JPWO2011148433A1 - コネクタおよび燃料電池 - Google Patents

Abstract

燃料電池のセパレータに形成されたコネクタ接続部に接続されるコネクタは、コネクタケースと、コネクタケースに配置され、コネクタがコネクタ接続部に接続されたときに、セパレータの端辺と接触してセパレータの積層方向と直交する方向であるコネクタの差込方向に弾性変形する端子部と、コネクタケースに形成され、コネクタがコネクタ接続部に接続されたときに、コネクタ接続部と係合し、コネクタの差込方向の移動を抑制するための係合部と、を備える。

Description

本発明は、コネクタおよび燃料電池に関する。

従来から、燃料電池を構成する各セルの発電電圧などを検出するために、燃料電池のセパレータなどに取り付けられるコネクタが知られている。これらのコネクタを燃料電池に接続するとき、燃料電池に対するコネクタの差込方向や差込位置のずれにより、接続不良や燃料電池側の損傷等が生じることがあった。この問題を解決するために、コネクタと燃料電池の一方に凸状のガイド部、他方に凹状の溝を付け、ガイド部を溝に嵌め合わせた状態でコネクタを摺動させて燃料電池と接続させる技術が知られている（特許文献１）。

特開２００７−２００６３３号公報 特開２００４−７９１９５号公報 特開２００７−２８０８７２号公報 特開２００７−８７８５８号公報 特開２００８−１９８４２９号公報

しかし、上記技術によってもなお、コネクタを燃料電池に接続するときに接続不良や燃料電池側の損傷等の不具合が生じる虞があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池に接続するためのコネクタにおいて、燃料電池に接続するときの接続不良や損傷等の不具合の発生を抑制することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様を採る。

第１の態様は、積層された燃料電池のセパレータに形成されたコネクタ接続部に接続されるコネクタを提供する。第１の態様に係るコネクタは、コネクタケースと、前記コネクタケースに配置され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記セパレータの端辺と接触して前記セパレータの積層方向と直交する方向である前記コネクタの差込方向に弾性変形する端子部と、前記コネクタケースに形成され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記コネクタ接続部と係合し、前記コネクタの前記差込方向の移動を抑制するための係合部と、を備える。

第１の態様に係るコネクタによれば、コネクタを燃料電池に接続させたときに、端子部がコネクタの差込方向に弾性変形した状態でセパレータと接触するため、燃料電池に接続するときの接続不良や損傷等の不具合の発生を抑制することができる。

第１の態様に係るコネクタにおいて、前記端子部は、導電性を有する長尺状の平板部材により形成され、一方の端部に折り曲げられて形成された前記セパレータの端辺と接触するための接触面を備え、前記接触面が前記セパレータの端辺に押圧されることで長尺方向に弾性変形してもよい。この場合、端子部は、接触面が前記セパレータの端辺に押圧されることで長尺方向に弾性変形するようにコネクタケースに配置されているため、燃料電池に接続するときの接続不良や損傷等の不具合の発生を抑制することができる。

第１の態様に係るコネクタにおいて、前記係合部は、前記差込方向と直交する方向における前記コネクタケースの少なくとも一部の幅が伸縮可能となるように前記コネクタケースに配置され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記コネクタケースの少なくとも一部の幅が拡幅することで前記コネクタ接続部と係合してもよい。この場合、コネクタを燃料電池に接続させたときに、コネクタケースの少なくとも一部の幅が拡幅するため、係合部によりコネクタの差込方向の移動を抑制することができる。

第１の態様に係るコネクタにおいて、前記係合部は、前記コネクタケースの両側にそれぞれ配置されていてもよい。この場合、コネクタの差込方向の移動を容易に抑制することができる。

第１の態様に係るコネクタはさらに、前記コネクタケースに形成され、前記端子部の両側からそれぞれ前記差込方向に延伸した形状を備え、前記端子部の前記差込方向上において、前記差込方向と直交する方向に互いに対向する対向面を有し、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記互いに対向する対向面により前記セパレータを挟持するガイド部を備えていてもよい。この場合、コネクタを燃料電池に接続させたときに、ガイド部の対向面がセパレータを挟持するため、接続不良や損傷等の不具合の発生を抑制することができる。

第１の態様に係るコネクタにおいて、前記ガイド部は、前記差込方向と直交する方向の幅が前記コネクタケースの前記ガイド部以外の部分における前記差込方向と直交する方向の幅より広くてもよい。この場合、コネクタケースより幅の広いガイド部によりセパレータを挟持することができるため、コネクタを燃料電池に接続するときの接続不良や損傷等の不具合の発生を抑制することができる。

第２の態様は、燃料電池を提供する。第２の態様に係る燃料電池は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、コネクタを接続するためのコネクタ接続部を備えるセパレータと、前記コネクタ接続部に接続されるコネクタと、を備え、前記コネクタは、コネクタケースと、前記コネクタケースに配置され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記セパレータの端辺と接触して前記セパレータの積層方向と直交する方向である前記コネクタの差込方向に弾性変形する端子部と、前記コネクタケースに形成され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記コネクタ接続部と係合し、前記コネクタの前記差込方向の移動を抑制するための係合部と、を備え、前記コネクタ接続部は、前記セパレータの外周部の一部が前記差込方向に切り欠かれて形成される切り欠き部と、前記切り欠き部の内側に形成され、前記コネクタの前記係合部と係合するための被係合部と、を備えている。

第２の態様に係る燃料電池によれば、コネクタが接続された燃料電池において、コネクタと燃料電池との接続不良や、接続時における損傷等の発生を抑制することができる。

第２の態様に係る燃料電池において、前記コネクタは、さらに、前記コネクタケースに形成され、前記端子部の両側からそれぞれ前記差込方向に延伸した形状を備え、前記端子部の前記差込方向上において、前記差込方向と直交する方向に互いに対向する対向面を有し、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記互いに対向する対向面により前記セパレータを挟持するガイド部を備え、前記ガイド部は、前記差込方向と直交する方向の幅が前記切り欠き部の前記差込方向と直交する方向における幅よりも広くてもよい。この場合、コネクタを容易に燃料電池に接続することができるため、接続不良や損傷等の不具合の発生を抑制することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、上記のコネクタを用いた電圧などの検出装置、上記のコネクタを有する燃料電池システム等の形態で実現することができる。また、本発明に係るコネクタや燃料電池は、適宜、他の部材と組み合わせて適用することができる。

本発明の第１実施例におけるコネクタを燃料電池に取り付けた状態を例示した説明図である。 本発明の第１実施例におけるコネクタにケーブルが接続された状態を例示した説明図である。 本発明の第１実施例におけるコネクタの外観構成を例示した説明図である。 コネクタを側方から見たときの形状を例示した説明図である。 コネクタを上方から見たときの形状を例示した説明図である。 コネクタを下方から見たときの形状を例示した説明図である。 端子の外観構成を例示した説明図である。 端子の伸縮を説明するための説明図である。 端子とコネクタケースとの位置関係を説明するための説明図である。 コネクタのガイド部を燃料電池に差し込んだ状態を説明するための説明図である。 コネクタのケース取付部を燃料電池に差し込んだ状態を説明するための説明図である。 コネクタを燃料電池に取り付けた状態を説明するための説明図である。 セパレータに作用するコネクタの応力を説明するための説明図である。 コネクタを燃料電池に取り付けた状態を上方から見た概略図である。 セパレータと端子との接触状態を説明するための説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．コネクタの外観構成：
図１Ａは、本発明の第１実施例におけるコネクタを燃料電池に取り付けた状態を例示した説明図である。図１Ｂは、本発明の第１実施例におけるコネクタにケーブルが接続された状態を例示した説明図である。図２は、本発明の第１実施例におけるコネクタの外観構成を例示した説明図である。コネクタ１０は、電圧値を検出するための検出器（図示しない）などと燃料電池２０とをケーブルＣａを介して接続するために用いられ、燃料電池２０のセパレータ２１に取り付けられることにより、燃料電池２０と電気的に接続される。図１Ａおよび図１Ｂ（以後、これらをまとめて図１とも呼ぶ）では、２つのコネクタ１０がセパレータ２１に取り付けられた状態が示されている。コネクタ１０は、樹脂により略箱形状に形成されたコネクタケース１００と、導電性部材により形成され、コネクタケース１００により保持されている端子２００とを備えている。

本実施例では、コネクタ１０のセパレータ２１と接続される側を「前方側」と呼び、端子２００が露出し、ケーブルＣａが接続される側を「後方側」と呼ぶ。また、前方側と後方側とを繋ぐ方向を「前後方向」と呼ぶ。一方、コネクタ１０において、燃料電池に接続されたときにセパレータ２１の積層方向と沿う方向を「左右方向」と呼ぶ。さらに、コネクタ１０において、前後方向および左右方向とそれぞれ直交する方向を「上下方向」と呼ぶ。コネクタ１０の前後方向は、図１および図２のｘ方向に該当する。コネクタ１０の左右方向は、図１および図２のｙ方向に該当する。また、コネクタ１０の上下方向は、図１および図２のｚ方向に該当する。本実施例におけるコネクタ１０の前後方向は、特許請求の範囲における「差込方向」に該当する。

燃料電池２０は、種々の種類の燃料電池を用いることが可能であるが、本実施例では、燃料電池２０として固体高分子型燃料電池を用いている。燃料電池２０は、複数の図示しないセルがセパレータ２１を介して積層されたスタック構造を有している。すなわち、燃料電池２０のセパレータ２１は、セルの両側にそれぞれ配置されている。各セルは、燃料電池２０における発電を行う単位モジュールであり、電解質膜の各面にアノードおよびカソードの電極が形成された膜電極接合体（ＭＥＡとも呼ばれる）を含んでいる。各セルは、水素ガスと空気に含まれる酸素との電気化学反応により発電を行う。なお、本実施例において、各セルの構成や仕様は互いに同一である。

コネクタケース１００は、ケース取付部１１０と、ガイド部１２０と、左側段状部１００ｈ１と、右側段状部１００ｈ２とを備えている。ケース取付部１１０は、つまみ部１１１と係合部１１２とを備えている。ガイド部１２０は、当接面１２１と、端面１２２と、面取り部１２３と、凹部１２４と、を備えている。ケース取付部１１０およびガイド部１２０の詳細については、図３〜図５を用いて後述する。

左側段状部１００ｈ１および右側段状部１００ｈ２は、コネクタケース１００の上方側と下方側とを左右方向にずらすことで形成される段差部であり、図２に示すように、左側段状部１００ｈ１は、コネクタケース１００の左右方向の側面の一方に形成され、右側段状部１００ｈ２は、コネクタケース１００の左右方向の側面の他方に形成されている。左側段状部１００ｈ１は、図１に示すように、コネクタ１０を燃料電池２０に取り付けた際に、隣接する他のコネクタ１０の右側段状部と当接し、右側段状部１００ｈ２は、隣接する他のコネクタ１０の左側段状部と当接する。これにより、複数のコネクタ１０を互いに組み合わせて一体的に用いることができ、２つのコネクタ１０が隣接する部分においてもセパレータ２１とコネクタ１０とを容易に接続させることができる。

端子２００は、長尺状の平板部材により形成され、長尺方向がコネクタケース１００の前後方向と沿うようにしてコネクタケース１００に配置されている。また、端子２００は、コネクタケース１００において、隣り合う端子２００同士の左右方向における間隔が、セパレータ２１同士の間隔と等しくなるように並んで配置されている。端子２００の形状やコネクタケース１００における配置位置などの詳細は、図６〜図８を用いて後述する。

Ａ−２．コネクタケースの詳細構成：
ケース取付部１１０およびガイド部１２０の詳細について説明する。図３は、コネクタを側方から見たときの形状を例示した説明図である。図４は、コネクタを上方から見たときの形状を例示した説明図である。図５は、コネクタを下方から見たときの形状を例示した説明図である。ケース取付部１１０は、長板状の外形を備え、長尺方向がコネクタケース１００の前後方向（ｘ方向）と沿うようにして、前方側の端部がコネクタケース１００に固定され、後方側の端部には、つまみ部１１１が形成されている。ケース取付部１１０は、コネクタケース１００の上下方向の両側にそれぞれ形成されている。ケース取付部１１０は、コネクタケース１００に固定された端部とつまみ部１１１との間に係合部１１２を備えている。

係合部１１２は、ケース取付部１１０の長尺方向（ｘ方向）と直交する方向（ｚ方向）に突き出た形状を備え、コネクタケース１００の両側において、それぞれコネクタケース１００の上下方向の幅が拡幅されるように配置されている。本実施例では、コネクタケース１００の上下方向における幅のうち、一方の係合部１１２の頂部から他方の係合部１１２の頂部までの幅を幅Ｗ１と呼ぶ。コネクタケース１００は、使用者等により両側のつまみ部１１１が互いに引き寄せられるような応力が加えられると、幅Ｗ１の値が減少するように構成されている。

ガイド部１２０は、台形の平板状の外形を備え、コネクタケース１００の前方側において、コネクタケース１００からコネクタケース１００の前方方向に延伸するように形成されている。また、ガイド部１２０は、主面がコネクタケース１００の上下方向と沿うようにして端子２００の両側にそれぞれ配置されている。

ガイド部１２０は、主面の少なくとも一方にセパレータを挟持するための矩形の当接面１２１が形成されている。本実施例では、当接面１２１は、主面の一部に形成されているが、主面の全体に形成されていてもよい。当接面１２１は、端子２００を挟んで隣り合う他のガイド部１２０の当接面１２１と対向し、対向した２つの当接面１２１によりセパレータ２１を挟持する。具体的には、当接面１２１は、端子２００の前方上において、他のガイド部１２０の当接面１２１と左右方向に互いに対向する。すなわち、当接面１２１は、端子２００の差込方向上において、差込方向と直交する方向に互いに対向している。

ガイド部１２０は、当接面１２１が形成されている部分の厚みが他の部分に比べて厚くなるように形成されている。これにより、対向する当接面１２１同士の間隔を狭くすることでセパレータ２１を容易に挟持することができる。一方、端子２００の付近では、端子２００とガイド部１２０との接触を抑制するために必要な間隔を確保することができる。

ガイド部１２０は、当接面１２１と、前方側の端面１２２との間に面取り部１２３が形成されている。これにより、ガイド部１２０を隣接する２つのセパレータ２１の間に差し込むとき、セパレータ２１がガイド部１２０の端面１２２と接触して損傷することを抑制し、ガイド部１２０を隣接するセパレータ２１の間に容易に差し込むことができる。本実施例では、ガイド部１２０の上下方向における幅を幅Ｗ２と呼ぶ。ガイド部１２０の上下方向の幅Ｗ２は、当接面１２１の幅と等しく、コネクタケース１００の上下方向の幅において最も広い。当接面１２１は、特許請求の範囲における「対向面」に該当する。

凹部１２４は、ガイド部１２０において、他の部分よりも厚みを薄くすることにより上下方向の断面が凹状となるように形成されている。凹部１２４は、端子２００を挟んで隣り合う他のガイド部１２０の凹部１２４と対向し、対向した２つの凹部１２４により、後述するように、端子２００の前後方向の揺動が可能な空間を形成している。

Ａ−３．端子の詳細構成：
図６は、端子の外観構成を例示した説明図である。端子２００は、端部２００ｅ１および端部２００ｅ２を有する長尺状の平板部材により形成され、一方の端部２００ｅ２が折り曲げ部２００ｂにおいて厚み方向（ｚ方向）に折り曲げられることにより、端部２００ｅ２と折り曲げ部２００ｂとの間に接触面２００ｔが形成されている。接触面２００ｔは、コネクタ１０と燃料電池２０との接続時にセパレータ２１と接触する面である。また、接触面２００ｔは、折り曲げ部２００ｂと端部２００ｅ１との間にコネクタケース１００と接着される上面２００ｈが形成されている。端子２００の幅（ｙ方向）は、セパレータ２１の厚みより広くなるように形成されている。なお、本実施例の端子２００は、折り曲げ部２００ｂと接触面２００ｔとの間に、折り曲げ部２００ｂと反対方向に端子２００を折り曲げて形成される第２の折り曲げ部２００ｃを備えている。

本実施例では、端子２００は、２つの折り曲げ部において厚み方向に折り曲げられた外形を備えているが、折り曲げ部は１つであってもよいし、３以上有していてもよい。また、端子２００は、厚み方向以外に折れ曲がった外形を有していてもよい。本実施例では、端子２００は、幅が一定の外形を有しているが、端子２００の幅は、接触面２００ｔがセパレータ２１の幅より広ければ、それ以外の部分の幅は任意に設定することができる。

図７は、端子の伸縮を説明するための説明図である。応力を受けていない状態における端子２００の延伸方向（ｘ方向）の長さをＬ３、接触面２００ｔに延伸方向の応力（図７矢印）を受けている状態における延伸方向の長さをＬ４（＜Ｌ３）とする。端子２００は、接触面２００ｔに端子２００の延伸方向からの応力を受けると、延伸方向の長さが弾性的に伸縮するように形成されている。すなわち、端子２００に応力を印加すると延伸方向の長さがＬ３からＬ４になり、応力の印加をやめると延伸方向の長さがＬ４からＬ３となる。端子２００は、第２の折り曲げ部２００ｃを備えているため、接触面２００ｔから受ける応力による変形を折り曲げ部２００ｂと第２の折り曲げ部２００ｃの２つで負担することができる。これにより、折り曲げ部２００ｂの変形量を抑制することができるため、折り曲げ部２００ｂの変形に伴う上面２００ｈの変形を抑制し、上面２００ｈとコネクタケース１００との接着の剥がれを抑制することができる。

図８は、端子とコネクタケースとの位置関係を説明するための説明図である。図８に示すように、端子２００は、端部２００ｅ２がコネクタケース１００の前方側、端部２００ｅ１がコネクタケース１００の後方側となるようにして上面２００ｈがコネクタケース１００に固定されている。すなわち、端子２００は、端子２００の延伸方向がコネクタケース１００の前後方向と沿うようにしてコネクタケース１００に保持されている。これにより、端子２００の接触面２００ｔは、コネクタケース１００の前後方向に揺動するため、端子２００は、コネクタケース１００の前後方向と沿った方向に弾性的に伸縮することができる。

Ａ−４．コネクタの接続態様：
コネクタ１０が燃料電池２０に取り付けられるときの状態について説明する。図９〜図１１は、コネクタ１０が燃料電池に取り付けられるときの時間的な態様の変化と対応している。図９は、コネクタのガイド部を燃料電池に差し込んだ状態を説明するための説明図である。図１０は、コネクタのケース取付部を燃料電池に差し込んだ状態を説明するための説明図である。図１１は、コネクタを燃料電池に取り付けた状態を説明するための説明図である。

図９に示すように、燃料電池２０のセパレータ２１は、外周を構成する外周端辺２１ｅの一部に切り欠き部２１ｎが形成されている。切り欠き部２１ｎは、外周端辺２１ｅの一部が凹状に切り欠かれることにより形成されている。本実施例では、切り欠き部２１ｎは、外周端辺２１ｅからセパレータ２１の内側に後退した位置に形成された接触端辺２１ｃと、接触端辺２１ｃの両端と外周端辺２１ｅとを繋ぐ一対の対向端辺２１ｆにより構成されている。接触端辺２１ｃは、外周端辺２１ｅと平行となるように形成され、対向端辺２１ｆは、外周端辺２１ｅと直交するように形成されている。接触端辺２１ｃは、コネクタ１０が燃料電池２０に接続されたときに端子２００と接触する。本実施例では、一方の対向端辺２１ｆから他方の対向端辺２１ｆまでの距離である切り欠き部２１ｎの幅を幅Ｗ５と呼ぶ。切り欠き部２１ｎの幅Ｗ５は、ガイド部１２０の上下方向における幅Ｗ２よりも狭くなるように形成されている。外周端辺２１ｅと直交する方向を切り欠き部２１ｎの切り欠き方向と呼ぶ。切り欠き部２１ｎは、特許請求の範囲における「コネクタ接続部」に該当する。接触端辺２１ｃは、特許請求の範囲における「セパレータの端辺」に該当する。外周端辺２１ｅは、特許請求の範囲における「外周部」に該当する。

各対向端辺２１ｆの外周端辺２１ｅとの接続部付近には、コネクタケース１００の係合部１１２と係合するための被係合部２１ｈがそれぞれ形成されている。被係合部２１ｈは、それぞれ切り欠き部２１ｎの内側方向に凸状に突き出るように形成され、一方の被係合部２１ｈから他方の被係合部２１ｈまでの幅Ｗ６が、切り欠き部２１ｎの幅Ｗ５より狭くなるように形成されている。一方の被係合部２１ｈから他方の被係合部２１ｈまでの幅Ｗ６は、コネクタケース１００の一方の係合部１１２の頂部から他方の係合部１１２の頂部までの幅Ｗ１よりも狭くなるように形成されている。

コネクタ１０は、前後方向が切り欠き部２１ｎの切り欠き方向に沿うようにして燃料電池２０の切り欠き部２１ｎに差し込まれる。このとき、コネクタ１０は、左右方向において、ガイド部１２０がセパレータ２１を挟持するように差し込まれる。ガイド部１２０は、上下方向における幅Ｗ２が切り欠き部２１ｎの幅Ｗ５よりも広くなるように形成されている。そのため、コネクタ１０を切り欠き部２１ｎに差し込んでいる間、ガイド部１２０は、少なくとも上下方向の両端部においてセパレータ２１を挟持することができる。すなわち、ガイド部１２０の上下方向の両端部は、コネクタ１０を切り欠き部２１ｎに差し込んでいる間、互いに対向する一対のセパレータ２１の間に位置することができる。これにより、コネクタ１０を切り欠き部２１ｎに差し込んでいるときのコネクタ１０の積層方向の移動を規制することができる。

図１０に示すように、コネクタ１０は、両側のつまみ部１１１が互いに引き寄せられることにより、一方の係合部１１２から他方の係合部１１２までの幅Ｗ１が、切り欠き部２１ｎの一方の被係合部２１ｈから他方の被係合部２１ｈまでの幅Ｗ６より狭くなる。そのため、コネクタ１０を切り欠き部２１ｎに差し込む際、両側のつまみ部１１１を互いに引き寄せることにより、コネクタケース１００の係合部１１２を２つの被係合部２１ｈの間に通すことができ、コネクタ１０を切り欠き部２１ｎの奥に差し込むことができる。

コネクタ１０を切り欠き部２１ｎの奥に差し込むと、ガイド部１２０は、互いに対向する当接面１２１によってセパレータ２１の接触端辺２１ｃを挟持する。これにより、図１１に示すように、コネクタ１０をさらに奥に差し込んだ際に、接触端辺２１ｃを端子２００の接触面２００ｔに容易に接触させることができる。具体的には、セパレータの厚さは、例えば、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度と非常に薄く、また、接触面２００ｔの幅も数ｍｍ程度と狭いため、これらを接触させるのは容易ではない。しかし、ガイド部１２０は、端子２００の前方上において互いに対向する当接面１２１を備えているため、コネクタ１０をセパレータ２１に差し込んだ際に、セパレータ２１が端子２００と接触する前にガイド部１２０がセパレータ２１を挟持することができる。そのため、差込の際に、コネクタ１０がセパレータの積層方向に多少ぶれても安定して端子２００の接触面２００ｔをセパレータ２１に接触させることができる。

図１１に示すように、端子２００の接触面２００ｔを接触端辺２１ｃに接触させた状態で、さらにコネクタ１０を切り欠き部２１ｎの奥に差し込むと、接触端辺２１ｃにより端子２００の接触面２００ｔがコネクタ１０の後方側へ押し下げられる。端子２００の接触面２００ｔをコネクタ１０の後方側に押し下げた状態で、両側のつまみ部１１１を互いに引き寄せるために加えていた力を緩めると、ケース取付部１１０の復元力により、係合部１１２と、被係合部２１ｈとが係合する。これにより、端子２００がセパレータ２１を押し返す力によって、コネクタ１０が切り欠き部２１ｎから外れることを抑制できる。すなわち、本実施例のコネクタ１０は、端子２００を差込方向に圧縮して弾性変形させた状態でセパレータ２１に固定される。

図１２は、セパレータに作用するコネクタの応力を説明するための説明図である。コネクタ１０は、端子２００の弾性力により、図１２の矢印で示すように、セパレータ２１をコネクタ１０の差込方向に押し返す。一方、その反力によって、コネクタ１０は、係合部１１２により被係合部２１ｈを差込方向と反対の方向に押し返す。すなわち、コネクタ１０は、端子２００の弾性力により、端子２００の接触面２００ｔが接触端辺２１ｃに応力を印加し、係合部１１２が被係合部２１ｈに応力を印加した状態でセパレータ２１に固定される。

図１３は、コネクタを燃料電池に取り付けた状態を上方から見た概略図である。図１３は、セパレータ２１およびコネクタ１０を、図１の１３−１３断面から見た状態と対応している。図１４は、セパレータと端子との接触状態を説明するための説明図である。図１４のコネクタ１０は、上方から見た状態と対応し、セパレータ２１は、図１の１４−１４断面と対応している。

図１３に示すように、コネクタ１０は、ガイド部１２０の当接面１２１によりセパレータ２１を挟持した状態で燃料電池２０に取り付けられる。これにより、燃料電池２０に取り付けられたコネクタ１０が左右方向（セパレータの積層方向）に移動することを抑制できる。また、図１４に示すように、コネクタ１０は、セパレータ２１の接触端辺２１ｃが端子２００の接触面２００ｔとそれぞれ当接した状態で燃料電池２０に取り付けられる。このとき、ガイド部１２０の当接面１２１は、端子２００の前方上においてセパレータ２１を挟持するため、コネクタ１０が燃料電池２０に取り付けられたとき、端子２００は、接触面２００ｔの中心部においてセパレータ２１の接触端辺２１ｃと接触することができる。

以上説明したように、本実施例のコネクタ１０によれば、コネクタ１０を燃料電池２０に接続させたときに、端子２００がコネクタ１０の差込方向に弾性変形した状態でセパレータと接触するため、コネクタ１０を燃料電池２０に接続するときの接続不良や損傷等の不具合の発生を抑制することができる。具体的には、コネクタ１０は、端子２００がセパレータ２１の接触端辺２１ｃに当接することにより、燃料電池２０と電気的に接続される。そのため、コネクタ１０を燃料電池２０に差し込んだときに、端子２００をセパレータ２１の表面上で摺動させることなくコネクタ１０を燃料電池２０に取り付けることができる。よって、本実施例のコネクタ１０によれば、端子２００がセパレータ２１の表面上を摺動することにより生じる接触抵抗の増大や接触不良などの不具合の発生を抑制することができる。また、コネクタ１０は、端子２００がセパレータ２１に対してコネクタ１０の差込方向に応力を印加した状態で接触しているため、振動や劣化などが生じた場合においても、端子２００とセパレータ２１との接触状態を安定して維持することができる。

従来から、２枚の板を重ねてクリップ状にした端子によりセパレータを挟持するコネクタが知られている。このコネクタを燃料電池に取り付けるときには、セパレータを挟持するために端子をセパレータの表面で摺動させる必要があり、摺動により生じる端子やセパレータ表面の傷や変形により、接触抵抗の増大や接触不良が生じる虞があった。しかし、本発明に係るコネクタ１０は、端子２００がセパレータ２１の端辺とコネクタの差込方向で接触するため、燃料電池２０に取り付ける際に端子２００がセパレータ２１と擦れて、端子２００およびセパレータ２１の互いの接触面に損傷や変形などが生じることを抑制することができる。

端子が差込方向に伸縮するコネクタについては、以下の理由により、燃料電池のセパレータに接続されるコネクタには用いられていなかった。まず、セパレータは、非常に薄いため、コネクタの端子をセパレータの端辺と接触させた場合、接触面積が小さく良好な接触状態が維持できないと考えられていた。また、一般的にコネクタは、接続する側のコネクタおよび接続される側のコネクタの２つのコネクタにより構成されているため、互いの端子の形状や接続方法を比較的任意に設定することができる。しかし、燃料電池のセパレータに接続されるコネクタは、接続される側が積層されたセパレータにより形成されるため、形状に制約があり、コネクタの形状を変更することは容易ではなかった。すなわち、燃料電池のセパレータに接続されるコネクタは、クリップ状の端子によりセパレータを挟持する構成が一般的であり、接続する側および接続される側の２つのコネクタにより構成される一般的なコネクタと同様の方法を用いることは困難であった。しかし、本発明は、発明者により、本発明の構成に係るコネクタ１０によれば、端子２００がセパレータ２１の端辺とコネクタの差込方向で接触する構成であっても、安定してセパレータの端辺と接続可能であることが見出されたために実現された。この構成によれば、さらに、燃料電池２０に取り付ける際に端子２００がセパレータ２１と擦れて、端子２００およびセパレータ２１の互いの接触面に損傷や変形などが生じることを抑制することが可能となった。

また、本実施例のコネクタ１０によれば、コネクタ１０を燃料電池２０に接続させたときに、端子２００がコネクタ１０の差込方向に弾性変形した状態でセパレータと接触するため、セパレータ２１や端子２００の製造誤差による不具合の発生を抑制することができる。具体的には、製造時の精度により、燃料電池において積層された複数のセパレータの各端部が均一に揃っていない場合であっても、コネクタ１０の端子２００は差込方向に伸縮する構成を備えているため、燃料電池に差し込んだときに、端子がそれぞれのセパレータの端部の形状に合わせて伸縮してセパレータの端辺と接触することができる。また、コネクタ１０は、必ずしも接触面２００ｔの中心でセパレータの端辺と接触する必要はないため、燃料電池においてセパレータの積層間隔が均一でない場合や、一部のセパレータの端部が折れ曲がっている場合であっても、端子２００をセパレータと接触させることができる。

また、製造時の精度により、コネクタにおいて各端子２００の接触面２００ｔが均一に揃っていない場合や、一部の端子２００が差込方向に対して傾いて保持されている場合においても、端子２００が伸縮することでセパレータの端辺と接触することや、接触面２００ｔの中心以外の部分でセパレータの端辺と接触することができる。すなわち、本発明のコネクタ１０によれば、セパレータ、コネクタいずれの製造誤差が生じても取り付けることができるという、ロバスト性を有している。

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
本実施例では、コネクタ１０の端子２００は、図６に示すように、長尺状の平板部材により形成されているが、端子２００は、少なくとも一方向に弾性的に伸縮可能な構成であれば、平板部材に限定されず、例えば、コイルバネのような弾性部材であってもよい。この構成であっても、本実施例のコネクタ１０と同様の効果を奏することができる。

Ｄ２．変形例２：
本実施例では、コネクタ１０のガイド部１２０は、当接面１２１や面取り部１２３を備えているが、これらの少なくとも１つを備えていない構成であってもよい。また、コネクタ１０は、ガイド部１２０の上下方向の幅Ｗ２がコネクタケース１００の上下方向の幅において最も広い構成を備えているが、ガイド部１２０の幅Ｗ２がコネクタケース１００の上下方向の幅において最も広い構成を備えていなくてもよい。また、ガイド部１２０の幅Ｗ２がセパレータ２１の切り欠き部２１ｎの幅Ｗ５よりも狭い構成であってもよい。

Ｄ３．変形例３：
本実施例では、コネクタ１０は、コネクタケース１００の両側に係合部１１２を備えているが、係合部１１２は、コネクタケース１００のいずれか一方の側に形成されていてもよい。係合部１１２は、コネクタケース１００の上下方向ではなく、左右の側面の少なくとも一方に形成されていてもよい。

また、係合部１１２は、長板状のケース取付部１１０の一部に形成され、ケース取付部１１０を撓ませることにより、コネクタケース１００の幅Ｗ１を変更可能にしているが、コネクタケース１００の幅が変更可能となる構成であれば、係合部１１２は上記以外の態様であってもよい。例えば、係合部１１２は、バネなどの力によりコネクタケース１００の一部から突き出たり格納されたりする態様であってもよい。

Ｄ４．変形例４：
本実施例では、図１２に示すように、コネクタ１０は、セパレータ２１の切り欠き部２１ｎに差し込んだときに端子２００の接触面２００ｔのみが接触端辺２１ｃと接触する構成としているが、セパレータ２１の切り欠き部２１ｎに差し込んだときにコネクタ１０が所定以上に切り欠き部２１ｎの奥に入り込まないように接触端辺２１ｃと当接する当たり部を備えていてもよい。

Ｄ５．変形例５：
本実施例では、本発明の一態様であるコネクタについて説明したが、本発明は種々の態様で実現することが可能である。例えば、本発明は、上記のコネクタを用いた電圧などの検出装置、上記のコネクタを有する燃料電池システム等の形態で実現することができる。また、本発明に係るコネクタや燃料電池は、適宜、他の部材と組み合わせて適用することができる。

１０…コネクタ
２０…燃料電池
２１…セパレータ
２１ｎ…切り欠き部
１００…コネクタケース
１１０…ケース取付部
１１１…つまみ部
１１２…係合部
１２０…ガイド部
１２１…当接面
２００…端子
２００ｂ…折り曲げ部
２００ｔ…接触面

Claims (9)

1. 積層された燃料電池のセパレータに形成されたコネクタ接続部に接続されるコネクタであって、
   コネクタケースと、
   前記コネクタケースに配置され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記セパレータの端辺と接触して前記セパレータの積層方向と直交する方向である前記コネクタの差込方向に弾性変形する端子部と、
   前記コネクタケースに形成され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記コネクタ接続部と係合し、前記コネクタの前記差込方向の移動を抑制するための係合部と、を備えるコネクタ。
2. 請求項１に記載のコネクタにおいて、
   前記端子部は、導電性を有する長尺状の平板部材により形成され、一方の端部に折り曲げられて形成された前記セパレータの端辺と接触するための接触面を備え、前記接触面が前記セパレータの端辺に押圧されることで長尺方向に弾性変形する、コネクタ。
3. 請求項１または請求項２に記載のコネクタにおいて、
   前記係合部は、前記差込方向と直交する方向における前記コネクタケースの少なくとも一部の幅が伸縮可能となるように前記コネクタケースに配置され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記コネクタケースの少なくとも一部の幅が拡幅することで前記コネクタ接続部と係合する、コネクタ。
4. 請求項３に記載のコネクタにおいて、
   前記係合部は、前記コネクタケースの両側にそれぞれ配置されている、コネクタ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のコネクタはさらに、
   前記コネクタケースに形成され、前記端子部の両側からそれぞれ前記差込方向に延伸した形状を備え、前記端子部の前記差込方向上において、前記差込方向と直交する方向に互いに対向する対向面を有し、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記互いに対向する対向面により前記セパレータを挟持するガイド部を備えているコネクタ
6. 請求項５に記載のコネクタにおいて、
   前記ガイド部は、前記差込方向と直交する方向の幅が前記コネクタケースの前記ガイド部以外の部分における前記差込方向と直交する方向の幅より広い、コネクタ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のコネクタにおいて、
   前記コネクタは、前記セパレータの外周部の一部が前記差込方向に切り欠かれて形成される前記コネクタ接続部に接続される、コネクタ。
8. 燃料電池であって、
   膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体の両側にそれぞれ配置され、コネクタを接続するためのコネクタ接続部を備えるセパレータと、
   前記コネクタ接続部に接続されるコネクタと、を備え、
   前記コネクタは、
   コネクタケースと、
   前記コネクタケースに配置され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記セパレータの端辺と接触して前記セパレータの積層方向と直交する方向である前記コネクタの差込方向に弾性変形する端子部と、
   前記コネクタケースに形成され、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記コネクタ接続部と係合し、前記コネクタの前記差込方向の移動を抑制するための係合部と、を備え、
   前記コネクタ接続部は、
   前記セパレータの外周部の一部が前記差込方向に切り欠かれて形成される切り欠き部と、
   前記切り欠き部の内側に形成され、前記コネクタの前記係合部と係合するための被係合部と、を備えている、燃料電池。
9. 請求項８に記載の燃料電池において、
   前記コネクタは、さらに、
   前記コネクタケースに形成され、前記端子部の両側からそれぞれ前記差込方向に延伸した形状を備え、前記端子部の前記差込方向上において、前記差込方向と直交する方向に互いに対向する対向面を有し、前記コネクタが前記コネクタ接続部に接続されたときに、前記互いに対向する対向面により前記セパレータを挟持するガイド部を備え、
   前記ガイド部は、前記差込方向と直交する方向の幅が前記切り欠き部の前記差込方向と直交する方向における幅よりも広い、燃料電池。

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