JP5117248B2

JP5117248B2 - シャント抵抗およびシャント抵抗への端子取付け方法

Info

Publication number: JP5117248B2
Application number: JP2008090437A
Authority: JP
Inventors: 正吾土居
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009244065A

Description

本発明は、シャント抵抗およびシャント抵抗への端子取付け方法に関する。

車両用バッテリ等に取り付けられ、バッテリの通電電流を測定する電流検出装置として、シャント抵抗を用いて電流を測定する装置が知られている。シャント抵抗を用いた電流検出装置は、電流経路内にシャント抵抗を配置して、その抵抗とシャント抵抗間の電圧差とからシャント抵抗に流れる電流を測定するものであり、ホール素子を用いた電流検出装置と比べて小型化が可能であるという利点がある。

大電流から微小な電流まで幅広い電流範囲を測定するような場合、測定精度が高く、経時劣化の影響が少ないことから板状のシャント抵抗が好まれる。例えば、板状のシャント抵抗は、バスバーと呼ばれる二つの母材と、その間に介在される抵抗体からなる。母材と抵抗体は例えば、溶接等により一体的に設けられるものもあれば、一枚板で設けられて母材部分にも抵抗体の機能が備わっているものもある。抵抗体は通常、１００μΩ〜２００μΩ程度の抵抗体であり、マンガニンまたはニッケル合金でできている。

シャント抵抗を用いてその通電電流を測定する場合、抵抗体の両側の母材に、電流検出用のプリント基板を実装するための測定端子を取り付ける必要がある。母材への測定端子の取付け方法としては、母材の折り曲げ等別の作りこみによる端子の取付け、ワイヤーのはんだ付け、母材に設けられた穴へのピンの圧入、そして端子の溶接が挙げられる。

以下に示す特許文献１に記載の電流検出装置は、同文献の図２に示すように、車両用のバッテリのマイナスポストに直接取付ける構造を有しており、このバッテリの形状に適合した特別な形状を有している。
特表２００３−５１７６１３号公報

上述のシャント抵抗において、大電流から微小な電流まで幅広い電流範囲について、高い分解能で測定するために、測定端子の間隔やその形状を変更したい場合、測定端子をシャント抵抗に改めて取り付けなおす必要がある。上述のような取付け方法を採用する場合、勿論、その方法に応じた母材への追加加工が必要になる。

たとえば、測定端子をワイヤーのはんだ付けにより取り付ける場合には、改めて、シャント抵抗を加熱しなければならず手間がかかる。また、加熱によるプリント基板への影響も避けられない。あるいはシャント抵抗の熱容量を小さくしてはんだ付けすることもできるが、小さくした場合には大電流を流すことができないといった問題がある。

また、シャント抵抗への測定端子の作りこみやピンの圧入の場合には、測定端子の間隔や形状を変更するごとに、母材を加工し直さなければならないといった欠点がある。

また、上述のような板状のシャント抵抗へ接合することから、測定端子に平面を設けてシャント抵抗と面接合させることで、測定端子の位置を比較的に自由に設定することができ、また測定端子を安定してシャント抵抗上に載置させることができる。しかしながら、測定端子のシャント抵抗への接合をはんだ付けで行った場合には、表面にクラックが入ってしまうといった問題があり、レーザ溶接や電子ビーム溶接で行った場合には、スポットや線状での溶接には適しているが面接合には不向きであるといった問題、そして所望の電
気特性を満足することができないといった問題がある。

また、上述した従来型の電流検出装置は、車両のバッテリのマイナスポストに直接接続するための専用のバッテリ端子を設ける必要があり、汎用品からなるバッテリ端子付きケーブルを使用できず、製造コストが高くなっていた。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、母材への追加加工をすることなく測定端子部の取付け位置を変更したり測定端子部の形状を変更したりすることができ、信頼性が高く、汎用性の高いシャント抵抗を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のシャント抵抗の第１の態様は、板状の抵抗体と、前記抵抗体を挟んで前記抵抗体に一体的に形成された二つの板状の母材と、平板状の接合部と該接合部から延びる端子とを備え、前記接合部が超音波溶接によって前記母材に面接合された測定端子部と、を備えるシャント抵抗である。

この発明によれば、シャント抵抗と測定端子部が別体であり、測定端子部にシャント抵抗の母材へ面接合するための平面（平板状接合部）を設けているので、シャント抵抗の母材への追加工をすることなく、測定端子部の取付け位置を変更したり測定端子部の形状を変更したりすることが容易である。また、接合方法として超音波溶接を採用することで、予備加熱などの前処理が必要なくなり接合作業時間を大幅に短縮することができる。

この発明のシャント抵抗の第３の態様は、前記測定端子部が上方向に延伸する端子を有することを特徴とするシャント抵抗である。この場合、端子を上方向に延伸させて設けることにより、電流測定対象やプリント基板への接続に幅広く対応することができる。

この発明のシャント抵抗の第４の態様は、前記母材の上面に、前記測定端子部を収容するための複数の凹部が形成されていることを特徴とするシャント抵抗である。この場合、凹部に測定端子部を収容させた状態で超音波溶接することができるので、測定端子部保持用の治具等を用いることなく、溶接前の測定端子部の配置を容易に行うことができる。

この発明のシャント抵抗の第５の態様は、前記測定端子部の厚さが前記母材の厚さの１／２以下であることを特徴とするシャント抵抗である。この場合、測定端子部の母材への超音波溶接による接合を確実に行うことができる。

この発明のシャント抵抗の第６の態様は、前記母材が前記抵抗体と同じ材料からなり、前記抵抗体とともに一枚の抵抗体をなしていることを特徴とするシャント抵抗である。

本発明のシャント抵抗への測定端子取付け方法の第１の態様は、板状の抵抗体と、前記抵抗体を挟んで前記抵抗体に一体的に形成された二つの板状の母材とを有するシャント抵抗への測定端子取付け方法であって、平面を有する平板状の接合部と該接合部から延びる端子を備える測定端子部の、前記接合部を超音波溶接によって前記母材に面接合させる接合工程を具備するシャント抵抗への測定端子取付け方法である。

この発明によれば、シャント抵抗と測定端子部が別体であり、測定端子部にシャント抵抗の母材へ面接合するための平面（接合部）を設けているので、シャント抵抗の母材への追加工をすることなく、測定端子部の取付け位置を変更したり測定端子部の形状を変更したりすることが容易である。また、接合方法として超音波溶接を採用することで、予備加熱などの前処理が必要なくなり接合作業時間を大幅に短縮することができる。

本発明によれば、シャント抵抗と測定端子部が別体であり、接合方法として超音波溶接を採用することで、予備加熱などの前処理が必要なくなり接合作業時間を大幅に短縮することができる。

さらに、シャント抵抗の母材への追加工をすることなく、測定端子部の取付け位置を変更したりすることが容易である。

また、シャント抵抗に測定端子平面が収まる凹部を形成した場合は、測定端子保持用治具等が不要となり、また、母材を超音波溶接に適した厚さにすることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図を通して、同じ要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による、測定端子部を取り付ける前のシャント抵抗１の斜視図であり、図２は、測定端子部を取り付けたシャント抵抗１の斜視図である。シャント抵抗１は抵抗体１１と、抵抗体１１を挟むように抵抗体１１と一体的に形成された二つの母材（バスバー）１２ａ，１２ｂからなる。母材１２に対し、平板状の接合部と該接合部から上方に延びる端子を備える測定端子部１３ａ，１３ｂがそれぞれ取り付けられる。後述するが、測定端子部１３ａ，１３ｂの平板状の接合部が超音波溶接により母材１２ａ，１２ｂに接合される。確実に接合させるために、測定端子部１３ａ，１３ｂの接合部の厚さは母材１２ａ，１２ｂの厚さの１／２以下である。通常、シャント抵抗１は測定対象電流の電流経路内に配置される。シャント抵抗１は、図示しない電流検出用のプリント基板が接続され、図示しない樹脂部材等で囲繞されて使用される。

図１に示すように、シャント抵抗１は、板状（薄い直方体形状）である。シャント抵抗１の抵抗体１１も薄い直方体形状であり、一方の側面が母材１２ａに、他方の側面が母材１２ｂに溶接により接合されている。抵抗体１１は、１００μΩから２００μΩ程度の抵抗体であり、マンガニンまたはニッケル合金等でできている。

母材１２ａ，１２ｂは、銅等の金属からなり、それぞれの一側面が抵抗体１１に溶接により接合される。母材１２ａ，１２ｂも薄い直方体形状であり、その厚さは抵抗体への接合に適した厚さである。シャント抵抗１は、母材１２ａ，１２ｂを介して電流検出対象に接続される。そのため、母材１２ａ，１２ｂには、電流測定対象の各負荷に電流を流すハーネス等を接続可能な端子１６ａ，１６ｂがそれぞれ形成される。図１に示すように、端子１６ａ，１６ｂは、母材１２ａ，１２ｂの抵抗体１１接続側とは反対の端部に、母材上面から見てＵ字状の切り欠きとして形成される。例えば、端子１６ｂはバッテリのマイナ
スポストに接続されるハーネスが接続され、端子１６ａアースとしての役割を果たす車のシャーシ側に接続されるハーネスが接続される。なお、端子１６の配置や形状はこれに限定されない。

図１に示すように、測定端子部１３ａ，１３ｂは、それぞれ、平板状の接合部とその上面から上方向に延びる二つの端子１４ａ，１４ｂと１５ａ，１５ｂを有する。一方の端子１４ａ，１４ｂは電流測定用の電圧測定端子であり、図示しない電流検知用のプリント基板に接続される。
また、もう一方の端子１５ａ，１５ｂについて説明すると、端子１５ａは、電流測定対象の電流経路とは異なる経路で電流を流す場合に使用する端子である。また、端子１５ｂは、端子１６ｂに接続されるハーネスがバッテリのマイナスポストに接続される場合、バッテリ側の電位と、接続するプリント基板の電位を等しくするための端子であり、等電位にすることにより電流を精度よく測定することが可能となる。

測定端子部１３ａ，１３ｂの接合部は母材１２ａ，１２ｂにそれぞれ配置されることから、端子１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは抵抗体１１を挟んで対向配置されるが、測定端子部１３ａの電圧測定用の端子１４ａと測定端子部１３ｂの電圧測定用の端子１４ｂはその間の距離が最も短くなるように配置されることが望ましい。他方、端子１５ａと端子１５ｂにはほとんど電流が流れないように配置される。

図２に示すように、母材１２ａ，１２ｂの上面には、測定端子部１３ａ，１３ｂがそれぞれ接合される。測定端子部１３ａ，１３ｂは、その母材１２ａ，１２ｂへの接続側（図中下側）に平面を備える平板状の接合部を有しており、その接合部の平面が母材１２ａ，１２ｂと面接合される。

測定端子部１３ａ，１３ｂの母材１２ａ，１２ｂへの接合は、超音波溶接によって行う。はんだ付けによる接合では時間をかけてシャント抵抗を加熱する必要があったり、はんだ付けしても、接合部分にクラックが生じてしまったりしたが、超音波溶接では加熱の手間が省けて時間を短縮することができ、実装するプリント基板への熱の影響も避けることができる。またクラック等の心配をする必要がない。

次に、この実施形態によるシャント抵抗への測定端子の取付け方法を説明する。
まず、上述のように、シャント抵抗１の母材１２ａ，１２ｂへの接合用の平板状の接合部を有する測定端子部１３ａ，１３ｂを用意する。そして、測定端子部１３ａ，１３ｂに設けられた電圧測定用の端子１４ａ，１４ｂの間の距離が最短になるように、そして、プリント基板への接続に適するように、母材１２ａ，１２ｂ上の測定端子部１３ａ，１３ｂの取付け位置を定める。次いで、超音波溶接により測定端子部１３ａ，１３ｂの平板状の接合部を母材１２ａ，１２ｂにそれぞれ接合する。また、母材１２ａ，１２ｂ上の測定端子部１３ａ，１３ｂの取付け位置を定めたら、測定端子部保持用の治具等を使用して測定端子部１３ａ，１３ｂを取付け位置に固定して、超音波溶接してもよい。

大電流から微小な電流まで幅広い電流範囲を高い分解能で測定するためには、適宜、測定端子部１３ａ，１３ｂの間隔を変更する必要があるが、超音波溶接にて、測定端子部１３ａ，１３ｂを接合する場合は、母材への追加加工や加熱処理が不要であるので、接合時間を短縮して容易に行うことができる。

図３は、図２のシャント抵抗１の他の例を示す図である。図３において、抵抗体１１および母材１２ａ，１２ｂは図２と同じであるが、測定端子部１３ａ，１３ｂの配置が図２とは異なる。

このように、測定端子部１３ａ，１３ｂに、母材１２ａ，１２ｂへの接合のための平板状の接合部を設けることで、母材１２ａ，１２ｂの上面上において測定端子部１３ａ，１３ｂの取付け位置を適宜変更することができる。

なお、上述のとおり、測定端子部１３ａ，１３ｂの電圧測定用の端子１４ａ，１４ｂは、その間の距離が最も短くなるように配置する必要がある。また、接続するプリント基板の配置や形状に応じて、測定端子部１３ａ，１３ｂの取付け位置を変更することもできる。

また、図示した測定端子部１３ａ，１３ｂはその平板状の接合部の形状がいずれも正方形であったが、これに限定されるものではなく、長方形、多角形、角が丸く削られた略角形、円形、楕円形などの略円形等、超音波溶接に適した形状や、必要に応じて適宜変更することができる。

図４は、本発明の第二の実施形態によるシャント抵抗を示す斜視図である。この実施形態において、抵抗体１１、測定端子部１３ａ，１３ｂならびに端子１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂは図２と同じである。図２に示す第一の実施形態と異なる点は、母材の上面に形成された凹部にある。

図４に示すように、この実施形態によるシャント抵抗１の母材２２ａ，２２ｂにはそれぞれに三つ、合計六つの凹部１８が形成されている。その凹部１８の一つに、測定端子部１３ａ，１３ｂが配置されている。凹部は、後に測定端子部１３ａ，１３ｂの取付け位置を選択できるように、それぞれの母材２２ａ，２２ｂに前もって複数（例では六つ）設けられている。複数ある凹部１８のいずれに測定端子部１３ａ，１３ｂを接合するかは、測定する電圧や必要な分解能に応じて、選択することになる。

この凹部１８は、測定端子部１３ａ，１３ｂの収容に適するように測定端子部１３ａ，１３ｂの形状に合わせて形成される。上述のとおり、測定端子部１３ａ，１３ｂは超音波溶接により母材２２ａ，２２ｂに接合され、確実に接合させるために、測定端子部１３ａ，１３ｂの厚さは母材２２ａ，２２ｂの厚さの１／２以下である。この実施形態においては、凹部１８を設けているので、凹部１８形成部の母材の厚さが薄くなるが、薄くなっていることで、超音波溶接により適して接合させることができる。

また、図４において、測定端子部１３ａ，１３ｂは横並びに配置されている。このような配置は、母材２２ａ，２２ｂが抵抗体と同じ材料からなり、全体で一枚の抵抗体を形成している場合に適している。このような場合、たとえば、複数の経路で電流検出を行ったり、端子の電流測定範囲をそれぞれ異ならせることによって、電流測定精度の向上を図ることが可能となる。

図５は、図４に示す第二の実施形態によるシャント抵抗１の他の例を示す図である。図４に示すシャント抵抗１と異なる点は、母材２２ａ，２２ｂ上に形成された凹部の位置にある。図４に示す凹部１８は母材２２ａ，２２ｂの短手方向に二列に並んで設けられていたが、図５に示す凹部１８は母材２２ａ，２２ｂの長手方向に一列をなして配置されている。凹部１８をこのように配置することで、測定端子部１３ａ，１３ｂを接合する凹部１８を変更することにより電圧測定端子１４ａ，１４ｂ間の距離を変えて、分解能の向上に役立たせることができる。

なお、図５に示す例においても、凹部１８は、測定端子部１３ａ，１３ｂの収容に適するように測定端子部１３ａ，１３ｂの形状に合わせて形成される。また、超音波溶接により確実に接合させるために、測定端子部１３ａ，１３ｂの厚さは母材２２ａ，２２ｂの厚さの１／２以下である。この例においても、凹部１８を設けているので、凹部１８形成部の母材の厚さが薄くなり、超音波溶接により適して接合させることができる。

また、図示していないが、第二の実施形態によるシャント抵抗の母材にも、その端部にＵ字形状の切り欠きからなる端子１６ａ，１６ｂ（図１参照）が設けられる。その形状や配置については、第一の実施形態同様、適宜選択可能である。

凹部１８の形成位置は図４，５に示した位置に限らず、適宜設定することができる。また、凹部１８の数も六つに限らず、母材２２ａ，２２ｂそれぞれに適宜設定することができる。さらに、凹部の形状は、図示したように四角形状の測定端子部１３ａ，１３ｂの収容に適した形状に限らず、必要に応じて、さまざまな形状の測定端子部に合わせた形状とすることができ、測定端子部の複数の形状に適するような形状とすることもできる。

次に、この実施形態によるシャント抵抗への測定端子取付け方法を説明する。
まず、母材２２ａ，２２ｂそれぞれに、測定端子部１３ａ，１３ｂ収容用の凹部１８を切削、研削等により形成する。凹部１８の数、形状および形成位置は、測定端子部の形状や、シャント抵抗を接続するプリント基板の位置および形状等に応じて適宜決めることができる。

次に、複数ある凹部１８のうちいずれかに、測定端子部１３ａ，１３ｂを配置し、その平面を凹部１８の底面に超音波溶接により面接合する。この接合については、第一の実施形態における測定端子部１３ａ，１３ｂの母材１２ａ，１２ｂへの方法と同じである。

このように、母材２２ａ，２２ｂそれぞれに、測定端子部１３ａ，１３ｂ収容用の凹部１８を形成することによって、凹部１８に測定端子部１３ａ，１３ｂを収容させた状態で超音波溶接することができるので、測定端子部保持用の治具等を用いることなく、溶接前の測定端子部１３ａ，１３ｂの配置を容易に行うことができる。

また、電圧や分解能を変更するために、測定端子部１３ａ，１３ｂの間隔を変更したい場合、上述の方法で適宜、測定端子部１３ａ，１３ｂを別の凹部１８に接合し直すことができる。母材への追加加工や加熱処理が不要であるので、接合時間を短縮して容易に行うことができる。

このように、本発明のシャント抵抗によれば、測定端子部に、母材へ面接合するための平面を設けているので、測定端子部の取付け位置を自由に変更することができ、実装するプリント基板に応じて安定する位置に配置しなおすこともできる。

また、接合方法として超音波溶接を採用することで、母材への追加加工や予備加熱などの前処理が不要になり、接合時間を大幅に短縮することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施形態において、絶縁電線や電極の形状および配置や電極の数はこれに限定されず、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。

上述のシャント抵抗は、母材と、その間に介在される抵抗体からなるシャント抵抗を使用したが、それに限らず、母材自体にも抵抗体の機能があり、抵抗体と母材とが一枚の板状のシャント抵抗を形成しているシャント抵抗を用いても良い。

上述の実施形態において、シャント抵抗は、大電流から微小な電流まで幅広い電流範囲を高い分解能で測定するのに適した板状であったが、形状はそれに限られず、平面を有する測定端子部が面接合可能な形状であればよい。

本発明の第一の実施形態によるシャント抵抗を示す斜視図本発明の第一の実施形態によるシャント抵抗を示す斜視図本発明の第一の実施形態によるシャント抵抗の他の例を示す斜視図本発明の第二の実施形態によるシャント抵抗を示す斜視図本発明の第二の実施形態によるシャント抵抗を他の例を示す斜視図

１シャント抵抗
１１抵抗体
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ母材
１３ａ，１３ｂ測定端子部
１８凹部

Claims

板状の抵抗体と、
前記抵抗体を挟んで前記抵抗体に一体的に形成された二つの板状の母材と、
平板状の接合部と該接合部から延びる端子とを備え、前記接合部が超音波溶接によって前記母材に面接合された測定端子部と、
を備えるシャント抵抗。
前記測定端子部が上方向に延伸する端子を有することを特徴とする、請求項１に記載のシャント抵抗。
前記母材の上面に、前記測定端子部を収容するための複数の凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のシャント抵抗。
前記測定端子部の厚さが前記母材の厚さの１／２以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のシャント抵抗。
前記母材が前記抵抗体と同じ材料からなり、前記抵抗体とともに一枚の抵抗体をなしていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のシャント抵抗。
板状の抵抗体と、前記抵抗体を挟んで前記抵抗体に一体的に形成された二つの板状の母材とを有するシャント抵抗への測定端子取付け方法であって、
平面を有する平板状の接合部と該接合部から延びる端子を備える測定端子部の、前記接合部を超音波溶接によって前記母材に面接合させる接合工程を具備するシャント抵抗への測定端子取付け方法。