DE2432974A1

DE2432974A1 - Tonarm

Info

Publication number: DE2432974A1
Application number: DE2432974A
Authority: DE
Inventors: Hirotake Kawakami; Heitaro Nakajima; Shiyokichi Tatara
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-09
Publication date: 1975-01-30
Also published as: FR2237262A1; US3918722A; NL181825B; AU7075274A; FR2237262B1; NL7409022A; GB1477011A; DE2432974C2; NL181825C; IT1019705B; CA1023670A

Description

It 2948

SONY COEPORAiDION Tokyo, Japan

Tonarm

Die Erfindung betrifft einen Tonarn.

Es ist bereits ein Tonarm "bekannt, der nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 nälier erläutert wir-d. Dieser Tonarm besteht-aus einen Aluminiuiarohr und weist den ITachteil auf, daß die Ka.sse des ge3anten Tonabnehniersysteris relativ groß ist und somit die Gleichförmigkeit des Systems bei einer Verbiegung der Platte nicht zufriedenstellend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugimnde, einen Tonarm zu schaffen, der geringes Gewicht und große Steifheit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein stabförmiges Element aus einer Kohlenstoff-!Faser, welche durch ein Bindemittel verfestigt ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Der erfindungsgemäße Tonarm "bestellt vorteilhafterweise im wesentlichen aus einer Kohlenstoff-Faser und eignet sich zur Verwendung "bei Schallplattenspielern.

Der erfindungsgemäße Tonarm, weist zur Erzielung einer vorbestimmten Steifheit eine geringe Masse auf.

Die Resonanzfrequenz des Tonarms kann einen vergleichsweise großen Wert aufweisen, so daß die Grenzfrequenz . für den unteren Wiedergabe-Tonbereich.groß gewählt werden kannj auf diese Weise wird die Urzeugung von Störungen "bzw. Geräuschen aufgrund einer Platten-Verbiegung oder -üSczentrizität vermieden. . - ■

Dea? Tonarm ist weiterhin derart ausgebildet, daß im Hinblick auf eine Betrachtung als physikalisches Pendel seine Periode klein und die Gleichförmigkeit bzw. Konformität bei einer Plattenverbiegung gut ist. Die Kohlenstoff-Fasern können Vorzugspreise maschenförmig gewoben werden, damit die Steifheit des Tonarms erhöht wird. Gemäß einem Verfahren zur Herstellung des Tonarms kann schließlich ein eine Abbiegung festlegender Winkel leicht eingehalten werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: .

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines bekannten Tonarms,

Fig. 2 eine Seiten-QuerSchnittsansicht eines erfindungsgemäßen Tonarms,

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Fig. 3 eine grafische Darstellung der Freqüenzkennlinie eines konventionellen -und eines erfindungsgemäßen Tonarms,

Fig. 4-- eine schematische Perspektivansicht eines Herstellungsverfahrens für den Tonarm gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht von vor-. imprägnierten Bögen aus einer Kohlenstoff - Faser gemäß Fig. 4-,

Fig. 6 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung des Tonarms gemäß Fig. 2, in vergrößertem Maßstab,

Fig. 7 eine schematische Vorderansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Tonarms, wo"bei der letzte Verfahrens schritt ausge- " führt wird, und

Fig. 8 und 9 im Schnitt gehaltene Seitenansichten weiterer Ausführungsformen eines Tonarms.

Der Aufbau einer-Tonabnehmereinheit eines Platten spielers ist in Fig. 1 dargestellt. Mit 1 ist ein Tonabnehmer, mit 2 die Plattenspieler-Nadel, mit 3 ein Gehäuse, mit 4 ein Tonarm, mit 5 ein Adapter, mit- 6 ein Gewicht und mit 7 e:m Drehpunkt bzw. Drehgelenk des Tonarms 4 bezeichnet.

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Bei einer Tonabnelinereinheit stellt der Tonarm 4 einen großen ialrbor als Wiedergaoeelenent für den Plattenspieler dar.

Air; Beispiel wird- das Tonabnehmersysten naclistehend hinsichtlich des Bereichs niedriger Töne betrachtet. Setzt nan für die ilquivalenzmasse des Tonarms einschl. des Tonabnehmers 1 m, und für die Aquivalenzsteifheit eines Ilalteteils der Anordnung Sb, wobei Sb « 1/Cb, ,so ergibt sich die Arm-Resonanzfrequenz und somit die Grenzfrequenz f-r für den Fiederton-Bereich zu

fr. = ==r (D

U. Gb

Die Grenzfrequenz f_T hängt von der Iquivalenzmasse m, des Tonarms ab.

Bekanntlich soll der beste Wert für die Arm-Resonanzfrequenz f-r im allgemeinen bei Ϊ0 Hz zwischen der Rausch- oder Geräusch-Frequenz aufcrund eines Erunmwerdens bzw. "Verbie^ens oder der Exzentrizität der Platte und einer Cxeräuschfrequenz aufgrund der Vibration des Plattenspielermotors liegen.

Als Tonarm 4- wurde bisher ein aus Aluminium hergestellter Tonarm verwendet, der durch Ziehen hohl ausgebildet ist. Dieser aus Aluminium hergestellte Tonarm nuß in gewissem Umfang eine große Masse aufweisen, damit eine vorbestiinmte Steifheit eingehalten wird; die Äquivalenzmasse des Tonarms wird daher relativ groß und reduziert die Arm—Resonanzfrequenz fy auf einen extrem niedrigen

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Tonbereich, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Hz. Aus diesem Grund wird bei dem herkömmlichen Tonabnehmersystem mit einem derartigen Tonarm ein Rauschen aufgrund eines Verbiegens oder einer Exzentrizität der-Platte erzeugt, infolgedessen die Tonqualität in unteren bzw. niedrigeren Tonbereich nicht gut genug is

t.

Andererseits wird das in l^r'ig. 1 dargestellte Tonabnehmer syst em im allgemeinen als physikalisches Pendel betrachtet, welches in Pachtung dor Dicke ö_er Aufnahnieplatte schwingt; die Periode T (sek) eines Musters bzw. Hodells ergibt sich zu

T = 27Γ / J^r- (2)

In der Gleichung 2 ist K(g) die statische Hasse des gesamten Tonabnehriei'systeiis, I (g«cm^) das Trägheitsmoment um den Drehpiinkt, h (cm) der Abstand zwischen dem Schwerpunkt und dem Drehpunkt und g (cm/sek ) die Schwerebeschleunigung. Setzt man den Hadeldruck zu ¥ (g) und den Abstand zwischen der Nadelspitze und dem Drehpunkt zu L (cm), erhält man die Gleichung h = WL/M. Wenn der Trägheitsradius um den Schwerpunkt als k (cm) bezeichnet wird, ergibt sich die Gleichung I=M (k² + h²) und die Periode T der Gleichung (2) kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

,•λ 2

k² + (VL/M)

T = 27£ / — (3)

gWL/M

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ITiinmt man nunmehr an, daß zwei Tonabnehmersysteme bestehen und der ITadeldruck ¥ und der Abstand L zwischen der Nadelspitze -und dera Drehpunkt bzw. Drehgelenk für beide Tonabneimersysteme gleich sind, während sich jedoch die geseilten statischen Massen voneinander unterscheiden" und tiit EL bzw. Mp bezeichnet werden, ergibt sich das Verhältnis zwischen den beiden Perioden T* vnd. Tp aus Gleichung (3) folgendermaßen:

In vorstehender Gleichung bedeuten k^, und kp jeweils die 2adien der Trägheitskräfte uja den Schwerpunkt jedes Systems. Da in diosen Pail k^ S^ ^UjM^ T-JLZMp soxiie k. = k_? cind, kann folgende

Gleichung erhalten werden:

(5)

Wenn somit die Arbeitsweise des Tonabnehiaersystems als Pendel betrachtet wird, so ist dessen Periode T der Quadratwurzel der statischen Masse M des gesamten Systems proportional; je kleiner die Masse M des ge-■ samten Systems ist, um so kleiner ist demnach die Periode T, weshalb damit die Gleichförmigkeit aufgrund eines Verziehens bzw. Verbiegens einer Platte verbessert wird.

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Ein herkömmlicher Tonarm Gesteht jedoch aus einem Aluminiumrohr, wie dies oben erläutert wurde; da somit in gewissem Umfang eine große Masse notwendig ist, um eine vorbestimmte Steifheit zu erhalten, wird die Masse M des gesamten Systems relativ groß und auch die Periode T wird groß, infolgedessen die Gleichförmigkeit "bzw·. Konformität aufgrund einer Yerbiegung einer Platte nicht zufriedenstellend verbessert wird.

Nachfolgend wird nunmehr die Erfindung unter Bezugnahme auf die Pig. 2 bis 9 näher erläutert.

In Fig. 2 ist ein stabfömirer Tonern 14 gemäß der Erfindung; dargestellt, der aus Kohlenstofffasern hergestellt ist, die durch, Verv;er.dung eines in Warne aushärtbaren Kunstharzes, beispielsweise Phenol, Polyester, Epoxydharz od. dgl. als Bindemittel integriert vorhanden bzw. ausgebildet sind. Der Tonarm 14 weist an seinem einen Ende einen Abschnitt 14a auf, welche:: aufgrund einer seitlichen Abbiegung einen Winkel θ bildet. Das in Wärme aushärtbare Kunstharz wird den Kohlenstoff-Pasern zugegeben, d.h. die Kohlenstoff-Pasern werden mit dem Kunstharz imprägniert, und zwar mit etwa 30 bis 40 Gew.-% gegenüber den Kohlenstoff-Pasern, um dann unter Wärme und Druck geformt zu werden. Der Herstellungsprozeß des Tonarms wird nachstehend näher erläutert.

Die-Kohlenstoff-Paser, die unter Verwendung des in Wärme aushärtbaren Kunstharzes als ein Teil hergestellt wird, hat ein longitudinales Elastizitätsmodul

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von etwa 14000 Eg/mm. , welches etwa zweimal so groß

ist wie das Hodul von Aluminium. (7OOO Eg/mm ), sowie ein spezifisches Gewicht von etwa 1,2, das im wesentlichen dem 2,3-ten Teil des spezifischen Gewichts des Aluminiums (2,7) entspricht.

Auch wenn der Querschnitt des erfindungsgemäßen Tonarms 14 gleich dem eines konventionellen Tonarms aus Aluminiumrohr ist, ergibt sich, daß die Steifheit gegenüber derjenigen des herkömmlichen Tonarms wesentlich größer ist und daß ferner die Torsionsbeständigkeit des Armschaftes erhöht wird, währenddessen die Äquivalenzmasse relativ herabgesetzt wird.

Da somit die Äquivalenzmasse des erfindungsgemäßen Tonarms 14 in der oben beschriebenen Weise klein ist, kann die Arm-Resonanzfrequenz oder die Grenzfrequenz f-r des unteren Tonbereichs erhöht werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß bei "Verwendung eines Tonabnehmers mit reziproker Steifigkeit die Resonanzfrequenz f-r des konventionellen, aus Aluminiumrohr bestehenden Tonarms niedriger als 10 Hz liegt, wie dies in 3?ig. 3 durch die Kurve 8 dargestellt ist; die Resonanzfrequenz f-r des erfindungsgemäßen Tonarms 14 kann jedoch bei etwa 10 Hz zwischen der Stör- oder Geräuschfrequenz aufgrund einer Verbiegung oder Exzentrizität der Aufnahmeplatte und der Störfrequenz aufgrund der Schwingung des Plattenspieler-Motors liegen, wie dies vorstehend erläutert wurde. Demzufolge wird bei dem erfindungsgemäßen Tonarm weder, die Störung aufgrund der Verbiegung oder Exzentrizität der Aufnahmeplatte auftreten, so daß die Tonqualität im unteren Ton-

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"bereich, verbessert werden kanu. Da ferner die Äquivalenzmasse des erfindungsgemäßen Tonarms ganz klein gehalten werden kann, wird die Hasse des gesamten Tonabnehmersystems ebenfalls klein und die Periode T bei einer Betrachtung als physikalisches Pendel wird aufgrund der Gleichung (5) klein, wodurch die Konformität bzw. Gleichförmigkeit aufgrund einer Verbiegung der Aufnahmeplatte verbessert wird.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Tonarms 14 mit dem seitlichen Abbiegewinkel 0 gemäß Pig. 2 unter Bezugnahme auf die Pig. 4- bis 7 "beschrieben.

Wie in Pig. 4 dargestellt ist, wird eine Vielzahl von vorimprägnierten Blättern bzw. Bögen oder Elementen aus Kohlenstoff-Paser um einen hitzbeständigen flexiblen Dorn 16 gewunden; die Bögen bzw. Elemente 15 sind hierbei jeweils in Längsrichtung der Paser angeordnet und mit beispielsweise Epoxydharz imprägniert. Der Dorn 16 ist beispielsweise aus Silikongummi hergestellt und bildet zusammen mit den Elementen 15 ein Rollenglied 17 (Pig. 6). Es werden somit mehrere Bögen"15 aus Kohlenstoff-Paser verwendet, beispielsweise Bögen 15s-₅ 15"b "⁰¹¹CL 15c» deren Kohlenstoff-Pasern sich hinsichtlich der Längsrichtung voneinander unterscheiden, wie dies in Pig. 5 dargestellt ist. Ersichtlicherweise wird die Steifheit durch die Kombination dieser Bögen groß, wobei die Längsrichtungen der Pasern dieser Bögen voneinander verschieden sind und infolgedessen die Scherkraft des aus mehreren Blättern bzw. Bögen bestehenden Elements vergrößert werden kann. Es können beispielsweise drei

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Bögen verwendet werden, jedoch können auch mehr als drei Bögen in der Praxis übereinander geschichtet werden. Die um den Dorn "16 herumgelegten Bögen 15 "bilden das Rollenglied 17, welches zwischen einer oberen und einer unteren Metall-Form 18 und 19 gemäß Fig. 6 angeordnet wird. Die "beiden Metall-Formen 18 und 19 sind jeweils mit einer inneren Fläche versehen, die J-förmige konkave Rillen 13a und 19a aufweisen; das Sollenglied 17 wird beispielsweise in die konkave Rille. 19a der unteren Metall-Form 19 eingelegt. Anschließend v/erden die beiden Metall-Formen 13 und 19 nit einen geeigneten Druck zusammengepresst, wobei die obere Form 13 auf die untere Form aufgelegt wirdj gleichzeitig wird das Eollenglied durch Heizelenente 20 und 21 erwärmt. Wenn als Bindemittel für die Kohlenstoff-Fasern ein Epoxydharz ver-

wendet wird, liegt der Druck bei 10 Kg/cm und die Heiztemperatur bei 170⁰G; die Erwärmung unter Druck wird 30 Minuten lang ausgeführt.

Der Dorn 16 wird schließlich aus der von der oberen Metall-Form und der unteren Metall-Form 18 "bzw. 19 gebildeten Einheit herausgezogen, wobei der Dorn 16 in dem vorgenannten Verfahrens schritt überlappt "bzw. umgeben und " erwärmt wird, wie dies in Fig. 7 angedeutet ist. Somit verbleibt nur eine 'gefestigte, stabförmige Kohlenstoff-Faser in der Innenseite und zwischen den beiden Metall-Formen 13 und 19· Anschließend werden die obere und untere Metall-Form und 19 voneinander entfernt und es ergxbt sich, ein J-förmiges Rohr. Der Stab wird schließlich, "bei einer Temperatur von 170°0 für etwa 2 Stunden weiter ausge-

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glüht "bzw. vergütet, damit dessen thermische Widerst andseigenschaf ten und periodische Inderungeneigenschaften verbessert xverden. Mit dem vorstehend "beschriehenen Verfahren kann der in Fig. 2 dargestellte stabförmige !Tonarm 14· erhalten werden.

In der o"ben erläuterten Anordnung sind die Längsrichtungen der Fasern ersichtlicherweise in einer Axialrichtung zum stahförmigen Glied oder in diese Axialrichtung kreuzenden Richtungen angeordnet. Außerdem können die Fasern zuvor in eine netzförmige Gestalt gewohen werden.

Ersichtlicherweise kann ein Tonarm mit S-Form oder auch mit anderen Formen leicht hergestellt werden, was von der Form der konkaven EiIlen an der Innenseite der Metall-Formen abhängt.

In Fig. 8 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, wo"bei mit 30 ein Tonarm "bezeichnet ist. Bei diesem Ausführungsheispiel ist an der Oberfläche eines Aluminiumrohres 31 mit geringer Stärke eine Kohlenstoff-Faser-Schicht 32 ausgebildet, die durch ein in Wärme aushärfbares Kunstharz, "beispielsweise Epoxydharz, verfestigt ist. Auch in diesem Fall werden eine Vielzahl von Kohlenstoff-Faser-Bögen auf die Oberfläche des Aluminiumrohrs 31 aufgeschichtet, wo"bei die Fasern in einer Axialrichtung oder in diese Axialrichtung kreuzenden pLXchtungen angeordnet "bzw. ausgerichtet sind. Dieser Tonarm 30 ist hinsichtlich seiner Akustik der gleiche wie der oben "beschriebene Tonarm. OtgJ-eich zur Zeit die Kohlenstoff-Faser im Vergleich

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zu Aluminium teuer ist, läßt sich der ionarm durch Verwendung einer geringen Menge an Kohlenstofffasern billig herstellen.

-o

Die Pig. 9 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Tonarms, der hier mit 40 bezeichnet ist. Der Tonarm 40 weist keine hohle Form auf, sondern ist aus Kohlenstoff-Fasern und Kunstharz länglich, und massiv ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, einen sehr schlanken Tonarm herzustellen. Der Tonarm 40 kann ferner derart hergestellt sein, daß die Kohlenstoff-Faser in feine Teile eingeschnitten ist, beispielsweise in eine ZsJiI von Einzelteilen mit beispielsweise einigen Millimetern; es wird ein aushärtbares Kunstharz hinzugegeben, damit der Eeiz-Preß-Fornvorgang oder ein Spritzverfahren ausgeführt werden kann.

Ersichtlicherweise kann der Tonarm anstelle seiner stabfömigen Gestalt, wie sie in den Fig. 2, 8 und 9 dargestellt ist, auch andere kreisförmige Querschnitte sowie andere Querschnitte umfassen.

Der erfindungsgemäße Tonarm weist jedoch vorzugsweise die Form eines /Stabelements aus Kohlenstoff-Faser auf, die mit Hilfe eines Bindemittels verfestigt ist. Zur Herstellung eines derartigen Tonarms wird ein vorimprägnierter Bogen aus Kohlenstoff-Faser um einen flexiblen Dorn gewunden und zwischen einer oberen und einer unteren Metall-Form eingesetzt. Die beiden Formen werden dann in eine sich überdeckende Anordnung verbrac ht und schließlich einem Druck sowie einer Wärme

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ausgesetzt. Der Dorn wird schließlich während
des Heizvorganges herausgezogen mid schließlich werden die o"bere und untere Hetall-xorn voneinander entfernt und der verfestigte "bzw. festgewordene Tonarm kann entnommen werden.

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Claims

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Patentansprüche

Tonarm gekennzeichnet durch ein stabförmiges Element aus einer Kohlenstofffaser, welche durch ein Bindemittel verfestigt ist.
2. Tonarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein in Wärme aushärfbares Kunstharz ist.
3· Tonarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-iaser die Axialrichtung des sta"bförmigen Elements kreuzt.
4. Tonarm nach wenigstens einem der Ansprüche 1 his 3r dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil aus einer ITaser "besteht, deren Längsrichtung in Sichtung des sta"bförmigen Elements liegt,. sowie 8.US einera 'Teil, dessen Paserrichtung in einer zur Paserriciitung des ersten Elements unterschiedlichen Siclittmg ausgerichtet ist, und daß Leide Elemente übereinander geschichtet sind.
5· Tonarm nach wenigstens einen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stab-

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förmige Element einen hohlen Bereich aufweist.
6. Tonarm nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stabförmige Element an einem seiner Enden einen umgebogenen Abschnitt aufweist, wobei dieser Ab schnitt um einen Winkel 0 umgebogen ist.
7. Tonarm nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Faser mit dem Bindemittel an der Oberfläche eines Metallrohrs vorgesehen ist.
8. Tonarm nach Anspruch 75 dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Faser in Maschenform schichtweise aufgetragen ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Tonarms nach wenigstens einen der vorangehenden Ansprüche, wobei ein vorimprägnierter Bogen aus Kohlenstoff-Faser um einen flexiblen Dorn gewunden und der mit dem Bogen umgebene Dorn in eine obere oder untere Metall-Form eingelegt wird, wonach die obere und. untere Metall-Form in gegenseitiger Überdeckung unter Druck und Wärme zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn aus den Formen während des Heizvorganges herausgezogen wird und daß die obere und untere Metall-Form zur Entnahme eines verfestigten Tonarms voneinander entfernt werden.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeicnnet, daß eine Tielzahl von vorimprägnierten Bögen aus einer Kohlenstofffaser übereinander angeordnet werden.

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