JP6708387B2 - スイッチ素子、電子部品、バッテリシステム - Google Patents
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Description
また、本発明に係るスイッチ素子は、外部回路に接続され、相対的にイオン化傾向の大きい第1の導電体と、上記第1の導電体に近接して配置され、上記第1の導電体よりも相対的にイオン化傾向の小さい第2の導電体とを有し、上記第1、第2の導電体の間の液体により、上記第1の導電体を電蝕させる反応部が形成され、上記反応部は、上記第1、第2の導電体の少なくとも一方に設けられた凹凸面が形成されているものである。
第1の導電体2は、スイッチ素子1の組み込まれる外部回路に設けられた端子部と接続される接続端子であり、例えば、略矩形板状に形成され、スイッチ素子1の筐体6内に内蔵された絶縁基板上の一対の電極端子間にわたって搭載されたヒューズエレメントを用いることができる。また、第1の導電体2は、例えばスイッチ素子1の筐体6内に内蔵された絶縁基板に形成されたパターン電極や、金属板、リード線等を用いてもよい。
反応部5は、筐体6内に浸入した液体と接触することにより第1の導電体2を不可逆的に遮断するものであり、第1、第2の導電体2,3の形態によって様々な構成を有する。
また、反応部5は、ヒューズエレメント11と電極12との一方又は両方に、1又は複数の貫通孔、凹部又は凸部を設けてもよい。図6(A)(B)は、一例として、ヒューズエレメント11と電極12とに貫通孔13を形成した反応部5を示す斜視図である。これにより、スイッチ素子1は、筐体6内に流入した液体を優先的に反応部5に導入、保持しやすくすることができ、また、貫通孔13によって液体の保持量が増えることによりヒューズエレメント11と電極12との接触面積が増大し、ヒューズエレメント11の電蝕作用を促進させることができる。さらに、ヒューズエレメント11に貫通孔13を形成することにより溶断面積が減少するため、より速やかに溶断させることができる。
また、図7に示すように、ヒューズエレメント11と電極12との間にセパレータ14を備えることが好ましい。また、セパレータ14は、メッシュ状、多孔質状を有することが好ましい。これにより、セパレータ14は、ヒューズエレメント11と電極12との間に水や電解液等の液体を集め、保持する集液性、保水性を確保することができる。また、セパレータ14は、絶縁体からなることが好ましい。これにより、セパレータ14は、ヒューズエレメント11と電極12との間の直接短絡を抑制することができる。
また、第1、第2の導電体2,3及び反応部5は、前述した構成例に限られず、例えば、第1の導電体2となるヒューズエレメントが複数並列に重畳配置され、第2の導電体3となる電極が各ヒューズエレメント間に配置されていてもよい。図8は、第1の導電体2として平板状に形成されたヒューズエレメント11が複数並列に所定間隔で重畳配置されるとともに、各ヒューズエレメント11の間に第2の導電体3となる平板状に形成された電極12が配置された反応部5の構成例を示す斜視図である。
また、スイッチ素子1は、第1、第2の導電体2,3の、反応部5が設けられた近傍領域における間隔を、その他の領域における間隔よりも狭くしてもよい。例えばスイッチ素子1は、図10(A)〜(C)に示すように、第1の導電体2として矩形板状のヒューズエレメント11を用い、第2の導電体3として、略板状の電極12を用い、ヒューズエレメント11と電極12とは筐体6内に隣接して配置されるとともに、反応部5においてヒューズエレメント11と電極12とが重畳されることにより、間隔が相対的に狭小化されている。
また、スイッチ素子1は、第1の導電体2及び第2の導電体3の複数面が対向されていてもよい。例えばスイッチ素子1は、図12(A)に示すように、第1の導電体2として略矩形板状のヒューズエレメント11を用い、第2の導電体3として、略棒状の電極12を用い、ヒューズエレメント11に、電極12の両側面及び底面の3面を囲むように湾曲させた湾曲部11cを形成することにより、電極12の複数面で対向させてもよい。あるいは、スイッチ素子1は、図12(B)に示すように、ヒューズエレメント11に、電極12の両側面及び底面の3面を囲むように矩形状に屈曲させた屈曲部11dを形成することにより、ヒューズエレメント11及び電極12の複数面で対向させてもよい。ヒューズエレメント11の湾曲部11c又は屈曲部11dと電極12とは、いずれの面も所定の狭小化された間隔を隔てて対向され、液体を浸入、保持可能とされている。
また、スイッチ素子1は、反応部5を構成する第1、第2の導電体2,3の少なくとも一方の表面を、水や電解液等の液体に触れることで溶解する液溶性材料で被覆してもよい。例えばスイッチ素子1は、図13に示すように、第1の導電体2となる略矩形板状のヒューズエレメント11と、第2の導電体3となる略矩形板状の電極12とを対向させるとともに、電極12のヒューズエレメント11と対向する一面に液溶性材料からなるコート層17が形成されている。
また、スイッチ素子1は、反応部5以外の場所、又は反応部5及びその近傍以外の場所に、撥水領域を設けてもよい。例えばスイッチ素子1は、図14に示すように、第1の導電体2となる略矩形板状のヒューズエレメント11と、第2の導電体3となる略矩形板状の電極12とを対向させるとともに、ヒューズエレメント11と電極12とが筐体6内に配設された絶縁基板16上に搭載される。そして、スイッチ素子1は、絶縁基板16のヒューズエレメント11と電極12とが近接する反応部5及びその近傍を除く領域が撥水処理部18とされる。
また、スイッチ素子1は、反応部5の近傍に吸水発熱材19を配置してもよい。例えば、スイッチ素子1は、図14に示す絶縁基板16の表面上にヒューズエレメント11を配置するとともに電極12と対向させた構成において、反応部5へ熱が伝わる近傍領域に、吸水することで発熱する材料19を配置する。吸水発熱材料19は、例えば生石灰を用いることができる。
次いで、スイッチ素子1の筐体6について説明する。スイッチ素子1の筐体6は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができる。スイッチ素子1は、筐体6を設けることにより、第1、第2の導電体2,3及び反応部5を外部より受ける機械的な外乱等から保護するとともに、第1の導電体2として用いたヒューズエレメント11がアーク放電の発生を伴って溶断した際に、溶融金属の周囲への飛散を防止することができる。
次いで、本発明の応用例について説明する。本発明が適用されたスイッチ素子1は、FET等の電子部品に組み込んでもよい。図28は、スイッチ素子1が組み込まれた電子部品であるFET30を示す斜視図である。FET30は、ゲート電極31を第1の導電体2とし、その近傍に第2の導電体3として電極12を配置することにより反応部5が形成される。
また、本発明が適用されたスイッチ素子1は、電池セルに組み込んでもよい。図29は円筒型電池セル40の断面図である。例えばスイッチ素子1は、電池セル40の正極41を常態において導通されている第1の導電体2とし、図示しない電池ホルダを筐体6として用い、電池セル40が電池ホルダに装着されると、電池ホルダ側に設けられた第2の導電体3となる電極12と近接されることで反応部5を構成する。電極12は、電池ホルダに装着された電池セル40の負極と接続されている。
Claims (32)
- 外部回路に接続され、相対的にイオン化傾向の大きい第1の導電体と、
上記第1の導電体に近接して配置され、上記第1の導電体よりも相対的にイオン化傾向の小さい第2の導電体とを有し、
上記第1、第2の導電体の間の液体により、上記第1の導電体を電蝕させる反応部が形成され、
上記反応部は、上記第1、第2の導電体の少なくとも一方に設けられた貫通孔が形成されていることを特徴とするスイッチ素子。 - 外部回路に接続され、相対的にイオン化傾向の大きい第1の導電体と、
上記第1の導電体に近接して配置され、上記第1の導電体よりも相対的にイオン化傾向の小さい第2の導電体とを有し、
上記第1、第2の導電体の間の液体により、上記第1の導電体を電蝕させる反応部が形成され、
上記反応部は、上記第1、第2の導電体の少なくとも一方に設けられた凹凸面が形成されていることを特徴とするスイッチ素子。 - 上記第1、第2の導電体は、上記反応部における間隔が、その他の領域における間隔よりも狭いことを特徴とする請求項1又は2に記載のスイッチ素子。
- 上記第1、第2の導電体は、それぞれ対向可能な平面を有し、
交互に複数積層される積層構造を有する請求項1乃至3の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記第1、第2の導電体は、それぞれ対向可能な平面を有し、
上記第1の導電体の数よりも上記第2の導電体の数が1つ多く構成され、
上記第1の導電体の両面に対向して上記第2の導電体が配置される積層構造を有する請求項1乃至3の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記反応部は、上記第1、第2の導電体の間にセパレータを備える請求項1乃至5の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記セパレータは、集液性を有する請求項6に記載のスイッチ素子。
- 上記セパレータは、液溶性を有する請求項6に記載のスイッチ素子。
- 上記セパレータは、電解質を担持してなる請求項6乃至8の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記セパレータは、絶縁性を有する請求項6乃至9の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 相対的にイオン化傾向の大きい上記第1の導電体が、正極として接続されてなり、
相対的にイオン化傾向の小さい上記第2の導電体が、負極として接続されてなる請求項1乃至10の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 相対的にイオン化傾向の大きい上記第1の導電体が、アルミニウム、鉄、ニッケル、錫、鉛から選択されるいずれか1種を主成分とし、
相対的にイオン化傾向の小さい上記第2の導電体が、金、白金、銀、銅、パラジウムから選択されるいずれか1種を主成分とする請求項1乃至11の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記反応部は、上記第1の導電体及び/又は第2の導電体の複数面が対向する請求項1乃至12の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記反応部は、上記第1、第2の導電体の少なくとも一方の表面が、液体で溶解する液溶性材料で被覆されている請求項1乃至13の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記反応部以外の場所、又は上記反応部及びその近傍以外の場所に、撥水領域を設ける請求項1乃至14の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記反応部の近傍に吸水発熱材を配置した請求項1乃至15の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記反応部が設けられた位置に上記液体を貯留する貯留部が設けられている請求項1乃至16の何れか1項に記載のスイッチ素子。
- 内部に上記第1、第2の導電体、及び上記反応部が設けられた筐体を有し、
上記筐体には、内部に液体を導く導入口が設けられている請求項1乃至17の何れか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記筐体は多面体からなり、一又は複数の面に、一又は複数の上記導入口が設けられている請求項18記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は筒状に形成され、側面に一又は複数の上記導入口が形成されている請求項18記載のスイッチ素子。
- 上記筐体には、流入した上記液体を排出する排出口が設けられている請求項18〜20のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記排出口は、上記反応部が設けられた位置と同じ高さ、又は上記反応部が設けられた位置よりも上方に設けられている請求項21記載のスイッチ素子。
- 上記導入口は、上記反応部へ上記液体を導く導入溝が設けられている請求項18〜22のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入溝は、上記導入口の開口部から内部にかけて漸次狭小化されている請求項23記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、上記導入口に撥水処理が施されている請求項18〜24のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、上記導入溝に撥水処理が施されている請求項23又は24に記載のスイッチ素子。
- 上記筐体は、内壁に撥水処理が施されている請求項18〜26のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入口は、上記液体で溶解する水溶性材料で閉塞されている請求項18〜27のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記導入溝は、上記液体で溶解する水溶性材料が配置されている請求項23又は24に記載のスイッチ素子。
- 外部回路と接続される外部接続端子と、
上記外部接続端子に近接して配置され、上記外部接続端子よりも相対的にイオン化傾向の小さい導電体とを有し、
上記外部接続端子と上記導電体の間に、液体を保持し、上記外部接続端子を電蝕させる反応部が形成される電子部品。 - 外部回路と接続される正極端子と連続された第1の導電体と、
負極の外装缶と連続するとともに上記第1の導電体に近接して配置され、上記第1の導電体よりも相対的にイオン化傾向の小さい第2の導電体とを有し、
上記第1の導電体と上記第2の導電体との間に、液体を保持し、上記第1の導電体を電蝕させる反応部が形成されるバッテリセル。 - バッテリと、
上記バッテリの端子に近接して配置され、上記端子よりも相対的にイオン化傾向の小さい導電体とを有し、
上記端子と上記導電体の間に、液体を保持し、上記端子を電蝕させる反応部が形成されるバッテリシステム。
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