DE2060317B2 - Aus diamant bestehende, zur rillenfuehrung und abtastung oder nur zur rillenfuehrung dienende abtasterkufe - Google Patents

Description

Flächen ergibt bei einem Druckabtaster eine wesent- oder zur gleichzeitigen Abtastung dienen, die Laufliche Verlängerung seiner Lebensdauer. kante der Kufe vielfach unter einem kleinen Erhe-Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bungswinkel von 3 bis 10° gegenüber der (horizontadadurch gelöst, daß die Abtasterkufe derart aus dem len) Mittellinie der Rille eingestellt wird, ist es zweck-Rohkristall (Diamant) herausgearbeitet ist, daß die 5 mäßig, die Vorzugsrichtung der optimalen Abriebden Signalträger in Laufrichtung berührende eventuell festigkeit innerhalb des kufenförmigen Körpers um abgerundete Laufkante unter Einbeziehung eines To- den selben Winkel geneigt gegenüber der beanspruchleranzboreiches von etwa ± 15° in einer kristallogra- ten Laufkante einzustellen.

phischen Oktaederfläche (111) oder einer äquivalen- Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Ab-

ten Oktaederfläche liegt und unter Einbeziehung eines io tasterkufe nach der Erfindung ist dementsprechend

weiteren Toleranzbereiches von etwa ± 15° parallel die Laufkante der Abtasterkufe gegenüber der vor-

zur speziellen Richtung [ΤΓ2] oder in einer kristallo- her erwähnten speziellen Richtung so orientiert, daß

graphisch äquivalenten Richtung verläuft, wobei der die Laufkante L einerseits und die spezielle Richtung

Flächenvektor (111) aus dem Diamanten hcrausweist andererseits einen Erhebungswinkel von etwa 3 bis

und der durch [TT2) bezeichnete Richtungsvektor den 15 10° einschließen. Dadurch ist dann beim Gebrauch

gleichen Richtungssinn hat wie die auf die Abtaster- gewährleistet, daß die Vorzugsrichtung der optimalen

kufe wirkende Reibkraft. Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb wenigstens an-

Zur Bedeutung der den genannten natürlichen nähernd mit der (horizontalen) Richtung der Relativ-

KristaJlflächen und den Richtungen zugeschriebenen geschwindigkeit zusammenfällt.

Indizes wird auf das Buch »Anorganische Chemie", 20 Man unterscheidet bei einem dem regulären System

von Walter Hückel, Verlag Akademische Verlags- angehörenden Diamantkristall drei ausgezeichnete

gesellschaft, Leipzig Cl, 1950, S. 164 und 165, ver- natürliche Flächen:

wiesen. Diese Literaturstelle für die Definition kri- 1. die Kubusfläche (100),

stallographischer Begriffe stellt international aner- 2. die Dodekaederfiäche (110) und

kannnte Bezeichnungsweisen dar. 25 3 die Oktaederfläche (111).

Es ist zwar bekannt (deutsches Gebrauchsmuster In Fig. la sind diese Flächen an einem Kristall-

1 920 846), Abtastnadeln für Tonabnehmer derart würfel dargestellt. F i g. 1 a dient lediglich zur Erläu-

aus einem Rohdiamanten herauszuschleifen, daß der terung der bei der Definition der Erfindung verwen-

Spitzenkegel der Abtastnadel der natürlichen Ober- deten kristallographischen Begriffe und stellt für sich

fläche einer Rohdiamantenspitze weitgehend ange- 30 allein kein Ausführungsbeispiel für die erfinderische

nähert ist. Hier liegt also eine Kegelform der Ab- Lehre dar.

tastspitze vor, die die natürlichen Oberflächen des In Fig. 1 b, Ic und 1 d sind zum besseren Ver-

Diamanten nur in großer Annäherung enthält. Die ständnis der Darstellung gemäß Fig. la Ausschnitte

besonders harten Bereiche des Diamanten, die bei aus Fig. la dargestellt.

OktaederF.ächen in der Nähe der Winkelhalbierenden 35 F i g. 1 b bezieht sich auf die vorerwähnte erste liegen, z.B. die Richtung [TT2] in der (lll)-Okta- Ausführungsform einer Abtasterkufe nach der Erfinederfläche, werden hierbei nicht ausgenutzt, da ledig- dung, bei welcher die Vorzugsrichtung der geringsten Hch die durch jeweils zwei Oktaederflächen gebilde- Abnutzung entsprechend der natürlichen Oktaederten Kanten den Aufzeichnungsträger berühren. Diese fläche des Kristallsystems orientiert ist. In dem Ko-Kanten besitzen jedoch keine besondere Härte, son- 40 ordinatensystem x, y, ζ ist die natürlich vorkomdern gehören zu den weichsten Partien eines Dia- mende Oktaederfläche (111) dargestellt. Sie schneidet manten, jedenfalls wenn sie — wie bei der bekann- die Achsen A^-, y, ζ in den Koordinatenwerten 1, 1 ten Abtastnadel — quer zur Kantenrichtung bean- und 1. Der Flächenvektor (111), also die Normale sprucht werden. auf der genannten Kristallfläche, ist durch den entin weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die 45 sprechend bezeichneten Pfeil dargestellt. Die Richzugrunde liegende Aufgabe auch gelöst durch eine tung der Winkelhalbierenden des im Koordinaten-Abtasterkufe, bei welcher die Kufe derart aus dem system liegenden Dreiecks 1, 1, 1 ist mit [TT2] be-Rohkristall herausgearbeitet ist, daß die den Signal- zeichnet und stellt die Richtung der höchsten. Abträger in Laufrichtung berührende, eventuell abgerun- riebfestigkeit dar.

dete Laufkante unter Einbeziehung eines Toleranz- 50 In F i g. 1 c ist in entsprechender Darstellung die bereiches von etwa ± 15° in einer kristallographi- zweitgenannte Ausführungsform einer Abtasterkufe sehen Kubusfläche (100) oder einer äquivalenten Ku- nach der Erfindung verdeutlicht, bei welcher die busfläche liegt und unter Einbeziehung eines weiteren Richtung relativ optimaler Abriebfestigkeit durch die Toleranzbereiches von etwa ± 15^ parallel zur spe- natürlich vorkommende Kubusfläche des Kristallziellen Richtung [011] oder eine* kristallographisch 55 systems bestimmt wird. Im Koordinatensystem x, y, ζ äquivalenten Richtung verläuft. liegt die Fläche (100), welche parallel zu der durch In Weiterbildung der Erfindung wird die Aufgabe die Achsen y und ζ bestimmten Ebene liegt und die ebenfalls gelöst durch eine Abtasterkufe, welche der- Ach:.c χ in dem Koordiuatenwert 1 schneidet. Innerart aus dem Rohkristall herausgearbeitet ist, daß die halb der Kubusebene (100) liegt die Vorzugsrichtung den Signalträger in Laufrichtung berührende, eventu- 60 [011], welche in dieser Ebene die Richtung relativ eil abgerundete Laufkante unter Einbeziehung eines optimaler Abriebfestigkeit darstellt. Entsprechend Toleranzbereich von etwa +15° in einer Dodeka- der Definition der sogenannten Millerschen Indizes ederfläche (110) oder einer äquivalenten Dodekaeder- bedeutet dies zugleich, daß diese Vorzugsrichtung gefläche liegt und unter Einbeziehung eines weiteren genüber den Parallelen zur y- und z-Richtung inner-Toleranzbereiches von etwa ± 15° parallel zur spe- 65 halb der Ebene (100) unter einem Winkel von 45° ziellen Richtung [TlO] oder einer kristallographisch Wl steht.

äquivalenten Richtung verläuft. In F i g. 1 d ist in einer weiteren analogen Darstel-

Da bei Abtasierkufen, die zur Rillenführung allein lung der Fall der Dodekaederfläche des natürlichen

Diamantkristalls dargestellt. Diese Fläche ist in der Darstellung des Koordinatensystems x, y, ζ mit dem Symbol (110) bezeichnet. Sie schneidet die x- und y-Achse bei den Koordinatenwerten jc = 1 und y = 1 bei dem Wert ζ = 0. Innerhalb dieser Ebene liegt die für die Erfindung ausnutzbare Vorzugsrichtung in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles; diese Richtung ist nach den Millerschen Indizes mit dem Symbol [110] bezeichnet. Diese Richtung ist immer parallel zu der schon erwähnten Verbindung zwischen den Koordinatenpunkten χ = 1 und y = 1, in denen die Ebene (110) die x- und die y-Achse schneidet.

Fig. 2 bis 4 zeigen empirisch ermittelte Diagramme zur Veranschaulichung der Abriebfestigkeit, die ja ein Maß für die Härte ist, und zwar ist auf der Abszissenae-hse- der Winkel aufgetragen, um den der Kristall in der jeweiligen Ebene um sich selbst gedreht wurde, während auf der Ordinatenachse die unter gleichbleibenden äußeren Bedingungen abgetragene Menge aufgetragen ist.

F i g. 2 a zeigt die Verhältnisse bei einer Kubusfläche im rechtwinkligen Koordinatensystem, F i g. 2b in Polarkoordinaten. In der Polarkoordinatendarstellung ist noch die Fläche (100) entsprechend F i g. 1 a eingetragen. Das gleiche zeigen Fig. 3a und 3b für die Dodekaederfläche (110) und Fig. 4a und 4b für die Oktaederfläche (111).

Aus den Diagrammen nach F i g. 2 bis 4 ist deutlich zu erkennen, daß in bestimmten Richtungen die Abriebfestigkeit am größten und in deren Nähe in einem gewissen Toleranzbereich noch recht hoch ist Durch Wahl des Schnittwinkels, unter dem die Abtasterstufe aus dem Rohdiamanten geschnitten wird, läßt sich dementsprechend eine Kufe optimaler Abriebfestigkeit herstellen.

Die verschiedenen Härtestufen — geringste und größte abgetragene Menge — lassen sich aus den Diagrammen gemäß F i g. 2 bis 4 ableiten.

Härtestufe 1: Kubusfläche bei 45,135, 225, 315°
(härteste Richtung überhaupt)
Dodekaederfläche bei 0, 180, 360^c
Oktaederfläche bei 30, 150, 270°
Oktaederfläche bei 90, 210, 330°
Kubusfläche bei 0, 90,180, 270, 360°

Dodekaederfläche bei 90, 270°
(weichste Richtung überhaupt).

Härtestufe 2:
Häriesiufe 3:
Härtestufe 4:
Härtestufe 5:
Härtestufe 6:

Die Härtestufen 1 bis 6 haben hierin nicht die Bedeutung einer Härteskala, sondern sind willkürlich gewählte Bezeichnungen für die dazu genannten Orientierungen von Vorzugsrichtungen, in denen die damit bezeichneten Härtestufen auftreten. Wie man erkennt, nimmt mit wachsender Ordnungszahl die Härte ab.

Wie in der Einleitung bereits erwähnt, isi die Gleitkufe des Abtasters unsymmetrisch vorzugsweise in der Form eines dreiseitigen Prismas ausgebildet, dessen Dachkante in die abzutastenden Rillen des Signalträgers eingreift An der auflaufenden Seite bildet sie linear oder nach einer festgelegten Kurve in Laufrichtung etwa einen kleinen spitzen Winkel von etwa 3 bis 10° mit dem Signalträger, wahrend die in Laufrichtung hintere Querschnittsfläche etwa senkrecht zur Trägerebene und zur Laufrichtung liegt. Diese scharfe ablaufende Kante ist von besonderer Bedeutung für das Abtastverfahren, wenn es sich um die erwähnte Druckabtastung handelt.

Für die Wahl eines optimalen Schnittes ist daher sowohl die Abriebfestigkeit an der den Träger berührenden Stelle als auch die Standfestigkeit der scharfen senkrechten Kante maßgebend.

ίο Ein relativ optimaler Schnitt wird dadurch erreicht, daß die Kufe derart aus dem Rohkristall geschnitten wird, daß die den Signalträger berührende Kante unter Einbeziehung eines Toleranzbereiches von etwa ± 15° in der Winkelhalbierenden einer Oktaederfläche mit Orientierung in Abtastrichtung auf die Spitze des Oktaederdreiecks zu liegt (F i g. 1 b).

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann der Schnitt auch so gewählt werden, daß die den Signalträger berührende Laufkante ebenfalls

so unter Einbeziehung eines Toleranzbereiches von etwa ± 15° in der Diagonalen einer Kubusfläche liegt (Fig. Ic).

In den Polardiagrammen nach Fi g. 4b für die Oktaederfläche und Fig. 2b für die Kubusfläche läßt

as sich gut erkennen, daß für die oben angegebenen Orientierungen die abgetragene Menge am geringsten, die Abriebfestigkeit also am höchsten ist.

Eine weitere noch brauchbare Ausführungsmöglichkeit des Schnittes besteht darin, daß die den Signalträger berührende Laufkante der Kufe — wieder unter Einbeziehung einer Toleranz von etwa ±15° — in der die kürzeren Seiten des Rechtecks einer Dodekaederfläche verbindenden Mittellinie liegt (Richtung [TlO] in F i g. 1 d).

F i g. 5 bis 7 zeigen beispielsweise diese Orientierungen in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Abtastkufe. Gemäß F i g. 5 ist die Kufe K so aus dem Rohkristall geschnitten, daß, wie ersichtlich, die den Signalträger berührende Laufkante L der Kufe K in einer Oktaederfläche liegt, und zwar, wie der Pfeil Härte 3 angibt, mit Orientierung in Abtastrichtung auf die Spitze des Oktaederdreiecks zu. Die Kubusfläche ist dann unter einem Winkel von 55° dagegen geneigt. Die Kantenfestigkeit ist hierbei sehr gut

Bei der Wahl des Schnittes entsprechend F i g. 6 liegt die den Signalträger berührende Laufkante L der Kufe K in der Diagonalen einer Kubusfläche. Die Abriebfestigkeit ist hierbei besser als bei der Anordnung nach Fig. 5 (Härte 1 in Fig. 6), jedoch ist die Empfindlichkeit gegenüber dem Kantenabschliff größer, also die Kantenfestigkeit geringer, da die um 55° gegenüber der Knibusfläche geneigte Oktaederfläche nur die Härte 3 hat und die senkrecht auf der Kubusfläche stehende Dodekaederfläche nur die Härte 6 gegenüber der Kubusfläche mit Härte 1 nach Fig. 5.

Bei dem Schnitt nach Fig. 7 liegt die den Signalträger berührende Laufkante L der Kufe K in der die kürzeren Seiten des Rechtecks der Dodekaederfiäche verbindenden Mittellinie in der Richtung [TlO] gemäß Fig. Id und hat die Härte2. Die Kubusfläche ist dagegen um 45° geneigt Die Abriebfestigksit ist bei ausreichender Kantenfestigkeil (Härte 2) sehr gut

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

stellenden Aufzeichnung auf einem körperlichen Patentansprüche: Träger dienen kann. Es ist bekannt, daß auf einem schallplattenähn-

1. Aus Diamant bestehende, zur Rillenführung liehen, die Signalschrift, z. B. eine Videoschrift, in und Abtastung oder nur zur Rillenführung die- 5 Gestalt von Verformungen der Oberfläche einer Aufnende Abtasterkufe für einen Signalabtaster, da- zeichnungsrille enthaltenden Informationsspeicher durch gekennzeichnet, daß die Kufe(K) nicht nur Schallschvyingungen mit einer oberen Frederart aus dem Rohkristall herausgearbeitet ist, quenzgrenze von etwa 20 000 Hz festgehalten werden daß die den Signalträger in Laufrichtung beruh- können, sondern daß es bei der Anwendung einer sorende, eventuell abgerundete Laufkante (L in io genannten Druckabtastung auch möglich ist, weit hö-F i g. 5) unter Einbeziehung eines Toleranzberei- herfrequente Signalschwingungen bis in den Bereich ches von etwa ± 15° in einer kristallographischen mehrerer MHz zu speichern und mechanisch wieder Oktaederfläche (111) (Fig. Ib) oder einer äqui- abzutasten. Zur Abtastung ist dann allerdings nicht valenten Oktaederfläche liegt und unter Einbezie- mehr ein mechanisch-elektrischer Wandler geeignet, hung eines weiteren Toleranzbereiches von etwa 15 der einen Antrieb in Form einer wesentlichen Bewe- ± 15° parallel zur speziellen Richtung [ΓΪ2] gung der Abtasterspitze benötigt, sondern es wird in (F i g. 1 b) oder in einer kristallographisch äquiva- an sich bekannter Weise ein sogenannter Drucklenten Richtung verläuft, wobei der Flächenvektor abtaster verwendet, der mit einem kufenförmigen Ab-(111) aus dem Diamanten herausweist und der tasterteil in die Signalrille eingreift und dabei eine durch [TT21 bezeichnete Richtungsvektor den ao Mehrzahl von Wellenlängen der aufgezeichneten Sigleichen Richtungssinn hat wie die auf die Ab- gnalschwingungen überdeckt und mit einer entspretasterkufe wirkende Reibkraft. chenden Mehrzahl von Höhen des die Signalschrift

2. Aus Diamant bestehende, zur Rillenführung darstellenden Reliefs gleichzeitig in Eingriff ist. Der und Abtastung oder nur zur Rillenführung die- Abtaster weist dabei eine scharfe ablaufende Kante nende Abtasterkufe für einen Signalabtaster, da- as auf, und bei jedem Austritt einer Höhe des genannten durch gekennzeichnet, daß die Kufe (K) derart Reliefs aus dem Kontaktbereich der Abtasterkufe tritt aus dem Rohkristall herausgearbeitet ist, daß die eine sprunghafte Druckentlastung auf den Abtaster den Signalträger in Laufrichtung berührende, ein, die von dem mechanisch-elektrischen Wandler eventuell abgerundete Laufkante (L in Fi g. 6) registriert und zu einer elektrischen Ausgangsgröße unter Einbeziehung eines Toleranzbereiches von 30 umgeformt wird.

etwa ±15° in einer kristallographischen Kubus- Bei der Druckabtastung erleidet das die Signalfläche (100) (Fig. Ic) oder einer äquivalenten schrift darstellende Oberflächenrelief des Aufzeich-Kubusflächc liegt und unter Einbeziehung eines nungsträgers unter dem Auflagedruck des kufenförweiteren Toleranzbereiches von etwa ±15° par- migen Abtasterteiles eine elastische Zusammendrükallel zur speziellen Richtung [011] (Fig. Ic) oder 35 kung, welche größer ist als die durch die Druckkräfte einer kristallographisch äquivalenten Richtung bewirkten Ausweichbewegungen des kufenförmigen, verläuft. wegen seiner Trägheit nahezu stillstehenden Abtaster-

3. Aus Diamant bestehende, zur Rillenführung teiles.

und Abtastung oder nur zur Rillenführung die- Bei der Speicherung und Wiedergabe von Signal-

nende Abtasterkufe für einen Signalabtaster, da- 40 schwingungen im MHz-Bereich muß der Aufzeich-

durch gekennzeichnet, daß die Kufe (K) derart nungsträger mit einer hohen Umdrehungsgeschwin-

aus dem Rohkristall herausgearbeitet ist, daß die digkeit laufen, beispielsweise bei Videosignalen mit

den Signalträger in Laufrichtung berührende, 25 Umdrehungen in jeder Sekunde. Es hat sich erge-

eventuell abgerundete Laufkante (L in Fi g. 7) ben, daß die Aufzeichnungsträger eine hohe Zahl von

unter Einbeziehung eines Toleranzbereiches von 45 Wiederholungen des Abspielvorganges ohne Quali-

etwa ± 15" in einer Dodekaederfläche (110) tätsminderung ertragen, daß jedoch die aus einem

(F i g. 1 d) oder einer äquivalenten Dodekaeder- abriebfesten Werkstoff, beispielsweise Diamant, be-

fläche liegt und unter Einbeziehung eines weite- stehende Abtasterkufe nach einer längeren Benut-

ren Toleranzbereiches von etwa ±15° parallel zungsdauer Abnutzungserscheinungen zeigt und er-

zur speziellen Richtung [ΓΙΟ] (Fig. Id) oder 50 setzt werden muß.

einer kristallographisch äquivalenten Richtung In der Praxis hat sich herausgestellt, daß trotz der

verläuft. Verwendung des verschleißfesten Werkstoffes Dia-

4. Abtasterkufe nach einem der Ansprüche 1 mant mitunter schon nach 15 bis 20 Stunden Bebis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf- triebszeit die Abtasterspitze abgeschliffen ist. Es kante (L) einerseits und die spezielle Richtung 55 würde daher eine Erschwerung des Gebrauchs solcher andererseits einen Erhebungswinkel von etwa Geräte bedeuten, wenn der Benutzer gezwungen 3 bis 10° einschließen. wäre, den Abtaster nach solch verhältnismäßig kurzer

Betriebszeit zu ersetzen. Es ist daher das Bestreben vorhanden, diese Betriebszeit zu verlängern.

60 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

die Abnutzungserscheinungen an der Gleitfläche der Abtasterkufe zu verringern. Besonders liegt der Erfindung aber die Aufgabe zugrunde, bei einem Druck-

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Diamant abtaster der vorher beschriebenen Art die Abnutzung bestehende, zur Rillenführung und Abtastung oder 65 nicht nur an der Gleitfläche der Abtasterkufe, sonnur zur Rillenführung dienende Abtasterkufe für dem auch an der steilen ablaufenden Kante des Abeinen Signalabtaster, der beispielsweise zur Abtastung tasterkörpers zu verringern. Erst die Einhaltung der einer ein breitbandiges Signalfrequenzgemisch dar- Bedingungen geringer Abnutzung an diesen beiden