JPH058907U - 可変抵抗器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小な押圧力に対して抵抗値が変化する可変
抵抗器を提供すること。 【構成】 互いに離隔した電極１１，１２間に、これら
の電極と導通する平面状の抵抗体１４を配置すると共
に、弾性を有する導電性ゴムからなり、例えば１７６゜
程度の頂角θ1 をもつ円錐形状をなした接触部151 を有
する接点部材１５を備え、初期状態において接触部151
の先端を抵抗体１４に接触させ、接触部151 と抵抗体１
４との相対距離が外部から加わる力に応じて変化するよ
うに接点部材１５を柔らかく十分な弾性をもつアクチュ
エ−タ１６に取り付ける。 【効果】 微小な押圧力に応じて変化する電気信号を取
り出すことができ、微小な重量或いは圧力等の測定、検
出を電気的に行うことができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、外部からの微小な押圧力に対応して抵抗値が変化する可変抵抗器に 関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、加圧力に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器が知られている。この一例 の可変抵抗器が実公昭５７−４１８３１号公報に開示されている。この可変抵抗 器は、図２に示すように、基板１上に配置された抵抗体２と、この抵抗体２の上 方に配置され、抵抗体２を覆う中空略円錐台の弾性体４と、弾性体４の下面４ａ に設けられた導電体５とを備え、抵抗体２の両端はそれぞれ導電体３ａ，３ｂに 導電接続されている。

【０００３】 ここで、弾性体４は、例えばシリコンゴム等のやわらかく十分弾性のある部材 からなり、その周囲部４ｂは、導電体５が抵抗体２に非接触となるように接着剤 等によって基板１に固着されている。また、導電体５は弾性体４の厚さに比較し て極めて薄く、材質としては可撓性のある導電性ゴムによって構成され、導電体 ３ａ，３ｂは良導電性の金属によって構成されている。

【０００４】 前述の構成よりなる可変抵抗器によれば、弾性体４が押圧され、この押圧力が 所定値以上になると、弾性体４が変形して導電体５が抵抗体２に接触する。この とき導電体５と抵抗体２との接触面積は、弾性体４の押圧力に対応したものとな り、前記接触面積に対応して導電体３ａと導電体３ｂとの間の抵抗値が変化する 。即ち、図３に示すように、導電体５が抵抗体２と接触した場合、接触部分２Ｓ においては抵抗値は零となり、導電体３ａと導電体３ｂとの間の抵抗値は非接触 部分２Ｑ，２Ｒの合成抵抗となる。従って、加圧力が増加するにしたがって抵抗 値が減少するので、加圧力に対応した電気信号を得ることができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前述した従来の可変抵抗器においては、弾性体４に対して所定 値以上の押圧力が加わらないと導電体５が抵抗体２と接触しないため、微小な押 圧力の測定には用いることができないという問題点があった。

【０００６】 本考案の目的は上記の問題点に鑑み、微小な押圧力に対して抵抗値が変化する 可変抵抗器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記の目的を達成するために、請求項１では、接点部材への押圧力に 対応して抵抗値が変化する可変抵抗器において、前記接点部材は弾性を有すると 共に、少なくとも一の断面が二等辺三角形状をなし且つその頂角が所定の鈍角で ある接触部を有する導電性ゴムからなり、互いに離隔した少なくとも一対の電極 と、該電極間に配置され、該電極のそれぞれに導電接続された平面状の抵抗体と を備え、前記接点部材は、前記接触部が前記抵抗体に対向するように配設され、 前記断面が前記抵抗体の表面に対して垂直となり、且つ前記接触部の頂角先端の みが前記電極から所定距離に位置する前記抵抗体表面に接触した状態に初期設定 されると共に、前記接触部と前記抵抗体との相対距離が外部から加わる押圧力に 応じて減少するように支持されている可変抵抗器を提案する。

【０００８】 また、請求項２では、接点部材への押圧力に対応して抵抗値が変化する可変抵 抗器において、前記接点部材は弾性を有すると共に、少なくとも一の断面が二等 辺三角形状をなし且つその頂角が所定の鈍角である接触部を有する導電性ゴムか らなり、少なくとも一の電極と、該電極に導電接続された平面状の抵抗体と、前 記接点部材に導電接続された外部接続端子とを備え、前記接点部材は、前記接触 部が前記抵抗体に対向するように配設され、前記断面が前記抵抗体の表面に対し て垂直となり、且つ前記接触部の頂角先端のみが前記電極から所定距離に位置す る前記抵抗体表面に接触した状態に初期設定されると共に、前記接触部と前記抵 抗体との相対距離が外部から加わる押圧力に応じて減少するように支持されてい る可変抵抗器を提案する。

【０００９】

【作用】

本考案の請求項１によれば、接点部材に外部から押圧力が加わらない状態、即 ち初期状態においては接触部の先端が抵抗体の表面に接触している。この状態に おいて二つの電極間の抵抗値は最大となる。一方、前記接点部材に外部からの押 圧力が加わると、該押圧力に対応して前記接触部と前記抵抗体表面との距離が減 少し前記接触部の先端部は変形して前記抵抗体表面と面接触する。前記接触部と 面接触した部分の抵抗体は前記接触部と導通状態となり、このときの前記二つの 電極間の抵抗値は、前記二つの電極のそれぞれと前記接触面との距離の合計に対 応したものとなる。また、前記接触部の少なくとも一の断面は二等辺三角形状を なし、その頂角は所定の鈍角をなしているので、微小な押圧力に対して前記接触 部と前記抵抗体表面との接触面積の十分な変化が得られ、該接触面積に対応して 前記二つの電極のそれぞれと前記接触面との距離が変化する。

【００１０】 また、請求項２によれば、接点部材に外部から押圧力が加わらない状態、即ち 初期状態においては接触部の先端が抵抗体の表面に接触している。この状態にお いて、電極と前記接点部材に導電接続された外部接続端子との間の抵抗値は最大 となる。一方、前記接点部材に外部からの押圧力が加わると、該押圧力に対応し て前記接触部と前記抵抗体表面との距離が減少し、前記接触部の先端部は変形し て前記抵抗体表面と面接触する。前記接触部と面接触した部分の抵抗体は前記接 触部と導通状態となり、このときの前記電極と前記外部接続端子との間の抵抗値 は、前記電極と前記接触面との距離に対応したものとなる。また、前記接触部の 少なくとも一の断面は二等辺三角形状をなし、その頂角は所定の鈍角をなしてい るので、微小な押圧力に対して前記接触部と前記抵抗体との接触面積の十分な変 化が得られ、該接触面積の変化に対応して前記電極と前記接触面との距離が変化 する。

【００１１】

【実施例】 図１は本考案の第１の実施例の可変抵抗器を示す構成図、図４はその要部分解 斜視図である。図において、１１，１２は電極で、それぞれが直径約５mmの円盤 を二等分した半円形の平面形状を有し、その直線辺同士が所定間隔、例えば０． ７mmを隔てて互いに対向するように基板１３上に配設されている。ここで、電極 １１、１２は良導電性の金属、例えば銅、アルミニウム等により形成され、基板 １３は比較的剛性の高い素材、例えばセラミック等から構成されている。また、 電極１１，１２の間には抵抗体１４が設けられている。抵抗体１４は、電極１１ ，１２のなす円と同じ中心を有する円形状に形成され、その直径は例えば２mmに 設定されている。また、抵抗体１４は、その周縁部が電極１１，１２に重なり、 且つ抵抗体１４と電極１１，１２のそれぞれとが導電接続されるように、基板１ ３上にカ−ボンインク等を用いて周知の印刷配線技術等によって平面状に形成さ れている。ここで、抵抗体１４の抵抗率は、例えば１０ｋΩ／□に設定されてい る。

【００１２】 １５は接点部材で、柔らかく弾性を有する導電性ゴムからなり、例えば１７６ ゜程度の頂角θ1 を有する最大直径6mm の円錐形状の接触部151 を備えている。 本考案の目的とする微小な押圧力の測定、検出等を行う場合、この頂角θ1 は前 述した１７６゜前後が望ましい。また、この接点部材１５は、接触部151 の先端 151aが電極１１，１２のほぼ中央で抵抗体１４に接触するようにアクチュエ−タ １６に取り付けられている。

【００１３】 アクチュエ−タ１６は、柔らかく十分な弾性を有する絶縁性のゴムからなり、 その内側に互いの軸心を合わせて接点部材１５を固定する略円柱形状の押圧部16 1 と、この押圧部161 を基板１３に対して変位自在に支持するスカ−ト状の支持 壁部162 とから構成されている。支持壁部162 は、厚さが約0.2mm 程度の支持部 162a、及び支持分162aの先端部に形成された厚さが約１mm程度の固定部162bから 構成され、電極１１，１２及び抵抗体１４を覆うように支持壁部162 の開口側に て基板１３に固着されている。ここで、支持壁部162 の直径は例えば接触部151 の直径の１．５倍程度に設定されている。

【００１４】 また、電極１１，１２は、それぞれ導電パタ−ン１１ａ，１２ａによって、基 板１３に貫通して固定された外部接続端子１７，１８に導電接続されている。尚 、これらの外部接続端子１７，１８として、基板１３の裏面上に設けられ且つス ル−ホ−ルを介して接続路163 或いは電極１１，１２に接続されるパタ−ンを用 いても良い。

【００１５】 次に、前述の構成よりなる第１の実施例の動作を図５に基づいて説明する。 図５の(a) に示す初期状態、即ち外部からの押圧力が加わらない状態において は、電極１１，１２間の抵抗値はほぼ抵抗体１４によって決まる最大値となる。 また、アクチュエ−タ１６の押圧部161 に外部から力が加わると、接点部材１５ が下方に移動し、図５の(b) に示すように接触部151 の先端151aが抵抗体１４の 表面に押し付けられて変形し面接触する。さらに、支持部162aの厚さが薄く、接 触部151 が柔らかいので、微小な押圧力の変化に対しても接触部151 と抵抗体１ ４表面との接触面積は変化する。

【００１６】 ここで、接点部材１５の抵抗率及び接触部151 と抵抗体１４との接触抵抗が抵 抗体１４の抵抗値に比べて極めて小さいならば、接触部151 に接触している部分 の抵抗体１４は接触部151 によって導通状態となり、接触部151 の先端151aと抵 抗体１４との接触点と外部接続端子１７との間の抵抗値Ｒ１は周知のように次の (1) 式によって表され、接触部151 の先端151aと抵抗体１４との接触点と外部接 続端子１８との間の抵抗値Ｒ２は同様に(2) 式によって表される。また、外部接 続端子１７と外部接続端子１９との間の抵抗値Ｒ３は(3) 式に示すように抵抗値 Ｒ１，Ｒ２の直列合成抵抗となる。 Ｒ１＝（Ｌ１／Ｓ）・ρ …(1) Ｒ２＝（Ｌ２／Ｓ）・ρ …(2) Ｒ３＝Ｒ１＋Ｒ２＝｛（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｓ｝・ρ …(3) ここで、Ｌ１は抵抗体１４と接触部151 との接触面１４ａと電極１１との間の距 離、Ｌ２は抵抗体１４と接触部151 との接触面１４ａと電極１２との間の距離、 Ｓは抵抗体１４の断面積、ρは抵抗体１４の抵抗率である。

【００１７】 これらの抵抗値Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれは、外部からの加圧力に対応して減少す る。即ち、外部からの加圧力が増加するに従って、接触部151 と抵抗体１４との 接触面積が広がり、これに伴って前述した距離Ｌ１，Ｌ２が短くなるので、各抵 抗値Ｒ１〜Ｒ３は減少する。

【００１８】 押圧部161 に加わる外部からの押圧力がさらに増すと、図５の(c) に示すよう に接触部151 はさらに変形して、接触部151 と抵抗体１４との接触面積が増加し 、接触部151 は抵抗体１４を介して電極１１，１２の上に重なり、電極１１，１ ２間の抵抗値はさらに減少する。

【００１９】 図６及び図７は第１の実施例における、押圧力と抵抗値との関係を求めた実験 結果を示したものである。図６は、前述した可変抵抗器を１５個用い、これらの Ｎｏ．１〜ＮＯ．１５の可変抵抗器のそれぞれについて、１０gfごとに０〜１０ ０gfまでの押圧力を加えたときの抵抗値の測定結果を表にしたものであり、抵抗 値の単位はｋΩで表されている。また、図７は図６の測定結果に基づいて、最大 値MAX 、最小値MIN 及び平均値AVE をグラフに表したものである。図７において 、縦軸はアクチュエ−タ１６に加わる押圧力を表し、横軸は電極１１，１２間の 抵抗値を表している。また、曲線Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれは、実験結果の最大値MA X 、最小値MIN 、平均値AVE のそれぞれを結んだ曲線である。

【００２０】 アクチュエ−タ１６に外部からの押圧力が加わらないときの電極１１，１２間 の抵抗値は約５．６ｋΩとなり、押圧力が10gfのとき抵抗値は約３．０ｋΩ、押 圧力が20gfのとき抵抗値は約１．６ｋΩ，押圧力が30gfのとき抵抗値は約１．０ ｋΩと押圧力が増すに従って抵抗値は指数関数的に減少し、押圧力が100gf のと き抵抗値は最小値の約１２０Ωとなった。このように、本可変抵抗器は、微小な 押圧力の変化に対応して電極１１，１２間の抵抗値を変化させることができるの で、微小な重量、圧力等の測定に用いることができる。

【００２１】 次に、本考案の第２の実施例を説明する。 図８は第２の実施例の可変抵抗器を示す構成図である。図において、前述した 第１の実施例と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。ま た、第１の実施例と第２の実施例との相違点は、第２の実施例においては接触部 151 に導電接続された外部接続端子１９を設けたことにある。即ち、アクチュエ −タ１６の押圧部161 と支持壁部162 の内面の所定位置には、一端163aが接触部 151 に導電接続された導電性ゴムからなる接続路163 が形成され、この接続路16 3 の他端部163bは、基板１３に貫通して固定された外部接続端子１９に接着され 、導電接続されている。

【００２２】 前述の構成よりなる第２の実施例によれば、前述した第１の実施例と同様に外 部からアクチュエ−タ１６に加わる微小な押圧力に対応して電極１１，１２間の 抵抗値が変化すると共に、押圧力に対応して各電極１１、１２のそれぞれと接触 部151 に接続された外部接続端子１９との間の抵抗値が変化する。従って、外部 接続端子１９を用いることにより、３つの抵抗回路を使用することができ、本可 変抵抗器の応用範囲の拡大を図ることができる。例えば外部接続端子１７，１８ を導電接続し、これらの端子と外部接続端子１９との間の抵抗回路を用いれば、 外部接続端子１７，１８のそれぞれと外部接続端子１９との間の抵抗回路が並列 接続されたものとなり、さらに微小な押圧力に対応して抵抗値を変化させること ができる。

【００２３】 次に、本考案の第３の実施例を説明する。 図９は第３の実施例の可変抵抗器を示す構成図である。図において、前述した 第１及び第２の実施例と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略 する。また、第３の実施例と前述した第２の実施例との相違点は、第２の実施例 における電極１２及び外部接続端子１８を除去したことにある。このように電極 １２及び外部接続端子１８を除去しても、電極１１に接続された外部接続端子１ ７と接触部151 に接続された外部接続端子１９との間に抵抗回路が形成されてい るので、前述したと同様に外部からの微小な押圧力に対応してこの抵抗回路の抵 抗値を変化させることができる。これにより、第３の実施例の可変抵抗器も、微 小な重量、圧力等の測定に用いることができる。

【００２４】 尚、第１乃至第３の実施例においては、円錐形状の接触部151 を有する接点部 材１５を用いたが、図１０に示すように、接点部材１５を断面が略二等辺三角形 をなした柱状に形成しても同様の効果を得ることができる。即ち、図１０におけ る接点部材２１では二等辺三角形の等辺に対応する部分211 を前記接触部151 と なし、二等辺三角形の頂点に対応する稜線部212 を接触部151 の先端151aとする 。また、接点部材２１をアクチュエ−タ１６に固定する際には、稜線部211 を電 極１１，１２のほぼ中間位置に対応させれば良い。

【００２５】 また、電極１１，１２の形状も、前述した形状に限定されることはなく、電極 １１，１２の形状又は、これらの間隔等を変えれば、押圧力の変化に対する抵抗 値の変化率等を変えることができる。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の請求項１によれば、外部からの微小な押圧力に 対して接触部と抵抗体表面との接触面積の十分な変化が得られ、該接触面積に対 応して二つの電極のそれぞれと前記接触面との距離が変化し、これに対応して前 記電極間の抵抗値が変化するので、微小な押圧力に応じて変化する電気信号を取 り出すことができる。これにより、微小な重量或いは圧力等の測定、検出を電気 的に行うことができる。

【００２７】 また、請求項２によれば、外部からの微小な押圧力に対して接触部と抵抗体表 面との接触面積の十分な変化が得られ、該接触面積に対応して電極と前記接触面 との距離が変化し、これに対応して外部接続端子と前記電極との間の抵抗値が変 化するので、微小な押圧力に応じて変化する電気信号を取り出すことができる。 これにより、微小な重量或いは圧力等の測定、検出を電気的に行うことができる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例の可変抵抗器を示す構成
図

【図２】従来例の可変抵抗器を示す構成図

【図３】従来例の動作を説明する図

【図４】本考案の第１の実施例の要部分解斜視図

【図５】第１の実施例の動作を説明する図

【図６】第１の実施例の押圧力と抵抗値との関係の実測
値を示す図

【図７】第１の実施例の押圧力と抵抗値との関係を示す
図

【図８】第２の実施例の可変抵抗器を示す構成図

【図９】第３の実施例の可変抵抗器を示す構成図

【図１０】接点部材の他の構成例を示す図

【符号の説明】

１１，１２…電極、１３…基板、１４…抵抗体、１５…
接点部材、151 …接触部、１６…アクチュエ−タ、161
…押圧部、162 …支持壁部、162a…支持部、162b…固定
部、163 …接続路、１７〜１９…外部接続端子。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 接点部材への押圧力に対応して抵抗値が
   変化する可変抵抗器において、 前記接点部材は弾性を有すると共に、少なくとも一の断
   面が二等辺三角形状をなし且つその頂角が所定の鈍角で
   ある接触部を有する導電性ゴムからなり、 互いに離隔した少なくとも一対の電極と、 該電極間に配置され、該電極のそれぞれに導電接続され
   た平面状の抵抗体とを備え、 前記接点部材は、前記接触部が前記抵抗体に対向するよ
   うに配設され、前記断面が前記抵抗体の表面に対して垂
   直となり、且つ前記接触部の頂角先端のみが前記電極か
   ら所定距離に位置する前記抵抗体表面に接触した状態に
   初期設定されると共に、前記接触部と前記抵抗体との相
   対距離が外部から加わる押圧力に応じて減少するように
   支持されている、 ことを特徴とする可変抵抗器。
2. 【請求項２】 接点部材への押圧力に対応して抵抗値が
   変化する可変抵抗器において、 前記接点部材は弾性を有すると共に、少なくとも一の断
   面が二等辺三角形状をなし且つその頂角が所定の鈍角で
   ある接触部を有する導電性ゴムからなり、 少なくとも一の電極と、 該電極に導電接続された平面状の抵抗体と、 前記接点部材に導電接続された外部接続端子とを備え、 前記接点部材は、前記接触部が前記抵抗体に対向するよ
   うに配設され、前記断面が前記抵抗体の表面に対して垂
   直となり、且つ前記接触部の頂角先端のみが前記電極か
   ら所定距離に位置する前記抵抗体表面に接触した状態に
   初期設定されると共に、前記接触部と前記抵抗体との相
   対距離が外部から加わる押圧力に応じて減少するように
   支持されている、 ことを特徴とする可変抵抗器。