JP2005340180A - 燃料電池スタックおよびクイック継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体配管を容易に取り付けることができる燃料電池スタックを提供することを課題とする。
【解決手段】 配管接続部４に流体配管５が接続される燃料電池スタック１であって、配管接続部４と流体配管５とが、クイック継手６を介して接続された燃料電池スタック１である。配管接続部４はクイック継手６に差込み接続され、流体配管５はクイック継手６にねじ接続される。クイック継手６は、継手本体２０、配管接続部４を把持するコレット２１、コレット２１を縮径させるスリーブ２２、継手本体２０の内部に設けられたシール部材２５、解除ボタン２４、アダプター２７などから構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸素ガス等の気体や冷却水等の液体の流路となる流体配管を、配管接続部に接続した燃料電池スタックおよびクイック継手に関するものである。

燃料電池スタックには、水素ガスや酸素ガスなどの流体配管を接続するための複数の配管接続部が設けられている。例えば、特許文献１に記載のものでは、燃料電池スタックのエンドプレートに複数の配管接続部を同方向に向けて取り付けており、この各配管接続部にゴムホース等の流体配管を差し込むようにして直接接続している。
特開平１０−１２２６２号公報（第１図）

しかし、このような従来の燃料電池スタックは、水素ガス等が漏れないように、流体配管を配管接続部にバンドで締付け固定する必要があり、接続作業が煩雑であった。特に、スペースの制約上、複数の配管接続部が集約配置される場合には、レンチ等を使用してバンドを固定する作業がし難かった。

本発明は、流体配管を容易に取り付けることができる燃料電池スタックを提供することをその目的としている。また、この種の燃料電池スタックへの流体配管の接続に好適となるクイック継手を提供することをその目的としている。

本発明の燃料電池スタックは、配管接続部に流体配管が接続される燃料電池スタックであって、配管接続部と流体配管とが、クイック継手を介して接続されたものである。

この構成によれば、配管接続部に流体配管を直接接続するのではなく、クイック継手を介して接続している。これにより、配管接続部と流体配管とを作業性良く簡単に接続することができる。また、別途バンド等による固定が不要となり、接続の作業性を維持しながら、複数の配管接続部の集約配置に好適に供し得る。

この場合、配管接続部は、クイック継手に差込み接続され、流体配管は、クイック継手にねじ接続されることが、好ましい。

この構成によれば、配管接続部とクイック継手との接続に際して、フランジやボルト等を用いる必要がなく、ワンタッチで接続作業を行うことができる。また、クイック継手と流体配管とをねじ接続するようにしているため、十分な強度で且つ簡単に接続することができる。

この場合、クイック継手は、配管接続部が差し込まれる受け口を有すると共に、受け口の反対側から流体配管が接続される継手本体と、継手本体の受け口側の周壁部に形成された開口部に配設され、縮径して配管接続部を把持するコレットと、継手本体およびコレットの両者の外周に亘って軸方向に進退移動可能に設けられ、進出してコレットを縮径させると共に退避してコレットの拡径を許容するスリーブと、スリーブをその進出方向に付勢する付勢手段と、を備えたことが、好ましい。

この構成によれば、配管接続部を受け口から継手本体に差し込んだ状態では、付勢手段によって進出した位置にあるスリーブがコレットを縮径させる。これにより、縮径されたコレットによって配管接続部を確実に把持することができる。また、コレットにより配管接続部が把持されるため、例えば剛球で把持する場合に比べて、配管接続部への損傷を有効に回避することができる。
一方、配管接続部を継手本体から離脱させる場合には、付勢手段の付勢力に抗してスリーブを退避した位置に移動させることでコレットが拡径可能となる。これにより、コレットによる配管接続部の拘束（把持）を解除して、配管接続部を受け口から抜き出すことが可能となる。なお、継手本体と流体配管とを直接的にねじ接続してもよいし、例えばアダプターやニップルを介して継手本体と流体配管とを間接的にねじ接続するようにしてもよい。

この場合、コレットは、継手本体の周方向に所定の間隙を存して分散配置された複数のピースからなり、継手本体の開口部は、複数のピースに対応して複数設けられ、各ピースの継手本体内への抜落ちを阻止可能に形成されていることが、好ましい。

この構成によれば、コレットを複数のピースで構成する場合であっても、各ピースが継手本体に抜け落ちることが阻止されるため、各ピースの縮径および拡径を適切になすことができる。また、複数のピースが継手本体の周方向に分散配置されているため、配管接続部を周方向に均等な力で把持することが可能となる。

これらの場合、クイック継手は、クイック継手の内部流路を開閉するバルブ機構を更に備えており、バルブ機構は、クイック継手に対する配管接続部の差込み動作に連動して、内部流路を開放すると共に、クイック継手に対する配管接続部の取外し動作に連動して、内部流路を閉塞するように構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、クイック継手に対する配管接続部の差込み・取外し動作で、クイック継手の内部流路を開閉することができる。これにより、バルブ機構を開閉するのに、電気的な構成を用いなくても済む。

本発明のクイック継手は、配管接続部が差込み接続されるクイック継手において、配管接続部が差し込まれる受け口を有する継手本体と、継手本体の受け口側の周壁部に形成された開口部に配設され、縮径して配管接続部を把持するコレットと、継手本体およびコレットの両者の外周に亘って軸方向に進退移動可能に設けられ、進出してコレットを縮径させると共に退避してコレットの拡径を許容するスリーブと、スリーブをその進出方向に付勢する付勢手段と、継手本体の内部に設けられ、配管接続部との間をシールするシール部材と、を備えたものである。

この構成によれば、配管接続部への接続に際しては、フランジやボルト等を用いる必要がなく、ワンタッチで接続作業を行うことができる。これにより、燃料電池スタック等、複数の配管接続部が集約配置され易いものに対して、作業性良く接続作業を行うことができる。
配管接続部が継手本体に差し込まれた状態では、付勢手段によって進出した位置にあるスリーブがコレットを縮径させ、コレットが配管接続部を把持する。これにより、配管接続部をクイック継手に拘束させることができると共に、配管接続部をコレットに把持させるため、例えば剛球による把持構造の場合に比べて、配管接続部への損傷を有効に回避することができる。またこの差し込んだ状態では、配管接続部と継手本体との間をシール部材によって気密にまたは水密にシールすることができる。
一方、配管接続部を継手本体から離脱させる場合には、付勢手段の付勢力に抗してスリーブを退避させる。これにより、コレットの拡径が可能となるため、配管接続部をコレットによる拘束から解除して、受け口から抜き出すことが可能となる。

この場合、シール部材は、配管接続部の先端部の外周面に密着する第１シール部材と、配管接続部の先端面に密着する第２シール部材と、からなることが、好ましい。

この構成によれば、第１シール部材が配管接続部の外周面に密着し、第２シール部材が配管接続部の先端面に密着するため、シール性を高めることができる。また、第１・第２シール部材は配管接続部の先端側に密着するため、配管接続部の着脱作業に伴うシール部材の磨耗を極力抑制することができる。

この場合、継手本体と同軸上に配設され、第１シール部材および第２シール部材を保持するシール保持部材と、シール保持部材を軸方向に付勢して、第１シール部材および第２シール部材を配管接続部に押し付けるシール付勢バネと、を備えたことが、好ましい。

この構成によれば、第１シール部材および第２シール部材を配管接続部の先端部に強密着させることができ、流体の漏れ等を確実に防止することができる。また、第１・第２シール部材の両方をシール保持部材に保持させているため、第１・第２シール部材をまとめて配管接続部に押し付けることができる。

この場合、シール保持部材は、継手本体の内周面にスライド可能に支持されていることが、好ましい。

この構成によれば、シール付勢バネによりシール保持部材を安定して付勢することができ、第１・第２シール部材によるシール性を適切に確保することができる。

これらの場合、シール保持部材は、第１シール部材と第２シール部材とを隣接させた状態で保持することが、好ましい。

この構成によれば、第２シール部材は配管接続部の先端面に押し付けられた反力によって変形し得るが、その変形により第１シール部材を変形させて配管接続部の外周面を強く押し付けることが可能となる。すなわち、シール性を高め得る。

これらの場合、受け口と反対側の継手本体の端にねじ接続され、シール保持部材との間にシール付勢バネを介設したアダプターを、更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、アダプターを有効に利用してシール付勢バネを配設することができる。

これらの場合、配管接続部が差し込まれた状態でスリーブの進退移動をロックするロック手段を更に備え、ロック手段は、スリーブのロックを解除して、スリーブが付勢手段の付勢力に抗して退避方向へ移動することを許容可能に構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、配管接続部の差込み状態でロック手段によりスリーブを不動にロックして、コレットの拡径を防止することができる。これにより、配管接続部内の内圧が高くなるような使用環境であっても、配管接続部が簡単に離脱することを有効に防止できる。また、ロック手段によるロックを解除することで、スリーブを退避方向へ移動させることができるようになり、配管接続部の離脱を容易に行い得る。

この場合、ロック手段は、スリーブの外方に突出して設けられ、スリーブのロックを解除する解除ボタンを有することが、好ましい。

この構成によれば、解除ボタンを操作することによってスリーブのロックを解除することができる。解除ボタンがスリーブの外方に突出しているので、その操作性が良好となる。

これらの場合、コレットは、外周面に段部を有し、スリーブは、コレットに対応して、コレットの外周面に面する内周面に段部を有し、スリーブの段部は、付勢手段と協働して、コレットを縮径させる方向にコレットの段部を押圧可能に構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、付勢手段によって進出方向に付勢されたスリーブは、その段部がコレットの段部を押圧して、コレットを縮径させる。すなわち、スリーブおよびコレットの各段部の相補的形状により、進出されたスリーブはコレットを軸方向に（内側に）押圧する分力を作用させて、コレットを縮径させる。これにより、簡単な構成により、コレットをスリーブで縮径させることができる。

これらの場合、コレットは、継手本体の周方向に所定の間隙を存して分散配置された複数のピースからなり、継手本体の開口部は、複数のピースに対応して複数設けられ、各ピースの継手本体内への抜落ちを阻止可能に形成されていることが、好ましい。

この構成によれば、上記と同様に、各ピースの継手本体内への抜落ちが阻止されるため、各ピースの縮径および拡径を適切になすことができる。また、複数のピースが継手本体の周方向に分散配置されているため、配管接続部を周方向に均等な力で把持することが可能となる。

これらの場合、継手本体の内部に設けられ、受け口に連通するクイック継手の内部流路を開閉するバルブ機構を更に備え、バルブ機構は、受け口に対する配管接続部の差込み動作に連動して、内部流路を開放すると共に、受け口に対する配管接続部の取外し動作に連動して、内部流路を閉塞するように構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、受け口に対する配管接続部の差込み・取外し動作でバルブ機構を開閉することができる。これにより、バルブ機構の開閉のために電気的な構成を用いずに済む。

本発明の燃料電池スタックは、上記した本発明のクイック継手を介して、配管接続部が流体配管に接続されたものである。

この構成によれば、上記したクイック継手を有効に利用して、配管接続部と流体配管との接続を作業性良く簡易に行うことができる。燃料電池スタックを搭載した機器としては、燃料電池車両が代表される。

本発明の燃料電池スタックおよびクイック継手によれば、配管接続部に流体配管を作業性よく接続することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池スタックおよびクイック継手について説明する。この燃料電池スタックは、これに供給されるあるいはこれから排出されるガスや冷却水等の流体配管を、クイック継手を介して配管接続部に接続したものである。以下では、燃料電池車両に好適な固体高分子型の燃料電池スタックまわりの構造について簡単に説明し、その後、クイック継手について詳述する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、燃料電池スタック１は、燃料電池の基本単位である単セルを多数積層し、その両端にエンドプレート２を配して構成されている。燃料電池スタック１は、各単セルが水素ガスおよび酸素ガスの供給を受けて電力を発生し、反応に供された水素ガスおよび酸素ガスを外部に排出する。

一方のエンドプレート２には、燃料電池スタック１内に水素ガスを供給するための配管接続部４ａと、燃料電池スタック１内から水素ガスを排出するための配管接続部と４ｂと、燃料電池スタック１内に酸素ガスを供給するための配管接続部４ｃと、燃料電池スタック１内から酸素ガスを排出するための配管接続部４ｄと、が設けられている。なお、図中の符号４ｅは、燃料電池スタック１内に冷却水を供給するための配管接続部であり、図示省略したが、他方のエンドプレート２には、燃料電池スタック１内から冷却水を排出するための配管接続部が設けられている。なお、燃料電池スタック１内から冷却水を排出するための配管接続部を、配管接続部４ｅと同一のエンドプレート２に設けてもよい。

このような複数の配管接続部４（４ａ〜４ｅ）は、各接続口１０が同方向に向かうように、エンドプレート２に集約配置されている。そして、各配管接続部４には、供給または排出するガスや冷却水に対応する外部の流体配管５が接続される。本実施形態では、酸素ガス用の二つの配管接続部４ｃ、４ｄおよび冷却水用の配管接続部４ｅは、クイック継手６を介して外部の流体配管５にそれぞれ接続されている。このように、クイック継手６を用いることで、配管接続部４に流体配管５を簡単に接続することが可能となる。

図２は、配管接続部４を接続した状態のクイック継手６の構造を示す半断面図である。クイック継手６は、受け口３１から配管接続部４を差込み接続可能に構成されていると共に、受け口３１の反対側の端から流体配管５をねじ接続可能に構成されている。

配管接続部４は、ステンレスなどの金属管または硬質の樹脂により筒状に形成されている。配管接続部４は、接続口１０を有する先端部１１と、先端部１１に一体に連なる円筒状の胴部１２と、を有している。配管接続部４の先端部１１は、径方向に膨出して略環状の段部を構成している。一方、流体配管５は、非金属管で構成され、例えばゴムホースで構成されている。

クイック継手６は、先端側に受け口３１を有すると共に基端側にめねじ部３２を有する継手本体２０と、継手本体２０の受け口３１側の周壁部に形成された開口部３３に配設され、縮径して配管接続部４を把持するコレット２１と、継手本体２０およびコレット２１の両者の外周に亘って軸方向に進退移動可能に設けられ、進出してコレット２１を縮径させると共に退避してコレット２１の拡径を許容するスリーブ２２と、スリーブ２２と継手本体２０との間に介設され、スリーブ２２をその進出方向に付勢するスリーブ付勢バネ２３と、スリーブ２２の外方に突出して設けられ、進出したスリーブ２２の進退移動をロックすると共にそのロックを解除する解除ボタン２４と、を備えている。

またクイック継手６は、継手本体２０の内部に設けられ、継手本体２０と配管接続部４との間をシールするシール部材２５と、シール部材２５を保持するシール保持部材２６と、継手本体２０のめねじ部３２にねじ接続されたアダプター２７と、アダプター２７にねじ接続されると共にアダプター２７と反対側から流体配管５がねじ接続されるニップル２８と、シール保持部材２６とアダプター２７との間に介設され、シール保持部材２６を受け口３１側に向かって付勢するシール付勢バネ２９と、を備えている。クイック継手６を構成するこれら各部材（２０，２１，２２，２３，２５，２６，２７，２８，２９）は、解除ボタン２４を除いて、全て同軸上に配設されている。

継手本体２０は、アルミニウムにより全体として筒状に構成されている。継手本体２０の受け口３１は、配管接続部４の外径よりも大きな内径を有して構成され、配管接続部４が無理なく差込み式で着脱できるようになっている。継手本体２０は、周壁部の一部に設けたボール穴３４にストップボール３６を転動可能に収容している。ストップボール３６は、配管接続部４が抜き出された取外し状態で、スリーブ２２をその退避位置に規制する（後述する）。

コレット２１は、例えばナイロンなどの樹脂により形成されている。コレット２１は、周方向に所定の間隙を存して分散配置された複数のピース２１ａで構成され、各ピース２１ａが、その数に対応して設けられた継手本体２０の長穴状の各開口部３３に配設されている。例えばコレット２１は、円筒状の周方向において３分割されてなる３つのピース２１ａで構成されている。

各ピース２１ａは、継手本体２０の内外に亘るように、径方向に微動可能に各開口部３３に配設されている。図示されていないが、各ピース２１ａの径方向の二つの端面はテーパ面に形成され、またこれに対応して開口部３３の径方向の二つの端面もテーパ面に形成されており、これらの両テーパ面によって、開口部３３内の各ピース２１ａは継手本体２０内への抜落ちが阻止されている。また、開口部３３内の各ピース２１ａは、その外周側に設けられたスリーブ２２によって継手本体２０外への抜落ちが阻止されている。

コレット２１（各ピース２１ａ）は、外周面４０に受け口３１側が太径となる環状の段部４１を有していると共に、内周面４２が配管接続部４の胴部１２を把持する把持面として構成されている。コレット２１は、その段部４１をスリーブ２２の段部５１により押圧されることで縮径する。具体的には、コレット２１の段部４１とスリーブ２２の段部５１とは傾斜の異なる段面を有しており、スリーブ２２は、その段部５１をスリーブ付勢バネ２３によりコレット２１の段部４１に押し付ける。

これにより、リーブ付勢バネ２３の付勢方向に交差する方向の分力がコレット２１に作用され、コレット２１は縮径する。縮径したコレット２１は、その内周面４２が配管接続部４の胴部１２に密接して、これを周方向に亘って把持し、配管接続部４の離脱（抜出し）を阻止する。なお、コレット２１による配管接続部４の把持力は、コレット２１の軸方向の長さによって適宜調整することができ、例えば配管接続部４の呼び径３２ｍｍ程度に対して、コレット２１の長さを１０ｍｍ以上に設定することが好ましい。

一方、コレット２１は、その段部４１からスリーブ２２の段部５１が軸方向に退避することによって、スリーブ２２からの押圧力が解除されて拡径可能となる。拡径した状態のコレット２１は、その内側において配管接続部４の着脱（抜差し）を許容する。なお、コレット２１は、上記構成に代えて、周方向に一巡する間にスリットを備えた短冊状のもので構成することもできる。

スリーブ２２は、例えばステンレスで略筒状に形成されている。スリーブ２２は、先端側の内周面に形成され、スリーブ付勢バネ２３と協働してコレット２１を縮径させる方向に押圧する上記の段部５１と、内周壁に設けられてスリーブ付勢バネ２３の一端が突き当たる肩部５２と、基端側に貫通形成され、解除ボタン２４に係脱可能に係合された係合孔部５３と、外周面の中間部に段差状に設けられ、スリーブ２２を軸方向に進退移動させるためにユーザが操作するための操作把握部５４と、操作把握部５４とは反対側の内周面に環状に形成されたボール溝５５と、を有している。

操作把握部５４は、ユーザの指を受け入れ可能な程度に所定の長さを有している。係合孔部５３は、解除ボタン２４の太径部６１に係合可能に構成されていると共に、この太径部６１に面なる細径部６２に遊嵌可能に構成されている。係合孔部５３に解除ボタン２４の太径部６１が係合された状態では、スリーブ２２の進退移動がロックされる。一方、解除ボタン２４が押下されて係合孔部５３に解除ボタン２４の細径部６２が遊嵌された状態では、そのロックが解除されるようになっている。ロックが解除されることで、スリーブ２２は、スリーブ付勢バネ２３の付勢力に抗して退避方向へ移動することを許容される。

ボール溝５５には、ロックを解除されたスリーブ２２が退避位置に移動した際に、ボール穴３４内のストップボール３６の一部が臨むようになっている。すなわち、配管接続部４の離脱した図外のアンロック状態では、ボール穴３４のストップボール３６は、その底面がシール保持部材２６の後述する乗上げ部８４に接触することで浮上し、その頂面がボール溝５５に臨むことになる。この状態のスリーブ２２は、その退避位置をストップボール３６によって規制される一方、段部５１がコレット２１の段部４１から離間するため、コレット２１の拡径を許容する。

解除ボタン２４は、上記の太径部６１と、これに段状に連なる細径部６２と、細径部６２の先端部に連なる押圧操作部６３と、太径部６１の基部に段状に連なり、継手本体２０の収容凹部３５に外周面をスライド可能に支持されたスライド部６４と、を有している。収容凹部３５には、解除ボタン２４をロック方向に（径方向の外側に）付勢するボタン付勢バネ６５が収容されている。ボタン付勢バネ６５の一端はスライド部６４の内側凹部６６に当接し、他端はアダプター２７の外周面に当接している。

なお、主として、解除ボタン２４、係合孔部５３、ボタン付勢バネ６５および収容凹部３５により、配管接続部４が差し込まれた状態でスリーブ２２の進退移動をロックすると共に、ロックを解除してスリーブ２２の退避方向への移動を許容するロック手段が構成されている。

シール部材２５は、配管接続部４の先端部１１の外周面に密着するＯリング７１（第１シール部材）と、配管接続部４の先端面１１ａに密着するシールパッキン７２（第２シール部材）と、で構成されている。Ｏリング７１とシールパッキン７２とは、配管接続部４の先端部１１の形状に対応して形成されており、互いに隣接した状態でシール保持部材２６に保持されている。

Ｏリング７１は、丸形からなる。Ｏリング７１は、シールパッキン７２の半分程度のサイズからなり、シールパッキン７２の半面に密接している。シールパッキン７２は、Ｏリング７１が密接しない残りの半面を配管接続部４の先端面１１ａに密着可能に構成されている。シールパッキン７２は、角形断面で構成されており、その内周面がシール保持部材２６の内周面および配管接続部４の先端部１１の内周面に略面一になるように構成されている。

シール保持部材２６は、軸方向に移動可能に構成され、コレット２１およびアダプター２７との間に所定の間隙Ｓ１，Ｓ２を有している。シール保持部材２６は、外周面を継手本体２０の内周面にスライド可能に支持されており、継手本体２０との間を運動用Ｏリング８０によってシールされている。なお、配管接続部４を取り外した状態では、間隙Ｓ２は大きくなる一方、間隙Ｓ１はなくなって、シール保持部材２６の先端部がコレット２１の端部に当接するようになっている。

シール保持部材２６は、外周側に設けられ、運動用Ｏリング８０が装着されるリング取付け溝部８１と、内周側に設けられ、シール部材２５のＯリング７１およびシールパッキン７２が装着されるシール取付け凹部８２と、シール取付け凹部８２と軸方向反対側に設けられ、シール付勢バネ２９の一端が当接されるバネ当接部８３と、を有している。

シール付勢バネ２９は、バネ当接部８３とアダプター２７との間に介設されており、他端をアダプター２７に嵌め込まれた止め輪９１に係止されている。シール付勢バネ２９は、配管接続部４が離脱された状態では自由状態となっており、配管接続部４の差込み動作に伴い、縮退するようになっている。そして、配管接続部４が差し込まれた状態では、押し縮められたシール付勢バネ２９がシール保持部材２６を受け口３１側に付勢する。これにより、Ｏリング７１およびシールパッキン７２が配管接続部４の先端部１１に隙間無く強密着される。

シール保持部材２６の外周面は、なだらかな段差を有して形成されており、ストップボール３６が乗り上げ可能な乗上げ部８４がリング取付け溝部８１に隣接して形成されている。これに対応して、継手本体２０の内周面は、ボール穴３４を挟んでなだらかな段差を有して形成されている。そして上述のように、配管接続部４が差し込まれた取付け状態では、ボール穴３４内のストップボール３６は乗上げ部８４およびボール溝５５から外れて位置する一方、配管接続部４が抜き出された取外し状態では、ボール穴３４内のストップボール３６は、乗上げ部８４よって外側に浮上されてボール溝５５内に臨み、スリーブ２２の移動を規制する。

なお、ストップボール３６は周方向に分散して例えば８個設けられており、これに対応してボール穴３４も８箇所形成されている。一方、ボール溝５５は周方向に亘って環状に形成されると共に、乗上げ部８４は周方向に亘って設けられている。また、ボール溝５５の溝深さと乗上げ部８４の高さとは略同じに設定されている。

アダプター２７は、例えばステンレスにより略筒状に形成されている。アダプター２７は、外周面が継手本体２０の内周面に密接する薄肉円筒部１０１と、薄肉円筒部１０１の基部側に設けられ、止め輪９１を着座させるための着座部１０２と、継手本体２０のめねじ部３２にねじ接合されるおねじ部１０３と、内周面にテーパめねじ１０４を形成した厚肉円筒部１０５と、で一体に形成されている。アダプター２７と継手本体２０との間は、薄肉円筒部１０１側に設けた本体側Ｏリング１０６によってシールされている。

ニップル２８は、径の異なるテーパおねじ１１１，１１２を両端に有している。径の大きい方のテーパおねじ１１１は、アダプター２７のテーパめねじ１０４に螺合する。径の小さい方のテーパおねじ１１２には、ゴムホースタイプの流体配管５が差し込まれる。すなわち、クイック継手６は、ニップル２８のテーパおねじ１１２を介して流体配管５がねじ接続される。なお、細径の流体配管５を取り付ける必要がない場合には、ニップル２８を使用せずに流体配管５をアダプター２７の端に直接接続するようにしてもよい。

ここで、クイック継手６を用いた配管接続部４と流体配管５との接続手順について簡単に説明する。配管接続部４および流体配管５が取り付けられる前のクイック継手６は、図２の状態からシール保持部材２６が図示左側に移動して乗上げ部８４でストップボール３６を浮上させていると共に、スリーブ２２がスリーブ付勢バネ２３に抗して図示右側に退避し、その退避位置をストップボール３６によって規制されている（なお、他の実施形態である図５参照。）。また、解除ボタン２４は、ボタン付勢バネ６５に抗して図示下方へと移動しており、細径部６２がスリーブ２２の係合孔部５３に臨んだ状態で付勢位置を規制されている。

この状態から、配管接続部４を受け口３１からクイック継手６に差し込むと、配管接続部４の先端部１１はコレット２１の位置を通過してシール部材２５に当接する。配管接続部４をさらに差し込むと、シール保持部材２６がシール付勢バネ２９に抗して図示右側に移動していく。配管接続部４を所定の長さ差し込むと、乗上げ部８４がストップボール３６の位置から外れ、これに伴いストップボール３６がボール溝５５からボール穴３４内に完全に落ちると、スリーブ２２が、スリーブ付勢バネ２３によって付勢されて、コレット２１および継手本体２０の外周面を滑るようにして図示左側に進出する。これにより、図２に示す取付け状態に移行する。

この状態では、スリーブ２２はコレット２１を径方向の内側に押さえ込むようにコレット２１を縮径させるため、配管接続部４の胴部１２が周方向に亘ってコレット２１に把持される。またこのとき、解除ボタン２４は、ボタン付勢バネ６５により上動し、係合孔部５３に臨んだ太径部６１がこれに係合するため、スリーブ２２がその進出位置にロックされる。

さらにこの状態では、シール付勢バネ２９によって付勢されたシール保持部材２６を介して、シールパッキン７２が配管接続部４の先端面１１ａに押し付けられ且つＯリング７１がその先端面１１ａに連なる外周面に押し付けられる。これにより、配管接続部４とクイック継手６との間がシールされる。そしてこの状態で、ニップル２８のテーパおねじ１１２に流体配管５をねじ込むように接続することで、一連の接続作業は完了する。

このように、配管接続部４へのクイック継手６の接続については、差し込むだけで簡単に行うことができる。また、クイック継手６は、差し込まれた配管接続部４をコレット２１を介して確実に把持することができる。また、スリーブ２２をロックすることができるため、配管接続部４内の内圧が高くなる場合であっても、スリーブ２２の移動を阻止することができ、コレット２１による把持状態を適切に維持することができる。さらに、配管接続部４の先端側にシール部材２５を強密着させることができるため、シール性を適切に且つ確実に確保することができる。

次に、配管接続部４からクイック継手６を抜き出す取外し手順について簡単に説明する。先ず、解除ボタン２４をその押圧操作部６３を介して押下する。すると、スリーブ２２の係合孔部５３に臨む解除ボタン２４の部位は、太径部６１から細径部６２へと移行する。これにより、スリーブ２２のロックが解除され、スリーブ２２は退避方向への移動が許容される。そしてこの状態で、ユーザが操作把握部５４を把持して、スリーブ２２をスリーブ付勢バネ２３に抗して退避方向へ引くように移動させることで、コレット２１はスリーブ２２による拘束（押圧力）を解除される。これにより、コレット２１を拡径させながらクイック継手６を配管接続部４から取り外すことができる。

このように、解除ボタン２４を押すだけでスリーブ２２のロックを解除することができ、配管接続部４からクイック継手６を簡単に取り外すことができる。また、解除ボタン２４がスリーブ２２の外方に突出しているため、解除ボタン２４を簡単に操作することができると共に、スリーブ２２に操作把握部５４を設けているため、スリーブ２２の退避移動を操作性良く行うことができる。さらに、コレット２１を樹脂により分割型で構成しているため、クイック継手６の取付けおよび取外しの着脱を繰り返しても、コレット２１による配管接続部４への損傷を有効に防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図３を参照して、第２実施形態に係るクイック継手６について第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態のシールパッキン７２は、第１実施形態に比べて、大きく形成されている。具体的には、シールパッキン７２は径方向に厚く形成されており、その内周面７２ａがシール保持部材２６の内周面２６ａよりも内側に突出している。シールパッキン７２のシール面７２ｂは、配管接続部４の先端面１１ａに広く密着し、その一部が配管接続部４の先端面１１ａを超えて配管接続部４内に臨む。

そして本実施形態には、シールパッキン７２をその内周面７２ａ側から支持するパッキンガイド１２０が設けられている。パッキンガイド１２０は、例えばステンレスにより略筒状に形成され、シール保持部材２６やシールパッキン７２などと同軸に配設されている。パッキンガイド１２０は、シール保持部材２６の内周面２６ａに密接する本体部１２１と、本体部１２１の先端側に一体に連なり、シールパッキン７２の内周面７２ａに密接する支持部１２２と、本体部１２１の基端側に一体に連なり、シール保持部材２６のバネ当接部８３に密接するフランジ部１２３と、を有している。

本体部１２１の内周面と支持部１２２の内周面とは、段差なく連なっている。一方、本体部１２１の外周面と支持部１２２の外周面とは、シールパッキン７２およびシール保持部材２６の段付きの内周面に対応して、段差１２５を有して連なっている。支持部１２２は、シール保持部材２６のシール取付け凹部８２と協働して、シールパッキン７２を保持する。フランジ部１２３にはシール付勢バネ２９の一端が当接されており、シール付勢バネ２９によって、シール保持部材２６およびパッキンガイド１２０の両方がシール部材２５側に向かって付勢されている。

このように、本実施形態によれば、配管接続部４が差し込まれた使用状態において、配管接続部４の先端面１１ａにシールパッキン７２を広く強密着させることができる。これにより、シール性をより一層高めることができる。また、パッキンガイド１２０を別途設けて、シールパッキン７２を内側から支持しているため、配管接続部４の先端面１１ａに密着したシールパッキン７２が内側にだれるのを防止することができる。特に、クイック継手６の着脱頻度が増えても、シールパッキン７２を確実にシール取付け凹部８２に装着させておくことができる。なお、パッキンガイド１２０とシール保持部材２６とを一体成形してもよい。

＜第３実施形態＞
次に、図４および図５を参照して、第３実施形態に係るクイック継手６について第２実施形態との相違点を中心に説明する。第２実施形態との主な相違点は、パッキンガイド１２０を利用してバルブ機構１３０を設けたことである。なお、解除ボタン２４の構造も上記実施形態と僅かに異なっている。ただし、解除ボタン２４が、スリーブ２２の進退移動をロックすると共にそのロックを解除するという機能の点では、上記実施形態と同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、第１実施形態および第２実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４は、クイック継手６に配管接続部４が差し込まれた状態を示している。図５は、クイック継手６から配管接続部４が取り外された状態を示している。
バルブ機構１３０は、主要部がクイック継手６の内部に設けられており、受け口３１に連通する内部流路１３１を開閉する。バルブ機構１３０は、球状弁体１３２と、球状弁体１３２を軸部１３３の先端に保持するスライド体１３４と、弁座１３５を内周面に有するバルブヘッド１３６と、バルブヘッド１３６にねじ接続されたバルブボデー１３７と、を具備している。球状弁体１３２、スライド体１３４、バルブヘッド１３６およびバルブボデー１３７は、クイック継手６の軸線上に位置している。

スライド体１３４は、球状弁体１３２と反対側に上記のパッキンガイド１２０を有しており、軸部１３３とパッキンガイド１２０とは、一体に形成されている。パッキンガイド１２０の本体部と軸部１３３とが連なる部分には、流体の通路となる複数の流通口１３９が貫通形成されている。

バルブヘッド１３６は、スライド体１３４の軸部１３３を挿通可能な開口部１４１を有しており、開口部１４１は、流体の通路となっている。弁座１３５は、開口部１４１を構成する部位に連なるようにして半球面状に形成されている。弁座１３５には、球状弁体１３２の半部が離接するようになっている。バルブヘッド１３６は、開口部１４１と反対側の薄肉の筒状部位がバルブボデー１３７にねじ接続されている。

バルブボデー１３７は、先端部の外周側１５１がバルブヘッド１３６にねじ接続されていると共に、中間部の外周側１５２がニップル２８にねじ接続されている。バルブボデー１３７の当接部１５３は、ニップル２８の外側端面２８ａに当接しており、当接部１５３と外側端面２８ａとの間には、Ｏリング１５５が介設されている。バルブボデー１３７のテーパおねじ１５６に流体配管５が差し込まれるようになっている。

バルブボデー１３７の内部には、球状弁体１３２を弁座１３５に向かって付勢するバルブ付勢バネ１６１と、バルブ付勢バネ１６１の一端を係止する止め輪１６２と、が収容されている。バルブ付勢バネ１６１は、バルブボデー１３７と同軸上に位置しており、バルブ付勢バネ１６１の他端は、球状弁体１３２に当接している。バルブボデー１３７の先端内周面１６５は、先端側に向かって拡開するように、逆テーパ状に形成されている。バルブボデー１３７の先端内周面１６５と球状弁体１３２との間には、所定の隙間があり、この隙間が流体の通路となっている。

なお、図中の符号１６３は、アダプターカラーである。アダプターカラー１６３は、クイック継手６の軸線上においてニップル２８とアダプター２７との間に位置している。

ここで、バルブ機構１３０の作用について説明する。
図５に示す取外し状態では、バルブ機構１３０は、バルブ付勢バネ１６１によって付勢された球状弁体１３２が弁座１３５に当接しており、内部流路１３１を閉塞する。このとき、シール付勢バネ２９によってスライド体１３４が受け口３１側に付勢されているため、このシール付勢バネ２９の作用によっても、球状弁体１３２は弁座１３５に当接するようになっている。

すなわち、シール付勢バネ２９は、バルブ付勢バネ１６１の機能を兼ねることができ、同様の理由で、バルブ付勢バネ１６１は、シール付勢バネ２９の機能を兼ねることができる。したがって、バルブ付勢バネ１６１およびシール付勢バネ２９の一方を省略した構成とすることも可能である。また、この取外し状態では、シール付勢バネ２９によるスライド体１３４の付勢により、シール保持部材２６の先端部がコレット２１の端部に当接している。

この取外し状態において、クイック継手６の受け口３１に配管接続部４を差し込むと、配管接続部４の先端部１１は、コレット２１を通過してシール部材２５に当接する。配管接続部４をさらに差し込むと、配管接続部４は、シール付勢バネ２９およびバルブ付勢バネ１６１の付勢力に抗して、シール部材２５、シール保持部材２６、スライド体１３４および球状弁体１３２を一体的に奥側に押し込んでいく。これにより、球状弁体１３２が弁座１３５から離間するようになる。このように、バルブ機構１３０は、受け口３１に対する配管接続部４の差込み動作に連動して、内部流路１３１を開放するようになっている。

配管接続部４の差込みが完了する図４に示す差込み状態では、球状弁体１３２は、バルブ付勢バネ１６１に付勢されるものの、弁座１３５から離間した状態を維持される。上記したとおり、取外し状態から差込み状態に移行することで、ストップボール３６の位置が変動し、スリーブ２２が先端側に進出し、解除ボタン２４がスリーブ２２の位置をロックする。このとき、スリーブ２２の押え込み力によってコレット２１が配管接続部４の胴部１２を把持し、シール部材２５が配管接続部４の先端部１１に密着する。

また、配管接続部４からクイック継手６を抜き出す取外す場合には、上記したとおり、先ず、解除ボタン２４の操作によりスリーブ２２のロックを解除する。次に、スリーブ２２をスリーブ付勢バネ２３に抗して退避させ、コレット２１を拡径させながらクイック継手６を配管接続部４から取り外す。

すると、シール付勢バネ２９およびバルブ付勢バネ１６１の付勢力によって、シール部材２５、シール保持部材２６、スライド体１３４および球状弁体１３２は、一体的に受け口３１側に向かって移動し、図５に示す取外し状態となる。このように、バルブ機構１３０は、受け口３１に対する配管接続部４の取外し動作に連動して、内部流路１３１を閉塞するようになっている。

なお、本実施形態では、球状弁体１３２とすることでボールバルブの構成としたが、球状弁体１３２に代えてポペット状の弁体としてもよい。

上記各実施形態のクイック継手６は、燃料電池スタック１を搭載する実機（車両）のみならず、例えば燃料電池スタック１のリーク試験にも適用することができる。すなわち、図示省略したリーク試験機の流体配管と燃料電池スタック１の配管接続部４とをクイック継手６を介して接続することで、燃料電池スタック１内の内部流路における流体の漏れを簡単に検査することができる。またもちろん、クイック継手６は燃料電池スタック１に特有のものでなく、他の配管系統にも迅速に組み込むことができる。

第１実施形態に係る燃料電池スタックの外観を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態に係るクイック継手を示す半断面図である。 第２実施形態に係るクイック継手を示す半断面図である。 第３実施形態に係るクイック継手を示す断面図であり、配管接続部の差込み状態を示す図である。 第３実施形態に係るクイック継手を示す断面図であり、配管接続部の取外し状態を示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池スタック、４ 配管接続部、５ 流体配管、６ クイック継手、１１ 先端部、１１ａ 先端面、１２ 胴部、２０ 継手本体、２１ コレット、２１ａ ピース、２２ スリーブ、２３ スリーブ付勢バネ（付勢手段）、２４ 解除ボタン、２５ シール部材、２６ シール保持部材、２７ アダプター、２８ ニップル、２９ シール付勢バネ、３１ 受け口、３３ 開口部、４１ 段部、５１ 段部、７１ Ｏリング（第１シール部材）、７２ シールパッキン（第２シール部材）、１３０ バルブ機構、１３２ 球状弁体

Claims (17)

1. 配管接続部に流体配管が接続される燃料電池スタックであって、
   前記配管接続部と前記流体配管とが、クイック継手を介して接続された燃料電池スタック。
2. 前記配管接続部は、前記クイック継手に差込み接続され、
   前記流体配管は、前記クイック継手にねじ接続される請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記クイック継手は、
   前記配管接続部が差し込まれる受け口を有すると共に、当該受け口の反対側から前記流体配管が接続される継手本体と、
   前記継手本体の受け口側の周壁部に形成された開口部に配設され、縮径して前記配管接続部を把持するコレットと、
   前記継手本体および前記コレットの両者の外周に亘って軸方向に進退移動可能に設けられ、進出して前記コレットを縮径させると共に退避して当該コレットの拡径を許容するスリーブと、
   前記スリーブをその進出方向に付勢する付勢手段と、
   を備えた請求項２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記コレットは、前記継手本体の周方向に所定の間隙を存して分散配置された複数のピースからなり、
   前記継手本体の開口部は、前記複数のピースに対応して複数設けられ、当該各ピースの当該継手本体内への抜落ちを阻止可能に形成されている請求項３に記載の燃料電池スタック。
5. 前記クイック継手は、当該クイック継手の内部流路を開閉するバルブ機構を更に備えており、
   前記バルブ機構は、前記クイック継手に対する前記配管接続部の差込み動作に連動して、前記内部流路を開放すると共に、前記クイック継手に対する前記配管接続部の取外し動作に連動して、前記内部流路を閉塞するように構成されている請求項２ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
6. 配管接続部が差込み接続されるクイック継手において、
   前記配管接続部が差し込まれる受け口を有する継手本体と、
   前記継手本体の受け口側の周壁部に形成された開口部に配設され、縮径して前記配管接続部を把持するコレットと、
   前記継手本体および前記コレットの両者の外周に亘って軸方向に進退移動可能に設けられ、進出して前記コレットを縮径させると共に退避して当該コレットの拡径を許容するスリーブと、
   前記スリーブをその進出方向に付勢する付勢手段と、
   前記継手本体の内部に設けられ、前記配管接続部との間をシールするシール部材と、
   を備えたクイック継手。
7. 前記シール部材は、
   前記配管接続部の先端部の外周面に密着する第１シール部材と、
   前記配管接続部の先端面に密着する第２シール部材と、
   からなる請求項６に記載のクイック継手。
8. 前記継手本体と同軸上に配設され、前記第１シール部材および前記第２シール部材を保持するシール保持部材と、
   前記シール保持部材を軸方向に付勢して、前記第１シール部材および前記第２シール部材を前記配管接続部に押し付けるシール付勢バネと、
   を備えた請求項７に記載のクイック継手。
9. 前記シール保持部材は、前記継手本体の内周面にスライド可能に支持されている請求項８に記載のクイック継手。
10. 前記シール保持部材は、前記第１シール部材と前記第２シール部材とを隣接させた状態で保持する請求項８または９に記載のクイック継手。
11. 前記受け口と反対側の前記継手本体の端にねじ接続され、前記シール保持部材との間に前記シール付勢バネを介設したアダプターを、
    更に備えた請求項８ないし１０のいずれか一項に記載のクイック継手。
12. 前記配管接続部が差し込まれた状態で前記スリーブの進退移動をロックするロック手段を更に備え、
    前記ロック手段は、前記スリーブのロックを解除して、当該スリーブが前記付勢手段の付勢力に抗して退避方向へ移動することを許容可能に構成されている請求項６ないし１１のいずれか一項に記載のクイック継手。
13. 前記ロック手段は、前記スリーブの外方に突出して設けられ、当該スリーブのロックを解除する解除ボタンを有する請求項１２に記載のクイック継手。
14. 前記コレットは、外周面に段部を有し、
    前記スリーブは、前記コレットに対応して、当該コレットの外周面に面する内周面に段部を有し、
    前記スリーブの段部は、前記付勢手段と協働して、前記コレットを縮径させる方向に当該コレットの段部を押圧可能に構成されている請求項６ないし１３のいずれか一項に記載のクイック継手。
15. 前記コレットは、前記継手本体の周方向に所定の間隙を存して分散配置された複数のピースからなり、
    前記継手本体の開口部は、前記複数のピースに対応して複数設けられ、当該各ピースの当該継手本体内への抜落ちを阻止可能に形成されている請求項６ないし１４のいずれか一項に記載のクイック継手。
16. 前記継手本体の内部に設けられ、前記受け口に連通する当該クイック継手の内部流路を開閉するバルブ機構を更に備え、
    前記バルブ機構は、前記受け口に対する前記配管接続部の差込み動作に連動して、前記内部流路を開放すると共に、前記受け口に対する前記配管接続部の取外し動作に連動して、前記内部流路を閉塞するように構成されている請求項６ないし１５のいずれか一項に記載のクイック継手。
17. 請求項６ないし１６のいずれか一項に記載のクイック継手を介して、配管接続部が流体配管に接続された燃料電池スタック。
    
    

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