JP5653700B2 - セル電圧検出コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、セル電圧検出コネクタに係り、特に、複数極（複数ピン）のオス端子及びメス端子が接続するセル電圧検出コネクタに関する。

一般に、自動車や電気機器における配線には種々のコネクタ・ユニット（接続コネクタ）が使用されている。そのようなコネクタ・ユニットとして、複数のオス端子をハウジングに収容したオス端子コネクタと、それに対応して複数のメス端子をハウジングに収容したメス端子コネクタとをかん合させるタイプの多極型コネクタ・ユニットが知られている。自動車では、電子制御の高度化等に伴って多くの電装品が使用され、それに伴い上述のコネクタ・ユニットが多く使用されるようになっている。

さらに近年、ハイブリッド型自動車が環境負荷の小さな自動車として大きな注目を集め市場において大きな存在感を示すに至っている。さらに、電気自動車の普及に向けて自動車メーカは開発のピッチを早め、特に搭載される電池を中心として技術革新が急激に進んでいる。自動車に搭載される電池は、一般には多数のセルを積層配置したタイプが用いられることが多い。そして、燃料電池では、異常セルの早期発見等のために各セルの発電状態を管理する必要があり、そのためにセル毎に電圧の検出を行っている。

燃料電池のセル電圧検出を確実に行えるように、セル電圧検出装置の端子と燃料電池のセパレータとの接続状態を確実にする技術がある（例えば特許文献１参照）。この技術では、複数の板状のセパレータが積層状に配列されている。そして、セパレータには、その一部を構成する形状として出力端子が設けられている。これら出力端子は、セパレータの積層配置に対応して、所定間隔で配置されている。さらに、出力端子の一群を一括して覆って、各出力端子と当接して電気的に接続する端子を備えた端子ホルダが設けられている。端子ホルダは、端子口を跨いで配置される一対の脚部を有し、脚部の先端と頭部の先端の少なくとも一方に弾性体（クッション）を有する。このように構成することにより、弾性体で振動を吸収することが可能となっている。さらに、端子ホルダは、上記一対の脚部の間で端子の一端を保持する。このように構成することにより、端子カバーから端子ホルダに荷重が加わったときにも、端子ホルダが変位しにくくなり、その結果、端子が変位しにくくなる。

また、図１１に燃料電池等に用いられる別のコネクタ・ユニット１００の例を示している。コネクタ・ユニット１００は、セルＶ端子４００に取り付けられるセル側コネクタ３００と、プラグ側コネクタ２００とから構成されている。プラグ側コネクタ２００を組み立てる場合、プラグハウジング２６０に電線２５０及び電線シール２４０を有するプラグ端子２３０をプラグハウジング２６０に収容し、プラグ端子２３０をプラグガイドロック２１０とプラグガイドハウジング２２０で覆う。セル側コネクタ３００は、セルインシュレータ３３０と、かん合シール３２０と、セルフロントホルダ３１０を備え、セルＶ端子４００に取り付けられる。

特開２００３−８６２１９号公報

ところで、特許文献１や図１１に開示の技術では、端子数が複数極であることに伴って生じる、端子ピッチ公差のばらつきを吸収するために、つまり、端子等の部品配置が累積公差によって不適切になって端子の収容できなくなることを回避するために、端子を一つ一つ挿入抜去していた。そのような作業を経ることで、公差ばらつきに関する不具合の解消はできるものの、組み付けの際の工数増大や誤配線等が発生することがあり、さらに小型化の観点から限界があり、新たな技術が求められていた。また、多極数で累積公差が大きく、プラグ側端子（プラグ側コネクタ２００）ピッチとレセプタクル側端子（セルＶ端子４００）ピッチが大きくずれる可能性があり、その場合、かん合ができなくなってしまう。そのような状態で、無理にかん合させようとすると、コネクタ及びその周辺部品の破壊につながるおそれがあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、多数極のセル電圧検出コネクタにおいて、端子金具の配置に伴う累積公差を解消させ、作業性を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明のある態様は、夫々電線を介して外部接続される複数のメス端子が配置されたメスコネクタと、複数の積層整列されたセルからなるセルユニットに組み付けられて前記各セルより突出する板状端子が配置されたオスコネクタとを有し、前記メスコネクタと前記オスコネクタがかん合することで、前記メス端子と前記板状端子が接続するセル電圧検出コネクタであって、前記オスコネクタは、前記板状端子を変形させてセル同士の積層による積み上げ公差を矯正する矯正手段を具備し、前記矯正手段は、前記複数の板状端子をそれぞれ挿通する複数の挿通孔と、それぞれの前記挿通孔から前記板状端子が挿入される側に向かって拡径するように形成されるガイド部と、を具備し、前記板状端子は、前記複数のセルの積み上げ方向に沿った方向に幅広面が向くように設けられ、且つ積み上げ方向に沿って屈曲を伴って変形可能となる屈曲可能部を具備する。
また、前記屈曲可能部は、前記板状端子の幅広面に形成された四角形の穴からなってもよい。
また、前記屈曲可能部は、前記穴の幅方向の両サイドに、けがき部を具備してもよい。
また、前記メスコネクタと前記オスコネクタは、それぞれ所定の極数からなるユニットに分割された複数のインナコネクタと、前記複数のインナコネクタを収容するホルダからなり、前記矯正手段は、分割された前記オスコネクタの各インナコネクタに備わってもよい。
また、前記オスコネクタと前記メスコネクタは、分割されたユニット単位でかん合の位置決めを行う調芯手段を備えてもよい。

本発明によれば、多数極のセル電圧検出コネクタにおいて、端子金具の配置に伴う累積公差を解消させ、作業性を向上させる技術を提供することができる。

発明の実施形態に係る、コネクタ・セットの斜視図である。 発明の実施形態に係る、コネクタ・セットの断面構造の一部を示す図である。 発明の実施形態に係る、メス端子ハウジングとメス端子とを示す図である。 発明の実施形態に係る、端子ピッチ公差矯正ハウジングとレセプタクル・ユニットが分離した状態を示す斜視図である。 発明の実施形態に係る、端子ピッチ公差矯正ハウジングとレセプタクル・ユニットとを組み付けた状態を示す斜視図である。 発明の実施形態に係る、端子ピッチ公差矯正ハウジングとレセプタクル・ユニットとの分離した状態と組み付けした状態とを示す図である。 発明の実施形態に係る、図６の一部領域を拡大しレセプタクル端子を示す図である。 発明の実施形態に係る、端子ピッチ公差矯正ハウジングについて、レセクタプル配置部の形状を分かりやすく示すために一部構造を取り除いて一部断面として示す斜視図である。 発明の実施形態に係る、レセプタクル端子を示す図である。 発明の実施形態に係る、レセプタクル・ユニットと端子ピッチ公差矯正ハウジングの取り付け態様を説明する図である。 従来技術に係る、コネクタ・ユニットを示す図である。

以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、２００極の端子金具、特にレセプタクル端子（オス端子金具）の配置に関して、累積公差を矯正する技術について説明する。ここでは、複数の積層配列されたセルからなるセルユニットの電圧検出装置に用いられるセル電圧検出コネクタに適用する技術について例示する。一般に、２００極のレセプタクル端子が配置されることで、累積する公差によって端子接続に不具合が生じるおそれがある。そのような状態で無理にかん合作業を行った場合、破壊を発生させてしまうこともある。このため、従来では、一括でオス端子金具をメス端子金具に挿入する構成は、現実的には成立しなかった。しかし、本実施形態では一括挿入可能とすべく、端子ピッチ公差矯正ハウジングを採用することで、２００極のレセプタクル端子（オス端子金具）を必要に応じて座屈させ端子ピッチ公差を矯正させて、一括挿入可能とする。さらに、２００極を２０極毎に分割した構成としたことで、公差の累積を抑制する。さらにまた、分割した２０極毎に調芯構造を有するこことで、公差の累積を分割した２０極単位に収めている。また、レセプタクル端子を適正に座屈させるために、レセプタクル端子に穴を持たせている。そして、穴の形状を略四角形状とすることで、座屈させる際に、穴形状に作用する応力を適正に分散させ、亀裂等の破壊に対して配慮した形状を採用した。以下、具体的に説明する。

図１は、本実施形態に係るコネクタ・セット１の概略外観を示す斜視図である。本実施形態では便宜的に、コネクタ・セット１の長手方向を左右方向とし、短手方向を前後方向として説明する。また、図２に、コネクタ・セット１の断面構造の一部を示す。なお、図２の断面構造は、図１の奥行き方向の中間部分を前後方向に分ける平面で切った構造の一部を示している。また、以降の図面において、断面部分については、図面が煩雑になる場合に、ハッチングを省略して示している。コネクタ・セット１は、セル電圧検出コネクタとして機能するものであって、図示で上側のメスユニット２と下側のオスユニット３とを備えて構成されている。メスユニット２とオスユニット３とをかん合させるときには、それぞれの両サイドに設けられた、かん合用凸部５８をかん合用穴７８に嵌め合わせて位置決めを行う。

メスユニット２はメス端子４０が配設される部品であり、オスユニット３はメス端子と接続されるレセプタクル端子９４（図２参照）が配設される部品である。メスユニット２とオスユニット３とを適正にかん合させることで、図示上側のメス端子４０に図示下側のレセプタクル端子９４が接続される。なお、メスユニット２及びオスユニット３の各構成部品は、メス端子４０とレセプタクル端子９４とを除き、樹脂成型品であるため、原則として、累積公差は発生しない。また、各レセプタクル端子９４は、複数の積層配列されたセルのそれぞれから突出している。したがって、セル同士の積層による積み上げ公差（累積公差）が、レセプタクル端子９４の位置に反映される。

具体的には、メスユニット２は、メス端子４０と、メス端子ハウジング３０と、メスハウジングホルダ５０とを備える。このメスユニット２は、２０極のメス端子４０を収容するメス端子ハウジング３０を一単位として、１０個のメス端子ハウジング３０を保持するように構成されている。つまり、メス端子４０は、全体で２００極収容される。また、オスユニット３は、レセプタクル・ユニット９０と、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０とを備えている。より具体的には、２０極のレセプタクル端子９４を備えたレセプタクル・ユニット９０に、それらレセプタクル端子９４が挿入されることでレセプタクル・ユニット９０が一体に取り付けられる組を一単位（１セット）として、１０セットがレセプタクルユニットホルダ７０に収容される。

図３にメス端子ハウジング３０とメス端子４０とを示す。図示のように、メス端子４０は、端子金具４２と、端子金具４２に接続されるケーブル４４とを備える。端子金具４２は、一般的な箱状の形状を有し、板状のレセプタクル端子９４を下側から内部に挿入し接続状態を保持する機能を有する。

一つのメス端子ハウジング３０は、２０極のメス端子４０（端子金具４２）を収容する為に、２０個の端子収容部３６が設けられている。なお、上述した図２に、端子収容部３６にメス端子４０が収容された状態の断面構造が示されている。メス端子４０は、端子収容部３６に上から挿入され保持される。図２に示すように、端子収容部３６の下側には、オス端子であるレセプタクル端子９４を端子金具４２に挿入可能とするガイド付きの開口（溝）３８が形成されている。そして、図３に示すように、隣り合うメス端子４０は、端子収容部３６に挿入される位置が前後交互に入れ替わり、したがって、ケーブル４４の端子収容部３６からの延出位置が前後交互になっている。

また、メス端子ハウジング３０の前後の側面には、幅方向の中心位置に断面突状の調芯突部３４が形成されている。調芯突部３４において、下側端部が三角形になっている。この調芯突部３４は、オスユニット３の端子ピッチ公差矯正ハウジング１０に設けられたひろい部１６に作用し、メスユニット２がオスユニット３にかん合するときのガイド手段及び位置決め手段（調芯手段）として機能する。具体的なかん合時の作用については後述する。

つぎに、図４〜８を参照して端子ピッチ公差矯正ハウジング１０及びレセプタクル・ユニット９０について説明する。図４は、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０とレセプタクル・ユニット９０が分離した状態を示した斜視図である。なお、図４（ａ）は、通常視の斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）について本実施形態について特有の構造につき隠れている部分を一部破線で示している。図５（ａ）及び（ｂ）は、図４（ａ）及び（ｂ）に対応して端子ピッチ公差矯正ハウジング１０とレセプタクル・ユニット９０とを組み付けた状態を示している。また、図６（ａ）及び（ｂ）は、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０とレセプタクル・ユニット９０との分離した状態と組み付けした状態とをそれぞれ正面図として示している。さらに、図７は、レセプタクル・ユニット９０に着目して示した斜視図であり、図７（ａ）は、図６（ａ）の領域Ａ１部分のレセプタクル端子９４の状態を示し、図７（ｂ）は図６（ｂ）の領域Ａ２部分のレセプタクル端子９４の状態を示している。

レセプタクル・ユニット９０は、主に図７に示すように、ベース部９２に２０極の導電性の板状体（金属板）であるレセプタクル端子９４が、隣接するレセプタクル端子９４同士が幅広面を対向させて、所定間隔で一列に配置されている。

図９（ａ）にレセプタクル端子９４を示す。図９（ａ）や図７に示すように、一つのレセプタクル端子９４は、ベース部９２に取り付けられる側のレセプタクル根元部９５と、メス端子４０に接続される側のレセプタクル前部９６とから構成されている。レセプタクル根元部９５とレセプタクル前部９６とは、けがき部９８及び屈曲用穴９７によって領域が分けられる。より具体的には、レセプタクル端子９４の幅広面の上下の中心より下側部分に屈曲用穴９７が設けられている。そして、屈曲用穴９７の両サイドには、けがき部９８が左右方向に端部まで延びて形成されている。屈曲用穴９７及びけがき部９８の部分で必要に応じて座屈（屈曲）できるようになっている。つまり、レセプタクル端子９４は、複数のセルの積み上げ方向と沿った方向に幅広面が向くように設けられ、且つ、積み上げ方向に沿って屈曲を伴って変形可能になっている。

図９（ｂ）には、比較例として、円形の屈曲用穴１９７を有するレセプタクル端子１９４を示している。図９（ａ）と同様に、レセプタクル根元部１９５とレセプタクル前部１９６とは、けがき部１９８及び屈曲用穴１９７によって領域が分けられる。図９（ｂ）に示すように、屈曲用穴１９７が円形の場合、応力集中が発生して亀裂等の不具合が起きることがある。そこで、図９（ａ）に示すように、屈曲用穴９７を四角形とすることにより、応力を適正に分散できる。つまり、レセプタクル端子９４が屈曲方向（けがき部９８の形成方向）に対して、境界が直角になるような形状とすることで、応力の分散ができる。

図８は、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０について、レセクタプル配置部２０の形状を分かりやすく示すために一部構造を取り除いて一部断面とした斜視図を示している。端子ピッチ公差矯正ハウジング１０は、断面略Ｕ字状であり、上側が開口となっている。より具体的には、底部１１と、底部１１から延出する前側及び後側の側壁１３とを備える。左右の両サイドには、壁面が設けられていない。

側壁１３の側壁内面１４には、ひろい部１６と調芯かん合部１７とが、連続して凹状に設けられている。詳細には、調芯かん合部１７は、側壁内面１４の左右中心部分に底部１１から所定幅の凹状形状が上方に直線上に延びて形成されている。その所定幅は、メス端子ハウジング３０の調芯突部３４の幅に相当する。また、調芯かん合部１７の高さは、例えば、側壁１３の１／３程度である。さらに、調芯かん合部１７の上端部分から、一対のひろい部１６が、斜め外方向に向かって互いの距離を広げるように形成されている。

端子ピッチ公差矯正ハウジング１０の底部１１には、２０極のレセプタクル端子９４を適正位置に配置するためのレセクタプル配置部２０が２０個形成されている。具体的には、一つのレセクタプル配置部２０は、底部１１を連通する溝形状となっており、レセプタクル・ガイド部２１とレセクタプル挿入溝部２２とから構成されている。

レセプタクル・ガイド部２１は、断面が三角形であって前後方向に延びる溝形状を有している。ここで、レセプタクル・ガイド部２１の高さは、底部１１の厚さの概ね１／２であり、底部外面１２に三角形の底面を開口部とする形状を呈している。したがって、２０個のレセプタクル・ガイド部２１が連続して形成されることから、断面形状は鋸歯状になっている。さらに、レセプタクル・ガイド部２１の上端部分（断面三角形状の頂部）から底部内面１５に垂直に連通するレセクタプル挿入溝部２２が形成されている。２０極分のレセクタプル挿入溝部２２は、所定間隔で形成されている。

図７（ａ）に示したレセプタクル・ユニット９０が端子ピッチ公差矯正ハウジング１０に取り付けられ場合、つまり、レセプタクル端子９４がレセクタプル挿入溝部２２に挿入される場合、公差の累積によってレセプタクル端子９４のレセクタプル挿入溝部２２への挿入位置がずれていても、レセプタクル端子９４のレセプタクル前部９６が、レセプタクル・ガイド部２１によってレセクタプル挿入溝部２２へ案内される。さらに、図２や図７（ｂ）で示した様な状態で、レセプタクル端子９４は屈曲用穴９７とけがき部９８の部分で座屈し、レセクタプル挿入溝部２２に挿入され底部内面１５から垂直に突き出ることができる。そして、座屈することで、レセプタクル端子９４は、左右方向の累積公差が矯正されるため、メス端子ハウジング３０のメス端子４０との接続が確実になされる。

つづいて、レセプタクル・ユニット９０と端子ピッチ公差矯正ハウジング１０の取り付けについて主に図１０を参照して詳細に説明する。

図１０（ａ）が、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０とレセプタクル・ユニット９０との結合前の状態を示し、図６（ａ）の状態に対応している。そして、レセプタクル・ユニット９０において、ベース部９２に取り付けられたレセプタクル端子９４では、図示で一番右側のレセプタクル端子９４は取り付け位置の誤差（公差）が無く、一番左側のレセプタクル端子９４は取り付け位置の誤差（公差）が一番大きくなっている。

図１０（ｂ）は、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０とレセプタクル・ユニット９０との結合途中の状態を示している。上述のごとく、左側及び真ん中のレセプタクル端子９４は、累積公差による取り付け位置の誤差の関係上、レセクタプル挿入溝部２２に直接挿入することができない位置にある。この状態では、ちょうど左側のレセプタクル端子９４がレセプタクル・ガイド部２１に当たっている。一方、図示で真ん中及び右側のレセプタクル端子９４は、レセプタクル・ガイド部２１に当たっていない。

ここで、レセプタクル・ガイド部２１がレセクタプル挿入溝部２２に向かって斜めに形成されている。したがって、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０をレセプタクル・ユニット９０の方へ移動させると、レセプタクル・ガイド部２１に当接したレセプタクル端子９４は、レセプタクル・ガイド部２１へ押しつけられる力によって、撓みながらその先端部をレセクタプル挿入溝部２２へ向ける。

そして、レセプタクル端子９４が全てレセクタプル挿入溝部２２に挿入されると、図１０（ｃ）や図７（ｂ）に示すように、レセプタクル根元部９５とレセプタクル前部９６の境界として形成されている屈曲用穴９７及びけがき部９８で座屈した状態となっている。上述のように、レセクタプル挿入溝部２２は、公差が実質ない状態で樹脂成形されている。そのため、端子ピッチ公差矯正ハウジング１０がレセプタクル・ユニット９０に取り付けられると、レセクタプル挿入溝部２２から底部内面１５へ突き出たレセプタクル端子９４（レセプタクル前部９６）は、公差が無い状態に矯正された状態になる。その結果、メスユニット２とオスユニット３のかん合は円滑に行われ、メス端子４０とレセプタクル端子９４との接続が２００極一括で行われても、不具合が発生することはない。その結果、作業効率の向上が実現でき、さらに、部品を一つ一つ組み付ける作業に伴う誤作業（誤組み付け等）を防止できる。

以上、本発明を実施形態を基に説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、実施形態では、レセプタクル端子９４を屈曲させたが、撓ませるように変形させて誤差を矯正するようにしてもよい。また、レセプタクル端子９４は、屈曲するために屈曲用穴９７とけがき部９８とを備えたが、材料の特性や想定される応力の大きさに応じていずれかのみとしてもよいし、また、それらの大きさ等が適宜変更されてもよい。

１ コネクタ・セット
２ メスユニット
３ オスユニット
１０ 端子ピッチ公差矯正ハウジング
１１ 底部
１３ 側壁
１６ ひろい部
１７ 調芯かん合部
２０ レセクタプル配置部
２１ レセプタクル・ガイド部
２２ レセクタプル挿入溝部
３０ メス端子ハウジング
３６ 端子収容部
４０ メス端子
４２ 端子金具
５０ メスハウジングホルダ
７０ レセプタクルユニットホルダ
７８ かん合用穴
９０ レセプタクル・ユニット
９４ レセプタクル端子
９５ レセプタクル根元部
９６ レセプタクル前部
９７ 屈曲用穴
９８ けがき部

Claims (5)

1. 夫々電線を介して外部接続される複数のメス端子が配置されたメスコネクタと、複数の積層整列されたセルからなるセルユニットに組み付けられて前記各セルより突出する板状端子が配置されたオスコネクタとを有し、前記メスコネクタと前記オスコネクタがかん合することで、前記メス端子と前記板状端子が接続するセル電圧検出コネクタであって、
   前記オスコネクタは、前記板状端子を変形させてセル同士の積層による積み上げ公差を矯正する矯正手段を具備し、
   前記矯正手段は、
   前記複数の板状端子をそれぞれ挿通する複数の挿通孔と、
   それぞれの前記挿通孔から前記板状端子が挿入される側に向かって拡径するように形成されるガイド部と、を具備し、
   前記板状端子は、前記複数のセルの積み上げ方向に沿った方向に幅広面が向くように設けられ、且つ積み上げ方向に沿って座屈を伴って変形可能となる屈曲可能部を具備することを特徴とするセル電圧検出コネクタ。
2. 前記屈曲可能部は、前記板状端子の幅広面に形成された四角形の穴からなることを特徴とする請求項１に記載のセル電圧検出コネクタ。
3. 前記屈曲可能部は、前記穴の幅方向の両サイドに、けがき部を具備することを特徴とする請求項２に記載のセル電圧検出コネクタ。
4. 前記メスコネクタと前記オスコネクタは、それぞれ所定の極数からなるユニットに分割された複数のインナコネクタと、前記複数のインナコネクタを収容するホルダからなり、 前記矯正手段は、分割された前記オスコネクタの各インナコネクタに備わることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のセル電圧検出コネクタ。
5. 前記オスコネクタと前記メスコネクタは、分割されたユニット単位でかん合の位置決めを行う調芯手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のセル電圧検出コネクタ。

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