Патент на изобретение №2167802

(54) ВТУЛКА ДЛЯ НАМОТКИ МАГНИТНЫХ ЛЕНТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к средствам манипулирования с тонкими гибкими изделиями. Геометрические размеры втулки выбраны с учетом давления намотки ленты на наружную поверхность, диаметра, модуля упругости материала и толщины стенки. Предполагается, что после намотки на втулку носитель записи имеет ошибку по времени, не превышающую 5 мкс на его полной длине. Изобретение направлено на снижение ошибок сдвига при высоких скоростях намотки и при высоком натяжении ленты. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к полой цилиндрической втулке для намотки магнитных носителей записи в виде ленты или полотна относительно большой длины.

Магнитные носители записи указанного выше типа включают в себя главным образом гибкое основание (подложку), например, изготовленное из полиэтилентерефталата или полиэтиленнафталата или другого подобного материала, имеющее ширину 60-120 см и толщину от 5 до ориентировочно 100 мкм, и одну или несколько магнитных дисперсий, которые наносятся на основание и могут иметь толщину от менее 1 до 20 мкм. Если это требуется, то между основанием и самым нижним слоем присутствует также слой, способствующий адгезии, а на магнитном слое сверху также имеется антиизносный слой. Непосредственно после изготовления описанного магнитного носителя записи в известных рабочих устройствах магнитное полотно наматывают на втулки, причем длина намотки может быть значительной и даже превышает 5000 м, причем при намотке полотно пропускают через различные зоны обработки, такие как ориентация магнитных частиц, сушка и, если это необходимо, уплотнение посредством каландрирования. Натяжение при намотке должно быть относительно высоким во избежание увлечения воздуха или флотации намотанных слоев в ходе намотки; с другой стороны, натяжение при намотке не должно превышать максимального значения, так как в противном случае магнитный носитель записи будет поврежден царапинами или за счет перенатяжения, и в результате станет непригодным для использования.

То же самое относится и к намотке магнитных носителей записи, которые разрезаны продольно на пригодную для использования ширину, например, полдюйма (1,27 см), 2 дюйма (5,08 см) или 3,81 см, а затем намотаны на втулки ориентировочно такой же ширины. В данном случае также требуется, в особенности при намотке относительно больших длин, поддерживать определенное натяжение ленты для предотвращения отделения лепешек или сдвига слоев относительно друг друга при транспортировке (протяжке) ленты. Как правило, натяжение при намотке составляет от 0,5 до 2 Н/см ширины носителя записи в зависимости от типа устройства намотки и от требований, установленных на произведенный магнитный носитель записи.

Уже описано большое число известных ранее цилиндрических втулок, которые используют для намотки магнитных лент. В заявке DE-U 8137367 описана бумажная трубка для намотки магнитных лент, поперечное сечение которой имеет форму трапеции или параллелограмма, а намотка производится спирально. Результирующая поверхность полируется, окрашивается и обладает чрезвычайно высокой гладкостью. В заявках WO 90/11957 и DE-U 9305304 описаны втулки для деформируемого материала, содержащие жесткую цилиндрическую гильзу с покрытием из деформируемого материала, который применен для того, чтобы избежать отпечатков на намотанном носителе записи. В заявке DE-С 3512919 описана втулка для намотки магнитной ленты, причем поверхность корпуса втулки покрыта магнитной резиной с определенным направлением намагничивания, что сделано для притягивания полотна во избежание образования при намотке складок. В патенте США 4832276 раскрыта двухслойная полая цилиндрическая втулка, которая включает в себя внутренний жесткий цилиндр и сжимаемую внешнюю гильзу, которые соединены друг с другом. Втулки аналогичной конструкции описаны в EP-A 0613849, DE-A 3610557, а катушечные гильзы описаны в DE-A 2457539.

В патенте США N 3229928 описана шпуля для намотки ленты, которая включает в себя фланцы, изготовленные из алюминия или пластика. В этом патенте не упоминаются проблемы, связанные с давлением при намотке или с временной задержкой (сдвигом).

Таким образом, в цитированных известных источниках главным образом указывается, что носители записи, в частности, магнитные ленты, наматывают на сжимающиеся сердечники или втулки, имеющие гибкую поверхность, чтобы избежать повреждения втулки. С другой стороны, исследования заявителя показали, что в тех случаях, когда производят намотку относительно больших длин на втулки, которые имеют сжатие более 0,3% их диаметра, то намотанный указанным образом носитель записи имеет недопустимо высокое значение ошибки сдвига вблизи начала его намотки, то есть ближе к сердечнику. Ошибками сдвига именуются такие ошибки, которые при записи, в особенности при наклонно-строчной записи, проявляются как ошибки временной задержки, в результате изменения длины магнитной ленты между записью и воспроизведением видеосигнала. Ошибки сдвига вызваны изменением длины магнитного носителя записи в результате его сжатия или растяжения. Как показано в заявке DE-A 3823688 на имя настоящего заявителя, такие ошибки сдвига приводят к временным ошибкам, значение которых составляет ориентировочно 5-10 мкс, например, при наклонно-строчной видеозаписи, причем такие временные ошибки могут приводить к видимым нарушениям изображения в форме искажений.

Если втулка подвергается сжатию во время намотки большой длины ленты под действием необходимого высокого натяжения намотки, то начало ленты, смежное с втулкой, сжимается при сжатии втулки. Для того чтобы устранить это явление, намотанный носитель записи может быть подвергнут термообработке, в результате которой ранее сжатые части ленты вновь расслабляются. Такая термообработка, недостатком которой является то, что она представляет собой дополнительную операцию, описана, например, в японском патенте JP-A 04-366421.

Задачей настоящего изобретения является создание втулки, при помощи которой может быть произведена намотка магнитного носителя записи относительно большой длины без существенного сжатия и результирующих ошибок сдвига, а также без дополнительных операций обработки, таких как термообработка, даже при высоких скоростях намотки и при высоких натяжениях ленты.

Детали изобретения будут очевидны из пунктов формулы изобретения, описания изобретения и чертежей.

Изобретение будет описано далее со ссылкой на чертежи.

На фиг. 1 показано поперечное сечение новой втулки с намотанным на ней магнитным носителем записи.

На фиг. 2 показана кривая сдвига магнитного носителя записи по его полной длине для новой втулки (а) и для втулки в соответствии с известным состоянием техники (b). На этом чертеже по оси ординат отложено значение сдвига S, а по оси абсцисс отложена длина ленты L. Когда L равна нулю, то лента (внутренняя сторона) прилегает к втулке, а когда L > 5000, то лента расположена на внешней окружности рулона.

Втулка 1 включает в себя цилиндрическую гильзу 2 с поверхностью намотки 3; в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения полый цилиндр использован для уменьшения веса. Две боковые поверхности 4, 4′ втулки содержат осевой подшипник 5, 5′ для передачи момента вращения, чтобы осуществить намотку магнитного носителя записи 6 с требуемым натяжением намотки и с желательной скоростью.

Втулку для намотки можно рассматривать как толстостенную трубку, к которой приложено внешнее давление (которое соответствует давлению намотки). Следующее выражение является аппроксимацией уменьшения диаметра втулки D, вызванного давлением намотки:
D = pD²/2Ew, (1)
где p – давление намотки на втулку;
D – диаметр втулки;
E – модуль упругости материала втулки;
w – толщина стенки втулки.

Сжатие D/D втулки в результате воздействия давления намотки может быть получено в виде следующего выражения:
D/D = pD/2Ew. (2)
Как указывалось ранее, исследования заявителя показали, что сжатие D/D должно быть менее 0,3%, чтобы избежать недопустимо высокого сдвига магнитной ленты вблизи от втулки. Давление намотки на втулку зависит, в частности, от натяжения ленты при намотке, от контактного давления прижимных роликов средства намотки, от длины намотки и скорости ленты в ходе намотки.

В связи с указанным для заданных условий намотки (то есть для определенного давления намотки p на втулку) втулка, чтобы избежать недопустимо высоких значений сдвига, должна быть спроектирована таким образом, чтобы выполнялось следующее неравенство:
D/Ew < 0,006/p. (3)
Таким образом, конструкция втулки (то есть размеры ее диаметра D, толщины стенки w и выбор материала, то есть модуль упругости) должна быть адаптирована к использованному давлению намотки, так чтобы выполнялось условие D/D < 0,3%. Поэтому необходимо соблюдение определенной комбинации свойств втулки и давления намотки.

Для создания подходящей втулки может быть применена следующая методика.

Прежде всего при помощи выражения (1) для втулки с известными параметрами (D, E, w) определяют давление намотки p на втулку при превалирующих условиях намотки из измеренного при проведении испытания на намотку, уменьшения диаметра D. После этого фиксируют параметры D, E, w новой втулки желательными для приемлемых значений сдвига, так чтобы выражение (3) выполнялось. Как это очевидно из примеров, выполнение условия (3) имеет место, например, для втулок диаметром 170 мм с толщиной стенки w, равной 10 мм, при изготовлении втулки из алюминия, и с толщиной стенки w, равной 20 мм, при изготовлении втулки из твердого пертинакса, а также с толщиной стенки w, равной 2 мм, при изготовлении втулки из стали с модулем упругости 2,1 10⁵ H/мм² Для изготовления втулки может быть также использован и иной твердый пластик (с возможным упрочнением стекловолокном). Недостатком стали является ее большой вес, что затрудняет кантовку вручную втулки с намотанной лентой. С другой стороны, нежелательно использование втулки из пертинакса с толщиной стенки, составляющей только 10 мм.

Указанным образом может быть произведена намотка магнитного носителя записи с шириной 1 см и длиной, главным образом превышающей 10000 м, при максимальном натяжении намотки, составляющим 2 H, без недопустимо высоких значений сдвига в намотанном носителе записи, в особенности поблизости от втулки.

При изготовлении втулки из металла ее поверхность может быть анодирована, отожжена в ванне, хромирована, может иметь твердое хромовое покрытие или же может быть обработана другим аналогичным образом, при этом среднее значение шероховатости R_a центральной линии поверхности намотки не должно превышать 10 мкм, а преимущественно должно составлять менее 3 мкм. Максимальное значение волнистости поверхности W_t должно быть около 10 мкм, а значение R_t должно быть менее 10 мкм. Если, с другой стороны, втулка в соответствии с настоящим изобретением изготовлена из пластика, то желательная степень шероховатости поверхности может быть обеспечена при помощи таких операций, как шлифовка и тонкая полировка, известных сами по себе.

Пример 1
Магнитный носитель записи имеет гибкое основание толщиной 12 мкм, на которое нанесен магнитный слой, который после сушки имеет толщину 2,5 мкм и содержит главным образом диоксид хрома в качестве магнитного пигмента, диспергированного в полимерной связке; ширина основания составляет около 660 мм. Полотно с магнитным ориентированным покрытием после сушки и каландрирования было намотано на длину ориентировочно 10000 м при скорости до 800 м/мин и при натяжении полотна ориентировочно 70 H, на полую цилиндрическую алюминиевую втулку, которая имела модуль упругости 7,3 10⁴ H/мм² с внешним диаметром 170 мм, толщиной стенки 10 мм, шириной ориентировочно 700 мм, при этом среднее значение R_a центральной линии которой составляло менее 3 мкм.

На фиг. 2 кривая отображает значение сдвига в мкм, измеренное по всей длине полотна. Величина сдвига, измеренная по всей длине магнитного носителя записи, главным образом не превышает 5 мкм. Способы измерения значений сдвига известны, например, из упомянутого ранее патента EP-B 1-350731 на имя заявителя настоящей заявки. В данном случае кривая сдвига определена в режиме NTSC (телевизионный стандарт 525 строк/60 кадров) с использованием видеомагнитофона VHS типа AE 6651 фирмы Панасоник.

В соответствии со способом измерения по патенту EP-B 1-350731, который включен в качестве ссылки в настоящее изобретение, для определения временной ошибки, которую получают в результате изменений длины магнитной ленты между записью и воспроизведением видеосигнала при проведении наклонно-строчной записи, производят синхронизацию по фазе импульсного генератора с импульсом синхронизации горизонтальной развертки видеосигнала, при этом счетчик с предварительной уставкой (сбросом), который имеет возможность переключения в режим счета, тактируется от импульсного генератора и синхронизирован импульсом синхронизации горизонтальной линии, подсчитывает импульсы в течение времени, соответствующего полной длине (ленты), уменьшенного на минимальную измеренную временную ошибку, до появления следующего импульса горизонтальной линии; при этом временная ошибка соответствует разнице между номинальной длиной линии и реальной длиной линии, при которых получают импульс переключения головки.

В режиме NTSC полная длина линии соответствует 63,5 мкм, а частота тактового генератора равна 500 кГц или кратна ей.

При использовании полудюймовой видеоленты в начале произведенной указанным образом намотки не наблюдалось видимых нарушений изображения, например, искажений.

Пример 2
Была использована методика, аналогичная примеру 1, за тем исключением, что намотка производилась на втулку такого же диаметра из твердого пертинакса, имеющего модуль упругости 10⁴H/мм² и толщину стенки w, составляющую 20 мм.

Максимальное значение сдвига по кривой (с) фиг. 2 на полной длине ленты составляет 5 мкм.

В данном случае удивительным образом значения сдвига также являются удовлетворительными по всей длине магнитного полотна.

Сравнительный пример
Была использована методика, аналогичная примеру 2, с тем исключением, что полотно было намотано на пертинаксовую втулку с толщиной стенки, составляющей только 10 мм. На кривой b (фиг. 2) показаны соответствующие изменения сдвига. Произведенные указанным образом носители записи имеют четко видные искажения в видеоизображении, в особенности на первых 2000 м с начала полотна.

Полученные результаты свeдены в таблицу.

Формула изобретения

1. Цилиндрическая втулка для намотки магнитных носителей в виде ленты или полотна большой длины, отличающаяся тем, что выполнено следующее соотношение:

где p – давление намотки на поверхность втулки;
D – диаметр втулки;
E – модуль упругости материала втулки;
w – толщина стенки втулки.

2. Втулка по п.1, отличающаяся тем, что сжатие D/D от давления намотки не превышает 0,3% где D – уменьшение диаметра втулки.

3. Втулка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она изготовлена из стали, алюминия, твердого пертинакса или пластмассы, которая содержит упрочняющий материал.

4. Втулка по пп.1 – 3, отличающаяся тем, что среднее значение шероховатости по центральной линии R_a поверхности 3 втулки не превышает 10 мкм.

5. Магнитный носитель записи в виде ленты или полотна, отличающийся тем, что после намотки на втулку по пп.1 – 4 он имеет ошибку по времени (скью), не превышающую 5 мкс на его полной длине.

6. Магнитный носитель записи в виде ленты или полотна по п.5, отличающийся тем, что его длина равна по меньшей мере 5000 м.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 31.07.2003

Извещение опубликовано: 20.10.2005 БИ: 29/2005