JP2006040363A

JP2006040363A - 光ディスク及び光ディスク駆動装置

Info

Publication number: JP2006040363A
Application number: JP2004216648A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Onaki; 伸晃小名木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】フレキシブルディスクのガイド面側に微細な突起を設けて、光ディスクとガイドの接触面積を減少させて摩擦を減らし、摺動を回避し、また光ディスク及びガイド表面の電気抵抗を小さくして光ディスクとガイドの表面抵抗値を下げ、静電気を防止し、ほこりの付着を防ぐ光ディスク及びこれを駆動する光ディスク駆動装置を提供する。
【解決手段】可撓性を有するシート状の光ディスク５において、一方の側の表面の表面粗さＲａ及びこの面ぶれを小さくするためのガイド７との間の浮上距離Ｄの関係がＤ＞Ｒａである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学的情報記録装置、及び光学的情報再生装置、ならびにそれらに用いられるディスクカートリッジにおける可撓性を有するシート状の光学的情報記録媒体である光ディスク及びこれを回転駆動するための光ディスク駆動装置に関するものである。

近年、テレビ放送のデジタル化が始まるなど、大容量のデジタルデータを記録することが光ディスクに求められている。光ディスクの高密度化のための手法において、基本的な方法は記録／再生のための光のスポット径を小さくすることが知られている（例えば、特許文献１ないし３及び非特許文献１参照）。
このためには記録／再生のために用いられる光の波長を短く、かつ対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることが有効である。光の波長については、ＣＤ（Compact Disk）では近赤外光の７８０ｎｍ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）では赤色光の６５０ｎｍ近傍の波長が用いられている。
最近、青紫光の半導体レーザが開発され、今後は波長４００ｎｍ近傍のレーザ光が使用されると予想される。また、対物レンズについては、ＣＤ用はＮＡ０．５未満であったが、ＤＶＤ用はＮＡ０．６程度である。
今後、さらに開口数（ＮＡ）を大きくしてＮＡ０．７以上とすることが求められる。しかし、対物レンズのＮＡを大きくしたり、光の波長を短くすると、光を絞るときに収差の影響が大きくなる。
したがって、光ディスクのチルトに対するマージンが減ることになる。また、ＮＡを大きくすることによって焦点深度が小さくなるため、フォーカスサーボ精度を上げなくてはならない。
さらに、高ＮＡの対物レンズを使用することによって、対物レンズと光ディスクの記録面との距離が小さくなってしまうため、光ディスクの面ぶれを小さくしておかないと、始動時のフォーカスサーボを引き込む直前、対物レンズと光ディスクとが衝突することがあり、ピックアップ故障の原因となる。
短波長、高ＮＡの大容量光ディスクとして、例えば、非特許文献１に示されているように、ＣＤと同程度に厚く剛性の大きい基板に記録膜を成膜し、記録／再生用の光を基板に通さずに、薄いカバー層内を通して記録膜に対して記録／再生する構成のシステムが提案されている。
また、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、平面を有する安定化板上で可撓性を有する光ディスクを回転させて、光ディスクにおける面ぶれを安定化させる方法が知られている。
それに対して、本発明者らは特許文献３においてフレキシブルディスクを回転させ、離散配置された安定化器をピックアップと反対側に配置することによって、良好な面ぶれ特性と記録再生面側の摺動傷の回避を両立できる駆動装置を以前に提案した。
特開平７−１０５６５７号公報特開平１０−３０８０５９号公報特開２００１−１１８３４４公報 O PLUS E((株)新技術コミュニケーションズ) vol.20 No.2，183ページ

フレキシブルなフィルムディスクをガイドで空気安定化して高速に記録再生する光ディスクにおいて、ガイドとディスクの摺動を軽減し、発塵とエラー発生を回避することが望まれる。
フレキシブルディスクを安定化器（＝ガイド）で安定化する場合、空気の力は距離に反比例して大きくなる。このため、ガイドと光ディスクの距離は数μｍ程度の距離になる。このため、光ディスクのフィルム厚さのムラやごみの入り込みで光ディスクのガイド側に摺動傷が付き易い。
ガイド側の摺動傷は光ピックアップ側とは反対なので直ちにデータのエラーは引き起こすことはない。しかし光ディスクの摺動は面ぶれ状態の悪化や発塵を起こし、長時間続くと結果的に記録再生のエラーに繋がる。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、フレキシブルディスクのガイド面側に微細な突起を設けて、光ディスクとガイドの接触面積を減少させて摩擦を減らし、摺動を回避し、また光ディスク及びガイド表面の電気抵抗を小さくして光ディスクとガイドの表面抵抗値を下げ、静電気を防止し、ほこりの付着を防ぐ光ディスク及びこれを駆動する光ディスク駆動装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、可撓性を有するシート状の光ディスクにおいて、一方の側の表面の表面粗さＲａ及びこの面ぶれを小さくするためのガイドとの間の浮上距離Ｄの関係がＤ＞Ｒａである光ディスクを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記一方の側の表面抵抗が１０Ｅ＋４〜１０Ｅ＋８Ω／ｓｑである請求項１記載の光ディスクを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、前記光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも前記光ディスクにおける書き込みあるいは読み取りが行われる部位における回転軸方向の振れをベルヌーイの法則に基づく空気流の圧力差よって安定化させる安定化手段とを備えた光ディスク駆動装置において、使用する光ディスクが、前記ガイド側の表面の表面粗さＲａ及び前記光ディスクと前記ガイドとの間の浮上距離ＤにおいてＤ＞Ｒａである関係を有する光ディスク駆動装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の光ディスクを用い、前記ガイドが前記光ディスクの面ぶれを小さくするために設けられる請求項３記載の光ディスク駆動装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記ガイドの表面抵抗が１０Ｅ＋８Ω／ｓｑ以下である請求項３及び４記載の光ディスク駆動装置を特徴とする。

微細な突起を設けることでディスクとガイドの接触面積を減少させて摩擦を減らし、摺動を回避する。また、ディスクとガイドの表面抵抗値を下げ、静電気を防止し、ほこりの付着を防ぐことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は光ディスクの構成を示す概略図である。図１において、光ディスク５はプラスチック基板１上に再生専用のビット２がらせん状に形成され、その上に金属反射膜（記録膜側保護層）３が形成されている。さらに紫外線硬化樹脂４がコートされている。これが再生面となる。
反対面はプラスチックフィルム基板１上に微小突起（図示せず）が形成されており、さらに、ガイド側摺動保護膜８で被覆されている。すなわち、フレキシブルディスクのガイド面側に微細な突起を設ける。また光ディスク及びガイド表面の電気抵抗を小さくする。
図２は本発明による光ディスク駆動装置を示す概略図である。光ディスク５を挟み、光ピックアップ６の反対側に面ぶれ除去のためのガイド７が配置される。本光ディスク駆動システムはスピンドル９により高密度記録再生を高速で行うためのものなので、光ピックアップには波長４０５ｎｍＮＡ０．８５を用いた。
基板材料としては厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた。光ディスクの直径は１２０ｍｍである。フィルム上には紫外線硬化樹脂を用いてデータビットの凹凸層を転写成形した。転写層の厚さは１５μｍである。
データビットのトラックピッチは０．３３μｍ、ビット深さは７０ｎｍである。最短ビットの長さは０．２μｍである。ビット成形後スパッタ装置にてＡｇ―１ｗｔ％Ｎｄ―１ｗｔ％Ｃｕ合金を４０ｎｍに形成した。
この後、記録膜面上の保護のための透明コートを行った。透明かつ耐摺動性に優れていることが必要になる。紫外線硬化樹脂を用い、厚さ３μｍに形成した。これらのディスクの反りは、ほぼ０であり、いわゆる「カール」はない。平面上に置かれた光ディスクは目視では下地に密着する程度である。
このディスクを回転数３６００ｒｐｍにて回転させ、ガイド７を最近接点での光ディスク５とガイド７の距離が平均１μｍとなるようにして回転させた。光ディスク５のガイド側には微小突起が形成されている。
この微小突起はポリエステルのフィルム成形工程にて平均粒径０．０３〜１０μｍのＳｉＯ₂粒子を０．０１〜５ｗｔ％溶融押出して延伸し、熱処理することで形成した。これによりフィルム表面にＳｉＯ₂粒子が分散する。

図３は表面粗さの定義をするための粗さ曲線を示す図である。粗さの測定はアルバック株式会社のＤＥＫＴＡＫにて評価した。これは半径２．５μｍの球状の先端を有する触針式の表面形状測定装置である。
図３において、Ｒａは中心線平均値であり、これは中心線から測定曲線までの偏差の絶対値の平均である。すなわち、
Ｒａ＝１／ｌｍ∫^lm ₀｜ｆ（ｘ）｜ｄｘ
これは粗さ曲線から求める。ここで、ｌｍ＝ｎ×λｃ（カットオフ値）。
傷付きは先端が半径２０ｍｍの球状で材質がステンレス製の面ぶれ抑制ガイド上で光ディスク５を３６００ｒｐｍにて１５分回転させた後のガイド７による光ディスクの傷を目視で評価した。

図４はガイド側保護層の表面粗さとディスク傷付きの関係を表の形で示す図である。したがって図４ではガイド７は導電性である。ごみ、ほこりの環境は通常の事務室環境である。
評価前にガイド表面と光ディスク表面を、メタノールを含ませたワイパで清掃した後に評価した。目視ではっきりと同心円状の傷が解るものを×、薄く傷が付いたものを△、目視ではまったく傷が解らないものを○とした。
図４には比較としてポリエステルフィルム中にＳｉＯ₂をまったく含まないものも入れた。ＳｉＯ₂フィルムの無いものの表面粗さは０．０１μｍである。動摩擦Ｆは摩擦し合う２面間の接触面積Ｓと柔らかい方の面のせん断強さをＫとすると一般的にＦ＝Ｓ＊Ｋと表される。
したがって、フィルムに微小突起を設けて接触面積Ｓを小さくすることで動摩擦を小さくすることができる。図４の結果からは、突起を設けることで摩擦が小さくなり、不要な光ディスク振動が減少して摺動が減少したと考えられる。
同じ原理はガイド７側の表面粗さにも当て嵌る。ガイド７の表面処理を変え、いろいろなガイドで実験した。光ディスク５の表面粗さは０．１μｍ未満とした。この場合のディスク面ぶれ、光ディスクの摺動傷の様子は図４の光ディスクＲａの挙動とほぼ変わらなかった。
このため、光ディスク５側の表面粗さとほぼ同様なＲａの範囲でよいと考えられる。本光ディスク５は記録ビットを紫外線硬化樹脂による転写で形成しているのでポリエステル中の粒子の突起は記録再生側には悪影響を与えない。
しかし粒子の大きさが光ディスク５とガイド７間の浮上量の１μｍを越えると衝突し易くなり、傷が付き易くなる。この意味によってフィルム上の微小突起の上限は決まる。
粒子径が大きくなると、ガイド７による面ぶれ安定化においてフィルム上突起の高さが高くなってそのガイド７との衝突による反力が無視できなくなるからである。この理由によってガイド７に面する側のフィルム上微小突起の大きさが制限される。

図５は光ディスクをオフィス環境に２４時間放置し、光ディスク表面を清掃しないで摺動試験を行った結果を表の形で示す図である。図５には、光ディスク５をオフィス環境に２４時間放置し、光ディスク表面を清掃しないで摺動試験を行った結果を示している。
図５において、ポリエステルにＳｉＯ₂以外にカーボンブラックも混錬した。カーボンの混錬量調整にて表面抵抗を変化させた。このとき、光ディスク５のガイド７側の表面粗さは概ね０．１μｍになるように調整した。
光ディスク５のガイド７側の表面抵抗が１０Ｅ＋４〜１０Ｅ＋８Ω／ｓｑではひどい摺動が発生しない。しかし、ディスクフィルムに帯電防止処理をしないものでは室内放置にて付着したほこりが多く、かつ回転時の空気流でも取れにくいためにひどい摺動が発生したと考えられる。

図６は光ディスクを帯電防止処理ありに固定してガイド表面の帯電防止処理の程度を変えて摺動の様子を調べた結果を表の形で示す図である。図６において、光ディスクを帯電防止処理ありに固定し、ガイドをプラスチック化し、このガイド表面の帯電防止処理の程度を変えて摺動の様子を調べている。
光ディスク５は図５と同様でオフィス環境に２４時間放置後に用いた。摺動の様子は、表面抵抗がほぼないステンレス製ガイドが最良で絶縁性の高いガイドになるにつれ摺動がひどくなる。
とくに１０Ｅ＋８Ω／ｓｑを越えたものは摺動傷が多い。理由は光ディスク５のときと同様で光ディスク５上のほこりをガイド７が帯電して引き寄せることが原因と考えられる。
以上の実験結果から光ディスク５に関しては次のように言える。すなわち、ガイド側表面の微小突起の周期が０．５〜５０μｍになるように形成されており、光ディスク５のガイド７側の表面抵抗が１０Ｅ＋４〜１０Ｅ＋８Ω／ｓｑであるということである。
ディスクフィルムは現実的にはプラスチックフィルムを用いるので表面抵抗に１０Ｅ＋４〜１０Ｅ＋８Ω／ｓｑのような範囲を設けた。しかし帯電防止との原理から考えれば下限値１０Ｅ＋４Ω／ｓｑ以下でも良い。
実際にはポリエステルフィルムにカーボン混錬の手法ではこれ以下の試料を作成できなかった。次に駆動装置は、ガイドの表面抵抗が１０Ｅ＋８Ω／ｓｑ以下であることが望ましい。
この条件を満たす光ディスク及び光ディスク駆動装置でフレキシブルディスクを用いるとガイド７による摺動、そしてこれに由来する発塵、エラー発生を回避でき、システムとしての信頼性が非常に上がった。

光ディスクの構成を示す概略図である。本発明による光ディスク駆動装置を示す概略図である。表面粗さの定義をするための粗さ曲線を示す図である。ガイド側保護層の表面粗さとディスク傷付きの関係を表の形で示す図である。光ディスクをオフィス環境に２４時間放置し、光ディスク表面を清拭しないで摺動試験を行った結果を表の形で示す図である。光ディスクを帯電防止処理ありに固定してガイド表面の帯電防止処理の程度を変えて摺動の様子を調べた結果を表の形で示す図である。

符号の説明

５光ディスク、６光ピックアップ（光ディスク駆動装置）、７安定化手段（ガイド、光ディスク駆動装置）、８一方の側（ガイド側摺動保護膜）、９回転駆動手段（スピンドル）、Ｄ光ディスクとガイドとの間の浮上距離、Ｒａガイド側の表面の表面粗さ

Claims

可撓性を有するシート状の光ディスクにおいて、一方の表面の表面粗さＲａと、該光ディスクとその面ぶれを小さくするためのガイドとの間の浮上距離Ｄとの関係が、Ｄ＞Ｒａであることを特徴とする光ディスク。
前記光ディスクの一方の表面の表面抵抗が１０Ｅ＋４〜１０Ｅ＋８Ω／ｓｑであることを特徴とする請求項１記載の光ディスク。
可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、前記光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも前記光ディスクにおける書き込みあるいは読み取りが行われる部位における回転軸方向の振れをベルヌーイの法則に基づく空気流の圧力差よって安定化させる安定化手段とを備えた光ディスク駆動装置において、使用する光ディスクの前記ガイド側の表面の表面粗さＲａと、前記光ディスクと前記ガイドとの間の浮上距離Ｄとが、Ｄ＞Ｒａの関係を有することを特徴とする光ディスク駆動装置。
請求項１または２に記載の光ディスクを用い、前記ガイドが前記光ディスクの面ぶれを小さくするために設けられることを特徴とする請求項３記載の光ディスク駆動装置。
前記ガイドの表面抵抗が１０Ｅ＋８Ω／ｓｑ以下であることを特徴とする請求項３及び４記載の光ディスク駆動装置。