JP3696065B2 - 充電器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池を充電する充電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電器のケースに内蔵される充電回路は、トランスや半導体素子等の発熱部品を備える。発熱部品は熱をケースの外部に効率よく放熱する必要がある。このことを実現するために、従来の充電器は、発熱部品に直接にアルミニウム等の金属製のヒートシンクを固定している。ヒートシンクはケースの内部に配設され、あるいはケースの一部を構成する構造としている。ヒートシンクをケースの内部に配設する充電器は、ヒートシンクの熱を放熱させるために、ケースに複数のスリットを設けて外気と換気できる構造としている。ヒートシンクをケースの一部とする充電器は、アルミニウム等の金属でケースの一部を構成し、この内面に発熱部品を固定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ヒートシンクをケースの内部に配設して、スリットで換気させる充電器は、発熱部品の熱を効率よく放熱するのが難しい。外気を空気の対流作用で取り入れてヒートシンクを冷却し、ヒートシンクを介して発熱部品を冷却するからである。空気の対流作用でケース内の空気を換気して冷却されるヒートシンクは、効率よく冷却するのが難しい。スリットを大きく開口して、ヒートシンクの冷却効果を高くすることはできるが、スリットを大きくすると塵等の異物が侵入しやすくなる。このため、スリットを大きく開口することができず、ヒートシンクの冷却が制限される。
【０００４】
ケースの一部をヒートシンクで構成する構造は、効率よく冷却できるが、ケースであるヒートシンクの内面に直接に発熱部品を固定するので、組み立てと構造が複雑になる欠点がある。能率よく組み立てできる構造は、ケースに内蔵するプリント基板に充電回路を実装する構造である。この構造は、プリント基板をケースに入れて能率よく組み立てできる。ケースに発熱部品を固定する構造は、ケースに固定している発熱部品とプリント基板とをリード線で連結する必要がある。この構造は、ケースとプリント基板とを分離できる構造にできず、ケースとプリント基板とをリード線で連結する状態で組み立てる必要があり、組み立てと発熱部品にリード線を接続するのに手間がかかる欠点がある。さらに、ケースの一部をヒートシンクとするために、ケースの構造も複雑になって製造コストが高くなる。
【０００５】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、発熱部品を効率よく冷却しながら簡単な構造で能率よく組み立てできる充電器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の充電器は、ケース１に充電回路を内蔵している。充電回路は発熱部品を備えている。発熱部品とケース１の内面との間に弾性変形する弾性熱伝導シート６を挟着しており、発熱部品の発生熱を、弾性熱伝導シート６を介してケース１に伝導して放熱するようにしている。
【０００７】
弾性熱伝導シート６にはシリコンゴムシートが適している。弾性熱伝導シート６に接触するケース１の内面は、複数の放熱リブ７を設けている。複数の放熱リブ７は先端縁を弾性熱伝導シート６の表面に押圧して、隣接する放熱リブ７の間に換気隙間８を設けている。この構造は発熱部品の熱を放熱リブ７と換気隙間８の両方で効率よく放熱できる。さらに、弾性熱伝導シート６は、第１表面を発熱部品に面接触させて、第２表面を放熱リブ７に接触させることにより、発熱部品の熱を効率よく放熱できる。発熱部品は充電回路のトランス５や半導体素子等であるが、これ等の発熱部品はケース１に内蔵しているプリント基板４に固定される。さらに、このプリント基板４には、弾性熱伝導シート６を保持するホルダー１２を固定し、ホルダー１２を介して弾性熱伝導シート６を発熱部品に接するように配設することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電器を例示するものであって、本発明は充電器を以下のものに特定しない。
【０００９】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１０】
図１の平面図と図２の断面図に示す充電器は、ケース１に充電回路を内蔵している。ケース１は、プラスチックを箱形に成形している上ケース１Ａと下ケース１Ｂからなる。上ケース１Ａと下ケース１Ｂは周囲に設けた周壁２を互いに連結して、閉鎖構造としている。上ケース１Ａは、パック電池や電池を内蔵する電気機器等の電池内蔵ユニットを脱着できるように装着する装着部３を設けている。
【００１１】
図の装着部３は、電池内蔵ユニットを水平方向にスライドして装着する溝形で、図１の平面図に示すように、溝内面の両側に、電池内蔵ユニットを引っかける凸条１０を設けている。電池内蔵ユニットは、図示しないが凸条１０を案内する連結溝を設けている。溝形の装着部３は、図において下端にストッパ壁１１を設けている。電池内蔵ユニットは、ストッパ壁１１に当たるまで上から下にスライドして装着される。ストッパ壁１１に当接すると、決められた定位置にセットされる。定位置に装着された電池内蔵ユニットは、凸条１０を連結溝に案内して、装着部３に外れないように連結される。この状態で、装着部３に設けている充電接点（図示せず）は電池内蔵ユニットの充電端子（図示せず）に接続される。充電された電池内蔵ユニットを充電器から外すときは、電池内蔵ユニットを、図において下から上にスライドさせる。図の充電器は、装着部３に設けた凸条１０を連結溝に連結するので、電池内蔵ユニットを外れないように連結できる。
【００１２】
下ケース１Ｂはプリント基板４を固定している。プリント基板４は充電回路を実現する部品を実装している。充電回路は入力される電圧を電池の充電電圧に変換するトランス５と、このトランス５の出力を整流する整流回路と、整流された脈流をリップルの少ない直流とする平滑回路とを備える。トランス５は、入力される電力の一部を熱として消費して発熱部品となる。
【００１３】
図の充電器は、発熱部品であるトランス５の発熱を有効に放熱するために、トランス５の表面に弾性熱伝導シート６を面接触させて互いに密着させている。さらに、弾性熱伝導シート６は、上ケース１Ａの内面にも接触して、上ケース１Ａの内面と発熱部品とで弾性熱伝導シート６を挟着している。上ケース１Ａは、図３に示している上ケース１Ａの底面図に示すように、弾性熱伝導シート６に接触させる部分に複数列の放熱リブ７を設けている。放熱リブ７は弾性熱伝導シート６の表面に先端縁を押圧して、放熱リブ７の間に換気隙間８を設けている。放熱リブ７は、弾性熱伝導シート６を多少は押し潰す状態で先端縁を弾性熱伝導シート６の表面に密着させている。放熱リブ７の先端縁は、所定の幅で線状に弾性熱伝導シート６の表面に密着する。
【００１４】
弾性熱伝導シート６は、弾性変形できると共に、発熱部品の熱をケース１の内面に伝導できる熱伝導率のシートである。この弾性熱伝導シート６として、シリコンゴムシートが最適である。シリコンゴムシートは、耐熱性があって優れた弾性を有し、さらに、熱伝導も優れているので、発熱部品とケース１内面に密着して、発熱部品の熱を効率よくケース１に伝導できる。ただ、本発明の充電器は、弾性熱伝導シートをシリコンゴムシートには特定しない。弾性熱伝導シートは、シリコンゴムシートに代わって、たとえば金属粉や無機粉末等を充填して熱伝導をよくしたプラスチック製のゴム状弾性体、あるいは、天然あるいは合成ゴム等も使用できる。
【００１５】
弾性熱伝導シート６は、上ケース１Ａと下ケース１Ｂを連結する状態で、発熱部品と上ケース１Ａの放熱リブ７に挟まれて、多少押し潰される程度の厚さ、すなわち、発熱部品と上ケース１Ａとの間隔よりも多少厚いシート状に成形される。発熱部品と上ケース１Ａの間隔よりも厚い弾性熱伝導シート６は、発熱部品と上ケース１Ａで挟着すると薄く押し潰されて、発熱部品と上ケース１Ａの内面、図においては放熱リブ７の先端縁に密着する。図の弾性熱伝導シート６は、図において下面である第１表面を発熱部品であるトランス５の表面に面接触して密着され、上面である第２表面を放熱リブ７の先端縁に密着する状態で接触させている。とくに、放熱リブ７は弾性熱伝導シート６に局部的に接触するので、弾性熱伝導シート６の表面を線状に押し潰して、先端縁を隙間なく密着させている。
【００１６】
図２に示す弾性熱伝導シート６は、ホルダー１２を介して所定の位置に配設している。ホルダー１２は、プラスチックあるいは金属で、たとえば、方形状の枠形状に成形されている。ホルダー１２は、弾性熱伝導シート６の対向する２側面あるいは３〜４方向の側面に当接して弾性熱伝導シート６を押圧して保持する内周面を有する。さらに、ホルダー１２は下方に延長して支持脚１３を連結している。この支持脚１３は、下端をプリント基板４に連結しており、ホルダー１２をプリント基板４から離れた位置に保持している。ホルダー１２と支持脚１３とは、多少は遊びのある状態で連結されており、ホルダー１２に連結された弾性熱伝導シート６の位置を微調整できるようにしている。ただ、支持脚は、ホルダーに一体成形することもできる。ホルダー１２は、弾性熱伝導シート６を、発熱部品であるトランス５の表面に面接触して密着させて、所定の位置に配設できるようにしている。
【００１７】
上ケース１Ａと下ケース１Ｂが互いに固定されて、弾性熱伝導シート６は発熱部品と上ケース１Ａの内面に多少は押し潰される状態で挟着される。上ケース１Ａと下ケース１Ｂは、一方のケース１の貫通孔を貫通して、他方のケース１に一体成形して設けているボス９に止ネジの先端をねじ込んで固定され、あるいは、周壁２を超音波溶着して固定することができる。
【００１８】
以上の構造の充電器が使用状態で温度が上昇する特性を図４に示している。比較のために、弾性熱伝導シートを使用しない充電器の温度特性を図５に示している。これ等の図は、トランスの表面の温度と、ケース上面である装着部の表面温度と、装着部に装着している電池の表面温度と、室温とを示している。これ等の図は、弾性熱伝導シートの有無以外は同じ構造として、同じ条件で電池を充電して温度を測定した。ただし、弾性熱伝導シートを設けた充電器で電池を充電したときの室温は２４℃、弾性熱伝導シートのない充電器で電池を充電したときの室温は２５℃であった。
【００１９】
これ等の図に示すように、充電を開始した最初は、発熱部品であるトランス温度、装着部の温度、電池温度が次第に上昇する。充電が進行して充電電流が減少すると温度は次第に低下する。弾性熱伝導シートを設けている充電器は、図４に示すように、発熱部品であるトランス表面の最高温度が５８℃となって室温から３４℃上昇したのに対し、弾性熱伝導シートを設けていない充電器は、トランス表面の最高温度が６４℃となって室温から３９℃も上昇し、上昇温度が５℃も高くなった。このことから、弾性熱伝導シートでもって、発熱部品であるトランスの熱を有効にケースに伝導して放熱できることがわかる。トランスの熱はケースに伝導さるが、電池温度の上昇は１７℃と同じになった。このことから、ケース１に伝導されるトランス５の熱は、ケース１で放熱されて電池を加熱することがないことがわかる。
【００２０】
以上の充電器は、発熱部品であるトランス５とケース１との間に弾性熱伝導シート６を配設して、トランス５の発熱を有効に放熱する。本発明は充電器の発熱部品をトランスに特定しない。発熱部品には、スイッチング素子として使用されるトランジスター、あるいは整流用のダイオード等の半導体素子とすることもできる。半導体素子は、表面に直接弾性熱伝導シートを密着し、あるいは放熱用の金属プレートを固定して、この金属プレートを弾性熱伝導シートに密着してケースに放熱させる。半導体素子や金属プレートの熱をケースに伝導する弾性熱伝導シートは、前述のトランスと同じように、半導体素子や金属プレートとケースとの間に弾性熱伝導シートを挟着して、半導体素子の熱をケースに伝導して放熱する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の充電器は、発熱部品を効率よく冷却できると共に、簡単な構造で能率よく組み立てできる特長がある。それは、本発明の充電器が、発熱部品とケースの内面との間に弾性変形する弾性熱伝導シートを挟着しており、発熱部品の発生熱を弾性熱伝導シートを介してケースに伝導して放熱しているからである。この構造の充電器は、発熱部品とケース内面との間に配設されて挟着される弾性熱伝導シートが、発熱部品とケース内面とに確実に接触するので、発熱部品の熱を有効にケースに伝導して効率よく放熱できる。しかも、この充電器は、ケースの内面に直接に発熱部品を固定しないので、極めて簡単な構造として能率よく組み立てして、安価に多量生産できる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の充電器の平面図
【図２】図１に示す充電器の断面図
【図３】図１に示す充電器の上ケースの底面図
【図４】本発明の実施例の充電器の使用状態における温度上昇の特性を示すグラフ
【図５】従来の充電器の使用状態における温度上昇の特性を示すグラフ
【符号の説明】
１…ケース １Ａ…上ケース １Ｂ…下ケース
２…周壁
３…装着部
４…プリント基板
５…トランス
６…弾性熱伝導シート
７…放熱リブ
８…換気隙間
９…ボス
１０…凸条
１１…ストッパ壁
１２…ホルダー
１３…支持脚

Claims (5)

1. ケース(1)に充電回路を内蔵する充電器において、充電回路の発熱部品とケース(1)の内面との間に弾性変形する弾性熱伝導シート(6)を挟着しており、発熱部品の発生熱を弾性熱伝導シート(6)を介してケース(1)に伝導して放熱し、
   ケース (1) の内面に複数の放熱リブ (7) を設けており、この放熱リブ (7) の先端縁を弾性熱伝導シート (6) の表面に押圧すると共に、放熱リブ (7) の間に換気隙間 (8) を設けていることを特徴とする充電器。
2. 弾性熱伝導シート(6)がシリコンゴムシートである請求項１に記載される充電器。
3. 弾性熱伝導シート(6)が、第１表面を発熱部品に面接触して、第２表面を放熱リブ(7)に接触させている請求項１に記載される充電器。
4. 発熱部品がトランス(5)と半導体素子のいずれかである請求項１に記載される充電器。
5. 発熱部品がケース(1)に内蔵しているプリント基板(4)に固定されており、このプリント基板(4)に弾性熱伝導シート(6)を保持するホルダー(12)を固定して、ホルダー(12)を介して弾性熱伝導シート(6)を発熱部品に接して配設している請求項１に記載される充電器。

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