(57)【要約】埋設された導電性材料の粒子を有する導電性プラスチック抵抗素子であって、抵抗素子を用いたポテンシオメトリック装置における接触抵抗のばらつきを低減するためそこから突出する抵抗素子。この抵抗素子は、炭素粉体、樹脂、溶剤、及び導電相を処理してペーストを形成する段階と、該ペーストを基材に塗布する段階と、ペーストを硬化して溶剤を除去し、導電相をフィルム表面まで成長させて該表面に埋設されるようにした状態でフィルムを形成する段階により製造される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性プラスチック抵抗素子であって、該抵抗素子内に埋設され、該抵抗素子が用いられているポテンシオメトリック装置の摺動子と接触するように該抵抗素子から突出する、導電性材料の粒子を有する、前記導電性プラスチック抵抗素子。
【請求項２】
前記導電性材料が銀である請求項１に記載の抵抗素子。
【請求項３】
前記導電性材料が銀とパラジウムである請求項１に記載の抵抗素子。
【請求項４】
前記導電性材料が銀、パラジウム、金、プラチナ、銅、高導電性炭素、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項１に記載の抵抗素子。
【請求項５】
前記導電性材料が前記抵抗素子の約１０〜２０％に等しい量で存在する請求項１に記載の抵抗素子。
【請求項６】
前記導電性材料が前記抵抗素子の約２〜５０％に等しい量で存在する請求項１に記載の抵抗素子。
【請求項７】
ポテンシオメトリック装置で使用するための抵抗素子であって、前記装置は該抵抗素子と係合する摺動接点を有し、該抵抗素子は、該装置の寿命期間にわたり前記摺動接点と前記抵抗素子との間の抵抗のばらつきを低減する導電相を備えた炭素／プラスチックマトリックスを含む、前記抵抗素子。
【請求項８】
前記導電相が銀からなる請求項７に記載の抵抗素子。
【請求項９】
前記導電相が銀とパラジウムからなる請求項７に記載の抵抗素子。
【請求項１０】
前記導電相が銀、パラジウム、金、プラチナ、銅、高導電性炭素、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項７に記載の抵抗素子。
【請求項１１】
前記導電相が前記抵抗素子の約１０〜２０％に等しい量で存在する請求項７に記載の抵抗素子。
【請求項１２】
前記導電相が前記抵抗素子の約２〜５０％に等しい量で存在する請求項７に記載の抵抗素子。
【請求項１３】
ポテンシオメトリック装置で使用するための導電性抵抗素子を製造する方法であって、
炭素粉体、樹脂、溶剤、及び導電相を処理してペーストを形成する段階と、
前記ペーストを基材上に塗布する段階と、
前記ペーストを硬化して溶剤を除去し、導電相がフィルム表面に達し該表面に埋設された状態にフィルムを形成する段階と、
を含む方法。
【請求項１４】
前記ペーストが２００℃程度の温度で硬化される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ペーストは、前記基材上にスクリーン印刷される請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記炭素粉体、樹脂、溶剤、及び導電相が高速剪断ミキサで処理される請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に可変抵抗に関し、より詳細には、ポテンシオメトリック装置で使用する導電性プラスチック抵抗素子及びこの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポテンシオメータ及び他の種類の可変抵抗において、いわゆる摺動接点と抵抗素子との間の摩擦作用は、装置の寿命期間にわたって抵抗素子のトポグラフィ又は表面外形を変化させる可能性がある。こうした変化は、接点と抵抗素子間の抵抗のばらつきを生じさせ、このばらつきの結果としてポテンシオメータを用いるセンサ及び計器の外乱及び誤った指示値をもたらすことになる。
【０００３】
導電性プラスチック抵抗素子に関しては、比較的素子の摩耗はほとんどないが、摺動子が接触する領域ではわずかに滑らかで研磨されている。これにより、表面の隆起部が取り除かれ、有効接点圧が小さくなり、抵抗素子と摺動接点間の抵抗又はノイズが増大する結果となる。更に、素子内に潤滑剤及びプラスチック材料が存在することに起因して素子表面上に絶縁材料の薄膜が形成される可能性がある。
【０００４】
【特許文献１】米国特許番号第４，２７８，７２５号公報
【特許文献２】米国特許番号第４，８２４，６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、導電性プラスチック抵抗素子に関して接触抵抗のばらつきを低減するために最も広範に用いられている手法は、接点圧を大きくし、摺動子と抵抗素子間にシリコーン潤滑材を用いることである。
他の種類の抵抗素子に関しては、接触抵抗のばらつきは、摺動接点が係合する抵抗素子の表面に導電性材料の粒子を埋設することにより低減されてきた。例えば、米国特許番号第４，２７８，７２５号及び第４，８２４，６９４号では、サーメット抵抗素子、すなわちセラミックと金属材料を含有する素子に導電性粒子を使用することが示されている。しかしながら、こうした手法は導電性プラスチック抵抗素子でこれまで使用されたことはない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に本発明の目的は、ポテンシオメトリック装置において使用するための新規の改善された抵抗素子を提供し、且つその製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、先行技術の導電性プラスチック抵抗素子の制限及び欠点を克服する上述の特徴を有する抵抗素子及びその方法を提供することである。
【０００８】
これら及び他の目的は、導電性プラスチック抵抗素子であって、抵抗素子内に埋設され、抵抗素子が用いられているポテンシオメトリック装置の摺動子と接触するように抵抗素子から突出する導電性材料の粒子を有する、導電性プラスチック抵抗素子を提供することにより、本発明によって達成される。抵抗素子は、炭素粉体、樹脂、溶剤、及び導電相を処理してペーストを形成する段階と、該ペーストを基材に塗布する段階と、該ペーストを硬化させて溶剤を除去し、導電相をフィルム表面に成長させて該表面に埋設されるようにした状態でフィルムを形成する段階とにより作られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
導電性プラスチック抵抗素子は、カーボン粉体を樹脂及び溶剤混合物並びに他の充填材、湿潤剤及び他の構成要素と共に組み合わせることにより作られる。これらの材料は、高速剪断ミキサで混合されて種々のペーストを形成し、次いで、基材上にスクリーン印刷され、２００℃程度の温度で硬化される。硬化処理により溶剤が除去され、プラスチックマトリックスを架橋して、硬い耐摩耗性フィルムが形成される。炭素は電流担持層であり、炭素の割合が多いほど硬化フィルムの抵抗が小さくなる。
【００１０】
電気的ノイズ又は接触抵抗のばらつきは、炭素／プラスチックマトリックスに導電相を含めることによりかなり小さくすることができる。この目的において、好ましい１つの導体は銀であり、特に約６．０μｍ以下の粒子サイズを有する解凝集された球状銀粉体である。
【００１１】
この銀は、導電性プラスチック抵抗材料における混合物中で過度の量の溶剤を吸収しない滑らかな、ほぼ丸い粒子であるため、好ましい。更に、丸い形状が材料の抵抗値を過度に低下せずに良好な電気的接触を促進する。これは、このような材料のマトリックスで結合し、抵抗値をかなり低下させる傾向にある剥離材料とは対照的である。更に銀には、パラジウム、金、又はプラチナといった他の材料よりも安価である利点がある。
【００１２】
パラジウム、金、又はプラチナといった他の材料及び銅は、銀の代わりか又はこれに添加して使用することができると考えられる。また、他の金属及び炭素の高導電性形態などの他の導電性材料を使用可能であると考えられる。しかしながら、上述のように、銀粒子が素子の摩耗特性を低下させ、抵抗値を大きく変化させることなく摺動子と抵抗素子間の導電性を高めることから、銀が好ましい材料である。
【００１３】
良好な結果を有して使用されている材料の別の実施例は、約７０パーセントの銀と３０パーセントのパラジウムを含有する高純度で、解凝集された球状共沈粉体の形態の銀とパラジウムの混合物である。このような粉体は、ニュージャジー州サウス・プレイン・フィールド所在のデグサ・コーポレーションから製造コードＫ７０３０−１０で入手可能である。この粉体は接触抵抗のばらつきを低減する点で銀と同様の特性を有するが、抵抗への影響を及ぼし、抵抗素子の耐摩耗性へ小さな影響を及ぼす。
【００１４】
導電相の量及び形状は、要求される接触抵抗及びポテンシオメトリック装置で使用される接点の種類にある程度まで左右され、一般に、導電性材料の量は抵抗素子の電気的及び機械的特性に望ましくない変化を生じる程多量ではないのが好ましい。約１０パーセントから２０パーセント（重量で）の銀又は他の金属の添加は、導電性プラスチック材料の耐摩耗性を劣化させて全体の抵抗を小さくすることなく、接触抵抗又は表面伝導率のばらつきを有意に低下させることが分かっている。しかしながら、添加される導電相の有用な範囲は約２パーセントから約５０パーセント（重量で）までに広がると考えられている。
【００１５】
現段階で好ましいと考えられる実施形態において、抵抗素子は、炭素粉体、樹脂、溶剤、及び導電相を高速剪断ミキサで処理してペーストを形成する段階と、該ペーストを基材上にスクリーン印刷する段階と、該ペーストを２００℃程度の温度で硬化して溶剤を除去し、導電相をフィルム表面まで成長させて該表面に埋設されるようにした状態でフィルムを形成する段階とにより製造される。
【実施例】
【００１６】
約６．０μｍ以下の粒子サイズを有する解凝集された球状銀粉体２０グラムを、ブチルカルビトールアセテートとブチルカルビトールの混合物のフェノール樹脂溶液中に炭素、窒化ホウ素、及びポリテトラフルオロエチレン粉体の懸濁液を含むレジスタインクの８０グラムと混合した。
【００１７】
混合物を１５０ポンドのローラ圧の３ロールミルで処理し、混合物中に銀粒子を全体的に分布するように２回通した。次に、このインクで基材上に印刷して２００℃の温度で２時間硬化させた。
【００１８】
銀粒子を含まない同じインクで作った別の素子を用いて抵抗素子を試験して比較した。摺動子を７５０，０００ストロークさせると、銀を含まない素子の接触抵抗のばらつきが６０００Ωであったのに比べ、銀粒子を含む素子は１０００Ωであった。１５０万ストローク後でも同様の結果が得られた。
【００１９】
新規の改善された導電性プラスチック抵抗素子及び製造方法が提供されることは、上記から明らかである。幾つかの現在のところ好ましい実施形態だけを詳細に説明してきたが、添付の請求項により定められる本発明の範囲から逸脱することなくある変更及び修正を行い得ることは当業者には明らかである。
【国際調査報告】
2005518678.tif 000002
2005518678.tif 000003