IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ コーア株式会社の特許一覧

特許7194145抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用
<>
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図1
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図2
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図3
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図4A
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図4B
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図4C
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図4D
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図4E
  • 特許-抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用 図4F
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-13
(45)【発行日】2022-12-21
(54)【発明の名称】抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用
(51)【国際特許分類】
   C22C 9/05 20060101AFI20221214BHJP
   C22C 30/02 20060101ALI20221214BHJP
   C22C 30/04 20060101ALI20221214BHJP
   H01C 13/00 20060101ALI20221214BHJP
【FI】
C22C9/05
C22C30/02
C22C30/04
H01C13/00 J
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2020066078
(22)【出願日】2020-04-01
(65)【公開番号】P2021161512
(43)【公開日】2021-10-11
【審査請求日】2022-06-21
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000105350
【氏名又は名称】KOA株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】金内 直輝
(72)【発明者】
【氏名】粂田 賢孝
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 忠彦
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特表2016-528376(JP,A)
【文献】特開2017-053015(JP,A)
【文献】特公昭49-014050(JP,B1)
【文献】米国特許第4340650(US,A)
【文献】国際公開第2020/196791(WO,A1)
【文献】米国特許第3091527(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22C 9/05
H01C 13/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金であって、
マンガンが33~38質量%であり、
ニッケルが8~15質量%であり、
残りは銅であり、
比抵抗が、117~143μΩ・cmであ
抵抗体用合金。
【請求項2】
ビッカース硬度が200HV以下である請求項に記載の抵抗体用合金。
【請求項3】
前記ニッケルの一部をスズまたは鉄で置き換えた抵抗体用合金であって、
スズを0.5質量%以下、または、鉄を0.5質量%以下含む、
請求項1又は2に記載の抵抗体用合金。
【請求項4】
請求項1からまでのいずれか1項に記載の抵抗体用合金の抵抗器への使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用に関する。
【背景技術】
【0002】
電流検出等に用いられる抵抗器用の抵抗合金としては、銅-マンガン系合金、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。一般的な銅-マンガン系合金(銅-マンガン-ニッケル系合金)は、比抵抗が29μΩ・cm以上50μΩ・cm以下のものが市販されている。ニッケル-クロム-アルミニウム-銅合金に関しては、比抵抗が120μΩ・cm以上のものが市販されている。
【0003】
抵抗合金の発明としては、下記先行文献1のものが知られている。特許文献1には、比抵抗が80~115μΩ・cmのものが開示されている。100μΩ・cm以上の高比抵抗の抵抗合金としてはニッケル-クロム合金系、鉄-クロム合金が知られているが、比抵抗が150μΩ・cm程度の抵抗合金は市販されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表2016-528376号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ニッケル-クロム系合金、鉄-クロム系合金はそれぞれの問題点が存在する。つまり、ニッケル-クロム合金は117~143μΩ・cm以上の高い比抵抗であるが、低TCRの抵抗合金にすることが難しく、加工性も悪い。鉄-クロム系合金は比抵抗が140μΩ・cm以上の合金であるが、加工性が悪く、磁性を持つため抵抗器にはあまり使用されていない。
【0006】
本発明は、従来から知られているニッケル-クロム系の合金に近い特性(特に比抵抗)を有する銅-マンガン-ニッケル系の合金を提供することを目的とする。
また、ニッケル-クロム系の合金に比べて加工性に優れる合金を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一観点によれば、銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金であって、マンガンが33~38質量%であり、ニッケルが8~15質量%である抵抗体用合金が提供される。
【0008】
抵抗体用合金の比抵抗は、117~143μΩ・cmであることが好ましい。
抵抗体用合金のビッカース硬度は200HV以下であることが好ましい。スズを0.5質量%以下、または、鉄を0.5質量%以下含むようにしても良い。
本発明は、上記に記載の抵抗体用合金の抵抗器への使用であっても良い。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ニッケル-クロム系の合金に近い特性(特に比抵抗)を有する銅-マンガン-ニッケル系の合金を提供することができる。この際、ニッケル-クロム系の合金に比べて加工性に優れる合金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1図1は、本実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金である。
図2図2は、合金の電気的特性の評価用素子の一例を示す斜視図である。
図3図3は、本発明の第1の実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金を抵抗体材料として用いたシャント抵抗器の一例を示す斜視図である。
図4A】本発明の第2の実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金を抵抗体材料として用いたシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図である。
図4B】本発明の第2の実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金を抵抗体材料として用いたシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図4Aに続く図である。
図4C】本発明の第2の実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金を抵抗体材料として用いたシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図4Bに続く図である。
図4D】本発明の第2の実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金を抵抗体材料として用いたシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図4Cに続く図である。
図4E】本発明の第2の実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金を抵抗体材料として用いたシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図4Dに続く図である。
図4F】本発明の第2の実施の形態による銅とマンガンとニッケルを含む抵抗体用の合金の三元系合金を抵抗体材料として用いたシャント抵抗器の製造工程の一例を示す図であり、図4Eに続く図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態による抵抗器用の合金及び抵抗器用合金の抵抗器への使用について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0012】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態による銅-マンガン-ニッケル合金の相図である。
【0013】
ここで、銅の質量分率が左上辺側の軸上に示され、ニッケル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33%から38%であり、領域Rにおけるニッケルの質量分率は8%から15%である。残りは銅である。
ニッケルの一部を、スズ0~0.5質量%、または、鉄0~0.5質量%、に置き換えても良い。
【0014】
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サンプル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サンプル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の電圧検出部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。
【0015】
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、N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の形状の抵抗体サンプルを作成する。
6)真空・ガス置換炉で、N雰囲気で200~400℃、1~4時間の熱処理(低温熱処理)を行う。
【0016】
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、以下の特性を有するように互いに調整される。
(適正条件)
1)比抵抗が117~143μΩ・cmである。
2)抵抗温度係数(TCR)は、±30ppm/kである。
3)対銅熱起電力は±2.5μV/K以内である。
4)ニッケルークロム合金、鉄-クロム合金よりも小さなビッカース硬度(200HV以下)であり、加工がしやすい合金である。ビッカース硬度は、200HVより大きい場合、例えば圧延加工の際にヒビが入ることがあり、これを防止するために熱処理が必要になる等の対策が必要になる。ビッカース硬度は、170HV以下とすることがより好ましい。また、プレス性や機械強度等から、ビッカース硬度は100HV以上であることが好ましい。また、シート抵抗を高くすることができる。
【0017】
【表1】
【0018】
表1は、サンプル番号1から23までの合金材料の、組成(質量%)、比抵抗、TCR、対銅熱起電力、ビッカース硬度、及び、特性が適切であるかどうかの判定結果(○が適切)を示す表である。尚、Cuは残りの全ての組成(Bal.)である。なお、これらの組成には不可避不純物が含まれることがある。
表1によれば、サンプル1から7までは、比抵抗が115μΩ・cm以下であることから、少なくとも上記の適正条件1)を満たさない。サンプル8は、上記適正条件2)を満たさない。
【0019】
サンプル9は、上記適正条件1)から4)までを全て満たすため、抵抗体用の合金として適用可能な組成であることがわかる。
サンプル10,11は、上記適正条件のうち3)を満たさない。
サンプル12から14までは、上記適正条件1)から4)までを全て満たすため、抵抗体用の合金として適用可能な組成であることがわかる。
【0020】
サンプル15は、上記適正条件のうち2)を満たさない。
サンプル16から19までは、上記適正条件1)から4)までを全て満たすため、抵抗体用の合金として適用可能な組成であることがわかる。
サンプル20は、上記適正条件のうち2)を満たさない。
サンプル21は、上記適正条件1)から4)までを全て満たすため、抵抗体用の合金として適用可能な組成であることがわかる。
サンプル22,23は、上記適正条件のうち1)、または2)を満たさない。
【0021】
以上のように、本実施の形態では、マンガンの組成が33から38(質量%)、Niの組成が8から15(質量%)で、残りが全て銅であることが好ましい。
より詳細には、適切な条件を得られる組成は、マンガンが33~38(質量%)でニッケルが8~13(質量%)、マンガンが35~37(質量%)でニッケルが8~12(質量%)、マンガンが34~37(質量%)でニッケルが9~11(質量%)、マンガンが35~38(質量%)でニッケルが9~15(質量%)であっても良い。
尚、Feを0~0.5(質量%)、または、Snを0~0.5(質量%)加えても良い。
【0022】
【表2】
【0023】
表2は、従来のNi-Cr系、Fe-Cr系材料の特徴を示すものであり、比較例として示したものである。
比較例1では、Crが20(質量%)、Niが残り全てである。この比較例1では、上記適正条件1)から4)までを満たさない。
【0024】
比較例2では、Crが20(質量%)、Alが2.5(質量%)、Cuが2.5(質量%)、残り全てでNiある。この場合には、上記の適正条件1)から3)までは満たし、適正条件4)も満たしているものの、本発明の合金はこれより加工性が優れていることがわかる。
比較例3では、Crが25(質量%)、Alが5(質量%)、Feが残り全てでNiある。この場合には、上記の適正条件1)から3)までは満たすが、適正条件4)を満たさない。
このことから、本実施の形態による合金は、適正条件1)から4)までの全てを満たし、比較例の合金に比べて電気特性面で遜色なく、特に、本実施の形態の方が、加工性が良いことがわかる。
【0025】
尚、特許文献1における合金の成分範囲は以下の通りである。
1)組成
マンガンが23~28(質量%)、Niが9~13(質量%)、Snが最大で3である。残りは銅である。
そして、特性は以下の通りである。
比抵抗: 50μΩ・cm~200μΩ・cm
TCR:20℃から110℃の範囲でΔRが第2の0公差を持つ。
対銅熱起電力: ±1.0μV/K
特に、本実施の形態の方が、比抵抗を高くすることができることがわかる。
【0026】
尚、本実施の形態において、スズを添加することでTCR値をマイナス側にシフトさせることができる。鉄を添加することでTCR値と対銅熱起電力とを共にマイナス側にシフトさせることができる。スズを0.5質量%以下、または、鉄を0.5質量%以下の範囲で含むとよい。また、スズまたは鉄は0.3質量%以上の範囲で含むとよい。また、ニッケルの一部を、スズ、または、鉄で置き換えてもよい。
以上に説明したように、本実施の形態による抵抗体用の合金を用いると、130μΩ・cm程度の高い比抵抗(具体的には117~143 μ Ω・cmの比抵抗)を実現させ、かつ、ニッケル-クロム合金、鉄-クロム系合金に比べて加工性を改善させた抵抗合金を提供することができる。
比抵抗が低い抵抗材料を使ってシャント抵抗器を設計する場合、高抵抗側のシャント抵抗器を作成しようとすると、抵抗体を薄くしたり、抵抗体の長さが必要になったり等、設計上の制約になることがある。しかし、このような場合でも、本実施の形態によれば、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。
【0027】
また、高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。
【0028】
(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3は、本発明の第1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3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3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33~38(質量%)、Niが8~15(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。
【0029】
本実施の形態によるシャント抵抗器は、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、高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。
【0030】
(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4Aから図4F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。
【0031】
図4A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。
図4Bに示すように、抵抗材21の両側に第1の電極材25a、第2の電極材25bを配置する。
【0032】
図4C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4C(a)もしくは図4C(b)とする。図4C(a)は、電極材25a、25bと抵抗体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4C(b)は、電極材25a、25bと抵抗体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における抵抗体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、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。
【0033】
次いで、図4D(a)に示すように、図4Bの状態から、符号17で示すように、抵抗体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4D(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。
【0034】
次いで、図4E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。
【0035】
なお、図4F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4C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。
【0036】
本実施の形態によるシャント抵抗器は、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、高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。
【0037】
また、本実施の形態によるシャント抵抗材は、抵抗材製造時の圧延や、抵抗器製造時のプレス等において、良好な加工性を有する。
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。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明は、抵抗器用の合金として利用可能である。
【符号の説明】
【0039】
X 抵抗器用の合金の評価用サンプル
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
図1
図2
図3
図4A
図4B
図4C
図4D
図4E
図4F