JP3403283B2 - 情報記憶装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤ−ＲＯＭ等、
円板状の記録媒体を線速度一定で回転させて情報の入出
力を行なう情報記憶装置に関し、特に記録円板の駆動系
を改良し、コストダウン、省電力、低騒音等を達成した
情報記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤ−ＲＯＭ等、ピックアップに対して
記録円板を一定の線速度で回転させて情報の入出力を行
なう情報記憶装置では、ピックアップの位置に応じて記
録円板を異なる回転速度で駆動している。したがって、
このような情報記憶装置では、通常の読み出しモード時
において記録円板の回転速度を徐々にかつ正確に変化さ
せる必要があるとともに、シーク動作時においてはシー
ク時間を短時間にするため速度変化を速やかに行なわせ
る必要があり読み出しモード時におけるトルクと比較し
て非常に大きな加減速トルクが必要とされる。そこで一
般的には記録円板の駆動モータに制御性がよく、かつ信
頼性の高いＤＣブラシレスモータが用いられている。

【０００３】ところがＤＣブラシレスモータは、ホール
素子等の位置検出器が必要なために高価となり、又、速
度フィードバック制御が必要となるため、モータの主な
制御がアナログ制御となり、回路構成が大規模となり、
昨今のコストダウンの要請に応えきれないシステムとな
ってきた。

【０００４】一方、近年のデジタルエレクトロニクス技
術の進歩により、２相クローポール型ステッピングモー
タをマイクロステップ駆動方式により同期モータとして
自由に回転数制御できる技術が確立されてきた。この方
法によれば、モータ内部に位置検出器や速度検出器を付
加することなくデジタルの制御回路が構成でき、高い回
転精度で回転させることができるとともに、システム全
体の価格を低く抑えることができるという利点を有して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
ピングモータを同期モータとして用いた場合には、ＤＣ
モータのように負荷の増減に比例してモータ電流が増減
しないため、負荷の広範なトルク変動に対処できず、最
悪の場合脱調現象が発生するという問題があった。そこ
でこの対策として最大負荷に合わせた電流を常に流すこ
ととしているが、この場合には通常の読み出しモード等
の軽負荷時にも大きな電流が流れ、不経済であり、しか
も大電流が流れるためモータの振動や騒音、発熱等が大
きいという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ＣＤ−ＲＯＭ等記録円板
の線速度を一定とした情報記憶装置において、記録円板
を駆動する駆動モータ（スピンドルモータ）を同期モー
タとし、記録円板から情報を入出力するピックアップの
位置とその移動速度を検出して、通常の読み出しモード
かピックアップを任意な位置に移動させるシークモード
かを判別し、シークモード時にはピックアップの移動位
置に応じて記録円板の回転速度の変更を行なうと同時
に、スピンドルモータへの電気的入力値を増加させるこ
ととして情報記憶装置を構成した。

【０００７】つまり、読み出しモードでは、記録円板の
線速度が一定でピックアップの移動に伴って回転速度は
変化するが速度変化は小さく、スピンドルモータへの電
気的入力値はほぼ一定で小さくてよい。一方、シークモ
ードではピックアップが高速で移動するため回転速度の
変化も大きく、しかも所定の時間内にシーク動作を行な
わせる必要から大きな加速あるいは減速トルクが必要と
され、スピンドルモータの機械的出力を増大させる必要
がある。スピンドルモータに要求される機械的出力値
は、回転機構の慣性質量やシーク終了までの時間等によ
って一義的に推定できる量であるので、ピックアップの
移動量や移動速度を検出して必要な電気的入力値を求
め、この電気的入力値を回転速度の変更信号とともに付
与することとして、通常は最小の電力量とし、そして変
更が必要な場合には必要な量だけ電気的入力値が増加す
るようにしたのである。

【０００８】具体的には、ピックアップの位置信号を受
けるとその位置における記録円板の回転速度を演算し、
記録円板のスピンドルモータを所定の回転速度で、かつ
最小の電気量で回転駆動させる。又、ピックアップの位
置の時間的変化からピックアップの移動速度と移動方向
を求め、移動速度が所定値を越えたときシーク動作であ
ると判断し、スピンドルモータを次のように制御する。

【０００９】移動中のピックアップの位置に応じて記録
円板の回転速度を演算するとともに、求めた回転速度を
越える回転速度で回転するようにスピンドルモータの駆
動機構に指示を出す。つまり、加速する場合には一時的
により早い回転速度とし、一方減速する場合にはより低
い回転速度の指示をし、かつスピンドルモータへの電気
的入力値、例えば電圧値を増加させる。そして、回転速
度が変更された後はピックアップの位置に適合した回転
速度に戻す。

【００１０】これにより、スピンドルモータには、回転
速度を変更する指示が与えられそれが迅速に速度変化さ
せる要求のときは回転トルクが増大され、記録円板と記
録円板を回転させる回転機構全体の慣性が大きい場合で
も速やかに速度を変更させることができる。しかも、通
常の読み出し時には電気的入力値を低くしていることか
ら、消費電力が低く、かつ騒音、振動を抑えることがで
きる。

【００１１】尚、情報記憶装置は、記録円板から情報を
読み出すのみの装置でも、読み出しと書き込みを可能と
したものでもよい。又、記憶方法は磁気的、光学的を問
わず、更には記録円板と接触、非接触を問わない。ピッ
クアップの動作感知には、ピックアップの位置情報を用
いるほか、ピックアップの移動先が定められる場合に
は、かかる情報を用いてもよい。

【００１２】電気的入力値の変更には、電圧の変更でも
電流の変更でもよい。又電圧を変更する場合は供給電圧
の振幅を変更する他デューティ比の変更でもよい。更に
ピックアップの移動量の大小に応じて電気的入力値を変
更してもよく、その際区分する段階数は問わない。

【００１３】更に、記録円板の回転を減速させるときに
は、回転磁界の方向を逆にして減速トルクをスピンドル
モータに付加することに加え、直流励磁等を行なって減
速トルクを付加してもよい。これによってスピンドルモ
ータは脱調状態になるが、その後的確な同調を行なうこ
とにより、正確な回転を行なわせることができる。

【００１４】このように本発明の情報記憶装置は、記憶
装置本体が有している情報（ピックアップの位置情報
等）を用いてスピンドルモータへの電気的入力値を適宜
変更することとしたので、安価な同期モータ（特に２相
ステッピングモータ）をスピンドルモータに使用して、
デジタル的処理によるオープンループ制御で位置検出器
や速度検出器を使用せず駆動でき、同期モータの特性上
のデメリット（モータドライブ効率の悪さ）を解消して
駆動効率を上げ、ひいては装置全体の省電力／低騒音化
を達成した情報記憶装置を提供することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明にかかる情報記憶装置の一
実施例を図面に基づいて説明する。

【００１６】図１に、情報記憶装置１の概略構成を示
す。情報記憶装置１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブと呼ばれ
る記録読み出し装置であり、情報が記録された記録円板
２と本体３等から構成されている。

【００１７】記録円板２は、表面にピットと呼ばれる微
小な突起が渦巻状に形成してあり、、中心に孔１２を有
する皿状のＨＵＢ１０が取り付けてある。

【００１８】本体３は、記録円板２を回転させる回転駆
動機構４と、記録円板２から情報の読み出しを行なう読
み出し機構６と、記録円板２を本体に出し入れする収容
機構８等から構成されている。

【００１９】回転駆動機構４は、スピンドルモータ２０
と、記録円板２を固定するチャック部２１と、スピンド
ルモータ２０を制御する制御部２２等からなり、収容機
構８により装填された記録円板２のＨＵＢ１０を磁力に
より吸引して所定の回転数で記録円板２を回転させる。
スピンドルモータ２０は、２相ステッピングモータであ
り、記録円板２の記録が線速度一定なため、後述するピ
ックアップ１４の位置に対応して制御部２２によって適
宜回転数が変更される。

【００２０】読み出し機構６は、ピックアップ１４とピ
ックアップ１４を記録円板２の径方向に移動させる移動
機構１６から構成されている。ピックアップ１４は、レ
ーザ光を記録円板２の記録面に照射する発光部とレーザ
光の反射光を感知する受光部を備え、移動機構１６によ
って記録円板２の径方向に移動されて、回転駆動機構４
によって回転された記録円板２のピットに追従し、記録
円板２に記録されている記録内容を読み出す。又、移動
機構１６はシーク指令が入力されると、記録円板２の任
意な位置（径方向）にピックアップ１４を移動させる。

【００２１】次に、図２を用いてスピンドルモータ２０
を制御する制御部２２の回路を説明する。

【００２２】制御部２２は、移動機構１６に接続し、ピ
ックアップ１４の現在位置を表す位置信号が移動機構１
６から入力される。まずピックアップ１４の位置信号
は、モード設定器１００とピックアップ動作検出器１０
１に入力される。モード設定器１００は、ピックアップ
動作検出器１０１からの速度信号に基づいてピックアッ
プ１４が通常の読み出し動作中かシーク動作中かを判定
し、読み出し動作中のときは位置に適合した読出モード
パターン信号をＶＣＯ１０３に送り、シーク動作中と判
定されたときは速度パターン発生器１０２にシークモー
ド信号を送る。

【００２３】ピックアップ動作検出器１０１はクロック
回路を有し、ピックアップ１４の位置信号からピックア
ップ１４の移動速度と移動方向、つまりピックアップ１
４が記録円板２の外周側に移動しているか内周側に移動
しているかを検出し、速度信号をモード設定器１００と
マトリックス１０５に送り、移動方向を加減速信号とし
てＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０４に送る。

【００２４】速度パターン発生器１０２は、モード設定
器１００からシークモード信号を受けると、回転速度パ
ターンに相当するシークパターン信号をＶＣＯ１０３に
送る。

【００２５】ＶＣＯ１０３は、モード設定器１００、あ
るいは速度パターン発生器１０２からアナログの電圧信
号である読出モードパターン信号、もしくはシークパタ
ーン信号を受けると、それらの信号に比例したパルス信
号（ＣＬＫ）をＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０４に送る。
ＣＬＫは、実質的にスピンドルモータ２０の回転速度を
表す信号である。

【００２６】ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０４は、ＶＣＯ
１０３からのＣＬＫを受けるとパルスを計測し、速度に
対応したアドレスを生成し、ＲＯＭ１０６ａ、１０６ｂ
に送る。更にＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ１０４は、ピック
アップ動作検出器１０１からの減速信号を受けるとＲＯ
Ｍ１０６ａ、１０６ｂにスピンドルモータ２０の回転方
向を逆にするアドレスを送る。

【００２７】マトリックス１０５は、ピックアップ動作
検出器１０１からピックアップの速度信号を受けると速
度に応じたトルク指令をＲＯＭ１０６ａと１０６ｂに送
る。トルク指令は、図３に示すように読み出しモードと
シークモードに分かれ、更にシークモードをピックアッ
プ速度に応じて２つに分けて合計Ａ、Ｂ、Ｃの３種類に
分類してある。つまり、読み出しモードであるＡは、記
録円板２の回転速度を僅かずつ変化させるだけであるの
で最もトルクが小さく、ＢはＡよりトルクが大きく、Ｃ
は回転速度の変化が最も大きいことから最大のトルクと
なっている。尚、ピックアップ１４の移動速度に応じて
迅速な回転速度変化ができるようにトルクが付与されれ
ばよく、段階数は３段階に限るものではない。

【００２８】ＲＯＭ１０６ａと１０６ｂは、ＵＰ／ＤＯ
ＷＮカウンタ１０４からアドレス、マトリックス１０５
からトルク指令（Ａ、Ｂ、Ｃ）を受けると、トルク指令
に対応した所定の励磁パターンをＤ／Ａコンバータ１０
７ａ、１０７ｂに出力する。

【００２９】ＲＯＭ１０６ａから出力される励磁パター
ンについて説明する。

【００３０】ＲＯＭ１０６ａには、図４に示すように周
期が同一で、波形率が等しく、振幅値が異なる３種類の
励磁パターンが記録されている。すなわち、マトリック
ス１０５からＡ、Ｂ、Ｃいずれかのトルク指令が入力さ
れると、トルク指令に適合した振幅、つまり電圧値の励
磁パターンが選択され、選択された励磁パターンがＵＰ
／ＤＯＷＮカウンタ１０４からのアドレスによって所定
の周波数で出力される。更に、減速時にはカウンタのカ
ウント方向を変えることによりスピンドルモータ２０の
励磁を逆転モードとする。（尚、ＲＯＭ１０６ａに逆回
転の励磁パターンを記憶し、逆転の指令が入力されると
スピンドルモータ２０を逆転させる波形を出力してもよ
い。）ＲＯＭ１０６ｂの記録内容は、ＲＯＭ１０６ａと
９０°位相をずらした状態、例えばＲＯＭ１０６ａには
ｓｉｎ波形が、ＲＯＭ１０６ｂにはｃｏｓ波形が記録さ
れ、ＲＯＭ１０６ａとＲＯＭ１０６ｂで２相の信号を形
成する。

【００３１】又、モータ固有のディテントトルク分を補
償したものをそれぞれのＲＯＭ１０６ａ、１０６ｂ内の
ｓｉｎ波形、ｃｏｓ波形に重畳させると、回転精度の向
上を図ることができる。更に、コイル励磁波形の振幅値
によってスピンドルモータ２０内の鉄損が異なることか
ら、ｓｉｎ波形、ｃｏｓ波形を歪ませ、ＲＯＭ１０６
ａ、１０６ｂの振幅値に応じた鉄損分を補償してもよ
い。

【００３２】Ｄ／Ａコンバータ１０７ａ、１０７ｂは、
ＲＯＭ１０６ａ及び１０６ｂからの内容をアナログに変
換し、電力増幅器１０８ａ、１０８ｂに出力する。電力
増幅器１０８ａ、１０８ｂは、電力を増幅し９０°位相
のずれた電力をスピンドルモータ２０のコイル１０９
ａ、１０９ｂに送り出す。

【００３３】次に、上記情報記憶装置１の作動について
説明する。

【００３４】記録円板２が装填され情報の読み出しが開
始されると、モード設定器１００は、位置信号に基づい
た読み出しモードパターンをＶＣＯ１０３に送り、ピッ
クアップ１４の移動に伴って順次変動するＣＬＫをＵＰ
／ＤＯＷＮカウンタ１０４に送る。その際ＵＰ／ＤＯＷ
Ｎカウンタ１０４に加減速信号は送られず、又ＲＯＭ１
０６ａ、ｂにはマトリックス１０５からＡのトルク指令
が送られることから、スピンドルモータ２０は、読み出
し速度で、かつ最小の回転トルクで回転駆動され、電力
消費の低い節電状態で記録円板２が回転される。

【００３５】一方シーク動作が入力されるとピックアッ
プ１４の移動速度が早くなり、所定速度を越えるとシー
クモード時であると判定され、速度パターン発生器１０
２が回転数の指令をＶＣＯ１０３に送り、更にピックア
ップ動作検出器１０１から加減速信号がＵＰ／ＤＯＷＮ
カウンタ１０４に送られる。又、マトリックス１０５か
らＲＯＭ１０６ａ、１０６ｂにピックアップ１４の移動
速度に応じたトルク指令ＢもしくはＣが送られる。ＲＯ
Ｍ１０６ａ、１０６ｂはこれらに基づいて所定の振幅、
周波数の指示をＤ／Ａコンバータ１０７ａ、１０７ｂに
送り、電力増幅器１０８ａ、１０８ｂがそれに応じた電
力をコイル１０９ａ、１０９ｂに送ることによりスピン
ドルモータ２０の回転数が変化されるとともに付与され
る電力量が増大される。これにより、速度変更に必要な
トルクがスピンドルモータ２０に生じて速やかに回転速
度変動が行われる。

【００３６】尚、スピンドルモータ２０への電力調整方
法として供給電圧の振幅を変更したが、これに限らず供
給電圧のデューティ比を変更するＰＷＭ方式でもよい。

【００３７】次に他の実施例について説明する。

【００３８】これは、スピンドルモータ２０の回転制御
を電流制御で行なったもので、図５に回路構成を示す。
尚、図２と同一符号は同一の部材を示す。上記電圧調整
方式と異なる点は、スピンドルモータ２０のモータ電流
を電流検出器１１２ａ、１１２ｂにより検出し、その検
出値とＤ／Ａコンバータ１０７ａ、１０７ｂから出力さ
れる電流指令値とをコンパレータ１１０ａ、１１０ｂに
より比較し、常に検出電流値が電流指令値に等しくなる
ようにモータ電流を調整する点である。

【００３９】励磁マトリックス１１１ａ、１１１ｂは、
コンパレータ１１０ａ、１１０ｂの出力とＵＰ／ＤＯＷ
Ｎカウンタ１０４の信号によりスピンドルモータ２０の
コイル１０９ａ、１０９ｂに適正な励磁タイミングと励
磁電流値が付与されるようにするための論理マトリック
スである。この結果スピンドルモータ２０のコイル１０
９ａ、１０９ｂにはＤ／Ａコンバータ１０７ａ、１０７
ｂの電流指令値と等しいモータ電流を流すことができ、
図２の実施例と同様にＲＯＭ１０６ａ、１０６ｂに電流
振幅値が異なる励磁パターンを複数種類記憶させておい
てピックアップ１４の位置に応じたスピンドルモータ２
０へのトルク指令を選択して、ＲＯＭ１０６ａ、１０６
ｂの電流指令値の振幅値を選択しておくようにしておけ
ばスピンドルモータ２０への入力電流により入力電力を
調整できる。

【００４０】更に、スピンドルモータ２０を減速させる
場合には、回転磁界を逆回転とし、電気的入力値を増大
させれば達成できるが、コイル１０９ａ、１０９ｂに一
定方向の直流電流を流す直流励磁を行なってもよい。
又、これらによって減速を行なった場合には、スピンド
ルモータ２０は脱調状態となるが、その場合には記録円
板２が所望の回転数に近似した時点で所定の回転速度が
得られる回転磁界に励磁を切り換え、所定の回転数とす
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明の情報記憶装置によれば、以下の
効果がある。 （１）スピンドルモータに安価な同期モータを使用で
き、大巾なコストダウンができる。 （２）回転速度変動時にスピンドルモータへの入力電力
を調整し、通常は入力電力を低い値としたので、省電力
化が実現できる。 （３）通常の読み出し動作時の入力電力は低いので、モ
ータの振動、騒音を著るしく低下できる。 （４）余分な電力を供給しないのでモータの自己発熱量
を低下させることができる。 （５）回転ムラを改善できる。 （６）シーク時にモータへのトルクが増大されるのでシ
ーク時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる情報記憶装置の一実施例である
ＣＤ−ＲＯＭの要部を示す分解斜視図である。

【図２】本発明による情報記憶装置のモータ制御回路の
一実施例のブロック線図である。

【図３】ピックアップの速度変化とトルク指令との関係
を示す図表である。

【図４】スピンドルモータに対する異なるトルク指令を
示すグラフである。

【図５】本発明による情報記憶装置のモータ制御回路の
他の実施例のブロック線図である。

【符号の説明】

１ 情報記憶装置 ２ 記録円板 ３ 本体 ４ 回転駆動機構 ６ 読み取り機構 ８ 収容機構 １０ ＨＵＢ １２ 孔 １４ ピックアップ １６ 移動機構 ２０ スピンドルモータ ２２ 制御部 １００ モード設定器 １０１ ピックアップ動作検出器 １０２ 速度パターン発生器 １０３ ＶＣＯ １０４ ＵＰ／ＤＯＷＮ カウンタ １０５ マトリックス １０６ａ、１０６ｂ ＲＯＭ １０７ａ、１０７ｂ Ｄ／Ａ変換器 １０８ａ、１０８ｂ 電力増幅器 １０９ａ、１０９ｂ コイル １１０ａ、１１０ｂ コンパレータ １１１ａ、１１１ｂ 励磁マトリックス １１２ａ、１１２ｂ 電流検出器

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−122387（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−122388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−129967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−29214（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−135356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−83297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−115199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−123797（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−260596（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−7905（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−115298（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭27−1875（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線速度一定で回転させる情報記録円板
   と、 該情報記録円板を回転させる２相クローポール型ステッ
   ピングモータよりなるスピンドルモータと該スピンドル
   モータの回転を制御する制御部からなる回転駆動機構
   と、 該情報記録円板に対する情報の読み出しおよび書き込み
   を行なうピックアップヘッドと、 シーク指令により該ピックアップヘッドを該情報記録円
   板の径方向の指定された位置に移動させる移動機構とか
   らなり、スピンドルモータへの電気的入力を、読み出し
   書き込み動作およびシーク動作に応じて調整するように
   した情報記憶装置であって、 前記読み出し書き込み動作およびシーク動作に対応し
   て、波形率と周期が等しく振幅値が異なり、ピックアッ
   プヘッドの位置に対応した所定の周波数毎に異なった加
   速トルクを持つようにするための複数の第１の励磁パタ
   ーンと、減速トルクを生ずるための複数の第２の励磁パ
   ターンとが、それぞれ別々のアドレスに記憶された第１
   のＲＯＭと、 該第１のＲＯＭに記憶された前記第１および第２の励磁
   パターンのそれぞれと電気角で９０度位相が異なる励磁
   パターンをそれぞれ別々のアドレスに記憶した第２のＲ
   ＯＭと、 該ピックアップヘッドからの位置信号および該位置信号
   の時間的変化から通常の読み出し動作中かシーク動作中
   かを判定する手段と、 シーク動作における移動速度および移動方向を判定する
   手段と 、前記２つの判定手段の判定結果から該ピックアップヘッ
   ドの位置信号、移動方向および移動速度に従って、該ス
   ピンドルモータに適切な電気的入力のための励磁パター
   ンは第１の励磁パターンか第２の励磁パターンかを判定
   し、判定した励磁パターンに対応する該第１および第２
   のＲＯＭのアドレス信号を出力する手段と、 該アドレス信号で前記第１および第２のＲＯＭをアクセ
   スし、該第１および第２のＲＯＭから読み出した各励磁
   パターンをＤ／Ａ変換して、それぞれを該スピ ンドルモ
   ータの２つのコイルに供給する手段と 、を有することを特徴とした情報記憶装置。
2. 【請求項２】 前記２相クローポール型ステッピングモ
   ータをマイクロステップ駆動で用いることを特徴とする
   請求項１に記載の情報記憶装置。
3. 【請求項３】 前記電気的入力を２相クローポール型ス
   テッピングモータへの入力電圧により行なうことを特徴
   とする請求項１に記載の情報記憶装置。
4. 【請求項４】 前記電気的入力を、２相クローポール型
   ステッピングモータへの入力電流を検出し、検出した電
   流値と基準電流値との比較により行なうことを特徴とす
   る請求項１に記載の情報記憶装置。
5. 【請求項５】 前記２相クローポール型ステッピングモ
   ータへの減速トルクを、２相クローポール型ステッピン
   グモータへの直流励磁により付与することを特徴とする
   請求項１に記載の情報記憶装置。