(57)【要約】【課題】接続端子をバスバと一体に形成しつつも回路基板との接続を良好に行うことができるシャント抵抗式電流センサを提供する。【解決手段】シャント抵抗式電流センサ１は、バスバ１０と、バスバ１０と向き合って配置される回路基板２０と、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続する接続端子と、回路基板２０に搭載されてバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために当該バスバ１０に印加される電圧を検出する電圧検出ＩＣ３０と、を有している。ここで、接続端子は、バスバ１０の辺縁部より延出した延出片としてバスバ１０と一体に形成されており、バスバ１０の板厚よりも減少させた領域が先端側から所定の範囲にかけて設定され、先端側を回路基板２０に貫通させて回路基板２０との接続を行うこととしている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板形状のバスバと、
前記バスバと向き合って配置される回路基板と、
前記バスバと前記回路基板とを電気的に接続する接続端子と、
前記回路基板に搭載され、前記バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために当該バスバに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、を有し、
前記接続端子は、前記バスバの辺縁部より延出した延出片として前記バスバと一体に形成されており、前記バスバの板厚よりも減少させた板厚の領域が先端側から所定の範囲にかけて設定され、当該先端側を前記回路基板に貫通させて当該回路基板との接続を行うことを特徴とするシャント抵抗式電流センサ。
【請求項２】
前記接続端子は、板厚を減少させた前記所定の範囲から外れた位置において前記回路基板側に折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
【請求項３】
前記接続端子は、
前記バスバと同じ板厚で、第１の幅に形成される基端部と、
前記バスバよりも減少させた板厚で、前記第１の幅よりも小さい第２の幅に形成される先端部と、で構成されており、
前記基端部の途中で前記回路基板側に折り曲げられて、前記先端部を前記回路基板に貫通させることを特徴とする請求項１又は２に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
【請求項４】
前記接続端子は、板厚を減少させた前記所定の範囲内の位置において前記回路基板側に折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
【請求項５】
前記所定の範囲は、前記先端側から前記バスバの辺縁部までの全域に設定されていることを特徴とする請求項４に記載されたシャント抵抗式電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャント抵抗式電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パルス電流や交流大電流等を検出するため抵抗値が既知なシャント抵抗部に被測定電流を流し、このシャント抵抗部に生じる電圧降下を検出することで被測定電流の大きさを検出するシャント抵抗式電流センサが提案されている。例えば、自動車などの車両では配電にバスバと呼ばれる金属片が使用されることがあり、電流の経路に相当するバスバの一部をシャント抵抗部として利用している。このバスバには、これと向き合うように回路基板が配置されており、当該回路基板には、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために、シャント抵抗部に印加される電圧値を検出する電圧検出ＩＣが搭載される。
【０００３】
例えば特許文献１には、測定対象となる電流経路に介装されたバスバと、電流測定用の回路が組込まれた回路基板とを備え、バスバと回路基板との間の接続端子としてピン状部材を用いる電流センサが開示されている。この電流センサでは、ピン状部材を回路基板に立設するとともに、その接続端子の先端側を前記回路基板に貫通させることにより、回路基板とバスバとの電気的、機械的な接続を行っている。
【０００４】
一方、特許文献１の手法では別途のピン状部材を使用することとなり、コストアップや組立工数の増加を招くことにも繋がりかねないことから、接続端子自体をバスバと一体に形成する手法も考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８８９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、バッテリターミナルとしてバスバを用いる場合、クランキング時の電流など数百アンペアの電流がバスバに流れることとなる。そのため、バスバを低抵抗で作成する必要があるが、この場合、バスバの板厚は一般的に１ｍｍ以上となる。したがって、接続端子をバスバと一体に形成した場合には、バスバの板厚に応じて接続端子も太くなるので、これを回路基板に貫通させる場合には、次に示すような問題を招来する可能性がある。第１に、回路基板側に大きなスルーホールが必要となるため、回路基板にそれ相応のスペースが必要となる。第２に、接続端子の熱引きによる温度降下が大きく、回路基板にはんだ付けを行い難い。第３に、バスバと回路基板との熱膨張差が生じた際に、接続端子が変形しにくいので応力が緩和されず、はんだ部に亀裂が入るなど信頼性が低下する。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、接続端子をバスバと一体に形成しつつも回路基板との接続を良好に行うことができるシャント抵抗式電流センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本発明は、略平板形状のバスバと、バスバと向き合って配置される回路基板と、バスバと回路基板とを電気的に接続する接続端子と、回路基板に搭載され、バスバに流れる被測定電流の大きさを検出するために当該バスバに印加される電圧を検出する電圧検出手段と、を有するシャント抵抗式電流センサを提供する。ここで、接続端子は、バスバの辺縁部より延出した延出片としてバスバと一体に形成されており、バスバの板厚よりも減少させた板厚の領域が先端側から所定の範囲にかけて設定され、当該先端側を回路基板に貫通させて回路基板との接続を行う。
【０００９】
ここで、本発明において、接続端子は、板厚を減少させた所定の範囲から外れた位置において回路基板側に折り曲げられていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明において、接続端子は、バスバと同じ板厚で、第１の幅に形成される基端部と、バスバよりも減少させた板厚で、第１の幅よりも小さい第２の幅に形成される先端部とで構成されており、基端部の途中で回路基板側に折り曲げられて、先端部を回路基板に貫通させることが好ましい。
【００１１】
また、本発明において、接続端子は、板厚を減少させた所定の範囲内の位置において回路基板側に折り曲げられていることが好ましい。
【００１２】
ここで、所定の範囲は、先端側からバスバの辺縁部までの全域に設定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、接続端子の先端側から所定範囲に、バスバの板厚よりも減少させた領域を設定した上で、その先端側を回路基板に貫通させている。そのため、回路基板側に大きなスルーホールを必要とせず、回路基板に大きなスペースが無くても足りる。また、接続端子の熱引きを小さくすることができるので、回路基板にはんだ付けを行い難いといった問題を抑制することができる。さらに、接続端子が変形し易くなるので、バスバと回路基板との熱膨張差が生じた際にも応力が緩和され、はんだ部に亀裂が入るなどの信頼性の低下を抑制することができる。これにより、接続端子をバスバと一体に形成しつつも回路基板との接続を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す上面図
【図２】第１の実施形態に係るシャント抵抗式電流センサを模式的に示す下面図
【図３】図１に示すシャント抵抗式電流センサを模式的に示す側面図
【図４】バスバを模式的に示す断面図
【図５】バスバの製造方法を模式的に示す説明図
【図６】バスバの製造方法を模式的に示す説明図
【図７】バスバの製造方法を模式的に示す説明図
【図８】バスバの製造方法を模式的に示す説明図
【図９】シャント抵抗式電流センサの使用状態を模式的に示す説明図
【図１０】バスバを模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す上面図であり、図２は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す下面図である。図３は、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を模式的に示す側面図であり、図１に示すシャント抵抗式電流センサ１を紙面に対して下方側から眺めた状態を示している。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１は、バッテリターミナルとして用いられるものであって、バスバ１０と、回路基板２０とを主体に構成されている。
【００１６】
バスバ１０は、略平板形状の導電部材であって、例えば銅マンガン合金や銅ニッケル合金などにより構成されている。このバスバ１０はその一部をシャント抵抗部ＳＲとして機能させることができ、バスバ１０に電流が流れることで、シャント抵抗部ＳＲに被測定電流が流れるようになっている。バスバ１０は、プレス加工により、平板形状の鋼材から所望の形状に形成される。
【００１７】
本実施形態において、バスバ１０は、例えば略Ｕ字状に形成され、シャント抵抗部ＳＲが中央に位置づけられ、両端側に貫通孔１１，１２がそれぞれ形成されている。一方の貫通孔１１は、バッテリポスト用の孔として機能し、他方の貫通孔１２は、ワイヤーハーネス固定用の孔として機能する。
【００１８】
また、シャント抵抗式電流センサ１は、正極及び負極に対応した一対の電圧検出端子４１，４２を備えている。個々の電圧検出端子４１，４２は、回路基板２０とバスバ１０とを電気的に接続するとともに、バスバ１０に対して回路基板２０を機械的に接続するものである。バスバ１０がバッテリターミナルとして用いられてバッテリの負極側のバッテリポストに取り付けられる場合、一方の電圧検出端子４１は正極側の電圧検出端子に相当し、他方の電圧検出端子４２は負極側の電圧検出端子に相当する。電圧検出端子４１，４２は、シャント抵抗部ＳＲの両端と対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００１９】
本実施形態において、個々の電圧検出端子４１，４２は、バスバ１０の辺縁部から延出された帯状の延出片として構成されている。個々の電圧検出端子４１，４２は、互いに向き合うように互い違いの向きで辺縁部から延出されており、平行に並んで配置されている。これらの電圧検出端子４１，４２はバスバ１０と一体に形成され、プレス加工によりバスバ１０と同時的に形成されている。個々の電圧検出端子４１，４２は互いに対応する形態を備えており、以下、電圧検出端子４２を例示してその説明を行う。
【００２０】
図４は、図１に示すバスバ１０のＡＡ断面を模式的に示す説明図である。電圧検出端子４２は、バスバ１０の辺縁部から延出した後に回路基板２０側へと折り曲げられた形状、すなわち、略Ｌ字形状に形成されている。折り曲げ位置よりも先端側の部位は直線状に延在しており、回路基板２０を貫通することで当該回路基板２０との接続を行っている（図２参照）。
【００２１】
具体的には、電圧検出端子４２は、バスバ１０と接続する基端部４２ａと、基端部４２ａの先に位置づけられる先端部４２ｂとで構成されている。基端部４２ａは、バスバ１０と同じ板厚を備えており、基端部４２ａの板厚と同程度の幅（端子の延在方向に対して直交方向の幅）に設定されている。基端部４２ａは、その途中で回路基板２０側に折り曲げられている。一方、先端部４２ｂは、バスバ１０、すなわち、基端部４２ａよりも減少させた板厚に設定され、さらに、当該先端部４２ｂの板厚と同程度の幅、すなわち、基端部４２の幅よりも幅狭となる幅に設定されている。そして、この先端部４２ａは、回路基板２０を貫通している。先端部４２ｂは、例えば、バスバ１０の辺縁部から延出させた帯状の延出片を作成した上で、その先端側から所定の範囲に、板厚を減少させる減厚加工を施すことにより形成されており、その詳細については後述する。
【００２２】
回路基板２０に形成されるスルーホールの内径は、先端部４２ｂの外径と対応しているため、先端部４２ａのみが回路基板２０を貫通し、基端部４２ａがスルーホールに進入することはできない。このため、バスバ１０と回路基板２０との間には、折り曲げ位置から基端部４２ａと先端部４２ｂとの付け根までに至る長さの隔たりが存在することとなる。このように、電圧検出端子４２は、バスバ１０と隔てて回路基板２０との接続を行うこととなる。
【００２３】
また、シャント抵抗式電流センサ１は、グランド端子４３をさらに備えている。グランド端子４３は、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続するとともに、一対の電圧検出端子４１，４２と同様、バスバ１０に対して回路基板２０を機械的に接続している。このグランド端子４３は、バスバ１０に流れる電流の電流経路を基準として、一対の電圧検出端子４１，４２よりも外側に配置されている。換言すれば、グランド端子４３は、シャント抵抗部ＳＲよりも外側に配置されている。本実施形態において、グランド端子４３は、他方の電圧検出端子４２とバッテリポスト用の貫通孔１１との間に設けられている。
【００２４】
グランド端子４３は、バスバ１０の辺縁部から延出された帯状の延出片として構成されており、バスバ１０の辺縁部から延出した後に回路基板２０側へと折り曲げられ、その先端領域が回路基板２０を貫通している（図２参照）。なお、グランド端子４３の具体的な形態は、電圧検出端子４１，４２と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
再び図１乃至図３を参照するに、回路基板２０は、バスバ１０と向き合うように所定のスペースを隔てて設置されている。回路基板２０には、一対の回路パターン（図示せず）が形成されている。一対の回路パターンの一方の端部は、回路基板２０を貫通した電圧検出端子４１，４２にそれぞれ接続され、他方の端部は、後述する電圧検出ＩＣ３０にそれぞれ接続されている。また、回路基板２０には、グランドパターン（図示せず）が形成されている。グランドパターンの一方の端部は、回路基板２０を貫通したグランド端子４３に接続され、他方の端部は、電圧検出ＩＣ３０に接続されている。個々の電圧検出端子４１，４２と回路パターンとの接続、及びグランド端子４３とグランドパターンとの接続は、例えばはんだ付けにより行われる。
【００２６】
電圧検出ＩＣ３０は、回路基板２０上に搭載されており、当該回路基板２０上に形成された回路パターン及びグランドパターンと接続されている。電圧検出ＩＣ３０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために、バスバ１０に印加される電圧を、一対の電圧検出端子４１，４２を介して回路基板２０に印加される電圧として検出する（電圧検出手段）。すなわち、電圧検出ＩＣ３０は、バスバ１０のシャント抵抗部ＳＲに生じる電圧降下を検出し、その電圧降下からバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出する。
【００２７】
図５ないし図８は、シャント抵抗式電流センサ１に用いられるバスバ１０の製造方法を示す説明図である。まず、図５に示すように、平板形状の鋼材をプレス加工することにより、バスバ１０と、電圧検出端子４１，４２及びグランド端子４３とを一体に形成する。電圧検出端子４１，４２及びグランド端子４３は、バスバ１０の辺縁部より延出した延出片としてそれぞれ形成され、その幅はバスバ１０の板厚と同程度に設定されている。
【００２８】
つぎに、図６に示すように、個々の端子４１，４２，４３を対象として、その先端側から所定の範囲、すなわち、先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂを対象として、その板厚を減少させるプレス加工を施す。このプレス加工（減厚加工）により、先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂの板厚は、基端部４１ａ，４２ａ，４３ａの板厚よりも薄いものになる。また、このプレス加工後の先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは、その幅が基端部４１ａ，４２ａ，４３ａのものよりも幅広となる。
【００２９】
そこで、図７に示すように、個々の先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂを対象としてプレス加工を施し、余剰な領域を除去する。この場合、先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは、その幅が減厚後の板厚と同程度となるように設定されている。これにより、先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂの幅は、基端部４１ａ，４２ａ，４３ａの幅よりも減少したものに設定される。なお、先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂの幅を減少させる手法は、プレス加工に限らず、切削加工等で実現してもよい。
【００３０】
つぎに、図８に示すように、回路基板２０との接続を可能とするため、各端子４１，４２，４３について、基端部４１ａ，４２ａ，４３ａをその途中で折り曲げる曲げ加工を施す。すなわち、端子４１，４２，４３の折り曲げ位置は、基端部４１ａ，４２ａ，４３ａに設定される。上述の通り、先端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂには減厚加工が施されているため、加工硬化が生じており、折り曲げ位置を基端部４１ａ，４２ａ，４３ａに設定することで、加工硬化の範囲からずらした位置で曲げ加工を行うものとしている。
【００３１】
このような一連のプロセスを通じて、シャント抵抗式電流センサ１に用いられるバスバ１０が作成されることとなる。
【００３２】
図９は、本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１の使用状態を模式的に示す説明図である。本実施形態に係るシャント抵抗式電流センサ１のバスバ１０は、バッテリ７０に対して利用可能なバッテリターミナルとして用いられる。例えば、バスバ１０の一方の貫通孔１１は、ボルト１４及びナット１５（図１参照）を利用してバッテリポスト７１の負極側に接続される。また、他方の貫通孔１２にはワイヤーハーネス固定ネジ７３を介してワイヤーハーネスＷに接続される。
【００３３】
このように本実施形態において、シャント抵抗式電流センサ１は、バスバ１０と、バスバ１０と向き合って配置される回路基板２０と、バスバ１０と回路基板２０とを電気的に接続する接続端子と、回路基板２０に搭載されてバスバ１０に流れる被測定電流の大きさを検出するために当該バスバ１０に印加される電圧を検出する電圧検出ＩＣ３０と、を有している。ここで、接続端子は、バスバ１０の辺縁部より延出した延出片としてバスバ１０と一体に形成されており、バスバ１０の板厚よりも減少させた領域が先端側から所定の範囲にかけて設定され、先端側を回路基板２０に貫通させて回路基板２０との接続を行うこととしている。本実施形態において、接続端子は、一対の電圧検出端子４１，４２及びグランド端子４３が該当する。
【００３４】
このように本実施形態によれば、接続端子の先端側から所定範囲に、バスバ１０の板厚よりも減少させた領域を設定した上で、その先端側を回路基板２０に貫通させている。そのため、回路基板２０側に大きなスルーホールを必要とせず、回路基板２０に大きなスペースが無くとも足りる。また、接続端子の熱引きを小さくすることができるので、回路基板２０にはんだ付けを行い難いといった問題を抑制することができる。さらに、接続端子が変形し易くなるので、バスバ１０と回路基板２０との熱膨張差が生じた際にも応力が緩和され、はんだ部に亀裂が入るなどといった信頼性の低下を抑制することができる。これにより、接続端子をバスバ１０と一体に形成しつつも回路基板２０との接続を良好に行うことができる。
【００３５】
また、本実施形態において、接続端子は、バスバ１０と同じ板厚で第１の幅に形成される基端部と、バスバ１０よりも減少させた板厚で第１の幅よりも小さい第２の幅に形成される先端部と、で構成されており、基端部の途中で回路基板２０側に折り曲げられて、先端部を回路基板２０に貫通させている。
【００３６】
板厚を減少させる減厚加工を施して先端部を形成した場合、当該先端部において加工硬化が生じている。バスバ１０と接続端子とを一体に形成した場合には、回路基板２０との接続を図るため、接続端子に曲げ加工が必要となる。この際、接続端子のすべてについて減厚加工を施してしまうと、加工硬化を考慮して曲げ加工を施す必要があるが、接続端子を基端部と先端部とに分け選択的に減厚加工を施すことで、接続端子の曲げ加工を容易に実現することができる。
【００３７】
もっとも、本実施形態では、接続端子を回路基板側へと折り曲げるための折り曲げ位置を基端部（すなわち、板厚を減少させた所定の範囲から外れた位置）に設定しているが、図１０に示すように、折り曲げ位置を先端部（すなわち、板厚を減少させた所定の範囲内の位置）に設定し、当該先端部において曲げ加工を行うものであってもよい。この場合、前者の手法では、折り曲げ位置を超えるような範囲で先端部を設定することはできないが、後者の手法では、折り曲げ位置を超えた範囲においても先端部を設定することができ、接続端子における先端部の割合が増加することとなる。
【００３８】
かかる構成によれば、基端部に曲げ加工を施す場合と比べて加工性が低下する可能性があるが、これを無視できような加工態様も十分にあり得るのであり、さらには、回路基板と接続端子との接続部分に作用する応力を有効に緩和することができるという効果を得ることができる。これは、応力緩和の要因が部材の太さの違いに起因するため、基端部よりも板厚が減少されている先端部の方が変形しやすくなり、応力緩和にとって有効だからである。
【００３９】
なお、本実施形態では、接続端子を基端部と先端部とで構成し、板厚を減少させた領域を先端側から所定の範囲にかけて設定しているが、基端部を設けることなく、当該所定の範囲（先端部）を、先端側からバスバの辺縁部までの全域に設定してもよい。これより、回路基板と接続端との接続部分に作用する応力をより有効に緩和することができる。
【００４０】
以上、本実施形態にかかるシャント抵抗式電流センサについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１    シャント抵抗式電流センサ
１０    バスバ
２０    回路基板
３０    電圧検出ＩＣ
４１    電圧検出端子
４１ａ  基端部
４１ｂ  先端部
４２    電圧検出端子
４２ａ  基端部
４２ｂ  先端部
４３    グランド端子
４３ａ  基端部
４３ｂ  先端部
７０    バッテリ
７１    バッテリポスト
ＳＲ    シャント抵抗部
Ｗ    ワイヤーハーネス
【図１】
2015021815.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
2015021815.tif 000011
【図１０】
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