专利名称:用于绕线型可变电阻的电阻元件及其制造方法
本发明是关于一种用于绕线型可变电阻器的电阻元件及其制造方法。
一般来说，绕线型可变电阻器作为电阻元件，其金属电阻丝是绕在芯子上，通过一个滑动触头的移动可获得一个理想的电阻值。这种绕线型可变电阻器的缺点之一是有滑动噪声，这是由于滑动触头在电阻元件上滑动而引起的。有些常规的绕线型可变电阻器在组装好以后就会产生滑动噪声，其它类型的可变电阻器在经过一定时间或受到高温作用后产生滑动噪声。这种可变电阻器的滑头触头在电阻元件上反复滑动几次后，其滑动噪声可能会暂时消失，但经过一定的时间或高温气候后，曾经消失的噪声再次产生出来。这些滑动噪音能引起滑动触头与电阻元件之间的接触不稳定，由金属氧化物，氯化物和硫化物，并伴随各种有机分子，吸附气体和其它杂质造成在电阻线圈表面形成了薄膜，其作用相当于电阻元件表面上的绝缘层。特别是，这个由金属氧化物，氯化物和硫化物形成的表面薄膜部分地归咎于外界气候的氧化，或者归咎于金属电阻丝拉膜中(die-drawing)使用的润滑剂的合成物所形成的金属间的化合物(例如，硫化铁、氯化铁等)。
防止由电阻丝表面薄膜而造成的滑动噪声的方法，已经在日本实用新型1963年公开号为27447和1979年公开号为33081上公开。前者是关于这样一种方法，其中在电阻丝与滑动触头相接触的部分涂上银涂料或镀上银的薄膜，从而形成一个不易氧化的导电层以防止这部分电阻丝氧化。从另一方面而言，后者方法涉及将涂有导电树脂膜的电阻丝绕在芯子上以防止电阻丝与滑动触头接触的那部分电阻丝氧化。由于上述的方法使电阻丝的成本增加，除了用于特殊目的可变电阻器外，两种方法都是不实用的。此外，这些常规的技术仅仅涉及到防止外部气候对电阻丝的氧化，而不涉及防止在电阻丝拉膜时由润滑剂合成物在电阻丝表面形成的合金使滑动电阻增加。
在美国专利第3697920号的说明书中，公开了一种在电阻丝表面涂上硅酸铝，以减小电阻元件与滑动触头之间的滑动噪声的技术。尽管，这份美国书中对为什么电阻元件表面上涂硅酸铝可使滑动噪声减小的原因尚未弄清楚。但是，很明显这个专利没有力图消除电阻元件拉膜时在电阻丝表面上由润滑剂合成物而形成的薄膜。
还有另一种减小绕线型可变电阻器的滑动噪音的方法，它是通过增加滑动触头与电阻元件的接触压力来实现的。一个电阻元件(用小型绕线型可变电阻器总电阻值为20个欧姆为例)，其电阻丝采用直径接近于16微米细的电阻元件。这样，增加接触压力是不可能的，因为电阻丝可能断裂。
本项发明的目的就是提供一个克服前面所述的缺点，具有低噪声特性的绕线型可变电阻器，以及制造方法。
根据这项发明，绕线型可变电阻器的电阻元件的特征在于在芯子上的电阻材料的金属电阻丝是要经过浸蚀处理的。
根据这项发明，制造绕线型可变电阻器的电阻元件方法，其特征在于由绕在芯子上的金属丝而组成电阻材料且电阻材料的电阻丝须经浸蚀处理。
图1A是一线状电阻材料的透视图。
图1B是由图1A所示的线状电阻材料截下的一段电阻元件的透视图。
图1C是由图1A所示的线状电阻材料螺旋缠绕而得到的螺线管的透视图。
图1D是由图1C所示的螺母管截下的一段线圈的图示说明。
图1E是由图1D所示的一匝线圈所组成马蹄型的电阻元件。
图2是滑动噪声测量装置的图示说明。
图3A是未经电解浸蚀的电阻元件的滑动噪声值的图示说明。
图3B是经过电解浸蚀的电阻元件的滑动噪声值的图示说明。
图4是叙述电解浸蚀方法的图示说明。
图5A是未经电解浸蚀的电阻元件的滑动噪声值的图示说明。
图5B是经过电解浸蚀的电阻元件的滑动噪声值的图示说明。
图6A是未浸入氨溶液的电阻元件的滑动噪声值的图示说明。
图6B是浸入氨溶液的电阻元件滑动噪声值的图示说明
图7A是未经化学浸蚀的电阻元件的绕线型可变电阻器的滑动噪声值的图示说明。
图7B是经过化学浸蚀的电阻元件的绕线型可变电阻器的滑动噪声值的图示说明。
图8A是经过氨溶液浸泡的电阻元件并即组装成的绕线型可变电阻器的滑动噪声值的图示说明。
图8B是经过预定温度和预定时间的氨溶液浸泡的电阻元件组装的绕线型可变电阻器的滑动噪声值的图示说明。
图8C是经过化学浸蚀但未经氨溶液浸泡立即装成的绕线型可变电阻器的滑动噪声值的图示说明。
图8D是经过预定时间和温度的化学浸蚀但未经氨溶液浸泡的电阻元件组成的绕线型可变电阻器的滑动噪声值的图示说明。
这个发明是基于这样一个概念，将绕在芯子上的电阻丝进行电解或化学浸蚀处理后，能够消除电阻丝表面的少量金属和杂质，这样清除金属的氧化物、氯化物和硫化物、有机分子、吸附气体和其他杂质，使电阻丝表面清洁了，从而减少或消除滑动噪声。
虽然根据各种特殊的应用各类的合金导线可被用来做电阻丝，铬镍(Ni-Cr)合金和铜镍(Cu-Ni)合金的用途最为普遍。由于经过浸蚀处理的铬镍合金和铜镍合金，在外界气候下，温度接近120℃也不氧化，故电阻丝大都用这些金属制成。所以，不必担心经过浸蚀处理的电阻丝，在正常外界气候下会被损坏。
然而对用铜镍制成的电阻丝来说，铜可能会析出在电阻丝的表面，但要取决于浸蚀的条件。
当这样的电阻丝在高温下保持长时间加热时，析出的铜被氧化了，它相当于绝缘层助长滑动噪声。在这种情况下，溶解掉析出的铜是必要的。
用铜镍和铬镍合金制造的电阻丝，只要其表面薄膜存在，它就是光滑的。经过浸蚀处理后，表面的薄膜被清除，其光滑的表面随之消失变成不光滑的表面了。不光滑表面增加了摩擦，这样就改变了电阻元件和滑动触头之间的接触电阻，这对于改善滑动噪声是很有好处的。
下面，将参考实施例，对本发明进行详细的描述。
实施例1
这个实施例涉及到对一个铬镍合金制成的电阻丝绕在芯子上而制成的电阻元件进行电解浸蚀处理。
如图1A所示，线状电阻材料3是由可以从市场大量得到的直径为57微米的铬镍合金电阻丝2(商业名称镍铬系精密级电阻丝Karma，由Driver-Harris公司造)，绕在直径为1.4毫米的涂聚酯铜芯1上，其螺旋线间隔为89微米。如图1B所示，电阻元件4是从线状电阻材料3截下的，它的两个端点5和6是焊接口，其长度是使两端点间的电阻值为500欧姆。
电阻元件4(未经电解浸蚀)是这些制造的，用丙酮将电阻丝表面杂质清除，然后用超声波加热使其干噪。然后，用图2所示的滑动噪声测量装置，测量电阻元件4的滑动噪声。滑动噪声的测量是根据MIL详细说明(MIL-R-27208A峰值噪音的测量)中所述的恒定电流法来实现的。电阻元件4的两个端头5和6都要接在示波器11的垂直输入端上，置于电阻元件4上的滑动触头12通过安培计13，与恒流源14相联，电阻元件4的端头6与恒流源14相联，1mA的恒定电流通过滑动头12和电阻元件4的端头6，如图中箭头所示，将滑动头以每秒3毫米的速率从端头5移到端头6，然后从端头6移到端头5，测量在整个滑动范围内的滑动噪声。图3A表示在示波器上测到的滑动噪声值。在图中，纵坐标代表测量的滑动噪声值，横坐标是时间轴。虚线箭头的部分代表滑动头12向前移动时的噪声，实线箭头的部分代表滑动头12向后移动的噪声。在滑动头移动的整个范围上，我们发现未经电解浸蚀的电阻元件4会产生很高的滑动噪声。此滑动噪声是由电阻丝表面形成的薄膜(金属氧化物、氯化物、硫化物，等等)引起的。
接着，选择这种会产生滑动噪声的电阻元件4并进行电解浸蚀。图4表示一套对电阻元件4进行电解浸蚀处理的装置。电解浸蚀是这样进行的，把电阻元件4作为阳极，用铂丝悬挂于盛有草酸电解液的容器中，溶液的成份如表1所示;从串联可变电阻器19的直流电源上取6伏直流电压，加在阳极电阻元件4和阴极不锈钢17上达10秒钟，在图中标号20表示伏特计，21表示安培计。10秒钟后，用水冲洗电阻元件4约10分钟同时加入超声波，然后用乙醇使水分挥发并把热空气加热至120℃使其干燥。
表1化学成分浓度蒸馏水100毫升草酸10克
然后，在与前面所述条件相同情况下，对经过电解浸蚀的电阻元件4进行滑动噪声测量，测量结果如图3B所示，虽然在开始、结束和改变滑动头的运动方向时稍有滑动噪声被观察到，但其它的时刻是没有噪声的，这是因为如下事实不仅起绝缘层作用的金属氧化物、氯化物和硫化物被消除，而且在电阻丝表面形成的有机分子、吸附气体和其他杂质，也都用电解浸触法清除。
实施例2
这个实施例涉及对一个铜镍合金线绕在芯子上而制成的电阻元件进行电解浸蚀处理。
如图1A所示，用直径为90微米铜镍电阻丝2(商业名称CN线，Tokyo Senzai Kogyo公司制造)绕在直径为1.3毫米的涂聚酰胺亚氨的铜芯线1上做成一个线状电阻材料3，其螺旋间隔为140微米。从电阻材料3上截下一段其电阻为50欧姆，构成电阻元件4，如图1B所示。与实施例1过程一致，测量未经过电解浸蚀的电阻元件4的滑动噪声，然后，用图4所示方法对电阻元件4进行电解浸蚀。电解液15的化学成分如表2所示，主要成分是磷酸。用一镍片做阴极17加5伏直流电压持续7秒钟。然后将电阻元件4浸入10%的烧碱溶液进行中和，再用水冲洗10分钟，加乙醇挥发并加热空气使其干燥。
表2化学成分浓度蒸馏水30毫升磷酸(比重1.71)70毫升硫酸(比重1.845毫升
即使电阻元件在未经电解浸蚀时所产生的滑动噪声是很大的，如图55A所示，而经过电解浸蚀，其滑动噪声却完全消失，如图5B所示。
在这个实施例中，对电解浸蚀的条件已经做了叙述，即加5伏电压并持续7秒钟，但是电压可以在2伏到10伏内变化，时间可在2秒到60秒内变化。在电压低于2伏时，浸蚀不能进行，而电压高于10伏时，局部浸蚀的不均匀会使电阻元件表面产生气体。若施加电压的时间短于2秒，电阻丝表面未浸蚀区域会保留于电阻丝表面，这将不能消除滑动噪声。若施加电压时间大于等于60秒，浸蚀后的电阻丝的电阻值将难于确定。
在这个实施例中，采用了铜镍电阻丝，电解浸蚀所用的电解液是可以长期使用的，但是电解液的使用时间过长，会导致已经消除的电阻丝表层的铜再次沉淀生成。对于这样的电阻丝来说，其滑动噪声并不能立即被测量出来，但经过长时间高温气候以后，沉淀的铜将被氧化，并引起滑动噪声。这个问题可以这样来解决，把电解浸蚀后的电阻元件浸入氨溶液中，然后冲洗干净并使其干燥。虽然浸泡的时间没有限制，但20分钟已足够了。
图6A和6B显示了两个电阻元件滑动噪声的测量结果，它们都经过了长期使用后的电解浸蚀液的处理，其中一个又经过了氨溶液浸泡处理，另一个则没有经氨溶液处理，并将它们放在120℃的空气中达96小时。没有经氨溶液浸泡的电阻元件，沉淀的铜被氧化了，产生的滑动噪声如图6A所示，经过氨溶液浸泡的电阻元件，因为沉淀的铜在氨溶液中被清除，如图6B所示没有滑动噪声出现。
在前面提到的两个实施例中，实施例1中使用预定浓度的草酸溶液，做为电解浸蚀液，而实施例2中使用预定浓度的磷酸和硫酸的混合溶液，做为电解浸蚀液。然而，只要保证电阻丝的浸蚀是均匀的，对电解液的成分和浓度可不做限制。在本发明中，要特别意识到这一点，选择的电解液至少为下列物质中任一种，它们是硫酸、过硫酸铵、草酸、硝酸、硝酸铜和磷酸。它们可以保证绕于芯子上的电阻丝的直径和电阻特性是均匀的。另外，消除电阻丝表面沉淀铜的溶液不只限于氨溶液，也可以是其它成分的任何溶液，只要它们在消除铜的同时对电阻丝没有不利影响，就可使用。
实施例3
此实施例涉及到对铬镍电阻丝的电阻元件的化学浸蚀。
如图1A所示，用市场上大量供应的直径为16.5微米的铬镍电阻丝2(商标Molecuroi，由Molecu-Wire公司产生)绕在直径为1.4毫米的由涂聚酰胺亚胺的铜芯1上，螺旋间距为28微米。制成线状电阻材料3，用线状电阻材料绕成螺线管，如图1C所示，从螺线管7截下一匝得到线圈8，如图1D所示。将余下的螺线管7浸入化学成分如表3示的硫酸铜溶液中3秒钟，以进行化学浸蚀。然后，将线管7浸入PH值为11.5的烧碱溶液中进行中和，再用水冲洗5分钟，加入乙醇使水挥发并用热空气使其干燥。接着，再从螺绕管7截下另一匝线圈8，将一个经过化学浸蚀的和一个未经化学浸蚀的一匝线圈8都做成马蹄状的电阻元件9，将它们分别做成20欧姆的绕线式可变电阻器。
分别测量两个可变电阻器，测量的方法仍是如图2所示的恒定电流法，并在滑动头做往复运动的同时，用示波器观察它们的滑动噪声，测量的结果如图7A和7B所示。未经化学浸蚀的可变电阻器从试验开始就产生了滑动噪声，如图7A所示;经过化学浸蚀的电阻元件制成的可变电阻器，没有任何滑动噪声，如图7B所示。
表3化学成分浓度蒸馏水50毫升乙醇(96％)50毫升盐酸(比重1.15)50毫升硫酸铜10克
在本实施例中，如表3所示含有硫酸铜的溶液作为化学浸蚀液，因为本发明中化学浸蚀的目的是消除电阻丝的表层杂质，所以，只要能满足这一目的，任何成分和浓度的溶液都可以采用。即根据所浸蚀的电阻丝的组成来选择任何成分和浓度的浸蚀液。要想均匀而迅速地浸蚀一个很好地绕于芯子上的电阻丝，溶液中应至少含有下列任一种硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、氯化铁。
实施例4
这个实施例涉及到用铜镍电阻丝绕在一个芯子上制成一个电阻元件，将它进行化学浸蚀后，再浸泡于氨溶液中。
当含有铜的化学浸蚀液被使用时，铜会沉淀在经化学浸蚀的电阻丝的表面，用这种电阻丝制成的电阻元件，其滑动噪声不会在浸蚀后立即测出。这种电阻丝经过长期高温后，沉积在电阻丝表面的铜被氧化，就有滑动噪声产生。在这种情况下，为了消除电阻丝表面沉积的铜，有必要将经过化学浸蚀的电阻元件浸入氨溶液中，如同实施例2。对于本实施例使用的铜镍电阻丝来说，当使用经多次使用的化学浸蚀液进行化学浸蚀时，铜也会沉积于电阻丝表面，在这种情况下，也要将电阻丝浸入氨溶液中以达到消除铜沉积的效果。
在这个实施例中，线状电阻材料是用市场上供应的直径为120微米的铜镍丝(商业名称阿范斯线，ADVANCE，由Driver-Harris公司制造)，绕在直径为1.2毫米的涂有聚酯层的铜芯子上制成，螺旋间距为180微米(如图1A)。然后，用实施例3所述的方法(见图1E)备制一个总电阻为20欧姆的马蹄型电阻元件。将这个电阻元件浸泡在化学成份如表4所示的溶液中达5秒钟，然后用实施例3中的办法把它洗净干净，再将它浸入氨溶液5分钟，用水冲洗并用热空气干燥。
表4化学成分 浓度蒸馏水 40毫升氯化铜 36克盐酸 48毫升缓蚀剂 2％表面活化剂 0.01％
用以上方法制造的绕线型可变电阻器，其滑动噪声测量结果如图8A所示，没有观察到滑动噪声。然后，把可变电阻在120℃的情况下保持240小时，测得滑动噪声如图8B所示。从图中可以看出，即使经过长时间的高温后，电阻元件的滑动噪声值没有变化，也没有恶化。
图8C显示测量结果，是对仅经过化学浸蚀未浸泡过氨溶液的电阻元件的可变电阻器滑动噪声的结果，与图8A和图8B情况一样，也没有观察到滑动噪声。
将电阻元件仅经过化学浸蚀但未浸入于氨溶液中，又在120℃的高温下保持120小时后，用它做成可变电阻器，其滑动噪声的测量结果如图8D所示。在这种情况下，电阻丝表面的铜被氧化，起到绝缘层作用，使滑动噪声又产生。
在本实施例中，用于消除电阻丝表面铜沉淀所用的溶液，不仅限于氨溶液，只要能消除铜沉淀并对电阻丝无有害作用的任何溶液都可使用，这种情况与实施例2相同。
前面已对本发明的四个实施例进行了描述，因为本发明中所用的电解液和化学浸蚀液均显强酸性，残留在浸蚀后的电阻元件表面上的溶液可能会引起腐蚀，导致电阻丝断裂，在用水冲洗前将电阻元件浸泡于碱性溶液中，如苛性碱，碳酸氢钠，碳酸钙，消石灰等等进行中和，可以起到防止这种腐蚀的作用。
由于浸蚀过程中，电阻丝表面杂质被消除，电阻丝的直径减少，电阻值增大。浸蚀过度会使电阻丝在组装时断裂。在电解浸蚀时要特别注意，接在电极上的那部分电阻丝浸蚀程度比其它部分严重，这会引起电阻丝的电阻随地点不同而不同。在后续处理中，将电阻值增加限制为其值的10%，这样，随地点不同阻值的变化可忽略不计，而不会发生断裂。
权利要求
1、一个用于绕线型可变电阻器上的电阻元件，其中，绕在芯子上的，用于上述电阻元件上金属电阻丝经过浸蚀处理。
2、根据权利要求
1所述的绕线型可变电阻器的电阻元件，其中，浸蚀处理是电解浸蚀或化学浸蚀。
3、根据权利要求
2所述的绕线型可变电阻器的电阻元件，其中，上述芯子是由铜丝涂有合成树脂构成，上述电阻丝是镍铬线或镍铜线构成。
4、一种制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其特征在于将金属电阻丝绕于芯子上构成电阻材料，上述电阻材料的电阻丝经过浸蚀处理。
5、根据权利要求
4所述的制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其中所述芯子由带有合成树脂层的铜线制成，上述电阻丝由镍铬线或镍铜线构成。
6、根据权利要求
5所述的制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其中上述浸蚀处理是电解浸蚀。
7、根据权利要求
6所述的制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其中，浸蚀所使用的电解液包含下列中至少一种硫酸，过硫酸铵，草酸，硝酸，硝酸铜和磷酸。
8、根据权利要求
7所述的制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其中，上述电阻丝经过电解浸蚀后浸于清除铜的溶液。
9、根据权利要求
5所述的制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其中，上述浸蚀处理是化学浸蚀。
10、根据权利要求
9所述的制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其中，上述化学浸蚀所用溶液至少为下列中任一种氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化铁。
11、根据权利要求
10所述的制造绕线型可变电阻器电阻元件的方法，其中，上述电阻丝经过化学浸蚀处理后浸入一种能清除铜的溶液。
12、根据权利要求
4-11中任一个所述的制造绕线型可变电阻器的电阻元件的方法，其中，上述浸蚀处理应该限制到这种的程度，即在对电阻丝的后续处理中使其电阻值不能超过处理前电阻值的10%。
专利摘要
一种用于制造低滑动噪声的绕线型可变电阻器的电阻元件及其制造方法。这种用金属电阻丝绕在一个芯子上制成的电阻元件须经浸蚀处理的，经过处理，电阻丝表面层起断缘作用的金属氧化物、氯化物、硫化物、有机分子、吸附气体和其它杂质被消除和移走。此外，将浸蚀处理过的电阻元件浸入氨溶液，从而消除电阻丝表面沉积的铜。
文档编号H01C17/04GK86101687SQ86101687
公开日1986年11月5日 申请日期1986年3月15日
发明者长野谦太郎, 小谷太一郎 申请人:东京宇宙电机株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan