DE60025078T2 - Mittels Druck veränderbarer Widerstand - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C10/00Adjustable resistors
    • H01C10/10Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force
    • H01C10/106Adjustable resistors adjustable by mechanical pressure or force on resistive material dispersed in an elastic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00Miscellaneous
    • H01H2239/078Variable resistance by variable contact area or point

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen variablen Widerstand, der angepasst ist, für ein Videospielgerät oder dergleichen benutzt zu werden.
  • Ein herkömmlicher variabler Widerstand wird im folgenden mit Bezug auf 10 bis 13 beschrieben. Ein isoliertes Substrat 32 ist in einem Gehäuse 31 umfassend eine Kunstharzform untergebracht.
  • Ein fester Kontakt 33 weist ein Paar von Kamm-förmigen Kontakten auf, die in einem bestimmten Abstand auf einer Seitenoberfläche des isolierten Substrats 32, wie in 11 und 13 dargestellt, gebildet sind.
  • Ein fester Widerstand 34 ist an der anderen Oberfläche des isolierten Substrats angebracht. Wie in 13 dargestellt, wird eine Verbindung des festen Kontakts 33 und des festen Widerstands 34 durch Verbinden eines der Kontakte des festen Kontakts 33 und einer Seite des festen Widerstands mit einer Verbindungsleitung 35 bewerkstelligt. Der andere Kontakt des festen Kontakts 33 ist mittels einer Verbindungsleitung 36 mit Masse verbunden. Das andere Ende des festen Widerstands 34 ist mit einem Energieversorgungsanschluss T1 über eine Verbindungsleitung 37 verbunden. Ein abgehender Anschluss T2 ist mit der Verbindungsleitung 35 über eine Verbindungsleitung 38 verbunden.
  • Ein druckempfindliches Element 39 ist aus einem Scheiben-förmigen druckempfindlichen leitenden Gummi hergestellt. Dieses druckempfindliche Element 39 ist derart angeordnet, um über das Paar von festen Kontakten 33 ausgebreitet zu werden.
  • Ein Pufferelement 40 ist aus einem Gummimaterial hergestellt. Das Pufferelement 40 ist auf der oberen Oberfläche des druckempfindlichen Elements 39 in einem Zustand platziert, in welchem es dem festen Kontakt 33 gegenüberliegt, und ist an diesem mittels eines Klebers oder dergleichen angebracht.
  • Ein Betriebselement 41, das eine Kunstharzform oder dergleichen aufweist, ist auf der oberen Oberfläche des Pufferelements 40 positioniert und in einem Zustand angebracht, in dem es aus einer Öffnung 31a des Gehäuses 31 hervorsteht.
  • Im folgenden wird ein Betrieb des herkömmlichen variablen Widerstands mit der oben genannten Konfiguration nunmehr beschrieben. Wenn die obere Oberfläche des Betriebselements 41 gedrückt wird, wird das druckempfindliche Element 39 über das Pufferelement 40 zusammengedrückt und unter dem Druck deformiert, um eine Widerstandswertänderung an dem Abschnitt des druckempfindlichen Elements 39 zu verursachen, das auf diese Weise zusammengedrückt wird. Die Widerstandswertänderung verursacht durch eine Änderung dieser Druckkraft wird zwischen dem Paar der Kamm-förmigen Kontakte des festen Kontakts 33 detektiert.
  • Auf ein Lösen des Zusammendrückvorgangs des Betriebselements 41 hin wiedererlangen das druckempfindliche Element 39 und das Pufferelement 40 deren ursprünglichen Zustand als Folge ihrer eigenen Elastizität, und gleichzeitig wiedererlangt auch das Betriebselement 41 seinen ursprünglichen Zustand.
  • Die Änderungscharakteristik der Druckkraft und des elektrischen Widerstands, wenn das druckempfindliche Element 39 betätigt wird, ist derart, dass, wie in 12 dargestellt, der Widerstandswert sich in dem Anfangsstadium des Zusammendrückens in einem steilen Verlauf ändert, eine gekrümmte Veränderung in dem folgenden mittleren Stadium aufweist, und nahezu keine Veränderung in dem finalen Stadium, wie mittels einer Änderungskurve K2 dargestellt.
  • Da das druckempfindliche Element 39 aus einem druckempfindlichen leitenden Gummi hergestellt ist, weist die Kennlinie (Änderungskurve) eine große Streuung auf, und in der Herstellung des druckempfindlichen Elements 39 tritt außerdem eine Streuung hinsichtlich der Dicke auf, was in einer erheblichen Streuung der Kennlinie (Änderungskurve) resultiert.
  • Solch ein variabler Widerstand ist geeignet, in einem elektrischen Schaltungsdiagramm, wie in 13 dargestellt, das Teil in einem Spielgerät oder dergleichen ist, verwendet zu werden.
  • Gemäß diesem Schaltungsdiagramm wird, wenn eine Spannung zwischen einem Anschluss T1 und der Verbindungsleitung 36 aufgeprägt wird, eine Ausgabespannung, die zwischen dem festen Widerstand 34 und dem variablen Widerstand basierend auf dem druckempfindlichen Element 39 auf dem festen Kontakt 33 verfügbar ist, von einem Anschluss T2 entnommen.
  • Wenn solch ein variabler Widerstand genutzt wird, beispielsweise für einen Geschwindigkeitsbetrieb eines Fahrzeugs in einem Spielgerät, verändert sich der Widerstandswert in dem Anfangsstadium des Zusammendrückvorgangs des Betriebselements 41 in einer steilen Weise, was es folglich schwierig gestaltet, einen Geschwindigkeitsbetrieb durchzuführen. In dem letzteren Stadium des Zusammendrückvorgangs tritt nahezu keine Widerstandswertveränderung auf. Dies führt dazu, dass der Benutzer eine unbehagliche Empfindung dahingehend fühlt, relativ zu dem Zusammendrückvorgang nicht in Einklang mit der Geschwindigkeit zu sein.
  • Wenn nur der gekrümmte Veränderungsabschnitt in der Mitte der Änderungskurve K2 verwendet wird, führt die leichte Widerstandswertveränderung während dieses Verlaufs zu einer schlechteren Bedienbarkeit.
  • In dem herkömmlichen variablen Widerstand verursacht die Verwendung des druckempfindlichen Elements 39, das aus einem druckempfindlichen leitenden Gummi hergestellt ist, eine erhebliche Streuung der Kennlinie (Änderungskurve). Weiterhin stellt in der Herstellung des druckempfindlichen Elements 39 eine Streuung der Dicke ein Problem hinsichtlich einer großen Streuung der Kennlinie (Änderungskurve) dar.
  • Wenn der variable Widerstand unter Benutzung eines druckempfindlichen Elements 39 zum Beispiel für einen Geschwindigkeitsbetrieb eines Fahrzeugs in einem Spielgerät benutzt wird, gestaltet es eine steile Widerstandswertveränderung in dem anfänglichen Stadium des Zusammendrückvorgangs des Betriebselements 41 schwierig, einen Geschwindigkeitsbetrieb durchzuführen, und in dem letzteren Stadium des Zusammendrückvorgangs verursacht die kleinste Widerstandswertveränderung ein Problem eines erheblichen Unbehaglichkeits empfindens dahingehend, relativ zu dem Zusammendrückvorgang nicht in Einklang mit der Geschwindigkeit zu sein.
  • Wenn nur der gekrümmte Veränderungsabschnitt in der Mitte der Änderungskurve K2 des druckempfindlichen Elements 39 benutzt wird, führt die kleinste Widerstandswertveränderung in diesem mittleren Stadium zu einem Problem einer schlechteren Bedienbarkeit.
  • In diesem Fall ist das druckempfindliche Element 39 immer in einem vorbereitenden gedrückten Zustand durch den festen Kontakt 33. In diesem Fall ist der Druck nicht konstant unter dem Einfluss einer Streuung hinsichtlich der Größe von Teilen und der Anordnung, was folglich in einer erheblichen Streuung der Ausgabe resultiert, abgeleitet von dem abgehenden Anschluss T2 in dem nicht-betreibenden Zustand. Zusätzlich führt eine Verschlechterung der Elastizität des druckempfindlichen Elements 39 über die Zeit zu einem Problem einer kürzeren Betriebslebensdauer. Da es notwendig ist, den fixierten Widerstand 34 separat von dem variablen Widerstand zu benutzen, und der fixierte Widerstand 34 auf dem isolierten Substrat 32 angebracht und verdrahtet ist, wird ein anderes Problem eines komplizierten Betriebs und höherer Kosten geschaffen.
  • US 5 376 913 A offenbart einen variablen Widerstand, der einen Widerstandswert aufweist, umfassend: ein isoliertes Substrat; eine erste und zweite Widerstandsstruktur, die auf dem isolierten Substrat gebildet ist; eine erste Leiterstruktur, die Enden auf einer Seite der ersten und zweiten Widerstandsstruktur elektrisch verbindet; einen deformierbaren leitenden Kontakt, der eine konvex gebogene Oberfläche aufweist, die in Richtung des isolierten Substrats angeordnet ist, und der gegenüberliegend zu der ersten Widerstandsstruktur angeordnet ist; und ein Halteelement, auf welchem der leitende Kontakt vorgesehen ist; wobei der leitende Kontakt, wenn er verformt ist, verursacht wird, die Kontaktfläche mit der ersten Widerstandsstruktur zu verändern, so dass der Widerstandswert variabel ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Widerstand bereitgestellt, der einen Widerstandswert aufweist, umfassend: ein isoliertes Substrat; eine erste und zweite Widerstandsstruktur, die auf dem isolierten Substrat gebildet sind; eine erste Leiterstruktur, die Enden auf einer Seite der ersten und zweiten Widerstandsstruktur elektrisch verbindet; einen deformierbaren leitenden Kontakt, der eine konvex gewölbte Oberfläche aufweist, die in Richtung des isolierten Substrats angeordnet ist, und der gegenüberliegend zu der ersten Widerstandsstruktur angeordnet ist; und ein Halteelement, auf welchem der leitende Kontakt vorgesehen ist; wobei der leitende Kontakt, wenn er deformiert ist, veranlasst wird, die Kontaktfläche mit der ersten Widerstandsstruktur zu ändern, so dass der Widerstandswert variabel ist; dadurch gekennzeichnet, dass: die erste Leiterstruktur einen bandförmigen Abschnitt aufweist; ein bandförmiges Widerstandselement mit einer Breite (H2) mittels Drucken geformt wird, so dass es sich in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem bandförmigen Abschnitt erstreckt; die erste Widerstandsstruktur aus dem Teil des Widerstandselements besteht, der sich in eine der Richtungen erstreckt, die zweite Widerstandsstruktur aus dem Teil des Widerstandselements besteht, der sich von dem bandförmigen Abschnitt in die andere Richtung erstreckt; und der leitenden Kontakt eine Abmessung (H1) aufweist, die größer ist als die Breite (H2) der ersten Widerstandsstruktur, so dass der leitende Kontakt mit der gesamten Breite (H2) des Rechtecks der ersten Widerstandsstruktur in Kontakt ist.
  • Vorzugsweise sind eine zweite und dritte Leiterstruktur in elektrischer Kommunikation mit den anderen Enden der ersten und zweiten Widerstandsstruktur gebildet; und die erste Widerstandsstruktur, die zwischen der ersten und zweiten Leiterstruktur positioniert ist, weist einen Widerstandswert auf, der größer ist, als der Widerstandswert der zweiten Widerstandsstruktur, die zwischen der ersten und dritten Leiterstruktur positioniert ist. Vorzugsweise ist der leitende Kontakt durch Mischung eines Gummimaterials mit Kohlenstoff hergestellt.
  • Vorzugsweise hat das Halteelement Füße, die derart geformt sind, dass sie in Kontakt mit dem isolierten Substrat treten und den leitenden Kontakt umgeben; und die Füße haben eine Öffnung in einer Richtung der gewölbten Oberfläche.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun, nur beispielhaft, im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • 1 ist eine teilweise Schnittansicht des variablen Widerstands der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Draufsicht eines isolierten Substrats in dem variablen Widerstand der Erfindung;
  • 3 ist eine Schnittansicht der 2 entlang der Schnittlinie III-III;
  • 4 ist eine Unteransicht eines Halteelements in dem variablen Widerstand der Erfindung;
  • 5 ist eine Schnittansicht der 4 entlang der Schnittlinie V-V;
  • 6 ist eine Schnittansicht der 4 entlang der Schnittlinie VI-VI;
  • 7 ist eine beschreibende Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem leitenden Kontakt und der Widerstandsstruktur in dem variablen Widerstand der Erfindung veranschaulicht;
  • 8 ist ein Diagramm, das die Änderungskennlinie der Druckkraft und des elektrischen Widerstands in dem variablen Widerstand der Erfindung veranschaulicht;
  • 9 ist ein Schaltungsdiagramm des variablen Widerstands der Erfindung;
  • 10 ist eine teilweise Schnittansicht eines konventionellen variablen Widerstands,
  • 11 ist eine beschreibende Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem festen Kontakt und dem Pufferelement des druckempfindlichen Elements in dem konventionellen variablen Widerstand veranschaulicht;
  • 12 ist ein Diagramm, das die Änderungskennlinie der Druckkraft und des elektrischen Widerstands in dem konventionellen variablen Widerstand veranschaulicht; und
  • 13 ist ein Verdrahtungsdiagramm des konventionellen variablen Widerstands.
  • Eine Ausführungsform des variablen Widerstands wird nun im Folgenden mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben. Ein Gehäuse 1, das eine Kunstharzform oder dergleichen aufweist, hat eine Öffnung 1a. Ein rechteckiges Substrat 2, das als ein Trägersubstrat dient, weist ein hartes isoliertes Substrat oder dergleichen auf, und ist in einem Zustand, in welchem es in dem Gehäuse 1 untergebracht ist, an dem Gehäuse 1 durch geeignete Mittel angebracht.
  • Das rechteckige isolierte Substrat 3 weist ein flexibles isolierendes Material auf. Eine erste Widerstandsstruktur 4 für den rechteckigen variablen Widerstand und eine zweite Widerstandsstruktur 5 für einen rechteckigen festen Widerstand sind zueinander parallel auf der oberen Oberfläche des isolierten Substrats 3 angeordnet, wie in 2 dargestellt.
  • Eine erste Leiterstruktur 6 mit einem bandförmigen Abschnitt 6a ist unterhalb der Grenze zwischen der ersten und zweiten Widerstandsstruktur 4 und 5 auf der oberen Oberfläche des isolierten Substrats 3 gebildet. Der band- oder gurtförmige Abschnitt 6a verbindet die Enden der ersten und zweiten Widerstandsstruktur 4 und 5. Eine zweite Leiterstruktur 7, die unterhalb des anderen Endes der ersten Widerstandsstruktur 4 positioniert ist, kommuniziert elektrisch mit der ersten Widerstandsstruktur 4, und eine dritte Leiterstruktur 8, die unterhalb des anderen Endes der zweiten Widerstandsstruktur 5 positioniert ist, kommuniziert elektrisch mit der zweiten Widerstandsstruktur 5. Diese Leiterstrukturen 7 und 8 sind auf der oberen Oberfläche des isolierten Substrats 3 gebildet.
  • In dieser Verbindungskonfiguration sind Schaltungen angeordnet, wie in 9 gezeigt. Die erste Leiterstruktur 6 nimmt die Form einer Struktur für das Nach-Außen-Führen einer Ausgangsspannung (OUTPUT) an, die zwischen der ersten und zweiten Widerstandsstruktur 4 und 5 verfügbar ist, wenn eine Spannung zwischen der dritten Leiterstruktur 8 für das Masseverbinden (GND) und der zweiten Leiterstruktur 7 für eine Energieversorgung (VCC) aufgeprägt wird.
  • Die isolierende Schicht 9, die ein isolierendes Material aufweist, ist auf der oberen Oberfläche des isolierten Substrats 3 gebildet, um die gesamte Oberfläche der zweiten Widerstandsstruktur 5 für einen festen Widerstand und Abschnitte der ersten und dritten Leiterstruktur 6 und 8 zu bedecken.
  • Das Verfahren zur Formung dieser ersten und zweiten Widerstandsstruktur 4 und 5, der ersten, zweiten und dritten Leiterstruktur 6, 7 und 8, und der isolierenden Schicht 9 umfasst die folgenden Schritte. Zuerst werden die erste, zweite und dritte Leiterstruktur 6, 7 und 8 umfassend eine Silberpaste gleichzeitig mittels Drucken auf dem isolierten Substrat 3 geformt.
  • Sonach werden die erste und zweite Widerstandsstruktur 4 und 5 gleichzeitig mittels Drucken einer Kohlenstoff-Widerstandspaste in rechteckige Formen über der ersten, zweiten und dritten Leiterstruktur 6, 7 und 8 geformt, die sich über den bandförmigen Abschnitt 6a der ersten leitenden Struktur 6 in zwei entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
  • Schließlich wird die isolierende Schicht 9 mittels Drucken einer isolierenden Paste umfassend ein isolierendes Material, um die zweite Widerstandsstruktur 5 zu bedecken, gebildet, wobei auf diese Weise die Herstellung abgeschlossen wird.
  • Das isolierte Substrat 3 mit der oben erwähnten Konfiguration wird an der oberen Oberfläche des Substrats 2 mittels geeigneter Mittel angebracht, die ein Festkleben mit einem Kleber beinhalten.
  • Das Halteelement 10, das eine Form eines elastischen Materials wie z.B. Gummi aufweist, ist in einer Hauben-Form, wie in 4 bis 6 gezeigt, geformt, und hat einen Halteabschnitt 10a, der als eine Deckenplatte dient, einen haubenförmigen Fuss 10b, der sich von dem Halteabschnitt 10a nach unten erstreckt, und eine einschnittförmige Öffnung 10c, die auf dem Fuss 10b in gegenüberliegender Weise vorgesehen ist.
  • Die bogenförmigen leitenden Kontakte 11 werden gebildet, indem Kohlenstoff mit einem Gummimaterial vermischt wird. Diese leitenden Kontakte 11 werden an dem unteren Teil des Halteabschnitts 10a angebracht, während sie durch den Fuss 10b des Halteelements 10 umgeben werden.
  • Diese leitenden Kontakte 11 werden ganzheitlich mit dem Halteelement 10 geformt, indem sie gleichzeitig mit der Bildung des Halteelements 10 geformt werden. Jeder dieser leitenden Kontakte hat eine gekrümmte Oberfläche 11a, konvex nach unten gerichtet, wie in 1, 5 und 7 dargestellt, und diese ge krümmte Oberfläche 11a wird derart geformt, dass sich der zentrale Abschnitt an der untersten Position befindet.
  • Das Halteelement 10, das die daran angebrachten leitenden Kontakte 11 aufweist, wobei die erste Widerstandsstruktur 4 von dem Fuss 10b umgeben ist, wird mit dem unteren Teil des Fusses 15b in Kontakt mit dem isolierten Substrat 3 gebracht.
  • An dieser Stelle weist der bogenförmige leitende Kontakt 11 die konvex gekrümmte Oberfläche 11a in einer Position gegenüberliegend zu dem isolierten Substrat 3 auf, um die erste rechteckige Widerstandsstruktur 4 zu überdecken und um der ersten Widerstandsstruktur 4 gegenüber zu liegen.
  • Wenn der obere Teil des Halteabschnitts 10a, der in diesem Zustand der ersten Widerstandsstruktur 4 gegenüberliegt, gedrückt wird, wird der Fuss 10b in elastischer Weise deformiert. Die gekrümmte Oberfläche 11a des leitenden Kontakts 11 gelangt in Kontakt mit dem zentralen Abschnitt der ersten Widerstandsstruktur 4. Wenn der Halteabschnitt 10a weiter gedrückt wird, verformt sich die gekrümmte Oberfläche 11a, und der mit der ersten Widerstandsstruktur 4 kontaktierende Bereich vergrößert sich graduell, so dass sich ein kleinerer Widerstandswert an den beiden Enden der ersten Widerstandsstruktur 4 ergibt, und die Funktionen als ein variabler Widerstand ermöglicht werden.
  • Wenn das Drücken des Halteabschnitts 10a gelöst wird, wiedererlangt der Halteabschnitt 10a seinen ursprünglichen Zustand unter dem Einfluss der Elastizität der Füße 11b, und in der Zwischenzeit verkleinert sich der mit der ersten Widerstandsstruktur 4 kontaktierende Bereich der gekrümmten Oberfläche 11a graduell, während der Widerstandswert verändert wird. Die gekrümmte Oberfläche 11a wiedererlangt daher ihren ursprünglichen Zustand.
  • Insbesondere verformen sich die leitenden Kontakte 11, mit Zusammendrücken des Halteabschnitts 10a, in einer Widerstandsveränderungsflächenrichtung Z, welche die Richtung ist, welche den kontaktierenden Bereich der ersten Widerstandsstruktur 4 verändert, wobei der kontaktierende Bereich vergrößert oder reduziert wird, um den Widerstandswert variabel zu gestalten.
  • Auf diese Deformation der leitenden Kontakte 11 hin verhindert das Vorsehen der isolierenden Schicht 9 einen Kontakt mit der zweiten Widerstandsstruktur 5, welche ein fester Widerstand ist.
  • Die Breite H1 des leitenden Kontakts 11 ist größer als die Breite der ersten Widerstandsstruktur 4 in einer Richtung rechtwinklig zu der Widerstandsveränderungsflächenrichtung Z (Breite H2 der kürzeren Seite), so dass die leitenden Kontakte 11 mit der gesamten Breite H2 der Widerstandsstruktur in Kontakt kommen können.
  • Die Öffnung 10c des Halteelements 10 ist in der Verformungsrichtung der gekrümmten Öberfläche 11a des leitenden Kontakts 11 angeordnet und ist in der Widerstandsveränderungsflächenrichtung Z geformt (längere Seite der ersten Widerstandsstruktur 4), um den Verformungsvorgang der leitenden Kontakte 11 zu verbessern, indem die Beeinträchtigung durch den Fuß 10 in der Widerstandsveränderungsflächenrichtung Z reduziert wird, welche die Verformungsrichtung der leitenden Kontakte 11 ist.
  • Das Betriebselement 12, das eine Form aus einem synthetischen Harz aufweist, hat einen Griff 12a, und einen flanschartig geformten Träger 12b, der ganzheitlich mit dem Griff 12a geformt ist.
  • Das Betriebselement 12 bewirkt, dass der Griff 12a von der Öffnung 1a des Gehäuses 1 nach außen hervorsteht, und beherbergt den Träger 12b in dem Gehäuse 1. Es platziert den Träger 12b auf dem Halteabschnitt 10a des Halteelements 10 und drückt in elastischer Weise den Träger 12b gegen die innere Oberfläche des Gehäuses 1 unter dem Einfluss der Elastizität des Halteelements 10 und befestigt den Träger 12b an dem Gehäuse 1, um für das Pressen im Stande zu sein.
  • Im Folgenden wird nun ein Betrieb des variablen Widerstands der Erfindung mit der oben genannten Konfiguration beschrieben. Zuerst wird, wenn die obere Oberfläche des Betriebselements 12 gegen die Elastizität des Fusses 10b gedrückt wird, der Halteabschnitt 10a des Halteelements 10 durch den Träger 12b zusammengedrückt. Im Ergebnis wird der Fuss 10b in elastischer Weise verformt, und die gekrümmte Oberfläche 11a des leitenden Kontakts 11 gelangt in Kontakt mit dem zentralen Abschnitt der ersten Widerstandsstruktur 4. Wenn der Halteabschnitt 10a weiter gedrückt wird, verformt sich die gewölbte Oberfläche 11a in der Widerstandsveränderungsflächenrichtung. Dies führt zu einem graduellen Anstieg des kontaktierenden Bereichs mit der ersten Widerstandsstruktur 4, so dass der Widerstandswert an beiden Enden der ersten Widerstandsstruktur 4 variabel gestaltet wird.
  • Wenn der Pressvorgang des Betriebselements 12 gelöst wird, wiedererlangt der Halteabschnitt 10a seinen ursprünglichen Zustand unter dem Einfluss der Elastizität des Fusses 10b, und das Betriebselement 12 wiedererlangt seinen ursprünglichen Zustand mittels der Elastizität der Füße 10b. In der Zwischenzeit verkleinert sich der kontaktierende Bereich der gewölbten Oberfläche 11a mit der ersten Widerstandsstruktur 4 graduell, während eine Veränderung in dem Widerstandswert herbeigeführt wird, und die gewölbte Oberfläche 11a wiedererlangt ihren ursprünglichen Zustand. Im Ergebnis ist es möglich, den Widerstandswert zu verändern, indem eine Veränderung in dem kontaktierenden Bereich der leitenden Kontakte 11 herbeigeführt wird.
  • Die Änderungscharakteristik der Druckkraft und des elektrischen Widerstands für die erste Widerstandsstruktur 4, wenn das Betriebselement 12 gedrückt wird, ist derart, dass, wie es in 8 dargestellt ist, eine Streuung zwischen maximalen und minimalen Widerstandswerten klein ist, wobei die Veränderung die Form einer nahezu linearen Änderungskurve K1 einnimmt, verglichen mit der Änderungskurve K2 eines druckempfindlichen leitenden Gummis, wie in 12 dargestellt.
  • Diese Änderungskurve K1 wird als ein Ergebnis der Bildung des variablen Widerstands aus der ersten Widerstandsstruktur 4, welche einen genauen Widerstandswert bereitstellt, und der Konfiguration erhalten, in welcher die Veränderung des kontaktierenden Bereichs durch die leitenden Kontakte 11 verursacht wird.
  • Solch ein variabler Widerstand ist in einem Spielgerät enthalten und wird nun beispielsweise in einem elektrischen Schaltungsdiagramm, wie in 9 dargestellt, verwendet.
  • In diesem Schaltungsdiagramm wird eine Ausgangsspannung, die zwischen der ersten und zweiten Widerstandsstruktur 4 und 5 auf das Aufprägen einer Spannung zwischen der dritten Leiterstruktur 8 für das Masseverbinden (GND) und der zweiten Leiterstruktur 7 für eine Energieversorgung (VCC) hin erhalten wird, herausgeführt, wie von der Ausgangsstruktur (OUTPUT) der ersten Leiterstruktur 6 abgeleitet.
  • Wenn dieser variable Widerstand z.B. für einen Geschwindigkeitsbetrieb eines Fahrzeugs in einem Spielgerät verwendet wird, weist die Änderungskurve K1 eine nahezu lineare Änderung über den gesamten Verlauf hinweg von dem anfänglichen Stadium zu dem mittleren Stadium und dem finalen Stadium des Zusammendrückvorgangs des Betriebselements 12 auf. Es ist daher möglich, eine einfache Bedienung durchzuführen, ohne ein Verstimmungs-Empfinden in dem Geschwindigkeitsbetrieb herbeizuführen, und der Widerstand ist anwendbar für den gesamten Bereich der Änderungskurve K1, mit einem weiten Bereich eines Zusammendrückbetriebs und zufriedenstellender Bedienbarkeit.
  • Die oben erwähnte Ausführungsform wurde beschrieben mit einem leitenden Kontakt 11, der durch Vermischung von Kohlenstoff mit einem Gummimaterial hergestellt ist. Ein Kontakt, hergestellt durch Vorsehen einer Metallfolie auf der Gummimaterialoberfläche, kann ebenfalls benutzt werden, oder es kann Kohlenstoff auf das Gummimaterial gedruckt werden.
  • Wenn die erste Widerstandsstruktur 4, die den variablen Widerstand bildet, verwendet wird, ist es möglich, einen variablen Widerstand mit einer kleineren Streuung in der Herstellung, einer gleichmäßigeren Widerstandsveränderungseigenschaft und einer höheren Genauigkeit vorzusehen.
  • Durch das Drücken des Halteelements 10 verformt sich der leitende Kontakt 11, um den leitenden Bereich relativ zu der ersten Widerstandsstruktur 4 zu verändern, um den Widerstandswert zu verändern. Es ist deshalb möglich, die Änderungskurve K1 des elektrischen Widerstands relativ zu der Druckkraft näher an die lineare Form zu bringen. Insbesondere ist, wenn der variable Widerstand der Erfindung in einem Spielgerät benutzt wird, ein Betrieb ohne Unbehaglichkeit verfügbar, verglichen mit einem herkömmlichen Fall. Es ist ebenso möglich, die Änderungskurve K1 als Ganzes im Betrieb zu verwenden, so dass folglich ein va riabler Widerstand vorgesehen werden kann, der in einem weiteren Pressbetriebsbereich betreibbar ist.
  • Eine Konfiguration für immerwährendes elastisches Pressen, wie beispielsweise ein konventionelles druckempfindliches Element, ist nicht notwendig. Es ist deshalb möglich, Streuung einer Ausgabe während eines Nicht-Betreibens zu unterdrücken, und daher einen variablen Widerstand vorzusehen, der eine lange Betriebslebensdauer aufweist und der empfänglich für eine kleinere Veränderung des leitenden Kontakts 11 über die Zeit ist.
  • Da der feste Widerstand aus der zweiten Widerstandsstruktur 5 gebildet ist, ist es möglich, ihn durch Drucken gleichzeitig mit der ersten Widerstandsstruktur 4 zu formen. Es ist deshalb möglich, einen kostengünstigeren variablen Widerstand vorzusehen, der eine kleinere Anzahl von Teilen erfordert, mit einer höheren Durchführbarkeit in der Herstellung verglichen mit dem herkömmlichen.
  • Da die erste Widerstandsstruktur 4, welche ein variabler Widerstand ist, einen größeren Widerstandswert aufweist als die zweite Widerstandsstruktur 5, welche ein fester Widerstand ist, kann die Widerstandswertänderung der ersten Widerstandsstruktur 4 auf den Kontakt mit dem leitenden Kontakt 11 hin relativ erhöht werden, was in einer größeren Ausgangsspannungsveränderung resultiert. Es kann daher ein variabler Widerstand mit einer zufriedenstellenden Bedienbarkeit bereitgestellt werden.
  • Der Widerstand wird mittels Drucken geformt, so dass er sich über den bandförmigen Abschnitt 6a der ersten Leiterstruktur 6 hinweg erstreckt. Die erste und zweite Widerstandsstruktur 4 und 5 werden auf diese Art geformt. Es können daher sowohl die erste als auch die zweite Widerstandsstruktur 4 und 5 gleichzeitig vorgesehen werden, wobei ein besserer Abstandsfaktor und eine kompaktere Größe bewirkt werden, und es ist möglich, die zweite Widerstandsstruktur 5, welche ein fixierter Widerstand ist, und die erste Widerstandsstruktur 4, welche ein variabler Widerstand ist, mittels Drucken zu formen.
  • Sogar wenn die Widerstandswerte der beiden Widerstandsstrukturen 4 und 5 fluktuieren, ist eine solche Fluktuation niemals größer als der Designwert für einen und kleiner als der Designwert für den anderen, jedoch ist eine Streuung in der gleichen Weise für die beiden Strukturen vorhanden. Es ist deshalb möglich, die Streuung aufzuheben, und es ist für eine Ausgabe schwieriger, sich zu verändern, sogar bei einer Veränderung von Umgebungsbedingungen, wie z.B. einer Temperaturveränderung.
  • Es ist deshalb möglich, einen kostengünstigen variablen Widerstand bereitzustellen, der eine kleinere Anzahl von Teilen benötigt und eine höhere Herstellungsdurchführbarkeit bereitstellt, verglichen mit dem herkömmlichen Stand der Technik.
  • Mit dem Überdecken der zweiten Widerstandsstruktur 5, welche ein fixierter Widerstand ist, mit der isolierenden Schicht 9 ist es möglich, einen variablen Widerstand bereitzustellen, in welchem der leitende Kontakt 11 niemals mit der zweiten Widerstandsstruktur 5 auf eine Verformung des leitenden Kontakts 11 hin in Kontakt kommt, und keinen gegenteiligen Effekt hinsichtlich der Eigenschaften ausübt.
  • Der leitende Kontakt 11 wird mit einer Breite H1 größer als die Breite H2 der rechteckigen ersten Widerstandsstruktur 4 gebildet, so dass der leitende Kontakt 16 mit der vollen rechteckigen Breite der Widerstandsstruktur 4 in Kontakt kommt. Im Ergebnis gelangt der leitende Kontakt 11 in Kontakt mit der vollen Breite der ersten Widerstandsstruktur 4 auf ein Zusammendrücken hin, wobei demnach der kontaktierende Bereich mit der ersten Widerstandsstruktur 4 auf ein Pressen hin stabilisiert wird, so dass es ermöglicht ist, einen variablen Widerstand bereitzustellen, der eine zufriedenstellende Genauigkeit einer Widerstandsveränderung vorgibt.
  • Da der leitende Kontakt 11 durch Mischen von Kohlenstoff mit dem Gummimaterial geformt ist, kann die Betriebslebensdauer des leitenden Kontakts 11 verlängert werden.
  • Das Halteelement 10 ist aus einem elastisch verformbaren Gummimaterial hergestellt, und der leitende Kontakt 11 wird integral mit dem Halteelement 10 geformt. Es ist deshalb möglich, einen preiswerten variablen Widerstand bereitzustellen, der keine Verschränkung des leitenden Kontakts 11 aufweist und eine hohe Produktivität bereitstellt.
  • Das Halteelement 10 wird mit einem zylindrischen Fuss 10b vorgesehen, der derart gebildet ist, dass er in Kontakt mit dem isolierten Substrat 3 ist und den leitenden Kontakt umgibt. Dieser Fuss 10b dient außerdem als die Rückführung des leitenden Kontakts 11. Es ist deshalb möglich, einen preiswerten variablen Widerstand vorzusehen, der nur eine kleine Anzahl von Teilen benötigt und eine zufriedenstellende Anordnungseigenschaft bereitstellt.
  • Der Fuss 10b wird mit einer Öffnung 10c in der Verformungsrichtung der gekrümmten Oberfläche 11a versehen. Es ist deshalb möglich, einen variablen Widerstand bereitzustellen, der schwerlich eine Beeinflussung durch den Fuß 10b zulässt, der den Verformungsvorgang des leitenden Kontakts 11 verbessert, mit einer höheren Verformungsgenauigkeit des leitenden Kontakts 16.

Claims (7)

  1. Variabler Widerstand, der einen Widerstandswert aufweist, umfassend: ein isoliertes Substrat (3); eine erste (4) und zweite (5) Widerstandsstruktur, die auf dem isolierten Substrat gebildet sind; eine erste Leiterstruktur (6), die Enden auf einer Seite der ersten und zweiten Widerstandsstruktur elektrisch verbindet; einen deformierbaren leitenden Kontakt (11), der eine konvex gewölbte Oberfläche (11a) aufweist, die in Richtung des isolierten Substrats angeordnet ist, und der gegenüberliegend zu der ersten Widerstandsstruktur angeordnet ist; und ein Halteelement (10), auf welchem der leitende Kontakt vorgesehen ist; wobei der leitende Kontakt, wenn er deformiert ist, veranlasst wird, die Kontaktfläche mit der ersten Widerstandsstruktur zu ändern, so dass der Widerstandswert variabel ist; dadurch gekennzeichnet, dass: die erste Leiterstruktur einen bandförmigen Abschnitt (6a) aufweist; ein bandförmiges Widerstandselement mit einer Breite (H2) mittels Drucken geformt ist, so dass es sich in zwei entgegengesetzte Richtungen von dem bandförmigen Abschnitt erstreckt; die erste Widerstandsstruktur aus dem Teil des Widerstandselements besteht, der sich in eine der Richtungen erstreckt, die zweite Widerstandsstruktur aus dem Teil des Widerstandselements besteht, der sich von dem bandförmigen Abschnitt in die andere Richtung erstreckt; und dass der leitende Kontakt eine Abmessung (H1) aufweist, die größer ist als die Breite (H2) der ersten Widerstandsstruktur, so dass der leitende Kontakt mit der gesamten Breite (H2) des Rechtecks der ersten Widerstandsstruktur in Kontakt ist.
  2. Variabler Widerstand nach Anspruch 1, wobei eine zweite (7) und dritte (8) Leiterstruktur in elektrischer Kommunikation mit den anderen Enden der ersten und zweiten Widerstandsstruktur gebildet sind; und die erste Widerstandsstruktur, die zwischen der ersten und zweiten Leiterstruktur positioniert ist, einen Widerstandswert aufweist, der größer ist als der Widerstandswert der zweiten Widerstandsstruktur, die zwischen der ersten und dritten Leiterstruktur positioniert ist.
  3. Variabler Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Oberfläche der zweiten Widerstandsstruktur mit einer isolierenden Schicht (9) bedeckt ist.
  4. Variabler Widerstand nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der leitende Kontakt durch Mischung eines Gummimaterials mit Kohlenstoff hergestellt ist.
  5. Variabler Widerstand nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Halteelement (10) aus einem elastisch verformbaren Gummimaterial hergestellt ist, und ganzheitlich mit dem leitenden Kontakt durch Formung des Halteelements geformt ist.
  6. Variabler Widerstand nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Halteelement Füße (10b) hat, die derart geformt sind, dass sie in Kontakt mit dem isolierten Substrat sind und den leitenden Kontakt umgeben.
  7. Variabler Widerstand nach Anspruch 6, wobei die Füße eine Öffnung (10c) in einer Richtung der gewölbten Oberfläche haben.
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