DE9104181U1 - Festspannelement - Google Patents

Festspannelement

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Description

4. April 1991 P 13 373 - rets
Kitagawa Industries Co., Ltd., Nagoya, Japan
Festspanne 1 eine &eegr; t
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine leitfälliges, aus Kunstharz gebildetes Festspannelement.
In bekannter Weise wird ein aus hartem Kunstharz, wie Nylon, gebildetes Festspannelement in ein Gewindeloch eines Maschinenelements eingesetzt, um dieses Maschinenelement zu fixieren, weil das Festspannelement aus Kunstharz leicht und billig herstellbar und leichtgewichtig ist.
Wie allgemein bekannt, ist Kunstharz ein Isolator und neigt dazu, mit statischer Elektrizität aufgeladen zu werden. Beim Einsatz in einem Kopiergerät od.dgl. leidet das Festspannelement aus Kunstharz daher manchmal unter Elektrisierungen als Ergebnis von durch Reibung bewirkter statischer Elektrizität, so daß das Kopiergerät unkorrekt arbeitet. Um dieses Problem zu lösen, ist ein aus Kunstharz gebildetes Festspann-
element gebildet worden, das leitfähiges Material, wie Kohlenstoff bzw. Ruß und metallische Partikel, enthält.
Obwohl ein aus Kunstharz gebildetes und Kohlenstoff bzw. Ruß enthaltendes Fes tspanne 1 einen t einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist und eine Elektrisierung durch statische Elektrizität verhindern kann, hat der Anteil des Kohlenstoffs eine obere Grenze, weil der eingemischte Kohlenstoff die mechanischen Eigenschaften, wie die Festigkeit, des Kunstharzes verschlechtert.
Selbst wenn darüber hinaus i\er Anteil des Kohlenstoffs unter der oberen Grenze liegt, verringert ein leichtes Ansteigen des Anteils des Kohlenstoffs deutlich den spezifischen Volumenwiderstand des Kunstharzes, wenn der Volumenwiderstand zwischen 10 &OHgr; . cm und 10 &OHgr; . cm liegt, wo das Kohlenstoff enthaltende Kunstharz am effektivsten die Elektrisierung infolge statischer Elektrizität verhindert. Es ist daher sehr schwierig, Kohlenstoff dem Kunstharz so zuzumischen, daß der spezifische Volumenwiderstand auf den optimalen Wert
10 3
zwischen 10 &OHgr; . cm und 10 &OHgr;· cm eingestellt wird.
Andererseits besteht das Problem bei einem aus Kunstharz gebildeten und metallische Partikel enthaltenden Festspannelement darin, daß die Me ta 11 partike1 zu einer ungleichmäßigen
Verteilung im Kunstharz neigen, weil die metallischen Partikel und das Kunstharz nicht miteinander kompatibel und ihre spezifischen Gewichte ganz unterschiedlich sind. Das gebildete Festspannelement weist dadurch einen ungleichen spezifischen Volumenwiderstand auf und kann dementsprechend eine Elektrisierung durch statische Elektrizität nicht wirksam verh i nder&eegr;.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aus Kunstharz gebildetes Festspannelement zu schaffen, das effektiv eine Elektrisierung durch statische Elektrizität verhindern kann und bei dem die mechanischen Eigenschaften des Kunstharzes nicht verschlechtert sind.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden dargestellten Figuren deutlich.
Diese Aufgabe wird durch ein aus hartem Kunstharz mit darin enthaltenen Kohlefasern gebildetes Festspannelement gelöst, wobei die Kohlefaser aus hyperfeinen Partikeln eines hochschmelzenden Metalls und/oder einer aus einem D ampfphase &eegr; system zur thermischen Zerlegung von Kohlenwasserstoff erhaltenen Verbindung des hochschmelzenden Metalls entwickelt ist.
Die Kohlefaser ist haar- bzw. whiskerförmig ausgebildet, besitzt einen Mikrodurchmesser und weist eine hohe Affinität zu polymeren Materialien, überragende mechanische Eigenschaften einschließlich Zugfestigkeit und eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Wenn ein Fes tspanne 1 einen t aus hartem Kunstharz mit enthaltenen Kohlefasern gebildet wird, sind die Kohlefasern gleichmäßig verteilt und im Kunstharz miteinander vernetzt bzw. verflochten oder überkreuzt. Die Kohlefaser verschafft dadurch dem Festspannelement eine ausreichende Leitfähigkeit, um eine Elektrisierung durch statische Elektrizität zu verhindern, und verbessert die mechanischen Eigenschaften des Festspannelements.
Der Grad der Leitfähigkeit, nämlich des spezifischen elektrischen Widerstands, wird durch den Anteil der im Kunstharz eingemischten Kohlefasern bestimmt. Dies ist deshalb so, weil je mehr Kohlefasern im Kunstharz enthalten sind, desto mehr treten die Kohlefasern miteinander in Kontakt. Das Festspannelement kann mit dem gewünschten spezifischen elektrischen Widerstand durch Einstellen des Anteils der Kohlefaser versehen werden entsprechend dor Position, in der das Festspannelement verwendet wird.
Unter verschiedenartigen Kunstharzen weist Nylon-Harz die bevorzugtesten mechanischen Eigenschaften, einschließlich Festigkeit und Elastizität, als Basismaterial für das Fest-
spannelement gemäß der vorliegenden Erfindung auf. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Anhand von Beispielen und um die Beschreibung zu verdeutlichen, wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es ze i gen :
Fig. 1 eine Teil-Querschnitts darstellung eines Festspannelements als erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Teil-Querschnittsdarstellung eines Festspannelements als zweites Ausführungs bei spiel und Fig. 3 eine Teil-Querschnittsdarstellung eines Festspannelements als drittes Ausführungsbeispiel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG OER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBE I SP I ELE
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine zum Teil als Querschnittsdarstellung ausgeführte Ansicht einer Sechskantkopf-Schraube 1, bei der die vorliegende Erfindung verwirklicht ist. Die Schraube 1 ist aus Nylon-Harz 3 geformt, das 8 VoI % Kohlefaser 3a enthält, und weist einen säulenförmigen Schraubbereich la auf, der mit einem nicht dargestellten Schraubengewinde und einem Sechskantkopf Ib versehen ist, der so geformt ist, daß er
von einem Werkzeug, wie einem Schraubenschlüssel, erfaßt werden kann. Das Schraubengewinde steht im Eingriff mit einem Gewindeloch eines Maschinenelements, wie einer Sechskantmutter, wenn der Schraubbereich la in das Gewindeloch durch Drehung des Sechskantkopfs Ib eingesetzt ist.
Die Kohlefaser 3a ist aus Eisenpartikeln entwickelt, die einen Part i kel durchmesser von 0,02 &mgr; in bis 0,03 &mgr; m aufweisen, unter Verwendung eines Dampfphasensys toins zur thermischen Zerlegung von Benzol in einem Ofen bei 950 C - 1300 C. Der Durchmesser und die Länge dor Kohlefasern 3a beitragen jeweils 0,1 ym - 0,5 &mgr; rn und 0,1 mm - 1 mm. Die Kohlefaser 3a weist die folgenden weiteren Eigenschaften auf:
Zugfestigkeit: 200 kg/cm2
Elastizitätsmodul: 20 t/mm2
spezifischer elektrischer Widerstand^,001 &OHgr; . cm spezifisches Gewicht: 1,86
Weil die Kohlefaser 3a ein spezifisches Gewicht von 1,86 und eine höhere Affinität zu verschiedenen Kunstharzen (einschließlich Nylon-Kunstharz) aufweist gegenüber metallischen Partikeln und Kohlepartikeln bzw. Ruß, ist diese Kohlefaser 3a gleichmäßig im Nylon-Kunst ti arz 3 verteilt, aus dem sich die Schraube 1 zusammensetzt. Da die Schraube 1 einen einheitlichen und geringen spezifischen Volumenwiderstand von
10 &OHgr; . cm bis 10 &OHgr; . cm aufweist, kann die Schraube 1 effektiv eine Elektrisierung durch statische Elektrizität an ihrer Oberfläche verhindern. Ein Gerät, in das die Schraube 1 eingesetzt wird, ist daher gegen ungünstige Effekte geschützt, die durch statische Elektrizität an den beim Zusammenbau verwendeten Schrauben hervorgerufen werden.
Zusätzlich ist die aus dem NyIo&eegr;harz 3 gebildete und die vorstehend genannte Kohlefaser 3a enthaltende Schraube 1 mit verschiedenen hervorragenden mechanischen Eigenschaften versehen. Insbesondere ist die Zugfestigkeit der Schraube 1 höher als die einer Schraube, die nur aus Nylon-Harz gebildet ist. Die Schraube 1 weist eine hohe Lebensdauer auf und kann für verschiedene Zwecke verwendet werden.
Um die elektrische Leitfähigkeit zu vor bessern, konnte das Kunstharz der Schraube 1 wie vorstehend ausgeführt mit Kohlenstoff bzw. Ruß vermischt werden. Wie jedoch ebenfalls vorstehend ausgeführt wurde, würde sich ein vorgegebener Anteil von Kohlenstoff im Kunstharz der Schraube 1 unterschiedlich verteilen entsprechend der Art, in der der Kohlenstoff zugemischt wird. Ein optimaler spezifischer elektrischer Volumenwiderstand der Schraube 1 kann daher nicht durch Einstellen des Anteils von Kohlenstoff erreicht werden. Andererseits ist die Faserlänge der gemäß dieser Erfindung verwendeten Kohlefaser 3a im wesentlichen die gleiche wie die von mitein-
ander verbundenen Kohlenstoffpartikel&eegr;. Jedesmal, wenn eine vorgegebene Menge Kohlefaser 3a in das Nylon-Kunstharz 3 der Schraube 1 gemischt wird, wird die Kohlefaser 3a in homogener Weise verteilt, und der spezifische elektrische Volumenwiderstand der Schraube 1 ist festgelegt. Dementsprechend kann der spezifische elektrische Volumenwiderstand des Nylon-Harzes 3 auf seinen optimalen Wert du rc I) Einstellen des Anteils der Kohlefaser 3a gebracht werden.
Eine andere, in Fig. 2 dargestellte Schraube 101 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist aus Nylon-Harz 103 mit einem Anteil Kohlefaser 103a gebildet wie die Schraube 1 gemäß dem ersten Ausfiihrungsbeispiel, und eine Metallschicht 105 ist an der Oberfläche der Schraube 101 ausgebildet, beispielsweise durch Anwendung einer galvanischen Metallisierung, einer Tromme1ga 1 &ngr; anisierung , einer stromlosen Metallisierung oder einem Aufdampfen im Vakuum. /-- Die Schraube 101 schirmt elektromagnetisches Wellenrauschen effektiv ab, weil die Metallschicht 105 der Schraube 101 eine hohe elektrische Leitfähigkeit verleiht.
Noch eine weitere, in Fig. 3 dargestellte Schraube 201 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist ähnlich der Schraube 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Insbesondere ist die Schraube 201 aus Nylon-Harz 203 gebildet, das Kohlefaser 203a enthält, und weist einen Schraubbereich
201a und einen Sechskantkopf 201b auf. An der Oberfläche des Schraubbereichs 201a der Schraube 201 ist ein Haftmaterial 209 aufgebracht, um zu verhindern, daß die Schraube 201 leicht aus einem nicht dargestellten Gewindeloch herauskommen kann, in das sie eingesetzt worden ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist ein Festspannelement gemäß der vorliegenden Erfindung aus Kunstharz gebildet, das Kohlefasern enthält, die aus hyperfeinen Partikeln eines hochschmelzenden Metalls und/oder einer Verbindung des hochschmelzenden Metalls über eine Dampf phasensystem zur thermischen Zerlegung von Kohlenwasserstoff entwickelt wurden. Das mit hoher elektrischer Leitfähigkeit durch die Kohlefasern versehene Festspannelement kann effektiv eine Elektrisierung durch statische Elektrizität verhindern und weist überragende mechanische Eigenschaften, einschließlich der Zugfestigkeit, auf .

Claims (1)

  1. 4. April 1991 P 13 373 - rets
    Kitagawa Industries Co., Ltd., Nagoya, Japan
    Festspanne 1 eine &eegr; t
    AüJL
    1. Festspannelement, dadurch gekennzeichnet, daß es aus hartem Kunstharz (3;1O3;2O3) besteht und darin gleichmäßig verteilte Kohlefasern (3a ; 103a;203a) enthält.
    2. Festspanne 1 erne nt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern (3a;103a;203a) aus ultrafeinen Partikeln eines hochschmelzenden Metalls entwickelt sind.
    3. Festspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern (3a ; 103a;203a) aus einer Verbindung eines hochschmelzenden Metalls über eine Dampf phasensystem zur thermischen Zerlegung von Kohlenwasserstoff entwickelt sind.
    4. Festspannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kopfbereich (101b) und einen Körperbereich (101a) aufweist, wobei zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften auf diesem Körper-
    bereich (101a) eine Metallschicht (105) vorgesehen ist.
    5. Festspannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kopfbereich (201b) und einen Körperbereich (201a) aufweist, wobei zur Verbesserung des Widerstands dieses Körperbereichs (201a) beim Herauskommen aus einem Einsetzloch auf diesem Körperbereich (201a) eine Haftschicht (209) vorgesehen ist.
    6. Festspannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kohlefasern (3a) whiskerförmig ausgebildet sind sowie einen Kleinstdurchmesser und eine hohe Affinität zu polymeren Stoffen aufweisen.
    7. Festspannelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Länge dieser Kohlefasern (3a; 103a;203a) jeweils 0,1 ym - 0,5 &mgr;&igr;&eegr; und 0,1 mm - 1 mm betragen.
    8. Festspannelement nach einem der Ansprüche 2, i\ bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle fasern aus Eisenpartikeln mit einem Partikeldurchmesser von 0,02 &mgr;&igr;&eegr; - 0,03 &mgr; in unter Verwendung eines Dampfphasensystems zur thermischen Zerlegung von Benzol in einem Ofen mit 950° C - 1300° C entwickelt s i nd .
    9. Festspannelement aus hartem Kunstharz mit darin enthaltenem
    -3-
    Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit und damit zur Verhinderung der Bildung statischer Elektrizität darauf sowie zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoff in Form von gleichmäßig im Harz verteilten Fasern (3a;103a;203a) ausgebildet ist.
    10. Festspannelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern (3a;103a;203a) aus ultrafeinen Partikeln eines hochschmelzenden Metalls entwickelt sind.
    11. Festspannelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern (3a;103a;203a ) aus einer Verbindung eines hochschmelzenden Metalls über eine Oainpfphasensystem zur thermischen Zerlegung von Koh1enwasserstoff entwickelt sind.
    12. Festspannelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kopfbereich (101b) und einen Körperbereich (101a) aufweist, wobei zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften auf diesem Körperbereich (101a) eine Metallschicht (105) vorgesehen ist.
    13. Festspannelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kopfbereich (201b) und einen Körperbereich (201a) aufweist, wobei zur Verbesserung
    cles Widerstands dieses Körperbereichs (201a) beim Herauskommen aus einem Einsetzloch auf diesem Körper bereich (201a) eine Haftschicht (209) vorgesehen ist.
    14. Festspannelement nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kohlefasern (3a) whiskerförmig ausgebildet sind sowie einen Kleinstdurchmesser und eine hohe Affinität zu polymeren Stoffen aufweisen.
    15. Festspannelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Länge dieser Kohlefasern (3a; 103a;203a) jeweils 0,1 &mgr;&idiagr;&eegr; - 0,5 &mgr;&igr;&eegr; und 0,1 mm - 1 mm betragen.
    16. Festspannelement nach einem der Ansprüche 10, 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern aus Eisenpartikeln mit einem Partikel du rc hm ess er von 0,02 &mgr;&igr;&eegr; - 0,03 pm unter Verwendung eines Dampfphasensystems zur thermischen Zerlegung von Benzol in einem Ofen mit 950° C - 1300° C entwickelt sind.
    17. Schraube mit einem Kopfbereich und einem Körperbereich aus hartem Kunstharz, dadurch gekennzeichnet, daß gleichmäßig darin verteilte Kohlefasern (3a;103a;203a) vorgesehen sind, die aus hyperfeinen Partikeln eines hoch schmelzenden Metalls und/oder einer Verbindung eines hoch schmelzenden Metalls über ein Dampfphasensystem zur thermischen Zerlegung von
    Kohlenwasserstoff entwickelt sind.
    18. Schraube nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften an diesem Körperbereich (101a) eine Metallschicht (109) vorgesehen ist.
    19. Schraube nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des Widerstands dieses Kör perbereichs (201a) beim Herauskommen aus einem Einsetzloch an diesem Körperbereich (201a) eine Haftschicht (209) vorgesehen ist.
    20. Schraube nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
    a) daß diese Kohlefasern (3a;103a;203a) whiskerförmig ausgebildet sind und einen Kleinstdurchmesser sowie eine hohe Affinität zu polymeren Stoffen aufweisen;
    b) daß der Durchmesser und die Länge dieser Kohlefasern (3a;103a;203a) jeweils 0,1 &mgr; in - 0,5 &mgr;&igr;&igr;&igr; und 0,1 mm 1 mm betragen und
    c) daß diese Kohlefasern (3a ; 103a;203a ) aus Eisenpartikeln mit einem Partikeldurch messer von 0,02 pm - 0,03 &mgr; in unter Verwendung eines Dampf ph asensys teins zur thermischen Zerlegung von Benzol in einem Ofen mit 950° C - 1300° C entwickelt sind.
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