(57)【要約】【課題】発熱体の給電回路が遮断する前に開放電極間を短絡する短絡素子を得る。【解決手段】第１、第２の電極１１，１２と、第１の電極１１と共に第１の可溶導体１４を支持する第１の支持電極２１と、第２の電極１２と共に第２の可溶導体１５を支持する第２の支持電極２２と、発熱体１６と、発熱体１６及び第１の可溶導体１４を介して第１の電極１１と接続されている第３の電極１３とを有し、発熱体１６、第３の電極１３、第１の可溶導体１４、及び第１の電極１１を経る発熱体１６への給電経路３が設けられ、発熱体１６の発熱により第１、第２の可溶導体１４，１５が第１、第２の電極１１，１２側に偏倚、凝集することにより第１、第２の電極１１，１２が短絡された後、第１、第３の電極１１，１３間が遮断される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに近接配置されるとともに開放されている第１、第２の電極と、
上記第１の電極に隣接された第１の支持電極と、
上記第２の電極に隣接された第２の支持電極と、
上記第１の電極及び第１の支持電極に支持された第１の可溶導体と、
上記第２の電極及び第２の支持電極に支持された第２の可溶導体と、
上記第１、第２の可溶導体を溶融させる発熱体と、
上記第１の電極に近接配置されるとともに開放され、上記発熱体と接続されるとともに上記第１の可溶導体を介して上記第１の電極と接続されている第３の電極とを有し、
上記発熱体、上記第３の電極、上記第１の可溶導体、及び上記第１の電極を経由する上記発熱体への給電経路が設けられ、
上記発熱体の発熱により、上記第１、第２の可溶導体が溶融して上記第１、第２の電極側に偏倚することにより、該溶融導体を介して上記第１、第２の電極が短絡され、
上記第１の可溶導体が上記第１の電極上に凝集することにより、上記第１、第３の電極が遮断される短絡素子。
【請求項２】
上記第１の電極は、上記第３の電極よりも面積が広く、
上記第２の電極は、上記第２の支持電極よりも面積が広く、
上記第１の電極は、上記第１の支持電極よりも面積が広い請求項１記載の短絡素子。
【請求項３】
上記第１の電極及び上記第３の電極間の間隔Ｇ１と、上記第１の電極及び上記第２の電極間の間隔Ｇ２とが、以下の関係となる請求項１又は２記載の短絡素子。
Ｇ１＞Ｇ２
【請求項４】
上記第３の電極は、上記第１の可溶導体の偏倚方向に形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項５】
上記発熱体は、少なくとも上記第１、第２の可溶導体及び上記第１、第２の電極と重畳する位置に形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項６】
上記発熱体は、上記第３の電極と重畳しない位置に形成されている請求項５記載の短絡素子。
【請求項７】
互いに近接配置されるとともに開放されている第１、第２の電極と、
上記第１の電極に支持された第１の可溶導体と、
上記第１の可溶導体を溶融させる発熱体と、
上記第１の電極に近接配置されるとともに開放され、上記発熱体と接続されるとともに上記第１の可溶導体を介して上記第１の電極と接続されている第３の電極とを有し、
上記発熱体、上記第３の電極、上記第１の可溶導体、及び上記第１の電極を経由する上記発熱体への給電経路が設けられ、
上記発熱体の発熱により、上記第１の可溶導体が溶融して上記第１、第２の電極上に凝集することにより、該溶融導体を介して上記第１、第２の電極が短絡され、
上記第１の可溶導体が上記第１の電極上に凝集することにより、上記第１、第３の電極が遮断される短絡素子。
【請求項８】
上記第１の電極は、上記第３の電極よりも面積が広く、
上記第１の電極は、上記第１の支持電極よりも面積が広い請求項７記載の短絡素子。
【請求項９】
上記第１の電極及び上記第３の電極間の間隔Ｇ１と、上記第１の電極及び上記第２の電極間の間隔Ｇ２とが、以下の関係となる請求項８記載の短絡素子。
Ｇ１＞Ｇ２
【請求項１０】
上記第３の電極は、上記第１の可溶導体の偏倚方向に形成されている請求項７〜９のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１１】
上記発熱体は、少なくとも上記第１の可溶導体及び上記第１、第２の電極と重畳する位置に形成されている請求項７〜１０のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１２】
上記発熱体は、上記第３の電極と重畳しない位置に形成されている請求項１１記載の短絡素子。
【請求項１３】
上記発熱体の発熱中心から上記第１の支持電極までの距離よりも、上記発熱体の発熱中心から上記第３の電極までの距離が短い請求項１〜１２のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１４】
上記発熱体は、絶縁基板上に積層された絶縁層の内部、又は上記絶縁層と上記絶縁基板との間に設けられている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１５】
上記発熱体は、絶縁基板の内部に形成されている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１６】
上記発熱体は、絶縁基板の上記第１〜第３の電極が形成された面側と反対側の面に形成されている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１７】
上記発熱体は、絶縁基板の上記第１〜第３の電極が形成された面と同一面に形成されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１８】
上記第１〜第３の電極は、表面にＮｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキのいずれかが被覆されている請求項１〜１７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１９】
上記第１の可溶導体は、ハンダである請求項１〜１８のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２０】
上記第１の可溶導体は、低融点金属と高融点金属とを含有し、
上記低融点金属が上記発熱体からの加熱により溶融し、上記高融点金属を溶食する請求項１〜１８のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２１】
上記低融点金属はハンダであり、
上記高融点金属は、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金である請求項２０記載の短絡素子。
【請求項２２】
上記第１の可溶導体は、内層が上記高融点金属であり、外層が上記低融点金属の被覆構造である請求項２０又は２１に記載の短絡素子。
【請求項２３】
上記第１の可溶導体は、内層が上記低融点金属であり、外層が上記高融点金属の被覆構造である請求項２０又は２１に記載の短絡素子。
【請求項２４】
上記第１の可溶導体は、上記低融点金属と、上記高融点金属とが積層された積層構造である請求項２０又は２１に記載の短絡素子。
【請求項２５】
上記第１の可溶導体は、上記低融点金属と、上記高融点金属とが交互に積層された４層以上の多層構造である請求項２０又は２１に記載の短絡素子。
【請求項２６】
上記第１の可溶導体は、内層を構成する低融点金属の表面に、高融点金属がストライプ状に積層されている請求項２０又は２１に記載の短絡素子。
【請求項２７】
上記第１の可溶導体は、多数の開口部を有する高融点金属層と、上記高融点金属層上に形成された低融点金属層とを有し、上記開口部に低融点金属が充填されている請求項２０又は２１に記載の短絡素子。
【請求項２８】
上記第１の可溶導体は、上記低融点金属の体積が、上記高融点金属の体積よりも多い請求項２０〜２７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２９】
上記第１の可溶導体は、外層を構成する上記高融点金属によって被覆され主面部よりも肉厚に形成された相対向する一対の第１の側縁部と、内層を構成する上記低融点金属が露出され上記第１の側面部よりも薄い厚さに形成された相対向する一対の第２の側縁部とを有し、上記第１の側縁部が上記第１、第３の電極間に跨って接続され、上記第２の側縁部が上記第１の電極及び上記第１の支持電極間に跨って接続されている請求項２０、２１，２３、２８のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３０】
上記第２の可溶導体が、請求項１９〜請求項２９のいずれか１項に記載の上記第１の可溶導体と同じ構成とされている請求項１〜６のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３１】
上記第１及び第２の電極は、上記第３の電極よりも上記発熱体の発熱中心に近い位置に設けられている請求項１〜１７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３２】
上記第１及び第２の電極は、上記発熱体の発熱中心上に設けられている請求項３１記載の短絡素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開放状態の電源ラインや信号ラインを電気信号により物理的且つ電気的に短絡させる短絡素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。
【０００３】
この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大な異常電圧を出力したり、直列接続バッテリセルの各々の電圧ばらつきが大きくなったりした場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子としては、特許文献１に記載されているように、電流経路上の第１の電極，発熱体引出電極，第２の電極間に亘って可溶導体を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子内部に設けた発熱体によって溶断するものがある。このような保護素子では、溶融した液体状の可溶導体を発熱体に繋がる導体層上に集めることにより第１、第２の電極間を分離し電流経路を遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−００３６６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５９６０号公報
【特許文献３】特開２０１２−００３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、バッテリとモーターを使用したＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）やＥＶ（Electric Vehicle）が急速に普及している。ＨＥＶやＥＶの動力源としては、エネルギー密度と出力特性からリチウムイオン二次電池が使用されるようになってきている。自動車用途では、高電圧、大電流が必要とされる。このため、高電圧、大電流に耐えられる専用セルが開発されているが、製造コスト上の問題から多くの場合、複数のバッテリセルを直列、並列に接続することで、汎用セルを用いて必要な電圧電流を確保している。
【０００７】
ここで、高速移動中の自動車等では、急激な駆動力の低下や急停止は却って危険な場合があり、非常時を想定したバッテリ管理が求められている。例えば、走行中にバッテリシステムの異常が起きた際にも、修理工場もしくは安全な場所まで移動するための駆動力、あるいはハザードランプやエアコン用の駆動力を供給できることが、危険回避上、好ましい。
【０００８】
しかし、特許文献１のような複数のバッテリセルが直列に接続されたバッテリパックにおいては、充放電経路上にのみ保護素子を設けたような場合、バッテリセルの一部に異常が発生し保護素子を作動させると、バッテリパック全体の充放電経路が遮断されてしまい、これ以上、電力を供給することができない。
【０００９】
そこで、複数セルで構成されたバッテリパック内の異常なバッテリセルのみを排除し、正常なバッテリセルを有効に活用するために、異常なバッテリセルのみをバイパスするバイパス経路を形成することができる短絡素子が提案されている。
【００１０】
図２８に短絡素子の一構成例を示し、図２９に短絡素子を適用したバッテリ回路の回路図を示す。この短絡素子５０は、図２９に示すように、充放電経路上においてバッテリセル５１と並列に接続され、正常時には開放されている第１、第２の開放電極５２，５３と、溶融することにより第１、第２の開放電極５２，５３間を短絡させる２つの可溶導体５４，５４と、可溶導体５４と直列に接続され、当該可溶導体５４を溶融させる発熱体５５を有する。
【００１１】
短絡素子５０は、セラミック基板等の絶縁基板６０上に、発熱体５５及び発熱体５５の一端と接続された外部接続電極６１が形成されている。また、短絡素子５０は、発熱体５０上に、ガラス等の絶縁層６２を介して、発熱体５５の他端と接続された発熱体電極６３、第１、第２の開放電極５２，５３、及び第１、第２の開放電極５２，５３とともに可溶導体５４を支持する第１、第２の支持電極６４，６５が形成されている。
【００１２】
第１の支持電極６４は、絶縁層６２上に露出されている発熱体電極６３と接続され、また、第１の開放電極５２と隣接されている。第１の支持電極６４は、第１の開放電極５２とともに一方の可溶導体５４の両側を支持している。同様に、第２の支持電極６５は、第２の開放電極５３と隣接され、第２の開放電極５３とともに他方の可溶導体５４の両側を支持している。
【００１３】
短絡素子５０は、外部接続電極６１から、発熱体５５、発熱体電極６３、可溶導体５４を経て、第１の開放電極５２に至る、発熱体５５への給電経路が構成される。
【００１４】
発熱体５５は、この給電経路を介して電流が流れることにより自己発熱し、この熱（ジュール熱）によって可溶導体５４を溶融させる。図２９に示すように、発熱体５５は、外部接続電極６１を介してＦＥＴ等の電流制御素子５６と接続されている。電流制御素子５６は、バッテリセル５１の正常時には発熱体５５への給電を規制し、異常時に充放電経路を介して発熱体５５へ電流が流れるように制御する。
【００１５】
短絡素子５０が用いられたバッテリ回路は、バッテリセル５１に異常電圧等が検出されると、保護素子５７によって当該バッテリセル５１を充放電経路上から遮断するとともに、電流制御素子５６を作動させ、発熱体５５へ電流を流す。これにより、発熱体５５の熱により可溶導体５４が溶融する。可溶導体５４は、相対的に広面積の第１、第２の開放電極５２，５３側に偏倚した後溶融し、溶融導体が二つの開放電極５２，５３間に亘って凝集、結合する。したがって、開放電極５２，５３は可溶導体５４の溶融導体によって短絡され、これにより、バッテリセル５１をバイパスする電流経路を形成することができる。
【００１６】
また、短絡素子５０は、可溶導体５４が第１の開放電極５２側に移動するとともに溶融することにより、第１の支持電極６４と第１の開放電極５２間が開放され、これにより発熱体５５への給電経路が遮断されるため、発熱体５５の発熱が停止する。
【００１７】
ここで、この種の短絡素子５０においては、可溶導体５４の溶融によって開放電極５２，５３間を確実に短絡させることが求められる。すなわち、短絡素子５０は、可溶導体５４の溶融導体が開放電極５２，５３間に亘って凝集することによって開放電極５２，５３を短絡させるものであり、また可溶導体５４が溶融すると第１の支持電極６４と第１の開放電極５２間が開放され、これにより発熱体５５への給電経路が遮断され、これ以上の可溶導体５４の加熱ができなくなる。
【００１８】
したがって、短絡素子５０は、可溶導体５４の溶融導体が開放電極５２，５３間に亘って凝集する前に、可溶導体５４の移動により第１の支持電極６４と第１の開放電極５２間が開放された場合には、第１、第２の開放電極５２，５３を短絡させることができないまま、発熱体５５への通電も停止されることから、バイパス電流経路を形成することができない。そのため、バッテリ回路等の各種回路においては、可溶導体の溶融によって確実に開放電極間を短絡させバイパス電流経路を形成することができる短絡素子が望まれている。
【００１９】
また、電源回路以外にも、例えば各種デバイスのアクティベーションをソフトウェアで行うのではなく、短絡素子を用いて物理的、不可逆的に行う等の用途においても、可溶導体の溶融によって開放電極間を短絡させ、機能回路を導通させることにより、確実に当該デバイスのアクティベーションを行うことも提案されている。この種のアクティベーション回路においても、可溶導体の溶融によって、確実に開放電極間を短絡させ、機能回路を導通させることが必要となる。
【００２０】
そこで、本発明は、発熱体の給電回路が遮断される前に、確実に開放電極間を短絡させることができる短絡素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決するために、本発明に係る短絡素子は、互いに近接配置されるとともに開放されている第１、第２の電極と、上記第１の電極に隣接された第１の支持電極と、上記第２の電極に隣接された第２の支持電極と、上記第１の電極及び第１の支持電極に支持された第１の可溶導体と、上記第２の電極及び第２の支持電極に支持された第１の可溶導体と、上記第１、第２の可溶導体を溶融させる発熱体と、上記第１の電極に近接配置されるとともに開放され、上記発熱体と接続されるとともに上記第１の可溶導体を介して上記第１の電極と接続されている第３の電極とを有し、上記発熱体、上記第３の電極、上記第１の可溶導体、及び上記第１の電極を経由する上記発熱体への給電経路が設けられ、上記発熱体の発熱により、上記第１、第２の可溶導体が溶融して上記第１、第２の電極側に偏倚することにより、該溶融導体を介して上記第１、第２の電極が短絡され、上記第１の可溶導体が上記第１の電極上に凝集することにより、上記第１、第３の電極が遮断されるものである。
【００２２】
また、本発明に係る短絡素子は、互いに近接配置されるとともに開放されている第１、第２の電極と、上記第１の電極に支持された第１の可溶導体と、上記第１の可溶導体を溶融させる発熱体と、上記第１の電極に近接配置されるとともに開放され、上記発熱体と接続されるとともに上記第１の可溶導体を介して上記第１の電極と接続されている第３の電極とを有し、上記発熱体、上記第３の電極、上記第１の可溶導体、及び上記第１の電極を経由する上記発熱体への給電経路が設けられ、上記発熱体の発熱により、上記第１の可溶導体が溶融して上記第１、第２の電極上に凝集することにより、該溶融導体を介して上記第１、第２の電極が短絡され、上記第１の可溶導体が上記第１の電極上に凝集することにより、上記第１、第３の電極が遮断されるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第１の可溶導体を支持する第１の支持電極とは別個に、発熱体への給電経路を構成する第３の電極を設けているため、発熱体によって加熱された第１の可溶導体が偏倚、溶融することにより第１の電極と第１の支持電極とが遮断された場合にも、溶融導体を介して第１、第２の電極が短絡するよりも先に発熱体への給電経路が遮断する事態を防止することができ、確実に第１、第２の電極を短絡させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明に係る短絡素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る短絡素子の電極配置を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明に係る短絡素子の動作前の状態を示す回路図である。
【図４】図４は、発熱体によって加熱された第１、第２の可溶導体が偏倚している状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図５】図５は、第１、第２の可溶導体の溶融導体が結合することによって第１、第２の電極が短絡するとともに、第３の電極との導通が遮断された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る短絡素子の動作後の状態を示す回路図である。
【図７】図７は、可溶導体を支持する支持電極と発熱体へ給電を行う電極とを兼用した短絡素子において、第１、第２の電極の短絡前に、給電電極が遮断された状態を示す平面図である。
【図８】図８は、第３の電極と重畳しない位置に発熱体を設けた短絡素子を示す平面図である。
【図９】図９は、第２の支持電極及び第２の可溶導体を設けない短絡素子の電極配置を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１０】図１０は、第２の支持電極及び第２の可溶導体を設けない短絡素子の動作前の状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１１】図１１は、第２の支持電極及び第２の可溶導体を設けない短絡素子において、発熱体によって加熱された第１の可溶導体が偏倚している状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１２】図１２は、第２の支持電極及び第２の可溶導体を設けない短絡素子において、第１の可溶導体の溶融導体によって第１、第２の電極が短絡するとともに、第３の電極との導通が遮断された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１３】図１３は、本発明に係る短絡素子が適用されたバッテリ回路を示す回路図である。
【図１４】図１４は、絶縁基板の表面に発熱体を形成した短絡素子を示す断面図である。
【図１５】図１５は、絶縁基板の裏面に発熱体を形成した短絡素子を示す断面図である。
【図１６】図１６は、絶縁基板の内部に発熱体を形成した短絡素子を示す断面図である。
【図１７】図１７は、絶縁基板の表面に、第１〜第３の電極と並列して発熱体を形成した短絡素子を示す断面図である。
【図１８】図１８は、高融点金属層と低融点金属層を有し、被覆構造を備える可溶導体を示す斜視図であり、（Ａ）は高融点金属層を内層とし低融点金属層で被覆した構造を示し、（Ｂ）は低融点金属層を内層とし高融点金属層で被覆した構造を示す。
【図１９】図１９は、高融点金属層と低融点金属層の積層構造を備える可溶導体を示す斜視図であり、（Ａ）は上下２層構造、（Ｂ）は内層及び外層の３層構造を示す。
【図２０】図２０は、高融点金属層と低融点金属層の多層構造を備える可溶導体を示す断面図である。
【図２１】図２１は、高融点金属層の表面に線状の開口部が形成され低融点金属層が露出されている可溶導体を示す平面図であり、（Ａ）は長手方向に沿って開口部が形成されたもの、（Ｂ）は幅方向に沿って開口部が形成されたものである。
【図２２】図２２は、高融点金属層の表面に円形の開口部が形成され低融点金属層が露出されている可溶導体を示す平面図である。
【図２３】図２３は、高融点金属層に円形の開口部が形成され、内部に低融点金属が充填された可溶導体を示す平面図である。
【図２４】図２４は、高融点金属によって囲まれた低融点金属が露出された可溶導体を示す斜視図である。
【図２５】図２５は、図２４に示す可溶導体を用いた短絡素子の動作前の状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２６】図２６は、図２４に示す可溶導体を用いた短絡素子において、発熱体によって加熱された第１、第２の可溶導体が偏倚している状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２７】図２７は、図２４に示す可溶導体を用いた短絡素子において、第１、第２の可溶導体の溶融導体によって第１、第２の電極が短絡するとともに、第３の電極との導通が遮断された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２８】図２８は、可溶導体を支持する支持電極と発熱体へ給電を行う電極とを兼用した短絡素子を示す平面図である。
【図２９】図２９は、図２８に示す短絡素子を適用したバッテリ回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明が適用された短絡素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみ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内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２６】
本発明が適用された短絡素子１は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、絶縁基板１０上に、互いに近接配置されるとともに開放されている第１、第２の電極１１，１２と、第１の電極１１に支持された第１の可溶導体１４と、第２の電極１２に支持された第２の可溶導体１５と、第１、第２の可溶導体１４，１５を溶融させる発熱体１６と、第１の電極１１に近接配置されるとともに開放され、発熱体１６と接続されるとともに第１の可溶導体１４を介して第１の電極１１と接続されている第３の電極１３とが設けられている。
【００２７】
［絶縁基板］
絶縁基板１０は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材を用いて略方形状に形成されている。絶縁基板１０は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、第１、第２の可溶導体１４，１５の溶断時の温度に留意する必要がある。
【００２８】
［発熱体］
発熱体１６は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものをスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。
【００２９】
発熱体１６は、絶縁基板１０の表面１０ａ上において絶縁層１７に被覆されている。絶縁層１７は、発熱体１６の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体１６の熱を効率よく第１、第２の電極１１，１２へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。第１、第２の電極１１，１２は、発熱体１６によって加熱されることにより、第１、第２の可溶導体１４，１５の溶融導体を凝集しやすくすることができる。絶縁層１７上には、第１〜第３の電極１１〜１３、及び第１、第２の支持電極２１，２２が形成される。
【００３０】
また、発熱体１６は、一端が発熱体電極１８と接続され、他端が発熱体引出電極１９を介して第３の電極１３と接続され、ている。発熱体電極１８は、絶縁基板１０の側縁部に導出された外部接続端子１８ａが設けられている。発熱体１６は、この外部接続端子１８ａを介して外部回路と接続される。
【００３１】
［第１〜第３の電極、第１、第２の支持電極］
第１、第２の電極１１，１２は、近接配置されるとともに開放され、短絡素子１が作動することにより、後述する第１，第２の可溶導体１４，１５の溶融導体が凝集、結合し、この溶融導体を介して短絡されるスイッチ２を構成する。第１、第２の電極１１，１２は、それぞれ、絶縁基板１０の側縁部に外部接続端子１１ａ，１２ａが設けられている。第１、第２の電極１１，１２は、これら外部接続端子１１ａ，１２ａを介して電源回路やデジタル信号回路等の外部回路と接続され、短絡素子１が動作することにより、当該外部回路のバイパス電流経路、あるいは機能回路への給電経路となる。
【００３２】
第３の電極１３は、絶縁層１７上に形成され、発熱体引出電極１９を介して発熱体１６と接続されるとともに、第１の電極１１に近接配置されている。また、第３の電極１３は、第１の可溶導体１４を介して第１の電極１１と接続されている。これにより、短絡素子１は、発熱体電極１８、発熱体１６、発熱体引出電極１９、第３の電極１３、第１の可溶導体１４、及び第１の電極１１を経由する発熱体１６への給電経路３が設けられる。
【００３３】
給電経路３は、発熱体電極１８と接続された電流制御素子３２によって通電が制御され、バッテリの異常電圧時やデバイスのアクティベーション等、必要に応じて通電され、発熱体１６が発熱される。また、通電経路３は、発熱体１６が発熱することにより第１の可溶導体１４が溶融すると、第１の可溶導体１４を介して接続されていた第１の電極１１と第３の電極１３との間が遮断されるため、給電が停止され、発熱体１６の発熱が止まる。
【００３４】
第１の電極１１の第２の電極１２と反対側には第１の支持電極２１が隣接して設けられている。第１の支持電極２１は、第１の電極１１とともに第１の可溶導体１４を支持するものであり、絶縁層１７上に第１の電極１１と同じ材料によって形成されている。
【００３５】
また、第２の電極１２の第１の電極１１と反対側には第２の支持電極２２が隣接して設けられている。第２の支持電極２２は、第２の電極１２とともに第２の可溶導体１５を支持するものであり、絶縁層１７上に第２の電極１２と同じ材料によって形成されている。
【００３６】
［コーティング処理］
ここで、第１〜第３の電極１１〜１３や第１、第２の支持電極２１，２２は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第１〜第３の電極１１〜１３や第１、第２の支持電極２１，２２の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、短絡素子１は、第１〜第３の電極１１〜１３や第１、第２の支持電極２１，２２の酸化を防止し、第１、第２の溶融導体１４，１５を確実に保持させることができる。また、短絡素子１をリフロー実装する場合に、第１、第２の溶融導体１４，１５を接続する接続用ハンダ２３あるいは第１、第２の溶融導体１４，１５の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第１〜第３の電極１１〜１３や第１、第２の支持電極２１，２２を溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。なお、短絡素子１は、第１〜第３の電極１１〜１３にのみ、表面上にＮｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜を形成してもよい。
【００３７】
［第１、第２の可溶導体］
第１、第２の可溶導体１４，１５は、発熱体１６の発熱により速やかに溶融されるいずれの金属を用いることができ、例えば、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
【００３８】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。低融点金属としては、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダなどのハンダを用いることが好ましく、高融点金属としては、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、短絡素子１をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、低融点金属の外部への流出を抑制し、第１、第２の可溶導体１４，１５の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食（ハンダ食われ）することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。なお、第１、第２の可溶導体１４，１５は、後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。
【００３９】
第１の可溶導体１４は、略矩形板状に形成され、第１、第３の電極１１，１３及び第１の支持電極２１上に、接続用ハンダ２３等を介して接続されている。また、第１の可溶導体１４は、発熱体１６の発熱前においては第１の電極１１と第３の電極１３との間を接続し、発熱体１６への通電経路３の一部を構成する。第２の可溶導体１５は、略矩形板状に形成され、第２の電極１２及び第２の支持電極２２上に、接続用ハンダ２３等を介して接続されている。
【００４０】
そして、第１、第２の可溶導体１４，１５は、発熱体１６が発熱されると発熱体１６の熱によって溶融し、溶融導体が第１、第２の電極１１，１２上に凝集することにより、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させる。
【００４１】
なお、第１、第２の可溶導体１４，１５は、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス２４が塗布されている。
【００４２】
［短絡素子の回路構成］
短絡素子１は、図３に示す回路構成を有する。すなわち、短絡素子１は、動作前の状態において、第１の電極１１と第２の電極１２とが近接されるとともに離間されることにより絶縁され、第１、第２の可溶導体１４，１５が溶融することにより短絡するスイッチ２を構成する。第１、第２の電極１１，１２は、短絡素子１が実装される回路基板の電流経路上に直列接続されることにより、電源回路等の各種外部回路２８Ａ，２８Ｂ間に組み込まれる。
【００４３】
また、短絡素子１は、第１の電極１１から第１の可溶導体１４、第３の電極１３及び発熱体引出電極１９を介して発熱体１６が連続し、さらに発熱体電極１８へ至る給電経路３が形成される。
【００４４】
短絡素子１は、通常においては、発熱体電極１８を介して接続されている電流制御素子３２によって給電経路３への通電が制御されている。電流制御素子３２は、給電経路３の通電を制御するスイッチ素子であり、例えばＦＥＴにより構成され、短絡素子１が組み込まれる外部回路の物理的な短絡の要否を検出する検出素子３５と接続されている。検出素子３５は、短絡素子１が組み込まれた各種外部回路２８Ａ，２８Ｂ間を通電する必要が生じたかを検出する回路であり、例えばバッテリパックの異常電圧時におけるバイパス電流経路の構築、ネットワーク通信機器におけるハッキングやクラッキング対してデータサーバを迂回するバイパス信号経路の構築、あるいはデバイスやソフトウェアのアクティベーション等、第１、第２の電極１１，１２の短絡により物理的、不可逆的に外部回路２８Ａ，２８Ｂ間の電流経路を短絡させる必要が生じた場合に電流制御素子３２を動作させる。
【００４５】
これにより、短絡素子１は、電流制御素子３２によって給電経路３が通電され、発熱体１６が発熱される。給電経路３を介して発熱体１６に電気が通電されると、接続用ハンダ２３が溶融するとともに、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１の可溶導体１４が第１の電極１１側へ偏倚、溶融し、この溶融導体によって絶縁されていた第１、第２の電極１１，１２が短絡され、外部回路２８Ａ，２８Ｂが接続される。
【００４６】
また、短絡素子１は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１、第２の電極１１，１２間が短絡した後、第１、第３の電極１１，１３間を接続していた第１の可溶導体１４が第１の電極１１側へ偏倚する。これにより、短絡素子１は、第１の可溶導体１４を介して接続されていた第１の電極１１と第３の電極１３との間が開放され、発熱体１６への給電経路３が遮断される。これにより、発熱体１６への給電が止まり、発熱体１６の発熱が停止される。短絡素子１の動作時の回路構成を図６に示す。
【００４７】
このとき、短絡素子１は、第１の可溶導体１４を支持する第１の支持電極２１と、第１の可溶導体１４と接続され発熱体１６への給電経路３を構成する第３の電極１３とを分離して形成している。この点、図７に示すように、第１の支持電極２１と第３の電極１３とを一体化した構成では、第１の支持電極２１と第１の電極１１との間において第１の可溶導体１４が第１の電極１１側へ偏倚することにより発熱体１６への給電経路が遮断され、第１の可溶導体１４が溶融して第１、第２の電極１１，１２間を短絡させる前に発熱体１６の発熱が停止する可能性があった。また、第１の可溶導体１４の偏倚による第１の電極１１と第１の支持電極２１との遮断を防止するために第１の支持電極２１を幅広に形成すると、短絡素子全体の大型化に繋がり、小型化を図ることができなかった。
【００４８】
一方、短絡素子１では、第１の支持電極２１と第１の電極１１とが遮断した場合にも、給電経路３を構成する第３の電極１３との接続は維持されていることから、第１、第２の電極１１，１２が短絡するまでの間、発熱体１６への給電が停止されることはなく、確実に第１、第２の電極１１，１２を短絡させることができる。また、第１の支持電極２１を第１の可溶導体１４の支持に必要な幅以上に幅広に形成する必要もなく、短絡素子１の小型化、コンパクト化を図ることができる。
【００４９】
したがって、短絡素子１は、溶融導体によって第１、第２の電極１１，１２間が短絡された状態で、給電経路３が遮断されるため、第１、第２の電極１１，１２が短絡することなく給電経路３が遮断されることを防止することができる。
【００５０】
［面積］
ここで、第１の電極１１は、第３の電極１３よりも面積を広くすることが好ましい。例えば、図２に示すように、第１の電極１１を第３の電極１３よりも長く形成し、面積を広くすることにより、短絡素子１は、第１、第３の電極１１，１３間に亘って搭載されている第１の可溶導体１４が加熱されると、第１の可溶導体１４が広面積の第１の電極１１側へ偏倚するとともに、溶融導体の大部分が第１の電極１１上に引き寄せられる。したがって、短絡素子１は、第１の電極１１上に凝集した溶融導体によって第１の電極１１と第２の電極１２とを短絡させることができ、また、第１の可溶導体１４が第１の電極１１と第３の電極１３間において溶断することにより、給電経路３を遮断することができる。
【００５１】
また、第１の電極１１は、第１の支持電極２１よりも面積を広くすることが好ましい。例えば、図２に示すように、第１の電極１１を第１の支持電極２１よりも幅広に形成し、面積を広くすることにより、短絡素子１は、第１の電極１１と第１の支持電極２１との間に亘って搭載されている第１の可溶導体１４が加熱されると、第１の可溶導体１４が広面積の第１の電極１１側へ偏倚するとともに、溶融導体の大部分は第１の電極１１上に引き寄せられる。したがって、短絡素子１は、第１の電極１１上に凝集した溶融導体によって第１の電極１１と第２の電極１２とを短絡させることができる。
【００５２】
同様に、第２の電極１２は、第２の支持電極２２よりも面積を広くすることが好ましい。これにより、短絡素子１は、第２の溶融導体１５が加熱されると、第２の溶融導体１５が、広面積の第１の電極１１側へ偏倚するとともに、溶融導体の大部分は第２の電極１２上に引き寄せられる。したがって、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２上に凝集した溶融導体によって第１の電極１１と第２の電極１２とを短絡させることができる。
【００５３】
［間隔］
また、図２に示すように、短絡素子１は、第１の電極１１と第３の電極１３との間隔Ｇ１が、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔Ｇ２以上とする（Ｇ１≧Ｇ２）ことが好ましい。上述したように、第１、第２の電極１１，１２間の短絡は、第１、第２の可溶導体１４，１５の第１、第２の電極１１，１２側への偏倚、溶融によって起こる。同様に第１、第３の電極１１，１３間の遮断も第１の可溶導体１４の第１の電極１１側への偏倚、溶融によって起こる。
【００５４】
したがって、第１の電極１１と第３の電極１３との間隔Ｇ１が、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔Ｇ２よりも広く形成する（Ｇ１＞Ｇ２）ことにより、第１の可溶導体１４の移動距離は、第１、第２の電極１１，１２間（Ｇ２）が第１、第３の電極１１，１３間（Ｇ１）よりも短くなる。したがって、短絡素子１は、第１、第３の電極１１，１３間の遮断より速く第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができる。
【００５５】
また、第１の電極１１と第３の電極１３との間隔Ｇ１が、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔Ｇ２と等距離（Ｇ１＝Ｇ２）の場合も、第１の電極１１と第２の電極１２との間では、第１、第２の可溶導体１４，１５が互いに近接する方向に移動するため、短絡までに要する移動距離は、第１の可溶導体１４のみで第１の電極１１側へ移動する距離よりも短くなる。したがって、短絡素子１は、第１、第３の電極１１，１３間の遮断より速く第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができる。すなわち、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が短絡する前に第１、第３の電極１１，１３間が遮断され、発熱体１６への給電が停止することによって第１、第２の電極１１，１２間が短絡不能となる事態を防止することができる。
【００５６】
また、短絡素子１は、第１の電極１１と第１の支持電極２１との間隔Ｇ３が、第１の電極１１と第３の電極１３との間隔Ｇ１よりも広く形成する（Ｇ３＞Ｇ１）ことが好ましい。第１の可溶導体１４は、第１の電極１１及び第１の支持電極２１に支持されているとともに、第１、第３の電極１１，１３間にも接続されている。そして、第１の可溶導体１４は、発熱体１６によって加熱されると、電極間の間隔が広いほど偏倚が起きやすい。すなわち、第１の可溶導体１４は、第１の電極１１と第１の支持電極２１との間隔Ｇ３が、第１の電極１１と第３の電極１３との間隔Ｇ１よりも広いと、第３の電極１３と第１の電極１１との間における偏倚よりも先に、第３の電極１３と第１の電極１１との間の偏倚が生じる。
【００５７】
上述したように、短絡素子１は、第１の電極１１が第１の支持電極２１及び第３の電極１３よりも広面積に形成されることにより、第１の可溶導体１４は、第１の電極１１側へ偏倚する。したがって、短絡素子１は、第１の電極１１と第１の支持電極２１との間隔Ｇ３を、第１の電極１１と第３の電極１３との間隔Ｇ１よりも広く形成することにより、発熱体１６によって第１の可溶導体１４が加熱されると、先に第１の支持電極２１から第１の電極１１側への偏倚が生じる。
【００５８】
これにより、短絡素子１は、第１の電極１１上に偏倚した第１の可溶導体１４が溶融し、溶融導体によって、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させ、その後、第３の電極１３から第１の電極１１側へ第１の可溶導体１４が偏倚し、あるいはその溶融導体が引き寄せられ、第１、第３の電極１１，１３間を遮断する。すなわち、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が短絡する前に第１、第３の電極１１，１３間が遮断され、発熱体１６への給電が停止することによって第１、第２の電極１１，１２間が短絡不能となる事態を防止することができる。
【００５９】
なお、短絡素子１は、第２の電極１２と第２の支持電極２２との間隔Ｇ４も、第１、第３の電極１１，１３間の間隔Ｇ１よりも広く形成することが好ましい。これにより、短絡素子１は、第１の可溶導体１４とともに第２の可溶導体１５も、第１、第３の電極１１，１３間の遮断よりも先に第１、第２の電極１１，１２上に凝集し、より確実に第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができる。
【００６０】
［第３の電極］
また、図４に示すように、短絡素子１は、第３の電極１３を、第１の可溶導体１４が第１の支持電極２１から第１の電極１１側へ偏倚する偏倚方向に形成することが好ましい。これにより、短絡素子１は、第１の可溶導体１４が第１の支持電極２１から第１の電極１１側へ偏倚したとき、当該偏倚方向に第３の電極１３が形成されているため、第１の可溶導体１４が第３の電極１３から外れ、第１の可溶導体１４を介した第３の電極１３と第１の電極１１との導通が切れ、発熱体１６への給電経路３が遮断される事態を防止することができる。
【００６１】
［発熱体］
また、短絡素子１は、発熱体１６を、第１、第２の可溶導体１４，１５及び第１、第２の電極１１，１２の少なくとも一部と重畳する位置に形成することが好ましい。これにより、発熱体１６の熱が効率よく第１、第２の可溶導体１４，１５及び第１、第２の電極１１，１２に伝わり、発熱後、速やかに第１、第２の可溶導体１４，１５を溶融させることができる。また、溶融導体は、高温の電極上に濡れ広がる傾向があることから、発熱体１６によって熱せられた第１、第２の電極１１，１２上に速やかに凝集し、結合する。したがって、短絡素子１は、当該溶融導体によって、発熱体１６の発熱後、速やかに第１、第２の電極１１，１２を短絡させることができる。
【００６２】
また、このとき、図８に示すように、短絡素子１は、発熱体１６を、第３の電極１３と重畳しない位置に形成してもよい。これにより、短絡素子１は、発熱体１６の熱が、優先的に第１の可溶導体１４及び第１、第２の電極１１，１２に伝わり、遅れて第３の電極１３に伝わる。そして、短絡素子１は、第１の可溶導体１４が加熱、溶融されると、先ず、第１の電極１１及び第１の支持電極２１間が溶融、遮断され、当該溶融導体を介して第１、第２の電極１１，１２間が短絡される。その後、第１の可溶導体１４は、第１、第３の電極１１，１３間が溶融、遮断される。
【００６３】
したがって、短絡素子１は、発熱体１６が発熱を開始すると、先ず、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させ、その後、第１、第３の電極１１，１３間を遮断する。すなわち、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が短絡する前に第１、第３の電極１１，１３間が遮断され、発熱体１６への給電が停止することによって第１、第２の電極１１，１２間が短絡不能となる事態を防止することができる。
【００６４】
［発熱中心］
また、短絡素子１は、発熱体１６の発熱中心から第１の支持電極２１までの距離よりも、第３の電極１３までの距離が短くなるように形成することが好ましい。
【００６５】
ここで、発熱体１６の発熱中心とは、発熱体１６が発熱することにより発現する熱分布のうち、発熱初期の段階で最も高温となる領域をいう。発熱体１６より発せられる熱は絶縁基板１０からの放熱量が最も多く、絶縁基板１０を、耐熱衝撃性に優れるが熱伝導率も高いセラミックス材料により形成した場合などには、絶縁基板１０に熱が拡散してしまう。そのため、発熱体１０は通電が開始された発熱初期の段階では、絶縁基板１０と接する外縁から最も遠い中心が最も熱く、絶縁基板１０と接する外縁に向かうにつれて放熱されて温度が上がりにくくなる。
【００６６】
そこで、図２に示すように、短絡素子１は、第３の電極１３を、第１の支持電極２１よりも、発熱体１６の発熱初期において最も高温となる発熱中心Ｃに近い位置に形成することにより、第１の支持電極２１よりも高温となり、加熱された第１の可溶導体１４が相対的に偏倚しやすくなり、また溶融導体が凝集する。第１の支持電極２１は絶縁基板１０からの放熱により第３の電極１３より温度が上がり難いため、第１の可溶導体１４は第１、第３の電極１１，１３側に偏倚する。これにより、短絡素子１は、第１の電極１１上に偏倚した第１の可溶導１４の溶融導体が凝集することにより、より確実に第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができる。
【００６７】
なお、短絡素子１は、第１第２の電極１１，１２が第３の電極１３よりも発熱体１６の発熱中心Ｃに近い位置に設けられ、一部が発熱中心Ｃの上に設けられている。したがって、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２が第３の電極１３よりも高温となり、加熱された第１の可溶導体１４が相対的に偏倚しやすくなり、また溶融導体が凝集する。したがって、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２の短絡が先に行われ、次いで、第１、第３の電極１１，１３間が遮断される。
【００６８】
［変形例］
また、本発明に係る短絡素子は、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２の支持電極２１及び第２の可溶導体１５を省略して形成してもよい。この短絡素子４０では、第１、第３の電極１１，１３及び第１の支持電極２１間に亘って接続された第１の可溶導体１４が溶融することにより第１の電極１１上に凝集するとともに、当該溶融導体が隣接して形成されている第２の電極１２まで濡れ拡がり、第１、第２の電極１１，１２を短絡させる。なお、短絡素子４０は、第２の支持電極２２及び第２の可溶導体１５が省かれている他は、上述した短絡素子１の構成と同じであるため、同一の符号を付して詳細は省略する。
【００６９】
図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、短絡素子４０は、作動前に状態においては、接続用ハンダ２３によって第１の可溶導体１４が第１の電極１１及び第１の支持電極２１に支持されるとともに、第１の可溶導体１４を介して第１、第３の電極１１，１３が接続されている。また、短絡素子４０は、第２の電極１２上には可溶導体が搭載されていない。発熱体１６は、第１、第２の電極１１，１２及び第１の可溶導体１４の少なくとも一部と重畳されている。
【００７０】
図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、短絡素子４０は、発熱体１６が発熱すると、接続用ハンダ２３が溶融するとともに第１の可溶導体１４が相対的に広面積の第１の電極１１側に偏倚し、第１の可溶導体１４を介して第１、第２の電極１１，１２間が短絡する。なお、このとき、短絡素子４０は、第１の可溶導体１４を介した第１、第３の電極１１，１３間の接続は維持されている。そのため、第１、第２の電極１１，１２間が短絡するまでの間は発熱体１６への給電が維持されている。
【００７１】
図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、短絡素子４０は、第１、第２の電極１１，１２の短絡後もさらに発熱体１６が発熱することにより、第１、第３の電極１１，１３間を接続していた第１の可溶導体１４が第１の電極１１側へ偏倚、凝集する。これにより、短絡素子４０は、第１、第３の電極１１，１３間において給電経路３が遮断され、発熱体１６の発熱が停止される。
【００７２】
この短絡素子４０においても、上記短絡素子１と同様に、第１の電極１１は、第３の電極１３よりも面積を広くすることが好ましい。これにより、短絡素子４０は、第１、第３の電極１１，１３間に亘って搭載されている第１の可溶導体１４が加熱されると、第１の可溶導体１４の溶融導体の大部分が広面積の第１の電極１１上に引き寄せられる。したがって、短絡素子４０は、第１の電極１１上に凝集した溶融導体によって第１の電極１１と第２の電極１２とを短絡させることができ、また、第１の可溶導体１４が第１の電極１１と第３の電極１３間において溶断することにより、給電経路３を遮断することができる。
【００７３】
また、短絡素子４０においても、第１の電極１１は、第１の支持電極２１よりも面積を広くすることが好ましい。これにより、短絡素子４０は、第１の電極１１と第１の支持電極２１との間に亘って搭載されている第１の可溶導体１４が加熱されると、第１の可溶導体１４が広面積の第１の電極１１側へ偏倚するとともに、溶融導体の大部分が第１の電極１１上に引き寄せられる。したがって、短絡素子４０は、第１の電極１１上に凝集した溶融導体によって第１の電極１１と第２の電極１２とを短絡させることができる。
【００７４】
さらに、短絡素子４０においても、第１の電極１１と第３の電極１３との間隔Ｇ１が、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔Ｇ２よりも広く形成する（Ｇ１＞Ｇ３）ことが好ましい。これにより、短絡素子４０は、発熱体１６によって第１の可溶導体１４が加熱されると、先に第１の支持電極２１から第１の電極１１側への偏倚が生じ、第１の電極１１上に偏倚した第１の可溶導体１４が溶融し、溶融導体によって、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させ、その後、第３の電極１３から第１の電極１１側へ第１の可溶導体１４が偏倚し、あるいはその溶融導体が引き寄せられ、第１、第３の電極１１，１３間を遮断する。すなわち、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が短絡する前に第１、第３の電極１１，１３間が遮断され、発熱体１６への給電が停止することによって第１、第２の電極１１，１２間が短絡不能となる事態を防止することができる。
【００７５】
その他、短絡素子４０は、上記短絡素子１と同様に、第３の電極１３を、第１の可溶導体１４が第１の支持電極２１から第１の電極１１側へ偏倚する偏倚方向に形成することが好ましい。また、短絡素子４０は、発熱体１６を、少なくとも第１の可溶導体及び第１、第２の電極と重畳する位置に形成し、また、発熱体１６を、第３の電極１３と重畳しない位置に形成することが好ましい。さらに、短絡素子４０は、発熱体１６の発熱中心から第１の支持電極２１までの距離よりも、第３の電極１３までの距離が短くなるように形成することが好ましい。
【００７６】
［回路構成例］
図１３に、短絡素子１が適用された短絡回路の一例として、バッテリ回路３０を示す。バッテリ回路３０において、短絡素子１は、複数のバッテリセル３１のうち、過充電等の異常電圧を示したバッテリセルをバイパスするバイパス電流経路の構築に用いることができる。
【００７７】
図１３において、バッテリ回路３０は、短絡素子１と、短絡素子１の動作を制御する電流制御素子３２と、バッテリセル３１と、バッテリセル３１を充放電経路上から遮断する保護素子３３と、保護素子３３の動作を制御する電流制御素子３２とを有するバッテリユニット３４を備え、複数のバッテリユニット３４が直列に接続されている。
【００７８】
また、バッテリ回路３０は、各バッテリユニット３４のバッテリセル３１の電圧を検出するととともに、保護素子３３と電流制御素子３２とに異常信号を出力する検出素子３５を有する。
【００７９】
各バッテリユニット３４は、保護素子３３がバッテリセル３１と直列に接続されている。また、バッテリユニット３４は、短絡素子１の第１の電極１１が保護素子３３の開放端と接続され、第２の電極１２がバッテリセル３１の開放端と接続され、これにより、保護素子３３及びバッテリセル３１と、短絡素子１とが並列に接続されている。
【００８０】
また、バッテリユニット３４は、電流制御素子３２、及び保護素子３３が、それぞれ検出素子３５と接続されている。検出素子３５は、各バッテリセル３１と接続され、各バッテリセル３１の電圧値を検出して、バッテリセル３１が過充電電圧又は過放電電圧になったときに、当該バッテリセル３１を有するバッテリユニット３４の保護素子３３を駆動させ、また短絡素子１に繋がる電流制御素子３２へ動作信号を出力する。
【００８１】
電流制御素子３２は、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）により構成することができる。電流制御素子３２は、発熱体電極１８と接続され、短絡素子１の給電経路３への通電を制御することができる。また、電流制御素子３２は、保護素子３３の駆動端子と接続される。
【００８２】
保護素子３３は、充放電経路上に接続された一対の電極と、当該電極間にわたって搭載され、当該電極間を短絡させる可溶導体と、可溶導体と直列に接続され、電圧異常の際に通電されて発熱し、可溶導体を溶融する発熱体を有する素子により構成することができる。
【００８３】
このバッテリ回路３０は、検出素子３５から出力される検出信号によって、バッテリセル３１の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子３３及び短絡素子１を動作させて、当該バッテリユニット３４を充放電電流経路から遮断するとともに、短絡素子１のスイッチ２を短絡させ、当該バッテリユニット３４をバイパスするバイパス電流経路を形成するように制御する。
【００８４】
このようなバッテリ回路３０は、正常時には、短絡素子１のスイッチ２が開放されているため、電流は保護素子３３及びバッテリセル３１側に流れる。バッテリセル３１に電圧異常等が検知されると、バッテリ回路３０は、検出素子３５より保護素子３３に異常信号が出力され、保護素子３３によって異常なバッテリセル３１を、充放電電流経路上から遮断する。
【００８５】
次いで、バッテリ回路３０は、検出素子３５により電流制御素子３２にも異常信号が出力され、短絡素子１の発熱体１６に電流が流れるよう制御される。短絡素子１は、発熱体１６によって第１、第２の可溶導体１４，１５を加熱、溶融させることにより、第１、第２の電極１１，１２上に溶融導体が凝集、結合し、第１、第２の電極１１，１２を短絡させる。これにより、バッテリ回路３０は、短絡素子１によってバッテリセル３１をバイパスするバイパス電流経路を形成することができる。次いで、短絡素子１は、第１の可溶導体１４が第１、第３電極間において溶断することにより、発熱体１６への給電が停止される。
【００８６】
これにより、バッテリ回路３０は、一つのバッテリセル３１に異常が起きた場合にも、短絡素子１を介して当該バッテリセル３１を迂回するバイパス電流経路を形成することができ、残りの正常なバッテリセル３１によって充放電機能を維持することができる。
【００８７】
このとき、短絡素子１は、第１の可溶導体１４を支持する第１の支持電極２１と、発熱体１６への給電経路３を構成する第３の電極１３とを別個に設けているため、第１の可溶導体１４が溶融し、第１の支持電極２１と第１の電極１１との間で溶断した場合にも、第１、第３の電極１１，１３間の接続は維持されている。したがって、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が短絡するまでの間、発熱体１６が発熱し続けるため、確実に第１、第２の電極１１，１２間を短絡させ、バイパス電流経路を形成することができる。
【００８８】
また、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２の短絡後も発熱体１６が発熱し続けることにより、第１、第３の電極１１，１３間を接続している第１の可溶導体１４が溶断し、給電経路３が遮断されるため、発熱体１６の発熱が停止される。
【００８９】
なお、短絡素子１又はバッテリ回路３０は、遮断されたバッテリセル３１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有する保護抵抗を設けてもよい。バイパス電流経路上に保護抵抗を設けることにより、バッテリ回路３０は、バイパス電流経路を構築した後においても、正常時と同じ抵抗値とすることができる。
【００９０】
［発熱体位置］
なお、上述した短絡素子１においては、発熱体１６を絶縁基板１０の表面１０ａ上において絶縁層１７の内部に形成することによって被覆したが、図１４に示すように、短絡素子１は、発熱体１６を絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成し、絶縁層１７を積層することにより被覆してもよい。
【００９１】
この場合、発熱体１６と接続される発熱体電極１８及び発熱体引出電極１９も、絶縁基板１０の表面１０ａに形成されるとともに、絶縁層１７によって被覆される。
【００９２】
また、短絡素子１は、図１５に示すように、短絡素子１は、発熱体１６を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成してもよい。この場合、発熱体１６は、絶縁基板１０の裏面１０ｂにおいて絶縁層１７に被覆されている。また、発熱体１６の一端と接続される発熱体電極１８及び発熱体引出電極１９も同様に絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成される。発熱体引出電極１９と接続される第３の電極１３は、絶縁基板１０の表面１０ａ側に形成され、絶縁基板１０を貫通する導電スルーホールを介して発熱体引出電極１９と接続される。
【００９３】
短絡素子１は、発熱体１６が絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成されることにより、絶縁基板１０の表面１０ａが平坦化され、これにより、第１〜第３の電極１１〜１３や第１、第２の支持電極２１，２２を表面１０ａ上に印刷等により一括して形成することができる。したがって、短絡素子１は、第１〜第３の電極１１〜１３や第１、第２の支持電極２１，２２の製造工程を簡略化することができるとともに、低背化を図ることができる。
【００９４】
また、短絡素子１は、発熱体１６を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成した場合にも、絶縁基板１０の材料としてファインセラミック等の熱伝導性に優れた材料を用いることにより、発熱体１６によって、絶縁基板１０の表面１０ａ上に積層した場合と同等に第１、第２の可溶導体１４，１５を加熱、溶断することができる。
【００９５】
また、短絡素子１は、図１６に示すように、発熱体１６を絶縁基板１０の内部に形成してもよい。この場合、発熱体１６を被覆する絶縁層１７は設ける必要がない。また、発熱体１６と接続される発熱体電極１８及び発熱体引出電極１９は、それぞれ発熱体１６と接続する下層部が絶縁基板１０の内部まで形成され、導電スルーホールを介して絶縁基板１０の表面１０ａ側に上層部が設けられる。
【００９６】
また、短絡素子１は、図１７に示すように、発熱体１６を絶縁基板１０の表面１０ａ上において、第１〜第３の電極１１〜１３や第１、第２の支持電極２１，２２と並んで形成してもよい。この場合、発熱体１６は、絶縁層１７によって被覆されている。
【００９７】
［可溶導体構成］
上述したように、第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。低融点金属としては、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダなどのハンダを用いることが好ましく、高融点金属としては、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。このとき、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図１８（Ａ）に示すように、内層として高融点金属層７０が設けられ、外層として低融点金属層７１が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、第１、第２の可溶導体１４，１５は、高融点金属層７０の全面が低融点金属層７１によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。高融点金属層７０や低融点金属層７１による被覆構造は、メッキ等の公知の成膜技術を用いて形成することができる。
【００９８】
また、図１８（Ｂ）に示すように、第１、第２の可溶導体１４，１５は、内層として低融点金属層７１が設けられ、外層として高融点金属層７０が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合も、第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属層７１の全面が高融点金属層７０によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。
【００９９】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図１９に示すように、高融点金属層７０と低融点金属層７１とが積層された積層構造としてもよい。
【０１００】
この場合、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図１９（Ａ）に示すように、第１〜第３の電極１１〜１３及び第１、第２の支持電極２１，２２に接続される下層と、下層の上に積層される上層からなる２層構造として形成され、下層となる高融点金属層７０の上面に上層となる低融点金属層７１を積層してもよく、反対に下層となる低融点金属層７１の上面に上層となる高融点金属層７０を積層してもよい。あるいは、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図１９（Ｂ）に示すように、内層と内層の上下面に積層される外層とからなる３層構造として形成してもよく、内層となる高融点金属層７０の上下面に外層となる低融点金属層７１を積層してもよく、反対に内層となる低融点金属層７１の上下面に外層となる高融点金属層７０を積層してもよい。
【０１０１】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図２０に示すように、高融点金属層７０と低融点金属層７１とが交互に積層された４層以上の多層構造としてもよい。この場合、第１、第２の可溶導体１４，１５は、最外層を構成する金属層によって、全面又は相対向する一対の側面を除き被覆された構造としてもよい。
【０１０２】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、内層を構成する低融点金属層７１の表面に高融点金属層７０をストライプ状に部分的に積層させてもよい。図２１は、第１、第２の可溶導体１４，１５の平面図である。
【０１０３】
図２１（Ａ）に示す第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属層７１の表面に、幅方向に所定間隔で、線状の高融点金属層７０が長手方向に複数形成されることにより、長手方向に沿って線状の開口部７２が形成され、この開口部７２から低融点金属層７１が露出されている。第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属層７１が開口部７２より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属層７０の浸食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。開口部７２は、例えば、低融点金属層７１に高融点金属層７０を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。
【０１０４】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図２１（Ｂ）に示すように、低融点金属層７１の表面に、長手方向に所定間隔で、線状の高融点金属層７０を幅方向に複数形成することにより、幅方向に沿って線状の開口部７２を形成してもよい。
【０１０５】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図２２に示すように、低融点金属層７１の表面に高融点金属層７０を形成するとともに、高融点金属層７０の全面に亘って円形の開口部７３が形成され、この開口部７３から低融点金属層７１を露出させてもよい。開口部７３は、例えば、低融点金属層７１に高融点金属層７０を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。
【０１０６】
第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属層７１が開口部７３より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属の浸食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。
【０１０７】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図２３に示すように、内層となる高融点金属層７０に多数の開口部７４を形成し、この高融点金属層７０に、メッキ技術等を用いて低融点金属層７１を成膜し、開口部７４内に充填してもよい。これにより、第１、第２の可溶導体１４，１５は、溶融する低融点金属が高融点金属に接する面積が増大するので、より短時間で低融点金属が高融点金属を溶食することができるようになる。
【０１０８】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属層７１の体積を、高融点金属層７０の体積よりも多く形成することが好ましい。第１、第２の可溶導体１４，１５は、発熱体１６の発熱によって加熱され、低融点金属が溶融することにより高融点金属を溶食し、これにより速やかに溶融、溶断することができる。したがって、第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属層７１の体積を高融点金属層７０の体積よりも多く形成することにより、この溶食作用を促進し、速やかに第１、第２の電極１１，１２間を短絡することができる。
【０１０９】
また、第１、第２の可溶導体１４，１５は、図２４に示すように、略矩形板状に形成され、外層を構成する高融点金属によって被覆され主面部１４ａ，１５ａよりも肉厚に形成された相対向する一対の第１の側縁部１４ｂ，１５ｂと、内層を構成する低融点金属が露出され第１の側縁部１４ｂ，１５ｂよりも薄い厚さに形成された相対向する一対の第２の側縁部１４ｃ，１５ｃとを有してもよい。図２５に示すように、第１の可溶導体１４は、第１の側縁部１４ｂが第１、第３の電極１１，１３間に跨って接続されるとともに第１の支持電極２１上に沿って接続され、第２の側縁部１４ｃが溶断方向の両側端となる向きで、第１の電極１１及び第１の支持電極２１間に跨って接続されている。また、第２の可溶導体１５は、第１の側縁部１５ｂが第２の電極上及び第２の支持電極２２上に沿って接続され、第２の側縁部１５ｃが溶断方向の両側端となる向きで、第２の電極１２及び第２の支持電極２２間に跨って接続されている。
【０１１０】
第１の側縁部１４ｂ，１５ｂは、側面が高融点金属層７０によって被覆されるとともに、これにより第１、第２の可溶導体１４，１５の主面部１４ａ，１５ａよりも肉厚に形成されている。第２の側縁部１４ｃ，１５ｃは、側面に、外周を高融点金属層７０によって囲繞された低融点金属層７１が露出されている。第２の側縁部１４ｃ，１５ｃは、第１の側縁部１４ｂ，１５ｂと隣接する両端部を除き主面部１４ａ，１５ａと同じ厚さに形成されている。
【０１１１】
そして、図２５に示すように、第１、第２の可溶導体１４，１５は、第２の側縁部１４ｃ，１５ｃが第１、第２の支持電極２１，２２から第１、第２の電極１１，１２間にわたる第１、第２の可溶導体１４，１５の溶断方向に沿って配設されている。また、第１の可溶導体１４は、第１の側縁部１４ｂが第１の電極１１から第３の電極１３にわたって配設されている。これにより、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体１４，１５を速やかに第１、第２の電極１１，１２上に凝集し、短絡させるとともに、第１、第３の電極１１，１３間の遮断を遅らせて発熱体１６の発熱を維持し、確実に第１、第２の電極１１，１２を短絡させることができる。
【０１１２】
すなわち、第２の側縁部１４ｃ，１５ｃは、第１の側縁部１４ｂ，１５ｂよりも相対的に薄肉に形成されている。また、第２の側縁部１４ｃ，１５ｃの側面は、内層を構成する低融点金属層７１が露出されている。これにより、第２の側縁部１４ｃ，１５ｃは、低融点金属層７１による高融点金属層７０の侵食作用が働き、かつ、侵食される高融点金属層７０の厚さも第１の側縁部１４ｂ，１５ｂに比して薄く形成されていることにより、高融点金属層７０によって肉厚に形成されている第１の側縁部１４ｂ，１５ｂに比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶融させることができる。これに対し、第１の側縁部１４ｂは、高融点金属層７０によって肉厚に被覆され、第２の側縁部１４ｃに比して溶断するまでに多くの熱エネルギーを要する。
【０１１３】
したがって、図２６に示すように、短絡素子１は、発熱体１６が発熱することにより、先ず、第２の側縁部１４ｃ，１５ｃが渡されている第１の電極１１と第１の支持電極２１との間、及び第２の電極１２と第２の支持電極２２との間が溶断し、第１、第２の電極１１，１２上に溶融導体が凝集、結合する。これにより、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２が短絡する。次いで、図２７に示すように、第１の側縁部１４ｂが渡されている第１、第３の電極１１，１３間が溶断し、発熱体１６への給電経路３が遮断され、発熱体１６の発熱が停止される。すなわち、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が短絡する前に第１、第３の電極１１，１３間が遮断され、発熱体１６への給電が停止することによって第１、第２の電極１１，１２間が短絡不能となる事態を防止することができる。
【０１１４】
このような構成を有する第１、第２の可溶導体１４，１５は、低融点金属層７１を構成するハンダ箔等の低融点金属箔を、高融点金属層７０を構成するＡｇ等の金属で被覆することにより製造される。低融点金属層箔を高融点金属被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。
【０１１５】
電解メッキによって高融点金属メッキを施すと、長尺状の低融点金属箔のエッジ部分、すなわち、側縁部において電界強度が相対的に強まり、高融点金属層７０が厚くメッキされる（図２４参照）。これにより、側縁部が高融点金属層によって肉厚に形成された長尺状の導体リボン４０が形成される。次いで、この導体リボン４０を長手方向と直交する幅方向（図２４中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断することにより、第１、第２の可溶導体１４，１５が製造される。これにより、第１、第２の可溶導体１４，１５は、導体リボン４０の側縁部が第１の側縁部１４ｂ，１５ｂとなり、導体リボン４０の切断面が第２の側縁部１４ｃ，１５ｃとなる。また、第１の側縁部１４ｂ，１５ｂは、高融点金属によって被覆され、第２の側縁部１４ｃ，１５ｃは、端面（導体リボン４０の切断面）に上下一対の高融点金属層７０と高融点金属層７０によって挟持された低融点金属層７１が外方に露出されている。
【符号の説明】
【０１１６】
１，４０  短絡素子、２  スイッチ、３  給電経路、１０  絶縁基板、１０ａ  表面、１０ｂ  裏面、１１  第１の電極、１１ａ  外部接続端子、１２  第２の電極、１２ａ  外部接続端子、１３  第３の電極、１４  第１の可溶導体、１４ａ  主面部、１４ｂ  第１の側縁部、１４ｃ  第２の側縁部、１５  第２の可溶導体、１５ａ  主面部、１５ｂ  第１の側縁部、１５ｃ  第２の側縁部、１６  発熱体、１７  絶縁層、１８  発熱体電極、１８ａ  外部接続端子、１９  発熱体引出電極、２１  第１の支持電極、２２  第２の支持電極、２３  接続用ハンダ、３０  バッテリ回路、３１  バッテリセル、３２  電流制御素子３２  保護素子、３４  バッテリユニット、３５  検出素子、７０  高融点金属層、７１  低融点金属層、７２〜７４  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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