JP2023032846A - シャント抵抗器 - Google Patents
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Abstract
【課題】抵抗特性への影響を抑制可能とすることを目的とする。【解決手段】シャント抵抗器10は、抵抗体14と、抵抗体14に接合されアルミニウムを主成分として形成された電極(16、18)とを備える。また、シャント抵抗器10は、少なくとも抵抗体14及び電極(16、18)の接合部(20、22)を覆うとともに抵抗体14よりも比抵抗が高いめっきで構成されためっき部30を備える。【選択図】図2
Description
本発明は、シャント抵抗器に関する。
特許文献1には、抵抗体と、抵抗体の両端部に設けられた第1の端子及び第2の端子とを備えた抵抗器が示されている。この抵抗器の第1の端子及び第2の端子は、アルミニウム等の金属で形成される。
また、特許文献2には、アルミ合金と銅合金との異種金属の接触部分をコーティングして異種金属接触によるガルバニック腐食を抑制するシャント抵抗器が示されている。このコーティングには、金属の薄膜を被覆するめっき処理を採用できる旨が記載されている。
しかしながら、金属製のめっきが電極と抵抗体とに架渡されると、抵抗特性に影響を与える虞がある。
本発明は、抵抗特性への影響を抑制可能とすることを目的とする。
本発明のある態様によれば、抵抗体と、抵抗体に接合され、アルミニウムを主成分として形成された電極と、少なくとも抵抗体及び電極の接合部を覆うとともに、抵抗体よりも比抵抗が高いめっきで構成されためっき部と、を備える。
本態様によれば、抵抗体とアルミニウムを主成分とした電極との接合部は、めっき部で覆われる。このため、接合部が露出する場合と比較して、接合部の表面における水分侵入を抑制できるので、抵抗体と電極とが異種金属で形成された場合に生じ得るガルバニック腐食を抑制することができる。
また、接合部は、抵抗体よりも比抵抗が高いめっき部で覆われる。このため、抵抗体よりも比抵抗が低いめっきが電極と抵抗体とに架渡される場合と比較して、めっき部に流れる電流が抑えられるので、めっき部がシャント抵抗器の抵抗特性に与える影響を抑制することが可能となる。
また、めっき部は比抵抗が高いので、比抵抗が低いめっき部を用いる場合と比較して、シャント抵抗器の抵抗特性に与える影響を抑えつつ、めっき厚を厚くすることができる。これにより、めっき厚の調整代を大きくすることができる。
ここで、めっきが合金で形成される場合、添加物の固溶量の増加に伴って比抵抗が高くなると共に抵抗温度係数が低下する傾向がある。
そこで、本態様は、抵抗体よりも比抵抗が高いめっきでめっき部を構成することで、めっき部に流れる電流が抑えられるため、めっき部の抵抗温度係数が、抵抗体の抵抗温度係数に与える影響を極力低くすることができる。これにより、めっき部がシャント抵抗器の温度特性に与える影響を抑制することが可能となる。
近年、環境対応のため、各国で排ガス規制が強化されており、電気自動車(EV:Electric Vehicle)の開発が進んでいる。
電気自動車においては、一回の充電で走行できる距離を延ばすため、軽量化が要求されており、電気自動車の部品を構成する部材がアルミニウムに置き換えられている。電気自動車で用いられる部品としては、バッテリの電極及び電線が挙げられ、バッテリの電極の材料及び電線の材料をアルミニウムに置き換えることが検討されている。
また、電気自動車には、電流検出用の抵抗器であるシャント抵抗が用いられており、発明者は、アルミニウムを主成分とした材料でシャント抵抗器の電極を構成することで、シャント抵抗器の軽量化を図ることを考えた。
ここで、異種金属を接続すると、標準電極電位の違いにより、その接点で局部電池を形成し、水分等の存在によりガルバニック腐食が発生する虞がある。このガルバニック腐食は、金属がアルミニウムの場合に顕著に表れる。
アルミニウムを主成分とした材料で電極を構成した場合、アルミニウムの標準電極電位と電位差が大きい抵抗体材料で抵抗体が構成されていると、異種金属接触によるガルバニック腐食が生じ得る。ガルバニック腐食が生ずる抵抗体材料としては、例えば銅、クロム、及び鉄などが想定される。
そこで、発明者は、軽量化を図りつつ、ガルバニック腐食を抑制できるシャント抵抗器を案出した。
以下、本発明の一実施形態ついて説明する。なお、本実施形態で示すシャント抵抗は、電気自動車で用いられるシャント抵抗器に限定されるものではなく、一般的なシャント抵抗器として用いることができる。
[シャント抵抗器]
図1は、一実施形態に係るシャント抵抗器10を示す斜視図である。図1には、説明の都合上、後述するめっき部30が除かれたシャント抵抗器10が示されている。
図1は、一実施形態に係るシャント抵抗器10を示す斜視図である。図1には、説明の都合上、後述するめっき部30が除かれたシャント抵抗器10が示されている。
図1に示すように、シャント抵抗器10の抵抗器本体12は、抵抗体14と、抵抗体14に接合され抵抗体14と並んで配置される電極(16、18)とを備える。電極は、抵抗体14の一端に接合された第一電極16と、抵抗体14の他端に接合された第二電極18とを含む。第一電極16には、第一穴16aが形成されており、第二電極18には、第二穴18aが形成されている。
抵抗体14と第一電極16との接合部分には、第一接合部20が形成される。抵抗体14と第二電極18との接合部分には、第二接合部22が形成される。
ここで、抵抗体14と各電極16、18とを接合する方法としては、被接合材料同士が溶融して接合される融接と、被溶接材料を金属原子の拡散により接合される圧接と、被溶接材料をロウ材などの導電材料を介して接合されるロウ接がある。
本実施形態において、抵抗体14と各電極16、18とは、融接又は圧接によって接合される。融接の一例としては、レーザ溶接又は電子ビーム溶接が挙げられる。
これにより本実施形態では、抵抗体14と各電極16,18との間にロウ材などの導電材料を介在させないので、シャント抵抗器10の抵抗特性の向上が図られる。
抵抗体14は、長方形の板状である。各電極16、18も、長方形の板状である。抵抗体14及び各電極16、18の幅は、略同寸法に設定されている。これにより、抵抗体14と各電極16、18とが接合されたシャント抵抗器10は、各電極16、18及び抵抗体14の並び方向NHに長い長方形の板状に形成される。
(導電材料)
各電極16、18は、アルミニウム(Al)を主成分とした導電材料で構成される。アルミニウムを主成分とするとは、各電極16、18の全質量に対してアルミニウムの含有量が50質量%以上であり、アルミニウムの含有量は、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
各電極16、18は、アルミニウム(Al)を主成分とした導電材料で構成される。アルミニウムを主成分とするとは、各電極16、18の全質量に対してアルミニウムの含有量が50質量%以上であり、アルミニウムの含有量は、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
アルミニウムを主成分とする導電材料としては、例えば、純度が99%以上の純アルミニウム、又はアルミニウム合金が挙げられる。
(抵抗体材料)
抵抗体14を構成する抵抗体材料としては、例えば、銅マンガン合金、銅ニッケル合金(例えば銅ニッケル1種、洋白、コンスタンタンなど)、ニクロム合金(ニクロム1種、エバノーム、NiCrMo鋼など)、又は鉄クロム合金が挙げられる。
抵抗体14を構成する抵抗体材料としては、例えば、銅マンガン合金、銅ニッケル合金(例えば銅ニッケル1種、洋白、コンスタンタンなど)、ニクロム合金(ニクロム1種、エバノーム、NiCrMo鋼など)、又は鉄クロム合金が挙げられる。
シャント抵抗器10は、めっき部30を備える(図2参照)。このめっき部30は、少なくとも抵抗体14及び各電極16、18の各接合部20、22を覆うとともに、抵抗体14よりも比抵抗が高いめっきで構成される。めっき部30は、各接合部20、22に密着して設けられる。めっき部30は、各接合部20、22を、防水及び防湿し、異種金属で構成された抵抗体14と各電極16、18と各接合部20、22のガルバニック腐食を抑制する。
図2は、一実施形態に係るシャント抵抗器におけるめっき部30の範囲と効果との関係の説明に用いる説明図である。
図2に示すように、めっき部30を有しないシャント抵抗器10Aにおいては、各接合部20、22に水分が付着するとガルバニック腐食が生じ得る。
しかし、抵抗体14及び各電極16、18の各接合部20、22を、上面、下面、左側面、及び右側面からめっき部30で覆ったシャント抵抗器10Bにおいては、各接合部20、22のガルバニック腐食を抑制することができる。
また、各接合部20、22と各電極16、18全体をめっき部30で覆ったシャント抵抗器10Cでは、次のような効果が得られる。すなわち、各電極16、18に接続される例えばバスバーが、各電極16、18と異なる金属である銅(Cu)で構成された場合、各電極16、18とバスバーとの接触部分でのガルバニック腐食をさらに抑制することができる。また、各電極16、18にバスバーをロウ付けするロウ材に含まれるスズ(Sn)の拡散をめっき部30によって抑制することができる。
さらに、抵抗体14及び各電極16、18の表面全体をめっき部30で覆ったシャント抵抗器10Dにおいては、抵抗体14表面の腐食及び変色等を抑制することができる。
ここで、シャント抵抗器10の一部にめっきを施す場合、マスキング等の追加工程および部材が必要となり、コストアップの要因となる。そこで、シャント抵抗器10の表面全体にめっきを施し、シャント抵抗器10の表面全体をめっき部30で覆うことで、製造コストを抑えることができる。
(めっき部)
少なくとも各接合部20、22を覆うめっき部30の厚みは、0.5μm以上10.0μm以下とする。
少なくとも各接合部20、22を覆うめっき部30の厚みは、0.5μm以上10.0μm以下とする。
各電極16、18の比抵抗に対するめっき部30の比抵抗の倍率は、各電極16、18の比抵抗に対する抵抗体14の比抵抗の倍率よりも大きい。また、めっき部30の抵抗値は、抵抗体14の抵抗値の50倍以上である。
ここで、めっき部30の抵抗値は、抵抗体14の抵抗値の100倍以上とすることが望ましい。さらに、めっき部30の抵抗値は、抵抗体14の抵抗値の1000倍以上であることがさらに好ましい。
また、めっき部30は、リン(P)又はホウ素(B)を含む合金めっきで構成される。リン(P)を含む合金めっきとしては、Ni-Pめっき又はNi-P-Wめっきが挙げられる。また、リン(P)を含むその他の合金めっきとしては、Ni-P-Moめっき、Ni-P-Crめっき、又はNi-P-Reめっきが挙げられる。
そして、ホウ素(B)を含む合金めっきとしては、Ni-Bめっき、Ni-B-Wめっき、Ni-B-Moめっき、Ni-B-Crめっき、Ni-B-Reめっき又はNi-B-P系の合金めっきが挙げられる。
めっき部30は、抵抗温度係数(TCR)が、200ppm/℃以下であり、比抵抗が110μΩ・cm以上とすることが好ましい。
抵抗温度係数(TCR)は、抵抗値の変化率と温度変化量とに基づいて求められる。例えば、第一温度T1で第一抵抗値R1を示す物体を第二温度T2に変化させた際に物体が第二抵抗値R2となる場合、抵抗温度係数TCR[ppm/℃]は、次の演算式で求められる。
TCR={(R2-R1)/R1}×1000000/{(T2-T1)}
このようなめっき部30を構成するめっきの選定について具体的に説明する。
めっき部30を構成するめっきは、ニッケル(Ni)系の合金めっきが用いられる。めっき部30を構成するニッケル(Ni)系の合金めっきのニッケル(Ni)の標準電極電位は、-0.26Vであり、銅(Cu)と比較して、アルミニウム(Al)との標準電極電位の差が小さい。このため、めっき部30と各電極16、18との接触部におけるガルバニック腐食を生じ難くする。
なお、各電極16、18を構成するアルミニウム(Al)の標準電極電位は、-1.70Vである。また、一般的な電極の材料となるとともに抵抗体14の主成分である銅(Cu)の標準電極電位は、+0.349Vである。
また、ニッケル(Ni)系の合金めっきは、プラスチックと比べて薄く形成することができる。これにより、外観形状を損なうことなく、シャント抵抗器10の全面を覆うことができる。
また、ニッケル(Ni)系の合金めっきは、金属材料に対する密着性も良く、各電極16、18を構成するアルミニウム(Al)と抵抗体14を構成する銅(Cu)との各接合部20、22に密着する。
このため、各接合部20、22をプラスチックで覆う構造上、プラスチックと金属との接触界面から水分が侵入する可能性がある場合と比較して、防湿及び防水効果を高めることができるとともに、各接合部20、22を均一に覆うことができる。
また、高温で使用する場合であっても、プラスチックを用いる場合と比較して、溶けたり、燃えたりすることを防止することができる。
ここで、めっき部30は、導電性を有する。このため、各電極16、18と抵抗体14との間にめっき部30が架渡されると、めっき部30にも電流が流れるので、シャント抵抗器10の電気的特性に影響を与える。このため、めっき部30を構成する合金めっきは、めっき部30に流れる電流を小さくする観点から、比抵抗が高いめっき材を用いることが好ましい。
また、シャント抵抗器10の温度特性を向上するために、めっき部30を構成する合金めっきは、抵抗温度係数(TCR)が低いめっき材を用いることが好ましい。
そこで、本実施形態では、比抵抗が高く、抵抗温度係数(TCR)が低いニッケル(Ni)合金めっきのうち、Ni-Pめっき又はNi-P-Wめっきを、めっき部30を構成するめっき材とする。
なお、比抵抗が高く、抵抗温度係数(TCR)が低いめっき部30を構成するめっき材は、Ni-Pめっき又はNi-P-Wめっきに限定されるものではない。めっき部30を構成するめっき材としては、前述したように、Ni-B系の合金めっき、Ni-P-Moめっき、Ni-P-Crめっき、又はNi-P-Reめっきを用いることができる。また、シャント抵抗器10の接合部20、22をめっき以外で覆う場合、接合部20、22をNi-Cr膜などで覆うこともできる。
図3は、本実施形態で用いたNi-Pめっき材においてリン(P)の添加量と比抵抗との関係、及びリン(P)の添加量と抵抗温度係数との関係を示す線図である。
(Ni-Pめっき)
無電解めっき処理で用いるNi-Pめっきに加えるリン(P)の添加量を変化させ、各添加量のNi-Pめっきで形成されためっき部30の比抵抗の測定結果40と、抵抗温度係数(TCR)の測定結果42とが図3に示されている。
無電解めっき処理で用いるNi-Pめっきに加えるリン(P)の添加量を変化させ、各添加量のNi-Pめっきで形成されためっき部30の比抵抗の測定結果40と、抵抗温度係数(TCR)の測定結果42とが図3に示されている。
この図から、Ni-Pめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量が、9質量%以上になると、めっき部30の比抵抗が、約110μΩ・cmとなり、抵抗温度係数(TCR)が、200ppm/℃以下となる。この場合、めっき部30の比抵抗は、一般的に抵抗体14として用いられるNi-Cr合金(ニクロム)の比抵抗108μΩ・cmよりも高くなる。
ここで、Ni-Pめっきで形成されるめっき部30のめっき厚を、2μm以上10μm未満とする。めっき厚を、2μmとした際には、めっき部30の抵抗値を抵抗体14の抵抗値の1000倍以上とすることができる。また、めっき厚を、10μmとした際には、めっき部30の抵抗値を抵抗体14の抵抗値の200倍とすることができる。これにより、めっき部30がシャント抵抗器10の抵抗特性に与える影響を低減することができる。
このため、Ni-Pめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量が、9質量%以上のNi-Pめっきでめっき部30を形成することが好ましい。これにより、めっき部30の比抵抗を、110μΩ・cm以上とすることができ、抵抗温度係数(TCR)を、200ppm/℃以下とすることができる。
この場合、シャント抵抗器10全体の抵抗温度係数(TCR)に及ぼす影響を大幅に低減することでき、シャント抵抗器10の抵抗特性への影響を大幅に抑制することができる。
したがって、Ni-Pめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量が、9質量%以上のNi-Pめっきでめっき部30を形成することが望ましい。
なお、Ni-Pめっきにおいて、Ni-Pめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量を、9質量%以上とした場合、このNi-Pめっきで形成されためっき部30の抵抗温度係数(TCR)は、200ppm/℃であり、比抵抗は、110μΩ・cmであった。
一般的な抵抗体14として用いられるNi-Cr合金(ニクロム)の比抵抗は、108μΩ・cmであり、めっき部30の比抵抗は、Ni-Cr合金(ニクロム)の比抵抗と同等以上である。このため、リン(P)の添加量が9質量%以上のNi-Pめっきは、めっき部30を構成するめっき材に適している。
一方、めっき部30を形成するNi-Pめっきにおいて、Ni-Pめっき全質量に対して、リン(P)の添加量が、13質量%の場合、比抵抗が、250μΩ・cmであり、抵抗温度係数(TCR)は、20ppm/℃である。
このめっき部30を、例えば最低厚みが0.5mmであり、比抵抗が44μΩ・cmのCu-Mn-Ni合金(マンガニン:登録商標)で形成された抵抗体14を備えるシャント抵抗器に適用する。この場合、めっき部30のめっき厚を、仮に10μmとしても、シャント抵抗器10全体の抵抗温度係数(TCR)に及ぼす影響を、0.1ppm/℃以下に抑えることができることになる。
このように、シャント抵抗器10の抵抗体14の厚みと、めっき部30のめっき厚との関係から、抵抗体14の比抵抗とめっき部30の比抵抗との関係を考慮して、めっき部30がシャント抵抗器10に及ぼす影響を抑えた設計が可能となる。
また、Ni-Pめっき全質量に対して、リン(P)の添加量が、6質量%のNi-6P合金のめっきでめっき部30を構成した場合、めっき部30の比抵抗は、70μΩ・cmであり、抵抗温度係数(TCR)は、700ppm/℃である。
このNi-6P合金のめっきで構成されるめっき部30の比抵抗は、比抵抗が2.7μΩ・cmであるアルミニウム(Al)よりも20倍以上高く、比抵抗が、44μΩ・cmのCu-Mn-Ni合金(マンガニン:登録商標)よりも、1.5倍高い。
このように、シャント抵抗器10の抵抗体14の抵抗値と比較して、Niを主成分とした合金めっきで構成されるめっき部30の抵抗値を、1000倍以上とすることができるので、シャント抵抗器10の抵抗特性への影響を大幅に抑制することができる。
また、めっき部30の抵抗値を、シャント抵抗器10の抵抗体14の抵抗値の1000倍以上にすることで、めっき部30を流れる電流を、シャント抵抗器10を流れる電流の1/1000以下にすることができる。これにより、めっき部30の電気的な影響度を、シャント抵抗器10全体の1/1000以下に抑えることができ、抵抗温度係数(TCR)の影響を、一桁ppm/℃以下に抑えることができる。
このため、めっき部30の抵抗値は、シャント抵抗器10の抵抗体14の抵抗値の1000倍以上にすることが好ましい。
ここで、めっき部30の抵抗値は、抵抗体14の抵抗値の50倍以上であれば、めっき部30がシャント抵抗器10の抵抗特性に与える影響を抑制することができる。また、めっき部30の抵抗値は、抵抗体14の抵抗値の100倍以上であれば、シャント抵抗器10の抵抗特性への影響を二桁ppm/℃に抑制することができることが確認されている。
そして、好ましくは、めっき部30の抵抗温度係数(TCR)を、200ppm/℃以下にする。
ここで、めっき部30の抵抗値は、シャント抵抗器10の抵抗体14の抵抗値の1000倍以上とされており、めっき部30がシャント抵抗器10に与える電気的な影響は、シャント抵抗器10全体の1/1000以下である。
このため、シャント抵抗器10の抵抗温度係数(TCR)への影響を、0.2ppm/℃以下に抑えることができる。
なお、Ni-Pめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量が、4質量%未満になると、一般的に抵抗体14として用いられるCu-Mn-Ni合金(マンガニン:登録商標)の比抵抗である44μΩ・cmと同等以下となる。このため、リン(P)の添加量が4質量%未満のNi-Pめっきは、めっき部30のめっき材に適さない。
また、Ni-Pめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量が、13質量%を超えると、Ni-Pめっきへのリン(P)の含有量の制御が難しくなる。このため、リン(P)の添加量が13質量%を超えるNi-Pめっきは、めっき部30のめっき材に適さない。
ここで、各電極16、18を構成するアルミニウム(Al)の比抵抗は、2.7μΩ・cmである。また、めっき部30の比抵抗は、Ni-Pめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量が、6質量%であっても、70μΩ・cm以上にすることができる。
このように、各電極16、18の比抵抗に対するめっき部30の比抵抗の倍率は、各電極16、18の比抵抗に対する抵抗体14の比抵抗の倍率よりも大きい。
なお、Ni-P-Wめっきでめっき部30を構成する場合、Ni-P-Wめっきにおいても、Ni-Pめっきの場合と同様に、リン(P)の添加量を調整するものとする。また、Ni-P-Wめっきにおいて、タングステン(W)の添加量の増加に伴って、抵抗温度係数(TCR)が下がることが分かっている。
(Ni-P-Wめっき)
Ni-P-Wめっきについて具体的に説明する。
Ni-P-Wめっきについて具体的に説明する。
Ni-P-Wめっきにおいて、Ni-P-Wめっきの全質量に対して、リン(P)の添加量を12質量%、タングステン(W)の添加量を2.5質量%としたNi-P-Wめっきを用いてめっき部30を形成した。このNi-P-Wめっきで形成されるめっき部30の抵抗温度係数(TCR)は、100ppm/℃であり、比抵抗は155μΩ・cmであった。
このめっき部30の比抵抗は、一般的な抵抗体14として用いられるNi-Cr合金(ニクロム)の比抵抗と同等以上である。このため、リン(P)の添加量が12質量%であり、タングステン(W)の添加量が2.5質量%のNi-P-Wめっきは、めっき部30を構成するめっき材に適している。
(めっき厚)
一般的なシャント抵抗器10では、シャント抵抗器10の最低厚みが約0.5mmである。このため、シャント抵抗器10に形成されるめっき部30のめっき厚は、0.5mmの1/1000である、0.5μmが理想である。
一般的なシャント抵抗器10では、シャント抵抗器10の最低厚みが約0.5mmである。このため、シャント抵抗器10に形成されるめっき部30のめっき厚は、0.5mmの1/1000である、0.5μmが理想である。
ここで、めっき部30で腐食等を抑制する場合、めっき部30に孔が開いていると腐食抑制効果が低下する。めっき部30に形成される孔の数は、めっき厚が、0.5μm以上となると大きく減少することが知られている。このため、めっき厚は、めっき部30による保護性能を確保するために、0.5μm以上とすることが好ましい。
このように、めっき厚を、0.5μm以上としても、前述したように、めっき部30の比抵抗が抵抗体14の比抵抗と同じであれば、1000倍の抵抗値を確保することができる。
このため、めっき部30の抵抗温度係数(TCR)が数千ppm/℃程度であったとしても、シャント抵抗器10の抵抗温度係数(TCR)に及ぼす影響を一桁ppm/℃以下に抑えることができる。
一方、最低厚みが0.5mmの一般的なシャント抵抗器10の抵抗体14に、めっき厚が、10μmのめっき部30を形成した場合、シャント抵抗器10の抵抗体14に対するめっき部30の厚みは、1/50となる。この場合、例えば抵抗体14とめっき部30との比抵抗を同じとすると、めっき部30の抵抗値は、抵抗体14の抵抗値の50倍となる。
ここで、一般的なめっき部30の比抵抗は、抵抗体14の比抵抗よりも低い。例えば、めっき部30を亜鉛(Zn)めっきで構成する場合、亜鉛(Zn)めっきで構成されるめっき部30の比抵抗は、6μΩ・cmである。また、抵抗体14を構成するCu-Mn-Ni合金(マンガニン:登録商標)の比抵抗は、44μΩ・cmであり、めっき部30の比抵抗は、抵抗体14の比抵抗の1/7程度となる。
また、亜鉛(Zn)めっきの抵抗温度係数(TCR)は、3700ppm/℃である。この亜鉛(Zn)めっきでめっき部30を構成した場合、めっき部30が、シャント抵抗器10全体の抵抗温度係数(TCR)に及ぼす影響は、528ppm/℃(3700×(1/7))となる。
そして、めっき部30は、抵抗体14の上面及び下面に形成される。このため、めっき部30がシャント抵抗器10の抵抗温度係数(TCR)に与える影響は、約二倍となる。
このように、抵抗体14よりも比抵抗が低いめっきでめっき部30を構成すると、めっき厚を考慮しても、シャント抵抗器10の抵抗特性に及ぼす影響が大きい。このため、抵抗体14よりも比抵抗が低い一般的なめっきは、めっき部30のめっき材として適さない。
このため、めっき部30の比抵抗を抵抗体14と同等以上とし、めっき部30の抵抗温度係数(TCR)を、200ppm/℃以下にすることが望ましい。この場合、シャント抵抗器10全体の抵抗温度係数(TCR)に及ぼす影響を、4ppm/℃(200×(1/50))に抑えることができる。
その一例として、比抵抗が108μΩ・cmであるNi-Cr合金(ニクロム)で抵抗体14を形成した場合、めっき部30の比抵抗を、110μΩ・cmとし、抵抗温度係数(TCR)を、200ppm/℃とする。この場合、めっき部30のめっき厚を、10μmとしても、0.5mm厚のシャント抵抗器10全体の抵抗温度係数(TCR)に及ぼす影響を、4ppm/℃程度に抑えることができる。
これにより、めっき部30のめっき厚を、5μm程度まで抑えることが困難であり、めっき厚が、5μmよりも厚くなる場合であっても、抵抗特性の維持が可能となる。
(作用及び効果)
次に、第一実施形態による作用効果について説明する。
次に、第一実施形態による作用効果について説明する。
本実施形態のシャント抵抗器10は、抵抗体14と、抵抗体14に接合されアルミニウムを主成分として形成された電極(16、18)とを備える。また、シャント抵抗器10は、少なくとも抵抗体14及び電極(16、18)の接合部(20、22)を覆うとともに抵抗体14よりも比抵抗が高いめっきで構成されためっき部30を備える。
この構成によれば、抵抗体14と、アルミニウムを主成分とした電極(16、18)との接合部(20、22)は、めっき部30で覆われている。このため、接合部(20、22)が露出する場合と比較して、抵抗体14と電極(16、18)とが異なる金属で形成された場合に生じ得るガルバニック腐食を抑制することができる。
また、接合部(20、22)は、抵抗体14よりも比抵抗が高いめっき部30で覆われる。このため、抵抗体14よりも比抵抗が低いめっきで接合部(20、22)が覆われ、このめっきが電極(16、18)と抵抗体14とに架渡される場合と比較して、めっき部30がシャント抵抗器10の抵抗特性に与える影響を抑制することが可能となる。
また、めっき部30は抵抗体14よりも比抵抗が高い。このため、比抵抗が低いめっき部30を用いる場合と比較して、シャント抵抗器10の抵抗特性に与える影響を抑えつつ、めっき厚を厚くすることができる。これにより、めっき厚の調整代を大きくすることができる。
ここで、めっきが合金で形成される場合、添加物の固溶量の増加に伴って比抵抗が高くなると共に抵抗温度係数(TCR)が低下する傾向にある。
そこで、本実施形態では、めっき部30を抵抗体14よりも比抵抗が高いめっきで構成することで、めっき部30の抵抗温度係数(TCR)を、抵抗体14の抵抗温度係数(TCR)よりも低くすることができる。これにより、めっき部30がシャント抵抗器10の温度特性に与える影響を抑制することが可能となる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、電極(16、18)の比抵抗に対するめっき部30の比抵抗の倍率は、電極(16、18)の比抵抗に対する抵抗体14の比抵抗の倍率よりも大きい。
すなわち、シャント抵抗器10の抵抗値を設計する場合、電極(16、18)の比抵抗に対して抵抗体14の比抵抗の倍率が大きい方が望ましい。また、接合部(20、22)を覆うめっき部30は、抵抗体14よりも比抵抗が高く、かつ電極(16、18)の比抵抗に対するめっき部30の比抵抗の倍率が電極(16、18)の比抵抗に対する抵抗体14の比抵抗の倍率よりも大きいことが望ましい。
このため、このような構成とすることによって、めっき部30がシャント抵抗器10の抵抗特性に与える影響の抑制効果をより高めることができる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、めっき部30の抵抗値は、抵抗体14の抵抗値の50倍以上である。
この構成によれば、めっき部30の抵抗値が抵抗体14の抵抗値の50倍以上であるため、めっき部30がシャント抵抗器10の抵抗特性に与える影響をさらに抑制することができる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、めっき部30は、リン(P)又はホウ素(B)を含む合金めっきで構成される。
この構成によれば、比抵抗が高く、かつ抵抗温度係数(TCR)が低いめっき部30を形成することができる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、抵抗体14及び電極(16、18)は、ロウ材などの導電材料を介さずに接合される。
この構成によれば、抵抗体14と電極(16、18)と間にロウ材などの導電材料が介在する場合と比較して、シャント抵抗器10の抵抗特性を向上することができる。また、接合部(20、22)を覆うめっき部30の固定性が向上するとともに、めっき部30表面をより均一に形成することができる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、めっき部30は、抵抗体14及び電極(16、18)の表面全体を覆う。
この構成によれば、例えば電極(16、18)にアルミニウムと異なる金属からなるバスバーが接続される場合に生じ得るガルバニック腐食の抑制が可能となる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、めっき部30は、抵抗温度係数(TCR)が200ppm/℃以下であり、比抵抗が110μΩ・cm以上である。
この構成によれば、例えば抵抗体14に比較的比抵抗が高いニクロムを用いた場合であっても、めっき厚を確保しつつ、抵抗温度係数(TCR)を抑制することができる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、めっき部30は、Ni-Pめっき又はNi-P-Wめっきで構成される。
この構成によれば、Ni系の合金めっきでめっき部30を構成することで、銅と比較して、電極(16、18)を構成アルミニウムとの標準電極電位の差が抑えられる。これにより、めっき部30と電極(16、18)との接触部分におけるガルバニック腐食を抑制することができる。
また、Ni系の合金めっきで形成されるめっき部30は、プラスチックで被膜を形成する場合と比較して、金属に対する密着性が良く、薄肉に形成することができる。これにより、シャント抵抗器10の形状を損なうこと無く、接合部(20、22)を覆うことができる。
そして、めっき部30を構成するNi-Pめっき又はNi-P-Wめっきは、比抵抗が高く、抵抗温度係数(TCR)が低い。このため、めっき部30がシャント抵抗器10の電気的特性に与える影響を抑制することができる。
また、本実施形態のシャント抵抗器10において、めっき部30の厚みは、0.5μm以上10.0μm以下である。
この構成によれば、めっき部30の厚みを、0.5μm以上とすることで、めっき部30に形成され得る孔の数を抑制することができる。これにより、めっき部30による保護性能を高まることができる。
また、めっき部30の厚みを、10.0μm以下とすることで、抵抗温度係数(TCR)を抑えることができる。
なお、本実施形態では、長方形板状のシャント抵抗器10を例に挙げて説明したが、シャント抵抗器10は、この形状に限定されるものではない。
例えば、シャント抵抗器10は、抵抗体14の下面に各電極が設けられた形状であったり、抵抗体14の端面にL字状の電極が設けられた形状であったり、抵抗体14の端面に設けられた電極が抵抗体14よりも下方へ突出する形状であってもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
10 シャント抵抗器
14 抵抗体
16 第一電極
18 第二電極
20 第一接合部
22 第二接合部
30 めっき部
14 抵抗体
16 第一電極
18 第二電極
20 第一接合部
22 第二接合部
30 めっき部
Claims (9)
- 抵抗体と、
前記抵抗体に接合され、アルミニウムを主成分として形成された電極と、
少なくとも前記抵抗体及び前記電極の接合部を覆うとともに、前記抵抗体よりも比抵抗が高いめっきで構成されためっき部と、
を備えたシャント抵抗器。 - 請求項1に記載のシャント抵抗器であって、
前記電極の比抵抗に対する前記めっき部の比抵抗の倍率は、前記電極の比抵抗に対する前記抵抗体の比抵抗の倍率よりも大きい、
シャント抵抗器。 - 請求項1又は請求項2に記載のシャント抵抗器であって、
前記めっき部の抵抗値は、前記抵抗体の抵抗値の50倍以上である
シャント抵抗器。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシャント抵抗器であって、
前記めっき部は、リン又はホウ素を含む合金めっきで構成される、
シャント抵抗器。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシャント抵抗器であって、
前記抵抗体及び前記電極は、ロウ材などの導電材料を介さずに接合される、
シャント抵抗器。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のシャント抵抗器であって、
前記めっき部は、前記抵抗体及び前記電極の表面全体を覆う、
シャント抵抗器。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のシャント抵抗器であって、
前記めっき部は、抵抗温度係数が200ppm/℃以下であり、比抵抗が110μΩ・cm以上である、
シャント抵抗器。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のシャント抵抗器であって、
前記めっき部は、Ni-Pめっき又はNi-P-Wめっきで構成される、
シャント抵抗器。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のシャント抵抗器であって、
前記めっき部の厚みは、0.5μm以上10.0μm以下である、
シャント抵抗器。
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