JP2017054961A - 抵抗器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部との接続の信頼性および実装効率を向上させ、低コストで放熱効率が高く、且つ小型化が可能な抵抗器を提供する。【解決手段】絶縁基板上に抵抗体１２と一対の電極１３ａ，１３ｂを形成してなる抵抗基板１１と、抵抗基板１１を固定する金属板１５を有する抵抗器であって、少なくとも一方の電極１３ａと金属板１５とを金属端子１４ａにより接続し、接続した金属板１５および金属端子１４ａを外部接続端子とする。これにより、１つの接続で、金属板１５および金属端子１４ａがバスバー１９等の外部回路に電気的に接続されると共に熱的にも接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、抵抗器に係り、特に高電力用途の抵抗器に関する。

係る抵抗器の一例として、特許文献１では、基板１の表面に抵抗薄膜２とリード線３を接続する電極板４を形成し、基板１の裏面には金属薄膜５を形成して抵抗体６を構成し、抵抗体６を金属薄膜５とハンダ７を介して金属製放熱板８に接着した高電力型の抵抗器が知られている（第１図参照）。

また、他の例として、特許文献２では、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面に形成された抵抗体１２及び金属電極１３と、金属電極１３に接続された金属端子１４とを備える抵抗器が知られている。そして、セラミックス基板１１の他方の面側には放熱板（ヒートシンク）３１が固定され、放熱板３１が耐熱グリース４２を介して冷却器４１にネジ４３で締結されていることが記載されている。なお、金属電極１３と金属端子１４は、固相拡散接合により接続されている（図１および要約参照）。

特許文献１の抵抗器は、外部との接続にリード線やハーネス線を用いており、これを抵抗体と接続した電極に、ハンダ等により固着して使用している。しかし、このような構造では、実装時にリード線やハーネス線の外部との接続、さらに金属板をネジ止めするという複数の工程を必要とし、実装効率の向上が望まれている。

特許文献２の接続方法は、絶縁基板１１上の金属電極１３に金属端子１４を接続するのであるが、その強固な電気的接続は難しい技術であり、金属電極１３と金属端子１４が振動等により離れてしまうという問題が存在する。そして、特許文献１と同様に、金属端子１４の外部への接続と、放熱板３１の冷却器４１への固定と複数の工程を必要とし、実装効率の向上が望まれている。

特開平３−１４１６０７号公報 特開２０１５−０９５６２６号公報

放熱板（金属板）を取り付けた高電力型の抵抗器は、一般に、外部との接続にリード線やハーネス線を用いている。そして、リード線やハーネス線を抵抗体と接続した電極に、ハンダ等の固着材を用いて接合している。そのため、実装時にリード線やハーネス線の外部との接続、さらに放熱板（金属板）のネジ止め等による固定を必要とし、実装効率の向上が望まれていた。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、外部との接続の信頼性および実装効率を向上させ、低コストで放熱効率が高く、且つ小型化が可能な抵抗器を提供することを目的とする。

本発明の抵抗器は、絶縁基板上に抵抗体と一対の電極を形成してなる抵抗基板と、抵抗基板を固定する金属板を有する抵抗器であって、少なくとも一方の電極と金属板とを金属端子により接続し、接続した金属板および金属端子を外部接続端子とする、ことを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも一方の電極と金属板を金属端子により接続することで、電極と金属板が電気的に接続されると共に熱的に接続される。そして、金属板および金属端子を外部接続端子とすることで、１つの接続で、金属板および金属端子がバスバー等の外部回路に電気的に接続されると共に熱的に接続される。

これにより、発熱する抵抗体に隣接した電極が金属板に金属端子により直結されて、電極の冷却効率が高まり、且つ金属板と金属端子の外部のバスバー等への熱的接続によりさらに冷却効率が高まる。従って、信頼性と実装効率が向上し、低コストで放熱効率が高く、小型化が可能な抵抗器を提供できる。

本発明の一実施例の抵抗器の断面図である。 上記抵抗器の上面図である。但し、モールド樹脂体は破線にて表示している。 上記抵抗器の斜視図である。但し、モールド樹脂体は表示を省略している。 上記抵抗器の製品外観の斜視図である。 上記抵抗器の変形例の断面図であり、一方の金属端子としてリード線やハーネス線を用いた図である。 上記抵抗器の変形例の斜視図であり、金属端子にスリットを形成した図である。 上記抵抗器の変形例の斜視図であり、金属端子にスリットを形成した図である。 本発明の他の実施例の抵抗器の、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は上面図であり、（ｃ）は斜視図である。 上記抵抗器の製造方法例のフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図９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１−４は本発明の一実施例の抵抗器１０の構造例を示す。抵抗器１０は、絶縁基板上に抵抗体１２と一対の電極１３ａ，１３ｂを形成した抵抗基板１１と、該抵抗基板１１の裏面側に金属板１５を備える。絶縁基板はアルミナ等からなる直方体形状の基板である。抵抗基板１１の裏面には銀ペーストや導電性接着剤等からなる接着層１７を塗布等により形成し、この接着層１７を介して抵抗基板１１を金属板１５に固定している。

抵抗体１２は、例えばスクリーン印刷により形成された酸化ルテニウム系の厚膜抵抗体である。抵抗体１２は、直方体形状のパターン、或いは蛇行パターン等に形成することが可能である。電極１３ａ，１３ｂと抵抗体１２はどちらを先に形成しても良い。絶縁基板である抵抗基板１１が金属板１５により支持されているため、回路基板やバスバー等に抵抗器を実装する際に生じる応力により、抵抗基板１１にクラックが発生することを防止できる。

金属板１５の材質は電気伝導性および熱伝導性の良好なアルミや銅等が好ましい。金属板１５上に抵抗基板１１が固定されているため、最も発熱する抵抗体１２の直下に抵抗基板１１と金属板１５が位置する。このため、抵抗体１２は抵抗基板１１を介して金属板１５により冷却される。

金属端子１４ａ，１４ｂは板状の弾性体であり、例えば、Ｃｕ系の合金（黄銅、リン青銅など）や、Ｆｅ系の合金（ステンレス鋼など）に、メッキ（錫メッキ、ニッケルメッキなど）をしたものが好ましい。金属端子１４ａの一端は、抵抗基板１１上の一方の電極１３ａに、溶接あるいはハンダ付けで接続され、他端はバスバー１９等にネジ２０の締結等により固定される。そして、電極１３ａ（抵抗基板１１）は、弾性体である金属端子１４ａと金属板１５により挟まれることとなるため、簡単な構造で、強固な接続を確保することが可能となる。

金属板１５は金属端子１４ａにより抵抗基板１１の電極１３ａと接続し、金属板１５が外部回路と導通するため、金属板１５を通して抵抗体１２に電流が流れる。略直方形状の金属板１５の長手方向両端にはネジ止め用の穴２０ａが開いており、回路基板やバスバー１９等にネジ（ボルト）２０の締着により固定して、抵抗器１０を実装（接続）することができる。

すなわち、金属板１５は外部回路のバスバー１９等と同質の金属材料であるため、外部回路のバスバー１９等にネジ（ボルト）２０の締着作業により簡単に且つ強固に実装（接続）することができる。これにより、接続が簡単であり効率的に実装を行え、且つ高信頼性の接続が得られる。

そして、一方の電極１３ａと金属板１５とが金属端子１４ａにより接続され、これにより、電極１３ａと金属板１５が電気的および熱的に接続される。さらに、金属端子１４ａと金属板１５は外部接続端子とされ、外部回路のバスバー１９等と、ネジ２０の締結等により電気的および熱的に接続される。

すなわち、金属端子１４ａで、金属板１５と抵抗基板１１を接続することにより、放熱経路が増え、放熱効率が向上する。また、金属板１５および金属端子１４ａを外部接続端子として、バスバー１９等にネジ２０の締結等により固定するため、バスバー１９等は一般に熱伝導性の良好なアルミや銅等からなるので、放熱効率がさらに向上する。

抵抗基板１１の一方の電極１３ａは金属端子１４ａにより金属板１５に接続しているため、金属板１５を外部接続端子とすることができ、従来技術のように外部接続用のハーネスやリード線を用いて外部に接続することを要しない。それ故、放熱性を確保したまま、小型化、低背化、低コスト化を実現できる。

抵抗基板１１の他方の電極１３ｂに接続された金属端子１４ｂは、ネジ２０の締結等により他方のバスバー１９等に直接固定される。よって、他方の電極１３ｂも金属端子１４ｂを介して他方のバスバー１９により冷却され、簡単な構造で、強固な接続を確保することが可能となる。

抵抗基板１１と、金属板１５と金属端子１４ａ，１４ｂの一部分は、抵抗基板１１をすべて覆い、金属板１５の下面を露出するように、エポキシ樹脂等によるモールド樹脂体１８で覆われている。または、樹脂やセラミックスからなるケースにて覆い、セメント材または樹脂ポッティング材をケース内に充填し、抵抗基板１１および金属端子１４ａ，１４ｂの接続部を保護するようにしてもよい。なお、モールド樹脂は、図では放熱のために金属板１５の下面を覆っていないが、下面を覆うようにしても良い。

図５に示す変形実施例では、金属板１５に接続しない金属端子１４ｃとして、リード線やハーネス線を用いている。この場合、リード線やハーネス線の一端は溶接またはハンダ付けにより他方の電極１３ｂに接続される。そして、リード線やハーネス線の他端は、ネジ２０の締結等により他方のバスバー等（図示せず）に接続される。

図６−７に示すように、金属端子１４ａ，１４ｂには、スリットＳを形成するようにしてもよい。回路基板またはバスバー１９等に金属端子１４ａ，１４ｂをネジ等で締結固定する場合、締結時に金属端子１４ａ，１４ｂおよび抵抗基板１１に応力がかかる。この応力を緩和するために、スリットＳを形成する。

スリットＳの形成位置はモールド樹脂体１８よりも外側で、ネジ穴２０ａよりも内側に設けることが望ましい。スリットＳは、図６（ａ）の場合、金属端子１４ａ，１４ｂの略中央部に矩形状の開口を設けたものであり、図６（ｂ）の場合、金属端子１４ａ，１４ｂの略中央部側面に切り欠き状の開口を設けたものである。

同様に、図７（ａ）の場合、金属端子１４ａ，１４ｂの電極１３との接合部近傍の屈曲部分で、金属端子１４ａ，１４ｂの側面に切り欠き状の開口を設けたものである。図７（ｂ）の場合、ネジ穴２０ａの近傍に、金属端子を横断する溝状の薄肉部を設けたものである。このように、スリットＳは、溝を含む概念であり、応力を緩和可能な種々の形状が考えられる。

図８は本発明の他の実施例の抵抗器１０ａを示す。この実施例においては、金属板は、それぞれ外部と導通し、お互いに離間する第１の金属板１５および第２の金属板１６からなる。第１の金属板１５は、抵抗基板１１を固定し、一方の電極１３ａと金属端子１４ａにより接続され、第２の金属板１６は、抵抗基板１１の他方の電極１３ｂと金属端子１４ｂにより接続される。

これにより、第１および第２の金属板１５，１６と抵抗基板１１を接続することにより放熱経路がさらに増え、放熱効率がさらに向上する。そして、抵抗基板１１の両方の電極１３ａ，１３ｂは、第１の金属板１５に固定した金属端子１４ａと、第２の金属板１６に固定した金属端子１４ｂとにより両方から接続されるため、接続が強固になるとともに、より放熱のバランスの取れた構造とすることができる。

なお、第１と第２の金属板１５，１６の境界部分には、互いに絶縁されている必要があるため、モールド樹脂体１８の形成の際等に、第１と第２の金属板１５，１６の間に樹脂を注入する。そして、境界部分には、相互に嵌合する凹凸（鉤型）を形成しても良い。これにより、対向する金属表面積が広くなり放熱性が向上し、樹脂接合面積が広くなることにより振動等に対する強度が向上する。

次に、本発明に係る抵抗器の製造方法について、図９を参照して説明する。まず、抵抗基板となる多数個取り用大判絶縁基板を準備する。そして、分割用の溝を形成する。次に、電極１３ａ，１３ｂ（ＡｇまたはＡｇ／Ｐｄ等）および抵抗体１２（酸化ルテニウム等）を、スクリーン印刷によりパターン配置し、焼成により形成する。

抵抗値は、抵抗体の幅および厚みを調整し、さらに抵抗体の一部にトリミング溝を形成する等の方法で、所望の値に調整することができる。抵抗体上には、電極および抵抗体を覆うモールドとは別に、ガラス保護膜や樹脂保護膜を形成してもよい。電極形成工程と抵抗体形成工程は順番が前後しても問題ないが、電極１３ａ，１３ｂと金属端子１４ａ，１４ｂとの接触面積を広く確保して接続信頼性をより高めるため、抵抗体１２を形成後に電極１３ａ，１３ｂを形成することが好ましい。また、電極１３ａ，１３ｂにはＮｉ、ＳｎまたはＡｕメッキを施してもよい。

そして、大判の絶縁基板を短冊状に分割し、さらに個片に分割することで、抵抗基板１１が形成される。抵抗基板１１の裏面の接着層１７は、分割を容易にするために個片分割後に形成しているが、短冊状に分割後、あるいは大判基板の状態で形成してもよい。

次に、予め準備した金属板１５に、抵抗基板１１を接着層１７を介して接合する。そして、抵抗基板１１の電極１３ａに金属端子１４ａの一端を溶接またはハンダ付けで接続する。なお、金属板１５および金属端子１４ａの他端には予め外部接続用のネジ穴２０ａを形成しておく。あるいは金属端子１４ａと金属板１５を積層した状態で同時に穴を空けることにより、ネジ穴２０ａを形成する。さらに、モールド成形し、モールド樹脂体１８を形成することで、本発明の抵抗器１０が完成する。

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、抵抗器、特に高電力用途の抵抗器に好適に利用可能である。

Claims (4)

1. 絶縁基板上に抵抗体と一対の電極を形成してなる抵抗基板と、抵抗基板を固定する金属板を有する抵抗器であって、少なくとも一方の電極と金属板とを金属端子により接続し、接続した金属板および金属端子を外部接続端子とする抵抗器。
2. 金属端子は板状の弾性体である請求項１に記載の抵抗器。
3. 金属板は、それぞれ外部と導通し、お互いに離間する第１の金属板および第２の金属板からなり、
   第１の金属板は、抵抗基板を固定し、一方の電極と金属端子により接続し、
   第２の金属板は、抵抗基板の他方の電極と金属端子により接続する請求項１または２に記載の抵抗器。
4. 金属端子にはスリットが形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の抵抗器。
   

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