JP2955619B2 - テープガイド機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録又は再生装置（以
下、単に記録再生装置という）に用いられるテープ状の
記録媒体を案内するためのテープガイドに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】この種の記録再生装置のうち磁気テープ
を使用するＶＴＲ等の磁気記録再生装置において用いら
れるテープガイドは、所謂、固定ガイドと回転ガイドの
２種類に大別される。固定ガイドによれば、テープを安
定的に案内することができるという長所を有している
が、そのテープとの接触による摩擦のためにテープテン
ションが増大するため、大きなテープ巻付け角度を極力
避ける必要がある。また、テープ静止時と走行時ではテ
ープ及びテープガイド間の摩擦係数が異なってくるた
め、本質的にテープテンションの安定化のためには不利
である。一方、回転ガイドによれば、テープテンション
の増大率が小さい等の利点があるが、そのローラの回転
振れやテープ幅方向の滑りに起因してテープ案内を不安
定にする等の問題がある。

【０００３】ところで、磁気記録再生装置の記録密度は
著しく高められてきており、これに伴いテープ状記録媒
体において、表面の平滑化，薄物化或いは走行安定化や
高精度化が図られている。また、テープ状記録媒体の記
録容量の増大に伴って、検索性等の操作性に対する要求
も高まっており、テープ走行の更なる高速化が求められ
ている。従って、磁気記録再生装置においてテープ走行
の安定性とテープテンションの安定性を両立させること
が必要となっているが、上述のように固定ガイド及び回
転ガイドとも本質的に、そのような要求を満たすことが
困難である。

【０００４】一方、かかるニーズに対応し得るものとし
て、固定ガイドの表面に設けた小孔から圧縮空気を噴出
するようにしたものや、或いは固定ガイドの表面を超音
波振動させるようにしたものが開発されている。これら
のテープガイドによれば、上述した要求を満たす特性を
備えてはいるが、このうち圧縮空気を利用するもので
は、コンプレッサや配管類が必要になるため極めて大き
なユニットとならざるを得ず、装置の小型化という点で
は適していない。これに対して、超音波振動を利用する
ものでは小型化に対応することができる。

【０００５】ここで、図６は、従来の超音波振動を利用
するテープガイドの構成例を示している。図において、
ガイドユニット１１０は、軸１１１及びネジ１１６によ
りベース１２０に植立されており、軸１１１に対して上
フランジ１１４，パイプ１１２及び下フランジ１１５を
圧入固定する構造となっている。テープ１００（図８参
照）をその外周面にて案内するガイドパイプ１１３は、
パイプ１１２の２つの突起１１２ａ，１１２ｂによって
保持される。また、加振器１０１は、この例では積層型
の圧電素子により構成され、電圧を印加することによっ
て伸縮するように構成されている。加振器１０１は、一
端がガイドパイプ１１３の表面に接着固定されると共
に、テープ１００と接触しないように保持部材１０３に
よって保持されている。

【０００６】加振器１０１に交流電圧を印加すると、そ
の伸縮によってガイドパイプ１１３が振動する。ガイド
パイプ１１３を適切な周波数で加振することにより、図
７及び図８に示されるような共振状態を得ることができ
る。この共振モードでは、図７に示したように軸方向に
おいて２つの節Ｘ，Ｙを有している。また図８に示した
ように半径方向において、図中、上下方向に長軸を有す
る楕円形状と左右方向に長軸を有する楕円形状とを繰り
返すことになるが、加振器１０１の位相（ア）及び位相
（ケ）が同相で、また位相（オ）及び位相（ス）が逆相
の腹となっている。更に、この共振モード時には、ガイ
ドパイプ１１３の外周面は、その表面展開図で見ると図
９により示される状態となっている。

【０００７】上記の場合、軸方向の２つの節Ｘ，Ｙ（図
７）は、パイプ１１２の２つの突起１１２ａ，１１２ｂ
と一致する位置に対応させてあり、これによりガイドパ
イプ１１３を保持していることに起因する振動拘束作用
をなくし、この共振モードにおける効率を高めることが
できる。このように振動するガイドパイプ１１３に対し
てテープ１００を添接させると、両者が接触状態となる
時間が実質的に少なくなり、特に静止時には摩擦を格段
に小さくすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のガイドユニット１１０では、テープ１００の添
接部に定在波を発生させるガイドパイプ１１３とこのガ
イドパイプ１１３を共振モードの節の位置で支持する軸
１１１により構成されているため、以下のような問題が
あった。即ち、 （１）共振するガイドパイプ１１３の変位を拘束しない
ように、共振モードの節の位置でガイドパイプ１１３を
支持するための機構が必要になる。ガイドパイプ１１３
における節Ｘ，Ｙの位置を所定位置に設定するために、
高い加工及び組立精度が要求され、ガイドパイプ１１３
自体においても所定形状寸法や表面粗さを得るための高
い加工精度が必要となり、量産加工が困難になる。

【０００９】（２）ガイドパイプ１１３の共振状態は、
ガイドパイプ１１３の長さ，直径，厚み及び材質等によ
って決定される。テープガイドの小型化を図るために、
ガイドパイプ１１３の長さ，直径等を小さくする方法が
あるが、このようにすると共振周波数が上昇し、これに
よる内部減衰が助長される。共振周波数の上昇を避ける
ためにはガイドパイプ１１３の厚みを薄くする必要があ
るが、この場合には更に高い加工精度が要求され、結局
高価になる上、部品の取扱性も悪化する。更に、ガイド
パイプ１１３の長さ，直径，厚みについては、機構上の
制約を受け易く、パラメータを大きく変動させることは
実質的に困難である。また、ガイドパイプ１１３の材質
については、ガイドパイプ１１３の剛性を大きく変え得
る程の自由度を有しておらず、従って、従来の構造では
共振周波数を設定し得る自由度は小さくならざるを得な
い。つまり、このように小型化，低コスト化には一定の
限界がある。

【００１０】（３）摩擦低減効果を生じさせるための共
振モードを、剛性が高い円環形状のガイドパイプ１１３
で構成しており、超音波振動で所定の振幅の定在波を生
じさせるには大きなエネルギが必要になり、またセラミ
ックのような内部減衰が小さく振動効率が良い材料を用
いる必要があるため、高価にならざるを得ない。 （４）ガイドパイプ１１３に定在波を形成して摩擦低減
効果を得る振動状態が複数得られるが、現実には単一共
振モードの節となる複数の位置を支持する構造となって
いるため、他の共振モードにおいては支持部が節になる
位置に一致せず、状況に応じて効率良くガイドパイプ１
１３の共振モードを使い分けることができない。 （５）そして、以上の理由からテープ走行状態で前記複
数の共振状態を切り替えることができなくなる。

【００１１】本発明の目的は先ず、セラミックのような
振動効率が良い材料を用いないでも、小さいエネルギで
大きな摩擦低減効果を得るために、加振エネルギを最大
効率でテープ添接部材に伝達し、これにより振動テープ
ガイドを小型，低コストで実現することである。また、
本発明の目的は、テープ添接部材の質量を考慮した振動
テープガイドパラメータの分離を明確にして、高い加工
及び組立精度を要求することなく、共振周波数を設定し
得る自由度の大きな振動テープガイドを実現することで
ある。また、本発明の目的は、１台のテープガイドで摩
擦低減効果を得ることができる複数の共振モードを実現
することである。更に、本発明の目的は、摩擦低減効果
を生じ得るテープガイドの複数の振動モードを選択的に
実現し得るようにすることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のテープガイド機
構は、一端が固定された軸とこの軸の所定部位に固着さ
れたテープ添接部材とを有し、前記軸を振動させる加振
手段により前記テープ添接部材のテープ添接部が、テー
プ幅方向において対称に振動変位するようになっている
が、特に、前記テープ添接部材の重心位置にて前記軸と
固着されるべき支持部を有し、この支持部は、前記軸の
振動変位がほぼ最大となり、且つ変位角がほぼ零となる
位置、或いは前記軸の振動変位がほぼ零となり、且つ変
位角がほぼ最大となる位置に設定されるものである。

【００１３】また、本発明のテープガイド機構におい
て、前記軸の自由端側に一定の質量系を有している。

【００１４】また、本発明のテープガイド機構におい
て、複数の共振周波数において、前記軸の振動変位が最
大となる位置と零となる位置とがほぼ一致し、前記テー
プ添接部材は、この一致する位置に固着される。

【００１５】更に、本発明のテープガイド機構におい
て、複数の共振周波数において、選択的に加振する手段
を有している。

【００１６】

【作用】本発明によれば、先ず、一端が固定された軸と
この軸の所定部位に固着されたテープ添接部材とを設
け、テープ添接部材はその重心にて軸に固着される構造
を有している。そして、軸に対するテープ添接部材の固
着位置としては、軸の撓み（変位）が最大となる腹位置
であって、その撓み角が零となる位置、或いは軸の撓み
が零となる位置であって、その撓み角が最大となる節位
置に設定される。かかる構成により、軸の振動変位又は
撓み角が大きくなる位置でテープ添接部材を支持し、こ
れによりテープ添接部材が軸の最大変形部にて振動する
ように動作させることができる。

【００１７】また、本発明によれば、軸の自由端側に一
定の質量系（第２の質量系）を設けることにより、第２
の質量系の位置及び質量によって、第１の質量系（テー
プ添接部材）を支持する軸の変位及び変位角を決定する
ことができる。

【００１８】また、本発明によれば、異なる共振周波数
において、前記軸振動の腹位置又は節位置となる位置と
がほぼ一致する。これにより、同一テープガイドユニッ
トにおいて、複数の摩擦低減効果を生じるようにテープ
添接部を振動変動させることができる。

【００１９】更に、本発明によれば、加振する周波数を
状況に応じて切り替え、これにより加振効率やテープ走
行の安定性等がそのときの状況に最適とするように、振
動モードを適宜選択することができる。

【００２０】

【実施例】以下、図１〜図５に基づき、本発明によるテ
ープガイド機構の好適な実施例を説明する。図１及び図
２は、本発明に係るテープガイド機構の外観図及び断面
図である。本実施例では、テープガイド部は、一端１３
ａがベース２０に固定されると共に、もう一方の自由端
１３ｂにて質量系１２を有する支持軸１３と、パイプ状
のテープ添接部材１４と、により構成される。更にテー
プ添接部材１４に対して垂直方向に、加振器１６がテー
プに接触しないように固定されている。

【００２１】加振器１６は、積層型の圧電素子を用いて
構成される。また、図２において、１２ａ及び１７はテ
ープの上下方向のずれを抑えるためのフランジ部であ
り、フランジ部１７を軽い材質の材料にて形成すること
により、後述するテープガイドの振動モードに影響を与
えないように構成されている。また、支持軸１３とテー
プ添接部材１４は、テープ添接部に発生する電荷を逃が
すようにするために導電性材料で構成されている。

【００２２】ここで、テープ添接部材１４の支持位置
は、テープ添接部材１４の重心となる位置１４ａと、支
持軸１３の変形振動の変位もしくは撓み角が最大となる
位置１３ｃ、とにより設定される。即ち、この位置１３
ｃは、後述する２質量系を有する梁モデル（図５）にお
いて、固定端と自由端付近に節を有する２次の振動モー
ド（図５の（ウ）参照）の腹となる位置２３ｃに対応
し、この位置に固着するものである。また、支持位置１
３ｃは、前記梁モデルにおいて、その梁がＳ字状に撓む
３次の振動モード（図５の（エ）参照）とした場合、軸
長手方向における中央部付近に設定される節の位置に一
致される。

【００２３】加振器１６に交流電圧を印加すると、支持
軸１３が振動する。適切な可聴帯域の範囲外の周波数に
て加振することによって、図３に示すような共振状態を
作り出すことができる。この共振状態が形成される原理
を図５を用いて説明する。ここで先ず、テープガイドユ
ニット１０を簡単な力学モデルで近似すると、２つの質
量系もしくは質量部２２，２４を持ち、一端が固定され
た片持ち梁（図５の（ア））のかたちでモデル化するこ
とができる（つまり、２質量系を有する梁モデル）。こ
の梁モデルにおいて、図１の自由端側の質量系１２が質
量系２２に、またテープ添接部材１４が質量系２４にそ
れぞれ対応する。また、図２の支持軸１３が梁２３に対
応し、そしてこの梁２３がその固定端部２３ａで固定さ
れた片持ち梁において、質量系２２，２４を梁の中央位
置２３ｃと梁２３の先端位置２３ｂにてそれぞれ支持す
る。

【００２４】梁２３の共振状態を考えると、図５の
（ア）に示されるモデルにおいて、次数が少ない方から
３つの態様を考慮すると、以下の共振状態が得られる。
先ず、１次の共振モード（イ）では、固定端部２３ａを
節とし、２つの質量系２２及び２４と梁２３の剛性によ
り、２つの質量系が同相でかつ、自由端に近づくにつれ
て変位の大きくなる共振状態である。また、２次の共振
モードでは、図５の（ウ）のように梁２３ｄ及び２３
ｅ，質量系２２及び２４がそれぞれ逆相となるように変
位する。ここで、第１の質量系２４は、この振動モード
の腹となる位置に一致させてある。従って、この２次の
振動モードは、固定端部２３ａと自由端付近を節とする
共振状態である。更に、３次の共振モードでは、図５の
（エ）のように梁２３がＳ字状に撓む共振状態である。
第１の質量系２４はこの中央付近の節となる位置に一致
する。

【００２５】質量系２４の振動状態は、パラメータとし
ての梁２３の剛性，長さ及び質量系２２の質量により決
定される。従って、２次の振動モードにおいて腹となる
位置と３次の振動モードおいて梁２３の中央部の節とな
る位置は、上記３つのパラメータを所定の値に設定する
ことにより同一点で一致することになる。また、ここで
図５の（ウ）に示されるように、梁２３の先端部（先端
位置２３ｂ）の振幅が小さくなるように質量系２２，２
４を設定することにより、振動の腹となる第１の質量系
２４は大きく振動する。

【００２６】このような設計方法により、適切なパラメ
ータを設定すると共に、適切な周波数で加振すると、図
３に示すような支持軸１３の両端１３ａ，１３ｂを節と
してテープ添接部材１４の支持位置１３ｃを腹とする共
振状態（図５の（ウ））と、図４に示すような支持軸１
３がＳ字状に曲がり、テープ添接部材１４の支持位置１
３ｃを節とする共振状態（図５の（エ））を生ずる。

【００２７】２次の共振モード（図５の（ウ））では、
テープ添接部材１４が支持軸１３の振動の腹（最大振
幅）の位置で支持されているため、支持軸１３の腹（位
置１３ｃ）に追随して、テープ添接部材１４の上部１４
ｂ及び下部１４ｃ（図３及び図４参照）における変位の
位相が同相である並進振動をする。同様に、３次の共振
モード（図５の（エ））では、テープ添接部材１４の上
部１４ｂ及び下部１４ｃが、支持軸１３に対して反対方
向に変位する振動が生ずる。従って、テープ側において
は、そのテープ両端部（幅方向）で大きな変位が生じる
回転振動をする効果が得られる。

【００２８】上記の構成において、摩擦低減効果に有効
な振動モードとして、２次或いは３次の振動モードが好
適であるが、加振器１６の加振周波数をそれぞれ共振周
波数で与えることにより、容易にテープガイドユニット
１０の共振モードを選択することができる。

【００２９】上述した振動モードの特徴として、１次の
共振モード（図５の（イ））ではモデル全体の重心の位
置が移動しているのに対し、２次の共振モード（図５の
（ウ））では両質量系２２，２４が逆相で変位している
ので、モデル全体の重心の移動は１次の共振モードの場
合に比べて小さい。従って、テープ添接部材１４が大き
な振幅で並進運動をするという効果が得られる。更に、
３次の共振モード（図５の（エ））でも支持軸１３はＳ
字状に変位し、このときに節となる位置においてテープ
添接部材１４の重心部を支持しているため重心の移動は
生じない。

【００３０】また、テープ添接部材１４の並進振動（図
３及び図５の（ウ））においては、テープ添接部の振動
により、テープを幅方向に一様な力で押し上げ、テープ
を浮上せしめるように動作し、テープとテープ添接部材
１４間でテープ幅方向に見て一様な空気層を形成し、大
きな摩擦低減効果が得られる。一方、テープ添接部材１
４の回転振動（図４及び図５の（エ））においては、テ
ープとテープ添接部材１４はテープ幅方向の端部にて交
互に接触し、テープ中央部での振動変動が小さい。従っ
て、テープパス長の変化はほとんど無く、テープ走行系
へ与える縦振動（テープ添接部材１４がテープをその長
手方向に引っ張り、或いは張力を解放することによって
生じるテープ長手方向の振動）を小さくすることができ
る。即ち、テープ走行が安定するという利点がある。

【００３１】従って、テープ状媒体の高速走行時には大
きな摩擦低減効果の得られる２次の共振モードを用い、
また通常の走行時には安定した走行を重視して３次の共
振モードを用いることにより、それぞれの状況に最適な
テープガイドの振動モードを選択できる。更に前述のよ
うに、用いる部品は、支持軸１３の自由端側の質量系１
２を含んだ支持軸１３とテープ添接部材１４と加振器１
６のみから構成されるため、加工及び組立が極めて容易
であり、テープガイドユニット１０も小規模でありなが
ら、大きな摩擦低減効果が容易に得られる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば先
ず、テープ添接部材の重心の位置を軸振動の腹又は節と
なる位置にて支持することにより、軸の最大変形部の振
動を利用してテープ添接部材を効率よく共振させ、加振
するためのエネルギーを効率よくテープ添接部材まで伝
えることができ、テープ状媒体の走行抵抗を容易に低減
することができる。従って、セラミックのような振動効
率のよい高価な材料を用いる必要はなくなる。また、よ
り良好な振動効率を要求される場合には、振動効率の良
い材料を用いる必要があるが、その場合でも本発明の振
動モードにおいては、軸の振動が支配的であるため、軸
に振動効率の良い材料を用いればよく、加工も容易であ
り、従来例のように高い精度を必要とするパイプ状に加
工する場合よりも格段に安価である。

【００３３】また、本発明によれば、軸の自由端側に第
２の質量系を有することにより、軸の振動モードを第２
の質量系の位置や軸の剛性により設定することができ
る。即ち、テープ添接部材の支持部の位置でテープ添接
部材の振動バランスが設定でき、また軸長により共振周
波数の設定ができ、このようにテープガイド機構の設計
を容易に行うことができる効果がある。本発明では、例
えばテープ添接部材の支持位置のずれによってテープ添
接部材の振動バランスが僅かに変化し、また軸長のずれ
によって共振周波数が僅かに変化する。しかしながら、
従来例のように加工，組立精度の僅かなずれが大幅な振
動効率のずれにつながるということはない。つまり、本
発明によれば加工，組立精度のずれによる摩擦低減効果
に対する影響が大幅に低減される。

【００３４】更に、従来例では共振周波数の選択できる
領域が狭かったが、本発明においては、テープ添接部材
と第２の質量系や軸の太さを変更することにより、振動
系の剛性が大幅に変化し、共振周波数も大幅に変化す
る。従って、設定できる共振周波数の領域が広くなると
いう効果がある。また、本発明によれば、複数の共振周
波数において腹或いは節となる位置をほぼ一致させるこ
とにより、複数の振動モードを１台のユニットで実現で
き、有効に部品の共通化を図ることができる。そして、
本発明によれば、状況に応じて選択的に振動テープガイ
ドの共振モードを変化させることにより、常に最適な状
態でテープ状媒体を走行させることができる等の利点を
有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるテープガイド機構の外
観を示す図である。

【図２】本発明の実施例におけるテープガイド機構の断
面図である。

【図３】本発明の実施例に係る２次共振モード状態を表
わす図である。

【図４】本発明の実施例に係る３次共振モード状態を表
わす図である。

【図５】本発明の実施例に係るモデル化とその共振モデ
ルの例を示す図である。

【図６】従来の振動テープガイドの断面図である。

【図７】従来の振動テープガイドにおける共振モードの
例を示す図である。

【図８】従来の振動テープガイドにおける共振モードの
例を示す部分平面図である。

【図９】従来の振動テープガイドにおける共振モード時
のガイドパイプ表面の展開図である。

【符号の説明】

１０ テープガイドユニット １２ 質量系 １３ 支持軸 １４ テープ添接部材 １６ 加振器 １７ フランジ部 ２０ ベース ２２ 質量系 ２３ 梁 ２４ 質量系

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 15/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が固定された軸とこの軸の所定部位
   に固着されたテープ添接部材とを有し、前記軸を振動さ
   せる加振手段により前記テープ添接部材のテープ添接部
   が、テープ幅方向において振動変位するようにしたテー
   プガイド機構であって、 前記テープ添接部材の重心位置にて前記軸と固着される
   べき支持部を有し、この支持部は、前記軸の振動変位が
   ほぼ最大となり且つ変位角がほぼ零となる位置、或いは
   前記軸の振動変位がほぼ零となり且つ変位角がほぼ最大
   となる位置に設定されることを特徴とするテープガイド
   機構。
2. 【請求項２】 前記軸の自由端側に一定の質量系を有し
   ていることを特徴とする請求項１に記載のテープガイド
   機構。
3. 【請求項３】 複数の共振周波数において、前記軸の振
   動変位が最大となる位置と零となる位置とがほぼ一致
   し、前記テープ添接部材は、この一致する位置に固着さ
   れることを特徴とする請求項２に記載のテープガイド機
   構。
4. 【請求項４】 複数の共振周波数において、選択的に加
   振する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の
   テープガイド機構。