JPWO2006132017A1 - 液体送受用ジョイント装置およびこの装置を備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ジョイント時における連結部分の位置合わせ精度、およびこれら連結部分の固定維持に好適な構造の液体送受用ジョイント装置などを提供する。【解決手段】液体を収容する液体リザーバと液体リザーバから液体を受容する液体アクセプタを接続する液体送受用ジョイント装置について、液体リザーバの送液側ジョイント２を液体アクセプタの受液側ジョイント５に位置合わせするとともに、当該液体リザーバが液体アクセプタに接続された状態を維持する係脱可能な留め具（スナップホック）３，１１を液体リザーバの送液側ジョイント２と液体アクセプタの受液側ジョイント５とに設ける。

Description

本発明は、液体送受用ジョイント装置およびこの装置を備えた燃料電池システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池、インクジェットプリンタ等のように液体供給手段としての液体リザーバ（液体供給容器）が液体アクセプタ（液体受容器）と分離している機器において当該液体リザーバから液体アクセプタに液体を導くためのジョイント機構に関する。

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、医療用薬液投与用機器などにおいて、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で構成された液体供給手段であって、これらのうち液体リザーバが着脱可能となっているものが広く普及している。このように液体リザーバを着脱可能とした液体供給手段においては、供給液体が不足したとき液体リザーバ自体を直接取り替えることができることから、機器の本体内に搭載されているリザーブタンク等に液体を直接供給するような場合に比べると、液体によって手を汚すことがほとんどない上、安全性が高く、簡便に供給液体を補給できるという点で優れている。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である場合には大変有効な液体供給手段であるといえる。

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、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。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し、失明する可能性が非常に高く、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（特開２００３−３０８８７１、特開平８−１２３０１、特開２００３−３１７７５６など）。

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を有する必要がある。従来考えられているジョイントとして、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号公報等が挙げられる。
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、液体リザーバと液体アクセプタを連結して液体供給手段の一部として機能する液体送受用のジョイント装置について、以下のような問題がある。すなわち、第一に、ジョイント時における連結部分（液体リザーバの送液側ジョイント（送液口）、液体アクセプタの受液側ジョイント（受液口））の位置合わせ精度、およびこれら連結部分の固定維持に好適な構造のジョイント装置は見当たらないというのが現状である。第二に、幼児等に対する安全性の確保、具体的には例えば誤接触した場合における液体の漏出防止といった点に十分に配慮する必要がある。第三に、例えば内容物の異なる液体リザーバ、サイズの異なる液体リザーバといったように容器の種類やサイズが異なる場合には誤接続を確実に防止することが重要となるが、上記のような問題を解決しつつ尚かつ誤接続を確実に防止できるようにした機構は皆無の状態であり、たとえ存在していたとしても、そのような機構は部品点数が多く、複雑な機構を要しているというのが実情である。このため、現状のジョイント装置は小型化およびローコスト化という点で限界が生じている。

そこで、本発明は、ジョイント時における連結部分の位置合わせ精度、およびこれら連結部分の固定維持に好適な構造の液体送受用ジョイント装置、幼児等に対する安全性に配慮した液体送受用ジョイント装置、さらに、種類やサイズの異なる容器の誤接続を確実に防止できるようにした液体送受用ジョイント装置を提供することを目的とし、併せて、このような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。

本発明者は、上述したような従来技術が抱える問題について鋭意検討した結果、かかる問題を解決しうる技術を知見するに至った。本発明はかかる知見に基づくもので、液体を収容する液体リザーバと液体リザーバから液体を受容する液体アクセプタを接続する液体送受用ジョイント装置において、液体リザーバの送液側ジョイントを液体アクセプタの受液側ジョイントに位置合わせするとともに、当該液体リザーバが液体アクセプタに接続された状態を維持する係脱可能な留め具を液体リザーバの送液側ジョイントと液体アクセプタの受液側ジョイントとに備えていることを特徴としている。

このような液体送受用ジョイント装置によると、液体リザーバの送液側ジョイントと液体アクセプタの受液側ジョイントとを留め具を利用して位置合わせすることができる。しかも、この留め具は係脱可能なものであるから、送液側ジョイントの留め具と受液側ジョイントの留め具とを位置合わせして留め合わせれば、液体リザーバを液体アクセプタに接続した状態を容易に維持することができる。

また、本発明は、液体を収容する液体リザーバと液体リザーバから液体を受容する液体アクセプタを接続する液体送受用ジョイント装置において、ジョイント時以外における誤接触による供給弁からの液漏れを防止する安全機構を液体リザーバの送液側ジョイントに備えていることを特徴としている。

この液体送受用ジョイント装置によると、液体リザーバの送液側ジョイントに設けられた安全機構の機能により、ジョイント時以外において、誤接触による供給弁からの液漏れを防止することができる。これによれば、例えば幼児が液体アクセプタを触ったり持ったりしてしまった場合においても十分な安全性を確保することが可能となる。

さらに、本発明は、液体を収容する液体リザーバと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において、規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのを防止するためのメカニカルキー機構を液体リザーバと液体アクセプタのそれぞれのジョイントに備えていることを特徴としている。

このような液体送受用ジョイント装置によると、液体リザーバと液体アクセプタのそれぞれのジョイント（液体リザーバの送液側ジョイント、液体アクセプタの受液側ジョイント）に設けられたメカニカルキー機構の機能により、例えば規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのを確実に防止することができる。

また、液体送受用ジョイント装置において液漏れを防止するための安全機構は、液体リザーバのジョイントに設けられた液漏れ防止用のガードであって、当該ガードの前面に設けられた液体通過用の透孔の孔面積Ｓと、ガードの前面から供給弁までの長さｄとの関係が

（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。

この液体送受用ジョイント装置によると、孔面積の割に十分な深さを有する液体通過用の透孔が形成されているために、幼児等が誤って液体リザーバの送液側ジョイントに触ったとしても供給弁に誤接触するのを確実に防ぐことができる。

さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の液体送受用ジョイント装置において、請求項２または請求項４のいずれかに記載の安全機構を備えていることを特徴としている。この液体送受用ジョイント装置によると、請求項１の留め具と、請求項２または４の安全機構を備えていることから、両発明の効果を併せ持つことができる。すなわち、液体リザーバの送液側ジョイントと液体アクセプタの受液側ジョイントとを留め具を利用して位置合わせし、この位置合わせと同時に液体リザーバを液体アクセプタに接続した状態を維持することができる。また、安全機構により、ジョイント時以外の誤接触により供給弁から液漏れするのを防止することができるし、さらには、透孔の孔面積Ｓとガードの前面から供給弁までの長さｄとが

（ｄ／Ｓ）≧４×１０^-3
を満たすように形成することによって液漏れをより確実に防止することが可能となる。

さらに、本発明にかかる液体送受用ジョイント装置は、規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのを防止するためのメカニカルキー機構を液体リザーバの送液側ジョイントと液体アクセプタの受液側ジョイントのそれぞれに備えていることを特徴としている。

このような液体送受用ジョイント装置によると、液体リザーバの送液側ジョイントと液体アクセプタの受液側ジョイントとを留め具を利用して位置合わせし、この位置合わせと同時に液体リザーバを液体アクセプタに接続した状態を維持することができるばかりでなく、メカニカルキー機構の機能により、例えば規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのを確実に防止することができる。また、さらに安全機構を備えている場合には、ジョイント時以外の誤接触により供給弁から液漏れするのを防止することができるし、上述したのと同様に

（ｄ／Ｓ）≧４×１０^-3
を満たすように形成することによって液漏れをより確実に防止することができるようになる。つまりこの場合の液体送受用ジョイント装置は、前述した従来技術の３つの問題をいずれも解決することができるいわば多機能なジョイント装置となりうる。

また、この場合のメカニカルキー機構は、留め具を構成するオス側部材とメス側部材に設けられた凹部およびこの凹部に嵌まり込む形状の凸部によって構成されていることが好ましい。

この液体送受用ジョイント装置によると、メス側部材（あるいはオス側部材）に設けられた凹部に、オス側部材（あるいはメス側部材）に設けられた凸部が嵌まり込むという構造のメカニカルキー機構によって、規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのをさらに確実に防止することができるようになる。

さらに、本発明は、上述した液体送受用ジョイント装置を備えた燃料電池システムであって、液体燃料を用いた燃料電池に液体リザーバが適用されているというものである。

この燃料電池システムによると、液体リザーバの送液側ジョイントと液体アクセプタの受液側ジョイントとを留め具を利用して位置合わせし、この位置合わせと同時に液体リザーバを液体アクセプタに接続した状態を維持することができる機能、メカニカルキー機構によって例えば規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのを確実に防止することができる機能、安全機構によってジョイント時以外の誤接触により供給弁から液漏れするのを防止することができる機能の少なくともいずれかを有するジョイント装置を備えたシステムとすることができる。

この場合の燃料電池システムは、液体燃料として少なくともメタノールを含有する燃料が用いられているものであってもよい。このような燃料電池システムによると、メタノール含有燃料が用いられる燃料電池システムを、前述と同様の機能を有するジョイント装置を備えたものとすることができる。

本発明によると、ジョイント時における連結部分の位置合わせ精度、およびこれら連結部分の固定維持に好適な構造の液体送受用ジョイント装置、幼児等に対する安全性に配慮した液体送受用ジョイント装置、さらに、種類やサイズの異なる容器の誤接続を確実に防止できるようにした液体送受用ジョイント装置、併せて、このような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ができる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて説明する。

図１〜図１２に本発明の一実施形態を示す。本実施形態における液体リザーバ１は例えばＤＭＦＣに用いるメタノール燃料カートリッジであり、一例として３重量％メタノール水溶液が予め封入されているものである（図１参照）。また、液体アクセプタ４にはＤＭＦＣ本体が内蔵されている。液体リザーバ１内の液体を液体アクセプタ４に供給する際には送液側ジョイント２と受液用ジョイント５とを接続した状態として使用する（図３参照）。このように液体リザーバ１から液体アクセプタ４に送液する際、液体を収容する液体リザーバ１と液体リザーバ１から液体を受容する液体アクセプタ４とを接続するため、各ジョイント２，５によって本発明にかかる液体送受用ジョイント装置２１が構成されている（図４等参照）。

ここで、本実施形態における液体送受用ジョイント装置２１は、液体リザーバ１の送液口の送液側ジョイント２を液体アクセプタ４の受液口の受液側ジョイント５に接続するための係脱可能な留め具３，１１を備えている（図１、図２、図４参照）。これら留め具３，１１は、当該液体リザーバ１の送液側ジョイント２と液体アクセプタ４の受液側ジョイント５とに設けられているもので、液体リザーバ１の送液側ジョイント２を液体アクセプタ４の受液側ジョイント５に位置合わせするとともに、当該液体リザーバ１が液体アクセプタ４に接続された状態を維持する係脱可能な部材である。このような留め具３，１１の具体例は特に限定されるものではないが、比較的容易に留めたり外したりすることができ尚かつ安価で軽量で部材が好ましく、一例を挙げれば、スナップやホックなどと呼ばれているような鉤（かぎ）状部分と受け部分とが一組になった部材（以下、本実施形態において「スナップホック」ともいう）を適用できる。また、安価で軽量という観点からすれば可撓性のあるプラスチック製の留め具３，１１を採用することも好ましい。例えば本実施形態では、凸形および凹形の両部材からなる丸形のスナップホック３，１１を採用している（図４〜図１２参照）。

まず、液体アクセプタ４側の構成について説明する（図６〜図８参照）。液体アクセプタ４の本体側筐体４ａのうち、液体リザーバ１が接続される部分（液体アクセプタ４の正面）には受液側ジョイント５が設けられている（図８等参照）。この受液側ジョイント５は液体リザーバ１の方に突出したノズル形状となっており、このノズル（符号７で示す）部分の中心に液を流通させるための流通路６が設けられている。

また、本実施形態においては本体側筐体４ａの正面に透孔４ｂを設け、この透孔４ｂに取り付けたゴムパッキン８によって上述のノズル７を支持するようにしている。例えば本実施形態のゴムパッキン８は断面円形の略先細形状であって、その先端部に設けられた袋状部分の内側にノズル７を収容できる形状となっている。また、ゴムパッキン８の根元部分には２列のフランジ８ａ，８ｂが設けられていて、いったん本体側筐体４ａの透孔４ｂに取り付けられると外れにくくなっている（図８参照）。さらに、このゴムパッキン８は当然ながら弾性を有しており、ジョイント時、送液側ジョイント２が押し付けられた場合に本体側筐体４ａの方へと変形することができるようになっている（図５参照）。したがって、液体の流通孔たる上述のノズル７は、このゴムパッキン８の変形量とほぼ同量だけ本体側筐体４ａの中心軸方向（つまり液体が流通する方向）に移動することができる。

また、ゴムパッキン８の内側であってノズル７と本体側筐体４ａとの間に形成される空間には、本体側筐体４ａの中心軸方向（つまり液体が流通する方向）に移動可能な弁９とばね部材１０とが設けられている（図８等参照）。通常時、この弁９はばね部材１０によってノズル７の方へと押し付けられているために流通路６を塞いで液体が流通しないようにしているが（図８参照）、ジョイント時には、送液側ジョイント２が押し付けられることによって本体側筐体４ａの方へと後退して流通路６を開き、液体が流通できる状態とする（図５参照）。ばね部材１０は例えばテフロン（登録商標）でコーティングされた巻きばね等で構成されている（図８等参照）。

さらに本実施形態においては、液体リザーバ１をこの液体アクセプタ４に接続するための液体送受用ジョイント装置２１を、送液側ジョイント２と受液用ジョイント５とで構成している。液体アクセプタ４に設けられている受液用ジョイント５は、例えば本実施形態では、液体リザーバ１側の送液側ジョイント２が嵌め込まれるメス型の円筒形のスナップホック（留め具）１１によって構成することとしている（図７、図８参照）。この場合、円筒形の当該スナップホック１１は、その中心が受液用ジョイント５の中心に一致するように同心円状に配置されている。後述するが、液体リザーバ１に設けられるスナップホック３も同様にして送液側ジョイント２の中心に一致するように同心円状に配置されている（図１０等参照）。このため、本実施形態の液体送受用ジョイント装置２１によれば、液体リザーバ１と液体アクセプタ４とをジョイントさせると同時に、液体リザーバ１の送液側ジョイント２と液体アクセプタ４の受液側ジョイント５とをいわば自動的に位置合わせすることができるようになっている。なお、スナップホック１１は例えば接着剤や他の留め具などを用いて本体側筐体４ａに取り付けられている。この場合、留め具の具体例としてはプッシュナット、ねじなどが考えられる。あるいは、溶着によってスナップホック１１を取り付けることも考えられる。

さらに、上述のスナップホック１１はジョイント状態（液体リザーバ１が液体アクセプタ４に接続された状態）を維持でき、なおかつ取り外しができるように係脱可能に設けられている。この場合、係脱可能にするための具体的な構成は特に限定されることはないが、例えば本実施形態では、受液側のスナップホック１１に凸状の係止部１１ａを設けておき、送液側のスナップホック３に係脱可能であってしかも自然には外れ難い構成としている。より具体的には、円筒形の受液側スナップホック１１の内周面であって先端寄りに周状に連続する起伏を設け、送液側スナップホック３の外周面に引っ掛かるようにしている（図８等参照）。

以上が液体アクセプタ４側の構成についての説明であり、続いて、液体リザーバ１側について説明する（図９〜図１２等参照）。液体リザーバ１の本体側筐体１ａのうち、液体アクセプタ４に接続される部分（液体リザーバ１の正面）には送液側ジョイント２が設けられている（図９等参照）。この送液側ジョイント２は液体アクセプタ４の方へと突出したノズル形状となっており、このノズル（符号１２で示す）部分の中心に液を流通させるための流通路１３が設けられている。

また、本実施形態においては本体側筐体１ａの正面に透孔１ｂを設け、この透孔１ｂに取り付けたゴムパッキン１４によって上述のノズル１２を支持するようにしている。例えば本実施形態のゴムパッキン１４は断面円形であり尚かつ先端部分が略ドーム形状であって、そのドーム形状部分の内側にノズル１２を収容できるようになっている（図１１参照）。また、ゴムパッキン１４の根元部分の外周面には２列のフランジ１４ａ，１４ｂが設けられていて、いったん本体側筐体１ａの透孔１ｂに取り付けられると容易には外れないようになっている（図１１参照）。このゴムパッキン１４は当然ながら弾性を有しており、ジョイント時、受液側ジョイント５が押し付けられた場合に本体側筐体１ａの方へと変形することができるようになっている（図５参照）。したがって、液体の流出孔たる上述のノズル１２は、このゴムパッキン１４の変形量とほぼ同量だけ本体側筐体１ａの中心軸方向（つまり液体が流通する方向）に移動することができる。

また、ゴムパッキン１４の内側であってノズル１２と本体側筐体１ａとの間に形成される空間には、本体側筐体１ａの中心軸方向（つまり液体が流通する方向）に移動可能な弁１５とばね部材１６とが設けられている（図１１等参照）。通常時、この弁１５はばね部材１６によってノズル１２の方へと押し付けられているために流通路１３を塞いで液体が流通しないようにしているが（図１１参照）、ジョイント時には、受液側ジョイント５が押し付けられることによって本体側筐体１ａの方へと後退して流通路１３を開き、液体が流通できる状態とする（図５参照）。ばね部材１６は例えばテフロン（登録商標）でコーティングされた巻きばね等で構成されている（図１１等参照）。

さらに本実施形態においては、この液体リザーバ１を液体アクセプタ４に接続するための液体送受用ジョイント装置２１を、送液側ジョイント２と受液用ジョイント５とで構成しているのは上述したとおりである。ここで、液体リザーバ１に設けられている送液側ジョイント２は、例えば本実施形態では、液体アクセプタ４側の受液用ジョイント５に嵌め込まれるオス型の円筒形のスナップホック（留め具）３によって構成することとしている（図１１、図１２等参照）。この場合、円筒形の当該スナップホック３は、その中心が送液側ジョイント２の中心に一致するように同心円状に配置されている。これにより、本実施形態の液体送受用ジョイント装置２１では、液体リザーバ１と液体アクセプタ４とをジョイントさせると同時に、液体リザーバ１の送液側ジョイント２と液体アクセプタ４の受液側ジョイント５とをいわば自動的に位置合わせすることができるようになっている。

さらに、上述のスナップホック３はジョイント状態（液体リザーバ１が液体アクセプタ４に接続された状態）を維持でき、なおかつ取り外しができるように係脱可能に設けられている。この場合、係脱可能にするための具体的な構成は特に限定されることはないが、例えば本実施形態では上述したように受液側のスナップホック１１に凸状の係止部１１ａを設けておき、この係止部１１ａが送液側のスナップホック３に係脱可能であってしかも自然には外れ難くなるようにしている（図５等参照）。

なお、上述した弁９，１５についてさらに説明を加えておくと、これら弁９，１５は、本体側筐体１ａ（または４ａ）側に後退したときゴムパッキン８（または１４）との間に液体流路を形成しうる形状と大きさに形成されている。また、このような弁９，１５の材料としては金属、プラスチック、木材、セラミック等を用いることができるが耐久性や機能などを考慮するとこれらの中では金属あるいはプラスチックを採用することが好ましい。なお、具体的には、金属は、ステンレス、アルミ、鉄、銅、銀、白金、金等が挙げられる。プラスチックでは、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフタルアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン、フッ素樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ＴＥＦＥ、ＰＦＡ、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。

以上が液体送受用ジョイント装置２１についての説明であり、このような液体送受用ジョイント装置２１によれば、液体リザーバ１の送液側ジョイント２と液体アクセプタ４の受液側ジョイント５とをスナップホック（留め具）３，１１を利用して位置合わせすることができる。しかも、このスナップホック３，１１は係脱可能なものであるから、送液側ジョイント２のスナップホック３と受液側ジョイント５のスナップホック１１とを位置合わせして留め合わせれば、液体リザーバ１を液体アクセプタ４に接続した状態を容易に維持することができる。

なお、上述したような液体送受用ジョイント装置２１において、メカニカルキー機構を液体リザーバ１と液体アクセプタ４のそれぞれのジョイント２，５に設けておくことも好ましい。すなわち、このようなメカニカルキー機構を予め設けておけば、規格やサイズ等の異なる液体リザーバ１がジョイントされるのを有効に防止できるという意味で効果的である。このようなメカニカルキー機構を設けた場合の一形態を以下に説明する（図４等参照、以下、メカニカルキー機構を符号１７で示す）。

メカニカルキー機構１７は、例えば、スナップホックを構成するオス側部材（上述した実施形態の場合であればスナップホック３）とメス側部材（上述した実施形態の場合であればスナップホック１１）とに形成することができる。例えば本実施形態では、液体リザーバ１のスナップホック３の外周面に４つの凸部１７ａを９０度おきに設けるとともに（図９、図１０等参照）、液体アクセプタ４のスナップホック１１には、これら凸部１７ａが嵌まり込む大きさおよび形状の切り欠きからなる凹部１７ｂを９０度おきに４つ設けている（図７等参照）。これらのような凸部１７ａおよび凹部１７ｂはメカニカルキー機構１７の一例に過ぎないが、例えば、ジョイントさせようとする液体リザーバ１と液体アクセプタ４の規格、サイズ、種類、仕様など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１７の構造を変えることとすれば、規格やサイズなどの異なる場合の誤ったジョイントを有効に防止することが可能となる。メカニカルキー機構１７の構造を変えることの具体例としては、凸部１７ａおよび凹部１７ｂの形状、大きさ、個数などを適宜変えることを挙げることができる。また、いうまでもないが、液体アクセプタ４に凸部１７ａを設け、液体リザーバ１に凹部１７ｂを設けるというように上述の実施形態とは逆の形態としても構わない。ちなみに、上述のようにメカニカルキー機構１７の凹部１７ｂを例えば４つの切り欠きによって構成した場合（図７等参照）、円筒形状のメス型のスナップホック１１の可撓性が増して外側に撓みやすくなる。したがって、例えばこのメス型のスナップホック１１の径を予め小さめにしておき、比較的きつい嵌め合い状態（いわゆる締り嵌めの状態）とすれば、ジョイントを容易にしつつもジョイント状態が維持されるように更に外れにくくすることも可能となる。

あるいは、上述したのとは別の凸部や凹部を形成してメカニカルキー機構の機能を強化することとしてもよい。以下にこのような例について示す（図１３〜図１７参照）。例えば図１３等に示す液体送受用ジョイント装置２１においては、上述のメカニカルキー機構１７に加え、さらに別のメカニカルキー機構１８が設けられている。このメカニカルキー機構１８は、液体リザーバ１のスナップホック３に形成された凹部１８ｂと、液体アクセプタ４のスナップホック１１に形成された凸部１８ａとによって構成されている。より具体的には、スナップホック３には液体通過用の透孔を中心として放射状に延びる４つの切り欠きが設けられている（図１３参照）。凹部１８ｂを構成するこれら切り欠きの外寄りの端部は略三角形状に尖った形状に形成されている。一方、液体アクセプタ４のスナップホック１１には、これら凹部１８ｂにちょうど嵌り込む形状の４つの凸部１８ａが形成されている（図１５、図１６参照）。より具体的には、凹部１８ｂの先端部分にちょうど嵌り込む形状であって、液体リザーバ１の方へ向けて突出する略五角形の４つの凸部１８ａが液体通過用透孔を中心とした同心円上に等間隔に設けられている。このような液体リザーバ１と液体アクセプタ４とをジョイントする場合、上述したメカニカルキー機構１７のみならず、更に別のメカニカルキー機構１８もキーとして機能することから、規格、サイズ、種類、仕様などが異なる液体リザーバ１と液体アクセプタ４とが誤ってジョイントされるのを更に有効に防止することが可能となる。

また、このような別構造のメカニカルキー機構１８を追加することとすればキーを変えることもさらに容易になるという利点もある。一例を挙げて説明すると、図１３等では略三角形に尖らせていた凹部１８ｂの外寄り端部を半円形状とし（図１８参照）、併せて、略五角形としていた４つの凸部１８ａをこれに合わせて半円形と四角形とを組み合わせた形状（いわば前方後円形状）とすることなどである。このように、別構造のメカニカルキー機構１８を追加した場合には細部の形状を僅かに変更するだけで異なるキーを構成することができるから、多様な規格、サイズ等に対応したいような場合に特に有効である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態においては、係脱可能なスナップホック３，１１を設け、さらにはメカニカルキー機構１７，１８を設けた場合について説明したが、場合に応じて、ジョイント時以外における誤接触による供給弁（この場合、液体リザーバ１に設けられていた弁１５）からの液漏れを防止する安全機構を液体リザーバ１の送液側ジョイント２に設けることも好ましい。以下、このような安全機構を備えた液体送受用ジョイント装置２１についても説明しておく（図１１等参照）。

例えば図１１等に示した液体送受用ジョイント装置２１においては、液漏れを防止するための安全機構（符号１９で示す）は液体リザーバ１の送液側ジョイント２に設けられた液漏れ防止用のガード１９ａによって構成されている。より詳しくは、スナップホック３の前面（液体アクセプタ４を向く面）を内側に折り曲がる形状として供給弁１５を覆うようにするとともに、その中央部には液体通過用の透孔２０を設けている（図１１等参照）。こうすることにより、例えば幼児等が液体リザーバ１を誤って触ったり持ったりしてしまった場合、指を送液側ジョイント２に押し当てたとしても供給弁１５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。この場合の安全機構１９としては、ガード１９ａから供給弁１５までの深さ（または厚さ）が、液体通過用の透孔２０の孔面積の割に十分なものとなっていることが望ましい。十分な深さを確保しておくこととすれば不測の液漏れが生じるのをより確実に回避することが可能となる。この場合の十分な深さというのは液体リザーバ１の形状、大きさ、またこれに伴う送液側ジョイント２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、ガード１９ａの前面に設けられた液体通過用の透孔２０の孔面積をＳとし、当該ガード１９ａの前面から供給弁１５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。これは、透孔２０の直径φを種々の値と、各値の場合の十分な深さｄを考慮した結果として得られた関係式であり（以下の表１参照）、これに基づけば、孔径φと深さ（または厚さ）ｄとの関係を示す図２０において、グラフ中の線よりもおよそ下の範囲にあれば深さｄを十分にとることによって安全性を確保することができると考えられたものである。

ただし、上述の例はあくまで透孔２０を円形とした場合に好適な例であり、仮に透孔２０が円形以外であるならば必ずしも該当しない場合もありえる。要は、透孔２０の形状や大きさ等に応じて適宜安全な深さｄを確保することが望まれる。

以上、ここまで説明した液体送受用ジョイント装置２１の実際の適用場面としては種々のものが考えうるが、上述したような高い安全性と機能からすれば、液体燃料を用いた燃料電池に液体リザーバ１が適用されている燃料電池システム２２などにおいて特に好適である。また、このような燃料電池システム２２の液体燃料として少なくともメタノールを含有する燃料が用いられているような場合であれば、より高い安全性の確保という意味でも上述した液体送受用ジョイント装置２１はきわめて好適だということができる。

ここで、上述した液体送受用ジョイント装置２１を備えた燃料電池システム２２の実施例を図面を用いて説明しておく（図２１〜図２３参照）。例えば本実施形態の場合、メタノール燃料を内臓した燃料カートリッジケースが液体リザーバ１に該当する。該燃料カートリッジケースの送液口には送液側ジョイント２が設けられている（図２１参照）。また、燃料電池システム２２を構成する燃料電池２３の受液口には受液側ジョイント５が設けられている（図２１参照）。上述した送液側ジョイント２を受液側ジョイント５に接続することにより、燃料カートリッジケース内の燃料（メタノール）をこぼさず燃料電池２３に供給することができる（図２２参照）。

また、ここで燃料電池システム２２の構成についても概略的に説明しておく（図２３参照）。本実施形態におけるメタノール直接型の燃料電池（ＤＭＦＣ）２３は、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２４、この電解質膜２４の一方の面に設けられるアノード電極２５、他方の面に設けられるカソード電極２６、両電極２５，２６を挟むように配置される一対のセパレータ２７，２８を備えている。例えば本実施形態の場合、燃料カートリッジから供給された燃料（メタノール）はポンプ２９、フィルタ３０を通過してアノード電極２５側に供給されるようになっている（図２３参照）。一方、カソード電極２６側には、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３１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（図２３参照）。上述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２２の外部へと排出される。

なお、ここで説明した燃料電池２３はあくまで一例に過ぎず、この他にも、インクカートリッジ、薬液投与用の容器などといった種々の液体送受用装置に適用することができるのはいうまでもない。この場合、特に小型かつ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２１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１や液体アクセプタ４の形状は上述した実施形態中の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、スナップホック（留め具）３，１１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、スナップホック３，１１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１がジョイントされるのを防ぐという機能を併せ備えることができるから、本実施形態で説明したような凸部１７ａ，１８ａや凹部１７ｂ，１８ｂを形成しないことも可能となる。

本発明にかかる液体送受用ジョイント装置２１は、上述のような燃料電池システム２２、さらにはインクジェットプリンタ等、液体供給手段としての液体リザーバ（液体供給容器）１が液体アクセプタ（液体受容器）４と分離している機器において当該液体リザーバ１から液体アクセプタ４に液体を導くためのジョイント機構全般において適用することができる。

液体送受用ジョイント装置の液体リザーバを示す斜視図である。 液体送受用ジョイント装置の液体アクセプタを示す斜視図である。 ジョイント時における液体リザーバと液体アクセプタの斜視図である。 ジョイント時における液体リザーバと液体アクセプタの液体送受用ジョイント装置の形態を部分的に示す側面図である。 図４のV-V線における断面図である。 液体アクセプタに設けられた受液側ジョイントの一例を示す正面図である。 図６に示した受液側ジョイントの側面図である。 図７のVIII-VIII線における断面図である。 液体リザーバに設けられた送液側ジョイントの一例を示す側面図である。 図９に示した送液側ジョイントの正面図である。 図１０のXI-XI線における断面図である。 図１０のXII-XII線における断面図である。 別のメカニカルキー機構が設けられた場合の送液側ジョイントの一例を示す正面図である。 図１３のXIV-XIV線における断面図である。 別のメカニカルキー機構が設けられた場合の送液側ジョイントの一例を示す正面図である。 図１５のXVI-XVI線における断面図である。 ジョイント時における液体送受用ジョイント装置の他の例を示す断面図である。 別のメカニカルキー機構の形状をさらに変更した場合の送液側ジョイントの一例を示す正面図である。 別のメカニカルキー機構の形状をさらに変更した場合の受液側ジョイントの一例を示す正面図である。 安全機構に関し孔径φと深さ（または厚さ）ｄとの関係を示すグラフである。 液体送受用ジョイント装置を備えた燃料カートリッジおよび燃料電池の一例を示す概略図である。 図２１に示した液体送受用ジョイント装置が接続した状態を示す概略図である。 本発明にかかる燃料電池システムの一実施形態を示す概略図である。

Claims (9)

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を接続する液体送受用ジョイント装置において、
   前記液体リザーバの送液側ジョイントを前記液体アクセプタの受液側ジョイントに位置合わせするとともに、当該液体リザーバが前記液体アクセプタに接続された状態を維持する係脱可能な留め具を前記液体リザーバの前記送液側ジョイントと前記液体アクセプタの前記受液側ジョイントとに備えていることを特徴とする液体送受用ジョイント装置。
2. 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を接続する液体送受用ジョイント装置において、
   ジョイント時以外における誤接触による供給弁からの液漏れを防止する安全機構を前記液体リザーバの送液側ジョイントに備えていることを特徴とする液体送受用ジョイント装置。
3. 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において、
   規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのを防止するためのメカニカルキー機構を前記液体リザーバと前記液体アクセプタのそれぞれのジョイントに備えていることを特徴とする液体送受用ジョイント装置。
4. 前記液漏れを防止するための安全機構は、前記液体リザーバのジョイントに設けられた液漏れ防止用のガードであって、当該ガードの前面に設けられた前記液体通過用の透孔の孔面積Ｓと、前記ガードの前面から前記供給弁までの長さｄとの関係が
   （ｄ／Ｓ）≧４×１０^-3
   を満たすように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体送受用ジョイント装置。
5. 請求項２または請求項４のいずれかに記載の安全機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液体送受用ジョイント装置。
6. 請求項１または請求項５のいずれかに記載の液体送受用ジョイント装置であって、規格やサイズ等の異なる液体リザーバがジョイントされるのを防止するためのメカニカルキー機構を前記液体リザーバの送液側ジョイントと前記液体アクセプタの受液側ジョイントのそれぞれに備えていることを特徴とする液体送受用ジョイント装置。
7. 前記メカニカルキー機構は、前記留め具を構成するオス側部材とメス側部材に設けられた凹部およびこの凹部に嵌まり込む形状の凸部によって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の液体送受用ジョイント装置。
8. 請求項１から７までのいずれかに記載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であって、液体燃料を用いた燃料電池に前記液体リザーバが適用されていることを特徴とする燃料電池システム。
9. 前記液体燃料として少なくともメタノールを含有する燃料が用いられていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
   
   
   
   
   
   

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