JP3621696B2

JP3621696B2 - ホール素子、モータアッセンブリ、及び光ディスク装置

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Publication number: JP3621696B2
Application number: JP2002236617A
Authority: JP
Inventors: 孝克盛合
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: JP2004079715A; US20040032807A1; CN1484359A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの回転を感知するホール素子、及び該ホール素子を用いた光ピックアップ送り装置を具備する光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクドライブのピックアップ送り方法としては、ステッピングモータなどを使用し所定のパルス信号で強制的に一定量送る方法、あるいは光受光素子を２個用い各素子から生成される電気信号により移動方向、移動距離を計算しながら送る方法、光ピックアップから生成されるＲＦ信号（電気信号）のトラック方向に移動したときに発生するリップル波形の数をカウントし移動距離を算出しながら送る方法等がある。
【０００３】
パソコン等の光ディスクドライブを搭載する電子機器の小型化にともない、光ディスクドライブの小型化及び薄型化が望まれている。従って、小型及び低コストが実現可能なホール素子を２個用いて、ピックアップの移動方向、移動距離を計算しピックアップを送る方法が、最近では採用されている。このような場合、例えば１０極着磁マグネットが送りモータに取り付けられ、２つのホール素子がモータ側に固定される。マグネットの回転にともなう磁界変化を２つのホール素子が感知し、磁界変化に対応する電気信号が出力される。光ディスク装置のサーボ系回路は、ホール素子出力信号に基づいて、送りモータの回転すなわち光ピックアップの移動量を制御する。
【０００４】
サーボ系回路が所定の制御電圧を生成するためには、以下の基本条件が満足される必要がある。
【０００５】
１）両ホール素子の出力信号レベルが同一である
２）回転軸中心に対する両ホール素子の取り付け角度が電気的に９０°の位相差がある
３）マグネットの着磁ピッチが均等である
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記３つの基本条件の達成には、それぞれ以下に示す解決すべき問題がある。
【０００７】
１）両ホール素子の出力信号レベルが同一である
個別のホール素子を２個使用するため、電気的な性能バラツキが存在し、同じ出力電圧を得ることが難しく、素子メーカが数ランクの感度選別、内部抵抗選別を行い、更に同じランクのリールでペアリングを実施しなければならないという問題が有る。
２）回転軸中心に対する両ホール素子の取り付け角度が電気的に９０°の位相差がある
マグネットの着磁極数が１０極の場合、Ｎ／Ｓ間が電気的に１８０°位相差となるため、これを機械的な角度に置き換えると３６０÷１０＝３６°となる。両ホール素子は９０°位相差が求められるので、機械的な角度は３６゜の更に半分の１８°となる。しかし２個のホール素子を例えば半径２ｍｍの円周上に回転軸中心に対して１８°の角度で実装する事は、各ホール素子チップどうしがぶつかり不可能なため、実際には１８０°のＮ倍±９０°で、２個のホール素子が配置される。
【０００８】
実装時の角度バラツキが仮に１°とすると、電気角９０°に対してのズレは１／１８＝５°となる。実に５．６％ずれる事になる。また、２個のホール素子を半径２ｍｍの円周上に実装する場合、電気角９０°に相当する機械角１８゜の円周上距離は、２×３．１４×２×１８÷３６０＝０．６２８ｍｍとなる。この距離が０．１ｍｍずれたとすると電気角で約１４°（１６％）のズレに見える。非常に厳しいと言うことが解る。
【０００９】
３）マグネットの着磁ピッチが均等であること
着磁は着磁機で製造するため最初の治具製造精度で決定される。外部要因でばらつく事は少ないが部品レベルでの管理が必要となる。
【００１０】
以上の問題の中で、特に管理が難しいのが１）のレベルバラツキ、２）の取り付け精度となる。そこで本発明はホール素子に改良を加え、この様にばらつく要因を部品レベルで固定し製造精度に依存する部分を減らすことで、ホール素子信号レベルの同一化及び高精度なホール素子の位置決めを容易に行い、製品の品質を向上し、コストダウンを実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は１チップに２つの感磁極を理論的に必要となる寸法精度で設け、該チップにモータ取付け用の開口部を設けることにより、高い位置精度でホール素子を容易にモータに取り付けることがき、更に同一チップ内に２つの感磁極を同時に形成するため、感磁膜をチップに印刷するときの管理が容易で２極の感度を正確に合わせることが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下に示す説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではない。
【００１３】
ノート型ＰＣ用光ディスクドライブは、製品厚み１２．７ｍｍの中に種々構造物を構成している関係で、各部品の小型化が要求される。図１は光ピックアップをディスク半径方向に移動するためのピックアップ送り装置に、モータ（スレッドモータ）の回転方向及び回転角を検知するための本発明によるホール素子１０を用いた構造を示す。図１（ａ）のように、柔軟性のホールＦＰＣ（ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）１１に金属のＳＵＳプレート１４及びホール素子１０を取り付けた後、該ホールＦＰＣがモータ６６に取り付けられる。更にモータ６６にはマグネット１２ａ付きのギヤ１２等が組み付けられ、該モータはフィードモータマウントプレート１３に組み付けられる。このときホール素子１０はマグネット１２ａとモータ６６の端面６６ａの間に位置する。そして図１（ｂ）のように、組み上がったモータアッセンブリ（ピックアップ送り装置）１００はメインシャーシ（メカ）１５に取り付けられる。
【００１４】
図２はホールＦＰＣの詳細図である。Ａ部がモータ６６の端子にハンダ付けされ、左側のホール素子部分ＢがＳＵＳプレート１４と共にフィードモータマウントプレート１３に固定される。ＳＵＳプレート１４に設けられた孔Ｅは、ねじ１５を通すための貫通孔である。Ｃはモータ６６の回転軸の位置を示し、円Ｄはマグネット１２ａの位置を示す。
【００１５】
図３は本発明によるホール素子１０の一実施形態を示し、図３（ａ）はホール素子１０の外形図、図３（ｂ）は等価回路である。図３（ａ）に示すように、ホール素子１０は１チップ内に感磁極が２個（Ｈ１，Ｈ２）配置され、感磁極は印刷技術を用いて、ＩｎＳｂ等で構成される感磁膜として製作される。同一チップ内に２つの感磁極を同時に形成するため、感磁膜をチップに印刷するときの管理が容易で２極の感度を正確に合わせることが出来る。ここで、感磁極が設けられる基板をチップとし、このチップに感磁極が設けられたものをホール素子という。チップサイズＬ１×Ｌ２は本実施形態の場合、２ｍｍ×１．２５ｍｍである。
【００１６】
図３（ｂ）の等価回路に示すように、感磁極Ｈ１、Ｈ２の同一極性の電源入力部どうしが接続され、図３（ａ）のように電源入力端子＋、−と各感磁極の出力端子Ｏ１＋、Ｏ１−とＯ２＋、Ｏ２−が、チップ側面に設けられている。この場合、電源入力端子（＋、−）は各ホール素子毎に引き出すタイプでも何ら問題はない。感磁極Ｈ１、Ｈ２の中心間距離Ｌ３は、半径ｒのマグネット１２ａと組み合わせたときの電気角９０°差に相当し、半径が２ｍｍの場合は０．６２６ｍｍとなる。このような２ｍｍ×１．２５ｍｍのチップを使用した場合、感磁極Ｈ１、Ｈ２の中心間距離はマグネットの半径ｒに応じて、０．６ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲に設定できる。写真印刷技術を用いると、更にサイズの小さいチップに感磁極を設けることができる。
【００１７】
図４はフィードモータマウントプレート１３に取り付けられたホールＦＰＣ１１のＢ部を示す。ホール素子１０の感磁極Ｈ１及びＨ２が直径４±０．０５ｍｍ（中心はモータ６６の回転軸６６ｂ中心すなわちマグネット１２ａの回転中心）上任意の位置に配置されるように、ホールＦＰＣがモータに固定される。ＦＰＣ１１のホール素子１０が設けられた側の反対側の面はＳＵＳプレート１４に接着され、このＳＵＳプレート１４がフィードモータマウントプレート１３にネジ１５によりネジ止めされる。
【００１８】
従来は、感磁極を各々１個有する２個のホール素子チップが、直径４±０．０５ｍｍ上に互いに電気角９０°をなすように配置された。従って、ホールＦＰＣユニット（ホール素子１０等を組み付けたＦＰＣの完成品）の製作時、及び図１に示したようなモータアッセンブリを組み上げる際に、２個のホール素子チップの両方について高い位置精度が要求された。
【００１９】
以上の結果、本実施形態によれば以下に示すような多くの効果が得られる。
【００２０】
１）ホール素子１０の取り付け精度は、マグネット１２ａの所定半径に合わせるだけで良い。
【００２１】
２）モータ６６の回転を検知するための部品点数が減る
３）部品が減ることにより更に小型化が出来る
４）ホールＦＰＣユニットの製造段階における歩留まりが大幅に向上する
５）コストダウンが可能になる
６）信頼性の向上
７）軽量化
８）歩留まり改善により不動在庫、回転在庫を減らす事ができる
次に本発明によるホール素子１０を用いた光ディスク装置の実施形態を説明する。図５は本実施形態に係る光ディスク装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
光ディスク６１は読出し専用の光ディスクあるいはユーザデータを記録可能な光ディスクである。ディスク６１はスピンドルモータ６３によって回転駆動される。光ディスク６１に対する情報の記録、再生は、光ピックアップヘッド（以下ＰＵＨと記載）６５によって行われる。ＰＵＨ６５は、スレッドモータ６６とギアを介して連結されており、このスレッドモータ６６はスレッドモータ制御回路６８により制御される。
【００２３】
スレッドモータ制御回路６８には、ＣＰＵ９０からＰＨＵ６５のシーク先アドレスが入力され、このアドレスに基づいてスレッドモータ制御回路６８はスレッドモータ６６を制御する。スレッドモータ６６内部に永久磁石が固定されており、駆動コイル６７がスレッドモータ制御回路６８によって励磁されることにより、ＰＵＨ６５が光ディスク６１の半径方向に移動する。スレッドモータ６６には該スレッドモータの回転を検知する本発明のホール素子１０が組み付けられている。このホール素子１０から発生されるホール素子信号０１＋、０１−、０２＋、０２−から、スレッドモータ制御回路６８はスレッドモータ６６の回転方向、回転速度を判断し、スレッドモータ６６を制御する。
【００２４】
ＰＵＨ６５には、図示しないワイヤ或いは板バネによって支持された対物レンズ７０が設けられる。対物レンズ７０は駆動コイル７２の駆動によりフォーカシング方向（レンズの光軸方向）への移動が可能で、又駆動コイル７１の駆動によりトラッキング方向（レンズの光軸と直交する方向）への移動が可能である。
【００２５】
レーザ制御回路７３内のレーザ駆動回路７５により、半導体レーザ７９からレーザ光が発せられる。半導体レーザ７９から発せられるレーザ光は、コリメータレンズ８０、ハーフプリズム８１、対物レンズ７０を介して光ディスク６１上に照射される。光ディスク６１からの反射光は、対物レンズ７０、ハーフプリズム８１、集光レンズ８２、およびシリンドリカルレンズ８３を介して、光検出器８４に導かれる。
【００２６】
光検出器８４は、例えば４分割の光検出セルから成り、分割された各光検出セルの検知信号はＲＦアンプ８５に出力される。ＲＦアンプ８５は光検知セルからの信号を合成し、ジャストフォーカスからの誤差を示すフォーカスエラー信号ＦＥ、レーザ光のビームスポット中心とトラック中心との誤差を示すトラッキングエラー信号ＴＥ、及び光検知セル信号の全加算信号であるＲＦ信号を生成する。
【００２７】
フォーカスエラー信号ＦＥはフォーカシング制御回路８７に供給される。フォーカシング制御回路８７はフォーカスエラー信号ＦＥに応じてフォーカス制御信号ＦＣを生成する。フォーカス制御信号ＦＣはフォーカシング方向の駆動コイル７２に供給され、レーザ光が光ディスク６１の記録膜上に常時ジャストフォーカスとなるフォーカスサーボが行われる。
【００２８】
トラッキングエラー信号ＴＥはトラッキング制御回路８８に供給される。トラッキング制御回路８８はトラッキングエラー信号ＴＥに応じてトラッキング制御信号ＴＣを生成する。トラッキング制御信号ＴＣはトラッキング方向の駆動コイル７２に供給され、レーザ光が光ディスク６１上に形成されたトラック上を常にトレースするトラッキングサーボが行われる。
【００２９】
上記フォーカスサーボおよびトラッキングサーボがなされることで、光検出器８４の各光検出セルの出力信号の全加算信号ＲＦには、光ディスク６１のトラック上に形成されたピットなどからの反射光の変化が反映される。この信号は、データ再生回路７８に供給される。データ再生回路７８は、ＰＬＬ回路７６からの再生用クロック信号に基づき、記録データを再生する。
【００３０】
上記トラッキング制御回路８８によって対物レンズ７０が制御されているとき、スレッドモータ制御回路６８により、対物レンズ７０がＰＵＨ６５内の所定位置近傍に位置するようスレッドモータ６６つまりＰＵＨ６５が制御される。
【００３１】
モータ制御回路６４、スレッドモータ制御回路６８、レーザ制御回路７３、ＰＬＬ回路７６、データ再生回路７８、フォーカシング制御回路８７、トラッキング制御回路８８、エラー訂正回路６２等は、バス８９を介してＣＰＵ９０によって制御される。ＣＰＵ９０はインターフェース回路９３を介してホスト装置９４から提供される動作コマンドに従って、この記録再生装置を総合的に制御する。又ＣＰＵ９０は、ＲＡＭ９１を作業エリアとして使用し、ＲＯＭ９２に記録されたプログラムに従って所定の動作を行う。
【００３２】
図６はスレッドモータ６６、ホール素子１０、マグネット１２ａ、及びホール素子１０の出力信号を処理する処理回路６８ａを示し、回路６８ａはスレッドモータ制御回路６８に含まれる回路である。
【００３３】
スレッドモータ６６のモータ回転軸６６ｂに取り付けた１０極着磁マグネット１２ａと対向するように、ホール素子１０が設けられる。ホール素子１０は感磁極Ｈ１、Ｈ２が回転軸６６ｂ中心に対して所定の電気角を有するように、ＦＰＣを介してモータ６６の端面６６ａ上に設けられる。
【００３４】
スレッドモータ６６の端子は制御回路６８の出力側に接続されたドライバＩＣ２０に接続されている。ホール素子１０の出力Ｈ０１＋、０１−、０２＋、０２−は抵抗Ｒ１〜Ｒ４を介して、コンパレータ１７、１８に供給される。コンパレータ１７、１８は微弱レベル信号をロジックレベルの矩形波に変換し、Ｆ／Ｖ変換ＩＣ２２に供給する。また出力Ｈ０１−、０２−は抵抗Ｒ２、Ｒ４を介して、鋸歯状波重畳部２１に供給される。鋸歯状波生成部２１は抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、トランジスタＴ１から構成される。
【００３５】
Ｆ／Ｖ変換ＩＣ２２はホール素子出力をＰＷＭ変調するのに必要な例えば８ＫＨｚのクロック信号ＣＫ１を出力する。このクロック信号ＣＫ１によりトランジスタＴ１がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。クロック信号ＣＫ１がＬレベルのとき、トランジスタＴ１がＯＦＦし、Ｃ３は抵抗Ｒ７を介して電荷が充電される。クロック信号ＣＫ１がＨレベルのときトランジスタＴ１ＯＮし、Ｃ３の電荷が放電される。この結果、トランジスタのコレクタには鋸歯状波が生成される。このように生成された鋸歯状波はコンデンサＣ１、抵抗Ｒ５及びＲ２を介してホール素子出力０１−に畳重される。また、鋸歯状波はコンデンサＣ２、抵抗Ｒ６及びＲ４を介してホール素子出力０２−に畳重される。
【００３６】
図７はホール素子出力０１−、０１＋、鋸歯状波を畳重した信号０１Ｓ−、コンパレータ１７から出力される信号０１ｉｎを示す。このようにしてホール素子出力０１−、０１＋はパルス幅変調（ＰＷＭ）される。パルス幅変調された信号０１ｉｎはＦ／Ｖ変換ＩＣ２２に供給される。コンパレータ１８もコンパレータ１７と同様に動作し、出力信号０２ｉｎをＦ／Ｖ変換ＩＣ２２に供給する。
【００３７】
Ｆ／Ｖ変換ＩＣ２２は入力された信号０１ｉｎ、０２ｉｎから、モータ６６の回転角度及び回転方向を検出し、ホール素子１０の出力レベルを最適化する制御信号ＡＯＵＴと、スレッドモータ６６への制御信号ＤＯＵＴを出力する。この例でＦ／Ｖ変換ＩＣ２２は、スレッドモータ６６を所定位置に停止させるための制御を行う。スレッドモータ制御回路６８はＦ／Ｖ変換ＩＣ２２の動作／非動作を制御する。またスレッドモータ制御回路６８は、ＣＰＵ９０からのシークコマンド及びコンパレータ１７、１８の出力信号０１ｉｎ、０２ｉｎに基づいて、ドライバＩＣ２０に制御信号を出力し、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０を介し加算された信号でＰＨＵ６５のシーク動作を制御する。
【００３８】
次にマグネット１２ａとホール素子１０の関係について説明する。
【００３９】
本実施形態の場合、マグネット１２ａは１０極着磁マグネットである。従って図８のように、マグネット中心（回転中心）から隣り合う磁極の各中心を結ぶ直線がなす角度θは３６゜である。マグネット１２ａが角度θだけ回転すると、各感磁極から出力される信号の位相は１８０゜変化する。マグネット１２ａの回転によりホール素子から出力される信号（例えば０１＋、０２＋）は、本実施形態の場合、９０゜位相がずれている必要がある。従って、マグネット中心から各感磁極中心を結ぶ直線がなす角度αは１８゜である。つまり、各感磁極Ｈ１、Ｈ２中心とマグネット中心を結ぶ直線のなす角αは、隣り合う磁極中心とマグネット中心を結ぶ直線のなす角θの１／２である。感磁極Ｈ１、Ｈ２の半径位置ｒを２ｍｍとすると、感磁極中心間距離ｄは以下のように０．６２６ｍｍとなる。
【００４０】

１チップに感磁極が１つ設けられた従来のホール素子の場合、このように感磁極間距離を短くすることは、チップどうしがぶつかるため不可能である。従って従来は、１８０°のＮ倍±９０°でホール素子がレイアウトされた。図１に示したようなモータアッセンブリを組み上げる際に、従来は各感磁極中心とマグネット中心を結ぶ直線のなす角α及び各感磁極の半径位置について、高い取り付け位置精度が要求された。しかし本実施形態では、各感磁極の半径位置の精度のみを満足すれば良いので、ホールＦＰＣの製作及びモータアッセンブリの組み立てが容易となる。
【００４１】
図９はホール素子１０の様々な形態を示す。上記実施形態によるホール素子１０のチップは図９（ａ）のように金属リード無しの面実装ホール素子であるが、他の形態としては図９（ｂ）のようにリードフレームタイプの金属端子部品や、図９（ｃ）のようなリード付き部品でも同様に感磁極を複数有するホール素子を実現できる。
【００４２】
図１０はチップに開口部を設け、図１のようなモータアッセンブリ１００の組み立て時に、モータ回転軸に対する感磁極Ｈ１、Ｈ２の高い位置精度を更に容易に実現できるホール素子を示す。
【００４３】
図１０（ａ）のホール素子１０ａは、チップがリング状に形成してあり、２３ａは円形開口部である。この場合、モータ６６あるいはフィードモータマウントプレート１３には図１０（ｂ）のように、軸周辺にドーナツ状のホール素子受け部６６ｃが設けられる。ホール素子１０ａはＦＰＣに予めはんだ付けされた後、図１０（ｂ）及び（ｃ）のようにホール素子受け部６６ｃに勘合される。従ってホール素子１０ａ及びホール素子受け部６６ｃの機械的精度が所定値以上であれば、ホール素子１０ａをホールＦＰＣにはんだ付けする際、及びモータ６６に取り付ける際の位置精度は殆ど要求されない。
【００４４】
図１０（ｄ）は、ＦＰＣへの装着が容易となるようにチップの外形が矩形及び大きく形成され、円形開口部２３ａを有するホール素子１０ｂを示す。図１０（ｅ）は感磁極の絶対的な位置精度を確保するために、矩形のチップに矩形の開口部２３ｂを設けたホール素子１０ｃを示す。この場合、モータ６６側には矩形のホール素子受け部が設けられ、矩形開口部２３ｂが該ホール素子受け部に勘合される。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ホールＦＰＣユニットの歩留まりが大幅に向上し、ホール素子をモータに高い位置精度で容易に取り付けることができるので、モータアッセンブリ及び光ディスクドライブのコストダウンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホール素子を具備するピックアップ送り装置の構造を示す図である。
【図２】ホールＦＰＣの詳細図である。
【図３】本発明によるホール素子の一実施形態を示す図である。
【図４】フィードモータマウントプレートに取り付けられたホールＦＰＣのＢ部を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光ディスク装置の構成を示すブロック図。
【図６】スレッドモータ、ホール素子、マグネット、及びホール素子の出力信号を処理する処理回路を示す図である。
【図７】ホール素子出力信号、鋸歯状波を畳重した信号０１Ｓ−、コンパレータ１７から出力される信号の波形を示す図である。
【図８】マグネットとホール素子の関係を示す図である。
【図９】本発明によるホール素子の様々な形態を示す図である。
【図１０】チップに開口部を設けたホール素子の実施形態を示す図である。

Claims

２つの感磁極が１チップ内に設けられ、前記チップには開口部が設けられていることを特徴とするホール素子。
正側及び負側電源入力部及び２つの信号出力部を各々有する２つの感磁極が１チップ内に設けられ、
両感磁極の正側電源入力部に接続された正側電極と、
両感磁極の負側電源入力部に接続された負側電極と、
各信号出力部に各々接続された信号出力電極とを具備し、
前記チップには開口部が設けられていることを特徴とするホール素子。
前記感磁極の中心点間の距離は、１．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のホール素子。
モータと、
前記モータの回転軸に設けられ、複数の磁極が着磁されたマグネットと、
前記モータ側に固定され、前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知し、１チップ内に形成された第１及び第２の感磁極を有し、前記チップには開口部が設けられているホール素子と、
を具備することを特徴とするモータアッセンブリ。
各感磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角が、前記マグネットの隣り合う磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角の１／２であることを特徴とする請求項４記載のモータアッセンブリ。
光ディスクに光ビームを照射することにより、情報の記録又は再生を行う光ピックアップと、
前記光ピックアップを前記光ディスク半径方向に移動するためのモータと、
前記モータの回転軸に設けられ、複数の磁極が着磁されたマグネットと、
前記モータ側に固定され、前記マグネットの回転に伴う磁界変化を感知し、１チップ内に形成された第１及び第２の感磁極を有し、前記チップには開口部が設けられているホール素子と、
を具備することを特徴とする光ディスク装置。
各感磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角が、前記マグネットの隣り合う磁極中心と前記回転軸中心を結ぶ直線のなす角の１／２であることを特徴とする請求項６記載の光ディスク装置。