DE102006056955A1

DE102006056955A1 - Schwingarm-Aktuator mit Dämpfung für eine Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE102006056955A1
Application number: DE200610056955
Authority: DE
Inventors: Michael Bammert; Tsuneo Suzuki; Rolf Dupper
Original assignee: Thomson Holding Germany GmbH and Co OHG
Current assignee: Deutsche Thomson OHG
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-05
Also published as: WO2008065034A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingarm-Aktuator mit Dämpfung für eine Abtasteinrichtung, der einen Schwingarm (1) aufweist, der einem plattenförmigen Datenträger zugeordnet ist und an einem Träger (3) um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist mittels eines Schwenklagers (12). Das Schwenklager (12) weist einen Lagerzapfen (10), der an dem Träger (3) befestigt ist, und eine Lagerbuchse (2), die an dem Schwingarm befestigt ist, auf für eine Trackingbewegung und eine Fokusbewegung des Schwingarms. Der Schwingarm trägt an einem Ende einen Sensor, insbesondere einen optischen Kopf mit einer Fokuslinse, und weist an dem anderen Ende Komponenten für einen Magnetantrieb zur Schwenkung des Sensors auf. Die Erfindung löst die Aufgabe, einen derartigen Schwingarm-Aktuator so zu gestalten, dass dieser eine geringere Neigung zu mechanischen Resonanzen hat und aufwandsreduziert ist, indem in wenigstens einem Teilbereich zwischen dem Lagerzapfen (10) und der Lagerbuchse (2) eine Dämpfungsmasse (11) angeordnet ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Lagerzapfen (10) an der Lagerbuchse (2) konzentrisch in einem Bereich, der kürzer als die Dicke des Schwingarmes (1) ist, und der Teilbereich, in dem die Dämpfungsmasse (11) angeordnet ist, ist auf der dem Träger (3) zugewandten Seite angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingarm-Aktuator mit Dämpfung für eine Abtasteinrichtung mit einem Sensor, insbesondere einen eine Fokuslinse aufweisenden optischen Kopf, zur Anordnung in einem Gerät zur Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Informationen.
Ein in einer derartigen Abtasteinrichtung angeordneter Schwingarm ist üblicherweise in der Art eines Hebels gestaltet und ist in seinem Schwerpunkt zwischen zwei Hebelarmen mit einem Lager versehen, das an einem Träger angeordnet ist, um dem Schwingarm eine Bewegung zumindest um eine Achse zu ermöglichen. An einem Ende des Schwingarms ist beispielsweise ein optischer Kopf mit einer Fokuslinse angeordnet, der der Emission eines Lichtstrahls, insbesondere Laserstrahls, auf eine als Informationsträger ausgebildeten optische Platte und dem Empfang des von dieser reflektierten Strahls dient. Die Platte wird dabei von einer Trägervorrichtung gehalten und zu einer Rotationsbewegung angetrieben. Das Ende des Schwingarmes mit dem optischen Kopf ist in Form eines Bogens in einer zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte parallelen Ebene (Tracking) und senkrecht zu dieser Ebene (Focusing) bewegbar, wozu der Schwingarm mit Magnetantrieben versehen ist, von denen wenigsten der für die Trackingbewegung dem anderen Ende des Schwingarmes zugeordnet ist. Mit einem derartigen Schwingarm sind kurze Zugriffszeiten auf unterschiedliche Orte des Aufzeichnungsträgers zu erreichen.
Derartige Schwingarm-Aktuatoren sind beispielsweise in der US 2004/0148619 A1 , der US 2005/0240952 A1 und der KR 1020040108029 A beschrieben.
Es hat sich gezeigt, dass der den Sensor tragende Schwingarm mit seinem freien Ende bei einer Bewegung über die Oberfläche der optischen Platte zu mechanischen Schwingungen neigt. Insbesondere treten die Schwingungen in der Fokusierungsrichtung auf und erzeugen Resonanzen bei relativ niedrigen Eigenfrequenzen des Schwingarmes. Die ersten Eigenschwingungen haben eine Frequenz von etwa 100–200 Hz und hängen von der Masse und der Gestalt des kopfseitigen Armes ab. Diese Resonanzen sind für die Servoregelung nachteilig und erfordern einen erhöhten Energieverbrauch.
Bei Schwingarm-Aktuatoren, die in der US 2005/0240952 A1 beschrieben sind, wird zur Unterdrückung oder Reduzierung der Resonanz sowohl in der Fokusierungsrichtung als auch in der Trackingrichtung zusätzlich ein piezoelektrischer Aktuator eingesetzt. Dieser ermöglicht jeweils eine Gewichtsreduzierung des Schwingarm-Aktuators, verbunden mit einer Verringerung des Stromverbrauchs, und bewirkt eine Kompensation der nicht erwünschten Schwingungen. Ein derartiger Schwingarm-Aktuator ist aufwändig.
Ferner ist in der US 3 713 121 ein freitragender, vibrationsgedämpfter Schwingarm mit einem magnetischen Kopf für eine Lese-/Schreibeinrichtung mit einem magnetischen Speichermedium beschrieben. Dieser Schwingarm ist an seinem dem Kopf abgewandten Endbereich vermittels eines Federelementes gelagert und kopfseitig über eine Stütze geführt. Durch diese beiden Elemente wird der magnetische Kopf in Richtung des Speichermediums beaufschlagt und in einem vorbestimmten geringen Abstand schwebend über diesem geführt. Die dabei durch eine rasche Arm- und Kopfbewegung über dem rotierenden Speichermedium mit welliger Oberfläche verursachten Schwingungen des Abtastarmes können mit dessen Eigenfrequenzen korrespondieren und zur Resonanz führen, wodurch der Lese-/Schreibprozess gestört wird. Um diese Erscheinung zu reduzieren, ist dem Federelement ein Dämpfungsblock aus einem Kunststoff, insbesondere Polyurethan der Härte 65 Shore A, zugeordnet, über den das an einem Vorsprung befestigte Federelement geführt ist. Dieser Dämpfungsblock absorbiert mechanische Energie und begrenzt die Resonanzverstärkung. Dadurch wiederum kann der Spalt zwischen dem magnetischen Kopf und dem Speichermedium reduziert werden, was sich in einem effektiveren Lese-/Schreibprozess auswirkt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schwingarm-Aktuator mit Schwingungsdämpfung für eine optische Abtasteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass dieser eine geringere Neigung zu mechanischen Resonanzen hat und aufwandsreduziert ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Schwingarm-Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung besteht in einem Schwingarm-Aktuator für eine Abtasteinrichtung, der einem plattenförmigen Datenträger zugeordnet und in bekannter Weise an einem Träger abgestützt und in der Art eines Hebels ausgeführt ist, wobei die Abstützung zugleich ein Lager mit einer Schwenkachse zur Schwenkung des Schwingarmes parallel zur Oberfläche der optischen Platte bildet. Ein Hebelarm des Hebels trägt dabei endseitig einen Sensor, beispielsweise einen optischen Kopf mit einer Fokuslinse, und der andere Hebelarm weist Komponenten für jeweils einen Magnetantrieb zur Schwenkung des den Sensor tragenden Hebelarmes um die Schwenkachse (Tracking) und in einer Richtung senkrecht zu dieser Richtung auf (Fokusing). Nach der Erfindung ist das Schwenklager derart gestaltet, dass wenigstens in einem Teilbereich zwischen einem Lagerzapfen und einer Lagerbuchse des Schwenklagers eine Dämpfungsmasse angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Dämpfungsmasse eine geleeartige Silikonmasse.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Schwenklager einen Lagerzapfen, der an dem Träger befestigt ist, und eine Lagerbuchse, an der der Schwingarm befestigt ist, auf, und der Lagerzapfen liegt konzentrisch an der Lagerbuchse in einem Bereich, der kürzer als die Dicke des Schwingarmes ist, an für eine Trackingbewegung und eine Fokusbewegung mittels des Schwenklagers (12), wobei der Teilbereich, in dem die Dämpfungsmasse angeordnet ist, ist auf der dem Träger zugewandten Seite angeordnet ist. Die Lagerbuchse weist hierbei insbesondere einen kreisförmig ausgebildeten Ringwulst auf, mit der sie am Lagerzapfen in einer Ebene senkrecht zur Schwenkachse koaxial linienförmig anliegt.
Die Anordnung des Dämpfungsmittels führt nicht zu einer schädlichen Bewegungseinschränkung des Schwingarmes, gestattet also sowohl eine Schwenkbewegung desselben um die Schwenkachse (Tracking) als auch eine ausreichende Nickbewegung desselben senkrecht zur Schwenkebene, durch die der optische Kopf fokussiert werden kann (Fokusing). Das Dämpfungsmittel absorbiert mechanische Energie und führt zu einer erheblichen Verbesserung des Resonanzverhaltens beim kopfseitigen Hebelarm im Sinne einer geringeren Neigung zu mechanischen Resonanzen, insbesondere bei der Fokus-Servoregelung. Die Amplituden der Eigenfrequenzen sind kleiner und die Eigenfrequenzen liegen in einem höheren Bereich. Damit wiederum wird der erforderliche Energieverbrauch reduziert. Zudem ist die Ausbildung des Schwenklagers aufwandsreduziert.
Aus technologischen Gründen, aber auch aus Verschleißgründen kann es von Vorteil sein, wenn die Lagerbuchse trägerseitig an ihrer Innenfläche eine im Wesentlichen ovale Öffnung aufweist, mit der sie am Lagerzapfen anliegt zur Stabilisierung der Trackingbewegung. Hierbei ist die ovale Öffnung mit ihrer größeren lichten Weite in Richtung der Längserstreckung des Schwingarmes angeordnet, und der Lagerzapfen liegt im Bereich der geringeren lichten Weite der Öffnung an den gegenüberliegenden Innenflächen jeweils entlang einer schwenkachsparallelen Linie an. Hierdurch wird die Trackingbewegung stabilisiert, ohne die Fokusbewegung zu behindern.
Der an sich biege- und torsionssteife Schwingarm ist insbesondere mit seiner Schwenkachse in seinem Schwerpunkt gelagert, damit der Schwingarm weitgehend stoßfest ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: einen Schwingarm-Aktuator in perspektivischer Ansicht in einer ersten Ausführung,
2: einen Längsschnitt III-III durch den an einem Träger angeordneten Schwingarm-Aktuator,
3: den in der 1 dargestellten Schwingarm-Aktuator in perspektivischer Darstellung von der dem Träger zugewandten Seite,
4: eine perspektivische Draufsicht auf die dem Träger zugewandte Seite der im Schwingarm angeordneten Lagerbuchse,
5: einen Schwingarm-Aktuator in einer zweiten Ausführung in perspektivischer Darstellung, und
6: einen Längsschnitt durch das Lager des Schwingarmes der 5.
Der in den 1 und 2 gezeigte Schwingarm-Aktuator für eine nicht dargestellte optische Abtasteinrichtung weist einen biege- und torsionssteifen Schwingarm 1 aus Polypropylen auf, der in der Art eines Hebels gestaltet und in seinem Schwerpunkt S zwischen Hebelarmen I und II mit einer Lagerbuchse 2 versehen ist und vermittels dieser an einem Träger 3 (2) um eine Schwenkachse SA senkrecht zum Schwingarm 1 schwenkbar gelagert ist. Der Hebelarm I trägt an seinem freien Ende einen optischen Kopf 4 mit einer Fokuslinse. Der Hebelarm II trägt gedruckte Spulen 5 und 6 in konzentrischer Anordnung zur Schwenkachse SA, die jeweils einem Permanentmagneten 7 und 8 zugeordnet sind. Mit diesen sind ein Magnetantrieb M1 (5/7) zur Schwenkung des Hebelarmes I mit dem optischen Kopf in einer zur Oberfläche einer optischen Platte OP, in 2 angedeutet, parallelen (Schwenk-) Ebene und dabei radial zur Platte, in Trackingrichtung t, und ein Magnetantrieb M2 (6/8) für eine Nickbewegung in einer Richtung senkrecht zu dieser (Schwenk-) Ebene, in Fokusierungsrichtung f, gebildet. Die Lagerbuchse 2 ist mit einer an deren konzentrischen Innenfläche ausgebildeten Ringwulst 9 zur Anlage an einem Lagerzapfen 10, 2, versehen.
2 zeigt den Schwingarm-Aktuator und die Anordnung desselben an dem nur schematisch dargestellten Träger 3 in einem Längsschnitt III-III. Die Permanentmagnete 7 und 8 sowie der Lagerzapfen 10 sind fest am Träger 3 angeordnet. Die Lagerbuchse 2 mit der Ringwulst 9, die auf der dem Träger 3 abgewandten Seite ausgebildet ist, der Lagerzapfen 10 und eine in der Lagerbuchse 2 angeordnete Dämpfungsmasse 11 aus einer geleeartigen Siliconmasse bilden das Schwenklager 12 für den Schwingarm 1. Die deutlich zu erkennende Ringwulst 9 weist lagerzapfenseitig eine konvexe Wölbung für eine Anlage am Lagerzapfen 10 auf, die kreisförmig ist in Bezug auf die Ebene des Schwingarmes 1. Der zwischen der Ringwulst 9, die eine Anlageebene bildet, der Lagerbuchse 2 und dem Lagerzapfen 10 trägerseitig gebildete Zwischenraum ist mit der Dämpfungsmasse 11 vollständig ausgefüllt.
In den 3 und 4 ist der Schwingarm-Aktuator von der unteren, dem Träger 3 zugewandten Seite dargestellt. Die Lagerbuchse 2 ist an dem Schwingarm 1 mit dem optischen Kopf 4 fest verbunden und weist an dem unteren Ende 13, 4, eine ovale Öffnung 15 auf, die mit ihrer größeren lichten Weite in Richtung der Längserstreckung des Schwingarmes 1 ausgerichtet ist. Der Lagerzapfen 10 liegt im Bereich der geringeren lichten Weite der Öffnung 15 an gegenüberliegenden Innenflächen 14 jeweils entlang einer schwenkachsparallelen Linie L an in einem Bereich, der kürzer als die Dicke des Schwingarmes 1 ist. Hierdurch wird die Trackingbewegung, die durch die Magnetanordnung M1 gesteuert wird, stabilisiert, ohne die Fokusbewegung zu behindern, die durch die Magnetanordnung M2 gesteuert wird.
Da das Schwenklager 12 sowohl eine Trackingbewegung als auch eine Fokusbewegung ermöglicht, ist die Anordnung des Schwenklagers in dem Schwerpunkt des Schwingarms 1 optimal für möglichst energieeffiziente Auslenkungen des Schwingarms, aber auch für das Schockverhalten und das Resonanzverhalten des Schwingarms.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, in den 5 und 6 dargestellt, weist einen Schwingarm 1 auf, der über Spulen 5 und 6 für eine Trackingbewegung t und für eine Fokusbewegung f auslenkbar ist. Über ein Schwenklager 25 mit einem Lagerzapfen 17 und einer Lagerbuchse 20 ist der Schwingarm 1 mit einem Träger 3, nur andeutungsweise dargestellt, gekoppelt. Der Lagerzapfen 17 ist hierbei mit dem Träger 3 fest verbunden und der Schwingarm 1 mit der Lagerbuchse 20, entsprechend dem Ausführungsbeispiel in der 1. Der Schwingarm 1 ist hier jedoch mehrteilig ausgeführt mit einem Hauptteil 21, einem Lagerteil 22 und einem beweglichen Hebelarm 19, der über ein Gelenk 18 in Fokusrichtung F, unabhängig von dem Lagerteil 22 des Schwingarms 1, bewegbar ist. Das Hauptteil 21 ist hierbei mit beweglichen Hebelarm 19 im Bereich des Hebelarms fest verbunden.
Das Gelenk 18 kann beispielsweise ein verdünnter Bereich sein, wie in den 6 und 7 dargestellt, mit dem der bewegliche Hebelarm 19 mit dem Lagerteil 22 verbunden ist, oder eine Verbindung mit einem Scharnier sein.
Der Außendurchmesser des Lagerzapfens 17 ist nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Lagerbuchse 20, so dass zwischen beiden nur ein geringes Spiel besteht. Das Schwenklager 16 ermöglicht hierdurch nur eine Bewegung in Trackingrichtung für den Schwingarm 1. Trägerseitig ist hierbei kein Zwischenraum zwischen dem Lagerzapfen 17 und der Lagerbuchse 20 vorhanden. Der Lagerzapfen 16 und die Lagerbuchse 20 weisen jedoch Verrundungen an ihrer oberen, dem Träger 3 abgewandten Seite auf, so dass ein Spalt 23 für eine Dämpfungsmasse 24 entsteht. Der Spalt 23 ist in dem in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Dämpfungsmasse 24 vollständig ausgefüllt, wie in der 6 angedeutet.
Die Dämpfungsmasse 24 ist hier beispielsweise ebenfalls eine geleeartige Silikonmasse, die eine derartige Zähigkeit ausweist, das Trackingbewegungen nur unwesentlich erschwert werden, aber ungewollte Schwingungen um die Trackingachse gedämpft werden. Die Dämpfungsmasse kann hierbei auch wesentliche Bereiche des Lagerzapfens 16 und der Lagerbuchse 20 an der Oberseite überdecken und an beiden haften. Über die Größe der im Bereich des Überganges zwischen dem Lagerzapfen 17 und der Lagerbuchse 20 angeordneten Dämpfungsmasse 24 kann hierdurch die Stärke der Dämpfung beeinflusst werden.
Die in den 1 bis 6 dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele Ausführungen geben nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder, ohne die in den Ansprüchen definierte Erfindung zu beschränken, und die Erfindung umfasst insbesondere weitere von einem Fachmann vornehmbare Abwandlungen.

1: Schwingarm
2: Lagerbuchse
3: Träger
4: optischer Kopf
5: Spule
6: Spule
7: Permanentmagnet
8: Permanentmagnet
9: Ringwulst
10: Lagerzapfen
11: Dämpfungsmasse
12: Schwenklager
13: unteres Ende
14: Innenfläche
15: Öffnung
16: Schwenklager
17: Lagerzapfen
18: Gelenk
19: beweglicher Hebelarm
20: Lagerbuchse
21: Hauptteil
22: Lagerteil
23: Spalt
24: Dämpfungsmasse
25: Schwenklager
I: Hebelarm
II: Hebelarm
f: Fokusrichtung
L: Anlagelinie
M1: Magnetanordnung
M2: Magnetanordnung
OP: optische Platte
SA: Schwenkachse
t: Trackingrichtung

Claims

Schwingarm-Aktuator mit Dämpfung für eine Abtasteinrichtung, mit einem Schwingarm (1), der einem plattenförmigen Datenträger zugeordnet und an einem Träger (3) um eine Schwenkachse senkrecht zum Schwingarm schwenkbar gelagert ist, wobei der Schwingarm einen Sensor, insbesondere einen optischen Kopf mit einer Fokuslinse, trägt und Komponenten für einen Magnetantrieb für eine Trackingbewegung und eine Fokusbewegung aufweist, und der Schwingarm (1) über ein Schwenklager (12, 16, 25), das einen Lagerzapfen (10, 17), der an dem Träger (3) befestigt ist, und eine Lagerbuchse (2, 13, 20), an der Schwingarm befestigt ist, aufweist, mit dem Träger (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einem Teilbereich zwischen dem Lagerzapfen (10, 17) und der Lagerbuchse (2, 20) eine Dämpfungsmasse (11, 24) angeordnet ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (10) an der Lagerbuchse (2) konzentrisch in einem Bereich, der kürzer als die Dicke des Schwingarmes (1) ist, anliegt für eine Trackingbewegung und eine Fokusbewegung mittels des Schwenklagers (12), und dass der Teilbereich, in dem die Dämpfungsmasse (11) angeordnet ist, auf der dem Träger (3) zugewandten Seite angeordnet ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (2) einen kreisförmig ausgebildeten Ringwulst (9) aufweist, mit der sie am Lagerzapfen (10) in einer Ebene senkrecht zur Schwenkachse (SA) koaxial linienförmig anliegt zur Stabilisierung der Trackingbewegung.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (2) eine zylindrische Außenfläche und trägerseitig an der Innenfläche eine im Wesentlichen ovale Öffnung (15) aufweist, mit der sie am Lagerzapfen (10) anliegt für eine Trackingbewegung und eine Fokusbewegung.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ovale Öffnung (15) mit ihrer größeren lichten Weite in Richtung der Längserstreckung des Schwingarmes (1) ausgerichtet ist, und dass der Lagerzapfen (10) im Bereich der geringeren lichten Weite der Öffnung (15) an den gegenüberliegenden Innenflächen jeweils entlang einer schwenkachsparallelen Linie (L) anliegt.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (11) den Teilbereich des Lagerbereichs unterhalb der Ringwulst (9), der dem Träger (3),, zugewandt ist, zumindest bereichsweise ausfüllt.
Schwingarm-Aktuator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Ringwulst (9) und dem Lagerzapfen (10) trägerseitig gebildete Zwischenraum mit der Dämpfungsmasse (11) vollständig ausgefüllt ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (17) und die Lagerbuchse (20) an ihrem dem Träger abgewandten Ende abgerundet sind, und das der hierdurch entstandene Spalt (23) zumindest bereichsweise durch eine Dämpfungsmasse (24) ausgefüllt ist.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (24) den Spalt (23) vollständig ausfüllt.
Schwingarm-Aktuator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse das dem Träger (3) abgewandte Ende des Lagerzapfens (17) zumindest bereichsweise überdeckt, und/oder dass die Dämpfungsmasse das dem Träger (3) abgewandte Ende der Lagerbuchse (20) zumindest bereichsweise überdeckt.
Schwingarm-Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingarm (1) in seinem Schwerpunkt gelagert ist.
Schwingarm-Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmasse (1) eine geleeartige Silikonmasse ist.
Schwingarm-Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser und eine mit diesem gebildete optische Abtasteinrichtung in einem Gerät zum Lesen und/oder Schreiben optischer Speichermedien verwendet ist.