JPH0680546B2

JPH0680546B2 - テープ駆動装置

Info

Publication number: JPH0680546B2
Application number: JP3209161A
Authority: JP
Inventors: 英雄黒川; 力三谷; 裕一中上; 英明吉尾; 秀幸橋; 祐之中村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH056599A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャプスタン軸を具備
したテープ駆動装置に関するもので、例えば、磁気記録
再生装置における磁気テープの駆動等に用いて有用なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図９（ａ）、（ｂ）は、ビデオテープレ
コーダーやカセットテープレコーダー等の磁気記録再生
装置における従来のテープ駆動装置の平面図と右側面図
を示すものであり、ピンチローラ２がキャプスタン軸１
の方向に移動して、両者が、その間に磁気テープ３を挟
んで互いに圧接した状態を示している。ピンチローラ２
は回転支持軸に回転可能に挿入されており、その外周部
はゴム等の弾性体である。図示の状態で、キャプスタン
軸１を図示しない回転機構により定速で矢印Ａ₁方向に
回転させることで、負荷Ｆに抗して磁気テープ３を矢印
Ａ₃方向に駆動することができる。

【０００３】この場合、磁気テープ３を駆動するテープ
駆動力は、ピンチローラ２と磁気テープ３との間の摩擦
力及びキャプスタン軸１と磁気テープとの間の摩擦力で
あるが、従来より、磁気テープ３の駆動に支配的に作用
するのは、ピンチローラ２と磁気テープ３との間の摩擦
力であるとされている。

【０００４】例えば、テープ駆動系の設計の指導的な書
籍とされる「ハイファイテープレコーダ」（ラジオ技術
社刊、森園正彦監修、第３版）の１９４頁〜１９５頁
には、テープの駆動力の伝達は、キャプスタン軸１か
ら、ピンチローラ２の直接接触している外周面２sへ伝
わり、さらにピンチローラ２から磁気テープ３へ伝わる
むね記載されており、更にかかる観点から、テープ駆動
力はピンチローラ２の幅Ｌ_pに関係し、少ない圧着力で
大きな駆動力を得るには、ピンチローラ２の幅Ｌ_pがテ
ープ幅Ｌ_Tの約２倍位が最も良好であるとも記載されて
いる。

【０００５】一般に、金属製のキャプスタン軸１の表面
は、少なくとも数ミクロンオーダ以下の平滑面に加工さ
れ、またピンチローラ２はゴム等の弾性体であるので、
テープ・キャプスタン軸間の摩擦係数よりも、テープ・
ピンチローラ間の摩擦係数やキャプスタン軸・ピンチロ
ーラ間の摩擦係数の方が大きい。

【０００６】従って、テープ駆動力は、キャプスタン軸
からピンチローラへ、そしてピンチローラからテープへ
と伝達されると考える、上記の駆動力伝達メカニズム
は、それなりの説得性を有している。

【０００７】一方、特開平２−１９９６５３号公報にお
いては、キャプスタン軸表面に凹凸を形成した構成につ
いての記載がある。即ち、キャプスタン軸とピンチロー
ラからなるテープ駆動体において、キャプスタン軸表面
に粒径１〜１００μｍの粒子を固着させることで、キャ
プスタン軸とテープとの摩擦係数を増大せしめ、安定し
たテープ走行を実現できる旨の記載がある。

【０００８】この場合、確かに、テープとキャプスタン
軸との間の摩擦係数は増大するであろうが、同時にピン
チローラとテープとの間の摩擦係数も増大する。即ち、
特開平２−１９９６５３号公報に記載の如く、キャプス
タン軸１表面に粒子を固着した場合、ピンチローラ２と
キャプスタン軸１の圧接部の拡大図である図１０に示す
様に、薄いテープ３は、当然、この粒子により凸状に変
形してピンチローラ２の表面に食い込む形となる。特に
ビデオ用やオーディオ用のテープ厚は高々十数μｍ程度
であるので、粒子径が数十μｍもある場合には、このピ
ンチローラへの食い込みは確実に発生する。

【０００９】従って、特開平２−１９９６５３号公報に
記載のものでは、ピンチローラ２とテープ３との間で摩
擦力を増大させると同程度の作用効果が、テープとピン
チローラとの間においても生じ、従って、ピンチローラ
からテープに与えられる摩擦力も同様に増大する。

【００１０】従って、主たるテープ駆動力がピンチロー
ラからテープに与えられている場合に、キャプスタン軸
に粒子を固着したとしても、テープ駆動力は依然として
主にピンチローラから与えられることとなる。

【００１１】そして従来は、磁気テープ３の駆動におい
て、テープスリップが生じないように、即ち、キャプス
タン軸１の周速と磁気テープ３との移動速度との間に速
度差が生じないようにするために、ピンチローラ２のキ
ャプスタン軸１への圧接力を通常１kg以上に設定し、摩
擦による十分なテープ駆動力を得るようになされてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この様な従来のテープ
駆動装置を用いた例えばビデオカメラ等の機器において
は、以下に述べる深刻な課題があった。

【００１３】先ず、機器を小型軽量化する上で、次の様
な深刻な課題を抱えていた。即ち、機器の小型軽量化を
図るために、メカ部やシャーシーを構成する部品は限界
近くまで小型、薄肉化されることとなる。従って、この
場合、ピンチローラの圧接力が従来のまま大きな値であ
ると、ピンチアーム等のメカ部品に歪やソリが生じて機
器の正常な動作に支障が生じる。

【００１４】またキャプスタン軸に使用される軸受けも
機器の小型化に伴い小さくなっているため、その許容負
荷も小さい。そのため、ピンチローラの圧接力が従来の
大きな値のままであると、軸受けの寿命も著しく短くな
ってしまう。この様な事から、機器の小型軽量化のため
には、ピンチローラ２をキャプスタン軸１へ圧接させる
力をできる限り小さくすることが必須の要件である。

【００１５】しかし、従来のテープ駆動装置において、
キャプスタン軸１に対するピンチローラ２の圧接力を小
さくすると、磁気テープ３を駆動するための十分な摩擦
力が得られず、磁気テープ３とキャプスタン軸との間で
スリップが生じる。

【００１６】このスリップは、ある許容限度以内であれ
ば、キャプスタン軸の回転数制御により補償することは
可能である。

【００１７】即ち、磁気テープ３への記録時に、磁気テ
ープの幅方向の端部に一定時間間隔でパルス状のコント
ロール信号を記録していく。そして、再生時には、この
コントロール信号が、記録時と同じ一定時間間隔で検出
されるように、キャプスタン軸の回転数を制御するので
ある。つまり、テープスリップが発生してテープ速度が
キャプスタン軸の周速よりも遅くなった場合には、コン
トロール信号が一定時間間隔で検出されるテープ速度と
なる様に、キャプスタン軸の回転数を正規の値よりも増
加させる制御を行なうのである。この様な制御は、例え
ばＶＨＳ規格のＶＴＲ装置で行なわれている。

【００１８】しかしながら、この制御を行なうには、当
然、予測されるスリップに対して十分な制御範囲を有す
る、余裕のある制御系を搭載せねばならず、機器の価格
が高価なものとなる。また、この場合、キャプスタン軸
を駆動するためのモータも十分に余裕をもったモータで
あらねばならず、機器の小型化とは相容れない。

【００１９】そして、テープスリップは、本質的に予期
し得ないものであり、時には、制御範囲を越えるスリッ
プが発生することが有り、この場合は、機器は正常な動
作が行えず、磁気テープ３の安定な走行が極めて困難と
なって、機器の著しい性能、信頼性の低下をもたらすの
である。

【００２０】更に、この様な制御を前提とする機器は、
当然、テープとキャプスタン軸との間にスリップがある
ので、長期の使用においてテープが損傷を受ける等の課
題がある。また、ピンチローラの摩耗をも早め、後述す
る様にワウフラッタを劣化させる。

【００２１】第２の課題は、テープ駆動力がピンチロー
ラから伝達されることに起因するものである。テープに
接触するピンチローラ外周面の弾性材の材質としては、
ほとんどゴムが使用される。このため、ピンチローラの
外径寸法精度、外径形状精度を高精度に加工することが
困難である。そのためピンチローラをその回転支持軸に
挿入して回転させた場合、ピンチローラの外周面は、か
なり大きな振れを伴って回転することとなる。

【００２２】またゴムは、テープやピンチローラとの摺
擦による摩耗によっても寸法精度、形状精度が劣化しや
すい。更には、使用とともに、ゴムの表面状態は一様で
はなくなり、テープやキャプスタン軸に対する摩擦係数
が、弾性体表面の場所により異なってくる。また、硬度
が一様なゴムを得ることは困難であって、ピンチローラ
の外周面の硬度は、場所によって異なっている。

【００２３】ピンチローラ側からテープを駆動する場
合、これらの様々な要因は直接にテープに伝達されるた
め、必然的にワウフラッター特性が劣化することが避け
られないのである。そして、この課題は、その発生メカ
ニズムからして、十分なテープ駆動力が与えられてテー
プスリップが発生しない状況下においても発生するもの
で、本質的に、ピンチローラからテープ駆動力を伝達す
ることに起因する。

【００２４】この第２の課題を解決するには、キャプス
タン軸側からテープに伝達される摩擦力を、ピンチロー
ラ側から伝達される摩擦力より同等もしくはそれ以上と
すれば良い。その理由は、キャプスタン軸は一般に金属
等の硬材質で製作されるため、高精度の加工が容易で、
形状精度を劣化させる程の摩耗も殆ど発生しない。従っ
て、キャプスタン軸から伝達されるテープ駆動力を、ピ
ンチローラから伝達される駆動力よりも大きくすること
で、ワウフラッターに及ぼすピンチローラ駆動の影響を
低減できるのである。

【００２５】上記特開平２−１９９６５３号公報に記載
のキャプスタン軸によれば、キャプスタン軸から伝達さ
れる摩擦力は増大するものの、上記の通り、ピンチロー
ラから伝達される摩擦力も同時に増大し、その結果テー
プ駆動力は依然として主にピンチローラ側から伝達され
るため、この課題を解決することはできない。

【００２６】本願発明は、上記課題に鑑み、小さな圧接
力で確実にテープを駆動でき、しかもテープをキャプス
タン軸側から確実に駆動できるテープ駆動装置を提供す
ることを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のテープ駆動装置は、定速回転するキャプス
タン軸と、少なくとも周辺部が弾性部材を有しキャプス
タン軸に磁気テープを介して圧接して回転するピンチロ
ーラーとから構成されるテープ駆動装置であって、キャ
プスタン軸の少なくとも磁気テープが接触する表面部に
ダイヤモンド状薄膜を形成したものである。

【００２８】

【作用】ダイヤモンド状薄膜は非晶質でありながらダイ
ヤモンドに類似の特性を示す炭素膜である。ダイヤモン
ド状薄膜はダイヤモンド結合（ＳＰ３結合）の炭素とグ
ラファイト結合（ＳＰ２結合）の炭素とから構成され、
その特性はダイヤモンド結合とグラファイト結合の比率
と密接な関係がある。即ち、ダイヤモンド結合が多く含
まれるほどダイヤモンドに近い特性を備えた膜になり、
硬さは硬くなる。

【００２９】従来、ダイヤモンド状薄膜は、低摩擦材料
であると認識されているが、実は、ダイヤモンド状薄膜
の摩擦係数は速度依存性が大きく、極低速で摺動する時
の動摩擦係数や静止摩擦係数は極めて大きいのである。
しかも、ダイヤモンド状薄膜は耐摩耗性に優れている。

【００３０】従って、ダイヤモンド状薄膜を、テープと
の相対速度差がほぼ０で回転するキャプスタン軸の表面
に設けた場合には、ダイヤモンド状薄膜は、従来より考
えられていた低摩擦係数材としてではなく高摩擦材料と
して機能するのである。従って、ピンチローラの圧接力
を従来に比べて大幅に低下させた場合でも十分なテープ
駆動力を確保できるのである。しかも、ダイヤモンド状
薄膜の優れた耐摩耗性によって、この高いテープ駆動力
は長期にわたり良好に維持されるのである。

【００３１】そして、この様に静摩擦係数の大きなダイ
ヤモンド状薄膜を、ピンチローラにではなく、キャプス
タン軸に形成したことにより、テープ駆動力をキャプス
タン軸側からテープに伝達することができるのである。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図８と共に説
明する。なお、図１〜図８において、図９と同一機能の
構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略す
る。

【００３３】図１は本発明のテープ駆動装置の第１の実
施例の構成を示す平面図であり、図２はその正面図であ
る。図１及び図２において、キャプスタン軸１は、表面
硬度がビッカース硬さでHv＝５００kg/mm²程度の非磁性
のステンレス鋼、もしくはこれと同等の鉄系材料であ
り、その表面にはビッカース硬度が3000kg/mm²のダイヤ
モンド状薄膜４が0.2μmの膜厚で形成されている。

【００３４】ダイヤモンド状薄膜４の形成方法について
は、従来から種々の方法が報告されている（例えば特開
昭62-139873号公報）が、本実施例ではイオン化蒸着法
（１９８９年度精密工学会秋期大会学術講演会講演論文
集第３分冊Ｐ６２１参照）を用いた。イオン化蒸着法
とは、フィラメントの加熱で発生する熱電子を利用して
原料ガスをプラズマ化し、プラズマ中のイオンを利用し
て製膜する方法である。この場合、ダイヤモンド状薄膜
を形成するには、原料ガスとして炭化水素ガス（例えば
CH₄,C₆H₆）が使用され、本実施例ではC₆H₆を使用してい
る。

【００３５】図３に本実施例装置および従来装置のテー
プ駆動力の比較を示す。従来装置については、キャプス
タン軸表面にハードクロム処理を施したものと未処理の
ものについての結果を示している。

【００３６】本実施例装置と従来装置との相違点は、本
実施例装置では、キャプスタン軸１にダイヤモンド状薄
膜４が形成されていることのみである。図３の横軸は、
本実施例装置における磁気テープの走行時間であり、縦
軸は、各走行時間におけるテープ駆動力を表わす。

【００３７】ここで言うテープ駆動力の定義及び測定方
法は以下の通りである。キャプスタン軸１へのピンチロ
ーラ２の圧接力を一定にし、かつ磁気テープ３には、駆
動方向とは逆方向のテープ負荷Ｔを加えつつ走行させ
る。磁気テープに加えるテープ負荷Ｔを変化させた時
に、キャプスタン軸１の周速とテープ３の移動速度との
間に0.5%の相対速度差（スリップ）が生じる時のＴの値
をテープ駆動力とした。

【００３８】従来装置では、テープ駆動力８０ｇを得る
ためには、約１．２Ｋｇの圧接力をピンチローラとキャ
プスタン軸間に与える必要があったが、図３に示す通
り、本実施例装置では、従来の約半分の６００ｇの圧接
力で、約８０ｇのテープ駆動力を得ることが出来てい
る。

【００３９】しかも、この駆動力は、１０００時間の走
行時間後においても殆ど変化せず、極めて安定である。
この様に、本実施例は、従来に比べて、圧接力を約半分
に大幅に低減できると共に、テープ駆動力を極めて長期
にわたって安定に維持できるものである。

【００４０】これに対して、ダイヤモンド状薄膜を形成
していない従来のテープ駆動装置では、本実施例装置の
約半分の僅か４０ｇと言う全く不十分な駆動力しか得ら
れていない。

【００４１】ダイヤモンド状薄膜をキャプスタン軸１に
形成することにより得られる本実施例の顕著な作用効果
は、次の様に理解される。

【００４２】先ず、本実施例において、小さな圧接力で
大きなテープ駆動力が得られる主要な理由は、ダイヤモ
ンド状薄膜がテープに対して高摩擦係数の材料として機
能しているためと考えられる。

【００４３】通常、ダイヤモンド状薄膜は、低摩擦係数
の材料であると理解されている。確かに、後述する方法
で動摩擦係数を測定したところ、図４に示す様に、テー
プとダイヤモンド状薄膜とを2mm/sec程度の相対速度で
摺擦する場合には、両者間の動摩擦係数は0.15程度の値
である。これはダイヤモンド状薄膜を形成していないキ
ャプスタン軸や、表面にハードクロム処理等の各種硬質
化処理を施したキャプスタン軸とテープとの動摩擦係数
である０．２に比べて小さな値である。

【００４４】ところが、図４に示す通り、テープとダイ
ヤモンド状薄膜との間の相対速度が０に近づくにつれ
て、摩擦係数は急激な変化を示し、ダイヤモンド状薄膜
とテープとの間の静摩擦係数あるいは動摩擦係数は、ス
テンレス材あるいは鉄系金属とテープとの間の摩擦係数
に比べて約２倍と極めて大きな値となるのである。

【００４５】従って、テープがキャプスタン軸の周速と
ほぼ同速で駆動されるテープ駆動装置にあっては、従来
は低摩擦材料であると考えられていたキャプスタン軸表
面に形成されたダイヤモンド状薄膜は、実は高摩擦係数
の材料として機能するのである。その結果、本実施例装
置では、従来に比べて約２倍もの大きなテープ駆動力が
得られているのである。

【００４６】また、図３に示す通り、長期にわたりテー
プ駆動力が大きな状態で安定維持される理由は、ダイヤ
モンド状薄膜が耐摩耗性にも物理的な安定性にも優れて
いるためと考えられる。

【００４７】本実施例では、この様に、ダイヤモンド状
薄膜の高い摩擦係数と優れた耐摩耗性の相乗効果によ
り、きわめて優れた特性が得られるものである。

【００４８】なお、図４の特性測定は、図５に示す様に
して行なった。即ち、ピンチローラ２の外周に磁気テー
プ３を巻き付け、これをキャプスタン軸１に一定圧力Ｆ
で押し付ける。この状態で、ピンチローラ２もしくはキ
ャプスタン軸１に水平方向の力を与えて、両者の間に相
対的な定速の滑り速度を発生させる。そして、この水平
方向に与えた力と圧力Ｆの比を、この滑り速度における
摩擦係数として求めた。なお、キャプスタン軸は、表面
状態等が全く同一の従来のキャプスタン軸を複数本用意
し、その一部にはダイヤモンド状薄膜を形成して本実施
例のキャプスタン軸として測定に用い、残りは比較対象
の従来キャプスタン軸として、そのまま測定に用いた。

【００４９】なお、本発明においては、ダイヤモンド状
薄膜４の膜厚は、0.05μm以上であることが好ましい。
これは、キャプスタン軸表面のダイヤモンド状薄膜４
は、テープ駆動装置の運転条件により多少の差異はある
ものの、約１０００時間程度の運転後においては、0.05
μm〜0.08μmほど摩耗しており、従ってダイヤモンド状
薄膜の膜厚を０．０５μｍ以上とすれば、上記１０００
時間自体、十分に余裕を考慮した寿命時間であるので、
実用上十分な寿命を得ることができるからである。そ
して、本実施例では、主たるテープ駆動力は、キャプス
タン軸１からテープ３に伝達されていることは、次の通
り明かである。

【００５０】即ち、図２に示す通り、本実施例では、ダ
イヤモンド状薄膜４の幅Ｌ_Dはテープ３の幅Ｌ_Tよりも少
しだけ小さい。またキャプスタン軸１の表面には図１０
の如き凹凸は形成していない。

【００５１】従って、ピンチローラ２と磁気テープ３と
の接触状態およびピンチローラ２とキャプスタン軸１と
の接触状態は、キャプスタン軸表面にダイヤモンド状薄
膜を形成したことによっては変化していない。

【００５２】従って、本実施例におけるテープ駆動力の
大幅な増大は、磁気テープ３とキャプスタン軸表面のダ
イヤモンド状薄膜４との接触部からもたらされたもので
ある。図３に示す従来装置のテープ駆動力約４０ｇ
が、すべてピンチローラからテープに与えられていると
仮定すると、本実施例装置においてキャプスタン軸１か
らテープ３に伝達されるテープ駆動力は、８０ｇ−４０
ｇ＝４０ｇとなり、ピンチローラから伝達される駆動力
と同等の値となる。

【００５３】実際には、図３の従来装置のテープ駆動力
４０ｇは、全てピンチローラから与えられることはあり
えず、キャプスタン軸からも与えられており、従って、
ピンチローラから与えられるテープ駆動力は４０ｇをか
なり下回る。

【００５４】従って、本実施例装置におけるテープ駆動
力８０ｇのうち、キャプスタン軸から伝達されるテープ
駆動力は、上記４０ｇをかなり上まわる値となる。この
様に、本実施例装置では、テープ駆動力の半分以上が、
キャプスタン軸１から磁気テープ３に伝達されており、
主たるテープ駆動力はキャプスタン軸から伝達されてい
る。

【００５５】次に本発明の第２の実施例につき説明す
る。本実施例装置は、図１と同様の構成を有する。しか
し、キャプスタン軸１は、その軸方向の断面図である図
６に示す通り、表面１_Sが、表面粗さが0.5μｍＲ_zの微
細な凹凸面であり、この凹凸部の表面にビッカース硬度
3000kg/mm²のダイヤモンド状薄膜４が膜厚0.2μmで形成
されているものである。ダイヤモンド状薄膜４の形成方
法は第１の実施例と同じくイオン化蒸着法を使用した。

【００５６】ダイヤモンド状薄膜はカバレッジがよいた
め、本実施例の場合、ダイヤモンド状薄膜４の表面に
も、下地面１_Sの表面粗さが反映されて、凹凸が形成さ
れることとなる。従って、本実施例装置では、ダイヤモ
ンド状薄膜４の高い摩擦係数と、ダイヤモンド状薄膜表
面に形成された凹凸による係止効果の相乗効果によっ
て、テープの駆動力はより向上する。しかも、ダイヤモ
ンド状薄膜の高い耐摩耗性によって、長時間の使用に対
しても凹凸部の形状は保持され、高いテープ駆動力を維
持することができる。

【００５７】図７に、本実施例装置の走行時間とテープ
駆動力の評価結果を、ダイヤモンド状薄膜を形成してい
ない従来例と比較して示す。テープ駆動力の測定方法、
測定条件等は、第１の実施例の場合と同様である。従来
例としては、表面粗さが０．０５μｍＲ_z以下の金属面
であるキャプスタン軸、表面粗さが０．５μｍＲ_zの凹
凸を形成した金属面であるキャプスタン軸及び表面粗さ
が０．５μｍＲ_zの凹凸面でかつ表面に窒化チタン膜を
０．２μｍの厚みで形成したキャプスタン軸の３種類を
示している。

【００５８】従来のキャプスタン軸では、いずれもテー
プ走行時間と共にテープ駆動力が急激に低下し、実用的
な寿命が全く得られないのに対して、ダイヤモンド状薄
膜を形成した本実施例装置では、飛躍的な寿命の伸長、
大幅な駆動力の向上を達成している。なお、図７におい
て、表面に凹凸を形成した従来のキャプスタン軸のテー
プ駆動力が急激に低下するのは、表面の凹凸がテープ走
行と共に急激に摩耗するためと考えられる。

【００５９】なお、本発明では、キャプスタン軸１の表
面粗さは０．１μｍＲz〜２μｍＲzとし、ダイヤモンド
状薄膜の膜厚は、０．１μｍ以上でキャプスタン軸１の
表面粗さの値（上記実施例では０．５μｍ）以下とすれ
ば一層好ましい。その理由は、キャプスタン軸１の表面
粗さを０．１μｍＲz以上とすることにより十分な係止
効果を有する凹凸がダイヤモンド状薄膜の表面に形成さ
れ、また２μｍＲz以下とすることにより、過大な凹凸
によってテープが傷つくことを防止できるからである。
またダイヤモンド状薄膜の膜厚を０．１μｍ以上とする
ことで、１０００時間程度の長期間の運転に対してもダ
イヤモンド状薄膜が摩耗しつくさないことが保証され、
下地の表面粗さの値よりも小さな膜厚とすることによ
り、下地の表面粗さがダイヤモンド状薄膜の表面に反映
されて、ダイヤモンド状薄膜表面にはテープ駆動力を高
めるのに効果的な凹凸を良好に形成できるのである。上
記の通り、キャプスタン軸の表面粗さは０．１μｍＲz
〜２μｍＲz、ダイヤモンド状薄膜の膜厚は、０．１μ
ｍ以上が特に推奨される点について、以下に実験データ
を示して具体的に説明する。（表１）は、表面粗さを変
えたキャプスタン軸にダイヤモンド状薄膜（ビッカース
硬さ3000kg/mm ² 、膜厚0.20μｍ）をコーティングして、
テープを走行させた時の特性である。なお、表中のＤＬ
Ｃとは、ダイヤモンド状薄膜の略記である。キャプスタ
ン軸にダイヤモンド状薄膜を形成していない場合、キャ
プスタン軸の表面粗さが0.50Ｒzより大きくなると、そ
の粗さの効果によって初期駆動力は大きくなるものの、
磁気テープの走行によりキャプスタン軸表面が摩耗し
て、キャプスタン軸表面はすぐに平滑化され、短時間で
テープ駆動力が低下して寿命となる。これに対してダイ
ヤモンド状薄膜をコーティングした場合は、キャプスタ
ン軸の表面粗さが0.10Ｒz以上において初期駆動力の向
上が認められ、駆動力の大きさもダイヤモンド状薄膜を
形成しない場合に対して大きくなっている。この様に、
上記の係止効果が認められるのであるが、これはダイヤ
モンド状薄膜の高摩擦係数とキャプスタン軸の表面粗さ
の相乗作用として、係止効果が向上したものと考えられ
る。この時、ダイヤモンド状薄膜をコーティングした場
合は、1000時間以上の寿命が確認されている。また表面
粗さが2.0μｍＲzを越えると、上記の通りテープ表面に
摺動傷が確認される。これはキャプスタン表面の粗い面
がテープを傷つけるためと考えられる。以上の通り、キ
ャプスタンの表面粗さは０．１μｍＲz〜２μｍＲzの範
囲が好ましい。

【表１】なお、表中の１）、２）については、下記の通りであ
る。＊１）初期駆動力とは、走行時間が３０分以内で、磁気
テープが０．５％のスリップを生じる時の磁気テープテ
ンションのことである。使用デッキ…ＶＨＳタイプ、使用テープ…ハ゜ナソニックＨＧ
２０＊２）寿命はテープ駆動力が８０ｇ以下になる時の走行
時間のことである。次に、（表２）は、表面粗さが0.08μmRz、0.50μmRz及
び2.0μmRzのキャプスタン軸に、数種類の膜厚のダイヤ
モンド状薄膜（ビッカース硬さ3000kg/mm ² ）をコーティ
ングして特性を調べた結果である。表面粗さが0.08μmR
zのキャプスタン軸では、約1000時間の運転でＤＬＣ膜
が0.05〜0.08μｍ程度摩耗している。従ってＤＬＣの膜
厚が0.05μｍ以上あれば、８００時間以上の実用的な寿
命を確保することができる。キャプスタン軸の表面の表
面粗さが大きくなるにつれて、粗さの凸部に荷重が集中
し、その結果、特にこの凸部のダイヤモンド状薄膜の摩
耗が促進されるために、表面が平滑なキャプスタン軸の
場合に比べて、ダイヤモンド状薄膜の摩耗量は多くなる
傾向が認められる。そして、キャプスタン軸の表面粗さ
が0.50μmRz及び2.0μmRzでは、ダイヤモンド状薄膜の
膜厚が0.10μｍ以上であれば８００時間以上の寿命を確
保でき、実用上の耐久性を実現できることが分かる。
（表１）では、ダイヤモンド状薄膜の膜厚は０．２μｍ
一定であったが、（表２）からも分かる通り、ダイヤモ
ンド状薄膜の摩耗が促進されやすいキャプスタン軸の表
面粗さが２．０μｍの場合において、膜厚が０．１μｍ
の場合と０．２μｍの場合で寿命に差がないことが認め
られていることを勘案すると、（表１）において、ダイ
ヤモンド状薄膜の膜厚が０．１μｍの場合にも、（表
１）に記載されたと同じだけの十分な寿命が得られるこ
とは明かであろう。

【表２】

【００６０】また本実施例では、キャプスタン軸表面の
凹凸によりダイヤモンド状薄膜の付着力を高めることも
できる。従って、ビッカース硬度が特に高いダイヤモン
ド状薄膜を形成する場合に効果的である。すなわち、ダ
イヤモンド状薄膜のビッカース硬度を高めていくと、膜
の内部応力が大きくなるためキャプスタン軸との付着性
は低下する。特にビッカース硬度が3500kg/mm²以上では
この傾向が強くなる。しかし、本実施例では、表面に凹
凸部を設けているので軸とダイヤモンド状薄膜との接触
面積が広くなり、両者間に働くファンデスワールス力に
よる付着力が増加して付着性が改善されるのである。

【００６１】次に、本発明の第３の実施例を説明する。
上記各実施例のテープ駆動装置では、キャプスタン軸の
表面に形成されたダイヤモンド状薄膜の長さＬ_Dは、通
常は、主として必要とされるテープ駆動力により定める
ことができる。例えば、必要とされるテープ駆動力が小
さなものであればＬ_Dは短くてよい。

【００６２】通常は、この様に、必要とされるテープ駆
動力の観点からＬ_Dを決定すればよい。しかし、本発明
のテープ駆動装置を、例えばビデオ機器に使用する場合
には、ダイヤモンド状薄膜の長さＬ_Dは、テープ幅Ｌ_Tと
の関係において、図８に示す様に、Ｌ_Tよりも長くする
ことがより好ましい。その理由は、以下の通りである。
もし、図１に示すようにＬ_DがＬ_Tより短いと、テープ
の端面部３_Eはキャプスタン軸１の金属表面と接触し、
テープの中央部はキャプスタン軸に形成されたダイヤモ
ンド状薄膜４と接触することになる。

【００６３】上記の通り、ダイヤモンド状薄膜とキャプ
スタン軸の金属表面とでは、テープに対する摩擦係数は
約２倍も異なる。従って、テープ駆動時にはテープの端
面部３_Eと中央部に加わる摩擦力に大きなアンバランス
が発生し、この様な状態で同一テープを幾度も繰り返し
走行させると、例えばテープ中央部と端面部とにおいて
テープの伸び量が異なって、テープの端面部３_Eに皺等
が発生しやすくなったり、あるいはこの様にして発生し
た皺が更なるテープの変形や損傷を招きやすい。周知
の様に、ビデオテープレコーダーの場合、テープの端面
は、シリンダーのリード部に沿って走行させるための基
準であるばかりでなく、コントロール信号が記録される
部分でもあり、この端面部に上記の不都合が発生すると
テープの走行が不安定となりトラッキングの直線性が悪
くなるなどして、記録再生における互換性が低下したり
する。

【００６４】一方、図８に示すようにＬ_DをＬ_Tよりも大
きくした場合には、テープはその端面部３_Eを含めて全
体がダイヤモンド状薄膜に一様に接触するので、テープ
のどの部分もほぼ等しい駆動力を受けることとなり、上
記の不都合は回避され、機器の信頼性をより一層高める
ことが出来るのである。

【００６５】この様にＬ_DをＬ_Tよりも大きくしておくと
により、同一のテープを繰り返し走行させた場合の安全
性、信頼性を一層向上できるので、ビデオ機器に限ら
ず、テープの端面部をテープ走行系に設けられたテープ
走行ガイドに当接させて駆動する機器あるいはテープ端
部にも信号が記録される機器においては、本実施例は特
に有効である。

【００６６】また、上記各実施例においては、ダイヤモ
ンド状薄膜の形成にはイオン化蒸着法を使用したが、本
発明ではその製膜法をこれらに限定するものではない。
更にダイヤモンド状薄膜の付着性をさらに高めるため
に、キャプスタン軸とダイヤモンド状薄膜との間にＴｉ
ＮＣ，ＴｉＣ，Ｓｉ，ＳｉＣ，等の中間層を設けてもか
まわない。あるいは特開平２−２７４８７６号公報に記
載のように、ダイヤモンド状薄膜の形成初期には内部応
力の小さな条件で形成し徐々に膜質を変化させることで
ダイヤモンド状薄膜の付着力を高めることも可能であ
る。

【００６７】本発明のテープ駆動装置においては、キャ
プスタン軸に形成するダイヤモンド状薄膜は、ビッカー
ス硬度がHv＝１５００kg/mm² 以上であれば一層好まし
い。その理由は、１５００kg/mm ² 以上のビッカース硬度
においては、実用上、十分な耐摩耗特性が得られ、テー
プ駆動力を長期にわたり安定に維持できるからである。
（表３）は、ビッカース硬度の異なるダイヤモンド状薄
膜を、０．０８μmＲzと０．５μmＲzの表面粗さのキャ
プスタン軸表面に、膜厚0.2μｍでコーティングして特
性を評価した結果である。ダイヤモンド状薄膜の硬さが
軟らかい場合、即ちＨvが小さい場合にはダイヤモンド
状薄膜の寿命は短く実用上の寿命を実現できないが、ビ
ッカース硬さが1500kg/mm ² 近傍を境として耐摩耗性は急
激に改善されており、ビッカース硬さが1500kg/mm ² 以上
では、８００ｈｒ以上の実用上十分な寿命を確保できて
いることが分かる。

【表３】なお、ダイヤモンド状薄膜の比抵抗を１．０×１０4Ωc
mより小さくすることでテープへの静電気の発生・蓄積
を抑制、防止でき、テープに記録された信号を再生する
際に、ノイズの発生を効果的に防止できる。

【００６８】また、上記各実施例構成のテープ駆動装置
を実際にＶＨＳ規格のＶＴＲカメラに用いることによ
り、ＶＴＲカメラの大きさ、重量を大幅に低減すること
ができた。また、この場合、テープは、スリップするこ
となくキャプスタン軸の周速と殆ど同速で走行し、ワウ
フラッターは従来に比べて改善されるなど、走行特性が
著しく向上した。

【００６９】更に、従来例で述べた様なテープ駆動の制
御系を用いずとも、磁気テープは、十分な余裕をもっ
て、キャプスタン軸の周速と殆ど同速で走行することも
確認された。この様に、本願発明は、上記した従来のテ
ープ走行の制御系の大幅な簡素化もしくは省略による機
器の低価格化をも可能とするものである。

【００７０】また、ＶＴＲカメラに限らず、テープ駆動
を行なう他の機器においても、同様な効果が得られるこ
とは明かである。

【００７１】

【発明の効果】以上のように、本願発明によれば、ピン
チローラーの圧接力が小さくとも十分なテープ駆動力の
得られるテープ駆動装置が実現でき、機器の小型化、長
寿命化、スリップの無いテープ走行等を達成することが
出来る。

【００７２】また、本願発明では、ダイヤモンド状薄膜
を、ピンチローラ表面にではなく、キャプスタン軸表面
に形成するようになしたことにより、主たるテープ駆動
力をキャプスタン軸から伝達でき、ワウフラッターの改
善に大なる効果を発揮することができる。

【００７３】そして、ダイヤモンド状薄膜をキャプスタ
ン軸に形成したので、テープ駆動装置の製造が容易にな
る。即ち、ダイヤモンド状薄膜形成は、真空中で且つか
なりの高温状態で行なわれる。従って、通常、ゴム等の
弾性体で形成されるピンチローラ表面にダイヤモンド状
薄膜を形成することは、弾性体の耐熱温度、耐真空性等
の観点から困難であるが、本発明では、キャプスタン軸
にダイヤモンド状薄膜を形成するので、耐熱性、耐真空
性は全く問題とならず、極めて容易に、高品質、安定に
ダイヤモンド状薄膜を形成できるのである。

【００７４】更に、例えピンチローラ表面にダイヤモン
ド状薄膜が形成できたとしても、ピンチローラ表面は、
キャプスタン軸への圧接の都度、大きく変形して表面の
ダイヤモンド状薄膜には大きな応力が繰り返し発生し、
ダイヤモンド状薄膜の剥離等を生じるが、本願発明で
は、その様な不都合は発生しないことは明かである。

【００７５】この様に、キャプスタン軸にダイヤモンド
状薄膜を形成するようにしたことにより、高品質のテー
プ駆動装置を容易に製作することができる。

【００７６】加えて、テープ走行の制御系の簡素化、省
略化を行なう上でも重要な技術であるなど、本願発明
は、極めて高い工業的価値を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す平面図

【図２】本発明の第１の実施例の構成を示す正面図

【図３】本発明の第１の実施例におけるテープ駆動力の
特性図

【図４】動摩擦係数を示す特性図

【図５】動摩擦係数の測定装置の正面図

【図６】本発明の第２の実施例の構成を示す断面図

【図７】本発明の第２の実施例におけるテープ駆動力の
特性図

【図８】本発明の第３の実施例の構成を示す正面図

【図９】（ａ）は、従来のテープ駆動装置の構成を示す
平面図（ｂ）は、同テープ駆動装置の右側面図

【図１０】従来の他のテープ駆動装置の構成を示す側面
図

【符号の説明】

１キャプスタン軸２ピンチローラー３磁気テープ４ダイヤモンド状薄膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉尾英明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者橋秀幸大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者中村祐之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にダイヤモンド状薄膜を形成したキャ
プスタン軸と、少なくとも周面部が弾性部材から構成さ
れ前記キャプスタン軸に磁気テープを介して圧接して回
転するピンチローラーを備えたテープ駆動装置。
【請求項２】キャプスタン軸表面の、少なくとも磁気テ
ープと接触する部分の表面粗さが、0.1μｍＲz〜2.0μ
ｍＲzであり、前記表面粗さの表面に0.1μｍ以上の膜厚
のダイヤモンド状薄膜を形成したことを特徴とする請求
項１記載のテープ駆動装置。
【請求項３】ダイヤモンド状薄膜が、ビッカース硬さＨ
v1500kg/mm²以上の硬度を有することを特徴とする請求
項１または２記載のテープ駆動装置。
【請求項４】ダイヤモンド状薄膜の膜厚が0.1μｍ以上
である請求項１記載のテープ駆動装置。
【請求項５】キャプスタン軸上に形成されたダイヤモン
ド状薄膜の幅がテープ幅よりも大きいことを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載のテープ駆動装置。