特許 6184805 遮断素子、及び遮断素子回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6184805

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】遮断素子、及び遮断素子回路

(51)【国際特許分類】

   H01H 37/76 20060101AFI20170814BHJP

   H02H 3/08 20060101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   H01H37/76 F

   H01H37/76 P

   H02H3/08 P

【請求項の数】25

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-177058(P2013-177058)

(22)【出願日】2013年8月28日

(65)【公開番号】特開2015-46316(P2015-46316A)

(43)【公開日】2015年3月12日

【審査請求日】2016年6月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001357

【氏名又は名称】特許業務法人つばさ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100113424

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 信博

(72)【発明者】

【氏名】米田 吉弘

【審査官】 太田 義典

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０５６７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８５９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４２５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１５４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５０５１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、
上記絶縁基板に形成され、第１の回路を構成する第１及び第２の電極と、
上記絶縁基板に形成され、上記第１の回路と電気的に独立して形成された第２の回路を構成する第３〜第５の電極と、
上記第１及び第２の電極間にわたって搭載された第１の可溶導体と、
上記第３及び第４の電極間に接続された発熱体と、
上記第４及び第５の電極間にわたって搭載された第２の可溶導体とを備えた遮断素子。

【請求項2】

上記第３〜第５の電極間に電流を流し上記発熱体が発熱した熱により、上記第１の可溶導体を溶断させた後に、上記第２の可溶導体を溶断させる請求項１記載の遮断素子。

【請求項3】

上記第１の可溶導体は、上記第２の可溶導体よりも、上記発熱体の発熱中心に近い位置に搭載されている請求項１又は２に記載の遮断素子。

【請求項4】

上記第１の可溶導体の断面積は、上記第２の可溶導体の断面積よりも小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項5】

上記第１の可溶導体の長さは、上記第２の可溶導体の長さよりも長い請求項１〜４のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項6】

上記第１の可溶導体の融点が、上記第２の可溶導体の融点よりも低い請求項１〜５のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項7】

上記絶縁基板の上記第１〜第５の電極が形成されている面の表面に絶縁層を備え、
上記発熱体は、上記絶縁基板と上記絶縁層の間、又は上記絶縁層の内部に形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項8】

上記発熱体は、上記絶縁基板の上記表面と反対側の面に形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項9】

上記発熱体は、上記絶縁基板の内部に形成されている請求項請求項１〜６のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項10】

上記発熱体は、上記第１及び第２の電極が重畳する請求項６〜９のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項11】

上記発熱体は、上記第４及び第５の電極が重畳する請求項１０記載の遮断素子。

【請求項12】

上記絶縁基板の上記第１〜第５の電極が形成されている面の表面に絶縁層を備え、
上記発熱体は、上記絶縁基板と上記絶縁層の間に形成されるとともに、上記第１及び第２の電極、並びに上記第４及び第５の電極と並んで形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項13】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダである請求項１〜１２のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項14】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、低融点金属と高融点金属とを含有し、
上記低融点金属が上記発熱体からの加熱により溶融し、上記高融点金属を溶食する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項15】

上記低融点金属はハンダであり、
上記高融点金属は、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金である請求項１４記載の遮断素子。

【請求項16】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、内層が高融点金属であり、外層が低融点金属の被覆構造である請求項１〜１２、１４又は１５のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項17】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、内層が低融点金属であり、外層が高融点金属の被覆構造である請求項１〜１２、１４又は１５のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項18】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、低融点金属と、高融点金属とが積層された積層構造である請求項１〜１２、１４又は１５のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項19】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、低融点金属と、高融点金属とが交互に積層された４層以上の多層構造である請求項１〜１２、１４又は１５のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項20】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、内層を構成する低融点金属の表面に形成された高融点金属に、開口部が設けられている請求項１〜１２、１４又は１５のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項21】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、多数の開口部を有する高融点金属層と、上記高融点金属層上に形成された低融点金属層とを有し、上記開口部に低融点金属が充填されている請求項１〜１２、１４又は１５のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項22】

上記第１の可溶導体及び／又は上記第２の可溶導体は、低融点金属の体積が、高融点金属の体積よりも多い請求項１〜１２、１４〜２１のいずれか１項に記載の遮断素子。

【請求項23】

第１の可溶導体を有する第１の回路と、
上記第１の回路と電気的に独立して形成され、発熱体と、上記発熱体の一端と接続された第２の可溶導体とを有する第２の回路とを備えた遮断素子回路。

【請求項24】

上記第２の回路に電流を流し上記発熱体が発熱した熱により、上記第１の可溶導体を溶断させて上記第１の回路を遮断した後に、上記第２の可溶導体を溶断させる請求項２３記載の遮断素子回路。

【請求項25】

上記第２の回路は、上記発熱体及び上記第２の可溶導体が電源及びスイッチ素子に接続され、上記スイッチ素子を駆動させることにより電流が流れる請求項２３又は２４に記載の遮断素子回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源ラインや信号ラインを電気的且つ物理的に遮断することにより安全性を保障する遮断素子、及び遮断素子回路に関する。

【背景技術】

【0002】

充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。

【0003】

この種の遮断素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる遮断素子が用いられている。

【0004】

図１７に示すように、このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の遮断素子８０としては、電流経路上に接続された第１及び第２の電極８１，８２間に亘って可溶導体８３を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体８３を、過電流による自己発熱、あるいは遮断素子８０内部に設けた発熱体８４によって溶断するものが提案されている。

【0005】

具体的に、遮断素子８０は、絶縁基板８５と、絶縁基板８５に積層され、絶縁部材８６に覆われた発熱体８４と、絶縁基板８５の両端に形成された第１、第２の電極８１，８２と、絶縁部材８６上に発熱体８４と重畳するように積層された発熱体引出電極８８と、両端が第１、第２の電極８１，８２にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極８８に接続された可溶導体８３とを備える。

【0006】

図１８は、遮断素子８０の回路図である。すなわち、遮断素子８０は、発熱体引出電極８８を介して直列接続された可溶導体８３と、可溶導体８３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体８３を溶融する発熱体８４とからなる回路構成である。また、遮断素子８０では、たとえば、可溶導体８３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱体８４が電流制御素子８７と接続される。電流制御素子８７は、例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、リチウムイオン二次電池が異常電圧を示したときには、可溶導体８３を介して発熱体８４に電流が流れるように制御される。

【0007】

これにより遮断素子８０は、発熱体８４の発熱により、電流経路上の可溶導体８３を溶断させ、この溶融導体を発熱体引出電極８８に集めることにより、第１及び第２の電極８１，８２間の電流経路を遮断し、バッテリパックの充放電経路を電気的且つ物理的に遮断することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０−００３６６５号公報

【特許文献2】特開２００４−１８５９６０号公報

【特許文献3】特開２０１２−００３８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ここで、図１７、図１８に示す遮断素子８０においては、発熱体８４を発熱させる電力を、可溶導体８３を介して供給するものであるが、第１の電極８１〜可溶導体８３〜第２の電極８２にわたる電流経路はバッテリの充放電経路であることから、発熱体８４の通電時においても発熱体８４に可溶導体８３を溶断させるのに十分な熱量を得ることができる。

【0010】

しかし、遮断素子８０を、電源ラインよりも微弱な電流を流す信号ラインにおいて用いる場合には、発熱体８４に可溶導体８３を溶断させるのに十分な発熱量を得るほどの電力を供給することができず、遮断素子８０の用途が大電流用途に限られていた。

【0011】

また、電流経路を発熱体８４側に切り替える電流制御素子８７も、電流定格の向上に伴って同様に定格の向上が求められる。そして、高定格の電流制御素子は、一般的に高価であり、コスト上も不利となる。

【0012】

そこで、本発明は、微弱な電流経路に組み込まれた場合にも、発熱体に可溶導体を溶断させるのに十分な電力を供給することができ、あらゆる用途に用いることができる遮断素子、及び遮断素子回路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】

【0013】

上述した課題を解決するために、本発明に係る遮断素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成され、第１の回路を構成する第１及び第２の電極と、上記絶縁基板に形成され、上記第１の回路と電気的に独立して形成された第２の回路を構成する第３〜第５の電極と、上記第１及び第２の電極間にわたって搭載された第１の可溶導体と、上記第３及び第４の電極間に接続された発熱体と、上記第４及び第５の電極間にわたって搭載された第２の可溶導体とを備えたものである。

【0014】

また、本発明に係る遮断素子回路は、第１の可溶導体を有する第１の回路と、上記第１の回路と電気的に独立して形成され、発熱体と、上記発熱体の一端と接続された第２の可溶導体とを有する第２の回路とを備えたものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、第１の回路と、第１の回路を遮断させる第２の回路とが、電気的に独立しているため、第１の回路が組み込まれる外部回路の種類によらず、発熱体に対して第１の可溶導体を溶断させるのに十分な発熱量を得る電力を供給することができる。したがって、本発明によれば、第１の回路が組み込まれる外部回路として、微弱な電流を流すデジタル信号回路等にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明が適用された遮断素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ‐Ａ‘断面図、（Ｃ）は断面図である。

【図2】図２は、本発明が適用された遮断素子の回路図である。

【図3】図３は、本発明が適用された遮断素子回路の回路図である。

【図4】図４は、本発明が適用された遮断素子の第１の可溶導体が溶断された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は回路図、（Ｃ）は断面図である。

【図5】図５は、本発明が適用された遮断素子の第２の可溶導体が溶断された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は回路図、（Ｃ）は断面図である。

【図6】図６は、本発明が適用された遮断素子の応用例を示す図であり、（Ａ）は第１、第２の可溶導体の溶断前、（Ｂ）は溶断後を示す。

【図7】図７は、本発明が適用された他の遮断素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ‐Ａ‘断面図である。

【図8】図８は、本発明が適用された他の遮断素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ‐Ａ‘断面図である。

【図9】図９は、本発明が適用された他の遮断素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ‐Ａ‘断面図である。

【図10】図１０は、本発明が適用された他の遮断素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ‐Ａ‘断面図である。

【図11】図１１は、高融点金属層と低融点金属層を有し、被覆構造を備える可溶導体を示す斜視図であり、（Ａ）は高融点金属層を内層とし低融点金属層で被覆した構造を示し、（Ｂ）は低融点金属層を内層とし高融点金属層で被覆した構造を示す。

【図12】図１２は、高融点金属層と低融点金属層の積層構造を備える可溶導体を示す斜視図であり、（Ａ）は上下２層構造、（Ｂ）は内層及び外層の３層構造を示す。

【図13】図１３は、高融点金属層と低融点金属層の多層構造を備える可溶導体を示す断面図である。

【図14】図１４は、高融点金属層の表面に線状の開口部が形成され低融点金属層が露出されている可溶導体を示す平面図であり、（Ａ）は長手方向に沿って開口部が形成されたもの、（Ｂ）は幅方向に沿って開口部が形成されたものである。

【図15】図１５は、高融点金属層の表面に円形の開口部が形成され低融点金属層が露出されている可溶導体を示す平面図である。

【図16】図１６は、高融点金属層に円形の開口部が形成され、内部に低融点金属が充填された可溶導体を示す平面図である。

【図17】図１７は、本発明の参考例に係る遮断素子を示す平面図である。

【図18】図１８は、本発明の参考例に係る遮断素子の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明が適用された遮断素子、及び遮断素子回路について、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。

【0018】

［第１の形態］
本発明が適用された遮断素子１は、図１に示すように、絶縁基板１０と、絶縁基板１０に形成され、第１の回路２を構成する第１の電極１１及び第２の電極１２と、絶縁基板１０に形成され、第２の回路３を構成する第３の電極１３、第４の電極１４及び第５の電極１５と、第１及び第２の電極１１，１２間にわたって搭載された第１の可溶導体１７（ヒューズ）と、第３及び第４の電極１３，１４間に接続された発熱体１８と、第４及び第５の電極１４，１５間にわたって搭載された第２の可溶導体（ヒューズ）１９とを備える。図１（Ａ）は、遮断素子１の平面図であり、図１（Ｂ）は、Ａ−Ａ‘断面図であり、（Ｃ）は断面図である。

【0019】

絶縁基板１０は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。

【0020】

［第１及び第２の電極：第１の回路］
第１及び第２の電極１１，１２は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成されるとともに、後述する絶縁部材２１上に積層されている。また、第１及び第２の電極１１，１２は、スルーホール２０を介して絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成された外部接続端子と連続されている。

【0021】

第１及び第２の電極１１，１２は、第１の可溶導体１７が搭載されることにより電気的に接続されている。これにより、遮断素子１は、第１の電極１１〜第１の可溶導体１７〜第２の電極１２に至る第１の回路２を構成し、第１の回路２は、遮断素子１が実装される回路基板上に形成された回路の一部に組み込まれる。

【0022】

第１の回路２が組み込まれる回路は、遮断素子１が実装される電子機器の電流ラインであり、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパックにおける充放電回路、各種電子機器の電源回路、あるいは、デジタル信号回路等、電流の強弱に関わらず物理的な電流経路の遮断が求められるあらゆる回路に適用することができる。

【0023】

［発熱体］
発熱体１８は、絶縁基板１０の表面１０ａに積層され、絶縁部材２１に覆われている。発熱体１８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Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１０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される。発熱体１８は、一端が第３の電極１３と接続され、他端が第４の電極１４と接続されている。

【0024】

発熱体１８を覆うように絶縁部材２１が配置され、この絶縁部材２１を介して発熱体１８と重畳するように第１の電極１１、第２の電極１２、第４の電極１４及び第５の電極１５が積層されている。絶縁部材２１としては、例えばガラスを用いることができる。なお、遮断素子１は、発熱体１８の熱を効率良く第１の可溶導体１３に伝えるために、発熱体１８と絶縁基板１０の間にも絶縁部材を積層し、発熱体１８を絶縁基板１０の表面に形成された絶縁部材２１の内部に設けても良い。

【0025】

［第３〜第５の電極：第２の回路］
第３の電極１３は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成され、発熱体１８の一端と接続されている。第４の電極１４は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成されることにより発熱体１８の他端と接続されるとともに、絶縁部材２１上に積層されている。第５の電極１５は、絶縁部材１０の表面１０ａ上に形成されるとともに、絶縁部材２１上に積層されている。なお、第３の電極１３及び第５の電極１５は、スルーホール２０を介して絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成された外部接続端子と連続されている。

【0026】

第４及び第５の電極１４，１５は、絶縁部材２１上において、第２の可溶導体１９が搭載されることにより電気的に接続されている。これにより、第３〜第５の電極１３〜１５は、上記第１の回路２と電気的に独立した第２の回路３を構成する。第２の回路３は、第１の回路２の第１の可溶導体１７を加熱、溶断するための回路であり、第１の可溶導体１７を溶断し第１の回路２を遮断した後は、第２の可溶導体１９を溶断することで自身も遮断し、発熱体１８への給電を停止する。

【0027】

［可溶導体］
第１、第２の可溶導体１７，１９は、発熱体１８の発熱により速やかに溶断されるいずれの金属を用いることができ、例えば、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。

【0028】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。低融点金属としては、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、遮断素子１をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、内層の低融点金属の外部への流出を抑制し、第１、第２の可溶導体１７，１９の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食（ハンダ食われ）することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。なお、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。

【0029】

第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属層を内層とし、高融点金属層を外層として構成することができる。このような第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属箔に、高融点金属層をメッキ技術を用いて成膜することによって形成することができ、あるいは、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いて形成することもできる。また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、高融点金属層を内層とし、低融点金属層を外層として構成してもよく、また低融点金属層と高融点金属層とが交互に積層された４層以上の多層構造としてもよい。

【0030】

なお、第１、第２の可溶導体１７，１９は、第１及び第２の電極１１，１２上、第４及び第５の電極１４，１５上へ、ハンダ等を用いて接続されている。また、第１の回路２を、デジタル信号回路に適用する場合、第１の可溶導体１７の外層として、高周波特性の良好な銀メッキ層を形成することが好ましい。これにより、第１の可溶導体１７は、表皮効果による低抵抗化を図り高周波特性を向上させるとともに、瞬間的な大電流が流れた際にも外層の銀メッキ層を流れ、自己発熱による溶断を防止する耐パルス性を向上させることができる。

【0031】

［第１の可溶導体の先溶融］
ここで、遮断素子１は、第１の回路２の第１の可溶導体１7が、第２の回路３の第２の可溶導体１９よりも先に溶断するように形成されている。第１の可溶導体１７よりも先に第２の可溶導体１９が溶断すると、発熱体１８への給電が停止され、第１の可溶導体１７を溶断することができなくなるからである。

【0032】

そこで、遮断素子１は、発熱体１８が発熱すると、第１の可溶導体１７が先に溶断するように形成されている。具体的に、遮断素子１の第１の可溶導体１７は、第２の可溶導体１９よりも、発熱体１８の発熱中心に近い位置に搭載されている。

【0033】

ここで、発熱体１８の発熱中心とは、発熱体１８が発熱することにより発現する熱分布のうち、発熱初期の段階で最も高温となる領域をいう。発熱体１８より発せされる熱は絶縁基板１０からの放熱量が最も多く、絶縁基板１０を、耐熱衝撃性に優れるが熱伝導率も高いセラミックス材料により形成した場合などには、絶縁基板１０に熱が拡散してしまう。そのため、発熱体１８は通電が開始された発熱初期の段階では、絶縁基板１０と接する外縁から最も遠い中心が最も熱く、絶縁基板１０と接する外縁に向かうにつれて放熱されて温度が上がりにくくなる。

【0034】

そこで、遮断素子１は、第１の可溶導体１７を、第２の可溶導体１９よりも、発熱体１８の発熱初期において最も高温となる発熱中心に近い位置に搭載することにより、第２の可溶導体１９よりも早く熱が伝わり、溶断するようにする。第２の可溶導体１９は、第１の可溶導体１７より遅れて加熱されるため、第１の可溶導体１７が溶断した後に溶断される。

【0035】

また、遮断素子１は、第１、第２の可溶導体１７，１９の形状を変えることにより、第１の可溶導体１７が先に溶断するようにしてもよい。例えば、第１、第２の可溶導体１７，１９は、断面積が小さいほど溶断が容易となることから、遮断素子１は、第１の可溶導体１７の断面積を第２の可溶導体１９の断面積よりも小さくすることにより、第２の可溶導体１９よりも先に溶断させることができる。

【0036】

また、遮断素子１は、第１の可溶導体１７を第１、第２の電極１１，１２間の電流経路に沿って幅狭かつ長く形成し、第２の可溶導体１９を第４，第５の電極１４，１５間の電流経路に沿って幅広かつ短く形成してもよい。これにより、第１の可溶導体１７は、第２の可溶導体１９よりも相対的に溶断しやすい形状となり、発熱体１８の発熱により、第２の可溶導体１９よりも先に溶断する。

【0037】

また、遮断素子１は、第１の可溶導体１７の材料として、第２の可溶導体１９の材料よりも融点の低いもので形成してもよい。これによっても、発熱体１８の発熱により第１の可溶導体１７を第２の可溶導体１９よりも溶断しやすくし、確実に第１の可溶導体１７を第２の可溶導体１９よりも先に溶断させることができる。

【0038】

その他にも、遮断素子１は、第１の可溶導体１７と第２の可溶導体１９の層構造を変えることによって融点に差を設け、相対的に第１の可溶導体１７を第２の可溶導体１９よりも溶断しやすくし、発熱体１８の発熱により、第１の可溶導体１７を第２の可溶導体１９よりも先に溶断させるようにしてもよい。

【0039】

［その他］
なお、第１、第２の可溶導体１７，１９の酸化防止、及び第１、第２の可溶導体１７，１９の溶融時における濡れ性を向上させるために、第１、第２の可溶導体１７，１９の上にはフラックス２２が塗布されている。

【0040】

また、遮断素子１は、絶縁基板１０がカバー部材２３に覆われることによりその内部が保護されている。カバー部材２３は、上記絶縁基板１０と同様に、たとえば、熱可塑性プラスチック，セラミックス，ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成されている。

【0041】

［回路構成］
次いで、遮断素子１の回路構成について説明する。図２に遮断素子１の回路図を示す。図３に、遮断素子１が適用された遮断素子回路３０の一例を示す。遮断素子１は、第１の電極１１と第２の電極１２とが第１の可溶導体１７を介して連続することにより形成される第１の回路２を有する。第１の回路２は、遮断素子１が実装される回路基板の電流経路上に直列接続されることにより、電源回路やデジタル信号回路等の各種外部回路３１に組み込まれる。

【0042】

また、遮断素子１は、第４の電極１４を介して発熱体１８と第２の可溶導体１９とが直列接続された第２の回路３を有する。第２の回路３は、第１の回路２と電気的に独立し、熱的に接続可能とされている。発熱体１８は、一端を第３の電極１３と接続され、他端を第４の電極１４と接続されている。また、第２の可溶導体１９は、第４の電極１４と第５の電極１５との間にわたって搭載されている。第３の電極１３は、外部接続端子を介して第２の回路３への給電を制御する電流制御素子２５に接続され、第５の電極１５は、外部接続端子を介して外部電源２６と接続される。

【0043】

電流制御素子２５は、第２の回路３への給電を制御するスイッチ素子であり、例えばＦＥＴにより構成され、第１の回路２の電気的に且つ物理的な遮断の要否を検出する検出回路２７と接続されている。検出回路２７は、遮断素子１の第１の回路２が組み込まれた各種回路を遮断する必要がある事態を検出する回路であり、例えばバッテリパックの異常電圧、ネットワーク通信機器におけるハッキングやクラッキング、あるいはソフトウェアのライセンス期間の満了等、第１の回路２の遮断により物理的、不可逆的に電流経路を絶ち、外部と遮断する必要が生じた場合に電流制御素子２５を動作させる。

【0044】

これにより、第２の回路３に外部電源２６の電力が供給され、発熱体１８が発熱することにより第１の可溶導体１７が溶断される（図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ））。第１の可溶導体１７の溶融導体は、濡れ性の高い第１の電極１１及び第２の電極１２上に引き寄せられる。したがって、第１の可溶導体１７は、確実に第１の回路２を遮断することができる。また、第１の可溶導体１７が第２の可溶導体１９よりも先に溶断されるため、第２の回路３は、第１の回路２が遮断するまで確実に発熱体１８に給電し、発熱させることができる。

【0045】

発熱体１８は、第１の可溶導体１７の溶断後も発熱を続けるが、第１の可溶導体１７に続き第２の可溶導体１９も溶断することにより、第２の回路３も遮断される（図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ））。これにより、発熱体１８への給電も停止される。

【0046】

このような遮断素子１及び遮断素子回路３０によれば、外部回路３１に組み込まれる第１の回路２と、第１の回路を遮断させる第２の回路３とが、電気的に独立しているため、外部回路３１の種類によらず、発熱体１８に対して第１の可溶導体１７を溶断させるのに十分な発熱量を得る電力を供給することができる。したがって、遮断素子１及び遮断素子回路３０によれば、第１の回路２が組み込まれる外部回路３１として、微弱な電流を流すデジタル信号回路に適用することもできる。

【0047】

例えば、図６（Ａ）に示すように、遮断素子１及び遮断素子回路３０は、情報セキュリティを目的として、第１の回路２をデータサーバ３３とインターネット回線３４との間に組み込み、検出回路２７によってハッキングやクラッキングを検出した時には、図６（Ｂ）に示すように、第１の回路２を遮断することで物理的、不可逆的に信号ラインをインターネット回線３４から切り離し、情報の流出を防止することができる。

【0048】

その他にも、遮断素子１及び遮断素子回路３０は、デバイスの物理的なライセンス認証の取り消し、ＰＬ対策としてデバイスの改造行為に対する機能停止などに応用することもできる。

【0049】

また、遮断素子１及び遮断素子回路３０によれば、第１の回路２と電気的に独立して第２の回路３を形成しているため、発熱体１８への給電を制御する電流制御素子２５を、第１の回路２の定格に関わらず、発熱体１８の定格に応じて選択することができ、より安価に製造することができる。

【0050】

［第２の形態］
遮断素子は、図１に示すように、発熱体１８を絶縁基板１０の第１〜第５の電極１１〜１５が形成されている表面１０ａ上に形成し、第１及び第２の電極１１，１２、並びに第４及び第５の電極１４，１５を重畳させる他にも、図７に示すように、絶縁基板１０の第１〜第５の電極１１〜１５が形成されている表面１０ａと反対側の裏面１０ｂに形成してもよい。図７（Ａ）は、発熱体１８が絶縁基板１０の裏面に形成された遮断素子４０の平面図であり、図７（Ｂ）は、Ａ−Ａ‘断面図である。なお、上述した遮断素子１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。

【0051】

遮断素子４０は、第３の電極１３及び第４の電極１４の一端も、絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に形成される。第４の電極１４の他端は、絶縁基板１０の表面１０ａに形成され、第５の電極１５との間で第２の可溶導体１９が搭載される。第４の電極１４の一端と他端とは、スルーホール２０を介して連続されている。

【0052】

遮断素子４０は、発熱体１８を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成することにより、絶縁基板１０の表面１０ａが平坦となり、第１、第２の電極１１，１２や、第４の電極１４の他端側、第５の電極１５を簡易な工程で形成することができる。なお、この場合、発熱体１８上には、絶縁部材２１が形成され、発熱体１８の保護を図るとともに、遮断素子１の実装時の絶縁性を確保することができる。

【0053】

また、このとき、発熱体１８と第１及び第２の電極１１，１２とを重畳させ、第１の可溶導体１７を第２の可溶導体１９よりも発熱体１８の発熱中心に近い位置に配置することが好ましい。また、発熱体１８と第４及び第５の電極１４，１５とを重畳させ、第２の可溶導体１９にも発熱体１８の熱を効率よく伝達するようにしてもよい。

【0054】

［第３の形態］
また、遮断素子は、図８に示すように、発熱体１８を、絶縁基板１０の内部に形成してもよい。図８（Ａ）は、発熱体１８が絶縁基板１０の内部に形成された遮断素子５０の平面図であり、図８（Ｂ）は、Ａ−Ａ‘断面図である。なお、上述した遮断素子１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。

【0055】

遮断素子５０は、例えば、絶縁基板１０をセラミックス材料で形成する場合、表面に発熱体１８、第３の電極１３、第４の電極１４の一端を形成した後、さらにセラミックス材を積層することにより、発熱体１８が内部に形成された絶縁基板１０を得ることができる。第３の電極１３及び第４の電極１４の各一端は、それぞれスルーホール２０を介して絶縁基板１０の表面１０ａ又は裏面１０ｂに形成された他端と接続されている。

【0056】

遮断素子５０は、発熱体１８を絶縁基板１０の内部に形成することによっても、絶縁基板１０の表面１０ａが平坦となり、第１及び第２の電極１１，１２や、第４の電極１４の他端側、第５の電極１５を簡易な工程で形成することができる。なお、遮断素子５０は、発熱体１８が絶縁基板１０の内部に形成されているため、絶縁部材２１を設ける必要はない。

【0057】

また、このとき、発熱体１８と第１及び第２の電極１１，１２とを重畳させ、第１の可溶導体１７を第２の可溶導体１９よりも発熱体１８の発熱中心に近い位置に配置することが好ましい。また、発熱体１８と第４及び第５の電極１４，１５とを重畳させ、第２の可溶導体１９にも発熱体１８の熱を効率よく伝達するようにしてもよい。

【0058】

［第４の形態］
また、遮断素子１は、図９に示すように、発熱体１８を、絶縁基板１０の表面１０ａ上において、第１及び第２の電極１１，１２、並びに第４及び第５の電極１４，１５と並んで形成してもよい。図９（Ａ）は、発熱体１８が絶縁基板１０の表面上において第１及び第２の電極１１，１２、並びに第４及び第５の電極１４，１５と並んで形成された遮断素子６０の平面図であり、図９（Ｂ）は、Ａ−Ａ‘断面図である。なお、上述した遮断素子１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。

【0059】

遮断素子６０は、第１の可溶導体１７を第２の可溶導体１９よりも発熱体１８の発熱中心の近くに配置することが好ましい。また、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１及び第２の電極１１，１２のみを絶縁部材２１を介して発熱体１８上と重畳させ、第１の可溶導体１７のみを発熱体１８の上に重畳配置してもよい。これにより、第１の可溶導体１７は、第２の可溶導体１９よりも発熱体１８に近い位置に配置され、第２の可溶導体１９よりも先に溶断されることができる。

【0060】

［第１、第２の可溶導体］
上述したように、第１、第２の可溶導体１７，１９のいずれか又は全部は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。このとき、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１１（Ａ）に示すように、内層としてＡｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金等からなる高融点金属層４０が設けられ、外層としてＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等からなる低融点金属層４１が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、第１、第２の可溶導体１７，１９は、高融点金属層４０の全面が低融点金属層４１によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。高融点金属層４０や低融点金属層４１による被覆構造は、メッキ等の公知の成膜技術を用いて形成することができる。

【0061】

また、図１１（Ｂ）に示すように、第１、第２の可溶導体１７，１９は、内層として低融点金属層４１が設けられ、外層として高融点金属層４０が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合も、第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属層４１の全面が高融点金属層４０によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。

【0062】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１２に示すように、高融点金属層４０と低融点金属層４１とが積層された積層構造としてもよい。

【0063】

この場合、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１２（Ａ）に示すように、第１、第２の電極１１，１２や第４、第５の電極１４，１５に搭載される下層と、下層の上に積層される上層からなる２層構造として形成され、下層となる高融点金属層４０の上面に上層となる低融点金属層４１を積層してもよく、反対に下層となる低融点金属層４１の上面に上層となる高融点金属層４０を積層してもよい。あるいは、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１２（Ｂ）に示すように、内層と内層の上下面に積層される外層とからなる３層構造として形成してもよく、内層となる高融点金属層４０の上下面に外層となる低融点金属層４１を積層してもよく、反対に内層となる低融点金属層４１の上下面に外層となる高融点金属層４０を積層してもよい。

【0064】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１３に示すように、高融点金属層４０と低融点金属層４１とが交互に積層された４層以上の多層構造としてもよい。この場合、第１、第２の可溶導体１７，１９は、最外層を構成する金属層によって、全面又は相対向する一対の側面を除き被覆された構造としてもよい。

【0065】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、内層を構成する低融点金属層４１の表面に高融点金属層４０をストライプ状に部分的に積層させてもよい。図１４は、第１、第２の可溶導体１７，１９の平面図である。

【0066】

図１４（Ａ）に示す第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属層４１の表面に、幅方向に所定間隔で、線状の高融点金属層４０が長手方向に複数形成されることにより、長手方向に沿って線状の開口部４２が形成され、この開口部４２から低融点金属層４１が露出されている。第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属層４１が開口部４２より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属層４０の浸食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。開口部４２は、例えば、低融点金属層４１に高融点金属層４０を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。

【0067】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１４（Ｂ）に示すように、低融点金属層４１の表面に、長手方向に所定間隔で、線状の高融点金属層４０を幅方向に複数形成することにより、幅方向に沿って線状の開口部４２を形成してもよい。

【0068】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１５に示すように、低融点金属層４１の表面に高融点金属層４０を形成するとともに、高融点金属層４０の全面に亘って円形の開口部４３が形成され、この開口部４３から低融点金属層４１を露出させてもよい。開口部４３は、例えば、低融点金属層４１に高融点金属層４０を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。

【0069】

第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属層４１が開口部４３より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属の浸食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。

【0070】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、図１６に示すように、内層となる高融点金属層４０に多数の開口部４４を形成し、この高融点金属層４０に、メッキ技術等を用いて低融点金属層４１を成膜し、開口部４４内に充填してもよい。これにより、第１、第２の可溶導体１７，１９は、溶融する低融点金属が高融点金属に接する面積が増大するので、より短時間で低融点金属が高融点金属を溶食することができるようになる。

【0071】

また、第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属層４１の体積を、高融点金属層４０の体積よりも多く形成することが好ましい。第１、第２の可溶導体１７，１９は、発熱体１８によって加熱されることにより、低融点金属が溶融することにより高融点金属を溶食し、これにより速やかに溶融、溶断することができる。したがって、第１、第２の可溶導体１７，１９は、低融点金属層４１の体積を、高融点金属層４０の体積よりも多く形成することにより、この溶食作用を促進し、速やかに第１、第２の電極１１，１２間の遮断、及び第４、第５の電極１４，１５間の遮断を行うことができる。

【符号の説明】

【0072】

１，４０，５０，６０ 遮断素子、２ 第１の回路、３ 第２の回路、１０ 絶縁基板、１０ａ 表面、１０ｂ 裏面、１１ 第１の電極、１２ 第２の電極、１３ 第３の電極、１４ 第４の電極、１５ 第５の電極、１７ 第１の可溶導体、１８ 発熱体、１９ 第２の可溶導体、２０ スルーホール、２１ 絶縁部材、２２ フラックス、２３ カバー部材、２５ 電流制御素子、２６ 外部電源、２７ 検出回路、３０ 遮断素子回路、３１ 外部回路、３３ データサーバ、３４ インターネット回線、４０ 高融点金属層、４１ 低融点金属層、４２〜４４ 開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】