CN1257497C - 光学拾取器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了适应记录介质高密度化,透镜支承精度极高,适应读写精度高速化可以抑制共振的光学拾取器。另外,还公开了相对于透镜承载面垂直形成轴承部、轴承部内径圆度和机械强度良好的透镜保持架。该光学拾取器具有支承轴和可以自由旋转地与该支承轴配合的透镜保持架,支承轴由含有氧化锆的陶瓷形成,透镜保持架由液晶树脂组合物形成。此外,该光学拾取器配备有具有与支承轴配合的轴孔和多个物镜孔的透镜保持架,透镜保持架是在液晶树脂或聚苯醚树脂中配合纤维状填充材料而形成的树脂组合物模塑体,该模塑体的弯曲弹性模量是10GPa以上。

Description

光学拾取器
技术领域
本发明涉及信息记录再现装置中使用的光学拾取器。
背景技术
光学信息记录再现装置目前已知的有例如影碟机、数字音频播放器、光盘存储器等。另外,近年来正在研制、开发记录容量相当于目前流行的DVD(记录容量4.7GB)或CD(记录容量700MB)的2-6倍的新一代DVD和CD以及大容量型的MO等。这些在光盘上记录或再现信息的光学信息记录再现装置,配备有用于检出光盘上的信号径迹(信息位串)和信息的光学拾取器。
光学拾取器是由支承轴和透镜保持架构成的,支承轴设置在基座上,透镜保持架可以自由旋转地支承在该支承轴上。在透镜保持架中心部位设置的轴承部的偏心位置上安装物镜。
如果该光学拾取器的物镜的光轴发生偏移(光轴的径向偏移),就不能将光束聚焦在光盘表面上的适当位置上,从而不能正确地读取信息。为此,通常,对于物镜的焦点偏移采用聚焦伺服进行补偿,另外,对于信号径迹的偏移,采用跟踪伺服进行补偿。
高密度、大容量的光盘,是要缩短光道间距和最短凹坑的长度,以实现高密度化。这样的高密度、大容量的光盘,要求光学拾取器中的伺服控制的应答性高于以往的水平,特别是透镜保持架的尺寸精度非常重要。
此外,为了对不同的介质共用一个光学拾取器,需要有载持多个物镜的透镜保持架。在这种情况下,为了切换物镜,对透镜保持架与支承轴的滑动性和旋转精度提出了更高要求。载持多个物镜的透镜保持架,要求具有更高的光轴精度。此外,由于切换透镜时旋转角度增大以及由于高密度化而引起的凹槽的追踪性提高,要求提高滑动特性和尺寸精度。再有,由于以支承轴为中心安装物镜和平衡器,在聚焦控制时透镜保持架发生挠曲和振动。为了能尽快地抑制这种振动,要求具有高的减振特性。
以往的光学拾取器用透镜保持架,是将树脂材料注塑模塑而制成的。
图9和图10中示意说明了以往的透镜保持架的模塑方法。注塑模塑模具通过阴模托板16和阳模托板17形成了模腔18。模腔18是由形成透镜支承部的模腔18a和形成轴承部的模腔18b构成,贯通模腔18b配置成孔销19。
使用该模具,在阳模托板17上配置成孔销19,成孔销19的端部插入设置在阴模托板16上的凹部20内,通过阴模托板16和阳模托板17约束成孔销19,由浇口注入树脂材料进行模塑。树脂材料的注入,通常使用奇数个针尖型浇口21(图9)或者使用侧浇口22(图10)进行。
但是,用上述模塑方法得到的透镜保持架,透镜承载面和轴承面不能形成垂直。这是因为,在注塑模塑模具的阳模托板和阴模托板的各插嵌部,为了防止插嵌时过热粘型,需要设置配合间隙,由于这一配合间隙,设置在阳模托板上的成孔销与设置在阴模托板上的凹部的位置关系会产生一点点偏差。由于这一偏差,在合模时,成孔销被插入设置在阴模托板上的凹部时有点倾斜。因此,模塑后的透镜保持架相对于透镜承载面来说轴承面不够垂直。具有透镜承载面与轴承面不垂直的透镜保持架的光学拾取器,通过物镜的光束不能聚集在光盘表面上,信息的写入和读出发生困难。
另外,透镜承载面与轴承面不垂直的透镜保持架,物镜的固定操作难度增大,导致生产率和产品合格率降低。
特别是在具有2个以上物镜的透镜保持架的场合,透镜承载面彼此之间的平行度不能保持高的精度。另外,如图9所示,在使用奇数个针尖型浇口21的场合,在浇口与浇口的中间部位附近产生拼缝线,轴承面的圆度恶化,必须进行后加工以提高轴承部的精度,因而生产率降低。制造成本增大。此外,如图10所示,使用侧浇口22由模腔18的外侧面注入树脂材料时,距浇口22较远的位置和浇口附近的位置产生材料注入的压力差,透镜承载面的精度难以保证。
作为透镜保持架的制造方法,日本专利JP2886741中公开了一种方法,该方法是在轴承部的轴向的整个范围内使填料沿着轴线方向取向的位置上设置浇口。
在日本专利JP2886741的方法中,由于在轴承部的周围配置针尖型浇口,对于轴承孔1.0-2.0mm的小型、轻量化的透镜保持架,不得不使用非常细的浇道和浇口。这种很细的浇道和浇口使得模具制造十分困难,或者,采用高弹性模量的树脂材料时容易引起注料不足。
另外,在轴承部的周围配置针尖型浇口,特别是作为树脂材料注入液晶性树脂时,充满轴承部的熔融树脂流入透镜支承部时,在轴承部与透镜支承部的交接处(桥接部)容易产生树脂的涡流,因而该部位的机械强度有可能降低。
发明概述
本发明的目的是,提供轴承面相对于透镜承载面垂直形成、轴承面的圆度优良、机械强度高的光学拾取器用透镜保持架以及使用该透镜保持架的光学拾取器。
本发明的另一目的是,提供与记录介质的高密度化相对应、透镜的支承精度非常高,与存取速度的高速化相对应、可以抑制共振的光学拾取器。
此外,本发明还有一个目的是,提供具有由弯曲弹性模量10GPa以上、减振性良好且模塑时较少发生溢料的材料构成的透镜保持架的光学拾取器。
本发明是具有支承轴和可以自由旋转地嵌合于该支承轴之中的透镜保持架构成的光学拾取器,其特征在于,所述的透镜保持架是由具有透镜支承部和轴承部的树脂模塑体构成,透镜支承部具有透镜承载面,轴承部具有与上述透镜承载面垂直设置的轴承面,所述的树脂模塑体是在与上述透镜承载面相反一侧的轴承部的端部设置了浇口的树脂模塑体。
通过由设置在阴模托板的轴承部模腔与成孔销的间隙处的浇口注入树脂,模塑为光学拾取器用透镜保持架,可以将树脂材料由轴承部端部在透镜支承部外周部方向上以均等压力分配进行模塑。结果,可以在轴承部防止密度不均一,提高透镜保持架的轴承面的圆度。
本发明的另一种光学拾取器的特征是,支承轴是由含有氧化锆的陶瓷形成的,轴承部是具有10GPa以上弯曲弹性模量的液晶树脂组合物或聚苯醚树脂组合物的模塑体。通过以包含支承轴和轴承部的透镜保持架的组合作为上述组合,可以高精度地加工轴承部和支承轴。另外,在驱动控制时可以抑制透镜保持架的挠取和振动。从而,可以使支承轴与轴承孔的间隙(配合间隙精度)达到6μm以下,结果提高了物镜的支承精度,可以将光束聚焦到高密度化的记录径迹上。另外,由于树脂材料是液晶树脂组合物或聚苯醚树脂组合物,熔融粘度低,模塑性好。结果,可以得到模塑时较少发生溢料的注塑模塑性良好的透镜保持架。
附图的简要说明
图1是由透镜保持架的透镜支承部的表面一侧(透镜承载面一侧)观看的平面图。
图2是图1中A-A剖面图。
图3是表示有2个物镜的光学拾取器的一例的平面图。
图4是光学拾取器的局部剖面图。
图5是具有圆筒状支承轴的光学拾取器的剖面图。
图6是透镜保持架的注塑模塑模具的局部剖面图。
图7是透镜保持架的注塑模塑模具的另一个局部剖面图。
图8是表示纤维状填充材料的取向状态的图。
图9是具有针尖型浇口的透镜保持架用注塑模塑模具的局部剖面图。
图10是具有侧浇口的透镜保持架用注塑模塑模具的局部剖面图。
具体实施方式
下面通过图1和图2说明本发明的光学拾取器和透镜保持架。
透镜保持架6是由树脂组合物模塑的,透镜支承部5b和轴承部5由桥接部5d连接。在透镜支承部5b上设置有轴承孔5a和透镜安装孔9a。在安装孔9a的内周上形成透镜承载面9。另外,在轴承部5上与透镜承载面9垂直地设置轴承面5c。轴承部5被设置在透镜保持架6的中心位置,在与透镜承载面相反一侧的轴承部5端部设有浇口。在透镜支承部5b的相对于轴承部5偏心的位置上设置一个或多个具有透镜承载面9的透镜安装孔9a。
下面通过图3至图5说明具有透镜保持架6的光学拾取器。
如图3和图4所示,光学拾取器至少由垂直设置在基座1上的支承轴2以及具有可自由旋转地嵌合在该支承轴2上的轴承部5和透镜支承部5b的透镜保持架6构成。其中,轴承部5是包含透镜保持架6的轴承孔5a的轴承面5c的区域,透镜支承部5b是指透镜保持架6上除去轴承部以外的部分。
在基座1上设置有支承轴2、心子3和磁体4,透镜保持架6可以旋转地嵌合在支承轴2上。另外,轴承孔5a设置在透镜保持架6的中心部位,在透镜支承部的外周部有驱动用的线圈7,在轴承孔5a的偏心位置的透镜支承部有多个用于安装物镜8a和8b的透镜安装孔9a和9b。
驱动用的线圈7包括聚焦线圈和跟踪线圈(图中省略),聚焦线圈是以透镜保持架6的轴心为中心卷绕而成,跟踪线圈是以与轴心平行的轴为中心卷绕并以包含有透镜保持架6的轴心的平面为对称面对相向置配置的。根据流过聚焦线圈和跟踪线圈的电流大小,控制透镜保持架6的轴线方向移动量和轴线旋转的转动量。
本发明的光学拾取器,具有支承轴和透镜保持架,该透镜保持架具有可自由旋转地嵌合在支承轴上的轴承部,所述的透镜保持架是在位于透镜承载面相反一侧的轴承部的端部设有浇口的树脂模塑体。通过将透镜保持架的注塑模塑用的浇口设置在位于透镜承载面的相反一侧的轴承部的端部,可以形成透镜承载面与轴承面垂直形成的透镜保持架。结果,可以得到具有高的光轴精度的光学拾取器。
另外,在上述透镜保持架中,通过与轴承部的内周缘部平行地设置浇口,树脂的流动性变得平稳,可以得到没有局部强度低下的透镜保持架。
本发明的光学拾取器,由于具有透镜承载面和轴承面垂直的透镜保持架,可以达到高的光轴精度。因此,可以适合用于在一个透镜保持架上具有多个物镜的光学拾取器。
形成透镜保持架6的树脂,例如可以举出:全芳香族聚酯树脂等液晶树脂、聚苯醚树脂、尼龙树脂、聚苯硫醚树脂、聚缩醛树脂、聚醚醚酮树脂、聚醚腈树脂、含氟树脂等热塑性树脂。这些合成树脂可以单独使用或者制成混合树脂使用。
其中,液晶树脂、聚苯醚树脂的减振特性非常好,因而优选,最好是添加各种配合材料,制成高弹性模量的液晶树脂组合物、聚苯醚树脂组合物。
本发明中可以使用的液晶树脂可以举出:能形成各向异性熔融相的芳香族聚酯(液晶聚酯)、芳香族聚酯酰亚胺(液晶聚酯酰亚胺)、芳香族聚酯酰胺(液晶聚酯酰胺)、聚碳酸酯(液晶聚碳酸酯)类,优选具有选自下列(1)式、(2)式、(3)式、(4)式、(5)式、(6)式的结构作为主要成分的重复单元的树脂。
(1)-X-Ar-CO-
(2)-CO-Ar-CO-
(3)-CO-Ar-O-R-O-Ar-CO-
Figure C0114591000081
(5)-X-Ar-O-
(6)-O-R-O-
在上面的化学式中,Ar表示至少含有一个6员碳环的二价芳香族基R表示脂肪族基或脂环族基,X表示O或NH。
液晶树脂有2种情况,即:以(1)式的结构单独作为主要成分的情况,以及,以(1)式的结构作为必要成分,此外还含有选自(2)-(4)式中的1种以上以及选自(5)和(6)式中的1种以上,合计以3种以上的结构为主要成分的情况。对于后一种情况,以摩尔%计必须满足(2)式+(3)式+(4)式=(5)式+(6)式的条件。
本发明中优选使用的液晶树脂,具体地说可以采用上述式(1)、(1)/(2)/(5)、(1)/(2)/(6)、(1)/(2)/(3)/(5)、或者(1)/(2)/(4)/(5)的组合。其中,(1)/(2)/(5)是指以式(1)、式(2)和式(5)的结构为主要成分的重复单元的液晶聚酯或聚酯酰胺的结构。液晶树脂为上述的3个或4个结构式的组合时,相对于整个结构的合计100摩尔%,(1)式占5-80摩尔%,优选的是10-70摩尔%,以摩尔%计算,大致上存在(2)=(5)、(2)=(6)、(2)+(3)=(5)、(2)+(4)=(5)的关系。此外,在具有酰胺键或酰亚胺键的液晶树脂的场合,相对于(2)+(3)、(2)+(4)的合计量100摩尔%,(3)式、(4)式的结构分别占1-90摩尔%,优选的是5-60摩尔%。此外,作为(1)式中的Ar的具体例子可以举出对亚苯基和2,6-亚萘基结构。
本发明中优选的液晶树脂是液晶聚酯((1)式和(5)式中的X表示O的场合)、液晶聚酯酰胺((1)式和(5)式中的X表示NH的场合),特别优选的液晶树脂是液晶聚酯((1)式和(5)式中的X表示O的场合)。另外,在这些液晶聚酯、液晶聚酯酰胺中,优选的是(1)、(1)/(2)/(5)、(1)/(2)/(6)、(1)/(2)/(3)/(5)或(1)/(2)/(4)/(5)的结构,特别优选的是(1)/(2)/(4)/(5)的结构。
另外,作为其它液晶树脂的代表例,可以举出具有下列(7)-(9)式所示单元的一组树脂。
Figure C0114591000091
Figure C0114591000092
Figure C0114591000093
在上面的式中,n表示0或1,x、y、z分别表示任意的整数。
此外,形成各向异性熔融相的液晶树脂,只要是例如显示热致变的液晶性的树脂系即可,可以是任一种液晶树脂。
本发明中可以使用的聚苯醚树脂,可以使用各种不同的聚苯醚树脂,例如下列(10)式所示的2,6-二取代苯酚的均聚物、2,6-二取代苯酚与多酚的氧化共聚物等,通常,数均分子量是2000以上,优选的是10000-35000。
Figure C0114591000101
上式中,R1和R2表示氢原子、卤素或4个碳原子以下的烷基、卤代烷基、烷氧基或者9个碳原子以下的烯丙基衍生物、芳烷基。
另外,上述聚苯醚树脂包括改性聚苯醚树脂。改性聚苯醚树脂是将上述聚苯醚树脂与非晶性聚苯乙烯树脂或以同规聚苯乙烯树脂为代表的结晶性聚苯乙烯树脂等聚苯乙烯类树脂共混形成的聚合物合金,由于满足耐热性、尺寸稳定性和低比重性,因而优选。共混聚苯乙烯类树脂的市售改性聚苯醚树脂有旭化成工业株式会社制造的商品名为ザイロン的产品,该产品也可以是配合阻燃剂的等级。
此外,作为改性聚苯醚树脂,可以采用耐热性好、具有阻燃性并且可以精密模塑的树脂,可以共混聚苯乙烯类树脂以外的树脂。例如可以共混聚酰胺类树脂、聚乙烯树脂、聚苯硫醚树脂、或者聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂等热塑性聚酯树脂。
本发明中可以使用的液晶树脂组合物或聚苯醚树脂组合物,在上述液晶树脂或聚苯醚树脂中可以配入纤维状填充材料、薄片状填充材料、或者它们的混合填充材料。此外,为了提高滑动特性,还可以配入含氟树脂。
本发明中可以使用的纤维状填充材料可以使用无机纤维和有机纤维中的任一种,例如玻璃纤维、石墨纤维、碳纤维、在钨心线或碳纤维等上蒸镀硼或碳化硅等形成的所谓硼纤维或碳化硅纤维、芳香族聚酰胺纤维等、以及各种晶须类。
在纤维状填充材料中,采用选自碳纤维、玻璃纤维和晶须类中的至少一种纤维状填充材料时,模塑体的弯曲弹性模量可以达到10GPa以上,因而优选。
纤维状填充材料只要是纤维直径0.01-50μm、纤维长度1-10000μm即可。纤维直径过细或纤维长度过短时,机械强度难以提高;反之,纤维直径过粗或纤维长度过长时,树脂组合物不容易流动,注塑模塑性低下,因而不可取。
另外,为了使透镜保持架具有适度的刚性、耐振动性和耐共振性等,纤维状填充材料的抗拉强度至少应在1000MPa以上,优选的是2000MPa以上。抗拉强度的上限值没有特别的限制,对于一般的工业用纤维物来说,大约是10000MPa,具体地说大约是8000MPa左右。
碳纤维只要是现在通用的、能耐1000℃以上最好是1200-1500℃高温的碳纤维即可,可以使用人造丝类、聚丙烯腈类(以下简称PAN类)、木质素-聚乙烯醇类混合物、特殊沥青类等原料中的任一种。其形状可以是任意长短的单纤维。
本发明中可以使用的碳纤维,优选拉伸弹性模量较大的碳纤维,特别是下面所述的PAN类碳纤维。
PAN类碳纤维是将聚丙烯腈纤维等丙烯酸类纤维加热烧结而得到的。至于PAN类的性能,抗拉强度最好是2500-3500MPa,拉伸弹性模量最好是240-500GPa。抗拉强度和拉伸弹性模量低于上述下限值时,由于弹性模量不足,挠取量增大,读取精度降低;反之,这些数值超过上述上限值时,模塑性降低,有可能使与之配合滑动的支承轴受到磨损。
PAN类碳纤维的平均纤维直径在1-20μm为宜,优选的是5-10μm,纤维长度约为10-1000μm,优选的是10-500μm,最好是约10-300μm,纤维长度与直径比在1-80为宜,优选的是5-50。碳纤维的平均纤维直径低于1μm时,发生纤维彼此凝集现象,在树脂组合物中难以均匀分散;反之,超过20μm时,流动性降低,注塑模塑性低下。另外,纤维长度与直径比小于1时,基体本身的增强效果受到损失,机械性能低下;反之,纤维长度与直径比高于80时,混合时的均匀分散极其困难,耐磨性未充分改善,导致品质低下。
这种PAN类碳纤维的例子可以举出“ベスフアイト”(商品名,东邦レ-ヨン公司制造)系列产品,具体的例子可以举出:ベスフアイトHM35C6S、ベスフアイトHTA-CMF-1000-E、ベスフアイトHTA-C6-E等(所有纤维长度都是7-8μm)。另外,还有“トレカ”(商品名,东丽公司制造)系列产品,例如:トレカMLD-300、トレカMLD-1000等。
玻璃纤维是由以SiO2、B2O3、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3等为主要成分的无机玻璃得到的纤维,一般地说,也可以使用无碱玻璃(E玻璃)、含碱玻璃(C玻璃、A玻璃)等。其中,考虑到对液晶树脂的影响,最好使用无碱玻璃。无碱玻璃优选组成中基本上不含有碱成分的硼硅酸玻璃。
玻璃纤维的抗拉强度约为2500-5000MPa,无碱玻璃的抗拉强度平均约为3500MPa。另外,玻璃纤维的弹性模量是70-90GPa,无碱玻璃的弹性模量平均为74-77GPa。从以上所述可以看出,无碱玻璃在抗拉强度、弹性模量、批量生产性和价格等方面综合性能非常好。
填充材料使用无碱玻璃纤维时,其纤维长度在约10-700μm为宜,优选的是30-300μm。另外,其纤维直径约5-15μm为宜,优选的是约6-13μm。这是因为,如果纤维直径超过约15μm或纤维长度超过约700μm,与树脂混合时,不易均匀分散,而分散不均匀的组合物模塑比较困难。纤维直径低于5μm或纤维长度低于10μm时,透镜保持架的弯曲弹性模量低下,对读取精度产生不利影响。玻璃纤维例如可以举出:GF-MF-KAC-L150、CS03DE404、MF06MB120(商品名,旭纤维玻璃公司制造)。
晶须,只要是例如平均纤维直径0.01μm以上、低于5μm(最好是0.05-3μm)、平均纤维长度1-300μm(最好是1-50μm)的晶须即可,可以是任一种晶须。这样的短纤维有助于提高弹性模量并改善表面平滑性,另外,可以抑制模塑时发生溢料。本发明中使用的晶须可以举出选自硫酸钙晶须、硼酸铝晶须、硫酸镁晶须、短纤维状合成硅酸钙水合物晶须、钛酸钡晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须、氧化钛晶须中的至少一种晶须,即,可以是这些晶须中的单独一种,或是2种以上混合的晶须。
硼酸铝晶须和氧化钛晶须对液晶树脂的分解性影响较小,因而在本发明的透镜保持架中特别优选这些晶须。
另外,为了提高这些碳纤维、玻璃纤维或晶须等纤维状填充材料与液晶树脂或聚苯醚树脂的亲合性,也为了提高透镜保持架的机械性能,还可以用含有环氧树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯类树脂、聚缩醛类树脂等的处理剂或硅烷系偶联剂等对这些纤维状填充材料进行表面处理。
纤维状填充材料的配比为构成透镜保持架的树脂组合物总量的5-60%(重量),优选的是20-40%(重量),最好是25-35%(重量)。其配比低于5%(重量)时,得不到足够的机械强度,超过60%(重量)时,模塑时树脂熔融粘度过高,模塑不良,机械强度也不会进一步提高。
在纤维状填充材料中,考虑到透镜保持架的表面平滑性、模塑精度、弯曲弹性模量等,优选晶须。
透镜保持架中的纤维状填充材料的取向方向,由于透镜保持架的聚焦动作、跟踪动作等驱动在各方向上受力,还要在轴孔中进行上下运动、旋转运动等复杂的滑动动作,而且,对于透镜保持架的驱动用线圈安装时或透镜安装工序等组装时的安装,要求适度的刚性,因而也可以是随机(无序)的。
本发明中使用的薄片状填充材料,可以是板状填充材料或鳞片状填充材料。其平均粒径在1-30μm为宜。具有平均粒径1-30μm的板状或鳞片状填充材料可以举出云母粉、滑石粉、石墨等,它们是为了提高弯曲弹性模量的目的而添加的,此外还可以减轻液晶树脂的各向异性,提高透镜保持架的模塑精度。平均粒径在1-30μm范围时,分散性良好,弯曲弹性模量提高,因而优选这一范围。另外,其配比是树脂组合物总量的5-40%(重量)。
在纤维状填充材料和薄板状填充材料并用的场合其合计配比应超过20%(重量)。优选的合计配比是30-85%(重量)。在这一范围内时,注塑模塑时树脂熔融粘度不会升高,弯曲弹性模量和耐久性良好。
由上述组合物构成的模塑体的弯曲弹性模量,采用ASTM D790的方法测定时在10GPa以上,优选的是15GPa以上,最好是17GPa以上,可以形成具有优良刚性、耐振动性和耐共振性的光学拾取器的透镜保持架。
由上述树脂组合物构成的模塑体的弯曲弹性模量的上限值,还取决于各种材料的特性,例如在50GPa以下,具体地说40GPa以下,更具体地说37GPa以下,或者是小于以上数值。
本发明中可以使用的含氟树脂,例如可以举出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等全氟系含氟树脂。其中优选低磨擦系数、非粘附性、耐热性、耐化学药品性、滑动性和注塑模具的脱模性等良好的PTFE。
另外,可以减小对模塑流动性影响的一次烧成的PTFE,由于改善了模塑精度,因而优选。此外,照射电子束或γ射线后低分子量化的PTFE对模塑流动性的影响进一步减小,因而特别优选。
含氟树脂的形状最好是能与组合物均匀混合的粉状,其平均粒径优选为3-60μm。
另外,含氟树脂的配比为树脂组合物总量的0.5-20%(重量),优选的是1-20%(重量)。通过配入含氟树脂,可以减小与支承轴的磨擦系数不均一。其配比高于20%(重量)时,弯曲弹性模量降低考虑到弯曲弹性模量和滑动性,其配比最好是3-12%(重量)。
另外,在上述组合物中,可以根据需要配合颜料、润滑剂、增塑剂、稳定剂、紫外线吸收剂、阻燃剂等其它配合剂或弹性体成分。
此外,为了使拼缝线不明显,最好是配合炭黑等黑色颜料。
光学拾取器的支承轴可以使用不锈钢或陶瓷。对于不锈钢制的支承轴,为了改善润滑性,最好是在其表面上形成含氟树脂的覆膜。对于陶瓷制的支承轴,可以使用的陶瓷没有特别的限制,例如可以使用氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷等公知的精细陶瓷。含有氧化锆的陶瓷加工精度高,特别适合作为透镜保持架用支承轴。
所述的含有氧化锆的陶瓷,例如可以举出含有稳定化剂的氧化锆、以及氧化铝与氧化锆的复合陶瓷等。
所述的稳定化剂可以举出三氧化二钇、二氧化铈、氧化钙、氧化镁,可以是单体也可以是组合物。考虑到光学拾取器用支承轴的强度、韧性、表面平滑性等,最好是使用以三氧化二钇为主体的稳定化剂。
含有稳定化剂的氧化锆,滑动性和耐磨性非常好,因而可以长期保持尺寸精度,另外其韧性也很好,可以防止光学拾取器用支承轴组装时部件的破损。
稳定化剂的含量,采用三氧化二钇时优选2-5%(摩尔),采用二氧化铈时优选5-14%(摩尔)。超过各自范围之外时,强度或韧性有可能降低,另外正方晶体的稳定性受到损害,不适合用作光学拾取器用支承轴或轴承部。
另外,除了三氧化二钇和二氧化铈之外,还可以配合氧化钙或氧化镁。其配合量,相对于三氧化二钇和二氧化铈来说超过10%(摩尔)时,强度和韧性可能降低,因而不可取。
含有稳定化剂的氧化锆,结晶相主要由正方晶体和立方晶体构成,且正方晶体的含量在40%(体积)以上,优选的是60%(体积)以上,最好是基本上不含有单斜晶。所述的主要由正方晶体和立方晶体构成、基本上不含有单斜晶,是指单斜晶的含量在15%(体积)以下,其余部分由正方晶体和立方晶体构成。正方晶体、立方晶体和单斜晶体的含有比例,可以采用X射线衍射装置对氧化锆的抛光表面分别求出各结晶面的衍射强度,然后计算出来。正方晶体的含有率低于40%(体积)时,强度和韧性低下,不适合作为支承轴。结晶相中的单斜晶体超过15%(体积)时,稳定化剂的均一性受到损害。正方晶体的稳定性恶化,长期使用时单斜晶体的比例逐渐增加,在氧化锆表面上产生微小的裂纹或凹凸,致使支承轴表面的平滑性受到损害。
上述结晶相的存在比例,不单单是由稳定化剂的种类和添加量决定的,还受稳定化剂的均匀性和正方晶体粒子的粒径所控制,因此必须选择满足结晶相的条件的氧化锆。所述的正方晶体粒子的粒径一般在1μm以下为宜。
为了防止上述正方晶体的稳定性恶化,除了通过稳定化剂的添加量进行控制外,使用添加40%(体积)以下氧化铝的氧化锆也是有效的。
另外,将含有稳定化剂的氧化锆与其它陶瓷配合,可以把该陶瓷改性成为适合于光学拾取器用支承轴的材料。例如,在氧化铝中配合含有稳定化剂的氧化锆,最好是配合30%(体积)以上,可以减小将氧化铝模塑为支承轴时的粗糙度算数平均偏差值(Ra)和最大静磨擦系数。
对于光学拾取器用支承轴来说,相互滑动的表面的平滑性十分重要,本发明中使用的含有氧化锆的陶瓷,基本上不含有单斜晶体,因而可以大大抑制由于单斜晶体存在而产生的龟裂和气孔。结果可以提高强度和耐磨性,同时,可以保持具有同样外径尺寸、圆柱体或中空圆筒体的光学拾取器用支承轴所需要的尺寸精度。
例如,无论是图4所示的实心圆柱体支承轴还是图5所示的中空圆筒体的支承轴,支承轴2的长度为5-20mm、直径为1.0-2.0mm时,支承轴外径的尺寸精度保持在10μm以内,优选的是4μm以内的公差范围。
含有氧化锆的陶瓷制支承轴的模塑、烧成制品的精度,经过研磨加工后,滑动面的圆柱度达到6μm以下和/或表面的粗糙度算数平均偏差值(Ra)达到3μm以下。通过研磨加工、精加工成上述形状,可以提高图4和图5所示的支承轴2和轴承孔5a的配合间隙精度。
为了使陶瓷制的支承轴的滑动面的粗糙度算数平均偏差值(Ra)达到3μm以下,含有氧化锆的陶瓷的气孔率必须在5%以下,降低气孔率的方法例如可以举出,使用采用共沉淀法、水解法等化学湿式合成法得到的含有稳定化剂的氧化锆粉末,采用常规的常压烧结法、冷静水压、热静水压(HIP)和热压烧结等方法形成。
研磨加工的方法可以采用公知的方法,最好是采用不保持支承轴2的端部,一面使之旋转一面研磨外周面的无心研磨,这样可以容易加工达到上述精度以内。
支承轴的圆柱度超过3μm时,物镜难以使焦点对准信号径迹。另外,表面的粗糙度算数平均偏差值(Ra)超过3μm时,妨碍支承轴的平稳移动,灵敏度恶化。最理想的圆柱度和表面粗糙度的精度是尽可能接近于0μm。
所述的圆柱度,是指圆柱体部分与几何学柱面的偏差的大小,在JIS B 0812中用半径最小的圆柱面半径与半径最大的圆柱面的半径之差表示。另外,在JISB 0601中,表面的粗糙度算数平均偏差值(Ra)是指轴向表面的粗糙度算数平均偏差值(Ra)。
光学拾取器用支承轴的形状可以是圆筒状或圆柱状。在本发明中,所谓圆筒状是指圆柱体的内部形成同轴状中空。即,在与支承轴垂直方向的断面内,内径与外径是同心圆,内径也可以是与外径同心的多角形。为了防止高频下的共振,最好是内径与外径为同心圆的圆筒体。圆筒体的壁厚最好是外径的10-40%。通过使支承轴的形状形成圆筒状,可以提高刚性,结果,固有频率提高,从而可以防止共振。
下面参照图6说明透镜保持架1的制造方法。
注塑模塑模具10通过阴模托板11和阳模托板12形成模腔13。模腔13是由形成透镜支承部的模腔13a和形成轴承部的模腔13b构成。另外,在阴模托板11上形成了作为通向模腔13的树脂材料的通路部分的直浇口和流道(图中未示出),在阳模托板上设置了作为模塑品取出机构的推杆(图中未示出)。在阳模托板12上设置了贯通模腔13b中央部的成孔销14。另外,在阴模托板11的轴承部模腔与成孔销的间隙处形成浇口15。
将上述注塑模塑模具10的阴模托板11与阳模托板12对接合模,可以不用阴模托板11约束,将成孔销14保持在模腔内。通过由轴承部模腔与成孔销的间隙构成的浇口15将树脂材料注入模腔13内。由于浇口15是成孔销14端部的外周部并且位于轴承部的周缘,因而注入的树脂材料在模腔13b和13a内均等地流动,透镜保持架的透镜承载面与轴承面垂直,并且,在模腔内形成桥接部的部位,树脂材料不会产生涡流
另外,如图7所示,通过将浇口部15a设置在轴承部端面的内侧,可以控制轴承部长度和透镜保持架的总长。
此外,浇口的大小设计成,在注塑模塑后的取出工序中容易切除浇口料,并且树脂材料可以顺利地填充到模腔内。
实施例1
使用液晶树脂组合物(ポリプラスチツクス公司制造的ベクトラA230(含有30重量%碳纤维作为纤维状填充材料)),采用图7所示的透镜保持架的注塑模塑模具,注塑模塑为图1所示形状的光学拾取器用透镜保持架。所得到的透镜保持架的轴承面圆度是1-2μm,标准偏差是0.3μm。在轴承部上没有观察到熔合线。
用显微镜观察轴向断面(图2)中的碳纤维取向状态,结果示于图8中。碳纤维的取向是从与透镜承载面相反一侧的轴承端面向着透镜支承部方向(图中的B方向),然后朝着透镜支承部外周方向(图中的C方向)。即,无论是由轴承部5和透镜支承部5b形成的桥接部5d还是在透镜支承部,都不是按照轴承部5的轴线方向(图中B方向)取向,而是按照透镜支承部外周方向(图中C方向)取向。
比较例1
使用与实施例1相同的液晶树脂组合物,采用图9所示的针尖形浇口的透镜保持架注塑模塑模具,注塑模塑图1所示形状的光学拾取器用透镜保持架。所得到的透镜保持架的轴承面圆度是5-7μm,标准偏差是0.8μm。另外,在轴承部上没有发现清晰的熔合线。与实施例1同样调查碳纤维的取向状态,结果,在轴承部和透镜支承部,碳纤维处于无定向的状态。
上述透镜保持架,是由设置在位于透镜承载面相反一侧的轴承部端部的浇口注入树脂而形成的树脂模塑体,轴承面的圆度良好,可以高精度地保持透镜承载面的平行度。结果,即使在透镜支承部上具有2个以上透镜承载面的场合,也可以高精度地保持透镜承载面彼此的平行度。
另外,即使使用液晶树脂组合物,轴承面上也不会产生熔合线,而且由于配入纤维状填充材料,机械强度良好。
此外,由于成孔销不受约束地配置在阴模托板的模腔内,在阴模托板的轴承部模腔与成孔销的间隙处形成浇口,通过该浇口注入树脂,因而不会由于合模而产生成孔销倾斜,可以模塑为相对于透镜承载面保持垂直状态的轴承面。结果,用这种制造方法得到的透镜保持架,可以将通过物镜的光束聚焦在光盘表面上,信息的写入和读出十分容易,可以充分满足光学拾取器用透镜保持架的功能要求。
实施例2-9
实施例和比较例中使用的透镜保持架的原材料汇总表示如下。其中,[]内是表1中使用的缩写符号,所有配比都是重量%。
(1)液晶树脂[LCP],日本石油化学公司制造:ザイダ-SRT900
(2)聚苯硫醚树脂[PPS],ト-プレン公司制造:T4AG
(3)碳纤维[CF],东邦レ-ヨン公司制造:ベスフアイトHM35
(4)玻璃纤维[GF],旭纤维玻璃公司制造:GF-MF-KAC-L150
(5)晶须[W1],四国化成工业公司制造:硼酸铝晶须、アルボレツクスY
(6)晶须[W2]石原产业公司制造:氧化钛晶须、FTL300
(7)含氟树脂[F],喜多村社制造:KTL610
(8)薄片状填充材料1[TALC]、日本滑石公司制造:タルクX50
(9)薄片状填充材料2[MICA]、加拿大云母公司制造:S325
(10)薄片状填充材料3[GRP]、日本黑铅公司制造:ACP
将上述原料按表1所示的比例配合,用享舍尔混合机充分混合后,供给双螺杆熔融挤塑机,挤出造粒。将该料供给注塑模塑机,在规定的模具内按一定的模塑条件模塑,得到图2所示的轴承部与透镜支承部成为一体的透镜保持架。
支承轴用含有氧化锆的陶瓷(表中用G表示)制成。该陶瓷是按氧化锆97%(摩尔)和三氧化二钇3%(摩尔)的组成、用湿式混合法制成陶瓷粉末混合物,将所得到的粉末用冷静水压模塑压制成支承轴形状,然后在1400℃下、在大气中烧结2小时,形成外径1.50m,长度10mm,然后进行无心研磨而制成。
用接触式表面粗糙度计测定所得到的支承轴的圆柱度和粗糙度算术平均偏差值(Ra),所有的圆柱度都在1μm以下,粗糙度算术平均偏差值(Ra)在0.3μm以下。
将上述透镜保持架和支承轴组合,组装成光学拾取器,进行下述评价试验。
(1)刚性试验
按JIS K 7171中规定的试验方法测定弯曲弹性模量(测定仪器:岛津制作所制造,Autograph AG5000A)。透镜保持架所需要的弯曲弹性模量是10GPa以上,优选的是15Gpa以上。结果示于表1中。
(2)耐久试验
在上述透镜保持架的外周面上卷绕驱动线圈,制成图3和图4所示的光学拾取器。将所得到的光学拾取器安装在试验台上,将驱动装置(NTN精密树脂公司制造)和由信号发生装置(アドバンテスト公司制造,商品名:Signal generaterTR98202)构成的外加电压发生装置连线,用该电压发生装置对光学拾取器的驱动线圈7施加电压(电压0.5V、频率20Hz(正旋波)),以±1.5mm的振幅驱动透镜保持架6,在室内环境气氛下连续运转。将至开始运转不良的时间作为耐久性的指标,对于良好运转超过1000小时的能承受长时间运转的试样在1000小时停止运转。试验结果示于表1中。在表1中,>1000表示在1000小时停止运转。
(3)滑动特性试验
在由光学激励器试验头(アドバンテスト公司制造,商品名:TQ88091)和分析记录仪(横河北辰电机株式会社制造,商品名:3656)组成的透镜保持架位移测定装置上安装运转试验前、耐久试验500小时和1000小时后的光学拾取器,用由驱动装置(NTN精密树脂株式会社制造)和信号发生器(岩崎通信机株式会社制造,商品名:FG-35)构成的外加电压发生装置,对驱动用线圈7施加电压0.1V、频率0.1Hz的三角形波的电压,根据外加电压波形与透镜保持架的应答波形的差别大小(两波形越接近,润滑性越好),分优良(○)、尚可(△)和不良(×)三级进行评价,结果示于表1中。
(4)静磨擦特性试验
将透镜保持架固定在试片上,使用由测角台和测角器组成的试验机逐渐增大角度,根据试验前和试验500小时后透镜保持架移动的角度计算静磨擦系数。透镜保持架的轴承部内径是φ1.51mm,其重量是0.5g。最大静磨擦系数(μs)是将试验用支承轴插入透镜保持架的轴承孔、使支承轴形成水平而设定的。
然后,使轴缓慢倾斜,读取透镜保持架开始轴向移动时的倾斜角度(θ),μs=tanθ。结果示于表1中。
上述各试验是按n=5进行的。
(5)减振特性试验
用直径φ0.07mm的尼龙线悬挂透镜保持架,使之与约30g的铁块冲撞,分析此时产生的声音的频率,测定固有振动频率,求出衰减时间。所得到的评价结果示于表1中。
比较例2-4
用含有氧化锆的陶瓷(表中用G表示)(比较例2)、氧化铝陶瓷(表中用Al表示)(比较例3)和不锈钢(SUS402J、表中用SUS表示)(比较例4)制成与实施例2同一形状的支承轴。
按照与实施例2同样的方法评价所得到的支承轴,结果示于表1中。
表1
                                       实施例               比较例
  2   3   4   5   6   7   8   9   2   3   4
  配合(重量%)LCP 60 60 70 55 60 70 60 60 - 60 60
  PPS   -   -   -   -   -   -   -   -   60   -   -
  CF   30   -   -   -   -   30   -   -   20   30   30
  GF   -   -   -   -   -   -   30   -   -   -   -
  W1   -   30   -   20   30   -   10   10   -   -   -
  W2   -   -   30   -   -   -   -   -   -   -   -
  TALC   10   -   -   -   -   -   -   -   20   10   10
  MICA   -   -   -   20   -   -   -   25   -   -   -
  GRP   -   -   -   -   5   -   -   -   -   -   -
  F   -   10   -   5   5   -   -   5   -   -   -
  支承轴材料   G   G   G   G   G   G   G   G   G   Al   SUS
  物性弯曲弹性模量GPa 27 21 16 23 23 23 25 24 22 27 27
  耐久时间hr   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   100   50
  滑动特性试验试验前 × ×
  500h   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ×   ×
  1000h   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ×   ×
  静磨擦系数试验前 0.13 0.11 0.13 0.11 0.11 0.11 0.13 0.12 0.16 0.18 0.15
  500h   0.13   0.11   0.13   0.10   0.10   0.10   0.13   0.11   0.15   0.16   0.14
  振动减弱特性ms   25   20   22   26   23   20   32   26   92   25   25
如表1所示,实施例2-9的弯曲弹性模量、耐久试验、滑动特性试验、静磨擦系数和减振特性都很好,显示出良好的性能。反之,各比较例的上述特性比较差。
本发明的光学拾取器,其支承轴是由含有氧化锆的陶瓷形成的,透镜保持架是具有10GPa以上弯曲弹性模量的液晶树脂组合物的模塑体,因而可以提高透镜保持架和支承轴的支承精度,改善物镜的光轴精度。
另外,通过将高弹性、滑动特性和减振特性良好的液晶树脂组合物制的透镜保持架和高精度的含有氧化锆的陶瓷制的支承轴组合,可以得到具有良好耐久性、滑动特性和静磨擦特性的、高精度的光学拾取器。
此外,由于形成透镜保持架的液晶树脂组合物中配入规定的填充材料,可以确保足够的弯曲弹性模量,并且滑动特性和静磨擦特性不受损害。
实施例10-20、比较例5-7
将上述原料按表2所示比例配合,用享舍尔混合机充分混合,然后供给双螺杆熔融挤出机,挤出造粒。将该粒料供给注塑模塑机,在规定的模具内按一定的模塑条件注塑模塑,制成图1和图2所示的透镜保持架。
使用所得到的透镜保持架,进行上述(1)-(5)的评价试验以及下述评价试验。评价试验的结果示于表2中。
耐久试验和滑动特性试验用的支承轴使用在不锈钢(SUS402J)上涂覆含氟树脂覆膜(NTN精密树脂株式会社制造的ベアリ-FL7060)的支承轴。
(6)溢料评价试验
用光学显微镜观察与透镜保持架的支承轴相配合滑动的轴孔端面的模具接触表面上产生的溢料量,根据最大溢料长度(μm)进行评价。此时的轴孔直径是1.5mm。
另外,制作外径15mm、内径1.5mm、高3mm的圆盘状试片,确认内径尺寸的标准偏差。
表2
                                                      实施例                比较例
  10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   5   6   7
  配合(重量%)LCP 60 60 50 50 70 70 70 - - - - - - -
  PPE   -   -   -   -   -   -   -   50   50   65   65   -   -   -
  PPS   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   60   70   60
  CF   30   30   30   30   30   -   -   -   20   20   -   20   30   -
  GF   -   -   -   -   -   30   -   30   -   -   -   -   -   -
  W1   -   -   -   -   -   -   30   -   -   -   -   -   -   -
  W2   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -   30
  TALC   5   -   20   10   -   -   -   15   20   15   -   20   -   40
  GRP   -   -   -   10   -   -   -   -   -   -   -   -   -   -
  F   5   10   -   -   -   -   -   5   10   -   5   -   -   -
  物性溢料长度μm 15 10 10 12 13 18 12 13 16 13 11 150 180 210
  内径尺寸标准偏差μm   0.6   0.8   0.4   0.4   0.7   0.8   0.7   0.6   0.5   0.7   0.6   0.5   0.5   0.6
  弯曲弹性模量GPa   24   20   30   29   23   16   15   17   20   21   18   25   18   20
  耐久时间hr   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   >1000   180
  滑动特性试验试验前
  200h   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ×
  400h   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   -
  800h   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   -
  1000h   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   -
  静磨擦系数试验前 0.12 0.10 0.12 0.10 0.11 0.12 0.12 0.13 0.11 0.12 0.10 0.14 0.14 0.2
  200h   0.10   0.10   0.13   0.11   0.10   0.13   0.12   0.13   0.12   0.12   0.10   0.15   0.16   0.22
  减振特性ms   23   25   28   26   20   25   23   43   40   35   23   92   85   98
如表2所示,实施例10-20的溢料长度较短,弯曲弹性模量增大,显示出良好的模塑性和机械性能。另外,耐久试验、滑动特性试验、静磨擦特性试验、减振性试验和尺寸精度等都显示出良好性能。相比之下,比较例5-7的溢料长度较大,减振特性差。
本发明的光学拾取器用透镜保持架,是在液晶树脂或聚苯醚树脂中配合纤维状填充材料而形成的树脂组合物模塑体,并且该模塑体的弯曲弹性模量在10GPa以上,因而可以提高透镜保持架的共振点,模塑时溢料较少,弯曲弹性模量高,滑动特性和减振特性良好。
另外,上述纤维状填充材料是选自碳纤维、玻璃纤维和晶须中的至少一种填充材料,与薄片状填充材料并用时,可以进一步提高模塑体的弯曲弹性模量,表面平滑性和模塑精度良好。
此外,在上述树脂组合物中配合含氟树脂,可以提高滑动特性,不会对支承轴造成磨损。

Claims (10)

1.具有支承轴和透镜保持架的光学拾取器,所述的透镜保持架具有可以自由旋转地与支承轴配合的轴承部,其特征在于,所述的透镜保持架由具有透镜承载面的透镜支承部和具有与上述透镜承载面垂直设置的轴承面的轴承部的注塑成型的树脂模塑体构成,所述轴承面上没有熔合线,浇口痕迹形成于所述透镜承载面的对侧,在所述轴承部的端部和内周缘部,所述的树脂模塑体是使用如下的注射模型模具塑形成的,该模具具有由阳模托板和阴模托板对接形成的模腔、同时在位于透镜承载面的相反一侧的轴承部端部设置浇口、在阳模托板上设置贯通模腔中央部的成孔销,另外,所述浇口形成在阴模托板的轴承部模腔与成孔销的间隙处。
2.权利要求1所述的光学拾取器,其中,所述的浇口与轴承部的内周缘部平行地设置。
3.权利要求1所述的光学拾取器,其中,设置多个透镜承载面。
4.权利要求1所述的光学拾取器,其中,所述的树脂模塑体是液晶树脂组合物或聚苯醚树脂组合物。
5.权利要求4所述的光学拾取器,其中,所述的树脂模塑体含有纤维状填充材料或薄片状填充材料中的至少一种,并且弯曲弹性模量是10GPa以上。
6.权利要求5所述的光学拾取器,其中,所述的纤维状填充材料是选自晶须、碳纤维和玻璃纤维中的至少一种。
7.权利要求5所述的光学拾取器,其中,所述的薄片状填充材料是选自云母、滑石和石墨中的至少一种。
8.权利要求1所述的光学拾取器,其中,所述的支承轴是陶瓷。
9.权利要求8所述的光学拾取器,其中,所述的陶瓷是含有氧化锆的陶瓷。
10.光学拾取器用透镜保持架,是由具有透镜承载面的透镜支承部和具有与该透镜承载面垂直设置的轴承面的轴承部的注塑成型的树脂模塑体构成,其特征在于,所述的树脂模塑体在所述轴承面上没有熔合线,浇口痕迹形成于所述透镜承载面的对侧,在所述轴承部的端部和内周缘部,是使用如下的注射模型模具模塑形成的,该模具具有由阳模托板和阴模托板对接形成的模腔、同时在位于透镜承载面的相反一侧的轴承部端部设置浇口、在阳模托板上设置贯通模腔中央部的成孔销,另外,所述浇口形成在阴模托板的轴承部模腔与成孔销的间隙处。
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