特許 7604627 抵抗体ポジションセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-13

(45)【発行日】2024-12-23

(54)【発明の名称】抵抗体ポジションセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/30 20060101AFI20241216BHJP

   G01D 5/165 20060101ALI20241216BHJP

   H01C 10/30 20060101ALI20241216BHJP

【ＦＩ】

G01B7/30 G

G01D5/165 A

H01C10/30 M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023512863

(86)(22)【出願日】2022-03-02

(86)【国際出願番号】 JP2022008751

(87)【国際公開番号】W WO2022215391

(87)【国際公開日】2022-10-13

【審査請求日】2023-08-07

(31)【優先権主張番号】P 2021065711

(32)【優先日】2021-04-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】和賀 聡

(72)【発明者】

【氏名】猪股 智

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 靖

(72)【発明者】

【氏名】小松 寿

(72)【発明者】

【氏名】細越 順一

(72)【発明者】

【氏名】石井 裕伸

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 尚登

【審査官】大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－２３３９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２８９４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５１１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６０６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１９５６９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２２５９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８８９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】「フッ素オイル デムナム TECHNICAL DATASHEET」，ダイキン工業株式会社，2019年07月，[2020年10月28日アーカイブ]，[2024年8月30日検索]，インターネット＜URL：http://web.archive.org/web/20201028085228/https://www.daikinchemicals.com/library/pb_common/pdf/tds_jp/specialty/fluorinated-oil/tds-dms-J_ver03_Jul_2019.pdf＞

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／００ － ７／３４

Ｇ０１Ｄ ５／００ － ５／２５２

Ｈ０１Ｃ １０／００ － １０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

抵抗体と、前記抵抗体上を摺動する摺動子と、を備え、前記摺動子が前記抵抗体に接触する位置により出力が変化する抵抗体ポジションセンサにおいて、
前記抵抗体は、バインダ樹脂と前記バインダ樹脂の中に分散されたカーボンファイバとを構成成分として含み、
前記カーボンファイバの硬度をＨｃ、前記バインダ樹脂の硬度をＨｒ、前記摺動子における前記抵抗体に接触する接触端の硬度をＨｂ、としたときに、下記の式（１）
Ｈｂ≦２×Ｈｃ－Ｈｒ≦１．２×Ｈｂ ・・・（１）
に示す関係を満たし、
前記の式（１）で用いる各種の硬度は、ＩＳＯ１４５７７：２０１５で定められた試験法に基づいて、測定圧子として三角形圧子を取り付けた微小硬度計を用いて測定した平均値をヴィッカース硬度に換算したものであることを特徴とする、
抵抗体ポジションセンサ。

【請求項2】

前記カーボンファイバは粉砕カーボンファイバである、
請求項１に記載の抵抗体ポジションセンサ。

【請求項3】

前記摺動子と前記抵抗体との間に介在する潤滑剤を備え、
前記潤滑剤は、直鎖型のパーフルオロポリエーテルである、
請求項１または２に記載の抵抗体ポジションセンサ。

【請求項4】

前記潤滑剤は表面張力が２０ｍＮ／ｍ以下である、
請求項３に記載の抵抗体ポジションセンサ。

【請求項5】

前記抵抗体は、前記バインダ樹脂の含有量が、前記カーボンファイバの１体積部に対して、２体積部以上６体積部以下である、
請求項１または２に記載の抵抗体ポジションセンサ。

【請求項6】

前記抵抗体は、カーボンブラックをさらに含んでおり、
前記カーボンブラックの含有量が、前記カーボンファイバの１体積部に対して、０．２体積部以上２体積部以下である、
請求項５に記載の抵抗体ポジションセンサ。

【請求項7】

前記抵抗体は、前記バインダ樹脂の含有量が、前記カーボンファイバおよび／または前記カーボンブラックとの合計１体積部に対して、１体積部以上５体積部以下である、
請求項６に記載の抵抗体ポジションセンサ。

【請求項8】

前記カーボンファイバの硬度測定は、前記バインダ樹脂の表面付近に位置する前記カーボンファイバに対して行われる、
請求項１または２に記載の抵抗体ポジションセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二輪車や四輪車の吸気を制御する開閉弁の開閉度の測定に用いられる抵抗体ポジションセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

燃費の向上および低公害化を実現するためには、エンジンのシリンダ内に取り込まれる空気とガソリンとの混合比を最適化して、ガソリンを完全燃焼させることが重要である。そこで、開閉弁の開閉度を正確に測定するためのスロットルバルブセンサ（Ｔｈｒｏｔｔｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）を用いた吸気制御が必須となっている。例えば、特許文献１には、可変抵抗器に求められるリニアリティ特性と耐摩耗性を満足するため、抵抗体に含まれるカーボンブラックおよびカーボンファイバの体積比率を調整した抵抗体ポジションセンサが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－３３１８０６号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、地球温暖化や環境対策の観点から、二輪車・四輪車ともに排気ガス規制が強化されてきている。例えば、ヨーロッパではＥＵＲＯという排気ガス規制が設けられ、一酸化炭素や窒素酸化物の排出量の上限などが規定されている。２０２０年からは、Ｅｕｒｏ５規制がスタートし、二輪車の排気ガス規制が強化されている。また、車自身が自己の不調を診断して感知するシステムであるＯＢＤ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）という自己診断機能も、閾値判断のＯＢＤ２に高度化されている。この結果スロットルバルブセンサにおいては、初期状態から耐久性試験後にわたって、リニアリティ特性変化やノイズ発生のないことが求められる。

【0005】

今後、二輪車の市場として拡大が見込まれる東南アジア、南アジア、アフリカ地域においても、環境対策としての排気ガス規制が厳しくなってきている。なお、スロットルバルブセンサには磁気センサを用いた非接触式センサと可変抵抗器を用いた接触式センサとがあり、これらの地域では、非接触式センサと比較して価格が安い接触式のスロットルバルブセンサに対する需要が高い。このため、接触式のスロットルバルブセンサに対する耐久性やリニアリティへの要求が高くなってきている。接触式のスロットルバルブセンサでは、ブラシ（摺動子）が抵抗体の表面に接触して摺動する。このため、使用に伴って、抵抗体の表面におけるブラシが摺動した部分およびブラシの接触端部が摩耗する。長期間の使用により摺動回数が多くなった場合には、摩耗によりスロットルバルブセンサの出力値に異常が発生するおそれがある。例えば、二輪車の場合、エンジンをかけたまま停止する場面が多い。そのような場面では、スロットルバルブが少し開いたアイドリングの位置のまま放置されることになる。このときスロットルバルブセンサにおいては微振動が加わった状態、つまり微小な範囲で抵抗体とブラシが摺動した状態で放置されることになる。このため、その微小な範囲において特に摩耗量が大きくなり、アイドリング位置の出力変動およびノイズが発生しやすいという問題があった。
本発明の目的は、アイドリング位置における出力変動や、ノイズ発生が抑制された抵抗体ポジションセンサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決すべく提供される本発明の一態様に係る抵抗体ポジションセンサは、抵抗体と、前記抵抗体上を摺動する摺動子と、を備え、前記摺動子が前記抵抗体に接触する位置により出力が変化する抵抗体ポジションセンサにおいて、前記抵抗体は、カーボンファイバとバインダ樹脂とを構成成分として含み、前記カーボンファイバの硬度をＨｃ、前記バインダ樹脂の硬度をＨｒ、前記摺動子における前記抵抗体に接触する接触端の硬度をＨｂ、としたときに、下記の式（１）に示す関係を満足することを特徴とする。
Ｈｂ≦２×Ｈｃ－Ｈ ≦１．２×Ｈｂ ・・・（１）
上記の構成により、抵抗体をほとんど摩耗させることなく、摺動子の摩耗量を小さくすることができる。このため、例えば、抵抗体ポジションセンサが二輪車のスロットルポジションセンサとして用いられた場合、アイドリング位置における偏摩耗を抑え、出力値の変動を抑制することができる。

【0007】

前記カーボンファイバは粉砕カーボンファイバであってもよい。粉砕カーボンファイバを用いることにより、抵抗体の耐摩耗性が向上する。

【0008】

前記抵抗体ポジションセンサは、前記摺動子と前記抵抗体との間に介在する潤滑剤を備え、前記潤滑剤は、直鎖型のパーフルオロポリエーテルであることが好ましい。
潤滑剤により、摺動子と抵抗体との間に、摺動子の摩耗により生じた摩耗粉溜まりができにくくなる。このため、長期間の使用により摺動回数が多くなったときの出力ノイズの発生を抑制することができる。
前記潤滑剤は、表面張力が２０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。これにより、摺動子の周囲から摩耗粉が排除されやすくなるため、出力ノイズの発生をより効果的に抑制できる。

【0009】

前記抵抗体は、前記バインダ樹脂の含有量が、前記カーボンファイバの１体積部に対して、２体積部以上６体積部以下であることが好ましい。
前記抵抗体は、カーボンブラックをさらに含んでおり、前記カーボンブラックの含有量が、前記カーボンファイバの１体積部に対して、０．２体積部以上２体積部以下であることが好ましい。
前記抵抗体は、前記バインダ樹脂の含有量が、前記カーボンファイバおよび／または前記カーボンブラックとの合計１体積部に対して、１体積部以上５体積部以下であることが好ましい。
カーボンファイバ、バインダ樹脂およびカーボンブラックの体積比を上記範囲とすることで、抵抗体の耐摩耗性を調整して、式（１）の関係を満足させることが容易になる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、長期間の使用により摺動回数が多くなった後におけるアイドリング位置の出力変動やノイズ発生が抑制された抵抗体ポジションセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の抵抗体ポジションセンサの構造を模式的に示す断面図

【図2】抵抗体ポジションセンサによる開閉弁の開放度測定を説明する模式図

【図3】抵抗体ポジションセンサによる位置測定原理を説明する模式図

【図4A】抵抗体、抵抗体の表面を摺動するブラシの位置、および開閉弁の回転角度の関係を示す模式図

【図4B】開閉弁の回転角度と出力電圧とを示すグラフ

【図5A】摺動回数の増加に伴う抵抗体の摩耗による出力電圧Ｖｉの変化を示すグラフ

【図5B】摺動回数の増加に伴うブラシの摩耗粉層による出力電圧Ｖｉの変化を示すグラフ

【図6A】粉砕前のカーボンファイバを示す模式図

【図6B】粉砕カーボンファイバの微細構造を拡大して示す模式図

【図7】粉砕カーボンファイバの硬度異方性を示すグラフ

【図8A】摺動回数の増加に伴う出力電圧の変化と全抵抗変化率を示す実施例１のグラフ

【図8B】摺動回数の増加に伴う出力電圧の変化と全抵抗変化率を示す比較例１のグラフ

【図9A】耐久性試験後における抵抗体およびブラシの状態を示す実施例１の図面代用写真

【図9B】耐久性試験後における抵抗体およびブラシの状態を示す比較例１の図面代用写真

【図10A】ノイズ強度を示す実施例４のグラフ

【図10B】ノイズ強度を示す比較例２のグラフ

【図11】カーボンファイバの硬度測定を説明する模式図

【発明を実施するための最良の形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。同じ部材には各図面において同じ番号を付して、適宜、説明を省略する。
図２は抵抗体ポジションセンサ１を用いて開閉弁２の開放度を示す回転角度Ｘを測定する燃料噴射システムを説明する模式図である。同図に示すように、抵抗体ポジションセンサ１は、エンジン６に供給する混合気５における空気３とガソリン４との混合比を調整する開閉弁２の回転角度Ｘを測定する。

【0013】

図３は抵抗体ポジションセンサ１による位置測定原理を説明する模式図である。同図に示すように、抵抗体ポジションセンサ１は、抵抗体１１の表面１１Ｓ上を摺動する摺動子であるブラシ１２と抵抗体１１との接触位置に応じて変化する出力電圧を用いてブラシ１２の位置を検知する。抵抗体１１におけるブラシ１２の位置が開閉弁２の回転角度Ｘ（図２参照）に応じて変化するようにすれば、出力電圧に基づいて開閉弁２の開閉度を測定することができる。なお、図３においては説明を容易にするために抵抗体１１を直線状に描いているが、抵抗体１１を円弧状に形成してもよい。

【0014】

図４Ａは抵抗体１１、その表面１１Ｓを摺動するブラシ１２の位置および回転角度Ｘの関係を示す模式図であり、図４Ｂは回転角度Ｘに応じた出力電圧の理想曲線からのずれを模式的に示すグラフである。

【0015】

図４Ａに示すように、ブラシ１２は、回転角度ＸｉからＸｆの間の範囲において、抵抗体１１の表面１１Ｓを摺動する。摺動軌跡１２Ｔは、ブラシ１２が摺動する範囲を示している。すなわち、回転角度Ｘｉにおける抵抗体１１とブラシ１２との接触位置は、ブラシ１２が摺動する範囲における一端、すなわち検知する回転角度が最小値となる位置であり、抵抗体ポジションセンサ１としての回転角度０°の位置ともいえる。抵抗体１１の抵抗Ｒは、回転角度ＸがＸｉからＸｆまでのブラシ１２が摺動する部分の抵抗Ｒｂと、回転角度Ｘが０°からＸｉのまでのブラシ１２が摺動しない部分の抵抗Ｒｉと、に分けることができる。

【0016】

回転角度０からＸｉのまでの領域ではブラシ１２が摺動しないことから、抵抗Ｒｉは抵抗体１１およびブラシ１２の摩耗の影響を受けない。このため、長期間使用した状態を評価する耐久性試験後における抵抗Ｒｉの値は、抵抗初期値から変化しない。これに対して、回転角度ＸｉからＸｆのまでの領域ではブラシ１２が摺動することから、耐久性試験後における抵抗Ｒｉの値は、抵抗体１１およびブラシ１２の摩耗の影響を受ける。このため、耐久性試験後における抵抗Ｒｂの値は、抵抗体１１およびブラシ１２の摩耗が生じた場合、初期値から変化する。

【0017】

図４Ｂでは、初期における回転角度と出力電圧との関係を示す理想曲線を点線で示している。同図に示すように、初期においては回転角度と出力電圧との間のリニアリティ（直線性）が良好である。しかし、抵抗体ポジションセンサ１が繰り返し使用されることにより、出力電圧と理想曲線との間にずれが生じる。出力電圧が理想曲線からずれる理由として、抵抗体１１が摩耗すること（第１のケース）と、ブラシ１２が摩耗して摩耗粉層が形成されること（第２のケース）の２つが挙げられる。

【0018】

＜第１のケース＞
ブラシ１２が抵抗体１１を摺動することにより、摺動軌跡１２Ｔにおける抵抗体１１が摩耗すると、摺動軌跡１２Ｔの部分の抵抗体１１の断面積が小さくなるので、抵抗Ｒｂの抵抗値が上昇する。この結果、出力電圧が初期値から減少する。アイドリング位置の回転角度Ｘｉにおける、出力電圧Ｖｉ、抵抗Ｒｉおよび抵抗Ｒｂの値をそれぞれＶｉ、Ｒｉ、Ｒｂとすると、Ｖｉ＝Ｒｉ／（Ｒｉ＋Ｒｂ）となる。このため、繰り返し使用されることによって抵抗体１１が摩耗して抵抗Ｒｂが大きくなると、アイドリング位置における出力電圧Ｖｉが小さくなる。そこで、抵抗体１１の補強材としてカーボンファイバを含有させることにより、抵抗体１１の摩耗を抑制することができる。

【0019】

図５Ａは、摺動回数の増加に伴って抵抗体１１が摩耗することによる、アイドリング位置における出力電圧Ｖｉの変化を模式的に示すグラフである。出力電圧Ｖｉは、第１のケースでは、繰り返しの使用による摺動回数の増加に伴って小さくなる。

【0020】

＜第２のケース＞
ブラシ１２が抵抗体１１を摺動することにより、ブラシ１２が摩耗すると、ブラシ１２の接触端１２Ｅ（図３参照）の周囲にブラシ１２の摩耗粉層が形成される。この摩耗粉層は、抵抗体１１の表面１１Ｓに接触する接触端１２Ｅに加えて、ブラシ１２と抵抗体１１と間を流れる電流の通路となる。このため、抵抗Ｒｂの抵抗値が初期値から低下し、出力電圧が初期値から増大する。したがって、アイドリング位置の出力電圧Ｖｉ＝Ｒｉ／（Ｒｉ＋Ｒｂ）は、ブラシ１２が摩耗すると大きくなる。

【0021】

図５Ｂは、摺動回数の増加に伴ってブラシ１２が摩耗することによる、アイドリング位置における出力電圧Ｖｉの変化を模式的に示すグラフである。アイドリング位置の出力電圧Ｖｉは、第２のケースでは、摺動回数の増加に伴って大きくなる。

【0022】

従来、抵抗体ポジションセンサ１を繰り返し作動させることにより、抵抗体１１やブラシ１２に摩耗が発生し、この摩耗が出力電圧のリニアリティを低下させる原因となっていた。これらのうち、抵抗体１１が摩耗した場合（第１のケース）、抵抗Ｒｂが大きくなることを抑えられない。これに対し、ブラシ１２の摩耗は、接触端１２Ｅの近傍から摩耗粉を排除できれば、抵抗Ｒｂの変化を防ぐことができる。このため、抵抗体ポジションセンサ１の出力電圧のリニアリティに関する精度への影響は、抵抗体１１の摩耗のほうがブラシ１２の摩耗よりも大きいといえる。そこで、従来、主に抵抗体１１を摩耗させないように、抵抗体１１の硬度をブラシ１２の硬度よりも大きくし、抵抗体１１の摩耗量を極力小さくしていた。

【0023】

しかし、地球温暖化や環境対策の観点から、耐久性やリニアリティへの要求が高くなるにつれて、ブラシ１２の摩耗の影響が無視できなくなってきた。例えば、可変抵抗式の二輪車用のスロットルバルブセンサでは、近年のバイクの電子制御などの進化に伴ってリニアリティに対する要求がさらに高まり、出力電圧のリニアリティ特性変化の問題が顕在化してきた。すなわち、リニアリティに対する要求が高くなってきたことで、ブラシ１２の摩耗紛の金属膜が形成されることによる出力電圧のリニアリティの変動を抑制する必要性が高くなってきた。このため、従来用いられていた、抵抗体１１の工夫・改善のみによって対応することが困難になってきた。

【0024】

そこで、本発明は、抵抗体１１の硬度とブラシ１２の硬度との関係を規定することにより、抵抗体１１の摩耗およびブラシ１２の摩耗の抑制を実現している。また、ブラシ１２の摩耗粉を接触端１２Ｅの周辺から排除する効果が高い潤滑剤を用いることにより、摩耗粉の影響をさらに抑えている。

【0025】

図１は、抵抗体ポジションセンサ１の構造を模式的に示す断面図である。同図に示すように、抵抗体ポジションセンサ１は、抵抗体１１およびブラシ１２を備えており、抵抗体１１とブラシ１２との間（界面）に潤滑剤１３が介在している。

【0026】

抵抗体１１は、例えば、カーボンブラック１１１とカーボンファイバ１１２とをバインダ樹脂１１３に混ぜ合わせたインクを、絶縁性基板上にスクリーン印刷などにより薄く塗布して焼き固めて製造する。カーボンブラック（以下、適宜ＣＢとも記す）１１１は主に抵抗体１１に電気伝導性を付与し、カーボンファイバ（以下、適宜ＣＦとも記す）１１２は主に抵抗体１１に耐摩耗性を付与する。

【0027】

ＣＦ１１２は、例えば、直径６～１０μｍ程度の繊維状に延びるカーボンファイバを粉砕して製造した、粉砕カーボンファイバを好ましく用いることができる。ＣＦ１１２として粉砕ＣＦを用いる場合、長手方向の平均長さが２．０～４．０μｍ程度のものが好ましく、２．５～３．５μｍ程度のものがさらに好ましい。なお、ここで言う長手方向とは粉砕される前のカーボンファイバが延びていた方向をいう。

【0028】

また、ＣＦ１１２として用いられるカーボンファイバは熱処理が施されており、長手方向に沿って箔状（薄層状）に形成されたグラファイトが積み重なってできている。図１では、ＣＦ１１２の長手方向に沿って形成されるグラファイト面に対する垂直な方向Ｖを矢印で示している。同図に示すように、個々のＣＦ１１２は、そのグラファイト面に垂直な方向Ｖがランダムな状態（グラファイト面がランダムな方向を向いた状態）で、ＣＢ１１１が均一に分散したバインダ樹脂１１３中に分散されている。

【0029】

後述するように、ＣＦ１１２の硬度には異方性があり、グラファイト面に垂直な方向Ｖにおいて最も大きくなる。ＣＦ１１２の硬度は１５０～２５０［ｋｇｆ／ｍｍ²］程度であり、熱処理によって調整することができる。

【0030】

ＣＦ１１２の硬度の測定は、ＣＦ１１２がバインダ樹脂１１３の中に分散された試料を用いて行う。ＣＦ１１２のＶ方向の硬度を直接測定することはできないが、実際に測定される硬度の最大値は、試料を押す方向（加圧方向）がＣＦ１１２のＶ方向と一致した場合に得られる値と略等しいと推測される。そこで、実測値のうちの最大値がＣＦ１１２のＶ方向の硬度に概略一致するとする。加圧方向とＶ方向との角度が大きくなりＣＦ１１２の硬度が小さくなると、ＣＦ１１２を分散しているバインダ樹脂１１３の硬度が測定値に影響を及ぼす。そして、角度が直角に近くなるにつれ、ＣＦ１１２の硬度の測定値は徐々にバインダ樹脂１１３の硬度に近づき、最小値はバインダ樹脂硬度に概ね一致する。硬度の測定値の平均は、ＣＦ１１２のＶ方向と測定圧子の加圧方向との角度が約４５度の状態で測定された結果に相当すると推定できる。

【0031】

本発明における硬度は、国際規格（ＩＳＯ１４５７７：２０１５）で定められた試験法（ナノインデンテーション法）に基づいて、ナノインデンターといわれる微小硬度計を用いて測定した値をいう。ナノインデンターは、測定圧子が三角形圧子である点において、測定圧子がひし形圧子であるヴィッカース硬度計とは異なる。ナノインデンターを用いて測定された硬度は、ヴィッカース硬度計を用いたヴィッカース硬度に換算することができる。

【0032】

図１１は、カーボンファイバの硬度測定を説明する模式図である。ＣＦ１１２がバインダ樹脂１１３の中に分散された抵抗体１１の硬度を測定する場合、測定圧子１５の位置によって測定値が異なる。これは、抵抗体１１の表面１１Ｓにおける測定圧子１５の位置によって、ＣＦ１１２のＶ方向と測定圧子１５の加圧方向との角度θが変化するためである。

【0033】

図１１ではθｃ＜θｂ＜θａであり、角度θが小さいほど硬度が大きくなることから、測定圧子１５の位置１５ｃ＞１５ｂ＞１５ａの順に硬度が大きくなる。θが直角に近くなるにつれ、ＣＦ１１２の硬度はバインダ樹脂１１３の硬度に近づき、表面１１ＳにＣＦ１１２が存在しない位置１５ｄにおけるバインダ樹脂１１３の硬度と概ね一致する。本発明では、測定値の平均をＣＦ１１２のカーボンファイバの硬度Ｈｃとする。

【0034】

バインダ樹脂１１３は、ＣＢおよびＣＦを分散する分散媒である。バインダ樹脂１１３の硬度は、例えば、硬度が５０～８０［ｋｇｆ／ｍｍ²］が好ましく、６０～７０［ｋｇｆ／ｍｍ²］がさらに好ましい。例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステルなどをバインダ樹脂１１３として用いることができる。

【0035】

バインダ樹脂１１３の含有量は、ＣＦ１１２の１体積部に対して、２体積部以上６体積部以下が好ましく、３体積部以上５体積部以下がより好ましい。また、バインダ樹脂１１３の含有量は、ＣＦ１１２および／またはＣＢ１１１との合計１体積部に対して、１体積部以上５体積部以下が好ましく、１．５体積部以上４体積部以下がより好ましい。

【0036】

抵抗体１１は、例えば、フェノール樹脂６０～８０容量％と、ＣＢ１１１とＣＦ１１２との合計（以下、適宜、カーボンという）２０～４０容量％とを混合したインクを用いて製造することができる。ＣＢ１１１とＣＦ１１２との含有量の比率は、抵抗体１１の抵抗値や硬度に応じて適宜調整すればよいが、例えば、ＣＦ１１２を１体積部（カーボンファイバを１体積部）に対してＣＢ１１１を０．２～２体積部とする。

【0037】

抵抗体１１の抵抗値を抵抗体ポジションセンサ１として適切な値にする観点から、フェノール樹脂６０～７０容量％と、カーボン３０～４０容量％とを混合したインクが好ましい。同様の観点から、ＣＢ１１１の含有量とＣＦ１１２の含有量との体積比は、１：２～２：１が好ましい。

【0038】

ブラシ１２は、導電性の金属により構成される。導電性の金属は、その硬度が２８０－３４０［ｋｇｆ／ｍｍ²］程度のものが好ましい。なお、ブラシ１２の板厚は、例えば、５０～７０ミクロン程度とする。この場合、ＣＦ１１２の好ましい直径２．５～３．５ミクロンの２０倍程度の板厚となる。なお、図１は模式図であるため、抵抗体１１中のＣＦ１１２とブラシ１２との実際のサイズを無視して示している。

【0039】

ブラシ１２の荷重は、例えば、１～１０ｇとすることができる。

【0040】

図６ＡはＣＦ１１２の原料として用いるカーボンファイバを示す模式図であり、図６Ｂは粉砕して得られたＣＦ１１２の微細構造を拡大して示す模式図である。前述及び図６Ａに示すように、カーボンファイバは長手方向に沿って箔状（薄層状）に形成されたグラファイトが積み重なってできている。このため、カーボンファイバを粉砕すると、積層するグラファイト面に沿った方向Ｐが長手方向になるように砕ける。そして、ＣＦ１１２として用いられる粉砕ＣＦの硬度は、グラファイト面に平行な方向Ｐと、グラファイト面に垂直な方向Ｖとで、大きく異なる。ＣＦ１１２の硬度は、方向Ｐにおける硬度に比べて、方向Ｖにおける硬度の方が大きくなる。

【0041】

図７はＣＦ１１２の硬度の異方性を説明するグラフである。以下、同図を用いて、粉砕ＣＦであるＣＦ１１２の硬度について説明する。
ＣＦ１１２の硬度は、ＣＦ１１２のグラファイト面に垂直な方向Ｖにおいて硬度が最大になり、グラファイト面に並行な方向Ｐにおいて硬度が最小になる。硬度が最小となるＣＦ１１２のグラファイト面の平行方向の硬度は、バインダ樹脂１１３の硬度と略等しくなる。

【0042】

ＣＦ１１２は、図１に示すように、グラファイト面に垂直な方向Ｖがランダムな方向となるように、三次元的に一様に分散されている。このため、実際に測定される抵抗体１１の硬度（平均値）は、ＣＦ１１２の方向Ｖの硬度Ｈｖと、バインダ樹脂１１３の硬度Ｈｒとの中間の値をとる。すなわち、抵抗体１１の測定値は、おおよそ方向Ｖから４５°傾いた状態でＣＦ１１２が分散されたＣＦ１１２の硬度Ｈｃと略同じ値になるといえる。

【0043】

したがって、抵抗体１１において想定される部分的な硬度の最大値、すなわち、抵抗体１１の表面１１ＳにおいてＣＦ１１２が方向Ｖを向いている部分の硬度は、２×（Ｈｃ－Ｈｒ）＋Ｈｒ＝２×Ｈｃ－Ｈｒとなる。ブラシ１２の摩耗は、ＣＦ１１２の硬度の平均値よりも、硬度が最も大きくなる状態で抵抗体１１中に存在するＣＦ１１２の硬度に影響される。

【0044】

そこで、この硬度２×Ｈｃ－Ｈｒが、ブラシ１２の硬度Ｈｂよりも小さくならず、ブラシ１２の硬度Ｈｂと同等の値になるようにする。すなわち、以下の式（１）を満たすように、抵抗体１１の硬度およびブラシ１２の硬度を設定する。これにより、抵抗体１１およびブラシ１２の両方の摩耗を最小限にすることができる。
Ｈｂ≦２×Ｈｃ－Ｈｒ≦１．２×Ｈｂ ・・・（１）
Ｈｂ：ブラシ１２の硬度を測定した平均値
Ｈｃ：ＣＦ１１２の硬度を測定した平均値
Ｈｒ：バインダ樹脂１１３の硬度を測定した平均値

【0045】

従来は、抵抗体１１の摩耗がブラシ１２の摩耗より重大な欠陥になるとの考え方から、抵抗体１１の摩耗量ができるだけ小さくなるようにしていた。しかし、本発明は、抵抗体１１およびブラシ１２の摩耗をいずれも極力小さくするために、上記の式（１）の関係を満たすように、抵抗体１１とブラシ１２の硬度を設計する。なお、２×Ｈｃ－Ｈｒは、熱処理によりＣＦ１１２をグラファイト化して滑りやすくすることにより調整できる。

【0046】

抵抗体ポジションセンサ１は、式（１）を満たすように、抵抗体１１の硬度およびブラシ１２の硬度を設定して、抵抗体１１上をブラシ１２が摺動することによる摩耗粉の発生を抑制している。しかし、摩耗粉が発生して、摩耗粉が抵抗体１１とブラシ１２との界面に噛み込まれると、抵抗体の抵抗Ｒが変化する。これによって、抵抗体ポジションセンサ１の接触抵抗が増大したり低下したりすることで、出力電圧のノイズが発生する。そこで、元々抵抗体１１およびブラシ１２の摩耗低減のために抵抗体１１とブラシ１２との間に潤滑剤１３が塗布されていたが、本願の抵抗体ポジションセンサ１においては、潤滑剤１３に摩耗粉を排除する機能も持たせている。

【0047】

潤滑剤１３としては、耐熱性や耐久性の観点から、蒸気圧の小さな、すなわち沸点の高いパーフルオロポリエーテル（以下、適宜、ＰＦＰＥと記す）が好ましい。

【0048】

ブラシ１２の近傍に摩耗粉溜りが形成されることを防ぐ観点から、ＰＦＰＥの中でも、枝構造を持たないものが好ましい。また、同様の観点から、摩耗粉を絡める原因となる酸素結合の数が少ないものが好ましい。このため、酸素結合の少ない直鎖構造のＰＦＰＥが好ましい。好ましい直鎖構造のＰＦＰＥとして、以下の構造式を備えたフッ素系のＰＦＰＥが挙げられる。
Ｆ－（ＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ₂Ｏ）ｎ－ＣＦ₂ＣＦ₃

【0049】

また、ブラシ１２の接触端１２Ｅの近傍の摩耗粉を効率的に排除する観点から、潤滑剤１３として用いられるＰＦＰＥの表面張力は２０ｍＮ／ｍ以下が好ましい。同様の観点から、潤滑剤１３としては、官能基の数が少ないものが好ましい。

【0050】

すなわち、ブラシ１２の摺動回数が多くなった場合において、出力電圧に出力ノイズが発生することを抑制する観点から、潤滑剤１３としては、直鎖型のＰＦＰＥで、かつ表面張力が２０ｍＮ／ｍ以下のものが好ましい。このような好ましい性質を備えたＰＦＰＥの市販品として、例えば、デムナム（商品名、ダイキン工業株式会社製）が挙げられる。

【0051】

本明細書において開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【実施例】

【0052】

［実施例１］
カーボンファイバとして粉砕カーボンファイバ、バインダ樹脂としてフェノール樹脂（硬度Ｈｒ＝７０）を用いて、表面の硬度Ｈｃ（粉砕カーボンファイバの硬度の平均値）が２００の抵抗体を形成した。当該抵抗体と、硬度の測定値（Ｈｂ）が３１０のブラシとを用いて、抵抗体ポジションセンサを製造した。抵抗体ポジションセンサの潤滑剤として、デムナムＳ６５（商品名、ダイキン工業株式会社製、パーフルオロポリエーテル、表面張力１８．０ｍＮ／ｍ）を用いた。
本実施例の抵抗体ポジションセンサにおけるカーボンファイバの硬度Ｈｃ、バインダ樹脂の硬度Ｈｒおよびブラシ（摺動子）の接触端における硬度Ｈｂの関係は以下の式に示すとおりである。
２×Ｈｃ－Ｈｒ＝１．０６Ｈｂ
粉砕カーボンファイバ、フェノール樹脂およびブラシの各硬度は、ナノインデンターの測定値をヴィッカース硬度に換算した値である。

【0053】

［実施例２］
表面の硬度Ｈｃが１９０である抵抗体を用いた以外は、実施例１と同様にして、抵抗体ポジションセンサを製造した。本実施例の抵抗体ポジションセンサにおけるＨｃ、ＨｒおよびＨｂの関係は以下の式に示すとおりであった。
２×Ｈｃ－Ｈｒ＝１．０Ｈｂ

【0054】

［実施例３］
表面の硬度Ｈｃが２１０である抵抗体を用いた以外は、実施例１と同様にして、抵抗体ポジションセンサを製造した。本実施例の抵抗体ポジションセンサにおけるＨｃ、ＨｒおよびＨｂの関係は以下の式に示すとおりであった。
２×Ｈｃ－Ｈｒ＝１．１３Ｈｂ

【0055】

［比較例１］
表面の硬度Ｈｃが２５０である抵抗体を用いた以外は、実施例１と同様にして、抵抗体ポジションセンサを製造した。本比較例の抵抗体ポジションセンサにおけるＨｃ、ＨｒおよびＨｂの関係は、以下の式に示すとおりであった。
２×Ｈｃ－Ｈｒ＝１．３９Ｈｂ

【0056】

図８Ａおよび図８Ｂは、摺動回数の増加に伴う出力電圧と全抵抗値の変化を示すグラフであり、図８Ａが実施例１の抵抗体ポジションセンサの結果を示し、図８Ｂが比較例１の抵抗体ポジションセンサの結果を示している。また、実施例２および３も、図８Ａに示す実施例１同様に、摺動回数の増加に伴う出力電圧と全抵抗値の変化が極めて小さかった。このように、式（１）に示す関係を満たす硬度を備えた抵抗体およびブラシを用いることにより、アイドリング位置における出力電圧の変化（△Ｖｉ）と全抵抗変化率（Ｒ）が極めて小さい抵抗体ポジションセンサを製造することができた。対して、式（１）に示す関係を満たさない比較例１の抵抗体ポジションセンサは、図８Ｂに示すように、摺動回数の増加に伴う出力電圧と全抵抗値の変化率が大きかった。

【0057】

図９Ａおよび図９Ｂは耐久性試験後における抵抗体１１およびブラシ１２の状態を示す図面代用写真であり、図９Ａが実施例１の結果を示し、図９Ｂが比較例１の結果を示している。
図９Ａに示す実施例１のように、式（１）に示す関係を満たす硬度を備えた抵抗体１１およびブラシ１２を用いることにより、ブラシ１２の摩耗量を抑えて、接触端１２Ｅへの摩耗粉の付着を防ぐことができた。そして、抵抗体１１の表面１１Ｓに付着する摩耗粉の金属層がほとんど認められない摺動軌跡１２Ｔが形成された。また、実施例２および３においても、図９Ａに示す実施例１と同様に、摩耗量が少なく、摩耗粉が接触端１２Ｅに付着せず、摩耗粉の金属層がほとんど認められない摺動軌跡１２Ｔが形成された。
対して、図９Ｂに示す比較例１のように、式（１）に示す関係を満たさない硬度を備えた抵抗体７１およびブラシ７２を用いた場合、ブラシ７２の摩耗量が大きくなり、接触端７２Ｅへの摩耗粉の付着が生じ、抵抗体７１の表面７１Ｓに摩耗粉の金属層が付着したブラシ摺動軌跡７２Ｔが形成された。

【0058】

以上のように、抵抗体１１およびブラシ１２の硬度を式（１）に示す関係を満たすようにすることで、長期間の使用により摺動回数が多くなった後におけるアイドリング位置の出力変動やノイズ発生が抑制された抵抗体ポジションセンサ１が得られた。

【0059】

＜実施例４＞
実施例１の抵抗体ポジションセンサについて、抵抗体１１の表面１１Ｓ上において、ブラシ１２を繰り返し摺動させながら雰囲気温度を－３０℃から１２０℃の範囲で周期的に変化させたときに生じるノイズ強度を測定した。

【0060】

＜比較例２＞
実施例１におけるデムナムＳ６５に代えて、フォンブリンＭ３０（商品名、ソルベイ製、パーフルオロポリエーテル、表面張力２５ｍＮ／ｍ）を潤滑剤として用いた抵抗体ポジションセンサについて、実施例４と同様にノイズ強度を測定した。

【0061】

図１０Ａおよび図１０Ｂはノイズ強度を示すグラフであり、図１０Ａが実施例４の測定結果であり、図１０Ｂが比較例２の測定結果である。同図は、雰囲気温度の温度プロファイルを線グラフで示し、ノイズ強度を棒グラフで示している。ノイズの縦軸はノイズの強さを示しており、上に行くほど大きなノイズが発生したことを示す。

【0062】

図１０Ａに示すように、実施例４の抵抗体ポジションセンサは、繰り返し摺動回数７００Ｋ（７０００００回）の時点において、ノイズの発生は認められなかった。対して、比較例２の抵抗体ポジションセンサは、繰り返し摺動回数１５０Ｋ（１５００００回）を超えたころから、ノイズの発生が認められた。この結果によれば、ノイズの発生を抑制する観点から、潤滑剤としては、表面張力が２０ｍＮ／ｍ以下のパーフルオロポリエーテルが好ましいといえる。

【産業上の利用可能性】

【0063】

以上説明したように、本発明の抵抗体ポジションセンサは、アイドリング位置における出力変動やノイズの発生が抑制されており、二輪車用のスロットルポジションセンサとして有用である。

【符号の説明】

【0064】

１ ：抵抗体ポジションセンサ
２ ：開閉弁
３ ：空気
４ ：ガソリン
５ ：混合気
６ ：エンジン
１１ ：抵抗体
１１Ｓ ：表面
１１１ ：カーボンブラック
１１２ ：カーボンファイバ
１１３ ：バインダ樹脂
１２ ：ブラシ（摺動子）
１２Ｅ ：接触端
１２Ｔ ：摺動軌跡
１３ ：潤滑剤
１５ ：測定圧子
１５ａ～１５ｄ：測定圧子の位置
７１ ：抵抗体
７１Ｓ ：表面
７２ ：ブラシ
７２Ｅ ：接触端
７２Ｔ ：ブラシ摺動軌跡
Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｖ、Ｈｒ：硬度
Ｐ、Ｖ ：方向
Ｒ、Ｒｂ、Ｒｉ：抵抗
Ｖｉ ：アイドリング位置における出力電圧
Ｘ、Ｘｆ ：回転角度
Ｘｉ ：アイドリング位置における回転角度
θ、θａ～θｃ：カーボンファイバのＶ方向と測定圧子の加圧方向との角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】