JP2889792B2

JP2889792B2 - 可変抵抗器

Info

Publication number: JP2889792B2
Application number: JP5189000A
Authority: JP
Inventors: 正人畑山; 充斎藤
Original assignee: ARUPUSU DENKI KK
Current assignee: ARUPUSU DENKI KK
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1999-05-10
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JPH0722214A; US5475359A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極めて長い動作寿命が
要求される可変抵抗器に関する。

【０００２】

【従来の技術】可変抵抗器において抵抗体上を摺動子が
摺動する構成を基本とするものが一般的であるが、その
中で数百万回の動作寿命を要求される用途があり、本出
願人は以前特開平３−２３３９０４号に示される可変抵
抗器を開発した。そのものは、抵抗体の皮膜の中にカー
ボンファイバーを含有するもので、カーボンファイバー
が抵抗皮膜の表面に突出しており、摺動接点はカーボン
ファイバー上を摺動する構成にしたものである。カーボ
ンファイバーは硬質であるために摺動子の摺動によって
摩耗する程度が極めて少ない。従って、それ以前のカー
ボンファイバーを含まずカーボンブラックやグラファイ
トのみを含有する抵抗体のように摺動子の摺動によって
抵抗皮膜が摩耗して、その結果、抵抗体の抵抗値が変化
したり、摩耗分が抵抗体と摺動子の界面に介在するため
に摺動雑音が発生することが少なく、結果として長い動
作寿命を実現することができた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記出
願人が発明した可変抵抗器においては、摺動子の硬度よ
りカーボンファイバーの硬度が高いため、摺動子の方が
摩耗し、端的には摺動子が摩滅してしまって機能を果た
せなくなるという問題が残り、結果として動作寿命も市
場の要求に対して十分な程度にはならないという問題点
があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明は、少なくともカーボンファイバー及びカ
ーボンブラックを合成樹脂中に分散させた下層抵抗層
と、カーボンファイバーを含まず少なくともカーボンブ
ラックを合成樹脂中に分散させた上層抵抗層とを重畳し
てなる抵抗体を備え、上記上層抵抗層上を摺動子片が摺
動するようにした。好ましくは下層抵抗層の厚さをカー
ボンファイバーの直径の０.５〜１.５倍、さらに好まし
くは０.７５〜１.２５倍にした。また、上層抵抗層の膜
厚を下層抵抗層の膜厚の０.５〜１倍にした。

【０００５】

【作用】本願発明は、カーボンファイバーを含まず少な
くともカーボンブラックを合成樹脂中に分散させた上層
抵抗層を、少なくともカーボンファイバー及びカーボン
ブラックを合成樹脂中に分散させた下層抵抗層に重畳し
て、上記上層抵抗層上を摺動子片が摺動するようにした
ので、抵抗体の磨耗を抑える事ができるとともに、摺動
子片は直接カーボンファイバーを分散させた下層抵抗層
を摺動せず、従って、摺動子片の磨耗を抑えることがで
きる。また、下層抵抗層のカーボンファイバーを含まな
い膜厚をカーボンファイバーの直径の０.７５〜１.２５
倍、好ましくは０.７５〜１.２５倍にしたので、カーボ
ンファイバーが抵抗層中で寝た状態、即ち細長い円柱状
のカーボンファイバーの周面が抵抗層の表面に突出する
ように、換言すればカーボンファイバーの端面が突出し
ないように配置されることになる。カーボンファイバー
の端面の辺は鋭利であるため、摺動子を削るように磨耗
させ、一方周面はなだらかな面であるため摺動子を削る
ようなことはなく比較的穏やかな磨耗を生じせしめる
が、上記構成によって摺動子の磨耗を比較的少なく抑え
ることができる。更に好ましくは上層抵抗層の膜厚を下
層抵抗層の膜厚の０.５〜１倍としたので、カーボンフ
ァイバーの上層抵抗層を含む全体の抵抗層から突出する
量が少なくなり、換言すれば抵抗層表面の凹凸が小さく
なり、かつカーボンファイバー上に適度の厚さの、カー
ボンファイバーを含まずカーボンブラックなどを含む層
ができるので、摺動子の磨耗を少なくすることができ
る。一方、摺動子による抵抗層の磨耗は主にカーボンフ
ァイバー上の抵抗層の磨耗に留まるので、抵抗体全体の
抵抗値の変化や摺動雑音を極めて小さい状態に止めてお
くことが可能となり、結果として長い動作寿命を得るこ
とができる。

【０００６】

【実施例】本発明の可変抵抗器の抵抗体は図１に示され
るように、カーボンファイバー１を含有する下層抵抗層
２と、カーボンファイバーを含まない上層抵抗層３から
なる。４はカーボンブラック、５は基板、６は摺動子で
ある。

【０００７】本発明において、下層抵抗層及び上層抵抗
層はそれぞれ調合された抵抗ペーストをスクリーン印刷
によって絶縁基板上に印刷されて形成される。

【０００８】下層抵抗層用の第１の抵抗ペーストは、熱
硬化性樹脂からなるバインダー樹脂とカーボンファイバ
ー、カーボンブラック、グラファイト及び溶剤、適宜の
印刷適性改質剤とを混練したものからなる。グラファイ
トは用途によって必要としない場合もある。

【０００９】熱硬化性樹脂としては、フエノールホルム
アルデヒド樹脂、キシレン変性フエノール樹脂、エポキ
シ樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹
脂、アクリレート樹脂、フルフリル樹脂等を使用するこ
とができるが、これらに限定されることなく、要はワニ
ス化が可能なものであれば良い。また、上記した樹脂の
うち、ポリイミド樹脂は摺動時の発熱に耐えることが確
認されているため、動作寿命の点を考慮すると有効な材
料といえる。

【００１０】カーボンフアイバーとしては、ミルドカー
ボンファイバーやチョップドカーボンファイバー等の短
繊維でその直径が５〜４０μｍ、長さが５〜１００μｍ
のものを使用することができる。特に、直径が６〜２０
μｍ、長さが１０〜５０μｍのものが好適である。カー
ボンファイバーの直径や長さが上記範囲より小さい場合
は、抵抗層中の熱硬化性樹脂との接触面積が小さくなっ
て結合力が弱くなるため、摺動子の摺動によってカーボ
ンファイバーが削り取られ易くなり、充分な動作寿命の
改善とはならない。また、カーボンファイバーの直径や
長さが上記範囲より大きい場合には、スクリーン印刷時
に用いるスクリーンのメッシュをカーボンファイバーが
通り抜けにくくなって印刷性が著しく低下し、しかも抵
抗値変化特性に若干の乱れが生じるため好ましくない。

【００１１】カーボンブラックとしては、アセチレンブ
ラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック等が
使用できるが、その中でアセチレンブラックは分岐構造
が発達しており、それ自体で若干の補強効果があるこ
と、及び抵抗体の抵抗値の経時的変化を少なくすること
ができるなどの利点を有するため、特に有効な材料とい
える。

【００１２】グラファイトとしては、鱗片状、泥状グラ
ファイトを使用できる。グラファイトは抵抗体の抵抗値
を下げる目的で使用されるものであるが、グラファイト
が存在すると抵抗ペーストの印刷時にペーストがスクリ
ーンとスキージの間で練られてペーストの内部に変化が
生じることによって印刷回数が多くなるに伴い印刷形成
される抵抗体の抵抗値が変化する現象を防止することが
できる効果があるため、適量のグラファイトを配合する
ことが望ましいが、本発明の必須な要件ではない。

【００１３】溶剤としては、上記熱硬化性樹脂を溶解す
るものであれば良く、グリコール系、エステル系、エー
テル系等の中から一種または数種を選択して使用するこ
とができる。

【００１４】また、印刷適性を調整するために、適宜の
調整剤が使用される。

【００１５】上記の材料は、必要とされる量が秤量さ
れ、これらをボールミルや三本ロールミルなどの分散混
合装置によって混練することにより第１の抵抗ペースト
が製造される。

【００１６】上記の第１の抵抗ペーストにおいて、カー
ボンファイバーの量はペーストの固形分（カーボンファ
イバーの他、カーボンブラック、バインダー樹脂の硬化
後固形分）の量に対して３ｖｏｌ％から２０ｖｏｌ％で
ある。望ましくは６ｖｏｌ％から１８ｖｏｌ％である。
カーボンファイバーが３ｖｏｌ％より少ないと抵抗層の
補強が不十分であり抵抗層の摩耗が著しくなり、カーボ
ンファイバーの量が２０ｖｏｌ％より多くなるとカーボ
ンファイバーが重なる率が高くなってカーボンファイバ
ーの鋭利な端面が抵抗層から突出して摺動子の摩耗を促
進させる。カーボンファイバーの量が６ｖｏｌ％から１
８ｖｏｌ％であれば、上記の問題は製造上の要因のバラ
ツキに関わらず、全く問題ない。カーボンブラックの量
はペーストの固形分に対して５ｖｏｌ％から２５ｖｏｌ
％である。望ましくは１０ｖｏｌ％から２０ｖｏｌ％で
ある。カーボンブラックの量が少ないと摺動子と抵抗層
との接触抵抗が大きくなり、量が多くなると抵抗層の塗
膜が脆くなる。

【００１７】上層抵抗層用の第２の抵抗ペーストの材料
は、上記した第１の抵抗ペーストの材料のうち、カーボ
ンファイバーを除いたものが使用され、その製造方法も
略同一である。各材料の配合比は第１の抵抗ペーストの
カーボンファイバーを除く材料の配合比のままかあるい
は若干変更される。

【００１８】上記のようにして製造された抵抗ペースト
は公知のスクリーン印刷法により絶縁基板状に印刷され
る。最初に絶縁基板には抵抗層の両端に位置する電極が
公知の銀などを含有する導電性ペーストを印刷、硬化さ
せることによって形成される。第１の抵抗ペーストが印
刷され、乾燥、硬化されて下層抵抗層が形成される。。
次に第２の抵抗ペーストが印刷され、乾燥、硬化されて
上層抵抗層が形成される。印刷に使用されるスクリーン
は、硬化後の抵抗層のま膜厚によって３２５メッシュか
ら１６５メッシュのスクリーンが使用される。印刷後の
乾燥、硬化の工程は、上記の順序のほかに、第１の抵抗
ペースト印刷後の硬化工程を省いて第２の抵抗ペースト
印刷後のみ硬化させることもできる。

【００１９】抵抗層即ち抵抗体は馬蹄形状または細長形
状に形成され、前者の場合は基板に対して摺動子が回転
可能に、また後者の場合は基板に対して摺動子がスライ
ド可能に装着されることにより、回転型あるいはスライ
ド型の可変抵抗器が得られる。

【００２０】上記摺動子としては、長期の摺動において
も抵抗体と良好な接触を保ち得る貴金属製の材料が用い
られ、具体的には洋白の表面に金メツキや銀メッキを施
したものや、パラジューム、銀、白金あるいは金などを
主体とする合金を使用することができる。特に、高温で
表面酸化が懸念される場合、安定した接触状態を維持す
るために貴金属合金を用いることが望ましい。

【００２１】実施例１ポリイミド樹脂２００ｇミルドカーボンファイバー（直径８μｍ、長さ３０μｍ）６０ｇカーボンブラック（アセチレンブラック）５９ｇメチルトリグライム２２０ｇ上記各成分を配合し、これを三本ロールミルにより混合分散して第１の抵抗ペーストを製造した。この抵抗ペーストを使用すると、抵抗層中（固形分）のカーボンファイバーの量が１５．８％、カーボンブラックの量が１５．２％となる。ポリイミド樹脂１８０ｇカーボンブラック（アセチレンブラック）５３ｇメチルトリグライム２２０ｇ上記各成分を配合し、これを三本ロールミルにより混合
分散して第２の抵抗ペーストを製造した。

【００２２】次に、第１の抵抗ペーストを適宜のメッシ
ュのスクリーンを用いて予め電極を形成したセラミック
ス製の絶縁基板上に印刷し、乾燥して下層抵抗層を形成
した後、該下層抵抗層の上に第２の抵抗ペーストを印刷
し、乾燥後硬化して、下層抵抗層のカーボンファイバー
の無いところの膜厚、及び上層抵抗層の膜厚が表１に示
す組み合わせとなるように２５種類の抵抗体を製造し
た。乾燥条件は２００℃、１０分、硬化条件は３６０
℃、６０分であった。表１のマトリックス中の数値は下
層抵抗層のカーボンファイバーの無い部分の膜厚に対す
る上層抵抗層の膜厚の比を示したものである。下層抵抗
層の膜厚の値の下の数値はカーボンファイバーの直径に
対する膜厚の比である。

【００２３】

【表１】各抵抗層の膜厚の測定は、表面粗さ計により測定し、ま
ず下層抵抗層を形成した段階で図２に示すように表面粗
さ計で表面形状を測定し、カーボンファイバーの無い位
置、即ち表面凹凸の凹部の膜厚Ａを求めて下層抵抗層の
膜厚とするとともに、凹凸部を含む全体の平均膜厚Ｃを
求めた後に上層抵抗層を形成し、その後図３に示すよう
に平均膜厚を求めて前者の平均膜厚Ｃを差し引いて上層
抵抗層の膜厚Ｂとした。また、抵抗体の断面カットサン
プルを顕微鏡で観察し、その膜厚を再確認したところ、
前者の測定方法とは１０％の誤差で一致していた。

【００２４】第１の抵抗ペースト及び第２の抵抗ペース
トの膜厚１０μｍでの面積抵抗値は、上記乾燥条件及び
硬化条件と同条件においてそれぞれ１．０５ｋΩ／□、
１．４８ｋΩ／□であった。２５種類のサンプルの面積
抵抗値は表２のようであった。

【００２５】

【表２】比較例比較例として、上記の第１の抵抗ペーストを用いて、上
記実施例と同様にして膜厚が１０μｍの抵抗体を作成し
た。このものは上記実施例における、下層抵抗層の膜厚
が１０μｍのものの上層抵抗層が無いものと同一であ
る。このものの面積抵抗値は１．０５Ω／□であった。

【００２６】上記の実施例における２５種類のサンプ
ル、及び比較例のサンプルについて動作寿命、即ち摺動
寿命試験を行った。この試験において、摺動子はＰｄ、
Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉの６元合金からなり、形
状は厚さ０．３ｍｍ、幅０．５ｍｍの接点を有し、接触
圧は全体で８ｇである。摺動子は抵抗体の両終端の間の
全区間を摺動させた。試験は４０００万回摺動させた
後、摺動子の摩耗状況、集中接触抵抗の上昇の状況を観
察し、両者を総合して評価した。摺動子の摩耗状況は接
点部の摩耗量を顕微鏡にて測定した。集中接触抵抗はＪ
ＩＳＣ５２６１に定められる方法によって測定した。

【００２７】表３は摺動子の試験後の摩耗量の測定結果
である。比較例のサンプルは摺動子の接点部が完全に摩
耗して接点部が欠落していた。表４は試験後の集中接触
抵抗の測定結果である。比較例のサンプルは摺動子の接
点部が欠落しているため測定値が極めて不安定であっ
た。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】表５は、上記の摺動子の摩耗状況、集中接触抵抗の上昇
状況から、摺動寿命を総合的に評価した結果であり、こ
の結果から○および◎で示された範囲は良好な摺動寿命
を示すと判断される。×は実用に耐えないという評価を
得たもの、◎は優秀な性能を有すると評価されたもの、
○は従来技術に比較して勝っている、実用可能な性能を
有すると評価されたものを意味している。

【００３０】

【表５】表１と表５とを総合的に照合した結果、下層抵抗層の膜
厚がカーボンファイバーの直径の０．５から１．５の範
囲でかつ下層抵抗層の膜厚に対する上層抵抗層の膜厚の
比が０．５から１．０の範囲においては、従来のカーボ
ンファイバーを含む抵抗層１層のみの抵抗体に比較して
優れた性能を示し、実用的であり、下層抵抗層の膜厚が
カーボンファイバーの直径の０．７５から１．２５の範
囲でかつ下層抵抗層の膜厚に対する上層抵抗層の膜厚の
比が０．５から１．０の範囲においては、より優れた性
能が得られる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
摺動子の摩耗及び抵抗体の摩耗を抑制することができる
ので、摺動寿命即ち動作寿命が極めて長い可変抵抗器を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変抵抗器の抵抗体部分の断面図であ
る。

【図２】下層抵抗層の表面形状を示す表面粗さ計による
データを示す図である。

【図３】上層抵抗層を形成した後の抵抗体の表面形状を
示す表面粗さ計によるデータを示す図である。

【符号の説明】

１カーボンファイバー２下層抵抗層３上層抵抗層４カーボンブラック５基板６摺動子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともカーボンファイバー及びカー
ボンブラックを合成樹脂中に分散させた下層抵抗層と、
カーボンファイバーを含まず少なくともカーボンブラッ
クを合成樹脂中に分散させた上層抵抗層とを重畳してな
る抵抗体を備え、上記上層抵抗層上を摺動子片が摺動す
るようにした可変抵抗器。
【請求項２】請求項１において、下層抵抗層のカーボ
ンファイバーを含まない膜厚をカーボンファイバーの直
径の０.５〜１.５倍にした可変抵抗器。
【請求項３】請求項１において、下層抵抗層のカーボ
ンファイバーを含まない膜厚をカーボンファイバーの直
径の０.７５〜１.２５倍にした可変抵抗器。
【請求項４】請求項２、または３において、上層抵抗
層の膜厚を下層抵抗層の膜厚の０.５〜１倍にした可変
抵抗器。