JP2005328667A - Ａｃアダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】
家電製品（パーソナルコンピュータ、液晶ＴＶ、他）用のＡＣアダプタ（直流電源装置）において、従来のＡＣアダプタと同等の安全性、信頼性を保ちながら、同じ電力容量で１ランク上のエネルギー密度（出力容量／体積比）を向上する。
【解決手段】
本体装置に電源を供給し、本体装置とは独立の筐体を有するＡＣアダプタにおいて、該ＡＣアダプタの内部に垂直の設けられた電源基板と、底部を設置面とする釣鐘形の外ケースを備える構成とし、前記外ケースには、前記外ケースの胴下部に設けられ、斜め４５度方向からの液滴進入を防ぐ方向に開口されるとともに、ＡＣアダプタ周囲の外気を吸入する第1の開口部と、前記外ケースの上部に設けられ、斜め４５度方向からの液滴進入を防ぐ方向に開口されるとともに、前記電源基板の発生熱により暖められた空気を排気する第2の開口部とを設けるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、家電製品（パーソナルコンピュータ、液晶ＴＶ、他）等に使用する本体とは別筐体のＡＣアダプタ（直流電源装置）に係り、冷却効率の向上を図り、従来のＡＣアダプタと同等の信頼性と安全性を提供する技術に関する。

家電製品（パーソナルコンピュータ、液晶ＴＶ、他）に使用される電源部は小型化が強く求められる。特に外付けとなるＡＣアダプタの小型化は重要課題であり、小型化に向け工夫がなされてきた。以下、図１、図２に従い従来のＡＣアダプタの構造を説明する。

図１は、従来のＡＣアダプタの外観図、図２は図１の断面図である。ケース１は、通常プラスチック樹脂で構成され、ほこりや異物、水分の浸入および安全性確保の観点より通常密閉構造とする場合が多い。

ここで、ＡＣアダプタの変換効率は、普通の変換方式で約８３％、良いといわれる方式でも８９％が変換効率の上限と考えられる。今回、ＡＣ１００Ｖ入力、出力６０ＷのＡＣアダプタを例にとって考えると、内部損失は、変換効率８５％で約９Ｗ、変換効率８９％では、約６．６Ｗとなる。

つぎに、温度上昇と内部損失、熱抵抗、ケースの厚み、放熱面積の関係式を（式１）に示す。
θT=P*γ*l/S …… 式１
（式１）の記号は、θT：温度上昇、Ｐ：内部損失、γ：熱抵抗、Ｓ：放熱面積、l：ケースの厚みを表している。

この内部損失による発熱の外部への放熱は、放熱板からケース１を通して空気中に放散される。ケース１を構成するプラスチック材は、熱抵抗（γ）が、非常に悪い材料であるので、効果的に熱放散を行うためには、放熱板の面積が大きくしなければならない。

従来品（例えば、特許文献１）では、樹脂ケースと同一面積大まで放熱板の寸法を持つものが多い。特にＡＣアダプタの小型化要求に伴い、発熱密度（ｃｍ3/W）が高くなることで、従来の構造では部品の温度上昇を抑える事が出来ず、より高い温度で動作を行わせることになる為、ＡＣアダプタの信頼性を低下させるだけでなく、やけど、ケースの熱による膨潤等安全性にも問題が発生する。

ＡＣアダプタの更なる小型化に向けては、効率向上、回路の簡素化、部品の機能向上、部品のディレーティングの低下等での使用などの使用方法が考えられるが、効率向上及び回路の簡素化は、現状のフライバック方式等の変換回路方式では難しい。

また、部品の性能（特に熱的耐量向上）は、現状の素材は価格等の制限より、非常に難しいと思われる。現状でこの方法を採用するには、寿命や安全性を犠牲にしなければならない為、使用できない。

次に、図３は、ケースに開口部を持つ従来のＡＣアダプタの他の１例をしめす。図３は、外観図、図４はこれの断面図である。つぎに、図３および図４を用いて、概要を説明する。共通的な説明は、図１、図２を参照されたい。

図３のＡＣアダプタはケース１に放熱用スリット（窓）を設けてある例である。発熱部２より放出された熱をケースの上下面にスリットＡ（４）を設け、発熱部２で発生した熱を外気に放出する方法である。この場合、発熱部と、外気とが直接接触しているので、放熱効率が良く、放熱板の面積を小さくする事ができる。

但し、家電製品（パーソナルコンピュータ、液晶ＴＶ、他）は、自宅やオフィス等で使用し、ＡＣアダプタは、机の片隅や床に置き使用される事が一般的である。このような使用状態では、ほこりの付着や飲料水等がこぼれ落ちた時に、ＡＣアダプタ内部に入り込み、絶縁劣化を引き起こし、思わぬトラブルの原因となることが多く、最悪時には、発煙・発火に至ることもある。

このような使用形態でのＡＣアダプタでは、電気用品安全法の絶縁性能試験において、注水絶縁試験が求められている。これはＡＣアダプタの電源を投入した状態で、清水を毎分３ｍｍの水量で約斜め４５°の方向から一様に注水し、一時間を経過した後絶縁抵抗、絶縁耐圧試験を行うことを要求する試験であり、これに適合しなければならない。図３の開口部を持つＡＣアダプタでは、上下面のスリットから内部に水滴が浸入する事は避けられず、この試験を適合する事が出来ない。

その他、特許文献２に開示されているＡＣアダプタでは、放熱板（ヒートシンク）を外部に放出し放熱しているが、ＵＬ６０９５０で、接触出きる機器外部表面温度：４５度C＋２５度C（金属）と規定されており、７０度C以下に抑えるのは困難であり、また、特許文献１に比べ、組立て構造も容易ではなく、コスト（組立て作業）的に不利である。

特開2000-295848号公報 特開平6-105551号公報

従来のＡＣアダプタでは、電気用品安全法の絶縁性能試験の注水絶縁試験を満足し、さらに、ＵＬ６０９５０を満足するために、一定の容積をもち、図１の様に密閉構造をもつＡＣアダプタが主流となっていた。

本発明の目的は、従来のＡＣアダプタと同等の信頼性、安全性を保ちながら、更なる小型化を行うことにある。

上記課題を解決するために、本体装置に電源を供給し、本体装置とは独立の筐体を有するＡＣアダプタにおいて、該ＡＣアダプタの内部に垂直の設けられた電源基板と、底部を設置面とする釣鐘形の外ケースを備える構成とし、前記外ケースには、前記外ケースの胴下部に設けられ、斜め４５度方向からの液滴進入を防ぐ方向に開口されるとともに、ＡＣアダプタ周囲の外気を吸入する第1の開口部と、前記外ケースの上部に設けられ、斜め４５度方向からの液滴進入を防ぐ方向に開口されるとともに、前記電源基板の発生熱により暖められた空気を排気する第2の開口部とを設けるようにした。これにより、内部部品の放熱された熱を外気に放熱させ、かつ安全性、信頼性を維持あるいは向上させること

本発明によれば、下記のような効果を得ることが出来る。
現在のＡＣアダプタと同等の信頼性、安全性を保つ事ができ、上下に開口部（スリット）を設ける事により、自然対流が発生し、効率よく内部部品の発熱を冷却する事により、従来品に比べ、１ランク上のエネルギー密度（出力容量／体積比）の向上が可能である。

さらに、従来品の直方体に比べ、同体積でも、設置面積が小さく、冷却のための有効面積が広く、小型化が可能となる。

従来品の直方体は、本発明品に比べ薄く、アダプタの上に書類を覆い被せられたり、蒲団の中で使用しても邪魔にならず、使用勝手が良い半面、本発明品に比べ過酷な使用が考えられ、信頼性、安全面でも、本発明品比べ不利である。本発明のＡＣアダプタでは、ここような使い方ができず、安全性の確保が可能となる（本来、ＡＣアダプタの上には、物を載せてはならない）。

外観構造を工夫する事による、飾りとして使用する事が出来、また、内部の熱（上部に熱が集中）を利用する事に、イルミネーションとして使用する事も可能である。

図5と図6により、本発明の実施例を説明する。図５は外観図、図６はその断面図である。従来の主流である直方体（図１）から、開口部を有効に利用するため、本発明では図6に示すように、釣鐘形の形状とする。

釣鐘形は、設置方向を一方向のみに限定する事が可能であり、また、重たい部品を下部に実装する事で、安定する。回路の構成、部品配置の関係上、重たい部品を下部に実装出来ない場合は、平板状の土台を設ける事による、倒れる事はないという特徴を有する。

つまり、従来のＡＣアダプタで、開口部を持つことが出来ない理由として、従来の技術で説明した電気用品安全法の絶縁性能試験における、注水絶縁試験をクリアする事が困難である為である。これは、従来の主流である直方体（図１）は、平面が４箇所あることから、ユーザ使用において、どの方向にでも置くことができ、この事から、今までは、開口部をもつ事が不可能であった。そこで、本発明では、ユーザ使用において、アダプタの設置面を釣鐘形の底面の一箇所にする事で設置方向を統一することができる。

さらに、ＡＣアダプタの寸法は、縦寸法≦横寸法とし、重たい部品を下部に実装し、安定させる。回路の構成、部品配置の関係上、重たい部品を下部に実装出来ない場合は、平板状の土台を設ける事による、倒れる事はない。

このように、設置方向を統一する事により、電気用品安全法の絶縁性能試験の注水試験は、約斜め４５°の方向から一様に注水する為、図６の様に、開口部は、上部から下部へ斜め下方向にスリットを設ける事により、内部へ液滴の進入を防ぐ事が出来る。

次に、釣鐘形の胴部の下部にスリットＢ（５）を設け、上部にスリットＣ（６）を設ける。スリットの方向は、上部から下部へ斜め方向とする。これは、従来の技術で説明した、電気用品安全法の絶縁性能試験における、注水絶縁試験をクリアする為である。注水試験は、約斜め４５°の方向から一様に注水する為、上部から下部へ斜め方向に設ける事により、内部への進入を防ぐ事が出来る。

より具体的なスリット形状としては、つぎのようにする。スリットの方向は、上部から下部へ、約３０度〜６０度の斜め下方向とし、ケースの厚みは３ｍｍ以上とする。３ｍｍ以上の理由は、アダプタケースの強度の問題と、従来の技術で説明した、電気用品安全法の絶縁性能試験における、注水絶縁試験をクリアする為である。注水試験は、約斜め４５°の方向から一様に注水する為、上部から下部へ斜め方向にスリットを設けても、３ｍｍ以上の厚みがなければ、内部への進入を防ぐ事が出来ない為である。

また、米国の主要な安全規格ＵＬ６０９５０によるとエンクロジャの側面の開口として防火用エンクロージャ及び感電防止用エンクロージャ側面の開口は、長方の場合は、長さとは関係なく幅は１ｍｍ以下であることがあげられている。よって、スリットの寸法は、ここで決定される。

釣鐘型の他に、ホーム型（山形頂部）等が考えられるが、釣鐘型に比べ、スリットの角度（傾斜）がゆるやかになり、液滴の内部への進入が容易である。また、角度を急にした場合、縦長方向となり、ＡＣアダプタが容易に倒れる可能性がある。

以上の観点から、釣鐘型は、スリットの角度を急（急になればなる程、水分の進入を防ぐ事が可能）に出きるほか、内部面積を有効に利用でき、かつ、熱を上部に蓄えて逃がす事ができ、放熱効率（熱が流れる経路）を向上できる構造であることが言える。

さらに、基板の取り付けは縦方向とし、放熱部３のヒートシンクのフィンも、縦方向とする。これは、暖められた空気は軽くなる為、スリットＢ（５）から外部の空気が入り込み、内部部品で放出された熱は、上部に集まり、スリットＣ（６）から外部に放出され、自然対流が発生する。この自然対流を有効に利用することができる。

発明者が試作した本発明のＡＣアダプタでは、従来品に比べ、部品温度：−１０．４度C、寿命：２０５％、同一体積時の出力電力比：１２６％の効果があり、ＡＣアダプタとしてもっとも重要な安全性および信頼性を損なうことなく、より１ランク上のエネルギー密度（出力容量／体積比）の向上が可能である。

従来のＡＣアダプタの外観図。 従来のＡＣアダプタの断面図。 ケースに開口部を持つ従来のＡＣアダプタの外観図。 ケースに開口部を持つ従来のＡＣアダプタの断面図。 本発明の１実施例を示す外観図。 本発明の１実施例を示す断面図。

符号の説明

１ ケース、２ 発熱部、３ 放熱部、４ スリットＡ、５ スリットＢ、
６ スリットＣ

Claims (1)

1. 本体装置に電源を供給し、本体装置とは独立の筐体を有するＡＣアダプタにおいて、
   該ＡＣアダプタの内部に垂直の設けられた電源基板と、底部を設置面とする釣鐘形の外ケースを備え、
   前記外ケースには、前記外ケースの胴下部に設けられ、斜め４５度方向からの液滴進入を防ぐ方向に開口されるとともに、ＡＣアダプタ周囲の外気を吸入する第1の開口部と、前記外ケースの上部に設けられ、斜め４５度方向からの液滴進入を防ぐ方向に開口されるとともに、前記電源基板の発生熱により暖められた空気を排気する第2の開口部と
   を設けたことを特徴とするＡＣアダプタ。
   

Images