(57)【要約】【課題】  コスト低減及び小型化可能な電子機器用電源端子構造を提供する。【解決手段】  燃料電池２００及びＡＣアダプタ３００の双方の電源を入力可能な電源端子構造とすることで、電子機器の電源入力部を簡単、小型に構成でき、安価で小型な電子機器を提供することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に設けられ、第１電源である燃料電池（２００）の第１電源端子（２１０）、及び燃料電池以外の電源で上記燃料電池を補助する第２電源（３００）の第２電源端子（３１０）で共用され、接続された上記第１電源端子又は上記第２電源端子から電力を当該電子機器に入力する共用入力部（１１７）を備えたことを特徴とする、電子機器用電源端子構造。
【請求項２】
上記共用入力部は、上記第１電源端子の第１出力ＶＣＣ端子（２１１）に接続する第１入力ＶＣＣ端子（１１２）と、上記第２電源端子の第２出力ＶＣＣ端子（３１１）に接続する第２入力ＶＣＣ端子（１１３）と、上記第１電源端子及び上記第２電源端子の各ＧＮＤ端子（２１２、３１２）に共通して接続する共用ＧＮＤ端子（１１４）とを有する、請求項１記載の電子機器用電源端子構造。
【請求項３】
上記共用入力部は、上記第１電源端子及び上記第２電源端子のどちらが接続されたかを判別する電源判別装置（１１５）を有する、請求項１又は２記載の電子機器用電源端子構造。
【請求項４】
電子機器に設けられ、第１電源である燃料電池（２００）の第１電源端子（２２０）、及び燃料電池以外の電源で上記燃料電池を補助する第２電源（３００）の第２電源端子（３１０）をそれぞれ別個に接続する第１入力部（１２７）及び第２入力部（１２８）が形成された一つの基台（１２０）を有し、該基台に接続された上記第１電源端子及び上記第２電源端子の少なくとも一方から電力を当該電子機器に供給することを特徴とする、電子機器用電源端子構造。
【請求項５】
上記第１電源端子及び上記第２電源端子は、それぞれ異なる外形形状にてなり、上記第１入力部及び第２入力部は、上記第１電源端子及び上記第２電源端子に対応した形状にてなる第１挿入穴（１２１）及び第２挿入穴（１２４）を有する、請求項４記載の電子機器用電源端子構造。
【請求項６】
上記第１入力部及び上記第２入力部は、回路基板上に隣接して配置されモジュール化されている、請求項４又は５記載の電子機器用電源端子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池から電力供給を受ける電子機器に備わる電源端子構造に関し、特に、燃料電池とＡＣアダプターとの電源端子を共用化する燃料電池用電源端子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドホン・ステレオ、携帯電話、ノートパソコンといった可搬型あるいはコードレスのＡＶ機器、情報機器等の電子機器が急激に増えてきており、日常の生活はますます便利で快適になってきた。今後、さらに可搬型あるいはコードレスの電子機器は増える傾向にあり、これを支える基幹部品の一つである電池の重要性が注目されている。
電池は、太陽電池に代表されるような物理現象で電気が発生する物理電池と、正極と負極の化学反応により発電される化学電池に大別される。中でも化学電池は一般に電池と呼ばれ広く普及しており、使いきりの一次電池、充電により繰り返し利用可能な二次電池、発電機ともいえる燃料電池に分類することができる。
マンガン乾電池やアルカリ乾電池、リチウム電池等の一次電池は、玩具や時計、カメラ、電卓等に多用されており、世界的に見ても最も生産量が多く、安価かつ入手が容易という特徴を有している。
ニッケル・カドミウム二次電池やニッケル・水素二次電池、リチウム・イオン二次電池等の二次電池は、ヘッドホン・ステレオやデジタルビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコン等に急速に普及してきており、繰り返し充放電ができることから経済性に優れた特徴を有している。
一方、近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、上述の化学電池における使用後の廃棄に関する問題やエネルギー変換効率の問題が注目されている。統計資料によると、リサイクルにより化学電池の回収比率は２０％程度であり、残り８０％程度は自然界に投棄されており、未回収の電池に含まれる水銀やインジウム等の重金属による環境破壊が懸念されている。また、エネルギー資源の利用効率の面では、一次電池では生産時のエネルギーを考えるとエネルギー利用効率は１％以下、二次電池では家庭用電源の効率を考えるとエネルギー利用効率は１２％程度と、エネルギー資源を有効に活用しているとは言い難い。
そこで、近年、環境への影響が少なく、かつ３０〜４０％と極めて高いエネルギー利用効率が実現できる燃料電池が注目され、自動車用の駆動電源や家庭用のコジェネレーションシステム、化学電池の代替を目的に、実用化のための研究、開発が盛んに行われている。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、従来の燃料電池について説明する。ここでは、従来の燃料電池として、電解質に固体高分子電解質であるイオン交換膜を用いている固体高分子型燃料電池について説明する。図７から図９は固体高分子型燃料電池の原理を示す説明図である。図７は燃料として水素を用い、電解質に固体高分子電解質であるイオン交換膜を用いるダイレクト水素型の固体高分子型燃料電池の原理説明図であり、図８は燃料としてメタノールを用いて改質手段を通して水素を反応させる改質型の固体高分子型燃料電池の原理説明図であり、図９は燃料であるメタノールを反応させるダイレクトメタノール型の固体高分子型燃料電池の原理説明図である。
イオン交換膜１を用いた構成では、イオン交換膜１の両面に正極２ならびに負極３を層状に形成し、これらを合せて単位電池が構成される。図７のように、水素６ａを燃料とした場合、負極３では触媒と高分子電解質の接触界面において、以下のような反応が起こる。
Ｈ２→  ２Ｈ＋＋２ｅ−
酸素９を酸化剤とした場合、正極２では以下のような反応が起こり、水７が生成される。
１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→  Ｈ２Ｏ
触媒は反応の活性点となり、電極層は上記反応の電子の伝導体であり、高分子電解質は水素イオンの伝導体となる。ただし、高分子電解質は含水して初めて実用的なイオン透過性を持つ。
図８のように、メタノール６ｂを燃料とした場合、改質手段５により、メタノール６ｂが、以下のように反応し、水素６ａが得られる。
１／３ＣＨ３ＯＨ＋１／３Ｈ２Ｏ→  Ｈ２＋１／３ＣＯ２
改質手段５により得られた水素６ａは、ダイレクト水素型と同様の反応により発電する。
図９のように、希釈したメタノール４を直接反応させる場合、負極３では触媒と高分子電解質の接触界面において、以下のような反応が起こる（例えば特許文献１参照。）。
１／３ＣＨ３ＯＨ＋１／３Ｈ２Ｏ→  ２Ｈ＋＋２ｅ−＋１／３ＣＯ２
燃料電池は、上述したように、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電機としての機能を有している。従って、発電用の燃料を継続的に供給、あるいは繰り返し補充することにより、所望の電気エネルギーを長期にわたって発生することができるという特徴を有している。
【特許文献１】米国特許第５５９９６３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような環境への影響が少なくエネルギー利用効率が高い燃料電池を可搬型あるいはコードレスの電子機器で利用する際には、燃料電池からの電源入力を行うための電源入力端子を新たに設ける必要があり、コスト増加を招き、電子機器の小型化が困難となるという問題がある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、コスト低減及び小型化可能な電子機器用電源端子構造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】
【０００５】
本発明の第１態様である電子機器用電源端子構造は、電子機器に設けられ、第１電源である燃料電池の第１電源端子、及び燃料電池以外の電源で上記燃料電池を補助する第２電源の第２電源端子で共用され、接続された上記第１電源端子又は上記第２電源端子から電力を当該電子機器に入力する共用入力部を備えたことを特徴とする。
【０００６】
又、上記共用入力部は、上記第１電源端子の第１出力ＶＣＣ端子に接続する第１入力ＶＣＣ端子と、上記第２電源端子の第２出力ＶＣＣ端子に接続する第２入力ＶＣＣ端子と、上記第１電源端子及び上記第２電源端子の各ＧＮＤ端子に共通して接続する共用ＧＮＤ端子とを有するように構成することもできる。
【０００７】
又、上記共用入力部は、上記第１電源端子及び上記第２電源端子のどちらが接続されたかを判別する電源判別装置を有するように構成することもできる。
【０００８】
さらに本発明の第２態様の電子機器用電源端子構造は、電子機器に設けられ、第１電源である燃料電池の第１電源端子、及び燃料電池以外の電源で上記燃料電池を補助する第２電源の第２電源端子をそれぞれ別個に接続する第１入力部及び第２入力部が形成された一つの基台を有し、該基台に接続された上記第１電源端子及び上記第２電源端子の少なくとも一方から電力を当該電子機器に供給することを特徴とする。
【０００９】
上記第２態様において、上記第１電源端子及び上記第２電源端子は、それぞれ異なる外形形状にてなり、上記第１入力部及び第２入力部は、上記第１電源端子及び上記第２電源端子に対応した形状にてなる第１挿入穴及び第２挿入穴を有するように構成することもできる。
【００１０】
上記第２態様において、上記第１入力部及び上記第２入力部は、回路基板上に隣接して配置されモジュール化されるように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１態様の電子機器用電源端子構造によれば、上記第１電源端子及び第２電源端子で共用するようにしたことにより、コスト増、及び電子機器におけるスペースの増加を抑えることができる。よって、安価で小型な電子機器を提供することが可能となる。
又、電源判別装置を有することで、共用化された端子構造において、上記第１電源端子及び第２電源端子のどちらが接続されたかを判別することができる。よって、接続されている電源の種別がわかり、電源に応じた電子機器の制御が可能となる。
【００１２】
又、本発明の第２態様の電子機器用電源端子構造によれば、上記第１入力部及び第２入力部を別設するが一つの基台に形成したことで、コスト増、及び電子機器におけるスペースの増加を抑えることができる。よって、安価で小型な電子機器を提供することが可能となる。
又、第２態様において、上記第１入力部及び上記第２入力部は、上記第１電源端子及び上記第２電源端子に対応した形状にてなることから、上記第１入力部に上記第２電源端子を接続したり、上記第２入力部に上記第１電源端子を接続したりすることはできない。よって、一般的に電源特性の異なる燃料電池と第２電源との電源端子を間違えて入力部に挿入することはなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態である電子機器用電源端子構造について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
第１実施形態；
第１実施形態の電子機器用電源端子構造を示す図１において、１１０は、例えばノート型のパーソナルコンピュータ等の電子機器１００に設けられ上記電子機器用電源端子構造に含まれる基台である。該基台１１０には、第１電源である燃料電池２００の電力出力部であり例えば円柱形状にてなる第１電源端子２１０、及び燃料電池２００以外の電源で燃料電池２００を補助するための第２電源に相当する、本実施形態ではＡＣ電源に接続されるＡＣアダプタ３００の電力出力部であり第１電源端子２１０と同一の円柱形状にてなる第２電源端子３１０が挿入される共用入力部１１７が設けられ、基台１１０は、第１電源端子２１０及び第２電源端子３１０からの電力を当該電子機器に供給する。ここで、燃料電池２００は、希釈したメタノールを燃料とし直接に負極に作用させる、いわゆるＤＭＦＣタイプを例に採る。
より具体的に説明すると、共用入力部１１７は、第１電源端子２１０及び第２電源端子３１０で共用されこれらの端子２１０又は３１０がタイトな状態で挿入される円形の挿入穴１１１を有する。該挿入穴１１１の奥部１１１ａには、第１電源端子２１０の第１出力ＶＣＣ端子２１１に電気的に接続する円筒状の第１入力ＶＣＣ端子１１２が形成され、挿入穴１１１の中央部には、挿入穴１１１の奥部１１１ａから入口部１１１ｂまで延在し第２電源端子３１０の第２出力ＶＣＣ端子３１１に電気的に接続する棒状の第２入力ＶＣＣ端子１１３が形成されている。上記円筒状の第１入力ＶＣＣ端子１１２と棒状の第２入力ＶＣＣ端子１１３とは同軸上に配置されている。又、第２出力ＶＣＣ端子３１１は、棒状の第２入力ＶＣＣ端子１１３が着脱自在に嵌合可能な凹部３１１ａを有する。さらに、挿入穴１１１の壁面１１１ｃには、第１電源端子２１０及び第２電源端子３１０の各ＧＮＤ端子２１２、３１２に共通して電気的に接続する共用ＧＮＤ端子１１４が形成されている。尚、挿入穴１１１、第１入力ＶＣＣ端子１１２、第２入力ＶＣＣ端子１１３、及び共用ＧＮＤ端子１１４にて、上記共用入力部１１７を構成する。
【００１４】
よって、基台１１０の共用入力部１１７に第１電源端子２１０が接続されたときには、第１電源端子２１０の第１出力ＶＣＣ端子２１１が基台１１０の第１入力ＶＣＣ端子１１２に接続され、かつ第１電源端子２１０のＧＮＤ端子２１２が基台１１０の共用ＧＮＤ端子１１４に接続される。又、共用入力部１１７に第２電源端子３１０が接続されたときには、第２電源端子３１０の第２出力ＶＣＣ端子３１１が基台１１０の第２入力ＶＣＣ端子１１３に接続され、かつ第２電源端子３１０のＧＮＤ端子３１２が基台１１０の共用ＧＮＤ端子１１４に接続される。
【００１５】
このように電子機器１００側に、燃料電池２００の第１電源端子２１０、及びＡＣアダプタ３００の第２電源端子３１０の両者が接続可能であり両者で共用する一つの基台１１０を設けたことで、燃料電池からの電源入力を行うための電源入力端子を新たに設ける必要が無くなり、コスト低減、電子機器の電源入力部を簡単な構成でかつ小型化を図ることができる。
又、電子機器１００に、燃料電池２００及びＡＣアダプタ３００の両方から電力供給が可能となることで下記のような利点がある。即ち、電子機器に予め備わる補助電源、つまりリチウム電池のような２次電池の充電を常に行うことができ、又、燃料電池２００における電力供給不安定時には、燃料電池２００を使用せずにＡＣ電源で補助することができる。
【００１６】
尚、上述では、第２電源としてＡＣアダプタ３００を例としたが、車載用のＤＣ電源等のその他の電源に対しても同様の効果を有する。
又、上述では、燃料電池２００としてＤＭＦＣタイプを例に採ったが、その他の形態の燃料電池を用いることもでき、この場合においても上述と同様の効果を有する。
【００１７】
又、上述したように、燃料電池２００における第１電源端子２１０の第１出力ＶＣＣ端子２１１は、基台１１０の挿入穴１１１の奥部１１１ａに存在する第１入力ＶＣＣ端子１１２と接続する。よって、図２に示すように、第１電源端子２１０の長さは、第２電源端子３１０よりも長く、第１電源端子２１０は、挿入穴１１１の奥部１１１ａまで挿入される。この点を利用して、図３に示すように電源判別装置１１５を上記奥部１１１ａに設けることができる。該電源判別装置１１５の一例として、挿入穴１１１の奥部１１１ａに検出部としてのスイッチ１１５ａを有し、第１電源端子２１０が挿入穴１１１の奥部１１１ａまで挿入されることで、オンとなる構成を採ることができる。よって、上記オンの信号を得たときには、当該電子機器１００に燃料電池２００から電力供給されることを制御装置１１６にて判断することができ、当該電子機器１００に電力供給があるにもかかわらず、上記オン信号がない状態では、ＡＣアダプタ３００から電力供給されていると判断することができる。このように電源の種別を判別することができ、電源種に応じた電子機器の制御が可能となる。
尚、電源判別装置１１５としてスイッチ１１５ａを例に採ったが、例えば光学的に電源端子の装着の有無を判別するセンサー等、その他の電源判別手段を用いることもでき、この場合でも同様の効果を有する。
【００１８】
第２実施形態；
上述の第１実施形態では、一つの基台１１０に、第１電源端子２１０及び第２電源端子３１０の両者で共用する一つの挿入穴１１１を設けた構成であったが、該第２実施形態では、第１電源端子２１０及び第２電源端子３１０のそれぞれに対応した２つの挿入穴を一つの基台に設けた構成を有する。図４及び図５を参照して以下に詳しく説明する。
上記共用のため、第１実施形態では、第１電源端子２１０及び第２電源端子３１０は、共に円柱状の同一形状にて形成されているが、第２実施形態では、基台への挿入箇所の誤認を防止するため、図４に示すように燃料電池２００の第１電源端子２２０の外形は、例えば角柱形状にてなる。又、第１電源端子２２０の第１出力ＶＣＣ端子２２１は、図２に示す第２電源端子３１０の第２出力ＶＣＣ端子３１１と同様に、凹部を有する形状にてなる。尚、ＡＣアダプタ３００の第２電源端子３１０については第１実施形態の場合と同じ構成である。
【００１９】
第２実施形態の電子機器用電源端子構造を示す図４及び図５において、１２０は、電子機器１００に設けられ上記電子機器用電源端子構造に含まれる基台である。該基台１２０は、下記の第１電源端子２２０及び第２電源端子３１０の接続部分である第１入力部１２７及び第２入力部１２８を一体成型しているので、電子機器１００の電源入力部を簡単、かつ小型に構成できる。即ち、基台１２０には、燃料電池２００の第１電源端子２２０が着脱自在に嵌入される角形の、第１挿入穴に相当する挿入穴１２１、及びＡＣアダプタ３００の第２電源端子３１０が着脱自在に嵌入される円形の、第２挿入穴に相当する挿入穴１２４が形成されている。挿入穴１２１の中央部には、挿入穴１２１の奥部１２１ａから入口部１２１ｂまで延在し第１電源端子２２０の第１出力ＶＣＣ端子２２１に電気的に接続する棒状の第１入力ＶＣＣ端子１２２が形成され、さらに、挿入穴１２１の壁面１２１ｃには、第１電源端子２２０のＧＮＤ端子２１２に電気的に接続するＧＮＤ端子１２３が形成されている。尚、挿入穴１２１、第１入力ＶＣＣ端子１２２、及びＧＮＤ端子１２３にて上記第１入力部１２７を構成する。
これと同様に、挿入穴１２４の中央部には、挿入穴１２４の奥部１２４ａから入口部１２４ｂまで延在し第２電源端子３１０の第２出力ＶＣＣ端子３１１に電気的に接続する棒状の第２入力ＶＣＣ端子１２５が形成され、さらに、挿入穴１２４の壁面１２４ｃには、第２電源端子３１０のＧＮＤ端子３１２に電気的に接続するＧＮＤ端子１２６が形成されている。尚、挿入穴１２４、第２入力ＶＣＣ端子１２５、及びＧＮＤ端子１２６にて上記第２入力部１２８を構成する。
【００２０】
よって、基台１２０の挿入穴１２１に第１電源端子２２０が接続されたときには、第１電源端子２２０の第１出力ＶＣＣ端子２２１が基台１２０の第１入力ＶＣＣ端子１２２に接続され、かつ第１電源端子２２０のＧＮＤ端子２１２が挿入穴１２１のＧＮＤ端子１２３に接続される。さらに、基台１２０の挿入穴１２４に第２電源端子３１０が接続されたときには、第２電源端子３１０の第２出力ＶＣＣ端子３１１が基台１２０の挿入穴１２４の第２入力ＶＣＣ端子１２５に接続され、かつ第２電源端子３１０のＧＮＤ端子３１２が挿入穴１２４のＧＮＤ端子１２６に接続される。尚、各ＧＮＤ端子１２４、１２６は、共通のＧＮＤラインとして基台１２０から出力される。
【００２１】
このような第２実施形態の電子機器用電源端子構造においても、一つの基台１２０に第１電源端子２２０及び第２電源端子３１０のそれぞれを別個に接続可能としたことで、第１実施形態の場合と同様に、コスト低減、電子機器１００の電源入力部を簡単な構成でかつ小型化を図ることができる。又、電子機器１００に、燃料電池２００及びＡＣアダプタ３００の両方から同時に電力供給が可能となることで、電子機器１００に備わる２次電池の充電を常に行うことができ、又、燃料電池２００における電力供給不安定時にはＡＣ電源で補助することができ、さらに、燃料電池２００の始動時には、当該燃料電池２００に備わり燃料や空気の供給を行うポンプの駆動電力としてＡＣ電源を利用することができる。
【００２２】
尚、上述の第２実施形態では、燃料電池２００の第１電源端子２２０は、角柱形状にてなるが、三角錐状、星柱状等のその他の形状を採ることもできる。つまり第１電源端子２２０は、ＡＣアダプタ３００の第２電源端子３１０とは異なる外形形状を採る。又、第２電源端子３１０との誤認を生じない場合には、第１電源端子２２０及び第２電源端子３１０は、同一形状であってもよく、この場合でも上述と同様の効果を奏する。
【００２３】
又、基台１２０は、電子機器の回路基板上に配設しモジュール化して形成されていてもよい。
又、図６に示すように、基台１２０における各挿入穴１２１、１２４の奥部１２１ａ，１２４ａには、図３を参照して上述した電源判別装置１１５を設けることもできる。該電源判別装置１１５を設けることで、各挿入穴１２１、１２４に、確実に第１電源端子２２０及び第２電源端子３１０が接続されたことを検出できると共に、電源の種別を判別することができる。よって、電源種に応じた電子機器の制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、燃料電池を電源として用いる電子機器に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態における電子機器用電源端子構造を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示す第１電源端子、第２電源端子、及び基台部分の断面図である。
【図３】図１に示す基台の変形例における断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における電子機器用電源端子構造を説明するための斜視図である。
【図５】図４に示す基台の断面図である。
【図６】図４に示す基台の変形例における断面図である。
【図７】従来のダイレクト水素型の固体高分子型燃料電池の原理を示す説明図である。
【図８】従来の改質型の固体高分子型燃料電池の原理を示す説明図である。
【図９】従来のダイレクトメタノール型の固体高分子型燃料電池の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１２…第１入力ＶＣＣ端子、１１３…第２入力ＶＣＣ端子、
１１４…共用ＧＮＤ端子、１１５…電源判別装置、１２０…基台、
１２７…第１入力部、１２８…第２入力部、２００…燃料電池、
２１０…第１電源端子、２１１…第１出力ＶＣＣ端子、２１２…ＧＮＤ端子、
２２０…第１電源端子、３００…ＡＣアダプタ、３１０…第２電源端子、
３１１…第２出力ＶＣＣ端子、３１２…ＧＮＤ端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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