JP2010192240A - 半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス - Google Patents
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Abstract
【課題】任意の場所にリレー機能を設けることの出来る、新規な構造のワイヤハーネスを提供すること。
【解決手段】複数本の電線15を束ねたワイヤハーネス16と、半導体リレーモジュール12と、少なくとも一つの前記半導体リレーモジュール12を組み込むハウジング14とを備え、前記電線15の先端に接続されたコネクタ18a,18bを前記ハウジング14に組み込まれた前記半導体リレーモジュール12に着脱可能に接続した。
【選択図】図1
【解決手段】複数本の電線15を束ねたワイヤハーネス16と、半導体リレーモジュール12と、少なくとも一つの前記半導体リレーモジュール12を組み込むハウジング14とを備え、前記電線15の先端に接続されたコネクタ18a,18bを前記ハウジング14に組み込まれた前記半導体リレーモジュール12に着脱可能に接続した。
【選択図】図1
Description
本発明は、車両などに用いられるワイヤハーネスに係り、特にワイヤハーネスとリレーモジュールとの接続構造に関するものである。
従来から、自動車等においては、ヘッドランプやフォグランプ、各種モータ等の電力を必要とする電気機器が、リレー機能を有するリレー部品を介して電源と接続されており、各電気機器に選択的に電力が供給されるようになっている。
ところで、このようなリレー部品は、例えば特許文献1等に開示されているように、リレーボックス等の電気接続箱に多数が集められて収容されると共に、電気接続箱に接続されるワイヤハーネスを介して車両の各部に配設された各電気機器と電気的に接続されるようになっている。
しかし、近年では、自動車の電気機器の高度化、複雑化に伴い、電気接続箱に収容されるリレー部品は増加の一途を辿っている。該リレー部品の増加がリレーボックスの大型化を招き、近年ではより深刻な配設スペース不足を招いている。更に、配設スペースの問題から、敢えて車両への組付作業が困難な場所にリレー部品を配設せざるを得ない場合もあった。また、多数のリレー部品が一箇所に集中することに起因する誤組み付けの問題や、リレー部品と電気機器が離れて配設されているような場合には、リレー部品と電気機器を繋ぐために配線量が増大するという問題もあった。
本発明は上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題は、任意の場所にリレー機能を設けることの出来る、新規な構造のワイヤハーネスを提供することにある。
すなわち、本発明は、複数本の電線を束ねたワイヤハーネスと、半導体リレーモジュールと、少なくとも一つの半導体リレーモジュールを組み込むハウジングとを備え、電線の先端に接続されたコネクタをハウジングに組み込まれた半導体リレーモジュールに着脱可能に接続したことを、特徴とする。
本発明によれば、ワイヤハーネス上の任意の場所にリレー機能を設けることが出来る。これにより、多数のリレー部品を電気接続箱に集中させることに起因する配設スペース不足の問題や誤組み付けの問題等を解消することが出来る。更に、半導体リレーモジュールを最適位置に配設出来ることから、組み付け作業を容易にすることが出来ると共に、配線量の増加を抑えることも出来る。
なお、本発明における半導体リレーモジュールとしては、例えばMOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)や接合ゲート電界効果トランジスタ、ショットキーゲート電界効果トランジスタや、バイポーラトランジスタ等の半導体を用いた従来公知のものが適宜に採用可能である。そして、作動音を生じない半導体リレーモジュールを用いることによって、搭乗者に異音を感じさせることもなく、車両の室内空間に近い位置にリレー機能を位置させることも可能となる。
また、本発明においては、半導体リレーモジュールには、ソース電極の接続端子およびドレイン電極の接続端子に対して、ゲート電極の接続端子が、モジュール本体において相対する両側面から互いに反対方向に突設されている一方、コネクタには、少なくともソース電極の接続端子およびドレイン電極の接続端子の夫々に接続する端子が設けられている態様も、好適に採用され得る。
このようにすれば、ソース電極の接続端子およびドレイン電極の接続端子に接続する電線と、ゲート電極の接続端子に接続する電線とを、半導体リレーモジュールの配設位置を挟んで、ワイヤハーネスの長さ方向で互いに反対側に設定することが可能となり、配設スペース効率の更なる向上が図られる。
なお、本態様においては、ゲート電極の接続端子にスイッチのリード線等を直接に接続することも可能であるが、例えば、一対のワイヤハーネスの一方の先端に、ソース電極の接続端子およびドレイン電極の接続端子の夫々に接続する端子が設けられているコネクタを設けると共に、他方のワイヤハーネスの先端に、ゲート電極の接続端子に接続する端子が設けられたコネクタを設ける態様も好適に採用され得る。このようにすれば、ゲート電極の接続端子もコネクタ接続することが出来て、ワイヤハーネスへの半導体モジュールの着脱をより容易に行なうことが出来る。
さらに、本発明においては、半導体リレーモジュールには、ゲート電極の接続端子、ソース電極の接続端子、およびドレイン電極の接続端子がモジュール本体から互いに平行に突設されている一方、コネクタには、これらゲート電極の接続端子、ソース電極の接続端子、およびドレイン電極の接続端子の夫々に接続する端子が設けられている態様も、好適に採用され得る。
このようにすれば、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極全ての接続端子を同時にコネクタに挿し込むことが出来て、半導体リレーモジュールのワイヤハーネスへの着脱を容易に行なうことが出来る。また、電線の長さを適当に調節することによって、半導体リレーモジュールの配設位置をワイヤハーネス設置路線上の任意の場所に容易に設定することが出来る。
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
先ず、図1及び図2に、本発明の一実施形態としての半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10を概略的に示す。半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10は、半導体リレーモジュール(以下、適宜にリレーモジュール)12と、スプライスモジュール13と、これら半導体リレーモジュール12およびスプライスモジュール13を収容するハウジングとしてのジョイントコネクタ14と、複数本の電線15が束ねられたワイヤハーネス16と、電線15の先端に設けられて、ジョイントコネクタ14と嵌合されて半導体リレーモジュール12やスプライスモジュール13と接続される一対のコネクタ18a,18bとを含んで構成されている。なお、図1及び図2においては、後述する収容空所68の一部に半導体リレーモジュール12を収容したジョイントコネクタ14と、非収容状態の2つのリレーモジュール12および1つのスプライスモジュール13を併せて図示しているが、これら非収容状態のリレーモジュール12およびスプライスモジュール13の全てがジョイントコネクタ14に収容されることを示すものではない。
図3乃至図7に、半導体リレーモジュール12を示す。半導体リレーモジュール12は、略矩形ブロック形状とされたモジュール本体22からS接続端子24、D接続端子26、G接続端子28が突出形成された構造を有している。なお、図7においては、モジュール本体22の内部を透視して概略的に示す。
S接続端子24、D接続端子26、G接続端子28は、それぞれ略長方形の平板形状をもってモジュール本体22から突出されており、各端子24,26,28のモジュール本体22からの突出先端部は、両角部が面取りされた先細の台形状とされている。これらS接続端子24、D接続端子26、G接続端子28は、それぞれ金属板材から打ち抜き成形やエッチング等によって所定形状に形成される。なお、S接続端子24、D接続端子26、G接続端子28の幅寸法(図4中、左右方向寸法)は、互いに略等しくされているが、例えばS接続端子24とD接続端子26の幅寸法をG接続端子28の幅寸法よりも大きくすることによって、より大電流を流すことを可能にしても良い。
そして、図7に示すように、D接続端子26の一方の端部に形成された平板状のダイパッド部30に、半導体リレーとしてのMOSFET32がダイボンディングされてD接続端子26の表面に実装されている。そこにおいて、MOSFET32に裏面電極として形成されているドレイン電極(図示せず)をダイパッド部30と電気的に接続することによって、MOSFET32の裏面電極の電流容量を表面電極よりも相対的に大きくして、D接続端子26に大電流を流すことが可能とされている。
また、MOSFET32の表面電極(ボンディングパッド)として形成されているソース電極34がS接続端子24の一方の端部にボンディングワイヤ36を介してワイヤボンディングされている。更に、MOSFET32の表面電極(ボンディングパッド)として形成されているゲート電極38がG接続端子28の一方の端部にボンディングワイヤ40を介してワイヤボンディングされている。なお、ボンディングワイヤ36,40としては、例えばアルミニウム(Al)線や銅(Cu)線、金(Au)線やこれらのリボンが好適に用いられる。
そして、MOSFET32を含むD接続端子26の一方の端部、S接続端子24とG接続端子28それぞれのワイヤボンディング側の端部およびボンディングワイヤ36,40が、モールド成形等によって略矩形ブロック形状のモジュール本体22で樹脂封止されている。なお、モジュール本体22としては、耐熱性の高い例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に採用される。これにより、D接続端子26のMOSFET32と反対側の端部、およびS接続端子24とG接続端子28のワイヤボンディング側と反対側の端部が、それぞれ、モジュール本体22から外面上に突出されている。
そこにおいて、S接続端子24とD接続端子26は、モジュール本体22の側面42aから互いに同方向で略平行に突出されている。なお、S接続端子24とD接続端子26の側面42aからの突出寸法は、互いに略等しくされている。一方、G接続端子28は、モジュール本体22において側面42aと相対する側面42bから、S接続端子24およびD接続端子26と反対方向に突出されている。なお、G接続端子28は、S接続端子24と略一直線上に位置されている。また、これらS接続端子24、D接続端子26、およびG接続端子28は、互いに略同一平面上に位置されており、該配設平面は、モジュール本体22においてこれを挟んで略平行に広がる前面44a,後面44bの後面44b側に偏倚して位置されている。
さらに、側面42aと側面42bの間でS接続端子24側に位置する側面42cには、係合突条46が一体形成されている。係合突条46は、側面42cにおいてG接続端子28側の端部から、接続端子24,26,28の突出方向と略平行に延び出されており、延出先端部が側面42cの略中央部分に位置されている。また、側面42cと相対する側面42dには、係合突条46に対応する係合凹条48が形成されている。これにより、半導体リレーモジュール12は、係合突条46と係合凹条48を互いに係合することによって、複数のモジュール本体22を互いに位置決めして幅方向(図4中、左右方向)で重ね合わせることが可能とされている。
更にまた、前面44aにおいて側面42bと接続する外周縁部には、側面42bと接続する端縁部の全長に亘って、切欠状の嵌合凹条50が形成されている一方、前面44aにおいて係合突条46と対角に位置する角部には、切欠52が形成されている。
次に、図8及び図9に、スプライスモジュール13を示す。スプライスモジュール13は、略矩形ブロック形状とされたモジュール本体54の両側面56a,56bから複数(本実施形態においては、各側面56a,56bからそれぞれ4つ)の接続端子58が突出形成された構造を有している。なお、図9においては、モジュール本体54の内部を透視して概略的に示す。
図9に示すように、スプライスモジュール13の接続端子58は、金属板材から打ち抜き成形やエッチング等によって略H字形状とされた金属板60の各端部によって形成されている。そして、該金属板60の一対が同一平面上に並設されて、それらの中央部分がリレーモジュール12と同様にモジュール本体54で樹脂封止されることによって、金属板60の端部がモジュール本体54から突出された接続端子58とされている。なお、接続端子58のモジュール本体54からの突出形状は、半導体リレーモジュール12の各接続端子24,26,28と略等しくされている。
一方、スプライスモジュール13のモジュール本体54は、リレーモジュール12のモジュール本体22を幅方向(図4中、左右方向寸法)で2つ並べた幅寸法(図8中、左右方向寸法)を有する点を除いてリレーモジュール12と略同様の構造とされており、係合突条46や嵌合凹条50等が形成されている。それら係合突条46や嵌合凹条50等については、リレーモジュール12と略同様のものであることから、図中にリレーモジュール12と同様の符号を付すことによって、その説明を省略する。これにより、スプライスモジュール13は、リレーモジュール12を幅方向で2つ並べた形状と、端子数が異なる点を除いて略同一形状とされている。
また、図10に、ジョイントコネクタ14を概略的に示す。なお、図10においては、後述する2つの収容空所68内に、それぞれ1つのリレーモジュール12を収容した状態を示す。ジョイントコネクタ14は、軸方向(図10中、左右方向)両側に開口する筒状部62を有する略筒体形状とされている。そして、筒状部62内の軸方向中間部分には軸直角方向に広がる収容固定部64が一体形成されており、ジョイントコネクタ14は、収容固定部64を挟んで互いに反対側に開口する一対のコネクタ収容部65a,65bを有している。また、収容固定部64には、リレーモジュール12のモジュール本体22を幅方向(図4中、左右方向)で2つ並べた形状に対応すると共に、筒状部62の軸方向に貫通する収容空所68が複数(本実施形態においては、2つ)形成されている。収容空所68においてモジュール本体22の収容状態で嵌合凹条50と対応する位置には、嵌合凹条50と嵌り合う嵌合突条72が形成されている。また、筒状部62には、後述するコネクタ18a,18bのロック爪78と係合するロック孔74(図1参照)が貫設されている。
また、図1等に示すように、ワイヤハーネス16は従来公知のものであり、複数本の電線15が合成樹脂製のテープ76が外周に巻き付けられることによって束ねられている。そして、ワイヤハーネス16が一対用意されて、それぞれの先端部にコネクタ18a,18bが設けられている。これらコネクタ18a,18bは互いに略同様の構造とされており、ジョイントコネクタ14に挿入されると共に、外面に設けられたロック爪78がジョイントコネクタ14のロック孔74と係合することによって、ジョイントコネクタ14に対して嵌合状態で保持されるようになっている。
そして、これらコネクタ18a,18bの一方の端面には端子孔80が開口されており、端子孔80内に設けられた図示しない雌端子に対して、電線15の先端部分が接続されると共に、電線15がコネクタ18a,18bにおいて端子孔80の開口端面と反対側の端面から延び出されている。これにより、コネクタ18a,18bが電線15の一方の端部に設けられる。また、本実施形態においては、コネクタ18aの端子孔80に設けられた雌端子がリレーモジュール12のG接続端子28と接続される一方、コネクタ18bの端子孔80,80にそれぞれ設けられた雌端子がS接続端子24およびD接続端子26とそれぞれ接続されるようになっている。
これらを含んで構成される半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10を組み立てる場合には、先ず、半導体リレーモジュール12および必要に応じてスプライスモジュール13をジョイントコネクタ14の収容固定部64に収容する。ここにおいて、半導体リレーモジュール12は、モジュール本体22が収容空所68における嵌合突条72の形成部位と反対側の開口部から挿し入れられて、嵌合凹条50と嵌合突条72の嵌合で係止されることによって収容空所68内に位置決め状態で収容される。
該収容状態において、図10に示したように、モジュール本体22の側面42bによって一方のコネクタ収容部65aの底面の一部が構成されて、G接続端子28がコネクタ収容部65a内に突出される一方、モジュール本体22の側面42aによって他方のコネクタ収容部65bの底面の一部が構成されて、S接続端子24およびD接続端子26がコネクタ収容部65b内に突出される。これにより、リレーモジュール12やスプライスモジュール13の各端子が、ジョイントコネクタ14の筒状部62で保護される。なお、本実施形態においては、1つの収容空所68に2つのリレーモジュール12を並べて収容することも可能であり、そのような場合には、2つのモジュール本体22において一方の係合突条46が他方の係合凹条48に入り込むことによって、2つのモジュール本体22を互いに精度良く位置合わせした状態で収容空所68内に収容することが可能とされている。また、収容空所68の内面に、互いに係合していない側の係合突条46および係合凹条48に対応する凹条と突条を形成しても良い。このようにすれば、モジュール本体22の収容に際する案内作用や位置決め効果が発揮される。
また、本実施形態におけるジョイントコネクタ14の収容空所68には、必要に応じてスプライスモジュール13も収容可能とされている。スプライスモジュール13の収容は、リレーモジュール12の収容と同様に行なわれる。
これにより、リレーモジュール12およびスプライスモジュール13がジョイントコネクタ14に収容状態で組み込まれる。なお、本実施形態においては、ジョイントコネクタ14にリレーモジュール12を2つ収容することの出来る収容空所68が2つ形成されていることから、最大で4つのリレーモジュール12を組み込むことが可能とされている。
そして、ジョイントコネクタ14のコネクタ収容部65a,65bに対して、コネクタ18a,18bがそれぞれ嵌め入れられて、ロック爪78とロック孔74の係合作用でジョイントコネクタ14に固定される。これにより、両コネクタ18a,18bがジョイントコネクタ14を介して機械的に接続される。それと共に、コネクタ収容部65a内に突出されたG接続端子28がコネクタ18aの端子孔80に挿入されて、コネクタ18aに接続された電線15と電気的に接続される一方、コネクタ収容部65b内に突出されたS接続端子24およびD接続端子26がコネクタ18bの端子孔80、80にそれぞれ挿入されて、コネクタ18bに接続された電線15、15と電気的にそれぞれ接続される。これにより、半導体リレーモジュール12と両コネクタ18a,18bが着脱可能に接続される。以上のようにして、図11に示すように、半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10の組み立てが完了する。
図12に、半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10の等価回路図を概略的に示す。なお、図12においては、リレーモジュール12を2つ備えた状態を示す。図12に示すように、半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10は、G接続端子28がコネクタ18aおよびこれと接続する電線15を介して、MPUやLSI等を用いて構成された制御装置82と電気的に接続される。また、コネクタ18bおよびこれと接続する電線15を介して、D接続端子26が電源と接続される一方、S接続端子24が例えばヘッドランプやワイパーを駆動するモータ等の各負荷L1,L2とそれぞれ電気的に接続される。そして、制御装置82から各G接続端子28に対して例えばH/L信号等の制御信号を出力することによって、各リレーモジュール12のスイッチング動作を制御して、各負荷L1やL2に対して選択的に電力を供給する。
このような構造とされた半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10によれば、ワイヤハーネス16上の任意の場所にリレー機能を設けることが出来、最適位置での配設による配設スペース効率の向上、組付作業性の向上や配線量の軽減を図ることが出来る。そして、最適位置での配設を可能にすると共に、作動音の生じない半導体リレー32を用いたことによって、異音の問題を生じることなく例えば車両の座席付近等にリレーモジュール12を配設することも出来る。加えて、電気機器に対応する半導体リレーモジュール12を電気機器の近くに配設することも出来て、半導体リレーモジュール12と電気機器との対応関係も容易に把握することも出来る。
そして、本実施形態によれば、複数の半導体リレーモジュール12をジョイントコネクタ14に組み込むことによって、リレーモジュール12の各端子24,26,28を保護しつつ、複数のリレーモジュール12をコネクタ18a,18bと容易に接続することが出来る。そこにおいて、半導体リレーモジュール12は、G接続端子28に対して、S接続端子24およびD接続端子26が互いに反対方向に突出されて、互いに反対側からコネクタ18a,18bが接続される。これにより、ワイヤハーネスの外形寸法を抑えることが出来る。また、スプライスモジュール13のモジュール本体54の形状をリレーモジュール12のモジュール本体22を2つの重ね合せた形状に揃えたことによって、ジョイントコネクタ14にリレーモジュール12に加えてスプライスモジュール13を組み込んで、リレー機能に加えてスプライス機能を付与することも可能とされており、ワイヤハーネスの長さ調節の自由度をより向上することも出来る。
次に、図13に、本発明の第二の実施形態としての半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス100を概略的に示すと共に、図14に、これに用いられる半導体リレーモジュール102を示す。なお、以下の説明において、前記第一の実施形態と実質的に同様とされた部材および部位については、図中に前記第一の実施形態と同じ符号を付することにより、その説明を省略する。
本実施形態におけるリレーモジュール102は、S接続端子24、D接続端子26、およびG接続端子28が何れもモジュール本体22の側面42bから互いに同方向に平行に突出されている。また、ジョイントコネクタ14は、前記第一の実施形態に比して、一方のコネクタ収容部65bが省かれた構造とされている。そして、コネクタ18aは、ワイヤハーネス16の端部に設けられており、S接続端子24、D接続端子26、およびG接続端子28に対応する端子孔80,80,80が設けられていると共に、各端子孔80,80,80内には、電線15と電気的に接続されて、S接続端子24、D接続端子26、およびG接続端子28と接続する雌端子が設けられている。
このような半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス100においては、ジョイントコネクタ14の収容空所68に収容された半導体リレーモジュール102の各端子24,26,28がコネクタ収容部65a内に突出される。そして、ジョイントコネクタ14のコネクタ収容部65aにコネクタ18aが挿し込まれることによって、リレーモジュール102の各接続端子24,26,28がそれぞれ端子孔80,80,80に挿入されて電線15と電気的に接続される。このように、半導体リレーモジュール102の一方のみからコネクタ接続することも可能である。このようにすれば、半導体リレーモジュール102のワイヤハーネス16への着脱をより容易に行なうことが出来る。
なお、本実施形態においても、収容空所68および端子孔80の個数や形状、形成位置等を適宜に変更することによって、複数の半導体リレーモジュール12をジョイントコネクタ14に収容してコネクタ18aと接続可能としたり、半導体リレーモジュール12に加えて前記第一の実施形態で示したスプライスモジュール13を接続可能とする等しても良い。また、本実施形態においては、収容凹部68がリレーモジュール12を1つ収容することが可能とされているが、このような場合には、例えば、スプライスモジュール13として、前記金属板60の1つのみをモールド成形する等して、リレーモジュール12のモジュール本体22の1つ分と同一形状を有するモジュール本体56を備えたものを用意すれば、前記第一の実施形態と同様に、収容空所68内にスプライスモジュール13を組み込むことも出来る。
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、これはあくまでも例示であって、本発明は、前記実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものではなく、例えば、半導体リレーモジュールとしては、複数の半導体リレーを組み込んだものでも良い。また、半導体リレーとしては、MOSFETに限らず、接合ゲート電界効果トランジスタ、ショットキーゲート電界効果トランジスタや、バイポーラトランジスタ等従来公知のものが適宜に採用可能である。
また、G接続端子をコネクタ接続することなく、単芯線を半田付けする等しても良い。また、半導体リレーモジュールに接続するコネクタは、リレーモジュールの接続端子を接続する端子孔を有するものであれば良いのであって、別目的で配策された電線同士の接続端子を併せて備える等しても良い。
さらに、図15に前記第一の実施形態における半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス10を例に概略的に示すように、コネクタ18a,18bに接続するワイヤハーネス16,16を、それぞれ幹線110から分岐して構成することによって、本発明に従う半導体リレーモジュール付ワイヤハーネスを異なる幹線から分岐して設ける等しても良い。
10:半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス、12:半導体リレーモジュール、14:ジョイントコネクタ(ハウジング)、15:電線、16:ワイヤハーネス、18a,b:コネクタ、54:モジュール本体
Claims (3)
- 複数本の電線を束ねたワイヤハーネスと、半導体リレーモジュールと、少なくとも一つの前記半導体リレーモジュールを組み込むハウジングとを備え、前記電線の先端に接続されたコネクタを前記ハウジングに組み込まれた前記半導体リレーモジュールに着脱可能に接続したことを特徴とする半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス。
- 前記半導体リレーモジュールには、ソース電極の接続端子およびドレイン電極の接続端子に対して、ゲート電極の接続端子が、モジュール本体において相対する両側面から互いに反対方向に突設されている一方、前記コネクタには、少なくとも前記ソース電極の接続端子および前記ドレイン電極の接続端子の夫々に接続する端子が設けられている請求項1に記載の半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス。
- 前記半導体リレーモジュールには、ゲート電極の接続端子、ソース電極の接続端子、およびドレイン電極の接続端子がモジュール本体から互いに平行に突設されている一方、前記コネクタには、これらゲート電極の接続端子、ソース電極の接続端子、およびドレイン電極の接続端子の夫々に接続する端子が設けられている請求項1に記載の半導体リレーモジュール付ワイヤハーネス。
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- 2009-02-18 JP JP2009035021A patent/JP2010192240A/ja active Pending
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