JP5886727B2 - 電気コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、電気コネクタに関する。

燃料電池の積層されたセルの各々に導通をとるのに電気コネクタ（以下、コネクタ）が用いられている（特許文献１）。
特許文献１のコネクタは、ハウジングの側方に側方嵌合間口を備えており、その側方嵌合間口に、燃料電池のコーナー部に形成された凸部が嵌合されると、ハウジング内の複数のコンタクトの各々に、燃料電池の板状のセルが１枚ずつ差し込まれる。狭い間隔で並ぶセルに対して、コンタクトは、セルの並ぶ方向に平行に形成される２列以上の各列に交互に、列方向の位置をずらして千鳥状に配置されている。

特願２０１２−０５１３９１号

特許文献１ではコンタクトを個別に収容するキャビティが、コンタクトと同様に千鳥状に配置されており、コンタクトの奥行き方向に起立してコンタクトを両側から保持するキャビティ区画部材同士の間には間隙が存在する。したがって、コネクタ前端に接触して少し曲がったセルが、その間隙を通じて、対応するコンタクトの隣の列のコンタクトに差し込まれるおそれがある。

そこで、本発明は、並べられる板の各々に導通されるコンタクトを備えるコネクタの誤嵌合を防止することを目的とする。

本発明の電気コネクタは、ハウジングと、ハウジングに、２列以上の各列に交互に、列方向の位置をずらして配置される複数のコンタクトと、ハウジングに一体に形成され、嵌合方向におけるハウジングの前端の位置から後側に向けて延在するロックアームと、を備え、ハウジングには、列方向に交差する方向に沿って、少なくとも、隣り合う列の一方の列のコンタクトと他方の列のコンタクトとの間に隔壁が形成され、ロックアームの前端部は、隣り合う隔壁の間に位置する空間の延長上に、嵌合方向の前方に向けて開放されたスリットを有する形態とされていることを特徴とする。
本発明によれば、一のコンタクトに対応する一の嵌合対象が、その対応するコンタクトの列とは隣の列のコンタクトに向かうのが隔壁により阻まれるので、誤嵌合を防止できる。

また、ロックアームの前端部を嵌合対象の端面よりも前方に位置させることができるので、コネクタを小型に維持しつつ、ロックアームの応力分散とロックの係り代の確保に必要なロックアームの長さを確保できる。これにより、信頼性を向上しながら、コネクタの小型化によってコストを抑えることができる。

本発明によれば、平板状の部材が並列に配置される構造に嵌合されるコネクタの誤嵌合を防止することができる。

本発明の実施形態に係る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コネクタを示す。 コネクタの斜視図である。 コンタクトの斜視図である。 ハウジングの前端を示す平面図である。 コンタクトおよび仕切壁を模式的に示す平面図である。 図６との比較例を示す図である。 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。 本発明の変形例を示す模式図である。

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に一挙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。燃料電池１のセル１０の積層方向Ｘには、複数のコネクタ２が並んでいる。

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。
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８（Ｂ）の二点鎖線）に対して、燃料電池１の幅方向（図８の左右方向）および高さ方向（図８の上下方向）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）、この延在部分がセル電極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を保持する保持部１３と、保持部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。
保持部１３は、セル電極１１Ａ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から保持部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、保持部１３よりも高さ方向に突出している。その上面Ｕ２は保持部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の高さを考慮して設定されている。
係合溝１４の燃料電池１幅方向の中央側は、上面Ｕ１に対して一段低められている。
また、嵌合凸部１５には，保持部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。
保持部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Ｘ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。保持部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、図３に示すように、セル電極１１Ａにそれぞれ電気的に導通される複数のコンタクト１２（図４）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字状の嵌合アーム４０により区画されている。コンタクト１２に接続された電線１９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１９が引き出される側）を後端側と定義して、以下説明する。

コンタクト１２は、図４に示すように、電線１９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に電気的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、互いに対向する一対の短冊状の接触部１２２Ａ，１２２Ｂにより構成される。接触部１２２Ａ，１２２Ｂの前端側は、互いに離れる向きに拡開しているので、接触部１２２Ａ，１２２Ｂ間にセル電極１１Ａが誘い込まれて挟持される。

ハウジング２０は、図３に示すように、複数のコンタクト１２を保持するブロック状のハウジング本体２２と、ハウジング本体２２の側方に一体に形成され、燃料電池１に係止されるロック部材３０とを備えている。
ハウジング本体２２に形成されるキャビティ２１内に個々に収容されるコンタクト１２は、セル１０の積層方向Ｘに沿った２列に交互に、列方向（積層方向Ｘ）の位置をずらして配置されている。これにより、狭いピッチで配置されるセル電極１１Ａに導通されるコンタクト１２同士が干渉するのを回避している。
ハウジング本体２２の詳細な構造については後述する。

ロック部材３０は、ハウジング本体２２の側面部に支持されるロックアーム３１と、ロックアーム３１に形成されるロック突起３２と、ロックアーム３１の後端側に連なるロック解除ノブ３３とを有している。
ロックアーム３１は、ハウジング本体２２の側面部にほぼ沿って略板状に形成され、その板厚よりも厚い根本部３１Ａがハウジング本体２２の前端近傍の側面部に連続している。根本部３１Ａの前端３１Ｆは、コンタクト１２の前端の位置とほぼ同じく、ハウジング２０の最前端に位置している。その根本部３１Ａを含むロックアーム３１の前端部３１１は、前端部３１１を積層方向Ｘに分けるように複数のスリット３１１Ａが等間隔で平行に形成された櫛歯状の形態とされている。スリット３１１Ａの各々に、セル電極１１Ａが収容される。

ロックアーム３１の前端と後端との間に位置するロック突起３２は、ロックアーム３１と同様の幅で、ロックアーム３１の側方嵌合間口Ｓに臨む面に突設されている。ロック突起３２には、前端側に位置する斜面３２１と、その頂部３２１Ａから反対側に下り、ロックアーム３１の面よりは一段高い段部３２２とが形成されている。
ロック解除ノブ３３は、ロックアーム３１の後端に対して屈曲して形成されている。

嵌合アーム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、ハウジング本体２２に一体に設けられて、係合壁４１に対向する板状の支柱４２とを備えている。
一対の支柱４２は、ロックアーム３１を間に挟んで、ハウジング本体２２の横方向（積層方向Ｘ）の両側面部に一体に形成されている。各支柱４２は、ロックアーム３１の前端部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いる。支柱４２の前端４２Ｆもハウジング２０の最前端に位置している。

係合壁４１は、ハウジング本体２２の横方向の寸法と同様の幅の板状に形成されている。
一対の連結梁４３は、支柱４２の後端側に連なっている。それら連結梁４３，４３の間には、ロック解除ノブ３３が配置されている。

本実施形態では、コネクタ２の嵌合アーム４０の内側にロックアーム３１およびロック突起３２が配置されているので、電線１９や、配線作業用の治具等がロックアーム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。これにより、ロックアーム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を間に挟むように嵌合アーム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。

次に、図５および図６を参照し、コンタクト１２およびその周辺の構造について説明する。
コンタクト１２は、上述のように２列に千鳥状に配置されている。コンタクト１２の一対の導通部１２２をなす接触部１２２Ａ，１２２Ｂは、列方向（方向Ｘ）に対向している。コンタクト１２がなす２列をＡ列、Ｂ列とすると、Ａ列の任意の一のコンタクト１２Ａと、そのコンタクト１２Ａに隣り合うＢ列の２つのコンタクト１２Ｂ１，１２Ｂ２の間の位置Ｐとを結ぶ縦方向Ｙに沿って、接触部１２２Ａ，１２２Ｂの間が開放されている。ハウジング本体２２には、接触部１２２Ａ，１２２Ｂの間を通る差込口ＩＮが縦方向Ｙに沿って形成されており、差込口ＩＮにセル電極１１Ａが挿入される。差込口ＩＮは、ハウジング本体２２の縦方向Ｙ両側ではスリット２２１として表れている（図３）。

ハウジング本体２２の前端には、差込口ＩＮの幅に相当する間隔をおいてコンタクト１２の奥行き方向に起立し、キャビティ２１の前端側を形成する一対の部分壁２１０Ａ，２１０Ｂが形成されている。なお、部分壁２１０Ａ，２１０Ｂは、図６ではコンタクト１２に重なり、現れていないので、その位置を矢印で示す。それらの部分壁２１０Ａ，２１０Ｂの間にコンタクト１２が保持されている。部分壁２１０Ａ，２１０Ｂの前端は、接触部１２２Ａ，１２２Ｂの前端に対向している。
Ａ列の任意の一のコンタクト１２Ａの接触部１２２Ａを保持する部分壁２１０Ａと、そのコンタクト１２Ａに隣り合うＢ列のコンタクト１２Ｂ１の接触部１２２Ｂを保持する部分壁２１０Ｂとは、略同一直線上に位置している。同様に、Ａ列のコンタクト１２Ａの接触部１２２Ｂを保持する部分壁２１０Ｂと、そのコンタクト１２Ａに隣り合うＢ列のコンタクト１２Ｂ２の接触部１２２Ａを保持する部分壁２１０Ａとは、略同一直線上に位置している。
上記の如く、Ａ列のキャビティ２１と、Ｂ列のキャビティ２１が、列方向に繰り返し配置されている。

Ａ列とＢ列に同数のキャビティ２１が配置されており、キャビティ２１が配置される平面領域Ｒは、ハウジング本体２２の列方向の一端側ではＡ列側がＢ列側よりも突出し、他端側ではＢ列側Ａ列側よりもが突出する形状となる。ハウジング本体２２は、平面領域Ｒの形状に対応する形状とされていて、ハウジング本体２２の一方の側面部がＡ列側で突出する段差状とされ、他方の側面部がＢ列側で突出する段差状とされている。それらの段差を互い違いに組み合わせることにより、全セル１０に対して複数のコネクタ２でコンタクトする。

ハウジング本体２２には、Ａ列およびＢ列の方向に直交する縦方向Ｙに沿って、複数の隔壁２３が互いに平行に形成されている。隔壁２３は、部分壁２１０Ａ，２１０Ｂと同様にコンタクト１２の奥行き方向に、部分壁２１０Ａ，２１０Ｂと同じ高さまで起立している。
隔壁２３により、Ａ列のコンタクト１２Ａの部分壁２１０Ａと、Ｂ列のコンタクト１２Ｂ１の部分壁２１０Ｂとが連結されている。それらの部分壁２１０Ａ，２１０Ｂと隔壁２３とは一体に形成されている。同様に、Ａ列のコンタクト１２Ａの部分壁２１０Ｂと、Ｂ列のコンタクト１２Ｂ２の部分壁２１０Ａとが連結されている。それらの部分壁２１０Ａ，２１０Ｂと隔壁２３とは一体に形成されている。このように隔壁２３を介して部分壁２１０Ａ，２１０Ｂが一体化されると、単独の部分壁２１０Ａ，２１０Ｂと比べて剛性が向上する。
隣り合う隔壁２３と隔壁２３の間には、コンタクト１２に臨むコンタクト空間２４が形成されている。コンタクト空間２４は、差込口ＩＮを構成する。

仮に、上記の隔壁２３が形成されていないとすると、図７に示すように、Ａ列のコンタクト１２と、Ｂ列のコンタクト１２との間には間隙Ｇがあく。
したがって、嵌合時に少し撓んだセル電極１１Ａ（図７に二点鎖線で図示）が、間隙Ｇを通じて、正規嵌合対象であるコンタクト１２の隣の列のコンタクト１２の差込口ＩＮに挿入されるおそれがある。
しかし、本実施形態では、間隙Ｇの位置に形成されている隔壁２３により、セル電極１１Ａの姿勢が縦方向Ｙに矯正されるので、セル電極１１Ａは正規のコンタクト１２に嵌合する。
上記のように、隔壁２３は、Ａ列とＢ列の互いに近接するコンタクト１２を隔て、セル電極１１Ａが隣列のコンタクトに誤って嵌合されるのを阻止する。そのためには、隔壁２３は、Ａ列とＢ列の間で、セル電極１１Ａの侵入を阻止するのに足りる長さで形成されていれば足り、部分壁２１０Ａ，２１０Ｂと隔壁２３との間に隙間があいていてもよい。

本実施形態の隔壁２３は、Ａ列、Ｂ列の間のみならず、コンタクト１２が配置される平面領域Ｒの縦方向Ｙの一端部から他端部までの全体に亘り形成されている。
さらに、ハウジング本体２２の列方向の両端側に位置する隔壁２３（２３Ｓ）が、嵌合アーム４０の支柱４２の前端４２Ｆまで延びて支柱４２と一体に形成されるとともに、中央部に位置する隔壁２３（２３Ｍ）が、ロックアーム３１の櫛歯状の前端３１Ｆにまで延びてロックアーム３１と一体に形成されている。隔壁２３Ｓと隔壁２３Ｍの間の隔壁２３は、ハウジング本体２２から、嵌合アーム４０の係合壁４１（図３）側に向けて少し突出している。
上記の支柱４２の前端４２Ｆ、およびロックアーム３１の前端３１Ｆは、隔壁２３の延長上に位置し、隔壁２３と共に、嵌合時にセル電極１１Ａの姿勢を矯正する。

ロックアーム３１のスリット３１１Ａは、コンタクト空間２４の延長上に位置しており、隔壁２３の延長上には、ロックアーム３１の前端部３１１の肉部３１１Ｂが位置している。
前端部３１１は、肉部３１１Ｂによってハウジング本体２２に支持され、スリット３１１Ａによってセル電極１１Ａを収容する。
もし、スリット３１１Ａが形成されていないとすると、ロックアーム３１の前端は、セル電極１１Ａへの干渉を避けるため、セル電極１１Ａの上端よりも上方（コネクタ２の後端側）に配置せざるを得ない。それによってロックアーム３１の長さが短くなると、ロックアーム３１の撓み量が小さくなり、ロックが不十分となるおそれがあるので、ロックアーム３１をスリット３１１Ａの長さだけ後方に延長すると、コネクタ２の背が高くなってしまう。
これに対して、本実施形態では、ロックアーム３１の前端部３１１にセル電極１１Ａが収容されるスリット３１１Ａが形成されていることで、ロックアーム３１の前端をより前方に配置できる。これにより、ロックアーム３１を後方に延長しなくても、同じ撓み量を得るのに必要なロックアーム３１の長さを確保できる。

コネクタ２を燃料電池１に嵌合するときは、図８（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。
このとき、支柱４２の前端４２Ｆ、ロックアーム３１の前端３１Ｆ、および隔壁２３がセル電極１１Ａのガイドとなり、セル電極１１Ａの姿勢が積層方向Ｘと直交する縦方向Ｙに矯正されるので、セル電極１１Ａは、正規嵌合のコンタクト１２の差込口ＩＮに対してまっすぐ差し込まれる。
そして、図８（Ｂ）に示すように、嵌合アーム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、嵌合アーム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の斜面３２１が嵌合凸部１５に接触して押されることでロックアーム３１が図８（Ａ）における反時計回りに撓む。そして、コネクタ２をさらに押し下げ、ロック突起３２がロック溝１５Ａに嵌まるときにロックアーム３１の撓みが復元する。ロック突起３２の段部３２２が嵌合凸部１５の側面に突き当てられるので、コネクタ２のがたつきを抑えられる。

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８（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。

本実施形態によれば、複数のセル１０が配列された燃料電池１にコネクタを嵌合するにあたり、セル１０の積層方向Ｘとは直交する縦方向Ｙに沿った隔壁２３で隣り合う列のコンタクト１２を隔てているので、セル１０の各々のセル電極１１Ａと各コンタクト１２とを１対１で確実に対応させて誤嵌合を防止することができる。
それに加えて、隔壁２３を介してキャビティ２１をなす部分壁２１０Ａ，２１０Ｂが連結されるので、強度を向上させることができる。
その上、ロックアーム３１の前端部３１１にセル電極１１Ａが収容されるスリット３１１Ａが形成されており、ロックアーム３１の前端部３１１をセル電極１１Ａの上端よりも下方に位置させることができるので、コネクタ２を小型に維持しつつ、ロックアーム３１の応力分散とロックの係り代の確保に必要なロックアーム３１の長さを確保できる。これにより、信頼性を向上しながら、コネクタ２の小型化によってコストを抑えることができる。

本発明において、コンタクト１２の列数は問わない。例えば図９に示すように、Ａ列、Ｂ列、Ｃ列の３列に亘り、コンタクト１２が千鳥状に配置された構成にも本発明を適用できる。

本発明のコネクタは、燃料電池以外にも、バスバーや、平板状の部材が並列に配置される構造に広く適用することができる。
本発明のコネクタは、ハウジングの側方に嵌合間口を形成するための嵌合アーム４０を備えるものには限らず、嵌合相手に形成された嵌合間口に嵌合されるものであってもよい。
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
１０Ｌ 切欠
１１ セパレータ
１１Ａ セル電極
１２ コンタクト
１３ 保持部
１４ 係合溝
１５ 嵌合凸部
１５Ａ ロック溝
１９ 電線
２０ ハウジング
２１ キャビティ
２２ ハウジング本体
２３ 隔壁
２４ コンタクト空間
３０ ロック部材
３１ ロックアーム
３１Ａ 根本部
３１Ｆ 前端
３２ ロック突起
３３ ロック解除ノブ
４０ 嵌合アーム
４１ 係合壁
４２ 支柱
４２Ｆ 前端
４３ 連結梁
１２１ 電線取付部
１２２ 導通部
１２２Ａ，１２２Ｂ 接触部
２１０Ａ，２１０Ｂ 部分壁
３１１ 前端部
３１１Ａ スリット
３１１Ｂ 肉部
Ｇ 間隙
ＩＮ 差込口
Ｒ 平面領域
Ｓ 側方嵌合間口
Ｘ 積層方向
Ｙ 縦方向

Claims (1)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに、２列以上の各列に交互に、列方向の位置をずらして配置される複数のコンタクトと、
   前記ハウジングに一体に形成され、嵌合方向における前記ハウジングの前端の位置から後側に向けて延在するロックアームと、を備え、
   前記ハウジングには、列方向に交差する方向に沿って、少なくとも、隣り合う列の一方の列の前記コンタクトと他方の列の前記コンタクトとの間に隔壁が形成され、
   前記ロックアームの前端部は、隣り合う前記隔壁の間に位置する空間の延長上に、前記嵌合方向の前方に向けて開放されたスリットを有する形態とされている、
   ことを特徴とする電気コネクタ。

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