(57)【要約】【課題】ヒューズ素子において、内圧を逃す開口部を備えるとともに、絶縁基板との接着強度、及び電流経路の遮断後における絶縁性を確保する【解決手段】絶縁基板１０と、絶縁基板１０の表面１０ａに形成された複数の電極１１，１２と、複数の電極１１，１２間に接続され、溶断することにより複数の電極１１，１２間を遮断する可溶導体１３と、可溶導体１３が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａ上に接着された側面２１と、絶縁基板１０の表面１０ａ上を覆う天面２２とを有するケース２０とを備え、ケース２０は、側面２１の絶縁基板１０の表面１０ａと接する下部を除く位置に、ケース２０内部に貫通する開口部２３が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、
上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、
上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接着された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、
上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられているヒューズ素子。
【請求項２】
上記ケースは、１又は複数の上記開口部が、上記天面に設けられるとともに、上記絶縁基板の幅方向及び／又は長手方向の中心線上に設けられている請求項１記載のヒューズ素子。
【請求項３】
上記開口部は、上記天面の側縁部に形成されている請求項２記載のヒューズ素子。
【請求項４】
上記ケースは、上記開口部が上記天面の角部に設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒューズ素子。
【請求項５】
上記開口部は、上記可溶導体の溶断部位の上方に形成されている請求項１又は２に記載のヒューズ素子。
【請求項６】
上記可溶導体は幅方向又は長手方向にわたって線状に溶断し、
上記開口部は、上記天面の上記可溶導体が溶断する溶断線の端部上方に形成されている請求項５記載のヒューズ素子。
【請求項７】
上記可溶導体は幅方向又は長手方向にわたって線状に溶断し、
上記開口部は、上記可溶導体が溶断する溶断線の延長線上の上方であって、上記天面の側縁部に形成されている請求項５記載のヒューズ素子。
【請求項８】
上記開口部は、上記天面から上記側面にかけて開口されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒューズ素子。
【請求項９】
上記ケースは、１又は複数の上記開口部が、上記側面に設けられるとともに、上記絶縁基板の幅方向及び／又は長手方向の中心線上に設けられている請求項１記載のヒューズ素子。
【請求項１０】
上記ケースは、上記開口部が上記側面の上記天面と接する角部に設けられている請求項１又は９に記載のヒューズ素子。
【請求項１１】
上記開口部は、直径０．０５ｍｍ以上の円形、又は一辺が０．０５ｍｍ以上の方形である請求項１〜１０のいずれか１項に記載のヒューズ素子。
【請求項１２】
ヒューズ素子と、
上記ヒューズ素子が表面実装された回路基板とを有し、
上記ヒューズ素子は、
絶縁基板と、
上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、
上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、
上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接続された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、
上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられている回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源ラインや信号ラインを遮断することにより回路を保護するヒューズ素子、及びヒューズ素子が実装された回路モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばリチウムイオン二次電池向けの保護回路のヒューズ素子として、絶縁基板に形成された第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によって溶断するもの、あるいは外部からの信号によりヒューズ素子内部に設けた発熱体へ通電することによって回路側が意図するタイミングで可溶導体を溶断するものがある。このヒューズ素子では、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第１、第２の電極間を分離し電流経路を遮断する。
【０００３】
このようなヒューズ素子は、一般に、第１、第２の電極及び発熱体引出電極が形成された絶縁基板上に可溶導体が搭載されるとともに、絶縁基板の表面に接着されたケースによって覆われることにより、内部が保護されるとともに取扱い性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７９０４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、このようなヒューズ素子は、過電流などの遮断時に、瞬間的に高熱になり、ケース内部の空気が急激に膨張するため、素子内部の圧力を逃がす開口部分を設けるか、密封する場合はその膨張に耐える強度の筐体とする必要がある。
【０００６】
しかし、筐体の強度を上げるためにはセラミックなどで筒状あるいは箱状の構造を形成する必要があり、コストが高くなるという問題がある。インジェクションモールドなどの方法で強度を上げる方法も考えられるが、内部の可溶導体が溶断する際には球状に膨張した後に導体層上に凝集することによって第１、第２の電極間を分断することから、可溶導体が溶融流動する空間を確保する必要があり、適用はできない。
【０００７】
また、図１６に示すように、ケース１０１に開口部１０２を設ける場合、プラスチック成型の容易さから、絶縁基板１００との接着面に窪みを設ける方法が行われてきた。しかし、この方法では、ヒューズ素子の小型化が進むにつれて接着面積の減少につながるため接着強度が低くなり、また遮断時の溶融による熱的エネルギーも集中しやすくなることから、開口部を設けても内部空気の膨張に耐えられず剥離してケースが脱落する問題があった。
【０００８】
さらに、開口部が適切な位置にない場合、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を効率よく逃がすことができず、本来絶縁すべき第１、第２の電極間をスパッタリングするような現象が発現し、適切な絶縁性を確保できないという問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明は、素子内部の圧力を逃す開口部を備えるとともに、絶縁基板との接着強度を備え、ケースの脱落を防止し、また電流経路の遮断後における絶縁性を確保できるヒューズ素子、及びこれを用いた回路モジュール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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明に係るヒューズ素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接着された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられているものである。
【００１１】
また、本発明に係る回路モジュールは、ヒューズ素子と、上記ヒューズ素子が表面実装された回路基板とを有し、上記ヒューズ素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接続された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ケース側面の絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、ケース内部に貫通する開口部を設けることにより、可溶導体の溶断時おいて発生する膨張気体を排出し、ケースの絶縁基板からの剥離や損傷を防止することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、絶縁基板の表面に接着されるケース側面の下面に窪みが形成されておらず、接着面積を最大限に確保することができ、小型化が進んだ場合にも、ケースが絶縁基板の表面から剥離し脱落することもない。
【００１４】
さらに、本発明によれば、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を絶縁基板の上方に向かって効率よく排気することができ、気化物質が絶縁基板の表面に形成された第１、第２の電極間に付着し絶縁性を阻害するような事態も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）は、本発明が適用されたヒューズ素子を、ケースを省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、本発明が適用された回路モジュールの断面図である。
【図２】図２は、本発明が適用されたヒューズ素子の裏面を示す外観斜視図である。
【図３】図３は、ケースの天面に開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。
【図４】図４は、天面の、絶縁基板の幅方向及び長手方向の中心線上に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。
【図５】図５は、ケースの天面及び側面にわたる開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。
【図６】図６は、天面の角部に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。
【図７】図７は、ケースの天面角部及び側面角部にわたる開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。
【図８】図８は、天面の、可溶導体の溶断部位の上方に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。
【図９】図９は、可溶導体が線状に溶断される状態を示す平面図である。
【図１０】図１０は、天面の、可溶導体の線状溶断部の端部上方に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。
【図１１】図１１は、可溶導体の線状溶断部の延長線上における天面の側縁部に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。
【図１２】図１２は、側面の、絶縁基板の幅方向及び長手方向の中心線上に開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。
【図１３】図１３は、側面の角部に開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。
【図１４】図１４は、ヒューズ素子及び回路モジュールが適用されたバッテリパックの回廊構成を示す図である。
【図１５】図１５は、ヒューズ素子の回路構成を示す図である。
【図１６】図１６は、参考例に係るヒューズ素子を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明が適用されたヒューズ素子及び回路モジュールについて、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。
【００１７】
本発明が適用された回路モジュール３は、回路基板２にヒューズ素子１が表面実装されたものである。回路基板２は、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等が形成され、ヒューズ素子１が表面実装されることにより、リチウムイオン二次電池の充放電経路上に可溶導体１３が組み込まれる。そして回路モジュール３は、ヒューズ素子１の定格を超える大電流が流れると、可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断することにより電流経路を遮断する。また、回路モジュール３は、回路基板２等に設けられた電流制御素子によって所定のタイミングで発熱体１４へ通電し、発熱体１４の発熱によって可溶導体１３を溶断させることによって電流経路を遮断することができる。なお、図１（Ａ）は、本発明が適用されたヒューズ素子１を、ケースを省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、本発明が適用された回路モジュール３の断面図である。
【００１８】
［ヒューズ素子］
ヒューズ素子１は、図１（Ａ）に示すように、絶縁基板１０と、絶縁基板１０に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１０の両端に形成された第１の電極１１及び第２の電極１２と、絶縁部材１５上に発熱体１４と重畳するように積層された発熱体引出電極１６と、両端が第１、第２の電極１１，１２にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続された可溶導体１３とを備える。
【００１９】
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によって略方形状に形成される。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、可溶導体１３の溶断時の温度に留意する必要がある。
【００２０】
［第１、第２の電極］
第１、第２の電極１１，１２は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に、相対向する側縁近傍にそれぞれ離間して配置されることにより開放され、後述する可溶導体１３が搭載されることにより、可溶導体１３を介して電気的に接続されている。また、第１、第２の電極１１，１２は、ヒューズ素子１に定格を超える大電流が流れ可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、あるいは発熱体１４が通電に伴って発熱し可溶導体１３が溶断することにより、遮断される。
【００２１】
図２に示すように、第１、第２の電極１１，１２は、それぞれ、絶縁基板１０の第１、第２の側面１０ｂ，１０ｃに設けられたキャスタレーションを介して裏面１０ｆに設けられた外部接続電極１１ａ，１２ａと接続されている。ヒューズ素子１は、これら外部接続電極１１ａ，１２ａを介して外部回路が形成された回路基板２と接続され、当該外部回路の通電経路の一部を構成する。
【００２２】
第１、第２の電極１１，１２は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第１、第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、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、ヒューズ素子１は、第１、第２の電極１１，１２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、ヒューズ素子１をリフロー実装する場合に、可溶導体１３を接続する接続用ハンダあるいは可溶導体１３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）するのを防ぐことができる。
【００２３】
［発熱体］
発熱体１４は、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、Ｃｕ、Ａｇ、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。発熱体１４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ことができる。また、発熱体１４は、一端が第１の発熱体電極１８と接続され、他端が第２の発熱体電極１９と接続されている。
【００２４】
ヒューズ素子１は、発熱体１４を覆うように絶縁部材１５が配設され、この絶縁部材１５を介して発熱体１４に対向するように発熱体引出電極１６が形成されている。発熱体１４の熱を効率良く可溶導体１３に伝えるために、発熱体１４と絶縁基板１０の間にも絶縁部材１５を積層しても良い。絶縁部材１５としては、例えばガラスを用いることができる。
【００２５】
発熱体引出電極１６の一端は、第１の発熱体電極１８に接続されるとともに、第１の発熱体電極１８を介して発熱体１４の一端と連続されている。なお、第１の発熱体電極１８は、絶縁基板１０の第３の側面１０ｄ側に形成され、第２の発熱体電極１９は、絶縁基板１０の第４の側面１０ｅ側に形成されている。また、第２の発熱体電極１９は、第４の側面１０ｅに形成されたキャスタレーションを介して絶縁基板１０の裏面１０ｆに形成された外部接続電極１９ａと接続されている。
【００２６】
発熱体１４は、ヒューズ素子１が回路基板２に実装されることにより、外部接続電極１９ａを介して回路基板２に形成された外部回路と接続される。そして、発熱体１４は、外部回路の通電経路を遮断する所定のタイミングで外部接続電極１９ａを介して通電され、発熱することにより、第１、第２の電極１１，１２を接続している可溶導体１３を溶断することができる。また、発熱体１４は、可溶導体１３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。
【００２７】
［可溶導体］
可溶導体１３は、発熱体１４の発熱により速やかに溶断される材料からなり、例えばハンダや、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
【００２８】
また、可溶導体１３は、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする合金等の高融点金属を用いてもよく、あるいは低融点金属と高融点金属との積層体であってもよい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、ヒューズ素子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、可溶導体１３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。
【００２９】
なお、可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び第１、第２の電極１１，１２へ、ハンダ等により接続されている。可溶導体１３は、リフローはんだ付けによって容易に接続することができる。
【００３０】
また、可溶導体１３は、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス１８が塗布されていることが好ましい。
【００３１】
［ケース］
また、ヒューズ素子１は、内部を保護するために、絶縁基板１０の表面１０ａ上にケース２０が設けられている。ケース２０は、絶縁基板１０の形状に応じて略矩形状に形成されている。また、図１（Ｂ）に示すように、ケース２０は、可溶導体１３が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａ上に接続される側面２１と、絶縁基板１０の表面１０ａ上を覆う天面２２とを有し、絶縁基板１０の表面１０ａ上に、可溶導体１３が溶融時に球状に膨張し、溶融導体が発熱体引出電極１６や第１、第２の電極１１，１２上に凝集するのに十分な内部空間を有する。
【００３２】
また、図３〜図１３に示すように、ケース２０は、絶縁基板１０の表面１０ａと接する側面２１の下部を除く位置に、ケース２０内部に貫通する開口部２３が設けられている。開口部２３を設けることにより、ヒューズ素子１は、可溶導体１３の溶断時おいて発生する膨張気体を排出し、ケースの絶縁基板１０からの剥離や損傷を防止することができる。
【００３３】
また、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に、絶縁基板１０の表面１０ａとの接着面に至らない開口部２３を設けることにより、絶縁基板１０の表面１０ａに接着される側面２１の下面に窪みが形成されておらず、接着面積を最大限に確保することができる。したがって、ヒューズ素子１は、ケース２０の絶縁基板１０への接着面積の減少による接着強度の低下を防止でき、小型化が進んだ場合にも、ケース２０が絶縁基板１０の表面１０ａから剥離し脱落することもない。
【００３４】
さらに、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に開口部２３を設けることにより、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を絶縁基板１０の上方に向かって効率よく排気することができる。したがって、ヒューズ素子１は、気化物質が絶縁基板１０の表面１０ａに形成された第１、第２の電極１１，１２間に付着し絶縁性を阻害するような事態も防止することができる。
【００３５】
なお、開口部２３の形状は、円形、方形等いずれの形状であってもよい。また、開口部の大きさも任意に設定することができ、円形の開口部２３を形成する場合には、例えば直径０．０５ｍｍ以上の大きさとすることができる。また、開口部２３が正方形の場合は、例えば一辺が０．０５ｍｍ以上の大きさとすることができ、開口部２３が長方形の場合は、例えば短辺が０．０５ｍｍ以上の大きさとすることができる。
【００３６】
［中心線上／側縁部］
ここで、ケース２０は、図３及び図４に示すように、１又は複数の開口部２３が、天面２２に設けられるとともに、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1及び／又は長手方向の中心線Ｌ2上に設けられていることが好ましい。図１（Ａ）に示すように、可溶導体１３は、絶縁基板１０の略中央部に配設されているため、過電流による自己発熱や発熱体１４の発熱による溶断時に気化物質やケース２０内部の空気が急激に膨張した場合に、天面２２の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上に開口部２３を形成することにより、気化物質や膨張した空気を逃しやすくなる。
【００３７】
このとき、開口部２３は、天面２２の側縁部２２ａに形成されていることが好ましい。可溶導体１３は、絶縁基板の略中央部に配設されているため、天面２２の側縁部２２ａに開口部２３を形成することにより、気化物質や膨張した空気の爆風の進路上が開口され、効率良く排気することができる。また、天面２２の側縁部２２ａは、ケース２０の側面２１の上辺と隣接することで角部を構成し、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい部位でもあることから、開口部２３を設けることで、より爆風を逃がしやすくすることができる。
【００３８】
また、天面２２の側縁部２２ａに開口部２３を形成することにより、天面２２の中央に開口部２３を形成する場合に比して、ヒューズ素子１の実装機での取扱い等のハンドリング性に支障もない。
【００３９】
なお、開口部２３は、天面２２の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上に少なくとも１つ設けられ、好ましくは天面２２に均等に設けられる。例えば、開口部２３は、天面２２の絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び長手方向の中心線Ｌ2上の各両側縁部２２ａの４か所に均等に設けることが好ましい。また、開口部２３は、天面２２の絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上又は長手方向の中心線Ｌ2上の両側縁部２２ａの２か所に均等に設けてもよい。
【００４０】
また、開口部２３は、図５に示すように、天面２２の側縁部２２ａから側面２１の上部にかけて形成してもよい。天面２２から側面２１にかけて開口することにより、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい天面２２の側縁部２２ａと側面２１の上辺とが隣接する角部から効率よく爆風を排気することができる。
【００４１】
［天面の角部］
また、ケース２０は、図６に示すように、開口部２３を天面２２の角部２２ｂに設けてもよい。このとき、開口部２３は、天面２２の１つ以上の角部２２ｂに設けられ、四隅全てに設けられることが好ましい。天面２２の角部２２ｂは、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすいため、当該角部２２ｂに開口部２３を設けることにより、より爆風を逃しやすくすることができる。
【００４２】
なお、開口部２３は、図７に示すように、天面２２の角部２２ｂから、当該角部２２ｂと隣接する２つの側面２１の天面２２側の角部にかけて形成してもよい。これにより、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい天面２２の側縁部２２ａと側面２１の上辺とが隣接する角部から効率よく爆風を排気することができる。
【００４３】
また、ケース２０は、開口部２３を、天面２２の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上の側縁部２２ａに形成するとともに、角部２２ｂにも形成してもよい。
【００４４】
［溶断部位の上方］
また、ケース２０は、図１（Ａ）に示すように、可溶導体１３の溶断部位１３ａが天面２２の中央ではない場合、図８に示すように、開口部２３を可溶導体１３の溶断部位１３ａの上方に形成してもよい。天面２２の溶断部位１３ａの上方に開口部２３を設けることによっても、気化物質や膨張した空気の爆風を効率よく排気することができる。
【００４５】
また、可溶導体１３の溶断部位１３ａが天面２２の中央から外れているため、天面２２の中央に開口部２３を設ける場合に比して、ヒューズ素子１の実装機での取扱い等のハンドリング性に支障もない。
【００４６】
［線状溶断部の端部上方］
また、ケース２０は、図９に示すように、可溶導体１３が自己発熱遮断等により線状に溶断する場合に、図１０に示すように、天面２２の可溶導体１３に形成される線状溶断部１３ｂの端部上方に形成してもよい。可溶導体１３は、溶断部位が線状に長くなった場合、その線状溶断部１３ｂの端部が最終的な溶断箇所となりやすいことから、天面２２の当該線状溶断部１３ｂの端部上方に開口部２３を設けることにより、溶断時の気化物質や膨張した空気の爆風を効率よく排気することができる。
【００４７】
また、天面２２の当該線状溶断部１３ｂの端部上方は、天面２２の中央から外れているため、天面２２の中央に開口部２３を設ける場合に比して、ヒューズ素子１の実装機での取扱い等のハンドリング性に支障もない。
【００４８】
［線状溶断部の延長線上］
また、ケース２０は、図１１に示すように、可溶導体１３が線状に溶断することにより形成される線状溶断部１３ｂの延長線上の上方であって、天面２２の側縁部２２ａに形成してもよい。この場合も、自己発熱遮断等による可溶導体１３の溶断時において最終的な溶断箇所は線状溶断部１３ｂの端部となりやすいことから、線状溶断部１３ｂの延長線上の上方であって、天面２２の側縁部２２ａに開口部２３を形成することにより、溶断時の気化物質や膨張した空気の爆風を効率よく排気することができる。
【００４９】
なお、この場合も、開口部２３は、天面２２の側縁部２２ａから側面２１の上部にかけて形成してもよい。天面２２から側面２１にかけて開口することにより、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい天面２２の側縁部２２ａと側面２１の上辺とが隣接する角部から効率よく爆風を排気することができる。
【００５０】
［側面］
また、ケース２０は、１又は複数の開口部２３を、側面２１に設けてもよい。側面２１に形成される開口部２３も、上述したように、絶縁基板１０の表面１０ａと接する側面２１の下部を除く位置に設けられる。
【００５１】
このとき、図１２に示すように、側面２１に形成される開口部２３は、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び／又は長手方向の中心線Ｌ2上に設けられていることが好ましい。上述したように、可溶導体１３は、絶縁基板の略中央部に配設されているため、溶断時に気化物質やケース２０内部の空気が急激に膨張した場合に、側面２１の絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び／又は長手方向の中心線Ｌ2上に開口部２３を形成することにより、気化物質や膨張した空気を逃しやすくなる。
【００５２】
なお、開口部２３は、側面２１の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上に少なくとも１つ設けられ、好ましくは複数の側面２１に均等に設けられる。例えば、開口部２３は、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び長手方向の中心線Ｌ2上の４つの側面２１に均等に設けることが好ましい。また、開口部２３は、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上又は長手方向の中心線Ｌ2上の相対向する２つの側面２１に均等に設けてもよい。
【００５３】
また、側面２１に形成される開口部２３は、図１３に示すように、側面２１の天面２２側の角部２１ａに形成してもよい。側面２１の角部２１ａは、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすいため、当該角部２１ａに開口部２３を設けることにより、より爆風を逃しやすくすることができる。
【００５４】
なお、開口部２３は相隣接する側面２１の角部２１ａにわたって形成してもよい。また、上述したように、開口部２３は、天面２２の角部２２ｂから、当該角部２２ｂと隣接する１つ又は２つの側面２１の天面２２側の角部２１ａにかけて形成してもよい。これらによっても、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい側面２１の角部２１ａや、天面２２の角部２２ｂと側面２１の天面２２側の角部２１ａとが隣接する部位から効率よく爆風を排気することができる。
【００５５】
なお、上述したヒューズ素子１では、発熱体１４を備え、定格を超える大電流による可溶導体１３の自己発熱遮断の他、発熱体１４の発熱によっても可溶導体１３を溶断させる構成について説明したが、本発明が適用されたヒューズ素子１は、発熱体１４を備えずに、定格を超える大電流による可溶導体１３の自己発熱遮断によって電流経路を遮断させるものであってもよい。
【００５６】
［回路基板］
次いで、ヒューズ素子１が実装される回路基板２について説明する。回路基板２は、例えばガラスエポキシ基板やガラス基板、セラミック基板等のリジッド基板や、フレキシブル基板等、公知の絶縁基板が用いられる。また、回路基板２は、図１（Ｂ）に示すように、ヒューズ素子１がリフロー等によって表面実装される実装部を有し、実装部内にヒューズ素子１の絶縁基板１０の裏面１０ａに設けられた外部接続端子１１ａ，１２ａ，１９ａとそれぞれ接続される接続電極が設けられている。なお、回路基板２は、ヒューズ素子１の発熱体１４に通電させるＦＥＴ等の素子が実装されている。
【００５７】
［回路モジュールの使用方法］
次いで、ヒューズ素子１及びヒューズ素子１が回路基板２に表面実装された回路モジュール３の使用方法について説明する。図１４に示すように、回路モジュール３は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパック内の回路として用いられる。
【００５８】
たとえば、ヒューズ素子１は、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル４１〜４４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に組み込まれて使用される。
【００５９】
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５０と、バッテリスタック４５の異常時に充電を遮断する本発明が適用されたヒューズ素子１と、各バッテリセル４１〜４４の電圧を検出する検出回路４６と、検出回路４６の検出結果に応じてヒューズ素子１の動作を制御する電流制御素子４７とを備える。
【００６０】
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４１〜４４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５５に接続され、充電装置５５からの充電電圧が印加される。充電装置５５により充電されたバッテリパック４０の正極端子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。
【００６１】
充放電制御回路５０は、バッテリスタック４５から充電装置５５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子５１、５２と、これらの電流制御素子５１、５２の動作を制御する制御部５３とを備える。電流制御素子５１、５２は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部５３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の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部５３は、充電装置５５から電力供給を受けて動作し、検出回路４６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５１、５２の動作を制御する。
【００６２】
ヒューズ素子１は、たとえば、バッテリスタック４５と充放電制御回路５０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４７によって制御される。
【００６３】
検出回路４６は、各バッテリセル４１〜４４と接続され、各バッテリセル４１〜４４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路５０の制御部５３に供給する。また、検出回路４６は、いずれか１つのバッテリセル４１〜４４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４７を制御する制御信号を出力する。
【００６４】
電流制御素子４７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路４６から出力される検出信号によって、バッテリセル４１〜４４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、ヒューズ素子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５１、５２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
【００６５】
以上のような構成からなるバッテリパック４０において、ヒューズ素子１の構成について具体的に説明する。
【００６６】
まず、本発明が適用されたヒューズ素子１は、図１５に示すような回路構成を有する。すなわち、ヒューズ素子１は、発熱体引出電極１６を介して直列接続された可溶導体１３と、可溶導体１３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体１３を溶融する発熱体１４とからなる回路構成である。また、ヒューズ素子１では、たとえば、可溶導体１３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱体１４が電流制御素子４７と接続される。ヒューズ素子１の第１の電極１１は、外部接続電極１１ａを介してバッテリスタック４５の開放端と接続され、第２の電極１２は、外部接続電極１２ａを介してバッテリパック４０の正極端子４０ａ側の開放端と接続される。また、発熱体１４は、発熱体引出電極１３を介して可溶導体１５と接続されることによりバッテリパック４０の充放電電流経路と接続され、また発熱体電極１６及び外部接続電極１９ａを介して電流制御素子４７と接続される。
【００６７】
このようなバッテリパック４０は、ヒューズ素子１の発熱体１４が通電、発熱されると、可溶導体１３が溶融し、その濡れ性によって、発熱体引出電極１６上に引き寄せられる。その結果、ヒューズ素子１は、可溶導体１３が溶断することにより、確実に電流経路を遮断することができる。また、可溶導体１５が溶断することにより発熱体１４への給電経路も遮断されるため、発熱体１４の発熱も停止する。
【００６８】
また、バッテリパック４０は、充放電経路上にヒューズ素子１の定格を超える予期しない大電流が流れた場合に、可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）により溶断することによって、電流経路を遮断することができる。
【００６９】
このとき、ヒューズ素子１は、ケース２０の絶縁基板１０の表面１０ａと接する側面２１の下部を除く位置に、ケース２０内部に貫通する開口部２３が設けられているため、可溶導体１３の溶断時おいて発生する可溶導体１３の気化物質や膨張したケース２０内部の空気を排出し、ケースの絶縁基板１０からの剥離や損傷を防止することができる。
【００７０】
また、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に開口部２３を設けることにより、絶縁基板１０の表面１０ａに接着される側面２１の下面に窪みが形成されておらず、接着面積を最大限に確保することができる。したがって、ヒューズ素子１は、ケース２０の絶縁基板１０への接着面積の減少による接着強度の低下を防止でき、小型化が進んだ場合にも、ケース２０が絶縁基板１０の表面１０ａから剥離し脱落することもない。
【００７１】
さらに、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に開口部２３を設けることにより、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を絶縁基板１０の上方に向かって効率よく排気することができる。したがって、ヒューズ素子１は、気化物質が絶縁基板１０の表面１０ａに形成された第１、第２の電極１１，１２間に付着し絶縁性を阻害するような事態も防止することができる。
【００７２】
なお、本発明が適用されたヒューズ素子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適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  ヒューズ素子、  ２  回路基板、３  回路モジュール、１０  絶縁基板、１０ａ  表面、１０ｂ  第１の側面、１０ｃ  第２の側面、１０ｄ  第３の側面、１０ｅ  第４の側面、１０ｆ  裏面、１１  第１の電極、１１ａ  外部接続電極、１２  第２の電極、１２ａ  外部接続電極、１３  可溶導体、１３ａ  溶断部位、１３ｂ  線状溶断部、１４  発熱体、１５  絶縁部材、１６  発熱体引出電極、１８  第１の発熱体電極、１９  第２の発熱体電極、１９ａ  外部接続電極、２０  ケース、２１  側面、２１ａ  角部、２２  天面、２２ａ  側縁部、２２ｂ  角部、２３  開口部、４０  バッテリパック、４１〜４４  バッテリセル、４５  バッテリスタック、４６  検出回路、４７  電流制御素子、５０  充放電制御回路、５１，５２  電流制御素子、５３  制御部、５５  充電装置
【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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