DE2840933C2 - Verfahren zur Herstellung eins zylindrischen Grundkörpers eines Nadelträgers für die Abtastnadel eines Tonabnehmers sowie mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellter Nadelträger - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eins zylindrischen Grundkörpers eines Nadelträgers für die Abtastnadel eines Tonabnehmers sowie mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellter Nadelträger

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Grundkörpers eines Nadelträgers für die Abtastnadel eines Tonabnehmers und einen mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellten Nadelträger.
Im allgemeinen müssen die Nadelträger für Tonabnehmer ein geringes Gewicht haben, um die effektive Masse, gesehen von der Spitze einer Nadel, zu vermindern, und müssen auch widerstandsfähig und starr sein, um Teilschwingungen zu vermeiden. Hierzu wurden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt
Ein herkömmlicher Nadelträger für einen Tonabnehmer ist aus einem Rohr aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Um die geforderte Stärke bzw. Widerstandsfähigkeit zu enthalten, muß das Rohr einen großen Durchmesser und eine dicke Wand haben und ist dementsprechend sehr schwer, so daß die effektive Masse eines schwingenden Systems erhöht ist. Um diese Probleme zu lösen, wurde vorgeschlagen, ein aus Titan hergestelltes Rohr zu verwenden, da dies eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit hat, so daß sowohl der Durchmesser wie die Wandstärke vermindert werden können und folglich das Gewicht vermindert werden kann. Jedoch kann sogar mit dem Titanrohr eine ausreichende Festigkeit und Starrheit nicht erreicht werden.
Um eine Nadelspitze anzubringen, wird ein Ende des Auslegers bzw. Nadelträgers flach gedruckt, ein Loch wird durch den abgeflachten Bereich hindurch gebildet, und die Nadelspitze wird unter Zwang in dieses Loch eingepaßt. In diesem Fall wird der Nadelträger erhitzt bzw. ausgeglüht, so daß Festigkeit und Starrheit abnehmen. Um dieses Problem zu lösen, wird der Nadelträger mit der Nadel einem Oxidationsverfahren unterworfen, aber eine befriedigende Festigkeit und Starrheit kann immer noch nicht erreicht werden, da das Oxidationsverfahren nur eine Erhöhung in der Festigkeit und dem Elastizitätsmodul von 10% liefert. Darüber hinaus ist die Steuerung der Oxidation des Nadelträgers schwierig und äußerstenfalls wird der Nadelträger spröde.
Wegen dieser unbefriedigenden Nadelträger zeigen die herkömmlichen Tonabnehmer das sogenannte Ermüdungsverhalten, d. h. ihre Frequenzgangkurve fällt im Bereich zwischen 2 und 10 kHz unterhalb der hohen Resonanzfrequenz l'o (die im allgemeinen zwischen 10 und 40 kHz liegt) ab. So kann keine flache Frequenzkurve erreicht werden. Darüber hinaus sind ihre Übergangscharakteristiken, die den Grad der Spurfolgetreue tn bestimmen, nicht befriedigend.
Um die oben geschilderten Probleme zu lösen, wurden vom Erfinder ausgiebige Untersuchungen und Experimente der Verfahren, ein Metallrohr mit einer Borschicht zu ummanteln, durchgeführt. Ein erfolgreiches Verfahren ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 53 452/1976 beschrieben. Ferner wurde in der weiteren japanischen Patentanmeldung Nr. 58 287/1977 des gleichen Erfinders ein rohrförmiger Nadelträger, der ausschließlich aus Bor hergestellt ist, beschrieben.
Aus der Zeitschrift »Plasmachemie«, Helmut Drost, Berlin 1978 ist die Herstellung von Metallschichten für verschiedene technische Zwecke wie beispielweise in der Elektronik, speziell der Halbleiter-Elektronik, bekannt. Die Metallschichten können dabei mit Hilfe des plasmaelektrischen Metallabscheideverfahrens hergestellt werden, und es können bei Einsatz von Bortrichlorid in einem Wasserstoffplasma nennenswerte Metallabscheidungen in Form von Bor erlangt werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, welches bei einfacher Durchführbarkeit die Herstellung eines Nadelträgers eines Tonabnehmers mit verbesserten Eigenschaften ermöglicht, wobei der Nadelträger insbesondere eine erhöhte mechanische Festigkeit und Starrheit erhalten soll, so daß die Frequenzgangkurve und die Obergangskurve, welche den Grad der Spurfolgetreue bestimmt, erheblich verbessert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß auf den zylindrischen Grundkörper eine Bor-Schicht durch chemische Abscheidung aus der Gasphase bei Unterdruck oder durch chemische Plasma-Abscheidung aufgebracht wird.
Auf diese Weise können Nadelträger mit einem großen Elastizitätsmodulverhältnis auf besonders einfache Weise hergestellt werden.
Die Erfindung schafft schließlich auch einen Nadelträger mit einem zylindrischen Grundkörper für die Abtastnadel eines Tonabnehmers, der dadurch gekennzeichnet ist, daß auf den zylindrischen Grundkörper eine Bor-Schicht durch chemische Abscheidung aus der Gasphase bei Unterdruck oder durch chemische Plasma-Abscheidung aufgebracht ist.
Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger Nadelträger eine besonders hohe mechanische Festigkeit und Starrheit besitzt, so daß die Frequenzgangkurve und die Übergangskurve des Tonabnehmers erheblich verbessert werden können.
Der zylindrische Grundkörper des Nadelträgers besteht in vorteilhafter Weise aus Aluminium, Titan, Tantal, Wolfram. Molybdän, Kupfer, Kohlenstoff, Quarz oder Glas.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Gerätes zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase, das benutzt wird, um ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung von Nadelträgern gemäß der Erfindung auszuführen;
F i g. 2 einen Längsschnitt eines Nadelträgers selbst, der mit der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung hergestellt wurde;
F i g. 3. A und B sowie F i g. 4, A, B und C die Schritte der Herstellung eines Nadelträgers;
Fig.5A bis D die Schritte zum Einsetzen einer Diamantspitze in einen Nadelträger;
F i g. 6 den Frequenzgang eines herkömmlichen Tonabnehmers und eines Tonabnehmers mit einem Nadelträger mit Merkmalen nach der Erfindung;
F i g. 7 eine schematische Ansicht eines Gerätes zur chemischen Plasma-Abscheidung, das zur Durchfüh-
rung eines Herstellungsverfahrens für Nadelträger gemäß der Erfindung benutzt wird;
F i g. 8 einen Längsschnitt eines durch das in F i g. 7 gezeigte Gerät erzeugten Nadelträgers und
F i g. 9 den Frequenzgang eines herkömmlichen Tonabnehmers und eines Tonabnehmers mit einem Nadelträger, der durch das in F i g. 7 gezeigte Gerät erzeugt wurde.
F i g. 1 zeigt schematiscb ein Gerät zur chemischen Abscheidung bei Unterdruck, das ein hohles Reaktionsrohr 1 aus Quarr mit einem Einlaß 3 und einem Auslaß 4, eine Hochfrequenz-Energiequelle 2 von 400 kHz zum Heizen der Atmosphäre im Reaktionsrohr 1, einen Argongas-Behälter 5 zur Lieferung von Argongas, das ein Trägergas ist, einen Bortrichlorid-Behälter 6 zur Lieferung von Bortrichloridgas, das in Bor zerlegt wird, und einen Wasserstoffgas-Behälter 7 aufweist Diese Vorratsbehälter 5,6 und 7 sind durch Nadelventile 8t, 82 und 83 und Durchflußmesser 9t, 92 und 93 mit dem Einlaß 3 des Reaktionsrohres verbunden, so daß eine Mischung aus Argon, Bortrichlorid und Wasserstoff in einem gewünschten Verhältnis in das Reaktionsrohr 1 eingeführt werden kann.
Das Gerät enthält darüber hinaus eine Ölc/iffusionspumpe 10 und eine Öl-Umlaufpumpe 11 nicht nur zur Reinigung des Reaktionsrohrs 1 durch Verbrennen der darin befindlichen Verunreinigungen vor der Erzeugung von Plasma, sondern auch zum Evakuieren des Reaktionsrohres 1, um Plasma zu erzeugen. Die Umlaufpumpe 11 wird durch einen Motor 12 angetrieben. Der Auslaß der Umlaufpumpe 11 steht mit ersten und zweiten Abscheidern 13 und 14 in Verbindung, die mit verflüssigtem Sauerstoff gefüllt sind, um giftige Gase, die in den Auslaßgasen des Reaktionsrohrs 1 enthalten sind, abzuscheiden.
Nachfolgend werden unter weiterer Bezugnahme auf Fig.2 die Stufen zur Herstellung eines Nadelträgers beschrieben. Ein Schiffchen 16 mit einem Aluminiumdraht mit einem äußeren Durchmesser von 0,3 mm wird in dem Reaktionsrohr 1 angeordnet, und dann wird der Einlaß 3 verschlossen.
(In der Praxis wird ein nicht gezeigtes Ventil, das in Reihe mit dem Einlaß geschaltet ist, geschlossen.) Die Pumpen 11 und 12 werden betrieben, um das Reaktionsrohr 1 auf 0,1 bis 10 Torr zu evakuieren. Danach wird der Einlaß 3 (oder das Ventil) geöffnet, um die Mischung aus Argon, Bortricblorid und Wasserstoff in das Reaktionsrohr 1 einzuleiten. Das Verhältnis zwischen Bortrichlorid und Wasserstoff ist 1:10. Argongas wird in das Reaktionsrohr 1 gegeben, um die Konzentration der Gasmischung im Reaktionsrohr 1 so einzustellen, daß die erforderlichen chemischen Reaktionen ablaufen. Nachdem die Gasmischung in das Reaktionsrohr 1 eingeleitet wurde, wird die Hochfrequenzquelle 2 in Betrieb gesetzt, um die Gasmischung in dem Reaktionsrohr 1 auf ungefähr 5000C aufzuheizen. Dann läuft unter vermindertem Druck die folgende chemische Reaktion ab:
2 BCl3 + 3 H2 — 2 B + 6 HCl
D. h„ Bor, das eine Nadelträger-Grundlage oder Substrat ist, wird auf dem Aluminiumgrundkörper 15 abgelagert.
Wie in F i g. 2 gezeigt, wird der Aluminiumgrundkörper 15 mit einer Schicht aus Bor 17 von gleichmäßiger Dicke beschichtet. Das verbleibende Bortrichlorid und HCI sind giftig, so daß sie im flüssigen Stickstoff in den Abscheidern 13 und 14 absorbiert werden, um Luftverschmutzung zu vermeiden.
Anstelle des Aluminiumgrundkörpers kann ein Grundkörper aus Titan, Tantal oder Molybdän verweudet werden. Bei diesen Grundkörpern beträgt die Reaktionstemperatur ungefähr 10000C.
Das so erhaltene Halbfabrikat wird mit einem Diamantschneider oder dergleichen in eine geeignete Länge geschnitten, wie in F i g. 3 (A) gezeigt ist. und eine
ίο Diamantspitze 18 wird sicher daran angebracht, wodurch ein fertiger Nadelträger, wie in F i g. 3 (B) gezeigt, erzeugt wird.
Anstelle des massiven Nadelträgers, der in F i g. 3 (B) gezeigt ist, kann ein hohler Nadelträger geschaffen werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf F i g. 4 beschrieben wird. Nachdem der halbfertige Nadelträger mit einem Diamantschneider oder dergleichen, wie in F i g. 4 (A) gezeigt, auf eine geeignete Länge geschnitten wurde, wird er einer chemischen Ätzung mit einem sauren oder alkalischen Ätzmittel wie HCl unterworfen, um die GrundJege 15 zu entfernen. So wird der hohle Nadelträger 19 selbst, der nur aus Bor !.-/steht, geschaffen, wie in F i g. 4 (B) gezeigt. Danach wird eine Diamantnadel 18 fest verbunden oder eingebettet, wie in F i g. 4 (C) gezeigt. Auf diese Weise wird ein hohler Nadelträger geschaffen.
Um eine Spitze 18 in den rohrförmigen Nadelträger selbst einzubetten, wird ein Einführungsloch oder -löcher 20 für die Nadel durch Bearbeitung mit einem Laserstrahl oder mit elektrischer Entladung, wie in Fig. 5 (A) oder (B) gezeigt, gebildet. Danach wird die Nadel durch das Loch oder die Löcher 20 eingefügt und in den Nadelträger 19 selbst, wie in F i g. 5 (C) oder (D) gezeigt, eingebettet.
Im Vergleich mit herkömmlichen Nadelträgern, die aus Aluminium, Titan, Beryllium, Titanborid oder dergleichen hergestellt sind, weist der erfindungsgemäße Nadelträger ein ausgezeichnetes Elastizitätsmodulverhältnis E/p, wie in Tabelle I gezeigt, auf.
Tabelle I
Material Elasti Dichte ρ Elastizitäts-
zitäts bzw. modulverhäit-
modul E Dichtezahl nis EIp
(kp/mm2) (kp/mm2)
Al 7 400 2.69 2 750
Ti 11 000 4.54 2 420
Be 28 000 1.84 15 200
TiB^ 66 200 4.50 14 710
B 45 000 2.30 19 560
F i s, 6 zeigt den Frequenzgang A eines herkömmlichen Tonabnehmers mit einem Nadelträger, der nur aus Aluminium oder Titan gefertigt ist. und die Frequonzgangkurve B eines Tonabnehmers mit einem röhrenförmigen Bor-Nadelträger gemäß der Erfindung. Man sieht, daß die Kurve A von 5 bis 10 kHz etwas abfällt und die Resonanzfrequenz niedrig wie 2OkHz ist. Im Gegensatz dazu ist die Kurve B flach, und die Resonanzfrequenz ist hoch wie ca. 40 kHz. Demzufolge ist im Hörbereich die Kurve B im wesentlichen flieh.
Anstelle von Aluminium können Grundkörper aus Titan, Tantal. Wolfram. Molybdän, Kupfer, Kohlenstoff, Glas und Quarz benjizt werden. Um den Grundkörper zu entfernen, können jegliche geeignete Ätzverfahren wie das elektrolytische Ätzen verwandt werden. Statt
Bortrichlorid können geeignete Bor-Halogenide, die mit Wasserstoff reagieren und dadurch Bor bilden, benutzt werden.
Wenn Titantetrachlorid zum Borid hinzugefügt wird, findet die folgende chemische Reaktion statt:
2 BCI3 + TiCl4 + 5 H2-TiB: + 10 HCl
und Titanborid wird erzeugt.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung Bor auf der Nadelträgergrundlage oder dem Grundkörper unter vermindertem Druck aufgedampft, so daß die Aufdampfgeschwindigkeit des Bors leicht gesteuert werden kann, insbesondere im Vergleich mit der chemischen Abscheidung aus der Gasphase unter atmosphärischem Druck. Darüber hinaus zeigt der volle oder hohle Nadelträger, der so erzeugt wird, ein sehr hohes Elastizitätsmodulverhältnis, so daß der Frequenzgang und andere charakteristische Kurven beträchtlich verbessert werden können.
F i g. 7 zeigt ein chemisches Plasma-Abscheidungsgerät mit einem Reaktionsrohr 71 aus Quarz mit einem Einlaß 74 und einem Auslaß 75, einer Hochfrequenzquelle 72 zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals von 13.56MHz, wodurch Plasma im Reaktionsrohr 71 erzeugt wird, einer weiteren Hochfrequenzquelle 73 von 400 kHz zum Aufheizen der Atmosphäre innerhalb des Reaktionsrohrs 71, einer Argongasquelle 76. einer Bortrichloridquelle 77 und einer Wasserstoffquelle 78. Diese Quellen sind durch Nadelventile 79i, 792 und 793 und Durchflußmesser 80i, 8O2 und 8O3 mit dem Einlaß 74 des Reaktionsrohrs 71 verbunden, so daß eine Mischung aus Bortrichlorid und Wasserstoff im Verhältnis von 1:10 in das Reaktionsrohr 71 eingelassen werden kann. Argongas wird in das Reaktionsrohr 71 eingeführt, um die Konzentration der Gasmischung innerhalb des Reaktionsrohrs 71 einzustellen, um Plasma darin auszubilden.
Das Gerät weist weiter eine öidiffusionspumpe Si und eine Öl-Umlaufpumpe 82. angetrieben durch einen Motor 83. und Abscheider 84 und 85. deren Funktionen die gleichen sind, wie die der Diffusionspumpe 10, der Umlaufpumpe 12 und der Abscheider 13 und 14. die anderenorts unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben wurden, auf.
Nachfolgend wird die Betriebsweise unter Bezugnahme auch auf F i g. 8 beschrieben. Ein Aluminiumdraht 86 mit einem äußeren Durchmesser von 0,3 mm wird über ein Schiffchen 87 erstreckt, das seinerseits in dem Reaktionsrohr 71 angeordnet wird.
Vor der Zufuhr der Gasmischung aus Bortrichlorid und Wasserstoff zum Reaktionsrohr 71 wird dieses bis auf 0.1 bis 10 Torr evakuiert. Nachdem die Gasmischung in das Reaktionsrohr 71 eingeführt wurde, werden beide Hochfrequenzquellen 72 und 73 angeschaltet, so daß die Gasmischung im Reaktionsrohr 71 bis auf ungefähr 500° C aufgeheizt wird und das Hochfrequenzfeld erzeugt werden kann. Dann werden sowohl das Bortrichloridgas und das Wasserstoffgas in positive Ionen und in Elektronen ionisiert, so daß ein hoehenergiereiches Plasma geschaffen wird. Positive Ionen großer Energie verursachen die Ablagerung von Bor auf dem Aluminiumdraht 76, der der Grundkörper eines Nadelträgers ist. Der Vorgang der chemischen Abscheidung aus der Gasphase beim Plasma ist für die Abscheidung von Bor noch nicht geklärt so daß hier keine weitere Beschreibung davon gegeben werden soii.
Wie in Fig.8 gezeigt, wird der Aluminiumdraht 86 mit einer Borschicht 88 von gleichmäßiger Stärke beschichtet. Das verbleibende Bortrichlorid und HCI sind giftig, so daß sie in den Abscheidern 84 und 85 abgeschieden werden, um Luftverschmutzung zu vermeiden. Anstelle des Aluminiumdrahtes können Titandraht, Tantaldraht. Molybdändraht usw. benutzt werden. Bei diesen Drahtarten ist die Reaktionstemperatur ungefähr 1000- C.
Die Schritte zur Erzeugung eines Nadelträgers für einen Tonabnehmer durch Anbringen oder Einbetten
ίο einer Diamantspitze wurde im einzelnen unter Bezugnahme auf die F i g. 3 bis 5 oben beschrieben.
Im Vergleich mit den herkömmlichen Nadelträgern aus Aluminium, Titan, Beryllium und Titanborid weist der so erhaltene Nadelträger gemäß der Erfindung eiiien ausgezeichneten Elastizitätsmodul fund ein ausgezeichnetes Elastizitätsmodulverhältnis EIp wie in Tabelle II unten gezeigt auf.
Der Tonabnehmer mit dem Nadelträger gemäß der Erfindung zeigt ebenfalls die ausgezeichnete charakteristische Frequenzkurve B in F i g. 9 im Vergleich mit der charakteristischen Frequenzkurve A eines herkömmlichen Tonabnehmers.
Wie oben im einzelnen beschrieben, wird durch chemische Plasma-Abscheidung aus der Gasphase Bor auf einem Grundkörper oder einem Draht unter den hohen Energien positiver Ionen abgeschieden, so daß die Borschicht sehr hart, sehr stark und sehr starr ist. So treten Rißbildungen, Absplitterungen oder Brüche am Nadelträger praktisch nicht auf. Darüber hinaus können Materialien mit einem relativ geringen Schmelzpunkt als Grundkörper oder Draht benutzt werden, und das Verfahren gemäß der Erfindung ist für eine Massenproduktion von Nadelträgern geeignet, so daß die Tonabnehmer mit geringeren Kosten hergestellt werden können. Darüber hinaus können die Frequenzkurve und andere charakteristische Kurven bedeutend verbessert werden.
Tabelle Il Elasti Dichte μ Elastizitäts
Material zitäts bzw. modulverhält
modul E Dichtezahl nis £7p
(kp/mm2) (kp/mm2)
7 400 2,69 2 750
Al 11 000 4,54 2 420
Ti 28 000 1,84 15 200
Be 66 200 4,50 14 710
TiB2 45 000 2,30 19 560
B
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Grundkörpers eines Nadelträgers für die Abtastnadel eines Tonabnehmers, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zylindrischen Grundkörper eine Bor-Schicht durch chemische Abscheidung aus der Gasphase bei Unterdruck oder durch chemische Plasma-Abscheidung aufgebracht wird.
2. Nadelträger, hergestellt mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Grundkörper (15) aus Aluminium, Titan. Tantal, Wolfram. Molybdän, Kupfer, Kohlenstoff, Quarz oder Glas hergestellt ist
DE2840933A 1977-09-20 1978-09-20 Verfahren zur Herstellung eins zylindrischen Grundkörpers eines Nadelträgers für die Abtastnadel eines Tonabnehmers sowie mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellter Nadelträger Expired DE2840933C2 (de)

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