JP2009133416A - 開閉弁付カップラー - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れ、また液だれが少なく、さらには不用意に開弁することのない開閉弁付カップラーを提供する。
【解決手段】一方のコネクター１は、接続用円筒部４と、その接続用円筒部の中心軸線に沿って配置された固定軸５とを備え、該固定軸の先端部外周に先端側で大径となるテーパー状の弁座１０が設けられ、該弁座のテーパー形状と一致するテーパー面１２を先端内周部に形成された円筒状の第１弁体８が弾性体１４によって押圧された状態で固定軸の外周側に軸線方向に移動可能に嵌合させられ、第１弁体の外周面で軸線方向での中間部には該第１弁体の先端面の外径より大径の係合部が設けられ、他方のコネクター２には、挿入用円筒部２２が設けられ、その挿入用円筒部の先端部に前記第１弁体における前記係合部に当接して該第１弁体を軸線方向に押圧する開弁押圧部２２Ａが形成されている。
【選択図】図１

Description

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バルブ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て好適なものである。

従来、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も多く、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ることで供給することが行われている。

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。

特に、エネルギー密度の高いメタノール燃料を用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯機器用の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、液体供給型等のアクティブ方式と、液体浸透型等のパッシブ方式とが知られている。

燃料タンクに対しては、燃料カートリッジを用いて液体燃料を供給するいわゆるサテライトタイプ（外部注入式）の燃料カートリッジにおいては、それぞれバルブ機構を内蔵するノズルとソケットとで構成されたカップラーを用いて、液体燃料の遮断並びに注入を行うことが試みられている。その例が特許文献１や特許文献２に記載されている。また、特許文献３には、プラグとこれに嵌合可能なソケットとを有し、ソケットをプラグに嵌合させることにより、バルブを開いて、それぞれに形成されている流路を連通させるように構成された連結装置が記載されている。

特開２００７−５７００７号公報 特開２００７−１９４０５４号公報 特開２００３−１７２４８７号公報

特許文献１に記載された装置や特許文献２に記載された装置は、ソケットとプラグとのそれぞれに弁体が設けられており、それらの弁体は、その背後（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。したがって、ソケットとプラグとを嵌合させると、それぞれの弁体における突出部が当接した後、スプリングの弾性力に抗して弁体が後退して弁座から離れ、開弁する。これとは反対に、プラグをソケットから抜き取る場合、両者の嵌合深さが次第に浅くなるのに従って、それぞれの弁体がスプリングに押されてそれぞれの弁座に向けて移動し、弁座に接触して閉弁するのとほぼ同時に各弁体における突出部同士の接触が解除され、かつプラグとソケットとの嵌合が外れる。

このように、特許文献１あるいは２に記載された装置では、各弁体をそれぞれの突出部で相互に押圧させる構成であるために、ソケットとプラグとが嵌合している状態でのそれぞれの弁座同士の距離が大きく、ソケットおよびプラグのそれぞれが閉弁した状態で両者の間に残留する液体の量が多くなる。そして、プラグをソケットから抜き取った際に、その残留している液体が外部に漏洩するので、液体が無駄になったり、その処理の手間が面倒になるなどの問題が生じる。また、その液体はメタノールやギ酸等にあたるわけだが、メタノールは９９．８％以上で毒物及び劇物に指定されており、人体への危険性も考えられる。

また、特許文献１あるいは２に記載されている装置では、ソケットにおける弁体を押圧するスプリングの弾性力とプラグにおける弁体を押圧するスプリングの弾性力との強弱の関係に応じて、開弁する順序を設定している。具体的には、液体容器側の弁体を押圧しているスプリングの弾性力を相対的に弱くし、先に開弁し、かつ遅れて閉弁するように構成している。そのため、ソケット側のスプリングとプラグ側のスプリングとのいずれか一方の弾性力を調節する場合、弾性力の強弱関係が反転しないように、またその弾性力の差もしくは比が変化しないように他方のスプリングの弾性力をも調整する必要があり、弾性力の調整が面倒であるばかりか、選択の自由度が制限されるなどの課題がある。

これに対して引用文献３の発明では、ソケットの非可動部分（あるいは構造部分）でプラグにおける弁体を押圧し、またプラグの非可動部分（あるいは構造部分）でソケットにおける弁体を押圧するように構成され、またソケットおよびプラグにおける弁体には先端側に延びた突出部が特には形成されておらず、弁座同士の距離が短くなっている。しかしながら、各弁体の先端部がソケットやプラグの先端側に露出した構成になっており、特にソケット側の弁体におけるパッキン材が先端側に露出し、ここをプラグで押圧するようになっているので、パッキン材の損傷あるいは劣化が進行しやすく、耐久性が劣る可能性がある。また、ソケットあるいはプラグにおける弁体の先端部が露出しているために、これらを取り付けた容器などを不用意に置いた場合に、その近辺の突起物などが弁体を押圧してしまい、あるいは小児の悪戯などによって開弁してしまうなどの可能性があった。

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、耐久性に優れ、また液だれが少なく、さらには不用意に開弁することのない開閉弁付カップラーを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、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開閉弁付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いずれか一方のコネクターは、接続用円筒部と、該接続用円筒部の中心軸線に沿って配置された固定軸とを備え、該固定軸の先端部外周に先端側で大径となるテーパー状の弁座が設けられ、該弁座のテーパー形状と一致するテーパー面を先端内周部に形成された円筒状の第１弁体が前記固定軸の外周側に軸線方向に移動可能に嵌合させられるとともに、そのテーパー面を前記弁座に押し付けるように前記第１弁体を軸線方向に押圧する弾性体が設けられ、前記固定軸の外周面と前記第１弁体の内周面との間に流路が形成され、前記第１弁体の外周面で軸線方向での中間部には該第１弁体の先端面の外径より大径の係合部が設けられ、前記供給側コネクターと受容側コネクターとの他方のコネクターには、前記接続用円筒部と前記固定軸との間に挿入される挿入用円筒部が設けられ、その挿入用円筒部の先端部に前記第１弁体における前記係合部に当接して該第１弁体を前記弾性体の弾性力に抗して軸線方向に押圧する開弁押圧部が形成されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記挿入用円筒部は、前記弁体を液密状態に嵌合させる開口部を先端部に有しかつその開口部に連通する流路が内部に形成されており、その挿入用円筒部の内部には、該挿入用円筒部の開口部に向けて弾性体によって押圧された第２弁体と、該第２弁体が前記弾性体によって押圧されて接触することにより前記開口部を液密状態に閉じる弁座とが設けられ、前記固定軸の先端部が前記第２弁体の先端部を押圧し、かつ前記挿入用円筒部の先端部が前記第１弁体の形成された前記係合部に係合して第１弁体を押圧するように構成されていることを特徴とする開閉弁付カップラーである。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記弁座は、前記固定軸の先端部に嵌合させたパッキンによって形成されるとともに、前記固定軸の先端部には、該パッキンを抜け止めしかつ前記第２弁体に当接させられる平板部が形成され、前記第２弁体は、前記挿入用円筒部の内部に形成された弁座に液密状態に当接する他のパッキンを備えるとともに、前記第２弁体の先端部は、前記他のパッキンを抜け止めしかつ前記固定軸の先端部に形成された前記平板部が当接する平板状に形成されていることを特徴する開閉弁付カップラーである。

請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、前記第１弁体の外周部には、前記固定軸の先端部が前記第２弁体を押圧する前に前記挿入用円筒部における開口部に液密状態に嵌合するシール材が設けられていることを特徴とする開閉弁付カップラーである。

請求項５の発明は、請求項２ないし４のいずれかの発明において、前記固定軸が前記第２弁体を押圧して前記弁座から離隔させることにより前記他方のコネクターを開弁させた後、前記挿入用円筒部の先端部が前記第１弁体の係合部に係合して該第１弁体を軸線方向に後退させて前記テーパー状の弁座から離隔させることにより前記一方のコネクターを開弁させるように構成されていることを特徴とする開閉弁付カップラーである。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明において、前記第１弁体の後端部に、該第１弁体の先端内周面が前記テーパー状の弁座に当接して前記流路を閉じている状態で該流路を閉止する閉止機構が設けられていることを特徴とする開閉弁付カップラーである。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記閉止機構は、前記第１弁体の外周側に突出して形成されたフランジ部と、該フランジ部より先端側に前記第１弁体の内周面から外周面に到るように貫通して形成された貫通孔と、前記第１弁体の先端内周面が前記テーパー状の弁座に液密状態に接触している状態では前記フランジ部が液密状態に接触しかつ前記貫通孔の前記第１弁体における外周側の開口部を封止するように前記接続用円筒部の内周部に設けられたリング状のパッキンと、前記第１弁体の内周面と前記固定軸の外周面との間の流路を前記貫通孔が形成されている位置よりも前記第１弁体の後端側で封止する軸封材とを備えていることを特徴とする開閉弁付カップラーである。

請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明において、前記固定軸の先端部に設けられた平板部は、前記第１弁体の先端面の外径以上の大径でかつ前記係合部の外径より小径の円板状の隠蔽板とされていることを特徴とする開閉弁付カップラーである。

請求項１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を相互に嵌合させると、そのいずれか一方に設けられている接続用円筒部の内側に、他方に設けられている挿入用円筒部が入り込み、同時にその挿入用円筒部の内部に固定軸およびこれに嵌合させられている第１弁体が嵌合する。その状態で、より深く嵌合すると、挿入用円筒部の先端部が、第１弁体の外周面に形成されている係合部に当接し、これを軸線方向に押圧する。その結果、第１弁体が後退移動して弁座から離れ、開弁する。このように、開弁のために第１弁体に外力を及ぼす箇所は、第１弁体の外周部に形成された係合部であるから、弁座との間の液密状態を維持する部分の損傷を回避し、耐久性を向上させることができる。また、弁座およびここに接触する第１弁体の先端内周面がテーパー状に構成されているので、いわゆるシール面積が広く、確実に封止することができる。

請求項２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それぞれが弁体を備えており、第１弁体は挿入用円筒部の先端部で押圧し、第２弁体は固定軸の先端部で押圧するので、それぞれの弁体を閉弁方向に付勢する各弾性体の弾性力が相互に干渉することがなく、各弾性力の設定の自由度を高くすることができる。それに伴い、各弁体の開弁の順序は弾性体の弾性力の強弱によらずに設定でき、弾性力の設定の誤りがあった場合などにおいても、所期の順序で開弁させることができる。

請求項３の発明によれば、液密状態とするためのパッキンを保持する平板部同士を当接させて開弁するように構成されているので、それらのパッキン同士の距離が短く、その結果、供給側コネクターと受容側コネクターとを相互に離脱させる際に両者の間に残留する液体の量が僅かになり、液だれを有効に防止もしくは抑制することができる。

請求項４の発明によれば、第１弁体と挿入用円筒部とが嵌合した場合、第１弁体の外周面と挿入用円筒部の内周面との間をシール材が液密状態に封止した後に開弁するので、液漏れあるいは液だれを防止することができる。

請求項５の発明によれば、第２弁体が開弁してから第１弁体が開くように構成されているので、第２弁体を受容側コネクターに設け、第１弁体を供給側コネクターに設けることにより、供給側コネクターから送り出された液体が確実に受容側に入り込み、その結果、液漏れや液だれを有効に防止もしくは抑制することができる。

請求項６あるいは７の発明によれば、第１弁体は、先端内周面のテーパー面と後端側のフランジ部との少なくとも二箇所で流路を封止するように構成されているので、不用意な液漏れあるいは液だれを確実に防止することができる。

請求項８の発明によれば、第１弁体の先端面は遮蔽板で隠蔽されており、またその第１弁体を軸線方向に後退させて開弁するための係合部は、第１弁体の後端側すなわち接続用円筒部の奥側）に設けられているので、第１弁体を不用意に後退移動させて開弁させたり、悪戯によって開弁したりすることを有効に防止することができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１はこの発明に係るカップラーの一例を示す断面図であり、ここに示すカップラーは、一対のコネクター１，２を備えている。一方のコネクター１はこの発明における供給側コネクターに相当し、図示しない液体容器に取り付けられ、プラグと称することもできる。他方のコネクター２はこの発明における受容側コネクターに相当し、燃料電池などの図示しない機器本体に取り付けられ、ソケットと称することもできる。

一方のコネクター（以下、仮にプラグと称す。）１の構成について説明すると、ノズル３の先端部に取り付けられた接続用円筒部４を備えており、この接続用円筒部４は以下に述べるバルブ機構の外装体としても機能している。この接続用円筒部４の中心部には固定軸（以下、仮にバルブシャフトと記す）５が取り付けられており、このバルブシャフト５を保持している隔壁部６には接続用円筒部４の内外（すなわちノズル３の内部と接続用円筒部４の内部と）を連通させる複数の貫通孔７が形成されている。

また、バルブシャフト５の先端側の外周には、この発明における第１弁体に相当するスライドバルブ８が、軸線方向に移動できるように嵌合されている。そのスライドバルブ８は円筒状もしくは中空軸状に形成された部材であって、その内径は、バルブシャフト５の外径より大きく、したがってスライドバルブ８の内周面とバルブシャフト５の外周面との間に流路９が形成されている。

スライドバルブ８の先端部およびバルブシャフト５の先端部で、上記の流路９を開閉するバルブ機構が構成されている。すなわち、バルブシャフト５の先端部には、外周面が、先端側（図１の上側）で大径となるテーパー面に形成されたパッキン１０が嵌合されている。このパッキン１０は、バルブシャフト５の先端部に取り付けられた平板部１１によって保持されている。言い換えれば、パッキン１０は、その平板部１１とバルブシャフト５に形成された段差部との間に挟み込まれて保持されている。これに対してスライドバルブ８の先端内周面は、前記パッキン１０の外周面に対応したテーパー面１２に形成されており、そのテーパー面１２がパッキン１０の外周面に気密状態に密着する（弁体が弁座に密着する）ことにより、スライドバルブ８の先端開口部すなわち流路９を閉止するようになっている。

また、スライドバルブ８の後端側の外周面には、半径方向で外側に突出したフランジ部１３が一体に形成されている。このフランジ部１３と前述した隔壁部６との間に、スライドバルブ８を先端側（図１の上側）に押圧するこの発明の弾性体に相当するコイルスプリング１４が配置されている。

また、フランジ部１３は、プラグ１における第２のバルブ機構の一部を構成している。すなわち、フランジ部１３の上面（コイルスプリング１４とは反対側の面）の外周部には環状の突起部１５が形成されている。そして、その環状突起部１５が液密状態に密着し、かつスライドバルブ８の外周面が液密状態に摺接するリング状のパッキン１６が、前述した接続用円筒部４の内部に固定され、弁座を形成している。

このパッキン１６の取付構造について説明すると、接続用円筒部４の内径は、前記フランジ部１３の環状突起部１５の先端に対応する位置より後端側（図１の下側）で小さく、それより先端側（図１の上側）で大きくなっていて、このように内径の変化する箇所に段差部１７が形成されている。パッキン１６はその段差部に１７に先端側から接触した状態に接続用円筒部４の内部に挿入されている。また、先端側の内径の大きい部分には、リング状のパッキンプレート１８がねじ込まれており、前記パッキン１６はこのパッキンプレート１８によって前記段差部１７との間に挟み込まれて固定されている。

そして、フランジ部１３より先端側に、スライドバルブ８の内周面から外周面に到る複数の貫通孔１９が、スライドバルブ８の中心軸線を中心に放射状に形成されている。 これらの貫通孔１９のスライドバルブ８における軸線方向の位置は、スライドバルブ８が最も先端側に移動して前記テーパー状のパッキン１０に密着している状態で、リング状のパッキン１６に一致してそのパッキン１６によって開口端が閉じられる位置である。

なお、接続用円筒部４の内部で前記コイルスプリング１４を収容している箇所も流路２０となっており、この流路２０とスライドバルブ８の内周側の流路９とを遮断するために、スライドバルブ８の内周面とバルブシャフト５の外周面との間にシールリング２１が配置されている。具体的には、いわゆるＯリングがバルブシャフト５に嵌合されている。

したがって、ノズル３が設けられている容器の内部とプラグ１の先端側の外部とは、スライドバルブ８の先端内周面とテーパー状のパッキン１０とを主体とするバルブ機構と、フランジ部１３およびリング状のパッキン１６とを主体とするこの発明の閉止機構に相当するバルブ機構との二つのバルブ機構によって遮断され、また連通されるようになっている。

上記のスライドバルブ８をコイルスプリング１４の弾性力に抗して後退移動させるための構成、すなわちスライドバルブ８を開弁するための構成について説明すると、図１に示す構成では、受容側コネクター（以下、仮にソケットと称す。）２によってスライドバルブ８を押圧するようになっている。すなわち、ソケット２は、上述した接続用円筒部４の内部に挿入される挿入用円筒部２２を備えている。この挿入用円筒部２２は、前述したバルブシャフト５およびこれに嵌合させたスライドバルブ８の先端部分を挿入する開口部２３を先端側（図１の下側）に形成された円筒状の部材であり、前記接続用円筒部４の内部に挿入されるように構成されている。

その開口部２３の内径より大径でテーパー状の係合部２４が、前記スライドバルブ８の軸線方向での中間部における外周面に形成されている。そして、その係合部２４よりも先端側に寄った位置の外周面にＯリング２５が嵌合され、スライドバルブ８を挿入用円筒部２２の開口部２３に挿入した場合に、そのＯリング２５が開口部２３の内周面に密着して液密状態を維持するように構成されている。したがって、接続用円筒部４と挿入用円筒部２２とを嵌合させた場合、バルブシャフト５およびスライドバルブ８の先端部が開口部２３の内部に挿入され、かつスライドバルブ８の外周面と開口部２３の内周面との間にＯリング２５が挟み込まれてこの部分の液密状態を維持し、さらにその状態で開口部２３の先端部２２Ａがスライドバルブ８の外周面に形成された係合部２４に当接し、挿入用円筒部２２がスライドバルブ８を軸線方向に押圧するようになっている。したがって、この先端部２２Ａがこの発明の開弁押圧部に相当している。

さらに、挿入用円筒部２２はソケット２におけるバルブ機構の外装体としても機能している。すなわち、挿入用円筒部２２の内部には前記開口部２３に続けて該開口部２３より大径の中空部が形成され、その中空部が流路２６となっている。したがって開口部２３と大径の中空部との境界部分に段差部が形成されており、ここが弁座２７となっている。この弁座２７に押し付けられて流路２６を閉じる弁体２８が設けられている。

この弁体２８は、流路２６の内径程度の外径を有する厚肉の円盤状をなし、あるいは断面が凹形状をなす円形の部材であり、その下面（図１での下側の面）の外周部にシールパッキン２９が取り付けられている。また、上面側には、コイルスプリング３０が配置され、その弾性力で弁体２８を弁座２７に向けて押圧するように構成されている。

その弁体２８に対するシールパッキン２９の取付構造について説明すると、弁体２８の下端部は、環状をなすシールパッキン２９の内径より大きい外径の平板部３１となっており、その平板部３１と本体部分３２との間にシールパッキン２９を嵌合させて挟み込むことにより、シールパッキン２９を弁体２８に保持させるように構成されている。

なお、その平板部３１と前述したバルブシャフト５の先端部に設けられている平板部１１とほぼ同じ外径であり、したがって弁体２８は、これらの平板部１１，３１を対向させて当接され、その状態でバルブシャフト５によって軸線方向に押圧されて開弁するようになっている。

また、バルブシャフト５における平板部１１の外径は、スライドバルブ８の先端面の外径以上で、かつ挿入用円筒部２２の開口部２３の内径より小さい径となっている。また、その平板部１１は接続用円筒部４の先端部よりも内方側に位置している。これは、可動部材であるスライドバルブ８の先端部を外部に対して隠蔽するための構成であり、平板部１１がこの発明における隠蔽板に相当している。したがって、不用意な取り扱いや悪戯などによって、細いピンや軸状の部材が接続用円筒部４の内部に差し込まれたとしても、直ちにスライドバルブ８が軸線方向に押されることが抑制され、更には、係合部２４がテーパー状になっているため軸線方向に押されることがより抑制され、プラグ１とソケット２とが接続されていない状態でスライドバルブ８が開弁したり、それに伴って容器の内部から液が漏れ出したりすることを防止することができる。

なお、接続用円筒部４の内周面と挿入用円筒部２２の外周面とには、これらの円筒部４，２２を所期の状態に嵌合させた場合に相互に係合して、両者を少なくとも軸線方向で一体化させる係止部３３ａ，３３ｂが形成されている。

さらに、図１に示すように構成されたカップラーは、プラグ１とソケット２とを相互に接続する場合、ソケット２の弁体２８が開弁した後に、プラグ１のスライドバルブ８が開弁するように構成されている。具体的には、プラグ１におけるバルブシャフト５に取り付けられている平板部１１の先端面とスライドバルブ８の外周部に形成されている係合部２４との距離（間隔）Ｌ１が、挿入用円筒部２２の先端（開口部２３の先端部２２Ａ）と弁体２８の先端部を形成している平板部３１の先端面との距離（間隔）Ｌ２より大きくなっている。したがって、バルブシャフト５がソケット２の弁体２８を押してこれを軸線方向に移動させた後、挿入用円筒部２２の先端部２２Ａがスライドバルブ８の係合部２４に係合してこれを押すことにより、スライドバルブ８が開弁するようになっている。なお、弁体２８が開弁する時点では、スライドバルブ８の外周面に嵌合させたＯリング２５が開口部２３の内周面に密着してここを封止するようになっている。

つぎに上述した図１に示す構成のカップラーの作用について説明する。図１は、プラグ１とソケット２とが離れていて両者が連結されていない状態であり、この状態では、プラグ１における接続用円筒部４の先端部が解放状態になっている。しかしながら、可動部材であるスライドバルブ８の先端面は、バルブシャフト５に取り付けられている平板部１１によって隠蔽されているから、プラグ１あるいはこれが取り付けられている容器を不用意に取り扱ったり、小児の悪戯などによって細いピンや軸状の部材が接続用円筒部４の内部に差し込まれても、スライドバルブ８が直ちに押されることがない。そのため、不用意に液が漏れ出すことが防止もしくは抑制される。また、スライドバルブ８の先端内周部に形成されているテーパー面１２が、テーパー状のパッキン１０に密着して流路９を封止し、またフランジ部１３が環状のパッキン１６に密着して流路２０を液密状態に封止しているので、プラグ１が取り付けられている容器は、二重のバルブ機構によって閉じられている。そのため、容器からの液漏れが確実に防止される。

カップラーを連結するためには、プラグ１とソケット２とを相互に軸線方向に接近させて嵌合させる。図２にその初期状態を示してあり、挿入用円筒部２２が接続用円筒部４とスライドバルブ８との間に差し込まれ、またバルブシャフト５およびこれに嵌合させてあるスライドバルブ８が、挿入用円筒部２２における開口部２３に差し込まれる。そして、先ず、バルブシャフト５と弁体２８との各平板部１１，３１が互いに当接する。この状態では、スライドバルブ８の外周面に嵌合させたＯリング２５が開口部２３の内周面に密着していて開口部２３を液密状態に閉じている。

この状態における各パッキン１０，２９の間に形成される中空部分が、閉弁後に液体が残留する空間になるが、図１に示す構成では、各平板部１１，３１の背後にパッキン１０，２９を保持させているので、パッキン１０，２９同士が互いに接近していて液体の残留する中空部分の容積が小さくなっている。そのため、カップラーの連結を解く場合にプラグ１側およびソケット２側いずれにも回収されない残液量が少なく、いわゆる液だれあるいは液漏れを回避もしくは抑制することができる。更には、スライドバルブ８が閉弁後に弁体２８が閉弁するたことでより確実に抑制することができる。

図２の状態からプラグ１およびソケット２を更に深く嵌合させると、プラグ１に設けられているバルブシャフト５が、ソケット２側の弁体２８をコイルスプリング３０を圧縮しつつ押圧して弁体２８を軸線方向に後退移動させる。その状態を図３に示してある。

すなわち、弁体２８が弁座２７から離れて開弁状態となる。弁体２８をこのように開弁させるための荷重は、弁体２８の先端部に設けられている平板部３１にバルブシャフト５の先端部に設けられている平板部１１が当接することにより作用し、弁体２８のパッキン２９には荷重が作用しないので、そのパッキン２９の損傷や早期劣化などの不都合を回避することができる。またその荷重は、プラグ１とソケット２とを嵌合させることによる荷重であって、プラグ１におけるコイルスプリング１４の弾性力によるものではない。なお、その場合、ソケット２における挿入用円筒部２２の先端部２２Ａは、スライドバルブ８の係合部２４に到達していないか、もしくは単に接触する程度で係合部２４を押圧していないので、スライドバルブ８は閉じたままの状態を維持する。

図４は、プラグ１とソケット２とを更に深く嵌合させて、接続用円筒部４と挿入用円筒部２２との係止部３３ａ，３３ｂ同士を互いに係合させることにより、プラグ１とソケット２とを完全に連結した状態を示している。この状態では、スライドバルブ８が挿入用円筒部２２における開口部２３に更に深く入り込むので、挿入用円筒部２２の先端部２２Ａがスライドバルブ８の外周面に形成されている係合部２４に係合し、その結果、スライドバルブ８が軸線方向に後退移動するように押圧される。こうしてスライドバルブ８がバルブシャフト５に設けられているテーパー状のパッキン１０から離れて開弁する。したがって、この場合も、スライドバルブ８を開弁させる荷重は、パッキン１０に掛からずに係合部２４に掛かるので、パッキン１０の損傷や早期劣化などの不都合を回避することができる。そして、スライドバルブ８を開弁させる荷重は、ソケット２におけるいわゆる構造部分である挿入用円筒部２２から作用するので、ソケット２におけるコイルスプリング３０の弾性力には依存しない。

スライドバルブ８が上記のようにして軸線方向に後退移動すると（図１ないし図４の下方向に移動すると）、その先端部のテーパー面１２がパッキン１０から離れ、また軸線方向の中間部に形成されているフランジ部１３がパッキン１６から離れ、さらに貫通孔１９が接続用円筒部４における後端側の流路２０に開口するので、プラグ１における各流路２０，９が連通し、かつその流路９がソケット２における流路２６に連通する。すなわち、カップラーの連結が完了する。なお、この連結状態は、上記の各係止部３３ａ，３３ｂが互いに係合していることにより維持される。こうして容器が機器本体に接続されることにより、容器からエタノールなどの液体が機器本体に供給される。その液体の供給は、容器側で液体を加圧して行ってもよく、あるいは機器本体側で吸引して行ってもよい。

この発明に係る上記のカップラーでは、ソケット２側の弁体２８が開弁した後にプラグ１におけるスライドバルブ８が開弁するので、プラグ１が取り付けられている容器から送り出された液体は、途中で滞ることなくソケット２側に供給され、したがって液漏れや液だれを確実に防止することができる。しかも、上述した構成では、開弁の順序をコイルスプリング１４，３０の弾性力の強弱によって決めずに、プラグ１およびソケット２の構造もしくは寸法によって決めるようになっているので、開弁の順序やタイミングに異常を来すことを容易かつ確実に防止することができる。

つぎに、この発明の他の具体例を説明する。上述した具体例では、バルブシャフト５の先端部に嵌合させたパッキン１０によって弁座が形成され、またソケット２側の弁体２８にシールパッキン２９が嵌合させられ、これが弁座２７に押し付けられて液密性を確保するように構成されているが、この発明ではこの種のパッキン１０やシールパッキン２９などを使用せずに液密性を確保するように構成してもよい。図５はその例を示しており、バルブシャフト５の先端部には、前述したパッキン１０の外周面の同様のテーパー面をなす弁座３５が形成されている。したがって、この弁座３５はバルブシャフト５と同一の材質であり、前述したパッキン１０よりも硬度が高くなっている。そして、このテーパー面をなす弁座３５にスライドバルブ８における前記テーパー面１２が接触することにより、流路９を閉じるように構成されている。

また一方、前記ソケット２の一部を構成している前記挿入用円筒部２２における弁座２７は、挿入用円筒部２２の先端側（図５の下側）で次第に径が大きくなるテーパー状に形成されている。より具体的に説明すると、挿入用円筒部２２には先端部側から弁体２８に向けて延びる円筒部３６が形成され、その円筒部３６の外周面が上記のテーパー状の弁座２７となっている。これに対して、弁体２８における前記平板部３１の外周側には、環状の溝が形成されており、その溝を構成している外周側の周壁面が前記弁座２７と同一形状のテーパー面３７となっている。そして、そのテーパー面３６が上記のテーパー状の弁座２７に接触することにより流路２６を液密状態に閉じるように構成されている。

図５に示す他の構成は、前述した図１に示す構成とほぼ同様であり、したがって図５に示す構成のうち前述した図１と同様の構成の部分には図１と同様の符号を付してその説明を省略する。なお、図５に示す具体例において、隔壁部６はノズル３に形成され、したがってバルブシャフト５はノズル３に取り付けられている。また、スライドバルブ８における前記突起部１５を当接させるパッキン１６は、ノズル３の先端部と接続用円筒部４の内周側に突出させた形成したフランジ部との間に挟み込まれて保持されている。

上述した図５に示す構成であっても、前述した図１に示す構成のカップラーと同様の作用・効果を得ることができ、これに加えて、開閉弁機構を構成するパッキン材の使用数を少なくすることができるので、構成を簡素化し、またコストの低廉化を図ることができる。

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省略し、また変更してもよい。例えば、対象とする液体はエ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するなど、設計上の各種の変更を行ってもよい。

この発明に係る開閉弁付カップラーの一例を示す断面図である。 そのプラグとソケットとの連結初期の状態を示す断面図である。 そのプラグとソケットとを更に深く嵌合させた状態の断面図である。 プラグとソケットとの連結が完了した状態の断面図である。 この発明に掛かる開閉弁付カップラーの他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…コネクター（プラグ）、 ２…コネクター（ソケット）、 ３…ノズル、 ４…接続用円筒部、 ５…バルブシャフト（固定軸）、 ６…隔壁部、 ７…貫通孔、 ８…スライドバルブ（第１弁体）、 ９…流路、 １０…パッキン（弁座）、 １１…平板部、 １２…テーパー面、 １３…フランジ部、 １４…コイルスプリング（弾性体）、 １５…環状突起部、 １６…パッキン、 １７…段差部、 １８…パッキンプレート、 １９…貫通孔、 ２０…流路、 ２１…シールリング、 ２２…挿入用円筒部、 ２２Ａ…先端部（開弁押圧部）、 ２３…開口部、 ２４…係合部、 ２５…Ｏリング、 ２６…流路、 ２７…弁座、 ２８…弁体（第２弁体）、 ２９…シールパッキン、 ３０…コイルスプリング（弾性体）、 ３１…平板部、 ３２…本体部分、 ３３ａ，３３ｂ…係止部、 ３５…弁座、 ３７…テーパー面。

Claims (8)

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開閉弁付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いずれか一方のコネクターは、接続用円筒部と、該接続用円筒部の中心軸線に沿って配置された固定軸とを備え、
   該固定軸の先端部外周に先端側で大径となるテーパー状の弁座が設けられ、
   該弁座のテーパー形状と一致するテーパー面を先端内周部に形成された円筒状の第１弁体が前記固定軸の外周側に軸線方向に移動可能に嵌合させられるとともに、そのテーパー面を前記弁座に押し付けるように前記第１弁体を軸線方向に押圧する弾性体が設けられ、
   前記固定軸の外周面と前記第１弁体の内周面との間に流路が形成され、
   前記第１弁体の外周面で軸線方向での中間部には該第１弁体の先端面の外径より大径の係合部が設けられ、
   前記供給側コネクターと受容側コネクターとの他方のコネクターには、前記接続用円筒部と前記固定軸との間に挿入される挿入用円筒部が設けられ、
   その挿入用円筒部の先端部に前記第１弁体における前記係合部に当接して該第１弁体を前記弾性体の弾性力に抗して軸線方向に押圧する開弁押圧部が形成されている
   ことを特徴とする開閉弁付カップラー。
2. 前記挿入用円筒部は、前記弁体を液密状態に嵌合させる開口部を先端部に有しかつその開口部に連通する流路が内部に形成されており、
   その挿入用円筒部の内部には、該挿入用円筒部の開口部に向けて弾性体によって押圧された第２弁体と、該第２弁体が前記弾性体によって押圧されて接触することにより前記開口部を液密状態に閉じる弁座とが設けられ、
   前記固定軸の先端部が前記第２弁体の先端部を押圧し、かつ前記挿入用円筒部の先端部が前記第１弁体の形成された前記係合部に係合して第１弁体を押圧するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の開閉弁付カップラー。
3. 前記弁座は、前記固定軸の先端部に嵌合させたパッキンによって形成されるとともに、
   前記固定軸の先端部には、該パッキンを抜け止めしかつ前記第２弁体に当接させられる平板部が形成され、
   前記第２弁体は、前記挿入用円筒部の内部に形成された弁座に液密状態に当接する他のパッキンを備えるとともに、
   前記第２弁体の先端部は、前記他のパッキンを抜け止めしかつ前記固定軸の先端部に形成された前記平板部が当接する平板状に形成されている
   ことを特徴する請求項２に記載の開閉弁付カップラー。
4. 前記第１弁体の外周部には、前記固定軸の先端部が前記第２弁体を押圧する前に前記挿入用円筒部における開口部に液密状態に嵌合するシール材が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の開閉弁付カップラー。
5. 前記固定軸が前記第２弁体を押圧して前記弁座から離隔させることにより前記他方のコネクターを開弁させた後、前記挿入用円筒部の先端部が前記第１弁体の係合部に係合して該第１弁体を軸線方向に後退させて前記テーパー状の弁座から離隔させることにより前記一方のコネクターを開弁させるように構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の開閉弁付カップラー。
6. 前記第１弁体の後端部に、該第１弁体の先端内周面が前記テーパー状の弁座に当接して前記流路を閉じている状態で該流路を閉止する閉止機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の開閉弁付カップラー。
7. 前記閉止機構は、前記第１弁体の外周側に突出して形成されたフランジ部と、該フランジ部より先端側に前記第１弁体の外周面から内周面に到るように貫通して形成された貫通孔と、前記第１弁体の先端内周面が前記テーパー状の弁座に液密状態に接触している状態では前記フランジ部が液密状態に接触しかつ前記貫通孔の前記第１弁体における外周側の開口部を封止するように前記接続用円筒部の内周部に設けられたリング状のパッキンと、前記第１弁体の内周面と前記固定軸の外周面との間の流路を前記貫通孔が形成されている位置よりも前記第１弁体の後端側で封止する軸封材とを備えていることを特徴とする請求項６に記載の開閉弁付カップラー。
8. 前記固定軸の先端部に設けられた平板部は、前記第１弁体の先端面の外径以上の大径でかつ前記係合部の外径より小径の円板状の隠蔽板とされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の開閉弁付カップラー。

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