JP6480740B2 - 抵抗合金材の製造方法および抵抗器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電流検出等の用途を有する抵抗器に用いる抵抗合金材の製造方法および抵抗器の製造方法に関する。

従来より金属板抵抗器として、例えば、板体状の金属板抵抗体の両端に電極を設けた構造を有する抵抗器や、金属製の板状抵抗体のみからなり、その抵抗体と別部材からなる電極を設けない構造の抵抗器が知られている。特に、金属製の板状抵抗体からなる低抵抗の金属板チップ抵抗器は、放熱性が良好であり電流容量も大きくとれるため電流検出用の抵抗器として電子機器等に広く使用されている。

電流検出用抵抗器に使用する抵抗体合金材料は、抵抗器自体が小型であることから、材料そのものを薄く形成する必要がある。特許文献１は、合金材料を連続して鋳造する技術を開示している。具体的には、坩堝と、その坩堝内の溶湯（溶融銅および銅合金）が通過する鋳型（ダイス）を備え、銅および銅合金をロッド状等に鋳造する連続鋳造方法を開示している。

特開２００１−１６２３５４号公報

一般的に、連続鋳造による合金の製造装置では、湯が通るダイスの内面は鏡面状に仕上げられる。これは、鋳材をダイスから引き出す際の抵抗を低減し、また、湯の流れの抵抗を低減するためである。しかし、鋳造の繰り返しによりダイスの使用を重ねていくと、ダイスに用いられる素材と溶融金属とが反応したり、鋳材の接触によりキズができることで、ダイスの内面を鏡面状態に保つことが難しい。特に、電流検出用抵抗器に使用する抵抗体合金材料において、鋳材としての合金材料を薄く形成できれば、製造上の取り扱い容易になるが、鋳材が通るダイスの内面が荒れると、その鋳材がダイスの内部で詰まって引き出せなくなる等、ダイスの損傷が合金材料の製造工程に大きく影響する。そのため、頻繁にダイスを交換するか、坩堝とダイスが一体になっている場合には、それら全体を交換する必要があり、コスト面、メンテナンス性において劣るという問題がある。

本発明は、上述した課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、メンテナンス等の容易な連続鋳造装置で製造した合金材より抵抗体を得ること、および、その抵抗体を使用した抵抗器の製造方法を提供することである。

かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、本発明は抵抗器用合金材の製造方法であって、坩堝内で金属材料を溶解する工程と、前記溶解した金属材料の溶湯が前記坩堝に取り付けたダイスを通過する工程と、前記ダイスを通過して凝固させた合金材を得る工程と、を備え、前記ダイスは、前記溶湯が流れ込む開口部を有するダイス本体と、該開口部内に交換可能に設けられた取付部とを備え、前記溶湯は、前記取付部により形成された第１通路を通過した後、前記ダイス本体により形成され前記第１通路と連通した第２通路を通過することを特徴とする。

例えば、前記第１通路は、前記取付部を構成する分離可能な２つの対向する取付部材によって形成され、前記第２通路は、前記ダイス本体を構成する分離可能な２つの対向するダイス基材によって形成される。例えば、前記第２通路は前記第１通路よりも通路面積が大きく、前記第１通路と前記第２通路の境界部分は該第２通路側に広がる段差を有することを特徴とする。

また、例えば、前記取付部は、前記金属材料と反応性を有しない素材からなることを特徴とする。例えば、前記取付部はセラミックスであることを特徴とする。さらに例えば、前記合金材はＣｕ系、Ｍｎ系、Ｎｉ系、Ｓｎ系、Ｃｒ系の抵抗合金材、あるいはこれらを組み合わせてなる合金材であることを特徴とする。

本発明によれば、連続鋳造装置のダイスの開口部における溶湯の通路に交換可能な取付部材を設け、溶湯を冷却して抵抗器に使用される合金材を作製することができる。かかる合金材を加工した抵抗体によって抵抗器を製造するので、連続鋳造装置の取付部材の交換を簡単に行え、連続鋳造装置のメンテナンスが容易になり、それにより抵抗器の製造コストを下げることができる。

本実施の形態例に係る抵抗器の製造工程を時系列で示すフローチャートである。 本実施の形態例に係る抵抗器用の抵抗体合金を鋳造する連続鋳造装置の構成を示す断面図である。 連続鋳造装置のダイスの外観を示す図である。 連続鋳造装置のダイスの分解構成図である。 連続鋳造装置のダイスに設けた取付部用部材の固定部に取付部を嵌め込んで固定したときの断面構成を示す図である。 本実施の形態例に係る抵抗器を製造するための製造例１の工程を示す図である。 製造例１により製造した抵抗器の外観を示す図である。 本実施の形態例に係る抵抗器を製造するための製造例２の工程を示す図である。 製造例２により製造した抵抗器の外観を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る一実施の形態例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態例に係る抵抗合金材および抵抗器の製造工程を時系列で示すフローチャートである。図１に示すフローチャートは、抵抗合金材（以下において、単に合金材ともいう）の製造工程と、得られた抵抗合金材を抵抗体として抵抗器を製造する工程とからなる。また、図２は、本実施の形態例に係る抵抗器用の抵抗体合金を鋳造する連続鋳造装置の構成を示す断面図である。

最初に図１のステップＳ１において、抵抗器に使用する抵抗体合金を鋳造する連続鋳造装置を準備する。例えば、図２に示す連続鋳造装置１の坩堝３に、後述する取付部４を取り付けたダイス７を嵌め込む等の作業を行う。ステップＳ３では、抵抗体となる金属材料を準備する。ここでは、例えば、Ｃｕ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ等を適宜組み合せた金属材料（抵抗材料ともいう）を準備する。そして、ステップＳ５において、ステップＳ３で準備した金属材料を連続鋳造装置１の坩堝３内に投入し、その坩堝３を取り巻くように設置された高周波誘導コイル５に対して通電を開始することで、金属材料を溶融する。なお、坩堝３は、例えば、すり鉢状の形状を有し、炭素系材料からなる。

ステップＳ７では、通電された高周波誘導コイルによって坩堝内で溶融した金属材料２（溶湯ともいう）が、坩堝３の底部にある入口部３ａより、坩堝３の下部に取り付けたダイス７に流れ込み、そこで温度が低下して次第に凝固する。そして、ダイス７を通過させた金属材料２を、続くステップＳ９において出口部３ｂより引き出す。このようにして、上述した抵抗材料からなる長尺の合金材１０（鋳材、あるいは抵抗材ともいう）を製造する。合金材１０は、連続鋳造装置１に備えたロール９に挟み込まれ、その回転により下方に引かれる。

上記の抵抗体合金材の製造工程の後、得られた抵抗体合金材から抵抗器を製造する工程に移行する。すなわち、ステップＳ１１において、上記ステップＳ９で製造した長尺の合金材１０を圧延等してフープ状、シート状、短冊状等に加工する。そして、ステップＳ１３では、これらフープ状等の合金材より抵抗器を製造する。抵抗器の具体的な製造方法については、後述する。

次に、抵抗体合金材を鋳造する連続鋳造装置のダイスについて説明する。図３は、本実施の形態例に係る抵抗器に用いる抵抗体合金材を鋳造する連続鋳造装置のダイスの外観である。図３（ａ）はダイスの斜視図であり、図３（ｂ）はダイスの平面図である。また、図４は、ダイスの分解構成図である。

図３（ａ）に示すようにダイス７は、ダイス本体３１と取付部４からなり、図３（ｂ）、および図４に示すように、ダイス本体３１は２つのダイス基材３１ａ，３１ｂからなり、取付部４は、２つの取付部用部材４ａ，４ｂからなる。ダイス本体３１は、これら２つのダイス基材３１ａ，３１ｂを対向させて接合し、ダイス基材３１ａ，３１ｂに設けた孔部３５にボルト４１を通して、その先端をナット４３で締めることで固定する。取付部４とダイス本体３１とは接着せずに別部材とし、ダイス基材３１ａ，３１ｂそれぞれの内面側に形成した固定部３８ａ，３８ｂに取付部用部材４ａ，４ｂを嵌め込んで固定する。こうすることによって、取付部４の交換を容易にしている。

取付部４を構成する２つの取付部用部材４ａ，４ｂは、一方端部が所定の高さで突出し、その断面がＬ字状の部材である。すなわち、取付部用部材４ａの一方端部に突出部４４ａが形成され、その突出部４４ａから他方端部に向かう面が平坦部４４ｃとなっており、同様に取付部用部材４ｂの一方端部に突出部４４ｂが形成され、その突出部４４ｂから他方端部に向かう面が平坦部４４ｄとなっている。そこで、図４に示すように取付部用部材４ａ，４ｂを対向させてダイス基材３１ａ，３１ｂに嵌め込んで固定すると、取付部用部材４ａの突出部４４ａと取付部用部材４ｂの平坦部４４ｄの端部とが対向しながら接合し、取付部用部材４ａの平坦部４４ｃと取付部用部材４ｂの突出部４４ｂとが対向しながら接合する。その結果、坩堝３の入口部３ａにおいて、取付部用部材４ａ，４ｂの突出部４４ａ，４４ｂの高さで決まる、断面が矩形の通路（後述する第１通路）が形成される。

ダイス７の垂直上部には挿入部３７が形成されており、その挿入部３７は、ダイス７を坩堝３の下部に取り付けたときに、坩堝３の最下部中央に設けられた挿入口６（図２参照）に嵌め込まれる。具体的には、ダイス基材３１ａ，３１ｂそれぞれの垂直方向上部に、ダイス７を坩堝３の下部に取り付けたときに坩堝３に当接する部分である止部４７ａ，４７ｂと、これら止部４７ａ，４７ｂを基底として、さらに上方にせり上がるように挿入部３７ａ，３７ｂとが形成されている。

ダイス７は炭素系材料からなる。また、取付部４は炭素系材料からなる。抵抗体材料であるＮｉやＣｒは、炭素系材料（カーボン）と反応しやすいことから、例えば、取付部材４をＮｉ等と反応しにくいセラミック材とすることも可能である。セラミック材としては、例えば、アルミナ、チタン酸アルミナ、窒化ケイ素等である。このように、連続鋳造装置１において交換部品が取付部材４のみで足りるため、取付部材４の材料として坩堝３と異なる材料を採用しても、抵抗体合金を鋳造する連続鋳造装置全体のコストを大幅に上げる要因にはならないという利点がある。

上記のように取付部材４の材質を変更することで、製造する合金材料の種類等に応じた最適な設備にすることができる。その他、取付部材４の材質によって熱伝導も調整できるため、坩堝３で溶融させた金属材料の凝固速度を制御する等、目的に応じた設備設計、設備変更の自由度を向上させることが可能となる。

図５は、ダイス７に設けた取付部用部材の固定部（図４の固定部３８ａ，３８ｂ）に取付部４を嵌め込んで固定したときの断面構成を示している。図５（ａ）は、図３（ａ）においてダイス７を矢視Ａ−Ａ’から見たときのダイス７の断面構成であり、図５（ｂ）は、図３（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ’からダイス７を見たときの断面構成である。図４、および図５（ａ），（ｂ）に示すように、ダイス７を構成するダイス基材３１ａ，３１ｂそれぞれの内面側に設けた固定部３８ａ，３８ｂの下辺部には、嵌め込まれた取付部４（取付部用部材４ａ，４ｂ）の下端部に当接して取付部４を載置するための段部５５ａ，５５ｂが設けられている。

図４に示すように、ダイス基材３１ａ，３１ｂの内面側の上半部に形成した固定部３８ａ，３８ｂは、取付部４の形状に合わせて、ダイス基材３１ａとダイス基材３１ｂとの接合面から深さＤ１で掘削されている。また、上記のように取付部４を載置する段部５５ａ，５５ｂを設け、さらに、後述する第２通路を形成するため、ダイス基材３１ａ，３１ｂの内面側の下半部を、上記接合面から深さＤ２（Ｄ１＞Ｄ２）で掘り下げている。その結果、図５（ｂ）に示すように、ダイス本体３１に取付部４を嵌め込んだとき、端部に突出部分を有する取付部用部材４ａ，４ｂが対向して第１通路５１が形成され、ダイス基材３１ａ，３１ｂの内面側の対向する下半部により第２通路５２が形成される。

ダイス７において第１通路５１と第２通路５２は連通しており、第１通路５１と第２通路５２との境界部分に段部５５ａ，５５ｂが形成されている。ダイス７内に設置した取付部４で形成される第１通路５１は、第２通路５２よりも中心方向に進出しており、第１通路５１の断面積（通路面積）は、第２通路５２の断面積（通路面積）よりも小さい（すなわち、通路が狭い）。そのため、第１通路５１を通過し、ある程度凝固した合金材料（鋳材）は、円滑に第２通路５２へと移動できる。溶融した金属材料（溶湯）は、入口部３ａからダイス７内に導入され、ダイス７内の第１通路５１と第２通路５２を通過する際に冷却され、鋳材である合金材１０として出口部３ｂよりロール９によって引き出される。

本実施の形態例に係る抵抗器用の抵抗体合金材料の鋳造を繰り返し、ダイス７の取付部４の使用を重ねていくことで、取付部４の素材と金属材料とが反応したり、あるいは、金属材料との接触により取付部４の内面にキズ等が生じた場合には、ダイス７から取付部４を取り外すことで、新規の取付部４と交換したり、あるいは、キズ等を除去した補修後の取付部４と交換できる。

従来は、取付部を交換する場合にダイス全体を坩堝から外したり、ダイス基材を分解する等の作業を行っていたが、本実施の形態例に係る抵抗器の抵抗体合金材料の連続鋳造装置では、そのような作業が不要になる。例えば、出口部３ｂ側から棒状の部材等を使って、取付部４のうち、段部５５ａ，５５ｂにおいて通路側に突き出ている突出部分５９ａ，５９ｂを垂直上方に押圧することで、入口部３ａから取付部４を簡単に取り出すことができる。

なお、取付部用部材４ａ，４ｂの上縁部は、坩堝から溶湯が流れ込む入口部３ａに位置するため、溶湯（抵抗体金属材料）の鋳造を繰り返す際に金属材料が常に接触し、損傷を受けやすい部位と考えられる。そこで、取付部用部材４ａ，４ｂの上縁部（角部分）に所定の曲率でアール（丸み）をつけてもよい。こうすることによって、取付部用部材４ａ，４ｂの上縁部に対する溶湯による損傷が軽減され、同時に、坩堝内で溶融した溶湯を円滑に第１通路５１へと導入できる。

次に、上記のように抵抗体合金を鋳造して得た抵抗体合金材料より抵抗器を製造する方法について説明する。

＜抵抗器の製造例１＞
図６は、抵抗器を製造するための製造例１の工程を示している。図６の（ａ）は、抵抗器の製造に使用するフープ状の抵抗材６０に送り孔７２を形成した様子を示している。この抵抗材６０は、上述した連続鋳造装置で製造した長尺の合金材（抵抗材）を圧延等により所定の厚みと幅を有するフープ状の合金材としたものである。ここでは、後の製造工程でフープ状の抵抗材６０を長手方向に送り出すため、抵抗材６０の一方端側に寄せて、その一方端側と並行した一定間隔の送り孔７２を形成する。

図６（ｂ）は、送り孔７２が形成された抵抗材６０を、くし歯状に打ち抜いた様子を示している。この打ち抜きにより抵抗材６０に形成するくし歯７３の幅Ｗは、製造する抵抗器の幅に合わせて決める。また、くし歯７３の長さＬは、後述する折り曲げ工程を考慮して、製造する抵抗器の長さよりも若干、長めに設定する。

図６（ｃ）は、抵抗材６０に形成された個々のくし歯に対して、製造する抵抗器の端子となる端部７５，７７を折り曲げ加工したときの様子を示している。ここでは、抵抗器の本体部分となる中心部分７９が端部７５，７７よりも垂直方向において所定の高さだけ高くなるように折り曲げ加工する。図６（ｄ）は、上記のように折り曲げ加工した部材を、抵抗材６０から切り離して（切断して）、抵抗器８１として分離したときの様子である。

図７は、上述した製造例１により製造した抵抗器の外観を示している。製造された抵抗器８１は、単一の抵抗材で一体的に形成されており、例えば、チップ抵抗器、ジャンパ素子等として使用できる。抵抗器８１は、その両端が折り曲げ加工され、その両端を端子としているが、端子間を絶縁材で被覆したり、あるいは、本体部分の表面（チップ表面）や端子部分に金属被覆膜を形成してもよい。

＜抵抗器の製造例２＞
図８は、抵抗器を製造するための製造例２に係る工程を示している。図８（ａ）は、上述した連続鋳造装置で製造した長尺の抵抗材を圧延等により、所定の厚みと幅を有する短冊状あるいはフープ状にした抵抗材９０と、抵抗器の端子となる電極材９１，９３とを並置した様子を示している。電極材９１，９３として、例えば、銅（Ｃｕ）系の金属材料を使用する。

図８（ｂ）は、抵抗材９０の長手方向の一方端部と、電極材９１の一方端部とを突き合わせ、それらの接合部９５ａに対して、例えば、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等により溶接し、同様に、抵抗材９０の長手方向の他方端部と、電極材９３の一方端部とを突き合わせて、それらの接合部９５ｂを溶接したときの様子を示している。図８（ｃ）は、図８（ｂ）において矢視Ｃ−Ｃ’から見たときの抵抗器の断面構成を示しており、接合部９５ａ，９５ｂに上記のビームＢを照射したときの様子である。また、図８（ｄ）は、図８（ｂ）に示す長尺状の抵抗器から、製品となる抵抗器の横幅に合わせた寸法Ｗで切断して得た抵抗器１０１を示している。

図９は、上記の製造例２により製造した抵抗器の外観を示している。図９に示すように抵抗器１０１は、その端子部分１０３，１０５が折り曲げ加工されているが、その折り曲げ加工は、例えば、図８（ｄ）の切断工程の前後で行う。抵抗器１０１は、チップ抵抗器として使用できるが、例えば、端子間の抵抗体部分を絶縁材で被覆したり、チップ表面や端子部分に金属被覆膜を形成してもよい。

以上説明したように本実施の形態例に係る抵抗器は、所定の金属材料を坩堝内で溶解した溶湯を、その坩堝に取り付けたダイスを通過させて冷却し、凝固させる鋳造装置により合金材を製造し、その合金材を加工して抵抗器の抵抗体として使用する。その際、鋳造装置のダイスの開口部内の溶湯の通路に交換可能な取付部材を設けることで、溶湯の通過等により取付部材に生じたキズ等の確認が容易となるとともに、キズ等の程度に応じて取付部材の内面を磨いてから、その取付部材を再利用することも可能となる。

また、取付部材の交換が必要となった場合、その交換作業を効率的かつ短時間に行えることから、抵抗器の製造工程において抵抗器の抵抗体となる合金材の製造コストを下げることができ、製造装置そのもののメンテナンスも容易になる。さらには、ダイスの溶湯の通路を、上記の取付部材により形成された第１通路と、その第１通路に連通し、第１通路よりも通路面積の広い第２通路とで構成することにより、溶湯がダイス内を円滑に通過でき、溶湯による目詰まり等を排除できる。

１ 連続鋳造装置
２ 金属材料
３ 坩堝
３ａ 入口部
３ｂ 出口部
４ 取付部
４ａ，４ｂ 取付部用部材
５ 高周波誘導コイル
７ ダイス
９ ロール
１０ 合金材
３１ ダイス本体
３１ａ，３１ｂ ダイス基材
３５ 孔部
３７，３７ａ，３７ｂ 挿入部
３８ａ，３８ｂ 固定部
４１ ボルト
４３ ナット
４４ａ，４４ｂ 突出部
４４ｃ，４４ｄ 平坦部
４７ａ，４７ｂ 止部
５１ 第１通路
５２ 第２通路
５５ａ，５５ｂ 段部
５９ａ，５９ｂ 突出部分
６０，９０ 抵抗材
７２ 送り孔
７３ くし歯
７５，７７ 端部
８１，１０１ 抵抗器
９１，９３ 電極材
９５ａ，９５ｂ 接合部
１０３，１０５ 端子部分

Claims (7)

1. 抵抗器に用いられる抵抗合金材の製造方法であって、
   坩堝内で金属材料を溶解する工程と、
   前記溶解した金属材料の溶湯が前記坩堝に取り付けたダイスを通過する工程と、
   前記ダイスを通過して凝固させた合金材を得る工程と、
   を備え、
   前記ダイスは、前記溶湯が流れ込む開口部を有するダイス本体と、該開口部内に交換可能に設けられた取付部とを備え、前記溶湯は、前記取付部により形成された第１通路を通過した後、前記ダイス本体により形成され前記第１通路と連通した第２通路を通過することを特徴とする抵抗合金材の製造方法。
2. 前記第１通路は、前記取付部を構成する分離可能な２つの対向する取付部材によって形成され、前記第２通路は、前記ダイス本体を構成する分離可能な２つの対向するダイス基材によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の抵抗合金材の製造方法。
3. 前記第２通路は前記第１通路よりも通路面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の抵抗合金材の製造方法。
4. 前記取付部は、前記金属材料と反応性を有しない素材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗合金材の製造方法。
5. 前記取付部はセラミックスであることを特徴とする請求項４に記載の抵抗合金材の製造方法。
6. 前記合金材はＣｕ系、Ｍｎ系、Ｎｉ系、Ｓｎ系、Ｃｒ系の抵抗合金材、あるいはこれらを組み合わせてなる合金材であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗合金材の製造方法。
7. 抵抗器の製造方法であって、
   坩堝内で金属材料を溶解する工程と、
   前記溶解した金属材料の溶湯が前記坩堝に取り付けたダイスを通過する工程と、
   前記ダイスを通過して凝固させた合金材を得る工程と、
   前記合金材に所定の加工を施す工程と、
   前記加工後の合金材を抵抗体として抵抗器を製造する工程と、
   を備え、
   前記ダイスは、前記溶湯が流れ込む開口部を有するダイス本体と、該開口部内に交換可能に設けられた取付部とを備え、前記溶湯は、前記取付部により形成された第１通路を通過した後、前記ダイス本体により形成され前記第１通路と連通した第２通路を通過することを特徴とする抵抗器の製造方法。