JP2016213121A - 電流遮断装置並びにそれを用いた２次電池回路及び安全回路 - Google Patents

Abstract

【課題】端子とタブリードとの溶接に光エネルギーを用いつつ、十分な接合強度が得られる電流遮断装置を提供する。【解決手段】ブレーカー１は、温度変化に応じて電流を遮断する電流遮断手段１０と、電流遮断手段１０を収容するケース７と、ケース７の外側に突出する端子３と、端子３が溶接されるタブリード８とを備える。端子３又はタブリード８のうち、いずれか一方は、光を吸収し溶融する第１金属Ｍ１からなり、他方は、第１金属Ｍ１と共に溶融する第２金属Ｍ２からなる。端子３及びタブリード８は、その外表面に第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２が溶融した溶接痕９を有し、他方側の溶接痕９には、溶融した第１金属Ｍ１の一部が露出している。【選択図】図４

Description

本発明は、電気機器の２次電池パック等に内蔵される小型の電流遮断装置等に関するものである。

従来、各種電気機器の２次電池やモーター等の保護装置として電流遮断装置が使用されている。電流遮断装置は、充放電中の２次電池の温度が過度に上昇した場合、又は自動車、家電製品等の機器に装備されるモーター等に過電流が流れた場合等の異常が生じた際に、２次電池やモーター等を保護するために電流を遮断する。このような電流遮断装置としては、機器の安全を確保するために、温度変化に追従して正確に動作する（良好な温度特性を有する）ことと、通電時の抵抗値が安定していることが求められる。このため、近年の電流遮断装置では、例えば、温度特性と抵抗値の安定性に優れたブレーカーが用いられている。

また、電流遮断装置が、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型携帯情報端末機器又はスマートフォンと称される薄型の多機能携帯電話機等の電気機器に装備される２次電池等の保護装置として用いられる場合、上述した安全性の確保に加えて、小型化が要求される。特に、近年の携帯情報端末機器にあっては、ユーザーの小型化（薄型化）の志向が強く、各社から新規に発売される機器は、デザイン上の優位性を確保するために、小型に設計される傾向が顕著である。こうした背景の下、携帯情報端末機器を構成する一部品として、２次電池と共に実装される電流遮断装置もまた、さらなる小型化が強く要求されている。

電流遮断装置の一例であるブレーカーには、通常、温度変化に応じて動作し、電流を導通又は遮断する熱応動素子が備えられている。例えば、特許文献１には、熱応動素子としてバイメタルを適用したブレーカーが示されている。バイメタルとは、熱膨張率の異なる２種類の板状の金属材料が積層されてなり、温度変化に応じて形状を変えることにより、接点の導通状態を制御する素子である。同文献に示されたブレーカーは、固定片、可動片、熱応動素子、ＰＴＣサーミスター等の部品が、ケースに収納されてなり、固定片及び可動片の端子が電気機器の電気回路に接続されて使用される。ケースは、通常、成形の容易さ及びコスト等を考慮して、熱可塑性等の樹脂材料によって構成されている。

ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報

上記特許文献に示された構造のブレーカーにおいては、固定片及び可動片からケースの外側に突設された端子は、通常、２次電池のタブリードと溶接等によって接合され、２次電池回路が構成される。

溶接の手法としては、ジュール熱によって金属を溶融させる抵抗溶接の他、レーザー光を照射し、そのエネルギーによって金属を溶融させるレーザー溶接が提案されている。

抵抗溶接とレーザー溶接とを比較すると、一般に、レーザー溶接は、短時間に溶接が完了するという利点を有する。その反面、溶接する対象物、すなわち端子とタブリードとの間に隙間等が生じ易く、接合強度が不足するおそれがある。特に、携帯情報端末機器に実装される電量遮断装置では、端子及びタブリードが小型に設計されていることから、治具等で端子とタブリードとを隙間なく固定することが容易ではなく、接合強度の不足が生ずるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、端子とタブリードとの溶接に光エネルギーを用いつつ、十分な接合強度が得られる電流遮断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電流遮断装置は、温度変化に応じて電流を遮断する電流遮断手段と、前記電流遮断手段を収容するケースと、前記ケースの外側に突出する端子と、前記端子が溶接されるタブリードとを備えた電流遮断装置において、前記端子又は前記タブリードのうち、いずれか一方は、光を吸収し溶融する第１金属からなり、他方は、前記第１金属と共に溶融する第２金属からなり、前記端子及び前記タブリードは、その外表面に前記第１金属及び前記第２金属が溶融した溶接痕を有し、前記他方側の溶接痕には、溶融した前記第１金属の一部が露出していることを特徴とする。

本発明に係る前記電流遮断装置においては、前記他方側の溶接痕の最大径は、前記端子及び前記タブリードの厚さの合計よりも大きいことが望ましい。

本発明に係る前記電流遮断装置においては、前記他方側の溶接痕の最大径は、前記一方側の溶接痕の最大径の５０％以上であることが望ましい。

本発明に係る前記電流遮断装置においては、前記端子及び前記タブリードのそれぞれは、少なくとも３つ以上の前記溶接痕を有し、各溶接痕の中心は、前記ケースの側に底辺と、前記底辺の１／２以下の高さを有する三角形の頂点に配されていることが望ましい。

本発明に係る前記電流遮断装置においては、前記電流遮断手段は、前記ケースに対して固定された固定接点と、前記固定接点に対して接離可能に移動する可動接点が設けられ、この可動接点を前記固定接点に押圧して接触させる可動片と、温度変化に伴って変形することにより前記可動接点が前記固定接点から離隔するように前記可動片を作動させる熱応動素子とを有することが望ましい。

本発明に係る２次電池回路は、前記電流遮断装置を備え、前記タブリードは、２次電池の極板を構成することを特徴とする。

本発明に係る電気機器用の安全回路は、前記電流遮断装置を備えたことを特徴とする。

本発明の電流遮断装置によれば、端子又はタブリードのうち、いずれか一方は、光を吸収し溶融する第１金属からなり、他方は、第１金属と共に溶融する第２金属からなる。第１金属における光の吸収によって生じた熱は、第１金属を溶融させると共に、第２金属に伝わり、第２金属をも溶融させる。その結果、端子及びタブリードの外表面には、第１金属及び第２金属が溶融した溶接痕が形成される。本発明では、一方側で溶融した第１金属の一部が他方側に移動し、他方側の溶接痕に露出する。従って、溶接箇所において、第１金属と第２金属とが十分に混ざり合い、大きな接合強度が得られる。

本発明の電流遮断装置の一実施形態であるブレーカーの構成を示す組み立て斜視図。 通常の充電又は放電時などの通電状態におけるブレーカーの動作を示す断面図。 過充電状態又は異常時などの電流遮断状態におけるブレーカーの動作を示す断面図。 同ブレーカーを示す斜視図。 同ブレーカーの端子とタブリードとの溶接箇所を模式的に示す断面図。 タブリード側に形成される溶接痕を示す顕微鏡写真。 端子側に形成される溶接痕を示す顕微鏡写真。 （ａ）は、同ブレーカーの端子とタブリードとの溶接痕を示す平面図、（ｂ）は、同溶接痕を示す裏面図。 同ブレーカーの変形例を示す斜視図。 本発明のブレーカーを備えた２次電池パックの平面図。 本発明のブレーカーを備えた安全回路の回路図。

（実施形態１）
本発明の電流遮断装置の一実施形態であるブレーカーについて図面を参照して説明する。図１乃至図３はブレーカーの構成を示す。ブレーカー１は、温度変化に応じて電流を遮断する電流遮断手段１０を備えている。電流遮断手段１０は、ケース７に収容されている。

電流遮断手段１０は、固定接点２１と、可動片４と、熱応動素子５と、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスター６とを有している。固定接点２１は、固定片２に形成されている。固定片２は、ケース７に対して固定されている。可動片４には、固定接点２１に対して接離可能に移動する可動接点４１が設けられている。可動片４は、可動接点４１を固定接点２１に押圧して接触させる。熱応動素子５は、温度変化に伴って変形することにより、可動接点４１が固定接点２１から離隔するように可動片４を作動させる。ＰＴＣサーミスター６は、固定接点２１から可動接点４１が離隔しているときに、熱応動素子５を介して可動片４と固定片２を導通させる。

ケース７は、樹脂ベース７１（第１ケース）及びカバー部材７２（第２ケース）等によって構成され、電流遮断手段１０と共に、ブレーカー１を構成する。ケース７の外側には、端子３が突出している。本実施形態では、１対の端子３１及び３２が突出している。端子３１は、固定片２の先端部に設けられている。端子３２は、可動接点４１とは反対側の可動片の端部に設けられている。

端子３には、タブリード８が溶接されている。本実施形態では、一対のタブリード８１及び８２が適用されている。すなわち、一方の端子３１にはタブリード８１が溶接され、他方の端子３２にはタブリード８２が溶接されている。

本実施形態では、タブリード８１及びタブリード８２は、光を吸収し溶融する第１金属Ｍ１からなり、端子３１及び端子３２は、第１金属Ｍ１と共に溶融する第２金属Ｍ２からなる。第２金属Ｍ２は、第１金属Ｍ１よりも融点の低い金属の他、第１金属Ｍ１と同等の融点の金属が適用されうる。端子３１及び端子３２が第１金属Ｍ１からなり、タブリード８１及びタブリード８２が第２金属Ｍ２からなる構成であってもよい。

第１金属Ｍ１としては、例えば、ニッケルを主成分とする金属を適用できる。第２金属Ｍ２としては、例えば、銅を主成分とする金属（例えば、銅−チタン合金、洋白、黄銅など）を適用できる。銅は、ニッケルよりも融点が低く、隣接する銅と共に溶融することができる。また、銅は、導電性に優れ、通電時におけるブレーカー１の電気抵抗を低減する。

また、端子３１又は端子３２のうち、いずれか一方が第１金属Ｍ１からなり、他方が第２金属Ｍ２からなる構成であってもよい。この場合、一方の第１金属Ｍ１と溶接されるタブリードが第２金属Ｍ２からなり、他方と溶接されるタブリードが第１金属Ｍ１からなる。

本実施形態では、固定片２の一部がケース７から突出し端子３１を構成する。これにより、端子３１は、固定接点２１と一体に形成されている。また、可動片４の一部がケース７から突出し端子３２を構成する。これにより、端子３２は、可動接点４１と一体に形成されている。

本実施形態の固定片２は、板状の第２金属Ｍ２をプレス加工することにより形成され、一部が樹脂ベース７１にインサート成形により埋め込まれている。固定片２の中央部には固定接点２１が形成され、端部には、ＰＴＣサーミスター６を支持する支持部２３が形成されている。固定接点２１は、樹脂ベース７１に対して固定されている。支持部２３の背面は、ケース７の底面と実質的に同一平面上に設けられている。従って、ケース７の高さが抑制され、ブレーカー１の薄型化を図ることが可能となる。ＰＴＣサーミスター６は、固定片２の支持部２３に数箇所形成された凸状の突起（ダボ）２４の上に載置されて、突起２４に支持される。固定接点２１は、銀、ニッケル、ニッケル−銀合金の他、銅−銀合金、金−銀合金などの導電性の良い材料のクラッド、メッキ又は塗布等により可動接点４１に対向する位置に形成され、樹脂ベース７１の上方に形成されている開口部７３ｂの一部から露出されている。

固定片２は、固定接点２１及び支持部２３において露出し、固定接点２１の周囲及び固定接点２１と支持部２３との間等において樹脂ベース７１に埋設される。固定片２の支持部２３の表面は、ケース７の内部の収容空間に露出し、突起２４を介してＰＴＣサーミスター６と電気的に接触している。

可動片４は、板状の第２金属Ｍ２をプレス加工することにより、長手方向の中心線に対して対称なアーム状に形成されている。可動片４の長手方向の一端には、タブリード８２と電気的に接続される端子３２が形成され、ケース７の外部に露出される。可動片４の他端（アーム状の可動片４の先端に相当）には可動接点４１が形成されている。可動接点４１は、例えば、固定接点２１と同等の材料によって形成され、溶接の他、クラッド、かしめ（crimping）等の手法によって可動片４の先端部に接合されている。

なお、本出願においては、可動片４において、可動接点４１が接合されている面（すなわち図１において下側の面）を裏（うら）面、その反対側の面を表（おもて）面として説明している。他の部品、例えば、固定片２及び熱応動素子５等についても同様である。可動片４は、可動接点４１と端子３２の間に、挟持部４２（アーム状の可動片４の基端であり、ケース７に埋設される部分に相当）、及び弾性部４３を有している。挟持部４２は、端子３２と弾性部４３との間で樹脂ベース７１及びカバー部材７２と当接する。挟持部４２は、可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４２ａを有する。弾性部４３は、挟持部４２から可動接点４１の側に延出されている。挟持部４２において樹脂ベース７１とカバー部材７２によって裏表両面側から挟み込まれて可動片４が固定され、弾性部４３が弾性変形することにより、その先端に形成されている可動接点４１が固定接点２１の側に押圧されて接触し、固定片２と可動片４とが通電可能となる。

樹脂ベース７１とカバー部材７２には、可動片４の挟持部４２と当接し、挟持部４２を固定状態で保持する当接部７４と当接部７９がそれぞれ形成されている。本実施形態では、樹脂ベース７１の収容部７３の外縁から樹脂ベース７１の外壁に亘る領域に当接部７４が形成されている。当接部７４は、図１中、ケース７の底壁（内底面）の一部を構成する。また、カバー部材７２において、可動片４を挟んで当接部７４と対向する領域に当接部７９が形成されている。当接部７９は、図１中、ケース７の天壁（内天面）の一部を構成する。

挟持部４２は、その裏面において樹脂ベース７１の当接部７４と当接し、その表面においてカバー部材７２の当接部７９と当接する。可動片４は、当接部７４及び当接部７９によって挟持部４２の裏表両面から挟み込まれて、ケース７に対して固定される。本実施形態においては、挟持部４２が可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４２ａを有するので、挟持部４２が幅広く大きな領域でケース７の当接部７４及び当接部７９によって挟み込まれ、可動片４がケース７に対して強固に固定される。

可動片４は、弾性部４３において、プレス加工により湾曲又は屈曲されている。湾曲又は屈曲の度合いは、熱応動素子５を収納できる限り特に限定はなく、動作温度及び復帰温度における弾性力、接点の押圧力などを考慮して適宜設定すればよい。また、弾性部４３の下面には、熱応動素子５に対向して突起（接触部）４４が形成されている。熱応動素子５の熱変形時に突起４４と熱応動素子５とは接触して、突起４４を介して熱応動素子５の変形が弾性部４３に伝達される（図３参照）。

また、可動片４には、可動片４の厚み方向に貫通し、樹脂ベース７１の突起７４ａが挿通される貫通穴４５と、クランク状に形成された段曲げ部４６と、段曲げ部４６に形成された斜面４７と、樹脂ベース７１の位置決め部７５と係合される一対の係合部４８と、可動片４の長手方向に対して垂直な短手方向に可動片４の一部が切除されたくびれ部４９が形成されている。貫通穴４５、段曲げ部４６、斜面４７、係合部４８及びくびれ部４９は、弾性部４３を挟んで可動接点４１とは反対側、すなわち弾性部４３に対して端子３２の側に設けられている。貫通穴４５は、くびれ部４９において可動片４の長手方向の中心線上に設けられている。斜面４７は、可動片４の短手方向に沿って連続して形成されている。係合部４８は、可動片４の短手方向に沿って２箇所に設けられている。

貫通穴４５は、可動片４の挟持部４２に形成されている。挟持部４２は、弾性部４３に対して可動片４の短手方向に幅広に形成されている。これにより、挟持部４２における可動片４の長手方向に垂直な断面積が、弾性部４３における該断面積に対して大きい箇所となる。また、貫通穴４５は、平面視で（可動片４の厚み方向に視て）可動片４の短手方向に長い長円形状に形成されている。

係合部４８は、くびれ部４９の端子３２の側の端縁にて形成される。くびれ部４９は、挟持部４２を挟んで弾性部４３とは反対側で、挟持部４２と端子３２の間に配設されている。くびれ部４９の幅寸法（可動片４の短手方向の長さ寸法、以下同様）は、弾性部４３の幅寸法に対して同等以下に設定されているのが望ましいが、少なくとも挟持部４２及び端子３２の幅寸法よりも小さく設定されていればよい。本実施形態におけるくびれ部４９は、上記特許文献１における第２弾性部としての機能を有しており、端子３２に加えられた外力や衝撃を吸収し、可動接点４１の位置を適正に維持する。

熱応動素子５は円弧状に湾曲した初期形状をなし、バイメタル、トリメタルなどの複合材料からなる。過熱により動作温度に達すると湾曲形状はスナップモーションを伴って逆反りし、冷却により復帰温度を下回ると復元する。熱応動素子５の初期形状は、プレス加工により形成することができる。所期の温度で熱応動素子５の逆反り動作により可動片４の弾性部４３が押し上げられ、かつ弾性部４３の弾性力により元に戻る限り、熱応動素子５の材質及び形状は特に限定されるものでないが、生産性及び逆反り動作の効率性の観点から矩形が望ましく、小型でありながら弾性部４３を効率的に押し上げるために正方形に近い長方形であるのが望ましい。なお、熱応動素子５の材料としては、例えば、高膨脹側に銅−ニッケル−マンガン合金又はニッケル−クロム−鉄合金、低膨脹側に鉄−ニッケル合金をはじめとする、洋白、黄銅、ステンレス鋼など各種の合金からなる熱膨張率の異なる２種類の材料を積層したものが、所要条件に応じて組み合わせて使用される。

熱応動素子５の逆反り動作により固定片２と可動片４との通電が遮断されたとき、ＰＴＣサーミスター６に流れる電流が増大する。ＰＴＣサーミスター６は、温度上昇と共に抵抗値が増大して電流を制限する正特性サーミスターであれば、動作電流、動作電圧、動作温度、復帰温度などの必要に応じて種類を選択でき、その材料及び形状はこれらの諸特性を損なわない限り特に限定されるものではない。本実施形態では、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸カルシウムを含むセラミック焼結体が用いられる。セラミック焼結体の他、ポリマーにカーボン等の導電性粒子を含有させたいわゆるポリマーＰＴＣを用いてもよい。

ケース７を構成する樹脂ベース７１及びカバー部材７２は、難燃性のポリアミド（ＰＡ）、耐熱性に優れたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの熱可塑性樹脂により成形されている。上述した樹脂と同等以上の特性が得られるのであれば、樹脂以外の材料を適用してもよい。樹脂ベース７１には、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６などを収容するための収容部７３、及び可動片４を収納するための開口部７３ａ、７３ｂなどが形成されている。なお、樹脂ベース７１に組み込まれた熱応動素子５の端縁は、収容部７３の内部に形成されている枠によって当接され、熱応動素子５の逆反り時に案内される。

また、樹脂ベース７１は、可動片４の貫通穴４５に挿通される突起７４ａと、可動片４を位置決めするための一対の位置決め部７５と、可動片４の端子３２を外部に露出させるための窓７６を有する。突起７４ａは、貫通穴４５に対応する形状に形成され、樹脂ベース７１を補強する。突起７４ａの高さすなわち突出量は、可動片４の厚みより大きく設定され、カバー部材７２の裏面には、突起７４ａの頂部に対応する凹部が必要に応じて設けられる。位置決め部７５は、可動片４のくびれ部４９に対応する形状に設けられている。すなわち、位置決め部７５は、くびれ部４９の近傍において切除された部分に介在し、樹脂ベース７１を補強すると共に、カバー部材７２の当接部７９と溶着されて、ケース７の剛性・強度を高める。

カバー部材７２には、カバー片７８がインサート成形によって埋め込まれている。カバー片７８は、上述したリン青銅等を主成分とする金属板又はステンレス鋼等の金属板をプレス加工することにより形成される。カバー片７８は、図２及び図３に示すように、可動片４の上面と適宜当接し、可動片４の動きを規制すると共に、カバー部材７２のひいては筐体としてのケース７の剛性・強度を高めつつブレーカー１の小型化に貢献する。

図１に示すように、固定片２、可動片４、熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６等を収容した樹脂ベース７１の収容部７３等を塞ぐように、カバー部材７２が、樹脂ベース７１の上面に装着される。樹脂ベース７１とカバー部材７２とは、例えば超音波溶着によって接合される。

図２は、通常の充電又は放電状態におけるブレーカー１の動作を示している。通常の充電又は放電状態においては、熱応動素子５は初期形状を維持し（逆反り前であり）、固定接点２１と可動接点４１は接触し、可動片４の弾性部４３を通じてブレーカー１の固定片２と可動片４との間、すなわちタブリード８１とタブリード８２との間は導通している。ことのき、可動片４の弾性部４３と熱応動素子５とは接触しており、可動片４、熱応動素子５、ＰＴＣサーミスター６及び固定片２は、回路として導通している。しかし、ＰＴＣサーミスター６の抵抗は、可動片４の抵抗に比べて圧倒的に大きいため、ＰＴＣサーミスター６を流れる電流は、固定接点２１及び可動接点４１を流れる量に比して実質的に無視できる程度である。

図３は、過充電状態又は異常時などにおけるブレーカー１の動作を示している。過充電又は異常により高温状態となると、動作温度に達した熱応動素子５は逆反りし、可動片４の弾性部４３が押し上げられて固定接点２１と可動接点４１とが離隔する。このとき、固定接点２１と可動接点４１の間を流れていた電流は遮断され、僅かな漏れ電流が熱応動素子５及びＰＴＣサーミスター６を通して流れることとなる。ＰＴＣサーミスター６は、このような漏れ電流の流れる限り発熱を続け、熱応動素子５を逆反り状態に維持させつつ抵抗値を激増させるので、電流は固定接点２１と可動接点４１の間の経路を流れず、上述の僅かな漏れ電流のみが存在する（自己保持回路を構成する）。この漏れ電流は安全装置の他の機能に充てることができる。

過充電状態を解除し、又は異常状態を解消すると、ＰＴＣサーミスター６の発熱も収まり、熱応動素子５は復帰温度に戻り、元の初期形状に復元する。そして、可動片４の弾性部４３の弾性力によって可動接点４１と固定接点２１とは再び接触し、回路は遮断状態を解かれ、図２に示す導通状態に復帰する。

図４は、端子３１にタブリード８１が、端子３２にタブリード８２が、それぞれ溶接されたブレーカー１を示している。図４では、Ｌ字状に形成されたタブリード８１と直線状に形成されたタブリード８２が適用されている。タブリード８１、８２の形状は、ブレーカー１が実装される回路に応じて、適宜設定される。

本発明では、端子３１、３２とタブリード８１、８２との溶接手法として、レーザー溶接が用いられる。レーザー溶接とは、溶接箇所にレーザー光を照射して、金属を溶融させることにより、接合する手法である。

端子３１、３２とタブリード８１、８２との溶接箇所には、第１金属及び第２金属が溶融した痕跡である溶接痕（ナゲット）９が形成される。本実施形態では、端子３１とタブリード８１とが３箇所で溶接され、３つの溶接痕９が形成されている。また、端子３２とタブリード８２とが３箇所で溶接され、３つの溶接痕９が形成されている。以下、端子３１とタブリード８１との溶接について説明するが、端子３２とタブリード８２との溶接についても同様に適用されうる。

図５は、溶接痕９を含む、端子３１及びタブリード８１の断面を模式的に示している。端子３２及びタブリード８２の断面も同様に示される。同図では、第１金属Ｍ１の複数の分子からなる集合体が白ドットで、第２金属Ｍ２の複数の分子からなる集合体が黒ドットでそれぞれ表されている。

レーザー溶接にあたって、端子３１及びタブリード８１は、例えば、治具（図示せず）等によって固定されている。これにより、端子３１の内表面３１ａとタブリード８１の内表面８１ａとが隙間なく接触される。

レーザー光Ｌは、第１金属Ｍ１の側から照射される。これにより、第１金属Ｍ１は、レーザー光Ｌを吸収し、発熱する。第１金属Ｍ１におけるレーザー光Ｌの吸収によって生じた熱は、第１金属Ｍ１を溶融させると共に、第２金属Ｍ２に伝わり、第２金属Ｍ２をも溶融させる。第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２の溶融によって生じた溶融池９０では、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが混ざり合い、その境界で合金が形成され、端子３１とタブリード８１との接合強度が高められる。

本発明では、溶接痕９がタブリード８１の外表面８１ｂ及び端子３１の外表面３１ｂの両側に現れるように、レーザー光Ｌが照射される。すなわち、タブリード８１の外表面８１ｂに溶接痕９１が、端子３１の外表面３１ｂに溶接痕９２が、それぞれ形成される。このような溶接形態では、溶融池９０がタブリード８１の外表面８１ｂから端子３１の外表面３１ｂにわたって連続的に形成され、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが複雑に混ざり合い、端子３１とタブリード８１との接合強度が飛躍的に高められる。

図５では、タブリード８１を上方に配置して、上述したレーザー溶接が実施されている。この場合、溶融池９０で溶融した第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２が、重力の影響を受け、下方に沈下する。従って、タブリード８１の側に形成された溶接痕９１は、外表面８１ｂから陥没した形状となり、端子３１の側に形成された溶接痕９２は、外表面３１ｂから突出した形状となる。

図６は、タブリード８１の外表面８１ｂに形成される溶接痕９１を、図７は、端子３１の外表面３１ｂに形成される溶接痕９２を、それぞれ示す顕微鏡写真である。溶融池９０が外表面８１ｂから外表面３１ｂにわたって連続的に生じ、その後、凝固した痕跡である溶接痕９では、タブリード８１の側で溶融した第１金属Ｍ１の一部が端子３１側に移動し、端子３１の外表面３１ｂに露出する（図５及び７参照）。一方、端子３１の側で溶融した第２金属Ｍ２の一部がタブリード８１の側に移動し、タブリード８１の外表面８１ｂに露出する（図５及び６参照）。従って、溶融池９０において、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが十分に混ざり合い、大きな接合強度が得られる。

第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが混ざり合っている様は、例えば、図６及び図７にて確認できるように、タブリード８１の外表面８１ｂに現れる溶接痕９１及び端子３１の外表面３１ｂに現れる溶接痕９２を顕微鏡等によって拡大することにより確認されうる。また、溶融池９０の断面を顕微鏡等によって拡大することにより確認されうる。

図６にて確認できるように、タブリード８１の側に形成された溶接痕９１の外表面８１ｂからの陥没により、溶接痕９１の外縁には、円環状の光沢が視認できる。一方、図７にて確認できるように、端子３１の側に形成された溶接痕９２の外表面３１ｂからの突出により、溶接痕９２の外縁には、円環状の光沢が視認できる。

図５では、第１金属Ｍ１で構成されるタブリード８１の側からレーザー光Ｌが照射される。従って、タブリード８１の外表面８１ｂに形成される溶接痕９１の最大径（ナゲット径）Ｄ１は、端子３１の外表面３１ｂに形成される溶接痕９２の最大径（ナゲット径）Ｄ２よりも大きくなる。そして、端子３１の外表面３１ｂに形成される溶接痕９２の最大径Ｄ２は、タブリード８１の外表面８１ｂに形成される溶接痕９１の最大径Ｄ１の５０％以上が望ましい。このような溶接形態によれば、端子３１の側でも大きな容積の溶融池９０が形成される。従って、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが大きな領域で混ざり合い、接合強度がより一層高められる。

端子３１の外表面３１ｂに形成される溶接痕９２の最大径Ｄ２は、端子３１及びタブリード８１の合計厚さＴよりも大きいのが望ましい。このような溶接形態では、端子３１の側でも大きな容積の溶融池９０が形成される。従って、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが大きな領域で混ざり合い、接合強度がより一層高められる。

図８（ａ）は溶接痕９１が形成されたタブリード８１を、図８（ｂ）は溶接痕９２が形成された端子３１を、それぞれ示している。図４及び図８に示されるように、端子３１とタブリード８１との接合強度を高めるためには、端子３１とタブリード８１との溶接箇所を３箇所以上とすることが望ましい。本実施形態では、端子３１とタブリード８１とが、３箇所で溶接されている。

本実施形態では、端子３１及びタブリード８１の合計厚さＴが十分に小さいので、タブリード８１の外表面８１ｂに形成される溶接痕９１の中心Ｏ１と、端子３１の外表面３１ｂに形成される溶接痕９２の中心Ｏ２とは、平面視で実質的に一致する。そして、外表面８１ｂに形成される溶接痕９１の中心Ｏ１は、ケース７の側に底辺ＴＢ１を有する三角形ＴＲ１の各頂点に配されているのが望ましい。同様に、外表面３１ｂに形成される溶接痕９２の中心Ｏ２は、ケース７の側に底辺ＴＢ２を有する三角形ＴＲ２の各頂点に配されているのが望ましい。このような溶接痕９１及び溶接痕９２の配置によれば、端子３１の基端側に多くの溶接箇所が配されるので、端子３１とタブリード８１との接合強度が効果的に高められる。

上記三角形ＴＲ１の高さＴＨ１は、底辺ＴＢ１の１／２以下が望ましい。同様に、上記三角形ＴＲ２の高さＴＨ２は、底辺ＴＢ２の１／２以下が望ましい。このような溶接痕９１及び溶接痕９２の配置によれば、ケース７からの端子３１の突出量を小さくすることができる。

さらに本発明は、図９に示されるように、端子３２のケース７の外側に突出する領域に、段曲げ部３３が設けられたブレーカー１Ａにも適用可能である。このようなブレーカー１Ａにあっては、図８に示されるように、高さＴＨ１が底辺ＴＢ１の１／２以下である三角形ＴＲ１の頂点に溶接痕９の中心が設けられているのが望ましい。このような溶接痕９の配置によれば、高さＴＨ１を抑制できるので、段曲げ部３３と溶接箇所との間で、端子３２とタブリード８２とを容易に保持することが可能となり、両者間の隙間を抑制し、接合強度をより一層高めることが可能となる。同様の理由により、段曲げ部が、端子３１の外側に突出する領域に設けられていてもよい。

図１０は、上記ブレーカー１を備えた２次電池パックの一例を示している。２次電池パック１００は、ブレーカー１と、２次電池１０１と、回路基板１１０等とを備える。２次電池１０１は、電解質を含有するセパレータを介して正極板１０１ａ及び負極板１０１ｂが対向されてなるセル（図示せず）を有する。本実施形態のタブリード８１は、２次電池１０１の正極板１０１ａを構成する。本実施形態では、タブリード８１がニッケルを主成分とする金属からなっているので、２次電池１０１の正極板１０１ａとして好適に用いることができる。

タブリード８２が、２次電池１０１の正極板１０１ａを構成する形態であってもよい。さらには、タブリード８１又は８２のうち、いずれか一方が、２次電池１０１の負極板１０１ｂを構成する形態であってもよい。このような形態では、２次電池パック１００の構成が簡素化され、２次電池パック１００のコストダウンを図ることが可能となる。

ブレーカー１及び２次電池１０１の製造順序は、任意である。すなわち、先にタブリード８が端子３に溶接されたブレーカー１を製造し、かかるブレーカー１を２次電池１０１の製造ラインに供給して２次電池１０１を製造してもよいし、先にタブリード８の先端部が埋設された２次電池１０１を製造し、かかる２次電池１０１をブレーカー１の製造ラインに供給してブレーカー１を製造してもよい。

以上のように、本実施形態のブレーカー１によれば、端子３又はタブリード８のうち、いずれか一方は、光を吸収し溶融する第１金属Ｍ１からなり、他方は、第１金属Ｍ１と共に溶融する第２金属Ｍ２からなる。第１金属Ｍ１における光の吸収によって生じた熱は、第１金属Ｍ１を溶融させると共に、第２金属Ｍ２に伝わり、第２金属Ｍ２をも溶融させる。その結果、端子３及びタブリード８の外表面には、第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２が溶融した溶接痕９が形成される。本発明では、一方側で溶融した第１金属Ｍ１の一部が他方側に移動し、他方側の溶接痕９に露出する。従って、溶接箇所において、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが十分に混ざり合い、大きな接合強度が得られる。

また、他方側の溶接痕９（図５及び図７では、端子３１の外表面３１ｂに形成される溶接痕９２）に露出する第１金属Ｍ１を確認することにより、溶接品質を高い精度で推定可能となる。第１金属Ｍ１の確認は、作業者による目視や、端子３１の外表面３１ｂをカメラ等によって撮影し、その電子化された画像データを処理等することにより、生産されたブレーカーの全数について迅速かつ容易に行なうことができる。このような溶接痕９の外観的特徴を利用した溶接品質の推定は、生産されたブレーカーの一部を抜き取って溶接箇所の破壊試験等を実施する従来の検査と併用して行なうことができる。両者を併用して行なうことにより、検査漏れが生ずるおそれが抑制されうる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも、温度変化に応じて電流を遮断する電流遮断手段１０と、電流遮断手段１０を収容するケース７と、ケース７の外側に突出する端子３と、端子３が溶接されるタブリード８とを備え、端子３又はタブリード８のうち、いずれか一方は、光を吸収し溶融する第１金属Ｍ１からなり、他方は、第１金属Ｍ１と共に溶融する第２金属Ｍ２からなり、端子３及びタブリード８は、その外表面に第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２が溶融した溶接痕９を有し、他方側の溶接痕９には、溶融した第１金属Ｍ１の一部が露出していればよい。

第２金属Ｍ２は、第１金属Ｍ１と共に溶融する金属であればよいので、第１金属Ｍ１と同じ金属であってもよい。例えば、第１金属Ｍ１と第２金属Ｍ２とが、共に銅を主成分とする金属であってもよい。この場合、端子３及びタブリード８の外表面に、第１金属Ｍ１及び第２金属Ｍ２が溶融した溶接痕９が確認されうる。端子３及びタブリード８が共に銅を主成分とする金属で構成されるブレーカー１にあっては、導電性に優れた２次電池回路を構成することが可能となる。

端子３、ケース７及びタブリード８の形状は、図１等に示したものに限られず、適宜変更可能である。

本実施形態では、ＰＴＣサーミスター６による自己保持回路を有しているが、このような構成を省いた形態であっても適用可能である。

さらには、本発明の電流遮断装置は、電流遮断手段１０として、ＰＴＣサーミスターが単独で用いられる構成であってもよい。かかるＰＴＣサーミスターとしては、例えば、絶縁性ポリマー中にカーボンブラック等の導電性粒子を分散させたポリマーＰＴＣが好適に用いられる。ＰＴＣサーミスターは、端子３１と端子３２と接続する。ポリマーＰＴＣが高温にさらされると、絶縁性ポリマーが膨張し、これに伴い導電性粒子からなる導通経路が断絶され、電流が遮断される。ＰＴＣサーミスターを単独で用いることにより、電流遮断装置のコストダウンを図ることができる。

また、本発明の電流遮断装置は、電流遮断手段１０として、温度ヒューズが用いられる構成であってもよい。温度ヒューズには、例えば可溶体が用いられる。可溶体は、低融点の可溶金属からなり、端子３１と端子３２とを接続する。温度ヒューズが高温にさらされると、可溶体が溶融し、これに伴い導通経路が断絶され、電流が遮断される。

また、樹脂ベース７１とカバー部材７２との接合手法は、超音波溶着に限られることなく、両者が強固に接合され十分な気密性が得られる手法であれば、適宜適用することができる。例えば、液状又はゲル状の接着剤を塗布・充填し、硬化させることにより、両者が接着されてもよい。また、ケース７は、樹脂ベース７１とカバー部材７２等によって構成される形態に限られることなく、２個以上の部品によって構成される形態であればよい。例えば、樹脂ベース７１とカバー部材７２の外側に、インサート成形等によって第３ケースを構成する樹脂が充填されている形態であってもよい。

また、可動片４をバイメタル又はトリメタル等の積層金属によって形成することにより、可動片４と熱応動素子５を一体的に形成する構成であってもよい。この場合、ブレーカー１の構成が簡素化されて、さらなる小型化を図ることができる。

また、特開２００５−２０３２７７号公報に示されるような、可動片が端子の側のアームターミナルと可動接点の側の可動アームに構造的に分離されている形態に、本発明を適用してもよい。また、アームターミナルと可動アームとが溶接等によって固定されていてもよい。

さらにまた、本発明は、特開２００６−３３１７０５号公報に示されるような、２つの固定接点（同文献中、第１外部接続端子１２３−１、第２外部接続端子１２３−２）を有する形態にも適用可能である。

また、図１等においては、可動片４は、貫通穴４５、段曲げ部４６及びくびれ部４９の構成を有する形態であるが、これらの構成うちのいずれか又は全てが省略されていてもよい。例えば、貫通穴４５を省略する場合は、樹脂ベース７１の突起７４ａも省略される。段曲げ部４６が省略される場合は、挟持部４２からくびれ部４９にわたって平坦な形状となる。この構成においては、段曲げ部４６を省略することにより、可動片４及び樹脂ベース７１の長手方向の寸法を小さくして、ブレーカー１のさらなる小型化を図ることができる。また、くびれ部４９が省略される場合は、可動片４は、挟持部４２から端子３２に亘って等幅に形成され、これに伴い樹脂ベース７１の位置決め部７５の形状も変更される。このように、可動片４の挟持部４２並びに樹脂ベース７１の当接部７４及びカバー部材７２の当接部７９等の形状は、図１等に示したものに限られず、適宜変更可能である。

また、本発明のブレーカー１等の電流遮断装置は、電気機器用の安全回路等にも広く適用できる。例えば、図１１には電気機器用の安全回路１０２が示されている。安全回路１０２は２次電池１０１の出力回路中に、直列にブレーカー１等を備えている。

１ ブレーカー（電流遮断装置）
３ 端子
４ 可動片
５ 熱応動素子
７ ケース
８ タブリード
９ 溶接痕
１０ 電流遮断手段
２１ 固定接点
４１ 可動接点
Ｍ１ 第１金属
Ｍ２ 第２金属

Claims (7)

1. 温度変化に応じて電流を遮断する電流遮断手段と、前記電流遮断手段を収容するケースと、前記ケースの外側に突出する端子と、前記端子が溶接されるタブリードとを備えた電流遮断装置において、
   前記端子又は前記タブリードのうち、いずれか一方は、光を吸収し溶融する第１金属からなり、他方は、前記第１金属と共に溶融する第２金属からなり、
   前記端子及び前記タブリードは、その外表面に前記第１金属及び前記第２金属が溶融した溶接痕を有し、
   前記他方側の溶接痕には、溶融した前記第１金属の一部が露出していることを特徴とする電流遮断装置。
2. 前記他方側の溶接痕の最大径は、前記端子及び前記タブリードの厚さの合計よりも大きい請求項１記載の電流遮断装置。
3. 前記他方側の溶接痕の最大径は、前記一方側の溶接痕の最大径の５０％以上である請求項１又は２に記載の電流遮断装置。
4. 前記端子及び前記タブリードのそれぞれは、少なくとも３つ以上の前記溶接痕を有し、
   各溶接痕の中心は、前記ケースの側に底辺と、前記底辺の１／２以下の高さを有する三角形の頂点に配されている請求項１乃至３のいずれかに記載の電流遮断装置。
5. 前記電流遮断手段は、
   前記ケースに対して固定された固定接点と、
   前記固定接点に対して接離可能に移動する可動接点が設けられ、この可動接点を前記固定接点に押圧して接触させる可動片と、
   温度変化に伴って変形することにより前記可動接点が前記固定接点から離隔するように前記可動片を作動させる熱応動素子とを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の電流遮断装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電流遮断装置を備え、
   前記タブリードは、２次電池の極板を構成することを特徴とする２次電池回路。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電流遮断装置を備えたことを特徴とする電気機器用の安全回路。