JP2004079715A - ホール素子、モータアッセンブリ、及び光ディスク装置 - Google Patents

ホール素子、モータアッセンブリ、及び光ディスク装置 Download PDF

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Abstract

【課題】モータに対して高い位置精度で2つの感磁極を容易に設けることがき、両感磁極の感度を正確に合わせることができるホール素子を提供する。
【解決手段】1チップに2つの感磁極を理論的に必要となる寸法精度で設けることにより、高い位置精度で2つの感磁極を容易にモータに設けることがきる。更に同一チップ内に2つの感磁極を同時に形成するため、感磁膜をチップに印刷するときの管理が容易で、両感磁極の感度を正確に合わせることができる。
【選択図】  図3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの回転を感知するホール素子、及び該ホール素子を用いた光ピックアップ送り装置を具備する光ディスク装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光ディスクドライブのピックアップ送り方法としては、ステッピングモータなどを使用し所定のパルス信号で強制的に一定量送る方法、あるいは光受光素子を2個用い各素子から生成される電気信号により移動方向、移動距離を計算しながら送る方法、光ピックアップから生成されるRF信号(電気信号)のトラック方向に移動したときに発生するリップル波形の数をカウントし移動距離を算出しながら送る方法等がある。
【0003】
パソコン等の光ディスクドライブを搭載する電子機器の小型化にともない、光ディスクドライブの小型化及び薄型化が望まれている。従って、小型及び低コストが実現可能なホール素子を2個用いて、ピックアップの移動方向、移動距離を計算しピックアップを送る方法が、最近では採用されている。このような場合、例えば10極着磁マグネットが送りモータに取り付けられ、2つのホール素子がモータ側に固定される。マグネットの回転にともなう磁界変化を2つのホール素子が感知し、磁界変化に対応する電気信号が出力される。光ディスク装置のサーボ系回路は、ホール素子出力信号に基づいて、送りモータの回転すなわち光ピックアップの移動量を制御する。
【0004】
サーボ系回路が所定の制御電圧を生成するためには、以下の基本条件が満足される必要がある。
【0005】
1)両ホール素子の出力信号レベルが同一である
2) 回転軸中心に対する両ホール素子の取り付け角度が電気的に90°の位相差がある
3)マグネットの着磁ピッチが均等である
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記3つの基本条件の達成には、それぞれ以下に示す解決すべき問題がある。
【0007】
1) 両ホール素子の出力信号レベルが同一である
個別のホール素子を2個使用するため、電気的な性能バラツキが存在し、同じ出力電圧を得ることが難しく、素子メーカが数ランクの感度選別、内部抵抗選別を行い、更に同じランクのリールでペアリングを実施しなければならないという問題が有る。
2) 回転軸中心に対する両ホール素子の取り付け角度が電気的に90°の位相差がある
マグネットの着磁極数が10極の場合、N/S間が電気的に180°位相差となるため、これを機械的な角度に置き換えると360÷10=36°となる。両ホール素子は90°位相差が求められるので、機械的な角度は36゜の更に半分の18°となる。しかし2個のホール素子を例えば半径2mmの円周上に回転軸中心に対して18°の角度で実装する事は、各ホール素子チップどうしがぶつかり不可能なため、実際には180°のN倍±90°で、2個のホール素子が配置される。
【0008】
実装時の角度バラツキが仮に1°とすると、電気角90°に対してのズレは1/18=5°となる。実に5.6%ずれる事になる。また、2個のホール素子を半径2mmの円周上に実装する場合、電気角90°に相当する機械角18゜の円周上距離は、2×3.14×2×18÷360=0.628mmとなる。この距離が0.1mmずれたとすると電気角で約14°(16%)のズレに見える。非常に厳しいと言うことが解る。
【0009】
3) マグネットの着磁ピッチが均等であること
着磁は着磁機で製造するため最初の治具製造精度で決定される。外部要因でばらつく事は少ないが部品レベルでの管理が必要となる。
【0010】
以上の問題の中で、特に管理が難しいのが1)のレベルバラツキ、2)の取り付け精度となる。そこで本発明はホール素子に改良を加え、この様にばらつく要因を部品レベルで固定し製造精度に依存する部分を減らすことで、ホール素子信号レベルの同一化及び高精度なホール素子の位置決めを容易に行い、製品の品質を向上し、コストダウンを実現することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は1チップに2つの感磁極を理論的に必要となる寸法精度で設けることにより、高い位置精度でホール素子を容易にモータに取り付けることがき、更に同一チップ内に2つの感磁極を同時に形成するため、感磁膜をチップに印刷するときの管理が容易で2極の感度を正確に合わせることが出来る。
【0012】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下に示す説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではない。
【0013】
ノート型PC用光ディスクドライブは、製品厚み12.7mmの中に種々構造物を構成している関係で、各部品の小型化が要求される。図1は光ピックアップをディスク半径方向に移動するためのピックアップ送り装置に、モータ(スレッドモータ)の回転方向及び回転角を検知するための本発明によるホール素子10を用いた構造を示す。図1(a)のように、柔軟性のホールFPC(flexible printed circuit)11に金属のSUSプレート14及びホール素子10を取り付けた後、該ホールFPCがモータ66に取り付けられる。更にモータ66にはマグネット12a付きのギヤ12等が組み付けられ、該モータはフィードモータマウントプレート13に組み付けられる。このときホール素子10はマグネット12aとモータ66の端面66aの間に位置する。そして図1(b)のように、組み上がったモータアッセンブリ(ピックアップ送り装置)100はメインシャーシ(メカ)15に取り付けられる。
【0014】
図2はホールFPCの詳細図である。A部がモータ66の端子にハンダ付けされ、左側のホール素子部分BがSUSプレート14と共にフィードモータマウントプレート13に固定される。SUSプレート14に設けられた孔Eは、ねじ15を通すための貫通孔である。Cはモータ66の回転軸の位置を示し、円Dはマグネット12aの位置を示す。
【0015】
図3は本発明によるホール素子10の一実施形態を示し、図3(a)はホール素子10の外形図、図3(b)は等価回路である。図3(a)に示すように、ホール素子10は1チップ内に感磁極が2個(H1,H2)配置され、感磁極は印刷技術を用いて、InSb等で構成される感磁膜として製作される。同一チップ内に2つの感磁極を同時に形成するため、感磁膜をチップに印刷するときの管理が容易で2極の感度を正確に合わせることが出来る。ここで、感磁極が設けられる基板をチップとし、このチップに感磁極が設けられたものをホール素子という。チップサイズL1×L2は本実施形態の場合、2mm×1.25mmである。
【0016】
図3(b)の等価回路に示すように、感磁極H1、H2の同一極性の電源入力部どうしが接続され、図3(a)のように電源入力端子+、−と各感磁極の出力端子O1+、O1−とO2+、O2−が、チップ側面に設けられている。この場合、電源入力端子(+、−)は各ホール素子毎に引き出すタイプでも何ら問題はない。感磁極H1、H2の中心間距離L3は、半径rのマグネット12aと組み合わせたときの電気角90°差に相当し、半径が2mmの場合は0.626mmとなる。このような2mm×1.25mmのチップを使用した場合、感磁極H1、H2の中心間距離はマグネットの半径rに応じて、0.6mm〜1.4mmの範囲に設定できる。写真印刷技術を用いると、更にサイズの小さいチップに感磁極を設けることができる。
【0017】
図4はフィードモータマウントプレート13に取り付けられたホールFPC11のB部を示す。ホール素子10の感磁極H1及びH2が直径4±0.05mm(中心はモータ66の回転軸66b中心すなわちマグネット12aの回転中心)上任意の位置に配置されるように、ホールFPCがモータに固定される。FPC11のホール素子10が設けられた側の反対側の面はSUSプレート14に接着され、このSUSプレート14がフィードモータマウントプレート13にネジ15によりネジ止めされる。
【0018】
従来は、感磁極を各々1個有する2個のホール素子チップが、直径4±0.05mm上に互いに電気角90°をなすように配置された。従って、 ホールFPCユニット(ホール素子10等を組み付けたFPCの完成品)の製作時、及び図1に示したようなモータアッセンブリを組み上げる際に、2個のホール素子チップの両方について高い位置精度が要求された。
【0019】
以上の結果、本実施形態によれば以下に示すような多くの効果が得られる。
【0020】
1) ホール素子10の取り付け精度は、マグネット12aの所定半径に合わせるだけで良い。
【0021】
2) モータ66の回転を検知するための部品点数が減る
3) 部品が減ることにより更に小型化が出来る
4) ホールFPCユニットの製造段階における歩留まりが大幅に向上する
5) コストダウンが可能になる
6) 信頼性の向上
7) 軽量化
8) 歩留まり改善により不動在庫、回転在庫を減らす事ができる
次に本発明によるホール素子10を用いた光ディスク装置の実施形態を説明する。図5は本実施形態に係る光ディスク装置の構成を示すブロック図である。
【0022】
光ディスク61は読出し専用の光ディスクあるいはユーザデータを記録可能な光ディスクである。ディスク61はスピンドルモータ63によって回転駆動される。光ディスク61に対する情報の記録、再生は、光ピックアップヘッド(以下PUHと記載)65によって行われる。PUH65は、スレッドモータ66とギアを介して連結されており、このスレッドモータ66はスレッドモータ制御回路68により制御される。
【0023】
スレッドモータ制御回路68には、CPU90からPHU65のシーク先アドレスが入力され、このアドレスに基づいてスレッドモータ制御回路68はスレッドモータ66を制御する。スレッドモータ66内部に永久磁石が固定されており、駆動コイル67がスレッドモータ制御回路68によって励磁されることにより、PUH65が光ディスク61の半径方向に移動する。スレッドモータ66には該スレッドモータの回転を検知する本発明のホール素子10が組み付けられている。このホール素子10から発生されるホール素子信号01+、01−、02+、02−から、スレッドモータ制御回路68はスレッドモータ66の回転方向、回転速度を判断し、スレッドモータ66を制御する。
【0024】
PUH65には、図示しないワイヤ或いは板バネによって支持された対物レンズ70が設けられる。対物レンズ70は駆動コイル72の駆動によりフォーカシング方向(レンズの光軸方向)への移動が可能で、又駆動コイル71の駆動によりトラッキング方向(レンズの光軸と直交する方向)への移動が可能である。
【0025】
レーザ制御回路73内のレーザ駆動回路75により、半導体レーザ79からレーザ光が発せられる。半導体レーザ79から発せられるレーザ光は、コリメータレンズ80、ハーフプリズム81、対物レンズ70を介して光ディスク61上に照射される。光ディスク61からの反射光は、対物レンズ70、ハーフプリズム81、集光レンズ82、およびシリンドリカルレンズ83を介して、光検出器84に導かれる。
【0026】
光検出器84は、例えば4分割の光検出セルから成り、分割された各光検出セルの検知信号はRFアンプ85に出力される。RFアンプ85は光検知セルからの信号を合成し、ジャストフォーカスからの誤差を示すフォーカスエラー信号FE、レーザ光のビームスポット中心とトラック中心との誤差を示すトラッキングエラー信号TE、及び光検知セル信号の全加算信号であるRF信号を生成する。
【0027】
フォーカスエラー信号FEはフォーカシング制御回路87に供給される。フォーカシング制御回路87はフォーカスエラー信号FEに応じてフォーカス制御信号FCを生成する。フォーカス制御信号FCはフォーカシング方向の駆動コイル72に供給され、レーザ光が光ディスク61の記録膜上に常時ジャストフォーカスとなるフォーカスサーボが行われる。
【0028】
トラッキングエラー信号TEはトラッキング制御回路88に供給される。トラッキング制御回路88はトラッキングエラー信号TEに応じてトラッキング制御信号TCを生成する。トラッキング制御信号TCはトラッキング方向の駆動コイル72に供給され、レーザ光が光ディスク61上に形成されたトラック上を常にトレースするトラッキングサーボが行われる。
【0029】
上記フォーカスサーボおよびトラッキングサーボがなされることで、光検出器84の各光検出セルの出力信号の全加算信号RFには、光ディスク61のトラック上に形成されたピットなどからの反射光の変化が反映される。この信号は、データ再生回路78に供給される。データ再生回路78は、PLL回路76からの再生用クロック信号に基づき、記録データを再生する。
【0030】
上記トラッキング制御回路88によって対物レンズ70が制御されているとき、スレッドモータ制御回路68により、対物レンズ70がPUH65内の所定位置近傍に位置するようスレッドモータ66つまりPUH65が制御される。
【0031】
モータ制御回路64、スレッドモータ制御回路68、レーザ制御回路73、PLL回路76、データ再生回路78、フォーカシング制御回路87、トラッキング制御回路88、エラー訂正回路62等は、バス89を介してCPU90によって制御される。CPU90はインターフェース回路93を介してホスト装置94から提供される動作コマンドに従って、この記録再生装置を総合的に制御する。又CPU90は、RAM91を作業エリアとして使用し、ROM92に記録されたプログラムに従って所定の動作を行う。
【0032】
図6はスレッドモータ66、ホール素子10、マグネット12a、及びホール素子10の出力信号を処理する処理回路68aを示し、回路68aはスレッドモータ制御回路68に含まれる回路である。
【0033】
スレッドモータ66のモータ回転軸66bに取り付けた10極着磁マグネット12aと対向するように、ホール素子10が設けられる。ホール素子10は感磁極H1、H2が回転軸66b中心に対して所定の電気角を有するように、FPCを介してモータ66の端面66a上に設けられる。
【0034】
スレッドモータ66の端子は制御回路68の出力側に接続されたドライバIC20に接続されている。ホール素子10の出力H01+、01−、02+、02−は抵抗R1〜R4を介して、コンパレータ17、18に供給される。コンパレータ17、18は微弱レベル信号をロジックレベルの矩形波に変換し、F/V変換IC22に供給する。 また出力H01−、02−は抵抗R2、R4を介して、鋸歯状波重畳部21に供給される。鋸歯状波生成部21は抵抗R5、R6、R7、C1、C2、C3、トランジスタT1から構成される。
【0035】
F/V変換IC22はホール素子出力をPWM変調するのに必要な例えば8KHzのクロック信号CK1を出力する。このクロック信号CK1によりトランジスタT1がON/OFFを繰り返す。クロック信号CK1がLレベルのとき、トランジスタT1がOFFし、C3は抵抗R7を介して電荷が充電される。クロック信号CK1がHレベルのときトランジスタT1ONし、C3の電荷が放電される。この結果、トランジスタのコレクタには鋸歯状波が生成される。このように生成された鋸歯状波はコンデンサC1、抵抗R5及びR2を介してホール素子出力01−に畳重される。また、鋸歯状波はコンデンサC2、抵抗R6及びR4を介してホール素子出力02−に畳重される。
【0036】
図7はホール素子出力01−、01+、鋸歯状波を畳重した信号01S−、コンパレータ17から出力される信号01inを示す。このようにしてホール素子出力01−、01+はパルス幅変調(PWM)される。パルス幅変調された信号01inはF/V変換IC22に供給される。コンパレータ18もコンパレータ17と同様に動作し、出力信号02inをF/V変換IC22に供給する。
【0037】
F/V変換IC22は入力された信号01in、02inから、モータ66の回転角度及び回転方向を検出し、ホール素子10の出力レベルを最適化する制御信号AOUTと、スレッドモータ66への制御信号DOUTを出力する。この例でF/V変換IC22は、スレッドモータ66を所定位置に停止させるための制御を行う。スレッドモータ制御回路68はF/V変換IC22の動作/非動作を制御する。またスレッドモータ制御回路68は、CPU90からのシークコマンド及びコンパレータ17、18の出力信号01in、02inに基づいて、ドライバIC20に制御信号を出力し、R8、R9、R10を介し加算された信号でPHU65のシーク動作を制御する。
【0038】
次にマグネット12aとホール素子10の関係について説明する。
【0039】
本実施形態の場合、マグネット12aは10極着磁マグネットである。従って図8のように、マグネット中心(回転中心)から隣り合う磁極の各中心を結ぶ直線がなす角度θは36゜である。マグネット12aが角度θだけ回転すると、各感磁極から出力される信号の位相は180゜変化する。マグネット12aの回転によりホール素子から出力される信号(例えば01+、02+)は、本実施形態の場合、90゜位相がずれている必要がある。従って、マグネット中心から各感磁極中心を結ぶ直線がなす角度αは18゜である。つまり、各感磁極H1、H2中心とマグネット中心を結ぶ直線のなす角αは、隣り合う磁極中心とマグネット中心を結ぶ直線のなす角θの1/2である。感磁極H1、H2の半径位置rを2mmとすると、感磁極中心間距離dは以下のように0.626mmとなる。
【0040】
sin(α/2)×r×2
=sin9゜×2mm×2
=0.626mm
1チップに感磁極が1つ設けられた従来のホール素子の場合、このように感磁極間距離を短くすることは、チップどうしがぶつかるため不可能である。従って従来は、180°のN倍±90°でホール素子がレイアウトされた。図1に示したようなモータアッセンブリを組み上げる際に、従来は各感磁極中心とマグネット中心を結ぶ直線のなす角α及び各感磁極の半径位置について、高い取り付け位置精度が要求された。しかし本実施形態では、各感磁極の半径位置の精度のみを満足すれば良いので、ホールFPCの製作及びモータアッセンブリの組み立てが容易となる。
【0041】
図9はホール素子10の様々な形態を示す。上記実施形態によるホール素子10のチップは図9(a)のように金属リード無しの面実装ホール素子であるが、他の形態としては図9(b)のようにリードフレームタイプの金属端子部品や、図9(c)のようなリード付き部品でも同様に感磁極を複数有するホール素子を実現できる。
【0042】
図10はチップに開口部を設け、図1のようなモータアッセンブリ100の組み立て時に、モータ回転軸に対する感磁極H1、H2の高い位置精度を更に容易に実現できるホール素子を示す。
【0043】
図10(a)のホール素子10aは、チップがリング状に形成してあり、23aは円形開口部である。この場合、モータ66あるいはフィードモータマウントプレート13には図10(b)のように、軸周辺にドーナツ状のホール素子受け部66cが設けられる。ホール素子10aはFPCに予めはんだ付けされた後、図10(b)及び(c)のようにホール素子受け部66cに勘合される。従ってホール素子10a及びホール素子受け部66cの機械的精度が所定値以上であれば、ホール素子10aをホールFPCにはんだ付けする際、及びモータ66に取り付ける際の位置精度は殆ど要求されない。
【0044】
図10(d)は、FPCへの装着が容易となるようにチップの外形が矩形及び大きく形成され、円形開口部23aを有するホール素子10bを示す。図10(e)は感磁極の絶対的な位置精度を確保するために、矩形のチップに矩形の開口部23bを設けたホール素子10cを示す。この場合、モータ66側には矩形のホール素子受け部が設けられ、矩形開口部23bが該ホール素子受け部に勘合される。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、 ホールFPCユニットの歩留まりが大幅に向上し、ホール素子をモータに高い位置精度で容易に取り付けることができるので、モータアッセンブリ及び光ディスクドライブのコストダウンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のホール素子を具備するピックアップ送り装置の構造を示す図である。
【図2】ホールFPCの詳細図である。
【図3】本発明によるホール素子の一実施形態を示す図である。
【図4】フィードモータマウントプレートに取り付けられたホールFPCのB部を示す図である。
【図5】本実施形態に係る光ディスク装置の構成を示すブロック図。
【図6】スレッドモータ、ホール素子、マグネット、及びホール素子の出力信号を処理する処理回路を示す図である。
【図7】ホール素子出力信号、鋸歯状波を畳重した信号01S−、コンパレータ17から出力される信号の波形を示す図である。
【図8】マグネットとホール素子の関係を示す図である。
【図9】本発明によるホール素子の様々な形態を示す図である。
【図10】チップに開口部を設けたホール素子の実施形態を示す図である。

Claims (9)

  1. 2つの感磁極が1チップ内に設けられていることを特徴とするホール素子。
  2. 正側及び負側電源入力部及び2つの信号出力部を各々有する2つの感磁極が1チップ内に設けられ、
    両感磁極の正側電源入力部に接続された正側電極と、
    両感磁極の負側電源入力部に接続された負側電極と、
    各信号出力部に各々接続された信号出力電極と、
    を具備することを特徴とするホール素子。
  3. 前記感磁極の中心点間の距離は、1.4mm以下であることを特徴とする請求項2記載のホール素子。
  4. 前記チップには開口部が設けられていることを特徴とする請求項1〜3の1項に記載のホール素子。
  5. モータと、
    前記モータの回転軸に設けられ、複数の磁極が着磁されたマグネットと、
    前記モータ側に固定され、前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知し、1チップ内に形成された第1及び第2の感磁極を有するホール素子と、
    を具備することを特徴とするモータアッセンブリ。
  6. 各感磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角が、前記マグネットの隣り合う磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角の1/2であることを特徴とする請求項5記載のモータアッセンブリ。
  7. モータと、
    前記モータの回転軸に設けられ、複数の磁極が着磁されたマグネットと、
    前記モータ側に固定され、前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知する第1及び第2の感磁極とを具備し、
    各感磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角が、前記マグネットの隣り合う磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角の1/2であることを特徴とするモータアッセンブリ。
  8. 光ディスクに光ビームを照射することにより、情報の記録又は再生を行う光ピックアップと、
    前記光ピックアップを前記光ディスク半径方向に移動するためのモータと、
    前記モータの回転軸に設けられ、複数の磁極が着磁されたマグネットと、
    前記モータ側に固定され、前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知し、1チップ内に形成された第1及び第2の感磁極を有するホール素子と、
    を具備することを特徴とする光ディスク装置。
  9. 各感磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角が、前記マグネットの隣り合う磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角の1/2であることを特徴とする請求項8記載の光ディスク装置。
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