JP2023151531A - 抵抗器 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れた小型かつ大電力対応の抵抗器を提供する。【解決手段】抵抗器１は、基板２と、基板２の主面２１に設けられた電極３と、主面２１に設けられ、電極３に電気接続された抵抗体４と、抵抗体４を覆う保護層５と、を備える。基板２は、アルミナ基板２０であり、アルミナ基板２０を対象物に取り付けるための取付孔２３と、アルミナ基板２０にリード線を接続させるための接続孔２５と、を有する。電極３は、主面２１において取付孔２３を囲む位置にある。取付孔２３と接続孔２５とは、一体である。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に放電用の抵抗器に関し、より詳細には、基板及び抵抗体を備える抵抗器に関する。

抵抗器として、プリント基板の表面に多数のチップ抵抗を実装したもの（特許文献１参照）を用いることが、従来行われている。

特開２０２１－３６７５４号公報

一般的にプリント基板の熱伝導率及び耐熱性は低いので、上記した従来の抵抗器では、互いに間隔をあけて多数のチップ抵抗を実装するために大型のプリント基板が必要となり、抵抗器の大型化を招くという問題がある。

本開示の目的は、放熱性に優れた小型かつ大電力対応の抵抗器を提供することにある。

本開示の一態様に係る抵抗器は、基板と、前記基板の主面に設けられた電極と、前記主面に設けられ、前記電極に電気接続された抵抗体と、前記抵抗体を覆う保護層と、を備える。前記基板は、アルミナ基板であり、前記アルミナ基板を対象物に取り付けるための取付孔と、前記アルミナ基板にリード線を接続させるための接続孔と、を有する。前記電極は、前記主面において前記取付孔を囲む位置にある。前記取付孔と前記接続孔とは、一体である。

本開示によれば、放熱性に優れた小型かつ大電力対応の抵抗器が得られる。

図１は、一実施形態の抵抗器の平面図である。 図２は、同上の抵抗器を対象物に取り付けたときの平面図である。 図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。 図４は、同上の抵抗器を対象物に取り付けたときの側面図である。 図５は、同上の抵抗器を備えた電気自動車のインバータ制御装置を含む電気回路図である。

以下、実施形態に係る抵抗器について、図面を参照して説明する。下記の実施形態において説明する各図は模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、下記の実施形態で説明する構成は本開示の一例に過ぎない。本開示は、下記の実施形態に限定されず、本開示の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（１）一実施形態
（１．１）抵抗器の全体構造
図１から図４に、一実施形態の抵抗器１を示している。図１等に示すように、一実施形態の抵抗器１は、基板２、複数の電極３、抵抗体４、保護層５及び第２保護層６を備える。各図において第２保護層６にドット模様を付しているが、これは他の部分との区別を容易にするためであり、断面を示すものではない。

図２等に示すように、一実施形態の抵抗器１は、複数の固定具９３を用いて対象物９１に固定される。一実施形態の抵抗器１には、複数のリード線９５が機械的にかつ電気的に接続される。

（１．２）抵抗器の詳細構造
基板２は、アルミナ基板２０である。アルミナ基板２０は、例えばＡｌ_２Ｏ_３を９０％以上（一実施形態では９６％）含有するアルミナで構成された絶縁基板である。基板２は、矩形状の主面２１を有する平面視矩形状の基板である。ここでの平面視は、基板２の主面２１を正面に見た場合を意味する。主面２１は、より詳細には長方形状である。基板２の主面２１は、すなわちアルミナ基板２０の主面２１である。

アルミナ基板２０は、複数の取付孔２３を有する。取付孔２３は、アルミナ基板２０を対象物９１に取り付けるために用いられる孔である。取付孔２３は、アルミナ基板２０を厚み方向に貫通している。アルミナ基板２０の厚み方向は、アルミナ基板２０の主面２１に対して直交する方向である。

取付孔２３は、接続孔２５を兼ねている。つまり、取付孔２３と接続孔２５とは一体である。

接続孔２５は、アルミナ基板２０にリード線９５を機械的に接続させるために用いられる孔である。アルミナ基板２０が有する取付孔２３は、アルミナ基板２０を対象物９１に取り付けるために用いられ、かつ、アルミナ基板２０にリード線９５を機械的に接続させるために用いられる。

接続孔２５を兼ねる取付孔２３は、アルミナ基板２０の周縁部分に位置している。取付孔２３は、アルミナ基板２０が有する４つの角部のうち１つの角部に位置している。取付孔２３は、アルミナ基板２０の主面２１のうち周縁部分において、開口している。取付孔２３は、アルミナ基板２０の周縁部分が有する４つの角部のうち１つの角部において、開口している。

一実施形態の抵抗器１において、アルミナ基板２０は、接続孔２５を兼ねる取付孔２３を、複数有している。より具体的には、アルミナ基板２０は、取付孔２３を２つ有している。２つの取付孔２３が、２つの接続孔２５を兼ねている。

２つの取付孔２３は、互いに距離をあけて位置する第１取付孔２３１と第２取付孔２３２である。第１取付孔２３１と第２取付孔２３２は、ともに丸孔であり、互いに同一の寸法形状を有している。

第１取付孔２３１と第２取付孔２３２は、それぞれアルミナ基板２０の周縁部分に位置している。第１取付孔２３１と第２取付孔２３２は、アルミナ基板２０が有する４つの角部のうち、隣接する２つの角部にそれぞれ位置している。

第１取付孔２３１と第２取付孔２３２は、それぞれアルミナ基板２０の主面２１のうち周縁部分において、開口している。第１取付孔２３１と第２取付孔２３２は、アルミナ基板２０が有する４つの角部のうち隣接する２つの角部において、それぞれ開口している。第１取付孔２３１と第２取付孔２３２は、アルミナ基板２０の主面２１が有する４つの端辺のうち１つの端辺２１２に沿って位置するとともに、互いに離間している。端辺２１２は直線状である。

一実施形態の抵抗器１においては、第１取付孔２３１と一体に設けられた接続孔２５が、第１接続孔２５１である。第２取付孔２３２と一体に設けられた接続孔２５が、第１接続孔２５１とは距離をあけて位置する第２接続孔２５２である。

電極３は、アルミナ基板２０の主面２１において、取付孔２３を囲むように設けられている。電極３は、アルミナ基板２０の主面２１に、銀等の金属を有する厚膜材料を印刷及び焼成することによって、円環状に形成されている。

電極３は、主面２１において取付孔２３を全周にわたって囲む位置にあるが、主面２１において取付孔２３を囲む全周域の一部に位置してもよい。

一実施形態の抵抗器１は、電極３を２つ備える。２つの電極３は、第１電極３１と第２電極３２である。

第１電極３１は、アルミナ基板２０の主面２１において、第１取付孔２３１を囲むように設けられている。第１電極３１は、主面２１において第１取付孔２３１を全周にわたって囲む位置にあるが、主面２１において第１取付孔２３１を囲む全周域の一部に位置してもよい。

第２電極３２は、アルミナ基板２０の主面２１において、第２取付孔２３２を囲むように設けられている。第２電極３２は、主面２１において第２取付孔２３２を全周にわたって囲む位置にあるが、主面２１において第２取付孔２３２を囲む全周域の一部に位置してもよい。

抵抗体４は、２つの電極３に対して電気的に接続するように、アルミナ基板２０の主面２１に設けられている。抵抗体４は、例えば銅ニッケル、銀パラジウム、または酸化ルテニウムを含む材料を印刷した後に焼成することによって、アルミナ基板２０の主面２１に膜状に設けられている。

一実施形態の抵抗器１において、抵抗体４は、第１電極３１と第２電極３２とに対して電気的に接続されている。

抵抗体４は、第１端部４１と、第１端部４１の反対側に位置する第２端部４２と、第１端部４１と第２端部４２とをつなぐ蛇行状の本体部４５とを有している。第１端部４１が第１電極３１に対して電気的に接続され、第２端部４２が第２電極３２に対して電気的に接続されている。

保護層５は、抵抗体４を覆うように、アルミナ基板２０の主面２１に設けられている。一実施形態の抵抗器１において、保護層５は、第１保護層５１である。第１保護層５１は、ガラス保護層である。第１保護層５１は、例えばガラス材料を印刷した後に焼成することで、膜状に設けられている。第１保護層５１は、抵抗体４の全体（つまり第１端部４１、第２端部４２及び本体部４５）を覆うことが好ましい。

第２保護層６は、第１保護層５１を覆うように、アルミナ基板２０の主面２１に設けられている。第２保護層６は、樹脂保護層である。第２保護層６は、例えば樹脂材料を印刷した後に焼成することで、膜状に設けられている。第２保護層６は、第１保護層５１の全体を覆うことが好ましい。

抵抗体４は、第１保護層５１と第２保護層６の二層で覆われている。抵抗体４、第１保護層５１及び第２保護層６は、アルミナ基板２０の主面２１のうち周縁部分を除いた部分に、設けられている。一実施形態の抵抗器１において、抵抗体４の第１端部４１と第２端部４２は、それぞれ第１保護層５１によって覆われ、第１保護層５１の上から第２保護層６によって覆われている。

（１．３）抵抗器の製造方法
一実施形態の抵抗器１を製造する方法は、以下の第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程を備える。

第１工程は、取付孔２３と接続孔２５とを兼ねた貫通孔を有するアルミナ基板２０を用意し、このアルミナ基板２０の主面２１に電極３を設ける工程である。第１工程は、言い換えれば、アルミナ基板２０の主面２１に第１電極３１と第２電極３２とを設ける工程である。電極３（つまり第１電極３１及び第２電極３２）は、印刷によって、アルミナ基板２０の主面２１に設けることが好ましい。電極３（つまり第１電極３１及び第２電極３２）は、例えばスクリーン印刷と焼成によって、アルミナ基板２０の主面２１に形成することが好ましい。

第２工程は、アルミナ基板２０の主面２１に、電極３（つまり第１電極３１及び第２電極３２）に電気接続される抵抗体４を設ける工程である。抵抗体４は、印刷によって、アルミナ基板２０の主面２１に設けることが好ましい。抵抗体４は、例えば印刷と焼成によって、アルミナ基板２０の主面２１に形成することが好ましい。

第３工程は、アルミナ基板２０の主面２１に、抵抗体４を覆う第１保護層５１を設ける工程である。第１保護層５１は、印刷によって、アルミナ基板２０の主面２１に設けることが好ましい。第１保護層５１は、例えば印刷と硬化によって、アルミナ基板２０の主面２１に形成することが好ましい。

第４工程は、アルミナ基板２０の主面２１に、第１保護層５１を覆う第２保護層６を設ける工程である。第２保護層６は、印刷によって、アルミナ基板２０の主面２１に設けることが好ましい。第２保護層６は、例えば印刷と焼成によって、アルミナ基板２０の主面２１に形成することが好ましい。

上記の第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程の数字は、工程の順番を意味するものではない。例えば第２工程の後に第１工程が実行されてもよいし、第１工程と第２工程とが並行して実行されてもよいし、第１工程の後に第２工程が実行されてもよい。

（１．４）抵抗器の取り付け状態
図２から図４に示すように、一実施形態の抵抗器１が備えるアルミナ基板２０は、２つの固定具９３を用いて対象物９１に固定される。

対象物９１は、対象物本体９１０と複数のガイド９１５とを有している。複数のガイド９１５は、互いに離れて位置する３つのガイド９１５である。

アルミナ基板２０は、これら３つのガイド９１５によって、所定の位置にまでガイドされる。該所定の位置は、アルミナ基板２０が対象物本体９１０から所定距離だけ離れた位置である。該所定の位置において、アルミナ基板２０は対象物本体９１０に対して平行である。ここでの平行の文言は、厳密な意味での平行に限定解釈されるものではなく、本開示の技術分野において平行とみなし得る程度のものであればよい。アルミナ基板２０は、該所定位置で３つのガイド９１５によって支持され、２つの固定具９３によって対象物本体９１０に固定される。

２つの固定具９３は、第１固定具９３１と第２固定具９３２である。第１固定具９３１と第２固定具９３２は、ともに固定ねじ８で構成されている。第１固定具９３１を構成する固定ねじ８は、頭部８１１と雄ねじ部８１２とを有する第１固定ねじ８１である。第２固定具９３２を構成する固定ねじ８は、頭部８２１と雄ねじ部８２２とを有する第２固定ねじ８２である。

第１固定具９３１を構成する第１固定ねじ８１の雄ねじ部８１２は、アルミナ基板２０の主面２１の側から第１取付孔２３１に挿し込まれ、対象物９１に固定される。第１固定ねじ８１が第１取付孔２３１に挿し込まれた状態において、第１固定ねじ８１の頭部８１１とアルミナ基板２０との間には、第１リード線９５１の端部が介在する。第１リード線９５１の端部は、接続用の貫通孔を有する環状の圧着端子９６１で、構成されている。

一実施形態においては、第１固定ねじ８１の頭部８１１とアルミナ基板２０との間に、金属製のワッシャー９２１が更に介在する。ワッシャー９２１は、第１リード線９５１の端部（つまり圧着端子９６１）と、アルミナ基板２０の主面２１上に位置する第１電極３１との間に、挟み込まれる。第１リード線９５１の端部（つまり圧着端子９６１）は、第１固定ねじ８１の頭部８１１とワッシャー９２１との間で挟み込まれる。ワッシャー９２１は第１電極３１に接触し、第１電極３１に対して電気的に接続される。第１リード線９５１の端部をなす圧着端子９６１は、導電性を有するワッシャー９２１を介して、第１電極３１に電気接続される。

第２固定具９３２を構成する第２固定ねじ８２の雄ねじ部８２２は、アルミナ基板２０の主面２１の側から第２取付孔２３２に挿し込まれ、対象物９１に固定される。第２固定ねじ８２が第２取付孔２３２に挿し込まれた状態において、第２固定ねじ８２の頭部８２１とアルミナ基板２０との間には、第２リード線９５２の端部が介在する。第２リード線９５２の端部は、接続用の貫通孔を有する環状の圧着端子９６２で、構成されている。

一実施形態においては、第２固定ねじ８２の頭部８２１とアルミナ基板２０との間に、金属製のワッシャー９２２が更に介在する。ワッシャー９２２は、第２リード線９５２の端部（つまり圧着端子９６２）と、アルミナ基板２０の主面２１上に位置する第２電極３２との間に、挟み込まれる。第２リード線９５２の端部（つまり圧着端子９６２）は、第２固定ねじ８２の頭部８２１とワッシャー９２２との間で挟み込まれる。ワッシャー９２２は第２電極３２に接触し、第２電極３２に対して電気的に接続される。第２リード線９５２の端部をなす圧着端子９６２は、導電性を有するワッシャー９２２を介して、第２電極３２に電気接続される。

このように、一実施形態の抵抗器１は、アルミナ基板２０が有する複数の取付孔２３に複数の固定具９３を挿し込んでそれぞれを対象物９１に固定することで、複数の固定具９３を介して、アルミナ基板２０が対象物９１に固定されるように構成されている。加えて、一実施形態の抵抗器１は、アルミナ基板２０が有する複数の取付孔２３に複数の固定具９３を挿し込んでそれぞれを対象物９１に固定することで、複数の固定具９３を介して、複数のリード線９５の端部をそれぞれ対応する電極３と電気接続する位置で保持するように、構成されている。

より詳細に述べると、一実施形態の抵抗器１は、アルミナ基板２０の第１取付孔２３１に挿し込んだ第１固定具９３１を対象物９１に固定し、アルミナ基板２０の第２取付孔２３２に挿し込んだ第２固定具９３２を対象物９１に固定することで、第１固定具９３１と第２固定具９３２とを介して、アルミナ基板２０が対象物９１に固定されるように構成されている。加えて、一実施形態の抵抗器１は、アルミナ基板２０の第１取付孔２３１に挿し込んだ第１固定具９３１を対象物９１に固定することで、第１固定具９３１を介して、第１リード線９５１の端部を第１電極３１と電気接続する位置で保持し、アルミナ基板２０の第２取付孔２３２に挿し込んだ第２固定具９３２を対象物９１に固定することで、第２固定具９３２を介して、第２リード線９５２の端部を第２電極３２と電気接続する位置で保持するように、構成されている。

（１．５）インバータ制御装置
図５を用いて、一実施形態の抵抗器１が用いられるインバータ制御装置１００を説明する。

インバータ制御装置１００は、例えば、電気自動車やハイブリッド車に用いられる。インバータ制御装置１００は、交流電圧によって駆動されるモータ１２と、直流電圧を発生する直流電源１３との間に配置されている。インバータ制御装置１００は、直流電源１３の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１２に供給する。直流電源１３は、直流電圧を出力する電源ユニットであり、リチウムイオン電池などの充放電可能な２次電池を含む。直流電源１３は、例えば燃料電池でもよい。

インバータ制御装置１００は、図５に示すように、抵抗器１と、インバータ回路１４と、昇圧回路１５と、平滑コンデンサ１６と、を有している。

インバータ回路１４は、複数のスイッチング素子を有しており、これらのスイッチング素子を動作させることで直流電圧を三相交流電圧に変換する。インバータ回路１４と直流電源１３とは、高電位側ライン１８及び低電位側ライン１９を介して互いに接続されている。高電位側ライン１８は、直流電源１３の正極に接続された電力線であり、電線とバスバの少なくとも一方からなる。低電位側ライン１９は、直流電源１３の負極に接続された電力線であり、電線とバスバの少なくとも一方からなる。この実施形態では、低電位側ライン１９は、基準となる０Ｖ（ゼロボルト）の電位を有するグランドラインを意味する。

昇圧回路１５は、直流電源１３とインバータ回路１４との間に配置されている。昇圧回路１５は、直流電源１３からの直流電圧を昇圧する。

平滑コンデンサ１６は、インバータ回路１４の入力端間に電気的に接続されており、具体的には、高電位側ライン１８と低電位側ライン１９との間を延びるライン１７に設けられている。平滑コンデンサ１６は、高電位側ライン１８と低電位側ライン１９との間の母線電圧を平滑化することで、母線電圧を安定化する。つまり、平滑コンデンサ１６は、直流電源１３から供給される直流電圧を平滑化する。

抵抗器１は、平滑コンデンサ１６に並列に接続され、平滑コンデンサ１６に蓄えられた電荷を放電する。

なお、図５に示すインバータ制御装置１００は、一実施形態の抵抗器１を用いて構成し得る装置の一例に過ぎない。一実施形態の抵抗器１を用いて、適宜種類の装置を構成することが可能である。図５に示すようなインバータ制御装置１００を、電気自動車やハイブリッド車以外に適用することも可能である。

（２）変形例
上記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上記の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用することが可能である。

例えば、抵抗器１が、第１保護層５１を覆う第２保護層６を備えないこともあり得る。第１保護層５１がガラス保護層でないことや、第２保護層６が樹脂保護層でないこともあり得る。

アルミナ基板２０が取付孔２３を３つ以上有することもあり得る。アルミナ基板２０が接続孔２５を３つ以上有することもあり得る。複数の取付孔２３の全てが接続孔２５を兼ねてもよいし、複数の取付孔２３のうち一部だけが接続孔２５を兼ねてもよい。

固定具９３に保持されるリード線９５の端部と電極３との間に、ワッシャー９２１，９２２ではなく別の導電性部材が介在してもよいし、ワッシャー９２１，９２２に加えて別の導電性部材が介在してもよい。また、固定具９３に保持されるリード線９５の端部と電極３とが接触することで互いに電気接続されてもよい。

接続孔２５を兼ねる２つの取付孔２３（つまり第１取付孔２３１と第２取付孔２３２）が、アルミナ基板２０が有する４つの角部のうち、対角線上に位置する２つの角部にそれぞれ位置することもあり得る。

（３）態様
本明細書には、以下の態様が開示されている。

第１態様に係る抵抗器（１）は、基板（２）と、基板（２）の主面（２１）に設けられた電極（３）と、主面（２１）に設けられ、電極（３）に電気接続された抵抗体（４）と、抵抗体（４）を覆う保護層（５）と、を備える。基板（２）は、アルミナ基板（２０）であり、アルミナ基板（２０）を対象物（９１）に取り付けるための取付孔（２３）と、アルミナ基板（２０）にリード線（９５）を接続させるための接続孔（２５）と、を有する。電極（３）は、主面（２１）において取付孔（２３）を囲む位置にある。取付孔（２３）と接続孔（２５）とは、一体である。

第１態様に係る抵抗器（１）によれば、アルミナ基板（２０）上に電極（３）、抵抗体（４）及び保護層（５）が一体的に設けられ、アルミナ基板（２０）が、接続孔（２５）を兼ねた取付孔（２３）を有するので、放熱性に優れた小型かつ大電力対応の抵抗器（１）を提供することができる。

第２態様に係る抵抗器（１）は、第１態様において、保護層（５）である第１保護層（５１）を覆う第２保護層（６）を、更に備える。第１保護層（５１）は、ガラス保護層である。第２保護層（６）は、樹脂保護層である。

第２態様に係る抵抗器（１）によれば、抵抗体（４）を、ガラス保護層である第１保護層（５１）と、樹脂保護層である第２保護層（６）とで、高い信頼性を伴って保護することができる。

第３態様に係る抵抗器（１）は、第１又は第２態様において、電極（３）を複数備える。アルミナ基板（２０）は、取付孔（２３）を複数有する。主面（２１）において、複数の電極（３）は、複数の取付孔（２３）をそれぞれ囲む位置にある。

第３態様に係る抵抗器（１）によれば、アルミナ基板（２０）が、接続孔（２５）を兼ねた取付孔（２３）を複数有し、各取付孔（２３）を囲む位置には電極（３）が位置するので、放熱性に優れた小型かつ大電力対応の抵抗器（１）を提供することができる。

第４態様に係る抵抗器（１）では、第３態様において、主面（２１）は、１つの端辺（２１２）を有し、複数の取付孔（２３）は、１つの端辺（２１２）に沿って位置するとともに互いに離間している。

第４態様に係る抵抗器（１）によれば、複数の取付孔（２３）と抵抗体（４）とを主面（２１）において効率的に配置することでき、また、複数のリード線（９５）を、アルミナ基板（２０）に対して同一の側に引き出すとともに端子間の絶縁距離を確保することが可能である。

１ 抵抗器
２ 基板
２０ アルミナ基板
２３ 取付孔
２５ 接続孔
３ 電極
４ 抵抗体
５ 保護層
５１ 第１保護層
６ 第２保護層
９１ 対象物
９５ リード線

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の主面に設けられた電極と、
   前記主面に設けられ、前記電極に電気接続された抵抗体と、
   前記抵抗体を覆う保護層と、を備え、
   前記基板は、
   アルミナ基板であり、
   前記アルミナ基板を対象物に取り付けるための取付孔と、
   前記アルミナ基板にリード線を接続させるための接続孔と、を有し、
   前記電極は、前記主面において前記取付孔を囲む位置にあり、
   前記取付孔と前記接続孔とは、一体である、
   抵抗器。
2. 前記保護層である第１保護層を覆う第２保護層を、更に備え、
   前記第１保護層は、ガラス保護層であり、
   前記第２保護層は、樹脂保護層である、
   請求項１の抵抗器。
3. 前記電極を複数備え、
   前記アルミナ基板は、前記取付孔を複数有し、
   前記主面において、前記複数の電極は、前記複数の取付孔をそれぞれ囲む位置にある、
   請求項１又は２の抵抗器。
4. 前記主面は、１つの端辺を有し、
   前記複数の取付孔は、前記１つの端辺に沿って位置するとともに互いに離間している、
   請求項３の抵抗器。

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