CN113454737B

CN113454737B - 可变电阻器

Info

Publication number: CN113454737B
Application number: CN202080014874.6A
Authority: CN
Inventors: 猪股智; 渡辺靖; 细越顺一; 小松寿; 石井裕伸
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2040-03-06
Also published as: US11631512B2; TWI731558B; WO2020195698A1; US20210366633A1; CN113454737A; JP7170122B2; JPWO2020195698A1; TW202043428A

Abstract

本发明的可变电阻器(50)具备基板(1)、配置于基板(1)的电阻体(5)、涂覆于电阻体(5)的表面(5S)的油(11)、以及在涂覆了油(11)的电阻体(5)的表面(5S)滑动的滑动部件(9)，可变电阻器(50)的输出随着滑动部件(9)与电阻体(5)接触的位置的变化而变化，在可变电阻器(50)中，具备在从基板(1)的配置有电阻体(5)一侧的俯视时包围电阻体(5)的至少一部分且表面自由能比电阻体(5)小的拒油部(15)，因此能够不将电阻体表面形成为凹凸形状地在电阻体表面稳定地保持油。

Description

可变电阻器

技术领域

本发明涉及由于滑动部件在电阻体的表面移动而电阻值变化的、例如可用作位置检测装置等的可变电阻器。

背景技术

可变电阻器具备设有电阻体的基板、以及保持与电阻体的表面接触的状态地在电阻体上移动(滑动)的滑动部件。滑动部件在包含导电体的电阻体上滑动从而相对的位置发生变化，由此连接于两者的电路的电阻值变动。因此，可变电阻器例如能够基于与电阻值对应地变化的电压，来检测与滑动部件连动的外部移动体的位置。

在可变电阻器中，为了提高由减小滑动噪声(micro-linearity：微线性)带来的可靠性、以及滑动体在电阻体表面擦动时的耐磨损性，因此有时在电阻体表面涂覆油等润滑剂。在该情况下，为了维持润滑作用而需要在电阻体表面保持油。例如在专利文献1中记载有电阻体(膜)表面的至少一部分呈凹凸形状而形成的位置传感器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-317971号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，专利文献1所记载的位置传感器，由于电阻体表面的一部分形成为凹凸形状从而产生微小的范围内的电阻值的变化，因此存在微线性变差这一问题。此外，在电阻体表面形成规定的凹凸形状也存在导致生产性降低这一问题。

本发明的目的在于提供不将电阻体表面形成为凹凸形状而能够在其表面稳定地保持油的可变电阻器。

用于解决技术问题的手段

本发明的可变电阻器的特征在于具备基板、配置于所述基板的电阻体、涂覆于所述电阻体的表面的油、以及在涂覆了所述油的所述电阻体的表面滑动的滑动部件，所述可变电阻器的输出随着所述滑动部件与所述电阻体接触的位置的变化而变化，在所述可变电阻器中具备与所述电阻体相比表面自由能较小的拒油部，在从所述基板的配置有所述电阻体的一侧俯视时，所述拒油部包围所述电阻体的至少一部分。

通过用表面自由能比电阻体小的拒油部进行包围，能够在电阻体的表面保持油的膜。

只要所述油的重均分子量为2000以上，20℃下的动力粘度为40[mm²/s]以上即可。通过使用具备该性质的油，能够抑制电阻体的总电阻值发生变化。

所述拒油部的所述表面自由能优选的是50[mJ/m²]以下。所述拒油部优选的是使用以环氧树脂为基础树脂的树脂糊剂而形成。通过上述构成，拒油部的拒油性增高，因此能够在电阻体表面稳定地保持动力粘度较低的油膜。

所述拒油部优选的是在俯视时，沿着所述电阻体的周缘，包围所述电阻体的周围地配置。优选的是从所述基板的表面至所述拒油部的表面的高度，大于从所述基板的表面至所述电阻体的表面的高度。所述拒油部优选的是具有配置于所述电阻体的表面上的重叠部。通过上述构成，能够防止油的膜从电阻体与拒油部之间扩散，能够在电阻体表面稳定地保持油的膜。

发明效果

本发明的可变电阻装置通过在电阻体的周围配置油的润湿性较小的拒油部，从而防止电阻体表面的油流向电阻体的表面以外的部分。因此，能够不在电阻体表面形成凹凸形状地在电阻体表面稳定地保持油。

附图说明

图1的(a)是示意地表示作为本发明的实施方式的可变电阻器的主要部分的俯视图，图1的(b)是图1的(a)的A-A箭头方向截面图。

图2是表示作为本发明的实施方式的可变电阻器的分解立体图。

图3的(a)是示意地表示作为本发明的实施方式的可变电阻器的主要部分的变形例的俯视图，图3的(b)是图3的(a)的A-A箭头方向截面图。

图4的(a)是示意地表示作为本发明的实施方式的可变电阻器的主要部分的其他变形例的俯视图，图4的(b)是图4的(a)的A-A箭头方向截面图。

图5是表示实施例1以及比较例1～3的测定结果的图表。

图6是表示由基于TG-DTA的油的热量带来的重量损失的图表。

图7是表示实施例1以及比较例4～5的测定结果的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在各图中，对于相同的部件标注相同的编号，并适当省略说明。

图1的(a)是示意地表示作为本发明的实施方式的可变电阻器的主要部分的俯视图，图1的(b)是图1的(a)的A-A箭头方向截面图。图2是表示可变电阻器的分解立体图。

可变电阻器50由基板1、旋钮部件8、滑动部件9以及轴部件10形成。基板1具有圆形状的第一基部1a、以及从第一基部1a呈矩形状突出的第二基部1b，并且在第一基部1a的中央设有中心孔1c。

基板1在其表面形成有电阻体5，主要由酚醛层叠基板、含玻璃的环氧基板、成型树脂基板、陶瓷基板等绝缘性的成型体构成。

由包含银等的导电材料构成的集电部4绕中心孔1c而呈环状设于第一基部1a的表面。端子2连接于集电部4的下表面(Z1-Z2轴靠Z2一侧的面)，集电部4与端子2被设定为相同电位。

在集电部4的外周设有由将圆环的一部分切断而成的圆弧形状构成的电阻体5。电阻体5的端部5a、5b分别经由电极6A、6B而与端子3a、3b电连接，端子3a、3b与电阻体5的端部5a、5b分别被设定为相同电位。

通常，电阻体5使用下述电阻体糊剂而形成，该电阻体糊剂通过将碳黑等导电体分散到溶解在适当的溶剂中的粘合剂树脂中，并且根据需要进一步添加溶剂而成。通过公知的丝网印刷等，使用电阻体糊剂形成规定形状的图案，来形成电阻体5。在电阻体5的形成中，也可以根据需要进行干燥来将溶剂去除并烧制。

作为电阻体糊剂的粘合剂树脂，为了赋予耐热性等可使用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。此外，对于电阻体糊剂，为了赋予耐磨损性等，优选的是配合有碳纤维、氧化硅等填料。此外，除了上述材料之外，也能够向形成电阻体5的电阻体糊剂中添加消泡剂等添加剂。

如图1的(a)、图1的(b)、图2所示，电阻体5在形成为圆弧形状(马蹄形状)的情况下，滑动部件9相对于基板1能够旋转地安装，以使滑动部件9沿着电阻体5滑动。由此，可获得旋转型的可变电阻器50。但是，电阻体5的图案不限于圆弧形状。例如在形成为细长形状的情况下，滑动部件9相对于基板1能够滑动地安装，以使滑动部件9沿着电阻体5滑动，由此可获得滑动型的可变电阻器50。

通常，在设置电阻体5之前，通过在基板1上将银等导电糊剂丝网印刷等，从而设置1对电极6A、6B。以将该1对电极6A、6B连接的方式设置圆弧形状等的电阻体5的图案，从而构成为在电阻体5的两端部5a、5b设置有电极6A、6B。优选的是，电阻体5以从上方覆盖电极6A、6B的方式设置。

如图1的(a)以及图1的(b)所示，在集电部4以及电阻体5的表面涂覆油11。油11作为提高集电部4以及电阻体5的表面的耐磨损性的润滑剂而发挥功能，例如能够使用氟系油。作为氟系油，可列举出全氟烷基聚醚、全氟聚醚等，能够使用直链型、侧链型中的任一个。

根据需要能够向油11中混合其他油、或添加剂，但在构成氟系油的材料中，例如优选的是80重量％以上为氟系油，更优选的是100重量％。

从油11作为润滑剂发挥功能，且防止可变电阻器50的性能恶化的观点出发，在电阻体5之上形成为层状的油11的膜厚(图1的(b)的Z1-Z2轴向的厚度)优选的是0.07μm以上，更优选的是0.2μm以上，进一步优选的是0.8μm以上。从维持电阻体5与滑动部件9的稳定的接触的观点出发，优选的是3μm以下。

油11的重均分子量(日语：重量平均分子量)优选的是2000～18000，更优选的是4500～18000。20℃下的动力粘度优选的是40～500[mm²/s](cSt)，更优选的是150～500[mm²/s]。

不限定用作润滑剂的油11的种类。作为能够用作油11的市售品，可列举出苏威(Solvay Specialty Polymers)制造的Fomblin系列、大金工业株式会社制造的Demnum系列、科慕化学制造的Krytox系列、莫莱斯柯(MORESCO)制造的MORESCO PHOSFAROL等。

如图1的(a)以及图1的(b)所示，拒油部15在从基板1的配置有电阻体5一侧(图1的(b)的Z1-Z2轴的Z1侧)俯视时，以包围电阻体5的至少一部分的方式设置。由于拒油部15与电阻体5相比表面自由能(表面张力)较小，因此不易被油11润湿(以下，适当称作“润湿性小”)。包围电阻体5的拒油部15排斥油11，从而能够抑制电阻体5的表面中的油11的流动，将油11保持在电阻体5的表面。因此，即使在油11为低分子量并且低动力粘度的情况下，也能够在电阻体5表面保持油11并维持为规定的膜厚。因此，例如能够使用重均分子量为2000～5500、20℃下的动力粘度为40～70[mm²/s](cSt)左右的低分子量且低动力粘度的油11。

从在电阻体5的表面保持油11的观点出发，使拒油部15的润湿性比电阻体5小。拒油部15的表面自由能优选的是50[mJ/m²]以下，更优选的是40[mJ/m²]以下。表面自由能是，基于北崎畑理论，测定表面自由能为已知的值的三种液体(水、溴萘、乙二醇)的接触角，并根据其值计算出的值。

通常，拒油部15使用下述树脂糊剂而形成，该树脂糊剂根据需要，向溶解于适当的溶剂中的树脂中添加颜料、消泡剂等添加剂而成。使用公知的丝网印刷等在电阻体5的表面形成规定形状的树脂糊剂的图案，从而形成拒油部15。在拒油部15的形成中，也可以根据需要，进行干燥来去除溶剂以及进行烧制。将拒油部15的形成所使用的树脂糊剂中含有最多的树脂适当称作“基础树脂”。

作为树脂糊剂所含的树脂的具体例，可列举环氧树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺等热固性树脂，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等热塑性树脂，以及光固性树脂。从形成表面自由能较低的拒油部15的观点出发，优选的是-OH的含量较低的树脂，更优选的是不含有-OH的树脂。此外，从针对油11的耐性的观点出发，优选的是热固性树脂。

拒油部15在俯视(从图1的(b)的Z1侧观察图1的(a)中的基板1的XY平面的情况)时，沿着电阻体5的周缘5E，包围电阻体5的周围地配置。通过该拒油部15，能够保持电阻体5的图案的表面整体被油11的层覆盖的状态。

如图1的(b)所示，拒油部15连续地设于电阻体5的周缘5E。这里“连续地设于周缘5E”是指电阻体5的图案的周缘5E与拒油部15相接，在两者之间未形成有油11流动的间隙。通过该构成，能够防止油11从周缘5E与拒油部15之间的间隙流出，能够维持油11的膜以规定的膜厚形成于电阻体5的表面的状态。

从基板1的表面1S至拒油部15的表面15S的高度(拒油部15的Z1-Z2轴向的膜厚)h1，比从基板1的表面1S至电阻体5的表面5S的高度(电阻体5的Z1-Z2轴向的膜厚)h2大。因此，除了基于与电阻体5的表面自由能的差异的作用之外，拒油部15还通过基于从基板1的表面1S起的高度的差异的作用，能够将油11稳定地保持在电阻体5的表面。

例如，在电阻体5的膜厚为10～15μm左右的情况下，拒油部15的Z1-Z2轴向的膜厚优选的是20～50μm左右。上述的高度h1与高度h2之差，即从电阻体5的表面5S至拒油部15的表面15S的高度X优选的是10～40μm，更优选的是15～35μm，进一步优选的是20～30μm。

拒油部15具有配置于电阻体5的表面上的重叠部15L。重叠部15L在从图1的(b)的Z1-Z2轴的Z1侧俯视基板1的情况下，是指与电阻体5重叠的、设于电阻体5表面的部分。通过在电阻体5表面设置重叠部15L，即使在丝网印刷时产生些许位置偏移，拒油部15与电阻体5也无间隙地连续地被形成。因此，能够防止电阻体5表面的油11从拒油部15与电阻体5之间流出到电阻体5表面以外的部分。

如图2所示，旋钮部件8由绝缘材料形成为圆盘状，在其中央设有孔8a。此外，在旋钮部件8的外缘形成有凹凸部8b。在向旋钮部件8赋予旋转时，凹凸部8b防止赋予旋转的部件与外缘之间的滑动。

在旋钮部件8的下部固定有由磷青铜等金属制板簧形成的滑动部件9。而且，滑动部件9具有一边轻轻按压集电部4的表面一边滑动的滑动件9a、以及一边轻轻按压电阻体5的表面一边滑动的滑动件9b。另外，滑动件9a以及滑动件9b中的与集电部4以及电阻体5相接的部分为滑动接点。

作为滑动部件9，可以使用即使在长期的滑动中也能够保持与电阻体5良好的接触的贵金属材料。具体而言，能够使用对锌白铜(铜锌镍合金)的表面实施了镀金或镀银后得到的材料、钯、银、铂或者镍等的合金。特别是，在高温下担心表面氧化的情况下，希望使用贵金属合金以维持稳定的接触状态。

轴部件10被插通于旋钮部件8的孔8a与基板1的中心孔1c，轴部件10的前端被保持在基板1的背面侧，以使轴部件10不从基板1的中心孔1c拔出。旋钮部件8与基板1对置、且能够与滑动部件9一体旋转。

若对旋钮部件8赋予旋转，则滑动部件9的滑动件9a、9b分别在集电部4与电阻体5的表面滑动，因此使端子2与端子3a、3b之间的电阻值可变。由于通过电阻值能够检测与旋钮部件8的旋转连动的外部移动体的位置，因此能够将可变电阻器50用作位置检测装置。另外，也可以对端子3a与端子3b之间施加恒定电压，将滑动件9b接触的位置处的电位作为输出，根据输出电压的变化来进行位置检测。

图3的(a)是示意地表示作为本发明的实施方式的可变电阻器的主要部分的变形例的俯视图，图3的(b)是图3的(a)的A-A箭头方向截面图。如图3的(a)以及图3的(b)所示，拒油部15能够构成为，仅由配置于电阻体5的表面上的重叠部15L构成。

图4的(a)是示意地表示作为本发明的实施方式的可变电阻器的主要部分的其他变形例的俯视图，图4的(b)是图4的(a)的A-A箭头方向截面图。如图4的(a)以及图4的(b)所示，拒油部15也能够构成为，不具备配置于电阻体5的表面上的重叠部15L。在该情况下，构成为，从基板表面至拒油部15的表面的高度h2，大于从基板表面至电阻体表面的高度h1与油11的膜厚的合计(h2＞h1+油膜厚)。

【实施例】

以下，通过实施例等进一步具体地说明本发明，但本发明的范围不限于这些实施例等。

(实施例1)

向具备拒油部的电阻体涂覆初始的油膜厚为1.2μm的量的油，并测定了高温放置试验后(86小时后)的电阻体表面的油膜厚。

使用树脂糊剂(导电体为碳黑/石墨，粘合剂树脂为酚醛树脂)在基板上形成了电阻体。从基板表面至电阻体表面的高度h2(参照图1的(b))设为12μm～13μm。电阻体的表面自由能为54.6[mJ/m²]。

拒油部使用含有约60重量％的浓度的环氧树脂作为基础树脂的树脂糊剂而形成。将从基板表面至拒油部表面的高度h1设为36μm～38μm，将h1与电阻体的高度h2之差X设为23μm～26μm(参照图1的(a)、图1的(b))，以包围电阻体的周围的方式形成拒油部。拒油部的表面自由能为39.9[mJ/m²]。

＜比较例1～3＞

除了不具备拒油部这点之外，形成了与实施例1相同的电阻体。以膜厚为0.7μm、1.2μm、1.6μm(比较例1、2、3)的量，向电阻体表面涂覆与实施例1相同的油，测定了高温放置试验后(86小时后)的电阻体表面的油的膜厚。

＜试验方法＞

作为假设了长期储存的高温条件下的放置试验，在128℃条件下放置86小时后，测定了存在于电阻体的表面的油的膜厚。一并，目视确认了试验后的电阻体表面的状态。高温条件下放置时的可变电阻器的姿态设为，基板1的XY平面(参照图1的(a))为铅垂方向。

实施例1以及比较例1～3的测定结果如表1以及图5所示。

实施例1的可变电阻器的电阻体即使在高温放置试验后，涂覆了油的电阻体的表面的颜色也较浓，并维持了润湿的状态。此外，电阻体的表面中的油的膜厚维持了足够的膜厚以起到润滑功能。根据该结果可知，通过以包围电阻体的图案的周围的方式设置拒油部，即使在高温条件下也能够长时间地维持形成于电阻体的表面的油的膜厚。与此相对，比较例1～3的可变电阻器的电阻体的涂覆了油的电阻体的表面的颜色均浅，均未能维持湿润的状态。此外，电阻体的表面中的油的膜厚不是足以起到润滑功能的充足的膜厚。

根据图6所示的120℃以及150℃条件下的重量损失的曲线可认为，通过128℃条件下、86小时的高温放置试验，蒸发的油为10～20％左右。与此相对，在比较例1～3中，在高温放置试验后，电阻体表面的油失去了90％以上。根据上述内容，电阻体表面的油消失的原因可以考虑并非是因为油的蒸发，而是油的流动性变大而移动到与电阻体的表面不同的其他位置。

实施例1的可变电阻器可以说由于包围电阻体的拒油部抑制油的流动，因此能够在电阻体表面维持油的膜。

＜比较例4＞

除了将为了形成拒油部而使用的树脂糊剂如下述那样变更以外，与实施例1相同地实施了高温条件下的放置试验。

取代实施例1的树脂糊剂而使用了含有约50重量％的浓度的二甲苯树脂作为基础树脂的树脂糊剂。拒油部的表面自由能为136.9[mJ/m²]。

＜比较例5＞

取代实施例1的树脂糊剂而使用了含有约40重量％的浓度的酚醛树脂作为基础树脂的树脂糊剂。拒油部的表面自由能为159.8[mJ/m²]。

实施例1以及比较例4～5的测定结果如表2以及图7所示。

【表2】

在使用以酚醛或者二甲苯为基础树脂的树脂糊剂形成拒油部的情况下，在高温放置试验后，未能在电阻体的表面充分地维持油的膜厚。考虑到比较例4以及比较例5的拒油部与电阻体相比表面自由能较大，与油的润湿性良好，因此未能抑制电阻体表面的油向电阻体表面以外的部分流动。

与此相对，使用以环氧为基础树脂的树脂糊剂形成的实施例1的拒油部，与电阻体相比表面自由能较小。因此，可以说由于与油的润湿较差的拒油部对油的排斥作用，抑制了电阻体表面的油向其他部分流动。

根据这些结果，可以说为了使以包围电阻体的方式设置的拒油部作为防止电阻体表面的油向其他部分流动的壁障发挥作用，需要与电阻体相比使表面自由能较小，且与油的润湿较差。因此，作为形成拒油部的树脂糊剂的基础树脂，优选的是使用具备排斥油的性质的树脂。

工业上的可利用性

本发明为高温条件下的可靠性高的可变电阻器，例如能够用作位置检测装置等。

附图标记说明

1：基板

1S：表面

1a：第一基部

1b：第二基部

1c：中心孔

2、3a、3b：端子

4：集电部

5：电阻体

5E：周缘

5S：表面

5a、5b：端部

6A、6B：电极

8：旋钮部件

8a：孔

8b：凹凸部

9：滑动部件

9a、9b：滑动件

10：轴部件

11：油

15：拒油部

15L：重叠部

15S：表面

50：可变电阻器

X、h1、h2：高度。

Claims

1.一种可变电阻器，具备基板、配置于所述基板的电阻体、涂覆于所述电阻体的表面的油、以及在涂覆了所述油的所述电阻体的表面滑动的滑动部件，随着所述滑动部件与所述电阻体接触的位置的变化，所述可变电阻器的输出变化，

其特征在于，

具备拒油部，与所述电阻体相比，所述拒油部的表面自由能小，并且在从所述基板的配置有所述电阻体一侧俯视时，所述拒油部包围所述电阻体的至少一部分，

俯视时，所述拒油部以沿着所述电阻体的周缘包围所述电阻体的周围的方式配置。

2.如权利要求1所述的可变电阻器，

所述油的重均分子量为2000以上，20℃下的动力粘度为40[mm²/s]以上。

3.如权利要求1所述的可变电阻器，

所述拒油部的所述表面自由能为50[mJ/m²]以下。

4.如权利要求1所述的可变电阻器，

所述拒油部使用以环氧树脂为基础树脂的树脂糊剂形成。

5.如权利要求1所述的可变电阻器，

从所述基板的表面至所述拒油部的表面的高度，大于从所述基板的表面至所述电阻体的表面的高度。

6.如权利要求1所述的可变电阻器，

所述拒油部具有配置于所述电阻体的表面上的重叠部。