JP7038980B2 - チップ型金属板抵抗器製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器の電流値検出等に使用されるチップ型金属板抵抗器に係るものである。

従来のこの種のチップ型金属板抵抗器は、金属板で構成された抵抗体と、この抵抗体の下面の両端部に設けられた金属からなる一対の電極とを備え、この電極は抵抗体に摩擦熱による溶着する構成は、公知である（特許文献１参照）。
また、従来、抵抗体と、一対の電極とを、超音波接合により取付ける構成は、公知である（特許文献２参照）。
この公知例では、電極の上面に所定形状の凹部を形成することを目的とし、この凹部の存在により基板に対する実装強度を向上させている。

特開２０１３－５２４２５号公報 特開２００８－１８２０７９号公報

前記公知例のうち前者のものは、抵抗体と電極との接合が良好でなく、抵抗値の低いチップ型金属板抵抗器を提供できないという課題がある。
すなわち、前者の公知例の接合方法では、当接面の不純物の除去が十分でないこと、当接面が不均一になって、抵抗体の抵抗とは別に電気の流れに抵抗が生じ、その分、所望の低い抵抗値のチップ型金属板抵抗器が得られないのである。
前記公知例のうち後者のものは、単に、電極に凹部を形成することを目的としているので、抵抗値の低いチップ型金属板抵抗器を提供できないという課題がある。
なお、後者の公知例には、電極と抵抗体との固定手段に、超音波接合を使用する旨が記載されているが、電極と抵抗体との固定手段の一手段に過ぎず、溶接やクラッド接合等であっても良いとの認識であるから、抵抗値の低いチップ型金属板抵抗器を得るための超音波接合という手段を選択するという着想はなく、これを示唆する記載も無い。
また、後者の公知例の凹部は各図に図示されているように、電極の面積に対して小さく、所謂スポット溶接のようであって、電極が全面的に抵抗体に接合していないと思われ、このことから、電極と抵抗体との接合面積も小さく、この点で、電気の流れに抵抗が生じ、その分、所望の低い抵抗値のチップ型金属板抵抗器が得られないという課題がある。
しかし、この超音波接合を有効活用すると、抵抗値の小さいチップ型金属板抵抗器が得られることを知見した。
本願は、チップ型金属板抵抗器の構成を工夫し、０．１ミリオーム以下という小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器を提供するものである。

請求項１の発明は、導電性を有する金属板で抵抗体１を成形し、該抵抗体１の、少なくとも、片面の両端にそれぞれ設ける一対の電極２を、前記抵抗体１の電気伝導率と同等または前記抵抗体１の電気伝導率より大きい電気伝導率を有する金属により前記抵抗体１とは別体で形成し、前記電極２は、電極２の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を当接させて超音波振動させ、電極２と抵抗体１とを固相接合させるチップ型金属板抵抗器製造方法としたものである。
請求項２の発明は、前記抵抗体１の両端に表側から裏側に貫通する透孔１５を穿孔し、前記電極２は所定の大きさであって所定形状のフランジ部１６と該フランジ部１６の所定位置に起立する起立部１７とを一体状に成形し、前記抵抗体１の各透孔１５に各電極２の起立部１７を厚入し、次に、前記電極２のフランジ部１６に該フランジ部１６の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を当接させ、この接合チップ６を超音波振動させて前記フランジ部１６と前記抵抗体１との当接面を超音波接合面１２として固相接合させるチップ型金属板抵抗器製造方法としたものである。
請求項３の発明は、前記電極２を、抵抗体１の一面に当接する表側板部２３および抵抗体１の他面に当接する裏側板部２４と、該表側板部２３と裏側板部２４とを連結する連結部２５を有して断面コ字形状に、抵抗体１とは別体でそれぞれ成形し、前記各電極２の表側板部２３と裏側板部２４の間の溝２６を、抵抗体１の両端に嵌合させ、次に、各電極２の表側板部２３に該表側板部２３の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の一方側接合チップ６を当接させ、各電極２の裏側板部２４に該裏側板部２４の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の他方側接合チップ１１を当接させ、一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１とを同時に超音波振動させて抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との当接面を超音波接合面１２として固相接合するチップ型金属板抵抗器製造方法としたものである。
請求項４の発明は、前記各電極２の表側板部２３と裏側板部２４とは同じ長さまたは前記各電極２の表側板部２３を裏側板部２４より長く成形し、あるいは、裏側板部２４の厚さを所定厚さとし、該裏側板部２４の厚さより表側板部２３の厚さを薄くしたチップ型金属板抵抗器製造方法としたものである。
請求項５の発明は、前記電極２を、抵抗体１の一面に当接する表側板部２３および抵抗体１の他面に当接する裏側板部２４と、該表側板部２３と裏側板部２４とを連結する連結部２５とを有すると共に、前記表側板部２３を一対の連結部２５を連結するように一枚板状に成形し、この電極２を抵抗体１の外周に密着嵌合させ、次に、表側板部２３の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の一方側接合チップ６を各電極２の表側板部２３に当接させ、裏側板部２４の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の他方側接合チップ１１を各電極２の両端の裏側板部２４に当接させ、一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１を同時に超音波振動させて抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との当接面を超音波接合面１２として固相接合するチップ型金属板抵抗器製造方法としたものである。

請求項１の発明では、電極２の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を超音波振動させて抵抗体１と電極２とを接合するので、抵抗体１と電極２との固相接合部分の面積を大きく（広く）でき、これにより電気が流れる際の電気抵抗を少なくし、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔを提供することができる。
請求項２の発明では、電極２のフランジ部１６の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を超音波振動させて抵抗体１と電極２とを接合するので、抵抗体１と電極２との固相接合部分の面積を大きく（広く）でき、これにより電気が流れる際の電気抵抗を少なくし、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔを提供することができ、また、抵抗体１の透孔１５に電極２の起立部１７を圧入しているので、取付強度を向上させることができる。
請求項３の発明では、抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４のそれぞれとの当接面を超音波接合面１２として固相接合するので、抵抗体１に対する電極２の容積比率を大きくでき、より一層、低い抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔを提供できる。
請求項４の発明では、抵抗体１に対する電極２の容積比率を簡単に大きくでき、より一層、低い抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔを提供でき、また、裏側板部２４の厚さを表側板部２３の厚さより厚くすると、抵抗板１の下面と基板Ｋとの間の空間を大きくすることができ、基板Ｋへの実装を容易にすることができる。
請求項５の発明では、電極２の表側板部２３は連結部２５を連結するように一枚板状に成形しているので、抵抗体１に対する電極２の容積比率を簡単に大きくでき、より一層、低い抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔを提供でき、しかも、抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との当接面を超音波接合面１２として固相接合する抵抗体１と電極２との固相接合部分の面積を大きく（広く）でき、これにより電気が流れる際の電気抵抗を少なくし、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔを提供することができる。

チップ型金属板抵抗器の斜視図。 チップ型金属板抵抗器の一部切断斜視図。 チップ型金属板抵抗器の平面図および正面図。 抵抗板の平面図および正面図。 電極の平面図および側面図。 超音波溶接機の模式図。 図１のチップ型金属板抵抗器の作業工程図。 他の実施形態の斜視図。 他の実施形態の平面図および正面図。 同電極の側面図および正面図。 同接合状態の一部正面図。 同接合部分を示す平面図。 他の実施形態の正面図。 他の実施形態の正面図。 他の実施形態の正面図。 他の実施形態の斜視図。 同電極の正面図。 同接合部分を示す平面図。 同接合状態の正面図。 同接合部分を示す平面図。 同接合部分を示す底面図。

本発明の方法を実施しうる実施形態を図面を用いて説明する。１はチップ型金属板抵抗器の抵抗体であり、銅ニッケル合金、ニッケルクロム合金あるいは銅マンガンニッケル合金等からなる板状あるいは帯状の金属体を、切断、打ち抜き加工およびプレス加工等をして、体積抵抗率、断面積および長さから求められる所望の抵抗値を有する板状の所定形状に形成する。

また、本発明の要件ではないが、この抵抗体１の全面または一部にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁材からなる保護膜（図示省略）を形成してもよい。
また、抵抗体１には抵抗値調整用の切欠き（図示省略）を形成してもよい。

なお、理解を容易にするために、表裏・左右・上下等の方向を便宜的に用いて説明するが、製造工程やチップ型金属板抵抗器Ｔが装着された基板Ｋの向き、あるいは、基板Ｋの装着される製品の向きにより、方向は相対的に変化するものであり、方向を用いた以下の説明により、本発明の構成は限定されない（図１における抵抗体１の長さ方向を左右方向として説明している。）。

抵抗体１の片面の左右両側（両端）には、一対の電極２を取付ける。電極２は抵抗体１の電気伝導率と同等または抵抗体１の電気伝導率より大きい電気伝導率を有する銅、銀、金、アルミニウム、銅ニッケルあるいは銅亜鉛等の金属からなる板状あるいは帯状の金属体を、切削、鋳造、鍛造、プレス加工、引き抜き加工等して、抵抗体１とは別体で形成する。

前記電極２は、少なくとも、前記抵抗体１の左右両側の片面（上面）に載置した状態で（図７）、電極２の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を電極２に当接させて超音波振動させて、電極２と抵抗体１とを固相接合させる。

そのため、抵抗体１と電極２との固相接合部分の面積を十分に確保でき、これにより電気が流れる際の電気抵抗を少なくし、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔを提供することができる。

すなわち、電極２は抵抗体より電気伝導率の高い一般に導電性にすぐれている金属を使用するので、チップ型金属板抵抗器Ｔの抵抗値を低くするためには、電極２に対する抵抗体１の容積比を大きくする手法がとられるが、本発明では、電極２に対する抵抗体１の容積比を確保しつつ、併せて、固相接合面積も十分に確保することにより、電極２から抵抗体１に電気が流れる際の電気抵抗を少なくして、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔとしている。

電極２を超音波接合させる超音波溶接機５の構成は任意であるが、一例を示すと、図６（Ａ）のように、超音波溶接機５の接合チップ６をリード７に取付け、リード７はウェッジ８により振動させる構成としている。ウェッジ８はトランスデューサ９により振動が付与される。１０はリード７の基部の振動を吸収するマスである。

具体的には、図１、２に示すように、抵抗体１の左右両側に上下に貫通する透孔１５を形成し、各透孔１５に前記電極２を取付ける。電極２は下部に所定形状のフランジ部１６を設け、フランジ部１６の略中央に上方に起立する起立部１７を一体状に形成し、抵抗体１とは別体で形成する。
なお、起立部１７は複数設けてもよい。

電極２は、図７のように、任意の手段により抵抗体１の透孔１５に上から挿入し、電極２のフランジ部１６の下面と起立部１７の上面とを所謂カシメ固定する。１８は抜け止め用のカシメ固定部であり、抵抗板１と電極２との固定強度を向上させられる。
次に、抵抗体１に電極２を嵌めた状態で、フランジ部１６と抵抗体１との当接面を超音波により接合する。

すなわち、任意の方法で抵抗体１の各透孔１５に、電極２の起立部１７をそれぞれ圧入させ、抵抗体１から電極２が外れない状態とし、図７のように、電極２のフランジ部１６が上側となるようにして、超音波溶接機５の固定具１８により抵抗体１の片面となる上面（一方面１Ａ）と下面（他方面１Ｂ）が開放された固定状態となるように装着し、次に、電極２のフランジ部１６にフランジ部１６の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を上方から当接させ、この接合チップ６を超音波振動させて前記フランジ部１６（起立部１７の部分を除いたフランジ部１６の全面）と抵抗体１との当接面を超音波接合面１２として固相接合する。

すると、電極２のフランジ部１６と抵抗体１との当接面の油・被膜・汚れが除去され、金属分子が現れて原子運動を盛んにし、拡散による金属原子を移動させ、金属原子相互間が結びつき、抵抗体１と電極２と違う薄い金属層が形成された固相接合となる。
そのため、基板Ｋに実装する際には、抵抗体１と電極２のフランジ部１６とは超音波接合により電気抵抗が生じない電気的に結合し、これにより、これにより電気が流れる際の電気抵抗を少なくし、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔとすることができる。

また、この場合のチップ型金属板抵抗器Ｔは、電極２が抵抗体１の下面側（一方面１Ａ）に設けられたフランジ部１６となるので、製品に実装する場合、抵抗体１の上面側に電極２を設けられない制約がある場合有利である。
また、電極２は抵抗体１にカシメ固定されるので、実装された製品が振動環境にあっても安定して作動させられる。
なお、抵抗体１と電極２の固定作業順序は任意であり、超音波接合工程とカシメ工程との順序は反対であってもよい。

また、フランジ部１６は抵抗体１の前後幅より狭い前後幅を有するものでもよいが、本実施形態では、フランジ部１６は抵抗体１の前後幅と同一の前後幅を有して形成する。
そのため、電極２は抵抗板１に対する容積を大きくでき、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔとすることができる。

なお、上記抵抗板１の形状は任意であり、抵抗板１の左右幅よりも前後幅を大きくしてもよく、また、抵抗板１の厚さを厚くあるいは薄くしても良く、また、フランジ部１６の厚さを厚くしてもよい。
また、電極２の形状も任意であり、フランジ部１６の所定位置に起立部１７があればよい。

図８～図１２はチップ型金属板抵抗器Ｔの他の実施形態を示し、一対の各電極２を、抵抗体１の上面（一方面１Ａ）に当接する表側板部２３および抵抗体１の下面（他方面１Ｂ）に当接する裏側板部２４と、該表側板部２３と裏側板部２４とを連結する連結部２５を有して断面コ字形状に、抵抗体１とは別体でそれぞれ成形し、表側板部２３と裏側板部２４の間に溝２６を形成する（図８）。
なお、この実施形態では、抵抗板１の表面側を一方面１Ａとし、抵抗板１の裏面側を他方面１Ｂとしており、表側板部２３と裏側板部２４の何れかが基板Ｋに固定されることになり、基板Ｋに固定された抵抗体１の面が電極２を設けた片面となる。

前記各電極２の表側板部２３と裏側板部２４の間の溝２６を、抵抗体１の両端に嵌合させ、この状態で、各電極２の表側板部２３に表側板部２３の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の一方側接合チップ６（図７（Ｂ）、図１１）を当接させ、各電極２の裏側板部２４に該裏側板部２４の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の他方側接合チップ１１を当接させ、一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１を同時に超音波振動させて抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との当接面を超音波接合面１２として固相接合する。

そのため、抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４の全面との当接面が超音波接合面１２となって固相接合部分となるので、これにより電気が流れる際の電気抵抗を少なくし、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔとすることができる。
この場合、前記一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１とは、同時に互いに反対方向に振幅させる。
これにより、電極２の表側板部２３および裏側板部２４と抵抗板１との上下２カ所の超音波接合を同時に行える。

また、第一実施形態に比し、電極２が表側板部２３と裏側板部２４を有して、抵抗体１の上下両面に設けられるので、抵抗体１に対する電極２の容積率を増加させることができ、一層、抵抗値の小さいチップ型金属板抵抗器Ｔを提供できる。
また、この実施形態では、抵抗体１の上下両側に表側板部２３と裏側板部２４とがそれぞれ電極２として存在するので、チップ型金属板抵抗器Ｔの電極２の上下位置を考慮せずに、基板Ｋに実装でき、基板Ｋへの実装作業を容易にする。

また、図８～図１０では、電極２の表側板部２３と裏側板部２４を同じ左右長さに形成しているが、図１３は表側板部２３を裏側板部２４より長く形成している。
そのため、抵抗体１に対する電極２の容積率を増加させることができ、一層、抵抗値の小さいチップ型金属板抵抗器Ｔとすることができる。
また、図１４、１５では、裏側板部２４の厚さを所定厚さとし、裏側板部２４の厚さより表側板部２３の厚さを薄く形成する。
そのため、図示は省略するが、抵抗板１の下面と基板Ｋとの間の空間を大きくすることができ、基板Ｋへの実装を容易にする。

また、裏側板部２４の厚さを表側板部２３の厚さよりも厚く形成することにより（図８、図１５）、抵抗体１に対する電極２の容積率を増加させることができ、一層、抵抗値の小さいチップ型金属板抵抗器Ｔとすることができる。
なお、この各実施形態において、上記抵抗板１の形状は任意であり、抵抗板１の左右幅よりも前後幅を大きくしてもよく、また、抵抗板１の厚さを厚くあるいは薄くしてもよい。
また、電極２の形状も任意であり、表側板部２３と裏側板部２４と連結部２５の、厚さ・左右長さ・前後長さを、抵抗板１に対して相対的にどのように変更させてもよい。

図１６～図２１はチップ型金属板抵抗器Ｔの他の実施形態を示し、前記電極２を、抵抗体１の一方面１Ａに当接する表側板部２３および抵抗体１の他方面１Ｂに当接する裏側板部２４と、該表側板部２３と裏側板部２４とを連結する連結部２５とを有すると共に、前記表側板部２３を一対の連結部２５を連結するように一枚板状に成形する。
なお、この実施形態では、抵抗板１の裏面側を一方面１Ａとし、抵抗板１の表面側を他方面１Ｂとしており、抵抗板１の裏面側の一方面１Ａに設けた裏側板部２４が電極２となって基板Ｋに固定されることになるので、抵抗板１の裏面側の一方面１Ａが抵抗体１の片面となる。

この電極２を抵抗体１の外周に嵌合させて、この電極２を抵抗体１の外周に密着嵌合させ、次に、表側板部２３の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の一方側接合チップ６を各電極２の表側板部２３に当接させ、裏側板部２４の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の他方側接合チップ１１を各電極２の裏側板部２４に当接させ、一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１を同時に超音波振動させて抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との当接面を超音波接合面１２として固相接合する。

そのため、一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１を同時に振動させているので、抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との上下両側を同時に超音波接合して電気的に結合させ、抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４の全面との当接面が超音波接合面１２となって固相接合部分となるので、これにより電気が流れる際の電気抵抗を少なくし、小さい低抵抗値のチップ型金属板抵抗器Ｔとすることができる。

また、図８の実施形態に比し、電極２の表側板部２３が一枚板状に形成しているので、抵抗体１に対する電極２の容積率を増加させることができ、一層、抵抗値の小さいチップ型金属板抵抗器Ｔを提供できる。
なお、上記抵抗板１の形状は任意であり、抵抗板１の左右幅よりも前後幅を大きくしてもよく、また、抵抗板１の厚さを厚くあるいは薄くしてもよい。
また、電極２の形状も任意であり、表側板部２３と裏側板部２４と連結部２５の、厚さ・左右長さ・前後長さを、抵抗板１に対して相対的にどのように変更させてもよい。

１…抵抗体、２…電極、５…超音波溶接機、６…一方側接合チップ、７…リード、８…ウェッジ、９…トランスデューサ、１０…、１１…他方側接合チップ、１５…透孔、１６…フランジ部、１７…起立部、１８…固定具、２３…表側板部、２４…裏側板部、２５…連結部、２６…溝。

Claims (5)

1. 導電性を有する金属板で抵抗体１を成形し、該抵抗体１の、少なくとも、片面の両端にそれぞれ設ける一対の電極２を、前記抵抗体１の電気伝導率と同等または前記抵抗体１の電気伝導率より大きい電気伝導率を有する金属により前記抵抗体１とは別体で形成し、前記電極２は、電極２の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を当接させて超音波振動させ、電極２と抵抗体１とを固相接合させるチップ型金属板抵抗器製造方法。
2. 請求項１において、前記抵抗体１の両端に表側から裏側に貫通する透孔１５を穿孔し、前記電極２は所定の大きさであって所定形状のフランジ部１６と該フランジ部１６の所定位置に起立する起立部１７とを一体状に成形し、前記抵抗体１の各透孔１５に各電極２の起立部１７を厚入し、次に、前記電極２のフランジ部１６に該フランジ部１６の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の接合チップ６を当接させ、この接合チップ６を超音波振動させて前記フランジ部１６と前記抵抗体１との当接面を超音波接合面１２として固相接合させるチップ型金属板抵抗器製造方法。
3. 請求項１において、前記電極２を、抵抗体１の一面に当接する表側板部２３および抵抗体１の他面に当接する裏側板部２４と、該表側板部２３と裏側板部２４とを連結する連結部２５を有して断面コ字形状に、抵抗体１とは別体でそれぞれ成形し、前記各電極２の表側板部２３と裏側板部２４の間の溝２６を、抵抗体１の両端に嵌合させ、次に、各電極２の表側板部２３に該表側板部２３の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の一方側接合チップ６を当接させ、各電極２の裏側板部２４に該裏側板部２４の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の他方側接合チップ１１を当接させ、一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１とを同時に超音波振動させて抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との当接面を超音波接合面１２として固相接合するチップ型金属板抵抗器製造方法。
4. 請求項３において、前記各電極２の表側板部２３と裏側板部２４とは同じ長さまたは前記各電極２の表側板部２３を裏側板部２４より長く成形し、あるいは、裏側板部２４の厚さを所定厚さとし、該裏側板部２４の厚さより表側板部２３の厚さを薄くしたチップ型金属板抵抗器製造方法。
5. 請求項１において、前記電極２を、抵抗体１の一面に当接する表側板部２３および抵抗体１の他面に当接する裏側板部２４と、該表側板部２３と裏側板部２４とを連結する連結部２５とを有すると共に、前記表側板部２３を一対の連結部２５を連結するように一枚板状に成形し、この電極２を抵抗体１の外周に密着嵌合させ、次に、表側板部２３の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の一方側接合チップ６を各電極２の表側板部２３に当接させ、裏側板部２４の面積と同一またはそれ以上の面積を有する超音波溶接機５の他方側接合チップ１１を各電極２の両端の裏側板部２４に当接させ、一方側接合チップ６と他方側接合チップ１１を同時に超音波振動させて抵抗体１と電極２の表側板部２３および裏側板部２４との当接面を超音波接合面１２として固相接合するチップ型金属板抵抗器製造方法。

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