JP2013247018A - コネクタ、電子機器、及び挿抜力調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラグの挿抜力を用途に合わせて調整できるコネクタを提供することを課題とする。
【解決手段】
コネクタのソケット１２の外面を形成する部分に板バネ１２ｂが形成される。ソケット１２を固定用部材１６と固定物１４との間に挟み込み、板バネの１２ｂ一部のみが固定用部材１６の開口又は凹部１６ａに露出した状態で、固定用部材１６を固定物１４に固定することで、ソケット１２を固定物１４に対して固定する。
【選択図】 図６

Description

実施形態は、コネクタ及びコネクタを有する電子機器に関する。

パーソナルコンピュータ等の電子機器には、周辺機器を接続するためのコネクタとしてＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタが組み込まれることが多い。ＵＳＢコネクタはＵＳＢ規格に準拠したコネクタを意味する。ＵＳＢコネクタにはＡタイプとＢタイプの２つの形状がある。通常、ＡタイプのＵＳＢコネクタはパーソナルコンピュータ側に設けられ、ＢタイプのＵＳＢコネクタは周辺機器側に設けられる。

ＡタイプのＵＳＢコネクタのソケットはパーソナルコンピュータに組み込まれ、プラグはＵＳＢケーブルの一端に取り付けられる。ＡタイプのＵＳＢコネクタのプラグは細長い四角柱形状の金属部材を含み、ソケットもプラグの形状に適合した四角柱形である。本明細書では、ＡタイプのＵＳＢコネクタのソケットを単にソケットと称し、ＡタイプのＵＳＢコネクタのプラグを単にプラグと称することもある。

図１は、ＡタイプのＵＳＢコネクタのソケット２が電子機器の筐体４に組み込まれた状態を示す斜視図である。

ソケット２を構成する四角柱形状の金属板の一面には、２つの切り欠き２ａが設けられる。プラグ（図示せず）がソケット２に挿入された際に、切り欠き２ａの内側の部分が板バネ２ｂとして機能し、板バネ２ｂの先端部分がプラグの凹部に係合してプラグを固定するようになっている。

ソケット２を電子機器の筐体４に取り付けるためには、図１に示すように、ソケット２の一部を覆うような固定用部材６（金属板を曲げて形成したもの）をソケット２に被せ、固定用部材６と筐体４とでソケット２を挟み込んだ状態とする。そして、固定用部材６を筐体４にネジ止めすることで、ソケット２を筐体４に固定することが一般的である。

図２乃至図４は、プラグ８をソケット２に挿入する際のソケット２の断面斜視図である。図２はプラグ８をソケット２に挿入する前の状態を示し、図３はプラグ８をソケット２に挿入する途中の状態を示し、図４はプラグ８をソケット２に完全に挿入した状態を示す。

プラグ８がソケットに挿入される前は、図２に示すように、ソケット２に形成された板バネ２ｂは変形しておらず、板バネ２ｂの先端２ｃはソケット２の内側に向かって突出している。

プラグ８がソケット２に挿入されると、まずプラグ８の先端部分が板バネ２ｂの先端２ｃに当接する。プラグ８がさらにソケット２の奥に挿入されると、図３に示すように、板バネ２ｂの先端２ｃはプラグ８の外面に乗り上げた状態となる。このとき、板バネ２ｂの先端２ｃがプラグ８によって上方に押し上げられることで、板バネ２ｂはソケット２の外側方向に変形する。

板バネ２ｂが変形する方向には固定用部材６がソケット２の外面を覆うように設けられているが、固定用部材６には開口６ａが形成されており、板バネ２ｂは開口６ａ内に入り込むように変形することができる。

プラグ８がソケット２に完全に挿入されると、図４に示すように、板バネ２ｂの先端２ｃはプラグ８の外面に形成された凹部８ａの中に入り込んで係合する。板バネ２ｂの先端２ｃがプラグ８の凹部８ａに係合することで、プラグ８に接続力が生じる。すなわち、プラグ８が抜き取り方向に移動するには、板バネ２ｂを変形させて先端２ｃを凹部８ａから移動させなければならない。このときにプラグ８を移動させるために必要な引張力がプラグ８の接続力に相当する。したがって、プラグ８の接続力は板バネ２ｂの弾性変形力に依存している。

以上のように、ソケット２の切り欠き２ａにより形成される板バネ２ｂは、プラグ８が挿入されると先端２ｃがソケット２の外側にするようになっている。このため、固定用部材６で切り欠き２ａが設けられた部分（板バネ２が形成された部分）を覆ってしまうと、板バネ２ｂが外側に突出するように変形することができなくなる。そこで、固定用部材６の一部で、切り欠き２ａ（すなわち、板バネ２ｂ）に対向する部分に開口６ａを設けている。開口６ａは切り欠き２ａで形成された板バネ２ｂ全体をカバーするような大きさであり、板バネ２ｂ全体が開口６ａ内に突出して変形できるようになっている。

特開２００７−９５６７１号公報 特開２００７−３２４０５７号公報

ソケット２に形成する切り欠き２ａは決められた寸法であり、切り欠き２ａで形成された板バネ２ｂも所定の寸法となる。したがって、板バネ２ｂの弾性力でプラグ８を押し付ける力はＵＳＢコネクタの接続力に相当し、板バネ２ｂの形状寸法で決められた一定の力である。すなわち、ソケット２にプラグ８を接続したときの接続力を、ソケット毎に調整することはできない。ここでいう接続力とは、ソケット２にプラグを挿入したり抜き取ったりする際の挿抜力に相当する。

しかし、電子機器の大きさや使用用途により、ＵＳＢコネクタの接続力を変更したい場合がある。例えば、電子機器自体が頻繁に移動する場合、あるいはＵＳＢケーブルに引っ張り力が加わるおそれがあるような場合には、ＵＳＢコネクタの接続力を強くしておくことが好ましい。また、例えば、電気機器が据え置き型で、ＵＳＢコネクタも一度接続したらほとんど抜き差ししないような場合には、ＵＳＢコネクタの接続力はそれほど強くなくてもよい。

以上のような条件を考慮すると、コネクタのプラグの挿抜力を用途に合わせて大きく調整できるようなコネクタとすることが好ましい。

実施形態によれば、外面を形成する部分に板バネが形成されたソケットと、前記ソケットの少なくとも一部を覆う形状の固定用部材と、該固定用部材の一部で、前記ソケットに形成された板バネの一部のみに対向する部分に形成された開口又は凹部とを有し、前記ソケットを前記固定用部材と固定物との間に挟み込み、前記板バネの一部のみが前記固定用部材の開口又は凹部に露出した状態で、前記固定用部材を前記固定物に固定することで、前記ソケットを前記固定物に対して固定するコネクタが提供される。

また、上述のコネクタの取付け構造で取付けられたコネクタの挿抜力を調整する方法であって、前記ソケットに形成された前記開口又は凹部の形状寸法を変更することで、前記コネクタの挿抜力を調整する方法が提供される。

固定用部材でソケットの板バネの一部を覆うことで、板バネの変形可能部分の長さが変化し、板バネで生じるプラグの挿抜力を調整することができる。

ＵＳＢコネクタのソケットをパーソナルコンピュータの筐体に取り付けた状態を示す斜視図である。 プラグをソケットに挿入する前のソケットとプラグの断面斜視図である。 プラグをソケットに挿入する途中のソケットとプラグの断面斜視図である。 プラグをソケットに完全に挿入した後のソケットとプラグの断面斜視図である。 一実施形態によるコネクタを有する電子機器の一例であるノートブック型パーソナルコンピュータの斜視図である。 筐体の内部でソケットが取り付けられた部分を示す斜視図である。 プラグをソケットに挿入する前のソケットとプラグの断面斜視図である。 プラグをソケットに挿入する途中のソケットとプラグの断面斜視図である。 プラグをソケットに完全に挿入した後のソケットとプラグの断面斜視図である。 板バネが予め曲げられている場合に、プラグをソケットに挿入する前のソケットとプラグの断面斜視図である。 板バネが予め曲げられている場合に、プラグをソケットに挿入する途中のソケットとプラグの断面斜視図である。 板バネが予め曲げられている場合に、プラグをソケットに完全に挿入した後のソケットとプラグの断面斜視図である。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図５は一実施形態によるコネクタを有する電子機器の一例であるノートブック型パーソナルコンピュータ１０（略してノートパソコン）の斜視図である。ノートパソコン１０には、例えばマウス等の入力デバイスや、ＵＳＢメモリ等の記憶デバイスなどが接続できるように、ＵＳＢコネクタが組み込まれている。

ノートパソコン側に設けられるＵＳＢコネクタは、通常、Ａタイプのソケット１２である。ソケット１２は、プラグ挿入開口がノートパソコン１０の筐体１４の側面に開口するように、筐体１４の内面に取り付けられる。筐体１４は、ソケット１２が取り付けられる固定物の一例に相当する。

図６は筐体１４の内部でソケット１２が取り付けられた部分を示す斜視図である。本実施形態では２個のソケット１２が並んでノートパソコン１０に組み込まれている。２個のソケット１２は、コネクタ用基板１３に取り付けられたうえで、コネクタ用基板１３とともに筐体１４に取り付けられる。ソケット１２の筐体１４への取り付けは以下のように行なう。

まず、コネクタ用基板１３に２個のソケット１２を実装し、ソケット１２の端子をコネクタ用基板１３の回路に接続する。次に、筐体１４の所定の位置に、予め２個のソケット１２が実装されているコネクタ用基板１３を配置する。そして、固定用部材１６をソケット１２の上に載せ、固定用部材１６の両端のネジ孔にネジ１７を挿通して筐体１４にネジ止めする。これにより、ソケット１２とコネクタ用基板１３は、筐体１４と固定用部材１６との間に挟まれて固定される。以上で、ソケット１２は筐体１４の所定の位置に取り付けられる。このように、ソケット１２の取付けは、固定用部材１６と筐体１４との間にソケット１２を挟み込んで固定するだけの簡単な構造である。以上のように、本実施形態によるコネクタは、ＵＳＢコネクタのＡタイプのソケットと同等の構造のソケット１２と、ソケット１２を取り付けるための固定用部材１６とを含んでいる。

ここで、固定用部材１６によりソケット１２の上面の一部が覆われることとなるが、固定用部材１６により覆われるソケット１２の部分には、図１に示すように、切り欠き１２ａが設けられており、切り欠き１２ａの内側の部分は板バネ１２ｂとなっている。そして、板バネ１２ｂの先端１２ｃは、上述のように、プラグの凹部に係合するように屈曲されている。このソケット１２の板バネ１２ｂの構造は、図１に示す板バネ２ｂの構造と同様である。

本実施形態では、固定用部材１６は金属板を曲げ加工して形成しているが、同じような形状である程度の剛性を確保できるのであれば、プラスチックや他の材料で固定用部材１６を形成してもよい。

本実施形態において、固定用部材１６に比較的小さな開口１６ａが設けられており、板バネ１２ｂが上方に変形して開口１６ａに突出できるようになっている。ただし、開口１６ａの形状寸法は、図１に示す固定用部材６の開口６ａとは異なっており、板バネ１２ｂが変形できる部分が小さくなるような形状寸法に設定されている。すなわち、固定用部材１６の開口１６ａは、板バネ１２ｂの先端１２ｃ側の一部のみをカバーするような形状寸法であり、図１に示す固定用部材６の開口６ａより小さい。

したがって、本実施形態では、板バネ１２ｂ全体がソケット１２の外側に変形することはできず、小さな開口１６ａに面して露出している部分のみが変形できるようになっている。板バネ１２ｂの変形する部分の長さが短くなると、その分、板バネ１２ｂの曲げ変形のバネ定数が大きくなる。したがって、板バネ１２ｂの先端１２ｃにおける弾性変形力が強くなり、板バネ１２ｂの弾性変形力に依存したプラグの接続力（挿抜力）が大きくなる。

言い換えれば、図１に示すように板バネ２ｂ全体が開口６ａに露出している場合に比べ、図６に示すように板バネ１２ｂの一部のみが開口１６ａに露出している場合のほうが、プラグを挿入するための挿入力を大きくしなければならない。同様に、図１に示すように板バネ２ｂ全体が開口６ａに露出している場合に比べ、図６に示すように板バネ１２ｂの一部のみが開口１６ａに露出している場合のほうが、プラグをソケット１２から引き抜く際の引き抜き力を大きくしなければならない。すなわち、板バネ１２ｂが変形できる部分を短くすることで、挿抜力を大きくすることができる。本実施形態では、板バネ１２ｂが変形できる部分を短くするために、開口１６ａを小さくして、固定用部材１６で板バネ１２ｂの根本側の一部を押さえ付けてしまう。固定用部材１６で押さえ付けられた板バネ１２ｂの部分は変形できなくなり、実質的に板バネ１２ｂが短くなったこととなる。

板バネ１２ｂが変形できる部分の長さは、必要な挿抜力に基づいて適宜決定すればよい。すなわち、固定用部材１６に設ける開口１６ａの形状寸法を変更することで、板バネ１２ｂの変形できる部分の長さを変え、挿抜力を調整することができる。

なお、本実施形態では、固定用部材１６の厚み方向に貫通した開口１６ａを設けているが、開口１６ａは貫通した開口とする必要はない。例えば、板バネ１２ｂが中に入って変形できるような空間を形成できるのであれば、開口１６ａを凹部としてもよい。固定用部材１６を金属板で形成した場合は、プレスで打ち抜くことで貫通開口を形成することができるが、打ち抜くまではせずに、開口１６ａと同じ平面形状の凹部をプレスで形成することもできる。

また、本実施形態では、２個のソケット１２を一つの固定用部材１６を用いて筐体１４に取り付けているが、ソケット１２の数は、１個でもよく、また３個以上であってもよい。

また、本実施形態では、コネクタとしてＵＳＢコネクタを用いているが、ＵＳＢコネクタに限られず、ソケットの外面に板バネが形成されるようなコネクタであれば、他のコネクタであってもよい。

図７乃至図９は、プラグ１８をソケット１２に挿入する際のソケット１２の断面斜視図である。図７はプラグ１８をソケット１２に挿入する前の状態を示し、図８はプラグ１８をソケット１２に挿入する途中の状態を示し、図９はプラグ１８をソケット１２に完全に挿入した状態を示す。

プラグ１８がソケット１２に挿入される前は、図７に示すように、ソケット１２に形成された板バネ１２ｂは変形しておらず、板バネ１２ｂの先端１２ｃはソケット１２の内側に向かって突出している。

プラグ１８がソケット１２に挿入されると、まずプラグ１８の先端部分が板バネ２ｂの先端１２ｃに当接する。プラグ１８がさらにソケット２の奥に挿入されると、図８に示すように、板バネ１２ｂの先端１２ｃはプラグ１８の外面に乗り上げた状態となる。このとき、板バネ１２ｂの先端１２ｃがプラグ１８によって上方に押し上げられることで、板バネ１２ｂのうち、開口１６ａに露出している部分はソケット１２の外側方向に変形する。板バネ１２ｂのうち、開口１６ａに露出している部分しか変形できないので、実質的に板バネ１２ｂが短くなったこととなり、板バネ１２ｂのバネ定数は大きくなる。したがって、プラグ１８は板バネ１２ｂの先端１２ｃで強く押圧されることとなり、プラグ１８をソケット１２に挿入するために大きな挿入力が必要となる。

プラグ１８がソケット１２に完全に挿入されると、図９に示すように、板バネ１２ｂの先端１２ｃはプラグ１８の外面に形成された凹部１８ａの中に入り込んで係合する。板バネ１２ｂの先端１２ｃとプラグ１８の凹部１８ａとが係合することで、プラグ１８に接続力が生じる。すなわち、プラグ１８が抜き取り方向に移動するには、板バネ１２ｂを変形させて先端１２ｃを凹部１８ａから移動させなければならない。このときにプラグ１８を移動させるために必要な引張力がプラグ１８の接続力に相当する。したがって、プラグ１８の接続力は板バネ１２ｂの弾性変形力に依存している。すなわち、板バネ１２ｂのバネ定数が大きくなった分、プラグ１８は板バネ１２ｂの先端１２ｃで強く押圧されることとなり、プラグ１８をソケット１２から引き抜くために大きな引き抜き力が必要となる。

以上のように、固定用部材１６の開口１６ａの形状寸法を変更することで、プラグ１８の挿抜力を調整することができる。

上述の実施形態では、ソケット１２の板バネ１２ｂは先端１２ｃのみが屈曲されているが、板バネ１２ｂを予めソケット１２の内側に僅かに曲げておくこともできる。図１０乃至図１３は、板バネ１２ｂをソケット１２の内側に僅かに曲げた場合に、プラグ１８をソケット１２に挿入する際のソケット１２の断面斜視図である。図１０はプラグ１８をソケット１２に挿入する前の状態を示し、図１１はプラグ１８をソケット１２に挿入する途中の状態を示し、図１２はプラグ１８をソケット１２に完全に挿入した状態を示す。

板バネ１２ｂを予めソケット１２の内側に僅かに曲げた場合、ソケット１２にプラグ１８が挿入される前は、図１０に示すように、板バネ１２ｂ全体が固定用部材１６から離れており、変形可能な状態となっている。したがって、プラグ１８の先端が板バネ１２ｂの先端１２ｃに当接してから先端１２ｃが持ち上げられて板バネ１２ｂが固定用部材１６に当接するまでは、板バネ１２ｂ全体が変形するので板バネ１２ｂによる押圧力は小さい。

プラグ１８がさらに挿入されて、図１１に示すように、板バネ１２ｂが固定用部材１６に当接するようになると、板バネ１２ｂの変形できる部分は、開口１６ａに露出した部分のみとなる。したがって、板バネ１２ｂのバネ定数が大きくなり、板バネ１２ｂによるプラグ１８への押圧力が大きくなる。したがって、プラグ１８の挿入に必要な力（挿入力）も大きくなる。

それ以後は、上述の実施形態と同様な挿入力となり、プラグ１８をソケット１２に完全に挿入すると、図１２に示す状態となる。図１２に示す状態は、図９に示す状態と同様であり、プラグ１８の引き抜き力は、図９に示す状態と同様に大きくなっている。

１０ ノートブック型パーソナルコンピュータ
１２ ソケット
１２ａ 切り欠き
１２ｂ 板バネ
１２ｃ 先端
１３ コネクタ用基板
１４ 筐体
１６ 固定用部材
１６ａ 開口
１７ ネジ
１８ プラグ
１８ａ 凹部

Claims (7)

1. 外面を形成する部分に板バネが形成されたソケットと、
   前記ソケットの少なくとも一部を覆う形状の固定用部材と、
   該固定用部材の一部で、前記ソケットに形成された板バネの一部のみに対向する部分に形成された開口又は凹部と
   を有し、
   前記ソケットを前記固定用部材と固定物との間に挟み込み、前記板バネの一部のみが前記固定用部材の開口又は凹部に露出した状態で、前記固定用部材を前記固定物に固定することで、前記ソケットを前記固定物に対して固定する、コネクタ。
2. 請求項１記載のコネクタであって、
   前記固定用部材は金属板で形成されたコネクタ。
3. 請求項１又は２記載のコネクタであって、
   前記固定用部材は前記固定物にネジ止めされるためのネジ孔を有するコネクタ。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のコネクタであって、
   前記ソケットに形成された板バネは前記ソケットの内部に向けて変形しているコネクタ。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のコネクタであって、
   前記ソケットは、ＵＳＢコネクタのＡタイプのソケットと同じ構造を有するコネクタ。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のコネクタを有する電子機器。
7. 請求項１乃至５のうちいずれか一項記載のコネクタの挿抜力を調整する挿抜力調整方法であって、
   前記ソケットに形成された前記開口又は凹部の形状寸法を変更することで、前記コネクタの挿抜力を調整する挿抜力調整方法。

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