JP2007257675A - 芯出し装置および光ディスクマスタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】芯出し装置の小型化を実現する。また、芯出し装置の製造コストを低減し、発塵を低減する。
【解決手段】この芯出し装置１では、回動アクチュエータ１１の出力軸１２に、芯出しアーム１３を直接取付け、出力軸１２の回動運動によって芯出しアーム１３は揺動運動を行なう。芯出しアーム１３を揺動運動させるために、従来のように駆動源として直動エアシリンダを設ける必要はない。したがって、装置の小型化が可能となる。また、直動運動を揺動運動に変換する機構が不要となり部品点数が減少するため、製造コストを低減でき、かつ信頼性を向上できるとともに、摺動部分の磨耗がないため発塵の少ない芯出し装置１を実現できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、芯出し装置および光ディスクマスタリング装置に関し、特に、ターンテーブル上に載置する光ディスク原盤などの円盤状の被駆動物の中心を、ターンテーブルの回転中心に一致させる芯出し装置、および、その芯出し装置を備える光ディスクマスタリング装置に関する。

ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスクの金型は、原盤の表面に形成される信号を担った凹凸パターンを、電気鋳造により転写して製作される。この金型を用いて樹脂を成形し、反射膜の成膜、貼り合せなどの工程を経て、製品の光ディスクが完成する。

原盤を製作する工程は、マスタリングと呼ばれる。この工程においては、感光材料を塗布した原板に、精密に位置決めされる光学ヘッドによりレーザ光を照射して、渦巻状に情報信号が露光される。露光の後に現像処理を行ない、任意の凹凸パターンを有する原盤が完成する。近年光ディスクの記録密度は急速に向上しており、記録密度向上のために、光学ヘッドおよび原盤の高精度の位置決め技術が要求される。原盤の位置決め精度向上のためには、原盤の中心を、原盤が載置されるターンテーブルの回転中心に正確に一致させる必要がある。そのため、芯出し装置が必要とされる。

芯出し装置として、従来、エアシリンダによって起伏する芯出しアームを持つ芯出し機構を、円盤状の被駆動物の外周囲に３つ以上配置する装置が開示されている（たとえば特許文献１参照）。この芯出し装置では、芯出しアームの先端に設けられる押圧子を、被駆動物の外径面に押圧して、被駆動物の中心を回転中心に一致させる。
特開平１０−２９６５７１号公報

従来の芯出し機構においては、直動エアシリンダを駆動源として用い、二股片と係合子によってエアシリンダの直動運動を芯出しアームの揺動運動に変換している。ここで、マスタリング装置などの高い精度を要求される加工装置や計測・検査装置では、振動を低減するため、ターンテーブルを、光学ヘッドの位置決め機構、光学系、その他計測器などを設置する定盤上面に近い位置に配置する必要がある。また、マスタリング装置などは一般にクリーンルーム内に設置されるので、設置に必要な床面積を低減するため、小型な装置であることを要求される。

従来の芯出し機構は、駆動源としてエアシリンダを使用しているため、ターンテーブルを定盤上面（文献では図示されていないが、通常は基台が定盤上面に固定される。）に近い位置に配置するには、特許文献１の図１に示されるように、エアシリンダを、基台の下面よりも下に突き出して固定することが必要になる。このため、定盤にエアシリンダを収容する凹部が必要になり、加工コストの増加や、定盤の剛性低下、さらに、上面の形状が不規則になることによって定盤上面の仕上げ精度（平面度）が低下し、装置の精度が低下するなどの問題が生じる。また、エアシリンダを横置きにすれば定盤に凹部を設ける必要はなくなるが、エアシリンダがターンテーブルを中心として半径方向に突き出すことになり、周辺に配置される計測器などの配置上の制限や、装置設置面積の増加をまねく。また、二股片と係合子とによって直動運動を揺動運動に変換する機構を構成するため、摺動部分が外部に露出しており、摩耗粉による周囲の汚染の問題や、部品点数が多くコストが増加するという問題もある。

さらに、従来の芯出し機構では、芯出しアームの位置を検出する手段を持たないため、エアシリンダを駆動する圧縮空気源の停止などの事故が発生すると、芯出しアームが起立した状態で動作不能になる可能性があった。その状態でターンテーブルを回転させると、スピンドルが損傷する可能性がある。また、光学ヘッドなどを誤って接触させ、高価な光学ヘッドを損傷する可能性がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、芯出し装置の小型化を実現することである。また、芯出し装置の製造コスト低減、および発塵の低減を目的とする。さらに、スピンドルや光学ヘッドなどの損傷を防止するために、芯出しアームの位置を検出できる装置とすることを目的とする。

この発明に係る芯出し装置は、円盤状の被駆動物が載置されるターンテーブルと、ターンテーブルの外周囲に設けられる３つ以上の芯出し機構とを備える。芯出し機構は、所定の角度範囲で回動運動を行なう出力軸を有する回動アクチュエータと、回動アクチュエータの出力軸に固定される芯出しアームとを含む。芯出しアームは、被駆動物の外径面に芯出しアームが接触する位置である起立位置と、被駆動物の外径面に芯出しアームが接触しない位置である退避位置との間で、出力軸の回動運動によって揺動運動を行なう。

この場合は、回動アクチュエータの出力軸に、芯出しアームを直接取付け、出力軸の回動運動によって芯出しアームは揺動運動を行なう。よって、芯出しアームを揺動運動させるために、従来のように駆動源として直動エアシリンダを設ける必要はない。したがって、装置の小型化が可能となる。また、直動運動を揺動運動に変換する機構が不要となる。したがって、部品点数が減少するため製造コストを低減でき、かつ信頼性を向上できるとともに、摺動部分の磨耗がないため、発塵の少ない芯出し装置を実現できる。

好ましくは、芯出しアームは、芯出しアームが起立位置にある時にターンテーブルに載置される被駆動物の外径面を押圧する、弾性のある押圧子を有する。

この場合は、弾性のある押圧子を少なくとも３方向から被駆動物の外径面へ押圧して芯出しを行なう。したがって、円盤状の被駆動物の外径にばらつきがあっても、被駆動物の中心を、ターンテーブルの回転中心に一致させることができる。

また好ましくは、芯出し機構は、芯出しアームが起立位置にある時に、芯出しアームに当接し、芯出しアームの位置決めを行なうストッパを含む。

この場合は、芯出しアームの起立位置を精度よく、また良好な再現性をもって、位置決めすることができる。したがって、より正確に芯出しをすることができる。

また好ましくは、芯出し機構は、芯出しアームの起立位置と退避位置との少なくともいずれか一方の位置で、芯出しアームを検出するセンサを含む。

この場合は、センサの出力により、芯出しアームが起立位置、退避位置または起立位置と退避位置の中間にあることを検出することができる。したがって、スピンドル装置の回転や光学ヘッドの移動などの動作を制御することによって、スピンドル装置や光学ヘッドなどの機器の損傷を防止することができる。

この発明に係る光ディスクマスタリング装置は、上記の芯出し装置を備える。この場合は、上述の通り芯出し装置の製造コストを低減できることから、それに伴い光ディスクマスタリング装置の製造コストを低減することができる。また、芯出し装置の信頼性を向上できることから、マスタリング工程における工数低減と、品質向上を実現することができる。

以上のように、この発明に係る芯出し装置では、回動アクチュエータの出力軸に、芯出しアームを直接取付け、出力軸の回動運動によって芯出しアームは揺動運動を行なう。よって、芯出しアームを揺動運動させるために、従来のように駆動源として直動エアシリンダを設ける必要はない。したがって、装置の小型化が可能となる。また、直動運動を揺動運動に変換する機構が不要となる。したがって、部品点数が減少するため製造コストを低減でき、かつ信頼性を向上できるとともに、摺動部分の磨耗がないため、発塵の少ない芯出し装置を実現できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１の芯出し装置の外観を示す模式図である。図１において、この芯出し装置１は、光ディスク原盤などの円盤状の被駆動物であるディスク５が載置される円柱形状のターンテーブル２と、スピンドル装置３とを備える。ターンテーブル２は、スピンドル装置３の上部表面に取付けられ、スピンドル装置３の回転によって回転運動し、それに伴ってターンテーブル２に載置されるディスク５を駆動する。また芯出し装置１は、ターンテーブル２の外周囲に設けられる芯出し機構４を備える。スピンドル装置３の回転中心に固定されるターンテーブル２の外周囲の少なくとも３箇所に、３つ以上の芯出し機構４が配置される。また、図１において、図示しない光学ヘッドや光学ヘッド位置決め機構などを備える光ディスクマスタリング装置本体３０と、その他図示しない計測器などが、定盤６に設置されている。

芯出し機構４は、所定の角度範囲で回動運動を行なう出力軸１２を有する回動アクチュエータ１１と、回動アクチュエータ１１の出力軸１２に固定される芯出しアーム１３とを含む。芯出しアーム１３は、ディスク５の外径面に芯出しアーム１３が接触する位置である起立位置と、ディスク５の外径面に芯出しアーム１３が接触しない位置である退避位置との間で、出力軸１２の回動運動によって揺動運動を行なう。ここで外径面とは、円盤状のディスク５の周辺の面であって、ディスク５の周囲から半径方向にディスク５の中心に向かうときに見える面を示す。図１において、芯出しアーム１３は起立位置にあり、ディスク５の外径面を３方向以上から押圧し、ディスク５の中心をターンテーブル２の回転中心に一致させる、芯出しを行なっている。

図２は、図１に示す芯出し機構４の構造を示す模式図であり、芯出しアーム１３が退避位置にある状態を示す模式図である。図２において、芯出しアーム１３は、回動アクチュエータ１１の出力軸１２に直接取付けられており、出力軸１２の回動動作によって、起立位置と退避位置との間で揺動運動を行なう。この場合、出力軸１２は、芯出しアーム１３の起立位置と退避位置とが形成する角度、すなわち９０度の角度範囲で回動運動を行なう。なお、回動アクチュエータ１１として、回転型エアアクチュエータや、サーボモータ、ステッピングモータなどを使用することができる。回動アクチュエータ１１は、固定台１４に固定されており、固定台１４は、図１に示す定盤６に固定されている。

図３は、図２に示す芯出し機構４の、芯出しアーム１３が起立位置にある状態を示す模式図である。図３において、芯出しアーム１３は、揺動側端部１５に弾性のある押圧子１６を有する。揺動側端部１５は、出力軸１２によって固定される位置（芯出しアーム１３の一方端部）からより離れる側の芯出しアーム１３の端部（芯出しアーム１３の他方端部）であり、芯出しアーム１３の退避位置から起立位置への揺動運動によってディスク５へ接近する。押圧子１６は、芯出しアーム１３の退避位置から起立位置への揺動運動によってディスク５の外径面に接触し、芯出しアーム１３が起立位置にある時にターンテーブル２に載置されるディスク５の外径面を押圧する。芯出しアーム１３は、図３に示す通り断面形状が長方形状であり（立体形状は細長い形状であればよい。たとえば直方体であってもよく、棒状であってもよい）、芯出しアーム１３の長手方向における一方端部に、出力軸１２が固定されている。また芯出しアーム１３の長手方向における一方端部と反対側の他方端部に、押圧子１６が設置されている。

ターンテーブル２の外周囲の少なくとも３箇所に配置される３つ以上の芯出し機構４が有する３つ以上の押圧子１６によって、少なくとも３方向からディスク５の回転中心に向かう方向にディスク５の外径面を押圧して、ディスク５をターンテーブル２の回転中心に対して芯出しする。また芯出しアーム１３が揺動運動によって起立位置に到達すると、ストッパ１７の先端が芯出しアーム１３に接触し、芯出しアーム１３の揺動運動を停止させるよう作用する。芯出しアーム１３が起立位置にある時に、ストッパ１７を芯出しアーム１３に当接させることによって、良好な再現性をもって芯出しアーム１３を精度よく位置決めし、ディスク５を精度よく芯出しすることができる。図３では、ストッパ１７を支持するストッパ支持部１８を、回動アクチュエータ１１のケース１９に固定した例を示しているが、固定台１４に固定することもできる。

次に、実施の形態１の芯出し装置１の動作について説明する。図２に示すように、回動アクチュエータ１１の出力軸１２を退避方向２０へ回転させると、芯出しアーム１３は伏倒する。この状態では、芯出しアーム１３はターンテーブル２の上部表面よりも下方に位置する。よって、ディスク５の図示しない装填装置を、ターンテーブル２の外側方からその半径方向に移動させ、ターンテーブル２にディスク５を装填することができる。

そして、図３に示すように、回動アクチュエータ１１の出力軸１２を起立方向２１へ９０度回転させると、芯出しアーム１３は起立方向２１へ揺動し、起立位置へ到達する。そして、ストッパ１７の先端が芯出しアーム１３へ当接し、芯出しアーム１３の起立位置を位置決めする。そして、各芯出し機構４の押圧子１６がターンテーブル２に載置されるディスク５の外径面を均等に押圧して芯出しを行なう。このとき、弾性のある押圧子１６がディスク５を押圧するので、ディスク５の外径にばらつきがあっても、ディスク５の中心を、ターンテーブル２の回転中心に正確に一致させることができる。

芯出し終了後は、回動アクチュエータ１１の出力軸１２を退避方向２０へ９０度回転させると、芯出しアーム１３は退避方向２０へ揺動し、退避位置へ到達する。そして、芯出しアーム１３を退避位置に停止させる。この状態において、スピンドル装置３の回転、すなわちターンテーブル２の回転や、光学ヘッドのディスク５上への移動が可能になる。

この場合、回動アクチュエータ１１の出力軸１２に芯出しアーム１３を直接取付けるため、芯出しアーム１３の駆動源として直動エアシリンダを使用する必要がない。すなわち、直動エアシリンダを設ける必要がない。したがって、直動エアシリンダを使用する従来の芯出し装置よりも、装置の小型化が可能となる。特に、定盤６側への突出しがないので、定盤６の芯出し装置１取付け位置にエアシリンダを収容する凹部を設ける必要がなくなる。

また、従来の芯出し装置で、エアシリンダの直動運動を芯出しアームの揺動運動に変換するために設ける二股片や結合子などの部品が不要になる。すなわち、芯出し装置１を構成する部品点数を減少させることができる。よって、芯出し装置１の製造コストを低減できる。また、芯出し装置１の動作が簡略化されるため、芯出し動作中に生じ得る不具合点を減少でき、装置の信頼性を向上させることができる。さらに、直動運動を揺動運動に変換する機構において磨耗粉を発生させる摺動部分がなくなるため、発塵の少ないクリーンな芯出し装置１を実現できる。必要に応じて回動アクチュエータ１１に防塵シールを設け、さらに発塵を少なくすることができる。

なお、ストッパ１７を設ける代わりに、ストッパを内蔵し、芯出しアーム１３の退避位置と起立位置とに対応する回転方向の２箇所で位置決めが可能な回動アクチュエータ１１を用いても、同様の機能を実現できる。さらに、回動アクチュエータ１１として、サーボモータやステッピングモータを用いて位置決め制御を行なえば、ストッパを省略することができる。

図４は、芯出し機構４に含まれる押圧子１６の構成を示す模式図である。図４において、芯出しアーム１３の揺動側端部１５に凹部を設け、弾性体からなる押圧子１６を圧入または接着などの手段によって、凹部に固定している。弾性体としては、ナイロンやポリアセタールなどの合成樹脂を使用することができる。ディスク５が比較的薄い（たとえば厚み５ｍｍ以下）場合には、図４に示すように、押圧子１６がディスク５の外径面に接触する部分の形状を、ディスク５の厚み方向に長さを有する形状とすることができる。これにより、押圧子１６のディスク５の厚み方向の位置の公差を大きく取ることが可能となり、押圧子１６の位置の調整工数を削減できる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の一実施の形態である実施の形態２の芯出し機構４の構造を示す模式図である。実施の形態２の芯出し機構４と、上述した実施の形態１の芯出し機構４とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態２では、芯出しアーム１３の揺動側端部１５付近が図５に示すような構成となっている点で、実施の形態１とは異なっている。

具体的には、図５において、この芯出し機構４は、押圧ピン２２と、コイルばね２３と、調整ねじ２４とを含む。押圧ピン２２とコイルばね２３と調整ねじ２４とは、押圧子を構成する。押圧ピン２２は、ディスク５の外径面に接触する先端部を球形に成型し、中央部にフランジを設ける金属製のピンである。そして押圧ピン２２は、フランジに係合するコイルばね２３によって、ディスク５の外径面に押圧される。

押圧ピン２２をディスク５に押圧する力は、調整ねじ２４によって調整することができる。すなわち、調整ねじ２４を回転させて進退させることにより、コイルばね２３の弾性変形量を増減するよう調整できる。たとえば、調整ねじ２４の芯出しアーム１３へのねじ込み量をより大きくし、押圧ピン２２に設けられるフランジと調整ねじ２４との間隔をより小さくできる。このときコイルばね２３は圧縮され弾性変形量がより大きくなり、コイルばね２３が弾性変形を復元しようとする伸張力が大きくなる。このように調整すれば、芯出しアーム１３が起立位置にある状態において、コイルばね２３の伸張力によって押圧ピン２２をディスク５に押圧する力を大きくすることができる。逆に、調整ねじ２４の芯出しアーム１３へのねじ込み量をより小さくし、コイルばね２３の弾性変形量をより小さくするよう調整すれば、押圧ピン２２をディスク５に押圧する力を小さくすることができる。

ディスク５が厚い（たとえば厚み５ｍｍ以上）場合には、図５に示すように、押圧ピン２２がディスク５の外径面に接触する部分を、小さくすることができる。このとき、押圧ピン２２の先端部をディスク５の厚み方向の中央付近（たとえば、ディスク５の厚み方向の中央から、ディスク５の厚みの５％以内）に接触させることによって、押圧ピン２２はディスク５を水平方向に押圧することができる。したがって、押圧ピン２２がディスク５の外径面の厚み方向の上端部または下端部を押圧してディスク５の芯出し精度が低下することを防止することができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の一実施の形態である実施の形態３の芯出し機構４の構造を示す模式図であり、芯出しアーム１３が退避位置にある状態を示す模式図である。図７は、図６に示す芯出し機構４の、芯出しアーム１３が起立位置にある状態を示す模式図である。実施の形態３の芯出し機構４と、上述した実施の形態１の芯出し機構４とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態３では、芯出しアーム１３の起立位置と退避位置付近が図６および図７に示すような構成となっている点で、実施の形態１とは異なっている。

具体的には、図６および図７において、この芯出し機構４は、芯出しアーム１３が起立位置にあるときに検出信号を発生する近接センサ２５ａと、芯出しアーム１３が退避位置にあるときに検出信号を発生する近接センサ２５ｂとを含む。図７において、近接センサ２５ａは、芯出しアーム１３が起立位置にあるときにディスク５の中心方向へ向かう芯出しアーム１３の表面に、対向する位置に設置される。また図６において、近接センサ２５ｂは、芯出しアーム１３が退避位置にあるときに定盤６の上部表面と対向する芯出しアーム１３の面であって、上記芯出しアーム１３の表面と反対側の裏面に、対向する位置に設置される。近接センサ２５ａが検出信号を発生するときは、芯出しアーム１３は起立位置にあると判断できる。近接センサ２５ｂが検出信号を発生するときは、芯出しアーム１３は退避位置にあると判断できる。また、近接センサ２５ａと近接センサ２５ｂとのいずれもが検出信号を発生しないときは、芯出しアーム１３は起立位置と退避位置との中間にあると判断できる。すなわち、近接センサ２５ａと近接センサ２５ｂとの出力により、芯出しアーム１３が起立位置、退避位置または起立位置と退避位置との中間にあることを検出することができる。

ターンテーブル２の外周囲の３箇所以上に配置される芯出し機構４のすべてに含まれる、すべての芯出しアーム１３が、起立位置にあることを検出することによって、芯出し動作が正常に完了したことを判断できる。また、少なくとも１つの芯出しアーム１３が退避位置にないことが検出されるときには、スピンドル装置３の回転や、光学ヘッドのディスク５上への移動などの動作を制限することによって、スピンドル装置３や光学ヘッドなどの機器の接触や衝突による損傷を防止することができる。

芯出しアーム１３の位置を検出するセンサは、近接センサを起立位置と退避位置の少なくともいずれか一方の位置において芯出しアームを検出するように配置することができる。また、回動アクチュエータ１１の出力軸１２の回転角度を、ロータリーエンコーダなどによって検出してもよい。さらに、センサを回動アクチュエータ１１に内蔵してもよく、この場合芯出し機構４をさらに小型化することができ、かつセンサが外部に露出しないため誤動作を防止することができる。

本発明による光ディスクマスタリング装置は、上述した、図２から図７において説明した芯出し機構４のいずれかを用いる、芯出し装置１を備える。この場合、上述の通り芯出し装置１の製造コストを低減できることから、それに伴い光ディスクマスタリング装置の製造コストを低減することができる。また、芯出し装置１の信頼性を向上できることから、マスタリング工程における工数低減と、品質向上を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、ターンテーブル上に載置する光ディスク原盤などの円盤状の被駆動物の中心を、ターンテーブルの回転中心に一致させる芯出し装置、および、その芯出し装置を備える光ディスクマスタリング装置に、特に有利に適用され得る。

この発明の実施の形態１の芯出し装置の外観を示す模式図である。 図１に示す芯出し機構の構造を示す模式図であり、芯出しアームが退避位置にある状態を示す模式図である。 図２に示す芯出し機構の、芯出しアームが起立位置にある状態を示す模式図である。 芯出し機構に含まれる押圧子の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態２の芯出し機構の構造を示す模式図である。 この発明の実施の形態３の芯出し機構の構造を示す模式図であり、芯出しアームが退避位置にある状態を示す模式図である。 図６に示す芯出し機構の、芯出しアームが起立位置にある状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 芯出し装置、２ ターンテーブル、３ スピンドル装置、４ 芯出し機構、５ ディスク、６ 定盤、１１ 回動アクチュエータ、１２ 出力軸、１３ 芯出しアーム、１４ 固定台、１５ 揺動側端部、１６ 押圧子、１７ ストッパ、１８ ストッパ支持部、１９ ケース、２０ 退避方向、２１ 起立方向、２２ 押圧ピン、２３ コイルばね、２４ 調整ねじ、２５ａ，２５ｂ 近接センサ、３０ 光ディスクマスタリング装置本体。

Claims (5)

1. 円盤状の被駆動物が載置されるターンテーブルと、
   前記ターンテーブルの外周囲に設けられる３つ以上の芯出し機構とを備え、
   前記芯出し機構は、所定の角度範囲で回動運動を行なう出力軸を有する回動アクチュエータと、
   前記回動アクチュエータの前記出力軸に固定される芯出しアームとを含み、
   前記芯出しアームは、前記被駆動物の外径面に前記芯出しアームが接触する位置である起立位置と、前記被駆動物の前記外径面に前記芯出しアームが接触しない位置である退避位置との間で、前記出力軸の前記回動運動によって揺動運動を行なうことを特徴とする、芯出し装置。
2. 前記芯出しアームは、前記芯出しアームが前記起立位置にある時に前記ターンテーブルに載置される前記被駆動物の前記外径面を押圧する、弾性のある押圧子を有することを特徴とする、請求項１に記載の芯出し装置。
3. 前記芯出し機構は、前記芯出しアームが前記起立位置にある時に、前記芯出しアームに当接し、前記芯出しアームの位置決めを行なうストッパを含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の芯出し装置。
4. 前記芯出し機構は、前記芯出しアームの前記起立位置と前記退避位置との少なくともいずれか一方の位置で、前記芯出しアームを検出するセンサを含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の芯出し装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の芯出し装置を備える、光ディスクマスタリング装置。

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