(57)【要約】【課題】  簡単な構造で安価に低速回転から高速回転までの回転制御が可能で、かつ小型化が実現できるブラシレスモータ及びこれを搭載したディスク駆動装置を提供する。【解決手段】  モータフレーム１に軸受手段を介してロータ１７を支持し、これに円盤状ディスクの内周部が載置されるターンテーブルを設ける。ロータのステータに対する回転位置を第１の位置検出手段で検出する一方、モータフレームにおけるロータの近傍に、ターンテーブルに装着された円盤状ディスクに対向しこのディスク上に形成された回転情報を検出する第２の位置検出手段を備える。第１の位置検出手段による検出信号によりステータの複数相の巻線電流を制御しロータを高速度で回転させる高速回転モードと、第２の回転検出手段による検出信号によりステータの複数相の巻線電流を制御しロータを低速度で回転させる低速回転モードとを形成する。【選択図】        図１
2006050727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータフレームに軸受手段を介して回転自在に支持されたロータと、該ロータに設けられ円盤状ディスクの内周部が載置されるターンテーブルと、前記ロータに装着された複数の磁極を有する環状のロータマグネットと、該ロータマグネットに対向するよう前記モータフレームに支持され複数相の巻線が施されたステータと、前記ロータの前記ステータに対する回転位置を検出する第１の位置検出手段と、前記モータフレームにおける前記ロータの近傍に配置され前記ターンテーブルに装着された円盤状ディスクに対向し該ディスク上に形成された回転情報を検出する第２の位置検出手段とを備え、
前記第１の位置検出手段による検出信号により前記ステータの複数相の巻線電流を制御し前記ロータを高速度で回転させる高速回転モードと、前記第２の回転検出手段による検出信号により前記ステータの複数相の巻線電流を制御し前記ロータを低速度で回転させる低速回転モードとを形成するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記第１の位置検出手段が、前記ロータマグネットの磁極を検出する磁気検出素子により構成され、前記第２の位置検出手段が、前記円盤状ディスクに周方向に形成されたパターン情報を光学的に検出する光学検出素子により構成されている請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記円盤状ディスクには、一面に情報記録領域が形成され、他面に前記パターン情報が設けられている請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
前記モータフレームに支持された前記ロータ及び該ロータの近傍の前記第２の位置検出手段は前記モータフレームの一面側に配置され、前記第２の位置検出手段の検出面は前記ロータの軸線方向において前記ターンテーブルのディスク載置面より僅かにモータフレーム側に位置している請求項１〜３の何れかに記載のブラシレスモータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のブラシレスモータを搭載し、該モータの前記ターンテーブルに載置される前記円盤状ディスクは光ディスクであり、前記ディスクの前記モータフレーム側に前記ディスクに対して記録再生を行うレーザー式ピックアップが配置されてい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】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＣＤ，ＤＶＤ等の円盤状ディスクの駆動用に使用されるブラシレスモータ及びこのブラシレスモータを搭載したディスク駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ブラシレスモータは、固定フレームと、軸受を介して固定フレームに回転可能に支持されたシャフトと、シャフトに取り付けられてシャフトと一体となって回転するロータと、ロータに装着されたロータマグネットと、ロータマグネットに対向する位置で固定フレームに支持されたステータとを備えている。
【０００３】
ステータは、ステータコアと、このコアに巻回された例えば３相のステータ巻線とにより構成されている。ロータマグネットは例えば円筒状マグネットからなり、周方向に異なる磁極が交互に配列されるよう多極着磁されている。そして、各相のステータ巻線への電流の通流方向を切り換えることにより、ステータの磁極が一方向に回転してロータマグネットの磁極との間で吸引、反発を繰り返すことでロータに回転力が得られるようになっている。
【０００４】
この場合、各相のステータ巻線への通電電流の切り換えを行うために、ロータマグネットの磁極を検出してロータの回転位置を検出する手段として、複数個（例えば、各相用に３個）のホール素子等の位置検出センサが所定の位相ずつずれて配置されている。通常は、ロータマグネットの下方であって固定フレームに固定された回路基板上に配置され、ロータマグネットに関して半径方向内側であって、ステータコアの隣接する歯部間に配置されている（特許文献１参照）。
【０００５】
ところで、近年、デジタルデータの処理速度が益々高速化されるに伴い、この種ディスク駆動用モータにあっては、ディスク回転の高速度化が実現され、例えば１２０００ｒｐｍ程度の高速でディスクを回転してデータの高速記録・再生を実現する傾向にある。反面、ディスクを高速回転するモータを用いて、これに搭載したディスクを低速度（例えば１００ｒｐｍ以下）で回転する要望がある。例えば、ディスクの記録面に対する記録・再生を行うレーザー式ピックアップを用いて、このディスクのラベル面（記録面との反対側の面）に各種の描画プリントを行う場合、ディスクを低速度回転させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、ホール素子のような位置検出センサを用いたモータの回転制御だけでは、このような低速度の制御と高速度の制御を同時に満足することはほとんど不可能であった。
【０００７】
このような要望を満たすために、従来では、ホール素子等の位置検出センサを用いてロータの高速回転を制御すると共に、ロータの回転軸にエンコーダを連結し、低速度回転の制御に必要なＦＧパルスを生成し、低速度回転を制御することが考えられる。しかし、この場合、エンコーダを要するため、構造が複雑になる上、コストが高くなり、モータ全体の小型化が困難な問題がある。
【０００８】
ここで、エンコーダを用いずにこれに代わる回転信号を取り出すために、従来では、例えばディスクを載置するターンテーブルの同一円周上に複数の孔を所定間隔をおいて配列し、これに対向して、ターンテーブルの回転数を検出するための光を発生してその光の反射光を受光する検出手段を設け、ターンテーブルの回転数の検出を簡単に精度良くしかも安価に行うことができるようにしたものがある（特許文献２参照）。この場合、ターンテーブルに形成した複数の孔を検出するために、ロータとターンテーブルとの隙間に検出手段を配置するようにしている。
【０００９】
しかしながら、この種ディスク駆動用モータにあっては、装置の小型軽量化に伴い、ロータとターンテーブルとの一体化構造、つまりロータの天板をそのままターンテーブルとして使用する構造が採用されるようになっている（特許文献３参照）。このようなモータにあっては、ターンテーブルとなるロータの天板に孔を明けてもそれを検出することはできず、特許文献２のような回転検出構造を採用できないことになる。
【００１０】
【特許文献１】特開平０８−１７２７６３号公報（段落０００４及び図４、図５）
【特許文献２】特開平１０−０７９１６１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８２３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に留意してなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造で安価に低速回転から高速回転までの回転制御が可能で、かつ小型化が実現できるブラシレスモータ及びこれを搭載したディスク駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明によるブラシレスモータは、モータフレームに軸受手段を介して回転自在に支持されたロータと、このロータに設けられ円盤状ディスクの内周部が載置されるターンテーブルと、ロータに装着された複数の磁極を有する環状のロータマグネットと、このロータマグネットに対向するようモータフレームに支持され複数相の巻線が施されたステータと、ロータのステータに対する回転位置を検出する第１の位置検出手段と、モータフレームにおけるロータの近傍に配置されターンテーブルに装着された円盤状ディスクに対向しこのディスク上に形成された回転情報を検出する第２の位置検出手段とを備え、第１の位置検出手段による検出信号によりステータの複数相の巻線電流を制御しロータを高速度で回転させる高速回転モードと、第２の回転検出手段による検出信号によりステータの複数相の巻線電流を制御しロータを低速度で回転させる低速回転モードとを形成するようにしたことを特徴としている（請求項１）。
【００１３】
このような構成のブラシレスモータにおいて、第１の位置検出手段を、ロータマグネットの磁極を検出する磁気検出素子により構成し、第２の位置検出手段を、円盤状ディスクに周方向に形成されたパターン情報を光学的に検出する光学検出素子により構成することができる（請求項２）。
【００１４】
また、円盤状ディスクの一面に情報記録領域が形成され、他面にパターン情報が設けられているのがよく（請求項３）、モータフレームに支持されたロータ及びこのロータの近傍の第２の位置検出手段をモータフレームの一面側に配置し、かつ第２の位置検出手段の検出面をロータの軸線方向においてターンテーブルのディスク載置面より僅かにモータフレーム側に位置させるのがよい（請求項４）。
【００１５】
さらに、前記目的を達成するために、本発明のディスク駆動装置にあっては、上述したブラシレスモータを搭載し、このモータのターンテーブルに載置される円盤状ディスクを光ディスクとし、ディスクのモータフレーム側にディスクに対して記録再生を行うレーザー式ピックアップを配置する構成とすることができる（請求項５）。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のブラシレスモータによれば、第１の検出手段による検出信号により巻線電流を制御するモードと、第２の検出手段による検出信号により巻線電流を制御するモードとを適宜切り換えることにより、ロータを低速度から高速度で回転制御することが可能になり、この種の制御を簡単な構成で実現でき、しかもエンコーダのような高価な速度検出手段を用いることなく、ディスク上のパターンを利用して低速度回転を制御できるため、安価になる。
【００１７】
本発明のディスク駆動装置によれば、光ディスクを高速度で回転制御できるだけでなく、低速度でも回転制御でき、使途を拡大することができ、しかもエンコーダ等の速度検出手段を要しなく、装置全体の小型化も可能になるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明に係るブラシレスモータをＣＤ，ＤＶＤ等の円盤状光ディスクの駆動に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。図面において、図１及び図２は光ディスク駆動用ブラシレスモータの平面図及び正面図、図３はこのブラシレスモータの切断正面図、図４は第２の位置検出手段による位置検出動作を説明する要部の平面図、図５はブラシレスモータの一部の回路図である。
【００１９】
図３に示すように、金属板材よりなるモータフレーム１に円形の透孔３が形成され、この透孔３に鉄、ＳＵＳ等からなり上端部が肉薄のほぼ円筒状のブッシュ５が挿入され、ブッシュ５の下端の外側加締め部５１ａを外周方向に塑性変形することによりフレーム１に加締め固定されている。このブッシュ５内には、シャフト７が嵌入されたすべり軸受である円筒状のスリーブ軸受９が収納されている。ブッシュ５の底面は閉塞板１１により閉塞され、ブッシュ５内の閉塞板１１上に配設された円板状のスラスト受け板１３にシャフト７の下端が当接し、後述する予圧マグネットの吸引力によりシャフト７がスラスト受け板１３に押し付けられ、スラスト受け板１３により下方への荷重が支持されている。尚、スラスト受け板１３はブッシュ５の内側加締め部５１ｂの塑性変形によりブッシュ５に加締め固定される。
【００２０】
ブッシュ５の上端には、外方に屈曲した鉤状部５２が一体的に形成されており、この鉤状部５２に後述するロータの内側に取り付けられたフック体１４が係合可能に配設されて後述するロータ及びシャフト７の抜止めがなされている。ブッシュ５の外周中央部に形成された段差部５３にはステータコア１５ａの環状基部が嵌着され、この環状基部から径方向に向かって突設された複数の歯部にステータ巻線１５ｂが巻回されてステータ１５が構成されている。
【００２１】
鉄等の磁性材からなるほぼ逆カップ状のロータ１７は、円板状の本体部１７ａと、この本体部１７ａの周縁に下方に垂下して一体形成された垂下部１７ｂと、本体部１７ａの中央に透設された円形孔の周縁に形成されたボス状部１７ｃとにより構成され、プレスによって成形加工される。ロータ１７のボス状部１７ｃはシャフト７の上端部に外嵌され、シャフト７と一体的にロータ１７が回転するようになっている。ステータコア１５ａの環状基部の上面には、ロータ１７の本体部１７ａに対向しロータ１７を磁気吸引してロータ１７を含む回転体にスラスト力を付与する環状の予圧マグネット１８が固着されており、シャフト７の先端がスラスト受け板１３に押し付けられてロータ１７のスラスト位置を保持している。
【００２２】
ロータ１７の垂下部１７ｂの内周面には円筒状のロータマグネット１９が内嵌され、ステータ１５に相対向する位置に配設されている。ロータ１７の上面は、ＣＤ，ＤＶＤ等のディスクを装着する装着部である円盤状のターンテーブルとして機能し、このターンテーブルとしての本体部１７ａの上面には円環状ラバーよりなる緩衝材２１が取り付けられ、この緩衝材２１を介してディスク（図示せず）が載置されるようになっている。
【００２３】
ロータ１７の本体部１７ａ中央には、ディスクのセンタホールに嵌着される非磁性材から成るセンタボス部２３がボス状部１７ｃに外嵌することによって固定され、このセンタボス部２３に半径方向に移動自在に複数個の移動部材２５がほぼ周方向等間隔に配列して装着され、この移動部材２５がその内側に埋設されたばね２６により半径方向外方に付勢されている。そして、ディスクをそのセンタホールにセンタボス部２３を嵌合させるように装着すると、ディスクの内周縁が各移動部材２５をばね２６に抗して中心側へ押し込み、ディスクが緩衝材２１に当接する位置に装着されると、各移動部材２５の先端がセンタホールの内周縁上面に位置し、ばね２６の力で各移動部材２５がディスクをターンテーブル（本体部１７ａ）上に押圧するようになり、ディスクがターンテーブルであるロータ１７の本体部１７ａの上に載置される。尚、センタボス部２３には、各移動部材２５の間の位置に複数個の調芯爪２７が設けられており、ディスク装着時にディスク内周縁に当接してディスクを調芯する。
【００２４】
モータフレーム１上にはＦＰＣよりなる回路基板２９が配設され、この回路基板２９にロータ１７の回転位置を検出するための第１の位置検出手段としての複数個のホール素子３１が実装されている。各ホール素子３１は、ロータマグネット１９の内側で、かつ、ステータコア１５ａの隣接する歯部間であってその外周寄りに配置されている。ステータコア１５ａの歯部数が１２であり、ステータ巻線１５ｂが３相であるとすると、隣接する３つのスロットそれぞれにホール素子３１が配設される。
【００２５】
このホール素子３１は、シャフト７の軸線方向に対して傾斜した方向を向いた感磁面を有し、この感磁面がロータマグネット１９に対向するように配設される。すなわち、感磁面がシャフト７の軸線方向である鉛直方向に対して水平に近い方向を向くように傾斜して立方体状のケース内に素子本体が収容されており、ケースごとステータコア１５ａの所定のスロット内に位置すべく回路基板２９上に配置され、回路基板２９のプリントパターンに半田付けされる。なお、感磁面がシャフト７の軸線方向に対して傾斜しているホール素子に限らず、感磁面が軸線方向を向いているホール素子を使用しても構わない。また、第１の位置検出手段はホール素子３１に限定されるものでない。
【００２６】
図１及び図２に示すように、モータフレーム１１におけるロータ１７の近傍（図中右側）には、第２の位置検出手段としてのフォトセンサ４１が配設されている。このフォトセンサ４１はその上面に検出面が位置し、モータフレーム１１上に台座４２を用いて、ロータ１７のターンテーブルのディスク載置面より僅かに低い位置に配置されている。ターンテーブル上に円盤状ディスク４５が載置されると、フォトセンサ４１の検出面は円盤状ディスク４５に対して僅かな間隙（２ｍｍ程度）を介して対向する。
【００２７】
円盤状ディスク４５は、前述したように、センターホールにセンタボス部２３を嵌合させてディスク内周部をロータ１７のディスク載置面に載置させることにより支持されるが、ディスク４５のディスク内周部とその外周部側の記録領域との間には環状のパターン形成部４５ａが同心円上に形成され、モータフレーム１１上のフォトセンサ４１がこのパターン形成部４５ａに対向するようになっている。ディスク４５のパターン形成部４５ａは、図４に示すように、周方向所定幅の反射パターン部４５ａ１と非反射パターン部４５ａ２とを交互に周方向に配列して構成され、フォトセンサ４１の発光部４１ａから出た光は反射パターン４５ａ１で反射して受光部４１ｂで受光される一方、非反射パターン部４５ａ２では光吸収されることにより受光部４１ｂでは受光されず、パターン形成部４５ａの明暗パターンに応じたパルス信号が得られる。円盤状ディスク４５の記録面はディスクの一面に形成されているが、パターン形成部４５ａはディスク４５における記録面との反対側に形成されている。
【００２８】
図５は、上記実施形態のブラシレスモータにおける回路図であり、モータフレーム１１上の回路基板２９に形成された回路構成を示したものである。３相のステータ巻線１５ｂはスター結線されてコネクタ部６１に接続され、３個のホール素子３１の電源ライン及び信号ラインはコネクタ部６２に接続され、さらに、フォトセンサ４１の電源ライン及び信号ラインはコネクタ部６３に接続されている。これらコネクタ部６１〜６３は一体として或いは個別に回路基板２９に実装され、モータが搭載されるディスク駆動装置の装置側回路に接続されている。
【００２９】
この装置側回路には、高速回転モードと低速回転モードとのモード切換機能を有するモータ駆動制御回路が組み込まれている。モータ駆動制御回路は、高速回転モードの設定時、ホール素子３１からの位置検出信号に応じて３相のステータ巻線１５ｂの通電切り換えを行うと共に、装置側から提供される速度制御信号（ＣＬＶ，ＣＡＶ）に基づき高速度（例えば１２，０００ｒｐｍ）での回転制御が行われる。また、低速回転モードの設定時、フォトセンサ４１からの位置検出信号（パターン信号）に応じて３相のステータ巻線１５ｂの通電切り換えを行うと共に、装置側から提供される速度制御信号（ＣＬＶ，ＣＡＶ）に基づき低速度（例えば４０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍ）での回転制御が行われる。
【００３０】
上述したブラシレスモータは、前述したようにディスク駆動装置の装置内部に配設されるが、この装置内部には、ロータ１７のディスク載置面に装着されたディスク４５に対しモータフレーム１側に、ディスク面をアクセスするレーザー式ピックアップがディスク４５の径方向に移動可能なように設けられている。
【００３１】
そして、ロータ１７のディスク載置面にディスク４５を、その記録面をモータフレーム１側に向けた状態で装着し、ディスクに対する記録／再生の操作を行うと、装置側回路は高速モードを選択し、ステータ巻線１５ｂへの通電が開始されると共に、３個のホール素子３１からの位置検出信号に基づいてロータ１７を高速回転制御し、ピックアップの作動によりディスク４５の記録面に対する情報の読み出し／書き込み等の動作が行われる。
【００３２】
一方、ロータ１７のディスク載置面にディスク４５を、その記録面をモータフレーム１との反対側に向けた状態で装着し、ディスクのラベル面に対する操作を行うと、装置側回路は低速モードを選択し、ステータ巻線１５ｂへの通電が開始されると共に、ディスク４５のパターン形成部４５ａに対しフォトセンサ４１が位置検出を行い、フォトセンサ４１からの位置検出信号に基づいてロータ１７が低速回転制御される。従って、低速回転しているディスク４５に対し、予め設定された描画データに従いピックアップからのレーザー照射が制御されてラベル面に対する描画処理（プリント処理）が行われる。
【００３３】
上述した実施形態にあっては、モータの低速回転の際に、従来のようなエンコーダを使用してＦＧパルスを形成する必要がなく、ロータ１７の近傍にフォトセンサ４１を配置するだけであるため、構造が簡単であるばかりでなく小型化が可能で、安価になるものである。しかも、この低速回転の際、回転対象のディスク４５自身に形成されたパターン形成部４５ａを検出してこのディスク４５の回転速度を制御できるため、低速回転での安定制御が実現する。
【００３４】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、モータフレーム１におけるロータ１７近傍に設けたフォトセンサ４１は、モータフレーム１に別部材としての台座４２を介して取り付けているが、モータフレーム１自身に切り起こしによる台座４２を一体形成し、これにフォトセンサ４１を取り付けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施形態を示すブラシレスモータの平面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１のモータ部分の切断正面図である。
【図４】図１のフォトセンサとディスクとの関係を示す一部の平面図である。
【図５】図１の結線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  モータフレーム
９  スリーブ軸受
１５  ステータ
１７  ロータ
１９  ロータマグネット
３１  ホール素子
４１  フォトセンサ
４５  ディスク
【図１】
2006050727.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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