专利名称：磁带盒用的整体驱动轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁带盒，其中有一种富有弹性和柔形的传动带与绕在磁带卷盘上的磁带相接触，因此，传动带的运动便带动磁带在两卷盘之间运动。
带式传动磁带盒常用于要求磁带快速加速和减速的计算机接口处。美国专利No.3692255公开过这样一种专利，其中，记录磁带通过一条与两个卷盘上的磁带摩擦接触的环形柔性带卷绕在两个磁带卷盘上。上述的环形柔性带绕在磁带盒内的一个驱动轮上，并由其带动，而驱动轮本身又由一个马达传动的辊子或者说传动圆盘带动，该传动圆盘位于磁带盒之外部，并且是插入磁带盒的记录/读出磁带记录机构的一部分。上述的马达传动的圆盘通过设置在磁带盒壁上的缺口与驱动轮相接合。
令人遗憾的是，在磁带盒的工作过程中，由于马达传动的圆盘与驱动轮之间的摩擦接触，会在驱动轮上聚集静电荷。如果这些静电荷不予以消除，那么，突然的放电可能在磁带记录机构的电路中产生错误的信号。另外，重要的是，制造驱动轮的材料必须在磁带盒工作过程中能承受驱动轮与其安装轴销之间、驱动轮与磁带盒表面之间、驱动轮与传动圆盘之间以及驱动轮与传动带之间产生的摩擦。
金属驱动轮通常既可满足消除电荷的要求又可满足耐磨性的要求，但是，一般认为它太贵，并且可能促使电荷聚集在磁带盒的其他零件上。过去，曾经企图用添加有大量碳使之具有导电性的聚合物来制造驱动轮，可是，这种驱动轮常常没有足够的耐磨性。
美国专利No.4607808曾试图用一种两件式驱动轮结构来解决上述问题，驱动轮上包围安装轴销的内套用聚四氟乙烯充填的乙缩醛树脂制造，而驱动轮的其余部分则由碳充填的乙缩醛树脂制成。这种两件式的结构比整体式结构较难制造，因此，希望有一种价廉的、耐磨的并且易去除电荷的整体驱动轮。国际专利WO 91/13017声称已获得一种整体式的耐磨的可消除电荷的磁带盒驱动轮，它含有一种带有碳纤维组分和碳氟化合物组分的树脂基体。
在所有上述的各种改型中，驱动轮的几何形状或者说结构基本上是一样的。
本发明提供一种磁带盒用的新型的整体驱动轮，该驱动轮具有良好的去静电特性和耐磨性。本发明的驱动轮所用的材料，按照Mil B-81705C标准进行测量时，其电荷消失时间不大于5秒，较好的不大于2秒，更好的小于1秒。该驱动轮材料的弯曲模量至少为200000磅/英寸2(1379Mpa)，较好的为200000-500000磅/英寸2(1379-3347Mpa)，更好的为220000-280000磅/英寸2(1516-1930Mpa)。
在第一最佳实施例中，驱动轮含有一种坚硬而且尺寸稳定的聚合物和一种去静电聚合物，这种驱动轮最好含有5-35％(重量)的去静电聚合物、40-45％(重量)的坚硬而耐用的基体聚合物、0-30％(重量)的氟化高聚物和0-30％(重量)无机物填料。
在第二最佳实施例中，驱动轮的结构和几何形状有所改进，使其零件易于模压，并比现有技术的结构减少了材料用量，但又不明显降低其性能。按照本实施例的整体式驱动轮含有a)一个具有第一端部和第二端部的中心轮毂52；b)一个具有第一端部和第二端部的传动带支承轮51，该传动带支承轮与上述中心轮毂52是同心的，其直径大于中心轮毂的直径；c)一个连接中心轮毂52和传动带支承轮51的腹板58，该腹板58所处的位置比传动带支承轮51与传动带32相接触的部位更靠近于中心轮毂52和传动带支承轮51的第一端部；和d)一个固定在传动带支承轮51的第一端部上的传动接触机构56，该机构的直径大于传动带支承轮51的直径。
下面参照附图详细说明本发明，附图中
图1是典型的带式传动磁带盒的顶视平面图；图2是现有技术的驱动轮、传动圆盘和磁带盒的一部分的剖视图；图3是一种典型的现有技术驱动轮的顶视图；图4是本发明的典型的驱动轮的顶视图；和图5是本发明的典型的驱动轮的剖视图。
图1示出美国专利No.3692255(Von Behren)公开的那种典型的数据磁带盒10，它含有一个通常用铝制成的薄底板12和一个透明的或半透明的聚合物盖子14，组装好以后就形成一个大致为矩形的薄的盒子。在数据磁带盒10内装有一对磁带卷盘16和18；3个磁带卷绕销20、22和24；一对磁带导辊26和28；一条长的磁带30；一条传动带32；一对传动带导辊34和36；和一个传动带驱动轮38。
磁带卷盘16和18由磁带盒底板12支承，使它们可各自绕隔开的平行轴线自由转动，磁带30沿相反方向分别卷绕在磁带卷盘16和18上，3个磁带卷绕销20、22和24和两个磁带导辊26和28共同规定了磁带30在卷盘16和18之间的导引路线。
磁带盒10沿磁带导引路线开出一个缺40，使磁传感器42可接触到磁带30。上述缺口40通常由弹簧驱动门44盖着，当磁带盒10插入磁带记录器(未示出)时，上述的门44被打开(如图中所示)。在磁带盒盖子14上有一个开口46。使由可逆马达50带动的传动圆盘48可接触到传动带32的驱动轮38。上述的磁传感器42、传动圆盘48和可逆马达50是磁带记录器(不是数据磁带盒10)的一部分。
磁带盒传动带32的驱动轮38具有一个直径较小的部分51，用以防止传动带32与传动圆盘48相接触。传动带32是一种薄的、连续的、富有柔性和弹性的带子，它的横截面是均匀的，它延伸而绕在驱动轮38和导辊34和36上，并在卷盘16和18上与磁带30相接触。
传动带32的长度小于它所延伸的路线的长度，所以当它伸展在其位置上时，就会有一个装配拉伸力或者说预拉伸力。传动带32在卷盘16和18上的卷绕角度至少为60°，该角度使传动带32与卷绕在卷盘16和18上的磁带30之间产生必要的接触，以保证磁带30和卷盘16、18的摩擦传动。
传动带驱动轮38由传动圆盘48带动作逆时针方向的转动(如图1所示)，使传动带32沿逆时针方向通过其延伸路线，并使磁带30从卷盘18向卷盘16移动，因此，卷盘18起送带盘的作用，而卷盘16则起卷带盘的作用。传动圆盘48带动驱动轮38作反向转动时，又会使卷盘16变成送带盘，并使磁带卷绕在卷盘18上。传动带导辊34和36与它们各自的支承轴之间的预定的摩擦接合可在传动带32绕过导辊34和36时对它施加一个预定的拖曳力，从而可在传动带32分别绕过各导辊34和36时增大它的张力。增大这种张力便可使传动带32由于其弹性而伸长，从而使传动带32绕过一个卷盘16和18的速度比绕过另一个卷盘18或16的速度大。这样增大的速度可使磁带30张紧，并且使磁带30在卷盘16与18之间不会出现任何松驰现象，这一点在美国专利No.3692255中已有更充分的阐述。
图2是类似于美国专利No.3692255和国际专利WO 91/13017所公开的现有技术的驱动轮的剖视图。现有技术的驱动轮的轮毂52的内径一般约为0.125英寸(0.319cm)。传动圆盘48沿传动接触机构56与驱动轮相接触。传动带支承轮51大致为圆柱形，并与轮毂52同心。注意，传动带支承轮51带有一个微微凸起的部分或者说隆起部分53，传动带32正是在此处与驱动轮相接触的。上述凸起部分53可防止传动带32在驱动轮上作垂直移动。传动接触机构56最好位于传动带支承轮51的顶部，其直径大于传动带支承轮51。传动带支承轮51通过辐板58和支承辐条62与轮毂52相连接(见图3)，上述的辐条62从轮毂52的顶部延伸至底部，它们可提高驱动轮的物理强度。辐板58延伸于轮毂52和传动带支承轮51之间、并处于传动带32与支承轮51相接触的高度上，换言之，辐板58与隆起部分53在同一直线上。轮毂52与轮毂绕其转动的销轴54之间，轮毂52与底板12之间的界面60以及传动接触机构56与传动圆盘48之间是承受主要磨损的部分。
图4和5示出本发明的驱动轮的典型实施例。在本实施例中，辐板58移至轮毂的上部，所以它不再与隆起部分53处于同一直线上，也就是说，它不再处于传动带32与隆起部分53相接触的高度上，此时，辐板在辐毂和传动带支承轮的上半部的某处与轮毂和传动带支承轮相连接。辐板这样移位可限制驱动轮因受到来自传动圆盘的压力而引起的弯曲。但是，按照一个最佳实施例，辐板距驱动轮顶部的距离不小于驱动轮总高度的五分之一(最好是不小于四分之一)。如果辐板在驱动轮上的位置太高，模压驱动轮时可能有困难。较低的辐板也可用来收集从驱动轮/销轴界面处渗出来的润滑剂。
如图5所示，传动接触机构56由T形连接件64与传动带支承轮51相连接。T形连接件64可具有大致相当于辐板58、轮毂52和传动带支承轮51的厚度的薄壁，而不像图2所示的块形连接件66那样的厚壁，而且，T形连接件可避免悬臂型连接件出现的挠曲问题。
另外，如图4所示，本发明的驱动轮没有支撑辐条。没有辐条就会因改善了模压驱动轮时材料的流动性、并且由于零件模压后冷却时收缩更均匀而改善驱动轮的圆度。没有辐条还可防止驱动轮在与传动圆盘接触而转动时发生不均匀的压缩，圆度的改善和均匀的受压又可减少在磁带盒工作时可能产生的内部振动。没有辐条的驱动轮仍然具有足够的强度来承受传动圆盘和传动带的作用力。采用这种改进的驱动轮形状可节约材料达40-50％(重量)左右而不降低其力学性能。
最后，本发明的驱动轮的轮毂52的内径有所减小，其内径不大于0.11英寸(0.2794cm)，最好不大于0.1英寸(0.254cm)。业已发现，减小其内径同时又保持销轴与轮毂内表面之间的恒定间隙可降低驱动力。驱动轮轮毂52的最小内径取决于销轴54的材料性能(例如它的强度)和用来支承销轴的底板12的材料类型。
在另一个最佳实施例中，驱动轮的材料是一种聚合物组分，它含有一种坚硬耐久的基体聚合物和一种去静电或者说导电的聚合物。去静电的聚合物又称为聚合物抗静电添加剂，它含有可产生去静电性能或者说抗静电性能的离子群或者说极性群，例如聚乙二醇衍生物例如聚乙二醇和二异氰酸酯的缩合产物(见例如美国专利No.5198521)；含有丙烯酸酯和聚乙烯氧化物链的聚合物；含有乙烯单体和季铵侧基的丙烯酸聚合物；含有丙烯酸酯的丙烯酸聚合物；聚苯胺；和聚乙烯吡咯。离子盐(最好是锂盐)可用来提高聚乙二醇衍生物的去静电性能。最好采用具有酰胺和脂类键的聚乙二醇衍生物。去静电聚合物的非限定性商用实例有StatRiteTMC-2200和C-2300(BF Goodrich)(也见美国专利NO.5077330)。另一种最佳的去静电聚合物是含有去静电或者说消除电荷的聚合物的抗静电聚合物混合物PermastatTM(RTP公司)。去静电聚合物的用量为5-35％，更好为10-30％，最好为10-20％(重量)。
坚硬而耐用的基体聚合物最好是聚缩醛、聚酰胺和聚丁烯对苯二酸酯，对于抗磨损来说，聚酰胺最好，尼龙6/12尤佳。对于模压性来说，聚缩醛最好。基体聚合物的用量为40-95％，较好为65-90％，最好为80-90％(重量)。
去静电聚合物作为一个孤立的相分布在基体聚合物中。我们已观察到去静电聚合物相可成球状区或粒子状分布，它们相互间的距离很近，足以有效地消除电荷。去静电聚合物相区的实际物理接触可使消除电荷的性能达到最大。
聚合物组分还可选择性地含有高达30％(重量)、最好为0-20％(重量)的氟化高聚物。这种氟化高聚物可起到轮毂孔与轴销之间的润滑剂的作用。对于所用的外加润滑剂从孔/轴界面中渗出的情况，采用氟化高聚物尤其有助于避免过度的磨损。聚四氟乙烯尤其有用。可选用的无机填料用量高达30％左右，较好为0-20％，最好为0-10％(重量)。无机填料可用作成核剂，以提高结晶程序，并减小晶体尺寸。应用无机填料时由于减少模压时间和降低模压后的收缩量而改善了模压性。碳酸钙是一种很有用的无机添加剂的实例。如果需要的话也可添加颜料。颜料一般加入很少量，它对去电荷性能和力学性能不会有多大的影响。聚合物组分可通过先将配料干混合，然后再在挤压机中混合的方法制成。
实例实例1按照本发明的驱动轮A用注射模压法制成。制造这些驱动轮的聚合物混合料含有65-95％(重量)的尼龙6/12和5-35％(重量)的加有锂盐的抗静电聚合物。该混合料可从RTP公司购得。制造驱动轮的组分中还含有小于0.5％(重量)的作为颜料的碳黑粉。这种组分的模压性能良好。
实例2本发明的第二组驱动轮用与实例1一样的注射模压法制成。这些驱动轮由一种乙缩醛基聚合物制成。这种乙缩醛基聚合物和去电荷聚合物的混合料可从RTP公司购得，其名称是RTP899×62769。将92％(重量)的上述混合料与5％(重量)的聚四氟乙稀和3％(重量)的碳酸钙相混合，再添加少量的碳黑粉颜料。这种合成料也可很好地模压成形。
实例3将A、B两种驱动轮各10个对压在传动圆盘上进行耐久性试验在温度为27℃、相对湿度为55％的环境下，将它们插 3MDC6 150数据磁带盒中，磁带速度为120英寸/秒(305cm/s)，共进行1000次短程慢进试验，每一次短程慢进试验就是重复地使磁带向前移动35英寸(89cm)，然后逆向移动7英寸(18cm)，直到磁带从其始端完全移动至末端为止，或者相反。传动圆盘对驱动轮施加的载荷保持在20±20z(5.5±0.55N)，在短程慢进循环过程中磁带的加速度小于1500英寸/秒2(3810cm/s2)。
为了进行比较，也用商品驱动轮C和D各6个进行试验，比较用的驱动轮C是一种由乙缩醛共聚物和约10％(重量)的碳纤维和约5％(重量)的聚四氟乙烯的组分制成的整体驱动轮。比较用的驱动轮D是一种由乙缩醛基聚合物中加入约9％(重量)的碳的组分制成的整体驱动轮。
比较用的驱动轮C将大量的黑碎片转移到传动圆盘上，这些碎片聚集成较大的块，粘附在传动圆盘的局部区域上，同样地，比较用的驱动轮D也将大量的黑碎片转移到传动圆盘上。驱动轮D既有小的纤维状的碎块，也有大的熔融的材料聚合体，上述的碎片十分均匀地散布在整个传动圆盘上。
本发明的驱动轮B，由于在乙缩醛基聚合物中加入了去静电聚合物，在试验中表现出良好的但是不一致的磨损形式。在绝大多数情况下，几乎没有驱动轮材料转移至传动圆盘上。但是，约有10％的驱动轮B以与比较驱动轮C相同的状况将材料转移给传动圆盘。
采用尼龙基聚合物的本发明的驱动轮A，在试验中几乎没有碎片转移，并且完全没有大块的或者群集的碎片。少量的被转移的碎片是纤维状的，均匀地分布在传动圆盘的表面上。
实例4制备两组孔的尺寸分别为0.1252英寸(0.3180cm)和0.0947英寸(0.241cm)的驱动轮。这些驱动轮在各种尺寸的销轴上进行试验，其销轴与孔之间的名义间隙范围是0.0001-0.0026英寸(0.00025-0.00660cm)。通过测量带动驱动轮所需的马达的电流而测出上述驱动轮的拖曳力，测量时驱动轮由非张紧传动带与马达轴相连接，传动带在速度为120英寸/秒(305cm/s)时其张力为16盎司(4.4N)。对于孔的尺寸为0.0947英寸(0.241cm)的驱动轮，在各种间隙下的拖曳力大约都比孔的尺寸为0.1252英寸(0.3180cm)的驱动轮低约为其70％。
实例5用实例4的驱动轮装配磁带盒，仅仅改变其孔的尺寸和销轴的尺寸。对于两种尺寸的孔的驱动轮来说，传动带的张力和磁带的最小张力实际上是一样的。但是，孔的尺寸小的驱动轮在磁带速度为120英寸/秒(305cm/s)时沿前进方向的最大驱动力减小12％，而沿后退方向的最大驱动力减小15％。
权利要求
1.一种用于磁带盒的整体驱动轮，它含有a)一个具有第一端部和第二端部的中心轮毂52；b)一个具有第一端部和第二端部的传动带支承轮(51)，该传动带支承轮与上述中心轮毂同心，并且其直径大于中心轮毂；c)一个将上述中心轮毂(52)与上述传动带支承轮(51)连接起来的腹板(58)，该腹板(58)所处的位置比传动带支承轮51与传动带(32)相接触的部分更加靠近上述中心轮毂(52)和上述传动带支承轮51的第一端部；和d)一个固定在上述传动带支承轮(51)的第一端部上并且其直径大于上述传动带支承轮(51)的传动接触机构(56)。
2.根据权利要求1的驱动轮，其特征在于，驱动轮的材料是一种电荷衰减时间不大于5秒、弯曲模量至少为200000磅/英寸2的聚合物材料。
3.根据权利要求2的驱动轮，其特征在于，上述的聚合物材料含有5-35％(重量)的去静电聚合物、40-95％(重量)的硬而耐用的基体聚合物、0-30％(重量)的氟化高聚物和0-30％(重量)的无机物填料。
4.根据权利要求3的驱动轮，其特征在于，上述的基体聚合物可从下列聚合物中选用聚酰胺；聚缩醛；和聚丁烯对苯二酸酯。
5.根据权利要求3的驱动轮，其特征在于，上述的基体聚合物是尼龙6/12。
6.根据权利要求1的驱动轮，其特征在于，其中心轮毂52的内径小于0.28cm。
7.根据权利要求1的驱动轮，其特征在于，上述的传动接触机构用一种T形连接件64固定在传送带支承轮51上。
8.根据权利要求3的驱动轮，其特征在于，上述的去静电聚合物从下列聚合物中选取，聚乙二醇衍生物；含有丙烯酸酯和聚乙烯氧化物链的聚合物；含有乙烯单体和季铵侧基的丙烯酸聚合物；含有丙烯酸盐的丙烯酸聚合物；聚苯胺；和聚乙烯吡咯。
9.根据权利要求3的驱动轮，其特征在于，上述的去静电聚合物是一种含有酰胺和酯类键的聚乙二醇衍生物。
10.根据权利要求8的驱动轮，其特征在于，上述的去静电聚合物还含有一种离子盐。
11.根据权利要求1的驱动轮，其特征在于，上述的腹板58距驱动轮顶部的距离是驱动轮高度的1/5-1/2。
12.根据权利要求11的驱动轮，其特征在于，上述的腹板58距驱动轮顶部的距离至少为驱动轮高度的1/4。
13.一种用于磁带盒的整体驱动轮，含有5-35％(重量)的去静电聚合物；40-95％(重量)的硬而耐久的基体聚合物；0-30％(重量)的氟化高聚物；和0-30％(重量)的无机物填料。
14.根据权利要求13的驱动轮，其特征在于，上述的基体聚合物可以从下列聚合物中选用聚酰胺；聚缩醛；和聚丁烯对苯二酸酯。
15.根据权利要求13的驱动轮，其特征在于，上述的基体聚合物是尼龙6/12。
16.根据权利要求13的驱动轮，其特征在于，上述的去静电聚合物可从下列聚合物中选用聚乙二醇衍生物；含有丙烯酸酯和聚乙烯氧化物链的聚合物；含有乙烯单体和季铵侧基的丙烯酸聚合物；含有丙烯酸盐的丙烯酸聚合物；聚苯胺；和聚乙烯吡咯。
17.根据权利要求13的驱动轮，其特征在于，上述的去静电聚合物是一种含有酰胺和酯类键的聚乙二醇衍生物。
18.根据权利要求17的驱动轮，其特征在于，上述的去静电聚合物还含有一种离子盐。
全文摘要
一种用于磁带盒的具有良好去静电性能和耐磨性能的新型整体驱动轮，该驱动轮的材料按照Mil B-81705C标准进行测量时其电荷消失时间不大于5秒。驱动轮材料的弯曲模量至少为200000磅/英寸
文档编号G11B23/087GK1157666SQ95195068
公开日1997年8月20日 申请日期1995年8月8日 优先权日1994年9月15日
发明者卡鲁纳瑟纳·A·阿拉海佩鲁玛, 安东尼·B·弗格森, 戴维·P·史密斯, 戴维·L·塔希, 索兰·J·沙阿, 迪安·E·西茨, 兰迪·S·白, 丹尼尔·C·伊根, 沃尔夫冈·G·舍佩尔 申请人:伊美申公司