(57)【要約】【課題】  連結やその解除が容易でありながら小型構造のカップラーを提供する。【解決手段】  いずれか一方のコネクターが、先端が開口した接続用円筒部３１と、中空が形成されたハウジング３２と、軸線に沿って開閉方向に往復移動可能なピストンバルブ３３と、ピストンバルブを閉方向に押圧する弾性体とを備え、ピスンバルブ３３は、ハウジングと接触してシールするリング状凸部３３ｄとシールせずに接触し縦溝流路を形成する概略リング状凸部３３ｅとで保持され、ピストンバルブ３３の外周側とハウジング３２の内壁との間に流路を形成し、流路がリング状凸部３３ｄによってシールされ、ハウジングの外部に向けて開口した流路孔と連通されている。【選択図】図１
2013002576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給側コネクターと受容側コネクターとを相互に嵌合させることにより開弁して供給側コネクターに形成されている供給側流路と受容側コネクターに形成されている受容側流路とを連通させる小型カップラーにおいて、
前記供給側コネクターと受容側コネクターとの少なくともいずれか一方のコネクターは、他方のコネクターに嵌合させられるように先端部に形成されかつ開口した接続用円筒部と、
その接続用円筒部の後方側に連続して一体に形成されるとともに前記接続用円筒部に連通された中空のハウジングと、
そのハウジングの内部に軸線方向に前後動可能に格納されたピストンバルブと、
そのピストンバルブと前記ハウジングの内周面の間を液密状態にシールするとともにピストンバルブをハウジングの内周面に沿って摺動させるように案内しかつ前記ピストンバルブの後端部側に設けられたシール部と、
そのシール部よりも先端部側で前記ピストンバルブを前記ハウジングの内面に摺動させるように設けられた摺動支持部と、
前記シール部よりも先端部側で前記ピストンバルブと前記ハウジングの内面との間に形成されかつ前記ハウジングの外部に向けて開口した流路と、
前記シール部より後端部側で前記ハウジングの内部に収容されて前記ピストンバルブを先端部側に押圧する弾性体と、
その弾性体によって押圧されて前記ピストンバルブが先端部側に位置する状態で前記ピストンバルブの少なくとも一部を密着させて前記流路と前記接続用円筒部との連通を遮断する弁座部とを備えている
ことを特徴とする小型カップラー。
【請求項２】
前記弾性体は金属製コイルばねであって、当該弾性体が複数設けられたこと
を特徴とする請求項１に記載の小型カップラー。
【請求項３】
一方の前記接続用円筒部は、他方の前記接続用円筒部よりも小径に形成され、かつ当該一方の接続用円筒部の外周には当該他方の接続用円筒部と嵌合連結してシールする凸部が設けられるとともに、当該一方の接続用円筒部の材質が、当該他方の接続用円筒部の材質より軟らかいこと
を特徴とする請求項１または２に記載の小型カップラー。
【請求項４】
前記シール部と摺動支持部との少なくともいずれか一方は、前記ピストンバルブに一体に形成された凸部によって構成され、かつ前記各コネクターのハウジングおよびピストンバルブが、熱可塑性樹脂材からなるとともに、前記ピストンバルブの材質が前記ハウジングの材質より軟らかい熱可塑性樹脂材からなること
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の小型カップラー。
【請求項５】
前記コネクターは、メタノール燃料電池本体と燃料用メタノール容器とを接続するように構成されていること
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の小型カップラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、供給側と受容側とのコネクターを連結することにより、少なくとも一方のコネクターに設けられた弁座が開いてそれぞれのコネクターの流路を連通させるように構成されたカップラーに関し、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られるカップラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料をエネルギー源とする機器において、機器の運転や使用に伴って減少する燃料などの液体を補充する必要がある場合が多く、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燃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て燃料などを供給することが行われている。また、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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ソケットとプラグとにそれぞれ弁体が設けられ、これらの弁体は、その軸線方向での後側に配置されたスプリングによって弁座に対して押圧されるとともに、その弁座に接触する部分より先端側に突出した操作部などの突出部を備えている連結装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０５７００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された連結装置では、メタノール等の流路がピストンバルブの上部シール部の内側からピストンバルブの内面側に流路を形成させているため、ピストンバルブの略中間部から下部が空洞になり、円周上に壁が必要なためピストンバルブの径を小さくすることが難しく、また、製作するための金型形状も複雑な構造となるためなおさらピストンバルブを小さくすることが非常に困難であった。
【０００６】
また、シール部の外側に金属製コイルばねを形成しているために、ソケット本体の内径及びハウジングの内径が大きくなり、また、ソケット本体とハウジングがフランジ部を介して連結されているため、ソケットの外径が必然的に大きくなり燃料電池本体を薄くすることができないという問題があった。
【０００７】
さらに、ピストンバルブのシール部がハウジングとソケット本体の二箇所に分かれているため、三部品の同心度を取るのが難しく、ピストンバルブがスムーズに移動をしない、または、密封性に不都合を生じる等の問題があった。
【０００８】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、連結とその解除が容易でありながら小型構造のカップラー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】
【０００９】
上記従来技術の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、供給側コネクターと受容側コネクターとを相互に嵌合させることにより開弁して供給側コネクターに形成されている供給側流路と受容側コネクターに形成されている受容側流路とを連通させる小型カップラーにおいて、前記供給側コネクターと受容側コネクターとの少なくともいずれか一方のコネクターは、他方のコネクターに嵌合させられるように先端部に形成されかつ開口した接続用円筒部と、その接続用円筒部の後方側に連続して一体に形成されるとともに前記接続用円筒部に連通された中空のハウジングと、そのハウジングの内部に軸線方向に前後動可能に格納されたピストンバルブと、そのピストンバルブと前記ハウジングの内周面の間を液密状態にシールするとともにピストンバルブをハウジングの内周面に沿って摺動させるように案内しかつ前記ピストンバルブの後端部側に設けられたシール部と、そのシール部よりも先端部側で前記ピストンバルブを前記ハウジングの内面に摺動させるように設けられた摺動支持部と、前記シール部よりも先端部側で前記ピストンバルブと前記ハウジングの内面との間に形成されかつ前記ハウジングの外部に向けて開口した流路と、前記シール部より後端部側で前記ハウジングの内部に収容されて前記ピストンバルブを先端部側に押圧する弾性体と、その弾性体によって押圧されて前記ピストンバルブが先端部側に位置する状態で前記ピストンバルブの少なくとも一部を密着させて前記流路と前記接続用円筒部との連通を遮断する弁座部とを備えていることを特徴とする小型カップラーである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記弾性体は金属製コイルばねであって、当該弾性体が複数設けられたことを特徴とする小型カップラーである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、一方の前記接続用円筒部が、他方の前記接続用円筒部よりも小径に形成され、かつ当該一方の接続用円筒部の外周には当該他方の接続用円筒部と嵌合連結してシールする凸部が設けられるとともに、当該一方の接続用円筒部の材質が、当該他方の接続用円筒部の材質より軟らかいことを特徴とする小型カップラーである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、前記シール部と摺動支持部との少なくともいずれか一方が、前記ピストンバルブに一体に形成された凸部によって構成され、かつ前記各コネクターのハウジングおよびピストンバルブが、熱可塑性樹脂材からなるとともに、前記ピストンバルブの材質が前記ハウジングの材質より軟らかい熱可塑性樹脂材からなることを特徴とする小型カップラーである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の構成に加え、前記コネクターが、メタノール燃料電池本体と燃料用メタノール容器とを接続するように構成されていることを特徴とする小型きカップラーである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ピストンバルブの外周側とハウジングの内面との間に形成された流路がハウジングの外部に向けて連通した開口まで連通するため、ピストンバルブを簡素な小型構造とすることが可能になり、これに併せてハウジングも小さくなるので外形が小さいコネクターの製作が可能となる。さらに、ピストンバルブとハウジングとが接触するシール部にてシールしているので、摺動の作動不備を防止でき、コンタミの混入を防止できるとともに、ハウジングの外形を小さくすることができ、小型カップラーの製作が可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、ピストンバルブの作動手段となる金属製コイルばねが複数設けられて、ピストンバルブを押圧する弾性力が強化されるので、コネクターの摺動不備を防止させるとともに、閉弁状態におけるピストンバルブと弁座部との密閉性を向上させることができる。また、ハウジングとピストンバルブとのシールを強くすることが可能となり、シール部の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、嵌合連結する際に接続用円筒部同士の嵌合を強化させることが可能になり、この接続用円筒部同士をシールする信頼性を向上させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、供給側コネクターと受容側コネクターとの嵌合連結部の接触密着の仕方が互いに熱可塑性樹脂材で成形された接続用円筒部同士で密着するため、コンタミがメタノールなどの液体に混入することを防ぐことができる。さらに、受容側の接続用円筒部の材質が供給側の小径な接続用円筒部の材質より硬いため、嵌合連結時に受容側の接続用円筒部が摩耗することなく長期の使用に耐えることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、小型カップラーがメタノール燃料電池本体と燃料用メタノール容器との間に設けられているので、小型カップラーの構造に汎用性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、この発明の一実施形態における小型カップラーであり、図２（ａ）の供給側コネクターのＡ−Ａ縦断面図である。（ｂ）は、この発明の一実施形態における小型カップラーであり、図２（ｂ）の受容側コネクターのＢ−Ｂ縦断面図である。
【図２】（ａ）は、供給側コネクターの下端面図である。（ｂ）は、受容側コネクターの上端面図である。
【図３】この発明の一実施形態における小型カップラーの接続状態における縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明を具体例に基づいて説明する。この発明に係る小型カップラー１は、メタノール容器などのカートリッジ容器１０に装着された供給側コネクター３０と、この供給側コネクター３０と嵌合連結されるメタノール燃料電池本体２０に装着された受容側コネクター４０とを備えている。
【００２１】
また、この小型カップラー１の主要な構成部材は、非金属製の構成部材、例えば熱可塑性樹脂材などで作られている。例えば、後述で詳細に説明する金属製コイルばね３７ａ，３７ｂ，４７ａ，４７ｂ以外の構成部材が、熱可塑性樹脂材などで作られている。この熱可塑性樹脂材の例として、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)、高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ)、ポリスチレン(ＰＳ)、ポリブチレンテレフタレート(ＰＢＴ)、ポリアセタール(ＰＯＭ)、ポリエチレンナフタレート(ＰＥＮ)、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリカーボネート(ＰＣ)などが挙げられる。
【００２２】
この供給側コネクター３０には装着大径円筒部３２ｄと装着小径円柱部３２ｅとが設けられており、カートリッジ容器１０の第一装着孔１１ａに装着大径円筒部３２ｄが装着されるとともに、カートリッジ容器１０の第二装着孔１１ｂに装着小径円柱部３２ｅが装着されて、供給側コネクター３０がカートリッジ容器１０に連結される。なお、以下の説明において、供給側コネクター３０をプラグ３０と記載して説明する。さらに、図１（ａ）に例示する図の上方向を後方側もしくは後端部側とし、かつ下方向を前方側もしくは先端部側として、軸線方向におけるプラグ３０の前後方向を説明する。
【００２３】
この発明に係る小型カップラー１は、プラグ３０とソケット４０とが嵌合連結されていない状態では、プラグ３０およびソケット４０が閉弁状態であり、それぞれがカートリッジ容器１０とメタノール燃料電池本体２０とを密閉させている。また、このプラグ３０およびソケット４０はいずれも先端部側に開口を備えるものであって、プラグ３０には供給口が、ソケット４０に受容口が設けられている。
【００２４】
このソケット４０に挿嵌されるプラグ３０は、ソケット４０の開口した接続用円筒部４１に嵌合させられるようにプラグ３０の先端部分に形成された小径接続用円筒部３１を備えている。この小径接続用円筒部３１は、先端が開口しかつ接続用円筒部４１に挿脱される嵌合連結部であり、その外径はソケット４０の接続用円筒部４１の外径よりも小径に形成され、その先端部分に凹部３１ａと凸部３１ｂとが設けられているとともに、開口したソケット４０の接続用円筒部４１に挿嵌させることで接続用円筒部４１の内壁４１ｃとシールする突部である凸リング部３１ｅをその外周部分に備えている。この凸部３１ｂには、ピストンバルブ３３の先端と接触する内面突出部３１ｃが設けられている。また、小径接続用円筒部３１の材質は、接続用円筒部４１の材質よりも軟らかいものである。
【００２５】
なお、シールとは、構成部材同士を接触させて、接触箇所から液体が漏れないように密着させることである。言い換えれば、接触してシールした箇所を境に、一方の空間に液体を密封させた液密状態を保つとともに、他方の空間に液体を進入させない状態に保つことである。すなわち、構成部材間に液体が漏れないように接触させて密着させたことをシールさせたことと言っている。したがって、流路がシールされると、流路を形成する空間が液密状態に保たれ、このシールされた箇所を境に流路を形成しない空間へは流路から液体が進入できないこととなる。
【００２６】
図２（ａ）に例示するように、凹部３１ａは略半円状に形成され、この凹部３１ａに挟まれるようにして凸部３１ｂが直径部分に略長方形状に形成され、中心部分は凹部３１ａと凸部３１ｂとによって小径接続用円筒部３１の連通孔を先端に開口させた供給口が形成されている。
【００２７】
この小径接続用円筒部３１の後方側に連続して一体的に形成されるとともに小径接続用円筒部３１に連通された中空のハウジング３２を備えている。このハウジング３２は、小径接続用円筒部３１と一体に形成されるとともに、ピストンバルブ３３を内部に保持する円筒形状の内壁３２ｂが内面に形成され、ハウジング３２の外部に向けて開口する流路孔３２ｃを内部に設けた装着大径円筒部３２ｄと、装着小径円柱部３２ｅとが外側に形成されている。この装着大径円筒部３２ｄは軸線方向におけるハウジング３２の先端部側に設けられ、この装着大径円筒部３２ｄより軸線方向における後端部側に装着小径円柱部３２ｅが設けられている。ピストンバルブ３３の材質よりも硬い材質によって、このハウジング３２は作られている。
【００２８】
なお、内壁３２ｂは、軸線方向の全てにおいて円筒形状に形成されなくてもよく、ピストンバルブ３３を保持しかつシールした状態で軸線方向に前後動可能に摺動させるような形状に形成されていればよい。例えば、ハウジング３２の内面は、ピストンバルブ３３とシールしかつ摺動させる箇所における内壁３２ｂの軸線方向の一部分が円筒形状であり、ピストンバルブ３３とシールせずかつ摺動させる箇所における内壁３２ｂの軸線方向の一部分は円筒形状に限定されないものであってもよい。言い換えれば、内壁３２ｂは、後述で詳細に説明するリング状凸部３３ｄを前後に摺動させる範囲が円筒形状に形成されればよく、概略リング状凸部３３ｅを前後に摺動させる範囲が円筒形状に限定されるものではない。
【００２９】
このハウジング３２と小径接続用円筒部３１とは仕切部３２ａを介して一体に形成される。また、ハウジング３２の中空の内部は、先端部側に段差を形成する仕切部３２ａによって小径接続用円筒部３１の連通孔に連通している。したがって、この一連に連通された中空の内部はハウジング３２の内径よりも小径接続用円筒部３１の内径が小さくなるように、ハウジング３２と小径接続用円筒部３１とが一体に形成されている。
【００３０】
この仕切部３２ａには、金属製コイルばね３７ａ，３７ｂに押圧されて軸線方向に前進しようとするピストンバルブ３３を受け止めるとともに、この弁体であるピストンバルブ３３と密着して流路を閉止する弁座であるパッキンリング３５が固設されている。また、ハウジング３２の内面とピストンバルブ３３の外面との間に、燃料などの液体が液密状態で流通する流路が形成され、ピストンバルブ３３とパッキンリング３５との接触または離隔に基づく弁開閉によって、この供給側流路をソケット４０に形成された受容側流路に連通させる。
【００３１】
このハウジング３２の内部に軸線方向に開閉往復の前後動を可能に格納された弁体であってハウジング３２内に保持されているピストンバルブ３３を備えている。この弁体であるピストンバルブ３３は、ハウジング３２の内壁３２ｂに保持されるとともに摺動する胴体部３３ａと、この胴体部３３ａの先端部分から一体化して前方側に突出しかつ胴体部３３ａの最小径よりも小径に形成された第一突出部３３ｂと、この胴体部３３ａと一体化して後方側に突出しかつ胴体部３３ａの最大径よりも小径に形成された第二突出部３３ｃとを備えている。このハウジング３２の材質よりも軟らかい材質によって、このピストンバルブ３３は作られている。
【００３２】
また、後退時のピストンバルブ３３を受け止めて停止させるハウジング３２に固定されたハウジング蓋３４を備えている。さらに、このハウジング３２の内部に収容されかつピストンバルブ３３を先端部側へ押圧する弾性体であって軸線方向でピストンバルブ３３とハウジング蓋３４との間にかつ軸線と直交方向でピストンバルブ３３とハウジング３２の内面との間に収容された金属製コイルスプリング３７ａ、３７ｂとを備えている。また、このプラグ３０は、金属製コイルばね３７ａ，３７ｂ以外の構成部材が熱可塑性樹脂材料製とされている。
【００３３】
この胴体部３３ａは、その外周面部分に、軸線方向における後端部側に設けられかつ内壁３２ｂに接触してシールするとともにピストンバルブ３３を内壁３２ｂに沿って摺動させるように案内するシール部であるリング状凸部３３ｄと、このリング状凸部３３ｄより先端部側に設けられ内壁３２ｂとシールせずに接触するとともにピストンバルブ３３を内壁３２ｂに摺動させる摺動支持部である概略リング状凸部３３ｅとを備えている。
【００３４】
また、内壁３２ｂと接触しない胴体部３３ａの外周面部分は、リング状凸部３３ｄから先端部側に向けて徐々に小径となるテーパー状に形成される。したがって、胴体部３３ａは先端部分の径が最小径となり、一方後端部分の径が最大径となる。これによって、このリング状凸部３３ｄよりも先端部側でピストンバルブ３２の外周面とハウジング３３の内壁３２ｂとの間に流路が形成され、かつリング状凸部３３ｄにより流路側が液密状態にシールされている。なお、この外周面部分の全体がテーパー状の面であって、このテーパー面にリング状凸部３３ｄと概略リング状凸部３３ｅとが設けられてもよい。
【００３５】
この概略リング状凸部３３ｅと内壁３２ｂとはシールされずに接触しており、この接触により流路が遮断されることがないように概略リング状凸部３３ｅは形成されている。
【００３６】
例えば、概略リング状凸部３３ｅが内壁３２ｂと連続に接触する場合、概略リング状凸部３３ｅには液体の流路となる縦溝３３ｆが数本設けられる。または、不連続に内壁３２ｂと接触する形状に概略リング状凸部３３ｅが形成されている場合、非接触箇所が液体の流路となる縦溝流路を形成する。したがって、供給側流路は、リング状凸部３３ｄにより液密状態にシールされるとともに、この縦溝３３ｆまたは縦溝流路を介してハウジング３２の外部に向けて開口する流路孔３２ｃと連通され、カートリッジ容器１０の流路孔１２と連通される。
【００３７】
また、閉弁状態において、軸線方向の先端部側にピストンバルブ３３が最も前進した状態となる。この閉弁状態であっても、図１（ａ）に例示するように、リング状凸部３３ｄより先端部側に流路孔３２ｃが位置するように、これらリング状凸部３３ｄと流路孔３２ｃとが配設されている。
【００３８】
この胴体部３３ａの先端部分には、この胴体部３３ａと一体化されて軸線方向の前方側に延設された第一突出部３３ｂと、弁座であるパッキンリング３５と対向する面でありかつ弾性体に押圧されてパッキンリング３５の端面３５ａと当接する開閉当接部３３ｇと、この開閉当接部３３ｇには軸線方向の前方側に突出したリング状突起３３ｈとが設けられている。したがって、金属製コイルばね３７ａ，３７ｂにより先端部側に押圧されて移動したピストンバルブ３３は、リング状突起３３ｈおよび開閉当接部３３ｇがパッキンリング３５の端面３５ａに接触すると閉弁状態となる。図１（ａ）に例示する閉弁状態において、弁体の一部である開閉当接部３３ｇが弁座であるパッキンリング３５に当接し押圧するとともに突起であるリング状突起３３ｈがパッキンリング３５を押し込み、弁体と弁座とを密着させている。したがって、供給側流路はこの弁体と弁座の密着により閉鎖され、供給口と流路孔１２とが不通となり、プラグ３０においてカートリッジ容器１０を密閉している。
【００３９】
この第一突出部３３ｂは、ハウジング３２内から小径接続用円筒部３１内へと延設されているとともに、その外周部分はプラグ３０のいずれの構成部材とも非接触となるように配置される。この第一突出部３３ｂの径は、胴体部３３ａの最小径よりも小径である。また、第一突出部３３ｂの先端部分には、ソケット４０により押圧されてプラグ３０を開弁させるようにピストンバルブ３３を作動させる操作部３３ｉが設けられている。この操作部３３ｉは、プラグ３０の閉弁状態において小径接続用円筒部３１の内面突出部３１ｃと接触し、一方で開弁状態においてこの内面突出部３１ｃと離隔する。したがって、プラグ３０の閉弁状態には、ピストンバルブ３３を内面突出部３１ｃに当てることでピストンバルブ３３のスロトークを規制させる。
【００４０】
一方、胴体部３３ａの後端部分には、この胴体部３３ａと一体化されて軸線方向の後方側に延設された第二突出部３３ｃと、ハウジング蓋３４ｄと対向する面でありかつ弾性体である金属製コイルばね３７ａ，３７ｂにより先端側への弾性力を付勢される被押圧部とが設けられている。この第二突出部３３ｃの後端には、ハウジング蓋３４と対向しかつピストンバルブ３３の後退時にハウジング蓋３４と接触するストッパー部３３ｊが設けられている。この第二突出部３３ｃの径は、胴体部３３ａの最大径よりも小径である。
【００４１】
また、ピストンバルブ３３を先端部側に押圧する弾性体である金属製コイルばね３７ａ，３７ｂは、ハウジング３２内であって、径方向に第二突出部３３ｃの外周面とハウジング３２の内面との間、かつ軸線方向にピストンバルブ３３の後端側の被押圧部とハウジング蓋３４との間の箇所に収容されている。この金属製コイルばね３７ａ，３７ｂが収容されている空間は、シール材であるリング状凸部３３ｄによるピストンバルブ３３の外周面とハウジング３２の内周面とのシールによって、液密状態の供給側流路から完全に隔離されている。したがって、開弁状態または閉弁状態のいずれの状態においても、流路を流通する燃料などの液体が、金属製コイルばね３７ａ，３７ｂに接触することがないように構成部材が配置されている。
【００４２】
この受容側コネクター４０には装着大径円筒部４２ｄと装着小径円柱部４２ｅとが設けられており、メタノール燃料電池本体２０の第一装着孔２１ａに装着大径円筒部４２ｄが装着されかつメタノール燃料電池本体２０の第二装着孔２１ｂに装着小径円柱部４２ｅが装着されて、受容側コネクター４０がメタノール燃料電池本体２０に連結される。なお、以下の説明において、受容側コネクター４０をソケット４０と記載して説明する。さらに、図１（ｂ）に例示する図の上方向を前方側もしくは先端部側とし、かつ下方向を後方側もしくは後端部側として、軸線方向におけるソケット４０の前後方向を説明する。
【００４３】
このプラグ３０を挿嵌させるソケット４０は、プラグ３０の小径接続用円筒部３１を嵌入させるソケット４０の先端部分に形成された接続用円筒部４１を備えている。この接続用円筒部４１は、先端および中心が開口しかつ小径接続用円筒部３１を挿脱させる嵌合連結部であって、その先端部分が開口端の円筒形状に形成されている。この開口端から開口内に向けて小径接続用円筒部３１を挿入させ係止する内壁４１ｃが軸線方向に形成され、この底部には所定の深さで凹部４１ａと凸部４１ｂとが設けられている。図１（ｂ）に例示するように、この内壁４１ｃは開口端から底部に向けて縮径のテーパ状に形成されているとともに、この凹部４１ａと凸部４１ｂとは、仕切部４２ａから開口端に向けて軸線方向に異なる長さに形成され、開口端からの深さが異なるように形成されている。また、接続用円筒部４１の材質は、小径接続用円筒部３１の材質よりも硬いものである。
【００４４】
また、この底部には、内壁４１ｃから径方向に延設された凹部４１ａおよび凸部４１ｂによって形成され、この開口端の径よりも小径な受容口が形成されている。図２（ｂ）に例示する受容側コネクター４０の先端部分のように、この凸部４１ｂは略半円状に形成され、これら凸部４１ｂに挟まれるようにして凹部４１ａは直径部分に略長方形状に形成され、円中心部分は凹部４１ａと凸部４１ｂとによって接続用円筒部４１の連通孔である受容口が形成されている。この受容口は、図１（ｂ）に例示するように、凹部４１ａおよび凸部４１ｂによってテーパー状に形成された内面テーパー部４２ｆによって形成されている。したがって、この受容口は、後端側の仕切部４２ａにより形成される口径から先端側の開口に向けて徐々に小径となるように形成されている。
【００４５】
この接続用円筒部４１の後方側に連続して一体に形成されているとともに接続用円筒部４１に連通された中空のハウジング４２を備えている。このハウジング４２は、接続用円筒部４１と一体に形成されているとともに、ピストンバルブ４３を内部に保持する円筒形状の内壁４２ｂが内面に形成され、ハウジング４２の外部に向けて開口する流路孔４２ｃを設けた装着大径円筒部４２ｄと、装着小径円柱部４２ｅとが外側に形成されている。この装着大径円筒部４２ｄは軸線方向におけるハウジング４２の先端部側に設けられ、この装着大径円筒部４２ｄより軸線方向における後端部側に装着小径円柱部４２ｅが設けられている。このハウジング４２の材質は、ピストンバルブ４３の材質よりも硬いものである。
【００４６】
なお、内壁４２ｂは、軸線方向の全てにおいて円筒形状に形成されなくてもよく、ピストンバルブ４３を保持しかつシールした状態で軸線方向に前後動可能に摺動させるような形状に形成されていればよい。例えば、ハウジング４２の内面は、ピストンバルブ４３とシールしかつ摺動させる箇所における内壁４２ｂの軸線方向の一部分が円筒形状であり、ピストンバルブ４３とシールせずかつ摺動させる箇所における内壁４２ｂの軸線方向の一部分は円筒形状に限定されないものであってもよい。
【００４７】
このハウジング４２と接続用円筒部４１とは仕切部４２ａを介して一体に形成される。また、ハウジング４２の内部は、先端部側に段差を形成する仕切部４２ａによって形成された接続用円筒部４１に連通する連通孔に続いており、連通孔の内径がハウジング４２の内径及び接続用円筒部４１の内径よりも小さくなるように一体に形成されている。
【００４８】
この仕切部４２ａには、金属製コイルばね４７ａ，４７ｂに押圧されて軸線方向に前進しようとするピストンバルブ４３を受け止めるとともに、この弁体であるピストンバルブ４３と密着して流路を閉止する弁座であるパッキンリング４５が固設されている。また、ハウジング４２の内面とピストンバルブ４３の外面との間に、燃料などの液体が液密状態で流通する流路が形成され、ピストンバルブ４３とパッキンリング４５との接触または離隔に基づく弁開閉によって、この受容側流路をプラグ３０に形成された供給側流路に連通させる。
【００４９】
このハウジング４２の内部に軸線方向に開閉往復するための前後動を可能に格納された弁体であってハウジング４２に保持されているピストンバルブ４３を備えている。このピストンバルブ４３は、ハウジング４２の内壁４２ｂに保持されるとともに摺動する胴体部４３ａと、この胴体部４３ａの先端部分から一体化して前方側に突出しかつ胴体部４３ａの最小径よりも小径に形成された第一突出部４３ｂと、この胴体部４３ａと一体化して後方側に突出しかつ胴体部４３ａの最大径よりも小径に形成された第二突出部４３ｃとを備えている。このピストンバルブ４３の材質は、ハウジング４２の材質よりも軟らかいもので作られている。
【００５０】
また、後退時のピストンバルブ４３を軸線方向に受け止めて停止させるハウジング４２に固定されたハウジング蓋４４を備えている。このハウジング４２の内部に収容されかつピストンバルブ４３を先端部側へ押圧する弾性体であって軸線方向でピストンバルブ４３とハウジング蓋４４との間にかつ軸線と直交方向でピストンバルブ４３とハウジング４２の内面との間に収容された金属製コイルスプリング４７ａ、４７ｂとを備えている。また、このソケット４０は、金属製コイルばね４７ａ，４７ｂ以外の構成部材が熱可塑性樹脂材料製とされている。
【００５１】
この胴体部４３ａは、その外周面部分に、軸線方向における後端部側に設けられ内壁４２ｂに接触してシールするとともにピストンバルブ４３を内壁４２ｂに沿って摺動させるように案内するシール部であるリング状凸部４３ｄと、このリング状凸部４３ｄより先端部側に設けられ内壁４２ｂとシールせずに接触するとともにピストンバルブ４３を内壁４２ｂに摺動させる摺動支持部である概略リング状凸部４３ｅとを備えている。
【００５２】
また、内壁４２ｂと接触しない胴体部４３ａの外周面部分は、リング状凸部４３ｄから先端部側に向けて徐々に小径となるテーパー状に形成される。したがって、胴体部４３ａは先端部分の径が最小径となり、一方後端部分の径が最大径となる。この構成よって、このリング状凸部４３ｄよりも先端部側でピストンバルブ４３の外周面とハウジング４２の内壁４２ｂとの間に流路が形成され、かつリング状凸部４３ｄにより液密状態にシールされている。なお、この外周面部分の全体がテーパー状の面であって、このテーパー面にリング状凸部４３ｄと概略リング状凸部４３ｅとが設けられてもよい。
【００５３】
この概略リング状凸部４３ｅと内壁４２ｂとはシールさせずに接触しており、この接触により流路が遮断されることがないように概略リング状凸部４３ｅは形成されている。例えば、概略リング状凸部４３ｅが内壁４２ｂと連続に接触する場合、概略リング状凸部４３ｅには液体の流路となる縦溝４３ｆが数本設けられている。または、不連続に内壁４２ｂと接触する形状に概略リング状凸部４３ｅが形成されている場合、非接触箇所が液体の流路となる縦溝流路を形成する。したがって、受容側流路は、リング状凸部４３ｄにより液密状態にシールされるとともに、この縦溝４３ｆまたは縦溝流路を介してハウジング４２の外部に向けて開口する流路孔４２ｃと連通され、メタノール燃料電池本体２０の流路孔２２と連通される。
【００５４】
また、閉弁状態において、軸線方向の先端部側にピストンバルブ４３が最も前進した状態となる。この閉弁状態であっても、図１（ｂ）に例示するように、リング状凸部４３ｄより先端部側に流路孔４２ｃが位置するように、これらリング状凸部４３ｄと流路孔４２ｃとが配設されている。
【００５５】
胴体部４３ａの先端部分には、この胴体部４３ａと一体化されて軸線方向の前方側に延設された第一突出部４３ｂと、弁座であるパッキンリング４５と対向する面でありかつ弾性体に押圧されたピストンバルブ４３がパッキンリング４５と当接する開閉当接部４３ｇと、この開閉当接部４３ｇには軸線方向の前方側に突出したリング状突起４３ｈとが設けられている。したがって、金属製コイルばね４７ａ，４７ｂにより先端部側に押圧されて移動したピストンバルブ４３は、リング状突起４３ｈおよび開閉当接部４３ｇがパッキンリング４５に接触すると閉弁状態となる。図１（ｂ）に例示する閉弁状態において、弁体の一部である開閉当接部４３ｇが弁座であるパッキンリング４５に当接し押圧するとともに突起であるリング状突起４３ｈがパッキンリング４５を押し込み、弁体と弁座とを密着させている。したがって、受容側流路はこの弁体と弁座の密着により閉鎖され、受容口と流路孔２２とが不通となり、ソケット４０においてメタノール燃料電池本体２０を密閉している。
【００５６】
この第一突出部４３ｂは、ハウジング４２内から接続用円筒部４１内へと略円柱状に延設されるとともに、前方の先端部分には操作部４３ｉが設けられている。この操作部４３ｉの外周部分には、先端に向けて小径となるようなテーパー状のテーパー部４３ｋが形成されている。このテーパー部４３ｋは、ソケット４０が閉口状態において接続用円筒部４１の内面テーパー部４２ｆと接触し、一方で開口状態においてはこの内面テーパー部４２ｆと離隔する。したがって、ソケット４０における流路を閉鎖するときは、テーパー部４３ｋを内面テーパー部４２ｆに当てることでピストンバルブ４３のスロトークを規制させる。
【００５７】
また、この第一突出部４３ｂの先端部分は、嵌合連結する状態においてプラグ３０の小径接続用円筒部３１を挿入されるものであり、この小径接続用円筒部３１を挿入される部分は円柱形状に形成されている。換言すれば、第一突出部４３ｂのうち少なくとも軸線方向に凸部４１ｂよりも突出した部分は、内面テーパ部４２ｆに接触しない直径を備えた円柱形状に形成されている。
【００５８】
一方、胴体部４３ａの後端部分には、この胴体部４３ａと一体化されて軸線方向の後方側に延設された第二突出部４３ｃと、ハウジング蓋４４と対向する面でありかつ弾性体である金属製コイルばね４７ａ，４７ｂにより先端側への弾性力を付勢される被押圧部とが設けられている。この第二突出部４３ｃの後端には、ハウジング蓋４４と対向しかつピストンバルブ４３の後退時にはハウジング蓋４４と接触するストッパー部４３ｊが設けられている。この第二突出部４３ｃの径は、胴体部４３ａの径よりも小径である。
【００５９】
また、ピストンバルブ４３を先端部側に押圧する弾性体である金属製コイルばね４７ａ，４７ｂは、ハウジング４２内であって、径方向に第二突出部４３ｃの外周面とハウジング４２の内面との間、かつ軸線方向にピストンバルブ４３の後端側の被押圧部とハウジング蓋４４との間の箇所に収容されている。この金属製コイルばね４７ａ，４７ｂが収容されている空間は、シール材であるリング状凸部４３ｄによるピストンバルブ４３の外周面とハウジング４２の内周面とのシールによって、液密状態の受容側流路から完全に隔離されている。したがって、開弁状態または閉弁状態のいずれの状態においても、流路を流通する燃料などの液体が、金属製コイルばね４７ａ，４７ｂに接触することがないように構成部材が配置されている。
【００６０】
次に、接続状態すなわち嵌合連結しているプラグ３０とソケット４０とについて説明する。図３に例示する小型カップラー１は、このプラグ３０とソケット４０とが嵌合連結された接続状態である。この接続状態における小型カップラー１は、プラグ３０をソケット４０に押し込んで互いに嵌合連結させることにより各々開弁して、すなわち供給側流路と受容側流路とを連通させて、カートリッジ容器１０からメタノール燃料電池本体２０側へ燃料を供給させる。
【００６１】
プラグ３０の小径接続用円筒部３１がソケット４０の接続用円筒部４１内に嵌合連結されており、プラグ３０の凹部３１ａと凸部３１ｂとが、それぞれソケット４０の凸部４１ｂと凹部４１ａとに嵌合し、凸リング部３１ｅと内壁４１ｃとが係止してプラグ３０とソケット４０との嵌合連結部分をシールしている。
【００６２】
この嵌合連結をしている状態において、操作部３３ｉと操作部４３ｉとが接触してそれぞれ押圧し合い、ピストンバルブ３３，４３が金属製コイルばね３７ａ，３７ｂ，４７ａ，４７ｂに付勢される弾性力に抗してそれぞれ後方へ移動させられ各々弁体と弁座が離隔して開弁状態となる。これらピストンバルブ３３，４３が開弁すると、それぞれプラグ３０とソケット４０とが開弁状態となる。この開弁状態において、供給口と受容口とが連通になっている。
【００６３】
プラグ３０において、操作部３３ｉがソケット４０の操作部４３ｉから受ける力に基づきピストンバルブ３３は後退させられて、金属製コイルばね３７ａ，３７ｂがピストンバルブ３３に圧縮され、開閉当接部３３ｇおよびリング状突起３３ｈが、パッキンリング３５の端面３５ａから離れて開弁状態となり、この離隔した部材間に供給側の流路３６が形成される。この流路３６が形成されることで、縦溝３３ｆもしくは縦溝流路を介して、カートリッジ容器１０の流路孔１２とプラグ３０の供給口とが連通される。したがって、ピストンバルブ３３の開閉当接部３３ｇを開閉させると、流路３６が開通または閉鎖され、流路孔１２と供給口とが連通されたり遮断されたりする。
【００６４】
また、ソケット４０において、操作部４３ｉがプラグ３０の操作部３３ｉから受ける力に基づきピストンバルブ４３が後退させられて、金属製コイルばね４７ａ，４７ｂがピストンバルブ４３に圧縮され、開閉当接部４３ｇおよびリング状突起４３ｈが、パッキンリング４５の端面４５ａから離れて開弁状態となり、この離隔した間に流路４６が形成される。この流路４６が形成されることで、縦溝４３ｆもしくは縦溝流路を介して、メタノール燃料電池本体２０の流路孔２２とソケット４０の受容口とが連通される。したがって、ピストンバルブ４３の開閉当接部４３ｇを開閉させると、流路４６が開通または閉鎖され、流路孔２２と受容口とが連通されたり遮断されたりする。
【００６５】
以上、詳細に説明してきたこの発明に係る小型カップラーの実施形態によれば、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小型のカップラーを製作することが可能となる。
【００６６】
また、リング状突起がパッキンリングをハウジングへ押し付けることによって、供給側コネクターはカートリッジ容器の密封性を保つことができるので、パッキンリングが摩耗してしまうおそれがない。さらに、供給側コネクターにおいて流路を閉鎖するときには、ピストンバルブを小径接続用円筒部の内面突出部に当てることでピストンバルブのスロトークを規制させることができる。
【００６７】
さらに、この小型カップラーの受容側コネクターは、接続用円筒部が底部に凹部と凸部とを備えかつ内壁がテーパー状に形成されているので、供給用コネクターとの嵌め合いの不備を防止させることができる。
【００６８】
閉弁状態から開弁状態へ移行中も、金属製コイルばねが常に、供給側コネクターまたは受容側コネクター内を流れる液体とは完全に隔離されているので、メタノールなどの液体が金属製コイルばねに触れることがなく、この液体に金属製コイルばね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。したがって、メタノールなどの液体に金属製コイルばねの金属イオンが溶出して、反応速度を低下させ燃料電池の性能を低下させることを防止できる。
【００６９】
また、リング状突起がパッキンリングをハウジングへ押し付けることによって、受容側コネクターは燃料電池本体の密封性を保つことができるので、パッキンリングが摩耗してしまうおそれがない。受容側流路を閉鎖するときは、ピストンバルブのテーパー部を仕切部の内面テーパー部に接触させることで、ピストンバルブのスロトークを規制させることができる。
【００７０】
ピストンバルブの外周面とハウジングの内壁面との間に流路を形成させるので、ピストンバルブの内部構造を簡素にすることができ、カップラーの小型化を図ることができる。また、従来はシール部材としてリングシールを用いているが、本実施形態におけるシール部によれば、径方向の外形を小さくさせることができ、カップラーのさらなる小型化を図ることができる。
【００７１】
ハウジングとピストンバルブとを封止する熱可塑性樹脂製のシール部によれば、ゴム製リングシールなどをシール部材に用いた場合に比べ、往復運動の摺動不備を防止でき、摩耗によるシール部の欠損を防止できてコンタミの混入を防止できるとともに、耐久性を向上させることができる。さらに、供給側コネクターと受容側コネクターとを封止するシール部についても、嵌合連結の作動不備を防止でき、シール部の欠損によるコンタミの混入を防止できるとともに、耐久性を向上させる。
【００７２】
また、供給側コネクターの小径接続用円筒部の材質は、受容側コネクターの接続用円筒部の材質よりも軟らかいため、摩耗に対する耐久性を向上させることができる。
【００７３】
なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、前述した各部分の構成の一部を変更してもよい。例えば、対象とする液体はメタノール以外の液体であってもよく、また機器本体は燃料電池に限られず、さらに、弾性体をコイルスプリング以外のものに変更し、シール材やＯリングの数等を変更するなど、設計上の変更を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１…カップラー、  １０…カートリッジ容器、  ２０…メタノール燃料電池の本体、  １２，２２…流路孔、  ３０…供給側コネクター（プラグ）、  ４０…受容側コネクター（ソケット）、  ３１，４１…接続用円筒部、  ３２,４２…ハウジング、  ３２ｃ，４２ｃ…流路孔、  ３３，４３…ピストンバルブ、  ３３ｄ，４３ｄ…リング状凸部、  ３３ｅ，４３ｅ…概略リング状凸部、  ３３ｊ，４３ｊ…ストッパー部、  ３５，４５…パッキンリング、  ３６，４６…流路、  ３７ａ，３７ｂ，４７ａ，４７ｂ…金属製コイルばね。
【図１】
2013002576.tif 000003
【図２】
2013002576.tif 000004
【図３】
2013002576.tif 000005