特開 2025-17087 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】P2025017087

(43)【公開日】2025-02-05

(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 85/02 20060101AFI20250129BHJP

【ＦＩ】

H01H85/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119973

(22)【出願日】2023-07-24

(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】川津 雅巳

(72)【発明者】

【氏名】幸保 雅裕

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩二

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼野 広夢

【テーマコード（参考）】

5G502

【Ｆターム（参考）】

5G502AA01

5G502AA20

5G502BA08

5G502BB06

5G502BD02

5G502JJ01

(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１は、絶縁基板２と、第１の電極１１及び第２の電極１２と、第１の電極１１と第２の電極１２との間に配置された中間電極１３と、第１の電極１１、第２の電極１２及び中間電極１３の面上に配置されて、第１の電極１１と中間電極１２との間及び第２の電極１２と中間電極１３との間を電気的に接続するヒューズエレメント３と、第１の電極１１と中間電極１３との間及び／又は第２の電極１２と中間電極１３との間に設けられ、ヒューズエレメント３の溶融飛散物の付着を抑制する付着防止部５とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、
上記絶縁基板に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
上記第１の電極と上記第２の電極との間に配置された中間電極と、
上記第１の電極、上記第２の電極及び上記中間電極の面上に配置されて、上記第１の電極と上記中間電極との間及び上記第２の電極と上記中間電極との間を電気的に接続するヒューズエレメントと、
上記第１の電極と上記中間電極との間及び／又は上記第２の電極と上記中間電極との間に設けられ、上記ヒューズエレメントの溶融飛散物の付着を抑制する付着防止部とを備える、
保護素子。

【請求項2】

上記付着防止部は、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂又はシリコーン樹脂の硬化物である請求項１に記載の保護素子。

【請求項3】

上記付着防止部は、少なくとも上記第１の電極と上記中間電極との間及び／又は上記第２の電極と上記中間電極との間の全領域に設けられている請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項4】

上記付着防止部は、上記中間電極と接して、又は上記中間電極に重畳して設けられている、請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項5】

上記付着防止部は、上記第１の電極及び／又は上記第２の電極と接して、又は上記第１の電極及び／又は上記第２の電極に重畳して設けられている、請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項6】

上記ヒューズエレメントが溶断した後の絶縁抵抗が１×１０^６Ωより高い請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項7】

上記絶縁基板に設けられた発熱体と、
上記発熱体を被覆する絶縁層を備える、
請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項8】

上記発熱体及び上記絶縁層は、上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントが設けられた表面に形成され、
上記中間電極は、上記絶縁層上に積層されている請求項７に記載の保護素子。

【請求項9】

上記発熱体及び上記絶縁層は、上記絶縁基板の上記ヒューズエレメントが設けられた表面と反対側の裏面に形成されている請求項７に記載の保護素子。

【請求項10】

上記発熱体は、上記中間電極と接続されている請求項７に記載の保護素子。

【請求項11】

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又は２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】

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】

多くのリチウムイオン二次電池を用いた電子装置においては、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。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、瞬間的な大電流が流れた場合、或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り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保護素子が用いられている。

【0004】

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保護素子として、保護素子内部に発熱体を有し、この発熱体の発熱によって電流経路上の可溶導体を溶断する構造が用いられている。

【0005】

リチウムイオン二次電池の用途は、近年拡大しており、より大電流の用途、例えば電動ドライバ等の電動工具や、ハイブリッドカー、電気自動車、電動アシスト自転車等の輸送機器、ドローン等への採用が開始されている。これらの用途において、特に起動時等には、数１０Ａ～１００Ａを超えるような大電流が流れる場合がある。このような大電流容量に対応した保護素子の実現が望まれている。

【0006】

このような大電流に対応する保護素子を実現するために、断面積を増大させた可溶導体を用い、この可溶導体の表面に、発熱体を形成した絶縁基板を接続した保護素子が提案されている。

【0007】

図１８は、従来の保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は回路図である。図１９は、図１８に示す従来の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図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は回路図である。図１８に示す保護素子１００は、絶縁基板１０３と、絶縁基板１０３に設けられた第１の電極１０１及び第２の電極１０２と、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間に配置された中間電極１０４と、第１の電極１０１から第２の電極１０２にかけて配置されて、第１の電極１０１と中間電極１０４との間及び第２の電極１０２と中間電極１０４との間を電気的に接続するヒューズエレメント１０５とを備える。

【0008】

絶縁基板１０３の表面には、発熱体１０６と、発熱体１０６を被覆する絶縁層１０７と、発熱体１０６への給電端子となる発熱体給電電極１０８と、中間電極１０４と接続された発熱体電極１０９が形成されている。発熱体１０６は一端が発熱体給電電極１０８と接続され、他端が発熱体電極１０９と接続されている。これにより、発熱体１０６は、発熱体電極１０９及び中間電極１０４を介してヒューズエレメント１０５と接続されている。

【0009】

ヒューズエレメント１０５は、外部回路と接続された第１、第２の電極１０１，１０２及び中間電極１０４と接続ハンダ等の接合材料により接続されている。

【0010】

リチウムイオンバッテリーの過充電や過電流等の異常が検知されると、外部電源から発熱体１０６に通電、発熱される。ヒューズエレメント１０５は、発熱体１０６の熱により溶融され、溶融導体が中間電極１０４及び第１、第２の電極１０１，１０２上に凝集することにより、第１、第２の電極１０１，１０２間の導通が遮断される。

【0011】

また、保護素子１００は、使用される電子機器に応じて最大電流と定格電圧が設定されており、設定値以上での電力が印加されると、ヒューズエレメント１０５が通電により発熱し（ジュール熱）、溶断することによって、第１、第２の電極１０１，１０２間の導通を遮断させる。第１の電極１０１と中間電極１０４の間、第２の電極１０２と中間電極１０４の間は、ヒューズエレメント１０５単体で存在するため、比較的抵抗値が高く、通電した場合に発熱量も多くなる。このため、過電流が流れた場合、第１の電極１０１と中間電極１０４の間、第２の電極１０２と中間電極１０４の間においてヒューズエレメント１０５の融点を超えることで、溶断する。

【0012】

なお、図１９に示すように、過電流による自己発熱遮断時には、第１の電極１０１と中間電極１０４との間、第２の電極１０２と中間電極１０４との間のいずれかだけ溶断することもあり、両方とも溶断することもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特許第３０６７０１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

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。

【0015】

ここで、電流遮断時において、過電流と電圧の積が電力としてヒューズエレメントの溶断箇所に印加される。このため、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箇所に印加される電力（エネルギー）も大きくなり、ヒューズエレメントが自己発熱により溶融した状態で温度上昇を続け、さらに沸点に達して爆発的に気化する現象が起こる。図２０（Ａ）は、ヒューズエレメント１０５の溶断部位においてヒューズエレメント１０５の溶融導体１０５ａが爆発的に気化した状態を模式的に示す平面図である。爆発的に気化したヒューズエレメント１０５の溶融導体１０５ａの蒸気が飛散し、黒い煤状の物質１１１が絶縁基板１０３やヒューズエレメント１０５に付着する。図２０（Ｂ）は、ヒューズエレメント１０５の溶融導体の蒸気が飛散して絶縁基板１０３や未溶融のヒューズエレメント１０５に煤状物質１１１として付着した状態を模式的に示す平面図である。この煤状物質１１１が導電体となり、溶断したヒューズエレメントの間に導電パス１１０ができてしまい、絶縁抵抗値が下がる場合がある。

【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、絶縁基板と、上記絶縁基板に設けられた第１の電極及び第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に配置された中間電極と、上記第１の電極、上記第２の電極及び上記中間電極の面上に配置されて、上記第１の電極と上記中間電極との間及び上記第２の電極と上記中間電極との間を電気的に接続するヒューズエレメントと、上記第１の電極と上記中間電極との間及び／又は上記第２の電極と上記中間電極との間に設けられ、上記ヒューズエレメントの溶融飛散物の付着を抑制する付着防止部とを備えるものである。

【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。

【発明の効果】

【0019】

保護素子は、電流遮断時において、ヒューズエレメントが自己発熱により溶融した状態で温度上昇を続け、ヒューズエレメントの溶融導体が沸点に達して爆発的に気化し、溶融導体の蒸気が飛散し、黒い煤状の物質が絶縁基板の表面等に付着する。しかし、本技術によれば、付着防止部上においては煤状物質が海島状に付着するのみとなる。すなわち、第１の電極と中間電極との間の領域及び／又は第２の電極と中間電極との間の領域において煤状物質が連続することなく、導電パスが形成されることを防止することができる。したがって、保護素子は、電流遮断後において第１、第２の電極間の高い絶縁抵抗を維持できる。

【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を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ’断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。

【図2】図２は、保護素子において、電流遮断によりヒューズエレメントが溶断し、第１、第２の電極間の導通が遮断された状態を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。

【図3】図３は、キャップ部材、ヒューズエレメント及び付着防止部を省略して示す、保護素子の平面図である。

【図4】図４は、付着防止部が、少なくとも第１の電極と中間電極との間の領域及び／又は第２の電極と中間電極との間の領域の全領域に設けられている構成を示す平面図である。

【図5】図５（Ａ）は付着防止部が中間電極と接して設けられている構成を示す平面図であり、図５（Ｂ）は付着防止部が中間電極に重畳して設けられている構成を示す平面図である。

【図6】図６（Ａ）は付着防止部が第１の電極及び／又は第２の電極と接して設けられている構成を示す平面図であり、図６（Ｂ）は付着防止部が第１の電極及び／又は第２の電極に重畳して設けられている構成を示す平面図である。

【図7】図７は、付着防止部が第１の電極と中間電極との間の領域及び／又は第２の電極と中間電極との間の領域に隙間なく形成されている構成を示す平面図である。

【図8】図８は、付着防止部の製造工程の一例を示す断面図であり、図８（Ａ）は付着防止部を構成する樹脂材料を塗布する工程を示し、図８（Ｂ）は樹脂材料が塗布された状態を示し、図８（Ｃ）はヒューズエレメントが搭載され、フラックスが塗布された状態を示す。

【図9】図９は、ヒューズエレメントの一例を示す断面図である。

【図10】図１０は、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。

【図11】図１１は、バッテリパックの構成例を示す回路図である。

【図12】図１２は、保護素子の回路図である。

【図13】図１３は、変形例に係る保護素子を示す図であり、（Ａ）は、キャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＡ－Ａ’断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すＢ－Ｂ’断面図であり、（Ｄ）は底面図である。

【図14】図１４は、メタルマスクを載置した状態を示す平面図である。

【図15】図１５は、第１の電極と中間電極の間、第２の電極と中間電極の間にわたって、それぞれ２枚のヒューズエレメントを並べて搭載した状態を示す平面図である。

【図16】図１６は、付着防止部を設けた実施例サンプルに対して、２４０Ａ－１００Ｖの電力を印加して電流遮断させた際における電流－時間特性を示すグラフであり、（Ａ）は電力印加前から電流遮断後まで、（Ｂ）は電流遮断時付近を拡大して示す。

【図17】図１７は、付着防止部を設けていない比較例サンプルに対して、２４０Ａ－１００Ｖの電力を印加して電流遮断させた際における電流－時間特性を示すグラフであり、（Ａ）は電力印加前から電流遮断後まで、（Ｂ）は電流遮断時付近を拡大して示す。

【図18】図１８は、従来の保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は回路図である。

【図19】図１９は、図１８に示す従来の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図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は回路図である。

【図20】図２０（Ａ）はヒューズエレメントの溶断部位においてヒューズエレメントの溶融導体が爆発的に気化した状態を模式的に示す平面図であり、図２０（Ｂ）はヒューズエレメントの溶融導体の蒸気が飛散して絶縁基板や未溶融のヒューズエレメントに煤状物質として付着した状態を模式的に示す平面図である。

【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】

図１は、本技術が適用された保護素子１を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ’断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。本技術が適用された保護素子１は、絶縁基板２と、絶縁基板２に設けられた第１の電極１１及び第２の電極１２と、第１の電極１１と第２の電極１２との間に配置された中間電極１３と、第１の電極１１、第２の電極１２及び中間電極１３の面上に配置されて、第１の電極１１と中間電極１３との間及び第２の電極１２と中間電極１３との間を電気的に接続するヒューズエレメント３と、第１の電極１１と中間電極１３との間及び／又は第２の電極１２と中間電極１３との間に設けられ、ヒューズエレメント３の溶融飛散物の付着を抑制する付着防止部５とを備える。

【0023】

保護素子１は、使用される電子機器に応じて最大電流と定格電圧が設定されており、設定値以上での電力が印加されると、ヒューズエレメント３が通電により発熱し（ジュール熱）、溶断することによって、第１、第２の電極１１，１２間の導通を遮断させる。図２は、保護素子１において、電流遮断によりヒューズエレメント３が溶断し、第１、第２の電極１１，１２間の導通が遮断された状態を示す図であり、（Ａ）はキャップ部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。

【0024】

保護素子１は、電流遮断時において、ヒューズエレメント３が自己発熱により溶融した状態で温度上昇を続け、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａが沸点に達して爆発的に気化し、溶融導体３ａの蒸気が飛散し、黒い煤状の物質１４が絶縁基板２の表面２ａ等に付着する。しかし、付着防止部５上においては煤状の物質１４が海島状に付着するのみとなる。すなわち、第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び／又は第２の電極１２と上記中間電極１３との間の領域１０ｂにおいて煤状物質１４が連続することなく、導電パスが形成されることを防止することができる。したがって、保護素子１は、電流遮断後において第１、第２の電極１１，１２間の高い絶縁抵抗を維持できる。

【0025】

以下、保護素子１の各構成について詳細に説明する。図１に示す保護素子１は、絶縁基板２のヒューズエレメント３が設けられた表面２ａに発熱体６及び発熱体６を被覆する絶縁層７を備え、過電流による遮断に加え、発熱体６の発熱によってもヒューズエレメント３を溶断し、第１、第２の電極１１，１２間の導通が遮断される。

【0026】

［絶縁基板］
絶縁基板２は、例えばアルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、絶縁基板２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。なお、本明細書では、絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載される面を表面２ａとし、ヒューズエレメント３が搭載される面と反対側の面を裏面２ｂとする。

【0027】

［第１、第２の電極］
絶縁基板２の表面２ａの相対向する両端部には、第１の電極１１及び第２の電極１２が形成されている。第１の電極１１及び第２の電極１２は、それぞれ、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらの合金等の導電パターンによって形成されている。第１の電極１１及び第２の電極１２は、例えばＡｇペーストをスクリーン印刷により所定のパターンで印刷した後、所定の温度で焼成することにより形成することができる。

【0028】

第１の電極１１は、絶縁基板２の表面２ａより、キャスタレーションを介して裏面２ｂに形成された第１の外部接続電極１５と連続されている。また、第２の電極１２は、絶縁基板２の表面２ａより、キャスタレーションを介して裏面２ｂに形成された第２の外部接続電極１６と連続されている。表面実装タイプの保護素子１においては、保護素子１が外部回路基板に実装されると、第１、第２の外部接続電極１５，１６が、当該外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、ヒューズエレメント３が当該外部回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。

【0029】

第１、第２の電極１１，１２は、スズベースの各種ソルダーペーストその他の導電接続材料を介してヒューズエレメント３が搭載されることにより、ヒューズエレメント３を介して電気的に接続されている。また、第１、第２の電極１１，１２は、発熱体６が通電に伴って発熱しヒューズエレメント３が溶断することにより、あるいは図２に示すように、保護素子１に定格を超える大電流が流れヒューズエレメント３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、接続遮断される。

【0030】

［発熱体］
本技術が適用された保護素子は、絶縁基板２に、発熱によりヒューズエレメント３を溶断する発熱体６と、発熱体６を被覆する絶縁層７を備えることが好ましい。図１～図２に示す保護素子１では、絶縁基板２の表面２ａに、発熱体６及び絶縁層７が設けられている。

【0031】

発熱体６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６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２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。一例として、発熱体６は、酸化ルテニウム系ペーストと銀とガラスペーストの混合ペーストを所定の電圧に応じて調整し、絶縁基板２の表面２ａの所定の位置に所定の面積で製膜し、その後、適正条件にて焼成処理を行うことにより形成することができる。また、発熱体６の形状は適宜設計できるが、図１に示すように、絶縁基板２の形状に応じて略矩形状とすることが発熱面積を最大化するうえで好ましい。

【0032】

図３は、キャップ部材２４、ヒューズエレメント３及び付着防止部５を省略して示す、保護素子１の平面図である。発熱体６は、一端部６ａが第１の引出電極１７と接続され、他端部６ｂが第２の引出電極１８と接続されている。第１の引出電極１７は、絶縁基板２の表面２ａの一側縁に形成された発熱体給電電極８から引き出されている。第２の引出電極１８は、絶縁基板２の表面２ａの他側縁に形成された発熱体電極９から引き出されている。第１の引出電極１７は、発熱体給電電極８から発熱体６の一端部６ａに沿って引き出され、図１に示す保護素子１では、略矩形状に形成された発熱体６の一側縁に沿って延在されるとともに、当該発熱体６の一側縁が重畳されている。同様に、第２の引出電極１８は、発熱体電極９から発熱体６の他端部６ｂに沿って引き出され、図１に示す保護素子１では、略矩形状に形成された発熱体６の他側縁に沿って延在されるとともに、当該発熱体６の他側縁が重畳されている。

【0033】

［絶縁層］
また、発熱体６、第１の引出電極１７及び第２の引出電極１８は、絶縁層７に被覆されている。また、絶縁層７上には中間電極１３が形成されている。

【0034】

絶縁層７は、発熱体６の保護及び絶縁を図るものである。絶縁層７は発熱体６の熱を効率よく中間電極１３やヒューズエレメント３へ伝えるために、厚みが例えば１０～４０μｍと薄く形成されている。絶縁層７は、例えばガラス系のペーストを塗布、焼成することにより形成することができる。

【0035】

発熱体給電電極８及び発熱体電極９は、絶縁基板２の第１、第２の電極１１，１２が設けられた側縁と異なる相対向する側縁に形成されている。発熱体給電電極８は、発熱体６への給電端子となる電極であり、第１の引出電極１７を介して発熱体６の一端部６ａと接続されるとともに、キャスタレーションを介して絶縁基板２の裏面２ｂに形成された第３の外部接続電極１９と連続されている（図１（Ｂ）参照）。発熱体電極９は、第２の引出電極１８を介して発熱体６の他端部６ｂと接続されるとともに、中間電極１３と接続されている。

【0036】

発熱体給電電極８、発熱体電極９、第１、第２の引出電極１７，１８、及び中間電極１３は、第１、第２の電極１１，１２と同様に、ＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって形成することができる。また、絶縁基板２の表面２ａ上に形成されるこれら各電極を同一の材料により構成することで、一又は複数の印刷工程及び焼成工程で形成することができる。

【0037】

なお、発熱体給電電極８は、第３の外部接続電極１９と接続される外部回路基板の電極に設けられた接続用ハンダがリフロー実装等において溶融し、キャスタレーションを介して発熱体給電電極８上に這い上がり、発熱体給電電極８上に濡れ拡がることを防止する規制壁（図示せず）を設けてもよい。第１、第２の電極１１，１２も同様に、規制壁を設けてもよい。規制壁は、例えばガラスやソルダーレジスト、絶縁性接着剤等ハンダに対する濡れ性を有しない絶縁材料を用いて形成することができ、発熱体給電電極８上や第１、第２の電極１１，１２上に印刷等により形成することができる。規制壁を設けることにより、溶融した接続用ハンダが発熱体給電電極８や第１、第２の電極１１，１２まで濡れ広がることを防止し、保護素子１と外部回路基板との接続性を維持することができる。

【0038】

［中間電極］
中間電極１３は、発熱体電極９から絶縁層７上にわたって設けられる電極である。中間電極１３は、ＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成されている。中間電極１３は、一端側が発熱体電極９及び第２の引出電極１８を介して発熱体６の他端部６ｂと接続されている。また、中間電極１３は、他端側が第１の電極１１と第２の電極１２の間の領域において絶縁層７上に延在され、絶縁層７を介して発熱体６に重畳されている。そして、中間電極１３は、接続用ハンダ等の接合材料を介して、ヒューズエレメント３が接続されている。

【0039】

ヒューズエレメント３は、第１及び第２の電極１１，１２間にわたって実装され、発熱体６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って自己発熱（ジュール熱）により溶断し、第１の電極１１と第２の電極１２との間の電流経路を遮断するものである。ヒューズエレメント３には、酸化を防止し、濡れ性を向上させて、速溶断を図る目的で、フラックス４が塗布されている。保護素子１は、図１に示すように、第１及び第２の電極１１，１２間にわたって１枚のヒューズエレメント３を実装してもよく、第１の電極１１と中間電極１３の間、及び第２の電極１２と中間電極１３との間にそれぞれヒューズエレメント３を実装してもよい。ヒューズエレメント３の構成については、後に詳述する。

【0040】

なお、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３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、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３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。また、保護素子１をリフロー実装する場合に、ヒューズエレメント３を接続する接続用ハンダが溶融することにより第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３を溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。

【0041】

［付着防止部］
第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び／又は第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂには、ヒューズエレメント３の溶融飛散物の付着が抑制された付着防止部５が設けられている。付着防止部５は、例えばエポキシ樹脂、フッ素系樹脂又はシリコーン樹脂、若しくはこれらを組み合わせた樹脂の硬化物などの樹脂コート層により構成される。

【0042】

図２に示すように、付着防止部５は、電流遮断時において、ヒューズエレメント３が自己発熱により溶融した状態で温度上昇を続け、さらに沸点に達して爆発的に気化することにより、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａの蒸気が飛散した場合にも、煤状物質１４が付着防止部５上においては海島状に付着するのみとなる。すなわち、第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び／又は第２の電極１２と上記中間電極１３との間の領域１０ｂにおいて煤状物質１４が連続することなく、導電パスが形成されることを防止することができる。したがって、保護素子１は、電流遮断後の高い絶縁抵抗を維持できる。

【0043】

第１の電極１１と第２の電極１２との電流経路を遮断する上では、付着防止部５は、第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ、又は第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂに設けられていれば良いが、電流遮断後のより高い絶縁抵抗を確保する上では、第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂに設けられていることが好ましい。

【0044】

図４に示すように、付着防止部５は、少なくとも第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び／又は第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂの全領域に設けられていることが好ましい。これにより、第１の電極１１と中間電極１３との間や第２の電極１２と中間電極１３との間に、煤状物質１４が連続して付着することによる導電パスの形成を防止することができる。なお、図１に示すように、付着防止部５は、絶縁基板２の発熱体給電電極８及び発熱体電極９が設けられた対向する側縁間にわたって連続して形成してもよい。これにより発熱体給電電極８及び発熱体電極９と第１の電極１１及び第２の電極との間においても、煤状物質１４が連続して付着することによる導電パスの形成を防止することができる。

【0045】

図５に示すように、付着防止部５は、中間電極１３と接して設けてもよく（図５（Ａ））、中間電極１３に重畳して設けてもよい（図５（Ｂ））。

【0046】

また、図６示すように、付着防止部５は、第１の電極１１及び／又は第２の電極１２と接して設けてもよく（図６（Ａ））、又は第１の電極１１及び／又は第２の電極１２に重畳して設けてもよい（図６（Ｂ））。

【0047】

また、図７示すように、付着防止部５は、第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び／又は第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂに隙間なく形成してもよい。

【0048】

付着防止部５は、ヒューズエレメント３と接触しない厚さに形成されることが好ましい。付着防止部５がヒューズエレメント３に接触する厚さに形成されると、例えばヒューズエレメント３をリフローにより第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３に実装する際、ヒューズエレメント３が付着防止部５によって持ち上げられ所定の搭載位置から移動するおそれがある。これにより、ヒューズエレメント３と第１、第２の電極１１，１２との接触面積が減少したり、接触面積が不均等になったりするなど、内部抵抗に影響が生じ得る。さらに、ヒューズエレメント３の移動が大きくなると、最悪の場合にはヒューズエレメント３が第１の電極１１又は第２の電極１２から外れてしまうリスクも生じる。

【0049】

第１の電極１１と中間電極１３の間、及び第２の電極１２と中間電極１３との間にそれぞれヒューズエレメント３を実装しようとする場合においては（図１５参照）、第１、第２の電極１１，１２間におけるセルフアライメントも効かず、付着防止部５との接触によるヒューズエレメント３の移動がしやすくなっており、最悪の場合にはヒューズエレメント３が中間電極１３から外れてしまうリスクも生じる。

【0050】

そこで、ヒューズエレメント３と接触しない厚さに形成されることが好ましい。例えば、付着防止部５の上面が第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３の上面よりも低くなる厚みで形成することで、ヒューズエレメント３と付着防止部５とが離間し、リフロー実装時等におけるヒューズエレメント３の移動を防止することができる。

【0051】

なお、付着防止部５とヒューズエレメント３とは、対向する全面にわたって離間することが望ましいが、内部抵抗の著しい変動を起こしたり中間電極１３との接続が外れたりするような深刻なヒューズエレメント３の移動を伴わない限り、部分的に接触することは問題ない。

【0052】

［付着防止部の形成工程］
付着防止部５は、形成領域に応じた開口部２１を有するマスク２２を介してエポキシ樹脂等の樹脂材料５ａを所定の範囲に塗布、硬化させ、領域１０ａ，１０ｂに樹脂コート層を設けることにより形成することができる（図８参照）。この塗布工法では、付着防止部５の形成領域に対応した開口部２１を有するメタルマスクやスクリーンマスク等のマスク２２を用意し、このマスク２２を付着防止部５の形成領域の周囲に配置して、樹脂材料５ａをスキージ２３で押圧する。これにより、マスクの開口部領域に樹脂材料５ａを印刷することができる。

【0053】

その他、付着防止部５は、形成領域に応じた位置に、ディスペンサーやスプレー等により樹脂材料５ａを塗布し、硬化させることにより形成してもよい。

【0054】

付着防止部５を構成する樹脂材料５ａの硬化工程は、樹脂材料５ａの硬化系に応じて適宜設ければよい。また、樹脂材料５ａの硬化方法も、材料に応じて適宜設定することができ、例えばリフロー炉にて所定の時間加熱してもよく、ドライヤーによって加熱乾燥させてもよく、硬化光を照射してもよく、常温で所定の時間静置させることにより硬化させてもよい。

【0055】

また、付着防止部５は、ＰＥＴ等の剥離フィルム表面に樹脂材料５ａをフィルム状に形成し、当該材料フィルムの材料面を形成領域に応じた位置に貼付し、加熱ボンダーなどによって剥離フィルム側から加熱押圧することにより樹脂材料５ａを形成領域に転着、硬化させることにより形成してもよい。

【0056】

［キャップ部材］
絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載された表面２ａがキャップ部材２４によって覆われている。キャップ部材２４は、保護素子１の内部を保護するとともに、ヒューズエレメント３が溶断する際に発生する溶融物の飛散を防止するものである。

【0057】

キャップ部材２４の材料としては、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する材料を用いることができる。キャップ部材２４は、絶縁基板２の表面２ａ上に設けられ、接着剤によって固着されている。また、キャップ部材２４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１３や第１、第２の電極１１，１２上に凝集するのに十分な内部空間を有する。

【0058】

［保護素子の製造工程］
次いで、保護素子１の製造工程について説明する。保護素子１の製造工程は、絶縁基板２に、発熱体６、第１の電極１１、第２の電極１２、発熱体給電電極８、発熱体電極９、第１の引出電極１７、第２の引出電極１８、絶縁層７、中間電極１３を形成する工程と、中間電極１３と第１の電極１１及び／又は第２の電極１２との間に付着防止部５を形成する工程と、第１の電極１１、中間電極１３、及び第２の電極１２の間にわたってヒューズエレメント３を接続する工程と、絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載された表面２ａにキャップ部材２４を接続して基板表面を被覆する工程を有する。

【0059】

上述したように、第１、第２の電極１１，１２、発熱体給電電極８、発熱体電極９、第１、第２の引出電極１７，１８は、絶縁基板２の表面２ａ上に、スクリーン印刷技術等を用いてＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって形成される。

【0060】

また、発熱体６は、ニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなり、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２上にスクリーン印刷技術等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。発熱体６、第１、第２の引出電極１７，１８上には、スクリーン印刷技術等を用いてガラス系のペースト等を塗布、焼成することにより絶縁層７が形成される。

【0061】

さらに、スクリーン印刷技術等を用いてＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって、発熱体電極９から絶縁層７上にかけて中間電極１３が形成される。

【0062】

図８は付着防止部５の製造工程の一例を示す断面図であり、図８（Ａ）は付着防止部５を構成する樹脂材料５ａを塗布する工程を示し、図８（Ｂ）は樹脂材料５ａが塗布された状態を示し、図８（Ｃ）はヒューズエレメント３が搭載され、フラックス４が塗布された状態を示す。

【0063】

図８に示すように、絶縁基板２の表面２ａ上に、塗布領域に対応した開口部２１を有するマスク２２（メタルマスクやスクリーンマスク等）を介して付着防止部５を構成する樹脂材料５ａを塗布する。この塗布工程では、図８（Ａ）に示すように、スクリーン印刷工法においては、樹脂材料５ａの印刷部周囲に、印刷部に対応した開口部２１を有するマスク２２を配置させ、マスク２２表面上をスキージ２３が摺動することにより、開口部２１に応じた位置及び面積で樹脂材料５ａを塗布することができる（図８（Ｂ））。樹脂材料５ａの印刷後、硬化系に応じた硬化処理が施され、樹脂コート層からなる付着防止部５が形成される。

【0064】

次いで、第１、第２の電極１１，１２、及び中間電極１３に、接続ハンダ等の導電接続材料が印刷され、ヒューズエレメント３が搭載された後、リフロー工程に付される。これにより、ヒューズエレメント３が接続される（図８（Ｃ））。その後、絶縁基板２のヒューズエレメント３が搭載された表面２ａにキャップ部材２４を接続して基板表面を被覆し、保護素子１を得る。

【0065】

［ヒューズエレメント］
次いで、ヒューズエレメント３の詳細な構成について説明する。ヒューズエレメント３は、第１及び第２の電極１１，１２間にわたって実装され、発熱体６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って自己発熱（ジュール熱）により溶断し、第１の電極１１と第２の電極１２との間の電流経路を遮断するものである。

【0066】

ヒューズエレメント３は、発熱体６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フリーハンダや、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。

【0067】

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９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、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３上に接続ハンダ等の導電接続材料を介して接続される。

【0068】

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、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３とヒューズエレメント３との接続や保護素子１の外部回路基板上への実装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。

【0069】

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、下層を低融点金属層２６とし上層を高融点金属層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。

【0070】

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と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、第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３とヒューズエレメント３との接続や保護素子１の外部回路基板上への実装を、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。

【0071】

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、自己発熱によって溶融し、第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を遮断する。このとき、上述したように、第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び／又は第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂには、ヒューズエレメント３の溶融飛散物の付着が抑制された付着防止部５が設けられているため、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａの蒸気が飛散した場合にも、煤状物質１４が付着防止部５上において連続することが無く、導電パスが形成されることを防止することができる。したがって、保護素子１は、電流遮断後の高い絶縁抵抗を維持できる。

【0072】

また、発熱体６が通電され発熱することにより溶融し、第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を遮断する。付着防止部５は、ヒューズエレメント３の溶融導体３ａに対してもはじく性質を有し、また、溶融導体３ａは中間電極１３や第１、第２の電極１１，１２上に凝集することから、中間電極１３と第１、第２の電極１１，１２との間で溶融導体３ａが連続することを防止することができる。したがって、保護素子１は、電流遮断後の高い絶縁抵抗を維持できる。

【0073】

また、ヒューズエレメント３は、発熱体６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の溶融導体３ａは、中間電極１３及び第１、第２の電極１１，１２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、第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を遮断することができる（図１０）。

【0074】

また、ヒューズエレメント３は、内層を低融点金属層２６とし、外層を高融点金属層２７とする被覆構造ないし積層構造とすることにより、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、リフロー温度よりも融点が高い高融点金属層２７によりヒューズエレメント３の変形が抑えられる。したがって、接続ハンダ等の導電接続材料が溶融した場合にも、ヒューズエレメント３が付着防止部５上で移動し、さらには第１の電極１１、第２の電極１２又は中間電極１３上から外れてしまう事態を防ぐことができる。

【0075】

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６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、速やかに第１、第２の電極１１，１２間を遮断することができる。

【0076】

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。

【0077】

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）、ヒューズエレメント３は、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層２７が設けられているため、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。

【0078】

［回路構成例］
このような保護素子１は、図１１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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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、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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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１２に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１は、第１の電極１１がバッテリスタック４５側と接続され、第２の電極１２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６が発熱体給電電極８及び第３の外部接続電極１９を介して電流制御素子４８と接続されるとともに、発熱体６がバッテリスタック４５と接続される。これにより、発熱体６は、一端が発熱体電極９及び中間電極１３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、他端が第３の外部接続電極１９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６への給電経路が形成される。

【0086】

［保護素子の動作］
発熱体６は、保護素子１が外部回路基板に実装されることにより、第３の外部接続電極１９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６に通電するよう電流を制御する。発熱体６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。

【0087】

発熱体６の熱は、発熱体電極９及び中間電極１３を経てヒューズエレメント３に伝達され、また、絶縁層７から中間電極１３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１３上に凝集し、第１の電極１１と第２の電極１２との間で溶断される（図１０）。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。

【0088】

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、第１の電極１１と第２の電極１２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。

【0089】

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。

【0090】

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の充放電経路が第１の電極１１と第２の電極１２の間で遮断する。また、発熱体６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。

【0091】

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。

【0092】

［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と同じ構成は同じ符号を付してその詳細を省略することがある。図１３は、変形例に係る保護素子５０を示す図であり、（Ａ）は、キャップ部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すＡ－Ａ’断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）に示すＢ－Ｂ’断面図であり、（Ｄ）は底面図である。

【0093】

図１３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、変形例に係る保護素子５０は、絶縁基板２の表面２ａと反対側の裏面２ｂに、発熱体６、第１，第２の引出電極１７，１８及びこれらを被覆する絶縁層７が形成されている。また、絶縁基板２の裏面２ｂには、発熱体給電電極８、裏面側発熱体電極９ｂ、第１、第２の外部接続電極１５，１６が形成されている。

【0094】

また、絶縁基板２の表面２ａには、第１、第２の電極１１，１２、中間電極１３及び付着防止部５が形成され、これら各電極１１，１２，１３上にヒューズエレメント３が実装されている。また、絶縁基板２の表面２ａには、表面側発熱体電極９ａが形成され、中間電極１３と接続されている。

【0095】

絶縁基板２の表面２ａに設けられた第１、第２の電極１１，１２、及び中間電極１３や表面側発熱体電極９ａ、絶縁基板２の裏面２ｂに設けられた発熱体６、第１，第２の引出電極１７，１８、発熱体給電電極８、裏面側発熱体電極９ｂ、及び第１、第２の外部接続電極１５，１６は、上述した保護素子１と同様の工程によって形成することができる。

【0096】

表面側発熱体電極９ａと裏面側発熱体電極９ｂは、絶縁基板２の側面に形成されたキャスタレーションや絶縁基板２を貫通する導電スルーホール等により電気的に接続されている。すなわち、中間電極１３は、表面側発熱体電極９ａと裏面側発熱体電極９ｂを介して発熱体６と電気的及び熱的に接続される。これにより、保護素子５０は、発熱体６が絶縁基板２を介して中間電極１３を加熱するとともに、熱伝導性に優れる表面側発熱体電極９ａと裏面側発熱体電極９ｂを介して発熱体６の熱が中間電極１３に伝わり、ヒューズエレメント３を加熱、溶断することができる。

【0097】

なお、保護素子５０では、発熱体給電電極８が外部回路基板の電極と接続される外部接続電極ともなるため、保護素子１に設けた第３の外部接続電極１９は設けられていない。

【0098】

保護素子５０は、保護素子１と同様に、領域１０ａ，１０ｂに付着防止部５を形成することによって、電流遮断時においても、第１の電極１１と中間電極１３との間や第２の電極１２と中間電極１３との間に、煤状物質１４が連続して付着することによる導電パスの形成を防止することができる。

【0099】

［変形例２］
また、本技術が適用された保護素子は、発熱体６を備えていない過電流遮断ヒューズとしてもよい。この場合も、保護素子１，５０と同様に、領域１０ａ，１０ｂに付着防止部５を形成することによって、電流遮断時において、第１の電極１１と中間電極１３との間や第２の電極１２と中間電極１３との間に、煤状物質１４が連続して付着することによる導電パスの形成を防止することができる。

【実施例0100】

［第１の実施例］
次いで、本技術の第１の実施例について説明する。第１の実施例では、実施例として付着防止部を形成した保護素子のサンプルと、比較例として付着防止部を形成しない保護素子のサンプルを作製し、第１の電極～第２の電極間に所定の電力を印加してヒューズエレメントの電流遮断試験を行った。そして、電流遮断後に第１の電極～第２の電極間の絶縁抵抗（Ω）を測定、評価した。

【0101】

実施例に係る保護素子サンプルは、セラミック基板上に、Ａｇパターンにより、第１、第２の電極１１，１２、発熱体給電電極８、発熱体電極９、第１、第２の引出電極１７，１８、発熱体６を形成し、絶縁層７としてＰＢフリーガラスを積層させている。

【0102】

実施例に係る保護素子サンプルは、図７に示すように、第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂに隙間なく樹脂コート層からなる付着防止部５を形成した。樹脂コート層は、メタルマスク２２を用いたスクリーン印刷により樹脂材料５ａ（熱硬化型エポキシ系接着剤：ナミックス社製 ＡＨ８４５５シリーズ）を印刷し、加熱硬化させることにより形成した。硬化条件は１００℃、１．５時間とした。

【0103】

メタルマスク２２は、厚さは０．０６ｍｍのステンレス板を用いた。また、図１４に示すように、開口部２１は第１の電極１１と中間電極１３との間の領域１０ａ及び第２の電極１２と中間電極１３との間の領域１０ｂに応じた幅（０．５５ｍｍ）かつ少なくとも第１の電極１１と中間電極１３との間及び第２の電極１２と中間電極１３との間の全領域配置をカバーする長さ（８．２ｍｍ）を有する。また、開口部２１の間隔は中間電極１３の幅と同じ幅（０．９ｍｍ）とした。

【0104】

ヒューズエレメント３として、低融点金属層が高融点金属層に被覆された被覆構造のヒューズエレメントを用いた。付着防止部５の形成後に、第１の電極１１と中間電極１３の間、第２の電極１２と中間電極１３の間にわたって、それぞれ２枚のヒューズエレメント３（２．２×１．５ｍｍ、０．０８ｍｍ厚）を並べて搭載した（図１５参照）。各電極１１～１３とヒューズエレメント３とは、ソルダーペースト（千住金属工業社製 Ｍ７０５－ＧＲＮ３６０－Ｋ２ＶＺＨ）を用いて接続した。

【0105】

その後、ディスペンサーを用いて、ヒューズエレメント３上にフラックスを塗布し、キャップ部材２４をセラミック基板に接着することにより、保護素子のサンプルを得た。

【0106】

比較例に係る保護素子サンプルは、付着防止部５を形成しなかった点を除き、実施例に係る保護素子サンプルと同じものを用いた。

【0107】

実施例及び比較例に係る保護素子に印加する電力は、１６０Ａ－１００Ｖ、２４０Ａ－１００Ｖとした。各印加電力に対する実施例及び比較例のサンプル数は６とした。電流遮断試験及び、電流遮断後の第１の電極～第２の電極間の絶縁抵抗（Ω）の測定に使用した器具は以下の通りである。
電源：高砂製作所，ＨＸ０１５０－３００
電子負荷：計測技研，３４２３０
絶縁抵抗計：日置電機，ＤＳＭ－８１０４
ケーブル：ＡＷＧ６

【0108】

電流遮断後の絶縁抵抗値が１．０×１０^６Ω以下の場合は、測定不能とした。測定結果を表１に示す。なお、表１中、ヒューズ抵抗（ｍΩ）は、溶断前のサンプルにおける第１、第２の電極１１，１２間の抵抗値である。

【0109】

【表1】

【0110】

表１に示すように、付着防止部無しの比較例では、１つのサンプルを除き、絶縁抵抗が低く測定不能だったが、付着防止部５を設けた実施例では、全てのサンプルで測定できた（１．０×１０^６Ω超）。これより、付着防止部５を設けたことにより、絶縁抵抗が上がっていることがわかる。

【0111】

図１６は、付着防止部５を設けた実施例サンプルに対して、２４０Ａ－１００Ｖの電力を印加して電流遮断させた際における電流－時間特性を示すグラフであり、（Ａ）は電力印加前から電流遮断後まで、（Ｂ）は電流遮断時付近を拡大して示す。

【0112】

図１７は、付着防止部５を設けていない比較例サンプルに対して、２４０Ａ－１００Ｖの電力を印加して電流遮断させた際における電流－時間特性を示すグラフであり、（Ａ）は電力印加前から電流遮断後まで、（Ｂ）は電流遮断時付近を拡大して示す。

【0113】

付着防止部を設けた実施例では、電流波形が大きく振れた後、直ちに直線的にギザギザと落ちる。比較例では、遮断手前で電流波形が大きく振れる部分があり（矢印）、少し後に電流が曲線的に落ちる。比較例では、電流波形が大きく振れてから（矢印）、最終的に電流が落ちるまでの時間が長い。

【0114】

実施例及び比較例とも、電流遮断時の爆発により、溶けたヒューズエレメントやフラックス、電極の一部などの混合物が飛散してセラミック基板表面に黒い煤状物質が付着する。比較例では、絶縁抵抗が測定された比較例１を除き、全てのサンプルで煤状物質が濃く付着した。これに対して、実施例では、煤状物質は薄く付着したのみであった。絶縁抵抗が低いサンプルほど黒色が濃くなり、電流遮断時の爆発による損傷の度合いも大きかった。

【0115】

比較例では、ヒューズエレメントはもちろん第１、第２の電極、中間電極、絶縁層が吹き飛んでいるように見える。実施例でも、第１、第２の電極や中間電極が一部損傷している部分はあるが，樹脂コート層（付着防止部）はほぼ残っていた。また、実施例では、樹脂コート層の表面から黒い煤状物質が剥がれているように見える部分もあった。

【0116】

表１、図１６～図１７に示す結果及び溶断後の実施例と比較例の各サンプルの観察結果から、実施例と比較例の各サンプルにおける電流遮断時の挙動は以下のように考えられる。

【0117】

付着防止部が設けられていない比較例では、電流遮断時の爆発によりヒューズエレメントの溶融導体などが飛散して電極やガラスの上に煤状物質が付着し、別の導電経路が形成される。この導電経路にも電流が流れるが、ヒューズエレメントよりも抵抗が高いため、印加される電力も高くなる。高い電力により導電経路が発熱され、電極やガラスも溶けて巻きこまれながら爆発し、さらに別の導電経路が再度でき、これにより更なる爆発を誘発するサイクルを繰り返す。この結果、煤状物質が基板表面の全面に濃く付着し、電流遮断後の絶縁抵抗値の低下をもたらしたと考えられる。

【0118】

付着防止部が設けられた実施例では、樹脂コート層において、電流遮断時に発生する煤状物質の付着が抑制され、別の導電経路が発生しにくくされている。このため、別の導電経路ができることによる更なる爆発と導電経路の生成のサイクルが少なくなり、煤状物質の基板表面への付着や、電極の損傷度合いも少なく、電流遮断後において高い絶縁抵抗を奏するものとなったと考えられる。

【0119】

［第２の実施例］
次いで、本技術の第２の実施例について説明する。第２の実施例では、付着防止部５の形成範囲を変えて、溶断前における各サンプルのヒューズ抵抗を測定、評価した。第２の実施例に係る保護素子サンプル及びその製造工程は、上述した第１の実施例に係る実施例サンプルと同様の構成を有するため詳細は省略する。

【0120】

［実施例１３］
実施例１３として、付着防止部５が第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３のいずれにも接しない保護素子サンプルを形成した（図４参照）。

【0121】

［実施例１４］
実施例１４として、付着防止部５が第１、第２の電極１１，１２と重畳する保護素子サンプルを形成した（図６（Ｂ）参照）。

【0122】

［実施例１５］
実施例１５として、付着防止部５が第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３に重畳する保護素子サンプルを形成した。

【0123】

これら実施例１３～１５に係る保護素子サンプルに対して、電流１Ａを通電して、第２の電極１１，１２間の電圧を計測し、これらからヒューズ抵抗値を算出した。

【0124】

【表2】

【0125】

表２に示すように、付着防止部５を第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３のいずれにも接しないように設けた実施例１３が最もヒューズ抵抗値が低くなった。また、実用上問題はないが、付着防止部５を第１、第２の電極１１，１２及び中間電極１３のいずれにも重畳するように設けた実施例１５が最もヒューズ抵抗値が高くなった。

【0126】

表２及び実施例１３～１５に係るサンプルの観察結果から、以下のように考察される。第１、第２の電極１１，１２や中間電極１３に、樹脂材料５ａが重なるとその部分がヒューズエレメントと接続できなくなる。そのため、抵抗の低い電極が一部、通電経路から外れてしまい、その結果ヒューズ抵抗が高くなったと考えられる。したがって、ヒューズ抵抗値の低抵抗化を図るためには、第１、第２の電極１１，１２や中間電極１３と付着防止部５を構成する材料は重畳させないことが好ましいといえる。

【符号の説明】

【0127】

１ 保護素子、２ 絶縁基板、２ａ 表面、２ｂ 裏面、３ ヒューズエレメント、４ フラックス、５ 付着防止部、６ 発熱体、７ 絶縁層、８ 発熱体給電電極、９ 発熱体電極、１０ 領域、１１ 第１の電極、１２ 第２の電極、１３ 中間電極、１４ 煤状物質、１５ 第１の外部接続電極、１６ 第２の外部接続電極、１７ 第１の引出電極、１８ 第２の引出電極、１９ 第３の外部接続電極、２１ 開口部、２２ マスク、２３ スキージ、２４ キャップ部材、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

【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】