KR100330533B1

KR100330533B1 - Ｄｖｄ 구동용 이중 모드 자동 평형기

Info

Publication number: KR100330533B1
Application number: KR1019990008565A
Authority: KR
Inventors: 자운패트지.
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2002-04-01
Also published as: JPH11312360A; MY116019A; US6061325A; SG71912A1; CN1229988A; KR19990077871A; CN1157726C

Abstract

본 발명의 DVD 디스크, 또는 CD-ROM 디스크를 포함하는 여러 가지 광학 매체용 (DVD) 구동 유닛은 일정한 선속도(constant linear velocity; CLV) 또는 일정한 각속도(constant angular velocity; CAV)의 어느 쪽이든 광학매체를 회전시키고 판독하는 동안에 진동을 제거할 수 있다. CAV 모드에서, 구동 유닛은 평형이 잡히지 않은 디스크의 평형을 맞추기 위하여 턴테이블의 공동(cavity)에서 이동 가능한 볼베어링을 사용한다. CLV 모드에서, 구동 유닛은 턴테이블의 둘레의 공동에서 볼베어링을 캡쳐하고 대칭으로 배열하기 위하여 일련의 전자석을 이용한다.

Description

ＤＶＤ 구동용 이중 모드 자동 평형기 {DUAL MODE AUTO-BALANCER FOR DVD DRIVES}

본 발명은 일반적으로 광학식 판독 매체(optically-read media)를 구동하는 구동 유닛에 관한 것이고, 구체적으로는 일정한 선속도(constant linear velocity) 또는 일정한 각속도(constant angular velocity)의 어느 쪽에서도 광학 매체를 회전시키는 동안에 진동을 제거할 수 있는 구동 유닛에 관한 것이다.

콤팩트 디스크 ROM(CD-ROM) 또는 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 매체는 구동 헤드에 레이저를 갖는 장치로 판독된다. 상기 레이저는 장치의 구동 유닛이 높은 속도로 디스크를 회전시킬 때 디스크를 스캐닝하거나 판독한다. 상기 구동 장치는 디스크를 지지하는 턴테이블을 갖는 스핀들 모터를 통상 포함한다. 신형 CD 구동 장치들은 일정한 각속도(CAV)에서 작동한다. CAV 모드에서, 디스크를 구동하는 속도는 레이저가 디스크의 데이터를 판독하고 있는 위치에 관계없이 일정하게 유지된다. 따라서, 디스크의 내부 트랙은 외부 트랙보다 낮은 전송률로 판독된다.

대조적으로, DVD 구동 유닛은 CAV뿐만 아니라 일정한 선속도(CLV)에서 동작하는 것이 필요할 수 있다. CLV 모드에 대한 회전 속도는 CAV 모드에 대한 회전 속도보다 작도록 설계된다. CLV 모드에서, 스핀들 모터는 데이터를 판독하기 위하여 구동 헤드를 디스크의 외부 트랙으로 이동시킴에 따라, 회전 디스크의 회전 속도를 감소시킨다. 따라서, 구동 장치가 CLV 모드로 작동하고 있을 경우, 레이저가 데이터를 판독할 때 모든 트랙으로부터의 데이터는 동일한 속도로 전송될 것이므로 스핀들 모터의 속도는 계속해서 변화한다.

CD와 DVD 매체 양쪽 모두를 판독할 수 있는 구동 장치들은 CAV와 CLV 모드 양쪽 모두에서 동작할 수 있어야 한다. CD 구동의 속도가 증가되었기 때문에(24배속, 32배속 및 그 이상), 회전 속도가 또한 증가되었다. 현재, CAV 모드 CD 구동의 회전 속도는 대략 6800rpm이다. 일반적인 CD 매체는 완전하게 평형 상태에 있지 않기 때문에, 높은 속도가 해당 업계에서 중요한 문제의 원인이 되어 왔다. 구동 유닛이 높은 속도에서 약간이라도 불평형 상태의 매체를 회전시킬 경우, 진동 및 소음이 발생된다. 이와 같이 바람직하지 않은 특성은 소비자들에게 수용될 수 없고, 구동 유닛의 장기적인 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, 고속 CD 구동 유닛은 자동-평형기(auto-balancer) 스핀들 모터를 통상 이용한다. 상기 개선된 모터는 스핀들 모터의 둘레에 원형 레일을 따라 자유롭게 이동하는 몇 가지 볼 베어링을 가지고 있다. 구동 유닛이 불평형 상태의 매체를 구동하기 때문에, 볼 베어링은 불평형(imbalance)을 평형화(counter-balance)시키도록 자동적으로 움직인다.

자동-평형기 스핀들 모터가 매체의 불평형을 제거할 수 있었지만, 그것은 2O배속(대략 4600 rpm)을 초과하여 동작하는 CAV 모드 CD 구동에 대해서만 성공하였었다. 자동-평형기 특성이 CLV 구동에 사용될 때, 모터의 속도가 계속적으로 변하기 때문에, 매체가 불평형 상태에 있을 때 베어링이 적당한 위치를 찾아서 완전하게 평형을 맞추게 하지 못하고, 이에 의하여 진동 문제가 악화된다. 따라서, 과도한 진동 없이 CAV와 CLV 모드들 양쪽 모두에서 동작할 수 있는 구동 유닛이 필요하다.

DVD 디스크 또는 컴팩트 디스크-랜덤 액세스 메모리(CDROM)를 포함하여 여러 가지 광학 매체로 사용될 수 있는 디지털 비디오 디스크(DVD) 구동 유닛이 기술되어 있다. 상기 구동 유닛은 모터, 턴테이블 및 레이저를 갖는 구동 헤드를 구비한다. 턴테이블은 디스크가 일정한 각속도(CAV)에서 회전하는 동안에 진동을 제거할 수 있는 수개의 자유 회전형 볼베어링(free rolling ball bearings)을 구비한 환상 공동(annular cavity)을 갖고 있다. CAV 모드에서, 구동 유닛은 불평형 상태의 CD-ROM 디스크를 평형화시키기 위하여 볼 베어링을 사용한다. DVD 디스크에 대해, 상기 구동 장치는 일정한 선속도(CLV)에서 동작된다. CLV 모드에서, 구동 유닛은 일련의 전자석을 사용하여 공동 중에서 볼 베어링들을 붙잡아 대칭으로 배열함으로써, 자유 회전형 볼 베어링들에 의해서 방해받지 않고 모터가 속도를 바꿀 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 구동 유닛의 측단면도.

도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 절개한 도 1의 구동 유닛의 단면도.

도 3은 일정한 각속도에서 회전할 경우, 매체의 평형이 잡힌 도 1의 구동 유닛의 평면 개략도.

도 4는 일정한 각속도로 회전할 경우, 매체의 평형을 약간 상실한 도 1의 구동 유닛의 평면 개략도.

도 5는 일정한 각속도로 회전할 경우, 매체의 평형을 상당히 상실한 도 1의 구동 유닛의 평면 개략도.

도 6은 일정한 선속도로 회전할 경우, 도 1의 구동 유닛의 평면 개략도.

도 1을 참조하면, 매체 디스크(13)를 회전시켜 판독하는 구동 유닛(11)이 도시된다. 구동 유닛(11)의 주요한 구성 요소들은 스핀들 모터(15), 비철소재의 턴테이블(17) 및 풀리 스핀들(19)을 포함한다. 디스크(13)는 턴테이블(17) 상의 고무패드(18)와 축상 이동 가능한 풀리(19) 사이에 끼워진다. 모터(15)는 턴테이블(17)을 회전시키고, 이에 의해 구동축(21)으로 디스크(13)를 회전시킨다. 구동축(21)은 중심축(23)을 중심으로 회전된다. 풀리 스핀들(19)은 어셈블리와 함께 회전하고 디스크(13)가 과도하게 움직이지 않도록 고정한다. 구동 헤드(도시되지 않음)는 디스크(13)가 회전함에 따라 디스크(13) 상에서 이동한다. 디스크(13)의 상부 표면(13a)은 디스크(13)가 회전되는 동안에 구동 헤드의 레이저에 의해 판독된다.

모터(15)는 일정한 각속도(CAV) 또는 일정한 선속도(CLV)로 디스크(13)를 회전시킬 수 있다. CAV 모드에서, 회전하는 디스크(13)의 속도는 레이저가 디스크(13)의 데이터를 판독하는 위치에 관계없이 일정하게 유지된다. 따라서, 디스크(13)의 내부 트랙은 디스크(13)의 외부 트랙보다 낮은 선속도로 이동하고 있다. CLV 모드에서, 모터(15)는 구동 헤드가 디스크(13)의 외부 트랙에서 데이터를 판독하는 경우에 회전하는 디스크(13)의 회전 속도를 감소시킨다. 따라서, 구동 유닛(11)이 CLV 모드로 동작하고 있을 경우, 레이저가 이들을 판독할 때 모든 트랙은 동일한 선속도로 회전하고 있을 것이므로 모터(15)의 속도는 계속해서 변하고 있다.

구동 유닛(11)은 모터(15)가 불평형 상태의 디스크(13)를 회전시키는 경우, 자동적으로 회전 로드의 평형을 맞추는 유형으로 되어 있다. 철소재로 이루어진 복수의 볼 베어링(31)이 턴테이블(17)의 상부 표면에 있는 환상 공동(33) 내에 위치된다. 볼 베어링(31)은 판 부재(35)에 의해 공동(33) 내에 봉인된다. 바람직한 실시예에서, 4개 내지 8개의 볼 베어링(31)이 사용된다. 볼 베어링(31)은 공동(33)의 내부에서 축(23)을 중심으로 자유롭게 이동한다. 다음에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 볼 베어링(31)은 불평형 상태의 디스크(13)가 평형을 이루도록 용이하게 자신을 재배치할 수 있다.

도 1과 도 2에 도시되는 바와 같이, 구동 유닛(11)은 CLV 모드에 사용되는 일련의 전기자기 코일(electromagnetic coils; 41)을 또한 포함한다. 코일(41)의 개수는 볼 베어링(31)의 개수와 같다. 도시된 실시예에서, 구동 유닛(11)은 4개의 코일(41)과 4개의 볼 베어링(31)을 가지고 있다. 코일(41)은 대칭으로 이격되고(symmetrically spaced apart) 턴테이블(17)의 하부에 단단하게 장착된다. 코일(41)은 5-볼트 전원 트레이스(trace; 43) 및 접지 트레이스(ground trace; 45)에 의해 상호접속된다. 전원 트레이스(43)는 리드선(43a)을 경유하여 축(21)에 인접한 링(44) 및 전원 접촉 브러쉬(47)에 접속된다. 접지 트레이스(45)는 리드선(45a)을 경유하여 축(21)에 인접한 링(46) 및 전원 접촉 브러쉬(49)에 접속된다. 브러시(47, 49)는 도 2에서 개략적으로 도시된다. 링(44, 46) 및 축(21)은 정지 상태인 반면 브러시(47, 49)는 회전한다. 링(44, 46)은 구동 유닛(11)의 인쇄 회로 기판(도시되지 않음)에 접속되어, 그의 펌웨어(firmware)가 코일(41)을 결합 및 결합 해제시킨다.

운전 중, 모터(15)는 CAV 또는 CLV 모드 중 어느 하나의 모드로 디스크(13)를 회전시킨다. CAV 모드에서, 코일(41)은 항상 결합되어 있지 않기 때문에 볼 베어링(31)이 공동(33) 내에서 축(23)을 중심으로 자유롭게 이동한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 디스크(13)가 완전하게 평형 상태에 있는 경우, 볼 베어링(31)은 당연히 공동(33)을 중심으로 대칭되도록 배열될 것이다. 디스크(13)가 약간 불평형상태인 경우, 볼 베어링(31)은 보다 무거워지게 된 디스크 측으로부터 멀리 이동할 것이다. 예를 들면, 도 4에서 작은 질량(51)(대략 5 그램)이 디스크(13)의 방사상 외측 에지에 인접하여 배치된다. 질량(51)을 보상하거나 평형을 이루기 위하여, 볼 베어링(31)은 자동적으로 대칭으로 이격된(spaced-apart) 원래 자신의 위치로부터 도 4에 도시된 위치까지 약간 이동하였다. 또 다른 실시예(도 5 참조)에서, 보다 큰 질량(53)(대략 10 그램)이 디스크(13)의 방사상 외측 에지에 인접하여 배치된다. 질량(53)과 평형을 이루기 위하여, 볼 베어링(31)은 자동적으로 공동(33)의 대향측으로 이동하였다. 볼 베어링(31)이 정상 상태 위치에 도달하여 진동이 제거되기까지에는 약간의 시간이 소요된다. 턴테이블(17)의 회전 속도가 일정한 경우에는, 진동이 거의 완전히 제거될 수 있다. 회전 속도가 약간 변하는 경우, 볼 베어링(31)이 다시 위치하는 데 짧은 시간이 걸릴 것이다. 또한, 구동 유닛(11)이 CAV 모드에서 동작하고 있는 동안에는 코일(41)이 결합되지 않는다.

비교적 보다 느리게 회전하는 CLV 모드에서, 계속해서 변화하는 모터(15)의 속도로 인하여 볼 베어링(31)이 공동(33) 주위에 대칭으로 정열되지 못한다. 이 문제를 해결하기 위하여, 구동 유닛(11)은 코일(41)을 활성화하여 턴테이블(17)에 침투하는 전자계를 생성한다. 전자계는 볼 베어링(31) 중 하나만 끌어당길 정도로 작지만, 전압이 가해지는 한 코일(41) 바로 위에 하나의 볼 베어링(31)을 유지할 정도로 강하다. 이러한 효과는 도 6에 예시된다. 따라서, 구동 유닛(11)이 CLV 모드에서 동작하는 경우, 볼 베어링(31)은 코일(41)에 의해 공동(33)에 대해 정지위치에 동결되어(frozen) 속도가 변화하는 동안에 이들이 모터(15)의 속도를 방해하지 않을 것이다. 이 동결 작용은 CLV 모드에서 진동을 최소화하기 위하여 필요하다. 낮은 회전 속도에서는 진동이 문제되지 않으므로, CAV 모드에 대해 상기에 기술된 자동 평형(autobalancing) 기능은 CLV 모드에서는 요구되지 않는다.

볼 베어링(31)은 이미 위치가 동결된 인접한 볼 베어링들(31) 사이에 갇히거나 단일 코일(41)이 하나 이상의 볼 베어링(31)을 붙잡을 수 있다. 어느 경우에도, 갇힌 볼 베어링(31)은 자신의 코일(41)까지 공동(33) 주위를 자유롭게 이동할 수 없을 것이다. 이 문제는 많은 방법으로 해결될 수 있다. 하나의 해결 방법은 지정된 기간보다 길게 하나의 볼 베어링(31)만을 유지할 수 있도록 자계의 전력을 제한하는 것이다. 또 다른 해결 방법은 최초에 동작이 개시될 때, 자계를 수 밀리초(millisecond) 동안 펄스화 하는 것이다. 생성되는 자계 사이의 짧은 휴지기에 각 볼베어링(31)은 자신의 코일(41)을 찾을 수 있게 된다.

본 발명은 몇 가지 이점들이 있다. 구동 유닛은 DVD 또는 CD-ROM 디스크들을 포함한 여러 가지 광학식 판독 매체로 사용될 수 있다. 구동 유닛은 광학 매체를 회전시켜 판독하는 동안에 진동을 제거할 수 있다.

본 발명은 몇 가지 형태로 도시되고 기술되었지만, 당업자들은 본 발명이 그것에 제한되지 않고 본 발명의 취지에서 벗어나지 않고 여러 가지 변경이 가능하다는 것을 명백하게 이해할 수 있다. 예를 들면, CLV 모드로 구동될 경우, 기계식 암이 볼 베어링을 붙잡고 이들이 움직이지 않도록 유지하기 위하여 프로그램 될 수 있다.

본 발명에 따른 구동 유닛은 DVD 또는 CD-ROM 디스크들을 포함한 여러 가지 광학식 판독 매체로 사용될 수 있고, 광학 매체를 회전시켜 판독하는 동안에 진동을 제거할 수 있다.

Claims

광학 매체를 일정한 각속도 및 일정한 선속도에서 선택적으로 회전시키고 판독하기 위한 구동 유닛에 있어서,

a) 상기 매체를 지지하고 축을 중심으로 회전하는 턴테이블(turntable)과;

b) 상기 턴테이블 내에 축과 동심으로 배치된 환상 공동(annular cavity)과;

c) 일정한 각속도 및 일정한 선속도로 상기 턴테이블을 선택적으로 회전시키는 모터와;

d) 상기 턴테이블이 모터에 의해 일정한 각속도로 회전될 때, 불평형 상태의 매체를 평형화시키기 위한 것으로서, 상기 공동 내부에 배치되고, 그 내부에서 이동 가능한 복수의 중량 부재와;

e) 상기 모터가 매체를 일정한 선속도로 회전시키는 경우, 모터에 의해 속도가 변화될 때의 진동을 최소화하기 위한 것으로서, 상기 중량 부재를 공동 내에서 서로 대칭으로 이격시키는 전자기적 이격 장치

를 포함하는 구동 유닛.
제1항에 있어서,

상기 전자기적 이격 장치는 상기 구동 유닛이 일정한 각속도로 매체를 회전시킬 때, 상기 중량 부재가 상기 공동 둘레에서 자유롭게 구르도록 하는 비활성화 모드를 갖고, 상기 모터가 일정한 선속도로 작동하기 시작할 때, 상기 전자기적 이격 장치가 자동적으로 활성 모드로 전환되어 상기 중량 부재를 서로 대칭적으로 이격시키는 것인 구동 유닛.
제1항에 있어서,

상기 전자기적 이격 장치는 상기 턴테이블과 함께 회전하도록 턴테이블의 하부에 장착되는 것인 구동 유닛.
제1항에 있어서,

상기 중량 부재는 철소재로 이루어진 볼베어링들을 포함하고,

상기 전자기적 이격 장치는, 상기 모터가 일정한 선속도로 작동하고 있을 때, 전자계를 제공하는 전자기 코일을 포함하며, 상기 전자계가 상기 턴테이블에 대한 볼베어링의 이동을 제한하는 것인 구동 유닛.
제1항에 있어서,

상기 전자기적 이격 장치는, 상기 턴테이블에 장착되고 축에 대해 서로 대칭적으로 이격된 복수의 전자기 코일을 포함하며, 상기 전자기 코일은 상기 환상 공동 내에서 중량 부재를 끌어 당겨 그의 이동을 방지시키는 자계를 생성하는 것인 구동 유닛.
제5항에 있어서,

상기 전자기 코일의 개수는 상기 공동 내에 위치하는 상기 중량 부재의 개수와 동일한 것인 구동 유닛.
제5항에 있어서,

상기 모터에 인접하여 위치된 한 쌍의 접촉 링(contact ring)과;

접촉 브러쉬를 경유하여 상기 전자기 코일을 상기 접촉 링에 상호 접속시키는 한 쌍의 전기 트레이스(trace)

를 추가로 포함하는 것인 구동 유닛.
광학 매체를 회전시키기 위한 구동 유닛에 있어서,

a) 회전 중심축과 상기 매체를 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 턴테이블과;

b) 상기 턴테이블 내에 상기 축과 동심으로 배치된 환상 채널(annular channel)과;

c) 상기 턴테이블을 일정한 각속도 및 일정한 선속도에서 선택적으로 회전시키는 출력 축을 갖는 스핀들 모터와;

d) 상기 채널 내에 배치되어 이동 가능한 것으로서, 상기 모터가 턴테이블을 일정한 각속도로 회전시킬 때, 불평형 상태의 매체를 평형화시키는 복수의 철소재 볼 베어링과;

e) 상기 채널에 인접하는 턴테이블에 장착된 복수의 전자기 코일 ―여기서 코일은 상기 중심축을 중심으로 서로 방사상으로 대칭 이격되고, 전압이 가해져서 상기 모터가 일정한 선속도로 상기 매체를 회전시킬 때, 상기 볼 베어링을 상기 채널 내에서 서로 대칭적으로 이격시킴으로써 모터가 속도롤 변경시킬 때의 진동을 최소화시키는 전자계를 생성함 ―

을 포함하는 광학 매체 회전용 구동 유닛.
제8항에 있어서,

상기 전자기 코일의 개수가 상기 공동 내에 위치하는 볼 베어링의 개수와 동일한 것인 광학 매체 회전용 구동 유닛.
제8항에 있어서,

상기 전자기 코일은 상기 턴테이블과 함께 회전되도록 턴테이블의 하부에 장착되는 것인 광학 매체 회전용 구동 유닛.
제8항에 있어서,

상기 모터에 인접하여 위치된 한 쌍의 접촉 링(contact ring)과;

접촉 브러쉬를 경유하여 상기 전자기 코일을 상기 접촉 링에 상호 접속시키는 한 쌍의 전기 트레이스(trace)

를 추가로 포함하는 것인 구동 유닛.
광학 매체를 일정한 각속도 및 일정한 선속도에서 선택적으로 회전시키고 판독하기 위한 방법에 있어서,

a) 턴테이블을 갖는 구동 유닛, 축을 중심으로 상기 턴테이블을 선택적으로 회전시키는 모터, 상기 턴테이블 내에 축과 동심으로 배치된 환상 공동, 및 상기 공동 내에 위치하며 그 공동 내에서 이동가능한 복수의 중량 부재를 제공하는 단계와;

b) 턴테이블 상에 광학 매체를 로딩하는 단계와;

c) 상기 모터에 의해 상기 턴테이블을 일정한 각속도로 회전시키는 단계와;

d) 상기 턴테이블이 모터에 의해 일정한 각속도로 회전될 때, 상기 중량 부재를 평형화 위치로 이동시킴으로써 불평형 상태의 매체를 평형화시키는 단계와;

e) 상기 턴테이블을 일정한 선속도로 회전시키는 단계와;

f) 상기 모터가 매체를 일정한 선속도로 회전시키는 경우, 모터에 의한 속도 변경시의 진동이 최소화되도록 상기 중량 부재를 상기 공동 내에서 서로 대칭으로 이격시키도록 하는 전자기적 이격 장치를 활성화하는 단계

를 포함하는 광학 매체의 선택적 회전 및 판독 방법.
제12항에 있어서,

상기 전자기적 이격 장치의 활성화 단계 f)는 상기 모터가 일정한 선속도로 동작하는 경우, 전자계를 제공하는 전자기 코일의 활성화 단계를 포함하고, 상기 전자계는 턴테이블에 대한 중량 부재의 이동을 방지하는 것인 광학 매체의 선택적 회전 및 판독 방법.