DE2331538A1

DE2331538A1 - Schneidkopf zum schneiden von videoplatten

Info

Publication number: DE2331538A1
Application number: DE19732331538
Authority: DE
Inventors: Jerome Barth Halter
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-06-20
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1975-01-16
Also published as: DE2331538C3; FR2234112B1; DE2331538B2; FR2234112A1

Description

RCA 66,ο17

Radio Corporation of America, New York, N.Y.,V.St.A. Schneidkopf zum Schneiden von Videoplatten.

Die Erfindung betrifft Schneidköpfe, welche sich zur Ausbildung räumlicher Muster, welche Signale darstellen, auf einem Aufzeichnungsmedium wie einer Platte eignen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Schneidkopf, welcher eine praktisch gleichförmige Auslenkung des Schneidstichels in Abhängigkeit der aufzuzeichnenden Signale über einen relativ weiten Frequenzbereich erlaubt, so dass er sich für die Aufzeichnung auf Videoplatten eignet.

Stand der Technik

Zur räumlichen Aufzeichnung von Signalinformationenjsind Schneidköpfe bekannt, insbesondere auf dem Gebiet der Plattenaufzeichnungen von Schallereignissen. Hierbei wird mit Hilfe eines Schneidkopfes in eine lackbeschichtete Platte ein räumliches Muster entsprechend der Tonsignalinformation eingeschnitten. Von der lackbeschichteten Platte, welche die räumliche Information enthält, wird dann ein Abdruck, beispielsweise in Nickel, angefertigt. Dieser Nickelabdruck weist dann die räumliche Information mit gegenüber derjenigen der lackbeschichteten Platte entgegengesetzten Konturen auf und wird zum Pressen von Schallplatten

409883/0558

beispielsweise aus Vinyl oder thermoplastischem iMaterial- verwendet.

Die bei der Tonaufzeichnung verwendeten uchneidköpfe haben typischerveise einen relativ flachen Frequenzgang bis etv/a 2o KHz, über dieser Grenze treten unerwünschte Resonanzen auf. Solche Köpfe eignen sich für die Aufzeichnung von L'challereignissen mit der tatsächlichen Geschwindigkeit ihres Ablaufes, also mit der tatsächlichen ' bspielgeschwindigkeit, jedoch eignen sie sich nicht für die Aufzeichnung von Videosignalen entsprechend der tatsächlichen Geschwindigkeit, da die Signale eine wesentlich grossere Handbreite haben, nänlich beispielsweise in der Grössenordnung von 4 Iegahertz. Sollen Videosignale mit einem Tonschneidkopf aufgezeichnet werden, dann muss die Videoinformation frequenzmässig so aufbereitet werden, dass die höchste Signalkomponente , also beispielsweise 4 ilegahertz, auf den von deu Schneidkopf verarbeitbaren Frequenzbereich von 2o liilohertz transformiert wird. Diese Frequenztransformation, also 4 iegahertz auf 2o Kilohertz, lässt sich durch photographisehe Aufzeichnung der gewünschten Bild-oder Video-Information auf einen Kinofilm erreichen, der uann mit wesentlich niedrigerer Geschwindigkeit, beispielsweise 1/2oo der üblichen Filmgeschwindigkeit, abgespielt wird, während er elektronisch abgetastet wird und die auf ihm enthaltene Information nit entsprechend herabgesetzter Geschwindigkeit ermittelt wird. Die so gewonnene Signalinformation ist dann in der Frequenz herabgesetzt, so dass die abgenommenen Signal-

409883/0558

irequenzen 1/2oo der tatsächlichen I'requenzwerte betragen, wenn norinale Filmtransport und Abtastyeschwindigkeiten veri.'anüet würden.

■.'ird das Videosignal gegenüber dem tatsächlichen Zeitablauf auf <jtwa 1/2oo verlangsamt und aufgezeichnet, dann dauert die Aufzeichnung einer 3o Minuten-Szene (in Realzeit) etva 1oo stunden. Diese ausserordentlich lange Aufzeichnungszeit ist jedoch unpraktisch und kostspielig für die Herstellung von ι ixt Videoinformation bespielten Platten. Us ist daher wünschenswert, die Aufzeichnungszeit soweit wie möglich herunterzusetzen. Line Verrringerung der Aufzeichnungszeit lässt eich durch eine VeryrüsseruiVj der Bandbreite des Schneidkopfes erreichen. νenn beispielsweise die bandbreite des Schneidkopfes von 2o Kilohertz auf 2oo Kilohertz erhöht wird, dann lässt sich die Aufzeichnungnzeit proportional von 1/2oo der Realzeit auf 1/2o herunterdrücken. Ils ict daher ein Ziel, einen Schneidkopf zu entwickeln, dessen Frequenzbereich so breit wie möglich ist, damit die Aufzeichnungszeit in geeigneter Heise verringert wird.

Die "tesonanzstellen bekannter Schneidköpfe, welche zur Begrenzung ihres Frequenzbereiches dienen, sind zumindest teilweise durch die physikalischen Abmessungen dieser Bauelemente und ihrer Halterungen bedingt. Vvenn die Abmessungen eines solchen Aufbaus die Hälfte bis 1/4 der Wellenlänge der durch sie übertragenen oder an sie angekoppelten Signalinformationen betragen, dann können unerwünschte Resonanzzustände auftreten, welche das ge-

409883/05K8

wünschte gleichferrige Frequenzverhalten der Schneidköpfe bei oder in der Iiähe von ßignalfrequenzen dieser Wellenlänge stören, während eine Verringerung der Abmessungen eines Schneidkopf es ein Anwachsen dieser Resonanzfrequenzen bedingt und damit einen grösseren Frequenzbereich ermöglicht, wird eine Grenze durch die Stabilität des Aufbaues, die VJärmeabstrahlung und die Bewegung des Schneidstichels gegenüber seiner Halterung und Lagerung (und damit eine Begrenzung der Schneidtiefe) für den Aufbau gegeben.

Aufgabe und Lösung der Erfindung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vergrösserung des Frequenzbereiches derartiger Schneidstichel, ohne dass bereits diese Begrenzungen auftreten. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der nachfolgend beschriebene erfindungsgemässe Schneidkopf eignet sich zur Ausbildung von Signale darstellenden räumlichen Mustern in einer Platte mit einem relativ grossen Frequenzbereich, und er v/eist einen Stichelhalter mit einem Basis teil und einem Aufnahmeteil für den Schneidstichel auf. Zwischen dem Stichelhalter und einem Sockel mit einer ersten und einer zweiten, dieser gegenüberliegenden Seite auf verschiedenen Oberflächen ist ein piezoelektrisches .Element rait einer ersten und einer zweiten, dieser gegenüberliegenden Seite festgekoppelt; die erste Seite des piezoelektrischen Elementes befindet sich

409 8-8 3/0558

neben der ersten Seite des Sockels, und die zweite Seite des piezoelektrischen Elementes befindet sich neben deia Basisteil des Stichelhalters. Der Sockel, das piezoelektrische Element und der Stichelhalter sind so ausgebildet, das.s sie einen Aufbau mit antiparallelen Aussenflachen bilden. Ferner sinJ Mittel zur Zuführung eletrischer Signale zum Biezoelement und zusätzliche Mittel zur Befestigung der zweiten Seite des Sockels an einer Montageklammer vorgesehen.

Die Erfindung ist iin folgenden anhand der Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Videoplatten-Schneidkopfes geruäss der Erfindung mit schematisch dargestellten elektrischen Verbindungen und

Fig. 2 eine Ansicht von unten entsprechend den Linien 2-2 in der Fig. 1, wobei die elektrischen Anschlüsse nicht mit dargestellt sind.

Der Schneidkopf 1o enthält einen Schneidstichel 12 aus hartem festen Material, wie Diamant, mit einer Stichelspitze 14. Der Stichel 12 hat einen Schaftdurchmesser, der im Verhältnis zur Schaftlänge so gewählt ist, dass eine gewünschte Festigkeit gewährleistet ist.

Der Stichel 12 ist in einen Stichelhalter 16 montiert, der in der dargestellten Ausfuhrungsform durch einen dreiseitigen

409883/0558

_₆_ 233153g

Pyramidenstumpf gebildet wird. Der Stichelhalter 16 weist ein zentrales ßefestigungsloch 18 auf, in dem der Stichel starr befestigt ist, und ein Basisteil 2o, das, beispielsweise mit Hilfe einer Kombination von leitendem und nichtleitenden Epoxy-Kleber, ein piezoelektrisches element 22 mit einer Fläche ankleben lässt. Der leitende Epoxy-Kleber wird für eine elektrische Verbindung zwischen dem Stichelhalter 16 unddifem piezoelektrischen Element 22 verwendet, während der nichtleitende Epoxy-Kleber dem Aufbau die Festigkeit verleiht. Der Stichelhalter 16 besteht aus einem Material, das relativ unelastisch ist und eine niedrige Dichte hat, wie nachfolgend noch erläutert wird.

Die aufzuzeichnenden, die Information enthaltenden elektrischen Signale werden dem piezoelektrischen Element 22 mit Hilfe elektrischer Verbindungen 38 und 4o zugeführt. Das piezielektrische Element 22 reagiert auf die elektrischen Signale und arbeitet im d_,-Mode, das heißt, der Stichel 12 verschiebt sich in der Richtung des angelegten elektrischen Feldes. Zu diesem Zv/ecke wird das elektrische Feld zwischen die parallelen Flächen 24 und 25 des Elementes 22 in Richtung der gewünschten Bewegung des Stichels 12 angelegt. Das piezoelektrische Element 22 hat zwei Seiten 26 und ist mit dreieckigem Grundriß ausgebildet, so dass es der Form des tragenden Basisteils 28, auf dem es befestigt ist, angeglichen ist. Zwar ist das piezoelektrische Element 22 mit vertikalen Seiten (Fig. 1) dargestellt, jedoch können die Seiten dieses Elementes auch geneigt sein, so dass

409883/05B8

ein ;egelstumpfaufbau entsteht, dessen Γοπη derjenigen des L as is teil r.; 28 ähnlich ist.

Ί/piische piezoelektrische Materialien, welche sich für das 5 leiiont 22 eignen, sind Dlei, Zircontitan-Haterialien, die von der Fimn. Clevite Corporation unter den oezeichnungen L¹ET-S oder i'ZT-4 erhältlich sind. Das Basisteil 28 hat eine überfläche 3o, die mit der parallelen Fläche 25 des Elementes 22 durch eine Kombination von leitendein und nichtleitendem -.-,poxyharz fest gekuppelt ist, wie er für die befestigung des ■ lerientes 22 an; Stichelhalter 16 verwendet vird. Das Basisteil 28 hat eine kegelstumpfförmiye Dreieckspyramide-nform mit einem dreieckigen Querschnitt ähnlicher Form wie die Querschnitte sowohl des piezoelektrischen Elementes 22 als auch des iitichel-.lalters 16.

Der .Schneiukopf wird von eineia ,iontatfetei 1 32 getragen, welches typischerweise aus Aluminium oder t-talil jjesteht und vom ί clineidkopl durch ein Dampfungsmaterial 34 entkoppelt ist, v.'elches sv/isclien de;_;i Basisteil 35 des Sockels 28 und dem "ontage-Leil 32 an jeordnet ist. Das Dämpfunysiaaterial kann aus relativ tlüimen i-cliicitten faltbaren 'laterials bestehen, üie durch Lagen aus i'esLo- "'atürial (etv/a das 'laterial j'apton der Tirr.a 'iUi'ont C(JIjioration) getrennt sind, uie dünnen Schichten des faltbaron iatorials können durch niliconguisuai oder Cellalos^ etv.a Viscoloid der Firma American Viscose Company, Iar'<u3 Hook, Pennsylvania, bestehen. Das DämpfuiVjSiaaterial aju La-sisteil

A09883/Ü5S8

BAD ORiQiNAL

—ö~

des Sockels 28 verhindert Reflexionen von '/eilen innerhalb des Sockels 28, welche von dem piezoelektrischen Element 22 erzeugt v/erden.

Um die Spitze des Stichels 12 ist ein Heizelement 36 gewickelt, welches dabei hilft, die das Signal darstellende Oberfläche in die lackbeschichtete (nichtdargestellte) Platte zu schneiden, indem der Schneidstichel 12 erhitzt wird. L'in elektrischer Leiter 4o ist mit dem Sockel 28 verbunden und führt zusammen mit einem Leiter 38 dem piezoelektrischen Element 22 die erforderlichen elektrischen Signale zu.

Für die dargestellte Vorrichtung eignet sich eine Stichelhalterung 16, welche relativ unelastisch ist (also einen hohen Elastizitätsmodul E hat) und die eine niedrige Dichte ρ hat, damit die Auslenkung des piezolektrischen Elementes 22 über einen weiten Frequenzbereich präzise auf den Stichel 12 übertragen wird. Das Auslenkverhalten des Stichels 12 gegenüber dem Basisteil 2o wird bestimmt durch die Übertragungsgeschwindigkeit einer dem Basisteil 2o erteilten Auslenkung, welche durch das Material der Halterung 16 zum Stichel 12 wandert. Eine hohe /uisbreitungsgeschwindigkeit C im Material der Stichelhalterung 16 erlaubt dem Stichel 12 mit einer relativ hohen Frequenzbewegung deir. Basisteil 2o zu folgen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit C ist durch die Gleichung C =y—p— gegeben. Daher haben Ilaterialien mit einer hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit C ein grosses Verhältnis E zu ρ , also einen

409883/0 558

β™ Q _

hohen Elastizitätsmodul und eine niedrige Dichte. Materialien wie Aluminium, Magnesium, Beryllium oder Saphir sind relativ unelastisch, haben eine niedrige Dichte und zeigen bei einer Verwendung als Stichelhalterung 16 ein gutes übertragungsverhalten. Ein grosser Wert E sorgt für eine starre Kopplung zwischen Stichel und Piezielement.

Um eine maximale Stichelauslenkung bei elektrischer Anregung des piezileketrischen Elementes 22 zu erhalten, muß man die Oberfläche 25 des piezoelektrischen Elementes 22 so stationär wie möglich halten, so dass die parallele Oberfläche 24 praktisch die gesamte Auslenkung wiedergibt. Um die Oberfläche 25 des piezoleketrischen Elementes 22 möglichst ruhig zu halten, soll die Oberfläche 3o des Sockels 28 eine relativ grosse mechanische Impedanz gegenüber der Bewegung des Elementes 22 darstellen. Dies wird erreicht, indem man den Sockel 28 aus einen Material relativ hoher Dichte und relativ hoher

Ausbreitungsgeschwindigkeit C für mechanische Wellen herstellt. Dadurch erhält man eine grosse spezifische mechanische Impedanz χ C. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit C proportional der Quadratwurzel des Elastizitätsmoduls E ist, ist ein Material mit einem hohen Young-Modul E ebenso geeignet wie ein Material mit relativ hoher Dichte . Stahl oder Wolfram sind besonders

zweckmässige Materialien. Zwar lässt sich mit Wolfram eine etwas grössere Bandbreite erreichen, jedoch lässt es sich erheblich schwieriger bearbeiten. Ein Stahlsockel hat sich für ein geeignetes Übertragungsverhalten als ausreichend erwiesen, obwohl andere Materialien, die ziemlich unelastisch sind

4 0 9883/0558

-1ο-

und eine hohe Dichte haben, verwendet werden können.

Die relativ grossen Abmessungen des Sockels 28 gewährfeisten ferner eine gute Wäremabführung für das relativ kleine piezoelektrische Element, so dass der Schneidkopf 1o mit einem relativ hohen oignalpegel betrieben v/erden kann, ohne dass die Depolarisationserscheinungen oder ein thermisches ^:il\eglaufen'' des piezoelektrischen Elementes 22 zu befürchten wäre.

Aus den Figuren 1 und 2 ist ersichtlich, dass die äusseren Oberflächen des zusammengebauten Schneidkopfes von im allgemeinen Dreieckspyramidenform sind, auf diese ./eise v/erden parallele Ausbreitungswege für zwischen Punkten verschiedener Aussenflachen sich ausbreitende wellen vermieden. Daiiit sind die Möglichkeiten nennensv/erter Resonanzen innerhalb des Schneidkopf auf baues bei Frequenzen minimal gehalten, bei denen die halbe oder 1/4 wellenlänge der kich ausbreitenden Wellen gleich oder kleiner als die verschiedenen äusseren Abmessungen des Schneidkopfes sind.

Bei einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel, lieferte der Gehneidkopf 1o ein gleichmässiges Aus lenkungsverhalten des Stichels innerhalb Abweichungen von - 1 dß über einen Frequenzbereich von 2 bis 3oo Kilohertz. Eine an die Leitungen 38 und 4o angelegte konstante Signalspannung führte zu einer Stichelauslenkung bis zu Io Mikrozoll (o,2iju ) von Spitze zu Spitze der Auslenkung gerechnet. Die Stichelhaiterung und der äreiecks-Kegelstumpfförmige Sockel hatten Seitenneigungen von

409883/0558

45° und Winkel an der Grundfläche der Pyramide gemäss Fig. 2 von etwa 56°, während der Winkel an der Spitze der Pyramide 68 betrug. Die Winkel von Sockel, piezoelektrischen Element und Stichelhalterung ergaben einen glatten Übergang, wie dies

be, in Fig. 2 dargestellt ist. Die Stichelhalterung stand aus Aluminium und der Sockel aus kaltgewalztem Stahl. Der Sockel maß über den längsten Schenkel des Lasisteils etwa 2o mm, während das piezoelektrische Element und die Stichelhalterung entlang der längsten Plante des Basisteils etwa 5,6 mm lang waren. Das nachgiebige Dämpfungsmaterial zwischen dem Sockel und dem Montageteil bestand aus zwei Lagen von O₇127 mm dickem Kapton, das mit Viscoloid oder einem ähnlichen Dämpfungsmaterial zusammengesetzt war. Das dreieckige piezoelektrische Element bestand aus Bleizircontitanat mit einer Dicke von 1,27 mm zwischen den parallelen Oberflächen. Die Höhe der Stichelhalterung betrug 1,27 mm und die Höhe des Sockels 3,8 liim. Bei einer den elektrischen Leitern des Schneidkopfes zugeführten Signalspannung von 5oo Volt effektiv reichte der Frequenzbereich bis 38o KHz, eher Resonazen auftraten.

VJenn auch der vorbeschriebene Schneidkopf mit einem praktisch pyramidenförmigen Aufbau beschrieben ist, so ergeben auch andere Aufbauten mit nichtparallelen Seiten ein zufriedenstellendes Übertragungsverhalten. Leispielsweise kann der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Schneidkopf auch etwa konisch ausgebildet sein, wobei jedes seiner einzelnen Elemente einen kreisförmigen statt dreieckigen Querschnitt hat. Schneid-

409883/0558

köpfe konischer Form können bestimmte konstruktive Vorteile bringen, die zu Kosteneinsparungen bei der Produktion führen.

409883/0558

Claims

Patentansprüche

Iy Vorrichtung zur Erzeugung einer Auslenkung eines Schneidstichels' unter Einfluss elektrischer Signale, der sich zur Befestigung auf einem Montageteil eignet, gekennzei chnet durch, einen Sockel (28) mit einer ersten und einer zweiten einander gegenüberliegenden Seiten auf unterschiedlichen Oberflächen, einen Schneidstichel (12), eine einen Basisteil (2o) aufweisende Stichelhalterung (16), welche sich zur Aufnahme des Schneidstichels (12) eignet, ein piezoelektrisches Element (22) mit einer ersten und einer zweiten, einander gegenüberliegenden Seiten (24,25), wobei die erste Seite des piezoelektrischen Elementes neben der ersten Seite des Sockels (28) angeordnet und fest mit ihr gekoppelt it und die zweite Seite des piezoelektrischen Elementes neben dem Basisteil (2o) der Stichelhalterung (16) angeordnet und fest mit ihr gekoppelt ist und der Sockel (28), das piezoelektrische Element (22) und die Stiehelhalterung (16) einen Aufbau mit nichtparallelen Aussenflächen bilden und durch Mittel (38,4o) zur Zuführung elektrischerSignale zum piezoelektrischen Element{22), und schliesslich durch Mittel (34) zur Befestigung der zweiten Seite (35) des Sockels (28) an dem Montageteil (32) .
2. Vorrichtung nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Befestigung der zweiten Seite am Sockel (28) des Montageteils (32) Dämpfungsmaterial(34) aufweisen, welche zwischen die zweite Seite (35) und das Montage-

409883/0558

teil (32) eingefügt ist und eine haftende Kopplung des Sockels (28) an den Montageteil (32) bewirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (28) aus einem Material mit einem relativ hohen Young-Modul und relativ hoher Dichte besteht.
4.Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r ch gekennzeichnet, dass der Sockel (28) aus einem iiateAal wie Stahl oder Wolfram besteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stichelhalterung (16) aus einem Material mit einem relativ hohen Young-Modul einer relativ geringen Dichte besteht.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,.

da durch gekennzeichnet, dass die Stichelhalterung (16) aus einem der Materialien Aluminium, Magnesium, Beryllium oder Saphir besteht.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (28) und die Stichelhalterung (16) dreieckspyramidenstumpfförmig ausgebildet sind und dass das piezoelektrische Element (22) einen dreieckigen Querschnitt hat, wobei die Pyramidenflächen

409883/0558

2331533

von dem Montageteil (32) auf den Schneidstichel (12) zu geneigt sind.
8.Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element (22) eine Dretkspyramidenstumpfform mit zum Schneidstichel (12) zu geneigten Flächen hat.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (28) die Stichelhalterung (16) und das piezoelektrische Element (22) als Kegelstumpfkonus mit auf den Stichel (12) zu geneigten Konusflächen ausgebildet sind.
10.Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zuführung elektrischer Signale zum piezoelektrischen Element (22) einen ersten und einen zweiten elektrischen Leiter (38*4o) enthalten, die mit dem Sockel (28) bzw. mit der Sitchel-

an, halterung (16) verbunden sind, und dasszwischen einandergrenzen-

de Seiten des piezoelektrischen Elementes (22), des Sockels

(28) und der Stichelhalterung (16) elektrisch leitendes Material eingefügt ist.

A09883/0558

4b

Leerseite