DE69118785T2

DE69118785T2 - Bandantriebsmechanismus für magnetisches Aufzeichnungsgerät

Info

Publication number: DE69118785T2
Application number: DE69118785T
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Hashi; Hideo Kurokawa; Tsutomu Mitani; Yuji Nakamura; Hirokazu Nakaue; Hideaki Yoshio
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1991-08-27
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: KR940006554B1; ATE137046T1; EP0474099A2; EP0474099A3; EP0474099B1; KR920005098A; US5370292A; DE69118785D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bandantriebsvorrichtung für ein magnetisches Aufzeichnungsgerät, wie beispielsweise einen Videorecorder oder einen Kassettenrecorder. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bandantriebsvorrichtung, bei der eine Klemmrolle vorgesehen ist, um ein Magnetband gegen einen Kapstan bzw. eine Tonwelle zu drücken, so daß das Magnetband zu dessen Antrieb zwischen der Klemmrolle und dem Kapstan eingeklemmt ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Figur 9 zeigt eine bekannte Bandantriebsvorrichtung für ein magnetisches Aufzeichnungsgerät. Figur 10 ist ei ne Ansicht des Schnittes entlang der Linie X-X in Figur 9. Bei dieser Vorrichtung bewegt sich eine Klemmrolle 2 in Richtung auf einen Kapstan 1, bis die Klemmrolle 2 gegen den Kapstan 1 mit einem zwischen der Klemmrolle 2 und dem Kapstan 1 eingeklemmten Magnetband 3 gepreßt ist. Der Außenabschnitt der Klemmrolle 2, welche drehbar ist, ist aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Gummi hergestellt. Wenn in Figur 9 der Kapstan 1 in Richtung eines Pfeils A1 durch ein Antriebsmittel (nicht gezeigt) gedreht wird, wird das Magnetband 3 in Richtung eines Pfeils A3 gegen eine Kraft F gefördert bzw. vorgeschoben.
Da die axiale Länge des Kapstans 1 und die axiale Länge der Klemmrolle 2 so ausgelegt sind, daß sie größer als die Breite des Magnetbands 3 sind, wie es in Figur 10 gezeigt ist, stehen der Kapstan 1 und die Klemmrolle 2 beidseits des Magnetbands 3 in direktem Kontakt miteinander. Ein Mechanismus zum Übertragen einer Antriebskraft auf das Magnetband wird durch einen indirekten Reibungsantriebsmechanismus sowie einen direkten Reibungsantriebsmechanismus gebildet. Bei dem indirekten Reibungsantriebsmechanismus wird die Antriebskraft zunächst von dem Kapstan 1 zu der Klemmrolle 2 übertragen, welche wiederum das Magnetband 3 mit einer Reibungskraft antreibt, die zwischen der Klemmrolle 2 und dem Magnetband 3 vorhanden ist. Bei dem direkten Reibungsantriebsmechanismus treibt der Kapstan 1 das Magnetband 3 mit einer Reibungskraft direkt an, die zwischen dem Kapstan 1 und dem Magnetband 3 vorhanden ist. Der Kapstan list üblicherweise aus einem Metall hergestellt, wogegen der Außenabschnitt der Klemmrolle 2 normalerweise aus Gummi gefertigt ist, dessen Reibungskoeffizient deutlich größer als der des Metalls ist. Die Klemmrolle 2 weist einen Durchmesser deutlich größer als der des Kapstans 1 auf, so daß der Kontaktbereich der Klemmrolle 2 mit dem Magnetband 3 selbstverständlich größer als der Kontaktbereich des Kapstans 1 mit dem Magnetband 3 ist. Dies führt dazu, daß der indirekte Reibungsantriebsmechanismus gegenüber dem direkten Reibungsantriebsmechanismus eine wesentliche Rolle beim Antrieb des Magnetbands 3 spielt. Es ist zu bemerken, daß Gummi wesentlich weniger einheitlich in seiner Härte als Metall ist. Je größer die Bedeutung ist, die der indirekte Reibungsantriebsmechanismus spielt, desto mehr macht sich der Effekt der ungleichmäßigen Härte des Gummibereichs der Klemmrolle 2 bemerkbar. Im Ergebnis kann ein stabiler Bandvorschub beeinträchtigt werden.
Ein Faktor, welcher die Größe der Reibungskräfte in diesen Reibungsantriebsmechanismen bestimmt, ist der Druck, den die Klemmrolle 2 auf den Kapstan 1 ausübt. Ein ausreichend großer Druck ist erforderlich, um eine ausreichende Bandantriebskraft zu erhalten. Eine Kraft von 1 kg oder mehr wird üblicherweise beim Stand der Technik ausgeübt. In einem Gerät, wie einem Videorecorder, bei dem eine bekannte Bandantriebsvorrichtung eingesetzt ist, finden sich erhebliche, nachstehend erläuterte Einschränkungen insbesondere bei der Realisierung eines kompakten und ein nur geringes Gewicht aufweisenden Aufbaus.
Um ein kompaktes und ein geringes Gewicht aufweisendes Gerät zu realisieren, sollten alle Mechanikteile sowie die übrigen, in dem Gehäuse vorhandenen Bauteile bis zum äußersten miniaturisiert werden. Wenn bei einem solchen miniaturisierten Aufbau der Druck, den die Klemmrolle ausübt, so groß wie der Druck bei einer bekannten Vorrichtung ist, erleiden die mechanischen Teile, wie beispielsweise die Klemmrollenarme, Verwerfungen oder Deformationen, worunter der Betrieb des Gerätes leidet. Da die für den Kapstan verwendete Lagerung ebenfalls in ihrem Aufbau miniaturisiert ist, ist die von ihm aufnehmbare Last dementsprechend klein. Wenn der Druck, den die Klemmrolle ausübt, so groß wie bei der bekannten Vorrichtung ist, kann die Lebensdauer der Lagerung verkürzt werden. Um die Vorrichtung zu miniaturisieren, sollte daher der Druck, den die Klemmrolle 2 auf den Kapstan 1 ausübt, so klein wie möglich sein. Wie bereits erwähnt wurde, ist der indirekte Reibungsantriebsmechanismus ein Hauptübertragungsmechanismus für die Antriebskraft. Wenn ein großer Druck ausgeübt wird, ermüdet und verschlechtert sich der Gummibereich der Klemmrolle schnell. Im Ergebnis wird ein stabiler Betrieb des Bandvorschubes bald beeinträchtigt.
Wenn umgekehrt, der Druck, den die Klemmrolle 2 auf den Kapstan 1 ausübt, bei der bekannten Bandantriebsvorrichtung zu klein gewählt wird, ist keine ausreichende Reibungskraft zwischen dem Kapstan 1, der Klemmrolle 2 und dem Magnetband 3 vorhanden. Daher tritt Schlupf zwischen dem Kapstan 1, der Klemmrolle 2 und dem Magnetband 3 auf, was zu einem instabilen Bandvorschub führt. Das Gerät zeigt deshalb nicht seine ursprünglich ins Auge gefaßten Leistungsmerkmale. Seine Zuverlässigkeit ist zerstört.
Die japanische Patentoffeniegungsveröffentlichung 2-199653 offenbart eine Vorrichtung, bei der ein Kapstan mit Unregelmäßigkeiten auf seiner Oberfläche versehen ist. Gemäß der Offenbarung weist der Kapstan Körner mit einem Durchmesser von 1-100 µm auf, die in seiner Oberfläche eingesetzt sind, um einen größeren Reibungskoeffizienten zwischen dem Kapstan und dem Magnetband zu erzeugen (vgl. Fig. 11). Die Offenbarung führt aus, daß dieses Verfahren einen stabilen Bandvorschub sicherstellt. Bei diesem Verfahren wird ein dünnes Magnetband im Zusammenhang mit den Unregelmäßigkeiten der Kapstanoberfläche deformiert, wenn die Klemmrolle Druck ausübt. Ebenso führt dies zu einem großen Reibungskoeffizienten zwischen dem Magnetband und der Klemmrolle. Aus der Offenbarung geht jedoch nicht hervor, welche Zunahme in der Reibungskraft bei diesem Verfahren mittels des direkten Reibungsantriebsmechanismus und welche mittels des indirekten Reibungsantriebsmechanismus ermöglicht wird. Die japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung 2-199653 analysiert nicht die Bandantriebsvorrichtung von dem vorstehend genannten Standpunkt aus. Die Offenbarung schlägt auch einen Prägevorgang oder ein Sandstrahlen vor, um Unregelmäßigkeiten auf der Kapstanoberfläche zu bilden. Diese Verfahren gemäß der Offenbarung sind jedoch vom Standpunkt der Dauerhaftigkeit nicht zufriedenstellend.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung beseitigt die vorstehend genannten, aus der bekannten Bandantriebsvorrichtung erwachsenden Probleme.
Demgemäß besteht eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Bandantriebsvorrichtung für ein magnetisches Aufzeichnungsgerät zu schaffen, bei der ein direkter Reibungsantriebsmechanismus eine wesentliche Rolle bei dem Antrieb des Bandes unabhängig von der Verwendung eines Kapstan mit glatter Oberfläche spielt, wobei der Einfluß bei dem Antrieb des Bandes mittels eines indirekten Reibungsantriebsmechanismus auf ein Minimum reduziert ist, wobei ein Druck, den eine Klemmrolle ausübt, auf ein Minimum verringert ist, während eine ausreichende Bandantriebskraft sicher aufrecht erhalten wird, wobei sowohl ein stabiler Bandvorschubbetrieb als auch eine ausreichende Haltbarkeit des Bandantriebsmechanismus realisiert ist und wobei demzufolge das magnetische Aufzeichnungsgerät miniaturisiert ist.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetbandantriebsvorrichtung für ein magnetisches Aufzeichnungsgerät geschaffen, die eine Kapstan, dessen Oberfläche mit einer ionisierten Dampfabscheidung beschichtet ist, sowie eine Klemmrolle aufweist, bei der zumindest deren Außenabschnitt durch ein elastisches Glied zum Drehen gebildet ist, während die Klemmrolle gegen den Kapstan mit einem zwischen ihnen aufgenommenen Magnetband gedrückt wird, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kapstan eine Oberflächenbeschichtung aus einem Kohlenstoffilm aufweist, die sowohl diamantgebundenen als auch graphitgebundenen Kohlenstoff enthält, wobei die Beschichtung eine Oberfächenrauheit im Bereich von 0,1 µm Rz - 2,0µm Rz besitzt.
Obwohl der diamantartige Kohlenstoffilm nicht kristallin ist, weist er eine Charakteristik ähnlich zu der von Diamant auf. Der diamantartige Kohlenstoffilm ist sowohl aus diamantgebundenen (SP³-gebundenen) Kohlenstoff bzw. aus Kohlenstoff mit Diamantbindung als auch aus graphitgebundenen (SP²-gebundenen) Kohlenstoff bzw. Kohlenstoff mit Graphitbindung hergestellt. Die Charakteristik des diamantartigen Kohlenstoffilms ist auf das Verhältnis von diamantgebundenem Kohlenstoff zu graphitgebundenem Kohlenstoff bezogen. Je mehr insbesondere diamantgebundener Kohlenstoff enthalten ist, desto diamantähnlicher wird der Film. Dies führt daher zu einem Mehr an Härte. Der diamantartige Kohlenstoffilm ist als ein chemisch stabiles und einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisendes Material bekannt. Als ein Schutzfilm wird der diamantartige Kohlenstoffilm in einem Bereich angewendet, wo große Abnutzungen stattfinden. Tatsächlich verändert sich der diamantartige Kohlenstoffilm in seinem Reibungskoeffizienten mit der angewendeten Geschwindigkeit. Insbesondere zeigt der diamantartige Kohlenstoffilm einen großen statischen Reibungskoeffizienten und, wenn der Film mit einer extrem geringen Geschwindigkeit gleitet, einen großen dynamischen Reibungskoeffizienten. Der diamantartige Kohlenstoffilm weist einen exzellenten Ermüdungswiderstand auf. Der diamantartige Kohlenstoffilm, welcher eine Schicht auf der Oberfläche des Kapstans bildet, der mit einer Relativgeschwindigkeit von ungefähr 0 mit Bezug auf die Geschwindigkeit des Magnetbands rotiert, wirkt mehr als ein Material mit hohem Reibungskoeffizienten als ein Material mit geringem Reibungskoeffizienten. Sogar wenn der durch die Klemmrolle ausgeübte Druck wesentlichen verringert wird, kann eine ausreichende Bandantriebskraft noch aufrechterhalten werden. Aufgrund seines ausgezeichneten Ermüdungswiderstand kann der diamantartige Kohlenstoffilm weiterhin die Bandantriebsgeschwindigkeit auf einen ausreichenden Pegel für eine lange Lebensdauer aufrechterhalten. Wenn die Kapstanoberfläche, die im voraus durch einen Prägevorgang oder ein Sandstrahlen mit Unregelmäßigkeiten versehen worden ist, mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm beschichtet wird, wird sogar ein höherer Reibungskoeffizient erwartet, der nicht zu Lasten der Haltbarkeit des Kapstans geht. Da die Klemmrolle in Kontakt mit dem Magnetband in der gleichen Weise wie bei der bekannten Vorrichtung steht, führt geringerer Druck durch die Klemmrolle dazu, daß die Bedeutung, die der indirekte Reibungsantriebsmechanismus bei dem Bandantrieb spielt, geringer wird. In einem solchen Zustand wird eine ausreichende Bandantriebskraft noch aufrechterhalten und der direkte Reibungsantriebsmechanismus spielt eine wesentliche Rolle beim Antrieb des Magnetbands aufgrund des hohen Reibungskoeffizienten des diamantartigen Kohlenstoffilms. Die wesentliche Rolle, die durch den direkten Reibungsantriebsmechanismus gespielt wird, bedeutet stabilen und langanhaltenden Betrieb des Bandvorschubs.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

Diese und weitere Aufgaben sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefiigten Zeichnungen deutlich, wobei:
Figur 1 eine Draufsicht ist, die den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 eine Vorderansicht ist, die den Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 3 ein Graph ist, der die Charakteristiken der Bandantriebskraft bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 4 ein Graph ist, der die Charakteristiken des dynamischen Reibungskoeffizienten zeigt;
Figur 5 eine Vorderansicht ist, die einen Testaufbau zum Messen der dynamischen Reibungskoeffizienten zeigt;
Figur 6 eine Ansicht im Querschnitt ist, die den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 7 ein Graph ist, der die Charakteristiken der Bandantriebskraft bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 8 eine Vorderansicht ist, die den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 9 eine Draufsicht ist, die den Aufbau der bekannten Bandantriebsvorrichtung zeigt;
Figur 10 eine Ansicht im Querschnitt entlang der Linie X-X in Figur 9 ist; und
Figur 11 eine Ansicht im Querschnitt ist, die den Aufbau der bekannten Bandantriebsvorrichtung zeigt;

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bevor in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, ist zu bemerken, daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen in sämtlichen Zeichnungsfiguren bezeichnet sind.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 werden die Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben. Wenn einige Bauteile in den Figuren 1 bis 8 identische Funktionen zu denen in Figur 9 aufweisen, wird gewöhnlich das gleiche Bezugszeichen verwendet, um diese Bauteile zu kennzeichnen. Eine Beschreibung für diese Bauteile ist nicht vorgesehen, da diese bereits beschrieben worden sind. Figur 1 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Figur 2 ist eine Vorderansicht der Figur 1. Ein Kapstan bzw. eine Tonwelle 1, der bzw. die in Figur 1 und 2 gezeigt ist, ist aus einem apolaren, rostfreien Stahl, dessen Vickershärte Hv ungefähr 500 kg/mm² beträgt, oder aus gleichwertigen Stählen hergestellt. Der Kapstan list mit einem 0,2 µm dicken, diamantartigen Kohlenstoffilm 4 beschichtet, dessen Vickershärte Hv 3000 kg/mm² beträgt. Eine Vielzahl von Verfahren zum Erzeugen eines diamantartigen Kohlenstoffilms sind bereits erläutert worden (vgl. jap. Patentoffenlegungsveröffentlichung 62-1 39873). Bei den Ausführungsbeispielen wird eine ionisierte Dampfabscheidung eingesetzt (vgl. Collection of Papers for Scientific Lectures at the Convention of the Precision Engineering Institution of Japan, Bd. 3, S.621, Herbst 1989). Bei der ionisierten Dampfabscheidung werden Thermoelektronen, die durch erhitzte Filamente abgegeben werden, verwendet, um eine Gasprobe in ihrem Plasmazustand zu ionisieren und anschließend werden die Ionen in dem Plasma verwendet, um einen diamantartigen Kohlenstoffilm abzulagern. Als eine Gasprobe wird ein Kohlenwasserstoffgas wie CH&sub4; oder C&sub6;H&sub6; verwendet. In den hier erläuterten Ausführungsbeispielen wird C&sub6;H&sub6; verwendet.
Zum Vergleich zeigt Figur 3 die Daten der Bandantriebskraft, die mit der Bandantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt, und die Daten einer anderen Bandantriebskraft, die aus der bekannten Bandantriebsvorrichtung stammen. Das Ergebnis der bekannten Vorrichtung gibt zwei Fälle wieder, wobei einer von einem hartverchromten Kapstan erhalten wurde und der andere aus einem unbeschichteten Metallkapstan erhalten wurde. Die Bandantriebsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der bekannten Bandantriebsvorrichtung darin, daß die Bandantriebsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels den Kapstan 1 aufweist, der mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm beschichtet ist. Die horizontale Achse in Figur 3 gibt die Laufzeit des Magnetbands wieder. An der Vertikaachse ist die Bandantriebskraft abgetragen. Nachstehend wird die Definition der Bandantriebskraft sowie deren Messung beschrieben. Der Druck, welchen die Klemmrolle 2 auf den Kapstan 1 ausübt, ist auf einen konstanten Wert gesetzt. Das Magnetband 3 läuft gegen die Bandkraft T. Die Bandkraft T wird verändert, bis eine 0,5 %-ige Relativgeschwindigkeit (Schlupf) zwischen der Kapstantangentialgeschwindigkeit und der Magnetbandufgeschwindigkeit auftritt. Die Bandantriebskraft ist als Bandkraft T definiert, welche einen 0,5 %-ige Relativgeschwindigkeit verursacht.
Obwohl bei der Bandantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der durch die Klemmrolle 2 ausgeübte Druck auf 600 g, ungefähr die Hälfte des Wertes bei der bekannten Vorrichtung, verringert ist, bleibt eine Bandantriebskraft von ungefähr 80 g noch übrig, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Eine solche Größe der Bandantriebskraft beträgt ungefähr das Zweifache der Bandantriebskraft der bekannten Vorrichtung. Weiterhin hält die Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen ihren Anfangspegel der Antriebskraft und ihr stabilen Betriebszustände sogar nach 1000 Stunden Laufzeit. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, daß der Druck durch die Klemmrolle die Hälfte des Wertes bei der bekannten Vorrichtung beträgt. Die Bandantriebskraft kann daher für eine lange Lebensdauer aufrechterhalten werden.
Im Gegensatz hierzu bietet die bekannte Bandantriebsvorrichtung, die keinen diamantartigen Kohlenstoffilm aufweist, nur ungefähr 40 g, was nicht ausreicht.
Nachstehend wird beschrieben, wie ein solcher Effekt aufgrund des mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm beschichteten Kapstans 1 möglich ist.
Der Hauptgrund für einen verhältnismäßig kleinen Druck, der eine verhältnismäßig große Bandantriebskraft erzeugt, besteht darin, daß der diamantartige Kohlenstofffilm auf das Magnetband als ein Material mit hohem Reibungskoeffizient wirkt.
Die diamantartige Kohlenstoffilm ist gemeinhin als ein Material mit geringen Reibungskoeffizienten bekannt. Wenn ein dynamischer Reibungskoeffizient in einem Verfahren, das später erläutert wird, gemessen wird und wenn der diamantartige Kohlenstoffilm mit einer Relativgeschwindigkeit von ungefähr 2 mm/sec. gleitet, beträgt der dynamische Reibungskoeffizient 0,15, wie es aus Figur 4 hervorgeht. Der Wert 0,15 des Koeffizienten ist kleiner als der eines nicht beschichteten Metallkapstans, bezogen auf ein Magnetband. Wenn zum Vergleich ein Kapstan weder einen diamantartigen Kohlenstoffilm noch in irgendeiner anderen Weise mit einer Härtung, wie beispielsweise eine Hartverchromung, versehen ist, beträgt sein dynamischer Reibungskoeffizient ungefähr 0,2. Der dynamische Reibungskoeffizient nimmt stark zu, wenn der mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm beschichtete Kapstan seine Relativgeschwindigkeit mit Bezug auf das Band in Richtung auf 0 verringert, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Sowohl der statische als auch der dynamische Reibungskoeffizient des diamantartigen Kohlenstoffilms nähert sich, bezogen auf das Magnetband, auf ungefähr das Zweifache der Reibungskoeffizienten von rostfreiem Stahl oder seiner Äquivalente, bezogen auf das Magnetband, an.
Bei einer Bandantriebsvorrichtung, wo ein Band weitestgehend mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Tangentialgeschwindigkeit eines Kapstans läuft, dient der diamantartige Kohlenstoffilm, der als ein Material mit einem geringen Reibungskoeffizient bekannt ist, als ein Material mit hohem Reibungskoeffizienten. Demgemäß bietet die vorliegende Erfindung eine Bandantriebskraft, die dem Zweifachen der Leistung der bekannten Bandantriebsvorrichtung entspricht. Der Grund für das Beibehalten der Bandantriebskraft auf annähernd ihren anfänglichen Pegel für einen wesentlich längeren Zeitraum gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der diamantartige Kohlenstoffilm sowohl verschleißfest als auch physikalisch stabil ist. Das erste Ausführungsbeispiel bietet daher exzellente Eigenschaften infolge der Kombination aus hohem Abriebwiderstand und hohem Reibungskoeffizienten des diamantartigen Kohlenstoffilms. Testergebnisse, die in Figur 4 wiedergegeben sind, wurden mit einem Aufbau erzielt, der in Figur 5 gezeigt ist. Insbesondere wird die Klemmrolle 2, die das Magnetband 3 umwickelt, gegen den Kapstan 1 mit einer konstanten Kraft F gedrückt. Bei diesem Aufbau wurde der Reibungskoeffizient durch Schlupf der Klemmrolle 2 und des Kapstans 1 bei einer festen Geschwindigkeit gemessen. Messungen wurden sowohl bei einem Kapstan, der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm beschichtet ist, als auch bei einem unbeschichteten Kapstan gemäß der bekannten Vorrichtung durchgeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung kann es wünschenswert sein, daß der diamantartige Kohlenstoffilm 4 einen Wert von 0,05 pm oder mehr aufweist. Der diamantartige Kohlenstoffilm 4, der auf dem Kapstan aufgetragen ist, wird nach einer Laufzeit von ungefähr 1000 Stunden um ungefähr 0,05 µm bis 0,08 µm abgetragen, obwohl ein derartiger Bereich an Abrieb in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen marginal überschritten werden kann. Der diamantartige Kohlenstoffilm von ungefähr 0,05 µm oder mehr stellt daher praktisch eine ausreichende Lebensdauer sicher.
Bei der ersten Ausführungsform ist eine axiale Breite LD des diamantartigen Kohlenstoffilms größer als eine Breite LT des Magnetbandes. Der Kapstan 1 weist keine in Figur 6 gezeigten Unregelmäßigkeiten auf. Abgesehen von dem Anbringen des diamantartigen Kohlenstoffilms auf dem Kapstan 1 treten praktischerweise keine Änderungen in der Geometrie des Kontaktes zwischen der Klemmrolle 2 und dem Magnetband 3 sowie der Geometrie des Kontaktes zwischen der Klemmrolle 2 und dem Kapstan 1 auf. Dies bedeutet, daß bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine starke Zunahme in der Bandantriebskraft infolge des mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm beschichteten Kapstans auftritt, welcher in direktem Kontakt mit dem Magnetband steht. Es ist nun offensichtlich, daß das erste Ausführungsbeispiel ermöglicht, die Bandantriebskraft von dem Kapstan 1 direkt auf das Magnetband 3 zu übertragen.
Es wird nun nachstehend ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel weist, mit Ausnahme eines nachstehend beschriebenen Unterschieds, einen zu dem in Figur 1 gezeigten Aufbau identischen Aufbau auf. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche 1s des Kapstans 1 eine Oberfläche, die feine Unregelmäßigkeiten mit einer Oberflächenrauheit von 0,5 µm Rz aufweist und die weiterhin auf der unregelmäßigen Oberfläche is der Kapstan 1 mit einem diamantartigen Kohlenstoffilm 4 von 0,2 µm Dicke und einer Vickershärte von 3000 kg/cm² beschichtet ist. Das zweite Ausführungsbeispiel verwendet ebenfalls die ionisierte Dampfabscheidung, um den diamantartigen Kohlenstoffilm wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel zu bilden. Aufgrund seiner guten Bindungsfähigkeit ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die äußere Oberflächen des diamantartigen Kohlenstoffilms 4 so rauh wie die Substratoberfläche is, wobei die Unregelgemäßigkeit der Substratoberfläche 1s wiedergegeben wird. Das zweite Ausführungsbeispiel erlaubt daher der Bandantriebskraft durch die Kombination sowohl eines Effektes infolge des hohen Reibungskoeffizienten als auch eines Effektes einer rauhen Oberfläche sogar zu zunehmen. In diesem Fall ermöglicht ebenso der hohe Abriebwiderstand des diamantartigen Kohlenstoffilms eine lange Lebensdauer, die die Geometrie der rauhen Oberfläche in ihrem Originaustand beibehält und daher eine hohe Bandantriebskraft aufrecht erhält.
Figur 7 zeigt Testergebnisse, die mit dem zweiten Ausführungsbeispiel erhalten wurden und die durch Abtragen eines Graphens der Bandantriebskraft über der Laufzeit erhalten wird. Eingetragen sind auch die Ergebnisse, die von einem unbeschichteten Metallkapstan in einer bekannten Bandantriebsvorrichtung erhalten wurden. Der Aufbau und die Betriebsbedingungen, die herbei angewandt wurden, sind gegenüber denen des ersten Ausführungsbeispiels unverändert. In den Testergebnissen der bekannten Bandantriebsvorrichtung in Figur 7 sind die von drei verschiedenen Kapstans enthalten: ein erster Kapstan weist eine unbeschichtete Metalloberfläche auf, deren Oberflächenrauheit 0,05 µm Rz oder kleiner ist; ein zweiter Kapstan besitzt eine unbeschichtete Metalloberfläche mit einer Oberflächenrauheit von 0,5 µm Rz; und ein dritter Kapstan, der eine Oberflächenrauheit von 0,5 µm Rz an seiner Substratoberfläche aufweist, besitzt ein Oberflächenfinish durch eine Beschichtung mit einem Titaniumnitridfilm von 0,2 µm Dicke. Jeder der bekannten Kapstans zeigt mit Zunahme der Laufzeit einen starken Abfall in der Bandantriebskraft. Daher ist die Lebensdauer weit von einem zufriedenstellenden Ergebnis entfernt. Demgegenüber verlängert das zweite Ausführungsbeispiel mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm wesentlich die Lebensdauer, wobei die Zunahme der Bandantriebskraft deutlich ist. Der Grund für den starken Abfall in der Bandantriebskraft bei den bekannten Kapstans, die ein rauhes Oberflächenfinish aufweisen, besteht darin, daß die rauhe Oberfläche mit der Laufzeit schnell abgetragen wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, daß der Kapstan 1 eine feine Unregelmäßigkeit mit einer Oberflächenrauheit von 0,1 bis 2,0 µm Rz an seiner Substratoberfläche unterhalb des diamantartigen Kohlenstoffilms aufweist. Ein Oberflächenfinish mit einer Oberfächenrauheit von 0,1 µm Rz oder mehr schafft einen ausreichenden Reibungseffekt an dem diamantartigen Kohlenstoffilm. Die Begrenzung der Oberflächenrauheit auf 2 µm Rz oder weniger ermöglicht, daß das Magnetband von jeder Beschädigung aufgrund einer übermäßig großen Rauheit geschützt wird.
Es ist weiterhin erwünscht, daß die Dicke des diamantartigen Kohlenstoffilms größer als 0,1 µm aber kleiner als die Oberflächenrauheit (0,5 µm Rz bei dem zweiten Ausführungsbeispiel) der Substratoberfläche des Kapstans 1 ist. Der diamantartigen Kohlenstoffilm mit einer Dicke von 0,1 µm oder dicker stellt sicher, daß er nicht abgetragen wird, sogar nach einer Laufzeit von 1000 Stunden oder so. Die Begrenzung der Dicke des diamantartigen Kohlenstoffilms gegenüber der Oberflächenrauheit der Substratoberfläche des Kapstans ermöglicht, daß der diamantartige Kohlenstoffilm die Substratoberflächenrauheit soweit wie möglich wiedergibt, wodurch die Bandantriebskraft zunimmt.
Bei der vorliegenden Erfindung verstärkt die Bildung einer Oberflächenrauheit an der Kapstanoberfläche neben der Bindekraft des diamantartigen Kohlenstoffilms auf der Substratoberfläche des Kapstans die Bildung einer Oberflächenrauheit an der Kapstanoberfläche. Dieses Merkmal ist speziell nützlich, um einen diamantartigen Kohlenstoffilm zu bilden, dessen Vickershärte einen hohen Wert aufweist. Je höher insbesondere die Vickershärte des Films ist, desto geringer ist die von dem Film gezeigte Bindekraft aufgrund einer Zunahme seiner Eigenspannung. Eine derartige Bindungsstörung prägt sich mehr jenseits einer Vickershärte von 3500 kg/mm² aus. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erweitert jedoch die Oberflächenrauheit des Kapstans seine Bindungsoberfläche mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm, wodurch die van-der-Waal-Kraft, die zwischen dem diamantartigen Kohlenstoffilm und der Substratoberfläche des Kapstans wirkt, zunimmt. Daher wird die Bindung verstärkt.
Nachstehend wird ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die axiale Länge LD des diamantartigen Kohlenstoffilms hauptsächlich durch die erforderliche Bandantriebskraft bestimmt. Wenn z.B. eine relativ kleine Bandantriebskraft notwendig ist, kann LD kleiner sein.
Es ist anzuraten, LD durch Bestimmen der erforderlichen Bandantriebskraft festzulegen. Wenn die Bandantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Videorecorder verwendet wird, wird die axiale Länge LD des diamantartigen Kohlenstoffilms wünschenswerterweise auf eine Länge größer als die Bandbreite LT gesetzt, wie es in Figur 8 gezeigt ist. Der Grund hierfür ist folgender: wenn LD kleiner als LT ist, wie es in Figur 1 gezeigt ist, sind beide Kantenbereiche 3E des Bandes in direktem Kontakt mit dem Metall bereich des Kapstans 1, während der Mitten bereich des Bandes in Kontakt mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm bleibt, der auf dem Kapstan 1 gebildet ist. Wie bereits wiederholt beschrieben worden ist, beträgt die Reibungskraft, die von dem diamantartigen Kohlenstoffilm hervorgerufen wird, welcher in Kontakt mit dem Band bleibt, ungefähr das Zweifache der Reibungskraft, die aus dem Metall des Kapstans resultiert, welcher in Kontakt mit dem Band steht. Dies bedeutet, daß ein großes Ungleichgewicht zwischen einer Reibungskraft, die an den Seitenbereichen 3E des Bandes wirkt, und der anderen Reibungskraft, die an dem Mittenbereich des Bandes wirkt, besteht. Wenn das gleiche Band wiederholt unter diesen Bedingungen läuft, dehnt sich das Band in einer ungleichmäßigen Weisen zwischen seinen Seitenbereichen und seinem Mittenbereich. Eine derartige ungleichmäßige Dehnung führt zu Verwerfungen an den Seitenbereichen 3E des Bandes. Wenn einmal eine Verwerfung vorhanden ist, werden nachfolgend mehr Verwerfungen erzeugt, was möglicherweise zu einer Beschädigung des Bandes führen kann. Die Bandkanten werden verwendet, um das Band korrekt entlang der Führungsbahnen der Trommeln in dem Videorecorder zu führen. Wenn die Kantenbereiche deformiert sind, läuft das Band in einer instabilen Weise, was die Spurlinearität beeinträchtigt und die Wiedergabetreue bei dem Wiedergabevideosignal verringert.
Wenn auf der anderen Seite LD größer als LT gesetzt wird, wie es in Figur 8 gezeigt ist, bleibt die volle Breite des Bandes inklusive der Kantenbereiche 3E in Kontakt mit dem diamantartigen Kohlenstoffilm. Das Band wird in gleichmäßiger Weise der Antriebskraft ausgesetzt. Im Ergebnis wird das vorstehend erläuterte Problem beseitigt und die Lebensdauer des Gerätes wird weiter vergrößert.
Das Festlegen von LD größer als LT stärkt die Stabilität und die Lebensdauer bei der Bandantriebsvorrichtung, sogar wenn das gleiche Band wiederholt läuft. Neben seiner Anwendung bei VCR-Geräten ist das dritte Ausführungsbeispiel insbesondere bei einem Gerät dienlich, bei dem ein Band läuft, dessen Kanten in Kontakt mit einer Bandführung in einer Bandtransporteinheit gebracht wird, sowie einem weiteren Gerät, bei dem die volle Breite eines Magnetbandes für die Datenaufzeichnung verwendet wird.
Obwohl die ionisierte Dampfabscheidung eingesetzt wird, um den diamantartigen Kohlenstoffum bei diesen Ausführungsbeispielen zu bilden, kann jedes geeignete Verfahren neben dem ionisierten Dampfabscheiden bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ebenso kann, um die Bindung des diamantartigen Kohlenstofffilms zu verstärken, eine Schicht aus einem Element, das aus Titannitridcarbid (TiNC), Titancarbid (TiC), Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC) und dgl. ausgewählt ist, zwischen dem diamantartigen Kohlenstoffilm und der Substratoberfläche des Kapstans angeordnet werden. Wie durch die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung 2-274846 vorgeschlagen wird, kann die Bindung des diamantartigen Kohlenstoffs durch Steuerung des Bildungsprozesses in einer Weise verstärkt werden, daß seine Eigenspannung kleiner als im Anfangszustand des Bildungsvorganges wird und anschließend durch nach und nach Ändern der Natur des Filmes gehalten wird.
Bei der Bandantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es mehr wünschenswert, daß die Vickershärte Hv des diamantartigen Kohlenstoffilms, mit dern der Kapstan beschichtet ist, 1.500 kg/mm² oder mehr beträgt. In der Praxis weist ein Film mit einer Vickershärte von 1.500 kg/mm² oder mehr ausreichenden Verschleißwiderstand auf, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, die Bandantriebskraft auf einen zufriedenstellenden Pegel für einen deutlichen langen Zeitraum zu halten. Es ist ebenso wünschenswert, daß der spezifische Widerstand des diamantartigen Kohlenstoffilms kleiner als 1,0 x 10&sup4; Ωcm beträgt. Ein Band, welches einen spezifischen Widerstand kleiner als 1,0 x 10&sup4; 8,50 Ωcm aufweist, verhindert, daß statische Elektrizität auftritt oder an dem Band verbleibt. Demzufolge wird die Geräuschentwicklung effektiv kontrolliert, wenn ein auf dem Band gespeichertes Signal wiedergegeben wird.
Die Anwendung der Bandantriebsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsbeispiele in einer VHS-Standard-VCR-Kamera führt zu einer deutlichen Verringerung in der Größe und zu einem deutlich geringerem Gewicht. Es ist ebenso zu bemerken, daß ohne Verwendung eines bekannten Steuersystems bei einer bekannten Bandantriebsvorrichtung das Magnetband mit einem ausreichenden Entwurfsspielraum weitestgehend mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Tangentialgeschwindigkeit des Kapstans läuft. Die vorliegende Erfindung vereinfacht die Konstruktion der Bandtransportsteuereinheit wesentlich oder ermöglicht, daß auf diese vollständig verzichtet werden kann, wodurch ein Gerät mit geringen Kosten herstellbar ist. Neben der VCR-Kamera bietet die vorliegende Erfindung den gleichen Vorteil bei jedem anderen Gerätetyp, welcher eine Bandantriebsvorrichtung aufweist.

Claims

1. Magnetbandantriebsvorrichtung für ein magnetisches Aufzeichnungsgerät enthaltend:

einen Kapstan (1), dessen Oberfläche mit einer ionisierten Dampfabscheidung beschichtet ist; und

eine Klemmrolle (2), bei der zumindest deren Außenabschnitt durch ein elastisches Glied zum Drehen gebildet ist, während die Rolle gegen den Kapstan (1) mit einem zwischen ihnen aufgenommenen Magnetband (3) gedrückt wird;

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kapstan (1) eine Oberflächenbeschichtung aus einem Kohlenstoffilm (4) aufweist, der sowohl Kohlenstoff mit Diamantbindung als auch Kohlenstoff mit Graphitbindung enthält, wobei die Beschichtung eine Oberflächenrauheit im Bereich von 0,1 µm Rz - 2,0 µm Rz besitzt.

2. Magnetbandantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Relativgeschwindigkeit zwischen der Oberfläche des Kapstans (1) und dem Magnetband (3) nicht mehr als 0,05 mm/s beträgt.

3. Magnetbandantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der sowohl die Klemmrolle (2) als auch der Kohlenstoffilm auf dem Kapstan (1) axiale Längen (Lp) größer als die volle Breite des Magnetbandes (3) aufweisen, das zwischen dem Kapstan (1) und der Klemmrolle (2) eingeklemmt ist.

4. Magnetbandantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Kohlenstoffilm (4) eine Vickershärte von zumindest 1 500 kg/mm² aufweist.

5. Magnetbandantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Kohenstoffum (4) einen spezifischen Widerstand kleiner als 1,0 x 10&sup4; Ωcm aufweist.

6. Magnetbandantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Kohlenstoffilm (4) eine Dicke von zumindest 0,1 µm aufweist.