JP2007257914A - 液体送受用ジョイント装置及びこれを備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】液体リザーバと液体アクセプタとを接続した際に、当該液体リザーバと液体アクセプタとの接続位置に対する許容が広く、両者の接続状態を常に良好に維持することが可能であり、液体の送受を安全且つ確実に行うことができる液体送受用ジョイント装置及びこれを備えた燃料電池システムを提供する。
【解決手段】液体リザーバに配設可能なリザーバ側ジョイント部材１０と、液体アクセプタに配設可能であり且つリザーバ側ジョイント部材１０に着脱可能に接続されるアクセプタ側ジョイント部材５０を備え、リザーバ側ジョイント部材１０とアクセプタ側ジョイント部材５０が球面ジョイント機構２５、６５によって接続されてなる液体送受用ジョイント装置１である。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池やインクジェットプリンタ等における液体供給手段において、液体リザーバから液体を受容する液体アクセプタに液体を導く液体送受用ジョイント装置、及びこれを備えた燃料電池システムに関する。

現在、インクジェットプリンタ、液体燃料を用いたライター、医療用薬液投与等において、液体を収容しかつ流出する液体リザーバと、該液体リザーバから液体を受容する液体アクセプタとが着脱可能な液体供給手段を用いたものが広く普及されている。前記液体供給手段は、供給液体が不足した時に液体リザーバ自体を直接取り替えることができる。そのため、液体を本体内に搭載されているリザーブタンク等に直接供給することに比べ、液体によって手を汚すことがほとんどなく、安全性が高く、簡便に供給液体を補給できる。特に、供給液体が人体に影響のあるものや外気に触れると劣化が激しいものを用いる場合には、大変有効な液体供給手段である。

また、最近、液体を燃料として発電する燃料電池の開発が進められており、特にメタノールを燃料としたメタノール直接型燃料電池（ＤＭＦＣ）に関しては、多くの電機メーカ等により開発が盛んに行われており、例えば、ノートパソコン、携帯可能な各種電子機器、携帯電話等に使用する次世代の新型電池として期待されている。しかし、一般に、メタノールは、人体に対する影響が大きく、吸入すると中枢神経を冒し、めまい、下痢を起こすことがある。また、大量に吸入したり、眼に入ったりした場合は、視神経に障害を起こすことがあり、失明する可能性も高く、危険性の高い有毒な液体である。そのため、ＤＭＦＣにおいても、一般需要者等に安全にかつ簡便に燃料供給を行う際には、メタノールを直接取り扱うことがなく、液体リザーバをカートリッジとしてメタノールを供給する手段が最適であると考えられており、広く開発が行われている。（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

上記の液体供給手段には、液体リザーバから液体アクセプタに液体を導く着脱可能な液体送受用ジョイント装置を有する必要がある。そして、このような従来の液体送受用ジョイント装置が、種々紹介されている。（例えば、特許文献４〜特許文献１２参照）。
特開２００３−３０８８７１号公報 特開平８−１２３０１号公報 特開２００３−３１７７５６号公報 特開平１０−７８９号公報 特開平８−５００４２号公報 特表２００３−５２８６９９号公報 特開２００３−２６６７３９号公報 特表２００１−５２４８９６号公報 特開２０００−２８９２２５号公報 特開平７−６８７８０号公報 特開平５−２５４１３８号公報 特開２００３−３３１８７９号公報

しかしながら、従来の液体送受用ジョイント装置は、液体リザーバと液体アクセプタとを接続して液体を送受する際に、当該液体リザーバ、液体送受用ジョイント装置及び液体アクセプタを、決められた所定の接続位置に保持する必要がある。そのため、ジョイント装置には、リテンション機構として、スナップホック（スナップフィット）等を用いたものが提案されている。しかし、従来の液体送受用ジョイント装置は、液体リザーバと液体アクセプタとを接続する方向に対し略垂直な方向から受ける外力に弱いため、前記接続位置がずれる（変更される）ことがあり、液体送受用ジョイント装置を介して液体リザーバと液体アクセプタとを適切に接続しておくことが困難となり、液体の送受に支承を来す虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、液体送受用ジョイント装置を介して液体リザーバと液体アクセプタとを接続した際に、当該液体リザーバと液体アクセプタとの接続位置に対する許容が広く、液体リザーバと液体アクセプタとの位置関係が変更された（ずれた）としても、前記液体リザーバと液体アクセプタとの接続状態を良好に維持することが可能であり、液体の送受を安全且つ確実に行うことができる液体送受用ジョイント装置、及びこの液体送受用ジョイント装置を備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、液体を収容する液体リザーバと、前記液体リザーバから液体を受容する液体アクセプタと、を接続する液体送受用ジョイント装置であって、前記液体リザーバに配設可能なリザーバ側ジョイント部材と、前記液体アクセプタに配設可能であると共に、前記リザーバ側ジョイント部材に着脱可能に接続されるアクセプタ側ジョイント部材と、を備え、前記リザーバ側ジョイント部材と前記アクセプタ側ジョイント部材が球面ジョイント機構によって接続されてなる液体送受用ジョイント装置を提供するものである。

この構成を備えた液体送受用ジョイント装置は、リザーバ側ジョイント部材とアクセプタ側ジョイント部材とが球面ジョイント機構によって接続されているため、液体リザーバと液体アクセプタとを接続した際に、当該液体リザーバと液体アクセプタとの位置関係が変更された（ずれた）としても、前記球面ジョイント機構によって、この位置の変更を許容することができる。したがって、仮に、液体リザーバと液体アクセプタとを接続する方向に対し略垂直な方向から外力を受けたとしても、液体リザーバと液体アクセプタとの接続状態を良好に維持することができる。

本発明にかかる液体送受用ジョイント装置の球面ジョイント機構は、前記リザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材のいずれか一方に形成された球面状の凸部と、前記リザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の他方に形成され且つ前記球面状の凸部に相補した球面状の凹部と、を備えることができる。

また、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、前記球面状の凸部及び球面状の凹部の少なくとも一方に、シール部材を配設することができる。このようにシール部材を配設することで、前記利点に加え、前記球面状の凸部と球面状の凹部との間を水密に保持することができ、前記液体が外部に漏れることをさらに確実に防止することができる。

前記シール部材を前記球面状の凸部に配設する場合は、当該球面状の凸部の中心に対し偏心した位置に配設することがより好ましい。また、前記シール部材を前記球面状の凹部に配設する場合は、当該球面状の凹部の中心に対し偏心した位置に配設することがより好ましい。このようにすることで、より良好なシール効果を得ることができる。

なお、前記シール部材は、前記球面状の凸部及び前記球面状の凹部の両方に配設することもできる。この構成場合、前記球面状の凸部に配設されたシール部材と、前記球面状の凹部に配設されたシール部材は、互いに干渉しない位置に配設することが好ましい。また、前記シール部材は、前記球面状の凸部及び球面状の凹部の先端側（球面状の凸部または球面状の凹部が、リザーバ側ジョイント部材に形成されている場合は、アクセプタ側ジョイント部材に近い位置；球面状の凸部または球面状の凹部が、アクセプタ側ジョイント部材に形成されている場合は、リザーバ側ジョイント部材に近い位置）に配設することもできる。

そしてまた、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、前記球面状の凸部及び球面状の凹部の少なくとも一方を弾性部材から形成し、当該弾性部材の弾性によって、前記球面状の凸部と球面状の凹部との間を水密に保持するよう構成してもよい。このように構成することで、前記利点に加え、前記液体が外部に漏れることをさらに確実に防止することができる。

さらにまた、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置では、前記リザーバ側ジョイント部材は、前記液体を前記アクセプタ側ジョイント部材に供給するリザーバ側供給路と、当該リザーバ側供給路を開閉するリザーバ側弁体と、をさらに有し、前記アクセプタ側ジョイント部材は、前記リザーバ側供給路に連通可能であり、当該リザーバ側供給路から供給された液体を前記液体アクセプタに供給するアクセプタ側供給路と、当該アクセプタ側供給路を開閉するアクセプタ側弁体と、をさらに有し、前記リザーバ側弁体は、前記アクセプタ側弁体が開状態となった後、開状態となるよう構成することもできる。このように構成することで、液体リザーバから液体アクセプタに液体が供給される際、液体アクセプタが液体を受け入れ可能な状態となった後に、前記液体リザーバから液体が供給されることになる。したがって、前記利点に加え、さらに液体の供給をスムーズに行うことができると共に、前記液体が外部に漏れることをより一層確実に防止することができる。

また、前記アクセプタ側弁体は、前記リザーバ側弁体が閉状態になった後、閉状態となるよう構成することもできる。このように構成することで、液体リザーバからの液体の供給が停止した後に、液体アクセプタが液体の受け入れを停止することになる。したがって、前記利点に加え、液体の供給を停止した際に、前記液体が外部に漏れることをより一層確実に防止することができる。

そしてまた、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置では、前記リザーバ側ジョイント部材が、前記リザーバ側弁体を移動可能に収容すると共に、前記リザーバ側供給路が形成されてなるリザーバ側収容体を有してなり、前記アクセプタ側ジョイント部材が、前記アクセプタ側弁体を移動可能に収容すると共に、前記アクセプタ側供給路が形成されてなるアクセプタ側収容体を有してなり、前記リザーバ側ジョイント部材とアクセプタ側ジョイント部材を接続した際に、前記リザーバ側収容体の端面と、アクセプタ側収容体の端面とが当接し、当該当接力に応じて、前記リザーバ側弁体及びアクセプタ側弁体の開閉を行うよう構成することもできる。

また、この構成の場合、前記リザーバ側収容体及びアクセプタ側収容体の少なくとも一方を弾性部材から形成すると共に、その端面を湾曲した凸状または凹状に形成することもできる。このように構成することで、前記リザーバ側収容体の端面と、アクセプタ側収容体の端面を接触させて、前記リザーバ側供給路と、アクセプタ側供給路とを連通させた際に、両者の端面をさらに確実に密着させることができ、両者間を水密に保持し、前記液体が外部に漏れることをより一層確実に防止することができる。

そしてまた、前記リザーバ側ジョイント部材は、前記リザーバ側弁体を付勢する付勢部材をさらに備え、前記付勢部材の付勢力に応じて当該リザーバ側弁体の移動を行うよう構成することもできる。また、前記アクセプタ側ジョイント部材は、前記アクセプタ側弁体を付勢する付勢部材をさらに備え、前記付勢部材の付勢力に応じて当該アクセプタ側弁体の移動を行うよう構成することもできる。また、付勢力を弾性部材の弾性によって制御することができる。この場合、例えば、ゴムの硬度等によりコントロールする。

そしてまた、本発明は、燃料電池と、液体燃料を収容する液体リザーバと、前記液体リザーバから供給される液体燃料を受容して前記燃料電池に供給する液体アクセプタと、前述した本発明にかかる液体送受用ジョイント装置と、を備えてなる燃料電池システムを提供するものである。

この構成を備えた燃料電池システムは、液体リザーバと液体アクセプタとの接続状態を常に良好に維持することができるため、液体燃料の供給を簡単且つ安全に行うことができる。なお、前記液体燃料は、メタノールを含むことができる。

本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、リザーバ側ジョイント部材とアクセプタ側ジョイント部材とが球面ジョイント機構によって接続されているため、液体リザーバと液体アクセプタとを接続した際に、当該液体リザーバと液体アクセプタとの間で生じた位置関係のずれを、当該球面ジョイント機構によって許容することができる。この結果、液体リザーバと液体アクセプタとの接続状態を良好に維持することができ、液体の送受を安全且つ確実に行うことができる。

また、本発明にかかる燃料電池システムは、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置を備えているため、液体リザーバと液体アクセプタとの接続状態を常に良好に維持することができる。この結果、液体リザーバと液体アクセプタとの接続状態を良好に維持することができ、液体燃料の送受を安全且つ確実に行うことができる。

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置、及びこの液体送受用ジョイント装置を備えた燃料電池システムについて図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置の構成要素であるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面図であって、接続前の状態を示す図、図２は、図１に示すリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材を接続した状態を示す断面図、図３は、図２に示すリザーバ側ジョイント部材に対しアクセプタ側ジョイント部材を傾斜させた状態を示す断面図、図４〜図９は、本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面を示す斜視図であって、接続前の状態から両者を接続して液体の供給を行う状態までの過程の一部を示す図、図１０は、本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材を液体リザーバに配設し、アクセプタ側ジョイント部材を液体アクセプタに配設した状態を示す概略図、図１１は、図１０に示すリザーバ側ジョイント部材とアクセプタ側ジョイント部材とを接続した状態を示す概略図、図１２は、本発明の実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置を備えた燃料電池システムの概略図である。

図１〜図１２に示すように、本実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置１は、液体リザーバ１００（図１０〜図１２参照）に配設可能なリザーバ側ジョイント部材１０と、液体アクセプタ２００（図１０〜図１２参照）に配設可能であると共に、リザーバ側ジョイント部材１０に着脱可能に接続されるアクセプタ側ジョイント部材５０を備えて構成されている。

リザーバ側ジョイント部材１０は、液体リザーバ１００に取付けられるベース１１と、ベース１１に固定され、液体リザーバ１００から供給される液体をアクセプタ側ジョイント部材５０に供給するリザーバ側収容体１３と、ベース１１及びリザーバ側収容体１３に固定され、リザーバ側ジョイント部材１０をアクセプタ側ジョイント部材５０に接続するジョイント部１４とを備えている。

ベース１１は、その略中央部に、液体リザーバ１００から供給される液体を通過させる貫通孔１２が形成されている。また、このベース１１の外周部には、液体リザーバ１００の筐体に取付けるためのフランジ３１が形成されており、ベース１１と液体リザーバ１００の筐体との取付け部分から液漏れ等を起こさないように、任意の方法によって液体リザーバ１００の筐体に取付けられる。なお、ベース１１と液体リザーバ１００の筐体との取付け部分からの液漏れ等を防止するため、ベース１１と液体リザーバ１００の筐体とをインサート成形や二色成形等によって一体化して成形作製してもよい。

リザーバ側収容体１３は、弾性部材（弾性変形が可能な材質）から形成されており、液体リザーバ１００からリザーバ側収容体１３内に液体を供給するための供給口１５と、リザーバ側収容体１３内に収容された液体を、液体アクセプタ２００側に向けて排出する排出口１６とが形成されている。そして、この供給口１５と排出口１６とを連通し、液体リザーバ１００から供給される液体をアクセプタ側ジョイント部材５０に供給するリザーバ側供給路１７が形成されている。

リザーバ側収容体１３の外周面には、ベース１１と、後に詳述するジョイント部１４との間に挟持されるフランジ２４が形成されている。また、リザーバ側収容体１３の排出口１６が形成されている側の端面２２は、湾曲した凸状面となっており、後述するアクセプタ側収容体５３の供給口５５が形成されている側の端面６２が当接して端面２２を押圧した際に、弾性的に変形してほぼ平坦な形状となり（図２参照）、前記押圧が解除された際に、弾性復元可能となっている。

また、リザーバ側収容体１３内には、リザーバ側供給路１７を開閉するリザーバ側弁体１８が移動可能に配設されている。このリザーバ側収容体１３の供給口１５側の内壁には、後に詳述するばね２１の一端を固定するための弁座１９が形成されている。また、リザーバ側弁体１８の供給口１５側には、中空の円筒形を有する凸部２０が形成されており、この凸部２０にばね２１の他端が固定されている。このばね２１は、弁座１９と凸部２０との間に配設され、リザーバ側弁体１８を常に排出口１６側に付勢しており、リザーバ側弁体１８は、この付勢力によってリザーバ側収容体１３の内壁に当接した状態となり、リザーバ側供給路１７を閉鎖状態（リザーバ側弁体１８が閉状態）にしている。

なお、リザーバ側収容体１３を構成する材料としては、例えば、各種ゴムやエラストマー等、公知の様々な弾性材料を用いることができる。具体的には、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、シンジオタクチック１、２−ポリブタジエン、イソプレンゴム、アクリニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、ブチルゴム、アクリルゴム、クロルスルフォン化ポリエチレン、シリコーンゴム、フッ化ビニリデン系ゴム、テトラフロロエチレン・プロピレン系ゴム、テトラフロロエチレン・パーフロロメチルビニルエーテル系ゴム、フロロシリコーン系ゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、天然ゴム等が挙げられ、これらの１種または２種以上を混合して用いることができる。

また、このリザーバ側収容体１３は、送液する液体の特性や、弾性体の摺動特性、永久圧縮ひずみ特性、反発弾性、耐溶性等の特性によって選択されることが望ましい。例えば、前記液体リザーバが、ＤＭＦＣに用いるメタノール燃料カートリッジであり、３重量％メタノール水溶液を封入している場合、耐メタノール性、永久圧縮歪特性に優れたエチレン−プロピレンゴムを用いことができる。また、この場合、液体アクセプタにはＤＭＦＣ本体（製品番号６０６１、アイフリー社製）を内蔵させることができる。

ジョイント部１４は、弾性材料から構成することができ、その外周面が球面状の凸形状を有する凸状球面２５からなる略円筒形を備え、その内側が中空となっており、この中空部分に、リザーバ側収容体１３の一部が配設されている。このジョイント部１４は、後に詳述するアクセプタ側ジョイント部材５０のジョイント部５４に、弾発的に嵌合される。ジョイント部１４のベース１１側には、ジョイント部１４をベース１１に固定するためのフランジ２３が形成されている。また、フランジ２３とは反対側の端面２６には、後述するアクセプタ側収容体５３の供給口５５が形成されている側の端部を挿脱可能な開口２７が形成されている。

このジョイント部１４には、アクセプタ側ジョイント部材５０との接続時（ジョイント時）以外における誤接触による液漏れを防止する安全機構が設けられている。この安全機構は、ジョイント部１４の端面２６を内側（リザーバ側収容体１３側）に折り曲がる形状に構成することで構成されている。具体的には、この端面２６からリザーバ側収容体１３の端面２２までの距離（深さ）または端面２６の厚さを、開口２７の大きさ（開口面積）よりも十分なものとしており、こうすることにより、例えば、幼児等が、リザーバ側ジョイント部材１０が取付けられた液体リザーバ１００を誤って触ったり持ったりして、指をリザーバ側ジョイント部材１０に押し当てたとしても、リザーバ側収容体１３に接触するのを防止して不測の液漏れが生じるのを回避し、十分な安全性を確保することができる。この場合の十分な深さというのは液体リザーバ１００の形状、大きさ、これに伴うリザーバ側ジョイント部材１０の形状や大きさ等に応じて様々であるが、一般化するとすれば以下のとおりとすることが好ましい。

すなわち、開口２７の孔面積を（Ｓ）とし、端面２６からリザーバ側収容体１３までの長さを（ｄ）とした場合に、両者の関係が、
（ｄ／Ｓ）≧４×１０^-3
を満たすように形成されていることが好ましい。

また、ジョイント部１４の内壁には、リザーバ側収容体１３に形成されたフランジ２４を係止する段部２８が形成されている。また、凸状球面２５の開口２７近傍には、シール部材２９が配設されている。すなわち、シール部材２９は、凸状球面２５の中心に対し偏心した位置（オフセットされた位置）に配設されている。

なお、ジョイント部１４を構成する材料としては、リザーバ側収容体１３を構成する前述した材料を使用することができる。

アクセプタ側ジョイント部材５０は、液体アクセプタ２００に取付けられるベース５１と、ベース５１に固定され、液体リザーバ１００からリザーバ側ジョイント部材１０を介して供給される液体を受容するアクセプタ側収容体５３と、ベース５１及びアクセプタ側収容体５３に固定され、アクセプタ側ジョイント部材５０をリザーバ側ジョイント部材１０に接続するジョイント部５４とを備えている。

ベース５１は、その略中央部に、液体を通過させ、液体アクセプタ２００に供給する貫通孔５２が形成されている。また、このベース５１の外周部には、液体アクセプタ２００の筐体に取付けるためのフランジ８１が形成されており、ベース５１と液体アクセプタ２００の筐体との取付け部分から液漏れ等を起こさないように、任意の方法によって液体アクセプタ２００の筐体に取付けられる。なお、液体アクセプタ２００の筐体との取付け部分からの液漏れ等を防止するため、ベース５１と液体アクセプタ２００の筐体とをインサート成形や二色成形等によって一体化して成形作製してもよい。

アクセプタ側収容体５３は、弾性部材（弾性変形が可能な材質）から形成されており、液体リザーバ１００からリザーバ側ジョイント部材１０を介して供給される液体をアクセプタ側収容体５３内に供給するための供給口５５と、アクセプタ側収容体５３内に収容された液体を、液体アクセプタ２００に排出する排出口５６とが形成されている。そして、この供給口５５と排出口５６とを連通し、液体リザーバ１００から供給された液体を液体アクセプタ２００に供給するリザーバ側供給路１７が形成されている。

アクセプタ側収容体５３の外周面には、ベース５１と、後に詳述するジョイント部５４との間に挟持されるフランジ６４が形成されている。また、アクセプタ側収容体５３の供給口５５が形成されている側の端面６２は、平坦な面となっており、リザーバ側収容体１３の端面２２が当接した際に、その押圧力によって、端面２２を弾性的に変形させてほぼ平坦な形状にする。この時、端面６２と端面２２は、その弾性変形によって、互いを密着させるため、排出口１６と供給口５５との間を水密に保持することができる。さらに、端面６２の供給口５５外周部近傍には、ラビリンスシール６９が形成されているため、より一層排出口１６と供給口５５との間を水密に保持することができる。なお、リザーバ側収容体１３の端面２２は、前記押圧が解除されると弾性復元して、元の形状に戻る。

また、アクセプタ側収容体５３内には、アクセプタ側供給路５７を開閉するアクセプタ側弁体５８が移動可能に配設されている。このアクセプタ側収容体５３の内壁の排出口５６側端部には、後に詳述するばね６１の一端が固定されている。また、アクセプタ側弁体５８の排出口５６側の端面には、ばね６１の他端が固定されている。このばね６１は、アクセプタ側弁体５８とベース５１との間に配設され、アクセプタ側弁体５８を常に供給口５５側に付勢しており、アクセプタ側弁体５８は、この付勢力によってアクセプタ側収容体５３の内壁に当接した状態となり、アクセプタ側供給路５７を閉鎖状態（アクセプタ側弁体５８が閉状態）にしている。

なお、本実施の形態では、アクセプタ側弁体５８を付勢するばね６１としては、リザーバ側弁体１８を付勢するばね２１よりも付勢力（ばね力）が弱いものが使用されている。したがって、アクセプタ側収容体５３は、リザーバ側収容体１３に比べ、同じ付勢力に対する変形量が大きく、リザーバ側収容体１３の端面２２と、アクセプタ側収容体５３の端面６２とが当接し、両者の間に押圧力が生じた際には、先ず、アクセプタ側弁体５８がばね６１の付勢力に抗して、アクセプタ側供給路５７を開放した（アクセプタ側弁体５８が開状態）後、リザーバ側弁体１８がばね２１の付勢力に抗して、リザーバ側供給路１７を開放（リザーバ側弁体１８が開状態）することになる。したがって、液体リザーバ１００から液体アクセプタ２００に液体が供給される際、液体アクセプタ２００が液体を受け入れ可能な状態となった後に、液体リザーバ１００から液体が供給されることになる。このため、液体の供給をスムーズに行うことができると共に、液体が外部に漏れることをより一層確実に防止することができる。

また、液体リザーバ１００から液体アクセプタ２００への液体の供給を中止する際は、リザーバ側収容体１３の端面２２と、アクセプタ側収容体５３の端面６２との当接を解除すればよいが、この時、先ず、ばね１８の付勢力によってリザーバ側弁体１８が移動してリザーバ側供給路１７を閉じ（リザーバ側弁体１８が閉状態）、その後、ばね６１の付勢力によってアクセプタ側弁体５８が移動してアクセプタ側供給路５７を閉じる（アクセプタ側弁体５８が閉状態）ことになる。したがって、液体リザーバ１００からの液体の供給が停止した後に、液体アクセプタ２００が液体の受け入れを停止することになる。このため、液体の供給を停止した際に、液体が外部に漏れることをより一層確実に防止することができる。

ジョイント部５４は、弾性材料から構成され、その内周面が球面状の凹形状を有する凹状球面６５からなる略円筒形を備え、その内側が中空となっており、この中空部分に、アクセプタ側収容体５３の一部が配設されている。このジョイント部５４は、リザーバ側ジョイント部材１０のジョイント部１４を弾発的に嵌合するよう構成されている。ジョイント部５４のベース５１側には、ジョイント部５４をベース５１に固定するためのフランジ６３が形成されている。ジョイント部５４の内壁には、アクセプタ側収容体５３に形成されたフランジ６４を係止する段部６８が形成されている。また、フランジ６３とは反対側の端面６６には、ジョイント部１４を挿脱可能な開口６７が形成されている。そして、この開口６７にジョイント部１４を挿入することで、ジョイント部１４の外周面に形成された凸状球面２５と、ジョイント部５４の内周面に形成された凹状球面６５が、球面ジョイント機構を構成し、リザーバ側ジョイント部材１０とアクセプタ側ジョイント部材５０とが、この球面ジョイント機構を介して接続されることになる。

ここで、液体送受用ジョイント装置１を介して液体リザーバ１００と液体アクセプタ２００を接続した場合、リザーバ側ジョイント部材１０とアクセプタ側ジョイント部材５０の接続方向は、図２に示す直線Ｌ₀上に位置している。この状態で、仮に、液体リザーバ１００と液体アクセプタ２００とを接続する方向に対し略垂直な方向から外力を受けた場合、リザーバ側ジョイント部材１０の接続方向に対し、アクセプタ側ジョイント部材５０の接続方向は、図３に示す直線Ｌ₁上となり、両者の位置関係が変更される（ずれる）ことになる。この場合であっても、リザーバ側ジョイント部材１０とアクセプタ側ジョイント部材５０は、前述した球面ジョイント機構を介して接続されているため、この球面ジョイント機構によって、両者の位置の変更を許容することができる。したがって、液体リザーバ１００と液体アクセプタ２００との接続状態を常に良好に維持することができる。また、この時、図３に示すように、リザーバ側収容体１３の端面２２は、その弾性により、アクセプタ側収容体５３の端面６２の傾きを吸収し、端面２２と端面６２との密着が維持される。

なお、アクセプタ側収容体５３及びジョイント部５４を構成する材料としては、リザーバ側収容体１３を構成する前述した材料を使用することができる。

次に、本実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置１の具体的動作について、図面を参照して説明する。

液体送受用ジョイント装置１を介して液体リザーバ１００と液体アクセプタ２００とを接続する場合、図１０に模式的に示すように、リザーバ側ジョイント部材１０のベース１１を液体リザーバ１００の筐体に固定し、液体リザーバ１００の筐体にリザーバ側ジョイント部材１０を取付ける。同様に、アクセプタ側ジョイント部材５０のベース５１を液体アクセプタ２００の筐体に固定し、液体アクセプタ２００の筐体にアクセプタ側ジョイント部材５０を取付ける。その後、図４（液体リザーバ１００及び液体アクセプタ２００は省略してある）及び図１０に示すように、液体リザーバ１００に取付けられたリザーバ側ジョイント部材１０と、液体アクセプタ２００に取付けられたアクセプタ側ジョイント部材５０とを対向させる。

次に、図５（液体リザーバ１００及び液体アクセプタ２００は省略してある）に示すように、アクセプタ側ジョイント部材５０のジョイント部５４に形成された開口６７に、リザーバ側ジョイント部材１０のジョイント部１４を挿入可能な位置まで近接させる。

次いで、図６（液体リザーバ１００及び液体アクセプタ２００は省略してある）に示すように、ジョイント部５４の内周面である凹状球面６５に、ジョイント部１４の外周面である凸状球面２５を接触させながら、ジョイント部５４内にジョイント部１４を挿入していく。この動作により、リザーバ側収容体１３の端面２２と、アクセプタ側収容体５３の端面６２とが接触する。この状態では、リザーバ側弁体１８及びアクセプタ側弁体５８は、各々閉状態となっており、液体リザーバ１００から液体アクセプタ２００への液体の供給は遮断されている。

次に、リザーバ側収容体１３の端面２２と、アクセプタ側収容体５３の端面６２とが接触した状態から、ジョイント部５４内にジョイント部１４をさらに深く挿入すると、リザーバ側収容体１３と、アクセプタ側収容体５３との間に生じる押圧力により、図７に示すように、アクセプタ側弁体５８が、ばね６１の付勢力に抗して開状態となり、アクセプタ側供給路５７を開放する。この動作により、液体アクセプタ２００は、アクセプタ側ジョイント部材５０を介して液体を受け入れ可能となる。

次いで、ジョイント部５４内にジョイント部１４をさらに深く挿入すると、図８に示すように、リザーバ側弁体１８が、ばね２１の付勢力に抗して開状態となり、リザーバ側供給路１７が開放される。この動作により、図９に示すように、先に開放されていたアクセプタ側供給路５７と、リザーバ側供給路１７とが連通する。ここで、前述したように、ジョイント部１４とジョイント部５４は、弾性材料から形成されており、ジョイント部１４は、ジョイント部５４に弾発的に（いわゆる「スナップホック（スナップフィット）」的に）嵌合される。

また、この時、リザーバ側収容体１３の端面２２は、その弾性力により、湾曲した凸状面からほぼ平坦な面に変形し、アクセプタ側収容体５３の端面６２に密着する。さらに、端面６２に配設されているラビリンスシール６９により、リザーバ側収容体１３の排出口１６と、アクセプタ側収容体５３の供給口５５が水密に保持される。また、ジョイント部１４の凸状球面２５に配設されたシール部材２９によって、凸状球面２５と、凹状球面６５との間も水密に保持される。また、前述したように、リザーバ側ジョイント部材１０とアクセプタ側ジョイント部材５０が球面ジョイント機構によって接続されるため、液体リザーバ１００と液体アクセプタ２００との接続位置が、接続初期の状態から変更された（ずれた）としても接続状態を常に良好に維持することができる。

一方、液体リザーバ１００からの液体の供給を停止する際は、アクセプタ側ジョイント部材５０からリザーバ側ジョイント部材１０を取外せばよい。この時、前述したように、ばね１８の付勢力によってリザーバ側弁体１８が閉状態となり、リザーバ側供給路１７を閉じ、その後、ばね６１の付勢力によってアクセプタ側弁体５８が閉状態となり、アクセプタ側供給路５７を閉じるため、液体リザーバ１００からの液体の供給が停止した後に、液体アクセプタ２００が液体の受け入れを停止することになるため、液体の供給を停止した際に、液体が外部に漏れることをより一層確実に防止することができる。

この実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置１は、図１２に示す燃料電池システム３００に用いることができる。この燃料電池システム３００では、液体アクセプタ２００としての燃料電池は、メタノール直接型の燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、例えば、パーフルオロスルホン酸系ポリマーなどからなる電解質膜３１０と、この電解質膜３１０の一方の面に設けられるアノード電極３１１と、他方の面に設けられるカソード電極３１２と、両電極３１１及び３１２を挟むように配置される一対のセパレータ３１４及び３１５を備えている。

この燃料電池システム３００では、液体リザーバ１００としての燃料カートリッジから液体アクセプタ２００としての燃料電池に供給された燃料（メタノール）は、ポンプ３２９、フィルタ３３０を通過してアノード電極３１１側に供給されるようになっている。一方、カソード電極３１２には、大気中の空気を送り込むことによって酸素が供給されるようになっている。この場合、空気を送り込むための経路の途中には例えばファンなどからなる送風機構３３１が設けられていることが好ましく、これによれば必要に応じて酸素の供給量を増加させることが可能となる。このようにして供給されるメタノールと酸素は、化学反応により発電し、当該反応後は水またはＣＯ₂として燃料電池システム３００の外部へと排出される。

なお、本実施の形態では、リザーバ側ジョイント部材１０のジョイント部１４に形成された凸状球面２５にシール部材２９を配設し、このシール部材２９によって、アクセプタ側ジョイント部材５０のジョイント部５４に形成された凹状球面６５との間の水密性をより確実に保持する場合について説明したが、これに限らず、例えば、凸状球面２５と、凹状球面６５の少なくとも一方を弾性部材から形成し、この弾性部材の弾性によって、凸状球面２５と、凹状球面６５とを密着させ、これらの間を水密に保持してもよい。

また、本実施の形態では、凸状球面２５の中心に対し偏心した位置（オフセットされた位置）に、シール部材２９を配設した場合について説明したが、これに限らず、シール部材２９は、凸状球面２５の所望位置に配設すればよく、また、凹状球面６５の所望位置に配設してもよい。

そしてまた、本実施の形態では、リザーバ側収容体１３の端面２２を湾曲した凸状面から構成し、アクセプタ側収容体５３の端面６２をほぼ平坦な面から構成した場合について説明したが、これに限らず、端面２２をほぼ平坦な面から構成し、端面６２を湾曲した凸状面から構成してもよく、端面２２及び端面６２の両者を湾曲した凸状面から構成してもよく、さらに端面２２及び端面６２の両者をほぼ平坦な面から構成する等、端面２２に形成された排出口１６と、端面６２に形成された供給口５５とを水密に保持することが可能であれば、その形状は特に限定されるものではない。さらにまた、排出口１６と供給口５５は、シール部材等によって水密に保持してもよいし、端面２２及び端面６２によって排出口１６と供給口５５を水密に保持することが可能であれば、シール部材等を設けなくてもよい。

さらにまた、ジョイント部１４を弾性部材から構成した場合について説明したが、これに限らず、ジョイント部材１４は、例えば、プラスチック、金属、セラミック等から構成してもよい。

また、リザーバ側ジョイント部材１０及びアクセプタ側ジョイント部材５０には、規格やサイズ等の異なる液体リザーバ１００及び液体アクセプタ２００が、各々接続されることを防止するためのメカニカルキー機構を設けてもよい。具体的には、例えば、図１３及び図１４に示すように、リザーバ側ジョイント部材１０のジョイント部１４の凸状球面２５に４つの凸部１２５ａ〜１２５ｄを約９０度おきに設け（図１３参照）、アクセプタ側ジョイント部材５０のジョイント部５４に、これら凸部１２５ａ〜１２５ｄが嵌まり込む大きさ及び形状の切り欠きからなる凹部１５４ａ〜１５４ｄを約９０度おきに４つ設ける（図１４参照）ことができる。そして、接続させようとする液体リザーバ１００と液体アクセプタ２００の規格、サイズ、種類、仕様等が異なる場合に、それらの違いに応じてメカニカルキー機構（例えば、凸部１２５ａ〜１２５ｄ、凹部１５４ａ〜１５４ｄ）の構造等を変えれば、規格やサイズなどの異なる場合の誤った接続を有効に防止することが可能となる。

前記メカニカルキー機構の構造等を変えることの具体例としては、例えば、凸部１２５ａ〜１２５ｄ、凹部１５４ａ〜１５４ｄの形状、大きさ、配設数等を適宜変えることが挙げられる。なお、ジョイント部１４に凹部を形成し、ジョイント部５４に凸部を形成してもよいことは勿論である。

また、本実施の形態では、液体送受用ジョイント装置１を燃料電池システム３００に適用した場合について説明したが、これに限らず、様々な液体送受用装置に適用することができる。例えば、液体リザーバ１００としては、インクが収容されたインクカートリッジや薬液投与用の容器等、様々なものが挙げられ、液体アクセプタ２００としては、インクカートリッジからインクが供給されるプリンタ、薬液投与用の容器から薬物が投与される装置等、様々なものが挙げられる。そして、この場合、特に小型で送液流量が少ない液体送受用装置におけるジョイント装置としてより有効な手段であると考えられる。

また、液体リザーバ１００や液体アクセプタ２００の形状は、前述した例に限られることもなく、様々な形状のものについても応用することができる。さらには、リザーバ側ジョイント部材１０、アクセプタ側ジョイント部材５０の形状が円筒形（あるいは断面円形）のものに限られることもなく、例えば矩形などとすれば、リザーバ側ジョイント部材１０、アクセプタ側ジョイント部材５０の形状自体にメカニカルキー機構としての機能を、すなわち規格やサイズ等の異なる液体リザーバ１００と液体アクセプタ２００が接続されるのを防ぐという機能を併せ備えることもできる。

本発明の実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置の構成要素であるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面図であって、接続前の状態を示す図である。 図１に示すリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材を接続した状態を示す断面図である。 図２に示すリザーバ側ジョイント部材に対しアクセプタ側ジョイント部材を傾斜させた状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面を示す斜視図であって、接続前の状態から両者を接続して液体の供給を行う状態までの過程の一部を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面を示す斜視図であって、接続前の状態から両者を接続して液体の供給を行う状態までの過程の一部を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面を示す斜視図であって、接続前の状態から両者を接続して液体の供給を行う状態までの過程の一部を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面を示す斜視図であって、接続前の状態から両者を接続して液体の供給を行う状態までの過程の一部を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面を示す斜視図であって、接続前の状態から両者を接続して液体の供給を行う状態までの過程の一部を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の断面を示す斜視図であって、接続前の状態から両者を接続して液体の供給を行う状態までの過程の一部を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材を液体リザーバに配設し、アクセプタ側ジョイント部材を液体アクセプタに配設した状態を示す概略図である。 図１０に示すリザーバ側ジョイント部材とアクセプタ側ジョイント部材とを接続した状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態にかかる液体送受用ジョイント装置を備えた燃料電池システムの概略図である。 本発明の他の実施の形態にかかるリザーバ側ジョイント部材の平面図である。 本発明の他の実施の形態にかかるアクセプタ側ジョイント部材の平面図である。

符号の説明

１ 液体送受用ジョイント装置
１０ リザーバ側ジョイント部材
１３ リザーバ側収容体
１４、５４ ジョイント部
１７ リザーバ側供給路
１８ リザーバ側弁体
２５ 凸状球面
２９ シール部材
５０ アクセプタ側ジョイント部材
５３ アクセプタ側収容体
５７ アクセプタ側供給路
５８ アクセプタ側弁体
６５ 凹状球面
１００ 液体リザーバ
２００ 液体アクセプタ
３００ 燃料電池システム

Claims (6)

1. 液体を収容する液体リザーバと、前記液体リザーバから液体を受容する液体アクセプタと、を接続する液体送受用ジョイント装置であって、
   前記液体リザーバに配設可能なリザーバ側ジョイント部材と、
   前記液体アクセプタに配設可能であると共に、前記リザーバ側ジョイント部材に着脱可能に接続されるアクセプタ側ジョイント部材と、
   を備え、
   前記リザーバ側ジョイント部材と前記アクセプタ側ジョイント部材が球面ジョイント機構によって接続されてなる液体送受用ジョイント装置。
2. 前記球面ジョイント機構は、前記リザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材のいずれか一方に形成された球面状の凸部と、前記リザーバ側ジョイント部材及びアクセプタ側ジョイント部材の他方に形成され且つ前記球面状の凸部に相補した球面状の凹部と、を備えてなる請求項１記載の液体送受用ジョイント装置。
3. 前記球面状の凸部及び球面状の凹部の少なくとも一方に、シール部材を配設してなる請求項２記載の液体送受用ジョイント装置。
4. 前記シール部材は、前記球面状の凸部及び球面状の凹部の中心に対し偏心した位置に配設されてなる請求項３記載の液体送受用ジョイント装置。
5. 前記球面状の凸部及び球面状の凹部の少なくとも一方を弾性部材から形成し、当該弾性部材の弾性によって、前記球面状の凸部と球面状の凹部との間を水密に保持する請求項２記載の液体送受用ジョイント装置。
6. 燃料電池と、
   液体燃料を収容する液体リザーバと、
   前記液体リザーバから供給される液体燃料を受容して前記燃料電池に供給する液体アクセプタと、
   請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液体送受用ジョイント装置と、
   を備えてなる燃料電池システム。
   
   

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