JP2017053015A - Resistive material - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、抵抗材料に関する。 The present invention relates to a resistance material.
電流センサの電流検知用抵抗器などに用いられる抵抗材料として、Ｃｕ（銅）とＭｎ（マンガン）とＮｉ（ニッケル）とを含む１２Ｍｎ−３Ｎｉ−Ｃｕ合金や、Ｃｕ（銅）とＭｎ（マンガン）とＳｎ（スズ）とを含む７Ｍｎ−２．３Ｓｎ−Ｃｕ合金が知られている。これらのＣｕ合金は、室温近傍（２０℃から６０℃までの温度範囲）におけるＴＣＲ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、材料の温度変化に起因する抵抗値の変化の大きさ）が小さく、かつ、体積抵抗率が５０×１０−８（Ω×ｍ）未満であることが知られている。 12 Mn-3Ni-Cu alloy containing Cu (copper), Mn (manganese) and Ni (nickel), Cu (copper) and Mn (manganese) A 7Mn-2.3Sn-Cu alloy containing Sn and tin is known. These Cu alloys have a small TCR (Temperature Coefficient of Resistance, the magnitude of the change in resistance value due to the temperature change of the material) near room temperature (temperature range from 20 ° C. to 60 ° C.) and volume resistivity. Is known to be less than 50 × 10 −8 (Ω × m).
しかしながら、たとえば抵抗材料を用いて回路（パターン）を形成することによって所定の抵抗値になるように設計されるチップ抵抗器に、体積抵抗率が５０×１０−８（Ω×ｍ）未満で低い上記のＣｕ合金を抵抗材料として用いた場合には、チップにおける回路（パターン）長が制限されるため、その分回路の断面積を小さくしてチップ抵抗器の抵抗値を大きくする必要がある。このようなチップ抵抗器では、回路に一時的に大電流が流された場合や、常にある程度大きな電流が流され続けるような場合に、断面積の小さな抵抗材料に生じるジュール熱が高くなって発熱し、その結果、抵抗材料が熱により破断（溶断）しやすくなってしまうという不都合があった。これにより、チップ抵抗器の回路の断面積が小さくなるのを抑制するために、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上の抵抗材料が求められていた。 However, for example, a chip resistor designed to have a predetermined resistance value by forming a circuit (pattern) using a resistance material has a low volume resistivity of less than 50 × 10 −8 (Ω × m). When the above Cu alloy is used as a resistance material, the circuit (pattern) length in the chip is limited. Therefore, it is necessary to reduce the cross-sectional area of the circuit and increase the resistance value of the chip resistor. In such a chip resistor, when a large current is temporarily passed through the circuit, or when a large current is constantly kept flowing to a certain extent, the Joule heat generated in the resistive material having a small cross-sectional area becomes high and heat is generated. As a result, there is a disadvantage that the resistance material is easily broken (melted) by heat. Thereby, in order to suppress a reduction in the cross-sectional area of the circuit of the chip resistor, a resistive material having a volume resistivity of 80 × 10 −8 (Ω × m) or more has been demanded.
また、抵抗材料として、ＮｉとＣｒ（クロム）とを少なくとも含む２０Ｃｒ−Ｎｉ合金や２０Ｃｒ−３Ａｌ−２Ｃｕ−Ｎｉ合金も知られている。これらのＮｉ合金は、体積抵抗率が１００×１０−８（Ω×ｍ）を超えている。しかしながら、２０Ｃｒ−Ｎｉ合金や２０Ｃｒ−３Ａｌ−２Ｃｕ−Ｎｉ合金は、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲが５０（ｐｐｍ／℃）以上で高いため、室温近傍の温度条件下に配置された状態でＴＣＲが小さいことが要求される抵抗器の抵抗材料として妥当でないという不都合があった。さらに、２０Ｃｒ−３Ａｌ−２Ｃｕ−Ｎｉ合金は、体積抵抗率が１１５×１０−８（Ω×ｍ）を超えて高いため、抵抗材料のジュール熱が高くなりやすいという不都合もあった。 Further, 20Cr—Ni alloys and 20Cr-3Al-2Cu—Ni alloys containing at least Ni and Cr (chromium) are also known as resistance materials. These Ni alloys have a volume resistivity exceeding 100 × 10 −8 (Ω × m). However, 20Cr-Ni alloys and 20Cr-3Al-2Cu-Ni alloys were placed under temperature conditions near room temperature because the TCR in the temperature range from 20 ° C to 60 ° C was high at 50 (ppm / ° C) or higher. There is a disadvantage that it is not appropriate as a resistance material of a resistor that requires a small TCR in the state. Furthermore, since the 20Cr-3Al-2Cu-Ni alloy has a high volume resistivity exceeding 115 × 10 −8 (Ω × m), there is a disadvantage that the Joule heat of the resistance material tends to increase.
また、特許文献１には、電力半導体装置に用いられるチップ抵抗器の合金材料として、１２ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下のＭｎと、２ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下のＮｉと、５０ｗｔ%以上８５ｗｔ％以下のＣｕとが含有されたＭｎ−Ｎｉ−Ｃｕ合金が開示されている。この特許文献１には、上記のような組成を有するＭｎ−Ｎｉ−Ｃｕ合金で、ＴＣＲが１（ｐｐｍ／℃）となる材料が得られることが開示されている。 Patent Document 1 discloses that as an alloy material of a chip resistor used in a power semiconductor device, Mn of 12 wt% or more and 30 wt% or less, Ni of 2 wt% or more and 16 wt% or less, and Cu of 50 wt% or more and 85 wt% or less. A Mn—Ni—Cu alloy containing and is disclosed. Patent Document 1 discloses that a material having a TCR of 1 (ppm / ° C.) can be obtained from a Mn—Ni—Cu alloy having the above composition.
しかしながら、上記特許文献１には、上記組成を有するＭｎ−Ｎｉ−Ｃｕ合金の体積抵抗率が記載されておらず、かつ、ＴＣＲが１（ｐｐｍ／℃）になる温度範囲も記載されていない。また、上記のＭｎ−Ｎｉ−Ｃｕ合金の広範な上記組成範囲の全てにおいてＴＣＲが１（ｐｐｍ／℃）になるとは一般的に考えられない。また、チップ抵抗器などの用途によっては、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下で、かつ、２０℃以上６０℃以下の温度範囲においてＴＣＲが所定範囲となり得る抵抗材料が望まれている。 However, Patent Document 1 does not describe the volume resistivity of the Mn—Ni—Cu alloy having the above composition and does not describe the temperature range in which the TCR is 1 (ppm / ° C.). Moreover, it is generally not considered that the TCR becomes 1 (ppm / ° C.) in all of the wide composition range of the Mn—Ni—Cu alloy. In addition, depending on the application such as a chip resistor, the volume resistivity is 80 × 10 −8 (Ω × m) or more and 115 × 10 −8 (Ω × m) or less and a temperature range of 20 ° C. or more and 60 ° C. or less. Therefore, there is a demand for a resistance material whose TCR can be within a predetermined range.
この発明の１つの目的は、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下で、かつ、２０℃以上６０℃以下の温度範囲におけるＴＣＲが所定範囲となり得る抵抗材料を提供することである。 One object of the present invention is to provide a TCR in a temperature range of 80 × 10 −8 (Ω × m) or more and 115 × 10 −8 (Ω × m) or less and 20 ° C. or more and 60 ° C. or less. It is to provide a resistance material that can be in a predetermined range.
本願発明者は上記課題について鋭意検討した結果、上記課題を解決することが可能なＭｎ−Ｎｉ−Ｃｕ合金の具体的な組成範囲とＴＣＲの範囲とを見出した。つまり、この発明の一の局面による抵抗材料は、Ｃｕと、２１．０質量％以上３０．２質量％以下のＭｎと、８．２質量％以上１１．０質量％以下のＮｉとを含有するＣｕ合金から構成され、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、−１０≦ｘ≦−２または２≦ｘ≦１０であり、かつ、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下である。 As a result of intensive studies on the above problems, the inventors of the present application have found a specific composition range and a TCR range of an Mn—Ni—Cu alloy that can solve the above problems. That is, the resistance material according to one aspect of the present invention contains Cu, 21.0% by mass or more and 30.2% by mass or less Mn, and 8.2% by mass or more and 11.0% by mass or less Ni. The TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is −10 ≦ x ≦ −2 or 2 ≦ x ≦ 10, and the volume resistivity is 80 It is not less than × 10 −8 (Ω × m) and not more than 115 × 10 −8 (Ω × m).
なお、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）は、２０℃における抵抗材料の抵抗値をＲ２０、６０℃における抵抗材料の抵抗値をＲ６０とした場合に、ｘ＝（（Ｒ６０−Ｒ２０）／Ｒ２０）×（１／（６０−２０））×１０６という式から算出される。 The TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is obtained when the resistance value of the resistance material at 20 ° C. is R 20 and the resistance value of the resistance material at 60 ° C. is R 60. , X = ((R 60 −R 20 ) / R 20 ) × (1 / (60−20)) × 10 6 .
この発明の一の局面による抵抗材料は、上記の組成を有するＣｕ合金から構成され、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が−１０≦ｘ≦−２または２≦ｘ≦１０であり、かつ、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下である。これにより、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの絶対値を１０（ｐｐｍ／℃）以下に十分に低くすることができるので、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下で、かつ、２０℃から６０℃までの温度範囲においてＴＣＲが上記所定範囲となり得る抵抗材料を提供することができる。なお、この効果は、実験（実施例）において確認済みである。この結果、本発明の抵抗材料を用いた、たとえばチップ抵抗器を含む電流センサにおいて、チップ抵抗器の回路の断面積が小さくなるのを抑制しつつ、抵抗材料のジュール熱が高くなるのを抑制することができるとともに、室温近傍の温度条件下に配置された状態で、高精度に電流を検知することができる。 A resistance material according to one aspect of the present invention is composed of a Cu alloy having the above composition, and a TCR value x (ppm / ° C.) in a temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is −10 ≦ x ≦ −2 or 2 ≦ x ≦ 10 and the volume resistivity is 80 × 10 −8 (Ω × m) or more and 115 × 10 −8 (Ω × m) or less. Thereby, since the absolute value of TCR in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. can be sufficiently lowered to 10 (ppm / ° C.) or less, the volume resistivity is 80 × 10 −8 (Ω × m) or more. It is possible to provide a resistance material that is 115 × 10 −8 (Ω × m) or less and that can have a TCR within the predetermined range in a temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. This effect has been confirmed in experiments (Examples). As a result, in a current sensor using the resistor material of the present invention, for example, including a chip resistor, the chip material's circuit cross-sectional area is suppressed from being reduced, and the Joule heat of the resistor material is suppressed from increasing. In addition, the current can be detected with high accuracy in a state of being arranged under a temperature condition near room temperature.
上記一の局面による抵抗材料は、好ましくは、Ｃｕと、２４．５質量％以上３０．２質量％以下のＭｎと、８．２質量％以上１０．５質量％以下のＮｉとを含有するＣｕ合金から構成され、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、２≦ｘ≦１０である。このように構成すれば、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が２≦ｘ≦１０であることにより、ＴＣＲの値が正であるとともに、ＴＣＲの絶対値が比較的小さいことによって、抵抗材料の温度上昇に応じて抵抗値の変動を抑制しつつ抵抗値を高くすることができる。これにより、定電位で電流を流す回路の電流検知のための電流センサの抵抗器に抵抗材料として用いられた際に、温度上昇に応じて抵抗器に流れる電流を小さくすることができるので、電流が小さくなった分、抵抗器が発熱するのを抑制することができる。 The resistance material according to the one aspect described above is preferably a Cu containing Cu, 24.5% by mass to 30.2% by mass Mn, and 8.2% by mass to 10.5% by mass Ni. The TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is 2 ≦ x ≦ 10. With this configuration, the TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is 2 ≦ x ≦ 10, so that the TCR value is positive and the absolute value of the TCR. By being relatively small, it is possible to increase the resistance value while suppressing the fluctuation of the resistance value according to the temperature rise of the resistance material. As a result, when used as a resistance material in a resistor of a current sensor for current detection of a circuit that flows current at a constant potential, the current flowing through the resistor can be reduced as the temperature rises. It is possible to suppress the resistor from generating heat as much as the current becomes smaller.
この場合、好ましくは、抵抗材料は、Ｃｕと、２４．５質量％以上２５．５質量％以下のＭｎと、８．２質量％以上９．０質量％未満のＮｉとを含有するＣｕ合金から構成されている。また、Ｃｕ合金の２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、２≦ｘ≦５．６である。これらのように構成すれば、ＴＣＲの値が正であるとともに、ＴＣＲの絶対値がさらに小さい分、温度変化による抵抗値の変動がさらに小さくなるので好ましい。 In this case, preferably, the resistance material is made of a Cu alloy containing Cu, Mn of 24.5% by mass or more and 25.5% by mass or less, and Ni of 8.2% by mass or more and less than 9.0% by mass. It is configured. The TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range of 20 ° C. to 60 ° C. of the Cu alloy is 2 ≦ x ≦ 5.6. Such a configuration is preferable because the TCR value is positive, and the resistance value variation due to temperature change is further reduced by the smaller absolute value of the TCR.
上記一の局面による抵抗材料は、好ましくは、Ｃｕと、２１．０質量％以上２４．３質量％以下のＭｎと、９．０質量％以上１１．０質量％以下のＮｉとを含有するＣｕ合金から構成され、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、−１０≦ｘ≦−２である。このように構成すれば、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が−１０≦ｘ≦−２であることにより、ＴＣＲの値が負であるとともに、ＴＣＲの絶対値が比較的小さいことによって、抵抗材料の温度上昇に応じて抵抗値の変動を抑制しつつ抵抗値を低くすることができる。また、純Ｃｕなどの正のＴＣＲを有する金属材料に負のＴＣＲを有する抵抗材料を接合した場合には、正のＴＣＲを有する金属材料の温度変化に起因する抵抗値の変動を、負のＴＣＲを有する抵抗材料が打ち消すように作用することができる。この結果、抵抗材料を用いた抵抗器を含む電流センサなどにおいて、温度変化に起因する抵抗値の変動を効果的に抑制することができるので、電流をより高精度に検知することができる。 The resistance material according to the above aspect preferably includes Cu, 21.0% by mass to 24.3% by mass Mn, and 9.0% by mass to 11.0% by mass Ni. The TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is −10 ≦ x ≦ −2. With this configuration, the TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is −10 ≦ x ≦ −2, so that the TCR value is negative and the TCR value Since the absolute value is relatively small, the resistance value can be lowered while suppressing the fluctuation of the resistance value according to the temperature rise of the resistance material. In addition, when a resistance material having a negative TCR is joined to a metal material having a positive TCR such as pure Cu, a change in resistance value due to a temperature change of the metal material having a positive TCR is expressed as a negative TCR. The resistance material having can act to counteract. As a result, in a current sensor including a resistor using a resistance material, it is possible to effectively suppress a variation in resistance value caused by a temperature change, so that the current can be detected with higher accuracy.
上記一の局面による抵抗材料において、好ましくは、Ｃｕ合金の０℃から１００℃までの温度範囲における対銅熱起電力の絶対値が、２μＶ／℃以下であり、より好ましくは、１μＶ／℃以下である。このように構成すれば、抵抗材料と純Ｃｕから構成された金属材料との間に発生する熱起電力が高くなるのを抑制することができるので、抵抗材料を用いた抵抗器が純Ｃｕから構成された金属材料に接続される電流センサにおいて、発生した熱起電力が電流センサの測定誤差となるのを抑制することができる。これにより、電流センサにおいて電流を高精度に検知することができる。 In the resistance material according to the one aspect described above, the absolute value of the thermoelectric power against copper in the temperature range of 0 ° C. to 100 ° C. of the Cu alloy is preferably 2 μV / ° C. or less, more preferably 1 μV / ° C. or less. It is. If comprised in this way, since it can suppress that the thermoelectromotive force which generate | occur | produces between a resistance material and the metal material comprised from pure Cu can become high, the resistor using a resistance material is made from pure Cu. In the current sensor connected to the configured metal material, the generated thermoelectromotive force can be suppressed from being a measurement error of the current sensor. Thereby, the current can be detected with high accuracy in the current sensor.
上記一の局面による抵抗材料は、好ましくは、ＳｉとＳｎとが共に含有されていないＣｕ合金から構成されている。このように構成すれば、Ｃｕ合金にＳｉが含有されていないことにより、抵抗材料の加工性の低下の原因となるＮｉ−Ｓｉ合金がＣｕ合金内に生じるのを防止することができる。これにより、チップ抵抗器において回路（パターン）を形成する際の加工性が低下するのを抑制することができる。また、Ｃｕ合金にＳｎが含有されていないことにより、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの絶対値が高くなるのを効果的に抑制することができる。 The resistance material according to the above aspect is preferably made of a Cu alloy containing neither Si nor Sn. If comprised in this way, since Si is not contained in Cu alloy, it can prevent that the Ni-Si alloy which causes the fall of workability of resistance material arises in Cu alloy. Thereby, it can suppress that the workability at the time of forming a circuit (pattern) in a chip resistor falls. Moreover, since Sn is not contained in Cu alloy, it can suppress effectively that the absolute value of TCR in the temperature range from 20 degreeC to 60 degreeC becomes high.
本発明によれば、上記のように、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下で、かつ、２０℃以上６０℃以下の温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が−１０≦ｘ≦−２または２≦ｘ≦１０となり得る抵抗材料を提供することができる。 According to the present invention, as described above, the volume resistivity is 80 × 10 −8 (Ω × m) or more and 115 × 10 −8 (Ω × m) or less, and a temperature range of 20 ° C. or more and 60 ° C. or less. It is possible to provide a resistance material in which the TCR value x (ppm / ° C.) in can satisfy −10 ≦ x ≦ −2 or 2 ≦ x ≦ 10.
［実施例］
次に、本発明の抵抗材料を構成するＣｕ合金を実際に作製して、その特性を調べた。
[Example]
Next, a Cu alloy constituting the resistance material of the present invention was actually produced, and its characteristics were examined.
本実施例では、表１に示す組成を有する実施例１〜５および比較例１〜４のＣｕ合金を作製した。実施例１〜５のＣｕ合金は、共に、２１．０質量％以上３０．２質量％以下のＭｎと、８．２質量％以上１１．０質量％以下のＮｉと、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃ（炭素）、Ｓ（硫黄）およびＡｌ（アルミニウム）などの不可避な不純物元素（Ｍｇ以外は表１には示さず）と、残部Ｃｕとから構成されるＣｕ合金である。なお、実施例１〜５のＣｕ合金においてＳｉおよびＳｎは検出限界未満であり、実施例１〜５のＣｕ合金にＳｉおよびＳｎは含有されていない。 In this example, Cu alloys of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 having the compositions shown in Table 1 were produced. The Cu alloys of Examples 1 to 5 are both Mn of 21.0% by mass to 30.2% by mass, Ni of 8.2% by mass to 11.0% by mass, Mg (magnesium), C It is a Cu alloy composed of inevitable impurity elements (other than Mg, not shown in Table 1) such as (carbon), S (sulfur), and Al (aluminum), and the balance Cu. In the Cu alloys of Examples 1 to 5, Si and Sn are less than the detection limit, and Si and Sn are not contained in the Cu alloys of Examples 1 to 5.
一方、比較例１および２のＣｕ合金は、１１．０質量％を超えるＮｉが含有されたＣｕ合金である。また、比較例３および４のＣｕ合金は、それぞれ、ＳｉおよびＳｎが有意に（意図的に）含有されたＣｕ合金である。ここで、比較例３のＳｉが１．０３質量％有意に含有されたＣｕ合金では、合金内にＮｉ−Ｓｉ合金が生成された。このＮｉ−Ｓｉ合金は、加工性が劣っていたので後述するＴＣＲ測定用の蛇型の試験片を作製するのが困難であった。その結果、比較例３のＣｕ合金からなるＴＣＲ測定用の蛇型の試験片を作製することができなかったため、後述するＴＣＲの測定を行うことができなかった。 On the other hand, the Cu alloys of Comparative Examples 1 and 2 are Cu alloys containing Ni exceeding 11.0% by mass. Further, the Cu alloys of Comparative Examples 3 and 4 are Cu alloys containing Si and Sn significantly (intentionally), respectively. Here, in the Cu alloy in which Si of Comparative Example 3 was significantly contained by 1.03% by mass, a Ni—Si alloy was generated in the alloy. Since this Ni-Si alloy was inferior in workability, it was difficult to produce a snake-shaped test piece for TCR measurement described later. As a result, a snake-shaped test piece for TCR measurement made of the Cu alloy of Comparative Example 3 could not be produced, so that TCR measurement described later could not be performed.
また、表１に、比較例５〜８として、それぞれ、Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｍｎ−Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｃｒ−Ｎｉ合金、および、Ｃｒ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金の代表的な組成を示す。 Table 1 shows typical compositions of Mn—Ni—Cu alloy, Mn—Sn—Cu alloy, Cr—Ni alloy, and Cr—Al—Cu—Ni alloy as Comparative Examples 5 to 8, respectively. Show.
そして、作製した実施例１〜５および比較例１〜４のＣｕ合金に対して、体積抵抗率および対銅熱起電力を測定するとともに、作成した実施例１〜５、比較例１、２および４のＣｕ合金に対して、ＴＣＲを測定した。 And while measuring volume resistivity and copper thermoelectromotive force with respect to Cu alloy of produced Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4, created Examples 1-5, Comparative Examples 1, 2, and TCR was measured for 4 Cu alloys.
ここで、体積抵抗率の測定としては、ＪＩＳ−Ｃ２５２５に規定された金属抵抗材料の導体抵抗及び体積抵抗率試験方法に準じて、実施例１〜５および比較例１〜４のＣｕ合金からなる試験片に対して、２３℃±２℃の温度条件下における単位面積および単位長さ当たりの抵抗値（Ω×ｍ）を２３℃の体積抵抗率として算出した。この際、試験片として、０．２ｍｍの厚みと１０ｍｍの幅と１７０ｍｍの長さとを有する板材を用いた。この際、０．２ｍｍの厚みを有するＣｕ合金の板材を刃物によるシャー切断加工またはワイヤー放電加工により切断することにより、試験片を作製した。 Here, as a measurement of volume resistivity, it consists of Cu alloy of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4 according to the conductor resistance and volume resistivity test method of the metal resistance material prescribed | regulated to JIS-C2525. A resistance value (Ω × m) per unit area and unit length under a temperature condition of 23 ° C. ± 2 ° C. was calculated as a volume resistivity of 23 ° C. with respect to the test piece. At this time, a plate having a thickness of 0.2 mm, a width of 10 mm, and a length of 170 mm was used as a test piece. Under the present circumstances, the test piece was produced by cut | disconnecting the board | plate material of Cu alloy which has thickness of 0.2 mm by the shear cutting process or wire electric discharge process with a blade.
ＴＣＲの測定としては、ＪＩＳ−Ｃ２５２６に規定された電気抵抗−温度特性試験方法に準じて、実施例１〜５、比較例１、２および４のＣｕ合金からなる試験片に対して、２０℃から６０℃までの温度を変化させたときの抵抗値を測定した。この際、試験片として、図１に示す０．２ｍｍの厚みと４ｍｍの幅Ｗと１３００ｍｍの展開長とを有する蛇型試験片を用いた。この際、０．２ｍｍの厚みを有する板材をワイヤー放電加工により蛇行させて切断することにより、蛇型試験片を作製した。そして、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）を、２０℃における抵抗材料の抵抗値をＲ２０（Ω）、６０℃における抵抗材料の抵抗値をＲ６０（Ω）とした場合に、ｘ＝（（Ｒ６０−Ｒ２０）／Ｒ２０）×（１／（６０−２０））×１０６という式から算出した。 For the measurement of TCR, in accordance with the electrical resistance-temperature characteristic test method defined in JIS-C2526, the test pieces made of Cu alloys of Examples 1 to 5, Comparative Examples 1, 2 and 4 were subjected to 20 ° C. The resistance value was measured when the temperature was changed from 60 to 60 ° C. At this time, a snake-shaped test piece having a thickness of 0.2 mm, a width W of 4 mm, and a developed length of 1300 mm shown in FIG. 1 was used as the test piece. At this time, a plate material having a thickness of 0.2 mm was meandered by wire electric discharge machining and cut to prepare a snake-shaped test piece. The TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C., the resistance value of the resistance material at 20 ° C. is R 20 (Ω), and the resistance value of the resistance material at 60 ° C. is R 60 ( Ω), x = ((R 60 −R 20 ) / R 20 ) × (1 / (60−20)) × 10 6 was calculated.
対銅熱起電力の測定としては、ＪＩＳ−Ｃ２５２７に規定された金属抵抗材料の熱起電力試験方法に準じて、実施例１〜５および比較例１〜４のＣｕ合金からなる試験片と標準銅線とを用いて対銅熱起電力を測定した。具体的には、試験片として、０．２ｍｍの厚みと２ｍｍの幅と１５００ｍｍの長さとを有するリボン材を用いた。この際、０．２ｍｍの厚みを有する板材をシャー切断加工またはワイヤー放電加工により切断することにより、試験片を作製した。そして、試験片と０．２ｍｍの直径を有する標準銅線との一方端を接続し、接続された一方端側を１００℃にし、他方を０℃にした状態で発生した熱起電力を温度差（１００℃）で除した。これにより、実施例１〜５および比較例１〜４のＣｕ合金の各々について、０℃から１００℃までの温度範囲における平均対銅熱起電力（μＶ／℃）を算出した。 For the measurement of the thermoelectromotive force against copper, in accordance with the thermoelectromotive force test method for metal resistance materials defined in JIS-C2527, test pieces and standards made of Cu alloys of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were used. The copper electromotive force was measured using a copper wire. Specifically, a ribbon material having a thickness of 0.2 mm, a width of 2 mm, and a length of 1500 mm was used as a test piece. Under the present circumstances, the test piece was produced by cut | disconnecting the board | plate material which has thickness of 0.2 mm by shear cutting process or wire electric discharge machining. Then, one end of the test piece and a standard copper wire having a diameter of 0.2 mm is connected, and the thermoelectromotive force generated in a state where the connected one end side is set to 100 ° C. and the other end is set to 0 ° C. is a temperature difference. (100 ° C). Thereby, for each of the Cu alloys of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, the average electromotive force against copper (μV / ° C.) in the temperature range from 0 ° C. to 100 ° C. was calculated.
以下に示す表２に、実施例１〜５および比較例１〜４のＣｕ合金からなる試験片の体積抵抗率、ＴＣＲおよび対銅熱起電力の測定結果を示す。また、表２に示す比較例５〜８の体積抵抗率、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲ、および、対銅熱起電力の代表的な値を示す。 Table 2 shown below shows the measurement results of the volume resistivity, TCR, and copper electromotive force of the test pieces made of the Cu alloys of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4. Moreover, the typical value of the volume resistivity of Comparative Examples 5-8 shown in Table 2, TCR in the temperature range from 20 degreeC to 60 degreeC, and a copper thermoelectromotive force is shown.
また、表２に示す目標特性は、本発明の抵抗材料として満たすべき体積抵抗率、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲ、および、対銅熱起電力の値である。なお、表２において、目標特性を満たさない値に関しては、値の周囲にハッチングを設けている。 Further, the target characteristics shown in Table 2 are values of volume resistivity to be satisfied as the resistance material of the present invention, TCR in a temperature range from 20 ° C. to 60 ° C., and thermoelectric power against copper. In Table 2, for values that do not satisfy the target characteristics, hatching is provided around the values.
（体積抵抗率の測定結果）
体積抵抗率の測定結果としては、表２に示すように、測定した実施例１〜５および比較例１〜４のいずれのＣｕ合金においても、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下の範囲内の値になった。これにより、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系のＣｕ合金において組成を適宜調整する（２１．０質量％以上３０．２質量％以下のＭｎと、８．２質量％以上１１．０質量％以下のＮｉとを含有するように調整する）ことにより、体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）以上１１５×１０−８（Ω×ｍ）以下の抵抗材料を作成することが可能であることが確認された。なお、比較例５および６のＣｕ合金では、体積抵抗率が５０×１０−８（Ω×ｍ）未満で上記範囲よりも低く、比較例８の２０Ｃｒ−３Ａｌ−２Ｃｕ−Ｎｉ合金では、体積抵抗率が１３０×１０−８（Ω×ｍ）で上記範囲よりも高かった。なお、回帰分析により、Ｍｎが２１質量％未満のＣｕ合金では体積抵抗率が８０×１０−８（Ω×ｍ）未満になり、Ｍｎが３０．９質量％より大きいＣｕ合金では体積抵抗率が１１５×１０−８（Ω×ｍ）を超えると推定することが可能である。
(Measurement result of volume resistivity)
As a measurement result of the volume resistivity, as shown in Table 2, the volume resistivity was 80 × 10 −8 (Ω × m) in any of the measured Cu alloys of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4. ) A value within the range of 115 × 10 −8 (Ω × m) or less. Accordingly, the composition of the Cu—Mn—Ni based Cu alloy is appropriately adjusted (Mn of 21.0% by mass or more and 30.2% by mass or less, Ni of 8.2% by mass or more and 11.0% by mass or less of Ni) It is possible to produce a resistive material having a volume resistivity of 80 × 10 −8 (Ω × m) or more and 115 × 10 −8 (Ω × m) or less. confirmed. In the Cu alloys of Comparative Examples 5 and 6, the volume resistivity is less than 50 × 10 −8 (Ω × m) and lower than the above range. In the 20Cr-3Al-2Cu—Ni alloy of Comparative Example 8, the volume resistance is The rate was 130 × 10 −8 (Ω × m), which was higher than the above range. By regression analysis, the volume resistivity is less than 80 × 10 −8 (Ω × m) for a Cu alloy having an Mn of less than 21% by mass, and the volume resistivity is less for a Cu alloy having an Mn of greater than 30.9% by mass. It can be estimated that it exceeds 115 × 10 −8 (Ω × m).
（２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの測定結果）
２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの測定結果としては、表２に示すように、測定した実施例１〜５および比較例１、２および４のうち、実施例１〜５のＣｕ合金において、ＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、−１０≦ｘ≦−２または２≦ｘ≦１０の範囲内になった。これにより、実施例１〜５のＣｕ合金は、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの絶対値を小さくすることができるとともに、正値または負値のＴＣＲを得ることができることが判明した。したがって、実施例１〜５のＣｕ合金を用いた抵抗器を含む電流センサは、室温近傍の温度条件下（２０℃から６０℃までの温度範囲）に配置された状態で、温度変化に起因する抵抗値の変動を小さく抑制しながら高精度に電流を検知することができると考えられる。
(Measurement result of TCR in the temperature range from 20 ℃ to 60 ℃)
As a TCR measurement result in a temperature range from 20 ° C. to 60 ° C., as shown in Table 2, among the measured Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1, 2 and 4, Cu alloys of Examples 1 to 5 The TCR value x (ppm / ° C.) was in the range of −10 ≦ x ≦ −2 or 2 ≦ x ≦ 10. As a result, the Cu alloys of Examples 1 to 5 were found to be able to reduce the absolute value of TCR in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. and to obtain a positive or negative TCR. . Therefore, the current sensor including the resistor using the Cu alloy of Examples 1 to 5 is caused by a temperature change in a state where the current sensor is disposed under a temperature condition near room temperature (temperature range from 20 ° C. to 60 ° C.). It is considered that the current can be detected with high accuracy while suppressing the fluctuation of the resistance value to be small.
一方で、比較例１、２および４のいずれのＣｕ合金においても、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値が−１０（ｐｐｍ／℃）未満になった。これにより、Ｃｕ合金におけるＮｉの含有量が１３質量％を超える場合（比較例１および２）や、Ｃｕ合金にＳｎが有意に含有されている場合（比較例４）には、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの絶対値が１０（ｐｐｍ／℃）を超えて高くなりやすいと考えられる。 On the other hand, in any of the Cu alloys of Comparative Examples 1, 2, and 4, the TCR value in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. was less than −10 (ppm / ° C.). Thereby, when the content of Ni in the Cu alloy exceeds 13% by mass (Comparative Examples 1 and 2), or when the Cu alloy contains Sn significantly (Comparative Example 4), the temperature ranges from 20 ° C. to 60 ° C. It is considered that the absolute value of TCR in the temperature range up to ° C. tends to be higher than 10 (ppm / ° C.).
また、実施例４および５のＣｕ合金において、ＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、２≦ｘ≦５．６の正の範囲内になった。これにより、実施例４および５のＣｕ合金は、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲがさらに小さい分、温度変化による抵抗値の変動をさらに小さく抑制しつつ、抵抗材料の温度上昇に応じて抵抗値を高くすることができることが判明した。さらに、実施例５のＣｕ合金において、ＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が２により近い正の値（３．６）になった。これにより、実施例５のＣｕ合金は、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲがさらに小さい分、温度変化による抵抗値の変動をさらに小さく抑制することができることが判明した。 Further, in the Cu alloys of Examples 4 and 5, the TCR value x (ppm / ° C.) was in the positive range of 2 ≦ x ≦ 5.6. As a result, the Cu alloys of Examples 4 and 5 have a smaller TCR in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C., so that the resistance value variation due to the temperature change is further suppressed and the resistance material temperature rises. It was found that the resistance value can be increased. Further, in the Cu alloy of Example 5, the TCR value x (ppm / ° C.) became a positive value (3.6) closer to 2. As a result, it was found that the Cu alloy of Example 5 can further suppress the fluctuation of the resistance value due to the temperature change as the TCR in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is further reduced.
これらにより、実施例４および５（特に実施例５）のＣｕ合金を用いた抵抗器を含む電流センサは、室温近傍の温度条件下に配置された状態で、より高精度に電流を検知することができるとともに、定電位で電流を流す回路の電流検知のために用いられた際に、温度上昇に応じて抵抗器に流れる電流を小さくして、抵抗器が発熱するのを抑制することができると考えられる。 As a result, the current sensor including the resistor using the Cu alloy of Examples 4 and 5 (particularly Example 5) can detect the current with higher accuracy in a state where the current sensor is disposed near the room temperature. In addition, the current flowing through the resistor can be reduced as the temperature rises, and the resistor can be prevented from generating heat when used for current detection in a circuit that flows current at a constant potential. it is conceivable that.
また、実施例１〜３のＣｕ合金において、ＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、−１０≦ｘ≦−２の負の範囲内になった。これにより、実施例１〜３のＣｕ合金では、抵抗材料の温度上昇に応じて抵抗値を低くすることができることが判明した。また、実施例１および３のＣｕ合金において、ＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、−８≦ｘ≦−２の負の範囲内になった。さらに、実施例１のＣｕ合金において、ＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が、−６≦ｘ≦−２の負の範囲内になった。これにより、実施例１および３（特に実施例１）のＣｕ合金は、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲがさらに小さい分、温度変化による抵抗値の変動をさらに小さく抑制することができることが判明した。 In the Cu alloys of Examples 1 to 3, the TCR value x (ppm / ° C.) was in the negative range of −10 ≦ x ≦ −2. Thereby, in Cu alloy of Examples 1-3, it turned out that resistance value can be made low according to the temperature rise of resistance material. In the Cu alloys of Examples 1 and 3, the TCR value x (ppm / ° C.) was in the negative range of −8 ≦ x ≦ −2. Further, in the Cu alloy of Example 1, the TCR value x (ppm / ° C.) was in the negative range of −6 ≦ x ≦ −2. As a result, the Cu alloys of Examples 1 and 3 (particularly Example 1) have a smaller TCR in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C., and can further suppress resistance value fluctuations due to temperature changes. There was found.
これらにより、実施例１〜３（特に実施例１）のＣｕ合金が純Ｃｕなどの正のＴＣＲを有する金属材料に接続されている抵抗器を含む電流センサでは、正のＴＣＲを有する金属材料の温度変化に起因する抵抗値の変動を、負のＴＣＲを有する抵抗材料が打ち消すように作用することができるので、温度変化に起因する抵抗値の変動を効果的に小さく抑制することができ、その結果、電流をより高精度に検知することができると考えられる。 Thus, in the current sensor including a resistor in which the Cu alloy of Examples 1 to 3 (particularly Example 1) is connected to a metal material having a positive TCR such as pure Cu, the metal material having a positive TCR Since the resistance material having a negative TCR can act so as to cancel out the resistance value variation caused by the temperature change, the resistance value variation caused by the temperature change can be effectively suppressed and reduced. As a result, it is considered that the current can be detected with higher accuracy.
一方で、比較例７および８の合金において、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が５０以上で高かった。つまり、比較例７は、体積抵抗率が１０８×１０−８（Ω×ｍ）であるものの、２０℃から６０℃までの温度範囲におけるＴＣＲの値ｘ（ｐｐｍ／℃）が７０であり温度変化による抵抗値の変動がかなり大きくなるため、抵抗材料として妥当でないと考えられる。 On the other hand, in the alloys of Comparative Examples 7 and 8, the TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. was 50 or higher. That is, in Comparative Example 7, although the volume resistivity is 108 × 10 −8 (Ω × m), the TCR value x (ppm / ° C.) in the temperature range from 20 ° C. to 60 ° C. is 70, and the temperature change. Since the fluctuation of the resistance value due to the resistance becomes considerably large, it is considered that the resistance material is not appropriate.
（対銅熱起電力の測定結果）
対銅熱起電力の測定結果としては、表２に示すように、測定した実施例１〜５および比較例１〜４のいずれのＣｕ合金においても、対銅熱起電力の絶対値は、２μＶ／℃以下になった。これにより、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系のＣｕ合金において組成を適宜調整する（２１．０質量％以上３０．２質量％以下のＭｎと、８．２質量％以上１１．０質量％以下のＮｉとを含有するように調整する）ことにより、対銅熱起電力の絶対値が２μＶ／℃以下の抵抗材料を作成することが可能であることが確認された。
(Measurement results of copper electromotive force)
As a measurement result of the copper electromotive force, as shown in Table 2, in any of the measured Cu alloys of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, the absolute value of the copper electromotive force was 2 μV. / ° C or less. Accordingly, the composition of the Cu—Mn—Ni based Cu alloy is appropriately adjusted (Mn of 21.0% by mass or more and 30.2% by mass or less, Ni of 8.2% by mass or more and 11.0% by mass or less of Ni) It was confirmed that a resistance material having an absolute value of the copper electromotive force of 2 μV / ° C. or less can be produced.
また、実施例１〜３、５、比較例１、２および４のＣｕ合金において、対銅熱起電力の絶対値は、１μＶ／℃以下になった。さらに、実施例１および２のＣｕ合金において、対銅熱起電力の絶対値は、０．２μＶ／℃以下になった。これにより、実施例１〜３および５（特に実施例１および２）のＣｕ合金を用いた抵抗器がＣｕから構成された金属材料に接続される電流センサにおいて、電流をより高精度に検知することができると考えられる。なお、比較例５、６および８の合金では、対銅熱起電力の絶対値は、１μＶ／℃以下であったものの、比較例７の合金では、対銅熱起電力の絶対値（４．４）が２μＶ／℃を超えて高かった。 In the Cu alloys of Examples 1 to 3, and Comparative Examples 1, 2, and 4, the absolute value of the thermoelectric power against copper was 1 μV / ° C. or less. Furthermore, in the Cu alloys of Examples 1 and 2, the absolute value of the thermoelectric power against copper was 0.2 μV / ° C. or less. Thereby, in the current sensor in which the resistor using the Cu alloy of Examples 1 to 3 and 5 (particularly Examples 1 and 2) is connected to the metal material composed of Cu, the current is detected with higher accuracy. It is considered possible. In the alloys of Comparative Examples 5, 6 and 8, the absolute value of the copper electromotive force was 1 μV / ° C. or less, whereas in the alloy of Comparative Example 7, the absolute value of the copper electromotive force (4. 4) was higher than 2 μV / ° C.
［変形例］
なお、今回開示された実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
[Modification]
In addition, it should be thought that the Example disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、本発明の抵抗材料を、金属板シャント抵抗器などのチップ抵抗器以外の抵抗器に用いてもよい。 For example, the resistance material of the present invention may be used for a resistor other than a chip resistor such as a metal plate shunt resistor.
また、上記実施例１〜５はＭｎ、ＮｉおよびＣｕを有意に（意図的に）含有するＣｕ合金であるが、Ｍｇは製造過程で脱酸効果を得るために有意に含有されることもある。また、Ｍｇ、Ｃ、ＳおよびＡｌなどの不純物元素は、Ｃｕ、ＭｎおよびＮｉの含有量と比べて十分に微量であるのが好ましい。具体的には、不純物元素の合計が０．０５質量％以下であることが好ましい。また、上記実施例１〜５では０．１０質量％以下のＭｇが含有されるが、この程度であれば体積抵抗率やＴＣＲへの実質的な影響はない。 Moreover, although the said Examples 1-5 are Cu alloys which contain Mn, Ni, and Cu significantly (intentionally), Mg may be contained significantly in order to acquire a deoxidation effect in a manufacturing process. . Moreover, it is preferable that impurity elements, such as Mg, C, S, and Al, are a very small amount compared to the contents of Cu, Mn, and Ni. Specifically, the total amount of impurity elements is preferably 0.05% by mass or less. Moreover, although 0.10 mass% or less Mg is contained in the said Examples 1-5, if it is this grade, there will be no substantial influence on volume resistivity or TCR.
また、本発明の抵抗材料では、上記Ｍｎ、ＮｉおよびＣｕ以外に、上記したＭｇや、Ｆｅ（鉄）、Ａｌ、Ｂ（ホウ素）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃｒ、Ｔｉ（チタン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）などをＣｕ合金に有意に含有させてもよい。 In the resistance material of the present invention, in addition to the above Mn, Ni and Cu, the above Mg, Fe (iron), Al, B (boron), Zn (zinc), Zr (zirconium), Cr, Ti (titanium) ), Ge (germanium), or the like may be significantly contained in the Cu alloy.
本発明の抵抗材料は、室温近傍の温度範囲で用いられる抵抗器に好適であり、回路に一時的に大電流が流されたり、常にある程度大きな電流が流され続けたりするような状態で用いられるチップ抵抗器に特に好適である。 The resistance material of the present invention is suitable for a resistor used in a temperature range near room temperature, and is used in a state in which a large current is temporarily passed through the circuit or a large current is always kept flowing to some extent. Particularly suitable for chip resistors.
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