JPH06301942A

JPH06301942A - 回転シリンダ装置とそのバランス調整方法

Info

Publication number: JPH06301942A
Application number: JP5085960A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Goto; 克巳後藤; Toshiaki Koga; 敏明古賀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】不釣合成分の大きい回路部の、慣性主軸と軸
中心線のズレを修正し、磁気ヘッド高さを変化させるよ
うなモーメントが発生しない回転シリンダ装置を提供す
る。【構成】回路基板１と回路ホルダー２は一体化して回
路ユニット５となる。回路ユニット５には複数のバラン
ス修正部６Ａ、６Ｂが設けられている。回路ユニット５
は、予め複数のバランス修正部６Ａ、６Ｂを用いてバラ
ンス修正されるため、慣性主軸と軸中心線が一致した完
全釣合状態となる。その後に回路ユニット５を回転ドラ
ム７に搭載する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＶＴＲ（ビデオテープ
レコーダ）などに用いられる回転シリンダ装置およびそ
のバランス調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、回転体のバランス修正を行うに
は、バランス修正おもりを付加あるいは除去する面が、
軸方向に異なる位置に２面必要であることが知られてい
る。２つの修正面を用いてバランス修正を行えば、軸受
に作用する遠心力を０にする事ができるというものだ
が、これは、回転体の重心が軸中心線上にあり、かつ３
本の慣性主軸のうちの１本が軸中心線と一致することを
意味している。これが釣合条件であり、この条件を満た
す状態を一般に完全釣合状態という。また、２つの修正
面を用いてバランス修正を行うことを２面釣合わせとい
う。ここで、慣性主軸の原点は軸中心線上にあるものと
し、以下も同様とする。

【０００３】さて、ＶＴＲなどに用いられる回転シリン
ダ装置は、記録する情報量の増大にともない、マルチヘ
ッド化、高速回転化や記録周波数の高周波化が行われて
いる。高周波記録のため、回転シリンダ装置にはアンプ
回路などの回路基板が搭載され、マルチヘッドのため回
路規模が大きくなっている。また、高速回転のため、回
転バランスの修正をより厳しく行うことが必要である
が、回路基板は機械部品に比べ精度が低く不釣合が大き
いので、特に注意を要する。

【０００４】従来、このような回路基板を搭載してのバ
ランス修正に関する第１の従来の技術として特開平３−
２５２９１４号公報に示されるものなどがあった。

【０００５】以下、この第１の従来の技術について図５
を用いて説明する。下固定ドラム３１の上にこれと同軸
に回転ドラム３２が回転可能に取付けられいる。また、
下固定ドラム３１の下に回転ドラム３２を回転させるモ
ータ３３が取り付けられ、回転シャフト３４を介して回
転ドラム３２と連結している。回転ドラム３２の上面側
に円板状の回路基板３５が回転ドラム３２と同軸に取付
けられいる。回路基板３５の周辺には半田を盛る半田ラ
ンド３６が形成されており、かつ３０度の角度で角度目
盛３７が印刷されている。また、磁気ヘッド３８は回転
ドラム３２周面よりわずかに突出して取り付けられてい
る。

【０００６】このような構成によれば、回路基板３５を
回転ドラム３２に配置したのち、回転部分の不釣合を図
示しない検出装置でその量と方向とを検出し、得られた
方向に検出された量だけの半田を半田ランド３６に盛る
ことにより容易にバランスをとることができる。

【０００７】また、上記従来例の公報には特に示されて
いないが、回転体の軸方向の長さが長い場合や回転数が
高い場合などには、回路基板３５に設けた半田ランド３
６以外にもう１箇所、バランス修正用のおもり（図示せ
ず）を付加あるいは除去する領域を設けることが多い。
すなわちバランス修正部を２つ設けることが多い。

【０００８】以下に第２の従来例として説明する。第２
の従来例の構成は、上記第１の従来例の構成に加え、モ
ータ３６にバランス修正おもり（図示せず）をとりつけ
るバランス修正部（図示せず）が設定される。したがっ
て、第２の従来例によれば、バランス修正面が２つある
ため、回転部分の不釣合を図示しない検出装置でその量
と方向とを検出し、演算により先記の釣合条件をみたす
バランス修正量を求め、得られた方向と量にしたがっ
て、半田を半田ランド３６に盛り、また、おもり（図示
せず）をバランス修正部（図示せず）に付加することに
より、完全釣合状態となるようにバランス修正を行うこ
とができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の技術では、搭載する回路基板の傾きなどに対する
考慮がなされておらず以下に示すような課題があった。

【００１０】説明を簡単にするため、回路基板を単純な
円板とし、この回路基板が傾いて取り付いた場合につい
て考える。また、回路基板の重心は回転ドラムの軸中心
線上にあるものとする。図６に示すように、回路基板が
傾いた状態で回転すると、図中に示す遠心力Ｆが働き、
図中に示すモーメントＭが発生する。以下、このモーメ
ントＭについて詳しく説明する。図７に示すように、回
転シリンダ装置の軸中心線方向をｚ軸とし、回路基板３
５の重心を原点として座標系をとる。回路基板３５が傾
いていない場合の回路基板３５のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回り
の慣性モーメントをＩx、Ｉy、Ｉzとする。このとき、
慣性乗積は、Ｉxy＝Ｉyz＝Ｉzx＝０となる。この状態
は、ｚ軸すなわち軸中心線と回路基板３５の慣性主軸の
内の１本が一致している状態である。そして、回路基板
３５がｘ軸回りにθ傾いたときを考える。すなわち、慣
性主軸を軸中心線から傾ける。このときの回路基板３５
のｚ軸回りの慣性モーメントＩz'は、先のＩy、Ｉzを用
いると、Ｉz'＝−sin²θ・Ｉy＋cos²θ・Ｉz となり、また、慣性乗積Ｉyz'、Ｉzx'はＩyz'＝−sinθcosθ（Ｉy＋Ｉz）Ｉzx'＝０となる。回路基板３５が角速度ωで回転しているときの
角運動量ベクトルＬは、慣性テンソルと回転ベクトルの
積で表される。詳細は省略するが、この場合回転ベクト
ルは（０，０，ω）^Tであり、また、Ｌ＝（０，ωＩy
z'，ωＩz'）^Tとなる。この式から、回転ベクトルと角
運動量ベクトルの方向が異なることがわかる。結局、回
路基板３５の回転によって角運動量ベクトルＬが軸中心
線回りに角速度ωで振り回されることとなる。角運動量
ベクトルＬを角速度ωで回転させようとするときに必要
なモーメントは、角速度ベクトルωと角運動量ベクトル
Ｌの外積で表されるので、この場合、（０，０，ω）^T
×（０，ωＩyz'，ωＩz'）^Tとなる。先のモーメントＭ
は、このモーメントの反作用であるから、その大きさを
計算するとＭ＝｜ω²Ｉyz'｜＝｜ω²sinθcosθ（Ｉy＋Ｉz）｜となる。以上のことから明らかなように、慣性主軸が軸
中心線から傾いた状態では、回転によってモーメントＭ
が働く。また、慣性主軸のうちの１つと軸中心線が一致
している場合、すなわちθ＝０の場合、モーメントＭは
発生しないことも明らかである。

【００１１】このようなモーメントＭが作用すると、図
８にモデルで示すように、回転ドラム３２を支持する回
転シャフト３４が湾曲してしまう。回転シャフト３２の
湾曲により、回転ドラム３２が傾き、回転ドラム３２に
搭載される磁気ヘッドの高さ３８に変化が生じる。具体
的に、回路基板３５の傾きを０．５゜、回路基板３５の
質量を２０ｇ、半径を４０mm、回転速度を９０００ｒｐ
ｍとしてモーメントＭを計算し、回転シャフト３４の径
を１０mm、材質をステンレス、回転シャフト３４を支え
る軸受間距離を５０mmとして、このモーメントＭを計算
し、さらに回転シャフト３４の湾曲による回転ドラム側
の軸受での回転シャフト３４の傾きを計算すると、以下
のようになる。モーメントＭは約２．０Kgcmとなり、傾
きは、３．３×１０^-5radとなる。この傾きを回転ドラ
ム３２の傾きとすると、回転ドラム３２の径を９６．５
mmとしたとき、磁気ヘッド３８が１８０゜対称位置につ
いていると、その相対高さが３μｍ変化する。

【００１２】このように、回路基板３５のわずかな傾き
であっても、磁気ヘッド３８の高さに影響を与えるほど
のモーメントＭが発生し、回転シリンダ装置の性能を大
きく劣化させることとなる。

【００１３】以上のことから、上記したようなモーメン
トＭが発生しないためには、回転体の慣性主軸の１つが
軸中心線と一致していることが必要である。このために
は、従来の技術の項で説明した完全釣合状態を作れば良
い。従来例の項で説明した通り、回転体におもりを付加
したりあるいは除去したりして完全釣合状態をつくるに
は、おもりを付加あるは除去する領域が、軸方向に異な
る位置に２面必要であることが知られている。

【００１４】しかしながら上記した第１の従来例では、
おもりを付加する領域が１面しかなく重心を軸中心線上
に合わせることは可能であるが、完全釣合状態を作るこ
とは原理的に不可能であった。このため、回路基板３５
が傾いて取り付けられた場合など、慣性主軸に傾きが生
じた場合に、これを修正することができず、回転によっ
て発生するモーメントＭのため磁気ヘッド３８の高さが
変化していた。

【００１５】また、第２の従来例で説明した通り、回転
ドラム３２側に第１のバランス修正部である半田ランド
３６を設け、回転ドラム３２とは軸受に対して反対側に
位置するモーター３３のローター（図示せず）に第２の
バランス修正部を設け、回転シリンダ装置全体として
は、完全釣合状態とすることが多く行われている。しか
し、軸受より回転ドラム３２側のみに着目すると、修正
面は１面しかなく、局所的には完全釣合状態を作ること
ができない。このため、回転によりモーメントＭが発生
し、磁気ヘッド３８の高さが変化していた。

【００１６】これまでの説明では、慣性主軸の傾きは回
路基板３５が傾いて取り付けられることにより発生する
ものとしていたが、この他にも図９のように、回路に搭
載される電子部品の取付のばらつきや、基板の取付誤差
により、複数の回路基板３５のそれぞれの重心位置が軸
中心線上にない場合などにも発生する。

【００１７】以上のように、従来の技術では、回路基板
３５の傾きなどによって慣性主軸が軸中心線から傾くこ
とによりモーメントＭが発生し、磁気ヘッド３８の高さ
に変化を生じるという課題があった。本発明は、上記課
題を解決するもので、回転によるモーメントＭの発生を
抑え、磁気ヘッド３８の高さ変化を生じない回転シリン
ダ装置およびそのバランス調整方法を提供するものであ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の回転シリンダ装
置は、回路基板とそれをを保持する回路ホルダーを一体
に結合して構成した回路ユニットと、回路ユニットに設
けた複数のバランス修正部と、回路ユニットを搭載する
回転ドラムとからなるものである。

【００１９】また、回転シリンダ装置のバランス調整方
法としては、予め複数のバランス修正部を用いて回路ユ
ニットのバランス修正を行ったのちに回路ユニットを回
転ドラムに搭載するものである。

【００２０】

【作用】本発明は、上記した構成により回路ユニットに
複数のバランス修正部を設けているので、予め回路ユニ
ットを完全釣合状態としたのちに回転ドラムに搭載する
ことができ、そのため回転時にモーメントを発生させな
いことができる。

【００２１】また、他の発明の回転シリンダ装置のバラ
ンス調整方法は、複数のバランス修正部を用いて予め不
釣合成分の大きい回路ユニットについてその慣性主軸と
軸中心線を一致させ、そののちに回転ドラムに搭載する
ため、回転時に回路ユニット部でのモーメント発生を抑
止できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例の回転シリンダ装置に
ついて図１、図２、図３を用いて説明する。

【００２３】図１に示すように、回路基板１は回路ホル
ダー２にネジ３およびスペーサー４を用いて固定され
る。このため、回路基板１と回路ホルダー２は一体とな
り、回路ユニット５となる。図２は、回路ユニット５を
斜め下方よりみた斜視断面図である。また、回路ユニッ
ト５には、２つのバランス修正部６Ａ、６Ｂが設けられ
ており、第１のバランス修正部６Ａは、回路ユニット５
上部に設けた環状の壁であり、第２のバランス修正部６
Ｂは、回路ユニット５底面部に露出している回路基板１
に設けた円環状の半田ランドである。また、回転ドラム
７は回転シャフト８と一体となっているディスク９に固
定され、２つの玉軸受１０を介して固定ドラム１１と同
軸に回転可能に支持される。固定ドラム１１下面には、
図示しないモーターが取り付いていて回転シャフト８を
介し回転ドラム７を回転駆動する。磁気ヘッド１２は、
回転ドラム７周面より微小に突出するようにヘッドベー
ス１３を介して回転ドラム７に取り付けられる。また、
回転シャフト８はディスク９から幾分突出しており、回
転シャフト８の上部には、回転シャフト８と同軸に雌ネ
ジ１４が切られている。また、回路ホルダー２には回転
シャフト８と嵌合する嵌合穴１５が設けられており、こ
の上部には嵌合穴１５と同軸にネジどめ用の貫通穴１６
があけられている。

【００２４】次に、本発明の実施例のバランス調整方法
について説明する。回路ユニット５は、予め２面釣合わ
せによるバランス修正が施される。バランス修正を行う
際には、回路ユニット５を回転駆動するための専用の駆
動装置１７を用いる。図３に示すように、駆動装置１７
は、モーター１８と、軸受台１９と、軸受２０と、駆動
シャフト２１と、台座２２からなり、駆動シャフト２１
は、回転シリンダ装置と同様に、台座２２から幾分突出
し、その先端部には駆動シャフト２１と同軸に雌ネジ２
３が切られている。駆動シャフト２１は、回転シャフト
８と同径である。また、駆動装置１７は、図示しない不
釣合検出装置に接続されている。駆動装置１７は、予め
モーター１８のローター部と台座２２部におもりを付加
あるいは除去するなどして回転バランスが修正されてお
り、駆動装置１７の回転部分は予め完全釣合状態となっ
ている。

【００２５】この駆動装置１７に回路ユニット５を取り
付けて回転駆動し、図示しない不釣合検出装置を用いて
不釣合を検出する。取り付けの際は、回路ホルダー２に
設けた嵌合穴１５と駆動装置の駆動シャフト２１を嵌合
し、さらに台座２２と当接させて、止めネジ２４で固定
する。検出された不釣合量をもとに、第１の修正部６Ａ
および第２の修正部６Ｂにおもりを付加し、バランスを
修正する。このとき、２つの修正部を用いて２面釣合わ
せによるバランス修正を行っているため、駆動装置１７
と回路ユニット５を合わせた回転体については完全釣合
状態を作ることができる。駆動装置１７は、回路ユニッ
ト５を付けない状態では予めバランス修正が行われてい
るので、駆動装置１７に回路ユニット５を取り付けて、
バランス修正を行えば、回路ユニット５を完全釣合状態
とする事ができる。

【００２６】このようにして、回路ユニット５のバラン
ス修正が行われ、回路ユニット５は完全釣合状態とな
る。そののち、図１、図４に示すように、回路ユニット
５を回転ドラム７に搭載する。搭載は、回路ユニット５
を駆動装置１７に取付ける場合と同様に、回路ホルダー
２に設けられた嵌合穴１５と回転シャフト８を嵌合さ
せ、回路ユニット５をディスク９に当接し、回転シャフ
ト８に切られた雌ネジ１４に止めネジ２４を締め込むこ
とによって行う。すなわち、回路ユニット５は、バラン
ス修正時と、回転ドラム７への搭載時のどちらの場合も
シャフトに嵌合することによって高精度に位置決めされ
る。そのため、バランス修正時と回転ドラム７へ搭載時
では同軸となる。回路ユニット５は予めバランス修正が
施され、完全釣合状態となっているため、回転ドラム７
に搭載した状態でも回路ユニット５だけに注目すれば、
軸中心線と慣性主軸は一致し、完全釣合状態になってい
る。

【００２７】このように、本実施例では、不釣合の大き
い回路基板１を回路ホルダー２と一体的に結合して回路
ユニット５とし、この回路ユニット５に設けた２つのバ
ランス修正部６を用いて予め２面釣合わせによるバラン
ス修正を施し、完全釣合状態としている。また、回路ユ
ニット５は回転ドラム７に高精度に位置決めされるた
め、回路ユニット５を回転ドラム７に搭載した状態で
も、回路ユニット５は完全釣合状態となっている。この
ため回転シリンダ装置を回転駆動しても、回路ユニット
５部では回転シャフト８を曲げるモーメントを発生しな
い。したがって、本発明によれば、磁気ヘッド１２の高
さ変化を生じない回転シリンダ装置を提供できる。

【００２８】なお、本実施例の回転シリンダ装置におけ
る回路ユニット５以外の回転部分については、機械加工
により高精度に作成されるので慣性主軸と軸中心線のズ
レは極めて小さい。そのため、モーメントの発生による
回転シャフト８の曲がりについては無視できるので、回
路ユニット５を搭載する前あるいは後に、回転ドラム７
とモーターローター（図示せず）それぞれにバランス修
正部（図示せず）を設定し、バランス修正を行うなどで
十分である。

【００２９】また、本実施例において、回路ユニット５
の位置決めは、回転シャフト８に回路ユニット５を嵌合
することによって行っていたが、ダイヤルゲージなどを
用いて偏心量を検出しながら微調整して固定するなど、
他の方法による位置決めであってもよい。

【００３０】また、本実施例においては、回路ユニット
５に設けた第１のバランス修正部６Ａを環上の壁におも
りをつける構成とし、第２のバランス修正部６Ｂを回路
基板１に設けた半田ランドに半田を付着させる構成とし
ていたが、これに限定するものではなく、バランス修正
が行える機能を有するものであれば他の様式であっても
よい。おもりや半田を付着させるのではなく、回路ユニ
ット５の一部を削り取るなどの方法であってもよい。

【００３１】また、本実施例においては、回路ユニット
５に設けたバランス修正部は２つとしていたが、これは
３つ以上であってもよい。３つ以上のバランス修正部を
有し、バランス修正の考え方からは修正面の数が冗長と
なる場合であっても、完全釣合状態を作ることができる
ことは明白である。おもりをつける量や角度の物理的な
制限を緩和するためにバランス修正部を３つ以上として
もよい。

【００３２】さらに、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の主旨に基づいて種々の変形が可
能であり、これらを本発明の範囲から排除するものでは
ない。

【００３３】これまでの説明では、利便上「完全」ある
いは「一致」といった表現を用いているが工学的常識か
ら完全なバランス修正は不可能である。ここでは、許容
できる範囲内での「完全」、「一致」という意味であっ
て厳密なものではなく、本発明の範囲を制限するもので
はない。また、「慣性主軸」の原点は軸中心線上にある
ものとする。

【００３４】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば、不釣合成分の大きい回路基板と回路ホルダ
ーを一体化した回路ユニットに複数のバランス修正部を
設けているので、予め回路ユニットを完全釣合状態とし
たのちに回転ドラムに搭載することができる。そのため
回転時には磁気ヘッドの高さを変化させるようなモーメ
ントが発生しない回転シリンダ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面斜視図

【図２】本発明の一実施例における回路ユニットの斜視
図

【図３】本発明の一実施例におけるバランス修正用駆動
装置の斜視図

【図４】本発明の一実施例の組立状態を示す斜視断面図

【図５】従来例の斜視図

【図６】従来例の課題を示す説明図

【図７】従来例の課題を説明するための座標系を示した
図

【図８】シャフトのたわみモデルを示した図

【図９】従来例の課題の他の例を示す説明図

【符号の説明】

１回路基板２回路ホルダー５回路ユニット６Ａ第１のバランス修正部６Ｂ第２のバランス修正部７回転ドラム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板と、それを保持する回路ホルダー
を一体に結合して構成した回路ユニットと、前記回路ユ
ニットに設けた複数のバランス修正部と、前記回路ユニ
ットを搭載する回転ドラムとを有することを特徴とする
回転シリンダ装置。
【請求項２】回路基板と、それを保持する回路ホルダー
を一体に結合して構成した回路ユニットと、回路ユニッ
トに設けた複数のバランス修正部と、回路ユニットを搭
載する回転ドラムを有する回転シリンダ装置において、
予め複数のバランス修正部を用いて回路ユニットのバラ
ンス修正を行ったのちに、回路ユニットを回転ドラムに
搭載することを特徴とする回転シリンダ装置のバランス
調整方法。