JP3630600B2 - ディスク駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体である円板状のディスクを回転させて情報の再生あるいは記録を行なうディスク駆動装置に係り、特にＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ等のディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録媒体となるディスク（以下単に「ディスク」という）が１００００ｒｐｍ以上で高速回転する条件下では、ディスク上下の空気の流れとディスクが相互に干渉することにより振動（連成振動）が発生する問題がある。
【０００３】
このような振動を防止する従来の技術としては、特開平５−２３４３２７号公報に記載のものがある。この公報には、ディスクとディスク面に対向したカバーもしくはベースと前記ディスクとの間隔が３ｍｍ以下となるような部分を、前記カバーもしくは前記ベースに構成したものである。
【０００４】
また、特開平８−２９７８６６号公報には、光ディスクのチャック不良の発生を防ぐことが目的として、ディスク状体の中央部に設けられたハブの一方面をディスクドライブ装置内に設けられたクランプマグネットに吸着させて、ディスク状体が収納されたカートリッジをディスクドライブ装置に保持させるように成した光ディスクにおいて、ハブの他方面とディスク状体面との間隔よりも大きな突起部を設け構成が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平５−２３４３２７号公報の装置では、既存装置の形状の変更（主に高さの変更）が大きくなる問題があるのに加え、ディスク面の面外方向の歪み（例えば約±５００μｍの変形）が大きいディスクを使用すると１００００ｒｍｐ以上での連成振動に加えて、１００００ｒｐｍよりも低い回転数でも大きな振動（流体による強制振動）が発生する問題がある。
【０００６】
また、特開平８−２９７８６６号公報のものは、ディスク駆動装置の振動低減を目的としたものではなく、チャック不良を防止するものである。そのため、突起はハブの近くに設けられており、突起の直径が２５ｍｍとなっており、振動の低減効果は小さい。
【０００７】
標準的なディスク（例えば面外方向の変形が約±７０μｍの変形）に加えてディスク面が歪んだディスク（以後、「面振れディスク」という）でも１００００ｒｐｍ以上の回転数まで低振動で安定な回転を実現することは、装置の信頼性を高める上で非常に重要である。また既存装置の形状を僅かに変更するだけで振動低減効果を実現することは製造コスト低減の上でも重要である。特開平５−２３４３２７号公報のようにディスク上下に位置する部材（以後、上面の部材を「トップカバー」、下面の部材を「トレー」）という）とディスク面の間隔を３ｍｍ以下に狭める方法では、ディスクが上下に変位すると空気の逃げ場が小さくなって圧力変動が大きくなってしまうため、ディスク面が歪んだ面振れディスクを使用した場合には振動が大きくなってしまう問題がある。また従来技術では既存装置の形状（主に高さ）の変更が大きくなる問題がある。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのもので、標準ディスクに加えて面振れディスクを使用した場合でもディスク上下の空気の流れとディスクとの干渉により発生する振動を低減するディスク駆動装置を提供することを目的としている。また本発明では既存装置形状の僅かな変更で低振動のディスク駆動装置を実現することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、トップカバーもしくはトレーまたは両方に対して、スピンドルモータの回転中心からの距離をＲ、ディスク半径をＲ０としたときに、０．７５×Ｒ０＜Ｒ＜Ｒ０の範囲の環状領域に１条もしくは複数条のリング状の突起もしくは溝を設けることにより達成される。このとき、振動低減効果を大きくするために、トップカバーに設けたリング状の突起もしくは溝の内周部もしくは外周部または両方に、スピンドルモータの回転中心に対して放射状の突出部を設ける。または、トップカバーに設けたリング状の突起を円周方向に任意の間隔で切り欠くかもしくは、リング状の溝を円周方向に任意の間隔で埋める。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。
【００１１】
図１はディスク駆動装置の分解斜視図と記録媒体となるディスク１を示したものである。
【００１２】
ディスク駆動装置は、円盤状の記録媒体であるディスク１をトレー２に載せて装置内部に搬送し、スピンドルモータ３の回転軸に設置されたターンテーブル４に取り付ける。スピンドルモータ３はユニットメカシャシ５に設置され、ユニットメカシャシ５は四つのインシュレータ（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）によって支持されている。ユニットメカシャシ５には、ディスク１の情報を再生あるいは記録再生する光ヘッド７が設けられている。ユニットメカシャシ５は、ディスク駆動装置のフレームとなるメカベース８に設置される。ディスク駆動装置内部はトップカバー９、ボトムカバー１０、フロントパネル１１により密閉構造となる。トップカバー９にはディスククランパー１２が組み込まれており、ディスク１がターンテーブル４に取り付けられた際に、ターンテーブル４とクランパ１２の間の磁気吸引力によりクランパ１２がディスク上面に張り付いてディスク１がターンテーブル４に固定される。
【００１３】
本発明は、ディスク１の回転により誘起される空気の流れとディスクが干渉することにより発生するディスク１およびディスク駆動装置全体の振動を低減するように、トレー２およびトップカバー９の構造に関するものである。
【００１４】
以下、図２以降を用いて具体的な本発明の実施例について説明する。図２（ａ）は、図１の分解斜視図が組み立てられた際のＡ１−Ａ１断面を示したものである。トップカバー９を下から（図１の矢印Ａ２の方向）見た場合の構造を図２（ｂ）に、トレー２を上から見た場合の構造を図２（ｃ）に示す。
【００１５】
図中の矢印は、ディスク１が回転した際に生じるディスク半径方向の空気の流れを示している。従来は、トップカバー９とトレー２のディスクと対向する面は平らであったのに対して、本実施例はトップカバー９およびトレー２のそれぞれに、半径方向の空気の流れを遮るように突起１３、１４を設けたものである。
【００１６】
本実施例では、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、複数条もしくは１条のリング状の突起を、スピンドルモータの回転中心をリングの内側に有するように、すなわち、ディスク１の外周端より内側で、ディスク外周端に近い側に設けている。
【００１７】
図３と図４を用いて本実施例の効果について説明する。
【００１８】
図３はディスク面の歪みが少ない標準ディスク（面振れ±約７０μｍ）に関して、回転数を変えた場合のディスク振動振幅の測定結果を示したものである。図の白丸は従来のディスク駆動装置においてディスクとトップカバーの隙間を３ｍｍより大きくした場合（ディスク半径比で０．０５より大きくした場合）で隙間５ｍｍでの振動振幅を示し、黒丸は隙間を３ｍｍ以下（ディスク半径比で０．０５以下）で隙間２．５ｍｍにした場合の測定結果を示す。白四角は本実施例においてトップカバーに１条のリングを使用した場合の測定結果であり、斑四角は本実施例でトップカバーに２条のリングを使用した場合の測定結果を示す。図３で使用したリングは、幅を４ｍｍ、高さを３ｍｍ、ディスクとリングの隙間を２．５ｍｍとした。また２条のリングの場合は、外側のリングの外径はディスク半径比で１．０とし、内側のリングとのピッチは８ｍｍとした。１条のリングでの実験では、上記の２条リングの内側のリングを取り除いて実験を行なった。
【００１９】
一般のディスク駆動装置では図３の白丸で示すように、回転数が１００００ｒｐｍまでは遠心力の働きによりディスクの振動振幅が減少していくが、回転数が１００００ｒｐｍを越えるとディスク周囲の空気とディスクが干渉（正確には連成振動）して急激に振動振幅が増加する。この問題に対しては特開平５−２３４３２７号公報に示されるように、ディスクとトップカバーの隙間を３ｍｍ以下にすると、回転数が１００００ｒｐｍを越えても振動振幅の急激な増加（すなわち連成振動の発生）を防止することが可能である。この理由は隙間を狭くするとディスク半径方向の空気の流速が遅くなり、流れのレイノルズ数（＝［流速］×［隙間幅］／［動粘度］）が低下して、流れが層流となってディスク面上の圧力変動が低減されるからである（これとは逆に、流速が早いと流れは乱流となり圧力変動が大きくなる）。
【００２０】
図３に示されるように本実施例では、複数条もしくは１条のリング条の突起を設けることにより１００００ｒｐｍを越えた回転数でも振動の低減が可能である。また本実施例を使用すれば、従来のディスク駆動装置のトップカバーとトレーの隙間を変更することなく（全体のサイズを変更することなく）簡単な追加加工でディスクの振動を低減することが可能である。
【００２１】
図５と図６を用いて本発明の作用原理について説明する。図５と図６はディスク上下の空気の半径方向速度の計算結果を示したものである。矢印の長さが流速を表わし、長さが長いほど流速が早いことを示している。図５は従来のディスク駆動装置のトップカバー９とトレー２の構造の場合を示し、図６は本実施例の構造の場合を示したものである。
【００２２】
図５と図６を比較すると、本実施例でリング条の突起１３と１４を使用することにより、従来の構造に比べ半径方向の流速が遅くなっていることがわかる。すなわち、図５ではディスク表面には、何等流れを遮るものがないため、空気の流速はディスク端面に行くほどはやくなる。これに対して、図６に示すように、本実施例では、突起部において、ディスク外周側に流出しようとする空気が、遮断され、ディスク中心側に戻る空気の循環流が、ディスク面内に発生する。また、２つの突起部間においても同様の循環流が発生する。このディスク面内で発生した逆流の影響を受け、突起部下部の流速も遅くなる。これにより流れのレイノルズ数が小さくなって流れが層流となり、ディスク上下での圧力変動が低減される。なお、図６では、リングがトップカバーとトレーにそれぞれ２条使用された場合を示しているが、リングが１条であっても、またトップカバーとトレーのどちらかにリングを使用するだけでも、図６と同様な作動原理により振動低減効果が得られる。
【００２３】
次に他の実施例について図７を用いて説明する。
【００２４】
図６ではリング条の突起を使用した場合の効果について説明したが、図７のようにトップカバー９とトレー２にリング状の溝を設けることによっても同様な効果が得られる。
【００２５】
これは図７のように溝部で流れが渦を巻くことで損失が大きくなり半径方向の流速が遅くなるためである。このリング状の溝はトップカバーもしくはトレーのどちらかだけに使用されても効果が得られ、またリング状の突起と溝を組み合わせることによっても同様な効果が得られる。
【００２６】
図３では標準ディスクを使用した場合の本発明での振動低減効果について説明したが、図４ではディスク面の歪みが大きい面振れディスク（面振れ±５００μｍ）を使用した場合の振動低減効果について説明する。使用したリング形状は図３と同じものとした。
【００２７】
図４の白丸は特開平５−２３４３２７号公報の発明のようにトップカバーとディスクの隙間を３ｍｍ以下（２．５ｍｍ）にした場合のディスクの振動振幅を示している。図のように白丸では、１００００ｒｐｍよりも低い回転数から振動（正確には強制振動）が発生し始める傾向がある。この理由はディスクとトップカバーの隙間を狭くしたことにより、ディスクが上下に動いたときの空気の逃げ場がなくなって圧力変動が増加してしまうためである。
【００２８】
図４の黒丸と白四角はそれぞれリングが１条と２条の場合の振動振幅の測定値を示したものである。実験結果からわかるように本発明を使用すると面振れディスクを使用しても振動の低減が可能であることがわかる。この理由は本発明は従来の構成に比べてディスク周囲の空間の容積を大きくとれるために、ディスクが上下に動いても空気の逃げ場が確保されているためである。
【００２９】
次に図９を用いて前記リング状突起の位置と、ディスク半径位置との関係を説明する。
【００３０】
前述の説明のリング状の突起又は溝は、スピンドルモータの回転中心からの距離をＲ、ディスク半径をＲ０としたときに、０．７５×Ｒ０＜Ｒ＜Ｒ０の範囲の環状領域に設けた場合に効果が得られることが実験からわかっている。
【００３１】
図９はトップカバーに幅４ｍｍ、高さ３ｍｍ（リングとディスクの隙間２．５ｍｍ）のリング状突起を使用した場合のリング位置とディスクの振動振幅の実験結果を示したものである。図の横軸はリングの外径とディスク外径の比を示しリングの設置位置に相当する。
【００３２】
図９から分かるように、リング位置がディスク外径の７５％よりも内側になるとほとんど効果が得られないことがわかる。また、図１０はリング位置を変えた場合に関して、振動が急激に増加する連成振動発生周波数（図３で振動振幅が急激に増加する時の周波数に対応する）とディスクを回転するための消費電力を示したものである。連成振動発生周波数は大きい値程、連成振動が発生しにくく望ましい。
【００３３】
図１０からわかるように、リングをディスクの最外周に設けた場合はリング位置が約０．８の場合よりも低い周波数（回転数）から連成振動が始まりまた消費電力も大きくなるため、リングをディスク最外周部に設けるのは避けるのが望ましい。これらの理由から、本実施例でのリング状の突起もしくは溝はディスクの最外周よりも少し内側に設けるのが好ましく、スピンドルモータの回転中心からの距離をＲ、ディスク半径をＲ０としたときに、０．７５×Ｒ０＜Ｒ＜０．９７×Ｒ０の範囲のに設けるのが理想である。
【００３４】
図１１は、リングの高さ（リングとディスクの隙間）を変えた場合の連成振動の発生周波数を示したものである。図１１から分かるように本発明では、リングとディスクの隙間は従来の構成（隙間を３ｍｍ以下に規定）よりも広い４．５ｍｍ（突起の高さは１．ｍｍ）にしても効果があることがわかる。このことは、従来構造のディスク駆動装置に対して、簡単な加工（トップカバーに対するリング条突起のプレス加工など）を施すだけで振動低減効果が得られることを示しており、本発明は製造コストの低減や製造時間の短縮の点でも従来発明よりも有効である。
【００３５】
リング状の突起の応用として、図８に示した構造によっても振動低減効果が得られる。図８ではディスクの上下の隙間をディスク外周にいくに従って狭くするような構造である。図８ではディスクとトップカバーの最小隙間部は２．５ ｍｍとした。図８からわかるように、流路がディスク外周に行く程狭くなるために半径方向の流速が遅くなることがわかる。図８の構造ではディスク上下の空間が従来の構成のものより広くとれるために、ディスクが上下に変位した場合の空気の逃げ場が確保され、面振れディスクを使用した場合でも振動低減効果が大きい。図８ではディスク上下の両方の隙間を変化させた構造を示したが、上下のどちらか一方だけでも良く、また図８の構造とリング状の突起もしくは溝との組み合わせであっても振動低減効果が得られる。
【００３６】
図２から図１１の説明により、ディスク周囲の空気の流れとディスクの干渉により発生するディスクもしくは装置全体の振動を低減することが可能であるが、更に振動を低減する構造について説明する。図１２と図１３は本発明の他の実施例を示すものであり、図１２はトップカバー９のリング状の突起１３の内側に放射状の突出部１８を加えたものであり、図１３はトップカバー９に設けたリング条の突起１９に対してリング状の突起を円周方向に任意の間隔で切り欠いたものである。
【００３７】
本実施例の作用原理について図１４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図１４（ａ）（ｂ）の矢印は、図１２と図１３それぞれのリング周方向に沿った矢印Ａと矢印Ｂの方向の流路での空気の流れを示したものである。
【００３８】
図１４に示すように、ディスクとトップカバーの間の流れは流路中の突起１８および１９にぶつかることにより、図１２のＣとＤの部分で圧力が高くなりディスクを下に押し付ける力が発生する。この結果、軸受部に加わる軸方向の力の変動が小さくなってディスクに発生する振動が低減される。図１２は放射状の突起をリングの内側に設けた実施例であるが、放射状の突起はリングの外側でもまたは両側でも振動低減効果が得られる。また、図１２と図１３では図２で説明したリング状の突起（ここでは１条のリングの場合）に対して追加加工を施す場合の実施例について示したが、図７のようなリング状の溝を使用した場合でも図１２のように放射状の溝をリングの内側に用いたり、リング状の溝の一部を任意の間隔で埋めることにより図１３の構造と同様な効果が得られる。
【００３９】
図１５はリング位置が０．９３、リング幅４ｍｍ、リング高さ３ｍｍ（隙間２．５ｍｍ）のリング状の突起に図１２に示しすような放射状の突出部（幅４ｍｍ、長さ１５ｍｍ、高さ３ｍｍ）を設けた場合のディスク回転数とディスク振動振幅の関係の実験結果を示したものである。
【００４０】
図１５からわかるように図１２のような放射状の突出部を用いることにより更に振動低減効果が得られることがわかる。また、図１３に関しても同様な振動低減効果が得られる。
【００４１】
以上の図１から図１５で説明したように、本発明は従来構造のディスク駆動装置にリング状の突起を設けるだけで（装置全体の寸法を変更することなく）簡単にディスク駆動装置の振動が低減できる特徴を持つ。これに加え、トップカバーが鉄板のようにプレス加工により製造可能な材料の場合は、短時間でかつ安価に製造することが可能である。
【００４２】
図１６（ａ）は本発明の加工方法を示すものであり、トップカバーの材料となる鉄板を凹凸のある金型３２と３３で高圧に挾み込むことにより、トップカバーを作る際にリング条の突起も同時に加工する方法を示したものである。図１６（ｂ）はこの加工方法により加工されたトップカバー９とリング状の突起３５を示したものである。図１６（ｂ）はリング状突起の加工方法についてのものであるが、溝に関しても同様な加工方法が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明を用いると、トップカバーもしくはトレーまたは両方に対して、スピンドルモータの回転中心からの距離をＲ、ディスク半径をＲ０としたときに、０．７５×Ｒ０＜Ｒ＜Ｒ０の範囲の環状領域に１条もしくは複数条のリング状の突起もしくは溝を設けることにより、ディスク周囲の空気の流れとディスクとの干渉により生じるディスクもしくはディスク駆動装置の振動の低減が達成される。このとき、トップカバーに設けたリング状の突起もしくは溝の内側もしくは外側または両方に放射状の突出部を設けるかもしくは、トップカバーに設けたリング状の突起を円周方向に任意の間隔で切り欠くかリング状の溝を円周方向に任意の間隔で埋める構造によって大きな振動低減効果が得られる。本発明を用いることにより、ディスクを高速回転した場合でも低振動で安定に回転する信頼性の高いディスク駆動装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスク駆動装置の分解斜視図と記録媒体となるディスクの外観図である。
【図２】図１の分解斜視図が組み立てられた際のＡ１−Ａ１断面および本発明におけるトップカバーとトレーの形状の図である。
【図３】標準ディスクに関して回転数を変えた場合のディスク振動振幅の測定結果である。
【図４】面振れディスクに関して回転数を変えた場合のディスク振動振幅の測定結果である。
【図５】従来構造でのディスク上下おける空気の半径方向速度の計算結果である。
【図６】リング条の突起が使用された場合のディスク上下おける空気の半径方向速度の計算結果である。
【図７】リング条の溝が使用された場合のディスク上下おける空気の半径方向速度の計算結果である。
【図８】ディスクの上下の隙間をディスク外周にいくに従って狭くした場合のディスク上下おける空気の半径方向速度の計算結果である。
【図９】リング位置とディスクの振動振幅の関係の実験結果である。
【図１０】リング位置を変えた場合に関して、連成振動発生周波数と消費電力の実験結果である。
【図１１】リングの高さを変えた場合の連成振動の発生周波数の実験結果である。
【図１２】トップカバー上のリング状突起の内側に放射状の突出部を設けた図である。
【図１３】トップカバー上のリング状突起を円周方向に任意の間隔で切り欠いた図である。
【図１４】図１２と図１３の発明の作用原理。
【図１５】図１２の実施例に関してディスク回転数に対する振動振幅の実験結果。
【図１６】本発明の加工方法を示す実施例。
【符号の説明】
１…ディスク、２…トレー、３…スピンドルモータ、４…ターンテーブル、５…ユニットメカシャシ、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…インシュレータ、７…光ヘッド、８…メカベース、９…トップカバー、１０…ボトムカバー、１１…フロントパネル、１２…ディスククランパー、１３…トップカバーに設けたリング状突起、１４…トレーに設けたリング状突起、１５…クランパーホルダー、１６…トップカバーに設けたリング状溝、１７…トレーに設けたリング状溝、１８…リング内側の突出部、１９…切り欠きを設けたリング状突起、３０…下部金型、３１…上部金型、３２…上部金型上の突起、３３…下部金型上の溝、３４…鉄板、３５…トップカバー状の溝。

Claims (4)

1. ディスクを装着したときにディスクの上面もしくは上面と下面の両方面に対向する部材に、前記ディスクを回転するスピンドルモータの回転中心からの距離をＲ、ディスク半径をＲ０としたときに、０．７５×Ｒ０＜Ｒ＜Ｒ０の範囲の環状領域に１条もしくは複数条のリング状の突起、もしくは溝を設け、前記リング状の突起もしくは溝の内周部もしくは外周部または両方に、スピンドルモータの回転中心に対して放射状の突出部を設けたディスク駆動装置。
2. ディスクを装着したときにディスクの上面もしくは上面と下面の両方面に対向する部材に、前記ディスクを回転するスピンドルモータの回転中心からの距離をＲ、ディスク半径をＲ０としたときに、０．７５×Ｒ０＜Ｒ＜Ｒ０の範囲の環状領域に１条もしくは複数条のリング状の突起、もしくは溝を設け、前記リング状の突起を、円周方向に任意の間隔で切り欠き部を設けるか、もしくは、リング状の溝を円周方向に任意の間隔で埋めたディスク駆動装置。
3. 請求項１又は請求項２のディスク駆動装置において、前記ディスクの上面に対向する部材に鉄板等の金属を用い、前記突起もしくは溝をプレス加工により加工したディスク駆動装置。
4. 請求項１又は請求項２のディスク駆動装置において、ディスクを装着したときにディスクの上面に対向する部材がトップカバーであり、ディスクの下面に対向する部材がトレーであるディスク駆動装置。

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