DE1953039A1

DE1953039A1 - Durch einen Schleifer veraenderbarer Duennschichtwiderstand fuer Messinstrumente

Info

Publication number: DE1953039A1
Application number: DE19691953039
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Fujii; Yutaka Watano
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1970-05-14
Also published as: DE1953039B2; US3614704A; JPS4726210Y1; GB1292282A

Description

Durch einen Schleifer veränderbarer Dünnschichtwiderstand für Meßinstrumente

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch einen Schleifer veränderbaren Dünnfilmwiderstand für Meßinstrumente, insbesondere auf Abgriffselektroden, die aus Widerstandsmaterialien bestehen, welche in der Lage sind, niederohmige Schichten bei solchen Dünnfilmwiderständen zu bilden, sowie auf Schleif- . kontakte hierfür.

Der übliche Kontaktgabemechanismus zwischen den Abgriffselektroden und dem Schleifer eines veränderbaren Dünnschichtwiderstandes für Meßinstrumente ist in den Fig. 3 bis 7 dargestellt. In diesen Figuren bedeuten 8 einen Schleifer, 9 Abgriffselektroden und 10 eine Grundplatte. Die Abgriffselektroden 9 sind an der Grundplatte 10 durch Aufdampfen und dergl· fixiert, Der Schleifer macht mit den Abgriffselektroden Kontakt und schleift längs derselben längs einer nicht dargestellten Führung. Die Breite der Gleitfläche des Schleifers ist so, daß Kontakt mit zumindest zwei benachbarten Abgriffselektroden stets und anabhängig von der Schleiferstellung vorhanden ist. Mit der Zeit nutzen sich Schleifer und die Abgriffselektroden ab, sie erhalten etwa das in Fig. 4 dargestellte Aussehen. 009820/ 1332

Obgleich dort der Schleifer noch mit zwei Abgriffselektroden in der dargestellten Stellung Kontakt macht, ist dieses wegen der abgenutzten Schleifergleitfläche nicht mehr für alle Schleiferstellungen gegeben, wie dieses in Fig. 5 dargestellt ist. Ein weiteres Beispiel für eine sich ausbildende Abnutzungsform der Schleifergleitfläche ist in Fig. 6 dargestellt, wo wegen des aufgetretenen Höckers in der Gleitfläche in bestimmten Schleiferstellungen überhaupt kein Kontakt mehr mit den Abgriffselektroden besteht. Es treten daher unstabile Widerstandsänderungen schon nach vergleichsweise kurzer Betriebszeit auf. Dieses trifft insbesondere für diejenigen Fälle zu, in welchen der Schleifer so entworfen ist, daß er gleichzeitig jeweils mit drei oder mehr Agrlffselektroden in Kontakt steht (Fig. 7),wo sich dann die Abnutzungserscheinungen und Lückenbildungen (bei S in Fig. 7) in noch kürzerer Zeit bemerkbar machen.

Falls es sich um widerstandsbehaftete Elektroden handelt und ist der Schleifer nicht so ausgelegt, daß er mit zwei oder mehr, oder so viel wie möglich, d. h. mit drei oder mehr Elektroden gleichzeitig Kontakt macht, so tritt eine zeitweilige Erhöhung des Widerstandswertes auf, wenn sich der Schleifer in Richtung abnehmenden Widerstandswertes bewegt, wobei er seinen Kontakt mit der Elektrode auf der Seite des höheren Widerstandswertes macht oder unterbricht; und eine zeitweilige Abnahme des Widerstandswertes wird beobachtet,

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wenn der Schleifer in Richtung zunehmenden Widerstandswertes bewegt wird. In ähnlicher Weise ist, wenn die Elektrode selbst einen Widerstand besitzt, eine glatte Widerstandsänderung in der Nähe der Verbindungsstelle zweitr in Serie geschalteter Widerstandsschichten, wie z. B. den hohen Widerstandswert, kaum zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der üblichen Anordnungen zu vermeiden, also den oben geschilderten Abnutzungserscheinungen wirksam entgegenzutreten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe 1st im Schutzanspruch gekennzeichnet.

Es wird also eine Gruppe von Abgriffselektroden bei Dünnfilmschichtwiderständen für Meßinstrumente vorgesehen, welche, eine Mehrzahl miteinander in Serie geschalteter Widerstandsschichten aufweisen, wobei die Breite der Schichten vor und hinter den Verbindungsstellen unterseil idlich ist. Der Schleifer weist eine Vielzahl kleiner und parallel zueinander angeordneter Schleifkontakte auf. Die Abgriffselektroden sind innerhalb der Gleitbahn des Schleifers etwa parallel zueinander angeordnet. Die Richtung der Kontaktfolge, die durch die vorstehend erwähnten vielen kleinen Schleifkontakte gebildet ist, und die Richtung der parallel zueinander verlaufenden Elektroden sind so zueinander orientiert, daß die Kontakte, die näher beim niedrigen Widerstandswert

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liegen, in der senkrecht zur Schleiferbewegungsrichtung stehenden Richtung innerhalb der Gleitbahn des Schleifers weiter von den Widerstandsschichten entfernt liegen, und daß die Kontakte in der Nähe der hohen Widerstandswerte dichter bei den Widerstandsschichten liegen. Die Richtungen der Kontaktfolge und der Elektrodenfolge sind relativ zueinander geneigt, wozu entweder eine oder beide entsprechend abgeschrägt verlaufen. Durch diese Neigung kann einer der parallelen kleinen Kontakte des Schleifers immer auf zwei oder mehr benachbarte Elektroden aufruhen und zuverlässigen Kontakt hiermit bilden.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 a und 2b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schleiferausführung,

Fig. 3 bis 7 beispielhafte Schnittansichten üblicher, in Kontakt mit Elektroden stehender Schleifer,

Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Elektrodenlage und dea Widerstandswertes und

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. Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Schleiferposition und dem Widerstandswert·

In Fig. 1 bedeutet 1 eine die Kontakte 11 bis 17 umfassende Kontaktfolge, 4 und 2 Elektrodenabschnitte aus Schichten mit niedrigem Widerstand, wobei der Elektrodenabschnitt 2 eine Vielzahl Abgriffselektroden a bis ο aufweist; 3 und 3¹ sind Schichten hohen Widerstandswertes, wobei die Schicht 3 einen niedrigeren Flächenwiderstand als die Schicht 3¹ haben möge, und jede dieser Schichten mit den Elektroden kontaktiert ist. 5 ist eine Grundplatte, die die Elektroden und die Widerstandsschicht hält.

Die strichpunktierten Linien zeigen die Gleitbahnen der einzelnen Kontakte 11 bis 17. Im dargestellten Fall dreht sich der Schleifer um den Mittelpunkt der kreisförmigen Grundplatte 5. Der Schleifer ist aus Drahtfedermaterial aufgebaut, das in einem Halteteil 7 festgelegt ist (Fig. 2). Ein bogenförmiger Teil an der Spitze jeder Drahtfeder 6 bildet die Kontaktfolge 11 bis 17. Die Richtung der Atgriffselektrodenabschnitte a bis ο des Elektrodenabschnittes 2 ist innerhalb der Schleiferbahn 18 bis 19 gegen die Schleiferkontaktfolge

I geneigt, wie dieses in Fig. 1 dargestellt ist. Der Neigungswinkel ist so eingestellt, daß einer der Kontakte

II bis 17 immer auf drei oder mehr als drei Elektroden zur Kontaktgabe aufruht. Mit anderen Worten, bei dieser Ausführungsform dind die Kontakte so angeordnet, daß

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zwischen dem Kontakt 17, der dichter auf der Seite des höchsten Widerstandes der parallelen Schleiferkontakte gelegen ist, und dem Kontakt, der dichter auf der Seite des niedrigsten Widerstandswertes gelegen ist, drei oder vier Elektroden je nach Lage des Schleifers existieren, einschließlich derjenigen Elektrode, welche mit dem Kontakt 17 oder 11 in Berührung steht; und zwischen den erwähnten Kontakten 11 und 17 sind immer zumindest zwei Kontakte auf und zwischen irgend zwei benachbarten Elektroden und zumindest ein Kontakt ruht auf je einer Elektrode auf und macht mit dieser Kontakt.

Wird beispielsweise bei dieser Anordnung die Kontaktfolge 1 in die mit ν bezeichnete Stellung in Fig. 1 gedreht, so existieren vier Elektroden b, h, e, j zwischen den Kontakten 11 und 17, wobei die drei Kontakte 11, 12, und 13 zwischen den Elektroden g und h vorhanden sind, ferner vier Kontakte 13 bis 16 zwischen den Elektroden h und i und schließlich drei Kontakte 15, 16 und 17 zwischen den Elektroden i und j. Wie aus diesem Beispiel hervorgeht, machen bei einer beliebigen Schleiferstellung einige der Kontakte 11 bis 17 mit zumindest drei Sektroden Kontakt und es existieren zumindest zwei Kontakte auf benachbarten Elektroden und innerhalb des Zwischenraums zwischen diesen Elektroden. Bezüglich der Widerstandsänderung zwischen der Elektrode 4 und dem Schleifer gilt, wenn sich die Kontaktfolge in der durch ν in Fig. 1 bezeichneten

S- befindet, daß der Widerstandswert zeitweilig &Ό 9820/1332

abnimnt, wenn der Schleifer zu höheren Widerstandswerten hin bewegt wird, und zeitweilig zunimmt, wenn der Schleifer in Richtung abnehmenden Widerstandes bewegt wird, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Kontakt 17 auf der Seite des hohen Widerstandswertes den Kontakt Bit der Elektrode j herstellt oder unterbricht. Da jedoch der angezeigte Widerstandswert von jedem Kontakt abhängt und von den dichter bei der Elektrode 4 gelegenen Kontakten, z. B. den Kontakten 11 und 12, stärker abhängt, kann - selbst wenn die Elektrode 2 aus einer Materialschicht mit einem nicht volldbtkidig zu vernachlässigenden Widerstandswert aufgebaut ist - die Verschiebung im Widerstand in einer solchen Anordnung vernachlässigbar klein gemacht werden, wenn man die Anzahl der Kontakte und die Neigung zwischen der Kontaktfolge und der Elektrodenfolge entsprechend dem Widerstandswert der Elektrode und der Widerstandsschicht ausbildet. Bezüglich der anderen Kontakte 11 bis 16 tritt das vorstehend erwähnte Phänomen selbstverständlich nicht auf, und zwar auch dann nicht, wenn die Elektrode 2 einennicht zunachlässigenden Widerstand hat, weil, wenn ein Kontakt mit der nächsten Elektrode bei einer Schleiferverstellung in Richtung zunehmenden Widerstandswertes Kontakt macht, der vorausgehende Kontakt bereits hiermit Kontakt gemacht hat, und weil, wenn der Schleifer in Richtung abnehmenden Widerstandswertes bewegt wird und ein Kontakt eine Elektrode verläßt, der nachfolgende Kontakt mit der Elektrode Kontakt macht.

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Die speziellen Vorteile, die durch die vorstehenden Eigenschaften an der Verbindungsstelle der Widerstandsschichten erhalten werden, sei nachstehend erläutert. Der Grad der erhaltenen Widerstandsänderungen wird dabei an Hand der Fig. 8 und 9 erläutert. Hierbei zeifcfctFig. 8 den Widerstand dieses Beispiels. Die Ordinate gibt den Widerstand wieder und Abszisse die Elektrodenposition· Fig. 9 zeigt den Widerstand dieses Beispiels, der autfhder Ordinate aufgetragen ist, in Abhängigkeit von der Schleiferstellung. Wenn zwei Widerstansschichten 3 und 3', wie dargestellt, in Serie geschaltet sind, und ist die Skizze der Widerstandsschicht 3 schmal, und ist der Teil der Widerstandsschicht 3', der an diese Spitze angeschlossen ist, breit, so ergibt sich ein Widerstandsverlauf an jeder Elektrodenposition, wie dieser durch die ausgezogene Kurve in Fig. 8 dargestellt ist. Die Änderung im Widerstand ist in der Nihe der Elektroden h und i groß, wie dieses durch den Sprung 20 angedeutet ist. Dieses ist ein Phänomen, das auftritt, wenn die Elektrode einen nicht zu vernachlässigenden Widerstand besitzt. Der elektrische Strom fließt durch einen schmalen Weg zwischen g und h, also konzentriert, und durch einen breiten Weg zwischen i und j, und das vorstehend erwähnte Phänomen tritt in der Nähe der Mitte zwischen diesen beiden Wegen auf. Gegen diese Erscheinung ist die in Fig. 1 für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Kontaktanordnung vorteilhaft. Hier liegt

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er dichter auf der Seite des niedrigen Widerstandes gelegene Kontakt 11. weiter von den Widerstandsschichten entfernt, während der dichter auf der Seite des hohen Widerstandes gelegene Kontakt 17 den Widerstandsschichten näher gelegen ist, wobei die Kontakte zwischen den beiden Kontakten 11 und 17 entsprechende Zwischenstellungen einnehmen. Der Widerstand ändert sich längs einer etwa gleichförmigen Steigung, wie dieses durch die Stufe 21 und den gestrichelten Kurvenzug in Fig. 8 dargestellt ist. Makroskopisch wird die durch die Linie 22 in Fig. 9 angezeigte Widerstandsänderung reduziert auf die durch die gestrichelte Linie 23 dargestellte Kurve. Es ist selbstverständlich zulässig, jeden der Kontakte 11 bis 17 längs der Elektroden zu bewegen, solange einige der Kontakte mit zumindest drei Elektroden ihren Kontakt machen, und solange zumindest zwei Kontakte auf und zwischen zwei benachbarten Elektroden liegen.

Wird die Elektrodenform des dargestellten Ausführungsbeispiels durch Aufdampfen, Aufstäuben oder Ätzen hergestellt, so hat man selbstverständlich keine Kostenerhöhung zu verzeichnen, weil die Arbeitszeit von der Form unabhängig ist. Wie erläutert, ist es mit der Erfindung möglich, Abgriffselektroden zu erhalten, die Schichten niedrigen Widerstandes für durch Schleifer verstellbare Dünnschichtwiderstände zu Meßzwecken bilden, wobei eine Mehrzahl Widerstandsschichten in Serie geschaltet sind und vor und hinter den jeweiligen

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Verbindungsstellen unterschiedliche Breiten haben, und wobei der Schleifer die folgenden Eigenschaften hat: 1. erhöht er nicht den Widerstand zeitweilig, wenn er in Richtung abnehmenden Widerstandes verstellt wird, 2. erniedrigt er den Widerstand nicht zeitweilig, wenn er in Richtung zunehmenden Widerstandes verstellt wird, 3. ändert sich der Widerstand ideal stufenweise ohne abrupte Änderung an der Verbindungsstelle zweier Widerstandsschichten und 4. wird diese stufenweise Widerstandsänderung über einen langen Betriebszeitraum hinweg gleichförmig und stabil aufrecht erhalten. Die Herstellungskosten sind nicht höher, und die Herstellung selbst ist gleichermaßen leicht.

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Claims

Patentanspruch

Durch einen Schleifer veränderbarer Dünnschichtwiderstand für Meßinstrumente, mit- Abgrenzelektroden aus Widerstandsaaterialien, die in der Lage sind, niedrigen Widerstandswert zu erzeugen, und Schleifkontakten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Widerstandsschicht (3, 3'), die den Widerstand abgibt* aus einer Vielzahl in Serie geschalteter Widerstandsschichten besteht, wobei die Breite der Schichten vor und hinter den Verbindungsstellen unterschiedlich gemacht ist, daß der Schleifer (6) eine Vielzahl' kleiner und parallel zueinander angeordneter Kontakte (11 bis 17) zur Bildung einer Kontaktfolge (1) aufweist, und daß diö _ ichtung der Kontaktfolge (1) und die Richtung der in der Gleitbahn (18 - 19) des Schleifers etwa parallel zueinander verlaufenden Elektroden (a - o) zueinander so geneigt sind, daß der näher zum niedrigen Widerstandswert der Widerstandsschichten (3» 3¹) gelegene Kontakt (11) innerhalb der Gleitbahn (18 - 19) des Schleifers von der Widerstandsschicht weiter entfernt liegt, der näher zum hohen Widerstandswert gelegene Kontakt (17) innerhalb der Gleitbahn des Schleifers zur Widerstandsschicht näher liegt und einige der parallel angeordneten kleine Kontakte des Schleifers stets auf nicht weniger als zwei Elektroden, einschließlich zweier benachbarter Elektroden, aufruhen·

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