JP5930674B2 - ディスククランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスク状の記録媒体を回転可能に保持するディスククランプ装置に関する。

ブルーレイ等といったディスク状の記録媒体に関する記録再生装置内には、記録媒体を回転可能に保持するディスククランプ機構が設けられている。スライドコーン方式を採用したディスククランプ機構では、記録媒体の中心孔がスライドコーンの外周壁に係合するが、かかる外周壁には、中心孔の寸法ばらつきを吸収するために傾斜が設けられている（特許文献１，２参照）。

特開２００７−５９０４０号公報 特開平９−３２０１５９号公報

かかる技術では、装置全体の薄型化を実現するために傾斜角を大きくしているが、傾斜角が大きい場合には、偏荷重のある記録媒体を回転させた場合にスライドコーンをターンテーブル方向へ押し下げようとする分力が発生するため、かかる分力以上の力をバネ荷重としてスライドコーンに付与する必要があり、記録媒体着脱時の発生音が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、偏荷重のある記録媒体を回転させた場合にスライドコーンをターンテーブル方向へ押し下げようとする力を抑えることが可能なディスククランプ装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明のディスククランプ装置は、モータの回転軸と同軸に配置されており、前記回転軸と一体に回転可能なターンテーブルと、前記モータの回転軸の軸方向に移動可能であり、ディスク状の記録媒体の中心孔と係合可能なスライドコーンと、前記スライドコーンに係合した前記記録媒体を前記ターンテーブルと協働して挟持するクランパと、前記スライドコーンを前記クランパ方向へ付勢する付勢部材と、を備えるディスククランプ装置であって、前記スライドコーンにおける前記中心孔と係合する係合面の傾斜角θは、偏荷重状態の前記記録媒体の角速度をω、偏荷重を修正するのに必要な質量をｍ、前記質量の取り付け半径をＲ、前記スライドコーンと前記回転軸との静摩擦係数をμ、前記スライドコーンに対して前記ターンテーブル方向へ作用する力の閾値をｆ’_ＴＨとしたとき、
０＜θ≦ａｒｃｔａｎ｛ｆ’_ＴＨ／（ｍＲω^２）＋μ｝
と設定されており、
前記スライドコーンに形成された突起が、前記ターンテーブルに形成された孔部に挿通されており、前記スライドコーンには、当該スライドコーンのモータ側面及びクランパ側面を連通する孔部が形成されており、前記ターンテーブルのモータ側面には、当該ターンテーブルの回転に伴い前記ターンテーブルの前記モータ側の空気を当該ターンテーブルに形成された孔部へ案内する複数の空気案内羽根が形成されており、前記クランパが前記記録媒体を押圧した状態において、前記クランパと前記記録媒体との間に空気流路が構成されており、前記モータによって前記記録媒体を回転させたときに、前記ターンテーブルの前記モータ側の空気が、前記ターンテーブルに形成された孔部及び前記スライドコーンに形成された孔部を順次介して前記空気流路へ流れることを特徴とする。

かかる構成によると、傾斜角θが可及的小さく設定されるので、偏荷重のある記録媒体を回転させた場合にスライドコーンをモータ方向へ押し下げようとする分力を抑えることができる。
また、従来の技術では、スライドコーンが傾斜してモータ軸とのかじりが発生するのを防止するため、スライドコーンに形成されたかじり防止突起をカム等と係合させることによって、スライドコーンに発生する分力を軽減しており、部品及び組み立てコストが増大するとともに組み立て誤差の累積が発生していた。これに対して、本発明によると、かじり防止のための突起がターンテーブルの孔部の内周面に当接してカムの働きをするので、あらためてカムを別部品として取り付けることが不要となり、部品及び組み立てコストを削減するとともに組み立て誤差の累積を軽減することができる。

前記傾斜角θは、前記記録媒体の前記中心孔の内径の規格値の最大値をφ_ＭＡＸ、最小値をφ_ＭＩＮ、前記記録媒体を前記ターンテーブル及び前記クランパによって挟持する動作に必要なスライドコーンのストロークをＨとしたとき、
ａｒｃｔａｎ｛（φ_ＭＡＸ−φ_ＭＩＮ）／（２Ｈ）｝≦θ≦ａｒｃｔａｎ｛ｆ’_ＴＨ／（ｍＲω^２）＋μ｝
と設定されていることが望ましい。

かかる構成によると、スライドコーンのストロークの範囲内で、記録媒体がターンテーブル及びクランパによって好適に挟持される。

本発明によれば、偏荷重のある記録媒体を回転させた場合にスライドコーンをターンテーブル方向へ押し下げようとする力を抑えることができる。

本発明の実施形態に係るディスククランプ装置を示す断面図である。 ターンテーブルを示す斜視図であり、（ａ）は上から見た図、（ｂ）は下から見た図である。 スライドコーンを示す斜視図であり、（ａ）は上から見た図、（ｂ）は下から見た図である。 クランパを示す斜視図であり、下から見た図である。 図１の部分拡大図であり、スライドコーンの傾斜角を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、偏荷重状態のディスクによってスライドコーンに作用する力を説明するための模式図である。 回転速度Ｎと作用力Ｆとの関係を示すグラフである。 傾斜角θと押し下げ力ｆ’との関係を示すグラフである。 図１の部分拡大図であり、スライドコーンの傾斜角の最小値の一例を説明するための図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るディスククランプ装置１は、ディスク状の記録媒体２（以下、ディスク２と称する）の記録再生装置においてディスク２を回転可能に保持する機構であって、ターンテーブル１０と、スライドコーン２０と、ストッパ３０と、クランパ４０と、を備える。かかるディスククランプ装置１は、記録再生装置の筐体８内に収容されており、ターンテーブル１０及びクランパ４０の外周縁よりも径方向外側において、ディスク２の記録面側（図１の下側）の隙間、すなわち、ディスク２とトレイ７との隙間Ｄ１よりも非記録面側（図１の上側）の隙間、すなわち、ディスク２と筐体８におけるディスク２の非記録面と対向する面との隙間Ｄ２の方が狭い。

＜ターンテーブル＞
ターンテーブル１０は、ディスク２が載置された状態でモータ３の回転軸３ａと一体に回転する円板状部材であって、図２に示すように、中心部１１と、当該中心部１１よりも高く形成された外周部１２と、複数（本実施形態では８個）の空気案内羽根１３と、外周部１２のクランパ４０と対向する面（クランパ側面）の外周縁に取り付けられた弾性体１４と、を備える。かかるターンテーブル１０は、中心部１１、外周部１２及び複数の空気案内羽根１３が一体成形されており、外周部１２のクランパ側面に接着等によって弾性体１４を取り付けることによって製造される。

中心部１１の中心には、モータ３の回転軸３ａ及びロータ外枠３ｂ（図１参照）が挿通される孔部１１ａが形成されており、ターンテーブル１０は、ロータ外枠３ｂを介してモータ３に固定されている。また、中心部１１の外周縁には、後記するスライドコーン２０の突起２４が挿通される複数（本実施形態では４個）の孔部１１ｂが等間隔に形成されている。

また、孔部１１ｂの回転方向Ｒ_１の前方側の側縁には、上側（クランパ側）に向けて凸部１１ｃが立設されている。すなわち、孔部１１ｂの回転方向Ｒ_１の前方側の側面１１ｂ１は、孔部１１ｂの回転方向Ｒ_１の後方側の側面よりも高い。

複数の空気案内羽根１３は、中心部１１及び外周部１２のモータ側面に等間隔に形成されたリブであり、モータ３によるターンテーブル１０の回転に伴い、ターンテーブル１０の下方にある空気をターンテーブル１０の中心側、より詳細には孔部１１ｂへ案内する。複数の空気案内羽根１３は、中心側から外周側に向けて渦状に放射する形状を呈しており、空気案内羽根１３の渦状は、ターンテーブルの回転方向Ｒ_１の後方側に凸形状となっている。すなわち、空気案内羽根１３の凹面が、回転によって空気を受け、空気をターンテーブル１０の中心側へ案内する。本実施形態では、４個の長い空気案内羽根１３Ａが、孔部１１ａ近傍から孔部１１ｂの横を通って外周部１２の外周縁近傍まで延設されており、残り４個の短い空気案内羽根１３Ｂが、中心部１１の外周縁近傍から外周部１２の外周縁近傍まで延設されている。そして、長短の空気案内羽根１３Ａ，１３Ｂが交互に配置されている。

弾性体１４は、合成樹脂等からなり、平坦な輪形状を呈する部材である。かかる弾性体１４のクランパ側面１４ａは、ディスク２の内周部が載置される載置面である。ディスク２の外周部は、ターンテーブル１０の外周部１２から露出しており、ディスク２の外周部のモータ３と対向する面、すなわちモータ側面が情報の記録面となっている。

＜スライドコーン＞
スライドコーン２０は、ディスク２の中心孔２ａの内周縁と係合した状態でモータ３の回転軸３ａと一体に回転する部材であって、図３に示すように、中心部２１と、当該中心部２１よりも高く形成された外周部２２と、外周部２２の外周縁からモータ３側へ立設された周壁部２３と、複数（本実施形態では４個）の突起２４と、を備える。

中心部２１の中心には、後記するストッパ３０の円筒部３１が挿通される孔部２１ａが形成されており、中心部２１の周縁には、複数（本実施形態では３個）の孔部２１ｂが等間隔に形成されている。
周壁部２３の外周面２３ａは、モータ３側に向かうにつれて拡径するテーパ面を呈している。

複数の突起２４は、周壁部２３のモータ３側端部からモータ３側へ立設されており、先細りのテーパ形状を呈する。かかる複数の突起２４は、それぞれ、前記したターンテーブル１０の孔部１１ｂに挿通されている。ここで、孔部１１ｂは、突起２４よりも大きく、突起２４の周方向の側面（斜面）２４ａは、孔部１１ｂの側面１１ｂ１にスプリング６の付勢力によって摺動可能に付勢されている。スプリング６は、ターンテーブル１０の中心部１１のクランパ側面とスライドコーン２０の外周部２２のモータ側面との間に介設されており、スライドコーン２０をクランパ４０側へ付勢するとともにスライドコーン２０を回転方向へ付勢する付勢部材である。前記した複数の突起２４は、孔部１１ｂの側面１１ｂ１を摺動し、突起２４の側面（斜面）２４ａによりスライドコーン２０が中心孔２１ａを中心としてターンテーブル１０に対して回転することによって、スライドコーン２０に偏荷重が発生した場合にディスク２の中心孔２ａとスライドコーン２３ａとのかじり発生を防止する。

＜ストッパ＞
ストッパ３０は、モータ３の回転軸３ａと一体に回転するスライドコーン２０の抜け止めの金属製部材であり、円筒部３１と、円筒部３１のクランパ側端部に形成されたフランジ部３２と、を備える。
円筒部３１には、モータ３の回転軸３ａが圧入されており、また、スライドコーン２０が摺動可能に外嵌されている。すなわち、円筒部３１の内周面は、モータ３の回転軸３ａの外周面と当接し、円筒部３１の外周面は、スライドコーン２０の孔部２１ａの内周面と摺動可能に当接している。

＜クランパ＞
クランパ４０は、スライドコーン２０に係合されたディスク２をターンテーブル１０のクランパ側面１４ａと協働して挟持する部材であって、図４に示すように、中心部４１と、当該中心部４１よりも低く形成された外周部４２と、中心部４１の中心からモータ３側へ立設された突起４３と、外周部４２のモータ側面に形成された複数の凸部４４と、を備える。

中心部４１の上部には、磁力によってクランパ４０及びストッパ３０を吸引し、ディスク２をターンテーブル１２に固定させるマグネット４及びヨーク５が配置されている。すなわち、ディスク２は、マグネット４及びヨーク５の磁力を用いることにより、ターンテーブル１２及びクランパ４０によって挟持される。これらマグネット４及びヨーク５は、筐体８の一部を構成する天板部９によって覆われている。

複数の凸部４４は、下面視で扇状を呈しており、外周部４２の外周縁に等間隔に配置されている。

クランパ４０が上方へ移動している状態において、スライドコーン２０は、スプリング６の付勢力によって上方へ移動し、スライドコーン２０の中心部２１のクランパ側面がストッパ３０のフランジ３２のモータ側面と当接している。
ディスク２の中心孔２ａの内周縁がスライドコーン２０の外周面２３ａに係合された状態でクランパ４０が下方へ移動すると、クランパ４０の複数の凸部４４がディスク２を押圧するので、スライドコーン２０は、スプリング６の付勢力に抗して下方へ移動し、ディスク２のモータ側面がターンテーブル１０の弾性体１４のクランパ側面１４ａに押圧される。ディスク２が挟持されている状態において、ターンテーブル１０の弾性体１４がディスク２に当接しているので、ディスク２とターンテーブル１４との間の摩擦力が増加し、弾性体１４とスライドコーン２０を介したスプリング６との軸方向の付勢力によって、ディスク２を好適に挟持することが可能である。

また、スプリング６の両端は、ターンテーブル１０及びスライドコーン２０にそれぞれ固定されているため、スライドコーン２０は、ターンテーブル１０に対して一方向に回転するように付勢されている。したがって、かかる状態でモータ３の回転軸３ａが回転すると、ターンテーブル１０、スプリング６、スライドコーン２０、ストッパ３０、クランパ４０及びディスク２がモータ３の回転軸３ａと一体に回転し、ディスク２の記録面側（図１の下側）に設けられた図示しない記録再生機構（例えば、光ピックアップ機構等）によるディスク２の記録面（下面）への情報の記録（書き込み）及びディスク２の記録面に記録された情報の再生（読み取り）が可能となる。

ここで、図２（ｂ）に示すように、ターンテーブル１０が矢印Ｒ_１方向に回転すると、案内羽根１３の位置Ａでは、静止したターンテーブル１０に案内羽根１３の周速度ｖ_１で空気がぶつかるのと同じ状況が発生する。したがって、位置Ａにおける空気は、案内羽根１３に直交する方向の速度ｖ_２で中心方向へと流れる。このように、ターンテーブル１０の下方にある空気は、ターンテーブル１０すなわち案内羽根１３の回転に伴い中心方向へと案内される。

そして、図１に示すように、ディスククランプ装置１において、ターンテーブル１０の下方の空間と、ディスク２及びクランパ４０の間の空間とは、ターンテーブル１０の孔部１１ｂ、ターンテーブル１０及びスライドコーン２０の間の空間、及び、スライドコーン２０の孔部２１ｂを介して連通している。したがって、ディスク２の回転時において、ターンテーブル１０の下方の空気は、孔部１１ｂ及び孔部２１ｂを介してディスク２及びクランパ４０の空気流路へ流れ、ディスク２の外周縁を通ってターンテーブル１０の下方の空間へと戻り、筐体８内を循環する。

図６（ａ）に示すように、ディスククランプ装置１において、モータ３によってディスク２を回転させた際に偏荷重状態のディスク２によってスライドコーン２０へ作用する力Ｆ［Ｎ］（図６（ｂ）参照）は、偏心によるバランスの不釣合いを修正するために半径Ｒ［ｍ］に取り付けられた質量ｍ［ｋｇ］に作用する遠心力と同等である。
すなわち、ディスク２０の質量をＭ［ｋｇ］、回転中心と質量中心とのずれである偏心量をｅ［ｍ］とすると、
Ｍｅ＝ｍＲ
である。

したがって、偏荷重状態のディスク２の角速度をω［ｒａｄ／ｓ］とすると、偏荷重状態のディスク２によってスライドコーン２０に作用する力（作用力）Ｆは、遠心力の公式によって、以下の式によって表される。
Ｆ＝ｍＲω^２
なお、偏荷重状態のディスクの回転速度をＮ［ｒｐｍ］とすると、作用力Ｆは、以下の式によって表される。
Ｆ＝ｍＲ（２πＮ／６０）^２
ここで、回転速度Ｎは、モータ３の回転軸３ａの回転速度と同じ値である。

また、図６（ｂ）に示すように、モータ３の回転軸３ａとスライドコーン２０との間の静摩擦係数をμとすると、モータ３の回転軸３ａとスライドコーン２０との間に作用する静摩擦力Ｐは、以下の式によって表される。
Ｐ＝μＦ

ここで、作用力Ｆによってスライドコーン２０をターンテーブル１０側へ押す力ｆ［Ｎ］は、以下の式によって表される。
ｆ＝Ｆｔａｎθ

実際にスライドコーン２０に対してターンテーブル１０方向へ作用する力（押し下げ力）ｆ’［Ｎ］は、ｆ，Ｐの合成力であり、以下の式によって表される。
ｆ’＝ｆ−Ｐ

ここで、ディスク２の一例である光ディスクでは、規格において不釣合い量が１０［ｇ・ｍｍ］以下に設定されている。すなわち、ディスク２の半径１０［ｍｍ］地点に１［ｇ］の偏荷重を有することが規格で許容されている。この場合における回転速度Ｎ［ｒｐｍ］と作用力Ｆ［Ｎ］との関係を図７のグラフに示す。

そして、回転軸３ａとスライドコーン２０との静摩擦係数μが０．１５、ディスク２の回転速度Ｎが１００００［ｒｐｍ］の場合における傾斜角θ［ｄｅｇ］と押し下げ力ｆ’との関係を図８のグラフに示す。

かかる場合には、試作の結果等から、押し下げ力ｆ’が閾値ｆ’_ＴＨ＝０．３［Ｎ］以下である場合に、偏荷重状態のディスク２が安定して回転することが明らかになっている。
したがって、ｆ’_ＴＨ≧ｆ’を満たすために、前記した式から
０＜θ≦ａｒｃｔａｎ｛ｆ’_ＴＨ／（ｍＲω^２）＋μ｝
換言すると、
０＜θ≦ａｒｃｔａｎ［ｆ’_ＴＨ／｛ｍＲ（２πＮ／６０）^２｝＋μ］
という関係が導出される。
なお、係合の観点及びスライドコーン２０の高さを抑える観点からは、傾斜角θが大きい方が好ましく、
θ＝ａｒｃｔａｎ｛ｆ’_ＴＨ／（ｍＲω^２）＋μ｝
とすることが最も好ましい。例えば、図８の場合には、傾斜角θは、９〜１０［ｄｅｇ］と設定されることが好ましい。

また、ディスク２の中心孔２ａの内径（直径）の規格値の最大値をφ_ＭＡＸ［ｍｍ］、最小値をφ_ＭＩＮ［ｍｍ］、ディスク２を挟持する動作（クランプ動作）に必要なスライドコーン２０のモータ３の回転軸３ａの軸線方向へのストロークをＨ［ｍｍ］としたとき、傾斜角θは、以下の範囲に設定されることが好ましい。
ａｒｃｔａｎ｛（φ_ＭＡＸ−φ_ＭＩＮ）／（２Ｈ）｝≦θ≦ａｒｃｔａｎ｛ｆ’_ＴＨ／（ｍＲω^２）＋μ｝
ここで、ストロークＨは、ディスク２の中心孔２ａが係合されたスライドコーン２０が、クランパ４０によって下方に押し下げられる距離である。

例えば、ディスク２の中心孔２ａの規格値の最大値φ_ＭＡＸが１５．１５［ｍｍ］、最小値φ_ＭＩＮが１５．００［ｍｍ］、クランプ動作に必要なスライドコーン２０のストロークＨが１［ｍｍ］である場合には、θの下限値は、
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（１５．１５−１５．００）／（２・１）｝≒４．３［ｄｅｇ］
となる。

かかる構成によると、傾斜角θの下限値がａｒｃｔａｎ｛（φ_ＭＡＸ−φ_ＭＩＮ）／（２Ｈ）｝と設定されるので、スライドコーン２０のストロークＨの範囲内で、ディスク２がターンテーブル１０及びクランパ４０によって好適に挟持される。

本発明の実施形態に係るディスククランプ装置１は、偏荷重状態のディスク２を回転させてもスライドコーン２０に押し下げ力ｆ’がほとんど発生しないので、ディスク２を安定的に回転させることができる。
また、傾斜角θを上限近傍に設定することによって、スライドコーン２０の高さを抑ええつつディスク２の中心孔２ａの寸法ばらつきにも対応することができる。
また、かじり防止のための突起２４がターンテーブル１０の孔部１１ｂの内周面に当接してカムの働きをするので、あらためてカムを別部品として取り付けることが不要となり、部品及び組み立てコストを削減するとともに組み立て誤差の累積を軽減することができる。

１ ディスククランプ装置
２ 記録媒体（ディスク）
２ａ 中心孔
６ スプリング（付勢部材）
１０ ターンテーブル
１１ｂ 孔部
２０ スライドコーン
２１ｂ 孔部
４０ クランパ

Claims (2)

1. モータの回転軸と同軸に配置されており、前記回転軸と一体に回転可能なターンテーブルと、
   前記モータの回転軸の軸方向に移動可能であり、ディスク状の記録媒体の中心孔と係合可能なスライドコーンと、
   前記スライドコーンに係合した前記記録媒体を前記ターンテーブルと協働して挟持するクランパと、
   前記スライドコーンを前記クランパ方向へ付勢する付勢部材と、
   を備えるディスククランプ装置であって、
   前記スライドコーンにおける前記中心孔と係合する係合面の傾斜角θは、
   偏荷重状態の前記記録媒体の角速度をω、偏荷重を修正するのに必要な質量をｍ、前記質量の取り付け半径をＲ、前記スライドコーンと前記回転軸との静摩擦係数をμ、前記スライドコーンに対して前記ターンテーブル方向へ作用する力の閾値をｆ’_ＴＨとしたとき、
   ０＜θ≦ａｒｃｔａｎ｛ｆ’_ＴＨ／（ｍＲω^２）＋μ｝
   と設定されており、
   前記スライドコーンに形成された突起が、前記ターンテーブルに形成された孔部に挿通されており、
   前記ターンテーブルのモータ側面には、当該ターンテーブルの回転に伴い前記ターンテーブルの前記モータ側の空気を当該ターンテーブルに形成された孔部へ案内する複数の空気案内羽根が形成されており、
   前記スライドコーンには、当該スライドコーンのモータ側面及びクランパ側面を連通する孔部が形成されており、
   前記クランパが前記記録媒体を押圧した状態において、前記クランパと前記記録媒体との間に空気流路が構成されており、
   前記モータによって前記記録媒体を回転させたときに、前記ターンテーブルの前記モータ側の空気が、前記ターンテーブルに形成された孔部及び前記スライドコーンに形成された孔部を順次介して前記空気流路へ流れる
   ことを特徴とするディスククランプ装置。
2. 前記傾斜角θは、
   前記記録媒体の前記中心孔の内径の規格値の最大値をφ_ＭＡＸ、最小値をφ_ＭＩＮ、前記記録媒体を前記ターンテーブル及び前記クランパによって挟持する動作に必要なスライドコーンのストロークをＨとしたとき、
   ａｒｃｔａｎ｛（φ_ＭＡＸ−φ_ＭＩＮ）／（２Ｈ）｝≦θ≦ａｒｃｔａｎ｛ｆ’_ＴＨ／（ｍＲω^２）＋μ｝
   と設定されていることを特徴とする請求項１に記載のディスククランプ装置。

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