(57)【要約】【課題】シャント抵抗器の小型化を可能とする。【解決手段】導電性の金属材からなり、第１平面および第２平面を、それぞれ備える第１端子および第２端子と、前記第１端子と前記第２端子とのそれぞれの第１平面が対向しており、それぞれの第１平面に接続されて、前記第１端子と前記第２端子とを接続した抵抗体及び金属材からなる支柱部材と、前記抵抗体及び前記支柱部材と、それぞれの前記第１平面との接合面積は、前記第１平面の面積よりも小さく、かつ、前記第１端子と前記第２端子とには、前記第１平面から前記第２平面へ貫通する孔部が形成されているシャント抵抗器。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の金属材からなり、第１平面および第２平面を、それぞれ備える第１端子および第２端子と、
前記第１端子と前記第２端子とのそれぞれの第１平面が対向しており、それぞれの第１平面に接続されて、前記第１端子と前記第２端子とを接続した抵抗体及び金属材からなる支柱部材と、
前記抵抗体及び前記支柱部材と、それぞれの前記第１平面との接合面積は、前記第１平面の面積よりも小さく、かつ、前記第１端子と前記第２端子とには、前記第１平面から前記第２平面へ貫通する孔部が形成されている
シャント抵抗器。
【請求項２】
前記支柱部材と前記第１端子又は前記第２端子との間に絶縁基板を介在させた請求項１に記載のシャント抵抗器。
【請求項３】
前記絶縁基板に配線パターンを設け、前記支柱部材と前記配線パターンとが接続される請求項２に記載のシャント抵抗器。
【請求項４】
前記支柱部材がネジ構造を有する
請求項１に記載のシャント抵抗器。
【請求項５】
前記孔部を貫通し前記第１端子と前記第２端子とを固定する固定手段を備える
請求項１に記載のシャント抵抗器の実装構造。
【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実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車に搭載されている半導体パワーモジュール等における電流を検出するため、シャント抵抗器が用いられる。取付け作業が簡便で、過大な取付けスペースも必要とせず、高精度の電流検出が可能なシャント抵抗器として、特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載のシャント抵抗器は、導電性の金属材からなり、第１平面および第２平面と、その周囲の外周面を、それぞれ備える第１端子および第２端子と、前記第１端子と前記第２端子とのそれぞれの第１平面が対向しており、それぞれの第１平面に接続されて、前記第１端子と前記第２端子とを接続した抵抗体と、前記抵抗体と、それぞれの前記第１平面との接合面積は、前記第１平面の面積よりも小さく、かつ、前記第１端子と前記第２端子とには、前記第１平面から前記第２平面へ貫通する孔部が形成されている。以下において、このような構造のシャント抵抗器を、「シャント（抵抗器）」とも称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２１２２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のシャント抵抗器においては、第１端子と第２端子とのそれぞれの側面から出力信号電圧の引き出し端子を引出す構造を用いている。ところで、シャントにおいては、支柱となる抵抗体の径、長さを調整することで、抵抗値を調整することができる。
【０００６】
しかしながら、支柱の径が細すぎると電極との接続（接着）強度が低下する。また、支柱の長さを長くすると、抵抗器の小型化が難しくなるという課題がある。すなわち、シャント抵抗器の抵抗値を高くしたい場合に、強度と小型化との両立が難しいという課題がある。また、電圧検出信号を基板に接続する場合に、２本の検出信号によって構成される配線のループを小さくすることが難しい。従って、被測定電流による磁束によって発生する誘導起電力ノイズの影響を受けやすくなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、導電性の金属材からなり、第１平面および第２平面を、それぞれ備える第１端子および第２端子と、前記第１端子と前記第２端子とのそれぞれの第１平面が対向しており、それぞれの第１平面に接続されて、前記第１端子と前記第２端子とを接続した抵抗体及び金属材からなる支柱部材と、前記抵抗体及び前記支柱部材と、それぞれの前記第１平面との接合面積は、前記第１平面の面積よりも小さく、かつ、前記第１端子と前記第２端子とには、前記第１平面から前記第２平面へ貫通する孔部が形成されているシャント抵抗器が提供される。
【０００９】
前記支柱部材と前記第１端子又は前記第２端子との間に絶縁基板を介在させることが好ましい。前記支柱部材に、前記第１端子と前記第２端子とのそれぞれの電圧信号出力を可能とする。前記絶縁基板に配線パターンを設け、前記支柱部材と前記配線パターンとが接続されるようにしても良い。前記支柱部材がネジ構造を有するようにしても良い。この場合には、第１平面だけでなく、第２平面にも、ネジの受け部を設けるようにすると良い。前記孔部を貫通し前記第１端子と前記第２端子とを固定する固定手段を備えるようにしても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、抵抗器の小型化が可能になる。
また、本発明によれば、抵抗器の強度と小型化との両立が可能となる。
また、本発明によれば、被測定電流による磁束によって発生する誘導起電力ノイズの影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】（ａ）は、本発明の第１の実施の形態によるシャント抵抗器の分解斜視図であり、（ｂ）は、基板の表面図であり、（ｃ）は基板の裏面図である。
【図１Ｂ】シャント抵抗器の斜視図である。
【図２Ａ】シャント抵抗器の製造工程を示す図である。
【図２Ｂ】シャント抵抗器の製造工程を示す図である。
【図２Ｃ】シャント抵抗器の製造工程を示す図である。
【図２Ｄ】シャント抵抗器の製造工程を示す図である。
【図２Ｅ】シャント抵抗器の製造工程を示す図であり、実装構造まで製造した斜視図である。
【図３Ａ】シャント抵抗器の実装構造を示す分解斜視図である。
【図３Ｂ】シャント抵抗器の実装構造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シャント抵抗器を実装基板に取り付けた構成を示す斜視図であり、斜め上方から見た図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施の形態によるシャント抵抗器を実装基板に取り付けた構成を示す斜視図であり、上方から見た斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の第２の実施の形態によるシャント抵抗器を実装基板に取り付けた構成を示す断面図である。
【図５】本実施の形態によるシャント抵抗器を実装基板に取り付けた構成を斜め下方から見た斜視図である。
【図６Ａ】本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の構成例を示す分解斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。
【図７Ａ】本発明の第４の実施の形態によるシャント抵抗器の構成例を示す分解斜視図である。
【図７Ｂ】本発明の第４の実施の形態によるシャント抵抗器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態によるシャント抵抗器について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１Ａは、本実施の形態によるシャント抵抗器の分解斜視図であり、図１Ｂは、シャント抵抗器の斜視図である。図１Ａ（ｂ），（ｃ）には、後述する基板の表面図と裏面図を示している。図１Ａ、図１Ｂに示すように、本実施の形態によるシャント抵抗器Ａは、端子（電極）と抵抗体とからなる。第１端子１および第２端子３は、導電性の金属材からなる。第１端子１は、第１平面１１ａおよび第２平面１１ｂと、その周囲の外周面１１ｃとを有する。第２端子３は、第１平面１３ａおよび第２平面１３ｂと、その周囲の外周面１３ｃとを有する。
【００１４】
第１端子１と第２端子３とのそれぞれの第１平面１１ａ，１３ａが対向している。それぞれの第１平面１１ａ，１３ａに接続されて、第１端子１と第２端子３とを接続する抵抗体５，５を備える。ここでは、２本の抵抗体を備える例を示す。抵抗体５，５と、それぞれの第１平面１１ａ、１３ａとの接合面積は、第１平面１１ａ，１３ａの面積よりも小さくなっている。抵抗体５，５の本数は２本に限定されない。さらに、第１端子１と第２端子３とには、第１平面１１ａ，１３ａから第２平面１１ｂ，１３ｂへ貫通する孔部１ａ、３ａが形成されている。さらに、第１端子１と第２端子３との間には支柱部材６が設けられている。支柱部材６は、抵抗体５，５と同様に配置されている。図１Ａ，Ｂでは、支柱部材６と第２端子３との間に基板（絶縁基板）２１を介在させている。基板２１は、例えば、樹脂などの絶縁性の材料からなるフレキシブル基板である。
【００１５】
基板２１には、電圧検出信号取り出し端子２３が形成されている。また、基板２１の上面（表面）２１ａには、例えば、支柱部材６の下端面よりも広い領域ＡＲ１が形成されており、その領域ＡＲ１内には、支柱部材６の下端面を接続する例えば円形の第１の電極部２７ａが形成されている。一方、基板２１の下面（裏面）２１ｂ側には第２端子３に接続する例えば円形の第２の電極部２７ｂが形成されている。第１の電極部２７ａと第２の電極部２７ｂとは、基板２１の厚さ方向の一部により絶縁されている。
【００１６】
さらに、基板２１の上面（表面）２１ａ上に、第１の電極部２７ａから電圧検出信号を取り出すための第１の電圧検出端子３１ａ，３１ｂ（そのうちの一方、例えば３１ｂはノイズ除去用の端子）と、第２の電圧検出端子３３ａの一部とが形成されている。第１の電圧検出端子３１ａ，３１ｂは、例えば基板２１の隅の方の位置において電圧検出信号取り出し端子２３と電気的接続がなされている。
【００１７】
基板２１をその下面（裏面）２１ｂ側から見ると、第２の電極部２７ｂが形成され、これと接続した第２の電圧検出端子３３ｂが設けられている。第２の電圧検出端子３３ｂは、基板２１の隅の方まで引き回され、第２のパッド３３ｂ−１に接続されている。
【００１８】
第２の電圧検出端子３３ａ，３３ｂは、第１の位置３３ａ−１と第２の位置３３ｂ−１との面内の同じ位置において、基板２１の厚さ方向に表から裏まで形成されたビア（はんだなど）により接続されている。
【００１９】
第１の電圧検出端子３１ａ，３１ｂは、支柱部材６を介して第１端子１と電気的に接続される。第２の電圧検出端子３３ａは、第２端子３と電気的に接続される。
【００２０】
このようにして、基板２１には、第１端子１側の第１の電圧検出端子３１ａと、第２端子３側の第２の電圧検出端子３３ａと、電圧検出信号取り出し端子２３（コネクタ４１）と、が形成されている。
【００２１】
以上の構成により、第１端子１側の電圧信号と、第２端子３側の電圧信号とを、コネクタ４１から取り出すことができる。
【００２２】
尚、抵抗体５，５は、例えば、はんだ付けにより第１端子１と第２端子３とに接続される。支柱部材６は、例えば、はんだ付けにより第１端子１と基板２１の第１の電極部２７ａに接続される。或いは、第１端子１，第２端子３に抵抗体５，５、支柱部材６を仮固定する穴などを形成して仮固定しておき、後述するように、実装構造を作製する際に固定するようにしても良い。
【００２３】
第１端子１、第２端子３は、例えば、Ｃｕなどの金属材により形成される。抵抗体５，５は、例えば、ＭｎＣｕ合金などの抵抗材により形成される。支柱部材６は、例えば、Ｃｕなどの金属材により形成される。各材料はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
支柱部材６は、Ｃｕなどの金属材により形成されるため、第１端子１と第２端子３とを支える支柱としての強度を保つことができる。また、支柱部材６に絶縁基板２１を介在させることで、第１端子１と第２端子３との絶縁性を確保することができる。また、基板２１の電極２７により、第１端子１と第２端子３とにはんだなどで接続することができる。
【００２５】
さらに、支柱部材６は、金属材により形成されるため、支柱部材と電気的に接続される配線を基板に形成することで、第１端子１と第２端子３の間に流れる電流を精度良く検出することができる。
【００２６】
（シャント抵抗器の製造方法）
次に、図２Ａから図２Ｅまでを参照して、上記のようなシャント抵抗器の製造方法について説明する。図２Ａに示すように、円柱状の抵抗体５，５と、基板２１とを準備する。図２Ｂに示すように、支柱部材６を、基板２１の第１の電極部２７ａに、はんだなどにより接続する。図２Ｃに示すように、第１端子１と第２端子３とを準備し、第１端子１と第２端子３との間に、円柱状の抵抗体５，５と基板２１とを配置する。図２Ｄに示すように、基板２１と第１端子１との間に、支柱部材６を設け、第１端子１と基板２１との間で固定する。導電性の接着剤などによりこれらの部材を固定することができる。これにより、シャント抵抗器Ａを形成することができる。図２Ｅに示すように、実装基板５１に形成された開口部（貫通孔）５１ａ内に、シャント抵抗器Ａを配置する。さらに、基板２１に形成された第１の電圧検出端子３１ａと、第２の電圧検出端子３３ｂと、の取り出し部である電圧検出信号取り出し端子（コネクタ４１）を実装構造上の外部ケーブル（図示せず）などと接続することができる。
【００２７】
（シャント抵抗器の実装構造）
次に、シャント抵抗器の実装構造（固定構造）の詳細について説明する。
図３Ａは、シャント抵抗器の実装構造を示す分解斜視図であり、図３Ｂは、シャント抵抗器の実装構造を示す斜視図である。図３Ａ、図３Ｂに示すように、シャント抵抗器の実装構造Ｘは、以下のように構成されている。
【００２８】
上記において、抵抗体５と支柱部材６とをはんだなどにより接着して固定する例を説明したが、以下においては、まず、第１端子１、第２端子３間に抵抗体５と支柱部材６とを仮固定しておき、固定構造により固定する例について説明する。
【００２９】
第１端子１、第２端子３間に抵抗体５と支柱部材６とが仮固定されたシャント抵抗器Ａと実装基板５１とパワーモジュールの端子台（又はブスバー、以下「端子台」と称する）８０とは、ブスバー６５に形成された貫通孔６５ａと、シャント抵抗器Ａの第１端子１、第２端子３に形成された第１の貫通孔１ａ，第２の貫通孔３ａと、実装基板５１に形成された開口部５１ａと、を通って、端子台８０にネジ７１によりネジ止めされる。端子台８０側にはネジ７１の受け側として図示しないナットが配置される。６１ａから６１ｃまでは、ブスバー６５上に設けられるワッシャの例である。ネジ７１を締めることで、図３Ｂに示すように、シャント抵抗器を用いた電流検出装置の実装構造Ｘを作製することができる。
【００３０】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、抵抗器の小型化が可能になる。また、抵抗器の強度と小型化との両立が可能となる。さらに、被測定電流による磁束によって発生する誘導起電力ノイズの影響を抑制することができる。
【００３１】
（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。適宜、第１の実施の形態で参照した図１Ａ，図１Ｂ等も参照して説明する。図４Ａ，図４Ｂは、本実施の形態によるシャント抵抗器Ｂを実装基板５１に取り付けた構成を示す斜視図であり、図４Ａは斜め上方から見た図、図４Ｂは上方から見た斜視図である。図４Ｃは、本実施の形態によるシャント抵抗器を実装基板に取り付けた構成を示す断面図である。図５は、本実施の形態によるシャント抵抗器Ｂを実装基板５１に取り付けた構成を斜め下方から見た斜視図である。
【００３２】
本発明の第２の実施の形態では、支柱部材６を例えば金属製のネジ構造としている。図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃに示すように、第１端子１には、第１のネジ孔１ｘが形成されており、ネジ構造とした第１の支柱部材６ａを第１のネジ孔１ｘにネジ込んで固定している。
一方、図４Ｃおよび図５に示すように、第２端子３にも、第２のネジ孔１３ｘが形成されており、第１の支柱部材６ａとは別に、ネジ構造とした第２の支柱部材６ｂをネジ孔１３ｘにネジ込んで固定される。
【００３３】
第１の支柱部材６ａと第２の支柱部材６ｂとの間に実装基板（絶縁基板）５１を介在させている。第１の支柱部材６ａと第２の支柱部材６ｂの端部によって両面から実装基板５１を挟むことで、実装基板５１を固定することができる。
【００３４】
実装基板５１には、第１端子１に接続された第１の電圧検出端子３１ａと、第２端子３に接続された第２の電圧検出端子３３ｂと、電圧検出信号取り出し端子（図示せず）と、が形成されている。
【００３５】
基板５１の上面（表面）２１ａに、第１の電極部２７ａから電圧検出信号を取り出すための第１の電圧検出端子３１ａ，３１ｂ（そのうちの一方、例えば３１ｂはノイズ除去用の端子）と、第２の電圧検出端子３３ａの一部とが形成されている。第１の電圧検出端子３１ａ，３１ｂは、例えば実装基板５１の隅の方の位置において電圧検出信号取り出し端子と電気的接続がなされている。
【００３６】
実装基板５１の下面（裏面）２１ｂ側には、裏面２１ｂ上に第２の電圧検出端子３３ｂが設けられている。
【００３７】
第１の電圧検出端子３１ａ，３１ｂは、第１の支柱部材６ａを介して第１端子１と電気的に接続される。第２の電圧検出端子３３ｂは、第２の支柱部材６ｂを介して第２端子３と電気的に接続される。
【００３８】
第２の電圧検出端子３３ａ，３３ｂは、実装基板５１の厚さ方向に表から裏まで導通したビア７により接続される。
【００３９】
以上の構成により、第１端子１側の電圧信号と、第２端子３側の電圧信号とを、コネクタ４１（図２Ｅ）から取り出すことができる。
【００４０】
上記のように、本実施の形態では、ネジ構造とした支柱部材６を、第１端子１に接続した第１の支柱部材６ａと、第２端子３に接続した第２の支柱部材６ｂと、により構成した。第１の支柱部材６ａと第２の支柱部材６ｂとは、先端部において、基板の表面２１ａ、基板の裏面２１ｂとにそれぞれ当接する。第１の支柱部材６ａと第２の支柱部材６ｂとは、絶縁材料を用いた実装基板５１により絶縁されており電気的に接続されていない。
尚、ネジ構造とした第１の支柱部材６ａと第２の支柱部材６ｂとを有するシャント抵抗器Ｂにおいても、図３Ａ，図３Ｂに示す構造と同様の実装構造を形成することができる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
図６Ａは、本発明の第３の実施の形態によるシャント抵抗器Ｃの構成例を示す分解斜視図であり、図６Ｂは、シャント抵抗器Ｃの斜視図である。図６Ａ，図６Ｂに示す構成では、電圧検出端子の誘導起電力ノイズからの影響をより抑制するために、強度を高めるための支柱部材６と、上記と同様に基板２１を取り付ける電圧検出用の支柱部材６ｄとを有している。電圧検出用の支柱部材６ｄは、実装構造などを考慮して、適切な位置に配置することが好ましい。このように、支柱部材６，６ｄをそれぞれの目的の合った位置に設けることが可能である。
【００４２】
尚、強度を高めるための支持部材６は、第１端子１と第２端子３を絶縁しながら固定する必要がある。そのために、例えば円形のはんだ付け固定用パターン２８を設ける。このはんだ付け固定用パターン２８は、基板２１と同様の厚さを有する絶縁基板２８であり、例えば、円形の電極を両面に有する。円形の電極は、はんだ付けにより支持部材６を第２端子３側又は第１端子１側で固定するための目的のみで設けられ、それぞれは、絶縁基板２８により絶縁されている。尚、絶縁基板２８を支柱部材６と前記第１端子１との間に介在させても良い。
【００４３】
（第４の実施の形態）
図７Ａは、本発明の第４の実施の形態によるシャント抵抗器Ｄの構成例を示す分解斜視図であり、図７Ｂは、シャント抵抗器Ｄの斜視図である。図７Ａ，図７Ｂに示す構成では、第１から第３までの実施の形態とは異なり、別途、電圧検出信号取り出し基板８１を設けている。電圧検出信号取り出し基板８１は、例えば、第１端子１と第２端子３との対向面側にそれぞれ設けたスリットＳ１，Ｓ２に電圧検出信号取り出し用の回路８３を設けた電圧検出信号取り出し基板８１を挿入して固定している。
【００４４】
このように、電圧検出信号取り出し用の回路（図示せず）とその回路と信号をやり取りするためのコネクタ８３を設けた電圧検出信号取り出し基板８１を別途設けている。このような構造が好ましい場合には、第４の実施の形態のものを用いることもできる。この場合には、プリント基板２１が不要となる。複数の選択肢を提供することで、設計の自由度が増すという効果がある。尚、強度を高めるための支持部材６は、第１端子１と第２端子３を絶縁しながら固定する必要がある。そのために、例えば円形のはんだ付け固定用パターン２８を設ける。このはんだ付け固定用パターン２８は、基板２１と同様の厚さを有する絶縁基板２８であり、例えば、円形の電極を両面に有する。円形の電極は、はんだ付けにより支持部材６を第２端子３側又は第１端子１側で固定するための目的のみで設けられ、それぞれは、絶縁基板２８により絶縁されている。尚、絶縁基板２８を支柱部材６と前記第１端子１との間に介在させても良い。
【００４５】
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】
【００４６】
本発明は、シャント抵抗器に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  シャント抵抗器
Ｓ１，Ｓ２  スリット
１  第１端子（電極）
１ａ  孔部（第１の貫通孔）
３ａ  孔部（第２の貫通孔）
１ｘ  第１のネジ孔
３  第２端子（電極）
５  抵抗体
６  支柱部材
６ａ  ネジ構造支柱部材（第１の支柱部材）
６ｂ  第２の支柱部材
７  ビア
１１ａ，１３ａ  第１平面
１１ｂ，１３ｂ  第２平面
１３ｘ  第２のネジ孔
２１  基板（絶縁基板，プリント基板）
２１ａ  上面（表面）
２１ｂ  下面（裏面）
２７ａ  第１の電極部
２７ｂ  第２の電極部
３１ａ，３１ｂ  第１の電圧検出端子
３３ａ，３３ｂ  第２の電圧検出端子
４１  コネクタ
５１  実装基板（絶縁性の配線基板）
５１ａ  開口部
６５  ブスバー
７１  固定部材（ネジ）
８０  端子台（ブスバー）
８１  基板（電圧検出信号取り出し基板）
８３  電圧検出信号取り出し用の回路
【図１Ａ】
2020013857.tif 000003
【図１Ｂ】
2020013857.tif 000004
【図２Ａ】
2020013857.tif 000005
【図２Ｂ】
2020013857.tif 000006
【図２Ｃ】
2020013857.tif 000007
【図２Ｄ】
2020013857.tif 000008
【図２Ｅ】
2020013857.tif 000009
【図３Ａ】
2020013857.tif 000010
【図３Ｂ】
2020013857.tif 000011
【図４Ａ】
2020013857.tif 000012
【図４Ｂ】
2020013857.tif 000013
【図４Ｃ】
2020013857.tif 000014
【図５】
2020013857.tif 000015
【図６Ａ】
2020013857.tif 000016
【図６Ｂ】
2020013857.tif 000017
【図７Ａ】
2020013857.tif 000018
【図７Ｂ】
2020013857.tif 000019