JP5456225B2 - 全芳香族液晶ポリエステル組成物およびそれを用いた光ピックアップレンズホルダー - Google Patents

全芳香族液晶ポリエステル組成物およびそれを用いた光ピックアップレンズホルダー Download PDF

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Description

本発明は、情報記録再生装置に使用される光ピックアップレンズホルダーに使用される全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物および該樹脂組成物の射出成形体を構成部材として含む光ピックアップレンズホルダーに関する。
光ピックアップは、コンパクトディスク、レーザーディスク、ビデオディスク、光磁気ディスク等に用いられ、半導体レーザーをレンズで数μm径スポットまで絞って照射し、ディスク上に情報を記録したり、記録された情報を読み取ったりするものであり、一般に発光素子、受光素子、ミラー等の光学素子等を固定する光フレームと、対物レンズ、対物レンズホルダーを光ディスクの動きに追従させるためのアクチュエーター部と、このアクチュエーター部を保持し光フレームとの光学路を形成するベースフレームとから構成されている。
光ピックアップの軽量化、低コスト化が促進され、構成材料を金属から樹脂に代替する試みがなされており、特に液晶ポリエステル樹脂は、熱可塑性樹脂の中でも、機械的特性、成形性、寸法精度、耐熱性および制振性に優れていることからレンズホルダー、ベースフレーム等の光ピックアップ部材として注目されてきた。しかし、近年のデジタルディスク駆動装置の扱う情報の大容量化、高速化に伴い、制振特性に対する要求が厳しくなっており、これを構成する液晶ポリエステル樹脂組成物にも高度の特性が要求されるようになった。
特に最近のDVDやブルーレイでは、要求が厳しくなっている。DVDの高倍速記録系では比重が1.4〜1.5ものが求められ、特にノートパソコンに搭載される低背ピックアップではさらに高共振周波数、高損失係数およびこれらのバランスに優れた高い共振特性が求められている。ブルーレイ分野の記録系では比重1.3以下が望ましく、再生系では比重1.5以下が望ましく、さらに高共振周波数、高損失係数が望まれている。具体的には、共振周波数を2500Hz以上とした場合、損失係数は0.10〜0.12レベルでは充分ではなく、0.15以上が望ましい。
従来から、光ピックアップ部材に適した液晶ポリエステル樹脂組成物としては、液晶ポリエステル100重量部と成形後の数平均繊維径が2〜20μmで、成形後の数平均繊維長が210〜500μmになるガラス繊維を5〜20重量部含有する樹脂組成物(特許文献1参照。)、400℃以上の融点または液晶開始温度を有し、この温度+20℃の温度における見掛け粘度が1000ポアズ以上である全芳香族液晶ポリエステル100重量部と数平均繊維長が50〜200μmのガラス繊維5〜100重量部を含む樹脂組成物(特許文献2参照。)が提案された。しかし、これらの樹脂組成物では低比重でかつ高共振特性を有するものが得られず、高倍速DVDの低背タイプやブルーレイの再生タイプの要求に対応できない。
特開2001−288342号 特開2005−89652号
本発明の課題は、光ピックアップレンズホルダー部品において、高倍速DVDの低背タイプやブルーレイの再生タイプに要求される厳しい制振特性を、特定の液晶ポリエステル樹脂と特定の充填材を配合したポリエステル樹脂組成物を使用して解決する手段を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の第1は、p−ヒドロキシ安息香酸60〜70モル%、テレフタル酸および4,4’−ジヒドロキシジフェニルあわせて40〜30モル%、イソフタル酸および/またはヒドロキノン0〜5モル%未満(いずれにおいてもこれらの誘導体を含む。これらの合計を100モル%とする。)を重縮合してなる全芳香族液晶ポリエステル樹脂100質量部と、数平均径5〜20μm、アスペクト比20以上のガラス繊維5〜20質量部とを溶融混練してなる射出成形用全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物であって、前記樹脂組成物から射出成形によって得られた試験片の共振周波数が2500Hz以上、かつ損失係数が0.15以上となる、0.3〜0.05mmの厚みを有する光ピックアップレンズホルダーに用いられる射出成形用全芳香族液晶ポリステル樹脂組成物に関する。
本発明の第2は、本発明の第1の前記全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物の比重が1.40〜1.50、該組成物中のガラス繊維の数平均長さが200μm以下であることを特徴とする射出成形用全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物に関する。
本発明の第3は、0.3mm〜0.05mmの厚みを有する本発明の第1または第2のいずれかの射出成形用全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物射出成形体を構成部材としてなる光ピックアップレンズホルダーに関する。
本発明の射出成形用全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物によれば、共振周波数が2500Hz以上、損失係数が0.15以上で比重1.40〜1.50の光ピックアップレンズホルダーを得ることができる。この樹脂組成物は、高倍速DVDの低背タイプやブルーレイの再生タイプに要求される性能を満たす光ピックアップを提供することが出来る。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いる全芳香族液晶ポリエステル樹脂は、p−ヒドロキシ安息香酸60〜70モル%、テレフタル酸および4,4’−ジヒドロキシジフェニルあわせて40〜30モル%、イソフタル酸および/またはヒドロキノン0〜5モル%(いずれにおいてもこれらの誘導体を含む。以下、特に断らない限り誘導体を含む。)を使用し、これらの合計を100モル%とした原料を重縮合してなる。イソフタル酸および/またはヒドロキノンは、要求性能に応じて、任意成分として適宜使用することができる。これらの誘導体としては、公知の誘導体のいずれも用いることができるが、フェノール性水酸基をアシル化したもの、例えば、酢酸または無水酢酸によるアセチル化誘導体またはフェノール類によるフェニルエステル化誘導体が溶融重合の進行が早く副反応を抑制でき、モノマー原料の配合が全芳香族ポリエステル樹脂の分子構造に反映されるので好ましい。
本発明者らは、p−ヒドロキシ安息香酸、テレフタル酸、4、4´−ジヒドロキシビフェニルが全モノマーの95〜100モル%からなることにより全芳香族ポリエステル分子構造に高い剛直性が付与されること、かつ、その分子構造の60〜70モル%を特に剛直付与効果が高いp−ヒドロキシ安息香酸が占めること、ベンゼン環が炭素結合およびエステル結合等で連結される構造を有すること等が相乗効果的に光ピックアップレンズホルダー等に対する制振性付与に大きな効果を与えていると考えている。
特に、p−ヒドロキシ安息香酸の含有量は重要であって、これは、60モル%未満では剛直性の付与が十分でなく、70モル%を超えると溶融温度が高目となり、通常の射出成形において分解等が生じるためか成形体中での上記分子構造効果の出現が不十分となる。
全芳香族ポリエステルの融点あるいは射出成形温度の低下調整の目的で任意成分として併用可能なモノマーとしては数多くのモノマーが公知であるが、本発明の全芳香族液晶ポリエステルにおいては、上記制振特性を維持するために、イソフタル酸、ヒドロキノンを使用することが好ましい。ただし、これらの芳香族化合物が5モル%を超えると、分子構造の剛直性低下のためか制振特性が低下するので好ましくない。これらが好ましい理由は明らかではないが、これらが芳香族環を1つのみ有する構造を有していることから、これらの含有にかかわらず、全芳香族ポリエステルの分子構造において、ベンゼン環が炭素結合およびエステル結合等で連結される基本構造が保たれるためと推定される。
本発明の全芳香族液晶ポリエステルの製造は、これらのモノマーを使用して公知の溶融重縮合、または、溶融重縮合と固相重縮合で行うことができる。重縮合反応において触媒は使用してもしなくてもよい。使用する触媒としては、ポリエステルの重縮合用触媒として従来公知の触媒を使用することができ、酢酸マグネシウム、酢酸第一錫、テトラブチルチアネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、三酸化アンチモンなどの金属塩触媒、N−メチルイミダゾールなどの有機化合物触媒等が挙げられる。
また,溶融重縮合における重合器は特に限定されるものではないが,一般の高粘度反応に用いられる攪拌設備、例えば錨型、多段型、螺旋帯、螺旋軸等の各種形状の攪拌機またはそれらを変形したものを有する攪拌槽型重合器、具体的にはワーナー式ミキサー、バンバリーミキサー、ポニーミキサー、ミュラーミキサー、ロールミル、連続操作可能のコニーダー、パグミル、ギアーコンパウンダーなどから選ぶことが望ましい。
アスペクト比が5以上のガラス繊維は全芳香族液晶ポリエステルの射出成形時の流動性を向上させるのに有効である。数平均径5〜20μmのガラス繊維が射出成形時の流動特性の点から好ましい。さらに好ましい平均径は、射出成形時の流動性および成形体の表面特性から、7〜15μm、特に好ましくは、9〜12μmである。ガラス繊維は混練作業中に切断が生じることを考慮して適切な長さのものを使用する。好ましいアスペクト比は20以上である。チョップドストランド、ロービングいずれも好ましく使用できる。ミルドファイバーも適宜使用することができる。ガラス繊維ロービングのような長繊維であっても、常法に従い、適宜混練条件または混練機を選択すれば、混練操作中に切断が生じて、適切な繊維長に収まる。組成物中のガラス繊維の数平均長さは200μm以下であることが好ましい。200μmを超えると損失係数の低下が生じて好ましくない。
ガラス繊維の配合割合は、全芳香族液晶ポリエステル樹脂100質量部に対して、5〜20質量部である。5質量部未満では成形品表面が毛羽立つ(フィブリル化)現象が生じ成形品の外観を損なうだけでなく、フィブリルが存在により成形品の外形寸法が局所的に変化し電子部品の組立工(例えば巻き線工程)で不具合が発生するので好ましくない。20質量部を超えると損失係数の低下が生じて好ましくない。
本発明では、その効果を妨げない範囲で他の充填剤、例えば、カーボンブラック、黒鉛、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラス粉、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、タルク、クレー、ケイ藻土、などのケイ酸塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、アルミナ、硫酸カルシウム、その他各種金属粉末、各種金属箔、フッ素系ポリマー、芳香族ポリエステル、芳香族ポリイミド、ポリアミドなどからなる耐熱性高強度の繊維のような有機充填剤などが挙げられる。
更に、本発明の組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、酸化防止剤および熱安定剤(たとえばヒンダードフェノール、ヒドロキノン、ホスファイト類およびこれらの置換体など)、紫外線吸収剤(たとえばレゾルシノール、サリシレート、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノンなど)、滑剤および離型剤(モンタン酸およびその塩、そのエステル、そのハーフエステル、ステアリルアルコール、ステアラミドおよびポリエチレンワックスなど)、染料(たとえばニグロシンなど)および顔料(たとえば硫化カドミウム、フタロシアニン、カーボンブラックなど)を含む着色剤、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤などの通常の添加剤や他の熱可塑性樹脂を添加して、所定の特性を付与することができる。
本発明の全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物は、当該技術分野で一般的に使用されている溶融混練方法で得ることができるものであり、製造方法に特に制限はない。好ましい製造方法としては、1対の2条スクリュウを有する混練機を用い、予め混合機にて混合した全芳香族液晶ポリエステル樹脂およびガラス繊維をホッパーから投入し、混練、押出しする方法、ホッパーから投入した全芳香族液晶ポリエステル樹脂を溶融後、中途フィード口からガラス繊維を投入し、混練、押出しする方法が挙げられる。この混練機は、2軸混練機と呼ばれるものであり、その中でも切り返し機構を有することで充填剤の均一分散を可能とする同方向回転式であるもの、充填剤の食い込みが容易となるバレル−スクリュウ間の空隙が大きい、40mmφ以上のシリンダー径を有するものが好ましい。さらに、スクリュウ間の大きい、かみ合い率1.45以上のものを使用すると、充填剤の破損が避けることができ、本発明に係る全芳香族ポリエステル樹脂組成物が効率よく得ることができる。
このようにして得られる全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物は、2次共振周波数と損失係数が共に優れており、0.5mm以下、好ましくは0.3〜0.05mmの厚みを有する光ピックアップレンズホルダー部材、特に、高倍速DVDの低背タイプやブルーレイの再生タイプ用の光ピックアップに好適である。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下のとおり全芳香族液晶ポリエステルA〜Fを製造した。全芳香族液晶ポリエステルA〜Cは本発明の要件を充足するものであり、全芳香族液晶ポリエステルD〜Fは本発明の要件を充足しないものである。
製造例1:
全芳香族液晶ポリエステルAの製造(実施例1、4、5および比較例2、3で使用):
溶融重縮合:SUS316を材質とし、ダブルヘリカル攪拌翼を有する1700L重合槽(神戸製鋼所製)にp−ヒドロキシ安息香酸197.5kg(1.43キロモル:65モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル71.7kg(0.385キロモル:17.5モル%)、テレフタル酸64.0kg(0.385キロモル:17.5モル%)、触媒として酢酸カリウム0.06kgを仕込み、重合槽の減圧−窒素注入を2回行って窒素置換した後、無水酢酸242.6kg(2.4キロモル)を添加し、攪拌翼の回転数45rpmで150℃まで1.5時間で昇温して還流状態で2時間アセチル化反応を行った。アセチル化終了後、酢酸留出状態にして0.5℃/分で昇温して、305℃において重合物を重合槽下部の抜き出し口から取り出した。
固相重縮合:
取り出した該重合体を冷却固化した後、ホソカワミクロン株式会社製の粉砕機により粉砕してプレポリマーを得た。得られたプレポリマーは、高砂工業株式会社製のロータリーキルンを用い固相重縮合を行った。キルン内筒の形状は概ね正6角形であり、一辺の長さ500mm、全長3500mmである。プレポリマーを該キルンに150kg充填し、窒素を15Nm/時間流通し、回転数2rpmでヒーター内の温度を室温から400℃まで5時間で昇温し、400℃で12時間保持した。粉砕物の温度が340℃に到達したことを確認し、加熱を停止してロータリーキルンを回転しながら7時間冷却して全芳香族液晶ポリエステルAを得た。
製造例2:
全芳香族液晶ポリエステルBの製造(実施例2で使用):
全芳香族液晶ポリエステルAにおける原料の配合を、p−ヒドロキシ安息香酸191.4kg(1.386キロモル:63モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル75.8kg(0.407キロモル:18.5モル%)、テレフタル酸67.6kg(0.407キロモル:18.5モル%)、に変え、以下全芳香族液晶ポリエステルAと同様に溶融重縮合と固相重縮合を行い、全芳香族液晶ポリエステルBを得た。
製造例3:
全芳香族液晶ポリエステルCの製造(実施例3で使用):
全芳香族液晶ポリエステルAにおける原料の配合を、p−ヒドロキシ安息香酸206.6kg(1.496キロモル:68モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル65.5kg(0.352キロモル:16モル%)、テレフタル酸58.5kg(0.352キロモル:16モル%)、に変え、以下全芳香族液晶ポリエステルAと同様に溶融重縮合と固相重縮合を行い、全芳香族液晶ポリエステルCを得た。
製造例4:
全芳香族液晶ポリエステルDの製造(比較例1で使用):
全芳香族液晶ポリエステルAにおける原料の配合を、p−ヒドロキシ安息香酸151.9kg(1.1キロモル:50モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル102.4kg(0.55キロモル:25モル%)、テレフタル酸91.4kg(0.55キロモル:25モル%)、に変え、以下全芳香族液晶ポリエステルAと同様に溶融重縮合と固相重縮合を行い、全芳香族液晶ポリエステルDを得た。
製造例5:
全芳香族液晶ポリエステルEの製造(比較例4で使用):
全芳香族液晶ポリエステルAにおける原料の配合を、p−ヒドロキシ安息香酸227.9kg(1.65キロモル:75モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル51.2kg(0.275キロモル:12.5モル%)、テレフタル酸45.7kg(0.275キロモル:12.5モル%)、に変え、以下全芳香族液晶ポリエステルAと同様に溶融重縮合と固相重縮合を行い、全芳香族液晶ポリエステルEを得た。
製造例6:
全芳香族液晶ポリエステルFの製造(比較例5で使用):
全芳香族液晶ポリエステルAにおける原料の配合を、p−ヒドロキシ安息香酸167.1kg(1.21キロモル:55モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル92.2kg(0.495キロモル:22.5モル%)、テレフタル酸82.2kg(0.495キロモル:22.5モル%)、に変え、以下全芳香族液晶ポリエステルAと同様に溶融重縮合と固相重縮合を行い、全芳香族液晶ポリエステルFを得た。
製造例7:
全芳香族液晶ポリエステルGの製造(実施例6で使用):
全芳香族液晶ポリエステルAにおける原料の配合を、p−ヒドロキシ安息香酸197.5kg(1.43キロモル:65モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル71.7kg(0.385キロモル:17.5モル%)、テレフタル酸60.3kg(0.363キロモル:16.5モル%)、イソフタル酸3.7kg(0.022キロモル:1.0モル%)に変え、以下全芳香族液晶ポリエステルAと同様に溶融重縮合と固相重縮合を行い、全芳香族液晶ポリエステルGを得た。
製造例8:
全芳香族液晶ポリエステルHの製造(実施例7で使用):
全芳香族液晶ポリエステルAにおける原料の配合を、p−ヒドロキシ安息香酸197.5kg(1.43キロモル:65モル%)、4,4’−ジヒドロキシジフェニル67.6kg(0.363キロモル:16.5モル%)、テレフタル酸64.0kg(0.385キロモル:17.5モル%)、ヒドロキノン2.4kg(0.022キロモル:1.0モル%)に変え、以下全芳香族液晶ポリエステルAと同様に溶融重縮合と固相重縮合を行い、全芳香族液晶ポリエステルHを得た。
ガラス繊維は以下のものを、市場から入手してそのまま使用した。
PX−1:旭ファイバーグラス(株)製のガラス繊維(チョップドガラスファイバー)。(アスペクト比350、数平均繊維径10μm、数平均繊維長さ3.5mm、比重2.54)
全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物の製造:
表1に記載の配合割合の全芳香族液晶ポリエステルおよびガラス繊維を用いて、全芳香族液晶ポリエステル樹脂と所定量のガラス繊維とを予めリボンブレンダーで混合し、この混合物を2軸押出機((株)神戸製鋼所製KTX−46)のホッパーから投入して、シリンダーの最高温度410℃で溶融混練してペレットを得た。
全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物中のガラス繊維の長さの測定:
組成物ペレット約5gをるつぼ中で灰化した後、残存したガラス繊維の内から100mgを採取し、100ccの石鹸水中に分散させ、その分散液をスポイトを用いて1〜2滴スライドガラス上に置き、顕微鏡下に観察して、写真撮影した。その写真に投影された
ガラス繊維の繊維長の測定を500本行い、数平均繊維長を求めた。
光ピックアップレンズホルダーとしての制振特性等の評価:
試験片:各樹脂組成物のペレットから、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG−25)を用いてシリンダー温度410℃の条件で、下記試験用の試験片を各5個づつ成形した。
試験方法:
(1)2次共振周波数、損失係数
幅12.7mm、厚み0.3mm、長さ40mmの試験片により、JIS G 0602に準じて測定を行った。上記試験片をブリュエルケア−社の加振器に有効長20mmとなるように試験片の1端を取り付け、ポリテック社のレーザー振動計にて測定を行った。2次共振点の周波数を共振周波数とし、そのときの損失係数を半値幅法により求めた.
(2)比重
65mm×12.7mm×3.0mmの射出成形品を用いて、ASTM D790に準拠して測定した。
(3)成形性(成形品外観)
幅12.7mm、厚さ0.3mm、長さ50mmの試験片について、ルーペにて成形性を観察し、表面にフィブリル等の剥離、流動性不良による面荒れの有無を確認した。
表1にそれぞれの樹脂組成物の射出成形品の評価結果を示した。
Figure 0005456225
表1に示すように、本発明に従って製造された実施例1〜の全芳香族ポリエステル樹脂組成物は、良好な成形性を示し、得られた射出成形品は、比重が所望の1.40〜1.50の範囲に入り、かつ2次共振周波数および損失係数ともに良好な結果となり、制振性能に優れていた。これに対し、本発明の要件を充足しない全芳香族液晶ポリエステルD、E、Fを使用した比較例1、4、5の樹脂組成物および成形品、本発明の要件を充足する全芳香族液晶ポリエステルAを用いたがガラス繊維の配合量が本発明の範囲外の比較例2、3の樹脂組成物および成形品は、比重が所望範囲外であったり、成形性、制振性のいずれかまたは両方が、本発明に従って製造されたものより劣っていた。
本発明の全芳香族液晶ポリエステル樹脂成形体は、薄肉部を有する光ピックアップレンズホルダー成形材料として、特に、近年のデジタルディスク駆動装置の扱う情報の大容量化、高速化に伴い、制振特性に対する要求が厳しい光ピックアップレンズホルダー成形材料、および高倍速DVDの低背タイプやブルーレイの再生タイプ用の光ピックアップホルダーとして使用でき、得られた光ピックアップレンズホルダーは、優れた制振性能を有する。

Claims (3)

  1. p−ヒドロキシ安息香酸60〜70モル%、テレフタル酸および4,4’−ジヒドロキシジフェニルあわせて40〜30モル%、イソフタル酸および/またはヒドロキノン0〜5モル%未満(いずれにおいてもこれらの誘導体を含む。これらの合計を100モル%とする。)を重縮合してなる全芳香族液晶ポリエステル樹脂100質量部と、数平均径5〜20μm、アスペクト比5以上のガラス繊維5〜20質量部とを溶融混練してなる射出成形用全芳香族液晶ポリステル樹脂組成物であって、前記樹脂組成物から射出成形によって得られた試験片の共振周波数が2500Hz以上、かつ損失係数が0.15以上となる、0.3〜0.05mmの厚みを有する光ピックアップレンズホルダーに用いられる射出成形用全芳香族液晶ポリステル樹脂組成物。
  2. 前記全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物の比重が1.40〜1.50、該組成物中のガラス繊維の数平均長さが200μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の射出成形用全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物。
  3. 0.3mm〜0.05mmの厚みを有する請求項1または2のいずれかの射出成形用全芳香族液晶ポリエステル樹脂組成物の射出成形体を構成部材としてなる光ピックアップレンズホルダー。
JP2006183369A 2006-07-03 2006-07-03 全芳香族液晶ポリエステル組成物およびそれを用いた光ピックアップレンズホルダー Active JP5456225B2 (ja)

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