(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターンテーブルが圧入されて一体に回転するシャフトの回転中心を中心とするリング溝を前記ターンテーブルのディスク搭載面側に設け、そのリング溝内に動バランス補正用ボールを移動可能に挿入したディスク駆動装置において、
そのディスク駆動装置を縦置きにしてディスク面が鉛直に配置されて、前記ターンテーブルの回転に伴って前記リング溝で落下する前記動バランス補正用ボールを引っかけてターンテーブルの回転により再び上方に持ち上げるための突起を前記リング溝の内周部側に設け、
前記ターンテーブルの回転により前記動バランス補正用ボールが前記リング溝の外周方向に移動すると、前記突起とは非接触になることを特徴とするディスク駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスク駆動装置に係り、特に動バランスを補正する手段を備えたディスク駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、記録ディスクにおける再生信号の広帯域化に伴い、記録ディスクの回転数が著しく高くなっている。特にＣＤ−ＲＯＭ装置においては、記録ディスクを７０００〜８０００ｒｐｍの高速で回転している。そのとき重量バランスの良い記録ディスクの場合は高速で回転しても振動は生じないが、重量バランスの悪い記録ディスク、或いはバランスは良くても、記録ディスクが回転中心に対して偏心して取付けられた場合は、回転中心とディスク重心のずれに起因して振動が発生する。この振動の加振力は回転数の２乗に比例するので、高速回転では大きな振動を生じ、騒音の原因になる。
【０００３】
このような回転中心とディスク重心のずれ（偏重心）を自動的に補正する手段として、ディスク駆動装置の内部にディスク回転中心を中心として回転する複数の金属ボールを挿入し、一方、回転系を含む固有振動数を回転周波数より低く設定し、高速回転において前記ボールが偏心方向に集まる特性を利用した、所謂、ボールバランサ装置が「振動制御」ＪＯＨＮ  Ｎ．ＭＡＣＤＵＦＦ  ＪＯＨＮＲ．ＣＵＲＲＥＲＩ著  ココロナ社刊行Ｐ．２５８〜２６６に述べられている。しかし、従来のボールバランサ装置には以下に述べるような問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、ディスク駆動装置を縦置きにした場合（ディスク面が鉛直の場合）、重力の影響で静止時にボールが下方に集まり、ディスク駆動装置を水平に置いた場合に比べて、より高い回転数でないとバランスがとれない。また高速回転時のみでなく、低速回転時にもバランスが良くならないだけでなく、この時ボールと回転体の相対回転によるボールの摺動音が生じて騒音となる。
【０００５】
バランスを補正するためには、ボールの摩擦が少なく、滑らかに回転する必要があるが、以下に述べるような原因でボールに対する摩擦が大きくなり、補正能力が低下する。すなわち、ボールは回転時にリング溝の側壁に押しつけられて回転している。このためヘルツ力によりリング溝の側壁が凹み、摩擦が増える。この押付け力は遠心力なので、高速回転時には摩擦がさらに増加する。また回転時にボールはリングに対して側壁と底面の２点で接触しているため、純粋な転がり運動だけでなく、滑りが生じるので摩擦が大きくなる。
【０００６】
また、ボールの回転に伴う摩擦が少なく、記録ディスクの偏心も少ない場合、ボールが自励振動を起こし、そのためにボールと回転体の相対回転が止まり難くなる現象が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、高速回転時において重心ずれの大きい記録デイスクを回転駆動する場合でも振動、騒音を大幅に削減できるディスク駆動装置を安価に提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターンテーブルが圧入されて一体に回転するシャフトの回転中心を中心とするリング溝を前記ターンテーブルのディスク搭載面側に設け、そのリング溝内に動バランス補正用ボールを移動可能に挿入したディスク駆動装置を対象とするものである。
【０００９】
そして前記目的を達成するため本発明は、そのディスク駆動装置を縦置きにしてディスク面が鉛直に配置されて、前記ターンテーブルの回転に伴って前記リング溝で落下する前記動バランス補正用ボールを引っかけてターンテーブルの回転により再び上方に持ち上げるための突起を前記リング溝の内周部側に設け、前記ターンテーブルの回転により前記動バランス補正用ボールが前記リング溝の外周方向に移動すると、前記突起とは非接触になることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は前述のように、前記リング溝の内周部側に突起を設けることにより、装置を縦置きにした場合でもボールの回転が促進されて、比較的低速回転時でもバランス補正をすることができる。
【００２３】
次に本発明の実施の形態をＣＤ−ＲＯＭ用のディスク駆動装置に適用した例を図とともに説明する。図１はそのディスク駆動装置の断面図、図２はそのディスク駆動装置の支持構造を示す概略構成図、図３はリング溝部の拡大断面図である。
【００２４】
これらの図において１はターンテーブルで、シャフト２に圧入されて一体に回転し、シャフト２はケース４に設けられた２個の軸受け３で回転可能に支持されている。ケース４の外周部にはステータ５が取付けられ、ターンテーブル１の外周部には金属ケース７に接着されたロータマグネット６が取付けられて、このステータ５とロータマグネット６で構成されたモータによりターンテーブル１が回転する。記録ディスク１２はシート１３上に置かれ、ターンテーブル１の中央突起部に嵌合されて、キャップ１４によりターンテーブル１に押し付けられる。
【００２５】
ターンテーブル１の外周上面、すなわちディスク搭載面側には回転中心を中心とするリング溝８が形成され、その中に金属ボール９が複数個回転可能に挿入されている。リング溝８の内壁にはガイドリング１０が取付けられ、リング溝８の上部は蓋１１で覆われてボール９の飛び出しを防いでいる。
【００２６】
このようにしてディスク駆動装置１０１が構成され、図２に示すようにディスク駆動装置１０１はピックアップとその送り機構（ともに図示せず）を備えたシャーシ１０３に固定されている。シャーシ１０３はフレーム１０４にダンパーゴム１０５を介して取付けられている。このような構造のため、シャフト２の回転中心に対して重心がずれた記録ディスク１０２を取付けて回転すると、ディスク面内方向の振動力がディスク駆動装置１０１とシャーシ１０３に作用し、シャーシ１０３はダンパーゴム１０５によりフレーム１０４に弾性支持されているため、主としてディスク面内方向に回転周波数で振れ周り振動するとともに、ディスク駆動装置１０１もシャーシ１０３と一緒に振動する。
【００２７】
この振動系は、ダンパーゴム１０５のバネ定数ならびにディスク駆動装置１０１とシャーシ１０３の質量で決まる共振周波数を有している。この振動のため、回転数が高くなると振れ回り中心とターンテーブル１の回転中心との間にずれが生じる。重心ずれ方向を基準としたこのずれ方向は回転数の増加とともに変化し、低速回転では重心ずれ方向、前記共振周波数より高い回転数では重心ずれ方向と反対方向にずれる。このため前記ボール９には、回転周波数が共振周波数より低い場合は重心のずれ方向に向かう力が働き、回転周波数が共振周波数を超えると重心のずれ方向と反対方向に向かう力が働く。この力によりボール９は重心のずれを補正する方向、すなわちバランスを補正する方向に作用する。これがボールバランサの原理であり、このボールに働く力は弱いのでボールの働きに対する摩擦を極小にする必要がある。
【００２８】
この摩擦を少なくするためのリング溝８の断面形状を図３に示す。低速回転時にはボール９は重力と遠心力により図の破線で示す位置、すなわち溝底面と外周面の両方に接した位置にある。この状態では双方の接触点で純粋な転がり運動をすることにはならず、転がりと滑りの中間的な運動状態のため、摩擦係数は小さくならない。そのためリング溝８の外周面の下部、破線の状態でボール９が接する部分の近傍が、上方に行くほど溝幅が拡がる方向に傾斜し、全体的には外周面のこの部分が円錐面となっている。
【００２９】
ボール９は遠心力により外周面に押し付けられているので、前述のように斜めになっているとボール９を上方へ押し上げようとする力が生じる。低速回転時には静止摩擦のためボール９は破線の位置だが、高速回転時には遠心力が増大し、この押し上げ力が静止摩擦に打ち勝ってボール９が図の実線で示すような位置まで押し上げられる。実線の位置ではボール９は溝底面とは接触しないで外周面と接して回転する。
【００３０】
外周面の斜め部分の鉛直方向となす角度が小さい場合、ボール９は外周面の極近接した２点と接触する。この状態はボール９が壁の１点と接している状態に極めて近く、従ってボール９は純粋な転がり運動に近い状態で回転するので、摩擦が極めて小さく、ボール９が軽く動き、バランス補正能力が増大する。傾斜面の鉛直方向となす角度が大きいと、ボール９との接触点が離れて純粋な転がり摩擦でなくなるので、傾斜角は余り大きくできない。従って外周面の斜め部分の鉛直方向となす角度は１〜２０度の範囲が適当である。
【００３１】
リング溝８の深さ（蓋１１の下面から溝底面のでの距離）は、ボール９の直径とクリアランスを加算した値に相当する。ボール９は溝底面から少し離れればよいので、溝底面の振れ量を考慮しても、傾斜面の最大高さはリング溝８の深さの１／２あれば十分である。この状態ではボール９の上、下のクリアランスはほぼ等しい。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す断面図である。この例ではリング溝８の外周面に円周方向に延びたＶ溝あるいはＵ溝などの環状溝１６が１条または複数条形成されている。何らかの原因でボール９が図４に示すように環状溝１６に引っかかった状態になると、安定した状態であるためこの状態で回転し続け、純粋な転がり運動に近く、摩擦係数が極めて小さくなる。
【００３３】
前述のようにボール９は遠心力および重力の作用によりリング溝８の壁に押し付けられた状態で回転する。従って、ヘルツ力により壁が弾性的に凹んだ状態になっており、この凹みが大きいほど摩擦が大きくなる。この凹みは壁の表面硬度が大きいほど小さくなり、摩擦係数が減少する。そのためリング溝８の壁面に例えばクロムメッキなどの金属メッキあるいは蒸着、スパッタリングなどにより硬質層を形成することにより、表面硬度を上げて摩擦係数を減少させることができる。硬質層を形成することは、摩擦係数を減少させるだけでなく、表面の腐食を防ぎ装置全体の寿命を延ばす効果もある。
【００３４】
次にガイドリング１０の作用について説明する。ディスク駆動装置を縦置きした状態でデイスク面に対して垂直方向からリング溝８を見た状態を図５に、ガイドリング１０の斜視図を図６に示す。図５において下方向が重力方向とする。リング溝８の内壁部に嵌合されるガイドリング１０の外周部には複数の小さな突起１５がリング幅の方向に形成されている。
【００３５】
低速回転から加速する時には図５に示すように、重力によりボール９は下方に集まっている。下方に集まったボール９は、リング溝８の壁との摩擦力によりターンテーブル１と共に回転し、リング溝８の上方に運ばれようとするが、低速回転時には摩擦力が小さいので、上方に少し持ち上げられても重力により元の下部に戻ることが多い。この持ち上げられたボール９はリング溝８の内周壁に接触しながら落下する。そこで突起１５を有するガイドリング１０をリング溝８の内周壁に装着すると、落下中のボール９が突起１５に引っかかり、ターンテーブル１の回転により再び上方に持ち上げられ、ボール９が上方に運ばれ易くなる。上方に運ばれると、ボール９は溝内部で回転方向に落ち、ボール９がリング溝８に対して同一方向に回転を始める。
【００３６】
さらに加速するとボール９に遠心力が働き、この遠心力によりボール９が外周方向に移動し、突起１５に非接触で安定した状態で回転するようになる。前述のように突起１５を有するガイドリング１０をリング溝８の内周壁に装着すると、突起１５の作用により低速回転時にもボール９が下方に集まり続けることがなく、縦置き時に比較的低速回転時でもバランス補正をすることができる。
【００３７】
本実施の形態では突起１５を有するガイドリング１０を用いたが、ガイドリング１０の外周面に無数の凹凸を付けるなどして摩擦係数を大きくしたり、ガイドリング１０をゴムなどの摩擦係数の大きい材料で形成したり、ガイドリング１０の外周部にゴムリングを嵌合したり、ガイドリング１０を省いてリング溝８の内周壁に突起を設けたり、あるいはリング溝８の内周壁の表面粗さを増して摩擦係数を大きくしたりしても、前述と同様の作用効果が得られる。
【００３８】
図１に示す蓋１１はディスク駆動装置を縦置きした時に側壁となるので、ボール９は蓋１１にも接触する。従ってこの部分のボール９に対する摩擦係数を大きくすることによっても、ボール９を下方から上方へ運ぶ力を増大させることができる。このため図７に示したように蓋１１のボール９と接する面に突起１７を形成したり、無数の凹凸を付けるなどして摩擦係数を大きくしたり、蓋１１をゴムなどの摩擦係数の大きい材料で形成するとよい。
【００３９】
また図３に示したように内周部のガイドリング１０と外周部の傾斜面形状を併用するとさらに効果的である。前述のように外周部の傾斜面形状において摩擦係数を下げるためには傾斜角度を余り大きくできないので、ボール９を上方に押し上げる力は大きくない。このため一旦傾斜面に沿ってボール９が上がっても戻ってくるケースがある。この状態では摩擦係数が大きいが、戻って底面に来るとボール９はガイドリング１０と接触し易くなり、ガイドリング１０と接触するとボール９は回転方向に移動されるため、再び傾斜面と接触して押し上げられて、摩擦係数が下がる。
【００４０】
図１に示すようにリング溝８は、ターンテーブル１のディスク搭載面側に直接削って形成されている。これはリング溝８をディスク搭載面と反対側に形成する構造に比べて、リング溝８がターンテーブル１のディスク中心穴の案内部と同一チャック加工または同一キャビによる成形が可能なため、リング溝８の外周部の回転振れが小さくなり、ひいてはディスク駆動装置の動バランスを小さくして、振動、騒音を低減することができる。
【００４１】
シャーシ１０３（図２参照）が振動することによりボール９には、回転中心とターンテーブル１の中心とのずれのため、ターンテーブル１に対する相対回転力が作用する。記録ディスクの重心ずれが小さい場合、系全体の重心ずれの主因はボール９自身なので、２個以上のボール９を使用したときに互いの偏重心を補正し合う一種の発振現象が生じる。そのためボール９のターンテーブル１に対する相対回転運動が高速回転時にも停止せず、振動、騒音の原因となる。これはボール９の相対回転に対する摩擦力、ダンピン力が小さ過ぎるために起こる現象である。
【００４２】
この対策として本実施の形態では、リング溝８の壁面に例えば黒鉛、二硫化モリブデン、フッ素樹脂、シリコーンオイルなどの潤滑剤を塗布したりあるいは液体を注入して、前記発振現象を抑え、かつバランス調整をスムーズに行なうことができる。
【００４３】
前述の実施の形態ではターンテーブルにリング溝を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、シャフトを中心に回転する他の回転部材にリング溝を設けることもできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は前述のように、前記リング溝の内周部側に突起を設けることにより、装置を縦置きにした場合でもボールの回転が促進されて、比較的低速回転時でもバランス補正をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るディスク駆動装置の断面図である。
【図２】そのディスク駆動装置の支持構造を示す概略構成図である。
【図３】そのディスク駆動装置のリング溝の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るディスク駆動装置のリング溝の拡大断面図である。
【図５】本発明に係るリング溝にガイドリングを装着した状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るガイドリングの斜視図である。
【図７】本発明に係る蓋の斜視図である。
【符号の説明】
１  ターンテーブル
２  シャフト
３  軸受け
４  ケース
５  ステーター
６  ロータマグネット
７  金属ケース
８  リング溝
９  金属ボール
１０  ガイドリング
１１  蓋
１２  記録デイスク
１３  シート
１４  キャップ
１５  突起
１６  環状溝
１７  突起
【図１】
0003635196.tif 000002
【図２】
0003635196.tif 000003
【図３】
0003635196.tif 000004
【図４】
0003635196.tif 000005
【図５】
0003635196.tif 000006
【図６】
0003635196.tif 000007
【図７】
0003635196.tif 000008