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【発明の名称】 自動平衡装置、回転装置及びディスク駆動装置
【発明者】 【氏名】持田 貴志

【要約】 【課題】バランス能力を維持し、かつ、騒音を低減することができる自動平衡装置、回転装置及びディスク駆動装置を提供すること。

【構成】自動平衡装置10は、磁性流体9と非磁性材料でなる球状の複数のバランサ11とを内部に収容するケース2を備えている。ケース2は上部に開口を有し、開口にカバー1が装着されてハウジング5が構成される。ハウジング5内の外周部には、環状のバックヨーク13が取り付けられた環状のマグネット12が配置されている。少なくともハウジング5の回転時には、磁性流体9が、マグネット12に吸着して、バランサ11が外周側を滑らかに動くので、従来のように固体同士が接触することによる騒音を低減することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性流体と、
固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、
前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と
を具備することを特徴とする自動平衡装置。
【請求項2】
請求項1に記載の自動平衡装置であって、
前記回転体は、
前記マグネットの外周側に設けられた環状のバックヨークを有することを特徴とする自動平衡装置。
【請求項3】
請求項1に記載の自動平衡装置であって、
前記マグネットは、前記磁性流体が回転の周方向に環状の溝を形成するように、回転の軸方向に着磁されていることを特徴とする自動平衡装置。
【請求項4】
請求項3に記載の自動平衡装置であって、
前記マグネットは、2極着磁されていることを特徴とする自動平衡装置。
【請求項5】
磁性流体と、
固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、
前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、
前記回転体を回転駆動する回転駆動機構と
を具備することを特徴とする回転装置。
【請求項6】
信号を記録可能なディスク状の記録媒体を保持する保持部と、
磁性流体と、
固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、
前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、
前記保持部と前記回転体とを一体的に回転駆動する回転駆動機構と
を具備す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】
本発明は、回転のバランスを保つための自動平衡装置、当該装置を搭載した回転装置及びディスク駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばデータを記録/再生する光ディスク装置や磁気ディスク装置等のディスク装置では、記録媒体としてのディスクがターンテーブル上で回転するときに、ディスクの偏心等の理由により、回転がアンバランスとなり記録/再生の安定性が低下する場合がある。
【0003】
ディスクの回転のバランスを向上させるための技術として、円板状のケース内に、マグネットと、磁性材料でなるバランサ球とが収納されて構成されたディスク回転操作装置がある(例えば、特許文献1参照。)。このディスク回転操作装置では、環状のマグネット(12)が設けられることにより、回転テーブル(5)の回転起動時には、バランサ球(13)がマグネットに引き付けられ、ケース(4)に対して相対移動することなく、バランサ球は速やかに回転を開始する。これにより、その後、高速回転しても、迅速にバランスが取れる。また、その図10に示されるように、ケース内にマグネット保護部材(21)や緩衝部材(22)が設けられることにより、バランサ球が移動する際の衝突音等の発生を防止することができる。
【0004】
また、上記バランス球の代わりに、磁性流体が用いられた装置もある(例えば、特許文献2参照。)。この装置の回転起動時、低速回転時には、リング磁石(3)に、磁性流体(9)でなるバランサが引き付けられる。
【0005】
【特許文献1】特開平10−257710号公報(段落[0041]、図1、2)
【特許文献2】特開平4−312244号公報(段落[0037]、図2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
一般に、記録媒体であるディスクの回転時の振動の振幅は小さいので、つまり、ディスクの偏心量は小さいので、特許文献2の装置では、流体のバランサによりバランスをとるための大きな力を得ることは難しい。したがって、このような小さい振動の振幅でディスクの平衡状態を確保することは難しい。例えば、回転半径r(=15mm)で、質量m(=1g)の水が偏芯量e(=0.1mm)で回転するときには、バランスを向上させる能力の近似値C=meとなり、例えばme=0.1(g・mm)となる。例えば直径12cmのDVD(Digital Versatile Disk)の回転のアンバランスの規格量は5(g・mm)程度あるので、上記のアンバランス量を克服することはできない。
【0007】
そこで、バランス能力を改善するために、高比重の液体を用い、あるいはバランサを収容する円板状部材の半径を大きくするといった考えもある。しかしながら、これらを採用すると、コスト高になったり、自動平衡装置が大型化してしまう。
【0008】
また、上記特許文献1の装置は、バランス能力はあるが、緩衝部材等が設けられるだけでは、多少の衝突音が残ることが予想される。
【0009】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、バランス能力を維持し、かつ、騒音を低減することができる自動平衡装置、回転装置及び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】
【0010】
上記目的を達成するため、本発明に係る自動平衡装置は、磁性流体と、固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体とを具備する。
【0011】
本発明では、少なくとも回転体の回転時に、磁性流体は、環状のマグネットが発生する磁界により移動空間内の外周側に環状に集められる。回転体の回転時に、バランサが遠心力により移動空間の外周部に移動する場合、移動空間の外周部には磁性流体の膜が形成されているので、衝突音等がなく、騒音の発生を防止することができる。また、本発明では、流体に比べ比重の高い固体のバランサが用いられることにより、バランス能力を低下させることはない。
【0012】
本発明において、例えば回転体が、磁性流体と各バランサとを収容するハウジングを有する場合、マグネットは、上記磁性流体及び各バランサが収容されるハウジング内に収容されていてもよいし、ハウジングの外に配置されていてもよい。
【0013】
本発明において、前記回転体は、前記マグネットの外周側に設けられた環状のバックヨークを有する。これにより、バックヨークより外周側へ磁界を漏らさず、マグネットより内周側に適切な磁界を形成することができる。
【0014】
本発明において、前記マグネットは、前記磁性流体が回転の周方向に環状の溝を形成するように、回転の軸方向に着磁されている。これにより、バランサは、バランス動作のためにその溝上を移動することができるので、例えば移動空間内の軸方向においてバランサが浮遊した状態となり、バランサは、軸方向の壁(上下の壁)に接触しなくなる。したがって、バランサが軸方向でぶれることなく、スムーズに移動でき、騒音の発生を防止することができる。例えば、前記マグネットは、2極着磁されている。
【0015】
本発明に係る回転装置は、磁性流体と、固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、前記回転体を回転駆動する回転駆動機構とを具備する。
【0016】
本発明に係るディスク駆動装置は、信号を記録可能なディスク状の記録媒体を保持する保持部と、磁性流体と、固体の非磁性材料でなる複数のバランサと、前記磁性流体及び前記バランサが移動する環状の移動空間と、前記移動空間の周囲に配置された環状のマグネットとを有する回転可能な回転体と、前記保持部と前記回転体とを一体的に回転駆動する回転駆動機構とを具備する。
【発明の効果】
【0017】
以上のように、本発明によれば、バランス能力を維持し、かつ、騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【0019】
図1は、本発明の一実施の形態に係る自動平衡装置を示す分解斜視図である。図2は、図1に示す自動平衡装置の断面図であり、図3は、図2におけるA−A線断面図である。
【0020】
自動平衡装置10は、磁性流体9と非磁性材料でなる球状の複数のバランサ11とを内部に収容するケース2を備えている。ケース2は上部に開口を有し、開口にカバー1が装着されてハウジング5が構成される。ハウジング5の内部の中央には、上方に突出したボス部2bが形成されている。ハウジング5内の外周部には、環状のバックヨーク13が取り付けられた環状のマグネット12が配置されている。マグネット12はハウジング5に固定され、マグネット12、バックヨーク13及びハウジング5により回転体が構成され、これらは一体的に回転する。
【0021】
マグネット12の内周面12aと、ボス部2bの側面2fとの間の空間に、バランサ11が移動する移動空間14が形成される。移動空間14の上下は、下路面2d及び上路面1b(カバー1の裏面)によって制限されている。
【0022】
ボス部2bの上面にはフランジ2cが設けられ、フランジ2cに、カバー1のほぼ中心に形成された穴1a(図1参照)が嵌合している。カバー1とケース2とは、例えば、溶着、圧着、レーザ接合等により接合されるが、これらの接合方法に限られない。カバー1やケース2の構成材料としては、マグネット12の磁気の影響を受けない材料で構成される。その材料としては、例えばポリカーボネイト等のプラスチック、アルミ合金、ブロンズ合金、セラミックス等の材料がある。
【0023】
図2及び図3に示すように、ボス部2bに形成された貫通孔2eに、回転軸部材16が挿入されて固定されている。回転軸部材16は、後述するように、例えば自動平衡装置10が搭載される機器に設けられたモータの回転軸部材、またはそれとは別体の同軸の軸部材である。
【0024】
各バランサ11は、例えば上路面1bとの間にわずかな隙間が形成される程度の大きさでなっている。その隙間の距離aは、バランサ11の直径bの数%〜10%程度であるが、この範囲に限られず、ハウジングの回転時にバランサ11が上下に大きく動かないように、その距離aがあまり大きくならないように設定されればよい。バランサ11が上下に大きく動くことによって、下路面2d及び上路面1bに対して衝突音が発生してしまうからである。バランサ11は、図では例えば7つ設けられているが、その数は限定されない。各バランサ11の材質としては、例えばステンレス、または真鍮等が挙げられるが、これに限られず、非磁性材料であれば適宜変更可能である。非磁性材料とするのは、マグネット12の磁界の影響を受けないようにするために他ならない。
【0025】
図4は、図3におけるマグネット12付近の拡大図である。図5は、マグネット12及びバックヨーク13の模式的な平面図である。バックヨーク13は、例えばハウジング5内の外周壁面2aに当接するとともに、マグネット12の外周面12bに当接して配置されている。これにより、バックヨーク13より外周側へマグネット12の磁界を漏らさず、マグネット12より内周側に磁界を集めて適切な磁界を形成することができる。マグネット12は、例えばハウジング5の回転の軸方向(Z軸方向)に2極着磁されており、これにより、磁性流体9は、回転の周方向に沿って環状の溝9aを形成するように、マグネット12に吸着する。マグネット12は、図5に示すように周方向及び径方向にも着磁されている。しかしながら、溝9aを形成するためには、原理的に軸方向の2極着磁のみで足り、周方向及び径方向には必ずしも着磁されていなくてもよい。
【0026】
磁性流体9は、各バランサ11がマグネット12の磁界によって形成される溝9a上を移動することができる程度の量が必要である。磁性流体9の代わりに、磁気抵抗流体(MR流体(Magneto-Rheological Fluid))等が用いられてもよい。磁性流体9の溶媒としては、水、油、ポリタングステン酸ナトリウム等が用いられるが、これらに限られない。
【0027】
なお、図1〜図4では、ハウジング5の静止状態を示しており、ハウジング5が静止していても、図に示すように磁性流体9がマグネット12に吸着されている。しかし、例えば、ハウジング5が静止しているときは、磁性流体9はマグネット5に吸着しておらず、ハウジング9が回転して磁性流体9に遠心力が働いて外周部へ移動したときに初めてマグネット12に吸着するように、マグネット12の磁界の強さが設定されていてもよい。また、図1〜図4では、ハウジング5の静止状態で、バランサ11がすべて外周側にあるように示しているが、静止時は、バランサ11は任意の位置にある。
【0028】
図6は、自動平衡装置10が搭載されるディスク駆動装置を示す断面図である。
【0029】
ディスク駆動装置100は、モータ61を有しておりモータ61の回転軸部材16の上端部には、ディスクDが保持され装着されるターンテーブル65が設けられている。モータ61は、例えば駆動電流が流れるコイル61dが備えられたステータ61bと、マグネット61eが備えられ軸受け61aを介して回転可能に設けられたロータ61cと、回転軸部材16とを有している。上述したように、回転軸部材16には上記自動平衡装置10が装着され、回転軸16と一体に自動平衡装置10が回転可能に構成されている。モータ61はサブシャーシ63により支持され、サブシャーシ63はゴム等の高分子材料及び金属製の部材等により構成されたダンパ62を介してメインシャーシ64に支持されている。ディスクD、自動平衡装置10、モータ61、ダンパ72及びサブシャーシ63により振動系95が構成される。つまり、ここでいう振動系とは、メインシャーシ64を基準とした、メインシャーシ64より上方にある部材すべての振動である。例えば、ダンパ62の変形による振動系の共振周波数は、ディスクDの回転周波数より小さく設定されている。
【0030】
なお、ディスクとは、例えばCD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu-ray Disc(登録商標))、その他ホログラム等の光学的な方法で信号の記録または再生が可能な光ディスク、MO(Magneto Optical disk)やMD(Mini-Disk)等の光磁気ディスク、ハードディスクのような磁気ディスク等が挙げられる。
【0031】
次に、自動平衡装置10の動作について説明する。図7は、その動作を順に示す図である。
【0032】
ターンテーブル65にディスクDがセットされ、モータ61が回転し始めると、上記振動系が振動し始める。図7(A)に示すように、例えばディスクDにアンバランス15が存在し、ディスクDが偏心しているとする。なお、アンバランス15の要因は、ディスクDだけに限られず、ディスク駆動装置100中の他の部位にも存在する可能性がある。
【0033】
モータ61の回転が開始され、その回転数が上昇すると、図7(B)に示すように、バランサ11は磁性流体9とともに遠心力を受けて移動空間内で外周側へ移動し始める。そして、バランサ11は、マグネット12の内周面12aに形成される磁性流体9の膜に対して遠心力により押し付けられる。このように、移動空間14内の外周側に磁性流体膜9が形成されることにより、バランサ11のマグネット12に対する衝突音がなく、騒音の発生を防止することができる。
【0034】
モータ61の回転周波数が振動系の共振周波数を超える当りで、アンバランス15の位相と振動系95の位相とがほぼ反転すると、ダンパ62の変位方向A1が、アンバランス15がある位置とはほぼ反対となる。このとき、すべてのバランサ11の総合的な重心位置がそのA1の方向へ力を受け、各バランサ11は環状のマグネット12に沿って(周方向に)移動する。このとき、図8に示すように、各バランサ11は、上路面1b及び下路面2dに接触することなく、移動空間14内で浮遊するように、磁性流体9の溝9aに沿って移動する。これにより、バランサ11は、軸方向(上下方向)でぶれることなく、スムーズに移動し、騒音の発生を防止できる。
【0035】
そして、図7(C)に示すように、バランサ11がハウジング5の回転に対してほぼ静止状態となった時点、つまり、バランサ11とハウジング5とが一体的に回転するようになった時点でアンバランスが解消され、平衡状態となる。このときのディスクDの回転数は、信号の記録または再生時の回転数であり、例えば3000〜7000rpmであるが、この範囲に限られない。
【0036】
モータ61の回転数が低下し、動作が終了すると、自動平衡装置10の姿勢によって各バランサ11に働く重力、慣性力、あるいは摩擦力等によって、バランサ11は任意の位置へ移動する。
【0037】
以上のように、本実施の形態に係る自動平衡装置10では、磁性流体9が、マグネット12に吸着してバランサ11が滑らかに動くので、従来のように固体同士が接触することによる騒音を低減することができる。
【0038】
特に、自動平衡装置10が搭載される機器が、録音する機能を有する機器の場合、騒音を低減できることは非常に有利なことである。従来のように、固体同士が接触する場合、その衝突音も録音されてしまう懸念があるからである。録音する機能を有する機器とは、例えばボイスレコーダや、携帯型の音響映像記録機器等がある。
【0039】
図9は、従来において、バランサが液体である場合(例えば特許文献2の装置)の動作原理を説明するためのディスク駆動装置の概略図である。図9(A)は平面図、図9(B)は側面図である。図9(B)に示すように、メインシャーシ164に、例えば弾性体162(バネ定数k、減衰係数c)を介してサブシャーシ163が設置されている。サブシャーシ163上にはモータ161、自動平衡装置110がある。ディスクDにアンバランス15が存在し偏心しているとする。
【0040】
モータ161によりディスクDが回転すると、アンバランス15を打ち消すように、自動平衡装置110の内部の液体バランサ111が偏り、rOを半径として円運動変位が起こる。点Oは、アンバランスがないときのディスクDの中心(重心)である。ディスクDの回転数がさらに増加すると、液体バランサ111は、その遠心力によって外周側に均一に集まることとなり、アンバランス15を打ち消す術をなくしてしまう。しかしながら、本実施の形態に係る自動平衡装置10は、そのような問題はなく、上述したように、固体バランサ11によりアンバランス15を打ち消すことができる。
【0041】
図10は、本発明の他の実施の形態に係る自動平衡装置を示す断面図である。この自動平衡装置20では、上記自動平衡装置10と比べ、マグネットの配置が異なる。本実施の形態に係るマグネット22は、ハウジング25内ではなく、ハウジング25の外側の側面に装着されている。このマグネット22も、図2〜図5に示すマグネット12と同様の方向に着磁されていればよい。このような構成により、ハウジング25内の空間のすべてがバランサ11及び磁性流体9の移動空間24となる。マグネット22の外周側には、上記バックヨーク13と同様にバックヨーク23が装着されている。
【0042】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【0043】
上記各実施の形態で示したマグネットは、軸方向の着磁が2極(図8参照)であったが、必ずしも2極でなくてもよく、3極以上の着磁であってもよい。
【0044】
上記各実施の形態に係るバランサ11の形状は、球形状であった。しかし、球以外にも、直方体形状、立方体形状、円柱形状、角柱形状、円弧ブロック形状、または、平板形状等、様々な形状が考えられる。このように、バランサの形状や比重が自由に設計できるので、自動平衡装置、ディスク駆動装置、あるいはそのモータ部分の小型化が可能となる。
【0045】
上記実施の形態では、マグネット12の高さ(Z軸方向の長さ)が移動空間14の高さ(図3中、a+bの長さ)と同じとされている。しかし、移動空間14の密閉性を高めるため、すなわちケース2とカバー1との接着性の観点から、マグネット12の高は移動空間14の高さより多少低くてもよい。
【0046】
また、例えば図2、3等に示すハウジング5のボス部2bの側面2fに、ゴム等の緩衝材が装着されていてもよい。これにより、バランサ11の衝突音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の一実施の形態に係る自動平衡装置を示す分解斜視図である。
【図2】図1に示す自動平衡装置の断面図であり
【図3】図2におけるA−A線断面図である。
【図4】図3におけるマグネット付近の拡大図である。
【図5】マグネット及びバックヨークの模式的な平面図である。
【図6】自動平衡装置が搭載されるディスク駆動装置を示す断面図である。
【図7】自動平衡装置の動作を順に示す図である。
【図8】バランサが磁性流体の溝に沿って移動する様子を示す図である。
【図9】従来において、バランサが液体である場合の動作原理を説明するためのディスク駆動装置の概略図である。
【図10】本発明の他の実施の形態に係る自動平衡装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【0048】
D…ディスク
5、25…ハウジング
9…磁性流体
9a…溝
10、20…自動平衡装置
11…バランサ
12、22…マグネット
13、23…バックヨーク
14、24…移動空間
16…回転軸部材
61…モータ
100…ディスク駆動装置
【出願人】 【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
【出願日】 平成18年6月21日(2006.6.21)
【代理人】 【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一

【識別番号】100117330
【弁理士】
【氏名又は名称】折居 章


【公開番号】 特開2008−2518(P2008−2518A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−170882(P2006−170882)