JP3594284B2 - スピンドルモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ、あるいはＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、その他各種情報記録ディスク（以下、単に「ディスク」という）を回転駆動するスピンドルモータに関するもので、特に、回転時にディスクの偏重心によって生じるシャフトの振れおよび振動を低減することができるスピンドルモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディスクを回転駆動するスピンドルモータは、シャフトの一端にターンテーブルが嵌合されていて、このターンテーブルにディスクが載置される。ターンテーブルの中心には円錐台状あるいは半球状の突起があり、この突起にディスクの中心孔を嵌めることによって中心位置が決められる。
【０００３】
スピンドルモータの駆動によってターンテーブルが回転駆動されるとターンテーブルと共にディスクも回転し、ディスクの記録トラックに記録されている信号が光ピックアップ等の読み取り部によって読み取られる。書き換え可能なあるいは書込可能なディスクでは情報信号を書き換えあるいは書き込むこともできる。そして、近年のＣＤ−ＲＯＭドライブ装置などに見られるように、ディスクの読み書きの処理速度を高めるために、ディスクの回転を高速化する傾向にあり、高速化に対応することができるスピンドルモータが要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ディスクの回転を高速化すると、ディスクの僅かな偏重心により、ディスク回転時に生じる遠心力のアンバランスが大きくなり、この遠心力のアンバランスによってシャフトが振れながら回転してしまうという問題がある。シャフトが振れながら回転し、振動が大きくなると、ディスクに記録されている情報信号を読み取り部あるいは書き込み部で正確に読み取りあるいは書き込むことができなくなるという問題がある。
【０００５】
一般に、ディスクの偏重心によって生じる遠心力は、回転速度の２乗に比例し、回転速度が高速になるほどシャフトの振れおよび振動は極端に大きくなる。従って、ディスクの偏重心によって生じるシャフトの振れおよび振動は、ディスク回転の高速化の大きな弊害になっている。
【０００６】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、ディスクの偏重心によって生じるディスク回転時の遠心力のアンバランスを相殺することにより、ディスクを高速回転させてもシャフトの振れを抑制することができ、振動も低減され、もって、ディスクに対する情報信号の読み取りおよび書き込みを高速かつ正確に行うことができるスピンドルモータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１記載の発明は、回転自在に支承されたシャフトと、上記シャフトと一体に回転するロータケースと、上記シャフトの一端側に嵌合されてディスクを搭載しながら回転するターンテーブルと、上記ロータケースと上記ターンテーブルとの間に位置し、重心からずれた位置に上記シャフトの直径よりも大径の孔を有し、この孔が上記シャフトに遊嵌され上記ロータケースの回転に伴って回転する偏心部材とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、２個以上の偏心部材が、上記シャフトに遊嵌されていることを特徴とする。
【０００９】
上記偏心部材は、請求項３記載の発明のように、上記偏心部材と上記ロータケースとの間に低摩擦係数部材が介在しているとなおよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるスピンドルモータの実施の形態について説明する。
図１には、ディスク１０をターンテーブル９上に搭載した状態が示されている。符号１は、鉄板などからなるモータ基板である。このモータ基板１には、その中心部に形成された孔にスラスト受１８が嵌められ、このスラスト受け１８を囲んで、円筒状に形成された軸受２の一端が載せられ、ネジ３によって軸受２がモータ基板１に固定されている。軸受２は焼結含油メタルからなる。
【００１１】
上記軸受２の外周側にはステータコア４が同心状態に嵌められ、上記ネジ３によって軸受２およびモータ基板１に一体に固着されている。ステータコア４は、複数枚のコア素体が積層されることによって形成され、複数の突極を放射状に有し、各突極には駆動コイル５が巻回されている。
【００１２】
軸受２の内周側にはシャフト６が嵌められ、シャフト６がこの軸受２により回転自在に支承されている。また、スラスト受け１８によってシャフト６のスラスト方向の荷重が支持されている。軸受２の上端面から突出したシャフト６の外周には、カップ状のロータケース７の中心孔が圧入され、シャフト６とロータケース７が一体に結合されている。ロータケース７は、ステータコア４を含むモータのステータを覆っており、ロータケース７の外周壁７ａの内側面には駆動マグネット８が固着されている。この駆動マグネット８の内周面は、ステータコア４の外周面である前記各突極の先端面と適宜の間隙をおいて対向している。
【００１３】
ロータケース７の上面から突出したシャフト６の一端側の外周には、ディスク１０を搭載する円盤状のターンテーブル９の中心孔が圧入され、シャフト６とターンテーブル９が一体に結合されている。ターンテーブル９の上面中心部には、半球状の凸部９ａが形成されている。上記凸部９ａの外縁の直径は、ディスク１０の中心孔の直径とほぼ同じになっている。ディスク１０は、その中心孔の縁部が上記凸部９ａの外周縁に案内されながらターンテーブル９上に搭載され、ターンテーブル９の中心とディスク１０の中心とが合致するように位置決めされる。なお、半径方向に進退可能な付勢部材を凸部９ａの外周面部に設けて、この付勢部材を利用してディスクの位置決めを行うようにしてもよい。
また、ターンテーブル９のディスク１０を搭載する面には、図示されてはいないが、載置されたディスク１０の滑り止め用のラバーが取り付けられる。
【００１４】
また、ディスク１０の拘束手段として、ターンテーブル９の上方位置に、ターンテーブル９のディスク搭載面に対向させてクランプ部材１１をセットしてディスク１０を拘束する場合もある。この場合、例えば、クランプ部材またはターンテーブル９の一部に磁石を埋め込み、ターンテーブル９とクランプ部材１１相互間の磁気吸引力で、クランプ部材１１をターンテーブル９側に吸引させることによってディスク１０の拘束することができる。
【００１５】
上述のようにして構成されたスピンドルモータは、駆動マグネット８の回転位置に応じて各突極の駆動コイル５への通電を切り換え制御することにより、駆動マグネット８、ロータケース７、シャフト６、およびターンテーブル９が回転駆動され、ターンテーブル９上に搭載されたディスク１０を回転駆動することができる。
【００１６】
前述のように、ディスク１０の記録信号の読み取りあるいは読み書きの処理速度を高めるためにディスク１０の回転を高速化すると、遠心力の増大に伴ってディスク１０のわずかな偏重心によるアンバランス量が大きくなり、ディスク１０およびターンテーブル９の振れが大きくなる。ディスク１０の振れが大きくなると、ディスク１０に記録されている情報信号を正確に読み取ることができない。また、ディスク１０に情報信号を正確に書き込むことも困難になる。
【００１７】
そこで図１に示す実施の形態では、上記ロータケース７と上記ターンテーブル９との間に、シャフト６に遊嵌された可動バランス部材としての偏心部材１２が配置されている。これをより具体的に述べると、図１および図２（ａ）に示すように、偏心部材１２は金属や樹脂などでできた円盤状のもので、重心からずれた位置にシャフト６の直径よりも大径の孔１２ａが形成されている。この孔１２ａがシャフト６によって空間的余裕をもって貫通されていることにより、偏心部材１２はシャフト６に遊嵌され、ロータケース７上に載置されている。この実施の形態は、ディスク１０の偏重心によってディスク回転時に生じる遠心力のアンバランスを偏心部材１２の作用によって相殺し、シャフト６の振れを抑制し、振動の発生を抑えるものである。
【００１８】
スピンドルモータの駆動によりロータケース７が回転すると、その上に載っている偏心部材１２は、ロータケース７の回転に伴って同じ向きに回転する。ロータケース７の回転開始当初は、偏心部材１２は不特定の向きにある。スピンドルモータの回転速度が上がるに従ってディスク１０の回転速度も高速になる。ディスク１０に偏重心があり、この偏重心がたとえ僅かであったとしても、ディスク１０の回転速度が高速になることによって遠心力のアンバランスが大きくなり、仮に偏心部材１２がないとすればターンテーブルおよびディスクの振れが大きくなる。しかし、上記実施の形態によれば、図３に示すように、ある瞬間におけるディスク１０の偏重心の向きをαとすると、偏心部材１２はその孔１２ａを中心として広い面積を占める広域円弧部１２ｂが上記ディスク１０の偏重心の向きαとは正反対の向きβに向く。すなわち、ディスク１０の偏重心によって生じる遠心力のアンバランスを相殺する遠心力が偏心部材１２に生じる。このようにして、偏心部材１２は、ディスク１０の偏重心による遠心力のアンバランスを相殺する向きを維持しながらロータケース７、ターンテーブル９、ディスク１０と共に回転する。
【００１９】
以上のように、偏心部材１２の回転によって生じるアンバランスな遠心力によって、ディスク１０に生じるアンバランスな遠心力を相殺することができるため、ディスク１０を高速回転駆動してもシャフト６、ターンテーブル９およびディスク１０の振れが低減される。その結果、ディスク１０に記録されている情報信号を図示しない読み取り部で正確に読み取ることができ、また、ディスク１０に情報信号を正確に記録することができる。
【００２０】
偏心部材１２によるアンバランスな遠心力の相殺作用を迅速に発揮させるために、図４に示すような構成にするとよい。図４において、上記偏心部材１２と上記ロータケース７との間のシャフト６の外周には、摩擦係数の低い摺動性の良い円盤状の低摩擦係数部材１３が取り付けられている。上述の通り、偏心部材１２は、ロータケース７の回転速度がある程度の回転速度に達して初めてアンバランスな遠心力の相殺作用を発揮するが、図４に示すように、ロータケース７の偏心部材１２を載置する側に、低摩擦係数部材１３を取り付けることにより、偏心部材１２とロータケース７との摩擦力を小さくすることができるため、ロータケース７の回転速度が比較的低くても、迅速にアンバランスな遠心力の相殺作用を発揮させることができる。
【００２１】
図４に示す例では、偏心部材１２とロータケース７との間に低摩擦係数部材１３を設けているが、図５に示すように、摩擦係数の低い摺動性の良いリング状の部材１４を、偏心部材１２の孔１２ａの内周に取り付けるように構成してもよい。この構成により、偏心部材１２とロータケース７との摩擦を小さくし、アンバランスな遠心力の相殺作用を迅速に発揮させることができる。上記リング状の部材１４は、偏心部材１２に嵌め込んでもよいが、偏心部材１２に一体に成形してもよい。
【００２２】
上記ディスクの偏重心によるアンバランスな遠心力を相殺する偏心部材１２の遠心力は、ディスク１０の偏重心から生じる遠心力のアンバランスと同等であれば、このアンバランスな遠心力を完全に相殺することができ、遠心力のアンバランスによるシャフト６の振れを完全に防止することができる。上記アンバランスな遠心力を相殺する力がアンバランスな遠心力よりも小さい場合には、アンバランスな遠心力を完全に相殺することはできないが、偏心部材１２によって生じるアンバランスな遠心力に相当する分のアンバランスな遠心力を相殺することができるため、シャフト６の振れを大幅に抑制することができる。
【００２３】
一方、偏心部材１２によるアンバランスな遠心力が上記ディスクの偏重心によるアンバランスな遠心力よりも大きい場合には、偏心部材１２による遠心力がディスクのアンバランスな遠心力よりも大きい分だけ遠心力のアンバランスを生じることになるが、ディスクによる遠心力と偏心部材１２による遠心力とのアンバランスが所定の小さい範囲内であれば、シャフト６の振れを小さな範囲内に抑制することができる。
【００２４】
以上説明した各実施の形態では、偏心部材１２を一つ設けた場合について説明したが、偏心部材１２を複数設けることもできる。図２（ｂ）には、２個の偏心部材１２をシャフト６に遊嵌させた実施の形態を示している。以下、偏心部材１２を２つ設けた場合の偏心部材１２の作用について説明する。
【００２５】
図６に示すように、ディスク１０の回転を高速にしてディスク１０の偏重心による遠心力のアンバランスが大きくなると、２個の偏心部材１２、１２は、互いに開角θを保ちながらロータケースと共に回転する。このときの一方の偏心部材１２の遠心力をβ’とし、他方の偏心部材１２の相殺力をβ”とすると、この相殺力β’と遠心力β”の合力は、ディスク１０の偏重心によって生じるアンバランスな遠心力の方向αと正反対の方向に生じると共に、上記ディスク１０に生じるアンバランスな遠心力と同等な力となる。
【００２６】
従って、偏心部材１２を一つ設けた場合と異なり、２個の偏心部材１２、１２に生じる遠心力β’＋β”の合力によって、ディスク１０の偏重心によるアンバランスな遠心力を相殺することができるため、ディスク１０を高速回転させてもターンテーブル９やシャフト６が振れることはない。その結果、ディスク１０上の信号を読み取り部で正確に読み取り、また、正確に書き込むことができる。
【００２７】
図２（ｂ）に示す実施の形態において、２個の偏心部材１２、１２の偏重心によって生じる遠心力の合力をＭとすると、Ｍ∝ｋ／θ（Ｋ＝定数）となる。従って、角度θは小さくなるにつれて、遠心力の合力Ｍが大きくなる。上記ディスク１０に偏重心がなく遠心力のアンバランスが生じていない場合には、角度θは１８０度となる。以上要するに、２個の偏心部材１２、１２は、互いの遠心力の合力によってディスクのアンバランスな遠心力を相殺するように、相互間の開角θを保ちながらディスクと共に回転する。
【００２８】
図２（ｂ）、図６の例では、偏心部材１２が２個設けられていたが、３つ以上の複数設けた場合も、各偏心部材１２に生じる遠心力の合力でもってディスク１０の偏重心によって生じる遠心力のアンバランスを相殺することができる。
【００２９】
本発明は、ブラシつきモータや軸受としてボールベアリング等を用いたあらゆる種類のモータにも適用することができる。また、軸受構造、ターンテーブルの構造なども任意に設計変更可能である。図７は、軸受構造やターンテーブルの構造などがこれまでの実施の形態とは異なる実施の形態を示す。
【００３０】
図７に示す実施の形態では、モータ基板１の中心部に形成された中心孔に、軸受ホルダー２０がかしめ等で固定されている。この軸受ホルダー２０の内周面には、円筒状のメタル軸受２２、２２が上下両端に固定されている。この軸受２２、２２によってシャフト６は回転自在に支承されている。また、軸受ホルダー２０の下端部内周に嵌められたスラスト受１８によってシャフト６にかかるスラスト方向の荷重が支持されている。
【００３１】
上記軸受ホルダー２０の外周側には、ステータコア４がかしめ等によって同心状態に固着されている。ステータコア４の各突極には駆動コイル５が巻回されている。上側の軸受２２の上端面から突出したシャフト６の外周には、カップ状のロータケース７の中心孔が圧入され、シャフト６とロータケース７が一体に結合されている。ロータケース７の外周壁７ａの内側面には駆動マグネット８が固着されている。この駆動マグネット８の内周面は、ステータコア４の外周面である前記各突極の先端面と適宜の間隙をおいて対向している。
【００３２】
ロータケース７の上端面から突出したシャフト６の一端の外周には、ディスク１０を搭載する円盤状のターンテーブル２９の中心孔が圧入され、シャフト６とターンテーブル２９が一体に結合されている。ターンテーブル２９の上面中心部には、円錐状の凸部２９ａが形成され、径方向中心位置に前記中心孔が形成されている。
【００３３】
上記凸部２９ａの中心孔の外周には、リング状の凹嵌部２９ｂが形成されていて、この凹嵌部２９ｂ内には磁石３０が埋め込まれている。また、ターンテーブル２９のディスク１０を搭載する面には、搭載されたディスク１０の滑り止め用のラバー２１が取り付けられている。
【００３４】
上記ターンテーブル２９の上方位置には、磁性部材からなるクランプ部材１１が配置されている。このクランプ部材１１はディスク１０をチャッキングするためのもので、チャッキング時にターンテーブル２９上に搭載されたディスク１０をターンテーブル９の搭載面に押圧するものである。チャッキングは、上記磁石２９ｂの磁気吸引力でクランプ部材１１を上記ターンテーブル２９に吸引させて行うことができる。なお、ディスク１０のチャッキングは、磁気的吸引力によるものに限られるものではなく、適宜の機械的押圧力によってチャッキングするものであってもよい。
【００３５】
さらに、ロータケース７とターンテーブル２９との間には、シャフト６を貫通して遊嵌された２つの偏心部材１２、１２が設けられている。２つの偏心部材１２、１２を設ける場合、各偏心部材１２、１２の孔の周囲に厚肉部１２ａを形成するとよい。厚肉部１２ａを形成することによって、偏心部材１２とロータケース７との摩擦力を軽減することができる。なお、この実施の形態では、円盤状の部材の中心からずれた位置にシャフト６により貫通される孔を形成しているが、この代わりに円盤状の部材の中心にシャフト６によって貫通される孔を形成するとともに、円盤状部材の重量配分を片寄らせて偏心部材を形成することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
本願請求項１記載の発明によれば、ロータケースとターンテーブルとの間に、シャフトを中心とするロータケースの回転に伴って上記シャフトを中心とする円周上を移動してディスクの回転バランスを保持する可動バランス部材として偏心部材を設けることによって、ディスクの偏重心により生じるアンバランスな遠心力を上記偏心部材によって相殺することができ、ディスクを高速回転させてもシャフトやターンテーブルの振れが抑制され、かつ振動を低減することができる。その結果、ディスクに記録されている情報信号を正確に読み取り、また、ディスクに情報信号を正確に記録することができる。
【００３７】
本願請求項２記載の発明のように、２個以上の偏心部材が、上記シャフトに遊嵌されていると、上記２個以上の偏心部材によって、アンバランスな遠心力をより効果的に相殺することができる。
請求項３記載の発明のように、上記偏心部材と上記ロータケースとの間に低摩擦係数部材を介在させておけば、偏心部材の動作が円滑になり、アンバランスな遠心力をより効果的に相殺することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるスピンドルモータの実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明に適用可能な偏心部材の各種の例を示す斜視図である。
【図３】本発明に適用可能な偏心部材の作用を示す簡略図である。
【図４】本発明にかかるスピンドルモータの別の実施の形態を示す断面図である。
【図５】本発明にかかるスピンドルモータのさらに別の実施の形態を示す断面図である。
【図６】本発明に適用可能な２つの偏心部材の作用を示す簡略図である。
【図７】本発明にかかるスピンドルモータのさらに別の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 軸受
４ ステータコイル
５ 駆動コイル
６ シャフト
７ ロータケース
８ 駆動マグネット
９ ターンテーブル
１０ ディスク
１１ クランプ部材
１２ 偏心部材
１３ 低摩擦係数部材

Claims (3)

1. 回転自在に支承されたシャフトと、
   上記シャフトと一体に回転するロータケースと、
   上記シャフトの一端側に嵌合されてディスクを搭載しながら回転するターンテーブルと、
   上記ロータケースと上記ターンテーブルとの間に位置し、重心からずれた位置に上記シャフトの直径よりも大径の孔を有し、この孔が上記シャフトに遊嵌され上記ロータケースの回転に伴って回転する偏心部材とを備えてなるスピンドルモータ。
2. ２個以上の偏心部材が、上記シャフトに遊嵌されていることを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
3. 上記偏心部材と上記ロータケースとの間に低摩擦係数部材が介在していることを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。

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