JPH05274821A - キャリッジガイド機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速アクセス可能な光ディスク装置に最適な
キャリッジガイド機構を、安価な手段で実現する。 【構成】 キャリッジのトラッキングまたはアクセス動
作中に、キャリッジを軸支するガイド軸が常時回転す
る。または、キャリッジを軸支するガイド軸がスピンド
ルモータから駆動力を伝達されて回転する。 【効果】 滑り軸受け特有のスティックスリップ現象に
よるヒステリシス特性がトラッキングサーボ系に悪影響
を及ぼす事が無く、また高価なボールベアリングを多数
使う必要も無くこのための容積と質量が削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速アクセス可能な記
憶装置である光ディスク装置におけるキャリッジガイド
機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の光ディスク装置は、図８に
示す様に２本の平行なガイド軸３０４をキャリッジ３０
１のアクセス方向に配置し、このガイド軸３０４に接し
て転がる６個（図８では４個しか見えないが６個必要）
のボールベアリング３００をキャリッジ３０１上に取付
け、ピッチング／ローリング／ヨーイングの３自由度を
拘束しながら、アクセス方向にのみ極めて小さい走行抵
抗で移動自在にガイドする構造のものが一般であった。
また低速アクセスのデジタルオーディオディスク（コン
パクトディスク）装置等においては、滑り軸受けをガイ
ド機構に用いて低コスト化を図っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図８に示
した様なボールベアリング式のキャリッジガイド機構
は、走行抵抗が極めて良好でトラッキング動作またはア
クセス動作中の制御性に優れるものの、高価なボールベ
アリング３００を６個も使用し、更にその組み付け精度
もμオーダで管理しなければならず、光ディスク装置を
普及価格で商品化する事ができなかった。更にベアリン
グ６個分の質量も大きく容積もかさむため、キャリッジ
３０１を含む可動部の容積増加と質量増加を招き、高速
アクセス化の障害となっていた。

【０００４】一方コンパクトディスク装置等で用いられ
てきた従来形式の滑り軸受けでは、コスト的には上記ボ
ールベアリング形式のものに比べて１／１０以下でガイ
ド機構を構成する事ができるが、静摩擦と動摩擦との繰
り返しに起因する走行抵抗の非線形性（スティックスリ
ップによるヒステリシス特性）があり、平均走行抵抗も
大きいため、高速サーボ制御を必要とする光磁気ディス
ク装置等の記憶装置に展開することができなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、（１）対物レンズを搭載したキャリッジを
リニアモータで移送する形式の光ディスク装置におい
て、キャリッジのトラッキングまたはアクセス動作中
に、キャリッジを軸支するガイド軸が常時回転する構造
となっている事、（２）対物レンズを搭載したキャリッ
ジをリニアモータで移送し、スピンドルモータで光ディ
スクを回動する形式の光ディスク装置において、キャリ
ッジを軸支するガイド軸が、キャリッジのトラッキング
またはアクセス動作中に、スピンドルモータから駆動力
を伝達されて回転する構造となっている事、を特徴とす
る。

【０００６】

【作用】以上の構成によれば、キャリッジのトラッキン
グまたはアクセス動作中に、キャリッジを軸支するガイ
ド軸が常時回転する構造となっているため、ガイド軸と
キャリッジの接触点は静止状態になる事が無く、滑り軸
受け特有のスティックスリップ現象によるヒステリシス
特性がトラッキングサーボ系に悪影響を及ぼす事が無
い。

【０００７】

【実施例】

（実施例１）図１に本発明の実施例におけるキャリッジ
ガイド機構を含む光ディスク装置を示す。また図２，図
３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ）はそれぞれ図１の断
面Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄに対応する断面図で
ある。１０は光ディスク、１２は光ディスク１０を回動
するスピンドルモータ、１０１はキャリッジである。キ
ャリッジ１０１の両側には軸受けとなるボス部１０２が
形成されている。このボス部１０２は左右２本のガイド
軸１０４を極く僅かの隙間を持って挿通し、キャリッジ
ガイド機構を成す。また、キャリッジ１０１には可動コ
イル１１０が固着されており、可動コイル１１０の巻線
内部の空間に内部ヨーク１１１が隙間を持って貫通して
いる。従って、キャリッジ１０１は可動コイル１１０と
一体で、外部ヨーク１１２の長手方向（図１中矢印α方
向）にのみ移動自在となるように保持されている。

【０００８】外部ヨーク１１２は、内部ヨーク１１１に
平行かつ可動コイル１１０の両側に配置され、それらに
挟まれた空間に、外部ヨーク１１２に固着された永久磁
石１１３と前述の可動コイル１１０の巻線が配置され
る。これら可動コイル１１０、外部ヨーク１１２、内部
ヨーク１１１、永久磁石１１３は、いわゆるボイスコイ
ル型のリニアモータを構成する。さらにこのリニアモー
タとキャリッジ１０１と後述のフォーカシング機構をま
とめたものが、可動ヘッドとなる。

【０００９】キャリッジ１０１は、図２に示す様に２枚
の平行な板バネ１４を介してレンズホルダ１５を支持
し、レンズホルダ１５の上面には対物レンズ６が搭載さ
れている。従って、対物レンズ６とレンズホルダ１５は
板バネ１４の撓み方向に沿って、対物レンズ６の略軸方
向（即ち光ディスク１０の平面とは略直交方向）に所定
の復元力をもって、若干量移動自在に支持される。レン
ズホルダ１５の両側面には、図３（ｂ）に示す様にレン
ズ駆動コイル１８が固着され、外部ヨーク１１２，内部
ヨーク１１１，永久磁石１１３とで、いわゆるボイスコ
イル型のフォーカシング機構を構成する。レンズホルダ
１５の形状は、可動コイル２の断面形状とほぼ同一の略
長方形の枠構造である（図３（ｂ）、図３（ｃ）参
照）。

【００１０】図２で示す７は跳ね上げプリズムであり、
キャリッジ１０１上に固着される全反射プリズムであ
る。光ディスク１０の記録面からの反射光は、対物レン
ズ６によって拾われ、その光束は跳ね上げプリズム７で
キャリッジ１０１の移動方向（α方向）に平行に折り曲
げられて光束８となる。逆に、記録面に入射光を集光す
る場合も同じ経路を逆にたどることになる。

【００１１】なお本実施例では詳細な説明は省略する
が、レーザ光源や信号検出器を含む光学系や精密なトラ
ッキングを行う機構（一般にガルバノミラーが使われ
る）等は、キャリッジ１０１から分離されて、光ディス
ク装置本体のメインフレーム２０に固定されており、固
定光学系２１を成す。この固定光学系２１は光束８によ
ってキャリッジ１０１上の跳ね上げプリズム７及び対物
レンズ６と光学的に結合される。

【００１２】図１と図３（ａ）に示すように、左右２本
のガイド軸１０４の両端はメインフレーム２０に回転自
在に軸支され、それぞれのガイド軸１０４はそれぞれに
固着された２つの歯車１２０，タイミングベルト１２１
を介して同時に回転する。これらのガイド軸１０４は、
別のタイミングベルト１２３により小型モータ１２２の
駆動力を伝達されて、矢印β方向に回転する。

【００１３】次に、上記の様に構成されたキャリッジガ
イド機構の走行特性を図４，図５を用いて説明する。図
４（ａ）は、ガイド軸１０４を回転しない場合のキャリ
ッジ１０１の走行特性を示す。図中上段の曲線２０１は
キャリッジ１０１を駆動するリニアモータの推力Ｆを表
し、光ディスク１０のトラック溝の回転中の偏心やうね
りをトラッキングサーボ制御で追随する際のリニアモー
タの推力変動を表す。図中下段の曲線２０２はキャリッ
ジ１０１の実際の変位Ｘを示す。

【００１４】図示の様に、変位Ｘは滑らかに変化せず、
推力Ｆの方向が変わる直後に停止領域２０３が存在す
る。この現象はキャリッジ１０１とガイド軸１０４との
スティックスリップに起因している。図４（ｂ）に示す
ように、静止状態の軸１０４にキャリッジ１０１の自重
Ｗが作用し、μ×Ｗ（μは摩擦係数）で記述される摩擦
が働く。ところが、μはキャリッジ１０１とガイド軸１
０４とが相対的に静止している状態での値μｈと、相対
的に運動している状態での値μｍとでは、μｈ≫μｍの
関係にある。また、リニアモータの推力Ｆが小さくなり
相対速度が遅くなって、摩擦力μｈ×Ｗがキャリッジ１
０１の運動慣性力及びリニアモータ推力Ｆに打ち勝つ
と、キャリッジ１０１は停止状態になる。再びリニアモ
ータの推力Ｆが大きくなって摩擦力μｈ×Ｗに打ち勝つ
と、キャリッジ１０１は再度動き出す。

【００１５】このメカニズムがいわゆるスティックスリ
ップ現象であり、前述の図４（ａ）の様に、推力Ｆの方
向が変わる直後に停止領域２０３が存在し、推力Ｆの変
動に対してスムーズに追随できず、ヒステリシスを持っ
た動作特性となる。スティックスリップ現象によるヒス
テリシス特性がトラッキングサーボ系に存在すると、光
ディスク１０のトラック溝の回転中の偏心やうねりに十
分追随できず、実用上問題となるレベルのサーボ残差が
発生し、信号再生特性が極端に悪化する。

【００１６】図５（ａ）は、ガイド軸１０４が回転して
いる場合のキャリッジ１０１の走行特性を示す。図中上
段の曲線２０１はキャリッジ１０１を駆動するリニアモ
ータの推力Ｆを表し、光ディスク１０のトラック溝の回
転中の偏心やうねりをトラッキングサーボ制御で追随す
る際のリニアモータの推力変動を表す。この場合は図５
（ａ）下段の曲線２０４の様に変位Ｘは滑らかに変化
し、推力Ｆの方向が変わる直後にも停止領域はほとんど
存在しない。これはキャリッジ１０１とガイド軸１０４
とが常時相対的に運動している状態になっており、キャ
リッジ１０１とガイド軸１０４とのスティックスリップ
が無いからである。これを図５（ｂ）で詳細に説明す
る。図はガイド軸１０４の外周円筒面を展開した平面１
０５上でのキャリッジ１０１の軸受け部１０２の接触点
１０２ａの相対運動を示したものであり、解り易くする
ために回転するガイド軸１０４と一緒に回転する視点か
ら見ると、ガイド軸１０４の外周円筒面の展開平面１０
５は静止し、キャリッジ軸受け部１０２の接触点１０２
ａが常時β方向に速度を持って動いているのと等価にな
る。ここで、光ディスク１０のトラック溝の回転中の偏
心やうねりをトラッキングサーボ制御で追随する際のリ
ニアモータの推力変動があると、接触点１０２ａは図５
（ｂ）に示す様に、α方向（ガイド軸１０４の軸方向）
に往復運動を伴う。β方向の動きは継続しているので、
α及びβ方向を合成した相対速度は０（ゼロ）になる事
は無い。従って静摩擦状態も存在せず、上記の様にステ
ィックスリップの無い滑らかな走行特性が得られる。

【００１７】本実施例では、発明者らは具体的にガイド
軸１０４の回転速度を可変設定して実験したが、光ディ
スク１０の回転周波数及びその高調波周波数に対して
は、ガイド軸のソリによるキャリッジ１０１の微小な上
下動がサーボ特性に不利に作用する場合があり、光ディ
スク１０の回転数から意図的にずらした回転数であれ
ば、数十〜数百ｒｐｍの範囲で十分な効果が得られた。

【００１８】また、本実施例ではガイド軸１０４の駆動
源として小型モータ１２２を使っているが、玩具等に使
われる小型ＤＣブラシを流用できる。このようなモータ
はボールベアリング約１個分のコストで入手でき、伝達
機構も安価な部品で構成されるため、光ディスク装置全
体でも、図８に示す従来技術によるキャリッジガイド機
構を用いた場合よりも低コストで構成できる。更に、キ
ャリッジ１０１を含む可動ヘッドは従来技術で用いてい
た６個のボールベアリング３００の容積が不要であるた
め、コンパクトになり質量も削減される点が特徴的であ
る。

【００１９】ところで、本実施例ではガイド軸１０４を
タイミングベルト１２１，１２３を介して駆動している
が、これに限らず歯車列を用いた伝達機構等でも構わな
い。またボス部１０２を左右２本のガイド軸１０４に直
接摺動させているが、ここに潤滑油を注油したり別体の
滑り軸受部材を介在しても良く、本発明の技術思想の範
疇内にある。

【００２０】（実施例２）図６は本発明の他の実施例に
おけるキャリッジガイド機構を含む光ディスク装置であ
り、図７は図６の断面Ｅ−Ｅに対応した断面図を示す。
左右２本のガイド軸１０４の両端は、メインフレーム２
０に回転自在に軸支され、それぞれのガイド軸１０４は
歯車１２０，タイミングベルト１２１を介して同時に回
転する。これらのガイド軸１０４は、光ディスク１０を
回動するスピンドルモータ１２の駆動力の一部を受けて
回転する。すなわち、スピンドルモータ１２のロータ外
周にはウォーム部１２５が形成され、これとガイド軸１
０４の一方に固着されたウォーム歯車１２６とは大きな
減速比を持って動力結合され、さらに２つの歯車１２
０，タイミングベルト１２１を介して他方のガイド軸１
０４も回転する。従って、光ディスク１０の回転中は常
時２本のガイド軸１０４が回転している事になり、キャ
リッジ１０１のトラッキング動作／アクセス動作時は光
ディスク１０も当然回転しているため、実施例１で説明
したように、スティックスリップの無い滑らかなキャリ
ッジ走行特性が得られる。また、この実施例では実施例
１で用いていたような、ガイド軸駆動用の特別なモータ
１２２を必要としない事が特徴的である。

【００２１】この実施例では、スピンドルモータ１２の
回転数は約３０００ｒｐｍを想定している。従って、ガ
イド軸１０４の回転数を実施例１と同レベルにするに
は、スピンドルモータ１２からガイド軸１０４までの伝
達機構の減速比は、約１／１０に設定すれば良い。

【００２２】なお、本実施例ではそれぞれのガイド軸１
０４をタイミングベルト１２１を介して駆動している
が、これに限らず歯車列を用いた伝達機構等でも構わな
い。

【００２３】また、スピンドルモータ１２からガイド軸
１０４への動力伝達をウォーム歯車１２５で行っている
が、他の伝達機構で置き換える事も可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、キ
ャリッジのトラッキングまたはアクセス動作中に、キャ
リッジを軸支するガイド軸が常時回転する構造となって
いるため、滑り軸受け特有のスティックスリップ現象に
よるヒステリシス特性がトラッキングサーボ系に悪影響
を及ぼす事が無い。また、高価なボールベアリングを多
数使う必要も無くこのための容積と質量が削減できる。
従って安価な手段で、高速アクセス可能な光ディスク装
置に最適なキャリッジガイド機構を実現でき、技術的／
産業的意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるキャリッジガイド機構
を含む光ディスク装置を示す平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａに対応する断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、図１のＢ−Ｂ，Ｃ
−Ｃ，Ｄ−Ｄに対応する断面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）はガイド軸１０４を回転しない
場合のキャリッジ１０１の走行特性を示す説明図であ
る。

【図５】（ａ）、（ｂ）はガイド軸１０４が回転してい
る場合のキャリッジ１０１の走行特性を示す説明図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例におけるキャリッジガイド
機構を含む光ディスク装置を示す平面図でる。

【図７】図６の断面Ｅ−Ｅに対応した断面図である。

【図８】従来技術によるキャリッジガイド機構を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０ 光ディスク １２ スピンドルモータ ２０ メインフレーム １０１ キャリッジ １０４ ガイド軸 １２０ 歯車 １２１，１２３ タイミングベルト １２２ 小型モータ １２６ ウォーム歯車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズを搭載したキャリッジをリニ
   アモータで移送する形式の光ディスク装置において、該
   キャリッジのトラッキングまたはアクセス動作中に、該
   キャリッジを軸支するガイド軸が常時回転する構造とな
   っている事を特徴とするキャリッジガイド機構。
2. 【請求項２】 対物レンズを搭載したキャリッジをリニ
   アモータで移送し、スピンドルモータで光ディスクを回
   動する形式の光ディスク装置において、該キャリッジを
   軸支するガイド軸が、該キャリッジのトラッキングまた
   はアクセス動作中に、前記スピンドルモータから駆動力
   を伝達されて回転する構造となっている事を特徴とする
   キャリッジガイド機構。