スリーボンド･テクニカルニュース
平成 13 年１月１日発行

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光ピックアップにおけるダンパー剤の機能と評価

はじめに ___________________________________________________
ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤを始めとしたオプティカルデバイス（以下 OPD）は家電、パソコン、ゲーム機、カーナビゲーションなどに搭載されるようになってかなりの年月が経ちました。昨年の実績予測として３億台、今年はさらに 10％前後の伸びが期待される一般的な記録デバイスです。その心臓部ともいえる光ピックアップレンズはレーザをディスク上の凹凸に照射させその反射光を読みとるため、デバイス内外に発生するわずかな振動やサーボ機能（位置制御）による反作用をすばやく抑えるために振動吸収剤＝ダンパー剤が用いられています。本稿では昨年開発したダンパー剤に着目し、その役割と要求特性、評価方法を中心に紹介します。

目次

はじめに･･･････････････････････････････････････････････････････････1
1. ダンパー剤の役割･･･････････････････････････････････････････････2
2. 弊社製品の特長･････････････････････････････････････････････････4
3. 評価方法･･･････････････････････････････････････････････････････5①針入度･･･････････････････････････････････････････････････････5②レーザードップラー振動系･････････････････････････････････････5③レオメーター･････････････････････････････････････････････････6
おわりに･･･････････････････････････････････････････････････････････8

1,ダンパー剤の役割

OPD はディスクに記録された凹凸＝ピットの有無をレー外部から伝達する振動または外部へ伝達する振動を、できザで検出することにより再生（記録）するデバイスです。ピるだけ小さくして伝えないようにすることです。②制振とは、ット間の距離は CD の場合 1.6μm で、 これは髪の毛１本の振動伝達部位に直接内部減衰の高い材料を貼り付けることに間に 30 本トラックがあることになります。１枚の CD にはより振動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を低減さおおよそ 10 億個のピットが存在するので、高密度にピットせることです。③動吸振とは、振動発生部位に質量 (m)、バ（情報）が詰まっていることになります。またレーザ（波長ネ定数(k)、粘性減衰係数(c)からなる動吸振器を設け、主振動0.78μｍ）の 小さく絞った焦点をディスクに合わせるため±系の問題となる周波数の振動エネルギーを動吸振器系にて吸１μｍ以下でないと信号が読みとれません。CD の制御はス収し減衰させること。 ④衝撃緩衝とは、物体に衝撃が加わっパイラル状に線密度一定で並んでいるピットを読むため内周た場合、物体に作用する衝撃力を低下させ、緩衝剤の内部減と外周の回転数を調節する回転サーボ、レーザ光の焦点を合衰に よりエネルギーを熱に変換し、反発エネルギーを低下さわせるためピックアップ自体を上下に動かし焦点を合わせるせることです。以上よりピックアップに用いられるダンパー

フォーカスサーボ、ピットの列をレーザ光が正確にトレース剤には特に①と④の役割が要求されます。

するように左右を調整するトラッキングサーボからなってい近年のピックアップ形状の傾向として細いワイヤー４本に1) その３つのサーボから発生する振動や応力ます。
（モータのよりピックアップレンズを支持する構造が主流となっており、回転から発生する｢振動｣や、フォーカスサーボ、トラキング

ワイヤーの根元付近にダンパー剤が使用されます。ダンパー

サーボによる位置修正時の反作用）や外部からの｢振動｣を吸剤は固形のタイプと液状のものを塗布しそれを硬化させるタ

収し、ピックアップレンズへ影響を与えないように常に機能イプに大別できます。ピックアップ周辺の接着には紫外線硬しているのがダンパー剤と呼ばれる材料です。

化性樹脂の使用実績が多数ありますが弊社はダンパー剤とし振動を低減する代表的な技術として、①防振、② 制振、③2) ①防振とは、動吸振、④衝撃緩衝の４つが挙げられます。て加熱硬化型と紫外線硬化型の樹脂を上市しています。
ピックアップ駆動部（アクチュエータ）での振動特性で重要な特性は共振点の周波数、特に一次共振点（F0）とそのピーク高さにあたるＱ値です（図 2）。

ダンパー剤裏面dBQ値

ピットF0
図１.

2

ピットとピックアップ中心部

図２.

Hz

アクチュエータの F0 と Q 値

一次共振点について少し述べます。図３のような固定された一自由度の金属板（矢印）をハンマーでたたく（振動を与える）とその金属板は振動します。その振動を細かく分ける3）

く抑える必要があるため 10dB 以下（理想では 10～5dB）が要求されます。
図１に示したアクチュエータは２方向に自由度があるたと①＋②＋③＋･･･のように分けられます 。その周波数応答

め２軸アクチュエータと呼ばれています。ワイヤーの片側曲線は図４のように表せますが①のような最初の共振点を一でレンズを支持しもう片方が固定されている１自由度のバ次共振点と呼びます。一次共振点は通常低周波数であり、振ネとして考えることができ、支持体の質量(m)、ヤング率(E)、幅が大きく力学的影響が大きくなる傾向があります。

直径(d)、長さ(l)が判れば F0 値は理論上計算で求めることができます。またＱ値は振動の減衰比(ζ)に反比例し、また材料の損失係数(tanδ)に比例することが判っています。

①まげの一次②まげの二次

図３.

金属板の振動図４.

周波数応答曲線③ねじれの一次入力信号（上）と出力信号（下）同様なことがピックアップにも言えます。図５はピックアップの周波数応答曲線です。上から入力信号（スイープサイン波）、出力信号、周波数応答関数です。周波数応答関数はゲイン特性と位相特性で表します。ゲイン特性とは系を信号が通過することによって振幅がどう変化するかを表すもので、Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は入力に対する出力の振幅比（dB）で表示されます。また位相特性は入力信号と出力信号との間での位相の進み、遅れを表すもので、Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は度ま
たはラジアンで表示されます。
ゲイン（上）と位相（下）ピックアップに一次共振周波数がかかり続けると力学的に大きな影響を与えてしまうため、その共振周波数が発生しない

図 5.

アクチュエータの特性ように設計されています。従って、F0（通常 30～50Hz）は耐久試験後に初期値から変化しないこと、Ｑ値はなるべく小さい方が振動を早く吸収できるため、また一次共振点での振幅を小3粘弾性体であるゲル材料の振動特性は、その分子構

既報 No.10 をご参照下さい）。光ピックアップ製造工程の作造と平均分子量、極性構造と、添加される充填剤の粒業環境に応じて、自動化ラインでは紫外線硬化タイプを、ま子の形状、粒子径、表面構造などに大きく影響を受けたライン設備上紫外線照射機を導入できない場合には加熱硬ます。ゲルに応力、ひずみが加わると、主鎖のマクロ化タイプのバッチ処理を推奨しています。

ブラウン運動と側鎖のミクロブラウン運動による分子昨年上市した樹脂は加熱硬化型の TB1230H（2 液）、間の摩擦や充填剤との摩擦により、振動エネルギーがTB1238（1 液）と、紫外線硬化型の TB3168 です。以下に熱エネルギーに変換され振動吸収現象が起こります。

それぞれの特徴を示します。

実際のダンパー剤の設計は以上のような理論から希釈オイル量を増やしてただ軟化させるだけでなく、オTB1230H, TB1238 の特長

リゴマーの構造の制御、架橋密度の調整、充填剤の配①

主成分はシリコーン樹脂で付加反応によって硬化します。

合量や粒子の形、希釈オイルの分子量や極性などが重要なファクターとなります。

主成分は加熱硬化型のシリコーン樹脂②低温硬化
TB1238 は従来の一液付加硬化型シリコーンと比較して低２,弊社製品の特長

温・短時間で硬化が可能です。

ダンパー剤は主にシリコーンを主成分としたプレポリマーによって構成されている樹脂です。振動吸収を目的とした材・使用上の注意

料は様々ありますが、シリコーン樹脂に特筆する理由として、ヒドロシリル化反応は活性の高い金属触媒を使用しています。

温度の変化に対して弾性・粘性の変化が他の高分子材料と比イオウ・リン・窒素化合物・有機金属塩等と接触することで較して小さいことが挙げられます。一般にシリコーン樹脂は触媒の活性が失われ、硬化阻害を起こす可能性がありますの｢ゴム材料｣としての認識が高いですが、ダンパー剤に用いるで、そのような物質との接触または混合は避けて下さい。

シリコーン樹脂は特殊な性状を有しており、硬化後の性状は｢ゲル状｣となります。これはダンパー剤が要求される周波数TB3168 の特長での振動吸収能力を高くするために取られた形態です。振動①

吸収能力をより高めるためにはゴムの持つ弾性のみでなく液低温高温の広い範囲で同様な柔軟性を有するシリコーン体が持つ粘性が必要となるからです。弾性・粘性につきまし

樹脂に UV 反応性基を持たせたプレポリマーです。ては後述で詳細を示します。

②

速硬化性、UV 過積算時の特性変化少さて、弊社では加熱硬化タイプと紫外線硬化タイプの２つゲルは架橋点＝反応基が少ないので UV 硬化も遅くなるの異なる硬化媒体の樹脂を上市しています。いずれの樹脂も傾向にあります。光硬化性の良い触媒や構造の工夫によ硬化後の物性変化（特にダンピング特性）が著しく少なく、りこれを実現しています。

また各硬化媒体にて速やかに硬化します。加熱硬化タイプは③高耐久性

付加反応と呼ばれる反応（厳密にはヒドロシリル化反応とい速硬化性による未反応成分の減少と充填剤による効果的な補う）によって硬化し、一液性と二液性があります。一液性は強で耐久性試験における変化を少なくしています。

そのまま塗布すれば良いため、ハンドリングの煩わしさはあ④高信頼性りません。しかし保存温度を二液性のものよりも低くしなけロット毎にゲルのレオロジー特性（後述）を測定し、バラツればならないという欠点があります。一方、二液性タイプはキを最小限にしています。

1:1 の混合により所定温度にて硬化します。硬化条件による硬化度は一液性のものに準じますが、未混合では硬化が進行しないことから、保存性が良いという長所があります。
また紫外線硬化タイプは紫外線の照射によるラジカル重合によって硬化が進行します（反応メカニズムにつきましては4

主成分は紫外線（UV）硬化型のシリコーン樹脂

・使用上の注意
樹脂成分中の充填剤が沈降しやすいので使用前に必ず攪拌して下さい。
表１. 性状と特性商

品

外硬化

方

名

スリーボンド1230H

スリーボンド1238

スリーボンド3168

観

無色透明

無色透明

白色液体

法

二液加熱一液加熱

紫外線照射

0.52(5.2)

15(150)9080100(80℃×60分)(100℃×60分)(3KJ/m2)

6100

5500

6000

1.1

10.9

粘度

比

重針入度

P a ・s ( P )

0.97

*

（3 0 H z

A剤B剤ともA剤B剤とも※（ 硬 化 条 件 ）G

0.44(4.4)） Pat a nδ（ 3 0 H z ）
体積

抵

抗率

Ω・m

1.13×1013

3.30×1013

2.74×1012

表面

抵

抗率

Ω

2.7×1014

9.45×1014

5.40×1013

誘導率（ 1 M H z ）

2.39

2.01

2.31

誘 導 正 接 （ 1 M H z）--0.0032*

1/4 コーン

３,9.38g荷重

評価方法

先ほど特長について述べましたが、それを測定する方①針入度法として弊社では以下に示す３種類を用いています。この樹脂そのものの硬さを測定する一般的な手法で、JISK３種類の方法によりダンパー剤の硬化度や信頼性の測定が2220 に準じた方法で測定しています。測定のしくみは硬化できるため、樹脂の設計にはいずれも欠かせない装置です。

物に傘の様な形状のコーンを突き刺し、その刺さった mm 数×10 で表現しています。例えばコーンが 5mm さされば針入度は 50 となります。コーンの重さは 9.38g と 50g があります。

②レーザードップラ振動計
これは実際のアクチュエータをメーカーから提供してもらい、ピックアップレンズを電気的に振動させながら周波数特性（前述の F0 やＱ値）を測定する方法です。FFT とのユニットにより振動体の周波数と速度を測定し、その微積
4)分により変位と加速度を演算します。

実機での測定はメーカーと同じ評価方法であるため信頼性の高いデータを得られるメリットがありますが、反対にアクチュエータ自身の持つ種々のファクターも含まれることにより、樹脂そのものの評価とは異なった特殊な試験方法と
図６.

針入度計いえます。また当然ですが設計初期で形状が決まっていないときや、機密保持のためにアクチュエータの提供がなければ測定できません。アクチュエータのご提供に際しては機密保持の締結を行うこともあります。
（前述図５参照）

5

また G'と G''の比を損失正接（tanδで表す）5) はダンパー剤③レオメーター
この測定機は本来流体（未硬化時）の粘度や粘弾性測定を設計する上で一つの指針となります。これらのパラメーが主目的の装置です。流体の粘性はチクソトロピー付与のターを用いて樹脂の硬化度合、信頼性試験前後の変化、紫場合や、塗布時（応力がかかっている時）と静置時、樹脂外線の最適量などを測定しています。

温度によって挙動（流れ性）が異なります。塗布にはスクレーザードップラ振動計によるダンパー特性評価よりも簡リーン印刷やディスペンス塗布、転写など様々な方法があ易的で、評価項目数が多くより詳細な樹脂本来の特性が測り、塗布方法にあわせた粘度の調整、設計が要求されていれます。

ます。従来の回転粘度計よりも情報量が多く液体の塗布性能評価に用いています。典型的な粘弾性挙動を示すダンパー剤の評価（樹脂の設計、改良、検査時）にも測定を行っています。

測定は試料に力学的ひずみ（応力）を与えた時に生じる応力（ひずみ）を時間の関数として検出します。これらは粘度、粘弾性として表すことができます。ダンパー剤が持っている高分子材料本来の弾性率（これを貯蔵弾性率といい、G'で表す）と弾性を緩和する粘性（これを損失弾性率といい、G''で表す）は振動吸収特性に大きく関与します。

図７.

レオメータープルーブ

レオメーターによる耐久性測定例－初期、80℃×1.2W－

初期と80℃×1.2W後の粘弾性変化
図８.

測定条件

図８はレオメーターによりG*（複素弾性率：後述）と装置：REOLOGICA 社製

DAR-100

Oscillation strain control

測定モード

ジオメトリー P25

Gap 1.00mm

Phase degree（位相角δ：後述）の環境試験前後の変化を測定した結果です。TB3168はA社品に比べて初期と0.5-50Hz

環境試験後の粘弾性特性の変化が少なく耐熱性が高い

25℃といえます。この結果は当然、ピックアップのダンパ

周波数
測定温度

Strain 0.007

6

耐久性（80℃）データー剤として用いられた場合にも反映されます。

レオメーターによる耐久性測定例 2
図９はレオメーターで紫外線硬化性を測定した結果です。紫外線照射１パスを３J／cm2 とし、最高 15J／cm2 まで照射した４つの試料の測定グラフを１つに重ねたチャートです。TB3168 は３J／cm2 から 15J／cm2 までの曲線はほぼ重なり、その間のレオロジー特性が変わっていないことを示しています。一方、B 社品に
紫外線3, 6, 9, 15J/cm2照射時の粘弾性変化
ついては特に G*の曲線が帯状に広がっています。これは紫外線硬化性が遅く、また 15J／cm2 照射してもレオロジー特性が飽和していないことを示しています。

図９.

紫外線硬化性と耐過積算性

動的粘弾性で基本的な公式はσ＝Ｇ*γ（応力＝複素弾高分子材料などの粘弾性体に応力を加えたとき性率×歪み）です。これはわかりやすくいえばフックの法の応答の時間的な遅れは位相（Phase degree＝δ）

則（Ｆ＝ｋχ：力＝バネ定数×変位）と同じ関係になりまで表し、δは０～π／２の範囲に入ります。G'＝

す。レオメーターでは応力または歪みを一定にして G*をG''、δ＝π／４、tanδ＝１を境に G'＞G''のとき測定しそれから G'､G''などのパラメータを計算します。

固体的、G'＜G''のとき液体的になります。

G*と G'､G''には次のような関係があります。

現在アクチュエータで測定した F0 とＱ値、低域

Ｇ*＝Ｇ'＋ｉＧ''･････(3)感度などとレオメーターで測定したデータとの相関関係について詳細に検討を行っています。

現時点では(4)のように F0 はバネ定数ｋに比例するためゲルのバネ定数にあたる G*と相関すると考えられます。またＱ値については前述のように tanδと比例関係があると考えられますが、必ずしも対応しているとは限らないため今後のデータの蓄積が急務です。
図10.

Ｇ*､Ｇ'､Ｇ''の関係

7おわりに
昨年上市した樹脂はおかげさまで複数の光ピックアップメーカーで採用になり弊社のスタンダードグレードになりました。各グレードとも優れた硬化性と耐久性を有しています。それは各社での信頼性試験に合格したことにも表れています。しかし、今後更なるダンピング特性、特に振動吸収能力の向上（Ｑ値の低下）と、メーカー毎の光ピックアップ特性に合致したダンパー剤の開発をめざして鋭意検討しております。
また、OPD 以外のデバイスの振動防止、防音、緩衝剤としての利用分野を探索していきたいと考えております。
株式会社スリーボンド 研究所
開発部 電気開発課 藤 澤 恒 俊
岸克 彦
研究企画課
北 澤 宏 政
参考文献
1）コンパクトディスク読本 中島平八郎、小川博司共著 オーム社出版局
2）ゲルハンドブック 長田義仁、梶原莞爾 編集代表 株式会社エヌ・ティー・エス
3）振動をみる 田中基八郎、大久保信行共著 オーム社出版局
4）FFT アナライザ実践活用セミナー資料 株式会社小野測器編5）講座・レオロジー 日本レオロジー学会編 高分子刊行会

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