DE2933434C2

DE2933434C2 - Tonkopfgehäuse für Tonarme von Plattenspielern sowie Verfahren zur Herstellung der Tonkopfgehäuse

Info

Publication number: DE2933434C2
Application number: DE19792933434
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Tokio/Tokyo Arai; Tsunehiro Tsukagoshi; Shinichi Yokozeki; Toshikazu Yoshino
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1978-08-18
Filing date: 1979-08-17
Publication date: 1985-10-10
Also published as: DE2933434A1

Description

Die Erfindung betrifft Tonkopfgehäuse für Tonarme von Plattenspielern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung solcher Tonkopfgehäuse.

Bei Tonarmen für Plattenspieler ist es erwünscht, deren Masse zu verringern und die Nachgiebigkeit eines Schwingungssystems zu vergrößern, um die Spurhaltigkeit des eigentlichen Tonabnehmers (Nadel und mechanisch/elektrischer Wandler zu verbessern.

Mit der Nachgiebigkeit des Tonabnehmers bzw. eines Schwingungssystems wird die Resonanzfrequenz im niedrigen Bereich entsprechend der Nachgiebigkeit des eigentlichen Tonabnehmers und der äquivalenten Masse des Tonarms (einschließlich des eigentlichen Tonabnehmers) an der Nadelspitze derart herabgesetzt, daß häufig Störgeräusche infolge Verziehung oder Exzentrizität einer Platte abgetastet werden. Das heißt, die vergrößerte Nachgiebigkeit hat ein vermindertes Signalrauschverhältnis zur Folge. Es ist daher erforderlich, die Resonanz im niedrigen Bereich in einen unschädlichen Bereich einzustellen, im allgemeinen einem Bereich von 10—15 Hertz, und die äquivalente Masse an dei Nadel gering zu halten.

Zum Vermindern der äquivalenten Masse an der Nadelspitze werden gewöhnlich Bestandteile des Tonarms, wie rohrartiger Arm und Tonkopfgehäuse, im Gewicht vermindert. Bauteile mit reduzierter Wandstärke für geringeres Gewicht haben eine geringe Steifigkeit, die ihrerseits das Auftreten unerwünschter Erscheinungen, wie partielle Vibration ermöglicht und dadurch die Tonqualität herabsetzen. Um rohrartige Arme und Tonkopfgehäuse von geringem Gewicht und der gewünschten Steifigkeit zu erhalten, sind Werkstoffe mit hohem spezifischem Elastizitätsmodul erforderlich.

Gemäß dem Stand der Technik bei der Herstellung rohrartiger Arme und Kopfgehäuse werden Aluminium und Titan verwendet, weil sie einen relativ hohen Elastizitätsmodul haben. Die Verwendung von Tonabnehmern größerer Nachgiebigkeit erfordert jedoch, daß die rohrartigen Arme und Kopfgehäuse aus einem Werkstoff hergestellt werden, der einen höheren spezifischen Elastizitätsmodul hat als Aluminium und Titan.

Aus Faserkohle hergestellte rohrartige Arme und Tonkopfgehäuse sind bekannt. Faserkohle selbst hat einen ausreichend hohen spezifischen Modul, läßt sich jedoch nicht ohne Binder zu Bauteilen formen. Gewöhnlich wird jf Kunststoff zum Binden tier Faserkohle verwendet. Die Zugabe von Kunststoffbinder zu Faserkohle vermindert

60 jedoch den spezifischen Elastizitätsmodul auf eine Größe, die gleich oder geringer als die von Aluminium und Titan ist. Aus diesem Grunde ist das Faserkohle-Verbundmaterial als Werkstoff für rohrartige Arme und Tonkopfgehäuse nicht befriedigend.

Um ein Tonabnehmersystem zu erhalten, welches ein geringes Gewicht und großen Eigenverlust aufweist, ist es bereits bekannt, ein Tonkopfgehäuse gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 auszubilden. Das Tonabnehmersystem umfaßt dabei eine Stütz- oder Haltefläche eines eigentlichen Tonabnehmers, die an einem Ende eines gelenkig gelagerten Tonarms angeordnet ist. Die Stütz- oder Haltefläche bildet damit ein Tonkopfgehäuse. Um dem Tonabnehmersystemträger die gewünschten Eigenschaften zu geben, weist er ein aus Kunststoffasern und Kunstharz bestehendes Element auf. Die Kunststoffasern sind zerschnitten und in einen mit

Wärme aushärtbaren Kunstharz eingebettet Insbesondere können Kohlenstoffasern aus einer Vielzahl von langen Fasern bestehen und in der Form einer Platte parallel zueinander ausgerichtet sein (DE-OS 24 35 191). Die Fasern sind also durch eine bevorzugte Längsausdehnung gekennzeichnet und besitzen eine Vorzugsrichtung innerhalb einer Ebene parallel zu einer Oberfläche der Platte, aus der wenigstens ein Element des Tonabnehmersystems besteht Infolge dieser Vorzugsrichtung der Kohlenstoffasern hängen die Eigenschaften des Tonabnehmersystems von der Ausrichtung der Fasern in dem jeweiligen Element des Tonabnehmersystems ab, d. h. davon, in welcher Orientierung die vorgeformte Platte mit den parallelen Fasern zu dem Endprodukt, welches das Element des Tonabnehmersystems darstellt, verarbeitet wird.

Ähnliches gilt für einen bekannten Tonarm, dessen rohrartiger Körper aus flachen dünnen Platten und Bögen hergestellt wird, die aus nebeneinanderliegenden Kohlenstoffasern bestehen (DE-OS 26 41 604). Die Kohlenstoffasern sind mittels eines Epoxydharzes miteinander verbunden. Auch bei diesen Tonarmen ist die tatsächliche Orientierung der Kohlenstoff- oder Graphitfasern in einer Richtung parallel zur Oberfläche für die mechanischen und akustischen Eigenschaften des Tonarms von Belang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tonkopfgehäuse der eingangs genannten Gattung aus einem Verbundwerkstoff von geringem Gewicht und hohem spezifischem Elastizitätsmodul so auszubilden, daß dieses gleichmäßigere Festigkeitseigenschaften besitzt.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung des Tonkopfgehäuses mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch den Einsatz flockenförmiger Gra ohitpartikel, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Tonkopfgehäuses in einem thermoplastischen Kunststoff ausgerichtet sind, können aus diesem Verbundwerkstoff Tonkopfgehäuse mit gleichmäßigen Verformungseigenschaften und damit gleichmäßigem Schwingungsverhalten hergestellt werden. Die Orientierung des Verbundwerkstoffes zu der Form des Tonkopfgehäuses ist somit unkritisch. Daraus ergibt sich auch eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung.

Das Ausrichten der flockenförmigen Graphitpartikel bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes kann in verschiedener Weise erfolgen, vorzugsweise jedoch durch Auswalzen des gekneteten Gemischs nach Anspruch 9. — In der Platte sind die flockenförmigen Graphitpartikel parallel zu der Oberfläche der Platte ausgerichtet, haben aber im übrigen keine Vorzugsrichtung. Die in dieser Weise ausgerollte Platte wird anschließend zu dem Tonkopfgehäuse geformt.

Die mechanischen Eigenschaften des Tonkopfgehäuses können noch verbessert werden, wenn der Verbundwerkstoff wenigstens an der Oberfläche des Tonkopfgehäuses oxidiert ist. Darüber hinaus kann der Verbundwerkstoff vorteilhaft karbonisiert sein.

Weitere vorteilhafte Merkmale des Verbundmaterials, aus dem das Tonkopfgehäuse gefertigt wird, sind in den Ansprüchen 3—8 angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch ein Gemisch von Graphitpartikeln in Kunststoff eingebettet;

Fig.2 einen Teilschnitt durch eine Platte eines Verbundmaterials, worin Graphitpartikel innerhalb einer Kunststoffmasse ausgerichtet sind;

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Tonkopfgehäuses gemäß der Erfindung;

F i g. 4 und 5 Schnitte nach den Linien IV-IV der F i g. 3; und

F i g. 6 schematisch eine Ansicht eines Tonarmsystems.

Zu den hier verwendeten thermoplastischen Kunststoffen gehören Polyvinylchlorid, Polyvinyldenchlorid, Vinylchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisate, Vinyldenchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisate, Vinylchlorid vinylacetat-Mischpolymerisate usw. und deren Mischungen. Die Kunststoffe können in einen pechartigen Zustand durch Trockendestillation vor dem Kneten mit flockigen Graphitpartikeln gebracht werden. Die Graphitpartikel können vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als bzw. bis zu 20 Mikron haben, insbesondere 0,1 bis 5 Mikron.

Das Gewichtsverhältnis von Kunststoff zu Graphit variiert von 1 zu 9 bis 9 zu 1, vorzugsweise 3 zu 7 bis 7 zu 3.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Herstellung wird nachstehend erläutert. Polyvinylchlorid (PVC) wird als typischer thermoplastischer Kunststoff verwendet. In einer Knetvorrichtung werden 30 Gewichtsteile PVC mit 70 Gewichtsteilen Graphitpartikeln gemischt und geknetet bei einer Temperatur von 130 bis 200°C. Die erste innige Mischung wird weitergemischt und ausgerollt zu einer Platte bei ähnlicher Temperatur. Diese Platte zeigt einen Youngschen Modul (Elastizitätsmodul) £ von 6 000 kg/mm² (5,9 ■ 10^l0N/m²)und eine Dichte/? von 1,8 g/cm³. Der spezifische Elastizitätsmodul berechnet als \IEIp beträgt 5,7 · 10³ m/sec, welcher Wert höher liegt als der spezifische Modul von Titan, nämlich 5,2 · 10' m/sec. Die rohe, aber bereits ausgerichtete Platte wird zu einem Tonkopfgehäuse geformt.

Die vorgcwalzte Platte wird dann einer Vorsinterung oder Oxidation unterzogen durch allmähliches Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 100 bis 500⁰C, vorzugsweise 250—3O0°C mit einer Rate von 1 — 10°C/std. Das oxidierte Erzeugnis hat einen Youngschen Modul E von 9 000 kg/mm³, eine Dichte ρ von 1,8 g/cni³ und einen spezifischen Modul yjElp von 7,0 ■ 10³ m/sec.

Die oxidierte Platte wird weiter einer Karbonisation oder Graphitation unterzogen durch Erhitzen in nichtoxidierende'-Atmosphäre oder im Vakuum auf eine Temperatur von etwa 1200⁰C oder höher bei einer Rate von 10—20^oC/s'd. Die karbonisierte Platte zeigt einen Youngschen Modul £ von 16 000 kg/mm² und eine Dichte ρ von 1,8 g/crfl³. Der spezifische Elastizitätsmodul von 9,33 · 10³ m/sec ist etwa 2mal höher als der von Aluminium und Titan. Die Graphitation der Platte bei etwa 2500⁰C erhöht den Youngschen Modul l,5mal auf 24 000 kg/ mm³.

Das Ausrichten der flockigen Graphitpartikel parallel zur Oberfläche der Platte ist wesentlich, um die oben angegebenen erwünschten Werte zu erhalten. Wenn PVC mit Graphitpulver geknetet und das resultierende

Gemisch durch beispielsweise Extrudieren in die gewünschte Form gebracht wird ohne vorherige Ausrichtung, so ergibt sich ein Erzeugnis mit schlechtem Youngschem Modul. Wenn z. B. 30 Teile PVC mit 70 Teilen Graphitpulver geknetet wurden, und das Gemisch dann durch einen Strangpreßvorgang zu einer Platte geformt wurde, zeigte diese Platte einen Youngschen Modul von etwa 1 300 kg/mm². Dieser Wert ist kleiner als 'Λ desjenigen der oben beschriebenen Platte mit orientierten Graphitteilchen. Nachfolgende Karbonisation dieser nichtorientierten Platte ergab einen Youngschen Modul von etwa 4 000 kg/mm² und damit etwa Ve desjenigen einer Graphitorientierten Platte nach der Karbonisation.

Weiter wurde gefunden, daß der innere Verlust (tan d) des Verbundwerkstoffs nach der Erfindung höher als der bei Aluminium oder Titan ist. Je höher der innere Verlust, um so geringer ist die Wahrscheinlichkeit des ίο Auftretens unerwünschter Resonanz.

Die Meßergebnisse verschiedener Eigenschaften zeigen, daß das Verbundmaterial gemäß der Erfindung relativ geringes Gewicht, hohe Steifigkeit, einen hohen spezifischen Elastizitätsmodul und einen guten inneren Verlust aufweist.

Wie oben beschrieben, müssen zum Herstellen eines Tonkopfgehäuses ohne Beeinträchtigung der Charakteristiken des Verbundwerkstoffs nach der Erfindung die Graphitpulverpartikel in dem erzeugten Tonkopfgehäuse ausgerichtet sein. Ein Strangpreßverfahren, wie es üblicherweise gemäß dem Stande der Technik bei der Herstellung von Tonkopfgehäusen verwendet wird, ist daher nicht anwendbar, weil die Graphitpartikel dann im wesentlichen nicht parallel zur Oberfläche ausgerichtet sind, so daß das geformte Erzeugnis weniger steif ist.

In F i g. 1 ist ein Teilschnitt durch ein geknetetes inniges Gemisch gezeigt, worin eine Kunststoffmasse 1 Graphitflocken oder flockige Graphitpartikel 2 in willkürlicher Anordnung enthält. Die Graphitpartikel in Flockenform können jeweils als Scheibe mit großem Verhältnis Durchmesser zu Dicke betrachtet werden. Die innige Mischung zeigt eine willkürliche Verteilung der flockigen Graphitpartikel 2 in der Kunststoffmasse 1.

Die innige Mischung wird dann bei erhöhten Temperaturen zu einer Platte ausgewalzt mittels Walzen oder

Pressen. F i g. 2 zeigt eine solche ausgewalzte Platte 3, in welcher die flockigen Graphitpartikel 2 parallel zur Oberfläche der Platte 3 ausgerichtet sind. Walzen ist ein typisches, aber nicht das einzig mögliche Verfahren, um den Graphitpartikeln einen erheblichen Grad an Ausrichtung zu erteilen. Die Dicke der Platte 3 hängt von der gewünschten Wandstärke des daraus herzustellenden Tonkopfgehäuses ab.

Die Platte 3 erhält durch Preßverformung Gestalt eines Tonkopfgehäuses 4, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, unter Verwendung einer geeigneten Form und erhöhten Temperaturen von 200—300°C. Wie in Fi g. 4 und 5 gezeigt ist, die Schnittansichten nach den Linien IV-IV und V-V der Fig.3 darstellen, sind die Graphitpartikel 2 im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Tonkopfgehäuses 4 ausgerichtet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Tonkopfgehäuse aus einer einzigen Platte geformt. Gemäß einer anderen Ausführungsform können mehrere dünne Platten übereinander geschichtet werden, bevor oder wenn ein Tonkopfgehäuse geformt wird. Nach dem Formen erfolgt die Bearbeitung zum Herstellen der erforderlichen Bohrungen und Schlitze.

Nachdem das Tonkopfgehäuse 4 die Form gemäß F i g. 3 bis 5 erhalten hat, wird es einer Vorsinterung oder Oxidation durch Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 250° C und einer Rate von 1 — 10°C/std unterzogen. Weiter wird das Tonkopfgehäuse 4 einer Karbonisation oder Graphitation durch Erhitzen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1200° C und einer Rate von 10—20°C/std unterzogen. Die Steifheit des Tonkopfgehäuses wird durch Karbonisation vergrößert, während der innere Verlust proportional vermindert wird.

Das Tonkopfgehäuse 4 ist während der Verfahrensstufe des Vorsinterns oder Oxidierens verformungsempfindlich. Deshalb sollte das Gehäuse abgestützt werden, zum Beispiel durch Aufsetzen auf einen Block (aus einem Material, das sich bei einer Temperatur oberhalb 250°C nicht verformt) oder durch Einhüllen in einen Stützmantel. Da das Tonkopfgehäuse nach der Oxidation selbsttragend ist, erfordert die anschließende Karbonisation keine Abstützung mehr.

Die Karbonisationstemperatur kann mehr als 1200° C betragen. Die Steifigkeit eines bei 2500° C graphitisierten Ton kopf gehäuses ist l,5mal größer als nach Graphitisierung bei 1200° C.

F i g. 6 zeigt ein vollständiges Tonarmsystem. Das Tonkopfgehäuse 4 ist an einem rohrartigen Arm 5 gelagert, so der aus dem gleichen Werkstoff wie das Tonkopfgehäuse 4 hergestellt sein kann. Der rohrartige Arm 5 trägt am gegenüberliegenden Ende ein Gegengewicht 6 und wird von einem Stützarm 7 getragen.

Ein Muster wurde hergeste'iit durch Mischen und Kneten eines rolyvinylch'orid-Po'yvinylacetat-CopoIymers

mit flockigen Graphitpartikeln in einem Gewichtsverhältnis von 1 zu 2. Das resultierende innige Gemisch wurde ausgevalzt, um einen erheblichen Grad an Ausrichtung der Graphitpartikel zu erhalten. Messungen wurden nach dem Auswalzen, Oxidieren und Karbonisieren vorgenommen. Dier Ergebnisse sind der nachstehenden Tabelle zu entnehmen:

Tabelle

	Dichte	Youngscher Modul	Spezifischer Modul	Innerer Verlust
	ρ (g/cm³)	£(kg/ram²)	yi/pOn/sec)	tan δ
Ausgewalzt	1,8	6 000	5,7 · 10³	0,05
Oxidiert	1,8	9 000	7 - 10³	0,02
Karbonisiert	1,9	16000	933 - 10³	0,015
Aluminium	2,7	7 400	5,18 - 10³	0,003
Titan	4,4	12 000	5,22 - 10³	0,003

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß die Orientierung der Graphitpartikel in der Kunststoffmasse in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Oberfläche ein gewichtsmäßig leichtes Tonkopfgehäuse
ergibt, das hohe Steifigkeit besitzt, d. h. ein Tonkopfgehäuse von geringer äquivalenter Masse auf die Nadelspitze. Solch ein Tonkopfgehäuse neigt dazu, nur in geringem Maße Störsignale infolge Verformung oder Exzentrizität einer Platte aufzunehmen und gewährleistet eine Wiedergabe mit verbessertem Signal/Störverhältnis in 5 Verbindung mit einem Tonabnehmer hoher Nachgiebigkeit bzw. Spurfolge. Das Tonkopfgehäuse gemäß der
Erfindung hat einen derartigen inneren Verlust, daß unerwünschte Resonanz oder Teilschwingung kaum auftreten. Weiter ist der verwendete Verbundwerkstoff einfach herstellbar durch Kneten relativ kostengünstiger
Ausgangskomponenten. Die Ausrichtung der Graphitpartikel erfolgt bevorzugt durch Auswalzen und der so
erhaltenen Verbundwerkstoff kann unkritisch zu dem Tonkopfgehäuse verformt werden. Diese Faktoren tragen io zu einer Kostenverminderung bei.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tonkopfgehäuse für Tonarme von Plattenspielern, geformt aus einem mit Graphitteilchen und einem Kunststoff gebildeten Verbundwerkstoff, in dem die Kohlenstoffteilchen parallel zur Oberfläche orientiert sind, gekennzeichnet durch einen Verbundwerkstoff, in dem flockenförmige Graphitpartikel (2) im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Tonkopfgehäuses (4) in einem thermoplastischen Kunststoff ausgerichtet sind.

2. Tonkopfgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff wenigstens an der Oberfläche des Tonkopfgehäuses (4) oxidiert ist.

ο 3. Tonkopfgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff karbonisiert ist.

4. Tonkopfgehäuse nach einem de·- Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff aus der Gruppe gewählt ist, welche besteht aus Polyvinylchlorid, Polyvilydenchlorid, Vinylchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisate, Vinylidenchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisate, Vinylchloridvinylacetat-Mischpolymerisate und Mischungen aus diesen Stoffen.

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5. Tonkopfgehäuse nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel (2)

eine Partikelgröße (Durchmesser) von 0,1—20 Mikron haben.

6. Tonkopfgehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel (2) eine Partikelgröße von 0,1 —5 Mikron hab^n.

7. Tonkopfgehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Verbundmaterial 30 bis 70 Gewichtsanteile flockenförmige Graphitpartikel (2) und 70 bis 30 Gewichtsanteile thermoplastischer Kunststoff aufweist.

8. Tonkopfgehäuse nach einem der Ansprüche 1 — 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial 10 bis 90 Gewichtsanteile flockenförmige Graphitpartikel (2) und 90 bis 10 Gewichtsanteile thermoplastischer Kunststoff aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung des Tonkopfgehäuses nach einem der Ansprüche 1 —8, bei dem die Graphitteilchen mit dem Kunststoff gemischt werden und der dadurch gebildete Verbundwerkstoff ausgeformt wird, gekennzeichnet durch die Schritte: Kneten der flockenförmigen Graphitpartikel mit mindestens einer weiteren Komponente, Auswalzen des gekneteten Gemischs zu einer Platte mit parallel zu deren Oberfläche ausgerichteten flockenförmigen Graphitpartikeln und anschließendem Verformen der Platte zu dem Tonkopfgehäuse.