JP3577782B2

JP3577782B2 - 光ディスク

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Publication number: JP3577782B2
Application number: JP12780395A
Authority: JP
Inventors: 稔菊地; 修一五十嵐
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: JPH08321079A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は円板状の基板の一主面上に記録層が形成された、いわゆる単板構造の光ディスクに関するものである。詳しくは、基板の記録層形成面と反対側の主面に基板構成材料よりも熱膨張係数の小さい材料よりなる反り防止板を配することにより反りの発生が抑えられた光ディスクに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報記録の分野においては光学情報記録方式に関する研究が各所で進められている。この光学情報記録方式は、非接触で記録・再生が行えること、磁気記録方式に比べて一桁以上も高い記録密度が達成できること、再生専用型，追記型，書換可能型のそれぞれのメモリー形態に対応できる等の数々の利点を有し、安価な大容量ファイルの実現を可能とする方式として産業用から民生用まで幅広い用途の考えられているものである。
【０００３】
そして、上記再生専用型の記録媒体としては、デジタルオーディオディスクや光学式ビデオディスク等の光ディスクが普及しており、書換可能型の記録媒体としては光磁気ディスク等の光ディスクが普及している。
【０００４】
なお、上記各光ディスク共に、ポリカーボネート等よりなる透明基板上に各種機能膜よりなる記録層が形成された構成とされている。
【０００５】
例えば、上記光磁気ディスクにおいては、透明基板上に機能膜としてカー効果やファラデー効果等の磁気光学特性を有するＴｂＦｅＣｏ合金等の希土類−遷移金属非晶質合金等よりなる垂直磁化膜等が形成されて記録層を構成している。また、上記追記型の記録媒体である追記型光ディスクにおいては、機能膜として低融点金属薄膜，相変化膜，有機色素を含有する膜等が形成されて記録層を構成している。
【０００６】
さらに、各光ディスク共に記録層の上層及び／又は下地層として記録層への水分の侵入による腐食防止、多重干渉による信号増大を目的とするＳｉＮ，ＳｉＯ等よりなる誘電体膜が形成されることが多い。
【０００７】
加えて、各光ディスク共に反射膜が形成されることが多く、この反射膜としては高反射率を有し、かつ熱的に良導体であることからアルミニウムよりなる薄膜を使用することが多い。
【０００８】
なお、再生専用型の光ディスクにおいては、基板の表面に情報信号を表す凹凸部を形成し、その上に機能膜として反射膜を設けるようにして上記凹凸部と反射膜により記録層を形成している。
【０００９】
また、これら光ディスクは一枚で使用されて片面のみに記録層を有する単板構成とされる他、片面に記録層の形成された光ディスクを二枚貼り合わせて表裏面の両方から記録再生可能な両板構成等とされて使用されている。なお、上記光磁気ディスクにおいては、高密度記録化や高アクセス化が可能であることからその記録方法として磁界変調方式を適用することが好ましく、この点から単板構成とされることが好ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような光ディスクにおいては、その周方向及び径方向に反りが生じることがある。
【００１１】
これは、以下のような理由による。すなわち、上記のような光ディスクの基板とされるポリカーボネート等の樹脂よりなる基板には、外部環境の温度上昇により体積が膨張する性質がある。一方、記録層を構成する金属よりなる膜や誘電体膜等も外部環境の温度上昇により体積が膨張するものの、その膨張率は基板と比較して１〜２桁も小さい。従って、外部環境の温度変化が生じた場合、基板と記録層の膨張率に差が生じ、光ディスクに反りが発生する。なお、周方向の反りは径方向の反りと比較して非常に小さいため、一般に、光ディスクの反りとしては径方向の反りのみを考慮している。
【００１２】
このように光ディスクに反りが生じると、情報の記録或いは／及び再生時に光ディスクの記録層形成面と反対側の主面に対物レンズから照射されるレーザ光が基板に対して垂直方向に入射しなくなる。その結果、反射光は対物レンズ等の受容体に正確に戻らなくなり、サーボのずれや信号の記録或いは／及び再生が正しく行われなくなる。
【００１３】
なお、上記の光ディスクの反り量は水平方向の基準面に対する光ディスクの基板の記録層形成面の反り角θにより表される。すなわち、図１０に示されるように、光ディスク１０１が基板１０２側が凸となるように反っている場合に、これにレーザ光等の光を照射する対物レンズ１０３が図中矢印Ｍ_１で示すように図中Ａで示される内周側から図中Ｂで示される外周側に半径方向に図中ΔＲだけ移動すると、基板１０２の記録層形成面１０２ａに焦点を合わせるために対物レンズ１０３は図中矢印Ｍ_２で示すように図中上方向に図中Δｄだけ移動する必要がある。従って、図中Ａにおける対物レンズ１０３の記録層形成面１０２ａへの焦点を含む水平面を基準面とすると、図中Ｂにおける記録層形成面１０２ａの上記基準面への反り角θは数１のように表される。
【００１４】
【数１】

【００１５】
なお、基板の記録層形成面とこれと反対側の主面は平行であることから、上記記録層形成面と反対側の主面の反り角は記録層形成面の反り角と同じである。
【００１６】
そこで、上記のような外部環境の温度変化による光ディスクの反りの発生を抑えるために、特開平４−２９１０３５号公報に示されるように基板の記録層形成面と反対側の主面に熱膨張係数の非常に小さい無機材料よりなる透明膜、例えばリチウム酸化物，酸化アルミニウム，二酸化珪素，酸化チタン等よりなる膜を形成し、基板の両側を記録層の金属膜や誘電体膜等の無機材料膜と上記無機材料よりなる透明膜で挟み込むといった手法も提案されている。
【００１７】
また、特開平４−１９５７４５号公報に示されるように基板の記録層形成面と反対側の主面にＳｉＮ_ｘの化学式で示される窒化珪素でｘ＜４／３の範囲となる窒化珪素よりなる膜を形成する手法も提案されている。
【００１８】
しかしながら、上述の手法では基板の記録層形成面と反対側の主面に無機材料を成膜するための真空チャンバーが必要となる。さらに、記録層形成面に記録層を成膜した後、この面と反対側の主面が表を向くように基板を反転させる装置等も新たに必要となり、製造コストが高価となってしまうという不都合が生じる。
【００１９】
そこで本発明は、従来の実情に鑑みて提案されたものであり、外部環境の温度変化による反りの発生を抑え、記録或いは／及び再生が正しく行われる光ディスクを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明は、円板状の基板の一主面上に少なくとも一層の機能膜よりなる記録層が形成され、その中心部近傍を除いた部分が情報記録領域とされている光ディスクにおいて、基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍にポリカーボネート樹脂基板よりも熱膨張係数の小さいステンレス綱よりなる円板状の反り防止板が配されていることを特徴とするものである。
【００２２】
さらに本発明においては、室温状態の基板の形状が、全体としては基板の記録層形成面の反対側の主面側の内周側が凸となるように反っており、かつ基板の記録層形成面と反対側の主面が凹となるように反った形状であり、基板の記録層形成面と反対側の主面の反り角が外周側よりも内周側において大であることが好ましい。
【００２３】
【作用】
本発明は、円板状の基板の一主面上に少なくとも一層の機能膜よりなる記録層が形成され、その中心部近傍を除いた部分が情報記録領域とされている光ディスクの基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍に基板構成材料よりも熱膨張係数の小さい材料よりなる円板状の反り防止板を配している。上記構成の光ディスクにおいては、記録層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数に比べて小さいことから、外部環境の温度上昇により、通常、基板側が凸となるような反りが生じる。しかしながら、本発明のように基板の記録層形成面と反対側の主面に基板構成材料よりも熱膨張係数の小さい材料よりなる円板状の反り防止板を配していれば、基板側が凸となるような挙動が抑えられ、光ディスクの反りの発生が抑えられる。
【００２４】
また、本発明の光ディスクにおいては、外部環境の温度上昇があった場合、反り防止板の影響で内周側に基板側が凹となるような反りが生じ、外周側に基板側が凸となるような反りが生じ易いが、このとき、室温状態の基板の形状を、全体としては基板の記録層形成面の反対側の主面側の内周側が凸となるように反っており、かつ基板の記録層形成面と反対側の主面が凹となるように反った形状とし、基板の記録層形成面と反対側の主面の反り角が外周側よりも内周側において大である形状としておけば、元々の基板の形状により外部環境の温度上昇による反りが相殺され、光ディスクの反りの発生が更に抑えられる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について実験結果に基づいて説明する。
【００２６】
実験例１
先ず、従来の光磁気ディスクを製造し、該光磁気ディスクにおける外部環境温度の変化による反りの発生について調査した。
【００２７】
すなわち、図１に示すように基板１の一主面１ａ上に記録層２及び上記記録層２を保護する平均膜厚１５μｍの紫外線硬化型樹脂よりなる保護膜３が形成されてなる光磁気ディスクサンプル１を用意した。なお、上記光磁気ディスクサンプル１においては、図２に示すように基板１の半径Ｄ_１を６０ｍｍとし、上記基板１の半径Ｄ_２が２０ｍｍの中心部近傍部８を除いた部分に記録層２を形成し、情報記録領域とした。なお、図２中においては保護膜３の図示を省略した。
【００２８】
また、上記記録層２は基板１上に厚さ１１０ｎｍのＳｉＮ膜よりなる第１の誘電体膜４，厚さ２３ｎｍのＴｂＦｅＣｏ合金膜よりなる記録磁性膜５，厚さ３５ｎｍのＳｉＮ膜よりなる第２の誘電体膜６，厚さ５５ｎｍのアルミニウム膜よりなる反射膜７を順次積層形成させることにより形成した。
【００２９】
そして、上記光磁気ディスクサンプル１を恒温恒湿槽内に配し、所定の温度，湿度の条件下で保存した時の径方向の反り角（以下、ラジアルスキューと称する。）を調査した。なお、周方向の反り角（以下、タンジェンシャルスキューと称する。）はラジアルスキューと比較すると非常に小さいため、測定しないものとした。
【００３０】
なお、上記ラジアルスキューの測定は、上記恒温恒湿槽内にスキュー測定機を配することにより行い、スキュー測定機に配される対物レンズの径方向の移動距離と上下方向の移動距離を測定し、前述の方法で基板の記録層形成面の反り角として算出するものとし、半径が３０ｍｍの地点と５６ｍｍの地点でのラジアルスキューを測定するものとした。
【００３１】
さらに、上記恒温恒湿槽内の温度，湿度の条件は以下のように変化させた。すなわち、図３に示すように温度２０℃で所定の時間保った後、３０分かけて温度６０℃まで上昇させて所定の時間保つものとし、湿度は相対湿度５０％に保ったままとした。ただし、図３中においては温度の上昇を時間Ｔ_０から開始し、Ｔ_３０まで行うものとする。
【００３２】
測定結果を図４に示す。図４中横軸は時間を示すが、恒温恒湿槽内の温度を上昇させ始めた時点、すなわち図３中時間Ｔ_０を時間零としている。また、図４中縦軸はラジアルスキューを示し、図中●は半径３０ｍｍの地点における結果を示し、○は半径５６ｍｍの地点における結果を示している。
【００３３】
図４の結果から、ラジアルスキューの変化は半径５６ｍｍの地点の方が大きく、外周に行くほど大きいことが確認された。そして、上記半径５６ｍｍの地点において測定開始７０分後に最大値１１ｍｒａｄが測定され、両地点におけるラジアルスキューの最小値が零であることから光磁気ディスクサンプル１におけるラジアルスキューの最大変化量は１１ｍｒａｄであることがわかった。
【００３４】
実験例２
次に、上記実験例１で述べた構成の光磁気ディスクの基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍、言い換えれば情報記録領域の内周側に基板の構成材料と同様のポリカーボネートよりなる平面環状をなす円板状の反り防止板を配した光磁気ディスクを光磁気ディスクサンプル２として製造し、この光磁気ディスクの環境温度の変化に対する変形を実験例１と同様に調査した。なお、基板及び反り防止板は共に熱膨張係数７．０×１０^−５（１／℃）のポリカーボネートにより構成するものとした。
【００３５】
すなわち、上記光磁気ディスクサンプル２は、光磁気ディスクサンプル１と略同様の構成を有するものであり、図５（ａ）に示すように外径Ｌ_１が１６．５ｍｍ、内径Ｌ_２が１１．５ｍｍで図５（ｂ）に示すように厚さＴが０．５ｍｍの平面環状をなす円板状の反り防止板９を基板１と同様のポリカーボネートにより作製し、図６に示すように上記反り防止板９を基板１の記録層２の形成面の裏面側の情報記録領域よりも内周側、言い換えれば図２に示した中心部近傍部８の裏面側に配したものである。
【００３６】
結果を図７に示す。図７中横軸は時間を示すが、恒温恒湿槽内の温度を上昇させ始めた時点、すなわち図３中時間Ｔ_０を時間零としている。また、図７中縦軸はラジアルスキューを示し、図中●は半径３０ｍｍの地点における結果を示し、○は半径５６ｍｍの地点における結果を示している。
【００３７】
図７の結果から、初期状態（時間零分、温度２０℃，相対湿度５０％）においては、反り防止板の影響で半径３０ｍｍ，半径５６ｍｍの両地点において１ｍｒａｄ程度のラジアルスキューが生じ、基板が凸となる方向の反りが生じていることがわかる。
【００３８】
そして温度を６０℃まで昇温させ、この状態で放置したところ、ラジアルスキューの変化は半径５６ｍｍの地点の方が大きく、外周に行くほど大きいことが確認された。そして、上記半径５６ｍｍの地点において最大値１１ｍｒａｄが測定され、光磁気ディスクサンプル２におけるラジアルスキューの最大変化量は１０ｍｒａｄであり、光磁気ディスクサンプル１よりも１ｍｒａｄ小さいことがわかった。
【００３９】
しかし、光磁気ディスクの基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍に基板構成材料と同じ熱膨張係数を有する材料よりなる反り防止板を配しても、ラジアルスキューの変化を効果的に抑えることはできなかった。
【００４０】
実験例３
次に、上記実験例２で述べた構成の光磁気ディスクの基板の反り防止板をステンレスにより構成して光磁気ディスクサンプル３として製造し、この光磁気ディスクの環境温度の変化に対する変形を実験例１と同様に調査した。なお、上記基板は熱膨張係数７．０×１０^−５（１／℃）のポリカーボネートにより構成し、反り防止板は熱膨張係数１．５×１０^−５（１／℃）のステンレスにより構成するものとし、上記反り防止板は紫外線硬化型接着剤により接着した。
【００４１】
結果を図８に示す。図８中横軸は時間を示すが、恒温恒湿槽内の温度を上昇させ始めた時点、すなわち図３中時間Ｔ_０を時間零としている。また、図８中縦軸はラジアルスキューを示し、図中●は半径３０ｍｍの地点における結果を示し、○は半径５６ｍｍの地点における結果を示している。
【００４２】
図８の結果から、初期状態（時間零分、温度２０℃，相対湿度５０％）においては、反り防止板の影響で半径３０ｍｍの地点においては３．４ｍｒａｄ、半径５６ｍｍの地点においては２．３ｍｒａｄのラジアルスキューが生じ、基板が凸となる方向の反りが生じていることがわかる。
【００４３】
そして温度を６０℃まで昇温させ、この状態で放置したところ、半径５６ｍｍの地点では基板が凸となる方向の反りが生じたものの、半径３０ｍｍの地点では基板が凹となる方向の反りが生じた。また、半径５６ｍｍの地点ではラジアルスキューの最大値が６．５で最小値が１．５であり、半径５６ｍｍの地点における最大変化量は５．０ｍｒａｄであり、光磁気ディスクサンプル１，２の半径５６ｍｍの地点における最大変化量の半分以下に抑えられていた。さらに、半径３０ｍｍの地点ではラジアルスキューの最小値が−２．５ｍｒａｄ（基板が凸となる方向を正とした場合）であった。すなわち、光磁気ディスクサンプル３のラジアルスキューの最大変化量は９ｍｒａｄとなり、光磁気ディスクサンプル１と比較して２ｍｒａｄ、光磁気ディスクサンプル２と比較して１ｍｒａｄ小さくなっていた。
【００４４】
上記実験例１，２，３の結果から、光磁気ディスクの基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍に反り防止板を配する場合、光磁気ディスクサンプル２のように反り防止板として基板と同様の熱膨張係数を有する材料よりなるものを配した場合には、環境温度の上昇により上記反り防止板は基板と同様に熱膨張するため、反り防止板の配されていない光磁気ディスクサンプル１と同様の反りが生じてしまい、反り抑制効果が低いことがわかった。
【００４５】
一方、光磁気ディスクサンプル３のように反り防止板として基板よりも熱膨張係数の小さい材料よりなるものを配した場合には、環境温度の上昇により基板に熱膨張が生じてもこれを反り防止板が妨げ、反り防止板近傍の内周側においてはむしろ基板が凹となるような反りが生じ、外周側においては反りの発生が抑えられ、全体的な反り量が大幅に低減されることが確認された。すなわち、本発明を適用した光磁気ディスクサンプル３においては、反りの発生が抑えられるため、情報の再生が良好に行われることがわかった。
【００４６】
実験例４
実験例３の結果から、光磁気ディスクサンプル３のように基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍に基板構成材料よりも熱膨張係数の小さい材料よりなる反り防止板を配すると、反り防止板近傍の内周側と外周側において発生する反りの方向が反対となり、それぞれの方向にラジアルスキューは５〜６ｍｒａｄ程度変化することが確認された。
【００４７】
従って、このことから光磁気ディスクの基板の室温状態における形状を上記反りを相殺するような形状としておけば、光磁気ディスクの変形を最小限に止めることが可能であるものと考えられる。
【００４８】
そこで、実験例３で述べた光磁気ディスクサンプル３と同様の構成の光磁気ディスクの室温状態の基板の形状を、全体としては基板の記録層形成面の反対側の主面側の内周側が凸となるように反っており、かつ基板の記録層形成面と反対側の主面が凹となるように反った形状とし、半径３０ｍｍの地点で５ｍｒａｄのラジアルスキューを有し、半径５６ｍｍの地点で０ｍｒａｄのラジアルスキューを有する形状とした光磁気ディスクサンプル４を製造し、この光磁気ディスクの環境温度の変化に対する変形を実験例１と同様に調査した。
【００４９】
なお、上記基板の記録層形成面と反対側の主面の反り角は、前述のように記録層形成面の反り角、言い換えれば上記ラジアルスキューにより表される。
【００５０】
結果を図９に示す。図９中横軸は時間を示すが、恒温恒湿槽内の温度を上昇させ始めた時点、すなわち図３中時間Ｔ_０を時間零としている。また、図９中縦軸はラジアルスキューを示し、図中●は半径３０ｍｍの地点における結果を示し、○は半径５６ｍｍの地点における結果を示している。
【００５１】
図９の結果から、初期状態（時間零分、温度２０℃，相対湿度５０％）においては、上記のように半径３０ｍｍの地点においては５ｍｒａｄのラジアルスキューが生じ、基板が凸となる方向の反りが生じ、半径５６ｍｍの地点においてはラジアルスキューが０ｍｒａｄであることがわかる。
【００５２】
そして温度を６０℃まで昇温させ、この状態で放置したところ、光磁気ディスクサンプル３と同様に、半径５６ｍｍの地点では基板が凸となる方向の反りが生じ、半径３０ｍｍの地点では基板が凹となる方向の反りが生じた。
【００５３】
図９の結果から、この光磁気ディスクサンプル４においてはラジアルスキューの最大変化量は７ｍｒａｄであることも確認できた。
【００５４】
従って、光磁気ディスクサンプル４のように室温状態の基板の形状を、全体としては基板の記録層形成面の反対側の主面側の内周側が凸となるように反っており、かつ基板の記録層形成面と反対側の主面が凹となるように反った形状とし、基板の記録層形成面と反対側の主面の反り角が外周側よりも内周側において大である形状としておけば、元々の基板の形状により外部環境の温度上昇による反りが相殺され、光ディスクの反りの発生が更に抑えられ、情報の再生が良好に行われることがわかった。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、円板状の基板の一主面上に少なくとも一層の機能膜よりなる記録層が形成され、その中心部近傍を除いた部分が情報記録領域とされている光ディスクの基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍にポリカーボネート樹脂基板よりも熱膨張係数の小さいステンレス綱よりなる円板状の反り防止板を配している。上記構成の光ディスクにおいては、記録層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数に比べて小さいことから、外部環境の温度上昇により、通常、基板側が凸となるような反りが生じる。しかしながら、本発明のように基板の記録層形成面と反対側の主面にポリカーボネート樹脂基板よりも熱膨張係数の小さいステンレス綱よりなる円板状の反り防止板を配していれば、基板側が凸となるような挙動が抑えられ、光ディスクの反りの発生が抑えられ、情報の記録或いは／及び再生が良好に行われる。
また、本発明の光ディスクにおいては、ステンレス綱より構成された反り防止板を接着剤により接着するだけなので、無機材料を成膜するもののように真空チャンバーや成膜後基板を反転させる装置等が必要でないため、製造コスト等の上昇なしに特性の優れた光ディスクを容易に得ることができる。
さらに、本発明光ディスクにおいては、ステンレス綱より構成された反り防止板を基板に配設するため、機械的強度に優れた光ディスクとすることができる。
【００５６】
さらにまた、本発明の光ディスクにおいては、外部環境の温度上昇があった場合、反り防止板の影響で内周側に基板側が凹となるような反りが生じ、外周側に基板側が凸となるような反りが生じ易いが、このとき、室温状態の基板の形状を、全体としては基板の記録層形成面の反対側の主面側の内周側が凸となるように沿っており、かつ基板の記録層形成面と反対側の主面が凹となるように沿った形状であり、基板の記録層形成面と反対側の主面の反り角が外周側よりも内周側において大である形状としておけば、元々の基板の形状により外部環境の温度変化による反りが相殺され、光ディスクの反りの発生が更に抑えられ、情報の記録或いは／及び再生が良好に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光磁気ディスクの一構成例を示す要部概略断面図である。
【図２】光磁気ディスクの一構成例を示す要部概略斜視図である。
【図３】恒温恒湿槽における時間に対する温度変化の様子を示す特性図である。
【図４】光磁気ディスクサンプル１における時間に対するラジアルスキューの変化の様子を示す特性図である。
【図５】反り防止板の一例を示す平面図及び側面図である。
【図６】反り防止板を配した光磁気ディスクを示す要部概略斜視図である。
【図７】光磁気ディスクサンプル２における時間に対するラジアルスキューの変化の様子を示す特性図である。
【図８】光磁気ディスクサンプル３における時間に対するラジアルスキューの変化の様子を示す特性図である。
【図９】光磁気ディスクサンプル４における時間に対するラジアルスキューの変化の様子を示す特性図である。
【図１０】光ディスクに反りが生じている場合の光ディスクと記録層形成面の反り角の関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１基板
２記録層
４第１の誘電体膜
５記録磁性層
６第２の誘電体膜
７反射膜
９反り防止板

Claims

円板状の基板の一主面上に少なくとも一層の機能膜よりなる記録層が形成され、その中心部近傍を除いた部分が情報記録領域とされている光ディスクにおいて、
基板の記録層形成面と反対側の主面の中心部近傍にポリカーボネート樹脂基板よりも熱膨張係数の小さいステンレス鋼よりなる円板状の反り防止板が配されていることを特徴とする光ディスク。
室温状態の基板の形状が、全体としては基板の記録層形成面の反対側の主面側の内周側が凸となるように反っており、かつ基板の記録層形成面と反対側の主面が凹となるように反った形状であり、基板の記録層形成面と反対側の主面の反り角が外周側よりも内周側において大であることを特徴とする請求項１記載の光ディスク。