DE2933435C2

DE2933435C2 - Rohrartiger Arm für Tonarme von Plattenspielern sowie Verfahren zur Herstellung des rohrartigen Armes

Info

Publication number: DE2933435C2
Application number: DE19792933435
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: DE2933435A1

Description

Die Erfindung betrifft rohrartige Arme für Tonarme von Plattenspielern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des rohrartigen Arms.

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

j 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 der 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 Kunststoff zum Binden der Faserkohle verwendet. Die Zugabe von Kunststoffbinder zu Faserkohle vermindert 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 Tonarm gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1 auszubilden. Das Tonabnehmersystem umfaßt dabei eine Stütz- oder Haltefläche eines eigentlichen Tonabnehmers, die an einem Ende des 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 Vorzugsriohtung 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 Tonabnehmersysten-.i 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 isl die tatsächliehe 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, einen rohrartigen Arm eines Tonarmes der eingangs genannten Gattung aus einem Verbundwerkstoff von geringem Gewicht und hohem spezifischem Elastizitätsmodul so auszubilden, daß dieser gleichmäßigere Festigkeitseigenschaften besitzt.

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

Durch den Einsatz flockenförmiger Graphitpartikel, die im wesentlichen parallel zur Oberfläche des rohrartigen Arms in einem thermoplastischen Kunststoff ausgerichtet sind, können aus diesem Verbundwerkstoff rohrartige Arme mit gleichmäßigen Verformungseigenschaften und damit gleichmäßigem Schwingungsverhaiten hergestellt werden. Die Orientierung des Verbundwerkstoffes zu der Form des rohrartigen Arms 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 rohrartigen Arm geformt.

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

Weitere vorteilhafte Merkmale des Verbundmafc rials, aus dem der rohrartige Arm 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 Graphiipartikeln in Kunststoff eingebettet;

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

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht durch einen rohrartigen Arm gemäß der Erfindung;

F i g. 4 einen Schnitt nach den Linien IV-IV der F i g. 3; und

F i g. 5 schematisch eine Ansicht eines Tonarmsystems.

Zu den hier verwendeten thermoplastischen Kunststoffen gehören Polyvinylchlorid, Polyvinyldenchlorid, Vinylchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisate, Vinyldenchlorid-Acrylnitril-Mischpolymerisate, Vinylchloridvinylacetat-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 Graphitpartikein gemischt und geknetet bei einer Temperatur von 130 bis 200⁰C. 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 · 10¹⁰ N/m²) und eine Dichte ρ von 1,8 g/cm³. Der spezifische Elastizitätsmodul berechnet als ]/E/p beträgt 5,7 ■ 10³ m/sec, welcher Wert höher liegt als der spezifische Modul von Titan, nämlich 5,2 · 10³m/sec. Die rohe, aber bereits ausgerichtete Platte wird zu einem rohrartigen Arm geformt.

Die vorgewalzte Platte wird dann einer Vorsinterung oder Oxidation unterzogen durch allmähliches Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 100 bis 500°C, vorzugsweise 250—30O⁰C 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/cm³ und einen spezifischen Modul ][Wp von 7,0 · 10³ m/sec.

Die oxidierte Platte wird weiter einer {Carbonisation oder Graphitation unterzogen durch Erhitzen in nichtoxidierender Atmosphäre oder im Vakuum auf eine Temperatur von etwa 1200° C oder höher bei einer Rate von 10—20°C/std. Die karbonisierte Platte zeigt einen Youngschen Modul E von 16 000 kg/mm² und eine Dichte ρ von 1,8 g/cm³. 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 ¹At 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 '/β desjenigen einer Graphitorientierten Platte nach der Karbonisation.

Weiter wurde gefunden, daß der innere Verlust (tan ό) 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 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 rohrartigen Arms 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 rohrartigen Armen 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 Fig. 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 kann zweckmäßig entsprechend der gewünschten Wandstärke des rohrartigen Arms gewählt werden.

Danach wird die Platte 3 unter hoher Temperatur und Druck zu einem rohrartigen Arm 5 gewünschten

Durchmessers gerundet, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt ist. Die gegenüberliegenden Enden der Platte können an der Stoßstelle 4 beispielsweise durch Druck und Wärme oder durch Verwendung eines Klebstoffs verbunden werden. Ein rohrartiger Arm kann auch derart hergestellt werden, daß eine Platte in Gestalt eines langen schmalen Bandes spiralig um einen Kern gewickelt wird. Weiter besteht die Möglichkeit, zwei Platten an gegenüberliegenden Seiten eines zylindrischen Kerns anzulegen und dann durch Pressen oder Kompression bei erhöhten Temperaturen zu formen. Der rohrartige Arm kann so in einer vorgegebenen Länge hergestellt werden oder durch Zerschneiden eines langen Zylinders auf die gewünschte Länge gebracht werden. In jedem der Fälle sind die flockigen Graphitpartikel parallel zur Oberfläche des rohrartigen Arms ausgerichtet, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt. Es wird auf diese Weise ein starrer Rohrkörper erhalten.

Nachdem der rohrartige Arm 5 gemäß Fig.3 und 4 geformt wurde, wird dieser einer Vorsinterung oder Oxidation durch Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 250⁰C und einer Rate von 1 —10°C/std unterzogen. Weiter wird der rohrartige Arm 5 ehier Karbonisation oder Graphitation durch Erhitzen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1200⁰C und einer Rate von 10—20^cC/std unterzogen. Die Steifheit des rohrartigen Arms wird durch Karbonisation vergrößert, während der innere Verlust proportional vermindert wird.

Der rohrartige Arm 5 ist während der Verfahrensstufe des Vorsinterns oder Oxidierens verformungsempfindlich. Deshalb sollte der Arm abgestützt werden, z. B. durch Einsetzen eines Kerns (aus einem Werkstoff, der bei einer Temperatur oberhalb 250° C sich nicht verformt) in den Hohlraum des rohrartigen Arms oder durch Umhüllen des rohrartigen Arms mit einem Stützmantel. Da der rohrartige Arm nach der Oxidation selbsttragend ist. erfordert die anschließende Karbonisation keine Abstützung.

Die Karbonisationstemperatur kann mehr als 1200° C betragen. Die Steifigkeit eines bei 2500⁰C graphitisierten rohrartigen Arms ist l,5mal größer als nach Graphitisierung bei 1200⁰C.

F i g. 5 zeigt ein vollständiges Tonarmsystem. Der rohrartige Arm 5 hat ein Tonkopfgehäuse 6, das aus dem gleichen Werkstoff wie der rohrartige Arm 5 hergestellt sein kann, und ein Gegengewicht 7 am gegenüberliegenden Ende. Der rohrartige Arm wird von einem Stützarm 8 getragen.

Ein Muster wurde hergestellt durch Mischen und Kneten eines Polyvinylchlorid-Polyvinyiacetat-Copoiymers

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

Tabelle

go Dichte Youngscher Modul Spezifischer Modul Innerer Verlust

ρ (g/cm³) E (kg/mm²) {E7p(mlsec) tan δ

Ausgewalzt 1,8 6 000 5,7 · 10³ 0,05

Oxidiert 1,8 9 000 7 · 10³ 0,02

Karbonisiert 1,9 16 000 933 - 10³ 0,015

Aluminium 2,7 7 400 5,18 · 10³ 0,003

Titan 4,4 12 000 5,22 - 10³ 0,003

29 33 435	5 I 10 ¹I
Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß die Orientierung der Graphitpartikel in der Kunststoff masse in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Oberfläche ein gewichtsmäßig leichtes Tonkopfgehäuse ergibt, das hohe Steifigkeit besitzt, d. h. einen rohrartigen Arm von geringer äquivalenter Masse auf die Nadel spitze. Solch ein rohrartiger Arm neigt dazu, nur in geringem Maße Störsignale infolge Verformung oder Exzentrizität einer Platte aufzunehmen und gewährleistet eine Wiedergabe mit verbessertem Signal/Störver hältnis in Verbindung mit einem Tonabnehmer hoher Nachgiebigkeil bzw. Spurfolge. Der rohrartige Arm 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 kosten günstiger Ausgangskomponenten. Die Ausrichtung der Graphitpartikel erfolgt bevorzugt durch Auswalzen und der so erhaltene Verbundwerkstoff kann unkritisch zu dem rohrartigen Arm verformt werden. Diese Faktoren tragen zu einer Kostenverminderung bei.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen	ι i 15 I
	20 \

	j 30 ! 1
	³⁵ ί vj
	40 ί i
	■45 I
	.50 I
	-1
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	⁶⁰ I I!
	65 I
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5

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrartiger Arm 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 rohrartigen Arms (5) in einem thermoplastischen Kunststoff ausgerichtet sind.

2. Rohrartiger Arm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff wenigstens an der Oberfläche des Arms (5) oxidiert ist

3. Rohrartiger Arm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff karbonisiert ist.

4. Rohrartiger Arm nach einem der 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.
5. Rohrartiger Arm nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel (2) eine Partikelgröße (Durchmesser) von 0,1 —20 Mikron haben.

6. Rohrartiger Arm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitpartikel (2) eine Partikelgröße von 0,1 —5 Mikron haben.

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

8. Rohrartiger Arm nach einem der vorangehenden Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial 10 bis 90 Gewichtsanteile flockenförmige Graphitpartikel und 90 bis 10 Gewichtsanteile thermoplastischer Kunststoff aufweist.

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9. Verfahren zur Herstellung des rohrartigen Arms nach einem der Ansprüche 1—8, bei dem die Graphitteilchen mit dem Kunststoff gemischt v/erden 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 ausgerichteten flockenförmigen Graphitpartikeln und anschließendem Verformen der Platte zu dem rohrartigen Arm.