(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に触れることで発熱する反応部と、
上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを有する液濡れセンサー。
【請求項２】
上記反応部は、酸化カルシウム（ＣａＯ：生石灰）を有し、
上記液体は、水を主成分とする請求項１記載の液濡れセンサー。
【請求項３】
上記反応部と上記感温部とが重畳されている請求項１又は２に記載の液濡れセンサー。
【請求項４】
上記感温部は、サーミスタ、ダイオード、熱電対、バイメタル又は温度センサである請求項１乃至３の何れか１項に記載の液濡れセンサー。
【請求項５】
外部回路に接続される可溶導体と、
発熱抵抗体と、
液体に触れることで発熱する反応部と、
上記発熱抵抗体と接続され、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを備え、
上記感温部の電気特性の変化により通電量が増加した上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するスイッチ素子。
【請求項６】
上記反応部は、酸化カルシウム（ＣａＯ：生石灰）を有し、
上記液体は、水を主成分とする請求項５記載のスイッチ素子。
【請求項７】
上記反応部と上記感温部とが重畳されている請求項５又は６に記載のスイッチ素子。
【請求項８】
上記感温部は、サーミスタ、ダイオード、熱電対、バイメタル又は温度センサである請求項５乃至７の何れか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項９】
上記可溶導体は、電源回路に接続され、
上記発熱抵抗体は、上記可溶導体の通電経路に電気的に接続されている請求項５乃至８の何れか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項１０】
上記可溶導体は、電源回路に接続され、
上記発熱抵抗体は、上記可溶導体と並列に電源回路に接続されている請求項５乃至８の何れか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項１１】
さらに、上記可溶導体、上記発熱抵抗体、上記反応部、上記感温部が内蔵された筐体を備え、
上記筐体は、上記反応部に上記液体を導く導入口が設けられている請求項５乃至１０の何れか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項１２】
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１１記載のスイッチ素子。
【請求項１３】
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１１記載のスイッチ素子。
【請求項１４】
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１１乃至１３のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項１５】
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１４記載のスイッチ素子。
【請求項１６】
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１１乃至１５のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項１７】
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１６記載のスイッチ素子。
【請求項１８】
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１１乃至１７のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項１９】
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１６又は１７に記載のスイッチ素子。
【請求項２０】
上記筐体は、内壁に撥水処理が施されている請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項２１】
上記導入口は、上記液体で溶解する液溶性材料で閉塞されている請求項１１乃至２０のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項２２】
上記導入溝は、上記液体で溶解する液溶性材料が配置されている請求項１６又は１７に記載のスイッチ素子。
【請求項２３】
バッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、
発熱抵抗体と、
液体に触れることで発熱する反応部と、
上記発熱抵抗体の通電経路上に接続され、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを備え、
上記感温部の電気特性の変化により通電量が増加した上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するバッテリシステム。
【請求項２４】
バッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、
発熱抵抗体と、
液体に触れることで発熱する反応部と、
上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部と、
上記発熱抵抗体への通電を制御する電流制御素子を備え、
上記感温部と上記電流制御素子とが接続され、
上記感温部の電気特性の変化により上記電流制御素子が通電され、上記発熱抵抗体への通電が開始され、上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するバッテリシステム。
【請求項２５】
外部回路に接続される可溶導体と、
液体に触れることで発熱する反応部とを備え、
上記反応部の発熱によって上記可溶導体を溶断するスイッチ素子。
【請求項２６】
上記反応部は、酸化カルシウム（ＣａＯ：生石灰）を有し、
上記液体は、水を主成分とする請求項２５記載のスイッチ素子。
【請求項２７】
上記反応部と上記可溶導体とが重畳されている請求項２５又は２６に記載のスイッチ素子。
【請求項２８】
さらに、上記可溶導体、及び上記反応部が内蔵された筐体を備え、
上記筐体は、上記反応部に上記液体を導く導入口が設けられている請求項２５乃至２７の何れか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項２９】
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２８記載のスイッチ素子。
【請求項３０】
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２８記載のスイッチ素子。
【請求項３１】
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２８乃至３０のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項３２】
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３１記載のスイッチ素子。
【請求項３３】
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２８乃至３２のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項３４】
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３３記載のスイッチ素子。
【請求項３５】
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２８乃至３４のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項３６】
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３３又は３４に記載のスイッチ素子。
【請求項３７】
上記筐体は、内壁に撥水処理が施されている請求項２８乃至３６のいずれか１項に記載
のスイッチ素子。
【請求項３８】
上記導入口は、上記液体で溶解する液溶性材料で閉塞されている請求項２８乃至３７のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項３９】
上記導入溝は、上記液体で溶解する液溶性材料が配置されている請求項３３又は３４に記載のスイッチ素子。
【請求項４０】
バッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、
液体に触れることで発熱する反応部とを備え、
上記反応部の発熱によって上記可溶導体を溶断するバッテリシステム。
【請求項４１】
上記感温部は、ペルチェ素子である請求項１乃至３の何れか１項に記載の液濡れセンサー。
【請求項４２】
上記感温部は、ペルチェ素子である請求項５乃至７の何れか１項に記載のスイッチ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の浸入を検知する液濡れセンサー、液体の浸入に応じて電気回路を開放させるスイッチ素子、及びこれを組み込んだバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノートＰＣ等の多くにリチウムイオン二次電池が採用されている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いため、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入出力を遮断する機能を有している。しかしながら、水濡れにより電池の正極／負極絶縁嵌合部が腐食した場合、電池内部の圧力がリークし、安全弁が正しく機能せずに発火事故に繋がるリスクがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４４６９５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６２０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水濡れに対して濡れた形跡を検知するシールを添付し、警告を発するものがある（例えば、特許文献１参照）が、電池の使用を制限するものではないため、回路基板の水濡れによるマイグレーション（絶縁劣化）やショートによる回路誤動作が発生する虞がある。また、電池の異常に伴う電解液の漏れに対しても、上記と同等の不具合が発生する虞がある。
【０００５】
また、電子機器の水濡れ対策としては、水等の液体を検知するセンサーを設け、水濡れを検知した当該センサーから発信される信号によって保護回路を作動させるものも用いられている。例えば、絶縁基板上に所定間隔をおいて対向配置された一対の電極からなる検知部を備える水漏れセンサーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この水漏れセンサーは、検知部の電極間が水濡れ状態になると、端子部間がリークすることで制御回路に信号が入力され、機器の動作が制御される。すなわち、この水濡れセンサーは、検知部への液体の流入が作動条件となっているため、水濡れ状態が起きたときには、積極的に検知部へ液体を流入させる構成が望まれる一方で、制御回路を作動させる必要のない水濡れ状態以外では、誤作動させないようにし、センサーとしての信頼性を確保する必要もある。
【０００７】
また、リチウムイオン二次電池等のバッテリシステムにおいては、バッテリセルの充放電回路上にヒューズ素子を接続し、発熱抵抗体の熱でヒューズを溶断することにより当該充放電回路を遮断する方法が提案されている。例えば図３０に示す保護回路１００では、発熱抵抗体１０１への通電を切り替えるＦＥＴ１０２と、バッテリセルが直列及び／又は並列に接続されたバッテリスタック１０３と、バッテリスタック１０３の過充電や過放電等をモニタするとともに、バッテリスタック１０３の異常時にはＦＥＴ１０２に制御信号を出力する制御ＩＣ１０４と、バッテリスタック１０３の充放電経路上に接続されたヒューズ１０５を備える。
【０００８】
保護回路１００は、バッテリスタック１０３に異常がない場合は、ＦＥＴ１０２によって発熱抵抗体１０１への通電が規制されている。そして、保護回路１００は、制御ＩＣ１０４によってバッテリスタック１０３の過充電や過放電等の異常を検知すると、ＦＥＴ１０２によって発熱抵抗体１０１へ通電させる。これにより、保護回路１００は、発熱抵抗体１０１が発熱することによりヒューズ１０５を溶断し、バッテリスタック１０３の充放電経路を遮断する。
【０００９】
しかし、保護回路１００では、発熱抵抗体１０１の通電を制御するために、ＦＥＴ１０２及びＦＥＴ１０２を制御する制御ＩＣ１０４が必要となり、部品点数の増加や組み立て工数の増加を招き、また、水濡れや電池からの液漏れ等により制御ＩＣ１０４の故障が起きると、ヒューズ１０５を溶断できない恐れがある。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、水濡れや電池からの液漏れ等を検知する液濡れセンサー、水濡れや電池からの液漏れ等の異常に対し、安全に電気回路を開放させることができるスイッチ素子、及びスイッチ素子を組み込んだバッテリシステム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】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明に係る液濡れセンサーは、液体に触れることで発熱する反応部と、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを有するものである。
【００１２】
また、本発明に係るスイッチ素子は、外部回路に接続される可溶導体と、発熱抵抗体と、液体に触れることで発熱する反応部と、上記発熱抵抗体と接続され、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを備え、上記感温部の電気特性の変化により通電量が増加した上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するものである。
【００１３】
また、本発明に係るバッテリシステムは、バッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、発熱抵抗体と、液体に触れることで発熱する反応部と、上記発熱抵抗体の通電経路上に接続され、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部とを備え、上記感温部の電気特性の変化により通電量が増加した上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するものである。
【００１４】
また、本発明に係るバッテリシステムは、バッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、発熱抵抗体と、液体に触れることで発熱する反応部と、上記反応部の温度変化に伴い電気特性が変化する感温部と、上記発熱抵抗体への通電を制御する電流制御素子を備え、上記感温部と上記電流制御素子とが接続され、上記感温部の電気特性の変化により上記電流制御素子が通電され、上記発熱抵抗体への通電が開始され、上記発熱抵抗体の発熱によって上記可溶導体を溶断するものである。
【００１５】
また、本発明に係るスイッチ素子は、外部回路に接続される可溶導体と、液体に触れることで発熱する反応部とを備え、上記反応部の発熱によって上記可溶導体を溶断するものである。
【００１６】
また、本発明に係るバッテリシステムは、バッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続された可溶導体と、液体に触れることで発熱する反応部とを備え、上記反応部の発熱によって上記可溶導体を溶断するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水濡れや電池からの液漏れ等、外部回路の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、液体と触れた反応部の発熱によって感温部の電気特性が変化し、外部回路に電力が供給される。これにより、保護素子を作動させ、あるいは発熱抵抗体を通電、発熱させてヒューズエレメントを溶断し、外部回路の電流経路を遮断することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、水濡れや電池からの液漏れ等、外部回路の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、液体と触れた反応部の発熱によって可溶導体が溶断され、この可溶導体を介して通電されていた外部回路の電流経路を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、液濡れセンサーの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、液濡れセンサーの構成例を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、液濡れセンサーを用いたバッテリパックの回路構成を示す図である。
【図４】図４は、保護素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ’断面図である。
【図５】図５は、保護素子の回路構成図であり、（Ａ）はヒューズエレメントの溶断前、（Ｂ）はヒューズエレメントの溶断後を示す。
【図６】図６は、液濡れセンサーを用いたバッテリパックの回路構成を示す図である。
【図７】図７は、スイッチ素子の構成例を示す分解斜視図である。
【図８】図８は、ヒューズエレメントの断面斜視図である。
【図９】図９は、スイッチ素子の回路構成を示す図であり、（Ａ）はヒューズエレメントの溶断前、（Ｂ）はヒューズエレメントの溶断後を示す。
【図１０】図１０は、スイッチ素子を用いたバッテリパックの回路構成を示す図である。
【図１１】図１１は、スイッチ素子を用いたバッテリパックの回路構成を示す図である。
【図１２】図１２は、発熱抵抗体をガラス層で被覆したスイッチ素子の構成例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１３】図１３は、発熱抵抗体への給電経路とヒューズエレメントへの通電経路を分離したスイッチ素子の構成例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１４】図１４は、発熱抵抗体への給電経路とヒューズエレメントへの通電経路を分離したスイッチ素子の回路図である。
【図１５】図１５は、発熱抵抗体への給電経路とヒューズエレメントへの通電経路を分離したスイッチ素子を用いたバッテリパックの回路構成を示す図である。
【図１６】図１６は、スイッチ素子の筐体を示す斜視図であり、（Ａ）は天面に導入口が形成された状態、（Ｂ）は天面に複数の導入口が形成された状態、（Ｃ）は天面及び側面に導入口が形成された状態、（Ｄ）は天面及び側面に複数の導入口が形成された状態を示す。
【図１７】図１７は、円筒状のカバー部材を用いたスイッチ素子を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、排出口が形成された筐体を用いたスイッチ素子を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、反応部が設けられた位置と同じ高さに排出口が設けられたスイッチ素子を示す断面図である。
【図２０】図２０は、スリット状の導入口及びスリット状の排出口が形成された筐体を用いたスイッチ素子を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、導入溝が形成された筐体を用いたスイッチ素子を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は外観斜視図である。
【図２２】図２２は、複数の導入口及び導入溝が形成された筐体を用いたスイッチ素子を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は外観斜視図である。
【図２３】図２３は、反応部が設けられた内部にかけて漸次狭小化する導入溝が形成された筐体を用いたスイッチ素子を示す断面図である。
【図２４】図２４は、反応部以外の場所に撥水処理部を形成した筐体を用いたスイッチ素子を示す断面図である。
【図２５】図２５は、導入口を水溶性の絶縁材料でシールした筐体を用いたスイッチ素子を示す斜視図である。
【図２６】図２６は、導入溝内を水溶性の絶縁材料で封止したスイッチ素子を示す断面図である。
【図２７】図２７は、反応部の発熱によって可溶導体を溶断するスイッチ素子を示す分解斜視図である。
【図２８】図２８は、図２７に示すスイッチ素子の回路図構成例を示す図である（Ａ）は溶断前、（Ｂ）は溶断後の状態を示す。
【図２９】図２９は、図２７に示すスイッチ素子を用いたバッテリシステムの回路構成例を示す図である。
【図３０】図３０は、従来のバッテリパックの回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明が適用された液濡れセンサー、スイッチ素子、及びスイッチ素子を組み込んだバッテリシステムについて、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。
【００２１】
［液濡れセンサー］
本発明が適用された液濡れセンサー１は、図１に示すように、液体に触れることで発熱する反応部２と、反応部２の温度上昇に伴い電気特性が変化する感温部３とを有する。反応部２は、例えば水と反応して発熱する生石灰を用いて構成することができ、例えば図２に示すように、絶縁基板５上に配設、保持されている。感温部３としては、例えば反応部２の温度上昇に伴い抵抗値が低下するサーミスタや電圧が変化するダイオード、その他ペルチェ素子、熱電対、バイメタル、温度センサ等、電気特性が温度依存性を有する電子部品を用いることができる。反応部２と感温部３とは互いに近接して配置されることにより熱的に接続され、反応部２の熱によって感温部３が熱せられる。これにより感温部３は、抵抗値や出力電圧等の電気特性が変化する。
【００２２】
以下では、液漏れセンサー１の感温部３としてサーミスタ３ａを用いた場合を例に説明する。サーミスタ３ａは、絶縁基板５上に形成されるとともに、両端が第１、第２の外部接続電極６，７と接続されている。サーミスタ３ａは第１、第２の外部接続電極６，７を介して電気回路４の通電経路上に接続され、常時、高い電気抵抗によって電気回路４の通電を規制している。また、サーミスタ３ａは、ＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタ又はＣＴＲ（critical temperature resistor）サーミスタを好適に用いることができる。そして、液濡れセンサー１は、反応部２が液体と接触することにより発熱すると、サーミスタ３ａの電気抵抗値が低下することにより、電気回路４を通電させることができる。
【００２３】
また、液濡れセンサー１は、絶縁基板５上を覆うカバー部材８により筐体が形成される。カバー部材８には、反応部２に液体を導く導入口９が形成されている。
【００２４】
なお、液濡れセンサー１は、反応部２とサーミスタ３ａとが重畳して配置されることが好ましい。例えば、液濡れセンサー１は、絶縁基板上に配置された生石灰上にサーミスタ３ａが重畳配置される。これにより反応部２とサーミスタ３ａとが熱的に密接に接続され、反応部２が発熱することにより、速やかにサーミスタ３ａの電気抵抗値を低下させることができる。
【００２５】
［撥水処理］
なお、液濡れセンサー１は、図２に示すように、反応部２以外の場所、又は反応部２及びその近傍以外の場所に、撥水処理部１４を設けてもよい。例えば液濡れセンサー１は、反応部２、サーミスタ３ａを除く絶縁基板５の表面５ａの露出領域に、撥水処理部１４が設けられる。
【００２６】
撥水処理部１４は、例えばフッ素系コーティング剤の塗布、ソルダーペーストコーティング等、公知の手法により形成することができる。
【００２７】
これにより、液濡れセンサー１は、絶縁基板５上の液体を非撥水領域である反応部２に導くことができ、サーミスタ３ａの加熱を促進して速やかにサーミスタ３ａの電気抵抗値を低下させることができる。
【００２８】
［液濡れセンサーの使用例］
液濡れセンサー１は、図３に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック１０内の回路に組み込んで用いることができる。バッテリパック１０は、例えば、複数のリチウムイオン二次電池のバッテリセルからなるバッテリスタック１５を有する。
【００２９】
バッテリパック１０は、バッテリスタック１５と、バッテリスタック１５の充放電を制御する充放電制御回路１６と、バッテリスタック１５の異常時に充電を遮断する保護素子１１と、各バッテリセルの液漏れや水没等を検出する液濡れセンサー１と、液濡れセンサー１の検出結果に応じて保護素子１１の動作を制御する電流制御素子１２とを備える。
【００３０】
バッテリスタック１５は、液漏れや水没等から保護するための制御を要するバッテリセルが直列及び／又は並列接続されたものであり、バッテリパック１０の正極端子１０ａ、負極端子１０ｂを介して、着脱可能に充電装置１３に接続され、充電装置１３からの充電電圧が印加される。充電装置１３により充電されたバッテリパック１０は、正極端子１０ａ、負極端子１０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。
【００３１】
充放電制御回路１６は、バッテリスタック１５から充電装置１３に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子１７，１８と、これらの電流制御素子１７，１８の動作を制御する制御部１９とを備える。電流制御素子１７，１８は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部１９によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック１５の電流経路の充電方向及び／又は放電方向への導通と遮断とを制御する。制御部１９は、充電装置１３から電力供給を受けて動作し、各バッテリセルの電圧を検出する図示しない検出回路による検出結果に応じて、バッテリスタック１５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子１７，１８の動作を制御する。
【００３２】
保護素子１１は、たとえば、バッテリスタック１５と充放電制御回路１６との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子１２によって制御される。具体的に、保護素子１１は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、絶縁基板２６と、絶縁基板２６上に形成された第１、第２の電極２２、２３と、絶縁基板２６の表面に形成された発熱抵抗体２４と、発熱抵抗体２４を被覆するガラス層２７と、ガラス層２７上に積層されるとともに発熱抵抗体２４と接続された発熱体引出電極２１と、第１の電極２２、発熱体引出電極２１、及び第２の電極２３にわたって接続用ハンダ２８を介して搭載されるヒューズエレメント２０とを備える。第１、第２の電極２２，２３は、それぞれ絶縁基板２６の裏面に形成された第１、第２の外部接続電極２２ａ，２３ａとキャスタレーションを介して接続されている。また、発熱抵抗体２４は、発熱体給電電極２５と接続され、発熱体給電電極２５を介して電流制御素子１２と接続されている。また、発熱抵抗体２４は、発熱体引出電極２１がヒューズエレメント２０と電気的に接続されることにより、ヒューズエレメント２０及びバッテリスタック１５の充放電経路と接続されている。
【００３３】
液濡れセンサー１は、感温部３（サーミスタ３ａ）の一端がバッテリスタック１５と接続され、他端が電流制御素子１２と接続されている。そして、液濡れセンサー１は、常時サーミスタ３ａの高抵抗により、バッテリスタック１５から電流制御素子１２への通電を規制している。また、液濡れセンサー１は、バッテリセルの液漏れや水没等の液濡れ状態が発生したときに、反応部２が発熱し、サーミスタ３ａの電気抵抗値が下がることにより、バッテリスタック１５から電流制御素子１２へ通電可能とする。
【００３４】
電流制御素子１２は、たとえばＦＥＴにより構成され、液濡れ状態になったときに液濡れセンサー１を介してバッテリスタック１５の電力が通電されると、保護素子１１にバッテリスタック１５からの電流が流れるように切り替え、保護素子１１を作動させる。これにより、電流制御素子１２は、バッテリスタック１５の充放電電流経路を電流制御素子１７，１８のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
【００３５】
以上のような構成からなるバッテリパック１０において、保護素子１１は、図５（Ａ）に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１１は、発熱体引出電極２１を介して第１、第２の電極２２，２３間にわたって直列接続されたヒューズエレメント２０と、ヒューズエレメント２０の接続点を介して通電して発熱させることによってヒューズエレメント２０を溶融する発熱抵抗体２４とからなる回路構成である。また、保護素子１１では、たとえば、ヒューズエレメント２０が第１、第２の外部接続電極２２ａ，２３ａを介してバッテリパック１０の充放電電流経路上に直列接続され、発熱抵抗体２４が発熱体給電電極２５を介して電流制御素子１２と接続される。保護素子１１の第１の電極２２は、第１の外部接続電極２２ａを介してバッテリスタック１５の一方の開放端側に接続され、第２の電極２３は、第２の外部接続電極２３ａを介してバッテリパック１０の正極端子１０ａ側に接続される。
【００３６】
［溶断工程］
このような回路構成からなる液濡れセンサー１は、電池からの液漏れや水没等、バッテリパック１０の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、カバー部材８の導入口９を介して液体が浸入すると、反応部２の発熱によってサーミスタ３ａが低抵抗化し、バッテリスタック１５から通電された電流制御素子１２によって保護素子１１にバッテリスタック１５の電力が供給される。これにより、保護素子１１は、発熱抵抗体２４が通電、発熱され、バッテリパック１０の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント２０が溶断される。したがって、バッテリパック１０は、第１の電極２２〜発熱体引出電極２１〜第２の電極２３の間を溶断させ（図５（Ｂ））、バッテリパック１０の電流経路を遮断することができる。また、ヒューズエレメント２０が溶断することにより、発熱抵抗体２４への給電も停止される。
【００３７】
［ＦＥＴ省略型］
また、液濡れセンサー１を用いたバッテリパック１０は、保護素子１１の作動を制御するＦＥＴを省略し、液濡れセンサー１によって保護素子１１を作動させてもよい。図６に示すように、このバッテリパック１０は、液濡れセンサー１の感温部３（サーミスタ３ａ）は、一端を保護素子１１の発熱抵抗体２４と接続され、他端をバッテリスタック１５の開放端と接続されている。液濡れセンサー１は、常時サーミスタ３ａの高抵抗により発熱抵抗体２４への通電を規制している。
【００３８】
そして、液濡れセンサー１は、電池からの液漏れや水没等、バッテリパック１０の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、カバー部材８の導入口９を介して液体が浸入すると、反応部２の発熱によってサーミスタ３ａが低抵抗化し、保護素子１１の発熱抵抗体２４にバッテリスタック１５の電力が供給可能となる。これにより、保護素子１１は、発熱抵抗体２４が通電、発熱され、バッテリパック１０の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント２０が溶断される。したがって、バッテリパック１０は、第１の電極２２〜発熱体引出電極２１〜第２の電極２３の間を溶断させ（図５（Ｂ））、バッテリパック１０の電流経路を遮断することができる。また、ヒューズエレメント２０が溶断することにより、発熱抵抗体２４への給電も停止される。
【００３９】
なお、本発明の液濡れセンサー１は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。また、液濡れセンサー１は、サーミスタ３ａの他にも感温部３を構成する温度依存性を有する電気特性を備えた各種電子部品を用いて、当該電気特性の変化に応じて、適宜、液濡れセンサー１と接続される電気回路の通電を制御することができる。
【００４０】
［第１のスイッチ素子］
次いで、液濡れセンサー１を用いて形成されたスイッチ素子３０について説明する。図７は、スイッチ素子３０の分解斜視図である。スイッチ素子３０は、外部回路の通電経路上に配設されることにより当該外部回路の導通を遮断するものであり、液濡れセンサー１を内蔵することで、水没やバッテリ液漏れ等の水濡れ状態を検知することにより、適宜通電経路の遮断を行うものである。また、スイッチ素子３０は、外部回路が形成された回路基板上にリフロー等により実装可能に形成されている。
【００４１】
スイッチ素子３０は、外部回路に接続されるヒューズエレメント３１と、発熱抵抗体３２と、液濡れセンサー１を構成する反応部２及び感温部３とを備える。また、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１や発熱抵抗体３２、感温部３が設けられる絶縁基板３３と、絶縁基板３３上を覆うカバー部材３４により筐体が形成される。カバー部材３４には、反応部２に液体を導く導入口３６が形成されている。以下、液漏れセンサー１の感温部３としてサーミスタ３ａを用いた場合を例に説明する。
【００４２】
［絶縁基板］
絶縁基板３３は、例えば、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、例えば略方形状に形成されている。絶縁基板３３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。
【００４３】
絶縁基板３３の相対向する両端部には、第１、第２の電極３８，３９が形成されている。第１、第２の電極３８，３９は、それぞれ、ＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成されている。また、第１、第２の電極３８，３９は、絶縁基板３３の表面３３ａより、図示しないキャスタレーションを介して裏面３３ｂに形成された第１、第２の外部接続電極３８ａ，３９ａと連続されている。スイッチ素子３０は、裏面３３ｂに形成された第１、第２の外部接続電極３８ａ，３９ａが、スイッチ素子３０が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、ヒューズエレメント３１が回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。
【００４４】
また、絶縁基板３３には、例えば生石灰が配設、保持されることにより反応部２が形成される。また、絶縁基板３３は、反応部２にサーミスタ３が重畳配置されることにより液濡れセンサー１が構成されている。
【００４５】
［発熱抵抗体］
発熱抵抗体３２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、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。発熱抵抗体３２は、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絶縁基板３３上に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ことができる。
【００４６】
発熱抵抗体３２は、ヒューズエレメント３１が重畳され、通電によって発熱するとヒューズエレメント３１を溶断する。発熱抵抗体３２は、一端がサーミスタ３ａと接続されることにより、常時、通電及び発熱が規制されている。そして、発熱抵抗体３２は、サーミスタ３ａの電気抵抗値の低下により通電量が増加することにより発熱し、ヒューズエレメント３１を溶断することができる。また、発熱抵抗体３２は、ヒューズエレメント３１が重畳されることにより電気的、熱的に接続されている。
【００４７】
［ヒューズエレメント］
スイッチ素子３０は、第１の電極３８から第２の電極３９に跨ってヒューズエレメント３１が接続用ハンダ２８により接続されている。ヒューズエレメント３１は、通常使用時には第１、第２の電極３８，３９間を導通させ、スイッチ素子３０が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、ヒューズエレメント３１は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、あるいは発熱抵抗体３２の発熱により溶断し、第１、第２の電極３８，３９間を遮断する。
【００４８】
ヒューズエレメント３１は、所定の定格電流値を有し、発熱抵抗体３２の発熱や定格電流値を超える電流が通電されると自己発熱により速やかに溶断する。ヒューズエレメント３１は、ニッケル、錫、鉛から選択されるいずれか１種を主成分とすることが好ましい。なお、本明細書において、主成分とは、材料全質量を基準として、５０ｗｔ％以上である成分をいう。
【００４９】
また、ヒューズエレメント３１は、低融点金属層４１と高融点金属層４２とを積層させた積層構造を有していてもよい。低融点金属としては、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、スイッチ素子３０をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属層の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、ヒューズエレメント３１として溶断するに至らない。
【００５０】
図８に示すように、ヒューズエレメント３１は、内層を低融点金属とし、外層を高融点金属としてもよい。内層の低融点金属層４１の全表面を外層の高融点金属層４２で被覆した可溶導体を用いることにより、リフロー温度よりも融点の低い低融点金属を用いた場合でも、リフロー実装時に、内層の低融点金属の外部への流出を抑制することができる。また、溶断時も、内層の低融点金属が溶融することにより、外層の高融点金属を溶食（ハンダ食われ）し、速やかに溶断することができる。
【００５１】
サーミスタ３ａは、一端が発熱抵抗体３２と接続され、他端が第１の発熱体電極４３と接続されている。第１の発熱体電極４３は、絶縁基板３３の表面３３ａ上に形成され、キャスタレーションを介して絶縁基板３３の裏面３３ｂに形成された第１の発熱体給電電極（図示せず）と連続されている。そして、サーミスタ３ａは、高い電気抵抗によって発熱抵抗体３２への通電を規制している。
【００５２】
そして、スイッチ素子３０は、反応部２が液体と接触することにより発熱すると、サーミスタ３ａの電気抵抗値が低下することにより、発熱抵抗体３２への通電量を増加させ、発熱抵抗体３２の発熱によってヒューズエレメント３１を溶断する。これにより、スイッチ素子３０は、外部回路の通電経路を遮断することができる。
【００５３】
また、上述したように、液濡れセンサー１は、反応部２とサーミスタ３ａとが重畳して配置されている。これにより反応部２とサーミスタ３ａとが熱的に密接に接続され、反応部２が発熱することにより、速やかにサーミスタ３ａの電気抵抗値を低下させることができる。
【００５４】
［カバー部材］
また、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１が設けられた絶縁基板３３の表面３３ａ上に、内部を保護するとともに溶融したヒューズエレメント３１の飛散を防止するカバー部材３４が取り付けられている。カバー部材３４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。カバー部材３４は、絶縁基板３３の表面３３ａ上に絶縁性接着剤によって接続され、これにより、ヒューズエレメント３１を覆う。
【００５５】
また、カバー部材３４は、絶縁基板３３に設けられた反応部２に液体を導入する導入口３６が形成されている。
【００５６】
このようなスイッチ素子３０は、図９（Ａ）に示すような回路構成を有する。すなわち、スイッチ素子３０は、第１、第２の電極３８，３９間にわたって直列接続されたヒューズエレメント３１と、ヒューズエレメント３１の接続点を介して通電して発熱させることによってヒューズエレメント３１を溶融する発熱抵抗体３２とからなる回路構成である。また、スイッチ素子３０は、第１の発熱体電極４３、感温部３（サーミスタ３ａ）、発熱抵抗体３２、及びヒューズエレメント３１に至る発熱抵抗体３２への通電経路が形成される。また、スイッチ素子３０は、第１、第２の電極３８，３９が電源回路等の外部回路の開放端に接続されることで、ヒューズエレメント３１が当該外部回路の通電経路上に組み込まれる。
【００５７】
スイッチ素子３０は、図１０に示すように、例えば上述したリチウムイオン二次電池のバッテリパック１０内の回路に組み込んで用いることができる。スイッチ素子３０は、第１の発熱体電極４３が発熱抵抗体３２に通電させるバッテリスタック１５の一方の開放端と接続されるとともに、サーミスタ３ａによって発熱抵抗体３２への通電が規制されている。また、スイッチ素子３０は、第１の電極３８がバッテリスタック１５の他方の開放端側に接続され、第２の電極３９がバッテリパック１０の正極端子１０ａ側に接続されることで、ヒューズエレメント３１が当該外部回路の通電経路上に組み込まれる。
【００５８】
そして、スイッチ素子３０は、カバー部材３４に設けられた導入口３６より液体が浸入し、反応部２が液体と接触することにより発熱すると、サーミスタ３ａの電気抵抗値が低下することにより、バッテリスタック１５から通電され、発熱抵抗体３２を発熱させることができる。これにより、スイッチ素子３０は、バッテリパック１０の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント３１が溶融され、ヒューズエレメント３１の溶融導体が、濡れ性の高い発熱体引出電極２１及び第１、第２の電極３８，３９に引き寄せられることによりヒューズエレメント３１が溶断される。したがって、図９（Ｂ）に示すように、スイッチ素子３０は、バッテリスタック１５の充放電経路を遮断することができる。
【００５９】
ここで、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１が発熱抵抗体３２と接続されることにより、発熱抵抗体３２への通電経路の一部を構成する。したがって、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１が溶融し、外部回路との接続が遮断されると、発熱抵抗体３２への通電経路も遮断されるため、発熱を停止させることができる。
【００６０】
［撥水処理］
なお、スイッチ素子３０は、図７に示すように、反応部２以外の場所、又は反応部２及びその近傍以外の場所に、撥水処理部３５を設けてもよい。例えばスイッチ素子３０は、反応部２、発熱抵抗体３２、第１、第２の電極３８，３９、第１の発熱体電極４３、サーミスタ３ａを除く絶縁基板３３の表面３３ａの露出領域に、撥水処理部３５が設けられる。
【００６１】
撥水処理部３５は、例えばフッ素系コーティング剤の塗布、ソルダーペーストコーティング等、公知の手法により形成することができる。
【００６２】
これにより、スイッチ素子３０は、絶縁基板３３上の液体を非撥水領域である反応部２に導くことができ、サーミスタ３ａの加熱を促進してヒューズエレメント３１の溶断を促進させることができる。
【００６３】
［ＦＥＴスイッチング］
また、スイッチ素子３０は、図１１に示すように、感温部３（サーミスタ３ａ）をバッテリスタック１５とＦＥＴ等の電流制御素子１２との間に接続し、発熱抵抗体３２の一端を電流制御素子１２と接続してもよい。この場合、サーミスタ３ａは、一端が第３の外部接続電極４４を介してバッテリスタック１５の開放端と接続されるとともに、他端が第４の外部接続電極４５を介して電流制御素子１２と接続されている。そして、スイッチ素子３０は、常時サーミスタ３ａの高抵抗により、バッテリスタック１５から電流制御素子１２への通電を規制している。また、発熱抵抗体３２は、一端を第１の発熱体電極４３を介して電流制御素子１２と接続され、バッテリスタック１５からの通電が規制されている。
【００６４】
そして、スイッチ素子３０は、バッテリセルの液漏れや水没等の液濡れ状態が発生するとカバー部材３４に設けられた導入口３６より液体が浸入し、反応部２が液体と接触することにより発熱する。これにより、サーミスタ３ａの電気抵抗値が低下することにより、バッテリスタック１５から電流制御素子１２へ通電される。電流制御素子１２は、発熱抵抗体３２にバッテリスタック１５の電力が供給されるように切り替えられ、これにより、スイッチ素子３０は、発熱抵抗体２４が通電、発熱され、バッテリパック１０の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント３１が溶断され、バッテリパック１０の電流経路を遮断することができる。また、ヒューズエレメント３１が溶断することにより、発熱抵抗体３２への給電も停止される。
［絶縁層／発熱体引出電極］
【００６５】
なお、図１２に示すように、スイッチ素子３０は、発熱抵抗体３２を覆うように絶縁層５０を設けるとともに、この絶縁層５０を介して発熱抵抗体３２に対向するように発熱体引出電極５１を形成してもよい。発熱体引出電極５１はヒューズエレメント３１が重畳されることにより接続され、これにより発熱抵抗体３２は、絶縁層５０及び発熱体引出電極５１を介してヒューズエレメント３１と重畳される。絶縁層５０は、発熱抵抗体３２の保護及び絶縁を図るとともに、発熱抵抗体３２の熱を効率よくヒューズエレメント３１へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。なお、スイッチ素子３０は、発熱抵抗体３２の熱を効率良くヒューズエレメント３１に伝えるために、発熱抵抗体３２と絶縁基板３３の間にも絶縁層５０を積層しても良い。
【００６６】
この場合、発熱抵抗体３２は、一端が発熱体引出電極５１と接続され、他端がサーミスタ３ａを介して第１の発熱体電極４３と接続されている。発熱体引出電極５１は、絶縁基板３３の表面３３ａ上に形成されるとともに発熱抵抗体３２と接続された下層部５１ａと、発熱抵抗体３２と対向して絶縁層５０上に積層されるとともにヒューズエレメント３１と接続される上層部５１ｂとを有する。これにより、発熱抵抗体３２は、発熱体引出電極５１を介してヒューズエレメント３１と電気的に接続されている。また、発熱抵抗体３２は、絶縁層５０及び発熱体引出電極５１を介してヒューズエレメント３１と熱的に接続されている。なお、発熱体引出電極５１は、絶縁層５０を介して発熱抵抗体３２に対向配置されることにより熱せられ、ヒューズエレメント３１を溶融させるとともに、溶融導体を凝集しやすくすることができる。
【００６７】
また、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１が発熱体引出電極５１と接続されることにより、発熱抵抗体３２への通電経路の一部を構成する。したがって、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１が溶融し、外部回路との接続が遮断されると、発熱抵抗体３２への通電経路も遮断されるため、発熱を停止させることができる。
【００６８】
［通電経路／給電経路］
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、ヒューズエレメント３１の通電経路と、発熱抵抗体３２への給電経路を分けてもよい。例えば、図１３に示すスイッチ素子３０は、発熱抵抗体３２が絶縁層５０を介してヒューズエレメント３１と重畳されることで、電気的にはヒューズエレメント３１と独立し、熱的に接続される。また、発熱抵抗体３２は、一端がサーミスタ３ａと接続され、他端が第２の発熱体電極５２と接続されている。第２の発熱体電極５２は、絶縁基板３３の表面３３ａ上に形成され、キャスタレーションを介して絶縁基板３３の裏面３３ｂに形成された第２の発熱体給電電極（図示せず）と連続されている。
【００６９】
なお、図１３に示すスイッチ素子３０は、発熱抵抗体３２を、第１、第２の電極３８，３９が形成された絶縁基板３３の表面３３ａと反対側の裏面３３ｂに形成してもよく、あるいは、絶縁基板３３の表面３３ａにヒューズエレメント３１やサーミスタ３ａと隣接して形成してもよい。また、スイッチ素子３０は、発熱抵抗体３２を、絶縁基板３３の内部に形成してもよい。
【００７０】
このようなスイッチ素子３０は、図１４に示すように、第１の発熱体電極４３、感温部３（サーミスタ３ａ）、発熱抵抗体３２、第２の発熱体電極５２に至る発熱抵抗体３２への給電経路５３が形成される。この発熱抵抗体３２の給電経路５３は、第１、第２の発熱体電極４３，５２が給電回路に接続されるとともに、サーミスタ３ａによって通電が規制されている。また、スイッチ素子３０は、第１、第２の電極３８，３９間にわたってヒューズエレメント３１の通電経路５４が形成される。この通電経路５４は、第１、第２の電極３８，３９が外部回路の開放端に接続されることで、当該外部回路の通電経路上に組み込まれる。
【００７１】
そして、スイッチ素子３０は、反応部２が液体と接触することにより発熱すると、サーミスタ３ａの電気抵抗値が低下することにより、給電経路５３を通電させ、発熱抵抗体３２を発熱させることができる。これにより、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１が発熱抵抗体３２の熱で溶断し、外部回路を遮断することができる。
【００７２】
また、スイッチ素子３０は、図１５に示すように、発熱抵抗体３２への給電経路３１とヒューズエレメント３１の通電経路３２とを並列させてもよい。図１５に示す構成においても、スイッチ素子３０は、反応部２が液体と接触することにより発熱すると、サーミスタ３ａの電気抵抗値が低下することにより、給電経路３１を通電させ、発熱抵抗体３２を発熱させることができる。これにより、スイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１が発熱抵抗体３２の熱で溶断し、外部回路を遮断することができる。
【００７３】
なお、上述した第１、第２の電極３８，３９、発熱体引出電極５１及び第１、第２の発熱体電極４３，５２は、例えばＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成され、適宜、表面にＳｎメッキ、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の保護層が形成されていることが好ましい。これにより、表面の酸化を防止するとともに、ヒューズエレメント３１の接続用ハンダ２８等の接続材料による第１、第２の電極３８，３９、発熱体引出電極５１及び第１、第２の発熱体電極４３，５２の浸食を抑制することができる。
【００７４】
［筐体］
次いで、液濡れセンサー１及びスイッチ素子３０の筐体について説明する。以下では、スイッチ素子３０の筐体について説明するが、液濡れセンサー１についても同様の構成を有することができる。上述したように、スイッチ素子３０は、絶縁基板３３と、絶縁基板３３上に接続されたカバー部材３４によって筐体が構成されている。スイッチ素子３０は、カバー部材３４を設けることにより、ヒューズエレメント３１、反応部２及び感温部３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、ヒューズエレメント３１が自己発熱により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。
【００７５】
カバー部材３４には、反応部２に液体を導く導入口３６が設けられている。スイッチ素子３０は、カバー部材３４に設けられた導入口３６を介して液体が反応部２へ流入することにより、ヒューズエレメント３１を不可逆的に遮断させる。
【００７６】
カバー部材３４は、例えば図１６（Ａ）に示すように、多面体からなり、一の面に、一の導入口３６が設けられている。スイッチ素子３０は、外部回路が形成された回路基板に実装されるチップ部品として形成された場合、筐体の実装面と反対側のカバー部材３４の天面３４ａに導入口３６が設けられることが好ましい。天面３４ａに導入口３６が設けられることにより、水濡れ状態になると効率的に液体を筐体内に取り込むとともに反応部２に保持し、ヒューズエレメント３１を遮断させることができる。もちろんカバー部材３４は、天面３４ａ以外の面、例えば側面３４ｂに導入口３６を形成してもよい。また、カバー部材３４は、図１６（Ｂ）に示すように、天面３４ａに複数の導入口３６を形成してもよく、あるいは側面３４ｂに複数の導入口３６を形成してもよい。カバー部材３４は、複数の導入口３６を設けることにより、より液体を反応部２に導入しやすくすることができる。
【００７７】
また、カバー部材３４は、例えば図１６（Ｃ）に示すように、多面体からなり、複数の面、例えば天面３４ａと側面３４ｂに導入口３６を設けてもよい。また、カバー部材３４は、図１６（Ｄ）に示すように、複数の面にそれぞれ一又は複数の導入口３６を形成してもよい。
【００７８】
また、スイッチ素子３０は、カバー部材３４を筒状に形成し、導入口３６を任意の位置に、任意の個数だけ形成してもよい。図１７はカバー部材３４を円筒状に形成し、全周にわたって複数の導入口３６を形成したスイッチ素子３０の外観斜視図である。カバー部材３４は、中空の多角柱状に形成してもよい。カバー部材３４を中空の円柱状、角柱状に形成することにより、スイッチ素子３０の配置に応じた面や角度、液体の浸入経路等に左右されずに導入口３６を形成することができる。
【００７９】
なお、図１７に示すスイッチ素子３０は、ヒューズエレメント３１に通電するための第１の外部接続電極３８ａ及び第２の外部接続電極３９ａと、第１の発熱体電極４３と接続された第１の発熱体給電電極４３ａがカバー部材３４の外周面より突出して形成されている。
【００８０】
また、カバー部材３４は、導入口３６より浸入した液体を排出する排出口を形成してもよい。図１８は、多面体からなるカバー部材３４の天面３４ａに導入口３６を形成するとともに、側面３４ｂに液体を排出する排出口３７を形成したスイッチ素子３０を示す外観斜視図である。排出口３７を形成することにより、液体が多量にスイッチ素子３０内に浸入することによって反応部２及び感温部３が冷却され、サーミスタ３ａの抵抗値の低下が阻害される等、感温部３の電気特性の変化が阻害されて、ヒューズエレメント３１の溶断作用が遅れる等の事態を防止することができる。
【００８１】
なお、排出口３７は、導入口３６よりも小さく形成されることが好ましい。排出口３７を相対的に小さくすることで、スイッチ素子３０内に浸入した液体が過剰に排出され、却って反応部２の発熱作用や、ヒューズエレメント３１の溶断が遅延することを防止することができる。
【００８２】
また、排出口３７は、反応部２が設けられた位置と同じ高さ、又は反応部２が設けられた位置よりも上方に設けられていることが好ましい。例えば、図１９に示すように、カバー部材３４を多面形状に形成するとともに、回路基板に実装されるチップ部品として形成された場合、排出口３７は、カバー部材３４の側面３４ｂの反応部２が設けられた位置と同じ高さ又は上方に設けられることが好ましい。これにより、スイッチ素子３０内に浸入した液体は、反応部２より上方に浸入した分が排水され、反応部２には残留するため、反応部２の作用を確保するとともに、スイッチ素子３０内に多量に浸入した液体によって反応部２及び感温部３が冷却され、反応部２の発熱作用や、ヒューズエレメント３１の溶断が遅延することを防止することができる。
【００８３】
なお、液体を導入する導入口３６及び液体を排出する排出口３７は、円形、矩形等、その形状は問わない。また、導入口３６及び排出口３７は、図２０に示すように、スリット状に形成してもよい。導入口３６をスリット状に形成することにより、より広範に液体を導入させ、速やかに反応部２を反応させてヒューズエレメント３１を溶断させることができる。また、排出口３７をスリット状に形成することにより、スイッチ素子３０内に浸入した余剰の液体を速やかに排水することができ、反応部２の発熱作用やヒューズエレメント３１の溶断の進行が遅延することを防止することができる。
【００８４】
また、カバー部材３４は、天面３４ａにスリット状の導入口３６を設けるとともに、反応部２へ液体を導く導入溝４０を設けてもよい。図２１（Ａ）（Ｂ）に示すように、導入溝４０は、溝壁４０ａが天面３４ａに形成された導入口３６から反応部２の近傍まで延在される。これにより、スイッチ素子３０は、導入口３６に浸入した液体が反応部２以外の場所に流入することなく、確実に反応部２へ導くことができる。また、スイッチ素子３０は、導入口３６に浸入した液体が筐体内に散逸し、反応部２の発熱作用やヒューズエレメント３１の溶断の進行が遅延することを防止することができる。
【００８５】
また、カバー部材３４は、図２１（Ｂ）に示すように、導入溝４０を側面３４ｂまで延ばし、側面３４ｂに形成された排出口３７と連続させてもよい。これにより、スイッチ素子３０は、導入口３６から浸入した液体を効率よく反応部２に導くとともに、過剰な液体を効率よく排出口３７から排水することができる。
【００８６】
なお、図２２（Ａ）（Ｂ）に示すように、導入溝４０は、複数形成してもよい。導入溝４０を複数形成することにより、反応部２の全幅にわたって液体を導くことができる。
【００８７】
また、図２３に示すように、導入溝４０は、天面３４ａに臨む導入口３６の開口部から反応部２が設けられた内部にかけて漸次狭小化させてもよい。導入溝４０を反応部２に近づくにつれて狭小化することにより、導入口３６の開口部から浸入した液体を、毛細管現象によって効率よく反応部２に導くことができる。
【００８８】
また、スイッチ素子３０は、反応部２以外の場所に撥水処理を施し、液体を反応部２に誘導してもよい。例えば図２４に示すように、スイッチ素子３０は、導入口３６、又は導入口３６及び導入溝４０の溝壁４０ａに撥水処理が施された撥水処理部４６を形成してもよい。撥水処理部４６は、例えばフッ素系コーティング剤の塗布、ソルダーペーストコーティング等、公知の手法により形成することができる。
【００８９】
これによりスイッチ素子３０は、導入口３６より浸入した液体を効率よく反応部２に導くことができる。また、導入口３６や導入溝４０に撥水処理を施すことにより、スイッチ素子３０を作動させるべき水濡れ状態以外では、少量の液体を弾いてスイッチ素子３０内に浸入させないことから、誤作動を防止し、センサー又はスイッチとしての信頼性を確保することもできる。
【００９０】
また、スイッチ素子３０は、カバー部材３４の内壁に撥水処理を施してもよい。カバー部材３４の内壁に撥水処理を施すことによっても、スイッチ素子３０内に浸入した液体を効率良く反応部２に導き、速やかに反応部２を作用させることができる。
【００９１】
また、スイッチ素子３０は、図２５に示すように、導入口３６を液体で溶解する水溶性封止材４７で形成されたシート体を天面３４ａに貼付することにより閉塞してもよい。また、スイッチ素子３０は、図２６に示すように、導入溝４０を液体で溶解する水溶性封止材４７で閉塞してもよい。水溶性封止材４７としては、例えば、寒天，ゼラチンなどの天然ポリマー、セルロース，でんぷんなどの半合成ポリマー、ポリビニルアルコールなどの合成ポリマー等が挙げられる。これらは、液体と接触することにより収縮あるいは溶解する。なお、高分子量になると溶解せず膨張する性質が強くなるため、重合度を調整して用いることが好ましい。また、液溶性材料として角砂糖のような水溶性の固形物を用いた場合、液体と接触することにより溶解、あるいは体積が減少する。
【００９２】
また、液体としてバッテリセルに充填されたエチレンカーボネート等の電解液を想定し、電解液漏れに対応して作動するスイッチ素子の場合、水溶性封止材４７の材料としては、ＡＢＳ、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、あるいはＰＥＴ、ＰＴＴ、ＰＥＮ等の飽和ポリエステルなどを用いることができる。これらの水溶性材料も、高分子量になると溶解速度が落ち、スイッチ素子３０として反応速度が低下する場合もあるため、反応速度を優先する場合は、重合度を調整して用いることが好ましい。
【００９３】
導入口３６や導入溝４０を水溶性封止材４７で閉塞することにより、スイッチ素子３０を作動させるべき水濡れ状態以外では、少量の液体を弾いてスイッチ素子３０内に浸入させないことから、誤作動を防止し、センサー又はスイッチとしての信頼性を確保することもできる。
【００９４】
[第２のスイッチ素子]
次いで、第２のスイッチ素子について説明する。なお、以下の説明において、上述した液濡れセンサー１及びスイッチ素子３０と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。図２７は、スイッチ素子６０の分解斜視図である。スイッチ素子６０は、外部回路の通電経路上に配設されることにより当該外部回路の導通を遮断するものである。スイッチ素子６０は、外部回路に接続されるヒューズエレメント６１と、液体に触れることで発熱する反応部２とを備え、反応部２の発熱によってヒューズエレメント６１を溶断する。
【００９５】
また、スイッチ素子６０は、ヒューズエレメント６１及び反応部２が設けられる絶縁基板３３と、絶縁基板３３上を覆うカバー部材３４により筐体が形成される。カバー部材３４には、反応部２に液体を導く導入口３６が形成されている。絶縁基板３３の相対向する両端部には、第１、第２の電極３８，３９が形成されている。スイッチ素子６０は、第１、第２の電極３８，３９と連続する第１、第２の外部接続電極３８ａ，３９ａが、スイッチ素子６０が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、ヒューズエレメント６１が回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。
【００９６】
また、絶縁基板３３には、例えば生石灰が配設、保持されることにより反応部２が形成される。反応部２の近傍にはヒューズエレメント６１が配置されることにより、反応部２とヒューズエレメント６１とが熱的に接続されている。例えば反応部２は、ヒューズエレメント６１が重畳して配置されている。
【００９７】
［ヒューズエレメント］
スイッチ素子６０は、第１の電極３８から第２の電極３９に跨ってヒューズエレメント６１が接続用ハンダにより接続されている。ヒューズエレメント６１は、通常使用時には第１、第２の電極３８，３９間を導通させ、スイッチ素子６０が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、ヒューズエレメント６１は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、あるいは反応部２の発熱により溶断し、第１、第２の電極３８，３９間を遮断する。
【００９８】
ヒューズエレメント６１は、所定の定格電流値を有し、反応部２の発熱や定格電流値を超える電流が通電されると自己発熱により速やかに溶断する。ヒューズエレメント６１は、ニッケル、錫、鉛から選択されるいずれか１種を主成分とすることが好ましい。なお、ヒューズエレメント６１は、上述したヒューズエレメント３１と同様に、低融点金属層４１と高融点金属層４２とを積層させた積層構造を有していてもよい。
【００９９】
このようなスイッチ素子６０は、図２８（Ａ）に示すような回路構成を有する。すなわち、スイッチ素子６０は、第１、第２の電極３８，３９間にわたって直列接続されたヒューズエレメント６１と、液濡れにより発熱することによってヒューズエレメント６１を溶融する反応部２とからなる回路構成である。また、スイッチ素子６０は、第１、第２の電極３８，３９が電源回路等の外部の電気回路４の開放端に接続されることで、ヒューズエレメント６１が当該電気回路４の通電経路上に組み込まれ、定格電流を流し、電気回路４を通電させている。
【０１００】
そして、スイッチ素子６０は、ヒューズエレメント６１に定格を超える電流が流れた場合には自己発熱（ジュール熱）により、また、スイッチ素子６０の内部に液体が浸入した場合には反応部２の発熱により、ヒューズエレメント６１が溶断し、電気回路４を遮断する（図２８（Ｂ））。
【０１０１】
スイッチ素子６０は、図２９に示すように、例えば上述したリチウムイオン二次電池のバッテリパック１０内の回路に組み込んで用いることができる。スイッチ素子６０は、第１の電極３８がバッテリスタック１５の他方の開放端側に接続され、第２の電極３９がバッテリパック１０の正極端子１０ａ側に接続されることで、ヒューズエレメント６１が当該外部回路の通電経路上に組み込まれる。
【０１０２】
そして、スイッチ素子６０は、カバー部材３４に設けられた導入口３６より液体が浸入し、反応部２が液体と接触することにより発熱すると、バッテリパック１０の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント６１が溶融され、ヒューズエレメント６１の溶融導体が、濡れ性の高い第１、第２の電極３８，３９に引き寄せられることによりヒューズエレメント６１が溶断される。したがって、図２８（Ｂ）に示すように、スイッチ素子６０は、バッテリスタック１５の充放電経路を遮断することができる。
【０１０３】
［撥水処理］
なお、図２７に示すように、スイッチ素子６０は、上述したスイッチ素子３０と同様に、反応部２以外の場所、又は反応部２及びその近傍以外の場所に、撥水処理部３５を設けてもよい。例えばスイッチ素子６０は、反応部２、第１、第２の電極３８，３９を除く絶縁基板３３の表面３３ａの露出領域に、撥水処理部３５が設けられる。
【０１０４】
これにより、スイッチ素子６０は、絶縁基板３３上の液体を非撥水領域である反応部２に導くことができ、ヒューズエレメント６１の加熱を促進して溶断を促進させることができる。
【０１０５】
なお、スイッチ素子６０においても、上述したスイッチ素子３０と同様に、筐体を構成するカバー部材３４は、多面体からなり、一の面に、一の導入口３６が設けられている（図１６（Ａ）参照）。また、カバー部材３４は、天面３４ａに複数の導入口３６を形成してもよく（図１６（Ｂ）参照）、あるいは側面３４ｂに複数の導入口３６を形成してもよい。また、カバー部材３４は、複数の面、例えば天面３４ａと側面３４ｂに導入口３６を設けてもよい（図１６（Ｃ）参照）。また、カバー部材３４は、複数の面にそれぞれ一又は複数の導入口３６を形成してもよい（図１６（Ｄ）参照）。
【０１０６】
また、スイッチ素子６０は、スイッチ素子３０と同様に、カバー部材３４を筒状に形成し、導入口３６を任意の位置に、任意の個数だけ形成してもよい（図１７参照）。
【０１０７】
また、スイッチ素子６０は、スイッチ素子３０と同様に、カバー部材３４に導入口３６より浸入した液体を排出する排出口３７を形成してもよい（図１８参照）。また、排出口３７は、反応部２が設けられた位置と同じ高さ、又は反応部２が設けられた位置よりも上方に設けられていることが好ましい（図１９参照）。なお、液体を導入する導入口３６及び液体を排出する排出口３７は、円形、矩形等、その形状は問わない。また、導入口３６及び排出口３７はスリット状に形成してもよい（図２０参照）。
【０１０８】
また、スイッチ素子６０は、スイッチ素子３０と同様に、カバー部材３４の天面３４ａにスリット状の導入口３６を設けるとともに、反応部２へ液体を導く導入溝４０を設けてもよい（図２１（Ａ）（Ｂ）参照）。
【０１０９】
なお、導入溝４０は、複数形成してもよい（図２２（Ａ）（Ｂ）参照）。また、導入溝４０は、天面３４ａに臨む導入口３６の開口部から反応部２が設けられた内部にかけて漸次狭小化させてもよい（図２３参照）。導入溝４０を反応部２に近づくにつれて狭小化することにより、導入口３６の開口部から浸入した液体を、毛細管現象によって効率よく反応部２に導くことができる。
【０１１０】
また、スイッチ素子６０は、スイッチ素子３０と同様に、反応部２以外の場所に撥水処理を施し、液体を反応部２に誘導してもよい（図２４参照）。スイッチ素子６０は、導入口３６、又は導入口３６及び導入溝４０の溝壁４０ａに撥水処理が施された撥水処理部４６を形成してもよい。撥水処理部４６は、例えばフッ素系コーティング剤の塗布、ソルダーペーストコーティング等、公知の手法により形成することができる。
【０１１１】
これによりスイッチ素子６０は、導入口３６より浸入した液体を効率よく反応部２に導くことができる。また、導入口３６や導入溝４０に撥水処理を施すことにより、スイッチ素子６０を作動させるべき水濡れ状態以外では、少量の液体を弾いてスイッチ素子６０内に浸入させないことから、誤作動を防止し、センサー又はスイッチとしての信頼性を確保することもできる。
【０１１２】
また、スイッチ素子６０は、スイッチ素子３０と同様に、カバー部材３４の内壁に撥水処理を施してもよい。カバー部材３４の内壁に撥水処理を施すことによっても、スイッチ素子６０内に浸入した液体を効率良く反応部２に導き、速やかに反応部２を作用させることができる。
【０１１３】
また、スイッチ素子６０は、スイッチ素子３０と同様に、導入口３６を液体で溶解する水溶性封止材４７で形成されたシート体を天面３４ａに貼付することにより閉塞してもよい（図２５参照）。また、スイッチ素子６０は、スイッチ素子３０と同様に、導入溝４０を液体で溶解する水溶性封止材４７で閉塞してもよい（図２６参照）。
【０１１４】
導入口３６や導入溝４０を水溶性封止材４７で閉塞することにより、スイッチ素子６０を作動させるべき水濡れ状態以外では、少量の液体を弾いてスイッチ素子６０内に浸入させないことから、誤作動を防止し、センサー又はスイッチとしての信頼性を確保することもできる。
【符号の説明】
【０１１５】
１  液濡れセンサー、２  反応部、３  サーミスタ、４  電気回路、５  絶縁基板、６  第１の外部接続電極、７  第２の外部接続電極、８  カバー部材、９  導入口、１０  バッテリパック、１１  保護素子、１２  電流制御素子、１３  充電装置、１５  バッテリスタック、１６  充放電制御回路、１７  電流制御素子、１８  電流制御素子、１９  制御部、２０  ヒューズエレメント、２１  発熱体引出電極、２２  第１の電極、２３  第２の電極、２４  発熱抵抗体、２５  発熱体給電電極、２６  絶縁基板、２７  ガラス層、２８  接続用ハンダ、３０  スイッチ素子、３１  ヒューズエレメント、３２  発熱抵抗体、３３  絶縁基板、３４  カバー部材、３５  撥水処理部、３６  導入口、３７  排出口、３８  第１の電極、３９  第２の電極、４０  導入溝、４１  低融点金属層、４２  高融点金属層、４３  第１の発熱体電極、４４  第３の外部接続電極、４５  第４の外部接続電極、４６  撥水処理部、４７  水溶性封止材、５０  絶縁層、５１  発熱体引出電極、５２  第２の発熱体電極、５３  給電経路、５４  通電経路、６０  スイッチ素子、６１  ヒューズエレメント
【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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【図３０】
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