カップラー
【課題】メタノール燃料電池の場合のように簡単に着脱して金属と接触させずに液体などを供給したり、取り出したり、あるいは容器ごと交換することができるカップラーを提供する。
【解決手段】弁体１５を備えるソケットＳ１０と、弁体２４を備えソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグＰ１０とから構成されるカップラー１０で、弁体１５，２４の外側のハウジング１３，２２内に、弁体を開閉方向に往復移動可能かつ両端部でシール可能に装着し、このハウジング１３，２２内の弁体の外側に弁体を付勢する付勢手段を構成する金属製コイルばね１６，２５を圧力変化が生じないように収納し、その内側のシールされた部分に流路１３ｅ，１３ｆ，２２ｆを形成する。 これにより、金属製コイルばね１６，２５が収納されたハウジング１３，２２内に液体が吸引されることを防止でき、液体との接触を防止する。
【解決手段】弁体１５を備えるソケットＳ１０と、弁体２４を備えソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグＰ１０とから構成されるカップラー１０で、弁体１５，２４の外側のハウジング１３，２２内に、弁体を開閉方向に往復移動可能かつ両端部でシール可能に装着し、このハウジング１３，２２内の弁体の外側に弁体を付勢する付勢手段を構成する金属製コイルばね１６，２５を圧力変化が生じないように収納し、その内側のシールされた部分に流路１３ｅ，１３ｆ，２２ｆを形成する。 これにより、金属製コイルばね１６，２５が収納されたハウジング１３，２２内に液体が吸引されることを防止でき、液体との接触を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はソケットとプラグとで構成され着脱可能に連結されるカップラーに関し、液体などを容器から簡単に本体側の容器などに移したり、容器ごと交換することができるようにするもので、特にメタノール燃料電池のカートリッジ容器と燃料電池本体との間に設けて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から機器の運転や使用にともなって減少する原料などの液体を補充する必要がある場合も多く、機器本体側に設けた容器にカートリッジ容器を連結して原料などの液体を移すことで供給したり、機器本体側の容器と別の容器を付け替えることで供給することが行われている。
【０００３】
このような容器同士の連結や容器の付け替えを簡単にするため着脱可能な種々のカップラーが用いられている。
【０００４】
例えば特許文献１には、図３に示すように、連結装置が開示されており、主流路と副流路とを備えたプラグＰと、主流路と副流路とを備えプラグと嵌合可能であるとともに、嵌合した状態でプラグの主流路と副流路とを連通可能なソケットＳとから構成されている。
【０００５】
そして、この連結装置では、ソケットＳは保持体１に固定された弁押体２の外周に形成された主流路２ａと、さらに主流路２ａの外側に形成された副流路２ｂと、それらの流路２ａ，２ｂを閉じるバルブ３ａ、３ｂを有し、各バルブ３ａ、３ｂはスプリング４ａ，４ｂの付勢力によって弁座に向けて押圧され、主流路２ａおよび副流路２ｂを閉じることができる構成となっている。
【０００６】
一方、プラグＰは弁保持体５に摺動自在に保持された弁本体６の外周に形成された主流路６ａと、さらに主流路６ａの外側に形成された副流路６ｂと、それらの流路６ａ，６ｂを閉じるバルブ７ａ，７ｂを有し、各バルブ７ａ，７ｂはスプリング８ａ，８ｂの付勢力によって弁座に向けて押圧され、主流路６ａおよび副流路６ｂを閉じることができる構成となっている。
【０００７】
このようなソケットＳとプラグＰの接続がなされると、まず、ソケットＳの副バルブ３ｂとプラグＰの副バルブ７ｂが当接し、両者がそれぞれスプリング４ｂ，８ｂの付勢力に抗して互いに離れる方向に移動し、副流路２ｂ，６ｂが連通する。
【０００８】
さらに、ソケットＳとプラグＰの接続がなされると、ソケットＳの主バルブ３ａがプラグＰの内筒体の端面によって押され、スプリング４ａに抗して後退して弁体が弁押体２の弁座から離れ、弁押体２との主流路２ａを開くとともに、ソケットＳ側の弁押体の先端部平面とプラグＰ側の弁本体６に設けた弁部材の平面とが当接しプラグＰ側の弁本体６をスプリング８ａの付勢力に抗して押圧し、弁本体を後退させてプラグＰ側の主バルブ７ａを開き主流路６ａと連通する。
【０００９】
これにより、副流路が連通すると気体供給源から容器内に気体が供給され、その気体圧によって内袋を収縮させ、内袋内の液体がプラグ側の主流路からソケット側の主流路を介して液体を容器外に送出することができる。
【特許文献１】特開２００３−１７２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような連結装置によれば、容器内に中袋を設けてその中の液体を取り出す場合に、副流路から中袋の外側に加圧気体を入れ、主流路から液体を取り出すようにすることで中袋の中の液体を他の気体と接触させずに取り出すことができる。
【００１１】
ところが、容器内の液体を取り出したり、他の容器などに供給する場合に液体と金属との接触を防止する必要がある場合があり、例えばメタノール燃料電池では、燃料となるメタノールを燃料電池本体に供給する場合にメタノールが金属と接触すると、溶出した金属イオンが、アノード側で発生した水素イオン（プロトン）が移動するはずの場所を先に占有して移動量を減少させ、アノード側反応速度を低下させ、その結果として燃料電池としての機能を低下させてしまう。
【００１２】
このため、上記の連結装置を燃料電池本体とメタノール容器との間のカップラーとして用いると、弁体を閉方向に付勢する金属製のばねが主流路および副流路内に設けられるため、液体と金属との接触が避けられず、使用できないという問題がある。
【００１３】
この発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、メタノール燃料電池の場合のように簡単に着脱して金属と接触させずに液体などを供給したり、取り出したり、あるいは容器ごと交換することができるカップラーを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来技術の有する課題を解決するためこの発明の請求項１記載のカップラーは、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるとともに、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラーであって、前記ソケットと前記プラグとの少なくともいずれか一方の前記弁体の基端部外側に当該弁体が開閉方向に往復移動可能かつ当該弁体の両端部でシール可能に収納するハウジングを設け、このハウジング内の前記弁体の外側に当該弁体を付勢する前記付勢手段を構成する弾性体を装着する一方、前記弁体の内側に流路を形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
このカップラーによれば、弁体の外側のハウジング内に、弁体を開閉方向に往復移動可能かつ両端部でシール可能に装着し、このハウジング内の弁体の外側に弁体を付勢する付勢手段を構成する弾性体を収納してその内側のシールされた部分に流路を形成するようにしており、ソケットとプラグとの少なくともいずれか一方は、弾性体をハウジング内に収納することで、液体との接触を防止できるようにしている。
【００１６】
また、この発明の請求項２記載のカップラーは、請求項1記載の構成に加え、前記ハウジング内の前記弁体の外側の前記弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１７】
このカップラーによれば、ハウジング内の弁体の外側の弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成しており、弁体の開閉にともなう往復動によっても弾性体を装着した空間の圧力変化を防止でき、負圧による液体の吸引や加圧による液体の排出が生じないようにし、例え弾性体として金属ばねなど使用しても一層確実に液体と金属との接触を防止できるようにしている。
【００１８】
さらに、この発明の請求項３記載のカップラーは、請求項１または２記載の構成に加え、前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着したことを特徴とするものである。
【００１９】
このカップラーによれば、前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着するようにしており、機器の本体側のソケットに比べ、カートリッジ側のプラグにシール材を設けることで、シール材の疲労損傷等の問題を回避できるようにしている。
【００２０】
また、この発明の請求項４記載のカップラーは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記ソケットと前記プラグとの間に、嵌合連結状態を保持する連結保持手段を設けたことを特徴とするものであり、このカップラーによれば、連結保持手段で嵌合連結状態を保持でき、ソケットとプラグを連通状態とする場合の付勢手段の反力を支持できるようにしている。
【００２１】
さらに、この発明の請求項５記載のカップラーは、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記ソケットと前記プラグとの連通経路が外部に対しシールされた後、前記ソケットの前記弁体および前記プラグの前記弁体とが連通可能に構成してあることを特徴とするものであり、このカップラーによれば、ソケットとプラグを嵌合連結してから弁体同士を連通させることで、漏洩などを防止できるようにしている。
【００２２】
また、この発明の請求項６記載のカップラーは、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記カップラーがメタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられて構成されることを特徴とするものであり、このカップラーによれば、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとして必要な機能を全て満たすものとなる。
【００２３】
すなわち、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとしては、以下の条件を満たすものである必要がある。
【００２４】
１）簡単に着脱できること、
２）ソケットとプラグのいずれも、非接合時には弁体を閉じたシール状態にできること、
３）接合時に弁体を開くことができ、この状態を保持できること、
４）容器をスクイズするなどの簡便な方法で、容易に燃料を充填できること、
５）接合時には、シール状態が確立した後、弁体が開くこと、
６）接合を解除した際、接合部に付着する残液量が少ないこと、
７）内容液と金属が直接触れない構造であること
８）弁体の往復移動に伴う圧力変化の影響を回避できる構造であること。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の請求項１記載のカップラーによれば、弁体の外側のハウジング内に、弁体を開閉方向に往復移動可能かつ両端部でシール可能に装着し、このハウジング内の弁体の外側に弁体を付勢する付勢手段を構成する弾性体を収納してその内側のシールされた部分に流路を形成するようにしたので、ソケットとプラグとの少なくともいずれか一方は、弾性体をハウジング内に収納することで、液体との接触を防止することができる。
【００２６】
また、この発明の請求項２記載のカップラーによれば、ハウジング内の弁体の外側の弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成したので、弁体の開閉にともなう往復動によっても弾性体を装着した空間の圧力変化を防止でき、負圧による液体の吸引や加圧による液体の排出が生じないようにでき、例え弾性体として金属ばねなど使用しても一層確実に液体と金属との接触を防止することができる。
【００２７】
さらに、この発明の請求項３記載のカップラーによれば、前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着するようにしたので、例えば機器の本体側のソケットに比べ、カートリッジ側のプラグにシール材を設けることで、シール材の疲労損傷等の問題を回避することができる。
【００２８】
また、この発明の請求項４記載のカップラーによれば、嵌合連結状態を保持する連結保持手段を設けたので、連結保持手段で嵌合連結状態を保持でき、ソケットとプラグを連通状態とする場合の付勢手段の反力を支持することができる。
【００２９】
さらに、この発明の請求項５記載のカップラーによれば、ソケットとプラグの連通経路を外部に対しシールしてから弁体同士を連通させることができ、漏洩などを防止することができる。
【００３０】
また、この発明の請求項６記載のカップラーによれば、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとして必要な機能を全て満たすものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はこの発明のカップラーの一実施の形態にかかる縦断面図で、図１は接続前の状態を、図２は接続状態をそれぞれ示すものである。
【００３２】
このカップラー１０は、ソケットＳ１０と、このソケットＳ１０と嵌合連結されるプラグＰ１０とで構成され、例えばメタノール燃料電池の本体側ＦにソケットＳ１０が設けられ、メタノール容器としてのカートリッジ側にプラグＰ１０が設けられ、互いを連通させて本体側に燃料を補充したり、カートリッジごと交換するのに用いられ、主要部は、非金属材料、例えばポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂で作られる。
【００３３】
以下の説明では、各図面上での上下を基準に説明するが、実際の容器本体への装着方向を何ら制限するものでなく、どのような方向で実施しても良い。
【００３４】
このカップラー１０のソケットＳ１０は、燃料電池の本体Ｆに一体もしくは別体として取り付けられる部材に装着孔１１が形成され、ここでは先後２つの部材にそれぞれ装着孔１１ａ，１１ｂが形成され、その先端部側（各図中、下方側）の装着孔１１ａの内周に略円筒状のソケット本体１２が装着されており、後端部側（各図中、上方側）の装着孔１１ｂには、弾性体を収納する略底付き円筒状のハウジング１３が装着されている。
【００３５】
ソケット本体１２には、中間部に仕切り部１２ａが形成されてその中心部に流路孔１２ｂが形成されるとともに、流路孔１２ｂの上方側に弁座となるシール部１２ｃが形成してある。そして、ソケット本体１２の仕切り部１２ａの上方には、小径円筒部１２ｄと大径円筒部１２ｅとが段差部１２ｆを介して形成され、最上部外周には、固定用のフランジ部１２ｇが形成され、後述するハウジング１３のフランジ部１３ａとともに燃料電池の本体Ｆに固定されている。
【００３６】
また、ソケット本体１２の仕切り部１２ａの下方には、プラグ装着部１２ｈが形成され、段差部１２ｉおよび内径部１２ｊでシールできるようにしてある。
【００３７】
このソケット本体１２の上方には、装着孔１１ｂに装着された弾性体を収納する略底付き円筒状のハウジング１３が底部分を上にし、その最下部外周に形成されたフランジ部１３ａを介してソケット本体１２と連結されており、ハウジング１３の上端部外周には、Ｏリング１４が取り付けられて装着孔１１ｂとシールされている。
【００３８】
このハウジング１３には、フランジ部１３ａの内側にソケット本体１２の大径円筒部１２ｅと同一径の大径円筒部１３ｂが形成され、その上方に小径円筒部１３ｃが段差部１３ｄを介して形成してあり、小径円筒部１３ｃと同心に管状のストッパ部１３ｅが下方に突き出して形成され、後述するピストンバルブ１５のストロークを規制するようにしてあり、この管状のストッパ部１３ｅの中心部が貫通する流路孔１３ｆとしてある。
【００３９】
このようなソケット本体１２とハウジング１３とで形成される略円筒空間内には、弁体となるピストンバルブ１５が装着され、ソケット本体１２の仕切り部１２ａの上方の弁座となるシール部１２ｃと接触してシールする弁部１５ａを下端部中央に備えるとともに、弁部１５ａの下端に開閉用の操作部１５ｂが突き出して形成してある。
【００４０】
そして、この操作部１５ｂを流路孔１２ｂから突出すようにすることで、後述する接続されるプラグＰ１０の操作部と協働してソケット側及びプラグ側の弁体を開閉することができるようになっている。
【００４１】
また、この弁体となるピストンバルブ１５の上下外周部には、それぞれソケット本体１２の小径円筒部１２ｄと接触しながら往復移動する下部シール部１５ｃが形成されるとともに、ハウジング１３の小径円筒部１３ｃと接触しながら往復移動する上部シール部１５ｄが形成してある。さらに、このピストンバルブ１５の内周部には、流路１５ｅが形成され、弁部１５ａの上部外側と下部シール部１５ｃの間に開口するとともに、上部シール部１５ｄの上端に開口してハウジング１３のストッパ部１３ｅの流路孔１３ｆと連通するようになっている。また、ピストンバルブ１５の流路１５ｅの上端部をハウジング１３のストッパ部１３ｅに当てることでピストンバルブ１５のストロークが規制されるようにしてある。
【００４２】
したがって、ソケット本体１２の弁座となるシール部１２ｃが開閉されると、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃの内側からピストンバルブ１５の内周の流路１５ｅを介してハウジング１３のストッパ部１３ｅの流路孔１３ｆで燃料電池本体Ｆ側の流路と連通したり、遮断されたりする。
【００４３】
また、このピストンバルブ１５の中間部には、ソケット本体１２の大径円筒部１２ｅの内周と隙間をあけて往復移動するリング状のばね係止部１５ｆが外側に突き出して形成してある。
【００４４】
そして、ハウジング１３の段差部１３ｄとピストンバルブ１５のばね係止部１５ｆとの間に付勢手段を構成する弾性体としての金属製コイルばね１６が装着され、ピストンバルブ１５を閉弁方向に付勢するようになっている。
【００４５】
したがって、ピストンバルブ１５が閉じられた状態では、図１に示すように、ピストンバルブ１５のばね係止部１５ｆの下面とソケット本体１２の段差部１２ｆとはわずかな隙間が形成されて弁部１５ａが弁座であるシール部１２ｃに着座した状態となり、金属製コイルばね１６はピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置するようになっており、ピストンバルブ１５の流路１５ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００４６】
一方、ピストンバルブ１５が操作部１５ｂで押し上げられた開弁状態では、図２に示すように、ピストンバルブ１５が金属製コイルばね１６に抗して押し上げられ、弁部１５ａが弁座であるシール部１２ｃから離れて開弁状態となり、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃの内側からピストンバルブ１５の内周の流路１５ｅを介してハウジング１３のストッパ部１３ｅの流路孔１３ｆで燃料電池本体Ｆ側の流路と連通した状態となる。
【００４７】
この開弁状態でも金属製コイルばね１６はピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとが移動するものの、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置することで、ピストンバルブ１５の流路１５ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００４８】
そして、このピストンバルブ１５の開弁及び閉弁の往復移動にともなって、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置するばね係止部１５ｆが往復移動するが、ばね係止部１５ｆの外周とソケット本体１２の大径円筒部１２ｅの内周との間に圧力変化を防止可能とするための隙間が形成してあるので、この空間１７内の圧力変化が生じることがなく、この空間内にメタノールなどの液体が吸引されたり、押し出されることがない。
【００４９】
このことは、仮に、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置するばね係止部１５ｆがソケット本体１２の大径円筒部１２ｅの内周と接触しながら往復移動するとすれば、ばね係止部１５ｆの移動でその上下の空間１７の容積が変化することに伴って圧力が変化する。
【００５０】
すると、この圧力変化によって上下のシール部１５ｃ、１５ｄのシール破壊を招き、負圧状態でメタノールなどの液体を流路１５ｅなどから吸引し、加圧状態で空間１７内に吸引されたメタノールなどの液体を流路１５ｅなどに押し出すことが生じ、流路１５ｅなどを流れる液体に金属イオンが混入する恐れが生じる。
【００５１】
ところが、このソケットＳ１０では、空間１７の圧力変化が生じることがなく、ソケットＳ１０内を流れるメタノールなどの液体に、金属製コイルばね１６の金属イオンが溶出して混入することを完全に防止できるのである。
【００５２】
さらに、このカップラー１０のソケットＳ１０には、燃料電池の本体Ｆに一体もしくは別体として取り付けられる部材に形成された下方の装着孔１１ａの下方側にプラグＰ１０との嵌合連結状態を保持する連結保持手段１８の一方としてロック用溝１９が形成され、例えば３０度程度の範囲の円弧状の溝が中心軸を挟んで対向して設けられる。そして、このロック用溝１９内に突出するソケット本体１２の外周部の対角位置の半分に係止部１２ｋを形成しておき、これら２つの係止部１２ｋでフックを係止し、段差部のない部分でフックを開放できるように、軸方向の挿入・離脱と回動とを組み合わせて操作（ツイストロック）するようにしてある。
【００５３】
次に、このようなソケットＳ１０に嵌合連結されるプラグＰ１０について説明する。
このカップラー１０のプラグＰ１０は、例えばソケットＳ１０と同様に構成部品が非金属材料とされ、金属製コイルばねを使用しても流路を流れる液体と直接接することがないようにしたものが用いられる。
【００５４】
このカップラー１０のプラグＰ１０は、燃料電池の燃料であるメタノールがいれられた容器ＢのノズルＮの先端部（各図中、上端部）外周に装着される略２段円筒状のプラグ本体２１を備えており、仕切り部２１ａの下方の大径円筒部２１ｂの内周部に容器ＢのノズルＮが装着されて下端部の係止リング部で固定される。
【００５５】
このプラグ本体２１には、仕切り部２１ａの上部にソケットＳ１０のプラグ装着部１２ｈに挿脱される小径円筒部２１ｃが突き出して形成され、中間部外周に装着したＯリング１４ａをソケット装着部１２ｈの下方の内径部１２ｊにて径方向のシールを行うとともに、段差部１２ｉに当てることで軸方向のシールを合わせてできるようにしてある。
【００５６】
このプラグ本体２１の小径円筒部２１ｃの上端部の中心に流路２１ｄが形成され、この流路２１ｄの下端内周部に弁座となるシール部２１ｅが形成してある。
【００５７】
そして、この小径円筒部２１ｃの内周には、内側小径部２１ｆと内側大径部２１ｇとが内側段差部２１ｈを介して形成してある。
【００５８】
このプラグ本体２１の下方には、略底付き円筒状のハウジング２２が設けられ、上端フランジ部２２ａを容器ＢのノズルＮの上端面にパッキン２３を介して当てた状態でノズルＮ内に位置させてプラグ本体２１で挟むように固定されている。
【００５９】
このハウジング２２には、上方に大径円筒部２２ｂが形成され、段差部２２ｃを介して下方に小径円筒部２２ｄが形成してあり、この段差部２２ｃがばね装着部となるようにしてある。また、このハウジング２２の下端部には、小径円柱状のストッパ部２２ｅが上方に突き出して形成され、後述するピストンバルブ２４のストロークを規制するストッパとして機能するようにしてあり、このハウジング２２の底部のストッパ部２２ｅの外側に流路孔２２ｆが形成され、容器Ｂ内と連通した状態となっている。
【００６０】
このようなプラグ本体２１とハウジング２２とで形成される略円筒空間内には、弁体となるピストンバルブ２４が装着され、このピストンバルブ２４には、プラグ本体２１の小径円筒部２１ｃの上方の弁座となるシール部２１ｅと接触してシールする弁部２４ａを先端部外周に備えるとともに、先端面に開閉用の操作凹部２４ｂが形成してある。
【００６１】
したがって、この操作凹部２４ｂを、すでに説明したソケットＳ１０の操作部１５ｂで接続時に押すようにすることで、協働してソケット側及びプラグ側の弁体を開閉することができる。
【００６２】
また、この弁体となるピストンバルブ２４の上下外周部には、それぞれプラグ本体２１の内側大径部２１ｇと接触しながら往復移動する上部シール部２４ｃが形成されるとともに、ハウジング２２の小径円筒部２２ｄと接触しながら往復移動する下部シール部２４ｄが形成してある。さらに、このピストンバルブ２４には、下端中央部から上部シール部２４ｃの内側に貫通する流路２４ｅが形成され、プラグ本体２１の流路２１ｄとシール部２１ｅを介して連通するとともに、ハウジング２２の流路孔２２ｆと連通している。
【００６３】
したがって、プラグ本体２１の弁座となるシール部２１ｅからピストンバルブ２４の弁部２４ａが移動されて開閉されると、ピストンバルブ２４の流路２４ｅおよびハウジング２２の流路孔２２ｆを介して容器Ｂ内と連通したり、遮断されたりする。
【００６４】
また、このピストンバルブ２４の流路２４ｅの下端部をハウジング２２のストッパ部２２ｅに当てることでピストンバルブ２４のストロークが規制される。
【００６５】
そして、ハウジング２２のばね装着部となる段差部２２ｃとピストンバルブ２４のばね係止部２４ｆとの間に付勢手段を構成する弾性体としての金属製コイルばね２５が装着され、ピストンバルブ２４を閉弁方向に付勢するようになっている。
【００６６】
したがって、ピストンバルブ２４が閉じられた状態では、図１に示すように、ピストンバルブ２４のばね係止部２４ｆの上面とプラグ本体２１の仕切り部２１ａとはわずかな隙間が形成されて弁部２４ａが弁座であるシール部２１ｅに着座した状態となり、金属製コイルばね２５はピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置するようになっており、ピストンバルブ２４の流路２４ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００６７】
一方、ピストンバルブ２４が操作凹部２４ｂで押し下げられた開弁状態では、図２に示すように、ピストンバルブ２４が金属製コイルばね２５に抗して押し下げられ、弁部２４ａが弁座であるシール部２１ｅから離れて開弁状態となり、ピストンバルブ２４の流路２４ｅおよびハウジング２２の流路孔２２ｆを介して容器Ｂ内と連通した状態となる。
【００６８】
この開弁状態でも金属製コイルばね２５はピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとが移動するものの、ピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置することで、ピストンバルブ２４の流路２４ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００６９】
そして、このピストンバルブ２４の開弁及び閉弁の往復移動にともなって、ピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置するばね係止部２４ｆが往復移動するが、ばね係止部２４ｆの外周とプラグ本体２１の大径円筒部２２ｂの内周との間に圧力変化を防止可能とするための隙間が形成してあるので、この空間２６内の圧力変化が生じることがなく、この空間内にメタノールなどの液体が吸引されたり、押し出されることがない。
【００７０】
すなわち、ソケットＳ１０で説明したように、仮に、ピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置するばね係止部２４ｆがプラグ本体２１の大径円筒部２２ｂの内周と接触しながら往復移動するとすれば、ばね係止部２４ｆの移動で空間２６の上下の容積が変化することに伴って圧力が変化する。
【００７１】
すると、この圧力変化によって上下のシール部２４ｃ、２４ｄのシール破壊を招き、負圧状態でメタノールなどの液体を流路２４ｅなどから吸引し、加圧状態で空間２６内に吸引されたメタノールなどの液体を流路２４ｅなどに押し出すことが生じ、流路２４ｅなどを流れる液体に金属イオンが混入する恐れが生じる。
【００７２】
ところが、このプラグＰ１０では、空間２６の圧力変化が生じることがなく、プラグＰ１０内を流れるメタノールなどの液体に、金属製コイルばね２５の金属イオンが溶出して混入することを完全に防止できるのである。
【００７３】
また、このカップラー１０のプラグＰ１０には、プラグ本体２１にソケットＳ１０との嵌合連結状態を保持する連結保持手段１８の相手側としてロックアーム２７が設けられ、例えば２本のロックアーム２７の先端内側にそれぞれフック２７ａを形成することで構成される。そして、すでに説明した燃料電池の本体Ｆに一体もしくは別体として取り付けられる部材に形成した連結保持手段１８の一方としてのロック用溝１９である、例えば３０度程度の範囲の円弧状の溝が中心軸を挟んで対向して設けられ、このロック用溝１９内に突出するソケット本体１２の対角位置の半分に係止部１２ｋが形成され、この係止部１２ｋでフックを係止し、段差部のない部分でフックを開放できるようにして、軸方向の挿入・離脱と回動とを組み合わせて操作するようにしたロック用溝１９に、このフック２７ａを挿入してロック用溝１９の対角位置の半分のソケット本体１２の係止部１２ｋに回動して係止することで連結状態を保持することができ、係止部１２ｋのない部分にフック２７ａを戻すように回動して引き抜くことで開放できるようにしてある。
【００７４】
また、このプラグＰ１０が設けられる容器Ｂには、図示しないカバーキャップがねじ込まれるようになっており、例えばカバーキャップの内側天面に取り付けたパッキンでシールできるようにしてある。
【００７５】
このようなソケットＳ１０とプラグＰ１０とで構成したカップラー１０では、互いを嵌合連結状態にすると、まず、プラグ本体２１の小径円筒部２１ｃの外周のＯリング１４ａがソケット本体１２のプラグ装着部１２ｈの内径部１２ｊの内周面に接触して互いがシール状態となり、この連結初期状態では、ソケットＳ１０の操作部１５ｂでプラグＰ１０のピストンバルブ２４の操作凹部２４ｂが押し下げられることなく、ソケットＳ１０では弁部１５ａがシール部１２ｃに着座し、プラグＰ１０では、弁部２４ａがシール部２１ｅに着座した閉弁状態が保持される。
【００７６】
さらに、プラグＰ１０がソケットＳ１０に押し込まれると、ソケットＳ１０の操作部１５ｂとプラグＰ１０のピストンバルブ２４の操作凹部２４ｂとが当接して互いを押し戻すことで、ソケットＳ１０とプラグＰ１０のピストンバルブ１５，２４の弁部１５ａ，２４ａがシール部１２ｃ、２１ｅから離れることになり、連通状態となる。
このとき、ソケットＳ１０とプラグＰ１０のピストンバルブ１５，２４がそれぞれストッパ部１３ｅ、２２ｅとでストロークが規制してあるので、金属製コイルばね１６，２５のばね力が互いに違っても弱い方が先に動いてストッパに当たって開弁状態となった後、強い方が動いて両方の弁が開くようになる。
したがって、ばね力を調整しておくことで、弁の開く順序を設定することができ、例えば本体などのソケットＳ１０側を先に開き、容器などのプラグＰ１０側を後に開くようにすることもできる。
【００７７】
そして、このプラグＰ１０とソケットＳ１０との嵌合連結状態が連結保持手段１８の一方側のロック用溝１９内のソケット本体１２の係止部１２ｋに相手側のロックアーム２７のフック２７ａを挿入後回動して係止することで保持することができる。
【００７８】
これにより、容器Ｂ内のメタノールをスクイズすることで燃料電池Ｆのタンク内に加圧して供給することで、空間内の空気を一旦圧縮し、スクイズを止めることで、圧縮された空気を容器側に戻すようにしてメタノールを補充したり、容器ごと交換することもできる。
【００７９】
以上、詳細に説明したように、このカップラー１０によれば、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとして必要な以下の条件を満たすものとなる。
【００８０】
１）簡単に着脱できること、
２）ソケットとプラグのいずれも、非接合時には弁体を閉じたシール状態にできること、
３）接合時に弁体を開くことができ、この状態を保持できること、
４）容器をスクイズするなどの簡便な方法で、容易に燃料を充填できること、
５）接合時には、シール状態が確立した後、弁体が開くこと、
６）接合を解除した際、接合部に付着する残液量が少ないこと、
７）内容液と金属が直接触れない構造であること
８）弁体の往復移動に伴う圧力変化の影響を回避できる構造であること。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】この発明のカップラーの一実施の形態にかかる縦断面図で、接続前の状態を示すものである。
【図２】この発明のカップラーの一実施の形態にかかる縦断面図で、接続状態を示すものである。
【図３】従来の連結装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ カップラー
Ｓ１０ ソケット
Ｐ１０ プラグ
Ｆ メタノール燃料電池の本体側
１１ 装着孔
１１ａ 装着孔
１１ｂ 装着孔
１２ ソケット本体
１２ａ 仕切り部
１２ｂ 流路孔
１２ｃ シール部(弁座)
１２ｄ 小径円筒部
１２ｅ 大径円筒部
１２ｆ 段差部
１２ｇ フランジ部
１２ｈ プラグ装着部
１２ｉ 段差部
１２ｊ 内径部
１２ｋ 係止部
１３ ハウジング
１３ａ フランジ部
１３ｂ 大径円筒部
１３ｃ 小径円筒部
１３ｄ 段差部
１３ｅ ストッパ部
１３ｆ 流路孔
１４ Ｏリング
１４ａ Ｏリング
１５ ピストンバルブ
１５ａ 弁部
１５ｂ 操作部
１５ｃ 上部シール部
１５ｄ 下部シール部
１５ｅ 流路
１５ｆ ばね係止部
１６ 金属製コイルばね
１７ 空間
１８ 連結保持手段
１９ ロック用溝(連結保持手段の一方側)
２１ プラグ本体
２１ａ 仕切り部
２１ｂ 大径円筒部
２１ｃ 小径円筒部
２１ｄ 流路
２１ｅ シール部(弁座)
２１ｆ 内側小径部
２１ｇ 内側大径部
２１ｈ 内側段差部
２２ ハウジング
２２ａ 上端フランジ部
２２ｂ 大径円筒部
２２ｃ 段差部（ばね装着部）
２２ｄ 小径円筒部
２２ｅ ストッパ部
２２ｆ 流路孔
２３ パッキン
２４ ピストンバルブ
２４ａ 弁部
２４ｂ 操作凹部
２４ｃ 上部シール部
２４ｄ 下部シール部
２４ｅ 流路
２４ｆ ばね係止部
２５ 金属製コイルばね
２６ 空間
２７ ロックアーム(連結保持手段の相手側)
２７ａ フック
【技術分野】
【０００１】
この発明はソケットとプラグとで構成され着脱可能に連結されるカップラーに関し、液体などを容器から簡単に本体側の容器などに移したり、容器ごと交換することができるようにするもので、特にメタノール燃料電池のカートリッジ容器と燃料電池本体との間に設けて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から機器の運転や使用にともなって減少する原料などの液体を補充する必要がある場合も多く、機器本体側に設けた容器にカートリッジ容器を連結して原料などの液体を移すことで供給したり、機器本体側の容器と別の容器を付け替えることで供給することが行われている。
【０００３】
このような容器同士の連結や容器の付け替えを簡単にするため着脱可能な種々のカップラーが用いられている。
【０００４】
例えば特許文献１には、図３に示すように、連結装置が開示されており、主流路と副流路とを備えたプラグＰと、主流路と副流路とを備えプラグと嵌合可能であるとともに、嵌合した状態でプラグの主流路と副流路とを連通可能なソケットＳとから構成されている。
【０００５】
そして、この連結装置では、ソケットＳは保持体１に固定された弁押体２の外周に形成された主流路２ａと、さらに主流路２ａの外側に形成された副流路２ｂと、それらの流路２ａ，２ｂを閉じるバルブ３ａ、３ｂを有し、各バルブ３ａ、３ｂはスプリング４ａ，４ｂの付勢力によって弁座に向けて押圧され、主流路２ａおよび副流路２ｂを閉じることができる構成となっている。
【０００６】
一方、プラグＰは弁保持体５に摺動自在に保持された弁本体６の外周に形成された主流路６ａと、さらに主流路６ａの外側に形成された副流路６ｂと、それらの流路６ａ，６ｂを閉じるバルブ７ａ，７ｂを有し、各バルブ７ａ，７ｂはスプリング８ａ，８ｂの付勢力によって弁座に向けて押圧され、主流路６ａおよび副流路６ｂを閉じることができる構成となっている。
【０００７】
このようなソケットＳとプラグＰの接続がなされると、まず、ソケットＳの副バルブ３ｂとプラグＰの副バルブ７ｂが当接し、両者がそれぞれスプリング４ｂ，８ｂの付勢力に抗して互いに離れる方向に移動し、副流路２ｂ，６ｂが連通する。
【０００８】
さらに、ソケットＳとプラグＰの接続がなされると、ソケットＳの主バルブ３ａがプラグＰの内筒体の端面によって押され、スプリング４ａに抗して後退して弁体が弁押体２の弁座から離れ、弁押体２との主流路２ａを開くとともに、ソケットＳ側の弁押体の先端部平面とプラグＰ側の弁本体６に設けた弁部材の平面とが当接しプラグＰ側の弁本体６をスプリング８ａの付勢力に抗して押圧し、弁本体を後退させてプラグＰ側の主バルブ７ａを開き主流路６ａと連通する。
【０００９】
これにより、副流路が連通すると気体供給源から容器内に気体が供給され、その気体圧によって内袋を収縮させ、内袋内の液体がプラグ側の主流路からソケット側の主流路を介して液体を容器外に送出することができる。
【特許文献１】特開２００３−１７２４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような連結装置によれば、容器内に中袋を設けてその中の液体を取り出す場合に、副流路から中袋の外側に加圧気体を入れ、主流路から液体を取り出すようにすることで中袋の中の液体を他の気体と接触させずに取り出すことができる。
【００１１】
ところが、容器内の液体を取り出したり、他の容器などに供給する場合に液体と金属との接触を防止する必要がある場合があり、例えばメタノール燃料電池では、燃料となるメタノールを燃料電池本体に供給する場合にメタノールが金属と接触すると、溶出した金属イオンが、アノード側で発生した水素イオン（プロトン）が移動するはずの場所を先に占有して移動量を減少させ、アノード側反応速度を低下させ、その結果として燃料電池としての機能を低下させてしまう。
【００１２】
このため、上記の連結装置を燃料電池本体とメタノール容器との間のカップラーとして用いると、弁体を閉方向に付勢する金属製のばねが主流路および副流路内に設けられるため、液体と金属との接触が避けられず、使用できないという問題がある。
【００１３】
この発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、メタノール燃料電池の場合のように簡単に着脱して金属と接触させずに液体などを供給したり、取り出したり、あるいは容器ごと交換することができるカップラーを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来技術の有する課題を解決するためこの発明の請求項１記載のカップラーは、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるとともに、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラーであって、前記ソケットと前記プラグとの少なくともいずれか一方の前記弁体の基端部外側に当該弁体が開閉方向に往復移動可能かつ当該弁体の両端部でシール可能に収納するハウジングを設け、このハウジング内の前記弁体の外側に当該弁体を付勢する前記付勢手段を構成する弾性体を装着する一方、前記弁体の内側に流路を形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
このカップラーによれば、弁体の外側のハウジング内に、弁体を開閉方向に往復移動可能かつ両端部でシール可能に装着し、このハウジング内の弁体の外側に弁体を付勢する付勢手段を構成する弾性体を収納してその内側のシールされた部分に流路を形成するようにしており、ソケットとプラグとの少なくともいずれか一方は、弾性体をハウジング内に収納することで、液体との接触を防止できるようにしている。
【００１６】
また、この発明の請求項２記載のカップラーは、請求項1記載の構成に加え、前記ハウジング内の前記弁体の外側の前記弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１７】
このカップラーによれば、ハウジング内の弁体の外側の弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成しており、弁体の開閉にともなう往復動によっても弾性体を装着した空間の圧力変化を防止でき、負圧による液体の吸引や加圧による液体の排出が生じないようにし、例え弾性体として金属ばねなど使用しても一層確実に液体と金属との接触を防止できるようにしている。
【００１８】
さらに、この発明の請求項３記載のカップラーは、請求項１または２記載の構成に加え、前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着したことを特徴とするものである。
【００１９】
このカップラーによれば、前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着するようにしており、機器の本体側のソケットに比べ、カートリッジ側のプラグにシール材を設けることで、シール材の疲労損傷等の問題を回避できるようにしている。
【００２０】
また、この発明の請求項４記載のカップラーは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記ソケットと前記プラグとの間に、嵌合連結状態を保持する連結保持手段を設けたことを特徴とするものであり、このカップラーによれば、連結保持手段で嵌合連結状態を保持でき、ソケットとプラグを連通状態とする場合の付勢手段の反力を支持できるようにしている。
【００２１】
さらに、この発明の請求項５記載のカップラーは、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記ソケットと前記プラグとの連通経路が外部に対しシールされた後、前記ソケットの前記弁体および前記プラグの前記弁体とが連通可能に構成してあることを特徴とするものであり、このカップラーによれば、ソケットとプラグを嵌合連結してから弁体同士を連通させることで、漏洩などを防止できるようにしている。
【００２２】
また、この発明の請求項６記載のカップラーは、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記カップラーがメタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられて構成されることを特徴とするものであり、このカップラーによれば、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとして必要な機能を全て満たすものとなる。
【００２３】
すなわち、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとしては、以下の条件を満たすものである必要がある。
【００２４】
１）簡単に着脱できること、
２）ソケットとプラグのいずれも、非接合時には弁体を閉じたシール状態にできること、
３）接合時に弁体を開くことができ、この状態を保持できること、
４）容器をスクイズするなどの簡便な方法で、容易に燃料を充填できること、
５）接合時には、シール状態が確立した後、弁体が開くこと、
６）接合を解除した際、接合部に付着する残液量が少ないこと、
７）内容液と金属が直接触れない構造であること
８）弁体の往復移動に伴う圧力変化の影響を回避できる構造であること。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の請求項１記載のカップラーによれば、弁体の外側のハウジング内に、弁体を開閉方向に往復移動可能かつ両端部でシール可能に装着し、このハウジング内の弁体の外側に弁体を付勢する付勢手段を構成する弾性体を収納してその内側のシールされた部分に流路を形成するようにしたので、ソケットとプラグとの少なくともいずれか一方は、弾性体をハウジング内に収納することで、液体との接触を防止することができる。
【００２６】
また、この発明の請求項２記載のカップラーによれば、ハウジング内の弁体の外側の弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成したので、弁体の開閉にともなう往復動によっても弾性体を装着した空間の圧力変化を防止でき、負圧による液体の吸引や加圧による液体の排出が生じないようにでき、例え弾性体として金属ばねなど使用しても一層確実に液体と金属との接触を防止することができる。
【００２７】
さらに、この発明の請求項３記載のカップラーによれば、前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着するようにしたので、例えば機器の本体側のソケットに比べ、カートリッジ側のプラグにシール材を設けることで、シール材の疲労損傷等の問題を回避することができる。
【００２８】
また、この発明の請求項４記載のカップラーによれば、嵌合連結状態を保持する連結保持手段を設けたので、連結保持手段で嵌合連結状態を保持でき、ソケットとプラグを連通状態とする場合の付勢手段の反力を支持することができる。
【００２９】
さらに、この発明の請求項５記載のカップラーによれば、ソケットとプラグの連通経路を外部に対しシールしてから弁体同士を連通させることができ、漏洩などを防止することができる。
【００３０】
また、この発明の請求項６記載のカップラーによれば、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとして必要な機能を全て満たすものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はこの発明のカップラーの一実施の形態にかかる縦断面図で、図１は接続前の状態を、図２は接続状態をそれぞれ示すものである。
【００３２】
このカップラー１０は、ソケットＳ１０と、このソケットＳ１０と嵌合連結されるプラグＰ１０とで構成され、例えばメタノール燃料電池の本体側ＦにソケットＳ１０が設けられ、メタノール容器としてのカートリッジ側にプラグＰ１０が設けられ、互いを連通させて本体側に燃料を補充したり、カートリッジごと交換するのに用いられ、主要部は、非金属材料、例えばポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂で作られる。
【００３３】
以下の説明では、各図面上での上下を基準に説明するが、実際の容器本体への装着方向を何ら制限するものでなく、どのような方向で実施しても良い。
【００３４】
このカップラー１０のソケットＳ１０は、燃料電池の本体Ｆに一体もしくは別体として取り付けられる部材に装着孔１１が形成され、ここでは先後２つの部材にそれぞれ装着孔１１ａ，１１ｂが形成され、その先端部側（各図中、下方側）の装着孔１１ａの内周に略円筒状のソケット本体１２が装着されており、後端部側（各図中、上方側）の装着孔１１ｂには、弾性体を収納する略底付き円筒状のハウジング１３が装着されている。
【００３５】
ソケット本体１２には、中間部に仕切り部１２ａが形成されてその中心部に流路孔１２ｂが形成されるとともに、流路孔１２ｂの上方側に弁座となるシール部１２ｃが形成してある。そして、ソケット本体１２の仕切り部１２ａの上方には、小径円筒部１２ｄと大径円筒部１２ｅとが段差部１２ｆを介して形成され、最上部外周には、固定用のフランジ部１２ｇが形成され、後述するハウジング１３のフランジ部１３ａとともに燃料電池の本体Ｆに固定されている。
【００３６】
また、ソケット本体１２の仕切り部１２ａの下方には、プラグ装着部１２ｈが形成され、段差部１２ｉおよび内径部１２ｊでシールできるようにしてある。
【００３７】
このソケット本体１２の上方には、装着孔１１ｂに装着された弾性体を収納する略底付き円筒状のハウジング１３が底部分を上にし、その最下部外周に形成されたフランジ部１３ａを介してソケット本体１２と連結されており、ハウジング１３の上端部外周には、Ｏリング１４が取り付けられて装着孔１１ｂとシールされている。
【００３８】
このハウジング１３には、フランジ部１３ａの内側にソケット本体１２の大径円筒部１２ｅと同一径の大径円筒部１３ｂが形成され、その上方に小径円筒部１３ｃが段差部１３ｄを介して形成してあり、小径円筒部１３ｃと同心に管状のストッパ部１３ｅが下方に突き出して形成され、後述するピストンバルブ１５のストロークを規制するようにしてあり、この管状のストッパ部１３ｅの中心部が貫通する流路孔１３ｆとしてある。
【００３９】
このようなソケット本体１２とハウジング１３とで形成される略円筒空間内には、弁体となるピストンバルブ１５が装着され、ソケット本体１２の仕切り部１２ａの上方の弁座となるシール部１２ｃと接触してシールする弁部１５ａを下端部中央に備えるとともに、弁部１５ａの下端に開閉用の操作部１５ｂが突き出して形成してある。
【００４０】
そして、この操作部１５ｂを流路孔１２ｂから突出すようにすることで、後述する接続されるプラグＰ１０の操作部と協働してソケット側及びプラグ側の弁体を開閉することができるようになっている。
【００４１】
また、この弁体となるピストンバルブ１５の上下外周部には、それぞれソケット本体１２の小径円筒部１２ｄと接触しながら往復移動する下部シール部１５ｃが形成されるとともに、ハウジング１３の小径円筒部１３ｃと接触しながら往復移動する上部シール部１５ｄが形成してある。さらに、このピストンバルブ１５の内周部には、流路１５ｅが形成され、弁部１５ａの上部外側と下部シール部１５ｃの間に開口するとともに、上部シール部１５ｄの上端に開口してハウジング１３のストッパ部１３ｅの流路孔１３ｆと連通するようになっている。また、ピストンバルブ１５の流路１５ｅの上端部をハウジング１３のストッパ部１３ｅに当てることでピストンバルブ１５のストロークが規制されるようにしてある。
【００４２】
したがって、ソケット本体１２の弁座となるシール部１２ｃが開閉されると、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃの内側からピストンバルブ１５の内周の流路１５ｅを介してハウジング１３のストッパ部１３ｅの流路孔１３ｆで燃料電池本体Ｆ側の流路と連通したり、遮断されたりする。
【００４３】
また、このピストンバルブ１５の中間部には、ソケット本体１２の大径円筒部１２ｅの内周と隙間をあけて往復移動するリング状のばね係止部１５ｆが外側に突き出して形成してある。
【００４４】
そして、ハウジング１３の段差部１３ｄとピストンバルブ１５のばね係止部１５ｆとの間に付勢手段を構成する弾性体としての金属製コイルばね１６が装着され、ピストンバルブ１５を閉弁方向に付勢するようになっている。
【００４５】
したがって、ピストンバルブ１５が閉じられた状態では、図１に示すように、ピストンバルブ１５のばね係止部１５ｆの下面とソケット本体１２の段差部１２ｆとはわずかな隙間が形成されて弁部１５ａが弁座であるシール部１２ｃに着座した状態となり、金属製コイルばね１６はピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置するようになっており、ピストンバルブ１５の流路１５ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００４６】
一方、ピストンバルブ１５が操作部１５ｂで押し上げられた開弁状態では、図２に示すように、ピストンバルブ１５が金属製コイルばね１６に抗して押し上げられ、弁部１５ａが弁座であるシール部１２ｃから離れて開弁状態となり、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃの内側からピストンバルブ１５の内周の流路１５ｅを介してハウジング１３のストッパ部１３ｅの流路孔１３ｆで燃料電池本体Ｆ側の流路と連通した状態となる。
【００４７】
この開弁状態でも金属製コイルばね１６はピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとが移動するものの、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置することで、ピストンバルブ１５の流路１５ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００４８】
そして、このピストンバルブ１５の開弁及び閉弁の往復移動にともなって、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置するばね係止部１５ｆが往復移動するが、ばね係止部１５ｆの外周とソケット本体１２の大径円筒部１２ｅの内周との間に圧力変化を防止可能とするための隙間が形成してあるので、この空間１７内の圧力変化が生じることがなく、この空間内にメタノールなどの液体が吸引されたり、押し出されることがない。
【００４９】
このことは、仮に、ピストンバルブ１５の下部シール部１５ｃと上部シール部１５ｄとでシールされた空間１７内に位置するばね係止部１５ｆがソケット本体１２の大径円筒部１２ｅの内周と接触しながら往復移動するとすれば、ばね係止部１５ｆの移動でその上下の空間１７の容積が変化することに伴って圧力が変化する。
【００５０】
すると、この圧力変化によって上下のシール部１５ｃ、１５ｄのシール破壊を招き、負圧状態でメタノールなどの液体を流路１５ｅなどから吸引し、加圧状態で空間１７内に吸引されたメタノールなどの液体を流路１５ｅなどに押し出すことが生じ、流路１５ｅなどを流れる液体に金属イオンが混入する恐れが生じる。
【００５１】
ところが、このソケットＳ１０では、空間１７の圧力変化が生じることがなく、ソケットＳ１０内を流れるメタノールなどの液体に、金属製コイルばね１６の金属イオンが溶出して混入することを完全に防止できるのである。
【００５２】
さらに、このカップラー１０のソケットＳ１０には、燃料電池の本体Ｆに一体もしくは別体として取り付けられる部材に形成された下方の装着孔１１ａの下方側にプラグＰ１０との嵌合連結状態を保持する連結保持手段１８の一方としてロック用溝１９が形成され、例えば３０度程度の範囲の円弧状の溝が中心軸を挟んで対向して設けられる。そして、このロック用溝１９内に突出するソケット本体１２の外周部の対角位置の半分に係止部１２ｋを形成しておき、これら２つの係止部１２ｋでフックを係止し、段差部のない部分でフックを開放できるように、軸方向の挿入・離脱と回動とを組み合わせて操作（ツイストロック）するようにしてある。
【００５３】
次に、このようなソケットＳ１０に嵌合連結されるプラグＰ１０について説明する。
このカップラー１０のプラグＰ１０は、例えばソケットＳ１０と同様に構成部品が非金属材料とされ、金属製コイルばねを使用しても流路を流れる液体と直接接することがないようにしたものが用いられる。
【００５４】
このカップラー１０のプラグＰ１０は、燃料電池の燃料であるメタノールがいれられた容器ＢのノズルＮの先端部（各図中、上端部）外周に装着される略２段円筒状のプラグ本体２１を備えており、仕切り部２１ａの下方の大径円筒部２１ｂの内周部に容器ＢのノズルＮが装着されて下端部の係止リング部で固定される。
【００５５】
このプラグ本体２１には、仕切り部２１ａの上部にソケットＳ１０のプラグ装着部１２ｈに挿脱される小径円筒部２１ｃが突き出して形成され、中間部外周に装着したＯリング１４ａをソケット装着部１２ｈの下方の内径部１２ｊにて径方向のシールを行うとともに、段差部１２ｉに当てることで軸方向のシールを合わせてできるようにしてある。
【００５６】
このプラグ本体２１の小径円筒部２１ｃの上端部の中心に流路２１ｄが形成され、この流路２１ｄの下端内周部に弁座となるシール部２１ｅが形成してある。
【００５７】
そして、この小径円筒部２１ｃの内周には、内側小径部２１ｆと内側大径部２１ｇとが内側段差部２１ｈを介して形成してある。
【００５８】
このプラグ本体２１の下方には、略底付き円筒状のハウジング２２が設けられ、上端フランジ部２２ａを容器ＢのノズルＮの上端面にパッキン２３を介して当てた状態でノズルＮ内に位置させてプラグ本体２１で挟むように固定されている。
【００５９】
このハウジング２２には、上方に大径円筒部２２ｂが形成され、段差部２２ｃを介して下方に小径円筒部２２ｄが形成してあり、この段差部２２ｃがばね装着部となるようにしてある。また、このハウジング２２の下端部には、小径円柱状のストッパ部２２ｅが上方に突き出して形成され、後述するピストンバルブ２４のストロークを規制するストッパとして機能するようにしてあり、このハウジング２２の底部のストッパ部２２ｅの外側に流路孔２２ｆが形成され、容器Ｂ内と連通した状態となっている。
【００６０】
このようなプラグ本体２１とハウジング２２とで形成される略円筒空間内には、弁体となるピストンバルブ２４が装着され、このピストンバルブ２４には、プラグ本体２１の小径円筒部２１ｃの上方の弁座となるシール部２１ｅと接触してシールする弁部２４ａを先端部外周に備えるとともに、先端面に開閉用の操作凹部２４ｂが形成してある。
【００６１】
したがって、この操作凹部２４ｂを、すでに説明したソケットＳ１０の操作部１５ｂで接続時に押すようにすることで、協働してソケット側及びプラグ側の弁体を開閉することができる。
【００６２】
また、この弁体となるピストンバルブ２４の上下外周部には、それぞれプラグ本体２１の内側大径部２１ｇと接触しながら往復移動する上部シール部２４ｃが形成されるとともに、ハウジング２２の小径円筒部２２ｄと接触しながら往復移動する下部シール部２４ｄが形成してある。さらに、このピストンバルブ２４には、下端中央部から上部シール部２４ｃの内側に貫通する流路２４ｅが形成され、プラグ本体２１の流路２１ｄとシール部２１ｅを介して連通するとともに、ハウジング２２の流路孔２２ｆと連通している。
【００６３】
したがって、プラグ本体２１の弁座となるシール部２１ｅからピストンバルブ２４の弁部２４ａが移動されて開閉されると、ピストンバルブ２４の流路２４ｅおよびハウジング２２の流路孔２２ｆを介して容器Ｂ内と連通したり、遮断されたりする。
【００６４】
また、このピストンバルブ２４の流路２４ｅの下端部をハウジング２２のストッパ部２２ｅに当てることでピストンバルブ２４のストロークが規制される。
【００６５】
そして、ハウジング２２のばね装着部となる段差部２２ｃとピストンバルブ２４のばね係止部２４ｆとの間に付勢手段を構成する弾性体としての金属製コイルばね２５が装着され、ピストンバルブ２４を閉弁方向に付勢するようになっている。
【００６６】
したがって、ピストンバルブ２４が閉じられた状態では、図１に示すように、ピストンバルブ２４のばね係止部２４ｆの上面とプラグ本体２１の仕切り部２１ａとはわずかな隙間が形成されて弁部２４ａが弁座であるシール部２１ｅに着座した状態となり、金属製コイルばね２５はピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置するようになっており、ピストンバルブ２４の流路２４ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００６７】
一方、ピストンバルブ２４が操作凹部２４ｂで押し下げられた開弁状態では、図２に示すように、ピストンバルブ２４が金属製コイルばね２５に抗して押し下げられ、弁部２４ａが弁座であるシール部２１ｅから離れて開弁状態となり、ピストンバルブ２４の流路２４ｅおよびハウジング２２の流路孔２２ｆを介して容器Ｂ内と連通した状態となる。
【００６８】
この開弁状態でも金属製コイルばね２５はピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとが移動するものの、ピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置することで、ピストンバルブ２４の流路２４ｅ内などを流れるメタノールなどの液体とは完全にシールされている。
【００６９】
そして、このピストンバルブ２４の開弁及び閉弁の往復移動にともなって、ピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置するばね係止部２４ｆが往復移動するが、ばね係止部２４ｆの外周とプラグ本体２１の大径円筒部２２ｂの内周との間に圧力変化を防止可能とするための隙間が形成してあるので、この空間２６内の圧力変化が生じることがなく、この空間内にメタノールなどの液体が吸引されたり、押し出されることがない。
【００７０】
すなわち、ソケットＳ１０で説明したように、仮に、ピストンバルブ２４の上部シール部２４ｃと下部シール部２４ｄとでシールされた空間２６内に位置するばね係止部２４ｆがプラグ本体２１の大径円筒部２２ｂの内周と接触しながら往復移動するとすれば、ばね係止部２４ｆの移動で空間２６の上下の容積が変化することに伴って圧力が変化する。
【００７１】
すると、この圧力変化によって上下のシール部２４ｃ、２４ｄのシール破壊を招き、負圧状態でメタノールなどの液体を流路２４ｅなどから吸引し、加圧状態で空間２６内に吸引されたメタノールなどの液体を流路２４ｅなどに押し出すことが生じ、流路２４ｅなどを流れる液体に金属イオンが混入する恐れが生じる。
【００７２】
ところが、このプラグＰ１０では、空間２６の圧力変化が生じることがなく、プラグＰ１０内を流れるメタノールなどの液体に、金属製コイルばね２５の金属イオンが溶出して混入することを完全に防止できるのである。
【００７３】
また、このカップラー１０のプラグＰ１０には、プラグ本体２１にソケットＳ１０との嵌合連結状態を保持する連結保持手段１８の相手側としてロックアーム２７が設けられ、例えば２本のロックアーム２７の先端内側にそれぞれフック２７ａを形成することで構成される。そして、すでに説明した燃料電池の本体Ｆに一体もしくは別体として取り付けられる部材に形成した連結保持手段１８の一方としてのロック用溝１９である、例えば３０度程度の範囲の円弧状の溝が中心軸を挟んで対向して設けられ、このロック用溝１９内に突出するソケット本体１２の対角位置の半分に係止部１２ｋが形成され、この係止部１２ｋでフックを係止し、段差部のない部分でフックを開放できるようにして、軸方向の挿入・離脱と回動とを組み合わせて操作するようにしたロック用溝１９に、このフック２７ａを挿入してロック用溝１９の対角位置の半分のソケット本体１２の係止部１２ｋに回動して係止することで連結状態を保持することができ、係止部１２ｋのない部分にフック２７ａを戻すように回動して引き抜くことで開放できるようにしてある。
【００７４】
また、このプラグＰ１０が設けられる容器Ｂには、図示しないカバーキャップがねじ込まれるようになっており、例えばカバーキャップの内側天面に取り付けたパッキンでシールできるようにしてある。
【００７５】
このようなソケットＳ１０とプラグＰ１０とで構成したカップラー１０では、互いを嵌合連結状態にすると、まず、プラグ本体２１の小径円筒部２１ｃの外周のＯリング１４ａがソケット本体１２のプラグ装着部１２ｈの内径部１２ｊの内周面に接触して互いがシール状態となり、この連結初期状態では、ソケットＳ１０の操作部１５ｂでプラグＰ１０のピストンバルブ２４の操作凹部２４ｂが押し下げられることなく、ソケットＳ１０では弁部１５ａがシール部１２ｃに着座し、プラグＰ１０では、弁部２４ａがシール部２１ｅに着座した閉弁状態が保持される。
【００７６】
さらに、プラグＰ１０がソケットＳ１０に押し込まれると、ソケットＳ１０の操作部１５ｂとプラグＰ１０のピストンバルブ２４の操作凹部２４ｂとが当接して互いを押し戻すことで、ソケットＳ１０とプラグＰ１０のピストンバルブ１５，２４の弁部１５ａ，２４ａがシール部１２ｃ、２１ｅから離れることになり、連通状態となる。
このとき、ソケットＳ１０とプラグＰ１０のピストンバルブ１５，２４がそれぞれストッパ部１３ｅ、２２ｅとでストロークが規制してあるので、金属製コイルばね１６，２５のばね力が互いに違っても弱い方が先に動いてストッパに当たって開弁状態となった後、強い方が動いて両方の弁が開くようになる。
したがって、ばね力を調整しておくことで、弁の開く順序を設定することができ、例えば本体などのソケットＳ１０側を先に開き、容器などのプラグＰ１０側を後に開くようにすることもできる。
【００７７】
そして、このプラグＰ１０とソケットＳ１０との嵌合連結状態が連結保持手段１８の一方側のロック用溝１９内のソケット本体１２の係止部１２ｋに相手側のロックアーム２７のフック２７ａを挿入後回動して係止することで保持することができる。
【００７８】
これにより、容器Ｂ内のメタノールをスクイズすることで燃料電池Ｆのタンク内に加圧して供給することで、空間内の空気を一旦圧縮し、スクイズを止めることで、圧縮された空気を容器側に戻すようにしてメタノールを補充したり、容器ごと交換することもできる。
【００７９】
以上、詳細に説明したように、このカップラー１０によれば、メタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられるカップラーとして必要な以下の条件を満たすものとなる。
【００８０】
１）簡単に着脱できること、
２）ソケットとプラグのいずれも、非接合時には弁体を閉じたシール状態にできること、
３）接合時に弁体を開くことができ、この状態を保持できること、
４）容器をスクイズするなどの簡便な方法で、容易に燃料を充填できること、
５）接合時には、シール状態が確立した後、弁体が開くこと、
６）接合を解除した際、接合部に付着する残液量が少ないこと、
７）内容液と金属が直接触れない構造であること
８）弁体の往復移動に伴う圧力変化の影響を回避できる構造であること。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】この発明のカップラーの一実施の形態にかかる縦断面図で、接続前の状態を示すものである。
【図２】この発明のカップラーの一実施の形態にかかる縦断面図で、接続状態を示すものである。
【図３】従来の連結装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０ カップラー
Ｓ１０ ソケット
Ｐ１０ プラグ
Ｆ メタノール燃料電池の本体側
１１ 装着孔
１１ａ 装着孔
１１ｂ 装着孔
１２ ソケット本体
１２ａ 仕切り部
１２ｂ 流路孔
１２ｃ シール部(弁座)
１２ｄ 小径円筒部
１２ｅ 大径円筒部
１２ｆ 段差部
１２ｇ フランジ部
１２ｈ プラグ装着部
１２ｉ 段差部
１２ｊ 内径部
１２ｋ 係止部
１３ ハウジング
１３ａ フランジ部
１３ｂ 大径円筒部
１３ｃ 小径円筒部
１３ｄ 段差部
１３ｅ ストッパ部
１３ｆ 流路孔
１４ Ｏリング
１４ａ Ｏリング
１５ ピストンバルブ
１５ａ 弁部
１５ｂ 操作部
１５ｃ 上部シール部
１５ｄ 下部シール部
１５ｅ 流路
１５ｆ ばね係止部
１６ 金属製コイルばね
１７ 空間
１８ 連結保持手段
１９ ロック用溝(連結保持手段の一方側)
２１ プラグ本体
２１ａ 仕切り部
２１ｂ 大径円筒部
２１ｃ 小径円筒部
２１ｄ 流路
２１ｅ シール部(弁座)
２１ｆ 内側小径部
２１ｇ 内側大径部
２１ｈ 内側段差部
２２ ハウジング
２２ａ 上端フランジ部
２２ｂ 大径円筒部
２２ｃ 段差部（ばね装着部）
２２ｄ 小径円筒部
２２ｅ ストッパ部
２２ｆ 流路孔
２３ パッキン
２４ ピストンバルブ
２４ａ 弁部
２４ｂ 操作凹部
２４ｃ 上部シール部
２４ｄ 下部シール部
２４ｅ 流路
２４ｆ ばね係止部
２５ 金属製コイルばね
２６ 空間
２７ ロックアーム(連結保持手段の相手側)
２７ａ フック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるとともに、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラーであって、
前記ソケットと前記プラグとの少なくともいずれか一方の前記弁体の基端部外側に当該弁体が開閉方向に往復移動可能かつ当該弁体の両端部でシール可能に収納するハウジングを設け、このハウジング内の前記弁体の外側に当該弁体を付勢する前記付勢手段を構成する弾性体を装着する一方、前記弁体の内側に流路を形成したことを特徴とするカップラー。
【請求項２】
前記ハウジング内の前記弁体の外側の前記弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のカップラー。
【請求項３】
前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着したことを特徴とする請求項１または２記載のカップラー。
【請求項４】
前記ソケットと前記プラグとの間に、嵌合連結状態を保持する連結保持手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカップラー。
【請求項５】
前記ソケットと前記プラグとの連通経路が外部に対しシールされた後、前記ソケットの前記弁体および前記プラグの前記弁体とが連通可能に構成してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカップラー。
【請求項６】
前記カップラーがメタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられて構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカップラー。
【請求項１】
弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるソケットと、弁体とこれを閉方向に付勢する付勢手段とを備えるとともに、前記ソケットと着脱可能に嵌合連結され嵌合連結状態で両弁体を開放して連通可能なプラグとから構成されるカップラーであって、
前記ソケットと前記プラグとの少なくともいずれか一方の前記弁体の基端部外側に当該弁体が開閉方向に往復移動可能かつ当該弁体の両端部でシール可能に収納するハウジングを設け、このハウジング内の前記弁体の外側に当該弁体を付勢する前記付勢手段を構成する弾性体を装着する一方、前記弁体の内側に流路を形成したことを特徴とするカップラー。
【請求項２】
前記ハウジング内の前記弁体の外側の前記弾性体が装着された空間を、圧力変化を防止可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のカップラー。
【請求項３】
前記ソケットと前記プラグとの嵌合連結部をシールするシール材を、前記プラグ側に装着したことを特徴とする請求項１または２記載のカップラー。
【請求項４】
前記ソケットと前記プラグとの間に、嵌合連結状態を保持する連結保持手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカップラー。
【請求項５】
前記ソケットと前記プラグとの連通経路が外部に対しシールされた後、前記ソケットの前記弁体および前記プラグの前記弁体とが連通可能に構成してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカップラー。
【請求項６】
前記カップラーがメタノール燃料電池本体と燃料用のメタノール容器との間に設けられて構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカップラー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−５７００７（Ｐ２００７−５７００７Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４３８７４（Ｐ２００５−２４３８７４）
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【出願人】（０００２２２１２９）東洋エアゾール工業株式会社 (77)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２５日（２００５．８．２５）
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【出願人】（０００２２２１２９）東洋エアゾール工業株式会社 (77)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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