JP5725516B2

JP5725516B2 - 熱起電力の影響を和らげる金属片型抵抗器

Info

Publication number: JP5725516B2
Application number: JP2012500957A
Authority: JP
Inventors: ダグブラックハン; クラークエルスミス; トーマスエルヴェイク
Original assignee: ヴィシェイデールエレクトロニクスインコーポレイテッド
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: TW201421495A; CN102414765A; CN103871699A; US8248202B2; JP2014140057A; US20100237982A1; TWI428938B; JP2012521099A; TW201042670A; KR101242297B1; KR20110127282A; TWI520160B; HK1199140A1; WO2010107986A1; EP2409304A1

Description

本発明は、抵抗器に関する。より詳細には、本発明は、熱起電力の影響を和らげるのに役立つように構成された金属片型の抵抗器に関する。

熱起電力（ＥＭＦ）は、２つの異種金属が接合される際に生じる電圧である。極性の異なる接合部位が２か所あり、その２ヶ所の接合部位の温度が等しい場合、正味の電圧（ｎｅｔｖｏｌｔａｇｅ）は存在しない。それらの接合部位の一方が、他方と異なる温度である場合、正味の電圧差が検出される。抵抗器は、銅の端子間に接続された金属の抵抗素子を有する場合があり、かかる構成によって２か所の接合部位が設けられ、抵抗器が熱ＥＭＦの悪影響を受けやすくなっている。

抵抗器のかかる構成は、抵抗器における電圧降下を測定することによって電流を検出することにしばしば使用される。電流が小さい場合、抵抗器において生成される信号電圧もまた非常に小さく、熱ＥＭＦによって生じた電圧が、大きな測定誤差を生じさせる。

この問題を対処する従来技術の一つには、抵抗素子に用いられる合金を、熱ＥＭＦが小さいものに変更しているものがある。しかしながら、かかる構成は、場合によっては、コストの上昇、バルク抵抗率の上昇等の新たな課題を生じさせる。特に、バルク抵抗率の上昇は、製造するのにコストがかかる、あるいは、ＴＣＲ（抵抗の温度係数）等の他の電気的特性を犠牲にする抵抗器形状の問題を生じさせる。

その他の従来技術には、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）を追加しているものがある。このＡＳＩＣは、熱的に誘起されたＥＭＦによって生じたオフセット電圧を補償するようにプログラミングされている。かかる手法は、材料コストがかかり、組み立てが複雑化し、組み立て工程及び設備の観点から製造コストの増加につながる。

そこで、熱ＥＭＦの影響を和らげるとともに、使用する抵抗合金の種類を制限しない抵抗器を提供することが必要である。

本発明の一つの態様によれば、金属片型の抵抗器が提供される。この金属片型抵抗器は、抵抗金属材料（例えば、エバノーム、マンガニンその他の金属）の片から形成された少なくとも一つの抵抗素子を有する抵抗体と、抵抗素子に電気的に接続されて第一の接合部位を形成する第一の端子と、抵抗素子に電気的に接続されて第二の接合部位を形成する第二の端子と、を備える。第一の端子と、第二の端子とは、高導電性の金属材料、例えば、銅その他高導電性の金属の片から形成される。金属片型の抵抗器の従来例は、米国特許第５６０４４７７（レイナー等）に開示されている。抵抗素子と、第一の端子と、第二の端子とは、第一の接合部位と第二の接合部位との間における熱的に誘導された電圧の影響を和らげるように配置される。抵抗体は、抵抗体の第一の部位と第二の部位との間に折りたたまれた部分を有する。伝熱性かつ非導電性の材料が、抵抗体の第一の部位と第二の部位とを熱的に接続するとともに第一の接合部位と第二の接合部位との間の温度差を小さくするために使用され得る。これによって第一の接合部位と第二の接合部位との間における熱的に誘導された電圧の影響を和らげる。

本発明の別の態様によれば、金属片型の抵抗器が提供される。この金属片型の抵抗器は、抵抗金属材料の片から形成された抵抗素子を備えた抵抗体と、抵抗素子に接合されて第一の接合部位を形成する第一の端子と、抵抗素子に接合されて第二の接合部位を形成する第二の端子と、を備える。第一の端子と、第二の端子とは、高導電性の金属材料の片から形成される。抵抗体は、折りたたまれ、対向する面が伝熱性かつ非導電性の接着剤によって接着され、これによって抵抗体の両側の温度が等しくなり、ひいては、第一の接合部位と第二の接合部位との間で熱的に誘導された電圧の影響が和らげられる。

本発明の別の態様によれば、金属片型の抵抗器は、抵抗金属材料の片から形成された抵抗素子を備えた抵抗体と、抵抗素子に接合されて第一の接合部位を形成する第一の端子と、抵抗素子に接合されて第二の接合部位を形成する第二の端子と、を備える。第一の端子と、第二の端子とは、高導電性の金属材料の片から形成される。抵抗素子と、第一の端子と、第二の端子とは、第一の接合部位の長さ方向に沿った第一の温度勾配と、第二の接合部位の長さ方向に沿った第二の温度勾配とを形成し、対向する接合部位における任意の２つの隣接点での温度が略等しくなるように構成されている。

本発明のさらに別の態様によれば、金属片型抵抗器の製造方法は、抵抗金属材料を導電性の材料に接合して、抵抗金属材料と導電性材料との間に複数の接合部位を有する抵抗体を形成するステップと、抵抗体を折りたたむステップと、抵抗体の折りたたまれた一方の側の部分と、他方の部分とを伝熱性かつ非導電性の接着剤によって接着し、これによって熱的に誘導された電圧の影響を和らげる金属片型の抵抗器を形成するステップと、を備える。

本発明によれば、熱ＥＭＦの影響を和らげるとともに、使用する抵抗合金の種類を制限しない抵抗器を提供することが可能となる。

折りたたむ前の金属片型抵抗器を示す図である。折りたたむ前の、２つの抵抗素子を含む金属片型抵抗器を示す図である。図１の金属片型抵抗器の折りたたんだ後の状態を示す図である。図２の金属片型抵抗器の折りたたんだ後の状態を示す図である。図３に示す金属片型抵抗器の断面図である。図４に示す金属片型抵抗器の断面図である。各接合部位に沿って等しい温度勾配を維持し、これによって異なる接合部位上の任意の２つの隣接する点の抵抗素子における温度を等しくすることにより、熱的に誘起された電圧の影響を和らげるための形状とした抵抗器を示す図である。各接合部位に沿って等しい温度勾配を維持し、これによって異なる接合部位上の任意の２つの隣接する点の抵抗素子における温度を等しくすることにより、熱的に誘起された電圧の影響を和らげるための形状とした別の抵抗器を示す図である。各接合部位に沿って等しい温度勾配を維持し、これによって異なる接合部位上の任意の２つの隣接する点の抵抗素子における温度を等しくすることにより、熱的に誘起された電圧の影響を和らげるための形状としたさらに別の抵抗器を示す図である。図１０（ａ）〜１０（ｄ）は、熱的に誘起された電圧の影響を和らげるための他の金属片型抵抗器を示す図である。図１１（ａ）〜１１（ｄ）は、熱的に誘起された電圧の影響を和らげるためのさらに他の金属片型抵抗器を示す図である。

本実施形態は、熱起電力（ＥＭＦ）の影響を和らげる抵抗器を提供する。これにより、熱ＥＭＦに関わらず種々の抵抗合金の使用が可能となり、また、端子間の温度差を考慮する必要がなくなる。本実施形態は、好適な抵抗器形状、金属形成、及び／または伝熱材料の使用によって望ましい結果を実現する。

本実施形態は、抵抗器の抵抗素子の材料及び／または端子の材料を変更すること、あるいは、抵抗合金の特定の組の熱ＥＭＦをオフセットするための補償回路を追加することではなく、同じ温度の金属接合部位を備えた形状を採用したものである。このようにして課題を解決することにより、本実施形態は、使用する合金及びその特定の熱ＥＭＦ特性に関わらず機能することができる。したがって、本実施形態は、特定の種類の材料に限定されるものではない。また、熱ＥＭＦを考慮することなく、他の電気的特性、例えば、ＴＣＲ、抵抗値、または安定性を最適化できるように材料を選択することもできる。これは重大な利点である。

図１は、折りたたむ前の、抵抗体１１を備えた金属片型の抵抗器１０を示す。抵抗体１１は、第一の端子１６及び第二の端子２０を備える。抵抗体１１は、少なくとも一つの抵抗素子１３を有する。第一の端子１６及び第二の端子２０は、金属片から構成される。抵抗素子１３は、端子の金属とは異なる合金の金属片から構成される。これらの金属片は接合され、第一の端子１６、第二の端子２０と、抵抗素子１３との間を電気的及び機械的に接続する。第一の接合部位１５は、第一の端子１６が抵抗素子１３に接合された箇所に設けられ、第二の接合部位１７は、第二の端子２０が抵抗素子１３に接合された箇所に設けられる。

中間位置に示す折線１２は、抵抗体１１の各端部の間で略等距離の位置であり、また、抵抗素子１３の第一抵抗素子部位１４と第二抵抗素子部位１８とが、折線１２を介して対向するように配置されるとともに、第一の端子１６と第二の端子２０とが、折線１２を介して対向するように配置され、さらに、第一の接合部位１５と第二の接合部位１７とが、折線１２を介して対向するように配置されるように、抵抗素子１３の中間点を通る。抵抗体１１は、その後抵抗体１１の各端部の間で略等距離の位置にある折線１２に沿って折りたたまれる。この折線は、抵抗体に沿って、中間点以外の種々の位置に配置することができる。

折り曲げる前に、折りたたまれた抵抗器の内側に位置するようになる半分の部分が、熱伝導率がよく、導電性がない材料（熱伝導性材料）によってコーティングされる。この熱伝導性材料の一例が、抵抗体の２つの半分部分を互いに接着する接着剤である。図３及び図５に折りたたまれて接着された後の抵抗器を示す。抵抗体は、半分に折りたたまれる。図５に示すように、折り曲げられた半分の部分の間には、ギャップ２２が設けられる。このギャップ２２は、例えば、０．００１インチ（０．０２５４ミリメートル）から０．００５インチ（０．１２７ミリメートル）の範囲のサイズを有する。しかしながら、かかるギャップはこの範囲よりも大きくても小さくてもよい。ギャップ２２は、熱伝導性材料、またはエラストマ等の接着剤３０及び熱伝導性の充填剤により充填される。他の熱伝導性材料を、接着の目的及び一方の半分部分から他方の半分部分への熱を伝達するとともに一方を他方から電気的に絶縁する目的で使用してもよい。

抵抗器１０の各半分部分をこのように熱的に接続することにより、銅と抵抗合金との接合部位の２か所のそれぞれが、等しい温度に維持されるようになり、ひいては、接合部位の熱ＥＭＦによる正味の電圧が打ち消される。したがって、熱伝導性材料３０は、抵抗器のそれぞれ対向する面間で熱を伝達し、第一の接合部位と、第二の接合部位とが、略等温に維持され、ひいては、熱ＥＭＦの影響が和らげられることになる。

図２、４及び６に、他の実施形態を示す。図２、４及び６に示す抵抗器は、抵抗素子１３を除き、図１、３及び５に示す抵抗器と同一の構成を有するが、かかる抵抗素子１３は、デュアル（２つの部分から構成される）抵抗素子であり、第一の部位１４が高導電性金属材料２４によって第二の部位１８から分離されている。図２の例では、抵抗素子１３の第一の部位１４の対向する側に接合部位１５Ａ及び１５Ｂが配置されており、抵抗素子１３の第二の部位１８の対向する側に接合部位１７Ａ及び１７Ｂが配置されている。図６に最もよく示すように、デュアル抵抗素子は、導電性材料２４を、折線１２の中央に位置するように備え、これによって抵抗素子１３に対して機械的応力が加わらないように構成されている。かかる構成によれば、折線が抵抗素子を通る場合に生じ得る、導通しにくいという問題が防止される。この構成は、２つの接合部位に代えて、４つの接合部位１５Ａ、１５Ｂ、１７Ａ及び１７Ｂを有するが、２つの予測される温度のそれぞれに対して、対向している接合部位を有する。そのため、かかる構成によって熱ＥＭＦを和らげることが可能である。

図１０（ａ）〜１０（ｄ）は、図１に示す実施形態に類似する、他の実施形態を示す。図１０（ｄ）は、折りたたむ前の抵抗体１１を示す。折りたたむ前の抵抗体１１の形状は、図１に示すものと類似しているが、第二の端子が外縁に切欠き２６を有し、これによって図１０（ｂ）にもっともよく示す構造へと折りたたむことが容易となる。

図１１（ａ）〜１１（ｄ）は、抵抗器のさらに他の実施形態を示し、端子の突起を除去することによって少ない溶接片を使用した抵抗素子を示す。この実施の形態も、同一の金属接合部位の形成及び接合方法を採用しており、これによって接合部位における温度差が生じることを防止している。

図７、８及び９は、抵抗器の形状の別の例を示し、かかる形状も、接合部位に由来する熱ＥＭＦの影響を和らげるためのものであるが、折りたたむという構成を採用していない。それぞれ、金属片型の抵抗器構成である。図示する構造のいずれかに係る、銅（または他の導体）と抵抗合金との接合部位は、各接合部位の長さ方向に沿って温度勾配を有し、この温度勾配は、２つの端子間における、予測される温度差によるものである。図７及び８に示すように、抵抗体１１は、一般的にテーパー形状または三角形の導電性部分を有する。各接合部位の長さ方向に沿った温度勾配は、抵抗素子のどちら側であるかに関わらず同一なので、対向する接合部位における任意の２つの隣接する点における温度は、略等しく、また、各接合部位が反対の極性を有する。したがって、熱的に誘導された電圧は、等しく、反対の極性を有するので、互いに打ち消しあう。このようにして熱ＥＭＦを和らげる構成として、種々のものを採用することが可能である。

以上のように、熱ＥＭＦの影響を和らげる金属片型の抵抗器について説明した。上述した実施形態は、熱ＥＭＦの影響を和らげる抵抗器を提供するものである。上述した実施形態によれば、熱ＥＭＦに関わらず任意の数の種類の抵抗合金を使用することができ、複数の端子間の温度差を考慮する必要がなくなる。以上の実施形態は、好適な抵抗器形状、金属形成、及び／または伝熱性材料の使用により、望ましい結果を実現するものである。本発明は、様々な変更、応用及び形状のバリエーション、使用する材料の種類等の代替的な形態を含むものである。

Claims

第一の端子及び第二の端子と、
少なくとも一つの抵抗素子を備え、前記第一の端子に接続されて第一の接合部位を形成する第一端、及び、前記第二の端子に接続されて第二の接合部位を形成する第二の端を備える抵抗体と、を有し、
前記抵抗体はギャップを画定して折りたたまれ、これによって前記第一の端子と前記第二の端子とが前記ギャップを介して対向する位置に配置され、さらに、
前記ギャップの少なくとも一部分に配置され、前記第一の接合部位と前記第二の接合部位とを熱的に接続する熱伝導性材料を備え、
前記第一の端子は、前記抵抗体と同じ方向に延びる第一部分と、前記第一の端子の第一部分と同一面上であって遠ざかる方向に延びる終端部分とを有し、
前記第二の端子は、前記抵抗体と同じ方向に延びる第一部分と、前記第二の端子の第一部分と同一面上であって遠ざかる方向に延びる終端部分とを有し、
前記第一の端子の終端部分と前記第二の端子の終端部分とが互いに異なる方向に延びることを特徴とする抵抗器。
前記熱伝導性材料は接着剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記抵抗体は単一の抵抗素子を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記抵抗体は、前記抵抗素子を介して折りたたまれ、
前記抵抗素子は、前記ギャップを介した一の側に配置される第一の抵抗素子部位と、前記ギャップを介して前記一の側に対向する側に配置される第二の抵抗素子部位とを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の抵抗器。
前記ギャップは、前記第一の抵抗素子部位と、前記第二の抵抗素子部位との間に配置され、
前記熱伝導性材料は、前記第一の抵抗素子部位と前記第二の抵抗素子部位とを熱的に接続する、
ことを特徴とする請求項４に記載の抵抗器。
前記抵抗体は、複数の抵抗素子を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記抵抗体は、第一の抵抗素子と、第二の抵抗素子とを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記第一の抵抗素子と前記第二の抵抗素子との間に位置する点を介して前記抵抗体が折りたたまれ、
前記第一の抵抗素子は、前記ギャップを介した一の側に配置され、前記第二の抵抗素子は、前記ギャップを介して前記一の側に対向する側に配置され、
前記熱伝導性材料は、前記第一の抵抗素子と前記第二の抵抗素子とを熱的に接続する、
ことを特徴とする請求項７に記載の抵抗器。
前記熱伝導性材料は、さらに、接着剤から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記熱伝導性材料は、非導電性である、
ことを特徴とする請求項１又は９に記載の抵抗器。
前記第一の端子と、前記第二の端子とは、それぞれ、導電性の金属材料の片から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記第一の端子と、前記第二の端子とは、それぞれ、銅から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記抵抗体は、折りたたまれて熱伝導性の接着剤によって接着されることにより、前記第一の接合部位と前記第二の接合部位との間の熱的に誘導された電圧を小さくする、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
前記抵抗体は、その中間点において折りたたまれる、
ことを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。
抵抗体の第一の端と第一の端子とを接続して第一の接合部位を形成し、前記抵抗体の第二の端と第二の端子とを接続して第二の接合部位を形成するステップであって、前記抵抗体が少なくとも一つの抵抗素子を有するステップと、
前記抵抗体を、ギャップを画定して折りたたみ、前記第一の端子と前記第二の端子とを、前記ギャップを介して対向する位置に配置するステップと、
前記ギャップの少なくとも一部に、前記第一の接合部位と前記第二の接合部位とを熱的に接続する熱伝導性材料を充填するステップと、
を備え、
前記第一の端子は、前記抵抗体と同じ方向に延びる第一部分と、前記第一の端子の第一部分と同一面上であって遠ざかる方向に延びる終端部分とを有し、
前記第二の端子は、前記抵抗体と同じ方向に延びる第一部分と、前記第二の端子の第一部分と同一面上であって遠ざかる方向に延びる終端部分とを有し、
前記第一の端子の終端部分と前記第二の端子の終端部分とが互いに異なる方向に延びることを特徴とする抵抗器の製造方法。
前記熱伝導性材料は接着剤を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記抵抗体は、単一の抵抗素子を有する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記抵抗体は、前記抵抗素子を介して折りたたまれ、
前記抵抗素子は、前記ギャップを介した一の側に配置される第一の抵抗素子部位と、前記ギャップを介して前記一の側に対向する側に配置される第二の抵抗素子部位とを備える、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記ギャップは、前記第一の抵抗素子部位と、前記第二の抵抗素子部位との間に配置され、
前記熱伝導性材料は、前記第一の抵抗素子部位と前記第二の抵抗素子部位とを熱的に接続する、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
前記抵抗体は、複数の抵抗素子を有する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記抵抗体は、第一の抵抗素子と、第二の抵抗素子とを備える、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記第一の抵抗素子と前記第二の抵抗素子との間に位置する点を介して前記抵抗体が折りたたまれ、
前記第一の抵抗素子は、前記ギャップを介した一の側に配置され、前記第二の抵抗素子は、前記ギャップを介して前記一の側に対向する側に配置され、
前記熱伝導性材料は、前記第一の抵抗素子と前記第二の抵抗素子とを熱的に接続する、
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
前記熱伝導性材料は、さらに、接着剤から構成される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記熱伝導性材料は、非導電性である、
ことを特徴とする請求項１５又は２３に記載の方法。
前記第一の端子と、前記第二の端子とは、それぞれ、導電性の金属材料の片から構成される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記第一の端子と、前記第二の端子とは、それぞれ、銅から構成される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記抵抗体は、折りたたまれて熱伝導性の接着剤によって接着されることにより、前記第一の接合部位と前記第二の接合部位との間の熱的に誘導された電圧を小さくする、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記抵抗体は、その中間点において折りたたまれる、
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記抵抗体は、前記第一の端子及び前記第二の端子が予め接続されてから折りたたまれることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器。