JP2007171111A

JP2007171111A - マルチｖｃｍを用いた回転振動発生機

Info

Publication number: JP2007171111A
Application number: JP2005372401A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsunaga; 孝志松永
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】大きな回転力を得ると共に回転成分以外の振動を抑制して、正確なデータを容易に取得できる回転振動発生機の提供を目的とする。
【解決手段】複数のＶＣＭ磁気回路とＶＣＭコイルを回転軸回りの円周上で放射状に均等配置した回転テーブルから構成される。また、各ＶＣＭコイルを直列接続して通電する手段、或いは振動制御器と信号発生器と電力増幅器を接続して回転テーブルの回転角や角速度及び角加速度を制御する手段、更に回転テーブルに振動センサを設置してフィードバックする手段、任意波形信号を入力して目的の試験モードを行う手段などを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などの回転軸を持った装置の回転軸回りの評価に用いられる、回転振動発生機に関するものである。

磁気ディスク装置や光ディスク装置などの回転型記憶装置では、記録密度を向上するために半径方向と回転方向の位置制御が重要であり、小型化及びモバイル化に合せて衝撃の耐久性や限界評価なども重要課題となっている。今までは外乱振動成分を加えてエラーマージンを測定することでサーボ制御の最適設計を行って来たが、回転方向については大きな加速度を印加して使用限界を評価することが困難であった。

従来の回転方向の評価は図５に示されるように、駆動源であるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を水平に配置して駆動棒を一軸方向に往復運動させ、この駆動棒の直進往復運動を回転往復運動に変換して回転テーブルを回転振動させていた。

しかし、上述した方式では駆動棒の剛性不足により、駆動力の伝達ロスが大きく回転力の追従特性が上がらないこと、回転方向以外の有害な機械振動が加わり易いことなどがあり、回転力の正確な制御が困難であった。

また、特許文献１の「スイング動作型ボイスコイルモータ」には、磁気ディスク装置の磁気ヘッド位置決め機構として、ＶＣＭの磁気回路を構成する一端の固定磁石と可動コイルを回転軸から放射状に配置することにより、回転軸に加わるラジアル方向の力を軽減して軸受け寿命を向上する方法が開示されている。

上述した方式については、ＶＣＭの磁気回路を構成する他端の磁石代わりに共通のヨークを用いることから強い磁界を発生させることが難しく、大きな回転力を得ることができない。また、明示されていないが、ヘッドやアームを設けることで回転方向のマスバランスが崩れて振動し易くなることから、回転成分以外の振動を抑制して正確なデータを収集することも困難であった。
特開平５−１１１２３１号公報

電子機器の高性能化に伴って耐久性評価が益々重要となり、大きな角加速度試験に対応した回転振動発生機の提供が要望されているが、大きな回転力と回転成分以外の振動低減を両立することが困難であった。

本発明は、従来困難とされていたサーボ帯域の高次振動成分を評価するための高周波振動を与えることや、限界エラーマージンを評価するための大きな回転加速度を得ると共に回転成分以外の振動を抑制して、正確なデータを容易に取得できる回転振動発生機の提供を目的とする。

上記問題を解決するために、本発明では理想的なダイレクトドライブ方式であるＶＣＭを回転軸回りに複数配置した回転テーブルを構成してＶＣＭコイルの通電を制御することにより、大きな回転力の確保と回転成分以外の振動低減を両立するものである。

（１）コイルを挟み込んで磁界を発生するための上下一対の永久磁石とこれを保持する上下一対のヨークから成るＶＣＭ磁気回路と、この磁気回路内の磁石間に配置されて推進力を発生するＶＣＭコイルをセットにしたＶＣＭを、回転軸回りの円周上で放射状に複数均等配置して駆動源をマルチ化した回転テーブルを構成することにより、回転テーブルに大きな回転力を均等に発生させることができ、高剛性で回転成分以外の振動の少ない回転振動発生機を構成することができる。

（２）回転軸回りに均等配置されたＶＣＭコイルを直列接続して通電することにより、各ＶＣＭの駆動力を容易に同期させて大きな駆動力を得ることができる。

（３）回転力を得るための機械伝達関数の補正機能を持つ振動制御器と信号発生器と電力増幅器を接続して回転テーブルの回転角や角速度及び角加速度を制御することにより、詳細な評価内容を備えた回転振動発生機を実現することができる。

（４）回転テーブルに振動センサを設置し、回転振動時の振動を検出して振動制御器にフィードバックすることにより、回転テーブル全面での振動を制御した回転振動発生機を実現することができる。

（５）振動制御器に任意波形信号を入力して回転テーブルを制御することにより、目的の評価モードに適合した回転振動発生機を実現することができる。

本発明によれば、駆動力が大きく高精度位置決めが可能なＶＣＭを用い、その磁気回路とコイルを回転軸回りに均等配置した高剛性回転テーブルを構成し、各ＶＣＭの駆動を制御することにより、回転追従性が高く回転成分以外の有害な振動が少ない回転振動試験機を実現することができる。

以下、図面を用いて本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の１実施例を示す構成概念図であり、回転テーブルの構造を示す機構部５０と回転テーブルの回転制御を担う制御部１００から構成されている。図中、機構部５０において、５１はＶＣＭ磁気回路、５２はＶＣＭコイル、５３は回転軸、５４は回転テーブルを示す。また、制御部１００において、１０１は振動制御器、１０２は信号発生器、１０３は電力増幅器を示す。振動制御器１０１に評価条件を設定すると、信号発生器１０２から回転振動のための信号が送出され、電力増幅器１０３で造り出される電流で各々のＶＣＭを駆動して回転テーブルを回転振動させる。

図２（ａ）は本発明の１実施例を示す機構部の回転テーブル平面図であり、（ｂ）は同断面図である。各図において、５１ａは永久磁石、５１ｂはヨーク、５１ｃは支柱、５４は回転テーブル、５５はベース、５６は回転軸を構成するベアリング、５７はベアリングに与圧を与える与圧バネを示す。

磁気回路５１はコイル５２を挟むように上下に永久磁石５１ａを配置してヨーク５１ｂと支柱５１ｃで上下一体化され、ベース５５に固定されている。各コイル５２はその半径方向部分が磁気回路５１の磁界中に配置され、中心付近は回転軸５３に固定されている。回転軸５３はこれを回転保持するベアリング５６とこれに与圧を与えて振動を抑制する与圧バネ５７などから構成されている。回転テーブル５４は前述回転軸５３の頂上に位置して、試料の搭載を可能にしている。

コイル５２に通電すると、磁気回路５１の磁界中にある半径方向のコイル部分２箇所に同方向の力が働き、これが駆動力となって回転軸５３に伝わり回転テーブル５４を回転する。回転が進むと磁界領域を逸脱して回転力が低下するか、反転した磁界領域に突入して制動力が働く。それ以前にコイル通電電流を反転することにより、回転振動を制御することができる。この結果、外形220 mmのアルミ製回転テーブルで、１次共振周波数2 kHz、最大加速度700 rad/s2、上下振動ノイズ5 %以下の特性を達成している。

図３は別の実施例を示す構成概念図であり、４つのコイル端子をコイル結線５２ａで直列接続して一つの電力増幅器１０３から通電することにより、各コイル５２に働く駆動力を同期させて大きな回転力を容易に引き出すことができる。

図４は更に別の実施例を示す構成概念図であり、制御部１００の振動制御器１０１、信号発生器１０２、電力増幅器１０３をＶＣＭの数に合せて符号ａからｄまでマルチ化している。また振動制御器１０１内には共通の演算処理部１０１ｅを設けている。４つのコイル５２は各々の電力増幅器１０３ａ〜ｄと信号発生器１０２ａ〜ｄに接続され、更にまとめて振動制御器１０１に接続される。振動制御器１０１は各々のコイル５２から伝わる駆動力の伝達関数を把握して個別に制御することで、精緻な回転制御を可能としている。その結果、回転テーブル５４内の加速度バラツキが10 %近くあったものを0 %まで低減することができている。

また、各ＶＣＭに対応した振動センサ５８を回転テーブル５４に設置して各々の振動センサ５８が検出した信号を振動制御器１０１ａ〜ｄにフィードバックすることにより、回転方向以外の振動を抑制して高周波帯域までの振動制御を可能としている。その結果、2 kHzの１次共振をキャンセルして5 kHzまでの良好な加振特性を達成している。

更に、外部から振動制御器１０１に任意波形信号を入力することにより、サインスウィープやランダムな周波数成分を持つ任意波形及びパルスなど、目的の評価モードに適合した評価を行うことが可能である。

以上、複数のＶＣＭ磁気回路５１とコイル５２を回転軸５３回りに均等配置して駆動制御した回転テーブル５４を用いることにより、高剛性で回転成分以外の振動の少ない回転力を得ることができるので、揺動回転や回転振動や回転衝撃などの評価機及び試験機として幅広く適用できる。

第一の発明の一実施例を示す構成図である。（ａ）は本発明の一実施例を示す回転テーブルの平面図であり、（ｂ）は同回転テーブルの断面図である。第二の発明の一実施例を示す構成図である。第三及び第四の発明の一実施例を示す構成図である。従来の回転振動試験機の一例を示す構成図である。

符号の説明

５０機構部
５１ＶＣＭ磁気回路
５１ａ永久磁石
５１ｂヨーク
５１ｃ支柱
５２ＶＣＭコイル
５２ａコイル結線
５３回転軸
５４回転テーブル
５５ベース
５６ベアリング
５７与圧バネ
５８振動センサ
５９ＶＣＭ
６０駆動棒
１００制御部
１０１振動制御器
１０２信号発生器
１０３電力増幅器

Claims

コイルを挟み込んで磁界を発生するための一対の永久磁石とこれを保持する一対のヨークから成るボイスコイルモータ（以下ＶＣＭと呼ぶ）磁気回路と、この磁気回路内の磁石間に配置されて推進力を発生するＶＣＭコイルと、このＶＣＭコイルを固定して駆動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定されて試料を搭載する回転テーブルとから構成され、磁気回路とコイルがセットされた複数の独立したＶＣＭが回転軸回りの円周上で放射状に均等配置されることを特徴とする回転振動発生機。
回転軸回りに均等配置されたＶＣＭコイルを直列接続して通電することにより、同期した回転駆動力を回転テーブルに発生させることを特徴とする請求項１項記載の回転振動発生機。
回転力を得るための機械伝達関数の補正機能を持つ振動制御器と信号発生器と電力増幅器を接続し、回転テーブルの回転角・角速度・角加速度を制御することを特徴とする請求項１項記載の回転振動発生機。
回転テーブルに振動センサを設置し、回転振動時の振動を検出して回転振動制御器にフィードバックすることを特徴とする請求項３項記載の回転振動発生機。
振動制御器に任意波形信号を入力して回転テーブルを制御することを特徴とする請求項３項及び４項記載の回転振動発生機。