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JP4898437B2 - 電気コネクタ - Google Patents
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Description

本発明は、本願明細書において参照により援用されている「電気コネクタ」という2003年7月28日出願の米国仮特許出願第60/490,413号(特許文献1)の利益を主張するものである。
本発明は、電気コネクタに関し、特に、ユニバーサルシリアルバス(USB)コネクタに関する。
多くの状況でコンピュータは有線接続を用いて周辺機器や電子機器と接続されている。1つのタイプの有線接続として、ユニバーサルシリアルバス(以下、USB)ケーブルがある。USBケーブルを用いてコンピュータを周辺機器や他の電子機器と電気的に接続することができる。コンピュータの周辺機器の例として、マウスやキーボードなどの入力装置、プリンタなどの出力装置、外部ハードドライブやフラッシュメモリドライブなどの入出力装置がある。電子機器の例として、デジタルカメラ、PDAおよびMP3プレイヤがある。
1990年代後半、USB規格はコンピュータ業界において推奨接続インターフェイスとなり、今日製造されるほとんどすべてのコンピュータに広く普及している。ラップトップ型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータおよびその他の計算用機械がUSBポート付きで製造されて、USBアーキテクチャの周辺に構築される種々の周辺機器や電子機器の利用が図られている(www.USB.org を参照されたい)。
ユニバーサルシリアルバスとUSBコネクタとは当業者にとって周知のものである。USB規格とUSBコネクタとの普及によって、消費者向けユーティリティが増加し、他のインターフェイス方法をしのぐ実質的に高いデータ転送レートが得られ、標準化に起因して、周辺機器メーカーにとってはコストの低下をもたらす。コンピュータ販売業者は、一般にこれら販売業者のセットの入出力ポートの中へ1以上のUSBポートを組み込んでいる。
周辺機器や電子機器をコンピュータと接続するために用いられるUSBケーブルは、コネクタまたはプラグとして知られている2つのエンドポイントから構成される。シリーズ“A”プラグ(Series “A” plug)として知られている一方のコネクタはホストコンピュータと接続され、シリーズ“B”プラグ(Series “B” plug)として知られている他方のコネクタは接続用機器と接続される。シリーズ“A”プラグとシリーズ“B”プラグとは、異なる形状と大きさのプラグであるため、これらシリーズ“A”プラグとシリーズ“B”プラグとの間で混同が生じないようになっている。ホストコンピュータ側のインターフェイス接続部はUSB取り付けポート(以下、USBポート)と呼ばれている。USBポートはシリーズ“A”プラグと接合するシリーズ“A”レセプタクルから構成される。電気的には、シリーズ“A”レセプタクルはホストシステムからの出力部として機能する。図1は、従来技術によるシリーズ“A”プラグ10を示し、このシリーズ“A”プラグ10はシリーズ“A”レセプタクル12と接合する。シリーズ“A”プラグは常にホストシステムへ向けて配向される。プラグとコネクタの写真が、「電気コネクタ」という2003年7月28日出願の米国仮特許出願第60/490,413号(特許文献1)(以下、“仮出願”)に示されている。この仮出願は、本願明細書において参照により援用されている。
コンピュータホスト側USBポートは、電気接点部を備える平らな内部矩形カードを持つ開かれたレセプタクルである。ケーブルシリーズ“A”プラグは、ホスト側レセプタクルの中へ挿入される矩形スリーブで終端するホスト側レセプタクルと接続する。このスリーブには、電気接点部をホスト側レセプタクルの電気接点部と嵌合させる舌板部ベアリングが含まれる。レセプタクルへのスリーブの挿入によってカードと舌片とが取り付けられ、それによって接合される電気接続が形成される。
周辺機器によっては、コンピュータとの接続にUSBケーブルを利用しないものもあるが、代わりにこれら周辺機器の組立ての一部としてUSBコネクタが利用される。例として、キーチェーン格納装置(www.diskonkey.com, www.thumbdrive.com を参照されたい)やセキュリティキー(www.ealaddin.comを参照されたい)がある。前述した仮出願には、ホストPCのUSBポートの中へプラグされるUSBドライブの一例が示されている。キーチェーン格納装置が、その小型の寸法に起因して、携帯用記憶媒体として有用なものであり、そのようなものとしていくつかのコンピュータと共に利用される場合が多い。したがって、これらの装置は、何回もホストコンピュータにプラグインされ、ホストコンピュータからプラグアウトされることになる。
不都合なことに、USBコネクタの物理的設計には欠点が存在し、この欠点はUSBポート内へUSBコネクタを挿入しようと試みる際に明白に現れる。図1を再度参照すると、手に触れても、見た目にも左右対称に見えるが、レセプタクル12とプラグ10の双方とも内部では非対称であることがわかる。ホスト側レセプタクルにおいて、この非対称性は矩形カード101と電気コネクタ102のレセプタクル内部における配置に起因して生じるものである。図2a〜2cは、USBホスト側レセプタクル100の一例を示す。図2は、従来技術のUSBレセプタクルの3つの図を描く。特に、図2aは前面の断面図を示し、図2bは側面の断面図を示し、図2cは底面図を示す。これらの図を参照してわかるように、矩形カード101はレセプタクル100内に配置される。電気接点部102はカード101上に形成される。
図3a〜3cは、従来技術のシリーズ“A”のUSBプラグの一例を描く。特に、図3aは平面の断面図を示し、図3bは正面の断面図を示し、図3cは側面の断面図を示す。従来技術によるプラグコネクタはシェル200を備える。舌片201がこのシェル内に配置され、電気接点部202が舌板部上に形成される。同様に、シェル200のUSBコネクタの内部に舌片201と電気接点部202とが非対称に配置される。
多くの場合、ホスト側USBポートは、ユーザがレセプタクルの内部を快適に見ることができないある角度で配置され、正しい挿入と電気的接続を行うためにプラグとの位置決めを行う方法がユーザには不明瞭である。図4と図5は、従来技術のUSBプラグとUSBレセプタクルとの接続を描く。図4に示されているように、レセプタクルの内部矩形カード101と、USBプラグの内部舌片201とが正しく互いに対面している場合にのみ、USBプラグの矩形スリーブがUSBポートの矩形レセプタクル100の中へ正しく取り付けられることになる。図5は、レセプタクルの中へプラグが正しく挿入された場合を例示する。前述したような場合が生じなかったとき、図6aと6bに示されているように、従来技術においても、レセプタクルの内部矩形カード101とUSBコネクタの内部舌片201とがぶつかり合うために、電気的接続は不可能となる。図6aは、レセプタクル100とシェル200との正しい位置決めが行われていないという点を除いて、図5の場合と同様の図を示す。図6bは、この位置ずれの結果生じる衝突205を示す。
場合によっては、ホスト側USBレセプタクルでの内部位置決めがユーザの目には見えない場合もある。というのは、ホスト側USBレセプタクルがコンピュータの後部や側部に配置されているからである。統計的には、矩形のプラグを矩形レセプタクルと接続する際、表面上2つの位置決めの可能性が存在するが、正しい位置決めは一つしか存在しないため、挿入を試みて失敗する見込みは50%となる。この結果、USB装置を用いて作業を行う際にユーザの経験の低下が生じることになる。より多くの装置がUSBコネクタを利用するコンピュータと接続するにつれてこの問題は増大することになる。何回も多くのコンピュータにプラグインされたり、多くのコンピュータからプラグアウトされたりするキーチェーン格納装置の場合、この不便は増大することになる。
ユーザがプラグの位置決めについて考慮する必要なく、USBポートへの差込み式プラグインの挿入の修正を可能にするUSBで動作可能なプラグメカニズムに対するまだ対処されていない要望が存在することは明らかである。
米国仮特許出願第60/490,413号
1つの態様では、本発明は前述した問題に対する解決方法を提供し、USBプラグの改善について説明するものである。1つの例示の実施形態(以下、SLIM実施形態)では、コネクタ用舌板部はシェル内に収納されない。舌板部の個々の側部に2組の接点部を備える舌板部を2つの位置決め部のホスト側レセプタクルの中へ正しく挿入することが可能となる。舌板部の両側に接点部が存在するために、いずれの位置決めにおいても正しい電気接続が提供されることになる。
本発明の別の例示の実施形態(以下、FLEX実施形態)では、コンピュータレセプタクルの矩形カード位置に従って配置可能なフレキシブルな舌板部を利用することにより解決方法が達成され、これによって挿入時毎に電気的接続が達成されることになる。この場合にも2組の接点部が存在し、フレキシブルな舌板部の各側部に1つずつ接点部が設けられる。
製造コストと組立てコストとを減らすために、さらに別の実施形態例を提示する。この例では、USBレセプタクルで動作可能な新規のコネクタが周辺機器のプリント回路基板(PCB)の一部となる。
以上、後述する発明の詳細な説明をより良く理解することができるようにするために、本発明の実施形態の特徴と技術的利点とをかなり概括的に略述したものである。本発明の実施形態の追加の特徴および利点については本願明細書において以下説明し、これらの特徴および利点が本発明の特許請求の範囲の発明の主題を形成する。本発明の同じ目的を実行するための別の構造や工程を修正したり、設計したりするための基礎として、開示された概念および具体的な実施形態をすぐに利用可能であることを当業者は理解すべきである。また、このような均等な構成は、添付の特許請求の範囲に記載されているような本発明の精神と範囲から逸脱するものではないことやこのような均等な構成が添付の特許請求の範囲に属するものであることが当業者によって理解されることも望ましい。
本発明および本発明の利点についてのさらに完全な理解を得るために、添付図面を参照しながら以下の説明を行うことにする。
異なる図内の対応する参照番号と記号は通常、別様の指示がないかぎり対応する部分を参照するものとする。この図面は、好ましい実施形態の関連する態様を明示するために描かれたものであり、必ずしもスケーリングを行うために描かれたものではない。
現在推奨される実施形態の実行と利用とについて以下詳細に論じることにする。しかし、本発明は、多くの適用可能な発明概念を提供するものであり、多種多様の具体的な状況での具現化が可能であることを理解すべきである。説明する具体的な実施形態は、本発明を実行し、利用する具体的な方法を示す単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
本発明の例示の実施形態についての以下の詳細な説明では、本発明を実現することができる具体的な例示の実施形態を示す図を参照する。当業者であれば理解することができるように、本発明の精神から逸脱することなく別の実施形態を利用してもよい。したがって、以下の発明の詳細な説明は本発明を限定する意味で受け取られるべきではない。
本発明の推奨される実施形態は、現行のUSBシリーズ“A”プラグの改善である。この改善は、コネクタ用舌板部の両側に電気接点部を設けることにより達成され、したがってUSBホストコンピュータ内に設けられたUSBで動作可能な装置用として改善されたプラグコネクタの挿入を容易にする。
図7aの平面図、図7bの正面図、図7cの底面図および図7dの最上部の側面図を含む図7は、本発明の1つの実施形態(SLIM実施形態)に基づく電気プラグ30を描く。プラグ30には、舌片301、舌片301の両側の複数の接点部302および防護用端部303が含まれる。舌片301は、USBケーブルのエンドポイントやキーチェーン格納装置のような周辺機器の一体部分であってもよい。
図9aおよび9bは、プラグ30をUSBレセプタクル100と接続する試みを描く。プラグ30の物理的構造は側軸に対して左右対称である。舌片301がUSBレセプタクル100に遭遇すると、舌片301はレセプタクル100で使用可能な使用されていない空間を占め、電気接続を形成することになる。
電気接点部302は舌片301の両側に存在する。これは、2つの可能な位置決め部のいずれかのレセプタクル100内への舌片301の挿入による正しい電気的接続の形成を保証するものである。舌片301の当初の位置決めにかかわりなく、電気接点部302の各々をUSBポート1で正しい電気接点部102と接合することを保証するために、図8に示されているように、舌片301の個々の側部で電気接点部の対向する位置決めが行われる。
図8では、番号1、2、3、4によって電気接点部302に個々にラベルがつけられている。好ましい実施形態では、これらの接点部は表1によって定義されるような電気信号を担持している。
(表1)
接点部 信号ライン
1 GND
2 信号A
3 信号B
4 VCC
実施例によっては、USBレセプタクル100が共通の電気接地として機能することが可能なものもある。電気接続に関与していない舌片301の反対側にある電気接点部302の短絡を避けるために、防護用端部303が利用される。防護用端部303は、電気接点部302よりも少し舌片301から突出しているため、そうでなければ短絡回路を生じる可能性もあるハウジング100との物理接続が行われないようになっている。
図10a(平面図)、10b(正面図)および10c(側面図)は、本発明の別の実施形態(FLEX実施形態)に基づく電気プラグ40を示す。プラグ40には、シェル400、フレキシブルな舌片401、舌片チップ402、フレキシブルな舌片401の両側の複数の接点部403および絶縁ストリップ404が含まれる。フレキシブルな舌片401は、シェル400の内部のシェル400の側軸の中心に配置される。
図12a〜12cは、プラグ40をUSBレセプタクル100と接続する試みを描く。図12aは、接続前のプラグ40を示す。図12bは、矩形カード101と遭遇したときのフレキシブルな舌片401の位置決めを示す。図12cは、接合後のプラグを示す。図13a〜13cは、舌片401が反対方向に曲るという点を除いて同じ動作を示す同様の図である。舌板部がシェル400の中央に配置されているため、プラグ40の構造は側軸に対して左右対称である。シェル400がレセプタクル100と遭遇すると、舌片チップ402は矩形カード101に対面し、フレキシブルな舌片401を逸らすように働き、矩形カード101とフレキシブルな舌片401との衝突を回避する。レセプタクル100の中へのシェル400の挿入が続くにつれて、フレキシブルな舌片401はレセプタクル100で使用可能な使用されていない空間を占め、電気接続を形成する。
図12に示されているようにフレキシブルな舌片を下へ動かしたり、図13に示されているように上へ動かしたりする必要の有無にかかわらず、USBレセプタクル100の中へのプラグ40の挿入だけでなく、正しい電気接続も保証するために、電気接点部403がフレキシブルな舌片301の両側に存在する。
いくつかのUSBコネクタでは、シェル400が共通の電気接地として働くことができるものもある。電気接続に関与していない電気接点部403の短絡を避けるために、絶縁ストリップ404はシェル400の内部に並べられている。
USBポート1内での個々の電気接点部402と正しい電気接点部102との接合を保証するために、フレキシブルな舌片401の当初の位置決めにかかわりなく、図11に示されているように、フレキシブルな舌片301の個々の側部での電気接点部は反対に位置決めが行われる。これらの接点部に対応する信号/電源電圧が表1に示されている。
図14aおよび14bは、本発明を利用して、ケーブルを用いることなく周辺機器50とUSBホストコンピュータ(図示せず)との接続を行うSLIM実施形態の一例を示す。電気プラグ30はプリント回路基板(PCB)500の一体部分である。内部の電子接点部502を用いることにより、内部の電子装置501は最上部の電気接点部302と接続される。図14aの平面図では、最上部の内部の電気接点部502は最上部の電気接点部302と直接接続される。図14bの底面図では、電気プラグ30は、最上部の電気接点部302に対して、最下部の電気接点部304の同じ順序と位置決めとを保持しなければならない。しかし、内部の電子装置501は(シリコンピースなどの)同じチップの最上部と最下部の双方である。したがって、最下部の内部の電気接点部504を交差させて最下部の電気接点部304と嵌合させる必要がある。周辺機器50の組立てに必要な部品数を減らすことによって、製造コストの低下が達成される。
本発明の実施形態およびそれらの利点について詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって規定されているような本発明の精神と範囲から逸脱することなく、種々の変化、代替および変更を行うことも可能であることが理解されよう。例えば、本発明の範囲内に残ったままで、本願明細書に記載されている特徴、機能、工程や材料の多くを変更してもよいことが当業者により容易に理解されることである。さらに、本願の範囲は、本願明細書に記載されている工程、機械、製品、物質の組成、手段、方法およびステップを示す特定の実施形態への限定を意図するものではない。本発明の開示から一般の当業者であれば誰でも容易に理解することができるように、本願明細書に記載されている対応する実施形態と実質的に同一の機能を実行したり、実質的に同一の効果を達成したりする現在存在するあるいは将来開発される工程、機械、製品、物質の組成、手段、方法またはステップを本発明に従って利用することが可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は、このような工程、機械、製品、物質の組成、手段、方法またはステップを特許請求の範囲内に含むことを意図するものである。
従来技術によるUSBケーブルとつながるシリーズ“A”のUSBプラグと、シリーズ“A”のUSBレセプタクルとを描く。 従来技術によるUSBレセプタクルの図を描く。 従来技術によるUSBレセプタクルの図を描く。 従来技術によるUSBレセプタクルの図を描く。 従来技術によるUSBプラグの図を描く。 従来技術によるUSBプラグの図を描く。 従来技術によるUSBプラグの図を描く。 従来技術によるホスト側USBレセプタクルの中へ挿入されるUSBプラグの正しい位置決めを描く。 従来技術による適切に挿入されるUSBプラグと正しい位置決めで接合されるUSBレセプタクルとの組み合わせを描く。 従来技術によるホスト側USBレセプタクルの中へのUSBプラグの不適切な挿入の試みを例示する。 従来技術によるホスト側USBレセプタクルの中へのUSBプラグの不適切な挿入の試みを例示する。 4つの図7a〜7dにおける本発明の例示のSLIM実施形態のブロック図である。 本発明の本実施形態の電気接点部のレイアウトを含む側面図での本発明の例示のSLIM実施形態のブロック図である。 本発明の例示のSLIM実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を例示する。 本発明の例示のSLIM実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を例示する。 3つの図10a〜10cにおける本発明の例示のFLEX実施形態のブロック図である。 本発明の本実施形態の電気接点部のレイアウトを含む側面図での本発明の例示のFLEX実施形態のブロック図である。 本発明の例示のFLEX実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を例示する。 本発明の例示のFLEX実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を例示する。 本発明の例示のFLEX実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を例示する。 本発明のFLEX実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を示す別の例図である。 本発明のFLEX実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を示す別の例図である。 本発明のFLEX実施形態によるホスト側USBポート内への挿入を示す別の例図である。 本発明のUSBコネクタが周辺機器PCBの一体部分である本発明の別の実施形態のブロック図である。 本発明のUSBコネクタが周辺機器PCBの一体部分である本発明の別の実施形態のブロック図である。

Claims (14)

  1. 第1の可能な位置決め部および第2の可能な位置決め部に対応するレセプタクル(100)内への挿入用に適合された電気コネクタであって、前記レセプタクルがその表面にわたって位置する1セットの接点部を備える電気コネクタにおいて、
    舌片(301;401)と、
    前記舌片(301;401)の第1の側部に配置され、前記第1の側部の長さに沿って延在する第1のセットの電気接点部(302;403)と、
    前記舌片の第2の側部に配置され、前記第2の側部の長さに沿って延在する第2のセットの電気接点部(302;403)であって、前記第2のセットの電気接点部(302;403)の各々が、前記第1のセットの電気接点部のそれぞれの電気接点部と関連し、前記第1のセットの電気接点部(302;403)と逆対称に位置する第2のセットの電気接点部(302;403)
    前記舌片(301;401)を囲繞し、前記舌片(401)から隔置されるハウジング手段と、を備え、
    それによって、前記電気コネクタ(30;40)をレセプタクル(100)の中へ挿入するとき、前記電気コネクタ(30;40)が、前記レセプタクル(100)に関して第1の可能な位置決め部で当初配向されるのか、それとも第2の可能な位置決め部で当初配向されるのかに関係なく、前記電気コネクタ(30;40)がレセプタクルと電気的かつ物理的に接合し、
    前記舌片(301;401)がフレキシブルであって、前記コネクタ(40)をレセプタクルの中へ挿入するとき、前記舌片(401)の少なくとも一部を前記ハウジング手段の側部のいずれかのほうへ変位させることができる電気コネクタ。
  2. 請求項記載の電気コネクタにおいて、
    データ信号を導通し、ユニバーサルシリアルバス(USB)規格に準拠する接地電圧および電源電圧を導通するために、前記第1および第2のセットの電気接点部(302;403)を構成する電気コネクタ。
  3. 請求項記載の電気コネクタにおいて、
    前記電気コネクタ(30;40)は、USB規格“Aタイプ”に対応するレセプタクルと接合する電気コネクタ。
  4. 請求項記載の電気コネクタにおいて、
    接地電圧のコネクタ(30;40)の一方の側部を起点として、第1の信号A、第2の信号B、正の電源電圧の順序で前記第1のセットの電気接点部(302;403)を配設し、
    前記正の電源電圧のコネクタ(30;40)の在る同じ側部を起点として、前記第2の信号B、前記第1の信号A、前記接地電圧の逆の順序で前記第2のセットの電気接点部(302;403)を配設し、
    それによって、前記コネクタ(30;40)のどの側部が上方へ配向されるのかに関係なく、前記コネクタ(30;40)の頂面にかかる前記信号が常に同じ順序になる電気コネクタ。
  5. 請求項記載の電気コネクタにおいて、
    舌片チップ(402)であって、前記コネクタ(40)をレセプタクル(100)の中へ挿入するとき、前記舌片チップ(402)が、前記フレキシブルな舌片(401)の少なくとも一部を前記ハウジングの一方の側部のほうへ変位するように、端部において狭く、前記舌片(401)に隣接して広くなっている前記舌片(401)の端部に舌片チップ(402)をさらに備え、それによって前記舌片(401)上の電気接点部(403)が前記レセプタクル(100)内の電気接点部と電気的かつ物理的に接合する電気コネクタ。
  6. USBに対応するレセプタクル(100)まで信号を送る電気装置であって、
    USB規格の実施に必要な前記信号の各々を送るケーブルと、
    請求項1〜5のいずれか記載のコネクタと、
    を備える電気装置。
  7. 請求項1〜5のいずれか記載のコネクタ(30;40)を備えるプリント回路基板であって、
    舌片(301;401)は、前記プリント回路基板(500)から延在するプリント回路基板。
  8. 請求項記載のプリント回路基板において、
    前記プリント回路基板(500)上に配置される記憶媒体と、
    前記記憶媒体と結合される格納処理部と、
    をさらに備えるプリント回路基板。
  9. 請求項記載のプリント回路基板において、
    前記格納処理部は、前記電気コネクタ(30;40)と結合されるプリント回路基板。
  10. 請求項記載のプリント回路基板において、
    前記記憶媒体、前記電気コネクタ(30;40)および前記格納処理部は、USBホスト装置とインターフェイスを行うことができる記憶装置を実装するプリント回路基板。
  11. 請求項10記載のプリント回路基板において、
    前記記憶媒体、前記電気コネクタ(30;40)および前記格納処理部は、フラッシュ記憶装置を一体に備えるプリント回路基板。
  12. 請求項記載のプリント回路基板において、
    前記記憶媒体は、少なくとも1つの不揮発性メモリ集積回路を備えるプリント回路基板。
  13. 請求項8〜12のいずれか記載のプリント回路基板において、
    前記格納処理部によって実行される動作に応答して前記電気コネクタ(30;40)から前記記憶媒体にアクセスすることができるプリント回路基板
  14. USBプロトコルを利用する通信用インターフェイスを有する記憶装置であって、
    ケーブルによってプリント回路基板(500)と結合された請求項1〜5のいずれか記載の電気コネクタ(30;40)を備える記憶装置。
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