JPH03211802A - スイッチ付可変抵抗器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスイッチ付可変抵抗器に関する。このスイッチ
付可変抵抗器は例えば、回動角度を検出するロータリー
エンコーダなどに適用できる。

［従来の技術］ 従来より、スイッチ付可変抵抗器として、被検出物の変
位に伴って抵抗値が変化するものが知られている。この
ものでは、基板の表出面に抵抗体層を円弧状のパターン
で積層させるとともに抵抗体層よりも短いスイッチ導電
部を設け、ざらに、被検出物の変位に伴って回動する可
動部を設け、可動部に第１ブラシ及び第２ブラシを設け
たものが知られている。

このものでは、被検出物の変位に伴って可動部が可動す
ると、第１ブラシおよび第２ブラシか連動し、第１ブラ
シが抵抗体層に沿って抵抗体−の表面を摺接するととも
に、第２ブラシかスイッチ導電部から離れて非接触とな
りこれをオフとする。

ところで、抵抗体層は周方向へのびているもののスイッ
チ導電部は抵抗体層よりも長さが短い。

そのため、可動部が移動して第１ブラシが抵抗体層に沿
ってその始端側から終端側に移動すると、第２ブラシは
スイッチ導電部から離れ、基板の表面部分と摺接してし
まう。そのため第２ブラシの先端部で基板表面か摩滅す
るとともに第２ブラシの先端部も摩滅する不具合かある
。よって基板表面の摩耗粉、第２ブラシの摩耗粉が発生
し、その摩耗粉かスイッチ導電部に移り、スイッチ導電
部の耐久性を低下させたり、ノイズを発生させたりする
原因となっている。

さらに従来より、この種のスイッチ付可変抵抗器として
、実開昭６２−８１００４号公報に開示されているよう
に、アルミナ製の基板の表出面に設（プた銀電極と抵抗
体層との境界に位置する基板表面部分を樹脂絶縁層て窄
い、ブラシが銀電極から抵抗体層に移る際にアルミナ基
板の表面部分と直接接触することを防止したものか知ら
れている。

しかし、樹脂絶縁層は潤滑性の面で必ずしも十分てはな
く、しかもブラシと摺接すると早期に摩滅するため、使
用につれて次第に硬いアルミナ基板の表面部分か露出し
、結局、ブラシの先端部を摩滅させるので、ブラシの摩
滅防止の面では十分てはない。

［発明が解決しようとする課題１ 本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、その
課題は、基板の摩滅防止、ブラシの先端部の摩滅防止に
有利なスイッチ付可変抵抗器を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明のスイッチ付可変抵抗器は、表出面に円弧状又は
直状に連続して所定距離のびるカーホン系の抵抗体層と
抵抗体層よりも長さが短いスイッチ導電部とをもつ基板
と、 抵抗体層のびる方向にそって移動可能に配設され、抵抗
体層と電気的に接触しつつ摺接する第１１占動子とスイ
ッチ導電部と電気的に接触しつつ摺接してスイッチ導電
部をオン又はオフとする第２摺動子とをもつ可動部とで
構成され、 基板の表出面に、 該第２摺動子の移動軌跡にそってのび第２摺動子と接触
可能な潤滑性をもつカーボン系の基板摩耗防止膜か、ス
イッチ導電部の端部と微小間隔離して積層されているこ
とを特徴とするものである。

基板は公知のものを採用でき、例えば樹脂系、カラス系
、セラミックス系、金属系を採用できる。

基板は部品等が取付けられる表出面をもつ。

抵抗体層は基板の表出面に円弧状又は直状のパターンで
連続して所定距離のびるように配設されている。抵抗体
層は導電性をもち潤滑性に富む力ホン系材料で形成され
ている。例えばカーボンと熱硬化性樹脂との混合材をス
クリーン印刷した後加熱して硬化させたもので形成でき
る。抵抗体層は厚み方向では複数層で形成でき、例えば
、後述の実施例で例示したように、低い抵抗の下層と、
高い抵抗の上層とて形成することもできる。この場合、
上層を形成する材質の体積固有抵抗値は例えば下層の２
〜５００倍とすることができる。

なお抵抗体層の厚みは必要に応じて適宜設定できる。

スイッチ導電部はスイッチの端子となるものであり、基
板の表出面に設けられており、導電性をもち潤滑性に富
むカーホン系で形成できる。

可動部は外部の被検出物に直接又は間接的に連結されて
おり、被検出物の変位に伴って移動するものである。可
動部は抵抗体層の伸びる方向に沿って移動するようにさ
れている。可動部は第１摺動子、第２摺動子をもつ。第
１摺動子は抵抗体層と摺接するものである。第２摺動子
はスイッチ導電部と接触したり非接触したりし、スイッ
チ導電部をオン又はオフとするものである。

基板の表出面には本発明を特徴づける基板摩耗防止膜が
積層されている。基板摩耗防止膜はスイッチ導電部の端
部と微小間隔を離して基板の表出面に積層されている。

基板摩耗防止膜は第２摺動子の移動軌跡に沿ってのび、
第２摺動子と接触可能なものである。基板摩耗防止膜は
潤滑性に富むものであり、カーボン系材料で形成できる
。この場合、基板摩耗防止膜を、抵抗体層と同じ材質で
形成することが望ましく、この場合製造工程上、コスト
ダウンの面で有利である。基板摩耗防止膜とスイッチ導
電部の端部との間の微小間隔は適宜設定できるか、両者
を近すけずぎるとスイッチ導電部と基板摩耗防止膜とか
短絡するおそれかあり、又離しすぎると第２店動子と基
板の表面部分との接触距離か増す不具合かある。そのた
め、これらの要素を考慮して選択する必要が必る。上記
した微小間隔は例えば、０．３〜７ｍｍ、特に０．５〜
５ｍｍ程度とすることかできる。

基板摩耗防止膜の幅」法は、適宜設定するか、第２因動
子の幅寸法を考慮する必要が必る。基板摩耗防止膜の厚
みは適宜選択でさ、例えば２〜３０μｍとづることかで
きる。

［作用］ 可動部か移動すると第１店動子は抵抗体層に沿って摺接
しつつ移動し、第１店動子の移動距離に伴い第１因動子
と抵抗体層との接触部分か移動し、これにより抵抗体層
で生じる電圧信号か変化する。

これを検出し、可動部の変１ヶ量を把握する。上記のよ
うに可動部か移動すると、第２１冨動子が連動し、第２
摺動子かスイッチ導電部と接触したり非接触となったり
する。

可動部の移動距離が大きくなると、第２摺動子はスイッ
チ導電部から離れ、基板の表面部分を移動し、ざらに基
板摩耗防止膜に至り、基板摩耗防止膜に沿って基板摩耗
防止膜上を摺接する。

［実施例） 以下本発明のスイッチ付可変抵抗器をスロットルバルブ
の開度センサに適用した一実施例について図面を参照し
て説明する。

本実施例にかかるスイッチ付可変抵抗器はスロットルバ
ルブの開度センサであり、基板３と可動部６とを具備し
ている。

基板３は抵抗体＠１とスイッチ導電部２とをもつ。可動
部６は第１摺動子としての第１ブラシ４と第２摺動子と
しての第２ブラシ５とをもつ。

第１図に示すように基板３は一部切損した円板状をなし
ている。基板３は、ガラスｌ１ｌｉ維で補強したエポキ
シ樹脂からなる内層と、内層の表面及び裏面に積層され
たカラスマットからなる外層とで構成されている。

抵抗体層１はカーボン（カーボンブラック）をフェノー
ル樹脂で固めたものである。抵抗体層口は、基板３の表
出面３ａに円弧状のパターンで中心Ｐのまわりを同心円
状に積層された外紙抗体層１０と内紙抗体層１１とで形
成されている。外紙抗体層１０及び内紙抗体層１１はそ
れぞれ、抵抗率の低い下層と、下層よりも高い抵抗率を
もつ上層とを積層することにより形成されている。

スイッチ導電部２は抵抗体＠１と同じカーホン系で形成
されている。スイッチ導電部２は、電子部品として作動
するように電流をオン、オフするためのものであり、外
スイッチ導電部２０と内スイッチ導電部２１とで形成さ
れている。なお内スイッチ導電部２］は中心Ｐのまわり
をほぼ半リング状にのびている。

前記した可動部６は外部の被検出物であるスロットルバ
ルブ側に他の機構を介して間接的に連結されており、被
検出物であるスロットルバルブの開度に伴い抵抗体層１
の円弧パターンに沿って回動するものである。

第１ブラシ４及び第２ブラシ５は、白金、銀、パラジウ
ムを主成分とする先端部が曲成された小径のワイヤを適
数本束ねて形成されている。ワイヤの径は８０〜１００
μ程度である。第１０図に示すように第１ブラシ４及び
第２ブラシ５は可動部６に保持されているので、可動部
６の移動に伴って移動する。

第１０図に示すように第１ブラシ４は、外紙抗体層１０
と摺接する外第１ブラシ４ａと、内紙抗体層１１と摺接
する内筒１ブラシ４ｂとで構成されている。

第２ブラシ５は、外スイッチ導電部２０と摺接する外第
２ブラシ５ａと、内スイッチ導電部２１と摺接する内筒
２ブラシ５ｂとで形成されている。

さて第１図に示すように上記した基板３の表出面３ａに
は、カーボンを樹脂で固めたつまり外紙抗体層１０の下
層と同一材料で形成された潤滑性をもつ基板摩耗防止膜
７が積層されている。本実施例では、基板摩耗防止膜７
は、外第２ブラシ５ａの移動軌跡にそって所定距離円弧
状にのびている。従って基板摩耗防止膜７は、外第２ブ
ラシ５ａと接触可能である。基板摩耗防止＃ｉ！７は他
の抵抗体、電子部品には電気接続されていない。

基板摩耗防止膜７と外スイッチ導電部２０の端部との間
には、微小の間隔Ｌ　（Ｌ＝０．７ｍｍ）ふんの基板３
の表面が露出して露出部分３ｂが形成されている。露出
部分３ｂは基板摩耗防止膜７と外スイッチ導電部２０と
の絶縁性を維持するためのものである。

本実施例のスイッチ付可変抵抗器は次のように製造した
。まず第２図に示すように基板３をエツチング処理し、
第２図にハツチングで示す所望のパターンをもつ銅箔９
を形成する。銅箔９の表面は油脂などで汚れていたり酸
化被膜が生成していたりするので、脱脂、ソフトエツチ
ング処理、酸活性処理を適宜行い、銅箔９の表面を清浄
化した。

次に、銀ペースト（アサヒ化学製ＬＳ−５０４Ｊ）を用
い、その銀ペーストを第３図に黒色部分で示すパターン
で基板３の銅箔９にスクリーン印刷し、これを熱硬化（
１７０’Ｃｘ３０分間）させて、銀電極１０．１１．１
２．１３．１４を形成した。

次に、低抵抗カーボンとフェノール樹脂とを混ぜた低抵
抗カーボンペースト（アサヒ化学製ＢＴＵ４５０）を第
４図に黒色部分で示すパターンでスクリーン印刷し、こ
れを熱硬化（１７０’ＣＸ６０分間）させて、上記の銀
電極１０．１１．１２．１３及び露出している銅箔９を
覆った。これにより第４図に示すように内スイッチ導電
部２１を形成するとともに、基板摩耗防止１７を形成し
た。

この場合、基板摩耗防止膜７と内スイッチ導電部２１の
端部との間隔つまり露出部分３ｂの間隔りは前記したよ
うにＱ、７ｍｍでおる。換言すれば、パターンの中心Ｐ
を中心点とする角度では約５度である。次に前述した低
抵抗カーボンペーストよりもシート抵抗値の高いカーボ
ンペーストとフェノール樹脂とを混ぜた高抵抗カーボン
ペースト（アサヒ化学製ＢＴＵ−１Ｋ）を用い、これを
第５図に黒色部分で示すパターンでスクリーン印刷し、
その後熱硬化（１７０’ＣＸ６０分間）させた。　以上
の工程で作成した基板３にターミナルをハンダ付けし、
さらにハウジングに可動部６、第１ブラシ４、第２ブラ
シ５、シャフト、リード線などを適宜取付け、スイッチ
付可変抵抗器とした。　次に本実施例のスイッチ付可変
抵抗器の作用、効果について説明する。まずスロットル
バルブの開度につれて可動部６がその始端から移動する
。すると、外筒１ブラシ４ａは外紙抗体層１０に沿って
摺接しつつ移動し、内筒１ブラシ４ｂは内紙抗体層１１
にそって摺接しつつ移動する。このときの移動距離で抵
抗体層１の抵抗が変化するので、この抵抗変化から電圧
信号が変化し、スロットルバルブの開度が検出される。

また上記のように可動部６が移動すると第２ブラシ５の
外筒２ブラシ５ａも外スイッチ導電部２０と接触したり
非接触となったりし、これによりスイッチ導電部２がオ
ン又はオフとなる。

なお、可動部６の移動につれて、内箱２ブラシ５ｂも内
スイッチ導電部２１にそって摺動する。

しかじ外スイッチ導電郡部２０から外筒２ブラシ５ａか
離れて基板摩耗防止膜７上を摺動しており、外スイッチ
導電部２０がオフとされているので、内スイッチ導電部
２］と外スイッチ導電部２０との間の導通は生じない。

ところで第１図から理解できるように可動部６が次第に
移動すると、第２ブラシ５の外筒２ブラシ５ａは当初は
外スイッチ導電部２０と接触していたが、次第に外スイ
ッチ導電部２０から離れ、外筒２ブラシ５ａは基板３の
露出部分３ｂを移動し、ざらに、基板摩耗防止膜７に至
り、基板摩耗防止膜７の始端７ａから基板摩耗防止膜７
に沿ってその終端７ｂまで摺接する。

ここで、基板摩耗防止膜７が形成されていない場合と形
成されている場合とを比較する。第６図は基板摩耗防止
膜７が全く形成されていない場合を示し、第７図は基板
摩耗防止膜７が形成されていない場合において使用後の
断面構造を示し、第８図及び第９図は基板摩耗防止ＶＡ
７が形成されている場合において使用中及び使用後の断
面構造をそれぞれ示す。

第６図に示すように、基板摩耗防止膜７が形成されてい
ない場合には、ブラシ５ａは基板３の表面部分を直接摺
動する。このようにブラシ５ａが基板３の表面部分と摺
動じて擦れ合うとき、潤滑性が欠けているので、第７図
に示すように基板３は摩耗し、その摩耗深さｈｌは大き
く（例えば３０μ）にも及ぶ。更に、基板３の摩耗粉が
ブラシ５ａに付着して外スイッチ導電部２０にも転移し
、外スイッチ導電部２０をも摩滅させる。

この点本実施例では第８図、第９図に示すように、基板
３の表出面３ａのうちブラシ５ａが摺動する移動軌跡に
そって基板摩耗防止膜７が積層されている。この基板摩
耗防止膜７はカーボン系で潤滑性に冨むため、第９図に
示す基板３の露出部分３ｂの摩耗深さｈ３は小さくなり
（通常２〜１５μ）、基板摩耗防止膜７か形成されてい
ない場合に比べて大幅に減少した。その理由は、基板摩
耗防止膜７から脱離したカーボンが露出部分３ｂに堆積
し、露出部分３ｂの潤滑性を確保したためであると推察
される。なお、露出部分３ｂにカーホンが堆積するもの
の、基板摩耗防止膜７と外スイッチ導電部２０との短絡
は回避されることが後述の試験で確認されている。

ここで本実施例のスイッチ付可変抵抗器において露出部
分３ｂの間隔りを０．４〜５ｍｍの範囲で変更し、耐久
試験を行った。耐久試験は、試験機として摺動作動耐久
試験機を用い、１３０’Ｃの条件下で行った。外スイッ
チ導電部２０の絶縁抵抗も測定した。試験結果を第１表
に示す。第１表に示すように基板摩耗防止膜７が形成さ
れていない場合には絶縁抵抗は１０８Ωであり、スイッ
チ絶縁抵抗性に悪影響を与えないで基板３の露出部分３
ｂの摩耗を低減するのに効果がある間隔りは０．５〜４
．３ｍｍ程度である。

第１１図に露出部分３ｂの予想される拡大断面模式図を
示した。第１１図に示すように露出部分３ｂはミクロ的
にみると、基板３自体の表面凹凸、あるいはブラシ摺動
に起因する凹凸（通常数〜数＋μｍ程度）が形成されて
いるが、この凹部にブラシ摺動に伴い、基板摩耗防止膜
７から離開したカーボンが残留すると予想される。しか
し前記した耐久試験を行っても、基板摩耗防止膜７と外
スインチ導電部２０との電気絶縁性は良好に維持される
という事実から、露出部分３ｂに載った過剰のカーホン
はブラシ５ａの移動等により飛散され、僅かのカーボン
Ｃしか凹部に残留しないものと推察される。

本実施例では外紙抗体層１０の下面と同一の材料でスク
リーン印刷により基板摩耗防止膜７が形成されているた
め、基板摩耗防止膜７を形成するにあたって製造工程は
特に複雑化せず、材料コストの高騰も抑え得る。

なお、上記したように本実施例では第１図に示すように
外スイッチ導電部２０の長さが短く、内スイッチ導電部
２１の長さかほぼ半リング状と長いものでおり、長さの
短い外スイッチ導電部２０の延長線状に基板摩耗防止膜
７を形成している構成である。このような構成の本実施
例とは異なり、外スイッチ導電部２０を第１図に示す形
態よりも長く延長し、内スイッチ導電部２１の長さを第
１図に示す形態よりも短くし、内スイッチ導電部の延長
線状に基板摩耗防止膜を基板露出部分を介して形成する
ことも考えられる。しかしこの場合には、電気絶縁性を
確保するための基板露出部分か中心Ｐ側（円弧状にのび
る抵抗体層１０、抵抗体層１１の円弧中心側）に移動す
る。このように電気絶縁性を確保するための基板露出部
分が円弧の中心Ｐ側に移動すると、スクリーン印刷の際
に基板露出部分の間隔を精度良く維持することが困難と
なり、内スイッチ導電部２１の絶縁性維持に不利となる
。

［発明の効果］ ＊発明のスイップイ」可変抵抗器によれば、第２店動子
の移動軌跡にそってのびるカーホン系の基板摩耗防止膜
７を設けているので、基板と第２１占動子との潤滑性か
畠まり、基板の摩滅及び第２１習動子の摩滅を減少する
ことかできる。従って基板の摩耗粉、ブラシの摩耗粉も
減少し、ノイズの防止に有利でおる。

更に抵抗体層と同一の材料で基板摩耗防止膜を抵抗体層
と同時にスクリーン印刷して形成した場合には、製造工
程も複雑化せず、材料コストの高騰も回避し得る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は平面図であり
、第２図〜第５図は製造工程を示す平面図である。第６
図〜第９図は基板摩耗防止膜が形成されていない場合、
形成されている場合における作用状態を模式的に示す主
要部の断面図である。 第１０図は可動部の側面図である。第１１図は基板摩耗
防止膜とスイッチ導電部との境界部分の露出部分の状態
を予想して模式的に拡大して示す断面図である。 図中、１は抵抗体層、２はスイッチ導電部、３は基板、
３ａは表出面、４は第１ブラシ（第１摺動〒）、５は第
２ブラシ（第２摺動子）、６は可動部、７は基板摩耗防
止膜をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表出面に円弧状又は直状に連続して所定距離のび
   るカーボン系の抵抗体層と該抵抗体層よりも長さが短い
   スイッチ導電部とをもつ基板と、該抵抗体層のびる方向
   にそって移動可能に配設され、該抵抗体層と電気的に接
   触しつつ摺接する第１摺動子と該スイッチ導電部と電気
   的に接触しつつ摺接して該スイッチ導電部をオン又はオ
   フとする第２摺動子とをもつ可動部とで構成され、該基
   板の該表出面に、 該第２摺動子の移動軌跡にそってのび該第２摺動子と接
   触可能な潤滑性をもつカーボン系の基板摩耗防止膜が、
   該スイッチ導電部の端部と微小間隔離して積層されてい
   ることを特徴とするスイッチ付可変抵抗器。