JPH0722214A - 可変抵抗器 - Google Patents
可変抵抗器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C10/00—Adjustable resistors
- H01C10/30—Adjustable resistors the contact sliding along resistive element
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Adjustable Resistors (AREA)
Abstract
器を提供する。 【構成】 可変抵抗器の抵抗体を、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
抗層とを重畳する構成とし、更に前記下層抵抗層のカー
ボンファイバーを含まない膜厚がカーボンファイバーの
径の0.75ないし1.25であって、上層抵抗層の膜
厚が下層抵抗層の上記膜厚の0.5ないし1である構成
とした。
Description
要求される可変抵抗器に関する。
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。
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。
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た可変抵抗器であって、前記下層抵
抗層のカーボンファイバーを含まない膜厚がカーボンフ
ァイバーの径の0.75ないし1.25であって、上層
抵抗層の膜厚が下層抵抗層の前記膜厚の0.5ないし1
である構成とした。
イバーを含まない膜厚がカーボンファイバーの径の0.
75ないし1.25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摩耗させ、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
く比較的穏やかな摩耗を生じせしめるが、上記構成によ
って摺動子の摩耗を比較的少なく抑えることができる。
更に上層抵抗層を設けかつその膜厚を下層抵抗層の前記
膜厚の0.5ないし1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、摺動子の摩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摩耗は主にカーボンファイバー上
の抵抗層の摩耗に留まるので、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
調整剤が使用される。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1
5.2%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。
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。
ず下層抵抗層を形成した段階で図3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4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。
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。
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。
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
IS C5261に定められる方法によって測定した。
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。
状況から、摺動寿命を総合的に評価した結果であり、こ
の結果から太い線で囲ま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。
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。
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。
る。
データを示す図である。
示す表面粗さ計によるデータを示す図である。
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。
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1
5.2%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。
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。
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。
Claims (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
た可変抵抗器であって、前記下層抵抗層のカーボンファ
イバーを含まない膜厚がカーボンファイバーの径の0.
75ないし1.25であって、上層抵抗層の膜厚が下層
抵抗層の上記膜厚の0.5ないし1であることを特徴と
する可変抵抗器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5189000A JP2889792B2 (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 可変抵抗器 |
US08/267,637 US5475359A (en) | 1993-07-01 | 1994-06-29 | Variable resistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5189000A JP2889792B2 (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 可変抵抗器 |
Publications (2)
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JPH0722214A true JPH0722214A (ja) | 1995-01-24 |
JP2889792B2 JP2889792B2 (ja) | 1999-05-10 |
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JP5189000A Expired - Fee Related JP2889792B2 (ja) | 1993-07-01 | 1993-07-01 | 可変抵抗器 |
Country Status (2)
Country | Link |
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US (1) | US5475359A (ja) |
JP (1) | JP2889792B2 (ja) |
Cited By (2)
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