上となる急速充電期間Ｔ₂では、電磁石３２を所定の電流値の充電電流ＩＣＨＧで定電流駆動して、プラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態を一定に保持する。また、充電回路３４は、上記電圧差が上記所定値よりも小さくなるトリクル充電期間Ｔ₃では、電磁石３２を電圧差に対応した電流値の充電電流ＩＣＨＧで駆動してプラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態を漸次弱め、電圧差がなくなる充電終了時Ｆには、充電電流ＩＣＨＧが流れなくなる特性を利用し、充電電流ＩＣＨＧの供給を停止して嵌合状態を解除する。

図２に示すように、ＡＣアダプタ４１のプラグ４０は、所定の部位に鉄金属部（磁性体）４０ａが設けられている。一方、携帯電話機３０のコネクタ３３は、プラグ４０と嵌合する鉄金属ケース（磁性体ケース）３３ａを有し、この鉄金属ケース３３ａに隣接して電磁石３２が配置されている。例えば、コネクタ３３とプラグ４０とが嵌合されたとき、プラグ４０の鉄金属部４０ａと対向するコネクタ３３上の位置に、電磁石３２が配置されるようにしてもよい。

図３に、図２中のバッテリ３５の充電電流特性の例を示す。縦軸は充電電流ＩＣＨＧ又は電池電圧Ｖ、横軸は充電時間Ｔを示している。この図３を参照して、携帯電話機３０に用いられるコネクタの嵌合方法の処理内容について説明する。
携帯電話機３０では、電磁石３２が、ＡＣアダプタ４１から供給される電源電流が流れることにより磁力を発生し、ＡＣアダプタ４１のプラグ４０の鉄金属部４０ａが吸引されることにより、プラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態が保持される。

すなわち、図３に示すように、充電開始直後の予備充電期間Ｔ₁では、充電回路３４の制御により、バッテリ３５の予備充電が行われ、バッテリ３５の電圧値（電池電圧）ｅと時間の関係が監視されて異常の有無が確認される。電圧値ｅが規定値を満たし、正常であれば、急速充電期間Ｔ₂に移行する。急速充電期間Ｔ₂では、約１０００ｍＡの充電電流ＩＣＨＧがバッテリ３５に供給され、充電電圧を４．２Ｖ付近まで急速に持ち上げて充電が行われる。このとき、電磁石３２が定電流駆動され、プラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態が一定に保持される。この後、電圧値ｅが定格値の４．２Ｖの近傍になったとき、トリクル充電期間Ｔ₃に移行する。トリクル充電期間Ｔ₃では、ＡＣアダプタ４１とバッテリ３５との電圧差に応じた充電電流ＩＣＨＧがバッテリ３５に供給されると共に電磁石３２が定電圧駆動され、電圧差が徐々に少なくなると共に、充電電流ＩＣＨＧも少なくなっていき、プラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態が漸次弱められる。そして、Ｆ点において電圧差がなくなったとき、充電完了となると共に電磁石３２の動作が停止してプラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態が解除される。このときの充電電流ＩＣＨＧの値は、ゼロである。

ここで、電磁石３２で発生する磁力Ｂは、次式（１）で表される。
Ｂ＝μ・Ｎ・ＩＣＨＧ・・・（１）
ただし、
μ；透磁率
Ｎ；コイル３２ｂの巻き数
ＩＣＨＧ；充電電流値
μ＝μ0 ・μs
μ0 ；真空の透磁率
μs ；比透磁率
この式（１）により、磁力Ｂがコイル３２ｂの巻き数、充電電流ＩＣＨＧの大きさに比例することが分かる。

以上のように、この第１の実施例では、電磁石３２がコネクタ３３の鉄金属ケース３３ａに隣接して配置される。そして、バッテリ３５の充電時にＡＣアダプタ４１から供給される電源電流が流れることにより電磁石３２が磁力を発生してプラグ４０の鉄金属部４０ａが吸引され、プラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態が保持される。その後、充電が完了したときに電磁石３２の動作が停止して、プラグ４０とコネクタ３３との嵌合状態が解除される。このため、コネクタ３３からプラグ４０を容易に抜くことができ、破損が防止される。

図４に、この発明の電子機器の第２の実施例である携帯電話機３０Ａの要部の電気的構成を示す。この図４には、第１の実施例を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
携帯電話機３０Ａでは、図１中の電源部３１及びコネクタ３３に代えて、異なる構成の電源部（電子回路）３１Ａ及びコネクタ（外部機器接続用コネクタ）３３Ａが設けられている。コネクタ３３Ａは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に準拠している。コネクタ３３Ａには、電磁石３２が隣接して配置されている。また、コネクタ３３Ａには、ＵＳＢ規格に準拠したプラグ５０を介して、外部機器であるパーソナルコンピュータ（ＰＣ、パソコン）５１が接続されている。プラグ（電源供給用コネクタ）５０は、コネクタ３３Ａとの図示しない嵌合部が鉄金属で構成されている。コネクタ３３Ａは、パソコン５１から電源の供給を受けるためのものである。そして、パソコン５１からプラグ５０の＋側端子ＶＢＵＳ及びグラウンド側端子ＧＮＤ、携帯電話機３０Ａのコネクタ３３Ａ及び電磁石３２のコイル３２ｂを介して携帯電話機３０Ａの電源部３１Ａに電源電流ＩＶＢＵＳが供給されるようになっている。この電源は、ＵＳＢ規格の仕様に基づき、電圧が５Ｖ、及び供給電流が１００ｍＡ又は５００ｍＡである。電源部３１Ａは、ＵＳＢ回路３６を有している。ＵＳＢ回路３６は、供給された電源により動作し、プラグ５０の端子Ｄ＋，Ｄ−を介してパソコン５１との間で所定のデータ通信を行う。他は、図１と同様の構成である。

この携帯電話機３０Ａでは、電磁石３２がコネクタ３３Ａに隣接して配置されている。パソコン５１との間のデータ通信時にパソコン５１から供給される電源電流が流れることにより電磁石３２が磁力を発生してプラグ５０の嵌合部（鉄金属）が吸引され、プラグ５０とコネクタ３３Ａとの嵌合状態が保持される。その後、通信が完了したときに電磁石３２の動作が停止して、プラグ５０とコネクタ３３Ａとの嵌合状態が解除される。このため、コネクタ３３Ａからプラグ５０を容易に抜くことができ、破損が防止される。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成は上記実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、図５に示すように、電磁石３２は、図２中の鉄芯３２ａに代えて、鉄金属ケース３３ａの周囲にコイル３２ｂを巻回することにより構成しても良い。これにより、鉄金属ケース３３ａの内部に磁束が発生し、プラグ４０との嵌合状態がより確実になる。また、上記実施例では、電子機器が携帯電話機であるが、たとえば、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants ）などでも良い。また、コネクタ３３の鉄金属ケース３３ａは、嵌合されたプラグ４０が電磁石３２により吸引される構成となっていれば良い。すなわち、鉄金属ケース３３ａの素材は磁性体であればよく、図５の変形例を除き、たとえばプラスチックなどの素材で構成しても良い。また、携帯電話機の筐体は、折り畳み型に限らず、たとえば、スライド型やストレート型でも良い。

この発明は、携帯電話機の他、電源の供給機能を有する外部機器から電源の供給を受けるための外部機器接続用コネクタを有する電子機器全般に適用できる。

Claims

電源の供給機能を有する外部機器の電源供給用コネクタに接続され、前記外部機器から電源の供給を受けるための外部機器接続用コネクタと、
前記外部機器から前記外部機器接続用コネクタを経て供給された電源により所定の動作を行う電子回路と、
前記外部機器接続用コネクタに設けられると共に前記外部機器接続用コネクタと前記電子回路との間に電気的に接続され、前記外部機器から供給される電源電流が流れることにより磁力を発生し、前記電源供給用コネクタの磁性体で形成された所定の部位を吸引することにより、前記外部機器接続用コネクタと前記電源供給用コネクタとの嵌合状態を保持する電磁石と
を備え、さらに、前記電子回路は、急速充電およびトリクル充電を含む各充電方式に応じて前記電磁石に流れる前記電源電流の値を異ならせるように制御することを特徴とする電子機器。
前記電子回路は、充電式電池と、前記充電式電池を充電するための充電回路とを備え、
前記外部機器は、前記充電式電池を充電するための電源の供給機能を有する充電用電源装置であり、
前記充電回路は、前記充電用電源装置から前記外部機器接続用コネクタを経て電源の供給を受けて前記充電式電池を充電するとき、電源と前記充電式電池との電圧差が所定値以上となる急速充電期間では、前記電磁石を所定の電流値の充電電流で定電流駆動して、前記電源供給用コネクタと前記外部機器接続用コネクタとの嵌合状態を一定に保持し、電圧差が所定値よりも小さくなるトリクル充電期間では、前記電磁石を電圧差に対応した電流値の充電電流で駆動して前記電源供給用コネクタと前記外部機器接続用コネクタとの嵌合状態を漸次弱め、電圧差がなくなる充電終了時には、充電電流の供給を停止して嵌合状態を解除するようになされていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
前記電磁石は、前記外部機器接続用コネクタに付随して設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
前記電磁石は、前記外部機器接続用コネクタの近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
前記電磁石は、前記外部機器接続用コネクタと前記電源供給用コネクタとが嵌合されたときに前記電源供給用コネクタの磁性体で形成された所定の部位と対向する前記外部機器接続用コネクタ上の位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
前記外部機器接続用コネクタは、前記電源供給用コネクタと嵌合する磁性体ケースを備え、
前記電磁石は、前記磁性体ケースの周囲に巻回され、前記外部機器から供給される電源電流が流れるコイルを備えることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
前記外部機器接続用コネクタは、ＵＳＢ規格に準拠して構成されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
電源の供給機能を有する外部機器の電源供給用コネクタを、前記外部機器から電源の供給を受ける電子機器の外部機器接続用コネクタに嵌合するステップと、
二つのコネクタを嵌合して前記外部機器から前記電子機器の電子回路に電源電流が流れることにより、前記外部機器接続用コネクタに設けられると共に前記外部機器接続用コネクタと前記電子回路との間に電気的に接続された電磁石が磁力を発生し、前記電源供給用コネクタの磁性体で形成された所定の部位を吸引して、前記外部機器接続用コネクタと前記電源供給用コネクタとの嵌合状態を保持するステップと
を備え、さらに、急速充電およびトリクル充電を含む各充電方式に応じて前記電磁石に流れる前記電源電流の値を異ならせるように制御するステップを備えることを特徴とするコネクタの嵌合方法。
制御するステップは、
電源と前記電子回路の充電式電池との電圧差が所定値以上となる急速充電期間において、前記電磁石を所定の電流値の充電電流で定電流駆動して、前記電源供給用コネクタと前記外部機器接続用コネクタとの嵌合状態を一定に保持するステップと、
電圧差が所定値よりも小さくなるトリクル充電期間において、前記電磁石を電圧差に対応した電流値の充電電流で駆動して、前記電源供給用コネクタと前記外部機器接続用コネクタとの嵌合状態を漸次弱めるステップと
を備えることを特徴とする請求項８記載のコネクタの嵌合方法。
電圧差がなくなる充電終了時において、前記電磁石に充電電流の供給を停止して嵌合状態を解除するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９記載のコネクタの嵌合方法。