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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plastik-Führungsstift für Magnetbänder,
der durch Spritzguß eines zusammengesetzten Stoffes unter Hinzufügung
elektrisch leitenden Graphits geformt wird, das einen bestimmten
Oberflächenwiderstand aufweist, wie in US-A- 4 635 877 beschrieben.
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Der Führungsstift, der als Zuführ-Führungsmittel für Magnetbänder, wie sie in
Videokassetten usw. üblich sind, verwendet wird, muß so funktionieren, daß die
Bilder stets klar wiedergegeben werden, während er den Gleitkontakt mit
Magnetbändern über einen langen Zeitraum aushält. Herkömmlich wurden Stifte dieser
Art aus Metallen hergestellt, deren Bearbeitung hohe Herstellungskosten
erforderte. Das heißt, die Metall-Führungsstifte wurden in großem Maßstab dank ihrer
Härte, Wärmeleitfähigkeit und antistatischen Eigenschaft eingesetzt, weil dies die
Faktoren für einen erhöhten Verschleiß- und Abriebwiderstand sind, und weil
durch ihre maschinelle Bearbeitung eine ausgezeichnete Oberflächengenauigkeit
zu erreichen ist, während ein ernster Nachteil in den hohen Bearbeitungskosten
liegt.
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Angesichts dieses Nachteils wurden wiederholt Versuche unternommen, um die
Führungsstifte aus Plastikmaterialien herzustellen, um durch Massenproduktion
die Herstellungskosten zu verringern. Da die Plastikmaterialien jedoch meist
einen niedrigen Wärmeverlust aufweisen, ist es unbestreitbar, daß diese
Plastikmaterialien einen geringen Widerstand gegen langdauernde Reibung oder
entsprechenden Abrieb aufweisen, insbesondere, wenn sie mit Plastikfilmen in
Gleitkontakt gebracht werden, und daß ihre Oberflächengenauigkeit im Vergleich zu
maschinell bearbeiteten Metall-Führungsstiften gering ist Anders gesagt: Es ist
schwierig, bei einem Plastik-Führungsstift eine Oberflächenrauhheit unter 1
Mikron zu erreichen, wenn er so bearbeitet wird, daß er die gleiche Form wie der
Metall-Führungsstift erhält; andererseits liefert das Spritzgußverfahren
ausgezeichnete Oberflächenrauhheitsgrade, vermindert jedoch in erheblichem Maße
die Geradheit der Oberfläche, wodurch oft - aufgrund von Deformation oder
Adhäsion des Magnetbandes - ein ungleichmäßiger Bandlauf entsteht.
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Weiterhin entstehen durch den langdauernden Gleitkontakt zwischen dem
Plastik-Führungsstift und dem Polyesterfilm, der die Grundlage des
Magnetbandes bildet, Abriebpulver und eine Deformation des Magnetbandes, wodurch die
Qualität der wiedergegebenen Bilder abnimmt. Konkret gesagt, läßt der Plastik-
Führungsstift Ausfallfehler und die Entstehung horizontaler Streifen auf dem
wiedergegebenen Bild durch lokale Entmagnetisierung häufiger auftreten als der
Metall-Führungsstift; außerdem besitzt er den Nachteil, daß die Bilder sehr
unansehnlich erscheinen.
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Da darüberhinaus Plastik urspränglich ein isolierendes Material ist, erhöht es
durch elektrische Aufladung in trockener Umgebung oder bei niedrigen
Temperaturen den Reibungsdrall, wodurch der Bandlauf instabil wird, der auf dem
Deck angebrachte Motor übermäßig aufgeladen wird oder in Extremfällen das
Band stoppt.
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Um diese Nachteile zu überwinden, schlugen der Erfinder und andere in der
japanischen Vorläufigen Patentschrift Nr. Sho 60-28063 (Patentschrift Nr. Sho
63-49303) einen Führungsstift für Magnetbänder vor, dessen Oberfläche winzige
Vor- und Einwölbungen zur Verringerung der Reibung aufweist, wobei die
elektrische Leitfähigkeit durch den Einsatz von Kohlenstoffasern oder ähnlichem
Material als leitender Füllstoff erreicht wird. Nachfolgende Forschungen zeigten
jedoch, daß die durch Gießen erzeugten Vor- und Einwölbungen meist an den
Rändern der Endoberflächen der Kohlenstoffasern entstehen und Faktoren dar- -
stellen, die Risse auf der mit diesen Vor- und Einwölbungen in Kontakt
gebrachten Bandoberfläche erzeugen, so daß sich die Qualität der wiedergegebenen
Bilder durch die Bandbeschädigung schneller verschlechtert.
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Darüberhinaus zeigt ein Versuch, Eigenschaften zu erhalten, die den oben
beschriebenen ähneln, indem superfeines Graphitpulver oder ein ähnliches
Material verwendet wurde, ebenfalls Probleme: es ist schwierig, Oberflächen von
Gußkörpern in idealer Form zu halten, weil die Gießform durch Ölausschwitzung in
der Gießphase verunreinigt wird, da ein flüssiges Dispersionsöl zum Mischen und
Kneten verwendet wird, und Bandschäden werden ebenfalls verursacht durch das
Anhaften von Staub, weil das Oberflächenöl auf das Band übergeht.
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Angesichts der oben beschriebenen Probleme besteht ein vorrangiges Ziel der
vorliegenden Erfindung darin, einen Plastik-Führungsstift für Magnetbänder zu
liefern, der Eigenschaften aufweist, die denen des Metall-Führungsstifts
ebenbürtig sind, und der mit niedrigem Kostenaufwand hergestellt werden kann.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird erreicht durch Spritzguß eines
zusammengesetzten Materials, das aus 100 Gewichtsanteilen eines thermoplastischen
Harzes, 5 bis 10 Gewichtsanteilen eines elektrisch leitfahigen Graphits, das die
Fähigkeit zur Anpassung des Oberflächenwiderstandes unter 10&sup7; Ω besitzt, und 0,5
bis 2,5 Gewichtsanteilen eines sphärischen Silikonharzes besteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der
Führungsstift für Magnetbänder erzeugt durch Spritzguß eines zusammengesetzten
Materials, das aus 100 Gewichtsanteilen eines thermoplastischen Harzes, 5 bis 10
Gewichtsanteilen eines Graphits und 0,5 bis 2,5 Gewichtsanteilen eines
sphärischen Silikonharzes sowie einem festen Schmiermittel besteht. Winzige Vor- und
Einwölbungen, die für den Lauf der Magnetbänder günstig sind, werden geformt,
und der Oberfläche des aus diesem Material gefertigten Führungsstiftes wird die
antistatische Eigenschaft verliehen.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird POM (Polyoxymethylen), PA (Polyamid),
PBT (Polybuthylen-Terephthalat), PPS (Polyphenylensulfid), PES
(Polyethersulfon), PEL (Polyetherimid), PEEK (Polyetherketon) PI (Polyimid)
oder ein ähnliches Material mit ausgezeichneter Schmierfähigkeit als
thermoplastisches Harz oder Hauptbestandteil verwendet.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird als Mittel zur Verleihung der elektrischen
Leitfähigkeit ein Graphit wie Ketjen Black (Warenzeichen) oder Acetylene Black
(Warenzeichen) verwendet. Der Oberflächenwiderstand sollte möglichst
niedriger als 10&sup7; Ω liegen, um eine Aufladung selbst in kalter oder trockener
Umgebung zu verhindern. Versuche zeigten, daß das Graphit im Verhältnis von
mindestens 5% im Falle von Ketjen Black EC (Warenzeichen) zugesetzt werden sollte,
um dieser Anforderung gerecht zu werden. Dieses Zufügungsverhältnis kann
jedoch verringert werden, wenn Ketjen Black in Graden mit höherer elektrischer
Leitfähigkeit verwendet wird (z.B. KetjenBlack EC 600JD). Um eine Oberfläche
zu erzeugen, die einen stabilen Bandlauf zuläßt, ist es andererseits notwendig, das
Zufügungsverhältnis von Graphit zu begrenzen. Konkret gesagt, ist es notwendig,
eine Fluiditat der Gießkomponenten von mindestens 5 in der MFR
(Schmelzflußrate des Harzes) beizubehalten, um die Gießkosten zu verringern
und Gußformen und Gießmaschinen der allgemeinsten Konstruktion verwenden
zu können und keine Gußform von komplizierter Konstruktion oder eine
spezielle Spritzgußmaschine einsetzen zu müssen. Versuche zeigten, daß es notwendig
ist, das Füllverhältnis des Graphits auf weniger als 10% zu begrenzen, um dieser
Anforderung gerecht zu werden.
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Aus den Ergbnissen der oben beschriebenen Versuche ergibt sich, daß das
Graphit im optimalen Bereich von 5,0% bis 10% zugefügt werden sollte, um das Ziel
der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Weiterhin wird konventionell ein
Flüssigöl verwendet, um feines Graphitpulver einheitlich im Harz zu vertelen, wie in
der japanischen Vorläufigen Patentschrift Nr. Sho 61-129783 dargestellt.
Versuche zeigten jedoch, daß dieses Öl an der Gußform anhaftet, Rückstände bildet
und die Oberflächenform des Gußstückes verschlechtert oder aus dem Gußstück
ausschwitzt, am vorbeilaufenden Band haftet und Staub anzieht, wodurch die
Verschlechterung des Bandes beschleunigt wird. Der Erfinder und andere stellten
fest, daß sphärische Silikonharze, z.B. Tospearl (Warenzeichen), hergestellt von
Toshiba Silicon Co. Ltd., die dem Silikon inhärente Schmierfahigkeit besitzen
und effektiv als verteilter fester Füllstoff verwendet werden können, der in der
Lage ist, die oben genannten Probleme zu lösen, und daß die gehärteten feinen
sphärischen Silikonharze einzigartige Bestandteile sind, die zusätzlich die
Eigenschaft besitzen, adäquate kleine Vor- und Einwölbungen zu erzeugen, die an der
Oberfläche von Gußstücken Schmierfähigkeit aufweisen. Vorzugsweise ist ein
Zufügungsverhältnis des sphärischen Silikonharzes in einem Bereich von 0,5 bis 2,5
Gewichtsanteilen zu wählen.
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Außerdem ist es möglich, eine angemessene Menge eines Festschmiermittels
zuzusetzen, um die Schmieffähigkeit zu stabilisieren. Es ist beispielsweise
vorzuziehen, 0,2 bis 1,0 Gewichtsanteile von Molybdän-Disulfid als Festschmiermittel
zuzusetzen.
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Die Aufgaben der für die oben beschriebene Mischungszusammensetzung
verwendeten Materialien lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
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a) Das Graphit verleiht dem Führungsstift elektrische Leittähigkeit und
vermindert die durch Reibung mit dem Band erzeugte Aufladung.
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b) Das sphärische Silikonharz dient als Graphitverteiler und als Mittel zur
Bildung kleiner Vor- und Einwölbungen mit Schmierfahigkeit auf der Oberfläche
zur Bandlaufstabilisierung.
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c) Das Festschmiermittel macht den Bandlauf stabiler.
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Dementsprechend wurde es möglich, durch Spritzguß des zusammengesetzten
Matrerials in der oben beschriebenen Mischung einen Plastik-Führungsstift für
Magnetbänder zu erzeugen, der mit niedrigen Kosten herstellbar ist, im
Gegensatz zu herkömmlichen Plastik-Führungsstiften für Magnetbänder allen
Umweltbedingungen standhalten kann und Eigenschaften aufweist, die denen der
Metall-Führungsstifte ebenbürtig sind.
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Dieses und andere Ziele sowie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen deutlich werden.
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Beigefügt ist eine tabellarische Auflistung der Eigenschaften des Plastik-
Führungsstiftes für Magnetbänder gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ein kopolymerisches Harz (Duracon (Warenzeichen) M270, hergestellt von
Polyplastics Co., Ltd.), verwendet als Polyacetalharz, wurde vermischt mit Ketjen Black
EC (hergestellt von Japan Ketjen Black International Co., Ltd. mit einer mittleren
Partikelgröße von 30 mu) in den mit Ausführungsform 1 bis 8 bezeichneten
Verhältnissen (s. Tabelle) und zunächst mit einem Supermixer gemischt, woraufhin
ein Spritzgußpellet durch einheitliches Mischen, Kneten und Extrudieren bei 190
bis 200 ºC mit einem 50-mm-Durchmesser-Einzelspindelextruder erzeugt wurde.
Ein Bandführungsstift für eine VHS-Kassette wurde unter Verwendung des Pellets
gegossen; seine Eigenschaften sind in der beigefügten Tabelle zusammengefaßt.
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Als Vergleichsbeispiele 1 bis 7 wurden Pellets mittels der gleichen Prozesse wie in
den oben erwähnten Ausführungsformen hergestellt durch Einzelverteilung von
Ketjen Black im Polyacetal, Hinzufügen von Tospearl in höheren Verhältnissen
bzw. Verwendung von Silikonöl als Verteilmittel für das Graphit. Gußformen, die
denen der Ausführungsformen ähnelten, wurden hergestellt und die
Eigenschaften der Gußstücke ebenfalls in der erwähnten Tabelle aufgeführt.
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Vergleicht man das Vergleichsbeispiel 1 mit den Ausführungsformen 3 bis 6, um
die Wirkung von Tospearl als Verteilmittel zu prüfen, so wird deutlich, daß der
Oberflächenwiderstand sehr unterschiedlich ist, wenn kein Tospearl zugefügt
wird. Dementsprechend bilden sich Graphitklümpchen auf Stellen der
Oberflächen der Gußstücke, die die Oberflächen rauh machen, den
Reibungskoeffizienten erhöhen, die Bandheschädigung während des Bandlaufs besonders bei
niedrigen Temperaturen erhöhen, die Verschlechterung der wiedergegebenen Bilder
beschleunigen und die Bandführungsstifte praktisch unverwendbar machen.
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Andererseits zeigen die Ausführungsformen 3 bis 6, daß die Zufügung von
Tospearl einen stabilen Oberflächenwiderstand aufgrund gleichmäßiger Verteilung
des Graphits gewährleistet. Außerdem wurde festgestellt, daß das Magnetband
selbst unter schwierigen Umweltbedingungen laufen kann dank des Tospearls,
das als sphärisches selbstschmierendes Füllmittel verwendet wird und seine
Wirkung zeigt, da es Oberflächenvor- und Einwölbungen erzeugt, die für den
Bandlauf günstig sind.
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Prüfungen der Zufügungsgrenze für Tospearl (Vergleich der Ausführungsformen
4 bis 6 mit den Vergleichsbeispielen 2 und 3) zeigten darüber hinaus, daß die
Zufügung von 0,5 oder einem höheren Gewichtsanteil von Tospearl die
Minimalanforderungen an Verteilung und Oberflächenbildung erfüllen kann und daß es
eine gewisse Obergrenze für die Tospearl-Zufügung gibt, weil das
Gesamtfüllmittelzufügungsverhältnis eine gewisse Grenze aufweist, jenseits der sich die
Oberflächenrauhheit verschlechtern und der Oberflächenwiderstand erhöhen würde.
Ausgehend von diesen Fakten liegen die bevorzugten Füllverhältnisse von
Tospearl in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 Gewichtsanteilen relativ zu 100
Gewichtsanteilen Harz. Es erübrigt sich zu sagen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf
das oben genannte Tospearl-Zufügungsverhältnis beschränkt ist, da die geeignete
Oberflächenrauhheit je nach Bandsorte unterschiedlich ist und Oberflächen mit
höherer Rauhheit für bestimmte Bandsorten geeignet sein können.
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Die optimalen Verhältnisse für die Zufügung von Ketjen Black wurden bei den
Ausführungsformen wie folgt festgestellt:
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Wie aus dem Vergleich zwischen den Ausführungsformen 1 bis 4 und 8 und den
Vergleichsbeispielen 5 bis 7 hervorgeht, hatten der Erfinder und andere schon in
Vorversuchen herausgefunden, daß ein Oberflächenwiderstand unter 10&sup7; Ω
geeignet ist, um die elektrische Aufladung eines laufenden Bandes zu verhindern;
sie stellten bei weiteren Versuchen fest, daß 5,0 bis 10,0 Gewichtsanteile von
Ketjen Black, vorzugsweise 5,5 bis 7,0 Gewichtsanteile von Ketjen Black, dem oben
erwähnten Oberflächenwiderstand entsprechen. Außerdem wurde nachgewiesen,
daß Oberflächenwiderstände von 10&sup9; bis 10¹&sup0; Ω bei normaler Temperatur und
normaler Feuchtigkeit einen gewissen Effekt zeigen, daß jedoch bei heftiger
Reibung mit dem laufenden Band unter trockenen Bedingungen die
Funktionstüchtigkeit der Führungsstifte stark nachläßt.
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Weiterhin wurde im Vergleichsbeispiel 4 ein ölmodiflziertes Silikonöl als
Graphitverteiler im üblichen Verfahren gemischt und geknetet. Es ist verständlich, daß
Graphit gleichmäßig im Harz verteilt und der Oberflächenwiderstand stabilisiert
wird, wenn - wie bereits gut bekannt - ein Öl als Verteilmittel verwendet wird.
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Es stellte sich jedoch heraus, daß das ölmodiflzierte Silikonöl nicht geeignet ist,
um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, weil das Öl, wenn es in
einem Magnetbandlaufsystem verwendet wird, die Oberfläche des Gußstückes
durch Verunreinigung der Gußform mit ausgeschwitztem Öl und durch
Koagulation und Adhäsion des Öls während wiederholter Gußphasen aufrauht und
dadurch Bandschäden verursacht und sogar nach der Gußphase an der
Oberfläche ausgeschwitzt wird und auch an der Bandgrundschicht haftet, dadurch
dünne isolierende Schichten an beiden Oberflächen erzeugt, die das Anhaften von
Staub ermöglichen, was eine Ursache für Risse an laufenden Bändern und für
eine Verminderung der Wirkung des in hohen Verhältnissen zugefügten Graphits
zur Verhinderung der durch Reibung erzeugten Aufladung darstellt.
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Überdies wurde in der Ausführungsform 7 Molybdän-Disulfid als
Festschmiermittel zugegeben. Die vorliegende Erfindung ist nicht inkompatibel zum Einsatz der
vorhandenen Festschmiermittel.
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Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß festgestellt wurde, daß der unter
Verwendung des zusammengesetzten Materials als Grundbestandteil gemäß der
vorliegenden Erfindung hergestellte Bandführungsstift gleiche
Funktionseigenschaften aufweist wie der aus rostfreiem Stahl hergestellte Bandführungsstift, und
daß ersterer dank der Massenproduktivität des Plastikmaterials eine
Verminderung der Herstellungskosten zuläßt.