JP2013187050A - 電気コネクタおよび燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】嵌合相手に嵌合間口を必要としない電気コネクタを提供すること。
【解決手段】コネクタ２は、コネクタ端子１２を保持するハウジング２０と、ハウジング２０の側方に位置する側方嵌合間口Ｓと、を備え、側方嵌合間口Ｓは、ハウジング２０に設けられるアーム４０により区画されるとともに、嵌合凸部１５を受容する。コネクタ２が側方嵌合間口Ｓを備えているため、相手機器に嵌合間口を設ける必要がない。本発明の嵌合形態により、嵌合間口に付随する相手機器のコストを節減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気コネクタの嵌合形態に関する。

多くの電気機器には、電気コネクタ（以下、コネクタ）が嵌合される嵌合間口が設けられている。この嵌合間口は、典型的には、機器のケース等に、コネクタの周囲に枠状に設けられている。
積層された多数のセルを有する燃料電池においても、嵌合間口が設けられている（特許文献１）。特許文献１の燃料電池では、その上面（Ｈ）にＬ字状の支持部（６４）を形成することで、燃料電池の上面と支持部との間を嵌合間口となしている。この嵌合間口は、上面の両端に一対形成され、それらは燃料電池の幅方向の中央に向いている。コネクタは、燃料電池の幅方向の中央側から端部に向けて嵌合間口に挿入される。

特開２００７−２００６３２号公報

上記のようなコネクタの嵌合形態が、機器設計の制約となることがある。つまり、相手機器にコネクタ嵌合用の間口部材を必要とし、その間口部材が機器の一部を占有するために、相手機器の部材の形状や配置が制約されうる。
しかも、間口部材の部材調達や加工、組立にコストを要する。
なお、特許文献１においても、嵌合間口が相手機器である燃料電池の設計の制約となりうる。特許文献１では、燃料電池の上面から突出する支持部と支持部との間に空隙が残る。この空隙は、嵌合の作業を行う際に必要であることから、この空隙部分には燃料電池のセルあるいは他の燃料電池の要素を設けることができない。

上記のような課題に基づいて、本発明は、嵌合相手に間口部材を必要としない電気コネクタを提供することを目的とする。

本発明の電気コネクタは、端子を保持するハウジングと、ハウジングの側方に位置する側方嵌合間口と、を備え、側方嵌合間口は、ハウジングに設けられるアームにより区画されるとともに、相手部材を受容することを特徴とする。
本発明によれば、ハウジングの側方に位置する側方嵌合間口を備えているため、相手機器に嵌合間口を設ける必要がない。本発明の嵌合形態により、嵌合間口に付随する相手機器のコストを節減できる。
ここで、電気コネクタに備わる側方嵌合間口は、ハウジングとアームとを一体成形することで容易に形成できるし、アームを設けることがコネクタの性能上、製造技術上の留意を要することも格別ないので、電気コネクタのコストアップは限定的である。したがって、電気コネクタと相手機器との全体コストをも節減できる。
以上に加えて、本発明のコネクタは、相手機器に特別な意図なく存在する余剰スペースに嵌合させることができる。したがって、コネクタ用の嵌合間口の位置に制約されて相手機器の仕様決め、仕様変更が難しいといったこともなく、コネクタを嵌合させるためのスペースを考慮せずに相手機器を設計できるので、相手機器の形状や配置の設計自由度を向上させることができる。

本発明において、アームの形状は任意であるが、Ｕ字状に形成することができる。
なお、本発明においては、ハウジングがアームの一部を兼ねることもできる。

本発明の電気コネクタでは、相手部材との抜け止めを図るロック部材を備え、ロック部材は、側方嵌合間口に臨むようにハウジングに設けられていることが好ましい。
この発明によれば、ロック部材は、その部位によって、アームとハウジングとの間に配置されるか、あるいはアームに沿って配置されるので、外力を受けることによって変形したり破損することのないようにロック部材を保護できる。
したがって、ロック部材が一般に備える片持ち弾性梁、この梁に設けられるロック突起およびロック解除用の操作部のいずれの部位をも外力から保護できる。

本発明の電気コネクタは、燃料電池に好適に用いることができる。

次に、上述の電気コネクタが嵌合される本発明の燃料電池は、積層される複数のセルを備えている。
そして、本発明は、燃料電池のコーナー部に、電気コネクタが嵌合されることを特徴とする。
本発明によれば、セルの面積を大きく確保することにより、燃料電池における余剰スペースがコーナー部にしか残されていなくても、上述のアーム付きの電気コネクタを用いることで、セルに導通をとることができる。
すなわち、本発明によれば、嵌合のためのスペースを特に設けることを要求しないコネクタを採用することによって設計自由度を向上させ、それによって発電効率を高めることができる。

さらに、コーナー部において、セルを電気コネクタの形状に倣って切り取られた形状とすれば、コーナー部から電気コネクタが突出せず、電気コネクタを燃料電池の外形に納まり良く配置できる。これにより、燃料電池が設置される装置側の設計自由度を向上させることができる。

本発明は、相手機器に嵌合間口を設けなくても嵌合させることのできる、コネクタの新規な嵌合形態を提供する。この嵌合形態は、特に燃料電池に好適となる。

本発明の実施形態に係る電気コネクタが燃料電池に嵌合された状態を示す斜視図である。 図１の要部拡大図であり、燃料電池のコーナー部および電気コネクタを示す。 電気コネクタの斜視図である。 コネクタの端子の斜視図である。 電気コネクタを燃料電池に嵌合する手順を示す側面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示される燃料電池１は、所定ピッチで多数が積層される平板状のセル１０を備え、略直方体状に形成されている。

各セル１０の発電電圧に基づいて、燃料ガスや酸化剤ガスの供給量を制御したり、不良セルの発見等の検査を行うために、燃料電池１は、複数のセル１０に一度に導通をとる電気コネクタ（以下、コネクタ）２を介して制御装置や検査装置に接続される。このコネクタ２は、燃料電池１のコーナー部１０Ｃに嵌合される。

セル１０は、電解質膜と、電解質膜の一方の面側に設けられるアノードと、電解質膜の他方の面側に設けられるカソードとを備え、平面略矩形状に形成されている。なお、電解質膜、アノードおよびカソードの図示は省略している。さらに、セル１０はアノードおよびカソードを挟む一対のセパレータ１１を備えている。
上記のように、セル１０は、電解質膜、アノード、カソードおよび一対のセパレータ１１を構成の単位とするが、隣接して配置されるセル１０は、セパレータ１１を共用する。
セル１０の発電量を大きくとるため、セル１０には大面積かつ連続した領域が与えられている。
但し、コネクタ２が接続されるコーナー部１０Ｃは、平面矩形の仮想セル領域（図５（Ｂ）の二点鎖線）に対して、燃料電池１の幅方向（図５のｘ方向）および高さ方向（図５のｙ方向）にオフセットされている。

セパレータ１１は、アノードに水素ガス等の燃料ガスを供給する通路と、カソードに酸素ガス等の酸化剤ガスを供給する通路とを有している。このセパレータ１１は、隣り合うセル１０を隔てている。セパレータ１１は、コーナー部１０Ｃに形成されたセル１０のＬ字状の切欠１０Ｌ内に延在しており（ここでいうセル１０は、電解質膜、アノードおよびカソードの意味）、この延材部分がセル電極１１Ａとされている。

コーナー部１０Ｃは、コネクタ２のハウジング２０を支持する支持部１３と、支持部１３に対して燃料電池１の幅方向の中央側に隣接する嵌合凸部１５とを有している。
支持部１３は、セル電極１１Ａの上端部により形成されており、燃料電池１の上面Ｕ１に対してオフセットされている。上面Ｕ１から支持部１３までのオフセット量は、コネクタ２の高さを考慮して設定されている。
嵌合凸部１５は、支持部１３よりも高さ方向に突出している。その上面Ｕ２は支持部１３よりも高いが、燃料電池１の上面Ｕ１に対してオフセットされている。上面Ｕ１から上面Ｕ２までのオフセット量は、コネクタ２の連結梁４３（後述）の高さを考慮して設定されている。
嵌合凸部１５を形成するために、嵌合凸部１５に隣接して係合溝１４が形成されている。係合溝１４は、上面Ｕ１から所定の深さで設けられている。この深さは、係合溝１４に挿入されるコネクタ２の係合壁４１（後述）の高さを考慮して設定されている。
また、嵌合凸部１５には，支持部１３側の側面から係合溝１４側に向けて窪むロック溝１５Ａが形成されている。
支持部１３、係合溝１４、嵌合凸部１５、およびロック溝１５Ａは、いずれもセル１０の積層方向に連続して形成されており、各セル１０は、その全てが同一の形状とされている。支持部１３、係合溝１４、嵌合凸部１５、およびロック溝１５Ａが形成されることにより、コーナー部１０Ｃにおいて、セル１０はコネクタ２の形状に倣って切り取られた形状とされている。

次に、コネクタ２は、セル電極１１Ａにそれぞれ電気的に導通される複数のコネクタ端子１２を保持するハウジング２０と、ハウジング２０の側方に位置する側方嵌合間口Ｓとを備えている。側方嵌合間口Ｓは、ハウジング２０に一体に形成されるＵ字状のアーム４０により区画されている。コネクタ端子１２に接続された電線Ｗは、外部の回路基板に接続される。
なお、コネクタ２において燃料電池１に嵌合される側を前端側、それとは逆側（電線Ｗが引き出される側）を後端側と定義して、以下説明する。

コネクタ端子１２は、図４に示すように、電線Ｗを接続するための電線取付部１２１と、燃料電池１のセル電極１１Ａに接続される導通部１２２とを含んで構成される。
導通部１２２は、互いに対向する２枚の短冊状の接触部１２２Ａ，１２２Ｂを含んで構成される。接触部１２２Ａ，１２２Ｂの先端部は、互いに離れる向きに湾曲しているので、接触部１２２Ａ，１２２Ｂ間にセル電極１１Ａを誘い込んで容易に挟持することができる。

ハウジング２０は、図２に示すように、コネクタ端子１２をそれぞれ収容する複数のキャビティ２１が形成されるキャビティブロック２２と、燃料電池１に係止されるロック部材３０とを備えている。
キャビティ２１は、セル１０の積層方向に沿って３列に並んでおり、各列が相互に千鳥状に配置されている。これにより、狭ピッチで隣り合うセル電極１１Ａに導通されるコネクタ端子１２が干渉し合うのを回避している。
キャビティ２１が千鳥配置されることによって、キャビティブロック２２の積層方向の側面部は段差状とされている。隣り合うコネクタ２のキャビティブロック２２の側面部が互い違いに組み合わせられることにより、セル１０の積層方向にコネクタ２を隙間なく配置して各セル１０に導通をとることができるようになっている。

ロック部材３０は、図３に示すように、キャビティブロック２２に設けられる弾性梁３１と、弾性梁３１に設けられるロック突起３２と、弾性梁３１の後端側に連なるロック解除ノブ３３とを有している。
弾性梁３１は、キャビティブロック２２の前端側に設けられる支持端３１１からキャビティブロック２２の側面に沿って後端側に向けて延びている。この弾性梁３１は、キャビティブロック２２の側面よりも幅が小さく形成されている。
弾性梁３１の支持端３１１は、複数のスリット３１１Ａが設けられることによって櫛歯状をなしている。スリット３１１Ａは、コネクタ端子１２の前端に向けて延びており、スリット３１１Ａにはセル電極１１Ａが挿入される。

弾性梁３１の前端と後端との間に位置するロック突起３２は、弾性梁３１と同様の幅で弾性梁３１から側方嵌合間口Ｓに向けて立ち上がっている。
ロック解除ノブ３３は、弾性梁３１の先端に対して屈曲して形成されている。

アーム４０は、ハウジング２０の後端側から側方に向けて延設される連結梁４３と、連結梁４３の先端から前端に向けて屈曲する係合壁４１と、キャビティブロック２２の側面部に一体に設けられて、係合壁４１に対向する支柱４２とを備えている。
係合壁４１は、キャビティブロック２２と同様の幅の板状に形成されている。
支柱４２は、ロック部材３０の弾性梁３１を挟んで一対が設けられている。支柱４２は、弾性梁３１の支持端３１１に対向する位置からロック解除ノブ３３に対向する位置まで延びており、支柱４２の前端部は嵌合ガイド４４とされている。

連結梁４３は、一対の支柱４２，４２の後端側に連なるように一対が設けられている。連結梁４３，４３の間には、ロック解除ノブ３３が配置されている。

コネクタ２を燃料電池１に嵌合するときは、図５（Ａ）に示すように、燃料電池１のコーナー部１０Ｃに、図の上方からコネクタ２を接近させる。このとき、支柱４２の前端およびロック部材３０の前端を位置の目安として、側方嵌合間口Ｓに嵌合凸部１５が合うように、コネクタ２を燃料電池１に対して位置決めをした上で、コネクタ２を燃料電池１に向けて押し込む。
図５（Ｂ）に示すように、アーム４０の内側の側方嵌合間口Ｓの奥まで嵌合凸部１５が嵌合されると、ハウジング２０は支持部１３によって支持されるとともに、アーム４０の係合壁４１が燃料電池１の係合溝１４に挿入される。
上記の過程で、ロック突起３２が嵌合凸部１５に接触して押されることで弾性梁３１が図５（Ａ）における反時計回りに撓み、その後、ロック突起３２がロック溝１５Ａに達すると、弾性梁３１の撓みが復元し、ロック突起３２がロック溝１５Ａに嵌り込む。これにより、コネクタ２は燃料電池１から抜け止めされる。そして、ハウジング２０の前端側では、ロック部材３０のスリット３１１Ａと、嵌合ガイド４４とによってコネクタ端子１２がセル電極１１Ａに対して案内されると、コネクタ端子１２がセル電極１１Ａを挟持する。これにより、各コネクタ端子１２が各セル電極１１Ａに導通する。

コネクタ２と燃料電池１との嵌合を解除する際には、ロック解除ノブ３３を図５（Ｂ）の時計回りに押圧すると、ロック突起３２がロック溝１５Ａから抜け出るので、コネクタ２を燃料電池１の上方に取り外すことができる。

以上説明した本実施形態では、上記のようなコネクタ２と燃料電池１との嵌合形態により、燃料電池１において、コネクタ２が嵌合するために従来設けられていた嵌合間口を必要としない。
このことは、嵌合間口を設けることに付随するコストを節減できることに加え、次のような効果を奏する。
本実施形態では、燃料電池１の他の領域よりもオフセットされたコーナー部１０Ｃにおいてコネクタ２と燃料電池１を嵌合させるので、コーナー部１０Ｃを除く領域に燃料電池１として必要な要素を無駄なく配置することができる。これにより、設計の自由度を向上させることができる。その結果、セル１０の縦横サイズを大きくすることなく、セル１０の占有面積を大きく確保して燃料電池１の性能を増大させることができる。以上の効果は、コネクタ２の側方に側方嵌合間口Ｓを設けることにより実現されるものである。
また、本実施形態によると、オフセットされたコーナー部１０Ｃにコネクタ２が配置されるために、コネクタ２が装着された燃料電池１の外形を突出部分のない直方体状にすることができる。したがって、突出部分がある場合よりも、燃料電池１が設置される装置（例えば、車両）における燃料電池設置部の設計自由度が高まる。

その上、本実施形態では、コネクタ２のアーム４０の内側に弾性梁３１およびロック突起３２が配置されることにより、電線Ｗや、配線作業用の治具等が弾性梁３１およびロック突起３２に接触したり引っ掛かったりし難いので、弾性梁３１およびロック突起３２が変形や破損から保護される。
さらに、ロック解除ノブ３３を間に挟むようにアーム４０の連結梁４３，４３が設けられているので、ロック解除ノブ３３も外力による変形や破損から保護される。

またさらに、コネクタ２と燃料電池１とは、アーム４０の係合壁４１と支柱４２とで嵌合凸部１５を挟むようにして、セル１０の積層方向と交差する方向において係止されるので、例えば、積層方向の端から２〜８枚目までのセル１０にだけ、係止用の溝や突起を設けるといった必要がない。したがって、全てのセル１０の形状を共通化できる。これにより、燃料電池１のコストを抑えることができる。

なお、上記実施形態では、ハウジング２０にロック部材３０を設けているが、アーム４０の係合壁４１にロック部材を設けることもできる。本発明において、ロック部材を設けること、およびそれが設けられる位置は任意である。

以上で述べた以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 燃料電池
２ コネクタ
１０ セル
１０Ｃ コーナー部
１１ セパレータ
１１Ａ セル電極
１２ コネクタ端子
１３ 支持部
１４ 係合溝
１５ 嵌合凸部（相手部材）
１５Ａ ロック溝
２０ ハウジング
２２ キャビティブロック
３０ ロック部材
３１ 弾性梁
３２ ロック突起
３３ ロック解除ノブ
４０ アーム
４１ 係合壁
４２ 支柱
４３ 連結梁
Ｓ 側方嵌合間口
Ｗ 電線

Claims (6)

1. 端子を保持するハウジングと、
   前記ハウジングの側方に位置する側方嵌合間口と、を備え、
   前記側方嵌合間口は、前記ハウジングに設けられるアームにより区画されるとともに、相手部材を受容する、
   ことを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記アームは、Ｕ字状に形成されている、
   請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記相手部材との抜け止めを図るロック部材を備え、
   前記ロック部材は、前記側方嵌合間口に臨むように前記ハウジングに設けられている、
   請求項１または２に記載の電気コネクタ。
4. 積層される複数のセルを備える燃料電池に嵌合される、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電気コネクタ。
5. 積層される複数のセルを備えるとともに、請求項４に記載の電気コネクタが嵌合される燃料電池であって、
   前記燃料電池のコーナー部に、前記電気コネクタが嵌合される、
   ことを特徴とする燃料電池。
6. 前記コーナー部において、前記セルは、前記電気コネクタの形状に倣って切り取られた形状とされている、
   請求項５に記載の燃料電池。

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