DE60116233T2

DE60116233T2 - Präzisionswiderstandselement und dieses enthaltender variabler Widerstand

Info

Publication number: DE60116233T2
Application number: DE60116233T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Ota-ku Taguchi; Hisashi Ota-ku Komatsu; Takayuki Ota-ku Fujita; Michita Ota-ku Suzuki
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: DE60116233D1; JP2002141210A; KR100418449B1; US6507271B2; KR20020033578A; EP1202294A2; EP1202294A3; EP1202294B1; US20020075130A1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Widerstandskörper, der hervorragend hinsichtlich der Mikrolinearitäts-Kennlinie ist, und einen veränderbaren Hochpräzisions-Widerstand, der selbigen aufweist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Widerstand vom konventionellen Typ, der für veränderbare Widerstände verschiedener Sensoren verwendet wurde, hat mindestens zwei Schichten aus einer unteren Schicht und einer oberen Schicht, und die Oberfläche der oberen Schicht wirkt als eine Fläche, auf der ein Gleiter gleitet. Die obere Schicht bzw. die untere Schicht enthält leitfähige Teilchen wie Ruß in Bindemittelharz, und die obere Schicht hat einen größeren spezifischen Widerstand als die untere Schicht. Ein derartiger Widerstand ist unter der Prämisse konstruiert, dass die obere Schicht von dem Gleiter schabend gerieben wird, und man dachte, dass das Schaben des Widerstands während der Lebensdauer des Produkts keinen Einfluss auf die elektrische Kennlinie des Widerstands hat.
US 5 475 359 A offenbart einen veränderbaren Widerstand mit einem Widerstandskörper mit einer ersten und einer zweiten Widerstandsschicht, die Ruß in einem Harz enthalten.
Ein Widerstand, der für einen Hochpräzisions-Sensor verwendet wird, muss eine hervorragende Mikrolinearitäts-Kennlinie haben. Eine in 4 gezeigte grafische Darstellung zeigt die Feststellung eines Einflusses, den die Menge an Ruß (carbon black, CB) bzw. die Menge an Kohlefaser (carbon fiber, CF), die in der oberen Schicht (der Schicht in Berührung mit dem Gleiter) enthalten sind, und die durchschnittliche Teilchengröße der Kohlefaser (CF) auf die Mikrolinearitäts-Kennlinie haben, in einem Qualitätsexperiment.
Die grafische Darstellung zeigt, dass der Faktor, dessen Veränderung des Signal/Rausch-Verhältnisses größer ist, einen größeren Einfluss auf die Mikrolinearität hat. Aus der in 4 gezeigten grafischen Darstellung ist bekannt, dass der Faktor, der den größten Einfluss auf die Mikrolinearität hat, die in der oberen Schicht enthaltene Menge an Ruß ist.
5 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand der oberen Schicht, die die Fläche ist, auf der der Gleiter gleitet, und der Mikrolinearitäts-Kennlinie zeigt, wenn der mittlere Teilchengrößenbereich der in der oberen Schicht enthaltenen Kohlefaser 1,4 μm oder 8,7 μm ist. Wie später beschrieben wird, ist die Mikrolinearitäts-Kennlinie umso besser, je kleiner die Abweichung ist. Aus der in 3 gezeigten grafischen Darstellung ist bekannt, dass in beiden Fällen der mittleren Teilchengröße der enthaltenen Kohlefaser die Mikrolinearitäts-Kennlinie umso mehr verbessert wird, je kleiner der spezifische Widerstand der oberen Schicht ist.
Wie in dem Widerstand vom konventionellen Typ wird der spezifische Widerstand der oberen Schicht, die die Fläche ist, auf der der Gleiter gleitet, wenn der Widerstand vom konventionellen Typ aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist, auf einen höheren Wert als den der unteren Schicht eingestellt, wobei es bei dem Widerstand vom konventionellen Typ das Problem gibt, dass keine besonders hervorragende Mikrolinearitäts-Kennlinie erwartet werden kann, und es ist schwierig, einen veränderbaren Widerstand, der einen derartigen Widerstand verwendet, für einen Hochpräzisions-Sensor zu verwenden. Bei dem Widerstand vom konventionellen Typ gibt es auch das Problem, dass, da die obere Schicht keine Kohlefaser enthält, keine ausreichende Beständigkeit gegen Gleiten erreicht wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist, einen Widerstandskörper, der hervorragend hinsichtlich Mikrolinearitäts-Kennlinie ist und außerdem Gleitbeständigkeit aufweist, sowie einen veränderbaren Hochpräzisions-Widerstand, der den Widerstandskörper aufweist und eine lange Lebensdauer hat, bereitzustellen.
Als Nächstes wird die Mikrolinearitäts-Kennlinie beschrieben. In der in 6 gezeigten grafischen Darstellung zeigt, wenn eine Nennspannung Vin in Längsrichtung L eines Widerstandsmusters angelegt wird, die Y-Achse eine Ausgabe V von einem Gleiter, der auf dem Widerstandsmuster in Richtung der Länge gleitet, und die X-Achse zeigt die Position X des Gleiters auf dem Widerstandsmuster. Unter der Prämisse, dass der spezifische Widerstand des Widerstands unabhängig von der Position festgelegt ist, kann die Veränderung der Ausgabe, wenn der Gleiter von einem willkürlichen Punkt um ΔX auf dem Widerstandsmuster bewegt wird, durch eine ideale gerade Linie P mit der Neigung (ΔX/L) × Vin gezeigt werden.
Für die ideale gerade Linie P kann die Bezugs-Ausgabeverschiebung, wenn der Gleiter um ΔX von einem Punkt A zu einem Punkt B bewegt wird, durch ΔV = (ΔX/L) × Vin ausgedrückt werden, jedoch die tatsächliche Ausgabe S weicht von der idealen geraden Linie P ab. Wie in dem folgenden Ausdruck 1 gezeigt ist, ist die Abweichung der tatsächlichen Ausgabe S von der idealen geraden Linie P definiert als der Unterschied zwischen der Ausgabeverschiebung VB – VA jeder tatsächlichen Ausgabe VA und VB an den Punkten A und B und der Bezugs-Ausgabeverschiebung, die durch den Prozentsatz der angelegten Spannung gezeigt wird, und je kleiner die Abweichung ist, desto besser ist die Mikrolinearitäts-Kennlinie. Eine besonders hervorragende Mikrolinearitäts-Kennlinie, bei der die tatsächliche Ausgabe S nahe an der idealen geraden Linie P ist, ist für einen Positions-Hochleistungssensor erforderlich. [Gleichung 1]

V_A:: Ausgabewert wenn der Gleiter am Punkt A positioniert ist
V_B:: Ausgabewert wenn der Gleiter am Punkt B positioniert ist
V_in:: angelegte Spannung in Längsrichtung L des Widerstands
ΔX:: Abstand zwischen Punkt A und Punkt B
L:: Widerstandslänge

Für den Widerstandskörper gemäß der Erfindung, der durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert ist, enthält ein erster und ein zweiter Widerstand gleitfähige Teilchen in Bindemittelharz, enthält der zweite Widerstand Kohlefaser und Ruß, ist der durchschnittliche Teilchengrößenbereich der in dem zweiten Widerstand enthaltenen Kohlefaser 3,5 bis 9,0 μm, ist der spezifische Widerstand des zweiten Widerstands kleiner als derjenige des ersten Widerstands, sind mindestens der erste und der zweite Widerstand laminiert, bedeckt der zweite Widerstand eine Oberseite des ersten Widerstands, und wird eine Oberfläche des zweiten Widerstands gebildet.
In einem derartigen Widerstandskörper dienen die leitfähigen Teilchen dazu, dem ersten und zweiten Widerstand Leitfähigkeit zu verleihen. Wenn das Bindemittelharz nur dazu dienen muss, die leitfähigen Teilchen gleichmäßig zu verteilen und sie zu binden, ist das Material nicht beschränkt, und es können beispielsweise wärmehärtbares Harz wie Phenol-Formaldehydharz, Xylol-denaturiertes Phenolharz, Epoxyharz, Polyimidharz, Melaminharz, Acrylharz, Acrylatharz, Furfurylharz und Polyimidharz und andere verwendet werden.
Der in dem zweiten Widerstand enthaltene Ruß stellt leitfähige Teilchen dar, um dem zweiten Widerstand Leitfähigkeit zu verleihen, und es können Acetylenruß, Ofenruß, Kanalruß und andere verwendet werden. Der spezifische Widerstand des zweiten Widerstands kann durch den prozentualen Gehalt an Ruß reguliert werden.
Die in dem zweiten Widerstand enthaltene Kohlefaser stellt leitfähige Teilchen dar und dient dazu, dem zweiten Widerstand Leitfähigkeit zu verleihen, eine durch den Gleiter auf den Widerstand aufgebrachte Last in Richtung der Faserlänge zu verteilen und zu stützen und die Beständigkeit des Widerstands gegen das Gleiten des Gleiters zu steigern. Daher wird der Widerstand durch den Gleiter nicht abgeschabt, und es tritt keine Veränderung der elektrischen Kennlinie durch das Schaben des Widerstands auf.
Außerdem wird, da die Kohlefaser, die leitfähige Teilchen darstellt, die Last des Gleiters bei dem Widerstand gemäß der Erfindung stützt, der elektrische Kontakt zwischen dem Widerstand und dem Gleiter stabilisiert. Wenn die mittlere Teilchengröße der Kohlefaser kleiner als 3,5 μm ist, kann die Last nicht gestützt werden.
Im Allgemeinen wird, da Kohlefaser eine Leitfähigkeits-Anisotropie hat, so dass ein Strom dazu neigt, in die Richtung der Faserlänge zu fließen, der Einfluss der Leitfähigkeits-Anisotropie der Kohlefaser merklich, wenn die mittlere Teilchengröße der Kohlefaser 9,0 μm überschreitet, und die Mikrolinearitäts-Kennlinie des Widerstandskörpers wird verschlechtert.
Ein derartiger Widerstandskörper kann einen gewünschten Wert haben durch Verringern des spezifischen Widerstands des zweiten Widerstands, auf dem der Gleiter gleitet, Verringern des Kontaktwiderstands zwischen dem Gleiter und dem Widerstand, Verbessern der Mikrolinearitäts-Kennlinie des Widerstands und Regulieren des Widerstandswerts des gesamten Widerstands durch den spezifischen Widerstand des ersten Widerstands, weil der Widerstand mit mindestens dem ersten und zweiten Widerstand ausgestattet ist.
In dem Widerstandskörper gemäß der Erfindung enthält der erste Widerstand Kohlefaser und Ruß.
In einem derartigen Widerstandskörper stellt der in dem ersten Widerstand enthaltene Ruß leitfähige Teilchen dar, die dem ersten Widerstand Leitfähigkeit verleihen, und der spezifische Widerstand des ersten Widerstands kann durch den prozentualen Gehalt an Ruß reguliert werden. Für den Ruß können Acetylenruß, Ofenruß, Kanalruß und andere verwendet werden.
Die in dem ersten Widerstand enthaltene Kohlefaser ist ein leitfähiges Teilchen, das dem ersten Widerstand Leitfähigkeit verleiht und dazu dient, die Härte des ersten Widerstands zu erhöhen, den zweiten Widerstand zu stützen und den zweiten Widerstand daran zu hindern, nachzugeben, wenn der zweite Widerstand von dem Gleiter gedrückt wird.
In dem Widerstandskörper gemäß der Erfindung ist die mittlere Teilchengröße der in dem ersten Widerstand enthaltenen Kohlefaser gleich der oder kleiner als die der in dem zweiten Widerstand enthaltenen Kohlefaser.
In einem derartigen Widerstandskörper ist, da die mittlere Teilchengröße der in dem ersten Widerstand enthaltenen Kohlefaser klein ist, der Einfluss der in dem ersten Widerstand enthaltenen Kohlefaser auf die Mikrolinearitäts-Kennlinie klein.
In dem Widerstandskörper gemäß der Erfindung enthält der zweite Widerstand Kohlefaser zu 16 bis 20 Vol.-%.
In einem derartigen Widerstandskörper gibt es, da die Kohlefaser in dem zweiten Widerstand zu 16 Vol.-% oder mehr enthalten ist, genug Punkte, die die Last des Gleiters stützen, und die Gleitbeständigkeit wird erhöht. Wenn der prozentuale Gehalt der Kohlefaser in dem zweiten Widerstand 20 Vol.-% oder weniger beträgt, ist die Menge an Bindemittelharz zu Kohlefaser ausreichend, und die Kohlefaser wird vollständig von dem Bindemittelharz gebunden. Daher kann in einem Siebdruckprozess ein Muster genau ausgebildet werden, ohne dass die Kohlefaser aus dem Widerstand heraus kommt, die Oberfläche des Widerstands wird geglättet, und die Gleitbeständigkeit kann gehalten werden.
Außerdem ist der zweite Widerstand zur Musterbildung in dem Siebdruckprozess geeignet, wenn der prozentuale Gehalt der Kohlefaser in dem zweiten Widerstand 20 Vol.-% oder weniger beträgt.
In dem Widerstandskörper gemäß der Erfindung ist das Verhältnis des spezifischen Widerstands des zweiten Widerstands zu dem spezifischen Widerstand des ersten Widerstands gleich oder größer als 0,1 und kleiner als 1.
In einem derartigen Widerstandskörper, wenn der spezifische Widerstand des zweiten Widerstands kleiner ist als der des ersten Widerstands, sinkt der Kontaktwiderstand zwischen dem Widerstand und dem Gleiter, und die Mikrolinearitäts-Kennlinie wird verbessert, während die Leitfähigkeits-Anisotropie der in dem zweiten Widerstand enthaltenen Kohlefaser einen Einfluss auf die Mikrolinearitäts-Kennlinie hat. Daher kann eine optimale Mikrolinearitäts-Kennlinie erreicht werden, indem man den spezifischen Widerstand des zweiten Widerstands auf einen geeigneten Bereich für den spezifischen Widerstand des ersten Widerstands einstellt.
In dem Widerstandskörper gemäß der Erfindung ist die Oberfläche des zweiten Widerstands geglättet, und die maximale Oberflächenrauheit ist auf 0,5 μm oder weniger eingestellt.
In einem derartigen Widerstandskörper wird, da die Oberfläche des Widerstands, auf der der Gleiter gleitet, glatt ist und der Gleiter sanft gleitet, ein Stoß auf den Gleiter verhindert, ein Ausgabesignal von dem Gleiter kann daran gehindert werden, durch den Stoß gestört zu werden, und die Gleitbeständigkeit wird auch verbessert.
Der veränderbare Widerstand gemäß der Erfindung weist den oben angegebenen Widerstandskörper auf, und ein aus Metall hergestellter Gleiter gleitet auf der Oberfläche des zweiten Widerstands.
In einem derartigen veränderbaren Widerstand hat der veränderbare Widerstand, da die Gleitbeständigkeit der Oberfläche des Widerstands, auf der der Gleiter gleitet, hervorragend ist, eine lange Lebensdauer, und da die Mikrolinearitäts-Kennlinie des Widerstandskörpers zufrieden stellend ist, kann er für einen Hochpräzisions-Sensor verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine erläuternde Zeichnung, die einen veränderbaren Widerstand gemäß der Erfindung zeigt;
2 ist eine Schnittansicht, entlang der Linie 2-2 in 1 gesehen;
3 ist eine grafische Darstellung, die den Einfluss des spezifischen Widerstands einer oberen Schicht zu demjenigen einer unteren Schicht auf die Mikrolinearitäts-Kennlinie zeigt;
4 zeigt den faktoriellen Effekt der Mikrolinearität;
5 ist eine grafische Darstellung, die den Einfluss des spezifischen Widerstands der oberen Schicht auf die Mikrolinearitäts-Kennlinie zeigt; und
6 ist eine erläuternde Zeichnung, die die Mikrolinearitäts-Kennlinie zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform eines Widerstandskörpers gemäß der Erfindung wird unten beschrieben. Die Ausführungsform des Widerstandskörpers gemäß der Erfindung hat eine Zwei-Schicht-Struktur, in der eine untere Schicht 2, die ein erster Widerstand ist, und eine obere Schicht 3, die ein zweiter Widerstand ist, in Folge in einen konkaven Teil eines Basismaterials 1 laminiert sind, wie in 2 gezeigt, und ist insgesamt auf einen vorbestimmten Widerstandswert eingestellt.
Die untere Schicht 2 enthält Ruß (Acetylenruß) oder Ruß und Kohlefaser in Acetylen-terminiertem Polyimidharz (acetylene terminal polyimide resin), das als Bindemittel wirkt.
Der Ruß und die Kohlefaser dienen dazu, als leitfähige Teilchen der unteren Schicht 2 Leitfähigkeit zu verleihen, und insbesondere kann der spezifische Widerstand der unteren Schicht 2 durch den prozentualen Gehalt an Ruß reguliert werden.
Acetylen-terminiertes Polyimidharz, das als Bindemittel wirkt, dient dazu, Ruß und Kohlefaser in der unteren Schicht 2 gleichmäßig zu verteilen und diese zu binden.
Der prozentuale Gehalt an Ruß in der unteren Schicht 2 beträgt 10 bis 15 Vol.-%. Wenn die untere Schicht 2 Kohlefaser enthält, beträgt der in der unteren Schicht 2 enthaltene prozentuale Gehalt der Kohlefaser (hierin im Folgenden erste Kohlefaser genannt) 10 bis 16 Vol.-%, und der mittlere Teilchengrößenbereich der ersten Kohlefaser ist 1,4 bis 3,4 μm.
Die durchschnittliche Teilchengröße der Kohlefaser bedeutet die durchschnittliche Teilchengrößenverteilung, wenn auf die Teilchengrößenverteilung der Kohlefaser eine Normalverteilung angewendet werden kann.
Die erste Kohlefaser wird erhalten durch Zerkleinern von im Handel erhältlicher Kohlefaser (beispielsweise des Produkts Torayca MLD von Toray und des Produkts Besfight HTA-CMF von Toho Rayon), deren Fasergröße näherungsweise 8 μm beträgt und deren Faserlänge im Bereich von 10 μm bis näherungsweise 100 μm (mittlere Teilchengröße: 20 μm) liegt.
Zum Zerkleinern von im Handel erhältlicher Kohlefaser wird ein Strahlmühlen-Zerkleinerungsverfahren verwendet, und was die Zerkleinerungsbedingungen betrifft, wird im Handel erhältliche Kohlefaser mit der Rate von 1 bis 3 g/min eingeworfen, wobei die komprimierte Luft von 6 bis 7 kg/cm² in einen Zyklon mit der Größe von 150 mm mit der Rate von 0,2 bis 0,6 m³/min strömen lassen wird.
Es ist wünschenswert, dass auf die erste Kohlefaser ein Verknüpfungsprozess angewendet wird. Um den Verknüpfungsprozess der ersten Kohlefaser genau zu beschreiben, wird, nachdem auf dem Markt befindliche Kohlefaser zerkleinert wurde, sie mit Wasser und Ethanol mittels eines Haftvermittlers wie Aminosilanat vermischt, und nachdem sie näherungsweise 2 h lang gerührt wurde, wird sie filtriert und bei näherungsweise 100°C getrocknet.
Als der Haftvermittler kann auch ein Silanat-, Titanat- oder Aluminiumoxid-Haftvermittler verwendet werden. Die Verteilbarkeit und Haftfähigkeit der ersten Kohlefaser in/an Bindemittelharz werden durch einen solchen Verknüpfungsprozess verbessert.
Die obere Schicht 3 enthält Ruß (Acetylenruß) von 15 bis 20 Vol.-% und Kohlefaser von 10 bis 20 Vol.-% in Acetylen-terminiertem Polyimidharz, das als Bindemittel wirkt. Die Oberfläche der oberen Schicht 3 befindet sich auf im Wesentlichen derselben Höhe wie die Oberfläche des Basismaterials 1, und die maximale Oberflächenrauheit beträgt 0,5 μm oder weniger.
Der Ruß und die Kohlefaser dienen dazu, als leitfähige Teilchen der oberen Schicht 3 Leitfähigkeit zu verleihen, und insbesondere kann der spezifische Widerstand der oberen Schicht 3 entsprechend dem prozentualen Gehalt an Ruß eingestellt werden.
Der durchschnittliche Teilchengrößenbereich der in der oberen Schicht 3 enthaltenen Kohlefaser (hierin im Folgenden zweite Kohlefaser genannt) beträgt 7,2 bis 9,0 μm und wird durch Zerkleinern von auf dem Markt befindlicher Kohlefaser und Anwenden eines Verknüpfungsprozesses auf sie wie bei der ersten Kohlefaser erhalten.
Acetylen-terminiertes Polyimidharz, das als Bindemittelharz wirkt, dient dazu, Ruß und Kohlefaser in der oberen Schicht 3 gleichmäßig zu verteilen und diese zu binden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Widerstandskörpers gemäß der Erfindung beschrieben. Zuerst wird die obere Schicht 3 beschrieben. Eine Widerstandspaste für die obere Schicht wird erhalten durch Hineingeben von Acetylenruß, der zweiten Kohlefaser und eines druckbaren Modifikationsmittels, falls erforderlich, in ein Lösungsmittel, in dem Acetylen-terminiertes Polyimidharz gelöst ist, wobei sie unter Verwendung von Dreiwalzenmühlen gemischt und verteilt werden. Das Lösungsmittel muss nur etwas zum Lösen von Acetylen-terminiertem Polyimidharz sein, und es können eine oder mehrere Arten von Glycol, Ester, Ether und andere verwendet werden.
Als Nächstes wird die Widerstandspaste für die obere Schicht durch Siebdruck auf die glatte Oberfläche einer metallischen Platte als Muster aufgebracht. Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Kohlefaser, da der prozentuale Gehalt der zweiten Kohlefaser in der oberen Schicht 3 20 Vol.-% oder weniger beträgt, daran gehindert, aus dem Bindemittelharz heraus zu kommen und aus dem Muster hervor zu ragen.
Als Nächstes wird die obere Schicht 3 vervollständigt durch Anwenden eines Heizprozesses bei 200°C für 30 min, Trocknen und Härten der Widerstandspaste für die obere Schicht. Zu diesem Zeitpunkt enthält die obere Schicht 3 keine Lösungsmittelkomponente, da das Lösungsmittel durch den Heizprozess verflüchtigt wird.
Die untere Schicht 2 wird auf die obere Schicht 3 laminiert, und wird wie die obere Schicht 3 gebildet. Die obere Schicht 3 und die untere Schicht 2 werden von der metallischen Platte und dem Basismaterial 1 überführt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Oberfläche der oberen Schicht 3 glatt, weil die Oberfläche der metallischen Platte glatt ist, und die maximale Oberflächenrauheit ist gehemmt, so dass sie 0,5 μm oder weniger beträgt. Da der prozentuale Gehalt der zweiten Kohlefaser in der oberen Schicht 3 20 Vol.-% oder weniger beträgt, wird die zweite Kohlefaser daran gehindert, aus dem Bindemittelharz heraus zu kommen und aus der Oberfläche der oberen Schicht 3 hervor zu ragen.
Ein veränderbarer Widerstand gemäß der Erfindung weist den oben angegebenen Widerstandskörper auf, wobei der Widerstandskörper, wenn er für einen veränderbaren Drehwiderstand verwendet wird, in die Gestalt eines Widerstandsmusters in Gestalt eines in 1 gezeigten Bogens geformt wird, und wobei der Widerstandskörper, wenn er für einen veränderbaren Widerstand vom Gleit-Typ verwendet wird, länglich ist.
Eine Silberelektrode 4 wird mit beiden Enden eines derartigen Widerstandsmusters verbunden, und ein aus Edelmetall hergestellter Gleiter 5 wird so befestigt, dass er auf der oberen Schicht 3 gleitet und entlang dem Widerstandsmusters bewegt wird.
Für den Gleiter 5 wird Edelmetall verwendet, das auch für eine lange Zeit beim Gleiten einen zufrieden stellenden Kontakt mit dem Widerstand aufrecht erhält, und konkret kann etwas, das durch Aufbringen einer Goldplattierung und einer Silberplattierung auf die Oberfläche von Nickelsilber erhalten wurde, und eine Legierung, die hauptsächlich aus Palladium, Silber, Platin oder Gold hergestellt ist, verwendet werden.
Wenn ein derartiger veränderbarer Widerstand betrieben wird, wird eine konstante Spannung von der Silberelektrode 4 an dem Widerstandsmuster angelegt, und die Position des Gleiters 5 auf dem Widerstandsmuster wird in der Bezugsposition des Widerstandsmusters auf der Basis eines Ausgabespannungssignals zwischen einem fixierten Kontakt (nicht gezeigt), der mit dem Widerstandsmuster elektrisch verbunden ist, und dem auf dem Widerstandsmuster bewegten Gleiter ermittelt.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Widerstandsfähigkeit des Widerstands gegen das Gleiten des Gleiters 5 verbessert, da die in der oberen Schicht 3 enthaltene zweite Kohlefaser dazu dient, die durch den Gleiter auf den Widerstand ausgeübte Belastung zu tragen.
Außerdem wird der elektrische Kontakt zwischen dem Widerstand und dem Gleiter 5 stabilisiert, da die zweite Kohlefaser, die ein leitfähiges Teilchen ist, die Belastung des Gleiters 5 trägt.
Die in der unteren Schicht 2 enthaltene erste Kohlefaser erhöht die Härte der unteren Schicht 2, trägt die obere Schicht 3 und hindert die obere Schicht 3 daran, durch den Druck des Gleiters 5 nachzugeben.
Da die Oberfläche der oberen Schicht 3, auf der der Gleiter 5 gleitet, glatt ist, wird der Gleiter 5 sanft auf dem Widerstand bewegt. Daher wird ein Stoß auf den Gleiter 5 verhindert, und es wird vermieden, dass ein Ausgabespannungssignal von dem Gleiter 5 durch den Stoß gestört wird.
Wenn der spezifische Widerstand der oberen Schicht 3 klein ist, sinkt der Kontaktwiderstand zwischen dem Gleiter 5 und dem Widerstand, und die Mikrofinearitäts-Kennlinie des Widerstands wird verbessert. Jeder spezifische Widerstand der oberen Schicht 3 und der unteren Schicht 2 kann durch den prozentualen Gehalt an Ruß, der jeweils in ihnen enthalten ist, reguliert werden. Wenn der spezifische Widerstand der oberen Schicht 3 verringert wird, kann der Widerstandswert des gesamten Widerstandskörpers, der aus der oberen Schicht 3 und der unteren Schicht 2 zusammengesetzt ist, durch Regulieren des spezifischen Widerstands der unteren Schicht 2 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Die Mikrolinearitäts-Kennlinie des Widerstands wird durch die durchschnittliche Teilchengröße der jeweils in der oberen Schicht 3 und der unteren Schicht 2 enthaltenen Kohlefaser beeinflusst. Da die Kohlefaser Leitfähigkeits-Anisotropie besitzt, so dass ein Strom dazu neigt, in die Richtung der Faserlänge zu fließen, variiert der spezifische Widerstand in geringfügigem Ausmaß für jeden Stromweg, abhängig von dem Ausrichtungsgrad der Kohlefaser in dem Stromweg in Richtung der Faserlänge, wenn die obere Schicht 3 oder die untere Schicht 2 eine Kohlefaser enthält, deren mittlere Teilchengröße groß ist, und die Mikrolinearitäts-Kennlinie wird verschlechtert.
Ausführungsformen, in denen der prozentuale Gehalt an Ruß und an Kohlefaser in der oberen Schicht 3 und der unteren Schicht 2 und die mittlere Teilchengröße der Kohlefaser jeweils unterschiedlich sind, werden unten beschrieben.
(Ausführungsformen)
Tabelle 1 zeigt die Ausführung des Widerstandskörpers in der ersten bis neunten Ausführungsform der Erfindung.
Diese Widerstandskörper sind als das Widerstandsmuster in der Gestalt eines Bogens ausgebildet, dessen Radius näherungsweise 7 mm beträgt, wie in den 1 und 2 gezeigt, die Dicke der oberen Schicht 3 ist auf näherungsweise 5 μm eingestellt, die Dicke der unteren Schicht 2 ist auf näherungsweise 5 μm eingestellt, und der Widerstandswert des Ganzen ist auf 2,4 kΩ eingestellt. Die Silberelektrode 4 ist mit beiden Enden des Widerstandsmusters verbunden.
Der Gleiter 5 ist aus einer Legierung hergestellt, die sechs Elemente enthält, und dreht sich auf dem Widerstandsmuster. Der Gesamtdrehwinkel des Gleiters 5 für das Widerstandsmuster ist näherungsweise 120°.
Ein Verfahren zur Messung der Mikrolinearitäts-Kennlinie wird unten beschrieben. Angenommen, dass in einem Zustand, in dem die Spannung von 5 V von der Silberelektrode 4 an dem Widerstandsmuster angelegt wird, eine ideale gerade Linie der Mikrolinearitäts-Kennlinie die Neigung von 42 mV/Grad von einem Bezugspunkt, an dem der Drehwinkel des Gleiters 10° ist und dessen Ausgabe 0,5 V ist, hat. Die Ausgabe wird jedes Mal, wenn der Gleiter um 0,1 ° gedreht wird, gemessen, und die Größe des Bereiches, in der die Ausgabe der Messung für die ideale gerade Linie variiert, ist als der Prozentsatz der angelegten Spannung 5 V gezeigt. Man kann sagen, dass die Mikrolinearitäts-Kennlinie umso besser ist, je kleiner die Abweichung ist.
Für ein Verfahren zum Testen der Gleitbeständigkeit wird, nachdem der Gleiter 5 die Hin- und Her-Bewegung von 5.000.000 Zyklen beendet, der Abnutzungszustand der Oberfläche des Widerstands betrachtet, und der maximale Abriebverlust der Oberfläche des Widerstands wird unter Verwendung eines Oberflächen-Rauheits-Messgeräts vom Sondentyp gemessen.
Wie aus Tabelle 1 klar ist, ist in der ersten bis neunten Ausführungsform, in der der mittlere Teilchengrößenbereich der in der oberen Schicht 3 enthaltenen Kohlefaser 7,2 bis 9,0 μm beträgt und der spezifische Widerstand der oberen Schicht 3 kleiner als derjenige der unteren Schicht 2 ist, die Mikrolinearitäts-Kennlinie ausgezeichnet, und der maximale Abriebverlust ist im Wesentlichen null. Außerdem wird bewiesen, dass auch die Gleitbeständigkeit konstant gehalten wird, wenn die Umgebungstemperatur des Gleitbeständigkeits-Tests von –40 bis 125°C variiert.
Währenddessen wird die Gleitbeständigkeit in einem Vergleichsbeispiel 1, in dem die obere Schicht 3 keine Kohlefaser enthält, und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4, in denen der mittlere Teilchengrößenbereich der in der oberen Schicht 3 enthaltenen Kohlefaser 1,4 bis 3,4 μm beträgt, verglichen mit derjenigen in der ersten bis neunten Ausführungsform verschlechtert.
In den Vergleichsbeispielen 5 und 6, in denen der spezifische Widerstand der oberen Schicht 3 größer als derjenige der unteren Schicht 2 ist, ist die Mikrolinearitäts-Kennlinie verglichen mit derjenigen in der ersten bis neunten Ausführungsform verschlechtert.
3 ist eine grafische Darstellung, die den Einfluss des spezifischen Widerstands der oberen Schicht 3 zu demjenigen der unteren Schicht 2 auf die Mikrolinearitäts-Kennlinie in der sechsten, siebten und fünften Ausführungsform und in dem Vergleichsbeispiel 6, die in Tabelle 1 gezeigt sind, zeigt. Wie aus dieser grafischen Darstellung klar ist, wird, wenn das Verhältnis des Widerstands (der oberen Schicht/der unteren Schicht) von demjenigen in dem Vergleichsbeispiel 6 zu demjenigen in der fünften Ausführungsform abnimmt, die Mikrolinearitäts-Kennlinie verbessert, wenn jedoch das Verhältnis des Widerstands (der oberen Schicht/der unteren Schicht) weiter von demjenigen in der siebten Ausführungsform zu demjenigen in der sechsten Ausführungsform abnimmt, wird die Mikrolinearitäts-Kennlinie leicht verschlechtert.
Das liegt daran, dass, wenn der spezifische Widerstand der oberen Schicht 3 gegenüber demjenigen der unteren Schicht klein wird, die Mikrolinearitäts-Kennlinie verbessert wird, während die Leitfähigkeits-Anisotropie der in der oberen Schicht 3 enthaltenen Kohlefaser einen Einfluss auf die Mikrolinearitäts-Kennlinie hat. Daher ist es wünschenswert, dass das Verhältnis des spezifischen Widerstands der oberen Schicht 3 zu dem der unteren Schicht 2 0,1 oder mehr beträgt.
Der erste und der zweite Widerstand, die den Widerstandskörper gemäß der Erfindung bilden, enthalten leitfähige Teilchen in Bindemittelharz, der zweite Widerstand enthält Kohlefaser und Ruß, der durchschnittliche Teilchengrößenbereich der in dem zweiten Widerstand enthaltenen Kohlefaser beträgt 3,5 bis 9,0 μm, der spezifische Widerstand des zweiten Widerstands ist kleiner als der spezifische Widerstand des ersten Widerstands, mindestens der erste und der zweite Widerstand sind laminiert, der zweite Widerstand bedeckt die Oberseite des ersten Widerstands, und die Oberfläche wird von dem zweiten Widerstand gebildet.
Da ein derartiger Widerstandskörper mit mindestens dem ersten und dem zweiten Widerstand ausgestattet ist, kann der Widerstand einen gewünschten Wert haben, indem man den spezifischen Widerstand des zweiten Widerstands, auf dem der Gleiter gleitet, verringert, die Mikrolinearitäts-Kennlinie des Widerstands verbessert und den Widerstandswert des gesamten Widerstands durch den ersten Widerstand, dessen spezifischer Widerstand groß ist, reguliert.
Die in dem zweiten Widerstand enthaltene Kohlefaser stellt leitfähige Teilchen dar, verleiht dem zweiten Widerstand Leitfähigkeit und kann eine von dem Gleiter auf den Widerstand ausgeübte Belastung in der Richtung der Faserlänge verteilen und stützen. Daher wird die Widerstandsfähigkeit des Widerstandskörpers gegen die Belastung des Gleiters verbessert, und die Kennlinie wird auch beibehalten, selbst wenn die Umgebungstemperatur variiert. Der elektrische Kontakt zwischen dem Widerstandskörper und dem Gleiter wird stabilisiert, weil die Kohlefaser, die leitfähige Teilchen darstellt, die Last des Gleiters stützt.

Claims

Widerstandskörper, bei dem ein erster und ein zweiter, oder ein unterer und ein oberer, Widerstand leitfähige Teilchen in einem Bindemittelharz enthält, wobei mindestens der erste und der zweite Widerstand laminiert sind, wobei der zweite Widerstand eine Oberseite des ersten Widerstands bedeckt, wobei eine Oberfläche des Widerstandskörpers von dem zweiten Widerstand gebildet wird, und dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Widerstand Kohlefaser und Ruß enthält, ein Bereich durchschnittlicher Teilchengröße der in dem zweiten Widerstand enthaltenen Kohlefaser 3,5 bis 9,0 μm ist, und dadurch, dass der spezifische Widerstand des zweiten Widerstands kleiner als derjenige des ersten Widerstands ist.
Widerstandskörper nach Anspruch 1, bei dem der erste Widerstand Kohlefaser und Ruß enthält.
Widerstandskörper nach Anspruch 2, bei dem eine mittlere Teilchengröße der in dem ersten Widerstand enthaltenen Kohlefaser gleich derjenigen oder kleiner als diejenige der in dem zweiten Widerstand enthaltenen Kohlefaser ist.
Widerstandskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der zweite Widerstand 16 bis 20 Volumenprozent Kohlefaser enthält.
Widerstandskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Verhältnis des spezifischen Widerstands des zweiten Widerstands zum spezifischen Widerstand des ersten Widerstands gleich oder größer als 0,1 und kleiner als 1 ist.
Widerstandskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Oberfläche des zweiten Widerstands geglättet ist, und bei dem die maximale Oberflächenrauheit 0,5 μm oder weniger beträgt.
Veränderbarer Widerstand, aufweisend einen Widerstandskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und bei dem ein aus Metall hergestellter Gleiter auf der Oberfläche des zweiten Widerstands gleiten gelassen wird.