JP4337617B2 - Variable resistor and resistor paste - Google Patents
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Description
本発明は、可変抵抗器及び抵抗体ペースト、特に、抵抗体上を摺動子が摺動するタイプの可変抵抗器、及び、該可変抵抗器の抵抗体として用いられる抵抗体ペーストに関する。 The present invention relates to a variable resistor and a resistor paste, and more particularly to a variable resistor in which a slider slides on a resistor, and a resistor paste used as a resistor of the variable resistor.
一般的に、可変抵抗器としては、カーボンブラックを樹脂中に混練してなる厚膜抵抗体と該厚膜抵抗体上を摺動するブラシ(摺動子)とを用いるものが知られている。しかしながら、この種の可変抵抗器では、ブラシが厚膜抵抗体上を継続的に摺動すると、厚膜抵抗体の表面が疲労磨耗してクラックが生成したり、ブラシの摺動軌跡上の厚膜抵抗体中のカーボンブラックが脱落する不具合を生じていた。このため従来の可変抵抗器にあっては、厚膜抵抗体表面におけるクラックやカーボンブラックあるいは樹脂の脱落粒子の再付着などにより、ブラシと厚膜抵抗体との間の電気的接触が不安定になるという問題点があった。 Generally, as a variable resistor, one using a thick film resistor obtained by kneading carbon black in a resin and a brush (slider) sliding on the thick film resistor is known. . However, in this type of variable resistor, when the brush continuously slides on the thick film resistor, the surface of the thick film resistor is fatigued and cracks are generated. There was a problem that the carbon black in the film resistor dropped off. For this reason, in conventional variable resistors, the electrical contact between the brush and the thick film resistor becomes unstable due to cracks on the surface of the thick film resistor or the reattachment of carbon black or resin dropping particles. There was a problem of becoming.
前記問題点を解消せんとする可変抵抗器としては、例えば、特許文献1及び特許文献2に開示されたものがある。特許文献1には、厚膜抵抗体側もしくはその上を摺動するブラシ側にダイアモンドライクカーボン被膜などを形成することが開示されている。また、特許文献2には、ブラシの硬度以上の硬度を有するカーボン被膜からなる厚膜抵抗体を用いるものが開示されている。 For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose variable resistors that solve the above problems. Patent Document 1 discloses that a diamond-like carbon film or the like is formed on the thick film resistor side or the brush side sliding on the thick film resistor side. Patent Document 2 discloses one using a thick film resistor made of a carbon film having a hardness equal to or higher than the hardness of the brush.
特許文献1及び特許文献2に記載のものでは、いずれも、厚膜抵抗体やブラシの磨耗を低減しつつ電気的導通性の安定性を維持することができる。しかしながら、ダイアモンドライクカーボン被膜や硬度の高いカーボン被膜は、材料自体のコストや加工コストが高いので、可変抵抗器の製品コストが高くなるという問題点を有していた。
そこで、本発明の目的は、安価な材料により信頼性が高く電気的特性の優れた低コストの可変抵抗器を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a low-cost variable resistor that is highly reliable and has excellent electrical characteristics by using an inexpensive material.
本発明のいま一つの目的は、耐磨耗性が高く電気的特性の優れた低コストの抵抗体ペーストを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a low-cost resistor paste having high wear resistance and excellent electrical characteristics.
前記目的を達成するため、本発明に係る可変抵抗器は、基板の主面に配設された抵抗体と、該抵抗体上を摺動する摺動子とを備えてなり、抵抗体がグラファイト被覆ダイアモンドを含んでいることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a variable resistor according to the present invention includes a resistor disposed on a main surface of a substrate and a slider that slides on the resistor, and the resistor is made of graphite. It contains a coated diamond.
グラファイト被覆ダイアモンドは、例えば、後述する爆発衝撃法と呼ばれる手法で安価に製造することができる。本発明に係る可変抵抗器にあっては、抵抗体がグラファイト被覆ダイアモンド超微粒子を含むことにより、抵抗体の潤滑性と靭性が大幅に向上する。これにより、抵抗体の塑性変形、疲労磨耗が激減し、抵抗値変化が低減するばかりでなく、疲労磨耗によるクラック生成も低減し、さらには磨耗粉も微細化する。しかも、グラファイト被覆ダイアモンド超微粒子は表面導電性を有しているので、磨耗粉再付着による抵抗値変動を誘起することもなくなる。従って、安価で信頼性が高く電気的特性の優れた可変抵抗器を得ることができる。 The graphite-coated diamond can be manufactured at a low cost, for example, by a technique called an explosion impact method described later. In the variable resistor according to the present invention, the resistor contains the graphite-coated diamond ultrafine particles, so that the lubricity and toughness of the resistor are greatly improved. As a result, the plastic deformation and fatigue wear of the resistor are drastically reduced, and not only the resistance value change is reduced, but also the generation of cracks due to fatigue wear is reduced, and the wear powder is further refined. Moreover, since the graphite-coated diamond ultrafine particles have surface conductivity, resistance value fluctuations due to reattachment of wear powder are not induced. Therefore, it is possible to obtain a variable resistor that is inexpensive, reliable, and excellent in electrical characteristics.
本発明に係る可変抵抗器においては、抵抗体のグラファイト被覆ダイアモンドの含有率が2重量パーセント以上15重量パーセント以下であることが好ましい。抵抗体がこのような含有率でグラファイト被覆ダイアモンド超微粒子を含むことにより、摺動子の回転試験3000万回における抵抗値変化を±1.0パーセント以下、摺動抵抗雑音を0.3パーセント以下に抑えることができ、安価で信頼性が高く電気的特性の優れた可変抵抗器を得ることができる。 In the variable resistor according to the present invention, it is preferable that the content of the graphite-coated diamond in the resistor is 2 weight percent or more and 15 weight percent or less. When the resistor contains such a graphite-coated diamond ultrafine particle with such a content, the resistance value change within 30 million rotation tests of the slider is ± 1.0% or less, and the sliding resistance noise is 0.3% or less. Thus, a variable resistor that is inexpensive, reliable, and excellent in electrical characteristics can be obtained.
本発明に係る抵抗体ペーストは、グラファイト被覆ダイアモンドとカーボンブラックとグラファイトと熱硬化性樹脂とがペースト状に混練され、グラファイト被覆ダイアモンドの含有率が2重量パーセント以上15重量パーセント以下であることを特徴とする。 The resistor paste according to the present invention is characterized in that graphite-coated diamond, carbon black, graphite, and thermosetting resin are kneaded into a paste, and the content of the graphite-coated diamond is 2 to 15 percent by weight. And
本発明に係る抵抗体ペーストにあっては、グラファイト被覆ダイアモンドの含有率が2重量パーセント以上15重量パーセント以下であるため、可変抵抗器の抵抗体の材料として使用すれば、低コストで信頼性の高い可変抵抗器を得ることができ、摺動子の回転試験3000万回における抵抗値変化が±1.0パーセント以下、摺動抵抗雑音が0.3パーセント以下とすることができる。 In the resistor paste according to the present invention, the content of the graphite-coated diamond is not less than 2 weight percent and not more than 15 weight percent. Therefore, if the resistor paste is used as a resistor material of a variable resistor, it is low-cost and reliable. A high variable resistor can be obtained, and a change in resistance value during 30 million rotation tests of the slider can be ± 1.0% or less, and a sliding resistance noise can be 0.3% or less.
以下、本発明に係る可変抵抗器及び抵抗体ペーストの実施形態につき添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a variable resistor and a resistor paste according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
まず、本発明に係る可変抵抗器の一実施形態について、その構成を図1〜図4を参照して説明する。 First, the configuration of an embodiment of a variable resistor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
この可変抵抗器は、樹脂成形品からなる抵抗体基板10と、樹脂成形品からなるカバー20と、摺動子35を備えた樹脂成形品からなる回転軸30とで構成されている。基板10は中心孔11を有し、端子12,13が埋設されている。端子12はその端部12aが基板10の側面から突出し、中央部が円環状の集電体12bとして基板10の表面に露出している。端子13はその端部13a(図4参照)が基板10の側面から突出し、他端部13bが基板10の表面に露出している。
This variable resistor includes a
前記端子12,13は、図4に示すように、長尺のフープ材40に所定形状に打ち抜かれて形成され、図示しない成形金型に挿入されて基板10が成形される。この樹脂成形の後、基板10の表面には抵抗体15(図3参照)がほぼ円環状に形成され、抵抗体15の互いに対抗する両端部15aは前記端子13の他端部13bと接続される。抵抗体15はグラファイト被覆ダイアモンドを含む抵抗体ペーストからなり、その詳細については後述する。
As shown in FIG. 4, the
集電体12bと抵抗体15とは基板10の表面に同心円上に設けられ、集電体12bは抵抗体15の内側に位置している。
The
回転軸30は、中心孔31を有し、フランジ部32の周囲に摺動子35を取り付けたもので、基板10の中心孔11に回転自在に装着されている。摺動子35は導電性金属材からなり、抵抗体15上を弾性的に圧接状態で摺動するブラシ状の第1の接片35aと、集電体12b上を弾性的に圧接状態で摺動するブラシ状の第2の接片35bとを有している。
The rotating
回転軸30の中心孔31は、図1(A)に示すように、円形孔の一部が埋め込まれた形状をなしている。中心孔31に図示しない操作シャフトが挿入されて左右いずれかの方向に回転することにより、回転軸30と共に摺動子35が一体的に回転し、接片35a,35bの抵抗体15及び集電体12bに対する接触位置が変化することにより、端子12,13間の抵抗値が調整される。
As shown in FIG. 1A, the
前記可変抵抗器において、抵抗体15は、グラファイト被覆ダイアモンドを5重量パーセント、カーボンブラックを25重量パーセント、グラファイト5重量パーセント、熱硬化性フェノール樹脂65重量パーセントと溶剤を添加混合し、ロールを用いて抵抗体ペーストとし、該抵抗体ペーストを抵抗体基板10上に印刷して硬化させたものである。
In the variable resistor, the
グラファイト被覆ダイアモンドは宇宙空間にも存在するが、例えば、ロシアン・ケミカル・レビューズ(Russian Chemical Reviews)70(2001)607号に開示されているような爆発衝撃法と呼ばれる手法で安価に製造することができる。このように製造されたグラファイト被覆ダイアモンドの平均粒径は5nmであり、ダイアモンドを被覆しているグラファイト(黒鉛)の一部はアモルファス・カーボンとなっていることがある。 Graphite-coated diamond exists in outer space, but is manufactured at a low cost by a technique called an explosion impact method as disclosed in, for example, Russian Chemical Reviews 70 (2001) 607 Can do. The graphite-coated diamond thus produced has an average particle diameter of 5 nm, and some of the graphite (graphite) covering the diamond may be amorphous carbon.
本実施形態にあっては、前記グラファイト被覆ダイアモンド超微粒子の少量添加により、抵抗体15の潤滑性と靭性が大幅に向上する。これにより、抵抗体15の塑性変形、疲労磨耗が激減し、抵抗値変化が低減する。また、疲労磨耗によるクラック生成も低減し、磨耗粉も微細化するうえ、グラファイト被覆ダイアモンド超微粒子は表面導電性を有しているため、磨耗粉再付着による抵抗値変動が誘起されることもなくなる。さらに、グラファイト被覆ダイアモンド超微粒子は平均粒径が5nmと微細であるため、摺動子35の接片35a,35bを磨耗させることも少なく、摺動子35の耐磨耗性及び耐食性の向上にも効果がある。
In the present embodiment, the lubricity and toughness of the
本実施形態にあっては、さらに、グラファイト被覆ダイアモンドを抵抗体15の原料の一部として使用しているので、従来の可変抵抗器の製造プロセスを利用することができ、爆発衝撃法と呼ばれる手法で大量に製造することができるグラファイト被覆ダイアモンドという安価な材料を用いることと相俟って、可変抵抗器の製品コストを大幅に引き下げることができる。
In the present embodiment, since the graphite-coated diamond is used as a part of the raw material of the
以下に、本発明に係る可変抵抗器について、その実施例を示す。グラファイト被覆ダイアモンドを5重量パーセント、カーボンブラックを25重量パーセント、グラファイト5重量パーセント、熱硬化性フェノール樹脂65重量パーセントと溶剤を添加混合し、ロールを用いて抵抗体ペーストとした。該抵抗体ペーストを抵抗体基板10上に図3に示す形状に印刷して硬化させ、サンプルS1を作製した。このサンプルS1に関して3000万回の回転試験を実施し、抵抗値変化及び摺動抵抗雑音を測定した。
Examples of the variable resistor according to the present invention will be described below. 5 weight percent of graphite-coated diamond, 25 weight percent of carbon black, 5 weight percent of graphite, 65 weight percent of thermosetting phenol resin and a solvent were added and mixed, and a resistor paste was formed using a roll. The resistor paste was printed on the
また前記同様の手法により、グラファイト被覆ダイアモンド、カーボンブラック、グラファイト、熱硬化性フェノール樹脂の混合割合を変えて、サンプルS2〜S13を作製し、前記同様の回転試験を実施し、抵抗値変化及び摺動抵抗雑音を測定した。それらの結果を次の表1に示す。 In addition, samples S2 to S13 were prepared by changing the mixing ratio of graphite-coated diamond, carbon black, graphite, and thermosetting phenol resin by the same method as described above, and the same rotation test was performed as described above to determine the resistance value change and the sliding resistance. Dynamic resistance noise was measured. The results are shown in Table 1 below.
表1に示す結果から、抵抗体15のグラファイト被覆ダイアモンドの含有率が2重量パーセント以上15重量パーセント以下のサンプルS1,S4,S5,S13では、摺動子35の3000万回の回転試験における抵抗値変化を±1.0パーセント以下に、また、摺動抵抗雑音も0.3パーセント以下に抑えることができた。それ以外の比較例(サンプルS2,S3及びサンプルS6〜S12)と比較して、抵抗値変化及び摺動抵抗雑音が大幅に改善されていることが分かる。
From the results shown in Table 1, in the samples S1, S4, S5, and S13 in which the content of the graphite-coated diamond in the
なお、本発明に係る可変抵抗器及び抵抗体ペーストは、前記実施形態及び実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。 The variable resistor and resistor paste according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and can be variously modified within the scope of the gist.
特に、本発明に係る可変抵抗器は、一実施形態として説明した構造を有する可変抵抗器に限らず、他の構造を有する可変抵抗器にも適用できることは勿論である。 In particular, the variable resistor according to the present invention is not limited to the variable resistor having the structure described as the embodiment, but can be applied to variable resistors having other structures.
10…抵抗体基板
15…抵抗体
35…摺動子
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