JP2010112715A - 電流検出用抵抗器と電流検出用抵抗器の実装構造 - Google Patents

電流検出用抵抗器と電流検出用抵抗器の実装構造 Download PDF

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Abstract

【課題】抵抗体の自己インダクタンスを小さくした電流検出用抵抗器を提供し、さらに、当該電流検出用抵抗器を電流検出回路が形成された基板上へ実装したとき、高速スイッチング電流に対する被測定電圧の測定精度を高めた電流検出用抵抗器の実装構造を提供する。
【解決手段】電流検出用抵抗器１０は、平板状の金属抵抗体１１を有している。該金属抵抗体の前面側面には、前面電極層１２ａと前面絶縁体層１３ａが積層され、さらに、該前面電極層及び該前面絶縁体層は前面導体１４ａで覆われている。また該金属抵抗体の後面側面には、後面電極層１２ｂと後面絶縁体層１３ｂが積層され、さらに、該後面電極層及び該後面絶縁体層は後面導体１４ａで覆われている。金属抵抗体１１は、前面導体１４ａと後面導体１４ｂでシールドされているので、インダクタンスを小さくすることができ、測定精度を高くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流検出用抵抗器と、電流検出回路を設けた基板上へ当該電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造に関する。
近年、パワーエレクトロニクス分野の発展に伴い、例えば、モータ等は、クロック周波数がＧＨｚ単位で高速変化するパルス電流を用いてデジタル制御されている。当該パルス電流からなる制御電流は、電流センサで検出され、該電流センサは制御電流を瞬時に検出することが求められている。
当該電流センサの電流検出部には安価なうえに応答速度を速くすることができる電流検出用抵抗器が広く用いられている。該電流検出用抵抗器は、電力損失を抑えるために数ミリΩ乃至数十ミリΩの低抵抗値を有する抵抗体を備えている。該抵抗体に検出電流を流したときの該抵抗体の電圧降下を測定することにより、電流値を求めることができる。
しかしながら、当該抵抗体に検出電流を流したときの被測定電圧には、抵抗体自身の電圧に加えて、該検出電流の時間的変化と抵抗体のインダクタンスとから生じる電圧が含まれてしまう。
そのため、当該被測定電圧を波形表示した場合、当該被検出電流の定常応答時に対し、被検出電流の立ち上がり部分と立ち下り部分の過渡応答時に数十倍の電圧値の測定誤差が含まれることが知られている。
当該過渡応答時における測定誤差は、従来、フィルター等で除去していた。当該測定誤差は、抵抗体のインダクタンスによる誘導電圧であるので、被検出電流を単位時間内に大きく変化させたとき、より大きく現れる。したがって、上記の高速変化するパルス電流においては、測定対象の抵抗体電圧に大きな誤差が含まれていることになる。
特開２００２−３７２５５０号公報に開示されている電流検出用抵抗器は、抵抗体と電気的に絶縁され、該抵抗体の面に接する電圧検出端子の被測定電流電極からの引出線を、前記抵抗体の被測定電流経路に沿って延長して形成されている。これにより、スイッチング電源回路の電流検出回路のように高い周波数成分まで含有する大電流を検出する場合に、その電流検出精度を向上させている。
特開２００２−３７２５５０号公報
上記の電流検出用抵抗器の場合、抵抗体の自己インダクタンスによる誘導電圧を、該抵抗体と引出線との間の相互インダクタンスによる誘導電圧で打ち消すことができる。
しかし、該抵抗体に大電流を流したとき、自己インダクタンスを定数として該大電流に比例する磁界が、該抵抗体を中心に発生する。そのため、発生した誘導電圧を打ち消したとしても、インダクタンスが大きいままでは、大電流を抵抗体に流したときに発生する磁界が広くなるので、周辺の回路に影響を及ぼすおそれがある。
また、上記のように高速に変化する電流に対して、抵抗体自身の形状によるインダクタンスを小さくすることができれば、誘導電圧も小さくなるので、当然に測定誤差を小さくすることができる。
したがって、上記の課題を解決しようとする本発明は、抵抗体の自己インダクタンスを小さくした電流検出用抵抗器を提供し、さらに、当該電流検出用抵抗器を電流検出回路が形成された基板上へ実装したとき、高速スイッチング電流に対する被測定電圧の測定精度を高めた電流検出用抵抗器の実装構造を提供することを目的とする。
請求項１に記載の電流検出用抵抗器は、抵抗体層と、該抵抗体層の一端の表側に積層した表面電極層と、前記抵抗体層の他端の裏側に積層した裏面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
前記抵抗体層の表側の非表面電極層部分に表面絶縁体層を積層して、該表面絶縁体層と前記表面電極層を表面導体層で覆い、前記抵抗体層の裏側の非裏面電極層部分に裏面絶縁体層を積層して、該裏面絶縁体層と前記裏面電極層を裏面導体層で覆ったことを特徴とする。
請求項２に記載の電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、該金属抵抗体の一端の前面側に形成した前面電極層と、前記金属抵抗体の他端の後面側に形成した後面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
前記金属抵抗体前面の非前面電極層部分に前面絶縁体層を積層して、該前面絶縁体層と前記前面電極層を平板状の前面導体で覆い、該前面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成し、前記金属抵抗体後面の非後面電極層部分に後面絶縁体層を積層して、該後面絶縁体層と前記後面電極層を平板状の後面導体で覆い、該後面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成したことを特徴とする。
請求項３に記載の電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、前記上面電極層と前記上面絶縁体層を平板状の上面導体で覆い、前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、第１下面絶縁体層を積層して、前記下面電極層と前記第１下面絶縁体層を平板状の下面導体で覆い、該第１下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、平板状の導体からなるスペーサーを配設して、前記下面導体と前記スペーサーとの間へ、前記第１下面絶縁体層に連続する側面絶縁体層を形成し、前記下面導体の反第１下面絶縁体層側面へ、前記側面絶縁体層に連続する第２下面絶縁体層を形成し、該第２下面絶縁体層と隣り合う位置で前記下面導体の反下面電極層側面に、露出部を設けたことを特徴とする。
請求項４に記載の電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、該上面絶縁体層と前記上面電極層を平板状の上面導体で覆い、前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、下面絶縁体層を積層して、該下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、露出部を設けたことを特徴とする。
請求項５に記載の電流検出用抵抗器は、平板状の絶縁体チップと、該絶縁体チップの下面側の中央部分に積層された抵抗体層と、該抵抗体層を挟んで対向する第１下面電極及び第２下面電極とからなる電流検出用抵抗器であって、
前記抵抗体層に絶縁体層を積層し、前記第１下面電極に連続して前記絶縁体チップの一側面を覆う第１側面電極を形成し、該第１側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の一端角部から上側面の略全面を覆う第１上面電極を形成して、該第１上面電極を平板状の上面導体で覆い、前記第２下面電極に連続して前記絶縁体チップの他側面を覆う第２側面電極を形成し、該第２側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の他端角部を覆うと共に、前記第１上面電極とスリットを挟んで対向する第２上面電極を形成したことを特徴とする。
請求項６に記載の電流検出用抵抗器の実装構造は、電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記電流検出用抵抗器は、抵抗体層と、該抵抗体層の一端の表側に積層した表面電極層と、前記抵抗体層の他端の裏側に積層した裏面電極層とを備えると共に、前記抵抗体層の表側の非表面電極層部分に表面絶縁体層を積層して、該表面絶縁体層と前記表面電極層を表面導体層で覆い、前記抵抗体層の裏側の非裏面電極層部分に裏面絶縁体層を積層して、該裏面絶縁体層と前記裏面電極層を裏面導体層で覆った構成を有し、前記基板上に、前記表面導体層を介して、前記表面電極と電気的に接続される第１プリントパターンを形成し、前記基板上に、前記裏面導体層を介して、前記裏面電極と電気的に接続される第２プリントパターンを形成し、前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成し、前記基板上へ実装した前記電流検出用抵抗器の前記抵抗体層の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置したことを特徴とする。
請求項７に記載の電流検出用抵抗器の実装構造は、電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、該金属抵抗体の一端の前面側に形成した前面電極層と、前記金属抵抗体の他端の後面側に形成した後面電極層とを備えると共に、前記金属抵抗体前面の非前面電極層部分に前面絶縁体層を積層して、該前面絶縁体層と前記前面電極層を平板状の前面導体で覆い、該前面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成し、前記金属抵抗体後面の非後面電極層部分に後面絶縁体層を積層して、該後面絶縁体層と前記後面電極層を平板状の後面導体で覆い、該後面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成した構成を有し、
前記基板上に、前記前面導体に形成した前記脚部が挿通される貫通孔を備え、前記前面電極と電気的に接続される第１プリントパターンを形成し、前記基板上に、前記後面導体に形成した前記脚部が挿通される貫通孔を備え、前記後面電極と電気的に接続される第２プリントパターンを形成し、前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成し、一対の前記脚部を第１プリントパターンの貫通孔と第２プリントパターンの貫通孔にそれぞれ挿通して、前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ立設し、前記金属抵抗体の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置したことを特徴とする。
請求項８に記載の電流検出用抵抗器の実装構造は、電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とを備えると共に、前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、前記上面電極層と前記上面絶縁体層を平板状の上面導体で覆い、前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、第１下面絶縁体層を積層して、前記下面電極層と前記第１下面絶縁体層を平板状の下面導体で覆い、該第１下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、平板状の導体からなるスペーサーを配設して、前記下面導体と前記スペーサーとの間へ、前記第１下面絶縁体層に連続する側面絶縁体層を形成し、前記下面導体の反第１下面絶縁体層側面へ、前記側面絶縁体層に連続する第２下面絶縁体層を形成し、該第２下面絶縁体層と隣り合う位置で前記下面導体の反下面電極層側面に、露出部を設けた構成を有し、
前記基板上に、前記露出部に当接し、前記下面電極層と電気的に接続される第１プリントパターンを形成し、前記基板上に、前記スペーサーと当接し、前記上面電極層と電気的に接続される第２プリントパターンを形成し、前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成して、前記露出部と前記第１プリントパターンをハンダで接続すると共に、前記スペーサー、前記金属抵抗体一端側及び前記上面電極層と前記第２プリントパターンをハンダで接続して、前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ面実装し、前記金属抵抗体の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置したことを特徴とする。
請求項９に記載の電流検出用抵抗器の実装構造は、電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とを備えると共に、前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、該上面絶縁体層と前記上面電極層を平板状の上面導体で覆い、前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、下面絶縁体層を積層して、該下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、露出部を設けた構成を有し、
前記基板上に、前記下面電極層に当接し、前記下面電極層と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第１プリントパターンを形成し、前記基板上に、前記露出部に当接すると共に前記上面導体を介して、前記上面電極と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第２プリントパターンを形成し、前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成して、前記下面電極層をハンダで前記第１プリントパターンに接続し、前記露出部、前記金属抵抗体一端側及び前記上面電極層をハンダで前記第２プリントパターンに接続して、前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ面実装したとき、前記金属抵抗体の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置し、前記第１プリントパターンと前記第２プリントパターンが、前記下面絶縁体層の略全面を覆ったことを特徴とする。
請求項１０に記載の電流検出用抵抗器の実装構造は、電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
前記電流検出用抵抗器は、平板状の絶縁体チップと、該絶縁体チップの下面側の中央部分に積層された抵抗体層と、該抵抗体層を挟んで対向する第１下面電極及び第２下面電極とを備えると共に、前記抵抗体層に絶縁体層を積層し、前記第１下面電極に連続して前記絶縁体チップの一側面を覆う第１側面電極を形成し、該第１側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の一端角部から上側面の略全面を覆う第１上面電極を形成して、該第１上面電極を平板状の上面導体で覆い、前記第２下面電極に連続して前記絶縁体チップの他側面を覆う第２側面電極を形成し、該第２側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の他端角部を覆うと共に、前記第１上面電極とスリットを挟んで対向する第２上面電極を形成した構成を有し、
前記基板上に、前記第１下面電極と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第１プリントパターンを形成し、前記基板上に、前記第２下面電極と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第２プリントパターンを形成し、前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成して、前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ面実装したとき、前記絶縁体層の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置し、前記第１プリントパターンと前記第２プリントパターンが、前記絶縁体層の略全面を覆ったことを特徴とする。
請求項１に記載の電流検出用抵抗器によれば、該電流検出用抵抗器の抵抗体層は、表裏両面に絶縁体層が積層され、さらに表面導体層と裏面導体層で覆われている。
ここで、抵抗体層に電流を流すと該抵抗体層の周囲に磁界が発生する。また、インダクタンスは該抵抗体層の形状と周囲の磁束から決定される。このとき、表裏面の各電極層から電荷が与えられた表裏面の各導体層には渦電流が生じている。該渦電流によって磁束が導体層を通り抜けることが遮られるので、表裏面の各導体層は抵抗体層をシールドすることができる。そのため、磁束が導体層の外側に漏れないので、電流検出用抵抗器の周囲に磁界が発生しない。
したがって、抵抗体層を貫く磁束が少なくなるので、該抵抗体層の周囲の磁束は減少し、該抵抗体層のインダクタンスを小さくすることができる。
さらに、薄膜状の絶縁体層を抵抗体層に積層することによって、抵抗体層と導体層とを接近させることができる。これにより、抵抗体層の周囲に発生する磁界の発生源により接近してシールドすることができるので、インダクタンスをより小さくすることができる。
一方、プリント基板上に形成された他の回路や、該プリント基板に実装された他のデバイスで発生した電界や磁界に対し、電流検出用抵抗器の抵抗体層はシールドされているので、該電磁界から受ける影響を小さくすることができる。
請求項２に記載の電流検出用抵抗器によれば、該電流検出用抵抗器の下端に、基板に設けた貫通孔に挿通する脚部を突出形成したので、該電流検出用抵抗器を立設保持することができる。
また、該電流検出用抵抗器は、取り付けるプリントパターンを細くすることができるので、基板上に設けた一の回路と他の回路の隙間等に配置することができる。そのため、回路を省スペース化することができる。
さらに、立設することにより、電流検出用抵抗器の両面を空気が流れやすい。そのため、電流検出用抵抗器の放熱性を高くすることができる。
請求項３に記載の電流検出用抵抗器によれば、該電流検出用抵抗器の下面導体の露出部と、導体からなるスペーサーの下面側を、基板に形成したプリントパターンに面接続させることにより、電流検出用抵抗器を基板へ面実装することができる。面実装することにより、電流検出用抵抗器には面電流が流れるので、大電流を流し易くすることができる。
また、基板のプリントパターンと電流検出用抵抗器の接触面が広いので、金属抵抗体に発生した熱を可及的に基板へ逃がすことができる。
請求項４に記載の電流検出用抵抗器によれば、該電流検出用抵抗器は基板上へ実装して初めて、上面導体と金属抵抗体の下面側に展開するプリントパターンによって抵抗体層が覆われるので、上記のようなインダクタンスを小さくする効果を得ることができる。
しかし、上記に記載した下面導体を省くことができることから、電流検出用抵抗器の製造工程の一部を省略することができ、また製造コストを抑えることができる。
請求項５に記載の電流検出用抵抗器によれば、該電流検出用抵抗器も、請求項４に記載の電流検出用抵抗器の効果と同様に、基板上へ実装して初めて、インダクタンスを小さくする効果を得ることができる。
ここで、電流検出用抵抗器は、絶縁体チップの下面側の中央部分に積層した抵抗体層を備えたチップ抵抗器から構成されている。そのため、平板状の金属抵抗体を用いた上記の電流検出用抵抗器と比べて、製造コストを抑えることができる。
また、抵抗体層をトリミングすることにより、抵抗値を正確に調整することができる。
さらに、絶縁体チップを薄く形成すれば、上面導体を抵抗体層により接近させることができるので、インダクタンスをより小さくすることができる。
さらに、絶縁体チップを耐熱性のセラミックから形成すれば、温度によって抵抗値が変化し難い電流検出用抵抗器を得ることができる。
請求項６に記載の電流検出用抵抗器の実装構造によれば、請求項１に記載した電流検出用抵抗器を電流検出用回路が形成された基板に実装したとき、抵抗体層に発生したインダクタンスの影響を受け難い位置に、電圧検出用のプリントパターンを設けた。
基板に実装した抵抗体層はシールドされているので、基板上の当該位置である抵抗体層中間の下方は、抵抗体層に生じたインダクタンスの影響を受け難い。また、他の回路やデバイスからも離れているので、他の回路等の影響も受け難い。そのため、当該箇所に電圧検出用プリントパターンの始端を形成し、さらに、検出電流の流れる方向に対して直角に該電圧検出プリントパターンを形成したことにより、測定電圧の誤差を小さくすることができる。
請求項７に記載の電流検出用抵抗器の実装構造によれば、請求項２に記載した電流検出用抵抗器を電流検出回路が形成された基板に実装するとき、当該電流検出用抵抗器の脚部を基板に設けた貫通孔に挿通して、当該電流検出用抵抗器を立設させることができる。
ここで、当該電流検出用抵抗器は、平板状に形成されており、貫通孔を有するプリントパターンに沿って立設されるので、該プリントパターンを細くすることができる。そのため、電流検出用回路が設けられる基板上の省スペース化を図ることができる。
請求項８に記載の電流検出用抵抗器の実装構造によれば、請求項３に記載した電流検出用抵抗器を電流検出回路が形成された基板に実装するとき、当該電流検出用抵抗器の下面導体の下面側面に形成した露出部と、スペーサーの下面側面を基板のプリントパターンにハンダ付けして面実装することができる。ここで、電流検出用抵抗器とプリントパターンとは面接触するので、金属抵抗体に発生した熱を可及的に基板へ放熱することができる。
また、電流検出用抵抗器に流される被検出電流は、金属抵抗体の平板状に形成した中央部では時間的変化が縁部よりも小さいことから、該金属抵抗体の中央部は、インダクタンスが小さい。したがって、当該中央部の下方に電圧検出プリントパターンの始端を設け、さらに、検出電流の流れる方向に対して直角に電圧検出プリントパターンを形成することにより、該電圧検出プリントパターンの終端で測定精度の高い被測定電圧を得ることができる。
請求項９に記載の電流検出用抵抗器の実装構造によれば、請求項４に記載した電流検出用抵抗器を電流検出回路が形成された基板に実装するとき、当該電流検出用抵抗器を基板のプリントパターンに面実装することができる。該電流検出用抵抗器もプリントパターンと面接触するので、金属抵抗体に発生した熱を可及的に基板へ放熱することができる。
また、該電流検出用抵抗器は基板に実装したとき、金属抵抗体の下面側面が絶縁体層を介して、第１プリントパターンと第２プリントパターンに覆われる。すなわち、該電流検出用抵抗器は基板に実装されて初めて、金属抵抗体が上下両面を導体で覆われることになる。これにより金属抵抗体は、上面導体と下面側面の第１、第２プリントパターンによってシールドされるので、電流検出用抵抗器のインダクタンスを小さくすることができる。
請求項１０に記載の電流検出用抵抗器の実装構造によれば、請求項５に記載した電流検出用抵抗器を電流検出回路が形成された基板に実装するとき、当該電流検出用抵抗器を基板のプリントパターンに面実装することができる。該電流検出用抵抗器もまたプリントパターンと面接触するので、抵抗体層に発生した熱を可及的に基板へ放熱することができる。
また、該電流検出用抵抗器は基板に実装したとき、平板状の絶縁体チップの下面側の中央部分に形成した抵抗体層が、第１プリントパターンと第２プリントパターンに覆われる。すなわち、該電流検出用抵抗器は基板に実装されて初めて、抵抗体層の下面側が導体で覆われることになる。これにより絶縁体チップの上面側が上面導体で覆われ、抵抗体層が下面側の第１、第２プリントパターンによって覆われるので、電流検出用抵抗器は、シールドされることとなる。そのため、電流検出用抵抗器のインダクタンスを小さくすることができる。
本発明の電流検出用抵抗器と、該電流検出用抵抗器の実装構造の実施例を、添付した図面にしたがって説明する。図１に電流検出用抵抗器１０の概略構成の底面図を示し、図２に電流検出用抵抗器１０の概略構成の正面図を示す。
電流検出用抵抗器１０は、平板状の金属抵抗体１１を中心にして、金属抵抗体１１の前面側面に、前面電極層１２ａと前面絶縁体層１３ａが積層され、さらに前面電極層１２ａと前面絶縁体層１３ａを平板状の前面導体１４ａが覆っている。そして、金属抵抗体１１の後面側面に、後面電極層１２ｂと後面絶縁体層１３ｂが積層され、該後面電極層１２ｂと後面絶縁体層１３ｂを平板状の後面導体１４ｂが覆っている。
金属抵抗体１１は、銅ニッケル系の合金若しくはマンガニンやニクロム等の金属抵抗体から形成されている。金属抵抗体１１は、数ｍΩ乃至数十ｍΩの低抵抗値を有している。
また平板状に形成された金属抵抗体１１は、電流経路に対して直角な横断面の断面積が広いので、被検出電流を流し易くすることができる。これにより、大電流を流した際に金属抵抗体１１に発生するジュール熱は大きくなるが、金属抵抗体１１の表面積を広く形成したので、積層された絶縁体層１２ａ，１２ｂ、及び電極層１３ａ，１３ｂを介して金属抵抗体１１から放熱させることができる。
前面電極層１２ａは、金属抵抗体１１の一端の前面側に積層されている。後面電極層１２ｂは、該金属抵抗体１１の他端の後面側に積層されている。
該前後両面電極層１２ａ，１２ｂは、融点を高くした高温ハンダ、又は銅又はアルミニウム等の金属、若しくは銅又はアルミニウム等の金属に微量の添加元素を加えた合金からなる。該前後両面電極層１２ａ，１２ｂは、金属抵抗体１１に溶融接着、又は厚膜印刷若しくは蒸着等されて形成されている。
金属抵抗体１１の前後両面に形成した前後両面電極層１２ａ，１２ｂによって、金属抵抗体１１の抵抗本体１１ａは、図２の点線による斜線で示した部分に形成されている。
前面絶縁体層１３ａは、金属抵抗体１１の非前面電極層１２ａ部分に形成されている。後面絶縁体層１３ｂは、金属抵抗体１１の非後面電極層１２ｂ部分に形成されている。
該前後両面絶縁体層１３ａ，１３ｂは、例えば、エポキシ系、ポリイミド系、又はシリコン系等の接着剤からなり、耐熱性及び熱伝導性を備えている。或いはセラミック製の板材の両面にこれ等の耐熱接着剤を塗布して絶縁体層を形成しても良い。
前後両面絶縁体層１３ａ，１３ｂの熱伝導性が高いので、上記の金属抵抗体１１に発生したジュール熱を前後両面導体１４ａ，１４ｂに伝導させ易くすることができる。そのため、金属抵抗体１１の抵抗値を変化し難くすることができる。
前面導体１４ａは、金属抵抗体１１に積層された前面電極層１２ａと前面絶縁体層１３ａを覆っている。前面導体１４ａの下端には脚部１５ａが下方へ突出形成されている。
後面導体１４ｂは、金属抵抗体１１の後面側に積層された後面電極層１２ｂと後面絶縁体層１３ｂを覆っている。後面導体１４ｂの下端にも脚部１５ｂが下方へ突出形成されている。
前後両面導体１４ａ，１４ｂは、平板状に形成した銅からなり、０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍ厚に形成されている。
さらに、前後両面導体１４ａ，１４ｂの表面に銀メッキ、或いは金メッキを施しても良い。金又は銀は導電率が低いことから、後述するように、導体１４ａ，１４ｂに銀メッキ等を施すことによって該導体１４ａ，１４ｂ表面に渦電流を発生し易くすることができる。そのため、電流検出用抵抗器１０のインダクタンスを低くすることが出来る。
また、前後両面導体１４ａ，１４ｂは、金属抵抗体１１の実質的抵抗部分１１ａよりも一回り大きく形成されている。これにより、金属抵抗体１１に電流を流したときに、該金属抵抗体１１の実質的抵抗部分１１ａの側面から発生する磁束の漏れを少なくすることができる。そのため、電流検出用抵抗器１０の自己インダクタンスを小さくすることができる。
脚部１５ａ，１５ｂは、基板２０に形成した貫通孔２５ａ，２５ｂに挿通され、電流検出用抵抗器１０を立設保持することができる。基板２０、及び貫通孔２５ａ，２５ｂについては後述する。
また、脚部１５ａの基部には、係止突片１６ａが形成され、脚部１５ｂの基部には、係止突片１６ｂが形成されている。係止突片１６ａ，１６ｂは脚部１５ａ，１５ｂを貫通孔に挿通したとき、基板上のプリントパターンに前後両面導体１４ａ，１４ｂの下端側面が接しないように、電流検出用抵抗器１０を所定の高さで保持することができる。
ここで、上記構成を有する電流検出用抵抗器１０の自己インダクタンスは、以下のように小さくなる。本実施例及び後述する他の実施例に記載される電流検出用抵抗器の絶縁体層を省略した図を図３及び図４に示し、以下当該図面にしたがって説明する。
図３に示すように、抵抗体層Ｒの一端の表面に表面電極層Ｐ１が積層され、該抵抗体層Ｒの他端の裏面に裏面電極層Ｐ２が積層されている。
そして、平板状の表面導体Ｅ１が、表面電極層Ｐ１と抵抗体層Ｒを覆っている。また、平板状の裏面導体Ｅ２が、該裏面電極層Ｐ２と抵抗体層Ｒを覆っている。
さらに、平板状の表面導体Ｅ１は表面電極層Ｐ１と電気的に接続され、平板状の裏面導体Ｅ２は、裏面電極層Ｐ２と電気的に接続されている。
ここで、抵抗体層Ｒと表面導体Ｅ１は、隙間ｇ１で絶縁され、抵抗体層Ｒと裏面導体Ｅ２は隙間ｇ２で絶縁されている。
なお、抵抗体層Ｒの抵抗値をｒとし、自己インダクタンスをＬとする。
抵抗体層Ｒに電流Ｉを矢印の方向に流すと、紙面奥から手前方向に向かって該抵抗体層Ｒの周囲に磁束Φが生じる。この磁束Φは自己インダクタンスＬを定数として電流Ｉに比例する関係を有している。そして、電流Ｉが時間ｔの間に変化したとき、抵抗層Ｒは自己誘導される。このとき、起電力Ｖｅが、電流Ｉの変化を妨げるように発生すると以下の数式１のように示される。
ここで、抵抗層Ｒの自己インダクタンスＬは、抵抗体層Ｒの形状と周りの磁束から決定され、透磁率をμとして、抵抗体層Ｒの電流経路に対して直角な断面の幅をW、厚さをｔとし、抵抗体層Ｒ上の電流経路の長さをｌとすると、Ｗがｔに対して十分に大きい場合には自己インダクタンスＬは長さｌに比例し、断面の幅Ｗに反比例する。
Figure 2010112715
ここで、図３に示したように、抵抗体層Ｒは、抵抗値ｒと、インダクタンスＬを有している。抵抗体層Ｒに流れた瞬時電流Ｉを微視的に見ると、起電力Ｖｅの誤差を排除した抵抗体層Ｒの電位差Ｖは、以下の数式２のように表される。
Figure 2010112715
一方、平板状の抵抗体層Ｒの周囲には図４（ａ）に示す矢印の向きに磁束が生じている。図４において、電流Ｉは、紙面奥から手前に向かって流れているものとする。
ここで、磁界内に導体Ｅ１，Ｅ２を配すると、磁束が導体Ｅ１，Ｅ２上で渦電流を発生させる。発生した当該渦電流は、抵抗体層Ｒを中心として発生していた磁束Φのうち、導体Ｅ１，Ｅ２よりも外側の磁束Φを遮断することができる。
そのため、図４（ｂ）に示すように、抵抗体層Ｒは、表裏面の導体Ｅ１，Ｅ２によってシールドされるので、抵抗体層Ｒに鎖交する磁束Φは少なくなる。したがって、抵抗体層Ｒに流れる電流が同一であれば、磁束Φに比例する抵抗体層Ｒの自己インダクタンスＬも小さくなる。そのため、数式１に示した抵抗体層Ｒの両端の電位差Ｖに対し、抵抗体層Ｒのインダクタンスによる起電力Ｖｅの誤差を小さくすることができる。
また、抵抗体層Ｒと表裏両面導体Ｅ１，Ｅ２との隙間ｇ１，ｇ２を狭くすることにより、導体Ｅ１，Ｅ２は、より磁界の発生源に近接させることができるので、抵抗体層Ｒの周囲に発生する磁界をより小さくすることができる。
以上の構成を備え、インダクタンスを小さくした電流検出用抵抗器１０は、電流検出用回路が形成された基板２０に実装される。本実施例に係る電流検出用抵抗器１０を実装した基板２０の平面側から見た概略の構成を図５に示す。ここで基板２０を構成する絶縁体の図示は省略し、基板２０上に形成されたプリントパターンは２点鎖線で示す。
基板２０には、銅等の導体からなる第１プリントパターン２１及び第２プリントパターン２２がギャップ２３を挟んで印刷形成されている。第１プリントパターン２１の所定の位置には、電流検出用抵抗器１０の脚部１５ａが挿通される貫通孔２５ａが形成されている。そして対向する第２プリントパターン２２の所定の位置にも、電流検出用抵抗器１０の脚部１５ｂが挿通される貫通孔２５ｂが形成されている。
第１プリントパターン２１とギャップ２３との境界部分には、電圧検出プリントパターン３０ａが形成されている。同様に、第２プリントパターン２２とギャップ２３との境界部分にも、対向する電圧検出プリントパターン３０ｂが形成されている。
電圧検出プリントパターン３０ａと第１プリントパターン２１との間には、スリット３１ａが形成されている。スリット３１ａは、第１プリントパターン２１の幅方向に沿って中心付近まで形成されている。
また、電圧検出パターン３０ｂと第２プリントパターン２２との間にも、スリット３１ｂが形成されている。スリット３１ｂも、第２プリントパターン２２の幅方向に沿った中心付近まで形成されている。
これにより、電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂの始端は、第１プリントパターン２１及び第２プリントパターン２２の幅方向に沿った中心付近に配されている。そして、電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂは、互いに平行を成し、同一方向に向かって引き出されている。
電圧検出プリントパターン３０ａの終端３２ａには、増幅回路４０の入力端子４１ａが接続され、電圧検出プリントパターン３０ｂの終端３２ｂには、増幅回路４０の入力端子４１ｂが接続されている。
電流検出用抵抗器１０の脚部１５ａ，１５ｂをそれぞれ貫通孔２５ａ，２５ｂに挿通して、電流検出用抵抗器１０を立設させた場合、電流検出用抵抗器１０の下方に、電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂの始端が位置する。そのため、電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂによって、金属抵抗体１１の中心近傍の真下から測定電圧が引き出される。ここで、当該金属抵抗体１１の真下付近は、先に図３及び図４に基づいて説明したように、磁束の漏れが少ない。したがって、電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂに影響を及ぼすインダクタンスを小さくすることができ、測定精度を高くすることができる。
また、電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂは、図５に示した矢印の方向に沿って流れる電流Ｉに対して直角に引き出されている。そのため、電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂに誘導電圧は発生しない。
電圧検出プリントパターン３０ａ，３０ｂの終端３２ａ，３２ｂに入力端子４１ａ，４１ｂが接続されている増幅回路４０は、基板２０上に形成されている。該増幅回路４０の回路図を図５に示す。
増幅回路４０は、ＯＰアンプ４２と、入力抵抗器４３ａ，４３ｂと、反転入力端子４１ａに帰還する帰還抵抗器４４と、非反転入力端子４１ｂに接続される接地抵抗器４５と、出力端子４６とから構成されている差動増幅回路である。
ここで、入力抵抗器４３ａ，４３ｂは等価の抵抗値Ｒ１を有し、また帰還抵抗器４４と接地抵抗器４５は等価の抵抗値Ｒ２を有する。
入力端子４１ａの端子電圧をＶａ、入力端子４１ｂの端子電圧をＶｂとし、出力端子４６における出力電圧をＶ０とすると、該出力電圧Ｖ０は、以下の数式３のように表される。
Figure 2010112715
上記のように電流検出用抵抗器１０を基板２０に実装した場合、該電流検出用抵抗器に図５に示した矢印の向きに沿って被検出電流Ｉが流されたとき、金属抵抗体１１の両端に電位差Ｖ（＝−（Ｖａ−Ｖｂ））が生じる。この測定された電位差Ｖを所定の倍率で増幅することにより、出力電圧Ｖ０を得ることができる。したがって、電流検出用抵抗器１０を用いて電流センサが構成される。
電流検出用抵抗器１０のインダクタンスは小さくすることができるので、高速変化するパルス電流を検出したとき、当該電流センサの測定精度を高くすることができる。
本発明の電流検出用抵抗器と、該電流検出用抵抗器の実装構造の第２実施例を、添付した図面にしたがって説明する。図６は電流検出用抵抗器１０Ａを基板２０Ａに面実装したときの概略構成を示す側面図であって、図７は電流検出用抵抗器１０Ａを基板２０Ａに面実装したときの概略構成を示す平面図である。
電流検出用抵抗器１０Ａは、平板状の金属抵抗体１１を中心にして、金属抵抗体１１の上面側面に、上面電極層５２ａと上面絶縁体層５３ａが積層され、さらに上面電極層５２ａと上面絶縁体層５３ａを平板状の上面導体５４ａが覆っている。そして、金属抵抗体１１の下面側面に、下面電極層５２ｂと第１下面絶縁体層５３ｂが積層され、該下面電極層５２ｂと第１下面絶縁体層５３ｂを平板状の下面導体５４ｂが覆っている。
金属抵抗体１１は、第１実施例と同様であるから説明を省略する。
上面電極層５２ａは、金属抵抗体１１の一端の上面側に積層されている。下面電極層５２ｂは、該金属抵抗体１１の他端の下面側に積層されている。
該上下両面電極層５２ａ，５２ｂは、融点を高くした高温ハンダ、又は銅又はアルミニウム等の金属、若しくは銅又はアルミニウム等の金属に微量の添加元素を加えた合金からなる。該上下両面電極層５２ａ，５２ｂは、金属抵抗体１１に溶融接着または厚膜印刷若しくは蒸着等されて形成されている。
金属抵抗体１１の上下両面に形成した上下両面電極層１２ａ，１２ｂによって、金属抵抗体１１の抵抗本体１１ａは、図７の点線による斜線で示した部分に形成されている。
上面絶縁体層５３ａは、金属抵抗体１１の非上面電極層５２ａ部分に形成されている。下面絶縁体層５３ｂは、金属抵抗体１１の非下面電極層５２ｂ部分に形成されている。
該上下両面絶縁体層５３ａ，５３ｂは、例えば、エポキシ系、ポリイミド系、又はシリコン系等の接着剤からなり、耐熱性及び熱伝導性を備えている。また、セラミック製の板材の両面にこれ等の耐熱性接着剤を塗布して絶縁体層を形成しても良い。
上下両面絶縁体層５３ａ，５３ｂの熱伝導性が高いので、上記の金属抵抗体１１に発生したジュール熱を上下両面導体５４ａ，５４ｂに伝導させ易くすることができる。そのため、金属抵抗体１１の抵抗値を変化し難くすることができる。
そして、第１下面絶縁体層５３ｂに連続して、下面電極層５２ｂの反対側に、側面絶縁体層５３ｃが形成されている。
該側面絶縁体層５３ｃに連続して、下面導体５４ｂの下面側に、第２下面絶縁体層５３ｂが形成されている。下面導体５４ｂの下面側であって、反下面電極層５２ｂ側の第２下面絶縁体層５３ｂ端縁部には、露出部５５が形成されている。該露出部５５は、電流検出用抵抗器１０Ａを面実装したとき、電極を兼ねる。
第１下面絶縁体層５３ｂと、側面絶縁体層５３ｃと、第２下面絶縁体層５３ｄとで下面導体５４ｂを保護することにより、電流検出用抵抗器１０Ａを面実装したとき、下面導体５４ｂと上面電極層５２ａ側とが短絡することを防ぐことができ、下面導体５４ｂを介して、第１プリントパターン２１と第２プリントパターン２２が短絡されることを防ぐことができる。
上面導体５４ａは、金属抵抗体１１の上面側に積層された上面電極層５２ａと上面絶縁体層５３ａを覆っている。また、下面導体５４ｂは、金属抵抗体１１の下面側に積層された下面電極層５２ｂと下面絶縁体層５３ｂを覆っている。
上下両面導体５４ａ，５４ｂは、平板状に形成した銅からなり、０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍ厚に形成されている。さらに、上下両面導体５４ａ，５４ｂの表面に銀メッキや、金メッキを施しても良い。
また、上下両面導体５４ａ，５４ｂは、図７に示すように、金属抵抗体１１の実質的抵抗部分１１ａよりも一回り大きく形成されている。これにより、金属抵抗体１１に電流を流したときに、該金属抵抗体１１の実質的抵抗部分１１ａの側面から発生する磁束の漏れを少なくすることができる。そのため、電流検出用抵抗器１０Ａの自己インダクタンスを小さくすることができる。
金属抵抗体１１の下側面であって、反上面電極層５２ａ側面には、スペーサー５６が配されている。
スペーサー５６は、銅板からなり、少なくとも下面導体５４ｂと同厚に形成されている。スペーサー５６により、上面電極側５２ａ側の金属抵抗体１１の高さを調整することができ、また、ハンダ付けの際の接触ムラを無くすことができる。さらに、スペーサー５６で隙間を埋めることにより、上面電極層５２ａ側の電位を安定させることができる。
スペーサー５６は銅板に替えて、金属抵抗体１１を厚くしたり、或いは銅メッキを施しても良い。
上記構成を有する電流検出用抵抗器１０Ａは、電流検出用回路が形成された基板２０Ａに実装されている。ここで基板２０Ａを構成する絶縁体の図示は省略し、基板２０Ａ上に形成されたプリントパターンは２点鎖線で示す。
図７に示すように、基板２０Ａには、銅等の導体からなる第１プリントパターン６１及び第２プリントパターン６２がギャップ６３を挟んで印刷形成されている。第１プリントパターン６１と、該第１プリントパターン６１に対向する第２プリントパターン６２は、同幅に形成されている。第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２の幅は、電流検出用抵抗器１０Ａの幅よりも広く形成されている。
第１プリントパターン６１とギャップ６３との境界部分には、電圧検出プリントパターン７０ａが形成されている。同様に、第２プリントパターン６２とギャップ６３との境界部分にも、対向する電圧検出プリントパターン７０ｂが形成されている。
電圧検出プリントパターン７０ａと第１プリントパターン６１との間には、スリット７１ａが形成されている。スリット７１ａは、第１プリントパターン６１の幅方向に沿って中心付近まで形成されている。
また、電圧検出パターン７０ｂと第２プリントパターン６２との間にも、スリット７１ｂが形成されている。スリット７１ｂも、第２プリントパターン６２の幅方向に沿った中心付近まで形成されている。
これにより、電圧検出プリントパターン７０ａ，７０ｂの始端は、第１プリントパターン６１及び第２プリントパターン６２の幅方向に沿った中心付近に配されている。そして、電圧検出プリントパターン７０ａ，７０ｂは、互いに平行であって、同一方向に向かって引き出されている。
電圧検出プリントパターン７０ａの終端７２ａには、増幅回路４０の入力端子４１ａが接続され、電圧検出プリントパターン７０ｂの終端７２ｂには、増幅回路４０の入力端子４１ｂが接続されている。
第１プリントパターン６１上に露出部５５を配し、第２プリントパターン６２上にスペーサー５６を配して、電流検出用抵抗器１０Ａを基板２０にハンダ７５で固定して面実装したとき、電流検出用抵抗器１０Ａの下方に、電圧検出プリントパターン７０ａ，７０ｂの始端が位置する。そのため、電圧検出プリントパターン７０ａ，７０ｂによって、金属抵抗体１１の中心近傍の真下から測定電圧が引き出される。ここで、当該金属抵抗体１１の真下付近は、磁束の漏れが少ない。したがって、電圧検出プリントパターン７０ａ，７０ｂに影響を及ぼすインダクタンスを小さくすることができ、測定精度を高くすることができる。
また、電圧検出プリントパターン７０ａ，７０ｂは、図７に示した矢印の方向に沿って流れる電流Ｉに対して直角に引き出されている。これにより、電圧検出プリントパターン７０ａ，７０ｂに誘導電圧は発生しない。
図７に示した増幅回路４０については、第１実施例と同様であるから説明を省略する。さらに、電流検出用抵抗器１０Ａと当該増幅回路４０から構成される電流センサについても第１実施例と同様であるから説明を省略する。
本発明の電流検出用抵抗器と、該電流検出用抵抗器の実装構造の第３実施例を、添付した図面にしたがって説明する。図８は電流検出用抵抗器１０Ｂを基板２０Ａに実装したときの概略構成の側面図であって、図９は電流検出用抵抗器１０Ｂを基板２０Ａに実装したときの概略構成の平面図である。
電流検出用抵抗器１０Ｂは、平板状の金属抵抗体１１を中心にして、金属抵抗体１１の上面側面に、上面電極層５２ａと上面絶縁体層５３ａが積層され、さらに上面電極層５２ａと上面絶縁体層５３ａを平板状の上面導体５４ａが覆っている。そして、金属抵抗体１１の下面側面に、下面電極層５２ｂと下面絶縁体層５３ｂが積層されている。
金属抵抗体１１は、第１実施例及び第２実施例と同様であるから説明を省略する。また、金属抵抗体１１の上面側面の上面電極層５２ａ、上面絶縁体層５３ａ、上面導体５４ａ、及び金属抵抗体１１の下面側面の下面電極層５２ｂ、下面絶縁体層５３ｂは、第２実施例と同様であるから説明を省略する。
金属抵抗体１１の下面側であって、下面電極層５２ｂの下面絶縁体層５３ｂを挟んだ反対側には、露出部８０が形成されている。
上記構成を有する電流検出用抵抗器１０Ｂは、電流検出用回路が形成された基板２０Ａに実装される。基板２０Ａは、第２実施例と同様であるから説明を省略する。
電流検出用抵抗器１０Ｂの下面電極層５２ｂを第１プリントパターン６１上に配し、金属抵抗体１１の下面に形成した露出部８０を第２プリントパターン６２に配して、電流検出用抵抗器１０Ｂを基板２０Ａにハンダ７５で固定して面実装したとき、第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２は、下面電極層５２ｂと下面絶縁体層５３ｂを覆う。
第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２は、第２実施例に示した下面導体５４ｂと同様に、銅等からなる導体であるから、第２実施例に示した下面導体５４ｂに代わって、電流Ｉを金属抵抗体１１に流したときに生じる磁束を遮ることができる。
したがって、金属抵抗体１１のインダクタンスを小さくすることができる。
ここで、ギャップ６３からは磁束が漏れる。そのため、当該ギャップ６３の幅は狭いほうが良い。また、第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２の幅を電流検出用抵抗器１０Ｂの幅よりも広くすることにより、金属抵抗体１１の側面から漏れる漏れ磁束を小さくすることができる。
本実施例の電流検出用抵抗器１０Ｂによれば、基板２０Ａに面実装して初めて、金属抵抗体１１をシールドして、インダクタンスを小さくすることができるように構成されている。そのため、電流検出用抵抗器１０Ｂの位置決めにおいて、プリントパターン６１，６２の幅方向中心と電流検出用抵抗器１０Ｂの中心を一致させることが好ましい。
一方、電流検出用抵抗器１０Ｂは、下面導体５４ｂがないので、製造コストを抑えることができ、また、表裏の区別をつけることが容易にすることができる。
なお、図９に示した増幅回路４０については、第１実施例と同様であるから説明を省略する。さらに、電流検出用抵抗器１０Ｂと当該増幅回路４０から構成される電流センサについても第１実施例と同様であるから説明を省略する。
本発明の電流検出用抵抗器と、該電流検出用抵抗器の実装構造の実施例を、添付した図面にしたがって説明する。図１０は電流検出用抵抗器１０Ｃを基板２０Ａに面実装したときの概略構成を示す側面図であって、図１１は電流検出用抵抗器１０Ｃを基板２０Ａに面実装したときの概略構成を示す平面図である。
電流検出用抵抗器１０Ｃは、平板状の絶縁体チップ１０１と、該絶縁体チップ１０１の下面側の中央部分に積層された抵抗体層１０２と、該抵抗体層１０２を挟んで対向する第１下面電極１０４ａ及び第２下面電極１０５ａとからなる。
絶縁体チップ１０１は、セラミック等からなる。
抵抗体層１０２は、絶縁体チップ１０１上に金属抵抗体１１と同じ銅ニッケル系の合金を厚膜印刷、又は蒸着して形成されている。また、抵抗体層１０２は、トリミング等によって、所定の抵抗値に調整されている。抵抗体層１０２は、さらに絶縁体層１０６で被覆されている。絶縁体層１０６によって、電流検出用抵抗器１０Ｃを基板２０Ａに面実装したとき、第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２が短絡されることを防ぐことができる。
第１下面電極１０４ａは、絶縁体チップ１０１の一端側下面に形成されている。また絶縁体チップ１０１の他端側下面には第２下面電極１０５ａが形成されている。
第１下面電極１０４ａと第２下面電極１０５ａの間には抵抗体層１０２及び絶縁体層１０６が配されている。
第１下面電極１０４ａに連続して、絶縁体チップ１０１の一端側側面には、第１側面電極１０４ｂが形成されている。そして、第１側面電極１０４ｂに連続して、絶縁体チップ１０１の一端側上面には、第１上面電極１０４ｃが形成されている。
一方、第２下面電極１０５ａに連続して、絶縁体チップ１０１の一端側側面には、第２側面電極１０５ｂが形成されている。そして、第２側面電極１０５ｂに連続して、絶縁体チップ１０１の一端側上面には、第２上面電極１０５ｃが形成されている。
第１上面電極１０４ｃと第２上面電極１０５ｃとの間には、底面部に絶縁体チップ１０１が露出する凹溝１０７が形成されている。凹溝１０７は、絶縁体チップ１０１の中心よりも一端側に配されている。そのため、絶縁体チップ１０１の一端側の上面角部を覆う第１上面電極１０４ｃに対して、第２上面電極１０５ｃは絶縁体チップ１０１の上面側面の略全面を覆っている。
また、第１電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃと、第２電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは絶縁体チップ１０１よりも幅広に形成されている。
第１電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃと、第２電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、金、銀、銅等の電気伝導度の低い金属を、絶縁体チップ１０１にメッキして形成されている。なお、銅板等を絶縁体チップ１０１に貼着して、電極１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃを形成しても良い。その際には銅板に金、銀等をメッキすることもできる。
第２上面電極１０５ｃは、絶縁体チップ１０１の下面側に積層させた抵抗体層１０２に電流を流したときに生じる磁束を遮ることができる。したがって、絶縁体チップ１０１の上面側に発生するインダクタンスを小さくすることができる。また、絶縁体チップ１０１は薄く形成したほうが、抵抗体層１０２と第２上面電極１０５ｃとの距離を小さくすることができるので、インダクタンスを小さくすることができる。さらに、凹溝１０７の幅もできるだけ狭くしたほうが、漏れ磁束を減らすことができる。
上記構成を有する電流検出用抵抗器１０Ｃは、電流検出用回路が形成された基板２０Ａに実装される。基板２０Ａは、第２実施例及び第３実施例と同様であるから説明を省略する。
電流検出用抵抗器１０Ｃの第１下面電極１０４ａを第１プリントパターン６１上に配し、第２下面電極１０５ａを第２プリントパターン６２に配して、電流検出用抵抗器１０Ｃを基板２０Ａにハンダ７５で固定して面実装したとき、第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２は、絶縁体チップ１０１の下面側に形成した抵抗体層１０２と、該抵抗体層１０２を保護する絶縁体層１０３を覆う。
第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２は、銅等からなる導体であるから、上記の各実施例で説明したように、電流Ｉを抵抗体層１０２に流したときに生じる磁束を遮ることができる。
そして、絶縁体チップ１０１の上面に配した第２上面電極１０５ｃと、第１プリントパターン６１及び第２プリントパターン６２が、抵抗体層１０２の上下面を覆うので、抵抗体層１０２のインダクタンスを小さくすることができる。
ここで、ギャップ６３からは磁束が漏れる。そのため、当該ギャップ６３の幅は狭いほうが良い。また、第１プリントパターン６１と第２プリントパターン６２の幅を電流検出用抵抗器１０Ｂの幅よりも広くすることにより、金属抵抗体１１の側面から漏れる漏れ磁束を小さくすることができる。
本実施例の電流検出用抵抗器１０Ｃによれば、基板２０Ａに面実装して初めて、抵抗体層１０２をシールドして、インダクタンスを小さくすることができるように構成される。そのため、電流検出用抵抗器１０Ｃの位置決めにおいて、プリントパターン６１，６２の幅方向中心と電流検出用抵抗器１０Ｃの中心を一致させることが好ましい。
一方、電流検出用抵抗器１０Ｃは、第１実施例や第２実施例に記載したように抵抗体を両面から導体で覆っていないので、製造コストを抑えることができ、また、抵抗体のいずれか一方の面に導体が配されているので、表裏の区別をわかりやすくすることができる。
上記の実施例に記載した電流検出用抵抗器１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによれば、検出電流が流される抵抗体を、該抵抗体から絶縁された導体で覆ったことにより、該抵抗体をシールドすることができる。
当該シールドの結果、電流検出用抵抗器１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの外側に漏れてくる漏れ磁束を少なくすることができるので、電流を一定としたとき、磁束に比例する自己インダクタンスを小さくすることができる。そのため、電流検出用抵抗器１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに大電流を流したとき、誤差となる誘導電圧を小さくすることができるので、測定電圧の測定精度を高くすることができる。
第１実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成を示す底面図である。 第１実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成を示す側面図である。 第１実施例に係る電流検出用抵抗器の作用を説明する説明図である。 第１実施例に係る電流検出用抵抗器の作用を説明する説明図である。 第１実施例に係る電流検出用抵抗器を増幅回路が形成された基板に実装したときの電流検出用抵抗器の実装構造の概略を示す説明図である。 第２実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成、及び該電流検出用抵抗器の実装構造の概略を示す側面図である。 第２実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成、及び該電流検出用抵抗器の実装構造の概略を示す底面図である。 第３実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成、及び該電流検出用抵抗器の実装構造の概略を示す側面図である。 第３実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成、及び該電流検出用抵抗器の実装構造の概略を示す底面図である。 第４実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成、及び該電流検出用抵抗器の実装構造の概略を示す側面図である。 第４実施例に係る電流検出用抵抗器の概略構成、及び該電流検出用抵抗器の実装構造の概略を示す底面図である。
符号の説明
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…電流検出用抵抗器、１１…金属抵抗体、１１ａ…抵抗本体、
１２ａ…前面電極層、１２ｂ…後面電極層、１３ａ…前面絶縁体層、１３ｂ…後面絶縁体層、１４ａ…前面導体、１４ｂ…後面導体、１５ａ，１５ｂ…脚部、１６ａ，１６ｂ…係止突片、
２０，２０Ａ…基板、２１，６１…第１プリントパターン、２２，６２…第２プリントパターン、２３，６３…ギャップ、２５ａ，２５ｂ…貫通孔、
３０ａ，３０ｂ，７０ａ，７０ｂ…電圧検出プリントパターン、３１ａ，３１ｂ，７１ａ，７１ｂ…スリット、３２ａ，３２ｂ，７２ａ，７２ｂ…電圧検出プリントパターンの終端、
４０…増幅回路、４１ａ，４１ｂ…入力端子、４２…ＯＰアンプ、４３ａ，４３ｂ…入力抵抗器、４４…帰還抵抗器、４５…接地抵抗器、４６…出力端子、
５２ａ…上面電極層、５２ｂ…下面電極層、５３ａ…上面絶縁体層、５３ｂ…第１下面絶縁体層、５３ｃ…側面絶縁体層、５３ｄ…第２下面絶縁体層、５４ａ…上面導体、５４ｂ…下面導体、５５，８０…露出部、５６…スペーサー、
７５…ハンダ、
１０１…絶縁体チップ、１０２…抵抗体層、１０４ａ…第１下面電極、１０４ｂ…第１側面電極、１０４ｃ…第１上面電極、１０５ａ…第２下面電極、１０５ｂ…第２側面電極、１０５ｃ…第２上面電極、１０６…絶縁体層、１０７…凹溝。

Claims (10)

  1. 抵抗体層と、該抵抗体層の一端の表側に積層した表面電極層と、前記抵抗体層の他端の裏側に積層した裏面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
    前記抵抗体層の表側の非表面電極層部分に表面絶縁体層を積層して、該表面絶縁体層と前記表面電極層を表面導体層で覆い、
    前記抵抗体層の裏側の非裏面電極層部分に裏面絶縁体層を積層して、該裏面絶縁体層と前記裏面電極層を裏面導体層で覆ったことを特徴とする電流検出用抵抗器。
  2. 平板状の金属抵抗体と、
    該金属抵抗体の一端の前面側に形成した前面電極層と、前記金属抵抗体の他端の後面側に形成した後面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
    前記金属抵抗体前面の非前面電極層部分に前面絶縁体層を積層して、該前面絶縁体層と前記前面電極層を平板状の前面導体で覆い、
    該前面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成し、
    前記金属抵抗体後面の非後面電極層部分に後面絶縁体層を積層して、該後面絶縁体層と前記後面電極層を平板状の後面導体で覆い、
    該後面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成したことを特徴とする電流検出用抵抗器。
  3. 平板状の金属抵抗体と、
    該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
    前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、前記上面電極層と前記上面絶縁体層を平板状の上面導体で覆い、
    前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、第１下面絶縁体層を積層して、前記下面電極層と前記第１下面絶縁体層を平板状の下面導体で覆い、
    該第１下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、平板状の導体からなるスペーサーを配設して、
    前記下面導体と前記スペーサーとの間へ、前記第１下面絶縁体層に連続する側面絶縁体層を形成し、
    前記下面導体の反第１下面絶縁体層側面へ、前記側面絶縁体層に連続する第２下面絶縁体層を形成し、該第２下面絶縁体層と隣り合う位置で前記下面導体の反下面電極層側面に、露出部を設けたことを特徴とする電流検出用抵抗器。
  4. 平板状の金属抵抗体と、
    該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、
    前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とからなる電流検出用抵抗器であって、
    前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、該上面絶縁体層と前記上面電極層を平板状の上面導体で覆い、
    前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、下面絶縁体層を積層して、該下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、露出部を設けたことを特徴とする電流検出用抵抗器。
  5. 平板状の絶縁体チップと、該絶縁体チップの下面側の中央部分に積層された抵抗体層と、
    該抵抗体層を挟んで対向する第１下面電極及び第２下面電極とからなる電流検出用抵抗器であって、
    前記抵抗体層に絶縁体層を積層し、
    前記第１下面電極に連続して前記絶縁体チップの一側面を覆う第１側面電極を形成し、
    該第１側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の一端角部から上側面の略全面を覆う第１上面電極を形成して、
    該第１上面電極を平板状の上面導体で覆い、
    前記第２下面電極に連続して前記絶縁体チップの他側面を覆う第２側面電極を形成し、
    該第２側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の他端角部を覆うと共に、前記第１上面電極とスリットを挟んで対向する第２上面電極を形成したことを特徴とする電流検出用抵抗器。
  6. 電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
    前記電流検出用抵抗器は、抵抗体層と、該抵抗体層の一端の表側に積層した表面電極層と、前記抵抗体層の他端の裏側に積層した裏面電極層とを備えると共に、
    前記抵抗体層の表側の非表面電極層部分に表面絶縁体層を積層して、該表面絶縁体層と前記表面電極層を表面導体層で覆い、
    前記抵抗体層の裏側の非裏面電極層部分に裏面絶縁体層を積層して、該裏面絶縁体層と前記裏面電極層を裏面導体層で覆った構成を有し、
    前記基板上に、前記表面導体層を介して、前記表面電極と電気的に接続される第１プリントパターンを形成し、
    前記基板上に、前記裏面導体層を介して、前記裏面電極と電気的に接続される第２プリントパターンを形成し、
    前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、
    前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成し、
    前記基板上へ実装した前記電流検出用抵抗器の前記抵抗体層の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、
    前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置したことを特徴とする電流検出用抵抗器の実装構造。
  7. 電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
    前記電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、
    該金属抵抗体の一端の前面側に形成した前面電極層と、前記金属抵抗体の他端の後面側に形成した後面電極層とを備えると共に、
    前記金属抵抗体前面の非前面電極層部分に前面絶縁体層を積層して、該前面絶縁体層と前記前面電極層を平板状の前面導体で覆い、
    該前面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成し、
    前記金属抵抗体後面の非後面電極層部分に後面絶縁体層を積層して、該後面絶縁体層と前記後面電極層を平板状の後面導体で覆い、
    該後面導体下端に、基板に形成された貫通孔に挿通される脚部を突出形成した構成を有し、
    前記基板上に、前記前面導体に形成した前記脚部が挿通される貫通孔を備え、前記前面電極と電気的に接続される第１プリントパターンを形成し、
    前記基板上に、前記後面導体に形成した前記脚部が挿通される貫通孔を備え、前記後面電極と電気的に接続される第２プリントパターンを形成し、
    前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、
    前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成し、
    一対の前記脚部を第１プリントパターンの貫通孔と第２プリントパターンの貫通孔にそれぞれ挿通して、前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ立設し、
    前記金属抵抗体の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、
    前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置したことを特徴とする電流検出用抵抗器の実装構造。
  8. 電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
    前記電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、
    該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とを備えると共に、
    前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、前記上面電極層と前記上面絶縁体層を平板状の上面導体で覆い、
    前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、第１下面絶縁体層を積層して、前記下面電極層と前記第１下面絶縁体層を平板状の下面導体で覆い、
    該第１下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、平板状の導体からなるスペーサーを配設して、
    前記下面導体と前記スペーサーとの間へ、前記第１下面絶縁体層に連続する側面絶縁体層を形成し、
    前記下面導体の反第１下面絶縁体層側面へ、前記側面絶縁体層に連続する第２下面絶縁体層を形成し、該第２下面絶縁体層と隣り合う位置で前記下面導体の反下面電極層側面に、露出部を設けた構成を有し、
    前記基板上に、前記露出部に当接し、前記下面電極層と電気的に接続される第１プリントパターンを形成し、
    前記基板上に、前記スペーサーと当接し、前記上面電極層と電気的に接続される第２プリントパターンを形成し、
    前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、
    前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成して、
    前記露出部と前記第１プリントパターンをハンダで接続すると共に、前記スペーサー、前記金属抵抗体一端側及び前記上面電極層と前記第２プリントパターンをハンダで接続して、前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ面実装し、
    前記金属抵抗体の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、
    前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置したことを特徴とする電流検出用抵抗器の実装構造。
  9. 電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
    前記電流検出用抵抗器は、平板状の金属抵抗体と、該金属抵抗体の一端の上面側に形成した上面電極層と、前記金属抵抗体の他端の下面側に形成した下面電極層とを備えると共に、
    前記金属抵抗体上面の非上面電極層部分に上面絶縁体層を積層して、該上面絶縁体層と前記上面電極層を平板状の上面導体で覆い、
    前記金属抵抗体下面の非下面電極層部分の前記下面電極層と隣り合う位置に、下面絶縁体層を積層して、該下面絶縁体層と隣り合う位置で前記金属抵抗体の反上面電極層側面に、露出部を設けた構成を有し、
    前記基板上に、前記下面電極層に当接し、前記下面電極層と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第１プリントパターンを形成し、
    前記基板上に、前記露出部に当接すると共に前記上面導体を介して、前記上面電極と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第２プリントパターンを形成し、
    前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、
    前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成して、
    前記下面電極層をハンダで前記第１プリントパターンに接続し、前記露出部、前記金属抵抗体一端側及び前記上面電極層をハンダで前記第２プリントパターンに接続して、前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ面実装したとき、
    前記金属抵抗体の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、
    前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置し、
    前記第１プリントパターンと前記第２プリントパターンが、前記下面絶縁体層の略全面を覆ったことを特徴とする電流検出用抵抗器の実装構造。
  10. 電流検出回路を設けた基板上へ、電流検出用抵抗器を実装する電流検出用抵抗器の実装構造であって、
    前記電流検出用抵抗器は、平板状の絶縁体チップと、該絶縁体チップの下面側の中央部分に積層された抵抗体層と、該抵抗体層を挟んで対向する第１下面電極及び第２下面電極とを備えると共に、
    前記抵抗体層に絶縁体層を積層し、
    前記第１下面電極に連続して前記絶縁体チップの一側面を覆う第１側面電極を形成し、
    該第１側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の一端角部から上側面の略全面を覆う第１上面電極を形成して、
    該第１上面電極を平板状の上面導体で覆い、
    前記第２下面電極に連続して前記絶縁体チップの他側面を覆う第２側面電極を形成し、
    該第２側面電極に連続して前記絶縁体チップの上面の他端角部を覆うと共に、前記第１上面電極とスリットを挟んで対向する第２上面電極を形成した構成を有し、
    前記基板上に、前記第１下面電極と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第１プリントパターンを形成し、
    前記基板上に、前記第２下面電極と電気的に接続され、前記電流検出用抵抗器よりも幅広の第２プリントパターンを形成し、
    前記第１プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角な第１電圧検出プリントパターンを形成し、
    前記第２プリントパターン側縁部に、被検出電流経路に対して直角であって、前記第１電圧検出プリントパターンと平行な第２電圧検出プリントパターンを形成して、
    前記電流検出用抵抗器を前記基板上へ面実装したとき、
    前記絶縁体層の中間下方に、前記第１電圧検出プリントパターンの始端及び前記第２電圧検出プリントパターンの始端を配置すると共に、
    前記第１電圧検出プリントパターンの終端及び前記第２電圧検出プリントパターンの終端を同一方向に配置し、
    前記第１プリントパターンと前記第２プリントパターンが、前記絶縁体層の略全面を覆ったことを特徴とする電流検出用抵抗器の実装構造。
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