JPH01112134A - スティフネス測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３へ−７ 産業上の利用分野 本発明はスティフネス（剛性）測定方法に関するもので
あり、特に磁気テープなどのベースフィルム上に塗膜が
形成されたテープの塗膜層のみのスティフネスを求める
方法に関するものである。

従来の技術 従来より、テープなどのスティフネスを測定するために
はスティフネス測定器（たとえば（株）東ｆｆ［ｉのル
ーブスティフネステスター）が用いられているが、これ
はテープ全体の値を測定するものであり、ベースフィル
ム上に塗膜が形成されている磁気テープなどの場合、そ
の塗膜のみのスティフネスを測定することは不可能であ
った。

たとえば、磁気テープについて考えると、ヘッドとメデ
ィアのインターフェイスの問題が極めて重要であり、走
行系に於けるメディアの機械的特性は非常に重要である
。中でも、ビデオテープに於ては、所謂、スティフネス
（５ｔｉｆｆｎｅｓｓ　：剛性）は特に大切な物性で、
電磁変換特性（Ｓ／Ｎ。

他）や耐久性（ヘッド磨耗ｅｔｃ）を大きく支配するも
のであり、ヘッドとメディアの微妙なインターフェイス
の作用を問題にする時、又は磁性層の構成成分の検討（
材料・組成）や分散・塗工・カレンダー・硬化などの各
工程の要因解析の為には、スティフネスという物性に対
して、詳しい測定と解析が必要であった。又、磁性層の
機械的特性を議論する時には、磁性層単独のスティフネ
スはどうかという疑問点がいつも議論のまとになってい
た。無論、磁性層単独のスティフネフなどは直接的には
容易に測定できる物性ではない。なぜなら、現在のよう
なスティフネスの測り方は、試料をループ状にして圧縮
変形させその変形回復力を測る方法であるが、磁性層だ
けの試料は、曲げると簡単に折れてしまいループ状にな
どできないからである。

発明が解決しようとする問題点 このように、従来の技術では、磁性層単独のスティフネ
スは測れなかったし、知られてもいなかった。従って、
ビデオテープの評価内容に於ては、そもそも磁性層のみ
のスティフネスという概念は存在しなかった。

以上のように従来の技術では、ビデオテープ全体として
のスティフネス、及びベースフィルム単独のスティフネ
フは測定できても、磁性層単独や、バックコート層単独
などの（仮想的な）スティフネスは、求めることができ
なかった。

問題点を解決するだめの手段 この問題点を解決するために、本発明のスティフネス測
定方法は、ベースフィルム上に塗膜が形成された試料テ
ープの膜厚（ｄｔ）、スティフネス（Ｓｔ）およびヤン
グ率（Ｅｔ）を測定し、ついで上記試料テープの塗膜を
剥離したベースフィルムについて同様に、膜厚（ｄｂ）
、スティフネス（Ｓｂ　）およびヤング率（Ｅｂ）を測
定し、これらの測定値から下記の式によって上記塗膜の
みのスティフネス（ｓｍ）を求めることを特徴とするも
のである；Ｓｍ　＝Ｓｔ　−３ｂ−Ｂｄｍｄｂ　（２Ｅ
ｍｄｍ＋Ｅｍｄｂ　＋　Ｅｂｄｍ　＋　２　Ｅｂｄｂ　
）ここでＢは定数、ｄｍは塗膜の厚さでｄｌｌｌ＝ｄｊ
；−ｃｌｂ、　　Ｋｍは塗膜のヤング率で６１−／ 作用 この方法により、たとえば磁気テープの磁性層のみのス
ティフネスを測定することが可能となり、その物性解明
に有効となる。さらに、アンカーコート層＋磁性層やバ
ックコート層のスティフネスも同様に求めることができ
、磁気テープの電磁変換特性や耐久性の検討において従
来得られなかった値として非常に参考となる。

実際の測定装置としては、市販のスティフネステスター
を改良して、後述のようにスティフネスとヤング率の双
方を測定できるようにし、さらにメモリーと演算回路を
装置に内蔵させ、あらかじめ測定しだ膜厚と上記の値を
入力することにより容易に求めるスティフネス値を得る
ことができる。

実施例 単独層のスティフネスを如何にして求めるかについて、
１ずスティフネスという物性値の力学的・考察から始め
なければならない。

７１、− まず磁性層とベースフィルムだけからなる２層系のビデ
オテープを考え、必要な変数を以下のように定める。

Ｅ：ヤング率 ｄ：膜厚 ｌ：テープの試料長（円周長）（半径ｒ＝ｌ／２π） Ｌ：テープの巾 Ｈ：圧縮後のギャップ（第２図参照） 工：断面２次モーメント 添字ｍ、ｂ、ｔは各々磁性層、ベースフィルム。

テープ全体（ｔｏｔａ７りの意味を表わす。

市販のルーブスティフネステスターは、試料テープを丸
めて測定しているが、第２図は試料テープの変形を示す
ものである。長さβの試料テープ１は初め第２図１のよ
うに丸められ、次に第２図２のように圧縮変形され、回
復力Ｓ（スティフネス）が発生しているとする。微小変
位δＢＢ　’δ。。

を考えて、材料力学の基本式により以下の関係式が得ら
れる。

となる。

すなわち、スティフネスＳｔはＥｉ−ｄｔ　　に比例と
おいて、５ｔ＝Ｂ−Ｅｔ−ｄｔ　と以下、略記する。

ここで、ベースフィルムだけのスティフネスは９、、−
７ Ｓｂ二Ｂ−Ｅｂｄｂ　　であり、テープ全体のヤング率
磁性層のみのスティフネスＳｍは、以下の（１）〜（６
）の関係式から求められる。

Ｓｉ　＝＝　Ｂ−Ｅｔ−ｄｔ５　　　　　　・・・・・
・・・・　（１）Ｓｍ＝＝　Ｂ−Ｅｍ−ｄｍ　　　　　
　・＝−（２）Ｓｂ＝　Ｂ−Ｅｂｄｂ３　　　　　　・
・・・・・・・　（３）ｄｔ　＝　ｄＩｎ＋　ｄｂ川−
（５） （４）　、　（四式を（１）式に入れ変形し、（２）　
、　（３）式を含む式にすると、 ＝　Ｂ（Ｅｍｄｍ＋ｌＥｂｄｂ）（ｄｍ２＋２ｄｍｄｂ
＋ｄｂ　）＝：　Ｂ　（Ｅｍｄｍ’　＋Ｅｂｄｂ３＋　
ｄｍｄｂ（２Ｋｍａｍ＋Ｅｍｄｂ＋Ｅｂｄｍ＋２Ｅｂｄ
ｂ　）　） 、°、　Ｓｔ＝　Ｓｍ＋Ｓｂ＋Ｂｄｍｄｂ（２Ｅｍｄｍ
＋　Ｅｍｄｂ＋　Ｅｂｄｍ　＋２　Ｅｂ　ｄｂ　）・−
−（６）１０、＜−、−。

となり、Ｓｍ’＝Ｓｔ−ｓｂである。即ち、磁性層のみ
のスティフネスは、テープ全体のスティフネスからベー
スフィルムのスティフネスを減じた値というような単純
な値ではない。

（６）式から、磁性層のみのスティフネス（Ｓｍ）ハＳ
ｍ　＝　Ｓｔ−３ｂ−Ｂｄｍ　ｄｂ　（２Ｅｍｄｍ　＋
Ｅｍｄ１）＋ｘｂｄｍ＋２ｇｂａｂ）・−・−（７）と
して導かれる。ルーブスティフネステスターで実測でき
るのは、ｓｔ　、　ｓｂの２つだけであるが残りのＥｍ
　、　Ｅｂ、　ｄｍ、　ｄｌ）は他の測定によって簡単
に求めることができる。ｄｍ　、　ｄｂは市販品の膜厚
計を用いて、あらかじめ測っておくことができる。

次に、ヤング率の測定は普通は引張り試験機を用いて、
Ｓ−Ｓカーブ（５ｔｒｅｓｓ　−５ｔｒａｉｎ曲線）か
ら求めるが、本発明の要点は、このルーブスティフネス
テスターにロードセルを搭載させ極めて簡単に測定する
ことにある。Ｅｍの値は上記の式より簡単に計算できる
。即ち、（４）式を変形してＥｔａｔ−Ｅｂｄｂ Ｅｍ＝□　・・・・・・・（４）式である。

ｍ １１、− 第３図は市販のルーブスティフネステスターの測定方法
を示す。テープ１を試料チャック部２゜３セツトしく第
３図■）、チャック部を合わせて試料テープを丸め（第
３図■）、これにロードセル４をおしつけて（第３図■
）、試料テープ１のスティフネスが測定される。又、テ
ープの磁性層をＤＭＦ　（ジメチルホルムアミド）を浸
み込ませたペンコツトンなどで拭きとりベースフィルム
だけにし、これをセットすれば、そのテープのベースフ
ィルムだけのスティフネスが測定でき、それらの値（ｓ
ｔ、ｓｂ）がデジタル数字として表示される。

本発明では、第３図の■の時々に少し余分に試料を引っ
張って、ヤング率（Ｅｔ、ＩＣｂ）を求め、計算により
Ｅｍを求めることができる。

すなわち、第１図に示すように、一対の試料のチャック
部分の一方２とロードセル６を連結し、他方のチャック
部３はバックラッシュ長として一定の長さ分（Δｌ）だ
け後退するようにしておく。

一定の変位Δｌ（伸び）に対するロードセル５により検
出した力と、あらかじめ入力している、膜厚（ｄｔ、ｄ
ｂ）から（４）式に従い内蔵した演算回路により、求め
るＥｍが計算できる。なお、第１図において、６は測定
前試料長設定用のりミントスイッチ、７は測定後、微小
延伸用リミットスイッチ、８はロードセルと試料チャッ
ク治具の連結のだめの止め金、９はチャック部３を動か
す回転ネジギアである。実際の測定は、以下のような手
順により求める磁性層のみのスティフネスＳｍを求める
ことができる。

（１）試料テープの全厚（ｄｔ）をあらかじめ膜厚計で
測定しておき入力する。

（１１）試料テープをセッテングし、そのスティフネス
（Ｓｔ）を測定し、値はメモリーに記憶される。

ついで第３図■の状態に戻った時（第１図■）に、ロー
ドセルにより一定バンクラッシュ変位による分だけの張
力が検出され（第１図■）、ヤング率Ｅｔが測定され、
メモリーに記憶される。

ω１）試料テープの磁性層を剥離したベースフィル１３
・＼− ムについて膜厚を測定し入力する。つぎに、（１１）と
同様の測定を行いＳｂとＥｂが測定され、それらの値は
メモリーに記憶される。

６ＶＩ　　Ｅｔ　、　］ｌＣｂ　、　ｄｔ　、　ｄｂか
ら（４）７式によりＥｍが計算され、（′ｒ）式により
Ｓｍが得られる。

さて、ここでＢの値であるが、第３図＠の時の条件によ
ってスティフネスの値は変るか、３の状態の幾何学的形
態が決まればＢ値は決められる。

実際には多くの試料を測定して、（１）の式からその平
均的な、妥当なり値を定めておく。尚、この時のＸｔは
引張り試験機を用いて、その５−８（５ｔｖｅｓｓ　−
３ｔｖａｉｎ　）　　カーブより厳密に求めたＥｔ値を
使用するのがよい。我々はＮ：３０の測定数から求めた
（Ｓｔ、Ｅｔ、ｄｔ）の３０個のデーターから、Ｂ−（
Ｓｔ）／　（Ｅｔｄｔ　）（−は平均値を示す。）とし
てＢ＝４．８２Ｘ１０７闘という値を求めた。数値の単
位は膜厚はμｍ、ヤング率ハ＃／ｒｔｒｍ　　、スティ
フネスは■のま＼で入出力ととシ扱いを行った。

以下、具体的な実施例を挙げて説明する。試料１４へ−
２ となるビデオテープは、通常の良く知られた手法によシ
作製したものであり、その組成や工程については割愛す
る。試料ビデオテープ（Ｖ２インチ巾）のテープ厚、ベ
ースフィルム厚は市販品の膜厚計を用いた。

テープの試料長β：８０．０Ｍとし、ヤング率測定の為
のバックラッシュ変位長をΔβ＝０．４０ｍｍ（伸び率
０．５％）とする。又、圧縮、変形後の楕円形になった
試料テープの短軸長（第２図■のＨ）はＨ＝１９ｍｍと
設定した。ロードセルは小型で軽量な（株）ＮＭＢの製
品を選んだ。

結果を次表に示す。

（以下余白） １５・・− （ａｔ２３℃−６０％ＲＨ） 上表に示すように、磁性層のみのスティフネスが求めら
れだが、テープの全厚、ベース厚が余シ変化してなくて
もテープ全体のヤング率の変化や、テープのスティフネ
スやベースのスティフネスにより磁性層のみのスティフ
ネス値が大きく変ることが判る。

発明の効果 以上詳しく述べたように、本発明の方法により、現実に
は測定できないが重要な物性値である、磁性層のみの仮
想的なスティフネス値を求めることができる。この手法
は、複合型の薄帯試料に於ては、−船釣に広く応用でき
るものである。

なお、上記の説明では磁性層のみの場合について述べた
が、実際の磁気テープはバックコート層やアンカーコー
ト層が設けられていることが多く、さらにトップコート
を施す場合もある。これら複合層やバックコート層につ
いても同様にそのスティフネスを求めることができるの
は明らかである。

さらに、本発明の方法は、一般に市販されているスティ
フネス測定器を改良して、同じ装置でヤ１７　・・−。

フグ率についても測定できるようにしたものであり、容
易に塗膜のみのスティフネスを求めることができ大変有
用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる改良型のループスティフネステ
スタの測定部を模式的に示した図、第２図は試料テープ
を丸めた状態から変形させてその変位とスティフネスの
関係を示す図、および第３図は従来のルーブスティフネ
ステスタを用いた測定手順を示す図である。 １・・・・・・試料テープ、２，３・・・・・試料チャ
ック部、４．６・・・・・・ロードセル、６　、７−・
・・・・リミットスイッチ、８・・・・・止め具、９・
・・・・・回転ネジギア。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｍ１
図 ■ 第２図 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベースフィルム上に塗膜が形成された試料テープ
   の膜厚（ｄｔ）、スティフネス（Ｓｔ）およびヤング率
   （Ｅｔ）を測定し、ついで上記試料テープの塗膜を剥離
   したベースフィルムについて同様に、膜厚（ｄｂ）、ス
   ティフネス（Ｓｂ）およびヤング率（Ｅｂ）を測定し、
   これらの測定値から下記の式によって上記塗膜のみのス
   ティフネス（Ｓｍ）を求めることを特徴とするスティフ
   ネス測定方法； Ｓｍ＝Ｓｔ−Ｓｂ−Ｂｄｍｄｂ（２Ｅｍｄｍ＋Ｅｍｂｄ
   ＋Ｅｂｄｍ＋２Ｅｂｄｂ） ここでＢは定数、ｄｍは塗膜の厚さでｄｍ＝ｄｔ−ｄｂ
   、Ｅｍは塗膜のヤング率で Ｅｍ＝（Ｅｔｄｔ−Ｅｂｄｂ）／ｄｍである。
2. （２）スティフネステスターの一対の試料チャック部の
   一方のチャック部に張力検出器を連結し、他方のチャッ
   ク部を一定長さだけ後退するようにして、スティフネス
   とヤング率の双方を測定できるようにしたスティフネス
   テスターを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のスティフネス測定方法。
3. （３）塗膜が磁性塗膜であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のスティフネス測定方法。
4. （４）塗膜がアンカーコート層および磁性層よりなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のスティフネ
   ス測定方法。
5. （５）試料テープがベースフィルムの両面に塗膜を形成
   したものであり、第１の塗膜とベースフィルムをベース
   フィルムとみなして第２の塗膜のみのスティフネスを測
   定し、ついで第１の塗膜のみのスティフネスを測定して
   、両面の塗膜それぞれのスティフネスを得ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のスティフネス測定方
   法。