JP4219493B2 - 回転バランス修正装置およびディスク駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などのディスク状情報記録媒体の回転駆動時における重量的なアンバランスを自動調整する回転バランス修正装置およびこれを用いたディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の回転バランス修正装置はディスク駆動装置としての記録装置用モータなどに適用されている。回転バランス修正装置が、例えば特開平１０−２８１２２７号公報に提案されている。この公報記載の装置は、モータの回転軸に同芯状に固定された環状体の内部に円環状空洞部を有し、この円環状空洞部内に周方向に移動可能に複数のバランスウェイト（球体）が収納されている。また、この円環状空洞部内面の外周側に、縦断面がＶ字状の溝が施されたゴムなどの柔軟な制振材を付設することで、高速回転移行時におけるバランスウェイトの環状空洞部内面との衝突音を抑制している。
【０００３】
図１１は従来の他の回転バランス修正装置の一部透視模式図を示している。図１１に示すように、軸心ＣＬを回転中心としたモータ回転時に、球体５１は、円環状の移動空間内壁の外周面５２に沿って接点５３で接触しつつ、回転中心Ｌの周りに転動してバランス方向に移動する。この場合、回転中心Ｌと一致する、球体５１との下面接点５４では、バランス移動の際に滑り摩擦が発生している。この滑り摩擦によって移動空間内でのバランス球５１のスムーズな移動が阻害されている。
【０００４】
これを解決する回転バランス修正装置が、特開平１０−３４０５２８号公報に提案されている。即ち図１２の縦断面図に示すように球体６１の移動空間６２内における円環外周側の内壁面には、開度の大きい横倒しのＶ字状溝が形成されている。軸心ＣＬを回転中心としたモータ回転時に、球体６１がＶ字状溝の上側面６３と下側面６４との２点に対して押圧状態で接触し、かつ上下方向への移動が規制された状態でバランス方向に移動するようになっている。このようにして、球体６１の底面との接触をなくして転動による滑り摩擦をなくすことで全体の摩擦を低減し、球体６１のスムーズなバランス移動を実現させて、より安定したバランス補正を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−２８１２２７号公報に記載の装置では、Ｖ字状溝を施した制振材がゴムなどの変形しやすい柔軟材であるため、バランスウェイト（球体）と制振材との押圧状態では面接触となる。このため、滑り摩擦が大きくなって、バランスウェイトの移動空間内でのスムーズな移動が困難となり、バランス性能の低下につながるという問題があった。
【０００６】
また、特開平１０−３４０５２８号公報に記載の装置では、高速回転時には、球体６１はＶ字状溝の上側面６３と下側面６４に当接した安定位置で当接するものの、低速回転時には、図１２の仮想線に示すように球体６１は下側面６４の傾斜面上にあって、自重と遠心力の釣り合った途中位置で転動することになり、バランス移動が不安定なものとなっている。また、図１３に示すように、上側面６３と下側面６４の斜面に対する面加工状態（面粗さ）や斜面位置精度（面公差）６５の確保が困難で、球体６１の位置が定まらずバランス移動が不安定なものとなる。さらに、図１４に示すように、急な回転加速時に球体６１がＶ字状溝の下側面６４を勢いよく上って上側面６３と衝突し、その勢いで跳ね返されて下降することが繰り返されて不安定な振動状態に陥る危険性もある。この球体６１の振動が生じている間、球体６１の位置がなかなか安定化せず、球体６１のスムーズな移動が阻害され、バランス性能が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、バランス性能をより向上させることができる回転バランス修正装置および、これを用いたディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転バランス修正装置は、円環状をなし、円環内外周側および上下側が壁で囲繞された縦断面形状を有する中空路と、この中空路内に収納され周方向に転動自在な複数の球体と、を有する回転バランス修正装置において、円環外周側の壁は、球体と２箇所で点接触する第一の角部及び第二の角部が全周に亘って平行に連続形成された当接部を備え、第一の角部は第二の角部に対して下側かつ円環内周側に球体の直径より短い寸法だけ離間して配設され、回転軸心と平行な方向における２箇所の中間点に対応した投影位置と前記上下側の壁との各距離が共に少なくとも球体の半径より大きく設定されていることを特徴とするものである。また、好ましくは、当接部の各角部間が、凹形状である溝で構成されている。さらに、溝間口幅Ｓは（ｒ１／ｒ）≧略０．９を満足するように構成されている。ただし、ｒは球体半径、ｒ１は、溝間口幅Ｓに球体が嵌まり込んだときの球体転動回転軸から円環外周側の壁までの距離（接触半径）である。
【０００９】
この構成により、回転時に、球体は下側の内壁面に接することなく、環状外周側の内壁面に形成された当接部に沿って周方向に移動するため、球体は当接部角の２点のみで接触して転動し、従来のような球体の転動による下面との滑り摩擦は発生せず、全体として球体の移動に伴う摩擦抵抗が低減される。よって、球体のバランス方向への移動がスムーズになって、バランス補正精度が向上し、ディスク駆動装置の回転体やディスク自体の振動が軽減されて、より高精度のデータの書き込みや読み出しが可能となる。また、少なくとも各角部が球体と点接触可能な硬質材料で構成されているため、従来の柔らかい制振材と球体とが面接触の場合に比べて摩擦抵抗が少なく、球体のバランス移動がスムーズで、バランス性能がより向上する。さらに、当接部の各角部に球体が嵌まり込んで位置決めされた状態でバランス移動するため、従来のように傾斜面によって球体のバランス移動が不安定にならず、バランス性能が向上する。
【００１０】
また、好ましくは、本発明の回転バランス修正装置において、角部間が回転径方向外側に開口している。この当接部（開口部）は隙間部で構成されている。隙間部の上側の部材と下側の部材とが別部材の場合、各部材が芯ずれしても隙間内に球体が常に嵌まり込むようにするべく、隙間部上側の円環外周側内壁面の回転半径を隙間部下側の円環外周側内壁面の回転半径よりも若干大きい寸法に構成している。
【００１１】
この構成により、角部間が回転径方向外側に開口（隙間）して貫通していれば、中空路内外が開口部を通して空気流通があるため、外部にある空気（気体）を利用して、球体に空気ダンピング（減衰）力を作用させることができて、球体の自励振動の発生を防止でき、より安定な回転を得ることができる。また、回転時に発生する開口部を通った空気流で、集まってきた球体が離反しやすいことから、適正バランス位置に球体を容易に移動可能となる。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の回転バランス修正装置において、円環外周側から内周側にかけて下側の内壁面（底面）が下方に傾斜していると共に、円環内周側の内壁面の周方向に一または複数の角部が設けられている。この円環内周側の内壁面の平面形状は多角形状および放射形状（星形状を含む）の何れかである。
【００１３】
この構成により、回転停止時には、複数の球体は傾斜底面によって環状内周側の内壁面側に移動するが、このとき、複数の球体が互いに磁気吸着していても内壁面角部で、球体の磁気吸着を解除（離反）させてイニシャライズさせることが可能となる。
【００１４】
また、本発明のディスク駆動装置は、請求項１〜５の何れかに記載の回転バランス修正装置が回転体側に取り付けられている。
【００１５】
この構成により、バランス性能をより向上させた本発明の回転バランス修正装置がディスク駆動装置に適用されると、回転時のディスク駆動装置およびディスク自体の振動が低減される。
【００１６】
また、好ましくは、本発明のディスク駆動装置における回転体は上側ケース部材と下側ケース部材からなり、これらの間に回転バランス修正装置が設けられている。
【００１７】
この構成により、上側ケース部材に下側ケース部材を取り付けるときに、回転バランス修正装置の組み立てができると共に、各部材が上下に分かれている分、加工も容易であるため、本発明の回転バランス修正装置がディスク駆動装置に容易に適用可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１を示す回転バランス修正装置を組み込んだディスク駆動装置の縦断面図である。図１において、ディスク駆動装置１は、スリーブ部材２と、回転軸３と、スリーブ部材２と回転軸３間に設けられた軸受部４と、スラストプレート５と、スリーブ部材２の外周側のステータ６と、回転軸３の上部が固定された回転体としてのロータハブ７と、ロータハブ７内に設けられた回転バランス修正装置（以下バランサという）８とを有している。
【００１９】
スリーブ部材２は、固定フレーム９の取付孔９ａに内嵌して立設固定されている。回転軸３は、スリーブ部材２の中央孔内に軸受部４を介して回転自在に支持されている。また、回転軸３は下端側がスラストプレート５に当接して下方向への移動が規制されている。さらに、スラストプレート５はスラストワッシャー５ａで固定されてスリーブ部材２の中央孔下端側を閉止している。さらに、ステータ６は、回転軸３に対して同芯状に配置され、スリーブ部材２の外周壁に固定されたステータコア６ａにコイル６ｂが巻回されている。
【００２０】
ロータハブ７は、ディスク状情報記録媒体としてのディスク１０の中央孔を中央突起１１に嵌装して上面に載置保持するターンテーブル１２ａを持つ上側ケース部材１２と、この上側ケース部材１２の下方に取り付けられ、ステータ６を覆う略断面Ｌ字状で円環状の下側ケース部材としてのヨーク部材１３と、ヨーク部材１３の内周に沿って一体的に固定され、ステータ６の外周面に対向する位置にロータマグネット１４が円環状に配設されたロータ１５とを有している。なお、中央突起１１には磁石１１ａが設けられており、磁性材料で構成されたクランパ（図示せず）を磁石１１ａで吸着してターンテーブル１２ａ上のディスク１０を保持するようになっている。
【００２１】
また、上側ケース部材１２の少なくとも円環外周側内壁面１９の材質は、球体１８から受ける遠心力によっても変形しないポリカーボネイトなどの硬度の高い樹脂材料や、ステンレス（ＳＵＳ）材などの硬度の高い金属材料などの硬質材料で構成されている。具体的には、上ケース部材１２は例えばポリカーボネイトで構成され、下ケース部材としてのヨーク部材１３は磁性材料の例えばステンレス（ＳＵＳ）材で構成されている。
【００２２】
バランサ８は、上側ケース部材１２の下面に形成された円環状溝１６をヨーク部材１３の上面で下方から閉止して形成される円環状の中空路（移動路）１７と、中空路１７内に周方向に移動可能に収容されたバランス部材としての鋼球よりなる複数の球体１８とを有している。また、バランサ８の組立は、複数の球体１８を円環状溝１６内に収納して、その円環状溝１６の開口側をヨーク部材１３の上面で下方から閉止してヨーク部材１３の開口部と上側ケース部材１２を中央部でかしめまたは接着剤などで固定すればよい。
【００２３】
中空路（移動路）１７は、図２に示すように、円環状溝１６の円環外周側の内壁面１９、円環内周側の内壁面１９ａ、上側の内壁面１９ｂおよび、ヨーク部材１３の上面を兼用した下側の内壁面（底面１３ａ）で囲まれた縦断面形状を有している。円環外周側内壁面１９には、縦断面形状がコ字状の当接部としての溝２０が周方向に亘って形成されている。
【００２４】
溝２０には、図２に示すように、球体１８と上下の２箇所で点接触する各角部２０ａ，２０ｂが円環外周側内壁面１９の全周に亘って平行に連続形成されており、溝２０で球体１８を上下方向に規定した状態で案内する移動案内路を構成している。各角部２０ａ，２０ｂは、球体１８の直径より短い寸法だけ離間して配設されており、回転軸心方向と平行な方向Ｙにおける各角部２０ａ，２０ｂの中間点Ｙ１に対応した投影位置Ｙ２（溝２０内に球体１８が嵌まり込んだときの中心位置）と上下側の壁の位置Ｙ３，Ｙ４との各距離が共に少なくとも球体１８の半径より大きく設定されている。
【００２５】
また、溝２０は間口幅がＳで深さがｄに構成されている。この溝深さｄは、球体１８が溝幅Ｓの溝２０に嵌まり込んだ場合に、球体１８が溝２０の底面に接触しない寸法であればよい。また、溝幅Ｓについては以下のようにして試算することができる。
【００２６】
図２に示すように、球体１８に遠心力が加わったとき、球体１８が溝２０内を移動するには、下部角部２０ａは球体１８の中心よりも下方に位置しなければならず、従って、Ｓ＝２ｈ１のときには、球体１８が溝２０内に嵌まり込み、かつ下面１３ａに接触している状態である。ただし、図３に示すように、ｈ１＝ｒ−ｈ２である。ｒは球体１８の半径、ｈ２は底面１３ａから角部２０ａまでの高さである。したがって、球体１８が溝２０内に入るとき（仮想線の状態から実線の状態）に下面１３ａから離れるように設定（下面との非接触で滑り摩擦を解消）するので、条件式１として、溝幅Ｓ＞２ｈ１を満足する必要がある。
【００２７】
また、球体１８が溝２０内に深く嵌まり込むほど、球体１８の傾斜の強い面で各角部２０ａ，２０ｂと点接触して、転がり摩擦が大きくなることから、転がり摩擦をできるだけ小さくするため、例えば（ｒ１／ｒ）≧略０．９を満足するように設定している。ただし、ｒ１＝球体１８の接触半径（図２参照）とする。以上の式から、
ｒ１＝√（ｒ2−Ｓ2／４）
（ｒ１／ｒ）＝√（１−Ｓ2／４ｒ2）＞０．９
したがって、条件式２としてＳ＜２ｒ√（１−０．９2）＝０．８７２ｒが得られる。なお、上記したように、ｒ１／ｒの値を転がり摩擦との関係で、「０．９」を採用したが、略「０．９」は、例えば「０．８９」であっても「０．８８」であってもよい。
【００２８】
「０．９」の値の根拠について説明する。転がり摩擦モーメントは、接触半径ｒ１に反比例するため、球体１８の中心から、できるだけ離れた位置で接触させる必要がある。一方、実験によれば、壁面状態などにより転がり摩擦は、１０パーセント程度のバラツキがあるため、それと同程度の転がり摩擦を生じる範囲内であれば許容できるとして、上記バラツキの数値から略「０．９」とした。
【００２９】
ここで、球体１８が溝開口角部２０ａに乗り上げるための、球体１８の中心と下側の角部２０ａとの縦方向寸法ｈ１の試算を行う。条件式３として、図３に示すように、モーメントＦは、Ｆ＝ｍＲω2を満足する。ただし、ｍ＝質量、Ｒ＝回転半径、ω＝角速度である。
【００３０】
Ｆ・ｒｓｉｎα≧ｍｇｃｏｓα
Ｆ≧ｍｇ／ｔａｎα
ただし、αは、球体１８の中心から溝開口角部２０ａと水平方向との為す角度である。なお、αが小さいため、ｔａｎαはｈ１／ｒと近似でき、この結果、
Ｒω2≧ｇｒ／ｈ１となる。したがって、球体１８が溝開口角部２０ａに乗り上げる条件式４として、ｈ１≧ｇｒ／Ｒω2，ｈ２≦ｒ−ｇｒ／Ｒω2が得られる。
【００３１】
具体的に数値を挙げて、例えばｇ＝９．８ｍ／ｓ2，ｒ＝１．５ｍｍ，Ｒ＝１４ｍｍ，ω＝２π・２０ｒａｄ／ｓ（＝１２００ｒｐｍ）とすると、
ｈ１≧ｇｒ／Ｒω2＝（９８００×１．５）／（１４×１４４０）となって、ｈ１は略０．０７ｍｍとなる。したがって、回転速度が１２００ｒｐｍで、ｈ１が０．０７ｍｍよりも大きいときに、または、ｈ２がｒ（１．５ｍｍ）−ｈ１（０．０７ｍｍ）よりも小さいときに、球体１８が溝開口角部２０ａに乗り上げて溝２０内に嵌まり込むことになる。
【００３２】
これと上記条件式１のＳ＞２ｈ１により、Ｓ＞０．１４ｍｍが得られる。また、上記条件式２からＳ＜１．３ｍｍが得られる。これらを合わせて溝幅Ｓの範囲を表わすと、０．１４ｍｍ＜Ｓ＜１．３ｍｍが得られる。
【００３３】
上記構成により、バランサ８の動作について以下に説明する。まず、コイル６ｂへの通電によってステータ６およびロータ１５の磁気回路部が作動して回転が開始され、複数の球体１８は、所定の回転速度を超えると、遠心力によって底面１３ａから離れて溝２０内に嵌まり込む。
【００３４】
このとき、回転体およびディスク１０に重量的な不均一性があると、回転体やディスク１０に振動が生じるが、各球体１８は、上記振動を重量バランス的に相殺するべく偏った重心位置とは反対側の位置に向けて、溝２０内に嵌まり込んで一列に並んだ状態で周方向に移動する。複数の球体１８は、球体１８同士の摩擦力および、球体１８と溝２０の開口角部との２接点での転がり摩擦力に抗して移動することになる。
【００３５】
この複数の球体１８のバランス方向への移動によって、重量の不均一性（重心の偏り）が相殺されてバランス補正され、高速の定格回転時にもディスク駆動装置１の回転体およびディスク１０の振動を抑制して安定な回転が得られることになる。
【００３６】
以上のように、本実施形態１によれば、球体１８は中空路１７内の底面に接することなく、中空路内壁面の環状外周側内壁面１９に形成された縦断面コ字状の溝２０に沿ってバランス方向に移動するため、球体は開口角部との２点のみで接触して転動し、従来のような球体１８の転動による下面との滑り摩擦は発生しない。したがって、球体１８の滑り摩擦による悪影響を解消できるため、全体としての移動による摩擦抵抗が低減されて、球体１８のバランス方向への移動がスムーズになって、バランス補正精度が向上し、ディスク駆動装置１の回転体やディスク１０の振動が軽減されて、より高精度のデータの書き込みや読み出しを行うことができる。また、中空路内壁面のうち環状外周側内壁面１９が硬質材料で構成されているため、球体１８との接触が点接触で済み、従来の柔らかい制振材と球体とが面接触の場合に比べて摩擦抵抗が少なく、球体１８のバランス移動がスムーズで、バランス性能をより向上させることができる。さらに、溝２０内に球体１８が嵌まり込んで位置決めされた状態でバランス移動するため、従来のように傾斜面によって球体のバランス移動が不安定にならず、バランス性能をいっそう向上させることができる。
【００３７】
また、溝２０の開口角部２０ａ周りのモーメントを考慮して溝２０の配設位置を設計すると、球体１８が溝２０内に嵌まり込んだ時点、つまり滑り摩擦がなくなって転がり摩擦だけとなる摩擦低下時点の回転数を規定することができる。その所定回転数で球体１８が溝２０内に嵌まり込むように溝２０の高さ位置を設計すれば、低速回転時でも高速回転時でも球体１８が振動せず、より安定に回転駆動させることができる。
【００３８】
特に、危険回転速度以下において、球体１８が溝２０内に嵌まり込まないように溝２０の高さ寸法を設計し、かつ、危険回転速度を超えたときに、球体１８が溝２０内に嵌まり込むように溝２０の高さ位置を設計しておけば、危険回転速度以下ではバランス移動に対する摩擦がより働いてバランス効果を低下させることができ、危険回転速度以上では摩擦が減少してバランス移動がスムーズになってバランス効果を向上させることができる。このように、回転速度によってバランス効果を切換制御できる。
【００３９】
さらに、バランサ８は、従来の制振材を付設したものに比べて部品点数がより少なく構造が簡易である。また、バランサ８は、溝２０が形成されている円環外周側内壁面１９が硬質材料であるため、従来のようにゴムなどの柔らかい部材からなる制振材でできた環状体の取付作業（制振材の真円度およびモータ回転軸との同芯性を確保する取付位置の調整作業や固定作業）に比べて組立工数も少なくコスト面でも有利である。
【００４０】
なお、本実施形態１では、円環外周側内壁面１９に形成された溝２０の形状を縦断面コ字状に形成したが、これに限らず、図４に示すように円環外周側内壁面１９に形成された溝２０ｂの形状を縦断面Ｖ字状に形成してもよく、図５に示すように円環外周側内壁面１９に形成された溝２０ｃの形状を開放側（間口）が内側（回転中心側）に開く縦断面台形状（間口を広げて溝を直角に掘り下げない分だけ加工が容易である）に形成してもよく、さらに、図６に示すように円環外周側内壁面１９に形成された溝２０ｄの形状を球体１８の曲率半径よりも小さい凹曲面（円弧形状溝）で形成してもよい。以上のように、溝形状や深さなどを正確に指定しなくてもよいため、加工が容易でコストを下げることができる。
（実施形態２）
本実施形態２では、詳細は後述するが、上記実施形態１の当接部として溝２０の代わりに、円環状の隙間を設けた場合である。また、本実施形態２では、複数の球体の磁気による互いの吸着を離反するべく、中空路内の円環内周側内壁面形状に球体離反用の角部を設けた場合である。
【００４１】
図７は本発明の実施形態２における回転バランス修正装置を設けたロータハブの構成を模式的に示す縦断面図である。図７において、ロータハブ３１は、上面がターンテーブル３２ａに構成された円板状の上ケース部材３２と、上ケース部材３２の下面側に取り付けられ、上記ステータ６を覆う略断面Ｌ字状で、外周上部に円環状凸部３３を有すると共に、上面が中央側に向けて下方に傾斜した円環状の下ケース部材を構成するヨーク部材３４とを有している。これらの上ケース部材３２とヨーク部材３４との間に円環状のバランサ３５が設けられている。
【００４２】
バランサ３５は、円環状空間である中空路（移動路）３６と、中空路３６内に周方向に移動可能に収容された鋼球よりなる複数の球体３７とを有している。
【００４３】
中空路３６は、上側ケース部材３２の下方面側外周縁部に開口する円環状溝を下方からヨーク部材３４の上面で受けて球体移動路用の空間を構成している。この空間の内外に連通するように、円環状の当接部としての隙間３８が、円環状溝の外周壁３６ａと円環状凸部３３とが所定間隔を開けて対向して形成されている。中空路３６内の円環外周側の内壁面は、球体３７と点接触する隙間３８の各角部３８ａ，３８ｂが全周に亘って平行に連続形成されている。この隙間３８は、球体３７の直径寸法に比べて小さい間口幅を有している。さらに、上記実施形態１と同様に、回転時に、球体３７が各角部３８ａ，３８ｂ間に嵌まり込んだときに、上下側の内壁面と非接触状態となるように構成している。球体３７は、隙間３８内に嵌まり込んで周方向にバランス移動するようになっている。
【００４４】
中空路３６において、図８に示すように、外周壁３６ａ側の内壁面直径Ｄ１と、円環状凸部３３側の内壁面直径Ｄ２とを等しく構成してもよいが、外周壁３６ａ側の内壁面直径Ｄ１の方が、円環状凸部３３側の内壁面直径Ｄ２よりも若干大きく構成することが望ましい。これによって、上側ケース部材３２とヨーク部材３４とが芯ずれしても隙間３８内に球体３７が常に嵌まり込むようにすることができる。この直径差Δ（＝Ｄ１−Ｄ２）は、例えば以下のようにして試算することができる。
【００４５】
Δ１は上記のような不具合が起こるときの芯ずれ量を示し、
従って、Δ１以上の芯ずれが起きたときに、球体３７がうまく隙間３８内に入れなくなるので、球径に対し約５パーセント以上の余裕を持って、上側ケース部材３２の外周壁側の内壁面直径Ｄ１を大きくすればよく、Ｄ１＝Ｄ２＋Δとすると、
とすればよい。
【００４６】
また、中空路３６の内周壁（本実施形態では、上側ケース部材３２とヨーク部材３４）の材質は、ステンレス（ＳＵＳ）材などの硬度の高い金属材料や、球体３７から受ける遠心力によっても変形しないポリカーボネイトなどの硬度の高い樹脂材料などの硬質材料で構成されている。具体的には、上ケース部材３２は例えばポリカーボネイトで構成され、下ケース部材としてのヨーク部材３４は磁性材料の例えばステンレス（ＳＵＳ）材で構成されている。
【００４７】
さらに、中空路３６は、図９に示すように、複数の球体３７が互いに磁化してくっ付いている状態を解除するために、円環内周側内壁面３６ｂの平面形状を正４角形状（正方形）とすることで、回転が停止するときに、ヨーク部材３４の上面の傾斜によって中空路３６の内側に集まってきた複数の球体３７を正４角形状の角部で離間させるようにしている。
【００４８】
つまり、複数の球体３７が磁化すると、次々に隣接する球体３７を吸引吸着するため、球体３７は一列に繋がり、隣接する球体３７同士の転がり摩擦力が逆向きに働くために、各球体３７は正常に転がり運動ができず、一体の物体として滑り運動をせざるを得なくなって、球体３７のバランス移動は困難な状態となる。したがって、相互に磁気吸着した各球体３７の状態を、回転停止時に一旦、解除することがバランス性能の悪化状態を回復する上で効果的である。これを実現するために、円環内周側内壁面３６ｂの周方向に凹凸形状（角部）を設け、凹凸形状（角部）によって、回転停止時に内側に移動してきた各球体３７に吸着離反効果を与えるようにしている。
【００４９】
上記構成により、所定回転数を超えると、複数の球体３７は、遠心力によって中空路３６の隙間３８内に嵌まり込む。これによって、複数の球体３７は中空路３６内の上下の内壁面には接触せず、隙間３８の上下開口角部の２点で接触する。この状態で、複数の球体３７のバランス方向への移動する。これによって、重量の不均一性（重心の偏り）が相殺されてバランス補正される。
【００５０】
以上のように、本実施形態２によれば、上記実施形態１の効果に加えて、回転が停止しているときに、中空路３６内において回転中心側に集まってきた複数の球体３７の磁化によるくっつきを内壁角部で散らばらせるようにしたため、複数の球体３７の状態を常にイニシャライズでき、従来、中空路３６内の複数の球体３７が相互にくっついてしまう性能劣化現象を来すと、回転停止時にも、そのままの状態が保持されて性能劣化を回復できなかった欠点を解消することができる。
【００５１】
また、上記実施形態１の溝２０に代えて、隙間３８を用いているため、数ｍｍ幅の溝２０を内壁面に形成する上記実施形態１に比べて、隙間３８を構成する各部材部分が外側に出ている分、加工寸法精度が出しやすく、その検査も容易なものとすることができる。また、下側に当接部を有する上ケース部材３２と、上側に当接部を有する下ケース部材を構成するヨーク部材３４の上面とを上下に対向させて、その間にオートバランサを構成しているため、バランサ構造が簡単で低コスト化が図られる。
【００５２】
さらに、オートバランサの性能不良現象の一つに自励振動の発生（フラフープ現象）があり、これは、移動路内部を粘性のある液体で満たし、ダンピングを与えることで回避できるが、本実施形態２では、液体を内封する代わりに隙間３８（スリット）を設け、隙間３８（スリット）によって、中空路３６内と外部とが隙間３８を通して空気流通するようにしたので、外部にある空気（気体）を利用して、球体３７に空気ダンピング（減衰）力を作用させることにより、球体３７の自励振動の発生を防止できて、より安定な回転が得られるようにしている。また、隙間３８により、各球体３７の間に外部から空気が流れ込むことによって、集まってきた球体３７を分散（離反）させやすいことから、適正バランス位置に球体３７を移動させやすくすることができる。このため、バランス精度が向上する。
【００５３】
さらに、円環内周側内壁面３６ｂの平面形状を正４角形状など内壁面の凹凸（角部）により、球体３７が、より早くモータ回転と同期して回るようになる。
【００５４】
なお、本実施形態２では、円環内周側内壁面３６ｂの平面形状を正４角形状としたが、これに限らず、図１０の円環内周側内壁面３６Ａのようにその平面外周形状を正３角形状としたり、図１０の円環内周側内壁面３６Ｂのようにその平面外周形状を正６角形状とするなど正多角形状（回転中心に重心が一致する）としたり、図１０の円環内周側内壁面３６Ｃのようにその平面外周形状を星形状（放射形状に含む）としたりして、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を離反させるようにしてもよい。さらに、図１０の円環内周側内壁面３６Ｄのように放射状に仕切突起を入れて、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を集めて放射状仕切突起先端部で離反させて散らばらせるようにしてもよい。
【００５５】
また、本実施形態２では、移動路内の円環内周側内壁面３６ｂの平面外周形状を多角形状とし、球体３７がその周囲をバランス移動するようにしたが、これに限らず、円環内周側内壁面の平面外周形状を例えば正４角形状とし、円環状に連設される４つの移動路室に隣同士が狭い空間（球体３７が通過できない程度の隙間）を介して連通するように分離させてもよい。この場合に、複数の球体３７は各移動路室毎に分離されている。これによって、磁気による吸着する連なった球体３７の数を軽減させることが可能となる。
【００５６】
さらに、本実施形態２では、ヨーク部材３４の上面が中空路３６内の円環外周側から中央側に向けて下方に傾斜した構成とすることにより、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を集めて正４角形状の内周壁の角部で離反させるようにしてしたが、これに限らず、ヨーク部材３４の中央側に磁石を配設し、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を磁気吸引力で集めるようにしてもよい。
【００５７】
さらに、本実施形態１では、球体１８と点接触する溝２０の各角部２０ａ，２０ｂが全周に亘って平行に連続形成されるようにし、本実施形態２では、球体３７と点接触する隙間３８の各角部３８ａ，３８ｂが全周に亘って平行に連続形成されるようにしたが、これらに限らず、球体と点接触する軌条部材（レール部材）の各角部が全周に亘って平行に連続形成されるようにしてもよい。この軌条部材は例えば金属製ワイヤなどで構成してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように請求項１，２によれば、回転時に、球体は下側の内壁面に接することなく、環状外周側の内壁面に形成された当接部に沿って周方向に移動するため、球体は当接部角の２点のみで接触して転動し、従来のような球体の転動による下面との滑り摩擦は発生せず、全体として球体の移動に伴う摩擦抵抗を低減させることができる。よって、球体のバランス方向への移動がスムーズになって、バランス補正精度が向上し、ディスク駆動装置の回転体やディスク自体の振動が軽減されて、より高精度のデータの書き込みや読み出しを実行できる。また、少なくとも各角部が球体と点接触可能な硬質材料で構成されているため、従来の柔らかい制振材と球体とが面接触の場合に比べて摩擦抵抗が少なく、球体のバランス移動がスムーズで、バランス性能をより向上できる。さらに、当接部の各角部に球体が嵌まり込んで位置決めされた状態でバランス移動するため、従来のように傾斜面によって球体のバランス移動が不安定にならず、バランス性能を向上させることができる。加えて、第一の角部は第二の角部に対して下側かつ円環内周側に球体の直径より短い寸法だけ離間して配設されるので、球体が当接部へスムーズに移動可能となる。
【００５９】
また、請求項３によれば、角部間が回転径方向外側に貫通していれば、中空路内外が開口を通して空気流通があるため、外部にある空気（気体）を利用して、球体に空気ダンピング（減衰）力を作用させることができて、球体の自励振動の発生を防止でき、より安定な回転を得ることができる。また、回転時に発生する開口を通した空気流で、集まってきた球体が離反しやすいことから、適正バランス位置に球体を容易に移動させることができる。
【００６０】
また、請求項４，５によれば、回転停止時には、複数の球体は傾斜底面によって環状内周側の内壁面側に移動するが、このとき、複数の球体が互いに磁気吸着していても内壁面角部で、球体の磁気吸着を解除（離反）させてイニシャライズさせることができる。
【００６１】
さらに、請求項６によれば、バランス性能をより向上させた本発明の回転バランス修正装置をディスク駆動装置に適用でき、回転時のディスク駆動装置およびディスク自体の振動を軽減させることができる。
【００６２】
さらに、請求項７によれば、上側ケース部材に下側ケース部材を取り付けるときに、回転バランス修正装置の組み立てができると共に、各部材が上下に分かれている分、加工が容易であるため、本発明の回転バランス修正装置がディスク駆動装置に容易に適用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す回転バランス修正装置を組み込んだディスク駆動装置の縦断面図である。
【図２】図１のバランサ構成を示す拡大縦断面図である。
【図３】溝寸法の試算を説明するための図である。
【図４】図１の溝における他の例の縦断面構成を示す模式図である。
【図５】図１の溝におけるさらに他の例の縦断面構成を示す模式図である。
【図６】図１の溝におけるさらに他の例の縦断面構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態２における回転バランス修正装置を設けたロータハブの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図８】図７の球体の隙間への接触状態を示す拡大図である。
【図９】図７のＸＸ線横断面図である。
【図１０】図７の環状中空路内周側の内壁面横断面構成の他の例を示す模式図である。
【図１１】従来の回転バランス修正装置における移動路一部の透視状態を示す模式図である。
【図１２】従来の別の回転バランス修正装置における移動路の一部縦断面構成を示す模式図である。
【図１３】図１２の移動路の面加工状態を示す模式図である。
【図１４】図１２の移動路の上側面に球体が衝突した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１，３５ ディスク駆動装置
７，３１ ロータハブ
８ 回転バランス修正装置
１０ ディスク
１２，３２ 上側ケース部材
１３，３４ ヨーク部材（下側ケース部材）
１３ａ 下側内壁面（底面）
１７，３６ 中空路
１８，３７ 球体
１９ 円環外周側内壁面
１９ａ，３６ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ 円環内周側内壁面
１９ｂ 上側内壁面
２０，２０ｂ〜２０ｄ 溝
２０ａ，２０ｂ，３８ａ，３８ｂ 角部
３３ 円環状凸部
３８ 隙間
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などのディスク状情報記録媒体の回転駆動時における重量的なアンバランスを自動調整する回転バランス修正装置およびこれを用いたディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の回転バランス修正装置はディスク駆動装置としての記録装置用モータなどに適用されている。回転バランス修正装置が、例えば特開平１０−２８１２２７号公報に提案されている。この公報記載の装置は、モータの回転軸に同芯状に固定された環状体の内部に円環状空洞部を有し、この円環状空洞部内に周方向に移動可能に複数のバランスウェイト（球体）が収納されている。また、この円環状空洞部内面の外周側に、縦断面がＶ字状の溝が施されたゴムなどの柔軟な制振材を付設することで、高速回転移行時におけるバランスウェイトの環状空洞部内面との衝突音を抑制している。
【０００３】
図１１は従来の他の回転バランス修正装置の一部透視模式図を示している。図１１に示すように、軸心ＣＬを回転中心としたモータ回転時に、球体５１は、円環状の移動空間内壁の外周面５２に沿って接点５３で接触しつつ、回転中心Ｌの周りに転動してバランス方向に移動する。この場合、回転中心Ｌと一致する、球体５１との下面接点５４では、バランス移動の際に滑り摩擦が発生している。この滑り摩擦によって移動空間内でのバランス球５１のスムーズな移動が阻害されている。
【０００４】
これを解決する回転バランス修正装置が、特開平１０−３４０５２８号公報に提案されている。即ち図１２の縦断面図に示すように球体６１の移動空間６２内における円環外周側の内壁面には、開度の大きい横倒しのＶ字状溝が形成されている。軸心ＣＬを回転中心としたモータ回転時に、球体６１がＶ字状溝の上側面６３と下側面６４との２点に対して押圧状態で接触し、かつ上下方向への移動が規制された状態でバランス方向に移動するようになっている。このようにして、球体６１の底面との接触をなくして転動による滑り摩擦をなくすことで全体の摩擦を低減し、球体６１のスムーズなバランス移動を実現させて、より安定したバランス補正を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−２８１２２７号公報に記載の装置では、Ｖ字状溝を施した制振材がゴムなどの変形しやすい柔軟材であるため、バランスウェイト（球体）と制振材との押圧状態では面接触となる。このため、滑り摩擦が大きくなって、バランスウェイトの移動空間内でのスムーズな移動が困難となり、バランス性能の低下につながるという問題があった。
【０００６】
また、特開平１０−３４０５２８号公報に記載の装置では、高速回転時には、球体６１はＶ字状溝の上側面６３と下側面６４に当接した安定位置で当接するものの、低速回転時には、図１２の仮想線に示すように球体６１は下側面６４の傾斜面上にあって、自重と遠心力の釣り合った途中位置で転動することになり、バランス移動が不安定なものとなっている。また、図１３に示すように、上側面６３と下側面６４の斜面に対する面加工状態（面粗さ）や斜面位置精度（面公差）６５の確保が困難で、球体６１の位置が定まらずバランス移動が不安定なものとなる。さらに、図１４に示すように、急な回転加速時に球体６１がＶ字状溝の下側面６４を勢いよく上って上側面６３と衝突し、その勢いで跳ね返されて下降することが繰り返されて不安定な振動状態に陥る危険性もある。この球体６１の振動が生じている間、球体６１の位置がなかなか安定化せず、球体６１のスムーズな移動が阻害され、バランス性能が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、バランス性能をより向上させることができる回転バランス修正装置および、これを用いたディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転バランス修正装置は、円環状をなし、円環内外周側および上下側が壁で囲繞された縦断面形状を有する中空路と、この中空路内に収納され周方向に転動自在な複数の球体と、を有する回転バランス修正装置において、円環外周側の壁は、球体と２箇所で点接触する第一の角部及び第二の角部が全周に亘って平行に連続形成された当接部を備え、第一の角部は第二の角部に対して下側かつ円環内周側に球体の直径より短い寸法だけ離間して配設され、回転軸心と平行な方向における２箇所の中間点に対応した投影位置と前記上下側の壁との各距離が共に少なくとも球体の半径より大きく設定されていることを特徴とするものである。また、好ましくは、当接部の各角部間が、凹形状である溝で構成されている。さらに、溝間口幅Ｓは（ｒ１／ｒ）≧略０．９を満足するように構成されている。ただし、ｒは球体半径、ｒ１は、溝間口幅Ｓに球体が嵌まり込んだときの球体転動回転軸から円環外周側の壁までの距離（接触半径）である。
【０００９】
この構成により、回転時に、球体は下側の内壁面に接することなく、環状外周側の内壁面に形成された当接部に沿って周方向に移動するため、球体は当接部角の２点のみで接触して転動し、従来のような球体の転動による下面との滑り摩擦は発生せず、全体として球体の移動に伴う摩擦抵抗が低減される。よって、球体のバランス方向への移動がスムーズになって、バランス補正精度が向上し、ディスク駆動装置の回転体やディスク自体の振動が軽減されて、より高精度のデータの書き込みや読み出しが可能となる。また、少なくとも各角部が球体と点接触可能な硬質材料で構成されているため、従来の柔らかい制振材と球体とが面接触の場合に比べて摩擦抵抗が少なく、球体のバランス移動がスムーズで、バランス性能がより向上する。さらに、当接部の各角部に球体が嵌まり込んで位置決めされた状態でバランス移動するため、従来のように傾斜面によって球体のバランス移動が不安定にならず、バランス性能が向上する。
【００１０】
また、好ましくは、本発明の回転バランス修正装置において、角部間が回転径方向外側に開口している。この当接部（開口部）は隙間部で構成されている。隙間部の上側の部材と下側の部材とが別部材の場合、各部材が芯ずれしても隙間内に球体が常に嵌まり込むようにするべく、隙間部上側の円環外周側内壁面の回転半径を隙間部下側の円環外周側内壁面の回転半径よりも若干大きい寸法に構成している。
【００１１】
この構成により、角部間が回転径方向外側に開口（隙間）して貫通していれば、中空路内外が開口部を通して空気流通があるため、外部にある空気（気体）を利用して、球体に空気ダンピング（減衰）力を作用させることができて、球体の自励振動の発生を防止でき、より安定な回転を得ることができる。また、回転時に発生する開口部を通った空気流で、集まってきた球体が離反しやすいことから、適正バランス位置に球体を容易に移動可能となる。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の回転バランス修正装置において、円環外周側から内周側にかけて下側の内壁面（底面）が下方に傾斜していると共に、円環内周側の内壁面の周方向に一または複数の角部が設けられている。この円環内周側の内壁面の平面形状は多角形状および放射形状（星形状を含む）の何れかである。
【００１３】
この構成により、回転停止時には、複数の球体は傾斜底面によって環状内周側の内壁面側に移動するが、このとき、複数の球体が互いに磁気吸着していても内壁面角部で、球体の磁気吸着を解除（離反）させてイニシャライズさせることが可能となる。
【００１４】
また、本発明のディスク駆動装置は、請求項１〜５の何れかに記載の回転バランス修正装置が回転体側に取り付けられている。
【００１５】
この構成により、バランス性能をより向上させた本発明の回転バランス修正装置がディスク駆動装置に適用されると、回転時のディスク駆動装置およびディスク自体の振動が低減される。
【００１６】
また、好ましくは、本発明のディスク駆動装置における回転体は上側ケース部材と下側ケース部材からなり、これらの間に回転バランス修正装置が設けられている。
【００１７】
この構成により、上側ケース部材に下側ケース部材を取り付けるときに、回転バランス修正装置の組み立てができると共に、各部材が上下に分かれている分、加工も容易であるため、本発明の回転バランス修正装置がディスク駆動装置に容易に適用可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１を示す回転バランス修正装置を組み込んだディスク駆動装置の縦断面図である。図１において、ディスク駆動装置１は、スリーブ部材２と、回転軸３と、スリーブ部材２と回転軸３間に設けられた軸受部４と、スラストプレート５と、スリーブ部材２の外周側のステータ６と、回転軸３の上部が固定された回転体としてのロータハブ７と、ロータハブ７内に設けられた回転バランス修正装置（以下バランサという）８とを有している。
【００１９】
スリーブ部材２は、固定フレーム９の取付孔９ａに内嵌して立設固定されている。回転軸３は、スリーブ部材２の中央孔内に軸受部４を介して回転自在に支持されている。また、回転軸３は下端側がスラストプレート５に当接して下方向への移動が規制されている。さらに、スラストプレート５はスラストワッシャー５ａで固定されてスリーブ部材２の中央孔下端側を閉止している。さらに、ステータ６は、回転軸３に対して同芯状に配置され、スリーブ部材２の外周壁に固定されたステータコア６ａにコイル６ｂが巻回されている。
【００２０】
ロータハブ７は、ディスク状情報記録媒体としてのディスク１０の中央孔を中央突起１１に嵌装して上面に載置保持するターンテーブル１２ａを持つ上側ケース部材１２と、この上側ケース部材１２の下方に取り付けられ、ステータ６を覆う略断面Ｌ字状で円環状の下側ケース部材としてのヨーク部材１３と、ヨーク部材１３の内周に沿って一体的に固定され、ステータ６の外周面に対向する位置にロータマグネット１４が円環状に配設されたロータ１５とを有している。なお、中央突起１１には磁石１１ａが設けられており、磁性材料で構成されたクランパ（図示せず）を磁石１１ａで吸着してターンテーブル１２ａ上のディスク１０を保持するようになっている。
【００２１】
また、上側ケース部材１２の少なくとも円環外周側内壁面１９の材質は、球体１８から受ける遠心力によっても変形しないポリカーボネイトなどの硬度の高い樹脂材料や、ステンレス（ＳＵＳ）材などの硬度の高い金属材料などの硬質材料で構成されている。具体的には、上ケース部材１２は例えばポリカーボネイトで構成され、下ケース部材としてのヨーク部材１３は磁性材料の例えばステンレス（ＳＵＳ）材で構成されている。
【００２２】
バランサ８は、上側ケース部材１２の下面に形成された円環状溝１６をヨーク部材１３の上面で下方から閉止して形成される円環状の中空路（移動路）１７と、中空路１７内に周方向に移動可能に収容されたバランス部材としての鋼球よりなる複数の球体１８とを有している。また、バランサ８の組立は、複数の球体１８を円環状溝１６内に収納して、その円環状溝１６の開口側をヨーク部材１３の上面で下方から閉止してヨーク部材１３の開口部と上側ケース部材１２を中央部でかしめまたは接着剤などで固定すればよい。
【００２３】
中空路（移動路）１７は、図２に示すように、円環状溝１６の円環外周側の内壁面１９、円環内周側の内壁面１９ａ、上側の内壁面１９ｂおよび、ヨーク部材１３の上面を兼用した下側の内壁面（底面１３ａ）で囲まれた縦断面形状を有している。円環外周側内壁面１９には、縦断面形状がコ字状の当接部としての溝２０が周方向に亘って形成されている。
【００２４】
溝２０には、図２に示すように、球体１８と上下の２箇所で点接触する各角部２０ａ，２０ｂが円環外周側内壁面１９の全周に亘って平行に連続形成されており、溝２０で球体１８を上下方向に規定した状態で案内する移動案内路を構成している。各角部２０ａ，２０ｂは、球体１８の直径より短い寸法だけ離間して配設されており、回転軸心方向と平行な方向Ｙにおける各角部２０ａ，２０ｂの中間点Ｙ１に対応した投影位置Ｙ２（溝２０内に球体１８が嵌まり込んだときの中心位置）と上下側の壁の位置Ｙ３，Ｙ４との各距離が共に少なくとも球体１８の半径より大きく設定されている。
【００２５】
また、溝２０は間口幅がＳで深さがｄに構成されている。この溝深さｄは、球体１８が溝幅Ｓの溝２０に嵌まり込んだ場合に、球体１８が溝２０の底面に接触しない寸法であればよい。また、溝幅Ｓについては以下のようにして試算することができる。
【００２６】
図２に示すように、球体１８に遠心力が加わったとき、球体１８が溝２０内を移動するには、下部角部２０ａは球体１８の中心よりも下方に位置しなければならず、従って、Ｓ＝２ｈ１のときには、球体１８が溝２０内に嵌まり込み、かつ下面１３ａに接触している状態である。ただし、図３に示すように、ｈ１＝ｒ−ｈ２である。ｒは球体１８の半径、ｈ２は底面１３ａから角部２０ａまでの高さである。したがって、球体１８が溝２０内に入るとき（仮想線の状態から実線の状態）に下面１３ａから離れるように設定（下面との非接触で滑り摩擦を解消）するので、条件式１として、溝幅Ｓ＞２ｈ１を満足する必要がある。
【００２７】
また、球体１８が溝２０内に深く嵌まり込むほど、球体１８の傾斜の強い面で各角部２０ａ，２０ｂと点接触して、転がり摩擦が大きくなることから、転がり摩擦をできるだけ小さくするため、例えば（ｒ１／ｒ）≧略０．９を満足するように設定している。ただし、ｒ１＝球体１８の接触半径（図２参照）とする。以上の式から、
ｒ１＝√（ｒ2−Ｓ2／４）
（ｒ１／ｒ）＝√（１−Ｓ2／４ｒ2）＞０．９
したがって、条件式２としてＳ＜２ｒ√（１−０．９2）＝０．８７２ｒが得られる。なお、上記したように、ｒ１／ｒの値を転がり摩擦との関係で、「０．９」を採用したが、略「０．９」は、例えば「０．８９」であっても「０．８８」であってもよい。
【００２８】
「０．９」の値の根拠について説明する。転がり摩擦モーメントは、接触半径ｒ１に反比例するため、球体１８の中心から、できるだけ離れた位置で接触させる必要がある。一方、実験によれば、壁面状態などにより転がり摩擦は、１０パーセント程度のバラツキがあるため、それと同程度の転がり摩擦を生じる範囲内であれば許容できるとして、上記バラツキの数値から略「０．９」とした。
【００２９】
ここで、球体１８が溝開口角部２０ａに乗り上げるための、球体１８の中心と下側の角部２０ａとの縦方向寸法ｈ１の試算を行う。条件式３として、図３に示すように、モーメントＦは、Ｆ＝ｍＲω2を満足する。ただし、ｍ＝質量、Ｒ＝回転半径、ω＝角速度である。
【００３０】
Ｆ・ｒｓｉｎα≧ｍｇｃｏｓα
Ｆ≧ｍｇ／ｔａｎα
ただし、αは、球体１８の中心から溝開口角部２０ａと水平方向との為す角度である。なお、αが小さいため、ｔａｎαはｈ１／ｒと近似でき、この結果、
Ｒω2≧ｇｒ／ｈ１となる。したがって、球体１８が溝開口角部２０ａに乗り上げる条件式４として、ｈ１≧ｇｒ／Ｒω2，ｈ２≦ｒ−ｇｒ／Ｒω2が得られる。
【００３１】
具体的に数値を挙げて、例えばｇ＝９．８ｍ／ｓ2，ｒ＝１．５ｍｍ，Ｒ＝１４ｍｍ，ω＝２π・２０ｒａｄ／ｓ（＝１２００ｒｐｍ）とすると、
ｈ１≧ｇｒ／Ｒω2＝（９８００×１．５）／（１４×１４４０）となって、ｈ１は略０．０７ｍｍとなる。したがって、回転速度が１２００ｒｐｍで、ｈ１が０．０７ｍｍよりも大きいときに、または、ｈ２がｒ（１．５ｍｍ）−ｈ１（０．０７ｍｍ）よりも小さいときに、球体１８が溝開口角部２０ａに乗り上げて溝２０内に嵌まり込むことになる。
【００３２】
これと上記条件式１のＳ＞２ｈ１により、Ｓ＞０．１４ｍｍが得られる。また、上記条件式２からＳ＜１．３ｍｍが得られる。これらを合わせて溝幅Ｓの範囲を表わすと、０．１４ｍｍ＜Ｓ＜１．３ｍｍが得られる。
【００３３】
上記構成により、バランサ８の動作について以下に説明する。まず、コイル６ｂへの通電によってステータ６およびロータ１５の磁気回路部が作動して回転が開始され、複数の球体１８は、所定の回転速度を超えると、遠心力によって底面１３ａから離れて溝２０内に嵌まり込む。
【００３４】
このとき、回転体およびディスク１０に重量的な不均一性があると、回転体やディスク１０に振動が生じるが、各球体１８は、上記振動を重量バランス的に相殺するべく偏った重心位置とは反対側の位置に向けて、溝２０内に嵌まり込んで一列に並んだ状態で周方向に移動する。複数の球体１８は、球体１８同士の摩擦力および、球体１８と溝２０の開口角部との２接点での転がり摩擦力に抗して移動することになる。
【００３５】
この複数の球体１８のバランス方向への移動によって、重量の不均一性（重心の偏り）が相殺されてバランス補正され、高速の定格回転時にもディスク駆動装置１の回転体およびディスク１０の振動を抑制して安定な回転が得られることになる。
【００３６】
以上のように、本実施形態１によれば、球体１８は中空路１７内の底面に接することなく、中空路内壁面の環状外周側内壁面１９に形成された縦断面コ字状の溝２０に沿ってバランス方向に移動するため、球体は開口角部との２点のみで接触して転動し、従来のような球体１８の転動による下面との滑り摩擦は発生しない。したがって、球体１８の滑り摩擦による悪影響を解消できるため、全体としての移動による摩擦抵抗が低減されて、球体１８のバランス方向への移動がスムーズになって、バランス補正精度が向上し、ディスク駆動装置１の回転体やディスク１０の振動が軽減されて、より高精度のデータの書き込みや読み出しを行うことができる。また、中空路内壁面のうち環状外周側内壁面１９が硬質材料で構成されているため、球体１８との接触が点接触で済み、従来の柔らかい制振材と球体とが面接触の場合に比べて摩擦抵抗が少なく、球体１８のバランス移動がスムーズで、バランス性能をより向上させることができる。さらに、溝２０内に球体１８が嵌まり込んで位置決めされた状態でバランス移動するため、従来のように傾斜面によって球体のバランス移動が不安定にならず、バランス性能をいっそう向上させることができる。
【００３７】
また、溝２０の開口角部２０ａ周りのモーメントを考慮して溝２０の配設位置を設計すると、球体１８が溝２０内に嵌まり込んだ時点、つまり滑り摩擦がなくなって転がり摩擦だけとなる摩擦低下時点の回転数を規定することができる。その所定回転数で球体１８が溝２０内に嵌まり込むように溝２０の高さ位置を設計すれば、低速回転時でも高速回転時でも球体１８が振動せず、より安定に回転駆動させることができる。
【００３８】
特に、危険回転速度以下において、球体１８が溝２０内に嵌まり込まないように溝２０の高さ寸法を設計し、かつ、危険回転速度を超えたときに、球体１８が溝２０内に嵌まり込むように溝２０の高さ位置を設計しておけば、危険回転速度以下ではバランス移動に対する摩擦がより働いてバランス効果を低下させることができ、危険回転速度以上では摩擦が減少してバランス移動がスムーズになってバランス効果を向上させることができる。このように、回転速度によってバランス効果を切換制御できる。
【００３９】
さらに、バランサ８は、従来の制振材を付設したものに比べて部品点数がより少なく構造が簡易である。また、バランサ８は、溝２０が形成されている円環外周側内壁面１９が硬質材料であるため、従来のようにゴムなどの柔らかい部材からなる制振材でできた環状体の取付作業（制振材の真円度およびモータ回転軸との同芯性を確保する取付位置の調整作業や固定作業）に比べて組立工数も少なくコスト面でも有利である。
【００４０】
なお、本実施形態１では、円環外周側内壁面１９に形成された溝２０の形状を縦断面コ字状に形成したが、これに限らず、図４に示すように円環外周側内壁面１９に形成された溝２０ｂの形状を縦断面Ｖ字状に形成してもよく、図５に示すように円環外周側内壁面１９に形成された溝２０ｃの形状を開放側（間口）が内側（回転中心側）に開く縦断面台形状（間口を広げて溝を直角に掘り下げない分だけ加工が容易である）に形成してもよく、さらに、図６に示すように円環外周側内壁面１９に形成された溝２０ｄの形状を球体１８の曲率半径よりも小さい凹曲面（円弧形状溝）で形成してもよい。以上のように、溝形状や深さなどを正確に指定しなくてもよいため、加工が容易でコストを下げることができる。
（実施形態２）
本実施形態２では、詳細は後述するが、上記実施形態１の当接部として溝２０の代わりに、円環状の隙間を設けた場合である。また、本実施形態２では、複数の球体の磁気による互いの吸着を離反するべく、中空路内の円環内周側内壁面形状に球体離反用の角部を設けた場合である。
【００４１】
図７は本発明の実施形態２における回転バランス修正装置を設けたロータハブの構成を模式的に示す縦断面図である。図７において、ロータハブ３１は、上面がターンテーブル３２ａに構成された円板状の上ケース部材３２と、上ケース部材３２の下面側に取り付けられ、上記ステータ６を覆う略断面Ｌ字状で、外周上部に円環状凸部３３を有すると共に、上面が中央側に向けて下方に傾斜した円環状の下ケース部材を構成するヨーク部材３４とを有している。これらの上ケース部材３２とヨーク部材３４との間に円環状のバランサ３５が設けられている。
【００４２】
バランサ３５は、円環状空間である中空路（移動路）３６と、中空路３６内に周方向に移動可能に収容された鋼球よりなる複数の球体３７とを有している。
【００４３】
中空路３６は、上側ケース部材３２の下方面側外周縁部に開口する円環状溝を下方からヨーク部材３４の上面で受けて球体移動路用の空間を構成している。この空間の内外に連通するように、円環状の当接部としての隙間３８が、円環状溝の外周壁３６ａと円環状凸部３３とが所定間隔を開けて対向して形成されている。中空路３６内の円環外周側の内壁面は、球体３７と点接触する隙間３８の各角部３８ａ，３８ｂが全周に亘って平行に連続形成されている。この隙間３８は、球体３７の直径寸法に比べて小さい間口幅を有している。さらに、上記実施形態１と同様に、回転時に、球体３７が各角部３８ａ，３８ｂ間に嵌まり込んだときに、上下側の内壁面と非接触状態となるように構成している。球体３７は、隙間３８内に嵌まり込んで周方向にバランス移動するようになっている。
【００４４】
中空路３６において、図８に示すように、外周壁３６ａ側の内壁面直径Ｄ１と、円環状凸部３３側の内壁面直径Ｄ２とを等しく構成してもよいが、外周壁３６ａ側の内壁面直径Ｄ１の方が、円環状凸部３３側の内壁面直径Ｄ２よりも若干大きく構成することが望ましい。これによって、上側ケース部材３２とヨーク部材３４とが芯ずれしても隙間３８内に球体３７が常に嵌まり込むようにすることができる。この直径差Δ（＝Ｄ１−Ｄ２）は、例えば以下のようにして試算することができる。
【００４５】
Δ１は上記のような不具合が起こるときの芯ずれ量を示し、
【００４６】
また、中空路３６の内周壁（本実施形態では、上側ケース部材３２とヨーク部材３４）の材質は、ステンレス（ＳＵＳ）材などの硬度の高い金属材料や、球体３７から受ける遠心力によっても変形しないポリカーボネイトなどの硬度の高い樹脂材料などの硬質材料で構成されている。具体的には、上ケース部材３２は例えばポリカーボネイトで構成され、下ケース部材としてのヨーク部材３４は磁性材料の例えばステンレス（ＳＵＳ）材で構成されている。
【００４７】
さらに、中空路３６は、図９に示すように、複数の球体３７が互いに磁化してくっ付いている状態を解除するために、円環内周側内壁面３６ｂの平面形状を正４角形状（正方形）とすることで、回転が停止するときに、ヨーク部材３４の上面の傾斜によって中空路３６の内側に集まってきた複数の球体３７を正４角形状の角部で離間させるようにしている。
【００４８】
つまり、複数の球体３７が磁化すると、次々に隣接する球体３７を吸引吸着するため、球体３７は一列に繋がり、隣接する球体３７同士の転がり摩擦力が逆向きに働くために、各球体３７は正常に転がり運動ができず、一体の物体として滑り運動をせざるを得なくなって、球体３７のバランス移動は困難な状態となる。したがって、相互に磁気吸着した各球体３７の状態を、回転停止時に一旦、解除することがバランス性能の悪化状態を回復する上で効果的である。これを実現するために、円環内周側内壁面３６ｂの周方向に凹凸形状（角部）を設け、凹凸形状（角部）によって、回転停止時に内側に移動してきた各球体３７に吸着離反効果を与えるようにしている。
【００４９】
上記構成により、所定回転数を超えると、複数の球体３７は、遠心力によって中空路３６の隙間３８内に嵌まり込む。これによって、複数の球体３７は中空路３６内の上下の内壁面には接触せず、隙間３８の上下開口角部の２点で接触する。この状態で、複数の球体３７のバランス方向への移動する。これによって、重量の不均一性（重心の偏り）が相殺されてバランス補正される。
【００５０】
以上のように、本実施形態２によれば、上記実施形態１の効果に加えて、回転が停止しているときに、中空路３６内において回転中心側に集まってきた複数の球体３７の磁化によるくっつきを内壁角部で散らばらせるようにしたため、複数の球体３７の状態を常にイニシャライズでき、従来、中空路３６内の複数の球体３７が相互にくっついてしまう性能劣化現象を来すと、回転停止時にも、そのままの状態が保持されて性能劣化を回復できなかった欠点を解消することができる。
【００５１】
また、上記実施形態１の溝２０に代えて、隙間３８を用いているため、数ｍｍ幅の溝２０を内壁面に形成する上記実施形態１に比べて、隙間３８を構成する各部材部分が外側に出ている分、加工寸法精度が出しやすく、その検査も容易なものとすることができる。また、下側に当接部を有する上ケース部材３２と、上側に当接部を有する下ケース部材を構成するヨーク部材３４の上面とを上下に対向させて、その間にオートバランサを構成しているため、バランサ構造が簡単で低コスト化が図られる。
【００５２】
さらに、オートバランサの性能不良現象の一つに自励振動の発生（フラフープ現象）があり、これは、移動路内部を粘性のある液体で満たし、ダンピングを与えることで回避できるが、本実施形態２では、液体を内封する代わりに隙間３８（スリット）を設け、隙間３８（スリット）によって、中空路３６内と外部とが隙間３８を通して空気流通するようにしたので、外部にある空気（気体）を利用して、球体３７に空気ダンピング（減衰）力を作用させることにより、球体３７の自励振動の発生を防止できて、より安定な回転が得られるようにしている。また、隙間３８により、各球体３７の間に外部から空気が流れ込むことによって、集まってきた球体３７を分散（離反）させやすいことから、適正バランス位置に球体３７を移動させやすくすることができる。このため、バランス精度が向上する。
【００５３】
さらに、円環内周側内壁面３６ｂの平面形状を正４角形状など内壁面の凹凸（角部）により、球体３７が、より早くモータ回転と同期して回るようになる。
【００５４】
なお、本実施形態２では、円環内周側内壁面３６ｂの平面形状を正４角形状としたが、これに限らず、図１０の円環内周側内壁面３６Ａのようにその平面外周形状を正３角形状としたり、図１０の円環内周側内壁面３６Ｂのようにその平面外周形状を正６角形状とするなど正多角形状（回転中心に重心が一致する）としたり、図１０の円環内周側内壁面３６Ｃのようにその平面外周形状を星形状（放射形状に含む）としたりして、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を離反させるようにしてもよい。さらに、図１０の円環内周側内壁面３６Ｄのように放射状に仕切突起を入れて、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を集めて放射状仕切突起先端部で離反させて散らばらせるようにしてもよい。
【００５５】
また、本実施形態２では、移動路内の円環内周側内壁面３６ｂの平面外周形状を多角形状とし、球体３７がその周囲をバランス移動するようにしたが、これに限らず、円環内周側内壁面の平面外周形状を例えば正４角形状とし、円環状に連設される４つの移動路室に隣同士が狭い空間（球体３７が通過できない程度の隙間）を介して連通するように分離させてもよい。この場合に、複数の球体３７は各移動路室毎に分離されている。これによって、磁気による吸着する連なった球体３７の数を軽減させることが可能となる。
【００５６】
さらに、本実施形態２では、ヨーク部材３４の上面が中空路３６内の円環外周側から中央側に向けて下方に傾斜した構成とすることにより、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を集めて正４角形状の内周壁の角部で離反させるようにしてしたが、これに限らず、ヨーク部材３４の中央側に磁石を配設し、回転停止時に、中空路３６の内側に複数の球体３７を磁気吸引力で集めるようにしてもよい。
【００５７】
さらに、本実施形態１では、球体１８と点接触する溝２０の各角部２０ａ，２０ｂが全周に亘って平行に連続形成されるようにし、本実施形態２では、球体３７と点接触する隙間３８の各角部３８ａ，３８ｂが全周に亘って平行に連続形成されるようにしたが、これらに限らず、球体と点接触する軌条部材（レール部材）の各角部が全周に亘って平行に連続形成されるようにしてもよい。この軌条部材は例えば金属製ワイヤなどで構成してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように請求項１，２によれば、回転時に、球体は下側の内壁面に接することなく、環状外周側の内壁面に形成された当接部に沿って周方向に移動するため、球体は当接部角の２点のみで接触して転動し、従来のような球体の転動による下面との滑り摩擦は発生せず、全体として球体の移動に伴う摩擦抵抗を低減させることができる。よって、球体のバランス方向への移動がスムーズになって、バランス補正精度が向上し、ディスク駆動装置の回転体やディスク自体の振動が軽減されて、より高精度のデータの書き込みや読み出しを実行できる。また、少なくとも各角部が球体と点接触可能な硬質材料で構成されているため、従来の柔らかい制振材と球体とが面接触の場合に比べて摩擦抵抗が少なく、球体のバランス移動がスムーズで、バランス性能をより向上できる。さらに、当接部の各角部に球体が嵌まり込んで位置決めされた状態でバランス移動するため、従来のように傾斜面によって球体のバランス移動が不安定にならず、バランス性能を向上させることができる。加えて、第一の角部は第二の角部に対して下側かつ円環内周側に球体の直径より短い寸法だけ離間して配設されるので、球体が当接部へスムーズに移動可能となる。
【００５９】
また、請求項３によれば、角部間が回転径方向外側に貫通していれば、中空路内外が開口を通して空気流通があるため、外部にある空気（気体）を利用して、球体に空気ダンピング（減衰）力を作用させることができて、球体の自励振動の発生を防止でき、より安定な回転を得ることができる。また、回転時に発生する開口を通した空気流で、集まってきた球体が離反しやすいことから、適正バランス位置に球体を容易に移動させることができる。
【００６０】
また、請求項４，５によれば、回転停止時には、複数の球体は傾斜底面によって環状内周側の内壁面側に移動するが、このとき、複数の球体が互いに磁気吸着していても内壁面角部で、球体の磁気吸着を解除（離反）させてイニシャライズさせることができる。
【００６１】
さらに、請求項６によれば、バランス性能をより向上させた本発明の回転バランス修正装置をディスク駆動装置に適用でき、回転時のディスク駆動装置およびディスク自体の振動を軽減させることができる。
【００６２】
さらに、請求項７によれば、上側ケース部材に下側ケース部材を取り付けるときに、回転バランス修正装置の組み立てができると共に、各部材が上下に分かれている分、加工が容易であるため、本発明の回転バランス修正装置がディスク駆動装置に容易に適用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す回転バランス修正装置を組み込んだディスク駆動装置の縦断面図である。
【図２】図１のバランサ構成を示す拡大縦断面図である。
【図３】溝寸法の試算を説明するための図である。
【図４】図１の溝における他の例の縦断面構成を示す模式図である。
【図５】図１の溝におけるさらに他の例の縦断面構成を示す模式図である。
【図６】図１の溝におけるさらに他の例の縦断面構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施形態２における回転バランス修正装置を設けたロータハブの構成を模式的に示す縦断面図である。
【図８】図７の球体の隙間への接触状態を示す拡大図である。
【図９】図７のＸＸ線横断面図である。
【図１０】図７の環状中空路内周側の内壁面横断面構成の他の例を示す模式図である。
【図１１】従来の回転バランス修正装置における移動路一部の透視状態を示す模式図である。
【図１２】従来の別の回転バランス修正装置における移動路の一部縦断面構成を示す模式図である。
【図１３】図１２の移動路の面加工状態を示す模式図である。
【図１４】図１２の移動路の上側面に球体が衝突した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１，３５ ディスク駆動装置
７，３１ ロータハブ
８ 回転バランス修正装置
１０ ディスク
１２，３２ 上側ケース部材
１３，３４ ヨーク部材（下側ケース部材）
１３ａ 下側内壁面（底面）
１７，３６ 中空路
１８，３７ 球体
１９ 円環外周側内壁面
１９ａ，３６ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ 円環内周側内壁面
１９ｂ 上側内壁面
２０，２０ｂ〜２０ｄ 溝
２０ａ，２０ｂ，３８ａ，３８ｂ 角部
３３ 円環状凸部
３８ 隙間
Claims (7)
- 円環状をなし、円環内外周側および上下側が壁で囲繞された縦断面形状を有する中空路と、
該中空路内に収納され周方向に転動自在な複数の球体と、を有する回転バランス修正装置において、
前記円環外周側の壁は、
前記球体と２箇所で点接触する第一の角部及び第二の角部が全周に亘って平行に連続形成された当接部を備え、
前記第一の角部は前記第二の角部に対して下側かつ円環内周側に前記球体の直径より短い寸法だけ離間して配設され、
回転軸心と平行な方向における前記２箇所の中間点に対応した位置と前記上下側の壁との各距離が共に少なくとも前記球体の半径より大きく設定されていることを特徴とする回転バランス修正装置。 - 前記角部間が凹形状であることを特徴とする請求項１記載の回転バランス修正装置。
- 前記角部間が回転径方向外側に開口していることを特徴とする請求項１記載の回転バランス修正装置。
- 前記円環外周側から内周側にかけて前記下側の内壁面が下方に傾斜していると共に、前記内周側の内壁面の周方向に一または複数の角部が設けられたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の回転バランス修正装置。
- 前記内周側の内壁面の平面形状は多角形状および放射形状の何れかであることを特徴とする請求項４記載の回転バランス修正装置。
- 請求項１〜５の何れかに記載の回転バランス修正装置が回転体側に取り付けられていることを特徴とするディスク駆動装置。
- 前記回転体は上側ケース部材と下側ケース部材からなり、これらの間に回転バランス修正装置が設けられたことを特徴とする請求項６記載のディスク駆動装置。
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