JP4846434B2 - セメント抵抗器 - Google Patents

Description

本発明は、金属板からなる抵抗体を折り曲げて、一面を開放面とした箱体状のセラミックケース内に配置し、セメント材を前記ケース内に充填し前記抵抗体を封止したセメント抵抗器に関する。

小型で高電力容量の電流検出用抵抗器として、上記セメント抵抗器が知られている（例えば特許文献１）。上記セメント抵抗器は、抵抗体として例えば銅ニッケル合金等の金属抵抗材料を用い、上記材料からなる金属板を折り曲げて、箱体状のセラミックケース内に配置し、セメント材で充填・封止したものであるので、難燃性であり、且つ抵抗値が数十ｍΩ程度以下の低抵抗値が容易に得られ、ＴＣＲも良好であるので、小型で高電力容量の電流検出用抵抗器として広く用いられている。

ところで、抵抗器の熱放散の問題は、小型で高電力容量の抵抗器には重要な問題であり、従来から各種の提案がなされている（例えば特許文献２）。
特開平１１−２５１１０３号公報 特許第３３５８８４４号公報

しかしながら、上記セメント抵抗器においても、さらなる高電力化、小型化、高性能化、高信頼性化が要請されている。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、熱放散性を改良することで、さらなる小型化・高電力化を可能としたセメント抵抗器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、金属板を折り曲げて形成した抵抗体を、電極部分が露出するように一面を開放面とした箱体状のケース内に配置し、セメント材を前記ケース内に充填した面実装形のセメント抵抗器において、金属板を折り曲げて形成した放熱体を、ケースの開放面に沿って延びる放熱電極部分が前記抵抗体のケースの開放面に沿って延びる電極部分と同一面で露出するように前記ケース内に配置し、且つ、前記抵抗体と前記放熱体とは互いに接触せず、交差状に配置したことを特徴とするものである。

上記本発明によれば、箱体状のセラミックケースの内部で、金属板からなる放熱体を、前記抵抗体と互いに接触せず、交差状に配置したことで、抵抗体の発熱を放熱体によって実装基板側へ効率的に放出することができる。さらに、金属板からなる放熱体はケースの開放面からその一部が露出し、さらに折り曲げて前記開放面に沿って延びる放熱電極部分を備えるので、これにより実装面が増え、実装時に実装基板との接着が強化される。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態のセメント抵抗器を示す。金属板からなる抵抗体１０と金属板からなる放熱体２０は、一面を開放面３１とした箱体状のセラミックケース３０に接合固定され、セメント材４０をケース３０内に充填し、抵抗体１０と放熱体２０とのケース内に配置された部分が上記セメント材により封止されている。実装時には、ケースの開放面３１側が実装基板側（下側）に位置し、ケースの底面３２側が上側に位置する。抵抗体１０のケースから露出した平面部分１３が電極となり、実装基板の配線パターンにハンダ等により接続固定される、いわゆる面実装形の抵抗器となっている。

ここで、抵抗体１０は例えば銅ニッケル合金等の金属抵抗材料の薄板が、図２（ａ）に示すように、折り曲げて形成されている。すなわち、抵抗体１０は、箱体状のケース３０の内部で開放面３１と平行に延びる中央部分１１と、折り曲げて前記ケースの開放面３１から一部が露出する垂直部分１２と、さらに折り曲げて前記開放面に沿って延びる平面部分１３と、さらに折り曲げて前記ケースの外壁面に沿って延びる垂直部分１４とを備えている。ここで、垂直部分１２、平面部分１３、垂直部分１４は、中央部分１１に対して左右対称に形成されている。また、抵抗体１０の中央部分１１に細幅部を設けることにより、放熱体２０と抵抗体１０が接触しないように十分な間隔を確保できるようにしている。平面部分１３と垂直部分１４とが電極部分を構成し、実装時には、抵抗体の平面部分１３が実装基板のランドパターンにハンダ等により接合され、抵抗器の電極となる。

放熱体２０は熱伝導性の良好な例えば銅の薄板が、図２（ｂ）に示すように、折り曲げて形成されている。すなわち、金属板からなる放熱体２０は、箱体状のケース３０の内部で開放面３１と平行に延びる中央部分２１と、折り曲げて前記ケースの開放面から一部が露出する垂直部分２２と、さらに折り曲げて前記開放面３１とケース上面３５に沿って延びる平面部分２３と、さらに折り曲げて前記ケースの外壁面３６に沿って延びる垂直部分２４とを備えている。垂直部分２２、平面部分２３、垂直部分２４は、中央部分２１に対して左右対称に形成されている。また、平面部分２３と垂直部分２４とが放熱電極部分を構成し、実装時には、放熱体の平面部分２３が実装基板のランドパターンにハンダ等により接合され、放熱電極となる。

セラミックケース３０は、図２（ｃ）および図３に示すように、一面を開放面３１とし、底面３２で閉塞した、外壁面３４，３６を有する箱体状のセラミックケースである。ケース３０は、熱伝導性を良好なものとするため、例えばアルミナを９６％程度含む材料を用いて成形されている。ケース３０の内面中央部には、内壁面に凹部３７を、底面に凹部３８を備え、放熱体の垂直部分２２を凹部３７に、放熱体の中央部分２１を凹部３８にそれぞれ収容するようになっている。これにより、狭いケース３０の内部に抵抗体１０と放熱体２０とが相互に接触しないように、十分な隙間を有して配置することが可能となる。また、凹部３７，３８は、放熱体２０に対する位置決め手段としても機能させることができる。ケースの外壁面３４の上面３３には抵抗体の平面部分１３が係止され、ケースの外壁面３６の上面３５には放熱体の平面部分２３が係止される。

セメント材４０には、アルミナ粉末やシリカ粉末を含むペースト状の絶縁封止材が用いられ、ディスペンサを使って抵抗体１０および放熱体２０を配置したケース内部に充填され、加温硬化により封止体が形成される。セメント材４０はケースの開放面３１まで充填され、角形の抵抗器が形成される。

図４に示すように、放熱体２０の中央部分２１は、抵抗体１０の中央部分１１と互いに接触せず、交差状に配置され、その間がセメント材により充填される。なお、放熱体２０の中央部分２１と抵抗体１０の中央部１１との間に、両者が接触しないように、セメント材以外の絶縁材４２を間挿するように配置してもよい。この例では、図５（ａ）に示すように、抵抗体の中央部分１１をコの字型の絶縁材４２で囲み、図５（ｂ）に示すように、放熱体の中央部分２１との間に絶縁材４２を配置している。絶縁材４２としては、例えば、ケース３０と同様のアルミナを高い割合で含む熱伝導の良い材料を用いることが望ましい。

図６は、上記セメント抵抗器の実装時の温度上昇についてのシミュレーション結果を示す。上述したように、実装時にはケース３０の開放面３１側が実装基板に面する下面となり、底面３２側が上面となる。実装状態の抵抗器は、熱伝導性の良好なアルミ基板のランドパターン５１に、抵抗体の平面部分１３が電極として接続固定され、放熱体の平面部分２３が放熱電極として接続固定される。抵抗体１０に電流が流れると、抵抗体１０は発熱し、特に中央部分１１での発熱が著しい。熱は、抵抗体１０の平面部分１３が実装基板のランドパターン５１に電極として接続されているので、熱の一部が抵抗体１０を介して実装基板に流れ、他の一部はセメント材、ケース外壁面を通して大気中に放散される。

そこで、放熱体２０が存在すると、その平面部分２３が放熱電極として実装基板のランドパターンに接続されているので、抵抗体１０の発熱を有効に実装基板側に逃がすことができる。特に、抵抗体の中央部分１１の上面側（図中Ａで示す）は、発熱による温度上昇が最も激しい部分であり、ここに放熱体の中央部分２１を接近して交差するように配置することで、抵抗体の中央部分２１の発熱を効果的に放熱体２０に吸収し、この部分での温度上昇を抑制することができる。図中の黒色の濃い部分は温度上昇の高い部分を示し、黒色の薄い部分は温度上昇の低い部分を示す。一例として、１５Ｗ品のシミュレーションの結果では、放熱体２０を設けることで、設けないときと対比して、図中Ａの部分で、温度上昇を１／４程度に抑制することができる。そして、放熱体２０を設けることで、温度上昇が最も高くなる図中Ｂの部分でも、実装基板の温度を基準として、１００−１２０℃程度の温度上昇に抑制することができる。

上述したように、抵抗体の中央部分１１の上面側（図中Ａで示す）は、発熱による温度上昇が最も激しい部分であるので、抵抗体の中央部分１１と放熱体の中央部分２１とが互いに接触せず交差状に配置される交差部において、抵抗体１０の中央部分１１がケース３０の開放面３１側（下側）に、放熱体２０の中央部分２１がケース３０の底面３２側（上側）に配置されることが好ましい。これにより、抵抗器の温度上昇を効果的に抑制できる。

上記シミュレーション試験に用いた抵抗器は、長さ１９ｍｍ、幅８ｍｍ、高さ６．５ｍｍ程度のもので、抵抗値範囲が８−５０ｍΩ程度、ＴＣＲが±１００ｐｐｍ／℃程度のものである。放熱体２０としては、厚さ０．３ｍｍ、幅５．５ｍｍ程度の銅板を用いたものである。上記放熱体２０を配置することで、特に５−１５Ｗ程度の電力容量を有するセメント抵抗器の小型・高電力化、高信頼性化に顕著な効果を得ることができることが、上記シミュレーションにより確認できた。

なお、上記実施形態では、放熱体として銅板を用いる例について説明したが、銅板にＮｉメッキ、Ｓｎメッキを施しておくことが好ましい。銅の酸化を抑制すると共に、放熱電極部分で実装基板とのハンダ接合性を良好なものとすることができる。

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。

本発明の一実施形態のセメント抵抗器を示す、（ａ）は部分断面の正面図であり、（ｂ）は側面図である。 図１の分解斜視図であり、（ａ）は抵抗体の形状を、（ｂ）は放熱体の形状を、（ｃ）はセラミックケースの形状を、それぞれ示す図である。 セラミックケースの、（ａ）は部分断面の正面図であり、（ｂ）は部分断面の側面図であり、（ｃ）は部分断面の底面図である。断面はそれぞれ中央付近を示す。 交差部付近の抵抗体と放熱体の配置例を示す斜視図である。 図４の変形例を示す斜視図である。 実装状態のケース内部温度分布のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１０ 抵抗体
１１，２１ 中央部分
１２，１４，２２，２４ 垂直部分
１３，２３ 平面部分
２０ 放熱体
３０ セラミックケース
３１ 開放面
３２ 底面
３３，３５ ケース上面
３４，３６ 外壁面
３７，３８ 凹部
４０ セメント材
４２ 絶縁材
５１ ランドパターン

Claims (5)

1. 金属板を折り曲げて形成した抵抗体を、電極部分が露出するように一面を開放面とした箱体状のケース内に配置し、セメント材を前記ケース内に充填した面実装形のセメント抵抗器において、
   金属板を折り曲げて形成した放熱体を、ケースの開放面に沿って延びる放熱電極部分が前記抵抗体のケースの開放面に沿って延びる電極部分と同一面で露出するように前記ケース内に配置し、且つ、前記抵抗体と前記放熱体とは互いに接触せず、交差状に配置したことを特徴とするセメント抵抗器。
2. 前記抵抗体と前記放熱体とが交差する部分において、前記抵抗体を前記ケースの開放面側に、前記放熱体を前記ケースの底面側に配置したことを特徴とする請求項１記載のセメント抵抗器。
3. 前記ケースの内部に、前記放熱体を収容するための凹部を設けたことを特徴とする請求項１記載のセメント抵抗器。
4. 前記ケース内に、前記抵抗体と前記放熱体とが接触しないようにするための絶縁部材を配置したことを特徴とする請求項１記載のセメント抵抗器。
5. 前記抵抗体の中央部分に細幅部を設けたことを特徴とする請求項１記載のセメント抵抗器。

Images