KR102005205B1

KR102005205B1 - 스위치 소자, 전자 부품, 배터리 시스템

Info

Publication number: KR102005205B1
Application number: KR1020187007255A
Authority: KR
Inventors: 유지 후루우치; 요시히로 요네다; 고이치 무카이; 가즈유키 사카키바라
Original assignee: 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2019-07-29
Also published as: CN108028151B; TWI709153B; CN108028151A; US10964495B2; US20180301302A1; TW201721697A; JP6708387B2; KR20180040668A; WO2017061454A1; JP2017073285A

Abstract

물에 젖음이나 전지로부터의 누액 등의 이상에 대해, 안전하게 전기 회로를 개방시킬 수 있는 스위치 소자를 제공한다.　 외부 회로에 접속되고, 상대적으로 이온화 경향이 큰 제1의 도전체(2)와, 제1의 도전체(2)에 근접하여 배치되고, 제1의 도전체(2)보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 제2의 도전체(3)를 가지며, 제1, 제2의 도전체(2, 3) 사이의 액체에 의해, 제1의 도전체(2)를 전식시키는 반응부(5)가 형성된다.

Description

스위치 소자, 전자 부품, 배터리 시스템

본 발명은, 액체의 침입에 따라 전기 회로를 개방시키는 스위치 소자, 이것을 조합한 전자 부품 및 배터리 시스템에 관한 것이다. 본 출원은, 일본국에 있어서 2015년 10월 7일에 출원된 일본국 출원 번호 특원 2015-199813을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.

근래, 휴대 전화, 노트 PC 등의 대부분에 리튬 이온 2차 전지가 채용되고 있다. 리튬 이온 2차 전지는, 에너지 밀도가 높기 때문에, 유저 및 전자기기의 안전을 확보하기 위해, 일반적으로, 과충전 보호, 과방전 보호 등의 몇개의 보호 회로를 배터리 팩에 내장하고, 소정의 경우에 배터리 팩의 입출력을 차단하는 기능을 갖고 있다. 그러나, 물에 젖음에 의해 전지의 정극/부극 절연 감합부가 부식된 경우, 전지 내부의 압력이 리크하고, 안전밸브가 올바르게 기능하지 않고 발화 사고로 이어지는 리스크가 있다.

일본국 특허공개 평11-144695호 공보 일본국 특허공개 2000-162081호 공보

물에 젖음에 대해서 젖은 형적을 검지하는 시일을 첨부하고, 경고를 발하는 것이 있지만(예를 들면, 특허 문헌 1 참조), 전지의 사용을 제한하는 것은 아니기 때문에, 회로 기판의 물에 젖음에 따른 마이그레이션(절연 열화)이나 쇼트에 따른 회로 오동작이 발생할 우려가 있다. 또, 전지의 이상에 따르는 전해액의 누액에 대해서도, 상기와 동등한 결함이 발생할 우려가 있다.

또, 전자기기의 물에 젖음에 대한 대책으로서는, 물 등의 액체를 검지하는 센서를 설치하고, 물에 젖음을 검지한 당해 센서로부터 발신되는 신호에 따라 보호 회로를 작동시키는 것도 이용되고 있다. 예를 들면, 절연 기판 상에 소정 간격을 두고 대향 배치된 한 쌍의 전극으로 이루어지는 검지부를 구비하는 누수 센서가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 이 누수 센서는, 검지부의 전극 간이 물에 젖음 상태가 되면, 단자부간이 리크함으로써 제어 회로에 신호가 입력되고, 기기의 동작이 제어된다. 즉, 이 물에 젖음 센서는, 검지부에 대한 액체의 유입이 작동 조건으로 되어 있기 때문에, 물에 젖음 상태가 일어났을 때에는, 적극적으로 검지부에 액체를 유입시키는 구성이 바람직하고 한편으로, 제어 회로를 작동시킬 필요가 없는 물에 젖음 상태 이외에서는, 오작동시키지 않게 하고, 센서로서의 신뢰성을 확보할 필요도 있다.

본 발명은, 이러한 종래의 실정을 감안하여 제안된 것이며, 물에 젖음이나 전지로부터의 누액 등의 이상에 대해, 안전하게 전기 회로를 개방시킬 수 있는 스위치 소자, 이것을 조합한 전자 부품 및 배터리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 스위치 소자는, 외부 회로에 접속되고, 상대적으로 이온화 경향이 큰 제1의 도전체와, 상기 제1의 도전체에 근접하여 배치되고, 상기 제1의 도전체보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 제2의 도전체를 가지며, 상기 제1, 제2의 도전체 사이의 액체에 의해, 상기 제1의 도전체를 전식시키는 반응부가 형성되는 것이다.

또, 본 발명에 따른 전자 부품은, 외부 회로와 접속되는 외부 접속 단자를 가지며, 상기 외부 접속 단자에 근접하여 배치되고, 상기 외부 접속 단자보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 도전체를 가지며, 상기 외부 접속 단자와 상기 도전체 사이에, 액체를 유지하고, 상기 외부 접속 단자를 전식시키는 반응부가 형성되는 것이다.

또, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 배터리와, 상기 배터리의 단자에 근접하여 배치되고, 상기 단자보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 도전체를 가지며, 상기 단자와 상기 도전체 사이에, 액체를 유지하고, 상기 단자를 전식시키는 반응부가 형성되는 것이다.

본 발명에 의하면, 제1, 제2의 도전체 사이에 액체가 침입된 경우, 전식 작용에 의해 제1의 도전체의 전기 저항이 상승하고, 정격 전류값이 저하하기 때문에, 안전하게 전기 회로를 개방시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명이 적용된 스위치 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 전식 전의 휴즈 엘리먼트를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 정극으로서 접속된 휴즈 엘리먼트 및 부극으로서 접속된 전극을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 전식 후의 휴즈 엘리먼트를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 휴즈 엘리먼트에 통전하기 위한 제1의 단자 및 제2의 단자와, 전극을 부극으로서 접속하는 제3의 단자를 구비한 스위치 소자를 나타내는 사시도이다.
도 6(A)는 각각 관통 구멍을 형성한 휴즈 엘리먼트 및 전극의 반응부를 나타내는 사시도이며, 도 6(B)는 관통 구멍을 형성한 휴즈 엘리먼트 및 전극을 이용하여 형성된 반응부를 나타내는 사시도이다.
도 7은, 휴즈 엘리먼트와 전극 사이에 세퍼레이터를 구비한 반응부를 나타내는 사시도이다.
도 8은, 휴즈 엘리먼트가 복수 병렬로 소정 간격으로 중첩 배치됨과 더불어, 각 휴즈 엘리먼트 사이에 전극이 배치된 반응부의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 9는, 휴즈 엘리먼트가 복수 병렬로 소정 간격으로 중첩 배치됨과 더불어, 전극을 휴즈 엘리먼트의 수보다 1개 많게 하고, 각 휴즈 엘리먼트의 양면에 대향하여 중첩시킨 반응부의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 10은, 휴즈 엘리먼트와 전극을 인접 배치함과 더불어, 반응부에 있어서 휴즈 엘리먼트와 전극을 면대향시켜, 간격이 상대적으로 협소화된 반응부의 구성예를 나타내는 도면이며, (A)는 사시도, (B)는 평면도, (C)는 단면도이다.
도 11은, 휴즈 엘리먼트와 전극을 인접 배치함과 더불어, 반응부에 있어서 휴즈 엘리먼트 상에 전극 선단을 선 형상으로 대향시키고, 간격이 상대적으로 협소화된 반응부의 구성예를 나타내는 도면이며, (A)는 사시도, (B)는 단면도이다.
도 12는, 휴즈 엘리먼트와 전극을 복수면에서 대향시킨 반응부를 나타내는 사시도이며, (A)는 휴즈 엘리먼트에 전극의 양측면 및 저면의 3면을 둘러싸는 만곡부를 형성한 구성을 나타내고, (B)는 휴즈 엘리먼트에 전극의 양측면 및 저면의 3면을 둘러싸는 굴곡부를 형성한 구성을 나타낸다.
도 13은, 전극의 휴즈 엘리먼트와 대향하는 일면에 액용성 재료로 이루어지는 코트층이 형성된 반응부의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 14는, 절연 기판의 반응부 및 그 근방 이외의 장소에 발수 처리부를 설치하고, 반응부의 근방에 흡수 발열재를 설치한 스위치 소자의 분해 사시도이다.
도 15는, 스위치 소자의 케이스를 나타내는 사시도이며, (A)는 천면에 도입구가 형성된 상태, (B)는 천면에 복수의 도입구가 형성된 상태, (C)는 천면 및 측면에 도입구가 형성된 상태, (D)는 천면 및 측면에 복수의 도입구가 형성된 상태를 나타낸다.
도 16은, 원통형상의 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 사시도이다.
도 17은, 배출구가 형성된 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 사시도이다.
도 18은, 반응부가 설치된 위치와 같은 높이에 배출구가 설치된 스위치 소자를 나타내는 단면도이다.
도 19는, 슬릿 형상의 도입구 및 슬릿 형상의 배출구가 형성된 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 사시도이다.
도 20은, 도입 홈이 형성된 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 도면이며, (A)는 단면도, (B)는 외관 사시도이다.
도 21은, 복수의 도입구 및 도입 홈이 형성된 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 도면이며, (A)는 단면도, (B)는 외관 사시도이다.
도 22는, 반응부가 설치된 내부에 걸쳐 점차 협소화하는 도입 홈이 형성된 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 단면도이다.
도 23은, 도전체 및 반응부의 위치에 따른 높이에 도입구를 형성한 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 사시도이다.
도 24는, 반응부 이외의 장소에 발수 처리부를 형성한 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 단면도이다.
도 25는, 반응부에 따른 위치에 액체를 저류하는 저류부를 설치한 스위치 소자를 나타내는 단면도이다.
도 26은, 도입구를 수용성의 절연 재료로 시일한 케이스를 이용한 스위치 소자를 나타내는 사시도이다.
도 27은, 도입 홈 내를 수용성의 절연 재료로 봉지한 스위치 소자를 나타내는 단면도이다.
도 28은, 본 발명이 적용된 스위치 소자를 이용한 전자 부품을 나타내는 사시도이다.
도 29는, 본 발명이 적용된 스위치 소자를 이용한 배터리 시스템을 나타내는 개략 구성도이다.
도 30은, 본 발명이 적용된 스위치 소자를 이용한 배터리를 나타내는 개략 구성도이며, (A)는 평면도, (B)는 (A)의 X-X＇단면도이다.
도 31은, 본 발명이 적용된 스위치 소자를 이용한 배터리 시스템을 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명이 적용된 스위치 소자, 이것을 조합한 전자 부품 및 배터리 시스템에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시 형태로만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 물론이다. 또, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 다른 경우가 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 하는 것이다. 또, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.

본 발명이 적용된 스위치 소자는, 배터리 회로 등의 외부 회로에 조합되고, 수몰이나 누액 등의 물에 젖음 상태가 발생한 경우에, 배터리 회로 등의 차단을 행하는 것이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 스위치 소자(1)는, 외부 회로에 접속되고, 상대적으로 이온화 경향이 큰 제1의 도전체(2)와, 제1의 도전체(2)에 근접하여 배치되고, 제1의 도전체(2)보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 제2의 도전체(3)를 가지며, 제1, 제2의 도전체(2, 3) 사이에, 소자 내부에 침입한 액체를 모으고, 제1의 도전체(2)를 전식(電蝕)시키는 반응부(5)가 형성되어 있다. 또, 스위치 소자(1)는, 이들 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)가 설치된 케이스(6)를 구비해도 되고, 케이스(6)에는 반응부(5)로 액체를 이끄는 도입구(7)가 형성되어 있다.

［도전체］

제1의 도전체(2)는, 스위치 소자(1)가 조합되는 외부 회로에 설치된 단자부와 접속되는 접속 단자이며, 예를 들면, 대략 직사각형 판 형상으로 형성되고, 스위치 소자(1)의 케이스(6) 내에 내장된 절연 기판 상의 한 쌍의 전극 단자간에 걸쳐 탑재된 휴즈 엘리먼트를 이용할 수 있다. 또, 제1의 도전체(2)는, 예를 들면 스위치 소자(1)의 케이스(6) 내에 내장된 절연 기판에 형성된 패턴 전극이나, 금속판, 리드 선 등을 이용해도 된다.

스위치 소자(1)는, 제1의 도전체(2)의 접속단이, 한 쌍의 전극 단자를 개재하여 케이스(6)의 외부로 인출되고, 외부 회로의 단자부와 접속 가능하게 되어 있다. 또, 스위치 소자(1)는, 제1의 도전체(2)가 정상 상태(常態)에 있어서 도통되어 있고, 반응부(5)에 액체가 접촉함으로써, 당해 반응부(5)의 작용에 의해 용단(溶斷)되고, 외부 회로를 개방한다.

제2의 도전체(3)는, 예를 들면, 제1의 도전체(2)와 마찬가지로 직사각형 판 형상으로 형성된 전극이 이용되고, 제1의 도전체(2)에 대향하여 근접 배치되어 있다. 제1, 제2의 도전체(2, 3)는, 서로 근접 배치됨으로써, 소자 내부에 침입한 액체를 모으고, 제1의 도전체(2)를 전식시키는 반응부(5)가 형성된다.

또, 제2의 도전체(3)는, 제1의 도전체(2)보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 재료가 이용된다. 이로 인해, 제1의 도전체(2)와 제2의 도전체(3) 사이에 물이 침입한 경우, 비(卑) 금속으로 이루어지는 제1의 도전체(2)가 정극이 되어 이온화(부식)하고, 제1의 도전체(2)가 가늘어지거나, 핀 홀이 발생하거나 하여 제1의 도전체(2)의 도체 저항이 상승하고, 정격 전류값을 저하시킬 수 있다.

［반응부］

반응부(5)는, 케이스(6) 내에 침입한 액체와 접촉함으로써 제1의 도전체(2)를 불가역적으로 차단하는 것이며, 제1, 제2의 도전체(2, 3)의 형태에 따라 여러가지 구성을 갖는다.

이하에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1의 도전체(2)의 일례로서, 정상 상태에 있어서 외부 회로를 접속하고, 물에 젖음 상태가 되면 개방시키는 평판 형상의 휴즈 엘리먼트(11)를 이용하고, 제2의 도전체(3)의 일례로서, 휴즈 엘리먼트(11)보다 이온화 경향이 작은 금속으로 이루어지고, 휴즈 엘리먼트(11)의 중심부의 일면에 대향해서 배치된 전극(12)을 이용한 경우에 대해 설명한다.

휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)은, 서로 근접 배치됨으로써, 그 사이에 액체가 존재하면 휴즈 엘리먼트(11)를 전식시키는 반응부(5)가 형성된다. 이 반응부(5)는, 물에 젖음이나 전지로부터의 누액 등의 이상시에 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 액체가 모이고, 휴즈 엘리먼트(11)가 전식한다. 이로 인해, 전기 저항이 상승하고, 정격 전류값이 저하하기 때문에, 휴즈 엘리먼트(11)에 대한 통전 전류에 의해 자기 차단하고, 안전하게 전기 회로를 개방시킬 수 있다.

휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)은, 물이 침입 가능하도록 근접해 있고, 그 거리는, 0.01㎜~10㎜인 것이 바람직하다. 또, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)간의 거리가 작은 쪽이, 전계 강도가 크고 전식 작용이 강하기 때문에, 또, 모세관 현상에 의해 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 물을 도입하기 쉽기 때문에, 보다 효율적으로 전기 회로를 개방시키기 위해서는, 전극(12)과의 거리를 0.01~1㎜로 하는 것이 보다 바람직하다.

휴즈 엘리먼트(11)는, 소정의 정격 전류값을 가지며, 정격 전류값을 초과하는 전류가 통전되면 용단한다. 휴즈 엘리먼트(11)는, 알루미늄, 철, 니켈, 주석, 납으로부터 선택되는 어느 1종을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 주성분이란, 재료 전질량을 기준으로 하여 50wt% 이상인 성분을 말한다.

전극(12)은, 휴즈 엘리먼트(11)의 중심부의 일면에 대향하여 배치된다. 또한, 전극(12)은, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식하는 물질량이 커지도록, 휴즈 엘리먼트(11)의 중심부의 양면에 대향하여 배치해도 된다.

또, 전극(12)는, 휴즈 엘리먼트보다 이온화 경향이 작은 금속으로 이루어지고, 금, 백금, 은, 동, 팔라듐으로부터 선택되는 어느 1종을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 물이 침입한 경우, 비 금속으로 이루어지는 휴즈 엘리먼트(11)가 정극이 되어 이온화(부식)하고, 휴즈 엘리먼트(11)가 가늘어지거나, 핀 홀이 발생하거나 하여, 휴즈 엘리먼트(11)의 도체 저항이 상승하고, 정격 전류값을 저하시킬 수 있다.

또, 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 휴즈 엘리먼트(11)는, 정극으로서 접속되고, 전극(12)은, 부극으로서 접속되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 전식 반응을 촉진할 수 있고, 휴즈 엘리먼트(11)의 정격 전류값을 빨리 저하시킬 수 있다.

즉, 스위치 소자(1)는, 직류 전원에 정극으로서 직렬 접속되어 이루어지는 휴즈 엘리먼트(11)와, 휴즈 엘리먼트(11)에 근접하여 배치되고, 휴즈 엘리먼트(11)보다 이온화 경향이 작은 금속으로 이루어지고, 부극으로서 접속되어 이루어지는 전극(12)을 구비하는 차단 회로를 구성한다. 또, 스위치 소자(1)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 휴즈 엘리먼트(11)에 통전하기 위한 제1의 단자(11a) 및 제2의 단자(11b)와, 전극(12)를 부극으로서 접속하는 제3의 단자(12a)를 구비하고, 제1의 단자 및 제2의 단자를 정극의 통전 경로에 직렬 접속하고, 제3의 단자를 부극에 접속하고 또는 접지한다.

도 3 및 도 4는, 각각 전식 전 및 전식 후의 휴즈 엘리먼트를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 전식 전의 휴즈 엘리먼트(11)는, 직사각형 형상을 유지하고 있다. 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 물이 침입한 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이 비 금속으로 이루어지는 휴즈 엘리먼트(11)가 정극이 되어 이온화(부식)하고, 휴즈 엘리먼트(11)가 가늘어지거나, 핀 홀이 발생하거나 한다. 이 때문에, 휴즈 엘리먼트(11)의 도체 저항이 상승하고, 정격 전류값이 저하한다. 도체 저항의 상승에 따르는 발열에 의해, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이의 물이나 전해액이 증발하는 경우가 있지만, 정격 전류값이 저하되어 있기 때문에, 휴즈 엘리먼트(11)에 대한 통전 전류에 의해 자기 차단하고, 안전하게 외부 회로를 개방시킬 수 있다.

［관통 구멍·오목부·볼록부］

또한, 반응부(5)는, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)의 한쪽 또는 양쪽에, 하나 또는 복수의 관통 구멍, 오목부 또는 볼록부를 설치해도 된다. 도 6(A), (B)는, 일례로서 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)에 관통 구멍(13)을 형성한 반응부(5)를 나타내는 사시도이다. 이로 인해, 스위치 소자(1)는, 케이스(6) 내에 유입한 액체를 우선적으로 반응부(5)에 도입, 유지하기 쉽게 할 수 있고, 또, 관통 구멍(13)에 의해 액체의 유지량이 증가함으로써 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)의 접촉 면적이 증대하고, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식 작용을 촉진시킬 수 있다. 또한, 휴즈 엘리먼트(11)에 관통 구멍(13)을 형성함으로써 용단면적이 감소하기 때문에, 보다 신속하게 용단시킬 수 있다.

오목부 또는 볼록부를 설치한 경우도 마찬가지로, 스위치 소자(1)는, 케이스(6) 내에 유입한 액체를 우선적으로 반응부(5)에 도입, 유지하기 쉽게 할 수 있고, 또, 오목부 또는 볼록부에 의해 액체의 유지량이 증가함으로써 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)의 접촉 면적이 증대하고, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식 작용을 촉진시킬 수 있다.

［세퍼레이터］

또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 세퍼레이터(14)를 구비하는 것이 바람직하다. 또, 세퍼레이터(14)는, 메쉬 형상, 다공질 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이로 인해, 세퍼레이터(14)는, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 물이나 전해액 등의 액체를 모으고, 유지하는 집액성, 보수성을 확보할 수 있다. 또, 세퍼레이터(14)는, 절연체로 이루어지는 것이 바람직하다. 이로 인해, 세퍼레이터(14)는, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이의 직접 단락을 억제할 수 있다.

또, 세퍼레이터(14)는, NaCl 등의 전해질을 담지하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 물이나 전해액의 전기 전도도를 향상하고, 전식을 촉진시킬 수 있다.

또한, 세퍼레이터(14)는, 물이나 전해액 등의 액체에 용해하는 액용성을 갖고 있어도 된다. 이 경우, 세퍼레이터(14)는, 액용성에 더하여 절연성을 갖는 것이 바람직하다. 이로 인해, 세퍼레이터(14)는, 액체의 침입 전의 상태에 있어서는 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)의 클리어런스를 확보하고, 단락을 방지함과 더불어, 액체의 침입시에는 용해하고, 보다 많은 액체를 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)의 사이에 도입시켜 전식 작용을 촉진시킬 수 있다.

액용성을 갖는 재료로서는, 예를 들면, 한천, 젤라틴 등의 천연 폴리머, 셀룰로오스, 전분 등의 반합성 폴리머, 폴리비닐 알코올 등의 합성 폴리머 등을 들 수 있다. 이것들은, 액체와 접촉함으로써 수축 혹은 용해한다. 또한, 고분자량이 되면 용해하지 않고 팽창하는 성질이 강해지기 때문에, 중합도를 조정하여 이용하는 것이 바람직하다. 또, 액용성 재료로서 각설탕과 같은 수용성의 고형물을 이용한 경우, 액체와 접촉함으로써 용해, 혹은 체적이 감소한다.

또, 액체로서 배터리 셀에 충전된 에틸렌카보네이트 등의 전해액을 상정하고, 전해액 누액에 대응하여 작동하는 스위치 소자의 경우, 액용성 재료로서는, ABS, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 혹은 PET, PTT, PEN 등의 포화폴리에스테르 등을 이용할 수 있다. 이들 액용성 재료도, 고분자량이 되면 용해 속도가 떨어지고, 스위치 소자(1)로서 반응속도가 저하하는 경우도 있기 때문에, 반응속도를 우선하는 경우는, 중합도를 조정하여 이용하는 것이 바람직하다.

또, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 배치되는 세퍼레이터(14)는, 흡수성 또는 흡습성의 절연물이어도 된다. 또, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에, 졸, 겔, 또는 고체로 이루어지는 절연물을 배치하고, 액체에 의해 도전성이 발현하도록 해도 된다. 또, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에, 졸 또는 겔로 이루어지는 전해질이 침입했을 때에, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식 작용을 발휘하도록 해도 된다.

［적층 구조］

또, 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)는, 상술한 구성예로 한정되지 않고, 예를 들면, 제1의 도전체(2)가 되는 휴즈 엘리먼트가 복수 병렬로 중첩 배치되고, 제2의 도전체(3)가 되는 전극이 각 휴즈 엘리먼트 사이에 배치되어 있어도 된다. 도 8은, 제1의 도전체(2)로서 평판 형상으로 형성된 휴즈 엘리먼트(11)가 복수 병렬로 소정 간격으로 중첩 배치됨과 더불어, 각 휴즈 엘리먼트(11) 사이에 제2의 도전체(3)가 되는 평판 형상으로 형성된 전극(12)이 배치된 반응부(5)의 구성예를 나타내는 사시도이다.

이 반응부(5)는, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)이 3개씩 교대로 적층된 적층 구조를 갖는다. 각 휴즈 엘리먼트(11)는 병렬로 접속되고, 또 각 전극(12)도 병렬로 접속되어 있다.

이와 같이 휴즈 엘리먼트(11)를 복수 병렬로 배치함으로써, 정격 전류를 크게 할 수 있음과 더불어, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 액체가 침입한 경우에 있어서의 휴즈 엘리먼트(11)의 전식을 촉진시킬 수 있다.

또한, 제1, 제2의 반응체(2, 3) 및 반응부(5)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 평판 형상으로 형성된 휴즈 엘리먼트(11)가 복수 병렬로 소정 간격으로 중첩 배치됨과 더불어, 평판 형상으로 형성된 전극(12)을 휴즈 엘리먼트(11)의 수보다 1개 많게 하고, 각 휴즈 엘리먼트(11)의 사이에 배치함과 더불어, 각 휴즈 엘리먼트(11)의 양면에 대향하여 중첩시켜도 된다.

반응부(5)는, 각 휴즈 엘리먼트(11)의 양면에 전극(12)을 대향시킴으로써, 휴즈 엘리먼트(11)의 양면과 전극(12) 사이에 액체를 개재시키고, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식을 보다 촉진시킬 수 있다.

또, 반응부(5)는, 도 8, 도 9에 나타내는 적층 구조에 있어서, 휴즈 엘리먼트(11) 및 전극(12)의 한쪽 또는 양쪽에, 상술한 하나 또는 복수의 관통 구멍(13)이나, 오목부 또는 볼록부를 설치해도 된다.

또한, 반응부(5)는, 도 8, 도 9에 나타내는 적층 구조에 있어서, 휴즈 엘리먼트(11) 및 전극(12) 사이에, 상술한 세퍼레이터(14)를 배치해도 된다. 이로 인해, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이의 직접 단락을 억제함과 더불어, 물이나 전해액의 유지성을 확보할 수 있다. 이때, 세퍼레이터(14)는, 메쉬 형상, 다공질 형상의 것을 이용해도 되고, 절연 재료를 이용해도 된다. 또, 세퍼레이터(14)는, NaCl 등의 전해질을 담지시키고, 물이나 전해액의 전기 전도도를 향상시키고, 전식을 촉진시키도록 해도 된다. 또, 상술한 바와 같이, 세퍼레이터(14)는, 흡수성 또는 흡습성의 절연물이어도 된다. 또, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에, 졸, 겔, 또는 고체로 이루어지는 절연물을 배치하고, 액체에 의해 도전성이 발현하도록 해도 된다. 또, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에, 졸 또는 겔로 이루어지는 전해질이 침입했을 때에, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식 작용을 발휘하도록 해도 된다.

［반응부의 간격］

또, 스위치 소자(1)는, 제1, 제2의 도전체(2, 3)의, 반응부(5)가 설치된 근방 영역에 있어서의 간격을, 그 외의 영역에 있어서의 간격보다 좁게 해도 된다. 예를 들면 스위치 소자(1)는, 도 10(A)~(C)에 나타내는 바와 같이, 제1의 도전체(2)로서 직사각형 판 형상의 휴즈 엘리먼트(11)를 이용하고, 제2의 도전체(3)로서 대략 판 형상의 전극(12)을 이용하고, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)은 케이스(6) 내에 인접하여 배치됨과 더불어, 반응부(5)에 있어서 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)이 중첩됨으로써, 간격이 상대적으로 협소화되어 있다.

전극(12)은, 길이 방향의 대략 중앙부에, 휴즈 엘리먼트(11) 상에 뻗은 중첩부(12b)가 형성되어 있다. 스위치 소자(1)는, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)의 중첩부(12b)가 면대향됨과 더불어 근접 배치됨으로써, 액체를 모으고 휴즈 엘리먼트(11)를 전식시키는 반응부(5)가 형성된다.

중첩부(12b)는, 케이스(6) 등에 설치된 지지부(15)에 지지됨으로써, 휴즈 엘리먼트(11)와 면대향됨과 더불어, 액체가 침입, 유지 가능한 소정의 간격이 설치되어 있다. 휴즈 엘리먼트(11)와 중첩부(12b)의 간격은, 0.01㎜~10㎜인 것이 바람직하다. 또, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)간의 거리가 작은 쪽이, 전계 강도가 크고 전식 작용이 강하기 때문에, 또, 모세관 현상에 의해 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 물을 도입하기 쉽기 때문에, 보다 효율적으로 전기 회로를 개방시키기 위해서는, 휴즈 엘리먼트(11)와 중첩부(12b)의 간격을 0.01~1㎜로 하는 것이 보다 바람직하다.

또, 스위치 소자(1)는, 도 11(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(2)을 인접 배치하고, 전극(12)의 선단부(12c)를 굴곡시킴과 더불어 지지부(15)에 지지됨으로서, 휴즈 엘리먼트(11)의 표면 상에 선단부(12c)가 소정의 간격을 두고 선 형상으로 대향하도록 해도 된다.

［복수면 대향］

또, 스위치 소자(1)는, 제1의 도전체(2) 및 제2의 도전체(3)의 복수면이 대향되어 있어도 된다. 예를 들면 스위치 소자(1)는, 도 12(A)에 나타내는 바와 같이, 제1의 도전체(2)로서 대략 직사각형 판 형상의 휴즈 엘리먼트(11)를 이용하고, 제2의 도전체(3)로서 대략 막대형상의 전극(12)을 이용하고, 휴즈 엘리먼트(11)에, 전극(12)의 양측면 및 저면의 3면을 둘러싸도록 만곡시킨 만곡부(11c)를 형성함으로써, 전극(12)의 복수면에서 대향시켜도 된다. 혹은, 스위치 소자(1)는, 도 12(B)에 나타내는 바와 같이, 휴즈 엘리먼트(11)에, 전극(12)의 양측면 및 저면의 3면을 둘러싸도록 직사각형 형상으로 굴곡시킨 굴곡부(11d)를 형성함으로써, 휴즈 엘리먼트(11) 및 전극(12)의 복수면에서 대향시켜도 된다. 휴즈 엘리먼트(11)의 만곡부(11c) 또는 굴곡부(11d)와 전극(12)은, 모든 면이 소정의 협소화된 간격을 두고 대향되고, 액체를 침입, 유지 가능하게 되어 있다.

이 반응부(5)에 의하면, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)이 복수면에서 대향됨으로써, 스위치 소자(1)는, 일면에서 대향하는 형태에 비해 액체를 유지하는 면적이 증가하고, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식에 의한 용단을 보다 촉진시킬 수 있다.

또한, 반응부(5)는, 제2의 도전체(3)에, 제1의 도전체(2)의 양측면 및 저면의 3면을 둘러싸는 만곡부 혹은 굴곡부를 형성함으로써, 복수면에서 대향시켜도 된다.

［액용성 재료 코팅］

또, 스위치 소자(1)는, 반응부(5)를 구성하는 제1, 제2의 반도체(2, 3)의 적어도 한쪽의 표면을, 물이나 전해액 등의 액체에 닿음으로써 용해하는 액용성 재료로 피복해도 된다. 예를 들면 스위치 소자(1)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제1의 도전체(2)가 되는 대략 직사각형 판 형상의 휴즈 엘리먼트(11)와, 제2의 도전체(3)가 되는 대략 직사각형 판 형상의 전극(12)을 대향시킴과 더불어, 전극(12)의 휴즈 엘리먼트(11)에 대향하는 일면에 액용성 재료로 이루어지는 코트층(17)이 형성되어 있다.

이로 인해, 스위치 소자(1)는, 액체의 침입전 상태에 있어서는 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)의 클리어런스를 확보하고, 단락을 방지함과 더불어, 액체의 침입시에는 용해하고, 보다 많은 액체를 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12) 사이에 도입시켜 전식 작용을 촉진시킬 수 있다.

코트층(17)을 구성하는 액용성 재료로서는, 상술한 액용성 재료를 이용하여 형성되는 세퍼레이터(14)와 같은 재료를 이용할 수 있다.

또, 액용성 재료로 이루어지는 코트층(17)은, 휴즈 엘리먼트(11)의 전극(12)과 대향하는 일면측에 형성해도 되고, 휴즈 엘리먼트(11) 및 전극(12)의 서로 대향하는 면에 각각 형성해도 된다.

［발수 처리］

또, 스위치 소자(1)는, 반응부(5) 이외의 장소, 또는 반응부(5) 및 그 근방 이외의 장소에, 발수 영역을 설치해도 된다. 예를 들면 스위치 소자(1)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 제1의 도전체(2)가 되는 대략 직사각형 판 형상의 휴즈 엘리먼트(11)와, 제2의 도전체(3)가 되는 대략 직사각형 판 형상의 전극(12)을 대향시킴과 더불어, 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)이 케이스(6) 내에 설치된 절연 기판(16) 상에 탑재된다. 그리고, 스위치 소자(1)는, 절연 기판(16)의 휴즈 엘리먼트(11)와 전극(12)이 근접하는 반응부(5) 및 그 근방을 제외한 영역이 발수 처리부(18)가 된다.

발수 처리부(18)는, 예를 들면 불소계 코팅제의 도포, 솔더 페이스트 코팅 등, 공지의 수법에 의해 형성할 수 있다.

이로 인해, 스위치 소자(1)는, 절연 기판(16) 상에 침입한 액체를 비발수 영역인 반응부(5) 및 그 근방으로 이끌 수 있고, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식에 의한 용단을 촉진시킬 수 있다.

［흡수 발열재］

또, 스위치 소자(1)는, 반응부(5)의 근방에 흡수 발열재(19)를 배치해도 된다. 예를 들면, 스위치 소자(1)는, 도 14에 나타내는 절연 기판(16)의 표면 상에 휴즈 엘리먼트(11)를 배치함과 더불어 전극(12)과 대향시킨 구성에 있어서, 반응부(5)에 열이 전해지는 근방 영역에, 흡수함으로써 발열하는 재료(19)를 배치한다. 흡수 발열 재료(19)는, 예를 들면 생석회를 이용할 수 있다.

이러한 스위치 소자(1)는, 반응부(5)의 근방에 액체가 침입하면, 흡수 발열재(19)가 흡습, 발열하고, 그 열이 반응부(5)에 전달한다. 반응부(5)는, 흡수 발열재(19)의 열에 의해, 보다 반응 효율이 향상되고, 휴즈 엘리먼트(11)를 신속하게 전식, 용단시킬 수 있다.

또한, 스위치 소자(1)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 절연 기판(16)의 반응부(5) 및 그 근방을 제외한 영역에 발수 처리부(18)를 설치함과 더불어, 반응부(5)의 근방에 흡수 발열재(19)를 배치해도 되고, 발수 처리부(18) 또는 흡수 발열재(19) 중 어느 하나를 설치하도록 해도 된다.

［케이스］

다음에, 스위치 소자(1)의 케이스(6)에 대해 설명한다. 스위치 소자(1)의 케이스(6)는, 각종 엔지니어링 플라스틱, 세라믹스 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성할 수 있다. 스위치 소자(1)는, 케이스(6)를 설치함으로써, 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)를 외부로부터 받는 기계적인 외란 등으로부터 보호함과 더불어, 제1의 도전체(2)로서 이용한 휴즈 엘리먼트(11)가 아크 방전의 발생을 수반하여 용단했을 때에, 용융 금속의 주위에의 비산을 방지할 수 있다.

케이스(6)에는, 반응부(5)로 액체를 이끄는 도입구(7)가 설치되어 있다. 스위치 소자(1)는, 케이스(6)에 설치된 도입구(7)를 개재하여 액체가 반응부(5)에 유입함으로써, 제1의 도전체(2)를 불가역적으로 차단시킨다.

케이스(6)는, 예를 들면 도 15(A)에 나타내는 바와 같이, 다면체로 이루어지고, 하나의 면에, 하나의 도입구(7)가 설치되어 있다. 스위치 소자(1)는, 외부 회로가 형성된 회로 기판에 실장되는 칩 부품으로서 형성된 경우, 케이스(6)의 실장면과 반대측의 천면(6a)에 도입구(7)가 설치되는 것이 바람직하다. 천면(6a)에 도입구(7)가 설치됨으로써, 물에 젖음 상태가 되면 효율적으로 액체를 케이스(6) 내에 들여옴과 더불어 반응부(5)에 유지하고, 제1의 도전체(2)를 차단시킬 수 있다. 물론 케이스(6)는, 천면(6a) 이외의 면, 예를 들면 측면(6b)에 도입구(7)를 형성해도 된다. 또, 케이스(6)는, 도 15(B)에 나타내는 바와 같이, 천면(6a)에 복수의 도입구(7)를 형성해도 되고, 혹은 측면(6b)에 복수의 도입구(7)를 형성해도 된다. 케이스(6)는, 복수의 도입구(7)를 설치함으로써, 보다 액체를 반응부(5)에 도입하기 쉽게 할 수 있다.

또, 케이스(6)는, 예를 들면 도 15(C)에 나타내는 바와 같이, 다면체로 이루어지고, 복수의 면, 예를 들면 천면(6a)과 측면(6b)에 도입구(7)를 설치해도 된다. 또, 케이스(6)는, 도 15(D)에 나타내는 바와 같이, 복수의 면에 각각 하나 또는 복수의 도입구(7)를 형성해도 된다.

또, 케이스(6)는, 통형상으로 형성하고, 도입구(7)를 임의의 위치에, 임의의 개수만큼 형성해도 된다. 도 16은 케이스(6)를 원통형상으로 형성하고, 전체 둘레에 걸쳐 복수의 도입구(7)를 형성한 스위치 소자(1)의 외관 사시도이다. 케이스(6)는, 중공의 다각 기둥 형상으로 형성해도 된다. 케이스(6)를 중공의 원 기둥 형상, 각 기둥 형상으로 형성함으로써, 스위치 소자(1)의 배치에 따른 면이나 각도, 액체의 침입 경로 등에 좌우되지 않고 도입구(7)를 형성할 수 있다.

또한, 도 16에 나타내는 스위치 소자(1)는, 제1의 도전체(2)로서 이용하는 휴즈 엘리먼트(11)에 통전하기 위한 제1의 단자(11a) 및 제2의 단자(11b)와, 제2의 도전체(3)로서 이용하는 전극(12)을 부극으로서 접속하는 제3의 단자(12a)가 케이스(6)의 외주면에 형성되어 있다.

또, 케이스(6)는, 도입구(7)로부터 침입한 액체를 배출하는 배출구를 형성해도 된다. 도 17은, 다면체로 이루어지는 케이스(6)의 천면(6a)에 도입구(7)를 형성함과 더불어, 측면(6b)에 액체를 배출하는 배출구(8)를 형성한 스위치 소자(1)를 나타내는 외관 사시도이다. 배출구(8)를 형성함으로써, 액체가 다량으로 케이스(6) 내에 침입함으로써 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)가 냉각되고, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식 작용이나 자기 발열이 저해되는 등, 반응부(5)의 작용이나, 제1의 도전체(2)의 용단이 저해되는 사태를 방지할 수 있다.

또한, 배출구(8)는, 도입구(7)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 배출구(8)를 상대적으로 작게 함으로써, 케이스(6) 내에 침입한 액체가 과잉으로 배출되고, 반응부(5)의 작용이나, 제1의 도전체(2)의 용단이 지연되는 것을 방지할 수 있다.

또, 배출구(8)는, 케이스(6)의 반응부(5)가 설치된 위치와 같은 높이, 또는 반응부(5)가 설치된 위치보다 상방에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 18에 나타내는 바와 같이, 케이스(6)를 다면 형상으로 형성함과 더불어, 회로 기판에 실장되는 칩 부품으로서 형성된 경우, 배출구(8)는, 케이스(6)의 측면(6b)의 반응부(5)가 설치된 위치와 같은 높이 또는 상방에 설치되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 케이스(6) 내에 침입한 액체는, 반응부(5)보다 상방에 침입한 만큼이 배수되고, 반응부(5)에는 잔류하기 때문에, 반응부(5)의 작용을 확보함과 더불어, 케이스(6) 내에 다량으로 침입한 액체에 의해 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)가 냉각되고, 휴즈 엘리먼트(11)의 전식 작용이나 자기 발열이 저해되는 등, 반응부(5)의 작용이나, 제1의 도전체(2)의 용단이 저해되는 사태를 방지할 수 있다.

또한, 액체를 도입하는 도입구(7) 및 액체를 배출하는 배출구(8)는, 원형, 직사각형 등, 그 형상은 상관없다. 또, 도입구(7) 및 배출구(8)는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 슬릿 형상으로 형성해도 된다. 도입구(7)를 슬릿 형상으로 형성함으로써, 보다 광범위하게 액체를 도입시키고, 신속하게 반응부(5)를 반응시켜 제1의 도전체(2)를 용단시킬 수 있다. 또, 배출구(8)를 슬릿 형상으로 형성함으로써, 케이스(6) 내에 침입한 잉여의 액체를 신속하게 배수할 수 있고, 반응부(5)의 작용이나 제1의 도전체(2)의 용단의 진행이 지연되는 것을 방지할 수 있다.

또, 케이스(6)는, 천면(6a)에 슬릿 형상의 도입구(7)를 설치함과 더불어, 반응부(5)로 액체를 이끄는 도입 홈(9)을 설치해도 된다. 도 20(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 도입 홈(9)은, 홈 벽(9a)이 천면(6a)에 형성된 도입구(7)로부터 반응부(5)의 근방까지 연재된다. 이로 인해, 케이스(6)는, 도입구(7)에 침입한 액체가 반응부(5) 이외의 장소에 유입하지 않고, 확실히 반응부(5)로 이끌 수 있다. 또, 케이스(6)는, 도입구(7)에 침입한 액체가 케이스(6) 내에 흩어지고, 반응부(5)에 의한 제1의 도전체(2)의 용단이 지연되는 것을 방지할 수 있다.

또, 케이스(6)는, 도 20(B)에 나타내는 바와 같이, 도입 홈(9)을 측면(6b)까지 연장하고, 측면(6b)에 형성된 배출구(8)와 연속시켜도 된다. 이로 인해, 케이스(6)는, 도입구(7)로부터 침입한 액체를 효율적으로 반응부(5)로 이끎과 더불어, 과잉인 액체를 효율적으로 배출구(8)로부터 배수할 수 있다.

또한, 도 21(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 도입 홈(9)은, 복수 형성해도 된다. 도입 홈(9)을 복수 형성함으로써, 반응부(5)의 전체 폭에 걸쳐 액체를 이끌 수 있다.

또, 도 22에 나타내는 바와 같이, 도입 홈(9)은, 천면(6a)에 면하는 도입구(7)의 개구부로부터 반응부(5)가 설치된 내부에 걸쳐 점차 협소화시켜도 된다. 도입 홈(9)을 반응부(5)에 가까이함에 따라 협소화함으로써, 도입구(7)의 개구부로부터 침입한 액체를, 모세관 현상에 의해 효율적으로 반응부(5)로 이끌 수 있다.

또, 스위치 소자(1)는, 도 23에 나타내는 바와 같이, 케이스(6)에 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)의 위치에 따라 도입구(7), 또는 도입구(7) 및 도입 홈(9)을 형성해도 된다. 스위치 소자(1)는, 예를 들면 도 8, 도 9에 나타내는 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)의 구성예와 같이, 휴즈 엘리먼트(11) 및 전극(12)을 복수 병렬로 적층 배치시킴과 더불어, 측면(6b)의 휴즈 엘리먼트(11) 및 전극(12)의 위치에 대응한 높이에, 도입구(7), 또는 도입구(7) 및 도입 홈(9)을 형성해도 된다. 이때, 도입구(7)는, 휴즈 엘리먼트(11)의 장수에 따라 하나 또는 복수 형성해도 되고, 또, 휴즈 엘리먼트(11)와 동수의 도입구(7)를 형성해도 되고, 혹은 복수의 도입구(7)를 휴즈 엘리먼트(11)와 동간격으로 형성해도 된다.

도입구(7) 등이 반응부(5)의 위치에 따른 위치에 형성됨으로써, 스위치 소자(1)는, 효율 좋게 다량의 액체를 도입구(7)로부터 제1, 제2의 도전체(2, 3) 및 반응부(5)로 이끌 수 있고, 반응부(5)의 반응을 효율 좋게 행하고, 제1의 도전체(2)의 용단을 촉진시킬 수 있다.

또, 스위치 소자(1)는, 반응부(5) 이외의 장소에 발수 처리를 실시하고, 액체를 반응부(5)로 유도해도 된다. 예를 들면 도 24에 나타내는 바와 같이, 스위치 소자(1)는, 도입구(7), 또는 도입구(7) 및 도입 홈(9)의 홈 벽(9a)에 발수 처리가 실시된 발수 처리부(18)를 형성해도 된다. 발수 처리부(18)는, 예를 들면 불소계 코팅제의 도포, 솔더 페이스트 코팅 등, 공지의 수법에 의해 형성할 수 있다.

이로 인해 스위치 소자(1)는, 도입구(7)로부터 침입한 액체를 효율적으로 반응부(5)로 이끌 수 있다. 또, 도입구(7)나 도입 홈(9)에 발수 처리를 실시함으로써, 스위치 소자(1)를 작동시켜야 할 물에 젖음 상태 이외에서는, 소량의 액체를 튀겨 케이스(6) 내에 침입시키지 않음으로써, 오작동을 방지하고, 센서로서의 신뢰성을 확보할 수도 있다.

또, 스위치 소자(1)는, 케이스(6)의 내벽에 발수 처리를 실시해도 된다. 케이스(6)의 내벽에 발수 처리를 실시함으로써도, 케이스(6) 내에 침입한 액체를 효율 좋게 반응부(5)로 이끌고, 신속하게 반응부(5)를 작용시킬 수 있다.

또, 스위치 소자(1)는, 도 25에 나타내는 바와 같이, 반응부(5)가 형성된 위치에, 케이스(6) 내에 침입한 액체를 저류하는 저류부(21)를 설치해도 된다. 저류부(21)는, 반응부(5)의 주위를 둘러싸도록 오목 형상으로 형성되고, 케이스(6)에 일체로 성형됨으로써, 혹은 오목 형상 부재가 케이스(6)의 저면에 배치됨으로써 형성할 수 있다. 스위치 소자(1)는, 케이스(6) 내에 액체가 침입하면, 저류부(21)에 액체가 저류됨으로써 반응부(5)의 주위가 액체로 채워진다. 이로 인해, 스위치 소자(1)는, 케이스(6) 내에 침입한 액체가 소량이어도 효율적으로 반응부(5)를 반응시킬 수 있다. 또, 스위치 소자(1)는, 배출구(8)를 반응부(5)보다 하방에 형성하고, 여분의 액체를 배출할 수 있다.

또한, 도 25에 나타내는 스위치 소자(1)에서는, 제1의 도전체(2)를 만곡시켜 저류부(21) 내에 통전함과 더불어, 제1의 도전체(2)의 양단을, 케이스(6)의 저면에 면해져 있는 제1, 제2의 단자(11a, 11b)에 접속시키고 있다.

또, 스위치 소자(1)는, 도 26에 나타내는 바와 같이, 도입구(7)를 액체로 용해하는 수용성 봉지재(22)로 폐색해도 된다. 또, 스위치 소자(1)는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 도입 홈(9)을 액체로 용해하는 수용성 봉지재(22)로 폐색해도 된다. 수용성 봉지재(22)로서는, 상술한 액용성 재료와 같이, 예를 들면, 한천, 젤라틴 등의 천연 폴리머, 셀룰로오스, 전분 등의 반합성 폴리머, 폴리비닐 알코올 등의 합성 폴리머, 각설탕과 같은 수용성의 고형물 등을 이용할 수 있다.

또, 액체로서 배터리 셀에 충전된 에틸렌카보네이트 등의 전해액을 상정하고, 전해액 누액에 대응하여 작동하는 스위치 소자의 경우, 수용성 봉지재(22)의 재료로서는, ABS, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 혹은 PET, PTT, PEN 등의 포화 폴리에스테르 등을 이용할 수 있다. 이들 수용성 재료도, 고분자량이 되면 용해 속도가 떨어지고, 스위치 소자(1)로서 반응속도가 저하하는 경우도 있기 때문에, 반응속도를 우선하는 경우는, 중합도를 조정하여 이용하는 것이 바람직하다.

도입구(7)나 도입 홈(9)을 수용성 봉지재(22)로 폐색함으로써, 스위치 소자(1)를 작동시켜야 할 물에 젖음 상태 이외에서는, 소량의 액체를 튀겨 케이스(6) 내에 침입시키지 않음으로써, 오작동을 방지하고, 센서로서의 신뢰성을 확보할 수도 있다.

［응용예 1］

다음에, 본 발명의 응용예에 대해 설명한다. 본 발명이 적용된 스위치 소자(1)는, FET 등의 전자 부품에 조합해도 된다. 도 28은, 스위치 소자(1)가 조합된 전자 부품인 FET(30)를 나타내는 사시도이다. FET(30)는, 게이트 전극(31)을 제1의 도전체(2)로 하고, 그 근방에 제2의 도전체(3)로서 전극(12)을 배치함으로써 반응부(5)가 형성된다.

FET(30)는, 액체가 침입하기 전의 정상 상태에 있어서, 게이트 전극(31)이 도통되고, 각종 회로 기판에 형성된 접속 단자와 접속되어 있다. 그리고, FET(30)는, 케이스(6) 내에 액체가 침입하면, 반응부(5)에 있어서 게이트 전극(31)이 전식되고, 도통이 차단된다. 이로 인해, FET(30)는, 액 젖음에 의해 스위칭을 정지(기능 무효화)할 수 있다.

반응부(5)에 전압을 인가하기 위한 도 28 내에 모식적으로 도시하는 전원은, FET(30)가 접속되는 회로 기판의 임의의 개소로부터 그 전원을 얻을 수도 있고, 그 전원 전압의 크기는 FET의 게이트 전압 특성도 아울러 설정하는 것이 바람직하다.

또, 게이트 전극(31)이 아니라, 드레인 전극, 소스 전극에도 같은 반응부(5)를 설치할 수도 있다. 이 경우, 전식에 의해 전극이 가늘어지고, 전류 용량이 저하하고, 전류 통전에 의해 발열하고, 이 발열에 의해 용단됨으로써, 보다 용이하게 용단하는 것도 기대할 수 있다.

또한, 스위치 소자(1)는, 케이스(6) 내에 FET(30)를 내장하고, 케이스(6) 내에 침입한 액체에 의해 게이트 전극(31)을 용단해도 된다. 혹은, FET(30) 등의 전자 부품의 케이스를 스위치 소자(1)의 케이스(6)로서 이용하고, 이 전자 부품의 케이스에 도입구(7)를 설치함과 더불어 내부에 반응부(5)를 설치해도 된다. 혹은, FET(30)의 게이트 전극(31) 근방에 전극(12)을 배치하도록, 전자 부품의 케이스 밖에 반응부(5)를 구성해도 된다.

［응용예 2］

또, 본 발명이 적용된 스위치 소자(1)는, 전지 셀에 조합해도 된다. 도 29는 원통형 전지 셀(40)의 단면도이다. 예를 들면 스위치 소자(1)는, 전지 셀(40)의 정극(41)을 정상 상태에 있어서 도통되어 있는 제1의 도전체(2)로 하고, 도시하지 않은 전지 홀더를 케이스(6)로서 이용하고, 전지 셀(40)이 전지 홀더에 장착되면, 전지 홀더 측에 설치된 제2의 도전체(3)가 되는 전극(12)과 근접됨으로써 반응부(5)를 구성한다. 전극(12)은, 전지 홀더에 장착된 전지 셀(40)의 부극과 접속되어 있다.

전지 셀(40)은, 정상 상태에 있어서, 정극(41)이 도통되고, 전지 홀더의 전극 단자를 통해 각종 회로에 전력을 공급한다. 그리고, 전지 셀(40)은, 물에 젖음이나 전지로부터의 누액 등에 의해 전지 홀더 내에 액체가 침입하면, 반응부(5)에 있어서 정극(41)이 전식되고, 도통이 차단된다. 이로 인해, 스위치 소자(1)는, 액 젖음 등에 의해 전지 셀(40)의 통전을 정지할 수 있다.

또, 스위치 소자(1)는, 원통형 전지 셀 단체로 구성해도 된다. 도 30에 나타내는 원통형 전지 셀(46)은, 원통형상의 외장캔(47)과 외장캔(47)의 일단에 접속되고 외장캔(47)을 폐색하는 톱 커버(48)를 갖는다. 톱 커버(48)는, 외연부(48a)가 외장캔(47)의 일단에 코킹됨으로써 접속되어 있다. 또, 톱 커버(48)는, 외연부(48a)와 정극 단자부가 되는 중앙부(48b)의 사이에 공극이 설치됨과 더불어, 하나 또는 복수의 연결부(48c)가 외연부(48a)와 중앙부(48b)의 사이에 설치되어 있다.

연결부(48c)는, 부극의 외장캔(47)으로부터 뻗어진 도전성을 갖는 장출부(47a)가, 소정의 클리어런스를 두고 중첩되어 있다. 이로 인해 전지 셀(46)은, 연결부(48c)를 제1의 도전체(2)로 하고, 연결부(48c)와 중첩하는 장출부(47a)를 제2의 도전체(3)로 하는 반응부(5)가 구성된다. 또한, 장출부(47a)는, 외장캔(47)의 일부를 이용하여 구성해도 되고, 외장캔(47)과 전기적으로 접속된 도전체를 이용하여 구성해도 된다.

전지 셀(46)은, 정상 상태에 있어서, 정극 단자부가 되는 중앙부(48b)가 도통되고, 각종 회로에 전력을 공급한다. 그리고, 전지 셀(46)은, 물에 젖음이나 전지로부터의 누액 등에 의해 연결부(48c)와 장출부(47a) 사이에 액체가 침입하면, 반응부(5)에 있어서 연결부(48c)가 전식되고, 도통이 차단된다. 이로 인해, 스위치 소자(1)는, 액 젖음 등에 의해 전지 셀(46)의 통전을 정지할 수 있다.

또, 스위치 소자(1)는, 도 31에 나타내는 바와 같이, 래미네이트형 전지 셀(42)의 충방전 경로 상에 설치되어도 된다. 스위치 소자(1)는, 래미네이트형 전지 셀(42)의 충방전 경로를 이루는 정극 측 리드선(43) 또는 케이스(6) 내에 있어서 정극 측 리드선(43)과 접속된 휴즈 엘리먼트(11) 등의 도전체를 제1의 도전체(2)로서 이용하고, 케이스(6) 내에 설치되고 래미네이트형 전지 셀(42)의 제1의 부극 측 리드선(44)과 접속된 전극(12)과 근접 배치됨으로써 반응부(5)를 구성하고 있다.

래미네이트형 전지 셀(42)은, 정극 측 리드선(43) 및 제2의 부극 측 리드선(45)이 충전 장치 또는 전기 기기와 접속되고, 정상 상태에 있어서 스위치 소자(1)를 개재하여 통전되고, 충방전 가능하게 되어 있다. 그리고, 래미네이트형 전지 셀(42)은, 물에 젖음 등에 의해 액체가 스위치 소자(1)의 케이스(6) 내에 침입하면, 반응부(5)에 있어서 제1의 도전체(2)가 용단되고 정극 측 리드 선(43)의 도통이 차단된다. 이로 인해, 스위치 소자(1)는, 액 젖음에 의해 래미네이트형 전지 셀(42)의 충방전 경로를 차단할 수 있다.

1: 스위치 소자 2: 제1의 도전체
3: 제2의 도전체 5: 반응부
6: 케이스 7: 도입구
8: 배출구 9: 도입 홈
11: 휴즈 엘리먼트 11a: 제1의 단자
11b: 제2의 단자 12: 전극
12a: 제3의 단자 13: 관통 구멍
14: 세퍼레이터 15: 지지부
16: 절연 기판 17: 코트층
18: 발수 처리부 19: 흡수 발열재
21: 저류부 22: 수용성 봉지재
30: FET 31: 게이트 전극
40: 전지 셀 41: 정극
42: 래미네이트형 전지 셀 43: 정극 측 리드선
44: 제1의 부극 측 리드 선 45: 제2의 부극 측 리드선
46: 전지 셀 47: 외장캔
47a: 장출부 48: 톱 커버
48a: 외연부 48b: 중앙부
48c: 연결부

Claims

외부 회로에 접속되고, 상대적으로 이온화 경향이 큰 제1의 도전체와,
상기 제1의 도전체에 근접하여 배치되고, 상기 제1의 도전체보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 제2의 도전체를 가지며,
상기 제1, 제2의 도전체 사이에 액체가 침입된 경우, 상기 제1의 도전체를 전식시키는 반응부가 형성되는, 스위치 소자.
청구항 1에 있어서,
상기 반응부는, 상기 제1, 제2의 도전체 중 적어도 한쪽에 설치된 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스위치 소자.
청구항 1에 있어서,
상기 반응부는, 상기 제1, 제2의 도전체 중 적어도 한쪽에 설치된 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2의 도전체는, 상기 반응부가 설치된 근방 영역에 있어서의 간격이, 그 외의 영역에 있어서의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2의 도전체는, 각각 대향 가능한 평면을 가지며,
교대로 복수 적층되는 적층 구조를 갖는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2의 도전체는, 각각 대향 가능한 평면을 가지며,
상기 제1의 도전체의 수보다 상기 제2의 도전체의 수가 1개 많이 구성되고,
상기 제1의 도전체의 양면에 대향하여 상기 제2의 도전체가 배치되는 적층 구조를 갖는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응부는, 상기 제1, 제2의 도전체의 사이에 세퍼레이터를 구비하는, 스위치 소자.
청구항 7에 있어서,
상기 세퍼레이터는 집액성을 갖는, 스위치 소자.
청구항 7에 있어서,
상기 세퍼레이터는 액용성을 갖는, 스위치 소자.
청구항 7에 있어서,
상기 세퍼레이터는 전해질을 담지하여 이루어지는, 스위치 소자.
청구항 7에 있어서,
상기 세퍼레이터는 절연성을 갖는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상대적으로 이온화 경향이 큰 상기 제1의 도전체가, 정극으로서 접속되어 이루어지고,
상대적으로 이온화 경향이 작은 상기 제2의 도전체가, 부극으로서 접속되어 이루어지는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상대적으로 이온화 경향이 큰 상기 제1의 도전체가, 알루미늄, 철, 니켈, 주석, 납으로부터 선택되는 어느 1종을 주성분으로 하고,
상대적으로 이온화 경향이 작은 상기 제2의 도전체가, 금, 백금, 은, 동, 팔라듐으로부터 선택되는 어느 1종을 주성분으로 하는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응부는, 상기 제1의 도전체 및 제2의 도전체 중 적어도 하나의 복수면이 대향하는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응부는, 상기 제1, 제2의 도전체 중 적어도 한쪽의 표면이, 액체로 용해되는 액용성 재료로 피복되어 있는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응부 이외의 장소, 또는 상기 반응부 및 그 근방 이외의 장소에, 발수 영역을 설치하는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응부의 근방에 흡수 발열재를 배치한, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응부가 설치된 위치에 상기 액체를 저류하는 저류부가 설치되어 있는, 스위치 소자.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
내부에 상기 제1, 제2의 도전체, 및 상기 반응부가 설치된 케이스를 가지며,
상기 케이스에는, 내부로 액체를 이끄는 도입구가 설치되어 있는, 스위치 소자.
청구항 19에 있어서,
상기 케이스는 다면체로 이루어지고, 하나 또는 복수의 면에, 하나 또는 복수의 상기 도입구가 설치되어 있는, 스위치 소자.
청구항 19에 있어서,
상기 케이스는 통형상으로 형성되고, 측면에 하나 또는 복수의 상기 도입구가 형성되어 있는, 스위치 소자.
청구항 19에 있어서,
상기 케이스에는, 유입한 상기 액체를 배출하는 배출구가 설치되어 있는, 스위치 소자.
청구항 22에 있어서,
상기 배출구는, 상기 반응부가 설치된 위치와 같은 높이, 또는 상기 반응부가 설치된 위치보다 상방에 설치되어 있는, 스위치 소자.
청구항 19에 있어서,
상기 도입구는, 상기 반응부로 상기 액체를 이끄는 도입 홈이 설치되어 있는, 스위치 소자.
청구항 24에 있어서,
상기 도입 홈은, 상기 도입구의 개구부로부터 내부에 걸쳐 점차 협소화되어 있는, 스위치 소자.
청구항 19에 있어서,
상기 케이스는, 상기 도입구에 발수 처리가 실시되어 있는, 스위치 소자.
청구항 24에 있어서,
상기 케이스는, 상기 도입 홈에 발수 처리가 실시되어 있는, 스위치 소자.
청구항 19에 있어서,
상기 케이스는, 내벽에 발수 처리가 실시되어 있는, 스위치 소자.
청구항 19에 있어서,
상기 도입구는, 상기 액체로 용해되는 수용성 재료로 폐색되어 있는, 스위치 소자.
청구항 24에 있어서,
상기 도입 홈은, 상기 액체로 용해되는 수용성 재료가 배치되어 있는, 스위치 소자.
외부 회로와 접속되는 외부 접속 단자와,
상기 외부 접속 단자에 근접하여 배치되고, 상기 외부 접속 단자보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 도전체를 가지며,
상기 외부 접속 단자와 상기 도전체의 사이에 액체가 침입된 경우, 상기 외부 접속 단자를 전식시키는 반응부가 형성되는, 전자 부품.
외부 회로와 접속되는 정극 단자와 연속된 제1의 도전체와,
부극의 외장캔과 연속됨과 더불어 상기 제1의 도전체에 근접하여 배치되고, 상기 제1의 도전체보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 제2의 도전체를 가지며,
상기 제1의 도전체와 상기 제2의 도전체의 사이에 액체가 침입된 경우, 상기 제1의 도전체를 전식시키는 반응부가 형성되는, 배터리 셀.
배터리와,
상기 배터리의 단자에 근접하여 배치되고, 상기 단자보다 상대적으로 이온화 경향이 작은 도전체를 가지며,
상기 단자와 상기 도전체의 사이에 액체가 침입된 경우, 상기 단자를 전식시키는 반응부가 형성되는, 배터리 시스템.