专利名称：将轴套对齐的旋转卡盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将录音磁带绕到一个轴套上的旋转卡盘。更为具体地说，本发明涉及的是一种用于将一个绕磁带的轴套相对于旋转卡盘的旋转轴线对齐的整套对齐装置。
将薄膜带绕成卷状是一项重要的工业操作，因为许多通常使用的薄膜材料，例如录音磁带，如果它们不能以卷状形式贮存和运送将成为无法运用。但是要完全取得磁带卷状贮存固有的优越性则必须满足绕带方面的某些条件。在绕带时，绕到卷筒上的每一圈，即每一层录音磁带必须完全精确对齐地压叠在先前绕好的圈上。如果其中一个圈没有对齐，它的一边缘可能会突出于整个卷筒的侧边上，使其得不到保护而容易在搬运中受到损坏。此外，圈没有对齐的磁带卷，其不对齐圈边缘造成的卷筒侧边参差不齐使外观很不好看。还有，缠绕的速度必须充份地减低以避免卷筒过份的颤动，因颤动会造成圈对不齐。这很大程度上限制了生产率，因为只有高的缠绕速度才能提高生产率。因此有必要提供一种方法能在高的缠绕速度下减少卷筒的颤动。
在高速缠绕中造成磁带卷颤动的两个主要原因是偏心的轴套的晃动。轴套的晃动是由于磁带卷相对于缠绕旋转轴心线的轴向未对齐或倾斜。当磁带卷轴向对齐时，它在一个垂直于旋转轴心线的平面内转动，而磁带卷的外周边在轴向上不移动。当绕磁带的卷的轴心线没有与缠绕转动的轴心线相重合时，虽然它可能是与其平行，但就造成了偏心现象。磁带卷的几何学轴心线与缠绕转动的轴心绕相重合时就称作径向对齐。
录音磁带通常绕在一个圆形的盘心或称轴套上，轴套安装在一个使用一种通常称作旋转卡盘的卡具的心轴上。适合用于缠绕磁带的典型轴套公开在美国专利第3，632，053号和第4，923，137号上。为了要达成磁带卷的径向和轴向对齐，主要的是使磁带绕在其上的轴套径向和轴向都要对齐。
保证转动平行于一个固定平面而不致偏心和晃动的径向和轴向对齐旋转部件是人所熟知的。然而，熟知的对齐装置不能马上用于旋转部件必须很快地安装和对齐不允许耗时的校准的制造场合。例如，当旋转部件是装载磁带卷的轴套时，生产工人必须要能够很快地将它们安装成径向和轴向上都对齐。
在美国专利第3，934，833号中，一个轴套固定装置具有一个肩状物，轴套可以被压在这肩状物上来促进对齐。不幸的是这些对齐肩状物是不能缩进的，因此在磁带卷掉换时，实际上似乎是整个心轴组件必须拆开才能将完成的磁带卷除下并安装新的轴套。此外，还不清楚对于大直径的磁带卷，该对齐肩状物是否也能提供适当的对齐，因为没有东西将轴套座在卡盘的肩状物上。还有，在轴套和卡盘之间也没有标出适于提供合适的轴套对齐的基准表面。
对于这种轴套类型应用的另外一种限制是常常有必要在一个单一的心轴上要安装数个轴套。美国专利第4，332，356号中公开了一种将数个轴套固定在一个单一的心轴上的装置，但是该装置没有对齐装置。这种类型的缠绕装置通常用于宽的磁带条被分割成若干较窄的磁带的场合，在录音磁带制造业中通常都是那样做的。这种型式的缠绕设备的一个重要特征是所有的轴套都可以滑套到心轴上，而缠绕材料的已完成的卷筒可以很快地从心轴上除下，只需极小量的机械拆卸。
为了在高速缠绕下不发生偏心作用和轴套晃动，有必要使支持卷绕薄膜带轴套的旋转卡盘相对于一个旋转的心轴精细地径向和轴向对齐。还有需要使若干个以精确地径向和轴向对齐来固定一个绕磁带轴套的旋转卡盘能够安装在一个单一的心轴上以便同时缠绕数条磁带，这种装置要能适用于大量生产中。还需要使这种旋转卡盘可以自动对齐，快速和容易地将轴套装在卡盘上，并能将绕好的卷筒快速和容易地从卡盘上取下。
本发明是一种旋转卡盘，它具有径向和轴向对齐掣子以使轴套相对于旋转卡盘正确地定位。旋转卡盘也可以有一个驱动掣子以便将轴套相对于旋转卡盘旋转锁定。旋转卡盘精确地将轴套安置成与对齐掣子咬合相连。这通过在对齐其间给予轴套各种相对于卡盘的活动而更易实现。
下面对本发明实施例结合附图进行说明，附图中
图1是本发明的带有一个对齐掣子的旋转卡盘的透视图。
图2是根据本发明另一实施例的同时使用径向和轴向对齐掣子的旋转卡盘的透视图。
图3是本发明旋转卡盘一个轴向对齐掣子的横截面图。
图4是本发明旋转卡盘一个径向对齐掣子的横截面图。
图5是本发明的具有一个可缩进驱动掣子的旋转卡盘的横截面图。
图6是一个旋转卡盘的横截面图，显示出作为总的轴向摆动量的偏斜测定。
在磁带高速缠绕中径向和轴向对齐的重要性先前似乎未能被认识到。据发现，由于缠绕时偏心和轴套晃动造成的磁带卷颤动使得即使在中等的缠绕速度中也会使磁带的圈对不齐，而在高速缠绕时甚至使磁带完全不能绕在卷筒上。这使得磁带乱成一团，这种现象有时被称作“全部完蛋”(wipeout)。
图1显示一个旋转卡盘，其中径向和轴向对齐是由掣子完成的。轴套1有一个侧面12，一个邻接于侧面12的斜削侧面14，一个内周边表面16，和一个外周边表面18。轴套10装置在旋转卡盘20的外周边表面22上。在缠绕时，旋转卡盘20绕着轴心6转动将磁带8绕在轴套10的外周边表面18上。卡盘20通常装置在一个转动的心轴(未显示)上，心轴与卡盘20的内周边表面24结合。
最好是，心轴和卡盘20之间的转动连接可以容许一个速度差发生在心轴和卡盘20之间。这样可以容许数个卡盘20运作出一个单独的心轴上，而仍能在由心轴缠绕的每一条磁带8上维持一个预定程度的张力。一种合适的转动联接器就是公开在美国专利第3，934，833号的那种型式的磁带离合器。公开在美国专利第4，978，083号上的摩擦联接器也可以使用。
轴套10靠对齐掣子26相对于轴心绕6同时在径向和轴向上与卡盘20对齐，如图3中最清楚地所示。每个掣子26有一个外斜削面28，角线30，和一个底部32。每个掣子26还包括一个活塞34，活塞34具有一个端面36并固定在掣子的底部32上。一个侧耳38连接在底部32上。一个第二侧耳39可以设置在与第一侧耳38隔开一段距离处，该距离小于轴套10的宽度。侧耳38的内面40沿着掣子角线30与底部32相连。侧耳38需间隔得足够互相靠近，以便在轴套10的内周边表面16接触到掣子26的底部32之前就与轴套10相接合。这在轴套10的内周边表面16和掣子26的底部32之间形成了一个间隙并提供由向对齐。一个0形环50装在活塞34上。
活塞34可以插入到卡盘20上一个开孔42中，其插入的深度足够使底部32和侧耳38都镶嵌入围绕开孔42四周的一个凹座44中。这使得侧耳38的最外面部分压入到卡盘20的外周边表面22的下面，以使轴套10滑动在外周边表面22上时不致受到掣子26的阻扰。
在卡盘20上没有装上轴套时，制子26由弹簧46或任何其它合适的偏压装置将其推压成高出于外周边表面22的位置。每个掣子26通过，例如，一个销钉或其它的插锁装置(未显示)插入到一个超大的孔(未显示)中横向穿过活塞34并穿过一个在卡盘20的内周边表面24上紧密配合的孔，从而使其不能完全从开孔42中被推出。掣子26当轴套10滑动在卡盘20上时由于轴套10的斜削侧面14与掣子26的外斜削面28的接合而被压入从而形成一个可缩进的对齐装置。
在轴套10被装在卡盘20的外周边表面22上之后，掣子26的侧耳38的内面40，在弹簧46的向外推压下，与由轴套10的内周边表面16和斜削侧面14均分的被称为基准圆48的圆形边沿相接合。基准圆48与掣子侧耳38的内面40相接合促使轴套10相对于旋转轴线6形成轴向对齐。掣子26的底部32的宽度略小于轴套10的内周边表面16的宽茺，因此当内面40与基准圆48相接合时，在掣子26的底部轴套10的内周边表面16之间就存在一个间隙，因此掣子26与轴套10之间的接触仅限于沿着基准圆48，如图3所示。
为了使掣子26的内面40与基准圆48相接触，底部32与内面40之间的夹角应当大于内周边表面16与轴套10的斜削侧面14之间的夹角，虽然这夹角的具体数值却不是太关键性的。还有，虽然图1中所示的具体轴套是一个标准型的通常用于缠绕录音磁带的轴套，但是，只要对掣子26加以变更使其能与轴套相配接，则其它尺度的轴套也同样能使用。例如，虽然图中所示的轴套10的斜削侧面14与内周边表面16的夹角是大约45°，但其它的角度也能使用。
虽然如果所有的内面40能与基准圆48完全接触，掣子26的内面40与轴套基准圆48的接合中可以轴向地使轴套10相对于卡盘20对齐，但是在实际操作中发现这种面之间的完全配合是不容易达到的。即使在轴套10装到卡盘20上时，内面40与基准圆48达到了完全的接合形成了轴向对齐，仍有可能轴套10未能径向地相对于卡盘20的对准中心。即使轴套10的旋转轴心线可能会平行于轴心线6，但可能它仍不能与轴心线6相重合。因此，还需要某种另外的设施使轴套10能相对于轴心线6定中。
此外，即便利用这种装置可以达到可接受程序的轴各和径向对齐，但在缠绕过程中要维持这种对齐还是很困难的。其中部分原因在于弹簧46不能被制成足够的强硬以提供适应的对齐力，当轴套10装在盘20上时，仍让掣子26被压入在凹座44中。由于这原因，当轴套10装到卡盘20上之后，提供另外的向外的力使掣子26紧压在轴套10的内周边表面16上。
向掣子26提供另外的向外力的一种合适方法就是向活塞34的端面36施加空气压力。这促使掣子26向外朝着轴套10推出，将掣子26向外朝着轴套10推出，将掣子26的侧耳38的内表面40更紧地压接在轴套10的基准圆48上，形成更靠的对齐。活塞34与开孔42之间的空气泄漏可以用一个密封物来防止，例如一个弹性材料的方形密封环或O型密封环50。压缩空气是由卡盘20内的内部通道从开孔52馈入提供给开孔42的;开孔52从支承心轴内的内部通道供应加压空气。另外一种方式是，仅对活塞34施加压缩空气而不使用弹簧46。
一个驱动切口54形成在轴套10的内周边表面16上以接纳一个任意的驱动掣子56，如图5中所示。它可以在缠绕其间锁住轴套10相对于旋转卡盘20的转动。掣子26对轴套10的内周边表面16的摩擦力在通常情况下已足可保证轴套10与卡盘20之间适当的转动耦合。
即便施加空气压力，在活塞34的端面36上，掣子26的内面40与轴套10的基准圆48的完全配合也并不总能立即产生。因此，即使在施加了空气压力之后，轴套10可能仍旧相对于卡盘20有些微的歪斜。如果在空气压务施加在掣子26的同时，轴套10对卡盘20维持相对的活动，轴套10与卡盘20不带歪斜的配合可能会较易实现。这可以使轴套10以良好的轴向对齐座落在卡盘20上。
一种可以改进轴轴套对齐的相对活动是在空气压力施加在掣子26的同时使轴套10绕着轴心线6相对于卡盘20转动。这样的相对活动可以，例如，将轴套10保持静止不动，而使卡盘20转动和将空气压力施加到掣子26上来进行。当磁粘附在轴套10上时，磁带产生了张力因而提供一处切向的力帮助产生相对转动，另一种方式是，将卡盘20保持静止不动而使轴套10绕轴心线6相对于卡盘20转动，同时将空气压力施加到掣子26上。如果使用了驱动掣子56的话，那未必须在此操作中将这些掣子脱开。
在图2中所示的第二实施例中，两种不同类型的掣子绕着轴套10的内周边表面16接触在交替相间的位置上以使轴套10在卡盘20上对齐。对齐掣子26作为轴向对齐的掣子且是主要的轴向对齐装置，而径向对齐掣子60是主要的径向对齐装置。在本实施例中，在对齐时的相对活动是由径向对齐掣子60的侧耳提供的，它们将一个轴向活动给予那些它们所接触的轴套10的部分。四个轴向对齐掣子26和四个径向对齐掣子60可以绕着卡盘20的外周边表面22均匀和交替间隔地设置。或者，也可以使用较多或较少的掣子26，60。
虽然每种类型的掣子26，60都有其主要的功能，也要看到使轴套10进入其对齐的位置的过程能够通过由对齐掣子给予轴套10的各种活动，在径向对齐掣子60和轴向对齐掣子26之间产生相互作用。轴套10的由于径向对齐掣子60的进入径向对齐位置的活动能够在同时帮助达成轴向对齐;而轴套10的由于轴向对齐掣子26的进入轴向对齐位置的活动能够帮助达成径向对齐。这些相互作用活动的结果是轴套10能够获得比先前以已知的旋转卡盘所获得的更为精确的相对于轴心线6的径向和轴向对齐。
参看图4，径向对齐掣子60与轴向对齐掣子26相似。径向对齐掣子60具有一个外斜削面62和角线64。每个掣子60还包括有一个固定在掣子底部70上的活塞66，活塞有一个端面68。侧面72连接在底部70上。侧耳72的内面74沿着内掣子角线64与底部70相连。最好是所有的侧耳72都位于卡盘20的同一侧。一个第二侧耳76可以从第一侧耳72隔开，因而当轴套10装在上卡盘20上时，侧耳76与轴套10隔开一段距离。这对于制成后要进行热处理以提高其耐磨性能的掣子60是特别有用的，因为掣子具有较高程度的对称性在热处理中就不易变形。在活塞66上装有一个方形环或0形环78。
径向对齐掣子60象轴向对齐掣子26一样可以插入到开孔42中。同样地，掣子60靠对卡盘20施加压缩空气被朝着轴套10的内周边表面16向外推送。O型环78可以防止压缩空气从活塞66和开孔42的壁之间过多地泄漏。径向对齐掣子60可以像轴向对齐掣子26一样，用销钉穿过活塞66中的横向孔将其固定在开孔42之内。
径向对齐掣子60在结构上与轴向对齐掣子26相似。然后，径向对齐掣子60只要求有一个功能性侧耳72，而不是像轴向对齐掣子26那样有两个侧耳38，39。还有，当空气压力施加在卡盘20上时，径向对齐掣子60的底部70接触在轴套10的内周边表面16上。而轴向对齐掣子26只有其内面40接触轴套10。结果是，径向对齐主要由径向对齐掣子60维持，而轴向对齐主要由轴向对齐掣子26维持，轴套10的安置由于径向对齐掣子60的侧耳72而容易了。
当四个径向对齐掣子60均匀间隔开地设置在四个轴向对齐掣子26之间，而轴套10安装在卡盘20上密接在掣子26的侧耳38，39之间时，任何在安装时轴套10相对于卡盘20的些微倾斜恐怕不可能通过只向掣子26施加空气压力而消除。更为可能的是在轴套10和径向对齐掣子60之间的摩擦和结合将阻止轴套10相对于卡盘20的完全对齐和安置。然而，由于轴向对齐掣子26是均匀地间隔开绕着卡盘20设置的，轴套10的某一部份，因为倾斜，一定会比起其它的掣子26的侧耳38，39更加靠近其中之一个侧耳。因此，当由于向活塞端面36施加空气压力而使轴向对齐掣子26径向地向外移动时，掣子26的侧耳38，39中之一一定会在其它的掣子完全接触发生之前首先碰到轴套10。其结果是轴套10从倾斜的位置移开。如果掣子60只有一个侧耳，轴套10就能自由移动经过它的原始位置，在那里它最后碰到一个或多个轴向对齐掣子26的侧耳，它们将其推回至一个更为靠中的位置。这样，在轴套10从侧耳72滑开产生一个静态平衡的体系不带有任何的轴套和卡盘之间的相对活动之后，一个力的不平衡也就消除了。
如果径向对齐掣子60只有一个接触轴套10的侧套72，则底部70可以接触轴套10的内周边表面16，将其移向一个更加径向对齐的位置。这不使轴套10径向对齐，而且其结果造成的轴套10相对于卡盘20的移动有助于改进轴套10相对于轴向对齐掣子26的安置。这种移动的结合以及空气压力的施加到掣子26，60的活塞34，66上，其结果是使轴套10移动至径向和轴向都对齐的位置。
在一个实验中，其中只使用了如图3中所示的那种类型的对齐掣子26，而且当空气压力施加时没有旋转运动加之于轴套10，一个外径为114毫米(4.5英寸)的轴套被发现具有一个倾斜度即在轴套10的外径处以其轴向摆动量“a”测量为0.5毫米(0.020英寸)。在图6中，距离“a”是在轴套10的外周边表面18上的一个点由于卡盘20绕轴心线6旋转一整周所造成的平行于轴心线6的总的移动量。
在一个第二实验中，将同样的轴套经过几次试验借助于轴向对齐掣子26和径向对齐掣子60安装到第二实施例的旋转卡盘上所造成的轴向摆动量“a”小于0.050毫米(0.002英寸)。这个轴向摆动量的程度被认为是可以忽略不计的，因为它对于高速度、高质量的磁带缠绕并不产生明显的不利影响。偏心率也同样是可以忽略不计的。
权利要求
1.一种将薄膜带(8)绕在一个缠绕轴套(10)上的装置，它包括一个可以绕着一根轴心线转动的卡盘(20)，其中卡盘具有一个能与轴套(10)的内周边表面(16)接合的外周边表面(22)；用于将轴套(10)旋转地固定到卡盘(20)上的装置，它包括至少一个位于卡盘的外周边表面(22)上的可径向移动的对齐掣子(26，60)；和在对齐掣子与轴套接合时给于轴套(10)和卡盘(20)之间的相对活动的装置。
2.如权利要求1的装置，其特征在于，其中对齐掣子(26，60)包括一个外斜削面(28，62);角线(30，64);一个底部(32，70);一个具有一个端面(36，68)并被固定在底部(32，70)上的活塞(34，66);和至少一个连接在底部(32，70)上的侧耳(38，72)，侧耳具有一个内面(40，74)沿着角线(30，64)与底部相边;和其中卡盘(20)包括径向穿透的开孔(4)，其中掣子(26，60)可以插入到形成在卡盘上的开孔内，和其中该装置还包括用以朝着轴套(10)内周边向外偏压掣子(26，60)以便将轴套固定就位在卡盘上的装置。
3.如权利要求2的装置，其特征在于，其中旋转地固定的装置包括至少两个径向可移动的对齐掣子(26，60)，其中至少一个对齐掣子是一个径向对齐掣子(60)并且还包括一个从第一侧耳(72)间隔开的第二侧耳(76)，从而当轴套(10)放置在卡盘(20)上时，第二侧耳从轴套隔开一段距离。
4.如权利要求3的装置，其特征在于，其中旋转地固定的装置包括至少两个径向可移动的对齐掣子(26，60)，其中至少一个对齐掣子是轴向对齐掣子(26)并且还包括一个从第一侧耳(38)隔开一段小于轴套(10)宽度的距离的第二侧耳(39)，从而使侧耳(38，39)的内面(40)相互之间足够靠近得在轴套的内周边表面(16)碰到掣子的底部(32)之前就与轴套相接合，这样就在轴套的内周边表面与掣子的底部之间形成一个间隙。
5.如权利要求2的装置，其特征在于，其中偏压装置包括向活塞(34，66)的端面施加空气压力的装置，该压力将掣子(26，60)向外推动顶住轴套(10)，使掣子的侧耳(38，72)的内面(40，74)更加牢固地压在轴套上。
6.如权利要求5的装置，其特征在于，它还包括当对掣子(26，60)施加空气压力时在轴套(10)和卡盘(20)之间产生相对活动的装置。
全文摘要
一种用于在相对于缠绕转动轴心线在轴向和径向上对齐缠绕轴套10缠绕磁带8的旋转卡盘20。它可以允许使用高的缠绕速度并且改进成品绕卷的质量。当对旋转卡盘20施加空气压力时就可以产生对齐。旋转卡盘20可以并排地放在一个单一的心轴上以便能同时多束缠绕。缠绕轴套可以容易地滑到旋转卡盘上，或从其上滑下，以提高缠绕生产率。
文档编号G11B23/037GK1097078SQ9410167
公开日1995年1月4日 申请日期1994年2月5日 优先权日1993年2月11日
发明者R·J·克莱恩, T·E·拉森, M·A·施斯尔, B·E·泰特 申请人:明尼苏达矿产制造公司