(57)【要約】【課題】本発明は燃料充填カプラの開弁操作の操作性を改善することを課題とする。【解決手段】燃料充填カプラ５０では、充填準備スイッチがオンに操作されると、制御装置３４が空気管路６０の空気用開閉弁２８を開弁して燃料充填カプラ５０へ圧縮空気を供給する。そして、空気管路６０を介して圧縮空気がシリンダ室７３に導入されると、主弁シリンダ７０のピストン部７０ｄがＢ方向に押圧されて第２の通路７０ｂが環状溝７１ｂ及び接続ポート７４に連通する開弁位置に移動する。これにより、主弁シリンダ７０は、圧縮空気の圧力で弁部を容易且つスムーズに開弁操作することができる。【選択図】　　　　図４
2004001794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧された燃料を供給する燃料供給経路が接続されたカプラ本体と、
該カプラ本体に設けられ、被充填タンクの注入口に結合される結合部と、
該カプラ本体の内部に摺動可能に挿入された弁部と、
該弁部に一体的に形成されたピストン部と、
該ピストン部が摺動可能に嵌合されたシリンダ室と、
該シリンダ室に圧縮空気を供給して前記弁部を開弁させる空気供給手段と、
を備えたことを特徴とする燃料充填カプラ。
【請求項２】
前記結合部が前記被充填タンクの注入口に結合または離間されたことを前記空気供給手段から供給される圧縮空気の圧力変化により検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料充填カプラ。
【請求項３】
前記被充填タンクへの充填終了後、前記空気供給手段からの圧縮空気の供給停止により前記カプラ本体の残圧を外部に排出する残圧開放弁を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料充填カプラ。
【請求項４】
カプラ本体の結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことを前記結合部に供給される圧縮空気の圧力変化により検出する第１の過程と、
前記カプラ本体の結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことが検出された状態のときに充填開始操作が行われると、前記カプラ本体の内部に形成されたシリンダ室に圧縮空気を供給して主弁を開弁させる第２の過程と、
前記被充填タンクへの燃料充填が終了し、充填終了操作が行われると、前記シリンダ室への圧縮空気の供給を停止させて前記主弁を閉弁させると共に、前記カプラ本体の残圧を外部に排出する残圧開放弁を開弁させる第３の過程と、
を実行することを特徴とする燃料充填カプラの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料充填カプラ及びその制御方法に係り、特に高圧に加圧された燃料を被充填タンクに充填するのに適した燃料充填カプラ及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池車の開発が進められており、実用化が促進されつつある。この燃料電池車では、水素と酸素とを反応させて発電を行い、この電力によりモータを駆動させて走行するように構成されている。
【０００３】
このような燃料電池車の普及に際して、現在のガソリンや軽油を燃料とするエンジンが搭載された車両と同様に、例えば、７０ＭＰａ程度の高圧に圧縮した水素を供給する燃料充填カプラを備えた燃料供給システムの開発も重要である。
【０００４】
従来の燃料充填カプラとしては、例えば、２０ＭＰａ程度の圧力に圧縮されたＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料タンクに充填するためのものがある。この種の燃料充填カプラでは、円筒状に形成されたカプラ本体の先端に設けられた燃料タンクの注入口に結合される結合部と、カプラ本体の他端に設けられた燃料供給管路が接続される継手と、カプラ本体の中間部分に設けられた開閉弁とから構成されている。
【０００５】
開閉弁は、カプラ本体の側面に回動可能に突出する操作レバーの回動位置によって開弁または閉弁する。また、結合部は、内周に燃料タンクの注入口の係止溝に嵌合する係止部材が設けられ、外周には軸方向にスライドして係止部材を係止解除位置に移動させるロック解除用の操作リングが設けられている。
【０００６】
上記のように構成された燃料充填カプラを用いて燃料タンクに圧縮された燃料を燃料タンクに充填させる場合は、結合部を燃料タンクの注入口に押圧することで係止部材が注入口の係止溝に嵌合してロックされて充填時の耐圧強度が確保される。次に、操作レバーが開弁位置に回動操作されると、圧縮された燃料が燃料タンクに充填される。
【０００７】
そして、燃料タンクの圧力が目標充填圧力に達すると、操作レバーを閉弁位置に回動操作して燃料の充填を止める。その後、燃料タンクの内部に残留する圧力を外部に排出して減圧する。
【０００８】
次いで、ロック解除用の操作リングをカプラ本体の軸方向にスライドさせることにより、係止部材が注入口の係止溝から離脱してロック解除される。これで、燃料充填カプラを注入口から離間させることが可能になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の燃料充填カプラにおいては、操作レバーを開弁位置に回動操作すると、主弁が圧力に抗して開弁して圧縮された燃料が燃料タンクに充填されるように構成されており、カプラ内部の主弁が上流側に高圧燃料の圧力が作用し、主弁の下流側に燃料タンクの圧力が作用した状態で操作レバーを回動操作させるため、燃料タンクの圧力が低いほど上流側と下流側との圧力差が拡大されて操作レバーが重くなり、操作性が低下するという問題があった。
【００１０】
特に、供給される燃料の圧力が従来の３〜４倍に増大された場合には、上流側と下流側との圧力差がさらに拡大されて操作レバーを回動操作することが難しくなる。
【００１１】
そこで、本発明は上記課題を解決した燃料充填カプラ及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、加圧された燃料を供給する燃料供給経路が接続されたカプラ本体と、カプラ本体に設けられ、被充填タンクの注入口に結合される結合部と、カプラ本体の内部に摺動可能に挿入された弁部と、弁部に一体的に形成されたピストン部と、ピストン部が摺動可能に嵌合されたシリンダ室と、シリンダ室に圧縮空気を供給して弁部を開弁させる空気供給手段と、を備えたものであり、弁部を圧縮空気の圧力で開弁動作させることにより燃料の圧力が高圧になった場合でも弁部を容易、且つスムーズに開弁することが可能になる。
【００１３】
また、上記請求項２記載の発明は、結合部が被充填タンクの注入口に結合または離間されたことを空気供給手段から供給される圧縮空気の圧力変化により検出する検出手段を備えたものであり、電気信号を用いないので燃料を扱う機器としての安全性を高められると共に、弁部を開弁動作させる圧縮空気の圧力が所定圧である場合に結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことを確認でき、且つ結合部が被充填タンクの注入口に結合されていない状態では圧縮空気の圧力が上昇せず、弁部の開弁が未然に防止される。
【００１４】
また、上記請求項３記載の発明は、被充填タンクへの充填終了後、空気供給手段からの圧縮空気の供給停止によりカプラ本体の残圧を外部に排出する残圧開放弁を備えたものであり、圧縮空気の供給停止して弁部を閉弁動作させると同時に残圧開放弁を開弁させてカプラ本体の残圧を外部に排出することが可能になる。
【００１５】
また、上記請求項４記載の発明は、カプラ本体の結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことを結合部に供給される圧縮空気の圧力変化により検出する第１の過程と、カプラ本体の結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことが検出された状態のときに充填開始操作が行われると、カプラ本体の内部に形成されたシリンダ室に圧縮空気を供給して主弁を開弁させる第２の過程と、被充填タンクへの燃料充填が終了し、充填終了操作が行われると、シリンダ室への圧縮空気の供給を停止させて主弁を閉弁させると共に、カプラ本体の残圧を外部に排出する残圧開放弁を開弁させる第３の過程と、を実行するものであり、弁部を開弁動作させる圧縮空気の圧力が所定圧である場合に結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことを確認でき、且つ結合部が被充填タンクの注入口に結合されていない状態では圧縮空気の圧力が上昇せず、弁部の開弁が未然に防止される。また、圧縮空気の供給停止して弁部を閉弁動作させると同時に残圧開放弁を開弁させてカプラ本体の残圧を外部に排出することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明になる燃料充填カプラの一実施例が適用された燃料充填システムを示す構成図である。
【００１７】
図１に示されるように、燃料供給システム１０では、例えば、燃料電池（図示せず）が搭載された車両１２の燃料タンク１８に高圧燃料（例えば、７０ＭＰａの水素等）を充填する燃料充填カプラ５０と、燃料充填カプラ５０に高圧燃料を供給するディスペンサ１６とから構成されている。
【００１８】
車両１２は、燃料タンク１８が搭載されており、燃料タンク１８には燃料電池に供給される水素が充填される。また、燃料タンク１８には、燃料充填カプラ５０が結合されるレセプタクル２０が設けられている。
【００１９】
燃料充填カプラ５０は、後述するように内部に主弁６２と、閉止弁６４と、残圧開放弁６６とが設けられている。主弁６２及び閉止弁６４は、高圧ガス（燃料）を供給する燃料供給管路５８に設けられており、燃料供給管路５８の先端はレセプタクル２０を介して燃料タンク１８に連通される。また、燃料供給管路５８の基端は高圧ガスを生成するコンプレッサ及び燃料貯蔵タンク（共に図示せず）に連通されている。
【００２０】
さらに、燃料充填カプラ５０には、圧縮空気を供給する空気管路６０とが接続されている。そして、空気管路６０の下流には、燃料充填カプラ５０の主弁シリンダ（弁部）７０、停止操作弁２２、残圧開放シリンダ９６、エアノズル２４などが接続されている。主弁シリンダ７０は、後述するように圧縮空気の供給により開弁動作して高圧燃料を充填するための弁機構であり、空気管路６０の空気圧の低下に伴って閉弁動作する。
【００２１】
また、停止操作弁２２は、燃料の充填中に異常が発生した場合に燃料充填を緊急停止させるための緊急停止スイッチである。また、残圧開放シリンダ９６は、後述するように圧縮空気の供給によりカプラ内部の圧力を保持するように閉弁し、空気管路６０の空気圧の低下に伴って開弁してカプラ内部の高圧燃料を放気管路２６へ排出することで残圧を低下させる。
【００２２】
ここで、ディスペンサ１６について説明する。
ディスペンサ１６は、空気管路６０を開または閉とする空気用開閉弁２８と、空気管路６０の空気圧を検出する圧力スイッチ３０と、燃料供給管路５８を開または閉とする燃料用開閉弁３２とを有する。空気用開閉弁２８は、電磁式の２位置３ポート弁からなり、ソレノイドが励磁された開弁し、ソレノイドへの通電がオフになると、閉弁すると共に、下流側の圧縮空気を大気中に排気させる。
【００２３】
また、圧力スイッチ３０は、空気管路６０の圧力が所定値以上になると、検出信号を出力する。また、燃料用開閉弁３２は、電磁式の２位置２ポート弁からなり、ソレノイドが励磁されて開弁して燃料供給管路５８から送液された燃料を燃料充填カプラ５０に供給し、ソレノイドへの通電がオフになると、閉弁して燃料供給管路５８を遮断して燃料の供給を停止する。
【００２４】
ディスペンサ１６の制御装置３４は、上記空気用開閉弁２８、圧力スイッチ３０、燃料用開閉弁３２の他に、充填準備スイッチ３６、充填準備完了ランプ３８、充填開始スイッチ４０、充填中ランプ４２、充填停止スイッチ４４、充填停止ランプ４６とが接続されている。そして、制御装置３４は、燃料充填カプラ５０が燃料タンク１８のレセプタクル２０に結合された後、充填準備スイッチ３６がオンに操作されると、空気用開閉弁２８を開弁して燃料充填カプラ５０へ圧縮空気を供給すると共に、充填準備完了ランプ３８を点灯させる。
【００２５】
また、制御装置３４は、充填開始スイッチ４０がオンに操作されると、燃料用開閉弁３２を開弁して燃料充填カプラ５０へ高圧燃料を供給開始すると共に、充填中ランプ４２を点灯させる。
【００２６】
また、制御装置３４は、充填停止スイッチ４４がオンに操作されると、燃料用開閉弁３２を閉弁して燃料充填カプラ５０への燃料供給を停止すると共に、充填停止ランプ４６を点灯させる。その後、制御装置３４は、空気用開閉弁２８を閉弁して主弁シリンダ７０及び残圧開放シリンダ９６への圧縮空気の供給を停止する。
【００２７】
ここで、燃料充填カプラ５０の構成について説明する。
図２は本発明になる燃料充填カプラの一実施例を示す正面図である。図３は燃料充填カプラの縦断面図である。
【００２８】
図２及び図３に示されるように、燃料充填カプラ５０は、カプラ本体５２と、カプラ本体５２の一端より斜め下方に突出するグリップ５４と、カプラ本体５２の一端に設けられた結合部５６とから構成されている。
【００２９】
また、カプラ本体５２には、高圧燃料（例えば、７０ＭＰａの水素等）を供給する燃料供給管路５８と、圧縮空気を供給する空気管路６０とが接続されている。さらに、カプラ本体５２の内部には、主弁６２と、閉止弁６４と、残圧開放弁６６とが設けられている。
【００３０】
結合部５６は、カプラ先端に回動可能に装着された操作リング６８を有する。この操作リング６８は、全周に滑り止めの凹凸部が形成され、且つ外周には回動位置の目印となる矢印状のマーク６８ａが形成されている。
【００３１】
そのため、燃料充填カプラ５０においては、車両の注入口（図示せず）に結合されるカプラ結合時にマーク６８ａがＯＰＥＮ位置（ロック位置）に回動してロック状態であることを示し、充填完了後にマーク６８ａがＣＬＯＳＥ位置（ロック解除位置）に回動操作されることで、ロック解除動作したことが示される。
【００３２】
操作者は、燃料充填カプラ５０のグリップ５４を把持して結合部５６を車両の注入口（図示せず）に押圧操作することにより、操作リング６８がＯＰＥＮ位置（ロック位置）に回動するため、結合操作が容易に行える。また、操作者は、一方の手で燃料充填カプラ５０のグリップ５４を把持したまま、他方の手で燃料充填カプラ５０の操作リング６８をＣＬＯＳＥ位置（ロック解除位置）に回動操作することで、分離可能になる。
【００３３】
図４はカプラ本体５２の内部構造を示す縦断面図である。
図４に示されるように、主弁６２は、カプラ本体５２の内部に形成された貫通孔５２ａ内を摺動可能に挿入された主弁シリンダ７０を有する。この主弁シリンダ７０は、一端が貫通孔５２ａに挿入され、他端がカプラ本体５２の端部に螺合されたキャップ７１のガイド孔７１ａに挿入されている。そして、空気管路６０を介してシリンダ室７３に供給された圧縮空気の圧力により開弁方向（Ｂ方向）に摺動し、圧縮空気が供給停止されるとコイルバネ７２のバネ力により閉弁方向（Ａ方向）に摺動する。
【００３４】
また、主弁シリンダ７０には、軸方向に貫通する第１の通路７０ａと、半径方向に貫通する第２の通路７０ｂとが設けられている。第２の通路７０ｂは、圧縮空気の圧力により主弁シリンダ７０が開弁方向（Ｂ方向）に摺動したとき、燃料供給管路５８が接続された接続ポート７４に連通され、燃料供給管路５８から供給された高圧燃料をカプラ本体５２の内部に導入させる。
【００３５】
また、第２の通路７０ｂは、圧縮空気の供給が停止されて主弁シリンダ７０が閉弁方向（Ａ方向）に摺動したとき、接続ポート７４と遮断され、燃料の供給を停止させる。
【００３６】
主弁シリンダ７０は、カプラ本体５２の内部に形成された貫通孔５２ａ内を摺動する第１の摺動部７０ｃと、シリンダ室７３を摺動するピストン部７０ｄと、キャップ７１のガイド孔７１ａを摺動する第２の摺動部７０ｅとを有する。第１の摺動部７０ｃと第２の摺動部７０ｅとは、外径寸法が同径に形成されており、且つガイド孔７１ａには、貫通孔５２ａ内と同じ圧力となるように第１の通路７０ａを介して連通されている。
【００３７】
これにより、カプラ本体５２の内部に高圧燃料が供給されても主弁シリンダ７０の両端に作用する圧力が同圧でバランスするため、主弁シリンダ７０を開弁方向または閉弁方向に駆動させる際の抵抗が軽減され、小さな操作力でも容易、且つスムーズに主弁シリンダ７０を駆動することが可能になる。
【００３８】
また、ガイド孔７１ａの内周には、接続ポート７４に連通する環状溝７１ｂが設けられている。この環状溝７１ｂは、全周に設けられているので、主弁シリンダ７０の外周に開口する複数の第２の通路７０ｂと連通するように形成されている。
【００３９】
また、貫通孔５２ａ内壁と第２の摺動部７０ｅとの外周には、同径寸法のシール部材７５ａ〜７５ｄが装着されている。よって、主弁シリンダ７０の両端に作用する圧力も同一となり、第１の摺動部７０ｃと第２の摺動部７０ｅとに作用する圧力に差が生じない。そのため、主弁シリンダ７０は、外部からの操作力（本実施例では、圧縮空気によるエア圧）が付与された場合にＡ方向またはＢ方向に摺動する。
【００４０】
第１のシール部材７５ａは、第１の摺動部７０ｃと貫通孔５２ａ内壁との間をシールしており、第４のシール部材７５ｄは、第２の摺動部７０ｅとガイド孔７１ａ内壁との間をシールしている。
【００４１】
また、第２、第３のシール部材７５ｂ，７５ｃは、第２の通路７０ｂの両側に配置されており、第２の通路７０ｂが環状溝７１ｂ及び接続ポート７４とずれた閉弁位置にあるとき、第２の通路７０ｂからの燃料漏れを防止する。
【００４２】
そして、カプラ本体５２には、コイルバネ７２が収納されたバネ室５２ｄに連通された通気孔５２ｅが設けられている。バネ室５２ｄは、主弁シリンダ７０の摺動位置によって容積が変化する際、空気圧が摺動抵抗とならないように通気孔５２ｅを介して内部の空気が吸気または排気される。
【００４３】
残圧開放弁６６は、カプラ本体５２の中間位置に設けられており、カプラ本体５２の貫通孔５２ａ及び吐出側開口５２ｂに連通する通路６６ａと、通路６６ａの下方に形成された残圧開放室９４内に挿入された残圧開放シリンダ９６と、残圧開放シリンダ９６を下方に押圧するコイルバネ９８とから構成されている。
【００４４】
残圧開放シリンダ９６の中央には、通路６６ａの端部に形成された弁座６６ｂに対向する閉止用パッキン１００が固着されている。残圧開放弁６６は、主弁６２の主弁シリンダ７０が圧縮空気の供給により開弁動作すると、残圧開放室９４の底部にも圧縮空気が供給されて残圧開放シリンダ９６が上昇して閉止用パッキン１００を弁座６６ｂに圧着する。
【００４５】
そして、圧縮空気の供給が停止すると、主弁６２の主弁シリンダ７０が閉弁動作すると共に、残圧開放シリンダ９６がコイルバネ９８により下降して弁座６６ｂから閉止用パッキン１００が離間してカプラ本体５２内部の高圧燃料が通路６６ａを介して外部に放出される。その結果、カプラ本体５２内部の圧力が急激に低下する。これにより、操作リング６８の回動操作によるロック解除動作がスムーズに行える。
【００４６】
図５は残圧開放弁６６の構成及び動作を説明するための図であり、（Ａ）は充填終了後の動作状態を示す縦断面図、（Ｂ）は充填中の動作状態を示す縦断面図である。
【００４７】
図５（Ａ）に示されるように、残圧開放室９４は、残圧開放シリンダ９６によって上室９４ａと下室９４ｂとに隔成されている。そして、上室９４ａに連通された排出ポート９５ａには、放気管路２６が接続されている。そのため、充填終了後、残圧開放シリンダ９６の降下動作（開弁動作）に伴ってカプラ本体５２から通路６６ａを介して残圧開放室９４に流入された高圧燃料は、排出ポート９５ａから放気管路２６へ排出され、カプラ本体５２内部の残圧が減圧される。
【００４８】
図５（Ｂ）に示されるように、下室９４ｂに連通された給気ポート９５ｂには、空気管路６０が接続されている。そのため、空気用開閉弁２８を開弁して圧縮空気がカプラ本体５２のシリンダ室７３に圧縮空気が供給されると共に、下室９４ｂにも圧縮空気が供給される。これにより、残圧開放シリンダ９６は、下室９４ｂの圧力上昇に伴って上昇動作（閉弁動作）して閉止用パッキン１００を弁座６６ｂへ圧着して通路６６ａを閉止する。
【００４９】
ここで、エアノズル２４について説明する。
図６はエアノズル２４の作用について説明するための図であり、（Ａ）はエアノズル２４の開状態を示す縦断面図であり、（Ｂ）はエアノズル２４の閉止状態を示す縦断面図である。
【００５０】
図６（Ａ）（Ｂ）に示されるように、エアノズル２４は、操作リング６８の内周側に設けられたストッパ９３ａの移動範囲に取り付けられている。ストッパ９３ａは、操作リング６８の回動角度を制限すると共に、エアノズル２４を開または閉とする弁としても機能する。
【００５１】
エアノズル２４は、空気管路６０から供給された圧縮空気を噴出させる噴出口２４ａを有する。この噴出口２４ａは、後述するように燃料タンク１８のレセプタクル２０に燃料充填カプラ５０が結合されると、操作リング６８が反時計方向に回動してストッパ９３ａがエアノズル２４の噴出口２４ａに当接し、図６（Ｂ）に示される状態になる。このような、エアノズル２４は、燃料充填カプラ５０がレセプタクル２０に結合されことにより、操作リング６８と共に回動したストッパ９３ａにより閉止される。
【００５２】
このときの空気管路６０の圧力は、圧力スイッチ３０によって検出される。従って、圧力スイッチ３０がオンになることで燃料充填カプラ５０がレセプタクル２０に結合されたことが確認される。
【００５３】
図６（Ａ）に示されるように、操作リング６８が時計方向に角度α回動操作されると、操作リング６８と共に回動するストッパ９３ａがエアノズル２４の噴出口２４ａから離間して開弁状態に切り替える。これにより、圧力スイッチ３０がオフになるため、燃料充填カプラ５０がレセプタクル２０から分離されたことが確認される。
【００５４】
ここで、結合部５６及び閉止弁６４について詳細に説明する。
【００５５】
図７は結合部５６及び閉止弁６４を示す縦断面図である。図８は図７中Ｖ−Ｖ線に沿う縦断面図である。図９は図７中ＶＩ−ＶＩ線に沿う縦断面図である。
図７乃至図９に示されるように、閉止弁６４は、カプラ本体５２の吐出側開口５２ｂに挿入されており、軸方向に摺動可能に保持されている。また、閉止弁６４は、一端に弁部６４ａを有し、他端にテーパ状の先端部６４ｂが吐出口７５より突出している。そして、先端部６４ｂには、軸方向に延在形成された第１の吐出ポート６４ｃが開口しており、且つ第１の吐出ポート６４ｃの奥部には、半径方向に貫通する第２の吐出ポート６４ｄが設けられている。
【００５６】
また、第２の吐出ポート６４ｄが開口する閉止弁６４の外周には、一対のシール部材６５ａ，６５ｂが装着されている。このシール部材６５ａ，６５ｂは、第２の吐出ポート６４ｄの前後に配置されており、閉止弁６４の外周と円筒状のスリーブ７６のシート部７６ａとの間を気密にシールする。
【００５７】
第２の吐出ポート６４ｄは、円筒状のスリーブ７６のシート部７６ａに嵌合しているときは閉塞されており、後述するようにＢ方向に押圧されてシート部７６ａを通過して貫通孔５２ａ内に突出すると、開弁されて高圧燃料を吐出することが可能になる。また、閉止弁６４の弁部６４ａは、カプラ本体５２の貫通孔５２ａ内に設けられた段部５２ｃに当接するコイルバネ６３のバネ力によりＡ方向に付勢されている。
【００５８】
スリーブ７６は、外周に吐出側開口５２ｂに螺入されるネジ部７６ｅと、吐出側開口５２ｂの端部に当接する鍔部７６ｆとが設けられている。また、スリーブ７６は、ボールロック機構７８の複数の係止球８０（本実施例では、８個とする）が嵌合する孔７６ｇを有する。この孔７６ｇは、周方向に所定間隔毎（本実施例では４５度間隔）に設けられ、半径方向に貫通している。
【００５９】
そのため、複数の係止球８０は、夫々孔７６ｇにガイドされて半径方向に移動可能に取り付けられている。また、スリーブ７６の内周と閉止弁６４の外周との間には、リング状に形成されたバネ受け８２が嵌合しており、係止球８０はバネ受け８２の外周に当接して内側への移動を制限されている。
【００６０】
さらに、バネ受け８２は、閉止弁６４の外周に係止された止め輪８４に当接する段部８２ａを有する。そして、バネ受け８２は、スリーブ７６の内周と閉止弁６４の外周との間に介装されたコイルバネ８７のバネ力により８７バネ受け８２及び止め輪８４を介してＡ方向に付勢されている。そのため、閉止弁６４は、上記コイルバネ６３及びコイルバネ８７により閉弁方向（Ａ方向）に付勢されており、燃料タンクの注入口（図示せず）に当接してＢ方向に押圧されると、コイルバネ６３及びコイルバネ８７をＢ方向に押圧しながら開弁動作する。
【００６１】
操作リング６８は、スリーブ７６の先端に螺入されたナット８５により脱落防止されており、ナット８５とカプラ本体５２の端部との間で周方向に回動可能に保持されている。また、操作リング６８の内周には、環状に形成されたブッシュ８６が一体的に嵌合しており、ブッシュ８６には、係止球８０が挿入される係止溝８６ａが周方向に設けられている。
【００６２】
そして、係止溝８６ａには、係止球８０の外径に対応する球面凹部８８ａが形成されたボール押さえ８８が挿入されている。これらのブッシュ８６及びボール押さえ８８は、操作リング６８の内側にネジ等の締結部材を介して一体的に締結されている。そのため、操作リング６８が回動操作されると、ブッシュ８６及びボール押さえ８８も同一方向に回動してロック解除操作が可能になる。
【００６３】
そして、係止孔８６ａには、係止球８０の外径に対応する球面凹部８８ａが形成されたボール押さえ８８が挿入されている。
【００６４】
また、操作リング６８の内周とブッシュ８６とスリーブ７６の鍔部７６ｆとの間には、一対のコイルバネ（付勢部材）９０，９２が周方向に装架されている。このコイルバネ９０，９２は、操作リング６８をロック位置に復帰させるための復帰用付勢部材であり、一端がスリーブ７６の外周に掛止され、他端がブッシュ８６の端部または操作リング６８の内周に掛止されている。
【００６５】
操作リング６８及びブッシュ８６及びボール押さえ８８の回動角度αは、図６（Ａ）（Ｂ）に示すようにブッシュ８６、スリーブ７６に設けられたストッパ部材９３ａによって決まる。尚、ストッパ部材９３ａは、エアノズル２４に当接または離間することで空気管路６０の圧力が変化するため、圧力スイッチ３０によって操作リング６８がロック位置またはロック解除位置に移動していることが検出される。
【００６６】
ここで、上記のように構成された燃料充填カプラ５０を用いて高圧燃料の充填操作について図１０乃至図１３を併せ参照して説明する。図１０は燃料充填カプラ５０の結合部５６を車両の注入口に結合させた状態を示す縦断面図である。図１１は車両の注入口に結合された結合部５６及び閉止弁６４の動作状態を示す縦断面図である。図１２は図８中ＩＸ−ＩＸ線に沿う縦断面図である。図１３は図８中Ｘ−Ｘ線に沿う縦断面図である。
【００６７】
図１０乃至図１３に示されるように、操作者は、右手で燃料充填カプラ５０のグリップ５４（図２及び図３に示す）を把持して結合部５６を車両の注入口（レセプタクル）１１０に押圧して結合させる。
【００６８】
注入口１１０の外周には、係止球８０が嵌合する係止溝１１０ａが形成されている。係止溝１１０ａは、台形状に形成されており、係止球８０に対して前後の傾斜面が当接するように形成されている。
【００６９】
また、注入口１１０の内周には、閉止弁６４のテーパ状の先端部６４ｂが挿入される挿入孔１１０ｂが形成されており、挿入孔１１０ｂの内部には、先端部６４ｂが当接するテーパ状の段部１１０ｃが設けられている。
【００７０】
また、段部１１０ｃには、先端部６４ｂとの間をシールするシール部材１１２が装着されている。尚、シール部材１１２は、閉止弁６４がカプラ内部の圧力によりＡ方向に押圧されることで先端部６４ｂが圧着されて先端部６４ｂとの間をシールするため、供給される高圧燃料の圧力が高くなるほど気密性が確保される。
【００７１】
図１０に示されるように、充填カプラ５０の結合部５６が注入口１１０に挿入されると、相対的に注入口１１０が閉止弁６４の外周に沿って結合部５６の内部に挿入される。このように、結合部５６が注入口１１０に挿入されると共に、注入口１１０の端部がバネ受け８２をＢ方向に移動させながら係止溝１１０ａが係止球８０に対向する位置に移動する。
【００７２】
そして、係止球８０を保持するボール押さえ８８が操作リング６８及びブッシュ８６と共にコイルバネ９０，９２のバネ力によって付勢されているので、ボール押さえ８８が回動しながら複数の係止球８０を同時に内側へ押圧する。そして、操作リング６８は、マーク６８ａがＯＰＥＮ位置（ロック位置）に回動して停止し、ロック状態であることを示す。
【００７３】
このロック状態では、図１２に示されるように、ボール押さえ８８の球面凹部８８ａが係止球８０からずれた位置に移動してボール押さえ８８の内周８８ｂが係止球８０を押圧するため、係止球８０は注入口１１０の係止溝１１０ａに嵌合したロック状態に保持される。これで、燃料充填カプラ５０は、注入口１１０に確実に結合された状態でロックされる。
【００７４】
また、閉止弁６４の先端部６４ｂは、注入口１１０の挿入孔１１０ｂの内部に設けられたテーパ状の段部１１０ｃに当接して相対的にＢ方向に摺動すると共に、第２の吐出ポート６４ｄがスリーブ７６のシート部７６ａから貫通孔５２ａ内に突出して主弁シリンダ７０の第１の通路７０ａと連通される。また、閉止弁６４の外周とシート部７６ａとの間は、シール部材６５ａによってシールされる。さらに、閉止弁６４の先端部６４ｂは、シール部材１１２に当接してシールされる。
【００７５】
このように、操作者は、燃料充填カプラ５０をＡ方向に押圧して結合部５６を注入口１１０に挿入させるだけで注入口１１０に結合させると共に、ロック状態に保持することができるので、操作性が極めて容易に行える。
【００７６】
この後、充填準備スイッチ３６（図１参照）がオンに操作されると、制御装置３４は空気管路６０の空気用開閉弁２８を開弁して燃料充填カプラ５０へ圧縮空気を供給する。そして、空気管路６０を介して圧縮空気がシリンダ室７３に導入されると、図１０及び図１４に示されるように、主弁シリンダ７０のピストン部７０ｄがＢ方向に押圧されて第２の通路７０ｂが環状溝７１ｂ及び接続ポート７４に連通する開弁位置に移動する。よって、主弁シリンダ７０は、圧縮空気の圧力で弁部を容易且つスムーズに開弁操作することができる。
【００７７】
これと同時に、残圧開放室９４の底部にも圧縮空気が供給されて残圧開放シリンダ９６が上昇して閉止用パッキン１００を弁座６６ｂに圧着する。
【００７８】
これにより、燃料供給管路５８を介して燃料充填カプラ５０に供給された高圧燃料は、主弁シリンダ７０の第１の通路７０ａ及び第２の通路７０ｂを介してカプラ本体５２の内部に導入され、且つ閉止弁６４の第１の吐出ポート６４ｃ、第２の吐出ポート６４ｄを介してレセプタクル２０の注入口１１０に吐出され、車両１２の燃料タンク１８への燃料充填が開始される。
【００７９】
このようにして、車両１２の燃料タンク１８の圧力が目標圧力に達すると、燃料の充填が終了する。そして、燃料充填が終了して充填停止スイッチ４４（図１参照）がオンに操作されて空気管路６０からの圧縮空気の供給が停止される。これにより、シリンダ室７３の圧力が低下するため、主弁６２の主弁シリンダ７０は、コイルバネ７２のバネ力により図４及び図１５に示されるように、Ａ方向に摺動して閉弁動作する。これと共に、残圧開放室９４への圧縮空気の供給も停止するため、残圧開放シリンダ９６がコイルバネ９８により下降する。
【００８０】
そのため、残圧開放弁６６は、弁座６６ｂから閉止用パッキン１００が離間してカプラ本体５２内部の高圧燃料を放気管路２６へ放出させる。その結果、カプラ本体５２内部の圧力が急激に低下するため、操作リング６８の回動操作によるロック解除動作が容易に行える。尚、カプラ本体５２内部の圧力が低下するのに伴って、注入口１１０の圧力が相対的にカプラ本体５２内部の圧力よりも高くなる。その場合、注入口１１０側に設けられた逆止弁（図示せず）が作動することにより、注入口１１０側の高圧燃料がカプラ本体５２内部に逆流することが防止される。
【００８１】
その後、操作者は、燃料充填カプラ５０の操作リング６８をＣＬＯＳＥ位置（ロック解除位置）に回動操作すると、図８に示すように、ボール押さえ８８の球面凹部８８ａが係止球８０と対向する位置に移動し、係止球８０が外側へ移動可能な状態になる。このときの操作力は、操作リング６８を回動させるだけであるので、軸方向にスライドさせる方式よりも小さい力でロック解除操作することが可能である。
【００８２】
そして、燃料充填カプラ５０は、注入口１１０側の圧力によりＢ方向に押圧されるため、係止溝１１０ａの傾斜面が係止球８０を外側へ押圧してボール押さえ８８の球面凹部８８ａに嵌合するロック解除位置へ移動する。
【００８３】
続いて、注入口１１０から離間する方向に移動し始めると共に、バネ受け８２は、コイルバネ８７のバネ力により注入口１１０をＡ方向に押圧して燃料充填カプラ５０の離間動作を補助する。
【００８４】
これで、燃料充填カプラ５０を用いた燃料タンク（図示せず）への高圧燃料の充填操作が完了する。
【００８５】
ここで、上記のように構成された燃料充填カプラ５０を用いて燃料を充填する際の操作手順と共に制御装置３４が実行する処理について図１６を参照して説明する。尚、図１６においては、操作者が操作する手順枠の縦線を２重線で図示してある。
【００８６】
図１６に示されるように、電源スイッチ（図示せず）がオンに操作されると、Ｓ１１で充填停止ランプ４６が点灯する。次のＳ１２において、操作者が燃料充填カプラ５０の結合部５６を燃料タンク１８のレセプタクル２０に結合させると、Ｓ１３に進み、燃料充填カプラ５０の閉止弁６４が開弁する。
【００８７】
次のＳ１４において、充填準備スイッチ３６がオンに操作されると、Ｓ１５で空気管路６０の空気用開閉弁２８を開弁して燃料充填カプラ５０のシリンダ室７３及び残圧開放室９４の下室９４ｂへ圧縮空気を供給する。
【００８８】
次のＳ１６において、空気管路６０の圧力が所定値以上にないときは、Ｓ１７に進み、空気用開閉弁２８を閉弁させる。また、Ｓ１６において、空気管路６０の圧力が所定値以上になると、圧力スイッチ３０がオンになり、検出信号を出力する。これと共に、Ｓ１８で空気管路６０から供給された圧縮空気の圧力により主弁シリンダ７０がＢ方向に摺動して開弁すると共に、残圧開放シリンダ９６が上昇して通路６６ａを閉止する。
【００８９】
次のＳ１９では、充填準備完了ランプ３８を点灯させて充填準備が完了したことを報知する。続いて、Ｓ２０では、充填開始スイッチ４０がオンに操作されると、Ｓ２１で圧力スイッチ３０がオンかどうかをチェックする。Ｓ２１において、圧力スイッチ３０がオフのときは、Ｓ２２に進み、空気用開閉弁２８を閉弁させる。そして、上記Ｓ１２に戻る。
【００９０】
また、Ｓ２１において、圧力スイッチ３０がオンのときは、Ｓ２３に進み、充填停止ランプ４６を消灯させる。
【００９１】
次にＳ２４で燃料用開閉弁３２を開弁させて燃料充填カプラ５０へ高圧燃料を供給する。そして、Ｓ２５では、充填中ランプ４２を点灯させて燃料タンク１８へ高圧燃料を充填中であることを報知する。
【００９２】
Ｓ２６において、停止操作弁２２がオンに操作された場合には、空気管路６０の圧縮空気が大気中に放出されるため、Ｓ２７に進み、圧力スイッチ３０がオフになる。また、Ｓ２８において、充填停止スイッチ４４がオンに操作されないときは、Ｓ２９に進み、燃料タンク１８の圧力が所定値に達し充填が終了したかどうかをチェックする。
【００９３】
Ｓ２９において、燃料タンク１８への充填が終了していないときは、Ｓ２６に戻る。また、Ｓ２９において、燃料タンク１８への充填が終了したときは、Ｓ３０に進み、燃料用開閉弁３２を閉弁させて燃料充填カプラ５０への燃料供給を停止する。尚、上記Ｓ２６において、停止操作弁２２がオンに操作された場合には、Ｓ２７で圧力スイッチ３０がオフになった後、Ｓ３０に進む。
【００９４】
次のＳ３１では、充填中ランプ４２を消灯させ、Ｓ３２では、充填停止ランプ４６を点灯させる。そして、上記Ｓ２９において、充填終了の場合には、Ｓ３３に進み、充填を継続するかどうかをチェックする。操作者が充填継続を判断した場合には、上記Ｓ２０に戻る。また、充填を継続しない場合には、上記Ｓ３０に戻る。
【００９５】
上記Ｓ２６で停止操作弁２２がオンに操作された場合、あるいはＳ２８で充填停止スイッチ４４がオンに操作されたときは、Ｓ３２からＳ３４に進み、空気用開閉弁２８を閉弁させて燃料充填カプラ５０への圧縮空気の供給を停止すると共に、空気用開閉弁２８より上流の空気を大気中に排出させてシリンダ室７３及び残圧開放室９４の下室９４ｂの圧力を減圧させる。これにより、Ｓ３５では、主弁シリンダ７０がＡ方向に摺動して閉弁すると共に、残圧開放シリンダ９６が降下して通路６６ａを開として燃料充填カプラ５０の内部に残留する高圧燃料を排出させる。
【００９６】
Ｓ３６では、操作リング６８が時計方向に角度α回動操作されて結合部５６のロックが解除されると、Ｓ３７で操作リング６８と共に回動するストッパ９３ａがエアノズル２４の噴出口２４ａから離間して開弁状態に切り替える。
【００９７】
次のＳ３８では、燃料充填カプラ５０がレセプタクル２０から分離されると、係止球８０がボール押さえ８８の球面凹部８８ａに当接する外側へ移動してロックを解除し、操作リング６８のマーク６８ａがＣＬＯＳＥ位置（ロック解除位置）に回動されているので、燃料充填カプラ５０が外されたことが確認される。そして、Ｓ３９では、燃料充填カプラ５０に内蔵された閉止弁６４が閉弁される。
【００９８】
尚、上記実施例では、高圧に圧縮された水素ガスを充填するための燃料充填カプラについて説明したが、これに限らず、これ以外の高圧ガス（例えば、ＣＮＧなども含む）を充填するのにも適用できるのは勿論である。
【００９９】
また、上記実施例においては、車両の燃料タンクに高圧燃料を充填する場合を一例として挙げたが、これに限らず、車両以外の被充填タンクに燃料を充填するのにも適用できるのは勿論である。
【０１００】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、加圧された燃料を供給する燃料供給経路が接続されたカプラ本体と、カプラ本体に設けられ、被充填タンクの注入口に結合される結合部と、カプラ本体の内部に摺動可能に挿入された弁部と、弁部に一体的に形成されたピストン部と、ピストン部が摺動可能に嵌合されたシリンダ室と、シリンダ室に圧縮空気を供給して弁部を開弁させる空気供給手段と、を備えたため、弁部を圧縮空気の圧力で開弁動作させることにより燃料の圧力が高圧になった場合でも弁部を容易、且つスムーズに開弁することができる。
【０１０１】
また、上記請求項２記載の発明によれば、結合部が被充填タンクの注入口に結合または離間されたことを空気供給手段から供給される圧縮空気の圧力変化により検出する検出手段を備えたため、電気信号を用いないので燃料を扱う機器としての安全性を高められると共に、弁部を開弁動作させる圧縮空気の圧力が所定圧である場合に結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことを確認でき、且つ結合部が被充填タンクの注入口に結合されていない状態では圧縮空気の圧力が上昇せず、弁部の開弁が未然に防止される。
【０１０２】
また、上記請求項３記載の発明によれば、被充填タンクへの充填終了後、空気供給手段からの圧縮空気の供給停止によりカプラ本体の残圧を外部に排出する残圧開放弁を備えたため、圧縮空気の供給停止して弁部を閉弁動作させると同時に残圧開放弁を開弁させてカプラ本体の残圧を外部に排出することができる。
【０１０３】
また、上記請求項４記載の発明によれば、カプラ本体の結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことを結合部に供給される圧縮空気の圧力変化により検出する第１の過程と、カプラ本体の結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことが検出された状態のときに充填開始操作が行われると、カプラ本体の内部に形成されたシリンダ室に圧縮空気を供給して主弁を開弁させる第２の過程と、被充填タンクへの燃料充填が終了し、充填終了操作が行われると、シリンダ室への圧縮空気の供給を停止させて主弁を閉弁させると共に、カプラ本体の残圧を外部に排出する残圧開放弁を開弁させる第３の過程と、を実行するため、弁部を開弁動作させる圧縮空気の圧力が所定圧である場合に結合部が被充填タンクの注入口に結合されたことを確認でき、且つ結合部が被充填タンクの注入口に結合されていない状態では圧縮空気の圧力が上昇せず、弁部の開弁が未然に防止される。また、圧縮空気の供給停止して弁部を閉弁動作させると同時に残圧開放弁を開弁させてカプラ本体の残圧を外部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる燃料充填カプラの一実施例が適用された燃料充填システムを示す構成図である。
【図２】本発明になる燃料充填カプラの一実施例を示す正面図である。
【図３】燃料充填カプラの縦断面図である。
【図４】カプラ本体５２の内部構造を示す縦断面図である。
【図５】残圧開放弁６６の構成及び動作を説明するための図であり、（Ａ）は充填終了後の動作状態を示す縦断面図、（Ｂ）は充填中の動作状態を示す縦断面図である。
【図６】エアノズル２４の作用について説明するための図であり、（Ａ）はエアノズル２４の開状態を示す縦断面図であり、（Ｂ）はエアノズル２４の閉止状態を示す縦断面図である。
【図７】結合部５６及び閉止弁６４を示す縦断面図である。
【図８】図７中Ｖ−Ｖ線に沿う縦断面図である。
【図９】図７中ＶＩ−ＶＩ線に沿う縦断面図である。
【図１０】燃料充填カプラ５０の結合部５６を車両の注入口に結合させた状態を示す縦断面図である。
【図１１】車両の注入口に結合された結合部５６及び閉止弁６４の動作状態を示す縦断面図である。
【図１２】図８中ＩＸ−ＩＸ線に沿う縦断面図である。
【図１３】図８中Ｘ−Ｘ線に沿う縦断面図である。
【図１４】主弁シリンダ７０が開弁動作した状態を示す縦断面図である。
【図１５】主弁シリンダ７０が閉弁動作した状態を示す縦断面図である。
【図１６】燃料充填カプラ５０を用いて燃料を充填する際の操作手順と共に制御装置３４が実行する処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０　燃料供給システム
１２　車両
１６　ディスペンサ
１８　燃料タンク
２０　レセプタクル
２２　停止操作弁
２４　エアノズル
２６　放気管路
２８　空気用開閉弁
３０　圧力スイッチ
３２　燃料用開閉弁
３４　制御装置
３６　充填準備スイッチ
３８　充填準備完了ランプ
４０　充填開始スイッチ
４２　充填中ランプ
４４　充填停止スイッチ
４６　充填停止ランプ
５０　燃料充填カプラ
５２　カプラ本体
５４　グリップ
５６　結合部
５８　燃料供給管路
６０　空気管路
６２　主弁
６４　閉止弁
６６　残圧開放弁
６８　操作リング
７０　主弁シリンダ
７６　スリーブ
７８　ボールロック機構
８０　係止球
８２　バネ受け
８６　ブッシュ
８８　ボール押さえ
９０，９２　コイルバネ
９６　残圧開放シリンダ
１００　閉止用パッキン
１１０　注入口
１１２　シール部材
１２０　燃料充填カプラ
１２２　主弁
１２６　弁座部材
１２８　主弁体
１３０　副弁体
１３２　キャップ
１３２とを有する。
１４２　第１の室
１４４　第２の室
【図１】
2004001794.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004001794.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004001794.tif 000009
【図８】
2004001794.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2004001794.tif 000012
【図１１】
2004001794.tif 000013
【図１２】
2004001794.tif 000014
【図１３】
2004001794.tif 000015
【図１４】
2004001794.tif 000016
【図１５】
2004001794.tif 000017
【図１６】
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