JP4087639B2 - 光ディスク駆動安定化装置および光ディスク装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性を有するシート状の光学的情報記録媒体である光ディスクを回転駆動させる際に、その回転軸方向の振れを、ベルヌーイの法則による空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる光ディスク駆動安定化装置、およびその光ディスク駆動安定化装置を搭載して光ディスクの記録面に対して光学的に書込および／または読取を行う光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、テレビ放送のデジタル化が始まるなど、大容量のデジタルデータを記録することが光ディスクに求められている。光ディスクの高密度化に対応するための手法のうち、基本的な方法は記録／再生のための光スポット径を小さくすることである。このため、記録／再生のために用いられる光の波長を短く、かつ対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることが有効である。光の波長についてはＣＤ（compact disk）では近赤外光の７８０ｎｍ、ＤＶＤ（digital versatile disk）では赤色光の６５０ｎｍ近傍の波長が用いられている。最近、青紫光の半導体レーザが開発され、今後は４００ｎｍ近傍のレーザ光が使用されると予想される。
【０００３】
また、対物レンズについては、ＣＤ用はＮＡ０.５未満であったが、ＤＶＤ用はＮＡ０.６程度である。今後、さらに開口数（ＮＡ）を大きくしてＮＡ０.７以上とすることが求められる。
【０００４】
しかし、対物レンズのＮＡを大きくすること、および光の波長を短くすることは、光を絞るときに収差の影響が大きくなることでもある。したがって、光ディスクのチルトに対するマージンが減ることになる。また、ＮＡを大きくすることによって焦点深度が小さくなるため、フォーカスサーボ精度を上げなくてはならない。
【０００５】
さらに、高ＮＡの対物レンズを使用することによって、対物レンズと光ディスクの記録面との距離が小さくなってしまうため、光ディスクの面ぶれを小さくしておかないと、始動時のフォーカスサーボを引き込む直前、対物レンズと光ディスクとが衝突することがあり、ピックアップの故障の原因となる。
【０００６】
短波長，高ＮＡの大容量光ディスクとして、例えばＯ ＰＬＵＳ Ｅ（ｖｏｌ．２０ Ｎｏ.２）の１８３ページに示されているように、ＣＤと同程度に厚く剛性の大きい基板に記録膜を成膜し、記録／再生用の光を基板を通さずに、薄いカバー層内を通して記録膜に対して記録／再生する構成のシステムが提案されている。
【０００７】
また、例えば特開平７−１０５６５７号公報,特開平１０−３０８０５９号公報に記載されているように、平面をもつ安定化板上で可撓性を有する光ディスクを回転させて、ベルヌーイの法則による空気力を利用して光ディスクにおける面ぶれを安定化させようとする方法が知られている。
【０００８】
また、本件出願人は、特願２００１−２２８９４３号などにおいて、可撓性を有するシート状の光ディスクの回転駆動時、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れをベルヌーイの法則に基づく空気流の圧力差によって安定化させる安定化手段を備えることを提案した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術において、光ディスクの基板を剛体で形成すると、回転する光ディスクにおける面ぶれ,チルトを小さくするためには、きわめて正確な成形をし、かつ熱変形が生じないように低温で記録膜を成膜しなければならない。このことは、光ディスク製造に係るタクトタイムを長くすることになり、コストを上げる原因となる。
【００１０】
また、変形する複雑な形状の可撓性を有する光ディスクと安定化手段間における空気流の圧力分布は、単純なベルヌーイの法則の適用では求めることができず、正確な流体計算をして光ディスクを安定化させるために適切な安定化手段の形状を求めなければならないという問題もある。
【００１１】
本発明の目的は、従来の課題を解決し、可撓性を有する光ディスクと安定化手段間における気流によって光ディスク面に加えられる静圧場を考慮し、ディスク安定化に際して適切な形状を有する安定化手段を備えた光ディスク駆動安定化装置、および光ディスク装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れを、空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる安定化手段とを備え、この安定化手段として光ディスク方向に突出する突出部材を用いた光ディスク駆動安定化装置であって、前記突出部材における光ディスク方向に突出する方向の内部を中空状、あるいは前記突出部材における光ディスク方向に突出する方向の先端形状を凹状に形成し、前記突出部材の中空状あるいは凹状部分における開口面積を可変にする開口面積可変手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、可撓性を有するシート状の光ディスクの安定化に際して適切な形状を有する安定化手段としての突出部材の形状となり、ディスク回転駆動時における面ぶれを効果的に抑制することができ、さらに、開口面積可変手段により光ディスクの回転速度などの動作状況変化に対応して、動的に、より適切な安定化状態を創り出すことができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク駆動安定化装置において、突出部材を複数個設置したことを特徴とし、この構成によって、面ぶれの少ない安定化する領域が複数箇所になるため、安定化がより向上し、設計の自由度が増加することになる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク駆動安定化装置において、突出部材の傾きを光ディスクの対向面における法線に一致させるように可変にする傾き可変手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、常に光ディスクと突出部材との対向面が略平行になるため、光ディスクの回転速度などの動作状況変化にも対応して、さらに動的に適切な安定化状態を創り出すことができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載の光ディスク駆動安定化装置において、突出部材を光ディスクにおける両面にそれぞれ設置したことを特徴とし、この構成によって、突出部材の作用がより安定することになるため、設計の自由度が大きくなる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、光ディスクの記録面に対して光学的に書込および／または読取を行う光ピックアップと、光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れを、空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる安定化手段とを備え、この安定化手段として光ディスク方向に突出する突出部材を具備した光ディスク駆動安定化手段を備えた光ディスク装置であって、前記光ディスク駆動安定化装置として請求項１〜４いずれか１項記載の光ディスク駆動安定化装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、ディスク安定化に際して適切な形状を有する安定化手段としての突出部材が搭載されるため、ディスク回転駆動時における面ぶれを効果的に抑制することができ、光ディスクの記録面に対する書込および／または読取が安定して行われることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態における基本構成を説明するための光ディスク駆動安定化装置の参考例１を示す斜視図であり、１は可撓性を有する光ディスクシート、２は安定化手段としての突出部材である。
【００２０】
光ディスクシート１の基本構成は、図２に示す断面図に示すような構成であって、光ディスクシート１における記録層１ａの反対側となる基板１ｂが、突出部材２に対向するように、回転駆動手段である図示しないスピンドルシャフトのチャッキング部にセットされ、回転駆動される。
【００２１】
光ディスクシート１の具体例を説明する。本例では、基板１ｂにおいて可撓性を持たせるために０.１ｍｍ程度の薄いシートを用いた。例えばポリエチレンテレフタレート製の厚さ８０μｍのシートに熱転写で、スタンパのピッチが０.６μｍ、幅０.３μｍのグルーブを転写し、その後、スパッタリングでシート／Ａｇ反射層を１２０ｎｍ／（ＺｒＯ2-Ｙ2Ｏ3）-ＳｉＯ2，７ｎｍ／ＡｇＩｎＳｂＴｅＧｅ，１０ｎｍ／ＺｎＳ-ＳｉＯ2，２５ｎｍ／Ｓｉ3Ｎ4の順番に成膜した。このシートにＵＶ樹脂をスピンコートし、紫外線照射で硬化させて厚さ５μｍの透明保護膜を形成し、さらに、このディスクを大口径のレーザ光で記録層１ａを溶融結晶化することにより、反射率を上げたものを使用した。
【００２２】
図１には、光ディスクシートの回転によって、突出部材２と回転する光ディスクシート１の間に生じる気流の静圧の効果を計算した際に使用したモデルを示しており、ここで、静圧とは光ディスクが流体によってその表面の法線方向に受ける圧力を言う。ベルヌーイの法則に基づくディスク面ぶれの安定化の原理は、この静圧とディスク変形によって生じた回復力と回転による遠心力とが釣り合うことによって安定化するものと考えられる。
【００２３】
光ディスクシート１は半径６０ｍｍでｚ軸を中心として１０００ｒｐｍの速度で回転しており、実験によって求められた形状に変形させている。参考例では突出部材２は、直径２０ｍｍの円柱状の形状をしており、下端面が球形になっている。突出部材２である円柱の高さ方向の軸はｚ軸と一致している。光ディスクシート１と突出部材２との最近接距離は５０×１０-6ｍである。なお、光ディスクシート１の変形形状はレーザー干渉計によって、ディスク表面全体をスキャンし、各点におけるｚ座標を画像処理して求めた。流体計算はナビエストークス式を時間定常，非圧縮，３次元条件下で解くことによって行った。
【００２４】
図３は参考例１のモデルをｚ軸における正の方向（図における上方）から見たｘｙ平面の第１象限を示している図である。突出部材２の中心は回転中心からｘ，ｙ方向にそれぞれ３０ｍｍの距離に位置している。以後、流体計算の結果は、この方向から見た結果によって示す。
【００２５】
図４は本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の実施形態を説明するための参考例２の斜視図であり、図１に示す参考例１と異なる構成は、突出部材４として中空状の円柱体を使用した点である。また本参考例において、撓んで変形した光ディスクシート１の表面と突出部材４の端面との最近接距離は５０×１０-6ｍに保つようにしている。
【００２６】
図５は図４に示す中空状の円柱体からなる突出部材４にて光ディスクシート１をガイドした参考例２の場合における光ディスクシートが受ける静圧場を示す。突出部材４の中空部４ａにおける半径を９．５ｍｍ，６．０ｍｍ，２．０ｍｍ，０［ｍｍ］（中空にしていない場合）とした４条件について解析を行った結果である。
【００２７】
図５において、ディスク表面が受ける静圧の大きさを点密度にて示しており、中空部４ａの領域が小さいほど静圧の変化が大きいことが分かる。各条件における突出部材４の下端面における光ディスクシート１が受ける力を、圧力を積分することにより求めた。
【００２８】
また、中空部４ａの領域における最大最小静圧の差などの実測値を（表１）に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
このように全体として反発力たる静圧から受ける力は殆ど変わらないが、静圧差は大きく違うことが分かった。すなわち、このような静圧差は、安定条件からは不利に働く。この観点からは突出部材４はできるだけ大きい径の中空状円柱体にした方が好ましい。
【００３１】
上述の計算結果からはできるだけ中空にした方がディスク面安定化の観点からは有利であったが、突出部材４の構造強度上、図４に示す例では、中空半径ｒ＝６．０ｍｍに相当する円柱形状にしてあり、光ディスクシート１をスピンドルモータによって１０００ｒｐｍで回転することで、突出部材４の下端面の領域に安定化領域が形成された。この領域において、従来の記録／再生装置に具備されているフォーカス・サーボ機能を設けることなく、リード／ライト動作を行うことが可能になった。
【００３２】
図６に示すように、前記と同様な構成をなす複数（図では２個を例示している）の突出部材４，４を光ディスクシート１の回転軸ＬＯに対して互いに直角方向に配置することが考えられる。この場合、各突出部材４，４の中心ｏはそれぞれ、光ディスクシート１の回転中心Ｏと等距離に配置されており、各突出部材４，４の長軸Ｌｏが互いに平行となっている。このような設置構成にすることで、面ぶれの少ない安定化領域が、突出部材４，４の下端面側のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、このため設計の自由度が増加する。
【００３３】
上述したように、突出部材４における中空部４ａの領域の面積は大きいほど、下面の光ディスク面は安定化されるが、突出部材４の構造強度的な問題が生じる。そこで、光ディスクシート１の回転数が大きく安定化状態を保つのが難しい条件にも動的に対応できるように、突出部材４の下面における中空となる面積を可変にすることが望ましい。
【００３４】
そこで、図７に示す本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の実施形態のように、突出部材５の中空部５ａに、互いに周方向に摺動する複数の金属製の羽根６ａからなる開口面積可変手段である絞り機構６を設置し、各羽根６ａの内側にて形成される中心部に任意の径の開口Ｓを形成することを可能にすることにより、中空部５ａにおける外部に対する開口Ｓの面積を可変にすることが考えられる。
【００３５】
図８に示す本実施形態の構成例では、複数（図では２個を例示している）の突出部材４，４を光ディスクシート１の両面から接近させ、安定化領域を作り出している。両突出部材４，４の中心ｏは光ディスクシート１の回転軸ＬＯと等距離になるように設置されている。このような配置構成にすることにより、面ぶれの少ない安定化領域が、突出部材４，４の下端面側のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、この領域でも読み書き可能領域ができるため、設計の自由度が増加する。
【００３６】
また上述したように、突出部材４を光ディスクシート１に近接させるほど、あるいは光ディスクシート１の回転速度を増加させるほど、光ディスクシート１の面上の流体から受ける力が大きくなる。このような場合、光ディスクシート１の変形が大きくなり、空気の流れ場が変化し静圧の最適発生条件が変わることがある。そこで光ディスクシート１の変形に応じて、適切に突出部材４の設置条件を変える機構が必要となる。
【００３７】
突出部材４の設置条件を変える構成としては様々考えられるが、最も簡単な機構として、光ディスクシート１の変形に応じて突出部材４における光ディスクシート１に向かう軸線の傾きを変化させ、常に光ディスクシート１上の安定化領域（リード／ライトが行われる領域）の法線と突出部材４の軸線（中心線）とを一致させることが望ましい。図９は回転方向（この場合はｙ軸方向）から構成全体を見た状態を示しており、回転速度が増加すると、静圧効果が大きくなり微小にディスク面は変形する。このとき傾き可変手段である傾斜角制御装置７によって、突出部材４における光ディスクシート１方向へ向かう軸線をディスク面上の法線に一致させるように、突出部材４の傾斜角度を制御する構成になっている。この例では、常に、突出部材４の下端面とディスク１の表面とを略平行にすることができ、設定当初の安定化条件に近似した条件で動作することができる。
【００３８】
次に図１０〜図１４を参照して、前記構成の光ディスク駆動安定化装置を搭載した本発明に係る光ディスク装置の実施形態について説明する。
【００３９】
図１０は光ディスク装置の参考例１の要部の概略構成を示す構成図であり、８は、光ディスクシート１に対して記録／再生を行うためレーザ光源（図示せず）からレーザ光を出射させ、また反射光を受光して再生処理を行わせるための光ピックアップ、９は光ピックアップ８をシーク制御するピックアップ駆動部、１０は光ディスクシート１を回転駆動するスピンドルモータ（図示せず）のスピンドルシャフトであって、既述した光ディスク駆動安定化装置における中空状の安定化部材である突出部材４を光ディスクシート１の基板１ｂ側に近接させている。
【００４０】
光ディスクシート１はスピンドルモータによってスピンドルシャフト１０を中心として一定回転数で回転しており、光ディスクシート１における突出部材４の設置側とは反対面における面ぶれの少ない安定化領域において、光ピックアップ８によって情報の記録／再生を行う。このようにして、安定的に記録／再生を行うことができる。
【００４１】
可撓性を有する光ディスクシート１に対して突出部材４を図示したように近接させて設置する。光ディスクシート１はスピンドルモータによって一定回転数で回転している。本例では突出部材４の設置側とは反対側となる光ディスクシート１における面ぶれの少ない記録面１ａの安定化領域に、光ピックアップレンズ８を移動させて情報の記録を行う。突出部材４の中空状の構造によって、既述したように、より広い安定化領域面が得られるため、安定的な情報の記録を行うことができる。
【００４２】
図１１は光ディスク装置の参考例２の要部の概略構成を示す構成図であり、この参考例２が参考例１と異なる構成は、複数（図では２個を例示している）の中空状の突出部材４，４を光ディスクシート１の回転軸ＬＯに対してそれぞれ直角の位置になるように配置している点である。このような構成にすることにより、面ぶれの少ない安定化領域が、突出部材４，４の下端面近傍のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、設計の自由度が増加する。
【００４３】
図１２は本発明に係る光ディスク装置の第１実施形態の要部の概略構成を示す構成図であり、この第１実施形態が参考例１と異なる構成は、突出部材４における下端面の開口面積を可変にした点であって、例えば図７にて説明した絞り機構６を突出部材４における中空部４ａの下端部に設けている。このような構成にすることで中空部４ａの容積を変化させることができるため、動的な条件に対応することができる。
【００４４】
図１３は光ディスク装置の第２実施形態の要部の概略構成を示す構成図であり、この第２実施形態が第１実施形態と異なる構成は、複数（図では２個を例示している）の突出部材４，４を光ディスクシート１の両面にそれぞれ対向設置した点であって、このような構成にすることで、面ぶれの少ない安定化領域が、各突出部材４，４の下端面のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、設計の自由度が増加する。
【００４５】
図１４は光ディスク装置の第３実施形態の要部の概略構成を示す構成図であり、この第３実施形態が第１実施形態と異なる構成は、突出部材４における光ディスクシート１に対する傾きを可変にした点であって、例えば図９にて説明した傾斜角制御装置７によって突出部材４における光ディスクシート１方向へ向かう軸線をディスク面の法線に一致させるように調整可能にしている。このような構成にすることで、光ディスクシート１の回転速度に応じて適切に突出部材４の軸線の傾きを変化させ、常に光ディスクシート１上の安定化領域（リード／ライトが行われる領域）における法線方向と突出部材４の軸線とを一致させることができる。
【００４６】
このため、常に突出部材４の下端面と光ディスクシート１の表面とが平行となり、常に、当初設定のディスク安定化条件に近似した条件で動作する光ディスク装置が実現する。
【００４７】
なお、前記実施形態の説明において、突出部材には、円柱状にして内部に貫通孔を形成した中空状の構成のものを説明したが、円柱状の下端面に凹状の窪み部を形成することによっても同様な効果が得られる。また突出部材の外形も断面円形の円柱でなく、断面多角形の柱状体であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可撓性を有する光ディスクの駆動時において、光ディスクと安定化手段である突出部材との間の気流によって光ディスク面に加えられる静圧場に対する考慮がなされ、ディスク回転駆動時における面ぶれを効果的に抑制することができる突出部材の形状、すなわち突出部材において光ディスク方向に突出する方向の内部を中空状、あるいは光ディスク方向に突出する方向の先端形状を凹状に形成し、さらに前記中空状あるいは凹状部分における開口面積を可変にする開口面積可変手段を備えてなる光ディスク駆動安定化装置、およびこの光ディスク駆動安定化装置を搭載することにより、可撓性を有する光ディスクを用いて安定した記録／再生が行われる光ディスク装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における基本構成を説明するための光ディスク駆動安定化装置の参考例１を示す斜視図
【図２】 参考例１における光ディスクシートの基本構成を説明するための断面図
【図３】 図１の参考例１のモデルを平面方向から見た説明図
【図４】 本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の参考例２を説明するための斜視図
【図５】 参考例２の突出部材を用いた場合における光ディスクシートの静圧場の解析例を示す図
【図６】 参考例２の突出部材を２つ用いた場合を示す説明図
【図７】 本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の実施形態である突出部材に絞り機構を設置した構成例を示す説明図
【図８】 本実施形態の突出部材を光ディスクシートの両面にそれぞれ設置した場合を示す説明図
【図９】 本実施形態の突出部材に傾斜角制御装置を設置した構成例を示す説明図
【図１０】 本発明に係る光ディスク装置の参考例１の要部の概略構成を示す構成図
【図１１】 本発明に係る光ディスク装置の参考例２の要部の概略構成を示す構成図
【図１２】 本発明に係る光ディスク装置の第１実施形態の要部の概略構成を示す構成図
【図１３】 本発明に係る光ディスク装置の第２実施形態の要部の概略構成を示す構成図
【図１４】 本発明に係る光ディスク装置の第３実施形態の要部の概略構成を示す構成図
【符号の説明】
１ 光ディスクシート
１ａ 記録層
１ｂ 基板
４，５ 突出部材
４ａ，５ａ 中空部
６ 絞り機構
７ 傾斜角制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性を有するシート状の光学的情報記録媒体である光ディスクを回転駆動させる際に、その回転軸方向の振れを、ベルヌーイの法則による空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる光ディスク駆動安定化装置、およびその光ディスク駆動安定化装置を搭載して光ディスクの記録面に対して光学的に書込および／または読取を行う光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、テレビ放送のデジタル化が始まるなど、大容量のデジタルデータを記録することが光ディスクに求められている。光ディスクの高密度化に対応するための手法のうち、基本的な方法は記録／再生のための光スポット径を小さくすることである。このため、記録／再生のために用いられる光の波長を短く、かつ対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることが有効である。光の波長についてはＣＤ（compact disk）では近赤外光の７８０ｎｍ、ＤＶＤ（digital versatile disk）では赤色光の６５０ｎｍ近傍の波長が用いられている。最近、青紫光の半導体レーザが開発され、今後は４００ｎｍ近傍のレーザ光が使用されると予想される。
【０００３】
また、対物レンズについては、ＣＤ用はＮＡ０.５未満であったが、ＤＶＤ用はＮＡ０.６程度である。今後、さらに開口数（ＮＡ）を大きくしてＮＡ０.７以上とすることが求められる。
【０００４】
しかし、対物レンズのＮＡを大きくすること、および光の波長を短くすることは、光を絞るときに収差の影響が大きくなることでもある。したがって、光ディスクのチルトに対するマージンが減ることになる。また、ＮＡを大きくすることによって焦点深度が小さくなるため、フォーカスサーボ精度を上げなくてはならない。
【０００５】
さらに、高ＮＡの対物レンズを使用することによって、対物レンズと光ディスクの記録面との距離が小さくなってしまうため、光ディスクの面ぶれを小さくしておかないと、始動時のフォーカスサーボを引き込む直前、対物レンズと光ディスクとが衝突することがあり、ピックアップの故障の原因となる。
【０００６】
短波長，高ＮＡの大容量光ディスクとして、例えばＯ ＰＬＵＳ Ｅ（ｖｏｌ．２０ Ｎｏ.２）の１８３ページに示されているように、ＣＤと同程度に厚く剛性の大きい基板に記録膜を成膜し、記録／再生用の光を基板を通さずに、薄いカバー層内を通して記録膜に対して記録／再生する構成のシステムが提案されている。
【０００７】
また、例えば特開平７−１０５６５７号公報,特開平１０−３０８０５９号公報に記載されているように、平面をもつ安定化板上で可撓性を有する光ディスクを回転させて、ベルヌーイの法則による空気力を利用して光ディスクにおける面ぶれを安定化させようとする方法が知られている。
【０００８】
また、本件出願人は、特願２００１−２２８９４３号などにおいて、可撓性を有するシート状の光ディスクの回転駆動時、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れをベルヌーイの法則に基づく空気流の圧力差によって安定化させる安定化手段を備えることを提案した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術において、光ディスクの基板を剛体で形成すると、回転する光ディスクにおける面ぶれ,チルトを小さくするためには、きわめて正確な成形をし、かつ熱変形が生じないように低温で記録膜を成膜しなければならない。このことは、光ディスク製造に係るタクトタイムを長くすることになり、コストを上げる原因となる。
【００１０】
また、変形する複雑な形状の可撓性を有する光ディスクと安定化手段間における空気流の圧力分布は、単純なベルヌーイの法則の適用では求めることができず、正確な流体計算をして光ディスクを安定化させるために適切な安定化手段の形状を求めなければならないという問題もある。
【００１１】
本発明の目的は、従来の課題を解決し、可撓性を有する光ディスクと安定化手段間における気流によって光ディスク面に加えられる静圧場を考慮し、ディスク安定化に際して適切な形状を有する安定化手段を備えた光ディスク駆動安定化装置、および光ディスク装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れを、空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる安定化手段とを備え、この安定化手段として光ディスク方向に突出する突出部材を用いた光ディスク駆動安定化装置であって、前記突出部材における光ディスク方向に突出する方向の内部を中空状、あるいは前記突出部材における光ディスク方向に突出する方向の先端形状を凹状に形成し、前記突出部材の中空状あるいは凹状部分における開口面積を可変にする開口面積可変手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、可撓性を有するシート状の光ディスクの安定化に際して適切な形状を有する安定化手段としての突出部材の形状となり、ディスク回転駆動時における面ぶれを効果的に抑制することができ、さらに、開口面積可変手段により光ディスクの回転速度などの動作状況変化に対応して、動的に、より適切な安定化状態を創り出すことができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク駆動安定化装置において、突出部材を複数個設置したことを特徴とし、この構成によって、面ぶれの少ない安定化する領域が複数箇所になるため、安定化がより向上し、設計の自由度が増加することになる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク駆動安定化装置において、突出部材の傾きを光ディスクの対向面における法線に一致させるように可変にする傾き可変手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、常に光ディスクと突出部材との対向面が略平行になるため、光ディスクの回転速度などの動作状況変化にも対応して、さらに動的に適切な安定化状態を創り出すことができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３いずれか１項記載の光ディスク駆動安定化装置において、突出部材を光ディスクにおける両面にそれぞれ設置したことを特徴とし、この構成によって、突出部材の作用がより安定することになるため、設計の自由度が大きくなる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、光ディスクの記録面に対して光学的に書込および／または読取を行う光ピックアップと、光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れを、空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる安定化手段とを備え、この安定化手段として光ディスク方向に突出する突出部材を具備した光ディスク駆動安定化手段を備えた光ディスク装置であって、前記光ディスク駆動安定化装置として請求項１〜４いずれか１項記載の光ディスク駆動安定化装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、ディスク安定化に際して適切な形状を有する安定化手段としての突出部材が搭載されるため、ディスク回転駆動時における面ぶれを効果的に抑制することができ、光ディスクの記録面に対する書込および／または読取が安定して行われることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態における基本構成を説明するための光ディスク駆動安定化装置の参考例１を示す斜視図であり、１は可撓性を有する光ディスクシート、２は安定化手段としての突出部材である。
【００２０】
光ディスクシート１の基本構成は、図２に示す断面図に示すような構成であって、光ディスクシート１における記録層１ａの反対側となる基板１ｂが、突出部材２に対向するように、回転駆動手段である図示しないスピンドルシャフトのチャッキング部にセットされ、回転駆動される。
【００２１】
光ディスクシート１の具体例を説明する。本例では、基板１ｂにおいて可撓性を持たせるために０.１ｍｍ程度の薄いシートを用いた。例えばポリエチレンテレフタレート製の厚さ８０μｍのシートに熱転写で、スタンパのピッチが０.６μｍ、幅０.３μｍのグルーブを転写し、その後、スパッタリングでシート／Ａｇ反射層を１２０ｎｍ／（ＺｒＯ2-Ｙ2Ｏ3）-ＳｉＯ2，７ｎｍ／ＡｇＩｎＳｂＴｅＧｅ，１０ｎｍ／ＺｎＳ-ＳｉＯ2，２５ｎｍ／Ｓｉ3Ｎ4の順番に成膜した。このシートにＵＶ樹脂をスピンコートし、紫外線照射で硬化させて厚さ５μｍの透明保護膜を形成し、さらに、このディスクを大口径のレーザ光で記録層１ａを溶融結晶化することにより、反射率を上げたものを使用した。
【００２２】
図１には、光ディスクシートの回転によって、突出部材２と回転する光ディスクシート１の間に生じる気流の静圧の効果を計算した際に使用したモデルを示しており、ここで、静圧とは光ディスクが流体によってその表面の法線方向に受ける圧力を言う。ベルヌーイの法則に基づくディスク面ぶれの安定化の原理は、この静圧とディスク変形によって生じた回復力と回転による遠心力とが釣り合うことによって安定化するものと考えられる。
【００２３】
光ディスクシート１は半径６０ｍｍでｚ軸を中心として１０００ｒｐｍの速度で回転しており、実験によって求められた形状に変形させている。参考例では突出部材２は、直径２０ｍｍの円柱状の形状をしており、下端面が球形になっている。突出部材２である円柱の高さ方向の軸はｚ軸と一致している。光ディスクシート１と突出部材２との最近接距離は５０×１０-6ｍである。なお、光ディスクシート１の変形形状はレーザー干渉計によって、ディスク表面全体をスキャンし、各点におけるｚ座標を画像処理して求めた。流体計算はナビエストークス式を時間定常，非圧縮，３次元条件下で解くことによって行った。
【００２４】
図３は参考例１のモデルをｚ軸における正の方向（図における上方）から見たｘｙ平面の第１象限を示している図である。突出部材２の中心は回転中心からｘ，ｙ方向にそれぞれ３０ｍｍの距離に位置している。以後、流体計算の結果は、この方向から見た結果によって示す。
【００２５】
図４は本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の実施形態を説明するための参考例２の斜視図であり、図１に示す参考例１と異なる構成は、突出部材４として中空状の円柱体を使用した点である。また本参考例において、撓んで変形した光ディスクシート１の表面と突出部材４の端面との最近接距離は５０×１０-6ｍに保つようにしている。
【００２６】
図５は図４に示す中空状の円柱体からなる突出部材４にて光ディスクシート１をガイドした参考例２の場合における光ディスクシートが受ける静圧場を示す。突出部材４の中空部４ａにおける半径を９．５ｍｍ，６．０ｍｍ，２．０ｍｍ，０［ｍｍ］（中空にしていない場合）とした４条件について解析を行った結果である。
【００２７】
図５において、ディスク表面が受ける静圧の大きさを点密度にて示しており、中空部４ａの領域が小さいほど静圧の変化が大きいことが分かる。各条件における突出部材４の下端面における光ディスクシート１が受ける力を、圧力を積分することにより求めた。
【００２８】
また、中空部４ａの領域における最大最小静圧の差などの実測値を（表１）に示す。
【００２９】
【表１】
このように全体として反発力たる静圧から受ける力は殆ど変わらないが、静圧差は大きく違うことが分かった。すなわち、このような静圧差は、安定条件からは不利に働く。この観点からは突出部材４はできるだけ大きい径の中空状円柱体にした方が好ましい。
【００３１】
上述の計算結果からはできるだけ中空にした方がディスク面安定化の観点からは有利であったが、突出部材４の構造強度上、図４に示す例では、中空半径ｒ＝６．０ｍｍに相当する円柱形状にしてあり、光ディスクシート１をスピンドルモータによって１０００ｒｐｍで回転することで、突出部材４の下端面の領域に安定化領域が形成された。この領域において、従来の記録／再生装置に具備されているフォーカス・サーボ機能を設けることなく、リード／ライト動作を行うことが可能になった。
【００３２】
図６に示すように、前記と同様な構成をなす複数（図では２個を例示している）の突出部材４，４を光ディスクシート１の回転軸ＬＯに対して互いに直角方向に配置することが考えられる。この場合、各突出部材４，４の中心ｏはそれぞれ、光ディスクシート１の回転中心Ｏと等距離に配置されており、各突出部材４，４の長軸Ｌｏが互いに平行となっている。このような設置構成にすることで、面ぶれの少ない安定化領域が、突出部材４，４の下端面側のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、このため設計の自由度が増加する。
【００３３】
上述したように、突出部材４における中空部４ａの領域の面積は大きいほど、下面の光ディスク面は安定化されるが、突出部材４の構造強度的な問題が生じる。そこで、光ディスクシート１の回転数が大きく安定化状態を保つのが難しい条件にも動的に対応できるように、突出部材４の下面における中空となる面積を可変にすることが望ましい。
【００３４】
そこで、図７に示す本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の実施形態のように、突出部材５の中空部５ａに、互いに周方向に摺動する複数の金属製の羽根６ａからなる開口面積可変手段である絞り機構６を設置し、各羽根６ａの内側にて形成される中心部に任意の径の開口Ｓを形成することを可能にすることにより、中空部５ａにおける外部に対する開口Ｓの面積を可変にすることが考えられる。
【００３５】
図８に示す本実施形態の構成例では、複数（図では２個を例示している）の突出部材４，４を光ディスクシート１の両面から接近させ、安定化領域を作り出している。両突出部材４，４の中心ｏは光ディスクシート１の回転軸ＬＯと等距離になるように設置されている。このような配置構成にすることにより、面ぶれの少ない安定化領域が、突出部材４，４の下端面側のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、この領域でも読み書き可能領域ができるため、設計の自由度が増加する。
【００３６】
また上述したように、突出部材４を光ディスクシート１に近接させるほど、あるいは光ディスクシート１の回転速度を増加させるほど、光ディスクシート１の面上の流体から受ける力が大きくなる。このような場合、光ディスクシート１の変形が大きくなり、空気の流れ場が変化し静圧の最適発生条件が変わることがある。そこで光ディスクシート１の変形に応じて、適切に突出部材４の設置条件を変える機構が必要となる。
【００３７】
突出部材４の設置条件を変える構成としては様々考えられるが、最も簡単な機構として、光ディスクシート１の変形に応じて突出部材４における光ディスクシート１に向かう軸線の傾きを変化させ、常に光ディスクシート１上の安定化領域（リード／ライトが行われる領域）の法線と突出部材４の軸線（中心線）とを一致させることが望ましい。図９は回転方向（この場合はｙ軸方向）から構成全体を見た状態を示しており、回転速度が増加すると、静圧効果が大きくなり微小にディスク面は変形する。このとき傾き可変手段である傾斜角制御装置７によって、突出部材４における光ディスクシート１方向へ向かう軸線をディスク面上の法線に一致させるように、突出部材４の傾斜角度を制御する構成になっている。この例では、常に、突出部材４の下端面とディスク１の表面とを略平行にすることができ、設定当初の安定化条件に近似した条件で動作することができる。
【００３８】
次に図１０〜図１４を参照して、前記構成の光ディスク駆動安定化装置を搭載した本発明に係る光ディスク装置の実施形態について説明する。
【００３９】
図１０は光ディスク装置の参考例１の要部の概略構成を示す構成図であり、８は、光ディスクシート１に対して記録／再生を行うためレーザ光源（図示せず）からレーザ光を出射させ、また反射光を受光して再生処理を行わせるための光ピックアップ、９は光ピックアップ８をシーク制御するピックアップ駆動部、１０は光ディスクシート１を回転駆動するスピンドルモータ（図示せず）のスピンドルシャフトであって、既述した光ディスク駆動安定化装置における中空状の安定化部材である突出部材４を光ディスクシート１の基板１ｂ側に近接させている。
【００４０】
光ディスクシート１はスピンドルモータによってスピンドルシャフト１０を中心として一定回転数で回転しており、光ディスクシート１における突出部材４の設置側とは反対面における面ぶれの少ない安定化領域において、光ピックアップ８によって情報の記録／再生を行う。このようにして、安定的に記録／再生を行うことができる。
【００４１】
可撓性を有する光ディスクシート１に対して突出部材４を図示したように近接させて設置する。光ディスクシート１はスピンドルモータによって一定回転数で回転している。本例では突出部材４の設置側とは反対側となる光ディスクシート１における面ぶれの少ない記録面１ａの安定化領域に、光ピックアップレンズ８を移動させて情報の記録を行う。突出部材４の中空状の構造によって、既述したように、より広い安定化領域面が得られるため、安定的な情報の記録を行うことができる。
【００４２】
図１１は光ディスク装置の参考例２の要部の概略構成を示す構成図であり、この参考例２が参考例１と異なる構成は、複数（図では２個を例示している）の中空状の突出部材４，４を光ディスクシート１の回転軸ＬＯに対してそれぞれ直角の位置になるように配置している点である。このような構成にすることにより、面ぶれの少ない安定化領域が、突出部材４，４の下端面近傍のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、設計の自由度が増加する。
【００４３】
図１２は本発明に係る光ディスク装置の第１実施形態の要部の概略構成を示す構成図であり、この第１実施形態が参考例１と異なる構成は、突出部材４における下端面の開口面積を可変にした点であって、例えば図７にて説明した絞り機構６を突出部材４における中空部４ａの下端部に設けている。このような構成にすることで中空部４ａの容積を変化させることができるため、動的な条件に対応することができる。
【００４４】
図１３は光ディスク装置の第２実施形態の要部の概略構成を示す構成図であり、この第２実施形態が第１実施形態と異なる構成は、複数（図では２個を例示している）の突出部材４，４を光ディスクシート１の両面にそれぞれ対向設置した点であって、このような構成にすることで、面ぶれの少ない安定化領域が、各突出部材４，４の下端面のみならず、突出部材４，４同士の中間点付近にも生じることになり、設計の自由度が増加する。
【００４５】
図１４は光ディスク装置の第３実施形態の要部の概略構成を示す構成図であり、この第３実施形態が第１実施形態と異なる構成は、突出部材４における光ディスクシート１に対する傾きを可変にした点であって、例えば図９にて説明した傾斜角制御装置７によって突出部材４における光ディスクシート１方向へ向かう軸線をディスク面の法線に一致させるように調整可能にしている。このような構成にすることで、光ディスクシート１の回転速度に応じて適切に突出部材４の軸線の傾きを変化させ、常に光ディスクシート１上の安定化領域（リード／ライトが行われる領域）における法線方向と突出部材４の軸線とを一致させることができる。
【００４６】
このため、常に突出部材４の下端面と光ディスクシート１の表面とが平行となり、常に、当初設定のディスク安定化条件に近似した条件で動作する光ディスク装置が実現する。
【００４７】
なお、前記実施形態の説明において、突出部材には、円柱状にして内部に貫通孔を形成した中空状の構成のものを説明したが、円柱状の下端面に凹状の窪み部を形成することによっても同様な効果が得られる。また突出部材の外形も断面円形の円柱でなく、断面多角形の柱状体であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可撓性を有する光ディスクの駆動時において、光ディスクと安定化手段である突出部材との間の気流によって光ディスク面に加えられる静圧場に対する考慮がなされ、ディスク回転駆動時における面ぶれを効果的に抑制することができる突出部材の形状、すなわち突出部材において光ディスク方向に突出する方向の内部を中空状、あるいは光ディスク方向に突出する方向の先端形状を凹状に形成し、さらに前記中空状あるいは凹状部分における開口面積を可変にする開口面積可変手段を備えてなる光ディスク駆動安定化装置、およびこの光ディスク駆動安定化装置を搭載することにより、可撓性を有する光ディスクを用いて安定した記録／再生が行われる光ディスク装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態における基本構成を説明するための光ディスク駆動安定化装置の参考例１を示す斜視図
【図２】 参考例１における光ディスクシートの基本構成を説明するための断面図
【図３】 図１の参考例１のモデルを平面方向から見た説明図
【図４】 本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の参考例２を説明するための斜視図
【図５】 参考例２の突出部材を用いた場合における光ディスクシートの静圧場の解析例を示す図
【図６】 参考例２の突出部材を２つ用いた場合を示す説明図
【図７】 本発明に係る光ディスク駆動安定化装置の実施形態である突出部材に絞り機構を設置した構成例を示す説明図
【図８】 本実施形態の突出部材を光ディスクシートの両面にそれぞれ設置した場合を示す説明図
【図９】 本実施形態の突出部材に傾斜角制御装置を設置した構成例を示す説明図
【図１０】 本発明に係る光ディスク装置の参考例１の要部の概略構成を示す構成図
【図１１】 本発明に係る光ディスク装置の参考例２の要部の概略構成を示す構成図
【図１２】 本発明に係る光ディスク装置の第１実施形態の要部の概略構成を示す構成図
【図１３】 本発明に係る光ディスク装置の第２実施形態の要部の概略構成を示す構成図
【図１４】 本発明に係る光ディスク装置の第３実施形態の要部の概略構成を示す構成図
【符号の説明】
１ 光ディスクシート
１ａ 記録層
１ｂ 基板
４，５ 突出部材
４ａ，５ａ 中空部
６ 絞り機構
７ 傾斜角制御装置
Claims (5)
- 可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れを、空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる安定化手段とを備え、この安定化手段として光ディスク方向に突出する突出部材を用いた光ディスク駆動安定化装置であって、前記突出部材における光ディスク方向に突出する方向の内部を中空状、あるいは前記突出部材における光ディスク方向に突出する方向の先端形状を凹状に形成し、前記突出部材の中空状あるいは凹状部分における開口面積を可変にする開口面積可変手段を備えたことを特徴とする光ディスク駆動安定化装置。
- 前記突出部材を複数個設置したことを特徴とする請求項１記載の光ディスク駆動安定化装置。
- 前記突出部材の傾きを光ディスクの対向面における法線に一致させるように可変にする傾き可変手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光ディスク駆動安定化装置。
- 前記突出部材を光ディスクにおける両面にそれぞれ設置したことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の光ディスク駆動安定化装置。
- 可撓性を有するシート状の光ディスクを回転させる回転駆動手段と、光ディスクの記録面に対して光学的に書込および／または読取を行う光ピックアップと、光ディスクの記録面とは反対面側に設置され、少なくとも光ディスクにおける書込あるいは読取が行われる部位における回転軸方向の振れを、空気流の圧力差を生起させることによって安定化させる安定化手段とを備え、この安定化手段として光ディスク方向に突出する突出部材を具備した光ディスク駆動安定化手段を備えた光ディスク装置であって、前記光ディスク駆動安定化装置として請求項１〜４いずれか１項記載の光ディスク駆動安定化装置を搭載したことを特徴とする光ディスク装置。
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