JP2611974B2

JP2611974B2 - キヤリツジ組立体

Info

Publication number: JP2611974B2
Application number: JP61120075A
Authority: JP
Inventors: 敬湯村; 哲山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1997-05-21
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: JPS62277666A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、例えばレーザ等の光スポットをディスク
面の目標位置に当てるためのキャリッジ組立体に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第９図は従来のキャリッジ組立体の一例を示す全体斜
視図であり、キャリッジ（１）には記録、再正情報を有
する光ビームを発生する情報変換装置（図示せず）が内
蔵されている。キャリッジ（１）には情報変換装置から
の光をディスク（図示せず）の所定の目標位置に当てる
ために対物レンズ（２）を精密に位置決めするピックア
ップ（３）が搭載されている。

キャリッジ（１）の両側にはそれぞれ所定の角度をも
ってベアリング（５）が複数個設けられている。キャリ
ッジ（１）の左右には一対のガイドレール（４）が延び
ており、キャリッジ（１）は、ベアリング（５）を介し
てガイドレール（４）に沿って直線往復動自在になって
いる。キャリッジ（１）の両側には、固定側駆動源であ
り、固定側磁気回路を構成する外箱ヨーク（６）、外箱
ヨーク（６）に固着されている永久磁石（７）、外箱ヨ
ーク（６）と一体化している中心磁極（８）がそれぞれ
設けられている。

キャリッジ（１）にはロの字状をしたコイルボビン
（９）が固着されている。コイルボビン（９）には駆動
用コイル（10）が巻回されている。そして、駆動用コイ
ル（10）、コイルボビン（９）、ピックアップ（３）お
よびキャリッジ（１）により可動側の駆動源を含む可動
部を構成している。

第10図はピックアップ（３）の内部構造を示す要部切
欠き斜視図、第11図は第10図の平面図である。スライダ
軸（11）にはスライダスリーブ（15）が通されている。
スライダ軸（11）は主ヨーク（12）の下部と上部軸支え
板（13）とによりその両端が固定されている。スライダ
スリーブ（15）の上端外周部とターンテーブル（14）の
内周部とは接合されている。ターンテーブル（14）の中
心から偏心した位置には光ビームを集光する対物レンズ
（２）が設けられている。主ヨーク（12）と円環状の補
助ヨーク（16）との間には、対物レンズ（２）をＺ軸方
向（ディスク面に対して垂直の方向）に駆動させるため
のＺ軸駆動用永久磁石（17）が設けられている。主ヨー
ク（12）の外周にはＺ軸駆動用コイルボビン（18）が設
けられている。Ｚ軸駆動用コイルボビン（18）には対物
レンズ（２）をＺ軸方向に駆動させるためのＺ軸駆動用
コイル（19）が巻回されている。

補助ヨーク（16）の上面には非磁性体板（20）を介し
て対物レンズ（２）をＸ軸方向（ディスク面の半径方
向）に駆動させるためのＸ軸駆動用永久磁石（21）が一
対対向して設けられている。一対のＸ軸駆動用永久磁石
（21）のそれぞれの外側には、金属棒（22）に巻回され
対物レンズ（２）をＸ軸方向に駆動させるためのＸ軸駆
動用コイル（23）が設けられている。なお、符号（24）
は対物レンズ（２）の駆動時に可動部を支持する可動部
支持ばねを示すものである。

次に、上記構成の従来のキャリッジ組立体の動作につ
いて説明する。キャリッジ（１）の両側の磁気回路には
それぞれ永久磁石（７）からＹ軸、−Ｙ軸方向に磁力線
が通っている。駆動用コイル（10）には磁気回路によっ
て形成された磁界が通っており、ディスクの目標位置が
定まると、制御部（図示せず）からの指令により、駆動
用コイル（10）に電流が磁界のＹ軸方向に対してＺ軸方
向、磁界の−Ｙ方向に対して−Ｚ方向に流れ、フレミン
グの左手の法則に基づき、キャリッジ（１）は駆動用コ
イル（10）およびコイルボビン（９）と共にＸ軸方向に
移動する。キャリッジ（１）が目標位置に達すると、駆
動用コイル（10）には電流の供給が断たれ、キャリッジ
（１）のＸ方向の移動は停止する。

その後、ピックアップ（３）を用いて対物レンズ
（２）をＸ軸方向の目標位置に移動させてさらに精密位
置決めを行なう。また、光スポットをディスク面上に形
成するために対物レンズ（２）をＺ軸方向に移動させて
精密位置決めを行なう。

対物レンズ（２）のＸ軸方向への移動は、Ｘ軸駆動用
コイル（23）に電流が流れると、その電流とＸ軸駆動用
永久磁石（21）の磁力線との協働により、対物レンズ
（２）、ターンテーブル（14）、Ｚ軸駆動用コイルボビ
ン（18）、金属棒（22）、Ｘ軸駆動用コイル（23）およ
びスライダスリーブ（15）に隅力が与えられてなされ
る。対物レンズ（２）のＺ軸方向への移動は、Ｚ軸駆動
用コイル（19）に電流が流れると、Ｚ軸駆動用永久磁石
（17）、主ヨーク（12）および補助ヨーク（16）により
構成された磁気回路によって対物レンズ（２）、ターン
テーブル（14）、Ｚ軸駆動用コイルボビン（18）、金属
棒（22）、Ｘ軸駆動用コイル（23）およびスライダスリ
ーブ（15）にＺ軸方向の駆動力が与えられてなされる。

次に、キャリッジ（１）がガイドレール（４）に支持
される方法について説明する。第12図は第10図のXII-XI
I線に沿う断面図であり、キャリッジ（１）の上部の両
側に設けられた複数個のベアリング（５）は、ガイドレ
ール（４）を押し付けて、キャリッジ（１）のＹ軸方
向、Ｚ軸方向の移動およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回り
の回転モーメントを拘束し、キャリッジ（１）はＸ軸方
向にのみ滑らかな直線往復運動を行なうことができるるまた、第11図に示すように四個所がＣの字形をした可
動部支持ばね（24）は、斜線で示すように固定側である
Ｘ軸駆動用永久磁石（21）の上面と、可動側であるター
ンテーブル（14）の鞍形部とにそれぞれ接着され、ター
ンテーブル（14）がＺ軸方向に変位すると、可動部支持
ばね（24）は平面外に撓み、ターンテーブル（14）を元
の位置に戻そうとする。また、ターンテーブル（14）が
スライダ軸（11）を中心に回転すると、可動部支持ばね
（24）は、平面内に変形して可動部支持ばね（24）に反
撥力が生じ、ターンテーブル（14）を元の位置に戻そう
とする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように構成された従来のキャリッジ組立体にお
いては、キャリッジ（１）にピックアップ（３）が取り
付けられ、キャリッジ（１）と共にピックアップ（３）
はＸ軸方向の全ストロークを直線往復動運動するため
に、キャリッジ組立体の可動部の形状、質量共に大きく
なり、キャリッジ（１）の速度を大きくできず、アクセ
スタイムを短縮することができないという問題点があっ
た。

また、外箱ヨーク（６）、永久磁石（７）および中心
磁極（８）から構成される固定側磁気回路にはＺ軸方向
に磁路が形成されないので、Ｚ軸方向の磁束漏れが大き
いという等の問題点もあった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされた
もので、可動部が軽量化されてアクセスタイムを短縮す
ることができると共に、小形化および部品点数の削減が
可能なキャリッジ組立体を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るキャリッジ組立体は、ディスクの中心
部から周縁部まで移動する前記光ビームの通過を可能に
する切欠き部が一面に形成されている外箱ヨークと、前
記切欠き部に互いに対面して設けられているＺ軸駆動用
コイルと、前記切欠き部に設けられ前記光ビームを集光
する対物レンズと、この対物レンズに設けられ前記Ｚ軸
駆動用コイルと協働して前記対物レンズを移動させ前記
ディスク面に前記光スポットを形成するＺ軸駆動用永久
磁石と、前記外箱ヨークに囲まれ、前記外箱ヨークの内
壁面四方に設けられているＸ軸駆動用永久磁石と、前記
外箱ヨーク内に設けられた中心磁極に中心磁極に沿って
滑動自在に巻回され前記Ｘ軸駆動用永久磁石と協働して
前記対物レンズを移動させ前記ディスク面の目標位置に
前記光ビームを当てる前記外箱ヨークに囲まれたＸ軸駆
動用コイルとを備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、Ｘ軸駆動用コイルに電流が流れ
ると、対物レンズ、Ｚ軸駆動用永久磁石、Ｘ軸駆動用コ
イル等からなるＸ軸方向可動部は中心磁極に沿ってＸ軸
方向に駆動され、このＸ軸方向可動部は対物レンズがデ
ィスクの目標位置に光ビームを当てる位置に達すると停
止される。また、Ｚ軸駆動用コイルに電流が流れると、
対物レンズ、Ｚ軸駆動用永久磁石等からなるＺ軸方向可
動部はディスク面に向かって垂直方向に駆動され、この
Ｚ軸方向可動部は対物レンズがディスクの目標位置に光
スポットを形成すると停止される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。第１
図ないし第５図はこの発明の一実施例を示すもので、外
箱ヨーク（33）で取り囲まれたキャリッジ（31）にはＺ
軸方向に対物レンズ（32）を精密に位置決めするための
対物レンズ駆動機構が設けられている。外箱ヨーク（3
3）の上面はＸ軸方向に沿って切欠き部（34）が形成さ
れている。外箱ヨーク（33）の内部にはＸ軸方向に延び
る一対の中心磁極（35）が設けられている。

外箱ヨーク（33）のＸ軸方向の各内壁面には対物レン
ズ（32）をＸ軸方向に駆動させるためのＸ軸駆動用永久
磁石（36a），（36b）がそれぞれ固着されている。切欠
き部（34）には対物レンズ（32）をＺ軸方向に駆動させ
るためのＺ軸駆動用コイル（37）が互いに対面して固着
されている。そして、外箱ヨーク（33）、Ｘ軸駆動用永
久磁石（36a），（36b）、中心磁極（35）によりキャリ
ッジ（31）をＸ軸方向に駆動させるためのＸ軸固定側駆
動源が構成されている。また、外箱ヨーク（33）、Ｚ軸
駆動用コイル（37）により対物レンズ（32）をＺ軸方向
に駆動させるためのＺ軸固定側駆動源が構成されてい
る。

キャリッジ（31）にはＸ軸駆動用コイル（38）の巻回
されているＸ軸駆動用コイルボビン（39）が固着されて
いる。Ｘ軸駆動用コイル（38）はＸ軸方向に駆動力を発
生させるための磁気回路と鎖交している。対物レンズ
（32）にはＺ軸駆動用永久磁石（40）が取り付けられて
いる。Ｚ軸駆動用コイル（37）は、Ｚ軸駆動用永久磁石
（40）から発生する磁束と永久磁石（40）がＺ軸方向に
駆動力を受けるように鎖交している。

対物レンズ（32）の上部と下部とには対物レンズ支持
用のジンバルばね（42）がそれぞれ取り付けられてお
り、対物レンズ（32）はこのばね（42）により弾性的に
支持されている。対物レンズ（32）の直下にはキャリッ
ジ（31）に固着された反射板（43）が設けられており、
この反射板（43）で、外箱ヨーク（33）の外側に設けら
れた情報変換装置（44）から放射された光ビーム（45）
が反射され、光ビーム（45）は対物レンズ（32）に入光
する。

そして、キャリッジ（31）、対物レンズ（32）、Ｚ軸
駆動用永久磁石（40）、反射板（43）、Ｘ軸駆動用コイ
ル（38）、Ｘ軸駆動用コイルボビン（39）およびジンバ
ルばね（42）によりＸ軸方向に移動するＸ軸方向可動部
が構成されている。また、対物レンズ（32）およびＺ軸
駆動用永久磁石（40）によりＺ軸方向に移動するＺ軸方
向可動部が構成されている。

次に、上記構成のキャリッジ組立体の動作につい説明
する。外箱ヨーク（33）、Ｘ軸駆動用永久磁石（36
a），（36b）および中心磁極（35）により磁気回路が形
成されておりその永久磁石（36a）による磁界は第３図
に示すＹ軸方向と−Ｙ軸方向とに通っている。また、永
久磁石（36b）による磁界は第３図に示すＺ軸方向と−
Ｚ軸方向とに通っている。そして、Ｘ軸駆動用コイル
（38）を流れる電流は、磁気回路によって形成された磁
界のＹ軸、−Ｙ軸方向に対してＺ軸、−Ｚ軸方向を通
り、磁界のＺ軸、−Ｚ軸方向に対し、Ｙ軸、−Ｙ軸方向
を通っている。したがって、Ｘ軸駆動用コイル（38）に
電流が流れると、Ｘ軸方向可動部はＸ軸方向に駆動さ
れ、ディスクの目標位置に対物レンズ（32）が達する
と、制御部からの指令によりＸ軸駆動用コイル（38）へ
の電流の供給は断たれ、Ｘ軸方向可動部の移動は停止す
る。

また同時に、Ｚ軸駆動用コイル（37）に電流が第５図
の矢印Ａ方向に流れると、その電流と、Ｚ軸駆動用永久
磁石（40）および外箱ヨーク（33）とで形成された磁気
回路の第６図中の矢印Ｂに向けて流れる磁力線との協働
により、Ｚ軸方向可動部にはＺ軸方向に駆動力が作用す
る。この駆動力を用いることにより、制御部からの指示
で光ビーム（45）はディスクの記録、再生膜面上に常に
正確に光スポットを形成する。

ところで、上記実施例の場合には、質量、体積共大き
な情報変換装置（44）は外箱ヨーク（33）の外側に固定
され、また質量、体積が大きくＺ軸方向に対物レンズ
（32）を駆動させるＺ軸駆動用コイル（37）をキャリッ
ジ組立体の固定部に配設し、しかも光ビーム（45）が通
過するための切欠き部（34）を用いてその磁気回路の一
部を構成したことにより、キャリッジ組立体の可動部お
よびキャリッジ組立体全体は質量、体積共非常に小さく
することができる。また、キャリッジ（31）およびＸ軸
駆動用コイルボビン（39）自身は玉軸受（46）の一部と
して構成され、キャリッジ（31）はこの玉軸受（46）の
作用によりガイドレールを兼ねる中心磁極（35）に沿っ
てＸ軸方向にスムースに移動することができるので、Ｘ
軸駆動用コイルボビン（19）も小形化することができ、
またＸ軸方向駆動源の磁気回路のエアギャップも小さく
なるので、その磁気回路も小形化することができる。さ
らに、Ｘ軸駆動用コイル（38）の大部分は可動部をＸ軸
方向に駆動させる駆動源として作用するので、Ｘ軸駆動
用コイル（38）を小さくすることができる。

上記のように、可動部は質量、体積共に非常に小さく
することができるので、Ｘ軸方向可動部の共振周波数が
大きくなり、Ｘ軸方向の精密な位置決めまでも、全スト
ローク動くことが可能なボイスコイル形リニアモータで
行なうことが可能になる。また、Ｚ軸方向可動部は対物
レンズ（32）とＺ軸駆動用永久磁石（40）のみであり、
どちらも剛性が高くこれ等二つを結合しても剛性は高
く、Ｚ軸方向可動部の共振周波数を上げることができ、
Ｚ軸方向の精密な位置決めを容易に行なうことができ
る。

また、ボイスコイル形リニアモータの場合、可動部の
質量の軽量化が消費電力の減少に大きな効果があること
は次に述べる説明で明らかである。

ボイスコイル形コイルモータにより生じる駆動力F
_Sは、Ｘ軸駆動用コイル（38）に流れる電流をI_C、モー
タの力定数をK_F、可動部の最大移動速度をｖとすると、 F_S＝K_F（I_C-K_F・ｖ） …………（１）となり、また力定数K_Fは、Ｘ軸駆動用コイル（38）に流
れる電流をI_C、可動部の質量をｍ、タイムコンスタント
をτａ、平均移動時間をTav、移動距離をＬとすると、となり、前記K_F，τa,Tav,Lを同じ条件とすると、コイ
ル電流I_Cは可動部の質量ｍに比例する。したがって、質
量ｍが小さくなれば、コイル電流I_Cおよび可動部を移動
させるための駆動力F_Sを小さくすることができる。

また、消費電力Ｐは、コイル電流をI_C、コイル抵抗を
R_Cとすると、Ｐ＝I_C ²R_C …………（３）であるため、コイル電流I_C ²に比例して小さくなる。し
たがって、可動部の軽量化は可動部質量ｍの２乗に比例
して消費電力Ｐを少なくすることができる。

なお、上記実施例ではＸ軸駆動用コイル（38）をＸ軸
駆動用コイルボビン（39）に巻回した場合について説明
したが、コイルボビンを省略しＸ軸駆動用コイル（38）
をキャリッジ（31）に直接接着してもよい。

また、第７図に示すように外箱ヨーク（38）の切欠き
部（34）にＺ軸駆動用永久磁石（47）を設け、外箱ヨー
ク（33）に矢印Ｃに示す磁路を形成してもよい。

さらに、キャリッジ組立体のＹ軸，−Ｙ軸方向側また
はＺ軸，−Ｚ軸方向側を縮寸したいときには、Ｙ軸，−
Ｙ軸方向側またはＺ軸，−Ｚ軸側の磁気回路を除去する
ことにより可能である。

さらにまた、上記実施例では切欠き部（34）にＺ軸駆
動用コイル（37）を一個づつ対面して設けたが、第８図
に示すように切欠き部（34）にＺ軸駆動用コイル（48）
を複数個対面して設けてもよい。

また、情報変換装置（44）を外箱ヨーク（33）の外側
に固定して設けたが、情報変換装置（44）をキャリッジ
（31）に固定し、キャリッジ（31）と共に移動してもよ
い。

さらに、対物レンズ（32）はジンバルばね（42）に弾
性支持されているが、Ｚ軸方向の直線往復動を可能にす
る，弾性を有しない支持体を用いてもよい。

さらにまた、上記実施例は光ディスクに用いられたキ
ャリッジ組立体について説明したが、この発明は磁気デ
ィスクにも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、ディスク面
に光スポットを形成するように対物レンズをＺ軸方向
（ディスク面に対して垂直方向）に移動させるための磁
気回路の外箱ヨークとＺ軸駆動用コイルをキャリッジ組
立体の固定部に設けたことにより、Ｘ軸方向（ディスク
の半径方向）に移動する可動部の質量を小さくすること
ができる結果、その可動部を駆動させる駆動装置も小形
化することができ、製作コストが削減される。また、外
箱ヨークは、対物レンズをＸ軸方向およびＺ軸方向の両
方向に移動させる両磁気回路を兼用しており、また光ビ
ームが通過するための切欠き部も磁気回路の一部を構成
しているので、キャリッジ組立体は小形化されまた部品
点数も削減される。さらに、Ｘ軸駆動用コイルの四方周
囲は磁気回路に囲まれ、磁気回路の開いている部分は少
ないので、漏れ磁束が小さく、他の装置への磁気的な影
響を低く抑えることができ、また発生する磁束が有効的
に利用でき、磁気回路を小さくすることができるととも
に、Ｘ軸駆動用コイルの面全体に磁束が作用するので、
Ｘ軸駆動用コイルの使用効率が高くなり、小さなコイル
で大きな駆動力を出すことができ、装置を小さくするこ
とができる。

そして、上記のようにキャリッジ組立体の可動部の小
形、軽量化が可能になる結果、Ｘ軸方向の機械共振周波
数を高くすることができて制御帯域が広くとれ、Ｘ軸方
向位置決め用のボイスコイル型リニアモータのみでＸ軸
方向の微小位置決めを行なうことができると共に可動部
のアクセスタイムを短縮化することができる。また、移
動するＺ軸方向の可動部は剛性の高い対物レンズとＺ軸
駆動用永久磁石から構成され、Ｚ軸方向可動部の共振周
波数も高くすることができるので、Ｚ軸方向の精密な位
置決めも容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す要部切欠き平面図、
第２図は第１図のII-II線に沿う断面図、第３図は第２
図のIII-III線に沿う断面図、第４図は第１図の左側面
図、第５図は第１図の要部切欠き斜視図、第６図は第１
図のＺ軸駆動用永久磁石の動作説明図、第７図はこの発
明の他の実施例を示すＺ軸駆動用永久磁石の動作説明
図、第８図はこの発明のさらに他の実施例を示すＺ軸駆
動用コイルの全体斜視図、第９図は従来のキャリッジ組
立体の全体斜視図、第10図は第９図のピックアップの内
部構造を示す一部切欠き斜視図、第11図は第10図の平面
図、第12図は第９図のXII-XII線に沿う断面図である。（31）……キャリッジ、（32）……対物レンズ、（33）
……外箱ヨーク、（34）……切欠き部、（35）……中心
磁極、（36）……Ｘ軸駆動用永久磁石、（37），（48）
……Ｚ軸駆動用コイル、（38）……Ｘ軸駆動用コイル、
（40），（47），（48）……Ｚ軸駆動用永久磁石、（4
4）……情報変換装置、（45）……光ビーム。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】情報変換装置から発生する光ビームを光ス
ポットとしてディスクの面の目標位置に当てるための位
置決めをするキャリッジ組立体において、前記ディスク
の中心部から周縁部まで移動する前記光ビームの通過を
可能にする切欠き部が一面に形成されている外箱ヨーク
と、前記切欠き部に互いに対向して設けられているＺ軸
駆動用コイルと、前記切欠き部に設けられ前記光ビーム
を集光する対物レンズと、この対物レンズに設けられ前
記Ｚ軸駆動用コイルと協働して前記対物レンズを移動さ
せ前記ディスク面に前記光スポットを形成するＺ軸駆動
用永久磁石と、前記外箱ヨークに囲まれ、前記外箱ヨー
クの内壁面四方に設けられているＸ軸駆動用永久磁石
と、前記外箱ヨーク内に設けられた中心磁極に中心磁極
に沿って滑動自在に巻回され前記Ｘ軸駆動用永久磁石と
協働して前記対物レンズを移動させ前記ディスク面の目
標位置に前記光ビームを当てる、前記外箱ヨークに囲ま
れたＸ軸駆動用コイルとを備えていることを特徴とする
キャリッジ組立体。