JP5263733B2 - 金属板抵抗器 - Google Patents

Description

本発明は、電流測定用に回路に挿入して用いる電流検出用抵抗器に係り、特に抵抗体として抵抗合金板を用いた極めて低い抵抗値を有する金属板抵抗器に関する。

従来から、例えば自動車に搭載されたモータの電流制御などにおいて、回路に流れる電流値を検出するため、低い抵抗値を有する金属板抵抗器が用いられている。係る金属板抵抗器は、一例として、抵抗合金よりなる平板状の抵抗体と、高導電率金属よりなる平板状の電極を電子ビーム溶接等により接合し、電極をプリント基板等にハンダ接合により固定可能にしたものが知られている（特許文献１，２参照）。

大電流検出用の金属板抵抗器の場合、バスバー、或いは基板、筐体への実装時に、大電流通電による抵抗器及び電流端子の温度上昇に対する高温信頼性を担保する為に、電極とバスバー、或いは基板、筐体等の抵抗器取付部に電極をボルト締めにより固定することが一般に行われている。

しかしながら、ボルト締めによる固定に際して、抵抗器取付部の加工精度によっては、一対の取付部の電極固定面間に段差が生じ、ボルト締めによる電極の取付部への固定時に、この段差に追従する形に金属板抵抗器が変形する場合がある。この時、金属板抵抗器の変形に伴い、抵抗体および抵抗体と電極の接合部に応力が加わり、検出電圧や抵抗温度係数（TCR）等が変動する可能性があり、また、長期の使用では信頼性の劣化が懸念される。
特許第２５６２４１０号公報 特開２００６−５３２７号公報

そこで、本発明は、実装基板或いは筐体等における抵抗器取付部間に段差がある状態で抵抗器の電極をボルト締めにより固定する場合においても、抵抗器の電極が局部的に変形・追従することで強固に電極をボルト締めすることが可能であり、且つ、抵抗体および抵抗体と電極の接合部の変形を防ぐことで、電気的特性の変動や長期信頼性の劣化を抑えることができる金属板抵抗器を提供することを目的とする。

本発明の金属板抵抗器は、抵抗合金からなる平板状の抵抗体と、抵抗体の両端に接合した高導電率金属からなる一対の平板状の電極と、電極に設けたボルト穴とを備えた金属板抵抗器であって、電極は、ボルト穴を備えた外側部分と、抵抗体との接合部を有する内側部分とが、ボルト締めによる変形が可能な電極変形部を有していることを特徴とするものである。

電極変形部は、電極面に設けた電流方向に垂直の方向に電極を横断する溝を配置した領域、または、電流方向に垂直の方向に電極を横断するように複数の貫通孔を配列した領域、または、電流方向に垂直の方向に電極を横断する切れ込みを設けた領域、または、電流方向に垂直の方向に電極を横断する溝を配置し、且つ電流方向に垂直の方向に電極を横断する切れ込みを設けた領域として形成することができる。

本発明の金属板抵抗器によれば、抵抗器取付部間に段差等の加工誤差がある状態においても、電極は、ボルト穴を備えた外側部分と、抵抗体との接合部を有する内側部分との間に、変形が可能な電極変形部があるので、ボルト締めにより電極変形部が変形して、誤差分を吸収して、電極外側部分を強固に取付部に固定できる。そして、電極内側部分には応力が加わらないので、抵抗体および抵抗体と電極の接合部の変形を防止でき、電気的特性の変動や長期信頼性の劣化を抑えることができる。

電極面に設けた電流方向に垂直の方向に電極を横断する溝を配置した領域からなる電極変形部により、一対の取付部の電極固定面間に段差（高さの差）がある場合に、ボルト締めにより変形して、誤差分を吸収し、電極内側部分に応力がかからない状態で電極外側部分を固定することができる。また、電流方向に垂直の方向に電極を横断するように複数の貫通孔を配列した領域、または、電流方向に垂直の方向に電極を横断する切れ込みを設けた領域からなる電極変形部により、一対の取付部の電極固定面間に捻れ（角度の差）がある場合に、有効に誤差分を吸収することができる。また、電流方向に垂直の方向に電極を横断する溝を配置し、且つ電流方向に垂直の方向に電極を横断する切れ込みを設けた領域からなる電極変形部により、一対の取付部の電極固定面間に段差および捻れ（高さの差および角度の差、三次元的な歪み）がある場合に、有効に誤差分を吸収することができる。

以下、本発明の一実施形態の金属板抵抗器について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の金属板抵抗器の第１実施形態を示す。平板状の抵抗体１１は、銅ニッケル、ニクロム、マンガニン、鉄クロム系等の抵抗率が低く且つ抵抗温度係数（T.C.R.）が小さな抵抗合金材料から形成される。平板状の抵抗体１１の両端部底面には、高導電率金属材料からなる一対の平板状の電極１２，１３がクラッド（圧延、圧着、焼鈍等）、溶接、ろう付け（Ag、半田等）、リベット、かしめ加工等により接合部１４，１５を介して接合されている。なお、ここでは電極１２，１３は、無酸素銅などの銅または燐青銅などの銅合金により形成されている。抵抗体１１と電極１２，１３の接合部１４，１５では、相互の元素が相互に拡散した接合状態が形成され、機械的に強固で電気的に良好な接触状態が形成されている。

一対の電極１２，１３には、金属板抵抗器１０をボルトにより、図示しない取付部にボルト締めにより固定するためのボルト穴１６，１７を備える。そして、電極１２，１３には、ボルト穴１６，１７と抵抗体と電極の接合部１４，１５との間に、電極１２，１３を横断する溝を配置した領域１８，１９を備える。このため、電極１２，１３は、ボルト穴１６，１７を備えた平板状の外側部分１２ａ，１３ａと、抵抗体１１との接合部１４，１５のある平板状の内側部分１２ｂ，１３ｂとの間に、電流方向に垂直の方向に電極を横断する溝を配置した領域１８，１９がある構造となっている。

この溝を配置した領域１８，１９の板厚ｔ1は、電極１２，１３の板厚ｔ0の２０〜８０％と薄く、変形が可能な電極変形部である。すなわち、電極１２，１３の板厚は厚く、剛性が高いので、金属板抵抗器１０を実装基板或いは筐体等における抵抗器取付部間に段差がある状態でボルト締めにより固定する場合に、この溝を配置した領域１８，１９が局部的に変形する。そして、平板状の電極外側部分１２ａ，１３ａを取付部の電極固定面に密着した状態で固定し、平板状の電極内側部分１２ｂ，１３ｂに加わる応力を緩和することができる。

溝を配置した領域１８，１９の溝幅ｘ１は、電極１２，１３の板厚ｔ0の２０％以上とすることが好ましい。また、電圧検出配線は、電極１２，１３の内側部分１２ｂ，１３ｂに溶接、ろう付け（Ag、半田等）、リベット、かしめ接合、またはボルト締め等で行う。なお、電圧検出配線の固定位置は、接合部１４，１５の境界から１．５ｍｍ以内（ｘ2の範囲）に設けることが好ましく、溝の形成位置は電圧検出配線の固定位置（ｘ2の範囲）を考慮し、この電圧検出配線の固定位置（ｘ2の範囲）よりも離れた位置に配置する。溝を配置した領域１８，１９により、電極１２，１３に対して十分な変形性を与えることができ、且つ大電流が金属板抵抗器１０に流れても、溝を配置した領域１８，１９は高導電率の金属材料が用いられているため、発熱等を生じることなく、また、電圧検出配線が電極の内側部分１２ｂ、１３ｂに固定される四端子構造であるため、良好な抵抗温度係数（TCR）が得られる。

一例として、抵抗体１１にマンガニン系抵抗合金材料を使用し、電極１２，１３に銅または銅合金材料を使用し、抵抗体の板厚および電極の板厚をそれぞれ２ｍｍとし、電極間距離ｘを８．５ｍｍとした場合、大電流検出用抵抗器として好ましい極めて低い０．１ｍΩ程度の抵抗値と、５０ｐｐｍ/Ｋ以下の低い抵抗温度係数（TCR）が得られる。そして、溝を配置した領域１８，１９の板厚を１ｍｍ程度、溝幅を１ｍｍ程度とすることで、十分な変形性が得られる。

図２（ａ）（ｂ）に、従来の金属板抵抗器１０ａと本発明の金属板抵抗器１０との実装状態を対比して示す。図２（ａ）に示すように、従来の金属板抵抗器１０ａでは、一対の抵抗器取付部２１，２２間に段差ｙ等の加工誤差がある状態において、ボルト２３，２４を電極のボルト穴１６，１７に挿通し、抵抗器取付部２１，２２に設けたナットに電極１２，１３をボルト締めにより固定する場合、金属板抵抗器１０ａがボルト締めにより変形し、抵抗体１１および抵抗体１１と電極１２，１３の接合部１４，１５に応力が加わり、検出電圧や抵抗温度係数（TCR）が変動する場合があり、長期間の使用では、信頼性の劣化が懸念される。

これに対して、図２（ｂ）に示すように、本発明の金属板抵抗器１０では、一対の抵抗器取付部２１，２２間に段差ｙ等の加工誤差がある状態においても、ボルト締めにより変形が可能な電極変形部（溝を配置した領域１８，１９）が変形することで、電極外側部分１２ａ，１３ａを取付部の表面に強固に固定でき、電極内側部分１２ｂ，１３ｂにはボルト締めによる応力が及ばない状態を形成できる。

図３は、本発明の第１実施形態の金属板抵抗器の変形例を示す。この金属板抵抗器は、電流方向に垂直の方向に電極１２，１３を横断する半円状の溝を配置した領域１８，１９を備え、変形が可能な電極変形部を形成している。半円状の溝を配置した領域１８，１９は、第１実施形態の角状の溝に対して応力集中時にクラックが生じ難いという利点がある。なお、応力集中を緩和するには、曲率半径Ｒを大きくすることが好ましい。

さらに、電極１２，１３には、スリット１２ｃ，１３ｃを備え、電流端子１２ｉと電圧検出端子１２ｖとに分割している。スリット１２ｃ，１３ｃは、接合部１４，１５の境界から１．５ｍｍ以内（ｘ2の範囲）に設けることが好ましい。これにより、電圧検出配線を電圧検出端子１２ｖの任意の位置に接続することができ、どこに接続しても抵抗温度係数（TCR）が良好な四端子構造の金属板抵抗器を実現できる。

また、金属板抵抗器では、ボルト穴１６，１７として、長円形の開口を用いている。これにより、取付部２１，２２に段差がある場合にも、電極１２，１３のボルト穴１６，１７にボルト２３，２４を容易に挿通することができ、ボルト締めによる実装を容易に行うことができる。

なお、上記の実施形態では、電極１２，１３の上下面のそれぞれに電極を横断する溝を設けたが、図４（ａ）に示すように上面のみに、または図４（ｂ）に示すように下面のみに設けるようにしてもよい。また、図４（ｃ）に示すように取付部段差の傾向を考慮し、片側は上面のみに、他の片側は下面のみに溝を設けるようにしてもよい。さらに、図４（ｄ）に示すように片側には溝を設けず、他の片側にのみ溝を設けるようにしてもよい。また、図４（ｅ）に示すように溝を配置した領域を電極１２，１３の外側部分全体に拡大し、この部分全体を変形が容易な電極変形部としてもよい。

図５は、本発明の第２実施形態の金属板抵抗器を示す。この実施形態では、変形が可能な電極変形部として、電流方向に垂直の方向に電極１２，１３を横断するように複数の貫通孔を配列した領域１８ａ，１９ａを設けたものである。貫通孔は、図５（ａ）に示すように円形でも、図５（ｂ）に示すように長円形でもよいが、貫通孔を配列した後の変形が可能な電極変形部の体積が貫通孔配列前の体積の２０％以上あることが好ましい。電極１２，１３を横断するように複数の貫通孔を配列した領域１８ａ，１９ａを配置することで、抵抗器取付部の電極固定面に傾きのバラツキがあり、ボルト締めにより金属板抵抗器に捻れが生じる場合に、この領域が変形して捻れに伴う応力を吸収し、抵抗体１１および抵抗体と電極との接合部１４，１５に応力が加わらない状態を形成できる。

図６は、本発明の第３実施形態の金属板抵抗器を示す。この実施形態では、変形が可能な電極変形部として、電流方向に垂直の方向に電極１２，１３を横断する切れ込みを設けた領域１８ｂ，１９ｂを配置したものである。この切れ込みは、図示するように両側の電極１２，１３に、それぞれ電極側面から内方に向かうように、残りの幅が電極幅の２０〜８０％となるように設けることが好ましい。電極１２，１３を横断する切れ込みを設けた領域１８ｂ，１９ｂを配置することで、取付部の電極固定面に傾きのバラツキがあり、ボルト締めにより金属板抵抗器に捻れが生じる場合に、この領域が変形して捻れに伴う応力を吸収し、抵抗体１１および抵抗体と電極との接合部１４，１５に応力が加わらない状態を形成できる。

図７は、本発明の第３実施形態の金属板抵抗器の変形例を示す。この実施形態では、変形が可能な電極変形部として、電流方向に垂直の方向に電極１２，１３を横断する切れ込み領域１８ｂ，１９ｂを設けるとともに、電流方向に垂直の方向に電極１２，１３を横断する溝領域１８ｃ，１９ｃをそれぞれの電極の上下面に設けたものである。切れ込み領域１８ｂ，１９ｂは、図示するように両側の電極１２，１３に、それぞれ電極側面から内方に向かうように、残りの幅が電極幅の２０〜８０％となるように設けることが好ましく、溝領域１８ｃ，１９ｃは、それぞれの電極の上下面から残りの板厚が電極板厚の２０〜８０％となるように設けることが好ましい。電流方向に垂直の方向に電極１２，１３を横断する切れ込み領域１８ｂ，１９ｂと溝領域１８ｃ，１９ｃを設けることで、抵抗器取付部の電極固定面に傾きのバラツキがあり且つ高さのバラツキがあり、ボルト締めにより金属板抵抗器に三次元的な歪みが生じる場合に、この領域が変形して歪みに伴う応力を吸収し、抵抗体と電極との接合部１４，１５に応力が加わらない状態を形成できる。

次に、本発明の金属板抵抗器の製造方法の一例について説明する。まず、平板状の銅ニッケル、ニクロム、マンガニン、鉄クロム系等の抵抗率が低く且つ抵抗温度係数（T.C.R.）が小さな抵抗合金材料から抵抗体１１と、平板状の無酸素銅などの銅または燐青銅などの銅合金からなる電極板を準備する。そして、抵抗体１１の両端部に、一対の平板状の電極１２，１３を、クラッド（圧延、圧着、焼鈍等）、溶接、ろう付け（Ag、半田等）、リベット、かしめ加工等により接合する。

そして、電極１２，１３にボール盤等によりボルト穴１６，１７を開口し、変形が可能な電極変形部を形成する。電極変形部を形成するには、切削加工等を用いることができる。これにより、電極１２，１３が、ボルト穴１６，１７を備えた外側部分１２ａ，１３ａと、抵抗体との接合部１４，１５を備えた内側部分１２ｂ，１３ｂとの間に、変形が可能な電極変形部を有している金属板抵抗器を容易に製造することができる。

なお、上記実施形態では、抵抗体の両端部下面に電極上面を接合した金属板抵抗器の例で説明したが、抵抗体の両端部端面に電極端面を接合した金属板抵抗器についても、本発明の電極構造を適用できることは勿論である。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明の第１実施形態の金属板抵抗器を示す斜視図である。 （ａ）は従来の金属板抵抗器の実装状態を示す図であり、（ｂ）は本発明の金属板抵抗器の実装状態を示す図である。 本発明の第１実施形態の金属板抵抗器の変形例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。 本発明の第１実施形態の金属板抵抗器における各種の溝の配置例を示す正面図である。 本発明の第２実施形態の金属板抵抗器を示す、（ａ）（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は正面図である。 本発明の第３実施形態の金属板抵抗器を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。 本発明の第３実施形態の金属板抵抗器の変形例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

１０ 金属板抵抗器
１１ 抵抗体
１２，１３ 電極
１２ａ，１３ａ 電極の外側部分
１２ｂ，１３ｂ 電極の内側部分
１４，１５ 抵抗体と電極の接合部
１６，１７ ボルト穴
１８，１９，１８ｃ，１９ｃ 溝を配置した領域（電極変形部）
１８ａ，１９ａ 貫通孔を配列した領域（電極変形部）
１８ｂ，１９ｂ 切れ込みを設けた領域（電極変形部）
２１，２２ 抵抗器取付部
２３，２４ ボルト

Claims (5)

1. 抵抗合金からなる平板状の抵抗体と、前記抵抗体の両端に接合した高導電率金属からなる一対の平板状の電極と、前記電極に設けたボルト穴と、を備えた金属板抵抗器であって、
   前記電極は、前記ボルト穴を備えた外側部分と、前記抵抗体との接合部を有する内側部分との間に、ボルト締めによる変形が可能な電極変形部を有していることを特徴とする金属板抵抗器。
2. 前記電極変形部は、電流方向に垂直の方向に前記電極を横断する溝を配置した領域であることを特徴とする請求項１記載の金属板抵抗器。
3. 前記電極変形部は、電流方向に垂直の方向に前記電極を横断するように複数の貫通孔を配列した領域であることを特徴とする請求項１記載の金属板抵抗器。
4. 前記電極変形部は、電流方向に垂直の方向に前記電極を横断する切れ込みを設けた領域であることを特徴とする請求項１記載の金属板抵抗器。
5. 前記電極変形部は、電流方向に垂直の方向に前記電極を横断する溝を配置し、且つ電流方向に垂直の方向に前記電極を横断する切れ込みを設けた領域であることを特徴とする請求項１記載の金属板抵抗器。

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