JP2011003694A - シャント抵抗器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１ｍΩ以下の低抵抗値の大電流検出用途の抵抗器において、電流の検出精度を向上させたシャント抵抗器を提供する。
【解決手段】抵抗合金板材１１からなる抵抗体と、該抵抗体の両端部に固定された所定の厚みを有する金属板材からなる一対の主電極１２ａ，１２ｂと、該一対の主電極は互いに向かい合う対向面Ａ，Ｂを有し、該対向面から突出した検出電極１４ａ，１４ｂと、を備える。この抵抗器は、抵抗合金板材１１と、金属板材２０とを準備し、金属板材の両側に一対の主電極１２ａ，１２ｂと、金属板材の中央部に一対の主電極を連結する連結部１３ａ，１３ｂと、一対の主電極の互いに対向する面Ａ，Ｂからその垂直方向に突出する検出電極１４ａ，１４ｂとを形成し、一対の主電極に跨るように抵抗合金板材の両端部を、一対の主電極に接合し、連結部を切断して除去することで製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出用のシャント抵抗器に係り、特に抵抗合金板材からなる抵抗体の両端部に金属板材からなる主電極を接合した大電流用途のシャント抵抗器に関する。

従来から、前記構造のシャント抵抗器（例えば特許文献１参照）が車載用バッテリーの充放電の電流を監視する等の大電流の電流検出用途に広く用いられている。これらのシャント抵抗器は、抵抗合金板材からなる抵抗体と、その両端に固着した銅材からなる主電極とを備えており、主電極の適当な場所に検出電極部を設け、例えばそこにアルミワイヤーを接続することにより抵抗体両端部で発生した電圧を検出する。

このようなシャント抵抗器では、大電流の検出精度に優れていること、温度ドリフトが小さいこと、大電流が印加されても過剰な発熱をしないこと、１ｍΩ以下の低抵抗値であること、などが要求される。このような低抵抗値の抵抗器に生じる電圧を高精度且つ温度ドリフトを小さく検出するには、抵抗合金材料の種類や抵抗器の形状、構造の他、抵抗体両端部に生じる電圧を検出する端子の位置が大きく関係する。

すなわち、主電極における前記端子の位置は主電極上であれば抵抗体両端部に生じる電圧は一応検出可能であるが、１ｍΩ以下の低抵抗値の抵抗器では主電極内部抵抗を無視できないこと、主電極にワイヤーを固定する検出端子の場合、固定位置が明確に定まらないためにワイヤーの取り付け位置にバラツキが生じ、検出精度が安定しないという問題がある。

特開２００３−１７３９０５号公報

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、１ｍΩ以下の低抵抗値の大電流検出用途の抵抗器において、電流の検出精度を向上させたシャント抵抗器を提供することを目的とする。

本発明のシャント抵抗器は、抵抗合金板材からなる抵抗体と、該抵抗体の両端部に固定された所定の厚みを有する金属板材からなる一対の主電極と、該一対の主電極は互いに向かい合う対向面を有し、該対向面から突出した検出電極と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のシャント抵抗器の製造方法は、所定の厚みと幅を有する抵抗合金板材と、所定の厚みと幅を有する金属板材とを準備し、前記金属板材の両側に一対の主電極と、前記金属板材の中央部に前記一対の主電極を連結する連結部と、前記一対の主電極の互いに対向する面からその垂直方向に突出する検出電極とを形成し、前記一対の主電極に跨るように前記抵抗合金板材の両端部を、前記一対の主電極に接合し、前記連結部を切断して除去する、ことを特徴とする。

（ａ）は本発明の第１実施例のシャント抵抗器を示す斜視図であり、（ｂ）はそのＣＣ線に沿った断面図であり、（ｃ）はその上面図である。 （ａ）−（ｆ）は第1実施例のシャント抵抗器の製造工程を示す斜視図である。 本発明の第２実施例のシャント抵抗器を示す斜視図である。 本発明の第３実施例のシャント抵抗器を示す斜視図である。 （ａ）−（ｆ）は第３実施例のシャント抵抗器の製造工程を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図５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に示すように、このシャント抵抗器は、所定の厚みと幅を有する抵抗合金板材からなる抵抗体１１の両端部に、所定の厚みと幅を有する金属板材からなる一対の主電極１２ａ，１２ｂが圧接等により固定されている。ここで、抵抗合金板材には、Ｃｕ−Ｍｎ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金などの板材が用いられ、主電極を構成する金属板材にはＣｕ材が好適である。

そして、一対の主電極１２ａ，１２ｂは互いに向かい合う対向面Ａ，Ｂを有し、該対向面からその垂直方向に突出した検出電極１４ａ，１４ｂを備える。検出電極１４ａ，１４ｂと主電極１２ａ，１２ｂとは一体であり、検出電極１４ａ，１４ｂは主電極１２ａ，１２ｂの一部分となっている。検出電極１４ａ，１４ｂには開孔Ｈを備え、電圧検出端子であるワイヤー１５ａ，１５ｂが開孔Ｈに挿入され、溶接等により固定される。

検出電極１４ａ，１４ｂの上面は主電極１２ａ，１２ｂの上面（裏面）と同一面をなし、検出電極１４ａ，１４ｂの下面は主電極の抵抗体１１が接合した下面（表面）と離隔している。そして、検出電極１４ａ，１４ｂは一対の主電極１２ａ，１２ｂの電流方向の中心軸線ＣＣ上に設けられている。

主電極１２ａ，１２ｂと一体のタブである検出電極１４ａ，１４ｂを設けることによって、ワイヤー１５ａ，１５ｂの固定位置が明確になる。このため、ワイヤー１５ａ，１５ｂの固定位置のばらつきによる検出精度の低下を抑制できる。そして、検出電極１４ａ，１４ｂを主電極１２ａ，１２ｂと一体とすることで、それらを別体で固着する構造に比べて特性が安定する。また機械的強度も高いので、ワイヤー固着時に主電極が変形することを抑えることができる。

そして、検出電極１４ａ，１４ｂは、主電極１２ａ，１２ｂの対向面Ａ、Ｂから突出していることで、抵抗体１１の両端に生じる電圧を正確に検出することが可能となる。すなわち、抵抗値が１ｍΩ以下の低抵抗値の抵抗器では主電極内部の抵抗成分によって生じる電圧分布を無視できず、この電圧分布を考慮すると、電圧検出端子（ワイヤー１５ａ，１５ｂ）の固定位置が、主電極の対向面Ａ、Ｂから外側に離れるほど、抵抗値が高くなり且つＴＣＲも増加することが明らかである。

従って、主電極の対向面Ａ，Ｂにおいて電圧を検出することが理想的であり、上記構成によりこれを可能にする。ちなみに、従来の電圧検出端子（ワイヤー１５ａ，１５ｂ）を主電極１２ａ，１２ｂに溶接等により固定する場合には、ワイヤー１５ａ，１５ｂを対向面Ａ，Ｂに配置することは事実上困難であり、主電極内部の抵抗成分によって生じる電圧分布を含まない対向面Ａ，Ｂにおける電圧検出は不可能である。

なお、主電極１２ａ，１２ｂには、ボルト締め用の貫通孔１６ａ，１６ｂを備える。貫通孔は形成しなくてもよいし、貫通孔内にボルトによる締め付け固定用のネジ溝を形成したり、金属板材２０にボルトを突出形成させたり等、基台等への固定方法に応じて種々変更可能である。

次に、このシャント抵抗器の製造方法について、図２を参照して説明する。まず、図２（ａ）に示すように、所定の厚みと幅を有する金属板材２０を準備する。金属板材２０の概略寸法は一例として、長さ８０ｍｍ程度、幅２０ｍｍ程度、厚さ３ｍｍ程度である。

次に、図２（ｂ）に示すように、金属板材２０の中間部分に、プレス加工や切削加工などの方法で、連結部１３ａ，１３ｂと検出電極１４ａ，１４ｂとを形成する。すなわち、金属板材２０の両端に所定の厚みと幅を有する一対の主電極１２ａ，１２ｂと、該主電極同士を連結する一対の連結部１３ａ，１３ｂを形成し、さらに主電極同士の対向面Ａ，Ｂに該対向面Ａ，Ｂから突出する検出電極１４ａ，１４ｂを形成する。

連結部１３ａ，１３ｂと検出電極１４ａ，１４ｂは、金属板材２０の中間部を表面から厚み方向に沿って研削し、表面からその厚み方向に一定距離研削して凹面を形成した後、プレスにより連結部１３ａ，１３ｂと検出電極１４ａ，１４ｂを残してその他の部分を打ち抜き除去する。そして、連結部１３ａ，１３ｂの裏面は一対の主電極１２ａ，１２ｂのそれぞれの裏面と同一面をなし、連結部１３ａ，１３ｂの側面は一対の主電極１２ａ，１２ｂのそれぞれの側面と同一面をなしている。なお、連結部１３ａ，１３ｂはプレス加工で形成してもよい。

次に、図２（ｃ）に示すように、抵抗合金板材（抵抗体）１１の位置決め用の凹み１７ａ，１７ｂを研削加工等により形成する。そして、図２（ｄ）に示すように、凹み１７ａ，１７ｂに嵌合するように抵抗合金板材１１を位置合わせして載置し、抵抗合金板材１１の両端を主電極１２ａ，１２ｂの表面に跨るように接合する。抵抗合金板材１１と主電極１２ａ，１２ｂとの接合には、電子ビーム溶接、パルス通電接合、熱圧着、冷間圧接、抵抗溶接、ハンダなどによるろう接など、種々の方法を適用可能であるが、接合状態や抵抗値等の特性の安定性から、パルス通電接合、熱圧着などを利用した拡散接合を用いることが好ましい。

図２（ｅ）はこれを裏返した図である。金属板材２０の主電極１２ａ，１２ｂを裏面側で連結する連結部１３ａ，１３ｂは、主電極１２ａ，１２ｂの表面からその厚み方向に離間した位置に配置され、この連結部１３ａ，１３ｂを切断して除去する。切断には、グラインダや、ニッパー等を使う。

これにより、図２（ｆ）に示すように、主電極１２ａ，１２ｂは電気的にも機械的にも分離され、主電極１２ａ，１２ｂにはそれぞれこれと一体の検出電極１４ａ，１４ｂを備える。検出電極１４ａ，１４ｂには適宜ワイヤー接続用の開孔Ｈを設ける。なお、開孔Ｈは図２（ｂ）の段階で設けてもよい。

このシャント抵抗器では、上述のように、両主電極１２ａ，１２ｂ間を連結部１３ａ，１３ｂにより連結した状態で、抵抗合金板材１１の両端部を両主電極１２ａ，１２ｂの表面に圧接等により接合する。このため、接合時に電極間の距離がずれることがなく、プレス加工や、研削加工等の金属加工技術を用いて高い平行度および間隔の寸法精度を維持した状態でシャント抵抗器を製造できる。

従って、抵抗合金板材１１の幅および厚さを精度よく加工しておくことで、抵抗器の抵抗値は抵抗体の電極間長さと幅と厚さで決まってくるので、その対向面Ａ，Ｂの電圧を検出することで高精度の抵抗値が得られる。これにより、例えば、目標抵抗値０．１ｍΩに対して、抵抗値調整をすることなく、特性のばらつきが殆ど無いシャント抵抗器を安定して生産することが可能となる。

図３は本発明の第２実施例のシャント抵抗器を示す。第１実施例との相違点は検出電極１４ｃ，１４ｄが主電極１２ａ，１２ｂの対向面Ａ，Ｂから突出して上方に垂直に折り曲げられている点にある。これにより、スリーブ等を利用して電圧検出端子（ワイヤー１５ａ，１５ｂ、図１参照）を検出電極１４ｃ，１４ｄに圧着できる。また、基板にスルーホールが形成され、そのスルーホールが電圧検出パターンとして構成されている場合、上記検出電極をスルーホールに差し込んで半田付けするようにもできる。

このシャント抵抗器は、第１実施例の製造工程（図２（ｆ））において、主電極１２ａ，１２ｂの対向面Ａ，Ｂから突出した検出電極１４ａ，１４ｂを上方に垂直に（対向面と平行に）折り曲げることで製造可能である。

図４は本発明の第３実施例のシャント抵抗器を示す。第１実施例および第２実施例との相違点は検出電極１４ｅ，１４ｆが主電極１２ａ，１２ｂの対向面Ａ，Ｂの幅方向端部から突出して、側方に垂直に折り曲げられている点にある。これにより、上記と同様にスリーブ等を利用して電圧検出端子（ワイヤー１５ａ，１５ｂ、図１参照）を検出電極１４ｅ，１４ｆに圧着できる。また、基板にスルーホールが形成され、そのスルーホールが電圧検出パターンとして構成されている場合、上記検出電極をスルーホールに差し込んで半田付けするようにもできる。

図５はこのシャント抵抗器の製造工程例を示す。図５（ａ）に示すように、所定の厚みと幅を有する金属板材２０を準備することは第１実施例と同様である。次に、図５（ｂ）に示すように、金属板材２０の中央部に凹部を形成し、両端部を残して貫通孔Ｏをプレス加工や研削加工により形成する。これにより、金属板材２０の両端に一対の主電極１２ａ，１２ｂと、この主電極同士を連結する一対の連結部１３ａ，１３ｂを金属板材２０の下面および側面に沿って、且つ連結部１３ａ，１３ｂの上面が主電極１２ａ，１２ｂの下方に位置するように形成する。なお、連結部１３ｂは後述するように検出電極１４ｅ，１４ｆとなる。

次に、図５（ｃ）に示すように、抵抗合金板材１１の位置決め用の凹み１７ａ，１７ｂを主電極１２ａ，１２ｂの上面にプレス加工や研削加工等により形成する。そして、図５（ｄ）に示すように、位置決め用凹み１７ａ，１７ｂに嵌合するように抵抗合金板材１１を位置合わせして載置し、抵抗合金板材１１を主電極１２ａ，１２ｂの上面に接合する。

図５（ｅ）はこれを裏返した図である。金属板材２０の主電極１２ａ，１２ｂを裏面側で連結する連結部１３ａ，１３ｂは、主電極１２ａ，１２ｂの表面からその厚み方向に離間した位置に配置され、この連結部１３ａ全体を切断して除去し、連結部１３ｂはその中央部のみを切断して除去する。そして、連結部１３ｂの両側が検出電極１４ｅ，１４ｆとなり、これを対向面Ａ，Ｂに平行に、主電極１２ａ，１２ｂの側方に折り曲げる。

これにより、図５（ｆ）に示すように、主電極１２ａ，１２ｂは電気的にも機械的にも分離され、主電極１２ａ，１２ｂにはこれと一体の検出電極１４ｅ，１４ｆを備える。検出電極１４ｅ，１４ｆには適宜ワイヤー接続用の開孔Ｈを設けてもよい点も第１実施例と同様である。

なお、検出電極１４ｅ，１４ｆは主電極１２ａ，１２ｂの側方に折り曲げず、まっすぐのままでもよい。これにより、第１実施例と類似の構成となる。

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。

本発明は、抵抗合金板材の対向する両端に金属板材からなる主電極を配設したシャント抵抗器、特に大電流用途のシャント抵抗器に好適に利用可能である。

Claims (11)

1. 抵抗合金板材からなる抵抗体と、
   該抵抗体の両端部に固定された所定の厚みを有する金属板材からなる一対の主電極と、
   該一対の主電極は互いに向かい合う対向面を有し、該対向面から突出した検出電極と、を備えたシャント抵抗器。
2. 前記検出電極は前記主電極の一部分であり、前記主電極と一体である、請求項１に記載のシャント抵抗器。
3. 前記検出電極を前記一対の主電極の電流方向の中心軸線上に設けた、請求項１に記載のシャント抵抗器。
4. 前記検出電極は前記対向面からその垂直方向に突出し、前記検出電極の一面は前記主電極の一面と同一面をなし、前記検出電極の他面は前記主電極の前記抵抗体が接合した他面と離隔している、請求項１に記載のシャント抵抗器。
5. 前記検出電極は前記対向面に平行に折り曲げられている、請求項４に記載のシャント抵抗器。
6. 所定の厚みと幅を有する抵抗合金板材と、所定の厚みと幅を有する金属板材とを準備し、
   前記金属板材の両側に一対の主電極と、前記金属板材の中央部に前記一対の主電極を連結する連結部と、前記一対の主電極の互いに対向する面からその垂直方向に突出する検出電極とを形成し、
   前記一対の主電極に跨るように前記抵抗合金板材の両端部を、前記一対の主電極に接合し、
   前記連結部を切断して除去する、シャント抵抗器の製造方法。
7. 前記検出電極の一面は前記主電極の一面と同一面をなし、前記検出電極の他面は前記主電極の前記抵抗体が接合した他面と離隔している、請求項６に記載のシャント抵抗器の製造方法。
8. 前記検出電極を前記一対の主電極の電流方向の中心軸線上に設けた、請求項６に記載のシャント抵抗器の製造方法。
9. さらに、前記検出電極を前記対向面に平行に折り曲げる、請求項８に記載のシャント抵抗器の製造方法。
10. 前記検出電極を前記対向面の幅方向端部に設けた、請求項６に記載のシャント抵抗器の製造方法。
11. さらに、前記検出電極を前記対向面に平行に、前記主電極の側方に折り曲げる、請求項１０に記載のシャント抵抗器の製造方法。
    

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