JP2001101779A

JP2001101779A - バランス補正装置およびそれを用いた光ディスク装置

Info

Publication number: JP2001101779A
Application number: JP27378699A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kumasaka; 登行熊坂; Koichi Shiraishi; 浩一白石; Hiroaki Kobayashi; 広明小林; Shinichi Kashimura; 信一樫村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】光ディスクの重量アンバランスによる振動を抑
制するためにバランス補正方法が提案されている。この
一手段として補正球を用いたバランス補正方法がある
が、高速回転時には補正球が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制
御し、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等に内臓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、クランプ部内径とディスク
外径の同心度のばらつきの大きいものがある。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
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、騒音の発生や装
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、かかるディスクのアンバランスよっ
て生じる振動を抑制するディスク装置の一例が特開平１
０−８３６２２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、バランサーを構成し、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
一解決手段が、特開平１１−１５４３７１号報に開示さ
れている。

【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、装置面積をコンパクトにす
るために、駆動装置を垂直置き（スピンドルモータの軸
は設置状態で水平）にする場合がある。

【００１２】上記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】さらに他の課題としては、バランサーとし
て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、バランスがくずれた時に、バランサーが逆に振
動を大きくしてしまう場合がある。これは球の不要な動
きが環状溝の構造によることがある。それには、バラン
ス補正した後で、スピンドルモータの回転速度の変更の
時の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。

【００１６】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１面もしくは第２面と前記第４面とのなす角度θを
９０度未満とするように第４面を傾斜させたことを特徴
とするバランス補正装置。

【００１７】すなわち、第１面と第４面を軌道面とした
時は第１面を基準として、第４面とのなす角度を９０度
未満となるように傾斜させる。あるいは、第２面と第４
面を軌道面とする時は第２面を基準として、第４面との
なす角度を９０度未満となるように傾斜させる。

【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。

【００２０】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）を示す垂直置きの斜視図であ
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。

【００２１】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）６（ａ、ｂ、ｃ、および
ｄ）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。

【００２２】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。

【００２３】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の
構成について述べる。

【００２４】図２は本発明の第一の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。そして、配置方向は装置が垂
直置き（縦置き）の場合を示し、回転軸が装置の設置様
態で水平になっている。

【００２５】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、防振脚６
を介して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１４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１７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。

【００２６】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
確実に保持される。

【００２７】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。

【００２８】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１２を含むバランス補正機構部２
０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２０は複
数のバランス補正に用いる球（以下は補正球と呼ぶ）２
２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１１に垂直な平面上に位
置し、回転軸１１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１
２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）｝からなっている。そして、該環状溝の一端はター
ンテーブル１２に固定されている。

【００２９】ここで、第１の実施形態のバランス補正機
構２０の構成材料および製造方法について述べる。

【００３０】図３（ａ）において、ターンテブル１２は
真鍮あるいはアルミニュウムを加工したものを用いた。
環状空洞部２１は樹脂（例えば、ポリカーボネイト）の
成型品である。そして、環状空洞部２１に補正球２２を
挿入して、ターンテーブル１２に圧入して固定した。

【００３１】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（例え
ば、ステンレス）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７０００〜８０００ｒ
ｐｍ（回転周波数：１１７から１３３Ｈｚ）で１ｇ−ｃ
ｍの偏重心を補正可能である。

【００３２】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、光ディスクの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６
（ａ、ｂ、ｃおよびｄ）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）。

【００３３】この振動系は、防振脚６（ａ、ｂ、ｃおよ
びｄ）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１２の間にずれが生じる。重心ずれ方向（アンバ
ランス方向）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。

【００３４】したがって、前記防振脚の選定には共振周
波数ができる限り使用回転周波数よりも小さく設定する
のが好ましい。一般に、メカユニット１の重量を一定と
すると、共振周波数を小さくするためには防振脚のバネ
定数の小さいものを選定しなければならない。しかし、
あまりバネ定数を小さくすると、外部振動が加わった場
合に大きく変形し、不規則な振動が生じてバランス補正
が困難となる。また、垂直置きにした場合、メカユニッ
ト１を支えられなくなり、防振脚６が変形して目標の共
振周波数の値がかわってしまうことがある。以上のこと
を考慮して、本発明の実施例では共振周波数を３０Ｈｚ
から６０Ｈｚになるように防振脚６を選定した。

【００３５】一方、上記原理を実用化するためには、バ
ランス補正の使用条件による問題点を克服する必要があ
る。例えば、バランスを修正した後に回転数の変化や外
部振動に対して安定に作動する構造にしておく必要があ
る。特に、装置を垂直置きにした時にもバランスの確保
し易い構造にすることが必要である。

【００３６】前記問題点を解決するためのバランス修正
機構部の構造について、従来例と比較しながら、以下に
説明する。図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来のバラ
ンス補正機構の垂直置き、水平置きに配置した時の、環
状空洞２１内と補正球２２の状態を示す。一方、図５
（ａ），（ｂ）は本発明の一実施形態を示す断面形状で
ある。

【００３７】図４の従来例は補正球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２
２は遠心力により外周面（第４面）２１４の方向に接し
た状態で環状空洞部２１を移動する。

【００３８】例えば、図４（ａ）の垂直置きの場合、第
１面と第４面および第２面と第４面との成す角度がそれ
ぞれ、９０度になっていると、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。また、補正球２２が第１面
２１１に接して移動する条件と第２面２１２に接して移
動する条件が異なり、安定したバランス修正ができなく
なる。

【００３９】その結果、フォーカスエラーやトラッキン
グエラーの起こる頻度が増加する。また、補正球２２の
衝突音による騒音の原因となる。

【００４０】また、例えば、図４（ｂ）の水平置きの場
合でもメカユニット１の振れ回りが大きいと、前記角度
が９０度の場合、補正球２２は実線の位置から第４面を
競り上がり、第１面に接して点線のように移動すること
がある。この場合、少しの振動の変化によって実線の位
置に戻り、バランス補正が困難になる。

【００４１】このような問題を解決するための、本発明
の一実施形態を図５（ａ）、（ｂ）に示す。図５（ａ）
に示す第１の実施形態においては、第１面２１１を基準
として、該第１面２１１と第４面２１４とのなす角度θ
１を９０度未満にして傾斜させておく。このようにする
と、補正球２２は回転による遠心力によって外周面に押
し付けられて環状内を移動する。この時、上記のような
構造にすると、補正球２２は第１面２１１と第４面２１
４に接しながら一定の軌道面を移動するようになる。

【００４２】また、図５（ｂ）に示す実施形態において
は、第２面２１２を基準として、該第２面２１２と第４
面２１４とのなす角度θ２を９０度未満にしておく。こ
のようにすると、補正球２２は前記第２面２１２と第４
面２１４に接しながら一定の軌道面を移動するようにな
る。

【００４３】これによって、一定の条件の軌道面を補正
球が移動できるため、安定にバランス補正ができるよう
になる。

【００４４】ここで、基準となる面とは、例えば、軌道
面と補正球との摩擦係数を予め考慮した材料の選定、精
密加工あるいは表面処理を施した面である。

【００４５】上記、図５（ａ），（ｂ）の選択は環状空
洞部において、補正球の軌道をどこに取るかによって決
めることができる。

【００４６】なお、上記角度の好適な構成は、図５
（ａ），（ｂ）において、前記θ１およびθ２が７０か
ら８８度の範囲である。θ１、θ２は９０度よりも数度
小さくするだけで、その効果は非常に大きく、７０度以
下にすると摩擦抵抗が増加する方向にあり、あまり好ま
しくない結果が得られた。

【００４７】以上に述べた構造によれば、水平置きにし
た場合でも補正球の軌道面は同一にでき、バランス補正
を安定にすることができる。

【００４８】次に、第二の実施形態について、図６、図
７によって説明する。図６は本発明の第２の実施形態を
示すバランス補正機構付きスピンドルモータの縦断面図
である。図７はバランス補正機構部２０の環状の軌道の
詳細構造を示す拡大断面図である。

【００４９】なお、前述の図１に示したディスク駆動装
置、図２のスピンドルモータや、図４および図５に示し
たバランス補正機構部における要素と実質的に同一な要
素には同一符号を記して、その説明は省略する。

【００５０】図７はバランス補正機構２０がターンテー
ブル１２に一体に内臓された構造を示す。ターンテーブ
ル１２は真鍮で構成され、環状の軌道の第２面２１２、
第３面２１３および第４面２１４となる溝を機械加工に
よって、ターンテーブル１２の内部に形成される。そし
て、複数の補正球２２を挿入して、第１面２１１となる
蓋２３（ステンレスあるいは樹脂製板）が配置されて完
成する。

【００５１】図７（ａ），（ｂ）は本実施形態における
環状の軌道部２１の詳細構造を示す。図７において、
（ａ）は垂直置き、（ｂ）は水平置き、そぜぞれの軌道
部２１内における補正球２２の位置関係を示す。

【００５２】すなわち、本発明によれば補正球２２の軌
道は垂直置き、水平置き共に、第２面２１２と第４面２
１４に接触して一定に移動できるようになる。

【００５３】上記のような構造にすれば、ターンテブル
１２と一体に加工ができるので、組み立てによる芯ずれ
等の心配がない。また、前記蓋２３を透明材料にして、
補正球の挙動がストロボで観察できるようにすれば、品
質管理が容易となる利点がある。

【００５４】

【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】本発明の第一の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縦断面
図。

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

【図４】従来のバランス補正機構部の一例を示す拡大断
面図。

【図５】本発明の第一の実施形態を示すバランス補正機
構部の拡大断面図。

【図６】本発明の第二の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縦断面
図。

【図７】本発明の第二の実施形態を示すバランス補正機
構部の拡大断面図。

【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、６（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）・・・防振脚、７・
・・シャーシ、８・・・フレーム、１０・・・ロータ、
１１・・・シャフト、１２・・・ターンテーブル、１４
・・・軸受、１５・・・モータ基板、１６・・・ステー
タ、１７・・・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 (72)発明者樫村信一茨城県ひたちなか市稲田1410番地株式会社東海テック株式会社内Ｆターム(参考） 5D109 AA02 DA06 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【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１面と前記第４面とのなす角度θ１を９０度未満と
するように前記第４面を傾斜させたことを特徴とするバ
ランス補正装置。
【請求項２】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２面と前記第４面とのなす角度θ２を９０度未満と
するように前記第４面を傾斜させたことを特徴とするバ
ランス補正装置。
【請求項３】請求項１また２に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。