專利名稱：帶有預選成具有不同阻力分布的角輪組件的皮帶驅動存儲設備的制作方法
技術領域：
本發明屬于皮帶驅動記錄磁帶盒的領域例如美國專利No.3,692,255(Von Behren)中描述的領域。更準確地說，本發明涉及一種用于這種皮帶驅動記錄磁帶盒的改進角輪系統。
Von Behren的專利，即在此引用的美國專利No.3,692,255的皮帶驅動記錄磁帶盒，通常稱作“數據盒”。數據盒一般包括一個限定一個薄的、一般為矩形的外殼的殼體。殼體包含一根纏繞在一對磁帶盤轂上的記錄磁帶。記錄磁帶由一根彈性驅動皮帶驅動，該彈性驅動皮帶又由一個單個的可反轉驅動電機驅動。驅動皮帶提供記錄磁帶在兩者之中的任何方向上的迅速加速和減速。驅動皮帶沿一條一般由一個驅動輪、一對角輪組件、和纏繞在每個轂上的磁帶單元部分限定的驅動皮帶路徑伸展。每個角輪組件一般包括一根軸、一個安裝在用于自由輪轉動的軸上的可轉動角輪、和希望在軸與其相應角輪之間的界面處提供的潤滑劑。
把數據盒設計成，在數據盒的操作期間使由驅動皮帶驅動的磁帶總是在一定量的張力下。當磁帶從轂到轂通過時，磁帶張力一定不能處在某一最小值以下，否則在讀/寫磁頭(也稱作傳感器磁頭)與磁帶之間的接觸可能不足以實現成功的數據傳送。相反，最大驅動力，即必須施加以轉動盒驅動輪的力，一定不能超過與驅動有關的電機的功率額定值。總之，數據盒必須滿足最小磁帶張力規定，而同時在最大允許驅動力規定的范圍內操作，以達到數據盒在驅動中的可接受性能。滿足這兩種規定可能是困難的，特別是因為驅動力至少部分依賴于磁帶張力，意味著磁帶張力增大對增大驅動力有影響。
眾所周知，皮帶驅動數據盒中的磁帶張力和驅動力是由角輪組件中每一個施加的阻力，即摩擦力的函數。因而，在角輪體與其軸之間的界面處出現的摩擦力(阻力)將有助于拉緊磁帶，從而磁帶能適當地與驅動中的讀/寫磁頭連系。已經證明，由在皮帶驅動數據盒中兩個角輪組件提供的總阻力是由每單個角輪組件施加的阻力之和。見VonBehren等的“數據盒的機械設計”，Adv.Info.Storage Sys.(先進信息存儲系統)，(1991)at 1。
因為對數據盒中更高記錄密度和更快磁帶傳送速度的要求不斷提高，建立和保持對角輪阻力的均勻性的精確控制就成為提高記錄/重放性能的關鍵。這仍然是一種挑戰，因為由角輪組件施加的阻力可能受多個變量的影響。一個關鍵變量是引入角輪組件中的潤滑劑的粘度特性。因此，理想的是，希望使用一種其粘度特性在數據盒的整個操作范圍都非常穩定的角輪潤滑劑。
不幸的是，大多數潤滑劑單獨不滿足這種愿望。眾所周知，已知種類的角輪潤滑劑的粘度特性傾向于不僅隨溫度的變化而變，而且也隨磁帶傳送速度的變化而變。因此，一直希望開發用于角輪組件的潤滑劑，該潤滑劑能用來減小磁帶張力和驅動力對溫度和/或速度變化的依賴關系。然而，找到同時滿足要求的特定潤滑劑一直很困難。
例如，美國專利No.5,448,440描述了一種角輪潤滑劑，這種潤滑劑包括一種合成烴基油、一些起增稠劑作用的氟化樹脂顆粒、和一種有助于把顆粒分散在基油中的分散劑。這些潤滑劑在操作速度的寬范圍內向角輪組件提供相當穩定的阻力分布。然而，這些潤滑劑的阻力傾向于有點隨磁帶速度增大而增大。更重要的是，這些潤滑劑對溫度變化相當敏感。當然，希望減小這種潤滑劑的溫度和速度相關性。
美國專利No.5,494,596描述了一種包括直鏈、非極性、全氟聚醚基油和起稠化劑作用的氟化樹脂顆粒的潤滑劑。這些潤滑劑在操作溫度的寬范圍內表現出顯著的穩定阻力持性，但對速度變化相當敏感。當然，希望找到減小這些潤滑劑的速度相關性的方法，以充分利用這些潤滑劑在寬溫度范圍內如此良好工作的能力。
另一種在角輪組件中控制和建立角輪阻力的希望值的方法，包括用彈簧加載角輪的上推力表面。然而，這種方法需要額外的彈簧零件，使制造更復雜和昂貴。這種方法也導致過分磨損，從而減小角輪組件的使用壽命。
建立和保持角輪阻力的第三種方法，包括改變角輪的幾何形狀。例如，日本專利出版物JPH5-2870描述了一種用來穩定數據盒的磁帶張力的手段，其中角輪的外徑從15.5毫米減小到14.0毫米+/-1.0毫米。一般認為減小外徑以增大角輪的轉動速度，由此也增大摩擦力和阻力。然而，這種手段需要制造新的角輪模具，這既耗時又昂貴。
總之，為了進一步優化數據盒性能，非常希望在記錄和重放期間保持均勻的最小磁帶張力和在規定驅動力參數范圍內操作。例如，溫度和/或速度的變化可能導致磁帶張力和驅動力特性變化顯著。這種易變性可能導致不希望的結果，如在低操作溫度和/或速度下的驅動停止、或在高操作溫度和/或速度下的磁帶張力不足。因此，減小磁帶張力和驅動力特性的溫度和速度相關性將改善數據盒性能。
本發明提供了一種改進方法，用于在速度和溫度條件的寬范圍內給皮帶驅動數據盒提供更均勻磁帶張力和驅動力特性。根據本發明，在數據盒中的每個角輪組件預選成具有不同于其它組件的阻力分布，以便改善對磁帶張力和驅動力的控制。該方法能和任何類別、或種類的潤滑劑一起使用。
本發明部分基于這樣的估計每個角輪組件能提供一種以穩定磁帶張力和驅動力的方式補償另一個角輪組件的阻力分布。例如，如果一個具體角輪組件具有傾向于在低速下提供低阻力和在高速下提供高阻力的阻力分布，則另一個角輪組件能配置成具有補償的分布，該分布的特征在于在低速下有高阻力和在高速下有低阻力。這樣，由一個角輪組件提供的較高阻力值，通過由另一個角輪組件提供的較低阻力值抵消。動態控制也是可能的。例如，如果一個角輪組件的阻力分布在磁帶速度操作范圍的給定部分上傾向于隨速度增大，則另一個角輪組件能具備在磁帶速度操作范圍的該部分上傾向于減小的阻力分布。同樣，一種分布抵消了另一種。
總之，兩個不同角輪組件的使用允許實現下述的整個磁帶張力和阻力分布，該分布比在數據盒中使用的兩個角輪組件為相同配置時均勻，后者對于以前已知的盒是典型的。由我們的發明提供的改進磁帶張力和阻力控制，當磁帶速度和操作溫度在大范圍變化時，在數據傳送期間使磁帶與傳感器磁頭之間的接觸更精確。磁帶與傳感器之間的接觸增強減少了數據丟失。磁帶張力的均勻性改進也減小了磁頭磨損，并且還有助于減小磁帶變形。因為對最大驅動力的控制也被改善，所以減小了對數據盒驅動裝置的功率要求。因此，這種驅動裝置能用較少的零件制成，并因此更緊湊、更有效及更便宜。
對于使用包括直鏈、非極性、全氟聚醚基油類型的潤滑劑，應用本發明的原理特別便利。配合地使用這種具有補償阻力分布的潤滑劑易于識別，而且能大批供應。單獨使用這些潤滑劑表現出隨溫度變化的優良穩定性，但對速度變化敏感。本發明允許這些潤滑劑以這種方式使用，以向盒提供具有低溫度和速度相關性的磁帶張力和驅動力性能。
在一個方面，本發明涉及一種具有一種磁帶張力分布、且是包括限定盒的驅動皮帶路徑部分的第一和第二角輪組件的類型的皮帶驅動磁帶盒。第一角輪組件具有第一阻力分布，并且包括一根第一軸和一個包括一個第一孔的第一轉動件。第一轉動件可轉動地安裝在第一軸上，從而第一軸安置在第一孔中。第二角輪組件具有第二阻力分布，并且包括一根第二軸和一個包括一個第二孔的第二轉動件。第二轉動件可轉動地安裝在第二軸上，從而第二軸安置在第二孔中。配置第一和第二角輪組件，從而把第一角輪組件的阻力分布預選成不同于第二角輪組件的阻力分布，以便可控制地建立盒的磁帶張力。盒使用一些可在每個角輪或第一和第二角輪中提供不同阻力分布的潤滑劑和可選擇的角輪幾何形狀。
通過調整每個角輪組件的ID/OD比值，可以使用幾何形狀來控制阻力。這種方式的阻力控制特別便利，因為阻力對ID/OD比值的變化特別敏感。例如，僅通過在約0.127英寸(0.322厘米)與約0.170英寸(0.432厘米)之間改變ID，就能容易地把具有0.430英寸(1.1厘米)OD的角輪的角輪組件的阻力增大或減小1.5倍。而且，增大角輪組件的ID/OD比值使高得多的磁帶張力可以在所有磁帶速度下實現，從而為新產品形式因素提供了技術可行性，這些因素就用來控制角輪阻力的當前方法而論是不可行的。
在另一個方面，本發明涉及一種為包括第一和第二角輪組件的皮帶驅動數據存儲裝置提供希望磁帶張力分布的方法。根據一個最佳過程，提供代表用于相應多種潤滑劑的多種阻力分布特性的信息。使用這種信息，以便選擇能夠向第一角輪組件提供第一阻力分布的第一潤滑劑、和能夠向第二角輪組件提供不同的第二阻力分布的第二潤滑劑。選擇潤滑劑以便可控制地建立希望的磁帶張力分布。在第一角輪組件中提供第一潤滑劑，而在第二角輪組件中提供第二潤滑劑。根據另一個實施例，該方法包括提供代表作為幾何形狀變化的函數的多個角輪組件的阻力分布特性的信息。這種信息然后用來識別對滿足預定磁帶盒性能規定有效的ID/OD比值。然后提供至少一個具有選擇的ID/OD比值的轉動件。最后，把具有選擇的ID/OD比值的轉動件裝入皮帶驅動磁帶盒的至少一個角輪組件中。
在又一個方面，本發明提供了一種用來在帶有彈性皮帶、基座板、和至少兩個角輪的類型的皮帶驅動磁帶盒中控制驅動力的方法。過程包括提供產生第一預定阻力分布的第一角輪組件、和提供產生不同于第一預定阻力分布的第二預定阻力分布的第二角輪組件的步驟。
因為由具體角輪組件產生的阻力傾向于隨速度而變，所以對于角輪組件可以畫出一條速度相關性曲線，其中角輪組件的阻力表示為速度的函數。生成的曲線這里稱作“阻力分布”。
在本發明的實施中，關于任何聚合物，如全氟聚醚基油的術語“分子量”是指聚合物的加權平均分子量。
通過參考聯系附圖進行的本發明實施例的如下描述，將使本發明的上述和其他優點、及實現他們的方式變得更明白，并且更好地理解本發明本身，在附圖中


圖1是插入數據盒驅動裝置中的磁帶盒的剖開俯視圖；圖2是數據盒內部一部分的立體圖，表示安裝在一根角輪軸上的一個角輪；圖3是沿圖2的線3-3得到的安裝在圖2中角輪軸上的角輪剖視圖；圖4A是一種理想阻力分布，它在整個預定速度范圍基本是平的；圖4B是一種在較低速度處有轉折點的阻力分布；圖4C是一種在較高速度處有轉折點的阻力分布；圖4D是一種具有遠高于預定速度范圍的轉折點、從而分布一般傾向于在速度范圍內增大的阻力分布；圖5A表示根據本發明使用兩種不同角輪組件提供了比使用相同角輪組件平得多的磁帶張力分布；圖5B也表示根據本發明使用兩種不同角輪組件提供了比使用相同角輪組件平得多的磁帶張力分布；圖6是一種根據本發明的實施找出適于測量阻力分布的設備的立體圖；圖7是圖6的設備的平面圖；圖8是圖6中所示設備的一部分的側視圖，其中已經拆除支撐臂以更好地表明滑車組件與主臺架之間的關系；圖9是比較三種不同潤滑劑的阻力分布的曲線圖；圖10表示三種不同數據盒的磁帶張力和驅動力分布，每個這種盒包括具有相同阻力分布的角輪組件；圖11是把帶有不同角輪組件的數據盒的磁帶張力和驅動力分布與兩個都包含相同角輪組件的對比數據盒的相應分布相比較的曲線圖；圖12是一條表示三種不同潤滑劑的阻力分布的曲線圖；及圖13A、13B和13C是把包含兩個不同角輪組件的皮帶盒的磁帶張力和驅動力與包含相同角輪組件的盒的相應力相比較的曲線圖。
以下描述的本發明的實施例不打算無遺漏地論述本發明，也不打算把本發明限制為在如下詳細描述中公開的準確形式。而選擇和描述諸實施例是打算使熟悉本專業的其他技術人員可以理解和懂得本發明的原理和實施。
圖1表示一種數據存儲裝置，即一個皮帶驅動數據盒10，其中根據本發明的原理可以控制盒的磁帶張力和驅動力特性。盡管參考具體的皮帶驅動數據盒10描述本發明，但本發明的原理能用于包括至少兩個希望彼此相對控制其阻力特性的可轉動件組件的任何其他種類的皮帶驅動磁帶盒或任何其他數據存儲裝置。
表示的盒10與一個磁記錄設備12相嚙合。在這里使用時，“磁記錄設備”是指一種用來記錄或復制存儲在磁性或光學記錄帶上的信息的設備。磁記錄設備12包括一個支撐架14，支撐架14包括一個支撐一個磁性傳感器磁頭18的水平盒支撐板16。支撐板16還以懸掛的方式支撐一個可反轉驅動電機(未表示)，該電機的軸20穿過支撐板16。一個驅動圓盤22安裝在支撐板16上方的軸20上。細長導向件24限定盒10在支撐板16上的位置。
盒10包括一個包括驅動存取裝置的殼體26。在圖1中，驅動存取裝置包括設置在殼體26的一個側壁31上的開口28和30。開口28提供通向驅動圓盤22的入口。開口30提供通向傳感器磁頭18的入口。開口30由一個門32(表示為打開位置)蓋住，門32由一根扭轉彈簧34向蓋住開口30的關閉位置偏置。
一對磁帶盤轂36和38可轉動地分別安裝在軸37和39上，軸37和39在殼體26內的平行軸線上。一根記錄磁帶40纏繞在轂36和38上，從而磁帶40的一部分從一個轂伸到另一個轂并且跨過開口30。用來限定在殼體中的磁帶路徑以把磁帶40從一個轂引導到另一個轂并且跨過開口30的裝置，包括導向件42、43和44及磁帶包繞柱45和46。用來限定驅動皮帶路徑的裝置，包括一個可轉動地安裝在一根軸49上的驅動皮帶輪48、纏繞在每個轂36或38上的磁帶40的部分、及皮帶角輪組件50和52。
驅動皮帶54沿驅動皮帶路徑延伸，從而驅動皮帶54摩擦地嚙合記錄磁帶40的一部分，以使磁帶40從一個轂傳送到另一個轂。未伸展的驅動皮帶54的長度小于驅動皮帶路徑的長度，從而皮帶54在插入到盒10中時伸展。本發明的驅動皮帶54可以由任何適當的彈性材料制成，并且最好配置成環形皮帶。適當彈性材料的例子包括聚氨酯類、聚氨基甲酸乙酯聚醚、聚氨基甲酸乙酯聚酯、及其組合。
當盒10與磁記錄設備12相嚙合時，如圖1中所示，驅動圓盤22經開口28接觸皮帶驅動輪48，并且傳感器磁頭18經開口30接觸磁帶40。驅動皮帶輪48的皮帶接觸部分55凹下，以允許磁帶40跨過驅動皮帶輪48而不碰到驅動圓盤22。在美國專利Nos.3,692,255和4,581,189中已經描述了諸如盒10之類的盒及其操作。
圖2和3表示包括角輪組件50的數據盒10內的一部分。角輪組件包括可轉動地安裝在一根軸64上的角輪62。軸64安裝在一塊底板66上，從而角輪62繞基本上垂直于底板66的軸線轉動。圖3中表示得最清楚，角輪62包括一個帶有用來引導驅動皮帶54的外周緣70的輪體68(表示在圖3中，而沒有表示在圖2中)。角輪62還包括一個由內周緣76限定的中心孔。中心孔適于接收軸64。一般說來，在本發明的實施中已經發現，把中心孔配置成使其直徑大于軸64的直徑約1.1密耳(0.028毫米)是適當的。為了清楚起見，在圖3中夸大了軸64與內周緣76之間的間隙。我們還發現，希望內周緣76具有約16微英寸(0.56毫米)至25微英寸(0.96毫米)的表面粗糙度(Ra)，最好約20微英寸(0.71毫米)。在本發明的實施中，使用Taylor-HobsonTalysurf 10設備，利用具有0.0001英寸針尖寬度的探針以0.29英寸的間隔和1000的放大倍數，測量表面粗糙度(Ra)。
圖3中表示得最清楚，外周緣70配置成稍微隆起，以便當驅動皮帶72由角輪62引導時，有助于防止驅動皮帶54從外周緣70的對中位置移開。見例如von Behren等人的“皮帶驅動數據盒的機械設計”，Adv.Info.Storage Syst.(先進信息存儲系統)，1(1991)，第49-59頁，關于這種設計的討論。圖3還表示軸64在稍微高于中心孔的頂部伸出。圖3還表示在內周緣76上的一條微小的凹溝78，即凹槽。當角輪62由聚合材料形成時，隨著角輪從其模具中釋放之后冷卻，凹溝78自然形成，因為角輪62的輪體68的壁在其中心周圍比在其端部處厚。便利的是，凹溝形成一個用來保持潤滑劑82的腔。
角輪62的特征在于把外徑指定為距離OD，而OD是按照跨過角輪62的從角輪62一側的外周緣70到角輪62另一側的外周緣70的最大距離來測量的。因而，例如，因為外周緣70配置成稍微隆起，所以按照從外周緣70一側的隆起最高點到外周緣70在角輪62另一側的隆起最高點的距離來測量距離OD。
以類似的方式，由內周緣76限定的中心孔向角輪62提供一個內徑，把該內徑指定為距離ID，而ID是按照跨過中心孔的從內周緣76一側到另一側的名義距離來測量的，而不考慮由于凹溝78增大的中心孔直徑。因而，距離ID按照跨過在角輪62頂部或底部處的中心孔的距離而方便地測量。在其中跨過在角輪62頂部或底部處的中心孔的距離是不同的實施例中，則按照這兩個距離的平均值測量ID。
軸64能由各種材料制成。最好，軸64用至少一個金屬鍍層形成，或者完全由金屬形成更好。最佳金屬材料是淬硬鋼(SAE 52100，Rc360)、不銹鋼或類似鋼。角輪62也能由各種材料制成，但最好由熱塑性或熱固性樹脂形成，如聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚酰胺、聚氨基甲酸乙酯、聚縮醛樹脂、或碳纖維增強聚縮醛樹脂。
為了有助于控制盒10的磁帶張力和驅動力特性，在角輪62與軸64之間的界面上提供潤滑劑82，以便在磁帶操作速度和溫度的預期范圍內把角輪阻力保持在希望的、非零阻力范圍內。在角輪62與軸64之間施加的潤滑劑82的量能依據潤滑劑的粘度和希望的阻力值而變。然而，如果使用太少的潤滑劑，則阻力可能太高或者不穩定。另一方面，如果使用太多的潤滑劑，則從角輪62與軸64之間能移出過多的潤滑劑。在本發明的實施中已經發現，在把角輪62安裝到軸64上之后，一般使用足夠占據中心孔剩余體積的百分之60至百分之100的潤滑劑量是合適的，約百分之70更好。
除了現在在下面將更詳細描述的角輪組件50與52之間的預選差別外，角輪組件52在其他方面可以與角輪組件50類似，如希望的那樣，也包括一個角輪、一根軸和潤滑劑。
在本發明的實施中，配置角輪組件50和52，使組件之一的一個或多個參數預選成與另一個組件的相應一個或多個設計參數不同。最好，在角輪組件50和52的每一個中使用不同的潤滑劑82。此外，可以改變角輪組件50和52的一個或兩個角輪62的ID/OD比值。以這種方式，可以規定阻力在大范圍內的任何希望值。不同結構的使用又允許組件之一的阻力分布不同于另一個組件的阻力分布。通過適當選擇包括在角輪組件50和52中的差別，能以這樣一種方式建立每個角輪組件的阻力分布在操作條件的大范圍內提供對皮帶驅動盒的磁帶張力和驅動阻力特性的改進控制。
如果要改變幾何形狀，則最好能增大或減小一個或兩個角輪組件50和52的ID，同時保持OD不變，以便在希望的磁帶速度操作范圍內增大、減小、和/或改變阻力特性。雖然不希望受理論約束，但能提出一種解釋ID/OD比值變化如何影響阻力特性的可能理論。一般地，由具體角輪組件提供的阻力特性在數值上將作為在角輪與其軸之間界面處的剪切速率的函數而變化。在角輪OD保持不變的情況下，具有較大ID的角輪趨向于使角輪軸界面經受比具有較小ID的角輪高的剪切速率、以及由幾何形狀變化產生的較高扭矩。然而，剪切速率影響往往遠大于扭矩影響。因而，當角輪組件包括其阻力特性在感興趣的磁帶速度范圍內趨向于隨剪切速率增大而增大的潤滑劑時，增大角輪的ID同時保持OD不變(即增大ID/OD比值)將趨向于在該磁帶速度范圍內提高阻力值。如果減小角輪的ID同時保持OD不變(即減小ID/OD比值)，則觀察到相反的效果。因此，調整ID/OD比值是一種在這種角輪組件中規定阻力值的容易方法。
以一種類似的方式，當角輪組件包括其阻力特性在感興趣的磁帶速度范圍內趨向于隨剪切速率增大而減小的潤滑劑時，增大角輪的ID同時保持OD不變(即增大ID/OD比值)將趨向于在該磁帶速度范圍內降低阻力值。如果減小角輪的ID同時保持OD不變(即減小ID/OD比值)，則觀察到相反的效果。因此，通過采用不同的潤滑劑和調整每個角輪組件的ID/OD比值，可以優化角輪組件中的阻力值。
在本發明改進幾何形狀實施例的實施中，由于改變角輪的ID，就進一步希望調整角輪軸的直徑，以便在角輪與軸之間保持最佳徑向間隙。一般地，如果由于ID增大而徑向間隙變得太大，則角輪往往繞軸振動得太厲害。另一方面，如果由于ID減小而徑向間隙變得太小，則角輪和/或軸可能往往受到過度磨損。如以前描述的那樣，在軸與孔之間0.55密耳(0.014毫米)的間隙是適當的。
現在首先根據圖4A、4B、4C、和4D，然后根據圖5A和5B，描述本發明方法的優點。首先參考圖4A，這里表示一種理想化的阻力分布100，在從0英寸每秒(“ips”)延伸到指示為Smax的預期最大操作速度的操作范圍內對于角輪組件，表示作為磁帶速度的函數的阻力。在實際中，Smax的數值將取決于磁帶盒的預期使用、盒的類型、磁帶的道密度、磁帶驅動特性等。當前，大多數可買到的磁帶盒的Smax是約120ips。然而Smax的這個值不打算受到限制，而是如希望的那樣，本發明適用于其Smax值高于或低于該值的任何種類的數據存儲裝置。
圖4A表示角輪組件在整個預期的操作速度范圍內必須保持阻力的最小值DFmin，以便盒正常地工作。另一方面，如果包括角輪組件的磁帶盒要高效地工作，則最大阻力DFmax必須在最大值以下。例如，如果阻力太大，那么盒的磁帶張力和驅動力也往往大。理想的是，如圖所示，阻力分布100基本上是平的，并且如圖所示那樣接近最小阻力值DFmin。然而，在實際實施中，還沒有經濟地實現這么很平的阻力分布。當前使用的角輪組件的阻力特性往往隨速度而變。
更能代表實際角輪組件的典型阻力分布表示在圖4B、4C、和4D中。圖4B表示其中分布具有在希望操作范圍內的最大值的阻力分布102，該最大值出現在較低的速度下。在本發明的實施中，對應于最大值的速度稱作分布的轉折點TP。在小于轉折點的磁帶速度下，分布具有正斜率。在較高的速度下，分布具有負斜率。因為圖4B的分布102的轉折點TP出現在較低的速度下，所以分布102的大部分具有特征在速度范圍的絕大部分上為負斜率。盡管不希望受理論約束，但相信轉折點是潤滑機理，例如邊界、混合、和/或流體動力學機理等變化的點，因為作用在潤滑劑上的剪切速率是變化的。
表示在圖4B中的分布102不是阻力的最佳分布。一般地，如果在盒中兩個角輪位置處都要使用提供這種分布的角輪組件結構，則盒在接近轉折點的較低速度下具有太高的磁帶張力和驅動力值，而在較高的速度下具有太低的磁帶張力值。如果能把高的值降低些、而把低的值升高些，以便使分布102變平，則是希望的。圖4B的阻力分布102是具有這樣一種類型潤滑劑的角輪組件的特征，該潤滑劑包括具有較高分子量的直鏈、非極性、全氟聚醚基油，其分子量例如在10,000至20,000的范圍內，在10,000至15,000的范圍內較好，而最好為約13,000。
除轉折點TP出現在較高磁帶速度處之外，圖4C的阻力分布104在所有方面都與圖4B的相同。因而，圖4C的分布104在速度范圍的絕大部分上具有基本上為正的斜率。這樣一種分布也不是阻力的最佳分布。包括提供這種分布的角輪組件的盒的磁帶張力值，在低磁帶速度下往往太低，而磁帶張力和驅動力值在高的磁帶速度下往往太高。正象圖4B的情形那樣，如果能把高的值降低些、而把低的值升高些，以便使分布104變平，則是希望的。圖4C的分布104是其中潤滑劑具有這樣一種類型的角輪組件的特征，該潤滑劑包括具有較高分子量的直鏈、非極性、全氟聚醚基礎油，其分子量例如在2,000至10,000的范圍內，在5,000至10,000的范圍內較好，而最好在約7,000至9,500的范圍內。
值得注意，圖4B和4C的分布102和104在許多方面是互補的。在操作范圍的端部一種分布高而另一種分布低，并且在操作范圍的中部兩者都較接近中值。因此，在數據盒中能把具有這些分布中每一種的角輪組件便利地用在一起，以便提供比通過單獨使用二者中任一種角輪組件結構所能達到的都均勻的磁帶張力和驅動力。
圖4D的阻力分布106屬于一般在預期操作范圍內沒有轉折點的類型，并且在整個操作范圍同樣也往往為正斜率。事實上，這種潤滑劑的TP可能位于Smax以上的速度處。這類分布也不是最佳的，因為阻力隨速度而均勻增大，可能使生成的磁帶張力和驅動力在較低速度下太低而在較高速度下太高。圖4D的分布106是其中角輪組件包括這種類型潤滑劑的盒的特性，這種潤滑劑包括合成烴基油。值得注意，分布102和106在速度范圍的絕大部分也是互補的，因此在數據盒中具有這些分布中每一種的角輪能便利地組合，以便提供比通過單獨使用二者中任一種角輪組件結構所能達到的都均勻的磁帶張力和驅動力。
具體角輪組件結構的阻力分布，與針對其中包括該角輪組件結構的磁帶盒而得到的相應磁帶張力和驅動力有密切關系。事實上，如果在兩個角輪位置處使用相同的角輪組件結構，則阻力分布具有與相應磁帶張力和驅動力分布基本相同的形狀。實際上，只有在各磁帶速度下的各阻力分布的數值才會不同于相應的磁帶張力或驅動力分布的那些值。對應性是因為兩個角輪組件的總阻力是由每個組件個別產生的阻力之和而引起的。相反，當把不同的角輪組件裝入數據盒中時，生成的磁帶張力和驅動力分布將具有由每個角輪組件產生的不一樣阻力所合成的形狀。
圖5A表明，如何能實現本發明的原理以改進皮帶驅動磁帶盒的磁帶張力特性。在圖5A中，曲線110表示包括兩個其特征在于低轉折點的相同角輪組件的數據盒的磁帶張力分布。曲線112表示包括兩個其特征在于較高轉折點的相同角輪組件的數據盒的磁帶張力分布。與此對比，曲線114表示包含兩個不同角輪組件的本發明磁帶盒的磁帶張力分布。一個角輪組件相當于用來得到曲線110的組件類型，而另一個組件相當于用來得到曲線112的組件類型。
圖5A表示使用兩個不同角輪組件的性能改進是驚人的。已知在皮帶驅動數據盒10中由兩個角輪組件50和52提供的總阻力是由每個個別角輪組件施加的阻力之和。見von Behren等人的“數據盒的機械設計”，Adv.Info.Storage Sys.(先進信息存儲系統)，(1991)at1。因此，由每個個別角輪組件產生的總阻力可以相加，以提供用于盒中角輪系統的總阻力。因為可歸因于兩個角輪組件的總阻力是由盒中每個個別角輪施加的阻力之和，所以用來得到曲線114的兩個不同角輪組件相互補償，從而實現整個預期操作范圍的更均勻磁帶張力。
例如，對于曲線114，在操作范圍的低和高的速度端部處，可歸因于角輪組件之一的高磁帶張力值由可歸因于另一個組件的較低磁帶張力值補償。這往往產生在操作范圍端部處的合成總磁帶張力，該總磁帶張力比如果在兩個角輪位置處僅使用一個種類的角輪組件結構更靠近中心地位于希望磁帶張力范圍內。類似地，因為可歸因于每個個別角輪組件的磁帶張力值在預期操作范圍的中間部分具有相反的斜率，所以一個角輪組件的磁帶張力增大往往由另一組件的磁帶張力減小補償，因而在操作范圍的中部比僅使用一個種類的角輪組件結構提供保持得更穩定的合成磁帶張力。
圖5B也表明，如何能實現本發明的原理以改進皮帶驅動磁帶盒的磁帶張力特性。在圖5B中，磁帶張力分布118基本是平的，這是特別希望的。然而，分布118的特征在于，諸數值都在希望的最小磁帶張力值以下。另一方面，磁帶張力分布120一般表示磁帶張力值隨速度增大而增大，并且事實上，增大到在希望磁帶張力最大值以上的值。因而，分布118和120單獨都不令人滿意。與此對比，磁帶張力分布122表示包括兩個不同角輪組件的數據盒的磁帶張力分布。一個角輪組件相當于用來得到分布118的組件類型，而另一個組件相當于用來得到分布120的組件類型。因為用來得到分布122的兩個不同角輪組件相互補償，所以注意到分布122的所有值都位于希望的磁帶張力范圍內。還要注意，分布122盡管不象分布118那么平，但基本上比分布120平。因而，分布122代表一條比分布118或120更合意的磁帶張力分布。
根據用來實現本發明原理的一種最佳方法，提供一些其特征是ID/OD比值和/或潤滑劑類型會隨試樣到試樣而變化的角輪組件試樣。在選擇用于研究的ID/OD比值范圍時，一般希望試驗一些使ID/OD比值大于0.29，最好從0.29至0.45的試樣；和一些使ID/OD比值小于0.29，最好從0.20至0.29的試樣。最好，這種試樣的特征還在于，其外徑小于13毫米，最好小于約12毫米。
在選擇要裝入試樣中的一種或多種潤滑劑時，最好是使這些潤滑劑包括一種或多種選自下列潤滑劑的潤滑劑包含合成烴基油的潤滑劑，如在美國專利No.5,448,440中描述的那些；和包含直鏈、非極性、全氟聚醚基油的潤滑劑，如美國專利No.5,494,596中描述的那些。
在本發明的實施中，根據這樣一種方法確定用于具體角輪組件結構的阻力分布其中要試驗的角輪組件包括角輪、軸、和潤滑劑(如果有的話)，并且以離開電機驅動輪約9厘米的距離安裝到適當的底板上。調整角輪組件，使角輪的底部剛好與底板不接觸。電機驅動輪安裝到一塊可相對于角輪組件滑動的分離底板上，使驅動輪和角輪組件的轉動軸相互平行，并且垂直于相應底板。一根具有22厘米皮帶長度的非彈性驅動皮帶用來把驅動輪聯接到角輪組件上。如在本發明的實施中使用的那樣，術語“非彈性”就驅動皮帶而論是指，驅動皮帶的特征在于當把30盎司的側向載荷施加到驅動輪上時，驅動皮帶的應變為0.3％或更小。發現適于制造非彈性驅動皮帶的材料的例子，可按商標名稱“MYLAR”從E.I.DuPont de Nemours and Co.得到。
施加側向載荷以便把皮帶拉緊，并且通過把側向載荷重量聯接到支撐電機驅動輪的可滑動結構上完成。重量在非彈性驅動皮帶中產生希望量的張力。在本發明的實施中，已經發現在15至30盎司范圍內的側向載荷是適當的。一般地，在本發明的實施中選擇在這個范圍內的任何側向載荷是適當的，只要使用基本相同的側向載荷來產生相似的所有阻力分布。然而，最希望的是，使用的側向載荷是在打算包括研究的角輪組件結構的皮帶驅動盒中使用的驅動皮帶張力的近似兩倍張力。例如，如果相應皮帶驅動數據盒的特征在于驅動皮帶張力為約15盎司，那就使用約30盎司的側向載荷。在側向載荷變化時觀察到阻力分布變化的情況下，即在側向載荷從15變至30盎司時分布的轉折點移動大于5ips的情況下，就在30盎司的側向載荷下確定分布。
其次，以相當于30英寸每秒(“ips”)的非彈性皮帶速度的轉動速度，操作電機驅動輪。電機驅動輪聯接到一個監視器和計算機控制器上，該控制器能夠根據電機的校準扭矩值確定在特定速度下轉動驅動輪所需要的力。通過四個循環驅動組件，包括在前進方向操作45秒，然后反向45秒，然后在前進方向45秒，及然后反向45秒。然后按照全部四個循環的平均值計算在30ips下的阻力。對于選擇的至少三種另外的速度重復該試驗，以便合理地覆蓋和代表在包括40、60、80、90、100、120和可選擇的140ips的速度范圍內的阻力。然后作為速度的函數能畫出每種選擇速度下的阻力，以得到用于角輪組件的阻力分布。認為轉折點是對應于峰值最大值的速度，在該峰值最大值處，阻力分布的斜率從正變到負值。
現在參考圖6-8，表示一個發現可適用于本發明實施的阻力試驗機200的實施例。阻力試驗機200包括一個支撐在支腿204上的主臺架202。主臺架202的上表面206提供一個適于接收一塊底板210的凹坑208，要試驗的角輪組件212安裝到底板210上。底板210能用任何方便的夾持裝置夾持到凹坑208中。特別是，已經發現普通的C形夾鉗(未表示)適用于這一目的。配置凹坑208，從而當底板210夾持到位時，底板210的上表面214與主臺架202的上表面206平齊。
阻力試驗機200進一步包括一個把一個電機驅動輪218支撐在電機驅動輪底板220上的滑車組件216。底板220安置在能夠以各種速度可轉動地驅動電機驅動輪218的電機220上方。盡管沒有表示，適當的電線把電機220聯接到一個能夠確定在特定速度下轉動電機驅動輪218所需要的力的監視器和計算機控制器上。電機驅動輪218由非彈性驅動皮帶224聯接到角輪組件212上。滑車組件216是可滑動的，從而當把適當的側向載荷226施加到滑車組件216上時，能把驅動皮帶224拉緊。配置滑車組件216，使與運動滑車組件216有關的摩擦力與側向載荷226的重量相比是可忽略的。高度調節機構228能用來升降底板220，底板220又使電機驅動輪218的高度變化。由于非彈性驅動皮帶傾向于在角輪組件212和電機驅動輪218上尋求對中位置，兩者都在其外周緣上配置成稍微隆起，所以升降電機驅動輪218也同樣趨向于升降角輪組件212。以這種方式，能調節角輪組件212的高度，從而在試驗期間角輪組件212剛好不與底板210接觸。
為了把側向載荷226聯接到滑車組件216上，側向載荷226由線232固定到支柱230上。支撐塊234有助于固定支柱230。為了使側向載荷226豎直地懸掛，線232繞過滑輪236。滑輪236可轉動地聯接到側臂238上，側臂238又固定到豎直支柱240上。支柱240固定到支撐臂242上，支撐臂242又固定到主臺架202上。支撐臂242包括水平凸緣244和豎直凸緣246。
為了測量磁帶張力和驅動力分布，把要檢查的皮帶驅動數據盒插入到一個適于通過計算機控制器監視和記錄磁帶張力值的磁帶驅動裝置中。當磁帶以特定操作速度從磁帶的起點向磁帶終點在正反方向傳送時，監視磁帶張力和驅動力。在磁帶接觸傳感器磁頭的區域處監視磁帶張力。這些測量的結果提供了在給定磁帶速度下的驅動力曲線和磁帶張力曲線。以這種方式在給定磁帶速度下得到的磁帶張力和驅動力曲線通常在技術上稱作“蝴蝶結”曲線。根據這種信息，如希望的那樣，在給定速度下能確定正反方向的最小磁帶張力、最大磁帶張力及最大驅動力。然后在一些足以產生適當驅動力和磁帶張力分布的另外的磁帶速度下重復試驗。一般地至少在3種且4至10種較好，而最好是4至5種不同的磁帶速度下收集數據。因而，能確定任何磁帶張力特性的驅動力分布和磁帶張力分布，例如在正和/或反磁帶方向的最大磁帶張力、最小磁帶張力、或平均磁帶張力。
在確定每個試樣的阻力特性之后，然后使用這樣的信息來選擇有效的ID/OD比值和/或潤滑劑，使包括具有這樣ID/OD比值和潤滑劑的角輪組件的皮帶驅動數據盒滿足預定規定。如希望的那樣，角輪組件50或52都能認為是第一或第二角輪組件，因為由兩個角輪組件50和52提供的整個阻力特性是兩個單獨阻力特性之和。換句話說，如果按照本發明的原理把第一和第二角輪組件設計成不同的，則這樣的第一和第二角輪組件能分別在左側和右側、或分別在右側和左側放置到盒10中。因此，為了方便起見，盡管如果希望，則第一和第二角輪組件的位置能交換，但認為角輪組件50是第一角輪組件，而認為角輪組件52是第二角輪組件。
便利的是，以這種方式使用兩種不同的潤滑劑(及，可選擇的是，兩種不同的幾何形狀)可向角輪組件50或52提供互補的阻力分布。在這種方法的一個最佳方面，第一角輪組件的特征在于阻力分布具有較低的轉折點，而第二角輪組件的特征在于阻力分布具有較高的轉折點。最好，第一角輪組件的轉折點出現在小于50ips的速度處，在約40ips或更小的速度處更好，而第二角輪組件的轉折點出現在大于50ips的速度處，在約60ips或更大處更好，并且最好是在約70ips或更高處。
一般地，如果兩個角輪組件的轉折點太靠近在一起，那么一個組件有助于補償另一個角輪組件的不希望阻力特性的能力可能往往被減小。因而，在權衡對磁帶盒性能的其他要求時，一般更喜歡象在實際中那樣使轉折點遠離。例如，包含全氟聚醚基油類型的多種潤滑劑往往具有在數據盒預期速度操作范圍內某處的轉折點，而包含合成烴基油類型的潤滑劑往往具有遠在所有當前市場買到的磁帶盒的預期速度操作范圍以上的轉折點。這可能提示包含合成烴基油類型的潤滑劑總是第二潤滑劑的較好選擇，但情況并非如此。盡管烴基潤滑劑的轉折點較高，但全氟聚醚潤滑劑在較寬溫度范圍內往往具有比烴基潤滑劑穩定得多的性能。因此，在關心溫度相關性的用途中，使用具有全氟聚醚基油的潤滑劑作為第二潤滑劑可能是較好的選擇。
有趣的是，通過實現本發明原理達到的磁帶張力和驅動力特性的最好改進，是不能僅通過把特征不同、但有互補阻力分布的兩種不同潤滑劑混合，然后使用生成的混合物來同時潤滑兩個個角輪，來產生的。相反，當潤滑劑之一用在第一角輪組件上，而另一種潤滑劑用在第二角輪組件上時，才得到最好的性能。這種現象進一步表明在下面的例子中。
當選擇適當的潤滑劑用作第一潤滑劑和第二潤滑劑時，可以識別多種潤滑劑候選對象，以在選擇過程中分析。然后通過產生潤滑劑的阻力分布，確定潤滑劑每一種的轉折點和阻力分布特征。由這樣的分布能確定每種潤滑劑的許多有用的信息。首先，能研究潤滑劑在盒的預期操作范圍內的磁帶張力和驅動力的數值。然后其分布因太高或太低而不實用的潤滑劑能從進一步的考慮中消除。此外，能相對于其他潤滑劑候選對象識別潤滑劑的轉折點，從而具有較低轉折點的潤滑劑能用作第一潤滑劑，而具有較高轉折點的潤滑劑能用作第二潤滑劑。
也能比較阻力分布，以確定用于給定潤滑劑對的分布的互補程度。例如，如果一種潤滑劑提供在低速度下較高、在中等操作速度下為中、及在高速度下較低的阻力分布(即，高/中/低分布)，則互補的潤滑劑應具有低/中/高分布，從而在跨越盒的預期操作范圍內一種潤滑劑的低值由另一種的高值補償。最好，第一潤滑劑和第二潤滑劑的特征在于，實際上盡可能使互補阻力分布跨越盒的大部分預期操作范圍。因而，如果預定速度范圍，例如，0至150ips，或0至120ips，如希望的那樣，被分配成低速范圍包括預期總速度范圍的最初近似25％、中速范圍包括預期總速度范圍的近似中間的50％、及高速范圍包括總速度范圍的近似高的25％，則第一潤滑劑和第二潤滑劑的特征在于，阻力分布在總速度范圍的所述低、中、和高位置的至少一個上被預選成互補的，在至少兩個上較好，及在所有三個上最好。
在選擇適當的潤滑劑對之后，第一潤滑劑能裝入第一角輪組件中，而第二潤滑劑能裝入第二角輪組件中。生成的皮帶驅動數據盒在較寬磁帶速度范圍內將具有比如果僅使用這種潤滑劑的一種來潤滑兩個角輪組件更均勻的磁帶張力和阻力分布。
在本發明的具體最佳實施例中，第一潤滑劑包括具有第一分子量的直鏈、非極性、全氟聚醚基油，而第二潤滑劑具有第二分子量的直鏈、非極性全氟聚醚基油，其中第一分子量與第二分子的分子量之差在從1,000至25,000的范圍內，在1,500至10,000的范圍較好，及最好在1,500至6,000的范圍。在本發明的另外一個實施例中，第一分子量與第二分子量之差能表示為兩個分子量之比值。因而，在本發明的一些實施例中，最好是第一分子量與第二分子量的比值一般在從1.2∶1至20∶1的范圍內，在1.2∶1至5∶1的范圍較好，及在1.2∶1至2∶1的范圍最好。在其中第一和/或第二潤滑劑包括多于一種基油的實例中，與潤滑劑有關的分子量是分子量的加權平均。例如，如果潤滑劑分別包括按重量計的10份、30份、60份三種具有15,000、60,000、和25,000分子量的不同全氟聚醚基油，則分子量的加權平均值是(0.10)(15,000)+(0.30)(60,000)+(0.60)(25,000)＝34,500。
本發明的其中第一和第二潤滑劑包括具有不同分子量的直鏈、非極性全氟聚醚基油的實施例，由于幾個原因特別便利。首先，包括直鏈、非極性、全氟聚醚基油的潤滑劑，往往在比其他種類潤滑劑寬的操作溫度范圍內具有相當穩定的潤滑性能。包括其他類型基油，如合成烴基油的潤滑劑往往具有較高程度的溫度依賴性。此外，能選擇包括這種全氟聚醚基油的、在皮帶驅動盒的預期磁帶速度操作范圍兩端具有轉折點的潤滑劑，以簡化具有互補分布的潤滑劑對的選擇。
而且，這樣的潤滑劑的轉折點位置往往對應于潤滑劑中存在的全氟聚醚基油的分子量。例如，包括具有高分子量的直鏈、非極性、全氟聚醚基油的潤滑劑，往往具有比其中具有低分子量的直鏈、非極性、全氟聚醚基油的可比較潤滑劑低的轉折點。因而，作為產生磁帶張力、阻力和/或驅動力分布的另一種選擇，為了識別互補潤滑劑對，基油的分子量也能用來識別適當的潤滑劑對。當然，產生磁帶張力、阻力和/或驅動力分布更加嚴格，并且允許進行更好的工程選擇，但使用分子量作為選擇標準要容易得多。因此，最好，為了使費用最小，把分子量用作初步篩選工具，以便在開始時識別潛在的潤滑劑對候選對象，然后能使用更嚴格的分布來從篩選對中選擇最好的潤滑劑對。
在本發明的實施中，術語“直鏈”就全氟聚醚基油而言是指基油的特征在于有直的分子鏈。一般地，具有直分子鏈的分子往往更易彎曲，因此其特征在于與支鏈分子相比具有較低的Ea和較低的Tg。一般地，通過使用具有直分子鏈的基油減小了潤滑劑粘度的溫度相關性。
術語“聚醚”就全氟聚醚基油而言是指基油的主鏈包括一個重復的單元，其中該重復單元包含一個C-O鍵。本發明的聚醚可以包含一種或多種不同種類的這種重復單元。下面將更詳細地描述聚醚的最佳實施例。
術語“非極性”就基油而言是指當結合把端基聯接到其上的分子的其余部分考慮時，基油的端基基本上沒有氫鍵鍵合能力或電子吸引或給予能力。在本發明的實施中適用的非極性端基的例子包括1至10個碳原子的一價低全氟烷基部分，最好1至4個碳原子。最好，低烷基或低全氟烷基部分是直鏈的。這樣的部分的具體最佳例子包括CH3-、CF3-、CF3CF2-、CF3CH2-等。
端基的非極性或極性特性可以受在分子鏈上與其相鄰部分的本性的影響。例如，與一個烷基部分相鄰的全氟烷基端基是極性的，而與化學上更類似的全氟烷基或全氟氧烷基部分相鄰的相同端基是非極性的。類似地，烷基端基當與一個全氟烷基或全氟烷氧基部分相鄰時是極性的，而如果與一個烷基部分相鄰則是非極性的。一般地，帶有非極性端基的基油與帶有極性端基的基油相比，由于分子間的吸引力而具有較小的內部摩擦力。
在其中第一和第二潤滑劑每種都包括具有適當分子量的全氟聚醚基油的本發明的實施例中，最好第一和第二潤滑劑的每種都包括基油和稠化劑，并且基油是由以下分子式表示的全氟聚醚Wf-O-(Z’)m-Wf*(1)在該分子式中，每個Wf是獨立一價、直鏈、非極性全氟烷基，該全氟烷基具有1至20個碳原子，具有1至4個碳原子較好，及是-CF3更好。Z’包括至少一個分子式為-(CnF2nO)-的直鏈氧全氟亞烷基部分。整數n具有1至10的值，1至4更好。整數m具有這樣值，從而直鏈全氟聚醚具有在希望范圍內的分子量。在George R.Lappin和Joe D.Sauer，eds.，Alpha Olefins Applications Handbook(α-烯烴類應用手冊)(New YorkMarcel Dekker，1989)，第353頁中發現了這些材料的性能和制備方法的一般討論。直鏈、非極性全氟聚醚可按FOMBLIN商標名下從Ausimont USA，Inc.買到和按DEMNUM商標名從Daikin Industries，Ltd.買到。
在其中Z’包括多于一個種類的氧全氟亞烷基部分，例如-(CF2O)-和-(CF2CF2O)-基的分子式(1)的全氟聚醚的實例中，不同的基可以隨機分布或成塊地分組在鏈中。根據分子式(1)的更佳直鏈全氟聚醚的特定例子包括Wf-O-(CF2O)p-(CF2CF2O)q-Wf(2)其中氧全氟亞烷基，即-CF2CF2O-和-CF2O-隨機分布或成塊地分組在鏈中，p是從1到200的整數，最好是20至80，q是1至200的整數，最好20至80；每個Wf是獨立的如上所述的非極性端基，并且最好是CF3-或CF3CF2-。比值P/q在從0.5至100的范圍內較好，并且最好是約22。該比值可以通過核磁共振(NMR)譜法確定。
除直鏈、非極性全氟聚醚基油之外，最佳潤滑劑還包括稠化劑。稠化劑的存在不僅能向潤滑劑提供油脂狀稠度，而且能向潤滑劑提供與基礎油本身相比較低的Ea，由此與基油相比降低了生成潤滑劑粘度的溫度依賴性。一般地，已經發現在本發明的實施中適當的是，與40至99份重量的基礎一起使用1至60份重量的稠化劑、一起使用10至40份較好、及20至30份更好。生成的潤滑劑最好在22℃下在15,000s-1剪切速率下具有大于或等于約2Pa-s的粘度。
各種稠化劑適用于本發明的實施，包括其中平衡離子是Ba、Si、Zn、Pb、K、Na、Cu、Mg、Sr、Ca、Li、Al等離子的脂肪酸的金屬鹽；粘土；聚脲類，如具有2-20個脲鍵和100至50,000分子量的那些；纖維素衍生物；氟化樹脂顆粒；糊精的脂肪酸酯；炭黑；二氧化硅；鋁配合物等。在美國專利Nos.4,711,523、4,507,214、和4,406,801中已經描述了稠化劑。
在本發明的最佳實施例中，稠化劑包括氟化樹脂顆粒。在一個具體的最佳實施例中，氟化樹脂顆粒基本是球形的，并且直徑小于一微米較好，直徑為0.05微米至0.5微米更好，及最好直徑為約0.1微米。各顆粒的尺寸一般使用諸如透射電子顯微鏡(TEM)之類的方法測量。相當小的氟化樹脂顆粒是希望的，以達到適當的油脂狀稠度，而不必在潤滑劑中過多裝載氟化樹脂顆粒。氟化樹脂顆粒既用作稠化劑又用作與潤滑劑接觸的轉動件的抗磨劑。除提供潤滑性能外，直鏈全氟聚醚基油還用作氟化樹脂顆粒的分散劑，從而在潤滑劑中不需要另外的分散劑。
最佳氟化樹脂顆粒的特征在于，表面能小于約30dyn/cm(達因/厘米)和表面面積至少為9m2/g(平方米/克)。更好的是，表面面積至少為20m2/g。為了本發明的目的，使用來自Lees & NorthrupInstruments的Model 4200 Automatic Surface Area Analyzer(4200型自動表面面積分析儀)，通過氮吸收測量顆粒的表面面積。顆粒的測量面積包括內部或孔表面面積。
氟化樹脂顆粒能由任何各種適當的氟化樹脂制造。適當氟化樹脂的例子包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚六氟丙烯、全氟烷基乙烯醚等。已經在美國專利Nos.4,724,092和4,472,290中描述使用氟化樹脂來制造氟化樹脂顆粒。氟化樹脂最好是一些平均分子量在從2,000至100,000范圍內的PTFE。氟化樹脂顆粒可分散在溶劑中或作為干燥粉末買到。最好，氟化樹脂顆粒的量按重量每100份潤滑劑是在1與40份之間，按重量每100份潤滑劑是在1與30份之間更好，而按重量每100份潤滑劑是約20份最好。適當氟化樹脂顆粒的例子是按VYDEX和TEFLON商標名從E.I.duPont de Nemours和Co.、按ALGOFLON和HALON商標從Ausimont USA，Inc.、按POLYFLON商標從DaikinIndustries，Ltd.、按HOSTAFLON商標名從Hoechst AG、及按FLUON商標名從Imperial Chemical Indurstries，PLC(ICI)買到的那些。特別優選的顆粒是MP1000 TEFLON顆粒、MP1600 TEFLON顆粒及VYDEX GT顆粒，因為它們有較小的顆粒尺寸，所有都由E.I.duPont de Nemours和Co.制造。
在涉及改變幾何形狀的本發明實施例的實施中，一個角輪組件具有大于約0.29的ID/OD比值較好，從約0.29至約0.45更好，而另一個角輪組件具有小于約0.29的ID/OD比值較好，從約0.20至約0.29更好。進一步希望每個角輪組件進一步具有小于約13毫米的外徑，小于約12毫米更好。
現在參照如下例子進一步描述本發明，在例子中潤滑劑A從New Bedford，MA.的Nye Lubricants，Inc.得到。該潤滑劑包括約81份重量的具有約9,500分子量的直鏈、非極性全氟聚醚基油(可從Ausimont USA，Inc.得到的Z-25全氟聚醚)；約18份重量的聚四氟乙烯顆粒(可從E.I.duPont de Nemours，Inc.得到的Vydex GT顆粒)；及約1份重量的防銹劑(可從E.I.duPont deNemours和Company得到的RYTOX 157 FSL防銹劑)。
除潤滑劑A’不包括防銹劑之外，潤滑劑A’與潤滑劑A相同。
潤滑劑B從New Bedford，MA.的Nye Lubricants，Inc.得到。該潤滑劑包括約81份重量的具有約13,000分子量的直鏈、非極性全氟聚醚基油(可從Ausimont USA，Inc.得到的Z-60全氟聚醚)；約18份重量的聚四氟乙烯顆粒(可從E.I.duPont de Nemours，Inc.得到的Vydex GT顆粒)；及約1份重量的防銹劑(可從E.I.duPont deNemours和Company得到的RYTOX 157 FSL防銹劑)。
除潤滑劑B’不包括防銹劑之外，潤滑劑B’與潤滑劑B相同。
潤滑劑C從New Bedford，MA.的Nye Lubricants，Inc.得到。該潤滑劑包括約81份重量的具有約8,000分子量的直鏈、非極性全氟聚醚基油(可從Ausimont USA，Inc.得到的Z-15全氟聚醚)；約18份重量的聚四氟乙烯顆粒(可從E.I.duPont de Nemours，Inc.得到的Vydex GT顆粒)；及約2份重量的防銹劑(可從E.I.duPont deNemours和Company得到的RYTOX 157 FSL防銹劑)。
除潤滑劑C’不包括防銹劑之外，潤滑劑C’與潤滑劑C相同。
潤滑劑D是潤滑劑A和B’的50/50混合物。潤滑劑E包括80份重量的合成烴混合物、10份重量的PTFE顆粒、8份重量的羥基硬脂酸鋰、及1份重量的添加劑。
例1根據使用16盎司的側向載荷的上述阻力試驗，對在3.5英寸形狀因數、皮帶驅動數據盒中使用的角輪組件，試驗阻力分布。潤滑劑A’用作潤滑劑。生成的分布A’表示在圖9中。如分布A’所示，該分布表示角輪組件具有在約80ips處出現的轉折點。
例2除在角輪組件中使用潤滑劑B’外，重復例1的過程。生成的阻力分布B’表示在圖9中。如分布B’上所示，角輪組件具有在約50ips處出現的轉折點。
例3除在角輪組件中使用潤滑劑C’外，重復例1的過程。生成的阻力分布C’表示在圖9中。如圖所示，角輪組件不具有在從0至150ips范圍上的轉折點，指示潤滑劑C’具有高于150ips的轉折點。
圖9中的數據表示潤滑劑A’具有比潤滑劑B’高的轉折點(“TP”)，而潤滑劑C’具有比潤滑劑A’更高的轉折點。這指示本發明的原理最好由如下潤滑劑對實現，以便降低磁帶張力和阻力隨速度變化的改變潤滑劑對第一潤滑劑第二潤滑劑(較低的TP)(較高的TP)1B’ A’2B’ C’2A’ C’在每個盒中三個分別包括使用相同第一和第二潤滑劑對，即A’-A’、B’-B’、和C’-C’潤滑劑對的角輪組件的3.5英寸形狀因數皮帶驅動盒的磁帶張力(TT)和驅動力(DF)，表示在圖10中。這些曲線也提示，使用在上表中識別的不同潤滑劑對比較有利，以便降低磁帶張力和阻力隨速度變化的改變。的確，圖10的分布表示把潤滑劑B’放到一個角輪組件中而把潤滑劑A’或C’放到另一個角輪組件中特別有利。為了證明這樣一種好處，圖11表示，與當在3.5英寸形狀因數盒中使用A’-A’或B’-B’對時相比，當在相同盒中使用B’-A’對時磁帶張力和驅動力分布的穩定性有改進。
例4根據使用22盎司的側向載荷的上述阻力試驗，對在Travan商標(Imation Corp.)形狀因數的皮帶驅動數據盒中使用的角輪組件，試驗阻力分布。潤滑劑A’、B’、和C用作每次試驗的潤滑劑。生成的分布表示在圖12中。如圖所示，對于包括潤滑劑A和B’的角輪組件的每一個的分布分別表示在約50ips和約40ips處有轉折點。對于包括潤滑劑C的角輪組件的分布表示在150ips的范圍以內沒有轉折點。這指示本發明的原理最好由如下潤滑劑對實現，以便降低磁帶張力和阻力隨速度變化的改變潤滑劑對第一潤滑劑第二潤滑劑(較低的TP)(較高的TP)1 B’ A2 B’ C2 A C例5對于在8個皮帶驅動數據盒中的性能，估計包括潤滑劑A的角輪組件的磁帶張力和驅動力特性。對于8個盒的每一個，每一個角輪組件的幾何形狀相同，并且包括具有0.125英寸的直徑的角輪軸、0.127英寸的角輪孔徑、及在角輪周緣壁的隆起處測量的0.430英寸的角輪外徑。把約9毫克的潤滑劑A裝到每個角輪組件中。這足以填充軸與角輪之間的體積的70％。把每個盒插入到適于經計算機控制器監視和記錄磁帶張力和驅動力的值的磁記錄驅動裝置中。在磁帶接觸傳感器磁頭的區域監視磁帶張力。每個盒在正反方向的5種速度(25、40、60、90、和120ips)下試驗。由該數據，通過平均所有8個盒的數據而得到對應于正向的最小磁帶張力、最大磁帶張力、及最大驅動力分布。圖13A、13B、和13C表示生成的分布，分別由符號AA1、AA2、及AA3標識。注意AA曲線如何表示兩個角輪組件的使用，兩個角輪組件的特征在于有接近盒預期磁帶速度范圍的高速部分定位的較高轉折點。
例6除了用潤滑劑B代替潤滑劑A之外，重復例5的過程。圖13A、13B、和13C表示生成的分布，在圖中分別由符號BB1、BB2、及BB3標識。注意BB曲線如何表示兩個角輪組件的使用，兩個角輪組件的特征在于有接近盒預期磁帶速度范圍的低速部分定位的較低轉折點。還請注意在幾乎整個磁帶速度操作范圍內AA曲線和BB曲線是互補的。在低速處，AA曲線的低值由BB曲線的高值補償。類似地，在高速處，AA曲線的高值由BB曲線的低值補償。在中間速度范圍中，AA曲線的正斜率由BB曲線的負斜率補償。這指示本發明的原理最好在盒中通過使用B-A潤滑劑對實現，以便降低磁帶張力和阻力隨速度變化的改變。
例7除8個盒的每一個在一個角輪組件中包括潤滑劑A而在另一個角輪組件中包括潤滑劑B之外，重復例5的過程。圖13A、13B、和13C表示生成的分布，在圖中分別由符號BA1、BA2、及BA3標識。與關于AA和BB潤滑劑對的在例5和6中得到的曲線相比，BA曲線是最好的，因為在低速處最小磁帶張力增大，而在高速處保持；和因為最大磁帶張力和最大驅動都被減小。BA潤滑劑對的曲線還具有較平的分布。因為一種類型的潤滑劑有補償另一種極端特性的能力，所以導致較平的分布。事實上，使用具有互補分布的兩種不同潤滑劑，均化了當在每個盒中僅使用一種潤滑劑類型時得到的結果。該結果是一種在較寬操作速度范圍內提供更均勻磁帶張力和驅動力特性的盒結構。
例8使用如下潤滑劑對，試驗10組皮帶驅動磁帶盒的磁帶張力和驅動力特征盒組 左角輪潤滑劑 右角輪潤滑劑1 D D2 B’ D3 A’ D4 A’ C’5 A’ A’6 B’ A’7 C’ B’8 C’ C’9 C’ D10 E E每個盒組包括10個盒。為了試驗每個盒，角輪組件用適當的潤滑劑潤滑。把盒插入到適于經計算機控制器監視和記錄磁帶張力和驅動力值的磁記錄驅動裝置中。在磁帶接觸傳感器磁頭的區域監視磁帶張力。在正向和反向的5種速度(25、30、60、90、和120ips)下試驗每個盒。由該數據，通過平均每組中所有10個盒的數據，對于每組得到對應于正向的最小磁帶張力、最大磁帶張力、及最大驅動力分布。
組5、8、和10表現出最壞的速度依賴性。它們都以磁帶張力和驅動力隨速度增大為特征。組5最壞，因為它在90和120ips處具有超出工業規定規格的最大驅動力。
組6和7表示最穩定的磁帶張力和驅動力分布。兩組提供了在所有速度上相當平的分布。組7在所有速度下保持在3.5盎司以下的最大驅動力，而最小磁帶張力在所有速度下超過1.3盎司。最大磁帶張力的峰值在30ips下處在2.8盎司處。組6表現出比組7高約0.25盎司的最大和最小磁帶張力值。而且，組6表現出比組7高約0.50盎司的最大驅動力。
有趣的是，在每個角輪組件中包括A和B’混合潤滑劑的組1盒，沒有在一個角輪組件中包括A而在另一個中包括B’的組6盒運行得好。在所有實例中，組6的最小磁帶張力和最大驅動力的分布基本上比對于組1的那些平。事實上，在室溫下進行的關于最大驅動力的試驗中，組1表現出比任何其他組大的最大驅動力變化。而且，在5C處的最小磁帶張力的和在5C處的最大驅動力的試驗中，組1表現出與任何其他組一樣多的變化。
權利要求
1.一種具有一種磁帶張力分布、且是包括限定盒的傳動皮帶路徑部分的第一和第二角輪組件的類型的皮帶傳動磁帶盒，其中(a)第一角輪組件具有第一阻力分布，并且包括(i)一根第一軸；(ii)一個包括一個第一孔的第一轉動件，其中第一轉動件可轉動地安裝在第一軸上，從而第一軸安置在第一孔中；和(iii)一種第一潤滑劑，布置在第一轉動件與第一軸之間的第一孔中；(b)第二角輪組件具有第二阻力分布，并且包括(i)一根第二軸；和(ii)一個包括一個第二孔的第二轉動件，其中第二轉動件可轉動地安裝在第二軸上，從而第二軸安置在第二孔中；(iii)一種第二潤滑劑，布置在第二轉動件與第二軸之間的第二孔中；其中配置第一和第二角輪組件，從而把第一角輪組件的阻力分布預選成不同于第二角輪組件的阻力分布，以便可控制地建立盒的磁帶張力，并且其中第一潤滑劑不同于第二潤滑劑。
2.根據權利要求1所述的皮帶傳動磁帶盒，其中第一角輪組件具有較低的轉折點而第二角輪組件具有較高的轉折點，從而第一角輪組件的轉折點出現在比第二角輪組件的轉折點出現的速度小的速度處。
3.根據權利要求2所述的皮帶傳動磁帶盒，其中第一角輪組件具有在小于約50ips的速度處出現的轉折點，而第二角輪組件具有在等于或大于50ips速度處出現的轉折點。
4.根據權利要求1所述的皮帶傳動磁帶盒，其中第一角輪組件的阻力分布與第二角輪組件的阻力分布的至少一部分互補。
5.根據權利要求1所述的皮帶傳動磁帶盒，其中第一潤滑劑包括具有第一分子量的第一全氟聚醚基油，而第二潤滑劑包括具有第二分子量的第二全氟聚醚基油，其中第一分子量與第二分子量的比值在從1.2∶1至20∶1的范圍內。
6.根據權利要求1所述的皮帶傳動磁帶盒，其中第一潤滑劑具有其特征在于在第一阻力分布速度范圍的至少一部分上有負斜率的阻力分布，而第二潤滑劑具有其特征在于在第二阻力分布的相應速度范圍部分上有正斜率的阻力分布。
7.根據權利要求1所述的皮帶傳動磁帶盒，其中第一角輪組件的幾何形狀被預選成不同于第二角輪組件。
8.根據權利要求7所述的皮帶傳動磁帶盒，其中第一角輪組件具有大于約0.29的ID/OD比值，而第二角輪組件具有小于約0.29的ID/OD比值。
9.一種為包括第一和第二角輪組件的皮帶傳動數據存儲裝置而提供希望的磁帶張力分布的方法，包括步驟(a)提供代表用于相應多種潤滑劑的多種阻力分布特性的信息；(b)使用包括代表阻力分布特性的所述信息的信息，以便選擇能夠向第一角輪組件提供第一阻力分布的第一潤滑劑、和能夠向第二角輪組件提供不同的第二阻力分布的第二潤滑劑，選擇所述潤滑劑，以便可控制地建立希望的磁帶張力分布；(c)在第一角輪組件中提供第一潤滑劑；及(d)在第二角輪組件中提供第二潤滑劑。
10.根據權利要求9所述的方法，其中第一角輪組件具有較低的轉折點而第二角輪組件具有較高的轉折點，從而第一角輪組件的轉折點出現在比第二角輪組件的轉折點出現的速度小的速度處。
11.根據權利要求9所述的方法，其中第一角輪組件具有在小于約50ips的速度處出現的轉折點，而第二角輪組件具有在等于或大于50ips速度處出現的轉折點。
12.根據權利要求9所述的方法，其中第一潤滑劑包括具有第一分子量的第一全氟聚醚基油，而第二潤滑劑包括具有第二分子量的第二全氟聚醚基油，其中第一分子量與第二分子量的比值在從1.2∶1至20∶1的范圍內。
13.根據權利要求9所述的方法，其中第一潤滑劑具有其特征在于在第一阻力分布速度范圍的至少一部分上有負斜率的阻力分布，而第二潤滑劑具有其特征在于在第二阻力分布的相應速度范圍部分上有正斜率的阻力分布。
14.根據權利要求9所述的方法，其中代表多種阻力分布特性的所述信息包括多根阻力曲線。
15.根據權利要求9所述的方法，其中代表多種阻力分布特性的所述信息包括用于所述多種潤滑劑的分子量信息。
16.一種把角輪組件裝到皮帶傳動磁帶盒中的方法，包括步驟提供代表作為至少一個角輪組件結構參數變化的函數的多個角輪組件的阻力特性的信息，其中所述角輪組件的每一個帶有一個轉動件，該轉動件帶有一個軸接收孔且具有一個內徑(ID)和一個外徑(OD)，并且其中所述至少一個角輪組件結構參數包括轉動件內徑；使用所述信息來識別一種對滿足預定磁帶盒性能規定有效的角輪ID/OD比值；提供至少一個具有選擇的ID/OD比值的轉動件；及把具有選擇的ID/OD比值的轉動件裝入皮帶傳動磁帶盒的角輪組件中。
全文摘要
使用具有不同阻力分布的角輪組件提供了在建立皮帶傳動磁帶盒的磁帶張力特性時的改進控制。皮帶傳動磁帶盒具有一種磁帶張力分布,并且屬于包括限定盒的傳動皮帶路徑部分的第一和第二角輪組件的類型。第一角輪組件具有第一阻力分布,并且包括一根第一軸和一個包括一個第一孔的第一轉動件。第一轉動件可轉動地安裝在第一軸上,從而第一軸安置在第一孔中。第二角輪組件具有第二阻力分布,并且包括一根第二軸和一個包括一個第二孔的第二轉動件。第二轉動件可轉動地安裝在第二軸上,從而第二軸安置在第二孔中。配置第一和第二角輪組件,從而把第一角輪組件的阻力分布預選成不同于第二角輪組件的阻力分布,以便完全地建立盒的磁帶張力。
文檔編號G11B15/26GK1240531SQ97180703
公開日2000年1月5日 申請日期1997年12月17日 優先權日1997年12月17日
發明者瑪麗·R·哈伯勒, 馬克·R·拉森, 卡姆·W·勞 申請人:伊美申公司