JP2013127973A - ヒューズ板、およびそれを具備する電池ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズの配線パターンを好適化し、かつヒューズを保護する樹脂膜を配置することで、振動によってヒューズ配線が切断されることを防止する。
【解決手段】金属板と、電池に接続される接続部と、前記金属板と前記接続部とを連結するヒューズ部と、前記ヒューズ部に接着した絶縁性樹脂膜とを有し、前記ヒューズ部は、屈曲部を有する配線パターンで構成され、かつ前記配線の線幅は０．１〜０．４ｍｍであり、前記絶縁性樹脂膜は、前記ヒューズ部の一面を覆う保護膜である、ヒューズ板。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒューズ板、およびそれを具備する電池ブロックに関する。

複数の単電池を組み合わせることで、所望の電圧または電流量を有する電池ブロックが得られる。電池ブロックにおいて、複数の単電池の電極端子は、１つの電極板に接続されている。従って、単電池に過剰の電流が流れた場合には、電池ブロック自体がショートする恐れがある。そこで、そのショートを防止するために、電極板と単電池とを遮断するためのヒューズを設けることがある。

単電池と電極板との間にヒューズを設けるには、単電池の電極端子と電極板とを、ブラケット溶接することで形成したりするほか、ワイヤボンディングすることで形成することが提案されている（特許文献１を参照）。

また特許文献２には、（イ）導電性の金属板をプレス打ち抜き加工することにより、入力側端子部、複数の出力側端子部を形成する工程と、（ロ）打ち抜かれた金属板のヒューズ部が形成される箇所を含む領域を絶縁体で予めモールドする工程と、（ハ）略Ｓ字状のヒューズ部を打ち抜き加工形成する工程と、を含むヒューズの製造方法が開示されている。しかし製造工程が複雑であり、得られたヒューズと電池との接続強度が弱い等の問題があった。その他にも、種々の関連技術が開示されているが（例えば、特許文献３〜７参照）、上述の課題の解消には至っていなかった。

米国特許第７６７１５６５号明細書 特開２００１-１６０３４７号公報 特開２００５-３４７２５１号公報 ＷＯ２０１１／００７５３５号公報 米国特許出願公開第２００３-００７５３５２号 米国特許出願公開第２００５-０２７５３７０号 米国特許出願公開第２００７-０１８８１４７号

前述の通り、複数の単電池を含む電池ブロックにおいて、電池ブロックのショートを防止するために、各単電池にヒューズを設ける。ところが、ワイヤボンディングは作業工程が煩雑である。一方で、溶接にてヒューズを電極端子に接合しようとすると、溶接作業における振動によって、ヒューズを構成する配線が切断してしまうことがあった。また、電池ブロックを実際に使用している間に、振動によってヒューズを構成する配線が切断してしまうこともあった。

特に、金属板を打ち抜いて、曲げ加工して得られるヒューズ板を、単電池に溶接しようとすると、ヒューズを構成する配線も比較的バルキーであるため、より振動しやすく、切断しやすい。そこで本発明は、ヒューズの配線パターンを好適化し、かつヒューズを保護する樹脂膜を配置することで、振動によってヒューズ配線が切断されることを防止する。

すなわち本発明の第一は、以下に示すヒューズ板に関する。
［１］金属板と、電池に接続される接続部と、前記金属板と前記接続部とを連結するヒューズ部と、前記ヒューズ部に接着した絶縁性樹脂膜とを有し、
前記ヒューズ部は、屈曲部を有する配線パターンで構成され、かつ前記配線の線幅は０．１〜０．４ｍｍであり、前記絶縁性樹脂膜は、前記ヒューズ部の一面を覆う保護膜である、ヒューズ板。
［２］前記ヒューズ部の配線パターンは２以上の屈曲部を有し、かつ前記２以上の屈曲部は、前記ヒューズ部の両端をつなぐ直線に対して、互いに反対側にある、［１］に記載のヒューズ板。
［３］前記ヒューズ部の厚みは、０．１〜０．４ｍｍである、［１］または［２］に記載のヒューズ板。

本発明の第二は、以下に示す電池ブロックに関する。
［４］２以上の電極端子を含む複数の単電池と、前記複数の単電池それぞれの、一方の電極端子に接続したヒューズ板とを有し、
前記ヒューズ板は、金属板と、電池に接続される接続部と、前記金属板と前記接続部とを連結するヒューズ部と、前記ヒューズ部に接着した絶縁性樹脂膜とを有し、
前記ヒューズ部は、屈曲部を有する配線パターンで構成され、かつ前記配線の線幅は０．１〜０．４ｍｍであり、
前記絶縁性樹脂膜は、前記ヒューズ部の一面を覆う保護膜である、電池ブロック。

本発明のヒューズ板は、金属板を打ち抜き加工および曲げ加工することで、簡便かつ容易に製造できる。にも係わらず、本発明のヒューズ板は、振動などによってもヒューズ部の配線が切断されにくい。従って、ヒューズ板を電池に接続するときの溶接作業時や、電池の使用時において、振動によってヒューズ部材が切断されることが防止される。

また、本発明のヒューズ板に複数の接続部とヒューズ部とを設ければ、複数の単電池を有する電池ブロックであって、各単電池にヒューズ機能が付与されている電池ブロックが提供される。よって、いずれかの単電池に不具合が生じても、電池ブロックとしての短絡が防止される。

図１は実施形態に係るヒューズ板の上面斜視図である。 図２Ａは実施形態に係るヒューズ板の上面図である。図２Ｂは実施形態に係るヒューズ板の断面図である。 図３Ａは実施形態に係るヒューズ板のヒューズパターンを示す図である（その１）。図３Ｂは実施形態に係るヒューズ板のヒューズパターンを示す図である（その２）。 図４Ａは実施形態に係るヒューズ板を電池ブロックの上面斜視図である。図４Ｂは実施形態に係るヒューズ板を電池ブロックの断面図である。

以下に、実施形態を挙げて本発明の説明を行うが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図中同一の機能又は類似の機能を有するものについては、同一又は類似の符号を付して説明を省略する。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。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。

＜ヒューズ板について＞
本発明のヒューズ板は、金属板と、電池に接続される接続部と、ヒューズ部と、絶縁性樹脂膜とを有する。好ましくは、本発明のヒューズ板は、１つの金属板に対して、２つ以上の接続部とヒューズ部と絶縁性樹脂膜とを有する。２つ以上の接続部とヒューズ部と絶縁性樹脂膜とを有するヒューズ板は、複数の単電池を含む電池ブロックのヒューズ板として用いられうる。

図１は本発明の実施形態に係るヒューズ板１００の上面斜視図である。図２Ａはヒューズ板１００の上面図である。図２Ｂはヒューズ板１００の断面図である。ヒューズ板１００は、（イ）上面１１ａから下面１１ｂに至る開口部１１が複数設けられた金属板１０と、（ロ）開口部１１の周縁の二点１１ａ，１１ｃからそれぞれ延設された第一棒状体４０ａおよび第二棒状体４０ｂ、第一棒状体４０ａおよび第二棒状体４０ｃのそれぞれの他端と連続して一体に成形された本体部４０ｂを備える、振動可能に形成された略Ｕの字状（コの字状）のサスペンション部４０と、（ハ）サスペンション部４０の本体部４０ｂから、金属板１０との接合部側１１ａ、１１ｃに向かってサスペンション部４０と連続して一体に成形された、屈曲した配線パターンを備えるヒューズ部３０と、（ニ）ヒューズ部３０と連続して一体に成形され、電池に接続可能に成形された接続部２０と、（ホ）ヒューズ部３０の一面を覆うように、サスペンション部４０の本体４０ｂの一部から接続部２０の一部に至る矩形シート状の絶縁性樹脂膜５０と、を有する。

接続部２０の上面２０ａは、金属板１０の下面１０ｂよりも距離Ｄをおいて、下方に配置されていることが好ましい。サスペンション部３０が重力方向（図面Ｚ方向）に振動可能になることで、使用時に振動によるストレスを受けても、そのストレスを吸収することができるからである。このように、三次元形状を有するサスペンション部３０を設けたことで、ヒューズ板１００によれば、電池との接続信頼性を高く保つことができる。

またヒューズ部３０は、絶縁性樹脂膜５０で保護されているので、振動によるストレスを受けても、切断しにくい。

ヒューズ板１００は、金属板を打ち抜き加工および曲げ加工することで、開口部１１、サスペンション部４０、ヒューズ部３０および接続部２０がパターニングして得られる。即ちヒューズ板１０は金属板から一体成形可能であるため、簡易かつ容易に製造することができる。

一方、上述の特許文献２に開示されたヒューズは、金属板からプレス打ち抜きされたままの平面形状をしている。特許文献２等に開示されたヒューズは、三次元的なサスペンション部３０を備えない。そのため、特許文献２等に開示されたヒューズは、使用時の振動によるストレスを吸収しきれないため、電池との接続信頼性を高く保つことが困難である。

ヒューズ板を構成する金属板は、金属板であることが好ましい。金属の例としては、アルミニウム、ステンレス、銅または真鋳などが挙げられるが、好ましくはアルミニウムである。金属板の厚みは、特に限定されないが、約０．１５〜３ｍｍであればよい。部材としての力学強度を得るためである。

ヒューズ板を構成する接続部は、電池の電極端子に接続される金属部材である。特に限定されないが、接続部は電極端子に溶接される。接続部を構成する金属は、前述の金属板と同様であることが好ましい。接続部の厚みは特に制限されず、０．１〜０．４ｍｍであればよく、好ましくは０．２〜０．２５ｍｍである。厚すぎると、電池の電極端子に溶接しにくくなることがある。

接続部は、金属板の面高さとは、異なる位置にあることが好ましい。接続部を、電池の電極端子に簡便に接続するためである。

ヒューズ部は、微細な金属配線であり、その線幅は、０．１〜０．４ｍｍであればよい。ヒューズ部を構成する金属線の厚みは０．１〜０．４ｍｍであればよく、好ましくは０．２〜０．２５ｍｍである。ヒューズを構成する金属配線の金属は、前述の金属板と同様であることが好ましい。ヒューズ部の金属配線の線幅が太すぎたり、厚みが厚すぎたりすると、ヒューズ機能（過剰な電流が流れたときに切断する機能）が得られない。

ヒューズ部の金属配線パターンは、屈曲部を有しており、いわば「撓み」を有していることが好ましい（図３Ａ、図３Ｂ参照）。それにより、ヒューズ部のストレスが低減され、切断されにくくなるからである。ヒューズ部の金属配線パターンは屈曲部を有していればよく、そのたわみの量ｔ（図３Ａ参照）は、ヒューズパターンの線幅よりも大きいことが好ましい。さらに、ヒューズ部のヒューズパターンは、２以上の屈曲部を有していることが好ましい（図３Ｂ参照）。２つの屈曲部は、ヒューズ部の両端をつなぐ直線（接続部への接続位置と金属板への接続位置とをつなぐ直線）に対して、互いに反対に位置していることが好ましい。そのようなヒューズパターンとすることで、どのような方向のストレスが印加されても、その応力を緩和することができるからである。

絶縁性樹脂膜は、ヒューズ部を保護する保護膜である。前述の通り、ヒューズ部は、微細な金属配線であるので、振動によって切断されやすい。そこで、絶縁性樹脂膜をヒューズ部にはり付けることで、ヒューズ部の切断を防止することが好ましい。絶縁性樹脂膜は、少なくともヒューズ部の一面を覆うように配置することが好ましい。作業性や電池との接続信頼性の向上の観点からは、サスペンション部の本体の一部から接続部の一部に至る矩形シート状の絶縁性樹脂膜をヒューズ部の一面を覆うように、配置することが好ましい。電池との接続信頼性の向上を図ることができるからである。また金属板からのプレス打ち抜き工程における位置合わせが１回で済むこととなり、製造工程を簡略化できるからである。

一方、特許文献２のように、絶縁性樹脂膜の形状をヒューズ部の形状に合わせて打ち抜き加工した場合、ヒューズ部の切断を有効に防止することが困難である。また特許文献２では、金属板からのプレス打ち抜き工程の合間に、ヒューズが形成される部分を含む領域に絶縁体を設ける工程を有する。そのため、各工程毎に、穴開け部分の位置合わせを行う必要があり、製造工程が複雑である。

絶縁性樹脂膜は、ポリイミド、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などの樹脂成分と、絶縁性無機フィラーとを含むことが好ましい。無機フィラーの例には、ガラスフィラーなどが含まれる。絶縁性樹脂膜の厚みは特に限定されないが、５０μｍ〜５００μｍであればよい。

上述の通り、ヒューズ板は、振動可能なサスペンション部を含むことが好ましい。サスペンション部は、金属板とヒューズ部とを連結しているため、ヒューズ板の振動をサスペンション部が吸収し、振動による応力がヒューズ部に印加されにくいからである。具体的に、サスペンション部は、例えばコの字型（U-Shaped）の部材であり、その両端を金属板に支持されている。そして、コの字型の中央部分に、ヒューズ部が連結している。

サスペンション部を構成する金属の容積は、ヒューズ部を構成する金属の容積よりも大きい。それにより、ヒューズ板の振動をサスペンション部が吸収し、ヒューズ部への応力印加を抑制する。

＜ヒューズ板の製造方法について＞
本発明のヒューズ板は、原料金属板を、打ち抜き加工および曲げ加工することで製造されうる。具体的には、原料金属板を、打ち抜き加工することで、ヒューズ板を構成する接続部、ヒューズ部およびサスペンション部を成形する。この結果、原材料金属板は、ヒューズを構成する金属板となる。また、接続部、ヒューズ部およびサスペンション部の金属は、ヒューズを構成する金属板と同様の金属から構成される。

原料金属板を、打ち抜き加工する前に、接続部、ヒューズ部およびサスペンション部となる部分を、圧縮して薄くすることが好ましい。圧縮した後、接続部およびヒューズ部に対応する部材を打ち抜き成形する。

さらに、接続部を電池に接続しやすいようにするために曲げ加工する。具体的には、金属板の面高さと、接続部の面高さを変える。所定の形状に曲げ加工した後、絶縁性樹脂膜をヒューズ部に貼り付けることによって、ヒューズ板を得る。

＜電池ブロックについて＞
本発明の電池ブロックは、本発明の実施形態に係るヒューズ板と複数の単電池とを含む。複数の単電池は、一対の電極端子を有する。ヒューズ板の接続部は、複数の単電池の一方の電極に接続している。当該接続は、溶接により行われうる。

電池ブロックは、複数の単電池と、それを収容する部材を有していてもよい。単電池の収容部材は、特に限定されないが、複数のパイプ状部材を一体化したものであって、各パイプ状部材に単電池を収容できるものでありうる。

以下において、図面を参照して本発明を説明する。図１には、実施形態に係るヒューズ板１００の上面斜視図が示される。ヒューズ板１００は、金属板１０と、２０個のヒューズ機能部９０と有する。ヒューズ機能部９０はそれぞれ、接続部２０と、ヒューズ部３０と、サスペンション部４０と、絶縁性樹脂膜５０とを含む（図２Ａ、図２Ｂ参照）。

図２Ａには、実施形態に係るヒューズ板１００の上面図が示される。図２Ａに示されるように、金属板１０に、接続部２０と、ヒューズ部３０と、絶縁性樹脂膜５０と、サスペンション部４０とが成形されている。サスペンション部４０は、コの字型（U-shaped）をしており、コの字型の両端が金属板１０にて固定支持されている。そして、コの字型の中央部に、ヒューズ部３０の一方が接続している。また、ヒューズ部３０の他方は、接続部２０に接続している。

図２Ｂは、ヒューズ板１００のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図２Ｂに示されるように、金属板１０の厚みに対して、接続部２０とヒューズ部３０とサスペンション部４０の厚みが薄い。接続部を薄くすることで、電池の電極端子への溶接を簡便にする。また、ヒューズ部３０を薄くすることで、ヒューズ機能を得る。また、図２Ｂに示されるように、金属板１０の面高さと、接続部２０の面高さとが相違している。高さを変えることで、接続部２０を単電池の電極端子に接続しやすくする（図４参照）。

ヒューズ板１００が振動すると、コの字型のサスペンション部４０が振動を吸収しようとする。そのため、サスペンション部４０に接続しているヒューズ部３０は、振動による応力を受けにくい。さらに、ヒューズ部３０は、絶縁性樹脂膜５０で保護されているので、振動によるストレスを受けても、切断しにくい。

図３Ａ、図３Ｂは、ヒューズ板１００のヒューズ部３０を構成する金属配線パターンの例を示す。図３Ａに示されるヒューズ部３０の配線パターンは、屈曲部３１を有する。屈曲部３１を設けることで、ヒューズ部３０を構成する金属配線に撓みが生じて、金属配線が応力を受けにくくなる。撓みの程度ｔは、配線の幅よりも大きければよい。

次に、図３Ｂに示されるヒューズ部３０は、第一の屈曲部３１と第二の屈曲部３２とを有する。２つの屈曲部を設けることで、ヒューズ部３０を構成する金属配線に撓みが生じ、さらに振動による応力負荷が緩和されやすい。特に、図３Ｂに示されるように、ヒューズ部３０の接続部２０との接続部と、サスペンション部４０との接続部とを結ぶ直線に対して、第一の屈曲部３１と第二の屈曲部３２とが、互いに反対側にあると、より応力が緩和されやすい。

図４Ａには、１つのヒューズ板１００を含む電池ブロック２００が示される。電池ブロック２００は、合計２０個の単電池１５０が含まれている。そして、単電池１５０の一方の電極に、ヒューズ板１００が接続されている。

図４Ｂは、電池ブロック２００のヒューズ板１００と単電池１５０との接続部の断面を示す。図４Ｂに示されるように、単電池１５０の電極端子１５１と、ヒューズ板１００の接続部２０とが接続されている。当該接続は、溶接でありうる。溶接作業中に振動が発生することがあるが、ヒューズ板１００のヒューズ部３０には応力が印加されにくいので、ヒューズ部の配線が切断されない。

電池ブロック２００は、もし仮に単電池１５０に不具合が生じて過剰な電流が流れた場合には、ヒューズ板１００のいずれかのヒューズ部３０の配線が切断される。よって、電池ブロック２００が短絡を起こすことがない。

本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願、すなわち、特願２０１１−１２１６４３号（出願日２０１１年５月３１日）、特願２０１１−１８１８９１号（出願日２０１１年８月２３日）に基づく優先権主張を伴うものであって、これらの明細書の内容を参照して本発明の一部としてここに組み込むものとする。

本発明のヒューズ板は、金属板を、打ち抜き加工および曲げ加工することで、簡便かつ低コストで得られうる。しかも、ヒューズ部を構成する微細な金属配線の切断が抑制されている。そのため、単電池または複数の単電池を含む電池ブロックのヒューズ板として用いることができ。そして、振動が発生しやすい溶接によって、単電池とヒューズ板とを接続することができる。

さらには、本発明のヒューズ板を具備する電池ブロックは、振動によるヒューズの切断を起こしにくい。よって、本発明の電池ブロックは、自動車用の蓄電池などの、振動を受けやすい環境で好適に用いられうる。

１０ 金属板
１１ 開口部
２０ 接続部
３０ ヒューズ部
３１ 第一屈曲部
３２ 第二屈曲部
４０ サスペンション部
５０ 絶縁性樹脂膜
９０ ヒューズ機能部
１００ ヒューズ板
１５０ 単電池
１５１ 電極端子
２００ 電池ブロック

Claims (4)

1. 金属板と、電池に接続される接続部と、前記金属板と前記接続部とを連結するヒューズ部と、前記ヒューズ部に接着した絶縁性樹脂膜とを有し、
   前記ヒューズ部は、屈曲部を有する配線パターンで構成され、かつ前記配線の線幅は０．１〜０．４ｍｍであり、
   前記絶縁性樹脂膜は、前記ヒューズ部の一面を覆う保護膜である、ヒューズ板。
2. 前記ヒューズ部の配線パターンは２以上の屈曲部を有し、かつ前記２以上の屈曲部は、前記ヒューズ部の両端をつなぐ直線に対して、互いに反対側にある、請求項１記載のヒューズ板。
3. 前記ヒューズ部の厚みは、０．１〜０．４ｍｍである、請求項１または２に記載のヒューズ板。
4. ２以上の電極端子を含む複数の単電池と、前記複数の単電池それぞれの、一方の電極端子に接続したヒューズ板とを有し、
   前記ヒューズ板は、金属板と、電池に接続される接続部と、前記金属板と前記接続部とを連結するヒューズ部と、前記ヒューズ部に接着した絶縁性樹脂膜とを有し、
   前記ヒューズ部は、屈曲部を有する配線パターンで構成され、かつ前記配線の線幅は０．１〜０．４ｍｍであり、
   前記絶縁性樹脂膜は、前記ヒューズ部の一面を覆う保護膜である、電池ブロック。
   

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