JP2003500849A

JP2003500849A - 可変抵抗デバイスおよび方法

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Publication number: JP2003500849A
Application number: JP2000620640A
Authority: JP
Inventors: アランイー．スクラム，; マイケルディー．ロジャース，
Original assignee: バラタッチテクノロジーインコーポレイテッド
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2003-01-07
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: JP4762419B2; TW476074B; WO2000072333A1; EP1196928A4; US6404323B1; EP1196928A1

Abstract

(57)【要約】可変抵抗デバイスは抵抗性ゴム材料（７４）を有する抵抗性部材を含む。基板（７２）上の第１の導体（７８）および第２の導体は、第１の接触面積にわたる第１の接触位置と、第２の接触面積にわたる第２の接触位置とで、それぞれ抵抗性部材（７４）と電気的に結合するように構成される。第１の接触位置での第１の導体と第２の接触位置での第２の導体との間の抵抗は、直列の抵抗成分と並列パスの抵抗成分との和に等しい。直列の抵抗成分は、接触位置間の距離が、それぞれ増加または減少するにつれて、増加または減少する。接触位置および接触面積を変化させることにより、抵抗の変化が並列または直列の抵抗成分によって支配され得るように、その成分を予め設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景）本発明は、概して、可変抵抗デバイスおよびその方法に関し、より詳細には、
可変抵抗を提供するために抵抗性ゴム材料を採用するデバイスおよび方法に関す
る。

【０００２】可変抵抗デバイスは、センサ、スイッチおよびトランスデューサを含む多くの
用途で使用されている。電位差計は、可変抵抗デバイスの簡単な例である。この
電位差計は、２つの端部端子間に伸びる固定線形抵抗素子と、入力端子に固定さ
れ、抵抗素子を介して可動接触を行うスライダとを有する。入力端子および２つ
の端部端子のうちの第１の端子にわたって測定された抵抗または電圧（２つの端
部端子間にかかる電圧は一定と仮定する）は、第１の端部端子と抵抗素子上の接
触点との間の距離に比例する。

【０００３】抵抗性エラストマーまたは抵抗性ゴム材料は、可変抵抗デバイスを含む抵抗素
子として使用されてきた。本明細書中で用いられる用語「抵抗性ゴム」および「
抵抗性ゴム材料」は、電気的導電性材料（例えばカーボンブラックまたは金属粉
末を含む）を散在させたエラストマー性材料またはゴム材料を指す。従来、可変
抵抗デバイスに抵抗性ゴムを使用することは、比較的簡単かつ特定の用途に限ら
れていた。例えば、伸張および圧縮のような変形によって生じる抵抗性ゴムの可
変抵抗特性のみを利用した用途がある。抵抗性ゴム材料の抵抗特性をより完全に
利用する可変抵抗デバイスおよびその方法が必要とされる。

【０００４】（発明の要旨）本発明は、抵抗性ゴム材料の種々の抵抗特性を利用する可変抵抗デバイスおよ
びその方法に関する。本発明者らは、以前は知られていなかったか、または利用
されなかった抵抗性ゴム材料の特徴を発見した。

【０００５】レジスタの抵抗は、材料の抵抗率およびレジスタの長さに正比例し、電流の流
れる方向に垂直な断面積に反比例する。抵抗は、以下の周知の式によって表され
る。

【０００６】Ｒ＝ρｌ／Ａ（１）ここでρはレジスタ材料の抵抗率であり、ｌは電流の流れる方向に沿ったレジス
タの長さであり、Ａは電流の流れる方向に垂直な断面積である。抵抗率は材料固
有の特性であり、典型的には、Ω・ｃｍ単位である。レジスタにかかる電圧降下
は、周知のオームの法則によって表される。

【０００７】Ｒ＝Ｅ／Ｉ（２）ここでＥはレジスタにかかる電圧であり、Ｉはレジスタを流れる電流である。

【０００８】レジスタが回路網内に互いに接続されると、実効抵抗は、レジスタが直列に接
続されている場合には個々の抵抗の和である。直列に接続されるレジスタ数が増
えれば、実効抵抗が増加する。つまり、式（１）に基づいて、特定の例による断
面積Ａが一定であると仮定すると、レジスタの合計長さｌが増加すると実効抵抗
が増加する。しかしながら、レジスタが並列に接続されると、実効抵抗は、個々
の抵抗の逆数の和の逆数である。並列に接続されたレジスタの数が多くなればな
るほど、実効抵抗は低くなる。これもまた式（１）に一致しており、特定の例に
おいて、長さｌが一定であると仮定して、レジスタの合計面積Ａが増加すると、
実効抵抗は減少する。

【０００９】市販されているレジスタは、典型的には、抵抗を提供するために、２つの端部
における導電性端子、または回路内の２点間を接続するリード線を含む。これら
のレジスタは、各レジスタが、２つの端部において明確な接触点を有する（その
明確な接触点間に固定の抵抗を有している）という点で、構造上簡単であり個別
のものである。このような簡単かつ個別の構造を有するレジスタによって形成さ
れる抵抗回路網の実効抵抗は、直列に接続されたレジスタについては抵抗を合計
し、並列に接続されたレジスタについては抵抗の逆数を合計し、その合計の逆数
をとることによって容易に決定される。これらの簡単なレジスタにおいては、幾
何学的要因および接触変動がないかまたは十分小さいので、実効抵抗は、上述の
簡単な式に従う。しかしながら、レジスタが、構造上簡単でなく個別のものでな
い場合、実効抵抗の決定はもはや容易ではなくなる。

【００１０】本発明者らは、実効抵抗が、一般的に、直列パスの抵抗成分と並列パスの抵抗
成分との組み合わせであることを発見した。直列パスの抵抗成分（すなわち直列
の抵抗成分）は、式（１）において、合計長さｌが増加し、面積Ａが一定である
場合に実効抵抗が増加するように、２つの接触位置間の直列の抵抗成分が、２つ
の接触位置間の距離の増加に伴って増加するという点で、直列に接続されたレジ
スタに類似している。２つの接触位置間の電流パス中の抵抗性材料の量の増加に
よって抵抗が増加する。並列パスの抵抗成分は、並列に接続されたレジスタに類
似している。上述のように、共通の長さｌを有する組み合わされたレジスタの合
計面積Ａが増加すると、実行抵抗は減少する。この結果、並列に接続されたさら
なるレジスタによって提供されるさらなる電流パス、すなわち「並列パス」が生
じる。同様に、幾何学的変化または接触変動に起因して、２つの接触位置間の並
列パスの量が増加すると、並列パスの抵抗成分が減少する。本明細書中で用いら
れる用語「並列パス」は、接触位置間を流れる電流に利用可能な複数のパスを意
味し、幾何学的に平行なパスに制限されない。

【００１１】本発明の局面によれば、可変抵抗デバイスは、抵抗性ゴム材料を含む抵抗性部
材を含む。第１の導体は、第１の接触面積にわたって第１の接触位置で抵抗性部
材と電気的に結合されるように構成されている。第２の導体は、第２の接触面積
にわたって第２の接触位置で抵抗性部材と電気的に結合されるように構成されて
いる。第１の接触位置および第２の接触位置は、互いにある距離だけ離れている
。第１の接触位置での第１の導体と第２の接触位置での第２の導体との間の抵抗
は、直列の抵抗成分と並列パスの抵抗成分との和に等しい。直列の抵抗成分は、
第１の接触位置と第２の接触位置との間の距離が大きくなるにつれて増加し、第
１の接触位置と第２の接触位置との間の距離が小さくなるにつれて減少する。並
列パスの抵抗成分は、選択された第１および第２の接触位置と、選択された第１
および第２の接触面積とに基づいて、所望の特性に予め設定されている。

【００１２】特定の実施形態において、第１および第２の接触位置と第１および第２の接触
面積とは、第１の接触位置と第２の接触位置との間の距離の変化に対して少なく
とも実質的に一定である並列パスの抵抗成分を提供するように選択される。その
結果、第１の接触位置での第１の導体と第２の接触位置での第２の導体との間の
抵抗は、第１の接触位置と第２の接触位置との間の距離が大きくなるにつれて増
加し、第１の接触位置と第２の接触位置との間の距離が小さくなるにつれて減少
する。

【００１３】別の実施形態において、第１および第２の接触位置と第１および第２の接触面
積とは、並列パスの抵抗成分が、直列の抵抗成分よりも実質的に大きくなるよう
に選択される。第１の接触位置での第１の導体と第２の接触位置での第２の導体
との間の抵抗の変化は、第１の導体と第２の導体との間の並列パスの抵抗成分の
変化に少なくとも実質的に等しい。

【００１４】さらに別の実施形態において、抵抗性部材は、第１および第２の接触位置でそ
れぞれ第１の導体および第２の導体と接触する抵抗性表面を有している。抵抗性
表面は、外部境界および抵抗性表面の表面積の平方根よりも実質的に小さい厚さ
を有する。第１および第２の接触位置の両方が、抵抗性表面の外部境界から離れ
て配置される場合には、第１の接触位置での第１の導体と第２の接触位置での第
２の導体との間の並列パスの抵抗成分は、直列の抵抗成分よりも実質的に大きい
。第１および第２の接触位置のうち少なくとも１つが、抵抗性表面の外部境界に
あるか、またはその外部境界の近傍にある場合には、第１の接触位置での第１の
導体と第２の接触位置での第２の導体との間の直列の抵抗成分は、並列パスの抵
抗成分よりも実質的に大きい。

【００１５】本発明の別の局面によれば、第１の接触位置での第１の導体と第２の接触位置
での第２の導体との間の抵抗は、抵抗性部材が第１の接触位置と第２の接触位置
との間の伸張する変形を受ける場合には増加する。第１の接触位置での第１の導
体と第２の接触位置での第２の導体との間の抵抗は、抵抗性部材が第１の接触位
置と第２の接触位置との間で圧力を受ける場合には減少する。第１の接触位置で
の第１の導体と第２の接触位置での第２の導体との間の抵抗は、抵抗性部材が第
１の接触位置と第２の接触位置との間の温度の上昇を受ける場合には増加し、抵
抗性部材が第１の接触位置と第２の接触位置との間の温度の下降を受ける場合に
は減少する。

【００１６】本発明の別の局面は、抵抗性ゴム材料を含む抵抗性部材から可変抵抗を提供す
る方法に関する。上記方法は、第１の導体を第１の接触面積にわたる第１の位置
で抵抗性部材と電気的に結合する工程と、第２の導体を第２の接触面積にわたる
第２の位置で抵抗性部材と電気的に結合する工程とを包含する。第１の位置、第
２の位置、第１の接触面積および第２の接触面積のうち少なくとも１つを変化さ
せ、第１の導体と第２の導体との間の抵抗の変化を生成する。第１の導体と第２
の導体との間の抵抗は、直列の抵抗成分と並列パスの抵抗成分とを含む。直列の
抵抗成分は、第１の位置と第２の位置との間の距離が大きくなるにつれて増加し
、第１の位置と第２の位置との間の距離が小さくなるにつれて減少する。並列パ
スの抵抗成分は、選択された第１および第２の位置と選択された第１および第２
の接触面積とに基づいて所望の特性に予め設定される。

【００１７】（特定の実施形態の説明）本発明の可変抵抗デバイスは、抵抗性ゴム材料からなる成分を含む。具体例は
、内部に埋めこまれたカーボンまたはカーボン状材料を有する低デュロメータゴ
ムである。有利には、抵抗性ゴムは、実質的に均一または一様な抵抗率を有する
。抵抗性ゴムは、一般には、形成プロセスにおいて長時間ゴムに混合されたかな
り微細な抵抗性粒子を用いて形成される。抵抗性ゴム材料の抵抗特性は、一般的
に、材料の平方ブロックまたはシート当たりの抵抗の点から測定される。その平
方の対向エッジにわたって測定された抵抗性ゴム材料の平方ブロックまたはシー
トの抵抗は、平方のサイズによることなく一定である。この特性は、直列抵抗成
分と並列抵抗成分とが相殺する性質から生じる。直列抵抗成分と並列抵抗成分と
は、平方の材料の実効抵抗を構成する。例えば、それぞれ、対向エッジにわたっ
て１Ωの抵抗を有する抵抗性ゴム材料の２つの平方ブロックは直列に接続される
場合、その実効抵抗は長さが２倍になることに起因して２Ωになる。第１の２つ
の平方ブロックの側部に沿って２つのさらなる平方ブロックを結合し、大きな平
方を形成すると、その実効抵抗は逆数の和の逆数である。逆数の和は、１／２Ω ⁻¹ ＋１／２Ω⁻¹＝１Ω⁻¹である。したがって、４つの小さな平方からなる大
きな平方に対する実効抵抗は１Ωであり、これは、小さな平方の各々の抵抗と同
じである。抵抗性ゴム材料の直列の抵抗成分すなわち直列パス抵抗成分および並
列の抵抗成分すなわち並列パス抵抗成分の使用を以下により詳細に説明する。

【００１８】使用される抵抗性ゴム材料の平方当たりの抵抗は、一般的に、平方当たり約１
０〜１００Ωの範囲内にある。ある用途において、可変抵抗デバイスは約５０，
０００オーム（Ω）未満の中程度の抵抗を有する。ジョイスティックまたは他の
ポインティングデバイスに関する特定の用途において、抵抗の範囲は一般的には
約１，０００と２５，０００オームとの間である。有利には、抵抗性ゴム材料は
、任意の所望な形状に形成され得、材料に対して広範な範囲の抵抗率が、ゴム材
料に埋めこまれた抵抗性粒子の量を変化させることによって得られ得る。

【００１９】抵抗性ゴム材料からなる可変抵抗デバイスの抵抗応答は、３つのカテゴリーの
特性、すなわち材料特性と、電気的特性と、機械的特性とに起因し得る。

【００２０】（Ａ．材料特性）抵抗性ゴム材料の抵抗は、抵抗性ゴム材料が引張りを受けた場合に増加し、抵
抗性ゴム材料が圧縮または圧力を受けた場合に減少する。抵抗性ゴム材料の変形
は、抵抗性ゴム材料ほど変形可能でない材料より可変的になる。抵抗性ゴム材料
の抵抗は、温度の上昇とともに増加し、温度の減少とともに減少する。

【００２１】（Ｂ．電気的特性）抵抗性ゴム成分の実効抵抗は、一般的に、直列パス抵抗成分および並列パス抵
抗成分の組み合わせである。直列パス抵抗成分すなわち直列抵抗成分は、直列に
接続された個別のレジスタの数が増加する場合に実効抵抗が増加するように、２
つの接触位置の間における距離の増加にともなって２つの接触位置間の直列抵抗
成分が増加する、直列のレジスタに類似する。並列パス抵抗成分は、並列に接続
された個別のレジスタの数が増加する場合（これは、並列パスの量の増加を表す
）に実効抵抗が減少するように、並列パスの量がジオメトリ変動または接触変動
における変化に起因して２つの接触位置の間で増加する場合、並列パス抵抗成分
が減少する、並列のレジスタに類似する。

【００２２】直列抵抗特性および並列パス抵抗特性を示すために、可変抵抗デバイスの特定
の実施例を本明細書において説明する。ある実施例において、直列抵抗は動作の
第１モードである。他の実施例において、並列パス抵抗特性が支配的である。

【００２３】（１．直列パス抵抗）直列抵抗モードで主に動作する可変抵抗デバイスを提供する１つの態様は、接
触位置の間における距離の変化に対して少なくとも実質的に一定なあるレベルで
並列パス抵抗成分を保持することである。並列パス成分は、ジオメトリ変動およ
び接触変動の変化とともに変動する。例えば、並列パス抵抗成分は、接触位置が
移動する場合、接触位置間の並列パスの量は実質的に変化せずにとどまるように
、可変抵抗デバイス、接触位置および接触面積のジオメトリが選択されるとき、
実質的に一定に保持される。

【００２４】実施例は、図１Ａ〜図１Ｃに示される電位差計１０である。抵抗性ゴムトラン
スデューサ１２は、導体または導電性基板１４に近接してほぼ平行に配置される
。抵抗性ゴムトランスデューサ１２は、端部支持部１６ａ，１６ｂによって２つ
の端部で支持され、通常、導体１４から短い距離の間隔をあける。ローラ機構ま
たはホイール機構１８は、図１Ａ〜図１Ｃに図示されるように、トランスデュー
サ１２に力を付与し、トランスデューサ１２の２つの端部の間の異なる位置で導
体１４と接触するように設けられる。この実施形態において、第１の端部支持部
１６ａに近接する抵抗性ゴムトランスデューサ１２の一方の端部は接地され、第
２の端部支持部１６ｂに近接する他方の端部は印加電圧Ｖで電圧を加える。ロー
ラ機構１８が異なる位置で導体１４に接触するようにトランスデューサ１２を歪
めるので、トランスデューサ１２の長さに沿ってとられる電圧測定値は、接触位
置が印加電圧Ｖの端部に近づくにつれて、増加する。また、接触位置ｄで読み取
られた抵抗Ｒは、トランスデューサ１２の２つの端部間で変動する。これを図１
Ｄのプロットに図示する。

【００２５】図２は、トランスデューサ１２および導体１４がほぼ一定の幅を有し、ローラ
機構１８が配置され、それにより、トランスデューサ１２と導体１４との間の接
触面積が異なる接触位置でほぼ一定にとどまることを示す。接触面積は、好まし
くは、トランスデューサ１２の全体の幅にわたって広がる。接触面積は、接触位
置でトランスデューサ１２の断面の周囲の実質部（ほぼ半分）にあたる。抵抗性
ゴムトランスデューサ１２は実質的に均一な断面を有し、抵抗性ゴムは好ましく
は実質的に均一な抵抗特性を有する。電圧Ｖを実質的に断面全体にわたってトラ
ンスデューサ１２の端部に印加する。これは、導電性キャップまたは導電性端部
支持部１６ｂで端部全体をキャップし、導電性端部支持部１６ｂを通った電圧を
印加することによって実行され得る。トランスデューサ１２の他端は、また、好
ましくは、断面全体にわたって接地される（例えば、端部を接地導電性端部支持
部１６ａでキャップすることによって）。この端部は、代替的には、トランスデ
ューサの２つの端部の間の電圧差を生成する電圧Ｖとは異なる別の電圧で加えら
れ得る。特定の実施形態において、抵抗性ゴムトランスデューサ１２はその幅お
よび長さよりも十分短い厚さを有し（例えば、その幅は、厚さの少なくとも約５
倍である）、それにより、トランスデューサ１２は、示されるこの実施形態にお
いて、平坦でまっすぐな薄いストリップである。

【００２６】電流は、トランスデューサ１２の印加電圧端部からトランスデューサ１２の接
地された端部まで、トランスデューサ１２の長さに沿って伸びる並列パスを介し
て流れる。可変抵抗デバイス１０に対して、抵抗性ゴムトランスデューサ１２と
導体１４との間の接触面積は実質的に一定であり、並列パスの量は、接触位置が
トランスデューサの長さにわたって動く場合、実質的に変化せずにとどまる。結
果として、並列パス抵抗成分は実質的に一定に保たれ、それにより、接触位置の
変化に起因するデバイス１０の実効抵抗の変化は、直列抵抗成分の変化に実質的
に等しい。直列抵抗成分は、一般的に、抵抗性ゴム材料（図１Ｄ参照）の均一ジ
オメトリおよび一様な抵抗特性に起因して、接触位置の変位に対して実質的に線
形の形態で変化する。図３は、図１〜図２の電位差計１０の模式的表現である。

【００２７】主に直列抵抗の原理で動作する別の可変抵抗デバイス２０を、また、図４に示
す。デバイス２０は、断面において実質的に均一なほぼ長手方向の抵抗性ゴム部
材２２を含む。例えば、部材２２は、図２の抵抗性ゴムトランスデューサ１２に
ほぼ同一であり得る。抵抗性ゴム部材２２の一端は第１の導体２４に、好ましく
は、実質的にその断面全体にわたって結合される。第２の導体２６は、第１の導
体２４に対して可変距離を規定するように、長さに沿って抵抗性ゴム部材２２に
可動接触する。この実施形態において、可動導体２６は、抵抗性ゴム部材２２の
表面に回転接触する湾曲表面を有するローラを含む。可動導体２６と抵抗性ゴム
部材との間の接触面積は実質的に一定であり、好ましくは、部材２２の幅全体に
わたって広がる。これは、接触位置で部材２２の断面の周囲の実質部（ほぼ半分
）にあたる。このように、第１の導体２４と第２の導体２６との間の並列パスの
量は、第１の導体２４に対して第２の導体２６が移動する間、実質的に変化しな
い。可変抵抗デバイス２０の実効抵抗は、直列抵抗特性を示し、第１の導体２４
と第２の導体２６との間の可変距離が増加するか、または、減少する場合に、そ
れぞれ増加するか、または、減少する。抵抗性ゴム材料の抵抗特性が実質的に均
一である場合、実効抵抗は、第１の導体２４と第２の導体２６との間の距離の変
化に対して、図１Ｄに示されるのと同様の態様で、実質的に線形に変化する。

【００２８】図５Ａおよび図５Ｂに示されるような可変抵抗デバイス３０の別の実施例は、
タンデム型の２つの導体３２、３４を使用する。抵抗表面またはフットプリント
３６と接触するために設けられた２つの導体３２、３４の導体表面は、可変距離
によってお互いに間隔をあけられる。示される実施形態において、導体３２、３
４は実質的に均一な幅を有する長手方向の部材であり、それらの間の距離は、導
体３２、３４の各々の一端から他端まで増加する。抵抗性フットプリント３６は
、第１の接触面積上の第１の導体３２の第１の導体表面および第２の接触面積上
の第２の導体３４の第２の導体表面に可動接触する。図５Ａは、位置３６、３６
ｂに対するフットプリント３６の動きを示す。第１の接触面積および第２の接触
面積のそれぞれは、フットプリント３６を位置３６ａ、３６ｂに移動する間、実
質的に一定にとどまる。示される実施形態において、抵抗フットプリント３６は
面積において実質的に一定であり、円形形状である。図５Ｂは円形抵抗性フット
プリント３６を提供する抵抗性ゴム部材３８の実施形態を示す。この抵抗性ゴム
部材３８は、スティックまたはジョイスティック４０によって操作され、導体３
２、３４と回転接触する湾曲抵抗表面を含む。示される実施形態において、導体
３２、３４は基板４２上に配置され、抵抗性ゴム部材３８は基板４２に弾力的に
支持される。抵抗性ゴム部材３８を基板４２の方に下に押し出すように力をジョ
イスティック４０に付与する場合、導体３２、３４と接触する抵抗性フットプリ
ント３６を形成する。その力が導体３２、３４の方向にシフトする場合、フット
プリント３６は位置３６ａ、３６ｂに移動する。力を取り除く場合、弾力的な抵
抗性ゴム部材３８は、導体３２、３４上の図５Ｂに示される残りの位置にまで戻
るように構成される。抵抗性ゴム部材３８は、好ましくは、抵抗性フットプリン
トの面積の平方根より実質的に小さい厚さを有する。例えば、厚さは、抵抗性フ
ットプリントの面積の平方根の約１／５より小さくてもよい。

【００２９】抵抗性フットプリント３６は、フットプリント３６上の平均距離によって規定
される２つの導体表面にわたってブリッジする。その距離は一般的にフットプリ
ント内で可変であるので、平均距離の使用が必要である。可変抵抗デバイス３０
のジオメトリ、接触位置、導体３２と導体３４との間のほぼ一定の接触面積、抵
抗ゴム部材３８のフットプリント３６が与えられる場合、２つの導体３２、３４
の間の並列パスの量は実質的に変化しない。結果として、実効抵抗の変化は、デ
バイス３０の直列抵抗成分の変化によって実質的に支配され、これは、抵抗性フ
ットプリント３６と接触する２つの導体３２、３４の導体表面の一部の間におけ
る平均距離の増加または減少にともなってそれぞれ増加または減少する。平均距
離は、導体３２、３４に対して抵抗性フットプリント３６の変位で実質的に線形
に変化し（例えば、図５Ａにおいて導体３２、３４の一部についてｄ₁からｄ₂ま
で）、抵抗性ゴム材料の抵抗特性は実質的に一定である場合、実効抵抗は、また
、フットプリント３６の変位に実質的に線形に変化する。あるいは、特定の非線
形抵抗曲線は、導体３２と導体３４との間の平均距離における特定の変動（例え
ば、対数変動）を規定するように、導体３２、３４を配置することによって、生
じ得る。

【００３０】（２．並列パス抵抗）デバイスの実効抵抗は、直列抵抗成分が実質的に一定に保たれる場合の並列パ
ス抵抗の振る舞いを示す。図６および図７は、主に並列パス抵抗モードで動作す
る可変抵抗デバイスの実施例を示す。

【００３１】図６Ａにおいて、可変抵抗デバイス５０は、サイズにおいて実質的に一定なギ
ャップ５５によってお互いに間隔があいた対の導体５２、５４を含む。示される
実施形態における導体５２、５４の導体表面は、ギャップ５５を規定する直線の
エッジを有し、ほぼ平面で矩形である。ギャップを規定するエッジは、他の実施
形態における非線形の形状を有し得る。抵抗性フットプリント５６は、導体５２
、５４の間のギャップにわたってブリッジし、フットプリント５６ａ、５６ｂに
サイズを変更する。示される実施形態において、抵抗性フットプリント５６は円
状であり、サイズがフットプリント５６ａ、５６ｂにまで大きくなるようなほぼ
対称な態様で導体５２、５４に可動に接触する。代替のフットプリント形状およ
び非対称接触が他の実施形他において使用され得る。可動接触は、図５に示され
る抵抗部材３８に同様な抵抗性ゴム部材によって、フットプリント５６の動きを
操作するためのジョイスティック４０で生じ得る。フットプリント５６の面積に
おける変化は、抵抗性ゴム部材３８の変形を増やすことによって生じ得る。例え
ば、ジョイスティック４０を抵抗性ゴム部材３８に対して下方に押す大きな力は
、抵抗性ゴム部材３８のより大きな変形およびそれによる大きなフットプリント
サイズを生成する。

【００３２】抵抗性フットプリント５６によってブリッジされる導体５２と導体５４との間
のギャップ５５は実質的に一定であるので、全体の抵抗の直列抵抗成分は実質的
に一定である。したがって、可変抵抗デバイス５０の実効抵抗は並列パス抵抗成
分によって指示される。並列パスの量は、５６から５６ａ、５６ｂまでの抵抗性
フットプリントと導体５２、５４との間の接触面積における増加にともない増加
する。並列パス抵抗成分は、接触面積の増加によって生成された並列パスの増加
にともなって減少する。それにより、デバイス５０の実効抵抗は、フットプリン
ト５６からフットプリント５６ａ、５６ｂまでの接触面積の増加にともなって減
少する。示される実施形態において、抵抗性フットプリント５６と導体５２、５
４との間の接触面積は、フットプリント５６からフットプリント５６ａ、５６ｂ
までの可動接触の方向に連続的に増加する。そのような構成において、導体５２
と導体５４との間の並列パス抵抗成分は可動接触の方向において減少する。接触
面積の変化は、可変抵抗デバイス５０に対する特定の抵抗応答（例えば、フット
プリント５６ａ、５６ｂの方向にフットプリント５６の変位に対して線形の形態
で減少する抵抗）を提供するように選択され得る。

【００３３】図６Ａは移動抵抗性フットプリント５６を示すが、同様な可変抵抗デバイス５
０’は、図６Ｂに図示されるように、フットプリント５６ａ、５６ｂにサイズを
変更する固定フットプリント５６についての同様な特性を示す。さらに、図６Ａ
は、円形形状を保持するフットプリント５６を示すが、代替の実施形態における
フットプリント５６はサイズに加えて形状（例えば、円形から楕円に）を変化し
てもよい。

【００３４】図７において、可変抵抗デバイス６０は、抵抗性フットプリント６６で接触す
るための非均一形状導体を有する対の導体６２、６４を含む。導体表面は、図６
Ａに示されるのと同様な態様で実質的に一定なギャップ６５によって間隔をあけ
られる。抵抗性フットプリント６６は円状であり、この実施形態において三角形
である導体表面で可動接触する。抵抗性フットプリント６６が導体表面上をフッ
トプリント６６ａに動く場合に、抵抗性フットプリント６６は実質的に一定のサ
イズを保持する。このデバイス６０は、三角形の導体表面および実質的に一定な
フットプリントサイズを除いて、図６のデバイス５０と同様である。図６Ａのデ
バイス５０におけるように、このデバイス６０における一定のギャップ６５は、
実質的に一定な直列抵抗成分を生じる。抵抗性フットプリント６６が導体６２、
６４に対してフットプリント６６ａに移動する場合、フットプリント６６と導体
６２、６４との間の接触面積は三角形の導体表面の形状に起因して増加し、それ
により、並列パスの量を増加し、並列パス抵抗成分を減らす。接触面積は、フッ
トプリントのサイズの変動に起因して、図６Ａのデバイス５０のサイズを変化さ
せるが、接触面積は、導体表面の形状の変動に起因して、図７のデバイス６０の
サイズを変化させる。図６Ａのデバイス５０と比較して、図７に示される可変抵
抗デバイス６０は、並列パス抵抗モードにおいて同様に動作する代替の実施形態
を生成するために、ジオメトリ、接触位置、接触面積を選択する別の態様を表す
。

【００３５】可変抵抗デバイスが主に並列パス抵抗モードで動作することを保証するための
別の態様は、並列パス抵抗成分が直列抵抗成分より実質的に大きいように、ジオ
メトリ要因および接触変動を操作することである。このように、実効抵抗の変化
は、並列パス抵抗成分の変化に少なくとも実質的に等しい。

【００３６】並列パス抵抗成分が優勢な可変抵抗デバイスの実施例は、図８に示されるジョ
イスティック７０である。可変抵抗ジョイスティック７０は、導電性基板７２と
、導電性基板７２の表面と回転接触する湾曲抵抗表面７５を有する抵抗性ゴムト
ランスデューサ７４と、導電性基板７２に対してトランスデューサ７４を動かす
ためにトランスデューサ７４に結合されたスティック７６とを含む。導電性スプ
リング７８は、導電性基板７２の中心面積の開口部を通って伸び、トランスデュ
ーサ７４の中心接触部７９を導電性基板７２に対して固定されたピボット面積７
７に弾力的に結合する。スプリング７８は、導電性基板７２と電気的に絶縁され
る。示される実施形態において、導電性スプリング７８を通って抵抗性ゴムトラ
ンスデューサ７４の中心部に電圧を印加する。特定の実施形態において、抵抗性
ゴムトランスデューサ７４は薄い厚さを有し、その厚さは、抵抗表面７５の表面
面積の平方根より実質的に薄い。

【００３７】動作において、ユーザは、導電性基板７２に対してトランスデューサ７４を回
転させるための力をスティック７６に付与するが、スプリング７８はピボット面
積７７に対して回転する。抵抗表面７５が導電性基板７２の表面と可動に接触す
る。図９Ａ〜図９Ｃは、電圧が印加された接触部７９から異なる距離でトランス
デューサ７４の抵抗表面７５上にいくつかの可動接触位置またはフットプリント
８０ａ、８０ｂ、８０ｃを示す。電流は、導電性スプリング７８からトランスデ
ューサ７４の中心接触部７９に、電圧が読み出される接触位置（８０ａ、８０ｂ
、８０ｃ）での導電性基板７２に対して、トランスデューサ７４の抵抗性ゴム材
料を通って流れる。電流は、トランスデューサ７４の抵抗性ゴム材料を通って通
過するので、接触部７９での電圧源から導電性基板７２での接触位置までで電圧
降下がある。

【００３８】図９Ａ〜９Ｃは、接触部７９と可動接触位置８０ａ〜８０ｃとの間の抵抗性表
面７５上にある並列パス８２ａ〜８２ｃを模式的に示す。図９Ａ〜９Ｃは、抵抗
性ゴムトランスデューサ７４の本体を通る並列パスではなくて、抵抗性表面７５
上の並列パス８２ａ〜８２ｃのみを示す。図９Ａ〜９Ｃは、接触部７９と可動接
触位置８０ａ〜８０ｃとの間にあるトランスデューサ７４の本体を通る並列パス
の量を表す。接触位置８０ａ〜８０ｃの接触面積のサイズは、好ましくは、実質
的に一定である。接触面積の形状もまた、典型的には、ほぼ一定である。

【００３９】図９Ａにおいて、印加電圧のための接触部７９および接触位置８０ａの両方が
、抵抗性表面７５の外側のエッジから離れて、抵抗性表面７５の中心面積にほぼ
配置される。この構成において、接触部７９および接触位置８０ａの両方が、抵
抗性ゴム材料によって囲まれている。電流は、接触部７９を囲むトランスデュー
サ７４の抵抗性ゴム材料内への複数の方向で、並列パス８２ａのアレイの接触部
７９から接触位置８０ａへと流れ、また接触位置８０ａを囲む異なる方向からも
流れる。逆に、接触部７９と接触位置８０ａとの間の直列の抵抗成分（それらの
間の距離によって規定される）は、支配的な並列パスの抵抗成分よりもはるかに
小さい。電流がそこを通って流れる抵抗性ゴム材料の量を制限する接触部７９と
接触位置８０ａとの間の短い距離に起因して、並列パス８２ａの量は比較的少な
い。

【００４０】図９Ｂにおいて、接触位置８０ｂは、接触部７９からさらに離れて移動してし
るが、まだ抵抗性表面７５の外側のエッジからは離れており、抵抗性表面７５の
中心面積にほぼ留まった状態である。接触位置８０ｂは接触部７９からさらに離
れて位置しているので、さらに多くの抵抗性ゴム性材料が存在し、従って電流が
図９Ａよりも多く流れるために多くの量の並列パス８２ｂが存在する。並列パス
が増えるにつれて、並列パスの抵抗成分は減少する。接触部７９と接触位置８０
ｂとの間の距離が大きくなるほど、直列の抵抗成分の増加を招くが、直列の抵抗
の増加を補償するよりも多くの並列パス量の存在に起因して、並列パスの成分に
比べて依然として小さな成分である。従って、実効抵抗は、接触位置８０ｂが固
定の中心接触部７９からさらに離れるように移動するにつれて減少する。

【００４１】最終的には、接触部７９と接触位置との間の距離が増加するにつれて、並列パ
スのさらなる生成は減少する。図９Ｃに示す実施形態において、このことは、接
触位置８０ｃが抵抗性表面７５のエッジに近づくと生じる。図９Ｃでは、接触位
置８０ｃは、図９Ａおよび９Ｂと同じだけの抵抗性ゴム材料によってもはや囲ま
れることはない。並列パス８２ｃに利用可能な抵抗性ゴム材料は、幾何学的因子
によって制限される。一方、直列の抵抗成分は、距離の増加の結果、増加しつづ
ける。

【００４２】図１０は、中心接触部７９からのフットプリントの距離Ｄの関数として、実効
抵抗Ｒのプロットを示す。実効抵抗Ｒは、最初、並列パス抵抗特性を示し、接触
位置が図９Ａの接触位置８０ａから図９Ｂの接触位置８０ｂへと移動するにつれ
て減少する。図１０の抵抗曲線の一部は、実質的に線形である。このことは、中
心接触部７９と接触位置８０ｂとの間の距離が、抵抗性表面７５の半径に関して
規格化された約２．５〜６．５の間の中間距離範囲にある場合に生じる。接触位
置８０ｃが図９Ｃに示される抵抗性表面７５のエッジに近づく場合に、直列の抵
抗成分が、並列パスの抵抗成分を上回り、支配的な成分となると、クロスオーバ
が生じる。このクロスオーバは、図１０では、フットプリントの距離が抵抗性表
面７５のエッジ付近の約７．５〜８．５まで増加することに伴う実効抵抗の増加
として見られる。クロスオーバ現象は、抵抗性表面７５のエッジに向かう接触位
置８０ｃの移動によって達成されるスイッチのような特定のアプリケーションで
用いられ得る。

【００４３】図８において、抵抗性ゴムトランスデューサ７４が回転し、可動接触する導電
性基板７２の表面は、２つの軸の方向性の移動を提供するように、２つ以上のセ
グメント（典型的には４つ）に分割されると仮定される。図１１Ａおよび１１Ｂ
は、可変抵抗デバイス７０の抵抗特性を変更するために用いられ得る別の導電性
パターンのセグメントを示す。図１１Ａは、基板上に連続する導電性パターン８
６を示し、一方図１１Ｂは、個々の導電性トレースから作製される導電性パター
ン８８を示す。どちらの場合も、抵抗性表面７５のフットプリントと接触する導
電性材料の量は、接触位置が中心接触部７９からさらに離れるように移動するに
つれて増加する。従って、抵抗性フットプリントおよび導電性パターン８６、８
８との間の実効接触面積のサイズは、中心接触部７９からのフットプリントの距
離が増加するにつれて（フットプリントのサイズがほぼ一定であっても）増加す
る。そのため、並列パス量の増加は、フットプリントの距離の増加に対して増大
する。その結果、実効抵抗は、抵抗性フットプリントが抵抗性表面７５のエッジ
に達するまで、よりはっきりした並列パス特性を示す。図１１Ａおよび１１Ｂの
実施形態は、実効接触面積を変化させるさらなる因子を導入して、可変抵抗デバ
イス７０の実効抵抗特性を操作する。

【００４４】上述のように、直列パスの抵抗成分は、抵抗性フットプリントの接触位置８０
ｃが図９Ｃおよび１０に示されるように抵抗性表面７５のエッジに近づくにつれ
て支配的となる。この特性を利用する可変抵抗デバイス９０の別の実施形態を図
１２の分解図に示す。デバイス９０は、示される実施形態において矩形である抵
抗性ゴム部材９２の薄いシートを含む。１つのコーナー９４は、印加電圧Ｖによ
って活性化され、一方別のコーナ９６は接地されている。あるいは、第２のコー
ナー９６は、異なる電圧によって活性化され、抵抗性ゴム部材９２にわたって差
を有する電圧を作り出す。導電性シート９８は、抵抗性ゴムシート９２にほぼ平
行、かつその抵抗性ゴムシート９２上に空間を隔てて配置される。力が、ペン９
９等を介して加えられ、抵抗性ゴムシート９２および導電性シート９８を種々の
接触位置で接触させる。この可変抵抗デバイス９０では、直列の抵抗成分が支配
的である。この理由の一部としては、並列パスの形成が、コーナー９４、９６を
囲む抵抗性材料の不足によって制限されるためである。導電性シート９８との接
触が、抵抗性ゴムシート９２の中心面積でなされる場合でさえ、電圧がコーナー
９４に印加されるため、並列パスの量は制限されたままである。逆に、図８に示
されるようにデバイス７０の中心接触部７９に電圧が印加されると、電流は、中
心接触部７９を囲む抵抗性ゴム材料へと複数の方向で流れることができる。

【００４５】上述の例は、直列の抵抗成分および並列パスの抵抗成分を操作して、特定の所
望の特性を有する実効抵抗を生成するための幾何学的形状および接触変化を制御
する方法のうちのいくつかを示す。

【００４６】（Ｃ．機械的特性）可変抵抗デバイスを設計する際に考慮すべき別の因子は、抵抗性ゴム部材およ
び導体の機械的特徴の選択である。この因子は、例えば、構成要素の形状および
それらの構造上の位置を含み、これら形状および位置が互いにどのように相互作
用し、電気的接触をするかを示す。

【００４７】電位差計を形成するために抵抗性ゴムストリップ１２の使用を図１〜２に示す
。導電性バー３２、３４の使用を図５Ａおよび５Ｂに示す。抵抗性ゴムの平坦な
シートを図１２に示す。図１２の構成では、典型的には、２つのコーナーが電圧
電位によって活性化され、残り２つのコーナーが接地されている。電圧は、導電
性シート９８と抵抗性ゴムシート９２との間の接触を介して読み出され、当該分
野で公知の方法を用いてＸ−Ｙデカルト座標系上の接触位置を決定するために処
理される。このタイプの可変抵抗デバイス９０は、例えば、マウスポインタまた
は他のコントロールインターフェースツールとして適用可能である。

【００４８】湾曲したシートの形態の抵抗性ゴム部材を図５Ｂおよび８に示す。図５Ｂおよ
び８の例は、ジョイスティックまたはジョイスティック状の構造を示すが、この
構成は、圧力センサのような他の用途にも用いられ得る。例えば、可変圧力によ
って湾曲した抵抗性ゴムシートに加わる力が発生し得、湾曲した抵抗性ゴムシー
トおよび導電性基板との間の接触面積は、加えられる圧力のレベルに比例し得る
。このように、抵抗の変化は、抵抗測定を用いて加えられた圧力を計算すること
ができるので圧力の変化に関連し得る。

【００４９】別の機械的形状はロッドである。図４において、導電性ロッド２６の例を示す
。ロッドは、ほぼ矩形のフットプリントを生成する。ロッドの構成を抵抗性ゴム
部材にも用いて、矩形の抵抗性フットプリントを生成することができる。例とし
ては、図７のデバイス６０と同様の図１３に示される可変抵抗デバイス１００が
ある。デバイス１００は、同様のギャップ１０５だけ空間を隔てて配置された同
様の一対の導体１０２、１０４を有する。違いは、図７では円形フットプリント
６６、６６ａであるのに対して、抵抗性フットプリント１０６、１０６ａが矩形
であるという点である。フットプリント１０６の形状の変化は、異なった抵抗応
答を生じるが、実効抵抗はやはり、図７のデバイス６０と同様に並列パスの抵抗
成分によって支配されている。

【００５０】フットプリントのさらに別の機械的形状は、三角形があり、これは円錐または
くさびによって作り出され得る。図１４において、可変抵抗デバイス１１０は、
図６のデバイス５０と同様であり、ギャップ１１５だけ空間を隔てて配置された
一対の導体１１２、１１４を含む。サイズが変化する円形抵抗性フットプリント
５６の代わりに、デバイス１１０は、ギャップ１１５の方向に導体１１２、１１
４と可動接触を為す三角抵抗性フットプリント１１６を用いる。その結果、抵抗
性フットプリント１１６と導体１１２、１１４との間の接触面積は、フットプリ
ント１１６のサイズが一定である場合でさえ、フットプリント１１６の移動方向
に増加し、図６に示されるのと同様の効果を生じる。この実施形態において、接
触面積の実質的に線形の増加に起因して、抵抗応答もまた実質的に線形である。

【００５１】図１５の可変抵抗デバイス１２０では、三角抵抗性フットプリント１２６がギ
ャップ１２５の方向に導体１２２、１２４と可動接触をする場合に、三角抵抗性
フットプリント１２６の形状を変更して、対数的な抵抗応答を生じる。抵抗Ｒの
変化は、ギャップ１２５の方向の抵抗性フットプリント１２６の変位Ｄの対数に
比例する。抵抗Ｒの変化対抵抗性フットプリント１２６の変位Ｄのプロットを図
１６に示す。

【００５２】図１７の可変抵抗性デバイス１３０に示すように、矩形導電性部材１４をほぼ
三角形の導電性部材１４’と置き換えた場合、対数抵抗応答がまた図１〜２の実
施形態を用いて生成され得る。導体１６ａが接地される一方で、導体１６ｂが電
圧Ｖによって活性化される。図１８は、電圧Ｖが印加された場合の、抵抗Ｒ対導
体１６ｂに隣接するトランスデューサ１２の端部から測定された、抵抗性ゴムト
ランスデューサ１２と導電性部材１４’との間の接触位置の距離のプロットを示
す。

【００５３】上述の例によって示されるように、種々の異なる幾何学的形状および用途を有
する可変抵抗デバイスの設計を容易にする複数の方法で、抵抗性ゴム材料を形成
し、変形し得る。さらに、抵抗性ゴム材料から作製されるデバイスは、しばしば
より信頼性がある場合がある。例えば、図１〜２に示される電位差計１０は、従
来のデバイスの接触面積と比較して、比較的に大きな接触面積を有する抵抗性ゴ
ムトランスデューサ１２を提供する。摩耗の問題は低減する。大きな接触面積は
また、塵粒の存在のような不純物に対して従来のデバイスに比べてそれほどセン
シティブでない電位差計１０を提供する。

【００５４】上述の装置の構成およびその方法は、本発明の原理の単なる適用例に過ぎず、
上述の特許請求の範囲に規定される本発明の意図および範囲から逸脱することな
く、多くの他の実施形態および変更例が為され得ることを理解されたい。例えば
、別の形状および構造上の接続を利用して、種々の異なる抵抗特性を有する可変
抵抗デバイスを生成することができる。幾何学的因子および接触変化を様々な方
法で操作して、特定の抵抗応答を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施形態による実効直列抵抗特性を示す可変抵抗デバイス
の正面図である。

【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施形態による実効直列抵抗特性を示す可変抵抗デバイス
の正面図である。

【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施形態による実効直列抵抗特性を示す可変抵抗デバイス
の正面図である。

【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａ〜１Ｃの可変抵抗デバイスの接触位置の関数とした実効抵抗
のプロットである。

【図２】図２は、図１〜２の可変抵抗デバイスの斜視図である。

【図３】図３は、図１Ａ〜１Ｃの可変抵抗デバイスの回路図である。

【図４】図４は、本発明の別の実施形態による実効直列抵抗特性を示す可変抵抗デバイ
スの正面図である。

【図５Ａ】図５Ａは、本発明の別の実施形態による実効直列抵抗特性を示す可変抵抗デバ
イスの平面図である。

【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの可変抵抗デバイスの正面図である。

【図６Ａ】図６Ａは、本発明の実施形態による実効並列パス抵抗特性を示す可変抵抗デバ
イスの模式図である。

【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の別の実施形態による実効並列パス抵抗特性を示す可変抵抗
デバイスの模式図である。

【図７】図７は、本発明の別の実施形態による実効並列パス抵抗特性を示す可変抵抗デ
バイスの模式図である。

【図８】図８は、本発明の別の実施形態による実効並列パス抵抗特性を示す可変抵抗デ
バイスの部分的断面図である。

【図９Ａ】図９Ａは、図８の可変抵抗デバイスの異なる接触位置の並列パスを示す模式図
である。

【図９Ｂ】図９Ｂは、図８の可変抵抗デバイスの異なる接触位置の並列パスを示す模式図
である。

【図９Ｃ】図９Ｃは、図８の可変抵抗デバイスの異なる接触位置の並列パスを示す模式図
である。

【図１０】図１０は、図８の可変抵抗デバイスの接触位置間の距離の関数とした実行抵抗
のプロットである。

【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の別の実施形態による図８の可変抵抗デバイスにおける基
板のセグメントの導電性トレースパターンの模式図である。

【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の別の実施形態による図８の可変抵抗デバイスにおける基
板のセグメントの別の導電性トレースパターンの模式図である。

【図１２】図１２は、本発明の別の実施形態による実効直列抵抗特性を示す可変抵抗デバ
イスの分解斜視図である。

【図１３】図１３は、本発明の別の実施形態による矩形抵抗性フットプリントを有する、
実効並列パス抵抗特性を示す可変抵抗デバイスの模式図である。

【図１４】図１４は、本発明の別の実施形態による三角形抵抗性フットプリントを有する
、実効並列パス抵抗特性を示す可変抵抗デバイスの模式図である。

【図１５】図１５は、本発明の別の実施形態による対数抵抗性フットプリントを有する、
実効並列パス抵抗特性を示す可変抵抗デバイスの模式図である。

【図１６】図１６は、図１５の可変抵抗デバイスのための抵抗性フットプリントの変位の
関数とした実効抵抗のプロットである。

【図１７】図１７は、本発明の別の実施形態による対数導体フットプリントを有する、実
効直列抵抗特性を示す可変抵抗デバイスの分解斜視図である。

【図１８】図１８は、図１７の可変抵抗デバイスのための抵抗性ゴムトランスデューサと
導体フットプリントとの間の接触位置の関数とした実効抵抗のプロットである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロジャース，マイケルディー．アメリカ合衆国カリフォルニア 95762，エルドラドヒルス，キングジョージウェイ 966 Ｆターム(参考） 5E030 BA21 CA06 CC01 CC09 JA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】抵抗性ゴム材料を含む抵抗性部材と、第１の接触面積にわたって第１の接触位置で前記抵抗性部材と電気的に結合す
るように構成された第１の導体と、第２の接触面積にわたって第２の接触位置で前記抵抗性部材と電気的に結合す
るように構成された第２の導体とを含む可変抵抗デバイスであって、前記第１の接触位置と前記第２の接触位置と
はある距離で互いに離れており、ここで、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位置での前
記第２の導体との間の抵抗は、直列の抵抗成分と並列パスの抵抗成分との和に等
しく、前記直列の抵抗成分は前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の
前記距離が大きくなるにつれて増加し、そして前記第１の接触位置と前記第２の
接触位置との間の前記距離が小さくなるにつれて減少し、前記並列パスの抵抗成
分は選択された第１および第２の接触位置と選択された第１および第２の接触面
積とに基づいて所望の特性に予め設定される、可変抵抗デバイス。
【請求項２】前記第１および第２の接触位置と前記第１および第２の接触
面積とは、前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記距離の変化に
対して少なくとも実質的に一定である並列パスの抵抗成分を提供するように選択
され、その結果、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位置
での前記第２の導体との間の抵抗は、前記第１の接触位置と前記第２の接触位置
との間の前記距離が大きくなるにつれて増加し、そして前記第１の接触位置と前
記第２の接触位置との間の前記距離が小さくなるにつれて減少する、請求項１に
記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３】前記抵抗性部材は２つの端部間の長さと断面とを有し、前記
断面は前記長さに沿って少なくとも実質的に均一であり、ここで、前記第１の接
触位置は前記２つの端部のうちの１つにあり、前記第２の接触位置は前記抵抗性
部材の前記２つの端部間の前記長さに沿った抵抗性の表面にわたって移動可能で
あり、そしてここで、前記第１の接触面積は前記第１の接触位置において前記抵
抗性部材の前記断面の少なくとも実質的に全体を含み、前記第２の接触面積は少
なくとも実質的に一定であり、そして前記第２の接触位置において前記抵抗性部
材の前記断面の周囲の実質的な部分にわたって広がる前記抵抗性部材の前記抵抗
性表面の面積を含む、請求項２に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項４】前記抵抗性部材は幅と前記幅より実質的に小さい厚さとを有
し、そしてここで、前記第２の接触面積は前記第２の接触位置において前記抵抗
性部材の一方の側の前記幅に少なくとも実質的にわたって広がる、請求項３に記
載の可変抵抗デバイス。
【請求項５】前記抵抗性部材の前記幅は前記厚さの少なくとも約５倍であ
る、請求項４に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項６】前記抵抗性表面は実質的に平面である、請求項３に記載の可
変抵抗デバイス。
【請求項７】前記抵抗性部材の少なくとも一部は前記長さに沿って実質的
に直線状である、請求項３に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項８】前記第２の導体は前記抵抗性部材の前記長さの少なくとも一
部に沿って配置され、そして前記抵抗性部材から離されており、前記第２の導体
および前記抵抗性部材のうちの少なくとも１つは、前記第２の導体および前記抵
抗性部材のうちの他方の１つと前記抵抗性部材上の異なる第２の接触位置で接触
するように撓むことが可能である、請求項３に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項９】前記第２の導体は、前記抵抗性部材の前記長さに沿って前記
抵抗性表面上で回転可能である湾曲した表面を有する、請求項３に記載の可変抵
抗デバイス。
【請求項１０】抵抗の前記増加および減少は、前記抵抗性部材の前記長さ
の少なくとも一部にわたる前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前
記距離の前記増加および減少に対して、それぞれ実質的に線形である、請求項３
に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項１１】前記抵抗性部材の一方の端部における前記第１の接触位置
での前記第１の導体は電圧で活性化され、前記抵抗性部材の他方の端部は接地さ
れるか、あるいは前記第１の接触位置での前記電圧とは異なる別の電圧で活性化
される、請求項３に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項１２】前記第１の導体は第１の導体表面を含み、前記第２の導体
は前記第１の導体表面に対して少なくとも実質的に固定され、そして変更可能な
距離だけ前記第１の導体表面から離されている第２の導体表面を含み、そしてこ
こで、前記抵抗性部材は前記第１の接触面積にわたる前記第１の導体表面と前記
第２の接触面積にわたる前記第２の導体表面とを移動可能に接触させる抵抗性フ
ットプリントを有し、前記第１の接触面積は少なくとも実質的に一定であり、前
記第２の接触面積は少なくとも実質的に一定であり、前記抵抗性フットプリント
は前記第１の接触位置での前記第１の導体表面と前記第２の接触位置での前記第
２の導体表面とに平均距離でまたがっており、それにより前記第１の接触位置で
の前記第１の導体と前記第２の接触位置での前記第２の導体との間の抵抗は、前
記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記平均距離が増加するにつれ
て増加し、前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記平均距離が減
少するにつれて減少する、請求項２に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項１３】前記第１の導体表面は第１の長手方向の導体表面を含み、
そして前記第２の導体表面は第２の長手方向の導体表面を含む、請求項１２に記
載の可変抵抗デバイス。
【請求項１４】前記第１の長手方向の導体表面は少なくとも実質的に直線
状であって、かつ少なくとも実質的に一定の第１の幅を有する第１のストリップ
を含み、そして前記第２の長手方向の導体表面は少なくとも実質的に直線状であ
って、かつ少なくとも実質的に一定の第２の幅を有する第２のストリップを含み
、前記第２のストリップは前記第１のストリップと平行でない、請求項１３に記
載の可変抵抗デバイス。
【請求項１５】前記抵抗性部材は前記抵抗性フットプリントの面積の平方
根よりも実質的に小さい厚さを有する、請求項１２に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項１６】前記抵抗性フットプリントは少なくとも実質的に円形また
は矩形または三角形である、請求項１２に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項１７】前記抵抗性フットプリントは面積が少なくとも実質的に一
定である、請求項１２に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項１８】前記第１および第２の接触位置と前記第１および第２の接
触面積とは、前記直列の抵抗成分が前記並列パスの抵抗成分よりも実質的に大き
く、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位置での前記第２
の導体との間の前記抵抗の変化は、前記第１の導体と前記第２の導体との間の前
記直列の抵抗成分の変化に少なくとも実質的に等しいように選択される、請求項
１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項１９】前記抵抗性部材は、電圧で活性化される前記第１の導体に
結合されているコーナーを有する抵抗性シートを含み、そしてここで、前記第２
の導体は前記第２の接触位置で前記抵抗性シートと移動可能に接触するように構
成され、その結果、前記コーナーでの前記第１の導体と前記第２の接触位置での
前記第２の導体との間の前記抵抗の変化は、前記コーナーでの前記第１の導体と
前記第２の接触位置での前記第２の導体との間の前記直列の抵抗成分の変化に少
なくとも実質的に等しい、請求項１８に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項２０】前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記距
離は少なくとも実質的に一定であり、そして前記直列の抵抗成分は少なくとも実
質的に一定であり、その結果、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第
２の接触位置での前記第２の導体との間の前記抵抗の変化は、前記第１の接触位
置での前記第１の導体と前記第２の接触位置での前記第２の導体との間の前記並
列パスの抵抗成分の変化に少なくとも実質的に等しい、請求項１に記載の可変抵
抗デバイス。
【請求項２１】前記第１および第２の接触面積のうちの少なくとも１つは
変更可能であり、前記並列パスの抵抗成分は一般に、前記第１および第２の接触
面積のうちの少なくとも一方の増加とともに減少する、請求項２０に記載の可変
抵抗デバイス。
【請求項２２】前記抵抗性部材は、前記第１および第２の導体を変更可能
な第１の接触面積および変更可能な第２の接触面積のうちの少なくとも１つと接
触させる可変抵抗フットプリントを有する、請求項２１に記載の可変抵抗デバイ
ス。
【請求項２３】前記第１の導体は第１のエッジを有し、前記第２の導体は
少なくとも実質的に一定のある距離で前記第１のエッジから離された第２のエッ
ジを有し、そしてここで、前記抵抗性部材は前記第１のエッジと前記第２のエッ
ジとにわたって前記第１および第２の導体と移動可能に接触し、変更可能な第１
の接触面積および変更可能な第２の接触面積のうちの少なくとも１つを生成する
抵抗性フットプリントを有する、請求項２１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項２４】前記抵抗性フットプリントはサイズが少なくとも実質的に
一定であり、そしてここで、前記第１および第２の導体のうちの少なくとも１つ
は、前記抵抗性フットプリントと移動可能に接触し、変更可能な第１の接触面積
および変更可能な第２の接触面積のうちの少なくとも１つを生成する不均一な接
触表面を有する、請求項２３に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項２５】変更可能な第１の接触面積および変更可能な第２の接触面
積のうちの前記少なくとも１つは、前記抵抗性フットプリントと前記第１および
第２の導体との間の移動可能な接触の方向に連続的に増加し、前記第１の導体と
前記第２の導体との間の前記並列パスの抵抗成分は前記移動可能な接触の方向に
減少する、請求項２３に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項２６】変更可能な第１の接触面積および変更可能な第２の接触面
積のうちの前記少なくとも１つは、前記第１の導体と前記第２の導体との間の前
記並列パスの抵抗成分が前記移動可能な接触の方向に実質的に線形に減少するよ
うな態様で増加する、請求項２５に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項２７】前記抵抗性フットプリントは少なくとも実質的に円形また
は矩形または三角形である、請求項２３に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項２８】前記抵抗性部材は、変更可能な第１の接触面積および変更
可能な第２の接触面積のうちの少なくとも１つを生成するように、前記第１およ
び第２の導体と変更可能に接触するように変形可能である抵抗性フットプリント
を有する、請求項２１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項２９】前記第１および第２の接触位置と前記第１および第２の接
触面積とは、前記並列パスの抵抗成分が前記直列の抵抗成分よりも実質的に大き
く、そして、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位置での
前記第２の導体との間の前記抵抗の変化が、前記第１の導体と前記第２の導体と
の間の前記並列パスの抵抗成分の前記変化に少なくとも実質的に等しくなるよう
に選択される、請求項１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３０】前記抵抗性部材は、前記第１および第２の接触位置でそれ
ぞれ前記第１および第２の導体と接触する外部境界を有する抵抗性表面を有し、
前記第１および第２の接触位置は、前記抵抗性表面の前記外部境界から離れて配
置されている、請求項２９に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３１】前記第１の接触位置は前記抵抗性表面に少なくとも実質的
に固定される、請求項３０に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３２】前記第２の接触位置は前記第１の接触位置に対して前記抵
抗性表面上を移動可能である、請求項３１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３３】前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触
位置での前記第２の導体との間の前記並列パスの抵抗成分は、前記第１の接触位
置と前記第２の接触位置との間の距離の増加とともに減少する、請求項３２に記
載の可変抵抗デバイス。
【請求項３４】前記並列パスの抵抗成分は、前記抵抗性表面の少なくとも
一部にわたって前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記距離の増
加とともに実質的に線形の態様で減少する、請求項３３に記載の可変抵抗デバイ
ス。
【請求項３５】前記第１の接触位置での前記第１の接触面積は少なくとも
実質的に一定であり、前記第２の接触位置での前記第２の接触面積は少なくとも
実質的に一定である、請求項３２に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３６】前記第１の接触位置は前記抵抗性表面の中心面積に一般に
固定される、請求項３１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３７】前記第２の導体は第２の導体表面を含み、そしてここで、
前記抵抗性表面および前記第２の導体表面のうちの少なくとも１つは凸状の湾曲
した表面を備え、前記抵抗性表面と前記第２の導体表面との間に回転接触を提供
する、請求項３６に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３８】前記第２の導体表面は導電性部分と非導電性部分とを含み
、前記第２の導電性表面の少なくとも一部にわたる前記第１の接触位置からの距
離の増加に比例して、前記導電性部分は増加し、前記非導電性部分は減少する、
請求項３７に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項３９】前記第１の接触位置からの距離の増加に比例して、前記導
電性部分は徐々に増加し、前記非導電性部分は徐々に減少する、請求項３８に記
載の可変抵抗デバイス。
【請求項４０】前記抵抗性表面および前記第２の導体表面のうちの１つは
凸状の湾曲した表面を含み、前記抵抗性表面および前記第２の導体表面のうちの
他方の１つは実質的に平坦な表面を含む、請求項３７に記載の可変抵抗デバイス
。
【請求項４１】前記第２の導体表面は外部境界および内部境界とともにほ
ぼ環状であり、前記第２の導体表面の前記内部境界は前記抵抗性表面上の前記第
１の接触位置から離されている、請求項３７に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項４２】前記抵抗性部材は前記第１の接触表面でバネにより弾性的
に支持される、請求項３６に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項４３】前記第１の導体は前記バネを含む、請求項４２に記載の可
変抵抗デバイス。
【請求項４４】前記第１の導体は電圧で活性化される、請求項３６に記載
の可変抵抗デバイス。
【請求項４５】前記第１および第２の接触位置の間の前記距離は少なくと
も実質的に固定されており、そして前記並列パスの抵抗成分は前記第１の接触位
置での前記第１の接触面積および前記第２の接触位置での前記第２の接触面積の
うちの少なくとも１つの増加とともに一般に減少する、請求項３０に記載の可変
抵抗デバイス。
【請求項４６】前記第１および第２の接触位置は少なくとも実質的に固定
されている、請求項４５に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項４７】前記第１の接触位置は前記抵抗性表面の中心面積に一般に
固定されている、請求項４５に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項４８】前記抵抗性表面は前記第１および第２の導体と変更可能に
接触するように変形可能であり、変更可能な第１の接触面積および変更可能な第
２の接触面積のうちの少なくとも１つを生成し、前記第１の接触位置での前記第
１の導体と前記第２の接触位置での前記第２の導体との間の並列パスの抵抗成分
は、前記第１および第２の接触面積のうちの少なくとも１つの増加とともに一般
に減少する、請求項４５に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項４９】前記抵抗性部材は前記第１および第２の接触位置で、それ
ぞれ前記第１および第２の導体と接触するための抵抗性表面を有し、前記抵抗性
表面は外部境界と前記抵抗性表面の表面面積の平方根よりも実質的に小さい厚さ
とを有し、ここで、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位
置での前記第２の導体との間の並列パスの抵抗成分は、前記第１および第２の接
触位置の両方が前記抵抗性表面の前記外部境界から離れて配置された場合の前記
直列の抵抗成分よりも実質的に大きく、そしてここで、前記第１の接触位置での
前記第１の導体と前記第２の接触位置での前記第２の導体との間の直列の抵抗成
分は、前記第１および第２の接触位置のうちの少なくとも１つが前記抵抗性表面
の前記外部境界に、またはその近傍にある場合の前記並列パスの抵抗成分よりも
実質的に大きい、請求項１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項５０】前記第１の接触位置は前記抵抗性表面の中心面積に一般に
固定されている、請求項４９に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項５１】前記第２の接触位置は前記第１の接触位置に対して移動可
能であり、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位置での前
記第２の導体との間の直列の抵抗成分は前記第１の接触位置と前記第２の接触位
置との間の距離の増加とともに増加し、前記第１の接触位置での前記第１の導体
と前記第２の接触位置での前記第２の導体との間の並列パスの抵抗成分は前記第
１の接触位置と前記第２の接触位置との間の距離の増加とともに減少する、請求
項５０に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項５２】前記第１の接触位置での前記第１の接触面積は少なくとも
実質的に一定であり、前記第２の接触位置での前記第２の接触面積は少なくとも
実質的に一定である、請求項５１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項５３】前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触
位置での前記第２の導体との間の前記抵抗は、前記第２の接触位置が前記境界位
置のほうへ接近するまで前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記
距離が増加するにつれて、最初は減少し、やがて前記抵抗は、前記第２の接触位
置が前記抵抗性表面の前記境界に達するまで増加する、請求項５２に記載の可変
抵抗デバイス。
【請求項５４】前記第１の接触位置は前記抵抗性表面の前記境界に、また
はその近傍に配置され、そしてここで、前記第２の接触位置は前記抵抗性表面上
で移動可能であり、前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位
置での前記第２の導体との間の前記抵抗は、前記第１の接触位置と前記第２の接
触位置との間の距離の増加とともに増加する、請求項４９に記載の可変抵抗デバ
イス。
【請求項５５】前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触
位置での前記第２の導体との間の前記抵抗は、前記抵抗性部材が前記第１の接触
位置と前記第２の接触位置との間の伸縮する変形を受ける場合に増加する、請求
項１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項５６】前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触
位置での前記第２の導体との間の前記抵抗は、前記抵抗性部材が前記第１の接触
位置と前記第２の接触位置との間の圧力を受ける場合に減少する、請求項１に記
載の可変抵抗デバイス。
【請求項５７】前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触
位置での前記第２の導体との間の前記抵抗は、前記抵抗性部材が前記第１の接触
位置と前記第２の接触位置との間の温度の上昇を受ける場合に増加し、前記抵抗
性部材が前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の温度の下降を受ける
場合に減少する、請求項１に記載の可変抵抗デバイス。
【請求項５８】抵抗性ゴム材料を含む抵抗性部材から可変抵抗を提供する
方法であって、前記方法は、第１の導体を第１の接触面積にわたる第１の位置で前記抵抗性部材と電気的に
結合する工程と、第２の導体を第２の接触面積にわたる第２の位置で前記抵抗性部材と電気的に
結合する工程と、前記第１の位置、前記第２の位置、前記第１の接触面積、および前記第２の接
触面積のうちの少なくとも１つを変化させ、前記第１の導体と前記第２の導体と
の間の抵抗の変化を生成する工程であって、前記第１の導体と前記第２の導体と
の間の前記抵抗は直列の抵抗成分と並列パスの抵抗成分とを含み、前記直列の抵
抗成分は前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記距離が大きくなるにつれ
て増加し、そして前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記距離が小さくな
るにつれて減少し、前記並列パスの抵抗成分は選択された第１および第２の位置
と選択された第１および第２の接触面積とに基づいて所望の特性に予め設定され
る、工程とを包含する、方法。
【請求項５９】前記第１および第２の位置と前記第１および第２の接触面
積とが選択されて、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記距離の変化に
対して少なくとも実質的に一定である並列の抵抗成分を提供し、その結果、前記
第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触位置での前記第２の導体と
の間の前記抵抗は、前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記距離が大きく
なるにつれて増加し、そして前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記距離
が小さくなるにつれて減少する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】前記第１および第２の位置と前記第１および第２の接触面
積とは、前記直列の抵抗成分が前記並列パスの抵抗成分よりも実質的に大きく、
そして前記第１の位置での前記第１の導体と前記第２の位置での前記第２の導体
との間の前記抵抗の変化が前記第１の導体と前記第２の導体との間の前記直列の
抵抗成分の変化に少なくとも実質的に等しくなるように選択される、請求項５８
に記載の方法。
【請求項６１】前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記距離は少な
くとも実質的に一定であり、そして前記直列の抵抗成分は少なくとも実質的に一
定であり、その結果、前記第１の位置での前記第１の導体と前記第２の位置での
前記第２の導体との間の前記抵抗の変化が前記第１の位置での前記第１の導体と
前記第２の位置での前記第２の導体との間の前記並列パスの抵抗成分の変化に少
なくとも実質的に等しい、請求項５８に記載の方法。
【請求項６２】前記第１および第２の位置と前記第１および第２の接触面
積とは、前記並列パスの抵抗成分が前記直列の抵抗成分よりも実質的に大きく、
そして前記第１の位置での前記第１の導体と前記第２の位置での前記第２の導体
との間の前記抵抗の変化が前記第１の導体と前記第２の導体との間の前記並列パ
スの抵抗成分の変化に少なくとも実質的に等しくなるように選択される、請求項
５８に記載の方法。
【請求項６３】エラストマー性の抵抗性ゴム材料を含む抵抗性部材と、第１の接触面積にわたって第１の接触位置で前記抵抗性部材と電気的に結合す
るように構成された第１の導体と、第２の接触面積にわたって移動可能な第２の接触位置で前記抵抗性部材と電気
的に結合するように構成された第２の導体とを含む可変抵抗デバイスであって、前記第２の導体は前記第２の導体と前記抵抗
性部材との間の前記第２の接触位置を変化させるように前記抵抗性部材に対して
移動可能であり、前記第１の接触位置と前記移動可能な第２の接触位置とは変更
可能な距離で互いから離されており、ここで、前記第２の接触位置と前記第１の接触位置との間の相対的な距離は前
記抵抗性部材が前記第２の導体に沿って変形する際の前記抵抗性部材の抵抗の変
化により決定され、前記抵抗は前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第
２の接触位置での前記第２の導体との間で測定される、可変抵抗デバイス。
【請求項６４】前記第１の接触位置での前記第１の導体と前記第２の接触
位置での前記第２の導体との間で測定された前記抵抗性部材の前記抵抗は、直列
の抵抗成分と並列パスの抵抗成分との和に等しく、前記直列の抵抗成分は前記第
１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記距離が大きくなるにつれて増加
し、前記第１の接触位置と前記第２の接触位置との間の前記距離が小さくなるに
つれて減少し、前記並列パスの抵抗成分は選択された第１および第２の接触位置
と選択された第１および第２の接触面積とに基づいて所望の特性に予め設定され
る、請求項６３に記載の可変抵抗デバイス。