JP4337617B2 - 可変抵抗器及び抵抗体ペースト - Google Patents

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。

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。

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。

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。
特開平３−１１５８６８号公報 特開２００２−２８９４１１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施形態である可変抵抗器を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 前記可変抵抗器を示す断面図である。 前記可変抵抗器の抵抗体基板を示す平面図である。 前記基板のモールド成形状態を示す平面図である。

符号の説明

１０…抵抗体基板
１５…抵抗体
３５…摺動子

Claims (3)

1. 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、前記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可変抵抗器。
2. 前記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を特徴とする請求項１に記載の可変抵抗器。
3. 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、前記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抵抗体ペースト。

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