JP2008135405A - 摺動部を有する入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 摺動子と電極との間の磨耗を少なくして、接点寿命の長い摺動部を有する入力装置を提供する。
【解決手段】 バインダー樹脂に、導電粉と補強材をおよび前記導電材とを混ぜ合わせた導電性樹脂塑性物を基板２の表面にスクリーン印刷して形成した電極２ａと、摺動子４ａ，４ｂ，４ｃとの間に、動粘度が所定の範囲のシリコーンオイルからなる潤滑剤を塗布する。電極や摺動子表面の微細な孔や凹凸にシリコーンオイルが常に滞在することで長期にわたって濡れ性を維持することが可能となり、摺動抵抗を低減して摺動子と電極間との間の磨耗を少なくできる。よって、摺動子と電極との間の接点寿命を延ばすことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、摺動子が電極上を接触しながら切り換えを行うスイッチやエンコーダなどの摺動部を有する入力装置に係わり、特に摺動子と電極間の磨耗を少なくして接点寿命を延ばすことを可能とした摺動部を有する入力装置に関する。

エンコーダなどの摺動式の入力装置では、絶縁基板の表面に設けられた電極に、ブラシ状の摺動子が対向しており、前記摺動子が絶縁基板および電極の表面上を摺動して、摺動子と電極との接触が繰り返される。

前記電極側の基板は、銀メッキなどを施した銅系金属板から所定形状に形成された電極を金型内にセットして、金型内に絶縁性の溶融樹脂を流し込んでインサート成型したものや、絶縁性のプリント基板の表面の銅系金属箔をエッチングしたものなどが使用されている。また、摺動子は高弾性を有するりん青銅の表面に銀メッキを施したものなどが使用される。

前記入力装置では、電極を摺動子が摺動するときの磨耗により発生した金属粉が、前記電極と摺動子との間の接触抵抗を大きくし、電気信号にチャタリング等のノイズを発生させることがある。このため、前記電極と摺動子との間に潤滑剤を塗布し、前記磨耗を小さくして金属粉の発生を抑え込むようにしているのが一般的である。

従来の潤滑剤としては、シリコーンオイル、オレフィンオイルまたは鉱物油などのベースオイル（基油）に、シリカや酸化防止剤、さらには金属石けんなどの増ちょう剤を配合したグリースなどが用いられている。前記電極と摺動子との摺動により前記メッキが剥がれて銅系金属が露出したときに、前記酸化防止剤により前記銅系金属の酸化を防止し、または前記シリカによって銅系金属の表面の酸化膜を除去できるようにしている。また前記増ちょう剤を用いることで、電極表面にグリースが長時間付着した状態を維持できるようにしている。
特開昭４８−０８８４６７号公報 特開平１１−０６６９８７号公報 特開平１０−０６４３３１号公報 特開２００１−３１１０１０号公報 特開平０３−２９２７９１号公報

しかし、長時間にわたって摺動子が電極表面を摺動すると、電極や摺動子の表面、特に摺動子の表面が平坦な状態に摩耗しやすい。この場合に、摺動子の平坦面と電極との間に、電極などからの削れ粉やシリカが挟まって、摺動子と電極との実質的な接触面積が低下して、ノイズが発生しやすくなり、あるいは摺動子の平坦面と電極との間に増ちょう剤が挟まって、摺動子の摺動抵抗を増大させる、などの問題が生じやすくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、摺動子と電極の磨耗を最小にして接点寿命を延ばすことを可能とした摺動部を有する入力装置を提供することを目的としている。

本発明は、基板上に印刷された電極と、前記電極に接触しながら摺動する摺動子とを有する入力装置において、
前記電極と摺動子間に、動粘度が、５×１０^-3ｍ²／ｓ以上で、且つ１０×１０^-3ｍ²／ｓ以下の範囲内のシリコーンオイルが塗布されていることを特徴とする摺動部を有するものである。

本発明では、動粘度が前記範囲のシリコーンオイルを用いると、摺動子と電極との間に前記オイルが長期に渡って残留できるようになるため、摺動子と電極の摩耗を最小限にできるようになる。摺動子と電極の摩耗が少ないため、前記シリコーンオイルにシリカや酸化防止剤さらに増ちょう剤を含ませる必要がなくなる。したがって、電極と摺動子の間にシリカや削れ粉が介在することがなくなり、摺動子と電極との接触を良好にでき、ノイズを低減できる。また摺動子と電極との間に増ちょう剤が介在しなくなるため、摺動抵抗の増大も防止できる。

またシリコーンオイルは、粘性率の温度依存性が少なく、長時間にわたって前記のような最適な摺動状態を維持できる。

例えば、前記電極が、前記基板の表面に導電性樹脂組成物をスクリーン印刷し、その後に加熱硬化したものであり、さらには、前記電極の表面が、所定の温度で熱プレスされたものである。

そして、電極表面の中心線平均粗さが３μｍ以下であることが好ましい。
電極の表面粗さが前記以下であると、摺動子が摺動したときに、電極表面の削れ等が生じる確率を低くできる。

一方、前記摺動子が、りん青銅の表面にＮｉメッキを施し、さらにその表面に銀メッキをしたものである。

また、前記基板が、硝子エポキシ基板、ベークライトまたはガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレートのうちのいずれかの有機系絶縁基板である。

以上のように本発明では、摺動子と電極間の磨耗を最小にすることができ、長期にわたって接点部分からのノイズの発生を防止できる。また温度変化による摺動性の劣化も少なく、接点の寿命を延ばすことができる。

図１は本発明の摺動部を有する入力装置の実施の形態としてロータリー型のエンコーダの内部の機械的構造を示しており、Ａはエンコーダの平面図、ＢはエンコーダのＢ−Ｂ線断面図である。

図１に示すエンコーダ１は、例えば車載用のエアコンの温度や風量調整などに使用されるものである。前記エンコーダはケース６に設けられた回転部と固定部とを有しており、前記回転部には回転部材３が設けられている。前記回転部材３の中心には、ケース６の外方に延びる摘み部が設けられ、この摘み部を回すことで前記回転部材３が正逆両方向へ回転できるようになっている。

前記回転部材３にドーナツ板型の基板２が固定されて、回転部材３と共に前記基板２が回転できるようになっている。前記基板２は、例えば硝子エポキシ基板、ベークライトまたはガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレートなどの有機系絶縁基板で形成されている。

図１Ａに示すように、前記基板２の表面には所定形状の電極２ａが形成されている。なお、電極２ａ以外の部分は、基板２の表面が露出された絶縁部２ｂである。なお、図１Ａでは、前記電極２ａの範囲をドット模様で示している。

前記固定部には支持部材４が設けられており、この支持部材４に３本の摺動子４ａ，４ｂ，４ｃが固定されている。例えば、前記支持部材４は、前記基板２を覆うカバーとして兼用されていてもよい。

前記摺動子４ａ，４ｂ，４ｃは、弾性係数の高い板ばね材料であり、例えばりん青銅である。このりん青銅板の表面に、ニッケル下地膜がメッキで形成されており、さらにその表面に銀メッキが施されている。前記摺動子４ａ，４ｂ，４ｃの先端には、プレス加工によって略Ｕ字形状に曲げられた摺動接点４ａ１，４ｂ１，４ｃ１が形成されている。

前記ケース６内では、各摺動子４ａ，４ｂ，４ｃが基板２の表面に接触しており、回転部材３および基板２が回転すると、各摺動子４ａ，４ｂ，４ｃが電極２ａと絶縁部２ｂ上に弾圧された状態で摺動する。図１Ａでは、前記摺動子４ａの摺動軌跡をＬ１で示し、摺動子４ｂの摺動軌跡をＬ２で、摺動子４ｃの摺動軌跡をＬ３でそれぞれ示している。

この実施の形態では、前記摺動子４ｃが摺動軌跡Ｌ３において常に電極２ａと接触するコモン電極となっている。また、摺動子４ａと４ｂは、前記摺動軌跡Ｌ２とＬ３において、互いに異なるタイミングで、電極２ａと絶縁部２ｂを交互に摺動する。したがって、コモンとなる前記摺動子４ｃと前記摺動子４ａとの間でロータリーエンコードが可能であり、また前記摺動子４ｃと前記摺動子４ｂとの間で、前記と異なるタイミングのロータリーエンコードが可能である。

前記電極２ａは、前記基板２の表面に、熱硬化性のバインダー樹脂に導電粉としての銀粉と補強材とを混ぜ合わせた導電性樹脂組成物をスクリーン印刷し、その後に所定の温度で焼成することにより形成される。なお、前記導電粉として、カーボンブラックや黒鉛などを用いることもできる。

また前記補強剤は、モース硬度３．５以上で４．５以下のもので、Ｎｉ粉または無機粉体、ウィスカ（微細繊維）などである。前記補強剤の配合比率は、導電性樹脂組成物内の固形分を１００体積％としたときに２〜４体積％であり、好ましくは３体積％である。

また、前記電極２ａは、スクリーン印刷、乾燥後に熱プレスし、更に加熱硬化されたものが好ましく使用される。

図２および図３は、フェノール樹脂をバインダーとし銀粉を導電粉として焼成した電極の断面を示すものであり、それぞれ１０００倍および３０００倍のＳＥＭ写真である。図２は乾燥後の熱プレス前、図３は熱プレス後を示している。図４および図５は電極表面の粗さの測定値を示しており、図４は熱プレス前、図５は熱プレス後である。

図２および図３に示すように、熱プレスを加えるとプレス前に比べて電極２aの表面の粗さが低下し平滑表面を有することがわかる。

また図４および図５に示すように、熱プレスを加える前における電極表面の板圧方向の平均的な平面に対する表面粗さは、中心線平均粗さで７μｍ程度まで大きいが、熱プレスを加えた後は、中心線平均粗さが３μｍ以下となる。

電極表面に熱プレスを加えると、電極２ａの表面粗さを小さくできるため、電極２ａと、摺動子４ａ，４ｂ，４ｃとの摺動抵抗を小さくでき、よって電極２ａと摺動子４ａ，４ｂ，４ｃの磨耗量を低減させることができ、エンコーダ１の接点寿命を延ばすことが可能となる。

また前記摺動子４ａ，４ｂ，４ｃと電極２ａおよび絶縁部２ｂからなる基板２の表面との間に潤滑剤が塗布される。

前記潤滑剤は、その動粘度が５×１０^-3ｍ²／ｓ（５，０００cSt）から１０×１０^-3ｍ²／ｓ（１０，０００cSt）の範囲内のシリコーンオイルが使用される。前記シリコーンオイルは、高粘度であり、また温度による粘性の変化が少ない。また動粘度が前記範囲内であると、電極２ａと摺動子４ａ，４ｂ，４ｃとの間に前記シリコーンオイルが介在した状態を長く維持でき、電極と摺動子との摺動抵抗を長期間にわたって低下させることができる。

例えば、電極２ａがバインダーに前記銀粉を含む銀インクで乾燥し、熱プレスして図５に示すように、表面粗さが中心線平均粗さで３μ以下のものであり、摺動子４ａ，４ｂ，４ｃが、りん青銅板の表面にＮｉメッキおよび銀メッキを施したものとする。この場合、シリコーンオイルの動粘度が前記範囲であると、シリコーンオイルが、電極と摺動子の表面のきわめて微細な凹凸や細孔の内部に保持され、その位置での付着性を維持しやすくなる。よって、電極表面と摺動子との表面が常にシリコーンオイルで濡れた状態を維持できる。

また、電極の表面粗さが前記範囲であると、電極表面が削られることが少ないものの、やはり電極表面がわずかに削られることを避けることはできない。電極が前記銀インクで、摺動子が銀メッキしたりん青銅板の場合、摺動により電極が一方的に摩耗を受けやすい。ここで、銀インクを焼成した電極は、銀粉と補強材およびバインダーとの複合物であるため、摺動面の全面が均一に削られることがなく、表面に微細な凹凸が形成される程度である。よって、この微細な凹凸によりシリコーンオイルの濡れ性をさらに高くできる。

すなわち、表面粗さが前記範囲の電極を用い、また動粘度が前記範囲のシリコーンオイルが用いられると、本来電極と摺動子との摩擦係数が小さいため、電極が大きく削られることがなく、むしろ摺動により電極表面に適度な微細な凹凸が形成されるようになる。この微細な凹凸がシリコーンオイルの濡れ性に寄与でき、電極と摺動子との間に、常にシリコーンオイルが介在した状態となる。このようにシリコーンオイルが常に滞在することにより、摺動抵抗の増大を防止でき、電極が大きく削られるのを防止できて、削り粉が発生するのを防止できるようになる。

シリコーンオイルの動粘度が前記範囲未満であると、シリコーンオイルの流動性が良すぎて、前記微細な凹凸に対する付着性が低下しやすい。また前記範囲を超えると、低温時の粘性抵抗が高くなりすぎ、電極と摺動子の間にオイルが厚く残りやすくなって、接触不良が発生、電気的ノイズが生成されやすくなる。

また、前記のように、長い期間にわたって、電極と摺動子との摺動抵抗を低減できるため、電極および摺動子が、酸化されるような大きな損傷を受けにくい。よって酸化防止剤が不要であり、また酸化皮膜を除去するためのシリカを含ませる必要がない。よって、シリコーンオイルのみを潤滑剤として使用することができ、従来のように前記シリカや削り粉による電極表面などへのダメージが生じにくくなり、これによっても長期間最適な摺動状態を維持できるようになる。

また、本実施の形態において好ましく使用されるシリコーンオイルは、ジメチルシリコーンオイルまたはメチルフェニルシリコーンオイルなどである。

図１に示す構造のロータリーエンコーダを製造した。

（１）基板２
ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート基板とした。

（２）電極２ａ
フェノール樹脂をバインダーとし、導電粉として銀粉を、補強材としてＮｉ粉を含ませ、溶媒としてカルビトールを含む銀インクを基板表面にスクリーン印刷し、これを１７５°Ｃで１５分乾燥後１８０°Ｃ、圧力１５ＭＰａで１分熱プレスし、更に１８０°Ｃで１時間加熱硬化した。
電極の固形物での前記銀粉の体積率は２９％で、補強材の体積率は３％であった。またプレス後の電極表面の中心線平均粗さは３μ以下であった。

（３）摺動子４ａ，４ｂ，４ｃ
幅０．１８ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍのりん青銅板の表面にＮｉメッキと銀メッキを施したものを使用した。

（４）潤滑剤
以下の実施例と比較例で、潤滑剤を異ならせた。

（５）評価
各比較例と実施例のロータリーエンコーダーの、摺動子４ａ−４ｃ間の出力波形および、摺動子４ｂ−４ｃ間の出力波形を得た。この波形は、初期状態のときと、回転部材３を３６０度の角度で６万回往復回転させた後の、双方について得た。

（６）評価結果
（比較例１）
動粘度が２×１０^-3ｍ²／ｓのシリコーンオイルを、電極２ａおよび基板２の表面に薄く均一に塗布した。
常温（２５°Ｃ）での、初期状態の出力波形を図６Ａに、６万回往復回転させた後の出力波形を図６Ｂに示す。

（実施例１）
動粘度が５×１０^-3ｍ²／ｓのシリコーンオイルを、電極２ａおよび基板２の表面に薄く均一に塗布した。
常温（２５°Ｃ）での、初期状態の出力波形を図７Ａに、６万回往復回転させた後の出力波形を図７Ｂに示す。
また低温（−４０°Ｃ）での初期状態の出力波形を図１０Ａに示す。

（実施例２）
動粘度が６×１０^-3ｍ²／ｓのシリコーンオイルを、電極２ａおよび基板２の表面に薄く均一に塗布した。
常温（２５°Ｃ）での、初期状態の出力波形を図８Ａに、６万回往復回転させた後の出力波形を図８Ｂに示す。

（実施例３）
動粘度が１０×１０^-3ｍ²／ｓのシリコーンオイルを、電極２ａおよび基板２の表面に薄く均一に塗布した。
常温（２５°Ｃ）での、初期状態の出力波形を図９Ａに、６万回往復回転させた後の出力波形を図９Ｂに示す。
また低温（−４０°Ｃ）での初期状態の出力波形を図１０Ｂに示す。

（比較例２）
従来のシリコーングリス、すなわち動粘度が１．５×１０^-3ｍ²／ｓのシリコーンオイルに、腐食防止剤、金属石けんを含んだものを１１５μｍの厚さで塗布した。
常温（２５°Ｃ）での、初期状態の出力波形を図１１Ａに、６万回往復回転させた後の出力波形を図１１Ｂに示す。

各実施例と比較例から、動粘度が５×１０^-3ｍ²／ｓ以上で、１０×１０^-3ｍ²／ｓ以下のシリコーンオイルを用いると、６万回の往復摺動によっても出力の劣化が生じていないことを確認できる。

本発明の入力装置の実施の形態としてロータリー型のエンコーダの内部の機械的構造を示し、Ａはエンコーダの平面図、ＢはエンコーダのＢ−Ｂ線断面図、 熱プレス前の電極断面のＳＥＭ写真、 熱プレス後の電極断面のＳＥＭ写真、 熱プレス前の電極表面の粗さの測定値を示す線図、 熱プレス後の電極表面の粗さの測定値を示す線図、 比較例１の出力波形を示すものであり、Ａは常温での初期状態、Ｂは６万回の往復回転後、 実施例１の出力波形を示すものであり、Ａは常温での初期状態、Ｂは６万回の往復回転後、 実施例２の出力波形を示すものであり、Ａは常温での初期状態、Ｂは６万回の往復回転後、 実施例３の出力波形を示すものであり、Ａは常温での初期状態、Ｂは６万回の往復回転後、 低温での出力波形を示し、Ａは実施例１、Ｂは実施例３、 比較例２の出力波形を示すものであり、Ａは常温での初期状態、Ｂは６万回の往復回転後、

符号の説明

２ 基板
２ａ 電極
２ｂ 絶縁部
３ 回転部材
４ 支持部材
４ａ，４ｂ，４ｃ 摺動子

Claims (6)

1. 基板上に印刷された電極と、前記電極に接触しながら摺動する摺動子とを有する入力装置において、
   前記電極と摺動子間に、動粘度が、５×１０^-3ｍ²／ｓ以上で、且つ１０×１０^-3ｍ²／ｓ以下の範囲内のシリコーンオイルが塗布されていることを特徴とする摺動部を有する入力装置。
2. 前記電極が、前記基板の表面に導電性樹脂組成物をスクリーン印刷し、その後に加熱硬化したものである請求項１記載の摺動部を有する入力装置。
3. 前記電極の表面が、所定の温度で熱プレスされたものである請求項１または３記載の摺動部を有する入力装置。
4. 電極表面の中心線平均粗さが３μｍ以下である請求項３記載の摺動部を有する入力装置。
5. 前記摺動子が、りん青銅の表面にＮｉメッキを施し、さらにその表面に銀メッキをしたものである請求項１ないし４のいずれかに記載の摺動部を有する入力装置。
6. 前記基板が、硝子エポキシ基板、ベークライトまたはガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレートのうちのいずれかの有機系絶縁基板である請求項１ないし５のいずれかに記載の摺動部を有する入力装置。

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