WO1984000438A1 - Rotary head assembly - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

回転へッ ドア セ ンブ リ

技術分野

本発明は ビデオテープレコーダ （ 以下 V T fl という つ ） の回 転へッ ドアセ ンブ リ に関 し、 特にポン プア ウ ト 型スパ イ ラルグ ル一ブの動 ε発生によ ]? テープをシリ ンダ上で浮上させ、 テ一 プの摺動摩擦に 因するテーブ走行負荷 ， テープダメ ージ ， 更 に シ リ ンダ自体の摩耗を軽減し、 テープ走行を安定化すること によ って高い信頼性のも とに高品質の画像の記録 ， 再生を可能 にする回転へッ ドアセンブリ を提供するものである。

背景技術

一般に V T Rの回転へッ ドアセ ンブ は第 ¹ 図の例に示すご と ぐ 、 上部回転シ リ ンダ 2及び下部固定シ リ ンダ ³ よ ]) る 、 磁気テ ー プ ¹ は、 約 1 ⁸ Ο⁰ 回転へッ ドアセ ン ブ リ にヘル カル に巻きつけられ一定速度で走行する。 4はテープの巾方向の走 行位置をガイ ドする段差部 （ 以下リ ー ドと呼ぶ。 ） である。 ビ デォへ ッ ド 5は、 上部回転シ リ ンダ 2に固定されてお j？、 高速 ( V H S方式 V T Rでは 1 SOOrpm) で回転し、 磁気テープに 対 し、 画像信号の記録 ， 再生を行な う。 6 ， 7 ， 8 ， 9はテー プガィ ドポス 卜 である。

このよ う な構成の回転へッ ドアセ ンブリ上での磁気テ一ブの 挙動は、 一見単純にみえるが実は極めて複雑である。 第 2図は、 従来の回転へッ ドアセ ンブ リ の断面図と、 そこでの磁気テープ 1 の挙動を模式的に示したものである。 上部回転シ リ ンダ 2は 高速で回転するので、 空気のま き こみ作用によ 9磁気テープ ¹ と、 上部回転シ リ ンダ ²の外周面の間にエアーフ ィ ルムが形成 され、 上部回転シリ ンダ部では、 磁気テープ ¹ は浮上力を受け る。 一方、 下部固定シ リ ンダ部においては、 磁気テープ ¹ と下

5 部固定シ リ ンダ ³の外周面の相対速度は極めて小さい ( H S 方式 V T H 6時モ ー ドで 1 1 . 1 mm/ sec )ため、 上述の様 ¾エアー フ ィ ルムは形成されず、 磁気テーブ 1 は、 下部固定シ リ ンダ外 周面に接触して摺動する。 又、 磁気へッ ド 5は、 磁気テープ 1 と信号の授受を行な うため、 適当な接触 E力のも とに、 磁気テ i o ーブ上を.高速で摺動する。 従って、 回転へッ ドアセ ンブ リ上で、 磁気テープは、 上部回転シ リ ンダ部では、 浮上力を受け、 ほぼ 非接触で走行する。 一方. 下部固定シリ ンダ部では摺動摩擦抵 抗を受けつつ走行し、 磁気テープ 1 の巾方向の位置によ ってそ の力学的状況は大き く異なる。 更に、 磁気テープは回転へッ ド

1 5 アセ ンブ リ に対してヘ リ カルに巻きつけられているため、 磁気 テープの長手方向に関しても 、 その力学的状況は変化する。 特 に磁気テープと回転へッ ドアセ ンブ リ の接触終端部では、 下部 固定シ リ ンダとの接触面積自身が大とな りテープ浮上性は悪い。 又、 上部回転シ リ ンダ と 、 下部固定シ リ ンダは、 ほぼ同軸に組

20 立てられているが、 その同軸度、 更に両者の直径差によ っても、 当然、 テープの力学的状態は大き ぐ左右される。 なお、 第 2図 において、 ^{1 1} はシ ャ フ トであ 、 ディ スク 1 0を介して上部 回転シ リ ンダ ²が固定されている。 又 ^{1 2} ， ¹ 3は上記シ ャ フ トを回転支持する玉軸受、 1 5 はスぺーサ、 1 4は玉軸受に予

25 E ¾与えて固定するカラーである。

OMPI • さて、 上述の如く磁気テープは複雑 ¾力学状態のも とに回転 へつ ドアセン ブリ上を走行するが、 次の様る問題点がある。 つ ま i? 、

(1 ) 下部固定シ リ ンダでの摺動に伴 ¾ うテープ鳴き現象 ； テ

5 ーブとシ リ ンダの摺動に伴 う一種の摩擦振動であ 、 走行 するテープに数百〜数 kHzの振動が発生する。 テープ走行速度 が小さ く 、 かつ、 高湿の雰囲気で発生 し易く 、 画像の色ム ラ， ジッ タを招く 。

(2) 上下のシ リ ンダへのテープの付着現象 ； 一股に、 テープ t o 表面の面粗さは数 1 o o Aのオーダーで、 極めて平滑であ 、 又、 シ リ ンダ表面もテープダメ —ジの発生を回避するため、 平滑る面 （ 面粗さ Ο , ·！〜¹ S ) が構成される。 この様に極めて 平滑な 2面を接触させると一股に両者は吸いつきを起こす。

V T Rのテープ走行系においてはテープが回転へッ ドアセ ン 1 5 プリ に付着する現象となって現われ、 テープが走行不能の状 態に陥いる。 多湿の雰囲気中で発生し易い。

(3) 回転へッ ドアセンブ リ の各部と磁気テー プの間の接触に よる、 テープダメージ、 及び摩粍の発生 ； テープダメ ージは 磁気記録信号の欠落となるばかりで ¾ く 、 脱落した磁性粉力 0 摺動各部での摩耗を加速した ？ 、 或は、 ビデオへッ ドのへッ ドギャ ッ プ部に堆積し、 目づま を起こせば記録再生が不可 能になる、 '

等である。 これ等の問題はいずれも磁気テープが回転へッ ドア センプリ 、 特に下部固定シリ ンダに対し、 接触 ， 摺動するこ と 5 が原因である。

ΟΜΡΙ· • —方、 V T Rの小形軽量化の動向の中にあって磁気テープへ の信号記録密度の向上のため、 従来の酸化鉄、 或は ²酸化クロ ムの磁性粉を樹脂のパ イ ンダと共に塗布したテープから、 いわ ゆる合金テープ ，或いは蒸着テーブを磁気テープと して採用 し

5 てゆく方向にある。 従来のテープ磁性面が樹脂を磁性粉とで形 成されているのに対し、 これ等の新しいテープにおいては、 テ —ブ磁性面は、 まさに金属面とるるため、 例えば、 ステン レス 鋼との摺動に ける摩擦係数は従来の O . ²程度から 0 . 5程度に 上昇する。 したがって磁性面が摺動接触する回転へッ ドアセン

, Ο プリ での摺動に伴 う上記の問題点は、 従来のテープに増して 大き く クロ ーズアツ ブされる。

テープを円滑に走行させ得るテープガイ ドを提供するものと ' して、 第 3図 A ， Β ， Cに代表例を示す構成のシリ ンダが既に 特開昭 5 ² — ² 4 5 O 7号公報において提案されている。 すな

1 5 わち第 3図 A ， B ， Cにおいて 1 6はエアガイ ド穴、 1 ァは上 部回転シリ ンダ 2の下面に環状に形成されたエア-チェ ンパ一部、 1 ³は一端をエアーチ ェ ンバ ー部 ¹ ァに連通し且つ他端を上部 回転シ リ ンダ 2の外周に至る多数の痹である。 従って、 上部回 転シ リ ンダ 2が矢印で示す方向に回転した場合、 エアガイ ド穴

20 1 6 よ 流入したエアーはェアーチ ンバ—部 1 7を経て回転 の遠心力による加速を得つつ、 上部回転シ リ ンダ 2の下端面の 外周部から吹き出 し、 テープ 1 をテープガイ ド外周面よ 浮か せる力が働き、 よ 円滑な走行を行わせよ う とするものである。 しかし、 第 3図に示すよ う ¾従来例では、 溝 1 8 を形成した上

25 部回転シ リ ンダ 2の下端面と、 その対向面である下部固定シ リ

OMPI - ϋ ンダ 3の上端面の相対的 ¾動きによ って発生する圧力、 即ちェ ァ一の粘性に起因する剪断力による圧力発生の効果には何ら言 及しておらず、 溝 1 8は遠心式の送風機の翼と同様の作用をす るのみであ 、 遠心力によ って加速されたエアーの慣性力によ つてテープを浮上させよ う とする ものに過ぎない。 よってこの 方法では、 テープテンシ ョ ン に抗して、 テープとシ リ ンダの間 に所望のエアーフ ィ ルムを形成するのには不充分であ 、 特に、 テープのシ リ ンダへの巻き終わ ]?部、 即ちテープの出惻近傍の 下部固定シ リ ンダでのテーブの接触を回避する ことは困難であ る

また、 別の従来例と して、 特開昭 5 2 — 2 4 5 0 6号公報に おいて、 上下シ リ ンダの間に一定幅のス リ ッ ト を形成し、 その スリ ツ ト部にポンプイ ン型の溝を設けることによ って、 ス リ ツ ト部の圧力を高め、 テー プの浮上を促進させる'方式のシ リ ンダ が提案されているが、 グループに よる E力発生はス リ ッ ト部の みに起こ ？ 、 スリ ツ 卜の入口から溝閉端部にかけて連続的に上 昇するのであって、 ス リ ッ ト入口及び磁気テープと シ リ ン ダの 間は大気 Eに等 しい。 よ って磁気テープの浮上を促進する効果 はない。

発明の開示

本発明は、 固定された円筒部を有する固定シ リ ンダと、 前記 固定シ リ ンダと略同一の径を有し、 微小間隙を隔てて同铀上に 配され、 ^気へッ ドを保- した回 e可能な回転部材からな 、 磁気テープがヘリ カルに巻き付いて走行する回転へッ ドアセ ン プリ において、 前記固定シ リ ンダと前記回転部材との間の相対 一 ό一

回転部において形成される対向面のいずれか一方の面の—部又 は全周にポンプァゥ ト型スパイ ラ ルグルーブを設けたもので、 走行する磁気テーブに対して空気 Ε力による浮上力を回転シリ ンダ部のみならず、 固定シ リ ンダ部においても発生させ、 安定 かつス ムーズなテープ走行を実現し、 テープの鳴き現象あるい は付着現象、 更に摺動に泮な う テープダメ ージゃシ リ ンダ摩耗 を根本的に解消するものである。

図面の簡単な説明

第 1 図は従来の回転へッ ドアセ ンブリ の斜視図、 第 2図は同 断面図、 第 3図 Αは別の従来の回転へッ ドアセ ンブ リ 平面図、 第 3図 Bは同一部断面の正面図、 第 3図 Cは同一部切欠底面図、 第 4図は本発明の一実施例における回転ヘッ ドアセ ンブ リ の断 面図、 第 5図は同回転へッ ドア センブ リ の上回転シ リ ンダの底 面図、 第 6図は従来の回転へッ ドアセンブ リ上でのテープの挙 勐の説明図、 第 7図は本発明の一実施例における回転へッ ドア セ ンプリ上でのテープの挙動の説明図、 第 8図は同回転へッ ド アセンブ リ の平面図、 苐 9 は同回転へッ ドアセ ンブ リ の 、 テ 一ブのシリ ンダへの接触端近傍におけるテープの挙動の説明図、 第 1 Ο図及び第 1 1 図は、 同回転へッ ドアセ ンブ リ を用いて行 つた実験のデータのグラ フである。

発明を実施するための最良の形態

以下本発明の実施例について、 図面を参照 しながら説明する。 第 4図は、 本発明の一実施例を示すもので、 上部回転シリ ン タ' 1 ⁹ の下端面にポンプァ ゥ ト形式のスパイ ラ ルグループ 2 Ο が設けられている。 第 4図において 2 1 は下部固定シ リ ンダ、

Ο ΡΙ • 2 2はディ スク 、 2 3はシ ャ フ ト 、 2 4は玉軸受、 2 5は玉軸 受に予 を与えて固定する カラ ーである。 第 ⁵図は上記実施例 における上部回転シ リ ンダの下端図を示すも ので、 スパイ ラ ル グルーブ 2 Oのパター ンを表わ している。 図中、 黒く 塗 ]9つぶ 5 した部分が溝を示す。 半径 ，r ₂の ²つの同心円で囲まれたリ ング状の面にスパイ ラ ルグルー プを設ける もので、 図中黒く塗 つぶした部分 2 6が溝、 2 7がラ ン ドである。

太い矢印で示した方向に、 上部回転シ リ ンダが回転すること によ 、 シ リ ンダ内部の空気は外部へと吹き出される。 同図中 i o 2 8はへッ ドベース、 2 9は磁気へッ ドである。 又、 第 4図の

3 0は、 回転へッ ドアセンブ リ内部の空間と外部を連通する孔 であ 、 3 1 はリ ー ドである。 本実施例の I転へッ ドアセ ンブ リ の構成において、 スパイ ラ ルグループ ² Oによ つ て外部に吐 出された空気は磁気テープに対 し浮上力を与え、 上部回転シ リ 1 5 ンダ 1 9、 及び下部固定シリ ンダ ² 1 の外周面で、 磁気テープ が摺動する部分全体にわたって均一なエアフ ィ ル ムを形成し、 磁気テープと回転へッ ドアセ ン ブ リ の間の摺動接触を回避し、 安定で、 かつス ムーズるテープ走行を実現する ものである。

次に、 上記本発明の実施例におけるテープ走行性改善の原理 0 をよ 詳細に説明する。 第 6図 ， 第ァ図は、 それぞれ、 従来の 構成 ， 及び本発明の実施例における回転へッ ドアセ ンブ リ の部 分新面を示すものである。 従来の回転へッ ドアセ ンブ リ におい ては、 第 6図に示すごと ぐ 、 上部回転シ リ ンダ部では、 最 1 0 程度テーブが浮上しているが、 下部固定シ リ ンダ部ではテー 5 ブは、 全く 浮上せず接触して走行している。 これは上部回転シ

Ο ΡΙ

/ 鶴 リ ンダの高速回転によるエアべァリ ング効果による空気 E力が 図中矢印で示す如く 、 一部は磁気テープ 1 の上端部よ ]?、 残 ） が上下のシリ ンダ間のギャ ッ プ 3 (通常 Ο · ¹ - 1咖）を通じて 流出してしまい、 下部固定シ リ 'ンダ部へ、 上記空気 E力が到達 しないためである。 本発明の回転へッ ドアセンブリ においては

( 第 7図参照 ） 、 上部回転シリ ンダ 2と、 下部固定シ リ ンダ 3 の間にスパイ ラ ルグループ 1 8を設け、 外部へ空気を吐出する 構成と したため、 上部回転シ リ ンダの回転による空気圧力が上 下シリ ンダ間のギャ ッ プ （ ） を通じて流出することがな く 、 むしろスパイ ラ ルグループによって吐出された空気流によ ]? 、 磁気テープ 3 2を浮上させる空気 £力が高められ、 かつ、 下部 固定シ リ ンダ部まで、 上記空気 E力が到達し、 下部固定シ リ ン ダ部でのテープの浮上走行を実現する ものである。 ちなみに通 常の V T Rにお てテープの浮上に必要 ¾空気 E力は平均的に は 0.01 〜0 .05 a tgである。 尚、 本発明におけるエアー吐出は、 溝 2 Oを形成した上部回転シ リ ンダ 1 9の下端面とその対向面 である · 部固定シ リ ンダ 2 1 の上端面の相対的 ¾動きによ つ て 発生する E力、 即ちヱァ一の粘性に起因する剪断力による E力 発生の効果によるも'のである。 この効果を得るためには、 ギヤ ッ ブ ^ は、 概略¹ O O〃以下で ければならない。 又、 スパ ィ ラ ルグルーブの半径方向の長さ （ r ₂— 3^ )も可能な限 J?大き く取るのが良い。 スパイ ラ ルグルー プの深さは、 ギャ ッ プ あるいは、 スパイ ラルグル一ブの半径方向の長さ （ r 一 r ¹ )に よ ってその最適値が左右されるカ 、 通常の V T H ¾回転へッ ド アセンブ リの寸法諸元 ， 上部回転シ リ ンダの回転速度等の条件 よ 、 概略 ² O O ^以下でないと所定の効果は得られるい。

これ等のスパ イ ラ ルグループの形状諸元の設定は、 公知の資料 (例えば Des ign of Gas Be r ings ;D. F.Wi 1 cock , MT i 1 972 ) を参照適用すれば良 。

以上のことからも 明らかな よ うに、 従釆例に示した公開特許

5 2 — 2 4 5 O 7と本発明とでは、 エアー吐出 E力発生の原理 が基本的に異るる ものである。

尚、 本発明者らは、 特願昭 ^{5 7} — ¹ 1 7 1 ^{6 8}号明細書にお いて、 本発明と同様の構成の回転へッ ドアセ ンブ リ を既に提案 したカ 、 その中で、 ギ ャ ッ プ は少く と も 5 O 以下、 スパ ィ ラ ル.グループの深さは概略 1 0 0 U以下で ¾いと所定の効果 は得られ ¾いと明記したが、 その後の実験等による検討の結果、 ギャ ッ ブ 0、 が概略 1 O O 、 スパ イ ラルグルーブの深さは概 略 2 0 0 まで、 充分なテープ浮上の効果がある こ とが明らか にな った。 第 8図〜第 1 "I 図によ 、 行った実験の概要とその 結果について説明する。

第 8図は本発明の実施例における回転へッ ドア セ ンブ リ を上 . から見た図であり、 τ₁ は入惻バッ クテ ン シ ョ ン、 τ₂ は出側 のバッ クテン シ ョ ン 、 矢印 Αは、 光学式セ ンサ -によ って磁気 テープ 3 2の浮上量を測定 した、 テープ出側近傍の概略位置を 示す。 第 9図は、 苐 8図において矢印 Aで示 した位置の磁気テ ープ 3 2の浮上状態を模式的に示す断面図であ 、 第 9図にお ける 7" は、 磁気テープ 3 2の幅を wと して、 磁気テープ^{3 2}の 下端から wZ3 の位置の磁気テープ ³ 2の浮上量を示す。 但し 今回の実験では、 磁気テープ 3 2の幅 wは 8 睡のものを用いた。

OMPI 第 1 o図は、 テープ浮上量 r の測定結杲を示すダラフである。 第 1 o図のグラフは横軸にギャ ッ プ ^ ，縦軸にテ一プ浮上量 r をとつ たもので、 入側バッ クテ ンシ ョ ン 力 s 1 o g ί , 20 g f ， 40 g f の 3通 ]3の場合の測定結果を示す。 苐 1 1 図は、 人側 ， 出側のパッ クテンシ ョ ンの測定結果を示すグラ フである。 第¹¹ 図のグラフは、 横軸に入側パッ クテンシ ョ ン ，縦軸に出側バ ッ クテンショ ン τ₂ と人側バッ クテンシ ョ ンの差をと つたも の で、 ギャ ッ プ ^ 力； 3 0 ί , e O β , Ι Ο Ο ^ίの 3通 の場合 の測定結果を示す。 第 1 1 図のグラフにおいて、 入 ， 出側バッ クテン シ ョ ン差 T s— T^ が ο であるという ことは、 磁気テープ ^{3 2} と下部固定シ リ ンダ ^{2 1} との摺動摩擦が Oであることにな 、 磁気テープの浮上が保たれていることを示す。 よ って、 ギ ヤ ッ プ が 1 O O〃のと き-、 入側バ ッ ク テ ン シ ョ ン が 3〇g f 以下であれば、 磁気テーブと下部固定シ リ ンダとの摺動 接触が いこ とがわかる。

また、 第 1 o図のテ一プ浮上のデータからも 、 入惻バッ クテ ン シ ヨ ン 力 S 40 g fの場合でも 、 ギャ ッ プ ^ カ 1 O O Uま ではテープの浮上が保たれていることがわかる。 但し、 以上に 述べたテ一プ浮上量 rは上部回転シリ ンダ 1 9の一 [ϋ転当 I)の 平均値であ！？ 、 実際には、 磁気へッ ドの突き出 しの影響で、 上 部回転シ リ ンダの回転速度の 2倍の周波教で変動している。 ま た、 磁気へッ ドと磁気テープの摺動接触による摩擦力はごくわ ずかであ I) 、 パッ クテン シ ョ ン差 τ ₂— に对してはほとんど 影響がなかつた。

尚、 以上の実験に用いた上部回転シ リ ンダの スパ イ ラ ルグル —ブの深さは 1 ² o に設定した場合のものである力^ グルー ブ深さ 2 0 0 ίのものについても実験した結果、 ギ ヤ ッ プ ^ が まではテープ浮上効果のあることがわかった。

このよ うに、 当初の予想 よ も よ ]?大き ギ ヤ ッ ブにおいて もテープ浮上効果を有するのは、 スパイ ラルグル一ブのエアー 吐出効果だけでるく 、 磁気へつ ドによ ってテープが突き出され るこ とによ って生じる、 いわゆるス クイ ーズ効果が相乗的に加 わっていることによる ものであること力 その後の検討から明 らかになつた。

尚、 第 7図の実施例ではスパィ ラ ルグループを上部回転シ リ ンダ側に設けているが、 下部固定シ リ ンダ側に設けても良 こ とは明 らかである。 ' 本発明におけるスパ イ ラ ルグルー プの作製方法と しては、 加 ェすべきスパ イ ラルグルーブの溝及びラ ン ド部の凸凹形状を全 く逆にした金型を用いたブ レス加工の一湩である。 いわゆるコ イ ニ ングが適 ¾可能である。 コ イ ニ ング加工の後、 加工部に生 ずるバリ や局部的 ¾肉の盛り上 については、 旋盤又はグラ イ ン ダ等によ 若干の修正加工を行うだけでよい。

この様に、 加工面においても 、 きわめて、 簡単 · じん速かつ 安価にスパイ ラ ルグルー プを構成できる強みを待ってお 、 大 量生産における要求を十分に満足できる

尚、 以上の説明においては、 上回転， 下固定型の回転へッ ド アセ ン ブリ を対象と して行な っ たが、 上下固定型の回転へッ ド アセンブリ についても適用でき ることは明らかである。 産業上の利用可能性

以上説明 したよ うに、 本発明の回転へッ ドアセ ンブ リ は、 走 行する磁気テープの空気 E力による浮上力を、 回転シ リ ンダの みならず、 固定シ リ ンダ部においても発生させ、 安定かつスム

5 一ス ¾テープ走行を実現し、 テープ鳴き現象、 更に摺動に伴な うテープダメ ージ、 摩耗を根本的に解消 し、 高い信頼 4のも と に高品質の画像の記録、 再生を可能にする回転へッ ドアセ ンブ リ を提供する ものである。 t o

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Claims

請 求 の 範 囲

円筒部を有する固定シ リ ンダと、 この固定シ リ ンダの円筒部 と略同一の直径の円筒部を有し、 上記固定シ リ ンダに近接 して 同固定シ リ ンダに対し相対的に回転すると ともに、 上記固定シ

5 リ ンダとでテーブを支持する回転シリ ンダとを有し、 上記回転 シリ ンダと固定シリ ンダの相対する端面のいずれか一方の面に ポンプァゥ ト型のスパイ ラ ルグループを設け、 上記相対する端 面の間隔を 1 O O /i以下と した回転へッ ドアセ ンプリ 。 i o

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