特開 2024-178056 保護素子、及びバッテリパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178056

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】保護素子、及びバッテリパック

(51)【国際特許分類】

   H01H 37/76 20060101AFI20241217BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20241217BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241217BHJP

   H02H 3/093 20060101ALI20241217BHJP

   H02H 3/20 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H01H37/76 P

H02H7/18

H02J7/00 S

H02H3/093 A

H02H3/20 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096557

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【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】100113424

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 信博

(74)【代理人】

【識別番号】100185845

【弁理士】

【氏名又は名称】穂谷野 聡

(72)【発明者】

【氏名】木村 裕二

【テーマコード（参考）】

5G004

5G053

5G502

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G053AA01

5G053AA09

5G053CA01

5G053EC05

5G502AA02

5G502AA20

5G502BD02

5G502FF08

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA01

5G503CA11

5G503FA16

5G503FA17

(57)【要約】

【課題】ヒューズエレメントの溶断後における絶縁性を向上させることができる保護素子、及びこれを用いたバッテリパックを提供する。
【解決手段】保護素子は、ケース２と、ヒューズエレメント３と、ヒューズエレメント３と接続された一対のヒューズ端子４ａ，４ｂと、ヒューズエレメント３の少なくとも一方の面に接続され、ヒューズエレメント３を溶断する溶断部材５とを備え、溶断部材５は、絶縁基板６と、絶縁基板６のヒューズエレメント３と接する表面６ａに設けられヒューズエレメント３と接続された中間電極７と備え、絶縁基板６と一対のヒューズ端子４ａ，４ｂの少なくとも一方との間において、ヒューズエレメント３の上方及び下方に空間１０を有し、ヒューズエレメント３と絶縁基板６とが重畳する領域において、ヒューズエレメント３と絶縁基板６の上方及び下方に空間１１を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケースと、
上記ケースに収納されたヒューズエレメントと、
上記ヒューズエレメントの通電方向に離間して上記ケースの側面部に支持され、上記ヒューズエレメントと接続された一対のヒューズ端子と、
上記一対のヒューズ端子の間において上記ヒューズエレメントの少なくとも一方の面に接続され、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、
上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントと接する表面に設けられ上記ヒューズエレメントと接続された中間電極と備え、
上記絶縁基板と上記一対のヒューズ端子の少なくとも一方との間において、上記ヒューズエレメントの上方及び下方に空間を有し、
上記ヒューズエレメントと上記絶縁基板とが重畳する領域において、上記ヒューズエレメントと上記絶縁基板の上方及び下方に空間を有する
保護素子。

【請求項2】

上記溶断部材は、上記絶縁基板に形成され、発熱により上記ヒューズエレメントを溶断する発熱体と、上記発熱体を被覆する絶縁層を備える請求項１に記載の保護素子。

【請求項3】

断面視において、上記一対のヒューズ端子間の距離Ｄ３が７ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項4】

断面視において、一方の上記ヒューズ端子と、上記絶縁基板の上記一方のヒューズ端子と対向する側縁部との距離Ｄ１が１ｍｍ以上である請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項5】

断面視において、他方の上記ヒューズ端子と、上記絶縁基板の上記他方のヒューズ端子と対向する側縁部との距離Ｄ２が１ｍｍ以上である請求項４に記載の保護素子。

【請求項6】

断面視において、上記絶縁基板の上記一対の端子間方向の幅Ｗが、上記一対の端子間の距離Ｄ３より小さい請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項7】

以下の条件を満たす請求項６に記載の保護素子。
Ｗ＜５ｍｍ
Ｄ３－Ｗ＜２ｍｍ

【請求項8】

上記発熱体が上記絶縁基板の表面又は上記表面と反対側の裏面に設けられている請求項２に記載の保護素子。

【請求項9】

上記絶縁基板は、上記表面と反対側の裏面に保持電極設けられ、
上記中間電極と上記保持電極が上記絶縁基板を貫通する貫通孔によって接続されている請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項10】

１つ以上のバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子とを備え、
上記保護素子は、上記請求項１～９のいずれか１項に記載の保護素子である
バッテリパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、電流経路を遮断する保護素子、及びこれを用いたバッテリパックに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、リチウムイオン電池は、モバイル機器用途からＥＶ（Electric Vehicle）や蓄電池などの用途に発展しており、電流の大容量化が進んでいる。この電池は、異常時に発火する等のリスクがあることから、大容量化が進むにつれて、保護素子を使った保護回路を組み込むことで、製品の安全を確保する手法が主流となっている。

【0003】

保護素子は、過電流を保護する電流ヒューズと、過電流と過電圧から保護するヒューズがある。過電流を保護する電流ヒューズは、電気回路に直列に接続され、機器内で発生した電気ショート等による過電流により直ちに電流経路を遮断し、回路を構成する電線や機器を火災等の事故から守ることができる。過電流保護ヒューズは、構造が比較的簡単であり、過電流が流れると、断面積の小さいヒューズの可溶導体エレメント部分がジュール熱により融点に達して溶断し、電流経路を遮断する。

【0004】

過電流保護ヒューズとしては、例えば、ガラス管ヒューズ、ブレードヒューズ、スローブローヒューズ、ＥＶヒューズがある。ガラス管ヒューズは、例えばエンジン点火時の過電流を保護する用途に用いられる。ブレードヒューズは、ガラス管ヒューズよりも単純な構造を有し、ガラス管ヒューズと同じく例えば自動車用のヒューズとして使用されている。スローブローヒューズは、自動車に搭載されるパワーウィンドウ、オートワイパー、エアコン等に使用されるモーター部品の過電流を保護する用途に用いられる。ＥＶヒューズは、ガソリン自動車と異なり、高電圧となるハイブリッド自動車、電気自動車の電気系統の過電流を保護する用途に用いられる。

【0005】

過電流保護ヒューズの機能に加え過電圧保護機能を有するヒューズは、発熱体を備え、発熱体が発熱することでヒューズを溶断するものが主流となっている。具体的に、過電圧保護ヒューズは、あらかじめリチウムイオン電池の電圧や温度をモニターしているＩＣが異常と判断した時に、その信号をＯＮ・ＯＦＦ切替スイッチとして機能するＦＥＴに伝え、ＦＥＴがＯＮ状態の時に、発熱体への通電が始まり、その電流により加熱した発熱体の熱により、ヒューズを溶断して電流経路を遮断する。

【0006】

過電流保護、過電圧保護のいずれのタイプの保護素子も、異常と判断された場合は、安全のために速やかな回路遮断が必要である。また、一般的には、保護素子の構造として、厚膜印刷回路基板とヒューズエレメントで構成されている（特許文献１など）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１５－０５３２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述したように、リチウムイオン電池などはモバイル機器用途からＥＶや蓄電池などの用途への展開が広がっていることから、保護素子としても電流の定格電圧の高電圧化や、電流容量の大容量化への対応が求められている。

【0009】

ここで、電流の定格電圧の高電圧化を図ると、ヒューズエレメントの溶断後において電極間にスパーク（放電）が発生し易くなり、このスパークが繰り返されることで、トラッキング現象が生じる。また、ヒューズエレメントの溶断を妨げる、未切断に繋がる等、ヒューズエレメントの溶断後の絶縁性を悪化させるおそれがある。

【0010】

また、定格電圧の高電圧化には、部品サイズを大きくすれば実現できるが、ケースの内部空間を拡大することにより部品サイズが大きくなるほか、費用も上がり使用者側の使い勝手が悪くなる。

【0011】

また、電流容量の大容量化を図るためには、ヒューズエレメントの体積や、絶縁基板上の導体厚みを厚くする方法が考えられるが、ヒューズエレメントの体積の増加や導体厚みが厚くなるに従ってヒューズエレメントの溶断時の衝撃が激しくなり、溶融飛散物の付着などにより溶断後の絶縁性が悪化するおそれがある。また、ヒューズエレメントの溶断後において溶融飛散物を介したトラッキング現象が生じやすくなる。

【0012】

図３０は、従来の高電圧に対応した保護素子１００の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ－Ｄ’断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＰ－Ｐ’断面図である。図３１は保護素子１００の上側ケースを省略して示す平面図であり、（Ａ）は動作前の状態、（Ｂ）は過電流による自己発熱による遮断が起きた状態、（Ｃ）は遮断後の状態を模式的に示す。

【0013】

図３０、図３１に示すように、保護素子１００は、上下一対のケース１０１と、可溶導体からなるヒューズエレメント１０２と、ヒューズエレメント１０２を溶断する溶断部材１０３を備える。溶断部材１０３は、絶縁基板１０４と、ヒューズエレメント１０２と接続された中間電極１０５と、通電することにより発熱してヒューズエレメント１０２を溶断する発熱体１０６が設けられている。下ケース１０１ａは、側縁部に、ヒューズエレメント１０２と接続された一対のヒューズ端子１０７，１０８と、発熱体１０６と接続された発熱体端子１０９が載置され、中央部に、絶縁基板１０４が載置されている。また、発熱体１０６は、一端が中間電極１０５と接続され、他端が発熱体端子１０９を介して外部電源と接続されている。

【0014】

ヒューズエレメント１０２は、ハンダ等の導電材料によってヒューズ端子１０７，１０８及び中間電極１０５と接続されている。また、ヒューズエレメント１０２は、絶縁層及び中間電極１０５を介して発熱体１０６と重畳されている。保護素子１００は、ヒューズ端子１０７，１０８が外部回路の端子と接続されることにより、外部回路の電流経路上にヒューズエレメント１０２が組み込まれる。そして、保護素子１００は、外部電源から発熱体１０６に通電されると発熱体１０６の熱によりヒューズエレメント１０２を溶断する。また、外部回路に異常電流が流れた場合には、ヒューズエレメント１０２が自己発熱（ジュール熱）によって溶断することにより、外部回路の電流経路を遮断する。

【0015】

ここで、従来の高電圧に対応した保護素子においては、定格電圧が８０Ｖ程度が限界であり、これよりも大きい電圧、例えば１００Ｖ以上の電圧下では、ヒューズエレメント１０２の溶断衝撃も大きくなり、ヒューズエレメント１０２が溶融した煤状の飛散物１０２ａがケース内面や絶縁基板表面に付着する（図３１（Ｃ）参照）。これにより、ヒューズエレメント１０２の溶断後に、ヒューズ端子１０７－絶縁基板１０４－ヒューズ端子１０８の間でスパーク（放電）が発生し、その後トラッキングが起こるリスクがある。

【0016】

そこで、本技術は、ヒューズエレメントの溶断後における絶縁性を向上させることができる保護素子、及びこれを用いたバッテリパック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】

【0017】

上述した課題を解決するために、本技術に係る保護素子は、ケースと、上記ケースに収納されたヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントの通電方向に離間して上記ケースの側面部に支持され、上記ヒューズエレメントと接続された一対のヒューズ端子と、上記一対のヒューズ端子の間において上記ヒューズエレメントの少なくとも一方の面に接続され、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントと接する表面に設けられ上記ヒューズエレメントと接続された中間電極と備え、上記絶縁基板と上記一対のヒューズ端子の少なくとも一方との間において、上記ヒューズエレメントの上方及び下方に空間を有し、上記ヒューズエレメントと上記絶縁基板とが重畳する領域において、上記ヒューズエレメントと上記絶縁基板の上方及び下方に空間を有するものである。

【0018】

また、本技術に係るバッテリパックは、１つ以上のバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子とを備え、上記保護素子は、上記記載の保護素子であるものである。

【発明の効果】

【0019】

本技術によれば、ヒューズ端子と絶縁基板の間に空間があるため、ヒューズ端子－中間電極間においてヒューズエレメントのジュール熱が放熱され難くなる。また、ヒューズエレメント及び絶縁基板の上方及び下方に空間があるため、絶縁基板の表面上に、ヒューズエレメントが溶融時に球状に膨張し、溶融導体が中間電極やヒューズ端子上に凝集するとともに、ヒューズエレメントのジュール熱が放熱され難くなる。これにより、ヒューズエレメントが広範囲に加熱されることで、融点に達したヒューズエレメントが溶断する際の爆発的な熱衝撃が分散、緩和される。したがって、本技術によれば、高電圧での過電流による自己発熱遮断においても、安全に遮断でき、また、溶融飛散物による絶縁性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本技術が適用された保護素子の上面図である。

【図2】図２は、保護素子の上側ケースを省略して示す平面図である。

【図3】図３は、図１のＤ－Ｄ’断面図である。

【図4】図４は、図１のＰ－Ｐ’断面図である。

【図5】図５は、上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は上側ケース及び下側ケースを突き合せた状態を示す断面である。

【図6】図６は、溶断部材を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。

【図7】図７は、ヒューズエレメントの一例を示す断面図である。

【図8】図８は、図３に示す保護素子においてヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図である。

【図9】図９は、バッテリパックの構成例を示す回路図である。

【図10】図１０は、保護素子の回路図である。

【図11】図１１は、発熱体を絶縁基板の裏面に形成した保護素子を示す断面図である。

【図12】図１２は、図１１に示す保護素子の上側ケースを省略して示す平面図である。

【図13】図１３は、図１１に示す保護素子の絶縁基板を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。

【図14】図１４は、絶縁基板の裏面に保持電極が形成された保護素子を示す断面図である。

【図15】図１５は、図１４に示す保護素子の上側ケースを省略して示す平面図である。

【図16】図１６は、図１４に示す保護素子の絶縁基板を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。

【図17】図１７は、図１４に示す保護素子において、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図である。

【図18】図１８は、図１４に示す保護素子の回路図である。

【図19】図１９は、絶縁基板の裏面に発熱体、絶縁層及び保持電極が形成された保護素子を示す断面図である。

【図20】図２０は、図１９に示す保護素子の上側ケースを省略して示す平面図である。

【図21】図２１は、図１９に示す保護素子の絶縁基板を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。

【図22】図２２は、図１９に示す保護素子において、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図である。

【図23】図２３は、ヒューズエレメントの一面及び他面に、絶縁基板の表面に発熱体が形成された溶断部材が接続された保護素子を示す断面図である。

【図24】図２４は、図２３に示す保護素子の上側ケースを省略して示す平面図である。

【図25】図２５は、図２３に示す保護素子の回路図である。

【図26】図２６は、図２３に示す保護素子において、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図である。

【図27】図２７は、ヒューズエレメントの一面及び他面に、絶縁基板の裏面に発熱体が形成された溶断部材が接続された保護素子を示す断面図である。

【図28】図２８は、図２７に示す保護素子の上側ケースを省略して示す平面図である。

【図29】図２９は、図２７に示す保護素子において、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図である。

【図30】図３０は、従来の高電圧に対応した保護素子１００の一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ－Ｄ’断面図である。

【図31】図３１は、保護素子１００の上側ケースを省略して示す平面図であり、（Ａ）は動作前の状態、（Ｂ）は過電流による自己発熱による遮断が起きた状態、（Ｃ）は遮断後の状態を模式的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本技術が適用された保護素子、及びバッテリパックについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術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。

【0022】

［保護素子］
図１は本技術が適用された保護素子１の上面図であり、図２は保護素子１の上側ケースを省略して示す平面図であり、図３は図１のＤ－Ｄ’断面図であり、図４は図１のＰ－Ｐ’断面図である。

【0023】

図１～図４に示すように、本発明が適用された保護素子１は、ケース２と、ケース２に収納されたヒューズエレメント３と、ヒューズエレメント３の通電方向に離間してケース２の側面部に支持され、ヒューズエレメント３と接続された一対のヒューズ端子４ａ，４ｂと、一対のヒューズ端子４ａ，４ｂの間においてヒューズエレメント３の少なくとも一方の面に接続され、ヒューズエレメント３を溶断する溶断部材５とを備える。溶断部材５は、絶縁基板６と、絶縁基板６のヒューズエレメント３と接する表面６ａに設けられヒューズエレメント３と接続された中間電極７と備える。そして、保護素子１は、絶縁基板６と一対のヒューズ端子４ａ，４ｂの少なくとも一方との間において、ヒューズエレメント３の上方及び下方に空間１０を有し、ヒューズエレメント３と絶縁基板６とが重畳する領域において、ヒューズエレメント３と絶縁基板の上方及び下方に空間１１を有する。

【0024】

ヒューズエレメント３は、中間電極７及び一対のヒューズ端子４ａ，４ｂと、接続ハンダ１３等の接合材料によって接続されている。また、ヒューズエレメント３は、ヒューズ端子４ａ，４ｂが外部回路の電流経路上の端子と接続されることにより、当該外部回路の電流経路の一部に組み込まれる。ヒューズエレメント３は、所定の定格電流が流れている間は、自己発熱（ジュール熱）によっても溶断することがない。そして、定格よりも高い値の電流が流れると、自己発熱によって溶融し、ヒューズ端子４ａ，４ｂ間の電流経路を遮断する。

【0025】

このような保護素子１によれば、ヒューズ端子４ａ，４ｂと絶縁基板６の間に空間１０があるため、ヒューズ端子４ａ，４ｂ－中間電極７間においてヒューズエレメント３のジュール熱が放熱され難くなる。また、ヒューズエレメント３及び絶縁基板６の上方及び下方に空間１１があるため、絶縁基板６の表面６ａ上に、ヒューズエレメント３が溶融時に球状に膨張し、溶融導体が中間電極７やヒューズ端子上に凝集するとともに、ヒューズエレメント３のジュール熱が放熱され難くなる。

【0026】

これにより、ヒューズエレメント３が広範囲に加熱されることで、融点に達したヒューズエレメント３が溶断する際の爆発的な熱衝撃が分散、緩和される。したがって、保護素子１は、高電圧での過電流による自己発熱遮断においても、安全に遮断でき、また、溶融飛散物による絶縁性の低下を抑制することができる。

【0027】

以下、保護素子１を構成するケース２、ヒューズエレメント３、ヒューズ端子４ａ，４ｂ、溶断部材５について詳細に説明する。

【0028】

［ケース］
ケース２は、例えば、各種エンジニアリングプラスチック、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することができる。ケース２は、ヒューズエレメント３及び溶断部材５を収納するとともに、ヒューズ端子４ａ，４ｂ及び発熱体端子１５を支持し、ケース内外にわたって導出させる。また、ケース２は、ヒューズエレメント３の溶融時に溶融導体３ａが球状に膨張し、中間電極７やヒューズ端子４ａ，４ｂ上に凝集するのに十分な内部空間を有する。

【0029】

図３、図４に示すように、ケース２は、上側ケース２１と下側ケース２２が組み合わされて形成されている。図５は、上側ケース２１と下側ケース２２を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２１の平面図、（Ｂ）は下側ケース２２の平面図、（Ｃ）は上側ケース２１及び下側ケース２２を突き合せた状態を示す断面である。上側ケース２１には側壁下面に嵌合凹部２３が形成されている。下側ケース２２は、側壁上面に嵌合凹部２３と嵌合する嵌合凸部２４が形成されている。上下ケース２１，２２は、嵌合凹部２３に嵌合凸部２４が嵌合することにより組み合わされ、側壁上下面に設けられた接着材２５によって固着される。

【0030】

図５（Ｂ）に示すように、下側ケース２２は、略方形状に形成され、嵌合凸部２４が形成されるとともに後述するヒューズ端子４ａ，４ｂ及び発熱体端子１５を支持する側縁部２２ａと、側縁部２２ａに囲まれた領域として設けられ、ヒューズエレメント３に接続された溶断部材５が位置する中空部２２ｂを有する。側縁部２２ａは、下側ケース２２の内面全周にわたって張り出して形成され、ヒューズ端子４ａ，４ｂ及び発熱体端子１５が載置され、ケース２の内外にわたって支持する。図３及び図４に示すように、ヒューズ端子４ａ，４ｂ及び発熱体端子１５は、各先端面が側縁部２２ａの内側端と面一となるように支持される。中空部２２ｂは、ヒューズエレメント３に接続された溶断部材５が位置するとともに、溶断部材５の下方に内部空間を有し、溶断部材５を中空に保持可能となっている。

【0031】

図５（Ａ）に示すように、上側ケース２１は、下側ケース２２と同様に略方形状に形成され、下側ケース２２と突き合わせ結合されることによりヒューズエレメント３及びヒューズエレメント３に接続された溶断部材５を覆う。また、上側ケース２１は、ヒューズエレメント３の上方に、ヒューズ端子４ａ，４ｂ及び中間電極７に溶融導体３ａが濡れ広がり凝集可能な内部空間を有する。

【0032】

［ヒューズ端子］
ヒューズ端子４ａ，４ｂは、純銅、銅合金等の公知の端子材料を用いて形成することができる。また、ヒューズ端子４ａ，４ｂは、例えば矩形板状をなし、ヒューズエレメント３の通電方向に離間して、下側ケース２２の側縁部２２ａに支持され、ケース２内から外部へ導出されている。

【0033】

ヒューズ端子４ａ，４ｂは、ケース２の外部に導出された先端部にネジ孔１４が設けられ、外部回路に設けられた接続電極にねじ止め等により接続可能とされている。ヒューズ端子４ａ，４ｂは、それぞれヒューズエレメント３の端部と接続ハンダ１３等の接合材料によって接続される。なお、ネジ孔１４が無く、接続ハンダ等を用いて接続してもよい。

【0034】

これにより、ヒューズ端子４ａ，４ｂは、ヒューズエレメント３を介して電気的に接続される。また、ヒューズエレメント３が溶断されることによって接続が遮断される。

【0035】

［溶断部材］
溶断部材５は、一対のヒューズ端子４ａ，４ｂの間においてヒューズエレメント３の少なくとも一方の面に接続され、ヒューズエレメント３を溶断するものである。

【0036】

［絶縁基板］
溶断部材５は、絶縁基板６を備える。絶縁基板６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、絶縁基板６は、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。絶縁基板６の表面６ａにはヒューズエレメント３と接続される中間電極７が形成されている。

【0037】

また、絶縁基板６は、表面６ａに形成された中間電極７を介してヒューズエレメント３に物理的に接続されている。本技術にかかる絶縁基板６においては、図２～４に示すように、ヒューズエレメント３と接続される中間電極７が形成されている面を表面６ａとし、表面６ａの反対側の面を裏面６ｂとする。

【0038】

［中間電極］
中間電極７は、ＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成されている。また、中間電極７の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。

【0039】

［発熱体／絶縁層］
本技術が適用された保護素子は、絶縁基板６に、発熱によりヒューズエレメント３を溶断する発熱体８と、発熱体８を被覆する絶縁層９を備えることが好ましい。図２～図４に示す保護素子１では、絶縁基板６の表面６ａに、発熱体８及び絶縁層９が設けられている。

【0040】

発熱体８は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。発熱体８は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板６上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。

【0041】

図６に示すように、発熱体８は、一端が発熱体給電電極１６と接続され、他端が発熱体電極１７と接続されている。発熱体給電電極１６は、発熱体８の一端と接続され発熱体８への給電端子となる電極であり、接続ハンダ１３を介して発熱体端子１５と接続されている（図２、図４参照）。また、発熱体８は、絶縁層９に被覆されるとともに、絶縁層９上に形成された中間電極７が重畳されている。

【0042】

発熱体端子１５は、上述したヒューズ端子４ａ，４ｂと同様の材質、形状をなし、ヒューズ端子４ａ，４ｂと同様に下側ケース２２の側縁部２２ａに支持され、ケース２内から外部へ導出されている。また、発熱体端子１５は、ケース２の外部に導出された先端部にネジ孔１４が設けられ、外部回路に設けられた接続電極にねじ止め等により接続可能とされている。

【0043】

また、図４に示すように、発熱体端子１５と絶縁基板６とは略同じ高さに設けられ、発熱体端子１５と絶縁基板６の側面が、接続ハンダ１３を介して密着されている。これにより、絶縁基板６は、発熱体給電電極１６から発熱体端子１５にかけて塗布される接続ハンダ１３によって、中空部２２ｂに保持される。すなわち、絶縁基板６はケース２と発熱体端子１５を介して接続される以外は、中空部２２ｂに中空状に保持されている。

【0044】

発熱体給電電極１６は、外部回路と接続されている発熱体端子１５と接続されることにより、外部回路に設けられた電源と接続され、発熱体８へ給電可能とされる。また、発熱体電極１７は、上述した中間電極７が接続されている。これにより、中間電極７は、発熱体電極１７を介して発熱体８と接続された発熱体引出電極として機能する。

【0045】

発熱体給電電極１６及び発熱体電極１７は、それぞれ、ＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成されている。また、発熱体給電電極１６及び発熱体電極１７の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、保護素子１は、発熱体給電電極１６及び発熱体電極１７の酸化を防止し、導通抵抗の上昇に伴う定格の変動を防止することができる。

【0046】

絶縁層９は、発熱体８の保護及び絶縁を図るために設けられ、例えばガラス層からなる。絶縁層９は、厚みが例えば１０～４０μｍと薄く形成されている。なお、絶縁層９は、絶縁基板６の表面６ａと発熱体８の間にも形成してもよい。

【0047】

［補助電極］
なお、絶縁基板６の表面６ａには、補助電極１８が設けられている。補助電極１８は、中間電極７とともに、接続ハンダ１３などの接合材料によりヒューズエレメント３に接続されるとともに、溶融導体３ａを保持するものである。補助電極１８は、中間電極７を挟んで絶縁基板６のヒューズエレメント３の延在方向の両側縁部に形成されている。

【0048】

［溶断部材の形成工程］
溶断部材５は、絶縁基板６の表面６ａに、いずれもスクリーン印刷等の公知の形成方法を用いて、発熱体給電電極１６、発熱体電極１７、補助電極１８を形成した後、発熱体８を形成し、絶縁層９を積層形成する。次いで、中間電極７を形成する。溶断部材５は、中間電極７及び補助電極１８が接続ハンダ１３によりヒューズエレメント３に接続される。溶断部材５が接続されたヒューズエレメント３は、接続ハンダ１３により下側ケース２２の側縁部２２ａに支持されたヒューズ端子４ａ，４ｂに接続される。また、絶縁基板６の発熱体給電電極１６が、接続ハンダ１３により下側ケース２２の側縁部２２ａに支持された発熱体端子１５に接続される。

【0049】

［空間］
ここで、図３に示すように、本技術が適用された保護素子１は、中間電極７とヒューズエレメント３が接続されるとともに、発熱体給電電極１６が発熱体端子１５と接続されることにより、溶断部材５がケース２内において中空に保持されている。これにより、絶縁基板６と一対のヒューズ端子４ａ，４ｂの少なくとも一方、好ましくは両方との間において、ヒューズエレメント３の上方及び下方に空間１０が形成され、ヒューズエレメント３と絶縁基板６とが重畳する領域において、ヒューズエレメント３と絶縁基板６の上方及び下方に空間１１が形成される。

【0050】

このような保護素子１は、ヒューズエレメント３に異常電流が通電されると、ヒューズ端子４ａ，４ｂと絶縁基板６の間に空間１０があるため、ヒューズ端子４ａ，４ｂ－中間電極７間においてヒューズエレメント３のジュール熱が放熱され難くなる。また、ヒューズエレメント３及び絶縁基板６の上方及び下方に空間１１があるため、絶縁基板６の表面６ａ上に、ヒューズエレメント３が溶融時に球状に膨張し、溶融導体が中間電極７やヒューズ端子上に凝集するとともに、ヒューズエレメント３のジュール熱が放熱され難くなる。

【0051】

これにより、ヒューズエレメント３が広範囲に加熱されることで、融点に達したヒューズエレメント３が溶断する際の爆発的な熱衝撃が分散、緩和される。したがって、保護素子１は、高電圧での過電流による自己発熱遮断においても、安全に遮断できる。また、溶融飛散物を介したスパークやトラッキングの発生を防止し、絶縁性の低下を抑制することができる。

【0052】

［Ｄ３≧７ｍｍ］
保護素子１は、図３に示すヒューズエレメント３の延在方向の断面視において、一対のヒューズ端子４ａ，４ｂ間の距離Ｄ３が大きいほど好ましく、なかでもＤ３が７ｍｍ以上であることが好ましい。すなわち、ヒューズエレメント３のジュール熱の放熱抑制の見地から、一対のヒューズ端子４ａ，４ｂ間の距離Ｄ３は大きいほど好ましいが、ヒューズ端子４ａ，４ｂが離れるほど端子間の抵抗値が上昇する。そのため、大電流化を図るために、ヒューズエレメント３の体積を増加させる必要が生じる。ヒューズ端子４ａ，４ｂ間の距離Ｄ３を７ｍｍ以上とすることは、部品を小型にしつつ、電流定格の大容量化、及び高電圧化を図るうえで好ましい。

【0053】

［Ｄ１、Ｄ２≧１ｍｍ］
保護素子１は、図３に示すヒューズエレメント３の延在方向の断面視において、一方のヒューズ端子４ａと、絶縁基板６のヒューズ端子４ａと対向する一方の側縁部との距離Ｄ１を１ｍｍ以上とすることが好ましい。保護素子１は、絶縁基板６と一方のヒューズ端子４ａとの間において、ヒューズエレメントの上方及び下方に空間１０を有し、ヒューズエレメント３の延在方向の断面視において、空間１０の距離はヒューズ端子４ａと絶縁基板６の側縁部との距離Ｄ１として規定される。

【0054】

すなわち、保護素子１は、ヒューズ端子４ａが絶縁基板６にオーバーラップする構成（Ｄ１＜０ｍｍ）や、ヒューズ端子４ａが絶縁基板６に接触する構成（Ｄ１＝０ｍｍ）が除かれる。

【0055】

そして、保護素子１は、当該距離Ｄ１を１ｍｍ以上とする、より好ましくは１ｍｍより大きくすることで、ヒューズエレメント３の放熱抑制の効果をより奏することができる。

【0056】

同様の理由で、保護素子１は、図３に示すヒューズエレメント３の延在方向の断面視において、他方のヒューズ端子４ｂと、絶縁基板６のヒューズ端子４ｂと対向する他方の側縁部との距離Ｄ２を１ｍｍ以上とすることが好ましい。すなわち、保護素子１は、ヒューズ端子４ｂが絶縁基板６にオーバーラップする構成（Ｄ２＜０ｍｍ）や、ヒューズ端子４ｂが絶縁基板６に接触する構成（Ｄ２＝０ｍｍ）が除かれる。

【0057】

［Ｗ＜Ｄ３］
また、保護素子１は、図３に示すヒューズエレメント３の延在方向の断面視において、絶縁基板６の一対のヒューズ端子４ａ，４ｂ間方向の幅Ｗが、一対のヒューズ端子４ａ，４ｂ間の距離Ｄ３より小さい。これにより、保護素子１は、絶縁基板６とヒューズ端子４ａ，４ｂとの間において、ヒューズエレメントの上方及び下方に空間１０を設けることができる。

【0058】

［Ｄ３－Ｗ＜２ｍｍ ／ Ｗ＜５ｍｍ］
そして、保護素子１は、ヒューズ端子４ａと絶縁基板６の側縁部との距離Ｄ１及びヒューズ端子４ｂと絶縁基板６の側縁部との距離Ｄ２を１ｍｍ以上確保するために、以下の条件を満たすことが好ましい。
Ｗ＜５ｍｍ
Ｄ３－Ｗ＜２ｍｍ
Ｗ：絶縁基板６の一対のヒューズ端子４ａ，４ｂ間方向の幅
Ｄ３：一対のヒューズ端子４ａ，４ｂ間の距離

【0059】

［ヒューズエレメント］
次いで、ヒューズエレメント３について説明する。ヒューズエレメント３は、ヒューズ端子４ａ，４ｂ間にわたって実装され、発熱体８の通電による発熱、又は定格を超える電流が通電することによる自己発熱（ジュール熱）により溶断し、ヒューズ端子４ａとヒューズ端子４ｂとの間の電流経路を遮断するものである。

【0060】

ヒューズエレメント３は、発熱体８の通電による発熱、又は過電流状態によって溶融する導電性の材料であればよく、例えば、ＳｎＡｇＣｕ系のＰｂフリーハンダのほか、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を用いることができる。

【0061】

また、ヒューズエレメント３は、高融点金属と、低融点金属とを含有する構造体であってもよい。例えば、図７に示すように、ヒューズエレメント３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、内層として低融点金属層２６、低融点金属層２６に積層された外層として高融点金属層２７を有する。ヒューズエレメント３は、ヒューズ端子４ａ，４ｂ、中間電極７及び補助電極１８上に接続ハンダ１３等の接合材料を介して接続される。

【0062】

低融点金属層２６は、好ましくは、ハンダ又はＳｎを主成分とする金属であり、「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料である。低融点金属層２６の融点は、必ずしもリフロー炉の温度よりも高い必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。高融点金属層２７は、低融点金属層２６の表面に積層された金属層であり、例えば、Ａｇ若しくはＣｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする金属であり、ヒューズ端子４ａ，４ｂ、中間電極７及び補助電極１８とヒューズエレメント３との接続をリフローによって行う場合においても溶融しない高い融点を有する。

【0063】

このようなヒューズエレメント３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。ヒューズエレメント３は、低融点金属層２６の全面が高融点金属層２７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。また、ヒューズエレメント３は、高融点金属層２７を内層とし、低融点金属層２６を外層とした被覆構造としてもよい。さらに、被覆構造以外にも、下層を低融点金属層２６とし上層を甲融点金属層２７とした２層構造としたり、低融点金属層と高融点金属層とが交互に積層された３層以上の多層構造としたりする等の積層構造や、外層の一部に開口部を設けて内層の一部を露出させる構造など、様々な構成によって形成することができる。

【0064】

ヒューズエレメント３は、低融点金属層２６と高融点金属層２７の被覆構造や積層構造を備えることによって、リフロー温度が低融点金属層２６の溶融温度を超えた場合であっても、ヒューズエレメント３として形状を維持することができ、溶断するに至らない。したがって、ヒューズ端子４ａ，４ｂ、中間電極７及び補助電極１８とヒューズエレメント３との接続を、リフローによって効率よく行うことができ、また、リフローによってもヒューズエレメント３の変形に伴って局所的に抵抗値が高く又は低くなる等により所定の温度で溶断しない、あるいは所定の温度未満で溶断する等の溶断特性の変動を防止することができる。したがって、保護素子１は、発熱体８の発熱によって速やかにヒューズエレメント３を溶断することができる（図８）。

【0065】

また、ヒューズエレメント３は、所定の定格電流が流れている間は、自己発熱によっても溶断することがない。そして、定格よりも高い値の電流が流れると、自己発熱（ジュール熱）によって溶融し、ヒューズ端子４ａ，４ｂ間の電流経路を遮断する。このとき、上述したように、保護素子１は、ヒューズ端子４ａ，４ｂと絶縁基板６の間に空間１０を設け、また、ヒューズエレメント３及び絶縁基板６の上方及び下方に空間１１を設けることにより、ヒューズエレメント３のジュール熱が放熱されにくくなり、ヒューズエレメント３が広範囲に加熱されることで、融点に達したヒューズエレメント３が溶断する際の爆発的な熱衝撃が分散、緩和される。したがって、保護素子１は、高電圧での過電流による自己発熱遮断においても、安全に遮断できる。また、溶融飛散物を介したスパークやトラッキングの発生を防止し、絶縁性の低下を抑制することができる。

【0066】

また、ヒューズエレメント３は、発熱体８の発熱又は過電流による自己発熱の際に、先行して溶融した低融点金属層２６が高融点金属層２７を浸食（ハンダ食われ）することにより、高融点金属層２７が溶融温度よりも低い温度で溶解する。したがって、ヒューズエレメント３は、低融点金属層２６による高融点金属層２７の浸食作用を利用して短時間で溶断することができる。また、ヒューズエレメント３は、中間電極７及び補助電極１８による溶融導体３ａの物理的な引き込み作用により分断されることから、速やかに、かつ確実に、ヒューズ端子４ａ，４ｂ間の電流経路を遮断することができる。

【0067】

また、ヒューズエレメント３は、低融点金属層２６の体積を、高融点金属層２７の体積よりも多く形成するようにしてもよい。ヒューズエレメント３は、過電流による自己発熱又は発熱体８の発熱によって加熱され、低融点金属が溶融することにより高融点金属を溶食し、これにより速やかに溶融、溶断することができる。したがって、ヒューズエレメント３は、低融点金属層２６の体積を高融点金属層２７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、速やかにヒューズ端子４ａ，４ｂ間を遮断することができる。

【0068】

また、内層となる低融点金属層２６に高融点金属層２７が積層されて構成されたヒューズエレメント３においては、溶断温度を従来の高融点金属からなるチップヒューズ等よりも大幅に低減することができる。したがって、ヒューズエレメント３は、同一サイズのチップヒューズ等に比して、断面積を大きくでき電流定格を大幅に向上させることができる。また、同じ電流定格をもつ従来のチップヒューズよりも小型化、薄型化を図ることができ、速溶断性に優れる。

【0069】

また、ヒューズエレメント３は、保護素子１が組み込まれた電気系統に異常に高い電圧が瞬間的に印加されるサージへの耐性（耐パルス性）を向上することができる。すなわち、ヒューズエレメント３は、例えば１００Ａの電流が数ｍｓｅｃ流れたような場合にまで溶断してはならない。この点、極短時間に流れる大電流は導体の表層を流れることから（表皮効果）、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層２７が設けられたヒューズエレメント３においては、サージによって印加された電流を流しやすく、自己発熱による溶断を防止することができる。したがって、ヒューズエレメント３は、従来のハンダ合金からなるヒューズに比して、大幅にサージに対する耐性を向上させることができる。

【0070】

なお、ヒューズエレメント３は、酸化防止、及び溶断時の濡れ性の向上等のため、フラックス（図示せず）を塗布してもよい。

【0071】

［回路構成例］
このような保護素子１は、図９に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック４０内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック４０は、例えば、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル４１ａ～４１ｄからなるバッテリスタック４５を有する。

【0072】

バッテリパック４０は、バッテリスタック４５と、バッテリスタック４５の充放電を制御する充放電制御回路４６と、バッテリスタック４５の異常時に充放電経路を遮断する本発明が適用された保護素子１と、各バッテリセル４１ａ～４１ｄの電圧を検出する検出回路４７と、検出回路４７の検出結果に応じて保護素子１の動作を制御するスイッチ素子となる電流制御素子４８とを備える。

【0073】

バッテリスタック４５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル４１ａ～４１ｄが直列接続されたものであり、バッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂを介して、着脱可能に充電装置４２に接続され、充電装置４２からの充電電圧が印加される。充電装置４２により充電されたバッテリパック４０は、正極端子４０ａ、負極端子４０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。

【0074】

充放電制御回路４６は、バッテリスタック４５と充電装置４２との間の電流経路に直列接続された２つの電流制御素子４３ａ、４３ｂと、これらの電流制御素子４３ａ、４３ｂの動作を制御する制御部４４とを備える。電流制御素子４３ａ、４３ｂは、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという。）により構成され、制御部４４によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック４５の電流経路の充電方向及び／又は放電方向への導通と遮断とを制御する。制御部４４は、充電装置４２から電力供給を受けて動作し、検出回路４７による検出結果に応じて、バッテリスタック４５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子４３ａ、４３ｂの動作を制御する。

【0075】

保護素子１は、例えば、バッテリスタック４５と充放電制御回路４６との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子４８によって制御される。

【0076】

検出回路４７は、各バッテリセル４１ａ～４１ｄと接続され、各バッテリセル４１ａ～４１ｄの電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路４６の制御部４４に供給する。また、検出回路４７は、いずれか１つのバッテリセル４１ａ～４１ｄが過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子４８を制御する制御信号を出力する。

【0077】

電流制御素子４８は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路４７から出力される検出信号によって、バッテリセル４１ａ～４１ｄの電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子１を動作させて、バッテリスタック４５の充放電電流経路を電流制御素子４３ａ、４３ｂのスイッチ動作によらず遮断するように制御する。

【0078】

以上のような構成からなるバッテリパック４０に用いられる、本発明が適用された保護素子１は、図１０に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１は、ヒューズ端子４ａがバッテリスタック４５側と接続され、ヒューズ端子４ｂが正極端子４０ａ側と接続され、これによりヒューズエレメント３がバッテリスタック４５の充放電経路上に直列に接続される。また、保護素子１は、発熱体８が発熱体給電電極１６及び発熱体端子１５を介して電流制御素子４８と接続されるとともに、発熱体８がバッテリスタック４５と接続される。これにより、発熱体８は、一端が発熱体電極１７及び中間電極７を介してヒューズエレメント３及びバッテリスタック４５の一端と接続され、他端が発熱体端子１５を介して電流制御素子４８及びバッテリスタック４５の他端と接続される。これにより、電流制御素子４８によって通電が制御される発熱体８への給電経路が形成される。

【0079】

［保護素子の動作］
発熱体８は、保護素子１が外部回路基板に実装されることにより、発熱体端子１５を介して外部回路に形成された電流制御素子４８等と接続され、平常時においては通電及び発熱が規制されている。そして、検出回路４７がバッテリセル４１ａ～４１ｄのいずれかの異常電圧を検出すると、電流制御素子４８へ遮断信号を出力する。すると、電流制御素子４８は、発熱体８に通電するよう電流を制御する。発熱体８は、バッテリスタック４５から電流が流れることにより発熱を開始する。

【0080】

発熱体８の熱は、発熱体電極１７及び中間電極７を経てヒューズエレメント３に伝達され、また、絶縁基板６から中間電極７や補助電極１８を経てヒューズエレメント３に伝わり、ヒューズエレメント３を溶融させる。ヒューズエレメント３は、溶融導体３ａが中間電極７、補助電極１８上に凝集し、ヒューズ端子４ａとヒューズ端子４ｂとの間で溶断される（図８）。これにより、バッテリパック４０の充放電経路を遮断することができる。

【0081】

また、保護素子１は、ヒューズエレメント３に定格を超える過電流が通電された場合にも、ヒューズエレメント３が自己発熱により溶融し、ヒューズ端子４ａとヒューズ端子４ｂとの間で溶断される。これにより、バッテリパック４０の充放電経路を遮断することができる。

【0082】

また、保護素子１は、ヒューズエレメント３を高融点金属と低融点金属とを含有させて形成することにより、高融点金属の溶融前に低融点金属が溶融し、溶融した低融点金属による高融点金属の溶食作用を利用して短時間でヒューズエレメント３を溶解させることができる。

【0083】

ヒューズエレメント３が溶断することにより、バッテリスタック４５の充放電経路がヒューズ端子４ａ，４ｂ間で遮断する。また、発熱体８は、ヒューズエレメント３が溶断することにより、自身への給電経路も遮断されることから発熱が停止する。

【0084】

本発明に係る保護素子１は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。

【0085】

［変形例１］
次いで、本技術が適用された保護素子の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１と同一の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ことがある。図１１に示すように、本技術が適用された保護素子は、発熱体８を絶縁基板６の裏面６ｂに形成してもよい。図１１は、発熱体８を絶縁基板６の裏面６ｂに形成した保護素子５０を示す断面図である。図１２は、保護素子５０の上側ケース２１を省略して示す平面図である。図１３は、保護素子５０の絶縁基板６を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。

【0086】

絶縁基板６は、表面６ａに中間電極７及び補助電極１８が形成され、裏面６ｂに発熱体８及び絶縁層９が形成されている。また、絶縁基板６は、発熱体給電電極１６が表面６ａ及び裏面６ｂの一側縁部にそれぞれ形成されている。表面６ａに形成された発熱体給電電極１６ａと裏面６ｂに形成された発熱体給電電極１６ｂは、キャスタレーションを介して連続されている。裏面側発熱体給電電極１６ｂは発熱体８と接続されている。表面側発熱体給電電極１６ａは発熱体端子１５と接続されている。

【0087】

同様に、発熱体電極１７が表面６ａ及び裏面６ｂの他側縁部にそれぞれ形成されている。表面６ａに形成された発熱体電極１７ａと裏面６ｂに形成された発熱体電極１７ｂは、導電スルーホールを介して連続されている。裏面側発熱体電極１７ｂは発熱体８と接続されている。表面側発熱体電極１７ａは中間電極７と接続されている。

【0088】

［溶断部材の形成工程］
保護素子５０に係る溶断部材５は、側面に予めキャスタレーション用のハーフスルーホールが形成された絶縁基板６の表面６ａに、いずれもスクリーン印刷等の公知の形成方法を用いて、表面側発熱体給電電極１６ａ、表面側発熱体電極１７ａ及び補助電極１８を形成した後、中間電極７を形成する。また、絶縁基板６の裏面６ｂも、スクリーン印刷等の公知の形成方法を用いて、裏面側発熱体給電電極１６ｂ、裏面側発熱体電極１７ｂを形成する。次いで、発熱体８を形成し、絶縁層９を積層形成する。その後、ドリル等で貫通孔を形成し、発熱体電極１７ａ，１７ｂを連続させる。次いで、メッキ等により、表面側及び裏面側発熱体給電電極１６ａ，１６ｂを接続するキャスタレーションと、表面側及び裏面側発熱体電極１７ａ，１７ｂを接続する貫通孔を導通させる。溶断部材５は、中間電極７及び補助電極１８とヒューズエレメント３が接続ハンダ１３によりに接続される。溶断部材５が接続されたヒューズエレメント３は、接続ハンダ１３により下側ケース２２の側縁部２２ａに支持されたヒューズ端子４ａ，４ｂに接続される。また、絶縁基板６の表面側発熱体給電電極１６ａが、接続ハンダ１３により下側ケース２２の側縁部２２ａに支持された発熱体端子１５に接続される。

【0089】

［変形例２］
次いで、本技術が適用された保護素子の他の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，５０と同一の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ことがある。図１４に示す保護素子６０は、絶縁基板６の裏面６ｂに、ヒューズエレメント３の溶断時にヒューズエレメント３の溶融導体３ａを保持する保持電極６１が形成されている。保持電極６１は、絶縁基板６を貫通する貫通孔６２によって、絶縁基板６の表面６ａに形成された中間電極７と連続されている。

【0090】

図１４は、絶縁基板６の裏面６ｂに保持電極６１が形成された保護素子６０を示す断面図である。図１５は、保護素子６０の上側ケース２１を省略して示す平面図である。図１６は、保護素子６０の絶縁基板６を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。

【0091】

絶縁基板６は、表面６ａに発熱体８と、発熱体８を被覆する絶縁層９と、絶縁層９に積層された中間電極７と、補助電極１８が形成されている。また、絶縁基板６は、裏面６ｂに、保持電極６１が形成されている。そして、中間電極７と保持電極６１とが絶縁基板６を貫通する貫通孔６２によって、連続されている。

【0092】

図１４に示す保護素子６０においては、絶縁基板６の表面６ａに２つの発熱体８が並列して形成されている。各発熱体８は、一端が発熱体給電電極１６と接続され、他端が発熱体電極１７と接続されている。なお、保護素子６０において、発熱体８を１つ又は３つ以上設けてもよい。

【0093】

［保持電極］
絶縁基板６の裏面６ｂに形成された保持電極６１は、絶縁基板６を介して、表面６ａの略中央部に形成された中間電極７と対向する位置に形成されている。また、保持電極６１は、保持電極６１の表面から中間電極７の表面まで貫通する貫通孔６２を介して中間電極７と連続されている。これにより、溶融したヒューズエレメント３の溶融導体３ａが、貫通孔６２を介して保持電極６１側に吸引される。

【0094】

保持電極６１は、ＡｇやＣｕあるいはＡｇやＣｕを主成分とする合金材料等の公知の電極材料を用いて、スクリーン印刷等の公知の方法により形成することができる。

【0095】

貫通孔６２は、ヒューズエレメント３が溶融すると、毛管現象によってヒューズエレメント３の溶融導体３ａを吸引し、中間電極７上で保持する溶融導体３ａの体積を減少させることができる。これにより、保護素子６０の高定格化、高容量化に伴いヒューズエレメント３が大型化することにより溶融量が増大した場合にも、図１７に示すように、大量の溶融導体３ａを保持電極６１、中間電極７及び補助電極１８によって保持することができ、ヒューズエレメント３を確実に溶断することができる。

【0096】

貫通孔６２は、絶縁基板６の発熱体８が形成されていない領域に形成されている。図１４～図１６に示す溶断部材５では、並列する発熱体８の間の領域に形成されている。

【0097】

貫通孔６２は、内面に導電層６４が形成されている。導電層６４は、保持電極６１及び中間電極７と連続する。これにより、保持電極６１と中間電極７が導電層６４を介して電気的に接続される。また、導電層６４が形成されることにより、発熱体８の熱が中間電極７及び貫通孔６２を介して保持電極６１にも伝わる。

【0098】

また、中間電極７は、溶断時には溶融導体３ａが凝集するため、中間電極７と導電層６４とが連続することにより、溶融導体３ａを貫通孔６２内に導きやすくすることができる。また、溶融導体３ａは、導電層６４と連続する保持電極６１に濡れ広がり、保持される（図１７）。したがって、より多くの溶融導体３ａを貫通孔６２及び保持電極６１に吸引、保持することができ、中間電極７及び補助電極１８によって保持される溶融導体３ａの体積を減少させ、確実に溶断することができる。

【0099】

導電層６４は、例えば銅、銀、金、鉄、ニッケル、パラジウム、鉛、錫のいずれか、又はいずれかを主成分とする合金によって形成され、貫通孔６２の内面を電解メッキや導電ペーストの印刷等の公知の方法により形成することができる。また、導電層６４は、複数の金属線や、導電性を有するリボンの集合体を貫通孔６２内に挿入することにより形成してもよい。

【0100】

なお、溶断部材５は、貫通孔６２を複数形成してもよい。これにより、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａを吸引する経路を増やし、速やかにより多くの溶融導体３ａを吸引することで、中間電極７及び補助電極１８によって保持される溶融導体３ａの体積を減少させることができる。

【0101】

［溶断部材の形成工程］
保護素子６０に係る溶断部材５は、絶縁基板６の表面６ａに、いずれもスクリーン印刷等の公知の形成方法を用いて、発熱体給電電極１６、発熱体電極１７及び補助電極１８を形成した後、発熱体８を形成し、絶縁層９を積層形成する。次いで、中間電極７を形成する。また、絶縁基板６の裏面６ｂも、スクリーン印刷等の公知の形成方法を用いて、保持電極６１を形成する。その後、ドリル等で貫通孔６２を形成し、メッキ等により導電層６４を形成することにより完成する。溶断部材５は、中間電極７及び補助電極１８とヒューズエレメント３が接続ハンダ１３により接続される。溶断部材５が接続されたヒューズエレメント３は、接続ハンダ１３により下側ケース２２の側縁部２２ａに支持されたヒューズ端子４ａ，４ｂに接続される。また、絶縁基板６の発熱体給電電極１６が、接続ハンダ１３により下側ケース２２の側縁部２２ａに支持された発熱体端子１５に接続される。

【0102】

図１８は、保護素子６０の回路図である。ヒューズエレメント３に接続された溶断部材５は、絶縁基板６の表面６ａに形成された各発熱体８の一端が、発熱体電極１７及び中間電極７を介してヒューズエレメント３と接続されている。また、溶断部材５は、各発熱体８の他端と接続された発熱体給電電極１６が発熱体端子１５と接続ハンダ１３等の接続材料を介して接続されている。これにより、溶断部材５は、発熱体端子１５を介して各発熱体８が外部回路に設けられた電源に接続され、各発熱体８が発熱可能とされる。

【0103】

［変形例３］
次いで、本技術が適用された保護素子の他の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，５０，６０と同一の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ことがある。図１９に示す保護素子７０は、絶縁基板６の裏面６ｂに、発熱体８と、発熱体８を被覆する絶縁層９と、ヒューズエレメント３の溶断時にヒューズエレメント３の溶融導体３ａを保持する保持電極６１が形成されている。保持電極６１は、絶縁基板６を貫通する貫通孔６２によって、絶縁基板６の表面６ａに形成された中間電極７と連続されている。

【0104】

図１９は、絶縁基板６の裏面６ｂに発熱体８、絶縁層９及び保持電極６１が形成された保護素子７０を示す断面図である。図２０は、保護素子７０の上側ケース２１を省略して示す平面図である。図２１は、保護素子７０の絶縁基板６を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。

【0105】

絶縁基板６は、表面６ａに中間電極７及び補助電極１８が形成され、裏面６ｂに発熱体８、絶縁層９及び保持電極６１が形成されている。また、絶縁基板６は、発熱体給電電極１６が表面６ａ及び裏面６ｂの一側縁部にそれぞれ形成されている。表面６ａに形成された発熱体給電電極１６ａと裏面６ｂに形成された発熱体給電電極１６ｂは、キャスタレーションを介して連続されている。裏面側発熱体給電電極１６ｂは発熱体８と接続されている。表面側発熱体給電電極１６ａは発熱体端子１５と接続されている。

【0106】

また、絶縁基板６は、発熱体電極１７が絶縁基板６の裏面６ｂの他側縁部に形成されている。発熱体電極１７は発熱体８と接続されるとともに、絶縁層９上に積層された保持電極６１と接続されている。

【0107】

保持電極６１は、絶縁層９の上に積層され、絶縁基板６を介して、表面６ａの略中央部に形成された中間電極７と対向する位置に形成されている。

【0108】

貫通孔６２は、絶縁基板６の発熱体８が形成されていない領域に形成されている。図１９に示す溶断部材５では、並列する発熱体８の間の領域に形成されている。また、貫通孔６２は、内面に保持電極６１及び中間電極７と連続する導電層６４が形成されている。

【0109】

これにより、絶縁基板６の表面６ａに形成された中間電極７と裏面６ｂに形成された発熱体８は、発熱体電極１７、保持電極６１及び貫通孔６２を介して連続されている。

【0110】

図１９に示す保護素子７０においては、絶縁基板６の裏面６ｂに２つの発熱体８が並列して形成されている。各発熱体８は、一端が裏面側発熱体給電電極１６ｂと接続され、他端が発熱体電極１７と接続されている。なお、保護素子７０においても、発熱体８は１つ又は３つ以上設けてもよい。

【0111】

そして、保護素子７０は、ヒューズエレメント３の溶断時に溶融導体３ａが中間電極７に凝集すると、溶融導体３ａを貫通孔６２内に導き、溶融導体３ａを導電層６４と連続する保持電極６１に濡れ広がり、保持させる（図２２参照）。したがって、より多くの溶融導体３ａを貫通孔６２及び保持電極６１に吸引、保持することができ、中間電極７及び補助電極１８によって保持される溶融導体３ａの体積を減少させ、確実に溶断することができる。

【0112】

また、保護素子７０においても、貫通孔６２を複数形成することが好ましい。これにより、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａを吸引する経路を増やし、速やかにより多くの溶融導体３ａを吸引することで、中間電極７及び補助電極１８によって保持される溶融導体３ａの体積を減少させることができる。

【0113】

［変形例４］
次いで、本技術が適用された保護素子の他の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，５０，６０，７０と同一の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ことがある。図２３に示す保護素子８０は、絶縁基板６の表面６ａに発熱体８が設けられた保護素子６０に係る溶断部材５が、ヒューズエレメント３の一面及び上記一面と反対側の他面に接続されたものである。すなわち、保護素子８０は、ヒューズエレメント３が複数の溶断部材５に挟持されている。

【0114】

図２３は、ヒューズエレメント３の一面及び他面に、絶縁基板６の表面６ａに発熱体８が形成された溶断部材５が接続された保護素子８０を示す断面図である。図２４は、保護素子８０の上側ケース２１を省略して示す平面図である。

【0115】

図２５は、保護素子８０の回路図である。ヒューズエレメント３の一面及び他面に接続された各溶断部材５は、各絶縁基板６の表面６ａに形成された発熱体８の一端が、発熱体電極１７及び中間電極７を介してヒューズエレメント３と接続されている。また、各溶断部材５は、発熱体８の他端と接続された各発熱体給電電極１６が対向され、それぞれ発熱体端子１５と接続ハンダ１３等の接続材料を介して接続されている。これにより、各溶断部材５は、発熱体端子１５を介して外部回路に設けられた発熱体８を発熱させるための電源に接続される。

【0116】

また、図２６に示すように、保護素子８０は、発熱体８の発熱によりヒューズエレメント３を溶断する際には、ヒューズエレメント３の両面に接続された各溶断部材５，５の発熱体８が発熱し、ヒューズエレメント３の両面から加熱する。したがって、保護素子８０は、大電流用途に対応するためにヒューズエレメント３の断面積を増大させた場合にも、速やかにヒューズエレメント３を加熱し、溶断することができる。

【0117】

また、保護素子８０は、ヒューズエレメント３の両面から溶融導体３ａを、各溶断部材５に形成した各貫通孔６２内に吸引し、保持電極６１で保持する。したがって、保護素子８０は、大電流用途に対応するためにヒューズエレメント３の断面積を増大させ溶融導体３ａが多量に発生した場合にも、複数の溶断部材５によって吸引し、確実にヒューズエレメント３を溶断させることができる。また、保護素子８０は、複数の溶断部材５によって溶融導体３ａを吸引することにより、より速やかにヒューズエレメント３を溶断させることができる。

【0118】

保護素子８０は、ヒューズエレメント３として、内層を構成する低融点金属を高融点金属で被覆する被覆構造や低融点金属と高融点金属の積層構造を用いた場合にも、ヒューズエレメント３を速やかに溶断させることができる。すなわち、高融点金属が被覆又は積層されたヒューズエレメント３は、発熱体８が発熱した場合にも、高融点金属が溶融する温度まで加熱するのに時間を要する。ここで、保護素子８０は、複数の溶断部材５を備え、同時に各発熱体８を発熱させることで、高融点金属を速やかに溶融温度まで加熱することができる。したがって、保護素子８０によれば、外層を構成する高融点金属層の厚みを厚くすることができ、さらなる高定格化を図りつつ、速溶断特性を維持することができる。

【0119】

また、保護素子８０は、図２３に示すように、一対の溶断部材５，５が対向してヒューズエレメント３に接続されることが好ましい。これにより、保護素子８０は、一対の溶断部材５，５で、ヒューズエレメント３の同一箇所を両面側から同時に加熱するとともに溶融導体３ａを吸引することができ、より速やかにヒューズエレメント３を加熱、溶断することができる。

【0120】

また、保護素子８０は、一対の溶断部材５，５の各絶縁基板６に形成された補助電極１８がヒューズエレメント３を介して互いに対向することが好ましい。これにより、一対の溶断部材５，５が対称に接続されることで、リフロー実装時やヒューズエレメント３の加熱時等において、ヒューズエレメント３に対する溶断部材５からの負荷のかかり方がアンバランスとなることを抑制し、ヒューズエレメント３の変形や溶断部材５の接続ズレ等への耐性を向上させることができる。

【0121】

なお、発熱体８は、貫通孔６２の両側に形成することが、補助電極１８及び中間電極７を加熱し、またより多くの溶融導体３ａを凝集、吸引するうえで好ましい。

【0122】

［変形例５］
次いで、本技術が適用された保護素子の他の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，５０，６０，７０，８０と同一の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ことがある。図２７に示す保護素子９０は、絶縁基板６の裏面６ｂに発熱体８が設けられた保護素子７０に係る溶断部材５が、ヒューズエレメント３の一面及び他面に接続されたものである。すなわち、保護素子９０は、ヒューズエレメント３が複数の溶断部材５に挟持されている。

【0123】

図２７は、ヒューズエレメント３の一面及び他面に、絶縁基板６の裏面６ｂに発熱体８が形成された溶断部材５が接続された保護素子９０を示す断面図である。図２８は、保護素子９０の上側ケース２１を省略して示す平面図である。

【0124】

保護素子９０は、図２５に示す保護素子８０の回路構成と同様の回路構成を有する。ヒューズエレメント３の一面及び他面に接続された各溶断部材５は、各絶縁基板６の裏面６ｂに形成された発熱体８の一端が、発熱体電極１７、保持電極６１及び貫通孔６２を介して連続された中間電極７を介してヒューズエレメント３と接続されている。また、各溶断部材５は、発熱体８の他端と接続された表面側発熱体給電電極１６ａが対向され、それぞれ発熱体端子１５と接続ハンダ１３等の接続材料を介して接続されている。これにより、各溶断部材５は、発熱体端子１５を介して外部回路に設けられた発熱体８を発熱させるための電源に接続される。

【0125】

保護素子９０における、発熱体８の発熱による溶断動作及び効果は、上述した保護素子８０と同様であり、ヒューズエレメント３の両面から加熱する。また、図２９に示すように、保護素子９０は、保護素子８０と同様に、ヒューズエレメント３の両面から溶融導体３ａを、各溶断部材５に形成した各貫通孔６２内に吸引し、保持電極６１で保持する。

【0126】

また、保護素子９０は、複数の溶断部材５によって溶融導体３ａを吸引することにより、より速やかにヒューズエレメント３を溶断させることができる。また、保護素子９０は、複数の溶断部材５を備え、同時に各発熱体８を発熱させることで、高融点金属を速やかに溶融温度まで加熱することができる。したがって、保護素子９０によれば、外層を構成する高融点金属層の厚みを厚くすることができ、さらなる高定格化を図りつつ、速溶断特性を維持することができる。

【0127】

なお、保護素子９０においても、図２７に示すように、一対の溶断部材５，５が対向してヒューズエレメント３に接続されることが好ましい。また、保護素子９０においても、一対の溶断部材５，５の各絶縁基板６に形成された補助電極１８がヒューズエレメント３を介して互いに対向することが好ましい。

【0128】

なお、発熱体８は、貫通孔６２の両側に形成することが、補助電極１８及び中間電極７を加熱し、またより多くの溶融導体３ａを凝集、吸引するうえで好ましい。

【符号の説明】

【0129】

１ 保護素子、２ ケース、３ ヒューズエレメント、４ａ，４ｂ ヒューズ端子、５ 溶断部材、６ 絶縁基板、６ａ 表面、６ｂ 裏面、７ 中間電極、８ 発熱体、９ 絶縁層、１０ 空間、１１ 空間、１３ 接続ハンダ、１４ ネジ孔、１５ 発熱体端子、１６ 発熱体給電電極、１７ 発熱体電極、１８ 補助電極、２１ 上側ケース、２２ 下側ケース、２２ａ 側縁部、２２ｂ 中空部、２３ 嵌合凹部、２４ 嵌合凸部、２５ 接着剤、２６ 低融点金属層、２７ 高融点金属層、４０ バッテリパック、４１ バッテリセル、４２ 充電装置、４３ 電流制御素子、４４ 制御部、４５ バッテリスタック、４６ 充放電制御回路、４７ 検出回路、４８ 電流制御素子、５０ 保護素子、６０ 保護素子、６１ 保持電極、６２ 貫通孔、６４ 導電層、７０ 保護素子、８０ 保護素子、９０ 保護素子

【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】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】