JPH0364378A - ポテンシオメータ用固体潤滑低抗性インク - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、一般にポテンシオメータにおいて抵抗性部
材として用いられる抵抗性インクに関する。特に、この
発明は低湿度で高真空環境での用途に適した抵抗性イン
クに関する。

［関連技術の記述］ 抵抗性部材に対して摺接する電気的コンタクトワイパー
をもつポテンシオメータは、例えば１９８４年３月２６
日の発行２８２．電気工学タイムズの中の“導電性ブラ
ッスチックフィルム精密ポテンシオメータ″と呼ばれる
刊行物の中でＧ、Ｊ、ゴーリーによって記述されている
ように良く知られている。ポテンシオメータの中の抵抗
性部材は、元来ニグロ線を巻いたものであった。更に最
近、こうした巻線に巻かれた抵抗性部材は、半導電性に
なるように処理されたプラスチックに置き換えられた。

半導電性プラスチックは、半導電性被膜を形成するため
典型的に基板に適用される。これらのプラスチック被膜
は、抵抗性インクとして言及されている。

カーボンブラックは、プラスチックインクにその望まし
い半導電性性質を与える添加物として広く用いられてい
る。カーボンブラックを用いた場合の問題は、その特徴
的な研磨性（磨耗させる性質）である。等量的に硬いカ
ーボン粒子は、一方のポテンシオメータコンタクトが抵
抗性インク上を滑るときこのコンタクトの極端な磨耗を
起こさせる。

従来、カーボンブラックの研磨性は、カーボンブラック
が充填されたポリマーベースの抵抗性インクの中に少量
の高結晶性グラファイトを混合することによって軽減さ
れてきた。グラファイトは、金属合金ワイパーコンタク
トがインク表面を摺接することによりインク表面上に低
摩擦グラファイトの底面（ｂａｓｅｌ　ｐｌａｎｅｓ）
が優先的に蓄積し配向するため、潤滑剤として機能する
。その結果、貴金属コンタクトワイヤと抵抗性インクの
摩擦及び磨耗は減少する。この摩擦及び磨耗の減少は、
低電気的ノイズをもたらし、ポテンシオメータの寿命を
延ばす。グラファイトは異方性導電性をもっているが、
カーボンブラックが充填された抵抗性インクに加えられ
る小量（典型的に約５重量％以下）のグラファイトはイ
ンクの電気的性能に悪影響を及ぼさない。従って、その
ようなカーボンブラックが充填された抵抗性インクは、
多様なポテンシオメータ用用途に普及するようになって
きた。

グラファイトの固体潤滑メカニズムは、通常２５体積％
以上の相対湿度を含む雰囲気空気中で効果的である。空
気中に存在する水分は、結晶性グラファイトの層間挿入
（１ｎｔｅｒｃａｌａＮｏｎ　）を提供し、これがグラ
ファイトを良好な固体としている、と信じられている。

しかし、真空環境に供されるグラファイト潤滑ポテンシ
オメータは、少な・、とも、元のカーボンブラック充填
抵抗性インクと同じくらいの研磨性を示すようになる。

従って、宇宙空間運行用に設計された、抵抗性インクで
操作されるポテンシオメータは、ワイパーの摩擦や磨耗
の高速のため相対的に短い操作寿命をもつ。

上記から明らかなように、現在宇宙空間運行用ポテンシ
オメータに用いるために改良された抵抗性インクであっ
て、宇宙の高真空で低湿度環境の中で潤滑性を示すもの
を提供しようとする要求がある。

［発明の概要］ この発明によれば、低湿度で高真空環境の中でも自己潤
滑性がある改良されたポリマーペースのインクが提供さ
れる。この発明は、抵抗性成分としてのインクの適合性
に悪影響を及ぼすことなく、ある固体潤滑剤が、低湿度
で高真空条件下での潤滑を提供すべく、抵抗性インクに
組み入ることができるという発見に基づく。これらの固
体潤滑剤は、ＭｏＳｅ２．ＮｂＳｅ２、及び臭素または
選択された金属塩化物を層間挿入したグラファイトを含
む。

この発明による固体潤滑剤を利用する抵抗性インクは、
地球上で真空操作され又は宇宙空間を運行するポテンシ
オメータの最も広い起こりうる操作範囲内で熱的にかつ
環境的に安定である。この発明による固体潤滑剤の使用
は、一般に従来の液体またはグリース潤滑剤と結びつい
た問題の多くを取り除く。例えば、液体またはグリース
潤滑剤は、宇宙で運行される低温で厚くかつ高い粘性の
絶縁フィルムを形成する傾向にある。この発明による固
体潤滑剤を用いればこの問題が取り除かれる。その理由
は、固体潤滑剤は、一般に、ポテンシオメータの予期さ
れる操作温度、つまり−２００〜＋２５０℃に影響され
ないからである。更に、潤滑油又はグリースの蒸発及び
凝縮と結付いた汚染問題は取り除かれる。その理由は、
この発明の固体潤滑剤は本質的にガス発生性でないから
である。

この発明の追加的特徴と【７て、固体潤滑剤は均一に抵
抗性インク中に分散される。これは、蒸発または移行に
よる損失により油及びグリースペースの潤滑システムに
おいては典型的に必要とされるように、継続的に潤滑剤
を補強する必要性を軽減する。更に、潤滑油又はグリー
スとポテンシオメータの部品・部材との間のいかなる化
学的不適合性の可能性も排除される。それは、抵抗性イ
ンクに直接食められる固体潤滑剤によって潤滑油又はグ
リースが必要でなくなるからである。

この発明による固体潤滑剤を用いることによって避けら
れる他の間通は、抵抗性インク表面上に高抵抗性摩擦ポ
リマーフィルムかを形成されることである。そのような
ポリマーフィルムは、ポテンシオメータがコンタクトワ
イパー物質として用いられるある貴金属合金によって触
媒される液状潤滑剤のポリマー化により生じることが知
られている。

この発明の更に他の利点は、従来用いられている粉末磨
き仕上げ（ｐｏｗｄｅｒ　ｂｕｒｎｉｓｈｉｎｇ　）又
はスパッタリングにより得られる薄いフィルム形態の固
体潤滑と比較して有意に増加した有効寿命である。典型
的にＮｂＳｅ２又はＭ　ｏ　Ｓ　ｅ　２であるこれらの
薄いフィルムは５００〜２５００人の範囲の厚みをもち
、しばしばポテンシオメータの望ましい寿命を達成する
前に磨耗する。この発明により抵抗性インク中に固体潤
滑剤を均一に分散させることによって、ポテンシオメー
タ部材の適切な潤滑がその有効寿命の間保証される。

この発明の上記で議論された特徴及び利点、並びに多く
の他の特徴及び付随する利点は、次の詳細な記述への言
及によって一層よく理解されるようになるだろう。

［好まＬ７い態様の記述］ この発明は、空気と宇宙（例えば高真空）環境の双方の
下で適切な潤滑を与えるため、ポテンシオメータの抵抗
性インクに導電性の固体潤滑剤を添加することを含む。

この発明による固体潤滑剤は、種々のポリマーペースの
抵抗性インク中に現在用いられているグラファイト潤滑
剤と置き換えるべく使用できる。

抵抗性インク中に用いられる更にポピユラーな２つのポ
リマーは、ジアリルフタレート（ＤＡＰ）樹脂とフェノ
ール樹脂である。これらの２つの樹脂は好ましい抵抗性
インク樹脂であるが、この発明はグラファイト又は他の
固体潤滑剤が潤滑用に他の樹脂にすでに添加されている
が又は添加されうるいかなる抵抗性インクにも適用でき
る。その他の適当な樹脂は、例えばエポキシ樹脂、アセ
タール樹脂及びアクリル樹脂を含む。

この発明による固体潤滑剤は、Ｉ　Ｘ　１Ｏ−９ｔｏｒ
ｒより高い高真空条件及び相対湿度が２５％以下の低湿
度の条件下で潤滑性質を維持できるものでなければなら
ない。高真空条件下で導電性と潤滑性を維持する潤滑剤
は、Ｍｏ２Ｏ３、ＮｂＳｅ２、臭素を層間挿入したグラ
ファイト、ＣｕＣｌ７２．Ｎ１ＣＲｚ、ＣｄＣ＃２又は
ＣｒＣｌ７．である金属塩化物を層間挿入したグラファ
イトを示す。ＣｄＣｌ２又はＣｒＣｆ１ｓはグラファイ
ト挿入物として好ましい。その理由は、グラファイト中
のそれらの熱安定性が上記グループの中で最も高いから
である。例えば、グラファイト中のＣｄＣ，９２又はＣ
ｒＣｌ３の熱安定性は、ＣｕＣｌ２の１５０℃に比較し
て、夫々的５００℃、２５０℃である。この高い耐熱性
は、通常ＤＡＰ樹脂を硬化するために用いられる通常の
硬化温度に耐えるために望ましい。

更に、ＣｄＣｌ２とＣｒＣｌ７．は、それらがＤＡＰ樹
脂のポリマー化あるいは硬化の間、遊離基反応を促進し
にくいため、好ましい挿入物である。

ＣｕＣｌ２は、より低い温度（例えば約１５０℃以下）
が用いられる場合、この発明で用いられる。

抵抗性インクの配合物は、固体潤滑剤、ポリマー樹脂及
び溶媒を含む。カーボン粉末は、必要に応じて固有抵抗
を調整するためにその配合物に加える事ができる。グラ
ファイト又はカーボンブラックのよう、な種々の固有抵
抗をもつ種々な形態のカーボンが用いられる。インクは
、所望量の固体潤滑剤、カーボン（使用される場合）、
及び樹脂を一緒に混合し、ついで所望のインク粘度をえ
るために十分な溶媒を加えることによって調製される。

インクの粘度は、利用される適用プロセスのタイプに依
存して変化する。インクは、スプレーしたり、はけ塗り
したりあるいはポテンショメータ成分基質に抵抗性イン
クフィルムを形成するために典型的に用いらる他の適宜
な技術によって適用することができる。スプレー用の塗
布用分散体の典型的な粘度は、分散体が１５〜２０秒間
にＮｏ。

２ザーンカツプを通過するような粘度である。

適用のために好適な分散体を作るために用いられる溶媒
は、トルエン及び／又はキシレンのような通常の抵抗性
インク溶媒のいずれであってもよい。メチルエチルケト
ン（ＭＥＫ）やメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）は
、希釈された抵抗性インク分散体の最終粘度を調整する
ために少量加えることができる。しかし、ＭＥＫ又はＭ
ＩＢＫと層間挿入されたグラファイト間の相互作用が、
長時間露出（例えば１日以上）後に観察された。

従って、もしＭＥＫやＭＩＢＫがインク溶媒として用い
られるなら、それらはスプレーの直前にインクスラリー
に加えるべきである。

ポリマーベースのバインダー又は樹脂の、導電性固体潤
滑剤とカーボン（使用される場合）との混合物に対する
重量比は、重量で約５：１〜１：１である。カーボンが
用いられる場合、カーボンの導電性潤滑剤に対する比は
、重量で１０：１〜３：１までの範囲をとることができ
る。固体潤滑剤。

カーボン（もし使用されるなら）、及びポリマーペース
のバインダーの混合は、従来の抵抗性インクを［Ｊする
ときにグラファイト　カーボンブラック又は他の添加物
を加えるための従来の手順に従って行われる。好ましい
固体潤滑剤は、インターカル（Ｉ　ｎｔｅｒｃａｌ　）
カンパニー（ボートヒユーロン、ミシガン）から入手で
きる。ＣｄＣ４１２を層間挿入したグラファイトである
。そのように層間挿入グラファイトは、８８μｍの平均
分子大きさをもつインターカルカンパニー（Ｄ　Ｐ　２
６１２１　）によって作られた粉末である。挿入された
グラファイト粉末の平均粒径は、好ましくは１００μｍ
＝１５μｍ又はそれ以下の範囲にある。約１５μｍの平
均粒径をもつＣｒＣ［、層間挿入グラファイトは、イン
ターカルＳ　Ｐ　１３０３０としてインターカルカンパ
ニーから入手できる。より小さい粒径の層間挿入は、よ
り一様な抵抗性と表面仕上げをもつ抵抗性インクを造り
だすために一層望ましくさえある。

０．８μｍの平均粒径をもつ層間挿入グラフフィトは、
インターカルカンパニー（例えばＮｉＣ９２挿入物をも
つＤ　Ｐ　５１０１１　）から入手できる。しかし、層
間挿入グラファイトの熱安定性は、挿入物と粉末の粒径
との双方に依存し、粒径が大きい程熱安定性が高い。そ
れ故、この発明の抵抗性インクに対する最適な挿入グラ
ファイトは、用いる挿入物と、所望の熱安定性を得るた
めの粉末粒子の大きさとを考慮に入れて選択される。

ポテンシオメータに適用される抵抗性インク被膜の厚み
は、好ましくは約０．０００５インチ（０，ＯＯ］、２
ｃＩｍ）から０．００５インチ（０，０１３ｃｍ　）の
範囲である。

他の膜厚は、ポテンシオメータ設計が増加した抵抗性イ
ンクフィルム厚みを要求する場合に利用される。固体潤
滑剤をカーボン／ポリマー樹脂にに添加する際、樹脂中
における固体潤滑剤の均一な分散がなされることを保証
する必要がある。更に、潤滑剤の均一な分散は、希釈剤
（溶剤）の添加中維持されなければならない。固体潤滑
剤の均一な分散は、抵抗性インクがひき続くワイパーコ
ンタクトによって徐々に磨耗するので、連続的な潤滑が
ポテンシオメータの操作中提供されることを保証する。

これは、ポテンシオメータの有効な寿命中抵抗性インク
が自己潤滑性を維持する事を保証する。

この発明の抵抗性インクは、宇宙及び地球上適応を含む
いかなる低湿度条件下でも効果的な操作が可能である。

後者に関して言えば、この発明の抵抗性インクは真空状
態と同様に空気中の低湿度条件下で効果的に役目を果た
す。この発明の抵抗性インクは、更に宇宙及び地球上の
適用、即ち約−２００℃〜約＋２５０℃で用いられるポ
テンシオメータ−の最も広い可能な操作範囲で熱的にか
つ環境的に安定であるという利点を有する。

この発明の実施例は、次に示す通りである。

実施例１ インターカルＤ　Ｐ２８１２１　　（Ｃｄ　ＣＤ　２　
）をＤＡＰ樹脂と混合し、４０重量％のインターカルＤ
Ｐ２６１２１と６０重量％のＤＡＰを有する樹脂を提供
する。

ＤＡＰは、ロジャーズ社（マンチェスター　コネティカ
ット）から得られる。この樹脂混合物に、スプレーに適
切なレベル（即ち、約２０秒間でＮｏ。

２ザーンカツプを通過する）に粘度を減少させるに十分
な量のトルエンを加える。混合は、抵抗性塗料を作るた
めに従来用いられているボールミル法によって行われる
。十分な量のトルエンを所望の塗料粘度に達するまで添
加した後、この塗料をＤＡＰ又はフェノール樹脂から作
られたポテンシオメータ基板上にスプレーする。ついで
、塗料を２０００〜４０００　ｐｓｌの圧力下で約１０
〜２０分間約３００℃の温度で加熱することにより硬化
させる。その結果硬化された抵抗性インクは、約３００
℃までの温度でかつＩ　Ｘ　１Ｏ−９ｔｏｒｒ以下まで
の真空条件下で自己潤滑性を有する。

実施例２ Ｍ　Ｉ　Ｌ　−Ｒ−３０４３Ｂ　　（米軍規格、樹脂被
膜、永久、エンジン部品と金属パーツに関する）の要求
に適うフェノール樹脂を、Ｍ　ｏ　Ｓ　ｅ　２と次に述
べる量即ち７０重量％のフェノール樹脂と３０重量％の
Ｍ　ｏ　Ｓ　ｅ　２で混合する。Ｍ　ｏ　Ｓ　ｅ　、は
、４〜１０μｍの平均粒径をもつ粉末である。樹脂と粉
末は、均一な混合物を得るために十分な時間混合される
。

ついで、約２０秒間でＮＯ３２ザーンカツプを通過する
インクを得るためにトルエンを添加する。得られたイン
クをおおよそｏ、ｏｏｉインチ（０，００２ｃｍ　）の
厚みをもつ被膜を得るため、通常のフェノール系ポテン
シオメータ基板上にスプレーする。被膜は、約１５０℃
の温度で約１時間硬化させる。得られた抵抗性インクは
約２００℃の温度まで安定であり、Ｉ　Ｘ　１０−’ま
での高真空条件下で導電性と潤滑性を示す。

実施例３ インターカルＳ　ＰＬ３０３０　　（Ｃｒ　Ｃ１３）を
固体潤滑剤として用いる事を除いて、実施例１と同じ手
順に従う。得られた抵抗性インクは、実施例１で作られ
たインクよりも低い熱安定性をもつが、改良された潤滑
特性をもつように調製することができる。

実施例４ この実施例では、１０重量％のインターカルＤＰ２６１
２１　、３０重量％のカーボン粉末及び６０重量％のＤ
ＡＰの配合を得るために十分なカーボン粉末を添加する
事を除いて、実施例１と同じ手順に従う。

カーボン粉末の添加は、カーボン粉末のグレードと粒径
の適切な選択によって抵抗性インクの電気的特性を特定
の要求に適うように適合させる。

実施例５ この実施例では、インターカルＤ　Ｐ　２８１２１１の
代りにインターカル１３０３０を用いる以外は、実施例
４と同じ手順に従う。得られたインクは実施例４のイン
クより低い熱安定性を有するが、より良好な潤滑性を有
する。

実施例に の実施例では、インターカルＤ　Ｐ　２８１１２１の代
りにインターカルＤ　Ｐ５１０１１　　（Ｎ　ｉ　Ｃｆ
！　２　）を用いる以外は、実施例４と同じ手順に従う
。

Ｄ　Ｐ　５１０１１は微細な粒径と混合の容易さ等の改
良された処理特性を有するが、実施例４．５それぞれの
ＣｄＣ１，、ＣｒＣｊ７３よりもより低い熱安定性をも
つインクを形成する。

以上、この発明の例示的な態様を説明したが、上記開示
は例示であり、かつ様々な他の手法、改革及び変形がこ
の発明の範囲内で行われる技術の中で可能であることは
当業者により気付かれるべきである。従って、この発明
はここに記述された詳細な実施例に限定されず、特許請
求の範囲によってのみ限定される。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．ポリマーベースの抵抗性インクからなる抵抗性部材
   に対して摺接する電気的コンタクトワイパーをもつポテ
   ンシオメータにおいて、低湿度，高真空下で導電性と潤
   滑性を示す十分な量の固体潤滑剤を前記抵抗性インクに
   含め、電気的コンタクトワイパーの磨耗を減少させるこ
   とを特徴とするポテンシオメータ。
2. ２．前記抵抗性インクがポリマーベースのバインダーと
   前記導電性固体潤滑剤とを含み、前記バインダーの固体
   潤滑剤に対する重量比が５：１〜１：１である請求項１
   記載の改良ポテンシオメータ。
3. ３．前記抵抗性インクがポリマーベースのバインダーと
   カーボンとを包含する請求項１記載の改良ポテンシオメ
   ータ。
4. ４．ポリマーベースのバインダーがジアリルフタレート
   樹脂，フェノール樹脂，エポキシ樹脂，アセタール樹脂
   及びアクリル樹脂からなる樹脂群から選択される請求項
   １記載の改良ポテンシオメータ。
5. ５．前記導電性固体潤滑剤がＭｏＳｅ＿２，ＮｂＳｅ＿
   ２，臭素を層間挿入したグラファイト及び金属塩化物を
   層間挿入したグラファイトからなる固体潤滑剤群から選
   択される請求項１記載の改良ポテンシオメータ。
6. ６．前記金属塩化物がＣｄＣｌ＿２，ＣｒＣｌ＿３，Ｎ
   ｉＣｌ＿２及びＣｕＣｌ＿２からなる群から選択される
   請求項５記載の改良ポテンシオメータ。
7. ７．前記固体潤滑剤が約−２００℃〜約＋２５０℃の温
   度範囲で潤滑性を与える請求項１記載の改良ポテンシオ
   メータ。
8. ８．電気的コンタクトワイパーが抵抗性部材に対して摺
   接するポテンシオメータにおける抵抗性部材を作るため
   の抵抗性インクにおいて、低湿度と高真空条件下で導電
   性及び潤滑性を示す固体潤滑剤を前記抵抗性部材の磨耗
   を減少させるために十分な量的割合で前記抵抗性インク
   に含めることによって、低湿度及び高真空条件下で前記
   抵抗性部材の磨耗性を減少させることを特徴とする抵抗
   性インク。
9. ９．前記抵抗性インクがポリマーベースのバインダー及
   び導電性固体潤滑剤を含み、前記バインダーと前記固体
   潤滑剤との重量比が約５：１〜１：１である請求項８記
   載の改良抵抗性インク。
10. １０．ポリマーベースのバインダーがジアリルフタレー
    ト樹脂，フェノール樹脂，エポキシ樹脂，アセタール樹
    脂及びアクリル樹脂からなる樹脂群から選択される請求
    項８記載の改良抵抗性インク。
11. １１．前記導電性固体潤滑剤がＭｏＳｅ＿２，ＮｂＳｅ
    ＿２，臭素を層間挿入したグラファイト及び金属塩化物
    を層間挿入したグラファイトからなる固体潤滑剤群から
    選択される請求項８記載の改良抵抗性インク。