DE2306839C3

DE2306839C3 - Elektrisch leitfähiges Führungsstück

Info

Publication number: DE2306839C3
Application number: DE2306839A
Authority: DE
Inventors: Ryoso Kyoto Matsumoto
Original assignee: Oda Gosen Kogyo Kk Komatsu Ishikawa Jp
Current assignee: Oda Gosen Kogyo Kk Komatsu Ishikawa Jp
Priority date: 1972-07-07
Filing date: 1973-02-12
Publication date: 1981-10-01
Also published as: IT978479B; FR2192353B1; DE2306839A1; CH556085A; FR2192353A1; US3799422A; ES412448A1; DE2306839B2; JPS5130766B2; JPS4929108A; BR7302104D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch leitfähiges Führungsstück gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Führungsstücke für band- oder strangförmige Aufieichnungsträgei sollten sowohl eine hohe Abriebfe- »tigkeit zum Verhindern alterui ^bedingter Bandgeschwindigkeitsänderungen Hs auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um ein Anhaften des Aufzeichnungsträgers aufgrund elektrostatischer Aufladung zu vermeiden.

In bezug auf die Abriebfestigkeit sind Führungsstücke aus keramischem Material metallischen Führungsstükken überlegen. Bei nicht leitenden keramischen Führungsstücken (FR-PS 10 35 258) ergeben sich jedoch Probleme durch das Anhaften des Aufzeichnungsträgers aufgrund elektrostatischer Aufladung.

Deshalb besteht ein bekanntes Führungsstück (US- PS $3 69 266) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs t aus isolierendem TiO^, dem leitende Materialien, beispielsweise Ti2Oj zugesetzt worden sind. Durch diese Zusätze wird zwar eine gewisse Leitfähigkeit erreicht, fcber auch gleichzeitig die Härte und damit die Abriebfestigkeit herabgesetzt. Zudem ist die erzielte Leitfähigkeit bei bestimmten Umgebungsbedingungen flicht ausreichend, elsktrostatische Aufladung vollständig zu verhindern. Auch weist Titandioxid mit Zusätzen fcinen verhältnismäßig großen Reibungsbeiwert auf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, tin elektrisch leitfähiges Führungsstück gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im Hinblick auf eine tür Vermeidung elektrostatischer Aufladung ausreichende elektrische Leitfähigkeit bei guter Abriebfestigkeit und geringem Reibungswert weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst. Titanmonoxid ist zwar eine Keramik, weist aber dennoch eine verhältnismäßig große elektrische Leitfähigkeit auf, die Unter allen Betriebsbe^ dingungen elektrostatische Aufladungen vollständig verhindert. Aufgrund der kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur ist Titanmonoxid mechanisch äußerst stabil, so daß auch nach langer Betriebszeit kaum Abrieb auftritt Gleichzeitig ist der Reibungsbeiwert von Titanmonoxid außerordentlich niedrig. Weiter ist vorteilhaft, daß Titanmonoxid eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit hat, so daß eine übermäßige Erwärmung des Aufzeichnungsmaterials und des Führungsstückes vermieden wird.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Führungsstückes ist in dem Patentanspruch 2 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf dte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Führungsstückes,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Führungsstückes,

Fig.3 ein Diagramm, aus welchem die Beziehung zwischen dem Reibungsbeiwert und der Belastung hervorgeht,

Fig.4 ein Diagramm, aus welchem die Beziehung zwischen dem Reibungsbeiwert und der Temperatur hervorgeht,

F i g. 5 ein Diagramm, aus welchem die Beziehung zwischen dem Reibungsbeiwert und der relativen Feuchte hervorgeht.

Nach einer ausführlichen Forschung mit dem Ziel, Aufnahme- und Wiedergabesignale gleichmäßig guter Qualität über einen längeren Zeitraum durch ständige in Erzeugung einer stabilen Spannung in einem laufenden Magnetband zu «halten, wurde gefunden, daß ein elektrisch leitfähiges, keramisches Führungsstück, welches ein geformtes und gesintertes Element aus Titanmonoxyd mit einer kubisch-flächenzentrierten J5 Kristallstruktur umfaßt, als Führungsstück für Magnetbänder außerordentlich überlegen ist.

Fig. 1 zeigt ein Führungsstück A mit einem hohlzylindrischen Körper 1, der eine metallische Schraube 2 aufnimmt. Das Führungsstück umfaßt ferner eine Bodenplatte 3 und eine metalliscne Haltemutter 4. Sowohl der Körper 1 als auch die Bodenplatte 3 sind einstückig aus einem gesinterten Titanmonoxyd bestimmter Gestalt geformt, das Kristallpartikel mit einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur aufweist. Die Schraube 2 reicht durch ein Durchgangsloch im Körper 1 und in der Bodenplatte 3 und durch die aufgeschraubte Haltemutter 4 und steht in Verbindung mit einer Stütze 5. die zur Halterung des Führungsstükkes dient.

F i g. 2 zeigt ein Führungsstück B mit einem Körper 6 von hohler konischer Gestalt und kreisförmigem Querschnitt. Das Führungsstück B umfaßt ferner eine Gewindestange 7 mit Gewinden an beiden Enden, eine Dachplatte 8 und eine Bodenplatte 9. Die Dach- und die Bodenplatte sind einstückig mit dem Körper 6. Ferner sind eine metallische Hutmutter 10 und eine metallische Haltemutter 11 vorgesehen. Der Körper des Führungsstückes B. die Dachplatte 8 und die Bodenplatte 9 sind jeweils aus einem gesinterten Titanmonoxyd bestimm ter Gestalt geformt, das Kristallpartikel mit einer kubisch'flächenzenirierten Kristallstruktur aufweist. Die Gewindestange 7 reicht durch ein Durchgaiigslöch in der Bodenplatte 9, den Körper 6 und die Dachplatte 8 und ist mit der Hutmutter 10 am oberen Ende und mit der Haltemuttef 11 am unteren Ende verschraubt, Ihr unten überstehendes Ende ist in eine Stütze 12 eingeschraubt, welche zur Halterung des Führüngsslükkes dient.

Diese Führungsstücke können beispielsweise in der folgenden Weise hergestellt werden.

Als Ausgangsmaterialien werden puderförmiges metallisches Titan und Titanoxyd in einem Malverhältnis von 1 :1 miteinander vermischt. Die entstehende ■■> Mischung wird durch PreQformung in eine bestimmte gewünschte Gestalt gebracht Die geformte Mischung wird in einem inerten Gas z. B. in Argon, bei 1300⁰C gesintert Dadurch erhält man ein gesintertes, sehr hartes und festes Element, das die Dach- und/oder die in Bodenplatte umfaßt Dieses gesinterte Element besteht aus einem gesinterten und geformten Titanmonoxyd, dessen Kristallpartikel eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur haben. Nach dem hier als Beispiel angegebenen Verfahren brauchen also nur der Körper 1 ι ^Γ> und die Bodenplatte 3 des Fiihrungsstückes A bzw. der Körper 6 die Bodenplatte 8 und die Dachplatte 9 des Führungsotückes B hergestellt zu werden. Angemerkt sei, daß den gemischten Ausgangsmaterialien zur Verbesserung der Sinterwirkung ungefähr 1 % Ton oder ·ο ein ähnliches Material zugegeben werden kann.

Das in dieser Weise erhaltene Führungsstück A oder ßder ersten bzw. der zweiten Ausführungsform hat zur Führung dienende Abschnitte, die mit einem laufenden band- oder strangförmigen Material in Berührung .>5 gebracht werden, so daß das Führungsstück A oder B dem Material, insbesondere einem Magnetband ständig eine sehr stabile Spannung erteilen kann.

Durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß die elektrisch leitfähigen, keramischen TiO-Führungs- so stücke, deren Kristallpartikel eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur haben, bei einer Benutzung z. B. in Verbindung mit einem Magnetband auf Polyesterbasis einen erheblich kleineren Reibungsbeiwert als übliche metallische Führungsstücke haben. Darüber ti hinaus erzeugen die beschriebenen keramischen Führungsstücke praktisch keine Spannungsschwankungen im laufenden Band während einer ununterbrochenen Benutzung über einen langen Zeitraum. Auch wurden die elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücke 4» in einem hochwertigen Tonbandgerät eingesetzt und durch Wiedergabe eines Testbandes die Gleichlaufwerte im unteren und oberen Frequenzbereicn ermittelt. Dabei ergaben sich Gleichlaufwerte von 0.02% und weniger (Effektivwert) bei einer Bandgeschwindigkeit -ts von 19 cm/ser. Dieser Wert ist ungefähr ein Fünftel des mit üblichen metallischen Führungsstücken zu erzielenden Wertes. Die Qualität des Tonbandgerätes konnte also verbessert werden.

Die Gründe für den niedrigen Reibungsbeiwert des v< elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstückes aus einem geformten, gesinterten Element mit einer TiO-Phase und für seine Stabilität gegenüber Schwankungen der Temperatur und der relativen Feuchte der Umgebung lassen sich vermutlich folgendermaßen erklären. Das gesinterte Element aus TiO hat eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur und ist außerdem ein Oxyd des Titans. Es hat daher einen hohen Fließgrenzdruck bzw. eine hohe Quetschgrenze. Außer dem liegen in den gesinterten TiO-Kristallpartikeln mi regular angeordnete Sauerstoffatome und Gitterstörungen des Titans vor. Daher hat das Führungsstück eine verringerte Berührungsfläche mit dem läufenden Band bzw. Material. Gleichzeitig besitzt das Führungsslück eine große elektrische Leitfähigkeit. Bei dem Führungs- b^r> stück kann daher nicht das Band aufgrund einer auf ihm angesammelten elektrostatischen Aufladung an dem Führungsslück anhaften. Darüber hinaus ist das gesinterte Element mt TiO-Phase in bezug auf die gegenseitige Anordnung und Verteilung der Kristallpartikel und der nicht kristallischen Bereiche relativ irregulär. Seine Kristallpartikel, die nadelartige Gebilde mit einer Größe von ungefähr 5 bis 20 μπι sind, sind wahllos verteilt Daher hat das gesinterte Element mit TiO-Phase die wesentliche Eigenschaft eines geringen Reibungswiderstandes.

F i g. 3 zeigt die Ergebnisse einer Bestimmung der Änderungen des Reibungsbeiwertes μ für die hier beschriebenen Führungsstücke und für Führungsstucke nach dem Stande der Technik in Abhängigkeit von der Zugbelastung L eines laufenden Bandes, dessen Basisseite in Berührung mit den Führungsstücken steht bei einer Umgebungstemperatur von 25°C und einer relativen Feuchte der Umgebung von 73%. In der Darstellung der F i g. 3 ist längs der vertikalen Achse der Reibungsbeiwert μ und längs der horizontalen Achse die Zugbelastung L in Gramm des laufenden Bandes aufgetragen. Die Kurve 13 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für elektrisch Iei;..nige, keramische Führungsstücke A und B. Die Kurve 54 zeigt den Verlauf des Reibangsbeiwertes für übliche metallische Führungsstücke. Aus den Kurven der F i g. 3 läßt sich entnehmen, daß der Reibungsbeiwert μ bei Verwendung von keramischen Führungsstücken in der Größenordnung von 0,2 liegt. Der Reibungsbeiwert μ hat insofern eine negative Charakteristik, als sein Wert in einem geringen Ausmaß mil zunehmender Zugbelastung des laufenden Bandes abnimmt. Gleichwohl kann der Reibungsbeiwert wenigstens ungefähr als konstant angesehen werden; er hat einen niedrigen Wert. Daher ist das beschriebene Führungsstück besonders in der in F i g. 2 gezeigten konischen Ausführungsform den bekannten metallischen Führungsstücken überlegen, die in einer konischen Form zu Problemen führen.

Fig. 4 zeigt die Meßergebnisse bezüglich der Änderungen des Reibungsbeiwertes in Abhängigkeit von Temperaturänderungen für die hier beschriebenen Führungsstücke und für Führungsstücke nach dem Stande der Technik bei einer Bandgeschwindigkeit von 19i_m/sc. In Fig. 4 ist längs der vertikalen Achse der Reibungsbeiwert μ und längs der horizontalen Achse die Temperatur t in "C aufgetragen. Die Kurve 15 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für die elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücke. Die Kurve 16 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes für übliche metallische Führungsstücke. Aus Fig. 4 läßt sich erkennen, daß Führungsstücke nach der Erfindung einen niedrigen und praktisch stabilen Reibungsbeiwert von ungefähr 0,2 besitzen.

F i g. 5 zeigt die Meßergebnisse bezüglich der Änderungen des Reibungsbeiwertes von Führungsstükkpn !·. Abhängigkeit von Änderungen der relativen Feuchte für aus Co-Fe/)) hergestellte Magnetbänder bei einer Bandgescl.windigkeit von 19 cm/sec. und einer Temperatur (Raumtemperatur) von 40⁰C. In Fig. 5 ist längs der vertikalen Achse der Reibungsbeiwert μ und längs der horizontalen Achse die relative Feuchte Win % aufgetragen. Die Kurve 17 zeigt den Verlauf des Reibungsbeiwertes von elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstücken, während die Kurve. 18 den Verlauf des Reibungsbeiwertes für die üblichen, metallischen Führungsstücke darstellt. Der Fig.5 läßt sich entnehmen, daß sich der Reibungsbeiwert μ der beschriebenen Führungsstücke, dessen Betrag in der Größenordnung von 0,2 liegt, ändert und die Änderung eine positive Charakteristik hat, also der Wert von μ mit

zunehmender relativer Feuchte etwas ansteigt. Im Vergleich zum Ausmaß der Änderung des Reibungsbeiwertes von üblichen metallischen Führungsslücken ist die Änderung bei diesen Führungsslücken jedoch sehr gering.

Es wurden außerdem Versuche bezüglich der Härte der elektrisch leilfähigen, keramischen Führungsstücke durchgeführt. Mit der Meßmethode nach Vickers bei einer Prüflast von 25 g wurde eine Härte zwischen 1450 und 1600 festgestellt. Mit anderen Worten ergab sich, daß die Führungsstücke nach der Erfindung gut bearbeilbar, also z. B. gut schneidbar und schleifbar sind.

Die elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstükke, die jeweils ein geformtes und gesintertes Element mit einer TiO-Phase umfassen, haben den weiteren Vorteil, daß sie die elektrostatische Aufladung der Magnetbänder verhindern, weil sie eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeil haben, obwohl das gesinterte Element mit TiO-Phase ein Porzellan auf Metalloxydbasis ist. Genauer gesagt, hat das gesinterte Element mit TiO-Phase eine hohe elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von 1000—2000(QCm)-¹ bei Raumtemperatur. Diese Leitfähigkeit wird durch den Sauerstoff sowie Gilterstörungen des Titans verursacht. Selbst wenn sich also auf dem Magnetband aus irgendeinem Grunde eine elektrostatische Ladung bildet, kann diese bei Berührung des Bandes mit dem Führungsstück A oder B, das ein gut leitendes geformtes und gesintertes Element mit TiO-Phase umfaßt, abgeleitet werden. Insgesamt können daher fehlerhaftes Verhalten aufgrund elektrostatischer Aufladung des Magnetbandes und nieder- und hochfrequente Gleichlaufschwankungen während der Aufnahme und der Wiedergabe vermieden werden. Darüber hinaus verringert das Führungsstück die Ablagerung von Staub auf dem Führungsstück und auf dem Band auf ein Minimum. Das Führungsstück ist den keramischen Führungsstükken die unter Verwendung elektrisch isolierenden Pon-ellans auf Metalloxydbasis hergestellt sind, also in vieler Hinsicht überlegen.

Weiterhin hat das Führungsstück eine gute Wärmeleitfähigkeit. Es erzeugt also nur einen kleinen • u,.—;„u„

Entsprechend ist es auch als Führungsstück bei der Herstellung künstlicher Fäden. Fasern und Filme geeignet. In diesem Falle hilft das Führungsstück. die Erzeugung von flockigem Faden-. Faser- und Filmstaub und dessen Ankleben aufgrund einer Beschädigung oder einer elektrostatischen Aufladung ni vermeiden. Fs trägt damit /ur Verbesserung der Qualität und der Produktivität bei der Herstellung solcher Artikel bei.

Es folgen noch einige allgemeine Ausführungen /u einem geeigneten Herstellungsverfahren für das neue Führungsstück. Zuerst wird metallisches Titan mit Titandioxyd in einem Mölvefhällriis zwischen 1 :0,66 und \ :\22 gemischt. Dann wird die Mischung zu einem Element der gewünschten Gestalt, beispielsweise wie sie in Fig. I oder 2 gezeigt ist,geformt. Dieses Element wird anschließend bei einer Temperatur zwischen 1200⁰C und 1450⁰C im Vakuum oder in einem inerten -> Gas gesintert. Auf diese Weise erhält man ein gesintertes Element, bei dem eine TiO-Phase vorliegt. Das sich ergebende TiO hat ein Zusammensetzungsverhältnis zwischen TiO₀.₈ und TiOu und die Kristallpärlikel dieses Elementes bekommen eine kubisch-flächen-

i·) zentrierte Struktur.

Genauer gesagt, haben die entstehenden Kristallpartikel im Falle eines Mischungsverhältnisses, bei welchem der Anteil von Titandioxyd kleiner als 0,66 in bezug auf den I betragenden Anteil des metallischen Titans ist, im

\·ί wesentlichen keine kubisch flächenzentrierte Struktur mit TiO-Phase, sondern gehören zu einem Mehrkomponentensystem mit kubisch-raumzentrierten oder ähnlichen Strukturen. Diese letztere Struktur ist von brüchiger Natur und daher für ein Führungsstück nicht mehr geeignet. Wenn andererseits der Anteil des Titandioxyds in bezug auf den 1 betragenden Anteil des Titans über 1,22 ansteigt, bekommen die Kristallpartikel eine Struktur, die hauptsächlich keine kubisch flächenzentrierte ist, sondern diejenige eines Mehrkomponen-

2-i ten-Systems ist, das rhombische und ähnliche Anteile ohne TiO-Phase aufweist. Diese Struktur hat eine geringe elektrische Leitfähigkeit, ist von brüchiger Natur und hat einen hohen Reibungsbeiwert, ist also nicht mehr für ein Führungsstück geeignet. Da im

in Vakuum oder in einem inerten Gas gesintert wird, wird das Element nicht der Wirkung des Sauerstoffs in der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt. Daher kann das gewünschte TiO genau und leicht nach Maßgabe des Molverhältnisses zwischen dem metallischen Titan und

S-. dem Titandioxyd erhalten werden. Außerdem läßt sich eine sowohl in bezug auf die Kosten als auch in bezug auf die Herstellungstechniken befriedigende Herstellung des elektrisch leitfähigen, keramischen Führungsstückes verwirklichen, wenn man nur diejenigen

in Abschnitte des Elementes, die mit dem laufenden Band oder dem ähnlichen Material in Berührung kommen, als ein gesintertes Stück mit TiO-Phase in obiger Weise

metallischen Material produziert und diese beiden r, Gruppen unterschiedlicher Abschnitte anschließend miteinander verbindet. Obwohl bei der Zusammensetzung des erwähnten gesinterten Stückes oder Elementes mit TiO-Phase. das TiO-Verhältnis zwischen TiOoi und TiO,! liegen kann, ist doch ein Zusammensetzungs-.Ii verhältnis von ΤίΟ·_η für Führungsstücke am besten geeignet.

Das Führungsstück zeigt also ausgeprägt gute

Eigenschaften insbesondere bei der Führung von Video-Magnetbändern, bei derten eine sehr dichte und

v> qualitativ sehr hochstehende' Aufzeichnung- der Τοπ> und der Bildinformation notwendig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisch leitfähiges Führungsstück aus gesintertem Titanoxid für band- oder strangförmige Aufzeichnungsträger, insbesondere für Magnetbänder, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsstück (A; B) aus Titanmonoxid besteht, und mit dem band- oder strangförmigen Aufzeichnungsträger in Berührung kommende Abschnitte (1, 3; 6, 8, 9) besitzt, die Kristallpartikel mit jeweils einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur aufweisen.

2. Verfahren zur Herstellung des Führungsstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus metallischem Titan und Titandioxid mit einem Molverhältnis zwischen 1 :0,66 und 1 :1,22 (Titan/Titandioxid) hergestellt wird, daß die Mischung in ein Element der gewünschten Gestalt geformt wird, und daß dieses Element bei einer Temperatur zwischen 1200⁰C und 1450°C im Vakuum oder in einem inerten Gas gesintert wird, wodurch die Struktur der Kristallpartikel des Elementes zu einer kubisch-flächenzentrierten wird.