(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃料電池に供給する燃料を収容し、外面に臨み前記燃料を供給する燃料供給口と、該燃料供給口を開閉するカートリッジ側バルブ及び該カートリッジ側バルブを有するカートリッジ側接続部を備えてなる燃料カートリッジが、着脱可能に接続される燃料電池用コネクタにおいて、
外面に臨み、前記燃料カートリッジとの接続時に前記燃料供給口と連通する燃料受給口と、
該燃料受給口を開閉し、前記カートリッジ側接続部が押し込まれる第一の押込動作により、前記カートリッジ側バルブと共に開作動するコネクタ側バルブと、
該コネクタ側バルブを有し、前記カートリッジ側接続部が嵌合接続される、前記カートリッジ側接続部の押込方向に移動可能なコネクタ本体部と、
該コネクタ本体部を前記押込方向に抗して付勢する弾性部材と、
前記コネクタ本体部の周囲に配設され、前記カートリッジ側接続部と係合する係合手段を有し、燃料電池利用機器に取り付けられる固定機構部とを備えてなり、
前記コネクタ本体部は、前記燃料受給口から突出する前記コネクタ側バルブの先端を囲んで前記カートリッジ側接続部が接続される側に突出する筒状のコネクタ側接続部を有し、前記第一の押込動作により、前記カートリッジ側接続部の前記燃料供給口が形成されたハウジングの先端が嵌合され、該先端の外周に嵌装される接続用Ｏリングが前記コネクタ側接続部の内面に接触してシール性を確保し、
前記コネクタ側バルブの先端が、前記カートリッジ側バルブに当接して、前記コネクタ側バルブ及び前記カートリッジ側バルブが開作動し、
前記カートリッジ側接続部が前記第一の押込動作からさらに押し込まれる第二の押込動作により、前記コネクタ本体部が前記燃料受給口と前記燃料供給口とを接近位置に保持し、前記コネクタ側バルブ及び前記カートリッジ側バルブを開いた状態で前記カートリッジ側接続部と一体に移動すると共に、
前記第二の押込動作を開放しても、前記係合手段に該カートリッジ側接続部が係合して前記燃料カートリッジを接続固定することを特徴とする燃料電池用コネクタ。
【請求項２】
前記固定機構部は、ホルダー本体と、該ホルダー本体に固定されるラチェットホルダーと、該ラチェットホルダーの内部に前記燃料カートリッジ側から順にスライドリング、ロックリング、ガイドリングの順に配設される前記係合手段とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用コネクタ。
【請求項３】
前記コネクタ側バルブは、円盤状のフランジと、該フランジより突出する上部軸及び下部軸を備えるプラグと、前記フランジの上端側に配設され前記上部軸の外周に装着されるコネクタ側ばねと、前記フランジの下端側に配設され前記下部軸の外周に装着されたコネクタ側Ｏリングとから構成され、前記フランジは、コネクタ側ばねにより閉弁方向に付勢され、コネクタ側Ｏリングが前記フランジの下面と受給壁の上面との間に押圧されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用コネクタ。
【請求項４】
前記コネクタ側バルブが前記カートリッジ側バルブよりも先に開作動し、後に閉作動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池用コネクタ。
【請求項５】
前記コネクタ本体部が、前記燃料受給口と反対側の一端に、該コネクタ本体部と一体に移動し前記燃料受給口で受給した燃料を排出する燃料排出口を有するノズルを備え、
該ノズルの前記燃料排出口側の先端が、前記燃料電池に前記燃料を導入する筒状の燃料流入孔の内面を摺動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池利用機器と燃料電池用燃料カートリッジとの接続に関するものであり、特に燃料電池利用機器に搭載され、燃料カートリッジが着脱可能に接続される燃料電池用コネクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、例えば水素、メタノール等の燃料と酸素とを隔てる電解質膜が水素イオンを通すことによって、水素と酸素を化学反応させ、電気を発生させるエネルギー変換装置であり、作動温度が低く、装置の小型化が期待できることから、現在さまざまな用途に使用され、例えばノート型パソコンや携帯電話の連続動作時間を長時間化させることができるモバイル機器用電源などの分野で開発が進められている。
【０００３】
そして、該モバイル機器用電源などに使用される燃料電池は、通常、前記モバイル機器内部に搭載されていて、燃料を使い切ると、新たに燃料を補充することによって直ぐに発電することが可能である。そして前記搭載された燃料電池に燃料を補充するために、燃料を供給する燃料容器（例えば燃料カートリッジ）が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−５４０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような燃料カートリッジは、燃料電池に燃料を補充するときに燃料電池利用機器に着脱する必要があり、近年、燃料として高濃度なメタノール等の使用が開発されているため、燃料カートリッジの燃料供給口及び前記機器側の燃料受給口から燃料が漏れ出さないようにする必要がある。
【０００５】
特に燃料供給口と燃料受給口とを連通させて燃料を補充するときに、燃料供給口と燃料受給口との間にデッドスペースがあると、該デットスペースに燃料が入り込み、燃料カートリッジを前記機器から分離する際に、デットスペースに入り込んだ燃料が外部に漏れてしまう虞がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料カートリッジを着脱するときに外部への燃料の漏れを低減した燃料電池用コネクタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池用コネクタは、内部に燃料電池に供給する燃料を収容し、外面に臨み前記燃料を供給する燃料供給口と、該燃料供給口を開閉するカートリッジ側バルブ及び該カートリッジ側バルブを有するカートリッジ側接続部を備えてなる燃料カートリッジが、着脱可能に接続される燃料電池用コネクタにおいて、
外面に臨み、前記燃料カートリッジとの接続時に前記燃料供給口と連通する燃料受給口と、
該燃料受給口を開閉し、前記カートリッジ側接続部が押し込まれる第一の押込動作により、前記カートリッジ側バルブと共に開作動するコネクタ側バルブと、
該コネクタ側バルブを有し、前記カートリッジ側接続部が嵌合接続される、前記カートリッジ側接続部の押込方向に移動可能なコネクタ本体部と、
該コネクタ本体部を前記押込方向に抗して付勢する弾性部材と、
前記コネクタ本体部の周囲に配設され、前記カートリッジ接続部と係合する係合手段を有し、燃料電池利用機器に取り付けられる固定機構部とを備えてなり、
前記カートリッジ側接続部が前記第一の押込動作からさらに押し込まれる第二の押込動作により、前記コネクタ本体部が前記燃料受給口と前記燃料供給口とを接近位置に保持した状態で前記カートリッジ側接続部と一体に移動すると共に、前記係合手段に該カートリッジ側接続部が係合して前記燃料カートリッジを接続固定することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の燃料電池用コネクタは、前記コネクタ本体部が、前記燃料受給口から突出する前記コネクタ側バルブの先端を囲んで前記カートリッジ側接続部が接続される側に突出する筒状のコネクタ側接続部を有し、
該コネクタ側接続部の内面に、前記燃料供給口が形成されたハウジングの先端が嵌合されることが好ましい。
【０００９】
本発明の燃料電池用コネクタは、前記コネクタ側バルブの先端が、前記カートリッジ側バルブに当接して、前記コネクタ側バルブ及び前記カートリッジ側バルブが開作動することが好ましい。
【００１０】
本発明の燃料電池用コネクタは、前記コネクタ側バルブが前記カートリッジ側バルブよりも先に開作動し、後に閉作動することが好ましい。
【００１１】
本発明の燃料電池用コネクタは、前記コネクタ本体部が、前記燃料受給口と反対側の一端に、該コネクタ本体部と一体に移動し前記燃料受給口で受給した燃料を排出する燃料排出口を有するノズルを備え、
該ノズルの前記燃料排出口側の先端が、前記燃料電池に前記燃料を導入する筒状の燃料流入孔の内面を摺動することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池用コネクタによれば、カートリッジ側接続部が押し込まれる第一の押込動作により、カートリッジ側バルブとコネクタ側バルブが開作動し、カートリッジ側接続部が第一の押込動作からさらに押し込まれる第二の押込動作により、コネクタ本体部が燃料受給口と燃料供給口とを接近位置に保持した状態でカートリッジ側接続部と一体に移動すると共に、係合手段にカートリッジ側接続部が係合して燃料カートリッジを接続固定するので、燃料受給口と燃料供給口とが接近位置に保持されていることにより、燃料受給口と燃料供給口との間の燃料が入り込む空間を略無くすことができる。さらに前記接近位置を保持したまま、係合手段にカートリッジ側接続部が係合して燃料カートリッジを接続固定するので、係合を外して燃料カートリッジが分離されたときに、燃料が入り込む空間が略無いことにより、燃料受給口と燃料供給口との間に燃料が残存し難くなり、燃料が外部に漏れ出すのを低減することができる。
【００１３】
本発明の燃料電池用コネクタにおいて、コネクタ本体部が、燃料受給口から突出するコネクタ側バルブの先端を囲んでカートリッジ側接続部が接続される側に突出する筒状のコネクタ側接続部を有し、コネクタ側接続部の内面に、燃料供給口が形成されたハウジングの先端が嵌合される場合には、燃料受給口と燃料供給口との間の空間は、コネクタ側接続部の内面とハウジングの先端面とで形成されることとなるので、ハウジングの先端をコネクタ側接続部に深く押し込むことにより、燃料が入り込む空間を小さくすることができる。
【００１４】
本発明の燃料電池用コネクタにおいて、コネクタ側バルブがカートリッジ側バルブよりも先に開作動する場合には、燃料カートリッジ内部の燃料が燃料供給口から排出されたときには、すでに燃料受給口が開いているので、燃料が燃料受給口付近で溢れるのを防止し、燃料の受給を円滑に行うことができる。またコネクタ側バルブがカートリッジ側バルブよりも後に閉作動する場合には、燃料カートリッジを分離する際に先ず燃料カートリッジの燃料供給口が閉じられるので、燃料カートリッジから燃料が漏れるのを防止することができる。
【００１５】
本発明の燃料電池用コネクタにおいて、コネクタ本体部が、燃料受給口と反対側の一端に、該コネクタ本体部と一体に移動し燃料受給口で受給した燃料を排出する燃料排出口を有するノズルを備え、該ノズルの燃料排出口側の先端が、燃料電池に前記燃料を導入する筒状の燃料流入孔の内面を摺動する場合には、燃料電池用コネクタから燃料カートリッジを分離すると、燃料受給口と燃料供給口とを接近位置に保持した状態で、燃料カートリッジと共にコネクタ本体部すなわちノズルも前記分離する方向へ移動するため、燃料流入孔の内部の体積が、ノズルの移動量分の体積だけ増加する。すなわち燃料受給口から燃料流入孔を介して燃料電池までの空間体積が増加するので燃料受給口から燃料電池側の燃料の流路が負圧になる。これにより燃料カートリッジの内部に収容された燃料が使い切られているときに、燃料受給口より燃料カートリッジ側の空間に燃料が僅かながらも残存していた場合にも、該残存する燃料は前記負圧により燃料電池用コネクタ内部に吸引される。よって空間に燃料が残存するのを低減することができ、燃料カートリッジを燃料電池用コネクタから分離しても、燃料が外部に漏れるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を参照し、本発明にかかる一実施形態の燃料電池用コネクタ１について詳細に説明する。図１は本実施形態の燃料電池用コネクタ１が搭載された燃料電池利用機器としての携帯電話１００から燃料カートリッジ３０が分離された状態の斜視図、図２は図１の燃料カートリッジ３０の断面斜視図、図３は図２の燃料カートリッジ３０の主要部拡大断面斜視図、図４は本実施形態の燃料電池用コネクタ１の断面斜視図、図５は図４の燃料電池用コネクタ１の一部を分解した斜視図、図６は図１の燃料電池用コネクタ１のコネクタ側接続部１１１の拡大図である。なお本実施形態の燃料電池用コネクタ１においては、燃料カートリッジ３０と接続する側（図中下側）を下方として以下説明する。
【００１７】
本実施形態の燃料電池用コネクタ１は、図１に示す如く、図示しない直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）等の燃料電池を内蔵した燃料電池利用機器としての携帯電話１００に搭載され、内部に燃料電池に供給する燃料を収容してなる燃料カートリッジ３０が着脱可能に接続されるものである。ここで先ず本実施形態における燃料カートリッジ３０を説明する。
【００１８】
燃料カートリッジ３０は、図２に示す如く、略円筒状の容器本体３１を有し、該容器本体３１は、燃料Ｆを収容する、ピストン３２によって仕切られた燃料貯蔵室３１１を備えた内容器３１２と、燃料Ｆをピストン３２により押し出すための圧縮ガスＧを収容する、上端部が開放された外容器３１３とからなる二重構造を有するものであって、内容器３１２の外面と外容器３１３の内面との間に主として圧縮ガス室３１４が形成されている。燃料貯蔵室３１１と圧縮ガス室３１４は、ピストン３２の位置によって容積比率が変動するものであり、燃料Ｆが減少してピストン３２が上昇すると、圧縮ガス室３１４の一部が内容器３１２の内部に位置することになる。
【００１９】
なお本実施形態において燃料ＦはＤＭＦＣに供給するものであるため、メタノールと純水の混合液である。ただし、本発明においてはこれに限られるものではなく、例えばエタノールと純水等の所定濃度のアルコールと純水の混合液やアルコール単体等、燃料電池の種類に応じて適宜変更可能である。
【００２０】
また、本実施形態において圧縮ガスＧは、燃料電池での反応に悪影響を及ぼす酸素が燃料Ｆへ混入することを防ぐという観点から、さらには燃料Ｆが酸化することを防ぐという観点から、窒素、炭酸ガス、脱酸素空気等の酸素を含まないガスを用いることが好ましい。なお本実施形態では圧縮ガスＧとしたが、本発明はこれに限られるものではなく例えばＤＭＥ（ジメチルエーテル）等が気化した液化ガスであってもよい。
【００２１】
外容器３１３は、上端に後述する燃料電池用コネクタ１に接続するカートリッジ側接続部３３が固着されている。該カートリッジ側接続部３３は外容器３１３に固着される接続本体３３１と、該接続本体３３１に固着されるカートリッジ側バルブ３４とから概略構成されている。
【００２２】
接続本体３３１は、中央に開口を有する円盤部３３１ａと、開口から上方に向かって延びる接続口３３１ｂを有して上方に突出する接続筒体３３１ｃと、円盤部３３１ａの下面外方から下方に向かって環状に突出し、外面が外容器３１３の内面に装着される装着部３３１ｄとを備えている。
【００２３】
接続筒体３３１ｃは、図３に示す如く、先端部外周に外方に向かって等間隔に突出した固定用の係合突起３３１ｃ１を備え、下端部外周に環状に突出する押圧段部３３１ｃ３及び該押圧段部３３１ｃ３より係合突起３３１ｃ１に向かって突出するスプライン軸状の凸部３３１ｃ２を備えている。これら係合突起３３１ｃ１、凸部３３１ｃ２及び押圧段部３３１ｃ３が、カートリッジ側係合部Ｓ２を構成している。さらに接続筒体３３１ｃは先端部内周面の一箇所に、内方に向かって突設され、先端面から下方に延びる絶対位置の基準となる基準突起３３１ｃ４（図２参照）と、この基準突起３３１ｃ４に対して、燃料カートリッジ３０の種類に応じて予め設定された本数（本実施形態では２本）で、且つ予め設定された位置に、先端面から下方に延設された選択突起３３１ｃ５、３３１ｃ６とが形成されている。このとき基準突起３３１ｃ４は、選択突起３３１ｃ５、３３１ｃ６よりも幅が広く形成されている。なお選択突起３３１ｃ５と選択突起３３１ｃ６とは燃料電池用燃料カートリッジ３０の種類に応じて幅及び装着方向の長さが異なるものであってもよい。これら基準突起３３１ｃ４、選択突起３３１ｃ５及び選択突起３３１ｃ６が、カートリッジ側係合キーＫ２を構成している。また接続口３３１ｂには、上端に燃料Ｆを供給する燃料供給口３４ａを有し、該燃料供給口３４ａを開閉するカートリッジ側バルブ３４（後で詳細に説明する）が挿通されている。
【００２４】
内容器３１２は下端が開放した略円筒状であり、下端部が外容器３１３の底内面と接することなく配設されている。また、下端側周面には縦方向に延びる複数の切欠き３１２ａが形成されていて、ピストン３２が下降移動した際に、内容器３１２の内部と外容器３１３の内部が連通可能になっている。内容器３１２の上壁略中央には、図２、図３に示す如く、カートリッジ側バルブ３４と連通する透孔３１２ｂを有する円筒部３１２ｃが上方に向かって突設され、該円筒部３１２ｃから離れた所定位置には、円筒部３１２ｃを囲んで外円筒部３１２ｄが上方に向かって突設されている。そして円筒部３１２ｃと外円筒部３１２ｄの間に後述するハウジング３４１の下端部が嵌合される。
【００２５】
カートリッジ側バルブ３４は、ハウジング３４１と、図３の上下方向へ移動可能なステム３４２と、ステム３４２を閉方向（上方）に付勢するスプリング３４３と、燃料Ｆの流路を開放または遮断する弁体３４４（Ｏリング）と、接続用Ｏリング３４５（シール部材）とから概略構成されている。なおカートリッジ側バルブ３４の上端が燃料Ｆの供給を行なう燃料供給口３４ａとなっている。
【００２６】
ハウジング３４１は略筒状に形成され、中間より下方の所定位置において外側に向けて突出した環状段部３４１ａを有している。該環状段部３４１ａより下方の下端部外周にはシール用Ｏリング３４１ｂが嵌装されて、上述のように内容器３１２の上端に嵌合される。環状段部３４１ａの上面は円盤部３３１ａの下面に当接されている。また環状段部３４１ａより上方の上端部外周にはシール用のＯリング３４１ｃが嵌装されて、上述のように、接続口３３１ｂに挿通されている。さらに先端部外周にも後述する燃料電池用コネクタ１との接続用Ｏリング３４５が嵌装されている。またハウジング３４１には、上端から下方に向かって所定位置まで、下方よりも内径の小さい燃料供給口３４ａが形成されている。
【００２７】
ステム３４２は棒状に形成され、上下方向の略中間に外方に向かって突出する大径部３４２ａと、大径部３４２ａの上方に延びる上軸部３４２ｂ及び下方に延びる下軸部３４２ｃとを備えている。そしてステム３４２はハウジング３４１内に軸方向に移動可能に挿入され、大径部３４２ａの下面と円筒部３１２ｃの上面との間に配設されたスプリング３４３によって上方の閉弁方向に付勢されている。ステム３４２の上軸部３４２ｂは、基部の外周に装着されたＯリングからなる弁体３４４を有し、該弁体３４４より先端が燃料供給口３４ａに挿通されて、弁体３４４がスプリング３４３の付勢力によってハウジング３４１の内面と燃料供給口３４ａとの段差面に圧接されることにより、燃料供給口３４ａを閉塞して燃料Ｆの流通を遮断している。またステム３４２が下方へ押圧されると、スプリング３４３が縮んでステム３４２が下方に移動し、弁体３４４が前記段差面から離れることによって、燃料供給口３４ａが開口し燃料貯蔵室３１１内の燃料Ｆが燃料供給口３４ａから流出する。
【００２８】
ピストン３２は、外周に形成された溝に弾性シール部材３２ａが装着されていて、上面と接する空間を燃料貯蔵室３１１、底面と接する空間を圧縮ガス室３１４とにそれぞれ区画する移動隔壁として機能し、底面に作用する圧縮ガスＧの圧力によって上面の燃料Ｆを加圧し、ステム３４２が開作動した際に、燃料Ｆを押し出すように作用する。
【００２９】
次に圧縮ガス室３１４への圧縮ガスＧの封入及び燃料貯蔵室３１１への燃料Ｆの注入について説明する。なお、圧縮ガスＧの封入は燃料貯蔵室３１１に燃料Ｆを注入する前に行なうものとする。まず図示しないガス加圧充填装置のガス注入口をカートリッジ側バルブ３４に結合し、押し込み作動によりステム３４２を開作動させ、バルブ３４を通して、圧縮ガスＧを燃料貯蔵室３１１に注入する。これに応じてピストン３２が外容器３１３の底面に向かって下降する。ピストン３２が最下降した状態において、切欠き３１２ａの上端部が弾性シール部材３２ａより上方となり、切欠き３１２ａを通して燃料貯蔵室３１１から圧縮ガス室３１４へ圧縮ガスＧが注入される。そして、圧縮ガス室３１４内が所定圧力となったら、圧縮ガスＧの注入を停止する。
【００３０】
次に、ステム３４２を再び開作動させて燃料貯蔵室３１１内の余剰圧縮ガスを排出する。これに応じてピストン３２は上昇し、燃料貯蔵室３１１を密封する状態に戻る。そして、さらなる前記余剰圧縮ガスの排出でピストン３２は下面に圧縮ガス室３１４の圧縮ガスＧの圧力が作用した状態で内容器３１２の上端にまで上昇移動し、燃料貯蔵室３１１内の余剰圧縮ガスを排出することにより、圧縮ガスＧが燃料貯蔵室３１１および圧縮ガス室３１４内に封入される。その後、図示しない燃料注入手段をカートリッジ側バルブ３４に接続し、燃料貯蔵室３１１へ燃料Ｆを注入することによってピストン３２を下降させ、燃料貯蔵室３１１に所定量の燃料Ｆを収容することで燃料カートリッジ３０が構成される。
【００３１】
なお本実施形態において燃料カートリッジ３０を二重容器構造としたが、本発明の燃料電池用コネクタ１への接続はこれに限られるものではなく、適宜変更可能であり、例えば一重容器構造で形成された容器本体内部に、燃料ＦとともにＬＰＧ（液化石油ガス）、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）及びＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）等を気化した液化ガス又は炭酸ガスや窒素ガス等の圧縮ガスを噴射剤として収容し、前記液化ガス又は前記圧縮ガスの圧力によって、燃料Ｆを容器本体の外に自力で霧状や泡状などにして放出させる構造の一重容器構造としてもよいし、可撓性を有する容器であってもよいし、燃料電池用コネクタ１に接続可能な形状のカートリッジ側接続部を備えるものであればよい。ただし好ましくは、燃料Ｆの再充填が可能なリサイクル可能容器がよい。
【００３２】
次に本実施形態の燃料電池用コネクタ１について説明する。燃料電池用コネクタ１は、図４に示す如く、下端に上述の燃料カートリッジ３０から燃料Ｆを受給する燃料受給口１０ａを有し、上端に図示しない燃料電池に燃料Ｆを排出する燃料排出口１０ｂを有して、内部に燃料受給口１０ａから燃料排出口１０ｂに至る流路が形成されたコネクタ本体部１０と、コネクタ本体部１０を燃料カートリッジ３０の押込動作方向に抗して付勢するばね部材１４（弾性部材）と、コネクタ本体部１０の周囲に配設され、燃料カートリッジ３０を接続固定するコネクタ側係合手段Ｓ１を有して、携帯電話１００に取り付けられる固定機構部２０とから概略構成されている。
【００３３】
コネクタ本体部１０は、下端に燃料受給口１０ａを有するコネクタ本体１１と、燃料受給口１０ａを開閉するコネクタ側バルブ１２と、上端に燃料排出口１０ｂを有するノズル１３とを備えている。
【００３４】
コネクタ本体１１は、略中央に燃料受給口１０ａを有する円形の受給壁１１０を備え、燃料受給口１０ａは後述するプラグ１２０の下部軸１２０ｃを受容している。受給壁１１０の下面には下部軸１２０ｃを囲んで下方に向かって突出する筒状のコネクタ側接続部１１１が形成され、受給壁１１０の上面には、上方に向かって突設された筒状の軸筒部１１２及び該軸筒部１１２の外周に形成され軸筒部１１２の外面との間に溝部１１３を備える筒状の外筒部１１４が設けられている。この溝部１１３に、上述のばね部材１４が装着される。外筒部１１４の上端には外方に突出したホルダー係合凸部１１５が設けられている。また軸筒部１１２の上端開口は、軸筒部１１２内部と連通する燃料排出口１０ｂが形成されたノズル１３によって封止されている。ノズル１３の先端１３ａは、図１２により後述する如く、燃料電池（図示せず）に燃料Ｆを導入する筒状の燃料流入孔１００ａに挿入され、コネクタ本体１１の移動に伴って燃料流入孔１００ａの内面を摺動する。またノズル１３の下端軸１３ｂは筒軸部１１２の内面に例えば螺合等により固定される。
【００３５】
コネクタ側接続部１１１には、接続用係合キーＫ１（コネクタ側接続用係合キー）が形成されている。コネクタ側接続用係合キーＫ１は、図６に示す如く、コネクタ側接続部１１１の外周面に、上述したカートリッジ側係合キーＫ２の基準突起３３１ｃ４に対応するコネクタ側基準溝１１１ａと、選択突起３３１ｃ５、３３１ｃ６に対応するコネクタ側選択溝１１１ｂ、１１１ｃとが形成されている。このときコネクタ側基準溝１１１ａは、コネクタ側選択溝１１１ｂ、１１１ｃよりも幅が広く形成されている。なお本実施形態においては燃料電池用コネクタ１及び燃料カートリッジ３０の接続用係合キーＫ１、Ｋ２を上記のような構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば基準溝１１１ａ、基準突起３３１ｃ４を複数設けてもよいし、基準溝１１１ａ、基準突起３３１ｃ４及び選択溝１１１ｂ、１１１ｃ、選択突起３３１ｃ５、３３１ｃ６を内周面に設けてもよいし、内周面と外周面に設けてもよいし、多数の組合せパターンが考えられ、適宜設計変更可能である。また、突起や溝に限られず、例えば筒の口径を変更してもよい。
【００３６】
そして軸筒部１１２及びコネクタ接続部１１１の内部には、コネクタ側バルブ１２が収容されている。コネクタ側バルブ１２は、上下方向の略中央に円盤状のフランジ１２０ａを有し、該フランジ１２０ａより上方に突出する上部軸１２０ｂ及び下方に突出し下端に向けて収束する、すなわちテーパが形成されて先細形状を有する下部軸１２０ｃを備えるプラグ１２０と、フランジ１２０ａの上端とノズル１４の下端との間に配設され上部軸１２０ｂの外周に装着されるコネクタ側ばね１２１と、下部軸１２０ｃの外周に装着されたコネクタ側Ｏリング１２２とから構成されている。プラグ１２０のフランジ１２０ａは、コネクタ側ばね１２１により下方の閉弁方向に付勢され、コネクタ側Ｏリング１２２がフランジ１２０ａの下面と受給壁１１０の上面との間に押圧される。このコネクタ側Ｏリング１２２は、燃料カートリッジ３０が接続されていない状態では、コネクタ側ばね１２１の付勢力により、受給壁１１０とフランジ１２０ａに密着した状態にあり、これにより、コネクタ本体１１の流路内の燃料Ｆが、下部軸１２０ｃと燃料受給口１０ａとの間から外部に漏出することが防止される。
【００３７】
固定機構部２０は、図４に示す如く、略筒状であり、上端が図示しない燃料電池利用機器に固着され、下端側に上述したカートリッジ側接続部３３の接続筒体３３１ｃが着脱自在に装着されるものである。
【００３８】
固定機構部２０は、携帯電話１００に取り付けられるホルダー本体２１、該ホルダー本体２１に固定されるラチェットホルダー２２、該ラチェットホルダー２２の内部に下方から第１リング２３（スライドリング）、第２リング２４（ロックリング）、第３リング２５（ガイドリング）の順に配設されるコネクタ側係合手段Ｓ１としての３つのリングとから構成されている。該コネクタ側係合手段Ｓ１と上述した燃料カートリッジ３０側の係合部Ｓ２とをラチェット機構Ｓによって接続固定することで、燃料カートリッジ３０が燃料電池用コネクタ１に着脱可能に接続される。
【００３９】
ホルダー本体２１（図５中の上方）は、略筒状の本体部２１１と、本体部２１１の上端に４つ等間隔で配設され、外方向に突出するフランジ部２１４と、該フランジ部２１４の上端略中央に形成された固定用のネジ孔２１５と、本体部２１１の外周面の、フランジ部２１４の間の位置に４つ等間隔で外方に向かって突設された係止爪２１６とを有し、固定用のネジ孔２１５におけるネジ止めによって携帯電話１００の内部に固着される。また本体部２１１は、３つの係止爪２１６の上方に開口２１１ａを有し、該開口２１１ａが形成されていない内周面に上端から下端に延びる移動溝２１１ｂが形成されている。係止爪２１６は、後述のラチェットホルダー２２の係止口２２２と係合可能で、組み立てが行われる。
【００４０】
ラチェットホルダー２２（図５中の下方）は、筒状に形成された筒部２２０で構成されている。該筒部２２０の内面には、上端より略中間位置にまで軸方向に延びる周方向で４つの第１ガイド溝２２１と、該第１ガイド溝２２１の上下方向略中央に形成された係止口２２２と、下端側の内周に等間隔で複数（１２個）配置され、軸方向に延びるラチェット凸部２２３と、該ラチェット凸部２２３の間に、ラチェット凸部２２３の側面によって等間隔に形成された複数（１２本）の第２ガイド溝２２４とが設けられ、係止口２２２の上端に後述のホルダー本体２１の係止爪２１６が係止されることにより、ラチェットホルダー２２はホルダー本体２１に固定される。またラチェット凸部２２３の上端は、図中時計回りに上昇する傾斜を有した傾斜面２２３ａと係止段部２２３ｂを有し、係止段部２２３ｂの上端も同様な傾斜面となっている。
【００４１】
第１リング２３（スライドリング）は、リング状基部２３１の外周に等間隔に突出した複数１２個のガイド突起２３２を、内周にガイド突起２３２と同位置に内周突起２３３をそれぞれ備え、上下端面は平坦に形成されている。外周のガイド突起２３２が、ラチェットホルダー２２の第２ガイド溝２２４に常時挿入されることにより、第１リング２３は回転不能となり、上下移動のみ可能となる。また内周突起２３３の下面には、カートリッジ側接続部３３の接続筒体３３１ｃの押圧段部３３１ｃ３の上端が上昇時に当接可能で、その押圧により第１リング２３が軸方向に上動する。なお、内周突起２３３の間の縦溝には、接続筒体３３１ｃの係合突起３３１ｃ１が挿通可能である。
【００４２】
第２リング２４（ロックリング）は、リング状基部２４１の外周に等間隔に突出する複数１２個のガイド突起２４２を、上面に等間隔で複数（１２個）突出する図中時計回りに降下する上端傾斜面を有するスライド爪部２４３を、内周に等間隔で突出する複数１２個のロック用突起２４４をそれぞれ備え、回転方向ｄ（図中反時計回り）に回転作動される。ガイド突起２４２とロック用突起２４４は、リング状基部２４１の下部において周方向の同位置で連結され、回転方向ｄの前方で高く後方で低くなる傾斜面２４２ａ、２４４ａを有している。またスライド爪部２４３の上面は、同様に回転方向ｄの前方で高く後方で低くなる傾斜面２４３ａを有している。
【００４３】
外周のガイド突起２４２が、ラチェットホルダー２２の第２ガイド溝２２４に挿入されることで第２リング２４を軸方向に摺動案内し、第２リング２４の上動量が大きいときには第２ガイド溝２２４より抜け出して第２リング２４を回転可能とする。該回転により、ガイド突起２４２の下端傾斜面２４２ａが、ラチェット凸部２２３の傾斜面２２３ａまたは係止段部２２３ｂの上端傾斜面に当接可能な状態で下降すると、その傾斜面同士の接触によりさらに回転するもので、ガイド突起２４２の先端が係止段部２２３ｂに係止したロック状態またはガイド突起２４２が第２ガイド溝２２４に挿入された分離状態で、その回転が停止する。また、内周のロック用突起２４４は、カートリッジ側接続部３３の押込動作に伴う回動で接続筒体３３１ｃのロック用の係合突起３３１ｃ１の内側に移動して、係合ロック可能である。
【００４４】
第３リング２５（ガイドリング）は、リング状基部２５１の外周に突出する等間隔４個のガイド突起２５２を、下端面にラチェット爪状の斜面を有する爪歯２５３を、それぞれ備える。ガイド突起２５２がラチェットホルダー２２の第１ガイド溝２２１に常時挿入されることにより、第３リング２５は回転不能となり、軸方向に上下移動のみ可能となる。第３リング２５の下移動は第１ガイド溝２２１の下端部にガイド突起２５２が係止して規制され、第２リング２４と分離される。下端面の爪歯２５３は、第２リング２４の上面のスライド爪部２４３と当接し、斜面同士の接触により第２リング２４を回動させる。
【００４５】
次に上記のように構成された燃料電池用コネクタ１に上述した燃料カートリッジ３０を接続する接続動作を詳細に説明する。図７は第一の押込動作による燃料電池用コネクタ１と燃料カートリッジ３０との接続状態を示す断面図、図８は第二の押込動作により燃料電池用コネクタ１に燃料カートリッジ３０が最大に押し込まれたときの接続状態を示す断面図、図９はロック開放状態のカートリッジ側接続部３３と第２リングとの関係を示す断面斜視図、図１０は図９からロック状態に移行したカートリッジ側接続部３３と第２リングとの関係を示す断面斜視図、図１１は燃料電池コネクタ１と燃料カートリッジ３０とのロック状態を示す断面図である。
【００４６】
燃料電池用コネクタ１にカートリッジ側接続部３３が接続されていない分離状態では、コネクタ本体１１の外筒部１１４の下端面が、第２リング２４のロック用突起２４４に当接して（図４参照）押圧することで、コネクタ本体部１０が固定機構部２０内部から出ないようになっている。また第１リング２３および第２リング２４のガイド突起２３２，２４２が、ラチェットホルダー２２の第２ガイド溝２２４内に位置することで第２リング２４を回動不能とし、第３リング２５のガイド突起２５２が、第１ガイド溝２２１の下端部に係止することで（図４参照）、第３リング２５は下降位置が規制された位置に配設されている。
【００４７】
燃料電池用コネクタ１に燃料カートリッジ３０のカートリッジ側接続部３３を接続するには、先ず、図７に示す如く、コネクタ側接続部１１１の外周面をカートリッジ側接続部３３の接続口３３１ｂに、コネクタ側基準溝１１１ａ、コネクタ側選択溝１１１ｂ、コネクタ側選択溝１１１ｃすなわちコネクタ側係合キーＫ１と、カートリッジ側接続部３３の基準突起３３１ｃ４、選択突起３３１ｃ５、選択突起３３１ｃ６すなわちカートリッジ側係合キーＫ２とを係合させて嵌合させ、さらにコネクタ側接続部１１１の内周面にハウジング３４１の先端を嵌合させて、カートリッジ側接続部３３の接続用Ｏリング３４５をコネクタ本体部１０のコネクタ側接続部１１１の内面に接触させてシール性を確保した後、ステム３４２の上端でプラグ１２０の下部軸１２０ｃの先端を押し込んでコネクタ側ばね１２１を圧縮し、コネクタ側バルブ１２を開作動させて燃料受給口１０ａを開く。
【００４８】
そしてコネクタ側バルブ１２が開作動した後で、さらにステム３４２の上端が下部軸１２０ｃの先端に押し込まれて、スプリング３４３が圧縮され、カートリッジ側バルブ３４が開作動して燃料供給口３４ａを開く。コネクタ側バルブ１２がカートリッジ側バルブ３４よりも先に開作動することにより、燃料カートリッジ３０内部の燃料Ｆが燃料供給口３４ａから排出されたときには、すでに燃料受給口１０ａが開いているので、燃料Ｆが燃料受給口１０ａ付近で漏れるのを防止し、燃料Ｆの受給を円滑に行うことができる。このようにして、燃料カートリッジ３０内部の燃料Ｆは燃料電池用コネクタ１を介して燃料電池（図示せず）に供給される。
【００４９】
なおこのとき燃料電池用コネクタ１には、該コネクタ１の接続用係合キーＫ１に対応する接続用係合キーＫ２を有する燃料カートリッジ３０のみが接続可能である。よってユーザが無意識に接続しようとしても、コネクタ側接続用係合キーＫ１に対応するカートリッジ側接続用係合キーＫ２を有するもの以外は嵌合しないようにしてあるため、接続用係合キーを有さない、すなわち携帯電話１００に搭載された燃料電池に対応しない燃料カートリッジ３０は接続することができないので、燃料カートリッジの誤装着を防止することができる。ここまでの押込動作を第一の押込動作とし、該第一の押込動作により、燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとが接近位置にて連通する。すなわちコネクタ側接続部１１１の内面にハウジング３４１の先端が受給壁１１０の下面とハウジング３４１の先端面との間に若干の隙間（遊び）を有して嵌合される。
【００５０】
そして本発明において特徴的なのは、燃料電池用コネクタ１にカートリッジ側接続部３３が上記の第一の押込動作からさらに押し込まれる第二の押込動作により、コネクタ本体部１０が、燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとを接近位置に保持した状態（図７参照）でカートリッジ側接続部３３と一体に移動すると共に、コネクタ側係合手段Ｓ１にカートリッジ側接続部３３のカートリッジ側係合部Ｓ２が係合することにより固定機構部２０が燃料カートリッジ３０を接続固定することである。以下、第二の押込動作について詳細に説明する。
【００５１】
第一の押込動作からさらに燃料電池用コネクタ１にカートリッジ側接続部３３が押し込まれる第二の押込動作により、燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとを接近位置に保持した状態で、カートリッジ接続部３３の接続筒体３３１ｃの上端で受給壁１１０の下面が押圧されてばね部材１４が圧縮し、コネクタ本体部１０は、ホルダー係合凸部１１５が移動溝２１１ｂに案内されながら（図４参照）、燃料カートリッジ３０と一体に上方向（燃料電池側）に移動して、図８に示す如く、最大押し込み状態となる。このときばね部材１４はコネクタ本体１１を押込方向に抗して付勢する。
【００５２】
そして該第二の押込動作によるコネクタ本体部１０及び燃料カートリッジ３０の移動に伴って、接続筒体３３１ｃのロック用の係合突起３３１ｃ１が、第１および第２リング２３，２４の内面の縦溝を通って上方に移動し、図８に示す如く、押圧段部３３１ｃ３が第１リング２３の下面に当接してこれを押し上げる。これに伴い、第２リング２４も上昇し、第１ガイド溝２２１の下端で停止している第３リング２５（図７参照）の下面と当接し、この第３リング２５も押し上げる。その途中で、第２リング２４のガイド突起２４２はラチェットホルダー２２の第２ガイド溝２２４の上端より出て回動可能となり（図９参照）、第３リング２５の下面の爪歯２５３の傾斜面との当接によって第２リング２４は回転方向ｄ（図５）への力を受ける。この状態（図９）では第３リング２５の上動は規制され第２リング２４は第３リング２５との斜面接触により、第１リング２３上を回転方向ｄへ回転させ、この第２リング２４の回動で、図１０に示す如く、そのロック用突起２４４がカートリッジ側接続部３３の接続筒体３３１ｃのロック用の係合突起３３１ｃ１の下方に移動して係合し、抜け移動不能にロックする。
【００５３】
次に、最大押し込み状態より、押し込み動作を解放すると、ばね部材１４の付勢力によってカートリッジ側接続部３３はコネクタ本体１１を介して後退付勢され、コネクタ本体部１０と一体に下方向（燃料カートリッジ３０の分離方向）に移動する。そして該移動に伴って、カートリッジ側接続部３３の接続筒体３３１ｃのロック用の係合突起３３１ｃ１に第２リング２４のロック用突起２４４が係合されて下方移動し、第３リング２５および第１リング２３も一体に下方移動する。そして、第３リング２５が第１ガイド溝２２１の下端で下降停止になると、これより離れて第２リング２４がさらに下降することで、両者の傾斜接触が離れ、第２リング２４は上記回転により下端のガイド突起２４２先端が第２ガイド溝２２４の位置よりラチェット凸部２２３の傾斜面上に移動し、この傾斜面上に接触し、第２リング２４のさらなる下降で、その傾斜に沿ってさらに回動する。そして、第２リング２４のガイド突起２４２が係止段部２２３ｂに当接して回動停止するとともに、それ以上の下降が停止されて、この第２リング２４のロック用突起２４４に係合しているカートリッジ側接続部３３はロックされ、図１１に示す如く、分離不能に接続されたロック状態となる。
【００５４】
次に、上記ロック状態からの解放動作は、再度カートリッジ側接続部３３を押し込み動作すると、コネクタ本体部１０と燃料カートリッジ３０とが一体に上方向（燃料電池側）に移動する。そして該移動に伴って、第１リング２３および第２リング２４が上動し、第２リング２４の下端部が係止段部２２３ｂより離れて回動可能となり、第３リング２５の爪歯２５３の斜面によって第２リング２４が回動し、その後のカートリッジ側接続部３３の後退移動に伴って、第２リング２４のガイド突起２４２の斜面がラチェット凸部２２３の係止段部２２３ｂより第２ガイド溝２２４に至る斜面に接触し、この斜面接触により第２リング２４はさらに回転方向ｄに回転し、ガイド突起２４２が第２ガイド溝２２４内に挿入される位置に回転する。この第２リング２４の回転位置では、図８に示すように、係合突起３３１ｃ１はロック用突起２４４とは外れて縦溝と位置が合い、ロック係合が解放されて、カートリッジ側接続部３３の接続筒体３３１ｃが分離移動可能となって、ばね部材１４の付勢力によってコネクタ本体１１を介して分離作動され、突き出される。このときコネクタ側バルブ１２がカートリッジ側バルブ３４よりも後に閉作動する。これにより燃料カートリッジ３０を分離する際に先ず燃料供給口３４ａが閉じられるので、燃料カートリッジ３０から燃料が漏れるのを防ぐことができる。
【００５５】
このようにコネクタ本体部１０が燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとを接近位置に保持した状態でカートリッジ接続部３３と一体に移動して、コネクタ側係合手段Ｓ１がカートリッジ側接続部Ｓ２に係合して燃料カートリッジ３０を接続固定したり、前記係合を解除して燃料カートリッジ３０を分離したりするので、燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとが接近位置に保持されていることにより、燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとの間の燃料Ｆが入り込む空間を略無くすことができる。さらに前記接近位置を保持したまま、コネクタ側係合手段Ｓ１にカートリッジ側接続部Ｓ２が係合して燃料カートリッジ３０を接続固定するので、該係合を外して燃料カートリッジ３０が分離されたときに、燃料Ｆが入り込む空間が略無いことにより、燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとの間に燃料Ｆが残存し難くなり、燃料Ｆが外部に漏れ出すのを低減することができる。
【００５６】
また燃料カートリッジ３０が内部に収容された燃料Ｆを使い切ったものである場合には、燃料電池用コネクタ１から燃料カートリッジ３０を分離する際に、図８に示す最大押込状態から図７に示す第一の押込動作の状態に移行するため、コネクタ本外部１０が燃料受給口１０ａと燃料供給口３４ａとを接近位置に保持した状態で下方向に移動し、該移動に伴って燃料排出口１０ｂを有するノズル１３の先端も、図１２に示す如く、燃料電池（図示せず）に燃料Ｆを導入する筒状の燃料流入孔１００ａの内面を、該燃料流入孔１００ａ内面に装着されたＯリングを介して下方向に摺動するので、燃料流入孔１００ａの内部の体積がノズル１３の移動量Ｈ分の体積だけ増加する。すなわち燃料受給口１０ａから燃料流入孔１００ａを介して燃料電池までの空間体積が増加するので、燃料受給口１０ａから燃料電池側の燃料Ｆの流路が負圧になる。これにより燃料受給口１０ａより燃料カートリッジ３０側の空間に燃料Ｆが僅かながらも残存していた場合にも、該残存する燃料Ｆは前記負圧により燃料電池用コネクタ１内部に吸引される。よって空間に燃料Ｆが残存するのを低減することができ、燃料カートリッジ３０を燃料電池用コネクタ１から分離しても、燃料Ｆが外部に漏れるのを防止することができる。
【００５７】
このようにしてコネクタ本体部１０とカートリッジ側接続部３３即ち燃料電池用コネクタ１と燃料カートリッジ３０とは互いを着脱自在に固定している。
【００５８】
なお、本実施形態ではラチェット機構Ｓによって燃料電池用コネクタ１に燃料カートリッジ３０を接続固定するものとしたが、本発明においては、これに限られるものではなく、燃料カートリッジ３０の前記押し込み状態を保持することができて、且つ燃料電池用コネクタ１と容易に分離可能な構造であればいずれを使用してもよく、燃料カートリッジ３０を燃料電池用コネクタ１に向けて、単にばね付勢するように配置された、圧縮コイルばねや、板ばねの如きばね部材（図示せず）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態の燃料電池用コネクタが搭載された携帯電話から燃料カートリッジが分離された状態の斜視図
【図２】図１の燃料カートリッジの断面斜視図
【図３】図２の燃料カートリッジの主要部拡大断面斜視図
【図４】本実施形態の燃料電池用コネクタの断面斜視図
【図５】図４の燃料電池用コネクタの一部を分解した斜視図
【図６】図１の燃料電池用コネクタ１のコネクタ側接続部の拡大図
【図７】第一の押込動作による燃料電池用コネクタと燃料カートリッジとの接続状態を示す断面図
【図８】第二の押込動作により燃料電池用コネクタに燃料カートリッジが最大に押し込まれたときの接続状態を示す断面図
【図９】ロック開放状態のカートリッジ側接続部と第２リングとの関係を示す断面斜視図
【図１０】図９からロック状態に移行したカートリッジ側接続部と第２リングとの関係を示す断面斜視図
【図１１】燃料電池コネクタと燃料カートリッジとのロック状態を示す断面図
【図１２】ノズル先端の移動を説明する断面図
【符号の説明】
【００６０】
１        燃料電池用コネクタ
１０      コネクタ本体部
１０ａ    燃料受給口
１０ｂ    燃料排出口
１１      コネクタ本体
１１１    コネクタ側接続部
１２      コネクタ側バルブ
１２０    プラグ
１３      ノズル
１３ａ    ノズル先端
１４      ばね部材（弾性部材）
２０      固定機構部
２１      ホルダー本体
２２      ラチェットホルダー
２３      第１リング（スライドリング）
２４      第２リング（ロックリング）
２５      第３リング（ガイドリング）
３０      燃料カートリッジ
３３      カートリッジ側接続部
３４      カートリッジ側バルブ
３４１    ハウジング
３４２    ステム
３４ａ    燃料供給口
Ｆ        燃料
Ｓ１      コネクタ側係合手段
Ｓ２      カートリッジ側係合部
１００    携帯電話（燃料電池利用機器）
１００ａ  燃料流入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005172105.tif 000009
【図９】
0005172105.tif 000010
【図１０】
0005172105.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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