JPH03214452A - 張力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ビデオテープレコーダなどに好適な張力制御
装置に関する。

従来の技術 近年、ビデオテープレコーダ（以下、ＶＴＲと呼ぶ。）
の高速応答を望む声に応えて様々なアプローチがなされ
てきた。たとえば、テープを回転ヘッドに巻付けたまま
映像を読み取りつつ高速なテープ送りを行う機能を望む
声である。

ところが、回転ヘッドにテープ厚の薄いテープを巻付け
て、高速なテープ送りをする場合には、テープがダメー
ジを受けやすくなる。このようなテープのダメージを防
止するために、走行中にテープにかかる張力を高精度に
管理する方法が種々提案されてきた。

以下に、このような従来の張力制御装置について説明す
る。

第５図は、従来の張力制御装置のブロック図を示すもの
である。

第５図において、回転ヘッド２は、テープ１を走査しな
がらテープ１上に記録された映像情報を再生する。

一方、供給側リール３（以下、ｓリール３と略す。）か
ら繰り出されたテープ１は、この回転ヘッド２を介して
巻取側リール４（以下、Ｔリール４と略す。）で巻き取
られる。ｓリール３と回転ヘッド２の間にはテープの張
力を測定するための第１の張カセンサ１１が設けられて
いる。

第１の張カセンサエエの出カは第１の張カ制御回路１２
において基準電圧と比較され、比例，積分，微分演算さ
れたうえで、ｓリール駆動回路１０ａに送られる。Ｓリ
ールモータ１０ｂは、Ｓリール駆動回路１０ａの出力電
流に比例した駆動トルクを発生させ、第１の張カセンサ
１１の設置点における張力が一定となるような第１の張
カ制御ループが構成されている。なお、ｓリール駆動回
路１０ａおよびＳリールモータ１０ｂは、供給側リール
駆動手段１０を構成している。

また同様の目的のために回転ヘッド２から巻取側リール
１２（以下、ＴＩＪ−ル１２と略す。）の間には第２の
張カセンサ１３が設けられ、第２の張力制御回路１　４
、巻取側リール駆動回路１５（以下、ＴＩＪ−ル駆動回
路１５と略す。）及び巻取りールモータ１６（以下、Ｔ
ＩＪ−ル１６と略す。）がら成る第２の張力制御ループ
が構成されている。

このように巻取側および供給側のいずれにも張カセンサ
を設けているので、供給側および巻取側のいずれの側で
も正確な張力管理ができるので、安定なテープ走行が実
現できるというものである。

このような張力制御ループについては、例えば、特公昭
Ｇ３−５３１１ｉ２４号公報などで公知である。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような手法では、次のような問題点
が生じる。

すなわち、上記の構成では張カセンサの取付位置から回
転ヘッドまでの経路には、テープをヘッドに巻付けるた
めのガイドボストが制御ループの外に位置する。このガ
イドポストは通常ローラボストで構成されるが、このロ
ーラボストが回転するときに偏心などによりテープに周
期的な振動を与える。このテープの振動によって、再生
信号にジッタを発生させる原因となるが、上記の構成で
は抑制されないという問題点があり、また、張力センサ
をテープ走行系に設ける必要があるため、部品点数や組
立工数を増加させるという問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑み、テープ張カセンサを用いず
、しかもローラボストによるテープの振動を抑圧できる
張力制御装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明の張力制御装置は、供
給側のリールから繰り出されたテープを予め定められた
経路を介して巻取側のリールに巻き取る張力制御装置に
おいて、前記経路内に介在して前記テープが巻付けられ
た回転ヘッドと、この回転ヘッドの回転周期に比例した
回転速度信号を発生する回転速度検出手段と、この回転
速度信号に応じて変化する速度制御信号を発生する回転
速度制御手段と、この速度制御信号に比例した駆動力を
前記回転ヘッドに与え、前記回転ヘッドの回転速度を変
化させる回転ヘッド駆動手段と、前記回転速度信号と前
記速度制御信号を合成する合成手段と、この合成手段の
出力を予め定めた値と比較して、リール制御信号を出力
するリール制御手段と、このリール制御信号に応じて、
前記供給側リールの駆動力を変化する供給側リール駆動
手段とを具備するものである。

作用 本発明は上記した構成により、合成手段は回転速度信号
と速度制御信号とからテープと回転ヘッドの間の接触圧
に比例した信号を得、この信号によって供給側リールの
駆動トルクを制御する。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は、本発明の一実施例における張力制御装置のブ
ロック略図を示すものである。

第１図において、テープ１，回転ヘッド２．　　８リー
ル駆動手段１０，第２の張カセンサ１３，第２の張力制
御回路１４，ＴＩＪ−ル駆動回路１５，Ｔリールモータ
１６は、従来例におけるテープ１，回転ヘッド２，ＳＩ
Ｊ−ル駆動手段１０，第２の張カセンサ１３，第２の張
力制御回路１４，ＴＩＪ−ル駆動回路１５，ＴＩＪ−ル
モータ１６と同一であるので、説明は省略する。また、
回転ヘッド駆動回路７ａおよび回転ヘッド駆動モータ７
ｂは、回転ヘッド駆動手段７を構成する。

本実施例の特徴は、合成手段８によって回転ヘッド駆動
モータ７ｂの負荷トルクを検出し、その負荷トルクが一
定となるようにリール制御手段９によってＳリール３の
駆動トルクを制御するループを設けた点にある。

さて、初めに回転ヘッド２の速度制御について説明する
。

回転ヘッド駆動モータ７ｂは、回転ヘッド２を定速回転
し、回転速度検出手段５は、この回転ヘッド駆動モータ
７ｂに係合した周波数発電機（図示せず）の出力を周波
数一電圧変換して、回転ヘッド駆動モータ７ｂの回転周
期に比例した回転速度信号ｙを出力する。この回転速度
信号ｙは、回転速度制御手段６において基準値と比較し
、比例●積分演算を施され、速度制御信号Ｕとして出力
される。この速度制御信号Ｕは、回転ヘッド駆動回路７
ａに送られ、電圧電流変換されて、回転ヘッド駆動モー
タ７ｂに供給される。これら周波数発電機、回転速度検
出手段５、回転速度制御手段６、回転ヘッド駆動回路７
ａおよび回転ヘッド駆動モータ７ｂから構成される一連
のループは、回転ヘソド２の回転速度を一定に保つため
の速度制御ループを構成している。このような回転ヘッ
ド２の速度制御ループは、例えば特開昭６３−２７９６
８３号公報などで公知であり、これ以上の詳しい説明は
省略する。

次に、合成手段８の動作を説明する。

この合成手段８は、状態観測器（オブザーバ）を構成し
ており、回転ヘッド駆動モータ７ｂの負荷を推定するよ
う機能する。以下、第２図をもとに詳しく説明する。

第２図は、合成手段８と回転ヘッド駆動モータ７ｂとの
関係を示す制御ブロック図である。

第２図において、破線内は回転ヘッド駆動モータ７ｂを
表し、一点鎖線内は合成手段８を表す。

ここに、Ｊｄは回転ヘッド２の慣性モーメントと回転ヘ
ッド駆動モータ７ｂの慣性モーメントを合わせた合成慣
性モーメント、ｇｍｄは回転ヘッド駆動回路７ａの電圧
電流変換利得、Ｋｔｄは回転ヘッド駆動モータ７ｂのト
ルク定数、Ｋｖは回転速度検出手段５の周波数電圧変換
利得を表す。

回転ヘッド駆動モータ７ｂの回転数をω、回転速度制御
手段５の出力をＵとすると、回転ヘッド駆動モータ７ｂ
の運動方程式は、次式で表される。

Ｊｄｅｄω／ｄｔ．：ｇｍｄ＠Ｋｔｄ＠ｕ＋Ｔｄ　　　
−（ｔ）ここに、Ｔｄは回転ヘッド駆動モータ７ｂの負
荷トルク、ｄω／ｄｔはωの時間微分（１回微分）を表
す。

一方、回転速度検出手段５の出力電圧をｙとおくと、　
ｙは ｙ＝Ｋｖ●ω　　　　　　　　　　　　　　・・・（２
）さて、合成手段８の入力Ｕおよびｙと出力Ｔｄ’との
関係が次式で与えられるよう設計する。

ｄω’／ｄｔ＝　ｇｍｄ−Ｋｔｄ−ｕ／Ｊｄ＋　Ｔｄ’
／Ｊｄ＋　ｇｌ　−ＣＹ−ｙ　’）・・・（３） ｙ　’＝　Ｋ　ｖ●ω′　　　　　　　　　　　・・・
（４）ｄ＠Ｔｄ’／ｄｔ：ｇ２●（ｙ　−　ｙ　’）　
　　　・・・（５）ここに１’，ω’，　　Ｔｄ’は合
成手段８の内部変数であり、ｙ，ω，　　Ｔｄの推定値
である。また、ｇ＋＋　　ｇ２は設計上の係数である。

このとき、負荷トルクＴｄとその推定値Ｔｄ’の関係は
、次式で与えられる。

ｄ２　Ｔｄ’／ｄｔ２＋（ｇ＋／ｇ２）’ｄ　　Ｔｄ’
／ｄｔ＋ｇ２４Ｖ／Ｊｄ４ｄ’”　（ｇ２・Ｋｖ／Ｊｄ
）４ｄ これをラプラス変換すると、 Ｔｄ　’（ｓ）＝　Ｔｄ（ｓ）●ωｏ２／（ｓ２＋　２
ζω０・Ｓ＋ω０２）・・・（６） となる。ここに、（ＩＪ　Ｏ２：　ｇａ　・Ｋｖ／Ｊｄ
，　　２ζω０＝ｇ１／ｇ２である。

このように負荷トルクの推定値Ｔｄ’（ｓ）は、実際の
負荷トルクＴｄ（ｓ）を、帯域がω０なる２次遅れ要素
を介して検出する（合成手段８を負荷トルク検出のセン
サとみなせば、その検出周波数帯域がω０である）。な
お、この特性はｇ＋＋　　ｇ２の値を変更することによ
って自由に変更でき、しかも回転速度制御手段６の出力
Ｕとは無関係となる。

さて、リール制御手段９は、合成手段８で検出された負
荷トルクＴｄ’（ｓ）を所定の値と比較し、比例●微分
演算を施して、Ｓリール駆動回路１０ａを介してＳ　Ｉ
Ｊ−ルモータ１０ｂに駆動トルクを与える。この一連の
動作は、回転ヘッド２とテープ１の間の摩擦力（すなわ
ちテープの張力）を一定とする張力制御ループを構成し
ている。これを以下に説明する。

この張力制御ループの制御ブロック図を第３図に示す。

第３図において、一点鎖線内はリール制御手段９の制御
特性を示し、破線内はテープ１．８ＩＪ一ルモータ１０
ｂおよびＳリール３の駆動トルクからテープ張力への伝
達関数を表す。

Ｓリール３とテープ１は、テープ１の弾性とＳリール３
の慣性モーメントＪｓとで決まる機械共振系を構成する
ため、Ｓリールモータ１０ｂの発生トルクからテープ１
の張力への伝達特性は２次遅れ要素を含む。この共振周
波数をωｎとする。

リール制御手段９は、合成手段８で検出した回転ヘッド
駆動モータ７ｂの負荷トルクＴｄ’を所望の固定値Ｔｄ
ｏ’（即ち、張力制御ループの制御入力に相当する。）
と比較し、その差分値を伝達関数がｋ　（１＋ｓ／ωｐ
） なる位相補償フィルタで増幅する。

いま、この張力制御ループのゲイン交点周波数をωＣと
し１　ωｎ，　　ωｐ，ωＣ，ω０の大小関係をωｎ〈
ωｐ〈ωＣ〈ω０ とする。ω０は（６）式によって合成手段８のｇｌ＋ｇ
２を調整して、上の関係を満足させることができる。

また、ωＣとωｎおよびωｐには、次の関係が成立する
。

ωｃ　＝　（ωｎ２／ωｐ）＊Ｇ　　　　　　　　　　
　　・・・（７　）Ｇ　＝　（ｒｄ／ｒｓ）・ｇｍｓ−
Ｋｔｓ　・α・Ｋ　　　　　　　　　●（８）ここに、
ｒｄは回転ヘッド２の半径、ｇｍｓはＳりール駆動回路
１０ａの電圧電流変換利得、ＫＴＳはＳ　ＩＪールモー
タ１０ｂのトルク定数、αはＳリール３における張力か
ら回転ヘッド２にかかる摩擦力までの変化率を表す係数
である。

したがって、ωＣはリール制御手段９の係数ｋにより調
整することができ、第４図に示すような開ループ伝達特
性（周波数特性）を実現できる。

一方、張力ＦｓとＴｄｏ　’の関係は第３図の構成では
、Ｆｓ　＝　Ｇ／（１＋Ｇ）・Ｔｄｏ’　／ｒｄ　　　
　　　　　・・１９　）である。従って、回転ヘッド２
とテーブ１の間の摩擦力Ｆｓは張力制御ループの入力Ｔ
ｄｏ　’に比例し、開ループ利得Ｇを十分に大きく取る
ことにより、一定値となるよう制御される。

また、ローラポスト２ａの偏心などに起因するテープの
振動周波数は通常ＩＨｚ前後であるのに対して、共振周
波数ωｎが通常１０Ｈｚ前後であることから、このテー
プの振動はゲイン交点周波数ωＣに対して十分低く、こ
の張力制御ループにより十分に抑えることができる。

なお、以上の説明では巻径ｒｓは固定としたが、巻径ｒ
ｓを検出し、これに応じてたとえばリール制御手段の利
得ｋを変化させても良い。

また、アナログ回路を前提としたラプラス変換によって
説明したが、ディジタル回路やソフトウェアによって実
現しても良い。

また、リール制御手段の動作を位相補償のみとして説明
したが、積分補償を併用しても良い。

また、リール制御手段の位相補償フィルタにおける微分
演算部は、合成手段から（５）式に基づいて得ることが
できるから、これを利用して位相補償フィルタを構成し
ても良い。

その他本発明は、前記実施例に限定されるものではなく
、種々変形実施可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、テープと回転ヘッドの間の摩擦
力に比例した回転ヘッドの負荷トルクを検出して供給側
リールの駆動トルクを制御しているため、テープ張カセ
ンサを用いず、しかも回転るため、テープ張カセンサを
用いず、しかも回転ヘッドに対するテープの摩擦力を一
定に管理できる。また、ローラポストを制御経路内に含
む構成となるため、このローラボストの偏心などで発生
するテープの振動を抑圧できるという優れた効果を発揮
し、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における張力制御装置を表す
ブロック図、第２図は第１図の合成手段の構成を示す制
御ブロック図、第３図は第１図の張力制御ループの動作
を示す制御ブロック図、第４図は第３図の張力制御ルー
プの開ループ制御特性を示すボード線図、第５図は従来
の張力制御装置のブロック図である。 １・・・テープ、　　２・・・回転ヘッド、　　３・・
・供給側リール、　　４・・・巻取側リール、　　５・
・・回転速度検出手段、　　６・・・回転速度制御手段
、　　７・・・回転ヘッド駆動手段、　　８・・・合成
手段、　　９・・・リール制御手段、　　１０・・・供
給側リール駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 供給側のリールから繰り出されたテープを予め定められ
   た経路を介して巻取側のリールに巻き取る張力制御装置
   において、 前記経路内に介在して前記テープが巻付けられた回転ヘ
   ッドと、 この回転ヘッドの回転周期に比例した回転速度信号を発
   生する回転速度検出手段と、 この回転速度信号に応じて変化する速度制御信号を発生
   する回転速度制御手段と、 この速度制御信号に比例した駆動力を前記回転ヘッドに
   与え、前記回転ヘッドの回転速度を変化させる回転ヘッ
   ド駆動手段と、 前記回転速度信号と前記速度制御信号とを合成する合成
   手段と、 この合成手段の出力を予め定めた値と比較して、リール
   制御信号を出力するリール制御手段と、このリール制御
   信号に応じて、前記供給側リールの駆動力を変化する供
   給側リール駆動手段とを具備することを特徴とする張力
   制御装置。