用于繞線型可變電阻的電阻元件及其制造方法

專利名稱:用于繞線型可變電阻的電阻元件及其制造方法
本發明是關于一種用于繞線型可變電阻器的電阻元件及其制造方法。
一般來說，繞線型可變電阻器作為電阻元件，其金屬電阻絲是繞在芯子上，通過一個滑動觸頭的移動可獲得一個理想的電阻值。這種繞線型可變電阻器的缺點之一是有滑動噪聲，這是由于滑動觸頭在電阻元件上滑動而引起的。有些常規的繞線型可變電阻器在組裝好以后就會產生滑動噪聲，其它類型的可變電阻器在經過一定時間或受到高溫作用后產生滑動噪聲。這種可變電阻器的滑頭觸頭在電阻元件上反復滑動幾次后，其滑動噪聲可能會暫時消失，但經過一定的時間或高溫氣候后，曾經消失的噪聲再次產生出來。這些滑動噪音能引起滑動觸頭與電阻元件之間的接觸不穩定，由金屬氧化物，氯化物和硫化物，并伴隨各種有機分子，吸附氣體和其它雜質造成在電阻線圈表面形成了薄膜，其作用相當于電阻元件表面上的絕緣層。特別是，這個由金屬氧化物，氯化物和硫化物形成的表面薄膜部分地歸咎于外界氣候的氧化，或者歸咎于金屬電阻絲拉膜中(die-drawing)使用的潤滑劑的合成物所形成的金屬間的化合物(例如，硫化鐵、氯化鐵等)。
防止由電阻絲表面薄膜而造成的滑動噪聲的方法，已經在日本實用新型1963年公開號為27447和1979年公開號為33081上公開。前者是關于這樣一種方法，其中在電阻絲與滑動觸頭相接觸的部分涂上銀涂料或鍍上銀的薄膜，從而形成一個不易氧化的導電層以防止這部分電阻絲氧化。從另一方面而言，后者方法涉及將涂有導電樹脂膜的電阻絲繞在芯子上以防止電阻絲與滑動觸頭接觸的那部分電阻絲氧化。由于上述的方法使電阻絲的成本增加，除了用于特殊目的可變電阻器外，兩種方法都是不實用的。此外，這些常規的技術僅僅涉及到防止外部氣候對電阻絲的氧化，而不涉及防止在電阻絲拉膜時由潤滑劑合成物在電阻絲表面形成的合金使滑動電阻增加。
在美國專利第3697920號的說明書中，公開了一種在電阻絲表面涂上硅酸鋁，以減小電阻元件與滑動觸頭之間的滑動噪聲的技術。盡管，這份美國書中對為什么電阻元件表面上涂硅酸鋁可使滑動噪聲減小的原因尚未弄清楚。但是，很明顯這個專利沒有力圖消除電阻元件拉膜時在電阻絲表面上由潤滑劑合成物而形成的薄膜。
還有另一種減小繞線型可變電阻器的滑動噪音的方法，它是通過增加滑動觸頭與電阻元件的接觸壓力來實現的。一個電阻元件(用小型繞線型可變電阻器總電阻值為20個歐姆為例)，其電阻絲采用直徑接近于16微米細的電阻元件。這樣，增加接觸壓力是不可能的，因為電阻絲可能斷裂。
本項發明的目的就是提供一個克服前面所述的缺點，具有低噪聲特性的繞線型可變電阻器，以及制造方法。
根據這項發明，繞線型可變電阻器的電阻元件的特征在于在芯子上的電阻材料的金屬電阻絲是要經過浸蝕處理的。
根據這項發明，制造繞線型可變電阻器的電阻元件方法，其特征在于由繞在芯子上的金屬絲而組成電阻材料且電阻材料的電阻絲須經浸蝕處理。
圖1A是一線狀電阻材料的透視圖。
圖1B是由圖1A所示的線狀電阻材料截下的一段電阻元件的透視圖。
圖1C是由圖1A所示的線狀電阻材料螺旋纏繞而得到的螺線管的透視圖。
圖1D是由圖1C所示的螺母管截下的一段線圈的圖示說明。
圖1E是由圖1D所示的一匝線圈所組成馬蹄型的電阻元件。
圖2是滑動噪聲測量裝置的圖示說明。
圖3A是未經電解浸蝕的電阻元件的滑動噪聲值的圖示說明。
圖3B是經過電解浸蝕的電阻元件的滑動噪聲值的圖示說明。
圖4是敘述電解浸蝕方法的圖示說明。
圖5A是未經電解浸蝕的電阻元件的滑動噪聲值的圖示說明。
圖5B是經過電解浸蝕的電阻元件的滑動噪聲值的圖示說明。
圖6A是未浸入氨溶液的電阻元件的滑動噪聲值的圖示說明。
圖6B是浸入氨溶液的電阻元件滑動噪聲值的圖示說明
圖7A是未經化學浸蝕的電阻元件的繞線型可變電阻器的滑動噪聲值的圖示說明。
圖7B是經過化學浸蝕的電阻元件的繞線型可變電阻器的滑動噪聲值的圖示說明。
圖8A是經過氨溶液浸泡的電阻元件并即組裝成的繞線型可變電阻器的滑動噪聲值的圖示說明。
圖8B是經過預定溫度和預定時間的氨溶液浸泡的電阻元件組裝的繞線型可變電阻器的滑動噪聲值的圖示說明。
圖8C是經過化學浸蝕但未經氨溶液浸泡立即裝成的繞線型可變電阻器的滑動噪聲值的圖示說明。
圖8D是經過預定時間和溫度的化學浸蝕但未經氨溶液浸泡的電阻元件組成的繞線型可變電阻器的滑動噪聲值的圖示說明。
這個發明是基于這樣一個概念，將繞在芯子上的電阻絲進行電解或化學浸蝕處理后，能夠消除電阻絲表面的少量金屬和雜質，這樣清除金屬的氧化物、氯化物和硫化物、有機分子、吸附氣體和其他雜質，使電阻絲表面清潔了，從而減少或消除滑動噪聲。
雖然根據各種特殊的應用各類的合金導線可被用來做電阻絲，鉻鎳(Ni-Cr)合金和銅鎳(Cu-Ni)合金的用途最為普遍。由于經過浸蝕處理的鉻鎳合金和銅鎳合金，在外界氣候下，溫度接近120℃也不氧化，故電阻絲大都用這些金屬制成。所以，不必擔心經過浸蝕處理的電阻絲，在正常外界氣候下會被損壞。
然而對用銅鎳制成的電阻絲來說，銅可能會析出在電阻絲的表面，但要取決于浸蝕的條件。
當這樣的電阻絲在高溫下保持長時間加熱時，析出的銅被氧化了，它相當于絕緣層助長滑動噪聲。在這種情況下，溶解掉析出的銅是必要的。
用銅鎳和鉻鎳合金制造的電阻絲，只要其表面薄膜存在，它就是光滑的。經過浸蝕處理后，表面的薄膜被清除，其光滑的表面隨之消失變成不光滑的表面了。不光滑表面增加了摩擦，這樣就改變了電阻元件和滑動觸頭之間的接觸電阻，這對于改善滑動噪聲是很有好處的。
下面，將參考實施例，對本發明進行詳細的描述。
實施例1
這個實施例涉及到對一個鉻鎳合金制成的電阻絲繞在芯子上而制成的電阻元件進行電解浸蝕處理。
如圖1A所示，線狀電阻材料3是由可以從市場大量得到的直徑為57微米的鉻鎳合金電阻絲2(商業名稱鎳鉻系精密級電阻絲Karma，由Driver-Harris公司造)，繞在直徑為1.4毫米的涂聚酯銅芯1上，其螺旋線間隔為89微米。如圖1B所示，電阻元件4是從線狀電阻材料3截下的，它的兩個端點5和6是焊接口，其長度是使兩端點間的電阻值為500歐姆。
電阻元件4(未經電解浸蝕)是這些制造的，用丙酮將電阻絲表面雜質清除，然后用超聲波加熱使其干噪。然后，用圖2所示的滑動噪聲測量裝置，測量電阻元件4的滑動噪聲。滑動噪聲的測量是根據MIL詳細說明(MIL-R-27208A峰值噪音的測量)中所述的恒定電流法來實現的。電阻元件4的兩個端頭5和6都要接在示波器11的垂直輸入端上，置于電阻元件4上的滑動觸頭12通過安培計13，與恒流源14相聯，電阻元件4的端頭6與恒流源14相聯，1mA的恒定電流通過滑動頭12和電阻元件4的端頭6，如圖中箭頭所示，將滑動頭以每秒3毫米的速率從端頭5移到端頭6，然后從端頭6移到端頭5，測量在整個滑動范圍內的滑動噪聲。圖3A表示在示波器上測到的滑動噪聲值。在圖中，縱坐標代表測量的滑動噪聲值，橫坐標是時間軸。虛線箭頭的部分代表滑動頭12向前移動時的噪聲，實線箭頭的部分代表滑動頭12向后移動的噪聲。在滑動頭移動的整個范圍上，我們發現未經電解浸蝕的電阻元件4會產生很高的滑動噪聲。此滑動噪聲是由電阻絲表面形成的薄膜(金屬氧化物、氯化物、硫化物，等等)引起的。
接著，選擇這種會產生滑動噪聲的電阻元件4并進行電解浸蝕。圖4表示一套對電阻元件4進行電解浸蝕處理的裝置。電解浸蝕是這樣進行的，把電阻元件4作為陽極，用鉑絲懸掛于盛有草酸電解液的容器中，溶液的成份如表1所示;從串聯可變電阻器19的直流電源上取6伏直流電壓，加在陽極電阻元件4和陰極不銹鋼17上達10秒鐘，在圖中標號20表示伏特計，21表示安培計。10秒鐘后，用水沖洗電阻元件4約10分鐘同時加入超聲波，然后用乙醇使水分揮發并把熱空氣加熱至120℃使其干燥。
表1化學成分濃度蒸餾水100毫升草酸10克
然后，在與前面所述條件相同情況下，對經過電解浸蝕的電阻元件4進行滑動噪聲測量，測量結果如圖3B所示，雖然在開始、結束和改變滑動頭的運動方向時稍有滑動噪聲被觀察到，但其它的時刻是沒有噪聲的，這是因為如下事實不僅起絕緣層作用的金屬氧化物、氯化物和硫化物被消除，而且在電阻絲表面形成的有機分子、吸附氣體和其他雜質，也都用電解浸觸法清除。
實施例2
這個實施例涉及對一個銅鎳合金線繞在芯子上而制成的電阻元件進行電解浸蝕處理。
如圖1A所示，用直徑為90微米銅鎳電阻絲2(商業名稱CN線，Tokyo Senzai Kogyo公司制造)繞在直徑為1.3毫米的涂聚酰胺亞氨的銅芯線1上做成一個線狀電阻材料3，其螺旋間隔為140微米。從電阻材料3上截下一段其電阻為50歐姆，構成電阻元件4，如圖1B所示。與實施例1過程一致，測量未經過電解浸蝕的電阻元件4的滑動噪聲，然后，用圖4所示方法對電阻元件4進行電解浸蝕。電解液15的化學成分如表2所示，主要成分是磷酸。用一鎳片做陰極17加5伏直流電壓持續7秒鐘。然后將電阻元件4浸入10%的燒堿溶液進行中和，再用水沖洗10分鐘，加乙醇揮發并加熱空氣使其干燥。
表2化學成分濃度蒸餾水30毫升磷酸(比重1.71)70毫升硫酸(比重1.845毫升
即使電阻元件在未經電解浸蝕時所產生的滑動噪聲是很大的，如圖55A所示，而經過電解浸蝕，其滑動噪聲卻完全消失，如圖5B所示。
在這個實施例中，對電解浸蝕的條件已經做了敘述，即加5伏電壓并持續7秒鐘，但是電壓可以在2伏到10伏內變化，時間可在2秒到60秒內變化。在電壓低于2伏時，浸蝕不能進行，而電壓高于10伏時，局部浸蝕的不均勻會使電阻元件表面產生氣體。若施加電壓的時間短于2秒，電阻絲表面未浸蝕區域會保留于電阻絲表面，這將不能消除滑動噪聲。若施加電壓時間大于等于60秒，浸蝕后的電阻絲的電阻值將難于確定。
在這個實施例中，采用了銅鎳電阻絲，電解浸蝕所用的電解液是可以長期使用的，但是電解液的使用時間過長，會導致已經消除的電阻絲表層的銅再次沉淀生成。對于這樣的電阻絲來說，其滑動噪聲并不能立即被測量出來，但經過長時間高溫氣候以后，沉淀的銅將被氧化，并引起滑動噪聲。這個問題可以這樣來解決，把電解浸蝕后的電阻元件浸入氨溶液中，然后沖洗干凈并使其干燥。雖然浸泡的時間沒有限制，但20分鐘已足夠了。
圖6A和6B顯示了兩個電阻元件滑動噪聲的測量結果，它們都經過了長期使用后的電解浸蝕液的處理，其中一個又經過了氨溶液浸泡處理，另一個則沒有經氨溶液處理，并將它們放在120℃的空氣中達96小時。沒有經氨溶液浸泡的電阻元件，沉淀的銅被氧化了，產生的滑動噪聲如圖6A所示，經過氨溶液浸泡的電阻元件，因為沉淀的銅在氨溶液中被清除，如圖6B所示沒有滑動噪聲出現。
在前面提到的兩個實施例中，實施例1中使用預定濃度的草酸溶液，做為電解浸蝕液，而實施例2中使用預定濃度的磷酸和硫酸的混合溶液，做為電解浸蝕液。然而，只要保證電阻絲的浸蝕是均勻的，對電解液的成分和濃度可不做限制。在本發明中，要特別意識到這一點，選擇的電解液至少為下列物質中任一種，它們是硫酸、過硫酸銨、草酸、硝酸、硝酸銅和磷酸。它們可以保證繞于芯子上的電阻絲的直徑和電阻特性是均勻的。另外，消除電阻絲表面沉淀銅的溶液不只限于氨溶液，也可以是其它成分的任何溶液，只要它們在消除銅的同時對電阻絲沒有不利影響，就可使用。
實施例3
此實施例涉及到對鉻鎳電阻絲的電阻元件的化學浸蝕。
如圖1A所示，用市場上大量供應的直徑為16.5微米的鉻鎳電阻絲2(商標Molecuroi，由Molecu-Wire公司產生)繞在直徑為1.4毫米的由涂聚酰胺亞胺的銅芯1上，螺旋間距為28微米。制成線狀電阻材料3，用線狀電阻材料繞成螺線管，如圖1C所示，從螺線管7截下一匝得到線圈8，如圖1D所示。將余下的螺線管7浸入化學成分如表3示的硫酸銅溶液中3秒鐘，以進行化學浸蝕。然后，將線管7浸入PH值為11.5的燒堿溶液中進行中和，再用水沖洗5分鐘，加入乙醇使水揮發并用熱空氣使其干燥。接著，再從螺繞管7截下另一匝線圈8，將一個經過化學浸蝕的和一個未經化學浸蝕的一匝線圈8都做成馬蹄狀的電阻元件9，將它們分別做成20歐姆的繞線式可變電阻器。
分別測量兩個可變電阻器，測量的方法仍是如圖2所示的恒定電流法，并在滑動頭做往復運動的同時，用示波器觀察它們的滑動噪聲，測量的結果如圖7A和7B所示。未經化學浸蝕的可變電阻器從試驗開始就產生了滑動噪聲，如圖7A所示;經過化學浸蝕的電阻元件制成的可變電阻器，沒有任何滑動噪聲，如圖7B所示。
表3化學成分濃度蒸餾水50毫升乙醇(96％)50毫升鹽酸(比重1.15)50毫升硫酸銅10克
在本實施例中，如表3所示含有硫酸銅的溶液作為化學浸蝕液，因為本發明中化學浸蝕的目的是消除電阻絲的表層雜質，所以，只要能滿足這一目的，任何成分和濃度的溶液都可以采用。即根據所浸蝕的電阻絲的組成來選擇任何成分和濃度的浸蝕液。要想均勻而迅速地浸蝕一個很好地繞于芯子上的電阻絲，溶液中應至少含有下列任一種硫酸銅、氯化銅、硝酸銅、氯化鐵。
實施例4
這個實施例涉及到用銅鎳電阻絲繞在一個芯子上制成一個電阻元件，將它進行化學浸蝕后，再浸泡于氨溶液中。
當含有銅的化學浸蝕液被使用時，銅會沉淀在經化學浸蝕的電阻絲的表面，用這種電阻絲制成的電阻元件，其滑動噪聲不會在浸蝕后立即測出。這種電阻絲經過長期高溫后，沉積在電阻絲表面的銅被氧化，就有滑動噪聲產生。在這種情況下，為了消除電阻絲表面沉積的銅，有必要將經過化學浸蝕的電阻元件浸入氨溶液中，如同實施例2。對于本實施例使用的銅鎳電阻絲來說，當使用經多次使用的化學浸蝕液進行化學浸蝕時，銅也會沉積于電阻絲表面，在這種情況下，也要將電阻絲浸入氨溶液中以達到消除銅沉積的效果。
在這個實施例中，線狀電阻材料是用市場上供應的直徑為120微米的銅鎳絲(商業名稱阿范斯線，ADVANCE，由Driver-Harris公司制造)，繞在直徑為1.2毫米的涂有聚酯層的銅芯子上制成，螺旋間距為180微米(如圖1A)。然后，用實施例3所述的方法(見圖1E)備制一個總電阻為20歐姆的馬蹄型電阻元件。將這個電阻元件浸泡在化學成份如表4所示的溶液中達5秒鐘，然后用實施例3中的辦法把它洗凈干凈，再將它浸入氨溶液5分鐘，用水沖洗并用熱空氣干燥。
表4化學成分 濃度蒸餾水 40毫升氯化銅 36克鹽酸 48毫升緩蝕劑 2％表面活化劑 0.01％
用以上方法制造的繞線型可變電阻器，其滑動噪聲測量結果如圖8A所示，沒有觀察到滑動噪聲。然后，把可變電阻在120℃的情況下保持240小時，測得滑動噪聲如圖8B所示。從圖中可以看出，即使經過長時間的高溫后，電阻元件的滑動噪聲值沒有變化，也沒有惡化。
圖8C顯示測量結果，是對僅經過化學浸蝕未浸泡過氨溶液的電阻元件的可變電阻器滑動噪聲的結果，與圖8A和圖8B情況一樣，也沒有觀察到滑動噪聲。
將電阻元件僅經過化學浸蝕但未浸入于氨溶液中，又在120℃的高溫下保持120小時后，用它做成可變電阻器，其滑動噪聲的測量結果如圖8D所示。在這種情況下，電阻絲表面的銅被氧化，起到絕緣層作用，使滑動噪聲又產生。
在本實施例中，用于消除電阻絲表面銅沉淀所用的溶液，不僅限于氨溶液，只要能消除銅沉淀并對電阻絲無有害作用的任何溶液都可使用，這種情況與實施例2相同。
前面已對本發明的四個實施例進行了描述，因為本發明中所用的電解液和化學浸蝕液均顯強酸性，殘留在浸蝕后的電阻元件表面上的溶液可能會引起腐蝕，導致電阻絲斷裂，在用水沖洗前將電阻元件浸泡于堿性溶液中，如苛性堿，碳酸氫鈉，碳酸鈣，消石灰等等進行中和，可以起到防止這種腐蝕的作用。
由于浸蝕過程中，電阻絲表面雜質被消除，電阻絲的直徑減少，電阻值增大。浸蝕過度會使電阻絲在組裝時斷裂。在電解浸蝕時要特別注意，接在電極上的那部分電阻絲浸蝕程度比其它部分嚴重，這會引起電阻絲的電阻隨地點不同而不同。在后續處理中，將電阻值增加限制為其值的10%，這樣，隨地點不同阻值的變化可忽略不計，而不會發生斷裂。
權利要求
1、一個用于繞線型可變電阻器上的電阻元件，其中，繞在芯子上的，用于上述電阻元件上金屬電阻絲經過浸蝕處理。
2、根據權利要求
1所述的繞線型可變電阻器的電阻元件，其中，浸蝕處理是電解浸蝕或化學浸蝕。
3、根據權利要求
2所述的繞線型可變電阻器的電阻元件，其中，上述芯子是由銅絲涂有合成樹脂構成，上述電阻絲是鎳鉻線或鎳銅線構成。
4、一種制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其特征在于將金屬電阻絲繞于芯子上構成電阻材料，上述電阻材料的電阻絲經過浸蝕處理。
5、根據權利要求
4所述的制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其中所述芯子由帶有合成樹脂層的銅線制成，上述電阻絲由鎳鉻線或鎳銅線構成。
6、根據權利要求
5所述的制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其中上述浸蝕處理是電解浸蝕。
7、根據權利要求
6所述的制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其中，浸蝕所使用的電解液包含下列中至少一種硫酸，過硫酸銨，草酸，硝酸，硝酸銅和磷酸。
8、根據權利要求
7所述的制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其中，上述電阻絲經過電解浸蝕后浸于清除銅的溶液。
9、根據權利要求
5所述的制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其中，上述浸蝕處理是化學浸蝕。
10、根據權利要求
9所述的制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其中，上述化學浸蝕所用溶液至少為下列中任一種氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、氯化鐵。
11、根據權利要求
10所述的制造繞線型可變電阻器電阻元件的方法，其中，上述電阻絲經過化學浸蝕處理后浸入一種能清除銅的溶液。
12、根據權利要求
4-11中任一個所述的制造繞線型可變電阻器的電阻元件的方法，其中，上述浸蝕處理應該限制到這種的程度，即在對電阻絲的后續處理中使其電阻值不能超過處理前電阻值的10%。
專利摘要
一種用于制造低滑動噪聲的繞線型可變電阻器的電阻元件及其制造方法。這種用金屬電阻絲繞在一個芯子上制成的電阻元件須經浸蝕處理的，經過處理，電阻絲表面層起斷緣作用的金屬氧化物、氯化物、硫化物、有機分子、吸附氣體和其它雜質被消除和移走。此外，將浸蝕處理過的電阻元件浸入氨溶液，從而消除電阻絲表面沉積的銅。
文檔編號H01C17/04GK86101687SQ86101687
公開日1986年11月5日 申請日期1986年3月15日
發明者長野謙太郎, 小谷太一郎 申請人:東京宇宙電機株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan