JP2008002518A - 自動平衡装置、回転装置及びディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バランス能力を維持し、かつ、騒音を低減することができる自動平衡装置、回転装置及びディスク駆動装置を提供すること。
【解決手段】自動平衡装置１０は、磁性流体９と非磁性材料でなる球状の複数のバランサ１１とを内部に収容するケース２を備えている。ケース２は上部に開口を有し、開口にカバー１が装着されてハウジング５が構成される。ハウジング５内の外周部には、環状のバックヨーク１３が取り付けられた環状のマグネット１２が配置されている。少なくともハウジング５の回転時には、磁性流体９が、マグネット１２に吸着して、バランサ１１が外周側を滑らかに動くので、従来のように固体同士が接触することによる騒音を低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転のバランスを保つための自動平衡装置、当該装置を搭載した回転装置及びディスク駆動装置に関する。

例えばデータを記録／再生する光ディスク装置や磁気ディスク装置等のディスク装置では、記録媒体としてのディスクがターンテーブル上で回転するときに、ディスクの偏心等の理由により、回転がアンバランスとなり記録／再生の安定性が低下する場合がある。

ディスクの回転のバランスを向上させるための技術として、円板状のケース内に、マグネットと、磁性材料でなるバランサ球とが収納されて構成されたディスク回転操作装置がある（例えば、特許文献１参照。）。このディスク回転操作装置では、環状のマグネット（１２）が設けられることにより、回転テーブル（５）の回転起動時には、バランサ球（１３）がマグネットに引き付けられ、ケース（４）に対して相対移動することなく、バランサ球は速やかに回転を開始する。これにより、その後、高速回転しても、迅速にバランスが取れる。また、その図１０に示されるように、ケース内にマグネット保護部材（２１）や緩衝部材（２２）が設けられることにより、バランサ球が移動する際の衝突音等の発生を防止することができる。

また、上記バランス球の代わりに、磁性流体が用いられた装置もある（例えば、特許文献２参照。）。この装置の回転起動時、低速回転時には、リング磁石（３）に、磁性流体（９）でなるバランサが引き付けられる。

特開平１０−２５７７１０号公報（段落[００４１]、図１、２） 特開平４−３１２２４４号公報（段落[００３７]、図２）

一般に、記録媒体であるディスクの回転時の振動の振幅は小さいので、つまり、ディスクの偏心量は小さいので、特許文献２の装置では、流体のバランサによりバランスをとるための大きな力を得ることは難しい。したがって、このような小さい振動の振幅でディスクの平衡状態を確保することは難しい。例えば、回転半径ｒ（＝１５ｍｍ）で、質量ｍ（＝１ｇ）の水が偏芯量ｅ（＝０．１ｍｍ）で回転するときには、バランスを向上させる能力の近似値Ｃ＝ｍｅとなり、例えばｍｅ＝０．１（ｇ・ｍｍ）となる。例えば直径１２ｃｍのＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の回転のアンバランスの規格量は５（ｇ・ｍｍ）程度あるので、上記のアンバランス量を克服することはできない。

そこで、バランス能力を改善するために、高比重の液体を用い、あるいはバランサを収容する円板状部材の半径を大きくするといった考えもある。しかしながら、これらを採用すると、コスト高になったり、自動平衡装置が大型化してしまう。

また、上記特許文献１の装置は、バランス能力はあるが、緩衝部材等が設けられるだけでは、多少の衝突音が残ることが予想される。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、バランス能力を維持し、かつ、騒音を低減することができる自動平衡装置、回転装置及びディスク駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る自動平衡装置は、磁性流体と、固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体とを具備する。

本発明では、少なくとも回転体の回転時に、磁性流体は、環状のマグネットが発生する磁界により移動空間内の外周側に環状に集められる。回転体の回転時に、バランサが遠心力により移動空間の外周部に移動する場合、移動空間の外周部には磁性流体の膜が形成されているので、衝突音等がなく、騒音の発生を防止することができる。また、本発明では、流体に比べ比重の高い固体のバランサが用いられることにより、バランス能力を低下させることはない。

本発明において、例えば回転体が、磁性流体と各バランサとを収容するハウジングを有する場合、マグネットは、上記磁性流体及び各バランサが収容されるハウジング内に収容されていてもよいし、ハウジングの外に配置されていてもよい。

本発明において、前記回転体は、前記マグネットの外周側に設けられた環状のバックヨークを有する。これにより、バックヨークより外周側へ磁界を漏らさず、マグネットより内周側に適切な磁界を形成することができる。

本発明において、前記マグネットは、前記磁性流体が回転の周方向に環状の溝を形成するように、回転の軸方向に着磁されている。これにより、バランサは、バランス動作のためにその溝上を移動することができるので、例えば移動空間内の軸方向においてバランサが浮遊した状態となり、バランサは、軸方向の壁（上下の壁）に接触しなくなる。したがって、バランサが軸方向でぶれることなく、スムーズに移動でき、騒音の発生を防止することができる。例えば、前記マグネットは、２極着磁されている。

本発明に係る回転装置は、磁性流体と、固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、前記回転体を回転駆動する回転駆動機構とを具備する。

本発明に係るディスク駆動装置は、信号を記録可能なディスク状の記録媒体を保持する保持部と、磁性流体と、固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、前記保持部と前記回転体とを一体的に回転駆動する回転駆動機構とを具備する。

以上のように、本発明によれば、バランス能力を維持し、かつ、騒音を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る自動平衡装置を示す分解斜視図である。図２は、図１に示す自動平衡装置の断面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

自動平衡装置１０は、磁性流体９と非磁性材料でなる球状の複数のバランサ１１とを内部に収容するケース２を備えている。ケース２は上部に開口を有し、開口にカバー１が装着されてハウジング５が構成される。ハウジング５の内部の中央には、上方に突出したボス部２ｂが形成されている。ハウジング５内の外周部には、環状のバックヨーク１３が取り付けられた環状のマグネット１２が配置されている。マグネット１２はハウジング５に固定され、マグネット１２、バックヨーク１３及びハウジング５により回転体が構成され、これらは一体的に回転する。

マグネット１２の内周面１２ａと、ボス部２ｂの側面２ｆとの間の空間に、バランサ１１が移動する移動空間１４が形成される。移動空間１４の上下は、下路面２ｄ及び上路面１ｂ（カバー１の裏面）によって制限されている。

ボス部２ｂの上面にはフランジ２ｃが設けられ、フランジ２ｃに、カバー１のほぼ中心に形成された穴１ａ（図１参照）が嵌合している。カバー１とケース２とは、例えば、溶着、圧着、レーザ接合等により接合されるが、これらの接合方法に限られない。カバー１やケース２の構成材料としては、マグネット１２の磁気の影響を受けない材料で構成される。その材料としては、例えばポリカーボネイト等のプラスチック、アルミ合金、ブロンズ合金、セラミックス等の材料がある。

図２及び図３に示すように、ボス部２ｂに形成された貫通孔２ｅに、回転軸部材１６が挿入されて固定されている。回転軸部材１６は、後述するように、例えば自動平衡装置１０が搭載される機器に設けられたモータの回転軸部材、またはそれとは別体の同軸の軸部材である。

各バランサ１１は、例えば上路面１ｂとの間にわずかな隙間が形成される程度の大きさでなっている。その隙間の距離ａは、バランサ１１の直径ｂの数％〜１０％程度であるが、この範囲に限られず、ハウジングの回転時にバランサ１１が上下に大きく動かないように、その距離ａがあまり大きくならないように設定されればよい。バランサ１１が上下に大きく動くことによって、下路面２ｄ及び上路面１ｂに対して衝突音が発生してしまうからである。バランサ１１は、図では例えば７つ設けられているが、その数は限定されない。各バランサ１１の材質としては、例えばステンレス、または真鍮等が挙げられるが、これに限られず、非磁性材料であれば適宜変更可能である。非磁性材料とするのは、マグネット１２の磁界の影響を受けないようにするために他ならない。

図４は、図３におけるマグネット１２付近の拡大図である。図５は、マグネット１２及びバックヨーク１３の模式的な平面図である。バックヨーク１３は、例えばハウジング５内の外周壁面２ａに当接するとともに、マグネット１２の外周面１２ｂに当接して配置されている。これにより、バックヨーク１３より外周側へマグネット１２の磁界を漏らさず、マグネット１２より内周側に磁界を集めて適切な磁界を形成することができる。マグネット１２は、例えばハウジング５の回転の軸方向（Ｚ軸方向）に２極着磁されており、これにより、磁性流体９は、回転の周方向に沿って環状の溝９ａを形成するように、マグネット１２に吸着する。マグネット１２は、図５に示すように周方向及び径方向にも着磁されている。しかしながら、溝９ａを形成するためには、原理的に軸方向の２極着磁のみで足り、周方向及び径方向には必ずしも着磁されていなくてもよい。

磁性流体９は、各バランサ１１がマグネット１２の磁界によって形成される溝９ａ上を移動することができる程度の量が必要である。磁性流体９の代わりに、磁気抵抗流体（ＭＲ流体(Magneto-Rheological Fluid)）等が用いられてもよい。磁性流体９の溶媒としては、水、油、ポリタングステン酸ナトリウム等が用いられるが、これらに限られない。

なお、図１〜図４では、ハウジング５の静止状態を示しており、ハウジング５が静止していても、図に示すように磁性流体９がマグネット１２に吸着されている。しかし、例えば、ハウジング５が静止しているときは、磁性流体９はマグネット５に吸着しておらず、ハウジング９が回転して磁性流体９に遠心力が働いて外周部へ移動したときに初めてマグネット１２に吸着するように、マグネット１２の磁界の強さが設定されていてもよい。また、図１〜図４では、ハウジング５の静止状態で、バランサ１１がすべて外周側にあるように示しているが、静止時は、バランサ１１は任意の位置にある。

図６は、自動平衡装置１０が搭載されるディスク駆動装置を示す断面図である。

ディスク駆動装置１００は、モータ６１を有しておりモータ６１の回転軸部材１６の上端部には、ディスクＤが保持され装着されるターンテーブル６５が設けられている。モータ６１は、例えば駆動電流が流れるコイル６１ｄが備えられたステータ６１ｂと、マグネット６１ｅが備えられ軸受け６１ａを介して回転可能に設けられたロータ６１ｃと、回転軸部材１６とを有している。上述したように、回転軸部材１６には上記自動平衡装置１０が装着され、回転軸１６と一体に自動平衡装置１０が回転可能に構成されている。モータ６１はサブシャーシ６３により支持され、サブシャーシ６３はゴム等の高分子材料及び金属製の部材等により構成されたダンパ６２を介してメインシャーシ６４に支持されている。ディスクＤ、自動平衡装置１０、モータ６１、ダンパ７２及びサブシャーシ６３により振動系９５が構成される。つまり、ここでいう振動系とは、メインシャーシ６４を基準とした、メインシャーシ６４より上方にある部材すべての振動である。例えば、ダンパ６２の変形による振動系の共振周波数は、ディスクＤの回転周波数より小さく設定されている。

なお、ディスクとは、例えばＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-ray Disc（登録商標））、その他ホログラム等の光学的な方法で信号の記録または再生が可能な光ディスク、ＭＯ（Magneto Optical disk）やＭＤ（Mini-Disk）等の光磁気ディスク、ハードディスクのような磁気ディスク等が挙げられる。

次に、自動平衡装置１０の動作について説明する。図７は、その動作を順に示す図である。

ターンテーブル６５にディスクＤがセットされ、モータ６１が回転し始めると、上記振動系が振動し始める。図７（Ａ）に示すように、例えばディスクＤにアンバランス１５が存在し、ディスクＤが偏心しているとする。なお、アンバランス１５の要因は、ディスクＤだけに限られず、ディスク駆動装置１００中の他の部位にも存在する可能性がある。

モータ６１の回転が開始され、その回転数が上昇すると、図７（Ｂ）に示すように、バランサ１１は磁性流体９とともに遠心力を受けて移動空間内で外周側へ移動し始める。そして、バランサ１１は、マグネット１２の内周面１２ａに形成される磁性流体９の膜に対して遠心力により押し付けられる。このように、移動空間１４内の外周側に磁性流体膜９が形成されることにより、バランサ１１のマグネット１２に対する衝突音がなく、騒音の発生を防止することができる。

モータ６１の回転周波数が振動系の共振周波数を超える当りで、アンバランス１５の位相と振動系９５の位相とがほぼ反転すると、ダンパ６２の変位方向Ａ１が、アンバランス１５がある位置とはほぼ反対となる。このとき、すべてのバランサ１１の総合的な重心位置がそのＡ１の方向へ力を受け、各バランサ１１は環状のマグネット１２に沿って（周方向に）移動する。このとき、図８に示すように、各バランサ１１は、上路面１ｂ及び下路面２ｄに接触することなく、移動空間１４内で浮遊するように、磁性流体９の溝９ａに沿って移動する。これにより、バランサ１１は、軸方向（上下方向）でぶれることなく、スムーズに移動し、騒音の発生を防止できる。

そして、図７（Ｃ）に示すように、バランサ１１がハウジング５の回転に対してほぼ静止状態となった時点、つまり、バランサ１１とハウジング５とが一体的に回転するようになった時点でアンバランスが解消され、平衡状態となる。このときのディスクＤの回転数は、信号の記録または再生時の回転数であり、例えば３０００〜７０００ｒｐｍであるが、この範囲に限られない。

モータ６１の回転数が低下し、動作が終了すると、自動平衡装置１０の姿勢によって各バランサ１１に働く重力、慣性力、あるいは摩擦力等によって、バランサ１１は任意の位置へ移動する。

以上のように、本実施の形態に係る自動平衡装置１０では、磁性流体９が、マグネット１２に吸着してバランサ１１が滑らかに動くので、従来のように固体同士が接触することによる騒音を低減することができる。

特に、自動平衡装置１０が搭載される機器が、録音する機能を有する機器の場合、騒音を低減できることは非常に有利なことである。従来のように、固体同士が接触する場合、その衝突音も録音されてしまう懸念があるからである。録音する機能を有する機器とは、例えばボイスレコーダや、携帯型の音響映像記録機器等がある。

図９は、従来において、バランサが液体である場合（例えば特許文献２の装置）の動作原理を説明するためのディスク駆動装置の概略図である。図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）は側面図である。図９（Ｂ）に示すように、メインシャーシ１６４に、例えば弾性体１６２（バネ定数ｋ、減衰係数ｃ）を介してサブシャーシ１６３が設置されている。サブシャーシ１６３上にはモータ１６１、自動平衡装置１１０がある。ディスクＤにアンバランス１５が存在し偏心しているとする。

モータ１６１によりディスクＤが回転すると、アンバランス１５を打ち消すように、自動平衡装置１１０の内部の液体バランサ１１１が偏り、ｒＯを半径として円運動変位が起こる。点Ｏは、アンバランスがないときのディスクＤの中心（重心）である。ディスクＤの回転数がさらに増加すると、液体バランサ１１１は、その遠心力によって外周側に均一に集まることとなり、アンバランス１５を打ち消す術をなくしてしまう。しかしながら、本実施の形態に係る自動平衡装置１０は、そのような問題はなく、上述したように、固体バランサ１１によりアンバランス１５を打ち消すことができる。

図１０は、本発明の他の実施の形態に係る自動平衡装置を示す断面図である。この自動平衡装置２０では、上記自動平衡装置１０と比べ、マグネットの配置が異なる。本実施の形態に係るマグネット２２は、ハウジング２５内ではなく、ハウジング２５の外側の側面に装着されている。このマグネット２２も、図２〜図５に示すマグネット１２と同様の方向に着磁されていればよい。このような構成により、ハウジング２５内の空間のすべてがバランサ１１及び磁性流体９の移動空間２４となる。マグネット２２の外周側には、上記バックヨーク１３と同様にバックヨーク２３が装着されている。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

上記各実施の形態で示したマグネットは、軸方向の着磁が２極（図８参照）であったが、必ずしも２極でなくてもよく、３極以上の着磁であってもよい。

上記各実施の形態に係るバランサ１１の形状は、球形状であった。しかし、球以外にも、直方体形状、立方体形状、円柱形状、角柱形状、円弧ブロック形状、または、平板形状等、様々な形状が考えられる。このように、バランサの形状や比重が自由に設計できるので、自動平衡装置、ディスク駆動装置、あるいはそのモータ部分の小型化が可能となる。

上記実施の形態では、マグネット１２の高さ（Ｚ軸方向の長さ）が移動空間１４の高さ（図３中、ａ＋ｂの長さ）と同じとされている。しかし、移動空間１４の密閉性を高めるため、すなわちケース２とカバー１との接着性の観点から、マグネット１２の高は移動空間１４の高さより多少低くてもよい。

また、例えば図２、３等に示すハウジング５のボス部２ｂの側面２ｆに、ゴム等の緩衝材が装着されていてもよい。これにより、バランサ１１の衝突音を低減できる。

本発明の一実施の形態に係る自動平衡装置を示す分解斜視図である。 図１に示す自動平衡装置の断面図であり 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図３におけるマグネット付近の拡大図である。 マグネット及びバックヨークの模式的な平面図である。 自動平衡装置が搭載されるディスク駆動装置を示す断面図である。 自動平衡装置の動作を順に示す図である。 バランサが磁性流体の溝に沿って移動する様子を示す図である。 従来において、バランサが液体である場合の動作原理を説明するためのディスク駆動装置の概略図である。 本発明の他の実施の形態に係る自動平衡装置を示す断面図である。

符号の説明

Ｄ…ディスク
５、２５…ハウジング
９…磁性流体
９ａ…溝
１０、２０…自動平衡装置
１１…バランサ
１２、２２…マグネット
１３、２３…バックヨーク
１４、２４…移動空間
１６…回転軸部材
６１…モータ
１００…ディスク駆動装置

Claims (6)

1. 磁性流体と、
   固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、
   前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と
   を具備することを特徴とする自動平衡装置。
2. 請求項１に記載の自動平衡装置であって、
   前記回転体は、
   前記マグネットの外周側に設けられた環状のバックヨークを有することを特徴とする自動平衡装置。
3. 請求項１に記載の自動平衡装置であって、
   前記マグネットは、前記磁性流体が回転の周方向に環状の溝を形成するように、回転の軸方向に着磁されていることを特徴とする自動平衡装置。
4. 請求項３に記載の自動平衡装置であって、
   前記マグネットは、２極着磁されていることを特徴とする自動平衡装置。
5. 磁性流体と、
   固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、
   前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、
   前記回転体を回転駆動する回転駆動機構と
   を具備することを特徴とする回転装置。
6. 信号を記録可能なディスク状の記録媒体を保持する保持部と、
   磁性流体と、
   固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、
   前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、
   前記保持部と前記回転体とを一体的に回転駆動する回転駆動機構と
   を具備することを特徴とするディスク駆動装置。

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