JP2566598B2 - 光学式ピックアップのアクチュエ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は情報記録再生装置における光学式ピックア
ップのアクチュエータに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、光学式情報記録再生装置としては、たとえばビ
デオディスクプレーヤ、ディジタルオーディオプレー
ヤ、光ディスクファイルなどが知られている。

これら装置のフォーカス制御、トラッキング制御を行
なうための光学式ピックアップは対物レンズを通過した
光ビームをディスク面上に集光させて情報を検出するた
め、ディスク面振れによる焦点ずれを補償して光ビーム
をディスク面上に結像させる必要がある。また、ディス
ク上の信号トラック（情報ビット例）と対物レンズの光
軸との間にずれ（光軸の径方向ずれ）があると、正確な
読み取りが出来ないため、信号トラックのずれを補償し
て対物レンズの光軸を信号トラックに一致させる必要が
ある。このような焦点ずれの補償はフォーカシングサー
ボにより行ない、また信号トラックのずれの補償はトラ
ッキングサーボによって行なわれるようになっている。

フォーカシング駆動系およびトラッキング駆動系の構
造には多くの種類があるが、その中の一つを第１図およ
び第２図に例示する。これは駆動部が固定の支持軸２で
ガイドされてフォーカシング方向に動くと同時にこの支
持軸２を中心に回転してトラッキング制御をも行なう光
学式ピックアップの駆動系を示すものである。ここで、
支持軸２はその周囲の磁気コア３と共にベース１に固定
され、支持軸２にはレンズホルダー本体４の軸芯部に金
属（通常アルミニウムまたはその合金）製のスリーブ５
が設けられ回転自在の状態で嵌合されていて、レンズホ
ルダー本体４の外周面には駆動用コイル６が設けられ、
またスリーブ５の偏心位置にはレンズ取付け孔７には対
物レンズ８が取付けられている。駆動用コイル６はスリ
ーブ５の軸芯を中心として巻かれたフォーカスコイル
と、対物レンズ８の光軸方向に巻かれ、かつ、スリーブ
５の軸芯を含む平面を対称面として対抗位置の配置され
るトラッキングコイル（図示省略）とを含んでいて、フ
ォーカスコイルおよびトラッキングコイルに流れる電流
の大きさに応じてレンズホルダー本体４の軸方向の移動
量および回転量が制御される。

このようなアクチュエータにおいては、制御の応答性
を向上させる目的から、レンズホルダー本体４の重量は
可能な限り軽いこと、および読取り精度を向上させる目
的からスリーブ５の内径と支持軸２との間隙は可能な限
り小さいこと、さらに両者間の摩擦抵抗、特に静摩擦係
数、が小さくかつ安定していることが好ましい。このた
めレンズホルダー本体４は通常アルミニウム合金または
合成樹脂からなる素材によって形成され、またスリーブ
５（レンズホルダー本体４と一体化したものもある）の
内径と支持軸２の外径とのすきま精度の向上、さらに両
者の摺動面に含フッ素樹脂被膜を設けることによる摺動
特性の向上などが図られて来た。

しかし、スリーブ５の内径および支持軸２の表面に含
フッ素樹脂被膜を形成する従来の方法は、ポリイミド樹
脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂など、基材に
対する密着性に優れたバインダー用の樹脂をＮ−メチル
ピロリドン等の有機溶剤に分散させた溶液と四フッ化エ
チレン樹脂、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン樹
脂、パーフルオロアルコキシ樹脂等の潤滑性に富む含フ
ッ素樹脂を混合させたものを塗液とするものである。よ
って、被膜の基材側（接着側）にはバインダー用の樹脂
に富んだ層を、また反対側（摺動面側）には含フッ素樹
脂に富んだ層を凝集エネルギー密度等の差を利用して形
成されるため膜厚はどうしても厚くなり、また、その膜
厚を精度よくコントロールすることができない。必要と
される寸法精度を得るには、被膜形成後切削等の仕上げ
加工しなければならない。しかし、凝集エネルギーによ
り表面に形成されたフッ素樹脂に富んだ層が切削される
ため摺動特性は本来のものではない。したがって、切削
加工された支持軸表面の含フッ素樹脂被膜では、初期の
摺動特性が不安定で、制御に対する応答性が悪い。その
ため塗液へのフッ素樹脂含有率を上げるという方法も考
えられたが、被膜の密着強度が悪くなる等の結果となっ
た。

また、一般にフッ素樹脂が低い摩擦特性を示す機構
は、初期エージングの段階で相手摺動面へ単分子層レベ
ルの転移膜が形成され、その転移膜によりフッ素樹脂対
フッ素樹脂の摺動となり、以後安定すると考えられてい
る。よってフッ素樹脂含有率が高いほど摺動特性が上が
るものでもなく、相手摺動面への転移の状態が大きな要
因となる。特にこの発明のような低荷重の条件下におい
ては重要なことである。

さらに、特願昭62−828号公報に記載されているよう
な末端に反応基を有する含フッ素重合体の薄膜を形成さ
せる手段も取られたが、CDプレーヤ等、オーディオ機器
のみでなく光ディスクファイル等への利用に伴い、さら
に耐久性の向上が望まれるに至った。また、１μｍ前後
の厚みの薄膜であるため取り扱いが難しく、わずかの
傷、打痕から摺動部に錆が発生してしまう危険がある。

また、スリーブ５の内径面に含フッ素樹脂被膜を形成
させる場合、塗液は、希釈してもかなり高粘度のもので
あるから、通常２〜3mm程度の内径の小穴に施工するこ
と自体きわめて困難である。さらに、合成樹脂基材から
なるレンズホルダー本体４と含フッ素樹脂被膜を設けな
い支持軸２（通常ステンレス鋼）との組合わせは、コス
ト面から非常に有利ではあるが、摺動特性は好ましくな
く、比較的長期間作動させると摩耗が起こり、摩耗粉に
よる作動不良現象の起こることもあるので、近年になっ
てフッ素樹脂などの固体潤滑剤を配合した合成樹脂を素
材としたレンズホルダー本体４とステンレス鋼等の金
属、SiC等のセラミックスなどからなる支持軸２との組
合わせも検討されてはいる。しかし、このような方法と
してもフッ素樹脂のような弾性率の非常に小さい固体潤
滑剤を配合したのではレンズホルダー本体４の弾性率は
低く、駆動用コイル６や対物レンズ８などに対する接着
力を低下させるので、摺動特性は向上しても長期使用に
耐えられず好ましくない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来の技術における光学式ピックアップ
のアクチュエータ特にこれを構成する支持軸２には潤滑
特性、高寸法精度、耐摩耗性、取扱い時の傷による錆発
生等すべての面で優れているものはなく、フォーカシン
グサーボおよびトラッキングサーボの不安定性、不確実
性または作動不能など信頼性および耐久性に欠けるとい
う問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明は光学式ピ
ックアップのアクチュエータのレンズホルダー支持軸２
の摺動面（すなわち、支持軸素材11の表面）に含フッ素
樹脂被膜10を形成後、さらにフッ素短鎖重合体被膜９を
形成するという手段を採用したものである。以下その詳
細を述べる。

一般に重合体であるポリ四フッ化エチレン樹脂（以下
PTFEとする）は分子量が10万〜100万であり、分子の性
質上、分散可能な溶剤はなく、塗液として前述のバイン
ダー樹脂の分散液等に混合されている。また融点が約33
0℃と高く、溶融粘度も大きい。

これに対して、この発明におけるフッ素短鎖重合体
は、四フッ化エチレン CF₂−CF₂ を主骨格とし分子量が１万以下のものであって、ハロゲ
ン化炭化水素類の溶剤に分散可能であるため、フッ素短
鎖重合体だけの塗液を得ることができる。そして、重合
度は低いので融点が約250℃であり、被膜は溶着された
ものとなる。この時の膜厚は分子の径および溶融状態に
よって決定されるが、フッ素短鎖重合体であれば、３μ
ｍ以下とすることは十分可能であり、通常の場合１μｍ
以下にすることが好ましい。

〔実施例〕 つぎの実施例および比較例に用いた原子量を一括して
示すと下記のとおりである。なお、原材料名および化学
構造式を簡略化するために各原材料に付した番号〜
を使用することとし、これらの配合割合はすべて重量部
で示すこととした。

記 四フッ化エチレン短鎖重合体（デュポン社製：バイ
ダックスAR、分子量3700） 含PTFEエナメルコーティング材（洋ベア・ルーロン
工業社製:R600、バインダー樹脂ポリアミドイミド樹
脂、分散溶剤Ｎ−メチルピロリドン） 末端にイソシアネート基を持つフルオロポリエーテ
ル重合体（伊国モンテフルオス社製：フォンブリンＺ−
DISOC） フロンR113（三井フロロケミカル社製：フレオンT
F） なお、供試された支持軸の材質は全てSUS420J2であ
る。

実施例１および2: 表に示したように支持軸の摺動部に含PTFEエナメルコ
ーティング材を塗布し、焼付けた後、切削加工（外径
2.012mm）を施した。四フッ化エチレン短鎖重合体を
フロンR113にて５重量％に分散させた液にこの切削加
工品を浸漬後、80mm/分の速度で引き上げて、200℃１時
間さらに300℃15分加熱し、厚さ約１μｍの被膜を形成
させた。

被覆された支持軸を試験片とし、第１図および第２図
に示すような光学式ピックアップアクチュエータに組込
み、耐久試験および耐久試験前後の摺動特性について調
査した。ここで、相手材スリーブをPPS組成物としたと
きを実施例１、アルミニウムとしたときを実施例２とし
たが、PPS組成物とはポリフェニレンサルファイド樹脂
（米国フィリップス社製：ライトンＰ−４）70重量％と
炭素繊維（東レ社製、繊維長6mm）30重量％とを溶融ブ
レンドして得られた組成物であり、またアルミニウムと
はA2017である。

そして、上記の耐久試験および摺動特性試験の具体的
方法はそれぞれつぎのとおりである。

（１） 耐久試験： 供試の光学式ピックアップアクチュエータを試験台に
取付け、駆動装置（自社製）と信号発生器（アドバンテ
スト社製：シグナルジェネレータTR98202）からなる印
荷電圧発生装置とを結線し、印荷電圧発生装置によって
ピックアップアクチュエータの駆動用コイル６に電圧0.
5V、周波数20Hz（正弦波）の印荷電圧を加え、レンズホ
ルダー本体４を±1.5mmの振幅にて駆動させ、室内雰囲
気下にて連続運転をした。作動不良となるまでの運転時
間をもって耐久性の目安とするが、良好な作動をして10
00時間を越える長時間運転に耐えるものについては1000
時間で運転を打ち切った。

（２） 摺動特性試験： オプティカル・アクチュエータ・テストヘッド（アド
バンテスト社製:TQ88091）とアナライジングレコーダ
（横河北辰電機社製:3656）からなるレンズホルダー変
位測定装置に、運転前、耐久試験200、400および1000時
間の供試ピックアップアクチュエータを取付け、駆動装
置（自社製）と信号発生器（岩崎通信機社製:FG−350）
からなる印荷電圧発生装置によって、電圧0.1V、周波数
0.1Hzの三角波の印荷電圧を駆動用コイル６に与え、印
荷電圧波形とレンズホルダー本体４の応答波形との差の
大小（両波形が近似しているほど潤滑性が良い）から、
良（○印）、可（△印）および不良（×印）の三段階に
評価した。

（３） 静摩擦特性試験： 試験片にレンズホルダーを固定し、ゴニオステージ、
ゴニオメータからなる試験機にて次第に角度を上げてい
った時、試験前と200時間後のレンズホルダーが動き出
す角度から静摩擦係数を計算した。

実施例１および２における上記各試験の結果は表にま
とめて示した。

比較例１および2: 支持軸の摺動部に実施例１と同様、含PTFEエナメルコ
ーティング材を塗布し、四フッ化エチレン短鎖重合体
を被覆しないで焼き付けした後、切削加工（表面粗さ
Rmaxが1.0μｍ以内）した。得られた支持軸を試験片と
した以外、実施例１と全く同様の操作をした。相手材ス
リーブをPPS組成物としたときを比較例１とし、またア
ルミニウムとしたときを比較例２とし、得られた結果を
表に併記した。

比較例３および4: 実施例１の試験片の摺動部外径寸法と同寸法の支持軸
（表面粗さRmax0.5μｍ）を被覆しないまま試験片とし
た以外、実施例１と全く同様の試験を行なった、相手材
スリーブをPPS組成物としたときを比較例３、アルミニ
ウムとしたときを比較例４とした。得られた結果を表に
併記した。

比較例５および6: 比較例３より外径で２μｍ小さい支持軸に含PTFEエナ
メルコーティング材を予め用いることなく四フッ化エ
チレン短鎖重合体をフロンR113にて５重量％に分散
した塗液に浸漬して、80mm/分で引き上げた後、200℃１
時間、300℃15分加熱し、厚さ約１μｍの被膜を形成さ
せた。得られた支持軸を試験片とした以外、実施例１と
全く同様の試験を行なった。得られた結果を表に併記し
た。

比較例７および8: 比較例５と同じ含PTFEエナメルコーティング材を予
め用いない支持軸素材に末端にイソシアネート基を持つ
フルオロポリエーテル重合体をフロンR113にて３重
量％に分散させた塗液に浸漬し80mm/分の速度で引き上
げた後、150℃１時間加熱し、厚さ約１μｍの被膜を形
成させた。得られた支持軸を試験片とした以外、実施例
１と全く同様の試験を行なった。得られた結果を表に併
記した。

表からもわかるように、実施例１および２はいずれも
耐久試験で1000時間を充分確保し、1000時間後の摺動特
性も優れており、試験前の静摩擦係数も低かった。これ
に対して、フッ素短鎖重合体を被膜してなく、含PTFE
エナメルコーティング材の被膜だけ形成されている比
較例１および２は600〜800時間の耐久性があったが、運
転前の静摩擦係数が実施例に比較して若干大きかった。
何も塗布していないステンレス軸を試験片とした比較例
３および４は摺動特性が悪く、静摩擦係数も大きかっ
た。また、ステンレス軸に直接、フッ素短鎖重合体を
被覆した比較例５および６は静摩擦係数が低いが、耐久
性はなかった。さらに末端に反応基を有するフルオロポ
リエーテル集合体の薄膜を形成した比較例７および８
は約400〜600時間しか耐久性がなかった。

以上のことから四フッ化エチレン短鎖重合体は単独
使用した場合、充分な密着強度が得られず、耐久性に欠
ける。しかし、含PTFEエナメルコーティング材被膜の
トップコートとして用いると、運転前に相手摺動面に転
移膜がある場合と同じ程度に低い静摩擦係数を示すた
め、制御に対する応答性に優れていた。さらに含PTFEエ
ナメルコーティング材の被膜だけの場合より、耐久性
も向上させることができた。

〔効果〕

以上述べたように、この発明の光学式ピックアップの
アクチュエータはその主要構成部材である支持軸の摺動
部にある含フッ素樹脂被膜を加工して得た寸法精度を保
持しながら、フォーカシング駆動およびトラッキング駆
動において優れた摺動特性が得られ、特に支持軸とホル
ダーとの摺動部分の寸法精度、安定性、確実性の良いフ
ォーカシングサーボおよびトラッキングサーボを実施す
ることが出来て耐久性も非常に良好である。したがっ
て、この発明の意義はきわめて大きいと言うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学式ピックアップのアクチュエータの構造を
例示するための平面図、第２図は第１図の断面図、第３
図は支持軸の被膜層断面図である。 １……ベース、２……支持軸、 ３……磁気コア、 ４……レンズホルダー本体、 ５……スリーブ、６……駆動用コイル、 ７……レンズ取付け孔、８……対物レンズ、 ９……フッ素短鎖重合体被膜、 10……含フッ素樹脂被膜、 11……支持軸（素材）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向に移動および回転が可能なように支
   持されているレンズホルダー支持軸の摺動面に含フッ素
   樹脂被膜を形成後、さらにフッ素短鎖重合体からなる薄
   膜を形成したことを特徴とする光学式ピックアップのア
   クチュエータ。