JP2006014475A

JP2006014475A - 情報記録ディスク再生／記録装置

Info

Publication number: JP2006014475A
Application number: JP2004187493A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nishidate; 正弘西舘
Original assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Current assignee: Tokyo Parts Ind Co Ltd
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: JP4082699B2

Abstract

【課題】
あらゆる回転域でも安定して軸振れを防止することができるスピンドルモータの提供。
【解決手段】
ディスクをスピンドルモータで回転駆動させる情報記録ディスクの再生／記録装置において、前記スピンドルモータの回転軸に対して直角な平面部及び前記回転軸と平行な円筒部が形成され、前記円筒部は前記回転軸と一体に固定され、前記円筒部の内周面には駆動用マグネットが配されているロータ部と、磁性体から成るコアと、前記コアに巻回されたコイルと、内側に軸受を設け外側に前記コアを取り付ける円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを支持する基部からなるステータ部とを有し、前記平面部に対向した前記ステータ部には、前記ロータの回転中心から径方向へ開角１８０度以内に収まる着磁領域を有する付勢用マグネットを有するスピンドルモータを情報記録ディスク再生／記録装置に用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報記録ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータに発生する軸振れを防止し、トラッキングエラーを低減させる機構に関する。

近年、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の情報記録ディスク（以下ディスクという）のディスク回転駆動部は、ディスクからの情報読み取りやディスクへの情報書き込みを安定して行なうために、低速から高速に至るあらゆる回転域においても、安定して回転することが要求されている。ディスク回転駆動部はスピンドルモータとその回転軸へ取り付けられたターンテーブルで構成されるが、このスピンドルモータについても低速から高速回転域に至るあらゆる回転域において、安定した回転駆動力をターンテーブルに伝える性能を要求されている。
このようなスピンドルモータには、回転軸とこの回転軸を支承する軸受部との間に若干のクリアンランス（軸ガタ）があり、回転軸が高速回転時にこのクリアランス内を径方向に動くことにより、軸振れが発生する。この軸振れによりターンテーブルの面振れが発生し、情報の読み取りエラーが発生する問題がある。

このような問題を解決するスピンドルモータの機構として、ロータ部の回転角度の一部角度領域に対向するステータベースに、ロータヨークに配された駆動用マグネットを吸引するための磁性体を配することにより、ロータを一方向に吸引して軸ガタをなくし、軸振れを防止する機構がある（特許文献１）。
また、バネ材などのような弾性力を有する部材により直接回転軸に対して一方向に付勢力を与えることにより軸ガタをなくし、軸振れを防止する機構がある（特許文献２）。
この他に、磁性板を積層したコアの先端を一部切除し、駆動用マグネットとコアの磁気中心をずらすことにより、ロータを一方向に偏倚させて軸ガタを無くし、よって軸振れを防止する機構がある。（特許文献３）

特開２００１−８６７１７号公報特開平１１−１３６８９９号公報特許第３２１５０１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような軸振れ防止機構であると、ロータヨークを吸引するための磁力はロータに配された駆動用マグネットの磁気特性に依存することになる。
つまり、高回転時に発生する軸振れを確実に防止するために、軸ガタを防止する手段として駆動用マグネットの磁力を強力にすると、モータの回転特性を変化させてしまう恐れがある。
従って、このようなモータで使用されている駆動用マグネットは、ロータの回転方向にＮ極・Ｓ極が交互に着磁されているため、ステータベースに配された磁性体との間にコギングトルクが発生し、モータの回転特性を低下させてしまう恐れがある。
また、引用文献２に記載の発明のように、弾性部材により回転軸に対して付勢力を与えることにより軸ガタをなくす構成では、回転軸と弾性部材が常に圧接しているので、騒音や摩擦による部品の劣化が発生しやすく、モータの性能や寿命に問題がある。
引用文献３に記載の発明は、コアの一部を切り欠くことによりロータを一方向に偏倚させているので、コアの一部分において磁力が弱まり、モータの回転駆動力低下が問題となる。

この課題を解決するためには、情報記録ディスクのトラックの接線に対して、垂直な直線上を動作する前記ディスクの再生／記録を行なうヘッド機構であるピックアップを有し、前記ディスクをスピンドルモータで回転駆動させる情報記録ディスクの再生／記録装置において、前記スピンドルモータの回転軸に対して直角な平面部及び前記回転軸と平行な円筒部が形成され、前記円筒部は前記回転軸と一体に固定され、前記円筒部の内周面には駆動用マグネットが配されているロータ部と、磁性体から成るコアと、前記コアに巻回されたコイルと、内側に軸受を設け外側に前記コアを取り付ける円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを支持する基部からなるステータ部とを有し、前記平面部に対向した前記ステータ部には、前記ロータの回転中心から径方向へ開角１８０度以内に収まる着磁領域を有する付勢用マグネットを有するスピンドルモータを情報記録ディスク再生／記録装置に用いれば良い。

また、付勢用マグネットを前記コアに接して取付けると、付勢用マグネットの磁力を有効に使うことができる。
さらに、付勢用マグネットは、前記ピックアップの動作直線に対して線対称に着磁されていれば、よりトラッキングエラーを低減させることが可能となる。

上記手段のようにスピンドルモータの各部を構成すれば、ロータヨークの平面部に対向するステータ部の部位を付勢用マグネットにより、回転軸に取り付けられたロータヨークを付勢用マグネットの方向に吸引する。
これにより、ロータヨークに固定されている回転軸は、付勢用マグネットの着磁領域の方向の軸受部に付勢されることになり、軸受部と軸との間のクリアランス（軸ガタ）を無くすことができ、ロータ部の回転時に発生する軸振れを防止することが可能となる。
特に、付勢用マグネットの着磁領域がロータの回転中心から径方向へ開角１８０度以内に収まっているので、ロータヨークを径方向に吸引する磁力が効率良く作用することが出きる。
また、付勢用マグネットがコアに接して取り付けられれば、磁性材料で構成されているコアが、付勢用マグネットのヨークとしての役割を果たし、付勢用マグネットの磁力を効率よく集め、ロータヨークに伝えることができる。そして、付勢用マグネットは、磁力でコアに取り付けることができるので、取り付けのための接着剤が不用である。

さらに、ピックアップの動作直線上に吸引マグネットの磁気中心があるので、ロータに作用する磁力の方向が同動作直線方向になり、ロータの偏倚する方向がピックアップの動作直線上と重なる。
これにより、ピックアップの動作方向に発生する軸振れを最小限に抑えることができるので、軸に取り付けられているターンテーブルのピックアップに対する軸振れによる移動量を最小限に抑えることが可能となる。
従って、以上の効果の結果、低速から高速回転のあらゆる回転域においても、軸振れが原因で発生していたターンテーブルの面振れを無くしディスクを精度よく回転させ、情報の読み取り及び書き込みエラー（トラッキングエラー）を防止することができるスピンドルモータを用いた情報記録ディスク再生／記録装置を提供することができる。

次に、本願発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
図１は、本願発明の実施の形態を示すスピンドルモータの縦断面図である。
図２は、付勢用マグネットの着磁された部位に、ロータヨークが吸引されている状態を示すものである。
図３（イ）は、図２で示されている状態の回転軸，軸受，付勢用マグネット及びピックアップの位置関係を軸方向から見たものを示している。
図３（ロ）は、図３（イ）で示されている図について、付勢用マグネットの付近を拡大したものである。
尚、図２及び図３において、モータ各部の関係を解りやすくするために、誇張して表現してある。

ロータ部Ｒは、回転軸３に直角な平面部となる天面１ｂと平行な円筒面である円筒部１ｃでカップ状に磁性体で形成されたロータヨーク１に、センタリングキャップ２，回転軸３，駆動用マグネット４が配されることにより構成されている。
回転軸３は、ロータヨーク１の天面１ｂに設けられた中心孔１ａに挿入されている。そして、駆動用マグネット４は、ロータヨーク１の円筒部１ｃの内周側面に設けられている。また、センタリングキャップ２は、情報記録ディスクＤ（以下、ディスク）の中心孔に沿うことによりディスクをロータに保持，位置決めを行うための部材であり、ロータヨーク１に取り付けられている。

一方、ステータ部Ｓにおいて、ステータベース１１には筒状の軸受ハウジング１４が取り付けられている。
この筒状の軸受ハウジング１４の外周部１４ｂには、磁性金属板をプレスで打ち抜いて積層したステータコア１２が、この中央環状部１２ａを介して圧入により固定されており、軸受ハウジング１４の中央孔１４ｃには、焼結含油軸受１５が圧入されている。また、中央孔１４ｃの底部には、スラスト軸受１６が設けられている。
そして、軸受ハウジングのロータ側の端部１４ａには、回転軸３を軸受１５に挿入することによりロータ部Ｒをステータ部Ｓに組み付けた際に、磁性材により形成されているロータヨークの天面１ｂに対向するように、リング状の付勢用マグネットＭがステータコア１２に一部が接触した状態で設けられている。

この付勢用マグネットＭは、ディスクから情報を読み取り又は記録するピックアップＡの動作直線Ｌに対して線対称に着磁領域が形成されている。つまり、図３に示されている付勢用マグネットの場合、回転軸を中心にピックアップＡの動作直線Ｌから両側９０度以内に収まる領域が、それぞれ着磁されている。
尚、図１〜図３の付勢用マグネットの着磁領域は、ピックアップの位置している側（図３については、付勢用マグネットＭの斜線部分）であるが、ピックアップの位置していない側を着磁しても良い。また、付勢用マグネットＭは、ステータコア１２にステータ側の面の全体が接触していてもよい。

以上のように各部を構成すると、ロータヨーク天面１ｂに対向するステータ部Ｓの部位に設けられた着磁された付勢用マグネットＭにより、軸に取り付けられたロータヨーク１を付勢用マグネットＭの着磁領域の方向Ｆ１に吸引する。
これにより、ロータヨーク１に固定されている回転軸３は、リング部材Ｍの着磁領域側Ｆ２方向に付勢されることになり、この方向での軸受部１５と軸３との間のクリアランスＫ（軸ガタ）を無くすようにピックアップの動作直線方向にロータヨーク１を傾ける。
つまり、付勢用マグネットＭは、回転中常に同一方向Ｆ１，Ｆ２へロータを付勢するので、ロータ部Ｒの回転時に発生する軸振れを防止することが可能となる。
特に、Ｆ２方向がピックアップの動作直線方向と重なることにより、ピックアップの動作方向（トラッキング方向Ｔ）に発生する軸振れを最小限に抑えることができるので、軸に取り付けられているターンテーブルのピックアップに対する軸振れによる移動量を最小限に抑えることが可能となる。

従って、軸振れが原因で発生していたターンテーブルの面振れを減らすことができ、ターンテーブルに載置される情報記録ディスク読み取りエラーを防止することができる。
また、軸ガタを減らすための吸引力を生み出す着磁された付勢用マグネットを駆動用マグネットとは別個に設けるので、モータの特性に適合した吸引力を有するマグネットを選ぶことができ、駆動用マグネットの磁力に依存しない軸ガタ防止効果を得ることができる。
そして、軸方向にＮＳ極を着磁し、平面状の天面ｂに磁力を作用させるので、コギングトルクが発生せず、スムーズな回転を維持できる。
さらに、磁力により非接触で軸ガタを防止するので、部材間の摩擦による騒音や部品の劣化などの問題が起きない。

本実施例で説明した付勢用マグネットは、リング形状で一部が着磁されたものであるが、ロータの回転中心から径方向へ開角１８０度以内に収まるマグネットであれば、どのような形状のものでも良い。
また、付勢用マグネットをロータの回転中心から径方向へ開角１８０度以内に収めながら磁力を保つ為に、付勢用マグネットの大きさを径方向や軸方向に拡大したり、より強力な磁力を発生することができるマグネットを採用すれば良いが、本実施例のようにステータコア１２に付勢用マグネットを接するようにすれば、ステータコア１２が付勢用マグネットのヨークとなり、付勢用マグネットを大きくしたり強力な磁力を発生するマグネットを選ぶ必要が無く、効率良く磁力をロータヨークに伝えることができる。

次に、本願発明に使用されるロータヨークを一定方向Ｆ１に吸引するための着磁された付勢用マグネットＭついて、図面に沿って説明する。
図４（イ）（ロ）は、それぞれ付勢用マグネットＭ１，Ｍ２の平面図及び断面図を示す。
付勢用マグネットＭ１はリング状であり、平面から見て４分の１の領域（リング中心から９０度開角の領域）のみ着磁してある。
付勢用マグネットＭ２は、中心角９０度の角度を有する円弧形状をしており、全領域が着磁されている。

このようにロータヨークを吸引するためのマグネットの形状として、リング形状又は円弧形状のものを用いれば、軸方向から見たハウジングの端部１４ａはリング形状であり、両部分が共に同種の形状であるので、マグネットを端部１４ａに取り付けやすい。
また、リング又は１８０度以下の角度を有する円弧形状の中心と回転軸の中心が一致するように付勢用マグネットをハウジングに設ければ、ロータヨークの回転軸中心から一定距離の部分が付勢用マグネットの磁力により吸引されるので、常に安定した吸引力で付勢用マグネットの着磁領域の方向にロータヨークを吸引することが可能となる。その結果、ロータヨークに固定されている回転軸は、常に一定の力で径方向の軸受部に付勢され、安定したモータの回転性能を実現することができる。
さらに、付勢用マグネットの着磁領域がロータの回転中心から径方向へ開角１８０度内（図４の場合は９０度）に収まっており、開角１８０度で同等の磁力を有するマグネットと比較して軸方向の単位面積あたりの磁力が集中しているので、ロータヨークを径方向に吸引する磁力が効率良く作用することが出きる。

次に、図５を参照して、本願発明を用いたスピンドルモータの軸振れについての測定結果を説明する。
図５（イ）に示されたグラフ１は、ロータ部に直径１２ｃｍのディスクを搭載して、ロータ部の回転中心から９０度の領域を着磁したリング形状の付勢用マグネットを有するスピンドルモータを１０００ｒｐｍで回転駆動させたときの径方向の軸振量を示すグラフである。
図５（ロ）に示されたグラフ１は、ロータ部に直径１２ｃｍのディスクを搭載して、ロータ部の回転中心から１２０度の領域を着磁したリング形状の付勢用マグネットを有するスピンドルモータを１０００ｒｐｍで回転駆動させたときの径方向の軸振量を示すグラフである。
図５（ハ）に示されたグラフ１は、ロータ部に直径１２ｃｍのディスクを搭載して、ロータ部の回転中心から１８０度の領域を着磁したリング形状の付勢用マグネットを有するスピンドルモータを１０００ｒｐｍで回転駆動させたときの径方向の軸振量を示すグラフである。

図５（イ）（ロ）（ハ）の実験で使用した付勢用マグネットは着磁領域は異なるが、それぞれの磁力は、マグネットの軸方向の厚みや径方向の大きさを調節することにより、同一に調節されている。
尚、軸振れ量とは、回転軸３と軸受１５との間に介在するクリアランスＫ中を動く回転軸３ついて、径方向の回転軸の動きに着目して測定した、回転軸の先端Ｐ点（図２）の動きの量である。グラフ上の１目盛は５μｍで、Ｐ点の径方向の動きの軌跡が点でプロットされている。
そして、両方のグラフに示されたＸ軸は、ピックアップの動作直線に対して直角方向を示し、Ｙ軸は、ピックアップの動作直線と同じ方向を示しており、Ｘ軸とＹ軸の交点（原点）は、スピンドルモータが静止状態のときの、図２に示されているＰ点の位置である。

図５（イ）に示されたグラフ１を参照すると、スピンドルモータのＰ点は、Ｙ軸方向を短軸，Ｘ軸方向を長軸とした楕円の軌跡を描いて安定して振られている様子がわかる。
次に、図５（ロ）に示されたグラフ２を参照すると、グラフ１に示されたＰ点の軌跡と外形が類似した軌跡を見ることができるが、グラフ２にプロットされた軌跡の幅はグラフ１にプロットされた軌跡の幅に比べると、太く一定ではないことから、若干Ｐ点の軌跡が安定していないことがわかる。
次に、図５（ハ）に示されたグラフ３を参照すると、Ｐ点の軌跡はグラフ１やグラフ２で示されている軌跡のように、楕円を描いておらずＸ軸方向に大きく広がっており、軌跡も一定ではないことがわかる。

いずれのグラフを見ても、付勢用マグネットを装着しているスピンドルモータのＰ点は、Ｙ軸方向にはさほど振られておらず、ピックアップの動作直線方向の振れを抑止していることがわかる。
しかし、付勢用マグネットの磁力が同じであれば、着磁領域が広がるほどＰ点の軌跡が乱れる傾向にあることから、着磁領域は極力小さいものがよい。
ただ、着磁領域が広い付勢用マグネットを使用する場合、ロータの回転中心から１８０度の着磁領域を持つ付勢用マグネットであれば、スピンドルモータの回転数や用途に合わせて、マグネットの磁力の強さや形状を適切なものにすれば、十分にロータヨークを吸引するには有効である。
尚、以上の実験では、リング形状のマグネットでロータヨークを吸引したが、ロータの回転中心から径方向に１８０度の領域内にマグネットを設けるのであれば、マグネットの形状は、立方体，球，直方体，円筒状など、いずれの形状であっても良い。

以上で説明した付勢用マグネットの磁力の中心がピックアップの動作直線上の一定方向になるように装着したスピンドルモータの場合、ピックアップの動作直線方向に発生する軸振れを大幅に低減させて、回転軸に固着されているターンテーブルの面振れを低減することができる。
これにより、特に、ピックアップとターンテーブルに載置されたディスクとのトラック方向のズレを最小に抑えることができるので、トラッキングエラーを低減させることが可能となる。

次に、本願発明に使用されるリング部材の取付方法について図面に沿って説明する。
図６（イ）は、金属製の軸受ハウジング２４に付勢用マグネットＭを設けた状態を示す縦断面図である。
ハウジング２４の端部２４ａには、付勢用マグネットＭを配するためのリング状又は半リング状の溝２４ｂが設けられ、この溝２４ｂを構成するハウジングの端部２４ａには、突起部２４ｃが形成されている。そして、付勢用マグネットＭは、前記溝２４ｂに挿入された後、前記突起部２４ｃを加締めることにより、ハウジング２４に固定されている。

次に、図６（ロ）は、樹脂製の軸受ハウジング３４にロータヨーク付勢用マグネットＭを設けた状態を示す縦断面図である。
ハウジング３４の端部３４ａには、付勢用マグネットＭを配するためのリング状又は半リング状の溝３４ｂが設けられている。この溝３４ｂを構成するハウジングの端部３４ａには、付勢用マグネットＭを固定するための弾性を有するクランプ用爪３４ｃが形成されている。
そしてこの付勢用マグネットＭは、前記溝部３４ｂに前記爪３４ｃを曲げながら挿入され、前記爪３４ｃは、付勢用マグネットＭが所定の位置に配されると自らの弾性力で元の形状に戻り、リング部材Ｍをハウジング端部３４ａに保持する。

図１は、本願発明の実施の形態を示すスピンドルモータの縦断面図である。図２は、軸振れ発生時の回転軸と軸受を示す縦断面図である。図３（イ）は、回転軸，軸受，付勢用マグネット及びピックアップの位置関係を軸方向から見たもの。図３（ロ）は、図３（イ）で示されている図について、付勢用マグネットの付近を拡大したもの。図４（イ）（ロ）は、実施の形態で使用されるロータヨークを吸引するための付勢用マグネットの平面図及び断面図である。図５（イ）〜（ハ）に示されたグラフは、ロータ部に直径１２ｃｍのディスクを搭載して、各種付勢用マグネットを有するスピンドルモータを１０００ｒｐｍで回転駆動させたときの径方向の軸振量を示すグラフである。図６（イ）は、金属製の軸受ハウジングにロータヨークを吸引するための付勢用マグネットの取付方法を示す図である。図６（ロ）は、樹脂製の軸受ハウジングにロータヨークを吸引するための付勢用マグネットの取付方法を示す図である。

符号の説明

１ロータヨーク
２ターンテーブル
３回転軸
１４，２４，３４ハウジング
１５軸受部
Ａピックアップ
Ｌピックアップの動作直線
Ｔトラッキング方向
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２付勢用マグネット

Claims

情報記録ディスクのトラックの接線に対して、垂直な直線上を動作する前記ディスクの再生／記録を行なうヘッド機構であるピックアップを有し、前記ディスクをスピンドルモータで回転駆動させる情報記録ディスクの再生／記録装置において、
前記スピンドルモータの回転軸に対して直角な平面部及び前記回転軸と平行な円筒部が形成され、前記円筒部は前記回転軸と一体に固定され、前記円筒部の内周面には駆動用マグネットが配されているロータ部と、
磁性体から成るコアと、前記コアに巻回されたコイルと、内側に軸受を設け外側に前記コアを取り付ける円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングを支持する基部からなるステータ部とを有し、
前記平面部に対向した前記ステータ部には、前記ロータの回転中心から径方向へ開角１８０度以内に収まる着磁領域を有する付勢用マグネットが取り付けられていることを特徴とする
スピンドルモータを用いた情報記録ディスク再生／記録装置。
前記付勢用マグネットは、前記コアに接して取付けられたことを特徴とする請求項１に記載の情報記録ディスク再生／記録装置。
前記付勢用マグネットは、前記ピックアップの動作直線に対して線対称に着磁されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の情報記録ディスク再生／記録装置。