CN1823375A - 光学阅读装置 - Google Patents

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Abstract

在光学阅读装置(1)中，由激光器(3)、激光器安装用管座(5)、外罩(7)、以及粘接管座(5)和外罩(7)的粘接剂(9)形成连续的结构体，且这些构件(3)、(5)、(7)、(9)是用具有0.5W/mK以上导热率的材料形成的。激光器(3)的热量可通过该连续的结构体(5)、(7)、(9)，有效地被释放到外罩(7)外部。该光学阅读装置的激光器的温度上升量较少，可以改善阅读装置的可靠性、寿命。

Description

光学阅读装置
技术领域
本发明涉及例如CD-ROM、CD-R、CD-RW、CD-RAM、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM、Blue-Ray圆盘等光介质的阅读/写入装置等光学阅读装置、光拾取装置。
背景技术
在光学介质阅读/写入装置中，在粘接外罩(housing)和管座(stem)时通常使用粘接剂，但是迄今为止还没有探讨过所使用的粘接剂的导热率。因此，从作为发热源的激光器到外罩、底盘(chassis)等的放热路线会被切断，无法顺利地进行放热，从而会导致由发热产生的不良影响。尤其是经常使用作为热塑性树脂的聚芳撑硫(polyarylene sulfide)树脂组合物的外罩、以及管座和外罩的粘接部分的导热率较低，因而变成了表现出热阻的结构。
随着写入型的普及和阅读装置的高速化，半导体激光器的输出功率也逐渐变高，因此半导体激光器的自身放热和周边电子元件的发热对激光器振荡的不良影响也达到了不可忽略的程度。由于累积在装置内部的热量会造成阅读可靠性的下降、激光器寿命的缩短、激光器振荡性能本身的劣化，所以用于抑制半导体发热的发热设计变得越来越重要。
在特开2003-43428号公报中，公开了通过将基板下面固定在封装外壳上而成的热光学效果光部件，其特征在于用导热性粘接剂粘着该基板和该封装外壳，其中提到所需的导热率是，粘接剂为1W/mK以上，封装外壳为10W/mK以上。另外，作为目标产品的热光学效果光部件的结构不同于光拾取装置。
在特开2002-296568号公报中，公开了反射型液晶显示元件，其由反射型液晶显示单元、和冷却和固定该反射型液晶显示单元的板组成，所述反射型液晶显示单元由硅晶片基板、透明基板和被密封在这两个基板间的液晶层组成，其特征在于该用于冷却和固定的板与该反射型液晶显示单元间的间隙为50μm-500μm，而且分别被具有0.5W/mK以上的导热率的硅酮凝胶剂和50μm-500μm厚的粘接剂予以固着。但是，反射型液晶显示元件的结构不同于光拾取装置。
在特开2003-50326号公报中，公开了光波导路元件，其特征在于具有在基板上形成有光透过特性随温度变化的光波导路电路的光波导路芯片和该光波导路芯片的温度调节部件，并通过使该温度调节部件和上述光波导路芯片层叠，用设置在上述光波导路芯片的接合面和上述温度调节部件的接合面的粘接剂将上述光波导路芯片和上述温度调节部件直接进行粘接。其中使用的粘接剂的导热率记载为0.4W/mK以上，但是光波导路元件的结构不同于光拾取装置。
在特开2003-39731号公报中，公开了光写入磁头，其中在发光元件阵列芯片的发光元件所发射的光的光轴上具有透镜阵列，另外在安装有上述发光元件阵列芯片的基板的基底上具有散热器，其特征在于在上述散热器中，在上述基板的安装面上，在散热器的长度方向设置有多根凸状的棱，并且在上述散热器的棱上，用固定机构固定有上述基板。但是，该光写入磁头的结构不同于光拾取装置。
在特开平10-293940号公报中，公开了光拾取装置用保持容器，其特征在于由导热率为1W/mK以上的树脂组合物形成，但是对于实际安上光拾取器时的发热体和散热器保持容器之间的接合没有公开任何内容。
除了上述以外，在利用散热器的晶体管等半导体的放热中，通常使用导热润滑脂，但是这仅限于由导热率高的金属构成的散热器。
发明内容
鉴于上述的现状，本发明的目的在于提供不具有会对激光器的温度上升带来影响的热阻部分的、可靠性高的光学阅读装置。
本发明人等为了实现上述目的而反复地进行了研究，结果发现通过在光学阅读装置中从作为发热源的激光器到外罩的连续的构件中使用具有0.5W/mK以上导热率的材料，可以抑制光学阅读装置的温度上升，所述材料中包括用于在外罩(也称为滑动底座、基台或者拾取器)上固定金属管座的粘接剂，从而完成了本发明。
根据本发明，可提供光学阅读装置，其特征在于从激光器至外罩均使用具有0.5W/mK以上导热率的材料而形成为连续的结构体。
还有，连续的结构体中包括激光器和外罩。所谓“连续的”是指激光器的热量可以通过构件进行传输，包括物理的接触、利用粘接剂、螺钉等接合构件的接合、一体成形等。
在该光学阅读装置中，激光器的热量可通过连续的结构体由外罩释放。
根据本发明，可提供光学阅读装置用外罩，其由具有0.5W/mK以上导热率的聚芳撑硫树脂组合物形成，所述组合物是通过向聚芳撑硫中加入选自熔点为400℃以上的金属、熔点为聚芳撑硫熔点以下的金属和石墨的一种以上而形成的。
附图说明
图1是作为本发明一个实施方式的光学阅读装置的截面图。
图2是图1的沿A-A的截面图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明。图1是作为本发明一个实施方式的光学阅读装置的截面图，图2是图1沿A-A的截面图。
在图1的光学阅读装置1中，激光器3被嵌合并保持在激光器安装用管座5上。另外，管座5通过导热性粘接剂9与外罩7接合并被固定。此外，激光器3的凸缘通过普通的粘接剂11与外罩7进行接合。在该装置1中，从激光器3、管座5、到通过粘接剂9连接的外罩7，形成为连续的结构体，构成该结构体的激光器3、管座5、外罩7、粘接剂9都由具有0.5W/mK以上导热率的材料形成。因此，由激光器产生的热量可有效地释放到外罩的外部。还有，导热率不足0.5W/mK时，无望形成高效率的放热。
以往，由于完全未考虑粘接管座5和外罩7间的粘接剂9的导热率，所以由激光器3到管座5、由管座5到外罩7、而后到外罩7外部的热的传导不够顺畅，从而导致了激光器3周围(管座5内部和外罩7内部)的温度上升。
因此，在本实施方式中，作为接合管座5和外罩7间的粘接剂9，使用具有0.5W/mK以上、优选0.9W/mK以上、更优选1.0W/mK以上、进一步优选1.8W/mK以上、再进一步优选3.0W/mK以上导热率的材料，由此可以形成经过管座5的由激光器3向外罩7的热流路，从而防止因热产生的激光器3的特性劣化。
在上述特开平10-293940号公报中，在用散热器完成的晶体管等半导体的放热中，通常使用导热润滑脂等，但是本发明人经专心研究发现了如下所述的粘接剂所需要具备的导热率，这种粘接剂不仅可以用于被用作散热器的以往导热率高的金属的接合部分，而且还可以用于树脂等的接合部分。
还有，虽然在该实施方式中激光器3与管座5通过物理接触进行连接，但是也可以用粘接剂等接合，也可以一体成形。使用粘接剂时，可使用与粘接管座5和外罩7的粘接剂9相同的、高导热率的粘接剂。
另外，在该实施方式中，连接的结构体由激光器3、管座5、外罩7、粘接剂9组成，但是也可以将激光器3用导热率为0.5W/mK以上的粘接剂、螺钉等接合构件直接与外罩7连接，由激光器3、外罩7、接合构件构成连续的结构体。即，在装置1中，也可以使用导热率高的物质作为粘接剂11。另外，也可以使激光器3、外罩7一体成形。
下面，对各构件进行说明。
容纳激光器的管座通常由金属形成，所以具有0.5W/mK以上的导热率。另外，本发明中使用的管座只要由具有0.5W/mK以上的导热率的材料构成即可，并不限于金属。
本发明中使用的粘接剂只要是具有0.5W/mK以上的导热率的就没有特别的限制。作为可以使用的粘接剂的种类，可列举例如环氧系、硅酮系、丙烯酸氰酯系、尿烷系、丙烯酸系等。
在上述种类的粘接剂中，要想使导热率为0.5W/mK以上，例如，可以向这些粘接剂中加入结晶性硅石；碳纤维、碳粒子、石墨等碳类；氧化铝、氧化镁等陶瓷类、Al、Cu、Ag等金属类作为填充材料。加入的填充材料可以是一种也可以是多种的组合，其加入量只要是不妨碍粘接剂的接合性能的范围，也就没有特别的限制。此外，改善粘接剂的导热率的方法并不限于以上，也可以是任何的方法。填充材料的加入、混合中可以使用以往公知的方法。
另外，也可以使用具有0.5W/mK以上导热率的市售的粘接剂。作为可以在本发明中使用的市售的粘接剂，可列举例如SE4450、SE4401(都是东レ·ダウコ-ニング·シリコ-ン社制；(种类)硅酮系)等。
本发明中使用的外罩最好由具有0.5W/mK以上、优选1.0W/mK以上、更优选3.0W/mK以上、进一步优选9.0W/mK以上导热率的材料构成，并且材料的种类没有特别的限制。另外，对于外罩的结构、形状等也没有特别的限制。通过使构成外罩的材料具有上述的导热率，可实现由外罩有效的放热。
虽然用铝压铸件(die cast)、锌压铸件、镁压铸件等金属材料构成外罩时其导热率较高，但是光拾取器的外罩多数以由聚芳撑硫等组成的树脂组合物构成，并且这种树脂组合物的导热率通常不足0.5W/mK，不能直接适用于本发明。
若要使构成外罩的树脂组合物的导热率为0.5W/mK以上，可以把金属类、陶瓷等高导热性的无机物、碳类作为填充材料，加入到树脂组合物中。
例如，作为金属类可列举铝、铜、铁、不锈钢、锌、镁、金、银、锡、铅等。另外，也可以使用这些的合金。此外，可以使用锡-铜、锡-铅、锡-锌、锡-铜-银等焊锡。
作为陶瓷等导热性高的无机物，可列举氧化铝、氧化镁、氮化硅、氮化硼、结晶性硅石、熔化硅石等硅石等。
作为碳类，可列举碳纤维、碳粒子、石墨等。作为石墨有鳞片状、块状、无定形等，也可以采用任何形式，另外，人工的或天然的均都可以使用。
优选的是向聚芳撑硫中加入选自熔点400℃以上的金属、熔点在聚芳撑硫熔点以下的金属和石墨中的一种以上。
上述添加物的形状没有特别的限制，也可以使用不定形、球形、薄片状、纤维状、针状、树状等任一种。具有复杂形状的添加物由于相对于体积的表面积和表观占有体积较大，所以彼此易于具有接点，进而有望容易地制作连续的结构体。其中，接近球形的形状可以获得装置的摩擦磨耗少的效果。
所加入的填充材料可以是一种也可以是多种的组合，其加入量只要是不妨碍树脂组合物成形性等，也就没有特别的限制。另外，改善树脂组合物导热率的方法并不受上述限制，可以使用任何的方法。填充材料的加入、混合中可以使用公知的方法。
构成外罩的材料从其成形性和经济性的观点出发，优选为热塑性树脂。作为可以使用的热塑性树脂，可列举例如聚芳撑硫树脂、间规聚苯乙烯(SPS)、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜、聚醚酰亚胺等，优选聚芳撑硫树脂，特别优选聚苯硫醚(PPS)树脂。
聚芳撑硫树脂可以用通常的方法制造，并可以通过向其中加入上述填充材料来形成具有0.5W/mK以上导热率的聚芳撑硫树脂组合物。
对上述填充材料的加入量没有特别的限制，可以根据所需的导热率适当选择。向聚芳撑硫中加入、混合填充材料时可以使用以往公知的方法进行。
还有，在具有规定的导热率的前提下，聚芳撑硫树脂组合物中也可以包含玻璃纤维、碳纤维等纤维状填充材料、碳酸钙、硅石、氧化铝等粒子状填充材料、云母、高岭土、粘土、滑石等板状填充材料、须晶类(whisker)的添加物。
另外，在上述特开平10-293940号公报中提到，可以把光拾取器的保持容器(外罩)用作放热板、散热器，但是实际使用中，即使只提高外罩的导热率也不能获得所希望的效果，还是需要与上述的具有0.5W/mK以上导热率的粘接剂等组合形成为连续的结构体。
另外，在上述特开2003-39731号公报中的现有技术一栏中提到了在结构中具有本来就可以用作放热板、散热器的构件的产品，但是在本发明中，是将本来未被作为放热板或散热器使用过的构件(外罩和粘接剂)用作实现放热目的的材料，在这一点上存在区别。
就本发明的光学阅读装置而言，只要是使用激光器阅读数据并且激光器被容纳在外罩内的装置，就没有其它限定，例如有在CD、DVD中使用的光拾取装置。
实施例
下面，根据实施例更加具体地说明本发明，但是本发明并不受这些
实施例的任何限制。
制造例1
[外罩材料的制造]
(1)聚苯硫醚(PPS)预聚物的合成
向带有搅拌桨的原料合成槽(1m3)中加入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)554kg和氢氧化锂(LiOH·1H2O)100kg，将合成槽的温度升温至140℃，并保持在140℃，将原料氢氧化锂中含有的水分批蒸馏除去。该操作结束后，在将温度保持为130℃的状态下向反应液中吹入气体状的硫化氢65Nkl。通过该操作按照下述式(1)合成氢硫化锂(LiSH)。
  ……(I)
接着，停止吹入硫化氢，把合成槽升温至205℃。随着升温，将吹入硫化氢时作为副产物生成的水分批蒸馏除去，同时进行用下述式(II)表示的反应，从而获得了硫化锂(Li2S)49.62kg(1.08kmol)和N-甲基氨基丁酸锂(LMAB)的混合物。
    ……(II)
用上述式(II)表示的反应结束后，向合成槽中投入p-二氯苯(PDCB)154kg(1.05kmol)，再投入纯水29.2kg，在210℃下实施3小时的预缩合，之后将反应液冷却至90℃。进而，向其中加入PCDB 15kg(0.102kmol)和NMP80kg，调制为预聚物。
(2)PPS的合成
使用由上述(1)调制的预聚物，在加料量为15.0kg/hr的条件下，在一级连续搅拌槽型反应器(CSTR)中，在平均滞留时间(τ)为3小时、温度为260℃的条件下进行聚合反应，合成PPS。将由反应器排出的反应液导入260℃的静置槽中，分离反应液和PPS相。为了洗去PPS相中含有的卤化锂，从反应槽出口向PPS相注入洗涤液(H2O/NMP混合液，有时含有NH4Cl等中和剂)。向从静置槽底部抽出的高分子量PPS相中再次注入上述洗涤液，使其再次与洗涤液接触混合，由此在静置分离槽中进行分离。重复三次该PPS的洗涤操作。将结束了洗涤的PPS相导入至带有脱挥发功能的挤压机中，除去挥发性溶剂(主要是NMP)，然后进行水冷，之后进行造粒(pelletizing)，从而获得PPS产品。产品的产量为约2kg/hr。
(3)PPS复合材料(PPS树脂组合物)的制造
在由上述(2)获得的PPS30重量份中混合玻璃纤维(GF)10重量份和硅石60重量份，用二轴挤压机进行混练获得PPS复合材料(a)。获得的PPS复合材料(a)的导热率为0.6W/mK。
另外，在由上述(2)获得的PPS中以任意的量混合如下的铜粉末、锡-锌合金、石墨等，用二轴挤压机进行混练获得PPS复合材料(b)-(d)。获得的PPS复合材料(b)-(d)的导热率分别是(b)1.0W/mK、(c)3.1W/mK和(d)9.8W/mK。
(b)PPS           55重量份
   氧化铝        35重量份
   氧化镁        10重量份
(c)PPS           25重量份
   锡-锌合金     65重量份
   GF            10重量份
(d)PPS           50重量份
   Cu            15重量份
   锡-锌合金     15重量份
   石墨          5重量份
   GF            15重量份
还有，比较例1-3中使用的PPS中，PPS40重量份、碳酸钙30重量份、GF30重量份。
实施例1-8、比较例1-7
(1)使用由制造例1合成的具有不同导热率的PPS复合材料，通过注射模塑成形，制作光拾取器外罩。
接着，安装激光二极管和黄铜制管座，使用以下记载的具有不同导热率的粘接剂将管座固定在外罩上，从而制造图1中所示的光拾取装置。
各实施例和比较例中使用的外罩和粘接剂的组合示于表1中。
本实施例中使用的粘接剂及其导热率如下。
(A)SE4450(东レ·ダウコ-ニング·シリコ-ン社制)
1.88W/mK
(B)SE4401(东レ·ダウコ-ニング·シリコ-ン社制)
0.92W/mK
(C)SE9175(东レ·ダウコ-ニング·シリコ-ン社制)
0.3W/mK
另外，用于粘接激光器的凸缘和外罩的粘接剂(相当于图1的粘接剂11)及其导热率如下。
SE9175(东レ·ダウコ-ニング·シリコ-ン社制)
0.3W/mK
(2)导热率的测量方法
外罩材料(PPS复合材料)和粘接剂的导热率的测量方法如下。
(i)样品
将由制造例制造的外罩材料使用50T注射模塑成形机(日本制钢所制)成形为80×80×3.2mm的平板，供于测量。
在特氟隆(注册商标)薄片上放置由铝板制作的画框形式的隔板(spacer)，向隔板内部注入上述2的粘接剂，从而制作80×80×3.2mm的平板，供于测量。
(ii)导热率的测量
按照ASTM E1530(圆板热流计法)，使用UNITHERM(商标)2021(ANTER社制)，测量23℃下的导热率。
(3)激光器温度上升值的测量
使用由上述制造的光学阅读装置，在60℃的氛围下，通过APC电路使激光二极管的光输出功率保持恒定，并使激光二极管振荡60分钟以上，当激光器温度达到一恒定值时用热电偶直接测量激光二极管外侧的温度，从而求出激光器(从60℃开始)的温度上升值。
用于测量温度上升值的激光二极管的光输出功率额定值Po＝90mW(CW)，临界值电流＝35mA，操作电流＝115mA(CW，Po＝90mW)，操作电压为1.85V(CW，Po＝90mW)，操作保证温度为-10～+70℃。
结果示于表1中。激光二极管的温度超过70℃(温度上升值为10℃)的判断为不良(N重量份：比较例)。
[表1]
  实施例   比较例
  1   2   3   4   5   6   7   8   1  2   3   4   5   6   7
  外罩材料的导热率(W/mK)   0.6   1.0   3.1   9.8   0.6   1.0   3.1   9.8   0.3  0.3   0.3   0.6   1.0   3.1   9.8
  粘接剂(A)的导热率1.88W/mK   ○   ○   ○   ○   ○
  粘接剂(B)的导热率0.92W/mK   ○   ○   ○   ○  ○
  粘接剂(C)的导热率0.3W/mK   ○   ○   ○   ○   ○
  激光器的温度上升值(℃)   9.5   7.2   5.2   3.9   9.8   8.5   6.9   6.6   18  19   20   20   20   19   18
从表1的结果可知，在外罩材料和粘接剂两者的导热率为0.5W/mK以上的组合中，激光器的温度上升值均为10以下，在激光二极管的操作保证温度范围内，激光器特性没有下降。与此相反，如果外罩材料或者粘接剂中的任何一种、或者两者的导热率均为0.5W/mK以下，则激光器的温度上升值达到了18-20℃，激光二极管的温度大大超出了作为操作保证温度上限的+70℃，阅读的可靠性明显下降。
工业上的可利用性
采用本发明时，光学阅读装置的激光器的温度上升较少，从而可以提高阅读装置的可靠性、寿命。

Claims (2)

1.一种光学阅读装置，其特征在于，使用具有0.5W/mK以上导热率的材料，将激光器至外罩形成为连续的结构体，所述外罩由聚芳撑硫树脂组合物组成。
2.如权利要求1所述的光学阅读装置，其特征在于，所述连续的结构体由激光器、激光器安装用管座、外罩、和粘接所述激光器安装用管座和所述外罩的粘接剂组成。
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