JP2023106259A - 保護素子、及びバッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体を内蔵した保護素子において、高電圧、大電流化に対応するとともに、素子内部で破損を起こすことなく、より安全に且つ速やかに電流経路を遮断する。【解決手段】ヒューズエレメント２と、溶断部材３とを備え、溶断部材３は、絶縁基板４と、発熱体５と、発熱体を被覆する絶縁層６と、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と、絶縁基板４の表面４ａ側の、少なくとも発熱体５と重畳する領域に形成され、発熱体引出電極７から電気的に独立した放熱部８と、絶縁基板４の裏面４ｂに形成され、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と、発熱体引出電極７と保持電極１０とを連続させる貫通孔１１を有し、ヒューズエレメント２は、保持電極１０と接続されている。【選択図】図２

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３９は、従来の保護素子の一構成例を示す断面図である。図３９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４０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、発熱体給電電極１１０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と接続ハンダ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、接続ハンダ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２０２０－１７３９６５号公報

図３９に示す保護素子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いヒューズエレメント１０１が用いられるとともに、保護素子１００の作動時には、このヒューズエレメント１０１を速やかに溶断するために、発熱体１０４に高電圧が印加され、高熱を発熱することとなる。

このため、絶縁基板１０３上において、発熱体引出電極１０６が有る領域と無い領域とで熱伝導性の差によって温度差が発生し、応力によって絶縁基板１０３あるいは発熱体１０４が破損する恐れがある。すなわち、図４２（Ａ）に示すように、発熱体引出電極１０６が形成されている領域においては発熱体１０４の熱が絶縁基板１０３及び発熱体引出電極１０６に分散して伝達されるため、絶縁基板１０３が局所的に過熱することはない。一方、発熱体引出電極１０６が形成されていない領域Ｒにおいては発熱体１０４の熱が絶縁基板１０３のみに伝達されるため、発熱体引出電極１０６が形成されている領域に比して過熱される。このため、絶縁基板１０３上において熱分布に偏りが生じることにより応力が生じ、絶縁基板１０３や発熱体１０４が損傷するおそれがある。

これにより、ヒューズエレメント１０７を溶断させるまでの時間が延びて、速やかに安全に電流経路を遮断することができなくなる恐れがあり、さらには図４２（Ｂ）、図４１に示すように、未切断の状態で発熱体１０４の発熱が停止する恐れもある。なお、図４３（Ａ）は、溶断部材１０２の図４２（Ａ）（Ｂ）に示すＡ－Ａ’断面図である。図４３（Ｂ）は、溶断部材１０２の図４２（Ａ）（Ｂ）に示すＢ－Ｂ’断面図である。

このような絶縁基板１０３や発熱体１０４の破損によってヒューズエレメント１０１が融け残り、電流遮断が阻害されるリスクは、高電圧、大電流化に伴ってヒューズエレメント１０１が大型化するにつれて、また、電流定格が向上し電界強度が高くなるにつれて、さらには、保護素子１００の小型化に伴う絶縁層１０５の薄型化に伴って、大きくなる。

したがって、発熱体を内蔵した保護素子において、高電圧、大電流化に対応するとともに、素子内部で破損を起こすことなく、より安全に且つ速やかに作動する対策が求められている。

そこで、本技術は、高電圧が印加された場合でも素子内部での破損を防止でき、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、ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、上記発熱体を被覆する絶縁層と、上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、上記絶縁基板の上記表面と反対側の裏面に形成され、上記ヒューズエレメントの溶断時に上記ヒューズエレメントの溶融導体を保持する保持電極と、上記発熱体引出電極と上記保持電極とを連続させる貫通孔を有し、上記ヒューズエレメントは、上記保持電極と接続されているものである。

また、本技術に係る保護素子は、ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、上記発熱体を被覆する絶縁層と、上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、上記絶縁基板の上記表面と反対側の裏面に形成され、上記ヒューズエレメントの溶断時に上記ヒューズエレメントの溶融導体を保持する保持電極と、上記発熱体引出電極と上記保持電極とを連続させる貫通孔を有し、上記ヒューズエレメントは、上記発熱体引出電極と接続されているものである。

また、本技術に係る保護素子は、ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、上記発熱体を被覆する絶縁層と、上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、上記絶縁基板の上記表面に形成され、外部回路と接続される第１の電極及び第２の電極を有し、上記ヒューズエレメントは、上記第１の電極、上記第２の電極、及び上記第１の電極と上記第２の電極の間に設けられた上記発熱体引出電極に接続されているものである。

また、本技術に係る保護素子は、ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、上記発熱体を被覆する絶縁層と、上記絶縁基板の裏面側に上記発熱体と重畳して形成され、上記発熱体と接続された発熱体引出電極と、上記絶縁基板の裏面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、上記絶縁基板の上記裏面に形成され、外部回路と接続される第１の電極及び第２の電極とを有し、上記ヒューズエレメントは、上記第１の電極、上記第２の電極、及び上記発熱体引出電極に接続されているものである。

また、本技術に係る保護素子は、ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、上記溶断部材は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面側に並列して設けられた複数の発熱体と、上記発熱体を被覆する絶縁層と、上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、上記絶縁基板の上記裏面に形成され、外部回路と接続される第１の電極及び第２の電極と、上記絶縁基板の上記裏面の上記第１の電極と記第２の電極の間に設けられた保持電極と、上記絶縁基板の上記複数の発熱体間の領域を貫通し、上記発熱体引出電極と上記保持電極とを連続させる貫通孔とを有し、上記ヒューズエレメントは、上記第１の電極、上記第２の電極、及び上記保持電極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、上記いずれかに記載の保護素子である。

本技術によれば、少なくとも発熱体と重畳する領域に放熱部が形成されているため、絶縁基板上において、発熱体の発熱による熱分布の偏りが低減される。したがって、熱分布の偏りに伴う応力による絶縁基板や発熱体の損傷を防止することができ、発熱体に高電圧が印加された場合でも安全かつ速やかにヒューズエレメントを溶断することができる。

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、本技術が適用された保護素子の図１に示すＤ－Ｄ’断面図である。 図３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４は、発熱体引出電極の基部を、絶縁層を超えて絶縁基板の両側縁部まで形成した溶断部材を示す平面図である。 図５は、放熱部を覆う絶縁被覆層を設けた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）は断面図である。 図６は、可及的に広範囲に放熱部を設けた溶断部材を示す平面図である。 図７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８に示すＡ－Ａ’断面図、（Ｂ）は図８に示すＢ－Ｂ’断面図である。 図８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）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 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、一方の面に溶断部材が接続されたヒューズエレメントの他方の面に溶断部材を接続する構成を示す平面図である。 図１３は、バッテリパックの構成例を示す回路図である。 図１４は、ケースに凸部を設けた保護素子の変形例を示す断面図である。 図１５は、ケースに凸部を設けた保護素子の変形例を示す平面図である。 図１６は、放熱部上に放熱素子を設けた保護素子の変形例を示す断面図である。 図１７は、放熱部上に放熱素子を設けた保護素子の変形例を示す平面図である。 図１８は、放熱部上に放熱素子としてヒートシンクを設けた溶断部材を示す外観斜視図である。 図１９は、本技術が適用された保護素子の変形例を示す断面図である。 図２０は、図１９に示す変形例に係る保護素子の溶断部材を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 図２１は、本技術が適用された保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。 図２２は、図２１に示す保護素子においてヒューズエレメントが溶断した状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 図２３は、図２１に示す保護素子において放熱部を絶縁層６上のみに形成した変形例を示す平面図である。 図２４は、図２１に示す保護素子において放熱部を他の電極が形成されていない領域にわたって可及的に広範囲に形成した変形例を示す平面図である。 図２５は、図２１に示す保護素子の回路図である。 図２６は、本技術が適用された保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。 図２７は、図２６に示す保護素子において放熱部を覆う絶縁被覆層を設けた変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 図２８は、図２６に示す保護素子において放熱部を他の電極が形成されていない領域にわたって可及的に広範囲に形成した変形例を示す平面図である。 図２９は、図２８に示す保護素子において放熱部を覆う絶縁被覆層を設けた変形例を示す平面図である。 図３０は、図２６に示す保護素子において第２の放熱部を設けた変形例を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。 図３１は、誘引電極を形成せず、その分、放熱部を可及的に広げて形成した溶断部材を示す平面図である。 図３２は、本技術が適用された保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 図３３（Ａ）は図３２（Ａ）のＡ－Ａ’断面図であり、図３３（Ｂ）は図３２（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。 図３４は、図３２に示す保護素子の回路図である。 図３５は、図３２に示す保護素子においてヒューズエレメントが溶断した状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 図３６（Ａ）は、図３５のＡ－Ａ’断面図であり、図３６（Ｂ）は図３５のＢ－Ｂ’断面図である。 図３７は、本技術が適用された保護素子の変形例を示す断面図である。 図３８は、図３７に示す保護素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 図３９は、従来の保護素子の一構成例を示す断面図である。 図４０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と接する絶縁基板裏面側を示す底面図である。 図４１は、図４０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。 図４２は、図４０に示す保護素子においてヒューズエレメントが未切断となった状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図である。 、図４３（Ａ）は、溶断部材の図４２（Ａ）（Ｂ）に示すＡ－Ａ’断面図である。図４３（Ｂ）は、溶断部材の図４２（Ａ）（Ｂ）に示すＢ－Ｂ’断面図である。

以下、本技術が適用された保護素子及びこれを用いた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。

［保護素子］
図１、図２、図３に示すように、本発明が適用された保護素子１は、ヒューズエレメント２と、ヒューズエレメント２を溶断する溶断部材３とを備える。図１は、保護素子１の平面図であり、図２は、保護素子１の図１に示すＤ－Ｄ’断面図であり、図３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と、絶縁基板４の表面４ａ側の、少なくとも発熱体５と重畳する領域に形成され、発熱体引出電極７から電気的に独立した放熱部８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、少なくとも発熱体５と重畳する領域に放熱部８が形成されているため、絶縁基板４上において、発熱体５の発熱による熱分布の偏りが低減される。したがって、熱分布の偏りに伴う応力による絶縁基板４や発熱体５の損傷を防止することができ、発熱体５に高電圧が印加された場合でも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。

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３（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３（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。

図２に示す保護素子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。

なお、図４に示すように、発熱体引出電極７の基部７ｂを、絶縁層６を超えて絶縁基板４の両側縁部まで形成してもよい。発熱体引出電極７の面積が広くなるほど、発熱体５の熱が絶縁基板４上に拡散し、絶縁基板４における熱分布の偏りを解消しやすくなる。

［放熱部］
ここで、図３（Ａ）に示すように、絶縁基板４の表面４ａ側の、少なくとも発熱体５と重畳する領域には、発熱体引出電極７から電気的に独立した放熱部８が形成されている。放熱部８は、発熱体５の発した熱を吸熱する部位であり、絶縁基板４上における熱分布の偏りを低減するために設けられる。

放熱部８を形成することにより、発熱体５の発熱時における熱集中による絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。すなわち、溶断部材３では、発熱体５の熱が、絶縁基板４や、発熱体引出電極７及び放熱部８に伝わる。放熱部８が形成されていない場合、発熱体５の熱は発熱体引出電極７が形成されている領域では絶縁基板４とともに発熱体引出電極７に吸熱されるが、発熱体引出電極７が形成されていない領域では絶縁基板４側に集中する。このため、絶縁基板４上における熱分布に偏りが生じ、熱が集中する領域において熱衝撃によるクラックが生じ得る。また、発熱体５自身も局所的に過熱されることでクラックが生じ得る。一方、放熱部８を形成することで、発熱体引出電極７と同様に吸熱されるため、絶縁基板４上において熱分布の偏りが低減され、クラックの発生が防止できる。また、発熱体５自身も局所的に過熱されることなくクラックの発生を防止できる。

これにより、熱分布の偏りに起因して発生する応力による絶縁基板４や発熱体５の損傷を防止することができ、発熱体５に高電圧が印加された場合でも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。

放熱部８は、発熱体５の熱を吸熱できる材料であればよく、例えばＡｇやＣｕ又はこれらの合金等の導電材料を用いて形成することもできる。また、放熱部８は、スクリーン印刷等の公知の方法によって形成することができる。

また、図５に示すように、放熱部８を絶縁被覆する絶縁被覆層１７を形成してもよい。絶縁被覆層１７を形成することにより、放熱部８を保護するとともに、放熱部８が導電材料で形成された場合に放熱部８と発熱体引出電極７等とのショートを防止し、放熱部８の電気的独立性を確保することができる。絶縁被覆層１７は、例えばガラス層からなり、ガラスペーストをスクリーン印刷することにより形成することができる。

放熱部８は、発熱体５の発熱体引出電極７が設けられていない領域に形成され、絶縁層６を介して発熱体５と重畳する。また、放熱部８は、発熱体５と重畳する領域のみに形成してもよく、発熱体５と重畳する領域から絶縁基板４の発熱体５が形成されていない領域にかけて形成してもよい。また、図２に示すように、絶縁層６の表面及び側面にわたって形成することで、発熱体５の表面及び側面を覆うように形成してもよい。これにより、吸熱容量を増加させるとともに、効率よく吸熱することができる。

また、放熱部８は、図６に示すように、絶縁基板４の表面４ａ上において、発熱体引出電極７、発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４等の各種電極が形成されていない領域に形成してもよい。可及的に放熱部８の面積が広くなるほど、絶縁基板４における熱分布の偏りが解消され、高電圧が印加された場合にも絶縁基板４や発熱体５の損傷を防止することができる。なお、溶断部材３は、発熱体５及び放熱部８を絶縁基板４上において、平面視で左右対称に形成することが、絶縁基板４上における熱分布の偏りを解消するうえで好ましい。

また、放熱部８は、発熱体引出電極７やその他の電極とは接続されておらず、電気的に独立している。これにより、放熱部８は、発熱体引出電極７と同電位とはならず、電位差が生じる電極間のスパーク（絶縁破壊）を抑制することができる。すなわち、近接して形成される発熱体引出電極７の先端部７ａと発熱体給電電極１２との間には電位差が生じるため、発熱体５に高電位が印加されるとスパークが起きる恐れがある。そして、スパークによる衝撃で発熱体引出電極７や絶縁基板４が破損し、ヒューズエレメント２の速やかな溶断が阻害されたり、発熱体５の発熱が停止したりする恐れもある。しかし、両電極１２，７ａの間に、電気的に独立した放熱部８が形成されることで、発熱体引出電極７の先端部７ａと発熱体給電電極１２との間にスパークが発生することを抑制することができる。

［保持電極］
絶縁破壊４の裏面４ｂには、接続ハンダ９等接続材料によってヒューズエレメント２に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。

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７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３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７、図８参照）。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。

［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、放熱部８と発熱体引出電極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］
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８、図１０）。

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。

［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１２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。下側ケース３０は、略方形状に形成され、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。

［回路構成例］
このような保護素子１は、図１３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、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８、図１０）。

なお、発熱体５の熱は、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に伝わる。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、絶縁基板４の表面４ａ側の、少なくとも発熱体５と重畳する領域には、発熱体引出電極７から電気的に独立した放熱部８が形成されている。これにより、保護素子１は、熱分布の偏りに起因して生じる応力による絶縁基板４や発熱体５の損傷を防止することができ、発熱体５に高電圧が印加された場合でも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。また、保護素子１は、放熱部８を形成することにより、大電流用途に対応するバッテリスタック４５より発熱体給電電極１２に高電圧が印加された場合でもスパーク（放電）が発生しにくく安全かつ速やかに電流経路を遮断できる。

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。

［凸部］
図１４、図１５に示すように保護素子１は、ケース２８に、放熱部８と接して吸熱する凸部５０を形成してもよい。凸部５０は上側ケース２９及び下側ケース３０から突出形成され、先端部が放熱部８と接する。これにより、放熱部８で吸熱した熱を凸部５０及びケース２８へ拡散し、より効率的に熱拡散を行うことができる。

凸部５０は、上側ケース２９の上面、及び下側ケース３０の中空部３０ｂの底面から突出して形成されている。凸部５０は、上側ケース２９及び下側ケース３０と一体に形成してもよく、上側ケース２９及び下側ケース３０と別部材により形成し、接着などにより接続して設けてもよい。

凸部５０の形状は特に制限はなく、例えば角柱状、円柱状等、任意の形状で形成することができる。また、例えば凸部５０の外周に凹凸部や溝部を形成するなどして表面積を増やし、熱拡散を促進させるようにしてもよい。また、凸部５０をケース２８と別部材で構成する場合において、凸部５０をケース２８の材料よりも熱伝導率が高い材料で形成してもよい。

凸部５０の先端部は平面状とされている。これにより、放熱部８との接触面積を広く確保することができる。また、凸部５０の先端部と放熱部８との面接触を確保するために、熱伝導性や耐熱性に優れる樹脂剤や樹脂シート等を介在させてもよい。これにより、凸部５０の先端部と放熱部８の接触面が平行に対向しない場合や粗面である場合にも接触面積を広く確保することができ、凸部５０への熱伝導効率の低下を防止することができる。

また、凸部５０は、放熱部８の発熱体５と重畳する領域のみと接するようにしてもよく、発熱体５と重畳する領域及び発熱体５と重畳する領域以外の領域を含む領域と接するようにしてもよい。

［放熱素子］
図１６、図１７に示すように保護素子１は、放熱部８上に接して放熱部８の熱を吸熱し放散する放熱素子５１を設けてもよい。放熱素子５１は、放熱部８と接することにより放熱部８の熱を吸熱するとともにケース２８内の空間へ放熱するものである。保護素子１は、放熱素子５１を設けることにより、効率的に熱拡散を行うことができる。

放熱素子５１は、熱伝導性に優れる部材を好適に用いることができ、例えば高融点金属や、高融点金属に被覆された樹脂材、ヒートシンク（図１８）などを例示できる。放熱素子５１の大きさや形状は特に制限はないが、放熱部８の熱を十分に吸熱できる熱容量を備えるとともに、ケース２８内に効率よく放熱する表面積を備えることが好ましい。放熱素子５１は、ケース２８の内部空間と接する外周に凹凸部や溝部を形成するなどして表面積を増やし、熱拡散を促進させるようにしてもよい。なお、放熱素子５１は、少なくとも放熱部８と接する部位は、放熱部８との接触面積を広く確保するために平面状とされることが好ましい。

また、放熱素子５１は、高融点ハンダやタック性を有する熱伝導性シート等の接続材料によって放熱部８上に接続される。ここで、接続材料として高融点のハンダ等を用いるのは、放熱部８の熱によっても溶融しないことが必要だからである。仮に接続材料が放熱部８の熱で溶融した場合、放熱素子５１が脱落したり、高融点金属などの放熱素子を溶解したりするしまう恐れがある。

また、放熱素子５１は、放熱部８の発熱体５と重畳する領域のみと接するようにしてもよく、発熱体５と重畳する領域及び発熱体５と重畳する領域以外の領域を含む領域と接するようにしてもよい。

保護素子１の実施例について説明する。本実施例では、実施例として図２に示す保護素子を用意し、比較例として図４０に示す放熱部が設けられていない保護素子を用意し、それぞれ５０Ｖ、６０Ｖ、８０Ｖ、１００Ｖの電圧を印加した際の発熱体又は絶縁基板の損傷の有無を判定した。発熱体及び絶縁基板に損傷が見られなかった場合を〇（良好）と評価し、発熱体又は絶縁基板に損傷が見られた場合を×（不良）と評価した。

表１に示すように、放熱部を形成した実施例では、印加電圧を上げても発熱体及び絶縁基板に損傷は確認されず、ヒューズエレメントを速やかに溶断することができた。一方、放熱部が設けられていない比較例に係る保護素子では、印加電圧が６０Ｖ以上で発熱体又は絶縁基板の損傷が見られた。このため、比較例ではヒューズエレメントの溶断に時間が長くかかり、また発熱体が損傷してヒューズエレメントが完全には溶断できない場合が生じた。

［変形例１］
次いで、保護素子の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上述した保護素子１と同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に示すように、本技術が適用された保護素子６０は、発熱体引出電極７をヒューズエレメント２に接続させている。図１９、図２０に示すように、保護素子６０は、絶縁基板４の表面４ａの、発熱体引出電極７を挟んだ両側縁部に補助電極１５が形成されるとともに、接続ハンダ９によって補助電極１５及び発熱体引出電極７がヒューズエレメント２に接続されている。すなわち、保護素子６０は、絶縁基板４の発熱体５、絶縁層６、発熱体引出電極７及び放熱部８が形成されている表面４ａがヒューズエレメント２と接する面とされている。そして、発熱体５が発熱すると、発熱体引出電極７を介してヒューズエレメント２が加熱される。

また、保護素子６０の絶縁基板４は、ヒューズエレメント２と接する表面４ａと反対側の裏面４ｂに保持電極１０が形成されている。ヒューズエレメント２の溶融導体２ａは、発熱体引出電極７と貫通孔１１を介して連続されている保持電極１０側に吸引、保持される。

保護素子６０においても、保護素子１と同様に、絶縁基板４の表面４ａ側の、少なくとも発熱体５と重畳する領域には、発熱体引出電極７から電気的に独立した放熱部８が形成されている。したがって、保護素子６０は、熱分布の偏りに伴う応力による絶縁基板４や発熱体５の損傷を防止することができ、発熱体５に高電圧が印加された場合でも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。また、保護素子６０は、放熱部８を形成することにより、発熱体給電電極１２に高電圧が印加された場合でもスパーク（放電）が発生しにくく安全かつ速やかに電流経路を遮断できる。したがって、保護素子６０は、大電流用途に対応して高定格化することができる。

なお、保護素子６０においても、放熱体８を絶縁被覆する絶縁被覆層１７を形成することが好ましい。絶縁被覆層１７を形成することにより、導電材料で放熱部８が形成されている場合にも、ヒューズエレメント２や発熱体引出電極７との導通を防止することができる。

［変形例２］
上述した保護素子１，６０はヒューズエレメント２に溶断部材３を接続するものであるが、本技術が適用された保護素子は、図２１に示すように、絶縁基板４上にヒューズエレメント２を実装し、溶断部材を外部回路基板に表面実装する構造としてもよい。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１，６０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２１に示す保護素子７０は、ヒューズエレメント２と、溶断部材７１とを備える。溶断部材７１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と、絶縁基板４の表面４ａ側の、少なくとも発熱体５と重畳する領域に形成され、発熱体引出電極７から電気的に独立した放熱部８と、絶縁基板４の表面４ａに形成され、外部回路と接続される第１の電極７２及び第２の電極７３を有する。

ヒューズエレメント２は、第１の電極７２、第２の電極７３、及び第１の電極７２と第２の電極７３の間に設けられた発熱体引出電極７に、接続ハンダ９等の導電性接続材料によって接続されている。

第１、第２の電極７２，７３は、絶縁基板４の表面４ａの対向する両側縁部に形成されている。また、絶縁基板４は、表面４ａの第１、第２の電極７２，７３が形成された側縁部と異なる対向する側縁部に発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４が形成されている。また、図２１（Ｃ）に示すように、絶縁基板４は、裏面４ｂに外部回路基板と接続される第１～第３の外部接続電極７４～７６が形成されている。

第１、第２の電極７２，７３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、第１、第２の電極７２，７３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７０は、第１、第２の電極７２，７３の酸化を防止し、導通抵抗の上昇に伴う定格の変動を防止することができる。また、ヒューズエレメント２を第１、第２の電極７２，７３へリフロー実装する場合や、溶断部材７１を外部回路基板へリフロー実装する場合に、ヒューズエレメント２を接続する接続用ハンダ９が溶融することにより第１、第２の電極７２，７３を溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。

第１の電極７２は、絶縁基板４の表面４ａより、キャスタレーションを介して裏面４ｂに形成された第１の外部接続電極７４と連続されている。また、第２の電極７３は、絶縁基板４の表面４ａより、キャスタレーションを介して裏面４ｂに形成された第２の外部接続電極７５と連続されている。溶断部材７１は、第１、第２の外部接続電極７４，７５が、溶断部材７１が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、ヒューズエレメント２が回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。

第１、第２の電極７２，７３は、接続ハンダ９等の導電接続材料によりヒューズエレメント２が搭載されることにより電気的に接続されている。また、図２２に示すように、第１、第２の電極７２，７３は、発熱体５が通電に伴って発熱しヒューズエレメント２が溶断することにより遮断される。あるいは第１、第２の電極７２，７３は、保護素子７０に定格を超える大電流が流れヒューズエレメント２が自己発熱（ジュール熱）によって溶断することにより遮断される。

溶断部材７１は、絶縁基板４の表面４ａに１つの発熱体５が形成されている。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に形成された第３の外部接続電極７６と連続されている。発熱体電極１４は、発熱体引出電極７と接続されている。

また、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と重畳されている。発熱体引出電極７は、接続ハンダ９等の接合材料を介して、第１、第２の電極７２，７３間にわたって設けられているヒューズエレメント２が接続されている。

発熱体５は、溶断部材７１が外部回路基板に実装されることにより、第３の外部接続電極７６を介して外部回路に形成された電流制御素子等と接続され、平常時においては電流及び発熱が規制されている。そして、発熱体５は、外部回路の通電経路を遮断する所定のタイミングで第３の外部接続電極７６を介して通電され、発熱する。保護素子７０は、発熱体５の熱が発熱体電極１４から発熱体引出電極７を経て、また絶縁層６及び発熱体引出電極７介して、それぞれヒューズエレメント２に伝達することにより、第１、第２の電極７２，７３を接続しているヒューズエレメント２を溶融させることができる。図２２に示すように、ヒューズエレメント２の溶融導体２ａは発熱体引出電極７上及び第１、第２の電極７２，７３に凝集し、これにより第１、第２の電極７２，７３間の電流経路が遮断される。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、自身の通電経路も遮断されることから発熱が停止する。

なお、第１、第２の電極７２，７３及び発熱体給電電極１２は、第１～第３の外部接続電極７４～７６と接続される外部回路基板の電極に設けられた接続用ハンダがリフロー実装等において溶融し、キャスタレーションを介して第１、第２の電極７２，７３や発熱体給電電極１２上に這い上がり、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、第１、第２の電極７２，７３や発熱体給電電極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が第１、第２の電極７２，７３や発熱体給電電極１２まで濡れ広がることを防止し、溶断部材７１と外部回路基板との接続性を維持することができる。

［放熱部］
放熱部８は、少なくとも発熱体５と重畳する領域に、発熱体引出電極７から電気的に独立して形成されている。例えば図２１（Ａ）に示すように、放熱部８は、発熱体５の発熱体給電電極１２側を横断するように形成されている。また、放熱部８は、絶縁層６上に設けられるともに、発熱体引出電極７及び発熱体引出電極７に接続されたヒューズエレメント２と離間して設けられている。これにより、放熱部８は、発熱体５への給電経路や外部回路の電流経路から電気的に独立している。

保護素子７０においても、保護素子１，６０と同様に、放熱部８が発熱体５の熱を吸熱することにより、絶縁基板４上において熱分布の偏りが低減され、発熱体５の熱が局所的に集中することによる絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。

また、保護素子７０においても、放熱部８を絶縁被覆する絶縁被覆層１７を形成してもよい。また、図２３に示すように、放熱部８は、絶縁層６上のみに形成してもよく、また、図２４に示すように、発熱体５と重畳する領域から絶縁基板４の表面４ａの発熱体給電電極１２等の電極が形成されていない領域にわたって形成することにより、可及的に広範囲に形成してもよい。

［発熱体引出電極］
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、保護素子１と同様に、幅広に形成された基部７ｂと、基部７ｂから突出する幅が細い先端部７ａとを有する。

発熱体引出電極７に幅広の基部７ｂを設けることで、ヒューズエレメント２の溶融導体２ａを保持する容量を基部７ｂ側で増加させることができ、確実にヒューズエレメント２を溶断するとともに、先端部７ａの先に設けられた放熱部８と溶融導体２ａとの短絡のリスクを低減することができる。

なお、発熱体引出電極７は、ヒューズエレメント２が搭載され、発熱体引出電極７の先端部７ａは、ヒューズエレメント２の側縁よりも発熱体給電電極１２側に突出しないことが好ましい。発熱体給電電極１２には高電圧が印加され、高電位となることから、発熱体引出電極７がヒューズエレメント２から低電位部側に退避することにより発熱体引出電極７を高電位部から離間させることができる。また、発熱体引出電極７の先端部７ａは、ヒューズエレメント２の側縁よりも発熱体給電電極１２側に突出すると、当該先端部７ａが避雷針的に作用するおそれもあるが、このような避雷針的な部位が形成されず、スパークの発生リスクを低減することができる。さらに、発熱体引出電極７とヒューズエレメント２とが重畳することで高電位となる発熱体給電電極１２と対峙する金属（すなわち、先端部７ａ及びヒューズエレメント２）の体積が増加し、スパークが発生した場合にも衝撃に対する耐性が向上され破損が防止される。

［回路構成］
図２５は保護素子７０の回路図である。保護素子７０は、図１３に示すバッテリパック４０の保護素子として使用されると、第１の外部接続電極７４がバッテリスタック４５側と接続され、第２の外部接続電極７５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７０は、発熱体５が発熱体給電電極１２及び第３の外部接続電極７６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の外部接続電極７６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、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７０とバッテリ回路等の外部回路との接続は、例えば、溶断部材７１を外部回路基板にリフロー実装等により実装することにより行うことができる。すなわち、溶断部材７１は、絶縁基板４の裏面４ｂに形成された第１～第３の外部接続電極７４～７６が、外部回路基板の所定の実装位置に設けられたランド部に接続ハンダ等の接続材料を介して搭載され、リフロー炉を通されることにより外部回路基板に実装される。これにより、ヒューズエレメント２が外部回路の電流経路上に組み込まれる。

［保護素子の動作］
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。保護素子７０は、バッテリスタック４５から、発熱体５に電流が流れ、これにより発熱体５が発熱を開始する。保護素子７０は、発熱体５の発熱によりヒューズエレメント２が溶断し、バッテリスタック４５の充放電経路を遮断する（図２２）。また、保護素子７０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。

このとき、保護素子７０は、放熱部８が発熱体５の熱を吸熱することにより、絶縁基板４上において熱分布の偏りが低減され、発熱体５の熱が局所的に集中することによる絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。また、保護素子７０は、発熱体引出電極７の先端部７ａと発熱体給電電極１２との間に形成された放熱部８が発熱体引出電極７と電気的に独立しているため、発熱体引出電極７の先端部７ａと発熱体給電電極１２との間にスパーク（絶縁破壊）が発生することを抑制することができる。これにより、保護素子７０は、大電流用途に対応するバッテリスタック４５より発熱体５に高電圧が印加された場合でも安全かつ速やかにヒューズエレメント２を溶断し、電流経路を遮断することができる。

保護素子７０は、ヒューズエレメント２が溶断することにより、発熱体５への給電経路も遮断されるため、発熱体５の発熱が停止される。

なお、保護素子７０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。

このように、保護素子７０は、発熱体５の通電による発熱、あるいは過電流によるヒューズエレメント２の自己発熱によってヒューズエレメント２が溶断する。このとき、保護素子７０は、ヒューズエレメント２の絶縁基板４へのリフロー実装時や、溶断部材７１の回路基板へのリフロー実装時や、保護素子７０が実装された回路基板が更にリフロー加熱等の高温環境下に曝された場合にも、ヒューズエレメント２を低融点金属が高融点金属によって被覆された構成で形成することにより、ヒューズエレメント２の変形が抑制されている。したがって、ヒューズエレメント２の変形による抵抗値の変動等に起因する溶断特性の変動が防止され、所定の過電流や発熱体５の発熱によって速やかに溶断することができる。

［変形例３］
上述した保護素子７０では、発熱体５を形成した絶縁基板４の表面４ａに第１、第２の電極７２，７３及び発熱体引出電極７を形成し、ヒューズエレメント２を実装したが、各電極７２，７３，７及びヒューズエレメント２は絶縁基板４の裏面４ｂに形成してもよい。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１，６０，７０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２６に示す保護素子８０は、ヒューズエレメント２と、溶断部材８１とを備える。溶断部材８１は、絶縁基板４の表面４ａに発熱体給電電極１２、発熱体電極１４、発熱体５、絶縁層６、第１の外部接続電極７４、及び第２の外部接続電極７５が形成されている。また、保護素子８０は、絶縁基板４の裏面４ｂに、発熱体電極１４、発熱体引出電極７、第１の電極７２、第２の電極７３、放熱部８が形成され、第１の電極７２から発熱体引出電極７を経て第２の電極７３にかけてヒューズエレメント２が実装されている。

発熱体電極１４は絶縁基板４の表面４ａと裏面４ｂにそれぞれ形成され、両発熱体電極１４がキャスタレーションを介して電気的に接続されている。発熱体引出電極７は、絶縁基板４の表面４ａ及び裏面４ｂに設けられた発熱体電極１４を介して絶縁基板４の表面４ａに設けられた発熱体５と電気的に接続されている。また、保護素子８０は、絶縁基板４の表面４ａが外部回路基板への実装面とされ、発熱体給電電極１２、第１の外部接続電極７４及び第２の外部接続電極７５が外部回路基板の所定の実装位置に設けられたランド部に接続ハンダ等の接続材料を介して接続される。

保護素子８０においても、放熱部８は、絶縁基板４を介して少なくとも発熱体５と重畳する領域に、発熱体引出電極７から電気的に独立して形成されている。例えば、放熱部８は、発熱体５の発熱体給電電極１２側を横断するように絶縁基板４の第１、第２の電極７２，７３が設けられた両側縁間にわたって形成されている。また、放熱部８は、発熱体引出電極７及び発熱体引出電極７に接続されたヒューズエレメント２と離間して設けられることにより、発熱体５への給電経路や外部回路の電流経路から電気的に独立している。

保護素子８０においても、放熱部８を形成することにより、絶縁基板４の裏面４ｂ側から発熱体５が発する熱を吸熱する。したがって、絶縁基板４上において熱分布の偏りが低減され、発熱体引出電極７が形成されていない領域に発熱体５の熱が局所的に集中することによる絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。

なお、絶縁基板４の裏面４ｂには発熱体給電電極１２とキャスタレーションを介して接続された誘引電極８３が設けられている。誘引電極８３は、発熱体給電電極１２をランド部に接続する接続ハンダがキャスタレーションの壁面全面に濡れ広がるように誘引するものである。

また、図２７に示すように、保護素子８０においても、放熱部８を絶縁被覆する絶縁被覆層１７を形成してもよい。また、放熱部８は、図２８に示すように、発熱体５と重畳する領域から発熱体給電電極１２が形成されている側縁にわたって形成することにより、可及的に広範囲に形成してもよい。図２９は、放熱部８を可及的に広げるとともに、放熱部８を絶縁被覆層１７で被覆した構成を示す平面図である。

また、図３１に示すように、誘引電極８３を形成せず、その分、放熱部８を可及的に広げて形成してもよい。この場合、放熱部８はキャスタレーションとも離間され電気的な独立性を保持している。また、当該構成においても放熱部８を絶縁被覆層１７で被覆してもよい。

さらに、保護素子８０は、絶縁基板４の表面４ａに第２の放熱部８２を形成してもよい。図３０に示すように、第２の放熱部８２は、放熱部８と同じ材料、同じ方法で形成することができ、絶縁層６上に発熱体５と重畳するように形成される。また、第２の放熱部８２は、絶縁被覆層１７によって被覆される。第２の放熱部８２によっても発熱体５の熱を吸熱することで、絶縁基板４に伝わる熱量を低減するとともに、発熱体５自体の過熱を防ぎ、絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。

［変形例４］
また、溶断部材を外部回路基板に表面実装する構造の保護素子は、絶縁基板４の表面４ａに複数の発熱体を備えてもよい。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１，６０，７０，８０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３２に示す保護素子９０は、ヒューズエレメント２と、溶断部材９１とを備える。溶断部材９１は、複数の発熱体５が絶縁基板４の表面４ａ上に離間して並列して設けられている。また、保護素子７０と同様に、絶縁基板４の表面４ａには、第１、第２の電極７２，７３、発熱体引出電極７、発熱体給電電極１２及び発熱体電極１４が形成され、絶縁基板４の裏面４ｂには、第１～第３の外部接続電極７４～７６が形成されている。さらに、保護素子９０は、絶縁基板４の裏面４ｂに保持電極１０が形成されている。そして、図３３に示すように、絶縁基板４は、発熱体５が形成されていない領域である並列する発熱体５の間に、表面４ａに形成された発熱体引出電極７と、裏面４ｂに形成された保持電極１０とを連続させる貫通孔１１が形成されている。なお、図３３（Ａ）は図３２（Ａ）のＡ－Ａ’断面図であり、図３３（Ｂ）は図３２（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。

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。発熱体電極１４は発熱体引出電極７と接続されている。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と重畳されている。

発熱体５、絶縁層６、発熱体引出電極７の構成は上述した溶断部材３と同様である。すなわち、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発熱体５の間に延在する先端部７ａと発熱体電極１４と接続する基部７ｂとを有する。

また、放熱部８の構成及び作用も上述した溶断部材３と同様である。放熱部８は、絶縁層６上のみに形成してもよく、また、発熱体５と重畳する領域から発熱体給電電極１２が形成されている側縁にわたって形成する等、可及的に広範囲に形成してもよい（図２、図８、図６参照）。保護素子９０においても、放熱部８は絶縁被覆層１７で被覆されることが好ましい。保護素子９０においても、放熱部８が発熱体５の熱を吸熱することにより、絶縁基板４上において熱分布の偏りが低減され、発熱体５の熱が局所的に集中することによる絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。

ヒューズエレメント２は、第１の電極７２、第２の電極７３、及び第１の電極７２と第２の電極７３の間に設けられた発熱体引出電極７に、接続ハンダ９等の導電性接続材料によって接続されている。

［回路構成］
図３４は、図３２に示す保護素子９０の回路図である。保護素子９０は、図１３に示すバッテリパック４０の保護素子として使用されると、第１の外部接続電極７４がバッテリスタック４５側と接続され、第２の外部接続電極７５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９０は、発熱体５が発熱体給電電極１２及び第３の外部接続電極７６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の外部接続電極７６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、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９０とバッテリ回路等の外部回路との接続は、例えば、溶断部材９１を外部回路基板にリフロー実装等により実装することにより行うことができる。すなわち、溶断部材９１は、絶縁基板４の裏面４ｂに形成された第１～第３の外部接続電極７４～７６が、外部回路基板の所定の実装位置に設けられたランド部に接続ハンダ等の接続材料を介して搭載され、リフロー炉を通されることにより外部回路基板に実装される。これにより、ヒューズエレメント２が外部回路の電流経路上に組み込まれる。

［保護素子の動作］
外部回路から発熱体５に電流が流れ、発熱体５が発熱を開始すると、図３５に示すように、発熱体５の発熱によりヒューズエレメント２が溶断し、外部回路の電流経路を遮断する。図３６に示すように、ヒューズエレメント２の溶融導体２ａは、発熱体引出電極７に保持されるとともに、一部が発熱体引出電極７に開口された貫通孔１１に吸引され、絶縁基板４の裏面４ｂに形成された保持電極１０に保持される。なお、図３６（Ａ）は図３５（Ａ）のＡ－Ａ’断面図であり、図３６（Ｂ）は図３５（Ａ）のＢ－Ｂ’断面図である。

このとき、保護素子９０は、放熱部８が発熱体５の熱を吸熱することにより、絶縁基板４上において熱分布の偏りが低減され、発熱体５の熱が局所的に集中することによる絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。また、保護素子９０は、発熱体引出電極７と発熱体給電電極１２との間に形成された放熱部８が発熱体引出電極７と電気的に独立しているため、発熱体引出電極７と発熱体給電電極１２との間にスパーク（絶縁破壊）が発生することを抑制することができる。これにより、保護素子９０は、発熱体５に高電圧が印加された場合でも安全かつ速やかにヒューズエレメント２を溶断し、電流経路を遮断することができる。

保護素子９０は、ヒューズエレメント２が溶断することにより、発熱体５への給電経路も遮断されるため、発熱体５の発熱が停止される。

なお、保護素子９０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、外部回路の電流経路を遮断することができる。

［変形例５］
上述した保護素子９０では、発熱体５を形成した絶縁基板４の表面４ａに第１、第２の電極７２，７３及び発熱体引出電極７を形成し、ヒューズエレメント２を実装したが、各電極７２，７３及びヒューズエレメント２を、絶縁基板４の裏面４ｂに形成してもよい。なお、以下の説明においても、上述した保護素子１，６０，７０，８０，９０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。

図３７に示す保護素子９６は、ヒューズエレメント２と、溶断部材９７とを備える。図３８に示すように、溶断部材９７は、絶縁基板４の表面４ａに発熱体給電電極１２、発熱体電極１４、発熱体５、絶縁層６、発熱体引出電極７、第１の外部接続電極７４、及び第２の外部接続電極７５、放熱部８が形成されている。

また、保護素子９６は、絶縁基板４の裏面４ｂに、第１の電極７２、第２の電極７３、保持電極１０が形成され、第１の電極７２から保持電極１０を経て第２の電極７３にかけてヒューズエレメント２が実装されている。保持電極１０は、貫通孔１１を介して発熱体引出電極７と連続されている。

絶縁基板４の表面４ａに設けられた発熱体電極１４と発熱体引出電極７とは電気的に接続されている。また、保護素子９６は、絶縁基板４の表面４ａが外部回路基板への実装面とされ、発熱体給電電極１２、第１の外部接続電極７４及び第２の外部接続電極７５が外部回路基板の所定の実装位置に設けられたランド部に接続ハンダ等の接続材料を介して接続される。

保護素子９６においても、放熱部８は、絶縁層６を介して少なくとも発熱体５と重畳する領域に、発熱体引出電極７から電気的に独立して形成されている。放熱部８は、発熱体引出電極７及び第１、第２の外部接続電極７４，７５と離間して設けられることにより、発熱体５への給電経路や外部回路の電流経路から電気的に独立している。

保護素子９６においても、発熱体５に重畳して形成された放熱部８により発熱体５の熱が吸熱される。したがって、絶縁基板４上において熱分布の偏りが低減され、発熱体引出電極７が形成されていない領域に発熱体５の熱が局所的に集中することによる絶縁基板４や発熱体５の破損（熱衝撃クラック）を抑制することができる。

また、保護素子９６においても、放熱部８を絶縁被覆する絶縁被覆層１７を形成してもよい。また、放熱部８は、発熱体５と重畳する領域から発熱体給電電極１２等の電極が形成されていない領域にわたって形成する等、可及的に広範囲に形成してもよい。

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、５ 発熱体、６ 絶縁層、７ 発熱体引出電極、７ａ 先端部、７ｂ 基部、８ 放熱部、９ 接続ハンダ、１０ 保持電極、１１ 貫通孔、１２ 発熱体給電電極、１４ 発熱体電極、１５ 補助電極、１７ 絶縁被覆層、２０ ネジ孔、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、４０ａ 正極端子、４０ｂ 負極端子、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 凸部、５１ 放熱素子、６０ 保護素子、７０ 保護素子、７１ 溶断部材、７２ 第１の電極、７３ 第２の電極、７４ 第１の外部接続電極、７５ 第２の外部接続電極、７６ 第３の外部接続電極、８０ 保護素子、８１ 溶断部材、８２ 第２の放熱部、９０ 保護素子、９１ 溶断部材、９６ 保護素子、９７ 溶断部材、１００ 保護素子、１０１ヒューズエレメント、１０２ 溶断部材、１０３ 絶縁基板、１０４ 発熱体、１０５ 絶縁層、１０６ 発熱体引出電極、１０７ 保持電極、１０８ 貫通孔、１０９ 補助電極、１１０ 発熱体給電電極、１１１ 第１の電極端子、１１２ 第２の電極端子、１１４ 接続ハンダ

Claims (16)

1. ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、
   上記溶断部材は、
   絶縁基板と、
   上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、
   上記発熱体を被覆する絶縁層と、
   上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、
   上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、
   上記絶縁基板の上記表面と反対側の裏面に形成され、上記ヒューズエレメントの溶断時に上記ヒューズエレメントの溶融導体を保持する保持電極と、
   上記発熱体引出電極と上記保持電極とを連続させる貫通孔を有し、
   上記ヒューズエレメントは、上記保持電極と接続されている
   保護素子。
2. ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、
   上記溶断部材は、
   絶縁基板と、
   上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、
   上記発熱体を被覆する絶縁層と、
   上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、
   上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、
   上記絶縁基板の上記表面と反対側の裏面に形成され、上記ヒューズエレメントの溶断時に上記ヒューズエレメントの溶融導体を保持する保持電極と、
   上記発熱体引出電極と上記保持電極とを連続させる貫通孔を有し、
   上記ヒューズエレメントは、上記発熱体引出電極と接続されている
   保護素子。
3. 複数の上記溶断部材を備え、
   上記ヒューズエレメントの一面及び上記一面と反対側の他面に、上記溶断部材が接続されている請求項１又は２に記載の保護素子。
4. 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設けられている請求項３に記載の保護素子。
5. ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、
   上記溶断部材は、
   絶縁基板と、
   上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、
   上記発熱体を被覆する絶縁層と、
   上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、
   上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、
   上記絶縁基板の上記表面に形成され、外部回路と接続される第１の電極及び第２の電極を有し、
   上記ヒューズエレメントは、上記第１の電極、上記第２の電極、及び上記第１の電極と上記第２の電極の間に設けられた上記発熱体引出電極に接続されている
   保護素子。
6. 複数の上記発熱体が、上記絶縁基板の表面側に並列して設けられている、請求項５に記載の保護素子。
7. 上記絶縁基板の上記表面と反対側の裏面に形成され、上記ヒューズエレメントの溶断時に上記ヒューズエレメントの溶融導体を保持する保持電極と、
   上記複数の発熱体間の領域を貫通し、上記発熱体引出電極と上記保持電極とを連続させる貫通孔とを有する請求項６に記載の保護素子。
8. ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、
   上記溶断部材は、
   絶縁基板と、
   上記絶縁基板の表面側に形成された発熱体と、
   上記発熱体を被覆する絶縁層と、
   上記絶縁基板の裏面側に上記発熱体と重畳して形成され、上記発熱体と接続された発熱体引出電極と、
   上記絶縁基板の裏面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、
   上記絶縁基板の上記裏面に形成され、外部回路と接続される第１の電極及び第２の電極とを有し、
   上記ヒューズエレメントは、上記第１の電極、上記第２の電極、及び上記発熱体引出電極に接続されている
   保護素子。
9. ヒューズエレメントと、上記ヒューズエレメントを溶断する溶断部材とを備え、
   上記溶断部材は、
   絶縁基板と、
   上記絶縁基板の表面側に並列して設けられた複数の発熱体と、
   上記発熱体を被覆する絶縁層と、
   上記発熱体と接続され、上記絶縁層を介して上記発熱体と重畳される発熱体引出電極と、
   上記絶縁基板の表面側の、少なくとも上記発熱体と重畳する領域に形成され、上記発熱体引出電極から電気的に独立した放熱部と、
   上記絶縁基板の上記裏面に形成され、外部回路と接続される第１の電極及び第２の電極と、
   上記絶縁基板の上記裏面の上記第１の電極と記第２の電極の間に設けられた保持電極と、
   上記絶縁基板の上記複数の発熱体間の領域を貫通し、上記発熱体引出電極と上記保持電極とを連続させる貫通孔とを有し、
   上記ヒューズエレメントは、上記第１の電極、上記第２の電極、及び上記保持電極に接続されている
   保護素子。
10. 上記放熱部は、導電性材料により形成されている請求項１～９のいずれか１項に記載の保護素子。
11. 上記放熱部を被覆する絶縁被覆層を有する請求項１０に記載の保護素子。
12. 上記放熱部は、上記絶縁層の表面及び側面にわたって形成されている請求項１～７，９のいずれか１項に記載の保護素子。
13. 上記放熱部は、上記発熱体と重畳する領域及び上記絶縁基板の電極非形成領域にわたって可及的に広範囲に形成されている請求項１～１２のいずれか１項に記載の保護素子。
14. 上記溶断部材及び上記ヒューズエレメントを収納するケースを有し、
    上記ケースには、上記放熱部と接して吸熱する凸部が形成されている請求項１，５～８のいずれか１項に記載の保護素子。
15. 上記放熱部には、上記放熱部の熱を拡散する放熱素子が設けられている請求項１，５～８のいずれか１項に記載の保護素子。
16. 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１～１５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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