JP3833037B2

JP3833037B2 - 自動平衡装置

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Publication number: JP3833037B2
Application number: JP2000009409A
Authority: JP
Inventors: 良巳菊池; 大輔樋口; 建福楊
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2020-01-18
Also published as: JP2001204153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の回転体の回転時の回転軸の振れを抑える自動平衡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の電気製品には、モータ等によって回転体を回転駆動するものが多く見られる。例えば、コンピュータやＣＤラジカセ等に備えられた記録再生装置は、記録媒体となるディスクを回転駆動するようになっている。近年、このような記録再生装置では、６０００〜１００００回転／分という超高速回転を求められている。そのため、特に、回転体の回転が共振周波数を超えて高速回転する際には、回転体に振動が発生し、回転振れ（軸振れ）が発生してトラッキングエラーを起こす等、種々の不具合が生じることが指摘されている。
【０００３】
このような問題を解消するための装置として、例えば、特開平１０−２５７７１０号公報に記載された回転操作装置等が開示されている。なお、図７は、特開平１０−２５７７１０号公報記載の回転操作装置が取り付けられたスピンドルモータの縦断面図、図８は回転操作装置の要部断面図をそれぞれ示したものとなっている。
【０００４】
図７に示すように、スピンドルモータ５１は、ハブ５２に固定されたステータ５３と、ステータ５３に対向配置された永久磁石５４ａを有するロータ５４と、ロータ５４の回転中心部位に固定されたスピンドル軸５５とを備えている。そして、ステータ５３に通電されてステータ５３が磁化されると、ロータ５４を回転させる磁界がステータ５３とロータ５４との間に発生し、ロータ５４がスピンドル軸５５と共に回転するようになっている。
【０００５】
回転操作装置５６は、図７及び図８に示すように、スピンドルモータ５１のスピンドル軸５５が内部を貫くようにスピンドル軸５５に取り付けられたケース５７及びターンテーブル（図示省略）とを有して構成されており、ケース５７及びターンテーブルがスピンドル軸５５と共に回転するようになっている。
【０００６】
ケース５７内には、軸周りに円環状の空間が形成されており、この空間の最内周部に円盤状のマグネット５８が配置されている。そして、このマグネット５８には、垂直な方向（スピンドル軸５５の軸方向）に２極着磁がなされている。また、ケース５７の空間内におけるマグネット５８の外周には、磁性体で構成されたバランサ球５９が複数個備えられている。そのため、バランサ球５９は、マグネット５８の外周面に磁力によって引き寄せられ固定される。
【０００７】
このように構成された回転操作装置５６は、スピンドルモータ５１の起動時においてはバランサ球５９がマグネット５８の外周面に固定されたままの状態でロータ５４と共に回転する。そして、ロータ５４の回転速度が徐々に速くなり、その回転が共振周波数を越えると、バランサ球５９がマグネット５８から離れてケース５７の外周壁５７ａ側に移動する。これにより、バランサ球５９がロータ５４の回転振れを抑制するように作用する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、特開平１０−２５７７１０号公報記載の回転操作装置５６は、スピンドルモータ５１のロータ５４の回転速度が増し、その回転が共振周波数を超えると、ロータ５４の回転振れを抑制し、これによって、トラッキングエラー等を防止するようになっている。しかしながら、このような回転操作装置５６では、ロータ５４の回転速度が共振周波数を越えた後、上述したように回転振れを抑制するように働くが、その後さらにロータ５４の回転速度が高速化しその回転速度がある所定値を越えると、回転振れに対抗できなくなる。すなわち、バランサ球５９が同一半径位置で周方向に移動することにより回転振れを抑制することが可能な回転範囲は、所定の回転周波数帯域に限定されるため、ある所定値を越えた高速回転においては、回転振れを抑制する効果を発揮できないという問題が生じる。
【０００９】
なお、ロータ５４の共振周波数を高目に設定すれば、より高速となる回転範囲に対応して回転振れを抑制することが可能となる。しかしながら、そのような設定を行った場合は、共振周波数に達するまでの間、バランサ球５９が回転振れを抑制するように働かず、寧ろ回転振れを増幅する方向に働くため、共振周波数以下の低回転時における回転振れが問題となる。
【００１０】
本発明は、上述の欠点を鑑み、回転体の回転数が共振周波数以下の低速回転時や共振周波数以上でかつ所定値を越える超高速回転時等の場合、及びその他の状態のいずれであっても、それらの回転数に随時対応し回転振れを抑制することが可能な自動平衡装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明では、駆動源によって回転する支持軸に固定されこの支持軸と一体的に回転するケース体と、このケース体に形成された内部空間内に移動可能に配置された複数のバランサ部材とを備え、ケース体と一体回転する回転体の回転周波数が共振周波数を超えると回転体の振動を抑えるように作用する自動平衡装置において、ケース内に、回転体の停止時及び回転初期時において複数のバランサ部材を径方向外側へ移動させないようにする保持部と、回転体の回転周波数が共振周波数を超え複数のバランサ部材が保持部での保持力に抗して径方向外側へ移動した際にそれ以上の径方向外側への移動を防止することにより回転体の振動を抑えるように作用させる第１の作用部と、回転体の回転周波数が共振周波数を超えた所定の数値をさらに超え複数のバランサ部材が径方向外側へさらに移動した際にそれ以上の径方向外側への移動を防止することにより所定の数値を超えた回転周波数で回転する回転体の振動を抑えるように作用させる第２の作用部とを備えている。
【００１２】
そのため、回転体の回転周波数が共振周波数を超えた際に、バランサ部材が回転停止時及び低速回転時における保持位置から第１の作用部へ移動して、回転体の振動を抑え回転振れを抑制するように作用すると共に、さらに回転体が高速化した際にバランサ部材が第１の作用部から第２の作用部へ移動して高速化した回転体の回転振れを抑制するように作用する。このため、共振周波数を超えた回転域において広く対応して回転振れを抑制することが可能となる。また、回転体の共振周波数を低めに設定することにより、低回転時における回転振れの増幅をも抑えることが可能となる。
【００１３】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、第２の作用部が、径方向において異なる位置に複数箇所設けられ、複数のバランサ部材が径方向内側に配置された第２の作用部を超えて径方向外側へ移動した際に径方向外側に配置された第２の作用部でそれ以上の径方向外側への移動を防止するように構成されている。そのため、共振周波数を超えた後に回転振れが抑制された後、さらに高速化した回転周波数の回転振れを抑制することが可能な回転域を広くすることが可能となる。
【００１４】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、バランサ部材を磁性体で構成すると共に、保持部をケースの内部空間の径方向内側に配置された環状マグネットで構成している。そのため、単純な構成で、回転体の停止時及び低速回転時における保持を行うことが可能となる。
【００１５】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、保持部は、ケース内部の一側の面に複数のバランサ部材が乗り上げるように形成された段部で構成されている。そのため、単純な構成で、回転体の停止時及び低速回転時における保持を行うことが可能となる。
【００１６】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、保持部は、ケースの内部空間の径方向内側でかつケース内部の一側の面に形成された溝で構成されている。そのため、単純な構成で、回転体の停止時及び低速回転時における保持を行うことが可能となる。
【００１７】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、保持部にバランサ部材の周方向への移動を阻止する阻止手段を設けている。そのため、バランサ部材が共振周波数以下の低速回転時において、周方向に移動して回転振れを増幅するように作用するという現象を抑えることが可能となる。
【００１８】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、第１及び第２の作用部のうちの少なくとも一方は、それぞれケース内部の一側の面に複数のバランサ部材が乗り上げるように形成された段部で形成されている。そのため、単純な構成で、共振周波数を超えて高速回転化した回転体の回転振れを抑制することか可能となる。
【００１９】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、第１及び第２の作用部を構成する各段部の高さは、ケースの径方向外側に配置されているものほど高く設定されている。そのため、径方向外側で作用するに伴い、バランス部材の接線方向にかかる圧力が高くなるが、これに十分対抗しバランス部材の径方向外側方向への飛び出しを防止することが可能となる。
【００２０】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、第１及び第２の作用部を構成する各段部の乗り上げ角度は、ケースの径方向外側に配置されているものほど切り立った角度に設定されている。そのため、径方向外側で作用するに伴い、バランス部材の接線方向にかかる圧力が高くなるが、これに十分対抗しバランス部材の径方向外側方向への飛び出しを防止することが可能となる。
【００２１】
また、他の発明は、上述の自動平衡装置に加えて、ケースの一側の面の各段部間を、ケースの径方向外側にいくほど高さが高くなる緩斜面で構成している。そのため、回転体の回転周波数（速度）が低くなるのに伴い、バランサ部材が緩斜面に沿って径方向内側へ容易に戻ることが可能となり、より回転速度に合わせた位置でバランサ部材が作用することができるようになっている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態の自動平衡装置を備えたスピンドルモータを示している。なお、このスピンドルモータは、ＣＤや光磁気ディスク等の円盤状の記録媒体を回転操作するための駆動装置の一部となっており、記録媒体を回転操作する駆動源となっている。
【００２４】
この駆動源となるスピンドルモータは、図１に示すように、主に、ステータ１と、このステータ１への通電によって回転する回転体となるロータ２から構成されている。ステータ１は、図示しないメカシャーシに固定されるステータハブ１１と、ステータハブ１１に固定されるステータ部材１２とから構成されている。ステータハブ１１は、ロータ２の回転中心軸となる支持軸２１を挿通する孔部１３を備えている。そして、この孔部１３内には、ロータ２の一部となっている支持軸２１を回転支持するための軸受け１４が収納されている。
【００２５】
回転体となるロータ２は、ステータ１に回転自在に支持された支持軸２１と、ロータマグネット２２を内側に固定した筒状のヨーク２３を有し、このヨーク２３を一方の面側に固定すると共にその中心位置に支持軸２１が挿通固定された自動平衡装置４と一体となっている。そして、ロータ２は、支持軸２１がステータ１の孔部１３内に挿入され、軸受け１４によって軸支されると共に、ロータマグネット２２がステータ部材１２と対向するように配置されている。
【００２６】
なお、本実施の形態の自動平衡装置４は、回転体としてのロータ２の一部として支持軸２１に固定されこの支持軸２１と一体的に回転するようになっている。さらに、この自動平衡装置４には、ＣＤや光磁気ディスク等の記録媒体を固定するためのチャッキング部（図示省略）が設けられており、この自動平衡装置４上に記録媒体となるディスクが固定される。これによって、記録媒体となるディスクが、スピンドルモータ１の駆動力によって自動平衡装置４と共に回転するようになっている。なお、チャッキング部とディスクは、回転体の一部を構成する。
【００２７】
このように構成されたスピンドルモータは、ステータ部材１２のコイル１２ａに通電がなされてステータ部材１２が磁化されると、ロータ２を含む回転体を回転させるための磁界がステータ１とロータ２との間に発生し、回転体が回転するようになっている。なお、本実施の形態では、ロータ２を含む回転体の回転周波数が共振周波数を超えた場合（本実施の形態では回転数が２０００〜３０００ｒｐｍとなったときを想定＝図３参照）、ロータ２の一部としてロータ２に一体的に組み込まれた自動平衡装置４が作用して、この回転体の高速回転時における振動を抑えるようになっている。
【００２８】
自動平衡装置４は、図１及び図２に示すように、その回転中心が支持軸２１に挿通固定され、これによりロータ２の一部として回転するようになっている。この自動平衡装置４は、支持軸２１に挿通固定されると共に内部空間４２を備えたケース体４１と、ケース体４１の内部空間４２の径方向内側に埋め込まれた環状マグネット４３と、内部空間４２内に移動可能に配置された複数のバランス部材としての磁性体で形成された球体４５とを有している。
【００２９】
この自動平衡装置４は、回転体の回転停止時及び回転初期時においては、各球体４５が環状マグネット４３の磁力によって引き寄せられ、各球体４５が径方向外側へ移動しないように保持されるようになっている。すなわち、環状マグネット４３は、回転体の回転停止時及び回転初期時における球体４５の保持部となっている。そのため、回転初期時においては、各球体４５が回転体の回転中心軸となる支持軸２１と一体的に回転する。
【００３０】
そして、回転体の回転速度が増し、その回転速度が共振周波数以上になると回転体の振動を抑えるように作用する。すなわち、共振周波数を超えた回転周波数となる回転速度で回転すると、通常は回転重心に大きな振れが発生し（共振周波数以下においても回転振れは発生するが、共振周波数に達するとその振れが極端に大きくなる）、回転体の回転振れを引き起こすが、この自動平衡装置４では、複数の球体４５が環状マグネット４３での保持力に抗して径方向外側に移動し、後述する第１の作用部（第１段部４６に相当）で回転振れを減少させるように作用する。
【００３１】
また、この状態からさらに回転速度が増し、その回転速度が所定の回転周波数（本実施の形態では約７０００ｒｐｍに相当＝図３参照）を超えて回転振れが大きくなると、複数の球体４５が第１の作用部から後述する第２の作用部（第２段部４７に相当）へ移動し、この第２の作用部で回転振れを減少させるように作用する。
【００３２】
なお、この実施の形態では、第２の作用部は、径方向において異なる位置に複数、具体的には２箇所設けられている（後述する第２段部４７及び最外周壁部４８に相当）。そのため、径方向内側に形成された第２段部４７で各球体４５が周方向に移動しながら回転振れを減少させるように作用している際に、さらに回転速度が増し、その回転速度が所定の回転周波数（本実施の形態では約１００００ｒｐｍに相当＝図３参照）を超えると、各球体４５が第２段部４７から径方向外側に配置された最外周壁部４８へ移動し、この最外周壁部４８で回転振れを減少させるように作用する。
【００３３】
以下に、自動平衡装置４の各部の具体的な構成について詳細に説明する。
【００３４】
ケース体４１は、非磁性部材、具体的には合成樹脂等で形成されており、内部に埋め込まれた環状マグネット４３の磁気の影響を受けないものとなっている。このケース体４１は、外形が円盤状に形成されており、内部に支持軸２１を取り囲むように円環状に配置された内部空間４２を備えたものとなっている。すなわち、ケース体４１は、回転中心側に支持軸２１が挿通固定された中心部４１ａと、外周側の円筒状の壁部４１ｂと、軸固定部４１ａ及び壁部４１ｂの一側の端面を連結する円形の第１円板部４１ｃと、軸固定部４１ａ及び壁部４１ｂの他側の端面を連結すると共に複数の段部４６，４７を有する円形の第２円板部４１ｄとを備えている。そして、これらの各部は一体的に形成されている。このように構成されたケース体４１は、支持軸２１と一体的に回転する。
【００３５】
そして、ケース体４１の中心部４１ａの軸周りには、円形リング状の環状マグネット４３が埋め込まれている。この環状マグネット４３は、回転体の停止時及び回転初期時において、各球体４５を磁力によって保持し、径方向外側へ移動させないための保持部となっている。また、この環状マグネット４３は、回転体の回転速度が低下した際には、磁力によって各球体４５を内部空間４２の径方向内側へ引き寄せるものとなっている。
【００３６】
なお、この環状マグネット４３としては、ＮｅＦｅＢ系の焼結マグネットや、いわゆるプラスティックマグネット、あるいはゴムマグネット等が用いられる。そして、この環状マグネット４３の吸着力（磁力）は、中心部４１ａの環状マグネット４３外側部分の板厚や各球体４５の重量や回転体の共振周波数等の各種条件を鑑みて、回転体の回転周波数が共振周波数を超えた際に各球体４５が環状マグネット４３の近接位置から磁力に抗して離れ、ケース４１の外側へ移動することが可能となるように設定される。
【００３７】
なお、上述した第２円板部４１ｄで構成された内部空間４２の底面には、第１段部４６と第２段部４７が形成されている。第１段部４６、第２段部４７は、共に底面の同一半径上に沿って円形に形成された段部となっている。
【００３８】
第１段部４６は、ケース体４１の内部空間４２の最内周壁部４９から見て径方向外側に配置されており、環状マグネット４３によって回転体の停止時及び回転初期時に保持された各球体４５の位置より径方向外側に形成されている。この第１段部４６は、回転体の回転周波数が共振周波数を超え各球体４５が径方向外側へ移動した（図１における矢示Ａ１参照）際に、それ以上の径方向外側への移動を防止することにより、共振周波数を超えた状態で回転する回転体の振動を抑えるように各球体４５を作用させる第１の作用部となっている。
【００３９】
すなわち、回転体の回転周波数が共振周波数（回転体の回転が約２０００〜３０００ｒｐｍを超えた程度で共振周波数に達するように設定されている）を超えると、各球体４５が環状マグネット４３の磁力による保持力に抗して径方向外側へ遠心力により移動する。第１段部４６は、この各球体４５の径方向外側への移動を内壁で阻止する一方、周方向への移動は許容するようになっている。そのため、回転体の回転が共振周波数を超えると、各球体４５が第１段部４６を、回転体の回転重心と逆方向へ周方向に移動する。
【００４０】
この結果、通常、図３の点線部分（矢示ｘ１参照）で示すように、共振周波数を超えた際に回転重心が大きく移動して回転振れが大きくなるが、図３の実線部分（矢示ｙ１参照）に示すように、この重心移動による回転振れが各球体４５の移動によって相殺されて小さくなり、回転体に回転振れが起こらずに回転体が回転するように作用する。
【００４１】
なお、この第１段部４６の高さ（支持軸２１の軸方向における高さ）は、各球体４５の半径ｒよりも若干低い高さとなっている。加えて、この第１段部４６は、支持軸２１に対して水平に固定されたケース体４１の水平面に対して約８８度の傾き（乗り上げ角度）を有している。この第１段部４６の径方向における中心位置からの距離、上述した高さ及び傾き（乗り上げ角度）は、回転体の回転が共振周波数を超えた所定の周波数（回転数が６０００〜７０００ｒｐｍとなった場合を想定）を越えた際に、各球体４５が第１段部４６を乗り越えてさらに径方向外側へ移動するように設定されたものとなっている。そのため、回転体の回転が約７０００ｒｐｍを越えると、各球体４５は、さらに径方向外側へ移動するようになっている。
【００４２】
第２段部４７は、第１段部４６から見て径方向外側に配置されている。この第２段部４７は、第１の作用部である第１段部４６を乗り越えさらに外側へ移動する各球体４５のそれ以上の径方向外側への移動を防止することにより、約７０００ｒｐｍ以上で回転する回転体の振動を抑えるように各球体４５を作用させる第２の作用部となっている。
【００４３】
すなわち、回転体の周波数が共振周波数を超えた後さらに所定の周波数（回転体の回転が約７０００ｒｐｍとなる場合に対応する周波数）を超えると、各球体４５が遠心力により第１段部４６を乗り越え径方向外側へ移動する（図１における矢示Ａ２参照）。第２段部４７は、この各球体４５の径方向外側への移動を内壁で阻止する一方、周方向への移動は許容するようになっている。そのため、第１段部４６で各球体４５を周方向に移動させて回転振れを抑制させた後、さらなる回転の高速化によって再び回転体の回転振れが大きくなると、各球体４５が第２段部４７を、回転体の回転重心と逆方向へ周方向に移動する。
【００４４】
この結果、この第２段部４７がなければ、図３の点線部分（矢示ｘ２参照）で示すように、約７０００ｒｐｍを超えた際に回転重心が大きく移動して回転振れが大きくなるが、図３の実線部分（矢示ｙ２参照）に示すように、この重心移動による回転振れが各球体４５の移動によって相殺されて小さくなり、回転体に回転振れが起こらずに回転体が回転するように作用する。
【００４５】
なお、この第２段部４７の高さ（支持軸２１の軸方向における高さ）は、各球体４５の半径ｒよりも若干低くかつ第１段部４６の高さよりも若干高い高さとなっている。加えて、この第２段部４７は、支持軸２１に対して水平に固定されたケース体４１の水平面に対して約８９度の傾き（乗り上げ角度）を有しており、第１段部４６に比して若干切り立った角度に設定されている。このように、より径方向外側に配置された第２段部４７の高さを内側に配置された第１段部４６より高く設け、かつ乗り上げ角度も切り立った角度としたのは、径方向外側にいくにしたがってより高速化に対応し各球体４５の外側への飛び出しを防止することを可能とするためである。
【００４６】
なお、この第２段部４７の径方向における中心位置からの距離、上述した高さ及び傾きは、上述の第１段部４６と同様、回転体の回転が共振周波数以上の所定の周波数（回転数が１００００ｒｐｍとなった場合を想定）を越えた際に、各球体４５が第２段部４７を乗り越えてさらに径方向外側へ移動するように設定されたものとなっている。そのため、回転体の回転が約１００００ｒｐｍを越えると、各球体４５は、さらに径方向外側へ移動するようになっている。
【００４７】
ケース体４１の壁部４１ｂの内壁で形成された、内部空間４２の最外周壁部４８は、上述の第２段部４７のさらに外側に配置された第２の作用部となっている。すなわち、最外周壁部４８は、同様に第２の作用部となっている第２段部４７を乗り越えさらに外側へ移動する各球体４５のそれ以上の径方向外側への移動を防止することにより、約１００００ｒｐｍ以上で回転する回転体の振動を抑えるように各球体４５を作用させるものとなっている。
【００４８】
すなわち、回転体の回転が約１００００ｒｐｍを超えると、各球体４５が遠心力により第２段部４７を乗り越え径方向外側へ移動する（図１における矢示Ａ３参照）。最外周壁部４８は、この各球体４５の径方向外側への移動を阻止する一方、周方向への移動は許容するようになっている。そのため、第２段部４７で各球体４５を周方向に移動させて回転振れを抑制させた後、さらなる回転の高速化によって再び回転体の回転振れが大きくなると、各球体４５が最外周壁部４８を、回転体の回転重心と逆方向へ周方向に移動する。
【００４９】
この結果、この最外周壁部４８の作用がなければ、図３の点線部分（矢示ｘ３参照）で示すように、約１００００ｒｐｍを超えた際に回転重心が大きく移動して回転振れが大きくなるが、図３の実線部分（矢示ｙ３参照）に示すように、この重心移動による回転振れが各球体４５の移動によって相殺されて小さくなり、回転体に回転振れが起こらずに回転体が回転するように作用する。
【００５０】
なお、本実施の形態では、底面における第１段部４６と内部空間４２の最内周壁部４９との間、両段部４６，４７間及び第２段部４７と内部空間４２の最外周壁部４８との間は、それぞれケース体４１の径方向外側へ行くほど高さが高くなる緩斜面で形成されている。この構成は、上述したように内部空間４２内で径方向外側に移動した各球体４５が、回転体の回転速度が低下した際に、径方向内側へ戻りやすくするためのものとなっている。
【００５１】
このため、本実施の形態では、例えば、１００００ｒｐｍ以上の回転がそれ以下へ低下した際には、各球体４５が最外周壁部４８から第２段部４７側へ移動し、この第２段部４７を降りて第２段部４７の内壁に当接した位置で周方向へ移動可能となる。また、例えば、７０００ｒｐｍ以上の回転がそれ以下へ低下した際には、各球体４５が第２段部４７から第１段部４６側へ移動し、この第１段部４６を降りて第１段部４６の内壁に当接した位置で周方向へ移動可能となる。すなわち、本実施の形態では、常時、回転速度に合わせた作用部へ各球体４５がスムーズに移動する。この結果、各球体４５が、回転体の回転重心がふらつく方向へ作用し、これによって各球体４５同士が衝突して衝突音が発生したりすることを防止することが可能となる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、このように緩斜面を備えた構成としたが、このような緩斜面を備えず、底面における各段部間を支持軸２１に対して水平な面としても良い。この場合、各球体４５は、環状マグネット４３の磁力のみによって径方向内側へ戻ることとなる。
【００５３】
各球体４５は、回転体の回転速度が増して回転周波数が共振周波数を超えると、環状マグネット４３の外側となる最内周部４９から離れて内部空間４２の径方向外側へ移動する。そして、上述した第１段部４６でそれ以上の径方向外側への移動を阻止される一方、この第１段部４６において周方向に移動自在となる。このため、回転体の回転周波数が共振周波数を越えて回転重心に大きな振れが発生すると、複数の球体４５が第１段部４６の内壁に沿って回転重心が傾いた側とは反対方向へ移動する。この結果、回転重心は、複数の球体４５の移動によって中心位置方向へ戻る。このような動作を常に行うことにより、回転体は振動が抑えられた回転振れが少ない状態で回転することができる。
【００５４】
なお、このような状態からさらに回転体の回転速度が増して回転周波数が所定値を超える（約７０００ｒｐｍに対応する回転周波数を超える）と、各球体４５は、第１段部４６を乗り越えて内部空間４２の径方向外側へ移動する。そして、上述した第２段部４７でそれ以上の径方向外側への移動を阻止される一方、この第２段部４７において周方向に移動自在となる。このため、回転体の回転周波数が当該所定値を超えて回転重心に大きな振れが発生すると、複数の球体４５が第２段部４７の内壁に沿って回転重心が傾いた側とは反対方向へ移動する。この結果、回転重心は、複数の球体４５の移動によって中心位置方向へ戻る。このような動作を常に行うことにより、回転体は振動が抑えられた回転振れの少ない状態で回転することができる。
【００５５】
また、このような状態からさらに回転体の回転速度が増して回転周波数が所定値を超える（約１００００ｒｐｍに対応する回転周波数を超える）と、各球体４５は、第２段部４７を乗り越えて内部空間４２の径方向外側へ移動する。そして、上述した最外周壁部４８でそれ以上の径方向外側への移動を阻止される一方、この最外周壁部４８において周方向に移動自在となる。このため、回転体の回転周波数が当該所定値を超えて回転重心に大きな振れが発生すると、複数の球体４５が最外周壁部４８の内壁に沿って回転重心が傾いた側とは反対方向へ移動する。この結果、回転重心は、複数の球体４５の移動によって中心位置方向へ戻る。このような動作を常に行うことにより、回転体は振動が抑えられた回転振れの少ない状態で回転することができる。
【００５６】
なお、上述の実施の形態は本発明の好適な実施の例ではあるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施の形態では、ＣＤや光磁気ディスク等の円盤状の記録媒体を回転操作するための駆動装置の例を示したが、本発明は、ＣＤ等の記録媒体を回転操作する装置に限定されることなく、共振周波数を超える高速回転を行う回転体を回転操作するものであればどのような用途のものに対しても効果を奏する。
【００５７】
また、上述の実施の形態では、自動平衡装置４がロータ２の一部として一体的に組み込まれている例を示したが、自動平衡装置４は、図７に示した従来の回転操作装置と同様、ロータとは別体で構成され、単独で支持軸２１に固定されている構成としても良い。
【００５８】
また、上述の実施の形態では、非磁性のケース体４１の内部空間４２を、第２円板部４１ｄで構成された底面に２つの段部４６，４７を備えた形状とし、第１段部４６を第１の作用部、第２段部４７及び最外周壁部４８の２つの部位をそれぞれ第２の作用部としたが、段部をさらに多数段として第２の作用部を増設しても良いし、段部を１つのみ備え、第２の作用部を最外周壁部４８のみとしても良い。
【００５９】
さらに、内部空間４２は、図４に示すように、第１円板部４１ｃで構成された天板側にも段部を備えた構成としても良い。このような構成とすると、ケース体４１の内周側と外周側との重量バランスが良くなり、回転バランスが安定する。
【００６０】
また、図５に示すように、各段部４６，４７にそれぞれ突堤４６ａ，４７ａを備えても良い。このような構成とすると、環状マグネット４３の外周部分から第１段部４６への移動時、及び第１段部４６から第２段部４７への移動時において、それぞれ各球体４５が遠心力による勢いで各段部４６，４７にぶつかりながら各段部４６，４７を乗り上げてしまうという不具合を防止することができる。
【００６１】
また、図６に示すように、ロータ２の停止時及び回転初期時における各球体４５の保持位置、すなわち環状マグネット４３の外周近接部位における各球体４５の保持位置における底面に、リング状の空孔４９ａを設ける構成としても良い。このように構成すると、各球体４５の保持位置における保持が安定する。
【００６２】
さらに、上述の実施の形態では、環状マグネット４３をケース体４１の中心部４１ａに埋め込み、この環状マグネット４３を回転体の停止時及び回転初期時における各球体４５の保持部としたが、この環状マグネット４３の埋め込みを廃止し、他の方法で各球体４５を保持するようにしても良い。その場合、各球体４５は、磁性部材で構成しなくても良い。
【００６３】
例えば、第１段部４６を上述の実施の形態の構成に比して中心部４１ａ側に近づけ、第１段部４６と中心部４１ａとの径方向における距離を球体４５の直径程度とし、この第１段部４６を保持部としても良い。この場合、第１段部４６の外側に配置された第２段部４７を第１の作用部とし、その外側に配置された最外周壁部４８を第２の作用部とすればよい。
【００６４】
また、例えば、ケース体４１の底面の第１段部４６と中心部４１ａとの間にリング状の溝を形成し、この溝を回転体の停止及び回転初期時における保持部としても良い。
【００６５】
なお、上述の実施の形態では、回転体の回転初期時における各球体４５の保持を環状マグネット４３の磁力のみに頼っている。そのため、この構成では、回転体の回転初期時において、各球体４５がその遠心力を受けて最内周壁部４９沿いに周方向に移動してしまうおそれが生じる。このような移動がなされると、各球体４５が互いに衝突して衝突音を発生したり、あるいは回転体が停止した際に各球体４５が環状マグネット４３の周囲の偏った位置に保持されてしまったりという不具合が生じるおそれがある。そのため、以下のような構成として、回転初期時における各球体４５の周方向への移動を阻止するようにしても良い。
【００６６】
例えば、ケース体４１の底面の第１段部４６と中心部４１ａとの間に、放射状の溝を備え、この溝内に各球体４５を落とし込んで周方向への移動を阻止するようにしても良い。また、ケース体４１の最内周壁部４９に放射状の仕切壁を備え、この仕切壁によって各球体４５の周方向への移動を阻止するようにしても良い。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動平衡装置は、支持軸と一体的に回転するケース体の内部空間内に移動可能に配置された複数のバランサ部材を備えるとともに、回転体の停止時及び回転初期時においては複数のバランサ部材を保持部で保持し、回転体の回転周波数が共振周波数を超え複数のバランサ部材が径方向外側へ移動した際にこの複数のバランサ部材を回転体の振動を抑えるように作用させる第１の作用部と、さらに回転が速くなった場合に複数のバランサ部材を回転体の振動を抑えるように作用させる第２の作用部とを備えている。
【００６８】
そのため、回転体の回転周波数が共振周波数を超えた際、第１段階としてバランサ部材が回転停止時及び低速回転時における保持位置から第１の作用部へ移動して、回転体の振動を抑え回転振れを抑制するように作用する。そして、さらに回転体が高速化した際は、第２段階としてバランサ部材が第１の作用部から第２の作用部へ移動して高速化した回転体の回転振れを抑制するように作用する。このため、共振周波数を超えた回転域において広く対応して、回転体の回転振れを抑制することが可能となる。また、回転体の共振周波数を低めに設定することにより、低回転時における回転振れの増幅をも抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の自動平衡装置をロータに一体的に組み込んだスピンドルモータを示す縦断面図である。
【図２】図１の自動平衡装置部分のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の自動平衡装置を作用させた際の回転体の回転振れと回転数との関係を示したグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の自動平衡装置の第１の変形例を示した半裁断面図。
【図５】本発明の実施の形態の自動平衡装置の第２の変形例を示した半裁断面図。
【図６】本発明の実施の形態の自動平衡装置の第３の変形例を示した半裁断面図。
【図７】従来技術の回転操作装置を備えたスピンドルモータを示す縦断面図である。
【図８】図７の回転操作装置部分のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【符号の説明】
１ステータ（駆動源の一部）
２ロータ（駆動源の一部であって回転体）
４自動平衡装置
２１支持軸
４１ケース体
４２内部空間
４３環状マグネット（保持部）
４３ａ着磁部
４５球体（バランサ部材）
４６第１段部（第１の作用部）
４７第２段部（第２の作用部）
４８最外周壁部（第２の作用部）
４９最内周壁部（保持部の一部）

Claims

駆動源によって回転する支持軸に固定されこの支持軸と一体的に回転するケース体と、このケース体に形成された内部空間内に移動可能に配置された複数のバランサ部材とを備え、上記ケース体と一体回転する回転体の回転周波数が共振周波数を超えると上記回転体の振動を抑えるように作用する自動平衡装置において、上記ケース内に、上記回転体の停止時及び回転初期時において上記複数のバランサ部材を径方向外側へ移動させないようにする保持部と、上記回転体の回転周波数が共振周波数を超え上記複数のバランサ部材が上記保持部での保持力に抗して径方向外側へ移動した際にそれ以上の径方向外側への移動を防止することにより上記回転体の振動を抑えるように作用させる第１の作用部と、上記回転体の回転周波数が共振周波数を超えた所定の数値をさらに超え上記複数のバランサ部材が上記の第１の作用部を超えて径方向外側へさらに移動した際にそれ以上の径方向外側への移動を防止することにより上記所定の数値を超えた回転周波数で回転する上記回転体の振動を抑えるように作用させる第２の作用部とを備えたことを特徴とする自動平衡装置。
前記第２の作用部が、径方向において異なる位置に複数箇所設けられ、前記複数のバランサ部材が径方向内側に配置された第２の作用部を超えて径方向外側へ移動した際に径方向外側に配置された第２の作用部でそれ以上の径方向外側への移動を防止するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の自動平衡装置。
前記バランサ部材を磁性体で構成すると共に、前記保持部を前記ケースの内部空間の径方向内側に配置された環状マグネットで構成したことを特徴とする請求項１または２記載の自動平衡装置。
前記保持部は、前記ケース内部の一側の面に前記複数のバランサ部材が乗り上げるように形成された段部で構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の自動平衡装置。
前記保持部は、前記ケースの内部空間の径方向内側でかつケース内部の一側の面に形成された溝で構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の自動平衡装置。
前記保持部に前記バランサ部材の周方向への移動を阻止する阻止手段を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の自動平衡装置。
前記第１及び第２の作用部のうちの少なくとも一方は、それぞれ前記ケース内部の一側の面に前記複数のバランサ部材が乗り上げるように形成された段部で構成されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の自動平衡装置。
前記第１及び第２の作用部を構成する各段部の高さは、前記ケースの径方向外側に配置されているものほど高く設定されていることを特徴とする請求項７記載の自動平衡装置。
前記第１及び第２の作用部を構成する各段部の乗り上げ角度は、前記ケースの径方向外側に配置されているものほど切り立った角度に設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の自動平衡装置。
前記ケースの一側の面の各段部間を、前記ケースの径方向外側にいくほど高さが高くなる緩斜面で構成したことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項記載の自動平衡装置。