JP2015053260A - 保護素子及びバッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】過電流保護時の電流容量を確保しつつ発熱体の発熱によって確実に溶断させる。
【解決手段】第１の絶縁基板５５と、第１及び第２の外部電極５１,５２と、第１の絶縁基板５５の裏面５５ｂ側に設けられた発熱体５７と、第１の絶縁基板５５の表面５５ａの第１の外部電極５１と第２の外部電極５２との間に設けられた表裏面電極５６，６４と、表面５５ａに、表面電極５６と重畳するように、第１及び第２の外部電極５１,５２にわたって積層される可溶導体５３と、内側面に導電層６５が設けられた貫通孔５８と、貫通孔５８内に充填された予備ハンダ６６とを備える。発熱体５７の熱によって、予備ハンダ６６及び可溶導体５３が溶融し、表裏面電極５６,６４、貫通孔５８内の導電層６５等のぬれ性によって、温度の高い第１の絶縁基板５５の裏面５５ｂ側に、溶融した予備ハンダ６６及び可溶導体５３が移動する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、電流経路を溶断することにより、電流経路上に接続された回路を保護する保護素子及びバッテリパックに関する。

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。

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る。

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、特許文献１に記載されているように、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一般的に用いられている。

特開２０１０−３６６５号公報

特許文献１に記載されている保護素子において、携帯電話やノートパソコンのような電流容量が比較的低い用途に用いるために、可溶導体（ヒューズ）は、最大でも１５Ａ程度の電流容量を有している。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に採用が検討され、一部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。

大電流に対応する保護素子を実現するためには、可溶導体の断面積を増大させればよい。しかしながら、保護素子は、過電流状態により溶断させる場合以外にも、電池セルの過電圧状態を検出して、抵抗体で形成された発熱体に電流を流して、その発熱によって可溶導体を切断する必要がある。大電流に対応するために断面積を増大させると、溶断時の可溶導体の溶融量が多くなるため、可溶導体を安定して溶断することが困難となる。また、可溶導体の溶融量が多くなると過電流による電流遮断の直前に、溶融導体が凝集量も増大し、遮断時のアーク放電によって溶融導体が多量に飛散し、絶縁抵抗の低下や可溶導体の搭載位置の周辺回路の短絡等のリスクも高まる。さらに、保護素子の配置される姿勢によって溶断動作が変動することも問題である。

そこで、本発明は、過電流保護時の電流容量を確保しつつ、過電流による電流遮断の際にアーク放電による溶融導体の飛散を抑制できる保護素子及びバッテリパックを得ることを目的とする。また、本発明は、過電流保護時の電流容量を確保しつつ、発熱体による発熱によって可溶導体を確実に溶断させることができる保護素子及びバッテリパックを得ることを目的とする。

上述した課題を解決する本発明に係る保護素子は、第１の絶縁基板と、上記第１の絶縁基板の表面に搭載された可溶導体とを有し、上記第１の絶縁基板の表面には、溶融した上記可溶導体を吸引する吸引孔が開口されているものである。

また、本発明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、第１のと、上記第１の絶縁基板の表面に搭載され、上記充放電経路となる可溶導体とを有し、上記第１の絶縁基板の表面には、溶融した上記可溶導体を吸引する吸引孔が開口されているものである。

また、本発明に係る保護素子は、第１、第２の外部電極と、上記第１、第２の外部電極間にわたって接続された可溶導体と、上記可溶導体に接続され、溶融した上記可溶導体を吸引する吸引部材とを有し、上記吸引部材は、上記第１、第２の外部電極間に配設された第１の絶縁基板と、上記第１の絶縁基板の表面に形成され、上記可溶導体の一部と接続された表面電極と、上記第１の絶縁基板に設けられた発熱体と、上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、上記表面電極と連続する貫通孔とを備え、上記可溶導体が溶融することにより上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間の電流経路を遮断するものである。

また、本発明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、上記バッテリセルの電圧値を検出して上記保護素子への通電を制御する電流制御素子とを備え、上記保護素子は、第１、第２の外部電極と、上記第１、第２の外部電極間にわたって接続された可溶導体と、溶融した上記可溶導体を吸引する吸引部材とを有し、上記吸引部材は、上記第１、第２の外部電極間に配設された第１の絶縁基板と、上記第１の絶縁基板の表面に形成され、上記可溶導体の一部と接続された表面電極と、上記第１の絶縁基板に設けられた発熱体と、上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、上記表面電極と連続する貫通孔とを備え、上記可溶導体が溶融することにより上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間の電流経路を遮断するものである。

また、上述した課題を解決する本発明に係る保護素子は、第１の絶縁基板と、第１及び第２の外部電極と、上記第１の絶縁基板の一方の面側にある、上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間に設けられた中間電極と、上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられた発熱体と、上記第１の絶縁基板の一方の面に、上記中間電極と接続されるとともに上記第１及び第２の外部電極にわたって接続され、上記発熱体による加熱により、該第１の外部電極と該第２の外部電極との間の電流経路を溶断する可溶導体と、上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられ、上記発熱体の一方の端子に電気的に接続された発熱体引出電極と、上記中間電極と上記発熱体引出電極との間に上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、内側面に上記中間電極と上記発熱体引出電極と連続する導電層が設けられた貫通孔とを備える。

本発明に係るバッテリパックは、１つ以上のバッテリセルと、バッテリセルに流れる電流を遮断するように接続された保護素子と、バッテリセルそれぞれの電圧値を検出して保護素子を加熱する電流を制御する電流制御素子とを備える。そして、保護素子は、第１の絶縁基板と、第１及び第２の外部電極と、上記第１の絶縁基板の一方の面側にある、上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間に設けられた中間電極と、上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられた発熱体と、上記第１の絶縁基板の一方の面に、上記中間電極と接続されるとともに上記第１及び第２の外部電極にわたって接続され、上記発熱体による加熱により、該第１の外部電極と該第２の外部電極との間の電流経路を溶断する可溶導体と、上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられ、上記発熱体の一方の端子に電気的に接続された発熱体引出電極と、上記中間電極と上記発熱体引出電極との間に上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、内側面に上記中間電極と上記発熱体引出電極と連続する導電層が設けられた貫通孔とを備える。

本発明によれば、可溶導体が溶融すると、溶融した可溶導体が第１の絶縁基板に形成された吸引孔に引き込まれるため、溶融導体が多量に発生した場合にも確実に溶断される。したがって、定格を向上させるために可溶導体の断面積を増大させた場合にも、電流経路を確実に切断することができる。

図１本発明が適用された保護素子を示す断面図である。 図２は、本発明が適用された保護素子において、溶融導体が吸引されている状態を示す断面図である。 図３は、本発明が適用された保護素子において、可溶導体が溶断された状態を示す断面図である。 図４は、保護素子が用いられたバッテリパックの構成例を示すブロック図である。 図５は、本発明が適用された保護素子の回路図である。 図６は、第１の絶縁基板の表面側に発熱体を備えた保護素子を示す断面図である。 図７は、第１の絶縁基板の裏面側に発熱体を備えた保護素子を示す断面図である。 図８は、第１の絶縁基板内に発熱体を備えた保護素子を示す断面図である。 図９は、保護素子が用いられたバッテリパックの構成例を示すブロック図である。 図１０は、本発明が適用された保護素子の回路図である。 図１１（Ａ）は、本発明が適用された保護素子の平面図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＡＡ’線断面図である。 図１２は、本発明が適用された保護素子の応用例を示すブロック図である。 図１３は、本発明が適用された保護素子の回路構成例を示す図である。 図１４（Ａ）は、本発明が適用された保護素子の発熱体の動作時を示す断面図である。図１４（Ｂ）は、可溶導体が溶断した状態を示す断面図である。 図１５（Ａ）−（Ｅ）は、本発明が適用された保護素子の使用態様の姿勢を示す図である。 図１６は、図１５（Ａ）−（Ｅ）の各姿勢における可溶導体の溶断時間を示す図である。 図１７（Ａ）は、参考例となる凝集式の保護素子の平面図であり、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＡＡ’線断面図である。図１７（Ｃ）は、溶断した状態の断面図である。 図１８（Ａ）−（Ｅ）は、図１７に示す参考例の保護素子の使用態様における姿勢を示す図である。 図１９は、図１８（Ａ）−（Ｅ）の各姿勢における可溶導体の溶断時間を示す図である。 図２０は、第１の絶縁基板の中間電極に設けられる貫通孔の変形例を示す図であり、（Ａ）は、貫通孔を２列に設けた例を示し、（Ｂ）は、貫通孔をスリットにした例を示す。 図２１は、第１の絶縁基板の表面側に発熱体を備えた保護素子を示す断面図である。 図２２（Ａ）−（Ｅ）は、本発明が適用された保護素子の使用態様の姿勢を示す図である。 図２３は、図２２（Ａ）−（Ｅ）の各姿勢における可溶導体の溶断時間を示す図である。 図２４は、凝集部材を備えた保護素子を示す断面図であり、（Ａ）は可溶導体の溶断前、（Ｂ）は可溶導体の溶断後を示す。 図２５は、凝集部材を備えた保護素子を示す回路図である。 図２６は、吸引部材を複数備えた保護素子を示す断面図であり、（Ａ）は可溶導体の溶断前、（Ｂ）は可溶導体の溶断後を示す。 図２７は、吸引部材を複数備えた保護素子を示す回路図である。 図２８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２９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３０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３１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３２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３３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３４は、高融点金属に被覆され肉厚な第１の側縁部と、低融点金属が露出する第２の側縁部が設けられた可溶導体を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、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。

［第１の実施の形態］
本発明が適用された保護素子１は、図１に示すように、第１の絶縁基板１０と、第１の絶縁基板１０の表面１０ａに搭載された可溶導体１３とを有し、第１の絶縁基板１０の表面１０ａには、溶融した可溶導体１３を吸引する吸引孔２０が開口されている。そして、保護素子１は、外部回路に組み込まれることにより、可溶導体１３が当該外部回路の電流経路の一部を構成し、定格を超える過電流によって溶断することにより電流経路を遮断するものである。

第１の絶縁基板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方形状に形成される。その他、第１の絶縁基板１０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。

第１の絶縁基板１０の表面１０ａの相対向する両端部には、第１、第２の電極１１，１２が形成されている。第１、第２の電極１１，１２は、それぞれ、Ｃｕ配線等の導電パターンによって形成され、表面に適宜、酸化防止対策としてＳｎメッキ等の保護層が設けられている。また、第１、第２の電極１１，１２は、第１の絶縁基板１０の側面を介して裏面１０ｂに至る導電層１１ｂ，１２ｂを介して、裏面１０ｂに形成された第１、第２の外部接続電極１１ａ，１２ａと接続されている。保護素子１は、第１、第２の外部接続電極１１ａ，１２ａが外部回路を構成する回路基板に接続されることにより、当該回路基板の電流経路上に接続される。そして、保護素子１は、第１、第２の電極１１，１２間にわたって後述する可溶導体１３が搭載されることにより、可溶導体１３が第１、第２の外部接続電極１１ａ，１２ａを介して回路基板の電流経路の一部となる。

また、第１の絶縁基板１０は、第１、第２の電極１１，１２の間に、吸引孔２０が形成されている。吸引孔２０は、可溶導体１３が過電流による自己発熱により溶融すると、毛管現象によってこの溶融導体１３ａを吸引し、溶融導体１３ａの体積を減少させるものである（図２参照）。保護素子１は、大電流用途に対応するために可溶導体１３の断面積を増大させることにより、溶融量が増大した場合にも、吸引孔２０に吸引させることで、溶融導体１３ａの体積を減少させることができる。これにより、保護素子１は、遮断時のアーク放電による溶融導体１３ａの飛散を軽減し、絶縁抵抗の低下を防止し、また、可溶導体１３の搭載位置の周辺回路への付着による短絡故障を防止することができる。

吸引孔２０は、内面に導電層２１が形成されている。導電層２１が形成されることにより、吸引孔２０は、溶融導体１３ａを吸引しやすくすることができる。導電層２１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、吸引孔２０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２１は、複数の金属線や、導電性を有するリボンの集合体を吸引孔２０内に挿入することにより形成してもよい。

また、吸引孔２０は、第１の絶縁基板１０の厚さ方向に貫通する貫通孔として形成されることが好ましい。これにより、吸引孔２０は、溶融導体１３ａを第１の絶縁基板１０の裏面１０ｂ側まで吸引することができ、より多くの溶融導体１３ａを吸引し、溶断部位における溶融導体１３ａの体積を減少させることができる。なお、吸引孔２０は、非貫通孔として形成してもよい。

第１の絶縁基板１０の表面１０ａには、吸引孔２０の導電層２１と接続された表面電極２２が形成されている。表面電極２２は、可溶導体１３が接続される支持電極となる。また、表面電極２２は、導電層２１と連続することにより、可溶導体１３が溶融すると、溶融導体１３ａが凝集し吸引孔２０内に導きやすくする。

また、第１の絶縁基板１０の裏面１０ｂには、吸引孔２０の導電層２１と接続された裏面電極２３が形成されている。裏面電極２３は、導電層２１と連続することにより、可溶導体１３が溶融すると、吸引孔２０を介して移動した溶融導体１３ａが凝集する（図３参照）。これにより、保護素子１は、より多くの溶融導体１３ａを吸引し、溶断部位における溶融導体１３ａの体積を減少させることができる。

なお、保護素子１は、吸引孔２０を複数形成することにより、可溶導体１３の溶融導体１３ａを吸引する経路を増やし、より多くの溶融導体１３ａを吸引することで、溶断部位における溶融導体１３ａの体積を減少させるようにしてもよい。

次いで、可溶導体１３について説明する。可溶導体１３は、第１及び第２の電極１１，１２間にわたって実装され、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。

可溶導体１３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。

また、可溶導体１３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１に示すように、可溶導体１３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１３ｂ、低融点金属層１３ｂに積層された外層として高融点金属層１３ｃを有する。可溶導体１３は、第１、第２の電極１１，１２及び表面電極２２上にハンダ等の接合材料を介して接続される。

低融点金属層１３ｂ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（たとえば千住金属工業製、Ｍ７０５等）。低融点金属層１３ｂ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１３ｃは、低融点金属層１３ｂ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、保護素子１をリフロー炉によって外部回路基板上に実装を行う場合においても溶融しない高い融点を有する。

このような可溶導体１３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。なお、可溶導体１３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するなど、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。

可溶導体１３は、内層となる低融点金属層１３ｂに、外層として高融点金属層１３ｃを積層することによって、リフロー温度が低融点金属層１３ｂの溶融温度を超えた場合であっても、可溶導体１３として溶断するに至らない。したがって、保護素子１は、リフローによって効率よく実装することができる。

また、可溶導体１３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、可溶導体１３は、溶融した低融点金属層１３ｂが高融点金属層１３ｃを浸食することにより、高融点金属層１３ｃが溶融温度よりも低い温度で溶融する。したがって、可溶導体１３は、低融点金属層１３ｂによる高融点金属層１３ｃ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、可溶導体１３の溶融導体１３ａは、上述した吸引孔２０による吸引作用に加えて、表面電極２２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。

また、可溶導体１３は、内層となる低融点金属層１３ｂに高融点金属層１３ｃが積層されて構成されているため、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、可溶導体１３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。

また、可溶導体１３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、可溶導体１３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）、可溶導体１３は、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層１３ｃ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、可溶導体１３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。

なお、可溶導体１３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１４が塗布されている。また、保護素子１は、第１の絶縁基板１０がカバー部材１５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１５は、上記第１の絶縁基板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することができる。

［回路構成］
このような保護素子１は、図４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３０内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック３０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３１〜３４からなるバッテリスタック３５を有する。

バッテリパック３０は、バッテリスタック３５と、バッテリスタック３５の充放電を制御する充放電制御回路４０と、バッテリスタック３５の異常時に充電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３１〜３４の電圧を検出する検出回路３６とを備える。

バッテリスタック３５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３１〜３４が直列接続されたものであり、バッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂを介して、着脱可能に充電装置４５に接続され、充電装置４５からの充電電圧が印加される。充電装置４５により充電されたバッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂ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。

充放電制御回路４０は、バッテリスタック３５から充電装置４５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子４１、４２と、これらの電流制御素子４１、４２の動作を制御する制御部４３とを備える。電流制御素子４１、４２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４３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３５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部４３は、充電装置４５から電力供給を受けて動作し、検出回路３６による検出結果に応じて、バッテリスタック３５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４１、４２の動作を制御する。

保護素子１は、例えば、バッテリスタック３５と充放電制御回路４０との間の充放電電流経路上に接続される。

検出回路３６は、各バッテリセル３１〜３４と接続され、各バッテリセル３１〜３４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路４０の制御部４３に供給する。

以上のような構成からなるバッテリパック３０に用いられる、本発明が適用された保護素子１は、図５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の外部接続電極１１ａがバッテリスタック３５側と接続され、第２の外部接続電極１２ａが正極端子３０ａ側と接続され、これにより可溶導体１３がバッテリスタック３５の充放電経路上に直列に接続される。

［保護素子の動作］
バッテリパック３０に定格を超える過電流が通電されると、保護素子１は、可溶導体１３が自己発熱により溶融し、バッテリパック３０の充放電経路を遮断する。このとき、図２、図３に示すように、保護素子１は、溶融導体１３ａが毛管現象により表面電極２２を介して吸引孔２０に吸引されるため、大電流用途に対応するために可溶導体１３の断面積を増大させた場合にも、遮断時における溶融導体１３ａの体積を減少させ、アーク放電による溶融導体１３ａの飛散を軽減することができる。また、保護素子１は、可溶導体１３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、高融点金属の溶断前に低融点金属が溶融し、効率よく可溶導体１３を吸引孔２０に吸引することができる。

なお、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、過電流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。

［発熱体］
また、本発明が適用された保護素子は、図６に示すように、第１の絶縁基板１０に可溶導体１３を溶断する発熱体２５を設けてもよい。なお、以下の説明において上述した保護素子１と同じ部材については同じ符号を付して、その詳細を省略する。

発熱体２５が設けられた保護素子２４は、例えばバッテリパックに組み込まれると、過電流時における可溶導体１３の自己溶断に加え、バッテリセルの過電圧を検知して発熱体２５を通電、発熱させ、可溶導体１３を溶断させることにより、バッテリパックの充放電経路を遮断することができる。

発熱体２５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、たとえば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、第１の絶縁基板１０の表面１０ａ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。

発熱体２５は、第１の絶縁基板１０の表面１０ａ上において絶縁層２６に被覆されている。絶縁層２６上には、表面電極２２が積層される。絶縁層２６は、発熱体２５の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体２５の熱を効率よく表面電極２２及び可溶導体１３へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。表面電極２２は、発熱体２５によって加熱されることにより、可溶導体１３の溶融導体１３ａを凝集しやすくするとともに、吸引孔２０内へ吸引させやすくすることができる。

発熱体２５は、一端が表面電極２２と接続され、表面電極２２を介して、表面電極２２上に搭載された可溶導体１３と電気的に接続される。また、発熱体２５は、他端が図示しない発熱体電極と接続されている。発熱体電極は、第１の絶縁基板１０の表面１０ａに形成されるとともに、裏面１０ｂに形成された第３の外部接続電極２７（図９参照）と接続され、この第３の外部接続電極２７を介して外部回路と接続される。そして、保護素子１は、外部回路を構成する回路基板に実装されることにより、第３の外部接続電極２７を介して発熱体２５が回路基板に形成された発熱体２５への給電経路に組み込まれる。

また、図７に示すように、保護素子２４は、発熱体２５を第１の絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成してもよい。発熱体２５は、第１の絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成されるとともに、裏面１０ｂ上において絶縁層２６に被覆される。絶縁層２６上には、裏面電極２３が積層される。

発熱体２５は、一端が裏面電極２３と接続され、吸引孔２０に形成された導電層２１及び表面電極２２を介して、表面電極２２上に搭載された可溶導体１３と電気的に接続される。また、発熱体２５は、他端が図示しない発熱体電極を介して第３の外部接続電極２７と接続される。

発熱体２５を第１の絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成することにより、保護素子２４は、裏面電極２３が発熱体２５によって加熱されることにより、より多くの溶融導体１３ａを凝集しやすくなる。したがって、保護素子２４は、表面電極２２から導電層２１を介して裏面電極２３へ溶融導体１３ａを吸引する作用を促進させ、確実に可溶導体１３を溶断することができる。

また、図８に示すように、保護素子２４は、発熱体２５を第１の絶縁基板１０の内部に形成してもよい。この場合、発熱体２５は、ガラス等の絶縁層によって被覆する必要はない。また、発熱体２５は、一端が表面電極２２又は裏面電極２３と接続され、表面電極２２上に搭載された可溶導体１３と電気的に接続される。また、発熱体２５は、他端が図示しない発熱体電極を介して第３の外部接続電極２７と接続される。

発熱体２５を第１の絶縁基板１０の内部に形成することにより、保護素子２４は、導電層２１を介して表面電極２２及び裏面電極２３が発熱体２５によって加熱されることにより、より多くの溶融導体１３ａを凝集しやすくなる。したがって、保護素子２４は、表面電極２２から導電層２１を介して裏面電極２３へ溶融導体１３ａを吸引する作用を促進させ、確実に可溶導体１３を溶断することができる。

なお、発熱体２５は、第１の絶縁基板１０の表面１０ｂ、裏面１０ｂ又は内部に形成するいずれの場合においても、吸引孔２０の両側に形成することが、表面電極２２及び裏面電極２３を加熱し、またより多くの溶融導体１３ａを凝集、吸引するうえで好ましい。

［回路構成］
このような保護素子２４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３０内の回路に組み込まれて用いられる。なお、以下の説明においては、上述したバッテリパック３０と同じ部材については、同じ符号を付してその詳細を省略する。

バッテリパック３０は、バッテリスタック３５と、バッテリスタック３５の充放電を制御する充放電制御回路４０と、バッテリスタック３５の異常時に充電を遮断する本発明が適用された保護素子２４と、各バッテリセル３１〜３４の電圧を検出する検出回路３６と、検出回路３６の検出結果に応じて保護素子２４の動作を制御するスイッチ素子となる電流制御素子３７とを備える。

保護素子２４は、例えば、バッテリスタック３５と充放電制御回路４０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３７によって制御される。

検出回路３６は、各バッテリセル３１〜３４と接続され、各バッテリセル３１〜３４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路４０の制御部４３に供給する。また、検出回路３６は、いずれか１つのバッテリセル３１〜３４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３７を制御する制御信号を出力する。

電流制御素子３７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路３６から出力される検出信号によって、バッテリセル３１〜３４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２４を動作させて、バッテリスタック３５の充放電電流経路を電流制御素子４１、４２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。

以上のような構成からなるバッテリパック３０に用いられる、本発明が適用された保護素子２４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２４は、第１の外部接続電極１１ａがバッテリスタック３５側と接続され、第２の外部接続電極１２ａが正極端子３０ａ側と接続され、これにより可溶導体１３がバッテリスタック３５の充放電経路上に直列に接続される。また、保護素子２４は、発熱体２５が発熱体電極及び第３の外部接続電極２７を介して電流制御素子３７と接続されるとともに、発熱体２５がバッテリスタック３５の開放端と接続される。これにより、発熱体２５は、一端を表面電極２２を介して可溶導体１３及びバッテリスタック３５の一方の開放端と接続され、他端を第３の外部接続電極２７を介して電流制御素子３７及びバッテリスタック３５の他方の開放端と接続され、電流制御素子３７によって通電が制御される発熱体２５への給電経路が形成される。

［保護素子の動作］
バッテリパック３０に定格を超える過電流が通電されると、保護素子２４は、可溶導体１３が自己発熱により溶融し、バッテリパック３０の充放電経路を遮断する。このとき、保護素子２４は、溶融導体１３ａが毛管現象により表面電極２２を介して吸引孔２０に吸引されるため、大電流用途に対応するために可溶導体１３の断面積を増大させた場合にも、遮断時における溶融導体１３ａの体積を減少させ、アーク放電による溶融導体１３ａの飛散を軽減することができる。また、保護素子２４は、可溶導体１３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、高融点金属の溶断前に低融点金属が溶融し、効率よく可溶導体１３を吸引孔２０に吸引することができる。

また、検出回路３６がバッテリセル３１〜３４のいずれかの異常電圧を検出すると、電流制御素子３７へ遮断信号を出力する。すると、電流制御素子３７は、発熱体２５に通電するよう電流を制御する。保護素子２４は、バッテリスタック３５から、第１の電極１１、可溶導体１３及び表面電極２２を介して発熱体２５に電流が流れ、これにより発熱体２５が発熱を開始する。保護素子２４は、発熱体２５の発熱により可溶導体１３が溶断し、バッテリスタック３５の充放電経路を遮断する。

このとき、保護素子２４は、溶融導体１３ａが毛管現象により表面電極２２を介して吸引孔２０に吸引されるため、大電流用途に対応するために可溶導体１３の断面積を増大させた場合にも、確実にバッテリパック３０の充放電経路を遮断することができる。また、保護素子２４は、可溶導体１３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、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溶断することができる。

なお、保護素子２４は、可溶導体１３が溶断することにより、発熱体２５への給電経路も遮断されるため、発熱体２５の発熱が停止される。

本発明に係る保護素子２４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。

［第２の実施の形態］
［保護素子の構成］
次いで、第２の実施の形態について説明する。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、保護素子５０は、第１及び第２の外部電極５１，５２と、第１及び第２の外部電極５１，５２間にわたって積層された可溶導体５３と、可溶導体５３に接続され、可溶導体５３の溶融導体５３ａを吸引する吸引部材５４とを備える。吸引部材５４は、第１、第２の外部電極５１，５２間に配設された絶縁基板５５と、絶縁基板５５の表面５５ａに形成され、可溶導体５３の一部と接続された表面電極５６と、絶縁基板５５に設けられた発熱体５７と、絶縁基板５５の厚さ方向に設けられ、表面電極５６と連続する貫通孔５８とを備える。保護素子５０は、発熱体５７が発熱することにより可溶導体５３を溶融させる。このとき、保護素子５０は、吸引部材５４によって可溶導体５３が溶融した溶融導体５３ａを吸引し、確実に可溶導体５３を溶断させ、第１の外部電極５１と第２の外部電極５２との間の電流経路を遮断する。

第１及び第２の外部電極５１，５２は、保護素子５０を外部回路に接続する接続端子であり、保護素子５０の内部で可溶導体５３を介して接続されている。第１及び第２の外部電極５１，５２は、保護素子５０の外筐体に支持されることにより保護素子５０の内外にわたって配設されている。なお、第１及び第２の外部電極５１，５２は、吸引部材５４の絶縁基板５５上に形成してもよく、或いは絶縁基板５５と隣接あるいは一体となったエポキシ樹脂等からなる絶縁素材に形成するようにしてもよい。

可溶導体５３は、過電流状態によって、及び発熱体５７の発熱によって溶融するものであり、したがって、溶断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。なお、可溶導体５３は、Ａｇ若しくはＣｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする金属からなる高融点金属と、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属との積層体であってもよく、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するなど、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。

絶縁基板５５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、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。

発熱体５７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。これらの合金或いは組成物、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５５の裏面５５ｂ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。発熱体５７は、両端が、第１、第２の発熱体電極５９，６０と接続されている。第１、第２の発熱体電極５９，６０は、発熱体５７と同じ絶縁基板５５の裏面５５ｂに設けられている。第１の発熱体電極５９は、後述する発熱体引出電極６３を介して可溶導体５３と接続され、第２の発熱体電極６０は、第３の外部接続電極６１（図１２、図１３参照）と接続され、これにより発熱体５７を発熱させるための電源に接続する。

発熱体５７は、ガラス等の絶縁部材６２によって覆われ、この絶縁部材６２を介して発熱体５７に対向するように発熱体引出電極６３が配置される。この絶縁部材６２は、発熱体５７が内部に一体的に積層された積層基板であってもよい。また、発熱体５７は、後述する裏面電極６４の両側に設ける他に、裏面電極６４の一方の側のみ、又は、裏面電極６４を囲むように設けてもよい。

絶縁基板５５の表面５５ａには表面電極５６が形成されている。表面電極５６は、半田等の接続材料を介して、第１、第２の外部電極５１，５２間を接続する可溶導体５３と接続されている。また、表面電極５６は、絶縁基板５５の厚さ方向に形成された貫通孔５８と連続されている。表面電極５６は、可溶導体５３が発熱体５７の発熱により溶融すると、溶融導体５３ａが凝集し、毛管現象により貫通孔５８内に吸引させることができる。これにより、保護素子５０は、大電流用途に対応するために可溶導体５３の断面積を増大させた場合にも、溶融導体５３ａが絶縁基板５５の表面５５ａ上に過剰に凝集することが無く、確実に第１、第２の外部電極５１，５２間の電流経路を遮断することができる。

図１１（Ａ）に示すように、貫通孔５８は、表面電極５６の幅方向に中央に設けられている。なお、貫通孔５８は、複数設けてもよい。ここでは、複数の貫通孔５８が直線状に一列に並んで設けられている。

貫通孔５８の内周面には、表面電極５６と連続する導電層６５が設けられている。導電層６５は、例えば、溶融導体５３ａがぬれ広がる金属材料で、ペースト処理、メッキ処理等で形成される。これにより、保護素子５０は、表面電極５６に凝集した溶融導体５３ａを貫通孔５８内に引き込みやすくなり、より多くの溶融導体５３ａを吸引させることができる。

また、保護素子５０は、絶縁基板５５の裏面５５ｂに貫通孔５８及び導電層６５と連続する裏面電極６４が設けられている。保護素子５０は、裏面電極６４を設けることにより、導電層６５を伝って貫通孔５８内に吸引された溶融導体５３ａが裏面電極６４に凝集することから、さらにより多くの溶融導体５３ａを吸引させることができる。

また、上述したように、裏面電極６４の近傍、例えば両側、一方側又は周囲には、上述した発熱体５７が設けられている。これにより、保護素子５０は、発熱体５７の熱が効率よく裏面電極６４、導電層６５、及び表面電極５６へ伝達され、速やかに可溶導体５３を加熱、溶断させることができる。

また、保護素子５０は、貫通孔５８内の一部又は全部に可溶導体５３と同一若しくは類似の材料又は可溶導体５３より融点の低い予備ハンダ６６が充填されている。予備ハンダ６６は、発熱体５７が発熱したとき、絶縁基板５５の裏面５５ｂ側の温度が表面５５ａ側の温度より高くなり、更に、導電層６５や表面電極５６や裏面電極６４や発熱体引出電極６３が絶縁基板５５より先に温度が高くなることによって、可溶導体５３より先に溶融し、次いで溶融導体５３ａを貫通孔５８に呼び込むことができる。これにより、溶融導体５３ａは、絶縁基板５５の表面５５ａから裏面５５ｂに移動し、姿勢に拘わらず、第１の外部電極５１と第２の外部電極５２との間の電流経路を確実に遮断することができる。

絶縁基板５５の裏面５５ｂに設けられる発熱体引出電極６３は、裏面５５ｂの裏面電極６４と重畳して電気的に接続される。また、発熱体引出電極６３は、裏面電極６４，貫通孔５８及び予備ハンダ６６、表面電極５６を介して可溶導体５３と接続され、一端に形成されたタブ６３ａが第１の発熱体電極５９に接続されている。

なお、絶縁基板５５の表面５５ａの表面電極５６の外側には、離間して島状電極６７ａ，６７ｂが設けられている。島状電極６７ａ，６７ｂは、可溶導体５３が溶断したとき、ぬれ性によって、溶融導体５３ａの一部を、表面電極５６や第１、第２の外部電極５１，５２と離間して保持する。

以上のような保護素子５０では、発熱体５７を絶縁基板５５の裏面５５ｂ側に設けることで、発熱体５７が発熱したとき、裏面５５ｂ側が表面５５ａ側より温度が高くなる。加えて、導電層６５、表面電極５６及び裏面電極６４や発熱体引出電極６３は、一般に銅パターン等の導電材料で熱伝導性にも優れている。また、裏面５５ｂの裏面電極６４は、発熱体５７の間に設けられ、発熱体５７の熱が効率よく伝わる構成となっている。したがって、保護素子５０は、より多くの溶融導体５３ａを絶縁基板５５の裏面５５ｂ側に吸引させることができ、大電流に対応するために可溶導体５３の断面積を増大させ、溶断時の溶融導体５３ａの溶融量が多くなった場合にも、可溶導体５３を安定して溶断することができる。

また、保護素子５０は、貫通孔５８内に予備ハンダ６６を充填することにより、導電層６５や表面電極５６や裏面電極６４や発熱体引出電極６３が絶縁基板５５より先に温度が高くなることによって、予備ハンダ６６が可溶導体５３より先に溶融し、溶融導体５３ａを貫通孔５８に呼び込むことができる。これにより、溶融導体５３ａを、効率よく絶縁基板５５の表面５５ａから裏面５５ｂに吸引し、姿勢に拘わらず、第１の外部電極５１と第２の外部電極５２との間の電流経路を確実に遮断することができる。なお、吸引部材５４は、予備ハンダ６６と共に、又は予備ハンダ６６に代えて、フラックスを貫通孔５８内の一部又は全部に充填させてもよい。フラックスを充填させることによっても、可溶導体５３の濡れ性を高め、効率よく溶融導体５３ａを貫通孔５８に呼び込むことができる。

［保護素子の使用方法］
保護素子５０は、図１２に示すように、上述したリチウムイオン二次電池のバッテリパック３０内の回路に用いられる。保護素子５０は、保護素子１０と同様に、バッテリスタック３１と充放電制御回路３２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３４によって制御される。

バッテリパック３０において、保護素子５０は、図１３に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子５０は、第１、第２の外部電極５１，５２間にわたって接続されるとともに絶縁基板５５の表面５５ａに形成された表面電極５６と接続された可溶導体５３と、表面電極５６を介して通電、発熱されることにより可溶導体５３を溶融する発熱体５７とからなる回路構成である。発熱体５７は、一端が第１の発熱体電極５９、発熱体引出電極６３、裏面電極６４及び導電層６５を介して表面電極５６に接続され、他方が第２の発熱体電極６０を介して第３の外部接続電極６１に接続される。保護素子５０では、可溶導体５３が第１、第２の外部電極５１，５２の間の充放電電流経路上に直列接続され、発熱体５７が表面電極５６を介して可溶導体５３と接続されるとともに、第３の外部接続電極６１を介して電流制御素子３４と接続される。

このような回路構成からなるバッテリパック３０は、バッテリセル３１〜３４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、電流制御素子３７が保護素子５０を動作させて、バッテリスタック３５の充放電電流経路を電流制御素子４１，４２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。具体的に、保護素子５０は、発熱体５７が発熱し、図１４（Ａ）に示すように、可溶導体５３及び貫通孔５８内の予備ハンダ６６を加熱する。この際、絶縁基板５５は、発熱体５７が配設された裏面５５ｂ側の方が表面５５ａ側より温度が高い温度勾配となる。絶縁基板５５の裏面５５ｂ側の裏面電極６４や発熱体引出電極６３や貫通孔５８の導電層６５や絶縁基板５５の表面５５ａの表面電極５６は、セラミック等の絶縁基板５５より熱伝導性に優れる。

したがって、発熱体５７の熱は、主に、発熱体５７の間に設けられた裏面電極６４、発熱体５７上の発熱体引出電極６３、貫通孔５８の導電層６５、表面５５ａの表面電極５６の経路で、絶縁基板５５の表面５５ａに伝達され、経路にある予備ハンダ６６と可溶導体５３を溶融する。勿論、可溶導体５３は、効率は劣るが、絶縁基板５５のセラミック等の絶縁層を介して伝わる熱によっても溶融される。これにより、図１４（Ｂ）に示すように、予備ハンダ６６は、可溶導体５３より先に溶融開始し、次第に、表面電極５６、導電層６５、裏面電極６４、発熱体引出電極６３のぬれ性によって、絶縁基板５５の裏面１１ｂへ移動し、予備ハンダ６６に遅れて溶融した可溶導体５３も、ぬれ性によって貫通孔５８を介して絶縁基板５５の裏面５５ｂ側に引きずられるようにして移動する。また、溶融導体５３ａの一部は、絶縁基板５５の表面５５ａの島状電極６７ａ,６７ｂにも保持される（図１４（Ａ）中矢印参照）。これにより、保護素子５０は、第１及び第２の外部電極５１，５２間の電流経路上にある可溶導体５３を確実に溶断することができる。

本発明の保護素子５０は、上述したように、大量の可溶導体５３（ハンダ）を絶縁基板５５の表面５５ａから裏面５５ｂに導くことにより、可溶導体５３を容易に溶断することができる。ここでは、保護素子５０が配置された姿勢に拘わらず安定して可溶導体５３を溶断できるかを確認するため、図１５及び図１６に示す実験を行った。ここで、図１６は、図１５（Ａ）−（Ｅ）に示した本発明の保護素子５０の各姿勢と溶断時間の関係を示す。なお、ここでは、保護素子５０を１５Ｗで動作させている。

・図１５（Ａ）は、絶縁基板５５の表面５５ａ側を上向きにして、絶縁基板５５の裏面５５ｂ側を下向きにして載置した保護素子５０の溶断後の状態を示す平面図である。
・図１５（Ｂ）は、保護素子５０を図１５（Ａ）の姿勢から９０°倒立させて貫通孔５８を水平方向に向けるとともに、第２の外部電極５２を上向きにして上下方向に可溶導体５３を支持した保護素子５０の溶断後の状態を示す側面図である。
・図１５（Ｃ）は、更に図１５（Ｂ）の姿勢から９０°回転し、貫通孔５８を上下方向に並列させるとともに、可溶導体５３を水平方向に支持した保護素子５０の溶断後の状態を示す側面図である。
・図１５（Ｄ）は、図１５（Ａ）の姿勢を裏向きにした状態である。すなわち、絶縁基板５５の表面５５ａ側を下向きにして、絶縁基板５５の裏面５５ｂ側を上向きにして載置した保護素子５０の溶断後の状態を示す平面図である。
・図１５（Ｅ）は、第１の外部電極５１を上向きに倒立させた姿勢から絶縁基板５５を面内方向に４５°回転し、貫通孔５８が斜めに並列するとともに、可溶導体５３を斜めに支持した保護素子５０の溶断後の状態を示す側面図である。

図１６に示すように、本発明の保護素子５０は、どの様な姿勢であっても、溶断時間にバラツキが無く、確実に、可溶導体５３を溶断できることを確認することができる。

図１７は、本発明の比較例となる保護素子１００で、凝集方式のものを示す。この保護素子１００は、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、絶縁基板１０１と、絶縁基板１０１の表面１０１ａの端に形成された第１及び第２の外部電極１０２，１０３と、絶縁基板１０１の表面１０１ａに設けられた発熱体１０４と、第１及び第２の外部電極１０２，１０３にわたって積層され、発熱体１０４を横断し、発熱体１０４による加熱により、第１の外部電極１０２と第２の外部電極１０３との間の電流経路を溶断する可溶導体１０５とを備える。発熱体１０４は、両端が絶縁基板１０１の表面１０１ａに設けられ、発熱体１０４に電流を流して発熱させるために電源を接続する第１、第２の発熱体電極１０６，１０７と接続されている。

第１、第２の発熱体電極１０６，１０７は、絶縁基板１０１の表面１０１ａに形成されている。第１の発熱体電極１０６は、発熱体１０４と接続されるとともに発熱体引出電極１０８のタブ１０８ａが接続されている。第２の発熱体電極１０７は、発熱体１０４と接続されるとともに、図示しない外部接続電極と接続されている。

発熱体引出電極１０８は、一端が可溶導体１０５と接続され、他端が発熱体引出電極１０８のタブ１０８ａによって第１の発熱体電極１０６に接続されている。また、発熱体１０４の外側には、発熱体１０４と離間して島状電極１０９ａ，１０９ｂが設けられている。島状電極１０９ａ，１０９ｂは、可溶導体１０５が溶断したとき、ぬれ性によって、可溶導体１０５が溶融した溶融導体１０５ａを保持し、第１の外部電極１０２と第２の外部電極１０３との間の電流経路を溶断する。すなわち、この保護素子１００は、絶縁基板１０１に貫通孔が設けられておらず、溶融導体１０５ａが絶縁基板１０１の裏面１０１ｂに移動することはない。

この保護素子１００も、保護素子５０と同様な用い方がされ、図１２に示すように、検出回路３６から出力される検出信号によって、バッテリセル３１〜３４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、電流制御素子３７は、保護素子１００を動作させて、バッテリスタック３５の充放電電流経路を電流制御素子４１，４２のスイッチ動作によらず遮断する。これにより、発熱体１０４は発熱し、図１７（Ｃ）に示すように、可溶導体１０５を溶断し、溶融導体１０５ａの一部は、島状電極１０９ａ，１０９ｂに保持され、電流経路を遮断する。

図１９は、参考例となる保護素子１００の姿勢と溶断時間の関係を示す。なお、ここでは、保護素子１００を１５Ｗで動作させている。また、図１８（Ａ）−（Ｅ）の各姿勢は、図１５（Ａ）−（Ｅ）の各姿勢と対応している。

・図１８（Ａ）は、絶縁基板１０１の表面１０１ａ側を上向きにして、絶縁基板１０１の裏面１０１ｂ側を下向きにして載置した保護素子１００の溶断後の状態を示す平面図である。
・図１８（Ｂ）は、保護素子１００を図１８（Ａ）の姿勢から９０°倒立させて、第１の外部電極１０２を上向きにして上下方向に可溶導体１０５を支持した保護素子１００の溶断後の状態を示す側面図である。
・図１８（Ｃ）は、更に図１８（Ｂ）の姿勢から９０°回転し、可溶導体１０５を水平方向に支持した保護素子１００の溶断後の状態を示す側面図である。
・図１８（Ｄ）は、図１８（Ａ）の姿勢を裏向きにした状態である。すなわち、絶縁基板１０１の表面１０１ａ側を下向きにして、絶縁基板１０１の裏面１０１ｂ側を上向きにして載置した保護素子１００の溶断後の状態を示す平面図である。
・図１８（Ｅ）は、第１の外部電極１０２を上向きに倒立させた姿勢から絶縁基板１０１を面内方向に４５°回転し、可溶導体１０５を斜めに支持した保護素子１００の溶断後の状態を示す側面図である。
・図１９は、本発明の保護素子１００を図１８（Ａ）−（Ｅ）のような姿勢にしたときの可溶導体１０５の溶断時間を示す。

図１９に示すように、比較例の保護素子１００は、保護素子１００の配線姿勢によって溶断時間にバラツキが大きいことを確認することができる。すなわち、本発明の保護素子５０は、参考例の保護素子１００と比較して姿勢に拘わらず溶断時間のバラツキを小さくすることができ、したがって、姿勢に拘わらず、略一定の時間で確実に可溶導体５３を溶断することができる。

なお、図２０に示すように、貫通孔５８は、図１１（Ｂ）に示すように、直線状に一列設ける場合の他、図２０（Ａ）に示すように、２列にしても良いし、それ以上設けても良い。また、図２０（Ｂ）に示すように、複数の貫通孔で構成するのではなく、細長いスリット５８ａで構成するようにしても良く、複数本であってもよい。

［発熱体］
また、本発明が適用された保護素子は、図２１に示すように、発熱体５７を絶縁基板５５の表面５５ａ側に形成した吸引部材７０を用いてもよい。なお、以下の説明において、上述した保護素子５０と同じ部材については、同じ符号を付してその詳細を省略する。発熱体５７が絶縁基板５５の表面５５ａ側に形成された吸引部材７０を用いた保護素子７１は、発熱体５７が絶縁基板５５の表面５５ａに形成されるとともに、絶縁部材６２によって被覆されている。

発熱体５７は、両端が同じく絶縁基板５５の表面５５ａに形成された第１、第２の発熱体電極５９，６０と接続されている。第１の発熱体電極５９は、発熱体引出電極６３を介して可溶導体５３と接続され、これにより発熱体５７が可溶導体５３と接続される。また、第２の発熱体電極６０は、第３の外部接続電極６１（図１２、図１３参照）と接続され、これにより発熱体５７が発熱させるための電源に接続される。

発熱体５７は、絶縁部材６２によって覆われ、この絶縁部材６２を介して発熱体５７に対向するように発熱体引出電極６３が配置される。この絶縁部材６２は、発熱体５７が内部に一体的に積層された積層基板であってもよい。また、発熱体５７は、表面電極５６の両側に設ける他に、表面電極５６の一方の側のみ、又は、表面電極５６を囲むように設けてもよい。

また、発熱体引出電極６３は、絶縁基板５５の表面５５ａに、絶縁部材６２を介して発熱体５７と重畳して形成されている。発熱体引出電極６３は、表面電極５６を介して可溶導体５３と接続され、一端に形成されたタブ６３ａが第１の発熱体電極５９に接続されている。

なお、保護素子７１は、上述した保護素子５０と同様に貫通孔５８が形成されるとともに、導電層６５や裏面電極６４を設け、貫通孔５８内の一部又は全部には予備ハンダ６６を充填させてもよい。また、吸引部材７０は、予備ハンダ６６と共に、又は予備ハンダ６６に代えて、フラックスを貫通孔５８内の一部又は全部に充填させてもよい。フラックスを充填させることによっても、可溶導体５３の濡れ性を高め、効率よく溶融導体５３ａを貫通孔５８に呼び込むことができる。

保護素子７１は、発熱体５７を絶縁基板５５の表面５５ａ側に設けることにより、発熱体５７が発熱したとき、熱を効率よく可溶導体５３に伝えることができ、速やかに可溶導体５３を溶断させることができる。また、保護素子７１は、発熱初期においては、絶縁基板５５の表面５５ａ側が裏面５５ｂ側よりも温度が高い温度勾配となる。したがって、保護素子７１は、溶融導体５３ａが高温の表面電極５６上に凝集するとともに、表面電極５６と連続する導電層６５を介して貫通孔５８内に速やかに吸引させることができ、断面積が大きく多量の溶融導体５３ａが溶融した場合にも、確実に可溶導体５３を溶断させることができる。

［実施例］
本発明の保護素子７１は、上述したように、大量の可溶導体５３を絶縁基板５５の表面５５ａから裏面５５ｂに導くことにより、可溶導体５３を容易に溶断することができる。ここでは、保護素子７１が配置された姿勢に拘わらず安定して可溶導体５３を溶断できるかを確認するため、図２２及び図２３に示す実験を行った。実験に用いた保護素子７１は、絶縁基板５５として厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ系基板に、０．８５φの貫通孔５８を形成し、内側面にＮｉ／Ａｕめっき処理を施した。また、可溶導体５３として、厚さ０．３５ｍｍのＳｎ‐Ａｇ‐Ｃｕ系金属箔に厚さ６μｍのＡｇメッキ処理を施したものを用いた。

このような保護素子７１を３１Ｗで動作させたときの、図２２に示す各姿勢における可溶導体５３の溶断時間を計測した。ここで、図２３は、図２２（Ａ）−（Ｅ）に示した本発明の保護素子７１の各姿勢と溶断時間の関係を示す。また、図２２（Ａ）−（Ｅ）の各姿勢は、図１５（Ａ）−（Ｅ）の各姿勢と対応している。

・図２２（Ａ）は、絶縁基板５５の表面５５ａ側を上向きにして、絶縁基板５５の裏面５５ｂ側を下向きにして載置した保護素子７１の溶断後の状態を示す平面図である。
・図２２（Ｂ）は、保護素子７１を図２２（Ａ）の姿勢から９０°倒立させて貫通孔５８を水平方向に向けるとともに、第２の外部電極５２を上向きにして上下方向に可溶導体５３を支持した保護素子７１の溶断後の状態を示す側面図である。
・図２２（Ｃ）は、更に図２２（Ｂ）の姿勢から９０°回転し、貫通孔５８を上下方向に並列させるとともに、可溶導体５３を水平方向に支持した保護素子７１の溶断後の状態を示す側面図である。
・図２２（Ｄ）は、図２２（Ａ）の姿勢を裏向きにした状態である。すなわち、絶縁基板５５の表面５５ａ側を下向きにして、絶縁基板５５の裏面５５ｂ側を上向きにして載置した保護素子７１の溶断後の状態を示す平面図である。
・図２２（Ｅ）は、第２の外部電極５２を上向きに倒立させた姿勢から絶縁基板５５を面内方向に４５°回転し、貫通孔５８が斜めに並列するとともに、可溶導体５３を斜めに支持した保護素子７１の溶断後の状態を示す側面図である。

図２３に示すように、本発明の保護素子７１は、どの様な姿勢であっても、溶断時間にバラツキが無く、確実に、可溶導体５３を溶断できることを確認することができる。

なお、本発明が適用された保護素子は、発熱体５７を絶縁基板５５の表面５５ａや裏面５５ｂに形成する他、絶縁基板５５の内部に形成してもよい。この場合、発熱体５７は絶縁部材６２で被覆する必要はなく、また、発熱体５７は導電層６５を介して表面電極５６又は裏面電極６４と接続される。

［凝集基板］
また、本発明が適用された保護素子は、吸引部材５４，７０に加え、溶融導体５３ａを凝集し、可溶導体５３の溶断を補助する凝集部材７５を併用してもよい。図２４（Ａ）（Ｂ）は、吸引部材７０及び凝集部材７５を併用した保護素子７４の断面図である。図２４（Ａ）（Ｂ）に示すように、凝集部材７５は、第２の絶縁基板７６と、第２の絶縁基板７６の表面７６ａ上に設けられた発熱体７７と、発熱体７７を被覆する絶縁部材７８と、絶縁部材７８上に積層され、溶融導体５３ａを凝集する集電極７９とを備える。

凝集部材７５は、第２の絶縁基板７６、発熱体７７及び絶縁部材７８として、保護素子５０の絶縁基板５５、発熱体５７及び絶縁部材６２と同様の部材を用いることができる。また、集電極７９は、例えばＡｇやＣｕ等の高融点金属ペーストを印刷、焼成すること等により形成することができる。

図２５に保護素子７４の回路図を示す。凝集部材７５は、発熱体５７と同様に、発熱体７７が図示しない発熱体電極を介して第３の外部接続電極６１と電気的に接続され、外部回路に設けられた電流制御素子３７等によって、吸引部材７０の発熱体５７と連動して通電が制御されている。また、凝集部材７５は、発熱体７７が図示しない発熱体電極を介して集電極７９と接続され、集電極７９を介して可溶導体５３と電気的に接続されている。

凝集部材７５は、集電極７９が可溶導体５３の吸引部材７０が設けられた面と反対側の面に接続されている。したがって、保護素子７４は、吸引部材７０の発熱体５７が通電、発熱されると、同時に凝集部材７５の発熱体７７も通電、発熱し、可溶導体５３を両側から加熱することにより、速やかに溶融させる。

このとき、保護素子７４は、吸引部材７０によって溶融導体５３ａを貫通孔５８内に吸引するとともに、凝集部材７５によって溶融導体５３ａを集電極７９に凝集させることにより、溶融導体５３ａを吸引、保持する許容量が増大されている。したがって、保護素子７４は、断面積が大きく高定格化された可溶導体５３を用いて、多量の溶融導体５３ａが発生した場合にも、確実に溶断させることができ、定格の向上を図りつつ溶断特性を維持、向上させることができる。

また、保護素子７４は、可溶導体５３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を用いた場合にも、可溶導体５３を速やかに溶断させることができる。すなわち、高融点金属で被覆された可溶導体５３は、発熱体５７，７７が発熱した場合にも、外層の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７４は、吸引部材５４及び凝集部材７５を備え、同時に発熱体５７，７７を発熱させることで、外層の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７４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。

また、保護素子７４は、凝集部材７５の集電極７９を吸引部材７０の貫通孔５８と対向させることが好ましい。これにより、貫通孔５８上により多くの溶融導体５３ａが集まり、効率よく溶融導体５３ａを貫通孔５８内に吸引させることができ、速やかに可溶導体５３を溶断することができる。

［複数の吸引部材］
また、本発明が適用された保護素子は、図２６（Ａ）（Ｂ）に示すように、吸引部材５４，７０を複数備え、可溶導体５３の表面及び裏面に配設してもよい。図２６に示す保護素子８０は、例えば上述した吸引部材５４が、可溶導体５３の表面及び裏面にそれぞれ配設されている。図２７は、保護素子８０の回路図である。可溶導体５３の表面及び裏面に配設された各吸引部材５４は、それぞれ発熱体５７の一端が、第１の発熱体電極５９及び発熱体引出気電極６３を介して可溶導体５３と接続され、発熱体５７の他端が第２の発熱体電極６０及び第３の外部接続電極６１を介して発熱体５７を発熱させるための電源に接続される。

保護素子８０は、可溶導体５３を溶断する際には、各吸引部材５４，５４の発熱体５７がそれぞれ発熱するとともに溶融導体５３を各貫通孔５８内に吸引する。したがって、保護素子８０は、大電流用途に対応するために可溶導体１３の断面積を増大させ溶融導体５３ａが多量に発生した場合にも、複数の吸引部材５４によって吸引し、確実に可溶導体５３を溶断させることができる。また、保護素子８０は、複数の吸引部材５４によって溶融導体５３ａを吸引することにより、より速やかに可溶導体５３を溶断させることができる。

保護素子８０は、可溶導体５３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を用いた場合にも、可溶導体５３を速やかに溶断させることができる。すなわち、高融点金属で被覆された可溶導体５３は、発熱体５７が発熱した場合にも、外層の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、複数の吸引部材５４を備え、同時に各発熱体５７を発熱させることで、外層の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。

また、保護素子８０は、図２６に示すように、一対の吸引部材５４，５４が対向して可溶導体５３に接続されることが好ましい。これにより、保護素子８０は、一対の吸引部材５４，５４で、可溶導体５３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５３ａを吸引することができ、より速やかに可溶導体５３を加熱、溶断することができる。

なお、保護素子８０は、吸引部材として発熱体５７が絶縁基板５５の裏面５５ｂ側に設けられた上記吸引部材５４を用いる他、発熱体５７が絶縁基板５５の表面５５ａ側に設けられた吸引部材７０を複数用いてもよく、あるいは両吸引部材５４，７０を併用してもよい。

［可溶導体の構成］
上述したように、可溶導体１３，５３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、Ｓｎを主成分とする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。このとき、可溶導体１３，５３は、図２８（Ａ）に示すように、内層として高融点金属層９０が設けられ、外層として低融点金属層９１が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、可溶導体１３，５３は、高融点金属層９０の全面が低融点金属層９１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９０や低融点金属層９１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。

また、図２８（Ｂ）に示すように、可溶導体１３，５３は、内層として低融点金属層９１が設けられ、外層として高融点金属層９０が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合も、可溶導体１３，５３は、低融点金属層９１の全面が高融点金属層９０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、可溶導体１３，５３は、図２９に示すように、高融点金属層９０と低融点金属層９１とが積層された積層構造としてもよい。

この場合、可溶導体１３は、図２９（Ａ）に示すように、第１、第２の電極１１，１２や表面電極２２、あるいは第１、第２の外部電極５１，５２や表面電極５６に接続される下層と、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９０の上面に上層となる低融点金属層９１を積層してもよく、反対に下層となる低融点金属層９１の上面に上層となる高融点金属層９０を積層してもよい。あるいは、可溶導体１３，５３は、図２９（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９０の上下面に外層となる低融点金属層９１を積層してもよく、反対に内層となる低融点金属層９１の上下面に外層となる高融点金属層９０を積層してもよい。

また、可溶導体１３，５３は、図３０に示すように、高融点金属層９０と低融点金属層９１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、可溶導体１３，５３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。

また、可溶導体１３，５３は、内層を構成する低融点金属層９１の表面に高融点金属層９０をストライプ状に部分的に積層させてもよい。図３１は、可溶導体１３，５３の平面図である。

図３１（Ａ）に示す可溶導体１３，５３は、低融点金属層９１の表面に、幅方向に所定間隔で、線状の高融点金属層９０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９２が形成され、この開口部９２から低融点金属層９１が露出されている。可溶導体１３，５３は、低融点金属層９１が開口部９２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９０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９２は、例えば、低融点金属層９１に高融点金属層９０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。

また、可溶導体１３，５３は、図３１（Ｂ）に示すように、低融点金属層９１の表面に、長手方向に所定間隔で、線状の高融点金属層９０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９２を形成してもよい。

また、可溶導体１３，５３は、図３２に示すように、低融点金属層９１の表面に高融点金属層９０を形成するとともに、高融点金属層９０の全面に亘って円形の開口部９３が形成され、この開口部９３から低融点金属層９１を露出させてもよい。開口部９３は、例えば、低融点金属層９１に高融点金属層９０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。

可溶導体１３，５３は、低融点金属層９１が開口部９３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。

また、可溶導体１３，５３は、図３３に示すように、内層となる高融点金属層９０に多数の開口部９４を形成し、この高融点金属層９０に、メッキ技術等を用いて低融点金属層９１を成膜し、開口部９４内に充填してもよい。これにより、可溶導体１３，５３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。

また、可溶導体１３，５３は、低融点金属層９１の体積を、高融点金属層９０の体積よりも多く形成することが好ましい。可溶導体１３，５３は、発熱体２５，５７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、可溶導体１３，５３は、低融点金属層９１の体積を高融点金属層９０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、あるいは第１、第２の外部電極５１，５２間を遮断することができる。

また、可溶導体１３，５３は、図３４に示すように、略矩形板状に形成され、外層を構成する高融点金属によって被覆され主面部９６よりも肉厚に形成された相対向する一対の第１の側縁部９７と、内層を構成する低融点金属が露出され第１の側縁部９７よりも薄い厚さに形成された相対向する一対の第２の側縁部９８とを有してもよい。

第１の側縁部９７は、側面が高融点金属層９０によって被覆されるとともに、これにより可溶導体１３，５３の主面部９６よりも肉厚に形成されている。第２の側縁部９８は、側面に、外周を高融点金属層９０によって囲繞された低融点金属層９１が露出されている。第２の側縁部９８は、第１の側縁部９７と隣接する両端部を除き主面部９６と同じ厚さに形成されている。

保護素子１においては、可溶導体１３は、第１の側縁部９７が第１、第２の電極１１，１２の幅方向に沿って搭載され、第２の側縁部９８が、通電方向の両側端となる向きで、第１、第２の電極１１，１２間に跨って接続されている。同様に、保護素子５０においては、可溶導体５３は、第１の側縁部９７が第１、第２の外部電極５１，５２の幅方向に沿って搭載され、第２の側縁部９８が、通電方向の両側端となる向きで、第１、第２の外部電極５１，５２間に跨って接続されている。

これにより、保護素子１，５０は、可溶導体１３，５３が速やかに溶断し、外部回路の電流経路を遮断させることができる。

すなわち、第２の側縁部９８は、第１の側縁部９７よりも相対的に薄肉に形成されている。また、第２の側縁部９８の側面は、内層を構成する低融点金属層９１が露出されている。これにより、第２の側縁部９８は、低融点金属層９１による高融点金属層９０の溶食作用が働き、かつ、溶食される高融点金属層９０の厚さも第１の側縁部９７に比して薄く形成されていることにより、高融点金属層９０によって肉厚に形成されている第１の側縁部９７に比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶融させることができる。これに対し、第１の側縁部９７は、高融点金属層９０によって肉厚に被覆され、第２の側縁部９８に比して溶断するまでに多くの熱エネルギーを要する。

したがって、保護素子１，５０は、発熱体２５，５７が発熱することにより、直ちに、第２の側縁部９８がわたされている第１の電極１１と第２の電極１２との間、あるいは第１の外部電極５１と第２の外部電極５２との間が溶断する。これにより、保護素子１，５０は、第１、第２の電極１１，１２間、あるいは第１、第２の外部電極５１，５２間の充放電経路が遮断するとともに、発熱体２５，５７への給電経路が遮断され、発熱体２５，５７の発熱が停止される。

このような構成を有する可溶導体１３，５３は、低融点金属層９１を構成するハンダ箔等の低融点金属箔を、高融点金属層９０を構成するＡｇ等の金属で被覆することにより製造される。低融点金属層箔を高融点金属被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。

電解メッキによって高融点金属メッキを施すと、長尺状の低融点金属箔のエッジ部分、すなわち、側縁部において電界強度が相対的に強まり、高融点金属層９０が厚くメッキされる（図３４参照）。これにより、側縁部が高融点金属層によって肉厚に形成された長尺状の導体リボン９５が形成される。次いで、この導体リボン９５を長手方向と直交する幅方向（図３４中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断することにより、可溶導体１３，５３が製造される。これにより、可溶導体１３，５３は、導体リボン９５の側縁部が第１の側縁部９７となり、導体リボン９５の切断面が第２の側縁部９８となる。また、第１の側縁部９７は、高融点金属によって被覆され、第２の側縁部９８は、端面（導体リボン９５の切断面）に上下一対の高融点金属層９０と高融点金属層９０によって囲繞された低融点金属層９１が外方に露出されている。

１ 保護素子、１０ 第１の絶縁基板、１０ａ 表面、１０ｂ 裏面、１１ 第１の電極、１１ａ 第１の外部接続電極、１１ｂ 導電層、１２ 第２の電極、１２ａ 第２の外部接続電極、１２ｂ 導電層、１３ 可溶導体、１３ａ 溶融導体、１４ フラックス、１５ カバー部材、２０ 吸引孔、２１ 導電層、２２ 表面電極、２３ 裏面電極、２４ 保護素子、２５ 発熱体、２６ 絶縁層、２７ 第３の外部接続電極、３０ バッテリパック、３０ａ 正極端子、３０ｂ 負極端子、３１〜３４ バッテリセル、３５ バッテリスタック、３６ 検出回路、３７ 電流制御素子、４０ 充放電制御回路、４１，４２ 電流制御素子、４３ 制御部、５０ 保護素子、５１ 第１の外部電極、５２ 第２の外部電極、５３ 可溶導体、５３ａ 溶融導体、５４ 吸引部材、５５ 絶縁部材、５５ａ 表面、５５ｂ 裏面、５６ 表面電極、５７ 発熱体、５８ 貫通孔、５９ 第１の発熱体電極、６０ 第２の発熱体電極、６１ 第３の外部接続電極、６２ 絶縁部材、６３ 発熱体引出電極、６３ａ タブ、６４ 裏面電極、６５ 導電層、６６ 予備ハンダ、６７ 島状電極、７０ 吸引部材、７１ 保護素子、７４ 保護素子、７５ 凝集部材、７６ 第２の絶縁基板、７７ 発熱体、７８ 絶縁部材、７９ 集電極、８０ 保護素子、９０ 高融点金属層、９１ 低融点金属層、９５ 導体リボン、９７ 第１の側縁部、９８ 第２の側縁部

Claims (51)

1. 第１の絶縁基板と、
   上記第１の絶縁基板の表面に搭載された可溶導体とを有し、
   上記第１の絶縁基板の表面には、溶融した上記可溶導体を吸引する吸引孔が開口されている保護素子。
2. 上記吸引孔は、内面に導電層が形成されるとともに、上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられた貫通孔又は非貫通孔である請求項１記載の保護素子。
3. 上記第１の絶縁基板の表面には、上記導電層と接続された表面電極が形成されている請求項２記載の保護素子。
4. 上記吸引孔は貫通孔であり、
   上記第１の絶縁基板の裏面には、上記導電層と接続された裏面電極が形成されている請求項３記載の保護素子。
5. 上記吸引孔が１又は複数形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の保護素子。
6. 上記第１の絶縁基板は、上記可溶導体と接続された第１、第２の電極が形成され、
   上記第１、第２の電極は、上記第１の絶縁基板の裏面に形成された外部接続電極と接続されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の保護素子。
7. 上記第１の絶縁基板に、上記可溶導体を溶融させる発熱体が設けられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の保護素子。
8. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の表面に形成され、絶縁部材を介して上記可溶導体と重畳されている請求項７に記載の保護素子。
9. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の裏面に形成され、上記可溶導体と重畳されている請求項７に記載の保護素子。
10. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の内部に形成されている請求項７記載の保護素子。
11. 上記第１の絶縁基板に、上記可溶導体を溶融させる発熱体が設けられ、
    上記発熱体は、上記表面電極を介して上記可溶導体と接続されている請求項３又は４に記載の保護素子。
12. 上記第１の絶縁基板は、上記可溶導体と接続された第１、第２の電極が形成され、
    上記第１、第２の電極は、上記第１の絶縁基板の裏面に形成された外部接続電極と接続されている請求項１１記載の保護素子。
13. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の表面に形成され、絶縁部材を介して上記可溶導体と重畳されている請求項１１又は１２に記載の保護素子。
14. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の裏面に形成され、上記可溶導体と重畳されている請求項１１又は１２に記載の保護素子。
15. 上記可溶導体の表面にフラックスが塗布されている請求項１〜１４のいずれか１項に記載の保護素子。
16. 上記導電層は、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請求項２〜４のいずれか１項に記載の保護素子。
17. 上記可溶導体は、ハンダである請求項１〜１５のいずれか１項に記載の保護素子。
18. 上記可溶導体は、低融点金属と高融点金属とを含有する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の保護素子。
19. 上記低融点金属はハンダであり、
    上記高融点金属は、銀、銅、又は銀若しくは銅を主成分とする合金である請求項１８に記載の保護素子。
20. 上記可溶導体は、内層が上記高融点金属であり、外層が上記低融点金属の被覆構造である請求項１８又は１９に記載の保護素子。
21. 上記可溶導体は、内層が上記低融点金属であり、外層が上記高融点金属の被覆構造である請求項１８又は１９に記載の保護素子。
22. 上記可溶導体は、上記低融点金属と上記高融点金属とが積層された積層構造である請求項１８又は１９に記載の保護素子。
23. 上記可溶導体は、上記低融点金属と上記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１８又は１９に記載の保護素子。
24. 上記可溶導体は、内層を構成する上記低融点金属の表面に形成された上記高融点金属に、開口部が設けられている請求項１８又は１９に記載の保護素子。
25. 上記可溶導体は、複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、上記開口部に上記低融点金属が充填されている請求項１８又は１９に記載の保護素子。
26. 上記可溶導体は、外層を構成する上記高融点金属によって被覆され主面部よりも肉厚に形成された相対向する一対の第１の側縁部と、内層を構成する上記低融点金属が露出され上記第１の側縁部よりも薄い厚さに形成された相対向する一対の第２の側縁部とを有し、
    上記第１の側縁部が上記第１の絶縁基板の表面に形成された上記第１、第２の電極に沿って搭載され、上記第２の側縁部が第１、第２の電極間にわたって接続されている請求項１８又は１９に記載の保護素子。
27. 上記可溶導体は、上記低融点金属の体積が、上記高融点金属の体積よりも多い請求項１８〜２６のいずれか１項に記載の保護素子。
28. 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、
    第１の絶縁基板と、
    上記第１の絶縁基板の表面に搭載され、上記充放電経路となる可溶導体とを有し、
    上記第１の絶縁基板の表面には、溶融した上記可溶導体を吸引する吸引孔が開口されているバッテリパック。
29. 第１、第２の外部電極と、
    上記第１、第２の外部電極間にわたって接続された可溶導体と、
    上記可溶導体に接続され、溶融した上記可溶導体を吸引する吸引部材とを有し、
    上記吸引部材は、
    上記第１、第２の外部電極間に配設された第１の絶縁基板と、
    上記第１の絶縁基板の表面に形成され、上記可溶導体の一部と接続された表面電極と、
    上記第１の絶縁基板に設けられた発熱体と、
    上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、上記表面電極と連続する貫通孔とを備え、
    上記可溶導体が溶融することにより上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間の電流経路を遮断する保護素子。
30. 上記貫通孔は、内周面に上記表面電極と連続する導電層が形成されている請求項２９に記載の保護素子。
31. 上記第１の絶縁基板の裏面に形成された裏面電極を備え、
    上記貫通孔は、上記表面電極と上記裏面電極との間に上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、上記導電層が上記表面電極及び上記裏面電極と連続されている請求項３０に記載の保護素子。
32. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の表面側に設けられ、上記表面電極と電気的に接続されている請求項３１に記載の保護素子。
33. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の裏面側に設けられ、上記裏面電極と電気的に接続されている請求項３１に記載の保護素子。
34. 上記発熱体は、上記第１の絶縁基板の内部に設けられ、上記表面電極又は裏面電極と電気的に接続されている請求項３１に記載の保護素子。
35. 上記貫通孔内の一部又は全部には、予備ハンダ及び／又はフラックスが充填されている請求項２９〜３４のいずれか１項に記載の保護素子。
36. 上記第１の絶縁基板は、上記発熱体が発熱したとき、上記発熱体が設けられた表面側又は裏面側の一方が他方より温度が高い温度勾配となる請求項３２〜３５のいずれか１項に記載の保護素子。
37. 上記発熱体は、上記貫通孔の両側に配置されている請求項２９〜３６のいずれか１項に記載の保護素子。
38. 複数の上記貫通孔が設けられ、
    上記発熱体は、上記複数の貫通孔の両側に配置されている請求項３７に記載の保護素子。
39. 第２の絶縁基板と、
    上記第２の絶縁基板に設けられ、上記可溶導体を溶融させる発熱体と、
    上記可溶導体と接続され、上記可溶導体が溶融した溶融導体を凝集させる集電極とを有する凝集部材を備える請求項２９〜３８のいずれか１項に記載の保護素子。
40. 上記凝集部材は、上記集電極が上記可溶導体の上記吸引部材が接続された面と反対側の面に接続されている請求項３９に記載の保護素子。
41. 上記凝集部材は、上記集電極が上記吸引部材の上記貫通孔と対向されている請求項４０に記載の保護素子。
42. 上記可溶導体には、複数の上記吸引部材が接続されている請求項２９〜３８のいずれか１項に記載の保護素子。
43. 上記可溶導体には、２つの上記吸引部材が対向して接続されている請求項４２に記載の保護素子。
44. 上記可溶導体は、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３９〜４３のいずれか１項に記載の保護素子。
45. 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、
    上記バッテリセルの電圧値を検出して上記保護素子への通電を制御する電流制御素子とを備え、
    上記保護素子は、
    第１、第２の外部電極と、
    上記第１、第２の外部電極間にわたって接続された可溶導体と、
    溶融した上記可溶導体を吸引する吸引部材とを有し、
    上記吸引部材は、
    上記第１、第２の外部電極間に配設された第１の絶縁基板と、
    上記第１の絶縁基板の表面に形成され、上記可溶導体の一部と接続された表面電極と、
    上記第１の絶縁基板に設けられた発熱体と、
    上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、上記表面電極と連続する貫通孔とを備え、
    上記可溶導体が溶融することにより上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間の電流経路を遮断するバッテリパック。
46. 第１の絶縁基板と、
    第１及び第２の外部電極と、
    上記第１の絶縁基板の一方の面側にある、上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間に設けられた中間電極と、
    上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられた発熱体と、
    上記第１の絶縁基板の一方の面に、上記中間電極と接続されるとともに上記第１及び第２の外部電極にわたって接続され、上記発熱体による加熱により、該第１の外部電極と該第２の外部電極との間の電流経路を溶断する可溶導体と、
    上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられ、上記発熱体の一方の端子に電気的に接続された発熱体引出電極と、
    上記中間電極と上記発熱体引出電極との間に上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、内側面に上記中間電極と上記発熱体引出電極と連続する導電層が設けられた貫通孔とを備える保護素子。
47. 更に、当該保護素子は、上記貫通孔内に充填された予備ハンダを備えることを特徴とする請求項４６記載の保護素子。
48. 上記第１の絶縁基板は、上記発熱体が発熱したとき、上記第１の絶縁基板の他方の面側の方が一方の面側より温度が高い温度勾配となることを特徴とする請求項４６記載の保護素子。
49. 上記発熱体は、上記貫通孔の両側に設けられることを特徴とする請求項４６記載の保護素子。
50. 上記貫通孔は、複数であり、
    上記発熱体は、上記複数の貫通孔の両側に配置されていることを特徴とする請求項４９記載の保護素子。
51. １つ以上のバッテリセルと、
    上記バッテリセルに流れる電流を遮断するように接続された保護素子と、
    上記バッテリセルそれぞれの電圧値を検出して上記保護素子を加熱する電流を制御する電流制御素子とを備え、
    上記保護素子は、
    第１の絶縁基板と、
    第１及び第２の外部電極と、
    上記第１の絶縁基板の一方の面側にある、上記第１の外部電極と上記第２の外部電極との間に設けられた中間電極と、
    上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられた発熱体と、
    上記第１の絶縁基板の一方の面に、上記中間電極と接続されるとともに上記第１及び第２の外部電極にわたって接続され、上記発熱体による加熱により、該第１の外部電極と該第２の外部電極との間の電流経路を溶断する可溶導体と、
    上記第１の絶縁基板の他方の面側に設けられ、上記発熱体の一方の端子に電気的に接続された発熱体引出電極と、
    上記中間電極と上記発熱体引出電極との間に上記第１の絶縁基板の厚さ方向に設けられ、内側面に上記中間電極と上記発熱体引出電極と連続する導電層が設けられた貫通孔とを有するバッテリパック。

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