(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上辺コア部と、該上辺コア部をその一側端部にて下支えする一側縦辺コア部と、前記上辺コア部をその他端部にて下支えする他側縦辺コア部と、これら一側縦辺コア部と他側縦辺コア部とを下支えする下辺コア部とからなる磁気コアと、下辺コア部と前記一側縦辺コア部の当接面との間に介在配置される磁電変換素子を含む磁電変換部と、該磁電変換部との電気的な接続を自在に下辺コア部の上面に沿わせて配置されるフレキシブル基板とで、前記上辺コア部を摺動操作して導入された活線状態にある被測定導線の電流の検出を自在に形成されたクランプ式電流センサにおいて、前記磁電変換部は、下辺コア部における一側縦辺コア部の当接面との対向面側に設けられた膜厚が０．７〜０．９μｍのＳｉＯ2 膜からなる絶縁層と、該絶縁層上に製膜された膜厚が０．７〜０．９μｍのＩｎＳｂ薄膜からなる磁電変換素子と、該磁電変換素子から各別に引き出された厚さが０．２〜０．４μｍのＡｌ薄膜からなる電極と、磁電変換素子及びその周辺部分を覆う膜厚が１．２〜１．７μｍのＳｉＯ2 膜からなる保護膜とで形成され、前記フレキシブル基板は、一側縦辺コア部の当接面が保護膜と直に当接するようにその対応部位に切欠部を設けて配設したことを特徴とするクランプ式電流センサ。
【請求項２】
上辺コア部と一側縦辺コア部と他側縦辺コア部とは、高透磁率磁性材料により形成するとともに、前記絶縁層は、下辺コア部の対応部位を鏡面研磨してなる清浄平滑面に設けたことを特徴とする請求項１記載のクランプ式電流センサ。
【請求項３】
前記高透磁率磁性材料は、Ｍｎ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料もしくはＮｉ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料であることを特徴とする請求項２記載のクランプ式電流センサ。
【請求項４】
前記磁電変換部は、ＳｉＯ2 膜からなる絶縁層と、該絶縁層上に製膜されたＩｎＳｂ薄膜からなるホール素子と、該ホール素子から引き出されたＡｌ薄膜からなる電極と、ホール素子を含む周辺部位を覆うＳｉＯ2 膜からなる保護膜とで形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のクランプ式電流センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気コアからなる磁気回路内に磁電変換素子（例えばホール素子）を介在させた際に形成される空隙をできるだけ小さくして磁束検出感度を高めたクランプ式電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
クランプ式電流センサは、活線状態にある電線等の被測定導線を外包して測定するクランプ式電流計の重要な構成部材であり、このうち、交直両用のクランプ式電流センサに関しては、巻線が施されて開閉自在に組み合わされる磁気コアと、該磁気コアにより形成される閉磁路中に介在配置されるホール素子とを少なくとも備えて形成されている。
【０００３】
図３は、上記した交直両用のクランプ式電流センサ（巻線部を除く）の従来例についての正面図を、図４は、図３における一点鎖線による囲繞部分を拡大した要部説明図をそれぞれ示す。
【０００４】
これらの図によれば、従来からあるクランプ式電流センサ１を構成する磁気コア２は、活線状態にある被測定導線の出入が可能に矢印方向での開閉が自在に配設される略コ字形を呈する上辺コア部３と、該上辺コア部３を右端側にて略Ｉ字形を呈し、かつ、下側部を次第に縮径させるための切削面４ａを有して下支えする一側縦辺コア部４と、上辺コア部３を左端側にて下支えする略Ｌ字形を呈する他側縦辺コア部５と、これら一側縦辺コア部４と他側縦辺コア部５とを下支えして閉磁路を形成する水平状の下辺コア部６とで形成されている。なお、この場合、上記磁気コア２の全体は、抵抗率が低く透磁率の高いＮｉ−Ｚｎ系のフェライトにより形成されている。
【０００５】
また、上記磁気コア２により形成される磁気回路中に介在配置される従来例としての磁電変換部７は、厚さが２５μｍ程度のマイカ基板８と、該マイカ基板８上に製膜された厚さが０．８μｍ程度のホール素子（ＩｎＳｂ薄膜）９と、該ホール素子９から引き出された厚さが１μｍ程度の電極１０と、該電極１０を覆う厚さが０．８μｍ程度の保護膜１１と、該保護膜１１上に配置される厚さが３０μｍ程度のフレキシブル基板１２とで形成されている。
【０００６】
このため、上記構成からなるクランプ式電流センサ１によれば、磁気コア２の上辺コア部３を開方向に摺動させて活線状態にある被測定導線を導入してから閉方向に再度摺動（図３中の矢印方向）させた後に、該被測定導線の電流を検出することができることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記クランプ式電流センサ１によっても、一側縦辺コア部４と下辺コア部６との間に介在させた磁電変換部７により、磁気コア２に生ずる磁界を検知して電流を測定することはできる。
【０００８】
しかし、磁電変換部７自体は、その総厚みが２７．６μｍ程度になってしまうことから、一側縦辺コア部４と下辺コア部６との間に形成される空隙長はフレキシブル基板１２の厚みも加わって５７．６μｍ程度に達してしまい、空隙長に反比例して磁束密度が増大する関係を考慮すると、磁束検出感度の低下は不可避的であり、結果的に電流検出感度の低下を招くばかりでなく、ノイズ（低Ｓ／Ｎ比）も大きなものになってしまうという不都合があった。また、下辺コア部に高透磁率磁性材料を使用する場合、その抵抗率が絶縁層上に形成される磁電変換素子としてのホール素子の抵抗率に比較して十分大きくないと、絶縁層が製造工程において生じる欠陥などによってホール素子が下辺コア部により短絡されてしまい、その動作に影響を受けるという不都合があった。
【０００９】
本発明は従来技術にみられた上記課題に鑑み、磁電変換部部分の総厚みを極力薄くして磁束検出感度を高めることにより、電流検出感度の向上とノイズ（低Ｓ／Ｎ比）の低下とを実現したクランプ式電流センサを提供することにその目的がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成すべくなされたものであり、その構成上の特徴は、上辺コア部と、該上辺コア部をその一側端部にて下支えする一側縦辺コア部と、前記上辺コア部をその他端部にて下支えする他側縦辺コア部と、これら一側縦辺コア部と他側縦辺コア部とを下支えする下辺コア部とからなる磁気コアと、下辺コア部と前記一側縦辺コア部の当接面との間に介在配置される磁電変換素子を含む磁電変換部と、該磁電変換部との電気的な接続を自在に下辺コア部の上面に沿わせて配置されるフレキシブル基板とで、前記上辺コア部を摺動操作して導入された活線状態にある被測定導線の電流の検出を自在に形成されたクランプ式電流センサにおいて、前記磁電変換部は、下辺コア部における一側縦辺コア部の当接面との対向面側に設けられた膜厚が０．７〜０．９μｍのＳｉＯ2 膜からなる絶縁層と、該絶縁層上に製膜された膜厚が０．７〜０．９μｍのＩｎＳｂ薄膜からなる磁電変換素子と、該磁電変換素子から各別に引き出された厚さが０．２〜０．４μｍのＡｌ薄膜からなる電極と、磁電変換素子及びその周辺部分を覆う膜厚が１．２〜１．７μｍのＳｉＯ2 膜からなる保護膜とで形成され、前記フレキシブル基板は、一側縦辺コア部の当接面が保護膜と直に当接するようにその対応部位に切欠部を設けて配設したことにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るクランプ式電流センサ（巻線部を除く）の一例を示すものであり、そのうち、（イ）は正面図を、（ロ）は、図１の平面図をそれぞれ示す。
【００１２】
これらの図によれば、クランプ式電流センサ２１の全体は、磁気回路を形成する磁気コア２２と、磁気回路内に介在配置される磁電変換部３１と、該磁電変換部３１との電気的な接続を自在に配置されるフレキシブル基板４１とで、導入された活線状態にある被測定導線の電流の検出を自在にして形成されている。
【００１３】
このうち、磁気コア２２は、活線状態にある被測定導線の出入が可能に矢印方向での開閉が自在に配設される略コ字形を呈する上辺コア部２３と、該上辺コア部２３を右端側にて略Ｉ字形を呈し、かつ、下側部を次第に縮径させるための切削面２４ａを有して下支えする一側縦辺コア部２４と、上辺コア部２３を左端側にて下支えする略Ｌ字形を呈する他側縦辺コア部２５と、これら一側縦辺コア部２４と他側縦辺コア部２５とを下支えして閉磁路を形成する水平状の下辺コア部２６とで形成されている。
【００１４】
この場合、上辺コア部２３と一側縦辺コア部２４と他側縦辺コア部２５とは、高透磁率磁性材料であるＭｎ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料もしくはＮｉ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料により、下辺コア部２６は、高透磁率磁性材料であるＮｉ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料もしくはＭｎ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料によりそれぞれ形成するのが好ましい。
【００１５】
また、下辺コア部２６と一側縦辺コア部２４との間に介在配置される磁電変換部３１は、図１（ロ）におけるＡ−Ａ線矢視方向での断面を拡大した図２に示されるように、下辺コア部２６における一側縦辺コア部２４の当接面２４ｂとの対向面側に設けられた絶縁層３２と、該絶縁層３２上に配設された例えば素子ホール素子などの磁電変換素子３３と、該磁電変換素子（ホール素子）３３から各別に引き出された例えば計４本の電極３４と、磁電変換素子（ホール素子）３３及びその周辺部分に覆設された保護膜３５とで形成されている。
【００１６】
この場合における磁電変換部３１は、膜厚が０．７〜０．９μｍ、好ましくは約０．８μｍのＳｉＯ2 膜からなる絶縁層３２と、該絶縁層３２上に製膜された膜厚が０．７〜０．９μｍ、好ましくは約０．８μｍのＩｎＳｂ薄膜からなる磁電変換素子（ホール素子）３３と、該磁電変換素子（ホール素子）３３から引き出された厚さが０．２〜０．４μｍ、好ましくは約０．３μｍのＡｌ薄膜からなる例えば計４本の電極３４と、磁電変換素子（ホール素子）３３を含む周辺部位を覆う膜厚が１．２〜１．７μｍ、好ましくは約１．５μｍのＳｉＯ2 膜からなる保護膜３５とで形成されている。なお、絶縁層３２は、下辺コア部２６の上面２７に位置する対応部位を鏡面研磨してなる清浄平滑面２７ａに対し形成するのが付着力、製造工程での膜特性の面からは好ましい。また、ＳｉＯ2 膜からなる絶縁層３２と保護膜３５とは、真空蒸着法、高周波スパッタリング法、化学的気相成長法などの薄膜作製法により作製してもよい。さらに、絶縁層３２は、Ａｌ2 Ｏ3 やＳｉ3 Ｎ4 、あるいは塗布法によるポリイミドなどの有機系材料であってもよい。
【００１７】
一方、フレキシブル基板４１は、ベース薄片４２上に銅箔パターン層４３とニッケルメッキ層４４と金箔パターン層４５とを順次積層し、磁電変換部３１における電極３４と金箔パターン層４５との間をボンディングワイヤ４８を介して電気的な接続を自在に下辺コア部２６の上面２７に沿わせて配置できる適宜長さを有して形成されている。
【００１８】
しかも、フレキシブル基板４１には、一側縦辺コア部２４の当接面２４ｂと保護膜３５とが直接に接触できる切欠部４６が設けられているほか、例えば計４本の電極３４に各別にボンディングワイヤ４８を接続するために必要な４個の透孔４７とが設けられている。
【００１９】
本発明はこのようにして構成されているので、下辺コア部２６の上面２７に設けられている清浄平滑面２７ａ上に磁電変換部３１を一体的に設けることができる。
【００２０】
しかも、下辺コア部２６の上面２７に配設されるフレキシブル基板４１は、一側縦辺コア部２４の当接面２４ａが位置する対応部位に切欠部４６が設けられているので、下辺コア部２６の側に設けられている磁電変換部３１の保護膜３５に対し当接面２４ａを直接に接触させることができる。
【００２１】
また、磁電変換部３１自体の総厚みは、せいぜい３．４μｍ程度であることから、一側縦辺コア部２４と下辺コア部２６との間に形成される空隙長も３．４μｍ程度にしかならないことになる。
【００２２】
つまり、磁束密度は空隙長に反比例して増大するとされていることからしても、磁束検出感度を向上させて電流検出感度を高めることができるはもとより、ノイズ（低Ｓ／Ｎ比）を小さくすることもできることは明らかである。
【００２３】
特に、上辺コア部２３と一側縦辺コア部２４と他側縦辺コア部２５とをＭｎ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料により、下辺コア部２６をＮｉ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料によりそれぞれ形成してある場合には、さらに好ましい磁束検出感度を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、下辺コア部の上面に設けられる磁電変換部の総厚みを３．４μｍ程度となるように極力薄くすることができるほか、下辺コア部の上面に配設されるフレキシブル基板も一側縦辺コア部の当接面が位置する対応部位に切欠部を有しているので、磁電変換部の保護膜に対し前記当接面を直接に接触させることができる。
【００２５】
したがって、一側縦辺コア部と下辺コア部との間に形成される空隙長は、磁電変換部の総厚みと実質的に同等なものとすることができることになり、磁束密度は空隙長に反比例して増大するとされていることを勘案するならば、磁束検出感度を向上させて電流検出感度を高めることができるはもとより、ノイズ（低Ｓ／Ｎ比）を小さなものとすることもできる。
【００２６】
なお、本発明において上辺コア部と一側縦辺コア部と他側縦辺コア部とをＭｎ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料により、下辺コア部をＮｉ−Ｚｎ系高透磁率磁性材料によりそれぞれ形成してある場合には、さらに好ましい磁束検出感度を得ることができる。また、前記絶縁層を下辺コア部の清浄平滑面に設けてある場合には、下辺コア部と磁電変換部とをより一体化させて安定した状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例につき、その正面図を（イ）として、平面図を（ロ）としてそれぞれ示す。
【図２】図１（ロ）におけるＡ−Ａ線矢視方向での断面構造を拡大して示す説明図。
【図３】従来からあるクランプ式電流センサの要部構成例を示す正面図。
【図４】図３における一点鎖線による囲繞部分を拡大して示す説明図。
【符号の説明】
１，２１  クランプ式電流センサ
２，２２  磁気コア
３，２３  上辺コア部
４，２４  一側縦辺コア部
４ａ，２４ａ  切削面
４ｂ，２４ｂ  当接面
５，２５  他側縦辺コア部
６，２６  下辺コア部
２７  上面
２７ａ  清浄平滑面
７  磁電変換部
８  マイカ基板
９  ホール素子
１０  電極
１１  保護膜
１２  フレキシブル基板
３１  磁電変換部
３２  絶縁層
３３  磁電変換素子（ホール素子）
３４  電極
３５  保護膜
４１  フレキシブル基板
４２ベース薄片
４３銅箔パターン
４６切欠部
４７透孔
４８ボンディングワイヤ
【図１】
0003943263.tif 000002
【図２】
0003943263.tif 000003
【図３】
0003943263.tif 000004
【図４】
0003943263.tif 000005