WO2022044611A1 - シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器 - Google Patents

シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器 Download PDF

Info

Publication number
WO2022044611A1
WO2022044611A1 PCT/JP2021/026813 JP2021026813W WO2022044611A1 WO 2022044611 A1 WO2022044611 A1 WO 2022044611A1 JP 2021026813 W JP2021026813 W JP 2021026813W WO 2022044611 A1 WO2022044611 A1 WO 2022044611A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resistance
resistor
shunt resistor
alloy
tcr
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/026813
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
賢孝 粂田
忠彦 吉岡
Original Assignee
Koa株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koa株式会社 filed Critical Koa株式会社
Priority to CN202180052148.8A priority Critical patent/CN115989331A/zh
Priority to US18/022,926 priority patent/US20230326631A1/en
Priority to DE112021004562.8T priority patent/DE112021004562T5/de
Publication of WO2022044611A1 publication Critical patent/WO2022044611A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/06—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material including means to minimise changes in resistance with changes in temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/065—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thick film techniques, e.g. serigraphy
    • H01C17/06506—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits
    • H01C17/06513—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component
    • H01C17/06526—Precursor compositions therefor, e.g. pastes, inks, glass frits characterised by the resistive component composed of metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/10—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element having zig-zag or sinusoidal configuration
    • H01C3/12—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element having zig-zag or sinusoidal configuration lying in one plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/13—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material current responsive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of measuring instruments, e.g. of probe tips

Definitions

  • the present invention relates to a resistance alloy used for a shunt resistor, use of a resistance alloy for a shunt resistor, and a shunt resistor using a resistance alloy.
  • Copper-manganese alloys (copper-manganese-nickel alloys, etc.), copper-nickel alloys, nickel-chromium alloys, etc. are used as resistance alloys for shunt resistors that are used for current detection, etc.
  • iron-chromium alloys and the like.
  • a copper-manganese alloy having a low temperature coefficient of resistance hereinafter, also referred to as “TCR”
  • TCR temperature coefficient of resistance
  • thermoelectromotive force with respect to copper should be used. There are many.
  • a small and low resistance shunt resistor is designed using a resistance material having a low resistance value, for example, a copper-nickel based alloy having a specific resistance of 20 ⁇ ⁇ cm.
  • a resistance material having a low resistance value for example, a copper-nickel based alloy having a specific resistance of 20 ⁇ ⁇ cm.
  • the TCR of the resistance alloy is large, and the product TCR is also large.
  • the thermoelectromotive force with respect to copper is large, the use and conditions of use as a resistance alloy for a shunt resistor are limited.
  • Patent Document 1 discloses a technique for adjusting TCR according to the shape of a resistor.
  • the actual resistance of the resistor increases due to the processing into the electrode.
  • problems such as difficulty in processing and adjustment when the resistor is miniaturized.
  • the shunt resistor is made low in resistance and downsized, there is also a problem that the TCR of the resistor becomes large and the detection accuracy is lowered. It is also necessary to ensure the reliability of the current detection device.
  • the thickness and width of the shunt resistor may be fixed depending on the product specifications, which may cause the following problems.
  • FIG. 10 is a perspective view of the shunt resistor when the distance between the electrodes is changed.
  • a lift structure in which the resistor is lifted with respect to the electrode end will be described as an example.
  • FIG. 10A shows a configuration of a shunt resistor in which the distance between the electrodes 1115a and
  • FIG. 10B shows a configuration example of a shunt resistor X2 in which the distance between the electrodes 115a and 115b connected to the wirings 121a and 121b (the length of the resistor 111) L113 is lengthened. It is a perspective view which shows. Note that L101, L102, L111, and L112 are widths corresponding to the widths that can be changed in each shunt resistor.
  • 10 (a) and 10 (b) are also used for explanation in the following embodiments of the present invention.
  • FIG. 10 (a) Compared with the structure of the shunt resistor shown in FIG. 10 (b), that is, the structure in which the distance between the electrodes L113 is long (the electrode widths L111 and L112 in the raised portion are relatively short), it is shown in FIG. 10 (a).
  • the resistance value of the shunt resistor X1 is lowered by making the electrode widths L101 and L102 of the raised portion of the electrodes relatively long and shortening the distance between the electrodes L103 (shortening the length of the resistor 111). It is possible to do. Therefore, a shunt resistor having a low resistance value can be realized.
  • the TCR of the shunt resistor X1 becomes high due to the influence of the TCR of copper, which is the electrode material. That is, in FIG. 10, in the structure of FIG. 10 (a), the copper electrodes 115a and 115b are relatively larger than the structure of the resistor 111 as shown by the arrow portion, as compared with the structure of FIG. 10 (b). Therefore, there is a problem that the TCR becomes high.
  • the specific resistance of the resistor alloy constituting the resistor As another means of reducing the resistance value of the shunt resistor, it is conceivable to reduce the specific resistance of the resistor alloy constituting the resistor.
  • the specific resistance is 29 ⁇ ⁇ cm, which cannot be said to be sufficiently low.
  • a Cu-Ni based alloy as a resistivity alloy having a specific resistance of 20 ⁇ ⁇ cm, but the performance of TCR is about 330 ppm ⁇ K, which is not excellent.
  • the thermoelectromotive force for copper becomes large, which greatly affects the accuracy of current detection.
  • Patent Document 2 is composed of a Cu alloy containing Cu, Mn of 6.20% by mass or more and 7.40% by mass or less, and Si of 0.15% by mass or more and 1.5% by mass or less, and has a temperature of 25 ° C. Disclosed are resistance alloys having an absolute value of TCR from to 150 ° C. to 15 ppm / K or less. This makes it possible to reduce the absolute value of the TCR over a wide temperature range. However, Patent Document 2 does not disclose that the specific resistance and the thermoelectromotive force with respect to copper are also lowered while achieving a low TCR. This point will be described later.
  • An object of the present invention is to achieve a low resistivity and a small thermoelectromotive force against copper while maintaining a low TCR in a resistor for current detection such as a shunt resistor. It is also an object of the present invention to provide a resistance alloy used for such a shunt resistor.
  • the present invention is a copper-manganese-based resistivity alloy used for a shunt resistor for current detection, in which manganese is 4.5 to 5.5% by mass and silicon is 0.05 to 0.
  • a resistance alloy is provided that is composed of 30% by mass, 0.10 to 0.30% by mass of iron, and copper at the rest, and has a specific resistance of 15 to 25 ⁇ .
  • the above resistance alloy is characterized in that the TCR is 100 ⁇ 10-6 / K or less (range of 0 to 100 ⁇ 10-6 ).
  • the resistance alloy according to any one of the above is characterized in that the thermoelectromotive force with respect to copper is within ⁇ 1 ⁇ V / K.
  • the thermoelectromotive force with respect to copper is within ⁇ 1 ⁇ V / K.
  • the present invention is the use of the resistance alloy according to any one of the above for a resistor of a shunt resistor used in a current detection device.
  • the present invention is a shunt resistor for current detection including a resistor and an electrode, wherein the resistor contains 4.5 to 5.5% by mass of manganese and 0.05 to 0.30 of silicon. It is a shunt resistor formed of a resistance alloy having a specific resistance of 15 to 25 ⁇ , which is composed of% by mass, 0.10 to 0.30% by mass of iron, and the rest is copper.
  • the present invention is a shunt resistor for current detection including a resistor and an electrode, and the resistor contains 4.5 to 5.5% by mass of manganese and 0.05 to 0.30 of silicon. It is a shunt resistor for current detection, which is made of a resistance alloy having a specific resistance of 15 to 25 ⁇ , which is composed of% by mass, 0.10 to 0.30% by mass of iron, and the rest is copper.
  • This specification includes the disclosure of Japanese Patent Application No. 2020-145278, which is the basis of the priority of the present application.
  • the resistance alloy of the present invention By using the resistance alloy of the present invention, it is possible to achieve a low resistivity and a small thermoelectromotive force against copper while reducing the TCR of the shunt resistor used in the current detector. Further, if the resistance alloy of the present invention is used, the reliability of current detection of the shunt resistor can be ensured.
  • FIG. 8A is a perspective view showing a configuration example of a shunt resistor using an alloy for a resistor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a plan view and a side view of the shunt resistor.
  • FIG. 8B shows the dimension (mm). It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the shunt resistor by the 3rd Embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the shunt resistor by the 3rd Embodiment of this invention, and is the figure which follows FIG. 9A.
  • FIG. 9B It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the shunt resistor by the 3rd Embodiment of this invention, and is the figure which follows FIG. 9B. It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the shunt resistor by the 3rd Embodiment of this invention, and is the figure which follows FIG. 9C. It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the shunt resistor by the 3rd Embodiment of this invention, and is the figure which follows FIG. 9D. It is sectional drawing of the shunt resistor manufactured by the manufacturing process of the shunt resistor according to the 3rd Embodiment of this invention. It is a perspective view when the distance between electrodes is changed in a shunt resistor.
  • a resistivity material using a Cu—Mn—Si based alloy as described in Patent Document 2 further contains an appropriate amount of Fe to have a low TCR (100 ⁇ 10-6 / K or less). It is possible to achieve a low specific resistance (for example, 15 to 25 ⁇ ⁇ cm) while maintaining (for example, 15 to 25 ⁇ ⁇ cm). Further, the composition and the like can be adjusted so as to have a small thermoelectromotive force against copper.
  • a resistance alloy for a resistor capable of achieving a low specific resistance for example, 15 to 25 ⁇ ⁇ cm. Further, the results of adjusting the composition of the alloy and the like so as to have a low TCR (100 ⁇ 10-6 / K or less) and a sufficiently small thermoelectromotive force against copper (1.0 ⁇ V / K or less) are shown.
  • the alloy according to this embodiment is a resistance alloy having a low TCR and is a quaternary alloy composed of copper-manganese-silicon-iron.
  • This resistance alloy can be used as a resistance material for a shunt resistor.
  • FIG. 1 is a phase diagram of a quaternary alloy of an alloy for a resistor containing copper-manganese-silicon-iron according to the present embodiment.
  • the mass fraction of copper is shown on the upper left side axis
  • the mass fraction of silicon + iron is shown on the upper right side axis.
  • the mass fraction of manganese is shown on the bottom axis.
  • FIG. 1 shows a black-painted region R that characterizes the resistance alloy according to the present invention, in which the mass fraction of manganese in the region R is 4.5% to 5.5%, and that of silicon + iron in the region R.
  • the mass fraction is 0.15% to 0.60%. More specifically, silicon has a mass fraction of 0.05% to 0.30% and iron has a mass fraction of 0.10% to 0.30%.
  • the rest is copper.
  • the typical value of manganese is 5.0% by mass.
  • the typical value of silicon is 0.15% by mass.
  • the typical value of iron is 0.2% by mass.
  • the rest is copper.
  • FIG. 2 is a diagram showing the shape of an alloy evaluation element for a resistor according to an embodiment of the present invention.
  • the evaluation element X of the alloy for the resistor includes the electrode portions (portion flowing portions) 1 and 3 at both ends, the resistor 5 extending between the electrode portions 1 and 3, and the resistor. It has voltage detection units 7 and 9 located on the center side of both ends of 5. The distance between the electrode units 1 and 3 is 50 mm, and the distance between the voltage detection units 7 and 9 is 20 mm.
  • the mass fractions of the alloy components in the above region R are adjusted to each other so that the resistance alloys have the following characteristics (appropriate conditions).
  • the specific resistance is 15 ⁇ ⁇ cm or more and 25 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the TCR is 100 ⁇ 10 -6 / K or less (about 0 to 100 ⁇ 10 -6 / K) at 100 ° C. based on 25 ° C. 3)
  • the thermoelectromotive force against copper is within ⁇ 1 ⁇ V / K.
  • the present invention has a low resistivity (about 20 ⁇ ⁇ cm: range of 15 to 25 ⁇ ⁇ cm), a low TCR (100 ⁇ 10 -6 / K or less), and a small pair. Resistive alloys with copper thermoelectromotive force (within ⁇ 1 ⁇ V / K) are provided.
  • the small size of the shunt resistor means that the size of the chip is 6.3 ⁇ 3.1 mm or less.
  • low resistance means that it is 0.5 m ⁇ or less in the product.
  • Table 1 shows the compositions of the resistance alloys according to the present embodiment (Examples 1 and 2), the resistance alloys including Comparative Example 1 (Cu-14Ni) and Comparative Example 2 (Cu-Mn-Sn alloy), and them. It is a table which shows the electric property (specific resistance, TCR, thermoelectromotive force with respect to copper) of. Further, Table 1 also includes Samples 1 to 7 for the purpose of verifying and determining the composition range (content range) of the resistance alloy in the present invention.
  • thermoelectromotive force with respect to copper (0 to 100 ° C.) is 0.2 ⁇ V / K or less, which sufficiently satisfies the appropriate conditions.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the resistivity of the Cu—Mn-based alloy and the TCR. The values corresponding to Samples 1 to 6 in the Cu—Mn alloy (including the sample to which Fe is added) in Table 1 are shown. FIG. 3 shows the values of the Cu—Mn alloy and the Cu-5Mn—Fe alloy. In each plot in the figure, the composition of Mn and Fe is shown numerically.
  • the TCR can be gradually reduced as the composition of Mn increases to 5.0% by mass and 5.5% by mass.
  • the higher the composition of Fe the higher (worse) the TCR.
  • the composition of Fe exceeds 0.5% by mass, the TCR rapidly increases over 1.0% by mass.
  • the composition of Fe is smaller than 0.5% by mass, for example, about 0.2% by mass, the TCR does not increase sharply. In either range, the TCR is 100 ⁇ 10-6 / K or less.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the composition of Fe and the thermoelectromotive force with respect to copper.
  • the values corresponding to Sample 2 and Sample 4-6 in the Cu—Mn alloy (including the sample to which Fe is added) in Table 1 are shown.
  • Sample 4 Fe: 0.2% by mass
  • the thermoelectromotive force with respect to copper falls within the range of about ⁇ 0.5 ⁇ V / K by adding 0.1 to 0.3% by mass of Fe.
  • TCR the effect of adding Fe to TCR is as follows from the results of Samples 2 and 4-6, if the amount of Fe added is up to 0.5% by mass, TCR is 100 ⁇ 10 ⁇ . It can be seen that it can be 6 / K or less. As described above, in the case of a resistance alloy containing 0.10 to 0.30% by mass of iron in the Cu—Mn alloy, the thermoelectromotive force against copper is within ⁇ 1 ⁇ V / K and the TCR is 100 ⁇ 10 -6 /. It can be K or less.
  • FIG. 5 is a diagram showing the analysis result by XRD (X-ray diffractometer) by adding Si, and is the measurement result of the sample after 3000 hours of the high temperature standing test at 175 ° C.
  • the measurement results of Example 2, Example 1, and Sample 4 are shown in order from the upper side of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the Si composition dependence of the Si addition amount and the diffraction intensity (vertical axis: count number) of the 111th surface of Cu 2 O when the same high temperature standing test was performed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the TCR of the resistance material and the specific resistance. It is a figure which shows the characteristic corresponding to FIG. FIG. 7 shows the values of Cu-Mn and Cu-5Mn-0.2Fe-Si (Sample 4, Example 1, Example 2). As shown in FIG. 7, regarding the influence on TCR, from the results of Examples 1 and 2 and Sample 4, it can be seen that the TCR does not increase if the amount of Si added is about 0.2% by mass. According to the inventor's experiment and the like, the amount of Si added is preferably in the range of 0.05 to 0.30% by mass.
  • the present invention is a resistance alloy of a current detection shunt resistor, in which Mn is 4.5 to 5.5% by mass, Fe is 0.10 to 0.30% by mass, and Si is 0.05 to 0.30. It is a resistance alloy with mass% and Cu as the rest.
  • This resistivity alloy has a specific resistance in the range of 15 to 25 ⁇ ⁇ cm. Further, this resistance alloy has a TCR of 100 ⁇ 10 -6 / K (25-100 ° C.) or less. Further, this resistance alloy has a thermoelectromotive force with respect to copper within ⁇ 1 ⁇ V / K.
  • FIG. 8A is a perspective view showing a configuration example of a shunt resistor using an alloy for a resistor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a plan view and a side view of the shunt resistor.
  • FIG. 8B shows the dimension (mm).
  • the shunt resistor A shown in FIGS. 8A and 8B has a structure in which individual pieces of resistors 11 are formed by pressing or the like, and Cu electrodes 15a and 15b are butt-welded to both ends thereof.
  • the resistor 11 and the electrodes 15a and 15b can be joined by EB (electron beam) welding, LB (laser beam) welding, or the like.
  • the shunt resistor A shown in FIG. 8 is a relatively large shunt resistor, and may be manufactured one by one.
  • the material of the resistor is 4.5 to 5.5% by mass of manganese, 0.10 to 0.30% by mass of iron, and 0.05 to 0.30% by mass of silicon described in the first embodiment.
  • the rest can be copper.
  • the alloy described in the first embodiment can be used depending on the intended purpose.
  • a shunt resistor was prepared using each of the resistors of Example 1 and Comparative Example 2.
  • Table 2 is a comparison between Comparative Example 2 and Example 1, and is a table showing the size, resistance value, and TCR.
  • the external size of the shunt resistor is 6.3 mm ⁇ 3.1 mm, the thickness of the resistor is 1 mm, and the rated resistance value of the shunt resistor is 0.2 m ⁇ .
  • the shunt resistor when the resistance alloy of Example 1 is used has a specific resistance as compared with the case where the resistance alloy of Comparative Example 2 is used, even if the rated resistance value is the same. Since it can be made smaller, the length of the resistor can be increased from 2 mm to 3 mm. Therefore, as described above with reference to FIG. 10 (a), the TCR can be lowered.
  • the shunt resistor according to the present embodiment can secure the degree of freedom in design of the shunt resistor by using a resistor having a relatively high resistivity. Further, by using a resistance alloy having a relatively high resistivity, the contribution of TCR in the entire resistor of Cu used as an electrode can be made relatively small. Therefore, it is possible to realize a shunt resistor that utilizes the characteristics of the resistance alloy.
  • the TCR of the resistance material is adjusted to be on the minus side. Therefore, the TCR of the resistor itself to which the copper electrode is bonded can be reduced. Further, the TCR was measured in the shunt resistor A having the structure and dimensions shown in FIG. 8 (b).
  • the shunt resistor using Comparative Example 1 as the resistance material had a TCR of 76 ppm / K.
  • the TCR was 50 ppm / K. As described above, it can be seen that when the resistance alloy of the present embodiment is used, the TCR is improved in the direction close to zero.
  • a long flat plate-shaped resistance material 21 and a long flat plate-shaped first electrode material 25a and a second electrode material 25b similar to the resistance material 21 are prepared.
  • the resistance material 21 the alloy material described in the first and second embodiments is used.
  • the first electrode material 25a and the second electrode material 25b are arranged on both sides of the resistance material 21, respectively.
  • FIG. 9C for example, it is welded with an electron beam or a laser beam to form a single flat plate (joined at L11 and L12).
  • the irradiation site such as the electron beam is shown in FIG. 9C (a) or FIG. 9C (b).
  • FIG. 9C (a) is an example in which an electron beam or the like is irradiated on the flat surface side of the electrode materials 25a and 25b and the resistance material 21.
  • FIG. 9C (b) is an example in which an electron beam or the like is irradiated to the inside of the recess formed by the electrode materials 25a and 25b and the resistance material 21.
  • the surface of the electrode materials 25a and 25b protruding from the resistance material 21 is prevented from being irradiated with an electron beam or the like to reduce the influence.
  • the resistance value can also be adjusted by the difference in thickness between the resistance material 21 and the electrode materials 25a and 25b. Further, a step ( ⁇ h 2 ) described later can be formed in FIG. 9F. It is also possible to make various adjustments regarding the resistance value and shape depending on the joining position.
  • the flat plate is removed from the state of FIG. 9B by punching a flat plate in a comb-teeth shape so as to include the region of the resistance material 21 as shown by reference numeral 17.
  • a part of the first electrode material 25a and the second electrode material 25b is bent by a press or the like to form a structure having a cross-sectional shape as shown in the cross-sectional view in FIG. 9D (b).
  • Reference numerals 21a and 21b are welded portions, which are connected by electron beam irradiation or the like.
  • the other end side (35b) of the electrode, which is not separated, is separated from the remaining region (base) 25b'along L31.
  • a resistor having a butt structure used in the current detection device according to the first embodiment can be formed.
  • Using the manufacturing method according to the present embodiment has an advantage that a resistor composed of electrodes 35a and 35b and a resistor 31 can be mass-produced.
  • welding marks 43a and 43b are formed on the resistor.
  • the surface of the weld mark due to the electron beam or the like becomes rough.
  • the shunt resistor according to this embodiment has a specific resistance in the range of 15 to 25 ⁇ ⁇ cm. Further, this resistance alloy has a TCR of 100 ⁇ 10 -6 / K (25-100 ° C.) or less. Further, this resistance alloy has a thermoelectromotive force with respect to copper within ⁇ 1 ⁇ V / K. Further, the thermoelectromotive force with respect to copper can be set to within ⁇ 0.5 ⁇ V / K and further within ⁇ 0.2 ⁇ V / K. By having the above characteristics, it is a resistance alloy suitable for a small and low resistance shunt resistor, and a low TCR value can also be realized. The current detection accuracy of the current detection device using the shunt resistor becomes good, and the miniaturization of the shunt resistor makes it possible to save space in the current detection device.
  • the configuration and the like shown in the illustration are not limited to these, and can be appropriately changed within the range in which the effect of the present invention is exhibited.
  • it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the scope of the object of the present invention.
  • each component of the present invention can be arbitrarily selected, and an invention having the selected configuration is also included in the present invention.
  • the present invention can be used as an alloy for resistors.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Details Of Resistors (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)

Abstract

シャント抵抗器などの電流検出用の抵抗器において、低いＴＣＲを維持しつつ、低い比抵抗を達成すること、小さい対銅熱起電力を達成する。　電流検出用のシャント抵抗器に用いられる抵抗合金であって、マンガンを４．５から５．５質量％、シリコンを０．０５から０．３０質量％、鉄を０．１０から０．３０質量％、残りが銅で構成され、比抵抗が１５～２５μΩ・ｃｍである抵抗合金。

Description

シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器
　本発明は、シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器に関する。
　電流検出等に用いられ、電極と抵抗体とからなるシャント抵抗器用の抵抗合金としては、銅－マンガン系合金（銅－マンガン－ニッケル合金など）、銅－ニッケル系合金、ニッケル－クロム系合金、鉄－クロム系合金等がある。シャント抵抗器の抵抗合金は、高い検出精度を得るために、抵抗温度係数（以下、「ＴＣＲ」とも称する。）が低く、銅に対して小さい熱起電力である銅-マンガン系合金を用いることが多い。一般的な銅－マンガン系合金（銅－マンガン－ニッケル系合金）としては、２９μΩ・cmの比抵抗を持つ銅-マンガン-スズ系合金が存在する。
　この抵抗合金を用いて小型かつ低抵抗のシャント抵抗器を設計することを想定する。その場合、低抵抗化のために板厚を厚くする必要があり、そうするとプレス加工等の加工性が低下する。一方、低抵抗化のために電極間距離を小さくすると、シャント抵抗器全体として電極分のＴＣＲの寄与が大きくなる。つまりシャント抵抗器全体としてのＴＣＲ（製品ＴＣＲ）が増加する。
　低い抵抗値を有する抵抗材料、例えば比抵抗が２０μΩ・cmの銅－ニッケル系合金を使用して、小型かつ低抵抗のシャント抵抗器を設計することを想定する。その場合、抵抗合金が持つＴＣＲが大きく、製品ＴＣＲも大きくなる。さらに対銅熱起電力も大きいことから、シャント抵抗器の抵抗合金としては用途や使用条件が限定される。
特開２００７－３２９４２１号公報 国際公開ＷＯ２０１６／１１１１０９号公報
　近年、電流検出用抵抗器を、例えば１０００Ａ等の大電流の検出に用いたいという要求がある。これに対応するため、シャント抵抗器の抵抗値は１００μΩ，５０μΩ，２５μΩ，１０μΩというように低抵抗化が進んできている。
　上記の抵抗合金を使用してシャント抵抗器（電流検出用抵抗器）を構成する場合、抵抗体の両端に銅の電極を溶接する。銅は約４，０００ｐｐｍ／Ｋ（２５～１００℃）と高いＴＣＲを有する。シャント抵抗器を小型化あるいは低抵抗化した場合に、このような銅電極のＴＣＲがシャント抵抗器の抵抗値に寄与する割合が増加する。このため、シャント抵抗器としてのＴＣＲが増加し、電流検出の精度が悪化する。
　上記特許文献１には、抵抗器の形状によりＴＣＲを調整する技術が開示されている。しかしながら、電極への加工により抵抗器の実抵抗が増加するという課題がある。また、抵抗器を小型化した場合の加工や調整が困難である等の課題がある。
　また、シャント抵抗器を低抵抗化かつ小型化した場合、抵抗器のＴＣＲは大きくなり検出精度が低下するという課題もある。また、電流検出装置の信頼性を確保する必要もある。
　さらに、製品仕様によってシャント抵抗器の厚みおよび幅が固定化されている場合があり、以下のような問題が生じうる。
　図１０は、シャント抵抗器において、電極間距離を変更した場合の斜視図である。ここでは、抵抗体が電極端に対して持ち上げられた持ち上がり構造を例にして説明する。図１０（ａ）は、シャント抵抗器Ｘ１において、配線１２１ａ，１２１ｂに接続される電極１１１５ａ，１１５ｂ間の距離（電極間距離＝抵抗体１１１の長さ）Ｌ１０３を短くしたシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。図１０（ｂ）は、シャント抵抗器Ｘ２で、配線１２１ａ，１２１ｂに接続される電極１１５ａ，１１５ｂ間の電極間距離（抵抗体１１１の長さ）Ｌ１１３を長くしたシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。尚、Ｌ１０１，Ｌ１０２，Ｌ１１１，Ｌ１１２は、それぞれのシャント抵抗器において変更できる幅に対応する幅である。
　図１０（ａ）、（ｂ）を参照して以下において説明する。図１０（ａ），図１０（ｂ）は、以下の本発明の実施の形態においても説明に使用する。
１）シャント抵抗器の電極のサイズを一定にした場合、シャント抵抗器の抵抗値を小さくするには、抵抗体の厚みを厚くする必要がある。しかしながら、抵抗体の板厚が厚くなると、プレス加工（打ち抜き）などを行う場合に、切断部分がダレたり綺麗な形状が保てなくなるという問題がある。
２）図１０（ｂ）に示すシャント抵抗器の構造、すなわち、電極間距離Ｌ１１３が長い（持ち上がり部分の電極幅Ｌ１１１、Ｌ１１２が相対的に短い）構造と比べて、図１０（ａ）に示すように、電極のうち持ち上がり部分の電極幅Ｌ１０１，Ｌ１０２を相対的に長くし、電極間距離Ｌ１０３を短くする（抵抗体１１１の長さを短くする）ことによりシャント抵抗器Ｘ１の抵抗値を低くすることが可能である。従って、抵抗値の低いシャント抵抗器が実現できる。しかしながら、電極１１５ａ、１１５ｂの長さが抵抗体１１１の長さに対して相対的に大きくなるため、電極材料である銅のＴＣＲの影響によりシャント抵抗器Ｘ１のＴＣＲが高くなる。つまり、図１０において、図１０（ａ）の構造の方が図１０（ｂ）の構造に比べて、矢印部分で示すように銅電極１１５ａ、１１５ｂが抵抗体１１１に対して相対的に大きくなるため、ＴＣＲが高くなるという問題がある。
　また、図１０（ａ）に示すように、抵抗体１１１の長さＬ１０３が短くなると、抵抗体１１１と電極１１５ａ，１１５ｂとの溶接が難しくなる。従って、シャント抵抗器Ｘ１の低抵抗化には限界がある。すなわち、溶接には一定幅の余裕が必要とされるため、抵抗体１１１の長さを短くしすぎると、実抵抗体部分が小さくなってしまう。例えば、電子ビーム溶接等により抵抗体と電極とを溶接しようとすると、溶接痕の幅を考慮する必要がある。従って、抵抗体の長さを短くする工程には加工寸法の限界がある。
３）シャント抵抗器の抵抗値を小さくする別の手段として、抵抗体を構成する抵抗体合金の比抵抗を低くすることが考えられる。
　例えば、ＴＣＲが低くなり、比抵抗が小さくなる抵抗体合金としてＣｕ-７Ｍｎ-２．３Ｓｎ合金がある。比抵抗は２９μΩ・cmであり十分に低いとは言えない。比抵抗が２０μΩ・cmである抵抗合金としてCu-Ni系合金があるが、ＴＣＲの性能はおよそ３３０ｐｐｍ・Ｋであり優れていない。また銅に対する熱起電力が大きくなり、電流検出の精度への影響が大きい。
　特許文献２は、Ｃｕと、６．２０質量％以上７．４０質量％以下のＭｎと、０．１５質量％以上１．５質量％以下のＳｉとを含有するＣｕ合金から構成され、２５℃から１５０℃までのＴＣＲの絶対値が１５ｐｐｍ／Ｋ以下である抵抗合金を開示する。
　これにより、広い温度範囲でＴＣＲの絶対値を小さくすることができる。しかしながら、特許文献２は、低いＴＣＲを達成するものの、比抵抗、対銅熱起電力も低くすることを開示していない。この点については後述する。
　本発明は、シャント抵抗器などの電流検出用の抵抗器において、低いＴＣＲを維持しつつ、低い比抵抗を達成すること、小さい対銅熱起電力を達成することを目的とする。
　また、そのようなシャント抵抗器に用いる抵抗合金を提供することを目的とする。
　本発明の一観点によれば、電流検出用のシャント抵抗器に用いられる銅－マンガン系の抵抗合金であって、マンガンを４．５から５．５質量％、シリコンを０．０５から０．３０質量％、鉄を０．１０から０．３０質量％、残りが銅で構成され、比抵抗が１５～２５μΩである抵抗合金が提供される。
　上記の抵抗合金において、ＴＣＲが１００×１０－６／Ｋ以下（０～１００×１０－６の範囲）であることを特徴とする。
　また、上記のいずれか１に記載の抵抗合金において、対銅熱起電力が±１μＶ/Ｋ以内であることを特徴とする。
　これにより、例えば銅電極で形成されるシャント抵抗器におけるＴＣＲの値を小さくしつつ、ＴＣＲ、対銅熱起電力を低減することができる。
　また、本発明は、上記のいずれか１に記載の抵抗合金の、電流検出装置に用いられるシャント抵抗器の抵抗体への使用である。
　また、本発明は、抵抗体と電極とからなる電流検出用のシャント抵抗器であって、前記抵抗体は、マンガンを４．５から５．５質量％、シリコンを０．０５から０．３０質量％、鉄を０．１０から０．３０質量％、残りが銅で構成され、比抵抗が１５～２５μΩである抵抗合金により形成されるシャント抵抗器である。
　また、本発明は、抵抗体と電極とからなる電流検出用のシャント抵抗器であって、前記抵抗体は、マンガンを４．５から５．５質量％、シリコンを０．０５から０．３０質量％、鉄を０．１０から０．３０質量％、残りが銅で構成され、比抵抗が１５～２５μΩである抵抗合金により形成される、電流検出用のシャント抵抗器である。
　本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2020-145278号の開示内容を包含する。
　本発明の抵抗合金を用いれば、電流検出装置に用いられるシャント抵抗器のＴＣＲを小さくしつつ、低い比抵抗を達成し、小さい対銅熱起電力を達成することができる。
　また、本発明の抵抗合金を用いれば、シャント抵抗器の電流検出の信頼性を確保することができる。
本実施の形態による銅とマンガン－鉄－シリコンを含む抵抗体用の抵抗合金の四元系合金の相図である。 本実施の形態による抵抗器用の抵抗合金の評価用素子の形状を示す図である。 本実施の形態による抵抗合金の比抵抗とＴＣＲの関係を示す図であり、表１のＣｕ－Ｍｎ合金（Ｆｅを添加した試料を含む）における試料１から試料６までに対応する値を示す図である。 本実施の形態による抵抗合金におけるＦｅの組成と対銅熱起電力との関係を示す図であり、表１のＣｕ－Ｍｎ合金（Ｆｅを添加した試料を含む）における試料２，試料４－６までに対応する値を示す図である。 図２に示す評価用素子により高温放置試験を行った際の、ＸＲＤ（Ｘ線回折装置）による、抵抗合金にＳｉを添加した場合の分析結果を示す図である。 図２に示す評価用素子により高温放置試験を行った際の、Ｓｉの添加の影響を調べた図であり、Ｓｉ添加量とＣｕ２Ｏの１１１面の回折強度（縦軸：カウント数）との関係を示す図である。 本実施の形態による抵抗合金における抵抗材のＴＣＲと比抵抗との関係を示す図である。 図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態による抵抗器用の合金を用いたシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。図８（ｂ）は、シャント抵抗器の平面図と側面図である。図８（ｂ）には、寸法（ｍｍ）を示している。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図９Ａに続く図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図９Ｂに続く図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図９Ｃに続く図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図９Ｄに続く図である。 本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程により製造したシャント抵抗器の断面図である。 シャント抵抗器において、電極間距離を変更した場合の斜視図である。
　発明者は、特許文献２に記載されているようなＣｕ－Ｍｎ－Ｓｉ系の合金を用いた抵抗材料において、さらに、適量のＦｅを含むことで、低いＴＣＲ（１００×１０－６／Ｋ以下など）を保持しつつ、低い比抵抗（例えば１５～２５μΩ・ｃｍ）を達成することができる。
　さらに、小さい対銅熱起電力を有するように組成等を調整することができる。
　以下に本発明の実施の形態によるシャント抵抗器に用いられる抵抗合金、それを用いたシャント抵抗器等について図面を参照しながら詳細に説明する。
　まず、本発明に関する発明者の考察について簡単に説明する。
１）発明者の着眼点として、電極として用いられる銅の高いプラスのＴＣＲの寄与を補償するため、抵抗体にマイナスのＴＣＲを示す抵抗合金を混合して使用することが重要である。ところが、大きなマイナスのＴＣＲを有する抵抗合金に関する報告は少ない。
２）低ＴＣＲかつ長期安定性に優れた銅－ニッケル合金が存在するが、これらの合金は対銅熱起電力４０μＶ/Ｋと大きい。従って、大電流を流す電流検出装置に用いるシャント抵抗器ではペルティエ効果により検出精度が低下する。
３）マイナスのＴＣＲを有する合金として、ニッケル－クロム系合金がある。しかしながら、ニッケル－クロム系合金は、比抵抗が銅－ニッケル合金や銅－マンガン合金と比較すると２倍以上である。そのため、シャント抵抗器の低抵抗化を実現するのが難しい。
　本実施の形態では、低い比抵抗（例えば１５～２５μΩ・ｃｍ）を達成することができる抵抗体用の抵抗合金を提供する。
　さらに、低いＴＣＲ（１００×１０－６/Ｋ以下）、十分に小さい対銅熱起電力（１．０μＶ/Ｋ以下）を有するように合金の組成等を調整した結果を示す。
（第１の実施の形態）
　以下の本発明の実施の形態について具体的に説明する。
　本実施の形態による合金は、低いＴＣＲを有する抵抗合金であり、銅－マンガン－シリコン－鉄から構成される四元系合金である。この抵抗合金をシャント抵抗器の抵抗材料として用いることができる。
　図１は、本実施の形態による銅－マンガン－シリコン－鉄を含む抵抗体用の合金の四元系合金の相図である。
　ここで、銅の質量分率が左上辺側の軸上に示され、シリコン＋鉄の質量分率が右上辺側の軸上に示されている。一方、マンガンの質量分率が、底辺側の軸上に示されている。
　図１には、本発明による抵抗合金を特徴付ける黒塗りの領域Ｒを示しており、領域Ｒにおけるマンガンの質量分率は４．５％から５．５％であり、領域Ｒにおけるシリコン＋鉄の質量分率は０．１５％から０．６０％である。より詳細には、シリコンは０．０５％から０．３０％の質量分率、鉄は、０．１０％から０．３０％の質量分率である。残りは銅である。
　マンガンの代表値は５．０質量％である。シリコンの代表値は、０．１５質量％である。鉄の代表値は０．２質量％である。残りが銅である。
　図２は、本発明の実施の形態による抵抗器用の合金の評価用素子の形状を示す図である。
　図２に示すように、抵抗器用の合金の評価用素子Ｘは、両端の電極部（電流を流す部分）１，３と、電極部１，３間に延在する抵抗体５と、抵抗体５の両端よりも中央側に位置する電圧検出部７，９とを有している。電極部１，３間の距離は５０ｍｍであり、電圧検出部７，９間の距離は２０ｍｍである。
　次いで、評価用サンプルの製造工程の一例について簡単に説明する。
１）原材料を秤量する。
２）１）の材料を溶解する。
３）冷間圧延機により所定の厚みのフープ材にする。
４）真空・ガス置換炉で、Ｎ２雰囲気で５００～７００℃、１～２時間の熱処理を行う。
５）フープ材より、プレス加工により図２の形状の評価用素子を作成する。
６）真空・ガス置換炉で、Ｎ２雰囲気で２００～４００℃、１～４時間の熱処理（低温熱処理）を行う。
　上記の領域Ｒにおける合金成分の各質量分率は、抵抗合金が、以下の特性（適正条件）を有するように互いに調整される。
（適正条件）
１）比抵抗が１５μΩ・ｃｍ以上であり、かつ、２５μΩ・ｃｍ以下である。
２）ＴＣＲは、２５℃基準とし、１００℃で１００×１０－６/Ｋ以下（０から１００×１０－６/Ｋ程度）である。
３）対銅熱起電力は、±１μＶ/Ｋ以内である。
　以上のように、本発明では、以上の課題を解決するため、低い比抵抗（２０μΩ・ｃｍ程度：１５～２５μΩ・ｃｍの範囲）、低いＴＣＲ（１００×１０-６/Ｋ以下）、小さい対銅熱起電力（±１μＶ/Ｋ以内）を有する抵抗合金が提供される。
　なお、本明細書においては、シャント抵抗器が小型とは、チップのサイズが６．３×３．１ｍｍ以下のものをいう。また低抵抗とは、製品における０．５ｍΩ以下であることをいう。
（抵抗合金試料に関する詳細な説明）
　以下に示すような各種抵抗合金を作成した。
　それらの抵抗合金の組成と諸特性とを表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、本実施の形態による抵抗合金（実施例１及び２）と、比較例１（Ｃｕ－１４Ｎｉ）、比較例２（Ｃｕ－Ｍｎ－Ｓｎ合金）を含む抵抗合金の組成、並びに、それらの電気的特性（比抵抗、ＴＣＲ、対銅熱起電力）を示す表である。さらに、表１には、本発明における抵抗合金の組成範囲（含有範囲）を検証し見極めることを目的とした試料１から試料７までも含めている。
　抵抗材料の比抵抗については、実施例１，２の試料について、市販材料である比較例１，２と同等の値（１５～２５μΩ・ｃｍ）が得られている。対銅熱起電力（０～１００℃）については、０．２μＶ/Ｋ以下であり適正条件を十分に満たす。
　表１に示すデータ、特に、実施例１、２及び試料１から７までの値を考察するとこにより、以下のことがわかる。
１）低い比抵抗を維持しながら他の性能を調整すること
　ＦｅもＳｉも含まない試材１～３の結果と比べると、ＣｕＭｎ合金は比抵抗とＴＣＲの特性については、本発明の適正条件（特性要求）を実現することは可能であるが、対銅熱起電力が１μＶ/Ｋを超える場合がある。そのため対銅熱起電力を下げ、ＴＣＲが悪化しない（大きくならない）元素を添加する必要がある。
２）ＴＣＲ等の改善、Ｆｅの添加の影響について
　ＣｕＭｎ合金に他の元素、ここではＦｅを添加すると、ＴＣＲは低下するが比抵抗は増加する傾向がある。そのため、ＴＣＲを低下させる効果を評価するためには、比抵抗とＴＣＲとの両方を考慮する必要がある。
　図３は、Ｃｕ－Ｍｎ系合金の比抵抗とＴＣＲの関係を示す図である。表１のＣｕ－Ｍｎ合金（Ｆｅを添加した試料を含む）における試料１から試料６までに対応する値を示している。
　図３において、Ｃｕ－Ｍｎ合金とＣｕ－５Ｍｎ－Ｆｅ合金との値を示している。図中における各プロットにおいて、ＭｎとＦｅの組成を数値で示している。
　図３に示すように、Ｃｕ－Ｍｎ合金において、Ｍｎの組成が５．０質量％、５．５質量％と大きくなるにつれて、ＴＣＲを徐々に小さくすることができることがわかる。
　また、Ｃｕ－５Ｍｎ－Ｆｅ合金においては、Ｆｅの組成が高くなると、ＴＣＲが高くなる（悪化している）と評価することができる。特に、Ｆｅの組成が０．５質量％を超えると１．０質量％にかけてＴＣＲは急激に高くなる。
　但し、Ｆｅの組成が０．５質量％よりも小さく、例えば、０．２質量％程度であれば、ＴＣＲが急激に高まることはないこともわかる。
　いずれの範囲でも、ＴＣＲは１００×１０－６／Ｋ以下である。
　図４は、Ｆｅの組成と対銅熱起電力との関係を示す図である。表１のＣｕ－Ｍｎ合金（Ｆｅを添加した試料を含む）における試料２，試料４－６までに対応する値を示している。
　試料４（Ｆｅ：０．２質量％）からわかるように、Ｆｅの添加量が少量であっても、対銅熱起電力を大きく下げる効果がある。また、試料２，４－６の値から、Ｆｅを０．１～０．３質量％添加することで、対銅熱起電力は±０．５μＶ／Ｋ程度の範囲に収まることがわかる。また、前述の図３からもわかるように、ＴＣＲに対するＦｅの添加の効果は、試料２，４－６の結果から、０．５質量％までのＦｅ添加量であればＴＣＲを１００×１０－６／Ｋ以下にすることができることがわかる。
　以上のように、Ｃｕ－Ｍｎ合金において、鉄を０．１０から０．３０質量％添加した抵抗合金であれば、対銅熱起電力を±１μＶ／Ｋ以内、ＴＣＲを１００×１０－６／Ｋ以下にすることができる。
３）Ｓｉの添加の影響について
　Ｃｕ－Ｍｎ系の合金材料において、組成がＣｕ１００％に近くなると、Ｃｕの酸化が問題となることが予想される。そこで、Ｃｕの酸化を抑制することも重要である。
　図２に示す評価用素子を用いて、表１の実施例１、２の試料及び試料４について（実施例１、２の試料は、Ｓｉを添加している。）耐熱性試験を行った。
　図５は、Ｓｉ添加によるＸＲＤ（Ｘ線回折装置）による分析結果を示す図であり、１７５℃での高温放置試験、３０００時間後の試料の測定結果である。図５の上側から順番に、実施例２、実施例１、試料４の測定結果を示す。
　また、図６は、同様の高温放置試験を行った際の、Ｓｉ添加量とＣｕ２Ｏの１１１面の回折強度（縦軸：カウント数）のＳｉ組成依存性を示す図である。
　高温放置試験後のＸＲＤデータ（図５、図６）から、Ｃｕ２Ｏの生成がＳｉの添加によって抑えられていることがわかる。すなわち、Ｃｕ２Ｏのピークが（図５の×印で示す）、Ｓｉの添加量が増加するに従って小さくなっている。尚、●印は基準として示すＣｕのピークである。
　この現象は、Ｓｉの添加により抵抗合金の材料表面にＳｉ酸化物が形成されることに起因するＣｕの酸化を抑制する効果に基づくものであると推定される。
　図７は、抵抗材のＴＣＲと比抵抗との関係を示す図である。図４と対応する特性を示す図である。図７では、Ｃｕ－ＭｎとＣｕ－５Ｍｎ－０．２Ｆｅ－Ｓｉ（試料４、実施例１、実施例２）との値を示している、
　図７に示すように、ＴＣＲに対する影響については、実施例１，２と試料４の結果から、Ｓｉの添加量として０．２質量％程度であれば、ＴＣＲが高くならないことがわかる。発明者の実験等によれば、Ｓｉの添加量として０．０５から０．３０質量％の範囲が好ましい。
（本発明の有効性の詳細な説明）
　以下に、本発明の有効性について詳細に説明する。
　本発明は、電流検出用シャント抵抗器の抵抗合金であって、Ｍｎを４．５から５．５質量％、Ｆｅを０．１０から０．３０質量％、Ｓｉを０．０５から０．３０質量％、残りをＣｕとした抵抗合金である。
　この抵抗合金は、比抵抗が１５から２５μΩ・ｃｍの範囲にある。
　また、この抵抗合金は、ＴＣＲが１００×１０－６/Ｋ（２５－１００℃）以下である。
　また、この抵抗合金は、対銅熱起電力が±１μＶ/Ｋ以内である。
　以上の特性を有することで、小型かつ低抵抗のシャント抵抗器に適した抵抗合金であり、かつ、低ＴＣＲ値も実現することできる。シャント抵抗器を用いた電流検出装置の電流検出精度が良好となり、シャント抵抗器の小型化により、電流検出装置の省スペース化が可能になる。
（第２の実施の形態）
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８（ａ）は、本発明の第２の実施の形態による抵抗器用の合金を用いたシャント抵抗器の一構成例を示す斜視図である。図８（ｂ）は、シャント抵抗器の平面図と側面図である。図８（ｂ）には、寸法（ｍｍ）を示している。
　図８（ａ），（ｂ）に示すシャント抵抗器Ａは、プレス等により個片状の抵抗体１１を作成し、その両端にＣｕの電極１５ａ，１５ｂを突合せ溶接した構造である。
　抵抗体１１と電極１５ａ，１５ｂは、ＥＢ（電子ビーム）溶接、ＬＢ（レーザービーム）溶接等で接合することができる。図８に示すシャント抵抗器Ａは、比較的大型のシャント抵抗であり、一個ずつ作ることがある。抵抗体の材料は、第１の実施の形態で説明したマンガンが４．５～５．５質量％、鉄が０．１０～０．３０質量％、シリコンが０．０５～０．３０質量％、残りは銅であるものを用いることができる。その他、第１の実施の形態で説明した合金を、目的に応じて使用することができる。
　本発明の抵抗合金をシャント抵抗器の製品に使用した場合の効果を確認するため、実施例１と比較例２のそれぞれの抵抗体を使用してシャント抵抗器を作成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は、比較例２と実施例１を対比させたものであり、サイズ、抵抗値、ＴＣＲを示す表である。
　シャント抵抗器の外形サイズは６．３ｍｍ×３．１ｍｍ、抵抗体の厚さは１ｍｍ、シャント抵抗器の定格抵抗値は０．２ｍΩである。
　表２に示すように、実施例１の抵抗合金を使用した場合のシャント抵抗器は、比較例２の抵抗合金を使用した場合に比べて、定格抵抗値は同じであっても、比抵抗を小さくすることができるため、抵抗体の長さを２ｍｍから３ｍｍまで長くすることができる。従って、図１０（ａ）を参照して前述したように、ＴＣＲを低くすることができる。
　本実施の形態によるシャント抵抗器は、比較的高い比抵抗の抵抗体を使うことで、シャント抵抗器の設計上の自由度を確保することができる。
　また、比較的高い比抵抗の抵抗合金を使用することで、電極として使われるＣｕの抵抗器全体におけるＴＣＲの寄与を相対的に小さくすることができる。このため、抵抗合金の特性を活かしたシャント抵抗器を実現することができる。
　ここで、本実施の形態では、抵抗材料のＴＣＲがマイナス側になるように調整した。このため、銅電極を接合した抵抗器自体のＴＣＲを小さくできる。
　また、図８（ｂ）に示す構造・寸法のシャント抵抗器Ａにおいて、ＴＣＲを測定した。抵抗材料として比較例１を用いたシャント抵抗器は、ＴＣＲが７６ｐｐｍ／Ｋであった。これに対して、試料１を用いたシャント抵抗器では、ＴＣＲが５０ｐｐｍ／Ｋであった。このように、本実施の形態の抵抗合金を使用すると、ＴＣＲが０に近くなる方向に改善されることがわかる。
（第３の実施の形態）
　次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。抵抗体と電極を接合した長尺状の接合材を作成して、打ち抜き切断して製造する例である。これにより、比較的小型のシャント抵抗器を大量生産することができる。
　以下に、そのような製造工程の一例を示す。図９Ａから図９Ｆまでは、本実施の形態によるシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図である。
　図９Ａに示すように、例えば、長尺の平板状等の抵抗材２１と、抵抗材２１と同様の長尺の平板状の第１の電極材２５ａ、第２の電極材２５ｂを準備する。抵抗材２１は、第１，第２の実施の形態で説明した合金材料を用いる。
　図９Ｂに示すように、抵抗材２１の両側に第１の電極材２５ａと第２の電極材２５ｂとをそれぞれ配置する。
　図９Ｃにも示すように、例えば電子ビームやレーザービームなどで溶接して１枚の平板とする（Ｌ１１、Ｌ１２で接合する）。このとき、電子ビーム等の照射部位は、図９Ｃ（ａ）もしくは図９Ｃ（ｂ）とする。図９Ｃ（ａ）は、電極材２５ａ、２５ｂと抵抗材２１とによる平坦面側に電子ビーム等を照射した例である。図９Ｃ（ｂ）は、電極材２５ａ、２５ｂと抵抗材２１とによる凹みの内側に電子ビーム等を照射した例である。電極材２５ａ、２５ｂにおける抵抗材２１より突出した面には、電子ビーム等が照射されないようにして影響を少なくする。
　抵抗材２１と電極材２５ａ、２５ｂとの厚さの差により、抵抗値を調整することもできる。また、図９Ｆにおいて後述する段差（Δｈ２）を形成することができる。接合位置により、抵抗値や形状に関する種々の調整を行うことも可能である。
　次いで、図９Ｄ（ａ）に示すように、図９Ｂの状態から、符号１７で示すように、抵抗材２１の領域を含むように、くし歯状に、平板を打ち抜くなどにより取り除く。次いで、第１の電極材２５ａ、第２の電極材２５ｂの一部をプレスなどで曲げ加工することで、図９Ｄ（ｂ）に断面図で示すような断面形状を有する構造を形成する。尚、符号２１ａ、ｂは溶接部であり、電子ビーム照射などで接続されている部分である。
　次いで、図９Ｅに示すように、電極の切り離されていない他端側（３５ｂ）を、Ｌ３１に沿って、残りの領域（基部）２５ｂ’から切り離す。第１の実施の形態による電流検出装置に用いる突合せ構造の抵抗器を形成することができる。本実施の形態による製造方法を用いると、電極３５ａ、３５ｂと抵抗体３１とからなる抵抗器の量産化が可能となるという利点がある。
　なお、図９Ｆの断面図に示すように、抵抗器には溶接痕４３ａ、４３ｂが形成される。一般に電子ビーム等による溶接痕の表面は荒れた状態になる。精密な電流検出のためには、ボンディングワイヤーをなるべく抵抗体に近い位置に固定するのが好ましいが、このとき溶接痕が邪魔になることがある。本実施例によれば、図９Ｃの説明で詳述した方法により、ボンディング面となる領域３５ａ－２、３５ｂ－２に溶接痕が形成されることを避けることができる。したがって、抵抗体に近い位置にワイヤを固定することができるという利点がある。
　本実施の形態によるシャント抵抗器は、比抵抗が１５から２５μΩ・ｃｍの範囲にある。
　また、この抵抗合金は、ＴＣＲが１００×１０－６/Ｋ（２５－１００℃）以下である。
　また、この抵抗合金は、対銅熱起電力が±１μＶ/Ｋ以内である。また、対銅熱起電力を、±０．５μＶ/Ｋ以内、さらに、±０．２μＶ/Ｋ以内にすることもできる。
　以上の特性を有することで、小型かつ低抵抗のシャント抵抗器に適した抵抗合金であり、かつ、低ＴＣＲ値も実現することできる。シャント抵抗器を用いた電流検出装置の電流検出精度が良好となり、シャント抵抗器の小型化により、電流検出装置の省スペース化が可能になる。
　上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、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。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
　また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
　本発明は、抵抗器用の合金として利用可能である。
Ｘ　抵抗器用の合金の評価用サンプル
Ｒ　適用領域
１，３　両端の電極部（電流を流す部分）
５　抵抗体
７，９　電圧検出部
Ａ　シャント抵抗器
１１　個片状の抵抗体
１５ａ，１５ｂ　電極
２１　長尺の平板状等の抵抗材
２５ａ　長尺の平板状の第１の電極材
２５ｂ　長尺の平板状の第２の電極材
３５ｂ　電極の切り離されていない他端側
４３ａ，４３ｂ　溶接痕
　本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。

Claims (5)

  1. 　電流検出用のシャント抵抗器に用いられる抵抗合金であって、
    　マンガンを４．５から５．５質量％、シリコンを０．０５から０．３０質量％、鉄を０．１０から０．３０質量％、残りが銅で構成され、比抵抗が１５～２５μΩ・ｃｍである抵抗合金。
  2. 　ＴＣＲが１００×１０－６／Ｋ以下である、
    請求項１に記載の抵抗合金。
  3. 　対銅熱起電力が±１μＶ／Ｋ以内である、
    請求項１又は２に記載の抵抗合金。
  4. 　請求項１から３までのいずれか１項に記載の抵抗合金の、電流検出装置に用いられるシャント抵抗器の抵抗体への使用。
  5. 　抵抗体と電極とからなる電流検出用のシャント抵抗器であって、
    　前記抵抗体は、マンガンを４．５から５．５質量％、シリコンを０．０５から０．３０質量％、鉄を０．１０から０．３０質量％、残りが銅で構成され、比抵抗が１５～２５μΩ・ｃｍである抵抗合金により形成される、
    電流検出用のシャント抵抗器。
PCT/JP2021/026813 2020-08-31 2021-07-16 シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器 WO2022044611A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180052148.8A CN115989331A (zh) 2020-08-31 2021-07-16 用于分流电阻器的电阻合金、电阻合金向分流电阻器的应用及使用电阻合金的分流电阻器
US18/022,926 US20230326631A1 (en) 2020-08-31 2021-07-16 Resistance alloy for use in shunt resistor, use of resistance alloy in shunt resistor, and shunt resistor using resistance alloy
DE112021004562.8T DE112021004562T5 (de) 2020-08-31 2021-07-16 Widerstandslegierung zur verwendung in einem shunt-widerstand, verwendung einer widerstandslegierung in einem shunt-widerstand und shunt-widerstand mit einer widerstandslegierung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020145278A JP7158053B2 (ja) 2020-08-31 2020-08-31 シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器
JP2020-145278 2020-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022044611A1 true WO2022044611A1 (ja) 2022-03-03

Family

ID=80355005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/026813 WO2022044611A1 (ja) 2020-08-31 2021-07-16 シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230326631A1 (ja)
JP (1) JP7158053B2 (ja)
CN (1) CN115989331A (ja)
DE (1) DE112021004562T5 (ja)
WO (1) WO2022044611A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024087330A (ja) 2022-12-19 2024-07-01 Koa株式会社 銅合金材料およびシャント抵抗器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005353620A (ja) * 2004-06-08 2005-12-22 Koa Corp 抵抗組成物およびそれを用いた抵抗器
WO2016111109A1 (ja) * 2015-01-08 2016-07-14 株式会社日立金属ネオマテリアル 抵抗材料
WO2018150705A1 (ja) * 2017-02-17 2018-08-23 古河電気工業株式会社 抵抗材用銅合金材料及びその製造方法並びに抵抗器
WO2019244842A1 (ja) * 2018-06-20 2019-12-26 古河電気工業株式会社 抵抗器用抵抗材料およびその製造方法並びに抵抗器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4130422A (en) * 1977-06-16 1978-12-19 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Copper-base alloy for liquid phase sintering of ferrous powders
JPH08174272A (ja) * 1994-12-21 1996-07-09 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 硬化肉盛用銅基合金粉末
DE102005015467C5 (de) * 2005-04-04 2024-02-29 Diehl Brass Solutions Stiftung & Co. Kg Verwendung einer Kupfer-Zink-Legierung
JP4971693B2 (ja) 2006-06-09 2012-07-11 コーア株式会社 金属板抵抗器
DE102009021336B9 (de) * 2009-05-14 2024-04-04 Wieland-Werke Ag Kupfer-Nickel-Zink-Legierung und deren Verwendung
JP7256036B2 (ja) 2019-03-05 2023-04-11 出光興産株式会社 電磁波吸収シート及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005353620A (ja) * 2004-06-08 2005-12-22 Koa Corp 抵抗組成物およびそれを用いた抵抗器
WO2016111109A1 (ja) * 2015-01-08 2016-07-14 株式会社日立金属ネオマテリアル 抵抗材料
WO2018150705A1 (ja) * 2017-02-17 2018-08-23 古河電気工業株式会社 抵抗材用銅合金材料及びその製造方法並びに抵抗器
WO2019244842A1 (ja) * 2018-06-20 2019-12-26 古河電気工業株式会社 抵抗器用抵抗材料およびその製造方法並びに抵抗器

Also Published As

Publication number Publication date
US20230326631A1 (en) 2023-10-12
CN115989331A (zh) 2023-04-18
JP7158053B2 (ja) 2022-10-21
JP2022040517A (ja) 2022-03-11
DE112021004562T5 (de) 2023-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4971693B2 (ja) 金属板抵抗器
WO2021200326A1 (ja) 抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用
JP4974544B2 (ja) 抵抗用合金材料、抵抗器および抵抗器の製造方法
WO2022044611A1 (ja) シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器
JP5272688B2 (ja) クラッド型電磁鋼板
KR20210129246A (ko) Fe-기반 연 자성 합금
WO2022030071A1 (ja) シャント抵抗器に用いられる抵抗合金、抵抗合金のシャント抵抗器への使用及び抵抗合金を用いたシャント抵抗器
JP5214534B2 (ja) 熱交換器用Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｕ−Ｆｅ系ろう材
JP4673750B2 (ja) 金属板抵抗器および抵抗体
WO2023276905A1 (ja) 銅合金材ならびにそれを用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器
JP7404426B2 (ja) 電流検出用抵抗器及び電流検出用抵抗器の製造方法
JP4621042B2 (ja) 電流検出用金属板抵抗器
CN117157418A (zh) 铜合金材料以及使用其的电阻器用电阻材料及电阻器
JP2024087330A (ja) 銅合金材料およびシャント抵抗器
JP7387277B2 (ja) 抵抗材料、抵抗器及び抵抗材料の製造方法
US11495374B2 (en) Resistive material, resistor, and manufacturing method of resistive material
JP4589083B2 (ja) 電子部品の製造方法及び電子部品
JP4537103B2 (ja) 抵抗用積層合金及びその製造方法
WO2024084761A1 (ja) シャント抵抗器およびシャント抵抗器の製造方法
JP7354481B1 (ja) 銅合金材、ならびに銅合金材を用いた抵抗器用抵抗材料および抵抗器
EP0384491A2 (en) Core of a noise filter comprised of an amorphous alloy
JP2023125430A (ja) 高比抵抗合金および抵抗器
KR20240005583A (ko) 높은 비저항 특성의 합금 소재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 통전 가열 튜브
RU2178206C2 (ru) Магнитопровод
WO2024014429A1 (ja) 放熱部品用銅合金材および放熱部品

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21861040

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21861040

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1