JP2022030348A - シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器 - Google Patents
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Abstract
【課題】大電流を検出することができる電流検出装置に用いられるシャント抵抗器のＴＣＲを低減することができる抵抗合金を提供する。【解決手段】シャント抵抗器に用いられる銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金。【選択図】図１
Description
本発明は、シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器に関する。
電流検出等に用いられる抵抗器用の抵抗合金としては、銅－マンガン系合金、銅－ニッケル系合金、ニッケル－クロム系合金、鉄－クロム系合金等がある。一般的な銅－マンガン系合金（銅－マンガン－ニッケル系合金）は、比抵抗が２９μΩ・ｃｍ以上５０μΩ・ｃｍ以下のものが市販されている。ニッケル－クロム－アルミニウム－銅合金に関しては、比抵抗が１２０μΩ・ｃｍ以上のものが市販されている（特許文献１等参照）。
一般的に、電流検出に使用される抵抗合金の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は２０～１００℃で０ｐｐｍ／Ｋ付近の値を目標にして設計される。このような抵抗材料により温度条件が変化しても安定した電流検出精度が得られる。
一般的に、電流検出に使用される抵抗合金の抵抗温度係数（ＴＣＲ）は２０～１００℃で０ｐｐｍ／Ｋ付近の値を目標にして設計される。このような抵抗材料により温度条件が変化しても安定した電流検出精度が得られる。
近年、電流検出用抵抗器において、例えば１０００Ａ等の大電流の検出に用いたいという要求がある。これに対応するため、シャント抵抗器の抵抗値は１００μΩ，５０μΩ，２５μΩ，１０μΩというように低抵抗化が進んできている。
上記の抵抗合金を使用してシャント抵抗器（電流検出用抵抗器）を構成する場合、抵抗体の両端に銅の電極を溶接する。銅は約４，０００ｐｐｍ／Ｋ（２５～１００℃）と高いＴＣＲを有する。シャント抵抗器を小型化あるいは低抵抗化した場合に、このような銅電極のＴＣＲがシャント抵抗器の抵抗値に寄与する割合が増加する。このため、シャント抵抗器としてのＴＣＲが増加し、電流検出の精度が悪化する。
上記の抵抗合金を使用してシャント抵抗器（電流検出用抵抗器）を構成する場合、抵抗体の両端に銅の電極を溶接する。銅は約４，０００ｐｐｍ／Ｋ（２５～１００℃）と高いＴＣＲを有する。シャント抵抗器を小型化あるいは低抵抗化した場合に、このような銅電極のＴＣＲがシャント抵抗器の抵抗値に寄与する割合が増加する。このため、シャント抵抗器としてのＴＣＲが増加し、電流検出の精度が悪化する。
上記特許文献１には、抵抗器の形状によりＴＣＲを調整する技術が開示されている。しかしながら、電極への加工により抵抗器の実抵抗が増加するという課題がある。また、抵抗器を小型化した場合の加工や調整が困難である等の課題がある。
また、シャント抵抗器を低抵抗化かつ小型化した場合、抵抗器のＴＣＲは大きくなり検出精度が低下するという課題もある。また、電流検出装置の信頼性を確保する必要もある。
また、シャント抵抗器を低抵抗化かつ小型化した場合、抵抗器のＴＣＲは大きくなり検出精度が低下するという課題もある。また、電流検出装置の信頼性を確保する必要もある。
さらに、製品仕様によってシャント抵抗器の厚みおよび幅が固定化されている場合がある。このような場合において、抵抗器の抵抗値を下げるためには、抵抗体の長さを短くして低抵抗化を図る必要がある。しかしながら、電子ビーム溶接等により抵抗体と電極とを溶接しようとすると、溶接痕の幅を考慮する必要がある。従って、抵抗体の長さを短くする工程には加工寸法の限界がある。
本発明は、大電流を検出することができる電流検出装置に用いられるシャント抵抗器のＴＣＲを低減することができる抵抗合金を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、シャント抵抗器に用いられる銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金が提供される。
また、本発明は、シャント抵抗器に用いられる銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが、２５℃基準で０℃～１７５℃の範囲で－１０×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金である。
また、本発明は、シャント抵抗器に用いられる銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが、２５℃基準で０℃～１７５℃の範囲で－１０×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金である。
上記において、マンガンは、９．５～１２．５質量％であり、ニッケルは、１～３質量％であり、スズは２．５～５質量％であり、残りが銅で構成されたものである。
これにより、例えば銅電極で形成されるシャント抵抗器におけるＴＣＲの値を小さくすることができる。
これにより、例えば銅電極で形成されるシャント抵抗器におけるＴＣＲの値を小さくすることができる。
また、本発明は、上記のいずれか１に記載の抵抗合金の、電流検出装置に用いられるシャント抵抗器の抵抗体への使用である。
また、本発明は、抵抗体と電極とからなるシャント抵抗器であって、前記抵抗体は銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金により形成されるシャント抵抗器である。
また、本発明は、抵抗体と電極とからなるシャント抵抗器であって、前記抵抗体は銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金により形成されるシャント抵抗器である。
また、本発明は、抵抗体と電極とからなるシャント抵抗器であって、前記抵抗体は銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが２５℃基準で０℃～１７５℃の範囲で－１０×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金により形成されるシャント抵抗器である。
本発明によれば、大電流を検出することができる電流検出装置に用いられるシャント抵抗器のＴＣＲを小さくすることができる。
また、本発明によれば、シャント抵抗器の電流検出の信頼性を確保することができる。
また、本発明によれば、シャント抵抗器の電流検出の信頼性を確保することができる。
以下に本発明の実施の形態によるシャント抵抗器に用いられる抵抗合金、それを用いたシャント抵抗器等について図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、本発明に関する発明者の考察について説明する。
１）発明者の着眼点として、電極として用いられる銅の高いプラスのＴＣＲの寄与を補償するため、抵抗体にマイナスのＴＣＲを示す抵抗合金を使用することが重要である。ところが、大きなマイナスのＴＣＲを有する抵抗合金に関する報告は少ない。
２）低ＴＣＲかつ長期安定性に優れた銅－ニッケル合金が存在するが、これらの合金は対銅熱起電力４０μＶ/Ｋと大きい。従って、大電流を流す電流検出装置に用いるシャント抵抗器ではペルティエ効果により検出精度が低下する。
３）マイナスのＴＣＲを有する合金として、ニッケル－クロム系合金がある。しかしながら、ニッケル－クロム系合金は、体積抵抗率が銅－ニッケル合金や銅－マンガン合金と比較すると２倍以上である。そのため、シャント抵抗器の低抵抗化を実現するのが難しい。
１）発明者の着眼点として、電極として用いられる銅の高いプラスのＴＣＲの寄与を補償するため、抵抗体にマイナスのＴＣＲを示す抵抗合金を使用することが重要である。ところが、大きなマイナスのＴＣＲを有する抵抗合金に関する報告は少ない。
２）低ＴＣＲかつ長期安定性に優れた銅－ニッケル合金が存在するが、これらの合金は対銅熱起電力４０μＶ/Ｋと大きい。従って、大電流を流す電流検出装置に用いるシャント抵抗器ではペルティエ効果により検出精度が低下する。
３）マイナスのＴＣＲを有する合金として、ニッケル－クロム系合金がある。しかしながら、ニッケル－クロム系合金は、体積抵抗率が銅－ニッケル合金や銅－マンガン合金と比較すると２倍以上である。そのため、シャント抵抗器の低抵抗化を実現するのが難しい。
本実施の形態では、抵抗体をマイナスＴＣＲにすることにより抵抗器のＴＣＲを小さくすることができるという着想から成されたものである。すなわち、マイナスＴＣＲを有する抵抗体を探求することが重要である。
（第１の実施の形態）
以下の本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態による合金は、マイナスのＴＣＲを有する抵抗合金であり、銅－マンガン－ニッケル－スズから構成される四元系合金である。この抵抗合金をシャント抵抗器の抵抗材料として用いることができる。
図１は、本実施の形態による銅とマンガン－スズ－ニッケルを含む抵抗体用の合金の四元系合金の相図である。
ここで、銅の質量分率が左上辺側の軸上に示され、ニッケル＋スズの質量分率が右上辺側の軸上に示されている。一方、マンガンの質量分率が、底辺側の軸上に示されている。
以下の本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態による合金は、マイナスのＴＣＲを有する抵抗合金であり、銅－マンガン－ニッケル－スズから構成される四元系合金である。この抵抗合金をシャント抵抗器の抵抗材料として用いることができる。
図１は、本実施の形態による銅とマンガン－スズ－ニッケルを含む抵抗体用の合金の四元系合金の相図である。
ここで、銅の質量分率が左上辺側の軸上に示され、ニッケル＋スズの質量分率が右上辺側の軸上に示されている。一方、マンガンの質量分率が、底辺側の軸上に示されている。
図１には、本発明による抵抗合金を特徴付ける黒塗りの領域Ｒを示しており、領域Ｒにおけるマンガンの質量分率は９．５％から１２．５％であり、領域Ｒにおけるニッケル＋スズ質量分率は３．５％から８％である。より詳細には、ニッケルは１％から３％の質量分率、スズは２．５％から５％の質量分率である。残りは銅である。
マンガンの代表値は１０．５質量％である。ニッケルの代表値は、２．０質量％である。スズの代表値は３質量％である。残りが銅である。
マンガンの代表値は１０．５質量％である。ニッケルの代表値は、２．０質量％である。スズの代表値は３質量％である。残りが銅である。
図２は、本発明の実施の形態による抵抗器用の合金の評価用サンプルの形状を示す図である。
図２に示すように、抵抗器用の合金の評価用サンプルＸは、両端の電極部（電流を流す部分）１，３と、電極部１，３間に延在する抵抗体５と、抵抗体５の両端よりも中央側に位置する電圧検出部７，９とを有している。電極部１，３間の距離は５０ｍｍであり、電圧検出部７，９間の距離は２０ｍｍである。
図２に示すように、抵抗器用の合金の評価用サンプルＸは、両端の電極部（電流を流す部分）１，３と、電極部１，３間に延在する抵抗体５と、抵抗体５の両端よりも中央側に位置する電圧検出部７，９とを有している。電極部１，３間の距離は５０ｍｍであり、電圧検出部７，９間の距離は２０ｍｍである。
次いで、評価用サンプルの製造工程の一例について簡単に説明する。
１）原材料を秤量する。
２）１）の材料を溶解する。
３）冷間圧延機により所定の厚みのフープ材にする。
４）真空・ガス置換炉で、Ｎ２雰囲気で５００～７００℃、１～２時間の熱処理を行う。
５）フープ材より、プレス加工により図２の形状の抵抗体サンプルを作成する。
６）真空・ガス置換炉で、Ｎ２雰囲気で２００～４００℃、１～４時間の熱処理（低温熱処理）を行う。
１）原材料を秤量する。
２）１）の材料を溶解する。
３）冷間圧延機により所定の厚みのフープ材にする。
４）真空・ガス置換炉で、Ｎ２雰囲気で５００～７００℃、１～２時間の熱処理を行う。
５）フープ材より、プレス加工により図２の形状の抵抗体サンプルを作成する。
６）真空・ガス置換炉で、Ｎ２雰囲気で２００～４００℃、１～４時間の熱処理（低温熱処理）を行う。
上記の領域Ｒにおける合金成分の各質量分率は、抵抗合金が、以下の特性（適正条件）を有するように互いに調整される。
（適正条件）
１）比抵抗が４１μΩ・ｃｍ以上であり、かつ、５４μΩ・ｃｍ以下である。
２）ＴＣＲは、２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である。
また、２５℃基準とし、６０℃で－２５×１０－６/Ｋ以下である。
また、２５℃基準とし、０℃から１７５℃の範囲で－１０×１０－６/Ｋ以下である。
３）対銅熱起電力は、－１μＶ/Ｋから＋１μＶ/Ｋである抵抗合金である。この特性は、Ｃｕ－Ｎｉ系合金の約１／４０であり、マンガニンと同程度の値である。
１）比抵抗が４１μΩ・ｃｍ以上であり、かつ、５４μΩ・ｃｍ以下である。
２）ＴＣＲは、２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である。
また、２５℃基準とし、６０℃で－２５×１０－６/Ｋ以下である。
また、２５℃基準とし、０℃から１７５℃の範囲で－１０×１０－６/Ｋ以下である。
３）対銅熱起電力は、－１μＶ/Ｋから＋１μＶ/Ｋである抵抗合金である。この特性は、Ｃｕ－Ｎｉ系合金の約１／４０であり、マンガニンと同程度の値である。
（適正条件に沿った抵抗合金に基づく効果）
本実施の形態による抵抗合金を用いると以下のような効果が得られる。
１）銅を含む材料を用いた電極を有するシャント抵抗器のＴＣＲを低減することができる。
２）シャント抵抗器の信頼性試験（加熱温度１７５℃、加熱時間１０００ｈｒ）における抵抗値変化率が、マンガニンよりも小さく長期安定性に優れている。
３）ニッケルークロム合金、鉄－クロム合金よりも小さなビッカース硬度（２００ＨＶ以下）を有し、加工がしやすい合金である。ビッカース硬度は、２００ＨＶより大きい場合、例えば圧延加工の際にヒビが入ることがある。これを防止するために熱処理等の対策が必要になる場合には工程が煩雑になるが、本実施の形態では熱処理を行わなくても良い。加工性を考慮すると、ビッカース硬度は、１５０ＨＶ以下とすることがより好ましい。また、プレス性や機械強度等からも、ビッカース硬度は１５０ＨＶ以下であることが好ましい。
本実施の形態による抵抗合金を用いると以下のような効果が得られる。
１）銅を含む材料を用いた電極を有するシャント抵抗器のＴＣＲを低減することができる。
２）シャント抵抗器の信頼性試験（加熱温度１７５℃、加熱時間１０００ｈｒ）における抵抗値変化率が、マンガニンよりも小さく長期安定性に優れている。
３）ニッケルークロム合金、鉄－クロム合金よりも小さなビッカース硬度（２００ＨＶ以下）を有し、加工がしやすい合金である。ビッカース硬度は、２００ＨＶより大きい場合、例えば圧延加工の際にヒビが入ることがある。これを防止するために熱処理等の対策が必要になる場合には工程が煩雑になるが、本実施の形態では熱処理を行わなくても良い。加工性を考慮すると、ビッカース硬度は、１５０ＨＶ以下とすることがより好ましい。また、プレス性や機械強度等からも、ビッカース硬度は１５０ＨＶ以下であることが好ましい。
（抵抗合金試料に関する詳細な説明）
以下に示すような各種試料を作成した。
それらの試料の諸特性を表１、表２に示す。
以下に示すような各種試料を作成した。
それらの試料の諸特性を表１、表２に示す。
表１は、サンプル番号１から１４までの合金材料の、組成／成分（質量％）熱処理温度、ビッカース硬度、比抵抗、対銅熱起電力、加工性の判定結果（○が適切）を示す表である。尚、組成には不可避不純物が含まれることがある。また、※印を付した試料は、本実施の形態の組成から外れている試料（対象外試料）である。加えて、比較例１，２として、市販されており、本実施例とは異なる組成の材料系を用いた例を示した。
表１に示す各種試料生成時の熱処理条件は、６００℃、１時間である。６００℃以上の温度で１時間程度の熱処理を行うことにより、本実施の形態による合金を再結晶化することができる。これに代えて、熱処理温度７００℃で数分の熱処理を行うことによっても再結晶化が可能である。各種試料の再結晶化により、良好な硬度を有し、かつ、表２を参照して後述するようにＴＣＲ特性の本願の目標値を実現することができる。加えて、長期安定性に優れた抵抗合金が得られる。
尚、約６００℃に満たない熱処理温度、例えば約４００℃の熱処理温度とした場合は、ビッカース硬度が１５０ＨＶより大きくなる。ところで、ビッカース硬度は１５０ＨＶ以下であることが好ましい。本実施の形態で示したいずれの合金材料（試料）もビッカース硬度１５０ＨＶ以下という適正条件を満たしている。
抵抗材料の比抵抗については、どの試料についても市販材料である比較例１，２と同等の値が得られている。対銅熱起電力については、－１μＶ/Ｋから＋１μＶ/Ｋの範囲内であり適正条件を満たす。試料Ｎｏ.９とＮｏ．１０についてはこの範囲を外れた試料（対象外試料）である。他の試料については、この条件を満たしている。
尚、約６００℃に満たない熱処理温度、例えば約４００℃の熱処理温度とした場合は、ビッカース硬度が１５０ＨＶより大きくなる。ところで、ビッカース硬度は１５０ＨＶ以下であることが好ましい。本実施の形態で示したいずれの合金材料（試料）もビッカース硬度１５０ＨＶ以下という適正条件を満たしている。
抵抗材料の比抵抗については、どの試料についても市販材料である比較例１，２と同等の値が得られている。対銅熱起電力については、－１μＶ/Ｋから＋１μＶ/Ｋの範囲内であり適正条件を満たす。試料Ｎｏ.９とＮｏ．１０についてはこの範囲を外れた試料（対象外試料）である。他の試料については、この条件を満たしている。
加工性の評価とは、特に圧延加工した場合の評価である。〇印は、良好な加工ができた例、△印は、やや割れが見られるが実用性はある試料、×印は圧延加工が困難であることを示す印である。試料No.７については、実用的な加工性が得られなかった。他の試料については、優劣はあるものの、実用的な加工性が得られている。
表２は、表１に示す各種試料（抵抗合金材）のＴＣＲ値を示すものである。２５℃を基準温度とし、表２に示す各測定温度条件におけるＴＣＲを求めた。表２の試料Ｎｏは表１の試料Ｎｏと対応させている。
表２に示すデータより、以下のことがわかる。
１）Ｓｎの含有量依存性
試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６はＳｎを含んでいない。Ｓｎを含まない合金材料の場合には、ＴＣＲがプラス側となってしまう傾向にある。
これに対して、試料Ｎｏ．１，Ｎｏ．３，Ｎｏ．４のようにＳｎを所定の範囲で含む合金とすることで、ＴＣＲをマイナスにシフトさせることができる。このように、ＴＣＲをマイナスとするためには、Ｓｎを添加することが有効である。一方で、試料Ｎｏ．２はＳｎを含む他の試料よりもＳｎがより少ない（１．０質量％）。試料Ｎｏ.７は、Ｓｎを含む他の試料よりもＳｎをより多く含む（７．０質量％）試料であり、試料Ｎｏ.７の場合には、表１に示すように、加工性が低下してしまう。そして、ＴＣＲを測定することができなかった。
試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６はＳｎを含んでいない。Ｓｎを含まない合金材料の場合には、ＴＣＲがプラス側となってしまう傾向にある。
これに対して、試料Ｎｏ．１，Ｎｏ．３，Ｎｏ．４のようにＳｎを所定の範囲で含む合金とすることで、ＴＣＲをマイナスにシフトさせることができる。このように、ＴＣＲをマイナスとするためには、Ｓｎを添加することが有効である。一方で、試料Ｎｏ．２はＳｎを含む他の試料よりもＳｎがより少ない（１．０質量％）。試料Ｎｏ.７は、Ｓｎを含む他の試料よりもＳｎをより多く含む（７．０質量％）試料であり、試料Ｎｏ.７の場合には、表１に示すように、加工性が低下してしまう。そして、ＴＣＲを測定することができなかった。
２）Ｎｉの含有量依存性
試料Ｎｏ．１０はＳｎを所定の範囲で含んでいるものの、Ｎｉを多く含むことにより圧延加工等の加工性が向上しているが、ＴＣＲがプラスとなってしまっている。試料Ｎｏ．９はＮｉを含んでおらず、対銅熱起電力がやや大きく、また、加工性がやや低下している。試料Ｎｏ．４も加工性がやや劣る。
試料Ｎｏ．９はＮｉを含んでいるその他の試料と比較して対銅熱起電力が大きい。このように、Ｎｉには対銅熱起電力を小さくする効果があることがわかる。
試料Ｎｏ．１０はＳｎを所定の範囲で含んでいるものの、Ｎｉを多く含むことにより圧延加工等の加工性が向上しているが、ＴＣＲがプラスとなってしまっている。試料Ｎｏ．９はＮｉを含んでおらず、対銅熱起電力がやや大きく、また、加工性がやや低下している。試料Ｎｏ．４も加工性がやや劣る。
試料Ｎｏ．９はＮｉを含んでいるその他の試料と比較して対銅熱起電力が大きい。このように、Ｎｉには対銅熱起電力を小さくする効果があることがわかる。
以上の結果より、試料Ｎｏ．２（Ｓｎが所定値より少ない）,Ｎｏ．５,Ｎｏ．６（Ｓｎを含まない）,Ｎｏ．１０（Ｎｉが所定値よりも多い）は、ＴＣＲがプラス側になっているため、本発明の目的を達成することができる試料からは除外される。また、試料Ｎｏ.７（Ｓｎが所定値より多い）は、加工性が悪く、本発明の目的を達成することができる試料から除外される。Ｎｏ．９は対銅熱起電力が所定値より大きいため除外とする。
以上の結果から総合的に判断すると、より好適な合金抵抗材料としては、試料Ｎｏ.１，Ｎｏ.３，Ｎｏ.１１，Ｎｏ.１２，Ｎｏ.１３，Ｎｏ．１４が挙げられる。
以上の結果から総合的に判断すると、より好適な合金抵抗材料としては、試料Ｎｏ.１，Ｎｏ.３，Ｎｏ.１１，Ｎｏ.１２，Ｎｏ.１３，Ｎｏ．１４が挙げられる。
（合金の特性のまとめ）
以上の結果をまとめると、図１の領域Ｒに示されるように、本実施の形態のシャント抵抗器の抵抗材料である合金としては、マンガンの質量分率は９．５％から１２．５％であり、領域Ｒにおけるニッケル＋スズ質量分率は３．５％から８％である。より詳細には、ニッケルは１％から３％の質量分率、スズは、２．５％から５％の質量分率であり、残りが銅である。
以上の結果をまとめると、図１の領域Ｒに示されるように、本実施の形態のシャント抵抗器の抵抗材料である合金としては、マンガンの質量分率は９．５％から１２．５％であり、領域Ｒにおけるニッケル＋スズ質量分率は３．５％から８％である。より詳細には、ニッケルは１％から３％の質量分率、スズは、２．５％から５％の質量分率であり、残りが銅である。
（信頼性試験の結果）
図３は、試料Ｎｏ．１と比較例１について、長期信頼性試験を行った結果を示す図である。長期信頼性試験は、１７５℃で１０００時間の条件下での抵抗値変化ΔＲ（％）を測定した。図３に示すように、試料Ｎｏ．１については、１０００時間経過後の抵抗値変化は約－０．３％であったのに対し、比較例１（市販材料）の場合には、約－０．７％であった。このことから、本実施の形態による合金材料を用いた抵抗材料（試料Ｎｏ．１等）は、長期信頼性に優れていることがわかる。
図３は、試料Ｎｏ．１と比較例１について、長期信頼性試験を行った結果を示す図である。長期信頼性試験は、１７５℃で１０００時間の条件下での抵抗値変化ΔＲ（％）を測定した。図３に示すように、試料Ｎｏ．１については、１０００時間経過後の抵抗値変化は約－０．３％であったのに対し、比較例１（市販材料）の場合には、約－０．７％であった。このことから、本実施の形態による合金材料を用いた抵抗材料（試料Ｎｏ．１等）は、長期信頼性に優れていることがわかる。
以上に説明したように、本実施の形態による抵抗体用の合金を用いると、４１から５５μΩ・ｃｍ程度の比抵抗を実現させることができ、かつ、ニッケル－クロム合金、鉄－クロム系合金に比べて加工性を改善させた抵抗合金を提供することができる。
比抵抗が比較的低い抵抗材料を使ってシャント抵抗器を設計する場合、高抵抗側のシャント抵抗器を作成しようとすると、抵抗体を薄くしたり、抵抗体の長さが必要になったり等、設計上の制約になることがある。しかし、本実施の形態によれば、比較的高い比抵抗の抵抗体を使うことで、シャント抵抗器の設計上の自由度を確保することができる。
比抵抗が比較的低い抵抗材料を使ってシャント抵抗器を設計する場合、高抵抗側のシャント抵抗器を作成しようとすると、抵抗体を薄くしたり、抵抗体の長さが必要になったり等、設計上の制約になることがある。しかし、本実施の形態によれば、比較的高い比抵抗の抵抗体を使うことで、シャント抵抗器の設計上の自由度を確保することができる。
また、比較的高い比抵抗の抵抗合金を使用することで、電極として使われるＣｕの抵抗器全体におけるＴＣＲの寄与を相対的に小さくすることができる。このため、抵抗合金の特性を活かしたシャント抵抗器を実現することができる。
さらに、本実施の形態による抵抗体用の合金は、長期信頼性に優れていることがわかる。
さらに、本実施の形態による抵抗体用の合金は、長期信頼性に優れていることがわかる。
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態による抵抗器用の合金を用いたシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。図４（ｂ）は、シャント抵抗器の平面図と側面図である。図４（ｂ）には、寸法（ｍｍ）を示している。
図４（ａ），（ｂ）に示すシャント抵抗器Ａは、プレス等により個片状の抵抗体１１を作成し、その両端にＣｕの電極１５ａ，１５ｂを突合せ溶接した構造である。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態による抵抗器用の合金を用いたシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。図４（ｂ）は、シャント抵抗器の平面図と側面図である。図４（ｂ）には、寸法（ｍｍ）を示している。
図４（ａ），（ｂ）に示すシャント抵抗器Ａは、プレス等により個片状の抵抗体１１を作成し、その両端にＣｕの電極１５ａ，１５ｂを突合せ溶接した構造である。
抵抗体１１と電極１５ａ，１５ｂは、ＥＢ（電子ビーム）溶接、ＬＢ（レーザービーム）溶接等で接合することができる。図４に示すシャント抵抗器Ａは、比較的大型のシャント抵抗であり、一個ずつ作ることがある。抵抗体の材料は、第１の実施の形態で説明したマンガンが９．５～１２．５質量％、ニッケルが１～３質量％、スズが２．５～５質量％、残りは銅であるものを用いることができる。その他、第１の実施の形態で説明した合金を、目的に応じて使用することができる。
本実施の形態によるシャント抵抗器は、比較的高い比抵抗の抵抗体を使うことで、シャント抵抗器の設計上の自由度を確保することができる。
また、比較的高い比抵抗の抵抗合金を使用することで、電極として使われるＣｕの抵抗器全体におけるＴＣＲの寄与を相対的に小さくすることができる。このため、抵抗合金の特性を活かしたシャント抵抗器を実現することができる。
また、比較的高い比抵抗の抵抗合金を使用することで、電極として使われるＣｕの抵抗器全体におけるＴＣＲの寄与を相対的に小さくすることができる。このため、抵抗合金の特性を活かしたシャント抵抗器を実現することができる。
ここで、本実施の形態では、抵抗材料の抵抗温度係数がマイナス側になるように調整した。このため、銅電極を接合した抵抗器自体の抵抗温度係数を小さくできる。
また、図４（ｂ）に示す構造・寸法のシャント抵抗器Ａにおいて、ＴＣＲを測定した。抵抗材料として比較例１を用いたシャント抵抗器は、ＴＣＲが７６ｐｐｍ／Ｋであった。これに対して、試料Ｎｏ．１を用いたシャント抵抗器では、ＴＣＲが５０ｐｐｍ／Ｋであった。このように、本実施の形態の抵抗合金を使用すると、ＴＣＲが０に近くなる方向に改善されることがわかる。
また、図４（ｂ）に示す構造・寸法のシャント抵抗器Ａにおいて、ＴＣＲを測定した。抵抗材料として比較例１を用いたシャント抵抗器は、ＴＣＲが７６ｐｐｍ／Ｋであった。これに対して、試料Ｎｏ．１を用いたシャント抵抗器では、ＴＣＲが５０ｐｐｍ／Ｋであった。このように、本実施の形態の抵抗合金を使用すると、ＴＣＲが０に近くなる方向に改善されることがわかる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。抵抗体と電極を接合した長尺状の接合材を作成して、打ち抜き切断して製造する例である。これにより、比較的小型のシャント抵抗器を大量生産することができる。
以下に、そのような製造工程の一例を示す。図５Ａから図５Ｆまでは、本実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図である。
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。抵抗体と電極を接合した長尺状の接合材を作成して、打ち抜き切断して製造する例である。これにより、比較的小型のシャント抵抗器を大量生産することができる。
以下に、そのような製造工程の一例を示す。図５Ａから図５Ｆまでは、本実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図である。
図５Ａに示すように、例えば、長尺の平板状等の抵抗材２１と、抵抗材２１と同様の長尺の平板状の第１の電極材２５ａ、第２の電極材２５ｂを準備する。抵抗材２１は、第１，第２の実施の形態で説明した合金材料を用いる。
図５Ｂに示すように、抵抗材２１の両側に第１の電極材２５ａと第２の電極材２５ｂとをそれぞれ配置する。
図５Ｂに示すように、抵抗材２１の両側に第１の電極材２５ａと第２の電極材２５ｂとをそれぞれ配置する。
図５Ｃにも示すように、例えば電子ビームやレーザービームなどで溶接して１枚の平板とする（Ｌ１１、Ｌ１２で接合する）。このとき、電子ビーム等の照射部位は、図５Ｃ（ａ）もしくは図５Ｃ（ｂ）とする。図５Ｃ（ａ）は、電極材２５ａ、２５ｂと抵抗体２１とによる平坦面側に電子ビーム等を照射した例である。図５Ｃ（ｂ）は、電極材２５ａ、２５ｂと抵抗体２１とによる凹みの内側に電子ビーム等を照射した例である。電極材２５ａ、２５ｂにおける抵抗体２１より突出した面には、電子ビーム等が照射されないようにして影響を少なくする。
抵抗材２１と電極材２５ａ、２５ｂとの厚さの差により、抵抗値を調整することもできる。また、図５Ｆにおいて後述する段差（Δｈ２）を形成することができる。接合位置により、抵抗値や形状に関する種々の調整を行うことも可能である。
抵抗材２１と電極材２５ａ、２５ｂとの厚さの差により、抵抗値を調整することもできる。また、図５Ｆにおいて後述する段差（Δｈ２）を形成することができる。接合位置により、抵抗値や形状に関する種々の調整を行うことも可能である。
次いで、図５Ｄ（ａ）に示すように、図５Ｂの状態から、符号１７で示すように、抵抗体２１の領域を含むように、くし歯状に、平板を打ち抜くなどにより取り除く。次いで、第１の電極材２５ａ、第２の電極材２５ｂの一部をプレスなどで曲げ加工することで、図５Ｄ（ｂ）に断面図で示すような断面形状を有する構造を形成する。尚、符号２１ａ、２１ｂは溶接部であり、電子ビーム照射などで接続されている部分である。
次いで、図５Ｅに示すように、電極の切り離されていない他端側（３５ｂ）を、Ｌ３１に沿って、残りの領域（基部）２５ｂ’から切り離す。第１の実施の形態による電流検出装置に用いる突合せ構造の抵抗器を形成することができる。本実施の形態による製造方法を用いると、電極３５ａ、３５ｂと抵抗体３１とからなる抵抗器の量産化が可能となるという利点がある。
なお、図５Ｆに示すように、抵抗器には溶接痕４３ａ、４３ｂが形成される。一般に電子ビーム等による溶接痕の表面は荒れた状態になる。精密な電流検出のためには、ボンディングワイヤーをなるべく抵抗体に近い位置に固定するのが好ましいが、このとき溶接痕が邪魔になることがある。本実施例によれば、図５Ｃの説明で詳述した方法により、ボンディング面となる領域３５ａ－２、３５ｂ－２に溶接痕が形成されることを避けることができる。したがって、抵抗体に近い位置にワイヤを固定することができるという利点がある。
本実施の形態によるシャント抵抗器は、比較的高い比抵抗の抵抗体を使うことで、シャント抵抗器の設計上の自由度を確保することができる。
また、比較的高い比抵抗の抵抗合金を使用することで、電極として使われるＣｕの抵抗器全体におけるＴＣＲの寄与を相対的に小さくすることができる。このため、抵抗合金の特性を活かしたシャント抵抗器を実現することができる。
また、比較的高い比抵抗の抵抗合金を使用することで、電極として使われるＣｕの抵抗器全体におけるＴＣＲの寄与を相対的に小さくすることができる。このため、抵抗合金の特性を活かしたシャント抵抗器を実現することができる。
また、本実施の形態によるシャント抵抗材は、抵抗材製造時の圧延や、抵抗器製造時のプレス等において、良好な加工性を有する。
以上のような特徴を保持しつつ、ＴＣＲを負の値にすることができ、銅電極を有する抵抗器のＴＣＲを低減することができる。
以上のような特徴を保持しつつ、ＴＣＲを負の値にすることができ、銅電極を有する抵抗器のＴＣＲを低減することができる。
（まとめ）
以下に、本発明のまとめを行う。
１）マンガンの組成は９．５～１２．５質量％（代表値：１０．５質量％）、ニッケルは１～３質量％（代表値：２．５質量％）、スズは２．５～５質量％（代表値：３％)、残りは銅で構成された抵抗合金を用いることができる。
２）ＴＣＲは、２５℃基準６０℃で－２５×１０－６以下であることが好ましい。これにより、抵抗材料としての基本仕様においてＴＣＲをマイナスにすることにより、抵抗器において良好な特性を得ることができる。尚、この場合において、抵抗体のＴＣＲは－５２×１０－６／Ｋ以上であることが好ましい。
以下に、本発明のまとめを行う。
１）マンガンの組成は９．５～１２．５質量％（代表値：１０．５質量％）、ニッケルは１～３質量％（代表値：２．５質量％）、スズは２．５～５質量％（代表値：３％)、残りは銅で構成された抵抗合金を用いることができる。
２）ＴＣＲは、２５℃基準６０℃で－２５×１０－６以下であることが好ましい。これにより、抵抗材料としての基本仕様においてＴＣＲをマイナスにすることにより、抵抗器において良好な特性を得ることができる。尚、この場合において、抵抗体のＴＣＲは－５２×１０－６／Ｋ以上であることが好ましい。
３）ＴＣＲは、２５℃基準で０℃～１７５℃の範囲で、－１０×１０－６/Ｋ以下の値であることが好ましい。これにより、主に使用される全ての領域の温度範囲においてマイナスのＴＣＲとすることができる。従って、シャント抵抗器で使用される全温度範囲においてＴＣＲ特性の改善が可能となる。
尚、この場合において、ＴＣＲは－７５×１０－６/Ｋ以上であることが好ましい。
４）ＴＣＲは、２５℃基準１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下であること。尚、この場合において、ＴＣＲは－６５×１－６/Ｋ以上であることが好ましい。
尚、この場合において、ＴＣＲは－７５×１０－６/Ｋ以上であることが好ましい。
４）ＴＣＲは、２５℃基準１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下であること。尚、この場合において、ＴＣＲは－６５×１－６/Ｋ以上であることが好ましい。
上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
本発明は、抵抗器用の合金として利用可能である。
Ｘ 抵抗器用の合金の評価用サンプル
Ｒ 適用領域
１，３ 両端の電極部（電流を流す部分）
５ 抵抗体
７，９ 電圧検出部
Ａ シャント抵抗器
１１ 個片状の抵抗体
１５ａ，１５ｂ 電極
２１ 長尺の平板状等の抵抗材
２５ａ 長尺の平板状の第１の電極材
２５ｂ 長尺の平板状の第２の電極材
３５ｂ 電極の切り離されていない他端側
４３ａ，４３ｂ 溶接痕
Ｒ 適用領域
１，３ 両端の電極部（電流を流す部分）
５ 抵抗体
７，９ 電圧検出部
Ａ シャント抵抗器
１１ 個片状の抵抗体
１５ａ，１５ｂ 電極
２１ 長尺の平板状等の抵抗材
２５ａ 長尺の平板状の第１の電極材
２５ｂ 長尺の平板状の第２の電極材
３５ｂ 電極の切り離されていない他端側
４３ａ，４３ｂ 溶接痕
Claims (6)
- シャント抵抗器に用いられる銅－マンガン系の抵抗合金であって、
スズおよびニッケルを更に含み、
ＴＣＲが２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金。 - シャント抵抗器に用いられる銅－マンガン系の抵抗合金であって、
スズおよびニッケルを更に含み、
ＴＣＲが、２５℃基準で０℃～１７５℃の範囲で－１０×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金。 - マンガンは、９．５～１２．５質量％であり、ニッケルは、１～３質量％であり、スズは２．５～５質量％であり、残りが銅で構成された請求項１又は２に記載の抵抗合金。
- 請求項１から３までのいずれか１項に記載の抵抗合金の、電流検出装置に用いられるシャント抵抗器の抵抗体への使用。
- 抵抗体と電極とからなるシャント抵抗器であって、
前記抵抗体は銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが２５℃基準とし、１００℃で－３６×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金により形成される、
シャント抵抗器。 - 抵抗体と電極とからなるシャント抵抗器であって、
前記抵抗体は銅－マンガン系の抵抗合金であって、スズおよびニッケルを更に含み、ＴＣＲが２５℃基準で０℃～１７５℃の範囲で－１０×１０－６/Ｋ以下である抵抗合金により形成される、
シャント抵抗器。
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