(57)【要約】【課題】製品毎のばらつきが少なく、しかも検出精度を長期間、高精度に維持でき、さらには、効率良く製造することができ製造工程を簡素なものとし、しかも製造コストを大幅に削減することが可能なポテンショメータを提供する。【解決手段】基板３０の下面には、抵抗体パターン７８を含む第１検出パターン７４と、抵抗体パターン８４を含む第２検出パターン７６とがスクリーン印刷等により形成される。第１検出パターン７４および第２検出パターン７６を含む基板３０全域にシリコン膜９０がＣＶＤ装置等によって形成され、シリコン膜９０上にＤＬＣ膜９２がＣＶＤ装置等によって形成される。ブラシ６６ａ、６６ｂが抵抗体パターン７８、８４に対応したＤＬＣ膜９２上を摺動することで生じる抵抗変化によりスロットルの開度が検出される。【選択図】図４
2004061133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた抵抗体パターン上のブラシの移動量に応じた信号を出力するポテンショメータにおいて、
前記抵抗体パターンの表面にアモルファス状炭素膜を形成することを特徴とするポテンショメータ。
【請求項２】
請求項１記載のポテンショメータにおいて、
前記アモルファス状炭素膜の厚さを０．２〜１０．５μｍとすることを特徴とするポテンショメータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポテンショメータにおいて、
前記抵抗体パターンと前記アモルファス状炭素膜との間にシリコンからなる中間層を介在させることを特徴とするポテンショメータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のポテンショメータにおいて、
前記アモルファス状炭素膜は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）であることを特徴とするポテンショメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に設けられた抵抗体パターン上のブラシの移動量に応じた信号を出力するポテンショメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車等の内燃機関におけるスロットルバルブの開度を検出するためにポテンショメータが用いられている。ポテンショメータは、機械的変化量を電気信号に変換するものであり、例えば、基板に設けられた抵抗体上を移動するブラシの移動量に応じた電気信号を出力する摺動式のものを例示することができる。
【０００３】
ところで、従来技術に係るポテンショメータは、図５に示すように構成されている。すなわち、ポテンショメータの基板１の下面には、例えば、スクリーン印刷等によって抵抗体２が形成され、前記抵抗体２が基板１から剥離するのを防止するために、導電性材料からなる被膜３がコーティングされている。前記被膜３は、銀粉等の導電フィラー（導電性粒子）とエポキシ樹脂等のバインダ（接着剤）とを含むペースト状原材料からなり、以下の手順を経てコーティングされる。すなわち、前述した導電フィラーとバインダとが十分に混練されてペースト状の原材料が作成され、前記ペースト状原材料を塗布した後、焼成されて、最終的に被膜３としてコーティングされる。
【０００４】
しかしながら、前記被膜３の表面は摩擦抵抗が高く、そのため、ブラシ４が被膜３上を摺動する際、摩耗して摩耗粉が発生するに至る。しかも、この摩耗粉によって抵抗値が変化してしまうことから、出力される信号が不正確なものとなり、結果として、スロットルバルブの開度を正確に検出できないという不具合が懸念される。また、ブラシ４が摩耗すると、該ブラシ４と被膜３とが点接触よりもむしろ面接触となり、接触部分５の面積が大きくなり、このためポテンショメータの検出精度が低下するという問題がある。
【０００５】
しかも、前記被膜３のコーティングは、前記の如き複数の工程を必要とするために、ポテンショメータの製造コストが増大するという難点がある。
【０００６】
さらに、前記ペースト状原材料を前記ブラシ摺接面に塗布する塗布装置の精度にばらつきがあるため、被膜３の膜厚が不均一となり、抵抗値にばらつきが生じ、結果として、ポテンショメータが製品毎に均質とならないという問題がある。さらにまた、前記塗布装置では前記塗布量を均一に保つために煩雑な維持管理が必要であり、このため、ポテンショメータの製造コストが増大してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、製品毎のばらつきが少なく、検出精度を長期に亘って高精度に維持でき、しかも、製造工程を簡素なものとし、効率良く製造することができ、それによって大幅なコストダウンを達成することが可能なポテンショメータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、基板に設けられた抵抗体パターン上のブラシの移動量に応じた信号を出力するポテンショメータにおいて、前記抵抗体パターンの表面にアモルファス状炭素膜を形成することを特徴とする。
【０００９】
アモルファス状炭素膜は、高硬度且つ表面が平滑で、しかも摩擦係数が低い。このため、ブラシの摩耗が抑制されて、ブラシの摩耗粉が発生し難くなるとともに、ブラシの先端を常に鋭利な状態に維持できるため、ポテンショメータの検出精度を長期に亘って高度に維持できる。
【００１０】
また、アモルファス状炭素膜は、例えば、混練・塗布・焼成されて形成される従来の導電膜に比して、品質上の均一性が確保され、しかも容易に膜形成できるので、製品毎のばらつきを抑えることができるとともに、製造工程を簡素化させることができる。
【００１１】
この場合、前記アモルファス状炭素膜の厚さを０．２〜１０．５μｍとすれば、一定の強度が得られて該アモルファス状炭素膜が破断し難く、しかも、特別な装置を用いることなく、広汎に採用されている通常のＣＶＤ装置で容易に膜形成でき、好適である。また、前記アモルファス状炭素膜をダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）としてもよい。
【００１２】
また、前記抵抗体パターンと前記アモルファス状炭素膜との間にシリコンからなる中間層を介在させることより、前記抵抗体パターンと前記アモルファス状炭素膜との界面の密着性がより向上し、前記抵抗体パターンから前記アモルファス状炭素膜が剥離し難くなり、一層好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポテンショメータについて、スロットル開度センサを好適な実施の形態として挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
スロットル開度センサ１０は、図１および図２に示されるように、基本的にはロータ挿入孔１２が形成された軸受部１４を有し、且つ上部に開口部１６が画成されるハウジング１８と、該ハウジング１８の開口部１６を封止するカバー部材２０とによりセンサケース２２が構成され、該センサケース２２内には、コイルスプリング２４と、ロータ２６と、セラミック材料からなる基板３０とが収容される。
【００１５】
ハウジング１８の底面から垂直に立ち上がった環状の軸受部１４に形成されたロータ挿入孔１２には、該ロータ挿入孔１２の上側（カバー部材２０側）の開口よりも小径な小径部３２が設けられている。また、軸受部１４の周囲には円柱状凹部３４が形成されており、この円柱状凹部３４の側周壁３４ａには、該側周壁３４ａの一部を切り欠いて係止溝３６が設けられている。
【００１６】
ハウジング１８の直線状端部には、基板３０上の端子板接触部８０ａ〜８０ｃに接触する接触部３８ａ〜３８ｃを有する３個の端子板４０ａ〜４０ｃが設置されており、各々の端子板４０ａ〜４０ｃの一端部４２ａ〜４２ｃは外部端子接続口４４の内部まで延在して（図２参照）、該外部端子接続口４４内に挿入された図示しない外部端子と電気的に接続されている。
【００１７】
また、ハウジング１８の内部には、基板３０を載置するための基板載置部４６と、カバー部材２０を載置するためのカバー部材載置部４８とが設けられている。
【００１８】
コイルスプリング２４の一端部には、該一端部が円周外部に指向して屈曲形成された舌片５０が設けられており、この舌片５０が前記係止溝３６に係止される。また、コイルスプリング２４の他端部にはフック５２が設けられており、このフック５２は、ロータ２６の後述するブッシュ５４の水平端面５６の一部を切り欠いて形成されたキー溝５８に係止されている。
【００１９】
ロータ２６は、図２から諒解されるように、回動部６０と該回動部６０に嵌着されたブッシュ５４とからなり、回動部６０は、例えば、自動車のスロットルバルブの図示しないシャフトに連結されている。また、ブッシュ５４の側壁部にはウェブワッシャ６２が嵌合されている。
【００２０】
ブッシュ５４の水平端面５６の略中央には、環状凸部６４が突出形成されている。この環状凸部６４の内部底面は、水平端面５６よりも低く位置している（図２参照）。
【００２１】
水平端面５６の上面の所定部位には、図１から諒解されるように、先端部に２個のブラシ（接触子）６６ａ、６６ｂを有する、例えば、金属等の導電材料からなる台座６８がねじ７０ａ、７０ｂによって固定されている。
【００２２】
基板３０の下面には、図１および図３に示されるように、第１検出パターン７４と第２検出パターン７６が形成される。第１検出パターン７４は、貫通孔７２の中心を軸とした角度θの範囲内において貫通孔７２を同心円状に囲繞する幅広の抵抗体パターン７８を有し、前記抵抗体パターン７８と端子板接触部８０ｂとは、導電パターン８２を介して接続される。
【００２３】
第２検出パターン７６は、前記第１検出パターン７４の外側に形成され、貫通孔７２の中心を軸とした角度θの範囲内において貫通孔７２を同心円状に囲繞する幅広の抵抗体パターン８４を有し、前記抵抗体パターン８４の一端側は、導電パターン８６を介して端子板接触部８０ａと接続され、該抵抗体パターン８４の他端側は、導電パターン８８を介して端子板接触部８０ｃと接続される。
【００２４】
第１検出パターン７４および第２検出パターン７６は、例えば、スクリーン印刷、エッチング等により基板３０上に形成される。
【００２５】
前記基板３０の下面全域にわたって、膜厚が０．１〜２．０μｍ程度のシリコン膜９０が形成される。さらに、シリコン膜９０の下面全域には、膜厚が１０．０μｍ程度のアモルファス状炭素膜、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜９２が積層される。図４は、第１検出パターン７４の抵抗体パターン７８および第２検出パターン７６の抵抗体パターン８４を含む層構造を示す。
【００２６】
シリコン膜９０は、第１検出パターン７４および第２検出パターン７６を含む基板３０とＤＬＣ膜９２の界面の密着性を向上させ、両者が剥離し難くなるように作用し、且つＤＬＣ膜９２の抵抗値を低くする役割を担う。一方、前記ＤＬＣ膜９２は、硬度が高く、摩耗耐性に優れ、また表面が平滑であるとともに摩擦係数が低い等の特性を有する。シリコン膜９０及びＤＬＣ膜９２は、ＣＶＤ（化学的気相成長）装置等により基板３０上に形成される。
【００２７】
この場合、シリコン膜９０を省略して抵抗体パターン７８、８４に直接ＤＬＣ膜９２を積層しても良い。このような構成ではＤＬＣ膜９２の抵抗値が高まることがあるが、用途によってはこの構成が選択されることもある。
【００２８】
カバー部材２０の下面には、内部に空間９３が形成された円柱状の突出部９４（図２参照）および該突出部９４から所定間隔離間して該突出部９４を囲繞する環状凸部９６が形成されている。なお、この環状凸部９６の直径は、基板３０に形成された貫通孔７２の直径と略等しい。
【００２９】
コイルスプリング２４、ロータ２６および基板３０は、以下のようにしてセンサケース２２内に収容される。
【００３０】
まず、コイルスプリング２４は、ハウジング１８の円柱状凹部３４に挿入され、該コイルスプリング２４の舌片５０が円柱状凹部３４の側周壁３４ａに形成された係止溝３６に係止される。ロータ２６は、ハウジング１８のロータ挿入孔１２に回動自在に挿入され、該ロータ２６のブッシュ５４の水平端面５６に形成されたキー溝５８には、コイルスプリング２４のフック５２が係止される。そして、ブッシュ５４の側壁部に嵌合されたウェブワッシャ６２は、軸受部１４内の小径部３２の上端面に載置される。また、ブッシュ５４の側壁部と軸受部１４との間は、シール部材９８によりシールされている（図２参照）。
【００３１】
基板３０は、端子板接触部８０ａ〜８０ｃが端子板４０ａ〜４０ｃの接触部３８ａ〜３８ｃとそれぞれ接触し、また、ブラシ６６ａ、６６ｂが抵抗体パターン７８、８４とそれぞれ対応するようにＤＬＣ膜９２と当接し、且つ該基板３０の外周部がハウジング１８の内壁から所定間隔離間するように、基板載置部４６上に載置されている。すなわち、基板３０の側壁部３０ａはハウジング１８の内壁に当接していない。
【００３２】
基板３０がハウジング１８の基板載置部４６上に載置されると、基板３０に形成された貫通孔７２の直径がロータ２６の環状凸部６４に比して大きいので、該環状凸部６４が貫通孔７２を通る。
【００３３】
そして、ハウジング１８のカバー部材載置部４８上にカバー部材２０が載置され、その際に該カバー部材２０の突出部９４および環状凸部９６が貫通孔７２を通り、且つ突出部９４がブッシュ５４の環状凸部６４に嵌合される。具体的には、図２に示されるように、突出部９４の先端部９４ａが環状凸部６４の内部底面に当接するとともに、該環状凸部６４が突出部９４の基端部９４ｂ付近まで該突出部９４を囲繞する。その結果、ロータ２６が軸ずれを起こすことなく確実に且つ回転可能にカバー部材２０に軸支され、しかも、ロータ２６の回転中心が基板３０の貫通孔７２の中心に合致する。
【００３４】
上記したように、基板３０の貫通孔７２の直径とカバー部材２０に形成された環状凸部９６の直径とが略等しいので、カバー部材２０の環状凸部９６の外周壁部が基板３０の貫通孔７２に隙間なく嵌合される。この嵌合により、基板３０が確実に位置決め固定されるとともに、第１検出パターン７４および第２検出パターン７６とロータ２６との回転中心とが合致する。
【００３５】
さらに、ブッシュ５４の環状凸部６４がカバー部材２０の突出部９４と環状凸部９６の間に挿入される。これにより、カバー部材２０の突出部９４の側壁部とブッシュ５４の環状凸部６４の内周壁、すなわち、ブッシュ５４とカバー部材２０との摺接部位が、ブッシュ５４の環状凸部６４およびカバー部材２０の環状凸部９６により封止される。
【００３６】
このように載置されたカバー部材２０は熱嵌めによりハウジング１８に接合され、ハウジング１８のカバー部材載置部４８とカバー部材２０との間には、熱硬化性樹脂１００が充填されている。これにより、ハウジング１８の開口部１６がカバー部材２０により封止されている。
【００３７】
ここで、スロットル開度センサ１０における基板３０上にシリコン膜９０およびＤＬＣ膜９２を形成する方法について説明する。前述したとおり、シリコン膜９０及びＤＬＣ膜９２は、ＣＶＤ装置等によって基板３０上に形成される。この場合、第１検出パターン７４および第２検出パターン７６がスクリーン印刷された基板３０を、ＣＶＤ装置のチャンバ内に装填する。そして、ベンゼン、アセチレン等の原料ガスをチャンバ内に導入した後、電源を投入し、生成されるプラズマによって前記原料ガスを分解し、基板３０上にシリコン膜９０を形成する。次いで、ＣＨ系原料ガスをチャンバ内に導入した後、電源を投入し、前記生成されたプラズマによって前記ＣＨ系原料ガスを分解し、シリコン膜９０上にＤＬＣ膜９２を形成する。前記ＤＬＣ膜９２の抵抗値は、前記ベンゼン、アセチレン等の有機ガスの量によって容易に制御可能である。例えば、１ｋΩ〜１３ｋΩの範囲で調整できる。
【００３８】
ここで、本実施の形態に係るスロットル開度センサ１０の動作並びに作用効果について説明する。自動車等のスロットルバルブが開かれて該スロットルバルブのシャフトが回動変位すると、これに追従してスロットル開度センサ１０の回動部６０およびブッシュ５４（ロータ２６全体）が、図１および図３に示すように、角度θの範囲内において一体的に回動する。すなわち、台座６８におけるブラシ６６ａが第１検出パターン７４の抵抗体パターン７８に対応したＤＬＣ膜９２上を摺動し、台座６８におけるブラシ６６ｂが第２検出パターン７６の抵抗体パターン８４に対応したＤＬＣ膜９２上を摺動する。この摺動範囲によって出力電圧が異なるために、前記スロットルの開度を検出することができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態に係るスロットル開度センサ１０においては、硬度が高く、摩耗耐性に優れ、また表面が平滑であるとともに摩擦係数が低いＤＬＣ膜９２を基板３０上に形成するので、ブラシ６６ａ、６６ｂの摺動性が向上し、従って、ブラシ６６ａ、６６ｂの摩耗が抑制される。その結果、ブラシ６６ａ、６６ｂの摩耗粉が発生し難くなるとともに、ブラシ６６ａ、６６ｂの先端を常に鋭利な状態に維持できるため、スロットルの開度を長期に亘って正確に検出することができる。
【００４０】
また、シリコン膜９０およびＤＬＣ膜９２は、上記したように、ＣＶＤ装置を用いて基板３０に形成される。ＣＶＤ装置は、シリコン膜９０およびＤＬＣ膜９２を原料ガスを分解して、直接基板３０上に形成するため、膜厚を均一にすることができるので、検出される抵抗値がばらつくことがなく、従って、スロットル開度センサ１０の製品毎のばらつきを抑制することができる。
【００４１】
さらに、上記したように、前記ＣＶＤ装置を用いた膜形成は、チャンバ内に導入される原料ガスを変更するだけで、シリコン膜９０およびＤＬＣ膜９２を容易に形成することができるとともに、膜厚を均一に保つために煩雑な維持管理が不要であるため、製造工程が簡素化されて、極めて経済的である。
【００４２】
この場合、ＤＬＣ膜９２の厚さを０．２〜１０．５μｍとすれば、ＤＬＣ膜９２が破断し難くなるとともに、特別な装置を用いることなく、広汎に採用される通常のＣＶＤ装置で容易に膜形成でき好適である。
【００４３】
また、基板３０とＤＬＣ膜９２との間にシリコン膜９０からなる中間層を介在させることより、基板３０とＤＬＣ膜９２との界面の密着性がより向上し、両者が剥離し難くなり、耐久性も増す。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るポテンショメータによれば、基板の表面にアモルファス状炭素膜を形成するので、抵抗体上を摺動するブラシの摩耗が抑制され、その結果、ブラシの摩耗粉が発生し難くなるとともに、ブラシの先端を常に鋭利な状態に維持できるため、ポテンショメータの検出精度を長期に亘って正確に検出することができる。
【００４５】
さらに、前記アモルファス状炭素膜は、ＣＶＤ装置を用いて基板に形成されるため、膜厚を均一にすることができるので、検出される抵抗値がばらつくことなく、従って、ポテンショメータの製品毎の品質のばらつきを抑制させることができる。
【００４６】
また、前記ＣＶＤ装置は、チャンバ内に導入される原料ガスを変更するだけで容易に膜を形成できるので、ポテンショメータの製造工程を、例えば、ペースト状原材料を混練し、基板に塗布し、焼成されてコーティングされる導電膜を備えた従来のポテンショメータの製造工程に比して遥かに簡素なものとすることができ、これによって製造コストを著しく低減できるという効果が得られる。
【００４７】
なお、本発明のポテンショメータは、スロットル開度センサのような回転角度を検出する装置に限定されることはなく、例えば、シリンダや水位レベル等の直線変位を検出する装置や、あるいは、車両の傾き等の傾斜角を検出する装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るスロットル開度センサの概略分解斜視説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るスロットル開度センサの概略縦断面説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るスロットル開度センサの基板と第１検出パターンと第２検出パターンの平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線縦断面図である。
【図５】従来のポテンショメータの基板構造を説明する概略縦断面図である。
【符号の説明】
１０…スロットル開度センサ　　　　　１８…ハウジング
２６…ロータ　　　　　　　　　　　　３０…基板
３８ａ〜３８ｃ…接触部　　　　　　　６６ａ、６６ｂ…ブラシ
７４…第１検出パターン　　　　　　　７６…第２検出パターン
７８、８４…抵抗体パターン　　　　　８０ａ〜８０ｃ…端子板接触部
９０…シリコン膜　　　　　　　　　　９２…ＤＬＣ膜
【図１】
2004061133.tif 000003
【図２】
2004061133.tif 000004
【図３】
2004061133.tif 000005
【図４】
2004061133.tif 000006
【図５】
2004061133.tif 000007