(57)【要約】【課題】  低い固有抵抗値を有するとともに、比較的低い抵抗温度係数（ＴＣＲ）で、また電極との接合界面における熱起電力を低減できる抵抗用合金材料を提供する。【解決手段】  銅およびニッケルを主体とし、さらに、互いに価数の異なる複数種類の金属を混合してなることを特徴とするものである。銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにシリコン１乃至３％と金１乃至５％を含むことが好ましい。また、銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにアルミニウム１％と金１乃至５％を含むことが好ましい。また、銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにアルミニウム１乃至５％とシリコン１乃至３％と金１乃至５％を含むことが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅およびニッケルを主体とし、さらに、互いに価数の異なる複数種類の金属を混合してなることを特徴とする抵抗用合金材料。
【請求項２】
銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにシリコン１乃至３％と金１乃至５％を含むことを特徴とする請求項１に記載の抵抗用合金材料。
【請求項３】
銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにアルミニウム１乃至５％と金１乃至５％を含むことを特徴とする請求項１に記載の抵抗用合金材料。
【請求項４】
銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにアルミニウム１乃至５％とシリコン１乃至３％と金１乃至５％を含むことを特徴とする請求項１に記載の抵抗用合金材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出用抵抗器等の低抵抗値の抵抗器に用いる抵抗用合金材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流検出用等の用途に用いられる数十ｍΩ以下の低抵抗値の抵抗器としては、一般に、板体状の金属抵抗体と、その両端部に形成された銅材等からなる電極とを備えている。ここで、抵抗体には、銅ニッケル合金、あるいは、ニッケルクロム合金等の抵抗用合金材料が用いられる。このような抵抗器によれば、熱放散性に優れ、且つ、低抵抗値とともに低抵抗温度係数（ＴＣＲ）の抵抗器が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１１６７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような低抵抗値の抵抗器の分野においても、さらに低い抵抗値で、かつ抵抗値精度が高く、かつ低抵抗温度係数（ＴＣＲ）で、かつ小型コンパクト化した構造の抵抗器が要請されている。しかしながら、市販の上記抵抗用合金材料は、例えば銅ニッケル合金であると、４９μΩ・ｃｍ等の一定の固有抵抗値を有していて、例えば抵抗値が１ｍΩ以下のような超低抵抗値の抵抗器を製作する場合には、その寸法を、特に抵抗体断面積を大きくせざるを得ず、小型コンパクト化の要請に反することになる。
【０００４】
また、例えば抵抗値が１ｍΩ以下のような超低抵抗値の抵抗器を製作する場合に、銅ニッケル合金においても組成比を変更することで、固有抵抗値を下げることができる。しかしながら、この場合には、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が増大し、また、銅ニッケル合金と電極材料の銅材との間に熱起電力が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、低い固有抵抗値を有するとともに、比較的低い抵抗温度係数（ＴＣＲ）で、また電極との接合界面における熱起電力を低減できる抵抗用合金材料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】
【０００６】
本発明の抵抗用合金材料は、銅およびニッケルを主体とし、さらに、互いに価数の異なる複数種類の金属を混合してなることを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、上記銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにシリコン１乃至３％と金１乃至５％を含むことが好ましい。また、銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにアルミニウム１乃至５％と金１乃至５％を含むことが好ましい。また、銅およびニッケルを主体とした合金に、さらにアルミニウム１乃至５％とシリコン１乃至３％と金１乃至５％を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、銅およびニッケルを主体とし、さらに、互いに価数の異なる複数種類の金属を混合してなる抵抗用合金材料とすることで、互いに価数の異なる複数種類の金属の相互補完的な作用により、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を制御することができ、また、抵抗用合金材料の電極材である銅に対する熱起電力を制御することができる。これにより、例えば１ｍΩ以下の超低抵抗値の抵抗器を、低抵抗温度係数（ＴＣＲ）で、熱起電力が低く、且つ小型コンパクト化した構造で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１０】
図１は、銅ニッケル合金における組成比と、固有抵抗値および抵抗温度係数（ＴＣＲ）との関係を示す図である。横軸は、銅ニッケル合金の組成比であり、ニッケル成分の％比を示す。縦軸は、実線が固有抵抗値Ｒであり、点線が抵抗温度係数（ＴＣＲ）Ｃである。図示するように、ニッケルの成分比が４０〜６０％近傍で固有抵抗値Ｒが最大となり、抵抗温度係数（ＴＣＲ）Ｃが最小となる。従って、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の良好な材料として使用する場合には、固有抵抗値が４９μΩ・ｃｍ付近のものに限定されることになる。
【００１１】
しかしながら、抵抗値が例えば１ｍΩ以下のような超低抵抗値の抵抗器を作製する場合は、固有抵抗値が４９μΩ・ｃｍ付近の材料を用いると、板体状抵抗体の長さに対してその断面積を大きくせざるを得ず、小型・コンパクト化の要請に反するものとなり、所要のサイズの範囲に収まらなくなる場合がある。このため、所要のサイズに収めようとすると、板体状抵抗体の長さに対してその断面積を小さくする必要があり、固有抵抗値が低いもの、例えばニッケルの成分比が２０％程度のものを用いざるを得ない。しかしながら、図示されるように、この領域の組成比では、固有抵抗値Ｒは低下するものの抵抗温度係数（ＴＣＲ）Ｃが増大するという問題がある。
【００１２】
また、銅ニッケル合金を抵抗体材料として用い、例えば電極材料として銅を上記抵抗体の両端部に接合して用いると、抵抗体の銅ニッケル合金と電極の銅との接合界面に熱起電力が発生するという問題がある。すなわち、低抵抗値の抵抗器を銅ニッケル合金の抵抗体とこれに接合する銅の電極とで構成した場合に、接合界面の熱起電力から温度差分布が発生し、抵抗値誤差につながる。これは、特に低抵抗値の抵抗器において、抵抗値精度の面から不利なデータとして現れる。
【００１３】
そこで、本発明者等は銅８０％およびニッケル２０％の銅ニッケル合金において、互いに価数の異なる複数種類の金属を混合（添加）した抵抗用合金材料とすることで、互いに価数の異なる複数種類の金属の相互補完的な作用により、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を制御することができ、また、銅に対する接合界面における熱起電力を制御することができるのではないかとの発想を得た。
【００１４】
そこで、銅８０％およびニッケル２０％を主体として、さらに下記の材料を混合（添加）してなる合金を作製した。
Ａｕ（１価）：１ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％
Ｚｎ（２価）：１ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％
Ａｌ（３価）：１ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％
Ｓｎ（４価）：１ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％
Ｓｉ（４価）：１ｗｔ％、３ｗｔ％、５ｗｔ％
なお、アルミニウム（Ａｌ）は１ｗｔ％まで、シリコン（Ｓｉ）は３ｗｔ％までしか溶融しなかった。
【００１５】
そして、抵抗値が測定できる厚さまで合金を圧延加工し、抵抗体の抵抗値を測定できる形状のサンプルを作製し、４端子測定法で抵抗値を測定した。まず、サンプルに２５℃と１００℃の温度差を与え、それぞれ抵抗値を測定し、抵抗温度係数（ＴＣＲ）値を得た。次に、サンプルの両端に１０℃程度の温度差を与え、その際の起電力を測定し、熱起電力値を得た。
【００１６】
測定した抵抗温度係数（ＴＣＲ）値の結果を以下に示す。
【表１】
2006022396.tif 000003
【００１７】
ここで、銅８０％およびニッケル２０％の銅ニッケル合金は、通常、３５０〜４００×１０−６／Ｋの抵抗温度係数（ＴＣＲ）値を有している。上記測定結果によれば、アルミニウム（Ａｌ）における３ｗｔ％以上のもの以外では、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が良くなる（低下する）ことが見られた。特に、錫（Ｓｎ：４価）は３００×１０−６／Ｋ以下に抵抗温度係数（ＴＣＲ）を下げることができた。さらに、金（Ａｕ：１価）とシリコン（Ｓｉ：４価）を混合したものについては、２５０×１０−６／Ｋ程度まで抵抗温度係数（ＴＣＲ）を低減することができるサンプルが見られた。なお、シリコン（Ｓｉ）を５ｗｔ％添加したサンプルについては、材料自体が脆くなり測定ができなかった。
【００１８】
次に、銅に対する熱起電力の測定結果を以下に示す。
【表２】
2006022396.tif 000004
【００１９】
ここで、銅８０％およびニッケル２０％の銅ニッケル合金の熱起電力は、３３．８μＶ／Ｋである。添加量５ｗｔ％のサンプルに注目してみると、それぞれの銅に対する熱起電力は、金（Ａｕ：１価）で９％減、亜鉛（Ｚｎ：２価）で１８％減、アルミニウム（Ａｌ：３価）で７９％減、錫（Ｓｎ：４価）で２９％減であった。特に、アルミニウム（Ａｌ：３価）を添加したサンプルについては顕著な熱起電力の低減効果が認められた。
【００２０】
上記各サンプルで用いられていない金属に関しては、価数を目安として概ね上記の特性評価と同じ評価結果が得られるものと予想される。従って、銅ニッケル合金に他の金属材料を組み合わせる場合には、価数の異なる金属を組み合わせることによって、お互いの利点を生かしつつ、欠点を補完することができる。
【００２１】
以上のサンプル評価結果より、低い固有抵抗値を有する銅８０％およびニッケル２０％を主体とした合金に、以下の互いに価数の異なる複数種類の金属を混合（添加）することで、抵抗温度係数（ＴＣＲ）および対銅の熱起電力を低減することができることが判明した。特に好ましい種類の金属とその添加量の例は、以下のとおりである。
【００２２】
第１に、銅８０％およびニッケル２０％を主体とした合金に、さらにシリコン１乃至３％と金１乃至５％を含む合金である。シリコン（Ｓｉ）は熱起電力の低減に効果があるが、材料の加工性が低下する。一方で、金（Ａｕ）は延性に優れており、加工性が向上し、抵抗温度係数（ＴＣＲ）も低減する。そこで、価数の異なる複数種類の金属として両者を組み合わせることで、良好な低抵抗値用抵抗器の抵抗合金材料を構成可能である。
【００２３】
第２に、銅８０％およびニッケル２０％を主体とした合金に、さらにアルミニウム１乃至５％と金１乃至５％を含む合金である。アルミニウム（Ａｌ）は熱起電力の低減に効果があるが、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の改善はほとんど見られない。そこで、アルミニウム（Ａｌ）とともに金（Ａｕ）を添加し、この金（Ａｕ）の添加により抵抗温度係数（ＴＣＲ）を低減することができる。
【００２４】
第３に、銅８０％およびニッケル２０％を主体とした合金に、さらにアルミニウム１乃至５％とシリコン１乃至３％と金１乃至５％を添加した合金である。上述したように、シリコンおよびアルミニウムは熱起電力の低減に効果があるが、シリコン（Ｓｉ）は材料の加工性が低下するという問題があり、アルミニウムでは、抵抗温度係数（ＴＣＲ）の改善はほとんど見られない。そこで、これらの金属とともに、金（Ａｕ）を添加することで、合金の加工性を向上し、抵抗温度係数（ＴＣＲ）を低減することができる。
【００２５】
図２は、上記抵抗用合金材料を用いた抵抗器の一例を示す。この抵抗器１０は、板体状の抵抗体１１とこの抵抗体１１の両端部に配置された一対の銅からなる電極１２，１３とを備えている。抵抗体１１には、上述した銅８０％およびニッケル２０％を主体とした合金に、さらに互いに価数の異なる複数種類の金属を添加した抵抗用合金材料が用いられている。ここで、添加する金属の種類としては、熱起電力の低減にアルミニウムまたはシリコンが好ましく、合金の加工性の向上および抵抗温度係数（ＴＣＲ）の低減に金が好ましい。
【００２６】
なお、抵抗体１１の上面には絶縁膜１５が配置され、抵抗体１１の下面の電極１２，１３間にも絶縁膜１６が配置されている。そして、電極１２，１３の下面には溶融はんだ層１２ａ，１３ａが配置され、実装時のはんだ付け性を良好なものとしている。
【００２７】
この抵抗器は、長さ×幅が、６．３ｍｍ×３．６ｍｍ、５．０ｍｍ×２．５ｍｍ、３．２ｍｍ×１．６ｍｍ等の標準チップ部品のサイズを有している。そして、厚さも１ｍｍ程度以下の薄型となっていて、小型コンパクト化した構造となっている。
【００２８】
この抵抗器によれば、抵抗体１１の固有抵抗値が通常の銅ニッケル合金の４９μΩ・ｃｍの半分程度であり、１ｍΩ以下の超低抵抗値のチップ型抵抗器を容易に作製することができる。
【００２９】
そして、抵抗温度係数（ＴＣＲ）も銅８０％およびニッケル２０％の銅ニッケル合金の抵抗温度係数（ＴＣＲ）と比較して、低いものとなっている。また、銅からなる電極１２，１３と抵抗体１１との接合界面に形成される熱起電力も、銅８０％およびニッケル２０％を主体とした銅ニッケル合金の熱起電力に対して、低いものとなる。
【００３０】
特に、１ｍΩ以下の超低抵抗値の電流検出用抵抗器においては、検出電圧が極めて小さいので、熱起電力の影響は大きな誤差要因となり、このため、熱起電力の低減効果は特に高精度の超低抵抗値の抵抗器にとって重要である。
【００３１】
なお、これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。特に、以上の説明は、主として、銅８０％およびニッケル２０％の銅ニッケル合金についてのものであるが、例えば、銅７０〜８０％及びニッケル３０〜２０％の範囲内で必要とされる特性に合わせて適宜選択することが可能であり、その他の組成比についても、本発明の趣旨を同様に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】銅ニッケル合金における組成比と固有抵抗値および抵抗温度係数（ＴＣＲ）との関係を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態の抵抗器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    抵抗器
１１    抵抗体
１２，１３    電極
１２ａ，１３ａ  溶融はんだ層
１５，１６    絶縁膜
【図１】
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【図２】
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