JP2023106260A - 保護素子、及びバッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】長時間にわたって溶断部材が発熱した場合でも、溶断部材の固定状態を安定化させ、安全かつ速やかに電流経路を遮断する。
【解決手段】保護素子１は、ケース２８と、ヒューズエレメント２と、ヒューズエレメント２の少なくとも一方の面に接続され、ヒューズエレメント２を溶断する溶断部材３と、ケース２８の内面に設けられ、溶断部材３と当接することにより溶断部材３の揺動を抑制する固定部材８を有し、溶断部材３は、絶縁基板４と、絶縁基板４に形成された発熱体５を備え、絶縁基板４が発熱体５の発熱により軟化する接合材料９によりヒューズエレメント２に接続されている。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。

図２７は、従来の保護素子の一構成例を示す平面図であり、図２８は、図２７に示す従来の保護素子のＤ－Ｄ’断面図であり、図２９は、図２７に示す従来の保護素子のＥ－Ｅ’断面図である。図２７～図２９に示す保護素子１００は、ヒューズエレメント１０１と、ヒューズエレメント１０１を溶断する一対の溶断部材１０２とを備える。

図３０は、溶断部材を示す図であり、（Ａ）は発熱体が設けられた絶縁基板表面側を示す平面図であり、（Ｂ）はヒューズエレメント１０１と接する絶縁基板裏面側を示す底面図である。各溶断部材１０２は、絶縁基板１０３と、絶縁基板１０３の表面側に形成された発熱体１０４と、発熱体１０４を被覆する絶縁層１０５と、発熱体１０４と接続され、絶縁層１０５を介して発熱体１０４と重畳される発熱体引出電極１０６と、絶縁基板１０３の裏面に形成され、ヒューズエレメント１０１の溶断時にヒューズエレメント１０１の溶融導体を保持する保持電極１０７と、絶縁基板１０３を貫通し、発熱体引出電極１０６と保持電極１０７とを連続させる貫通孔１０８を有する。

発熱体１０４は、一端が発熱体給電電極１１０と接続されている。発熱体給電電極１１０は、絶縁基板１０３の裏面に形成された外部接続電極１１０ａとキャスタレーションを介して接続されている。そして、図２９に示すように、外部接続電極１１０ａはソルダーペースト１１４等の接合材料により第３の電極端子１１３と接続されている。そして、発熱体１０４は、発熱体給電電極１１０、外部接続電極１１０ａ及び第３の電極端子１１３を介して電源を備えた外部回路と接続され、外部回路から給電可能とされている。

ヒューズエレメント１０１は、外部回路と接続された第１、第２の電極端子１１１，１１２とソルダーペースト１１４等の接合材料により接続されている。また、ヒューズエレメント１０１は、保持電極１０７及び絶縁基板１０３の裏面に形成された補助電極１０９と、ソルダーペースト１１４等の接合材料により接続されている。

溶断部材１０２は、発熱体１０４が通電、発熱されるとこの熱によりヒューズエレメント１０１を溶融させ、その溶融導体１０１ａが貫通孔１０８を介して発熱体引出電極１０６側に吸引する。これによりヒューズエレメント１０１は、保持電極１０７と補助電極１０９との間が溶断され、第１の電極端子１１１、第２の電極端子１１２間の導通が遮断される。

特開２０２１－３４３６２号公報

保護素子１００のような従来構造では、電気自動車等の高電圧大電流用途の保護回路に用いられた場合、大電流に対応した断面積が広く体積が増大したヒューズエレメント１０１が用いられる。そして、保護素子１００の作動時には、このヒューズエレメント１０１を溶断するために、発熱体１０４に高電圧が印加され、高熱を発熱するとともに、溶断するまでの時間も長くなる。このため、発熱体１０４による発熱時間が延びることにより、過剰の熱が絶縁基板１０３に蓄積される。これにより、ソルダーペースト１１４によりヒューズエレメント１０１の表裏面に固定されている溶断部材１０２の固定状態が不安定となり易い。

例えば、図３１に示すように、溶断部材１０２の絶縁基板１０３に傾きが生じ、ヒューズエレメント１０１の表裏面に面接触されていた保持電極１０７がヒューズエレメント１０１から離間すると、発熱体１０４の熱をヒューズエレメント１０１へ伝達することができず溶断が妨げられ、未切断となるおそれがある（図３２）。

そこで、本技術は、長時間にわたって溶断部材が発熱した場合でも、溶断部材の固定状態を安定化させ、安全かつ速やかに電流経路を遮断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。

上述した課題を解決するために、本技術に係る保護素子は、ケースと、ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントの少なくとも一方の面に接続され、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材と、上記ケースの内面に設けられ、上記溶断部材と当接することにより上記溶断部材の揺動を抑制する固定部材を有し、上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された発熱体を備え、上記絶縁基板が上記発熱体の発熱により軟化する接合材料により上記ヒューズエレメントに接続されているものである。

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。

本技術によれば、ケースの内面に固定部材が設けられ、この固定部材が溶断部材と当接することにより溶断部材の揺動を抑制する。これにより、接合材料が軟化しヒューズエレメントに対する溶断部材の固定状態が不安定となった場合にも、絶縁基板の傾きを抑制することができる。したがって、溶断部材の固定状態を安定化させ、発熱体の熱をヒューズエレメントへ確実に伝達することができ、安全かつ速やかに電流経路を遮断できる。

図１は、本技術が適用された保護素子の平面図である。 図２は、図１に示す保護素子のＤ－Ｄ’断面図である。 図３は、図１に示す保護素子のＥ－Ｅ’断面図である。 図４は、溶断部材を示す図であり、（Ａ）は絶縁基板の表面を示す平面図であり、（Ｂ）は絶縁基板の裏面を示す底面図である。 図５は、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）は絶縁基板の表面を示す平面図であり、（Ｂ）は絶縁基板の裏面側及び溶断したヒューズエレメントを示す平面図である。 図６は、本技術が適用された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）は図５に示す溶断部材のＡ－Ａ’断面図、（Ｂ）は図５に示す溶断部材のＢ－Ｂ’断面図である。 図７は、上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＦ－Ｆ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＧ－Ｇ’断面図である。 図８は、第１～第３の電極端子を支持する下側ケースを示す平面図である。 図９は、本技術が適用された保護素子の回路図である。 図１０は、本技術が適用された保護素子においてヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図である。 図１１は、ヒューズエレメントの断面図である。 図１２は、バッテリパックの構成例を示す回路図である。 図１３は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＨ－Ｈ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＩ－Ｉ’断面図である。 図１４は、上側ケース及び下側ケースの各内面側に柱状部材からなる固定部材を複数形成した保護素子を示す断面図である。 図１５は、上側ケース及び下側ケースの各内面側に柱状部材からなる固定部材を複数形成した保護素子を示す断面図である。 図１６は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＪ－Ｊ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＫ－Ｋ’断面図である。 図１７は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＬ－Ｌ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＭ－Ｍ’断面図である。 図１８は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＮ－Ｎ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＯ－Ｏ’断面図である。 図１９は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＰ－Ｐ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＱ－Ｑ’断面図である。 図２０は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＲ－Ｒ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＳ－Ｓ’断面図である。 図２１は、固定部材として、絶縁基板の主面部と対向する支持面を有するブロック状部材を設けた保護素子を示す断面図である。 図２２は、固定部材として、絶縁基板の主面部と対向する支持面を有するブロック状部材を設けた保護素子を示す断面図である。 図２３は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＴ－Ｔ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＵ－Ｕ’断面図である。 図２４は、変形例に係る保護素子の上側ケースと下側ケースを示す図であり、（Ａ）は上側ケースの平面図、（Ｂ）は下側ケースの平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケースのＶ－Ｖ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケースのＷ－Ｗ’断面図である。 図２５は、固定部材として、ケースの内側面に設けられ、絶縁基板の外縁部を支持する支持片が形成された保護素子を示す断面図である。 図２６は、固定部材として、ケースの内側面に設けられ、絶縁基板の外縁部を支持する支持片が形成された保護素子を示す断面図である。 図２７は、保護素子の平面図である。 図２８は、図２７に示す保護素子のＤ－Ｄ’断面図である。 図２９は、図２７に示す保護素子のＥ－Ｅ’断面図である。 図３０は、図２７に示す保護素子の溶断部材を示す図であり、（Ａ）は絶縁基板の表面を示す平面図であり、（Ｂ）は絶縁基板の裏面を示す底面図である。 図３１は、図２７に示す保護素子において、溶断部材が揺動して絶縁基板に傾きが生じ、ヒューズエレメントの表裏面に面接触されていた保持電極がヒューズエレメントから離間した状態を示す断面図である。 図３２は、図２７に示す保護素子においてヒューズエレメントが一部未切断となった状態を示す断面図である。

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。

図１～図３に示すように、本技術が適用された保護素子１は、ケース２８と、ヒューズエレメント２と、ヒューズエレメント２の少なくとも一方の面に接続され、ヒューズエレメント２を溶断する溶断部材３と、ケース２８の内面に設けられ、溶断部材３と当接することにより溶断部材３の揺動を抑制する固定部材８を有する。図１は、保護素子１の平面図であり、図２は、図１に示す保護素子１のＤ－Ｄ’断面図であり、図３は、図１に示す保護素子１のＥ－Ｅ’断面図である。

図４は、溶断部材３を示す図であり、（Ａ）は絶縁基板４の表面４ａを示す平面図であり、（Ｂ）は絶縁基板４の裏面４ｂを示す底面図である。溶断部材３は、絶縁基板４と、絶縁基板４の表面４ａ側に形成された発熱体５と、発熱体５を被覆する絶縁層６と、発熱体５と接続され、絶縁層６を介して発熱体５と重畳される発熱体引出電極７を有する。

また、絶縁基板４の表面４ａと反対側の裏面４ｂには、ヒューズエレメント２の溶断時にヒューズエレメント２の溶融導体２ａを保持する保持電極１０が形成され、絶縁基板４から発熱体引出電極７まで貫通する貫通孔１１によって、発熱体引出電極７と保持電極１０とが連続されている。

ヒューズエレメント２は、保持電極１０と接続ハンダ９等の、導電性を有し、加熱されることにより軟化する接合材料によって接続されている。また、ヒューズエレメント２は、両端が外部回路と接続された第１、第２の電極端子２１，２２と接続ハンダ９等の接合材料によって接続されている。

この保護素子１によれば、ケース２８の内面に固定部材８が設けられ、この固定部材８が溶断部材３と当接することにより溶断部材３の揺動を抑制する。これにより、ヒューズエレメント２の溶断時において発熱体５の発熱により接続ハンダ９が軟化しヒューズエレメント２に対する溶断部材３の固定状態が不安定となった場合にも、絶縁基板４の傾きを抑制する。

すなわち、保護素子１によれば、ヒューズエレメント２に面接触されていた保持電極１０がヒューズエレメント２から離間することがなく、発熱体５の熱をヒューズエレメント２へ確実に伝達することができる。したがって、大電流に対応した大型のヒューズエレメント２を用いた場合に、このヒューズエレメント２を溶断するために、相当の時間、高熱を発熱した場合でも、溶断部材３の固定状態を安定化させ、安全かつ速やかに電流経路を遮断できる。

以下、保護素子１の溶断部材３の各構成及びヒューズエレメント２について詳細に説明する。

［溶断部材］
［絶縁基板］
溶断部材３は、絶縁基板４を備える。絶縁基板４は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、絶縁基板４は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。絶縁基板４の表面４ａには発熱体５が形成されている。

本発明においては、図４（Ａ）に示すように、絶縁基板４の発熱体５が形成されている面を表面４ａとし、図４（Ｂ）に示すように、表面４ａの反対側の面を裏面４ｂとする。また、絶縁基板４は、表面４ａに形成された後述する発熱体引出電極７と、裏面４ｂに形成された後述する保持電極１０とを連続させる貫通孔１１が形成されている。

［発熱体］
発熱体５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５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４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。

保護素子１においては、絶縁基板４の表面４ａに２つの発熱体５が並列して形成されている。各発熱体５は、一端が発熱体給電電極１２と接続され、他端が発熱体電極１４と接続されている。発熱体給電電極１２は、発熱体５の一端と接続され発熱体５への給電端子となる電極であり、キャスタレーションを介して絶縁基板４の裏面４ｂに形成された外部接続電極１２ａと連続されている。また、各発熱体５は、絶縁層６に被覆されるとともに、絶縁層６上に形成された発熱体引出電極７が重畳されている。

外部接続電極１２ａは、外部回路と接続されている第３の電極端子２３と、接続ハンダ９等の、導電性を有し、発熱体５の発熱により加熱されることにより軟化する接合材料によって接続されることにより、外部回路に設けられた電源と接続され、発熱体５へ給電可能とされる。また、発熱体電極１４は、後述する発熱体引出電極７が接続されている。

発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４は、それぞれ、ＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成されている。また、発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、保護素子１は、発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４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。

なお、発熱体給電電極１２は、外部接続電極１２ａと第３の電極端子２３とを接続する接続用ハンダ９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１２上に這い上がり、発熱体給電電極１２上に濡れ拡がることを防止する規制壁（図示せず）を設けることが好ましい。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９が発熱体給電電極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。

絶縁層６は、発熱体５の保護及び絶縁を図るために設けられ、例えばガラス層からなる。絶縁層６は、厚みが例えば１０～４０μｍと薄く形成されている。なお、絶縁層６は、絶縁基板４の表面４ａと発熱体５の間にも形成してもよい。

［発熱体引出電極］
発熱体引出電極７は、発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４と同様に、ＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成されている。また、発熱体引出電極７の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。

発熱体引出電極７は、一端を発熱体電極１４と接続されるとともに、絶縁層６上に形成され、絶縁層６を介して発熱体５と重畳されている。発熱体引出電極７は、発熱体５が形成されていない領域である２つの発熱体５の間に延在する先端部７ａと、２つの発熱体５と重畳するとともに発熱体電極１４と接続される基部７ｂとを有する。発熱体引出電極７は、発熱体５の通電方向と直交する方向を幅方向としたときに、２つの発熱体５と重畳する幅広に形成された部位を基部７ｂとし、基部７ｂから突出して２つの発熱体５の間の領域に延在する幅が細い部位を先端部７ａとする。

発熱体引出電極７は、貫通孔１１が設けられ、絶縁基板４の裏面４ｂに形成された保持電極１０と電気的、熱的に接続されている。これにより、発熱体５の熱が、発熱体引出電極７、貫通孔１１及び保持電極１０を経てヒューズエレメント２に伝わり、ヒューズエレメント２を溶融させる。また、ヒューズエレメント２の溶融導体２ａは、貫通孔１１に吸引され、発熱体引出電極７上に保持される（図５参照）。

［保持電極］
絶縁基板４の裏面４ｂには、接続ハンダ９等の接続材料によってヒューズエレメント２と接続される保持電極１０、補助電極１５及び外部接続電極１２ａが形成されている。保持電極１０は、絶縁基板４を介して、表面４ａの略中央部に形成された発熱体引出電極７と対向する位置に形成されている。また、保持電極１０は、保持電極１０の表面から発熱体引出電極７まで貫通する貫通孔１１を介して発熱体引出電極７と連続されている。これにより、溶融したヒューズエレメント２の溶融導体２ａが、貫通孔１１を介して発熱体引出電極７側に吸引される。

補助電極１５は、保持電極１０とともに、ヒューズエレメント２に接続されるとともに、溶融導体２ａを保持するものである。補助電極１５は、保持電極１０を挟んで絶縁基板４の両側縁部に形成されている。

外部接続電極１２ａ、保持電極１０及び補助電極１５は、ＡｇやＣｕあるいはＡｇやＣｕを主成分とする合金材料等の公知の電極材料を用いて、スクリーン印刷等の公知の方法により形成することができる。

貫通孔１１は、ヒューズエレメント２が溶融すると、毛管現象によってヒューズエレメント２の溶融導体２ａを吸引し、保持電極１０上で保持する溶融導体２ａ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の高定格化、高容量化に伴いヒューズエレメント２が大型化することにより溶融量が増大した場合にも、図６に示すように、大量の溶融導体２ａを保持電極１０、発熱体引出電極７及び補助電極１５によって保持することができ、ヒューズエレメント２を確実に溶断することができる。

貫通孔１１は、絶縁基板４の発熱体５が形成されていない領域に形成されている。図４に示す溶断部材３では、並列する発熱体５の間の領域に形成されている。

貫通孔１１は、内面に導電層２４が形成されている。導電層２４は、保持電極１０及び発熱体引出電極７と連続する。これにより、保持電極１０と発熱体引出電極７が導電層２４を介して電気的に接続される。また、導電層２４が形成されることにより、発熱体５の熱を発熱体引出電極７及び保持電極１０を介してヒューズエレメント２に速やかに伝えることができる。

また、保持電極１０は、ヒューズエレメント２を支持するとともに溶断時には溶融導体２ａが凝集するため、保持電極１０と導電層２４とが連続することにより、溶融導体２ａを貫通孔１１内に導きやすくすることができる。また、溶融導体２ａは、導電層２４と連続する発熱体引出電極７に濡れ広がり、保持される（図５、図６参照）。したがって、より多くの溶融導体２ａを貫通孔１１及び発熱体引出電極７に吸引、保持することができ、保持電極１０及び補助電極１５によって保持される溶融導体２ａの体積を減少させ、確実に溶断することができる。

導電層２４は、例えば銅、銀、金、鉄、ニッケル、パラジウム、鉛、錫のいずれか、又はいずれかを主成分とする合金によって形成され、貫通孔１１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２４は、複数の金属線や、導電性を有するリボンの集合体を貫通孔１１内に挿入することにより形成してもよい。

なお、溶断部材３は、貫通孔１１を複数形成してもよい。これにより、発熱体５の伝熱経路を増やしてより速やかにヒューズエレメント２へ熱を伝えるとともに、ヒューズエレメント２の溶融導体２ａを吸引する経路を増やし、速やかにより多くの溶融導体２ａを吸引することで、溶断部位における溶融導体２ａの体積を減少させることができる。

［ケース］
また、保護素子１は、ヒューズエレメント２及び溶断部材３がケース２８に覆われることによりその内部が保護されている。ケース２８は、例えば、各種エンジニアリングプラスチック、熱可塑性プラスチック、セラミックス、ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成することができる。ケース２８は、ヒューズエレメント２及び溶断部材３を収納するとともに、ヒューズエレメント２の溶融時に溶融導体２ａが球状に膨張し、発熱体引出電極７上に凝集するのに十分な内部空間を有する。

図２、図３、図７に示すように、ケース２８は、上側ケース２９と下側ケース３０が組み合わされて形成されている。図７は、上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＦ－Ｆ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＧ－Ｇ’断面図である。上側ケース２９には側壁下面に嵌合凹部３１が形成されている。下側ケース３０は、側壁上面に嵌合凹部３１と嵌合する嵌合凸部３２が形成されている。上下ケース２９，３０は、嵌合凹部３１に嵌合凸部３２が嵌合することにより組み合わされ、接着材によって固着される。

図８に示すように、下側ケース３０は、略方形状に形成され、嵌合凸部３２が形成されるとともに第１～第３の電極端子２１～２３を支持する側縁部３０ａと、ヒューズエレメント２の下面側に接続された溶断部材３が位置する中空部３０ｂを有する。側縁部３０ａは、第１～第３の電極端子２１～２３が載置され、ケース２８の内外にわたって支持する。中空部３０ｂは、ヒューズエレメント２の下面側に接続された溶断部材３を収納するとともに、発熱体引出電極７に溶融導体２ａが濡れ広がり凝集可能な内部空間を有する。

上側ケース２９は、下側ケース３０と同様に略方形状に形成され、下側ケース３０と突き合わせ結合されることによりヒューズエレメント２及びヒューズエレメント２の上面側に接続された溶断部材３を覆う。また、上側ケース２９は、発熱体引出電極７に溶融導体２ａが濡れ広がり凝集可能な内部空間を有する。

［固定部材］
ケース２８の内面には、溶断部材３と当接することにより溶断部材３の揺動を抑制する固定部材８が設けられている。固定部材８は、ケース２８の内側面に支持され、溶断部材３の近傍まで突出形成されている。固定部材８は、ヒューズエレメント２の溶断時において、発熱体５の発熱により接続ハンダ９が軟化しヒューズエレメント２に対する溶断部材３の固定状態が不安定となった場合に、溶断部材３と当接する。これにより、溶断部材３の揺動が抑制され、ヒューズエレメント２に面接触されていた保持電極１０がヒューズエレメント２から離間することがなく、発熱体５の熱をヒューズエレメント２へ確実に伝達することができる。

図３に示すように、溶断部材３は、絶縁基板４の一側縁に設けられた外部接続電極１２ａが第３の電極端子２３と接続ハンダ９等の接続材料によって接続されている。また、ヒューズエレメント２と保持電極１０を面接触させた状態で接続する接続ハンダ９は、ヒューズエレメント２の溶断過程において保持電極１０が加熱されることにより軟化する。このため、絶縁基板４が外部接続電極１２ａ側に傾き、保持電極１０とヒューズエレメント２が離間し、ヒューズエレメント２への加熱が不十分となる恐れがある（図３１参照）。

保護素子１は、ケース２８の内側面に支持された固定部材８を設け、この固定部材８が溶断部材３と当接することにより溶断部材３の揺動を抑制することができる。したがって、大電流に対応した大型のヒューズエレメント２を用いた場合に、このヒューズエレメント２を溶断するために、相当の時間、高熱を発熱した場合でも、溶断部材３のヒューズエレメント２への固定状態を安定化させ、保持電極１０を介して十分にヒューズエレメント２を加熱、溶断することができ、安全かつ速やかに電流経路を遮断できる。

固定部材８は、例えば、各種エンジニアリングプラスチック、熱可塑性プラスチック等を用いて形成することができる。また、固定部材８は、ケース２８と別部材とし、ケース２８の内面に固着することにより設けることができる。あるいは、固定部材８は、ケース２８と一体成型により設けることができる。

固定部材８は、例えば図２、図３、図７に示すように、柱状部材１７により形成することができる。柱状部材１７は、上側ケース２９の天面及び下側ケース３０の底面からそれぞれ突出しヒューズエレメント２の一面及び他面にそれぞれ接続された溶断部材３に当接される。柱状部材１７は、先端が予め溶断部材３と当接していてもよく、先端が溶断部材３に近接して設けられ溶断部材３が揺動した際に当接するようにしてもよい。また、各溶断部材３と当接される柱状部材１７は、一つでもよく複数でもよい。柱状部材１７の溶断部材３との当接面の大きさは溶断部材３の当接位置に応じて設定される。

また、溶断部材３の固定部材８が当接する部位は、絶縁基板４の表面４ａの角部や絶縁層６上等、溶融導体２ａの凝集を阻害しない位置が好ましい。特に、図３、図７に示すように、固定部材８は、絶縁基板４の外部接続電極１２ａが形成された側縁と反対側の側縁部であって、外部接続電極１２ａと対向する位置に当接するように設けられることが好ましい。これにより、絶縁基板４が外部接続電極１２ａ側に傾くのを効果的に防止することができる。

また、固定部材８は、溶断部材３と当接する部位に、溶断部材３との緩衝や固着防止を図る中間材（図示せず）を設けてもよい。中間材としては、ゴム材、弾性樹脂、不織布、弾性樹脂を含侵させた不織布や無機繊維材料等が例示されるが、これらに限定されるものではない。また、中間材は、接着材により固定部材８の先端部に設けることができる。また、中間材は、自身が粘着性を有する材料であれば固定部材８の先端部を被覆することにより設けることができる。中間材を設けることにより、固定部材８と溶断部材３との接触による損傷や固着等の損傷を防止し、固定部材８や溶断部材３の性能を維持することができる。

［溶断部材の形成工程］
このような溶断部材３は、絶縁基板４の表面４ａに、いずれもスクリーン印刷等の公知の形成方法を用いて、発熱体給電電極１２、発熱体電極１４を形成した後、発熱体５を形成し、絶縁層６を積層形成する。次いで、発熱体引出電極７を形成する。また、絶縁基板４の裏面４ｂも、スクリーン印刷等の公知の形成方法を用いて、保持電極１０、外部接続電極１２ａ及び補助電極１５を形成する。その後、ドリル等で貫通孔１１を形成し、メッキ等により導電層２４を形成することにより完成する。溶断部材３は、保持電極１０及び補助電極１５が接続ハンダ９によりヒューズエレメント２に接続される。溶断部材３が接続されたヒューズエレメント２は、接続ハンダ９により下側ケース３０の側縁部３０ａに支持された第１、第２の電極端子２１，２２に接続される。また、絶縁基板４の外部接続電極１２ａが、接続ハンダ９により下側ケース３０の側縁部３０ａに支持された第３の電極端子２３に接続される。

［ヒューズエレメント挟持形態］
図２に示す保護素子１では、ヒューズエレメント２の一面及び上記一面と反対側の他面に、溶断部材３がそれぞれ接続され、これにより、ヒューズエレメント２が複数の溶断部材３に挟持されている。図９は、保護素子１の回路図である。ヒューズエレメント２の一面及び他面に接続された各溶断部材３は、それぞれ発熱体５の一端が、各絶縁基板４に形成された発熱体引出電極７及び保持電極１０を介してヒューズエレメント２と接続されている。また、各溶断部材３は、発熱体５の他端と接続された発熱体給電電極１２が、それぞれ第３の電極端子２３と接続ハンダ９等の接続材料を介して接続され、第３の電極端子２３を介して外部回路に設けられた発熱体５を発熱させるための電源に接続される。

また、図１０に示すように、保護素子１は、発熱体５の発熱によりヒューズエレメント２を溶断する際には、ヒューズエレメント２の両面に接続された各溶断部材３，３の発熱体５が発熱し、ヒューズエレメント２の両面から加熱する。したがって、保護素子１は、大電流用途に対応するためにヒューズエレメント２の断面積を増大させた場合にも、速やかにヒューズエレメント２を加熱し、溶断することができる。

また、保護素子１は、ヒューズエレメント２の両面から溶融導体２ａを、各溶断部材３に形成した各貫通孔１１内に吸引し、発熱体引出電極７で保持する。したがって、保護素子１は、大電流用途に対応するためにヒューズエレメント２の断面積を増大させ溶融導体２ａが多量に発生した場合にも、複数の溶断部材３によって吸引し、確実にヒューズエレメント２を溶断させることができる。また、保護素子１は、複数の溶断部材３によって溶融導体２ａを吸引することにより、より速やかにヒューズエレメント２を溶断させることができる。

保護素子１は、ヒューズエレメント２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、ヒューズエレメント２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ヒューズエレメント２は、発熱体５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１は、複数の溶断部材３を備え、同時に各発熱体５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１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１は、図２に示すように、一対の溶断部材３，３が対向してヒューズエレメント２に接続されることが好ましい。これにより、保護素子１は、一対の溶断部材３，３で、ヒューズエレメント２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２ａを吸引することができ、より速やかにヒューズエレメント２を加熱、溶断することができる。

また、保護素子１は、一対の溶断部材３，３の各絶縁基板４に形成された保持電極１０及び補助電極１５がヒューズエレメント２を介して互いに対向することが好ましい。これにより、一対の溶断部材３，３が対称に接続されることで、リフロー実装時やヒューズエレメント２の加熱時等において、ヒューズエレメント２に対する溶断部材３からの負荷のかかり方がアンバランスとなることを抑制し、ヒューズエレメント２の変形や溶断部材３の接続ズレ等への耐性を向上させることができる。

なお、発熱体５は、貫通孔１１の両側に形成することが、保持電極１０及び発熱体引出電極７を加熱し、またより多くの溶融導体２ａを凝集、吸引するうえで好ましい。

［ヒューズエレメント２］
ヒューズエレメント２は、第１及び第２の電極端子２１，２２間にわたって実装され、発熱体５の通電による発熱、又は定格を超える電流が通電することによる自己発熱（ジュール熱）により溶断し、第１の電極端子２１と第２の電極端子２２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２は、発熱体５の通電による発熱、又は過電流状態によって溶融する導電性の材料であればよく、例えば、ＳｎＡｇＣｕ系のＰｂフリーハンダのほか、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を用いることができる。

また、ヒューズエレメント２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１１に示すように、ヒューズエレメント２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２は、第１、第２の電極端子２１，２２、保持電極１０及び補助電極１５上に接続ハンダ９等の接合材料を介して接続される。

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の電極端子２１，２２、保持電極１０及び補助電極１５とヒューズエレメント２との接続をリフローによって行う場合においても溶融しない高い融点を有する。

このようなヒューズエレメント２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２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。なお、ヒューズエレメント２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３層以上の多層構造とする、外層の一部に開口部を設けて内層の一部を露出させるなど、様々な構成によって形成することができる。

ヒューズエレメント２は、内層となる低融点金属層２６に、外層として高融点金属層２７を積層することによって、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２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の電極端子２１，２２、保持電極１０及び補助電極１５とヒューズエレメント２との接続を、リフローによって効率よく行うことができ、また、リフローによってもヒューズエレメント２の変形に伴って局所的に抵抗値が高く又は低くなる等により所定の温度で溶断しない、あるいは所定の温度未満で溶断する等の溶断特性の変動を防止することができる。したがって、保護素子１は、所定の過電流や発熱体５の発熱によって速やかにヒューズエレメント２を溶断することができる。

また、ヒューズエレメント２は、所定の定格電流が流れている間は、自己発熱によっても溶断することがない。そして、定格よりも高い値の電流が流れると、自己発熱（ジュール熱）によって溶融し、第１、第２の電極端子２１，２２間の電流経路を遮断する。

また、ヒューズエレメント２は、発熱体５が通電され発熱することにより溶融し、第１、第２の電極端子２１，２２間の電流経路を遮断する。このとき、ヒューズエレメント２は、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２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２は、保持電極１０及び補助電極１５による溶融導体２ａ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の電極端子２１，２２間の電流経路を遮断することができる（図５、図９）。

また、ヒューズエレメント２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２は、過電流による自己発熱又は発熱体５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２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の電極端子２１，２２間を遮断することができる。

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２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２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、ヒューズエレメント２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２は、例えば１００Ａの電流が数ｍｓｅｃ流れたような場合にまで溶断してはならない。この点、極短時間に流れる大電流は導体の表層を流れることから（表皮効果）、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層２７が設けられたヒューズエレメント２においては、サージによって印加された電流を流しやすく、自己発熱による溶断を防止することができる。したがって、ヒューズエレメント２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、ヒューズエレメント２は、酸化防止、及び溶断時の濡れ性の向上等のため、フラックス（図示せず）を塗布してもよい。

ヒューズエレメント２の端部と接続される第１、第２の電極端子２１，２２は、導電性を有する端子であり、保護素子１のケース２８の内外にわたって設けられている。第１、第２の電極端子２１，２２は、ケース２８の外部に導出された先端部にネジ孔２０が設けられ、外部回路に設けられた接続電極にねじ止め等により接続可能とされている。

なお、上述した発熱体給電電極１２と接続された外部接続電極１２ａと接続される第３の電極端子２３も、同様に、保護素子１のケース２８の内外にわたって設けられ、ケース２８の外部に導出された先端部にネジ孔２０が設けられている。

［回路構成例］
このような保護素子１は、図１２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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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９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の電極端子２１がバッテリスタック４５側と接続され、第２の電極端子２２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２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５が発熱体給電電極１２及び第３の電極端子２３を介して電流制御素子４８と接続されるとともに、発熱体５がバッテリスタック４５の開放端と接続される。これにより、発熱体５は、一端が発熱体引出電極７及び保持電極１０を介してヒューズエレメント２及びバッテリスタック４５の一方の開放端と接続され、他端が第３の電極端子２３を介して電流制御素子４８及びバッテリスタック４５の他方の開放端と接続される。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５への給電経路が形成される。

［保護素子の動作］
発熱体５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の電極端子２３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５に通電するよう電流を制御する。発熱体５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。

発熱体５の熱は、発熱体引出電極７、貫通孔１１及び保持電極１０を経てヒューズエレメント２に伝達され、また、絶縁基板４から保持電極１０や補助電極１５を経てヒューズエレメント２に伝わり、ヒューズエレメント２を溶融させる。ヒューズエレメント２は、溶融導体２ａが保持電極１０、補助電極１５及び発熱体引出電極７上に凝集し、これにより保持電極１０と補助電極１５との間で溶断される（図５、図６、図１０）。

また、保護素子１は、ヒューズエレメント２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２を溶解させることができる。

ヒューズエレメント２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、第２の電極端子２１，２２間で遮断する。また、発熱体５は、ヒューズエレメント２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。

ここで、保護素子１は、ケース２８の内面に固定部材８が設けられ、この固定部材８が溶断部材３と当接することにより溶断部材３の揺動を抑制する。これにより、ヒューズエレメント２の溶断時において発熱体５の発熱により接続ハンダ９が軟化しヒューズエレメント２に対する溶断部材３の固定状態が不安定となった場合にも、絶縁基板４の傾きを抑制することができ、保持電極１０がヒューズエレメント２から離間することなく、安全かつ速やかにヒューズエレメント２を溶断することができる。

なお、保護素子１は、ヒューズエレメント２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２が自己発熱により溶融し、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。

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。

［変形例１］
次いで、固定部材８の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１と同一の部材については同一の符号を付して、その詳細を省略することがある。図１３～図１５に示すように、保護素子５０は、上側ケース２９及び下側ケース３０の各内面側に柱状部材１７を複数形成されている。保護素子５０では、上側ケース２９の天面に４本の柱状部材１７を有し、矩形状に形成された絶縁基板４の四隅と当接するように立設されている。同様に、保護素子５０は、下側ケース３０の底面にも４本の柱状部材１７を有し、矩形状に形成された絶縁基板４の四隅と当接するように立設されている。

なお、図１３は、保護素子５０の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＨ－Ｈ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＩ－Ｉ’断面図である。

保護素子５０によれば、柱状部材１７により絶縁基板４の四隅が支持されるため、あらゆる角度に対して、溶断部材３の揺動を抑制することができる。なお、ヒューズエレメント２の両面に接続された溶断部材３の実装位置を対称にする観点から、上側ケース２９及び下側ケース３０の各柱状部材１７は、互いに対向する位置に形成されていることが好ましい。また、各柱状部材１７は溶断部材３との当接面に上述した中間材を設けてもよい。

［変形例２］
次いで、固定部材８の別の変形例について説明する。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１と同一の部材については同一の符号を付して、その詳細を省略することがある。図１６に示す保護素子６０は、ケース２８の内面側に形成された基部６１と、基部６１から溶断部材３の絶縁基板４側に突出し溶断部材３と当接する複数の凸部６２を有する固定部材８が設けられている。

なお、図１６は、保護素子６０の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＪ－Ｊ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＫ－Ｋ’断面図である。

基部６１は、略直方体状をなし、上側ケース２９の天面及び下側ケース３０の底面に設けられている。図１６に示す保護素子６０では、基部６１は、上側ケース２９の対向する側面間にわたって設けられ、且つ下側ケース３０の対向する側面間にわたって設けられている。これにより、基部６１に設けられた凸部６２の位置決めを精度よく行うことができる。

各基部６１からは柱状部材からなる複数の凸部６２が突出して形成されている。各凸部６２は、基部６１と一体に形成されても良く、基部６１に接着等により接続されていてもよい。

また、凸部６２は、溶断部材３の所定の位置に当接するように立設されている。図１６に示す保護素子６０では、矩形状に形成された絶縁基板４の四隅と当接するように上下ケース２９，３０に各４本の凸部６２が立設されている。凸部６２は、先端が溶断部材３と当接していてもよく、先端が溶断部材３に近接して設けられ溶断部材３が揺動した際に当接するようにしてもよい。凸部６２の溶断部材３との当接面の大きさは溶断部材３の当接位置に応じて設定される。凸部６２は、溶断部材３との当接面に上述した中間材を設けてもよい。

なお、保護素子６０は、絶縁基板４の側縁に沿って凸部６２を配置してもよい。図１７に示す保護素子６０では、上側ケース２９の天面及び下側ケース３０の底面の溶断部材３と対向する位置に、それぞれ４つの基部６１を並列させ、絶縁基板４の発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４が形成された側縁に沿って凸部６２が配列されている。

なお、図１７は、保護素子６０の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＬ－Ｌ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＭ－Ｍ’断面図である。

また、保護素子６０は、平面視において、基部６１の表面に複数の凸部６２を均等に配置してもよい。図１８に示す保護素子６０では、溶断部材３の絶縁基板４と対向する複数の凸部６２が溶断部材３に近接して設けられ溶断部材３が揺動した際に当接する。複数の凸部６２の溶断部材３との対向領域は溶断部材３に応じて設定されるが、絶縁基板４の全面をカバーすることが好ましい。複数の凸部６２は、一又は複数の凸部６２に溶断部材３が当接することにより揺動を抑制することができる。また、複数の凸部６２が溶断部材３と当接することで、溶断部材３を安定させて揺動を抑制することができる。

なお、図１８は、保護素子６０の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＮ－Ｎ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＯ－Ｏ’断面図である。

［変形例３］
次いで、固定部材８の別の変形例について説明する。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１と同一の部材については同一の符号を付して、その詳細を省略することがある。図１９に示す保護素子７０は、固定部材８として、円錐状部材７１が設けられている。円錐状部材７１は、溶断部材３と点接触することにより揺動を抑制する。円錐状部材７１を用いることにより、溶断部材３に固定部材８との相当の当接面積が確保できない場合にも、点接触により当接させることができる。

なお、図１９は、保護素子７０の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＰ－Ｐ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＱ－Ｑ’断面図である。

また、円錐状部材７１は、一又は複数設けてもよい。また、立設する位置も、上述したように、絶縁基板４の外部接続電極１２ａが形成された側縁と反対側の側縁部であって、外部接続電極１２ａと対向する位置に当接するように設けてもよく、絶縁基板４の四隅に当接する、あるいは側縁に沿って当接するように設けてもよい。また、円錐状部材７１のほか、角錐状部材を用いてもよい。

［変形例４］
次いで、固定部材８の別の変形例について説明する。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１と同一の部材については同一の符号を付して、その詳細を省略することがある。図２０に示す保護素子８０は、固定部材８として、絶縁基板４の主面部と対向する支持面８１を有するブロック状部材８２が設けられている。

ブロック状部材８２は、上側ケース２９の天面及び下側ケース３０の底面にそれぞれ設けられ、図２１、図２２に示すように、溶断部材３の絶縁基板４と対向する支持面８１が溶断部材３の発熱体引出電極７に当接されている。支持面８１の大きさは溶断部材３に応じて設定されるが、絶縁基板４の面積以上の面積を有することが好ましい。ブロック状部材８２は、支持面８１と溶断部材３とが面接触することで、溶断部材３を安定して固定することができる。

なお、ブロック状部材８２は、支持面８１を溶断部材３と近接して設け、溶断部材３が揺動した際に当接するようにしてもよい。ブロック状部材８２は、溶断部材３が揺動した際に支持面８１と当接することで、支持面８１と面接触するように揺動を規制することができる。また、ブロック状部材８２は、支持面８１と溶断部材３とが面接触することで、溶断部材３が当接したのちも安定させることができる。

なお、図２０は、保護素子８０の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＲ－Ｒ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＳ－Ｓ’断面図である。

ブロック状部材８２は、断面直方体状に限らず、台形状、円柱状等、任意の形状で形成することができる。

［変形例５］
次いで、固定部材８の別の変形例について説明する。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１と同一の部材については同一の符号を付して、その詳細を省略することがある。図２３に示す保護素子９０は、固定部材８として、絶縁基板４の外縁部と接する縁部９１と、縁部９１に囲まれ、絶縁基板４の主面部上を覆う凹部９２を有する天蓋状部材９３が設けられている。

天蓋状部材９３は、上側ケース２９の天面及び下側ケース３０の底面にそれぞれ設けられ、溶断部材３の絶縁基板４と対向する縁部９１が絶縁基板４に当接又は近接して設けられている。縁部９１は、絶縁基板４との接触部位が全周にわたって連続して形成してもよく、電極や接続ハンダなどのとの接触を避けるべき部位を除くように断続的に形成してもよい。凹部９２は、ドーム状に限らず、矩形箱状、円筒状等、任意の形状で形成することができる。天蓋状部材９３は、縁部９１に溶断部材３が当接することにより、溶断部材３の揺動を抑制することができる。また、天蓋状部材９３は、凹部９２内において発熱体引出電極７の上方空間が確保されることで、溶融導体２ａの凝集が阻害されることもない。

なお、図２３は、保護素子９０の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＴ－Ｔ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＵ－Ｕ’断面図である。

［変形例６］
次いで、固定部材８の別の変形例について説明する。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１と同一の部材については同一の符号を付して、その詳細を省略することがある。図２４～図２６に示す保護素子９６は、固定部材８として、ケース２８の内側面に設けられ、絶縁基板４の外縁部を支持する支持片９７が形成されている。

支持片９７は、上側ケース２９の内側面及び下側ケース３０の内側面にそれぞれ張り出して形成され、絶縁基板４のヒューズエレメント２との接続面（裏面４ｂ）と反対側の表面４ａに当接して設けられている。また、支持片９７は、上下ケース２９，３０と一体に成形してもよく、別部材として形成し上下ケース２９，３０に取り付けてもよい。

また、支持片９７が当接する部位は、絶縁基板４の表面４ａの角部や絶縁層６上等、溶融導体２ａの凝集を阻害しない位置が好ましい。特に、図２６に示すように、支持片９７は、絶縁基板４の発熱体給電電極１２が形成された側縁と反対側の側縁部であって、発熱体給電電極１２と対向する位置に当接するように設けられることが好ましい。これにより、絶縁基板４が外部接続電極１２ａ側に傾くのを効果的に防止することができる。また、支持片９７は、絶縁基板４と面接触することにより、溶断部材３を安定して固定することができる。

また、支持片９７は、絶縁基板４の表面４ａと近接して設けられ溶断部材３が揺動した際に当接するようにしてもよい。支持片９７は、溶断部材３が揺動した際に絶縁基板４と当接することで、絶縁基板４が面接触するように揺動を規制することができる。また、支持片９７は、絶縁基板４と面接触することで、絶縁基板４と当接したのちも安定させることができる。

なお、支持片９７は、上下ケース２９，３０にそれぞれ複数設け、絶縁基板４の異なる側縁部を支持するようにしてもよい。

図２４は、保護素子９６の上側ケース２９と下側ケース３０を示す図であり、（Ａ）は上側ケース２９の平面図、（Ｂ）は下側ケース３０の平面図、（Ｃ）は（Ａ）に示す上側ケース２９のＶ－Ｖ’断面図、（Ｄ）は（Ｂ）に示す下側ケース３０のＷ－Ｗ’断面図である。

なお、上述した保護素子は、いずれもヒューズエレメント２の両面に溶断部材３を接続したが、本技術が適用された保護素子は、ヒューズエレメント２の一方の面のみに溶断部材３を接続したものであってもよい。

また、上述した保護素子は、いずれも絶縁基板４の裏面４ｂ側をヒューズエレメント２への接続面とし、表面４ａ側を固定部材８の当接面としたが、本技術が適用された保護素子は、絶縁基板４の表面４ａ側をヒューズエレメント２への接続面とし、裏面４ｂ側を固定部材８の当接面としてもよい。この場合、発熱体引出電極７が接続ハンダ９によりヒューズエレメント２と接続される。

１ 保護素子、２ ヒューズエレメント、２ａ 溶融導体、３ 溶断部材、４ 絶縁基板、４ａ 表面、４ｂ 裏面、５ 発熱体、６ 絶縁層、７ 発熱体引出電極、７ａ 先端部、７ｂ 基部、８ 固定部材、９ 接続ハンダ、１０ 保持電極、１１ 貫通孔、１２ 発熱体給電電極、１２ａ 外部接続電極、１４ 発熱体電極、１５ 補助電極、１７ 柱状部材、２１ 第１の電極端子、２２ 第２の電極端子、２３ 第３の電極端子、２４ 導電層、２６ 低融点金属層、２７ 高融点金属層、２８ ケース、２９ 上側ケース、３０ 下側ケース、３０ａ 側縁部、３０ｂ 中空部、４０ バッテリパック、４１ バッテリセル、４２ 充電装置、４３ 電流制御素子、４４ 制御部、４５ バッテリスタック、４６ 充放電制御回路、４７ 検出回路、４８ 電流制御素子、５０ 保護素子、６０ 保護素子、６１ 基部、６２ 凸部、７０ 保護素子、７１ 円錐状部材、８０ 保護素子、８１ 支持面、８２ ブロック状部材、９０ 保護素子、９１ 縁部、９２ 凹部、９３ 天蓋状部材、９６ 保護素子、９７ 支持片

Claims (17)

1. ケースと、
   ヒューズエレメントと、
   上記ヒューズエレメントの少なくとも一方の面に接続され、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材と、
   上記ケースの内面に設けられ、上記溶断部材と当接することにより上記溶断部材の揺動を抑制する固定部材を有し、
   上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された発熱体を備え、上記絶縁基板が上記発熱体の発熱により軟化する接合材料により上記ヒューズエレメントに接続されている
   保護素子。
2. 上記溶断部材が上記ヒューズエレメントの上記一方の面及び他方の面に接続され、
   上記ヒューズエレメントの上記一方の面及び他方の面に接続された各上記溶断部材の揺動を抑制する複数の上記固定部材が設けられている請求項１に記載の保護素子。
3. 上記溶断部材が上記ヒューズエレメントを介して対向する位置に接続されている請求項２に記載の保護素子。
4. 上記固定部材は、上記ケースと別部材であり、上記ケースの内面に固着されている請求項１～３のいずれか１項に記載の保護素子。
5. 上記固定部材は、上記ケースと一体成型されている請求項１～３のいずれか１項に記載の保護素子。
6. 上記固定部材は、上記溶断部材と近接して設けられている請求項１～５のいずれか１項に記載の保護素子。
7. 上記固定部材は、上記溶断部材に当接して設けられている請求項１～５のいずれか１項に記載の保護素子。
8. 上記固定部材は、上記溶断部材と当接する部位に中間材が設けられている請求項１～７のいずれか１項に記載の保護素子。
9. 上記固定部材は、一又は複数の柱状部材からなる請求項１～８のいずれか１項に記載の保護素子。
10. 上記固定部材は、上記ケースの内面側に形成された基部と、上記基部から上記溶断部材の上記絶縁基板側に突出する複数の凸部を有する請求項１～８のいずれか１項に記載の保護素子。
11. 上記凸部は、平面視において、上記基部表面に均等に配置されている請求項１０に記載の保護素子。
12. 上記固定部材は、一又は複数の円錐状又は角錐条部材からなる請求項１～８のいずれか１項に記載の保護素子。
13. 上記固定部材は、上記絶縁基板の主面部と対向する支持面を有するブロック状部材からなる請求項１～８のいずれか１項に記載の保護素子。
14. 上記支持面は、上記絶縁基板と同面積以上の面積を有する請求項１３に記載の保護素子。
15. 上記固定部材は、上記絶縁基板の外縁部と接する縁部と、上記縁部に囲まれ、上記絶縁基板の主面部上を覆う凹部を有する天蓋状部材からなる請求項１～８のいずれか１項に記載の保護素子。
16. 上記固定部材は、上記ケースの内側面に設けられ、上記絶縁基板の外縁部を支持する支持片からなる請求項１～８のいずれか１項に記載の保護素子。
17. 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１～１６のいずれか１項に記載の保護素子である
    バッテリパック。

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