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この項目の情報は公開日時点(2005年6月30日)のものです。
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図面 (14)

課題

PC本体の側で電力を必要としているときなどには、USB機器の側へ供給できる電力が不足して駆動できないことが起きることがあった。また、USB機器が電力を使用するためにPC本体の側で必要な電力を確保できず、動作が不安定になったり起動に失敗することがあった。

解決手段

USB通信ケーブル10を使用して図示しないPC本体とUSB機器とを接続すると、PC本体の電源オンにした直後の短時間にコンデンサ12が充電され、その後に続くPC本体の起動時にわずかな電力不足が生じたとしてもコンデンサ12に蓄えられた電力が放電され、同電力不足を補うことができる。

概要

背景

周辺機器としてUSB機器などが利用されている。USB機器は、USBケーブルを介してPC本体に対して直に接続されたり、ハブを介在させて接続されている。USBケーブルは通信線電力供給線とを有し、周辺機器とPC本体との間での通信を行わせるとともに、USB機器が規格電力の範囲で駆動できるものであるときにはその駆動電力をPC本体の側から供給する。

また、規格電力を超える電力を必要とするUSB機器の場合は別にAC電源に接続されたり、ACアダプタを介してPC本体以外から駆動電力を供給するようにしている。
特開2000−20176

概要

PC本体の側で電力を必要としているときなどには、USB機器の側へ供給できる電力が不足して駆動できないことが起きることがあった。また、USB機器が電力を使用するためにPC本体の側で必要な電力を確保できず、動作が不安定になったり起動に失敗することがあった。USB通信ケーブル10を使用して示しないPC本体とUSB機器とを接続すると、PC本体の電源オンにした直後の短時間にコンデンサ12が充電され、その後に続くPC本体の起動時にわずかな電力不足が生じたとしてもコンデンサ12に蓄えられた電力が放電され、同電力不足を補うことができる。

目的

そのような状況を防ぐために規格上では不要なはずであるにもかかわらずACアダプタを備えておくこともあるが、それでは携帯性が損なわれてしまう。
本発明は上記課題にかんがみてなされたもので、携帯性を損なうことなく電力不足に伴う症状を防止あるいは軽減することが可能なUSBケーブルを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

PC本体あるいは中継器と、周辺機器との接続に使用され、通信線電力供給線とを有し、通信信号伝導させるとともに、PC本体あるいは中継器の側から周辺機器の側へと電力を伝導させる通信ケーブルであって、上記電力供給線に蓄電素子並列に接続したことを特徴とする通信ケーブル。

請求項2

上記蓄電素子が、コンデンサであることを特徴とする請求項1に記載の通信ケーブル。

請求項3

上記コンデンサが、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項2に記載の通信ケーブル。

請求項4

ケーブルの両端に有するコネクタ内に上記蓄電素子を収容することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の通信ケーブル。

請求項5

当該ケーブルを巻き取るリール部を有するとともに、同リール部の内部に上記蓄電素子を収容することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の通信ケーブル。

請求項6

雌型コネクタ雄型コネクタを有して他の通信ケーブルと上記PC本体あるいは中継器との間を接続するか、あるいは雌型コネクタと雌型コネクタとを有して他の通信ケーブル間を接続する連結器として形成され、同連結器のボディ内に上記蓄電素子を収容することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の通信ケーブル。

請求項7

複数の上記連結器を直列接続可能な形状に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の通信ケーブル。

請求項8

異種の性質を有する複数の上記蓄電素子を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の通信ケーブル。

請求項9

上記複数の蓄電素子は、少なくとも急速充電タイプの蓄電素子と、通常充電タイプの蓄電素子であることを特徴とする請求項8に記載の通信ケーブル。

請求項10

上記電力供給線の電圧が所定の電圧を超えたときにだけ上記蓄電素子に充電させることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の通信ケーブル。

請求項11

上記蓄電素子に加えて発電素子を有していることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の通信ケーブル。

請求項12

上記蓄電素子に加えて機械的な発電機構を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の通信ケーブル。

技術分野

0001

本発明は、PC本体あるいは中継器と、周辺機器との接続に使用され、通信線電力供給線とを有し、通信信号伝導させるとともに、PC本体あるいは中継器の側から周辺機器の側へと電力を伝導させる通信ケーブルに関する。

背景技術

0002

周辺機器としてUSB機器などが利用されている。USB機器は、USBケーブルを介してPC本体に対して直に接続されたり、ハブを介在させて接続されている。USBケーブルは通信線と電力供給線とを有し、周辺機器とPC本体との間での通信を行わせるとともに、USB機器が規格電力の範囲で駆動できるものであるときにはその駆動電力をPC本体の側から供給する。

0003

また、規格電力を超える電力を必要とするUSB機器の場合は別にAC電源に接続されたり、ACアダプタを介してPC本体以外から駆動電力を供給するようにしている。
特開2000−20176

発明が解決しようとする課題

0004

PC本体の電源が十分に大きい場合は、USBケーブルを介して常に規格に適した電力を周辺機器に供給することができるはずである。しかし、起動時など、一時的に大きな消費電力を必要とすることがあり、そのようなときにも周辺機器への供給電力規格通りに保つことができるようにするには電源部においてかなりの余裕を持たなければならない。従って、通常はある程度の妥協が必要とされ、一時的に大きな消費電力を必要とする場合には周辺機器への供給電力が規格通りに保持されないことが多い。

0005

この結果、PC本体の側で電力を必要としているときなどには、USB機器の側へ供給できる電力が不足して駆動できないことが起きることがあった。また、USB機器が電力を使用するためにPC本体の側で必要な電力を確保できず、動作が不安定になったり起動に失敗することがあった。

0006

そのような状況を防ぐために規格上では不要なはずであるにもかかわらずACアダプタを備えておくこともあるが、それでは携帯性が損なわれてしまう。
本発明は上記課題にかんがみてなされたもので、携帯性を損なうことなく電力不足に伴う症状を防止あるいは軽減することが可能なUSBケーブルを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を解決するため、本発明は、PC本体あるいは中継器と、周辺機器との接続に使用され、通信線と電力供給線とを有し、通信信号を伝導させるとともに、PC本体あるいは中継器の側から周辺機器の側へと電力を伝導させる通信ケーブルであって、上記電力供給線に蓄電素子並列に接続した構成としてある。

0008

上記構成からなる本発明では、本来の機能としての通信信号を伝導させる通信機能と、電力を伝導させる電力線機能とに加え、電力供給線に対して並列に接続した蓄電素子が、電力に余裕のあるときには蓄電し、電力に余裕のなくなったときには放電する。このため、一時的な電力不足によってPC本体や周辺機器が動作不能となることがなくなる。

0009

このような通信ケーブルは上記通信線で送受信する通信信号の性質によって各種の規格が存在するが、電力供給線としての機能を有するものであれば、特に規格自体が限定されるものではなく、USBケーブルであったり、IEEE1394ケーブルであったり、シリアルATAケーブルであってもよい。また、LANケーブル等にも応用可能である。

0010

以上のような蓄電素子の一例として、請求項2にかかる発明は、コンデンサを使用する構成としてある。また、請求項3にかかる発明は、特に、電気二重層コンデンサを使用する構成としてある。
コンデンサを使用することにより、充電回路などを特に必要としないで簡易な構成とでき、また、電気二重層コンデンサであれば急速に充電できるとともに供給可能な電力の容量も大きい。
蓄電素子は電線部分に装着してもよいが、装着適した各種の部位に装着することで利便性が向上する。その一例として、請求項4にかかる発明は、ケーブルの両端に有するコネクタ内に上記蓄電素子を収容する構成としてある。
電線の両端に備えられるコネクタは樹脂成型されており、持ちやすいように電線よりも十分に大きく形成されている。従って、容積として蓄電素子を収容することが可能であるし、一体成型する際に蓄電素子を含めることで使用する樹脂の量も減るし、樹脂成形で生じやすいヒケも防止できる。

0011

携帯性や利便性をかんがみた請求項5にかかる発明は、当該ケーブルを巻き取るリール部を有するとともに、同リール部の内部に上記蓄電素子を収容する構成としてある。
ケーブルの電線を巻き取れるようにすることで携帯時の取り扱いが容易になる。また、リール部の形状として中心部分には電線を巻き付けない無用な空間が形成されるので、同空間内に蓄電素子を収容することが可能である。
また、通信線と電力供給線は必ずしも可撓性のある電線として形成されている必要はなく、たとえば連結器内に存在する導体部分であってもよい。その一例として、請求項6にかかる発明は、雌型コネクタ雄型コネクタを有して他の通信ケーブルと上記PC本体あるいは中継器との間を接続するか、あるいは雌型コネクタと雌型コネクタとを有して他の通信ケーブル間を接続する連結器として形成され、同連結器のボディ内に上記蓄電素子を収容する構成としてある。

0012

雌型コネクタと雄型コネクタを有する連結器では、他の通信ケーブルの一端が雄型であるとすると連結器の雌型コネクタに装着し、他方の雄型コネクタで上記PC本体あるいは中継器に接続可能である。また、雌型コネクタと雌型コネクタとを有する連結器では、双方に他の通信ケーブルの雄型コネクタを接続することで一本の通信ケーブルとすることができる。このような連結器はそもそもコネクタを接続できるような大きさとなっているから蓄電素子を収容する部位も成型しやすいし、連結器の形態として提供することで既存の通信ケーブルをそのまま生かすということができる。

0013

蓄電できる電力の容量は蓄電素子の性質(容量)に依存する。蓄電できる容量を大きくするために使用する蓄電素子の容量をやみくもに大きくするのは無駄である。このため、請求項7にかかる発明は、複数の上記連結器を直列に接続可能な形状に形成した構成としてある。蓄電素子は電力供給線と並列に接続してあり、連結器を直列に接続することで蓄電素子は順次並列に接続され、蓄電できる容量を調整できる。このため、その環境に応じて必要な容量となるように必要な数だけ接続すればよい。

0014

蓄電素子は必ずしも一つである必要はなく、複数の蓄電素子を利用するようにしてもよい。その場合の好適な一例として、請求項8にかかる発明は、異種の性質を有する複数の上記蓄電素子を備えた構成としてある。そして、異種とする例として、請求項9にかかる発明は、上記複数の蓄電素子が、少なくとも急速充電タイプの蓄電素子と、通常充電タイプの蓄電素子となるように構成してある。

0015

例えば、起動時の状況を考えると、ゆっくり充電しているのでは間に合わないし、かといって急速に充電できるものは容量にも限界があるなど、一長一短である。急速充電タイプの蓄電素子と、通常充電タイプの蓄電素子を利用すれば、起動時に急速に充電できて起動中の充電不足を補える可能性が高くなるし、一方で起動後はゆっくり充電して容量の大きなコンデンサが電力の安定を図ることで、全体のパフォーマンスを向上させることができる。

0016

蓄電素子は、蓄電時は電力消費素子となるので、状況によっては電力不足に追い打ちをかけかねない。このため、請求項10にかかる発明は、上記電力供給線の電圧が所定の電圧を超えたときにだけ上記蓄電素子に充電させる構成としてある。
電力供給線の電圧で電力が余剰状態にあるのか欠乏状態にあるのか判断できる。従って、余剰状態にあるといえる所定の電圧を超えているときにだけ充電をすることで、電力不足に追い打ちをかけることを防止できる。
このような蓄電素子による電力不足の防止に加え、請求項11にかかる発明は、上記蓄電素子に加えて発電素子を有する構成としてある。
例えば、光発電素子を備えることで、携帯性を損なわずに電力不足を防止できるし、蓄電素子への蓄電にも貢献するので、起動時等の蓄電が間に合いにくいような状況でも電力不足を回避しやすくなる。
さらに、請求項12にかかる発明は、上記蓄電素子に加えて機械的な発電機構を備えた構成としてある。
例えば、フライホイール磁石を固定し、同磁石の周回位置発電コイルを設置し、同フライホイールをハンドグリップギア機構などを介して高速に回転させる。この発電機構により発電コイルに生じる起電力を利用して蓄電素子への蓄電を行わせる。これにより、上記と同様に携帯性を損なわずに電力不足を防止できるし、蓄電素子への蓄電にも貢献するので、起動時等の蓄電が間に合いにくいような状況でも電力不足を回避しやすくなる。

発明の効果

0017

以上説明したように、本発明によれば、通信ケーブル自体に蓄電機能を備えたことにより、既存の周辺機器に変更を加えたり、PC本体の側に変更を加えるというような苦労を伴うことなく、容易に一時的な電力不足によって上記PC本体や周辺機器が動作不能となることを未然に防ぐことが可能な通信ケーブルを提供することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。

0019

図1は、本発明の一実施形態にかかるUSB通信ケーブルを概略回路図により示しており、図2外観を概略図により示している。
USB通信ケーブル10は、4本の導線11a〜11dを有しており、それぞれVcc,USB−,USB+,GNDとなっている。機能的には、(+)電源線、data1線、data2線、(−)電源線と呼ばれる。これらの(+)電源線と(−)電源線が本発明の電力供給線に相当し、data1線とdata2線とが通信線とに相当する。ケーブル11の途中には上記電力供給線と並列に電気二重層コンデンサなどのコンデンサ12を接続して構成されている。このコンデンサ12が蓄電素子に相当する。コンデンサ12は電気二重層コンデンサを利用すると急速充電でき、比較的容量も大きいので一時的に電力不足が生じるときにも比較的長い時間対応できるし、わずかの時間で充電できるので次の電力不足が生じるときへの対応もよい。

0020

図2に示すように、その外観は、ケーブル部分11にコンデンサ12が突出した状態となり、外部をケース13で覆うことになる。ケース13の代わりにモールドで固定するようにしてもよい。
このようなUSB通信ケーブル10を使用して図示しないPC本体とUSB機器とを接続すると、PC本体の電源をオンにした直後の短時間にコンデンサ12が充電され、その後に続くPC本体の起動時にわずかな電力不足が生じたとしてもコンデンサ12に蓄えられた電力が放電され、同電力不足を補うことができる。なお、USB機器はPC本体に接続された外部のハブに対して接続される利用態様もある。

0021

また、このようなUSB通信ケーブル10にUSB周辺機器を接続することなく、PC本体にだけ接続して同PC本体を起動させ、起動後にUSB周辺機器を接続すれば、起動時の電力不足を確実に回避し、かつ、十分にコンデンサ12が充電された後にUSB周辺機器が接続されるので、比較的電力供給能力が低いノート型パーソナルコンピュータであっても電力不足による動作不安定の問題を回避することができるようになる。

0022

図3は、上記コンデンサ12をUSB通信ケーブル10の両端に備えられるコネクタ14部分に装着した状態を示している。コネクタ14は、樹脂基板部14aと、同樹脂基板部14a上に配置された導線14b1〜14b4と、樹脂基板部14aの先端側を覆う金属カバー14cと、金属カバー14cを露出させつつ全体を樹脂でモールドして形成される樹脂モールド部14dとから構成されている。

0023

通常、樹脂モールド部14d内では導線11a〜11dの先端を導線14b1〜14b4に接続しているだけであるが、この実施例では、上記コンデンサ12を導線14b1,14b4に接続している。
樹脂モールド部14d内にコンデンサ12が収容されているため、ケーブル11部分に突出物がなく、使用時にコンデンサ12が何かに引っかかるといった不具合が生じない。また、14モールド部14d内に収容されるため、樹脂のヒケも生じず、成型しやすくなる。

0024

図4は、ケーブル部分11を巻き取るリール部15を備えた状態を示している。リール部15は、図5に示すように外部ケース15aと、リール15bとを有している。リール15bは、ボビン状に形成され、外側の断面凹部分15b1にケーブル部分11を巻き取れる構成となっている。また、内側は軸芯を中心として円柱状の凹部15b2が形成され、同凹部15b2内にケーブル部分11の略中央部が挿入されるとともに、コンデンサ12が収容されて接続されている。

0025

リール部15のリール15bはボビン状に形成されるので、中央部分に空間が生じており、この空間部分を有効に利用しつつ、ケーブル部分11を巻き取ることで使いやすくなる。

0026

図6は、コンデンサ12を有していない通信ケーブルのコネクタ14に装着する連結器16内にコンデンサ12を収容する状態を示している。
コネクタ14には雄型と雌型とがあり、連結器16は一つの樹脂基板16aの両端に雄型と雌型のコネクタが形成されている。そして、樹脂基板16aの途中にコンデンサ12を接続し、外側を樹脂でモールドして樹脂モールド部16dを形成している。
このようにすれば、キャップのように通信ケーブルの一端に装着することだけでコンデンサ12を接続するのと同じ効果が生じる。むろん、この連結器16単体一種の通信ケーブルであることに変わりない。

0027

図8は、同様にコンデンサ12を収容した連結器17を示している。この連結器17は両端に雌型のコネクタを有しており、樹脂基板17aの途中にコンデンサ12を接続し、外側を樹脂でモールドして樹脂モールド部17dを形成している。
両方を雌型のコネクタとすることにより、両方からコンデンサ12を有していない通信ケーブルを装着し、延長させた一本のUSB通信ケーブルとして使用することができる。

0028

上述した実施例においては、コンデンサ12を一つだけ使用するものであるが、使用するコンデンサは一つのものに限られる必要はない。複数の性質の異なるコンデンサを使用して蓄電機能の長所と短所とを補い合うようにすることが可能である。
図9は充電が急速に行えるものの、電気容量が小さいコンデンサの充電特性を示しており、図10は、充電に時間がかかるものの、電気容量が大きいコンデンサの充電特性を示している。前者だけであれば、電気容量が小さいので電力不足が長引いたときに対応できないし、後者だけであれば、起動時などに生じる電力不足のときには未充電で対応できない。

0029

両者を組み合わせれば、起動時の電力不足には前者のコンデンサで対応し、その後に生じる比較的長い時間の電力不足のときには後者のコンデンサで対応するので、使用期間の全般にわたって電力不足を補える。

0030

コンデンサ12への充電時には電力を消費するので、電力不足のときに充電を行うようでは電力不足を助長してしまう。
図11は、コンデンサ12aに加えて制御回路12bを備えており、同制御回路12bは電力供給線の電圧が所定の電圧よりも高いときにだけコンデンサ12aへ電流が流れるようにする。例えば、Vccの電圧が5Vであるので、しきい値として5Vあるいは5.1Vといった電圧を設定しておけば電力不足が生じていないときにだけコンデンサ12aへ電流が流れて充電を行わせることができる。なお、ダイオード12cは制御回路12bを介さないで充電が行われるのを防止するために装着されている。

0031

電力不足を補う他の手法を併用することもまた有用である。
図12は、アモルファス素子からなる光発電パネル18を電力供給線11a,11dに装着した実施例を示している。ケーブル部分11の途中から光発電パネル18が分岐した状態となる。なお、光発電パネル18の形状が幾分か大きくなるので、コンデンサ12は同光発電パネル18の背面などに備えればよい。また、図示していないが必要な逆流防止素子などを接続しておく。

0032

携帯性を損なわず、電力不足も生じさせないというためには、光発電パネルのみでなく、機械的な発電機構を備えておくことも有用である。
図13は、発電機構19を備えた例を示している。
ギアボックス19aは図示しないハンドルを介して駆動力を供給され、フライホイール19bを高速に回転させる。フライホイール19bには円形の磁石19cが固定され、磁石19cは周囲に配置された発電コイル19d内で高速に回転する。また、フライホイール19bの作用により、ハンドルを回し終えたしばらく後まで回転している。この間に発電コイル19dに生じる起電力により、コンデンサ12を充電する。

0033

図面上は磁石19cと発電コイル19dを簡略化して示しているが、多極化するなどの発電効率を増大させる構成としてある。なお、発電機構19はケース19eにて被覆してある。
このような構成としておけば、PC本体がノート型のパーソナルコンピュータであって、充電電池で駆動させなければならないような状況においても、起動前にハンドルをわずかに回転させてコンデンサ12を充電し、ついで起動させることで確実に電力不足を生じさせないでPC本体やUSB周辺機器を使用することができる。

0034

上述した実施例では、本発明の蓄電機能を有する通信ケーブルをUSB通信ケーブルとして使用しているが、USB以外にもIEEE1394ケーブルであったり、シリアルATAケーブルなどに適用できることはいうまでもない。

0035

通信ケーブル自体に蓄電機能を備えたことにより、既存の周辺機器に変更を加えたり、PC本体の側に変更を加えるというような苦労を伴うことなく、容易に一時的な電力不足によって上記PC本体や周辺機器が動作不能となることを未然に防ぐことが可能となる。

図面の簡単な説明

0036

本発明の一実施形態にかかるUSB通信ケーブルを示す概略回路図である。
USB通信ケーブルを外観を示す概略図である。
コンデンサを収容したUSB通信ケーブルのコネクタ内部を示す図である。
ケーブル部分を巻き取るリール部を備えた状態を示す図である。
リール部の構成を示す図である。
コンデンサを収容した連結器を示す図である。
コンデンサを収容した連結器を示す図である。
コンデンサを収容した連結器を示す図である。
充電が急速に行えるものの、電気容量が小さいコンデンサの充電特性を示す図である。
充電に時間がかかるものの、電気容量が大きいコンデンサの充電特性を示す図である。
コンデンサに加えて制御回路を備えた回路図である。
アモルファス素子からなる光発電パネルを装着した状態を示す図である。
発電機構を備えた例を示す図である。

符号の説明

0037

10…USB通信ケーブル
11…導線
12…コンデンサ
14…コネクタ
15…巻き取りリール
16,17…連結器
18…発電パネル
19…発電機構

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