(57)【要約】【課題】熱伝導性及び放熱性の向上を図ると共に、熱サイクルに強い構造とし、かつ、高圧パルスに対する耐久性に優れた大電力無誘導抵抗器を提供すること。【解決手段】両端に電極部３を設けた板状の抵抗部２を有する抵抗体１と、この抵抗体１を絶縁する絶縁板及び、放熱板７を積層してなる大電力無誘導抵抗器において、上記絶縁板は、抵抗体１の抵抗部２の両表に積層される一対のセラミック基板４，５にて形成され、抵抗体１、セラミック基板４，５と抵抗部２の接合面、及びセラミック基板４，５と放熱板７の接合面に、熱伝導性を有する液状耐熱性絶縁グリース６が介在され、セラミック基板４，５及び放熱板７を締付ボルト１０，締付板８等の締付手段により圧着する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に電極を設けた板状の抵抗部を有する抵抗体と、この抵抗体を絶縁する絶縁板及び放熱板を積層してなる大電力無誘導抵抗器において、
上記絶縁板は、上記抵抗体の抵抗部の両面に積層される一対のセラミック基板にて形成され、
上記抵抗体、セラミック基板と抵抗部の接合面、及びセラミック基板と上記放熱板の接合面に、熱伝導性を有する液状耐熱性絶縁物質が介在され、
上記両セラミック基板及び放熱板が締付手段により圧着されている、
ことを特徴とする大電力無誘導抵抗器。
【請求項２】
請求項１記載の大電力無誘導抵抗器において、
上記熱伝導性を有する液状耐熱性絶縁物質が耐熱絶縁高熱伝導性グリースである、
ことを特徴とする大電力無誘導抵抗器。
【請求項３】
請求項１または２記載の大電力無誘導抵抗器において、
上記締付手段は、上記一対のセラミック基板の一方に跨って積層される締付板と、締付板の上記セラミック基板を挟む両側端部と上記放熱板とを締結する複数のボルトとからなる、
ことを特徴とする大電力無誘導抵抗器。
【請求項４】
請求項３記載の大電力無誘導抵抗器において、
上記締付板とセラミック基板の間に、中押え板を介在してなる、
ことを特徴とする大電力無誘導抵抗器。
【請求項５】
請求項４記載の大電力無誘導抵抗器において、
上記締付板における上記中押え板との接合面に、上記中押え板の中央部表面に接触する押圧凸条と、この押圧凸条の両側に設けられる一対の凹条とを、上記両側の締結ボルト間に互いに平行に形成してなる、
ことを特徴とする大電力無誘導抵抗器。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載の大電力無誘導抵抗器において、
上記締付板は、上記放熱板と対向する放熱板を兼用している、
ことを特徴とする大電力無誘導抵抗器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大電力無誘導抵抗器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば高周波誘導加熱用電源の半導体のサージ吸収回路の抵抗として使用される大電力無誘導抵抗器は小型・大電力・耐パルス電圧の性能が必要とされる。
【０００３】
一般に、この種の大電力無誘導抵抗器が上記性能を発揮するためには、放熱性が良く、熱サイクルに強い構造であることが求められる。従来、この種の抵抗器として、無誘導パターンを形成した平板状抵抗体を耐熱性樹脂接着剤若しくはセラミック系無機接着剤を使用し、絶縁耐圧が高く熱伝導性の良いセラミック絶縁基板（以下にセラミック基板という）に接着し、さらにこのセラミック基板に金属ろうを使用して、金属製放熱板に接合する内部構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この抵抗器に電流が流れると、平板状抵抗体が発熱し、熱は接着剤を介してセラミック基板に伝わり、さらに金属ろうを介して金属製放熱板に伝わり抵抗器外に放熱される。金属製放熱板には他の熱伝導性の高い冷却体を接合したり、直接冷却流体を流したりすることにより冷却効果をさらに高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−６４４０４号公報（特許請求の範囲、段落００１０，００１１、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の大電力無誘導抵抗器においては、抵抗体への通電を繰り返しているうちに、経時的に抵抗体から金属製放熱板へ抜ける熱の伝導が悪くなる事があった。その原因として板部材間の熱膨張係数の違いが考えられる。即ち、金属製放熱板とセラミック基板は熱膨張係数が相違するため、熱が加えられたときに両者の伸び・縮みの量が異なる。抵抗器の温度は動作前は外気温（２０℃）あるいは冷却水温度（４０℃）と同程度であるが大電流が流れると高温（最大１５０℃）になる。連続運転の場合は定常状態が続くが、間歇運転の場合は温度の急激な変化が起こる。
【０００７】
一方、両者を接着する金属ろう（例えばハンダ）は接着強度は強いが伸び、縮みの繰り返しに弱い。このため、金属製放熱板とセラミック基板が伸び・縮みが繰り返されると、その度に金属ろう部に応力が加わり接合状態が劣化し接合面から剥離する懸念がある。
【０００８】
また、セラミック基板と金属製放熱板を金属ろうにより接着する際に金属ろうの中に気泡が入ってしまうことがあり、その気泡部位によりホットスポットが生じてしまい、その部分の熱放散が非効率になり、その結果抵抗の温度は許容温度以上になり抵抗は破壊されるという問題がある。
【０００９】
さらに、抵抗体をセラミック基板に固定するためには高絶縁耐熱性接着剤が必要であるが、この接着剤の絶縁性能や耐熱性能については重視されてはいたが、熱伝導性について問題とされることが少なかった。また、抵抗体は薄肉であり抵抗体とセラミック基板とを圧接することができないため、高絶縁耐熱性接着剤の厚みを厚くせざるを得ず、その結果抵抗体からセラミック基板に熱が移動する熱抵抗が大きくなり熱伝導率が低下する。しかも、セラミック基板上に塗布された接着剤上に抵抗体を積層して乾燥させて接着するため、抵抗体との接着面が不均一になる懸念がある。
【００１０】
更にまた、特許文献１に記載の抵抗器を作製するには、抵抗体とセラミック基板の接着と、セラミック基板と放熱板の接合を別の工程で行う必要があるため、作製に手間を要する。
【００１１】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱伝導性及び放熱性の向上を図ると共に、熱サイクルに強い構造とし、かつ、高圧パルスに対する耐久性に優れた大電力無誘導抵抗器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】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、両端に電極を設けた薄肉板状の抵抗部を有する抵抗体と、この抵抗体を絶縁する絶縁板及び放熱板を積層してなる大電力無誘導抵抗器において、上記絶縁板は、上記抵抗体の抵抗部の両面に積層される一対のセラミック基板にて形成され、上記抵抗体、セラミック基板と抵抗部の接合面、及びセラミック基板と上記放熱板の接合面に、熱伝導性を有する液状耐熱性絶縁物質が介在され、上記両セラミック基板及び放熱板が締付手段により圧着されていることを特徴とする。この場合、上記熱伝導性を有する液状耐熱性絶縁物質として耐熱絶縁高熱伝導性グリースを使用する方が好ましい（請求項２）。
【００１３】
このように構成することにより、接着剤やハンダ等を用いることなく、耐熱絶縁高熱伝導物質、例えば耐熱絶縁高熱伝導性グリースを介して、抵抗体と一対のセラミック基板及びセラミック基板と放熱板を密着することができる。また、抵抗体は一対のセラミック基板間に挟持された状態となるので、抵抗体とセラミック基板間には気泡等の空洞が生じることがない。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の大電力無誘導抵抗器において、上記締付手段は、上記一対のセラミック基板の一方に跨って積層される締付板と、締付板の上記セラミック基板を挟む両側端部と上記放熱板とを締結する複数のボルトとからなることを特徴とする。この場合、上記締付板とセラミック基板の間に、中押え板を介在する方が好ましい（請求項４）。
【００１５】
このように構成することにより、締付（組立）を容易にすることができる。この場合、上記締付板とセラミック基板の間に、中押え板を介在することにより、締付圧を中押え板に分散させて均等にすることができる（請求項４）。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の大電力無誘導抵抗器において、上記締付板における上記中押え板との接合面に、上記中押え板の中央部表面に接触する押圧凸条と、この押圧凸条の両側に設けられる一対の凹条とを、上記両側の締結ボルト間に互いに平行に形成してなることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することにより、締付状態における締付板の撓みを抑制し、締付圧を均等にすることができる。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の大電力無誘導抵抗器において、上記締付板は、上記放熱板と対向する放熱板を兼用していることを特徴とする。
【００１９】
このように構成することにより、抵抗体に生じた発熱を両放熱板から放熱することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような顕著な効果が得られる。
【００２１】
（１）請求項１，２記載の発明によれば、接着剤やハンダ等を用いることなく、耐熱絶縁高熱伝導物質、例えば耐熱絶縁高熱伝導性グリースを介して、抵抗体と一対のセラミック基板及びセラミック基板と放熱板を密着することができるので、熱伝導性及び放熱性の向上を図ることができると共に、熱サイクルに強い構造が達成され、高圧パルスに対する耐久性に極めて優れた大電力無誘導抵抗器を提供することができる。
【００２２】
（２）請求項３記載の発明によれば、締付手段は、セラミック基板に積層される締付板と、この締付板と放熱板とを締結するボルトとからなるので、上記（１）に加えて、均一な締付圧をセラミック基板、放熱板等に加えることができ熱伝導性及び放熱性の向上が図れる。この場合、上記締付板とセラミック基板の間に、中押え板を介在することにより、締付圧を中押え板に分散させて均等にすることができるので、更に熱伝導性及び放熱性の向上が図れる（請求項４）。
【００２３】
（３）請求項５記載の発明によれば、締付状態における締付板の撓みを抑制し、締付圧を均等にすることができるので上記（１）〜（２）に加えて、更に熱伝導性及び放熱性の向上が図れる。
【００２４】
（４）請求項６記載の発明によれば、抵抗体に生じた発熱を両面の放熱板から放熱することができるので、上記（１）〜（３）加えて、更に放熱性の向上が図れると共に高圧パルスに対する耐久性に優れ、更に大電力への対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係る大電力無誘導抵抗器の第１実施形態を示す断面図（ａ）及び（ａ）のＩ部拡大断面図（ｂ）である。
【図２】図１（ａ）のII−II線に沿う断面図である。
【図３】この発明における抵抗体を示す横断面図（ａ）及び（ａ）のIII部拡大断面図（ｂ）である。
【図４】この発明に係る大電力無誘導抵抗器をヒートシンクに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図５】この発明に係る大電力無誘導抵抗器の分解斜視図である。
【図６】この発明に係る大電力無誘導抵抗器の第２実施形態を示す断面図である。
【図７】第２実施形態の要部を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、この発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る大電力無誘導抵抗器を冷却手段例えば水冷式のヒートシンクに取り付ける場合について説明する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
この発明に係る大電力無誘導抵抗器は、図１（ａ）、図２及び図５に示すように、両端に電極部３を設けた板状の抵抗部２を有する抵抗体１と、抵抗体１を絶縁する上、下一対の絶縁板である上層及び下層セラミック基板４，５と放熱板７とを具備している。そして、抵抗体１、セラミック基板４，５と抵抗部２の接合面及び下層セラミック基板５と放熱板７の接合面に、熱伝導性を有する液状耐熱絶縁物質が介在され、両セラミック基板４，５及び放熱板７が後述する締付手段により圧着されている。
【００２８】
本実施形態では熱伝導性を有する液状耐熱絶縁物質として、耐熱絶縁高熱伝導グリースすなわち、サーマルグリース６を用いる。このサーマルグリース６はシリコーンオイルをベースに微粒なアルミナ等の熱伝導性の良い粉末を配合したグリースである。
【００２９】
抵抗体１は、ニクロム合金の薄い金属板にメッキ法によりニッケルや錫で電極膜を形成した後、フォトエッチングにより形成される電極部３及び抵抗部２からなる。この場合、抵抗部２は、図３に示すように、インダクタンスを極力低減するために抵抗部２の経路を互いに平行な直線部を有する蛇行状にした無誘導形状となっている。電流が蛇行状に形成された抵抗経路に流され、その経路周囲に発生する磁場が互いに逆転して隣接した抵抗経路に発生する磁場を打ち消し合うことで、その抵抗経路周囲には電磁誘導による誘導起電力の発生を最小限にすることができる。
【００３０】
また、抵抗体１は、図３（ｂ）に示すようにパターン部２ａの幅は例えば０．４０ｍｍ、ギャップ部２ｂの幅は例えば０．５０ｍｍに形成されて、また、抵抗体１の厚さは１２０μｍに形成されており、抵抗部２のギャップ部２ｂにはサーマルグリース６が充填された状態で、抵抗部２はセラミック基板４，５により挟持される。
【００３１】
なお、抵抗部２の両端の電極部３には端子１１がハンダにより接続されている。端子１１は電極部３との十分な接合面を確保すると共に機械的強度を得るべく、例えばＵ字状の電極接続部と平板状の外部接続部からなる。
【００３２】
抵抗体１の上層および下層に積層（接合）されるセラミック基板４，５は、例えば１ｍｍの厚さを有する矩形状に形成されている。この場合、上層のセラミック基板４は、抵抗体１の電極部３のみが露出するような大きさに形成され、下層セラミック基板５は、抵抗体１の周囲に余剰スペースを有する大きさに形成されている。セラミック基板４，５はセラミックの中で熱伝導率が高く電気絶縁性が高く、機械的強度が大きい窒化アルミを素材として使用することが望ましい。
【００３３】
セラミック基板４，５の表面は図１（ｂ）に示すように、粗面であるため、抵抗部２との接合部に隙間（空洞）が生じるが、セラミック基板４，５と抵抗部２の接合面にはサーマルグリース６が介在されるので、セラミック基板４，５と抵抗部２の接合部にサーマルグリース６が充填され、セラミック基板４，５と抵抗部２の接合部には空洞が生じることがない。なお、図示しないが抵抗体１の抵抗部２の表面も微小の粗面であるが、サーマルグリース６が充填されるので空洞は生じない。
【００３４】
下層セラミック基板５の下層に積層（接合）される放熱板７は、熱伝導性に優れた材料、例えばタフピッチ銅が使用されている。放熱板７は、例えば、８ｍｍの厚さを有する矩形状に形成されており、対向する２辺側には、後述する締付手段の一部を構成する締付ボルト１０が螺合可能な複数のねじ穴１６が設けられている。この場合、ねじ穴１６は対向する部位に２個ずつ設けられている。また、放熱板７の角部には、放熱板７を水冷式のヒートシンク１２に接合するための取付けボルト１８の取付孔１７が設けられている。なお、放熱板７と下層セラミック基板５の接合面にはサーマルグリース６が介在されている。これにより、放熱板７と下層セラミック５の接合面に空洞が生じることなく、熱抵抗を下げることができる。
【００３５】
上層セラミック基板５と締付板８との間には中押え板９が積層（接合）されている。中押え板９は放熱板７と同様に熱伝導性に優れた材料、例えばタフピッチ銅が使用される。中押え板９は、上層セラミック基板４と略同じ大きさの矩形状に形成されており、例えば３ｍｍの厚さに形成されている。なお、上層セラミック基板４と中押え板９の接合面にサーマルグリース６を塗布しても良い。
【００３６】
中押え板９の上層には締付手段を構成する締付板８が積層（接合）されている。締付板８は、図２及び図４に示すように、中押え板９に跨って、締付板８の凸条部８ａが中押え板９の中央部表面に接触して積層される。締付板８は快削性に優れた材料、例えばタフピッチ銅が使用されている。締付板８は、例えば、８ｍｍの厚さを有する矩形状に形成されており、締付板８の端部の幅は中押え板９の横幅と略同一である。セラミック基板４，５を挟む両側端部には、後述する締付手段の一部を構成する締付ボルト１０が螺合可能な複数のボルト孔１５が設けられている。この場合、ボルト孔１５は両側端部に２個ずつ設けられている。
【００３７】
締付板８と中押え板９との接合面である下面には、中押え板９の中央表面部に接触する凸条部８ａと、この凸条部８ａの両側に設けられ、中押え板９と非接触な一対の凹条部８ｂが、両側端部の締付ボルト１０間に互いに平行に形成されている。これにより、締付手段による締付状態における締付板８の撓みを抑制し、中押え板９に掛かる締付圧を均等にすることができる。
【００３８】
本実施形態における締付手段は、一対のセラミック基板４，５の一方すなわち上層セラミック基板４に中押え板９を介して積層（接合）される締付板８と、この締付板８の上記セラミック基板４を挟む両側端部に設けられたボルト孔１５を貫通して、放熱板７に設けられたねじ穴１６に螺合される４本の締付ボルト１０とで構成されている。このように構成される締付手段を用いて、上記のように抵抗体１、セラミック基板４，５等を積層し、締付ボルト１０にて最上層の締付板８と最下層の放熱板７を締結して圧着することができる。
【００３９】
なお、図１（ａ）及び図２に示すように、後述するエポキシ樹脂１４が動作中高温になる抵抗体１の電極部３及び端子１１の下部に直接触れないように放熱板７の上面から中押え板９下半部に渡って耐電圧及び耐熱性のシリコンゴム３０が被覆されている。そして、図１（ａ），図２，図４に示すように端子１１の強度確保、締付ボルト１０の緩み防止及び耐絶縁性の向上等を図るために、放熱板７の上方全体をエポキシ樹脂１４でモールドしている。この場合、図１（ａ）に想像線で示すように、放熱板７の周辺上部に載置される矩形枠状のケース本体２１と、端子１１が挿通可能なスリット２２を設けた蓋体２３とからなる外装ケース２０によってエポキシ樹脂１４を包囲する方が好ましい。
【００４０】
上記のように構成される大電力無誘導抵抗器はヒートシンク１２に取り付けることができる。この場合、放熱板７とヒートシンク１２の接合面にサーマルグリース６が塗布される。これにより、放熱板７とヒートシンク１２の接合面に空洞が生じることなく、熱抵抗を下げることができる。
【００４１】
大電力無誘導抵抗器をヒートシンク１２に取り付けるには、例えば図１（ａ），図２及び図４に示すように、放熱板７に設けられた取付孔１７を貫通する取付けボルト１８を用いてヒートシンク１２に螺合して接合する。ヒートシンク１２は熱伝導性に優れた材料、例えばタフピッチ銅が使用される。図１（ａ），図２に示すようにヒートシンク１２内部に形成された冷却水流路１２ａに、冷却水を流すことにより、冷却効果を高めている。ここでは、水冷式のヒートシンク１２について説明したが、例えば自然空冷、強制空冷などにより冷却することも可能である。
【００４２】
上記のように構成することにより、締付板８、中押え板９及び締付ボルト１０を用いた締付手段を用いることにより、サーマルグリース６を介して、抵抗体１と一対のセラミック基板４，５及び放熱板７を圧着すると共に、均一な締付圧をセラミック基板４，５、放熱板７等に加えることが可能な抵抗器の内部構造を形成することができる。これにより熱伝導性及び放熱性の向上を図ることができると共に、熱サイクルに強い構造が達成され、高圧パルスに対する耐久性に極めて優れた大電力無誘導抵抗器を提供することができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
図６は、この発明に係る大電力無誘導抵抗器の第２実施形態を示す断面図、図７は、第２実施形態の要部の分解斜視図である。なお、図６，図７中、第１実施形態と同一の部材または要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
第２実施形態は、抵抗器の両面に放熱板７を積層（接合）し冷却効果を更に高めようとした場合である。第２実施形態では、第１実施形態における締付板８を両面放熱用締付板１３に変更する。すなわち、第２実施形態では、両面放熱用締付板１３には、締付板８と同様に４個のボルト孔１５が形成されている。
【００４５】
また、両面放熱用締付板１３は、図７に示すように、中押え板９との接合面である下面には、中押え板９の中央表面部に接触する凸条部８ａと、この凸条部８ａの両側に設けられ、中押え板９と非接触な一対の凹条部８ｂが、両側端部の締付ボルト１０間に互いに平行に形成されている。また、撓み抑制効果が有効に発揮されるように、凸条部８ａを接合面から隔離すべく一対の凹条部８ｂと共に矩形状の溝を形成する一対の有底溝８ｃを設けている。一対の有底溝８ｃは凹条部８ｂより底の深い凹部であり、凸条部８ａと中押え板９の横幅が略同一の長さとなる位置に形成されている。
【００４６】
この場合、ボルト孔１５は、締付ボルト１０の頭部１０ａを収容する大径部１５ａを有する段付き孔にて形成されており、締付ボルト１０により圧着後、熱伝導性の高い材質、例えばエポキシ樹脂製の塞ぎ材４０により埋没させ、両面放熱用締付板１３表面を平滑とすることが望ましい。図６に示すように端子１１の強度確保、締付ボルト１０の緩み防止及び耐絶縁性の向上等を図るために、放熱板７と両面放熱用締付板１３との挟装部をエポキシ樹脂１４でモールドしている。
【００４７】
上記のように構成される大電力無誘導抵抗器は、図６に示すように、放熱板７と両面放熱用締付板１３の両面にヒートシンク１２に取り付けることができる。この場合、図６，図７に示すように、放熱板７と両面放熱用締付板１３の間から放熱板表面と略平行に端子１１が導出されることにより他の機器との接続が可能である。
【００４８】
上記のように構成することにより、抵抗体１に生じた発熱を放熱板７と両面放熱用締付板１３の両面から放熱することができるため、更に高圧パルスに対する耐久性に優れ、更に大電力への対応が可能な大電力無誘導抵抗器を提供することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  抵抗体
２  抵抗部
３  電極部
４  上層セラミック基板（絶縁板）
５  下層セラミック基板（絶縁板）
６  サーマルグリース（熱伝導性を有する液状耐熱絶縁物質）
７  放熱板
８  締付板
８ａ  凸条部
８ｂ  凹条部
８ｃ  有底溝
９  中押え板
１０  締付ボルト
１３  両面放熱用締付板
１５  ボルト孔
１６  ねじ穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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