JPS5830724B2 - 可変抵抗器の変化特性トリミング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可変抵抗器の摺動子位置対抵抗値の関係（以
下変化特性という）をある所望の変化特性に自動的にト
リミングする方法に関するものである。

一般に工業計器、ロボット等の産業用分野における可変
抵抗器は、例えば精密ポテンショメータにおいては、回
転角度に比例して抵抗値が変化し、また高級アッテネー
タにおいては、減衰量が正しく変化することが要求され
るにもかかわらず、製造技術だけでは十分カバーし得な
い面があった。

そこで従来は所要の全抵抗値、変化特性を得るために、
全抵抗値をあらかじめ低く製造し、所要の全抵抗値にお
ける理論変化特性を減少変位で求めておき、摺動子を除
々に移動しその都度摺動子から得られる抵抗値を上記理
論変化特性における抵抗値になるまでカッター等でトリ
ミングする手段が用いられていた。

このような方法では可変抵抗器の各位置における抵抗値
変化などの特性がわからないため、トリミングを行なっ
ていく途中のある位置においては、トリミングしなくて
も目標値を越えるなどの問題が生じ、許容抵抗値の範囲
内で再度目標値を設定し直してトリミングを行なうなど
極めて時間と労力がかかるものであった。

またこのような問題を避け、トリミングを円滑に行なう
には、トリミング前の初期変化特性が目標の特性にかな
り良く類似させることが必要であった。

さらに摺動子を移動させながら、摺動子位置に対応した
所のトリミングを行なうため、トリミングによる切り粉
などが摺動子に付着して悪影響を及ぼしたり、摺動子と
導体との接触面での接触抵抗が直接トリミング精度に影
響するなどの欠点があった。

本発明はかかる欠点を除去し、高速かつ高精度で、自動
的にトリミングが行なえ、高品質な可変抵抗器を量産可
能にしたトリミング方法を提供しようとするものである
。

すなわちトリミングすべき可変抵抗器の変化特性を一定
の計測ステップで測定記憶し、これら記憶されたデータ
からトリミング可能な目標基準変化特性を計算し、各計
測ステップに対応した位置におけるトリミング目標値を
計算する一方、各計測ステップで得られた抵抗値の初期
変化特性からその各ステップにおけるトリミング値を求
め、その求められた清適りにトリミングした時に生ずる
不均一電流分布によりもたらされた未トリミング側の抵
抗値の変化を計算し、この抵抗値変化とそれに対応した
位置におけるトリミング目標値とからトリミング実行の
ための目標値を計算し、このトリミング実行目標値に合
わせるべくトリミングを行なうものである。

以下図面に従って本発明の詳細な説明するが、説明を容
易にするため、被トリミング可変抵抗器は回転型ポテン
ショメータとし、変化特性は直線性（リニアリティ）の
トリミングを行なうこととして以下説明する。

しかし、本発明はトリミング対象物がポテンショメータ
に限定されず可変抵抗器一般と考えてよく、またその形
状も回転型および直線型を問わず、また変化特性もリニ
アリティに限定されるものではない。

本発明の具体的な動作を説明する前に、本発明を実施す
る装置の機構部の一例について第１図に従って説明する
。

第１図において、Ｘ軸、駆動部３５に固定されたホルダ
ー３６には擬似摺動子３とトリミング用ノズル４が適当
な間隔ｍをおいて、同一の高さに取付けられている。

今、被トリミング可変抵抗器の初期変化特性を計測する
場合には、被トリミング可変抵抗器１をセットしたθ軸
駆動部３３の軸中心と、上記擬似摺動子３の回転中心が
合わされた時、上記θ軸駆動部３３に回転を与えると、
通常の可変抵抗器の摺動子を回転させたと等価な関係が
得られるようになっている。

トリミングを行なう場合は、Ｘ軸部動部３５を（ｍ−ｒ
ｏ）だけ右に移動させると被トリミング可変抵抗器１の
内周上にトリミング用ノズル４が位置することになる。

従って、この点を基準にしてトリミング用ノズル４から
砥粒噴射を行なうと同時にホルダー３６が左へ移動する
様にＸ軸駆動部を移動するとトリミングが行なえる。

トリミング手段には、ダイアモンドカッタとか、サンド
ブラスト（砥粒噴射によるトリミング）の他にレーザに
よるトリミングがあるが、ここではサンドブラストにつ
いて説明を行なうが、前記、トリミング用ノズル４０代
りにダイアモンドカッタおよびレーザを用いても側ら変
りないことは明らかである。

トリミングを行なった後、Ｘ軸部動部３５を被トリミン
グ可変抵抗器１の内周上に復帰させた後、θ軸を一定変
位移動せしめて同様に作動させることにより順次トリミ
ングが行なえるように構成されている。

次に、第２図に従って、本発明の具体的な実施例につい
て、その動作を説明する。

第２図において、該トリミングポテンショメータ１の端
子２０および２２に定電流源２を接続し、摺動子３を介
して端子２１から摺動子の位置に対応した電圧を得る。

この電圧は、リレー接点５を通してＡＤ変換器９に入り
、ディジタル信号に変換されて、データ記憶回路１０に
蓄えられるようになっている。

以下、可変抵抗の初期変化特性を計測する動作を説明す
る。

初めに、摺動子３は被トリミング可変抵抗器１の始点に
位置されており、制御回路１４０指令によりθ軸駆動回
路８が作動し、θ軸周モータγがある定められた計測ス
テップだけ駆動させられると同時に、ＡＤ変換器９を作
動させ、計測ステップにおける端子２２に現われた電圧
をディジタル変換して、データ記憶回路１０に記憶する
と共に。

データエリアを更新して次のデータ取得に備える３同様
に、制御回路１４０指令によりθ軸駆動回路８が作動し
、θ軸用モータ７が一計測ステップだけ回転が進められ
、回転角位置に対応した電圧がＡＤ変換されデータ記憶
回路に取り込まれる。

以下同様に、ｎ回にわたってθ軸を回転駆動して被トリ
ミング可変抵抗器１の終点まで摺動子位置を変えなから
ＡＤ変換およびデータ記憶回路へのデータの取り込みを
繰り返す。

第３図に各計測ステップθ１．θ２・・・・・・・・・
θ。

における初期変化特性ｖ１．■２・・・・・・・・・Ｖ
Ｈを示す。

計測動作が終了すると、制御回路１４は最大勾配検出回
路１１を作動させ、初期変化特性データのうちで電圧勾
配が最大になるＶ １−Ｖｉ−１１ｒｎａｘを検索する
。

検索が終了すると制御回路１４は目標基準特性算出回路
１２を作動させ、検索されたＶｉ−Ｖｉ−１ｊｍａｘの
勾配に対して、有効電気角の始点から終点までを直線で
結んだ線をトリミングに対する目標基準特性として計算
し、データを蓄える。

この直線は、初期変化特性の持つ最大勾配から求められ
ているので、有効電気角の全範囲にわたってトリミング
が可能となる特性であることは云うまでもない。

第３図に各計測ステップθ１．θ２・・・・・・・・・
θ。

に対する目標基準特性ａ１゜ａ２・・・・・・・・・ａ
ｎを示し、ａｎＯ値がトリミング後の全抵抗値に対応し
た電圧値を示すことになる。

一般にトリミングとは、初期変化特性を目標基準変化特
性に一致させることであり、とりもなおさず、−計測ス
テップ間の初期変化特性の勾配（ｖｉＶｉ−１）を目標
基準特性の勾配（ａｉａ ｔ １ ）一定に一致させ
ることを意味している。

すなわち、白標準特性の勾配（ａｉ−ａｉ １）＝一定
値Ｇと初期に抵抗体のその部分が持っている勾配（Ｖｉ
−ｖｉ−１）−Ｅｉ との差Ｇ−Ｅｉ ＝ｖ’ｒｉだげ
トリミングしてやればよいことになる。

次に、各計測ステップに対する初期特性と目標基準特性
からトリミングのための目標ｆ直が、トリミング目標値
算出回路１３によって算出される。

以下、トリミング動作についての説明を行なう。

トリミング動作時は、前記、機構部の所で説明したよう
に、被トリミング可変抵抗器には、トリミング用ノズル
が内周上にセットされ、擬似摺動子は、はずれた状態に
ある。

従って、トリミングを行なって増加した抵抗値に相当す
る電圧ＶＴは、第２図における端子２２に現われ、初期
変化特性の終点の電圧ｖｎとＶＴが加わった形となる。

すなわち、トリミング実行後の端子２２の出力電圧は となる。

一方、トリミングとは、第３図における初期変化特性の
一計測ステップにおける勾配（Ｖｉ−Ｖｉ−１）を目標
基準特性の勾配（ａ ｉ ａ １ １ ）ｃｏｎｓｔ
に一致させることを意味していることは明白であり、例
えばｉ＝１におけるトリミングすべき量ＶＴＩは ｖＴｌ−（ａｌ−Ｏ）（■１−Ｏ）−ａｌ−■１・・・
・・・（２）であるから、ｉ＝１におけるトリミング目
標値は（２）式と（１）式を考慮して、 ■ｎ＋（ａｌ Ｖｌ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）で
与えられる。

ｉ＝１から順にトリミングが行なわれ、ｉ−１番目まで
進行した時、可変抵抗器の端子２２に表われる電圧は、 Ｖ ｎ ＋ （ａ １１ １） まで増加している。

従ってｉ番目のトリミングに必要なトリミング目標値は
、 Ｖ、＋（ａ４．−Ｖｉ）・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（４）で表わされる。

これがトリミング目標値算出のための一般式で、上記（
４）式は、第２図におけるトリミング目標算出回路１３
で計算される。

この（４）式のトリミング目標値は、第２図において可
変抵抗器１０２つの端子２０，２２０間に現われるべき
電圧を示すものである。

そしてトリミングを行なっている位置において若し摺動
子をセットして計測するならば、可変抵抗器１０２つの
端子２０．２１の間の電圧はａｉであり、も５一方の２
つの端子２１，２２０間の電圧は■。

−Ｖｉとなることを示すものである。

発明者は、ここで上記の値はトリミングにより、トリミ
ングされていない抵抗体においては抵抗値変化を起こさ
ないと考えた時の値であり、実際にはトリミングにより
抵抗体の幅が狭められるため、トリミングされていない
抵抗体部分がらトリミングを行なった抵抗体部分へ電流
が流れる場合には、電流の集中が起こり、トリミングさ
れていない抵抗体部分の抵抗値が、トリミング量に関係
して変化することを見出した。

第３図においてトリミングがｉ番目まで進行したとする
と、トリミングされていない抵抗体部分の測定されるべ
き電圧はＶｎ−Ｖ ｉであるが、トＩＪ ミンクによる
抵抗体幅が狭まる影響を受けてＶｎ−Ｖｉ＋δｉとなる
のである。

したがってトリミングされた抵抗体部分の測定されるべ
き電圧は、ａｉ−ａｉ ＝ｂｉ となり、このようにしてトリミング後の変化特性は、ａ
ｌ、ａ２・・・・・・・・・ａｎとなるべき所が、トリ
ミング量△ｌｉに関係したずれを生じたｂｌ、ｂ２・・
・・・・・・・ｂｎを示すようになる。

そしてδ１／ａｎ＝（Ｌｉｎ）ｉ・・・・・・・・・・
・・・・・（５）はとりもなおさず端子間リニアリティ
を示す。

このずれの値は、精度の良い変化特性を得るには太きす
ぎる値となるのでトリミングを実行するときの目標値は
このずれを考慮して修正してやる必要がある。

すなわち、Ｖ’Ｈ＋ （ａｉＶ １ ）＋δｉ・・・・
・・・・・・・・（６）がトリミングを実行する時の目
標値となる。

トリミングによるずれａｉの値は次のように計算される
。

データ記憶回路１０と、最大勾配検出回路１１の動作が
終了すると、１つのモデルにより最大電圧勾配（Ｖ４−
Ｖｉ 、）ｍａｘと、計測データとからトリミング量（
△ｌｉ）を算出する算出回路２３を作動させる。

各計測ステップに対応するトリミング量算出動作が終了
すると、制御回路１４は、ずれ算出回路２４を作動させ
各計測ステップに対応するトリミング量△ｌｉに応じた
ずれａｉを計算しデータを蓄える。

この計算は、回転形の抵抗体において、トリミングされ
てない扇形の抵抗体の一方の電極が、トリミングするこ
とにより電極幅が縮まったと考え、この電極の幅の縮少
により不均一な電流分布が生じ、抵抗値を高くするとし
て行なうことができる。

第４図はこのずれを計算する計算式を求める１つの過程
を示すものである。

第４図ａのＺ平面上の扇形の図形Ｓｏは、次の変換式に
よって第４図すに示したＷ平面上の短形Ｓに等角変換す
ることができる。

トリミングすることにより一方の電極幅が縮少された図
形は第４図Ｃに示したＷ平面上の図形Ｓ′と等価と考え
ると、これは第４図ｄに示した平面ｒを経て、第４図ｅ
に示した平面Ｈ上の図形Ｓ′ＶＣ等角変換することがで
きる。

ｒ平面からＷ’Ｆ面への変換は次に示すＳ ｃｈｗａｒ
ｔｚ −Ｃｈｒｉｓｔｏｆｆｅｌ の変換式により変
換される。

ただし、０≦に２≦１またＣ２とＣ４ 数、 上記の変換式を用いて計算すると、 まる前後の抵抗値比は、 は任意の定 電極幅が縮 となる。

これがずれ算出のための基本式として用いることができ
、ずれ算出回路２４で計算される。

この（１１）式に用いるトリミング量△ｌｉ の値は、
トリミングを行なう前にあらかじめ予測せねばならない
値である。

したがってモデルを用いてあらかじめ算出しておかねば
ならない。

このモデルの１つとして、我々は目標とする電圧勾配と
、各計測ステップにおいて得た電圧勾配との差から求め
るのが適切であることを見出した。

このモデルについて図を用いて述べることにする。

先に第２図を用いて説明したように、可変抵抗器１の変
化特性を摺動子位置を微少区間移動して計測すれば、第
５図ａのように抵抗の直列回路と考えることができるか
ら、直列回路の中の最大抵抗Ｒｉ（ＭＡＸ）を有効電気
角の全域にわたっての変化特性とすれば第５図すのよう
に すなわち△Ｒ１，△Ｒ２・・・・・・・・・△Ｒｎ抵抗
分をトリミングすることであり、これは前述した最大勾
配検出回路１１により検索された（Ｖｉ ■ｉ−］ ）ｍａｘ に一致させることと同じ意味であ
る。

この△Ｒｉおよび微少区間幅とトリミングとの関係から
トリミング量△ｌｉを次のようにして求める（第６図参
照）。

例えば同心円回転形可変抵抗器の場合、面積抵抗率をσ
として、 ここでｌ。

は導体幅、ｒｏは摺動子の回転中心（軸）から導体内周
までの距離である。

このモデルにより求めた△ｌｉを用いて △ｌｉ 、あるいは△１１−２との比較により、その
微細な影響を計算し修正したモデルを作ることができる
。

上記のようにして求められたずれδｉは、先に算出され
たトリミング目標値と共に加算回路２５に送られトリミ
ング実行のための目標値が（６）式により計算される。

このトリミング実行目標値は、ＤＡ変換器１５によって
アナログ電圧に変換され、比較器１６に供給される。

一方、比較器１６のもう１つの入力は可変抵抗器の端子
２２に現われた電圧がリレー接点６を通して供給されて
いる。

今、ｉ−１番目までトリミングが進行していたとすると
、可変抵抗器の端子２２の電圧は、ｖｎ※※＋（ａｉ−
１−Ｖｉ 、）＋δｉ−１であり、この電圧とｉ番目
のトリミング目標値Ｖｎ＋（ａ ｉ −Ｖｉ）＋δ１
とが比較され、 となる。

０７）式は、１番目におけるトリミング量ＶＴｉ を示
し、０７）式が零となるまでトリミングが行なわれるこ
とになる。

トリミングは、−計測ステップの中点の位置をトリミン
グするようになしているので、トリミング開始の指令が
制御回路１４より出されるとθ軸駆動回路８は、有効電
気角の始点から一計測ステツブの−だげθ軸用モータ７
を進める。

同時に、砥粒噴射制御回路１９およびＸ軸駆動回路１７
にも指令を出してこれを作動させ、トリミング用ノズル
４より砥粒を噴射しながらＸ軸周モーター８が作動して
トリミングが行なわれる。

トリミング動作中は、可変抵抗器の端子２２の電圧が漸
増し、トリミング目標値になるまでトリミングがなされ
る。

端子２２の電圧とトリミング目標値の電圧とが一致する
と比較器１６に出力が表われ、この出力は制御回路１４
に入って、ただちに砥粒噴射制御回路１９およびＸ軸駆
動回路１７の作動を止める。

次に、Ｘ軸駆動回路１７は、トリミングで移動した距離
だけ戻るための指令が制御回路１４より与えられると同
時にθ軸、駆動回路８にも一計測ステップ進める指令を
与えて、これらを作動させ次のトリミングに備える。

同様にステップにおけるトリミング目標値が制御回路１
４０指令で出力され、この目標値に合うまでトリミング
が行なわれる。

このように、ｎ回のトリミングによってトリミングは完
了する。

また、トリミング手段として、第１図に示すような、砥
粒噴射制御回路１９とトリミング用ノズル４を用いてい
るが、前述のごとく、トリミング手段はダイアモンドカ
ッタおよびレーザでもよく、ダイアモンドカッタを使用
する場合は、砥粒噴射制御回路１９がダイアモンドカッ
タ制御回路１９に代わり、トリミング用ノズル４がダイ
アモンドカッタ４に代わる。

また、レーザを使用する場合は、砥粒噴射制御回路１９
が、レーザ制御回路１９に変わり、トリミング用ノズル
４がレーザ発光器４に代わればよい。

上記実施例において述べたようにトリミングをすること
により、トリミング量△１１に応じた不均一電流分布の
ためトリミングを実行するときの目標値をａｉだげを修
正してやることにより、適切なトリミングが行なえ精度
のよい可変抵抗体を得ることができるのであるが、この
ａｉを計算するためのトリミング量△１．を得る別の実
施例について述べることにする。

第１番目のトリミングの目標値として（４）式を用いる
。

この場合トリミングによる不均一電流分布の影響は０１
）式を用いて見積ることができる。

この第１ステツプのリニアリティは（５）式で計算する
ことができるが、この値が目標とする値よりも小さい。

すなわち、であれば第１番目のトリミングの目標値とし
て（４）式を用いても不都合はない。

この目標値を用いてトリミングを実行すればＸ軸駆動回
路の動作により、この第１ステツプにおけるトリミング
量（△ｌ ｐｒａ ） 、が制御回路１４により検出さ
れる。

第２ステツプのトリミング実行のための目標値としては
（６）式を用いるのであるが、この場合のδ２を計算す
べきα０式において△１２ として第１ステツプにおけ
るトリミング実行量（△ｌ ｐｒａ ） １ を用い
る。

このようにして順次ｉ番目の修正項に用いる。

トリミング量△ｌｉ として前のステップにおけるトリ
ミング実行量（△１ｐｒａ）ｉ 、を用いる。

一般的に抵抗体の微少部分の抵抗値にゆらぎがあると言
っても、このゆらぎは突然変異的なものではない。

したがって微少部分あるいは微少幅として隣り合う微少
部分の抵抗値の差は、また非常に小さく選ぶことができ
る。

こうしてトリミング実行値（△１ ｐｒａ ） ｉ を
次のステップにおけるトリミング実行のための目標値を
決めるときの修正のための数値として使用して、高精度
のトリミングを行なうことができる。

以上の説明で明らかなように、本発明は、初期変化特性
からトリミング可能な目標基準特性を求めているため、
トリミングしてみなげればトリミングの可能、不能がわ
からなかったり、目標値を経験的に設定する必要もなく
、さらにトリミングにおいては摺動子からトリミング量
ｖＴを検出する方法ではないため、摺動子に及ぼす砥粒
の悪影響とか、摺動子の接触不良などの影響がないため
高精度のトリミングが達成でき、さらにトリミングは制
御ループを閉じた形で行なっているので、砥粒噴射圧力
とか砥粒密度のバラツキによる悪影響を取り除きうる大
きな特長を持つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置における機構部の動作を
説明するための正面図、第２図は本発明を実施する装置
の一例を示すブロック図、第３図はトリミング動作を説
明するための説明図、第４図ａ−ｅはトリミングの補正
値を求めるための１つの過程を示す説明図、第５図ａ、
ｂは本発明の１つの過程を示す概念説明図、第６図は回
転型で直線型可変抵抗器のトリム量算出基準を示すため
の図である。 ８・・・・・・θ軸駆動回路、９・・・・・・ＡＤ変換
器、１０・・・・・・データ記憶回路、１１・・・・・
・最大勾配検出回路、１２・・・・・・目標基準特性算
出回路、１３・・・・・・トリミング目標値算出回路、
１４・・・・・・制御回路、１５・・・・・・ＤＡ変換
器、１６・・・・・・比較器、１７・・・・・・Ｘ軸駆
動回路、１９・・・・・・砥粒噴射制御回路、２３・・
・・・・トＩＪ ミング量算出回路、２４・・・・・・
ずれ算出回路、２５・・・・・・トリミング実行目標値
算出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トリミングすべき可変抵抗器の初期変化特性を一定
   の計測ステップで測定し、そのデータを記憶する手段と
   、上記記憶されたデータからトリミング可能な目標基準
   特性を計算する手段と、上記目標基準特性から各計測ス
   テップにおけるトリミング目標値を算出する手段とを持
   ち、一方その各ステップにおけるトリミング値をあらか
   じめ求める手段と、その求められた清適りにトリミング
   した時に生ずる不均一電流分布によりもたらされた、未
   １− ！Ｊ ミング側の抵抗値の変化を計算する手段と
   、該抵抗値変化と各計測ステップにおける該トリミング
   目標値とから、トリミング実行のための目標値を算出す
   る手段を持ち、該トリミング実行目標値に可変抵抗器の
   両端の信号が一致するまで、トリミング手段を駆動して
   トリミングを行なうことを特徴とする可変抵抗器の変化
   特性トリミング方法。 ２ 各計測ステップで得られた初期変化特性からその各
   ステップにおけるトリミング値をあらかじめ求める手段
   として、各計数ステップ間の電圧勾配から求まる関数を
   トリミング最終目標とし、上記関数の各ステップにおけ
   る目標の電圧勾配と計測ステップにおいて得た電圧勾配
   との差から計算により求めるようにした特許請求の範囲
   第１項記載の可変抵抗器の変化特性トリミング方法。 ３ 各ステップにおけるトリミング値をあらかじめ求め
   る手段として、一つ前のステップにおけるトリミング実
   行値を用いるようにした特許請求の範囲第１項記載の可
   変抵抗器の変化特性トリミング方法。