JP3978380B2 - 可変抵抗器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動子が抵抗体の表面を摺動して抵抗値が可変する可変抵抗器に係わり、特にマイクロリニアリティ特性に優れた可変抵抗器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗体の表面を接点摺動子が摺動する可変抵抗器においては、主に耐摩耗性に優れ長期の動作寿命を実現することが求められている。従来の前記可変抵抗器としては、例えば特開平３−２３３９０４号公報や特許第２８８９７９２号公報などに記載されたものがある。
【０００３】
前記特開平３−２３３９０４号公報に記載された可変抵抗器は、樹脂中にカーボンブラックとカーボンファイバーを分散させた抵抗ペーストをスクリーン印刷することによって抵抗体が形成されており、抵抗体表面に突出した硬質なカーボンファイバーが前記摺動子を支えることで抵抗体表面の摩耗を防止するというものである。また特許第２８８９７９２号公報に記載された可変抵抗器は、カーボンファイバーを含む下層抵抗層に、カーボンファイバーを含まないカーボンブラックが分散された上層抵抗層を積層した抵抗体が設けられている。この可変抵抗器では摺動子が上層を摺動することにより、摺動子がカーボンファイバーによって摩耗しにくくしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のようにカーボンファイバーを含む抵抗体を有している可変抵抗器は、カーボンファイバーの粒子直径が５〜４０μｍ、繊維長さが５〜１００μｍと大きいため、抵抗体の表面粗さ（中心線平均粗さ）が粗くなり、可変抵抗器の精度を指標するマイクロリニアリティ特性に劣るという問題がある。
【０００５】
図１２はマイクロリニアリティ特性を説明するグラフであり、前記マイクロリニアリティ特性は以下のように定義される。まず最初に、抵抗体の表面に対して摺動子が直線的にスライド可能とされたスライド型の可変抵抗器の場合について説明する。
【０００６】
図１２に示すグラフでは、抵抗体パターンでの摺動子の摺動方向の長さＬに対して定格電圧Ｖinを印加し、抵抗体パターン上を摺動する摺動子からの出力Ｖを縦軸に示し、抵抗体パターン上での摺動子の位置Ｘを横軸に示したものである。抵抗体の抵抗率が位置によらず一定であるという前提のもとでは、摺動子が抵抗体上の任意の点からΔＸだけ移動したときの出力変化はＶin／Ｌなる傾きを有する理想直線Ｐで示されるはずである。
【０００７】
理想直線Ｐにおいては、摺動子がＡ点からＢ点までΔＸだけ移動した場合の基準出力変位はΔＶ＝（ΔＸ／Ｌ）×Ｖinと表すことができるが、実際の出力Ｓは理想直線Ｐから外れる。式１に示すように、マイクロリニアリティ特性は、点Ａ、Ｂでの実際の出力ＶA、ＶBの出力差ＶB−ＶAから基準出力変位の差分を求め、この差を印加電圧に対する百分率で求めたものとして規定される。マイクロリニアリティ特性は０％に近いほど高精度である。また、高性能を要求される位置センサでは、実際の出力Ｓが理想直線Ｐに近い特に優れたマイクロリニアリティ特性を示す。
【０００８】
【式１】
【０００９】
ただし、
ＶA ：摺動子が抵抗体上の点Ａにあるときの出力値
ＶB ：摺動子が抵抗体上の点Ｂにあるときの出力値
Ｖin：抵抗体長さＬ方向への印加電圧
ΔＸ：点Ａ、Ｂ間の距離
Ｌ ：抵抗体長さ
【００１０】
次に、図１３に示すような馬蹄形状（円弧形状）の抵抗体に摺動子が回転可能に装着される回転型の可変抵抗器の場合のマイクロリニアリティは式２のように定義されるが、その考え方は前記スライド型の可変抵抗器と同様である。
【００１１】
【式２】
【００１２】
ただし、
Ｖin：印加電圧
ΔＶ：測定間の出力電圧差（＝ＶB−ＶA）
Θ：電極間の角度
Δθ：∠Ａと∠Ｂ間の角度差（測定パターン間角度）
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、耐摩耗性に優れ長い動作寿命を得ることができるとともにマイクロリニアリティ特性にも優れた可変抵抗器を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、抵抗体と、前記抵抗体の表面を摺動する摺動子を備えた可変抵抗器において、
前記抵抗体が、バインダー樹脂中に少なくともカーボンブラックと第１の補強材を分散させた第１の抵抗層と、バインダー樹脂中に少なくともカーボンブラックと前記第１の補強材よりも平均粒子径の小さな第２の補強材を分散させた第２の抵抗層とを有しており、前記第１の抵抗層の表面に前記第２の抵抗層が積層されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、上層側の抵抗層に含まれる補強材の粒子径を下層側の抵抗層に含まれる補強材の粒子径よりも小さくすることにより、抵抗体の表面を平滑にできマイクロリニアリティ特性に優れる。また補強材により抵抗体の表面の耐摩耗性を向上でき、また下層側の抵抗層に粒子径の大きい第１の補強材が設けられていることにより、抵抗体全体の強度を高くできる。
【００１６】
上記において、前記第２の補強材の平均粒子径が、０．１μm以上１μｍ未満が好ましい。
【００１７】
前記第２の補強材の平均粒子径が０．１μm未満であると、補強材としての機能を十分に果たすことができず抵抗体表面の摺動寿命が劣化する。また１μｍ以上あると抵抗体表面の粗さが粗くなってマイクロリニアリティ特性を劣化させる。
【００１８】
この場合、前記第２の補強材が球状粒子であるものが好ましい。
第２の補強材を球状粒子とすると、抵抗体表面の凹凸が緩和されて滑らかになるため、耐摩耗性とマイクロリニアリティ特性の両方を向上させることができる。
【００１９】
また前記第２の抵抗層内に含まれる前記第２の補強材の含有率が、５体積％〜３０体積％の範囲であるものが好ましく、より好ましくは７体積％〜２５体積％の範囲である。
【００２０】
前記第２の補強材の含有率が、５体積％よりも少ない場合には補強材としての効果に乏しい。また前記含有率が３０体積％を越える場合には、抵抗ペーストにしたときの印刷適性が悪くなるとともに、抵抗体自体が脆くなって耐摩耗性が劣化しやすくなる。
【００２１】
また前記第１の補強材の平均粒子径が１μm以上１０μｍ以下であるものが好ましい。
【００２２】
下層部を形成する前記第１の補強材の平均粒子径が１μm未満である場合には、上層部の第２の抵抗層と同程度の摺動寿命特性しか得ることができず、耐摩耗性に劣る。また平均粒子径が１０μmを越える場合には、下層部の表面に上層部として第２の抵抗層を形成しても抵抗体表面の粗さを充分に吸収することができないため、マイクロリニアリティ特性を満足することができなくなる。
【００２３】
さらには、前記第１の補強材が、カーボンファイバーを粉砕したものが好ましい。
【００２４】
この場合の粉砕カーボンファイバーは繊維形態が壊れるまでに粉砕されたものが好ましく、このような粉砕カーボンファイバーを第１の抵抗層に含めることにより、抵抗体全体の摺動による寿命を向上させることができる。しかも、このような第１の抵抗層の表面に、第２の補強材を含む第２の抵抗層を積層することにより抵抗体表面の平滑化が容易となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における可変抵抗器の抵抗体の断面図、図２は抵抗体の補強材として使用されるカーボンファイバーの電子顕微鏡写真、図３は抵抗体の補強材として使用される粉砕カーボンファイバーの電子顕微鏡写真、図４は抵抗体の補強材として使用される大粒径カーボンブラック（サーマルブラック）の電子顕微鏡写真である。
【００２６】
図１に示すように、抵抗体１は絶縁基板２の表面に下層部として第１の抵抗層３が設けられ、前記下層部の表面に上層部として第２の抵抗層４が積層された２層構造である。前記第１の抵抗層３は、熱硬化性のバインダー樹脂内に導電材としてのカーボンブラック５と第１の補強材６を分散させたものであり、前記上層部の第２の抵抗層４も前記同様のバインダー樹脂内に導電材としてのカーボンブラック５と第２の補強材７を分散させたものである。
【００２７】
前記抵抗体１は以下のような手段を用いて製造される。
前記抵抗体１の製造には、前記第１の抵抗層３を形成する第１の抵抗ペーストと、前記第２の抵抗層４を形成する第２の抵抗ペーストが用いられる。
【００２８】
前記第１の抵抗ペーストは、所定の溶剤で溶かした熱硬化性のバインダー樹脂溶液中に、前記導電性のカーボンブラック５および第１の補強材６を混入させたものである。また第２の抵抗ペーストは、所定の溶剤で溶かした熱硬化性のバインダー樹脂溶液中に、前記導電性のカーボンブラック５および第２の補強材７を混入させたものである。
【００２９】
前記第１及び第２の抵抗ペースト中のバインダー樹脂としては、例えばフェノールホルムアルデヒド樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、メラニン樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、フルフリル樹脂などが使用可能であるが、これらに限定されるものではなく、後述する溶剤に溶かすことができればその他の樹脂であってもよい。
【００３０】
前記溶剤としては、上記バインダー樹脂を溶解することができるものであればよく、例えばグリコール系、エステル系、エーテル系等の中から１種、または２種以上を選択して使用することができる。
【００３１】
前記第１の補強材６としては、例えば図２に示すような市販のミルドカーボンファイバー、チョップカーボンファイバーを更に粉砕機で平均粒径１μｍ〜１０μｍに粉砕した粉砕カーボンファイバー（図３参照）が好適に用いられる。
【００３２】
前記第２の補強材７としては、電子顕微鏡法によって測定したときの平均粒子径が、０．１μｍ以上１μｍ未満の球状粒子が望ましく、例えばカーボンブラックに分類される粒子径の大きいサーマルブラック（図４参照）やカーボンビーズなどの導電性粒子である。あるいはシリカ粒子、アルミナ粒子など無機フィラーであってもよい。
【００３３】
前記第２の補強材７を添加すると、抵抗体１の動作寿命を向上させることができるとともに抵抗体１の表面粗さへの影響を小さくできる。また第２の補強材７としてのサーマルブラックは前記バインダー樹脂内への分散性に優れており、しかも導電性を備えているために摺動子と抵抗体１との間の接触抵抗を増加させる要因になり難いので好適といえる。
【００３４】
前記カーボンブラック５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を使用できる。前記アセチレンブラックは分岐構造が発達し、それ自体で若干の補強効果を有する点、および抵抗体１の抵抗値の経時的変化を少なくできる点などから、特に有効な材料である。
【００３５】
上記の各材料が、必要とされる所定量だけ秤量され、分散混合装置によって混錬されることによって前記第１の抵抗ペーストと第２の抵抗ペーストがそれぞれ生成される。
【００３６】
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２の上に印刷される。最初に絶縁基板２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し、溶媒を乾燥させた後にバインダー樹脂を熱硬化させることによって形成される。次に、前記第１の抵抗ペーストが前記銀などの導電性パターンを覆ってつなぐように印刷され、乾燥されて溶媒が除かれ、バインダー樹脂が熱硬化されて下層部となる第１の抵抗層３が形成される。さらに、前記第１の抵抗層３の表面に第２の抵抗ペーストが印刷され、乾燥され、熱硬化されて上層部としての第２の抵抗層４が形成される。
【００３７】
前記印刷に使用されるスクリーンは、硬化後の抵抗層の膜厚によって４００メッシュから１００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の抵抗層３用の前記第１の抵抗ペースト印刷乾燥後の硬化工程を省いて第２の抵抗層４用の第２の抵抗ペースト印刷後のみ第１の抵抗ペースト（抵抗層）とともに硬化させることもできる。
【００３８】
抵抗体１は馬蹄形状（円弧形状）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。
【００３９】
上記摺動子としては、長期の摺動においても抵抗体１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ッ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。
【００４０】
前記抵抗体１を備えた可変抵抗器は、下層側の抵抗層に粒子径の粗い補強材を含ませることにより、抵抗体の表面の耐摩耗性を向上させることができる。また上層側の抵抗層に含まれる補強材の粒子径を前記下層側の補強材の粒子径よりも小さくすることにより、抵抗体１の表面が平滑となるため、マイクロリニアリティ特性が優れたものになる。
【００４１】
以下には、マイクロリニアリティ特性と耐摩耗性に関し、複数の実施例または比較例として製造した抵抗体について説明する。
【００４２】
【実施例】
＜実施例１＞
以下の表１および表２に示す配合表に従って、第１の抵抗ペーストと第２の抵抗ペーストを生成した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
第１の抵抗層３用の第１のぺーストを適宜のメッシュのスクリーンを用いて予め銀電極を形成したガラスエポキシ製の絶縁基板２上に印刷し、乾燥して第１の抵抗層３を形成した後、前記第１の抵抗層３の表面に第２の抵抗層４用の第２の抵抗ぺーストを印刷し、乾燥後２４０℃において１０分間硬化して図１に示す抵抗体１を形成した。
【００４６】
上記配合中のカーボンブラック（アセチレンブラック）は導電性を付与するための材料であり、前記第１，第２の補強材６，７とは異なり、平均粒子径が０．０４μｍと極めて小さい。
【００４７】
なお、前記第１の補強材６の粉砕カーボンファイバーの平均粒子径（３μｍ）は、ＪＩＳ−Ｚ−８８２５で規定されるレーザー回折法による測定結果を、ＪＩＳ−Ｚ−８８１９に従って算術平均粒子径として表現したものである。また第２の補強材７のサーマルブラックの平均粒子径（０．３５μｍ）は電子顕微鏡法により測定したものである。
【００４８】
＜実施例２＞
実施例２は、前記実施例１の表２に示す第２の抵抗ぺ−ストに第２の補強材７として含まれているサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を平均粒子径０．１２μｍのカーボンブラック（秤量８１ｇ）に代えたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００４９】
＜実施例３＞
実施例３は、前記実施例１の表２に示す第２の抵抗ぺ−ストに第２の補強材７として含まれているサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を平均粒子径０．９０μｍ（レーザー回折法で測定）の粉砕カーボンファイバー（秤量８１ｇ）に代えたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５０】
＜実施例４＞
実施例４は、前記実施例１の表１に示す第１の抵抗ぺ−ストに第１の補強材６として含まれている粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を平均粒子径７μｍの粉砕カーボンファイバー（レーザー回折法で測定）に代えたもので、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５１】
＜実施例５＞
実施例５は、前記実施例１の表２に示す第２の抵抗ぺ−ストに第２の補強材７として含まれているサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を平均粒子径０．４μｍの酸化チタン（電子顕微鏡法で測定）に代えたもので、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５２】
＜実施例６＞
実施例６は、前記表１に示す第１の抵抗ぺ−ストに第１の補強材６として含まれる粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を平均粒子径０．９０μｍ（レーザー回折法で測定）の粉砕カーボンファイバーに代えたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５３】
次に、比較例として製造した抵抗体について説明する。
図５ないし図８は、比較例１ないし４として示す抵抗体の断面図を示している。
【００５４】
＜比較例１＞
図５に示す比較例１の抵抗体１１は、前記実施例１（表１参照）の下層部を形成する第１の抵抗ぺ−スト中に第１の補強材６として含まれている粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を平均直径８μｍ、平均繊維長３０μｍのカーボンファイバー１２に代えるとともに、表２に示す上層部を形成する第２の抵抗ぺ−スト中から第２の補強材７としてのサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を除いたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体１１を形成したものである。
【００５５】
＜比較例２＞
図６に示す比較例２の抵抗体２１は、前記実施例１の表２に示される上層部を形成する第２の抵抗ぺ−スト中から第２の補強材７としてのサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を除いたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体２１を形成したものである。
【００５６】
＜比較例３＞
図７に示す比較例３の抵抗体３１は、第１の抵抗ぺ−ストで形成された第１の抵抗層３の表面に同じ第１の抵抗ぺ−ストを印刷することにより、第１の抵抗層３を重ねて下層部と上層部としたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体３１を形成したものである。
【００５７】
＜比較例４＞
図８に示す比較例４の抵抗体４１は、下層部に第２の抵抗ペーストを印刷して第１の抵抗層３を形成した後、その表面に同じ第２の抵抗ぺ−ストを印刷することにより、上層部に第２の抵抗層４を形成としたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体４１を形成したものである。
【００５８】
（抵抗体の測定及び試験）
上記実施例１ないし６及び比較例１ないし４で得られた各抵抗体について、抵抗体の表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）の測定、及びマイクロリニアリティ特性の初期測定を行った後、摺動寿命試験を行った。なお、以下においては馬蹄形状（円弧形状）の抵抗体（図１３参照）の表面上を摺動子が回転移動する回転型の可変抵抗器を使用している。
【００５９】
（測定及び試験の方法）
前記抵抗体表面粗さの測定は、市販の接触式表面粗さ形状測定機（（株）東京精密製、表面粗さ形状測定装置、サーフコム２００Ｃ）を使用して測定を行った。
【００６０】
測定条件はＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２規格に準拠した中心線平均粗さＲａを用い、カットオフ値は０．２５ｍｍとした。また、実施例及び比較例のサンプルにおいて動作寿命、即ち摺動寿命試験を行った。この試験において、摺動子はＰｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕの合金からなり、形状は厚さ０．０７ｍｍ、幅０．３５ｍｍの接点を８本有し、接触荷重は全体で０．２７４Ｎ（２８ｇｆ）である。
【００６１】
抵抗体と摺動子を組み込んだ可変抵抗器の状態で試験を行い、摺動子を５０００万回摺動させた後、前記抵抗体の摩耗状態を表面粗さ形状測定装置にて測定した。
【００６２】
（測定及び試験の結果）
図９は本発明として図１に示される実施例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフ、図１０は図５に示される比較例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフである。
【００６３】
図９および図１０に示すグラフでは、横軸が抵抗体の回転方向の測定点を示し、縦軸がマイクロリニアリティを示している。
【００６４】
また図１１は抵抗体の表面粗さとマイクロリニアリティとの関係を示すグラフであり、縦軸のσは抵抗体表面の約９００の測定点におけるマイクロリニアリティの標準偏差を示し、横軸は中心線平均粗さ（抵抗体表面粗さ）Ｒａを示している。
【００６５】
図９および図１０から、比較例１に示す抵抗体１１に比べて実施例１に示す抵抗体１の方がマイクロリニアリティ特性に優れていることがわかる。
【００６６】
また図１１から、中心線平均粗さＲａが粗くなるほど、マイクロリニアリティの標準偏差σも大きくなることがわかる。すなわち、中心線表面粗さＲａとマイクロリニアリティとの関係はほぼ比例関係にあり、中心線平均粗さＲａが粗くなるほど、各測定点における個々のマイクロリニアリティは、マイクロリニアリティ全体の平均値からかけ離れていくことがわかる。
【００６７】
なお、図１１は中心線平均粗さＲａとマイクロリニアリティとの相関関係を説明するためのグラフであり、上述した実施例及び比較例にとらわれず、それ以外のデータもプロットしている。
【００６８】
表３は、各実施例及び各比較例の表面粗さとマイクロリニアリティ特性の測定結果、及び摺動寿命試験後の抵抗体の耐摩耗性の測定結果を示すものである。
【００６９】
表４は図１に示す抵抗体１（実施例１）において、上層部の第２の抵抗層４に含まれる第２の補強材の配合量に対する摺動寿命特性と抵抗ぺ−ストの印刷性を示すものである。なお、下層部の第１の抵抗体３は全て実施例１の粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を添加した抵抗体を用いたものである。
【００７０】
【表３】
【００７１】
【表４】
【００７２】
表３および表４中の◎は測定結果が極めて良好な範囲を示し、×は実用に耐えないという評価結果を示す。また△〜○は、前記◎または×の領域にはない中間的性能にあることを表しており、△は×よりも優れているが○よりも劣るものであり、○は△よりも優れているが◎よりは劣るもので、×〜△との境界領域に位置すると判断したものである。なお、表３の抵抗体表面粗さＲａは、図１１において０．２４μｍ以下のものを◎、０．３μｍ以下のものを○とみなしたものである。また耐摩耗性については、摺動子を５０００万回摺動させた後、前記抵抗体の摩耗状態を表面粗さ形状測定装置で測定したときに、抵抗体の摩耗量が２．５μｍ未満の場合を◎、２．５μｍ以上３．５μｍ未満の場合を○、３．５μｍ以上４．５μｍ未満の場合を△、４．５μｍ以上の場合を×としたものである。
【００７３】
また表４の抵抗ペーストの印刷性については、抵抗ぺ−ストの性状により必要に応じて適宜希釈溶媒を添加して調整を行うこととし、それでも印刷性が改善されないもの、または印刷塗膜が均質でないものを、印刷性の劣化とみなしたものである。
【００７４】
表３に示すように、比較例１および３では抵抗体表面粗さＲａが悪く、マイクロリニアリティが劣っている。これは、比較例１のものは、下層部の第１の補強材の粒径が大きすぎ、その表面粗さを上層部の第２の抵抗層で吸収することができないためであり、比較例３のものは上層部の第２の抵抗層の補強材が下層部と変わらず３μｍと大きいことによるものと考えられる。比較例２では補強材が未添加の上層部の第２の抵抗体が１０００万回未満の早期に摩耗し、短時間に大量の摩耗紛が発生するため、このような抵抗体を実際に使用すると接触抵抗が増大するという問題が発生しやすい。また比較例４では下層部の第１の抵抗体に補強材として添加するフィラーの粒子径が小さいため、抵抗体全体としての強度が不足し、摺動寿命特性が劣った結果となっている。
【００７５】
また表３に示すように、上層部を形成する第２の抵抗ペーストに第２の補強材を添加した実施例１ないし６の各抵抗体は、補強材が未添加の抵抗体(比較例２)と同等レベルの表面粗さを示し、マイクロリニアリティ特性に優れることがわかる。さらに比較例４に示すように、平均粒子径０．３５μｍの第２の補強材は、単独では５０００万回の摺動寿命を満足しないが、比較例２に示す補強材が未添加の抵抗体との比較においては優れた摺動寿命特性を示す。また同じ第１の抵抗層を下層部とした比較例２と実施例１とを比較すると、上層部に平均粒子径０．３５μｍの第２の補強材を添加した実施例１の方が極めて優れた摺動寿命特性を示している。これらのことから、摺動子が摺動する上層部の抵抗層に補強材を添加することによっても摺動寿命特性が向上することがわかる。また実施例１、実施例６、比較例４との比較から、摺動寿命特性は下層部の第１の補強材の粒子径が大きいほど優れていることがわかる。従って、実施例１ないし６に示すように、粒子径の大きい第１の補強材が添加された第１の抵抗層３からなる下層部と、それよりも粒子径の小さな第２の補強材が添加された第２の抵抗層４からなる上層部とを組み合わせることにより、マイクロリニアリティと耐摩耗性という相反する特性を共に満足することが可能となる。
【００７６】
すなわち、下層部の第１の抵抗層３を形成する第１の抵抗ペーストに摺動寿命を向上させる第１の補強材を含有させるとともに、上層部側の第２の抵抗層４を形成する第２の抵抗ペースト中に抵抗体表面粗さＲａを緩和するのに最適な粒子径からなる第２の補強材を含有させることにより、マイクロリニアリティ特性と摺動寿命特性とを両立させることができる。
【００７７】
なお、前記第１の補強材は、硬化後の下層部の第１の抵抗層３の全体積中に占める含有率が３体積％よりも少ない場合は補強材としての効果が発揮されず、３０体積％を越える場合には抵抗ペーストにしたときの印刷適性が悪くなるとともに第１の抵抗層３自体が脆くなって摺動寿命が短くなりやすい。よって、前記第１の補強材の含有率は３〜３０体積％の範囲が好ましく、より好ましくは６〜２０体積％の範囲である。
【００７８】
また表４より、図１に示す抵抗体１（実施例１）では、硬化後の上層部の第２の抵抗層４の全体積中に占める第２の補強材の含有率が、５〜３０体積％の範囲であればよく、さらに好ましくは７〜２５体積％の範囲であることがわかる。
【００７９】
なお、前記第２の補強材の含有率が、５体積％よりも少ない場合には補強材としての効果が乏しくなる。また前記含有率が３０体積％を越える場合には、抵抗ペーストにしたときの印刷適性が悪くなるとともに、抵抗体自体が脆くなって耐摩耗性が劣化しやすくなる。
【００８０】
前記表３より、良好なマイクロリニアリティ特性を得る上で、前記抵抗体１の中心線表面粗さＲａの好ましい範囲は０．３μｍ以下であり、より好ましい範囲は０．２４μｍ以下である。
【００８１】
また上層部の抵抗層の厚み寸法は、少なくとも下層部の抵抗層の表面に形成される凹凸を覆い隠す程度が好ましく、結果として抵抗体１の表面粗さＲａを前記のように設定できるようになる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明では、耐摩耗性（摺動寿命特性）とマイクロリニアリティ特性に優れた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】本発明における可変抵抗器の抵抗体の断面図、
【図２】抵抗体の補強材として使用されるカーボンファイバーの電子顕微鏡写真、
【図３】抵抗体の補強材として使用される粉砕カーボンファイバーの電子顕微鏡写真、
【図４】抵抗体の補強材として使用される大粒径カーボンブラック（サーマルブラック）の電子顕微鏡写真、
【図５】比較例１として示す抵抗体の断面図、
【図６】比較例２として示す抵抗体の断面図、
【図７】比較例３として示す抵抗体の断面図、
【図８】比較例４として示す抵抗体の断面図、
【図９】本発明として図１に示される実施例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフ、
【図１０】図５に示される比較例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフ、
【図１１】抵抗体の表面粗さとマイクロリニアリティーとの関係を示すグラフ、
【図１２】マイクロリニアリティ特性を説明するグラフ、
【図１３】回転型の可変抵抗器の場合のマイクロリニアリティの説明図、
【符号の説明】
１ 可変抵抗器の抵抗体
２ 絶縁基板
３ 第１の抵抗層
４ 第２の抵抗層
５ カーボンブラック
６ 第１の補強材
７ 第２の補強材
Ｒａ 中心線平均粗さ（抵抗体表面粗さ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動子が抵抗体の表面を摺動して抵抗値が可変する可変抵抗器に係わり、特にマイクロリニアリティ特性に優れた可変抵抗器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗体の表面を接点摺動子が摺動する可変抵抗器においては、主に耐摩耗性に優れ長期の動作寿命を実現することが求められている。従来の前記可変抵抗器としては、例えば特開平３−２３３９０４号公報や特許第２８８９７９２号公報などに記載されたものがある。
【０００３】
前記特開平３−２３３９０４号公報に記載された可変抵抗器は、樹脂中にカーボンブラックとカーボンファイバーを分散させた抵抗ペーストをスクリーン印刷することによって抵抗体が形成されており、抵抗体表面に突出した硬質なカーボンファイバーが前記摺動子を支えることで抵抗体表面の摩耗を防止するというものである。また特許第２８８９７９２号公報に記載された可変抵抗器は、カーボンファイバーを含む下層抵抗層に、カーボンファイバーを含まないカーボンブラックが分散された上層抵抗層を積層した抵抗体が設けられている。この可変抵抗器では摺動子が上層を摺動することにより、摺動子がカーボンファイバーによって摩耗しにくくしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のようにカーボンファイバーを含む抵抗体を有している可変抵抗器は、カーボンファイバーの粒子直径が５〜４０μｍ、繊維長さが５〜１００μｍと大きいため、抵抗体の表面粗さ（中心線平均粗さ）が粗くなり、可変抵抗器の精度を指標するマイクロリニアリティ特性に劣るという問題がある。
【０００５】
図１２はマイクロリニアリティ特性を説明するグラフであり、前記マイクロリニアリティ特性は以下のように定義される。まず最初に、抵抗体の表面に対して摺動子が直線的にスライド可能とされたスライド型の可変抵抗器の場合について説明する。
【０００６】
図１２に示すグラフでは、抵抗体パターンでの摺動子の摺動方向の長さＬに対して定格電圧Ｖinを印加し、抵抗体パターン上を摺動する摺動子からの出力Ｖを縦軸に示し、抵抗体パターン上での摺動子の位置Ｘを横軸に示したものである。抵抗体の抵抗率が位置によらず一定であるという前提のもとでは、摺動子が抵抗体上の任意の点からΔＸだけ移動したときの出力変化はＶin／Ｌなる傾きを有する理想直線Ｐで示されるはずである。
【０００７】
理想直線Ｐにおいては、摺動子がＡ点からＢ点までΔＸだけ移動した場合の基準出力変位はΔＶ＝（ΔＸ／Ｌ）×Ｖinと表すことができるが、実際の出力Ｓは理想直線Ｐから外れる。式１に示すように、マイクロリニアリティ特性は、点Ａ、Ｂでの実際の出力ＶA、ＶBの出力差ＶB−ＶAから基準出力変位の差分を求め、この差を印加電圧に対する百分率で求めたものとして規定される。マイクロリニアリティ特性は０％に近いほど高精度である。また、高性能を要求される位置センサでは、実際の出力Ｓが理想直線Ｐに近い特に優れたマイクロリニアリティ特性を示す。
【０００８】
【式１】
ただし、
ＶA ：摺動子が抵抗体上の点Ａにあるときの出力値
ＶB ：摺動子が抵抗体上の点Ｂにあるときの出力値
Ｖin：抵抗体長さＬ方向への印加電圧
ΔＸ：点Ａ、Ｂ間の距離
Ｌ ：抵抗体長さ
【００１０】
次に、図１３に示すような馬蹄形状（円弧形状）の抵抗体に摺動子が回転可能に装着される回転型の可変抵抗器の場合のマイクロリニアリティは式２のように定義されるが、その考え方は前記スライド型の可変抵抗器と同様である。
【００１１】
【式２】
ただし、
Ｖin：印加電圧
ΔＶ：測定間の出力電圧差（＝ＶB−ＶA）
Θ：電極間の角度
Δθ：∠Ａと∠Ｂ間の角度差（測定パターン間角度）
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、耐摩耗性に優れ長い動作寿命を得ることができるとともにマイクロリニアリティ特性にも優れた可変抵抗器を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、抵抗体と、前記抵抗体の表面を摺動する摺動子を備えた可変抵抗器において、
前記抵抗体が、バインダー樹脂中に少なくともカーボンブラックと第１の補強材を分散させた第１の抵抗層と、バインダー樹脂中に少なくともカーボンブラックと前記第１の補強材よりも平均粒子径の小さな第２の補強材を分散させた第２の抵抗層とを有しており、前記第１の抵抗層の表面に前記第２の抵抗層が積層されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、上層側の抵抗層に含まれる補強材の粒子径を下層側の抵抗層に含まれる補強材の粒子径よりも小さくすることにより、抵抗体の表面を平滑にできマイクロリニアリティ特性に優れる。また補強材により抵抗体の表面の耐摩耗性を向上でき、また下層側の抵抗層に粒子径の大きい第１の補強材が設けられていることにより、抵抗体全体の強度を高くできる。
【００１６】
上記において、前記第２の補強材の平均粒子径が、０．１μm以上１μｍ未満が好ましい。
【００１７】
前記第２の補強材の平均粒子径が０．１μm未満であると、補強材としての機能を十分に果たすことができず抵抗体表面の摺動寿命が劣化する。また１μｍ以上あると抵抗体表面の粗さが粗くなってマイクロリニアリティ特性を劣化させる。
【００１８】
この場合、前記第２の補強材が球状粒子であるものが好ましい。
第２の補強材を球状粒子とすると、抵抗体表面の凹凸が緩和されて滑らかになるため、耐摩耗性とマイクロリニアリティ特性の両方を向上させることができる。
【００１９】
また前記第２の抵抗層内に含まれる前記第２の補強材の含有率が、５体積％〜３０体積％の範囲であるものが好ましく、より好ましくは７体積％〜２５体積％の範囲である。
【００２０】
前記第２の補強材の含有率が、５体積％よりも少ない場合には補強材としての効果に乏しい。また前記含有率が３０体積％を越える場合には、抵抗ペーストにしたときの印刷適性が悪くなるとともに、抵抗体自体が脆くなって耐摩耗性が劣化しやすくなる。
【００２１】
また前記第１の補強材の平均粒子径が１μm以上１０μｍ以下であるものが好ましい。
【００２２】
下層部を形成する前記第１の補強材の平均粒子径が１μm未満である場合には、上層部の第２の抵抗層と同程度の摺動寿命特性しか得ることができず、耐摩耗性に劣る。また平均粒子径が１０μmを越える場合には、下層部の表面に上層部として第２の抵抗層を形成しても抵抗体表面の粗さを充分に吸収することができないため、マイクロリニアリティ特性を満足することができなくなる。
【００２３】
さらには、前記第１の補強材が、カーボンファイバーを粉砕したものが好ましい。
【００２４】
この場合の粉砕カーボンファイバーは繊維形態が壊れるまでに粉砕されたものが好ましく、このような粉砕カーボンファイバーを第１の抵抗層に含めることにより、抵抗体全体の摺動による寿命を向上させることができる。しかも、このような第１の抵抗層の表面に、第２の補強材を含む第２の抵抗層を積層することにより抵抗体表面の平滑化が容易となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における可変抵抗器の抵抗体の断面図、図２は抵抗体の補強材として使用されるカーボンファイバーの電子顕微鏡写真、図３は抵抗体の補強材として使用される粉砕カーボンファイバーの電子顕微鏡写真、図４は抵抗体の補強材として使用される大粒径カーボンブラック（サーマルブラック）の電子顕微鏡写真である。
【００２６】
図１に示すように、抵抗体１は絶縁基板２の表面に下層部として第１の抵抗層３が設けられ、前記下層部の表面に上層部として第２の抵抗層４が積層された２層構造である。前記第１の抵抗層３は、熱硬化性のバインダー樹脂内に導電材としてのカーボンブラック５と第１の補強材６を分散させたものであり、前記上層部の第２の抵抗層４も前記同様のバインダー樹脂内に導電材としてのカーボンブラック５と第２の補強材７を分散させたものである。
【００２７】
前記抵抗体１は以下のような手段を用いて製造される。
前記抵抗体１の製造には、前記第１の抵抗層３を形成する第１の抵抗ペーストと、前記第２の抵抗層４を形成する第２の抵抗ペーストが用いられる。
【００２８】
前記第１の抵抗ペーストは、所定の溶剤で溶かした熱硬化性のバインダー樹脂溶液中に、前記導電性のカーボンブラック５および第１の補強材６を混入させたものである。また第２の抵抗ペーストは、所定の溶剤で溶かした熱硬化性のバインダー樹脂溶液中に、前記導電性のカーボンブラック５および第２の補強材７を混入させたものである。
【００２９】
前記第１及び第２の抵抗ペースト中のバインダー樹脂としては、例えばフェノールホルムアルデヒド樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、メラニン樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、フルフリル樹脂などが使用可能であるが、これらに限定されるものではなく、後述する溶剤に溶かすことができればその他の樹脂であってもよい。
【００３０】
前記溶剤としては、上記バインダー樹脂を溶解することができるものであればよく、例えばグリコール系、エステル系、エーテル系等の中から１種、または２種以上を選択して使用することができる。
【００３１】
前記第１の補強材６としては、例えば図２に示すような市販のミルドカーボンファイバー、チョップカーボンファイバーを更に粉砕機で平均粒径１μｍ〜１０μｍに粉砕した粉砕カーボンファイバー（図３参照）が好適に用いられる。
【００３２】
前記第２の補強材７としては、電子顕微鏡法によって測定したときの平均粒子径が、０．１μｍ以上１μｍ未満の球状粒子が望ましく、例えばカーボンブラックに分類される粒子径の大きいサーマルブラック（図４参照）やカーボンビーズなどの導電性粒子である。あるいはシリカ粒子、アルミナ粒子など無機フィラーであってもよい。
【００３３】
前記第２の補強材７を添加すると、抵抗体１の動作寿命を向上させることができるとともに抵抗体１の表面粗さへの影響を小さくできる。また第２の補強材７としてのサーマルブラックは前記バインダー樹脂内への分散性に優れており、しかも導電性を備えているために摺動子と抵抗体１との間の接触抵抗を増加させる要因になり難いので好適といえる。
【００３４】
前記カーボンブラック５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を使用できる。前記アセチレンブラックは分岐構造が発達し、それ自体で若干の補強効果を有する点、および抵抗体１の抵抗値の経時的変化を少なくできる点などから、特に有効な材料である。
【００３５】
上記の各材料が、必要とされる所定量だけ秤量され、分散混合装置によって混錬されることによって前記第１の抵抗ペーストと第２の抵抗ペーストがそれぞれ生成される。
【００３６】
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２の上に印刷される。最初に絶縁基板２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し、溶媒を乾燥させた後にバインダー樹脂を熱硬化させることによって形成される。次に、前記第１の抵抗ペーストが前記銀などの導電性パターンを覆ってつなぐように印刷され、乾燥されて溶媒が除かれ、バインダー樹脂が熱硬化されて下層部となる第１の抵抗層３が形成される。さらに、前記第１の抵抗層３の表面に第２の抵抗ペーストが印刷され、乾燥され、熱硬化されて上層部としての第２の抵抗層４が形成される。
【００３７】
前記印刷に使用されるスクリーンは、硬化後の抵抗層の膜厚によって４００メッシュから１００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の抵抗層３用の前記第１の抵抗ペースト印刷乾燥後の硬化工程を省いて第２の抵抗層４用の第２の抵抗ペースト印刷後のみ第１の抵抗ペースト（抵抗層）とともに硬化させることもできる。
【００３８】
抵抗体１は馬蹄形状（円弧形状）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。
【００３９】
上記摺動子としては、長期の摺動においても抵抗体１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ッ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。
【００４０】
前記抵抗体１を備えた可変抵抗器は、下層側の抵抗層に粒子径の粗い補強材を含ませることにより、抵抗体の表面の耐摩耗性を向上させることができる。また上層側の抵抗層に含まれる補強材の粒子径を前記下層側の補強材の粒子径よりも小さくすることにより、抵抗体１の表面が平滑となるため、マイクロリニアリティ特性が優れたものになる。
【００４１】
以下には、マイクロリニアリティ特性と耐摩耗性に関し、複数の実施例または比較例として製造した抵抗体について説明する。
【００４２】
【実施例】
＜実施例１＞
以下の表１および表２に示す配合表に従って、第１の抵抗ペーストと第２の抵抗ペーストを生成した。
【００４３】
【表１】
【表２】
第１の抵抗層３用の第１のぺーストを適宜のメッシュのスクリーンを用いて予め銀電極を形成したガラスエポキシ製の絶縁基板２上に印刷し、乾燥して第１の抵抗層３を形成した後、前記第１の抵抗層３の表面に第２の抵抗層４用の第２の抵抗ぺーストを印刷し、乾燥後２４０℃において１０分間硬化して図１に示す抵抗体１を形成した。
【００４６】
上記配合中のカーボンブラック（アセチレンブラック）は導電性を付与するための材料であり、前記第１，第２の補強材６，７とは異なり、平均粒子径が０．０４μｍと極めて小さい。
【００４７】
なお、前記第１の補強材６の粉砕カーボンファイバーの平均粒子径（３μｍ）は、ＪＩＳ−Ｚ−８８２５で規定されるレーザー回折法による測定結果を、ＪＩＳ−Ｚ−８８１９に従って算術平均粒子径として表現したものである。また第２の補強材７のサーマルブラックの平均粒子径（０．３５μｍ）は電子顕微鏡法により測定したものである。
【００４８】
＜実施例２＞
実施例２は、前記実施例１の表２に示す第２の抵抗ぺ−ストに第２の補強材７として含まれているサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を平均粒子径０．１２μｍのカーボンブラック（秤量８１ｇ）に代えたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００４９】
＜実施例３＞
実施例３は、前記実施例１の表２に示す第２の抵抗ぺ−ストに第２の補強材７として含まれているサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を平均粒子径０．９０μｍ（レーザー回折法で測定）の粉砕カーボンファイバー（秤量８１ｇ）に代えたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５０】
＜実施例４＞
実施例４は、前記実施例１の表１に示す第１の抵抗ぺ−ストに第１の補強材６として含まれている粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を平均粒子径７μｍの粉砕カーボンファイバー（レーザー回折法で測定）に代えたもので、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５１】
＜実施例５＞
実施例５は、前記実施例１の表２に示す第２の抵抗ぺ−ストに第２の補強材７として含まれているサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を平均粒子径０．４μｍの酸化チタン（電子顕微鏡法で測定）に代えたもので、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５２】
＜実施例６＞
実施例６は、前記表１に示す第１の抵抗ぺ−ストに第１の補強材６として含まれる粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を平均粒子径０．９０μｍ（レーザー回折法で測定）の粉砕カーボンファイバーに代えたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体を形成したものである。
【００５３】
次に、比較例として製造した抵抗体について説明する。
図５ないし図８は、比較例１ないし４として示す抵抗体の断面図を示している。
【００５４】
＜比較例１＞
図５に示す比較例１の抵抗体１１は、前記実施例１（表１参照）の下層部を形成する第１の抵抗ぺ−スト中に第１の補強材６として含まれている粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を平均直径８μｍ、平均繊維長３０μｍのカーボンファイバー１２に代えるとともに、表２に示す上層部を形成する第２の抵抗ぺ−スト中から第２の補強材７としてのサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を除いたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体１１を形成したものである。
【００５５】
＜比較例２＞
図６に示す比較例２の抵抗体２１は、前記実施例１の表２に示される上層部を形成する第２の抵抗ぺ−スト中から第２の補強材７としてのサーマルブラック（平均粒子径０．３５μｍ）を除いたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体２１を形成したものである。
【００５６】
＜比較例３＞
図７に示す比較例３の抵抗体３１は、第１の抵抗ぺ−ストで形成された第１の抵抗層３の表面に同じ第１の抵抗ぺ−ストを印刷することにより、第１の抵抗層３を重ねて下層部と上層部としたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体３１を形成したものである。
【００５７】
＜比較例４＞
図８に示す比較例４の抵抗体４１は、下層部に第２の抵抗ペーストを印刷して第１の抵抗層３を形成した後、その表面に同じ第２の抵抗ぺ−ストを印刷することにより、上層部に第２の抵抗層４を形成としたものであり、それ以外は実施例１と同じ方法で抵抗体４１を形成したものである。
【００５８】
（抵抗体の測定及び試験）
上記実施例１ないし６及び比較例１ないし４で得られた各抵抗体について、抵抗体の表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）の測定、及びマイクロリニアリティ特性の初期測定を行った後、摺動寿命試験を行った。なお、以下においては馬蹄形状（円弧形状）の抵抗体（図１３参照）の表面上を摺動子が回転移動する回転型の可変抵抗器を使用している。
【００５９】
（測定及び試験の方法）
前記抵抗体表面粗さの測定は、市販の接触式表面粗さ形状測定機（（株）東京精密製、表面粗さ形状測定装置、サーフコム２００Ｃ）を使用して測定を行った。
【００６０】
測定条件はＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２規格に準拠した中心線平均粗さＲａを用い、カットオフ値は０．２５ｍｍとした。また、実施例及び比較例のサンプルにおいて動作寿命、即ち摺動寿命試験を行った。この試験において、摺動子はＰｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕの合金からなり、形状は厚さ０．０７ｍｍ、幅０．３５ｍｍの接点を８本有し、接触荷重は全体で０．２７４Ｎ（２８ｇｆ）である。
【００６１】
抵抗体と摺動子を組み込んだ可変抵抗器の状態で試験を行い、摺動子を５０００万回摺動させた後、前記抵抗体の摩耗状態を表面粗さ形状測定装置にて測定した。
【００６２】
（測定及び試験の結果）
図９は本発明として図１に示される実施例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフ、図１０は図５に示される比較例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフである。
【００６３】
図９および図１０に示すグラフでは、横軸が抵抗体の回転方向の測定点を示し、縦軸がマイクロリニアリティを示している。
【００６４】
また図１１は抵抗体の表面粗さとマイクロリニアリティとの関係を示すグラフであり、縦軸のσは抵抗体表面の約９００の測定点におけるマイクロリニアリティの標準偏差を示し、横軸は中心線平均粗さ（抵抗体表面粗さ）Ｒａを示している。
【００６５】
図９および図１０から、比較例１に示す抵抗体１１に比べて実施例１に示す抵抗体１の方がマイクロリニアリティ特性に優れていることがわかる。
【００６６】
また図１１から、中心線平均粗さＲａが粗くなるほど、マイクロリニアリティの標準偏差σも大きくなることがわかる。すなわち、中心線表面粗さＲａとマイクロリニアリティとの関係はほぼ比例関係にあり、中心線平均粗さＲａが粗くなるほど、各測定点における個々のマイクロリニアリティは、マイクロリニアリティ全体の平均値からかけ離れていくことがわかる。
【００６７】
なお、図１１は中心線平均粗さＲａとマイクロリニアリティとの相関関係を説明するためのグラフであり、上述した実施例及び比較例にとらわれず、それ以外のデータもプロットしている。
【００６８】
表３は、各実施例及び各比較例の表面粗さとマイクロリニアリティ特性の測定結果、及び摺動寿命試験後の抵抗体の耐摩耗性の測定結果を示すものである。
【００６９】
表４は図１に示す抵抗体１（実施例１）において、上層部の第２の抵抗層４に含まれる第２の補強材の配合量に対する摺動寿命特性と抵抗ぺ−ストの印刷性を示すものである。なお、下層部の第１の抵抗体３は全て実施例１の粉砕カーボンファイバー（平均粒子径３μｍ）を添加した抵抗体を用いたものである。
【００７０】
【表３】
【表４】
表３および表４中の◎は測定結果が極めて良好な範囲を示し、×は実用に耐えないという評価結果を示す。また△〜○は、前記◎または×の領域にはない中間的性能にあることを表しており、△は×よりも優れているが○よりも劣るものであり、○は△よりも優れているが◎よりは劣るもので、×〜△との境界領域に位置すると判断したものである。なお、表３の抵抗体表面粗さＲａは、図１１において０．２４μｍ以下のものを◎、０．３μｍ以下のものを○とみなしたものである。また耐摩耗性については、摺動子を５０００万回摺動させた後、前記抵抗体の摩耗状態を表面粗さ形状測定装置で測定したときに、抵抗体の摩耗量が２．５μｍ未満の場合を◎、２．５μｍ以上３．５μｍ未満の場合を○、３．５μｍ以上４．５μｍ未満の場合を△、４．５μｍ以上の場合を×としたものである。
【００７３】
また表４の抵抗ペーストの印刷性については、抵抗ぺ−ストの性状により必要に応じて適宜希釈溶媒を添加して調整を行うこととし、それでも印刷性が改善されないもの、または印刷塗膜が均質でないものを、印刷性の劣化とみなしたものである。
【００７４】
表３に示すように、比較例１および３では抵抗体表面粗さＲａが悪く、マイクロリニアリティが劣っている。これは、比較例１のものは、下層部の第１の補強材の粒径が大きすぎ、その表面粗さを上層部の第２の抵抗層で吸収することができないためであり、比較例３のものは上層部の第２の抵抗層の補強材が下層部と変わらず３μｍと大きいことによるものと考えられる。比較例２では補強材が未添加の上層部の第２の抵抗体が１０００万回未満の早期に摩耗し、短時間に大量の摩耗紛が発生するため、このような抵抗体を実際に使用すると接触抵抗が増大するという問題が発生しやすい。また比較例４では下層部の第１の抵抗体に補強材として添加するフィラーの粒子径が小さいため、抵抗体全体としての強度が不足し、摺動寿命特性が劣った結果となっている。
【００７５】
また表３に示すように、上層部を形成する第２の抵抗ペーストに第２の補強材を添加した実施例１ないし６の各抵抗体は、補強材が未添加の抵抗体(比較例２)と同等レベルの表面粗さを示し、マイクロリニアリティ特性に優れることがわかる。さらに比較例４に示すように、平均粒子径０．３５μｍの第２の補強材は、単独では５０００万回の摺動寿命を満足しないが、比較例２に示す補強材が未添加の抵抗体との比較においては優れた摺動寿命特性を示す。また同じ第１の抵抗層を下層部とした比較例２と実施例１とを比較すると、上層部に平均粒子径０．３５μｍの第２の補強材を添加した実施例１の方が極めて優れた摺動寿命特性を示している。これらのことから、摺動子が摺動する上層部の抵抗層に補強材を添加することによっても摺動寿命特性が向上することがわかる。また実施例１、実施例６、比較例４との比較から、摺動寿命特性は下層部の第１の補強材の粒子径が大きいほど優れていることがわかる。従って、実施例１ないし６に示すように、粒子径の大きい第１の補強材が添加された第１の抵抗層３からなる下層部と、それよりも粒子径の小さな第２の補強材が添加された第２の抵抗層４からなる上層部とを組み合わせることにより、マイクロリニアリティと耐摩耗性という相反する特性を共に満足することが可能となる。
【００７６】
すなわち、下層部の第１の抵抗層３を形成する第１の抵抗ペーストに摺動寿命を向上させる第１の補強材を含有させるとともに、上層部側の第２の抵抗層４を形成する第２の抵抗ペースト中に抵抗体表面粗さＲａを緩和するのに最適な粒子径からなる第２の補強材を含有させることにより、マイクロリニアリティ特性と摺動寿命特性とを両立させることができる。
【００７７】
なお、前記第１の補強材は、硬化後の下層部の第１の抵抗層３の全体積中に占める含有率が３体積％よりも少ない場合は補強材としての効果が発揮されず、３０体積％を越える場合には抵抗ペーストにしたときの印刷適性が悪くなるとともに第１の抵抗層３自体が脆くなって摺動寿命が短くなりやすい。よって、前記第１の補強材の含有率は３〜３０体積％の範囲が好ましく、より好ましくは６〜２０体積％の範囲である。
【００７８】
また表４より、図１に示す抵抗体１（実施例１）では、硬化後の上層部の第２の抵抗層４の全体積中に占める第２の補強材の含有率が、５〜３０体積％の範囲であればよく、さらに好ましくは７〜２５体積％の範囲であることがわかる。
【００７９】
なお、前記第２の補強材の含有率が、５体積％よりも少ない場合には補強材としての効果が乏しくなる。また前記含有率が３０体積％を越える場合には、抵抗ペーストにしたときの印刷適性が悪くなるとともに、抵抗体自体が脆くなって耐摩耗性が劣化しやすくなる。
【００８０】
前記表３より、良好なマイクロリニアリティ特性を得る上で、前記抵抗体１の中心線表面粗さＲａの好ましい範囲は０．３μｍ以下であり、より好ましい範囲は０．２４μｍ以下である。
【００８１】
また上層部の抵抗層の厚み寸法は、少なくとも下層部の抵抗層の表面に形成される凹凸を覆い隠す程度が好ましく、結果として抵抗体１の表面粗さＲａを前記のように設定できるようになる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明では、耐摩耗性（摺動寿命特性）とマイクロリニアリティ特性に優れた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】本発明における可変抵抗器の抵抗体の断面図、
【図２】抵抗体の補強材として使用されるカーボンファイバーの電子顕微鏡写真、
【図３】抵抗体の補強材として使用される粉砕カーボンファイバーの電子顕微鏡写真、
【図４】抵抗体の補強材として使用される大粒径カーボンブラック（サーマルブラック）の電子顕微鏡写真、
【図５】比較例１として示す抵抗体の断面図、
【図６】比較例２として示す抵抗体の断面図、
【図７】比較例３として示す抵抗体の断面図、
【図８】比較例４として示す抵抗体の断面図、
【図９】本発明として図１に示される実施例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフ、
【図１０】図５に示される比較例１の抵抗体のマイクロリニアリティ特性を示すグラフ、
【図１１】抵抗体の表面粗さとマイクロリニアリティーとの関係を示すグラフ、
【図１２】マイクロリニアリティ特性を説明するグラフ、
【図１３】回転型の可変抵抗器の場合のマイクロリニアリティの説明図、
【符号の説明】
１ 可変抵抗器の抵抗体
２ 絶縁基板
３ 第１の抵抗層
４ 第２の抵抗層
５ カーボンブラック
６ 第１の補強材
７ 第２の補強材
Ｒａ 中心線平均粗さ（抵抗体表面粗さ）
Claims (6)
- 抵抗体と、前記抵抗体の表面を摺動する摺動子を備えた可変抵抗器において、
前記抵抗体が、バインダー樹脂中に少なくともカーボンブラックと第１の補強材を分散させた第１の抵抗層と、バインダー樹脂中に少なくともカーボンブラックと前記第１の補強材よりも平均粒子径の小さな第２の補強材を分散させた第２の抵抗層とを有しており、前記第１の抵抗層の表面に前記第２の抵抗層が積層されていることを特徴とする可変抵抗器。 - 前記第２の補強材の平均粒子径が、０．１μm以上１μｍ未満である請求項１記載の可変抵抗器。
- 前記第２の補強材が球状粒子である請求項１または２記載の可変抵抗器。
- 前記第２の抵抗層内に含まれる前記第２の補強材の含有率が、５体積％〜３０体積％の範囲である請求項１ないし３のいずれかに記載の可変抵抗器。
- 前記第１の補強材の平均粒子径が１μm以上１０μｍ以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の可変抵抗器。
- 前記第１の補強材が、カーボンファイバーを粉砕したものである請求項１ないし５のいずれかに記載の可変抵抗器。
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