JP4040564B2 - ディスク状記録媒体の調芯装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、ミニディスク(MD)やCD、DVD等のディスク状記録媒体の調芯装置に関するものである。
従来、光ディスクと、情報記録再生装置の回転軸との調芯は、光ディスクを回転駆動するスピンドルモータに設けられた調芯部材を用いて行われている。図10は具体的に記録型のDVDのようなディスクドライブに搭載されるスピンドルモータを示す。なお、図10のディスク調芯構造は、例えば、本願出願人が提案の特開2003−036585号公報等に開示されている(特許文献1参照)。
スピンドルモータ30は固定配置されたステータ部31に対して、回転可能に支持されたロータ部32を含んでいる。ステータ部31は、ステータ基板33と、ステータ基板33に取り付けられたハウジング34と、ハウジング34を外周から包囲するように固定配置された巻線コイル35と、ハウジング34内に圧入等により保持された滑り軸受36とを含んでいる。
これに対し、ロータ部32は、滑り軸受36により回転可能に保持された回転軸37と、回転軸37に取り付けられたターンテーブル38と、ターンテーブル38に取り付けられ、且つ、巻線コイル35を外周から包囲する下端が開放した円筒状のロータヨーク39と、ロータヨーク39の内側に備えられたロータマグネット40と、ターンテーブル38の上面に設けられた吸着マグネット41と、ターンテーブル円筒部38aに嵌合する調芯部材42と、調芯部材42の上方への移動範囲を規制する規制部材43と、調芯部材42をターンテーブル38に対し上方へ付勢する付勢部材44とを含んでいる。
更に、ターンテーブル38にはディスク45が設置され、その上方から吸着板46が搭載され、ロータ部32の吸着マグネット41の磁気吸引力で吸着板46を吸引することにより、ディスク45がターンテーブル38に搭載される。この時、ディスク45の中心穴下端45aは調芯部材42のテーパ面42aに当接し、調芯部材42は付勢部材44の力に反して下方に押し下げられ、ディスク45は回転軸37とほぼ同軸に調芯されてターンテーブル38に搭載される。なお、付勢部材44はディスク45の中心穴径の公差バラツキに対応するために配設されている。
つまり、調芯部材42を固定すると、ディスク45の中心穴径のバラツキに追従できず、中心穴径が最小の場合にはターンテーブル38に搭載されず、中心穴径が最大の場合には調芯部材42とのガタが大きくなり、調芯されないという問題が生じる。なお、従来例においては、付勢部材44は丸型断面を持つ圧縮コイルバネが圧縮時のコイルの崩れを防ぐために採用されている。
従来のスピンドルモータ30はこのように構成されており、巻線コイル35に適宜に通電することにより巻線コイル35に発生する磁界が、ロータ部32のロータマグネット40及びロータヨーク39による磁界と相互に作用して、ロータ部32が回転駆動されることになる。そして、ロータ部32の回転に同期してターンテーブル38上に搭載されたディスク45は吸着マグネット41の吸引力により滑ることなく回転することが可能となる。
また、ディスク45に情報の記録或いは再生を行う場合には、ディスク45のトラック位置と、情報を記録再生するピックアップの位置を正確に合わせる必要がある。特に、ディスク45に偏芯が生じた場合は、ディスク一回転内で偏芯量に応じてディスク半径方向にトラック位置が変動する。例えば、CDの再生の場合には、1.6μmピッチのピット信号を正確にトレースし信号の検出を行うが、このピックアップの位置を正確に合わせるため、従来は例えばトラッキングサーボによってディスク半径方向の位置合わせを行っている。
特開2003−036585号公報
近年のディスク記録再生装置においては、情報の高密度化に伴い狭トラックピッチ化が、高転送レート化に伴いディスク回転数の増大が進められている。このため、前述したトラッキングサーボの位置合わせ精度はより高精度化、高速化が要求されている。しかしながら、従来のトラッキングサーボの動作範囲を維持したまま高精度、高速に制御することが困難であることは自明であり、トラッキングサーボによる動作範囲も縮小する傾向にあるため、偏芯量の低減が必要不可欠である。
そこで、特許文献1のものでは、先述した通り、ディスクを搭載するターンテーブルのガイド部と嵌合し、ディスクの中心穴と当接するテーパ面を有する調芯部材を、ターンテーブルの回転軸方向に摺動可能に構成することで、ディスクの中心穴の公差バラツキを吸収し、高精度に調芯している。しかし、摺動部の摺動隙間は、温度環境、材質の相違、加工精度等に起因して、5〜20μmpp程度必要であるため、摺動隙間によって調芯部材が傾斜することでテーパ面の角度が変化し、ディスク搭載時に偏芯が生じてしまうという課題がある。
更に、摺動部やガイド部の形状を穴軸の嵌合と仮定すると、各々の径寸法にも加工上の問題から公差バラツキを5〜10μm程度与える必要がある。このため、先述した摺動隙間は同一の設計においても、一般的には、摺動部とガイド部の公差によるガタの最大値と最小値の幅を有することとなる。例えば、ガイド部の公差が−10〜0μm、摺動部の公差が+5〜+10μmとすると、摺動隙間は5〜20μmとなる。
また、このように高精度な寸法公差の場合には、部品毎のバラツキだけではなく、例えば、一つの部品の摺動部においても先述した公差バラツキ内で寸法が変化する。このため、先述した調芯部材の傾きから生じる偏芯は、摺動隙間に幅があることから大きく変化する。しかし、摺動隙間を一定に保つためには、部品の公差バラツキの更なる低減、寸法検査による各部品の選定等の作業が必要となり、高コスト化を招くという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、高コスト化を招くことなく、簡単な構成でディスク状記録媒体の偏芯量を小さくすることが可能なディスク状記録媒体の調芯装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、ディスク状記録媒体の中心穴と当接するテーパ部を有する調芯部材を用いて、ターンテーブル上に搭載されたディスク状記録媒体と、前記ディスク状記録媒体を回転駆動する駆動手段の回転軸との調芯を行う調芯装置において、前記調芯部材は前記ターンテーブルに固着されたガイド部に対して摺動隙間をもって嵌合すると共に、前記摺動隙間は前記調芯部材の摺動方向におけるターンテーブル側の先端側摺動隙間と、前記摺動方向におけるディスク状記録媒体側の後端側摺動隙間とが異なるように形成され、且つ、前記先端側摺動隙間が前記後端側摺動隙間より小さく形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、調芯部材の摺動方向におけるターンテーブル側の先端側摺動隙間と、摺動方向におけるディスク状記録媒体側の後端側摺動隙間とを異なるように形成し、且つ、先端側摺動隙間を後端側摺動隙間より小さく形成することにより、簡単な構成で、コスト高を招くことなく、偏芯量の少ない調芯装置を実現することができる。また、調芯部材とガイド部との摺動隙間を調芯部材の摺動方向に対して少なくとも2箇所以上で異なるように形成することにより、加工難度を低減でき、摺動負荷を低減することが可能となる。
次に、発明を実施するための最良の形態について具体的な寸法値を挙げて詳細に説明する。なお、以下の実施形態中においては、本発明の要所のみを抜粋して示しており、図示しないその他の具体的な構造は図10の従来例と同一である。即ち、本発明は、特に、調芯部材による調芯構造に特徴を有しており、それ以外の基本構成は図10と同様である。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態を示す概略断面図であり、先述した公差バラツキによって形成されうる摺動隙間の顕著な形状を示している。なお、図1(a)は本実施形態による調芯部材3の断面形状K1『ガイド部6との摺動部における上端面の径>下端面の径』の場合を示す断面図である。また、図1(b)はそれとの比較のため調芯部材3の断面形状K2『ガイド部6との摺動部における下端面の径>上端面の径』の場合を示すものである。
図中1はミニディスク(MD)、CD、DVD等の調芯対象のディスクである。2a、2bは断面形状K1、K2各々のディスク1の中心穴、3は調芯部材、4a、4bは断面形状K1、K2各々の調芯部材3のディスク1の中心穴2と当接するテーパ部、5はターンテーブル、6はターンテーブル5と一体に形成されたガイド部である。7a、7bは断面形状K1、K2各々のガイド部6と最小の摺動隙間S1、最大の摺動隙間S2を有して嵌合する調芯部材3の摺動部、8はターンテーブル5と一体に固着された回転軸である。調芯部材3は図10の場合と同様に付勢部材を用いてディスク1側に付勢されている。
なお、本実施形態においては簡略化するため、調芯部材3とガイド部6との摺動隙間は回転軸に対し左右対称な台形の断面形状としており、その他の具体的な構成、調芯方法は従来例に準じている。また、本実施形態において調芯する際に紙面下方に調芯部材3が摺動する。このため、請求項中の先端側摺動隙間とは下端面の径とガイド部6との摺動隙間を、後端側摺動隙間とは上端面の径とガイド部6との摺動隙間をいう。
ここで、図1の点Aにおいてディスク1の中心穴2a、2bが調芯部材3のテーパ部4a、4bに当接した場合、調芯部材3は矢印Bの方向に押圧されて回動し、ガイド部6に噛み合うまで傾斜する。噛み合いが発生するのは、(1)図中のm、つまり、図1(a)のK1では下底、図1(b)のK2では上底が噛み合う場合、(2)対角線nが噛み合う場合の二通りがある。
(1)線分m(断面形状K1では下底、K2では上底)が噛み合う場合
まず、(1)の場合について図2(a)は上記断面形状K1を、図2(b)は断面形状K2をそれぞれ示す。図2(a)、(b)中において点Ca、Cbはそれぞれの場合の回転中心である。図2(a)、(b)から断面形状K1の偏芯量R1<断面形状K2の偏芯量R2であることがわかる。上記結果となる要因について図2(c)を用いて詳述する。図2(c)は図2(a)、(b)中の回転中心Ca、Cbと、後述する点Dについて模式的に示すものであり、図2(b)に示すように断面形状K2をガイド部6に当接時の回転中心Cbを原点としてx軸、y軸を設定している。
また、断面形状K1についても、ガイド部6に当接時の回転中心Caはy軸上であるため、傾斜後に断面形状K1、K2各々の調芯部材3の上面部や下面部(図示せず)が一致するようにy軸に沿って平行移動させて配置している。なお、図2(c)において、ガイド部6に断面形状K1、K2各々の回転中心が平行移動して当接した傾斜前のテーパ部4a、4bを二点鎖線で、断面形状K1の傾斜後を実線で、断面形状K2の傾斜後を破線で示している。
なお、傾斜前の調芯部材3の中心線(図示せず)とガイド部6の中心線(図示せず)が一致している状態を初期状態とすると、初期状態からx軸に沿って回転中心Ca、Cbがガイド部6と当接するまでの移動量は最小隙間S1で同一であるため、二点鎖線で示す傾斜前のテーパ部は断面形状K1、K2ともに同じ位置に配置される。
また、断面形状K1、K2において線分mが同一長さであり、傾斜前の線分mはx軸と平行であるため、ガイド部6に当接後噛み合うまでの回転角θは断面形状K1、K2の場合に限らず同一である。このため、傾斜後の調芯時におけるテーパ部4a、4bとディスク1の中心穴2a、2bの接点は、断面形状K1、K2各々の調芯部材3の相対座標系(例えば、各々のテーパ部4a、4bの下端を原点とした座標系)では同じ座標の点となる。
よって、図2(c)において二点鎖線で示す傾斜前の調芯部材3のテーパ部4a、4bをなす直線とx軸が交差する点を点Dとし、点Dの断面形状K1における傾斜後をDa、断面形状K2における傾斜後をDbとして、点DaとDbのx座標距離を算出することで、断面形状K1と断面形状K2の調芯性能の差R2−R1を算出することが可能となる。
ここで、回転中心Ca、Cb間の距離をh、線分CbDの距離をXDとすると、図2(c)から点Daのx座標距離XDaと、点Dbのx座標距離XDbは、
XDa=(XD−h・sinθ)・cosθ …(1−1)
XDb=XD・cosθ …(1−2)
となる。このため、上記XDaとXDbの差が断面形状K1と断面形状K2の偏芯量の差R2−R1になり、
R2−R1=XDb−XDa=h・sinθ・cosθ …(1−3)
と表される。
ここで、式(1−3)において、h>0であり、図中において時計回りを正とすると、回動方向が逆転することはないため回転角θ>0となる。また、実際に90°以上調芯部材が回動することも構造上除外されるため、回転角θは0<θ<90°の範囲となる。よって、sinθ>0、cosθ>0(0<θ<90°)となり、式(1−3)は正となる。
以上の説明から明らかなように、図1(a)に示す本実施形態による断面形状K1『上端面の径>下端面の径』の場合が、図1(b)に示すK2『下端面の径>上端面の径』の場合よりも小さな偏芯量となるのである。
(2)対角線nが噛み合う場合
次に、(2)対角線nが噛み合う場合について図3〜図5を用いて詳述する。まず、対角線nが噛み合った状態を図3に示す。図3(a)は上記断面形状K1の状態を、図3(b)は断面形状K2の状態を示している。図3(a)、(b)において、点Ea、Ebはそれぞれの回転中心、点Ta、Tbは調芯時のそれぞれの断面形状におけるディスク1の中心穴2a、2bとテーパ部4a、4bとの当接部(図中では回転軸に対し左側の断面のみ記載)である。
なお、断面形状K1、K2ともに対角線nの長さが等しく、傾斜前の対角線nが、回転軸と直交する方向となす角θn(対角線nが紙面水平方向となす角)も等しいため、断面形状K1とK2が噛み合うまでの回転角θ(図5中に記載)も同一である。このため、断面形状K1、K2において、ディスク1の中心穴2a、2bが調芯された際に調芯部材3を基準とした相対座標系(例えば、各々のテーパ部4a、4bの下端点Uを原点とした場合の座標系)では当接する位置は同一である。
次に、対角線nが噛み合うまでの過程を、調芯部材3の(i)回転軸と直交する方向への並進移動、(ii)回動、の2種類に分割し先述した台形断面形状K1、K2それぞれについて考える。
(i)回転軸と直交する方向への並進移動の場合を図4に示す。図4はディスク1を省略しており、図4(a)は上記断面形状K1の場合を、図4(b)は断面形状K2の場合を示す。各々並進移動前の状態を二点鎖線で、図3に示す回転中心Ea、Ebがガイド部6に当接するまで回転軸と直交する方向(x軸方向)に並進移動した状態を実線で示す。
なお、回転中心Ea、Ebを含む各記号は並進移動後の状態(実線で表示)について施してあり、各々回転中心Ea、Ebを原点とし、図中に示すように回転軸と直交する方向にx軸、回転軸と平行な方向にy軸を設定している。
図中において、テーパ部4a、4bをなす直線とx軸の交点を各々点Fa、Fbとし、各々のx座標をXFa、XFbとすると、
XFb−XFa=S2−S1 …(2−1)
となる。
次に、(ii)回動の場合を図5に示す。図5は断面形状K1、K2の状態各々の回転中心Ea、Ebを原点に一致させて対角線nが噛み合うまで回転させた状態を示す図である。点Fa、Fbの傾斜後をFa′、Fb′とし、点Fa′、Fb′’のx軸方向の距離を各々XFa′、XFb′とすると、線分TaTbと線分Fa′Fb′’が平行となるため、(1)の場合と同様に、XFb′−XFa′が断面形状K1とK2の偏芯量の差となる。よって、
XFb′−XFa′=XFb・cosθ−XFa・cosθ=(S2−S1)・cosθ …(2−2)
となる。
ここで、S2−S1>0であり、(1)と同様の理由から回転角θは0<θ<90°であるため、cosθ>0となり、式(2−2)は正となる。
以上から、断面形状K1『上端面の径>下端面の径』の場合が、K2『下端面の径>上端面の径』の場合より小さな偏芯量となるのである。
次に、図6を用いて具体的な解析結果を説明する。図6(a)、(b)はそれぞれ先述した断面形状K1、K2において、テーパ部4a、4bを摺動部7a、7bに対して〈1〉上方、〈2〉平行高さ、〈3〉下方の3種類に配置したものである。なお、傾斜による調芯部材3の噛み合いは(2)対角線nが噛み合う場合としている。
各寸法パラメータはガイド部6の直径d6:6.5mm、最小の摺動隙間S1:2.5μm、最大の摺動隙間S2:7.5μm、摺動部高さh:1mm、テーパ角φ:60deg、テーパ部基準直径(テーパの中心部の直径)d4:11mm、ディスク中心穴径d2:11mmとしており、〈1〉上方の場合は〈2〉平行高さを基準として、上方にO1:1.5mm、〈3〉下方の場合は下方にO2:1.5mmオフセットさせている。
図7は解析結果を示す。図7から分かるように摺動部の断面形状K1『上端面の径>下端面の径』の場合は同一のテーパ部の配置では全て断面形状K2『下端面の径>上端面の径』の形状より、偏芯量が低減されていることを確認できる。また、各オフセットの状態毎の偏芯量の差も全て5μmとなっている。今、上記寸法値では、調芯部材3の回転角θは約0.42°である。このため、式(2−2)に代入すると断面形状K1とK2の偏芯量の差は約5μmとなり、先述した解析結果と一致している。
なお、本発明は本実施形態の形状のみに限定されるものではない。例えば、実際には、摺動部の上面側と下面側の両端部には面取りを施すことが一般的であり、断面形状は厳密に台形、つまり、先細り形状ではない。しかし、面取りが施されていない部分において摺動隙間を設定することで、本発明の効果を得ることは可能である。
また、図8に示すように調芯部材3が調芯する際に摺動する方向に対し、先端側の摺動部7t(ガイド部6との摺動隙間St=最小の摺動隙間S1)と、後端側の摺動部7r(ガイド部6との摺動隙間Sr=最大の摺動隙間S2)に挟まれる部分7m(隙間Sm)とし、7mの隙間Smを後端側の摺動隙間Srより大に形成することも可能である。なお、この場合、図8中に二点鎖線にて示すように先端側の摺動部7tと、後端側の摺動部7rを結ぶことで、先述した断面形状と同様な先細り形状として考えることも可能である。また、本構成の場合には、摺動部のガイド部6との接触面積が減少するため摺動負荷の低減を図ることも可能となる。
(第2の実施形態)
図9は本発明の第2の実施形態を示す断面図である。なお、図9では第1の実施形態や図10と同一部分は同一符号を付している。本実施形態においては、調芯部材3がテーパ部材9と、上側摺動部材10(=後端側摺動隙間を形成する部分)と、下側摺動部材11(=先端側摺動隙間を形成する部分)と、から構成されている。テーパ部材9の内径部12は摺動隙間より大きく、且つ、公差範囲も大きく構成されており、上側摺動部材10の上側摺動部13と、下側摺動部材11の下側摺動部14は上側摺動部13の内径>下側摺動部14の内径と構成することで、調芯部材3が摺動する方向に対し、先端側摺動隙間が後端側摺動隙間より小としている。
このように調芯部材3を別ユニット化することで、第1の実施形態と比べて複雑な構成ではあるが、テーパ部と摺動部双方の寸法精度、表面性の両立が必要であった調芯部材の部品加工の難度を低減することが可能となる。特に、調芯部材3の形状は外径加工と内径加工それぞれに高精度な加工が要求されているのに対し、本実施形態によれば、テーパ部材9は外径加工であるテーパ部の寸法精度、表面性を、上側摺動部材10と下側摺動部材11は各々の内径加工の寸法精度、表面性を、というように加工難度の高い部分を部品毎に分散させることが可能となる。また、摺動部のガイド部6との接触面積を低減することが可能となるため、摩擦力による摺動負荷の低減も可能となる。なお、例えば、テーパ部材9と、上側摺動部材10を同一部材で構成し、下側摺動部材11と組み合わせるといった分割も同様に有効である。
本発明による調芯装置の第1の実施形態を示す概略断面図である。 本発明の第1の実施形態の上底/下底部での噛み合いを説明する概略断面図である。 本発明の第1の実施形態の対角線による噛み合いを説明する概略断面図である。 図3の対角線による噛み合いに至る動作のうち並進移動を示す概略断面図である。 図3の対角線による噛み合いの断面形状による偏芯量の差を説明する概略断面図である。 第1の実施形態の具体的な解析のための寸法値を説明する概略断面図である。 第1の実施形態の解析結果を示す図である。 第1の実施形態のバリエーションを示す概略断面図である。 本発明の第2の実施形態を示す概略断面図である。 従来例の調芯装置を示す概略断面図である。
符号の説明
1 ディスク
2a、2b 中心穴
3 調芯部材
4a、4b テーパ部
5 ターンテーブル
6 ガイド部
7a、7b 摺動部
8 回転軸
9 テーパ部材
10 上側摺動部材
11 下側摺動部材
12 内径部
13 上側摺動部
14 下側摺動部

Claims (3)

  1. ディスク状記録媒体の中心穴と当接するテーパ部を有する調芯部材を用いてターンテーブル上に搭載されたディスク状記録媒体と、前記ディスク状記録媒体を回転駆動する駆動手段の回転軸との調芯を行う調芯装置において、前記調芯部材は前記ターンテーブルに固着されたガイド部に対して摺動隙間をもって嵌合すると共に、前記摺動隙間は前記調芯部材の摺動方向におけるターンテーブル側の先端側摺動隙間と、前記摺動方向におけるディスク状記録媒体側の後端側摺動隙間とが異なるように形成され、且つ、前記先端側摺動隙間が前記後端側摺動隙間より小さく形成されていることを特徴とするディスク状記録媒体の調芯装置。
  2. 前記調芯部材とガイド部との摺動隙間は、前記調芯部材の摺動方向におけるディスク状記録媒体側からターンテーブル側に向かって先細り形状となるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のディスク状記録媒体の調芯装置。
  3. 前記調芯部材とガイド部との摺動隙間は、前記調芯部材に前記先端側摺動隙間が前記後端側摺動隙間より小さくなるように2以上の摺動部を形成することによって前記調芯部材の摺動方向に対して2以上に分割して異なるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のディスク状記録媒体の調芯装置。
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