(57)【要約】【課題】大電流の検出が容易に行なえ、ケーブルの途中に挿入して用いることができ、ケーブルとの接続部を備えた、小型化、コンパクト化、軽量化したシャント抵抗器を提供する。【解決手段】抵抗合金からなる抵抗体１１と、抵抗体の軸方向両側の外周面に接合した筒状の電極１２，１３と、電極１２，１３の外周面に設けた電圧検出配線を接続するための検出部１５，１６と、電極１２，１３の空間Ｓにより構成されたケーブルの接続部とを備えたシャント抵抗器を構成する。接続部には、導体３１ａまたはケーブルの先端に備えたバスバー３３ａが挿入され、固定される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗合金からなる柱状の抵抗体と、該抵抗体の両端に設けられた銅または銅合金からなる一対の電極を備えたシャント抵抗器であって、
前記電極は両端に開口部を有する筒状であり、一方の開口部側の内面が前記抵抗体と接合しており、他方の開口部は開放されていることを特徴とするシャント抵抗器。
【請求項２】
前記他方の開口部には電気的に接続するためのケーブルの端部が挿入されていることを特徴とする請求項１記載のシャント抵抗器。
【請求項３】
前記一対の電極の外周面に電圧検出配線を接続するための検出部を設けたことを特徴とする請求項１記載のシャント抵抗器。
【請求項４】
前記検出部は、前記電極の外周面に突出したものであることを特徴とする請求項３記載のシャント抵抗器。
【請求項５】
前記検出部は、前記電極の外周面に平坦部を設けたものであることを特徴とする請求項３記載のシャント抵抗器。
【請求項６】
前記電極の外周に貫通した小孔を設けたことを特徴とする請求項１記載のシャント抵抗器。
【請求項７】
前記電極の厚みは、他方の開口部側が、一方の開口部側よりも薄いことを特徴とする請求項１記載のシャント抵抗器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流測定用に回路に挿入して用いる、極めて低い抵抗値を有するシャント抵抗器に係り、特にその構造および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば自動車の車載部品のモータ電流の制御などにおいて、回路に流れる電流値を検出するため、シャント抵抗器が用いられている。シャント抵抗器は、一例として、図８（ａ）に示すように、抵抗合金よりなる平板状の抵抗素子部１と、高導電率の金属よりなる平板状の接続端子部（電極）２，３を電子ビーム溶接等により接合し、接続端子部（電極）２，３を通電板（バスバー）等にネジ止め固定を可能にしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
接続端子部２，３とバスバー等との接合部は、振動や熱、断続的な負荷変動に対しても安定して接続を維持する必要があるため、平板状の接続端子部（電極）２，３に開口４，５を設け（図８（ａ）参照）、図示しないケーブル導体をバスバー６に接続し、バスバー６を開口４を用いてボルト７により接続端子部（電極）２に固定したり、さらにロウ付け等により固定することが行われている（図８（ｂ）参照）。
【０００４】
しかしながら、ケーブル導体をシャント抵抗器にボルトにより固定する場合には、ボルトの配置場所を設けるため、製品の形状が大型化してしまうという問題がある。また、その分、重量が大きくなり、特に自動車搭載用等の用途では、部品の軽量化が要請されており、この要請に反することとなる。さらに、平板状の抵抗素子部では、大電流の検出等の用途に必要な０．１−０．０１ｍΩのごく低い抵抗値を得ようとすると、製品の形状が大型化してしまい、上記と同様の問題が発生する。また、ボルトの締め付けの工程が必要となり、煩雑である。
【特許文献１】特許第２５６２４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、例えば自動車のバッテリ等の電流を検出するシャント抵抗器に関して、小型化、コンパクト化、軽量化することができ、バッテリに接続したケーブルの途中に挿入して用いることができ、且つ、ケーブルとの接続が容易に行うことができるシャント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】
【０００６】
本発明のシャント抵抗器は、抵抗合金からなる柱状の抵抗体と、該抵抗体の両端に設けられた銅または銅合金からなる一対の電極を備えたシャント抵抗器であって、前記電極は両端に開口部を有する筒状であり、一方の開口部側の内面が前記抵抗体と接合しており、他方の開口部は開放されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のシャント抵抗器によれば、低い抵抗値を小さなサイズで形成でき、且つケーブルとの接続を容易に行うことができる。これにより、自動車等に設置されたバッテリに接続したケーブルの途中に挿入して用いることができ、ケーブルとの接続も容易であり、電流の検出に好適な、小型化、コンパクト化、且つ、軽量化したシャント抵抗器を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】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態のシャント抵抗器およびその製造方法について、添付図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。
【０００９】
図１は、本発明のシャント抵抗器１０の要部を示す。抵抗体１１は、抵抗合金材料を柱状に加工したものである。抵抗合金材料としては、銅ニッケル、ニクロム、マンガニン、鉄クロム等の抵抗率が低く且つ抵抗温度係数（T.C.R.）が小さな抵抗合金材料を用いることが望ましい。抵抗体１１の断面形状は四角形など角型としてもよいが、径の制御等、加工の精度や容易性を踏まえると円柱状にすることが望ましい。電極１２，１３は、長さ方向に貫通した筒状であり、一方の開口部１００ａ，１００ｃから、他方の開口部１００ｂ，１００ｄにわたって貫通している。電極１２，１３の材料は、無酸素銅などの銅または銅合金である。なお、電極１２，１３のそれぞれの内部に貫通をさえぎる壁を設けて、一方の開口部１００ａ，１００ｃから他方の開口部１００ｂ，１００ｄとが貫通しない構造としてもよい。
【００１０】
抵抗体１１の両端部分は電極１２，１３に挿入されており、抵抗体１１の外周面と電極１２，１３における一方の開口部１００ａ，１００ｃ側の内面が拡散接合により強固に接合されている。電極１２と電極１３は接触しておらず、電極１２と電極１３との間における抵抗体１１が主として抵抗値を生じる抵抗素子部として機能する。
【００１１】
電極１２，１３の外周面には、電圧検出のための配線を接続する検出部１５，１６が形成されている。検出端子１５，１６は銅や銅合金からなる棒状体であり、電極１２，１３の外周面に突出させて、溶接等により固定されている。図示しない電圧検出のための配線を検出部１５，１６に溶接等により固定することで、電極１２，１３間の抵抗体１１に流れる電流により生じた電圧を検出し、図示しない測定装置により測定し、抵抗値が既知であることから、抵抗体１１に流れる電流、すなわち、回路に流れる電流を検出することができる。電極１２，１３に被覆された部分は、電極１２，１３に用いられる金属の導電性が抵抗合金の導電性よりも高いため、実質的に同一電位となり、検出部１５，１６を抵抗素子部近傍の電極外周面に配置することで、４端子形のシャント抵抗器を形成でき、抵抗素子部に生じる電圧を正確に検出することができる。
【００１２】
電極１２，１３の他の開口部１００ｂ，１００ｄの側は、図示するように空洞となっている。他の開口部１００ｂ，１００ｄと連通した電極１２，１３のそれぞれの内部空間、すなわち空間Ｓは、バッテリと接続されたケーブルとシャント抵抗器１０とを接続するための接続部を構成している。ケーブルとシャント抵抗器１０の接続は後述する。
【００１３】
電極１２，１３には、各電極１２，１３の外周に貫通してそれぞれの空間Ｓと連通する小孔１７，１８が形成されている。各小孔１７，１８は抵抗体１１の端部近傍に形成されている。電極１２，１３内には、一方から抵抗体１１が挿入され、他方からケーブルが挿入されるが、抵抗体１１とケーブルとの間に圧縮された空気の溜まりが存在すると、この空気はヒートサイクルで膨張・収縮が繰り返され、故障の原因となる可能性がある。そこで、空気を抜くことができる小孔１７，１８を設けておくことで、このような故障の原因を取り除くことができる。
【００１４】
抵抗体１１として直径５ｍｍ程度の円柱状の抵抗合金、具体的には、銅ニッケル合金（抵抗率０．４９μΩ・ｍ）を用い、電極１２，１３として無酸素銅（抵抗率０．０１７μΩ・ｍ）を用い、電極１２と電極１３間の間隔を１ｍｍ程度に設定した場合、本発明のシャント抵抗器１０では、抵抗値０．０２５ｍΩ、抵抗温度係数（T.C.R.）±１００ｐｐｍ/Ｋ以内が得られ、大電流検出用のシャント抵抗器として好ましい０．１−０．０１ｍΩのごく低い抵抗値と好ましい抵抗温度係数（T.C.R.）が得られる。そして、例えば、抵抗体１１の軸方向長さを１０ｍｍ程度とし、電極１２，１３の外径を６ｍｍ程度とし、軸方向長さを１０−１５ｍｍ程度とすると、全体としての外形が６ｍｍ程度で、長さが２０−３０ｍｍ程度の極めて小型で、且つ、ケーブルとの接続部も備えたコンパクトな構造で、被測定電流が流れるケーブルの途中に装着可能なシャント抵抗器が得られる。なお、円柱状抵抗体および円筒状電極のサイズはケーブルのサイズに合わせ、適宜変更可能なことは勿論である。
【００１５】
図２は、本発明の第２実施形態のシャント抵抗器を示す。この実施形態においては、ケーブルの接続部、すなわち、空間Ｓの外周部分における電極１２，１３の厚みは、抵抗体１１の外周に接合された部分における電極１２，１３の厚みよりも薄くした薄肉部１２ａ，１３ａを設けている。空間Ｓについては第１実施形態と同様である。空間Ｓにケーブルを挿入し、カシメ加工により電極の内周面とケーブルとを接合するに際して（後述）、薄肉部１２ａ，１３ａを設けることで、良好な圧縮力を接合界面に付与でき、良好な接合状態を形成できる。
【００１６】
なお、図２では、図１における検出部１５，１６と別の形態として、電極１２，１３の外周面に形成した平坦部（図２参照）により検出部１５，１６を構成する例を示している。電圧検出のための配線が溶接等により接続可能である。
【００１７】
図３は、シャント抵抗器１０にケーブルを接続した状態を示す。図示するように、電極１２，１３の内部の空間（空間Ｓ）にケーブル３１の端部、即ち、被覆３１ｂから露出した導体３１ａ（なお本説明で、ケーブルの用語は、導体３１ａを指す場合がある）が挿入される。電極１２，１３を外周より加締めて導体３１ａを固定し、シャント抵抗器１０とケーブルとが接続される。これにより、簡易な方法で、機械的且つ電気的に良好な接続状態が得られる。なお、抵抗体と電極との軸方向の接触長をＡとすると、Ａよりも長い軸方向長さＢだけ離隔した図中Ｃで示す領域に、加締め加工を施すことが好ましい。これにより、導体３１ａの接続加工が抵抗体１１と電極１２，１３との接合面に影響を及ぼすことが防止できる。
【００１８】
図４は、本発明の第３実施形態のシャント抵抗器１０を示す。この実施形態では、電極薄肉部１２ａ，１３ａに軸方向の溝１２ｃ，１３ｃを形成し、２つの半円筒状の電極薄肉部に分割したものである。これにより、導体３１ａの空間Ｓへの挿入が容易となり、さらに加締め加工時に強い圧力を加えることができ、導体３１ａと電極１２，１３の薄肉部１２ａ，１３ａの内周面との間により良好な接合状態を形成できる。
【００１９】
図５は、本発明の第４実施形態のシャント抵抗器１０を示す。この実施形態では、図５（ａ）に示すように、電極１２，１３において抵抗体１１との接合部分が、抵抗体１１の断面形状に合致した円筒状である点では共通であるが、電極１２，１３におけるケーブルとの接続部１２ｅ，１３ｅは角筒状をなしている。従って、図５（ｂ）に示すように、ケーブル３１の導体３１ａに矩形状の先端を有するバスバー３３ａを備えた接続具３３を備えている場合には、バスバー３３ａを接続部１２ｅ，１３ｅに挿入して加締めることにより、ケーブルを電極１２，１３に接続することができる。
【００２０】
次に、このシャント抵抗器の製造方法について、図６を参照して説明する。まず、図６（ａ）に示すように、銅ニッケル等の抵抗合金からなる円柱状の抵抗体１１と、銅または銅合金からなる一対の円筒状の電極１２，１３とを準備する。抵抗体１１の外径は、電極１２，１３の開口部１００ａ，１００ｃの径に対して、容易に嵌着できる程度である。予め、電極１２，１３の厚みは、抵抗体１１が挿入される一方の開口部１００ａ，１００ｃ側は厚く、ケーブルが接続される他方の開口部１００ｂ，１００ｄ側は薄く形成されている。
【００２１】
次に、図６（ｂ）に示すように、抵抗体１１の軸方向のそれぞれの端部を、一方の開口部１００ａ，１００ｃより電極１２，１３内に挿入する。次に、抵抗体１１と電極１２，１３とを、焼嵌めまたは冷し嵌めなどの嵌合工法或いはロータリスェージ加工などの圧接工法を用いて接合する。焼嵌めの場合は、電極１２，１３を熱して内径を膨張させた後に抵抗体１１を挿入し、冷めた時に電極１２，１３の内径が収縮して抵抗体１１の外周面と密着し接合する。冷し嵌めの場合は、抵抗体１１を冷却することで抵抗体１１の径を収縮させて電極１２，１３内に挿入し、抵抗体１１の温度が戻るときに径が膨張して電極１２，１３の内周面と密着して接合する。
【００２２】
ロータリスェージ加工は、公知の金属圧縮塑性変形技術であり、被加工金属を回転させつつ、被加工金属の周囲に配置されたダイスで被加工金属外周面を半径方向に叩く（圧縮する）ことで、被加工金属を半径方向内方に圧縮塑性変形させる技術であり、例えば金属円筒の内部に配置した多数の電線からなる芯線部を加締める場合などに用いられる加工方法である（特開２００２−１５８０４４号公報、特開平５−７４３２３号公報、特開２００２−１５８０４４号公報参照）。さらに、必要に応じて、電極１２，１３に、電圧検出の配線を接続するための検出部１５，１６および小孔１７，１８等を設ける加工を行う。これらの加工は、後述の熱処理をした後に行ってもよい。
【００２３】
そして、不活性雰囲気下（水素雰囲気または窒素雰囲気下）で高温の熱処理をすることで、抵抗体１１と電極１２，１３の金属元素を相互に拡散させる。かかる拡散接合により機械的にも電気的にも安定した強固な接合が得られる。従って、電子ビーム溶接等の複雑で高価な設備投資を必要とせず、嵌合技術（焼嵌め、冷し嵌め）または圧接技術（ロータリスェージ加工技術）を用い、熱処理することにより、抵抗体１１と電極１２，１３とが強固に接合したシャント抵抗器１０を構成することができる。その後、必要に応じて抵抗値のトリミングを行う。トリミングは、抵抗値を測定しつつ、抵抗体１１の表面を研磨または切削して行うことができる。また、必要に応じて、一対の電極１２，１３のケーブルとの接続部の加工を行う。
【００２４】
次に、図６（ｃ）に示すように、導体３１ａが露出した状態のケーブル３１を準備する。そして、図６（ｄ）に示すように、導体３１ａを電極１２，１３の薄肉部１２ａ，１３ａの内部の空間Ｓに他方の開口部１００ｂ，１００ｄから挿入し、薄肉部１２ａ，１３ａに対して加締め加工を行う。この加締め加工にロータリスェージ加工を用いることができ、導体３１ａと電極１２，１３とを、電気的にも機械的にも強固に接合することができる。なお、図５に示すように、ケーブルの先端に接続具３３を備えている場合は、バスバー３３ａを電極１２，１３の両側に設けた接続部に挿入し、加締め加工を行う。
【００２５】
図７は、本発明の方法により製造されたシャント抵抗器１０の使用状態例を示す。ここでは、シャント抵抗器１０は、自動車のバッテリ電流を検出する用途に用いられ、バッテリ３０の端子３０ａ，３０ｂにはケーブル３１が接続されており、シャント抵抗器１０はケーブル３１の途中に配置されている。抵抗体１１の両端のバッテリ電流により生じる電圧は、電極１２，１３の検出部１５，１６に接続された電圧検出配線３３，３４を介して図示しない電圧測定装置により計測される。上述したように、シャント抵抗器の抵抗値は０．１−０．０１ｍΩと極めて低く形成でき、これにより大電流の計測が可能であり、また一例として外形は直径６ｍｍ程度で、長さは２０−３０ｍｍ程度のサイズに形成でき、ケーブルの直径と同等かそれ以下のサイズにすることができる。このため、自動車等の搭載部品として好ましい小型コンパクト化および軽量化を達成することができる。
【００２６】
本発明のシャント抵抗器によれば、電極にケーブルを接続するための空間Ｓを有する接続部を備えるので、使用する際に、溶接やネジ止めなど面倒な工法が必要なくなり、使用するケーブル等のサイズに合った接続部を準備することで、接続が非常に容易になり、接続の信頼性も向上する。また、平板形状でなく丸棒形状の抵抗体およびこれの周囲に密着した筒形状の電極を用いることで、上述した小型化、コンパクト化および軽量化を達成することができるとともに、材料自体の加工がしやすくなるため、加工精度が向上し、低コストで製造することができる。
【００２７】
なお、図示したシャント抵抗器においては、電極１２，１３の内径を抵抗体１１の挿入部分と導体３１ａの挿入部分とで、均一な径で記載しているが、抵抗体１１の挿入部分と導体３１ａの挿入部分とで、異なる径にしても勿論よい。
【００２８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態のシャント抵抗器を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は軸に沿った断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態のシャント抵抗器を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は軸に沿った断面図である。
【図３】本発明のシャント抵抗器にケーブルを接続した状態を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は軸に沿った断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態のシャント抵抗器を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は軸に沿った断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第４実施形態のシャント抵抗器を示す斜視図であり、（ｂ）ケーブルの先端に装着した接続具を示す斜視図である。
【図６】本発明のシャント抵抗器の製造方法を示す図である。
【図７】本発明のシャント抵抗器の使用状態の一例を示す斜視図である。
【図８】（ａ）は従来のシャント抵抗器の一例を示す斜視図であり、（ｂ）はそのバスバーとの接続状態の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  シャント抵抗器
１１  抵抗体
１２，１３  電極
１２ａ，１３ａ  薄肉部
１５，１６  検出部
１７，１８  小孔
３１  ケーブル
３１ａ  ケーブル導体
３１ｂ  ケーブル被覆
３３  接続具
３３ａ  バスバー
Ｓ    空間
【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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【図８】
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