特開 2023-156132 シャント抵抗器およびシャント抵抗装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156132

(43)【公開日】2023-10-24

(54)【発明の名称】シャント抵抗器およびシャント抵抗装置

(51)【国際特許分類】

   H01C 13/00 20060101AFI20231017BHJP

   H01C 1/142 20060101ALI20231017BHJP

   G01R 15/00 20060101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

H01C13/00 J

H01C1/142

G01R15/00 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022065814

(22)【出願日】2022-04-12

(71)【出願人】

【識別番号】000105350

【氏名又は名称】ＫＯＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】松原 周平

(72)【発明者】

【氏名】豊田 進

(72)【発明者】

【氏名】平沢 浩一

(72)【発明者】

【氏名】仲村 圭史

【テーマコード（参考）】

2G025

5E028

【Ｆターム（参考）】

2G025AA00

2G025AB05

2G025AC01

5E028AA01

5E028BA21

5E028BB01

5E028CA01

5E028DA01

5E028JA11

5E028JA12

5E028JA13

5E028JB03

5E028JC05

5E028JC06

(57)【要約】

【課題】状態を把握することができるシャント抵抗器が提供される。
【解決手段】シャント抵抗器１は、電極部材１０に取り付けられた、抵抗体５を備える少なくとも２つの積層素子５０を備える。電極部材１０は、少なくとも２つの積層素子５０に接触する接触部位１０ａを少なくとも２つ有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性材料から構成された電極部材と、
前記電極部材に取り付けられた、抵抗体を備える少なくとも２つの積層素子と、を備え、
前記電極部材は、前記少なくとも２つの積層素子に接触する接触部位を少なくとも２つ有している、シャント抵抗器。

【請求項2】

前記電極部材は、前記接触部位に形成された電極部材側スリットを備えている、請求項１に記載のシャント抵抗器。

【請求項3】

前記積層素子は、前記抵抗体を挟んで、前記電極部材の反対側に配置された第１電極を備えている、請求項１または請求項２に記載のシャント抵抗器。

【請求項4】

前記積層素子は、前記抵抗体と前記電極部材との間に配置された第２電極を備えている、請求項３に記載のシャント抵抗器。

【請求項5】

前記積層素子は、前記第２電極に形成された積層素子側スリットを備えている、請求項４に記載のシャント抵抗器。

【請求項6】

前記電極部材は、その厚さによって、温度による抵抗値の変化の割合を示す指標である抵抗温度係数を調整可能な構造を有している、請求項１または請求項２に記載のシャント抵抗器。

【請求項7】

請求項１または請求項２に記載のシャント抵抗器と、
前記少なくとも２つの接触部位に接続された少なくとも２つの電圧検出配線と、
前記少なくとも２つの積層素子を載置するための通電パターンの内側領域に接続可能な少なくとも２つの電圧検出配線と、を備え、
前記通電パターンは、前記内側領域に形成された切り込み部を有している、シャント抵抗装置。

【請求項8】

前記電極部材は、前記接触部位に形成された電極部材側スリットを備えており、
前記少なくとも２つの接触部位に接続された少なくとも２つの電圧検出配線のそれぞれは、前記電極部材側スリットと前記電極部材の端部との間の配線領域に配置されている、請求項７に記載のシャント抵抗装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シャント抵抗器およびシャント抵抗装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電流を抵抗体に流し、その両端の電圧から電流の大きさを検出するシャント抵抗器が存在する（例えば、特許文献１参照）。このようなシャント抵抗器は、円板状の抵抗体と、抵抗体の両面に形成された２つの電極と、を備えている。２つの電極のうちの一方は配線（パッド）に接続されており、他方はボンディングワイヤに接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１７０４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ボンディングワイヤに接続された電極は、電位分布を有している。したがって、ボンディングワイヤの接続位置がずれることで、検出される抵抗値やシャント抵抗器の抵抗温度係数（ＴＣＲ）が変化することがある。抵抗温度係数は、温度による抵抗値の変化の割合を示す指標である。

【0005】

上述したような面実装型のシャント抵抗器では、その状態（故障の有無や故障のおそれなど）を把握することができない。したがって、大電流の印加などの原因により、シャント抵抗器が故障し、または故障するおそれがある場合であっても、シャント抵抗器の故障を予測または検知することができない。

【0006】

そこで、本発明は、状態を把握することができるシャント抵抗器およびシャント抵抗装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様では、導電性材料から構成された電極部材と、前記電極部材に取り付けられた、抵抗体を備える少なくとも２つの積層素子と、を備えるシャント抵抗器が提供される。前記電極部材は、前記少なくとも２つの積層素子に接触する接触部位を少なくとも２つ有している。

【0008】

一態様では、前記電極部材は、前記接触部位に形成された電極部材側スリットを備えている。
一態様では、前記積層素子は、前記抵抗体を挟んで、前記電極部材の反対側に配置された第１電極を備えている。
一態様では、前記積層素子は、前記抵抗体と前記電極部材との間に配置された第２電極を備えている。

【0009】

一態様では、前記積層素子は、前記第２電極に形成された積層素子側スリットを備えている。
一態様では、前記電極部材は、その厚さによって、温度による抵抗値の変化の割合を示す指標である抵抗温度係数を調整可能な構造を有している。

【0010】

一態様では、上記シャント抵抗器と、前記少なくとも２つの接触部位に接続された少なくとも２つの電圧検出配線と、前記少なくとも２つの積層素子を載置するための通電パターンの内側領域に接続可能な少なくとも２つの電圧検出配線と、を備えるシャント抵抗装置が提供される。前記通電パターンは、前記内側領域に形成された切り込み部を有している。

【0011】

一態様では、前記電極部材は、前記接触部位に形成された電極部材側スリットを備えており、前記少なくとも２つの接触部位に接続された少なくとも２つの電圧検出配線のそれぞれは、前記電極部材側スリットと前記電極部材の端部との間の配線領域に配置されている。

【発明の効果】

【0012】

少なくとも２つの積層素子を配置することにより、シャント抵抗器の状態を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】電流検出用のシャント抵抗器の一実施形態を示す斜視図である。

【図2】図１に示すシャント抵抗器の縦断面図である。

【図3】実装ランドパターンに実装されたシャント抵抗器を示す図である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、電極部材の他の実施形態を示す図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、通電パターンの他の実施形態を示す図である。

【図6】通電パターンおよびシャント抵抗器により形成された電流経路を示す図である。

【図7】通電パターンおよびシャント抵抗器により形成された電流経路を示す図である。

【図8】通電パターンおよびシャント抵抗器により形成された電流経路を示す図である。

【図9】通電パターンおよびシャント抵抗器により形成された電流経路を示す図である。

【図10】シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。

【図11】シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。

【図12】第２電極に形成されたスリットを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0015】

図１は、電流検出用のシャント抵抗器の一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示すシャント抵抗器の縦断面図である。図１および図２に示すように、シャント抵抗器１は、導電性材料から構成された電極部材１０と、電極部材１０に取り付けられた、少なくとも２つの積層素子５０と、を備えている。図１および図２に示す実施形態では、シャント抵抗器１は、２つの積層素子５０を備えているが、３つ以上の積層素子５０を備えてもよい。

【0016】

積層素子５０は、所定の厚みと幅を有する板状（薄板状）の抵抗体５と、導電性材料から構成された板状（薄板状）の電極（第１電極）６Ａと、を備えている。電極６Ａは抵抗体５を挟んで、電極部材１０の反対側に配置されている。

【0017】

抵抗体５の材料の一例として、Ｃｕ－Ｍｎ－Ｎｉ系合金やＮｉ－Ｃｒ系合金などの抵抗合金材が挙げられる。電極６Ａおよび電極部材１０の材料の一例として、高導電性金属である銅（Ｃｕ）が挙げられる。

【0018】

抵抗体５は、第１抵抗体表面５ａと、第１抵抗体表面５ａの反対側の面である第２抵抗体表面５ｂと、を有している。電極部材１０は、第１抵抗体表面５ａに接続されており、電極６Ａは、第２抵抗体表面５ｂに接続されている。すなわち、電極６Ａ、抵抗体５、および電極部材１０は、この順にシャント抵抗器１の厚さ方向に積層されている。

【0019】

図１および図２において、シャント抵抗器１の厚さ方向は、鉛直方向と平行な方向である。第１方向は、シャント抵抗器１の長さ方向であり、シャント抵抗器１を通過する電流の電流方向と平行である。第２方向は、シャント抵抗器１の幅方向であり、第１方向に垂直な方向である。

【0020】

電極部材１０は、積層素子５０（本実施形態では、抵抗体５および電極６Ａ）に接触する接触部位１０ａを備えている。接触部位１０ａの数は、積層素子５０の数に対応している。本実施形態では、シャント抵抗器１は、２つの積層素子５０を備えているため、電極部材１０は、２つの接触部位１０ａを有している。

【0021】

２つの積層素子５０は、電極部材１０の中心線ＣＬに関して、対称的に配置されており、シャント抵抗器１の第１方向において、電極部材１０に対して直列に、かつ離間して配置されている。中心線ＣＬは、シャント抵抗器１の第２方向と平行に延び、かつ電極部材１０を二等分する仮想の線分である。電極部材１０は、第１方向における両端部２３を有している。

【0022】

電極部材１０は、金属ナノ粒子（銀ナノ粒子を用いた銀ペーストや、銅ナノ粒子を用いた銅ペースト）などの導電性接着剤、加圧溶接などの溶接、はんだによる接続手段により、抵抗体５の第１抵抗体表面５ａに接続されてもよい。電極６Ａも同様の接続手段により抵抗体５の第２抵抗体表面５ｂに接続されてもよい。電極６Ａには、はんだ実装を可能とするために、ＳｎめっきやＮｉめっき等の表面処理が施されている。電極６Ａの表面めっきはなくてもよい。

【0023】

電極部材１０は、その厚さによって、温度による抵抗値の変化の割合を示す指標である抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整可能な構造を有している。より具体的には、電極部材１０の厚さを調整することにより、ＴＣＲの精度を向上させることができる。例えば、電極部材１０の厚さを薄くすることにより、ＴＣＲを下げることができる。一実施形態では、電極部材１０は、抵抗体５の厚さと同一の厚さを有してもよく、または抵抗体５の厚さよりも薄い厚さを有してもよい。

【0024】

図１および図２に示すように、電極部材１０は、接触部位１０ａに形成されたスリット（より具体的には、電極部材側スリット）２０Ａを備えている。このように、電極部材１０の接触部位１０ａにスリットを形成することにより、ＴＣＲを調整することができる。本実施形態では、スリット２０Ａは、電流方向に垂直な方向（すなわち、第２方向と平行な方向）に延びる長孔であり、電極部材１０の表面から抵抗体５に達するように貫通している。一実施形態では、スリット２０Ａは、電極部材１０の表面に形成された窪みであってもよい。両端部２３のそれぞれは、接触部位１０ａに形成されたスリット２０Ａに隣接している。

【0025】

図３は、実装ランドパターンに実装されたシャント抵抗器を示す図である。図３に示すように、シャント抵抗器１は、スリット２０Ａと両端部２３との間に配置された配線領域ＡＲ（図３の点線で囲まれた枠）を有している。配線領域ＡＲは、接触部位１０ａの一部を構成しており、配線領域ＡＲには、実装の際に電圧検出配線２５の一端が接続される。電圧検出配線２５の他端は、コネクタ３５に接続されている。

【0026】

図４（ａ）および図４（ｂ）は、電極部材の他の実施形態を示す図である。図４（ａ）に示すように、電極部材１０は、その２つの接触部位１０ａのいずれかに形成されたスリット２０Ａを有してもよい。図４（ｂ）に示すように、電極部材１０は、スリット２０Ａを有していなくてもよい。図４（ｂ）に示す実施形態では、配線領域ＡＲは、両端部２３に隣接する領域に形成されている。

【0027】

電圧検出配線２５は、電極部材１０と電圧検出配線３３との間の電位差を検出するための配線（端子）である。積層素子５０、電極部材１０、および電極部材１０に接続された電圧検出配線２５は、シャント抵抗装置１００を構成している。

【0028】

電圧検出配線２５の数は、積層素子５０の数に対応している。したがって、シャント抵抗装置１００は、少なくとも２つの接触部位１０ａに接続された少なくとも２つの電圧検出配線２５を備えている。一実施形態では、電圧検出配線２５は、ボンディングワイヤであってもよい。この場合、電極部材１０（より具体的には、接触部位１０ａ）の配線領域ＡＲには、ボンディングを可能にする表面処理（例えば、ＮｉＰめっきやＮｉめっき等）が施される。電極部材１０の表面処理はなくてもよい。

【0029】

図３に示すように、シャント抵抗器１は、互いに隣接する通電パターン３０上に配置されている。通電パターン３０の間には、電圧検出配線（引き出し線）３３が配置されている。引き出し線３３は、電極部材１０との間に生じる電位差を検出するための電圧検出端子である。通電パターン３０は、図示しないプリント基板などの回路基板に形成されている。積層素子５０（より具体的には、電極６Ａ）は、はんだなどの手段により通電パターン３０に接続（接合）されている。

【0030】

通電パターン３０は、本体部３０ａと、本体部３０ａの内側に配置された内側領域３０ｂと、内側領域３０ｂに形成され、かつ本体部３０ａと内側領域３０ｂとを区画する切り込み部３０ｃと、を有している。図３に示す実施形態では、切り込み部３０ｃは、本体部３０ａと内側領域３０ｂとを完全に分断しており、積層素子５０は、通電パターン３０の内側領域３０ｂおよび本体部３０ａの一部に接続されている。引き出し線３３は、通電パターン３０の内側領域３０ｂに接続されている。

【0031】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、通電パターンの他の実施形態を示す図である。図５（ａ）に示す実施形態では、切り込み部３０ｃは、円弧形状を有しており、本体部３０ａと内側領域３０ｂとを完全に分断している。図５（ｂ）に示す実施形態では、切り込み部３０ｃは、Ｌ字形状を有しており、本体部３０ａおよび内側領域３０ｂは、接続されている。引き出し線３３は、通電パターン３０の内側領域３０ｂに直接接続されておらず、離間している。なお、図中では積層素子５０が通電パターンに接続された際の電極６Ａを記載している。

【0032】

図６乃至図９は、通電パターンおよびシャント抵抗器により形成された電流経路を示す図である。シャント抵抗器１の電極部材１０に電圧検出配線２５を接続し、かつ通電パターン３０に引き出し線３３が接続され、通電パターン３０からシャント抵抗器１の厚さ方向に流れる電流経路が形成されている。本実施形態では、電圧測定装置２６を用いて、電圧検出配線２５と引き出し線３３との間の電位差（すなわち、抵抗体５における電位差）を測定する。この電位差の測定により、電流値が算出される。

【0033】

本実施形態によれば、シャント抵抗器１は、少なくとも２つの積層素子５０を備えており、各積層素子５０における電位差を測定するように構成されている。シャント抵抗器１に異常が発生している場合には、異常な積層素子５０の抵抗値が変化する。本実施形態によれば、少なくとも２つの積層素子５０を配置し、複数の積層素子５０の抵抗値を比較することにより、シャント抵抗器１の状態を把握することができる。したがって、仮に、シャント抵抗器１が故障し、または故障するおそれがある場合であっても、シャント抵抗器１の故障を予測または検知することができる。

【0034】

図６に示す実施形態では、シャント抵抗器１は積層素子５０の数に対応した数のスリット２０Ａを有しており、通電パターン３０は積層素子５０の数に対応した数の切り込み部３０ｃを有している。図７に示す実施形態では、シャント抵抗器１は単一のスリット２０Ａを有しており、通電パターン３０は単一の切り込み部３０ｃを有している。図８に示す実施形態では、シャント抵抗器１は積層素子５０の数に対応した数のスリット２０Ａを有しているが、通電パターン３０は切り込み部３０ｃを有していない。図９に示す実施形態では、シャント抵抗器１はスリット２０Ａを有しておらず、通電パターン３０は積層素子５０の数に対応した数の切り込み部３０ｃを有している。

【0035】

図１０は、シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。上述した実施形態では、シャント抵抗器１は、スリット２０Ａおよび切り込み部３０ｃのうちの少なくとも１つを有しているが、図１０に示すように、シャント抵抗器１は、スリット２０Ａおよび切り込み部３０ｃのいずれも有していなくてもよい。

【0036】

図１１は、シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。図１１に示すように、積層素子５０は、抵抗体５と電極部材１０との間に配置された電極（第２電極）６Ｂを備えてもよい。

【0037】

図１２は、第２電極に形成されたスリットを示す図である。図１２に示すように、積層素子５０は、第２電極６Ｂに形成された積層素子側スリット２０Ｂを備えてもよい。図１２に示す実施形態では、電極部材側スリット２０Ａおよび積層素子側スリット２０Ｂは抵抗体５に達するように貫通しているが、一実施形態では、電極部材側スリット２０Ａは、電極部材１０の表面に形成された窪みであってもよい。あるいは、電極部材側スリット２０Ａは第２電極６Ｂまでの貫通孔であってもよい。ＴＣＲはスリットの幅や長さ、形成位置に影響を受けるため、良好なＴＣＲを確保できるように形成するのが望ましい。図１２に示す実施形態では、通電パターン３０は、切り込み部３０ｃを有していないが、切り込み部３０ｃを有してもよい。

【0038】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0039】

１ シャント抵抗器
５ 抵抗体
５ａ 第１抵抗体表面
５ｂ 第２抵抗体表面
６Ａ 第１電極
６Ｂ 第２電極
１０ 電極部材
１０ａ 接触部位
２０Ａ スリット（電極部材側スリット）
２０Ｂ スリット（積層素子側スリット）
２３ 両端部
２５ 電圧検出配線
２６ 電圧測定装置
３０ 通電パターン
３０ａ 本体部
３０ｂ 内側領域
３０ｃ 切り込み部
３３ 電圧検出配線（引き出し線）
３５ コネクタ
５０ 積層素子
１００ シャント抵抗装置
ＣＬ 中心線
ＡＲ 配線領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】