JP5233247B2 - 媒体収納繰出装置 - Google Patents
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Description
また、テープを駆動する方式は、複数のモータを使う方式(例えば特許文献1)と1つのモータで駆動する方式(例えば特許文献3)がある。
図30は要部側面説明図、図31は要部正面説明図である。
図において、100は収納繰出装置である。110、115はテープであり、同じ形状で同じ長さである。
テープ110、115の一端はドラム120に巻きつけてあり、他端はリール130、135に巻き付けてある。
また、リール130、135は、テープ110、115のみを巻き取るリールであり、両リール130、135は同じ形状である。両リール130、135は、それぞれのリール軸131、136にトルクリミッタ132、137を介して取り付けてある。
媒体入出口185にはテープ110、115のアイドルプーリ190、195が実装され、テープ110、115は、ドラム120からアイドルプーリ190、195を介してリール130、135に巻き付けてある。
140は駆動モータであり、ドラムギヤ142に駆動伝達を行う。ドラムギヤ142はドラム軸121に固定されており、駆動モータ140が回転すると、ドラム軸121、ドラム120が回転する構造になっている。
ドラム軸121には、ドラムギヤ150が取り付けられており、このドラムギヤ150は、リールギヤ155、160と噛み合っている。リールギヤ155、160は、同じ歯数のギヤであり、ワンウェイクラッチ165、170を介してリール軸131、136に取り付けられている。
前記ワンウェイクラッチ165、170は、リールギヤ155、160がリール130、
135を巻き取る方向に回転した場合、ワンウェイクラッチ165、170がロックし、リールギヤ155、160の回転がリール軸131、136に伝達されるようになっている。
また、前記ワンウェイクラッチ175、180は、リール軸131、136がリール130、135でテープ110、115を巻き取る方向に回転した場合、ワンウェイクラッチ175、180が空転する方向である。リール130、135でテープ110、115を巻き戻す方向に回転しようとした場合、ワンウェイクラッチ175、180がロックして巻き戻し方向に回転しない仕組みになっている。
図32は、ドラム巻き戻し時の説明図である。リール130、135のテープ巻き取り半径RA1、ドラム120側のテープの巻き取り半径をRA2とし、ドラムギヤ150のギヤ歯数・角速度をZA2・WA2、リールギヤ155、160のギヤ歯数・角速度をZA1・WA1、リール軸131、136によるテープ巻き取り速度をVA1、ドラム軸121のテープ巻き戻し速度をVA2とすると、
VA1=RA1×WA1,VA2=RA2×WA2…式1
が成り立つ。
VA1>VA2…式2
を保証する。
式1、式2より、
RA1×WA1>RA2×WA2 → RA1/RA2>WA2/WA1…式3
角速度の比は、ギヤ比で決まるため、WA2/WA1=ZA1/ZA2…式4
式3、式4より、
RA1/RA2>ZA1/ZA2…式5
なお、媒体を繰り出すにつれて、リール径RA1は大きくなり、ドラム径RA2は小さくなる。径の変化によるRA1、RA2は、以下の関係式が成り立つ。
RA2=ra2×ka2…式7
ra1:テープが空のときのリール半径
ka1:テープの巻き取りによるリール半径の増える係数
ka1は、リールにテープがないとき、すなわちドラム120に媒体が収納容量一杯に収納されているときは1であり、リールにテープが全部巻かれているとき、すなわちドラム120にテープがないときをT1とすると、
ka1は、
1≦ka1≦T1 (1<T1)…式8
が成り立つ。
ka2:テープの巻き取りによるドラム半径の増える係数
ka2は、ドラム120にテープがないときは1であり、ドラム120に媒体が収納容量一杯に収納されているときはT2とすると、
ka2は、
1≦ka2≦T2 (1<T2)…式9
が成り立つ。
RA1/RA2の最小値=(ra1×1)/(ra2×T2)
常に式5を保証するためにRA1/RA2の最小値で式5を満たす必要がある。
よって、
ra1/(ra2×T2)>ZA1/ZA2…式10
上記ギヤ比に設定することにより、テープの巻き取り・巻き戻しによるドラム径・リール径が変化しても常にVA1とVA2の速度関係が、VA1>VA2となることが保証される。
この媒体収納繰出装置100の繰出動作を図33を用いて以下に説明する。
駆動モータ140は、ドラム120を矢印a1方向に回転する。このとき、ドラムギヤ150を介してリールギヤ155、160がリールを巻き取る方向である矢印a2方向に回転するため、ワンウェイクラッチ165、170がロックし、リールギヤ155、160の回転をリール軸131、136に伝達されるようになっている。
また、このとき、前述した式10を満たすため、ドラム120がテープ110、115を巻き戻す速度より、リール軸131、136がテープ110、115を巻き取る速度の方が常に速くなるようなギヤ比を設定しているため、速度の差分をリール130、135とリール軸131、136の間にあるトルクリミッタ132、137が回転することによって吸収する。そのため、テープ110、115には、トルクリミッタ132、137のトルクによって絶えずテンションがかかっている。
媒体320が、媒体入出口185から収納繰出装置100の中に搬送されると、駆動モータ140はドラム120が矢印b1方向に回転する。
このとき、リールギヤ155、160がリール巻き戻し方向である矢印b2方向に回転するため、ワンウェイクラッチ165、170が空転し、リールギヤ155、160の回転をリール軸131、136に伝達されないようになっている。
このように、収納・繰出動作時に、テープ110、115に弛みが発生すると、テープ110、115がアイドルプーリ190、195やリール130、135から外れたり巻き取り時の媒体挟み力がなくなる問題がでるが、上記繰出し・収納動作では、テープに絶えずテンションをかけて弛まないような仕組みになっている。
また、収納動作では、回転しないリール軸131、136に対して、リール130、135が回転するためにトルクリミッタ132、137は、常に回転している。
TA1=(リール軸の角速度)−(リール角速度)…式11
TA2=(リールの角速度)…式12
トルクリミッタは、角速度が大きくなると、寿命が短くなる問題があり、また、高回転に対応したトルクリミッタは、価格が高価であることからも品質とコストを両立させようとするとトルクリミッタは低回転での使用が求められる。
一方、収納動作の回転では、リール軸の角速度が停止しているため、テープ速度VA1
とリール半径RA1で算出される。
繰出動作のようにリール軸が回転しないため、トルクリミッタの角速度は、リールの角速度に対して減速する要素がなく、角速度が高くなる場合がある。
具体的な例N1を、下記に示す。
テープが空のときの、リール半径ra1=50mm
テープが一杯に巻き取られているときの、リール半径の増加係数T1=1.3
テープが空のときの、ドラム半径ra2=80mm
テープが一杯に巻き取られているときの、ドラム半径の増加係数T2=1.5
収納・繰出のテープ速度をVA1=1200mm/sとして、
繰出動作でのトルクリミッタの角速度TA1を求める。
リール軸の角速度
WA1=(ZA2/ZA1)×WA2=(ZA2/ZA1)×VA1/RA2
リールの角速度WA3=VA1/RA1
式11より、
TA1=(ZA2/ZA1)×VA1/RA2−VA1/RA1…式14
ZA2/ZA1には、式10を常にみたしていないといけないため、
式10より、ra1/(ra2×T2)>ZA1/ZA2
50/(80×1.5)>ZA/ZA2
0.4167>ZA1/ZA2
ZA1/ZA2=0.41とする。
TA1=(1/0.41)×VA1/RA2−VA1/RA1=[(1/0.41)/
RA2−1/RA1]×VA1
式6、式7より、
TA1=[(1/0.41)/(ra2×ka2)−1/(ra1×ka1)]×
VA1
TA1の最大値は、(ra2×ka2)が最小値で、(ra1×ka1)が最大値のとき、すなわち、ドラム120にテープが空であり、リールにテープが全部巻かれているときである。
TA1(最大値)=[(1/0.41)/(ra2×1)−1/(ra1×T1)]×
VA1=[(1/0.41)/80−1/(50×1.3)]×
1200=18.12
一方、収納動作でのトルクリミッタの角速度TA2を求めると、
式13より、TA2=VA1/RA1
TA2=VA1/(ra1×ka1)
TA2の最大値は、(ra1×ka1)の最小値のときであり、つなわち、リールにテープが空のときである。
このように、収納動作は、繰出動作のようにリール軸が回転しないために、角速度が高くなる場合があった。
また、従来技術では、トルクリミッタの角速度が高くなる問題以外にも、高価なワンウェイクラッチを4個使う必要があり、コストが高くなる要因でもあった。
なお、以下の説明において、上記従来技術と同様の部位は同一符号を用いて説明する。
図において、405はドラムギヤであり、ワンウェイクラッチ420を介して、ドラム軸121に接続されている。その歯数は、ドラムギヤ150と同じZA2のギヤである。
410、415はドラムギヤ405と噛み合っているリールギヤであり、リール軸131、136にそれぞれ固定されている。そのギヤ歯数は、リールギヤ155、160と同じZA1である。
411はリールギヤであり、リール軸131に固定されている。その歯数は、ZA3である。
このワンウェイクラッチ420、425の回転方向は、図1において以下の方向でロック・空転するものとし、ワンウェイクラッチ420側について図3により詳述する。
図3(イ)の実線矢印に示すように、ドラム軸121を時計回りに回したときに、ワンウェイクラッチ420はロックし、ワンウェイクラッチ420は破線矢印に示すように時計回りに回る。
図3(ハ)の実線矢印に示すように、ドラムギヤ405を時計回りに回したときに、ワンウェイクラッチが空転するためにドラム軸121は回らない。
図3(二)の実線矢印に示すように、ドラムギヤ405を反時計回りに回したときは、ワンウェイクラッチ420はロックするためにドラム軸121は反時計回りに回る。
このとき、リール軸131の角速度をWA3、テープ巻き戻し速度をVA3、ドラムの角速度をWA4、テープの巻き取り速度をVA4とすると、
ZA3、ZA4は常にVA4>VA3となるようにギヤ比が設定されている。
VA3=RA1×WA3 VA4=RA2×WA4とすると、
VA3<VA4
RA1×WA3<RA2×WA1 → RA1/RA2<WA4/WA3
角速度の比は、ギヤ比できまるため、WA4/WA3=ZA3/ZA4
RA1/RA2<ZA3/ZA4…式21
式6、式7より、
ZA3/ZA4>RA1/RA2=(ra1×ka1)/(ra2×ka2)…式22
式21は、常に関係式を満たさないといけないため、(ra1×ka1)/(ra2×ka2)の最大値で満たす必要がある。
式8、式9より、
(ra1×ka1)/(ra2×ka2)≦(ra1×T1)/(ra2×1)…
式23
よって、
ZA3/ZA4>(ra1×T1)/(ra2)…式24
上記ギヤ比に設定することにより、テープの巻き取り・巻き戻しによるドラム径・リール径が変化しても、常にVA1とVA4の速度関係が、VA4>VA3となることが保証される。
上述した構成による繰出動作を図2及び図4を用いて以下に説明する。
駆動モータ140は、ドラム120が巻き戻す方向に回転し、ドラムギヤ142を介してドラム軸121に伝達される。
そのため、図4に示す如く、ドラムギヤ405は矢印c1方向に回転し、リールギヤ410、415は矢印c2方向に回転する。
リール軸131、136の回転速度は、ドラムギヤ405のギヤ歯数ZA2、リールギヤ410、415の歯数をZA1が式10を満たしているため、ドラム120がテープを巻き戻すことにより、ドラム120とテープで接続されているリール130、135が回転する量より速い速度で回転している。この回転速度の差は、リール130、135とリール軸131、136の間に接続されているトルクリミッタ132、137によって吸収される。
ドラム軸121の角速度WX1のときのドラムギヤ416の角速度WX2は、ドラムギヤ405→リールギヤ410→リールギヤ411→ドラムギヤ416の歯数で決まるため、
WX2=(ドラムギヤ405の歯数/リールギヤ410の歯数)×(リールギヤ411の歯数/ドラムギヤ416の歯数)×WX1
WX2=(ZA2/ZA1)×(ZA3/ZA4)×WX1…式31
式10より、
ra1/(ra2×T2)>ZA1/ZA2
ZA2/ZA1>(ra2×T2)/ra1…式32
式24と式32により式31は、
WX2>[(ra2×T2)/ra1]×[(ra1×T1)/ra2]×WX1
=[(ra2×T2×ra1×T1/(ra1×ra2)]×WX1
=(T1×T2)×WX1
式8、式9により、
1<T1、1<T2のため、(T1×T2)>1となり、
WX2>WX1…式33
そのため、図6に示す如く、ドラム軸121に対するワンウェイクラッチ420の回転は、ドラム軸121が矢印c5に示すように時計回りにWX1の角速度で回転し、ワンウェイクラッチ420は矢印c6に示すように時計回りにWX2の角速度で回転する。
この場合、図3(ロ)に示す如く、ワンウェイクラッチ420は空転し、ドラムギヤ416の回転は、ドラム軸121に伝達されない。
駆動モータ140によってドラム120が巻き取る方向に回転し、ドラムギヤ142を介してドラム軸121に伝達される。このとき、ドラム120が巻き取り方向である矢印d1方向に回転することにより、テープ110、115が巻き取られ、テープの他端が巻かれているリール130、135が矢印d2方向に回転する。
このときのワンウェイクラッチ425については、ワンウェイクラッチ425がd4方向、ドラム軸121がd1方向のため、共に反時計回りに回転する。
図12に示す如く、ワンウェイクラッチ425の角速度d8がドラム軸121の角速度d9より速いとき、ドラム軸121に対するワンウェイクラッチ425の相対角速度は図13の矢印d10に示す如く、反時計回りになるため、図3(二)で示すようにワンウェイクラッチ425はロックしてドラム軸121も矢印d11で示すようにワンウェイクラッチ425と同じ速度で回りだす。
また、リール軸136は、リール軸131とドラムギヤ405にて1対1で伝達されているため、リール軸136は、リール軸131と同じ角速度で回転する。
WY2とWY1は、テープの両端をそれぞれ巻き取っているため、テープの速さと巻き取り半径によって角速度が決定される。テープの速度をVTとすると、
VT=WY2×RA1、VT=WY1×RA2
WY2×RA1=WY1×RA2
WY2=(RA2/RA1)×WY1
式6、式7より、
WY2=[(ra2×ka2)/(ra1×ka1)]×WY1…式41
式8、式9により、
WY2=[(ra2×ka2)/(ra1×ka1)]×WY1>[(ra2×1)/(ra1×T1)]×WY1
WY2>[ra2/(ra1×T1)]×WY1…式42
WY3は、ドラム120の角速度WY1とドラムギヤ416、リールギヤ411の歯数によって決まるため、
WY3=(ZA4/ZA3)×WY1…式43
式24により、ZA4/ZA3<ra2/(ra1×T1)のため、
WY3<[ra2/(ra1×T1)]×WY1…式44
式42、式44から、
WY3<[ra2/(ra1×T1)]×WY1<WY2…式45
常に、リール速度WY2の方がリール軸速度WY3より速い速度で回転するようになる。
またこのときに、図14に示す如く、リール軸131が矢印e1方向に回転することにより、リールギヤ410が回転し、ドラムギヤ405が矢印e2方向である反時計回りに回転する。そのため、ワンウェイクラッチ420については、ドラム軸121とワンウェイクラッチ420共に反時計回りに回転する。
ドラムギヤ405の回転速度をWY4とすると、
WY4は、リール軸131の角速度WY3とリールギヤ410、ドラムギヤ405の歯数によって決まるため、
WY4=(ZA1/ZA2)×WY3…式46
式10により、
ZA1/ZA2<ra1/(ra2×T2)
WY4<[ra1/(ra2×T2)]×WY3…式47
WY3の速度は、式44より、
WY3<[ra2/(ra1×T1)]×WY1…式48
WY4<[ra1/(ra2×T2)]×[ra2/(ra1×T1)]×WY1
WY4<[(ra1×ra2)]/(ra2×T2×ra1×T1)]×WY1
WY4<[1/(T2×T1)]×WY1…式49
式8、式9より、
1<T1、1<T2のため、(T2×T1)>1
よって、WY4<WY1…式50
図15に示す如く、ドラムギヤ405に固定されているワンウェイクラッチ420の角速度e3は、ドラム軸121の角速度e4より遅いため、ドラム軸121に対するワンウェイクラッチ420の相対角速度は、図16の矢印e5に示すように時計回りになり、ワンウェイクラッチ420は空転する。
このように収納動作時もリール軸が回転しているため、収納動作でのトルクリミッタの角速度をTB2とすると、
TB2=(リールの角速度)−(リール軸の角速度)…式51
となり、従来技術での角速度の式12と比較してリール軸が回転している分、角速度を遅くすることができる。
繰出動作でのトルクリミッタの角速度TB1、収納動作でのトルクリミッタの角速度をTB2として、
繰出動作でのトルクリミッタの角速度TB1を求める。
繰出動作でのギヤ歯数ZA1、ZA2が従来技術と同じため、
TB1(最大値)=18.12となる。
リール130、135の
リール角速度=VA1/RA1=VA1/(ra1×ka1)…式52
リール軸131、136の角速度WY3は、式43より、
WY3=(ZA4/ZA3)×WY1…式53
式24より、
ZA3/ZA4>(ra1×T1)/(ra2×1)
=(50×1.3)/80=0.813
ZA3/ZA4>0.813のため、ギヤ比ZA3/ZA4=0.82とする。
WY3=(1/0.82)×WY1=
(1/0.82)×VA1/(ra2×ka2)…式54
式51、式52、式54より、
TB2=VA1/(ra1×ka1)−(1/0.82)
×VA1/(ra2×ka2)
=VA1×[1/(ra1×ka1)−1/〔0.82×(ra2×ka2)〕]
TB2の最大値は、(ra1×ka1)が最小値で、かつ(ra2×ka2)が最大値の場合、すなわち、リールにテープが空でドラムにテープが全部巻かれているときである。
×(ra2×T2)〕]
=1200×[1/50−1/(0.82×80×1.5)]=11.8
このように、式15の従来技術の場合の角速度TA2=24に対してTB2=11.8のため、収納動作での角速度を大幅に下げることが可能である。
さらに、トルクリミッタの角速度以外にもこの実施例では高価なワンウェイクラッチを2個に減らすことができるためにコストが安くなる。
図17は実施例を示す要部側面説明図、図18は要部正面説明図であり、実施例1と比較すると、駆動モータ140の動力を、リールギヤ411に直接駆動伝達している。
駆動モータ140にてリール軸131が巻き取る方向、すなわち矢印f1方向に回転し、リールギヤ411を介してリール軸131に伝達される。
このとき、リール軸131に固定されているリールギヤ410を介してドラムギヤ405は矢印f2方向に回転し、また、リールギヤ411と駆動伝達されているドラムギヤ416も矢印f2方向に回転する。
図21に示す如く、ドラム軸121の角速度g1が、ワンウェイクラッチ420の角速度g2より遅いとき、ドラム軸121に対するワンウェイクラッチ420の相対角速度は、図22の矢印g3に示すように、時計回りに回るため、図3(ハ)に示すように、ワンウェイクラッチ420は空転する。
そのため、ドラム軸121はワンウェイクラッチ425よりは速く回らない構造になっている。
ドラムギヤ405とリールギヤ410、415は式10を満たしているため、テープの巻き取り・巻き戻しによるドラム径・リール径が変化しても、常にリール軸131、136がテープを巻き取る速度の方が、ドラム120がテープを巻き戻す速度より速くなるようなギヤ比が設定されている。
よって、ドラム軸121のつれまわし回転は、ワンウェイクラッチ420の方が先にロックすることにより、速度に規制がかかり、そのとき、リールがテープを巻き取る速度の方がドラム120がテープを巻き戻す速度より速くなる。この回転速度の差は、トルクリミッタ132、137にて吸収される。
駆動モータ140は、リール軸131が巻き戻す方向、すなわち矢印g7に回転し、リール軸131に固定されているリールギヤ410、リールギヤ411は矢印g7方向の時計回り、ドラムギヤ405、416は矢印g8方向の反時計回りに回転する。
また、リール軸136は、リール軸131と、ドラムギヤ405を介して1対1のギヤ比で伝達されているために、リール軸131と同じ角速度で矢印g9方向に回転する。
図26に示す如く、ドラム軸121の角速度h1が、ワンウェイクラッチ420、425の角速度h2より遅いとき、ドラム軸121に対するワンウェイクラッチの相対角速度は、図27の矢印h3に示すように、反時計回りになるため、図3(二)に示すようにワンウェイクラッチ420はロックする。
そのため、ドラム軸121は、ワンウェイクラッチ420、425のうち、より速く回るワンウェイクラッチに追従し、もう一方のワンウェイクラッチはドラム軸121の方が速く回転するため、空転する構造になっている。
このとき、ドラム120がテープを巻き取る速度の方が、リールがテープを巻き戻す速度より速いため、この回転速度の差は、トルクリミッタ132、137にて吸収される。
以上の説明は、ドラムギヤ142を駆動モータ140で回転させることで説明したが、これに限定されるものではなく、ドラム軸121やリール軸131、136を直接的に回転させるようなものでも無論よい。
105 フレーム
110、115 テープ
120 ドラム
121 ドラム軸
130、135 リール
131、136 リール軸
132、137 トルクリミッタ
140 駆動モータ
300 媒体
405 ドラムギヤ
410、411、415 リールギヤ
416 ドラムギヤ
420、425 ワンウェイクラッチ
430、431 ベアリング
Claims (1)
- テープのみを巻き取るリールと、該リールを回転させるリール軸と、前記リールを前記リール軸に取り付けるトルクリミッタと、テープと媒体とを一緒に巻き取るドラムを有し、前記リールとドラム間で前記テープの巻き取りまたは巻き戻しを行うことにより前記媒体の繰出しまたは収納を行うように構成した媒体収納繰出装置において、
前記ドラム及びリールを回転させる駆動源と、
前記ドラムがテープを巻き戻す速度より速い速度で前記リール軸が回転するように前記駆動源の動力を伝達する第1の伝達手段と、
この第1の伝達手段中に設けられ、前記ドラムを取り付けたドラム軸と前記リール軸間の巻き取り方向になる回転の伝達を阻止する第1のワンウェイクラッチと、
前記ドラムがテープを巻き取る速度より遅い速度で前記リール軸が回転するように前記駆動源の動力を伝達する第2の伝達手段と、
この伝達手段中に設けられ、前記ドラム軸と前記リール軸間の巻き戻し方向になる回転の伝達を阻止する第2のワンウェイクラッチを備え、
前記媒体の繰出し時には、前記ドラムが前記テープを巻き戻す速度より速い速度で前記リール軸を回転させ、
前記媒体の収納時には、前記ドラムが前記テープを巻き取る速度より遅い速度で前記リール軸を回転させて、
前記リール軸と前記リールの回転速度差を前記トルクリミッタで吸収することを特徴とする媒体収納繰出装置。
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