JP4871515B2

JP4871515B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP4871515B2
Application number: JP2005040753A
Authority: JP
Inventors: 剛戸倉; 裕菊池
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP2006228564A; US20060181636A1; US7598999B2

Description

本発明は、燃料電池の使用が可能な電子機器に関する。

従来、特許文献１に提案の燃料電池装置のように、発電を行う燃料電池本体と、この燃料電池本体に供給する燃料を貯蔵するための燃料タンク及び燃料供給部と、空気供給ファンと、燃料電池本体の発電動作を制御する制御部とで構成され、これらが一体的にケースに収納されている。

そして、コンピュータ等の電子機器に設けられた燃料電池収納部に上記燃料電池装置を収納する。

ここで、一般的な燃料電池の基本構成について図６を参照して説明する。図６（ａ）は燃料電池の平面図であり、図６（ｂ）はその正面図である。

この燃料電池は、酸化剤として反応に用いる酸素を外気から取り入れるため、筐体７０の上面，下面及び長手方向の側面側に外気を取り入れるための通気孔７３が設けられている。また、この通気孔７３は生成した水を水蒸気として排出するとともに、反応により発生した熱を外部に排出する役割を担っている。筐体７０の一方の短側面には電気を取り出すための電極取り出し用電極７２が設けられている。

筐体７０の内部は燃料極１１３、高分子電解質膜１１２、酸化剤極１１１及び触媒から構成される発電セル７１と、燃料を貯蔵する燃料タンク７６と、燃料タンク７６と各発電セル７１の燃料極１１３とをつなぐ燃料供給路７５と、燃料の圧力を測定する圧力センサ７７が設けられている。

そして、燃料タンク７６に蓄えられた燃料（水素等）は燃料流路７５を通って、燃料極１１３に供給され、酸化剤極１１１には通気孔７３から外気が供給される。発電セル７１で発電された電気は電極７２から電子機器に供給される。

また、携帯型の電子機器（ノート型コンピュータ、カメラ、ビデオカメラ等）に上記のような燃料電池を設け、長時間の機器使用を可能とする技術が提案されている。特許文献２に提案されている撮影装置では、急激な消費電力の変化に対応できるように電源のＯＮ／ＯＦＦ状態、デジタルカメラのモードや主電源の２次電池の残容量に応じて、燃料電池から２つの２次電池への電流供給を制御し、安定した電力を電子機器に供給する技術が提案されている。また、燃料電池の複数のセルに供給される燃料を制御することで、セルの劣化を抑制する技術も提案されている。
特開平０９−２１３３５９号公報（段落００１０、図１、図２等）特開２００３−３４４９１９号公報（段落００５４〜００９２、図３、図４等）

上記従来の燃料電池装置は、１つの発電セルを用いて発電された電力を一時的に蓄えて供給している。つまり、１つの発電セルを用いて発電し、電子機器の制御に必要な電力を適宜変換して用いている。このため、セルの発電容量は電子機器の最高消費電力に合わせた比較的大きな発電容量を備え、かつセル内には常に燃料が充填されている状態にある。そして、常に最高出力が得られるように構成されている。

しかし、カメラ等の電子機器内には小さな電力だけで機能する回路や大きな電力を必要とする回路が混在している。例えば、電子機器が表示機能のみを維持するようなスタンバイモード時は、電力供給は小さくてよく、発電セルの最高出力を必要としない場合がある。

言い換えれば、消費電力が異なる複数の回路や制御が混在する電子機器において、使用状態によっては最高出力時よりも少ない電力供給で十分な場合でも、常にセル内には燃料が充填された状態となり、発電セルは常に最高出力での電力供給を行っている。

このため、回路の性質や制御に好適な電力供給（燃料供給）が行われず、回路等に応じた処理及び制御が必要となり、回路構成が複雑化してしまう。

また、セル内に燃料が常に充填された状態が長時間続くと媒質に接触している燃料が消費され、かつセルが劣化して発電効率が低下してしまう。

特に、セルの劣化は、発電セル部の交換頻度を高くするとともに、従来のように１つのセルしか備えていない場合、交換時期に至った時にセル全体の交換を行わなくてはならず、ユーザーの負担が増大する原因となる。

さらには、上記特許文献２では複数のセル毎に燃料を供給しているが、セル内の燃料残量の検出を個別に行わなければならず、燃料供給制御等が複雑化してしまう。

そこで、本発明の例示的な目的の１つは、複数の発電セルへの燃料供給を容易に行うことができ、複数の発電セルを個別に交換することができる燃料電池の使用が可能な電子機器を提供することにある。

本発明に係る電子機器は、燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部に蓄えられている燃料が供給される第１の発電部と、前記燃料貯蔵部に蓄えられている燃料が供給される第２の発電部とから構成された燃料電池と、前記燃料電池を収納するための収納部と、前記燃料貯蔵部から前記第１の発電部への燃料供給と、前記燃料貯蔵部から前記第２の発電部への燃料供給とを制御するための制御手段とを有する電子機器であって、前記燃料電池は、前記燃料貯蔵部、前記第１の発電部及び前記第２の発電部が個別に交換できるように構成され、前記燃料貯蔵部から前記第１の発電部への燃料供給経路が、前記燃料貯蔵部から前記第２の発電部への燃料供給経路の一部を構成することとなるように構成され、前記燃料貯蔵部が前記第１の発電部及び前記第２の発電部よりも前記収納部の入口側に配置され、前記第１の発電部が前記第２の発電部よりも前記収納部の入口側に配置されることとなるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の発電セルへの燃料供給を容易に行うことができ、複数の発電セルを個別に交換することができる燃料電池の使用が可能な電子機器を提供することができる。

以下に本発明の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例に係るデジタルカメラの正面斜視図（レンズ装置を外した状態）、図２は図１のデジタルカメラの背面斜視図、図３は該デジタルカメラに燃料電池を搭載した際の構成ブロック図、図４はデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート図である。本実施例では、撮像装置であるデジタルカメラを一例として説明するが、ビデオカメラ、ＰＤＡ、コンピュータ等の携帯機器及び電子機器においても同様に適用可能である。

１はカメラ本体であり、撮影時に使用者がカメラを安定して握り易いように前方に突出したグリップ部１ａが設けられている。２はマウント部であり、着脱可能な撮影レンズ（不図示）がカメラ本体１に取り付けられる部位である。４は撮影レンズを取り外す際に押し込むレンズロック解除ボタンである。

５はカメラ本体１内に配置されたミラーボックスで、撮影レンズを通ってきた光束を囲んだ形状に構成されている。また、撮影レンズを通過した光束をファインダーへ導くために約４５°の角度に保持されたクイックリターンミラー６を内蔵している。

そして、カメラ本体１の上部（正面より見て）左方には、撮影開始の起動スイッチとしてのシャッタボタン７と、撮影時の撮影動作モードに応じてシャッタスピードやレンズ絞り値を設定するメイン操作ダイヤル８と、カメラの各撮影動作モードを表示するＬＣＤ表示パネル９と、動作モード設定ボタン１０が配置されている。

このモード設定ボタン１０は、シャッタボタン７の１回の押込みで連写になるか１コマのみの撮影となるかの設定やセルフ撮影モードの設定などを行うものであり、ＬＣＤ表示パネル９にその設定状況が表示されるようになっている。

また、カメラ上部中央には、カメラ本体１に対してポップアップするストロボユニット１１とフラッシュ取付け用のシュー溝１２とフラッシュ接点１３があり、カメラ本体１の上部右方よりには撮影モード設定ダイヤル１４が配置されている。

カメラ本体１の右側面には、開閉可能な外部端子蓋１５が設けられていて、この蓋１５を開けた内部には外部インターフェイスとしてビデオ信号出力用ジャック１６とＵＳＢ出力用コネクタ１７が格納されている。

また、図２に示すようにカメラ本体１の背面には、光軸中心上の上方にファインダー接眼窓１８、カメラ本体１の背面中央に画像表示可能なカラー液晶表示部１９が設けられている。カラー液晶表示部１９の横に配置されたサブ操作ダイヤル２０は、メイン操作ダイヤル８の機能の補助的役割を担い、例えば、カメラのＡＥモードでは自動露出装置により算出された露出値に対する露出補正量を設定するために使用される。

また、シャッタスピードとレンズ絞り値の各々をユーザーによって設定するマニュアルモード設定では、メイン操作ダイヤル８でシャッタスピードを設定し、サブ操作ダイヤル２０でレンズ絞り値を設定する。このサブ操作ダイヤル２０は、カラー液晶表示部１９に表示される撮影済み画像の表示選択手段としても用いられる。

次に、図３に本実施例の電子機器（デジタルカメラ）に搭載される燃料電池について、詳細に説明する。

３０は燃料電池に対応した電子機器としてのデジタルカメラ（カメラ本体１に対応）であり、３１は燃料タンク、３２は第１の発電容量を有する第１の発電セル部、３３は第２の発電容量を有する第２の発電セル部である。第１の発電セル部３２は、第２の発電セル部３３の発電容量よりも小さい発電容量となっている。

この第１及び第２の発電セル部３２、３３は、カメラ３０内に設けられた燃料室３９に収納され、燃料補給時や第１及び第２の発電セル部３２、３３の性能劣化による交換時には燃料室開閉蓋３８を開いて使用者が自由に着脱することが可能となっている。

３４は第１の発電セル部３２への燃料供給経路で、燃料供給を制御する第１バルブ３５を備えている。同様に３６は第２の発電セル部３３への燃料供給経路で、燃料供給を制御する第２バルブ３７を備えている。

そして、本実施例では燃料タンク３１と第１の発電セル部３２と第２の発電セル部３３の燃料供給経路が直列となるように構成される。具体的には、第２の発電セル部３３よりも発電容量が小さい第１の発電セル部３２に燃料タンク３１が接続され、第２の発電セル部３３が第１の発電セル部３２に接続される。つまり、燃料タンク３１からは第２の発電セル部３３に直接に燃料が供給されず、第１の発電セル部３２を介して第２の発電セル部３３に燃料が供給される構成となっている。

４１はスタンバイモード（第１のモード）でデジタルカメラ３０を動作させる第１の回路で、制御手段としてＣＰＵ４３が設けられている。このＣＰＵ４３はデジタルカメラ３０の電源スイッチがオンされた状態で、各種入力スイッチの状態を検出しつつ、撮像素子を駆動したり、撮像素子に結像された被写体像を表示部に表示したり、撮影に際する情報において常時表示が必要な内容を表示したりしている。つまり、電源スイッチがオンされてからシャッタボタン（レリーズスイッチＳＷ１）７がオンされるまでの初期動作を行うために必要な動作回路である。なお、ＣＰＵ４３は第１及び第２のバルブ３５、３７をそれぞれ独立して制御するとともに、デジタルカメラ３０内の撮影動作、燃料及び電力供給全体の制御を行う。

また、この第１の回路４１は、第１の発電セル部３２から電力供給を受けて動作する。このスタンバイモードでの必要電圧は、例えば３Ｖ程度が燃料電池から供給されればよく、そのために第１の発電セル部３２の発電容量はそれに好適なサイズであればよい。

４２はデジタルカメラ３０が撮影モード（第２のモード）を行うために駆動される第２の回路で、スタンバイモード状態から何らかの入力スイッチを受け付け、各種アクチュエーターの作動を可能としている状態である。具体的には、スタンバイモードにおいてシャッタボタン７の操作が検出されると、レリーズスイッチＳＷ１がオン時には測光及び焦点検出を行い、シャッタスピード、露出値を決定する撮影準備動作や、レリーズスイッチＳＷ２がオン時に不図示のモータを駆動してクイックリターンミラー６を撮影光軸から退避させ、不図示のシャッタと撮像素子を制御して露光動作を行い、その後クイックリターンミラー６を待機位置に復帰させたりする撮影動作を行うために必要な複数の動作回路により構成される回路である。

また、連続して露光動作を継続するか、若しくはスタンバイモードで待機するかを、その後の各種入力スイッチの状態によりＣＰＵ４３が判定する。この第２のモードでの必要電圧は例えば８Ｖ程度であり、第２の発電セル部３３はこれらの動作及び制御を行うことが可能な発電容量サイズに設定され、第２の発電セル部３３から電力供給を受けることで動作する。

本実施例ではこれらの動作モードにおいて、第１バルブ３５は燃料タンク３１が装着されている間は常に開状態に制御されて燃料が常時供給される状態となっている。つまり、第１の発電セル部３２に燃料が充填されている状態を維持しており、これにより第１の回路４１が安定して動作可能となる。

なお、第１のバルブ３５は、燃料タンク４１を交換する際、若しくは燃料タンク４１に燃料を補給する際の燃料漏れを防止するために、ＣＰＵ４３により閉状態に制御される。また、第１の発電セル部３２から第２の発電セル部３３へ供給される燃料の供給速度に応じて、第１のバルブ３５の開閉制御を行うように構成してもよい。

一方、第２の発電セル部３３への燃料供給のための第２バルブ３７は、デジタルカメラ３０の電源オフ状態及びスタンバイモードでは閉状態となるように制御されている。このスタンバイモードにおいて何らかの入力スイッチ操作を検出したら、ＣＰＵ４３は第２バルブ３７を開状態に制御する。第１の発電セル部３２を介して第２の発電セル部３３への燃料供給が行われ、第２の回路４２が機能するのに必要な電力が供給される。通常は連続使用時であれば前回の燃料供給時に供給された燃料が第２の発電セル部３３内に充填したままで残っている状態となる。

次に、本実施例の燃料供給（電力供給システム）制御を図４を用いて説明する。ここでは燃料タンク３１は装着されており、デジタルカメラ３０の電源スイッチがオンされた状態である。

ＣＰＵ４３は電源スイッチがオンされたことに伴って、第１の発電セル部３２から第１の回路４１に電力が供給され、ＣＰＵ４３はスタンバイモードでの制御を開始する（Ｓ１０１）。そして、ＣＰＵ４３は、各種入力スイッチが操作されたか否かを監視及び検出し、入力スイッチがオンされたか否かを判別する（Ｓ１０２）。

入力スイッチが何も操作されていないと判別された場合は、ステップ１０１に戻ってスタンバイ状態を維持し、入力スイッチが操作されたと判別された場合には、ステップ１０３に進む。

このステップ１０３では、ＣＰＵ４３が第２のバルブ３７の開くように制御し、第１の発電セル部３２に供給されていた燃料を発電容量の大きい第２の発電セル部３３へ供給する。その後、第２の発電セル部３３から第２の回路４２へ供給される電圧のチェックを行い（Ｓ１０４）、電圧異常があればステップ１０５に進んでデジタルカメラ３０の表示部等にエラー表示を行う。このエラー処理は、正常に燃料が供給されていないか、又は第２の発電セル部３３が正常に機能していないことを使用者に通知するためである。

そして、ステップ１０４での電圧チェックで正常と判別されたならば、ステップ１０６に進み、第２の回路４２を動作させる。この第２の回路４２の動作は、上述のように例えば、シャッタボタン７が操作されたならば、測光、焦点検出、焦点調節、レンズ駆動動作を第２の発電セル部３３からの電力供給により動作させる。

その後、ステップ１０７において撮影動作を行う。そして、一連の撮影動作が完了するとステップ１０８に進み、デジタルカメラ３０に内蔵されているタイマーをスタートさせ、ステップ１０９からステップ１１１までループ処理を行い、所定時間Ｔ１が経過するまでに各種入力スイッチの操作がされたか否かの判定を行う。この所定時間Ｔ１内に何らかの入力スイッチの操作が検出されれば（Ｓ１１０）、ステップ１０３に戻り、第２バルブ３７を開状態に維持して第２の発電セル部３３からの電力供給を行う。

一方、ステップ１１０で入力スイッチの操作が検出されなければ、ステップ１１１に進み、所定時間Ｔ１を経過しているかどうか判定する。所定時間Ｔ１を経過していなければステップ１０９に戻り、カウントアップを継続する。所定時間Ｔ１を経過していればステップ１１２に進み、ＣＰＵ４３は第２のバルブ３７を閉状態に制御し、第２の発電セル部３３への燃料供給を停止する。その後、ステップ１０１のスタンバイ状態に戻り、スタンバイモードを維持する。

このように本実施例では、第１の発電セル部３２と第２の発電セル部３３とが互いに異なる発電容量を有し、第２の発電セル部３３への燃料供給が燃料タンク３１に接続されている第１の発電セル部３２を介して行われる。

このため、デジタルカメラ３０が電源オンされてから、各種の動作を行うまでの最低限の動作に必要な電力を第１の発電セル部３２から供給しつつ、その他の動作状態に応じた必要な燃料を随時第２の発電セル部３３に供給して発電しているので、効率的な燃料供給及び電池の長時間持続が可能となる。

言い換えれば、第１及び第２の発電セル部３２、３３が互いに異なる発電容量を有し、かつ第１の発電セル部３２を介して第２の発電セル部３３へ燃料供給が行われることから、デジタルカメラ３０に設けられている複数の回路の個々の性質に応じての電力供給が可能となり、電力変換等の制御を複雑化させること無く、安定した動作環境を提供することができる。

特に、第１の発電セル部３２には常時燃料が充填され、第１の発電セル部３２を介して第２の発電セル部３３に燃料が供給されるので、発電セル内の燃料残量の検出が容易となり、燃料供給制御が簡略化されつつ、正確に行うことが可能となる。

また、第２の発電セル部３３はデジタルカメラ３０の動作状態に応じて必要な時だけ発電を行うので、無駄な動作を抑制し、発電セルの高寿命化を実現することが可能となる。

さらに、発電セルの交換に際しても交換の必要性が発生した発電セルだけを交換可能としたので使用者への負担を軽減することができる。すなわち、発電容量の小さい第１の発電セル部３２と発電容量の大きい第２の発電セル部３３の使用頻度が大幅に異なるため、その劣化度も異なる。

したがって、交換頻度が高い第１の発電セル部３２は発電容量が小さく小型に構成しているので、使用者への負担を軽減することができるとともに、交換頻度が多い第１の発電セル部３２は交換頻度が低い第２の発電セル部３３よりも容易に交換可能である。

また、図５は、本実施例におけるデジタルカメラ（電子機器）に搭載される燃料電池（電力供給システム）の配置を説明するための構成ブロック図であり、同図はデジタルカメラ３０の正面図で、左方向に撮影時にホールディングするグリップ５０が設けられ、通常は膨出部を形成しており、撮影時のカメラ３０のホールド性を良好にしている。このため、膨出部内にはカメラ内の他の空間とは異なる大きなスペースが確保されており、このスペースに電池等の大型部品を内蔵している。

そして、本実施例では図５に示すようにグリップ部５０に燃料タンク３１、第１の発電セル部３２及び第２の発電セル部３３を設けるとともに、このグリップ部５０のカメラ底面側から、燃料室開閉蓋３８、燃料タンク３１、第１のバルブ３５（燃料供給経路３４）、第１の発電セル部３２、第２のバルブ３７（燃料供給経路３６）、第２の発電セル部３３の順に配置している。

これにより、最も交換頻度が高い燃料タンク３１は使用者が手を煩わすことなく容易に交換可能となり、次に第１の発電セル部３２、そして一番奥、つまり、燃料室開閉蓋３８から一番遠い位置に第２の発電セル部３３を配置し、燃料室開閉蓋３８に近いほど交換頻度が高いものを配置している。

以上、本実施例において、第１の発電セル部３２と第２の発電セル部３３とが直接に接続され、第１の発電セル部３２を介して第２の発電セル部３３への燃料供給を行っているが、例えば、第１の発電セル部３２と第２の発電セル部３３との間に第３の発電セル部を設けるように構成して、第１及び第２の回路４１、４２を補助するように電力を供給したり、他の第３の回路を駆動するために電力を供給したりするように構成することも可能である。この場合、第１の発電セル部３２と第３の発電セル部とを介して第２の発電セル部３３に燃料供給が行われることになる。

また、本実施例において、第２の回路４２は撮影準備動作及び撮影動作を行う回路を一例に説明したが、例えば、撮影され、記憶媒体に記憶された画像を表示部に表示して参照したり、サムネイル表示したりする機能などの動作時にも第２の発電セル部３３からの電力供給で行うように構成してもよく、第１の回路は電源オン時に最低限、デジタルカメラ３０が次の動作に移行するための動作のみを駆動するように構成すればよい。

さらに、第１の発電セル部３２、第２の発電セル部３３及び燃料タンク３１をデジタルカメラ内に設けずに、燃料タンク３１のみをデジタルカメラ３０に対して外付けできるように構成することも可能である。また、燃料タンク３１をデジタルカメラ内に設け、かつバックアップ用に別の燃料タンクを設けて第１及び第２の発電セル部３２、３３に燃料を供給するように構成することも可能である。

また、第１の発電セル部３２を燃料タンク３１とともにユニット化して、デジタルカメラ３０に対して外付け可能にした電力供給システムとして構成し、第２の発電セル部３３に比べて交換頻度が高い燃料タンク３１と第１の発電セル部３２をユニットとして着脱可能とした電子機器及び電力供給システムとすることも可能である。

本発明の実施例における電子機器の外観正面斜視図。本発明の実施例における電子機器の外観背面斜視図。本発明の実施例における電子機器及び燃料電池の構成ブロック図。本発明の実施例における電子機器の動作を説明するためのフローチャート図。本発明の実施例における電子機器及び燃料電池の構成ブロック図。従来の燃料電池の構造図。

符号の説明

１カメラ本体
３０燃料電池
３１燃料タンク
３２第１の発電セル部
３３第２の発電セル部
３５第１バルブ
３７第２バルブ

Claims

燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部に蓄えられている燃料が供給される第１の発電部と、前記燃料貯蔵部に蓄えられている燃料が供給される第２の発電部とから構成された燃料電池と、
前記燃料電池を収納するための収納部と、
前記燃料貯蔵部から前記第１の発電部への燃料供給と、前記燃料貯蔵部から前記第２の発電部への燃料供給とを制御するための制御手段と
を有する電子機器であって、
前記燃料電池は、
前記燃料貯蔵部、前記第１の発電部及び前記第２の発電部が個別に交換できるように構成され、
前記燃料貯蔵部から前記第１の発電部への燃料供給経路が、前記燃料貯蔵部から前記第２の発電部への燃料供給経路の一部を構成することとなるように構成され、
前記燃料貯蔵部が前記第１の発電部及び前記第２の発電部よりも前記収納部の入口側に配置され、前記第１の発電部が前記第２の発電部よりも前記収納部の入口側に配置されることとなるように構成されている
ことを特徴とする電子機器。
前記第２の発電部の発電容量は、前記第１の発電部の発電容量よりも大きい請求項１に記載の電子機器。
前記第１の発電部は、前記燃料貯蔵部から前記第２の発電部への燃料供給が前記第１の発電部を介して行われるように構成されている請求項１または２に記載の電子機器。
前記燃料貯蔵部から前記第１の発電部への燃料供給を制御する場合、前記制御手段は、前記第１の発電部への燃料供給を制御するための第１のバルブを用いて前記燃料貯蔵部から前記第１の発電部への燃料供給を制御する請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器。
前記燃料貯蔵部から前記第２の発電部への燃料供給を制御する場合、前記制御手段は、前記第２の発電部への燃料供給を制御するための第２のバルブを用いて前記燃料貯蔵部から前記第２の発電部への燃料供給を制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器。
前記制御手段は、前記第１の発電部からの電力を用いて動作する請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
前記収納部を、前記電子機器をホールドするためのグリップ部に設けた請求項１から６のいずれか１項に記載の電子機器。
前記電子機器は、デジタルカメラまたはビデオカメラである請求項１から７のいずれか１項に記載の電子機器。