JP2008047288A

JP2008047288A - 光学部品

Info

Publication number: JP2008047288A
Application number: JP2007265045A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Okuyama; 一広奥山
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】環境変化による寸法変化の小さい光学部品を提供する。
【解決手段】３次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）の、−２０℃〜８０℃における線膨張係数が、２．２×１０^−５／℃以下である光学部品。この光学部品は、２０容積％以上５０容積％未満の熱可塑性樹脂、５０容積％より多く８０容積％以下の無機充填材及び０〜２５容積％の繊維状フィラーを含む組成物から構成される。また、ステンレス合金、ダイキャスト用金属組成物等からも構成できる。この光学部品は、光ピックアップ装置１０の光ピックアップ基盤６として好適に使用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品に関し、特に、環境変化による寸法変化の小さい光学部品に関する。

従来、コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）等の光ディスクの記録面に情報を記録あるいは再生する際、光ビームを照射するために用いる光ピックアップ装置や、高速カラーレーザー・プリンター、高速カラー複写機の光学系ハウジングは、アルミニウムや亜鉛等の金属ダイキャストにより製造されてきた。
また、装置の軽量化のため、合成樹脂製品、例えば、ポリアリーレンスルフィドからなる光学部品が提案されている。

しかし、近年、光ディスクの記録容量の増大、書き込み可能なコンパクトディスク・レコーダブル（ＣＤ−Ｒ）やコンパクトディスク・リライタブル（ＣＤ−ＲＷ）、デジタルバーサタイルディスク・ランダムアクセスメモリー（ＤＶＤ−ＲＡＭ）等への記録、記録及び読み出し速度の高速化等により、記録密度を高くすると同時に、照射レーザーの出力をさらに高めることが必要となってきた。
このため、光ピックアップ装置を、より高温において、例えば５０℃以上、特に７０℃以上の温度において使用することが多くなり、光学部品の高温における寸法安定性、特に温度変化に対する光学系の光軸ズレが小さいことが要求されている。
本発明は上記課題に鑑み、環境変化による寸法変化の小さい光学部品を提供することを目的とする。

従来、光ピックアップ装置に用いる寸法変化の少ない部材として、機械強度、弾性率、靭性、軽量化又は絶縁性等、様々な観点から研究開発が行われていたが、本発明者は、光学部品の−２０℃〜８０℃における、３次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）の線膨張係数が、２．２×１０^−５／℃以下であれば、寸法安定性を大幅に改善できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、３次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）の、−２０℃〜８０℃における線膨張係数が、２．２×１０^−５／℃以下である光学部品が提供される。

また、本発明の別の態様によれば、以下の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を含む光学部品用樹脂組成物が提供される。
（Ａ）熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂：前記組成物全体に占める配合量が、２０容積％以上、５０容積％未満
（Ｂ）無機充填材：前記組成物全体に占める配合量が、５０容積％より多く、８０容積％以下
（Ｃ）繊維状フィラー：前記組成物全体に占める配合量が、０〜２５容積％

本発明によれば、環境変化による寸法変化の小さい光学部品を提供することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の光学部品は、−２０℃〜８０℃における３次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）の線膨張係数が、２．２×１０^−５／℃以下、好ましくは、２．１×１０^−５／℃以下、特に好ましくは、２．０×１０^−５／℃以下である。３次元方向のいずれか１方向の線膨張係数が２．２×１０^−５／℃を超えると、優れた寸法安定性が発現せず、光軸ズレの原因となる。
ここで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向とは、互いに直角に交差する３方向を意味し、具体的には測定試験片の縦方向、横方向及び奥行方向を意味する。
この要件を満たす材料として、例えば、鉄、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４３０等のステンレス合金、アルミニウム組成物、亜鉛組成物又はマグネシウム組成物等の、金属、合金又はこれらの組成物、金属ダイキャスト用組成物、熱硬化性樹脂組成物又は熱可塑性樹脂組成物等が挙げられる。
上記の材料の中で、光学部品の生産性等から、金属ダイキャスト用組成物、熱硬化性樹脂組成物又は熱可塑性樹脂組成物が好ましく、特に、軽量化の点から熱可塑性樹脂組成物が好ましい。以下、これら組成物の具体的な構成成分について説明する。

本発明において、好適に使用される組成物は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又はダイキャスト用金属の中から選択される少なくとも１つの物質である（Ａ）成分、及び無機充填材である（Ｂ）成分を含む。

熱可塑性樹脂としては、高温時の寸法安定性の点から、好ましくは、荷重たわみ温度が１００℃以上、特に好ましくは１１０℃以上である熱可塑性樹脂がよい。
このような熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアリーレンスルフィド、ポリカーボネート、シンジオタクチックポリスチレン、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、液晶樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ポチアミド等が挙げられる。好ましくは、ポリアリーレンスルフィド、ポリカーボネート、シンジオタクチックポリスチレン、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート又は液晶樹脂であり、特に好ましいのはポリアリーレンスルフィド、ポリカーボネートである。
尚、荷重たわみ温度はＡＳＴＭＤ６４８において荷重０．４６ＭＰａにおける値をいう。

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール、エキポシ、ウレタン、不飽和ポリエステル等が使用できる。好ましくはフェノール、エキポシ、不飽和ポリエステルである。

ダイキャスト用金属としては、例えば、アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金、銅合金、鉛合金、錫合金、鉄合金、等が使用できる。好ましくは、アルミニウム合金、亜鉛合金又はマグネシウム合金であり、特に好ましいのは亜鉛合金である。
アルミニウム合金の具体例としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系等、亜鉛合金の具体例としては、Ｚｎ−Ａｌ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系等、マグネシウム合金の具体例としては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系が挙げられる。

（Ａ）成分を含む組成物の線膨張係数を、２．２×１０^−５／℃以下にするため、（Ｂ）成分である無機充填材を添加する。無機充填材は、組成物の線膨張係数に異方性を生じないように、等方性のものを使用する必要がある。このような無機充填材としては、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、ベントナイト、タルク、アルミナシリケート等の珪酸塩、アルミナ、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄等の金属化合物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩、ガラスビーズ、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化珪素、燐酸カルシウム、シリカ、黒鉛、カーボンブラック、金属紛等が挙げられる。好ましくは、シリカ、炭酸カルシウム、金属粉であり、特に好ましくは炭酸カルシウムである。

無機充填材は、（Ａ）成分との界面密着性を改良し、組成物の機械的強度を維持するために、シラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤等により予備処理をすることが好ましい。

上記の組成物には、必要に応じて（Ａ）成分及び（Ｂ）成分以外のものを添加してもよい。
光学部品の機械的強度、例えば、引張り強度、曲げ強度、衝撃強度、弾性率等を維持するために、（Ｃ）成分として、繊維状フィラーを添加してもよい。繊維状フィラーには、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石こう繊維、金属繊維、チタン酸カリウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー、炭酸カルシウムウィスカー、ワラステナイト、アスベスト等が挙げられる。これら繊維状無機質充填剤の中でも、ガラス繊維、炭素繊維及びウィスカー状充填剤が特に好ましい。
繊維状フィラーは（Ｂ）成分と同様に、シラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤等により表面処理をして使用してもよい。

さらに、添加剤として、ヒンダードフェノール、ヒドロキノン、フォスファイト等の酸化防止剤や熱安定剤、レゾルシノール、サリシレート、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン等の紫外線吸収剤を配合することができる。また、一般に合成樹脂用として使用されている帯電防止剤、難燃剤、核剤、離型剤、顔料等各種添加剤を適量配合してもよい。

本発明における各成分の組成割合について、（Ａ）成分に熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用する場合、（Ａ）成分の組成物に占める割合は、２０容積％以上、５０容積％未満、好ましく３０〜５０容積％である。２０容量％未満では、組成物の流動性が低下し、加工性が悪化する。５０容量％以上では、線膨張係数の低減が不十分となり、光学ズレが大きくなる。
また、この場合、（Ｂ）成分の、組成物に占める割合は、５０〜８０容積％、好ましくは５０〜７０容積％である。

（Ａ）成分にダイキャスト用金属を使用する場合、（Ａ）成分の組成物に占める割合は、２０〜９０容積％、好ましくは３０〜６０容積％である。２０容積％未満では、組成物の流動性が低下し、加工性が悪化する。９０容積％以上では、線膨張係数の低減が不十分となり、光学ズレが大きくなる。
また、この場合、（Ｂ）成分の、組成物に占める割合は、１０〜８０容積％、好ましくは４０〜７０容積％である。
また、繊維状フィラーである（Ｃ）成分を添加する場合、その添加量によっては、線膨張係数の異方性の原因となるため、使用する光学部品の要求を考慮しつつ、必要最低限の添加量にする必要がある。（Ｃ）の組成物に占める割合は、例えば、２５容積％以下、好ましくは、０〜１５容積％である。

熱可塑性樹脂組成物の調製方法は、予め上記成分を所定の配合比で混合し、この混合物を混練機に投入し、樹脂の溶融温度で混練する。混練機としては、単軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、各種ニーダー等がある。この際、後に続く光学部品の成形工程のため、造粒（ペレット化）しておくことが、ハンドリング性の点から好ましい。
熱硬化性樹脂組成物の調製方法は、予め、上記成分及び硬化剤、反応促進剤等を混練する。
ダイキャスト用組成物の調製方法は、予め、上記の成分をマトリックス金属以上の融点で加熱・混練し、ブロック又はペレットにする。

光学部品を成形する方法については、特に限定はなく、用いる物質の種類に応じて、その物質を加工する公知の方法を使用できる。
例えば、金属又は合金から光学部品を製造する方法として、切削加工、放電加工、粉末冶金、メタルインジェクションモールディング（ＭＩＭ）等の方法が利用できる。低融点金属又はダイキャスト用組成物では、金属ダイキャスト法等の方法が利用できる。
また、熱硬化性樹脂組成物の場合は、トランスファー成形等の方法が利用でき、熱可塑性樹脂組成物の場合は、射出成形や、押出成形、溶媒成形、プレス成形、熱成形等によって製造できる。これら成形法の中でも、射出成形が生産性や成形品の寸法精度に優れることから好ましい。
尚、熱可塑性樹脂組成物の構成成分を混合して、直接、成形機に投入してもよく、また、上記のように予め溶融混練したものを投入してもよい。

本発明の光学部品の、−２０℃〜８０℃における３次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）の線膨張係数は、２．２×１０^−５／℃以下、好ましくは、２．１×１０^−５／℃以下、特に好ましくは、２．０×１０^−５／℃以下である。
従って、本発明の光学部品は、環境変化における寸法変化が小さく、特に高温環境での使用、例えば最高温度１１０℃の高温においても、光軸ズレが非常に少ない。本発明の光学部品の具体例として、レーザーを用いた光学部品、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ又はブルーレイ用の光ピックアップ、レーザービームプリンタ、複写機及び液晶プロジェクタの光学ハウジング等、特に、高倍速ＤＶＤ装置用の光ピックアップ、高速カラーレーザービームプリンタ等があり、寸法安定性が要求される機器の全部又は一部である。特に、本発明の光学部品は、光ピックアップ基盤として有用である。

本発明の光学部品である光ピックアップ基盤を図を参照して説明する。
図１は、ＤＶＤ用光ピックアップ基盤を装着した光ピックアップ装置の概略を示す側断面図である。
この光ピックアップ装置１０は、保持容器９内に装着された光ピックアップ基盤６に、半導体レーザー光源１、ハーフミラー２、対物レンズ３及び受光部５が保持されている。そして、この半導体レーザー光源１から出力されたレーザー光は、ハーフミラー２及びコリメーターレンズ４を介して、対物レンズ３により、光ディスク７の記録面８に収束され、この記録面８からの反射光を、対物レンズ３、コリメーターレンズ４及びハーフミラー２を介して受光部５に入射させて、データ信号及びフォーカスエラー信号等のエラー信号を得る。エラー信号に対しては、対物レンズ３の位置等の調整が行われる機構を有している。また、この光ピックアップ基盤６は、保持容器９内において、シャフトと連動して移動しながら、光ディスク７の記録面８の全面にわたってレーザー光の照射を行うことができる。
光ピックアップ基盤６は、約−２０℃から約８０℃までの温度環境に晒されるが、線膨張係数が小さいため光軸ズレが少なく、正確に各部材が作用機能する。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
［熱可塑性樹脂組成物の使用例］
実施例１
樹脂温度３００℃、せん断速度１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１００ｐｏｉｓｅである、架橋タイプのポリアリーレンスルフィド（東ソー製、Ｂ１００：以下、ＰＡＳという）４０容積％及び炭酸カルシウム（白石カルシウム製、ホワイトンＰ３０）６０容積％を２軸押出機（東芝機械製、ＴＥＭ３５Ｂ）に投入し、３２０℃で溶融混練し、組成物のペレットを作製した。この組成物の荷重たわみ温度は２２０℃であった。
このペレットを、射出成形機（日本製鋼所製、５０トン成形機）に投入し、ＤＶＤ用光ピックアップ基盤の金型を使用して、光学部品を製造した。成形条件は、樹脂温度３２０℃、金型温度１３５℃であった。

実施例２
ＰＡＳの配合量を３０容積％、炭酸カルシウムの配合量を７０容積％に変更した他は、実施例１と同様にして光学部品を作製した。

実施例３
ＰＡＳの配合量を４０容積％、炭酸カルシウムの配合量を５５容積％に変更し、ガラス繊維（旭ファイバーグラス社製、商品名：ＪＡＦＴ５９１）５容積％配合した他は、実施例１と同様にして光学部品を作製した。

実施例４
ＰＡＳの代わりに荷重たわみ温度が１５０℃であるポリカーボネート（出光石油化学社製、商品名：Ａ１９００）を使用した他は、実施例１と同様にして光学部品を作製した。

比較例１
配合量を、ＰＡＳを１８容積％及び炭酸カルシウムを８２容積％に変更した他は、実施例１と同様にして光学部品を作製したが、成形性が悪く、使用に耐える部品は製造できなかった。

比較例２
配合量を、ＰＡＳ５０容積％及び炭酸カルシウム５０容積％に変更した他は、実施例１と同様にして光学部品を製造した。

比較例３
配合量を、ＰＡＳ６５容積％及び炭酸カルシウム３５容積％に変更した他は、実施例１と同様にして光学部品を製造した。

［金属の使用例］
参考例１
ステンレス合金（ＳＵＳ３０４Ｌ）のブロック状の材料から、放電加工及び切削加工により、光学部品を作製した。部品の形状は実施例１と同じものを製造した。
加工装置は、ＮＣ放電加工機（三菱電機社製、Ｍ２５−Ｃ６）、ＮＣワイヤーカット加工機（ＤＷＣ９０Ｇ）及び平面研削盤（岡本製、ＰＳＧ−５２）を用いた。

［ダイキャスト用金属組成物の使用例］
参考例２
アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）５０容積％及びシリカを５０容積％を、スクリュー径φ３５の押出機（東芝機械社製）により、コンパウンド化したダイキャスト用金属組成物を作製した。
このコンパウンドを、ダイキャスト機（東洋機械金属社製、８０ＴＯＮ）により、成形した。部品の形状は実施例１と同じものを製造した。成形条件は、注入温度６８０℃とした。

参考例３
配合を、アルミニウム合金７０容積％及びシリカ３０容積％に変更した他は、実施例６と同様にして光学部品を製造した。

参考例４
配合を、アルミニウム合金４０容積％及びシリカ６０容積％に変更した他は、参考例２と同様にして光学部品を製造した。

参考例５
シリカを配合せず、アルミニウム合金１００容積％に変更した他は、参考例２と同様にして、光学部品を製造した。

参考例６
配合を、アルミニウム合金１７容積％及びシリカ８３容積％に変更した他は、参考例２と同様にして、光学部品を製造したが、成形性及び組成物の物性が悪く、使用に耐える部品は製造できなかった。

［光学部品の評価］
１．光軸ズレ量の測定
上記実施例及び比較例により製造した光学部品（ＤＶＤピックアップ部）に、レーザーダイオード（ＬＤ）及びハーフミラーをＵＶ硬化接着剤（協立化学産業、ワールドロック８０００シリーズ）で固定した。
この部品を治具に固定し、−４０〜８０℃以上の温度で制御、保持可能なオーブンに設置し、レーザーを発光させてハーフミラーからの反射光をオートコリメーターで角度を測定した。この際、室温２３℃で０点調整を行い原点を決めた。
次に、オーブンを８０℃に加熱し、１０分保持後にレーザーのズレ量を角度（ｍｉｎ）で測定し、この値を光軸ズレ量とした。
尚、ハーフミラーの位置が、温度による線膨張の影響を受けてずれるため、光軸のズレが起こると推定される。
２．実機による評価
製造した光学部品を、４８倍速のＤＶＤ−ＲＯＭドライブに組み込み、−２０℃〜８０℃の使用環境における、読み取りエラーの発生の有無で判定した。読み取りエラーの発生が無い場合は○、有る場合は×で評価した。
尚、出光法の測定で、８０℃における光軸ズレが０．１０以下の場合、実機評価でも使用することが可能で、それ以上の場合は使用できないことが確認されている。
３．線膨張係数
製造した光学部品の一部から、３次元方向（ＭＤ方向ｘ、ＴＤ方向ｙ、厚さ方向ｚ）について試験片を切削して、−２０℃〜８０℃の温度範囲で測定した。試験片の形状は５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍであり、測定はＡＳＴＭＤ６９６（ＴＭＡ法）により行った。
４．成形性
成形加工時において、実機評価可能な成形品が得られたときは○、実機評価不可な成形品が得られたときは×として評価した。
（Ａ）成分が、熱可塑性樹脂であるときの光学部品の評価結果を表１に示す。また、（Ａ）成分が、金属であるときの光学部品の評価結果を表２に示す。

本発明の光学部品は環境変化による寸法変化の小さく、ＤＶＤ用光ピックアップ装置等に適している。

本発明のＤＶＤ用光ピックアップ基盤の側断面図である。

符号の説明

１半導体レーザー光源
２ハーフミラー
３対物レンズ
４コリメーターレンズ
５受光部
６光ピックアップ基盤（光学部品）
７光ディスク
８光ディスク記録面
９保持容器
１０光ピックアップ装置

Claims

以下の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）のみからなり、
（Ａ）ポリアリーレンスルフィド又はポリカーボネート：前記光学部品全体に占める配合量が、２０容積％以上、５０容積％未満
（Ｂ）等方性の炭酸カルシウム：前記光学部品全体に占める配合量が、５０容積％より多く、８０容積％以下
（Ｃ）ガラス繊維：前記光学部品全体に占める配合量が、０〜５容積％
さらに、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、核剤、離型剤、顔料を含みうる光学部品。
３次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向）の、−２０℃〜８０℃における線膨張係数が、１．９５×１０^−５／℃以下である請求項１に記載の光学部品。
前記熱可塑性樹脂組成物の荷重たわみ温度が、１００℃以上である請求項１又は２に記載の光学部品。
前記光学部品が、コンパクトディスク、デジタルバーサタイルディスク又はブルーレイ用の光ピックアップ、レーザービームプリンタ、複写機又は液晶プロジェクタの光学ハウジングの少なくとも一部である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学部品。
前記光学部品が、光ピックアップ基盤である請求項４に記載の光学部品。