JP2001216718A

JP2001216718A - ディスク装置

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Publication number: JP2001216718A
Application number: JP2000030204A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yoshimura; 保廣吉村; Kiju Endo; 喜重遠藤; Katsutoshi Arai; 勝敏新居; Yoshihiro Sato; 良広佐藤; Yoshiaki Yamauchi; 良明山内; Takayuki Kumasaka; 登行熊坂; Kazuto Oyama; 和人大山; Hisahiro Miki; 久弘三木; Tomoki Hirata; 知己平田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-08-10
Also published as: US6477133B1

Abstract

(57)【要約】【課題】アンバランス補正機構のボールと転動溝との摺
動による補正機能の変化を安定化するなじみ運転の省
略、ボール不動の防止、ボール迷走の防止。【解決手段】ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシ
ランで表面処理したボール１２個とリン、ボロン入りの
化学ニッケルめっき５マイクロメートル施したターンテ
ーブルを用い、転動溝にエステルオイル１マイクロリッ
トル注入してディスク装置のユニットメカを組み立て
た。また、アンバランス補正機構の円環溝側壁に凹部を
設けることで補正機能長寿命化を図った。【効果】なじみ運転の時間短縮によるコスト低減、ボー
ルの不動、ボールの迷走防止。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転装置に発生す
るアンバランスを補正するための転動可能なボールと転
動溝からなるアンバランス補正機構に係り、特に、円板
状の可換型記録媒体を高速で回転し、情報の再生を行う
ディスク装置、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭあ
るいは、記憶再生を行うＤＶＤ−ＲＡＭ、ＭＯ、リムー
バブルＨＤＤ等に関する。

【０００２】

【従来の技術】特許第２８２４２５０号公報には、ディ
スク駆動装置のアンバランスを補正するバランサーにつ
いて記載されている。これは、ロータに一体化された中
空環状部と、中空環状部内に移動可能なバランス部材
(球体)とから構成されたバランサーである。また、特開
平１０−９２０９４号公報には、ディスクと一致した回
転中心を持つ軌道上を自由に移動できる少なくとも１個
のバランス修正おもりを設け、ディスクのアンバランス
を自動修正するディスク型記憶装置について記載されて
いる。

【０００３】特開平１１−１５４３７１号公報には、デ
ィスク駆動装置のターンテーブルに回転中心を中心とす
るリング溝を設け、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、振動、騒音を大幅に削減で
きるディスク駆動装置について記載され、バランス補正
用ボールの振動を減衰させるために、リング溝の壁面
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材を塗布したり、あるいはリン
グ溝に液体を注入することや、リング溝の内側にクロム
メッキなどの硬質層が形成されることが記載されてい
る。

【０００４】また、特開平１１−１５６２４３号公報に
は、回転テーブルのアンバランスを原因とした騒音や、
回転テーブルおよび試験管の振動の発生を抑えることが
できるボールバランサを備えた検体用遠心分離機につい
て記載されており、ボールの表面がゴムまたは合成樹脂
によって被覆されており、ボールバランサ表面にエチレ
ングリコールなどの自滑性の高いコーティング剤が塗布
されていることが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記、特許第２８２４
２５０号公報および特開平１０−９２０９４号公報に
は、アンバランス補正機構の構造および動作原理、作用
が記載されており、基本的には、バランス部材または補
正部材が、中空環状部または転動溝をアンバラン力によ
って生じる遠心力で移動することによってアンバランス
を補正している。上記の公知例では、実質的にバランス
部材または補正部材にボールを使用しているためボール
に統一して説明し、中空環状部または転動溝を転動溝と
して説明する。

【０００６】このような、アンバランス補正機構におい
ては、ボールと転動溝とがディスク装置の駆動とともに
摺動して、接触部のなじみが進行し、補正機能が変化す
ることが懸念される。また、組み立て時に転動溝に注入
された潤滑油が転動溝全体や補正部材に均一に拡散する
には補正部材の事前予備稼動が必要である。約２００時
間程度の予備運転でなじみや潤滑材の拡散が完了し、安
定したアンバランス補正機能が得られる様になる。した
がって、ディスク装置を出荷する前には、なじみを完了
させるなじみ運転が必要となる。

【０００７】なじみ運転に要する時間は、コストを高め
る原因となるためなじみ運転を極力短くすることが課題
となる。

【０００８】また、なじみ運転や、なじみ運転後の長時
間におけるディスク装置の稼動により、ボールまたは転
動溝が削り取られて摩耗粉が発生する。これが、ボール
と転動溝との間に詰まり補正部材のスムーズな移動を妨
げ、強いては、ボールが不動となることもあり、ディス
ク装置の信頼性に悪影響を及ぼす。ボールの不動を防止
することは課題である。

【０００９】さらに、ボールと転動溝との摩耗を低減す
ると同時にボールの滑り性を調節するために潤滑油を転
動溝に注入しているが、潤滑油量が多すぎるとボールと
転動溝との拘束力が大きくなりすぎ不動を引き起こす場
合があり、逆に潤滑油量が少なすぎると、ボールと転動
溝との拘束力が小さくなりすぎ、アンバランス補正位置
でボールが転動溝に対して相対的に静止しなくなる迷走
を生じさせる場合がある。このような、潤滑材に起因す
る不動や迷走を防止することは課題となる。

【００１０】特開平１１−１５４３７１号公報に記載の
潤滑材を注入した場合、潤滑材がボールの回りやリング
溝に均一に濡れるには時間がかかり、予備運転が必要と
なる。また、ボールに潤滑材が濡れやすいため、潤滑材
が抵抗となってボールが転がりにくくなる。ボールとリ
ング溝との摩擦を大き過ぎず、または小さ過ぎずに調節
することは難しく、課題である。また、リング溝に形成
された硬質膜の硬さを最適となるように調節することも
課題である。

【００１１】特開平１１−１５６２４３号公報に記載の
ゴムまたは合成樹脂のコーティングなどは、ディスク装
置などの高密度記録装置に関しては、その膜厚制御が課
題となる。また、ミクロンオーダ厚みのゴムなどは、摩
耗によりコンタミネーションが発生し易い。また、エチ
レングリコールなどを添加する場合は、その量を最適化
することが課題となる。

【００１２】本発明の目的は、上記の課題を解決し、な
じみ運転の時間を低減してコストを下げ、ボールの不動
や迷走を防止したディスク装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願発明のディスク装置
は、上記の課題を解決するために以下の構成を備えたこ
とを特長とする。

【００１４】すなわち、スピンドルモータの回転軸を中
心とする円環溝内に複数の転動可能な補正部材かなり、
補正部材の表面が表面張力が３０dyn／cm以下であり、
水に対する接触角が８０〜１５０度とした。そのため、
補正部材の表面にフルオロアルキルシランまたはフルオ
ロアルキルシランの重合物またはフッ素樹脂層を処理し
たものである。

【００１５】また、転動溝には、エステル油を主成分と
する潤滑油を注入した。

【００１６】さらに、転動溝表面は、ビッカース硬度60
0以上の硬質膜層を処理してある。なお、硬質膜層とし
ては、ニッケルを主成分とし、リンおよびボロンを含有
するめっき層とした。

【００１７】更に、スピンドルモータの回転による遠心
力が作用して円環溝内の潤滑油が、補正部材と円環溝の
側壁との接触する部分に到達しないように、円環溝底面
と、円環溝と補正部材との接触点の間の側壁側に凹部あ
るいは、凸部を設けた。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面を参
照して詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例を用いた光ディ
スク(CD-ROM)装置の外観図を示したものである。光ディ
スク装置の動作は、円板状記録媒体であるディスク１を
装置内に送る(あるいは装置外に出す)ため、図示してい
ないディスクローディング機構により、ディスク１を載
せるためのディスクトレイ３を、装置のフロントパネル
１０に設けた搬出入孔より突出させる。この状態で、デ
ィスク１を前記突出したディスクトレイ３上に載せる。
その後、ディスクトレイ３は前記ローディング機構によ
りディスク１を装置内に送る。ディスク１は、スピンド
ルモータのターンテーブル２上のクランパーホルダー５
に取り付けられている、ディスククランパー（図示せ
ず）によって磁気吸引力により固定される。

【００２０】なお、保持部材であるユニットメカシャシ
６上には、スピンドルモータ等の回転駆動機構や光ヘッ
ドが設けられている。

【００２１】ディスク１は、スピンドルモータにより回
転を始め規定の回転数に増速する。規定回転すに達する
と、ディスク１の下部に配置されているユニットメカシ
ャシ６上の図示していない光ヘッドによって、前記ディ
スク１上の情報を書き込んだり、読み出しを行う。光ヘ
ッドは、対物レンズ駆動装置に搭載されており、さら
に、ディスク１の半径方向に移動可能に径方向移動手段
が設けられている。ユニットメカシャシ６は、図１には
示していないケースを構成するメカベース７に固定され
たユニットホルダー９と弾性部材で構成した防振脚８
ａ、ｂ、ｃ、ｄを介して取り付けられている。

【００２２】ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ装置に使用されるデ
ィスク１は、可換媒体であることが特徴の一つである。
そのため、ディスク１は大量にプレス製作され、製作精
度はそれ程高くすることができず、厚さのばらつきや、
クランプ内径とディスク外径の同心度のばらつきが大き
い。また、ディスク１上に文字や模様を印刷する、ある
いはユーザがディスク判別用に貼るラベル等により発生
する重量のアンバランスも無視できない。すなわち、デ
ィスク１自身に重量アンバランスを有しており、最大１
ｇｃｍ程度のアンバランスを有するディスク１がある。
このようなディスク１を高速で回転させると、ディスク
１を支持しているスピンドルモータには回転に伴い著し
く増加したアンバランス荷重が加わる。スピンドルモー
タを介しユニットメカシャシ６には、前記アンバランス
荷重によるディスク１の回転１次成分の振動が伝播さ
れ、その振動により装置自体の振動、あるいは各部品間
の接触干渉等による騒音となる。そこで、ディスク１の
アンバランスを補正するため、ディスクの回転と同じく
回転する部分(本実施例ではターンテーブル２）に円環
状の溝を設け、その中に補正体(一般に球体が用いられ
ている）を挿入し、回転に伴って、アンバランスが小さ
くなる方向に前記補正体が移動する構成のアンバラス補
正機構が用いられている。

【００２３】上記のような、ディスクアンバランス補正
機構に使用する補正体(球体)であるボールと、転動溝の
制作方法について詳細を以下に説明する。

【００２４】まず、ボールの表面処理方法について説明
する。始めに、非磁性のＳＵＳ３０３や３０４からなる
ボールをアセトンに浸漬し、超音波洗浄機にて約２分間
洗浄する。この洗浄は、ボール表面に付着している有機
成分を除去することを目的としている。このため、アセ
トン以外の有機溶剤や界面活性剤を含む脱脂剤等でもよ
い。また洗浄時間は、汚れの程度に依存するため、前記
の時間に限るものではない。洗浄後、ボールを乾燥させ
た後、４５℃〜５５℃に加熱した濃度１規定の塩酸水溶
液に１分間浸漬し、前処理を行う。この前処理で、ボー
ル表面の無機の汚染物を除去すると同時に、塩酸の腐食
効果でボール表面に微細な凹凸が形成される。腐食は、
ボール材質の結晶粒界から始まり、浸漬時間を長くした
り、または塩酸の温度を高くしたり、または塩酸の濃度
を高くすることによって腐食の度合いが大きくなり、結
晶粒界以外の部分も腐食する。

【００２５】ボールの表面を光学顕微鏡で観察した結
果、１規定の塩酸水溶液の温度を４５℃〜５５℃の範囲
に設定した場合、浸漬時間は約３０秒から約２分間が最
適であることが分かっている。浸漬時間が約３０秒より
短い場合はボール表面の腐食が十分でなく、また２分よ
り長い場合はボールから金属光沢がなくなる程深く腐食
されるため、ボールの表面ががさがさになり、転動溝中
で運動するときに腐食部分が脱落するため好ましくな
い。腐食によって形成される表面凹凸の高低差は、平均
値で数μｍ〜５０μｍ程度である。最適浸漬時間は、塩
酸水溶液の温度、または濃度によって変わることは明ら
かである。また、前処理液は、上記の目的を満たしてい
れば特に限定することはなく塩酸水溶液の代わりに硫酸
や硝酸などその他の酸、または水酸化カリウムや水酸化
ナトリウムなどのアルカリ水溶液でもよい。

【００２６】前処理後、イオン交換水に浸漬し、超音波
洗浄機に２分間かける。この水洗を３回繰り返し塩酸を
十分に洗い流す。この洗浄方法も特に限定することはな
く、塩酸を十分に洗い流せれば、流水洗浄などでもよ
い。水洗浄後、乾燥したボールを表面処理液に３０分間
浸漬し、表面処理液から引き上げ、ボールが乾燥した
後、１５０℃に設定した炉中にて３０分間加熱する。加
熱温度は約１１０℃〜２５０℃、加熱時間は約５分〜６
０分の範囲であれば、処理効果があることを確認してい
る。但し、加熱時間を６０分以下とした理由は、加熱時
間が長くなり過ぎると処理の作業コストが高くなるため
であり、処理効果が低下する分けではない。表面処理液
は、撥水、撥油剤であるヘプタデカフルオロデシルトリ
メトキシシラン（通称フルオロアルキルシラン）を溶媒
のオクタデカフルオロオクタン（通称パーフルオロカー
ボン）に１重量％で混合したものに、加水分解反応の触
媒として、アミノシランを微量添加したものである。

【００２７】表面処理の後、溶媒に３０秒間浸漬し、ボ
ール表面にコーティングされたフルオロデシルトリメト
キシシランの余剰分を除去する。表面処理液の濃度は、
０．５重量％以上１０重量％以下が好ましく、０．５重
量％以下の場合、ボール表面のコーティング密度が十分
でなく、表面処理の効果が小さくなる。一方、１０重量
％以上の場合、表面処理後のボール表面に付着している
余剰分が多くなり、フルオロデシルトリメトキシシラン
消費が大きくなって、コスト的に好ましくない。表面処
理液に使用した溶媒のパーフルオロカーボンは水分の含
有量が少なく、室温においては加水分解の進行が遅いた
め、ポットライフを長くするために使用した。しかし、
溶媒はパーフルオロカーボンに限定することはなく、イ
ソプロピルアルコール、エチルアルコール、メチルアル
コール等でも良い。

【００２８】上記の実施例においては、ボールを１個づ
つ処理するのではなく、ふるいのような網目状の容器を
使用することにより、大量のボールを一度に処理するこ
とが可能なため、処理コストを低く押さえることができ
る。

【００２９】また、ボールの表面処理方法としては、フ
ルオロアルキルシランの代わりにフッ素樹脂をコーティ
ングする方法がある。これは、ボールの前処理行程まで
は同じで、表面処理行程としてテトラフルオロエチレン
を変性した液状のフッ素樹脂剤にボールを浸漬し、その
後加熱乾燥する方法である。また、フッ素樹脂粒子を含
有するコーティング剤にボールを浸漬する方法もある。

【００３０】上記の表面処理を行うことにより、ボール
表面の表面張力は３０dyn／cm以下になる。このよう
に、表面張力を３０dyn／cm以下とすることで、転動溝
に注入された潤滑油(粘性部部材)が補正体に付着し過ぎ
ないように制御することができ、補正体の不動を防止で
きる。

【００３１】上記のように形成した表面処理膜の状態
は、フルオロアルキルシランを用いた場合、単分子から
数十分子層、すなわち数ｎｍから数十ｎｍ厚さの固形膜
または半固形膜または固形と半固形膜の混合膜として形
成される。表面処理工程における加熱は、フルオロアル
キルシランに加水分解、脱水重合反応を起こさせ固形化
するために行うが、加熱の程度により十分に固形化され
ない場合も有る。この場合は、表面処理層の一部に半固
形膜が混入された状態となる。フルオロアルキルシラン
の重合物を用いた場合は、数分子から数千分子層すなわ
ち十数ｎｍから数μｍの膜厚となり、その他の表面状態
はフルオロアルキルシランの場合と同様である。フッ素
樹脂剤を形成した場合の表面状態は、固体膜となり、そ
の膜厚は、処理液の濃度を調節することにより、十数ｎ
ｍから数百μｍと幅広い範囲を選定することができる。
膜厚の上限値は、表面凹凸の凹部を埋めてその効果を消
滅させない程度が良いため、膜厚は、好ましくは数ｎｍ
から数μｍである。

【００３２】図２に表面処理をした場合（ａ）と、しな
い場合（ｂ）の潤滑油（エステル油）の状態を示す。

【００３３】表面処理後のボールの表面特性を調べる方
法としては、水をボールに滴下する方法がある。表面処
理されたボールの表面はぬれ性が小さくなっているた
め、水を滴下した場合、水は弾れてしまいボール表面に
はほとんど残らない。ボール表面の曲面に対し十分微少
な水滴、例えば０．１ｍｍ³の水をボール表面に滴下し
た場合、水の接触角が８０度から１５０度のときが、上
記の表面処理が良好に行われていることを確認した。

【００３４】フルオロアルキルシランまたはフルオロア
ルキルシランの重合物またはフッ素樹脂によるコーティ
ングの程度により、上記の水の接触角は変化し、水の接
触角が８０度以下の場合は、コーティングが不十分であ
る。通常、上記のフルオロアルキルシランまたはフルオ
ロアルキルシランの重合物またはフッ素樹脂により表面
処理すると、ほぼ平滑な面に対しては水の接触角は１２
０度以下であるが、１２０度以上の場合は、上記の洗浄
工程により形成された表面の凹凸が形状効果となったも
のである。ただし、水の接触角が１５０度以上となる場
合は、表面の凹凸が細かくなり過ぎている。すなわち、
ボール表面の洗浄工程による腐食が進み過ぎた状態であ
り好ましくない。このような、フルオロアルキルシラン
またはフルオロアルキルシランの重合物またはフッ素樹
脂による表面処理を行ったボールに、潤滑剤として転動
溝に注入するエステル油が接触した場合、図２（a）に
示すようにボール６１の低表面張力の効果により、エス
テル油６３がボール６１表面をにじんでぬれ広がらず
に、適度に付着する。図２（b）に示すようにボール６
１表面にエステル油６３が付着し過ぎた場合、ボール６
１移動の抵抗となったり、ボール６１と溝６２またはボ
ール６１と隣接する他のボール（図示せず）との付着が
大きくなり過ぎて、ボール不動の原因となる。また、ボ
ールにエステル油が付着しない場合は、ボール同士の摩
擦が小さくなって、ボール迷走の原因になる。このよう
に、ボール表面の表面処理はボールへのエステル油の付
着を調節する働きが有り、結果的に適度な動摩擦係数お
よびまたは静止摩擦係数を与えるものである。

【００３５】一方、ボールのフッ素処理を実施しない場
合は、エステル油がボール表面にぬれ広がり付着し過ぎ
るため、ボール同士の付着が大きくなったり、ボール移
動の妨げとなり、好ましくない。

【００３６】ここで、上記のボールバランサの摩擦機構
を図３および図４を用いて説明する。ボールの摩擦個所
は、図３（a）のように摩擦部ａ、摩擦部ｂ、摩擦部ｃ
の三個所になる。摩擦部ａはすべり摩擦で、摩擦部ｂ、
摩擦部ｃは転がり摩擦とすべり摩擦が介在した摩擦にな
る。上記摩擦力の中で、摩擦部ｂはボールの荷重Ｗが直
接関係し、摩擦部ｃは遠心力が支配的になる。従って、
低速回転では摩擦部ｃの摩擦力は、摩擦部ａ、摩擦部ｂ
に比較し、小さい。ボールバランサーの場合、ボール転
動面に潤滑材を用いないと、上記した摩擦力が小さいの
で、モータ駆動後一定回転数になってもボールが所定の
位置に止らないで迷走し、不釣合い修正ができないこと
が多い。従って、従来のボールバランサーでは、転動面
に潤滑油を塗布したり、ボールに表面処理して摩擦抵抗
を与えて迷走防止を図っている。しかし、従来のボール
バランサーでは、潤滑油の粘度と温度の関係やボールに
表面処理後のボールの精度（真球度）が摩擦抵抗に関係
するため、関係適度の摩擦抵抗を与えることが困難であ
る。

【００３７】すなわち、実験結果によると図４に示すよ
うに、ボールに表面処理をしないで、しかも潤滑油を用
いない時の摩擦抵抗を１とすると、潤滑油を転動面に塗
布するだけで摩擦抵抗が４倍になる。この摩擦抵抗は温
度の依存性が大きく、温度が低いほど摩擦抵抗が著しく
増大する。ボールに本発明の表面処理をして潤滑油を用
いない場合と、ボールに表面処理をしないで転動面に潤
滑油を用いない場合と比較すると、摩擦抵抗は２倍程度
増加する。従来のボールに表面処理をしないで転動面に
潤滑油を塗布した場合、約５倍程度摩擦抵抗が増加し
て、これにより、ボールが逆に動かなくなるという問題
が発生する。ボールに表面処理をして、転動面に潤滑油
を塗布した場合は、摩擦抵抗の増加は３倍程度と増加が
少ないことが分かった。

【００３８】すなわち、本発明の表面処理膜厚が数ｎｍ
〜数十ｎｍと薄く、ボールの表面精度（真球度）を変え
ないでコーティング膜の摩擦抵抗を付与しているので、
摩擦抵抗が小さく、一定である。さらに、本発明の表面
処理はフッ素コーティングであって、潤滑油をはじく性
質を持っているので図３に示すボール間の摩擦ａは、ほ
とんど潤滑油のない状態であり、潤滑油の粘性抵抗の影
響をない。従って、上記したように本発明の実施例で
は、転動面に潤滑油を塗布すると、ボールに表面処理を
しないで転動面に潤滑油を用いない時の摩擦抵抗の高々
３倍程度で摩擦抵抗の増加が少ない。本発明では、さら
に潤滑油の塗布による粘性摩擦抵抗の温度の影響を少な
くするために、潤滑油として通常の鉱油系の潤滑油より
も蒸発減量の少ないポリオールエステル油を用い、粘度
も２０センチポアズ〜４０センチポアズの潤滑油を用い
ている。モータの実装評価結果によると、この範囲の粘
度とフッ素コーティングの組合わせではボールの迷走が
ほとんどなく、精度よく不釣合い修正ができることが分
かった。これ以上の粘度になると温度の影響が大きくな
り、これ以下の粘度では高温（６０℃前後）で摩擦抵抗
が小さくなると共に、長期の使用を配慮すると潤滑油の
蒸発によって摩擦抵抗が減少する恐れがある。

【００３９】また、エステル油を注入することによりボ
ールや溝に形成された適度な厚みの油膜は、ボールと溝
やボールとボールとの直接接触を軽減し、ボール表面に
処理したフルオロアルキルシランやフッ素樹脂膜の寿命
を長くすると同時に、ボールと溝との摩耗を防止する効
果もある。

【００４０】さらに、転動溝に入れたボールの数を変え
た場合の、ボールと転動溝との動的安定性を調べた結
果、ボールの数を８個〜１６個まで変えて測定した動摩
擦係数の標準偏差を求めると、転動溝にエステル油を１
μｌ注入した場合の動摩擦係数の標準偏差が略０とな
り、高い安定性となった。エステル油を注入しない場合
の標準偏差は、０．００４５であった。

【００４１】次にターンテーブルに、硬質めっきを形成
する方法を説明する。硬質めっきを必要とする部分は、
ボールと接触する転動溝であるが、処理行程を簡便にす
るため、ターンテーブル全体にめっきを施した。硬質め
っきとしては、日本カニゼン（株）のカニボロンTMめっ
きを使用した。このめっきは、ニッケルリンめっきに、
ボロンを添加した化学ニッケルめっきであり、めっき層
の表面硬度はビッカース硬度７５０ＨＶである。通常の
化学ニッケルリンめっきの場合、ビッカース硬度が５２
０ＨＶ程度となり、硬度としては小さい。図５は、ボー
ルバランサのボールと転動溝との間の接触部に働く最大
応力とディスク回転数との関係を示した図である。ディ
スクの回転数の増加に伴って接触部の最大応力は増加す
る。一方、２マイクロメータから１０マイクロメータ厚
さのめっき膜は、その硬さの５分の１が降伏応力に相当
することを確認している。本発明においては、５０倍速
すなわち回転数１１００ｒｐｍにおいても転動溝の摩耗
を防止することを目的にしている。ところで、図５より
このときの接触部の最大応力は、上記通常の化学ニッケ
ルリンめっきの硬さを応力に換算した値とほぼ等しく、
転動溝が変形する危険性がある。本発明に使用しためっ
き（７５０ＨＶ）の場合は、降伏応力が十分に高く、転
動溝の変形はない。硬さのばらつきを考慮くるとビッカ
ース硬度６００ＨＶ以上の硬質膜でコーティングするこ
とにより、転動溝の摩耗が低減し、そのため摩耗塵が発
生せず、ボールの不動を防止することが可能となる。

【００４２】次に、アンバランス補正機構の稼動実験の
評価結果について説明する。

【００４３】ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシ
ランで表面処理したボール１２個と、カニボロンＴＭめ
っき５μｍ施したターンテーブルを用い、転動溝にエス
テルオイル１μｌ注入してＣＤ−ＲＯＭユニットメカを
組み立てた。

【００４４】（比較例１）表面処理していないボール１
２個とカニボロンＴＭめっき５μｍ施したターンテーブ
ルを用い、転動溝にエステルオイル１μｌ注入してＣＤ
−ＲＯＭユニットメカを組み立てた。

【００４５】（比較例２）表面処理していないボール１
２個とカニボロンＴＭめっき５μｍ施したターンテーブ
ルを用い、転動溝にエステルオイル３μｌ注入してCD−
ROMユニットメカを組み立てた。

【００４６】（比較例３）表面処理していないボール１
２個とカニボロンＴＭめっき５μｍ施したターンテーブ
ルを用い、転動溝にオイルを注入せずにＣＤ−ＲＯＭユ
ニットメカを組み立てた。

【００４７】上記の実施例１、比較例１〜３の結果を図
６に示す。実験は、実際に偏重心となっているディスク
を実装し、振動計測により判定した。図６の縦軸は、本
発明のディスクアンバランス補正機構及びこれを用いた
ディスク駆動装置において、許容される振動量を１とし
たときの各試験における振動量の比を示している。振動
量の比が１より大きい場合は、振動が大きく実用は困難
である。また、図６の斜線の範囲で振動量の比が０．５
５より小さい場合は、ボールが整定せず迷走状態になり
易く試験数の５％を超えるため好ましくない。

【００４８】次に、ディスクの高速回転時に生じる補正
部材（ボール）の不整定性現象について本発明の一実施
例を含め、説明する。ここで、ボールの整定性とは回転
系のアンバランスに対し、ボールが理想的なアンバラン
ス補正位置に移動する動作をいう。

【００４９】図７に本発明のアンバランス補正機構の構
成を説明する図である。図７（ａ）は、本発明のディス
ク装置のスピンドルモータ付近の断面図である。

【００５０】本実施例のディスク装置において、ターン
テーブル２の上にディスク１が取付けられている。ディ
スククランパー４は外筒３４ｂ内に設けた吸引用鉄板３
５が押え板３４ｂにて固定されている。ターンテーブル
２は回転軸２１(シャフト)側のボス部に永久磁石３２が
設けられ、外周側にはアンバランス補正機構として円環
状溝１６が設けられ、その溝の上部にはこの溝内に外部
から塵埃等が入らないように防塵蓋３１が設けられてい
る。なお円環溝内にはアンバランス補正体としてボール
(球体）１４が複数個入れられている。また、ターンテ
ーブルの外周側のディスク１と接触する部分には、ゴム
又はプラスチック、ラバーシート等からなる弾性体３０
が設けてある。

【００５１】このターンテーブル２は回転軸２１にはめ
込まれており、さらにその下部にはスピンドルモータの
ロータを構成する外筒部２３が取り付けられている。こ
のロータ外筒部２３には永久磁石２４が取付けられてい
る。スピンドルモータは、回転軸２１を支持するためラ
ジアル軸受２８ａ、２８ｂ及びスペーサ２９とスラスト
軸受３６が回転軸回りに設けられ、ラジアル軸受ハウジ
ング３３に取り付けられ、この軸受ハウジング３３には
コイル２７とモータ固定子２６が回転軸２１と反対側の
面に取り付けてある。なお軸受ハウジング３３及びスラ
スト軸受３６は、ステータ基板２５に固定されている。
本発明のアンバランス補正機構部の拡大図を図８に示
す。

【００５２】図８（ａ）はアンバランス補正機構である
円環溝１６部の断面である。ボール１４が円環溝内１６
を転がり回転系のアンバランスを補正する場合、ボール
１４は円環溝１６の側壁に接しながら転がる（図中の矢
印b）。この時、ボール１４と円環溝１６底面の接触部
は常に滑り状態となり、側壁面では転がり状態となるこ
とが好ましい。そのため、前述の実施例ではボール表
面、及び、円環溝の表面、更には使用する潤滑油を最適
に選定することで、対策してきた。しかし、潤滑油の劣
化等に伴い理想的な状態を長時間に保持することが難し
く、このため、理想的な状態を更に伸ばすために、次の
ような構成を採用した。

【００５３】図８(ａ)は溝形状が従来の溝形状である
が、潤滑油の劣化等により、ディスクを高速回転すると
遠心力（図中矢印a方向）の作用によって、円環溝１４
底面に塗布した潤滑油（粘性部材）４２が外周方向（矢
印c）に移動する。長時間スピンドルモータを回転させ
ると、潤滑油４２は円環溝１６の側壁に流れ込み、側壁
でボール１４との滑りを生じさせる。この結果、高速回
転時のアンバランス補正においてボール１４の不整定性
現象が生じていた。

【００５４】図８（ｂ）は、上記問題を解決するための
円環溝１６の構造の一実施例を示したものである。本実
施例では、粘性部材４２を塗布した円環溝１６底面から
ボール１４がスピンドルモータの回転により遠心力が作
用して円環溝１６の側壁に、溝底部から側壁のボール接
触点との間に新たに凹部である円環溝１６を設けた。こ
れは、図８（ａ）で述べた遠心力による潤滑油４２の側
壁への流れ込みを防止するものである。図中の符号
（a、b、c）は、先に述べた図８（ａ）の符号と同じも
のである。

【００５５】円環溝１６の底面に塗布された粘性部材４
２は、スピンドルモータの高速回転による円環溝１６の
外周方向に移動する。ここで、円環溝１６に設けた他の
溝５１に前記粘性部材４２が流れ込み、遠心力は外周方
向に働くためこの溝から円環溝１６の側壁（内周方向）
に流れ込むことを完全に防ぐことができる。このため、
円環溝１６とボール１４の接触状態は、側壁部で転がり
となり底面では滑り状態となる。底面に塗布した粘性部
材４２により底面部でのみ滑り抵抗を低減することが可
能となる。また、ここでは溝５１を新たに設けた実施例
について説明したが円環溝１６底面からボール１４が側
壁と接触する部分との間に円環状の突起を設けても同様
の効果を得ることができる。このような構成により、装
置のデータの高速転送に伴い、ディスクの高速回転（遠
心力が増加しても）においてもアンバランス補正時のボ
ールの安定した整定性を確保することができ、ディスク
装置の低振動、低騒音化が図れ、信頼性を向上させるこ
とができる。

【００５６】図８（c）は円環溝構造の他の実施例を示
したものである。図８（c）では、側壁のボール４１の
接触部にＶ溝を形成し、更に、ず８（ｂ）の溝５１を設
けたものである。このような構成では、スピンドルモー
タに上下方向の振動が加わっても円環溝１４の側壁とボ
ール間では上下方向で滑ることなく、かつ、底面に塗布
した粘性部材４２が前記側壁に流れることはない。ま
た、側壁に設けたＶ溝の位置をボール１４が遠心力で側
壁に押し付けられているときボール１４と円環溝１６の
底面が離れるようにすることでボールは完全に転がり接
触状態でアンバランス補正を行うことができる。

【００５７】図８では円環溝１６とボール１４の接触に
ついて潤滑油４２は底面のみ作用する構造を提案した。
先に述べたボールの表面処理技術により円環溝１６側壁
のみ表面処理することでも同様の効果を得ることができ
る。また、図８の構成とすることで従来の潤滑油や、従
来のボールまた、従来の円環表面の状態とした場合でも
側壁のボールが転がる状態を長時間に保持することが可
能となる。

【００５８】

【発明の効果】上述のように、本発明のディスク記憶装
置は、アンバランス補正機構のボールと転動溝との接触
が組み立て初期から安定しており、なじみ運転の時間を
短縮することができ、これにより、生産時間を短縮でき
コストを低減することができる。

【００５９】また、長時間におけるディスク装置の稼動
による、ボールまたは転動溝の摩耗が少なくなるため、
ボールの不動がなくなる。さらに、ボールと転動溝との
拘束力が小さくなりすぎ、アンバランス補正位置でボー
ルが転動溝に対して相対的に静止しなくなるような迷走
がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する光ディスク装置の
外観図。

【図２】ボール表面と転動溝に付着したエステル油の状
態を示す図。。

【図３】ボールバランサの摩擦機構を説明する図。

【図４】ボール表面処理と潤滑油塗布の効果を示す図。

【図５】転動溝に必要な硬さを説明する図。

【図６】本発明のディスク装置の実施例１、及び比較例
１〜３の駆動実験結果を示した図。

【図７】本発明のスピンドルモータ部の断面図。

【図８】本発明のアンバラス補正機構の構造を説明する
図。

【符号の説明】

１…記録媒体(ディスク)、２…ターンテーブル、３…デ
ィスクトレー、６…ユニットメカシャシ、７…メカベー
ス、１４、４１、６１…補正体（ボール）、１６、６２
…転動溝（円環溝）、２１…回転軸、２２…ターンテー
ブル、２３…ロータ外筒、２４…磁石、２５…ステータ
基板、２６…モータの固定子、２７…コイル、２８…ラ
ジアル軸受、２９…スペーサ、３０…弾性体、３１…防
塵蓋、３２…磁石、３３…軸受ハウジング、３４ａ…外
筒、３５…吸引鉄板、３６…スラスト軸受、４２…粘性
部材、５１…溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新居勝敏茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者佐藤良広茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者山内良明茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者熊坂登行茨城県ひたちなか市稲田1410番地株式会社日立製作所デジタルメディア製品事業部内 (72)発明者大山和人茨城県ひたちなか市稲田1410番地株式会社日立製作所デジタルメディア製品事業部内 (72)発明者三木久弘茨城県ひたちなか市稲田1410番地株式会社日立製作所デジタルメディア製品事業部内 (72)発明者平田知己茨城県ひたちなか市稲田1410番地株式会社日立製作所デジタルメディア製品事業部内Ｆターム(参考） 5D038 BA04 BA10 CA03 5D109 DA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピンドルモータの回転部材に設けた円環
溝と、前記円環溝内に複数の転動可能な補正体とを有す
るアンバランス補正機構を備えたディスク装置におい
て、前記補正体の表面の表面張力が３０dyn／cm以下であり
水に対する接触角が８０〜１５０度になる表面処理を施
してあるディスク装置。
【請求項２】スピンドルモータの回転部材に設けた円環
溝と、前記円環溝内に複数の転動可能な補正体とを有す
るアンバランス補正機構を備えたディスク装置、前記補正体の表面にフッ素を含む化合物の処理を施した
ディスク装置。
【請求項３】スピンドルモータの回転部材に設けた円環
溝と、前記円環溝内に複数の転動可能な補正体とを有す
るアンバランス補正機構を備えたディスク装置におい
て、前記補正体の表面にフルオロアルキルシランまたはフル
オロアルキルシランの重合物またはフッ素樹脂層の処理
を施したディスク装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載したディ
スク装置において、前記転動溝にエステル油を主成分とする潤滑油を注入し
たディスク装置。
【請求項５】請求項４記載のディスク装置において、前記転動溝表面にビッカース硬度６００以上の硬質膜層
を形成したディスク装置。
【請求項６】請求項５記載のディスク装置において、前記硬質膜層がニッケルを主成分とし、リンおよびボロ
ンを含有するめっき層であるディスク装置。
【請求項７】スピンドルモータの回転部材に設けた円環
溝と、前記円環溝内に複数の転動可能な補正体とを有
し、前記円環溝の底面に潤滑油を塗布したディスク装置
において、潤滑油を塗布した円環溝底面から前記円環溝の側壁の回
転中に前記補正体が接触する点の間に、凹部あるいは、
突起部を設けたディスク装置。