DE1804910A1

DE1804910A1 - Duennschicht-Funktions-Schiebewiderstand

Info

Publication number: DE1804910A1
Application number: DE19681804910
Authority: DE
Inventors: Tasuo Fujii; Yutaka Watano
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1967-10-24
Filing date: 1968-10-24
Publication date: 1969-09-11
Also published as: GB1250179A; US3564475A

Description

Case 69

Nippon Kogaku ICK.

7, 1-chome Nihonbashi-dohri, Chuo-ku

Tokyo / Japan Dunnschicht-Funktions-Schiebewiderstand

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dünnschicht-Funktions-Schiebewiderstand für Meßinstrumente.

Ein üblicher Dünnschicht-Schiebewiderstand für Meßinstrumente ist so aufgebaut, daß eine Widerstandsschicht auf einer isAierenden Unterlage durch Beschichten, Vakuumaufdampfen, Zerstäuben oder Ätzen od. dgl. aufgebracht ist, daß ferner ein Ende dieser Schicht an eine Elektrode angeschlossen ist und ein Schieber längs der Führungsbahn bewegt werden kann. Bei eines derartigen konventionellen Aufbau kann ein Funktionswiderstand dadurch gewonnen werden, daß die Stärke oder die Breite der Widerstandsschicht verändert wird, aber wenn die verlangte Widerstandsfunktion auf diese Weise nicht erreicht werden kann, wird eine andersartige Widerstandsschicht in Serienschaltung dazu angeschlossen. Dieser übliche Aufbau hat jedoch verschiedenartige Nachteile, die weiter unten erläutert werden sollen.

Die Erfindung soll nachstehend durch Vergleich der verschie-

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denen Ausführungsformen derartiger Widerstände, einerseits in konventioneller V/eise aufgebaut und andererseits erfindungsgemäß aufgebaut, erläutert werden, wozu die Zeichnungen dienen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen bekannten Funktionswiderstand;

Fig. 2 eine Drafsieht auf eine erfindungsgemässe Ausführungsform ;

Fig. 3 ein Schaubild der Widerstandswerte einer Ausführung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt im Grundriß oder in Draufsicht einen Widerstand üblicher Bauart mit dem dabei verwendeten Gleitstück oder Schieber» Die. Widerstandsschicht 3 ist auf der isolierenden Unterlage 1 durch Beschichten, Vakuumaufdampfen, Zerstäuben oder Atzen od. dgl. aufgebracht; ein Ende dieser Schicht ist mit einer Elektrode 2 verbunden, und ein Schieber 7 läuft längs einer Führung 8. Die geforderte Widerstandsfunktion kann durch Verändern von Stärke und Breite der Widerstandsschicht erzielt werden, und wenn der nötige Umfang der Widerstandsfunktion durch Ändern von Stärke und Breite einer einzigen Widerstandsschicht nicht erreicht werden kann, wird eine Möglichkeit vorgesehen, Widerstandsschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften in Serienschaltung aneinanderrsulegen.

Fig. 1 gibt eine Ausführungsform eines konventionellen Aufbaus dieser Art wieder, bei dem die Stärke jeder der Viiderstandsschichten 3, 4, 5 und 6 konstant gehalten wird, während ihre Breite in Richtung der Schieberbewegiing verändert ist; die verschiedenen Widerstandsschichten sind in Reihe an©inander-

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gelegt. Bei konstanter Stärke der Widerstandsschicht 3, einem angenommenen spezifischen Widerstand je Grundrißflächeneinheit von a₃ V^VqT] und einem Verlauf der Schichtbreite gemäß der Formel y * f(x) ist der Widerstand für die Lage des Schiebers in der Stellung x:

^R°

Darin ist R der Widerstand bei χ * O. Wird für die Widerstandsfunktion angenommen

R W

log ΐς * kx (2)

so ergibt sich aus (2) für k = constant

H · kR CS)

Aus (1) ergibt sich

*R!3 (4)

und aus (3) und (4) daher \

kR « ψ (5)

Mit anderen Worten, aus dem möglichen Widerstandswert für χ - P kann bestimmt werden, ob die Breite y an der Stelle P verringert werden kann. Hinsichtlich der Breite gibt es Beschränkungen für die Herstellung, und um den spezifischen Widerstand über diesen Bereich zu vergrössern ist es erforderlich, eine v/eitere V.'iderstandsschicht 4 in Serie anzuschliessen, die eine andere Stärke und einen grösseren Widerstandsviert je Flächeneinheit besitzt. Um eine gleitend veränderliche V.'iderstandsschicht mit grösserem Maß an Widers tandswert zu be-

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kommen, müssen Widerstandsschicliten 4, 5, 6 mit anderen Eigenschaften in Serienschaltung angefügt werden, wie in Fig. 1 dargestellt; dadurch wachsen unvermeidlich die Herstellungskosten und zwar proportional der Zahl der benötigten Wi der stands schichten. Wenn ein derartiger Aufbau benutzt werden muß, ändern sich andererseits die Kontaktverhältnisse in jeder Zone, weil die Widerstandsschichten, über die der Schieber gleitet, andere Eigenschaften haben, und der Übergangswiderstand zur Widerstandsschicht ist jeweils ein anderer, weswegen die Änderung des Widerstandswertes an der Grenze zweier Widerstandsschichten unstetig verläuft. Andererseits ist es unmöglich, eine Widerstandsschicht mit hohem Widerstandswert herzustellen, bei der bei gleiche* Schieberstellung bei stehendem und bei bewegtem Schieber der gleiche Widerstandswert erhalten wird, und daher wird bei einem veränderten Widerstand bei den erwähnten Widerstandsschichten die Meßwertanzeige unstabil, so daß eine Anzeige nicht einer bestimmten Schieberstellung entspricht. Ein derart aufgebauter Widerstand ist daher nicht zur Benutzung in einem Belichtungsmesser für photog'raphische Zwecke geeignet« Darüber hinaus wird der Abschnitt mit höherem Widerstandswert pro Flächenanheit entsprechend dünner, womit seine Haltbarkeit nachläßt, weil er durch Verschleiß beeinflußt wird, so daß insgesamt ein Schiebewiderstand von nur geringer Haltbarkeit entsteht.

Zweck der Erfindung ist es, einen Aufbau für einen beiregten Funktionswiderstand für Meßinstrumente zu finden, bei den die erwähnten Nachteile nicht auftreten, der wirtschaftlich herzustellen ist, der einen weiten Bereich von Widerstandswerten umfaßt und bei dem der Schieber gleichmässigen Kontakt mit den Widerstandsschichten im gesamten Widerstandsbereich findet, so daß eine stabile Meßwertanzeige gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, in wirtschaftlicher Weise einen sehr kleinen Dünnschicht-Funktions-Schiebewiderstand für Meßinstrumente herzustellen, der einige Arten Widerstands-

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sciiichten aufweist und dessen Widerstandswert sich in weiten Grenzen ändert, bei dem ausserdem die Kontaktverhältnisse zwischen Schieber und 'Widerstandsschichten über alle Zonen die gleichen sind und daher stabile Verhältnisse des Widerstandswertes angetroffen werden; erfindungsgemäß sind die Widerstandsschichten leicht herzustellen, und es lassen sich leicht Substanzen zum Erzeugen von Widerstandsschichten mit höher liegender Obergrenze des Widerstandswertes finden, so daß die V.'iderstandsschichten gemäß der Erfindung einen höchsten Widerstandswert aufweisen, der mit konventionellen Widerstandsschichten nicht zu erreichen ist.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist in dem besonderen Aufbau des Dünnschicht-Funktions-Schiebewiderstands zu sehen, bei dem Elektrodenanordnungen in der Bahn des Schiebers vorgesehen sind, wobei die gleiche Schicht benutzt wird wie bei der ϊ.'i de rs tands schicht, die näher der Elektrode an der Seite des niedrigen Widerstands liegt; jede Elektrodenanordnung steht mit einer Widerstandsschicht in Verbindung, die aus der gleichen Schicht besteht, oder aus einem Widerstand höheren spezifischen Widerstands oder aus einer Kombination beider, die ausserhalb der Gleitbahn des Schiebers liegt·

Die Erfindung wird nun an Hand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben.

In Fig. 2 stellt 1 die isolierende Unterlage dar; 2 ist eine Elektrode, 3 eine Widerstandsschicht etwa gleicher Stärke mit relativ niedrigem Widerstandswert je Flächeneinheit. Der Schieber 7 läuft in einer Balm von der (vertikalen) Breite g und hat eine Kontaktlänge h (Breite in horizontaler Richtung). Die horizontale Breite h ist so gewählt, daß sie grosser ist als eine Stufe zwischen dem Elektrodenmuster. S ist eine Gleitbahn des Scaiebers 7, 9 eine Widerstandsschicht mit hohem Widerstandswert je Flächeneinheit. Der Bereich, in dem Widerstandsschichten vorgesehen v/erden können, ist durch die Vertikal-

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breite w und die Länge 1 begrenzt. In Pdchtung von 1 hat die V.iderstandsschicht in Zone A die gleiche Form wie die Zone P in Fig. 1 (Beispiel für die konventionelle Bauweise). Mit anderen Worten: in dieser Zone ändert sich die Widerstandsfunktion gemäß der Änderung der Vertikalbreite. In Zone B erfolgt die Änderung der Vertikalbreite stufenweise, und der Elektrodenverlauf ist fortschreitend, so daß der Aufbau demjenigen entspricht» bei dem die Elektrodenanordnung aus der gleichen Widerstandsschicht besteht und mit der gleichen Widerstandsschicht innerhalb der Bahn verbunden ist. Diese Zone soll den Kontakt mit der V,^riderstandsschicht über die Breite g des Schiebers sichern. Ausserdem kann diese Zone einfach in die Zone C hinübergeleitet werden, wie es bei der Zone P (Fig. 1) der Fall ist. In der Zone C ist die Elektrodenanordnung, die aus der gleichen Widerstandsschicht wie die Widerstandsschicht der Zone A besteht, vorgesehen und hat die gleiche Breite (in vertikaler Richtung) wie die Bahnbreite des Schiebers, und benachbarte Elektrodenelemente sind durch einen Streifen untereinander verbunden, der aus der gleichen Widerstandsschicht besteht. Die Länge dieser Verbindungsbrücken nimmt mit wachsendem χ zu, aber die Dimension kann durch Veränderungen des Funktionswiderstands bestimmt werden. Die Breite des Streifens wird gemäß Fig. 2 konstant gehalten, jedoch wird vorzugsweise die Streifenbreite entsprechender Funktionsform verändert.

In Zone D ist die Widerstandsschicht 9, die einen höheren Widerstandswert je Flächeneinheit besitzt als ihn die Widerstandsschicht 3 hat, ausserhalb der Gleitbahn des Schiebers vorgesehen, wobei die vertikale Breite gemäß der Funktionsform verändert wird, und die Elektrodenanordnungen 11 aus einer mit der Widerstandsschicht 3 übereinstimmenden Widerstandsschicht überdecken einen Teil oder die volle Fläche. Wenn die liiderstandsschicht 9 ausreichend dauerhaft ist, bestehen auch dann keine Schwierigkeiten, wenn die V/iderstandsschicht innerhalb der Bahn auftritt. Jn Zone E sind die Elektrodenanordnungen 12 von bestimmter Länge etwas langer als die Breitenerstreckung der

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Schieberbaim und bestehen aus dem gleichen Material wie die Uiderstandsschicht 3 der Zone A; die benachbarten Anordnungselemente sind untereinander durch die WiderStandsschicht to verbunden, die die Eigenschaften der Widerstandsschicht 9 besitzt*

Diese Aus füll rungs form der Erfindung ist so aufgebeut, daß es bei der Herstellung möglich ist, die Widerstandsschichten 11 und 12 und die Widerstandsschichten der Zonen A, B und C und die Widerstandsschicht 3 in einem Arbeitsgang herzustellen, die Widerstandsschichten 9 und Io in einem zweiten Arbeitsgang* Im Vergleich zu dem Umfang der Änderung des Widerstandswertes in Zone P (Fig. 1) läßt sich der Umfang der Widerstandsänderung in den drei Zonen A, B und C wesentlich vergrössern, obgleich sie aus der gleichen Widerstandsschicht bestehen, und der Umfang des Widerstandswertes der fünf Zonen von A bis E kann stärker erhöht werden im Vergleich*zu dem Umfang der Änderung des Widerstandswertes der beiden Zonen P und Q nach Fig. 1, obwohl dort zwei Arten von Widerstandsschichten benutzt werden.

Nachstehend werden Zahlenbeispiele gegeben. Baudaten: w « 3 mm,

geringste Breite der Widerstandsschicht ■ 0,05 mm, g * 0,3 mm

h * 0,5 am

Breite der Elektrodenanordnung »0,05 am Abstand der Elektrodenelemente » 0,1 mm

0,05 nun .£ y / 3 mm,

R₀ » 12 Π

V/iders tandswert je Flächeneinheit der Widerstands schicht 3:

a₃ a 4,5 α/Q » Form der Funktion des veränderlichen Widerstands:

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in Fig. 1: log κ- « # , in Fig. 2: log Jr- * ϊΐ ^Λο ^{ö R}o ⁸

Unter diesen Voraussetzungen werden folgende Werte erreicht:

Nach Fig. 1

Widerstands- 12il- 72θίΙ 72θΛ- 4SkXl 43kCL - 2.6Μ&

bereich

Zunahme	60-fach	60-fach	60-fach	14-fach
Widerstands- wert je Flä- 4 cheneinheit	.S-ft/Q	72oil/0	16 kXVQ	22 kO/D
Widerstands- art	1	2	3	4

N.ach Fig. 2

Zone	A, B	4	C	D	9 kfl	E
	12XX,- 72p		Λ ⁷²⁰IL" ²⁰KiL ^2ί	>iL" ^720kXL ⁷²⁽	2
Zunahme	60-fach	28-fach	36-fach	5o-f»ch
Widerstands wert je Flä cheneinheit	.5 Π/α	/Q
Widerstands- art	1

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Aus den obengenannten Daten ergibt sich, daß bei den konventionellen Bauweisen beim Wechsel von 12ilüber 72οΛ bis zu 2o k£L zwei Arten von Widerstandsschichten benutzt werden müssen (Fig.l), während dasselbe bei der erfindungsgenassen Ausführung nit nur einer Art Widerstandsschicht erreichbar ist; bei der bekannten Bauweise sind für den Bereich zwischen 12XL Ober 43 kjfl. bis zu 72o kXi- drei Arten Widerstandsschichten erforderlich, bei der erfindungsgemässen Ausführung dagegen zwei. Schließlich wurden für den Bereich zwischen 12Λ über 2,6 ΜΛ bis zu 36 MiI bisher vier Arten Widerstandsschichten benötigt, erfindungsgemäß jedoch nur zwei. Ausierdera ist es bei der Herstellung der Widerstandsschichten mittels Vakuumbedampfung schwierig, einen dünnen A Film jenseits von 10 k il/Q herzustellen,weshalb bei den kon- ^ ventionellen Bauweisen höchstens ein Widerstand bis zu 1,6 MΛ erreicht werden, gemäß der Erfindung sind jedoch Widerstände bis zu 4o UJTL erzielbar.

In Fig. 3 ist der spezifische Widerstand der Beispiele wiedergegeben, bei denen numerische Werte für eine Anordnung nach Fig. 2 eingesetzt sind. In den Zonen B, C, D und £ sind in Stufen erfolgende Änderungen des Widerstandswertes gezeigt; jedoch kann die Höhe dieser Stufen bei dem Erfindungsgegenstand sehr klein gewählt werden, so daß Schwierigkeiten bei der praktischen Anwendung nicht auftreten. Fig. 2 zeigt, daß erfindungsgemäß die Widerstandsschicht, die den Kontakt mit den Schieber m herstellt, die gleiche ist wie die Widerstandsschicht 3, die gleichzeitig und unter den gleichen Bedingungen hergestellt ist, weshalb die Eigenschaften, wie sie die Widerstandsschicht 3 hat, in allen Zonen beibehalten werden kann; Die Stärke kann relativ hoch gewählt werden, so daß Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit gegenüber dem Angriff durch den Schieber 7 hervorragend sind und nur geringe Wahrscheinlichkeit besteht, daß der Übergangswiderstand und der spezifische "Widerstand sich mit zunehmender Zahl von Betätigungsbewegungen ändert. Wenn darüber hinaus noch das am besten hinsichtlich unverändertem Kontaktwi-derstand bei Bewegung und Stand des Schieber? geeignete Material ausgesucht wird, laßt sich Gleichförmigkeit in allen Zonen über lange Zeit-

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spannen herbeiführen. Andererseits bestehen auch keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Widerstandsschicht 9, selbst wenn dieses Material geringere Haltbarkeit und verschiedenen Widerstandswert während der Bewegung und beim Stillstand des Schiebers hat; daher können die Einschränkungen für die Auswahl des Widerstandswertes je Flächeneinheit erheblich verringert werden. "lienn die Widerstandsschicht 9 hervorragende Haltbarkeit aufweist, liegt der Widerstandswert, selbst wenn die Widerstandsschicht in der Bahnspur des Schiebers auftritt, zwischen zwei Widerstandswerten, die zwei benachbarten Elementen der Elektrodenanordnung entsprechen, zwischen denen die Seite des Schiebers, die der Elektrode 2 näher liegt, angeordnet ist, die die Änderung der Kontaktbedingungen begleitende !Instabilität kann innerhalb einer Stufe des Widerstandswertes liegen. Sie kann also in diesem Fall innerhalb der Schieberbahnspur sein·

Bei der Widerstandsschicht Io gibt es kein Problem,, wenn der Schieber und die Widerstandsschicht Io nicht in direktem Kontakt stehen, und wenn die Widerstandsschicht Io von der aus Widerstandsschicht 3 bestehenden Elektrodenanordnung besteht, gibt es keine Schwierigkeiten, wenn ein Teil «tar Widerstands schicht Io innerhalb der Bahn des Schiebers liegt· Wie erwähnt, IUt sich eine Gruppe Widerstandsschichten 3 und eine Grupp· Widerstandsschichten 9 in jeweils einem Arbeitsgang herstellen, und daher ist es am einfachsten, die Stärke im dem Jeiteiligen Gruppen gleichmässig zu halten, aber es ist «ic!» möglich^ die Stärk© dtr Widerstandsschicht in jedem beliebigen Gebiet innerhalb ein und derselben Widerstandsschicht zu Indern, laden bei Vakuum« aufdampfung oder Zerstäubung eine Maske verschoben wird; es braucht nicht besonders erwähnt zu werden, daß aim Stärk® dtr Widerstandsschichten in den Gruppen von Widerstandsschichten die gleiche sein kann, oder daß sich dis Stärk® ¥on Gruppe in Gruppe unterscheidet. Der Schieber durchläuft in den geseichneten Ausführungsformen eine geradlinige Bahn, »ad die Wider» Standsschichten liegen längs dieser Bahn, aber die gleichen v'ittel lassen sich bei Widerständen mit nichtgeraden odtr bo- ;je:;£öiraigeii Bahnen anwenden. - >

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Bei Bauweisen, bei denen eine oder zwei der Zonen C, D und E aus Fig. 2 weggelassen sind, sind die KontaKtverhältnisse gleichmässig und daher ist auch öas als Anwendung der Erfindung anzusehen. Und in der letzten Hälfte der Zone D der Ausführungsform nach Fig. 2 überdeckt die Elektrodenanordnung 11 nicht die volle Widers tands s cixicht 9, und hier wird, die Möglichkeit zur Einstellung des Funktionswiderstands durch Hinstellen des Überdeclcungsuiasses gezeigt.

Patentansprüche;

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Claims

P at en t ans ρ rüche

Dünns cIiiclit-Funkt ions -Schiebewiderstand für Meßinstrumente, gekennzeichnet durch eine Widerstandsschicht (3) nahe einer Elektrode (2) an der Seite eines niedrigeren Widerstands, durch eine Elektrodenanordnung (11) auf einer Bahn (8) eines Schiebers (7), die eine mit der Widerstandsschicht (3) übereinstimmende Widerstandsschicht benutzt, und durch eine weitere Widerstandsschicht, die an jedes Element der Elektrodenanordnung (11) ausserhalb der Bahn (8) des Schiebers (7) anschließt.
2. Dünnschicht-Funktions-Schiebewiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Widerstandsschicht aus der gleichen Schicht besteht wie die erstgenannt· Widerstands schicht (3). f-

M
3. Dünnschicht-Funktions-Schiebewiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Widerstandsschicht (9; lo) einen höheren Widerstandswert besitzt als die erstgenannte Widerstandsschicht (3).

Dünnschicht-Funktions-Schiebewiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Widerstand kombiniert ist aus einem Widerstandaert, der gleich dem der erstgenannten Widerstandsschicht (3) ist, und einem darüber liegenden Widerstandswert.

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