JP2007012212A - 光情報記録再生フレキシブルディスク - Google Patents

Abstract

【課題】ターンテーブルに載置された光記録再生が可能なフレキシブルディスクに発生する静電気を主な起原とする局所的な面ぶれを低減し、光記録再生において、安定なフォーカシングを行う。
【解決手段】空気流入用の貫通孔を有するターンテーブルにスペーサーを組み込み、光記録再生が可能なフレキシブルディスクを装着して一体に回転させて、ターンテーブルとの間に確保した間隙に安定な空気流を発生させ、空気流による力とフレキシブルデイスクの重力・遠心力と、静電気反発力とをつり合わせて、フレキスブルデイスクの安定つりあい状態を維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光情報記録再生プレイヤーで、ターンテーブルに支えられ情報の記録再生を行なう薄型光記録媒体としての光情報記録再生フレキシブルディスクに関する。

そして、より詳細には、フレキシブルデイスクに損傷等を与えることなく、記録再生時のフレキシブルデイスクの面ぶれを低減し、記録再生の安定化を図ることに関する。

近年、光ディスクの高容量化を図る様々な試みがなされており、中でも効率的な方法として、光ディスク基板の厚みを薄くして体積当たりの容量を増やすことが注目されている。例えば、特許文献１、特許文献２にあるように、薄い基板とその薄い基板を面ぶれが少なく安定に回転させるためのスタビライザーを組み合わせることにより、体積当たりの記録容量を増加する試みが提案されている。

特開２００３−３３１５６１ 特開２００３―９１９７０

しかしながら、上記の試みでは、強度の弱い薄型フレキシブルデイスクを折り曲げながら回転させたり、スタビライザーが回転する薄型デイスクに接触するなどして、薄型フレキシブルデイスクに確実かつ安定して記録再生する光情報記録再生システムを実現するには問題があった。

そこで本発明者らは、フレキシブルディスクを用いるに際し、より確実かつ安全なシステムを構築するために、あえてスタビライザーを用いることをやめ、代わりにターンテーブルを用いることとした。

そこで、フレキシブルデイスクをターンテーブルに載置して種々の実験を繰り返したが、フレキシブルディスクは、以下に述べるように従来の記録媒体とは異なる挙動を示し、確実な記録再生が困難であった。本発明者らは、この原因を、フレキシブルデイスクが剛性が低くかつ静電気を持ちやすいため、であることを見抜き、その改善を図った。

すなわちまず、本発明者らは、100μｍ程度のフレキシブルディスクを、基板とほぼ同じ大きさのターンテーブルの上に載せて、このターンテーブルでフレキシブルデイスクを支持することを試みた。ターンテーブルは光学ガラスで作製し、レーザーをこのターンテーブル越しにフレキシブルデイスクに照射する。

例えば100μｍ厚のフレキシブルディスクと500μｍ厚のターンテーブルを用意し、前者を後者の上に偏心が小さくなるように載せてみたところ、次のような現象が現れた。
(イ)ターンテーブルとフレキシブルデイスクで、その一部の領域だけが吸着してしまった。
(ロ)その吸着部分は他の部分を次々に巻き込んで吸着領域が拡がっていくのが観察された。
(ハ)ところが吸着領域の拡大はある範囲で落ち着いてそれ以上は拡がらなかった。
(ニ)結局、ターンテーブルとフレキシブルデイスクは一様に吸着せず、ところどころにエア噛み部分が残った。
(ホ)このエア噛み部分が残ったターンテーブルにフレキシブルデイスクが貼り付いたものをＤＶＤプレーヤで記録再生を試みたが、全く記録再生ができなかった。
このことから、本発明者らは、エア噛み現象が記録再生を阻害する原因と見て、まず、このエア噛み現象がなぜ起こるのかの原因を確認し、回避する方策を考えた。本発明者らは、まず、吸着部分が常に局所的に生成する現象に気づいた。そして、フレキシブルディスクやターンテーブルは不導体でできていることに注目し、現象に静電気が関与していることをつきとめた。静電気はある帯電した部分同士が接触し中和されると、吸着部分はそれ以上に拡がらず、帯電部分に応じて吸着部分が局所的に生成する。この結果、フレキシブルデイスクには部分的にひずみができるから、中和が済んでいない部分同士の領域に過不足が生じ、吸着することなく取り残された島状部が残存する。このような理由でエア噛み現象が起こるものと考えた。また、記録再生ができなかったのは、ドライブによるフォーカス追従が実行されなかったことによることを突き止めた。これは、“エア噛み”によって局所的な面ぶれが発生することによるものと考えた。

本発明では上記課題を解決するため、ターンテーブルにスペーサーを組み、更にターンテーブルに空気流入用の孔を開けた。すなわち、ターンテーブルを構成するドーナツ板に直接(図1、図２、図３、図４)、あるいはドーナツ板の中心に嵌めこまれたハブに空気流入用の貫通孔を開けた（図５、図６）。即ちスペーサーを設けることにより、フレキシブルディスクとターンテーブルとの間に間隙を確保し、該間隙を通してディスクの回転により空気流入用の貫通孔から空気を導入するようにする。スペーサーは剛体で構成され、フレキシブルデイスクの光情報記録領域の内径より小さい外周を有し、フレキシブルディスクと接当する上面と、ターンテーブルと接当する下面とが平行になっており、上面と下面との間隔が一定の高さになっており、この高さで統一された一定の間隔を保ちながら、一体に回転する。このような空気流の制御をしながら回転を安定させるには、フレキシブルデイスクの見かけの比重は0.9〜1.1に調製することが望ましい。一方、静電気の発生を抑えるため、ターンテーブルは１０の１２乗Ω以下の表面電気抵抗（ρ）の材料で構成することが望ましい。しかしさらにこの上に、表面電気抵抗の小さい膜を付加することにより帯電防止対策を行なうことを試みたが、そのこと自体にはあまり効果がなかった。というのも、3000rpm以上の高速回転、より厳しい4000rpm以上の高速回転では、ターンテーブルとフレキシブルデイスクへの帯電の滞貨は、ターンテーブル上の表面抵抗の大きい膜から放電することができる能力を遥かに上回っていたためである。そこで、本発明者らは、帯電状態の解消を図るのではなく、帯電状態のままでも、回転中に、フレキシブルデイスクがターンテーブルと静電気的に反発状態を確保することで、空気流による力とフレキシブルデイスクの重力・遠心力と、静電気反発力とをつり合わせて、フレキスブルデイスクの安定つりあい状態を維持することを発案し、両者のそれぞれの対向する表面を同じ符合の帯電状態とすべく、フレキシブルデイスクとターンテーブルの相対する表面に情報記録または再生に用いる光を透過する同じ組成の無機化合物の薄膜を付加した。このような帯電状態を制御する対策を行なうことにより、より面ぶれ量を低減することができた。このような帯電状態を制御してフレキシブルデイスクを安定して回転させるには、フレキシブルデイスクの重さを0.8ｇ〜1.2ｇが望ましいこともわかった。更にフレキシブルデイスクに積層された無機化合物の薄膜は、回転の際に生ずる空気流に混在した塵埃の衝突によってフレキシブルデイスクを構成するプラスチックフィルムが傷つくことを防止する保護層としても機能する。

更にターンテーブルの表面を荒らすことにより、仮にフレキシブルデイスクがターンテーブルに貼り付いた場合であっても、スペーサーにより形成されたフレキシブルディスクとターンテーブルとの間の間隙から流入した空気がターンテーブルの表面に沿って外側に向かって流れ、安定つりあい状態に復帰させることが容易となる。

静止時にはスペーサの働きで、空気流入部分のデイスクの静電気による部分的貼り付き（エア噛み現象）が防止され、更に回転時にはスペーサにより作られたターンテーブルとフレキシブルディスクとの間の隙間に空気流入用の貫通孔から流れ込んだ空気が、遠心力の働きもあいまってエア噛み現象を解消し、かつ、フレキシブルディスクとターンテーブルとの間の静電的反発力により、フレキシブルディスクの浮上を助け、フレキシブルディスクの面ぶれを低減することができる。また、ターンテーブルの径をフレキシブルディスクの径より３ｍｍ〜７ｍｍ程度大きくすることにより、フレキシブルデイスク端面での渦の発生を防ぐことができる。

図１から図６に示すように、ターンテーブル１０２の内周部に、フレキシブルディスク１０１の内周部にスペーサー１０４を配置した。回転が始まると、スペーサー１０４によってできた空間を起点として、フレキシブルディスク１０１とターンテーブル１０２に挟まれた空間の空気が遠心力により内周から外周へと定常的に移動する。これにより静止時に静電気によってできた局所的なエア噛み現象が全面的に取り除かれる。スペーサー１０４によってできるフレキシブルディスク１０１とターンテーブル１０２との間隔は通常0.01〜0.5ｍｍであることが望ましい。

更に、スペーサー１０４よりもやや外側のターンテーブル１０２の位置に空気流入用の貫通孔１０５を設けることが好ましい。この空気流入用の貫通孔は、ターンテーブルのドーナツ板自体に設けられても良いが、ターンテーブルのドーナツ板中心に同芯に取り付けられたハブに設けても良い。これにより、空気の流れがよりスムーズに行われるようになるため、局所的な面ぶれを低減しかつ面ぶれがより少なく安定した状態を保つことができるようになった。空気流入用の貫通孔１０５は多数満遍なく設けることにより均一な空気の流れを実現することが望ましい。実際的には、複数個、好ましくは3個〜５０個、回転中心対称に円周状に配置するのが望ましい。貫通孔１０５の径は2ｍｍφ〜7ｍｍφが望ましい。ともかくターンテーブル１０２の強度が極端に落ちない程度の径と数にする。図示しないが、貫通孔には渦発生防止のため孔周縁はアール加工されることが望ましい。

また、ターンテーブル１０２の外径をフレキシブルディスク１０１の外径より大きくすることにより渦の発生を防止でき、面ぶれを少なくすることができる。

一方、このフレキシブルディスクは、多数枚を１カートリッジに収納し、１カートリッジ当たり（単位体積当たり）の記録容量を大きくできるようにすることができる。この目的のため、カートリッジとしては、内部で、フレキシブルディスクの両側に不織布を挿入し、フレキシブルディスク同士が直接貼り付いたり、互いに擦れ合うことの無いようにすることもできる。本発明では更に、このように収納中にあって、フレキシブルデイスクが不織布と接する場合でも、フレキシブルディスク表面に無機化合物からなる耐摩擦保護層を積層することにより、フレキシブルディスクの収納時の信頼性を高めることとした。

また、フレキシブルディスクの基材には、ポリカーボネート製のシートを用いた。これはフレキシブルディスクが3000ｒｐｍ以上で回転し、大きな遠心力が加わること以外に、この周波数（５０Ｈｚ以上）で、フレキシブルデイスクの固有振動に由来する非定常的な振動が起こると、面ぶれがきっかけとなってフレキシブルデイスクが破壊される危険があり、本発明者らの実験によれば、ポリカーボネート製のシートが最も安定していたとの経験に基づく。また、多数枚を１カートリッジに収納した際にも、カートリッジ内壁に接当して端面にエッジ折れなどが起こることもない。

更には、フレキシブルディスクの、カートリッジとドライブ間の搬送に際しても、フレキシブルデイスクのドーナツ板内端面に搬送アームを押し拡げて持ち上げる際に、このエッジの損傷や、曲がりやたわみを少なくすることができる。即ち、ポリカーボネートを用いることにより、搬送が容易なフレキシブルディスクとすることができた。この搬送の容易性は、更にスペーサーを設けることにより高められる。本来スペーサは、フレキシブルディスクとターンテーブルとの間に間隙を確保し、フレキシブルディスクの面ぶれを低減するためのものであるが、他方、フレキシブルディスクの搬送時にはフレキシブルディスクのセンターホール端を掴むための掴み代としても機能させることが出来る。

本発明によれば、フレキシブルディスクとターンテーブルとの間に間隙を確保し、フレキシブルディスクの面ぶれを低減し、良好な記録再生が行える。

（実施例）
厚さ100μｍのポリカーボネートフィルムに色素記録層、銀を主成分とする金属反射層、保護コートを積層した光記録再生可能なフレキシブルディスク１０１の外径をφ１２０ｍｍ、内径をφ１５ｍｍのドーナツ板とし、重さを1ｇに調整した。ターンテーブル１０２として、厚さ500μｍのソーダガラス板で内径15ｍｍφ、外径をφ１２５ｍｍとしたもの（１０の１４乗Ωの表面電気抵抗（ρ））を用意し、また空気流入用の貫通孔１０５は、超音波ドリルを用いて、６ｍｍφのものを中心から１８ｍｍの位置に円周状に合計８個等間隔に配置した。ＳＵＳ３０４製で外径３３ｍｍφ、内径１５ｍｍφ、厚さ０．１ｍｍのスペーサー１０４を用意した。

このようにして得た、ターンテーブル１０２およびフレキシブルディスク１０１を、ともにスパッタチャンバーに入れ、それらの両面にSiN薄膜を３ｎｍスパッタした。このターンテーブル１０２（１０の１３乗Ωの表面電気抵抗（ρ）を有していた。）をＡと呼ぶ。このターンテーブル１０２をスペーサー１０５、フレキシブルディスク１０１と図1から図６に示すように固定した。プレイヤを4000ｒｐｍで回転させ、フォーカスエラー信号の最大値を測定したところ、最大値は440mVであった。一方、ターンテーブル１０２として、Ａの代わりに、厚さ500μｍのソーダガラス板で内径15ｍｍφ、外径をφ１２５ｍｍとし、また空気流入用の貫通孔１０５を開けないもの（Ｂと呼ぶ）を用いて、同様にフォーカスエラー信号の最大値を測定したところ、最大値は1700mVであった。更に、ターンテーブル１０２として、Ａの代わりに、SiN薄膜の形成を省略した以外はＡと同等のもの（Ｃと呼ぶ）を用いて、同様にフォーカスエラー信号の最大値を測定したところ、最大値は550mVであった。なお、ターンテーブル１０２として、Ａの代わりに、外径をφ１２０ｍｍとした以外はＡと同等のもの（Ｄと呼ぶ）を用いて、同様にフォーカスエラー信号の最大値を半径を変えて測定したところ、図７の結果を得た。即ち、ターンテーブルとフレキシブルディスクが共に同じ径である場合には、フレキシブルディスクの外周部におき面ぶれが大きくなる現象が見られた。

この結果の意味を説明する。

記録再生機のフォーカスエラー信号を調べると、面ぶれの程度が把握できる。この面ぶれの程度は、記録再生機のフォーカスエラー信号が700ｍVを超えるあたりから、トラック追従が不安定になり、情報再生信号の劣化が起きるまでに影響を及ぼすようになる。まず、面ぶれについて、ターンテーブルの外径を変えて調べた結果を図７に示す。ターンテーブルの外径の相違に起因する、フレキシブルディスクの面ぶれの半径依存に関して説明する。フレキシブルディスク外周部を注目すると、フレキシブルディスクとターンテーブルの回転に伴なって、空気の乱流が発生していることが予想される。このため、この空気の乱流によってフレキシブルディスクに非定常的な力が発生し、その結果フレキシブルディスクの面ぶれ量が増えると考えられる。ターンテーブルの外径が１２０ｍｍφの場合は外径が１２５ｍｍφ、であるものより、より乱流の効果が強く受け、面ぶれ量が大きくなると考えられる。

図８、図９、図１０に、それぞれターンテーブルＡ，Ｂ，Ｃを用いた場合の、フォーカスエラー信号の出力波形を掲載する。これにより、貫通孔を設けたＡは、貫通孔がないものＢに対してフォーカスエラー信号が顕著に小さくなることがわかる。これは、貫通孔を設けることによりフレキシブル基板とガラス基板間に空気の流れが発生し、これによりエア噛みが防止されたと考えられる。ターンテーブルＡでは、フレキシブルディスクとターンテーブルのそれぞれの対向する表面を同じ符号の帯電状態とすることができて互いに静電気反発力を発生させることで、両者が吸着することがないのに対し、ターンテーブルＣでは、静電気的に不安定なことが原因でフォーカスエラー信号が大きくなったと考えられる。
なお、フレキシブルディスクとターンテーブルとを反転させて、プレイヤーにセットした場合でも同様の効果が得られることがわかる。

なお、このフレキシブルディスクは８０枚以上をフレキシブルディスク同士が貼り付いたり、互いに擦れ合うことの無いように、０．１ｍｍ厚の不織布を挟みながら積層されて保存することができるが、その際に不織布に水分を含んだ場合でも、フレキシブルディスクが侵食されないように、表面にＳｉＮｎ等の無機化合物よりなる耐水膜を積層した。

本発明のターンテーブルを模式的に示した図（その１） 本発明のターンテーブルを模式的に示した図（その２） 本発明のターンテーブルを模式的に示した図（その３） 本発明のターンテーブルを模式的に示した図（その４） 本発明のターンテーブルを模式的に示した図（その５） 本発明のターンテーブルを模式的に示した図（その６） 本発明のターンテーブルの外径が１２０ｍｍφ及び１２５ｍｍφであるときの、フォーカスエラー信号の最大値の半径依存 実施例の各ターンテーブルＡ，Ｂ及びＣを用いたときのフォーカスエラー信号（その１） 実施例の各ターンテーブルＡ，Ｂ及びＣを用いたときのフォーカスエラー信号（その２） 実施例の各ターンテーブルＡ，Ｂ及びＣを用いたときのフォーカスエラー信号（その３）

Claims (5)

1. ターンテーブルに対向させて載置され、光情報記録再生プレイヤーに装着されて、前記ターンテーブルと一定間隔を保ちながら一体に回転して、光情報記録または再生を行なう光情報記録再生フレキシブルディスクであって、情報記録または再生に用いる光を透過する厚みが０．３ｍｍ以下のプラスチックフィルムの表面に記録層、金属反射層、及び硬質無機保護層がこの順で積層されたことを特徴とする光情報記録再生フレキシブルディスク。
2. 前記回転が、3000rpm以上の速度であることを特徴とする請求項１記載の光情報記録再生フレキシブルディスク。
3. 前記前記ターンテーブルと対向する面が前記ターンテーブルと同じ符号の帯電状態となることを特徴とする請求項１記載の光情報記録再生フレキシブルディスク。
4. 前記ターンテーブルの径より小さい径を有する請求項１記載の光情報記録再生フレキシブルディスク。
5. 前記硬質無機保護層が、珪素化合物であることを特徴とする請求項１記載の光情報記録再生フレキシブルディスク。
   

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