特開 2024-58790 シャント抵抗器およびシャント抵抗器の製造方法

(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】P2024058790

(43)【公開日】2024-04-30

(54)【発明の名称】シャント抵抗器およびシャント抵抗器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01C 13/00 20060101AFI20240422BHJP

   H01C 1/144 20060101ALI20240422BHJP

   H01C 17/28 20060101ALI20240422BHJP

   H01C 17/232 20060101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

H01C13/00 J

H01C1/144

H01C17/28

H01C17/232

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166113

(22)【出願日】2022-10-17

(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】大澤 亮

【テーマコード（参考）】

5E028

5E032

【Ｆターム（参考）】

5E028BA21

5E028BB01

5E028CA12

5E028JA11

5E028JA12

5E028JB03

5E032BA21

5E032BB01

5E032CA12

5E032CC11

5E032TA11

5E032TB02

5E032TB05

(57)【要約】

【課題】所望の抵抗温度特性を満たす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、抵抗体５の両端に接続する一対の電極６，７を備える。一対の電極６，７は、一対の電圧検出部２０，２１を有し、一対の電圧検出部２０，２１の間の抵抗体５に穴７０が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流検出に用いられるシャント抵抗器であって、
抵抗体と、
前記抵抗体の両端に接続する一対の電極と、を備え、
前記一対の電極は、それぞれ前記抵抗体に隣接する一対の電圧検出部を有し、
前記一対の電圧検出部の間の前記抵抗体に穴を設けた、シャント抵抗器。

【請求項2】

前記シャント抵抗器は、電流の一部が迂回して流れる迂回電流流路部を備え、
前記迂回電流流路部は、前記抵抗体の一部および前記一対の電極の一部からなり、
前記電圧検出部は、前記迂回電流流路部の前記一対の電極に設けられ、
前記穴は前記迂回電流流路部の前記抵抗体に設けられている、請求項１に記載のシャント抵抗器。

【請求項3】

前記迂回電流流路部は、前記シャント抵抗器の長さ方向に平行な面に設けられた突出部である、請求項２に記載のシャント抵抗器。

【請求項4】

前記シャント抵抗器は、前記電極と電気的に接続し、前記一対の電圧検出部の所定の位置にそれぞれ設けられた一対の電圧検出端子を備え、
前記穴は、前記シャント抵抗器の使用温度範囲に対して所定の抵抗温度特性範囲を満たす位置および大きさで設けられ、且つ、前記一対の電圧検出端子の接続位置を通る直線上にかかる位置および大きさで設けられた、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のシャント抵抗器。

【請求項5】

抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続し、かつ前記抵抗体に隣接する一対の電圧検出部を有する一対の電極と、を備えたシャント抵抗器の製造方法であって、
前記一対の電圧検出部の間の前記抵抗体に穴を設ける工程を含み、
前記穴の位置および大きさによって抵抗温度特性を調整する、シャント抵抗器の製造方法。

【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器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、シャント抵抗器は、電流検出用途に広く用いられている。このようなシャント抵抗器は、板状の抵抗体と、抵抗体の両端に接合された板状の電極と、を備えている。このような抵抗体は、銅・ニッケル系合金、銅・マンガン系合金、鉄・クロム系合金、ニッケル・クロム系合金などの合金で構成されており、このような電極は、銅などの高導電性金属から構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１７６１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなシャント抵抗器では、温度変動の影響が小さい電流検出を可能とするために、抵抗温度係数（ＴＣＲ）ができるだけ０に近いことが要請されている。抵抗温度係数（ＴＣＲ）とは、温度変化による抵抗値の変化の割合を示す指標であり、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が０に近づくほど抵抗値の変化が小さくなる。シャント抵抗器のＴＣＲを改善するために、例えば、マンガニン（登録商標）などのＴＣＲが小さい合金が抵抗体の材料として使用されている。しかしながら、抵抗体材料の選定によるＴＣＲの調整（改善）には限界がある。

【0005】

特許文献１は、突出部の突出量を調整することによってＴＣＲを調整するシャント抵抗器を開示している。しかしながら、特許文献１で開示されたシャント抵抗器では、突出部の突出量によってＴＣＲを調整するため、ロット毎または単体毎に製品の外形寸法が変わってしまう問題がある。

【0006】

特許文献１で開示されたシャント抵抗器では、材料ロット毎の特性ばらつき、突出部の寸法ばらつき、電圧検出端子を接続するときの位置ばらつきによって、ロット毎または単体毎でＴＣＲにばらつきが生じてしまう場合がある。例えば、材料ロット毎の特性ばらつきによってＴＣＲにばらつきが生じても、ＴＣＲを調整するために、後から突出部の寸法や電圧検出端子の位置を容易に調整することはできない。

【0007】

そこで、本発明は、製品のサイズ寸法を変えることなく、ＴＣＲを容易に調整することができる、すなわち所望の抵抗温度特性を満たすことができるシャント抵抗器を提供することを目的とする。

【0008】

本発明は、所望の抵抗温度特性を満たすことができるシャント抵抗器の製造方法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】

【0009】

一態様では、電流検出に用いられるシャント抵抗器が提供される。シャント抵抗器は、抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続する一対の電極と、を備え、前記一対の電極は、それぞれ前記抵抗体に隣接する一対の電圧検出部を有し、前記一対の電圧検出部の間の前記抵抗体に穴を設けた。

【0010】

一態様では、前記シャント抵抗器は、電流の一部が迂回して流れる迂回電流流路部を備え、前記迂回電流流路部は、前記抵抗体の一部および前記一対の電極の一部からなり、前記電圧検出部は、前記迂回電流流路部の前記一対の電極に設けられ、前記穴は前記迂回電流流路部の前記抵抗体に設けられている。
一態様では、前記迂回電流流路部は、前記シャント抵抗器の長さ方向に平行な面に設けられた突出部である。
一態様では、前記シャント抵抗器は、前記電極と電気的に接続し、前記一対の電圧検出部の所定の位置にそれぞれ設けられた一対の電圧検出端子を備え、前記穴は、前記シャント抵抗器の使用温度範囲に対して所定の抵抗温度特性範囲を満たす位置および大きさで設けられ、且つ、前記一対の電圧検出端子の接続位置を通る直線上にかかる位置および大きさで設けられた。

【0011】

一態様では、抵抗体と、前記抵抗体の両端に接続し、かつ前記抵抗体に隣接する一対の電圧検出部を有する一対の電極と、を備えたシャント抵抗器の製造方法が提供される。シャント抵抗器の製造方法は、前記一対の電圧検出部の間の前記抵抗体に穴を設ける工程を含み、前記穴の位置および大きさによって抵抗温度特性を調整する。

【発明の効果】

【0012】

抵抗体に形成された穴を備えるシャント抵抗器は、所望の抵抗温度特性を満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】シャント抵抗器の一実施形態を示す図である。

【図2】シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。

【図3】突出部の拡大図である。

【図4】穴の直径を変えたときの温度変化によるシャント抵抗器の抵抗値の変化率を示すグラフである。

【図5】図５（ａ）はシャント抵抗器の突出部側面から穴までの距離を示す図であり、図５（ｂ）は突出部側面から穴までの距離を変えたときの温度変化によるシャント抵抗器の抵抗値の変化率を示すグラフである。

【図6】図６（ａ）乃至図６（ｇ）は、抵抗体に形成された穴の変形例を示す図である。

【図7】シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。

【図8】シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。

【図9】比較例に係るシャント抵抗器と、本実施形態に係るシャント抵抗器と、の違いを説明するための図である。

【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。以下で説明する複数の実施形態において、特に説明しない一実施形態の構成は、他の実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

【0015】

図１は、シャント抵抗器の一実施形態を示す図である。図１に示すように、シャント抵抗器１は、所定の厚みと幅を有する抵抗合金板材からなる抵抗体５と、第１方向における抵抗体５の両端（すなわち、両側接続面）５ａ，５ｂに接続された高導電性金属からなる一対の電極６，７と、を備えている。

【0016】

電極６は、抵抗体５の一端（一方の接続面）５ａに接合する接合面６ａを有しており、電極７は、抵抗体５の他端（他方の接続面）５ｂに接合する接合面７ａを有している。電極６，７には、シャント抵抗器１を検出する電流の経路へ接続する際に、ねじなどで固定するためのボルト穴８，９がそれぞれ形成されている。

【0017】

上記第１方向は、抵抗体５の長さ方向であり、シャント抵抗器１の長さ方向に相当する。シャント抵抗器１の長さ方向は、電極６、抵抗体５、および電極７がこの順に配置される方向である。この第１方向に垂直な方向は、第２方向である。第２方向は、シャント抵抗器１の幅方向である。図１に示すように、電極６，７は、同一の構造を有しており、抵抗体５に関して対称的に配置されている。

【0018】

抵抗体５の両端５ａ，５ｂのそれぞれは、電極６，７のそれぞれに溶接（例えば、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接、または、ろう接）などの手段によって接合されている。抵抗体５の材質の例として、Ｃｕ－Ｍｎ系合金、Ｃｕ－Ｎｉ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ系合金などの低抵抗合金材を挙げることができる。電極６，７の材質の例として、銅（Ｃｕ）を挙げることができる。このような構造および材料で構成されたシャント抵抗器１は、概ね１０μΩから５００μΩの抵抗値を有している。

【0019】

一対の電極６，７は、それぞれ抵抗体５に隣接する一対の電圧検出部２０，２１を有している（図１の網掛け参照）。電圧検出部２０，２１は、シャント抵抗器１の第２方向に沿って延びている。

【0020】

シャント抵抗器１は、電圧検出部２０，２１上の所定の位置に配置された一対の電圧検出端子３８，３９を備えている。本実施形態では、電圧検出端子３８，３９は、電圧検出部２０，２１の表面からそれぞれ垂直に延びる導電性のピンである。例えば、電圧検出端子３８，３９は、溶接や圧着などの手法により、電圧検出部２０，２１にそれぞれ接続されている。

【0021】

電圧検出端子３８，３９のそれぞれに導線（例えば、アルミワイヤー）を接続する手段や、回路基板に形成したスルーホールに電圧検出端子３８，３９を挿通して、回路基板に形成した配線と導通接続する手段等により、電圧検出端子３８，３９の間の電圧が測定される。このような構成により、シャント抵抗器１に流れる電流を検出するための電圧を測定することができる。

【0022】

図１に示すように、シャント抵抗器１は、一対の電圧検出部２０，２１の間の抵抗体５に形成された穴７０を備えている。穴７０は、シャント抵抗器１の側面１ａから離間して配置されている。穴７０を形成することにより、シャント抵抗器１の抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整することができる。

【0023】

穴７０は、貫通した穴であってもよく、または抵抗体５の表面に形成された窪みであってもよい。本実施形態では、穴７０は貫通した穴である。穴７０は、一対の電圧検出端子３８，３９の接続位置を通る直線上に配置されている。言い換えれば、一対の電圧検出端子３８，３９および穴７０は、シャント抵抗器１の第１方向に沿って一直線上に配列されている。穴７０は、例えば、ドリル、パンチ、レーザーなどの手段によって形成可能である。このような手段によって、穴７０の位置および大きさを容易に変更可能であり、ロット毎および単体毎に、シャント抵抗器１のＴＣＲを容易に調整することができる。

【0024】

図２は、シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。図２に示すように、シャント抵抗器１は、シャント抵抗器１の側面１ａに形成された突出部１１と、シャント抵抗器１の側面１ｂに形成された凹部１２と、を有している。

【0025】

突出部１１は、側面１ａから外側に延びており、凹部１２は、側面１ｂから内側に（シャント抵抗器１の中心部に向かって）延びている。突出部１１と凹部１２は、共に同じ方向（第２方向）に延びている。突出部１１および凹部１２は、上から見たとき（第１方向および第２方向の両方に垂直な方向からみたとき）、矩形状の形状を有している。

【0026】

側面１ａは、第１方向に平行なシャント抵抗器１の面であり、電極６の側面６ｃと、電極７の側面７ｃと、を有している。側面１ｂは、第１方向に平行なシャント抵抗器１の面であり、かつ側面１ａの反対側の面である。側面１ｂは、電極６の側面６ｂと、電極７の側面７ｂと、を有している。側面６ｂ，７ｂは、側面６ｃ，７ｃに平行な面である。本実施形態では、突出部１１と凹部１２は同じ寸法である。

【0027】

図３は、突出部の拡大図である。図３に示すように、シャント抵抗器１は、電流の一部が迂回して流れる迂回電流流路部８０を備えている。図３に示す実施形態では、迂回電流流路部８０は、抵抗体５の一部および一対の電極６，７のそれぞれの一部から構成されており、突出部１１に相当する。電圧検出部２０，２１は、迂回電流流路部８０（すなわち、突出部１１）の一対の電極６，７に設けられており、穴７０は、迂回電流流路部８０（すなわち、突出部１１）の抵抗体５に設けられている。

【0028】

図４は、穴の直径を変えたときの温度変化によるシャント抵抗器の抵抗値の変化率を示すグラフである。図４の横軸は、シャント抵抗器１の温度を示し、図４の縦軸は、シャント抵抗器１の抵抗値変化率をしている。図４に示すグラフは、穴７０が形成されていないシャント抵抗器１の抵抗値変化率と、４種類（具体的には、φ１．２５ｍｍ、φ１．０ｍｍ、φ０．７５ｍｍ、φ０．５ｍｍ）の直径を有する穴７０が形成されたシャント抵抗器１の抵抗値変化率と、を示している。

【0029】

図４に示すシャント抵抗器１の抵抗値変化率の変動幅から明らかなように、シャント抵抗器１は、穴７０を形成することで温度変化による抵抗値変化率の変動幅を調整することができる。すなわち、図４に示す実験結果は、穴７０を形成することにより、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整することができることを示しており、穴７０を有するシャント抵抗器１は、所望の抵抗温度特性を満たすことができる。

【0030】

さらに、図４に示す実験結果は、穴７０の直径を変えることにより、ＴＣＲを調整することが可能であることを示している。例えば、図４において、シャント抵抗器１の使用温度範囲が－２５℃～＋１００℃の範囲内である場合、穴径φ１．０ｍｍを有する穴７０を形成することにより、抵抗値変化率の変動幅をより小さくすることができ、電流検出精度を向上させることができる（抵抗値変化率：±０．０１％以内）。例えば、図４において、シャント抵抗器１の使用温度範囲が－５０℃～＋１２５℃の範囲内である場合、穴径φ０．７５ｍｍを有する穴７０を形成することにより、抵抗値変化率の変動幅をより小さくすることができ、電流検出精度を向上させることができる（抵抗値変化率：±０．０４％以内）。

【0031】

図５（ａ）はシャント抵抗器の突出部側面から穴までの距離を示す図であり、図５（ｂ）は突出部側面から穴までの距離を変えたときの温度変化によるシャント抵抗器の抵抗値の変化率を示すグラフである。図５（ｂ）の横軸は、シャント抵抗器１の温度を示し、図５（ｂ）の縦軸は、シャント抵抗器１の抵抗値変化率をしている。

【0032】

図５（ｂ）に示すように、突出部１１の突出部側面１１ａから穴７０までの距離ＰＬＨ（図５（ａ）参照）を調整することにより、ＴＣＲを調整することができる。図５（ｂ）に示すグラフにおいて、一点鎖線で示す曲線は、距離ＰＬＨが１．５ｍｍであるときのシャント抵抗器１の抵抗値変化率を示し、点線で示す曲線は、距離ＰＬＨが２．０ｍｍであるときのシャント抵抗器１の抵抗値変化率を示し、実線で示す曲線は、距離ＰＬＨが２．５ｍｍであるときのシャント抵抗器１の抵抗値変化率を示している。

【0033】

図５（ｂ）に示す実験結果から明らかなように、穴７０の直径を調整するのみならず、距離ＰＬＨを調整することによっても、ＴＣＲの調整が可能である。したがって、穴７０をシャント抵抗器１の使用温度範囲に対して所定の抵抗温度特性範囲を満たす位置および大きさで設けることにより、シャント抵抗器１の電流検出精度を向上させることができる。なお、この場合であっても、穴７０は、一対の電圧検出端子３８，３９の接続位置を通る直線上にかかる位置および大きさで設けられることが好ましい。

【0034】

ここで、穴７０が貫通した穴である場合、穴７０の大きさは、第１方向および／または第２方向における長さを意味するが、穴７０が窪みである場合、穴７０の大きさは、第１方向および／または第２方向における長さのみならず、穴７０の深さをも含む。

【0035】

図６（ａ）乃至図６（ｇ）は、抵抗体に形成された穴の変形例を示す図である。穴７０は、図６（ａ）に示すような円形状には限定されず、様々な形状を有してもよい。例えば、穴７０は四角形状を有してもよく（図６（ｂ）参照）、シャント抵抗器１の第１方向と平行に延びる長穴であってもよい（図６（ｃ）参照）。一実施形態では、穴７０は、シャント抵抗器１の第２方向と平行に延びてもよい。

【0036】

図６（ｄ）に示すように、穴７０は、抵抗体５の一部および電極７（または電極６）の一部に形成されてもよい。言い換えれば、穴７０は、抵抗体５と電極６（または電極７）との境界部分に形成されてもよい。

【0037】

図６（ｅ）に示すように、穴７０は、抵抗体５の一部および電極６，７の一部に形成された、第１方向と平行に延びる長穴であってもよい。図６（ｆ）に示すように、複数の穴７０が形成されてもよく、この場合、穴７０は、抵抗体５と電極６（および電極７）との境界部分に形成されてもよい（図６（ｇ）参照）。複数の穴７０を形成する場合、穴７０の数は、必ずしも、電圧検出端子３８，３９の数に対応している必要はない。

【0038】

穴７０を形成する工程は、シャント抵抗器１の製造工程に組み込まれている。シャント抵抗器１の製造方法は、一対の電圧検出部２０，２１の間の抵抗体５に穴７０を設ける工程を含み、穴７０の位置および大きさによって抵抗温度係数（ＴＣＲ）を調整する。

【0039】

穴７０を形成する工程は、電極６，７、抵抗体５、および電圧検出端子３８，３９の形成後に行われ、ロット毎または単体毎にＴＣＲを実測し、実測された値に基づいて穴７０をシャント抵抗器１の使用温度範囲に対して所定の抵抗温度特性範囲を満たす位置および大きさで設けることが望ましい。こうすることで、材料ロット毎の特性ばらつき、突出部の寸法ばらつき、電圧検出端子を接続するときの位置ばらつきなどにより、ロット毎または単体毎でＴＣＲにばらつきがあったとしても、ばらつきに関係なく容易に調整することが可能である。

【0040】

図７は、シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。図７に示すように、シャント抵抗器１は、一対の電極６，７に形成された一対のスリット９０，９１を有している。これらスリット９０，９１のそれぞれは、シャント抵抗器１の側面１ａから側面１ｂに向かって延びており、迂回電流流路部８０は、スリット９０，９１の間の領域に形成されている。本実施形態においても、電圧検出部２０，２１（および電圧検出端子３８，３９）は迂回電流流路部８０に形成されており、穴７０は電圧検出端子３８，３９の間に形成されている。

【0041】

図８は、シャント抵抗器の他の実施形態を示す図である。図８に示すように、シャント抵抗器１は、一対の電極６，７の中央部分に形成された一対のスリット９０，９１を有してもよい。この場合であっても、迂回電流流路部８０は、スリット９０，９１の間の領域に形成されている。本実施形態においても、電圧検出部２０，２１（および電圧検出端子３８，３９）は迂回電流流路部８０に形成されており、穴７０は電圧検出端子３８，３９の間に形成されている。

【0042】

図９は、比較例に係るシャント抵抗器と、本実施形態に係るシャント抵抗器と、の違いを説明するための図である。図９に示す比較例として、特許文献１（特開２０２１－１７６１９５号公報）を挙げることができる。

【0043】

図９に示すように、比較例に係るシャント抵抗器の場合、スリットによってＴＣＲを大きく調整する場合、幅Ｗ３を広くし、長さｔ４を長くする必要があり、結果として、スリットの大きさに伴って迂回する電流の流路が制限され、抵抗値も大きく変動してしまう。本実施形態に係るシャント抵抗器１の場合、電圧検出端子３８，３９の間に穴７０を形成することにより、迂回する電流の流路を確保しつつ（矢印参照）、抵抗値の変動を抑え、ＴＣＲを調整することができる。さらに、穴７０の大きさによって、容易にＴＣＲの変動幅を変化させることができる。

【0044】

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】

【0045】

１ シャント抵抗器
１ａ 側面
１ｂ 側面
５ 抵抗体
５ａ，５ｂ 両端
６，７ 電極
６ａ 接合面
６ｂ 側面
６ｃ 側面
７ａ 接合面
７ｂ 側面
７ｃ 側面
８，９ ボルト
１１ 突出部
１１ａ 突出部側面
１２ 凹部
２０，２１ 電圧検出部
３８，３９ 電圧検出端子
７０ 穴
８０ 迂回電流流路部
９０，９１ スリット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】