JP2009182144A - 抵抗器およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】低抵抗値の抵抗器を簡単な製造工程で精度良く製作できると共に、抵抗器の下面以外にも実装基板の配線パターンと接続することが可能な電極を備えた抵抗器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】抵抗合金材料からなる棒状の抵抗体11と、該抵抗体の両端の外周面に接合した金属材料からなる筒状の電極12a,12bとを備え,電極12a,12bと抵抗体11とをロータリスェージ加工により接合したことを特徴とする。そして、抵抗体11は、細径部分11aと、その両端に細径部分よりも太径の太径部分11b,11cとを有し、該太径部分の外周面に電極12a,12bがロータリスェージ加工により接合されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、銅ニッケル合金等の抵抗合金材料からなる抵抗体の両端に、銅等の電極金属材料からなる電極を備えた、大電流を高精度で検出することができる電流検出用抵抗器に関する。
上記電流検出用抵抗器の一例として、特許文献1に記載された抵抗器が知られている。この抵抗器は、銅ニッケル合金等の抵抗合金材料からなる板体状の抵抗体の両端部下面に圧延等により接合した銅等の高導電性の電極金属材料からなる板体状の電極を備え、さらに両電極下面に溶融ハンダ層を配設したものである。係る構造の抵抗器によれば、数mΩ以下の低抵抗値であり、TCRも良好で、且つトリミングカットを設けないことから低直列インダクタンスの面実装型の電流検出用抵抗器として機能することができる。
しかしながら、上記抵抗器の製作においては、抵抗合金材料からなる板体に電極金属材料からなる板体を圧延等により接合した後、通板しながら回転刃で平面状に切削加工して板体状の抵抗体を形成しているため、切削加工による抵抗合金材料の厚み精度には限界があり、抵抗値バラツキの精度を保つためには、製品形状にした後に、再度加工が必要であった。このため、高精度の低抵抗値を得るためには、加工工程が複雑となるという問題があった。また、上記抵抗器では、プリント配線基板等に実装するに際して、実装面が電極下面の溶融ハンダ層のみに限定されていて、その他の面に配線接続するのが困難であるという問題があった。
特開2002−57009号公報
本発明は上述した事情に基づいてなされたもので、低抵抗値の抵抗器を簡単な製造工程で精度良く製作できると共に、抵抗器の下面以外にも実装基板の配線パターンと接続することが可能な電極を備えた抵抗器およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の抵抗器は、抵抗合金材料からなる棒状の抵抗体と、該抵抗体の両端の外周面に接合した金属材料からなる筒状の電極とを備え,電極と抵抗体とをロータリスェージ加工により接合したことを特徴とする。そして、抵抗体は、細径部分と、その両端に細径部分よりも太径の太径部分とを有し、該太径部分の外周面に電極がロータリスェージ加工により接合されている。
また、本発明の抵抗器の製造方法は、抵抗合金からなる円柱状の抵抗材料と、円筒状の電極金属材料とを準備し、抵抗材料を電極金属材料内に挿入し、ロータリスェージ加工により抵抗材料と電極金属材料を接合した接合体を形成し、接合体を回転させながら切削することにより、抵抗材料の一部を接合体の周囲に渡って露出させるとともに、電極金属材料を接合体の軸方向に分離して、抵抗体と電極を形成することを特徴とする。
本発明によれば、金属管材料のロータリスェージング加工技術を用いることで、容易に抵抗合金材料からなる棒状の抵抗体が筒状の電極金属材料に被覆された接合体を得ることができ、高価な設備投資を必要とせず、簡単な製造工程で抵抗合金材料からなる棒状の抵抗体に対して高い接合強度で高導電性金属電極を接合することができる。そして、棒状の接合体を回転させながら切削することにより、電極金属材料を接合体の軸方向に分離して、抵抗体細径部分を形成するので、回転切削加工の仕上がり寸法精度は平板切削加工の仕上がり寸法精度よりも高いため、これにより容易に高い仕上がり寸法精度を実現でき、また、抵抗値バラツキの少ない抵抗器を製作できる。
以下、本発明の抵抗器およびその製造方法の実施形態について、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(a)は本発明の第1実施形態の抵抗器を示す斜視図であり、図1(b)はその断面図である。この抵抗器10は、銅ニッケル、ニクロム、マンガニン、鉄クロムなどの低抵抗率で且つ抵抗温度係数(T.C.R.)が良好な抵抗合金材料からなる円柱状(棒状)の抵抗体11と、該抵抗体11の両端の外周面に接合した銅または銅合金などの高導電率の金属材料からなる円筒状(筒状)の電極12a、12bとを備える。ここで、電極金属材料の抵抗率は抵抗合金材料の抵抗率の1/50以下が好ましい。
抵抗体11は、細径部分11aと、その両端に細径部分よりも太径の太径部分11b,11cとを有し、該太径部分11b,11cの外周面に円筒状の電極12a,12bが接合されている。電極12a,12bの内周面と抵抗体太径部分11b,11cの外周面とは、ロータリスェージ加工(金属圧縮塑性変形加工)により界面に圧力を加え、熱処理することで接合されている。
なお、ロータリスェージ加工は、例えば特開2002−158044号公報、特開平5−74323号公報に見られる金属圧縮塑性変形技術を用いることができ、被加工金属を回転させつつ、被加工金属の周囲に配置されたダイスで被加工金属外周面を半径方向に(被加工金属の中心に向かって)叩く(圧縮する)ことで、被加工金属を半径方向内方に圧縮塑性変形させる技術であり、例えば金属円筒の内部に配置した多数の電線からなる芯線部を加締める場合(特開2002−158044号公報参照)などに用いられる。
本発明の抵抗器10においては、円柱状の抵抗体11と電極金属材料(銅)からなる電極12a、12bとがロータリスェージ加工を用いた加締め(圧接)およびその後の熱処理により固定されているので、電極12a,12bの内周面と抵抗体11の外周面との界面に相互の金属同士の拡散状態が形成され、電気的にも機械的にも良好な接合状態が得られ、特に低抵抗値の電流検出用抵抗器にとって重要な抵抗体への金属電極の均一な且つ強固な接合状態が得られる。
抵抗体11の細径部分11aは抵抗器10の抵抗値を形成する部分であり、抵抗器10の抵抗値は、細径部分11aの長さに比例し、断面積に反比例する。このため、細径部分11aの長さと直径を精度高く加工することで、所要の抵抗値精度が得られるので、丸棒状の抵抗体11を回転させながら切削刃を押し当てて切削することで、容易に細径部分11aを所要直径に高精度で加工でき、これにより低抵抗値の抵抗器を簡単な製造工程で、良好な抵抗値の仕上がり精度で製作できる。
なお、平板切削の仕上がり寸法精度は通常±10〜30μm程度であるが、回転切削加工の仕上がり寸法精度は、被加工物自体を回転させながらバイト加工で抵抗体材料の径を決めていくため、φ(直径)の仕上がり精度で±5μm以下が可能である。このため、回転切削加工では、平面切削加工と比較して、加工精度が高く、抵抗値の仕上がり精度が向上し、例えば±1%以内の高い抵抗値精度を実現することが可能となる。
図2(a)(b)は、図1(a)(b)に示す抵抗器10の変形例を示す斜視図と断面図である。この抵抗器10aは、図1(a)(b)に示す抵抗器の構成に加え、銅等の金属材料からなる円筒状の電極12a,12bの外周面全面に溶融ハンダ層13a,13bを備えている。溶融ハンダ層13a,13bは、溶融状態のハンダ液に電極12a,12bの外周面を接触させ、円筒状の電極12a,12bを回転させることで、その外周面全体に溶融状態のハンダ液を塗布し、冷却することで固化した溶融ハンダ層13a,13bを被着することができる。なお、溶融ハンダ層として、溶融スズ層を用いても勿論良い。
円筒状の電極12a、12bの表面に、溶融ハンダ層13a,13bを備えることで、抵抗器10aをプリント基板等の実装基板に表面実装するに際して、実装基板上の配線パッド等に容易にハンダ接合により電極12a、12bを固定することができ、抵抗器10の実装性を良好なものとすることができる。
図3(a)(b)は、図1(a)(b)に示す抵抗器10のさらなる変形例を示す斜視図と断面図である。この実施形態においては、溶融ハンダ層13a,13bは円筒状の電極12a、12bの外周面のみならず、丸棒状の抵抗器10bの両端面の全面を覆うように設けられている。これにより、抵抗器をプリント基板等の実装基板に表面実装するに際して、電極12a、12bの両端面にもハンダフィレットを形成することができ、抵抗器の実装性をさらに良好なものとすることができる。なお、溶融ハンダ層13a,13bは、メッキにより形成してもよい。
また、この実施形態の抵抗器10では、抵抗体11の細径部分11aの外周面全面を被覆する樹脂膜等からなる保護膜14を備えている。これにより、抵抗体11の細径部分11aに異物が付着しても、抵抗体11の細径部分11aに対して何らかの影響を及ぼすことが防止され、抵抗体11を保護することができる。
図4(a)(b)は、図1(a)(b)に示す抵抗器10のさらなる変形例を示す斜視図と断面図である。すなわち、図1(a)(b)に示す抵抗器10は円柱状の抵抗体11の太径部分11b,11cの外周に円筒状の電極12a,12bを備えたものであるが、この変形例の抵抗器10cは、電極部分を上下からプレス等により押圧して電極12a,12bの表面に平坦な面12fを形成したものである。これにより、丸棒状の抵抗器を表面実装するに際して、丸棒状の抵抗器の転動を防止し、表面実装の安定性を高めることができる。
図5(a)(b)は、図4(a)(b)に示す抵抗器10のさらなる変形例を示す斜視図と断面図である。電極12a,12bの表面に平坦面12fを形成するには、この変形例の抵抗器10dのように、電極12a,12bの上下部分を切削により除去し、平坦面12fを形成するようにしてもよい。
図6は、上記抵抗器10(10a−10d)の多層基板への実装例を示す。多層基板は、この例では、配線パターン21a,21bを備えた基板21、開口22aを備えた基板22、ビア23a,23bおよび該ビアを貫通する導体を含む配線パターン23c,23dを備えた基板24等が積層して構成され、上記抵抗器10(10a−10d)が開口22aの内部に収容されている。上記抵抗器10(10a−10d)は、電極12a,12bの下部が電流供給用の配線パターン21a,21bに接続され、電極12a,12bの上部が電圧検出用の配線パターン23c,23dに接続されている。
このように本発明の抵抗器10(10a−10d)においては、棒状の抵抗体11の両端外周に配置した筒状の電極12a,12bを備えるので、上下左右どの方向からも同じ電位を持つ電極が形成され、どの方向から実装基板の配線パターンと接合しても、安定した同じ抵抗値を示す電流検出用抵抗器を提供できる。従って、抵抗器の下面のみならず上面からも実装基板に設けた配線パターンに接続することができ、多層の実装基板などへ埋め込み部品として使用する際に有効である。
次に、図7を参照して、本発明の第1実施形態の抵抗器の製造方法について説明する。まず、図7(a)に示すように、銅ニッケル、ニクロム、マンガニン、鉄クロムなどの低抵抗率で且つ抵抗温度係数(T.C.R.)が良好な抵抗合金材料からなる円柱状の抵抗材料11mと、この抵抗材料11mを内部に挿入可能な銅または銅合金からなる円筒状の電極金属材料12mを準備する。
そして、図7(b)に示すように、抵抗材料11mを円筒状の電極金属材料12m内に挿入し、ロータリスェージ加工(金属圧縮塑性変形加工)により、円柱状の抵抗材料11mの外周面に円筒状の電極金属材料12mの内周面を加締めにより接合し、熱処理を施した接合体16を形成する。
次に、図7(c)に示すように、旋盤等を用いて、接合体16を回転させながら接合体16の軸方向に沿った一部を半径方向に切削する。すなわち、電極金属材料12mをその表面から半径方向に切削して抵抗材料11mの軸方向に沿った一部を接合体の周囲に渡って露出させ、さらに所要の直径となるように切削して抵抗体11の細径部分11aを形成する。これにより、電極金属材料12mが接合体16の軸方向に抵抗体11の細径部分11aを隔てて分離され、円筒状の電極12が形成され、抵抗体11には細径部分11aと太径部分11dとが形成される。
そして、電極12の中央で切断線17(図7(c)右図参照)に沿って切断することで、電極12が電極12a,12bに分離され、図7(d)に示すように、個々の抵抗器10(図1(a)(b)参照)が得られる。さらに必要に応じて電極12a,12bの外周面に溶融ハンダ層13a,13bを設けることで、図2(a)(b)に示す抵抗器10aが得られる。さらに必要に応じて、抵抗体11の細径部分11aの外周に保護膜14を設け、電極12a,12bの外周面と抵抗器端面に溶融ハンダ層13a,13bを設けることで、図3(a)(b)に示す抵抗器10bが得られる。
図8は本発明の第2実施形態の抵抗器を示す斜視図であり、図9(a)はその断面図であり、(b)はその平面図であり、(c)はその側面図である。この抵抗器30は、表裏面が平坦で両端が円弧状を成した板体状の抵抗体31と、抵抗体31の両端にロータリスェージ加工により接合した金属材料からなる電極32a,32bとを備える。抵抗体31は、銅ニッケル、ニクロム、マンガニン、鉄クロムなどの低抵抗率で且つ抵抗温度係数(T.C.R.)が良好な抵抗合金材料からなることは第1実施形態と同様であり、電極32a,32bは、銅または銅合金等の高導電率金属材料からなることも第1実施形態と同様である。
抵抗体31は、表裏面が平坦な薄板部分31aと、両端が円弧状を成した厚板部分31b,31cとからなり、抵抗体31の厚板部分31b,31cの外周にロータリスェージ加工により接合した高導電率金属材料からなる電極32a,32bを備える。ロータリスェージ加工および熱処理により、電極32a,32bの内周面と抵抗体31a,31bの外周面との界面に相互の金属同士の拡散状態が形成され、電気的にも機械的にも良好な接合状態が得られ、特に低抵抗値の電流検出用抵抗器にとって重要な抵抗体への電極の均一な且つ強固な接合状態が得られる。
抵抗体31の薄板部分31aは抵抗器30の抵抗値を形成する部分であり、抵抗器30の抵抗値は、薄板部分31aの長さ(電極32a,32b間の間隔)に比例し、薄板部分31aの断面積(薄板部分31aの長さに垂直な面の断面積)に反比例する。このため、薄板部分31aの長さと断面積を精度高く加工することで、高精度の抵抗値が得られる。
図10は、本発明の第2実施形態の抵抗器の変形例を示す斜視図である。この抵抗器30aは、抵抗器30の電極32a,32bに抵抗材料(抵抗体31の面)が露出する溝37zを更に設け、電極を更に分離し、電極32aを電極32c,32dに、電極32bを電極32e,32fに分離したものである。これにより、電極を電流供給端子と電圧検出端子とに分離することができ、4端子構造の電流検出用抵抗器を作成することができる。
次に、図11を参照して、本発明の第2実施形態の抵抗器の製造方法について説明する。この抵抗器の製造方法の前半は、図7(a)−(b)に示す第1実施形態の抵抗器の製造方法の前半と同じである。すなわち、銅ニッケル、ニクロム、マンガニン、鉄クロムなどの低抵抗率で且つ抵抗温度係数(T.C.R.)が良好な抵抗合金材料からなる円柱状の抵抗材料11mと、この抵抗材料11mを内部に挿入可能な銅または銅合金からなる円筒状の電極金属材料12mを準備し、抵抗材料11mを円筒状の電極金属材料12m内に挿入し、ロータリスェージ加工(金属圧縮塑性変形加工)により、円柱状の抵抗材料11mの外周面に円筒状の電極金属材料12mの内周面を加締めにより接合し、熱処理を施した接合体16を形成する。
以降の工程は、第1実施形態の抵抗器の製造方法と異なり、図11(a)に示すように、まず接合体16を上下方向にプレス等により押圧して接合体を圧縮塑性変形し、接合体外周の上下に平坦な面36fを形成する。圧縮塑性変形した接合体36では、円柱状の抵抗材料11mが表裏面が平坦で両端が円弧状を成した板体状の抵抗材料31mに変形し、円筒状の電極金属材料12mが両端が円弧状を成した板体状の抵抗材料31mの外周に接合した筒状の電極金属材料32mに変形している。
次に、図11(b)に示すように、平坦な面36fのそれぞれに切削による溝37を形成して、抵抗材料31mを露出させるとともに板体状の抵抗材料31mの両端部に一対の長尺状の電極32a,32bを分離形成する。この時、抵抗材料31mには、表裏面が平坦な薄板部分31aと、両端が円弧状を成した厚板部分31b,31cとが形成され(図11(c)参照)、薄板部分31aは抵抗器30の抵抗値を形成する部分であるので、所要抵抗値に対応した厚さが得られるように切削される。
次に、図11(c)に示すように、接合体36を所要の長さで切断することで、個々の抵抗器30に分離され、図8に示す本発明の第2実施形態の抵抗器30が得られる。この抵抗器の電極32a,32bのそれぞれに、抵抗材料31mが露出する溝を更に設けることで、電極32a,32bのそれぞれを更に分離して、図10に示す4端子構造の電流検出用抵抗器とすることもできる。また、図3,4に示す第1実施形態の抵抗器と同様に抵抗体31の薄板部分31aを取り囲む保護膜と、電極部分に溶融ハンダ層またはハンダメッキ電極を設けるようにしてもよい。
また、必要に応じて抵抗体31の薄板部分31aの厚さを調整して抵抗値のトリミングを行うようにしてもよい。なお、長尺状の接合体36に溝37を形成してから個々の抵抗器30に切断分離する例について説明したが、長尺状の接合体36を切断して個々の抵抗器30に分離した後で、溝37を形成して電極32a,32bを分離形成するようにしてもよい。
本発明の第2実施形態の抵抗器の製造方法によれば、筒状の電極金属材料に、棒状の抵抗合金材料を挿入して、圧接(スェージング)および熱処理により接合体を形成し、プレスにてつぶし加工を行い、接合体の外周の上下に平坦な面を形成し、平坦な面のそれぞれに切削による溝を形成して抵抗材料を露出させるとともに一対の電極を形成し、接合体を所要の寸法に切断することによって、簡単に端面に円弧状電極を有する金属板抵抗器を得ることができる。
従って、電子ビーム溶接など高価な設備投資の必要も無く、線材として容易に熱処理ができるため、カシメ工法などに比べて、電極金属材料の抵抗合金材料に対する接合性を飛躍的に向上させることができる。そして、円弧状の端面で、上下面は平らな形状の金属電極が板体状の抵抗体の左右に形成できるため、面実装タイプの金属板抵抗器であり、ハンダ実装時のフィレット形成も容易に確認でき、ヒートサイクルなどの熱応力による実装基板の伸び縮みにともなうストレスに対して、円弧状の金属電極により応力を緩和することができ、ストレスに強い金属板抵抗器を実現できる。
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実施形態の抵抗器を示す、(a)は斜視図であり、(b)はその断面図である。 その変形例の抵抗器を示す、(a)は斜視図であり、(b)はその断面図である。 その変形例の抵抗器を示す、(a)は斜視図であり、(b)はその断面図である。 その変形例の抵抗器を示す、(a)は斜視図であり、(b)はその断面図である。 その変形例の抵抗器を示す、(a)は斜視図であり、(b)はその断面図である。 その抵抗器の多層基板への実装例を示す断面図である。 第1実施形態の抵抗器の製造工程を工程順に示す、左側は斜視図であり、右側はその断面図である。 本発明の第2実施形態の抵抗器を示す斜視図である。 その抵抗器を示す、(a)は断面図であり、(b)は平面図であり、(c)は側面図である。 その抵抗器の変形例を示す斜視図である。 第2実施形態の抵抗器の製造工程を工程順に示す斜視図である。
符号の説明
10,10a,10b,10c,10d,30,30a 抵抗器
11 抵抗体
11a 細径部分
11c,11d 太径部分
11m,31m 抵抗合金材料
12,12a,12b,32,32a,32b,32c,32d,32e,32f 電極
12f,36f 平坦面
12m,32m 電極金属材料
13a,13b 溶融ハンダ層
14 保護膜
16,36 接合体
17 切断線
21,22,23 基板
21a,21b,23c,23d 配線パターン
23a,23b ビア
37,37z 溝

Claims (10)

  1. 抵抗合金材料からなる棒状の抵抗体と、
    該抵抗体の両端の外周面に接合した金属材料からなる筒状の電極とを備え、
    前記電極と前記抵抗体とをロータリスェージ加工により接合したことを特徴とする抵抗器。
  2. 前記抵抗体は、細径部分と、その両端に細径部分よりも太径の太径部分とを有し、該太径部分の外周面に前記電極が接合されていることを特徴とする請求項1記載の抵抗器。
  3. 前記抵抗体は円柱状であり、前記電極は円筒状であることを特徴とする請求項1記載の抵抗器。
  4. 前記電極の表面に平坦面を形成したことを特徴とする請求項1記載の抵抗器。
  5. 抵抗合金からなる円柱状の抵抗材料と、円筒状の電極金属材料とを準備し、
    前記抵抗材料を前記電極金属材料内に挿入し、
    ロータリスェージ加工により前記抵抗材料と前記電極金属材料を接合した接合体を形成し、
    前記接合体を回転させながら切削することにより、前記抵抗材料の一部を接合体の周囲に渡って露出させるとともに、前記電極金属材料を前記接合体の軸方向に分離して、抵抗体と電極を形成することを特徴とする抵抗器の製造方法。
  6. 前記電極に平坦な面を形成することを特徴とする請求項5記載の抵抗器の製造方法。
  7. 表裏面が平坦で両端が円弧状を成した板体状の抵抗体と、
    前記抵抗体の両端にロータリスェージ加工により接合した電極金属材料からなる電極とを備えたことを特徴とする抵抗器。
  8. 前記電極は、前記抵抗体の両端において更に分離されていることを特徴とする請求項7記載の抵抗器。
  9. 抵抗合金からなる円柱状の抵抗材料と、円筒状の電極金属材料とを準備し、
    前記抵抗材料を前記電極金属材料内に挿入し、
    ロータリスェージ加工により前記抵抗材料と前記電極金属材料を接合した接合体を形成し、
    前記接合体を押圧して前記接合体の外周の上下に平坦な面を形成し、
    前記平坦な面のそれぞれに切削による溝を形成して前記抵抗材料を露出させるとともに一対の電極を形成することを特徴とする抵抗器の製造方法。
  10. 前記電極に前記抵抗材料が露出する溝を更に設け、前記電極を更に分離することを特徴とする請求項9記載の抵抗器の製造方法。
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