JP2001074044A - バランス補正装置およびそれを用いた光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ディスク装置の転送速度向上（高速回転）に
伴ない、光ディスクの持つ重量アンバランスにより、回
転振動が急激に増大してきた。この振動を抑制するため
にバランス補正方法が提案されている。しかし、最近の
光ディスク装置はディスク回転の高速化と共に、広範囲
化、ディスクの種類の多様化が進みバランス補正の安定
性が問題となり、光ディスク装置の信頼性を劣化させる
要因となっていた。また、バランス補正に用いる補正球
が場合によっては悪影響を及ぼすことがあり、これを解
決する必要があった。 【解決手段】そこで、光ディスク装置に搭載されたスピ
ンドルモータに複数の補正球を収納する環状空洞部を有
するバランス補正機構を設ける方式において、前記補正
球の環状空洞部内の移動を転動を主体とするように溝の
形状を改善することによって、広範囲の回転数に対して
も安定にバランス補正できるようにした。これによっ
て、光ディスク装置を水平置き、垂直置きの両方におい
て振動の低減が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータ（ＰＣ）等の外部機器に内臓可能な構造の光ディ
スク装置に関する。特に、記録媒体である光ディスクの
アンバランスが原因となる好ましくない振動や騒音を抑
制し、安定した記録や再生を可能にする光ディスク装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置は、ＰＣ等の外部機器の
周辺機器として利用されており、光ディスク装置の中に
は、ＰＣ等に内蔵された光ディスク装置も存在する。

【０００３】このような光ディスク装置の情報転送速度
は、画像や動画情報を多量に扱うマルチメディア化によ
り高速化が望まれている。光ディスク装置の転送速度
は、ディスクの回転数を高くすることにより高速化する
ことができる。このため近年、光ディスクの回転数の高
速化が進展している。

【０００４】回転速度を高速にするために乗り越えなけ
ればならない最も大きな課題の一つは、アンバランス振
動の増加である。ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスク装置で
は、ハードディスク装置（ＨＤＤ）と異なり。可換媒体
であることが特徴の一つである。大量にプレスされる光
ディスクは厚みばらつきや、クランプ内径と光ディスク
外径の同心度のばらつきが大きいものがある。また、光
ディスク上に文字や模様を印刷することにより発生する
発生する重量アンバランス（偏重心）も無視できない。

【０００５】このようなアンバランスの大きな系を回転
させると、回転系の重心と回転中心が一致しないことを
原因とするアンバランス振動が発生する。アンバランス
振動を発生させる力Ｆは重心と回転中心の距離をε、回
転数の質量をｍ、回転数をωとすると次式で表される。

【０００６】Ｆ＝ｍ×ε×ω2−−−−−−−（１）式
（１）で示されるようにアンバランス振動は回転数の二
乗に比例するから、高速回転を行なうと急激に大きくな
る。アンバランス振動は光ヘッド系を加振し信号のリー
ド／ライトを阻害するばかりでなく、騒音の発生や措置
が取り付けられているシステム自体を振動させ、システ
ム自体の信頼性を著しく低下させる原因となる。

【０００７】したがって、ディスクの高速回転化による
データ転送速度の向上を図るためには、ディスクのアン
バランスによる好ましくない振動を抑制する必要があっ
た。

【０００８】従来、斯かるディスクのアンバランスによ
って生じる振動を抑制するディスク装置の一例が特開平
１０−８３６２２号公報に開示されている。

【０００９】例えば、中空環状部内に複数個の球もしく
は液体を収納して、バランサ−を構成し、このバランサ
ーがディスクと一体的に回転可能に形成して、アンバラ
ンスなディスクの高速回転時に発生する振動を抑制する
構成が提案されている。

【００１０】また、ディスク装置を垂直置きにしたとき
に、バランサーとしての球が重力により下方に集まり、
低速回転で球が起動せず、球同士の衝突が生じる。この
ためバランサーの球の位置が安定するまでは、騒音の発
生・バランス補正機能の不能という問題が生じる。この
一解決手段として、特開平１１−１５４３７１がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】最近開発されたＤＶＤ
（ディジタル・バーサタイル・ディスク）を搭載したＰ
Ｃでは、従来のＣＤ−ＲＯＭも高速回転で支障なく再生
できる必要がある。また、種々の選択された回転数で再
生する場合がある。さらに、装置の構成によっては水平
に置いたり、垂直置きにする場合がある。

【００１２】このような広範囲な回転数ならびに用途に
おいて光ディスクのアンバランスを含む回転系のアンバ
ランスを容易に補正できる機構が重要になった。

【００１３】本発明の目的は、光ディスク装置におい
て、光ディスクのアンバランスを含む回転系のアンバラ
ンスを補正でき、回転系から生じる振動を小さくするこ
とである。

【００１４】さらに、バランサーとしての球を用いたこ
とによる悪影響を除去することである。例えば、バラン
スした後で、スピンドルモータの回転速度の変更の時に
不要な球の変動が起こらないようにすること。あるい
は、球が移動する時に転がり音や衝突音を低減すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本願では以下の手段を用いる。情報の記録または再
生の可能な光ディスクを装着し、回転駆動させる駆動手
段と、該駆動手段の回転軸を中心とする環状の軌道を持
つ複数の球と、からなる装着後の光ディスクの偏心また
は偏重心を補正するバランス装置において、前記球の軌
道は、光ディスクと平行な第１面および第２面と、該第
１面と第２面に挟まれた面のうち、回転軸側の面である
第３面と、前記第１面と第２面に挟まれた面のうち、回
転軸側の反対側の面である第４面と、で囲まれており、
前記第４面が回転軸に対して、前記第２面から離れる方
向にθ１だけ外側に傾斜し、略中央部から前記第１面に
向かってθ２だけ内側に傾斜しているように構成したバ
ランス装置。

【００１６】また、好適なθ１、θ２の角度はそれぞれ
１°から３０°の範囲である。さらに、好適には１°か
ら１０°の範囲である。さらに、前記θ１、θ２はθ１
≧θ２に設定するのが良い。

【００１７】前記第１面、第２面または第４面の少なく
とも一つの面に、前記球の転がりおよび摺動抵抗を増加
あるいは減少させる調整手段を付加させると良い。具体
的には固体潤滑剤あるいはグリースやオイルのような抑
制剤が用いられる。

【００１８】以上の何れかのバランス補正装置を用いた
光ディスク装置により上述した課題を改善できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した光ディス
ク装置の概要を図面を用いて説明する。図１は、本発明
を適用した光ディスク装置の主要部（メカユニット）を
示す斜視図である。メカユニット１は、シャーシ７にス
ピンドルモータ２、スライドモータ３といった駆動部
材、光ヘッド４といった移動部材を取り付けることで、
振動発生源となりうる部材をメカユニット１に集約され
た構成とする。なお、光ヘッド４はスライドモータ３に
よってメインガイド５ａとサブガイド５ｂに沿って光デ
ィスクの内周あるいは外周に移動する。これによって、
メカユニット１に対応してのみ振動対策をすればよいよ
うにする。

【００２０】本発明を用いる光ディスク装置では、メカ
ユニット１を弾性体（防振脚）６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ
を介してフレーム８に取り付ける構成として振動対策を
施している。

【００２１】このような構成にすることによって振動対
策を施すために必要なスペースを低減でき、光ディスク
装置の小型化、薄型化を図ることができる。

【００２２】次に、光ディスクの偏重心などに対するバ
ランス補正について、本発明で用いる光ディスク装置で
の構成について述べる。

【００２３】図２は本発明の一実施例であるディスクバ
ランス補正機能をもたせたバランサー付きスピンドルモ
ータの断面図である。

【００２４】図２において、スピンドルモータ２は回転
軸となるシャフト１１がメカシャーシ７上に固定される
モータ基板１５に軸受け１４が組み込まれ、該軸受け１
４を介してシャフト１１を軸に回転可能に支持されてい
る。シャフト１１にはスピンドルモータ２を構成するロ
ータ１０がターンテーブル１２と共に取り付けられ、該
ロータ１０は円筒状に形成された内面部に多極着磁され
た駆動磁石１７が配置されている。そして、駆動磁石１
７はモータ基板１５上に軸受け１４と共に固定されたス
テータ１６に対向している。すなわち、スピンドルモー
タ２はアウターロータ型に構成されている。

【００２５】ターンテーブル（ディスクテーブル）１２
は、スピンドルモータ２のシャフト１１に固定され、光
ディスク１８を芯出しして保持するためのクランプマグ
ネット１９が組み込まれている。これによって、光ディ
スク１８をターンテーブル１２の中央部に位置決めして
確実に保持させる。

【００２６】本実施例において、光ディスク１８を含む
回転体が持つアンバランスを補正するバランス補正機構
２０はスピンドルモータ２のターンテーブル１２に備え
ている。

【００２７】図３（ａ）は、本発明に用いる光ディスク
装置のターンテーブルを含むバランス補正機構部２０の
縦断面図である。図３（ｂ）はバランス補正機構部２０
の横断面図を示す。このバランス補正機構は複数のバラ
ンス補正に用いる球（以下は補正球と呼ぶ）２２の環状
の転動軌道を含む環状空洞部２１からなっている。該環
状空洞部２１は回転軸に垂直な平面上に位置し、回転軸
をその中心とする。その構成は回転軸（シャフト）１１
を中心に固定されたターンテーブル１２の裏側面、すな
わち光ディスクと平行な面（第１面）２１１と凹状の環
状溝｛光ディスク面に平行な溝底面（第２面）２１２と
光ディスクに垂直な内周面（第３面）２１３および光デ
ィスクに垂直な外周面（第４面）２１４からなってい
る。そして、該環状溝の一端部はターンテーブルに固定
されている。

【００２８】なお、上記環状空洞部２１の外周直径は約
２７ｍｍに形成され、直径３ｍｍの非磁性金属の補正球
を１０個収納した。この構成によれば、光ディスクの回
転数が７０００〜８０００ｒｐｍ（回転周波数：１１７
〜１３３Ｈｚ）で１ｇ−ｃｍの偏重心を補正可能であ
る。

【００２９】このような構成において、シャフト１１の
回転中心に対して偏重心光ディスク１８を取り付けて回
転すると、光ディスク面内方向の振動がスピンドルモー
タ２とシャーシ７に作用し、シャーシ７は防振脚６ａ、
６ｂ、６ｃおよび６ｄによりフレーム８に弾性支持され
ているため、主としてディスク面内方向に回転周波数で
振れ回り振動すると共に、スピンドルモータ系２もシャ
ーシ７と一緒に振動する（図１参照）。

【００３０】この振動系は、防振脚６ａ、６ｂ、６ｃお
よび６ｄのバネ定数ならびにシャーシ７とスピンドルモ
ータ系２の質量で決まる共振周波数を有している。この
振動のため、回転数が高くなると振れ回り中心とターン
テーブル１８の間にずれが生じる。重心ずれ方向を基準
としたこのずれ方向は回転数の増加と共に変化し、共振
周波数以下の低速回転では重心ずれ方向に、共振周波数
よりも高い回転数では重心ずれ方向と反対方向にずれ
る。このため図２および図３のバランス補正装置におい
て補正球２２には、回転周波数が共振周波数より低い場
合は重心ずれ方向に向かう力が働き、回転周波数が共振
周波数を越えると重心のずれ方向と反対方向に向かう力
が働く。この力により補正球２２は重心のずれを補正す
る方向、すなわちバランスを補正する方向に作用する
（図３（ｂ）の状態）。これがディスクバランス補正の
原理である。

【００３１】しかし、この補正球２２に働く力はあまり
強くないため、補正球２２に対する摩擦を極力小さく、
且つ制御する必要がある。補正球２２が移動するときの
摩擦抵抗は滑りと転がりである。すなわち、滑り摩擦は
転がり摩擦に比べ大きく、軌道面の面の影響を受け易
い。したがって、できる限り滑り成分を少なくし、転が
りで移動するようにすることが必要である。

【００３２】この摩擦を小さくするためのバランス補正
機構部の断面拡大を図４（ａ）、（ｂ）および図５
（ａ）、（ｂ）に示す。ここで、図４（ａ）、（ｂ）は
ディスク装置を水平に置いた場合、図５（ａ）、（ｂ）
は垂直に置いた場合の説明図である。

【００３３】先ず、水平置きの場合を説明する。図４
（ａ）は従来の断面形状を、図４（ｂ）は本発明の一実
施形態を示す断面形状である。図４（ａ）は補正球２２
の軌道溝が矩形になっていて、スピンドルモータの回転
により補正球２２は重力と遠心力により溝底面（第２
面）２１２と外周面（第４面）２１４の方向に接した状
態で移動する。この状態では双方の接点で補正球が転が
り運動をすることにはならず、転がりと滑りの中間的な
運動状態のため、摩擦係数は小さくならない。そのた
め、本実施形態では図４（ｂ）に示すように回転軸の反
対側の面である外周面（第４面）２１４が溝底面（第２
面）２１２より離れる方向にθ1だけ外側に傾斜し、略
中央部からターンテーブル面（第１面）に向かってθ2
だけ内側に傾斜した面となっている（略Ｖ字状）。この
ようにすると、補正球２２は遠心力により外周面に押し
付けられるので、前述のように斜めになっていると補正
球２２を押し上げようとする力が生じる。高速回転では
遠心力が増大し、押し上げ力が静止摩擦に打ち勝って補
正球が図示のように、第４面２１４の中央部の位置まで
押し上げられ、補正球は溝底面（第２面）２１２および
ターンテーブル面（第１面）２１１に接触せずにＶ字状
の溝に沿って移動する。このようにすれば、補正球の移
動は滑りよりも転がり成分が支配的になり摩擦力が小さ
いためスムーズに所定の位置に移動することができる。

【００３４】次に、垂直置きの場合について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は図４（ａ）、（ｂ）をそれぞれ９
０°立てた状態を示す。このような場合、図５（ａ）の
従来例では補正球２２が第１面や第２面に接触すること
があり不安定となる。また、補正球２２の軌道面のばら
つきの影響を受け易くなる。さらに、軌道面が平坦の場
合は、少しの外部振動によって補正球２２が実線部から
点線部に移動が起こりバランスが崩れ、振動が大きくな
る。その結果、フォーカスエラーやトラッキングエラー
が生じる。また、補正球２２の衝突音による騒音の原因
となる。

【００３５】一方、図５（ｂ）に示す本発明の実施形態
では補正球の軌道面（第４面）２１４が浅いＶ字状の溝
になっているため、転がり成分が支配的になりスムーズ
に移動が可能となる。しかも、補正球２２の軌道も一定
に保たれるので振動のバラツキが低減できる。

【００３６】外周面の傾斜部の鉛直方向（垂直置きの場
合は水平方向）となす角度θ１、θ２はそれぞれ１°か
ら３０°の範囲が好ましい。さらに好ましくは、１°か
ら１０°の範囲である。また、前記θ１、θ２はθ１≧
θ２が好ましい。

【００３７】すなわち、外周面（第４面）の傾斜面と鉛
直方向とのなす角度が小さい場合、補正球２２は外周面
と近接した２点で接触する。このようにすれば補正球２
２は転がり運動に近い状態で回転するので、摩擦抵抗が
極めて小さく、補正球２２の移動がスムーズになりバラ
ンス補正能力が増大する。

【００３８】一方、傾斜面と鉛直方向のなす角度を大き
くすると、補正球２２と外周面（第４面）との２点の接
触点が離れて抵抗が大きくなるので傾斜角度θ１、θ２
はそれぞれ３０°以下にするのが好ましい。

【００３９】なお、外周面（第４面）の形状は上記実施
例に限られるものではなく、光ディスクに平行な環状の
溝を外周面に設けることで補正球２２と外周面が２点で
接触するようにしても良い。

【００４０】次に、本発明をさらに効果的にするため
に、前記補正球２２の転がりおよび滑り抵抗を増加ある
いは減少させる調整手段について述べる。

【００４１】上記に述べたように、バランス補正を理想
的に行なう場合には、ディスクの回転数を上げて行った
時に、補正球２２を動き易い条件にしておき、メカユニ
ット１の防振脚６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの共振周波数を
通過した直後に補正球２２が整定し、以後は外部振動や
回転数を可変した時にも補正球２２が不要に移動しない
ことである。それには補正球２２は軌道面２１４を移動
し易くしておき、整定後の固定は調整手段を別に付加す
るとよい。

【００４２】この調整手段として、グリースやオイルを
適当に軌道面に塗布するとよい。塗布する場所は、補正
球２２の軌道面（第４面）２１４に直接行なってもよ
く、別の方法として第１面２１１または第２面２１２に
塗布し、補正球２２の表面にグリースやオイルを転写し
てもよい。このようにすれば、補正球の不要な移動や迷
走を止めることができ、低速から高速までの広い範囲で
振動低減がより効果的に行なわれる。また、オイルやグ
リースの仲介によって共振点を通過する時の補正球２２
の衝突音の低減にも非常に効果がある。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、小型化、薄型化を図っ
た光ディスク装置において、光ディスクのアンバランス
を含む回転系のアンバランスを補正でき、回転系から生
じる振動を小さくできる。これにより、上記アンバラン
ス振動によるフォーカス、トラッキングエラーを抑制で
きると共に、装置の水平置き、垂直置きにかかわらず振
動を小さくすることができる。また、本発明によるバラ
ンス補正機構を用いた光ディスク装置は信号の高速転送
化に伴なう光ディスクの高速回転化に対応できると共
に、位置決め精度の向上も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を説明する光ディスク装置
の外観図。

【図２】本発明の一実施形態を示す光ディスク装置のバ
ランス補正機構を備えたスピンドルモータの側面断面
図。

【図３】本発明のバランス補正機構部を説明するための
側面断面図および上面断面図。

【図４】本発明の一実施形態を説明する水平置きの場合
のバランス補正機構部の拡大断面図（（ａ）は従来例、
（ｂ）は本発明）。

【図５】本発明の一実施形態を説明する垂直置きの場合
のバランス補正機後部の拡大断面図（（ａ）は従来例、
（ｂ）は本発明）。

【符号の説明】

１：メカユニット、２：スピンドルモータ、３：スライ
ドモータ、４：光ヘッド、５ａ，ｂ：ガイド、６ａ，
ｂ，ｃ，ｄ：防振脚、７：シャーシ、８：フレーム、１
０：ロータ、１１：シャフト、１２：ターンテーブル、
１４：軸受け、１５：モータ基板、１６：ステータ、１
７：駆動磁石、１８：光ディスク、１９：クランプマグ
ネット、２０：バランス補正機構、２１：環状空洞部、
２２：補正球。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 広明 茨城県ひたちなか市稲田1410番地 株式会 社東海テック内 Ｆターム(参考） 5D038 BA04 CA02 5D109 DA12 DA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ディスクを回転駆動させる駆動手段と、
   該駆動手段の回転軸に垂直な平面上に、該回転軸を中心
   とする環状の軌道を持つ複数の球と、からなる偏心また
   は偏重心を補正するバランス補正装置において、前記軌
   道は、光ディスクと平行な第１面および第２面と、該第
   １面と第２面に挟まれた面のうち、回転軸側の面である
   第３面と、前記第１面と第２面に挟まれた面のうち、回
   転軸側の反対側の面である第４面とで囲まれており、前
   記第４面が、回転軸に対して、前記第２面から離れる方
   向にθ１だけ外側に傾斜し、略中央部から前記第１面に
   向かってθ２だけ内側に傾斜していることを特徴とする
   バランス補正装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のバランス補正装置におい
   て、前記θ１、θ２がそれぞれ１°から３０°の範囲で
   あることを特徴とするバランス補正装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のバランス補正装置におい
   て、前記θ１、θ２がそれぞれ１°から１０°の範囲で
   あることを特徴とするバランス補正装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載のバランス補正装置におい
   て、前記θ１、θ２がθ１≧θ２であることを特徴とす
   るバランス補正装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載のバランス補正装置におい
   て、前記第１面、第２面または第４面の少なくとも一つ
   の面に、前記球の転がりおよび摺動抵抗を増加あるいは
   減少させる調整手段が付加されてなることを特徴とする
   バランス補正装置。
6. 【請求項６】請求項１から５何れか一項記載のバランス
   補正装置を用いたことを特徴とする光ディスク装置。