JP2015138767A - 遮断素子、遮断素子回路、 - Google Patents

Abstract

【課題】素子の小型化、及び電流定格を向上する遮断素子を提供する。【解決手段】絶縁基板１０と、絶縁基板１０に形成された第１〜第４の電極１１〜１４と、第３の電極１３と第４の電極１４との間に接続された発熱体１５と、第１の電極１１、第２の電極１２及び第３の電極１３との間に接続され、第１の電極１１と第２の電極１２間を接続する第１の接続部２１ａと、第１の電極１１及び第２の電極１２と第３の電極１３とを接続する第２の接続部２１ｂを有する第１の可溶導体２１とを備え、第１の電極１１又は第２の電極１２から第１の可溶導体２１及び第３の電極１３を介して発熱体１５に電流を流す給電経路２を有し、発熱体１５の発熱により第１の接続部２１ａ、次いで第２の接続部２１ｂを溶断する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源ラインや信号ラインを遮断する遮断素子、及び遮断素子回路に関し、小型化、高定格化に優れる遮断素子、及び遮断素子回路に関する。

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。

この種の遮断素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大な異常電圧を出力したり、直列接続バッテリセルの各々の電圧ばらつきが大きくなっ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遮断素子が用いられている。

リチウムイオン二次電池等向けの保護回路の遮断素子としては、図２７に示すように、電流経路上の第１の電極９１，発熱体引出電極９５，第２の電極９２間に亘って可溶導体９３を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体９３を、過電流による自己発熱、あるいは遮断素子内部に設けた発熱体９４によって溶断するものがある（特許文献１参照）。このような遮断素子９０では、溶融した液体状の可溶導体９３を発熱体９４に繋がる発熱体引出電極９５、及び第１、第２の電極９１，９２上に集めることにより第１、第２の電極９１，９２間を分離し電流経路を遮断する。

特開２０１０−００３６６５号公報 特開２００１−０７６６１０号公報

図２７に示すように、従来の遮断素子９０では、電流経路上に接続される第１の電極９１と第２の電極９２との間に、発熱体９４と接続された発熱体引出電極９５が介在され、可溶導体９３によって第１の電極９１と発熱体引出電極９５との間、及び第２の電極９２と発熱体引出電極９５との間を接続しているため、可溶導体９３が大型化して広面積を占有することにより素子のサイズが大型化している。また、従来の遮断素子９０では、可溶導体９３の大型化により導通抵抗が高くなり、電流定格の向上が困難となってしまう。

そこで、本発明は、素子の小型化を図るとともに、電流定格を向上することができる遮断素子、及び遮断素子回路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る遮断素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された第１〜第４の電極と、上記第３の電極と上記第４の電極との間に接続された発熱体と、上記第１の電極、上記第２の電極及び上記第３の電極との間に接続されることにより、上記第１の電極と上記第２の電極間を接続する第１の接続部と、上記第１の電極及び上記第２の電極と上記第３の電極とを接続する第２の接続部を有する第１の可溶導体とを備え、上記第１の電極又は上記第２の電極から上記第１の可溶導体及び上記第３の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、上記発熱体の発熱により上記第１の可溶導体を溶融させることにより、上記第１の接続部を溶断し、次いで上記第２の接続部を溶断するものである。

また、本発明に係る遮断素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された第１〜第４の電極と、上記第３の電極と上記第４の電極との間に接続された発熱体と、上記第１の電極と第２の電極との間に接続された第２の可溶導体と、上記第１の電極及び第２の電極と上記第３の電極との間に接続された第３の可溶導体とを備え、上記第１の電極又は上記第２の電極から上記第２及び第３の可溶導体及び上記第３の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、上記発熱体の発熱により上記第２の可溶導体を溶断させることにより、上記第１〜第２の電極間を遮断し、次いで上記第３の可溶導体を溶断させることにより、上記第１の電極又は上記第２の電極〜上記第３の電極間を遮断するものである。

また、本発明に係る遮断素子回路は、外部回路に接続される第１の端子と第２の端子と、発熱抵抗と、上記発熱体と接続された第３の端子と、上記第１の端子と上記第２の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第１のヒューズと、上記第１、第２の端子と上記第３の端子との間に接続された第２のヒューズとを備え、上記第１又は第２の端子、上記第１、第２のヒューズ及び上記第３の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第１のヒューズを溶融させ、上記第１の端子と上記第２の端子との間を遮断した後に、上記第２のヒューズを溶融させ、上記第１及び第２の端子と上記第３の端子との間を遮断するものである。

また、本発明に係る遮断素子回路は、外部回路に接続される第１の端子と第２の端子と、発熱抵抗と、上記発熱抵抗と接続された第３の端子と、上記第１の端子と上記第２の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第３のヒューズと、上記第１及び／又は第２の端子と上記第３の端子との間に接続された第４のヒューズとを備え、上記第１又は第２の端子、上記第３、第４のヒューズ及び上記第３の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第３のヒューズを溶融させ、上記第１の端子と上記第２の端子との間を遮断した後に、上記第４のヒューズを溶融させ、上記第１及び第２の端子と上記第３の端子との間を遮断するものである。

本発明によれば、第１の電極と第２の電極とを対向配置させ、可溶導体を第１、第２の電極間にわたって搭載しているため、第１、第２の電極の間に発熱体引出電極を介在させている従来の構成に比べて、可溶導体の抵抗を小さくでき定格の向上を図るとともに、素子全体の小型化を図ることができる。

図１（Ａ）は、遮断素子１のカバー部材を省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ‘断面図、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。 図２は、遮断素子が組み込まれたバッテリパックの回路図である。 図３は、遮断素子の回路図であり、（Ａ）は作動前、（Ｂ）は発熱体が発熱し、第１、第２の電極間が遮断された状態、（Ｃ）は発熱体の給電経路が遮断された状態を示す。 図４は、発熱体を絶縁層の内部に設けた遮断素子を示す平面図である。 図５は、発熱体を絶縁基板の裏面に設けた遮断素子を示す平面図である。 図６は、発熱体を絶縁基板の内部に設けた遮断素子を示す平面図である。 図７は、発熱体を第１〜第３の電極と重畳させた遮断素子を示す平面図である。 図８は、発熱体を第１〜第４の電極と並んで設けた遮断素子を示す平面図である。 図９は、発熱体の発熱中心を第２の電極側に偏倚させた遮断素子を示す図であり、（Ａ）は、遮断素子１のカバー部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は、図９（Ａ）のＡ−Ａ‘断面図、（Ｃ）は、図９（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。 図１０は、図９に示す遮断素子において第１、第２の電極間が遮断された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図、（Ｃ）は回路図である。 図１１は、図９に示す遮断素子において第１、第３の電極間が遮断された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図、（Ｃ）は回路図である。 図１２は、通電経路を構成する第２の可溶導体と、発熱体への給電経路を構成する第３の可溶導体を用いた遮断素子を示す平面図である。 図１３は、図１２に示す遮断素子の回路図であり、（Ａ）は作動前、（Ｂ）は発熱体が発熱し、第１、第２の電極間が遮断された状態、（Ｃ）は発熱体の給電経路が遮断された状態を示す。 図１４は、通電経路を構成する第２の可溶導体と、発熱体への給電経路を構成する第４、第５の可溶導体を用いた遮断素子を示す平面図である。 図１５（Ａ）は通電経路を構成する第２の可溶導体と、発熱体への給電経路を構成する第４の可溶導体を用いた遮断素子を示す平面図であり、図１５（Ｂ）はその遮断素子回路を示す回路図である。 図１６（Ａ）は通電経路を構成する第２の可溶導体と、発熱体への給電経路を構成する第５の可溶導体を用いた遮断素子を示す平面図であり、図１６（Ｂ）はその遮断素子回路を示す回路図である。 図１７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１８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１９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２０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２１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２２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２３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。 図２４は、第１の可溶導体として、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用いた遮断素子を示す平面図である。 図２５は、第２、第３の可溶導体として、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用いた遮断素子を示す平面図である。 図２６は、第２、第４、第５の可溶導体として、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用いた遮断素子を示す平面図である。 図２７は、従来の遮断素子の構成を示す平面図である。

以下、本発明が適用された遮断素子、及び遮断素子回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明が適用された遮断素子１を図１に示す。図１（Ａ）は、遮断素子１のカバー部材を省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ‘断面図、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。遮断素子１は、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、絶縁基板１０と、絶縁基板１０に形成された第１〜第４の電極１１〜１４と、第３の電極１３と第４の電極１４との間に接続された発熱体１５と、第１の電極１１〜第３の電極１３との間に接続されることにより、第１の電極１１と第２の電極１２間を接続する第１の接続部２１ａと、第１の電極１１及び第２の電極１２と第３の電極１３とを接続する第２の接続部２１ｂを有する第１の可溶導体２１とを備える。

［絶縁基板］
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を用いて略方形状に形成されている。絶縁基板１０は、その他にも、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、第１の可溶導体２１の溶断時の温度に留意する必要がある。

［発熱体］
発熱体１５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１５は、絶縁基板１０の表面１０ａ上において絶縁層１７に被覆されている。絶縁層１７は、発熱体１５の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体１５の熱を効率よく第１、第２の電極１１，１２へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。第１、第２の電極１１，１２は、発熱体１５によって加熱されることにより、第１の可溶導体２１の溶融導体を凝集しやすくすることができる。絶縁層１７上には、第１〜第４の電極１１〜１４の各一部が形成される。

発熱体１５は、一端が第３の電極１３の下層部１３ｂと接続され、他端が第４の電極１４の下層部１４ｂと接続されている。第３の電極１３の下層部１３ｂは、絶縁基板１０の表面１０ａに形成されるとともに絶縁層１７に被覆され、絶縁基板１０の一端側において第３の電極１３の上層部１３ａと接続されている。発熱体１５は、第３の電極１３の上層部１３ａを介して第１の可溶導体２１と接続される。また、第４の電極の下層部１４ｂは、絶縁基板１０の表面１０ａに形成されるとともに絶縁層１７に被覆され、絶縁基板１０の他端側において第４の電極１４の上層部１４ａと接続されている。第４の電極１４の上層部１４ａは、後述するカバー部材１９を搭載するために第３の電極１３の上層部１３ａと同じ高さに形成されている。発熱体１５は、第４の電極１４を介して外部回路と接続される。

[第１〜第４の電極]
第１、第２の電極１１，１２は、絶縁基板１０の相対向する一対の側縁にそれぞれ形成されるとともに、スルーホールを介して絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に形成された外部接続電極１１ａ，１２ａと連続され、この外部接続電極１１ａ，１２ａを介して外部回路に接続されている。また、第１、第２の電極１１，１２は、絶縁基板１０の表面１０ａから絶縁層１７上にかけて形成され、絶縁層１７上において、所定の間隔Ｇ１を隔てて対向されている。そして、第１、第２の電極１１，１２は、後述する第１の可溶導体２１が搭載されることにより、第１の可溶導体２１を介して電気的に接続されている。

これにより、遮断素子１は、回路基板上に実装されると、第１の電極１１〜第１の可溶導体２１〜第２の電極１２に至る電流経路が当該外部回路の一部に直列に接続される。第１、第２の電極１１，１２が組み込まれる外部回路としては、遮断素子１が実装される電子機器の電流ラインであり、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパックにおける充放電回路、各種電子機器の電源回路、あるいは、デジタル信号回路等、電流の強弱に関わらず物理的な電流経路の遮断が求められるあらゆる回路に適用することができる。

第３、第４の電極１３，１４は、絶縁基板１０の第１、第２の電極１１，１２が設けられた一対の側縁と直交する一対の側縁にそれぞれ形成されている。第４の電極１４は、スルーホールを介して絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に形成された外部接続電極１４ｃと連続され、この外部接続電極１４ｃを介して外部回路に接続されている。第３、第４の電極１３，１４は、絶縁基板１０の表面１０ａに形成されるとともに絶縁層１７に被覆された下層部１３ｂ，１４ｂと、絶縁層１７上に形成された上層部１３ａ，１４ａとを有する。下層部１３ｂは、上層部１３ａと連続するとともに、発熱体１５の一端と接続され、下層部１４ｂは、上層部１４ａと連続するとともに、発熱体１５の他端と接続されている。

また、第３の電極１３は、上層部１３ａが第１、第２の電極１１，１２と所定の間隙Ｇ２を隔てて対向されている。そして、第３の電極１３は、上層部１３ａに第１の可溶導体２１が搭載される。これにより、遮断素子１は、第１の電極１１又は第２の電極１２から第１の可溶導体２１及び第３の電極１３を介して発熱体１５に電流を流す給電経路２が形成される（図３（Ａ）参照）。

［電極コーティング処理］
ここで、第１〜第４の電極１１〜１４は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第１〜第３の電極１１〜１３は、遮断素子１の動作時において、発熱体１５の熱によって第１の可溶導体２１が溶融することにより、第１の可溶導体２１を構成する低融点金属によって溶食（ハンダ食われ）させるようにしてもよい。これにより、遮断素子１は、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔Ｇ１や、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間隔Ｇ２が広がり、より絶縁性、遮断性を向上させることができる。

なお、第１〜第３の電極１１〜１３の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜を、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングしてもよい。これにより、遮断素子１は、第１〜第３の電極１１〜１３の酸化を防止し、第１の可溶導体２１を確実に保持させることができる。また、遮断素子１をリフロー実装する場合に、第１の可溶導体２１を接続する接続用ハンダあるいは第１の可溶導体２１の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第１〜第３の電極１１〜１３を溶食するのを防ぐことができる。

[第１の可溶導体]
第１の可溶導体２１は、発熱体１５の発熱により速やかに溶断されるいずれの金属を用いることができ、例えば、ハンダや、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。

また、第１の可溶導体２１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、ハンダや、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダなどを用いることが好ましく、高融点金属としては、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、遮断素子１をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、内層の低融点金属の外部への流出を抑制し、第１の可溶導体２１の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食（ハンダ食われ）することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。なお、第１の可溶導体２１は、後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。

第１の可溶導体２１は、略矩形状に形成され、接続用ハンダ等により、第１、第２の電極１１，１２間にわたって搭載されるとともに、第３の電極１３の上層部１３ａ上に搭載されている。これにより、第１の可溶導体２１は、第１、第２の電極１１，１２間を接続する第１の接続部２１ａと、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３とを接続する第２の接続部２１ｂとを有する。また、第１の可溶導体２１は、第１、第２の電極１１，１２から第３の電極１３を介して発熱体１５及び第４の電極１４に至る発熱体１５への給電経路２を構成する。

なお、第１の可溶導体２１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１８が塗布されていることが好ましい。

また、遮断素子１は、第１〜第４の電極１１〜１４に、溶融した第１の可溶導体２１の流出を防止する保護壁１６が形成されている。保護壁１６は、絶縁性を有する材料を用いて形成され、例えばガラス層からなる。保護壁１６を設けることにより、第１の可溶導体２１の溶融導体が第１、第２の電極１１，１２を伝って外部接続電極１１ａ，１２ａに流れ込み、回路基板の接続電極を溶食することや、第３の電極１３上の接続用ハンダの過剰な広がりを防止することができる。

また、遮断素子１は、絶縁基板１０がカバー部材１９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１９は、上記絶縁基板１０と同様に、たとえば、熱可塑性プラスチック，セラミックス，ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成されている。

[遮断素子の回路構成]
このような遮断素子１は、図２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遮断素子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、検出回路３６の検出結果に応じて遮断素子１の動作を制御するスイッチ素子となる電流制御素子３７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。

遮断素子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、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、遮断素子１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遮断素子１は、図３（Ａ）に示すような回路構成を有する。すなわち、遮断素子回路７０は、第１のヒューズ７１（第１の可溶導体２１の第１の接続部２１ａ）を介して第１の端子７２（第１の電極１１）、第２の端子７３（第２の電極１２）が接続され、また、第２のヒューズ７４（第１の可溶導体２１の第２の接続部２１ｂ）を介して第１、第２の端子７２，７３と第３の端子７５（第３の電極１３）、発熱抵抗７６（発熱体１５）及び第４の端子７７（第４の電極１４）とが連続する給電経路２が形成される。

遮断素子１は、バッテリパック３０の回路に実装されることにより、第１の可溶導体２１の一端が搭載される第１の電極１１が、外部接続電極１１ａを介して充放電電流経路の一端と接続され、第１の可溶導体２１の他端が搭載される第２の電極１２が、外部接続電極１２ａを介して充放電電流経路の他端と接続される。これにより、第１の可溶導体２１は、第１、第２の電極１１，１２の各外部接続電極１１ａ，１２ａを介して、充放電電流経路上に直列接続される。また、第４の電極１４が、外部接続電極１４ａを介して、電流制御素子３７と接続される。これにより、発熱体１５は、一端を第３の電極１３を介して第１の可溶導体２１と接続され、他端を第４の電極１４を介して電流制御素子３７と接続され、発熱体１５への給電経路２は、第４の電極１４に接続された電流制御素子３７によって通電が制御されている。

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１５に通電するよう電流を制御する。給電経路２には、バッテリスタック３５から、第１の電極１１、第１の可溶導体２１及び第３の電極１３を介して電流が流れ、これにより発熱体１５が発熱を開始する。遮断素子１は、発熱体１５の発熱により第１の可溶導体２１を溶断する。

このとき、遮断素子１は、図３（Ｂ）に示すように、第１、第２の端子７２，７３（第１、第２の電極１１，１２）間を接続する第１のヒューズ７１（第１の接続部２１ａ）が溶断することによりバッテリパック３０の充放電電流経路を遮断し、次いで、図３（Ｃ）に示すように、第１、第２の端子７２，７３と第３の端子７５（第３の電極１３）とを接続する第２のヒューズ７４（第２の接続部２１ｂ）が溶断することにより、発熱抵抗７６（発熱体１５）への給電経路２を遮断する。

なお、本発明の遮断素子は、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。

このような遮断素子１によれば、第１の電極１１と第２の電極１２とを対向配置させ、第１の可溶導体２１を第１、第２の電極１１，１２間にわたって搭載しているため、発熱体引出電極を介して第１、第２の電極を対向させている従来の構成に比べて、可溶導体の抵抗を小さくでき定格の向上を図るとともに、素子全体の小型化を図ることができる。

すなわち、従来の素子では、第１、第２の電極の間に発熱体引出電極を介在させ、発熱体電極と第１の電極の間、及び発熱体電極と第２の電極の間に可溶導体を搭載しているため、可溶導体の抵抗値が大きくなり、そのため素子の定格を上げることができなかった。また、第１、第２の電極間に発熱体引出電極を設けることで、第１、第２の電極の間隔が広がり、素子全体のサイズも大きくなっていた。

この点、遮断素子１では、第１、第２の電極１１，１２を直接対向させ、第１の可溶導体２１を第１、第２の電極１１，１２及び第３の電極１３にわたって搭載している。これにより、遮断素子１は、第１の可溶導体２１が通電方向に短くなり、小型化に伴う低抵抗化を図り、素子の定格を向上することができる。また、遮断素子１は、第１、第２の電極１１，１２を直接対向させたことで、素子全体の小型化を図ることができ、小型化、高定格化を図ることができる。

なお、遮断素子１は、発熱体１５の発熱により第１の可溶導体２１が溶断する他、外部回路が過電流となった場合に、第１の可溶導体２１が自己発熱（ジュール熱）により溶断することで、外部回路を遮断することができる。

[接続部Ｗ２＜接続部Ｗ１]
また、第１の可溶導体２１は、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間にわたって搭載されている第２の接続部２１ｂの幅Ｗ２が、第１、第２の電極１１，１２間わたって搭載されている第１の接続部２１ａの幅Ｗ１よりも狭い。第１の可溶導体２１は、外部回路の電流経路に直列に接続されることから、第１、第２の電極１１，１２の幅方向に亘って搭載される第１の接続部２１ａの幅Ｗ１は第１の可溶導体２１の低抵抗化、及び遮断素子１の高定格化を図るために幅広に設けることが好ましい。一方、第３の電極１３に搭載される第２の接続部２１ｂは、発熱体１５への給電経路２を遮断できればよく、第１、第２の電極１１，１２の間隔Ｇ１よりも幅広であれば、これ以上に広げる必要もない。

[発熱体の発熱中心Ｃ]
ここで、遮断素子１は、第１の可溶導体２１の第１の接続部２１ａが、第２の接続部２１ｂよりも先に溶断するように形成されている。第１の接続部２１ａよりも先に第２の接続部２１ｂが溶断すると、発熱体１５への給電が停止され、第１の可溶導体２１を溶断することができなくなるからである。

そこで、遮断素子１は、発熱体１５が発熱すると、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも先に溶断するように形成されている。具体的に、遮断素子１の第１の可溶導体２１は、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも、発熱体１５の発熱中心Ｃに近い位置に搭載されている。

ここで、発熱体１５の発熱中心Ｃとは、発熱体１５が発熱することにより発現する熱分布のうち、発熱初期の段階で最も高温となる領域をいう。発熱体１５より発せられる熱は絶縁基板１０からの放熱量が最も多く、絶縁基板１０を、耐熱衝撃性に優れるが熱伝導率も高いセラミックス材料により形成した場合などには、絶縁基板１０に熱が拡散してしまう。そのため、発熱体１５は通電が開始された発熱初期の段階では、絶縁基板１０と接する外縁から最も遠い中心が最も熱く、絶縁基板１０と接する外縁に向かうにつれて放熱されて温度が上がりにくくなる。

そこで、遮断素子１は、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも、発熱体１５の発熱初期において最も高温となる発熱中心Ｃに近くなるように、発熱体１５、第１及び第２の電極１１，１２、並びに第１の可溶導体２１を配置する。これにより、第１の可溶導体２１は、第１の接続部２１ａに第２の接続部２１ｂよりも早く熱が伝わり、溶断し、外部回路の電流経路が遮断される前に発熱体１５への給電経路２が遮断される事態を防止することができる。第２の接続部２１ｂは、第１の接続部２１ａより遅れて加熱されるため、第１の接続部２１ａが溶断した後に溶断され、発熱体１５への給電が停止される。

[間隔Ｇ２＜間隔Ｇ１]
また、遮断素子１は、第１の電極１１及び第２の電極１２と第３の電極１３との間隔Ｇ２が、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔Ｇ１よりも短くしてもよい。第１の可溶導体２１は、電極間の間隔が長いほど、溶融導体の張力が強く働き溶断しやすくなる。したがって、第１電極１１と第２の電極１２の間隔Ｇ１が、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間隔Ｇ２より長くすることにより、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも先に溶断する。これにより、遮断素子１は、外部回路の電流経路が遮断される前に発熱体１５への給電経路２が遮断される事態を防止することができる。

［発熱体の配置］
また、遮断素子１は、発熱体１５を絶縁基板１０の表面１０ａに形成する他に、図４に示すように、絶縁基板１０の表面１０ａに形成された絶縁層１７の内部に形成してもよい。この場合、発熱体１５と接続される第３、第４の電極１３，１４の各下層部１３ｂ，１４ｂも、絶縁基板１０の表面１０ａから絶縁層１７の内部にかけて形成される。また、発熱体１５を絶縁層１７の内部に形成した場合にも、第１の可溶導体２１は、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも発熱体１５の発熱中心Ｃに近い位置に配置されることが好ましい。

また、遮断素子１は、図５に示すように、発熱体１５を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成してもよい。この場合、発熱体１５は、絶縁基板１０の裏面１０ｂにおいて絶縁層１７に被覆されている。また、発熱体１５と接続される第３、第４の電極１３，１４の各下層部１３ｂ，１４ｂも同様に絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成され、導電スルーホールを介して絶縁基板１０の表面１０ａに形成された上層部１３ａ，１４ａと連続されている。

遮断素子１は、発熱体１５が絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成されることにより、絶縁基板１０の表面１０ａが平坦化され、これにより、第１、第２の電極１１，１２や第３、第４の電極１３，１４の各上層部１３ａ，１４ａを表面１０ａ上に印刷等により一括して形成することができる。したがって、遮断素子１は、第１〜第４の電極１１〜１４の製造工程を簡略化することができるとともに、低背化を図ることができる。

遮断素子１は、発熱体１５を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成した場合にも、絶縁基板１０の材料としてファインセラミック等の熱伝導性に優れた材料を用いることにより、発熱体１５によって、絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成した場合と同等に第１の可溶導体２１を加熱、溶断することができる。また、発熱体１５を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成した場合にも、第１の可溶導体２１は、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも発熱体１５の発熱中心Ｃに近い位置に配置されることが好ましい。

また、遮断素子１は、図６に示すように、発熱体１５を絶縁基板１０の内部に形成してもよい。この場合、発熱体１５を被覆する絶縁層１７は設ける必要がない。また、発熱体１５と接続される第３、第４の電極１３，１４の各下層部１３ｂ，１４ｂは、絶縁基板１０の内部まで形成され、導電スルーホールを介して絶縁基板１０の表面１０ａに形成された上層部１３ａ，１４ａと接続される。

発熱体１５を絶縁基板１０の内部に形成することにより、遮断素子１は、絶縁基板１０の表面１０ａが平坦化され、これにより、第１、第２の電極１１，１２や第３、第４の電極１３，１４の各上層部１３ａ，１４ａを表面１０ａ上に印刷等により一括して形成することができる。したがって、遮断素子１は、第１〜第４の電極１１〜１４の製造工程を簡略化することができるとともに、低背化を図ることができる。

遮断素子１は、発熱体１５を絶縁基板１０の内部に形成した場合にも、絶縁基板１０の材料としてファインセラミック等の熱伝導性に優れた材料を用いることにより、発熱体１５によって、絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成した場合と同等に第１の可溶導体２１を加熱、溶断することができる。また、発熱体１５を絶縁基板１０の内部に形成した場合にも、第１の可溶導体２１は、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも発熱体１５の発熱中心Ｃに近い位置に配置されることが好ましい。

［発熱体と第１〜第３の電極との重畳］
また、遮断素子１は、発熱体１５を絶縁基板１０の表面１０ａに形成するとともに絶縁層１７で被覆する場合（図１）、発熱体１５を絶縁層１７の内部に形成する場合（図４）、発熱体１５を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成する場合（図５）、発熱体１５を絶縁基板１０の内部に形成する場合（図６）のいずれの場合にも、発熱体１５と第１、第２の電極１１，１２とが重畳することが好ましい。

発熱体１５と重畳されることにより、第１、第２の電極１１，１２に発熱体１５の熱が効率よく伝達され、第１、第２の電極１１，１２間に搭載される第１の可溶導体２１の第１の接続部２１ａを第２の接続部２１ｂよりも先に溶断させることができる。また、第１、第２の電極１１，１２が効率良く加熱されることにより、溶融導体による第１、第２の電極１１，１２溶食を促進させ、第１、第２の電極１１，１２間の絶縁性を向上させることができる。

また、図７に示すように、遮断素子１は、発熱体１５と第１〜第３の電極１１〜１３を重畳させてもよい。この場合、第１、第２の電極１１，１２は発熱体１５の発熱中心Ｃ付近と重畳され、第３の電極１３は発熱体１５の端部と重畳される。これにより、第１、第２の電極１１，１２が第３の電極１３よりも先に高温に加熱され、第１の可溶導体２１は、第１の接続部２１ａを第２の接続部２１ｂよりも先に溶断させることができる。また、第１、第２の電極１１，１２に加え、第３の電極１３も効率よく加熱されるため、第１〜第３の電極１１〜１３のそれぞれに溶融導体が保持され、第１の電極１１と第２の電極１２との絶縁性に加え、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との絶縁性も向上させることができる。

［発熱体と第１〜第４の電極とを並設］
また、遮断素子１は、図８に示すように、発熱体１５を絶縁基板１０の表面１０ａ上において、第１〜第４の電極１１〜１４と並んで形成してもよい。この場合、発熱体１５は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に設けられるとともに、絶縁層１７によって被覆されている。また、この場合も、第１の可溶導体２１は、第１の接続部２１ａが第２の接続部２１ｂよりも、発熱体１５の発熱中心Ｃの近くに配置されることが好ましい。

［発熱中心オフセット］
また、遮断素子１は、図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、発熱体１５と第１、第２の電極１１，１２の相対的な配置として、発熱体１５の発熱中心Ｃが、第１の電極１１又は第２の電極１２の第１の可溶導体２１が搭載された部位と重畳するようにしてもよい。例えば、遮断素子１は、第１、第２の電極１１，１２が絶縁基板１０の表面１０ａに均等に配置された場合、発熱体１５をやや第２の電極１２側にオフセットした位置に形成する。これにより、遮断素子１は、発熱体１５の熱が第２の電極１２を介して効率よく第１の可溶導体２１の第１の接続部２１ａに伝わり、速やかに外部回路の電流経路を遮断できる。

また、遮断素子１は、発熱体１５の発熱中心Ｃを、第１の電極１１又は第２の電極１２の第１の可溶導体２１が搭載された部位と重畳させることにより、発熱体１５の過熱による損傷を防止することができる。すなわち、発熱体１５の発熱中心Ｃ上に第１の電極１１又は第２の電極１２が配置されることにより、発熱体１５の熱を第１の電極１１又は第２の電極１２に効率よく伝搬させることができる。したがって、発熱体１５は、発生した熱が伝搬されることで、自身に蓄積されることなく、過熱による損傷が防止される。

一方、発熱体１５の発熱中心Ｃ上に第１の電極１１又は第２の電極１２が重畳されず、空隙となっている場合、発熱体１５の発熱による熱が効率よく第１、第２の電極１１，１２及び第１の可溶導体２１に伝搬されず、第１の可溶導体２１を速やかに溶断することができない。

そこで、遮断素子１は、発熱体１５の発熱中心Ｃが、第１の電極１１又は第２の電極１２の第１の可溶導体２１が搭載された部位と重畳するような配置とすることで、第１の可溶導体２１の速溶断と、発熱体１５の過熱を防止することができる。

発熱体１５の発熱中心Ｃを、第２の電極１２の第１の可溶導体２１が搭載された部位と重畳させた遮断素子１は、発熱体１５が発熱すると、発熱中心Ｃと重畳する第２の電極１２側が効率よく加熱され、第１の可溶導体２１が第２の電極１２に搭載されている側から溶融する。これにより、遮断素子１は、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、先ず、第１の可溶導体２１の第１の接続部２１ａが溶断し、第１、第２の電極１１，１２間が遮断される。このとき、第１の可溶導体２１は、発熱体１５の発熱中心Ｃから遠い第２の接続部２１ｂは溶断せず、発熱体１５への給電経路２は遮断されていない。したがって、遮断素子１は、第１の可溶導体２１の第１の接続部２１ａを溶断し、第１、第２の電極１１，１２間を遮断させるまで、確実に発熱体１５を発熱させ続けることができる。

その後、遮断素子１は、発熱体１５が発熱を続けることにより、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１の可溶導体２１の第２の接続部２１ｂも溶断し、第１、第３の電極１１，１３間が遮断され、発熱体１５への給電が停止される。

［変形例］
次いで、遮断素子の他の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、上述した遮断素子１及び遮断素子回路７０と同じ部材については、同一の符号を付してその詳細を省略する。図１２に示すように、遮断素子２０は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０に形成された第１〜第４の電極１１〜１４と、第３の電極１３と第４の電極１４との間に接続された発熱体１５と、第１の電極１１と第２の電極１２との間に接続された第２の可溶導体２２と、第１の電極１１及び第２の電極１２と第３の電極１３との間に接続された第３の可溶導体２３とを備える。

遮断素子１と遮断素子２０との相違点は、第１〜第３の電極１１〜１３にわたって搭載する可溶導体が、遮断素子１では第１の可溶導体２１の一つであったのに対して、遮断素子２０では複数の可溶導体を用いている点である。すなわち、遮断素子２０は、第１の電極１１と第２の電極１２との間にわたって第２の可溶導体２２が搭載され、第１の電極１１及び第２の電極１２と第３の電極１３との間にわたって第３の可溶導体２３が搭載されている。

第２、第３の可溶導体２２，２３は、上述した第１の可溶導体２１と同じものを用いることができ、また、第１の可溶導体２１と同様に、後述する種々の形態を採用することができる。第２の可溶導体２２は、第１、第２の電極１１，１２間を電気的に接続するとともに、遮断素子２０が実装される外部回路の電流経路の一部に直列に接続される。第３の可溶導体２３は、第１、第２の電極１１，１２から第３の電極１３を介して発熱体１５及び第４の電極１４に至る発熱体１５への給電経路２７を構成する（図１３参照）。

また、遮断素子２０は、第２の可溶導体２２が第３の可溶導体２３よりも発熱体１５の発熱中心Ｃの近傍に配置されることにより、発熱体１５が発熱すると、先ず第２の可溶導体２２が溶断して第１、第２の電極１１，１２間を遮断し、次いで第３の可溶導体２３が溶断することにより、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間を遮断する。

このような遮断素子２０は、図１３（Ａ）に示すような回路構成を有する。すなわち、遮断素子回路８０は、第３のヒューズ８１（第２の可溶導体２２）を介して第１、第２の端子７１，７２（第１、第２の電極１１，１２）が接続され、また、第４のヒューズ８２（第３の可溶導体２３）を介して第１、第２の端子７１，７２と第３の端子７５（第３の電極１３）、発熱抵抗７６（発熱体１５）及び第４の端子７７（第４の電極１４）とが連続する給電経路２７が形成される。給電経路２７は、第４の端子７７に接続された電流制御素子によって通電が制御されている。

そして、遮断素子２０が実装される外部回路の電流経路を遮断する必要が生じた場合には、電流制御素子によって給電経路２７に通電可能とされ、第１の端子７２又は第２の端子７３から第３、第４のヒューズ８１，８２、第３の端子７５を介して発熱抵抗７６に電流が流れる。発熱抵抗７６が通電により発熱すると、遮断素子回路８０は、図１３（Ｂ）に示すように、第１、第２の端子７２，７３間を接続する第３のヒューズ８１が溶断することにより外部回路の電流経路を遮断し、次いで、図１３（Ｃ）に示すように、第１、第２の端子７２，７３と第３の端子７５とを接続する第４のヒューズ８２が溶断することにより、発熱抵抗７６への給電経路２７を遮断する。

このような遮断素子２０によっても、遮断素子１と同様に、第１の電極１１と第２の電極１２とを直接、対向配置させ、第２の可溶導体２２を第１、第２の電極１１，１２間にわたって搭載しているため、第１、第２の電極の間に発熱体引出電極を介在させている従来の構成に比べて、可溶導体の抵抗を小さくでき定格の向上を図るとともに、素子全体の小型化を図ることができる。

［幅Ｗ２＜幅Ｗ１］
なお、遮断素子２０は、第３の可溶導体２３の幅Ｗ２が、第２の可溶導体２２の幅Ｗ１よりも狭い。第２の可溶導体２２は遮断素子１の第１の可溶導体２１における第１の接続部２１ａと同様に機能し、第３の可溶導体２３は、遮断素子１の第１の可溶導体２１における第２の接続部２１ｂと同様に機能する。したがって、第１、第２の電極１１，１２の幅方向に亘って搭載される第２の可溶導体２２の幅Ｗ１は、低抵抗化、及び遮断素子２０の高定格化を図るために幅広に設けることが好ましい。一方、第３の電極１３に搭載される第３の可溶導体２３は、発熱体１５への給電経路２７を遮断できればよく、第１、第２の電極１１，１２の間隔Ｇ１よりも幅広であれば、これ以上に広げる必要もない。

［第２の可溶導体の融点＜第３の可溶導体の融点］
また、遮断素子２０は、第２の可溶導体２２と第３の可溶導体２３の材料を異ならせることにより、第２の可溶導体２２の融点を、第３の可溶導体２３の融点よりも低くしてもよい。これにより、遮断素子２０は、第１、第２の電極１１，１２間わたって搭載されている第２の可溶導体２２を、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間にわたって搭載されている第３の可溶導体２３よりも先に溶融させることができる。したがって、遮断素子２０は、外部回路の電流経路が遮断される前に発熱体１５への給電経路２７が遮断される事態を防止することができる。

この他、遮断素子２０は、第３の可溶導体２３の高融点金属のメッキ厚を第２の可溶導体２２の高融点金属のメッキ厚よりも厚くする等、第２、第３の可溶導体２２，２３の層構造を変えることにより融点に差を設け、相対的に第２の可溶導体２２を第３の可溶導体２３よりも溶断しやすくしてもよい。

［第４、第５の可溶導体］
また、遮断素子２０は、第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間にわたって搭載されている第３の可溶導体２３に代えて、図１４に示すように、第１の電極１１と第３の電極１３とを接続する第４の可溶導体２４、及び第２の電極１２と第３の電極１３とを接続する第５の可溶導体２５を備えてもよい。第４、第５の可溶導体３４，３５は、上述した第１の可溶導体２１と同じものを用いることができ、また、第１の可溶導体２１と同様に、後述する種々の形態を採用することができる。

また、遮断素子２０は、第４の可溶導体２４又は第５の可溶導体２５のいずれか一方のみを設けてもよい。図１５（Ａ）は、第４の可溶導体２４のみを第１の電極１１と第３の電極１３との間に設けた遮断素子２０の平面図であり、図１５（Ｂ）は、その遮断素子回路８０の回路図である。図１６（Ａ）は、第５の可溶導体２５のみを第２の電極１２と第３の電極１３との間に設けた遮断素子２０の平面図であり、図１６（Ｂ）は、その遮断素子回路８０の回路図である。

図１５（Ｂ）に示す遮断素子回路８０は、第３のヒューズ８１（第２の可溶導体２２）を介して第１、第２の端子７２，７３（第１、第２の電極１１，１２）が接続され、また、第５のヒューズ８３（第４の可溶導体２４）を介して第１、第２の端子７２，７３と第３の端子７５（第３の電極１３）、発熱抵抗７６（発熱体１５）及び第４の端子７７（第４の電極１４）とが連続する給電経路２７が形成される。給電経路２７は、第４の端子７７に接続された電流制御素子によって通電が制御されている。

図１６（Ｂ）に示す遮断素子回路８０は、第３のヒューズ８１（第２の可溶導体２２）を介して第１、第２の端子７２，７３（第１、第２の電極１１，１２）が接続され、また、第６のヒューズ８４（第５の可溶導体２５）を介して第１、第２の端子７２，７３と第３の端子７５（第３の電極１３）、発熱抵抗７６（発熱体１５）及び第４の端子７７（第４の電極１４）とが連続する給電経路２７が形成される。給電経路２７は、第４の端子７７に接続された電流制御素子によって通電が制御されている。

その他にも、遮断素子２０は、遮断素子１と同様に、第１の電極１１及び第２の電極１２と第３の電極１３との間隔Ｇ２が、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔Ｇ１よりも短くしてもよい。

また、遮断素子２０は、遮断素子１と同様に、発熱体１５を絶縁基板１０の表面１０ａに形成するとともに絶縁層１７で被覆してもよく（図１２）、あるいは、発熱体１５を、絶縁層１７の内部や、絶縁基板１０の裏面１０ｂ、絶縁基板１０の内部に形成してもよい。いずれの場合にも、遮断素子２０は、遮断素子１と同様に、発熱体１５と第１、第２の電極１１，１２とを重畳させ、あるいは発熱体１５と第１〜第３の電極１１〜１３を重畳させてもよい。

また、遮断素子２０は、遮断素子１と同様に、発熱体１５を絶縁基板１０の表面１０ａ上において、第１〜第４の電極１１〜１４と並んで形成してもよい。

また、遮断素子２０は、遮断素子１と同様に、発熱体１５と第１、第２の電極１１，１２の相対的な配置として、発熱体１５の発熱中心Ｃが、第１の電極１１又は第２の電極１２の第１の可溶導体２１が搭載された部位と重畳するようにしてもよい。

［可溶導体の構成］
上述したように、第１〜第５の可溶導体２１〜２５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、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図１７（Ａ）に示すように、内層として高融点金属層６０が設けられ、外層として低融点金属層６１が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、高融点金属層６０の全面が低融点金属層６１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６０や低融点金属層６１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１７（Ｂ）に示すように、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、内層として低融点金属層６１が設けられ、外層として高融点金属層６０が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合も、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、低融点金属層６１の全面が高融点金属層６０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、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図１８に示すように、高融点金属層６０と低融点金属層６１とが積層された積層構造としてもよい。

この場合、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図１８（Ａ）に示すように、第１〜第３の電極１１〜１３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６０の上面に上層となる低融点金属層６１を積層してもよく、反対に下層となる低融点金属層６１の上面に上層となる高融点金属層６０を積層してもよい。あるいは、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図１８（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６０の上下面に外層となる低融点金属層６１を積層してもよく、反対に内層となる低融点金属層６１の上下面に外層となる高融点金属層６０を積層してもよい。

また、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図１９に示すように、高融点金属層６０と低融点金属層６１とが交互に積層された４層以上の多層構造としてもよい。この場合、第１〜第５の可溶導体２１〜２５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、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、内層を構成する低融点金属層６１の表面に高融点金属層６０をストライプ状に部分的に積層させてもよい。図２０は、第１〜第５の可溶導体２１〜２５の平面図である。

図２０（Ａ）に示す第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、低融点金属層６１の表面に、幅方向に所定間隔で、線状の高融点金属層６０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６２が形成され、この開口部６２から低融点金属層６１が露出されている。第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、低融点金属層６１が開口部６２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６０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６２は、例えば、低融点金属層６１に高融点金属層６０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、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図２０（Ｂ）に示すように、低融点金属層６１の表面に、長手方向に所定間隔で、線状の高融点金属層６０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６２を形成してもよい。

また、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図２１に示すように、低融点金属層６１の表面に高融点金属層６０を形成するとともに、高融点金属層６０の全面に亘って円形の開口部６３が形成され、この開口部６３から低融点金属層６１を露出させてもよい。開口部６３は、例えば、低融点金属層６１に高融点金属層６０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。

第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、低融点金属層６１が開口部６３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、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図２２に示すように、内層となる高融点金属層６０に多数の開口部６４を形成し、この高融点金属層６０に、メッキ技術等を用いて低融点金属層６１を成膜し、開口部６４内に充填してもよい。これにより、第１〜第５の可溶導体２１〜２５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、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、低融点金属層６１の体積を、高融点金属層６０の体積よりも多く形成することが好ましい。第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、発熱体１５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、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、低融点金属層６１の体積を高融点金属層６０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間を短絡することができる。

また、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、図２３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５１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５２と、内層を構成する低融点金属が露出され第１の側縁部５２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５３とを有してもよい。

第１の側縁部５２は、側面が高融点金属層６０によって被覆されるとともに、これにより第１〜第５の可溶導体２１〜２５の主面部５１よりも肉厚に形成されている。第２の側縁部５３は、側面に、外周を高融点金属層６０によって囲繞された低融点金属層６１が露出されている。第２の側縁部５３は、第１の側縁部５２と隣接する両端部を除き主面部５１と同じ厚さに形成されている。

遮断素子１においては、図２４に示すように、第１の可溶導体２１は、第１の側縁部５２が第１、第２の電極１１，１２の幅方向に沿って搭載されるとともに、第１、第３の電極１１，１３間、及び第２、第３の電極１２，１３間に跨って接続され、第２の側縁部５３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。

これにより、遮断素子１は、第１の可溶導体２１の第１の接続部２１ａが速やかに溶断し、外部回路の電流経路を遮断するとともに、第２の接続部２１ｂの溶断を遅らせて発熱体１５の発熱を維持し、確実に第１、第２の電極１１，１２間を遮断させることができる。

すなわち、第２の側縁部５３は、第１の側縁部５２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５３の側面は、内層を構成する低融点金属層６１が露出されている。これにより、第２の側縁部５３は、低融点金属層６１による高融点金属層６０の溶食作用が働き、かつ、溶食される高融点金属層６０の厚さも第１の側縁部５２に比して薄く形成されていることにより、高融点金属層６０によって肉厚に形成されている第１の側縁部５２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５２は、高融点金属層６０によって肉厚に被覆され、第２の側縁部５３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、遮断素子１は、発熱体１５が発熱することにより、先ず、第２の側縁部５３がわたされている第１の電極１１と第２の電極１２との間が溶断する。これにより、遮断素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が遮断する。次いで、第１の側縁部５２がわたされている第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間が溶断し、発熱体１５への給電経路２が遮断され、発熱体１５の発熱が停止される。すなわち、遮断素子１は、第１、第２の電極１１，１２間が遮断する前に第１、第２の電極１１，１２と第３の電極１３との間が遮断され、発熱体１５への給電が停止することによって第１、第２の電極１１，１２間が遮断不能となる事態を防止することができる。

遮断素子２０においても、図２５に示すように、第２の可溶導体２２は、肉厚に形成された第１の側縁部５２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５３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。また、第３の可溶導体２３は、肉厚に形成された第１の側縁部５２が第１、第３の電極１１，１３間、及び第２、第３の電極１２，１３間に跨って接続され、第２の側縁部５３が第３の電極１３の幅方向及び第１、第２の電極１１，１２間に跨って接続されている。

これにより、遮断素子２０は、第２の可溶導体２２及び第３の可溶導体２３の各第２の側縁部５３が速やかに溶融し、第１、第２の電極１１，１２間が遮断することにより外部回路の電流経路を遮断するとともに、第３の可溶導体２３の第１の側縁部５２の溶断を遅らせて発熱体１５の発熱を維持し、確実に第１、第２の電極１１，１２間を遮断させることができる。

また、図２６に示すように、第３の可溶導体２３に代えて第４、第５の可溶導体２４，２５を用いた場合にも、同様に、第４、第５の可溶導体２４，２５は、肉厚に形成された第１の側縁部５２が第１、第３の電極１１，１３間、及び第２、第３の電極１２，１３間に跨って接続されている。

これにより、遮断素子２０は、第２の可溶導体２２の第２の側縁部５３が速やかに溶融し、第１、第２の電極１１，１２間が遮断することにより外部回路の電流経路を遮断するとともに、第４、第５の可溶導体２４，２５の第１の側縁部５２の溶断を遅らせて発熱体１５の発熱を維持し、確実に第１、第２の電極１１，１２間を遮断させることができる。

このような構成を有する第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、低融点金属層６１を構成するハンダ箔等の低融点金属箔を、高融点金属層６０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６０が厚くメッキされる（図２３参照）。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５０が形成される。次いで、この導体リボン５０を長手方向と直交する幅方向（図２３中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断することにより、第１〜第５の可溶導体２１〜２５が製造される。これにより、第１〜第５の可溶導体２１〜２５は、導体リボン５０の側縁部が第１の側縁部５２となり、導体リボン５０の切断面が第２の側縁部５３となる。また、第１の側縁部５２は、高融点金属によって被覆され、第２の側縁部５３は、端面（導体リボン５０の切断面）に上下一対の高融点金属層６０と高融点金属層６０によって挟持された低融点金属層６１が外方に露出されている。

１，２０ 遮断素子、２，２７ 給電経路、１０ 絶縁基板、１０ａ 表面、１０ｂ 裏面、１１ 第１の電極、１２ 第２の電極、１３ 第３の電極、１４ 第４の電極、１５ 発熱体、１６ 絶縁層、１７ 絶縁層、１８ フラックス、１９ カバー部材、２１ 第１の可溶導体、２２ 第２の可溶導体、２３ 第３の可溶導体、２４ 第４の可溶導体、２５ 第５の可溶導体、３０ バッテリパック、３１〜３４ バッテリセル、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、４５ 充電装置、５０ 導体リボン

Claims (32)

1. 絶縁基板と、
   上記絶縁基板に形成された第１〜第４の電極と、
   上記第３の電極と上記第４の電極との間に接続された発熱体と、
   上記第１の電極、上記第２の電極及び上記第３の電極との間に接続されることにより、上記第１の電極と上記第２の電極間を接続する第１の接続部と、上記第１の電極及び上記第２の電極と上記第３の電極とを接続する第２の接続部を有する第１の可溶導体とを備え、
   上記第１の電極又は上記第２の電極から上記第１の可溶導体及び上記第３の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、
   上記発熱体の発熱により上記第１の可溶導体を溶融させることにより、上記第１の接続部を溶断し、次いで上記第２の接続部を溶断する遮断素子。
2. 上記第１の可溶導体は、上記第１の接続部が上記第２の接続部よりも、上記発熱体の発熱中心に近い位置に搭載されている請求項１に記載の遮断素子。
3. 上記第２の接続部の幅Ｗ２は、上記第１の接続部の幅Ｗ１よりも狭い請求項１又は請求項２に記載の遮断素子。
4. 絶縁基板と、
   上記絶縁基板に形成された第１〜第４の電極と、
   上記第３の電極と上記第４の電極との間に接続された発熱体と、
   上記第１の電極と第２の電極との間に接続された第２の可溶導体と、
   上記第１の電極及び第２の電極と上記第３の電極との間に接続された第３の可溶導体とを備え、
   上記第１の電極又は上記第２の電極から上記第２及び第３の可溶導体及び上記第３の電極を介して上記発熱体に電流を流す給電経路を有し、
   上記発熱体の発熱により上記第２の可溶導体を溶断させることにより、上記第１〜第２の電極間を遮断し、次いで上記第３の可溶導体を溶断させることにより、上記第１の電極又は上記第２の電極〜上記第３の電極間を遮断する遮断素子。
5. 上記第２の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、上記発熱体の発熱中心に近い位置に搭載されている請求項４に記載の遮断素子。
6. 上記第３の可溶導体の幅Ｗ２は、上記第２の可溶導体の幅Ｗ１よりも狭い請求項４又は請求項５に記載の遮断素子。
7. 上記第２の可溶導体の融点が上記第３の可溶導体の融点よりも低い請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の遮断素子。
8. 上記第３の可溶導体に代えて、上記第１の電極と上記第３の電極とを接続する第４の可溶導体及び／又は上記第２の電極と上記第３の電極とを接続する第５の可溶導体を備える請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の遮断素子。
9. 上記第１の電極及び上記第２の電極と上記第３の電極との間隔Ｇ２が、上記第１の電極と上記第２の電極との間隔Ｇ１よりも短い請求項１〜８のいずれか１項に記載の遮断素子。
10. 上記絶縁基板の上記第１〜第４の電極が形成されている表面に絶縁層を備え、
    上記発熱体は、上記絶縁基板と上記絶縁層との間、又は上記絶縁層の内部に形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の遮断素子。
11. 上記発熱体は、上記絶縁基板の上記第１〜第４の電極が形成されている表面と反対側の裏面に形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の遮断素子。
12. 上記発熱体は、上記絶縁基板の内部に形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の遮断素子。
13. 上記発熱体と上記第１及び第２の電極が重畳する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の遮断素子。
14. 上記発熱体と上記第３の電極が重畳する請求項１３記載の遮断素子。
15. 上記絶縁基板の上記第１〜第４の電極が形成されている表面に絶縁層を備え、
    上記発熱体は、上記絶縁基板と上記絶縁層との間に形成されるとともに、上記第１〜第４の電極と並んで形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の遮断素子。
16. 上記発熱体の発熱中心が、上記第１の電極又は上記第２の電極の上記第１の可溶導体が搭載された部位と重畳する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の遮断素子。
17. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、ハンダである請求項１〜１６のいずれか１項に記載の遮断素子。
18. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、低融点金属と高融点金属とを含有し、
    上記低融点金属が上記発熱体からの加熱により溶融し、上記高融点金属を溶食する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の遮断素子。
19. 上記低融点金属はハンダであり、
    上記高融点金属は、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金である請求項１８記載の遮断素子。
20. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、内層が高融点金属であり、外層が低融点金属の被覆構造である請求項１８又は請求項１９に記載の遮断素子。
21. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、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１８又は請求項１９に記載の遮断素子。
22. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、低融点金属と、高融点金属とが積層された積層構造である請求項１８又は請求項１９に記載の遮断素子。
23. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、低融点金属と、高融点金属とが交互に積層された４層以上の多層構造である請求項１８又は請求項１９に記載の遮断素子。
24. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、内層を構成する低融点金属の表面に形成された高融点金属に、開口部が設けられている請求項１８又は請求項１９に記載の遮断素子。
25. 上記第１〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、多数の開口部を有する高融点金属層と、上記高融点金属層上に形成された低融点金属層とを有し、上記開口部に低融点金属が充填されている請求項１８又は請求項１９に記載の遮断素子。
26. 上記第１の可溶導体は、低融点金属の体積が、高融点金属の体積よりも多い請求項１８〜２５のいずれか１項に記載の遮断素子。
27. 上記第１、第３〜第５の可溶導体の少なくとも一つは、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の側面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の側縁部が上記発熱体への通電方向の両側端となる向きで、上記第１及び第３の電極間もしくは上記第１及び第３の電極間と上記第２及び第３の電極間の両方にわたって接続されている請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の遮断素子。
28. 上記第１の可溶導体及び第２の可溶導体の少なくとも一つは、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の側面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２の側縁部が通電方向の両側端となる向きで、上記第１及び第２の電極間にわたって接続されている請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の遮断素子。
29. 外部回路に接続される第１の端子と第２の端子と、
    発熱抵抗と、
    上記発熱体と接続された第３の端子と、
    上記第１の端子と上記第２の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第１のヒューズと、上記第１、第２の端子と上記第３の端子との間に接続された第２のヒューズとを備え、
    上記第１又は第２の端子、上記第１、第２のヒューズ及び上記第３の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第１のヒューズを溶融させ、上記第１の端子と上記第２の端子との間を遮断した後に、上記第２のヒューズを溶融させ、上記第１及び第２の端子と上記第３の端子との間を遮断する遮断素子回路。
30. 上記第１のヒューズが電源ラインに直列に接続され、上記発熱抵抗の開放端をスイッチ素子を介して上記電源ラインの反対極に接続され、
    上記スイッチ素子を駆動させることにより上記発熱抵抗に電流が流れる請求項２９記載の遮断素子回路。
31. 外部回路に接続される第１の端子と第２の端子と、
    発熱抵抗と、
    上記発熱抵抗と接続された第３の端子と、
    上記第１の端子と上記第２の端子との間に接続され、上記外部回路に直列に接続される第３のヒューズと、
    上記第１及び／又は第２の端子と上記第３の端子との間に接続された第４のヒューズとを備え、
    上記第１又は第２の端子、上記第３、第４のヒューズ及び上記第３の端子を介して上記発熱抵抗に電流を流し、上記発熱抵抗が発熱した熱により、上記第３のヒューズを溶融させ、上記第１の端子と上記第２の端子との間を遮断した後に、上記第４のヒューズを溶融させ、上記第１及び第２の端子と上記第３の端子との間を遮断する遮断素子回路。
32. 上記第３のヒューズが電源ラインに直列に接続され、上記発熱抵抗の開放端をスイッチ素子を介して上記電源ラインの反対極に接続され、
    上記スイッチ素子を駆動させることにより上記発熱抵抗に電流が流れる請求項３１記載の遮断素子回路。

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