(57)【要約】【課題】短絡素子において、微弱な電流経路上でも、発熱体の加熱による可溶導体の溶断に伴い開放回路を短絡させる短絡素子を実現する。【解決手段】絶縁基板１０と、発熱体１７と、相隣接する第１及び第２の電極１１，１２と、第１の電極１１と隣接する第３の電極１３と、第２の電極１２と隣接する第４の電極１４と、第１、第３の電極１１，１３間にわたって搭載された第１の可溶導体２１と、第２、第４の電極１２，１４間にわたって搭載された第２の可溶導体２２と、発熱体１７と接続された第５の電極１５と、第５の電極１５と隣接する第６の電極１６と、第５、第６の電極１５，１６間にわたって搭載された第３の可溶導体２３とを備え、発熱体１７により第１、第２の可溶導体２１，２２を溶融させ、第１、第２の電極１１，１２間を溶融導体により短絡させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
発熱体と、
上記絶縁基板に、互いに隣接して設けられた第１及び第２の電極と、
上記第１の電極と隣接して設けられた第３の電極と、
上記第２の電極と隣接して設けられた第４の電極と、
上記第１の電極から上記第３の電極にわたって搭載され、上記発熱体からの加熱により、上記第１の電極と上記第３の電極との間で溶断する第１の可溶導体と、
上記第２の電極から上記第４の電極にわたって搭載され、上記発熱体からの加熱により、上記第２の電極と上記第４の電極との間で溶断する第２の可溶導体と、
上記発熱体と電気的に接続された第５の電極と、
上記第５の電極と隣接して設けられた第６の電極と、
上記第５の電極から上記第６の電極にわたって搭載されることにより上記発熱体と直列に接続され、上記発熱体からの加熱により、上記第５の電極と上記第６の電極との間で溶断する第３の可溶導体とを備え、
上記発熱体からの加熱により上記第１、第２の可溶導体を溶融させ、上記第１、第２の電極上に凝集した溶融導体が結合することによって上記第１、第２の電極間を短絡させる短絡素子。
【請求項２】
上記第１、第２の可溶導体を溶融させて上記第１、第２の電極間を短絡させた後、上記第３の可溶導体を溶融させることにより、上記発熱体への給電経路を遮断し、発熱を停止する請求項１記載の短絡素子。
【請求項３】
上記第１の電極と上記第３の電極、及び上記第２の電極と上記第４の電極とは、それぞれ電気的に接続されるとともに、絶縁部材によって物理的に離間されている請求項１又は２に記載の短絡素子。
【請求項４】
上記第１の可溶導体及び上記第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１〜３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項５】
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、厚さが薄く形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項６】
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、融点が低い請求項１〜５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項７】
上記第３の可溶導体の材料構成が、上記第１及び第２の可溶導体と同じである請求項１〜６のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項８】
上記絶縁基板の上記第１〜第４の電極が形成された表面側に積層された絶縁層を備え、
上記第１〜第４の電極は、上記絶縁層上に形成され、
上記発熱体は、上記絶縁層の内部、又は上記絶縁層と上記絶縁基板との間に形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項９】
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１〜７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１０】
上記発熱体は、上記絶縁基板の上記第１〜第４の電極が形成された表面と反対側の裏面に形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１１】
上記発熱体及び上記第１〜第４の電極は、上記絶縁基板の上記第１〜第４の電極が形成された表面に形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１２】
絶縁基板と、
発熱体と、
上記絶縁基板に、互いに隣接して設けられた第１及び第２の電極と、
上記第１の電極と隣接して設けられた第３の電極と、
上記第１の電極から上記第３の電極にわたって搭載され、上記発熱体からの加熱により、上記第１の電極と上記第３の電極との間で溶断する第１の可溶導体と、
上記発熱体と電気的に接続された第５の電極と、
上記第５の電極と隣接して設けられた第６の電極と、
上記第５の電極から上記第６の電極にわたって搭載されることにより上記発熱体と直列に接続され、上記発熱体からの加熱により、上記第５の電極と上記第６の電極との間で溶断する第３の可溶導体とを備え、
上記発熱体からの加熱により上記第１の可溶導体を溶融させ、上記第１の電極上に凝集した溶融導体が上記第２の電極上にも凝集することによって上記第１、第２の電極間を短絡させる短絡素子。
【請求項１３】
上記第１の可溶導体を溶融させて上記第１、第２の電極間を短絡させた後、上記第３の可溶導体を溶融させることにより、上記発熱体への給電経路を遮断し、発熱を停止する請求項１２記載の短絡素子。
【請求項１４】
上記第１の電極と上記第３の電極は、電気的に接続されるとともに、絶縁部材によって物理的に離間されている請求項１２又は１３に記載の短絡素子。
【請求項１５】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記発熱体からの加熱により上記第１、第２の可溶導体を溶融させ、上記第１、第２の電極上に凝集した溶融導体が結合することによって上記第１、第２の電極間を短絡させる請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１６】
上記第１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１２〜１４のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１７】
上記第１の可溶導体及び上記第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１５に記載の短絡素子。
【請求項１８】
上記第１の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、厚さが薄く形成されている請求項１２〜１４、１６のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１９】
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、厚さが薄く形成されている請求項１５又は１７に記載の短絡素子。
【請求項２０】
上記第１の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、融点が低い請求項１２〜１４、１６、１８のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２１】
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、上記第３の可溶導体よりも、融点が低い請求項１５、１７又は１９のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２２】
上記第３の可溶導体の材料構成が、上記第１の可溶導体と同じである請求項１２〜１４、１６、１８又は２０のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２３】
上記第３の可溶導体の材料構成が、上記第１及び第２の可溶導体と同じである請求項１５、１７、１９又は２１のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２４】
上記絶縁基板の上記第１〜第３の電極が形成された表面側に積層された絶縁層を備え、
上記第１〜第３の電極は、上記絶縁層上に形成され、
上記発熱体は、上記絶縁層の内部、又は上記絶縁層と上記絶縁基板との間に形成されている請求項１２〜２３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２５】
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１２〜２３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２６】
上記発熱体は、上記絶縁基板の上記第１〜第３の電極が形成された表面と反対側の裏面に形成されている請求項１２〜２３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２７】
上記発熱体及び上記第１〜第３の電極は、上記絶縁基板の上記第１〜第３の電極が形成された表面に形成されている請求項１２〜２３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２８】
少なくとも上記第１の電極及び上記第２の電極の表面に、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキのいずれかが被覆されている請求項１〜２７のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２９】
上記第１の電極の面積が上記第３の電極の面積よりも広い請求項１〜２８のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３０】
上記第１の電極の面積が上記第３の電極の面積よりも広く、上記第２の電極の面積が上記第４の電極の面積よりも広い請求項１〜１１のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３１】
上記絶縁基板上に設けられ、内部を保護するカバー部材を備え、
上記カバー部材は、上記第１の電極及び上記第２の電極と重畳する位置に、カバー部電極が形成されている請求項１〜３０のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３２】
上記第１の電極又は上記第２の電極には、保護抵抗が接続されている請求項１〜３１のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３３】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダである請求項１〜３２のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３４】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、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１〜３１のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３５】
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３４記載の短絡素子。
【請求項３６】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、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１〜３２、３４又は３５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３７】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、内層が低融点金属であり、外層が高融点金属の被覆構造である請求項１〜３２、３４又は３５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３８】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、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１〜３２、３４又は３５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３９】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、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１〜３２、３４又は３５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項４０】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、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１〜３２、３４又は３５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項４１】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体は、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１〜３２、３４又は３５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項４２】
上記第２の電極上に搭載された第２の可溶導体を備え、
上記第１の可溶導体及び上記第２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１〜３２、３４又は３５のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項４３】
第１のヒューズと、互いに隣接して形成されるとともに絶縁されている第１、第２の電極とを有する第１の回路と、
上記第１の回路と電気的に独立して形成され、発熱体と、上記発熱体の一端と接続された第２のヒューズとを有する第２の回路とを備え、
上記第２の回路に電流を流し上記発熱体が発熱した熱により、上記第１のヒューズを溶融させて上記第１、第２の電極間を短絡した後に、上記第２のヒューズを溶断させて上記発熱体の発熱を停止する短絡回路。
【請求項４４】
上記第２の回路は、上記発熱体及び上記第２のヒューズが電源及びスイッチ素子に接続され、上記スイッチ素子を駆動させることにより電流が流れる請求項４３記載の短絡回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開放状態の電源ラインや信号ラインを電気信号により物理的且つ電気的に短絡させる短絡素子、及び短絡回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この種の保護素子には、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。
【０００４】
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は、特許文献１に記載されているように、電流経路上の第１の電極，発熱体引出電極，第２の電極間に亘って可溶導体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を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子内部に設けた発熱体によって溶断するものがある。このような保護素子では、溶融した液体状の可溶導体を発熱体に繋がる導体層上に集めることにより電流経路を遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−００３６６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５９６０号公報
【特許文献３】特開２０１２−００３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、バッテリとモーターを使用したＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）やＥＶ（Electric Vehicle）が急速に普及している。ＨＥＶやＥＶの動力源としては、エネルギー密度と出力特性からリチウムイオン二次電池が使用されるようになってきている。自動車用途では、高電圧、大電流が必要とされる。このため、高電圧、大電流に耐えられる専用セルが開発されているが、製造コスト上の問題から多くの場合、複数のバッテリセルを直列、並列に接続することで、汎用セルを用いて必要な電圧電流を確保している。
【０００７】
ここで、高速移動中の自動車等では、急激な駆動力の低下や急停止は却って危険な場合があり、非常時を想定したバッテリ管理が求められている。例えば、走行中にバッテリーシステムの異常が起きた際にも、修理工場もしくは安全な場所まで移動するための駆動力、あるいはハザードランプやエアコン用の駆動力を供給できることが、危険回避上、好ましい。
【０００８】
しかし、特許文献１のような複数のバッテリセルが直列に接続されたバッテリパックにおいては、充放電経路上にのみ保護素子を設けたような場合、バッテリセルの一部に異常が発生し保護素子を作動させると、バッテリパック全体の充放電経路が遮断されてしまい、これ以上、電力を供給することができない。
【０００９】
そこで、複数セルで構成されたバッテリパック内の異常なバッテリセルのみを排除し、正常なバッテリセルを有効に活用するために、異常なバッテリセルのみをバイパスするバイパス経路を形成することができる短絡素子が提案されている。
【００１０】
この短絡素子５０は、図２０に示すように、充放電経路上においてバッテリセル５１と並列に接続され、正常時には開放されている二つの開放電極５２，５３と、溶融することにより二つの開放電極５２，５３間を短絡させる可溶導体５４と、可溶導体５４と直列に接続され、当該可溶導体５４を溶融させる発熱体５５を有する。
【００１１】
発熱体５５は、充放電経路を介して電流が流れることにより自己発熱し、この熱（ジュール熱）によって可溶導体５４を溶融させる。発熱体５５は、ＦＥＴ等の電流制御素子５６と接続されている。電流制御素子５６は、バッテリセル５１の正常時には発熱体５５への給電を規制し、異常時に充放電経路を介して発熱体５５へ電流が流れるように制御する。
【００１２】
短絡素子５０が用いられたバッテリ回路は、バッテリセル５１に異常電圧等が検出されると、保護素子５７によって当該バッテリセル５１を充放電経路上から遮断するとともに、電流制御素子５６を作動させ、発熱体５５へ電流を流す。これにより、発熱体５５の熱により可溶導体５４が溶融し、溶融導体が二つの開放電極５２，５３上に凝集、結合する。したがって、開放電極５２，５３は溶融導体によって短絡され、これにより、バッテリセル５１をバイパスする電流経路を形成することができる。
【００１３】
しかし、短絡素子５０を、電源ラインよりも微弱な電流を流すデジタル信号ラインにおいて用いる場合には、発熱体５５に可溶導体５４を溶断させるのに十分な発熱量を得るほどの電力を供給することができず、短絡素子５０の用途が電源ライン用途に限られていた。
【００１４】
また、電流経路を発熱体５５側に切り替える電流制御素子５６も、電流定格の向上に伴って同様に定格の向上が求められる。そして、高定格の電流制御素子は、一般的に高価であり、コスト上も不利となる。
【００１５】
そこで、本発明は、微弱な電流経路に組み込まれた場合にも、発熱体に可溶導体を溶断させるのに十分な電力を供給することができ、あらゆる用途に用いることができる短絡素子、及び短絡回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明に係る短絡素子は、絶縁基板と、発熱体と、上記絶縁基板に、互いに隣接して設けられた第１及び第２の電極と、上記第１の電極と隣接して設けられた第３の電極と、上記第２の電極と隣接して設けられた第４の電極と、上記第１の電極から上記第３の電極にわたって搭載され、上記発熱体からの加熱により、上記第１の電極と上記第３の電極との間で溶断する第１の可溶導体と、上記第２の電極から上記第４の電極にわたって搭載され、上記発熱体からの加熱により、上記第２の電極と上記第４の電極との間で溶断する第２の可溶導体と、上記発熱体と電気的に接続された第５の電極と、上記第５の電極と隣接して設けられた第６の電極と、上記第５の電極から上記第６の電極にわたって搭載されることにより上記発熱体と直列に接続され、上記発熱体からの加熱により、上記第５の電極と上記第６の電極との間で溶断する第３の可溶導体とを備え、上記発熱体からの加熱により上記第１、第２の可溶導体を溶融させ、上記第１、第２の電極上に凝集した溶融導体が結合することによって上記第１、第２の電極間を短絡させるものである。
【００１７】
また、本発明に係る短絡回路は、第１のヒューズと、互いに隣接して形成されるとともに絶縁されている第１、第２の電極とを有する第１の回路と、上記第１の回路と電気的に独立して形成され、発熱体と、上記発熱体の一端と接続された第２のヒューズとを有する第２の回路とを備え、上記第２の回路に電流を流し上記発熱体が発熱した熱により、上記第１のヒューズを溶融させて上記第１、第２の電極間を短絡した後に、上記第２のヒューズを溶断させて上記発熱体の発熱を停止するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外部回路に組み込まれる第１、第２の電極間にわたる電流経路と、第１、第２の可溶導体を溶断させる発熱体への給電経路とが、電気的に独立しているため、外部回路の種類によらず、発熱体に対して第１、第２の可溶導体を溶断させるのに十分な発熱量を得る電力を供給することができる。したがって、本発明によれば、外部回路として、電源回路の他、微弱な電流を流すデジタル信号回路にも適用することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、外部回路に組み込まれる第１、第２の電極間にわたる電流経路と電気的に独立して発熱体への給電経路を形成しているため、発熱体への給電を制御する電流制御素子を、外部回路の電流定格に関わらず、発熱体の定格に応じて選択することができ、より安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明が適用された短絡素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】図２は、短絡素子における発熱体の発熱中心を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明が適用された短絡素子の回路図である。
【図４】図４は、本発明が適用された短絡回路を示す回路図である。
【図５】図５は、第１、第２の電極間が短絡された短絡素子を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は回路図である。
【図６】図６は、第５、第６の電極間が遮断され発熱体の発熱が停止された短絡素子を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は回路図である。
【図７】図７は、本発明が適用された他の短絡素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図８】図８は、本発明が適用された他の短絡素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図９】図９は、発熱体が絶縁基板の裏面に形成された短絡素子を示す断面図である。
【図１０】図１０は、発熱体が絶縁層の内部に形成された短絡素子を示す断面図である。
【図１１】図１１は、発熱体が絶縁基板の内部に形成された短絡素子を示す断面図である。
【図１２】図１２は、発熱体及び第１〜第６の電極が絶縁基板の表面に形成された短絡素子を示す平面図である。
【図１３】図１３は、保護抵抗を備えた短絡素子を有するバッテリパックの回路図である。
【図１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６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１７】図１７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１８】図１８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１９】図１９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２０】図２０は、参考例に係る短絡素子が用いられたバッテリ回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明が適用された短絡素子、及び短絡回路について、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。
【００２２】
［短絡素子］
［第１の形態］
本発明が適用された短絡素子１は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、絶縁基板１０と、発熱体１７と、絶縁基板１０の表面１０ａ側に、互いに隣接して設けられた第１及び第２の電極１１，１２と、第１の電極１１と隣接して設けられた第３の電極１３と、第２の電極１２と隣接して設けられた第４の電極１４と、第１の電極１１から第３の電極１３にわたって搭載され、発熱体１７からの加熱により、第１の電極１１と第３の電極１３との間で溶断する第１の可溶導体２１と、第２の電極１２から第４の電極１４にわたって搭載され、発熱体１７からの加熱により、第２の電極１２と第４の電極１４との間で溶断する第２の可溶導体２２とを備える。
【００２３】
また、短絡素子１は、絶縁基板１０の表面１０ａ側に、発熱体１７と電気的に接続された第５の電極１５と、第５の電極１５と隣接して設けられた第６の電極１６と、第５の電極１５から第６の電極１６にわたって搭載されることにより発熱体１７と直列に接続され、発熱体１７からの加熱により、第５の電極１５と第６の電極１６との間で溶断する第３の可溶導体２３とを備える。
【００２４】
そして、短絡素子１は、発熱体１７からの加熱により第１、第２の可溶導体２１，２２を溶融させ、第１、第２の電極１１，１２上に凝集した溶融導体が結合することによって、これら第１、第２の電極１１，１２間を短絡させる。
【００２５】
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〜第３の可溶導体２１〜２３の溶断時の温度に留意する必要がある。
【００２６】
発熱体１７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絶縁基板１０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。
【００２７】
発熱体１７は、絶縁基板１０の表面１０ａ上において絶縁層１８に被覆されている。絶縁層１８は、発熱体１７の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体１７の熱を効率よく第１〜第６の電極１１〜１６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６の電極１１〜１６は、発熱体１７によって加熱されることにより、第１〜第３の可溶導体２１〜２３の溶融導体を凝集しやすくすることができる。
【００２８】
また、発熱体１７は、一端が絶縁基板１０に形成された発熱体引出電極１９と接続され、他端が後述する第５の電極１５と接続されている。発熱体引出電極１９は、絶縁基板１０の側縁に臨む発熱体電極端子部２０が形成されている。発熱体引出電極１９は、スルーホール２７を介して絶縁基板１０の裏面に設けられた外部接続端子（図示せず）と接続されている。発熱体１７は、発熱体引出電極１９、発熱体電極端子部２０及び外部接続端子を介して、後述する電流制御素子３３と接続されている。
【００２９】
［第１〜第６の電極］
発熱体１７を被覆する絶縁層１８上には、第１〜第６の電極１１〜１６が形成されている。第１の電極１１は、一方側において第２の電極１２と隣接して形成されるとともに、離間されることにより絶縁されている。第１の電極１１の他方側には第３の電極１３が形成され、これら第１、第３の電極１１，１３によって第１の可溶導体２１の両側縁を支持することにより、第１の可溶導体２１の位置ズレ防止を図る。第１の電極１１と第３の電極１３とは、絶縁層１８上において一体に形成されることにより電気的に接続されるとともに、ガラス等の絶縁部材２５が積層されることによって物理的に離間されている。第１、第３の電極１１，１３を絶縁層１８上に一体形成するとともに、絶縁部材２５を積層し、さらに絶縁部材２５上に第１の可溶導体２１を積層することで、絶縁部材２５が発熱体１７の熱を第１の可溶導体２１や第１及び第３の電極１１，１３へ効率よく伝えるヒートスプレッダとして機能する。したがって、短絡素子１は、発熱体１７が発熱すると、短時間で第１の可溶導体２１を溶断することができる。
【００３０】
第１、第３の電極１１，１３は、実装用ハンダ２６を介して、後述する第１の可溶導体２１が搭載されている。また、第１の電極１１は、絶縁基板１０の側面に臨む第１の電極端子部１１ａが形成されている。第１の電極端子部１１ａは、スルーホール２７を介して絶縁基板１０の裏面に設けられた外部接続端子（図示せず）と接続されている。そして、第１の電極端子部１１ａは、外部接続端子を介して、短絡素子１が実装されるデバイスの電流経路の一端と接続される。
【００３１】
第２の電極１２の第１の電極１１と隣接する一方側と反対の他方側には、第４の電極１４が形成され、これら第２、第４の電極１２，１４によって第２の可溶導体２２の両側縁を支持することにより、第２の可溶導体２２の位置ズレ防止を図る。第２の電極１２と第４の電極１４とも、第１、第３の電極と同様に、絶縁層１８上において一体に形成されることにより電気的接続されるとともに、ガラス等の絶縁部材２５が積層されることによって物理的に離間されている。第２、第４の電極１２，１４は、実装用ハンダ２６を介して、後述する第２の可溶導体２２が搭載されている。また、第２の電極１２は、絶縁基板１０の側面に臨む第２の電極端子部１２ａが形成されている。第２の電極端子部１２ａは、スルーホール２７を介して絶縁基板１０の裏面に設けられた外部接続端子（図示せず）と接続されている。第２の電極端子部１２ａは、外部接続端子を介して、短絡素子が実装されるデバイスの電流経路の他端と接続される。
【００３２】
第１、第２の電極１１，１２は、第１、第２の可溶導体２１，２２の溶融導体が凝集、結合することにより短絡させることから、より多くの溶融導体を保持し、確実に結合できるように、第３、第４の電極１３，１４よりも広面積に形成することが好ましい（図１（Ｂ）参照）。
【００３３】
第５の電極１５は、発熱体１７と接続されている下層部１５ａと、絶縁層１８上に形成され、第３の可溶導体２３が搭載される上層部１５ｂとを有する。第５の電極１５の上層部１５ｂの下層部１５ａが設けられた側と反対側には、所定距離を隔てて第６の電極１６が形成されている。第５、第６の電極１５，１６は、実装用ハンダ２６を介して、後述する第３の可溶導体２３が搭載されている。また、第６の電極１６は、絶縁基板１０の側面に臨む第６の電極端子部１６ａが形成されている。第６の電極端子部１６ａは、スルーホール２７を介して絶縁基板１０の裏面に設けられた外部接続端子（図示せず）と接続されている。第６の電極端子部１６ａは、外部接続端子を介して、発熱体１７に電流を供給する外部電源３４と接続される。
【００３４】
これら第１〜第６の電極１１〜１６、及び発熱体引出電極１９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、少なくとも第１、第２の電極１１、１２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、公知のメッキ処理により形成されていることが好ましい。これにより、第１、第２の電極１１，１２の酸化を防止し、溶融導体を確実に保持させることができる。また、短絡素子１をリフロー実装する場合に、第１、第２の可溶導体２１，２２を接続する実装用ハンダ２６あるいは第１、第２の可溶導体２１，２２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２の電極１１，１２を溶食（ハンダ食われ）して切断するのを防ぐことができる。なお、第１、第２の電極１１，１２に加え、第３〜第６の電極１３〜１６の表面上にもＮｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜を形成してもよいのはもちろんである。
【００３５】
また、それぞれ絶縁基板１０の側面に臨む第１の電極端子部１１ａ、第２の電極端子部１２ａ、第６の電極端子部１６ａ、及び発熱体電極端子部２０には、短絡素子１を回路基板に実装するためのハンダが絶縁基板１０の表面１０ａに上がってくるのを防ぐ絶縁壁２８が形成されている。第１の電極端子部１１ａ上に設けられた絶縁壁２８は、第１〜第４の電極１１〜１４の第１、第２の可溶導体２１，２２の搭載領域に沿って、第２の電極１２上にわたって形成されている。これにより、第１、第２の可溶導体２１，２２の溶融導体が第１、第２の電極端子部１１ａ，１２ａを通じて流出ことを防止し、確実に第１、第２の電極１１，１２上に凝集、結合させることができる。
【００３６】
［第１〜第３の可溶導体］
第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、発熱体１７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、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。
【００３７】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３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。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、短絡素子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、低融点金属の外部への流出を抑制し、第１〜第３の可溶導体２１〜２３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〜第３の可溶導体２１〜２３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。
【００３８】
［第１の可溶導体の先溶融］
ここで、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体２１，２２が、第３の可溶導体２３よりも先に溶断するように形成されている。第１、第２の可溶導体２１，２２よりも先に第３の可溶導体２３が溶断すると、発熱体１７への給電が停止され、第１、第２の可溶導体２１，２２が溶融せず、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができないからである。
【００３９】
そこで、短絡素子１は、発熱体１７が発熱すると、第１、第２の可溶導体２１，２２が先に溶断するように形成されている。具体的に、短絡素子１の第１、第２の可溶導体２１，２２は、第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱中心に近い位置に搭載されている。
【００４０】
ここで、発熱体１７の発熱中心とは、発熱体１７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１７より発せされる熱は絶縁基板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１７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。
【００４１】
そこで、図２に示すように、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体２１，２２を、第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱初期において最も高温となる発熱中心Ｃに近い位置に搭載することにより、第３の可溶導体２３よりも早く熱が伝わり、溶断するようにする。第３の可溶導体２３は、第１、第２の可溶導体２１，２２より遅れて加熱されるため、第１、第２の可溶導体２１，２２が溶断した後に溶断される。
【００４２】
また、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体２１，２２と第３の可溶導体２３の形状を変えることにより、第１、第２の可溶導体２１，２２が第３の可溶導体２３よりも先に溶断するようにしてもよい。例えば、第１、第２の可溶導体１７，１９は、厚さが薄いほど溶断が容易となることから、図１（Ｂ）に示すように、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体２１，２２の厚さを第３の可溶導体２３の厚さよりも薄くすることにより、第３の可溶導体２３よりも先に溶断させることができる。なお、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、例えば低融点金属箔を高融点金属メッキで被覆した構造を有する場合、高融点金属層の厚さを第１、第２の可溶導体２１，２２では薄く、第２の可溶導体２３では厚くしてもよく、あるいは、低融点金属箔の厚みを第１、第２の可溶導体２１，２２では薄く、第３の可溶導体２３では厚くしてもよい。
【００４３】
その他にも、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体２１，２２を低融点金属により形成し、第３の可溶導体２３を高融点金属により形成するなど、層構造を変えることによって融点に差を設け、相対的に第１、第２の可溶導体２１，２２を第３の可溶導体２３よりも溶断しやすくし、発熱体１７の発熱により、第１、第２の可溶導体２１，２２を第３の可溶導体２３よりも先に溶断させるようにしてもよい。
【００４４】
［その他］
なお、第１〜第３の可溶導体２１〜２３の酸化防止、及び溶融時における濡れ性を向上させるために、第１〜第３の可溶導体２１〜２３の上にはフラックス３２が塗布されている。
【００４５】
また、短絡素子１は、絶縁基板１０がカバー部材２９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２９は、側壁２９ａと、天面部２９ｂとを有し、側壁２９ａが絶縁基板１０上に接続されることにより、短絡素子１の内部を閉塞する蓋体となる。カバー部材２９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。
【００４６】
また、カバー部材２９は、天面部２９ｂの内面側に、カバー部電極２９ｃが形成されても良い。カバー部電極２９ｃは、第１、第２の電極１１，１２と重畳する位置に形成されている。このカバー部電極２９ｃは、発熱体１７が発熱し、第１、第２の可溶導体２１，２２が溶融されると、第１、第２の電極１１，１２上に凝集した溶融導体が接触して濡れ広がることにより、溶融導体を第１、第２の電極１１，１２間にわたって確実に保持させるとともに、保持する溶融導体の許容量を増加させることができる。
【００４７】
［回路構成］
次いで、短絡素子１の回路構成について説明する。図３に短絡素子１の回路図を示す。図４に、短絡素子１が適用された短絡回路３０の一例を示す。
【００４８】
短絡素子１は、第１の電極１１及び第２の電極１２が、初期状態において互いに開放されるとともに、第１、第２の可溶導体２１、２２が溶融することにより短絡するスイッチ２を構成し、当該スイッチ２によって第１の電極１１と第２の電極１２とが接続される第１の回路３を有する。第１の回路３は、短絡素子１が実装される回路基板の電流経路上に直列接続されることにより、電源回路やデジタル信号回路等の各種外部回路３１Ａ，３１Ｂ間に組み込まれる。
【００４９】
また、短絡素子１は、第５の電極１５、第６の電極１６、発熱体１７、及び第３の可溶導体２３が、初期状態において発熱体１７への給電経路を構成するとともに、発熱体１７の発熱により第３の可溶導体２３が溶断し当該給電経路が遮断される第２の回路４を構成する。第２の回路４は、第１の回路３と電気的に独立し、発熱体１７の熱によって第1、第２の可溶導体２１，２２を溶融させることから、第１の回路３と熱的に接続されている。発熱体１７は、一端が発熱体引出電極１９及び発熱体電極端子部２０を介して、第２の回路４への給電を制御する電流制御素子３３に接続されている。また、発熱体１７は、他端が、第５の電極１５を介して第３の可溶導体２３と直列に接続されている。また、第３の可溶導体２３は、第５、第６の電極１５，１６上に搭載され、第６の電極１６は、外部電源３４と接続されている。
【００５０】
電流制御素子３３は、第２の回路４への給電を制御するスイッチ素子であり、例えばＦＥＴにより構成され、第１の回路３の物理的な短絡の要否を検出する検出回路３５と接続されている。検出回路３５は、短絡素子１の第１の回路３が組み込まれた各種外部回路３１Ａ，３１Ｂ間を通電する必要が生じたかを検出する回路であり、例えばバッテリパックの異常電圧時におけるバイパス電流経路の構築、ネットワーク通信機器におけるハッキングやクラッキング対してデータサーバを迂回するバイパス信号経路の構築、あるいはデバイスやソフトウェアのアクティベーション等、第１の回路３の短絡により物理的、不可逆的に外部回路３１Ａ，３１Ｂ間の電流経路を短絡させる必要が生じた場合に電流制御素子３３を動作させる。
【００５１】
これにより、第２の回路４に外部電源３４の電力が供給され、発熱体１７が発熱することにより、先ず第１、第２の可溶導体２１，２２が溶断される（図５（Ａ）（Ｂ））。第１、第２の可溶導体２１，２２の溶融導体の大部分は、濡れ性が高く広面積の第１、第２の電極１１，１２上に引き寄せられ、第１の電極１１上に凝集した溶融導体と、第２の電極１２上に凝集した溶融導体とが結合する。これにより、溶融導体を介して第１の電極１１と第２の電極１２とが短絡され、外部回路３１Ａ，３１Ｂが接続される。
【００５２】
このとき、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体２１，２２を、第３の可溶導体２３よりも発熱体１７の発熱中心の近くに設け、また第１、第２の可溶導体２１，２２を、第３の可溶導体２３よりも厚さを薄く形成することで、第３の可溶導体２３よりも先に溶断させることができる。したがって、短絡素子１は、第１の回路３が短絡するまで、確実に第２の回路４の発熱体１７に給電し続けることができる。
【００５３】
また、短絡素子１は、第１、第２の電極１１，１２を、第３、第４の電極１３，１４よりも広面積に形成することにより、より多くの溶融導体を保持することができ、確実に溶融導体を結合させて、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができる（図１（Ｂ）、図５（Ａ））。
【００５４】
発熱体１７は、第１、第２の可溶導体２１，２２の溶断後も発熱を続けるが、第１、第２の可溶導体２１，２２に続き第３の可溶導体２３も溶断することにより、第２の回路４も遮断される（図６（Ａ）（Ｂ））。これにより、発熱体１７への給電経路が遮断され、発熱が停止される。
【００５５】
このような短絡素子１及び短絡素子回路３０によれば、外部回路３１Ａ，３１Ｂに組み込まれる第１の回路３と、第１の回路３を短絡させる第２の回路４とが、電気的に独立しているため、外部回路３１の種類に関わらず、第２の回路の電源電圧を高く設定でき、低定格の発熱体１７を用いても、第１、第２の可溶導体２１，２２を溶断させるのに十分な発熱量を得る電力を供給することができる。したがって、短絡素子１及び短絡回路３０によれば、第１の回路３が組み込まれる外部回路３１として、電源回路の他、微弱な電流を流すデジタル信号回路にも適用することができる。
【００５６】
また、短絡素子１及び短絡回路３０によれば、第１の回路３と電気的に独立して第２の回路４を形成しているため、発熱体１７への給電を制御する電流制御素子３３を、第１の回路３の定格に関わらず、発熱体１７の定格に応じて選択することができ、低定格の発熱体１７（例えば１Ａ）を制御する電流制御素子３３を用いることで、より安価に製造することができる。
【００５７】
［第２の形態］
また、本発明が適用された短絡素子は、以下のように構成してもよい。なお、以降の説明において、上述した短絡素子１及び短絡回路３０と同一の構成については、同一の符号を付してその詳細を省略する。
【００５８】
第２の形態に係る短絡素子４０は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、第４の電極１４及び第２の可溶導体２２が形成されていない点が、短絡素子１と異なる。短絡素子４０では、第１の可溶導体２１が溶融することにより、その溶融導体が第１の電極１１と第２の電極１２にわたって凝集し、これにより、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができる。
【００５９】
また、短絡素子４０においても、第１の可溶導体２１は、第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱中心に近い位置に搭載されている。また短絡素子４０は、第１の可溶導体２１が第３の可溶導体２３よりも厚さが薄く形成されている。これにより、短絡素子４０においても、第１の可溶導体２１を第３の可溶導体２３よりも先に溶断させることができる。
【００６０】
また、短絡素子４０においても、第１の電極１１と第３の電極１３とは、絶縁層１８上において一体に形成されることにより電気的接続されるとともに、ガラス等の絶縁部材２５が積層されることによって物理的に離間されている。また、第２の電極１２は、第１の電極１１と隣接する側が第１の電極１１と同程度に露出され、第１の電極１１と反対側は絶縁部材２５によって被覆されている。
【００６１】
［第３の形態］
第３の形態に係る短絡素子５０は、図８に示すように、第４の電極１４が形成されていない点が、短絡素子１と異なる。短絡素子５０では、第１、第２の可溶導体２１，２２が溶融することにより、その溶融導体が第１の電極１１と第２の電極１２上に凝集、結合し、これにより、第１、第２の電極１１，１２間を短絡させることができる。
【００６２】
また、短絡素子５０においても、第１、第２の可溶導体２１，２２は、第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱中心に近い位置に搭載されている。また短絡素子５０は、第１、第２の可溶導体２１，２２が第３の可溶導体２３よりも厚さが薄く形成されている。これにより、短絡素子５０においても、第１、第２の可溶導体２１，２２を第３の可溶導体２３よりも先に溶断させることができる。
【００６３】
また、短絡素子５０においても、第１の電極１１と第３の電極１３とは、絶縁層１８上において一体に形成されることにより電気的接続されるとともに、ガラス等の絶縁部材２５が積層されることによって物理的に離間されている。また、第２の電極１２は、第１の電極１１と隣接する側が第１の電極１１と同程度に露出されるとともに、実装用ハンダ２６を介して第２の可溶導体２２が実装され、第１の電極１１と反対側は絶縁部材２５によって被覆されている。
【００６４】
［発熱体］
上述した短絡素子１においては、発熱体１７を絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成し、第１〜第３の可溶導体２１〜２３を重畳させたが、発熱体１７は、図９に示すように、絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成してもよい。この場合、発熱体１７は、絶縁基板１０の裏面１０ｂにおいて絶縁層１８に被覆されている。また、発熱体１７の一端と接続される発熱体引出電極１９及び発熱体電極端子部２０も同様に絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成される。第５の電極１５は、発熱体１７の他端と接続される下層部１５ａが絶縁基板１０裏面１０ｂに形成され、第３の可溶導体２３が搭載される上層部１５ｂが絶縁基板１０の表面１０ａに形成され、下層部１５ｂと上層部１５ｂとが、導電スルーホールを介して連続される。
【００６５】
また、発熱体１７は、絶縁基板１０の裏面１０ｂにおいて、第１〜第３の可溶導体２１〜２３と重畳する位置に形成されることが好ましい。このとき、第１、第２の可溶導体２１，２２が第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱中心に近い位置に搭載されることが好ましい。
【００６６】
短絡素子１は、発熱体１７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６の電極１１〜１６を表面１０ａ上に形成することができる。したがって、短絡素子１は、第１〜第６の電極１１〜１６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。
【００６７】
また、短絡素子１は、発熱体１７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１７によって、絶縁基板１０の表面１０ａ上に積層した場合と同等に第１〜第３の可溶導体２１〜２３を加熱、溶断することができる。
【００６８】
なお、短絡素子４０，５０においても発熱体１７を絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成してもよい。
【００６９】
また、短絡素子１は、図１０に示すように、発熱体１７を絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成された絶縁層１８の内部に形成してもよい。この場合、発熱体１７の一端が接続された発熱体引出電極１９も、発熱体１７と接続する一端部が絶縁層１８の内部まで形成される。また、発熱体１７の他端が接続された第５の電極１５は、下層部１５ａが絶縁層１８の内部まで形成されている。
【００７０】
また、発熱体１７は、絶縁層１８の内部において、第１〜第３の可溶導体２１〜２３と重畳する位置に形成されることが好ましい。このとき、第１、第２の可溶導体２１，２２が第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱中心に近い位置に搭載されることが好ましい。また、短絡素子１は、発熱体１７を絶縁基板１０の裏面１０ｂ上に形成された絶縁層１８の内部に形成してもよい。
【００７１】
なお、短絡素子４０，５０においても発熱体１７を絶縁基板１０の表面１０ａ又は裏面１０ｂ上に形成された絶縁層１８の内部に形成してもよい。
【００７２】
また、短絡素子１は、図１１に示すように、発熱体１７を絶縁基板１０の内部に形成してもよい。この場合、発熱体１７を被覆する絶縁層１８は設ける必要がない。また、発熱体１７の一端が接続された発熱体引出電極１９は、発熱体１７と接続する一端部が絶縁基板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に設けられた他端部及び発熱体電極端子部２０と接続される。第５の電極１５は、発熱体１７の他端と接続される下層部１５ａが絶縁基板１０の内部まで形成され、第３の可溶導体２３が搭載される上層部１５ｂと、導電スルーホールを介して連続される。
【００７３】
また、発熱体１７は、絶縁基板１０の内部において、第１〜第３の可溶導体２１〜２３と重畳する位置に形成されることが好ましい。このとき、第１、第２の可溶導体２１，２２が第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱中心に近い位置に搭載されることが好ましい。
【００７４】
なお、短絡素子４０，５０においても発熱体１７を絶縁基板１０の内部に形成してもよい。
【００７５】
また、短絡素子１は、図１２に示すように、発熱体１７を絶縁基板１０の表面１０ａ上において、第１〜第６の電極１１〜１６と並んで形成してもよい。この場合、発熱体１７は、絶縁層１８によって被覆されている。また、発熱体１７の他端と接続される第５の電極１５は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に単層で形成される。さらに、第１、第２の可溶導体２１，２２は、第３の可溶導体２３よりも、発熱体１７の発熱中心に近い位置に搭載されることが好ましい。
【００７６】
なお、短絡素子４０，５０においても発熱体１７を絶縁基板１０の表面１０ａ上において、第１〜第６の電極１１〜１６と並んで形成してもよい。
【００７７】
［保護抵抗］
また、短絡素子１は、第１の電極１１又は第２の電極１２のいずれか一方に接続される保護抵抗を備える構成としてもよい。ここで、保護抵抗は、短絡素子１に接続する電子部品の内部抵抗相当の抵抗値とする。例えば、短絡素子１は、図１３に示すように、リチウムイオン二次電池のバッテリパック内の回路６０において、過充電や過放電等の異常電圧が生じたバッテリセル６１をバイパスするバイパス電流経路の構築に用いられる場合、第１の電極１２に、バッテリセル６１の内部抵抗相当の抵抗値を有する保護抵抗６２が接続される。
【００７８】
図１３において、バッテリパックの回路６０は、短絡素子１と、短絡素子１の動作を制御する電流制御素子３３と、バッテリセル６１と、バッテリセル６１を充放電経路上から遮断する保護素子６３とで構成されるバッテリユニット６４を複数備え、複数のバッテリユニット６４が直列に接続されている。
【００７９】
また、バッテリパックの回路６０は、各バッテリユニット６４のバッテリセル６１の電圧を検出するとともに、保護素子６３と電流制御素子３３とに異常信号を出力する検出回路３５を備える。
【００８０】
各バッテリユニット６４は、保護素子６３がバッテリセル６１と直列に接続されている。また、バッテリユニット６４は、短絡素子１の第１の電極１１が保護抵抗６２を介して保護素子６３の開放端と接続され、第２の電極１２がバッテリセル６１の開放端と接続され、これにより、保護素子６３及びバッテリセル６１と、短絡素子１とが並列に接続されている。
【００８１】
また、バッテリユニット６４は、電流制御素子３３、及び保護素子６３が、それぞれ検出回路３５と接続されている。検出回路３５は、各バッテリセル６１と接続され、各バッテリセル６１の電圧値を検出して、バッテリセル６１が過充電電圧又は過放電電圧になったときに、当該バッテリセル６１を有するバッテリユニット６４の保護素子６３を駆動させ、また電流制御素子３３へ異常信号を出力する。
【００８２】
保護素子６２は、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）により構成することができる。また、保護素子６２は、充放電経路上に接続された一対の電極と、当該電極間にわたって搭載され、当該電極間を短絡させる可溶導体と、可溶導体と直列に接続され、電圧異常の際に通電されて発熱し、可溶導体を溶融する発熱体を有する素子により構成することができる。
【００８３】
この回路６０は、検出回路３５から出力される検出信号によって、バッテリセル６１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６３及び短絡素子１を動作させて、当該バッテリユニット６４を充放電電流経路から遮断するとともに、短絡素子１のスイッチ２を短絡させ、当該バッテリユニット６４をバイパスするバイパス電流経路を形成するように制御する。
【００８４】
このようなバッテリパックの回路６０は、正常時には、短絡素子１のスイッチ２が開放されているため、電流は保護素子６３及びバッテリセル６１側に流れる。バッテリセル６１に電圧異常等が検知されると、回路６０は、検出回路３５より保護素子６３に異常信号が出力され、保護素子６３によって異常なバッテリセル６１を、バッテリパックの充放電電流経路上から遮断する。
【００８５】
次いで、回路６０は、検出回路３５により電流制御素子３３にも異常信号が出力され、短絡素子１の発熱体１７に電流が流れるよう制御される。短絡素子１は、発熱体１７によって第１、第２の可溶導体２１，２２を加熱、溶融させることにより、第１、第２の電極１１，１２上に溶融導体が凝集、結合し、第１、第２の電極１１，１２間が短絡される。これにより、回路６０は、短絡素子１によってバッテリセル６１をバイパスするバイパス電流経路を形成することができる。なお、短絡素子１は、第１、第２の可溶導体８，９の溶断後に第３の可溶導体２３が溶断することにより、発熱体１７への給電は停止される。
【００８６】
これにより、回路６０は、一つのバッテリセル６１に異常が起きた場合にも、短絡素子１を介して当該バッテリセル６１を迂回するバイパス電流経路を形成することができ、残りの正常なバッテリセル６１によって充放電機能を維持することができる。このとき、短絡素子１には、遮断されたバッテリセル６１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有する保護抵抗６２が設けられているため、回路６０は、バイパス電流経路を構築した後においても、正常時と同じ抵抗値とすることができる。
【００８７】
なお、保護抵抗６２は、図１３に示すように短絡素子１に形成してもよく、あるいは回路６０に形成し、短絡素子１の第１の電極端子部１１ａと接続されてもよい。
【００８８】
［第１〜第３の可溶導体］
上述したように、第１〜第３の可溶導体２１〜２３のいずれか又は全部は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。このとき、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１４（Ａ）に示すように、内層としてＡｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金等からなる高融点金属層７０が設けられ、外層としてＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等からなる低融点金属層７１が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、高融点金属層７０の全面が低融点金属層７１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７０や低融点金属層７１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。
【００８９】
また、図１４（Ｂ）に示すように、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、内層として低融点金属層７１が設けられ、外層として高融点金属層７０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３の可溶導体２１〜２３は、低融点金属層７１の全面が高融点金属層７０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。
【００９０】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１５に示すように、高融点金属層７１と低融点金属層７１とが積層された積層構造としてもよい。
【００９１】
この場合、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１５（Ａ）に示すように、第１〜第６の電極１１〜１６に搭載される下層と、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７０の上面に上層となる低融点金属層７１を積層してもよく、反対に下層となる低融点金属層７１の上面に上層となる高融点金属層７０を積層してもよい。あるいは、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１５（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７０の上下面に外層となる低融点金属層７１を積層してもよく、反対に内層となる低融点金属層７１の上下面に外層となる高融点金属層７０を積層してもよい。
【００９２】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１６に示すように、高融点金属層７０と低融点金属層７１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３の可溶導体２１〜２３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。
【００９３】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、内層を構成する低融点金属層７１の表面に高融点金属層７０をストライプ状に部分的に積層させてもよい。図１７は、第１〜第３の可溶導体２１〜２３の平面図である。
【００９４】
図１７（Ａ）に示す第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、低融点金属層７１の表面に、幅方向に所定間隔で、線状の高融点金属層７０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７２が形成され、この開口部７２から低融点金属層７１が露出されている。第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、低融点金属層７１が開口部７２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７０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７２は、例えば、低融点金属層７１に高融点金属層７０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。
【００９５】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１７（Ｂ）に示すように、低融点金属層７１の表面に、長手方向に所定間隔で、線状の高融点金属層７０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７２を形成してもよい。
【００９６】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１８に示すように、低融点金属層７１の表面に高融点金属層７０を形成するとともに、高融点金属層７０の全面に亘って円形の開口部７３が形成され、この開口部７３から低融点金属層７１を露出させてもよい。開口部７３は、例えば、低融点金属層７１に高融点金属層７０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。
【００９７】
第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、低融点金属層７１が開口部７３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。
【００９８】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、図１９に示すように、内層となる高融点金属層７０に多数の開口部７４を形成し、この高融点金属層７０に、メッキ技術等を用いて低融点金属層７１を成膜し、開口部７４内に充填してもよい。これにより、第１〜第３の可溶導体２１〜２３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。
【００９９】
また、第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、低融点金属層７１の体積を、高融点金属層７０の体積よりも多く形成することが好ましい。第１〜第３の可溶導体２１〜２３は、発熱体１７によって加熱されることにより、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、１〜第３の可溶導体２１〜２３は、低融点金属層７１の体積を、高融点金属層７０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上への溶融導体の凝集、結合を行い、また、第５、第６の電極１５，１６間の遮断を行うことができる。
【０１００】
なお、本発明に係る短絡素子は、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、電子機器の電源ラインやデジタル信号ライン等、電気信号による電流経路の遮断及びバイパスを必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。また、電流制御素子３３の作動条件は、バッテリセル６１の電圧異常の場合に限らず、例えば周囲の温度の異常な上昇や、水没等、あらゆるアクシデントを検知することによって作動させることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  短絡素子、２  スイッチ、３  第１の回路、４  第２の回路、１０  絶縁基板、１０ａ  表面、１０ｂ  裏面、１１  第１の電極、１１ａ  第１の電極端子部、１２  第２の電極、１２ａ  第２の電極端子部、１３  第３の電極、１４  第４の電極、１５  第５の電極、１５ａ  下層部、１５ｂ  上層部、１６  第６の電極、１６ａ  第６の電極端子部、１７  発熱体、１８  絶縁層、１９  発熱体引出電極、２０  発熱体電極端子部、２１  第１の可溶導体、２２  第２の可溶導体、２３  第３の可溶導体、２５  絶縁部材、２６  実装用ハンダ、２７  スルーホール、２８  絶縁壁、３２  フラックス、２９  カバー部材、３０  短絡回路、３１  外部回路、３３  電流制御素子、３４  外部電源、３５  検出回路、４０  短絡素子、５０  短絡素子、６０  回路、６１  バッテリセル、６２  保護抵抗、６３  保護素子、６４  バッテリユニット、７０  高融点金属層、７１  低融点金属層、７２  開口部、７３  開口部、７４  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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