磁盘装置 【技术领域】
本发明涉及一种磁盘装置(disk apparatus)，它具有一个能抑制由于作为记录介质的磁盘的不均衡造成的自振的抗振装置，并能进行稳定的记录和重放。
背景技术
在近几年，记录和重放数据的磁盘装置，如CD-ROM驱动器等的数据传输速度变得越来越快。数据的高速传输需要磁盘的高速旋转。许多传统的磁盘是不均衡磁盘，它们由于例如厚度不均匀等因素而造成质量的失衡。这种磁盘在高速旋转时会出现如下问题：例如由于磁盘的不均衡力造成了磁盘自振，并使自振传到整个装置，从而使数据不能稳定地重放，或者该振动会产生噪声或会缩短电机的使用寿命，另外，当计算机内具有一个驱动装置时，这种振动将传输到外围设备并对外围设备造成恶性干扰。因此，通过磁盘的高速旋转来高速传输数据就需要抑制由于磁盘的不均衡造成的自振。因此为消除不均衡而采取了各种措施。
下文将对具有消除不均衡功能的传统磁盘装置进行说明。
图7是设有一个均衡器以消除不均衡的磁盘装置地透视图。标号1表示一个磁盘，它被放置在一个转台9上并由一个主轴电机2驱动旋转。光拾取器3读取记录在磁盘1上的数据，或将数据写入磁盘1中。利用光拾取器驱动系统5的功能可将光拾取器驱动电机4的旋转转换成线性运动，从而使光拾取器3沿磁盘1的径向摩擦移动。上述这些机械系统都安装在底座6上，该底座6通过一个低刚度的弹性绝缘件7与主基座8相连，其中该绝缘件7可减轻从外部传入的振动。磁盘1在旋转时处在转台9与夹持器10之间，转台9与夹持器10与主轴电机2成一体旋转。在磁盘1高速旋转期间，由于绝缘件7的变形，所以将底座6振动的共振频率调整到比磁盘1高速旋转时的频率低的程度。
图8是主轴电机2附近部位的剖视图，它表示出与磁盘装置上方的夹持器10装配成一体的均衡器的细部。由金属磁性材料制成的磁轭11固定在转台9上，以使其与主轴电机2成一体地旋转。夹持器10含有一块磁铁27，磁盘1受产生于磁铁27与磁轭11之间的磁通的磁吸附力作用，所以磁盘1可与它们成一体地旋转。为了使生产过程简化及应用简单起见，磁铁27的磁化表面28通常是偶极磁化的。标号“15”是金属磁性材料的后磁轭(back yoke)，它通过吸附方式固定在一个磁铁27的非磁化表面29上，以阻断从磁化表面28以外的其它地方漏出的磁通，从而提高了磁盘1的吸力效率。夹持器10至少包含了两个可以滚动的磁球13。标号“13a”和“13b”分别表示在高速旋转过程中和低速旋转过程中球13的位置，该球在附图中分成右部分和左部分。这些构成均衡器的部件安装在通过绝缘件7与主基座8相连的底座6上。如上所述，在磁盘1高速旋转期间，由于绝缘件7的变形，应将底座6振动的共振频率调整到比磁盘1高速旋转时的频率低的程度。
图9是表示在磁盘高速旋转过程中，由于设置在夹持器10内的球13的运动而消除了不均衡的情况的视图，并且该图是从上方看去的剖视图。
参照图8和图9，这两幅图对不均衡的磁盘1在低速旋转过程中有关球13的状态作了解释。并且还对磁盘1在高速旋转过程中有关不均衡的消除作了解释。
对于CD-ROM驱动器来说，磁盘1以高速(8倍速模式，最大转速约4,200rpm)旋转，以便在读数据时实现数据快速传输。另一方面，例如，为了进行音频播放，磁盘通过以标准转速(约200-500rpm)旋转。因此，高速旋转范围，如数据读取，以及低速旋转范围，如音频播放是同时存在的。
当不均衡的磁盘1在其自轴上以高速旋转时，不均衡力18就是作用到磁盘1的重心17上的离心力，并且该作用方向随磁盘1一起旋转。该不均衡力18使绝缘件7变形，以使底座6旋转，同时以磁盘1的旋转频率摆动。如上所述，由于底座6振动的共振频率被调整到低于磁盘1的旋转频率，所以底座6的位移方向总是与不均衡力的方向相反。因此，在夹持器10内至少设置2个球13，滚动时会产生运动力22，它是离心力19与趋向于离开滚动表面20方向的阻力21的合力，该合力推动球13在滚动表面上滚动。结果使球13以离开摆动-旋转中心23的方向运动，并汇聚在与不均衡力18的相反方向上，最后，由于汇聚后的球13a的总质量，使磁盘1的不均衡量被抵消。
另一方面，在低速旋转范围，如标准转速，球13的离心力19不够大，以致不能使球13被推到滚动表面20上并在滚动表面上定位，从而造成球的不稳定，于是会发出不必要的噪声，如球13的滚动声、球13与夹持器10的内表面部分之间的摩擦运动声及球13之间的碰撞声。为了避免这些情况发生，用金属磁性材料制作球13。另外，利用磁铁27的漏磁通24或从磁化表面28至后磁轭15的磁通25，使磁铁27或后磁轭15的外圆周面26能直接吸附球13，从而使它们稳定地定位在球13b的位置上，这样可防止发生上述不必要的噪声。
然而，当磁盘1从高速旋转迅速转变到低速旋转时，上述结构具有如下问题：
对于某些CD-ROM磁盘来说，通常数据和声音是同时存在于磁盘内的。当这种磁盘重放时，会出现如下情况：在刚以高速读取数据之后，转速便降到标准转速，以便播放声音。也就是说，磁盘在以高速旋转时迅速地转变到低速旋转，紧接着必须进行声音的播放。
如上所述，在高速时，球13与夹持器10成一体旋转，同时被推到滚动表面20上，以抵消磁盘1的不均衡。但是，当转速降到预定转速时，由于磁铁27的漏磁通24的作用，或由于从磁化表面28到后磁轭15的磁通25的作用，使作用于球13上的离心力不够大，以致这些球13被磁铁27的外圆周面26或后磁轭15吸附。但是，如上所述，磁铁27的磁化表面28是偶极磁化的。在这种偶极磁化的情况下具有如下特征：漏磁通24较大，同时磁通25的磁通密度较小。因此，当磁盘1从低速旋转转变到高速旋转时，球13很难与磁铁27的外圆周面26分离。相反，当磁盘1从高速旋转转换成低速旋转时，磁铁27的外圆周面26难于吸附球13，这是由于球13不能与滚动表面20分离，除非作用到球13上的离心力19非常小。如上所述，当磁盘通过高速旋转来读取数据后马上转变成音频播放时，由于上述的球13难于分离和吸附等特性，球13在开始读取音频数据后被磁铁27的外圆周面26所吸附。吸附时的碰撞传递给磁盘1，从而造成读取错误。
此外，在旋转初始过程中，即在磁盘刚起动旋转起来的过程中，转速变得非常高之后，球与磁铁分离并与滚动表面相碰撞，之所以会这样是由于有如下特性的缘故：由于较大的漏磁通24的作用，使球13很难与磁铁27的外圆周面26分离。因此，总的碰撞力较大，从而引起例如起动旋转的时间过长的缺陷。
发明的公开
发明目的
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种磁盘装置，该装置在高速旋转过程中(涉及磁盘的不均衡问题)，利用球的离心力有效地抵消磁盘的不均衡，并且在低速旋转如音频播放时，通过使球的定位稳定化来防止出现不必要的噪声，此外，在磁盘的转速从高速转变到低速时或在起动旋转时，不会引起错误发生。
发明概述
为了解决上述问题，本发明的磁盘装置包括：一个能有效抵消磁盘不均衡的均衡器，该均衡器调整到能与装配的磁盘成一体地旋转，并具有一个包含一块磁性材料的中空环状部件；及一个磁场发生装置，用于通过吸力固定住该磁性材料。这种磁盘装置还包括下列结构(1)至(3)中的至少一种结构：
(1)该磁场发生装置是一块磁铁，它定位在中空环状部件的内圆周侧并利用极化作用使之沿旋转方向被磁化成四极或更多的极；
(2)该磁场发生装置是一个磁铁，它定位在中空环状部件的内圆周侧并利用极化作用使之沿旋转轴的方向被磁化；
(3)该磁场发生装置是一个磁铁，它定位在中空环状部件的内圆周侧并利用极化作用使之沿径向被磁化。
在本发明中，用作磁场发生装置的磁铁是利用极化作用沿旋转方向磁化成四极或更多极、或旋转轴方向、或径向方向极化的磁化装置，这样，就减小了使磁性材料受到磁化的漏磁通的作用，有效地抵消了磁盘的不均衡。在本发明中，即使在磁盘低速旋转的情况下，作用到磁性材料上的离心力也非常小，由于磁铁的漏磁通使磁性材料的运动不稳定，磁性材料很难受到漏磁通的作用，从而能稳定地抵消磁盘的不均衡力。
本发明的详细说明
下面参照附图将对本发明的几个实施例进行说明。另外，对于下面的各实施例的组成来说，与上述传统装置相同的部件采用相同的标号。
附图的简单说明
图1包括(a)主轴电机附近的侧视图和(b)本发明一个实施例的磁盘装置的磁铁的平面图；
图2是在球的运动与开始读取之间的时间比较曲线图；
图3是本发明另一个实施例的磁盘装置的主轴电机附近的侧视图；
图4是本发明再一个实施例的磁盘装置的主轴电机附近的侧视图；
图5是图4的装置内的夹持器的水平剖视图；
图6是图4的装置内的夹持器的垂直示意剖视图；
图7是传统磁盘装置的透视图；
图8是有一个均衡器的传统磁盘装置的主轴电机附近的侧剖视图；
图9是表示在传统磁盘装置内的均衡器作用的水平剖视图；
图10是在偶极磁化的磁盘装置内漏磁通对球的作用的水平剖视图。
(四极磁化)
图1表示本发明的第一实施例，其中图1a是剖视图，图1b是磁铁的平面图。
标号“13”是磁性材料制成的球，有多个球被放置在夹持器10内，使这些球能滚动，以抵消磁盘1的不均衡。标号“13a”表示球13处于高速旋转时的位置，而标号“13b”表示球13处于低速旋转和处于停止时的位置。标号“27”是一块磁铁，它的磁化表面28是被四极磁化的，通过形成通向磁轭11的磁路并从而吸引该磁轭11而使磁盘1处于磁铁27与转台9之间。在表示上述偶极磁化结构的图9中，磁铁27的圆周被分成各为180°的S极和N极。另一方面，对于图1b中的四极磁化来说，S极和N极是沿圆周方向上被总体分为四极、每极为90°而交错排列的。磁铁27对磁轭11的磁吸力应与偶极磁化的磁吸力相同。标号“15”是后磁轭，通过将它吸附到磁铁27的非磁性表面29而使之固定，并且后磁轭外径要比磁铁27的外径大许多。标号“24”代表从磁铁27漏出的磁通，标号“25”代表从磁性表面28至后磁轭15的磁通。
在具有上述结构的本发明的第一实施例中解释了磁盘1在高速或低速时旋转的有关机构。
与图9所示的上述传统的磁盘装置相似，如果磁盘1在高速旋转过程中，例如在数据读取过程中表现出不均衡时，来自摆动-旋转中心的离心力19作用在球13上，从而将球13推向滚动表面20上，同时进行滚动，然后汇聚在沿与磁盘1的不均衡方向相反的方向上，并停止在平衡不均衡力的的位置上，此后与夹持器10成一体地旋转，从而抵消了磁盘1的不均衡。
另一方面，当磁盘1的旋转从高速转变到低速(如音频播放)时，作用在球13上的离心力变得非常小，使球13离开滚动表面20，然后，由于磁铁27的漏磁通4的作用或由于从磁铁27至后磁轭15的磁通25的作用，使球13被磁铁27的外圆周表面26或被后磁轭15所吸附。
另外，对于上述实施例，由于磁铁27的磁化表面28是四极磁化的，所以磁通的状态是这样的：与偶极磁化的情况在相比，在磁铁27的外圆周表面26附近的漏磁通24要小得多，并且从磁化表面28至后磁轭15的磁通25的磁通密度较大。结果，球13将这样运动：与偶极磁化的情况相比，球13很容易与磁铁27分离或被磁铁27吸附。当磁盘1的旋转迅速从高速降到低速时，上述特性使球13能以较短时间被磁铁27吸附。也就是说，由于球13在转换到音频数据读取模式之前已被吸附，球13的碰撞已完成，所以不会有数据读取错误发生。此外，由于漏磁通24也较小，所以在吸附球13时造成的碰撞较轻。
另外，当开始旋转时，球13很容易与磁铁27分离，所以分离的时间较短，这是由于与滚动表面的撞击力要大大小于在偶极磁化情况下的撞击力。因此，造成错误的因素(如伺服滑动)则大大减轻。
图2是表示第一实施例功能的曲线图。在该附图的上图(A)中表示出在使用均衡器情况下的特性，该均衡器利用了上述实施例的四极磁化的磁铁，图(B)表示在使用传统均衡器情况下的特性，该均衡器利用了偶极磁化的磁铁。在各曲线图中，标号“33”表示音频数据读取(读取信号)的起始点，标号“34”表示由球13与磁铁27碰撞引起的跟踪错误信号(跟踪错误信号)的强度。标号“35”表示主轴电机2(主轴电机VM信号)的电压变化，并且该变化35的下降部分表示从高速向低速的转变时间。这些标号33、34和35之间的位置关系将有助于理解球13与磁铁27的碰撞时间与在磁盘1的转数快速改变的情况下音频数据的起始读取点之间的时间关系。
将图2的曲线(A)和(B)相互进行比较，结果如下：对于曲线(B)的偶极磁化均衡器来说，在从高速向低速的快速转变过程中，球13被磁铁27吸附的时间如此慢，以致球13与磁铁27的碰撞要比开始读取数据的时间晚。因此，跟踪错误信号(是造成音频数据播放模式错误的因素)程度是非常强的。另一方面，对于曲线(A)的四极磁化均衡器来说，球13与滚动表面20的分离与磁盘1从高速向低速转变是同时进行的，然后它们被磁铁27吸附。因此，跟踪错误信号的较强程度是出现在音频数据读取之前，所以不会出现错误。
(利用沿轴向或径向极化的方式进行的磁化)
图3-6表示本发明第二和第三实施例。与上述实施例相同的结构采用相同的标号表示，并且省略了重复的详细描述。
在图3的实施例中，至少有两个球13在夹持器10内滚动。标号“13a”代表球13在高速或低速旋转时的位置，而标号“13b”代表球13在静止模式下的位置。磁铁27的整个磁化表面28被极化成相同的极(在图中为S极)，而非磁化的整个表面29被极化成与磁化表面28相反的极(N极)。换句话说，磁铁27通过沿夹持器10的垂直旋转轴的方向极化而被磁化。结果，形成了用于吸引磁轭11的通向磁轭11的磁路，从而可将磁盘1放入磁铁27与转台9之间。将磁铁27作用在磁轭11上的磁性吸力大小调整到与偶极磁化的吸力相同。标号“24”代表磁铁27的漏磁通。
对于图4-6的实施例，磁铁27通过径向极化的方式被磁化。在上表面侧的平面内，即在磁铁27的非磁化表面29侧，如图5所示，一个N极和一个S极分别同心地布置在内圆周面侧和外圆周面面侧。如图6a示意地表示出的那样，磁铁27的表面侧和后侧的极性是相反的。由此可见，S极和N极分别同心地布置在磁性表面28的内圆周侧和外圆周面侧。此外，即使将S极和N极做相反的布置(如图6b所示)也能实现相同的功能。
当磁铁27按上述方式沿轴向或径向极化，在磁铁27的滚动表面20附近的漏磁通24非常小。因此，球13几乎不会受到漏磁通的影响，甚至在离心力减小的情况下也是如此，这样便可抵消不均衡，这与高速旋转的情况相似。此外，在起动旋转时，球13开始在在滚动表面20上以极快的速度滚动，球13与滚动表面碰撞的撞击力要大大小于在偶极磁化的情况下的撞击力。因此，可大大减少导致错误的因素，如伺服滑动等。
图10表示对于传统磁盘装置，偶极磁化的磁铁27对球13的作用。当在低速旋转时显示出不均衡的磁盘，如双速(Twiee-fast)DVD在旋转时(图10a)，作用在球13上的离心力19小于在高速旋转时的离心力，这样就很难使球13沿抵消不均衡力的方向运动。另外，在高速旋转时(如图10b所示)，磁铁27的漏磁通24太大，以致使球13不能越过磁通障24a运动，从而无法抵消不均衡。
引上述情况相比，当不能沿径向或轴向进行极化时，漏磁24通过小，以致不能解决上述问题。此外，漏磁通24非常均匀地存在于磁铁27的整个圆周面上，所以不会出现类似上述的偶极磁化(图10b)时出现的磁通障24a，这样，使球13能平稳地沿圆周方向运动。
另外，使用本发明的沿轴向或径向极化的磁化技术能提供与图2(A)的上述四极磁化的实施例相同的效果。
在产业上的应用
如上所述，本发明的磁盘装置甚至在不均衡的磁盘高速旋转时也能实现稳定的重放和数据记录，并且能防止在低速旋转(如音频播放模式时)出现不必要的噪声，另外，在快速改变转速过程中，还能通过缩短球与磁铁或滚动表面的碰撞时间，或通过抑制由于碰撞带来的撞击力来防止发生错误，如读取错误和起动旋转时间过长等。