燃料電池用燃料カートリッジ及びその製造方法
【課題】可撓性材料を製袋してなる容器本体にスパウトを取り付けて、これをケース内に収容してカートリッジ式とされた燃料電池用の燃料容器とするにあたり、収容された燃料が気化して容器本体が膨張しても、限られた容積の範囲内で、容器本体内の気密性が損なわれない構造の燃料電池用燃料カートリッジを提供する。
【解決手段】可撓性材料でスパウト３の基部３１を挟み込みつつ、可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによってスパウト３が取り付けられた容器本体２を、有底筒状のケース本体５０と、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態でケース本体５０内に挿入されてケース本体５０と嵌合するチャック５１と、チャック５１と嵌合してカップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定するトップベース５２とを備える外装ケース５に収容する。
【解決手段】可撓性材料でスパウト３の基部３１を挟み込みつつ、可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによってスパウト３が取り付けられた容器本体２を、有底筒状のケース本体５０と、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態でケース本体５０内に挿入されてケース本体５０と嵌合するチャック５１と、チャック５１と嵌合してカップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定するトップベース５２とを備える外装ケース５に収容する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に好適に利用することができる燃料電池用燃料カートリッジ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（プロトン）を取り出すための改質器を用いることなく、燃料であるメタノールを直接アノード極（燃料極）に供給して、電気化学反応を生じさせることができるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。特に、このＤＭＦＣは、機器の小型化に適していることから、ノートパソコン（Ｌａｐｔｏｐ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）に代表されるような携帯機器用の燃料電池としての利用が期待されている。
【０００３】
そして、このようなＤＭＦＣにおける燃料の供給手段も種々提案されており、例えば、特許文献１は、少なくとも一部が柔軟性を有する部材から構成された燃料容器を備え、ポンプにより燃料が供給される携帯機器用燃料電池を提案する。
また、本出願人も、特許文献２において、燃料電池用の燃料容器としても利用可能な容器として、フィルム材をガセット袋状のパウチに製袋した可撓性のパウチ本体に、流動性内容物の注口部となるスパウトを取り付けた容器を提案した。さらに、本出願人は、特許文献３において、フィルム材を製袋してなるパウチを、剛性材料からなるケース内に収容したカートリッジ式の燃料容器も提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９３８８号公報
【特許文献２】特開２００８−５６３２６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／５４４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の燃料容器にあっては、引火の危険の高いメタノールを燃料として収容するに際し、メタノールの外部への漏洩を防止する必要があることに加え、燃料の供給が安定して行われるようにするためにも、容器内の気密性が十分に確保されていなければならない。
【０００６】
しかしながら、メタノールは揮発性が高く、沸点も比較的低いため、一般に想定される機器の使用環境下の温度で容易に気化してしまう。このため、フィルム材を製袋したパウチにスパウトを取り付けた容器では、メタノールの気化に伴ってパウチが膨張してしまうことを考慮しなければならない。
【０００７】
例えば、本発明者は、パウチが膨張すると、スパウトとのシール部に応力が集中してパウチを形成するフィルム材が破断してしまったり、スパウトとフィルム材とのシール部や、フィルム材どうしのシール部に剥離（シール後退）が生じてしまったりすることが危惧され、容器内の気密性が損なわれてしまうおそれがあるという問題を見出した。そして、カートリッジ式の燃料容器を携帯機器などの容積制限の厳しい機器に装填して使用する場合には、限られた容積の範囲内で、このような問題を解消しなければならない。
【０００８】
本発明は、上記のような事情にかんがみてなされたものであり、フィルム材の如き可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチにスパウトを取り付けて、これをケース内に収容してカートリッジ式とされた燃料電池用の燃料容器とするにあたり、収容された燃料が気化してパウチを膨張させたとしても、限られた容積の範囲内で、容器内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避できる構造とされた燃料電池用燃料カートリッジ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジは、可撓性材料を製袋してなるとともに、燃料電池本体との接続機能を有するカップラが装着されるスパウトが、前記可撓性材料で前記スパウトの基部を挟み込みつつ、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている容器本体を外装ケースに収容してなり、前記外装ケースが、長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体と、前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部及び前記可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態で前記ケース本体内に挿入されて、前記ケース本体と嵌合する一対の押圧部材からなるチャックと、前記チャックと嵌合して前記カップラを前記スパウトの吸い出し口に密着固定するトップベースと、を備える構成としてある。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの製造方法は、前記ケース本体の胴部の外面を成形する長尺筒状の成形面が形成された雌型と、前記ケース本体の胴部の傾斜する内面を成形する成形面が形成され、かつ、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で分割された一対のコアからなる雄型とを有する成形型を用いて、前記雌型の長手方向両端から前記コアをそれぞれ挿通し、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で前記コアを突き合わせて型閉めした後に、前記ケース本体の胴部を射出成形する方法としてある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、収容された燃料が気化して容器本体が膨張しても、限られた容積の範囲内で、容器本体を形成する可撓性材料の破断や、剥離を防止することが可能な構造として、容器本体内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの実施形態の概略を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面の概略を示す断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面の概略を示す断面図である。
【図４】本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの実施形態の一部を省略してその概略を示す分解図である
【図５】容器本体としてのパウチの一例を示す説明図である。
【図６】チャックをケース本体内に挿入して嵌合させた状態を示す平面図である。
【図７】スパウトの吸い出し口とカップラとを示す説明図である。
【図８】ケース本体の胴部の製造工程の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、図１は、本実施形態に係る燃料電池用燃料カートリッジの概略を示す正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面の概略を示す断面図、図３は、図２のＢ−Ｂ断面の概略を示す断面図である。また、図４は、本実施形態に係る燃料電池用燃料カートリッジの一部を省略してその概略を示す分解図である。
【００１４】
本実施形態の燃料カートリッジ１は、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池を備える機器に着脱自在に装填されて、燃料Ｍが空になると燃料カートリッジ１ごと換装して燃料Ｍを補充するカートリッジ式の燃料容器であり、装填される機器に応じて外形寸法が規定された外装ケース５に、可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチ２が収容されている。
【００１５】
また、燃料カートリッジ１は、燃料電池本体が備える吸引ポンプによって燃料Ｍが吸い出されて発電部に供給される、いわゆるアクティブ型の燃料電池に供されることから、本実施形態では、容積効率を高めるとともに、燃料Ｍの吸い出し性が良好となるように、可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチ２に燃料Ｍが充填されるようにしている。そして、このようなパウチ２には、充填された燃料Ｍを吸い出すためのスパウト３が、パウチ２を形成する可撓性材料に基部３１を挟み込みつつ、当該可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている。
【００１６】
本実施形態において容器本体とされるパウチ２は、例えば、側面にまちが形成されたガセット袋状に製袋されたものとすることができる。ガセット袋状に製袋されたパウチ２は、燃料Ｍが吸い出される際に、その吸い出された量に応じて徐々に平坦に折り畳まれていくようにすることができることから、容積効率を高めるとともに、吸い出し性を良好にして残液を少なくする上でも有利である。
【００１７】
ここで、図５（ａ）に、ガセット袋状に製袋されたパウチ２の一例について、その可撓性材料の展開図を示す。この例において、ガセット袋状に製袋されたパウチ２は、図５（ａ）中破線で示す谷折り線ＶＬと二点鎖線で示す山折り線ＭＬとで、図５（ｂ）に示すように折り返して、スパウト３が挟み込まれたスパウト側端縁２ａと、ボトム側端縁２ｂと、背貼り側端縁２ｃとのそれぞれをヒートシールしたものに相当する。
【００１８】
パウチ２から燃料Ｍを吸い出すために取り付けられるスパウト３は、パウチ２を形成する可撓性材料に挟み込まれてヒートシールされる基部３１と、燃料電池本体との接続機能を有するカップラ４が装着される吸い出し口３２とを有している。また、基部３１と吸い出し口３２との境には、長手方向に対してほぼ垂直に張り出すフランジ部３０が設けられている。
【００１９】
スパウト３に設けられたフランジ部３０は、パウチ２を製袋する際に、パウチ２を形成する可撓性材料の端縁に当接して、その位置決めをするのに利用される。これに加えて、後述するように、チャック５１によってスパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を狭持する際に、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂの押圧部５１０の上面にフランジ部３０を支持させることによって、その位置決めをするときにも利用することができる。
【００２０】
また、本実施形態において、スパウト３の吸い出し口３２に装着されるカップラ４は、燃料カートリッジ１を機器に装填したときに、このカップラ４の先端開口部側が、燃料電池本体に設けられた燃料吸引口に接続され、これとともに、カップラ４のバルブ機構が開放されて、パウチ２に充填された燃料Ｍの吸い出しが可能となるようになっている。
【００２１】
カップラ４のバルブ機構としては、例えば、バネ４２に付勢された弁体４１が、カップラ４の開口端の内面側に形成された弁座４３に密着することで、バルブ機構を閉塞する構成とすることができ、燃料カートリッジ１が機器に装填されると、燃料電池本体の燃料吸引口側に設けられた、図示しないピン状の部材が、カップラ４の先端開口部に挿通されるようにする。これにより、上記ピン状の部材が、弁座４３との密着が解除されるように弁体４１をバネ４２に抗して押し下げることでバルブ機構が開放され、弁体４１と弁座４３との間に燃料Ｍの流通経路が形成される。
【００２２】
なお、本実施形態では、燃料カートリッジ１を保管などする際に、カップラ４のバルブ機構の誤動作を防止して、燃料Ｍが漏れ出してしまわないように、カップラ４の先端開口部側には、保護部材としての蓋体７が取り付けられるようにしている。
【００２３】
本実施形態において、容器本体としてのパウチ２が収容される外装ケース５は、長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体５０と、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を狭持した状態でケース本体５０内に挿入されて、ケース本体５０と嵌合する一対の押圧部材５１ａ，５１ｂからなるチャック５１と、チャック５１と嵌合してカップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定するトップベース５２とを備えている。
【００２４】
チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂは、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を押圧しつつ、スパウト３に設けられたフランジ部３０を支持する押圧部５１０と、この押圧部５１０から立ち上がって、スパウト３の吸い出し口３２の周囲に、トップベース５２に設けられた嵌合部が挿入される空間を形成する側板部５１１とを有している。
なお、このような形態とされるチャック５１は、軽量化や使用樹脂量の削減を図るために、必要に応じて不要部位を切り抜くなどして、各押圧部材５１ａ，５１ｂに肉抜きを施しておくのが好ましい。
【００２５】
本実施形態では、ケース本体５０にチャック５１を嵌合させるために、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂの側板部５１１に嵌合爪５１３を設けるとともに、この嵌合爪５１３と嵌合する嵌合孔５００をケース本体５０に設けてある。
【００２６】
このとき、チャック５１側に設ける嵌合爪５１３と、ケース本体５０側に設ける嵌合孔５００の具体的な形態や、これらを設ける数は、図示する例には限定されない。チャック５１側に設けた嵌合爪５１３が、その内側からケース本体５０側に設けた嵌合孔５００に嵌合するようになっていればよい。また、このような嵌合爪５１３と嵌合孔５００とを設けるにあたり、嵌合爪５１３の上端面が当接する嵌合孔５００の上面は、図示するように、容器外方から容器内方に向かって斜め下方に傾斜するようになっているのが好ましい。このようにすることで、嵌合爪５１３と嵌合孔５００との嵌合が解除され難くすることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、ケース本体５０に嵌合されたチャック５１にトップベース５２を嵌合させるために、トップベース５２には、その天板５２０から垂下する嵌合爪５２１を嵌合部として設けるとともに、この嵌合爪５２１が、チャック５１の側板部５１１によって囲繞される空間に挿入されて、当該側板部５１１に設けられた嵌合孔５１４と嵌合するようにしてある。
【００２８】
このとき、トップベース５２側に設ける嵌合爪５２１と、チャック５１側に設ける嵌合孔５１４の具体的な形態や、これらを設ける数は、図示する例には限定されない。トップベース５２側に設けた嵌合爪５２１が、チャック５１の側板部５１１によって囲繞される空間に挿入されて、その内側からチャック５１側に設けた嵌合孔５１４に嵌合するようになっていればよい。
【００２９】
本実施形態において、外装ケース５にパウチ２を収容するには、まず、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂを組み合わせて、それぞれの押圧部５１０の上面にスパウト３のフランジ部３０を支持して位置決めをしながら、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を狭持する。そして、その状態で、パウチ２ともにチャック５１をケース本体５０内に挿入してケース本体５０に嵌合させる。
【００３０】
このようにすることで、パウチ２は、上記各シール部２０がチャック５１で押圧された状態で外装ケース５に収容されることになる。このため、充填された燃料Ｍが気化するに伴ってパウチ２が膨張しても、限られた容積の範囲内で、パウチ２を形成する可撓性材料が応力集中により破断してしまったり、上記各シール部２０が剥離（シール後退）してしまったりするのを防止することが可能な構造として、パウチ２内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避することができる。
【００３１】
ここで、チャック５１によって上記各シール部２０を押圧するにあたり、各押圧部材５１ａ，５１ｂの押圧部５１０には、スパウト３の基部３１の外形形状に対応する押圧面を設けておき、上記各シール部２０に押圧部５１０が密接するようにしておくものとする。
【００３２】
また、押圧部５１０の幅Ｗは、図示するように、上記各シール部２０のシール幅Ｗ０より長く、かつ、スパウト３の基部３１の先端側を越える長さとするのが好ましい。これによって、上記各シール部２０の剥離をより確実に防止することができる。さらに、押圧部５１０は、図示するように、スパウト３の基部３１の先端側において、パウチ２から離れていく方向に湾曲する面を有しているのが好ましい。これによって、パウチ２が膨張する際に、パウチ２を形成する可撓性材料が当該湾曲面に沿って外方に膨らむようになり、張力を適度に緩和して、可撓性材料に応力が集中してしまうのを避けることができる。
【００３３】
また、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂを組み合わせて、上記各シール部２０を狭持するにあたり、各押圧部材５１ａ，５１ｂには、図示するように、スパウト３に設けられたフランジ部３０を支持する押圧部５１０との間に、フランジ部３０を遊嵌状に挿通可能な空隙を形成する梁部５１２を設けておくことができる。このような梁部５１２を設けておくことで、上記各シール部２０をチャック５１で挟持する際のスパウト３の位置決めが容易になるとともに、スパウト３の位置ずれを防止することもできる。
なお、押圧部５１０と梁部５１２との間に形成される空隙は、フランジ部３０との間に若干のクリアランスが形成される程度のものとするのが好ましい。
【００３４】
次に、ケース本体５０に収容されたパウチ２には、スパウト３の吸い出し口３２から燃料Ｍを充填する。そして、所定量の燃料Ｍをパウチ２に充填した後に、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に装着するとともに、トップベース５２をチャック５１に嵌合させて、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定する。
なお、図６は、パウチ２ともにチャック５１をケース本体５０内に挿入してケース本体５０に嵌合させた状態を示す平面図であり、この状態で燃料Ｍの充填が行われる。また、図７は、スパウト３の吸い出し口３２とカップラ４とを示す説明図である。
【００３５】
このとき、トップベース５２には、天板５２０からカップラ４の外周に沿って垂下するガイド片５２２を設けておくのが好ましい（図３及び図４参照）。トップベース５２がチャック５１に嵌合されるまでは、カップラ４はスパウト３の吸い出し口３２に載せてあるだけなので、このようなガイド片５２２を設けておくことで、トップベース５２をチャック５１に嵌合させる際に、カップラ４がスパウト３の吸い出し口３２から脱落しないようにしつつ、トップベース５２をチャック５１との嵌合位置に案内することができる。
図示する例では、カップラ４を間に挟んで対向する位置に一対のガイド片５２２を設けてあるが、ガイド片５２２は、必要に応じてカップラ４の全周を囲むように筒状に設けてもよく、その具体的な形態は限定されない。
【００３６】
このように、本実施形態では、カップラ４を固定するための機構をスパウト３側に設けることなく、トップベース５２をチャック５１に嵌合させるだけで、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定している。このため、カップラ４を固定するための機構をスパウト３側に設ける必要がない分、燃料カートリッジ１を小型化したり、パウチ２に充填される燃料Ｍの容量を増やしたりすることが可能になり、限られた容積を有効に活用することができる。
【００３７】
しかも、トップベース５２は、その嵌合部としての嵌合爪５２１が、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂに設けられた側板部５１１に囲繞される空間に挿入されてチャック５１と嵌合する。このため、ケース本体５０の外側に突出する部位がなく、装填される機器に応じて寸法が規定される外装ケース５の外形寸法に影響を及ぼすことがない。
また、トップベース５２はチャック５１に嵌合されるので、ケース本体５０には、チャック５１を嵌合させるための嵌合孔５００を設けるだけでよい。これにより、嵌合のための孔を設けることによるケース本体５０の強度低下を最小限に抑えることができる。
【００３８】
本実施形態では、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に装着するにあたり、カップラ４に、スパウト３の吸い出し口３２の外周面に沿って垂下する突片４５を設けるとともに、スパウト３の吸い出し口３２の外周面には、カップラ４に設けられた突片４５を係止する突起３２０を設けてある（図６参照）。このようにすることで、スパウト３の吸い出し口３２にカップラ４の装着する際に、突片４５を突起３２０に係止させて、カップラ４が周方向に回動してしまわないようにして、その位置決めがなされるようにすることができる。
【００３９】
また、本実施形態において、ケース本体５０は、長手方向の両端が開口する長尺筒状の胴部５０ａと、嵌合爪５３１が立設された底板部５０ｂとを有している。そして、底板部５０ｂに立設された嵌合爪５３１が胴部内に挿通されて、胴部５０ａに設けられた嵌合孔５０１に嵌合することにより、底板部５０ｂが胴部５０ａに取り付けられて、長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体５０が形成されるようにしている。
【００４０】
このとき、底板部５０ｂ側に設ける嵌合爪５３１と、胴部５０ａ側に設ける嵌合孔５０１の具体的な形態や、これらを設ける数は、図示する例には限定されない。底板部５０ｂ側に設けた嵌合爪５３１が、その内側から胴部５０ａ側に設けた嵌合孔５０１に嵌合し、充填された燃料Ｍが気化するに伴って膨張したパウチ２によって嵌合爪５３１が押さえつけられて、底板部５２の脱落が防止されるようになっていればよい。
【００４１】
さらに、ケース本体５０の胴部５０ａには、その両端の開口部から長手方向の中央に向かって肉厚が増すように内面を傾斜させることによって、長手方向中央側に最も厚肉となる部位（厚肉部）５０４を設けてある。
【００４２】
長手方向中央側に厚肉部５０４を設けることで、ケース本体５０の強度を高めて、充填された燃料Ｍの気化に伴うパウチ２の膨張を抑制しつつ、ケース本体５０の変形を防止することができる。しかも、このような肉厚部５０４は、ケース本体５０の胴部内面を傾斜させることによって設けてあるため、装填される機器に応じて寸法が規定される外装ケース５の外形寸法に影響を及ぼすこともなく、ケース本体５０内の容積減少を極力抑えて、限られた容積の範囲内でケース本体５０の強度を高めることができる。
なお、厚肉部５０４を設ける位置は、パウチ２の膨張によるケース本体５０の変形を有効に防止できるように、パウチ２の膨張による応力が集中しやすい位置に任意に設定することができる。
【００４３】
ケース本体５０の変形を防止するには、ケース本体５０の胴部５０ａに設けた厚肉部５０４が、ケース本体５０の長手方向に直交して延在するように設けるとともに、この厚肉部５０４に沿って第一のリブ５０２を設けるのが好ましく、これに加えて、第一のリブ５０２とともに、第一のリブ５０２から延びる第二のリブ５０３をケース本体５０の長手方向に沿って櫛歯状に設けるのがより好ましい。
【００４４】
また、本実施形態において、ケース本体５０を胴部５０ａと底板部５０ｂとに分けて、これらを別体に成形するのは、長手方向中央側に厚肉部５０４が設けられたケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって成形することを考慮したためである。すなわち、このようなケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって製造するには、その型開きを考慮して成形型を設計しなければならない。
【００４５】
このため、本実施形態では、図８に概略を示すように、ケース本体５０の胴部５０ａの外面を成形する長尺筒状の成形面が形成された雌型８０と、ケース本体５０の胴部５０ａの傾斜する内面を成形する成形面が形成され、かつ、ケース本体５０の胴部５０ａの最も厚肉となる部位で分割された一対のコア８１からなる雄型とを有する成形型８を用いて、ケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって製造するのが好ましい。
【００４６】
このような成形型８を用いてケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって製造するには、まず、雌型８０の長手方向両端からコア８１をそれぞれ挿通する（図８（ａ）参照）。そして、ケース本体５０の胴部５０ａの最も厚肉となる部位でコア８１を突き合わせて型閉めした後に、図示しないゲートから材料樹脂をキャビティ内に充填する（図８（ｂ）参照）。次いで、成形型８の型開きをして（図８（ｃ）参照）、所定形状に成形された胴部５０ａを取り出せばよい（図８（ｄ）参照）。
【００４７】
以上のような燃料カートリッジ１において、パウチ２を形成する可撓性材料としては、一般に、燃料電池用の燃料として用いられるメタノールなどのアルコール類に対して耐性を有し、かつ、ヒートシール可能な樹脂をヒートシール層とし、これに、バリア材層などを積層したフィルム材が好適に使用される。
【００４８】
ヒートシール層には、例えば、低溶出性、耐熱性、低剛性の低密度ポリエチレン，線状低密度ポリエチレン，中密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン，結晶性ポリプロピレン，結晶性プロピレン−エチレン共重合体，エチレン−酢酸ビニル共重合体，結晶性ポリブテン−１，結晶性ポリ４−メチルペンテン−１，ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ＥＶＡケン化物、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）などのポリオレフィン類等が好適に使用できる。これらのなかでも、特に、燃料への溶出が少ない無添加の線状低密度ポリエチレンが好ましい。また、ヒートシール層の厚みは５〜２００μｍとするのが好ましく、パウチ２の排液性を考慮すると、２０〜７０μが特に好適である。
【００４９】
バリア材層には、環状オレフィン系樹脂フィルム，ポリエステル系樹脂フィルム，ポリアミド系樹脂フィルム，アルミ箔，シリカ蒸着ポリエステルフィルム，アルミナ蒸着ポリエステルフィルムなどが好適に使用できる。厚みの薄い積層フィルム材で長期間の保存性を確保するためには、アルミ箔を用いるのが最も好ましい。また、バリア材層の厚さは１〜５０μｍとするのが好ましく、より好ましくは３〜９μｍである。
【００５０】
ヒートシール層にバリア材層を積層するにあたっては、必要に応じて、両者の間に、ポリウレタン系接着剤、酢酸ビニル系接着剤、酸変性オレフィン樹脂、無水マレイン酸変性オレフィン樹脂などの接着剤層を介在させるようにすることもできる。燃料に用いられるメタノールなどのアルコール類は材料中への浸透力が高く、低分子量成分の溶出や層間剥離を引き起こしやすい。このため、上記したもののなかでも、ヒートシール層との相性が良好な酸変性オレフィン樹脂や無水マレイン酸変性オレフィン樹脂を用いるのが最も好ましい。接着剤層の厚みは０．１〜３０μｍとするのが好ましく、より好ましくは１〜１５μｍである。
【００５１】
上記した各層は、それぞれ単独、又は複数の材料の組み合わせ、あるいは複数の層の組み合わせで構成することができる。また、上記した各層以外にも、さらに他の層を適宜積層することができる。
例えば、耐ピンホール性や、強度を向上させることを目的として、耐衝撃層を設けることができる。耐衝撃層としては、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエステル，ナイロン（ポリアミド）などの樹脂フィルム、ナイロンとエチレン−ビニルアルコール共重合体の共押出フィルム、及びこれらの２軸延伸フィルムなどが好適に使用できる。
なお、これらの付加的な層はバリア材層よりも外側に積層するのが好ましい。
【００５２】
また、スパウト３、カップラ４、ケース本体５０、チャック５１、トップベース５２、底板部５０ｂなどの他の部材は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ），ポリスチレン（ＰＳ），アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレン（ＰＥ），ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などの合成樹脂材料を単独で、又は二種以上ブレンドして用いて、さらには、これらのものに必要に応じてガラス繊維や、タルクなどの充填材を配合した複合材料として用いて、射出成形などにより所定形状に成形することができる。また、必要に応じて、アルミ、鉄、ステンレスなどの金属材料を用いることもできる。
【００５３】
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
【００５４】
例えば、前述した実施形態において、ケース本体５０は、底板部５０ｂが別体に形成されたものを示したが、必要に応じて、底板部が一体に成形されたものであってもよい。
【００５５】
また、カップラ４のバルブ機構をなす弁体４１と弁座４３との間や、カップラ４とスパウト３との間など、シール性を要する箇所には適宜、弾性材料からなるＯ−リングなどのようなシール部材を介在させることもできる。
【００５６】
また、スパウト３の具体的な形態も、前述した実施形態で示したものに限られない。例えば、パウチ２を形成する可撓性材料に挟み込まれてヒートシールされる基部３１と、パウチ２に取り付けられた状態で外部に開口する吸い出し口３２とを有していれば、フランジ部３０は必要に応じて省略してもよい。また、基部３１の形状も、中空円筒状とするほか、パウチ２を形成する可撓性材料とのヒートシールが良好になされるようにするために、例えば、中空円筒状とされた部位の周囲に、長手方向に対してほぼ垂直に張り出すひし形状の複数のシール片を、長手方向に沿って列設するなどしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に用いる換装可能なカートリッジ式の燃料容器として利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 燃料カートリッジ
２ パウチ（容器本体）
２０ シール部
３ スパウト
３０ フランジ部
３１ 基部
３２ 吸い出し口
３２０ 突起
４ カップラ
４５ 突片
５ 外装ケース
５０ ケース本体
５００ 嵌合孔
５０１ 嵌合孔
５０２ 第一のリブ
５０３ 第二のリブ
５０４ 厚肉部
５０ａ 胴部
５０ｂ 底板部
５１ チャック
５１ａ 押圧部材
５１ｂ 押圧部材
５１０ 押圧部
５１１ 側板部
５１２ 梁部
５１３ 嵌合爪
５１４ 嵌合孔
５２ トップベース
５２０ 天板
５２１ 嵌合爪
５３１ 嵌合爪
８ 成形型
８０ 雌型
８１ コア
Ｍ 燃料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に好適に利用することができる燃料電池用燃料カートリッジ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（プロトン）を取り出すための改質器を用いることなく、燃料であるメタノールを直接アノード極（燃料極）に供給して、電気化学反応を生じさせることができるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。特に、このＤＭＦＣは、機器の小型化に適していることから、ノートパソコン（Ｌａｐｔｏｐ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）に代表されるような携帯機器用の燃料電池としての利用が期待されている。
【０００３】
そして、このようなＤＭＦＣにおける燃料の供給手段も種々提案されており、例えば、特許文献１は、少なくとも一部が柔軟性を有する部材から構成された燃料容器を備え、ポンプにより燃料が供給される携帯機器用燃料電池を提案する。
また、本出願人も、特許文献２において、燃料電池用の燃料容器としても利用可能な容器として、フィルム材をガセット袋状のパウチに製袋した可撓性のパウチ本体に、流動性内容物の注口部となるスパウトを取り付けた容器を提案した。さらに、本出願人は、特許文献３において、フィルム材を製袋してなるパウチを、剛性材料からなるケース内に収容したカートリッジ式の燃料容器も提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９３８８号公報
【特許文献２】特開２００８−５６３２６号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／５４４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の燃料容器にあっては、引火の危険の高いメタノールを燃料として収容するに際し、メタノールの外部への漏洩を防止する必要があることに加え、燃料の供給が安定して行われるようにするためにも、容器内の気密性が十分に確保されていなければならない。
【０００６】
しかしながら、メタノールは揮発性が高く、沸点も比較的低いため、一般に想定される機器の使用環境下の温度で容易に気化してしまう。このため、フィルム材を製袋したパウチにスパウトを取り付けた容器では、メタノールの気化に伴ってパウチが膨張してしまうことを考慮しなければならない。
【０００７】
例えば、本発明者は、パウチが膨張すると、スパウトとのシール部に応力が集中してパウチを形成するフィルム材が破断してしまったり、スパウトとフィルム材とのシール部や、フィルム材どうしのシール部に剥離（シール後退）が生じてしまったりすることが危惧され、容器内の気密性が損なわれてしまうおそれがあるという問題を見出した。そして、カートリッジ式の燃料容器を携帯機器などの容積制限の厳しい機器に装填して使用する場合には、限られた容積の範囲内で、このような問題を解消しなければならない。
【０００８】
本発明は、上記のような事情にかんがみてなされたものであり、フィルム材の如き可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチにスパウトを取り付けて、これをケース内に収容してカートリッジ式とされた燃料電池用の燃料容器とするにあたり、収容された燃料が気化してパウチを膨張させたとしても、限られた容積の範囲内で、容器内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避できる構造とされた燃料電池用燃料カートリッジ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジは、可撓性材料を製袋してなるとともに、燃料電池本体との接続機能を有するカップラが装着されるスパウトが、前記可撓性材料で前記スパウトの基部を挟み込みつつ、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている容器本体を外装ケースに収容してなり、前記外装ケースが、長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体と、前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部及び前記可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態で前記ケース本体内に挿入されて、前記ケース本体と嵌合する一対の押圧部材からなるチャックと、前記チャックと嵌合して前記カップラを前記スパウトの吸い出し口に密着固定するトップベースと、を備える構成としてある。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの製造方法は、前記ケース本体の胴部の外面を成形する長尺筒状の成形面が形成された雌型と、前記ケース本体の胴部の傾斜する内面を成形する成形面が形成され、かつ、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で分割された一対のコアからなる雄型とを有する成形型を用いて、前記雌型の長手方向両端から前記コアをそれぞれ挿通し、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で前記コアを突き合わせて型閉めした後に、前記ケース本体の胴部を射出成形する方法としてある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、収容された燃料が気化して容器本体が膨張しても、限られた容積の範囲内で、容器本体を形成する可撓性材料の破断や、剥離を防止することが可能な構造として、容器本体内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの実施形態の概略を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面の概略を示す断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面の概略を示す断面図である。
【図４】本発明に係る燃料電池用燃料カートリッジの実施形態の一部を省略してその概略を示す分解図である
【図５】容器本体としてのパウチの一例を示す説明図である。
【図６】チャックをケース本体内に挿入して嵌合させた状態を示す平面図である。
【図７】スパウトの吸い出し口とカップラとを示す説明図である。
【図８】ケース本体の胴部の製造工程の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、図１は、本実施形態に係る燃料電池用燃料カートリッジの概略を示す正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面の概略を示す断面図、図３は、図２のＢ−Ｂ断面の概略を示す断面図である。また、図４は、本実施形態に係る燃料電池用燃料カートリッジの一部を省略してその概略を示す分解図である。
【００１４】
本実施形態の燃料カートリッジ１は、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池を備える機器に着脱自在に装填されて、燃料Ｍが空になると燃料カートリッジ１ごと換装して燃料Ｍを補充するカートリッジ式の燃料容器であり、装填される機器に応じて外形寸法が規定された外装ケース５に、可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチ２が収容されている。
【００１５】
また、燃料カートリッジ１は、燃料電池本体が備える吸引ポンプによって燃料Ｍが吸い出されて発電部に供給される、いわゆるアクティブ型の燃料電池に供されることから、本実施形態では、容積効率を高めるとともに、燃料Ｍの吸い出し性が良好となるように、可撓性材料を製袋してなる容器本体としてのパウチ２に燃料Ｍが充填されるようにしている。そして、このようなパウチ２には、充填された燃料Ｍを吸い出すためのスパウト３が、パウチ２を形成する可撓性材料に基部３１を挟み込みつつ、当該可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている。
【００１６】
本実施形態において容器本体とされるパウチ２は、例えば、側面にまちが形成されたガセット袋状に製袋されたものとすることができる。ガセット袋状に製袋されたパウチ２は、燃料Ｍが吸い出される際に、その吸い出された量に応じて徐々に平坦に折り畳まれていくようにすることができることから、容積効率を高めるとともに、吸い出し性を良好にして残液を少なくする上でも有利である。
【００１７】
ここで、図５（ａ）に、ガセット袋状に製袋されたパウチ２の一例について、その可撓性材料の展開図を示す。この例において、ガセット袋状に製袋されたパウチ２は、図５（ａ）中破線で示す谷折り線ＶＬと二点鎖線で示す山折り線ＭＬとで、図５（ｂ）に示すように折り返して、スパウト３が挟み込まれたスパウト側端縁２ａと、ボトム側端縁２ｂと、背貼り側端縁２ｃとのそれぞれをヒートシールしたものに相当する。
【００１８】
パウチ２から燃料Ｍを吸い出すために取り付けられるスパウト３は、パウチ２を形成する可撓性材料に挟み込まれてヒートシールされる基部３１と、燃料電池本体との接続機能を有するカップラ４が装着される吸い出し口３２とを有している。また、基部３１と吸い出し口３２との境には、長手方向に対してほぼ垂直に張り出すフランジ部３０が設けられている。
【００１９】
スパウト３に設けられたフランジ部３０は、パウチ２を製袋する際に、パウチ２を形成する可撓性材料の端縁に当接して、その位置決めをするのに利用される。これに加えて、後述するように、チャック５１によってスパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を狭持する際に、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂの押圧部５１０の上面にフランジ部３０を支持させることによって、その位置決めをするときにも利用することができる。
【００２０】
また、本実施形態において、スパウト３の吸い出し口３２に装着されるカップラ４は、燃料カートリッジ１を機器に装填したときに、このカップラ４の先端開口部側が、燃料電池本体に設けられた燃料吸引口に接続され、これとともに、カップラ４のバルブ機構が開放されて、パウチ２に充填された燃料Ｍの吸い出しが可能となるようになっている。
【００２１】
カップラ４のバルブ機構としては、例えば、バネ４２に付勢された弁体４１が、カップラ４の開口端の内面側に形成された弁座４３に密着することで、バルブ機構を閉塞する構成とすることができ、燃料カートリッジ１が機器に装填されると、燃料電池本体の燃料吸引口側に設けられた、図示しないピン状の部材が、カップラ４の先端開口部に挿通されるようにする。これにより、上記ピン状の部材が、弁座４３との密着が解除されるように弁体４１をバネ４２に抗して押し下げることでバルブ機構が開放され、弁体４１と弁座４３との間に燃料Ｍの流通経路が形成される。
【００２２】
なお、本実施形態では、燃料カートリッジ１を保管などする際に、カップラ４のバルブ機構の誤動作を防止して、燃料Ｍが漏れ出してしまわないように、カップラ４の先端開口部側には、保護部材としての蓋体７が取り付けられるようにしている。
【００２３】
本実施形態において、容器本体としてのパウチ２が収容される外装ケース５は、長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体５０と、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を狭持した状態でケース本体５０内に挿入されて、ケース本体５０と嵌合する一対の押圧部材５１ａ，５１ｂからなるチャック５１と、チャック５１と嵌合してカップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定するトップベース５２とを備えている。
【００２４】
チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂは、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を押圧しつつ、スパウト３に設けられたフランジ部３０を支持する押圧部５１０と、この押圧部５１０から立ち上がって、スパウト３の吸い出し口３２の周囲に、トップベース５２に設けられた嵌合部が挿入される空間を形成する側板部５１１とを有している。
なお、このような形態とされるチャック５１は、軽量化や使用樹脂量の削減を図るために、必要に応じて不要部位を切り抜くなどして、各押圧部材５１ａ，５１ｂに肉抜きを施しておくのが好ましい。
【００２５】
本実施形態では、ケース本体５０にチャック５１を嵌合させるために、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂの側板部５１１に嵌合爪５１３を設けるとともに、この嵌合爪５１３と嵌合する嵌合孔５００をケース本体５０に設けてある。
【００２６】
このとき、チャック５１側に設ける嵌合爪５１３と、ケース本体５０側に設ける嵌合孔５００の具体的な形態や、これらを設ける数は、図示する例には限定されない。チャック５１側に設けた嵌合爪５１３が、その内側からケース本体５０側に設けた嵌合孔５００に嵌合するようになっていればよい。また、このような嵌合爪５１３と嵌合孔５００とを設けるにあたり、嵌合爪５１３の上端面が当接する嵌合孔５００の上面は、図示するように、容器外方から容器内方に向かって斜め下方に傾斜するようになっているのが好ましい。このようにすることで、嵌合爪５１３と嵌合孔５００との嵌合が解除され難くすることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、ケース本体５０に嵌合されたチャック５１にトップベース５２を嵌合させるために、トップベース５２には、その天板５２０から垂下する嵌合爪５２１を嵌合部として設けるとともに、この嵌合爪５２１が、チャック５１の側板部５１１によって囲繞される空間に挿入されて、当該側板部５１１に設けられた嵌合孔５１４と嵌合するようにしてある。
【００２８】
このとき、トップベース５２側に設ける嵌合爪５２１と、チャック５１側に設ける嵌合孔５１４の具体的な形態や、これらを設ける数は、図示する例には限定されない。トップベース５２側に設けた嵌合爪５２１が、チャック５１の側板部５１１によって囲繞される空間に挿入されて、その内側からチャック５１側に設けた嵌合孔５１４に嵌合するようになっていればよい。
【００２９】
本実施形態において、外装ケース５にパウチ２を収容するには、まず、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂを組み合わせて、それぞれの押圧部５１０の上面にスパウト３のフランジ部３０を支持して位置決めをしながら、スパウト３の基部３１と可撓性材料とのシール部及び可撓性材料どうしのシール部２０を狭持する。そして、その状態で、パウチ２ともにチャック５１をケース本体５０内に挿入してケース本体５０に嵌合させる。
【００３０】
このようにすることで、パウチ２は、上記各シール部２０がチャック５１で押圧された状態で外装ケース５に収容されることになる。このため、充填された燃料Ｍが気化するに伴ってパウチ２が膨張しても、限られた容積の範囲内で、パウチ２を形成する可撓性材料が応力集中により破断してしまったり、上記各シール部２０が剥離（シール後退）してしまったりするのを防止することが可能な構造として、パウチ２内の気密性が損なわれてしまうのを有効に回避することができる。
【００３１】
ここで、チャック５１によって上記各シール部２０を押圧するにあたり、各押圧部材５１ａ，５１ｂの押圧部５１０には、スパウト３の基部３１の外形形状に対応する押圧面を設けておき、上記各シール部２０に押圧部５１０が密接するようにしておくものとする。
【００３２】
また、押圧部５１０の幅Ｗは、図示するように、上記各シール部２０のシール幅Ｗ０より長く、かつ、スパウト３の基部３１の先端側を越える長さとするのが好ましい。これによって、上記各シール部２０の剥離をより確実に防止することができる。さらに、押圧部５１０は、図示するように、スパウト３の基部３１の先端側において、パウチ２から離れていく方向に湾曲する面を有しているのが好ましい。これによって、パウチ２が膨張する際に、パウチ２を形成する可撓性材料が当該湾曲面に沿って外方に膨らむようになり、張力を適度に緩和して、可撓性材料に応力が集中してしまうのを避けることができる。
【００３３】
また、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂを組み合わせて、上記各シール部２０を狭持するにあたり、各押圧部材５１ａ，５１ｂには、図示するように、スパウト３に設けられたフランジ部３０を支持する押圧部５１０との間に、フランジ部３０を遊嵌状に挿通可能な空隙を形成する梁部５１２を設けておくことができる。このような梁部５１２を設けておくことで、上記各シール部２０をチャック５１で挟持する際のスパウト３の位置決めが容易になるとともに、スパウト３の位置ずれを防止することもできる。
なお、押圧部５１０と梁部５１２との間に形成される空隙は、フランジ部３０との間に若干のクリアランスが形成される程度のものとするのが好ましい。
【００３４】
次に、ケース本体５０に収容されたパウチ２には、スパウト３の吸い出し口３２から燃料Ｍを充填する。そして、所定量の燃料Ｍをパウチ２に充填した後に、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に装着するとともに、トップベース５２をチャック５１に嵌合させて、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定する。
なお、図６は、パウチ２ともにチャック５１をケース本体５０内に挿入してケース本体５０に嵌合させた状態を示す平面図であり、この状態で燃料Ｍの充填が行われる。また、図７は、スパウト３の吸い出し口３２とカップラ４とを示す説明図である。
【００３５】
このとき、トップベース５２には、天板５２０からカップラ４の外周に沿って垂下するガイド片５２２を設けておくのが好ましい（図３及び図４参照）。トップベース５２がチャック５１に嵌合されるまでは、カップラ４はスパウト３の吸い出し口３２に載せてあるだけなので、このようなガイド片５２２を設けておくことで、トップベース５２をチャック５１に嵌合させる際に、カップラ４がスパウト３の吸い出し口３２から脱落しないようにしつつ、トップベース５２をチャック５１との嵌合位置に案内することができる。
図示する例では、カップラ４を間に挟んで対向する位置に一対のガイド片５２２を設けてあるが、ガイド片５２２は、必要に応じてカップラ４の全周を囲むように筒状に設けてもよく、その具体的な形態は限定されない。
【００３６】
このように、本実施形態では、カップラ４を固定するための機構をスパウト３側に設けることなく、トップベース５２をチャック５１に嵌合させるだけで、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に密着固定している。このため、カップラ４を固定するための機構をスパウト３側に設ける必要がない分、燃料カートリッジ１を小型化したり、パウチ２に充填される燃料Ｍの容量を増やしたりすることが可能になり、限られた容積を有効に活用することができる。
【００３７】
しかも、トップベース５２は、その嵌合部としての嵌合爪５２１が、チャック５１を形成する各押圧部材５１ａ，５１ｂに設けられた側板部５１１に囲繞される空間に挿入されてチャック５１と嵌合する。このため、ケース本体５０の外側に突出する部位がなく、装填される機器に応じて寸法が規定される外装ケース５の外形寸法に影響を及ぼすことがない。
また、トップベース５２はチャック５１に嵌合されるので、ケース本体５０には、チャック５１を嵌合させるための嵌合孔５００を設けるだけでよい。これにより、嵌合のための孔を設けることによるケース本体５０の強度低下を最小限に抑えることができる。
【００３８】
本実施形態では、カップラ４をスパウト３の吸い出し口３２に装着するにあたり、カップラ４に、スパウト３の吸い出し口３２の外周面に沿って垂下する突片４５を設けるとともに、スパウト３の吸い出し口３２の外周面には、カップラ４に設けられた突片４５を係止する突起３２０を設けてある（図６参照）。このようにすることで、スパウト３の吸い出し口３２にカップラ４の装着する際に、突片４５を突起３２０に係止させて、カップラ４が周方向に回動してしまわないようにして、その位置決めがなされるようにすることができる。
【００３９】
また、本実施形態において、ケース本体５０は、長手方向の両端が開口する長尺筒状の胴部５０ａと、嵌合爪５３１が立設された底板部５０ｂとを有している。そして、底板部５０ｂに立設された嵌合爪５３１が胴部内に挿通されて、胴部５０ａに設けられた嵌合孔５０１に嵌合することにより、底板部５０ｂが胴部５０ａに取り付けられて、長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体５０が形成されるようにしている。
【００４０】
このとき、底板部５０ｂ側に設ける嵌合爪５３１と、胴部５０ａ側に設ける嵌合孔５０１の具体的な形態や、これらを設ける数は、図示する例には限定されない。底板部５０ｂ側に設けた嵌合爪５３１が、その内側から胴部５０ａ側に設けた嵌合孔５０１に嵌合し、充填された燃料Ｍが気化するに伴って膨張したパウチ２によって嵌合爪５３１が押さえつけられて、底板部５２の脱落が防止されるようになっていればよい。
【００４１】
さらに、ケース本体５０の胴部５０ａには、その両端の開口部から長手方向の中央に向かって肉厚が増すように内面を傾斜させることによって、長手方向中央側に最も厚肉となる部位（厚肉部）５０４を設けてある。
【００４２】
長手方向中央側に厚肉部５０４を設けることで、ケース本体５０の強度を高めて、充填された燃料Ｍの気化に伴うパウチ２の膨張を抑制しつつ、ケース本体５０の変形を防止することができる。しかも、このような肉厚部５０４は、ケース本体５０の胴部内面を傾斜させることによって設けてあるため、装填される機器に応じて寸法が規定される外装ケース５の外形寸法に影響を及ぼすこともなく、ケース本体５０内の容積減少を極力抑えて、限られた容積の範囲内でケース本体５０の強度を高めることができる。
なお、厚肉部５０４を設ける位置は、パウチ２の膨張によるケース本体５０の変形を有効に防止できるように、パウチ２の膨張による応力が集中しやすい位置に任意に設定することができる。
【００４３】
ケース本体５０の変形を防止するには、ケース本体５０の胴部５０ａに設けた厚肉部５０４が、ケース本体５０の長手方向に直交して延在するように設けるとともに、この厚肉部５０４に沿って第一のリブ５０２を設けるのが好ましく、これに加えて、第一のリブ５０２とともに、第一のリブ５０２から延びる第二のリブ５０３をケース本体５０の長手方向に沿って櫛歯状に設けるのがより好ましい。
【００４４】
また、本実施形態において、ケース本体５０を胴部５０ａと底板部５０ｂとに分けて、これらを別体に成形するのは、長手方向中央側に厚肉部５０４が設けられたケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって成形することを考慮したためである。すなわち、このようなケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって製造するには、その型開きを考慮して成形型を設計しなければならない。
【００４５】
このため、本実施形態では、図８に概略を示すように、ケース本体５０の胴部５０ａの外面を成形する長尺筒状の成形面が形成された雌型８０と、ケース本体５０の胴部５０ａの傾斜する内面を成形する成形面が形成され、かつ、ケース本体５０の胴部５０ａの最も厚肉となる部位で分割された一対のコア８１からなる雄型とを有する成形型８を用いて、ケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって製造するのが好ましい。
【００４６】
このような成形型８を用いてケース本体５０の胴部５０ａを射出成形によって製造するには、まず、雌型８０の長手方向両端からコア８１をそれぞれ挿通する（図８（ａ）参照）。そして、ケース本体５０の胴部５０ａの最も厚肉となる部位でコア８１を突き合わせて型閉めした後に、図示しないゲートから材料樹脂をキャビティ内に充填する（図８（ｂ）参照）。次いで、成形型８の型開きをして（図８（ｃ）参照）、所定形状に成形された胴部５０ａを取り出せばよい（図８（ｄ）参照）。
【００４７】
以上のような燃料カートリッジ１において、パウチ２を形成する可撓性材料としては、一般に、燃料電池用の燃料として用いられるメタノールなどのアルコール類に対して耐性を有し、かつ、ヒートシール可能な樹脂をヒートシール層とし、これに、バリア材層などを積層したフィルム材が好適に使用される。
【００４８】
ヒートシール層には、例えば、低溶出性、耐熱性、低剛性の低密度ポリエチレン，線状低密度ポリエチレン，中密度ポリエチレン，高密度ポリエチレン，結晶性ポリプロピレン，結晶性プロピレン−エチレン共重合体，エチレン−酢酸ビニル共重合体，結晶性ポリブテン−１，結晶性ポリ４−メチルペンテン−１，ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ＥＶＡケン化物、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）などのポリオレフィン類等が好適に使用できる。これらのなかでも、特に、燃料への溶出が少ない無添加の線状低密度ポリエチレンが好ましい。また、ヒートシール層の厚みは５〜２００μｍとするのが好ましく、パウチ２の排液性を考慮すると、２０〜７０μが特に好適である。
【００４９】
バリア材層には、環状オレフィン系樹脂フィルム，ポリエステル系樹脂フィルム，ポリアミド系樹脂フィルム，アルミ箔，シリカ蒸着ポリエステルフィルム，アルミナ蒸着ポリエステルフィルムなどが好適に使用できる。厚みの薄い積層フィルム材で長期間の保存性を確保するためには、アルミ箔を用いるのが最も好ましい。また、バリア材層の厚さは１〜５０μｍとするのが好ましく、より好ましくは３〜９μｍである。
【００５０】
ヒートシール層にバリア材層を積層するにあたっては、必要に応じて、両者の間に、ポリウレタン系接着剤、酢酸ビニル系接着剤、酸変性オレフィン樹脂、無水マレイン酸変性オレフィン樹脂などの接着剤層を介在させるようにすることもできる。燃料に用いられるメタノールなどのアルコール類は材料中への浸透力が高く、低分子量成分の溶出や層間剥離を引き起こしやすい。このため、上記したもののなかでも、ヒートシール層との相性が良好な酸変性オレフィン樹脂や無水マレイン酸変性オレフィン樹脂を用いるのが最も好ましい。接着剤層の厚みは０．１〜３０μｍとするのが好ましく、より好ましくは１〜１５μｍである。
【００５１】
上記した各層は、それぞれ単独、又は複数の材料の組み合わせ、あるいは複数の層の組み合わせで構成することができる。また、上記した各層以外にも、さらに他の層を適宜積層することができる。
例えば、耐ピンホール性や、強度を向上させることを目的として、耐衝撃層を設けることができる。耐衝撃層としては、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエステル，ナイロン（ポリアミド）などの樹脂フィルム、ナイロンとエチレン−ビニルアルコール共重合体の共押出フィルム、及びこれらの２軸延伸フィルムなどが好適に使用できる。
なお、これらの付加的な層はバリア材層よりも外側に積層するのが好ましい。
【００５２】
また、スパウト３、カップラ４、ケース本体５０、チャック５１、トップベース５２、底板部５０ｂなどの他の部材は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ），ポリスチレン（ＰＳ），アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレン（ＰＥ），ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などの合成樹脂材料を単独で、又は二種以上ブレンドして用いて、さらには、これらのものに必要に応じてガラス繊維や、タルクなどの充填材を配合した複合材料として用いて、射出成形などにより所定形状に成形することができる。また、必要に応じて、アルミ、鉄、ステンレスなどの金属材料を用いることもできる。
【００５３】
以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
【００５４】
例えば、前述した実施形態において、ケース本体５０は、底板部５０ｂが別体に形成されたものを示したが、必要に応じて、底板部が一体に成形されたものであってもよい。
【００５５】
また、カップラ４のバルブ機構をなす弁体４１と弁座４３との間や、カップラ４とスパウト３との間など、シール性を要する箇所には適宜、弾性材料からなるＯ−リングなどのようなシール部材を介在させることもできる。
【００５６】
また、スパウト３の具体的な形態も、前述した実施形態で示したものに限られない。例えば、パウチ２を形成する可撓性材料に挟み込まれてヒートシールされる基部３１と、パウチ２に取り付けられた状態で外部に開口する吸い出し口３２とを有していれば、フランジ部３０は必要に応じて省略してもよい。また、基部３１の形状も、中空円筒状とするほか、パウチ２を形成する可撓性材料とのヒートシールが良好になされるようにするために、例えば、中空円筒状とされた部位の周囲に、長手方向に対してほぼ垂直に張り出すひし形状の複数のシール片を、長手方向に沿って列設するなどしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池などの燃料電池に用いる換装可能なカートリッジ式の燃料容器として利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 燃料カートリッジ
２ パウチ（容器本体）
２０ シール部
３ スパウト
３０ フランジ部
３１ 基部
３２ 吸い出し口
３２０ 突起
４ カップラ
４５ 突片
５ 外装ケース
５０ ケース本体
５００ 嵌合孔
５０１ 嵌合孔
５０２ 第一のリブ
５０３ 第二のリブ
５０４ 厚肉部
５０ａ 胴部
５０ｂ 底板部
５１ チャック
５１ａ 押圧部材
５１ｂ 押圧部材
５１０ 押圧部
５１１ 側板部
５１２ 梁部
５１３ 嵌合爪
５１４ 嵌合孔
５２ トップベース
５２０ 天板
５２１ 嵌合爪
５３１ 嵌合爪
８ 成形型
８０ 雌型
８１ コア
Ｍ 燃料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性材料を製袋してなるとともに、燃料電池本体との接続機能を有するカップラが装着されるスパウトが、前記可撓性材料で前記スパウトの基部を挟み込みつつ、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている容器本体を外装ケースに収容してなり、
前記外装ケースが、
長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体と、
前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部及び前記可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態で前記ケース本体内に挿入されて、前記ケース本体と嵌合する一対の押圧部材からなるチャックと、
前記チャックと嵌合して前記カップラを前記スパウトの吸い出し口に密着固定するトップベースと、
を備えることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項２】
前記スパウトに、前記可撓性材料の端縁に当接するフランジ部を設けるとともに、
前記チャックを形成する各押圧部材が、
前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部及び前記可撓性材料どうしのシール部を押圧しつつ、前記フランジを支持する押圧部と、
前記押圧部から立ち上がって、前記スパウトの吸い出し口の周囲に、前記トップベースに設けられた嵌合部が挿入される空間を形成する側板部と、
を有する請求項１に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項３】
前記チャックを形成する各押圧部材に、
前記フランジを支持する前記押圧部との間に前記フランジを遊嵌状に挿通可能な空隙を形成する梁部を設けた請求項２に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項４】
前記チャックを形成する各押圧部材の側板部に少なくとも一つの嵌合爪を設けるとともに、前記ケース本体に当該嵌合爪と嵌合する嵌合孔を設けた請求項２又は３に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項５】
前記トップベースの嵌合部が、前記トップベースの天板から垂下して設けられた少なくとも一つの嵌合爪からなり、前記チャックを形成する各押圧部材の側板部に当該嵌合爪と嵌合する嵌合孔を設けた請求項２〜４のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項６】
前記カップラに、前記スパウトの吸い出し口の外周面に沿って垂下する少なくとも一つの突片を設けるとともに、前記スパウトの吸い出し口の外周面に前記突片を係止する突起を設けた請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項７】
前記ケース本体が、
長手方向の両端が開口する長尺筒状の胴部と、前記胴部内に挿通されて前記胴部に設けられた嵌合孔に嵌合する嵌合爪が立設された底板部とを有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項８】
前記ケース本体の胴部内面を傾斜させて、前記ケース本体の胴部の長手方向中央側に最も厚肉となる部位を設けた請求項７に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項９】
前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位が、前記ケース本体の長手方向に直交して延在するとともに、当該部位に沿ってリブを設けた請求項８に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１０】
前記ケース本体の長手方向に沿って、前記リブから延びる第二のリブを設けた
請求項９に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジを製造するに際し、
前記ケース本体の胴部の外面を成形する長尺筒状の成形面が形成された雌型と、前記ケース本体の胴部の傾斜する内面を成形する成形面が形成され、かつ、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で分割された一対のコアからなる雄型とを有する成形型を用いて、
前記雌型の長手方向両端から前記コアをそれぞれ挿通し、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で前記コアを突き合わせて型閉めした後に、前記ケース本体の胴部を射出成形することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの製造方法。
【請求項１】
可撓性材料を製袋してなるとともに、燃料電池本体との接続機能を有するカップラが装着されるスパウトが、前記可撓性材料で前記スパウトの基部を挟み込みつつ、前記可撓性材料の端縁を重ね合わせてヒートシールすることによって取り付けられている容器本体を外装ケースに収容してなり、
前記外装ケースが、
長手方向の一端が開口する有底筒状のケース本体と、
前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部及び前記可撓性材料どうしのシール部を狭持した状態で前記ケース本体内に挿入されて、前記ケース本体と嵌合する一対の押圧部材からなるチャックと、
前記チャックと嵌合して前記カップラを前記スパウトの吸い出し口に密着固定するトップベースと、
を備えることを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項２】
前記スパウトに、前記可撓性材料の端縁に当接するフランジ部を設けるとともに、
前記チャックを形成する各押圧部材が、
前記スパウトの基部と前記可撓性材料とのシール部及び前記可撓性材料どうしのシール部を押圧しつつ、前記フランジを支持する押圧部と、
前記押圧部から立ち上がって、前記スパウトの吸い出し口の周囲に、前記トップベースに設けられた嵌合部が挿入される空間を形成する側板部と、
を有する請求項１に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項３】
前記チャックを形成する各押圧部材に、
前記フランジを支持する前記押圧部との間に前記フランジを遊嵌状に挿通可能な空隙を形成する梁部を設けた請求項２に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項４】
前記チャックを形成する各押圧部材の側板部に少なくとも一つの嵌合爪を設けるとともに、前記ケース本体に当該嵌合爪と嵌合する嵌合孔を設けた請求項２又は３に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項５】
前記トップベースの嵌合部が、前記トップベースの天板から垂下して設けられた少なくとも一つの嵌合爪からなり、前記チャックを形成する各押圧部材の側板部に当該嵌合爪と嵌合する嵌合孔を設けた請求項２〜４のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項６】
前記カップラに、前記スパウトの吸い出し口の外周面に沿って垂下する少なくとも一つの突片を設けるとともに、前記スパウトの吸い出し口の外周面に前記突片を係止する突起を設けた請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項７】
前記ケース本体が、
長手方向の両端が開口する長尺筒状の胴部と、前記胴部内に挿通されて前記胴部に設けられた嵌合孔に嵌合する嵌合爪が立設された底板部とを有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項８】
前記ケース本体の胴部内面を傾斜させて、前記ケース本体の胴部の長手方向中央側に最も厚肉となる部位を設けた請求項７に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項９】
前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位が、前記ケース本体の長手方向に直交して延在するとともに、当該部位に沿ってリブを設けた請求項８に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１０】
前記ケース本体の長手方向に沿って、前記リブから延びる第二のリブを設けた
請求項９に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の燃料電池用燃料カートリッジを製造するに際し、
前記ケース本体の胴部の外面を成形する長尺筒状の成形面が形成された雌型と、前記ケース本体の胴部の傾斜する内面を成形する成形面が形成され、かつ、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で分割された一対のコアからなる雄型とを有する成形型を用いて、
前記雌型の長手方向両端から前記コアをそれぞれ挿通し、前記ケース本体の胴部の最も厚肉となる部位で前記コアを突き合わせて型閉めした後に、前記ケース本体の胴部を射出成形することを特徴とする燃料電池用燃料カートリッジの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２８７４２２（Ｐ２０１０−２８７４２２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４０１２３（Ｐ２００９−１４０１２３）
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００３７６８）東洋製罐株式会社 (1,150)
【Ｆターム（参考）】
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