(57)【要約】【課題】ハーネスがコネクタから脱落しないハーネスクランプ構造を提供する。【解決手段】  コネクタ部２１０に配線基板２１１を備え、配線基板２１１の上端部にハーネス２２０が収容される切り欠き溝２１１ａが形成される。配線基板２１１の一端面側にて下端部から上端部へハーネス２２０が配線される位置より横方向に所定間隔あけた位置に、導体孔２１１ｂが形成される。ハーネス２２０は配線基板２１１の一端面側にて下端部から上端部に直線的に配線され、切り欠き溝２１１ａにハーネス２２０を収容するようにしてハーネス２２０が曲げられ、ハーネス２２０が切り欠き溝２１１ａから配線基板２１１の他端面側の導体孔２１１ｂまで配線されるときに屈曲して配線される。ハーネス２２０の導体部は配線基板２１１の導体孔２１１ｂの他端面側から一端面側に貫通され、ハーネス２２０の導体部が配線基板２１１の一端面側に半田付けされる。【選択図】図３
2011061150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクタ部に配線基板を備え、
前記配線基板の上端部にハーネスが収容される切り欠き溝が形成され、
前記配線基板は一端面側にて下端部から上端部へ前記ハーネスが配線される位置より横方向に所定間隔あけた位置に導体孔が形成され、
前記ハーネスが前記配線基板の一端面側にて前記下端部から前記上端部に直線的に配線され、前記切り欠き溝に前記ハーネスを収容するようにして前記ハーネスが曲げられ、
前記ハーネスが前記切り欠き溝と前記配線基板の他端面側の前記導体孔間の前記ハーネスは屈曲して配線され、
前記ハーネスの導体部が前記配線基板の前記導体孔の他端面側から一端面側に貫通され、
前記ハーネスの導体部が前記配線基板の一端面側に接続されていることを特徴とするハーネスクランプ構造。
【請求項２】
前記コネクタ部はセル端子とキャリアを備え、
前記セル端子は前記配線基板に接続され、前記キャリアによって前記セル端子を前記配線基板に固定されたことを特徴とする請求項１に記載のハーネスクランプ構造。
【請求項３】
制御ユニットの前記コネクタ部は、燃料電池スタックのセパレータに接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハーネスクランプ構造。
【請求項４】
前記コネクタ部は、上下方向が前記燃料電池スタックの積層方向と直行する方向に一致するように前記燃料電池スタックの前記セパレータに接続されていることを特徴とする請求項３に記載のハーネスクランプ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハーネスクランプ構造に係り、例えば燃料電池スタックと制御ユニットを接続する電線ケーブル(以下、ハーネスという)の固定構造（以下、ハーネスクランプ構造という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御ユニットが接続されている燃料電池スタックを備えている車両において、衝突などにより車両の車体に衝撃が加わったときに、燃料電池スタックと制御ユニットを接続するハーネスが脱落することがある。このため外部からの衝撃によりハーネスの接続部分に加わる緊張(以下、ストレスという)を低減する必要がある。一般に、機器と機器とを接続するハーネスに圧力が掛けられたときに、ケーブルの接続部分に加わるストレスを低減させる様々な配線構造が採用されている。
【０００３】
下記の特許文献１に記載の電気機器の配線構造では、リード線が挿通されて直交する２方向のうちの少なくとも一方向に沿ったリード線の移動を阻止する第１係止溝と、リード線が挿通されて少なくとも他方向に沿ったリード線の移動を阻止する第２係止溝の係止部を配線基板に有している。この係止部に、電気部品接続用のスナップ端子のリード線の中間部が係止され、またリード線の基端部が半田付けで配線基板に接続される。このような配線構造においては、スナップ端子が引っ張られても第１係止溝と第２係止溝によりリード線の配線基板の半田付け部にストレスが掛かることがない。
【０００４】
下記の特許文献２に記載の回路基板の接続構造では、硬質回路基板にスリットを設け、フレキシブル配線基板の端部を硬質回路基板の他方の面側からスリットを通して一方の面側に引き出している。そしてフレキシブル配線基板の端部に形成されている接続リード部を、硬質回路基板の一方の面に形成されている電極端子部に、ハンダ材などにて接続している。このように硬質回路基板にスリットを設け、フレキシブル配線基板の端部をこのスリットに通すことで、硬質回路基板とフレキシブル配線基板との接続部分に機械的ストレスが直接に加わらないようにすることができる。
【０００５】
下記の特許文献３に記載のパネル計器では、発光素子を有する第１のプリント基板のパネルカバー面側に接続されているケーブルを、第１のプリント基板のパネルカバー面側と反対側にある第２のプリント基板に接続している。このようなパネル計器において、第１のプリント基板に対して厚さ方向にケーブルを案内する穴と、発光素子と第１のプリント基板との間隔を一定にするスペーサと、スペーサの穴により案内されたケーブルをパネルカバー内に案内する案内板の構造を有している。このような構造において、ケーブルを第１のプリント基板に対して厚さ方向に案内する穴、スペーサの穴、及び案内板を通すことで、ケーブルの断線を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１１９１６６号公報
【特許文献２】特開２００５−５６９５２号公報
【特許文献３】実開平０６−４５３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の電気機器の配線構造では、第１係止溝と第２係止溝の２箇所の切り欠き溝が必要であり、またこの２箇所の切り欠き溝にリード線を挿通しなければならないので配線構造が複雑となる。また、特許文献２の回路基板の接続構造では、硬質回路基板にスリットが必要であり、またこの硬質回路基板のスリットにフレキシブル配線基板の端部を通して硬質回路基板の反対側にハンダ材などにて接続するだけでは機械的ストレスを十分低減させることはできない。また、特許文献３のパネル計器では、第１のプリント基板に対して厚さ方向にケーブルを案内する穴と、発光素子と第１のプリント基板との間隔を一定にするスペーサと、スペーサの穴により案内されたケーブルをパネルカバー内に案内する案内板が必要であり、またこれらにケーブルを通すだけではケーブルの接続部分のストレスを十分低減させることはできない。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のハーネスクランプ構造は、コネクタ部に配線基板を備え、前記配線基板の上端部にハーネスが収容される切り欠き溝が形成され、前記配線基板は一端面側にて下端部から上端部へ前記ハーネスが配線される位置より横方向に所定間隔あけた位置に導体孔が形成され、前記ハーネスが前記配線基板の一端面側にて前記下端部から前記上端部に直線的に配線され、前記切り欠き溝に前記ハーネスを収容するようにして前記ハーネスが曲げられ、前記ハーネスが前記切り欠き溝と前記配線基板の他端面側の前記導体孔間の前記ハーネスは屈曲して配線され、前記ハーネスの導体部が前記配線基板の前記導体孔の他端面側から一端面側に貫通され、前記ハーネスの導体部が前記配線基板の一端面側に接続されていることを特徴としている。
また、前記コネクタ部はセル端子とキャリアを備え、前記セル端子は前記配線基板に接続され、前記キャリアによって前記セル端子を前記配線基板に固定されたことを特徴としている。
また、制御ユニットの前記コネクタ部は、燃料電池スタックのセパレータに接続されていることを特徴としている。
また、前記コネクタ部は、上下方向が前記燃料電池スタックの積層方向と直行する方向に一致するように前記燃料電池スタックの前記セパレータに接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ハーネスの接続部分に加わるストレスを低減する技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る、燃料電池スタック、制御ユニット、及びセパレータの外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、制御ユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、制御ユニットの接続部の背面と正面の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、制御ユニットの接続部の側面と正面の構造図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、車体への衝撃による制御ユニットのハーネスの脱落を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、車体への衝撃による漏電が発生する原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態として、複数の燃料電池を直列に配列している燃料電池スタックと、この燃料電池スタックに接続される制御ユニットのハーネスクランプ構造を例に挙げて説明する。制御ユニットは、燃料電池スタックの中の一部の燃料電池が故障した場合でも故障した燃料電池をバイパスして電流を流し、残りの正常な燃料電池を有効に動作させるために設けられている。燃料電池スタックは、制御ユニットの制御ユニット本体とハーネスを介してコネクタ部により接続される。コネクタ部の配線基板には切り欠き溝が設けられ、この配線基板の切り欠き溝を通してハーネスが配線される。これによってハーネスに荷重が加わっても切り欠き溝に荷重が分散されるので接続部分のストレスが低減される。また、ハーネスの一部に屈曲部を設けて荷重を分散するようにしている。これらの荷重分散によりハーネス接続部分の損傷を効果的に防止することができる。
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照して説明する。本発明の説明に関係ない部分の符号については省略している。
【００１４】
図１（１）は、本実施形態に係る燃料電池スタック１００と制御ユニット２００の外観図である。燃料電池スタック１００は、押し当て用板１１０、積層された複数のセパレータ１２０、各セパレータ１２０間に配置された電極ユニット（不図示）及び制御ユニット保持バー１３０などから構成されている。押し当て用板１１０は、燃料電池スタック１００の側面に設置され、燃料電池スタック１００の側面から荷重されたときに燃料電池スタック１００を保護する。制御ユニット保持バー１３０は、制御ユニット２００の制御ユニット本体２３０を保持するためのボートである。
【００１５】
制御ユニット２００は、コネクタ部２１０、ハーネス２２０、及び制御ユニット本体２３０から構成されている。コネクタ部２１０は、制御ユニット本体２３０を燃料電池スタック１００と接続する部分で、後述する図１（２）に示すセパレータ１２０の電圧端子１２０ｄを介してセパレータ１２０と接続されている。電圧端子１２０ｄは、セパレータ１２０一個ごとではなく数個おきに設けられ（後述の図６参照）、図１（１）に示すようにコネクタ部２１０と接続される。ハーネス２２０は、コネクタ部２１０と制御ユニット本体２３０とを接続する電線ケーブルである。制御ユニット本体２３０は、燃料電池スタック１００が故障したときに、故障した燃料電池１００ａ（後述の図６参照）をバイパスして電流を流す部位である。
【００１６】
図１（２）は、セパレータ１２０の外観とコネクタ部２１０との接続を示す図である。セパレータ１２０は導電体であり、例えば黒鉛板にフェノール樹脂が含浸され硬化された樹脂含浸黒鉛板である。また、ステンレス等の金属板に金メッキを施したもの等を用いてもよい。セパレータ１２０には、燃料ガス供給連通孔１２０ａ、冷却媒体供給連通孔１２０ｂ、酸化剤ガス供給連通孔１２０c、及び電圧端子１２０ｄが設けらている。セパレータ１２０とセパレータ１２０の間には陰極である水素極と陽極である酸素極の２枚の電極で電解質を挟んだ電極ユニットが配置されている。この電極ユニットの水素極側に水素を主成分とする燃料ガスを燃料ガス供給連通孔１２０ａを介して供給し、電極ユニットの酸素極側に酸素を主成分とする酸化剤ガスを酸化剤ガス供給連通孔１２０ｃを介して供給することで電気化学的に反応させ、起電力が得られる。また、純水などの冷却媒体を冷却媒体供給連通孔１２０ｂを介して供給することで燃料電池１００ａの冷却を行っている。
【００１７】
このようなセパレータ１２０を、間に電極ユニットを挟んで複数積層することで燃料電池１００ａとなる。また燃料電池１００ａが複数積層されて燃料電池スタック１００が構成される。電圧端子１２０ｄは燃料電池１００ａの両端のセパレータ１２０に設けられる。そしてセパレータ１２０の電圧端子１２０ｄに、後述する制御ユニット２００のコネクタ部２１０のセル端子２１３が嵌合される。
【００１８】
図２は、制御ユニット２００の構成を示す分解斜視図である。図２に示すように、制御ユニット本体２３０は、ダイオード部２３１、放熱部２３２、内側カバー部２３３、及び外側カバー部２３４を備えて構成され、各々はネジ２３６によってネジ留めされることで固定される。
【００１９】
ダイオード部２３１には、複数のダイオードチップ２３５が取り付けられている。ダイオードチップ２３５は、ハーネス２２０を経由してコネクタ部２１０と接続される。
【００２０】
放熱部２３２は、制御ユニット２００が発する熱を放熱する部位である。内側カバー部２３３は、ダイオード部２３１に取り付けられているダイオードチップ２３５をカバーして保護する部位である。外側カバー部２３４は、制御ユニット２００の外面に設置され、制御ユニット２００に衝突などの際に外力が加わり荷重されたときに制御ユニット２００を保護する部位である。
【００２１】
図３は、実施形態に係る制御ユニット２００のコネクタ部２１０の背面と正面の斜視図である。図３（１）にコネクタ部２１０の背面斜視図、図３（２）にコネクタ部２１０の正面斜視図を示す。コネクタ部２１０は、配線基板２１１、キャリア２１２、及びセル端子２１３から構成される。配線基板２１１は、プリント基板であり、図３（１）及び（２）に示すように配線基板２１１の上端部にはハーネス２２０を収容する切り欠き溝２１１ａが形成されている。また、図３（１）及び（２）に示すように配線基板２１１の背面側にて下端部から上端部へのハーネス２２０が配線される位置より、横方向に所定間隔あけた位置に導体孔２１１ｂが形成されている。
【００２２】
このような構造の配線基板２１１において、ハーネス２２０を配線するときは、図３（１）に示すようにハーネス２２０を配線基板２１１の背面側の下端部から上端部に直線的に配線し、切り欠き溝２１１ａにハーネス２２０を収容するようにしてハーネス２２０を曲げる。
【００２３】
次に図３（２）に示すようにハーネス２２０を切り欠き溝２１１ａから配線基板２１１の正面側の下端方向に配線し、ハーネス２２０の導体部分を配線基板２１１の正面側の導体孔２１１ｂから挿入する。このとき、配線基板２１１の導体孔２１１ｂの位置は、配線基板２１１の一端面側にて下端部から上端部へのハーネス２２０が配線される位置より、横方向に所定間隔あけて形成されているので、ハーネス２２０に余裕を持たせて屈曲して配線する。次に導体孔２１１ｂに挿入されたハーネス２２０の導体部分は、図３（１）に示すように配線基板２１１の背面側まで貫通し、配線基板２１１の背面に半田付けされる。なおこの配線順序は逆の手順で行うことも可能である。すなわち導体孔２１１ｂに挿入したハーネス２２０の導体部分を配線基板２１１の背面で半田付けしてから切り欠き溝２１１ａに収容するように曲げて背面側の上端部から下端部へ配線することができる。
【００２４】
キャリア２１２は、セル端子２１３を噛み込んでセル端子２１３を固定する部位である。このセル端子２１３をセパレータ１２０の電圧端子１２０ｄと嵌合することで、コネクタ部２１０とセパレータ１２０が接続される。
【００２５】
図４（１）に制御ユニット２００のコネクタ部２１０の側面構造図、図４（２）に制御ユニット２００のコネクタ部２１０の正面構造図を示す。
【００２６】
以下、図４（１）及び（２）を用いてコネクタ部２１０の組立手順について説明する。なお、ハーネス２２０は上記手順で既に配線済みとする。まず、セル端子２１３は、キャリア２１２に噛み込ませるようにし、配線基板２１１に貫通させる。次に、セル端子２１３を配線基板２１１に貫通させた部分で半田付けし、キャリア２１２を配線基板２１１に固定する。このようにキャリア２１２を固定することで、セル端子２１３は配線基板２１１に貫通させた状態で固定される。次に、配線基板２１１をネジ２１４で図３に示すネジ穴２１５を通してネジ留めする。
【００２７】
図５は、車体への衝撃により荷重が加わったときのハーネス２２０の脱落を説明するための図である。図５（１）は燃料電池スタック１００と制御ユニット２００の外観を示している。図５（２）は荷重により制御ユニット保持バー１３０が曲折したときに上から見た制御ユニット保持バー１３０と制御ユニット本体２３０の状態を示している。図５（３）はダイオード制御ユニット保持バー１３０が曲折したときの本発明のハーネスクランプ構造における状態を示している。
【００２８】
図６は、車体への衝撃により荷重が加わったときに漏電が発生する原理を説明するための図である。図６は通常の燃料電池スタック１００と制御ユニット２００の状態を示している。図６に示すように燃料電池スタック１００は複数のセパレータ１２０を備えた複数の燃料電池１００ａから構成されている。制御ユニット２００は、前述したように数個おきのセパレータ１２０に設けられている電圧端子１２０ｄと、制御ユニット２００のコネクタ部２１０のセル端子２１３が接続されている。図６における燃料電池１００ａでは、図中のＡからＢの方向に電流が流れている。
【００２９】
ここで、車体への衝撃により押し当て用板１１０側から荷重が加わったときに制御ユニット保持バー１３０が曲折すると、制御ユニット保持バー１３０が外側に押し出される。このような場合において、従来のハーネスクランプ構造と本発明のハーネスクランプ構造の相違による車体への影響について、図５と図６を用いて説明する。
【００３０】
図５（１）に示すように、制御ユニット保持バー１３０と制御ユニット本体２３０はネジ１３０ａによって燃料電池スタック１００に固定されている。ここで、図５（１）に示すように例えば車体への衝撃により押し当て用板１１０側から荷重が加えられると、その荷重によって制御ユニット保持バー１３０が曲折する。そして、図５（２）に示すように制御ユニット保持バー１３０が曲折して、制御ユニット本体２３０が外側に押し出される。
【００３１】
従来の制御ユニット２００のハーネスクランプ構造では、ハーネス２２０の一部がコネクタ部２１０から抜けて車両に接触することがある。一部のコネクタ部２１０からハーネス２２０が脱落して車両に接触するが、他のハーネス２２０は脱落しなかったとする。その結果、コネクタ部２１０から脱落したハーネス２２０が車体に接触すると、脱落しないハーネス２２０を経由して燃料電池１００ａから脱落したハーネス２２０に電流が流れ漏電が発生する。
【００３２】
しかし本形態によれば、図５（３）に示すように、制御ユニット保持バー１３０が曲折して、制御ユニット本体２３０が外側に押し出されることがあっても、本実施形態のハーネスクランプ構造により図６に示す状態を保ちハーネス２２０はコネクタ部２１０から脱落しない。したがって従来の制御ユニット２００のハーネスクランプ構造とは異なり、ハーネス２２０の一部がコネクタ部２１０から抜けて車体に接触することはなく、よって漏電は発生しない。
【００３３】
以上、本実施形態によれば、制御ユニット２００は、図３（１）及び（２）に示すように配線基板２１１の上端部に切り欠き溝２１１ａを設けることで、ハーネス２２０に荷重が加わっても、切り欠き溝２１１ａに荷重が分散されるので、配線基板２１１からハーネス２２０が脱落することを回避することができる。
【００３４】
また、配線基板２１１の導体孔２１１ｂの位置は、配線基板２１１の背面側にて下端部から上端部へのハーネス２２０が配線される位置より、横方向に所定間隔あけて形成される。そして切り欠き溝２１１ａから導体孔２１１ｂまでハーネス２２０に余裕を持たせて屈曲して配線されてから導体孔２１１ｂに挿入され、配線基板２１１の背面で半田付けされる。このように配線されたハーネスクランプ構造により、ハーネス２２０の荷重は余裕を持たせて屈曲して配線された部分でも分散され、配線基板２１１からハーネス２２０が脱落することを更に効果的に回避することができる。
【００３５】
また、制御ユニット２００のコネクタ部２１０とハーネス２２０との接続部分のストレスを低減することで、車体への漏電を防止し、車両の衝突時の安全性を更に向上させる制御ユニット２００を提供することができる。
【００３６】
また、制御ユニット２００は、図４（１）に示すようにキャリア２１２を用いて配線基板２１１とセル端子２１３を結合させることで、車両の回転時や車体への衝撃により荷重が加わったときに、セル端子２１３と配線基板２１１との半田付け部分へのストレスも除去することができる。
【００３７】
以上、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、上記実施形態では燃料電池と制御ユニットを接続するハーネスのクランプ構造について例示したが、本発明はこれに限定されず他の用途でのハーネスのクランプ構造に適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１００・・・燃料電池スタック
１００ａ・・燃料電池
１１０・・・押し当て用板
１２０・・・セパレータ
１２０ａ・・燃料ガス供給連通孔
１２０ｂ・・冷却媒体供給連通孔
１２０ｃ・・酸化剤ガス供給連通孔
１２０ｄ・・電圧端子
１３０・・・制御ユニット保持バー
１３０ａ・・ネジ
２００・・・制御ユニット
２１０・・・コネクタ部
２１１・・・配線基板
２１１ａ・・切り欠き溝
２１１ｂ・・導体孔
２１２・・・キャリア
２１３・・・セル端子
２１４・・・ネジ
２１５・・・ネジ穴
２２０・・・ハーネス
２３０・・・制御ユニット本体
２３１・・・ダイオード部
２３２・・・放熱部
２３３・・・内側カバー部
２３４・・・外側カバー部
２３５・・・ダイオードチップ
２３６・・・ネジ
【図１】
2011061150.tif 000003
【図２】
2011061150.tif 000004
【図３】
2011061150.tif 000005
【図４】
2011061150.tif 000006
【図５】
2011061150.tif 000007
【図６】
2011061150.tif 000008