(57)【要約】【課題】密閉部材の摩耗を防止可能な燃料電池、燃料カートリッジ及び接続構造を提供すること。【解決手段】燃料カートリッジ３及び燃料カートリッジ３から燃料が供給される燃料電池２に設けられた接続構造１であって、燃料カートリッジ３及び燃料電池２に設けられた、円筒状の互いに接続する接続口２１，６１を有する外郭部材１１，５１と、接続口２１，６１を閉塞するとともに、接続口２１，６１の接続時に係合して移動することで接続口２１，６１を開放する弁体１２，５２と、接続口２１，６１を閉塞する位置に弁体１２，５２を付勢する付勢部材１３，５３と、外郭部材１１，５１に設けられ、付勢部材１３，５３を収納し、支持する支持部材１４，５４と、支持部材１４，５４にその外周側が固定されるとともに、その内周面１６ａ、５６ａがシール溝４１，８１の外周面４１ａ，８１ａと当接し、接続口２１，６１の開放時に、弁体１２，５２の移動方向に変形して密閉する密閉部材１６，５６と、を備える構成とする。【選択図】      図５
2013077445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料カートリッジ、及び、前記燃料カートリッジから燃料が供給される燃料電池に設けられた接続構造であって、
前記燃料カートリッジ及び前記燃料電池に設けられた、円筒状の互いに接続する接続口を有する外郭部材と、
前記接続口に設けられ、前記接続口を閉塞するとともに、前記接続口の接続時に互いに接触して移動することで前記接続口を開放する弁体と、
前記弁体に設けられ、前記接続口を閉塞する位置に前記弁体を付勢する付勢部材と、
前記弁体に設けられ前記付勢部材を支持する座部と、
前記外郭部材に設けられ、前記座部及び前記付勢部材を収納するとともに、前記付勢部材をその底面で支持する有底円筒状の支持部材と、
前記弁体の外周面であって、前記座部の前記接続口側に形成されたシール溝と、
前記支持部材にその外周側が固定されるとともに、その内周面が前記シール溝の外周面と当接し、前記弁体の移動による前記接続口の開放時に、少なくともその一部が前記シール溝に当接した状態を維持したまま前記弁体の移動方向に変形して前記支持部材と前記弁体間を密閉する密閉部材と、
を備えることを特徴とする接続構造。
【請求項２】
前記シール溝は、一方の側面が傾斜し、
前記密閉部材は、前記弁体の移動時に、前記移動方向に変形して前記傾斜する側面に当接することを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
【請求項３】
前記外郭部材、前記弁体、前記座部、前記支持部材、及び、前記密閉部材は樹脂材料で形成され、
前記付勢部材は金属材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
【請求項４】
円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料カートリッジにより燃料が供給される燃料電池であって、
前記燃料カートリッジの前記接続体と接続する円筒状の被接続口を有する外郭部材と、
前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記接続口に前記被接続体が接続した時に前記燃料カートリッジの前記弁体に係合して互いに移動することで前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、
前記弁体に設けられ、前記接続口を閉塞する位置に前記弁体を付勢する付勢部材と、
前記弁体に設けられ前記付勢部材を支持する座部と、
前記外郭部材に設けられ、前記座部及び前記付勢部材を収納するとともに、前記付勢部材をその底面で支持する有底円筒状の支持部材と、
前記弁体の外周面であって、前記座部の前記接続口側に形成されたシール溝と、
前記支持部材にその外周側が固定されるとともに、その内周面が前記シール溝の外周面と当接し、前記弁体の移動による前記被接続口の開放時に、少なくともその一部が前記シール溝に当接した状態を維持したまま前記弁体の移動方向に変形して前記支持部材と前記弁体間を密閉する密閉部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
前記シール溝は、一方の側面が傾斜し、
前記密閉部材は、前記弁体の移動時に、前記移動方向に変形して前記傾斜する側面に当接することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記外郭部材、前記弁体、前記座部、前記支持部材、及び、前記密閉部材は樹脂材料で形成され、
前記付勢部材は金属材料で形成されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項７】
円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料電池に燃料を供給する燃料カートリッジであって、
前記燃料電池の前記接続体と接続する円筒状の被接続口を有する外郭部材と、
前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記接続口に前記被接続体が接続した時に前記燃料電池の前記弁体に係合して互いに移動することで前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、
前記弁体に設けられ、前記接続口を閉塞する位置に前記弁体を付勢する付勢部材と、
前記弁体に設けられ前記付勢部材を支持する座部と、
前記外郭部材に設けられ、前記座部及び前記付勢部材を収納するとともに、前記付勢部材をその底面で支持する有底円筒状の支持部材と、
前記弁体の外周面であって、前記座部の前記接続口側に形成されたシール溝と、
前記支持部材にその外周側が固定されるとともに、その内周面が前記シール溝の外周面と当接し、前記弁体の移動による前記被接続口の開放時に、少なくともその一部が前記シール溝に当接した状態を維持したまま前記弁体の移動方向に変形して前記支持部材と前記弁体間を密閉する密閉部材と、
を備えることを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項８】
前記シール溝は、一方の側面が傾斜し、
前記密閉部材は、前記弁体の移動時に、前記移動方向に変形して前記傾斜する側面に当接することを特徴とする請求項７に記載の燃料カートリッジ。
【請求項９】
前記外郭部材、前記弁体、前記座部、前記支持部材、及び、前記密閉部材は樹脂材料で形成され、
前記付勢部材は金属材料で形成されることを特徴とする請求項７に記載の燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体又は液体の燃料により発電を行う燃料電池、この燃料電池に燃料を供給する燃料カートリッジ、及び、これら燃料電池及び燃料カートリッジを互いに接続する接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ、その他電子機器の小型電源として燃料電池の使用が検討されている。このような燃料電池は、電子機器に設けられ、気体又は液体の燃料により発電を行う。この燃料電池への燃料の供給は、燃料カートリッジを用いて行われる。
【０００３】
具体的には、燃料電池は、内部に開閉弁を有する円筒状の受給口を有し、燃料カートリッジは、この供給口に挿入可能な、内部に開閉弁を有する円柱状の供給口を有する。そして、この受給口及び供給口を接続することで、受給口及び供給口に設けられた開閉弁が開状態となり、燃料カートリッジから燃料電池に燃料が供給される。
【０００４】
このような燃料電池に用いられる燃料は、例えばメタノールが用いられる。このメタノールは、金属と接触すると、金属イオンが溶出する。この金属イオンが溶出したメタノールは、燃料電池に供給されると、アノード側で発生した水素イオン（プロトン）が移動する場所に、当該金属イオンが先に移動して占有する。このため、金属イオンが溶出したメタノールを燃料電池に用いると、水素イオンの移動量を減少させ、アノード側反応速度を低下させる、という問題がある。
【０００５】
そこで、燃料電池及び燃料カートリッジに設けられる接続構造として、弁体を閉方向に付勢する、金属製のばね部材に燃料の接触を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７７４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した燃料電池及び燃料カートリッジの接続構造では、以下の問題があった。即ち、上述した接続構造は、弾性体ホルダに付勢部材を収納して、その外側に流路を形成することで、弾性体を弾性体ホルダ内に収納し、液体との接触を防止できる。しかし、弾性体ホルダとピストンバルブとを密閉する密閉部材（特許文献１中、シール用スカート）が弁の開閉に伴って摺動するため、弁の開閉抵抗の増大や、摺動により発生するシールの摩耗粉が燃料に混入する虞が有る。また、当該摺動による摩耗により、密閉部材の耐久性が低い、という問題があった。
【０００８】
さらに、上述した受給口及び供給口を接続した場合に、Ｏリング等の密閉部材が用いられているが、受給口及び供給口の接続を繰り返し行うと、当該密閉部材の摩耗により摩耗粉が発生するおそれがある。
【０００９】
そこで本発明は、密閉部材の摩耗を防止可能な燃料電池、燃料カートリッジ及び接続構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の燃料電池、燃料カートリッジ及びこれら接続構造は、次のように構成されている。
【００１１】
本発明の一態様として、燃料カートリッジ、及び、前記燃料カートリッジから燃料が供給される燃料電池に設けられた接続構造であって、前記燃料カートリッジ及び前記燃料電池に設けられた、円筒状の互いに接続する接続口を有する外郭部材と、前記接続口に設けられ、前記接続口を閉塞するとともに、前記接続口の接続時に互いに接触して移動することで前記接続口を開放する弁体と、前記弁体に設けられ、前記接続口を閉塞する位置に前記弁体を付勢する付勢部材と、前記弁体に設けられ前記付勢部材を支持する座部と、前記外郭部材に設けられ、前記座部及び前記付勢部材を収納するとともに、前記付勢部材をその底面で支持する有底円筒状の支持部材と、前記弁体の外周面であって、前記座部の前記接続口側に形成されたシール溝と、前記支持部材にその外周側が固定されるとともに、その内周面が前記シール溝の外周面と当接し、前記弁体の移動による前記接続口の開放時に、少なくともその一部が前記シール溝に当接した状態を維持したまま前記弁体の移動方向に変形して前記支持部材と前記弁体間を密閉する密閉部材と、を備える。
【００１２】
本発明の一態様として、円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料カートリッジにより燃料が供給される燃料電池は、前記燃料カートリッジの前記接続体と接続する円筒状の被接続口を有する外郭部材と、前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記接続口に前記被接続体が接続した時に前記燃料カートリッジの前記弁体に係合して互いに移動することで前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、前記弁体に設けられ、前記接続口を閉塞する位置に前記弁体を付勢する付勢部材と、前記弁体に設けられ前記付勢部材を支持する座部と、前記外郭部材に設けられ、前記座部及び前記付勢部材を収納するとともに、前記付勢部材をその底面で支持する有底円筒状の支持部材と、前記弁体の外周面であって、前記座部の前記接続口側に形成されたシール溝と、前記支持部材にその外周側が固定されるとともに、その内周面が前記シール溝の外周面と当接し、前記弁体の移動による前記被接続口の開放時に、少なくともその一部が前記シール溝に当接した状態を維持したまま前記弁体の移動方向に変形して前記支持部材と前記弁体間を密閉する密閉部材と、を備える。
【００１３】
本発明の一態様として、円筒状の接続口を有する接続体、及び、前記接続口に設けられ、前記接続口を開閉する弁体を具備する燃料電池に燃料を供給する燃料カートリッジであって、前記燃料電池の前記接続体と接続する円筒状の被接続口を有する外郭部材と、前記被接続口に設けられ、前記被接続口を閉塞するとともに、前記接続口に前記被接続体が接続した時に前記燃料電池の前記弁体に係合して互いに移動することで前記接続口及び前記被接続口を開放する弁体と、前記弁体に設けられ、前記接続口を閉塞する位置に前記弁体を付勢する付勢部材と、前記弁体に設けられ前記付勢部材を支持する座部と、前記外郭部材に設けられ、前記座部及び前記付勢部材を収納するとともに、前記付勢部材をその底面で支持する有底円筒状の支持部材と、前記弁体の外周面であって、前記座部の前記接続口側に形成されたシール溝と、前記支持部材にその外周側が固定されるとともに、その内周面が前記シール溝の外周面と当接し、前記弁体の移動による前記被接続口の開放時に、少なくともその一部が前記シール溝に当接した状態を維持したまま前記弁体の移動方向に変形して前記支持部材と前記弁体間を密閉する密閉部材と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、密閉部材の摩耗を防止可能な燃料電池、燃料カートリッジ及び接続構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池及び燃料カートリッジの構成を模式的に示す説明図。
【図２】同燃料電池及び燃料カートリッジに用いられる接続構造の構成を示す斜視図。
【図３】同接続構造の構成を示す斜視図。
【図４】同接続構造の構成を示す斜視図。
【図５】同接続構造の構成を示す断面図。
【図６】同接続構造の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池２及び燃料カートリッジ３、並びに、これら燃料電池２及び燃料カートリッジに用いられる接続構造１の構成を、図１乃至図６を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池２が用いられた電子機器１００及び燃料カートリッジ３の構成を模式的に示す説明、図２は燃料電池２及び燃料カートリッジ３に用いられる接続構造１の構成を示す斜視図、図３は接続構造１の構成を示す斜視図、図４は接続構造１の構成であって、接続状態を示す斜視図、図５は接続構造１の構成を示す断面図、図６は接続構造１の構成を、接続状態で示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、接続構造１は、電子機器１００に用いられる燃料電池２に設けられた受給体６と、燃料を貯留し、且つ、燃料電池２に供給する燃料カートリッジ３に設けられた供給体７と、を備えている。接続構造１は、受給体６及び供給体７が接続することで、燃料カートリッジ３に貯留された燃料を燃料電池２に供給可能に形成されている。
【００１９】
なお、受給体６及び供給体７は、一方が接続体を、他方が被接続体を成す接続構造１である。本実施形態においては、受給体６を接続体とし、供給体７を被接続体として説明する。
【００２０】
燃料電池２に用いられる燃料は、気体又は液体の燃料であって、例えば、メタノールが用いられる。このメタノールは、用いる電子機器１００及び燃料電池２の性能等に応じて、その濃度及び種類等が異なるものが用いられる。
【００２１】
燃料電池２は、ノートパソコン、ＰＤＡ又は携帯電話等の小型の電子機器１００に設けられる。燃料電池２は、起電部である燃料電池セル２Ａと、燃料タンク２Ｂと、燃料タンク２Ｂに接続され、燃料タンク２Ｂに貯留する燃料を受給する受給体６と、を備えている。
【００２２】
燃料カートリッジ３は、単体で持ち運び可能に形成されている。燃料カートリッジ３は、燃料を貯留するカートリッジ本体３Ａと、カートリッジ本体３Ａに設けられ、受給体６に燃料を供給する供給体７と、を備えている。燃料カートリッジ３は、燃料の種類に応じて、燃料を加圧しないで貯留する非加圧式又は燃料を加圧して貯留する加圧式のカートリッジ本体３Ａが用いられる。
【００２３】
図２乃至図６に示すように、受給体６は、第１外郭部材１１と、第１可動体１２と、第１付勢部材１３と、第１支持部材１４と、第１Ｏリング１５と、第１密閉部材１６と、を備えている。受給体６は、第１可動体１２が往復動することで開閉する開閉弁である。受給体６は、第１外郭部材１１及び第１支持部材１４内が燃料タンク２Ｂと連通して形成され、供給体７から供給された燃料が第１外郭部材１１内に供給される。
【００２４】
第１外郭部材１１は、異なる２つの外径を有する円筒状に形成されるとともに、その外面の一部に、燃料タンク２Ｂと接続される供給路１７が設けられている。第１外郭部材１１は、樹脂材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）により形成されている。
【００２５】
第１外郭部材１１は、第１可動体１２の一部を出没可能、且つ、供給体７の一部と係合可能な接続口である受給口２１と、その内部に第１可動体１２、第１付勢部材１３、第１支持部材１４、第１Ｏリング１５及び第１密閉部材１６を収納する第１収納部２２と、を備えている。
【００２６】
第１外郭部材１１は、受給口２１が小径側に、第１収納部２２が大径側に設けられると共に、受給口２１及び第１収納部２２が受給口２１の底面により仕切られている。また、第１外郭部材１１は、受給口２１の底面に、受給口２１及び第１収納部２２を連通させる受給口２１の内径よりも小径な第１連通孔２３を有している。
【００２７】
受給口２１は、その内径が後述する供給体７の供給口６１の外径と略同一、具体的には、若干大径であって、その先端から第１連通孔２３が形成された底面に向かって漸次縮径となる（傾斜する）有底円筒形状に形成されている。また、受給口２１は、その底部であって第１連通孔２３の周囲に凹部群２５を有している。凹部群２５は、位置決めを行う主キー溝及び副キー溝である。
【００２８】
第１収納部２２は、第１連通孔２３に挿通された第１可動体１２と当接することで、第１可動体１２の移動を規制可能な第１規制面３１ａを有し、その内径が第１連通孔２３よりも大径の第１規制部３１を備えている。また、第１収納部２２は、規制部３１の周囲に形成された、第１Ｏリング１５が当接する第１シール面３２ａを有し、その内径が第１規制部３１よりも大径の第１シール部３２を備えている。なお、第１収納部２２は、第１シール部３２に形成され、第１シール部３２の内部に連通する供給路１７を備えている。
【００２９】
第１収納部２２は、第１シール部３２の周囲に形成された第１密閉部材１６の一部を支持する第１座面３３ａ、及び、その内周面に設けられた第１支持部材１４を固定可能な第１雌ねじ部３３ｂを有し、その内径が第１シール部３２よりも大径の第１固定部３３を備えている。第１収納部２２は、その内部に、内径の異なる第１規制部３１、第１シール部３２及び第１固定部３３が形成されている。
【００３０】
第１可動体１２は、樹脂材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）により形成されている。第１可動体１２は、同軸上の異なる径で形成された棒状の部材であって、その軸心方向に往復動可能に、第１外郭部材１１及び第１支持部材１４内に配置される。具体的には、第１可動体１２は、その一端側から他端側に向かって第１先端部３５、第１中央部３６及び第１後端部３７を備えている。
【００３１】
第１先端部３５は、第１連通孔２３に挿通されるとともに、その先端が受給口２１内に突出する。第１先端部３５は、その先端が半球の円錐状に形成されている。第１先端部３５は、受給口２１に供給体７が接続されたときに、供給体７の後述する第２可動体５２と当接し、且つ、互いに押圧可能な長さで、その先端が受給口２１から突出する。この第１先端部３５は、その可動位置により、その外周面と第１連通孔２３との隙間の面積が増減することで、当該隙間により形成される燃料の流路が拡縮可能に形成されている。
【００３２】
第１中央部３６は、第１先端部３５に連続して設けられる。第１中央部３６は、第１規制部３１の第１規制面３１ａと当接する第１被規制部３９と、第１Ｏリング１５が装着される第１Ｏリング溝４０と、その外周に設けられた第１密閉部材１６が密着する第１シール溝４１を有し、第１付勢部材１３の座面を形成する第１座部４２と、を備えている。
【００３３】
第１被規制部３９は、第１連通孔２３よりも大径に形成されるとともに、第１規制部３１の内径よりも小径に形成される。第１被規制部３９は、その第１端面３９ａが第１規制部３１の規制面３１ａと当接することで、第１可動体１２の移動を規制可能に形成されている。
【００３４】
第１Ｏリング溝４０は、第１Ｏリング１５の一部を収納可能に形成されている。第１Ｏリング溝４０は、第１被規制部３９により第１可動体１２の移動が規制された場合に、装着された第１Ｏリング１５が第１シール面３２ａに当接可能な位置に設けられる。例えば、第１Ｏリング溝４０は、その第１先端部３５側の端面４０ａが、第１規制部３１及び第１被規制部３９の当接時に第１シール面３２ａと面一又は第１シール面３２ａよりも受給口２１側に位置するように、第１可動体１２に設けられる。
【００３５】
第１シール溝４１は、第１密閉部材１６と当接する第１外周面４１ａ及びその第１先端部３５側の傾斜する第１傾斜面４１ｂを備え、これら第１外周面４１ａ及び第１傾斜面４１ｂは、所定の表面粗さに形成されている。なお、ここで、所定の表面粗さとは、第１密閉部材１６が当接した場合に、密着することで燃料をシール可能な表面粗さであればよい。
【００３６】
第１後端部３７は、第１中央部３６の第１座部４２に設けられ、第１付勢部材１３を挿通可能に形成されている。第１後端部３７は、その端面が、第１規制部３１及び第１被規制部３９が当接した位置において、第１支持部材１４から第１可動体１２の移動距離だけ離間する長さに形成されている。換言すると、第１後端部３７は、第１可動体１２が第１規制部３１から所定の距離移動した場合に、第１支持部材１４の底面に当接可能に形成されている。
【００３７】
第１付勢部材１３は、金属材料により成形され、第１後端部３７に挿通され、第１座部４２及び第１支持部材１４間に設けられるコイルばねである。第１付勢部材１３は、第１密閉部材１６により密閉された第１支持部材１４内の空間に収納される。第１付勢部材１３は、第１被規制部３９が第１規制部３１に当接する状態で、第１可動体１２を維持可能に、常時第１可動体１２を付勢する。
【００３８】
第１支持部材１４は、樹脂材料、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）により形成されている。第１支持部材１４は、その外周面に第１固定部３３の第１雌ねじ部３３ｂと係合する第１雄ねじ部１４ａを有する有底円筒状に形成されている。第１支持部材１４は、その底面が第１付勢部材１３を支持する座面を形成する。
【００３９】
第１支持部材１４は、第１外郭部材１１に固定される際に、その端面１４ｂと第１外郭部材１１との間に、第１密閉部材１６を挟持して固定するための、円環状の突起部１４ｃを有している。第１支持部材１４は、その内部に、第１可動体１２の一部及び第１付勢部材１３を収納し、且つ、第１密閉部材１６により密閉された空間を形成する。
【００４０】
第１Ｏリング１５は、樹脂材料で形成された所謂Ｏリングであって、第１Ｏリング溝４０に装着される。第１Ｏリング１５は、第１規制部３１及び第１被規制部３９により第１可動体１２の移動が規制された場合に、第１Ｏリング溝４０から突出した部位が第１シール面３２ａに密着可能に形成されている。
【００４１】
第１密閉部材１６は、樹脂材料で平板の円環状、換言すると中央部に孔を有する円盤状に形成されたシール部材である。第１密閉部材１６は、その外周側が、第１固定部３３の第１座面３３ａ及び第１支持部材１４の端面１４ｂに挟持されて固定され、その内周面１６ａが第１シール溝４１の第１外周面４１ａと密着する。
【００４２】
また、第１密閉部材１６は、第１可動体１２が第１支持部材１４側に移動した場合に、少なくともその一部が第１シール溝４１に当接した状態を維持したまま当該移動方向に内周面１６ａ側が移動して撓む。具体的には、第１密閉部材１６は、第１可動体１２が第１支持部材１４側に移動した場合に、図６に示すように、その内周面１６ａと第１外郭部材１１と当接する主面１６ｂとの稜部１６ｃが、第１シール溝４１の第１傾斜面４１ｂと密着する。第１密閉部材１６は、第１シール溝４１と密着することで、第１支持部材１４へ燃料の浸入を防止可能に形成されている。
【００４３】
供給体７は、第２外郭部材５１と、第２可動体５２と、第２付勢部材５３と、第２支持部材５４と、第２Ｏリング５５と、第２密閉部材５６と、を備えている。供給体７は、第２可動体５２が往復動することで開閉する開閉弁である。供給体７は、第２外郭部材５１及び第２支持部材５４内がカートリッジ本体３Ａと連通して形成され、カートリッジ本体３Ａ内の燃料が、第２外郭部材５１内に供給される。
【００４４】
第２外郭部材５１は、樹脂材料、例えばポリオキシメチレン（ＰＯＭ）により成形されている。第２外郭部材５１は、異なる複数の外径の円筒状に形成される。第２外郭部材５１は、第２可動体５２を往復動可能、且つ、受給体６の受給口２１に挿入可能な被接続口である供給口６１と、その内部に第２可動体５２、第２付勢部材５３、第２支持部材５４、第２Ｏリング５５及び第２密閉部材５６を収納する第２収納部６２と、を備えている。
【００４５】
供給口６１は、収納部６２と連通する第２連通孔６３を有している。供給口６１は、その外径が受給口２１の内径と略同一に形成されるとともに、第２連通孔６３により第２可動体５２の一部を挿通可能な円筒形状に形成されている。具体的には、供給口６１は、受給口２１の外径よりも若干小径の円筒形状に形成されている。また、供給口６１は、その外周面に設けられ、受給口２１の内周面と当接するシール部６４と、その先端の端面に設けられた凸部群６５と、を有している。
【００４６】
シール部６４は、断面視で半円状の突起であり、供給口６１の外周面に連続して円環状に一体に設けられる。シール部６４は、供給口６１が受給口２１に挿入された場合に、一部弾性変形することで、供給口６１及び受給口２１の隙間を密閉可能に形成されている。凸部群６５は、位置決めを行う主キー及び副キーであり、凹部群２５の主キー溝及び副キー溝に係合する。
【００４７】
第２収納部６２は、第２可動体５２と当接することで第２可動体５２の移動を規制可能な第２連通孔６３の周囲に形成された第２規制面７１ａを有し、その内径が第２連通孔６３よりも大径の第２規制部７１を備えている。また、第２収納部６２は、第２規制部７１の周囲に形成され、第２Ｏリング５５が当接する第２シール面７２ａを有し、その内径が第２規制部７１よりも大径の第２シール部７２を有する。
【００４８】
第２収納部６２は、第２シール部７２の周囲に形成された第２密閉部材５６の一部を支持する第２座面７３ａ、及び、その内周に設けられた第２支持部材５４を固定可能な第２雌ねじ部７３ｂを有し、その内径が第２シール部７２よりも大径の第２固定部７３を備えている。第２収納部６２は、その内部に、内径の異なる第２規制部７１、第２シール部７２及び第２固定部７３が形成されている。
【００４９】
第２可動体５２は、樹脂材料、例えばポリオキシメチレン（ＰＯＭ）により成形されている。第２可動体５２は、同軸上の異なる径で形成された棒状の部材であって、その軸心方向に往復動可能に、第２外郭部材５１及び第２支持部材５４内に配置される。具体的には、第２可動体５２は、その一端側から他端側に向かって第２先端部７５、第２中央部７６及び第２後端部７７を備えている。
【００５０】
第２先端部７５は、第２連通孔６３に挿通されるとともに、その先端が第１先端部３５の先端と係合可能に窪む凹部７５ａを有している。第２先端部７５は、その外面及び第２連通孔６３の内面間の隙間に液体の流路を形成可能に、第２連通孔６３の内径よりも若干小径に形成されている。第２先端部７５は、供給口６１が受給口２１に接続されたときに、第１先端部３５と当接し、且つ、互いに押圧可能な長さで、その先端が供給口６１内に位置する。さらに言えば、第２先端部７５は、その先端が供給口６１の先端の面位置よりも第２支持部材５４側の第２連通孔６３内に位置して配置される。
【００５１】
第２中央部７６は、第２先端部７５に連続して設けられる。第２中央部７６は、第２規制部７１の第２規制面７１ａと当接する第２被規制部７９と、第２Ｏリング５５が装着される第２Ｏリング溝８０と、その外周に設けられた第２密閉部材５６が密着する第２シール溝８１を有し、第２付勢部材５３の座面を形成する第２座部８２と、を備えている。
【００５２】
第２被規制部７９は、第２連通孔６３よりも大径に形成されるとともに、第２規制部７１の内径よりも小径に形成される。第２被規制部７９は、その第２端面７９ａが第２規制部７１の規制面７１ａと当接することで、第２可動体５２の移動を規制可能に形成されている。
【００５３】
第２Ｏリング溝８０は、第２Ｏリング５５の一部を収納可能に形成されている。第２Ｏリング溝８０は、第２被規制部７９により第２可動体５２の移動が規制された場合に、装着された第２Ｏリング５５が第２シール面７２ａに当接可能な位置に設けられる。例えば、第２Ｏリング溝８０は、その第２先端部７５側の端面８０ａが、第２規制部７１及び第２被規制部７９との当接時に第２シール面７２ａと面一又は第２シール面７２ａよりも供給口６１側に位置するように、第２可動体５２に設けられる。
【００５４】
第２シール溝８１は、第２密閉部材５６と当接する第２外周面８１ａ及びその第２先端部７５側の傾斜する第２傾斜面８１ｂを備え、これら第２外周面８１ａ及び第２傾斜面８１ｂは、所定の表面粗さに形成されている。なお、ここで、所定の表面粗さとは、第２密閉部材５６が当接した場合に、密着することで燃料をシール可能な表面粗さであればよい。
【００５５】
第２後端部７７は、第２中央部７６の第２座部８２に設けられ、第２付勢部材５３を挿通可能に形成されている。第２後端部７７は、その端面が、第２規制部７１及び第２被規制部７９が当接した位置において、第２支持部材５４から第２可動体５２の移動距離だけ離間する長さに形成されている。換言すると、第２後端部７７は、第２可動体５２が第２規制部７１から所定の距離移動した場合に、第２支持部材５４の底面に当接可能に形成されている。
【００５６】
第２付勢部材５３は、金属材料で成形され、第２後端部７７に挿通され、第２座部８２及び第２支持部材５４間に設けられるコイルばねである。第２付勢部材５３は、第２密閉部材５６により密閉された第２支持部材５４内の空間に収納される。第２付勢部材５３は、第２被規制部７９が第２規制部７１に当接する状態で、第２可動体５２を維持可能に、常時第２可動体５２を付勢する。第２付勢部材５３は、第１付勢部材１３よりもその弾性係数が高く形成されており、第１付勢部材１３の変形による第１可動体１２の移動後、第２可動体５２が移動可能に変形する。
【００５７】
第２支持部材５４は、樹脂材料、例えばポリオキシメチレン（ＰＯＭ）により成形されている。第２支持部材５４は、その外周面に第２固定部７３の第２雌ねじ部７３ｂと係合する第２雄ねじ部５４ａを有する有底円筒状に形成されている。第２支持部材５４は、その底面が第２付勢部材５３を支持する座面を形成する。
【００５８】
第２支持部材５４は、第２外郭部材５１に固定される際に、その端面５４ｂと第２外郭部材５１との間に、第２密閉部材５６を挟持して固定するための、円環状の突起部５４ｃを有している。第２支持部材５４は、その内部に、第２可動体５２の一部及び第２付勢部材５３を収納し、且つ、第２密閉部材５６により密閉された空間を形成する。
【００５９】
また、第２支持部材５４は、第２雄ねじ部５４ａが設けられた外周の一部に、その軸心方向に沿った切欠部５４ｄ、及び、切欠部５４ｄと連通する、第２支持部材５４の端部中央に設けられた流路孔５４ｅを備えている。第２支持部材５４は、切欠部５４ｄ及び流路孔５４ｅを有することで、供給体７に接続されたカートリッジ本体３Ａから、第２シール部７２への流路を形成する。
【００６０】
さらに、第２支持部材５４は、外周端に第２外郭部材５１の端面と面シール７４を介在して対向するフランジ部５４ｆを備えている。第２支持部材５４は、第２外郭部材５１に固定されたとき、第２外郭部材５１の端面とフランジ部５４ｆとが面シール７４により密閉される。なお、面シール７４は、Ｏリング等が用いられる。
【００６１】
第２Ｏリング５５は、樹脂材料で形成された所謂Ｏリングであって、第２Ｏリング溝８０に装着される。第２Ｏリング５５は、第２規制部７１及び第２被規制部７９により第２可動体５２の移動が規制された場合に、第２Ｏリング溝８０から突出した部位が第２シール面７２ａに密着可能に形成されている。
【００６２】
第２密閉部材５６は、樹脂材料で平板の円環状に形成されたシール部材である。第２密閉部材５６は、その外周側が、第２固定部７３の第２座面７３ａ及び第２支持部材５４の端面１４ｂに挟持されて固定され、その内周面５６ａが第２シール溝８１の第１外周面８１ａと密着する。また、第２密閉部材５６は、その第２固定部３３の第１座面３３ａに当接する主面１６ｂの一部、具体的には、その外周からその内周面５６ａ側の中途部まで、燃料を通過させる流路の一を形成する溝部５６ｄを備えている。
【００６３】
第２密閉部材５６は、第２可動体５２が第２支持部材５４側に移動した場合に、少なくともその一部が第２シール溝８１に当接した状態を維持したまま当該移動方向に内周面５６ａ側が移動して撓む。具体的には、第２密閉部材５６は、第２可動体５２が第２支持部材５４側に移動した場合に、当該移動方向に内周面５６ａ側が撓むことで、図６に示すように、その内周面５６ａと第２外郭部材５１と当接する主面５６ｂとの稜部５６ｃが、第２シール溝８１の第２傾斜面８１ｂと密着する。第２密閉部材５６は、第２シール溝８１と密着することで、第２支持部材５４へ燃料が浸入することを防止可能に形成されているとともに、溝部５６ｄの一部が第２シール部７２と対向することで、溝部５６ｄから第２シール部７２への流路が形成されている。
【００６４】
次に、このように構成された接続構造１を用いた受給体６及び供給体７の燃料の供給について説明する。  
先ず、接続構造１は、図２、図３及び図５に示すように、受給口２１の凹部群２５及び供給口６１の凸部群６５を目視して位置合わせを行う。次に、受給体６の受給口２１に供給体７の供給口６１を挿入する。このとき、供給口６１のシール部６４が、受給口２１の内周面と当接しながら移動して漸次変形することで、受給口２１及び供給口６１間が密閉される。
【００６５】
次に、図４及び図６に示すように、受給口２１に供給口６１を挿入するとともに、凹部群２５及び凸部群６５とを係合させる。なお、供給口６１を受給口２１に挿入した場合に、凸部群６５が凹部群２５に係合しない場合には、凸部群６５が凹部群２５に係合するまで、供給体７を周方向に回転させる。
【００６６】
図６に示すように、凸部群６５が凹部群２５に係合することで、第１可動体１２及び第２可動体５２が第１支持部材１４及び第２支持部材５４に当接するまで移動する。具体的に説明すると、第１付勢部材１３は第２付勢部材５３よりも弾性係数が低く形成されている。このため、受給口２１に供給口６１が挿入され、第１可動体１２及び第２可動体５２が当接すると、先ず、第１可動体１２のみが一方的に押し込まれ、第１Ｏリング１５が第１シール面３２ａから離間し、第１連通孔２３と第１可動体１３との隙間に燃料の流路が形成され、受給体６が開状態となる。なお、第１密閉部材１６は、第１可動体１２の移動に伴って回動するように変形し、第１稜部１６ｃが第１傾斜面４１ｂと当接する。
【００６７】
そして、第１可動体１２が第１支持部材１４に当接して第１可動体１２の移動が停止すると、第２可動体５２が第２支持部材５４に当接するまで移動し、第２Ｏリング５５が第２シール面７２ａから離間することで、第２連通孔６３と第２可動体５３との隙間に燃料の流路が形成され、供給体７側が開状態となる。なお、第２密閉部材５６は、第２可動体５２の移動に伴って回動するように変形し、第２稜部５６ｃが第２傾斜面８１ｂと当接する。
【００６８】
このように、第１可動体１２の移動により、受給口２１から第１連通孔２３、第１規制部３１及び第１シール部３２を介して供給路１７へ連続する燃料の流路が形成される。また、第２可動体５２の移動により、第２支持部材５４の流路孔５４ｅから、切欠部５４ｄ、溝部５６ｄ、第２シール部７２及び第２規制部７１を介して、第２連通孔６３へ連続する燃料の流路が形成される。このため、カートリッジ本体３Ａから、燃料タンク２Ｂまで、受給体６及び供給体７内部を通過する燃料の流路が形成され、結果、カートリッジ本体３Ａにより燃料タンク２Ｂに燃料が供給される。
【００６９】
このように構成された燃料電池２及び燃料カートリッジ３の接続構造１によれば、受給口２１及び供給口６１を接続することで、第１可動体１２及び第２可動体５２が互いに接触し、移動する。このとき、第１可動体１２の第１シール溝４１の第１外周面４１ａに当接していた第１密閉部材１６は、外周側が固定された状態で、その内周側が第１可動体１２の移動に伴って第１可動体１２の移動方向に変形する。
【００７０】
このとき、第１密閉部材１６は、その断面視において、第１外郭部材１１及び第１支持部材１４で挟持された部位を中心に回動するように変形する。このため、第１密閉部材１６は、その内周面１６ａが第１外周面４１ａに当接していた状態から、第１傾斜面４１ｂに稜部１６ｃが当接した状態に、常時第１シール溝４１に当接した状態で変移する。
【００７１】
このように、第１可動体１２が移動しても、第１密閉部材１６は、第１シール溝４１に摺動するのではなく、変形を伴って第１可動体１２の第１シール溝４１に接触する部位を内周面１６ａから稜部１６ｃへと移行しながら、常時第１可動体１２の第１シール溝４１に密着することとなる。
【００７２】
同様に、第２可動体５２の第２シール溝８１の第２外周面８１ａに当接していた第２密閉部材５６は、第２可動体５２の移動により、外周側は固定された状態で、内周側が第２可動体５２の移動に伴って第２可動体５２の移動方向に変形する。
【００７３】
このとき、第２密閉部材５６は、その断面視において、第２外郭部材５１及び第２支持部材５４で挟持された部位を中心に回動するように変形する。このため、第２密閉部材５６は、その内周面５６ａが第２外周面８１ａに当接した状態から、第２傾斜面８１ｂに稜部５６ｃが当接した状態に、常時第２シール溝８１に当接した状態で変移する。
【００７４】
第２密閉部材５６は、第２可動体５２が移動しても、第２シール溝８１に摺動するのではなく、変形を伴って第２可動体５２の第２シール溝８１に接触する部位を内周面５６ａから稜部５６ｃへと移行しながら、常時第２可動体５２の第２シール溝８１に密着することとなる。
【００７５】
これらのことにより、第１支持部材１４内に収納された第１付勢部材１３、及び、第２支持部材５４内に収納された第２付勢部材５３は、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６で密閉された第１支持部材１４及び第２支持部材５４内に常時配置される。このため、第１付勢部材１３及び第２付勢部材５３が燃料に接触することがない。
【００７６】
また、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６は、回動するように変形することで、第１シール溝４１及び第２シール溝８１に当接する部位が移行することから、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６が摺動することを極力防止できる。
【００７７】
このため、摺動による第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６の摩耗粉等（コンタミネーション）の発生を防止することが可能となり、当該摩耗粉の燃料への混入、及び、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６の寿命の低減を防止することが可能となる。
【００７８】
特に摩耗粉は、燃料電池２内に進入することで、燃料電池２の性能の劣化の要因となる。また、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６の密閉性が低下し、燃料に第１付勢部材１３及び第２付勢部材５３が接触し、燃料に金属イオンが含有すると、同様に、燃料電池２の性能の劣化の要因となる。
【００７９】
しかし、接続構造１は、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６を回動させることで、摺動を極力防止することが可能となり、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６の寿命を向上させ、且つ、燃料電池２の性能の低下を防止可能となる。このため、接続構造１は、燃料電池２の信頼性を向上させることが可能となる。
【００８０】
また、接続構造１は、第１付勢部材１３の弾性係数を第２付勢部材５３の弾性係数よりも低くすることで、常に受給体６側が先に開状態となり、その後供給体７が開状態となる。このような構成とすることで、接続構造１は、受給体６側の弁体が開口する前に供給体７側の弁体が先に開口して外部に燃料が漏洩することを防止可能となる。
【００８１】
また、受給口２１は、その内周面が傾斜することで受給口２１の内径が漸次小径となる構成であることから、受給口２１に供給口６１を挿入した際に、シール部６４の移動及び変形が受給口２１の内周面により案内されることから、シール部６４の変形量は移動に伴って漸次大となる。これにより、シール部６４は、急激な変形が防止され、供給口６１及び受給口２１の間をシール部６４により確実に密閉することが可能となる。また、シール部６４は、急激な変形によるシール部６４の破損等の防止が可能となり、高いシール性を維持するとともに、寿命の向上にもなる。
【００８２】
上述したように本実施形態に係る燃料電池２及び燃料カートリッジ３の接続構造１によれば、第１密閉部材１６、第２密閉部材５６及びシール部６４の摩耗を防止可能となり、燃料電池２の寿命の向上が可能となる。
【００８３】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、受給口２１及び供給口６１の接続時以外において、受給口２１及び供給路１７の間を密閉する密閉部材として、第１Ｏリング１５を用いる構成を説明したがこれに限定されない。即ち、受給口２１及び供給路１７間を、第１可動体１２の位置に応じて開閉可能であれば、第１Ｏリング１５以外の密閉部材であってもよい。なお、同様に、第２Ｏリング５５は、第２可動体５２の位置に応じて受給口２１及び供給路１７巻を開閉可能であれば、第２Ｏリング５５に限定されず、他の密閉部材であってもよい。
【００８４】
また、上述した例では、第１外郭部材１１、第１可動体１２及び第１支持部材１４をポリプロピレン（ＰＰ）により成形し、第２外郭部材５１、第２可動体５２及び第２支持部材５４をポリオキシメチレン（ＰＯＭ）により成形する構成を説明したがこれに限定されない。即ち、上述した受給体６及び供給体７が接触する部品の材料が金属材料でなく、且つ、すべり性、耐久性及び強度が高い樹脂材料であって、燃料に対して安定した材料であれば他の樹脂材料であってもよい。例えば、ＰＥＴ，ＰＰＳ、テフロン（登録商標）、ＰＦＥ、フッ素系樹脂、及びＡＢＳ樹脂等のエンジニアリングプラスチック等であってもよく、他の樹脂材料であってもよい。
【００８５】
また、上述した例では、第１密閉部材１６及び第２密閉部材５６は、稜部１６ｃ、５６ｃを有する構成を説明したが、この稜部１６ｃ、５６ｃは、曲面であってもよい。即ち、第１可動体１２及び第２可動体５２が移動した場合に、第１傾斜面４１ｂ及び第２傾斜面８１ｂに、密着可能であればよく、曲面でなく面取り形状であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１…接続構造、２…燃料電池、２Ａ…燃料電池セル、２Ｂ…燃料タンク、３…燃料カートリッジ、３Ａ…カートリッジ本体、６…受給体、７…供給体、１１…第１外郭部材、１２…第１可動体、１３…第１付勢部材、１４…第１支持部材、１５…第１Ｏリング、１６…第１密閉部材、１６ａ…第１内周面、１６ｃ…第１稜部、１７…供給路、２１…受給口、２２…第１収納部、２３…第１連通孔、２５…凹部群、３１…規制部、３２…シール部、３３…第１固定部、３５…第１先端部、３６…第１中央部、３７…第１後端部、３９…第１被規制部、３９ａ…第１端面、４０…第１Ｏリング溝、４０ａ…第１端面、４１…第１シール溝、４１ａ…第１外周面、４１ｂ…第１傾斜面、４２…第１座部、５１…第２外郭部材、５２…第２可動体、５３…第２付勢部材、５４…第２支持部材、５５…第２Ｏリング、５６…第２密閉部材、５６ａ…第２内周面、５６ｃ…第２稜部、６１…供給口、６２…第２収納部、６３…第２連通孔、６４…シール部、６５…凸部群、７１…第２規制部、７２…第２シール部、７３…第２固定部、７４…面シール、７５…第２先端部、７６…第２中央部、７７…第２後端部、７９…第２被規制部、８０…第２Ｏリング溝、８１…第２シール溝、８１ａ…第２外周面、８１ｂ…第２傾斜面、８２…第２座部、１００…電子機器。
【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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