(57)【要約】【課題】光ディスクドライバーの回転子機械に応用され、回転子機械が仕事回転速度に至るまでに作動する場合の振動量を低減できる、回転子ベアリングに寿命を延長できるローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法を提供する。【解決手段】ある予定の方式によって回転速度ωＳを決定し、且つ当該回転速度ωＳはローリングボール不安定臨界回転速度ωＣと仕事回転速度ωとの間に介在するように設定され、且つローリングボールに不安定臨界回転速度ωＣを通過させるための加速度を提供し、それによって回転子機械を前記回転速度ωＳに至るように加速し、それから回転子機械の加速度を低減し、所定の時間を経てローリングボールを所定の安定な位置に至るまで制御すると、再び当該回転子機械を前記仕事回転速度ωに加速する。【選択図】　　　図７
2004060812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクドライバーの回転子機械に応用されるローリングボール自動バラシングシステムにおいて、前記回転子機械には主軸モータと当該主軸モータによって駆動される回転子とを含み、当該回転子には少なくとも１つの同軸の環状レールを凹んで形成しており、当該環状レール内に少なくとも１個のローリングボールが配置され、それによって自動的バラシング作用を生じるものであり、当該手段の制御方法には少なくとも次のようなステップを含む。
予定の方法に従って回転速度ωＳを決めると共に、当該回転速度ωＳをローリングボール不安定臨界回転速度ωＣと仕事回転速度ωの間に介在するようにするステップ（１）と、
前記回転子機械を前記回転速度ωＳまで加速する加速度を提供するステップ（２）と、
前記回転子機械の加速度を低減することによってローリングボールを安定の位置まで至らせるステップ（３）と、
前記回転子機械を仕事回転速度ωまで加速するステップ（４）とを有し、
前記の方法によって回転子機械の前記仕事回転速度に至るまでに作動する場合の振動量を低減できると共に、効果的に回転子のベアリングの寿命を向上できることを特徴とするローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法。
【請求項２】
前記ステップ（３）における加速度はゼロであることを特徴とする請求項１に記載のローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法。
【請求項３】
前記ステップ（３）における加速度はゼロに近いであることを特徴とする請求項１に記載のローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法。
【請求項４】
前記ステップ（４）における加速度が前記ステップ（２）の加速度より小さく設定されることを特徴とする請求項１に記載のローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法に係わり、特に光ディスクドライバーの回転子機械に応用され、回転子機械が仕事回転速度に至るまでに作動する場合の振動量を低減できる、回転子ベアリングに寿命を延長できるローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
一般の光ディスクドライバー、例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭやＣＤ−ＲＷやＤＶＤ−ＲＡＭなどの光学情報再生または記録装置は、既に広範的にマルチメディアコンピュータシステムに配置されるようになっており、それがすでにコンピュータの周辺設備の大切な周辺装置となっている。
【０００３】
現在の光ディスクドライバーの情報の読み取りまたは記憶の速度は倍数にて表現されており（１倍速は１５０ｋビットセット／秒間であり）、且つ当該倍速の大きさに直接に関連するのは光ディスクドライバー内部の光ディスクの回転を駆動する主軸モータのことであり、即ち、当該主軸モータの回転速度が速ければ速いほど光ディスクを読み取りまたは記憶する倍速が大きくなる。しかしながら、主軸モータが高回転速度で作動する場合、光ディスクのアンバランスによる遠心偏り力が大きくなり、そのため、振動や騒音を生じるようになってしまい、且つ過大な振動量が光学ヘッドのディスク読み取りの焦点失い現象（ｏｕｔ−ｏｆ−ｆｏｃｕｓ）を生じ、そのため、効果的に振動を抑制することによって光ディスクドライバーの光ディスク情報を正確的に読み取ることを確保するために、光ディスクドライバーのメーカはローリングボール自動バラシングシステムによって振動を減少する効果を図れる手段を開発した。
【０００４】
一般の所謂ローリングボールバランシング原理は、旋回動力学（Ｒｏｔｏｒ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）の理論に基づくものであり、図１Ａないし図１Ｃに示すように、主軸モータの回転速度が臨界回転速度（または懸垂システム自然周波数と称す）より低い場合、システムアンバランス量とシステムのマスセンター（Ｍａｓｓ　Ｃｅｎｔｅｒ）とが同一の位相における状態となり（図１Ａ参照）、主軸モータの回転速度が臨界速度と等しくなる場合、システムアンバランス量とシステムのマスセンターと９０度の位相差を有する（図１Ｂ参照）。主軸モータの回転速度が臨界速度より大きくなる場合、システムアンバランス量とシステムマスセンターとが１８０度の位相差を呈する（図１Ｃ参照）。なお図１Ａ〜図１Ｃにおいて、ωｔは主軸モータの回転速度、ωｎは懸垂システム自然周波数を表わす。
【０００５】
また、図２に示すように、前記主軸モータが等加速度（即ち始発加速度はα１’である）によって旋回する場合、主軸モータの回転速度がローリングボールの不安定臨界速度ωＣより大きくなる場合、前記ローリングボールが位置エネルギーの最低点へ移動する。主軸モータの回転速度が安定な回転速度ωＳ’に至る場合、モータの加速度を低減すると、ローリングボールを最も短い時間内で安定に至らせられる。ローリングボールが安定後に、ローリングボールがレールの接触点に対し相対的運動はなくなり、この際、前記主軸モータが仕事回転速度ωまで加速し続ける。そのため、主軸モータが前記安定の回転速度ωＳ’に至る場合光ディスクドライバーの回転子機械が自動バランシングの効果を実現する。なお図２において、α１は始発加速度を表わす。
【０００６】
しかしながら、ローリングボール自動バランシングシステムを応用する回転子機械において、もし直接的に等加速度にて前記主軸モータの仕事回転速度まで作動する場合、回転子がアンバランスになることを減少する目的を達成できるが、ローリングボールがバランシング作用を生じる際にモータの回転速度が既に高過ぎるようになってしまう。そのため、回転子の加速が緩慢になると共に、回転軸の力を受け取る程度が増加し、且つ回転軸とベアリングの寿命が短縮化する欠陥などを有する。
【０００７】
前記のことに鑑みて、本発明は光ディスクドライバーのローリングボール自動バラシングシステムの前記諸課題に対応して回転子の機械運転から仕事運転速度までの振動量を低減でき、回転軸とベアリングの寿命を延長できる制御方法を提供するに至った。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な目的は、ローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法を提供することにあり、当該制御方法は主に前記ローリングボール自動バラシングシステムの安定か回転速度を低減する方法であり、主軸モータが仕事回転速度まで運転する場合の振動量を低減することによってベアリングの寿命を延長する目的を達成させる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を図るために、本発明はローリングボール自動バラシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法を提供し、前記ローリングボール自動バランシングシステムは光ディスクドライバーの回転子機械に応用されるものであり、前記回転子機械には少なくとも主軸モータと当該主軸モータによって駆動される回転子とを含み、前記回転子には少なくとも１つの同軸の環状レールが凹んで形成され、前記環状レール内に少なくとも１つのローリングボールが収納され、それによって自動的バランシング効果を実現し、前記制御方法はある予定の方式によって回転速度ωＳを決定し、且つ当該回転速度ωＳはローリングボール不安定臨界回転速度ωＣと仕事回転速度ωとの間に介在するように設定され、且つローリングボールに不安定臨界回転速度ωＣを通過させるための加速度を提供し、それによって回転子機械を前記回転速度ωＳに至るように加速し、それから回転子機械の加速度を低減し、所定の時間を経てローリングボールを所定の安定な位置に至るまで制御すると、再び当該回転子機械を前記仕事回転速度ωに加速し、これらの作法によって回転子機械を仕事回転速度まで加速する前の振動量を減少することによって回転子ベアリングの寿命を効果的に延長する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明はローリングボール自動バランシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法を提供し、そのうち、前記ローリングボール自動バランシングシステムが光ディスクドライバーの回転子機械に応用されるものであり、前記こうディスクドライバー内部に、旋回運動をする回転子機械が配置され、当該回転子機械には主軸モータと当該主軸モータによって駆動される回転子とを含み、当該回転子がベアリングを介して前記主軸モータの末端の回転軸に外嵌され、当該回転子は開口が上向く皿状体であると共に、その上端部に少なくとも１つの同軸の環状レールがへこんで形成され、当該環状リング内に少なくとも１つのバランシング用ローリングボールが配置され、少なくとも当該ローリングボールが前記環状レール内において自由運動できるようになり、光ディスクドライバーが運転する時に、前記主軸モータが回転子を介して光ディスクに旋回させるように作用し、且つ旋回運動中、前記環状リング内のローリングボールが遠心原理に従って前記環状リングの外環壁に当接されると共に、ローリングボールをバラシング位置に位置させるように形成させる。
【００１１】
図３に示すのはローリングボール自動バラシングシステムの理論モデルであり、当該理論モデルによると、次のような運動方程式を推論提出できる。
【００１２】
【数１】
2004060812.tif 000003
なお式中、Ｍは全体システムの質量、Ｃはシステムの抵抗、Ｋはシステムのスプリング係数、Ｍｒ・ｅはアンバランス量、ｍはローリングボールの質量を表わす。また、図３中０ｃはローリングボールとレールとの接触点、０ｂはローリングボールのマスセンター、０ｒはシステム全体のマスセンター、βはアンバランス量の絶対座標に対する角度、φはローリングボールとアンバランス量との相対的角度を表わす。
【００１３】
そのうち、前記μがローリングボールの運動抵抗力である。また、前記の運動方程式を極座標の形式に書き換える場合、且つ当該ローリングボールが安定状態になる場合、当該ローリングボールのアンバランス量に対する角度がπになり、このような仮設によると且つ前記方程式に導入すると、次のような式（１）を生成する。
【００１４】
【数２】
2004060812.tif 000004
そのうち、０≦φ≦π、
ωｎ＝（Ｋ／Ｍ）１／２
ξ＝Ｃ／２Ｍωｎ
また、ローリングボールのレールに対する等角速度運動の条件を推論獲得できる。
【００１５】
【数３】
2004060812.tif 000005
且つ、
【００１６】
【数４】
2004060812.tif 000006
システム周波数レスポンスとなり、前記方程式（２）が次のように書き換えることができる。
【００１７】
【数５】
2004060812.tif 000007
そのため、
【００１８】
【数６】
2004060812.tif 000008
を変更することによって次の式（３）となる。
【００１９】
【数７】
2004060812.tif 000009
こうする場合では、前記ローリングボールがレールに対する等角速度運動を維持できないようになる。また、方程式（３）を満足する最小の回転速度が“ローリングボール不安定臨界回転速度”と称され、且つ前記方程式（１）、（３）から分かるように単に方程式（３）だけが成立すれば、前記
【００２０】
【数８】
2004060812.tif 000010
を減少することによってローリングボールの回転速度を低減する目的を図れる。
【００２１】
図４と図７に示すのはそれぞれ本発明の回転子機械に応用される場合の加速曲線図と本発明のローリングボール自動バランシングシステムの安定な回転速度の制御方法を示すフローチャートである。なお図４中ωＣはローリングボール不安定臨界回転速度、ωＳはローリングボールの回転速度、ωは仕事回転速度、α１は始発加速度を表わす。前記制御方法には次のようなステップを有し、そのうち、そのステップ（１）は、予定の方式によって回転速度ωＳを決め、且つ当該回転速度ωＳにローリングボール不安定臨界速度ωＣと仕事速度ωとの間に介在させるように設定し（ωＣ＜ωＳ＜ω）、当該ローリングボール臨界回転速度ωＣは方程式（３）によって決められると共に、旋回動力学（Ｒｏｔｏｒ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）の定義する臨界回転速度ωｎ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）（または懸垂システム自然周波数とも称す）より大きくし、前記仕事回転速度ωは主軸モータの最大な回転速度となる。ステップ（２）は、加速度を提供し、ローリングボール不安定臨界速度ωＣを経過後に回転子機械に（例えば主軸モータ）前記回転速度ω３まで加速させ、このステップの加速度は始発加速度α１であり、当該α１に従来の始発加速度α１’より大きく形成させることができ、図２と図４にそのことを示している。ステップ（３）は、前記回転子機械の加速度を低減することによってローリングボールに安定な位置まで至らせ、このステップの加速度がゼロである場合、前記回転速度ωＳが前記ローリングボールが安定な位置まで至る場合の安定な回転速度になることができ、当該安定な回転速度は従来の安定な回転速度ωＳより小さく形成され、もし、当該加速度がかなり小さい加速度α２になる場合（即ち当該加速度がゼロに近接する場合）、当該回転速度にωＳの大きさに相当する安定な回転速度に至れ、且つ当該安定な回転速度も従来の安定な回転速度ωＳより小さく形成され、図４に示すような様子であり、ステップ（４）の場合では、前記回転子機械を仕事回転速度ωまで加速し、このステップにおける加速度α３が前記主軸モータの始発加速度α１より小さく形成される。
【００２２】
図５と図６に示すのはそれぞれ図２と図４の加速曲線ＡとＢとによって模擬実験して得られる情報であり、従来の加速曲線が９５００ＲＰＭに達しても依然として振動減少位置に至れなく、それに対して本発明の加速曲線が６６００ＲＰＭになれば、振動減少効果を発揮できる振動減少位置に至るようになっている。
【００２３】
前記のそれぞれの作法によって本発明は新しい制御方法を提供し、それがモノレールまたはマルチレールの自動バランシングシステムに応用でき、効果的で安定な方式によって従来のローリングボール自動バランシングシステムの欠点を改善でき、即ち、ローリングボールがバランシング作用を発揮する時の安定な回転速度を低減でき、高速的で正確的に情報を読み取る効果とスムーズに運転できる効果を獲得できる。
【００２４】
【発明の効果】
前記に詳しく説明したとおり、本発明によるローリングボール自動バランシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法による場合、ローリングボール自動バランシングシステムの安定な回転速度を効果的に低減できるため、主軸モータの仕事回転速度まで運転する前の振動量を大幅に低減できるので、回転子ベアリングの寿命を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】ローリングボールがバランシング位置まで至る場合の原理を示す説明図である。
【図１Ｂ】ローリングボールがバランシング位置まで至る場合の原理を示す説明図である。
【図１Ｃ】ローリングボールがバランシング位置まで至る場合の原理を示す説明図である。
【図２】従来の回転子機械の加速曲線図Ａである。
【図３】ローリングボール自動バランシングシステム数学モデルを示す説明図である。
【図４】本発明回転子機械の加速曲線図Ｂである。
【図５】従来の加速曲線が９５００ＲＰＭになる場合でもローリングボールが依然として振動減少位置まで至らないことを示す曲線図である。
【図６】本発明の加速曲線が６６００ＲＰＭになる場合振動減少効果を有する振動減少位置に至れることを示す曲線図である。
【図７】本発明のローリングボール自動バランシングシステムの安定な回転速度を低減する制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　システムマスセンターの軌跡
２　　ローリングボールの位置
１０　アンバランス量の位置
２０　前記状態に至るまでの前のローリングボールの位置
【図１Ａ】
2004060812.tif 000011
【図１Ｂ】
2004060812.tif 000012
【図１Ｃ】
2004060812.tif 000013
【図２】
2004060812.tif 000014
【図３】
2004060812.tif 000015
【図４】
2004060812.tif 000016
【図５】
2004060812.tif 000017
【図６】
2004060812.tif 000018
【図７】
2004060812.tif 000019