(57)【要約】【課題】正圧型燃料カートリッジのコネクタを保護するとともに、燃料の漏洩を防止するためのキャップ構造体とそれを用いた燃料カートリッジを提供することを目的とする。【解決手段】本発明によるキャップ構造体は受け部４Ａと、キャップ６Ａと、シール部材７Ａとを有する。受け部４Ａは燃料カートリッジのコネクタ５周囲に、気密に固定されている。キャップ６Ａは受け部４Ａの内側に着脱可能に装着される。シール部材７Ａはキャップ６Ａと受け部４Ａとの間に介在し、コネクタ５を密封する。そしてキャップ６Ａは装着時に、コネクタ５との間に空間を設けつつ、受け部４Ａとともにコネクタ５を密閉し、この空間の圧力が上昇すると受け部４Ａに対するキャップ６Ａの係合が強固になる。【選択図】図３
2009140853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正圧型燃料カートリッジのコネクタの周囲に設けるキャップ構造体であって、
前記燃料カートリッジの前記コネクタ周囲に気密に固定された受け部と、
筒部と底部を有し、前記受け部の内側に着脱可能に嵌め込まれたキャップと、
前記キャップと前記受け部との間、または前記キャップと前記燃料カートリッジとの間に介在し、前記コネクタを密封するシール部材とを備え、
前記キャップは装着時に、前記コネクタとの間に空間を設けつつ、前記受け部とともに前記コネクタを気密に密閉し、前記空間の圧力が上昇すると前記受け部に対する前記キャップの係合が強固になるキャップ構造体。
【請求項２】
前記キャップの前記筒部の外側と前記受け部の内側のいずれか一方に凸部が設けられるとともに、もう一方に凹部が設けられ、前記キャップを前記受け部の内側に嵌め込みつつ前記凹部に前記凸部を嵌め込むことで前記キャップが前記受け部に固定される請求項１記載のキャップ構造体。
【請求項３】
前記凸部はリング状であり、前記底部に近い側の曲率半径が前記底部に遠い側の曲率半径より小さい請求項２記載のキャップ構造体。
【請求項４】
前記受け部と前記キャップの前記筒部とに、互いに噛合うねじ形状が設けられた請求項１または２記載のキャップ構造体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のキャップ構造体と、
前記キャップ構造体の受け部が装着された本体部と、
前記本体部から燃料を外部に供給するためのコネクタと、を備えた燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池で構成された発電部を含む機器と接続する燃料カートリッジに関し、特に燃料カートリッジのコネクタを収納、保護するキャップ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として、小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まっている。また、充電の必要な二次電池よりも、燃料を供給することによって長時間連続使用が可能な燃料電池が注目されている。
【０００３】
小型携帯電子機器に搭載される小型の燃料電池として、メタノールやメタノール水溶液、蟻酸水溶液などの液体燃料を用いるタイプの燃料電池が注目されている。このような燃料は、一般的に人体に対して有害である。そのため、燃料電池に燃料を供給する形態としては、コネクタを有する液体燃料を封入した燃料カートリッジが一般的に利用される。
【０００４】
そして、燃料カートリッジのコネクタと、電子機器に内蔵された燃料電池に燃料を供給するコネクタとを嵌合したときに、例えばばねの押圧力で密閉されている燃料を通液することにより、燃料電池に燃料が供給される。その場合、燃料カートリッジの燃料が漏れないことが強く求められている。特に液体燃料を用いる場合、その液体燃料が人体に有害なため両者のコネクタは気密を保って接続される構造を有する（例えば特許文献１）。
【０００５】
また燃料カートリッジには、予め内部が正圧（加圧）状態に設定されたものがある。このような燃料カートリッジは電子機器とコネクタで接続するだけで、外部から押圧することなく内部の燃料を電子機器に供給することができる。
【特許文献１】特開２００７−１２８８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
小型の燃料電池は携帯電話などの携帯機器へ搭載することが期待されている。そのため燃料カートリッジも携帯機器と同様、鞄に入れて運搬されることが想定される。しかしながら燃料カートリッジのコネクタは複雑な構造である上に、接続部分が小さい。そのため、運搬中に破損する可能性がある。特に上述のような正圧型の燃料カートリッジではコネクタが故障した場合、内圧により燃料が容易に漏洩する。
【０００７】
本発明は、これらの問題点を解決し、燃料カートリッジのコネクタが故障した際に燃料カートリッジから燃料が外部に漏洩するのを防ぐキャップ構造体とそれを備えた燃料カートリッジ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によるキャップ構造体は受け部と、キャップと、シール部材とを有する。受け部は燃料カートリッジのコネクタ周囲に気密に固定されている。キャップは筒部と底部を有し、受け部の内側に着脱可能に嵌め込まれる。シール部材はキャップと受け部との間、またはキャップと燃料カートリッジとの間に介在し、コネクタを密封する。キャップは装着時に、コネクタとの間に空間を設けつつ、受け部とともにコネクタを気密に密閉し、その空間の圧力が上昇すると受け部に対するキャップの係合が強固になる構造を有する。
【０００９】
このようなキャップ構造体を設けることにより、万が一、燃料カートリッジのコネクタが故障しても燃料カートリッジの内圧がキャップの内側に作用してキャップの外形が膨らむため、容易に外れなくなる。そのため燃料カートリッジから燃料が外部に漏洩するのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、正圧型の燃料カートリッジのコネクタが故障した際に、その内圧を利用することでキャップが容易に外れなくなる。そのため、ユーザはコネクタが故障していることを認識するとともに、有害な燃料が外部に漏洩す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】
【００１１】
本発明の第１の発明は、正圧型燃料カートリッジのコネクタの周囲に設けられるキャップ構造体である。このキャップ構造体は受け部と、キャップと、シール部材とを有する。受け部は燃料カートリッジのコネクタ周囲に気密に固定されている。キャップは筒部と底部を有し、受け部の内側に着脱可能に嵌め込まれる。シール部材はキャップと受け部との間、またはキャップと燃料カートリッジとの間に介在し、コネクタを密封する。キャップは装着時に、コネクタとの間に空間を設けつつ、受け部とともにコネクタを気密に密閉し、その空間の圧力が上昇すると受け部に対するキャップの係合が強固になる構造を有する。このようなキャップ構造体を設けることにより、万が一、燃料カートリッジのコネクタが故障しても燃料カートリッジの内圧がキャップの内側に作用してキャップの外形が膨らむため、容易に外れなくなる。そのため燃料カートリッジから燃料が外部に漏洩するのを防ぐことができる。
【００１２】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、キャップの筒部の外側と受け部の内側のいずれか一方に凸部が設けられるとともに、もう一方に凹部が設けられたキャップ構造体である。キャップを受け部の内側に嵌め込む際、凹部に凸部を嵌め込むことでキャップが受け部に固定される。このようなワンタッチ構造によってキャップ内の空間の圧力が上昇すると受け部に対するキャップの係合が強固になる。
【００１３】
本発明の第３の発明は、第２の発明において、凸部はリング状であり、底部に近い側の曲率半径が底部に遠い側の曲率半径より小さいキャップ構造体である。凸部をこのような形状にすることでキャップの内側に作用する圧力を凸部の底部に近い側で受け止め、キャップが受け部から確実に抜けにくくなる。
【００１４】
本発明の第４の発明は、第１、第２の発明において、受け部とキャップの筒部とに、互いに噛合うねじ形状が設けられたキャップ構造体である。このようにねじ形状を設けることにより受け部にキャップが強固に嵌め合わされる。
【００１５】
本発明の第５の発明は、第１から第４の発明によるキャップ構造体と、このキャップ構造体の受け部が装着された本体部と、本体部から燃料を外部に供給するためのコネクタを有する燃料カートリッジである。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるキャップ構造体の受け部を装着した燃料カートリッジと燃料電池を搭載した機器との接続前の状態を示す概念図、図２は図１における燃料カートリッジと機器とのコネクタ部分の断面図である。図３は本発明の実施の形態１によるキャップ構造体の受け部にキャップを装着した状態を示す断面図である。
【００１８】
機器１は燃料電池で構成された発電部２を含む。なお機器１や燃料カートリッジ３の内部の詳細な構造は省略する。燃料カートリッジ３は燃料を外部に供給するためのコネクタ５を有する。ここで燃料とは、メタノールやその水溶液、蟻酸などの液体燃料を意図している。
【００１９】
燃料カートリッジ３の内部は、予め正圧（加圧）状態に設定されている。このような燃料カートリッジは電子機器とコネクタで接続する電子機器に供給することができる。ユーザは機器１のコネクタ５とコネクタ１１とを結合するだけで、外部から押圧することなく燃料カートリッジ３内の燃料を、発電部２を有する機器１へ送ることができる。
【００２０】
なお発電部２は、燃料電池とこの燃料電池の燃料を蓄えるためのタンクとを有している。図１において発電部２は機器１に内蔵されている。しかしながら発電部２は機器１と別体に設けられ、機器１の本体と組み合わせて使用してもよい。また上述のタンクあるいは燃料電池のいずれかだけが機器１と別体に設けられていてもよい。したがって機器１は少なくとも燃料電池で構成された発電部の一部でも含めばよい。
【００２１】
次に機器１のコネクタ１１と燃料カートリッジ３のコネクタ５の接続構造について図２を参照しながら説明する。コネクタ１１は弁体１２とＯリング１３、１４とばね１５とを有する。また凹状のコネクタ１１の周囲には基準面１６が形成されている。一方、コネクタ５はノズル部５１とＯリング５２、５５と弁体５３とばね５４とを有する。
【００２２】
この構成においてコネクタ１１とコネクタ５とが接続を形成する手順を説明する。最初にコネクタ５にコネクタ１１のノズル部５１を挿入する。このときコネクタ１１の内壁にＯリング５２が密着し、コネクタ１１とコネクタ５との間でシーリングを確保する。そのままノズル部５１を挿入し続けると、弁体１２と弁体５３とが互いの突起部で当たる。ここでばね５４はばね１５より強く設定されている。そのため、先に弁体１２が押し上げられ、Ｏリング１４によるシーリングが解放される。すなわちコネクタ１１のバルブが開く。
【００２３】
さらにノズル部５１を挿入し続けると、ノズル部５１の先端がＯリング１３に当接して、Ｏリング１３によってトップシールドが形成される。さらにノズル部５１を挿入すれば弁体１２が上死点に達するため、弁体５３が押し下げられる。その結果、Ｏリング５５によるシーリングが解放される。すなわちコネクタ５のバルブが開く。そして基準面１６とコネクタ５の基準面５６とが当接してコネクタ１１にノズル部５１を挿入する動作が終了する。
【００２４】
以上のようにしてコネクタ１１とコネクタ５とが２重にシーリングされながら両者のバルブが開いて燃料を供給する経路が開いた状態になる。このようにコネクタ１１とコネクタ５には燃料が外部へ漏れることを防ぐ機構が形成されている。また基準面１６、５６とバルブの開閉位置との精度を確保することによって機器１の全長に関わらず、上述のバルブシーケンスが極めて小さな挿入しろでも確実に実行される。
【００２５】
次に、コネクタ５を覆うキャップ構造体について、図３を中心に説明する。キャップ構造体は燃料カートリッジ３のコネクタ５の周囲に設けられ、受け部４Ａと、キャップ６Ａと、シール部材７Ａとを有する。
【００２６】
受け部４Ａはコネクタ５の周囲で、燃料カートリッジ３の本体部３１に気密に固定されている。キャップ６Ａは筒部６１と底部６２とを有し、受け部４Ａに着脱可能に嵌め込まれる。受け部４Ａとキャップ６Ａとは摺動して着脱される。そのため、同程度の硬さを有する材料で構成することが好ましい。例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィンやボリアセタール（ＰＯＮ）、ナイロン６６（ＰＡ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂や金属、セラミックなどで構成することができる。この中では、シール部材７Ａを保持する溝を形成しやすい点から樹脂で構成することが望ましい。受け部４Ａは、例えば接着剤により燃料カートリッジ３に気密に固定することができる。あるいは燃料カートリッジ３の本体部３１と一体に形成してもよい。
【００２７】
シール部材７Ａはキャップ６Ａの筒部６１と受け部４Ａとの間に介在し、キャップ６Ａと受け部４Ａとの間をシールする。すなわちシール部材７Ａはコネクタ５を密封する。シール部材７Ａとして、例えばゴムのＯリングを用いることができる。
【００２８】
キャップ６Ａを受け部４Ａの内側に装着すると、コネクタ５とキャップ６Ａとの間に空間を設けつつ、キャップ６Ａと受け部４Ａとがコネクタ５を気密に密閉する。このようなキャップ構造体を用いることにより、燃料カートリッジ３のコネクタ５を外力から保護できるとともに、燃料の漏洩を防止することができる。
【００２９】
上述のようにコネクタ５には弁体５３やばね５４など小さな部品が組み込まれている。しかもノズル部５１の外径も直径４ｍｍから８ｍｍ程度であるので外力に対する強度が小さい。しかしながら本実施の形態ではキャップ６Ａがコネクタ５と離れた状態で装着される。そのため、キャップ６Ａを装着すればコネクタ５に何も当たらないばかりか、キャップ６Ａとコネクタ５とが当接する場合に比べ外力がほとんど及ばない。そのため確実にコネクタ５を外力から保護でき、燃料の漏洩を防止することができる。
【００３０】
また発電部２を内蔵する機器１との接続を繰り返すことにより外部に露出した燃料がコネクタ５に残留する場合がある。このような状態でもキャップ構造体は残留燃料を封じ込めることができる。そのため幼児などが誤ってコネクタ５を口に入れた場合の安全性も確保できる。
【００３１】
また、キャップ６Ａが受け部４Ａの内側に着脱され、キャップ６Ａの筒部６１の外側には凸部６３が設けられ、受け部４Ａの内側には凹部４１が設けられている。そしてキャップ６Ａを受け部４Ａの内側に嵌め込みつつ凹部４１に凸部６３を嵌め込むことで、キャップ６Ａと受け部４Ａとが着脱可能に固定される。このように凹部４１と凸部６３とがキャップ６Ａと受け部４Ａとを着脱可能に固定するロック部を構成している。そのため確実に燃料の漏洩を防止することができる。またユーザが指で受け部４Ａにキャップ６Ａを嵌め込んでいくと、凹部４１に凸部６３が入ったときに装着が完了した感触を得られる。そのためユーザは確実にキャップ６Ａを装着することができる。なお凹部４１、凸部６３の代わりに筒部６１の外側に凹部を設け、受け部４Ａの内側に凸部を設けてもよい。すなわち、キャップ６Ａの筒部６１の外側と受け部４Ａの内側のいずれか一方に凸部が設けられるとともに、もう一方に凹部が設けられていればよい。
【００３２】
しかも万が一、コネクタ５が故障しても燃料カートリッジ３の内圧がキャップ６Ａの内側に作用してキャップ６Ａの外形が膨らむ。これによって受け部４Ａの凹部４１に対するキャップ６Ａの凸部６３の係合が強固になる。そのためキャップ６Ａが容易に外れなくなるので燃料カートリッジ３から燃料が外部に漏洩するのを防ぐことができる。
【００３３】
なお凸部６３はリング状であり、底部６２に近い側の曲率半径が底部６２に遠い側の曲率半径より小さいことが好ましい。凸部６３をこのような形状にすることでキャップ６Ａの内側に作用する圧力を凸部６３の底部６２に近い側で受け止め、キャップ６Ａが受け部４Ａから確実に抜けにくくなる。
【００３４】
なお、シール部材７Ａはキャップ６Ａの筒部６１の下面と本体部３１との間に介在させてもよい。その場合、凹部４１に凸部６３が入ったときに本体部３１と筒部６１との距離がシール部材７Ａの厚み（直径）より小さくなるように設定することが好ましい。これにより適度にシール部材７Ａを圧縮させて確実にコネクタ５を密閉することができる。
【００３５】
なお、図１、図２に示すように、機器１を燃料カートリッジ３と結合する際には、機器１は受け部４Ａの内側に装着される。そのため受け部４Ａは、機器１を燃料カートリッジ３へ結合する際のガイドとしても機能する。
【００３６】
なお本実施の形態の燃料カートリッジ３に類似するものとして、可搬型のガスコンロに燃料を供給するガスカートリッジが市販されている。このようなガスカートリッジを流通する際には、ガスカートリッジのコネクタノズルに樹脂キャップが嵌められている。このキャップはワンタッチでガスカートリッジに装着され、容易に外すことができる。ガスカートリッジは燃料カートリッジ３のように鞄に入れて運搬されることは少ない。また内容物のガス自体は可燃性であるものの、人体に有害ではない。そのため、もしコネクタノズルに不具合があった場合でも高圧のガスによってキャップが外れるようになっている。しかしながらこのような構造のキャップは人体に有害な燃料を蓄えた燃料カートリッジ３に適用することはできない。以上のように、本実施の形態によるキャップ構造体はガスカートリッジ用キャップとは異なるものである。
【００３７】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２によるキャップ構造体の断面図である。このキャップ構造体もまた燃料カートリッジ３のコネクタ５の周囲に設けられ、受け部４Ｂと、キャップ６Ｂと、シール部材７Ｂとを有する。
【００３８】
受け部４Ｂとキャップ６Ｂの筒部６１とには、互いに噛合うねじ形状部１０が設けられている。そしてキャップ６Ｂの筒部６１の外側に凸部６３が設けられ、受け部４Ｂの内側に凹部４１が設けられている。この構造では、ユーザが受け部４Ｂに対し筒部６１をねじ込むことで、両者がねじで噛合う。さらに凹部４１に凸部６３を嵌め込むことで、凹部４１と凸部６３とが固定される。そのため、２つの構造でさらに確実に受け部４Ｂとキャップ６Ｂとを固定できるとともに、ユーザはキャップ６Ｂのねじ込みの完了を感覚的に知ることができる。なお実施の形態１と同様に、凹部４１、凸部６３の代わりに、キャップ６Ｂの筒部６１の外側に凹部を設け、受け部４Ｂの内側に凸部を設けてもよい。
【００３９】
なお、本実施の形態の燃料カートリッジ３に類似するものとして、実施の形態１で説明したガスカートリッジよりもさらに高圧のガスを充填したガスボンベがある。このようなガスボンベには金属製のキャップが装着される。この状態でガスボンベは運搬される。このようなキャップには万一バルブが開いたときに高圧ガスを逃がす穴が設けられている。したがってこのような構造のキャップも燃料カートリッジ３に適用することはできない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によるキャップ構造体は、正圧型の燃料カートリッジのコネクタを外力から確実に保護するとともに、コネクタを密閉する。そのため運搬中のコネクタ破損による燃料の漏洩を防止できるとともに、コネクタに残留した燃料を封じ込めることもできる。しかも万が一、コネクタが故障してもキャップが容易に外れなくなるので燃料カートリッジから燃料が外部に漏洩するのを防ぐことができる。このキャップ構造体は、小型の電子機器に小さなコネクタを介して燃料を供給する正圧型の燃料カートリッジにおいて安全性を向上するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１によるキャップ構造体の受け部を装着した燃料カートリッジと燃料電池を搭載した機器との接続前の状態を示す概念図
【図２】同燃料カートリッジと機器とのコネクタ部分の断面図
【図３】本発明の実施の形態１によるキャップ構造体の受け部にキャップを装着した状態を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態２によるキャップ構造体の断面図
【符号の説明】
【００４２】
１    機器
２    発電部
３    燃料カートリッジ
４Ａ，４Ｂ    受け部
５，１１    コネクタ
６Ａ，６Ｂ    キャップ
７Ａ，７Ｂ    シール部材
１０    ねじ形状部
１２，５３    弁体
１３，１４，５２，５５    Ｏリング
１５，５４    ばね
１６，５６    基準面
３１    本体部
４１    凹部
５１    ノズル部
６１    筒部
６２    底部
６３    凸部
【図１】
2009140853.tif 000003
【図２】
2009140853.tif 000004
【図３】
2009140853.tif 000005
【図４】
2009140853.tif 000006