(57)【要約】【課題】  熱や水分、気圧変化などの非常時に確実に作動するスイッチ素子の提供を目的とする。【解決手段】  本発明のスイッチ素子は、離間して配設される一対の通電部と、前記一対の通電部の一方に隣接して配設され体積が膨張し得る膨脹材料部とを有し、非常時に前記膨脹材料部が膨脹し前記一対の通電部の一方が変形して前記一対の通電部同士が接続される。本発明のスイッチ素子では、非常時に通電部の変形に起因して通電部同士の導通がなされるため、確実なスイッチ動作を行うことが可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
離間して配設される一対の通電部と、前記一対の通電部の一方に隣接して配設され体積が膨張し得る膨脹材料部とを有し、
非常時に前記膨脹材料部が膨脹し前記一対の通電部の一方が変形して前記一対の通電部同士が接続されることを特徴とするスイッチ素子。
【請求項２】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記膨脹材料部は熱により膨張することを特徴とするスイッチ素子。
【請求項３】
請求項２記載のスイッチ素子であって、前記膨脹材料部に隣接して発熱部が形成され、前記膨脹材料部は該発熱部からの熱により膨張することを特徴とするスイッチ素子。
【請求項４】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記通電部の一方は、前記膨脹材料部に積層された積層部と、前記膨脹材料部と離間されて支持される固定部とからなり、前記非常時には前記通電部の一方が変形することで前記積層部が移動することを特徴とするスイッチ素子。
【請求項５】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記膨脹材料部は水分により膨張することを特徴とするスイッチ素子。
【請求項６】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記膨脹材料部は気圧に応じて膨張することを特徴とするスイッチ素子。
【請求項７】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記膨脹材料部は、複数個形成され、それぞれ熱、水分、気圧のうちの互いに異なる複数の物理現象を反映して膨脹することを特徴とするスイッチ素子。
【請求項８】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記通電部の一方には前記膨脹材料部の収縮後も前記一対の通電部同士の接続を維持するための接続端部が形成されることを特徴とするスイッチ素子。
【請求項９】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記通電部の一方には前記膨脹材料部の収縮後も前記一対の通電部同士の接続を維持するための係合部が形成されることを特徴とするスイッチ素子。
【請求項１０】
請求項９記載のスイッチ素子であって、前記係合部は尖塔形状とされ、前記通電部の他方に刺さる若しくは貫通することで、前記膨脹材料部の収縮後も前記一対の通電部同士の接続を維持することを特徴とするスイッチ素子。
【請求項１１】
請求項１記載のスイッチ素子であって、前記一対の通電部の一方は、前記膨脹材料部の膨脹前では第３の通電部に接続されており、非常時に前記膨脹材料部が膨脹して前記一対の通電部同士が接続される際に、前記一対の通電部の一方と前記第３の通電部の間の接続は遮断されることを特徴とするスイッチ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路構成の一部に用いられ、熱や水分、気圧変化などの非常時にその電子回路構成の一部を導通させるスイッチ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の使用状態で所定の動作を行う種々の電子機器は、熱や水分、気圧変化などの非常時に内部の回路構成部品を損傷や破壊から守るため、或いは回路構成部品の一部を積極的に作動させるために、スイッチ素子を設けることがある。このようなスイッチ素子の一例としては、従来より、正特性サーミスタ素子に対して、温度によって作動するスイッチング機能を付加した、スイッチング機能付き抵抗部品も知られている。（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２２７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述のスイッチング機能付き抵抗部品の例によれば、該抵抗部品はその周辺の温度環境に応じて作動するように構成されているが、電子機器が遭遇し得る非常時としては熱以外にも水分等による短絡や異常な気圧変化などの状況もある。また、上述のスイッチング機能付き抵抗部品では、サーミスタとして機能させる温度範囲が設定されているが、一旦、高温になった後に元の低い温度に戻るような環境変化に対しては、また再度開放状態となるように設計されている。従って、短い時間だけ一時的に高温となるような場合では、電子回路を損傷や破壊から守るように作動させても、回路自体が元の回路構成に直ぐ戻ってしまうという問題が生ずる。
【０００５】
そこで、本発明は、熱や水分、気圧変化などの非常時に確実に作動するスイッチ素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の技術的な課題を解決するため、本発明のスイッチ素子は、離間して配設される一対の通電部と、前記一対の通電部の一方に隣接して配設され体積が膨張し得る膨脹材料部とを有し、非常時に前記膨脹材料部が膨脹し前記一対の通電部の一方が変形して前記一対の通電部同士が接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のスイッチ素子によれば、非常時には膨脹材料部が膨脹することで、その膨脹現象に応じて通電部の一方が変形し、その結果、前記一対の通電部同士が接続され、前記一対の通電部同士の導通がなされる。なお通常の場合、膨脹材料部は膨脹することはなく、前記一対の通電部同士は導通していない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる通常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる非常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる通常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる非常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる通常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態にかかる非常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態にかかる通常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態にかかる非常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態にかかる通常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態にかかる非常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態にかかる非常時後のスイッチ素子の模式断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態にかかる通常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態にかかる非常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態にかかる非常時後のスイッチ素子の模式断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態にかかる通常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態にかかる非常時のスイッチ素子の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明が適用されたスイッチ素子について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態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において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００１０】
第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態にかかるスイッチ素子の通常時の模式断面図である。このスイッチ素子１０は、１つの独立した電子部品であっても良く、実装基板１１上に他の回路構成素子や配線と共に形成されていても良く、或いは実装基板１１の一部に形成される構成を有していても良い。実装基板１１は、例えば他の回路部品等も実装可能な基板であり、絶縁性を有する基板やガラスエポキシ基板、フェノール基板などのプリント配線基板などであっても良い。図１では、実装基板１１は当該スイッチ素子１０のサイズに形成されているが、さらに拡がりを以て形成できることは勿論である。
【００１１】
このような実装基板１１上には、導電性材料部１３、１４が所定のパターンに形成されている。導電性材料部１３、１４は、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなり、図１の断面で見ると、一対の端子を構成するように導電性材料部１３、１４は離間して配置される。導電性材料部１３、１４は高さ方向の中途部分でベース材１２を挟んで支持するように構成されている。なお、導電性材料部１３、１４は、必ずしも全体が導電性を有している必要はなく、上に形成される一対の通電部１６、１７に電気を流せる構成であれば他の構造であっても良い。導電性材料部１３と導電性材料部１４は高さが異なるように形成されており、本実施形態では、導電性材料部１３は導電性材料部１４より高さが高くなるように形成される。
【００１２】
ベース材１２は、膨脹材料部１５等を保持するための絶縁性の基板であり、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどのセラミック系の材料からなり、その上面に膨脹材料部１５が形成される。なお、ベース材１２は本実施形態では、導電性材料部１３、１４に支持されているが、実装基板１１上に直接若しくはスペーサなどを介して間接に支持されていても良い。膨脹材料部１５の上面には、前記一対の通電部１６、１７の一方である通電部１６が導電性材料部１４の上面から平面状に延長されて形成される。前記一対の通電部１６、１７の他方である通電部１７は、通電部１６よりも高い位置で、同様に導電性材料部１３の上端部から平面状に延長され、膨脹材料部１５の上部にまで重なるように形成される。従って、通電部１７と通電部１６の位置関係は、膨脹材料部１５の上部で平面レイアウト上は重なっているものの、高さ方向には離間して配設されている。
【００１３】
前記ベース材１２の上には、通電部１６に隣接して膨脹材料部１５が形成されている。膨脹材料部１５は非常時に例えば外部や素子の雰囲気からの熱の伝達を受けてその体積を膨張させる層であり、所定の熱膨張材料により形成される。このような熱膨張材料としては、先ず、膨張黒鉛を含有する材料が好ましく、例えばゴムもしくは樹脂に膨張黒鉛を混ぜた材料が挙げられる。また、他の熱膨張材料としては、高温で分解してガスを発生する材料を含有しているものが好ましい。高温で分解してガスを発生する材料としては、例えば炭酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸二水素アンモニウム、水酸化アルミニウム、ジニトロペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ヒドラゾジカルボンアミド、５‘５’−ビス−Ｈ−テトラゾールなどが挙げられる。これらの材料をポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタンなどの樹脂を組み合わせることによって熱膨張材料とすることができる。さらに他の熱膨張材料としては、低沸点化合物を内包した樹脂粒子を例示できる。低沸点化合物を内包した樹脂粒子としては、具体的には、２００〜４００℃の沸点を持つ液状の有機物を内包させたポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレンナフタレート等のポリマー粒子を例示できる。また熱膨張材料のさらに具体的な例としては、例えば、住友スリーエム株式会社のFire Barrier（モーダブルパテMPP-4S：商品名）のような耐火性，熱膨張性を兼ね備えた材料や、積水化学工業株式会社のフィブロック（商品名）、株式会社アクセスのアクセラコートＦ（商品名）のような熱膨張性耐火材であっても良い。
【００１４】
さらに、膨脹材料部１５は熱以外に、水分や気圧変化などによって膨脹する層であっても良い。例えば、膨脹材料部１５が、非常時に素子外部からの水分の供給を受けてその体積を膨張させる層である場合には、当該膨脹材料部１５は、所定の水分膨張材料により形成される。このような水分膨張材料としては、一例として、吸水性および保水性を有する吸水性ポリマーによって形成されている。ここで、吸水性ポリマーとは、親水基を有するポリマーが分子間で架橋されたものである。吸水性ポリマーの原料となる親水基を有するポリマーは、通常は水溶性であるが、分子間が架橋されることによって三次元的な網目構造が形成され、親水基が水を引き寄せることによって網目構造の中に水が吸収されるため、吸水性ポリマーは不溶性のハイドロゲルとなることができる。吸水性ポリマーは、上記三次元的な網目構造が許容する限りにおいて吸水することができるため、膨張を伴いながら、自重の数百倍から千倍程度の水を吸収することができる。このように、三次元的な網目構造の中に水が閉じこめられるため、ハイドロゲルは、ある程度の圧力を加えても水を保持し続けることができる。吸水性ポリマーが備える親水基は、例えば、−ＯＨ（ヒドロキシル基）、−ＮＨ（イミノ基）、−ＣＯ（カルボニル基）、−ＣＯＯＨ（カルボキシル基）から選択される基とすることができる。また、親水基がイオン性基の場合には、吸水性ポリマーは、電解質ポリマーとなる。このような吸水性ポリマーとしては、従来、ポリアクリル酸塩系、例えば、デンプンーポリアクリル酸系や、ポリビニルアルコール−ポリアクリル系が知られている。あるいは、カルボキシメチルセルロース系や、メタクリル酸メチルと酢酸ビニルの共重合体、あるいは、ポリビニルアルコールの重合体が知られている。また、水分膨張材料としては、水膨張性ポリウレタン樹脂からなるもの（例えば三洋化成工業株式会社製の「アクアプレン（登録商標）」等）、水膨張性ポリウレタン樹脂のゴム成形品、カルボキシル基及び／又はスルホ基を有する１種以上のビニル単量体の重合体の架橋物等からなる吸水性ポリマーをポリウレタン樹脂に含有してなるもの、スルホアルキル（メタ）アクリレート系重合体の架橋物等からなる吸水性ポリマーと合成ゴムとを加硫成形したもの（シーアイ化成株式会社の「ビノンハイドロタイト」等）等も挙げられる。
【００１５】
前記膨脹材料部１５の膨脹率は、非常時には例えば５倍以上とされる材料が好ましい。膨脹材料部１５には、熱が伝達され或いは水分が供給されて、当該膨脹材料部１５が急速に膨脹し、図２に示すように厚みが膨らんだ状態となる。膨脹材料部１５は単一の材料層とすることもできるが、複数の層を積層させた構造とすることもでき、部分的に異なる膨脹率の材料層を組み合わせて膨脹時の形状を制御することも可能である。膨脹材料部１５は、ベース材１２の上に直接形成されているものに限定されず、熱伝達特性に支障のない層や所定の接着層などを介在させることも可能である。
【００１６】
このような膨脹材料部１５の上部には、前述のように一対の通電部１６，１７が上下方向に離間して配設されている。一対の通電部１６，１７は、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなる薄膜の導電性材料層である。一対の通電部１６，１７は、所定の剛性を以て形成された層であり、通電部１６は導電性材料部１４の上面から膨脹材料部１５の上面まで橋渡しのように形成され、導電性材料部１４の上面で通電部１６の固定部１６ｃが接続され、膨脹材料部１５の上面に通電部１６の積層部１６ａが延在される。他方の通電部１７は固定部１７ａが導電性材料部１３の上面に接続し、該導電性材料部１３の上面から支持される形で形成されており、通電部１７の端部１７ｃ側で、通電部１７の底部１７ｂは、一対の通電部１６，１７の高低差に応じて通電部１６の積層部１６ａとは離間している。
【００１７】
図２に非常時を経て動作した後のスイッチ素子１０の状態を示す。たとえば、膨脹材料部１５が熱若しくは水分で膨脹したものとすると、その膨脹による体積増加に応じて通電部１６の連絡部１６ｂが塑性変形する。その結果、膨脹材料部１５の上部の通電部１６の積層部１６ａは、当該積層部１６ａの上面が通電部１７の底面１７ｂと接して電気的に接続するものとなる。この積層部１６ａの上面と通電部１７の底面１７ｂの接続によって、通電部１７と通電部１６は閉成され、導電性材料部１３、１４の間も電気的に接続して電流が流れることになる。
【００１８】
本実施形態によるスイッチ素子１０の膨脹材料部１５が熱若しくは水分で膨脹した際には、多くの場合において、膨脹材料部１５の膨脹率が十分に高く、一対の通電部１６、１７は十分に強く接続し続けることになる。従って、たとえ熱若しくは水分の供給が止められて膨脹材料部１５の膨脹が止み若しくは収縮に向かう様な場合であっても、通電部１６の塑性変形に応じて一対の通電部１６、１７の間の通電が維持されることになる。
【００１９】
本実施形態のスイッチ素子１０では、図２に示すように、非常時に膨脹材料部１５が膨脹し前記一対の通電部１６、１７の一方である通電部１６が変形するが、これに限定されず、上側の通電部が変形したりするものであっても良い。また、一対の通電部が左右に離間する場合では、一方が水平や斜めに移動して接続するような構造であっても良い。また、一対の通電部がそれぞれ環状や円筒形状とされ、内側と外側に離間しており、それらの一方が膨脹材料部の膨脹に応じて径方向に移動して接続するような構造であっても良い。また、図２の例では、一対の通電部１６、１７が面接触してスイッチが閉じる構成とされているが、特に面接触に限定されず、接触抵抗が十分に低ければ単数若しくは複数の点接触などであっても良い。なお、本明細書において“変形する”とは、湾曲する、屈曲する、折曲する、破損する、延伸する、収縮するなどの種々の材料の形状を変える作業を意味し、塑性変形を伴う加工を意味する。
【００２０】
上述のように、本実施形態のスイッチ素子１０では、熱や水分などが電子回路部分に加わるような非常時に、膨脹材料部１５が膨脹し、その膨脹現象に応じて一方の通電部１６が変形する。その結果、前記一対の通電部１６、１７同士が接続され、前記一対の通電部１６、１７同士の導通がなされてスイッチ動作を行う。本実施形態のスイッチ素子では、通電部１６の変形に起因して通電部同士の導通がなされるため、確実なスイッチ動作を行うことが可能である。
【００２１】
第２の実施形態
第２の実施形態にかかるスイッチ素子２０は、図３に示すように、熱で膨脹する膨脹材料部２２を有し、その膨脹材料部２２の下部には該膨脹材料部２２に熱を供給するための発熱部として機能するヒーター部２１が形成される構造を有している。図３に示すように、実装基板１１上にベース材１２が形成され、このベース材１２を支持するように導電性材料部１３、１４が形成され、その導電性材料部１３、１４の上面に通電経路を構成する通電部２６、２７が形成されている。なお、これらの実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４は、第１の実施形態のスイッチ素子１０の実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４とそれぞれ同様の構成を有し同様に機能する部材であり、同じ参照符号を与えて重複する説明は省略する。
【００２２】
図３に示すように、本実施形態のスイッチ素子２０は、ベース材１２の上には、ヒーター部２１と熱により膨脹する膨脹材料部２２とが積層している。ヒーター部２１は、比較的に抵抗値が高い導電性の金属材料等からなる発熱層であり、図示しない一対の端子間を通電することでヒーター部２１自体に電流が流れ、ヒーター部２１で熱が発生する。非常時には、ヒーター部２１に電流が流れるように構成されており、ヒーター部２１は、例えば非常時となる状況を検知するセンサーに接続された図示しない制御部に当該ヒーター部２１の端子が接続されて制御される構造とされる。
【００２３】
ヒーター部２１に積層された膨脹材料部２２は、所定の熱膨張材料により形成される層である。このような熱膨張材料としては、第１の実施形態における熱で膨脹する場合の膨脹材料部１５と同様に、膨張黒鉛を含有する材料、高温で分解してガスを発生する材料を含有している熱膨張材料、低沸点化合物を内包した樹脂粒子などが好ましい。
【００２４】
膨脹材料部２２は、主にヒーター部２１からの熱により膨脹する。膨脹材料部２２の上面には、前述のスイッチ素子１０の通電部１６、１７と同様な一対の通電部２６、２７が上下方向に離間して配設されている。一対の通電部２６，２７は、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなる薄膜の導電性材料層である。一対の通電部２６、２７は、所定の剛性を以て形成された層であり、通電部２６は導電性材料部１４の上面から膨脹材料部２２の上面まで橋渡しのように形成され、導電性材料部１４の上面で通電部２６の固定部２６ｃが接続され、膨脹材料部２２の上面で通電部２６の端部２６ａが接続される。他方の通電部２７は固定部２７ａが導電性材料部１３の上面に接続し、該導電性材料部１３の上面に支持される形で形成されており、通電部２７の端部２７ｃ側で、通電部２７の底部２７ｂは、一対の通電部２６、２７の高低差に応じて通電部２６の端部２６ａとは離間している。
【００２５】
図４に非常時を経て動作した後のスイッチ素子２０の状態を示す。非常時にはヒーター部２１に電流が流れ、熱が発生する。その発生した熱はヒーター部２１上に形成された膨脹材料部２２に至り、そのヒーター部２１からの熱によって膨脹材料部２２は膨脹する。その膨脹による体積増加に応じて通電部２６の連絡部２６ｂが塑性変形する。その結果、膨脹材料部２２の上部の通電部２６の端部２６ａは、当該端部２６ａの上面が通電部２７の底面２７ｂと接して電気的に接続するものとなる。この端部２６ａの上面と通電部２７の底面２７ｂの接続によって、通電部２７と通電部２６は閉成され、導電性材料部１３、１４の間も電気的に接続して電流が流れることになる。
【００２６】
本実施形態によるスイッチ素子２０の膨脹材料部２２が熱で膨脹した際に、膨脹材料部２２の膨脹率が十分に高いため、膨脹材料部２２の上で一対の通電部２６、２７は十分に強く接続し続けることになる。従って、たとえヒーター部２１からの熱の供給が止められても、通電部２６の連絡部２６ｂの塑性変形に応じて一対の通電部２６、２７の間の通電が維持されることになる。
【００２７】
本実施形態のスイッチ素子２０では、図４に示すように、非常時に膨脹材料部２２が膨脹し前記一対の通電部２６、２７の一方である通電部２６が変形する構造となっているが、これに限定されず、他の部分が変形するような構造であっても良い。例えば、本実施形態のスイッチ素子２０は、一方の通電部が水平や斜めに移動して接続するような構造であっても良く、一方が膨脹材料部の膨脹に応じて一方の通電部が径方向に移動して接続するような構造であっても良く、また、通電部同士は、特に面接触に限定されず、単数若しくは複数の点接触などであっても良い。
【００２８】
上述のように、本実施形態のスイッチ素子２０では、非常時に、ヒーター部２１からの発熱に応じて膨脹材料部２２が膨脹し、その膨脹現象に応じて一方の通電部２６が変形する。その結果、前記一対の通電部２６、２７同士が接続され、前記一対の通電部２６、２７同士の導通がなされてスイッチ動作を行う。本実施形態のスイッチ素子では、通電部２６の変形に起因して通電部同士の導通がなされるため、確実なスイッチ動作を行うことが可能である。
【００２９】
第３の実施形態
本実施形態にかかるスイッチ素子３０は、図５、図６に示すように、第１の実施形態のスイッチ素子と概ね同様の構成部分を備えているが、２つの異なる膨脹材料部３４、３５を有しており、種々の非常時に対応するスイッチ素子３０が構成されるものとなっている。本実施形態のスイッチ素子３０では、第１の実施形態のスイッチ素子１０と同じ部材には同じ参照符号を与え、重複する説明は簡単のために省略する。
【００３０】
図５に示すように、本実施形態のスイッチ素子３０は、ベース材１２の上には、熱により膨脹する膨脹材料部３４と水分により膨脹する膨脹材料部３５をそれぞれ形成している。熱により膨脹する膨脹材料部３４の上には通電部３６が形成され、水分により膨脹する膨脹材料部３５の上には通電部３７が形成され、これら通電部３６、３７は、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなる。
【００３１】
熱により膨脹する膨脹材料部３４は、例えば、所定の熱膨張材料により形成される層であり、このような熱膨張材料としては、第１の実施形態における熱で膨脹する場合の膨脹材料部１５と同様に、膨張黒鉛を含有する材料、高温で分解してガスを発生する材料を含有している熱膨張材料、低沸点化合物を内包した樹脂粒子などが好ましい。水分により膨脹する膨脹材料部３５としては、例えば吸水性および保水性を有する吸水性ポリマーをその構成材料として例示することができる。
【００３２】
図５に示すように、これら熱により膨脹する膨脹材料部３４と水分により膨脹する膨脹材料部３５は、それぞれ導電性材料部３１、３２、３３に仕切られており、それぞれその上部側には通電部３８、３９、４０が形成される。導電性材料部３１、３２、３３は、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなる。導電性材料部３１、３２、３３は、水平面内で互いに離間するように配置されているが、導電性材料部３１、３２、３３は同じ高さで形成され、従って、それらの上にそれぞれ形成される通電部３８、３９、４０は略同じ高さで離間するように配設される。通電部３８、３９、４０も、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなる薄膜の導電性材料層からなる。
【００３３】
通電部３６と通電部３８、３９は、平面レイアウトで見た場合には、通電部３６の端部がそれぞれ通電部３８、３９の端部とそれぞれ重なり合う様な位置関係とされ、同様に、通電部３７と通電部３９、４０は、平面レイアウトで見た場合には、通電部３７の端部がそれぞれ通電部３９、４０の端部とそれぞれ重なり合う様な位置関係とされる。従って、熱により膨脹する膨脹材料部３４と水分により膨脹する膨脹材料部３５がそれぞれ膨脹した場合には、通電部３６の上面と通電部３８、３９の底面が接続されることになり、通電部３７の上面と通電部３９、４０の底面が接続されることになる。
【００３４】
図６は本実施形態のスイッチ素子３０の非常時を経て動作した後の状態を示す。非常時としては、種々の状況が考えられるが、図６の状況は、熱と水分の両方が作用して、熱により膨脹する膨脹材料部３４と水分により膨脹する膨脹材料部３５の両方が膨脹した例である。熱により膨脹する膨脹材料部３４に熱が作用した結果、膨脹材料部３４は大きく膨脹して通電部３６を押し上げ、通電部３６の上面と通電部３８、３９の底面が接続される。この接続により、通電部３８、３９の間が通電部３６を介して導通する。同様に、水分により膨脹する膨脹材料部３５に水分が作用した結果、膨脹材料部３５は大きく膨脹して通電部３７を押し上げ、通電部３７の上面と通電部３９、４０の底面が接続される。この接続により、通電部３９、４０の間が通電部３７を介して導通する。
【００３５】
例えば、熱と水分の両方を非常時発生とするスイッチ素子であれば、通電部３８と通電部４０の間が、図６に示すように、それぞれ膨脹材料部３４、３５の膨脹により通電部３６、３９、３７を介して接続されば、スイッチが入る構造となる。また、例えば、熱と水分の片方でも発生すれば非常時発生とするスイッチ素子であれば、図中、中央の通電部３９から左右どちらかの通電部３８、４０に導通すれば、スイッチが入る構造とすれば良い。この場合には、発生する状況、即ち、本実施形態では熱と水分の違いに応じて膨脹する膨脹材料部３４、３５が異なることになり、通電部３９を流れる電流が通電部３８、４０の一方とのみ流れ、スイッチが入ることで作動する回路を異ならせることも可能である。言い換えれば、水没と異常加熱の場合で異なるように電子機器を保護するような動作も。本実施形態のスイッチ素子３０を用いることで可能となる。さらに、熱と水分の状態をモニターするものに限らず、後述する気圧変化で膨脹するような気圧膨脹部を組わせることもでき、ヒーター部などを組わせることで、過電流、過電圧などでスイッチが入るようなスイッチ素子を設けることもできる。
【００３６】
上述のように、本実施形態のスイッチ素子３０では、互いに異なる複数の膨脹材料部３４、３５が設けられていることから、種々の非常時に対応するスイッチ素子３０が構成される。従って、本実施形態のスイッチ素子３０では、種々の非常時にそれぞれ的確に対応して、確実なスイッチ動作を行うことが可能である。
【００３７】
第４の実施形態
図７に示すように、本実施形態のスイッチ素子５０は、気圧変化に応じて膨脹する気圧膨脹部５２を有する。本実施形態のスイッチ素子５０では、実装基板１１上にベース材１２が形成され、このベース材１２を支持するように導電性材料部１３、１４が形成され、その導電性材料部１３、１４の上面に通電経路を構成する通電部５３、５４が形成されている。なお、これらの実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４は、第１の実施形態のスイッチ素子１０の実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４とそれぞれ同様の構成を有し同様に機能する部材であり、同じ参照符号を与えて重複する説明は省略する。
【００３８】
このベース材１２上には、気圧膨脹部５２が重ねられ、その気圧膨脹部５２上に通電部５４が設けられている。気圧膨脹部５２は、例えば薄いゴム材等による伸縮材５１で覆われた言わば風船の如き構造を有している。従って、気圧の低い環境にすれば、気圧膨脹部５２は膨らむことになる。気圧膨脹部５２の内部は、所定のガスが封入された空間部とされる。なお、気圧膨脹部５２の内部には、伸張できる多孔質の材料を配設することもでき、或いは車両のエアバックシステムのように気圧膨脹部５２内部に所定のガスを点火や化学反応等により急激に発生させても良い。通電部５３、５４は、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなる。
【００３９】
通常時には、図７に示すように、通電部５４が導電性材料部１４の上面から気圧膨脹部５２の上面までほぼ水平に延長され、この通電部５４と段差を以て通電部５３が水平に延長される。通電部５３は、第１の実施形態のスイッチ素子１０と同様に、気圧膨脹部５２が形成された領域まで、平面レイアウトで見た場合に重なる領域まで延長される。通電部５４と通電部５３の間は、段差があるため、高さ方向に離間している。
【００４０】
本実施形態のスイッチ素子５０は、例えば気圧が低下したなどの非常時には、図８に示すように、気圧膨脹部５２が膨脹して通電部５４の一部を押し上げる。気圧膨脹部５２は、気圧の低下時には、伸縮材５１が伸びることになり、当該気圧膨脹部５２の膨脹を助長する。この膨脹によって、上面の通電部５４が変形し、通電部５３と重なる領域では、通電部５３の底面と通電部５４の上面が接続され、通電部５３、５４の間が導通することになる。
【００４１】
上述のように、本実施形態のスイッチ素子５０では、気圧の変化に伴う非常時には、気圧膨脹部５２の膨脹によって、通電部５３の底面と通電部５４の上面が接続され、確実にスイッチ動作を行うことができる。
【００４２】
第５の実施形態
図９に示すように、本実施形態のスイッチ素子６０は、通電部６３の先端が延長された接続端部６４を有し、非常時に膨脹材料部６１が一旦膨脹しその後に収縮しても接続が確保される例である。本実施形態のスイッチ素子６０では、実装基板１１上にベース材１２が形成され、このベース材１２を支持するように導電性材料部１３、１４が形成され、その導電性材料部１３、１４の上面に通電経路を構成する通電部６２、６３が形成されている。なお、これらの実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４は、第１の実施形態のスイッチ素子１０の実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４とそれぞれ同様の構成を有し同様に機能する部材であり、同じ参照符号を与えて重複する説明は省略する。
【００４３】
本実施形態のスイッチ素子６０の通電部６３は膨脹材料部６１の上まで水平に延長されているだけではなく、その先端部で上方向に折り曲げられて接続端部６４として斜め上方向に突き出るように形成される。他方の通電部６２は、導電性材料部１３から略水平に延長される。通常時では、通電部６２の底部６２ｃは、上方向に突き出た接続端部６４と離間して配置される。
【００４４】
次に、非常時では図１０に示すように、ベース材１２の熱や水分などにより膨脹材料部６１が膨脹し、その結果、一方の通電部６３が変形して押し上げられる。すると、上方向に突き出た接続端部６４の上側が通電部６２の底部６２ｃに接続される。この時、通電部６２と通電部６３の間が導通することになる。
【００４５】
さらに時間が経過して、図１１に示す状況においては、本実施形態のスイッチ素子６０の膨脹材料部６１が最大に膨脹した状態に比べて多少収縮することがある。膨脹材料部６１が収縮した場合では、膨脹材料部６１上の通電部６３の位置が下がることになるが、上方向に突き出た接続端部６４が通電部６２の底部６２ｃに接触し続けるため、通電部６２と通電部６３の間の導通は維持され、スイッチは閉成したままに保たれる。
【００４６】
本実施形態のスイッチ素子６０では、膨脹材料部６１が収縮した場合でも上方向に突き出た接続端部６４が通電部６２の底部６２ｃに接触し続けるため、確実なスイッチ動作を行うことができる。なお、通電部６２の先端を下側に折り曲げて加工することで、膨脹材料部６１の膨脹時以降に接続端部６４と係合する構成とすることができ、更に確実にスイッチ動作を行うことも可能である。
【００４７】
第６の実施形態
図１２に示すように、本実施形態のスイッチ素子７０は、通電部７３の先端側に係合部としての尖塔部７４が形成され、非常時に膨脹材料部７１が一旦膨脹しその後に収縮しても接続が確保される例である。本実施形態のスイッチ素子７０では、実装基板１１上にベース材１２が形成され、このベース材１２を支持するように導電性材料部１３、１４が形成され、その導電性材料部１３、１４の上面に通電経路を構成する通電部７２、７３が形成されている。なお、これらの実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４は、第１の実施形態のスイッチ素子１０の実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１３、１４とそれぞれ同様の構成を有し同様に機能する部材であり、同じ参照符号を与えて重複する説明は省略する。
【００４８】
本実施形態のスイッチ素子７０の通電部７３は膨脹材料部７１の上まで水平に延長され、さらに、その先端部には、上側に突き出る形状で複数の尖塔部７４が形成される。尖塔部７４は、通電部７３と同様に、例えば銀、銅やアルミニウム、或いはこれらの合金などの比較的に高融点の金属配線材料からなり、また、通電部７２に刺さる構造を有しているため、通電部７２、７３よりも固い材料を選択することも可能である。尖塔部７４は、先細りの円錐形状であるが、角錐形状であっても良く、抜け止めのための鉤部を有していても良い。尖塔部７４が形成されない側である、他方の通電部７２は、導電性材料部１３に固定部７２ａが固定され、その部分から略水平に延長される。通常時では、通電部７２の先端側７２ｂは、上方向に突き出た尖塔部７４とは離間して配置される。また、尖塔部７４は通電部７２上に単数でも良く、複数設けることもできる。尖塔部７４の形状やサイズは必ずしも全て同じでなくとも良く、場所に応じて形状やサイズを変えて配置することも可能である。
【００４９】
次に、非常時では図１３に示すように、ベース材１２の熱や水分などにより膨脹材料部７１が膨脹し、その結果、一方の通電部７３が主に連絡部７３ｂで変形して押し上げられる。すると、上方向に突き出た複数の尖塔部７４は、通電部７２の先端側７２ｂに突き刺さり或いは一部は突き抜けたりすることになり、確実に通電部７２と通電部７３の間が導通することになる。
【００５０】
さらに時間経過などにより、膨脹材料部７１が多少収縮することがあり、このような場合であっても、図１４に示すように、本実施形態のスイッチ素子７０においては、通電部７３から上方向に突き出た複数の尖塔部７４が他方の通電部７２に刺さったままとされる。このような複数の尖塔部７４が他方の通電部７２に刺さったままの状態では、通電部７３の先端側７３ａの底部７３ｄが膨脹材料部７１から剥がれてしまうことがあっても、通電部７２と通電部７３の間の導通は維持され、スイッチは閉成したままに保たれる。
【００５１】
本実施形態のスイッチ素子７０では、膨脹材料部７１が収縮した場合でも上方向に突き出た複数の尖塔部７４が通電部７２に突き刺さったままとなるため、確実なスイッチ動作を行うことができる。
【００５２】
第７の実施形態
図１５に示すように、本実施形態のスイッチ素子８０は、通常時に通電部８４は第３の通電部８５につながって構成されているが、非常時に膨脹材料部８３が膨脹すると、離間していた通電部８６に導通路が切り替えられる例である。本実施形態のスイッチ素子８０では、実装基板１１上にベース材１２が形成され、このベース材１２を支持するように導電性材料部８１、１４が形成され、その導電性材料部８１、１４の上面に通電経路を構成する通電部８４が形成されている。なお、これらの実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１４は、第１の実施形態のスイッチ素子１０の実装基板１１、ベース材１２、及び導電性材料部１４とそれぞれ同様の構成を有し同様に機能する部材であり、同じ参照符号を与えて重複する説明は省略する。通電部８４は第３の通電部８５に亘るように延長されており、ベース材１２との間には膨脹材料部８３が配設される。
【００５３】
第３の通電部８５の上部には、絶縁部８２を介して通電部８６が形成されており、この通電部８６は、絶縁部８２の上面から略水平に延長される。図１５に示すように、通常時では、通電部８６の先端は、膨脹材料部８３上の通電部８４とは離間して配置される。
【００５４】
図１６に示すように、本実施形態のスイッチ素子８０は、非常時に熱や水分などの供給により膨脹材料部８３が膨脹する。すると、その膨脹による体積増加に応じて通電部８４の連絡部８４ｂが塑性変形する。そして膨脹材料部８３上の通電部８４の接続部８４ａは、略水平に延長されていた通電部８６と接続し、通電部８４と通電部８６が導通することになるが、同時に膨脹材料部８３の膨脹によって通電部８４は第３の通電部８５との間で破断してしまい、その結果、第３の通電部８５とは導通が遮断されることになる。なお、第３の通電部８５側で破断が生じ、反対側の連絡部８４ｂで塑性変形が生ずる理由は、主に第３の通電部８５側では段差が大きいためであるが、第３の通電部８５側の連絡部の方を連絡部８４ｂ側に比べて薄い膜厚することでも同様な結果を得ることができる。
【００５５】
本実施形態のスイッチ素子８０は、１つの膨脹材料部８３の動作により、通電部８４が接続する先を切り替えることができ、確実なスイッチ動作を行うことができる。
【００５６】
本発明は上述した実施形態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で、適宜変更して実施できるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１０、２０，３０、５０、６０、７０、８０  スイッチ素子
１１  実装基板
１２  ベース材
１３、１４、３１、３２、３３  導電性材料部
１５、２２、３４、３５、５２、６１、７１、８３  膨脹材料部
１６、１７、２６、２７、３６、３７、３８、３９、４０、５３、５４、６２、６３、７２、７３、８４、８６  通電部
６４  接続端部
７４  尖塔部
８５  第３の通電部
【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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