JPH04209353A - 磁気記録再生装置 - 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等に用いられている磁
気記録再生装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、磁気記録再生装置は、例えばビデオテープレコ
ーダ等に用いられている。この磁気記録再生装置は、第
１９図に示すように、各種の磁気ヘッド３４を備え、こ
の磁気へラド３４と共に回転する回転ドラム（以下上ド
ラム３１と称する。）を有している。また、この上ドラ
ム３１の下面には、ヘリカルリード３３が形成された固
定ドラム（以下下ドラム３２と称する。）が設けられて
おり、このヘリカルリード３３は、磁気テープ４６をフ
ォーマントに沿って走行させるようになっている。

上記の上ドラム３１は、例えばＮＴＳＣ方弐の場合、定
常回転時におよそ１．８００ｒｐｍにて正確に制御され
る必要がある。また、上記の上ドラム３１および下ドラ
ム３２には、μｍ（マイクロメータ）レベルの加工精度
が要求されている。特に、この加工精度は、ヘリカルリ
ード３３等の複雑な形状が形成された下ドラム３２にお
いて要求が厳しいものとなっている。

従って、従来、上ドラム３１および下ドラム３２には、
比重が小さく、且つ被削性等の加工性に優れた材料であ
るアルミニウムを母材とする例えばＡ２２１ＢやＡ６０
６１等のアルミ合金が多用されている。

これにより、アルミ合金で形成された上ドラム３１およ
び下ドラム３２は、軽量なものとなるため慣性が小さく
なり、回転制御を容易に行うことができるようになって
いる。さらに、上ドラム３１および下ドラム３２は、加
工性に優れたアルミ合金により高い加工精度を得ること
ができるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の磁気記録再生装置では、上ド
ラム３１および下ドラム３２が磁気記録再生装置を構成
するテープ走行系の他の部品と比較して摩耗し易いとい
う問題を有している。

これは、上ドラム３１および下ドラム３２には、アルミ
合金が使用されている一方、他の部品である傾斜ポール
３５・３６、ガイドボスト３８・３９、テンションポス
ト３７、およびキャプスタン軸４０には、磁気チー１４
６との摺接による摩耗を考慮して例えば５ＵＳ３０３や
５ＵＳ４２０等のステンレス鋼が使用されているためで
ある。

即ち、上ドラム３１および下ドラム３２に使用されるア
ルミ合金は、ビッカース硬度がステンレス鋼と比較して
１／４程度である。従って、上ドラム３１および下ドラ
ム３２は、ステンレス鋼を使用した他の部品と比較して
摩耗し易いものとなっている。特に、下ドラム３２は、
下ドラム３２に形成されたヘリカルリード３３が磁気チ
ー１４６の走行規制を行うため摩耗の進行が著しいもの
となっている。

このように、従来の磁気記録再生装置では、上ドラム３
１および下ドラム３２の摩耗が、これらの上および下ド
ラム３１・３２と磁気テープ４６との接触状態や磁気テ
ープ４６の走行に関連する他の部品と磁気テープ４６と
の接触状態を変化させてテープテンションを増加させる
ため、安定したテープ走行を長期に渡り維持することが
困難であるという問題点を有している。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る磁気記録再生装置は、上記課題を解決する
ために、磁気ヘッドが設けられ、この磁気ヘッドと共に
回転するアルミ合金からなる回転ドラムと、この回転ド
ラムの下面に設けられ、磁気テープの走行方向を規制す
るヘリカルリードが形成されたアルミ合金からなる固定
ドラムとを有する磁気記録再生装置において、上記回転
ドラムおよび固定ドラムには、チタン層と窒化チタン層
とが順次積層されていることを特徴としている。

〔作　用〕

上記の構成によれば、回転ドラムおよび固定ドラムには
、チタン層とチタン窒化物層とを順次積層したので、チ
タン層を介して高硬度の窒化チタン層がアルミ合金から
なる回転ドラムおよび固定ドラム上に強固に密着される
。これにより、磁気テープの走行による回転ドラムおよ
び固定ドラムの摩耗が低減され、安定したテープ走行を
長期に渡り維持できる。

Ｃ実施例〕 本発明の一実施例を第１図ないし第１８図に基づいて説
明すれば、以下の通りである。

本実施例に係る磁気記録再生装置は、第１図に示すよう
に、各種の磁気ヘッド４が設けられ、これらの磁気ヘッ
ド４と共に回転する回転ドラム（以下上ドラム１と称す
る。）と、この上ドラム１の下面に設けられた固定ドラ
ム（以下下ドラム２と称する。）とを有している。

上記の上ドラム１には、第２図に示すように、テープテ
ンションを制御する数１０〜数１００μｍ程度のエアー
溝２２が複数形成されている。このエアー溝２２は、上
ドラム１の回転により上ドラム１と磁気テープ１６（第
１図）との間に空気を送り込むようになっており、磁気
テープ１６と上ドラム１とが極端に密着することを防止
するようになっている。

これにより、磁気テープ１６は、エアー溝２２にる空気
の浸入により、上ドラム１および下ドラム２の摩擦力が
ドラム回転方向に作用することで進行力が付与されるよ
うになっている。また、上記の下ドラム２には、ヘリカ
ルリード３が形成されており、このヘリカルリード３は
、磁気テープ１６をフォーマットに沿って走行させるよ
うになっている。

上記の上ドラム１および下ドラム２には、比重が小さく
且つ加工性に優れたアルミニウムを母材とする例えばＡ
２２１ＢやＡ６０６１等のアルミ合金が用いられている
。

本実施例では、このアルミ合金から成る上ドラム１およ
び下ドラム２の表面には、チタン層がイオンブレーティ
ング法により０．１〜０．３μｍの範囲゛で形成され、
さらに、このチタン層の表面に窒化チタン層がイオンブ
レーティング法により０．５〜０．７μｍの範囲で形成
されている。これにより、上ドラムｌおよび下ドラム２
に形成されたチタン層は、チタン層上に形成された窒化
チタン層を上ドラム１および下ドラム２に充分な強さで
密着させることができるようになっている。

尚、イオンブレーティング法とは、不活性ガスが介在す
る真空タンク内にグロー放電を発生させ、この電場を通
過する際に、正イオン化した粟発原子を負のポテンシャ
ルが印加された母材に加速衝突させ、この衝突エネルギ
により非常に優れた密着性を有する被膜を形成するもの
である。

即ち、窒化チタン層を上ドラム１および下ドラム２に直
接形成した場合、負のポテンシャルにより高速加速され
た正イオンの蒸発原子であるチタンは、反応性ガスであ
る窒素雰囲気中で上ドラム１および下ドラム２に形成さ
れる。

この際、上記のチタンは、反応性ガスである窒素に衝突
する確立が極めて高くなり、母材であるアルミ合金から
なる上ドラム１および下ドラム２への衝突エネルギが低
下することになる。そして、この衝突エネルギの低下は
、上ドラム１および下ドラム２のアルミ合金と窒化チタ
ンとの異種金属間の密着性を低下させる主な要因となっ
ている。

ところが、チタンに同種金属でおる窒化チタンを衝突さ
せた場合には、上記の衝突エネルギの低下が密着性にあ
まり影響を与えない。

従って、アルミ合金からなる上Ｆラム１および下ドラム
２は、先ず衝突エネルギの低下が少ないチタン層が形成
されることでチタン層との密着性が高められ、さらに、
このチタン層に窒化チタン層を形成することで、チタン
層を介して窒化チタン層との密着性を高めることが可能
になっている。そして、上記のチタン層によるアルミ合
金と窒化チタン層との密着性は、チタン層の厚みが０．
１〜０．３μｍの範囲であるときに最適なものとなって
いる。

次に、上記のチタン層上に形成された窒化チタン層は、
０．５〜０．７μｍの範囲で形成されている。これによ
り、アルミ合金からなる上ドラム１および下ドラム２は
、機械的特性の劣化が防止されるようになっている。

即ち、上ドラム１および下ドラム２に形成されるチタン
層や窒化チタン層の層厚は、イオンブレーティングによ
るコーティング時間に正比例する、この際、チタン材を
融解しているコーテイング槽の温度は、チタンの蒸発原
子を発生させるため、輻射熱により時間と共に上昇する
。

従って、上ドラムｌおよび下ドラム２をコーテイング槽
に長時間放置した場合には、膜厚が増大することになる
が、同時に温度も上昇することになる。

これにより、窒化チタン層は、膜厚が０．７μｍより厚
くなった場合には、アルミ合金からなる上ドラムｌおよ
び下ドラム２の機械的特性が温度上昇により劣化する可
能性があるが、膜厚が０．５〜０．７μｍの範囲で形成
された場合には、温度上昇を防止しつつ充分に高い硬度
で形成することが可能になっている。

また、上記の窒化チタン層は、ＴｉＮ２、ＴｉＮ、およ
びＴｉｚＮのうち、ＴｉＮとＴ＋ｚ、Ｎとが７５〜９５
％を組成比率として有している。

即ち、上記の各窒化チタンは、ＴｉＮ、のビッカース硬
度が略１．５００Ｈｖ、ＴｉＮのビッカース硬度が略２
，０ＯＯｔｌν、およびＴｉ、Ｎのビッカース硬度が略
２，２００Ｈｖとなっている。従って、より硬度の高い
表面を形成するには、窒化チタン層の組成比率をＴｉＮ
（！１−ＴｉｚＮとにするのが望ましい。ところが、こ
れらの窒化チタン層の組成比率は、窒素含有量により略
決定されており、この窒素含有量の制御でＴｉＮとＴｉ
ｚＮとにするには、組成の生成過程において極めて困難
なものとなっている。

従って、窒化チタン層は、ＴｉＮとＴｉｚＮとが７５〜
９５％を組成比率とするように形成され、この場合にお
いても充分に高い硬度を得ることが可能になっている。

さらに、上記のチタン層および窒化チタン層は、イオン
ブレーティング法により形成されるため、上ドラム１や
下ドラム２を過剰に加熱することがない。従って、上ド
ラム１および下ドラム２に用いられているアルミ合金は
、機械的精度が変化しない。

このように、上ドラム１および下ドラム２は、チタン層
と窒化チタン層とがイオンブレーティング法でこの順に
形成されることで、上記の各層を機械精度の充分に高い
状態で形成することが可能になっている。また、チタン
層を介して高硬度の窒化チタン層がアルミ合金からなる
上ドラム１および下ドラム２上に強固に密着されるので
、磁気チー１１６の走行による上ドラム１および下ドラ
ム２の摩耗が低減され、安定したテープ走行を長期に渡
り維持できる。

また、上記の上ドラム１および下ドラム２には、磁気テ
ープ１６の入口側および出口側にステンレス鋼からなる
傾斜ポール５・６が、第３図に示すように、Ａ方向およ
びＢ方向に移動可能に配設されるようになっている。

さらに、上記の傾斜ボール５から磁気テープ１６が巻回
された供給リール１３に至るまでには、供給リール１３
側より、磁気テープ１６をゴ定のテンションで供給する
テンションボスト７と、磁気チー１１６の走行方向を変
更するガイドボスト８と、記録時にビデオ信号等の信号
を消去する全幅消去ヘッド１１と、磁気テープ１６の高
さを規制するローラガイド１８とがこの順に配設されて
いる。

一方、上および下ドラムト２の送出側に配設された傾斜
ポール６から磁気テープ１６を巻回する巻取り−ル１４
に至るまでには、傾斜ボール６側より、磁気テープ１６
の高さを規制するローラガイド１９と、オーディオ信号
の消去および記録をするオーディオヘッド２０・１２と
、磁気テープ１６の走行方向を規制するガイドボスト９
と、Ｃ方向へ移動可能なピンチローラ１５と、磁気チー
１１６を一定速度で走行させるキャプスタン軸１０とが
この順に配設されている。

上記の構成において、第１図に示すように、先ず上ドラ
ム１および下ドラム２に磁気テープ１６を摺接して、２
２５０時間の長時間テープ走行を行った。そして、テー
プ走行前後における下ドラム２のテープ摺動面２１の形
状の変化を調べた。

また、比較のために、上ドラム１および下ドラム２の表
面にチタン層も窒化チタン層も形成していない比較用ド
ラムを用意し、この比較用ドラムについても、上記と同
様にテープ走行を行い、下ドラム２のテープ摺動面２１
の形状の変化を調べた。

まず、干渉縞顕微鏡装置によりテープ走行後のテープ摺
動面２１の摩耗状態を波長０．３μｍの光源の下で観察
した。その結果、本実施例の下ドラム２と較べて、比較
用の下ドラム２では、第４図の斜線で示した部分がより
摩耗していることが観察された。

これを定量的に調べるために、テープ走行前後における
下ドラム２のテープ摺動面２１の上ドラム１側エツジ部
付近の表面形状を表面形状測定装置により回転軸方向に
沿って測定した。

本実施例の下ドラム２では、第５図に示したテープ走行
前の表面形状と、第６図に示したテープ走行後の表面形
状とを比較すると、はとんど摩耗による変化が見られな
かった。

一方、比較用ドラムの下ドラム２では、第７図に示した
テープ走行前の表面形状と、第８図に示したテープ走行
後の表面形状とを比較すると、最大約２μｍの摩耗が起
こっていることが分かった。

また、テープ走行前後における上ドラム１の外周面の下
ドラム２側工・７ジ部付近の表面形状にっいても、上記
と同様に表面形状測定装置により回転軸方向に沿って測
定した。

本実施例の上ドラム１では、第９図に示したテープ走行
前の表面形状と、第１０図に示したテープ走行後の表面
形状とを比較すると、はとんど摩耗による変化が見られ
なかった。

一方、比較用ドラムの上ドラム１では、第１１図に示し
たテープ走行前の表面形状と、第１２図に示したテープ
走行後の表面形状とを比較すると、最大約３６７μｍで
幅約４．６ｍｍの摩耗が起こっていることが分かった。

なお、上記第５図乃至第８図のグラフに見られる下ドラ
ム２０表面の鋸刃形状の周期的な凹凸は、所定のテープ
テンションが磁気チー１１６に加わるように、磁気テー
プ１６と下ドラム２のテープ摺動面２１との接触が適度
な線接触となるように設けられているものである。した
がって、比較用ドラムの下トラム２のように、この凹凸
がテープ走行により摩耗すると（第７図及び第８図参照
）、磁気テープ１６と下ドラム２のテープ摺動面２１と
の接触は線接触から面接触に変化して、テープテンショ
ンが増加することになる。逆に、本実施例の下ドラム２
のように、この凹凸がテープ走行によりほとんど摩耗し
ないとき（第５図及び第６図参照）、テープテンション
はほぼ一定に保たれることになる。

上記長時間のテープ走行前後における摩耗によるテープ
テンションの変化を確認するために、それぞれドラム入
口側のテープテンションＴＩ（第３図）とドラム出口側
のテープテンションＴ２とを測定した。

本実施例のドラムでは、テープテンションＴＩは〜第１
３図の破線２３に示すように、テープ走行前後において
ほとんど変化せず、テープテンションＴ２は、同図の破
線２３゛に示すように、テ”　−ブ走行前後においてわ
ずかに増加していることが分かった。また、長時間テー
プ走行前のテープテンション比（Ｔ２／ＴＩ）と２２５
０時間のテープ走行後のテープテンション化（Ｔ２／Ｔ
Ｉ）との増加比は１．０５になっており、テープテンシ
ョン比（Ｔ２／ＴＩ）はテープ走行前後においてほぼ一
定に保たれていることが分かった。

一方、比較用ドラムでは、テープテンションＴ１は、第
１３図の実線２４に示すように、テープ走行前後におい
てほとんど変化しないが、テープテンションＴ２は、同
図の実線２４゛に示すように、テープ走行前後において
かなり増加していることが分かった。したがって、長時
間テープ走行前のテープテンション比（Ｔ２／Ｔｌ）と
２２５０時間のテープ走行後のテープテンション比（Ｔ
２／ＴＩ）との増加比は１．５になっており、テープテ
ンション比（Ｔ２／ＴＩ）はテープ走行前後においてか
なり増加することが分かった。

以上のことから、本実施例のドラムでは、テープテンシ
ョンの増加に起因する磁気ヘッド４の摩耗や磁気テープ
１６の損傷等が長期に渡って起こりにくいことが判明し
た。

次に、下ドラム２は、テープ走行互換性に影響を与える
ため、ドラム精度中量も厳しい精度である超精密精度が
要求されている。従って、イオンブレーティング法によ
りチタン層および窒化チタン層が形成される際における
下ドラム２のアルミ合金部の材料硬度の変化と、下ドラ
ム２の各部の寸法精度の変化とを測定した。そして、こ
の測定結果を第１５図および第１６図に示した。

尚、上記の下ドラム２の各部とは、第１４図に示すよう
に、上側ハウジング２ａの真円度、下側ハウジング２ｂ
の真円度、および基準面２ｃの平面度のことである。ま
た、試料は、（ａ）〜（ｊ）の１０個とした。

これにより、アルミ合金部の材料硬度は、第１５図に示
すように、形成初期および形成後において、殆ど変化の
無いことが判明した。同様に、下ドラム２の各部におけ
る寸法精度の変化は、第１６図に示すように、形成初期
および形成後において、殆ど変化の無い測定誤差程度の
極小なものであることが判明した。

このことから、下ドラム２は、チタン層および窒化チタ
ン層の形成によりテープ走行に支障を生しる程度の材料
硬度や寸法精度の変化が生しないことが明らかになった
。

次に、上記のチタン層および窒化チタン層が形成された
下ドラム２の場合と比較するために、アルミ合金Ａ２２
１８からなる比較用ドラムが高温下で放置された場合の
材料硬度および寸法精度の変化を調べた。そして、この
結果を第１７図および第１８図に示した。

尚、比較用ドラムについての放置温度は、２１０℃、２
３０°Ｃ１２５０’Ｃ１２８０°Ｃ１および３１０℃と
し、各温度についての試料は、（ａ）〜（ｊ）のそれぞ
れ２個とした。また、上記の各温度における放置時間は
、イオンブレーティング法で形成される際に要する時間
と同等の６０分とした。

これにより、比較用ドラムの形成後の材料硬度は、第１
７図に示すように、温度が高くなるに伴って低下してい
くことが判明した。

さらに、比較用ドラムの寸法精度の変化は、第１８図に
示すように、温度が高くなるに伴って拡大していくこと
が判明した。

即ち、例えば比較用ドラムが６０分間、約２３０°Ｃの
大気中に放置された場合には、材料硬度が低下し、下ド
ラム２の各部の機械的精度がテープ走行系に支障を生し
る程度にまで変化してしまうことになることが明らかに
なった。

従って、上ドラム１および下ドラム２の材料硬度や寸法
精度等の機械的特性が変化した場合には、たとえ窒化チ
タン層等により耐摩耗性が向上されたとしても、ＶＴＲ
の特性上必要不可欠な機械的精度に狂いが生じることで
他の不具合が発生することになる。

このように、窒化チタン層等を形成する場合には、密着
性に考慮すると共に、上ドラム１および下ドラム２の機
械的特性を変化させないようにする必要があるが、イオ
ンブレーティング法により窒化チタン層等を形成した場
合には、第１５図および第１６図に示すように、材料硬
度および寸法精度に変化が生じることがない。そして、
このイオンブレーティング法により窒化チタン層等が形
成された上ドラム１および下ドラム２は、耐摩耗性が向
上し、安定したテープ走行を長期間維持することができ
るようになっている。

〔発明の効果〕

本発明に係る磁気記録再生装置は、以上のように、回転
ドラムおよび固定ドラムには、チタン層とチタン窒化物
層とが順次積層されているので、チタン層を介して高硬
度の窒化チタン層がアルミ合金からなる回転ドラムおよ
び固定ドラム上に強固に密着される。これにより、磁気
テープの走行による回転ドラムおよび固定ドラムの摩耗
が低減されので、テープテンションがほぼ一定に保たれ
、安定したテープ走行を長期間維持できるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第１８図は、本発明の一実施例を示すもので
ある。 第１図は、磁気記録再生装置に磁気テープを走行させた
状態を示す斜視図である。 第２図は、回転ドラムの平面図である。 第３図は、磁気記録再生装置に磁気テープを走行させた
状態を示す平面図である。 第４図は、長時間テープ走行後における比較用の固定ド
ラムの摩耗状況を示す説明図である。 第５図は、長時間テープ走行前における本実施例の固定
ドラムの表面形状を示すグラフである。 第６図は、長時間テープ走行後における本実施例の固定
ドラムの表面形状を示すグラフである。 第７図は、長時間テープ走行前における比較用の固定ド
ラムの表面形状を示すグラフである。 第８図は、長時間テープ走行後における比較用の固定ド
ラムの表面形状を示すグラフである。 第９図は、長時間テープ走行前における本実施例の回転
ドラムの表面形状を示すグラフである。 第１０図は、長時間テープ走行後における本実施例の回
転ドラムの表面形状を示すグラフである。 第１１図は、長時間テープ走行前における比較用の回転
ドラムの表面形状を示すグラフである。 第１２図は、長時間テープ走行後における比較用の回転
ドラムの表面形状を示すグラフである。 第１３図は、テープ走行時間に対するテープテンション
の変化を示すグラフである。 第１４図は、固定ドラムの縦断面図である。 第１５図は、固定ドラムにチタン層および窒化チタン層
を形成する際の材料硬度の変化を示すグラフである。 第１６図は、固定ドラムにチタン層および窒化チタン層
を形成する際の寸法精度の変化を示すグラフである。 第１７図は、比較用の固定ドラムを高温で放置した際の
材料硬度の変化を示すグラフである。 第１８１！ｌは、比較用の固定ドラムを高温で放置した
際の寸法精度の変化を示すグラフである。 第１９図は、従来例を示すものであり、磁気記録再生装
置に磁気テープを走行させた状態を示す斜視図である。 １は上ドラム（回転ドラム）、２は下ドラム（固定ドラ
ム）、３はヘリカルリード、４は磁気ヘンド、１６は磁
気テープである。 ＃Ｊ、１図 第　４　図 第　５　図 第６ｖ４ 第　７　：鷺［１ 第　８　図 １９　　％ 第１０　図 ＪＰ、１１図 第　１２　聞 Ｉｆ！　１３　図 ・ｌ −−モＩ止行醒 第１４図 第１５　図 １６ｒｇ ・　升」匁命の＄１４　ｆｉ２　ａの寸法寝イしＸ　影
氏多の第１４困すのｑ迂賀氾 ｏ　ｅ、＊のｍ１４ｆｆｉｃの寸献化 ｆ、　１７　ｇ！　　　　　　　　　第１８図第１９　
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気ヘッドが設けられ、この磁気ヘッドと共に回転
   するアルミ合金からなる回転ドラムと、この回転ドラム
   の下面に設けられ、磁気テープの走行方向を規制するヘ
   リカルリードが形成されたアルミ合金からなる固定ドラ
   ムとを有する磁気記録再生装置において、 上記回転ドラムおよび固定ドラムには、チタン層と窒化
   チタン層とが順次積層されていることを特徴とする磁気
   記録再生装置。