説明

光ピックアップ

【課題】
コリメートレンズ移動機構を小型化し、これによって創生した空間で光ピックアップ筐体の補強を行ない、光ピックアップの耐環境特性の向上を図る。
【解決手段】
レンズと、レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダを案内するガイド部材と、ねじ溝を有するリードスクリューと、前記リードスクリューを回転させるモータと、前記レンズホルダに固定される本体部と前記リードスクリューのねじ溝に嵌合する爪部を有するラックギヤと、から構成されるレンズ移動機構を有する光ピックアップにおいて、前記ラックギヤの本体部と爪部を連結するアームを、リードスクリューの回転軸方向に垂直な面の断面形状が凸形、凹形、波形となるように形成する。ラックギヤの捩れ剛性が高くなった分、ラックギヤの幅寸法を短くすることが可能になり、コリメートレンズ移動機構の小型化を実現する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ディスクの記録面上に情報を記録又は再生を行う光ピックアップに関する。
【背景技術】
【0002】
光ディスクの大容量化のため、情報の記録・再生に短波長のレーザと開口数の大きな対物レンズとが使用されている。これにより、光ディスクの記録層上に集光するレーザスポットの小型化を実現し、記録密度の向上が図られている。
【0003】
レーザ光束は光ディスクの保護層を透過し、記録層に到達するため、保護層の厚み変化によりレーザ光束の内外で焦点距離が微かに異なるので球面収差が発生する。この球面収差は、対物レンズに入射するレーザ光束を弱発散・弱収束に調整することによって補正することができる。レーザ光束の調整は、光ピックアップ内のコリメートレンズの位置を光軸方向に移動させることで実現される。
【0004】
コリメートレンズの移動は、小型モータの回転運動を並進運動に変換するねじ送り機構によって行なうことができる。ねじ送り機構は、リードスクリューと、そのねじ溝に嵌合するラックギヤ(またはナット)、ガイドシャフトによって構成される。小型モータの回転により、ラックギヤ(またはナット)はリードスクリューのねじ溝に押されてモータ軸方向に移動する。コリメートレンズを搭載したレンズホルダをラックギヤ(またはナット)に押し当てておくことで、コリメートレンズの移動が実施される。
【0005】
本技術分野の背景技術として、例えば特開2005−216344号公報(特許文献1)がある。
【0006】
この特許文献1は、ラック本体の形状として、板の表面に取り付けられた歯部がリードスクリューシャフトの表面に当接し、リードスクリューシャフトの回転によってラック本体を移動させてレンズを移動させることが開示されている。
【0007】
このように、特許文献1は光ディスクドライブに搭載される光ピックアップの移動手段として、ラックギヤを用いたねじ送り機構が開示されている。
【0008】
また、特開2009−26410号公報(特許文献2)も特許文献1と同様に、コリメートレンズの移動機構として、ラック部材の表面に取り付けられた咬合歯がリードスクリューのねじ山にそって移動する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2005−216344号公報
【特許文献2】特開2009−26410号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
さて、光ピックアップは、CD、DVD、BDの光ディスクの記録・再生に対応するために、筐体内に多数の光学部品の搭載が必要である。そのため、光ピックアップの筐体の壁を薄くして、光学部品の搭載領域が確保する必要がある。しかしながら、筺体の壁を薄くするとその分、光ピックアップ筐体の強度はぎりぎりまで切り詰められるので、耐衝撃性などの耐環境性能の裕度を得ることが困難となっている。
【0011】
一方、コリメートレンズ移動機構(以下、レンズ移動機構という)はモータを含むねじ送り機構の搭載領域、およびコリメートレンズとレンズホルダの移動領域が必要であるため、光ピックアップ筺体内部の広い領域を占有している。
【0012】
このように、光ピックアップの耐環境性能向上のためには、レンズ移動機構の小型化が必須となってきている。
【0013】
本発明の目的は、レンズ移動機構の小型化を図り、光ピックアップ筺体内部への光学部品搭載領域確保と耐環境性能の裕度を得ることが可能な光ピックアップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記目的は、レンズを保持するレンズホルダと、このレンズホルダを案内するガイド部材と、外周にねじ溝を有するリードスクリューと、このリードスクリューを回転させるモータと、前記レンズホルダに固定される本体部と、前記リードスクリューのねじ溝に嵌合する爪部を有するラックギヤとから構成されるレンズ移動機構とを有する光ピックアップにおいて、前記ラックギヤは前記本体部と前記爪部とを連結するアームを備えてなり、前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凸形の突起を複数本前記アームの面に設けたことにより達成される。
【0015】
また上記目的は、前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝を複数本前記アームに設けることが好ましい。
【0016】
また上記目的は、前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝と対向する前記アームの裏面に凹形の溝を複数本設けることが好ましい。
【0017】
また上記目的は、前記アームの断面形状を前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる波形状とすることが好ましい。
【0018】
また上記目的は、前記アームは、前記リードスクリューの回転軸方向に垂直な面の断面形状が前記ラックギヤの幅全体で一定であることが好ましい。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、レンズ移動機構の小型化を図り、光ピックアップ筺体内部への光学部品搭載領域確保と耐環境性能の裕度を得ることが可能な光ピックアップを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】一般的な光ピックアップの概略構成図である。
【図2】図1に示したレンズ移動機構9の斜視図である。
【図3】平板の断面二次モーメントおよび断面二次極モーメントを説明する説明図である。
【図4】実施例1に係るラックギヤの斜視図である。
【図5】実施例2に係るラックギヤの斜視図である。
【図6】実施例3に係るラックギヤの斜視図である。
【図7】光ピックアップのレンズ移動機構部分を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
ところで、レンズ移動機構はモータによって回転するリードスクリューの表面に形成されたねじ溝にラックギヤの爪が係合して移動することで、コリメートレンズを動作させている。
【0022】
しかしながら上述したように、光ピックアップ筺体の壁を薄くして筺体内部の空間をできるだけ拡張する方向にあるにもかかわらず、レンズ移動機構はモータとリードスクリューがあることからピックアップ筺体内部を広い領域で占有している。特にモータ軸の長さが領域を占有する原因となっていた。
【0023】
そこで、本発明の発明者らがモータ軸を短くすることを検討したところ、コリメートレンズのストローク量とラックギヤの幅と、マージンラックの幅を狭くするとモータ軸を短くできることが分かった。つまり、ラックギヤの幅を短くするとモータ軸を短くできるのでリードスクリューを短くすることができ、コリメートレンズのストローク量が短くすることが可能となる。
【0024】
しかしながら、幅を短くした新たなラックギヤで種々検討したところ、ラックギヤそのものの撓み剛性と捩れ剛性が低下し、リードスクリューとラックギヤの爪との間で歯飛びという新たな問題が発生した。
【0025】
そこで本発明の発明者らは、ラックギヤの幅は縮小しながらも撓み剛性はそのままで、捩れ剛性を十分に高くすることが可能なラックギヤの構造を種々検討した結果、以下のごとき実施例を得た。
【0026】
以下、図1,図2を用いて一般的な光ピックアップを説明しながら本発明の実施例を説明する。
【実施例1】
【0027】
図1は一般的な光ピックアップの概略構成図である。
【0028】
図1において、1は光ピックアップであり、2は筐体、3はレーザ光源、4はビームスプリッタ、5はコリメートレンズ、6は立上げミラー、7は対物レンズ、8は光検出器、9はレンズ移動機構、10は光ディスクである。
【0029】
この光ピックアップ1の構成を説明すると、光ピックアップ1はレーザ光源3と、ビームスプリッタ4と、コリメートレンズ5と、立上げミラー6と、対物レンズ7と、光検出器8と、レンズ移動機構9とを筐体2の内部に搭載した構成となっている。
【0030】
図1の光ピックアップ1の構成は最小限の構成を示している。CD、DVD、BD(Blu−ray Disc)などの複数の光ディスク規格に対応するために、レーザ光源3、ビームスプリッタ4、コリメートレンズ5、立上げミラー6、対物レンズ7、光検出器8を複数搭載する構成としてもよい。
【0031】
筐体2は、光学部品を搭載するベース部材となる。複雑な形状が必要となることから、金属や樹脂の成型によって作られる。レーザ光源3は、CD、DVD、BD規格で定められた特定波長のレーザ光を出射する半導体レーザ素子である。ビームスプリッタ4は、レーザ光を透過光と反射光に分割する光学部品である。
【0032】
例えば、直角プリズムを2つ貼り合わせたプリズムや、ガラス板に光学膜を形成したミラーである。コリメートレンズ5は、レーザ光の発散光を平行光に変換する光学レンズである。立上げミラー6は、レーザ光を全反射するミラーである。光ピックアップ1の筐体2内部から光ディスク10方向へ90度折り曲げるため、45度の傾きで取り付けられる。
【0033】
対物レンズ7は、レーザ光の平行光を集束させるレンズである。光ディスク10の記録ピットにレーザ光の焦点を合わせるため、対物レンズ7は、光ディスク10の面方向への移動(フォーカス)、光ディスク10の径方向への移動(トラッキング)ができるように構成される。また、光ディスク10に垂直にレーザ光が当たるように角度調整(チルト)を行なう構成としてもよい。光検出器8は、検出面に照射するレーザ光の光量に応じて電気信号を発生する光電変換素子である。レンズ移動機構9は、コリメートレンズ4を光軸方向に移動させる機構である。
【0034】
この光ピックアップ1の動作を説明すると、レーザ光源3を発したレーザ光は、ビームスプリッタ4で反射してコリメートレンズ5に到達し平行光に変換される。さらにレーザ光は、立上げミラー6で光ディスク10方向に反射し、対物レンズ7によって光ディスク10の記録面上に集束されてビームスポットを形成する。
【0035】
光ピックアップ1では、このビームスポットによって光ディスク10への情報の記録・再生を行なう。記録では、記録情報に基づいてレーザ光源3のオンオフを行なってビームスポットを点滅させ、光ディスク10上に記録ピットを形成することで情報の書き込みを行なう。再生では、ビームスポットを光ディスク10の記録ピットに当て、記録ピットで反射したレーザ光を対物レンズ7で受ける。往路とは逆に立上げミラー6、コリメータレンズ5、ビームスプリッタ4の順で通過し、光検出器8の検出面上にレーザ光を誘導する。光検出器8は、検出面に当たるレーザ光のオンオフにより情報の読込みを行なう。
【0036】
図2は、図1に示したレンズ移動機構9の斜視図である。
【0037】
図2において、5はコリメートレンズ、91、92はガイド部材、93はレンズホルダ、94はモータ、95はリードスクリュー、96はラックギヤである、97は圧縮ばねを表す。
【0038】
このレンズ移動機構9の構成を説明すると、レンズ移動機構9は、コリメートレンズ5と、ガイド部材91、92と、レンズホルダ93と、モータ94と、リードスクリュー95と、ラックギヤ96と、圧縮ばね97とから構成されている。ガイド部材91、92は、ステンレス鋼丸棒などの寸法安定性に優れた鉄鋼材料を主材とし、耐摩耗性を向上するために表面にニッケルやクロムなどのめっき処理を施した軸である。摺動抵抗および耐摩耗性を向上させるために、ガイド部材91、92に潤滑剤を塗布してもよい。レンズホルダ93は、コリメートレンズ5を把持する支持部材であり、また、ガイド部材91とガイド部材92に懸架されコリメートレンズ5と一体で移動する可動部材である。レンズホルダ93は、軽量で高い強度を持つPPS樹脂(ポリフェニルサルファイド)やLCP樹脂(液晶ポリマー)などで作られる。
【0039】
モータ94は、ステッピングモータなどの回転力を発生する駆動源である。リードスクリュー95は、モータ94の回転軸に一定のピッチでねじ溝を形成したものである。ラックギヤ96は、リードスクリュー95のねじ溝に嵌合する爪961と、レンズホルダ93に固定される本体962と、爪961と本体962を接続するU字状のアーム963と、を有する動力伝達部品である。
【0040】
ラックギヤ96をリードスクリュー95とを一対で構成することにより、モータ94の回転運動を並進運動に変換するねじ送り機構を形成する。ラックギヤ96は、耐磨耗性に優れたPOM樹脂(ポリアセタール)によって作られる。摺動抵抗および耐摩耗性を向上させるために、爪961とリードスクリュー95の接触する箇所に潤滑剤を塗布してもよい。圧縮ばね97は、ばね用ステンレス鋼線などで巻いたコイルスプリングである。
【0041】
このレンズ移動機構9の動作を説明すると、レンズ移動機構9は、リードスクリュー95とラックギヤ96で構成されるねじ送り機構により、モータ94の回転運動をラックギヤ96の並進運動に変換する。ラックギヤ96は、固定されているレンズホルダ93に並進力を伝達する。レンズホルダ93、およびコリメートレンズ5は、ガイド部材91、92により案内されてコリメートレンズ5の光軸方向に平行移動可能になっている。
【0042】
ラックギヤ96を用いたねじ送り機構では、以下のごとき解決すべき課題がある。
まず、ラックギヤ96のばね剛性の低減である。モータ94のリードスクリュー95と、ガイド部材91の距離は、組立誤差によりばらつきを生じる。リードスクリュー95とガイド部材91の距離が長い場合、ラックギヤ96の爪961がリードスクリュー95のねじ溝から離れ易い。そのため、ラックギヤ96のU字状のアーム963に圧縮ばね97を装填し、圧縮ばね97の復元力によって常にリードスクリュー95に押圧力がかかるように構成されている。
【0043】
一方、リードスクリュー95とガイド部材91の距離が短い場合、前記の圧縮ばね97は圧縮量が増えるので復元力が増加し、リードスクリュー95への押圧力を増加させてしまう。押圧力が増加すると、リードスクリュー95の回転負荷を大きくし、モータ94の脱調などの不具合が生じ易くなる。モータ94の脱調は、コリメートレンズ5の位置再現性を損なうため、問題となる。
【0044】
このようなことから、リードスクリュー95とガイド部材91の距離が組立精度によりばらついても、ラックギヤ96の押圧力が大きく変化しないように設計することが求められる。ラックギヤ96のばね剛性(押圧力/変位)は、ラックギヤ96のU字状アーム963の撓み剛性と、圧縮ばね97のばね定数の和である。ラックギヤ96のばね剛性を低減するためには、ラックギヤ96のU字状アーム963の撓み剛性を出来るだけ下げておくことが必要である。
【0045】
さらに、ラックギヤ96の捩れ剛性の増大である。ラックギヤ96の爪961には、移動方向の並進力がかかる。ラックギヤ96の捩れ剛性が低いと、ラックギヤ96の捩れによってリードスクリュー95の移動量が吸収されてしまうので、コリメータレンズ4の移動量が少なくなってしまう。
【0046】
特に、コリメータレンズ4の移動方向が変わると、ラックギヤ96の両方向の捩れ分だけ移動量が吸収されてしまう。ラックギヤ96の捩れによる移動量の減少は、コリメートレンズ4の位置決め精度を低下させ、光ピックアップ1の球面収差補正の精度に影響を及ぼすため、問題である。ラックギヤ96の捩れはラックギヤ96のU字状アーム963で発生しているので、ラックギヤ96の捩れ剛性の増大ためには、ラックギヤ96のU字状アーム963の捩れ剛性を出来るだけ高くしておくことが必要である。
【0047】
図3は、平板の断面二次モーメントおよび断面二次極モーメントを説明する説明図である。
【0048】
【数1】

【0049】
【数2】

【0050】
数1は、平板の断面二次モーメントの式を示し、数2は、平板の断面二次極モーメントの式を示すものである。
【0051】
図3及び数1、数2において、Aは平板の断面、bは平板の幅、tは平板の厚み、xは平板の幅方向bの軸、yは平板の厚みt方向の軸、Ixは軸xの断面二次モーメント、Iyは軸yの断面二次モーメント、Ipは断面二次極モーメントである。
【0052】
平板の撓み剛性は断面の断面二次モーメントIx、平板の捩れ剛性は断面の断面二次極モーメントIyが関連している。平板の場合、断面二次モーメントIxは、平板の幅bと平板の厚みtの3乗を掛け合わせた数1で表わされる。断面二次極モーメントIpは、軸xと軸yの断面二次モーメントIxとIyの和で表わされる。
【0053】
これらの式は、ラックギヤ96の幅bを小さくすると、撓み剛性は比例で小さくなるだけであるが、捩れ剛性はほぼ3乗で小さくなり、捩れ易い構造となることを示している。
【0054】
これらの理由から、本実施例では、ラックギヤ96のU字状アーム963の表面に起伏を設けたものである。この起伏により、あらかじめU字状アーム963の捩れ剛性を大きく設計する。捩れ剛性を高めておくことで、幅bを狭くしても充分な捩れ剛性を確保することができる。
【0055】
以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。
【0056】
図4は実施例1に係るラックギヤの斜視図である。
【0057】
図4において、本実施例はラックギヤ96のU字状アーム963の表面に凸形の突起を設けたものである。この凸形の突起はラックギヤ96の幅全体に伸び、ラックギヤ96の爪961から本体962の方向に隆起するように形成されている。凸形の突起の高さは、高くすると厚みtが増えることになるので、捩れ剛性の増加に効果がある。
【0058】
撓み剛性も厚みtが増えることによって増加するが、撓み剛性が増加する部分の長さが短いので、影響は小さい。また、凸形の突起の幅を狭くして本数を増やすと、滑らかな撓み変形が得られるようになり、撓み剛性の増加を減らすことができる。
【0059】
なお、本実施例の図では突起の数を3本としているが、この3本に限定されるものではなく、捩れ剛性を増加させ、撓み剛性の増加を抑えられるものであれば何本でも良い。
【実施例2】
【0060】
図5は実施例2に係るラックギヤの斜視図である。
図5において、本実施例では、ラックギヤ96のU字状アーム963の表面に凹形の窪みを設け、その裏側の面に凹形の窪みを設けたものである。
【0061】
つまり、本実施例はU字状アーム963の表面に複数本の凹形の窪みを設け、この窪みよって強度が低下した分、窪みと対向する裏面を厚肉(凸部)によって形成した凹形の窪みを設けたものである。
【0062】
このように、U字状アーム963の両面に凹凸を設けることによっても、実施例1と同様の効果を得ることができる。片面に凸形の突起を設ける形状よりも両面に凹凸部を設ける形状の方が、撓み変形をより滑らかにでき、撓み剛性の増加をさらに減らすことができる。
【0063】
なお、本実施例の図では凹凸の数を裏表3本ずつとしているが、この3本に限定されるものではなく、捩れ剛性を増加させ、撓み剛性の増加を抑えられるものであれば何本でも良い。
【実施例3】
【0064】
図6は実施例3に係るラックギヤの斜視図である。
図6において、本実施例では、ラックギヤ96のU字状アーム963の両面に波形の起伏を設けたものである。波形は幅全体に及び、ラックギヤ96の爪961から本体962の方向の起伏を形成する。
【0065】
このように、U字状アーム963の表面に波形の起伏を設けることによっても、捩れ剛性の増加ができる。この波型のU字状アーム963では、全体の厚み変化がなくなるので、より滑らかな撓み変形を実現できる。また、ラックギヤ96の爪961から本体962の方向にアコーディオンのごとく伸縮できるので、撓み変形が容易となり、撓み剛性の低下に効果がある。
【0066】
上記形状のラックギヤ96により、撓み剛性をほぼ維持したまま、捩れ剛性を増加することができる。これにより、増加した捩れ剛性に相当する分、ラックギヤ96の幅寸法を短縮することが可能である。
【0067】
なお、本実施例の図では波型の数を裏表2本ずつとしているが、この2本に限定されるものではなく、捩れ剛性を増加させ、撓み剛性の増加を抑えられるものであれば何本でも良い。
【0068】
図7は、光ピックアップのレンズ移動機構部分を説明する図である。
図7において、2は筐体、3はレーザ光源、5はコリメートレンズ、9はレンズ移動機構、95はリードスクリュー、96はラックギヤ、Lはリードスクリューの長さ、tcは筐体の壁の厚みを表す。
【0069】
光ピックアップ筐体2には多数の部品が搭載されるため、図7のようにレンズ移動機構9とレーザ光源3との間隔が狭くなっている。このため、光ピックアップ筐体2のレンズ移動機構9側の壁を窪ませて、厚みtcのように薄くなっていたので強度の確保が難しかった。
【0070】
これに対して本発明のラックギヤ96では、ラックギヤ96の幅寸法を短縮することで、その分リードスクリュー95の長さLを短くすることが可能となった。
【0071】
したがって、リードスクリュー95の長さLを短くした分、光ピックアップ筐体2の壁の厚みtcを厚みtb分増やすことが可能となった。これにより光ピックアップ筐体2の強度を高くすることができる。高強度化により、光ピックアップ1の耐衝撃性の向上や、振動や熱変形を少なくできるので耐環境特性に裕度が得られるようになったものである。
【0072】
以上のごとく本発明によれば、ラックギヤの捩れ剛性が高くなった分、ラックギヤの幅寸法を短くすることができるため、その結果リードスクリューが短くなりコリメートレンズ移動機構の小型化を実現できた結果、光ピックアップの内部空間を広くすることができる。
【符号の説明】
【0073】
1・・・光ピックアップ、2・・・筐体、3・・・レーザ光源、4・・・ビームスプリッタ、5・・・コリメートレンズ、6・・・立上げミラー、7・・・対物レンズ、8・・・光検出器、9・・・レンズ移動機構、91・・・ガイド部材、92・・・ガイド部材、93・・・レンズホルダ、94・・・モータ、95・・・リードスクリュー、96・・・ラックギヤ、961・・・爪、962・・・本体、963・・・アーム、97・・・圧縮ばね、10・・・光ディスク。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
レンズを保持するレンズホルダと、このレンズホルダを案内するガイド部材と、外周にねじ溝を有するリードスクリューと、このリードスクリューを回転させるモータと、前記レンズホルダに固定される本体部と、前記リードスクリューのねじ溝に嵌合する爪部を有するラックギヤとから構成されるレンズ移動機構とを有する光ピックアップにおいて、
前記ラックギヤは前記本体部と前記爪部とを連結するアームを備えてなり、
前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凸形の突起を複数本前記アームの面に設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項2】
請求項1記載の光ピックアップにおいて、
前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝を複数本前記アームに設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項3】
請求項2記載の光ピックアップにおいて、
前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる凹形の溝と対向する前記アームの裏面に凹形の溝を複数本設けたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項4】
請求項1記載の光ピックアップにおいて、
前記アームの断面形状を前記リードスクリューの回転軸方向に伸びる波形状としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれかに記載の光ピックアップにおいて、
前記アームは、前記リードスクリューの回転軸方向に垂直な面の断面形状が前記ラックギヤの幅全体で一定であることを特徴とする光ピックアップ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2012−221519(P2012−221519A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−83995(P2011−83995)
【出願日】平成23年4月5日(2011.4.5)
【出願人】(000153535)株式会社日立メディアエレクトロニクス (452)
【Fターム(参考)】