(57)【要約】電流遮断素子は、イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層２１；イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層２３；及び、イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層２２が、この順に積層されて成り、第１電極層２１と第２電極層２２との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１電極層２１と第２電極層２２との間の電流の流れが遮断される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成り、
第１電極層と第２電極層との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１電極層と第２電極層との間の電流の流れが遮断される電流遮断素子。
【請求項２】
イオン伝導層は固体層から成る請求項１に記載の電流遮断素子。
【請求項３】
イオンはリチウムイオンであり、
第１電極層は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２電極層は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
イオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層から成る請求項１に記載の電流遮断素子。
【請求項４】
イオンはフッ化物イオンであり、
第１電極層は、金属フッ化物を含み、
第２電極層は、金属フッ化物を含み、
イオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層から成る請求項１に記載の電流遮断素子。
【請求項５】
第１電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第２電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている請求項１に記載の電流遮断素子。
【請求項６】
第１電極層と第２電極層との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオードを更に備えている請求項１に記載の電流遮断素子。
【請求項７】
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えた電流遮断素子組立体であって、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されており、
第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流が流されることで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１Ａ電極層と第２Ａ電極層との間の電流の流れが遮断される電流遮断素子組立体。
【請求項８】
第１Ａ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている請求項７に記載の電流遮断素子組立体。
【請求項９】
イオンはリチウムイオンであり、
第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層から成る請求項７に記載の記載の電流遮断素子組立体。
【請求項１０】
イオンはフッ化物イオンであり、
第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、フッ化物を含み、
第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、フッ化物を含み、
第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層から成る請求項７に記載の電流遮断素子組立体。
【請求項１１】
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成る電流遮断素子を搭載した製品であって、
製品における電流に基づき第１電極層と第２電極層との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流が遮断される、電流遮断素子を搭載した製品。
【請求項１２】
カレントミラー回路又は電流比例回路が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流参照側回路は、製品に組み込まれており、
第１電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第２電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている請求項１１に記載の電流遮断素子を搭載した製品。
【請求項１３】
第１電極層と第２電極層との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオードを更に備えている請求項１１に記載の電流遮断素子を搭載した製品。
【請求項１４】
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えており、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されている電流遮断素子組立体を搭載した製品であって、
製品における電流に基づき第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流が流されることで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流が遮断される、電流遮断素子組立体を搭載した製品。
【請求項１５】
カレントミラー回路又は電流比例回路が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流参照側回路は、製品に組み込まれており、
第１Ａ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている請求項１４に記載の電流遮断素子組立体を搭載した製品。
【請求項１６】
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成る電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法であって、
製品における電流に基づき第１電極層と第２電極層との間に電流を流すことで、一方の電極層に保持されたイオンを他方の電極層へ移動させ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流を遮断する、電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法。
【請求項１７】
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えており、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されている電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法であって、
製品における電流に基づき第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流を流すことで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンを第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流を遮断する電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電流遮断素子、電流遮断素子組立体及びそれらを搭載した製品、並びに、それらを搭載した製品における電流制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流積算回路が、電子機器や電気機器（以下、これらを総称して、単に『電子機器等』と呼ぶ場合がある）のメンテナンス時期や、電子機器等に取り付けられた消耗部品や消耗品、交換部品（以下、『消耗部品等』と呼ぶ場合がある）の寿命や交換時期を推測するために、屡々、使用される。例えば、特開２００９−０７７６３４号公報には、刈り取り用の刃と、この刃を駆動するモーターとを有し、動作時にモーターへ流れる電流を積算し、電流の積算値に基づいて刃の寿命を推定する刈り取り機が開示されている。また、特開２００７−１５７４９８号公報には、蛍光ランプのフィラメントに流れる電流の時間積分値を元に蛍光ランプの寿命を診断する照明システムが開示されている。また、電子機器等のメンテナンス時期を推測する例として、例えば、特開昭６４−０８３２８９号公報には、負荷電流を積算することによって髭屑の溜り量に相当する情報を得る電気かみそりが開示されている。【０００３】
ところで、電流積算回路は、例えば、クランプメーター等の電磁結合を利用する方式の電流検出部と、電流検出部で得られた信号を増幅するアンプ部と、増幅された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路部と、デジタル値に変換された値を積算する演算部と、演算結果を記憶する記憶部とから構成されている。しかしながら、このような構成では部品点数が多くなり、製造コスト高となる。また、精度を高めようとすると量子化ビット数の高いＡ／Ｄ変換回路部を用いなければならず、これも製造コスト増を招く。従って、このような電流積算回路は、消耗部品等に搭載されることは稀であり、通常、電子機器等に搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０７７６３４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５７４９８号公報
【特許文献３】特開昭６４−０８３２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、電子機器等のメンテナンス時期を推測するための電流積算回路は、電子機器等に搭載することが好ましい。一方、消耗部品等の寿命や交換時期を推測するための電流積算回路は、消耗部品等に搭載することが好ましいが、製造コストの面から消耗部品等に搭載することは困難であり、電子機器等に搭載されることが多い。しかしながら、電子機器等に搭載する場合、以下に説明する２つの不都合が生じ得る。即ち、第１の不都合点は、消耗部品等を一度で使い切らない場合に生じる。もしも、電流積算回路の仕様が、消耗部品等の取り外し時や取り付け時に積算値がリセットされるような仕様である場合、使用途中の消耗部品等を電子機器等から取り外し、再度取り付けた場合、このような消耗部品等のそれまでの使用履歴が反映されないという問題が生じる。これを防ぐためには、消耗部品等が交換された時に、それが使用途中の消耗部品等であるかを判断する必要性があり、また、使用途中の消耗部品等である場合、それまでの使用履歴を得る必要性がある。そして、これを実現するには、例えば、消耗部品等１つ１つにシリアル番号を付与し、シリアル番号と共に電子機器等内で管理する方法等が考えられるが、このような方法はコスト増に直結する。第２の不都合点は、非正規の消耗部品等が使用されるリスクが高まることにある。非正規の消耗部品等それ自体には電流積算回路が搭載されておらず、寿命や交換時期に相当する情報を消耗部品等が保持していないことも問題である。【０００６】
従って、本開示の目的は、簡素な構造、構成を有し、安価に製造可能な電流遮断素子あるいは電流遮断素子組立体、電流遮断素子あるいは電流遮断素子組立体を搭載した製品、並びに、電流遮断素子あるいは電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本開示の電流遮断素子は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成り、
第１電極層と第２電極層との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１電極層と第２電極層との間の電流の流れが遮断される。【０００８】
尚、第１電極層からイオン伝導層を経由して第２電極層に電流が流される場合であって、移動するイオンが陽イオンである場合、陽イオンが枯渇する一方の電極層は第１電極層であり、陽イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２電極層である。一方、移動するイオンが陰イオンである場合、陰イオンが枯渇する一方の電極層は第２電極層であり、陰イオンの保持が飽和する他方の電極層は第１電極層である。また、第２電極層からイオン伝導層を経由して第１電極層に電流が流される場合であって、移動するイオンが陽イオンである場合、陽イオンが枯渇する一方の電極層は第２電極層であり、陽イオンの保持が飽和する他方の電極層は第１電極層である。一方、移動するイオンが陰イオンである場合、陰イオンが枯渇する一方の電極層は第１電極層であり、陰イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２電極層である。【０００９】
上記の目的を達成するための本開示の電流遮断素子組立体は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えた電流遮断素子組立体であって、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されており、
第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流が流されることで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１Ａ電極層と第２Ａ電極層との間の電流の流れが遮断される。【００１０】
尚、第１Ａ電極層から第２Ａ電極層、第２Ｂ電極層を経由して第１Ｂ電極層に電流が流される場合であって、移動するイオンが陽イオンである場合、陽イオンが枯渇する一方の電極層は第１Ａ電極層若しくは第２Ｂ電極層であり、陽イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２Ａ電極層若しくは第１Ｂ電極層である。一方、移動するイオンが陰イオンである場合、陰イオンが枯渇する一方の電極層は第２Ａ電極層若しくは第１Ｂ電極層であり、陰イオンの保持が飽和する他方の電極層は第１Ａ電極層若しくは第２Ｂ電極層である。また、第１Ｂ電極層から第２Ｂ電極層、第２Ａ電極層を経由して第１Ａ電極層に電流が流される場合であって、移動するイオンが陽イオンである場合、陽イオンが枯渇する一方の電極層は第２Ａ電極層若しくは第１Ｂ電極層であり、陽イオンの保持が飽和する他方の電極層は第１Ａ電極層若しくは第２Ｂ電極層である。一方、移動するイオンが陰イオンである場合、陰イオンが枯渇する一方の電極層は第１Ａ電極層若しくは第２Ｂ電極層であり、陰イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２Ａ電極層若しくは第１Ｂ電極層である。【００１１】
上記の目的を達成するための本開示の電流遮断素子を搭載した製品は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成る電流遮断素子を搭載した製品であって、
製品における電流に基づき第１電極層と第２電極層との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流が遮断される。【００１２】
上記の目的を達成するための本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えており、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されている電流遮断素子組立体を搭載した製品であって、
製品における電流に基づき第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流が流されることで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、（若しくは、第２電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第２電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させられ、第２電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第２電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、）製品を流れる電流が遮断される。【００１３】
上記の目的を達成するための本開示の電流遮断素子が搭載された製品における電流制御方法は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成る電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法であって、
製品における電流に基づき第１電極層と第２電極層との間に電流を流すことで、一方の電極層に保持されたイオンを他方の電極層へ移動させ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流を遮断する。【００１４】
上記の目的を達成するための本開示の電流遮断素子組立体が搭載された製品における電流制御方法は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えており、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されている電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法であって、
製品における電流に基づき第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流を流すことで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンを第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、（若しくは、第２電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンを第２電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させ、第２電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第２電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、）製品を流れる電流を遮断する。
【発明の効果】
【００１５】
本開示の電流遮断素子や本開示の電流遮断素子組立体は、あるいは又、本開示の電流遮断素子が搭載された製品や本開示の電流遮断素子組立体が搭載された製品、本開示の電流遮断素子が搭載された製品における電流制御方法、本開示の電流遮断素子組立体が搭載された製品における電流制御方法に用いられる電流遮断素子あるいは電流遮断素子組立体は、第１電極層、イオン伝導層及び第２電極層がこの順に積層されて成り、あるいは又、この順に積層されて成るユニットが２つ接続されて成るので、簡素な構造、構成であり、安価に製造が可能である。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の電流遮断素子の模式的な断面図、及び、実施例１の電流遮断素子が搭載された製品の概念図である。
【図２】図２は、実施例１の電流遮断素子において、入力される電流の積算量と出力される電圧との関係を模式的に示す図、及び、電流遮断素子の内部を流れる電流の値を模式的に示す図である。
【図３】図３は、カレントミラー回路の応用回路図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施例２の電流遮断素子組立体の模式的な断面図、及び、実施例２の電流遮断素子組立体が搭載された製品の概念図である。
【図５】図５は、実施例２の電流遮断素子組立体における電流の積算量と電流遮断素子組立体から出力される電圧との関係を模式的に示す図である。
【図６】図６は、カレントミラー回路の別の応用回路図である。
【図７】図７は、電流遮断素子や電流遮断素子組立体が製品に内蔵されている／いない、製品とは分離した状態／内蔵された状態の合計４つのケースの内の［タイプ１］のモデル図である。
【図８】図８は、電流遮断素子や電流遮断素子組立体が製品に内蔵されている／いない、製品とは分離した状態／内蔵された状態の合計４つのケースの内の［タイプ２］のモデル図である。
【図９】図９は、電流遮断素子や電流遮断素子組立体が製品に内蔵されている／いない、製品とは分離した状態／内蔵された状態の合計４つのケースの内の［タイプ３］のモデル図である。
【図１０】図１０は、電流遮断素子や電流遮断素子組立体が製品に内蔵されている／いない、製品とは分離した状態／内蔵された状態の合計４つのケースの内の［タイプ４］のモデル図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ、ブラシ部が交換式の消耗部品である電動歯ブラシの概念図及び回路図である。
【図１２】図１２は、回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅ  ＩＶを用いて行った［条件−１］及び［条件−２］での通電実験のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】図１３は、回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅ  ＩＶを用いて行った［条件−３］及び［条件−４］での通電実験のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】図１４は、回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅ  ＩＶを用いて行った［条件−５］及び［条件−６］での通電実験のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】図１５は、回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅ  ＩＶを用いて行った電流遮断素子における電位差のシミュレーション結果、及び、実際の電流遮断素子における電位差を示す図である。
【図１６】図１６は、実施例４において、［タイプ４］の例としてピエゾ方式のインクジェットプリンターに実施例１の電流遮断素子を適用した例における等価回路図である。
【図１７】図１７Ａ及び図１７Ｂは、それぞれ、実施例５における電源オンの積算時間が約２４時間に到達すると使用不可となるような応用例の等価回路図、及び、主回路の電源オン状態の積算時間と、電流遮断素子における電位差との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の電流遮断素子、本開示の電流遮断素子組立体、本開示の電流遮断素子を搭載した製品、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品、本開示の電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法、及び、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の電流遮断素子、本開示の電流遮断素子を搭載した製品、及び、本開示の本開示の電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法）
３．実施例２（本開示の電流遮断素子組立体、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品、及び、本開示の本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法）
４．実施例３（実施例１〜実施例２の変形）
５．実施例４（実施例１〜実施例２の別の変形）
６．実施例５（実施例１〜実施例２の更に別の変形）
７．その他
【００１８】
〈本開示の電流遮断素子、本開示の電流遮断素子組立体、本開示の電流遮断素子を搭載した製品、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品、本開示の電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法、及び、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法、全般に関する説明〉
本開示の電流遮断素子、本開示の電流遮断素子を搭載した製品における電流遮断素子、本開示の電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法において用いられる電流遮断素子を、総称して、以下、『本開示の第１の態様に係る電流遮断素子』と呼ぶ場合がある。また、本開示の電流遮断素子組立体を構成する電流遮断素子、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流遮断素子組立体を構成する電流遮断素子、本開示の電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法において用いられる電流遮断素子組立体を構成する電流遮断素子を、総称して、以下、『本開示の第２の態様に係る電流遮断素子』と呼ぶ場合がある。また、電極層に保持されたイオンが「枯渇」するといった現象は、容量割合でイオンが１％未満の状態にある現象を指し、電極層に保持されたイオンが「飽和」するといった現象は、容量割合でイオンが９９％以上の状態にある現象を指す。以下の説明においても同様である。
【００１９】
本開示の第１の態様〜第２の態様に係る電流遮断素子において、イオン伝導層は固体層から成る形態とすることができる。このようにイオン伝導層を固体層から構成することによって、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したときであっても、電極層や電流遮断素子に異常が発生する虞が無く、電流遮断素子や電流遮断素子組立体の使用時の安定性、安全性を確保することができるし、電流遮断素子や電流遮断素子組立体の微細化を図ることもできる。また、電流遮断素子や電流遮断素子組立体、製品の製造時、電流遮断素子に熱が加わっても問題が生じ難い。
【００２０】
上記の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る電流遮断素子において、
イオンはリチウムイオンであり、
第１電極層は、あるいは、第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物、ケイ素化合物及びチタン酸リチウム（Ｌｉ2ＴｉＯ3）から成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２電極層は、あるいは、第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）及びリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）から成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
イオン伝導層は、あるいは、第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する（例えば、ホッピング伝導性を有する）固体電解質層から成る構成とすることができる。場合によっては、第１電極層や第２電極層には、更に、固体電解質層を構成する材料が含まれていてもよいし、更には、導電助剤（グラファイト系の高伝導性カーボンやＶＧＣＦに代表されるカーボンナノチューブ系粒子、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、ステンレス鋼系金属等の金属材料）が含まれていてもよい。
【００２１】
第１電極層、あるいは、第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層（これらを総称して、以下、『第１電極層等』と呼ぶ場合がある）を構成する材料において、炭素化合物として、具体的には、天然黒鉛や人造黒鉛、ハードカーボンを含むグラファイト；コークス等を挙げることができるし、スズ化合物として、具体的には、スズ（Ｓｎ）、酸化スズ（ＳｎＯx）、リチウムスズ酸化物（ＬｉxＳｎＯy）を挙げることができるし、ケイ素化合物として、具体的には、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ケイ素（ＳｉＯx）、リチウムケイ素酸化物（ＬｉxＳｉＯy）を挙げることができる。また、イオン伝導層を構成する固体電解質層として、具体的には、リチウム超イオン伝導体（ＬＩＳＩＣＯＮ）、例えばＬＡＴＰやＬＡＧＰといったナトリウム超イオン伝導体（ＮＡＳＩＣＯＮ）、ベータ硫酸鉄型イオン伝導体、γ−Ｌｉ3ＰＯ4型酸素酸塩（例えば、ＬｉＭ2（ＰＯ4）3やＬＩＰＯＮ）、ＮＡＳＩＣＯＮ型リン酸塩、ＬＬＴといったペロブスカイト型チタン酸塩、チオＬＩＳＩＣＯＮ型リチウムイオン伝導体を挙げることができる。あるいは又、イオン伝導層を構成する固体電解質層を、ガラス形成化合物（単独でガラス化が可能な化合物、具体的には、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ｐ2Ｓ5、ＳｉＳ2、Ｂ2Ｓ3、ＧｅＳ2、Ａｌ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5、ＷＯ3、ＺｒＯ2、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＢａＯ等）と、修飾化合物（単独ではガラス化しないが、ガラス形成化合物と組み合わせることによってガラス化する化合物、具体的には、ＬｉＯ2、Ｌｉ2Ｓ、Ｌｉ3Ｎ、Ｎａ2Ｏ等）の酸塩基反応によって得ることができるし、また、オキシ硫化物系ガラスを挙げることもできる。
【００２２】
あるいは又、第１電極層等を、リチウム（Ｌｉ）を予めドープしたカーボン（Ｃ6Ｌｉx）から構成し、第２電極層、あるいは、第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層（以下、これらを総称して、『第２電極層等』と呼ぶ場合がある）を、リチウムを含まないカーボン（Ｃ6）から構成することもできる。即ち、第１電極層等と第２電極層等を構成する基材を同じとすることができる。
【００２３】
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の第１の態様〜第２の態様に係る電流遮断素子において、
イオンはフッ化物イオンであり、
第１電極層は、あるいは、第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、金属フッ化物を含み、
第２電極層は、あるいは、第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、金属フッ化物を含み、
イオン伝導層は、あるいは、第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層から成る構成とすることができる（例えば、M. A. Reddy and F. Fichtner, "Battery Based on Fluoride Shuttle", Journal of Materials Chemistry 21(43), 2011, 17059-17062. を参照）。
【００２４】
第１電極層等に含まれる金属フッ化物として、タイソナイト型構造を有するフッ素化合物、具体的には、フッ化ランタン（ＬａＦ3）、フッ化セリウム（ＣｅＦ3）、フッ化ネオジム（ＮｄＦ3）等の希土類フッ化物を２価のフッ化物、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ2）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）等で一部置換した化合物群を挙げることができる。また、第２電極層等に含まれる金属フッ化物として、具体的には、フッ化銅（ＣｕＦ2）、フッ化ビスマス（ＢｉＦ3）、フッ化スズ（ＳｎＦ2）、カリウムビスマスフッ化物（ＫＢｉＦ4）等を挙げることができる。更には、イオン伝導層を構成する固体電解質層として、第１電極層等に含まれる金属フッ化物と同様のタイソナイト型構造を有するフッ素化合物、具体的には、フッ化ランタン（ＬａＦ3）、フッ化セリウム（ＣｅＦ3）、フッ化ネオジム（ＮｄＦ3）等の希土類フッ化物を２価のフッ化物、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ2）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ2）、フッ化バリウム（ＢａＦ2）等で一部置換した化合物群を挙げることができる。
【００２５】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の電流遮断素子にあっては、
第１電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第２電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている形態とすることができる。更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の第１の態様に係る電流遮断素子にあっては、第１電極層と第２電極層との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオードを更に備えている形態とすることができ、これによって、電流遮断素子の使用時の安定性、安全性を確保することができる。ダイオードとして、具体的には、ツェナーダイオードを挙げることができ、これによって、第１電極層と第２電極層とを隔てるイオン伝導層にその絶縁破壊強度を超える逆電圧が加わることを確実に防止することができる。即ち、この逆電圧に達する前に降伏するツェナーダイオードを直列接続すればよい。以下においても同様である。
【００２６】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の電流遮断素子組立体にあっては、
第１Ａ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている形態とすることができる。
【００２７】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の電流遮断素子を搭載した製品において、
カレントミラー回路又は電流比例回路が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流参照側回路は、製品に組み込まれており、
第１電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第２電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている形態とすることができる。更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の電流遮断素子を搭載した製品において、第１電極層と第２電極層との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオードを更に備えている形態とすることができ、これによって、電流遮断素子の使用時の安定性、安全性を確保することができる。ダイオードとして、具体的には、ツェナーダイオードを挙げることができる。
【００２８】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品において、
カレントミラー回路又は電流比例回路が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流参照側回路は、製品に組み込まれており、
第１Ａ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている形態とすることができる。
【００２９】
本開示の第２の態様に係る電流遮断素子において、第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されているが、接続の方法として、例えば、導電材料から成る箔やフィルム、シート状材料、板状材料、層状材料等（以下、これらを総称して、『接続層』と呼ぶ場合がある）を挟んで第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とを対向して配置すればよい。即ち、第１Ａ電極層、イオン伝導層、第２Ａ電極層、接続層、第２Ｂ電極層、イオン伝導層及び第１Ｂ電極層が積層されて成る積層構造体から電流遮断素子組立体を構成すればよい。あるいは又、本開示の電流遮断素子を２つ準備し、第２電極層同士を配線等で電気的に接続することで、電流遮断素子組立体を作製してもよい。
【００３０】
本開示の第１の態様〜第２の態様に係る電流遮断素子を格納する格納部材として、具体的には、低融点ガラスやエポキシ樹脂等を例示することができるし、あるいは又、高分子系被覆材（例えば、エポキシ系樹脂や、ポリカーボネート系樹脂、ポリブチレンテレフタラート樹脂）、無機被覆材（窒化シリコン、ＳｉＯ2［ＴＥＯＳ等から生成させる薄膜状に成型したもの］）を例示することもできるし、これらの材料の積層構造を挙げることもできる。第１電極層、第１Ａ電極層、第１Ｂ電極層、第２電極層を外部の回路や製品に備えられた各種回路に接続するためには、例えば、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼といった金属材料あるいは合金材料；ガラス状炭素；グラファイト；白金メッキされた銅や白金メッキされたコバール；Ｎｉメッキ層／Ｓｎメッキ層や各種ハンダ層等から成る接続層、あるいは、これらの材料の積層構造から成る接続層を、これらの電極層上に設ければよい。あるいは又、接続層として、これらの金属材料から成る微粒子の焼結品を挙げることができる。尚、これらの金属粒子から成る焼成品を得るための補助剤（具体的には、焼結性のガラス材料）として、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｖ2Ｏ5、Ｐ2Ｏ5、Ｐｂ2Ｏ3等を挙げることができる。
【００３１】
本開示の電流遮断素子を搭載した製品あるいは本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品として、以下の製品を例示することができるが、これらの製品に限定するものではなく、所謂ジレットモデルを採用するあらゆる消耗品ビジネスに対して適用することができるし、正規の消耗部品等の使用を促す効果がある。
【００３２】
〈プリンターに搭載するインクタンクやトナーカートリッジ〉
インクタンクやトナーカートリッジを備えたプリンターといった製品にあっては、インクやトナーの使用量と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子あるいは本開示の電流遮断素子組立体（以下、『本開示の電流遮断素子等』と呼ぶ場合がある）に流される。本開示の電流遮断素子等はインクタンクやトナーカートリッジに備えられている。インクやトナーを使い終わると本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者が、例えば、非正規のインクやトナーをインクタンクやトナーカートリッジに充填したとしても、プリンターやインクタンク、トナーカートリッジを使用することができない。これにより、非正規のインクやトナーを使用することによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００３３】
〈カートリッジ式の浄水器に搭載するフィルターカートリッジ〉
フィルターカートリッジを備えた浄水器といった製品にあっては、浄水器を流れる水量あるいは使用時間と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等はフィルターカートリッジに備えられている。所定量の水が流れると、あるいは又、所定の使用時間が経過すると、本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者は浄水器やフィルターカートリッジをそれ以上使用できなくなる。これにより、所望の効果が得られない状態で使用者が浄水器やフィルターカートリッジを使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００３４】
〈空気清浄機に搭載するフィルター〉
フィルターを備えた空気清浄機といった製品にあっては、空気清浄機を流れる空気量あるいは使用時間と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等はフィルターに備えられている。所定量の空気が流れると、あるいは又、所定の使用時間が経過すると、本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者は空気清浄機やフィルターをそれ以上使用できなくなる。これにより、所望の効果が得られない状態で使用者が空気清浄機やフィルターを使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００３５】
〈パック式掃除機に搭載するゴミ集塵パック〉
ゴミ集塵パックを備えたパック式掃除機といった製品にあっては、パック式掃除機が吸引する空気量あるいは使用時間と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等はゴミ集塵パックに備えられている。所定量の空気が吸引されると、あるいは又、所定の使用時間が経過すると、本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者はパック式掃除機やゴミ集塵パックをそれ以上使用できなくなる。これにより、所望の効果が得られない状態で使用者がパック式掃除機やゴミ集塵パックを使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００３６】
〈電動歯ブラシの交換式ブラシ部〉
交換式ブラシ部を備えた電動歯ブラシのといった製品にあっては、交換式ブラシ部の駆動電流又は駆動時間と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等は交換式ブラシ部に備えられている。所定の駆動電流量又は所定の駆動時間を超えると本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者は電動歯ブラシや交換式ブラシ部をそれ以上使用できなくなる。これにより、所望の効果が得られない状態で使用者が電動歯ブラシや交換式ブラシ部を使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００３７】
〈電動カミソリの交換式カミソリ部〉
交換式カミソリ部を備えた電動カミソリといった製品にあっては、交換式カミソリ部の駆動電流又は駆動時間と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等は交換式カミソリ部に備えられている。所定の駆動電流量又は所定の駆動時間を超えると本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者は電動カミソリや交換式カミソリ部をそれ以上使用できなくなる。これにより、所望の効果が得られない状態で使用者が電動カミソリや交換式カミソリ部を使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００３８】
〈ウオーターサーバの交換式タンク〉
交換式タンクを備えたウオーターサーバといった製品にあっては、交換式タンクから吐出される水量と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等は交換式タンクに備えられている。交換式タンク内の水が無くなると本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者はウオーターサーバや交換式タンクをそれ以上使用できなくなる。これにより、使用者が水道水やサードパーティ製の水を交換式タンクに充填したとしてもウオーターサーバや交換式タンクを使用することができず、非正規の水を使用することによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００３９】
〈刈り取り機の交換刃部〉
交換刃部を備えた刈り取り機といった製品にあっては、交換刃部の駆動電流又は駆動時間と相関関係を有する電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等は交換刃部に備えられている。所定の駆動電流量又は所定の駆動時間を超えると本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者は刈り取り機や交換刃部をそれ以上使用できなくなる。これにより、所望の効果が得られない状態で使用者が刈り取り機や交換刃部を使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００４０】
〈自動車用等、各種車両用の蓄電池〉
蓄電池を備えた各種車両用といった製品にあっては、充放電回数に応じた電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等は蓄電池に備えられている。或る規定回数以上充放電が繰り返されると、本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者は各種車両や蓄電池をそれ以上使用できなくなる。これにより、所望の効果が得られない状態で使用者が各種車両や蓄電池を使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００４１】
〈ポータブルゲーム機、ポータブルメディアプレーヤー等の交換式蓄電池〉
交換式蓄電池を備えたポータブルゲーム機、ポータブルメディアプレーヤー等の製品にあっては、充放電回数に応じた電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等は交換式蓄電池に備えられている。或る規定回数以上充放電が繰り返されると、本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者はポータブルゲーム機、ポータブルメディアプレーヤー等や交換式蓄電池をそれ以上使用できなくなる。これにより、ポータブルゲーム機、ポータブルメディアプレーヤー等や劣化した交換式蓄電池を使用者が使用し続けることによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。
【００４２】
〈乾電池で駆動される機器〉
液漏れすることが決して許容されない、乾電池で駆動される機器といった製品にあっては、乾電池の放電電流に比例した電流が本開示の電流遮断素子等に流される。本開示の電流遮断素子等は乾電池に備えられている。乾電池は過放電により乾電池内部で気体が発生して内圧が上昇し、場合によっては液漏れに至るが、そのような過放電に至る手前で、即ち、所定量の電流が流れると本開示の電流遮断素子等が遮断状態となり、使用者は機器をそれ以上使用できなくなる。これにより、乾電池の過放電が防止され、液漏れ発生を確実に防止することができる。
【実施例１】
【００４３】
実施例１は、本開示の電流遮断素子、本開示の電流遮断素子を搭載した製品、及び、本開示の電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法に関する。【００４４】
模式的な断面図を図１Ａに示すように、実施例１の電流遮断素子１１は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層２１、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層２３、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層２２、
が、この順に積層されて成る。そして、第１電極層２１と第２電極層２２との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１電極層２１と第２電極層２２との間の電流の流れが遮断される。即ち、電流遮断素子１１内を流れる電流の積算値が閾値を超えたとき、電流が遮断される。【００４５】
また、概念図を図１Ｂに示すように、実施例１の電流遮断素子１１を搭載した製品１０にあっては、製品１０における電流（製品１０の所定の領域を流れる電流）に基づき第１電極層２１と第２電極層２２との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品１０を流れる電流が遮断される。【００４６】
また、実施例１の電流遮断素子１１を搭載した製品１０における電流制御方法は、製品１０における電流（製品１０の所定の領域を流れる電流）に基づき第１電極層２１と第２電極層２２との間に電流を流すことで、一方の電極層に保持されたイオンを他方の電極層へ移動させ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品１０を流れる電流を遮断する。【００４７】
尚、実施例１にあっては、第１電極層２１からイオン伝導層２３を経由して第２電極層２２に電流が流されるとした。それ故、イオンが枯渇する一方の電極層は第１電極層２１であり、イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２電極層２２である。但し、これに限定するものではなく、第２電極層からイオン伝導層を経由して第１電極層に電流を流してもよく、この場合、イオンが枯渇する一方の電極層は第２電極層２２であり、イオンの保持が飽和する他方の電極層は第１電極層２１である。【００４８】
実施例１の電流遮断素子１１において、イオン伝導層２３は固体層から成る。また、
イオンはリチウムイオンであり、
第１電極層２１は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２電極層２２は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
イオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する（例えば、ホッピング伝導性を有する）固体電解質層から成る。【００４９】
具体的には、第１電極層２１は、炭素化合物、より具体的には、グラファイトから成り、第２電極層２２は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）から成り、イオン伝導層は、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）及びケイ素（Ｓｉ）を含むガラス電解質から成る。また、電流遮断素子１１は、低融点ガラスやエポキシ樹脂等から成る格納部材２４内に格納されている。第１電極層２１及び第２電極層２２を外部の回路や製品１０に接続するために、例えば、白金（Ｐｔ）から成り、第１電極層２１、第２電極層２２に電気的に接続された（具体的には、第１電極層２１及び第２電極層２２の上に形成された）接続部２５，２６が、格納部材２４から露出している。【００５０】
例えば、消耗部品や消耗品、交換部品といった製品１０における或る種の消耗量と製品１０を流れる電流の積算量との間には、通常、或る種の相関（例えば、比例関係）がある。例えば、インクタンクやトナーカートリッジを備えたプリンターといった製品１０にあっては、インクやトナーの使用量と相関関係を有する電流が実施例１の電流遮断素子１１に流される。従って、製品１０を流れる電流に比例した電流が電流遮断素子１１に流れるように、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構築する。即ち、実施例１の電流遮断素子１１にあっては、
第１電極層２１は、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の一端に接続されており、
第２電極層２２は、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の他端に接続されている。また、実施例１の電流遮断素子１１にあっては、第１電極層２１と第２電極層２２との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオード５０、具体的には、直列に接続されたツェナーダイオードを更に備えている。【００５１】
また、実施例１の電流遮断素子１１を搭載した製品１０において、
カレントミラー回路又は電流比例回路４０が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流参照側回路４１は、製品１０に組み込まれており、
第１電極層２１は、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の一端に接続されており、
第２電極層２２は、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の他端に接続されている。そして、第１電極層２１と第２電極層２２との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオード５０、具体的には、ツェナーダイオードを更に備えている。【００５２】
実施例１の電流遮断素子１１は、例えば、以下の方法で作製することができる。【００５３】
イオン伝導層２３の作製にあっては、
Ｌｉ2Ｏ：Ｂ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝５４：１１：３５
のモル分率の組成を有するガラス電解質の粉末を準備した。そして、このガラス電解質の粉末を１０グラム、アクリル系バインダー１０質量％を添加した酢酸ブチル分散液を１６グラム、可塑剤としてのフタル酸ビス（２−エチルヘキシル）を１．６グラム、追加の溶媒としての酢酸ブチルを１５グラム、混合して、電解質スラリーを得た。そして、この電解質スラリーをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材上にバーコーターを用いて所定の厚さとなるように塗布した。次いで、塗布後の塗膜に対して、８０゜Ｃに加熱した乾燥炉を用いて溶媒の除去をおよそ１時間、行った。こうして、ガラス電解質のグリーンシートを得ることができた。【００５４】
第１電極層２１の作製にあっては、下記の材料を秤量し、撹拌して、第１電極層用スラリーを調製した。尚、ガラス結着剤材料は、上記のＬｉ2Ｏ／Ｂ2Ｏ3／ＳｉＯ2から成る。また、第２電極層２２の作製にあっては、下記の材料を秤量し、撹拌して、第２電極層用スラリーを調製した。【００５５】
〈第１電極層用スラリー〉
グラファイト                  ：３．００グラム
ガラス結着剤材料              ：３．００グラム
アクリル系結着剤から成る増粘剤：１．０７グラム
テルピネオールから成る溶媒    ：６．２５グラム【００５６】
〈第２電極層用スラリー〉
ＬｉＣｏＯ2                   ：３．００グラム
ガラス結着剤材料              ：３．００グラム
アクリル系結着剤から成る増粘剤：１．０７グラム
テルピネオールから成る溶媒    ：６．２５グラム【００５７】
そして、ガラス電解質のグリーンシートの一方の面に第１電極層用スラリーをスクリーン印刷法に基づき塗布し、他方の面に第２電極層用スラリーをスクリーン印刷法に基づき塗布した。あるいは又、第１電極層用スラリーをＰＥＴ基材上にバーコーターを用いて所定の厚さとなるように塗布し、乾燥することで、第１電極層用グリーンシートを得ることができるし、第２電極層用スラリーをＰＥＴ基材上にバーコーターを用いて所定の厚さとなるように塗布し、乾燥することで、第２電極層用グリーンシートを得ることができる。そして、第１電極層用グリーンシート、ガラス電解質のグリーンシート及び第２電極層用グリーンシートを重ね合わせてもよい。そして、例えば、３２０゜Ｃに加熱した焼成炉中におよそ１０時間、静置することでバインダー及び可塑剤等の有機物を除去した後、４００゜Ｃ乃至４２０゜Ｃの温度で１０分間、焼成することで電解質を軟化・焼結した。次いで、スパッタリング法に基づき第１電極層２１の上に白金（Ｐｔ）層から成る接続部２５を形成し、スパッタリング法に基づき第２電極層２２の上に白金（Ｐｔ）層から成る接続部２６を形成した。こうして、実施例１の電流遮断素子１１を得ることができた。そして、得られた電流遮断素子１１を格納部材２４に格納した。【００５８】
電流遮断素子１１の使用開始前（初期状態）において、第１電極層２１はイオンが保持された状態にあり、第２電極層２２はイオンが保持されていない状態（場合によっては、第２電極層２２にはイオンが、若干、若しくは、或る程度、保持されている状態）にある。尚、第１電極層２１は、イオンを飽和した状態で保持していてもよいし、イオンを未飽和の状態で保持していてもよい。第２電極層２２は、イオンが枯渇した状態とされていてもよいし、イオンが枯渇していない状態で保持していてもよい。これは、リチウムイオン型全固体二次電池においては、第１電極層２１に相当する負極にリチウムが含まれており、例えば、Ｃ6Ｌｉxと表現したとき、ｘの値が０より大きな値である、謂わば充電されている状態である。具体的には、例えば、第２電極層２２を構成するＬｉyＣｏＯ2にあってはＬｉが不足した状態（ｙの値が１より小さな値）にあり、その不足分が第１電極層２１を構成するグラファイトの層間に存在する状態にある。使用開始前（初期状態）イオンの飽和状態を制御することで、電流遮断素子１１内を流れる電流の閾値を制御することができる。ここで、電流遮断素子１１内を流れる電流の積算値が閾値を超えたとき、電流遮断素子１１を流れる電流が自動的に遮断される。【００５９】
イオンが枯渇する一方の電極層を第１電極層２１とし、イオンの保持が飽和する他方の電極層を第２電極層２２とする場合、上述した初期状態を得るためには、第２電極層２２からイオン伝導層２３を経由して第１電極層２１に電流を流し、第１電極層２１にイオンを保持させればよい。この操作は、リチウムイオン型全固体二次電池における充電に相当する。場合によっては、予め、イオンを飽和あるいは未飽和状態で保持した第１電極層２１、及び、イオンを枯渇した状態あるいは未飽和状態で保持した第２電極層２２を準備しておき、これらの電極層を用いて電流遮断素子１１を製造してもよい。【００６０】
そして、電流遮断素子１１の動作中、第１電極層２１からイオン伝導層２３を経由して第２電極層２２に電流が流される。即ち、消耗部品等といった製品１０の使用状態に、例えば、比例した電流を、第１電極層２１からイオン伝導層２３を経由して第２電極層２２に流す。これによって、第１電極層２１からイオン伝導層２３を経由して第２電極層２２にリチウムイオンが移動させられる。このような状態は、リチウムイオン型全固体二次電池における放電状態と同様の状態である。従来のリチウムイオン型全固体二次電池であれば、過放電状態になる前に電流を停止させなければならない。しかしながら、実施例１の電流遮断素子１１では、従来のリチウムイオン型全固体二次電池とは異なり、過放電状態になった後まで使用を継続することができる。【００６１】
そして、一方の電極層（具体的には、第１電極層２１）に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層（具体的には、第２電極層２２）におけるイオンの保持が飽和したとき、云い換えれば、第１電極層２１からイオン伝導層２３を経由して第２電極層２２へのリチウムイオンの移動ができなくなったとき（従来のリチウムイオン型全固体二次電池に即して述べれば、電圧が０ボルトになる完全放電状態となったとき）、更に云い換えれば、電流遮断素子１１内を流れる電流の積算値が閾値を超えたとき、電荷のキャリアたるリチウムイオンが存在しなくなる。その結果、電流遮断素子１１においてそれ以上の電流を流すことができなくなり、絶縁状態となり、あるいは又、電流遮断素子１１の内部抵抗が急激に上昇し、電流が自動的に遮断される。但し、前述したとおり、電極層に保持されたイオンが「枯渇」するといった現象は、容量割合でイオンが１％未満の状態にある現象を指し、電極層に保持されたイオンが「飽和」するといった現象は、容量割合でイオンが９９％以上の状態にある現象を指す。従って、広くは、電圧（電位差）がほぼ０ボルトになる（例えば、実使用電圧範囲が概ね３ボルト乃至４．３ボルトであるＬＣＯ／黒鉛系のリチウムイオン電池に類似した構造を有する電流遮断素子１１において、電圧（電位差）が１．２ボルト程度以下になる）といった、ほぼ完全放電状態となったとき、電流遮断素子１１においてそれ以上の電流を流すことができなくなり、絶縁状態となり、あるいは又、電流遮断素子１１の内部抵抗が急激に上昇し、電流が自動的に遮断される。尚、図１Ｂに示した電流入力端子から入力される電流の積算量と、電流遮断素子１１からの電圧を出力する電圧出力端子から出力される電圧との関係を図２に模式的に示すが、図２において、実線はこの関係を示す。また、点線によって、電流遮断素子１１の内部を流れる電流の値を模式的に示す。【００６２】
絶縁状態あるいは電流遮断素子１１の内部抵抗の急激な上昇を検知するためには、例えば、１つのコンパレータ回路があれば充分である。そして、コンパレータ回路からの出力に基づき、製品１０を流れる電流を遮断する。このような構成は、アンプ部、Ａ／Ｄ変換回路部、演算部、記憶部等が必要な従来の電流積算回路よりも遥かに安価に、且つ、簡素に構成することができる。従って、消耗部品等に搭載することが可能となる。【００６３】
尚、以上の説明にあっては、リチウムイオン型全固体二次電池の動作と比較したが、本開示の電流遮断素子１１は、エネルギーデバイス（二次電池）ではなく、あくまでも電流遮断素子（電流積算素子）である。それ故、第１電極層２１と第２電極層２２との間に起電力を生じさせる必要はない。よって、第１電極層２１を、リチウム（Ｌｉ）を予めドープしたカーボン（Ｃ6Ｌｉx）から構成し、第２電極層２２を、リチウムを含まないカーボン（Ｃ6）から構成することもできる。即ち、第１電極層２１と第２電極層２２を構成する基材を同じとすることができる。また、エネルギーデバイス（二次電池）としての使用ではないので、サイクル特性についても不問である。尚、イオン伝導層２３が固体層から成るが故に、一方の電極層（具体的には、第１電極層２１）に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層（具体的には、第２電極層２２）におけるイオンの保持が飽和するまで、安全に、且つ、安定して、電流遮断素子１１を使用し続けることができる。【００６４】
以上に説明したとおり、実施例１の電流遮断素子１１の構成、構造は、リチウムイオン型全固体二次電池の構成、構造と類似している。しかしながら、従来のリチウムイオン型全固体二次電池とは異なり、謂わば、過放電防止回路として動作する。リチウムイオン型全固体二次電池にあっては、負極と正極とを隔てる電解質層がその絶縁破壊強度を超えるまで放電状態を維持するといった動作は採用されない。しかしながら、実施例１の電流遮断素子１１にあっては、第１電極層２１と第２電極層２２とを隔てるイオン伝導層２３がその絶縁破壊強度を超えない範囲において、一方の電極層（具体的には、第１電極層２１）に保持されたイオンが枯渇するまで、又は、他方の電極層（具体的には、第２電極層２２）におけるイオンの保持が飽和するまで、即ち、電流遮断素子１１内を流れる電流の積算値が閾値を超えるまで、第１電極層２１からイオン伝導層２３を介して第２電極層２２に電流が流されるといった動作が継続される。ここで、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇したとき、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、即ち、電流遮断素子１１内を流れる電流の積算値が閾値を超えたとき、第１電極層２１からイオン伝導層２３を介しての第２電極層２２への電流の流れが遮断される。このように、実施例１の電流遮断素子１１は、電流積算値感応型の電流遮断素子である。【００６５】
また、従来のコンデンサよりもエネルギー密度が高く、自己放電が少なく、よって電流の積算値を高精度に計測し得る能力を有するという特徴を生かし、リチウムイオン型全固体二次電池に類似した構成、構造が、エネルギーデバイスとしてではなく、電流遮断素子（電流積算素子）として利用される。そして、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇するといった現象、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和するといった現象を捉えるのであって、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇に近づくといった現象、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和に近づくといった現象を捉えるのでは無いが故に、電流遮断素子の安定した動作を保証することができる。また、電流遮断素子の動作の温度依存性は小さい。【００６６】
更には、電流遮断素子は、第１電極層、イオン伝導層及び第２電極層がこの順に積層されて成るので、簡素な構造、構成であり、安価に製造が可能である。それ故、消耗部品等への搭載が可能となる。その結果、消耗部品等の寿命や交換時期に相当する情報を消耗部品等それ自体が保持できるようになり、消耗部品等を一度で使い切らないときに生じる不都合や、非正規の消耗部品等が使用されるリスクが高まるという不都合を解消することができる。また、製品あるいは製品を含む電子機器のメンテナンス時期を推測するための電流積算回路（所謂クーロンカウンター）に関しても、電流遮断素子から構成することができ、電流検出部、アンプ部、Ａ／Ｄ変換回路部、演算部、記憶部を有する従来の回路よりも、簡素化されるし、低コスト化を図ることができる。【００６７】
しかも、電流遮断素子や製品の製造時、電流遮断素子に熱が加わっても問題が生じ難い。具体的には、例えば、製品の製造時、例えば、ハンダリフロー工程において電流遮断素子に熱が加わっても損傷する虞がない。【００６８】
具体的には、インクやトナーを使い終わると実施例１の電流遮断素子が遮断状態となり、使用者が、例えば、非正規のインクやトナーをインクタンクやトナーカートリッジに充填したとしても、インクタンクやトナーカートリッジが動作しないので、製品であるプリンターを使用することができない。これにより、非正規のインクやトナーを使用することによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。【００６９】
カレントミラー回路の応用回路図（電流比例回路）を図３に示すが、電流ＩREFに比例した電流を電流ＩCOPYとして流す。具体的には、Ｒ1＝Ｒ2の場合にはカレントミラー動作、Ｒ1≠Ｒ2の場合には電流比例動作となり、その際の電流ＩCOPYの値は、ＩCOPY＝（Ｒ1／Ｒ2）ＩREFとなる。この電流比例回路を、図１Ｂ内及び図４Ｂ内のカレントミラー回路に置き換えて使用することができる。ここで、電流遮断素子１１に接続すべき製品１０における回路部分のマイナス側を電流入力端子に接続する。電流入力端子から接地部へと流れる電流をＩREFとすると、電流遮断素子１１を流れる電流ＩCOPYは、ＩREF≧０の場合、
ＩCOPY＝（Ｒ1／Ｒ2）×ＩREF      （１）
となる。即ち、このカレントミラー回路の応用回路（電流比例回路）を用いることにより、負荷電流ＩREFに比例した電流ＩCOPYを電流遮断素子１１に流すことができる。もしも、Ｒ1に小さな抵抗値を有する抵抗器を用い、Ｒ2に大きな抵抗値を有する抵抗器を用いれば、電流遮断素子１１を小型化することが可能である。尚、ＩREF＜０の場合、ＩCOPY＝０となり、電流遮断素子１１には電流が流れない。よって、電流入力端子から電流を引き出しても、電流遮断素子１１内の電流の積算値を減少させることはできない。【００７０】
電流遮断素子１１が導通状態にあり、その内部インピーダンスがＲ2よりも十分に低い場合、電圧出力端子に出現する電圧はほぼ＋ＶCCとなる。また、電流遮断素子１１が遮断状態にあり、その内部インピーダンスがＲ2よりも十分に高い場合、電圧出力端子に出現する電圧はほぼ０ボルトとなる。即ち、電圧出力端子に出現する電圧を検出することにより、電流遮断素子１１が、導通状態にあるか、遮断状態にあるかを容易に検出することができる。
【実施例２】
【００７１】
実施例２は、本開示の電流遮断素子組立体、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品、及び、本開示の電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法に関する。【００７２】
模式的な断面図を図４Ａに示すように、実施例２の電流遮断素子組立体１２は、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層３１Ａ、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層３３Ａ、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層３２Ａ、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子１３、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層３１Ｂ、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層３３Ｂ、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層３２Ｂ、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子１４、
を備えている。【００７３】
そして、第２Ａ電極層３２Ａと第２Ｂ電極層３２Ｂとは電気的に接続されており（具体的には、実施例２にあっては、第２Ａ電極層３２Ａと第２Ｂ電極層３２Ｂとは接続層３７を介して接続されており）、第１Ａ電極層３１Ａと第１Ｂ電極層３１Ｂとの間に電流が流されることで、第１電流遮断素子１３を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子１３を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子１３を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子１３を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１Ａ電極層３１Ａと第２Ａ電極層３２Ａとの間の電流の流れが遮断される。あるいは又、第２電流遮断素子１４を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第２電流遮断素子１４を構成する他方の電極層へ移動させられ、第２電流遮断素子１４を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第２電流遮断素子１４を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１Ｂ電極層３１Ｂと第２Ｂ電極層３２Ｂとの間の電流の流れが遮断される。【００７４】
また、概念図を図４Ｂに示すように、実施例２の電流遮断素子組立体１２を搭載した製品１０Ａにあっては、製品１０Ａにおける電流（製品１０Ａの所定の領域を流れる電流）に基づき第１Ａ電極層３１Ａと第１Ｂ電極層３１Ｂとの間に電流が流されることで、第１電流遮断素子１３を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子１３を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子１３を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子１３を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品１０Ａを流れる電流が遮断される。あるいは又、第２電流遮断素子１４を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第２電流遮断素子１４を構成する他方の電極層へ移動させられ、第２電流遮断素子１４を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第２電流遮断素子１４を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品１０Ａを流れる電流が遮断される。【００７５】
また、実施例２の電流遮断素子組立体１２を搭載した製品１０Ａにおける電流制御方法は、製品１０Ａにおける電流（製品１０Ａの所定の領域を流れる電流）に基づき第１Ａ電極層３１Ａと第１Ｂ電極層３１Ｂとの間に電流を流すことで、第１電流遮断素子１３を構成する一方の電極層に保持されたイオンを第１電流遮断素子１３を構成する他方の電極層へ移動させ、第１電流遮断素子１３を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子１３を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品１０Ａを流れる電流を遮断する。あるいは又、第２電流遮断素子１４を構成する一方の電極層に保持されたイオンを第２電流遮断素子１４を構成する他方の電極層へ移動させ、第２電流遮断素子１４を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第２電流遮断素子１４を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品１０Ａを流れる電流を遮断する。【００７６】
実施例２にあっては、第１Ａ電極層３１Ａから第２Ａ電極層３２Ａ、第２Ｂ電極層３２Ｂを経由して第１Ｂ電極層３１Ｂに電流が流されるとした。それ故、移動するイオンが陽イオンの場合、イオンが枯渇する一方の電極層は第１Ａ電極層３１Ａ若しくは第２Ｂ電極層３２Ｂであり、イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２Ａ電極層３２Ａ若しくは第１Ｂ電極層３１Ｂである。また、移動するイオンが陰イオンの場合、イオンが枯渇する一方の電極層は第２Ａ電極層３２Ａ若しくは第１Ｂ電極層３２Ｂであり、イオンの保持が飽和する他方の電極層は第１Ａ電極層３１Ａ若しくは第２Ｂ電極層３２Ｂである。但し、これに限定されるものではなく、第１Ｂ電極層３１Ｂから第２Ｂ電極層３２Ｂ、第２Ａ電極層３２Ａを経由して第１Ａ電極層３１Ａに電流を流す場合、移動するイオンが陽イオンの場合、イオンが枯渇する一方の電極層は第１Ｂ電極層３１Ｂ若しくは第２Ａ電極層３２Ａであり、イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２Ｂ電極層３２Ｂ若しくは第１Ａ電極層３１Ａである。また、移動するイオンが陰イオンの場合、イオンが枯渇する一方の電極層は第２Ｂ電極層３２Ｂ若しくは第１Ａ電極層３１Ａであり、イオンの保持が飽和する他方の電極層は第１Ｂ電極層３２Ｂ若しくは第２Ａ電極層３２Ａである。【００７７】
第２Ａ電極層３２Ａと第２Ｂ電極層３２Ｂとは電気的に接続されているが、具体的には、白金（Ｐｔ）、ステンレス鋼、ガラス状炭素、白金メッキされた銅、白金メッキされたコバール等から成る接続層３７を挟んで第２Ａ電極層３２Ａと第２Ｂ電極層３２Ｂとが対向して配置されている。即ち、第１Ａ電極層３１Ａ、イオン伝導層３３Ａ、第２Ａ電極層３２Ａ、接続層３７、第２Ｂ電極層３２Ｂ、イオン伝導層３３Ｂ、第１Ｂ電極層３１Ｂが積層されて成る積層構造体から電流遮断素子組立体１２は構成されている。【００７８】
実施例２の電流遮断素子組立体１２においても、イオン伝導層３３Ａ，３３Ｂは固体層から成る。また、
イオンはリチウムイオンであり、
第１Ａ電極層３１Ａ及び第１Ｂ電極層３１Ｂは、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物、ケイ素化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２Ａ電極層３２Ａ及び第２Ｂ電極層３２Ｂは、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
イオン伝導層３３Ａ，３３Ｂは、リチウムイオン伝導性を有する（例えば、ホッピング伝導性を有する）固体電解質層から成る。【００７９】
具体的には、第１Ａ電極層３１Ａ，第１Ｂ電極層３１Ｂは、実施例１における第１電極層２１と同じ材料から構成されているし、第２Ａ電極層３２Ａ，第２Ｂ電極層３２Ｂは、実施例１における第２電極層２２と同じ材料から構成されているし、イオン伝導層３３Ａ，３３Ｂも、実施例１のイオン伝導層２３と同じ材料から構成されている。また、電流遮断素子組立体１２は、実施例１と同様の格納部材３４内に格納されている。第１Ａ電極層３１Ａ及び第１Ｂ電極層３１Ｂを外部の回路や製品１０Ａに接続するために、例えば、白金（Ｐｔ）から成り、第１Ａ電極層３１Ａ、第１Ｂ電極層３１Ｂに電気的に接続された（具体的には、第１Ａ電極層３１Ａ及び第１Ｂ電極層３１Ｂの上に形成された）接続部３５，３６が、格納部材３４から露出している。尚、接続部３５，３６を、初期状態設定用の端子として用いてもよい。また、接続層３７に接続された初期状態設定用の第３の端子部３８を設けてもよい（後述する図６を参照）。【００８０】
例えば、消耗部品や消耗品、交換部品における或る種の消耗量と製品１０Ａを流れる電流の積算量との間には、通常、或る種の相関（例えば、比例関係）がある。例えば、インクタンクやトナーカートリッジを備えたプリンターといった製品１０Ａにあっては、インクやトナーの使用量と相関関係を有する電流が実施例２の電流遮断素子組立体１２に流される。従って、製品１０Ａを流れる電流に比例した電流が電流遮断素子組立体１２に流れるように、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構築する。即ち、実施例２の電流遮断素子組立体１２にあっては、
第１Ａ電極層３１Ａは、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層３１Ｂは、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の他端に接続されている。【００８１】
また、実施例２の電流遮断素子組立体１２を搭載した製品１０Ａにおいて、
カレントミラー回路又は電流比例回路４０が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流参照側回路４１は、製品１０Ａに組み込まれており、
第１Ａ電極層３１Ａは、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層３１Ｂは、カレントミラー回路又は電流比例回路４０を構成する電流コピー側回路４２の他端に接続されている。【００８２】
実施例２の電流遮断素子組立体１２は、実施例１において説明した電流遮断素子１１の作製方法と実質的に同様の方法で作製することができるので、詳細な説明は省略する。また、実施例２の電流遮断素子組立体１２における第１電流遮断素子１３の動作は、実質的に、実施例１において説明した電流遮断素子１１の動作と同じであるので、詳細な説明は省略する。【００８３】
電流遮断素子組立体１２の使用開始前（初期状態）にあっては、第１Ａ電極層３１Ａ及び第１Ｂ電極層３１Ｂはイオンが保持された状態にあり、第２Ａ電極層３２Ａ及び第２Ｂ電極層３２Ｂはイオンが保持されていない状態にある。尚、第１Ａ電極層３１Ａ及び第１Ｂ電極層３１Ｂは、イオンを飽和した状態で保持していてもよいし、イオンを未飽和の状態で保持していてもよい。第２Ａ電極層３２Ａ及び第２Ｂ電極層３２Ｂは、イオンが枯渇した状態とされていてもよいし、イオンを未飽和の状態で保持していてもよい。【００８４】
第１Ａ電極層３１Ａから第２Ａ電極層３２Ａ、第２Ｂ電極層３２Ｂを経由して第１Ｂ電極層３１Ｂへと電流が流されると、第１Ａ電極層３１Ａの保持されたイオンは減少し、第２Ａ電極層３２Ａの保持されたイオンは増加し、第２Ｂ電極層３２Ｂの保持されたイオンは減少し、第１Ｂ電極層３１Ｂの保持されたイオンは増加する。そして、最終的に、第１Ａ電極層３１Ａにおいてはイオンが枯渇し、あるいは又、第２Ａ電極層３２Ａにおいてはイオンの保持が飽和する。【００８５】
ところで、実施例２の電流遮断素子組立体１２にあっては、第１電流遮断素子１３と第２電流遮断素子１４とが、接続層３７を介して対称に配置されている。従って、第１電流遮断素子１３の動作によって製品１０Ａを流れる電流が遮断された後、切り替えスイッチを設けて、第１Ｂ電極層３１Ｂから第２Ｂ電極層３２Ｂ、第２Ａ電極層３２Ａを経由して第１Ａ電極層３１Ａに電流が流れるようにすれば、第１電流遮断素子１３と第２電流遮断素子１４の機能が逆となる。第２電流遮断素子１４にあっては、イオンが枯渇する一方の電極層は第１Ｂ電極層３１Ｂであり、イオンの保持が飽和する他方の電極層は第２Ｂ電極層３２Ｂであり、第２電流遮断素子１４の動作によって製品１０Ａを流れる電流が遮断される。【００８６】
即ち、第２電流遮断素子１４においては、第１Ｂ電極層３１Ｂからイオン伝導層３３Ｂを経由して第２Ａ電極層３２Ａへのイオンの移動が開始される。そして、第１Ｂ電極層３１Ｂの保持されたイオンは減少し、第２Ｂ電極層３２Ｂの保持されたイオンは増加し、
第２Ａ電極層３２Ａの保持されたイオンは減少し、第１Ａ電極層３１Ａの保持されたイオンは増加する。そして、最終的に、第１Ｂ電極層３１Ｂにおいてはイオンが枯渇し、あるいは又、第２Ｂ電極層３２Ｂにおいてはイオンの保持が飽和する。【００８７】
このように、実施例２にあっては、恰も砂時計をひっくり返すことで何度も使用できるように、電流を反転させながら何度でも使用できる電流遮断素子組立体１２を提供することができる。使用開始前（初期状態）イオンの飽和状態を制御することで、電流遮断素子組立体１２内を流れる電流の閾値を制御することができる。即ち、後述する図６に示す接続部３５，３６、第３の端子部３８を初期状態設定用の端子として用い、接続部３５と第３の端子部３８との間、接続部３６と第３の端子部３８との間に適切な電流を流すことで、第１電流遮断素子１３、第２電流遮断素子１４における初期のイオン保持状態を設定することができる。また、第１電流遮断素子１３と第２電流遮断素子１４とが、接続層３７を介して対称に配置されているが故に、第１電流遮断素子１３及び第２電流遮断素子１４に生じる可能性のある起電力を相殺することができるため、導通状態と絶縁状態との２つの状態から構成される単純なスイッチ素子として取り扱うことができる。【００８８】
実施例２の電流遮断素子組立体１２にあっては、一方の電極層（具体的には、第１Ａ電極層３１Ａ）に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層（具体的には、第２Ａ電極層３２Ａ）におけるイオンの保持が飽和したとき、云い換えれば、第１Ａ電極層３１Ａからイオン伝導層３３Ａを経由して第２Ａ電極層３２Ａへのリチウムイオンの移動ができなくなったとき、更に云い換えれば、第１電流遮断素子１３内を流れる電流の積算値が閾値を超えたとき、電荷のキャリアたるリチウムイオンが存在しなくなる。その結果、電流遮断素子組立体１２においてそれ以上の電流を流すことができなくなり、絶縁状態となり、あるいは又、電流遮断素子組立体１２の内部抵抗が急激に上昇し、電流が自動的に遮断される。尚、電流遮断素子組立体１２における電流の積算量と電流遮断素子組立体１２から出力される電圧との関係を模式的に図５に示す。尚、図５において、細い実線は第１電流遮断素子１３の挙動を示し、点線は第２電流遮断素子１４の挙動を示し、太い実線は第１電流遮断素子１３の挙動と第２電流遮断素子１４の挙動を合成した電流遮断素子組立体１２の挙動を示す。【００８９】
実施例２の電流遮断素子組立体は、第１Ａ電極層、イオン伝導層、第２Ａ電極層、接続層、第２Ｂ電極層、イオン伝導層、第１Ｂ電極層がこの順に積層されて成るので、簡素な構造、構成であり、安価に製造が可能である。それ故、消耗部品等への搭載が可能となる。そして、例えば、インクやトナーを使い終わると実施例２の電流遮断素子組立体が遮断状態となり、使用者が、例えば、非正規のインクやトナーをインクタンクやトナーカートリッジに充填したとしても、インクタンクやトナーカートリッジが動作しないので、製品であるプリンターを使用することができない。これにより、非正規のインクやトナーを使用することによる不測の故障や不具合等を確実に防止することができる。【００９０】
カレントミラー回路の別の応用回路図（電流比例回路）を図６に示す。ここで、図６に示した応用回路図は、図４Ｂ内のカレントミラー回路を図３の電流比例回路に置き換え、更に、電流遮断回路を追加した、電流遮断素子組立体の応用回路の例である。【００９１】
図示した例では、Ｒ1の抵抗値を１００ミリオーム、Ｒ2の抵抗値を１０キロオームとしているので、電流遮断素子組立体を流れる電流は１０万分の一（１×１０-5倍）に圧縮される。電流遮断素子組立体の容量（電流の積算値）を１００マイクロアンペア・時とすれば、電流入力端子（「端子Ａ」で示す）に流れ込む電流の積算値が１０アンペア・時に到達するとＭＯＳＦＥＴがオフ状態になり、製品の動作が停止させられる。この回路の仕様手順並びに動作原理は以下のとおりである。【００９２】
先ず、初期状態設定用の端子である接続部３５，３６及び第３の端子部３８を介して、電流遮断素子組立体１２を構成する第１電流遮断素子１３（容量：１００マイクロアンペア・時）にあっては、第１Ａ電極層３１Ａにおけるイオン状態を飽和状態としておき、第２Ａ電極層３２Ａにおけるイオン状態を枯渇状態としておく。一方、第２電流遮断素子１４（容量：１００マイクロアンペア・時）にあっては、第１Ｂ電極層３１Ｂにおけるイオン状態を枯渇状態としておき、第２Ａ電極層３２Ａにおけるイオン状態を飽和状態としておく。この状態では電流遮断素子組立体１２のインピーダンスは低く、Ｂ点における電圧はハイ状態である。そのため、コンパレータ回路の出力であるＣ点の電圧はロー状態、Ｄ点の電圧はハイ状態となり、ＭＯＳＦＥＴはオン状態となる。これが、電流遮断素子組立体１２の使用前の状態（初期状態）である。【００９３】
端子Ａに電流を流し込むと、その電流値の丁度１０万分の一にあたる電流値の分だけ、電流遮断素子組立体１２における第１電流遮断素子１３においては第１Ａ電極層３１Ａから第２Ａ電極層３２へのイオンの移動が生じる。一方、第２電流遮断素子１４においては第２Ｂ電極層３２Ｂから第１Ｂ電極層３１Ｂへのイオンの移動が生じる。尚、図６において、便宜上、第１電流遮断素子１３及び第２電流遮断素子１４を「電池」の記号で図示しており、また、第１Ａ電極層３１Ａ及び第１Ｂ電極層３１Ｂを電池の「負極」の記号で示し、第２Ａ電極層３２Ａ及び第２Ｂ電極層３２Ｂを電池の「正極」の記号で示している。第１電流遮断素子１３及び第２電流遮断素子１４は同じ容量であるが故に、電流入力端子（端子Ａ）に流れ込む電流の積算値が１０アンペア・時に到達すると、第１Ａ電極層３１Ａにおけるイオン状態は枯渇状態となり、あるいは又、第２Ａ電極層３２Ａにおけるイオン状態は飽和状態となる。また、第１Ｂ電極層３１Ｂにおけるイオン状態は飽和状態となり、あるいは又、第２Ｂ電極層３２Ｂにおけるイオン状態は枯渇状態となる。そして、この状態では電流遮断素子組立体１２のインピーダンスは高く、Ｂ点における電圧はロー状態、コンパレータ回路の出力であるＣ点の電圧はハイ状態、Ｄ点の電圧はロー状態となり、ＭＯＳＦＥＴはオフ状態となる。こうして、電流入力端子（端子Ａ）に電流が流れ込まなくなる。そして、ＭＯＳＦＥＴのオフ状態を検出して、製品１０Ａの動作を停止させる。
【実施例３】
【００９４】
実施例１〜実施例２において説明した電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２は、製品に搭載されるが、製品に内蔵されていてもよいし（図８及び図１０参照）、製品とは分離した状態（図７及び図９参照）とされていてもよい。また、実施例１〜実施例２においては、専ら、電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２を流れる電流の積算値が閾値を超えたとき、電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２を流れる電流の遮断、更には、製品の動作を中止する態様（図７及び図８参照）を説明したが、代替的に、電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２を流れる電流の時間積算値が閾値を超えたとき、電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２を流れる電流の遮断、更には、製品の動作を中止する態様（図９及び図１０参照）とすることもできる。尚、便宜上、図７に示す例を［タイプ１］と呼び、図８に示す例を［タイプ２］と呼び、図９に示す例を［タイプ３］と呼び、図１０に示す例を［タイプ４］と呼ぶ。【００９５】
どのタイプも、基本的には、製品に備えられた主回路、電流遮断素子や電流遮断素子組立体、電圧検出回路、及び、電流比例回路又は定電流回路の４つの回路ブロックから構成されており、また、電流遮断素子や電流遮断素子組立体の電流経路（電流回路）を備えており、主回路の電流積算値又は経過時間に応じて電流遮断素子あるいは電流遮断素子組立体を動作させ、例えば、電流遮断素子の第１電極層と第２電極層との間の電位差が既定の値を下回ったことに基づき、主回路の動作に制限を加える。【００９６】
以下、交換式ブラシ部が備えられた電動歯ブラシといった製品である［タイプ１］の例を説明する。具体的には、この例は、交換式ブラシ部が消耗部品であり、実施例１〜実施例２の電流遮断素子あるいは電流遮断素子組立体が交換式ブラシ部に備えられている。電動歯ブラシの概念図を図１１Ａに示し、回路を図１１Ｂに示す。尚、以下の説明においては、電流遮断素子１１を用いる例で説明を行うが、電流遮断素子組立体１２を用いることもできる。尚、電流遮断素子を「電池」の記号で図示しており、また、第１電極層を電池の「負極」の記号で示し、第２電極層を電池の「正極」の記号で示している。また、以下の説明において、実施例１の電流遮断素子及び実施例２の電流遮断素子組立体を総称して、『実施例の電流遮断素子等』と呼ぶ場合がある。【００９７】
電動歯ブラシの本体部と消耗部品（交換式ブラシ部）は、２つの対になった端子（端子Ａ−端子Ａ’及び端子Ｂ−端子Ｂ’）によって接続されている。消耗部品（交換式ブラシ部）には容量約５００マイクロアンペア・時の電流遮断素子（図示せず）が搭載されており、初期状態では、第１電極層はイオンが飽和状態にある。電動歯ブラシの内部に配設された主回路に備えられた主電源スイッチをオンにすると、振動モーターに電流が流れ、交換式ブラシ部が振動する。このとき、振動モーターを流れる駆動電流の情報は、電流比例回路を通じて電流遮断素子へ送られる。そして、モーター駆動電流の約２万２千分の一に相当する電流値が、消耗部品（交換式ブラシ部）に搭載された電流遮断素子を流れる。この電流は、
Ｉ2＝（Ｒ1／Ｒ2）×Ｉ1
によって求められる値である。電流遮断素子の電圧は、主回路に設けられた電圧検出回路によってモニターされている。第１電極層のイオンが飽和状態にあるときの第１電極層と第２電極層との間の電位差（以下、『電流遮断素子における電位差』と呼ぶ）は約４．１５ボルトである。電流遮断素子を流れる電流の積算値が増加すると、電流遮断素子における電位差が低下する。そして、電位差が予め設定した閾値（０ボルトでなくともよく、例えば、１．２ボルト前後）を下回ると、主回路において振動モーターと直列接続されているＭＯＳＦＥＴがオフ状態となり、それ以上、振動モーターを駆動することができなくなる。再度、振動モーターを駆動できるようにするためには、消耗部品を新品に交換するしかない。こうして、劣化した消耗部品を使用者が使用し続けることによる、歯の磨き残し等を防止することができる。【００９８】
回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅ  ＩＶを用いて、以下の６条件の通電実験のシミュレーションを行った。その結果を、表１及び図１２、図１３、図１４に示す。また、回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅ  ＩＶを用いた電流遮断素子における電位差のシミュレーション結果と、実際の電流遮断素子における電位差を図１５に示す。図１５から、回路シミュレーターＬＴｓｐｉｃｅ  ＩＶを用いたシミュレーションに妥当性があることが判る。【００９９】
［条件−１］
強モードで連続使用
［条件−２］
弱モードで連続使用
［条件−３］
強モードで間欠使用（３分間使用して３分停止の繰り返し）
［条件−４］
弱モードで間欠使用（３分間使用して３分停止の繰り返し）
［条件−５］
強モードで間欠使用（８時間毎に３分間使用）
［条件−６］
弱モードで間欠使用（８時間毎に３分間使用）【０１００】
〈表１〉
2018110015.tif 000003
【０１０１】
以上の結果が示すとおり、電動歯ブラシの使い方、即ち、モードの強弱や用いる頻度（デューティー比）に関係なく、振動モーターを流れる電流積算量が約１０アンペア・時に到達する時点で電流遮断素子における電位差が予め設定した閾値を下回り、それ以降、振動モーターが駆動できなくなり、電動歯ブラシが使用できない状態となる。【０１０２】
電動歯ブラシが使用できない状態となるまでの時間は、８時間毎に３分間使用といった、１日３回の毎食後に使用することを仮定した［条件−５］ならば６０日（約２ヶ月）、［条件−６］ならば８８日（約３ヶ月）であった。この程度の日数が経つと、交換式ブラシ部は劣化が目立つようになり、交換する時期である。勿論、この日数は、抵抗値の選定により、より長くすることも、より短くすることも可能である。交換式ブラシ部の耐久性に応じて適切に抵抗値を設定することにより、劣化した交換式ブラシ部を使用者が使用し続けてしまうことを防ぐことができ、歯の磨き残し等を防止することができる。【０１０３】
尚、電動歯ブラシが使用できない状態となるまでの時間の情報は、交換式ブラシ部の内部に組み込まれた電流遮断素子に保存されている。よって、使用期間中に交換式ブラシ部を取り外しても、残り時間の情報がリセットされることはない。例えば、１台の電動歯ブラシ本体に対して複数の交換式ブラシ部を頻繁に付け替えて用いるような場合においても、それぞれの交換式ブラシ部がそれぞれの正しい残り時間を保持しているため、劣化前に使用できなくなってしまったり、劣化しているにも拘わらず使用し続けるという問題が生じることは無い。【０１０４】
電流遮断素子にはダイオードを直列接続させておくことが望ましい。こうすることにより、外部から電流遮断素子における各電極層のイオン保持状態を修正することができなくなる。即ち、使用期間を不正に延ばすことができなくなる。電流遮断素子をプリント配線板にハンダ付けすることで不正な交換が困難になる。電圧検出回路は、正帰還のあるシュミットトリガ回路とする必要がある。これは、電流遮断素子の動作停止時の電流遮断素子の内部抵抗が大きいため、過電圧が高くなり、電流遮断素子の動作停止直後に大きな電圧上昇が生じるためである。検出電圧にヒステリシスがないと、使用期間終了の際に発振現象が生じてしまう。
【実施例４】
【０１０５】
実施例４は実施例３の変形である。実施例４にあっては、［タイプ１］の例として、ピエゾ方式のインクジェットプリンターに適用した例を示す（図１６の等価回路図を参照）。インクジェットプリンターは、本体部にピエゾ駆動回路を有し、消耗部品（インクタンク）にピエゾ素子を含むヘッドを有している。本体部内のピエゾ駆動回路には関数発生器（Function Generator）が備えられており、ピエゾ素子を駆動するための波形信号を作り出す。関数発生器から出力された高インピーダンスの波形信号は、ハイサイドにｎチャネル型ＦＥＴ、ローサイドにｐチャネル型ＦＥＴが配設されたドライブ回路によって低インピーダンス化され、これにより消耗部品内のピエゾ素子を駆動する。そして、このピエゾ素子の動きにより、インクタンク内のインクがヘッドから吐出される。【０１０６】
消耗部品には、ピエゾ素子の他、電流遮断素子が搭載されており、初期状態では、第１電極層はイオンが飽和状態にある。ピエゾ素子に流す電流値Ｉ1の情報は、差動増幅回路を兼ね備えた電流比例回路を通じて電流遮断素子へと送出される。そして、電流値Ｉ1に比例した電流値Ｉ2が、消耗部品に搭載された電流遮断素子に流される（Ｉ1の値は常に正であり、Ｉ2の値も常に正、つまり、放電方向のみである）。電流遮断素子における電位差は、本体内の電圧検出回路によって常にモニターされている。初期状態における電流遮断素子における電位差（第１電極層と第２電極層との間の電位差）は約４．１５ボルトであるが、電流遮断素子に電流が流れることで、電流遮断素子における電位差が徐々に低下し、電位差が予め設定した閾値を下回ると、電圧検出回路の出力がハイ状態となり、これが関数発生器の負論理のチップイネーブル端子ｘＣＥに入力され、それ以上、ピエゾ駆動回路を作動させることができなくなる。一旦、このような状態になると、仮にインクタンク内にインクが存在していたとしても、そのインクをヘッドから吐出することができない。再度インクを吐出できるようにするためには、インクタンクを新品に交換するしかない。【０１０７】
尚、電流遮断素子における電位差は、インクタンク内に元々内蔵されていたインクを全て使い切っても予め設定した閾値を下回らないように、予め、電流遮断素子の容量や流される電流値等を設定しておく。即ち、電流遮断素子における電位差が予め設定した閾値を下回るという状況は、一旦、空になったインクタンクに対して、使用者がインクを再充填した時以外には発生しないようにする。このようにして、無理矢理再充填されたインクタンクを使用することによってプリンターそのものが不調に陥ってしてしまうことを防止することができる。
【実施例５】
【０１０８】
実施例５にあっては、実施例１〜実施例２において説明した電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２が、製品に内蔵されており、電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２を流れる電流の時間積算値が閾値を超えたとき、電流遮断素子１１や電流遮断素子組立体１２を流れる電流の遮断、更には、製品の動作の中止を行う［タイプ４］の例を、以下、説明する。【０１０９】
具体的には、電源オンの積算時間が約２４時間に到達すると使用不可となるような応用例を示す（図１７の等価回路図を参照）。ＬＴｓｐｉｃｅを用いてシミュレーションを行ったところ、定電流回路内のオペアンプの非反転入力端子（第３番ピン）の電圧が丁度２００ミリボルトになるようにポテンショメーターを設定すると、主回路の電源をオンにしてから２４．８時間経過後に電流遮断素子における電位差が予め設定した閾値を下回り、主回路のＭＯＳＦＥＴがオフ状態となり、それ以上、主回路に電流を流すことができなくなる（図１７Ｂ参照）。尚、図１７Ｂにおいて、横軸は、主回路の電源オン状態の積算時間を示し、縦軸は、電流遮断素子における電位差を示す。【０１１０】
尚、［タイプ３］及び［タイプ４］に用いられる実施例の電流遮断素子等は、実施例の電流遮断素子等における電位差が予め設定した閾値を下回り、主回路のＭＯＳＦＥＴがオフ状態となった後も、電流が流れ続けることから、過放電状態になっても不具合を生じないように、イオン伝導層を固体層から構成する必要がある。［タイプ３］及び［タイプ４］に用いられる実施例の電流遮断素子等は、製品そのものが消耗部品や消耗品である場合、例えばテーマパークやイベント会場等で配布するグッズや、外国語のリスニング試験で使用されるレシーバー等、その日、１日間だけ使用することを目的とした機器に搭載することができる。【０１１１】
また、病院内で使用される医療電子機器の中には、使用期限の定められた消耗部品や消耗品を取り付けて使用する機器が多数ある。例えば、医療機関用の空気清浄機のＨＥＰＡフィルターや、吸入用酸素発生器の除菌フィルター、低周波治療器の通電パッド等がある。これらは、使用期限が遵守されなければならないものである。こういった消耗部品や消耗品の１つ１つに電流遮断素子や電流遮断素子組立体が取り付けられていれば、使用期限を過ぎ、機能低下や劣化、あるいは、腐敗等の状況において使い続けてしまうという過誤を無くすことができる。【０１１２】
医療機器における消耗部品等は、使用期限が日付で指定されているものが多い。しかしながら、もしも、医療機器の消費電流の積算値や使用時間の積算値に基づく管理を行うことができれば、消耗部品等の実際の劣化度合いに応じて、より無駄無く、合理的に消耗部品等を管理、交換することができるようになる。つまり、医療機器における消耗部品等が電流遮断素子や電流遮断素子組立体を備えることは、医療事故を未然に防ぐ危機管理としての意味合いだけでなく、経済的な意味合いもある。【０１１３】
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。電流遮断素子や電流遮断素子組立体の構成、構造、使用した材料、製品の構成、構造等は例示であり、適宜変更することができる。また、電流遮断素子や電流遮断素子組立体の動作に関連する各種数値も例示であり、適宜変更することができる。場合によっては、本開示の電流遮断素子組立体において、第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層とが電気的に接続されている構成とすることもでき、この場合、例えば、接続層を挟んで第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層とを対向して配置すればよい。即ち、第２Ａ電極層、イオン伝導層、第１Ａ電極層、接続層、第１Ｂ電極層、イオン伝導層及び第２Ｂ電極層が積層されて成る積層構造体から電流遮断素子組立体を構成すればよい。【０１１４】
実施例にあっては、電荷のキャリアがリチウムイオンである例を挙げたが、フッ化物イオン、水酸化物イオン、酸素イオン、炭酸イオンがキャリアとなっていてもよいし、ナトリウムイオンやカリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、アルミニウムイオン、プロトンがキャリアとなっていてもよい。フッ化物イオンをキャリアとする全固体電池は、全固体電池の第２の形式として有望視されており、既に多種多様な固体電解質が報告されている。プロトンや酸素イオンについても、これまでの燃料電池の研究開発の中で、既に多種多様な固体電解質が報告されている。これらを用いて、安価な電流遮断素子や電流遮断素子組立体を構築することが可能である。【０１１５】
フッ化物イオンがキャリアである場合、イオンはフッ化物イオンであり、
第１電極層は、あるいは、第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、金属フッ化物（例えば、具体的には、前述した金属フッ化物）を含み、
第２電極層は、あるいは、第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、金属フッ化物（例えば、具体的には、前述した金属フッ化物）を含み、
イオン伝導層は、あるいは、第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層（例えば、具体的には、前述した固体電解質層）から成る構成とすることができる。【０１１６】
また、水酸化物イオンをキャリアとする場合、例えば、電極層には水素吸蔵合金、イオン伝導層には水酸化カリウムを用いることができる。酸素イオンをキャリアとする場合、例えば、電極層には水素吸蔵合金、イオン伝導層には安定化ジルコニアを用いることができる。炭酸イオンをキャリアとする場合、例えば、電極層には水素吸蔵合金、イオン伝導層には炭酸塩を用いることができる。ナトリウムイオンをキャリアとする場合、例えば、電極層には金属ナトリウム、イオン伝導層には例えばβ−アルミナを用いることができる。ナトリウムイオンやカリウムイオン、マグネシウムイオンをキャリアとする場合、電極層及びイオン伝導層には、例えば、プルシアンブルー類似体を用いることができる。プロトンをキャリアとする場合、例えば、電極層には水素吸蔵合金、イオン伝導層にはナフィオン等のイオン交換膜やリン酸を用いることができる。【０１１７】
以下、イオンがリチウムイオンである場合についての第１電極層や第２電極層を構成する材料等の説明を行う。【０１１８】
第１電極層等を構成する材料として、前述した材料の他にも、例えば、炭素材料を挙げることができる。炭素材料は、リチウムの吸蔵・放出時における結晶構造の変化が非常に少ないため、多量のイオンを安定して保持し得る。また、炭素材料は導電材料としても機能するため、第１電極層等の導電性が向上する。炭素材料として、例えば、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、黒鉛（グラファイト）、結晶構造が発達した高結晶性炭素材料を挙げることができる。但し、難黒鉛化性炭素における（００２）面の面間隔は０．３７ｎｍ以上であることが好ましいし、黒鉛における（００２）面の面間隔は０．３４ｎｍ以下であることが好ましい。より具体的には、炭素材料として、例えば、熱分解炭素類；ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスといったコークス類；黒鉛類；ガラス状炭素繊維；フェノール樹脂、フラン樹脂等の高分子化合物を適当な温度で焼成（炭素化）することで得ることができる有機高分子化合物焼成体；炭素繊維；活性炭；カーボンブラック類；ポリアセチレン等のポリマー等を挙げることができる。また、炭素材料として、その他、約１０００゜Ｃ以下の温度で熱処理された低結晶性炭素を挙げることもできるし、非晶質炭素とすることもできる。炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状、鱗片状のいずれであってもよい。【０１１９】
あるいは又、第１電極層等を構成する材料として、例えば、金属元素、半金属元素のいずれかを、１種類又は２種類以上、構成元素として含む材料（以下、『金属系材料』と呼ぶ）を挙げることができ、これによって、多量のイオンを保持し得る。金属系材料は、単体、合金、化合物のいずれであってもよいし、これらの２種類以上から構成された材料でもよいし、これらの１種類又は２種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。合金には、２種類以上の金属元素から成る材料の他、１種類以上の金属元素と１種類以上の半金属元素とを含む材料も含まれる。また、合金は、非金属元素を含んでいてもよい。金属系材料の組織として、例えば、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物、及び、これらの２種類以上の共存物を挙げることができる。【０１２０】
金属元素、半金属元素として、例えば、リチウムと合金を形成可能である金属元素、半金属元素を挙げることができる。具体的には、例えば、マグネシウム〈Ｍｇ〉、ホウ素〈Ｂ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、ガリウム〈Ｇａ〉、インジウム〈Ｉｎ〉、ケイ素〈Ｓｉ〉、ゲルマニウム〈Ｇｅ〉、スズ〈Ｓｎ〉、鉛〈Ｐｂ〉、アンチモン〈Ｓｂ〉、ビスマス〈Ｂｉ〉、カドミウム〈Ｃｄ〉、銀〈Ａｇ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、ハフニウム〈Ｈｆ〉、ジルコニウム〈Ｚｒ〉、イットリウム〈Ｙ〉、パラジウム〈Ｐｄ〉、白金〈Ｐｔ〉を例示することができるが、中でも、ケイ素〈Ｓｉ〉やスズ〈Ｓｎ〉が、リチウムを吸蔵・放出する能力が優れており、一層多量のイオンを保持し得るであり、好ましい。【０１２１】
ケイ素を構成元素として含む材料として、ケイ素の単体、ケイ素合金、ケイ素化合物を挙げることができるし、これらの２種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの１種類又は２種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。また、スズを構成元素として含む材料として、スズの単体、スズ合金、スズ化合物を挙げることができるし、これらの２種類以上から構成された材料であってもよいし、これらの１種類又は２種類以上の相を少なくとも一部に有する材料であってもよい。単体とは、あくまで一般的な意味合いでの単体を意味しており、微量の不純物を含んでいてもよく、必ずしも純度１００％を意味しているわけではない。【０１２２】
ケイ素合金あるいはケイ素化合物を構成するケイ素以外の元素として、スズ〈Ｓｎ〉、ニッケル〈Ｎｉ〉、銅〈Ｃｕ〉、鉄〈Ｆｅ〉、コバルト〈Ｃｏ〉、マンガン〈Ｍｎ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、インジウム〈Ｉｎ〉、銀〈Ａｇ〉、チタン〈Ｔｉ〉、ゲルマニウム〈Ｇｅ〉、ビスマス〈Ｂｉ〉、アンチモン〈Ｓｂ〉、クロム〈Ｃｒ〉を挙げることができるし、炭素〈Ｃ〉、酸素〈Ｏ〉を挙げることもできる。ケイ素合金あるいはケイ素化合物として、具体的には、ＳｉＢ4、ＳｉＢ6、Ｍｇ2Ｓｉ、Ｎｉ2Ｓｉ、ＴｉＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＣｏＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＣａＳｉ2、ＣｒＳｉ2、Ｃｕ5Ｓｉ、ＦｅＳｉ2、ＭｎＳｉ2、ＮｂＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＶＳｉ2、ＷＳｉ2、ＺｎＳｉ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ2Ｎ2Ｏ、ＳｉＯv（０＜ｖ≦２、好ましくは、０．２＜ｖ＜１．４）、ＬｉＳｉＯを例示することができる。【０１２３】
スズ合金あるいはスズ化合物を構成するスズ以外の元素として、ケイ素〈Ｓｉ〉、ニッケル〈Ｎｉ〉、銅〈Ｃｕ〉、鉄〈Ｆｅ〉、コバルト〈Ｃｏ〉、マンガン〈Ｍｎ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、インジウム〈Ｉｎ〉、銀〈Ａｇ〉、チタン〈Ｔｉ〉、ゲルマニウム〈Ｇｅ〉、ビスマス〈Ｂｉ〉、アンチモン〈Ｓｂ〉、クロム〈Ｃｒ〉を挙げることができるし、炭素〈Ｃ〉、酸素〈Ｏ〉を挙げることもできる。スズ合金あるいはスズ化合物として、具体的には、ＳｎＯw（０＜ｗ≦２）、ＳｎＳｉＯ3、ＬｉＳｎＯ、Ｍｇ2Ｓｎを例示することができる。特に、スズを構成元素として含む材料は、例えば、スズ（第１構成元素）と共に第２構成元素及び第３構成元素を含む材料（以下、『Ｓｎ含有材料』と呼ぶ）であることが好ましい。第２構成元素として、例えば、コバルト〈Ｃｏ〉、鉄〈Ｆｅ〉、マグネシウム〈Ｍｇ〉、チタン〈Ｔｉ〉、バナジウム〈Ｖ〉、クロム〈Ｃｒ〉、マンガン〈Ｍｎ〉、ニッケル〈Ｎｉ〉、銅〈Ｃｕ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、ガリウム〈Ｇａ〉、ジルコニウム〈Ｚｒ〉、ニオブ〈Ｎｂ〉、モリブデン〈Ｍｏ〉、銀〈Ａｇ〉、インジウム〈Ｉｎ〉、セシウム〈Ｃｅ〉、ハフニウム〈Ｈｆ〉、タンタル〈Ｔａ〉、タングステン〈Ｗ〉、ビスマス〈Ｂｉ〉、ケイ素〈Ｓｉ〉を挙げることができるし、第３構成元素として、例えば、ホウ素〈Ｂ〉、炭素〈Ｃ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、リン〈Ｐ〉を挙げることができる。Ｓｎ含有材料が第２構成元素及び第３構成元素を含んでいると、一層多量のイオンを保持することができる。【０１２４】
中でも、Ｓｎ含有材料は、スズ〈Ｓｎ〉、コバルト〈Ｃｏ〉及び炭素〈Ｃ〉を構成元素として含む材料（『ＳｎＣｏＣ含有材料』と呼ぶ）であることが好ましい。ＳｎＣｏＣ含有材料にあっては、例えば、炭素の含有量が９．９質量％乃至２９．７質量％、スズ及びコバルトの含有量の割合｛Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ）｝が２０質量％乃至７０質量％である。多量のイオンを保持し得るからである。ＳｎＣｏＣ含有材料は、スズ、コバルト及び炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性又は非晶質であることが好ましい。この相は、リチウムと反応可能な反応相であるため、その反応相の存在により優れた特性が得られる。この反応相のＸ線回折により得られる回折ピークの半値幅（回折角２θ）は、特定Ｘ線としてＣｕＫα線を用い、挿引速度を１度／分とした場合、１度以上であることが好ましい。リチウムがより円滑に吸蔵・放出されるからである。ＳｎＣｏＣ含有材料は、低結晶性又は非晶質の相に加えて、各構成元素の単体又は一部が含まれている相を含んでいる場合もある。【０１２５】
Ｘ線回折により得られた回折ピークがリチウムと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムとの電気化学的反応の前後におけるＸ線回折チャートを比較すれば容易に判断することができる。例えば、リチウムとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムと反応可能な反応相に対応するものである。この場合、例えば、低結晶性又は非晶質の反応相の回折ピークが２θ＝２０度乃至５０度の間に見られる。このような反応相は、例えば、上記の各構成元素を含んでおり、主に、炭素の存在に起因して低結晶化又は非晶質化しているものと考えられる。【０１２６】
ＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素と結合していることが好ましい。スズ等の凝集、結晶化が抑制されるからである。元素の結合状態に関しては、例えば、軟Ｘ線源としてＡｌ−Ｋα線又はＭｇ−Ｋα線等を用いたＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて確認可能である。炭素の少なくとも一部が金属元素又は半金属元素等と結合している場合、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）の合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。尚、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるように、エネルギー較正されているものとする。この際、通常、物質表面に表面汚染炭素が存在しているため、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとして、そのピークをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定において、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形で得られる。そのため、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析して、両者のピークを分離すればよい。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。【０１２７】
ＳｎＣｏＣ含有材料は、構成元素がスズ、コバルト及び炭素だけである材料（ＳｎＣｏＣ）に限られない。ＳｎＣｏＣ含有材料は、例えば、スズ、コバルト及び炭素に加えて、ケイ素〈Ｓｉ〉、鉄〈Ｆｅ〉、ニッケル〈Ｎｉ〉、クロム〈Ｃｒ〉、インジウム〈Ｉｎ〉、ニオブ〈Ｎｂ〉、ゲルマニウム〈Ｇｅ〉、チタン〈Ｔｉ〉、モリブデン〈Ｍｏ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、リン〈Ｐ〉、ガリウム〈Ｇａ〉、ビスマス〈Ｂｉ〉等のいずれか１種類又は２種類以上を構成元素として含んでいてもよい。【０１２８】
ＳｎＣｏＣ含有材料の他、スズ、コバルト、鉄及び炭素を構成元素として含む材料（以下、『ＳｎＣｏＦｅＣ含有材料』と呼ぶ）も好ましい材料である。ＳｎＣｏＦｅＣ含有材料の組成は任意である。一例を挙げると、鉄の含有量を少なめに設定する場合、炭素の含有量が９．９質量％乃至２９．７質量％、鉄の含有量が０．３質量％乃至５．９質量％、スズ及びコバルトの含有量の割合｛Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ）｝が３０質量％乃至７０質量％である。また、鉄の含有量を多めに設定する場合、炭素の含有量が１１．９質量％乃至２９．７質量％、スズ、コバルト及び鉄の含有量の割合｛（Ｃｏ＋Ｆｅ）／（Ｓｎ＋Ｃｏ＋Ｆｅ）｝が２６．４質量％乃至４８．５質量％、コバルト及び鉄の含有量の割合｛Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｆｅ）｝が９．９質量％乃至７９．５質量％である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。ＳｎＣｏＦｅＣ含有材料の物性（半値幅等）は、上記のＳｎＣｏＣ含有材料の物性と同様である。【０１２９】
その他、第１電極層等を構成する材料として、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデンといった金属酸化物；ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロールといった高分子化合物を挙げることができる。【０１３０】
中でも、第１電極層等を構成する材料は、以下の理由により、炭素材料及び金属系材料の双方を含んでいることが好ましい。即ち、金属系材料、特に、ケイ素及びスズの少なくとも一方を構成元素として含む材料は、多量のイオンを保持し得るという利点を有する反面、充放電時において激しく膨張・収縮し易い。一方、炭素材料は、多量のイオンを保持し難い反面、充放電時において膨張・収縮し難いという利点を有する。よって、炭素材料及び金属系材料の双方を用いることで、リチウムイオンの放出時の膨張・収縮が抑制される。【０１３１】
第２電極層等を構成する材料として、前述した材料の他にも、例えば、リチウム含有複合酸化物及びリチウム含有リン酸化合物を挙げることができる。リチウム含有複合酸化物及びリチウム含有リン酸化合物の詳細は、以下のとおりである。尚、リチウム含有複合酸化物やリチウム含有リン酸化合物を構成する他元素として、特に限定されないが、長周期型周期表における２族〜１５族に属する元素のいずれか１種類又は２種類以上を挙げることができ、高い電圧が得られるといった観点からは、ニッケル〈Ｎｉ〉、コバルト〈Ｃｏ〉、マンガン〈Ｍｎ〉、鉄〈Ｆｅ〉を用いることが好ましい。【０１３２】
第２電極層を構成する材料として、以下の式（Ａ）で表される化合物、あるいは、ＬｉＮｉＭｎＯ系材料を用いることもできる。【０１３３】
Ｌｉ1+a（ＭｎbＣｏcＮｉ1-b-c）1-aＭ0dＯ2-e  （Ａ）
ここで、「Ｍ0」は、長周期型周期表における２族〜１５族に属する元素（但し、マンガン、コバルト及びニッケルを除く）の少なくとも１種類であり、０＜ａ＜０．２５，０．３≦ｂ＜０．７，０≦ｃ＜１−ｂ，０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１を満足する。具体的には、Ｌｉ1.15（Ｍｎ0.65Ｎｉ0.22Ｃｏ0.13）0.85Ｏ2を例示することができる。また、ＬｉＮｉＭｎＯ系材料として、具体的には、ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ1.50Ｏ4を例示することができる。【０１３４】
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、式（Ｂ）、式（Ｃ）、式（Ｄ）で表される化合物を例示することができる。【０１３５】
ＬｉaＭｎ1-b-cＮｉbＭ11cＯ2-dＦe      （Ｂ）【０１３６】
ここで、Ｍ11は、コバルト〈Ｃｏ〉、マグネシウム〈Ｍｇ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、ホウ素〈Ｂ〉、チタン〈Ｔｉ〉、バナジウム〈Ｖ〉、クロム〈Ｃｒ〉、鉄〈Ｆｅ〉、銅〈Ｃｕ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、ジルコニウム〈Ｚｒ〉、モリブデン〈Ｍｏ〉、スズ〈Ｓｎ〉、カルシウム〈Ｃａ〉、ストロンチウム〈Ｓｒ〉及びタングステン〈Ｗ〉から成る群から選択された少なくとも１種類の元素であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの値は、
０．８≦ａ≦１．２
０＜ｂ＜０．５
０≦ｃ≦０．５
ｂ＋ｃ＜１
−０．１≦ｄ≦０．２
０≦ｅ≦０．１
を満足する。但し、組成はイオンの保持状態に応じて異なり、ａは第２電極層等におけるイオンが枯渇した状態の値である。【０１３７】
ＬｉaＮｉ1-bＭ12bＯ2-cＦd      （Ｃ）【０１３８】
ここで、Ｍ12は、コバルト〈Ｃｏ〉、マンガン〈Ｍｎ〉、マグネシウム〈Ｍｇ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、ホウ素〈Ｂ〉、チタン〈Ｔｉ〉、バナジウム〈Ｖ〉、クロム〈Ｃｒ〉、鉄〈Ｆｅ〉、銅〈Ｃｕ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、モリブデン〈Ｍｏ〉、スズ〈Ｓｎ〉、カルシウム〈Ｃａ〉、ストロンチウム〈Ｓｒ〉及びタングステン〈Ｗ〉から成る群から選択された少なくとも１種類の元素であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄの値は、
０．８    ≦ａ≦１．２
０．００５≦ｂ≦０．５
−０．１  ≦ｃ≦０．２
０≦ｄ≦０．１
を満足する。但し、組成はイオンの保持状態に応じて異なり、ａは第２電極層等におけるイオンが枯渇した状態の値である。【０１３９】
ＬｉaＣｏ1-bＭ13bＯ2-cＦd      （Ｄ）【０１４０】
ここで、Ｍ13は、ニッケル〈Ｎｉ〉、マンガン〈Ｍｎ〉、マグネシウム〈Ｍｇ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、ホウ素〈Ｂ〉、チタン〈Ｔｉ〉、バナジウム〈Ｖ〉、クロム〈Ｃｒ〉、鉄〈Ｆｅ〉、銅〈Ｃｕ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、モリブデン〈Ｍｏ〉、スズ〈Ｓｎ〉、カルシウム〈Ｃａ〉、ストロンチウム〈Ｓｒ〉及びタングステン〈Ｗ〉から成る群から選択された少なくとも１種類の元素であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄの値は、
０．８≦ａ≦１．２
０≦ｂ＜０．５
−０．１≦ｃ≦０．２
０≦ｄ≦０．１
を満足する。但し、組成はイオンの保持状態に応じて異なり、ａは第２電極層等におけるイオンが枯渇した状態の値である。【０１４１】
層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＣｏ0.98Ａｌ0.01Ｍｇ0.01Ｏ2、ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2、ＬｉＮｉ0.33Ｃｏ0.33Ｍｎ0.33Ｏ2、Ｌｉ1.2Ｍｎ0.52Ｃｏ0.175Ｎｉ0.1Ｏ2、Ｌｉ1.15（Ｍｎ0.65Ｎｉ0.22Ｃｏ0.13）Ｏ2を例示することができる。【０１４２】
また、スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、式（Ｅ）で表される化合物を例示することができる。【０１４３】
ＬｉaＭｎ2-bＭ14bＯcＦd      （Ｅ）【０１４４】
ここで、Ｍ14は、コバルト〈Ｃｏ〉、ニッケル〈Ｎｉ〉、マグネシウム〈Ｍｇ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、ホウ素〈Ｂ〉、チタン〈Ｔｉ〉、バナジウム〈Ｖ〉、クロム〈Ｃｒ〉、鉄〈Ｆｅ〉、銅〈Ｃｕ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、モリブデン〈Ｍｏ〉、スズ〈Ｓｎ〉、カルシウム〈Ｃａ〉、ストロンチウム〈Ｓｒ〉及びタングステン〈Ｗ〉から成る群から選択された少なくとも１種類の元素であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄの値は、
０．９≦ａ≦１．１
０≦ｂ≦０．６
３．７≦ｃ≦４．１
０≦ｄ≦０．１
を満足する。但し、組成はイオンの保持状態に応じて異なり、ａは第２電極層におけるイオンが枯渇した状態の値である。スピネル型の結晶構造を有するリチウム含有複合酸化物として、具体的には、ＬｉＭｎ2Ｏ4を例示することができる。【０１４５】
更には、オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、式（Ｆ）で表される化合物を例示することができる。【０１４６】
ＬｉaＭ15ＰＯ4      （Ｆ）【０１４７】
ここで、Ｍ15は、コバルト〈Ｃｏ〉、マンガン〈Ｍｎ〉、鉄〈Ｆｅ〉、ニッケル〈Ｎｉ〉、マグネシウム〈Ｍｇ〉、アルミニウム〈Ａｌ〉、ホウ素〈Ｂ〉、チタン〈Ｔｉ〉、バナジウム〈Ｖ〉、ニオブ〈Ｎｂ〉、銅〈Ｃｕ〉、亜鉛〈Ｚｎ〉、モリブデン〈Ｍｏ〉、カルシウム〈Ｃａ〉、ストロンチウム〈Ｓｒ〉、タングステン〈Ｗ〉及びジルコニウム〈Ｚｒ〉から成る群から選択された少なくとも１種類の元素であり、ａの値は、
０．９≦ａ≦１．１
を満足する。但し、組成はイオンの保持状態に応じて異なり、ａは第２電極層におけるイオンが枯渇した状態の値である。オリビン型の結晶構造を有するリチウム含有リン酸化合物として、具体的には、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＭｎＰＯ4、ＬｉＦｅ0.5Ｍｎ0.5ＰＯ4、ＬｉＦｅ0.3Ｍｎ0.7ＰＯ4を例示することができる。【０１４８】
あるいは又、リチウム含有複合酸化物として、式（Ｇ）で表される化合物を例示することができる。【０１４９】
（Ｌｉ2ＭｎＯ3）x（ＬｉＭｎＯ2）1-x      （Ｇ）【０１５０】
ここで、ｘの値は、
０≦ｘ≦１
を満足する。但し、組成はイオンの保持状態に応じて異なり、ｘは第２電極層におけるイオンが枯渇した状態の値である。【０１５１】
あるいは又、リチウムを含有しない金属硫化物あるいは金属酸化物として、ＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等を挙げることができる。【０１５２】
第２電極層等には、その他、例えば、酸化チタン、酸化バナジウム、二酸化マンガンといった酸化物；二硫化チタン、硫化モリブデンといった二硫化物；セレン化ニオブといったカルコゲン化物；硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェンといった導電性高分子が含まれていてもよい。【０１５３】
第１電極層及び第２電極層における結着剤として、具体的には、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンジエンといった合成ゴム；ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂といった高分子材料、低融点ガラス等を例示することができる。【０１５４】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《電流遮断素子》
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成り、
第１電極層と第２電極層との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１電極層と第２電極層との間の電流の流れが遮断される電流遮断素子。
［Ａ０２］イオン伝導層は固体層から成る［Ａ０１］に記載の電流遮断素子。
［Ａ０３］イオンはリチウムイオンであり、
第１電極層は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２電極層は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
イオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の電流遮断素子。
［Ａ０４］イオンはフッ化物イオンであり、
第１電極層は、金属フッ化物を含み、
第２電極層は、金属フッ化物を含み、
イオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の電流遮断素子。
［Ａ０５］第１電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第２電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている［Ａ０１］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の電流遮断素子。
［Ａ０６］第１電極層と第２電極層との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオードを更に備えている［Ａ０１］乃至［Ａ０５］のいずれか１項に記載の電流遮断素子。
［Ｂ０１］《電流遮断素子組立体》
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えた電流遮断素子組立体であって、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されており、
第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流が流されることで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、第１Ａ電極層と第２Ａ電極層との間の電流の流れが遮断される電流遮断素子組立体。
［Ｂ０２］第１Ａ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている［Ｂ０１］に記載の電流遮断素子組立体。
［Ｂ０３］イオンはリチウムイオンであり、
第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の記載の電流遮断素子組立体。
［Ｂ０４］イオンはフッ化物イオンであり、
第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、フッ化物を含み、
第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、フッ化物を含み、
第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の電流遮断素子組立体。
［Ｃ０１］《電流遮断素子を搭載した製品》
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成る電流遮断素子を搭載した製品であって、
製品における電流に基づき第１電極層と第２電極層との間に電流が流されることで、一方の電極層に保持されたイオンが他方の電極層へ移動させられ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流が遮断される、電流遮断素子を搭載した製品。
［Ｃ０２］カレントミラー回路又は電流比例回路が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流参照側回路は、製品に組み込まれており、
第１電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第２電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている［Ｃ０１］に記載の電流遮断素子を搭載した製品。
［Ｃ０３］第１電極層と第２電極層との間に流れる電流とは逆向きの電流の流れを阻止するダイオードを更に備えている［Ｃ０１］又は［Ｃ０２］に記載の電流遮断素子を搭載した製品。
［Ｃ０４］イオン伝導層は固体層から成る［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の電流遮断素子を搭載した製品。
［Ｃ０５］イオンはリチウムイオンであり、
第１電極層は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２電極層は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
イオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ｃ０１］乃至［Ｃ０４］のいずれか１項に記載の電流遮断素子を搭載した製品。
［Ｃ０６］イオンはフッ化物イオンであり、
第１電極層は、金属フッ化物を含み、
第２電極層は、金属フッ化物を含み、
イオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ｃ０１］乃至［Ｃ０４］のいずれか１項に記載の電流遮断素子を搭載した製品。
［Ｄ０１］《電流遮断素子組立体を搭載した製品》
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えており、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されている電流遮断素子組立体を搭載した製品であって、
製品における電流に基づき第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流が流されることで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させられ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流が遮断される、電流遮断素子組立体を搭載した製品。
［Ｄ０２］カレントミラー回路又は電流比例回路が更に備えられており、
カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流参照側回路は、製品に組み込まれており、
第１Ａ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の一端に接続されており、
第１Ｂ電極層は、カレントミラー回路又は電流比例回路を構成する電流コピー側回路の他端に接続されている［Ｄ０１］に記載の電流遮断素子組立体を搭載した製品。
［Ｄ０３］イオンはリチウムイオンであり、
第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、金属リチウム、炭素化合物、スズ化合物及びチタン酸リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム及びリン酸鉄リチウムから成る群から選択された少なくとも１種類の物質を含み、
第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、リチウムイオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ｄ０１］又は［Ｄ０２］に記載の記載の電流遮断素子組立体を搭載した製品。
［Ｄ０４］イオンはフッ化物イオンであり、
第１Ａ電極層及び第１Ｂ電極層は、フッ化物を含み、
第２Ａ電極層及び第２Ｂ電極層は、フッ化物を含み、
第１電流遮断素子及び第２電流遮断素子を構成するイオン伝導層は、フッ化物イオン伝導性を有する固体電解質層から成る［Ｄ０１］又は［Ｄ０２］に記載の電流遮断素子組立体を搭載した製品。
［Ｅ０１］《電流制御方法：第１の態様》
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１電極層、
イオン伝導性を有し、電子伝導性を有していないイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２電極層、
が、この順に積層されて成る電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法であって、
製品における電流に基づき第１電極層と第２電極層との間に電流を流すことで、一方の電極層に保持されたイオンを他方の電極層へ移動させ、一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流を遮断する、電流遮断素子を搭載した製品における電流制御方法。
［Ｅ０２］《電流制御方法：第２の態様》
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ａ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ａ電極層、
が、この順に積層されて成る第１電流遮断素子、並びに、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第１Ｂ電極層、
電子伝導性を有せず、イオンを伝導するイオン伝導層、及び、
イオンを、イオンのまま、又は、イオン還元物、又は、イオン酸化物の状態で保持し得る第２Ｂ電極層、
が、この順に積層されて成る第２電流遮断素子、
を備えており、
第２Ａ電極層と第２Ｂ電極層とは電気的に接続されている電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法であって、
製品における電流に基づき第１Ａ電極層と第１Ｂ電極層との間に電流を流すことで、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンを第１電流遮断素子を構成する他方の電極層へ移動させ、第１電流遮断素子を構成する一方の電極層に保持されたイオンが枯渇し、又は、第１電流遮断素子を構成する他方の電極層におけるイオンの保持が飽和したとき、製品を流れる電流を遮断する電流遮断素子組立体を搭載した製品における電流制御方法。
【符号の説明】
【０１５５】
１０，１０Ａ・・・製品、１１・・・電流遮断素子（電流積算素子）、１２・・・電流遮断素子組立体（電流積算素子組立体）、１３・・・第１電流遮断素子、１４・・・第２電流遮断素子、２１・・・第１電極層、２２・・・第２電極層、２３・・・イオン伝導層、２４・・・格納部材、２５，２６・・・接続部、３１Ａ・・・第１Ａ電極層、３１Ｂ・・・第１Ｂ電極層、３２Ａ・・・第２Ａ電極層、３２Ｂ・・・第２Ｂ電極層、３３Ａ，３３Ｂ・・・イオン伝導層、３４・・・格納部材、３５，３６・・・接続部、３７・・・接続層、３８・・・第３の端子部、４０・・・カレントミラー回路又は電流比例回路、４１・・・電流参照側回路、４２・・・電流コピー側回路、５０・・・ダイオード
【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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【国際調査報告】
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