JP4697157B2 - 電流センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エアギャップを含む閉磁路を形成するように設けられるコアと、そのエアギャップに配置される磁気センサとを備えた貫通型の電流センサの製造方法に関する。

貫通型の電流センサは、例えば、エアギャップ（磁気的ギャップ）を含む閉磁路を形成するように設けられたコアと、このコアのエアギャップに配置されるホールＩＣなどによりなる磁気センサとを組み合わせて構成されるものである。

このような電流センサは、例えば特許文献１に示されるように、ケースにホールＩＣを組み付けた後に、コアをケースにはめ込み、樹脂を封入することでコアを固定する製造方法が採用されている。
特開２００２−２９６３０５号公報

この場合、ケースに樹脂を封入する際や、封入した樹脂を硬化させる際に、樹脂の流し込みの応力や硬化時の応力などによりケースにはめ込んだコアが位置ずれを起こすことがある。

上記のようなコアの位置ずれが発生すると、コアとホールＩＣとの間隔寸法が変動することになり、これによって電流センサの出力特性に変動を来たすことになる。例えば、コアのエアギャップ寸法が数ｍｍ程度としたときに、ギャップ方向に０．５〜１．０ｍｍ程度の位置ずれが発生すると２〜５％程度の磁束密度の変化が生じ、これによって出力特性が大きくばらつくことになる。また、このように位置ずれが生ずると、位置ずれそのものに起因した出力特性のずれに加えて、外的な要因として外乱磁気の影響を受けやすくなる位置となってしまう場合もあり、これによっても出力変動を来たすことになる。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、磁気センサおよびコアのケースの組み付けの際に、両者の間の位置ずれを極力低減して製造バラツキをなくし、出力特性に変動を来たすことを極力抑制できるようにした電流センサの製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、ケースに磁気センサを組み付けると共にコアを配置し、その状態でケースをパレットに載置するときに、ケースの一側面部をパレットのコア吸着用磁石に沿うように載置するので、内部に収容しているコアは、ケースの側壁を介してコア吸着用磁石に吸着されて密着した状態となる。これにより、ケース内においてコアの位置がずれない状態で固定され、コアのエアギャップ部分に磁気センサが正確に位置する状態を保持できるようになる。この状態でケース内に樹脂を充填するので、樹脂の充填時にコアが位置ずれを起こすことを防止でき、磁気センサおよびコアが正規の位置に保持された状態で樹脂により封止された状態とすることができる。

上記発明において、パレットに設けるコア吸着用磁石を、ケースの直交する２側面部に対応するように少なくとも２個設けたので、ケースをコア吸着用磁石に吸着させる工程では、ケースに磁気センサおよびコアを組み付けるときに、パレットの２個のコア吸着用磁石にケースの２側面部を沿わせることでコアを位置決め状態に保持できるようになる。これにより、コアをケース内において２方向で位置決め状態に保持できるので、組み立て精度をより高めることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、パレットに設けるコア吸着用磁石をケースの貫通孔に挿通可能に設け、ケースをパレットに載置するときに、ケースの貫通孔をコア吸着用磁石に挿通させてその直交する２側面部を沿わせるので、ケース内においてコアの位置がずれない状態で固定され、コアのエアギャップ部分に磁気センサが正確に位置する状態を保持できるようになる。

請求項３の発明によれば、上記各発明において、ケース内部の側壁にコアが当接したときに２個の離間した位置決め突起に当接した状態で位置決めされるようにしたので、ケースの側壁が湾曲するなどで変形した場合でも、ケースの側壁に沿ってコアの位置が不安定になるのを防止して確実に位置決め状態とすることができ、これによって、コアのエアギャップ部分に磁気センサが正確に位置する状態を保持できるようになる。

請求項４の発明によれば、パレットにコア吸着用磁石を配置するものでは、そのコア吸着用磁石を永久磁石により構成しているので、パレットを簡単な構成としながら、ケースへのコアの組み付けおよび樹脂の充填作業で、ケース内においてコアの位置がずれない状態で固定することができる。

請求項５の発明によれば、パレットにコア吸着用磁石を配置するものでは、そのコア吸着用磁石を電磁石により構成しているので、ケースに配置したコアを吸着する必要のあるときに電磁石に通電することでコアの位置決め状態を保持することができ、組み付けの際の工程の自由度が高まり、作業性も向上させることができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を説明する上での基本構成を示す第１の実施形態について図１ないし図４を参照しながら説明する。
図１及び図２には電流センサの正面図及び分解斜視図が示されている。これら図１及び図２において、電流センサ１は、上面が開口した矩形容器状のケース２にコア３およびホールＩＣからなる磁気センサ４を収容し、ケース２内に樹脂５を充填した状態に形成されたものである。

ケース２は、外周壁２ａで囲われた状態に形成されており、中央部には検出対象の電流線を挿通させるための矩形状の貫通孔６が形成されており、その貫通孔６を囲うように内周壁２ｂが形成されている。コア３は、エアギャップ３ａとして一定距離だけ離間した部分を有する矩形の環状をなすもので、エアギャップ３ａを介して閉磁路を形成する。コア３は、パーマロイなどの磁性材製の板材料からなる磁性板材３ａを複数枚たとえば３枚を積層してなるものである。積層する磁性板材３ａは、例えば、かしめ付け手段により一体化されるものであるが、高透磁率材料により形成された接着剤により一体化する構成も可能である。

コア３の中央部には被測定電流が流れる電流線が貫通するように配置され、その電流線を流れる電流によりコア３およびエアギャップ３ａを介した閉磁路に磁束が鎖交するようになり、その磁束密度をエアギャップ３ａ部分に配置する磁気センサ４により検知し、検知した磁束密度に比例する電流の大きさを検出するのである。磁気センサ４は、コア３のエアギャップ３ａ部分の中央部に位置するように配置される。

エアギャップ３ａのギャップ寸法Ｇに対して磁気センサ４の厚さ寸法は小さいが、図１ではやや誇張して示している。また、コア３は、後述する組み付けの関係から、ケース２の右側の外周壁２ａの内面に密着するように配置されており、この状態で磁気センサ４は、エアギャップ３ａのギャップ寸法Ｇの中央部つまりコア３のエアギャップ３ａで対面している部分との間の間隔寸法がほぼ同じとなるように形成されている。ここで、ケース２は、コア３を収容した状態で、ケース２内に外周壁２ａと対向する側の外周壁との間に寸法Ｓ１の隙間ができているが、実際にはわずかな寸法であり、ここでは誇張して示している。

さて、図１では、上記した電流センサ１を組み立てる場合に、その組み立てラインを流すときに使用する平板状のパレット７を示しており、これの上面には後述する組み立てに使用する矩形の長尺状をなすコア吸着用磁石８が突出するように固定されている。図示の状態では、コア３がコア吸着用磁石８により吸着された状態を示している。

次に、上記した構成の電流センサ１の組み立て工程について図３および図４を参照して簡単に説明する。
まず、第１に、図３に示すように、ケース２内に磁気センサ４を組み付ける。ケース２はパレット７に載置された状態で生産ラインを移動しており、磁気センサ４の組み付け位置に来ると、磁気センサ４つまりホールＩＣがケース２内の所定位置に配置し、図示しないリード端子を半田付けあるいは溶接などにより固定される。このとき、磁気センサ４のリード端子は外部の端子に電気的に接続可能な状態となっている。

第２に、ケース２内にコア３を収容する。このとき、コア３はまだ固定されず、ケース２との隙間により多少の位置ずれが発生する状態となっているが、パレット７のコア吸着用磁石８とケース２の外周壁２ａ部分を介して密着状態となるように吸着されるため、パレット７に載置されている状態では位置ずれが発生しないように吸着状態に保持されている。コア３がこの状態に保持されている場合に、コア３のエアギャップ３ａのちょうど真ん中の位置に磁気センサ４が位置するように設定されている。

第３に、上記した状態のままでケース２内に樹脂５を注入しコア３が十分に埋まる状態となる所定の高さまで充填し、硬化させる。このとき、コア３はパレット７のコア吸着用磁石８によりケース２の外周壁２ａに密着した状態に保持されているので、位置ずれを起こすことなくその位置で樹脂５が硬化され、コア３のエアギャップ３ａの中央部に位置する状態が保たれている。

このような本実施形態によれば、以上のようにして電流センサ１が組み立てられるので、コア３をケース２に収容した状態でも、樹脂５の充填および硬化の工程において位置ずれを起こすことなく製作することができる。これにより、製品間でのコア３の位置ずれに起因した出力特性のばらつき発生を抑制して品質の揃ったものを製造することができる。

また、磁気センサ４の配置位置がコア３のエアギャップ３ａの中央部の所定位置に確実に配置した状態とすることができるので、外乱磁気の影響が受け易くなることも防止でき、出力変動の発生も低減することができる。

（第２の実施形態）
図５は本発明に係る第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、組み立てに使用するパレット７にコア吸着用磁石８に加えてコア吸着用磁石１０を設けたところである。図５に示すように、ケース２の外周壁２ａに対応してコア吸着用磁石８を設けたのに対して、外周壁２ａと直交する下辺側の外周壁２ｃに対応するようにコア吸着用磁石１０を設けている。

そして、ケース２にコア３を収容すると、パレット７のコア吸着用磁石８および１０によりコア３の図中右側面および下側面がそれぞれケース２の外周壁２ａおよび２ｃを介して吸着するようになる。これにより、コア３はケース２内で外周壁２ａおよび２ｃの両方に密着した状態で保持され、樹脂５の充填の際に位置ずれを起こすことなくその位置で樹脂５が硬化され、コア３のエアギャップ３ａの中央部に位置する状態が保たれている。ケース２内にコア３を収容したときに横方向の隙間寸法Ｓ１や縦方向の隙間寸法Ｓ２がある場合でも、これに影響を受けることなく位置決めを行なえる。

このような第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、コア３のエアギャップ３ａのギャップ間隔方向と直交する方向についても位置ずれを起こすことなく確実に位置決めをした状態で樹脂５の封止工程を実施できる。これにより、コア３のエアギャップ３ａ部分に配置している磁気センサ４を正確に位置決めすることができ、出力特性のばらつきを確実に低減して品質の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
図６は第３の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、組み立て用のパレット７に、永久磁石からなるコア吸着用磁石８に代えて電磁石からなるコア吸着用磁石１１を設けている点である。コア吸着用磁石１１は、通電用の端子１１ａがパレット７の外部に導出されており、組み立て工程においては、端子１１ａを介して外部から給電されるようになっている。

他の構成および組み立て方法もほぼ同じであるが、この実施形態によれば、ケース２にコア３を収容する際に、位置決めをした状態でコア吸着用磁石１１に給電することで吸着力を発生させるので、作業性の向上を図ることができる。

（第４の実施形態）
図７は本発明に係る第４の実施形態を示すもので、第２の実施形態と異なるところは、組み立て用パレット７に、永久磁石からなるコア吸着用磁石８、１０に代えて電磁石からなるコア吸着用磁石１１、１２を設けている点である。コア吸着用磁石１１、１２は、通電用の端子１１ａ、１２ａがパレット７の外部に導出されており、組み立て工程においては、それぞれ端子１１ａ、１２ａを介して外部から給電されるようになっている。

このような第４の実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、第３の実施形態と同様の効果も得ることができる。
（第５の実施形態）
図８および図９は第５の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、パレット７に設けるコア吸着用磁石８に代えて、パレット７の上面に埋め込むように配置した永久磁石製のコア吸着用磁石１３を設けたところである。

組み立て工程においては、ケース２にコア３を収容した状態でケース２をパレット７に載置すると、コア３がケース２の底面を介してパレット７に埋め込まれたコア吸着用磁石１３により吸着されるので、コア３がケース２内に固定された状態に保持される。これにより、樹脂５の充填および硬化の工程において位置ずれを起こすことなく製作することができ、製品間でのコア３の位置ずれに起因した出力特性のばらつき発生を抑制して品質の揃ったものを製造することができる。

（第６の実施形態）
図１０は第６の実施形態を示すもので、第５の実施形態と異なるところは、パレット７に埋め込み配置するコア吸着用磁石１３に代えて、電磁石製のコア吸着用磁石１４を設けたところである。これにより、ケース２にコア３を収容した状態でパレット７に載置し、コア吸着用磁石１４の端子１４ａに通電すると、コア３が吸着固定されるようになる。

（第７の実施形態）
図１１および図１２は第７の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、パレット７に、コア吸着用磁石８に代えて、ケース２を位置決めする位置決め部１５とコア押さえ装置１６とを設けたところである。

位置決め部１５は、ケース２をパレット７に載置したときに外周壁２ａと反対側の外周壁２ａａが当接するように長尺状の突起部として設けられており、コア押さえ装置１６は、ケース２の外周壁２ａ側からケース２内に収容しているコア３を押さえるように当接させて位置決め部１５側に押し当てて固定した状態に保持するものである。コア押さえ装置１６は、パレット７に支持部１６ａが固定され、これにばね１６ｂにより押さえ棒および押さえ板からなる押さえ部材１６ｃが移動可能に取り付けられている。押さえ部材１６ｃは、ばね１６ｂにより図中左方向（矢印Ａ方向）に付勢するように構成されている。

この実施形態では、ケース２の外周壁２ａ部分に、押さえ部材１６ｃにより押さえつけが可能となるように矩形状の切り欠き部２ｄが形成されたものを使用する。組み立て工程では、ケース２内にコア３を収容して、パレット７に載置する場合に、ケース２を位置決め部１５に当接させた状態とする。この後、ケース２内のコア３の右端面部をコア押さえ装置１６のばね１６ｂにより位置決め部１５側に付勢させて固定した状態とする。

この後、ケース２内に樹脂５を注入して硬化させるが、このとき、樹脂５の充填では、ケース２に切り欠き部２ｄを形成しているので、その切り欠き部２ｄの高さを超えない範囲で樹脂５が溢れないように注入して硬化させる。押さえ部材１６ｃを取り外した後に、必要に応じて、切り欠き部２ｄを別の部材などのより塞いだ状態として樹脂５を追加注入してコア３の全体が覆われる状態となるように充填して硬化させることで確実に樹脂５により封止した状態に形成することができる。

（第８の実施形態）
図１３は第８の実施形態を示すもので、第７の実施形態と異なるところは、コア押さえ装置１６に代えて、コア押さえ装置１７をパレット７に設けたところである。コア押さえ装置１７は、前述同様に支持部１７ａ、ばね１７ｂおよび押さえ棒および押さえ板からなる押さえ部材１７ｃからなる。押さえ部材１７ｃは、先端部分が下方に屈曲され、断面がＬ字状をなすように形成されている。

また、この実施形態では、ケース２の外周壁２ａ部分は第７の実施例と異なり切り欠き部２ｄは必要なく、押さえ部材１７ｃの先端部分を外周壁２ａを超えたところでケース２内に挿入され、コア３の側面に当接して押さえるようにしている。この場合にも、樹脂５を充填して硬化させた後に、押さえ部材１７ｃを取り出した部分の樹脂が充填されていない部分について、必要に応じて樹脂５を再度充填するようにしても良い。

このような第８の実施形態においても、第７の実施形態と同様の効果に加えて、コア押さえ装置１７を用いることで、ケース２に切り欠き部２ｄを形成する必要がないので、樹脂５の充填作業を簡単且つ迅速に行なうことができる。

（第９の実施形態）
図１４は第９の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、パレット７にコア吸着用磁石８に代えて、傾斜保持部１８を設けたところである。傾斜保持部１８は、ケース２の底面を受けるように所定角度で傾斜した面を有する傾斜面部１８ａとケース２の外周壁２ａに当接して位置決めをする位置決め部１８ｂとをパレット７の状面にもうけたものである。

組み立て工程では、ケース２内にコア３を収容した状態で、ケース２を傾斜保持部１８に載置すると、ケース２の外周壁２ａは位置決め部１８ｂに当接した状態で保持される。このとき、ケース２内に収容しているコア３は、自重で外周壁２ａに当接することで位置決め状態に保持されるようになる。

この状態で、ケース２の上面を覆うように蓋１９を取り付ける。蓋１９は、樹脂が硬化したときに密着しない材料としてフッ素加工などを施した材料を使っている。また、蓋１９は、外周壁２ａａ側で樹脂注入用のわずかな隙間Ｓを開けた状態としている。この隙間Ｓから樹脂５を注入して硬化させることで位置決め精度の高いものを製作することができるようになる。

（第１０の実施形態）
図１５は第１０の実施形態を示すもので、第９の実施形態と異なるところは、傾斜保持部１８の傾斜角度を９０度とした構成の傾斜保持部２０をパレット７に設ける構成としたところである。この構成によっても、組み立て工程において第９の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、コア３の自重を全て位置決めの成分としているので、より位置ずれのない組み立てを行なうことができるようになる。

（第１１の実施形態）
図１６は第１１の実施形態を示すもので、第１０の実施形態と異なるところは、パレット７に設けている傾斜保持部２０にコア吸着用磁石２１を埋め込み配設した構成としたところである。これにより、ケース２にコア３を収容した状態でケース２の底面をパレット７の傾斜保持部２０に当接させたときに、コア３がケース２の底面を介して吸着されるので、ケース２内においてコア３が深さ方向で位置ずれを起こすことを防止することができるようになる。

（第１２の実施形態）
図１７および図１８は本発明を説明する上での基本構成を示す第１２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、パレット７に、コア吸着用磁石８に代えて、コア吸着用磁石２２を設けたところである。このコア吸着用磁石２２は、ケース２の貫通孔６に挿通可能な程度の長さ寸法で、貫通孔６内の例えば左側の内周壁２ｂと当接するような大きさと形状に形成されている。

組み立て工程においては、ケース２内にコア３を収容した状態で、パレット７のコア吸着用磁石２２にケース２の貫通孔６を通すようにして載置する。このとき、ケース２の貫通孔６の左側の内周壁２ｂをコア吸着用磁石２２に当接するように位置決めすると、コア３が内周壁２ｂを介して吸着され、位置決め状態に保持される。この状態でコア３のエアギャップ部３ａの中央部に磁気センサ４が位置するように設定されている。

このような第１２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができると共に、パレット７に設けるコア吸着用磁石２２を小型でケース２の貫通孔６に対応する部分に設けるので、パレット７の必要な面積を増大させることもなくコンパクトなものとすることができる。

（第１３の実施形態）
図１９および図２０は本発明に係る第１３の実施形態を示すもので、上記各実施形態と異なるところは、ケース２の外周壁２ａ、２ｃの内側に位置決め突起２３ａ〜２３ｄを設ける構成としたところである。なお、パレット７の構成としては、上記各実施形態のうちのいずれのものを使用することもできる。

図１９に示すように、ケース２の外周壁２ａ、２ｃのそれぞれの内部側の面に、先端が尖った形状の位置決め突起２３ａ〜２３ｄを互いに離間した位置で、コア３の側面部に当接することができるように設けている。

上記構成では、熱処理等の処理工程を経ることで、例えばケース２が図２０に示すように、外周壁２ａ、２ｃなどが変形した場合でも、これによってコア３の外周壁２ａ、２ｃなどとの接触形態が変わることなく位置決め突起２３ａ〜２３ｄと点で接触する状態を保持させることができる。これにより、ケース２の変形に起因した位置ずれの発生を極力抑制して出力特性の安定したものを製作することができるようになる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。

第５の実施形態ではパレットに設けるコア吸着用磁石１３を１個設ける構成としているが、複数個を埋め込み配置する構成とすることもできる。
第９の実施形態では、傾斜保持部１８に永久磁石あるいは電磁石のコア吸着用磁石を埋め込む構成とすることもできる。

第１１の実施形態では、傾斜保持部２０に設けるコア吸着用磁石２１として永久磁石によるものでも良いし、電磁石によるものを設けることもできる。また、複数個を設けることもできる。

第１２の実施形態では、コア吸着用磁石２２として、貫通孔６の一側面部に当接する構成としているが、直交する２つの側面に対応するようにコア吸着用磁石を設けることもできる。

本発明を説明する上での基本構成を示す第１の実施形態を示す全体構成の平面図 電流センサの分解斜視図 組み立て工程の一段階を示す外観斜視図（その１） 組み立て工程の一段階を示す外観斜視図（その２） 本発明に係る第２の実施形態を示す全体構成の平面図 第３の実施形態を示す全体構成の平面図 本発明に係る第４の実施形態を示す全体構成の平面図 第５の実施形態を示す全体構成の縦断面図 パレットの構成を示す外観斜視図 第６の実施形態を示す全体構成の縦断面図 第７の実施形態を示す全体構成の平面図 組み立て工程の一段階を示す外観斜視図 第８の実施形態を示す組み立て工程の一段階を示す外観斜視図 第９の実施形態を示す全体構成の縦断面図 第１０の実施形態を示す全体構成の縦断面図 第１１の実施形態を示す全体構成の縦断面図 本発明を説明する上での基本構成を示す第１２の実施形態を示す全体構成の平面図 縦断面図 本発明に係る第１３の実施形態を示す全体構成の平面図 作用を説明するための全体構成の平面図

符号の説明

図面中、１は電流センサ、２はケース、３はコア、３ａはエアギャップ、４は磁気センサ、５は樹脂、６は貫通孔、７はパレット、８，１０，１１，１２，１３，１４，２１，２２はコア吸着用磁石、１６，１７はコア押さえ装置、１８，２０は傾斜保持部、１９は蓋、２３ａ〜２３ｄは位置決め突起である。

Claims (5)

1. エアギャップを含む閉磁路を形成するように設けられたコアと、前記エアギャップに配置された磁気センサと、前記コアおよび前記磁気センサを収容するもので電流線を貫通させるための貫通孔を有するケースとを備え、被測定電流が流れる前記電流線が前記コアを貫通する形態で配置される構成の電流センサの製造方法において、
   組み立てに使用するパレットの前記ケースを載置する面に、前記ケースの直交する２側面部に対応するように少なくとも２個の位置決めを兼ねたコア吸着用磁石を設け、
   前記ケースに前記磁気センサを組み付けると共に前記コアを配置し、当該ケースを、前記パレットのコア吸着用磁石に当該ケースの前記直交する２側面部を沿わせるようにして載置して、当該コアを当該ケースの２側面部を介した状態で前記コア吸着用磁石にそれぞれの面部で吸着させる工程と、
   前記ケース内に樹脂を充填して前記コアおよび前記磁気センサを埋め込んだ状態として硬化させる工程とを備えたことを特徴とする電流センサの製造方法。
2. 請求項１に記載の電流センサの製造方法において、
   前記パレットに設ける前記コア吸着用磁石は、前記ケースの貫通孔に挿通可能に設けられ、
   前記コアを前記コア吸着用磁石に吸着させる工程では、前記パレットに対して前記ケースの貫通孔を前記コア吸着用磁石に挿通させてその直交する２側面部を沿わせるようにして載置して当該コアを当該ケースの貫通孔の２側面部を介した状態で前記コア吸着用磁石にそれぞれの面部で吸着させることを特徴とする電流センサの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の電流センサの製造方法において、
   前記ケースは、内部の側壁のうちの前記コアを当接させる面部に２個の位置決め突起を離間した位置に設けていることを特徴とする電流センサの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電流センサの製造方法において、
   前記コア吸着用磁石は、永久磁石であることを特徴とする電流センサの製造方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の電流センサの製造方法において、
   前記コア吸着用磁石は、電磁石であることを特徴とする電流センサの製造方法。

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