JP2022183133A - 導電性不織布、そのような不織布を含む接地リングおよびそれを備えたアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】導電性不織布と、それを備えた特に低い電気抵抗を有する接地リング、並びにそのような接地リングを含むアレイを提供する。【解決手段】本発明は、第１の導電率を有する原料不織布を含んでいる導電性不織布に関する。この原料不織布は、第２の導電率を有する導電性粒子を含み、ここで、第２の導電率は、第１の導電率よりも大きい。本発明は、そのような不織布からなる接地リングにも関する。【選択図】なし

Description

本発明は、導電性不織布、そのような不織布を含む接地リングおよびそれを備えたアレイに関する。

導電性不織布は、一般に公知であり、例えば、「ｅモビリティ」の分野では接地リングに使用されている。特にそのような用途では、導電性不織布が特に低い電気抵抗を有し、したがって特に高い導電性を有する場合に有利である。不織布は、上述した用途についても、これまで５０Ω～５００Ωの電気抵抗を有していたが、これは、例えば自動車の電気モーターに関連する電磁両立性には高すぎるものである。

接地リングおよびそのような接地リングを含むアレイは、独国特許出願公開第１０２０１８１０５３７６号明細書から公知である。

接地リングは、シールリングのための上流側シールとして構成され、導電性材料からなり、その特定の使用中に、接地すべき第１の機械要素の表面にぴったりと接触する。第１の機械要素と同様に導電性材料からなり、第１の機械要素と同心円状に配置された第２の機械要素は、定義された接地電位に接地され、ここでは、第１および第２の機械要素は、接地リングによって導電接続されている。

独国特許出願公開第１０２０１３０００９８２号明細書からは、少なくとも１つの動的に負荷されるシールリップを備えたシールリングと、接地リングとして構成された上流側シールと、を含むシールが公知である。上流側シールは、シールリップに隣接し、軸方向に距離を置いて配置され、導電性材料からなっている。シールリップおよび上流側シールは、シールすべき第１の機械要素のシールすべき表面をぴったりと取り囲み、ここで、第１の機械要素は、第２の機械要素に隣接して径方向に距離を置いて配置される。径方向の距離によって形成される間隙には、シールリングと上流側シールとが配置されている。第２の機械要素は、定義された接地電位に接地され、ここで、第１および第２の機械要素は、上流側シールによってそれぞれぴったりと接触し、これによって、相互に導電接続される。上流側シールは、電位補償リングとして構成され、例えば、導電性のＰＴＦＥ含浸不織布からなっている。したがって、電気的絶縁破壊による機械要素への機械的損傷は除外される。電位補償なしでは、機械要素の異なる電位が電気的絶縁破壊によって補償されることにより、相互にシールすべき機械要素の機械的損傷が生じる可能性がある。そのような絶縁破壊は、異なる電位を有する機械要素が相互に隣接して割り当てられている間隔が狭いほど、確率は高くなる。絶縁破壊は、比較的低い電荷で機械要素における材料除去を引き起こし、絶縁破壊が起こる領域の材料構造に変化を生じさせる可能性がある。

独国特許出願公開第１０２０１４０１０２６９号明細書からは、さらなる上流側シールが公知である。この上流側シールは、導電性および通気性の材料からなる実質的に環状に形成されたディスクと支持体とを含み、ここで、このディスクは、（支持体に関して）別個に生成された個別部品として構成され、支持体に接続されている。支持体は、シールリングによって形成されてよい。上流側シールは、電位補償の課題だけでなく、むしろその他に、周囲からの汚染物質がシールリングのシールリップへ浸透することを阻止する課題も有する。上流側シールは、減結合された電気ブリッジである。この文脈において、「減結合される」とは、例えば、上流側シールと組み合わされたシールリングのシール機能が、電気ブリッジの機能から、詳細には絶縁破壊を回避し、機械要素間の電位補償を生じさせる機能から減結合されることを意味するものと理解されたい。

国際公開第２０１７／１４８５８６号明細書からは、誘導電圧または電荷を、第１の機械要素、好適にはシャフトから第２の機械要素に放電するために用いられるシャフト接地リングが公知である。このシャフト接地リングは、導電性材料からなる環状のハウジングを有し、該ハウジングは、一方の機械要素に導電接続され、少なくとも１つの放電要素と導電関係にある。この放電要素は、製造条件下でディスク状に形成され、同様に導電性材料からなり、他の機械要素と導電関係にある。放電要素は、導電性充填材を含んだＰＴＦＥ材料からなり得る。導電性材料として、銀塗布剤が開示されており、この銀塗布剤は、特に放電要素が非導電性材料からなっている場合には、好適には完全に放電要素を取り囲む。したがって、銀塗布剤は、放電要素の基体上に容易に塗布することができ、非常に低い比抵抗を有している。この放電要素は、その周面の少なくとも一部にわたって延在するディスク状の放電体である。放電体の弾性的に湾曲した縁部領域は、周方向で見て、端部が開口したスリットを備えていてもよい。これらのスリットは、縁部領域を第１または第２の機械要素に当接させる復元力が、一方では、それによって、導電性材料の導電面を対応する機械要素に十分に当接させるくらいの十分な大きさでありつつも、他方では、摩擦が最小になるくらいの少なさであるような数および／または長さで設けられる。

本発明が基礎とする課題は、導電性不織布とそれを備えた接地リングとを、接地リングが特に低い電気抵抗を有し、したがって特に高い導電性を有するようにさらに開発し、それによって、そのような接地リングをｅモビリティに関連して良好に使用することもできるようにすることである。

この課題を解決するために、第１の導電率を有する原料不織布を含んでいる導電性不織布であって、ここで、原料不織布は、第２の導電率を有する導電性粒子を含み、ここで、第２の導電率は、第１の導電率よりも大きい、導電性不織布が想定される。導電性粒子が、原料不織布に比べて向上した導電率を有することにより、不織布全体の導電率も向上する。電気抵抗は、この導電性粒子によって、動作時で≦１０Ω、新規の状態では≦１Ωでさえもあり得る。これにより、導電性粒子を含まない従来の不織布よりも大幅に低くなる。

粒子は、好適には、３０％～６０％の重量比率を有する。ここでの利点は、良好な導電性のために不織布に十分に多くの粒子が存在し、これらの粒子が不織布に均一に分散していることである。その他の利点は、この種の重量比率は、より高い重量比率よりも経済的に安価に実現できることである。３０％未満の重量比率では、不織布の導電性の向上が過度に少ない。６０％よりも高い重量比率では、導電性粒子で加工した不織布の剛性が増加し、柔軟性が低下する。これにより、径方向力と押圧力とが高まり、このことは、摩耗の増加につながりかねない。さらに、導電性粒子の比率が高まると、不織布中のエラストマーの架橋とそれに伴う耐薬品性が悪化する。

粒子は、好適には３μｍ～８μｍのサイズを有する。この種の粒子サイズは、特に信頼できるプロセスで原料不織布に導入することができる。導電性粒子が、例えば含浸によって原料不織布に被着されるならば、このサイズの粒子は、含浸浴において不所望に沈殿することはない。これらの利点は、上記の範囲外の粒子ではもはや達成できないか、あるいは限定的にしか達成できない。８μｍを大幅に超えるサイズの粒子は、導電性不織布を、接地リングおよび上流側シールとして回転シャフトシールリングに関連させて使用する場合、回転シャフトシールリングの故障につながりかねない。なぜなら、不織布からの粒子が、シールリングのシール縁部下方に入り込む可能性があるからである。また、不織布の通気性も、機能技術的に関連しているシーリングの、例えばそのポンピング効果がもはや確実に機能しなくなるほど悪化してしまう可能性もある。

好適な実施形態によれば、粒子は、銀粒子によって形成されていることが想定されてよい。銀粒子は、特に高い導電性を有し、そのため、原料不織布の導電性を大幅に向上させるのに特に良好に適している。この導電性の大幅な向上は、粒子の重量比率が、比較的少ない例えば上述した３０％～６０％の間の範囲にしかない場合でも、銀粒子の特に高い導電性によって達成することができる。

原料不織布は、４μｍ～１０μｍの繊維太さを有する繊維を含むことができる。そのような繊維太さには利点がある。なぜなら、それによって、異方性構造が生じ、常に、不織布の繊維端部が、相互に導電接続されるべき２つの機械要素、つまり、例えばシャフトと該シャフトを取り囲むハウジングとに接触するからである。粒子のサイズは、好適には、実質的に不織布の繊維の繊維太さに対応する。

そのような繊維太さの設計により、不織布が、不所望に硬化せず、繊維が、不織布の所定の使用の間の長期の使用期間中にも破断せず、所要の通気性が与えられることが達成される。

好適な構成によれば、原料不織布は、１０ｍｍ～１４ｍｍの繊維長さを有する繊維を含むことが想定されてよい。ここでは、そのような繊維長さの繊維によって、大抵の用途に対する不織布の所望の剛性／柔軟性が達成される利点がある。

原料不織布は、付加的に、ＰＴＦＥ粒子を含むことができる。特に、導電性不織布が動的に負荷される場合、例えば、導電性不織布が、接地リングとしてシール、例えばシールリングに関連して使用される場合にも、そのような手段により摩擦が低減され、それによって摩耗が低減される。

ＰＴＦＥ粒子は、５％～１５％の重量比率を有することができる。大抵の用途に対して、そのような重量比率は、所定の使用期間の間、摩擦を最小に低減するために十分である。その他にも、そのような不織布は、ＰＴＦＥ粒子における僅かな重量比率により、経済的観点において比較的安価に製造できる利点がある。

不織布は、０．４ｍｍ～０．８ｍｍである厚さを有することができる。そのような厚さを有する不織布は、一方では高い導電性を有し、他方では、自身が接触する機械要素をぴったりと取り囲む／接触させるための良好な弾性的柔軟性を有している。

不織布の単位面積当たりの重量は、５００ｇ／ｍ^２～１，０００ｇ／ｍ^２であり得る。ここでは、不織布から製造された機械要素、例えば接地リングが、非常に少ない総重量しか持たない利点がある。シールリングを機能技術的ユニットに組み合わせた場合、接地リングの重量は、実際に無視できるほど少なくなる。その他に、そのような単位面積当たりの重量の場合、含浸に続く不織布に十分な含浸を行い、不織布の弾性特性がその導電性との組み合わせにおいて保証される利点がある。

単位面積あたりの重量がより小さいまたはより大きい場合、特に導電性が不十分であったり、かつ／または不織布の機械的特性が多くの用途に適さなくなったりする欠点がある。

ＤＩＮ３７６１によるラジアルフォース測定と、シャフト上の測定と、における線圧は、製造条件下の不織布の状態で０．１Ｎ／ｍｍ～０．８Ｎ／ｍｍであり得る。上記の範囲は、特に有利である。なぜなら、線圧がより高まると、摩擦やそれに伴う発熱が大きくなり、ひいては不織布の不所望な早期老化によって耐用年数が短くなってしまうからである。より低い線圧も、不織布が、導電性の機械要素としてもはや機能しなくなることにつながりかねず、接地リングとして、もはや不織布は、動的負荷の際に径方向に当接する機械要素に信頼性の高い接触をもたらさなくなるであろう。

導電性不織布の製造は、上述したように、原料不織布が導電性粒子を含んだ含浸剤を用いて含浸されることによって行うことができる。この含浸剤は、原料不織布の両面に被着させてもよいし、片面のみに被着させてもよい。原料不織布の片面のみに被着させる含浸は、その際の含浸剤の消費量が少なくなり、それによって、不織布をより安価に製造できる利点がある。さらなる利点は、片面だけに含浸させた不織布ディスクは方向性を得ることである。例えば、不織布ディスクを回転シャフトシールリングと組み合わせて使用し、それに接着する場合、不織布ディスクの含浸面は、取り付け方向に応じて、接着時に回転シャフトシールリングとは反対側または対面側に向ける必要性が生じる。シャフトをねじ込んだり、もしくはシャフトに押し付けたりすると、不織布ディスクの外縁領域が取り付け方向に応じて一方もしくは他方の側に折れ曲がり、この場合は、導電接続を確立するために、含浸面が、取り付け状態においてシャフトにもハウジングにも接触することを補償する必要がある。そのような方向性のある接着は、プロセス制御にも有利である。

さらに、本発明は、上述したように、導電性不織布からなる不織布リングを含んでいる接地リングに関する。そのような接地リングは、ｅモビリティの分野で使用することができる。

不織布リングは、導電性支持リングに固定されてもよい。この固定は、接着剤で行うことも、例えばクランプによって機械的に行うことも可能である。

その他に、そのような接地リング、ならびに第１および第２の機械要素を含んだアレイが請求され、ここで、接地リングは、第１の機械要素のシールすべき表面にぴったりと接触し、ここで、第１の機械要素は、第２の機械要素と同心円状に配置され、ここで、第１の機械要素は、径方向に距離を置いて第２の機械要素に隣接して配置され、ここで、径方向の距離によって形成される間隙に接地リングが配置され、ここで、第２の機械要素は、定義された接地電位に接地され、ここで、第１および第２の機械要素は、接地リングによってそれぞれぴったりと接触し、これによって相互に導電接続されている。第１の機械要素は、シャフトまたは該シャフトを取り囲むハウジングによって形成されてよく、第２の機械要素は、シャフトを取り囲むハウジングまたはシャフトによって形成されてよい。

Claims (15)

1. 第１の導電率を有する原料不織布を含んでいる導電性不織布において、
   前記原料不織布は、第２の導電率を有する導電性粒子を含み、
   前記第２の導電率は、前記第１の導電率よりも大きい、
   導電性不織布。
2. 前記粒子は、３０％～６０％の重量比率を有する、
   請求項１記載の不織布。
3. 前記粒子は、３μｍ～８μｍのサイズを有する、
   請求項１または２記載の不織布。
4. 前記粒子は、銀粒子によって形成されている、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の不織布。
5. 前記原料不織布は、４μｍ～１０μｍの繊維太さを有する繊維を含む、
   請求項１記載の不織布。
6. 前記原料不織布は、１０ｍｍ～１４ｍｍの繊維長さを有する繊維を含む、
   請求項５記載の不織布。
7. 前記原料不織布は、ＰＴＦＥ粒子（３）を含む、
   請求項５または６記載の不織布。
8. 前記ＰＴＦＥ粒子は、５％～１５％の重量比率を有する、
   請求項７記載の不織布。
9. 前記不織布の厚さは、０．４ｍｍ～０．８ｍｍである、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の不織布。
10. 前記不織布の単位面積当たりの重量は、５００ｇ／ｍ^２～１０００ｇ／ｍ^２である、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の不織布。
11. ＤＩＮ３７６１によるラジアルフォース測定と、シャフト上の測定と、における前記不織布の線圧は、製造条件下の不織布の状態で０．１Ｎ／ｍｍ～０．８Ｎ／ｍｍである、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載の不織布。
12. 接地リングであって、請求項１から１１までのいずれか１項記載の導電性不織布からなる不織布リング（４）を含んでいる、接地リング。
13. 前記不織布リングは、導電性支持リングに固定されている、
    請求項１２記載の接地リング。
14. 請求項１２または１３記載の接地リングと、第１の機械要素と、第２の機械要素と、を含んだアレイであって、
    前記接地リングは、前記第１の機械要素の表面にぴったりと接触し、
    前記第１の機械要素は、前記第２の機械要素と同心円状に配置され、
    前記第１の機械要素は、径方向に距離を置いて前記第２の機械要素に隣接して配置され、
    前記接地リングは、径方向の距離によって形成される間隙に配置され、
    前記第２の機械要素は、定義された接地電位に接地され、
    前記第１および第２の機械要素は、前記接地リングによってそれぞれぴったりと接触し、これによって相互に導電接続されている、
    アレイ。
15. 請求項１４記載の接地リングにおいて、前記第１の機械要素は、シャフトまたは前記シャフトを取り囲むハウジングによって形成され、前記第２の機械要素は、前記シャフトを取り囲むハウジングまたはシャフトによって形成される、
    接地リング。