JP4360394B2 - 自動平衡装置、回転装置、ディスク駆動装置、バランサ - Google Patents
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Description
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、ディスク駆動装置等に関する。
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、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。
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、磁性流体をバランサとし、この磁性流体を収容可能な空間部を有する円板状部材が、モータ軸と一体に回転可能に設けられた技術がある（例えば、特許文献１参照。）。円板状部材はボス部を有しており、ボス部の側周面にはリングマグネットが取り付けられている。これにより、回転軸の回転数が小さいときに、磁性流体をリングマグネットに吸着しておきバランスを崩さないようにしている。
しかしながら、流体のバランサは、従来からある金属球等でなるバランサに比べ重さが軽いため、静音性は確保されるが、バランスが取りにくいという問題がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、確実にバランスが取れる自動平衡装置等を提供することにある。
本発明の別の目的は、バランサの内周側と、当該バランサを収容するハウジングとの間に発生する摩擦力等により、バランサが移動しにくくなることを防止することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る自動平衡装置は、回転可能なハウジングと、前記ハウジングに収容された磁性流体と、マグネットと、前記回転の内周側に設けられた凸部または凹部を有する前記マグネットに装着されたヨークとをそれぞれ有し、前記ハウジング内で移動可能な複数のバランサとを具備する。
本発明では、マグネット及びヨークを有するバランサは、従来のような金属球等のように比重が高いので、確実にバランスが取れる。また、磁性流体が、バランサに付着してバランサが滑らかに動くので、従来の金属球が動くことによる騒音を低減することができる。
さらに、バランサは、ヨークを有するので、ヨークの形状によっては適宜最適な磁界が形成され、バランサの動作及びバランサに付着する磁性流体の動作の最適化が図れる。
特に、本発明では、ヨークはその内周側に凸部または凹部を有する。したがって、ヨークとハウジングとの間の摩擦力を減らし、また、その間に磁性流体が入り込むことを抑制することができるので、バランサは滑らかに移動することができる。
本発明において、前記凸部または凹部は、前記バランサの中心に対して前記回転の周方向で対称形状である。これにより、例えばバランサの姿勢が安定するので、バランサは安定した姿勢を保ってハウジング内を移動することができる。これにより、不要な振動を防止でき、早期にバランス状態が確保される。
本発明において、前記凸部または凹部は、前記バランサの中心に対して前記回転の周方向で対称的に複数配置されている。これにより、バランサの姿勢はより安定する。
本発明において、前記凸部または凹部は、粗面加工により形成された部位である。粗面加工とは、典型的には、ブラスト加工であり、所定の表面粗さに設定された加工である。
本発明の他の観点に係る自動平衡装置は、磁性流体と、マグネットと、前記マグネットに装着されたヨークとをそれぞれ有する複数のバランサと、凸部または凹部を有し回転の内周側に設けられた内周壁面と、前記内周壁面に対面する外周壁面と、前記内周壁面と前記外周壁面との間に設けられた移動空間とを有し、前記複数のバランサ及び前記磁性流体を前記移動空間に収容した回転可能なハウジングとを具備する。
以上のように、本発明によれば、確実にバランスが取れるようになる。また、バランサの内周側と、当該バランサを収容するハウジングとの間に発生する摩擦力等により、バランサが移動しにくくなることを防止することができる。
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。
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断面図である。図２は、図１に示す自動平衡装置のＡ−Ａ線断面図である。自動平衡装置１０は、複数のバランサ１１と、これらのバランサ１１を収容するケース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。また、ハウジング５には、磁性流体９が収容されている。バランサ１１は、例えば４つ設けられているが、２つ以上であれば、バランサとして機能する限り何個でもよい。
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。
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内の外周壁面２ａと、ボス部２ｂの側面である内周壁面２ｆとの間に、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は、下路面２ｄ及び上路面１ｂ（カバー１の裏面）によってその上下の空間が制限されている。
図２に示すように、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、後述するバランサ１１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、ステンレス、セラミックス等の材料がある。
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。
図２に示すように、バランサ１１の径方向の幅ａと、移動空間１４の軸方向の幅（高さ）ｂとの関係は、ａ>ｂに設定されている。このような構成によれば、バランサ１１が移動空間１４内で動いて上下逆になりバランサ１１の着磁方向が反転してしまうことを防止することができる。
図３（Ａ）は、バランサ１１の内周側から見た図であり、図３（Ｂ）は外周側から見た図である。また、図３（Ｃ）は、バランサ１１の平面図である。バランサ１１は、マグネット１７と、このマグネット１７に装着されたヨーク１３とを備えている。
マグネット１７は、リングの一部をなす円弧ブロック形状を有している。マグネット１７としては、例えばフェライト、あるいはネオジウム等が用いられるが、これらに限られるものではない。マグネット１７は、例えば回転の周方向（Ｒ方向）及び径方向（Ｓ方向）にそれぞれ着磁されている。また、これら複数のバランサ１１のうち、ハウジング５内で隣り合うバランサ１１のマグネット１７が反発し合うように着磁方向が設定されてそれぞれ配置されている。すなわち、各バランサ１１は、同じ極同士が対面するように着磁されてハウジング５内に配置されている。これにより、ハウジング５内でバランサ１１同士が吸着してしまうことを防止することができる。
しかしながら、マグネット１７は、必ずしも同じ極同士が対面するように着磁されて配置されていなくてもよい。その理由は、次に説明するように、マグネット１７にはヨーク１３が装着されていることにより、マグネット１７の外周側に磁場が発生し、各マグネット１７間には磁場の発生が少ないからである。
ヨーク１３は、マグネット１７の少なくとも内周面１７ｅを被覆するようにマグネット１７に接合されている。この例では、内周面１７ｅ及び両側面１７ｄがヨーク１３により被覆されている。つまり、マグネット１７は、上面１７ａ、下面１７ｂ及び外周面１７ｃが露出している。マグネット１７とヨーク１３の接合方法としては、溶着、圧着、レーザ接合、超音波接合、またはその他の接合方法がある。このようなヨーク１３が設けられることにより、バランサ１１の内周側より、外周側の方により多くの磁性流体９が吸着する。これにより、ハウジング５の回転開始時に、磁性流体９に遠心力が加えられてもバランサ１１の外周側に磁性流体膜が形成され、静音性を確保しながらバランサ１１が滑らかに動く。つまり、平衡状態になる前にバランサ１１が移動空間１４の外周壁面２ａ等に直接貼り付いて摩擦力が増え、動かなくなる等の問題を解決することができる。磁性流体９は、マグネット１７の上面１７ａ及び下面１７ｂにも吸着するので、図２に示すように、自動平衡装置の静止時において、バランサ１１は移動空間１４内で浮遊した状態となる。
ヨーク１３の内周側（内周面）１３ｅには凸部１３ａが設けられている。これにより、後でも述べるように、ヨーク１３とハウジング５との間の摩擦力等を減らすことができるので、バランサ１１は滑らかに移動することができる。凸部１３ａは、例えばヨーク１３が半抜き加工されることで形成されてもよい。あるいは、ヨーク１３と凸部１３ａとが別体で、両者が接合されて形成されてもよい。図３（Ｃ）に示すように、凸部１３ａの径方向の幅ｇは、例えば、ヨーク１３の厚さｆとほぼ同じ程度、またはｆ以下とされるが、特に限られるわけではない。
図３（Ａ）に示すように、凸部１３ａは、バランサの中心（周方向Ｒにおける中心線Ｃ）に対して回転の周方向Ｒで対称的に複数配置されている。図３に示す例では、２つの凸部１３ａが設けられている。このように対称的に複数配置されることにより、バランサ１１が安定した姿勢を保ってハウジング５内を移動することができる。特に、バランサ１１の移動中の径方向Ｓのぶれ等、不要な振動を防止でき、早期にバランス状態が確保される。
凸部１３ａの表面の形状は、図３（Ｃ）に示すように、平面で見て円弧状とされている。しかし、円弧状に限られない。凸部１３ａを設けることの趣旨が、ヨーク１３とハウジング５の内周壁面２ｆとの接触面積を減らして摩擦力を減らすことにある。したがって、凸部１３ａの表面の形状は何でもよい。
図３に示すマグネット１７の例では、磁極の数は、当該周方向及び径方向でそれぞれ１対ずつとされているが、２対以上の多極着磁でもよい。磁極の数が多いほど、マグネット１７の外周面１７ｃに磁性流体９が均一に吸着されるので、自動平衡装置１０の動作時にバランサ１１が滑らかに移動することができる。着磁の方向についても回転の軸方向Ｔで、１対の着磁または多極着磁されていてもよい。
図４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。
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弾性体６２を介してメインシャーシ６４に支持され振動系が構成されている。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。典型的には、弾性体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。
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が挙げられる。あるいは、ＭＯ（Magneto Optical disk）やＭＤ（Mini-Disk）等の光磁気ディスク、または、ハードディスクのような磁気ディスク等が挙げられる。
次に、自動平衡装置１０の動作について説明する。図５は、その動作を順に示す図である。
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５（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。モータ６１の回転初期（低速回転時）には、バランサ１１と磁性流体９とが一体となって回転し始める。これは、磁性流体９の粘性による力や、バランサ１１が磁性流体９を介して例えば上路面１ｂまたは下路面２ｄに対して働く摩擦力が、ハウジング５の回転による遠心力より大きいことによるものである。
モータ６１の回転数が上昇すると、バランサ１１は、移動空間１４内で滑り始める。ここで、バランサ１１の内周側（ヨーク１３の内周面１３ｅ）には、凸部１３ａが設けられていることにより、バランサ１１と内周壁面２ｆとの間の摩擦力は小さい。また、凸部１３ａが設けられていることにより、磁性流体９の表面張力でバランサ１１と内周壁面２ｆとの間に磁性流体９が入り込み、バランサ１１が内周壁面２ｆに貼り付くといった事態を防止できる。したがって、図５（Ｂ）に示すように、バランサ１１は滑らかに移動し、さらに、磁性流体９とともに遠心力を受けて移動空間１４内で外周側へ移動する。
モータ６１の回転周波数が振動系の共振周波数を超え、アンバランス１５の位相と振動系の位相とがほぼ反転すると、弾性体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、図５（Ｃ）に示すように、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、磁性流体９も移動空間１４内で外周壁面２ａに沿ってＡ１の方向へ移動する。そして、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。
モータ６１の回転数が低下し、動作が終了すると、バランサ１１はそのままの位置（図５（Ｂ）に示したような位置）に留まるか、または、自動平衡装置１０の姿勢によっては、重力の影響によって任意の位置へ移動する。
以上のように、本実施の形態に係る自動平衡装置１０では、マグネット１７及びヨーク１３を有するバランサ１１は、従来のような金属球等のように比重が高いので、確実にバランスを取ることができる。マグネット１７の比重が高ければ、ハウジング５の径が小さくても、マグネット１７がアンバランス量を打ち消す力を発揮することができる。その結果、自動平衡装置１０の小型化を実現することができる。また、磁性流体９が、バランサ１１に付着してバランサ１１が滑らかに動くので、従来の金属球が動くことによる騒音を低減することができる。
さらに、バランサ１１はヨーク１３を有するので、ヨーク１３の形状によっては適宜最適な磁界が形成され、バランサ１１の動作及びバランサ１１に付着する磁性流体９の動作の最適化が図れる。
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。従来のように金属球がバランサとして動く場合、その騒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。
図６は、本発明の他の実施の形態に係るバランサを示す断面図である。このバランサ２１のヨーク２３の内周面２３ｅに設けられた凸部２３ａの表面は、平面で見て、ハウジング５の内周壁面２ｆに沿った円弧状またはほぼ平面形状を有している。これによれば、図３で示したヨーク１３に比べ内周壁面２ｆとの接触面積は増えるが、バランサ２１の動きはより安定する可能性もある。
図７は、さら別の実施の形態に係るバランサに用いられるヨークを示す斜視図である。
図７（Ａ）に示すヨーク３３の内周面３３ｅには、回転周方向に沿った溝（凹部）３３ａが複数設けられている。図の例では、溝３３ａの数は２本であるが、何本でもよい。
図７（Ｂ）に示すヨーク４３の内周面４３ｅには、回転軸方向に沿った溝（凹部）４３ａが複数設けられている。図の例では、溝４３ａの数は３本であるが、何本でもよい。
図７（Ｃ）に示すヨーク５３の内周面５３ｅには、図３（Ａ）等で示した凸部１３ａより小さい凸部５３ａ、例えば点状の凸部５３ａが複数設けられている。複数の凸部５３ａは、バランサの中心に対して周方向で対称的に配置されている。凸部５３ａの数は限られない。
図７（Ｄ）に示すヨーク７３の内周面７３ｅには、点状の複数の凹部７３ａが設けられている。
図８は、さらに別の実施の形態に係るヨークを示す断面図である。このヨーク８３は、内周面８３ｅと側面８３ｄとが折り曲げられて形成されているが、その折り曲げ部が突出して凸部８３ａを形成している。すなわち、実際にヨーク８３を製造する場合、ヨーク８３の寸法が小さいほど、図８に示すように折り曲げ部が凸状８３ａに形成されてしまうこともあり得る。この凸状の折り曲げ部を、ヨーク８３とハウジング５の内周壁面２ｆとの接触面積の軽減に利用することができる。
図９は、他の形態に係る自動平衡装置の一部を示す断面図である。この自動平衡装置２０の内周壁面２２ｆには、凹凸部２５が形成されている点で、上記実施の形態に係る自動平衡装置１０と異なる。このような構成によれば、バランサ４２のヨーク４５に凹凸が設けられていなくても、バランサ４２と内周壁面２２ｆとの接触面積が減るので、摩擦力が低減される。
本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
例えば、ヨークの内周面が粗面加工により凹凸に形成されていてもよい。粗面加工とは、典型的には、ブラスト加工であり、所定の表面粗さに設定された加工である。あるいは、ブラス加工でなくても、凹部と凸部の両方が交互に規則的に形成されている形態でもよい。
図３に示したバランサ１１に設けられる凸部１３ａは、回転の周方向Ｒに沿って横長に設けられた。しかし、回転軸方向Ｔに沿って縦長に設けられていてもよい。あるいは、図３で示す凸部１３ａが、回転の周方向Ｒに沿って一端から他端まで延設されてもよい。図３、図６〜図８に示した凸部１３ａ、２３ａ、５３ａや凹部３３ａ、４３ａ、７３ａのうち、少なくとも２つ以上の形態を組み合わせたヨークも考えられる。
図９に示した内周壁面２２ｆにも、図示したような凹凸部だけでなく、溝状の凹凸部、その他様々な凸部や凹部を形成することができる。
Ｄ…ディスク
２ａ…外周壁面
２ｆ…内周壁面
５…ハウジング
９…磁性流体
１０、２０…自動平衡装置
１１、２１、４２…バランサ
１３、２３、３３、４３、５３、７３…ヨーク
１３ｅ、２３ｅ、３３ｅ、４３ｅ、５３ｅ、７３ｅ…内周側（内周面）
１３ａ、２３ａ、５３ａ…凸部
１４…移動空間
１７…マグネット
２２ｆ…内周壁面
２５…凹凸部
３３ａ、４３ａ、７３ａ…凹部
６１…モータ
６５…ターンテーブル
１００…ディスク駆動装置
２ａ…外周壁面
２ｆ…内周壁面
５…ハウジング
９…磁性流体
１０、２０…自動平衡装置
１１、２１、４２…バランサ
１３、２３、３３、４３、５３、７３…ヨーク
１３ｅ、２３ｅ、３３ｅ、４３ｅ、５３ｅ、７３ｅ…内周側（内周面）
１３ａ、２３ａ、５３ａ…凸部
１４…移動空間
１７…マグネット
２２ｆ…内周壁面
２５…凹凸部
３３ａ、４３ａ、７３ａ…凹部
６１…モータ
６５…ターンテーブル
１００…ディスク駆動装置
Claims (7)
- 回転可能なハウジングと、
前記ハウジングに収容された磁性流体と、
マグネットと、前記回転の内周側に設けられた凸部または凹部を有する前記マグネットに装着されたヨークとをそれぞれ有し、前記ハウジング内で移動可能な複数のバランサと
を具備することを特徴とする自動平衡装置。 - 請求項１に記載の自動平衡装置であって、
前記凸部または凹部は、前記バランサの中心に対して前記回転の周方向で対称形状であることを特徴とする自動平衡装置。 - 請求項１に記載の自動平衡装置であって、
前記凸部または凹部は、前記バランサの中心に対して前記回転の周方向で対称的に複数配置されていることを特徴とする自動平衡装置。 - 請求項１に記載の自動平衡装置であって、
前記凸部または凹部は、粗面加工により形成された部位であることを特徴とする自動平衡装置。 - ハウジングと、
前記ハウジングを回転駆動する駆動機構と、
前記ハウジングに収容された磁性流体と、
マグネットと、前記回転の内周側に設けられた凸部または凹部を有する前記マグネットに装着されたヨークとをそれぞれ有し、前記ハウジング内で移動可能な複数のバランサと
を具備することを特徴とする回転装置。 - ハウジングと、
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、
前記保持部と前記ハウジングとを一体的に回転駆動する駆動機構と、
前記ハウジングに収容された磁性流体と、
マグネットと、前記回転の内周側に設けられた凸部または凹部を有する前記マグネットに装着されたヨークとをそれぞれ有し、前記ハウジング内で移動可能な複数のバランサと
を具備することを特徴とするディスク駆動装置。 - 回転可能なハウジングと、前記ハウジングに収容された磁性流体とを具備する自動平衡装置における前記ハウジング内に移動可能に複数収容されるバランサであって、
マグネットと、
前記回転の内周側に設けられた凸部または凹部を有し、前記マグネットに装着されたヨークと
を具備することを特徴とするバランサ。
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