DE3115439A1

DE3115439A1 - "verfahren zum herstellen einer kapazitiven aufnahmenadel"

Info

Publication number: DE3115439A1
Application number: DE19813115439
Authority: DE
Inventors: Rudolph Herbert Trenton N.J. Hedel
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1981-04-16
Publication date: 1982-03-04
Also published as: GB2076317A; US4315358A; FR2480979A1; IL62391A; IL62391A0; NL8101903A; JPS56165944A; GB2076317B; FR2480979B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Aufnahmenadel. Sie bezieht sich insbesondere auf das selektive Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht auf einer vorgegebenen Oberfläche der Nadel. Vorzugsweise wird bei dem Verfahren von einer aus einem Diamanten mit vorgegebener Dicke geschnittenen und an den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen polierten Scheibe ausgegangen.

Es sind kapazitive Aufnahmesysteme entwickelt worden, die geeignet sind, große Informationsmengen an elektronischen Signalen auf Scheiben zu speichern und der Wiedergabe bei Abspielen der Scheibe mit einem kapazitiven Plattenspieler zugänglich zu machen. Ein unter Verwendung von Platten arbeitendes kapazitives Wiedergabe- und Aufnahmesystem wird in der US-PS 38 42 194 beschrieben.

Die für die Wiedergabe einer kapazitiv bespielten Platte vorgenannter Art erforderliche Nadel muß elektrisch leitfähig sein. In typischen Fällen besitzen solche kapazitiven Aufnahmenadeln einen langgestreckten Tragschaft bzw. Körper, der aus einem relativ schwer verschleißenden Material, z.B. Saphir oder vorzugsweise Diamant, besteht, welches von Natur aus nicht leitend bzw. dielektrisch ist. Die für die Aufnahmenadel erforderliche elektrische Leitfähigkeit kann durch Bilden einer Elektrode an einer Oberfläche der Nadel etwa entsprechend Fig. 5 und Spalte 7 Zeilen 34 bis 33 der oben genannten US-PS 38 42 194 eingestellt werden. Die Elektrode wird dabei auf der Rückseite der Nadel gebildet. Der Tragschaft der Nadel wird an einem Längsende als Spitze ausgebildet.

Wesentliche Probleme hinsichtlich der Wiedergabequalität einer bespielten Platte rühren von Nadelfehlern her. Das gesamte kapazitive Informationssignal beim Wiedergeben einer bespielten Platte wird mit Hilfe der Nadel aufgenommen. Jeder Fehler im Betriebsverhalten der Nadel und namentlich der elektrischen Aufnahmecharakteristik der Nadel führt zu einer Änderung des gewünschten elektronischen Signals über die gesamte Wiedergabe der kapazitiv bespielten Platte.

Das Herstellen einer kapazitiven Aufnahmenadel mit beständigem, hochqualitativem Betriebsverhalten hat sich als Hauptherstellungsschwierigkeit erwiesen. Die größten Schwierigkeiten macht dabei das Herstellen der Elektrode auf der Rückseite der Nadel. Wenn ein Wiedergabeverhalten hoher Qualität der Nadel erzielt werden soll, ist es erforderlich, diese Elektrode mit im wesentlichen überall gleicher Dicke auf die Nadel aufzubringen.

Ein zum Herstellen einer Elektrode auf der Nadel vorgeschlagenes Verfahren besteht darin, die Nadelrohlinge während des Besprühens mit einem Metall, z.B. Titan, zu walzen bzw. zu schütteln. Ein solches Verfahren wird in der US-PS 33 25 393 beschrieben. Das Schüttel- bzw. Wälz-Sprüh-Verfahren hat sich jedoch als nicht befriedigend erwiesen, da die Metallschicht auf den Nadelrohlingen nicht gleichmäßig wird. Die miteinander geschüttelten und gewälzten Nadelrohlinge neigen selbst bei relativ geringer Zahl dazu zusammenzuklumpen, so daß das Metall zufällig, ungleichmäßig auf die Oberflächen der Nadelrohlinge aufgebracht wird. Einige der Oberflächen können

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dabei übertrieben dicke Metallschichten erhalten, während andere Oberflächen praktisch unbeschichtet verbleiben. Das Schüttel-Sprüh-Verfahren hat ferner den Nachteil, daß durch die gegenseitige Berührung der metallisierten Nadelrohlinge beim Schütteln Beschädigungen der Metallschichten auftreten und daß die Nadeln aneinander kleben können. Eine weitere Schwierigkeit dieses Verfahrens besteht darin, daß alle Oberflächen der Nadelrohlinge beschichtet werden und es daher anschließend mühsam ist, die optimale Kristall-Orientierung für die Feinstbearbeitung der erforderlichen Nadelspitzen zu finden. Außerdem ist die Ausbeute akzeptabel beschichteter Nadelrohlinge beim Schüttel-Sprühen nicht nur wegen der Ungleichmäßigkeit der Beschichtung sondern auch wegen des erheblichen Bruchs der Nadeln während des Schütteins sehr gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen elektrisch leitender Schichten auf Nadelrohlinge zu schaffen, mit dessen Hilfe gleichmäßigere Schichten und eine bessere Ausbeute brauchbarer Nadeln zu erzielen sind. Insbesondere soll ein Verfahren zum selektiven und gleichmäßigen Beschichten nur vorgegebener Oberflächen der Nadeln geschaffen werden, um so das weitere Bearbeiten der Nadeln im Hinblick auf ein optimales Übertragungsverhalten der fertigen Aufnahmenadel zu erleichtern. Die erfindungsgemäße Lösung besteht für das Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Aufnahmenadel darin, daß ein aus einem dielektrischen Material bestehender Nadelrohling in Form eines langgestreckten Körpers mit auf seiner Länge diagonalsymmetrischen Querschnittshälften und mit einem Paar einander gegenüberliegender polierter Oberflächen auf je einer der Querschnitts-

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daß eine der terscMttshäiften

auf der Länge des Körpers maskiert wird; daß auf die andere Querschnittshälfte eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material aufgebracht wird, wobei die polierte Fläche der unmaskierten Hälfte beschichtet wird und die polierte Fläche der maskierten Hälfte unbeschichtet bleibt; und daß in eines der Längsenden des Nadelrohlings eine Spitze vorgegebener Konfiguration so eingearbeitet wird, daß sich das elektrisch leitende Material auf der Rückseite der Nadel bis zu deren Spitze erstreckt sowie sämtliches auf die anderen Oberflächen des Nadelrohlings aufgebrachte leitende Material in ausreichender Weise entfernt und dadurch das leitende Material der anderen Oberflächen gegenüber der Spitze der Nadeln wirksam elektrisch isoliert wird.

Bei einem weiter verbesserten Verfahren zum Herstellen von kapazitiven Aufnahmenadeln wird von langgestreckten Nadelrohlingen ausgegangen, die aus hartem, kristallinem Material, z.B. Diamant, hergestellt worden sind. Die Nadelrohlinge werden so hergestellt, daß wenigstens ein Paar einander gegenüberliegender polierter Oberflächen auf der Länge der Rohling-Körper vorhanden ist. Diese Nadelrohlinge werden dann in in einer Art Setzkasten vorgesehene Nuten eingelegt, welche an die bis zur Diagonale reichende Hälfte des Querschnitts der Nadelrohlinge so genau angepaßt sind, daß die an den Nutenflächen anliegenden Rohlingflächen beim anschließenden Besprühen als maskiert und die anderen Flächen als unmaskiert gelten können. Die in den Nuten liegenden Nadelrohlinge werden dann auf den freiliegenden Oberflächen sprühbeschichtet. Anschließend

folgt ein Feinstbearbeiten der Nadelrohlinge, und zwar derart, daß die polierte beschichtete Oberfläche jedes Rohlings die Elektrode der Rückseite der fertigen Nadel und die polierte unbeschichtete Oberfläche des Rohlings die Vorderseite der fertigen Nadel wird. Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.

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Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung noch näher erläutert„ Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Zeichnung einer Scheibe aus einem dielektrischen Material;

Fig. 2 eine isometrische Zeichnung einer Scheibe gemäß Fig. 1 mit polierten gegenüberliegenden Flächen;

Fig. 3 eine isometrische Zeichnung einer in langgestreckte Nadelrohlinge aufgeschnittenen, polierten Scheibe gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine isometrische Zeichnung eines einzelnen Nadelrohlings ;

Fig. 5 eine Stirnansicht eines Nadelrohlings gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine isometrische Zeichnung eines Setzkastens zum erfindungsgemäßen Aufnehmen von Nadeln;

Fig„ 7 die Prinzipzeichnung eines Nadelrohlings in einer der Nuten des Setzkastens gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine Prinzipzeichnung eines in dem Setzkasten nach Fig. 6 ruhenden Nadelrohlings, während des Sprühbeschichtens;

Fig. 9 eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen, beschichteten Nadelrohlings;

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Fig. 10 eine isometrische Zeichnung einer typisch angespitzten Nadel; und

Fig. 11 eine Prinzipzeichnung einer Ansicht längs der Pfeile 11-11 von Fig. 10 der auf der Rückseite der Nadel gemäß Fig. 10 gebildeten Elektrode.

Das im folgenden beschriebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf das Herstellen einer kapazitiven Aufnahmenadel mit metallischer Elektrode auf einem Diamant-Träger. Grundsätzlich kann jedoch der Träger der Nadel auch aus einem anderen dielektrischen bzw, isolierenden Material, z.B. Saphir oder ähnlichem, bestehen. Auch für die leitende Beschichtung des Trägers können andere leitende Materialien als die im folgenden aufgeführten Metalle verwendet werden.

Beim Herstellen der erfindungsgemäßen Nadeln wird zunächst eine Scheibe 10 aus einem harten dielektrischen Material, z.B. Diamant, hergestellt. Bei Verwendung eines Diamanten wild die Scheibe 10 in typischen Fällen durch Heraussägen aus einem natürlichen Diamanten in gleichmäßiger Dicke 11 erhalten. Es entstehen dabei zunächst relativ roh besägte Oberflächen 12 an der Scheibe 10. Solche roh besägten Oberflächen 12 sind für die Anwendung als Substrat für die Elektrodenbeschichtung nicht geeignet, da die leitende Schicht dann unvermeidlich der gesägten Fläche angepaßt und damit nicht gleichmäßig in der Dicke erzeugt würde.

Gemäß Fig„ 2 werden beide Oberflächen 12 der Scheibe 10 bis zu einer hochgradigen Glätte poliert, so daß eine polierte

Scheibe 13 mit einander gegenüberliegenden polierten Oberflächen 14 entsteht. Die polierte Scheibe 13 wird dann gemäß Fig. 3 in Parallelepipede 15 aufgesägt.

Die einzelnen Parallelepipede 15 werden zum Herstellen von Nadelrohlingen 16 gemäß Fig. 4 in Abschnitte vorgegebener Länge aufgeteilt. Aus der Zeichnung ergibt sich, daß jeder Nadelrohling 16 ein Paar einander gegenüberliegender, polierter Oberflächen 17 und 18 und ein Paar einander gegenüberliegender nicht polierter Oberflächen 19 und 20 besitzt« Eine in Fig. 5 gezeichnete, gedachte Linie 21 längs der Diagonale durch das Ende eines Nadelrohlings 16 zeigt, daß die durch die Diagonale geteilten Querschnittshälften 22 und 23 des Nadelrohlings 16 im wesentlichen die gleiche Form besitzen.

Gemäß der Zeichnung besitzt der Nadelrohling 16 einen quadratischen Querschnitt (senkrecht zur Längsrichtung). Im Rahmen der Erfindung kann der Querschnitt aber auch andere Formen aufweisen. Beispielsweise kann der Querschnitt rechteckig mit unterschiedlichen Breiten und Höhen sein oder die Form eines Parallelogramms oder Sechsecks haben. In diesem Zusammenhang ist es im Rahmen der Erfindung vor allem wesentlich, daß die durch die Diagonale unterteilt gedachten Querschnitthälften notwendig symmetrisch sind, und daß ein Paar einander gegenüberliegender polierter Oberflächen vorliegt.

Die Nadelrohlinge 16 werden bei dem Vorbereiten für das Sprühbeschichten unter Anwendung üblicher, wohlbekannter Lösungsmittel und Techniken gereinigt.

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Die Nadelrohlinge 16 werden dann nach Fig. 6 in einen Setzkasten 24 bzw. in in diesem vorgesehenen Nuten 25 gelegte Die im Setzkasten 24 vorgesehenen Nuten 25 maskieren eine der durch die Diagonallinie unterteilten Querschnitthälften 22, 23 jedes der Nadelrohlinge 16. Diese können durch individuelles Einlegen in die Nuten 25 eingebracht werden» Das Positionieren in den Nuten kann aber auch durch allmähliches Rütteln einer Gruppe von auf die Oberfläche des Setzkastens 24 aufgelegten Nadeln erfolgen, wobei das Rütteln so lange forgesetzt wird, bis jeder Nadelrohling in eine Nut 25 gefallen ist. In Fig. 7 wird im Prinzip dargestellt, wie ein Nadelrohling 16 in einer Nut 25 des Setzkastens 24 liegt. Entscheidend ist dabei, daß eine der polierten Oberflächen 17 jeder Nadel freiliegt und eine gegenüberliegende polierte Oberfläche 18 der Nadel durch den Setzkasten bzw» die Nut 25 maskiert wird.

Der Setzkasten 24 mit den Nadelrohlingen in seinen Nuten 25 wird dann in einen geeigneten Sprühapparat gesetzt. Dort wird ein elektrisch leitendes Material, typisch ein Metall, in Pfeilrichtung 26 auf die freigelegte polierte Oberfläche 17 und die freigelegte unpolierte Oberfläche 19 des Nadelrohlings 16 aufgesprüht. Auf Nadelrohlinge 16 aufzusprühende Metalle sind beispielsweise Titan, Tantal, Chrom, Wolfram, Hafnium, Zirkon, Niob und ähnliches; Titan wird jedoch bevorzugt, Es ist auch möglich, andere leitende Materialien, z.B. Metallverbindungen, durch Reaktivsprühen auf den Nadelrohling 16 aufzubringen.

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_¥ Das elektrisch leitende Material wird einfach dadurch als

Schicht gleichmäßiger Dicke auf die Nadelrohlinge 16 aufgebracht, indem die Sprühbedingungen auf der freigelegten

* Länge der Nadelrohlinge überall gleich eingestellt werden. Diese Forderung ist für den Fachmann der Sprühtechnik relativ leicht zu erfüllen und kann im Vergleich zu dem entsprechenden Aufwand beim Schüttel-Sprühen ohne Mühe erreicht werden.

Ein Längsende des beschichteten Nadelrohlings wird in verschiedenen aufeinanderfolgenden Schritten so fein bearbeitet, daß eine Spitze 28 an dem Nadelende entsteht. Bei der Feinstbearbeitung ist es wesentlich, die beschichtete polierte Oberfläche 27 des Nadelrohlings so zu orientieren, daß sie nach dem Bearbeiten die Elektrode auf der Rückseite der fertigen Nadel bildet. Unerwartet und mit großem VorteiLkann zum Orientieren des aus Diamant bestehenden Nadelrohlings für die weitere Bearbeitung die beim vorangehenden Beschichten maskierte und daher unbeschichtet verbliebene polierte Oberfläche 18 verwendet werden. Unter Verwendung einer passenden optischen Einrichtung läßt sich die poliert*, unbeschichtete Oberfläche 18 von der polierten beschichteten Oberfläche 27 unterscheiden, womit es möglich ist, den aus Diamant bestehenden Nadelrohling für die Bearbeitung auf relativ einfache Weise auszurichten.

Zu Beginn der Bearbeitung des Nadelrohlings wird ein Paar Facetten- bzw. Rautenflächen 29 und 30 im Bereich der Spitze des Nadelrohlings eingeschnitten. Hierbei wird auch

• der Teil des leitenden Materials nahe der Nadelspitze weggeschnitten, der vorher auf die rohe, unpolierte Oberfläche

19 des Nadelrohlings aufgetragen war. Auf der unpolierten Oberfläche 19 befindet sich daher gemäß Fig. 9 und 10 zwar eine leitende Schicht 31, diese wird aber wirksam gegenüber der Oberfläche der infrage stehenden kapazitiv bespielten Platte isoliert und kann daher unerwünschte Nachteile für die elektronische Informationsaufnahme durch die Nadel nicht hervorrufen.

Bei der Ende-Feinstbearbeitung der Nadel wird ein sehr schmaler Kiel 32 an der Nadelspitze 28 erzeugt. Es ist dieser Kiel 32, der tatsächlich in den Nuten des kapazitiven Aufnahmeträgers laufen soll.

Figo 11 stellt die Ansicht in Richtung der Pfeile 11-11 von Fig. 10 dar. Aus Fig. 11 ergibt sich, dai3 sich die Beschichtung mit leitendem Metall auf der fertigen Nadelrückseite bis zur Spitze des Kiels 32 erstreckt. Die Beschichtung 31 der unpolierten Oberfläche 19 endet dagegen an einem Punkt 33 weit oberhalb des Kiels 32 und nimmt daher kein Signal von dem Aufnahmeträger auf„

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sowohl die Ausbeute als auch die Qualität der hergestellten Nadeln im Verhältnis zur Technik des Schüttel-Besprühens von Nadelrohlingen wesentlich verbessert. Die elektrisch leitende Schicht auf der Rückseite der erfindungsgemäß hergestellten Nadeln wird wesentlich gleichmäßiger und die Schichtdicke kann auf einfachere Weise gesteuert werden. Außerdem kann der erfindungsgemäß beschichtete, insbesondere aus Diamant bestehende, Nadelrohling nach dem Beschichten leichter als bei den bisherigen Verfahren für die folgen-

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» den Bearbeitungsvorgänge so ausgerichtet werden, daß aus

* der glatt polierten und beschichteten Oberfläche die Elektrodenfläche der Nadel wird. Die Ausbeute an brauch-

• baren Nadeln wird durch die Erfindung ebenso wesentlich erhöht wie die Gleichmäßigkeit der Wiedergabe im Verhältnis zu nach dem Stande der Technik hergestellten Nadeln.

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Claims

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Dr.-lng. Reimar König - Dipl.-Jr.g. Klaus Bergen Cecilienallee VB -4 Düsseldorf 3O Telefon 45SOOB Patentanwälte

15. April 1981 33 954 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza,

New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Aufnahmenadel"

Patentansprüche:

Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Aufnahmenadel, dadurch gekennzeichnet,

a. daß ein aus einem dielektrischen Material bestehender Nadelrohling (16) in Form eines langgestreckten Körpers mit auf seiner Länge diagonalsymmetrischen Querschnittshälften (22, 23) und mit einem Paar einander gegenüberliegender polierter Oberflächen (17, 18) auf je einer der Querschnittshälften vorbereitet wird;

b. daß eine der Querschnittshälften (22, 23) auf der Länge des Körpers (16) maskiert wird;

c. daß auf die andere Querschnittshälfte eine Schicht (27, 31) aus einem elektrisch leitenden Material aufgebracht wird, wobei die polierte Fläche (17) der unmaskierten Hälfte beschichtet wird und die polierte Fläche (18) der maskierten Hälfte unbeschichtet bleibt; und

d. daß in eines der Längsenden des Nadelrohlings eine Spitze (18) vorgegebener Konfiguration so eingearbeitet wird, daß sich das elektrisch leitende Material auf der Rückseite der Nadel bis zu deren Spitze (28) erstreckt sowie sämtliches auf die anderen Oberflächen des Nadelrohlings aufgebrachte leitende Material in ausreichender Weise entfernt und dadurch das leitende Material der anderen Oberflächen gegenüber der Spitze (28) der Nadel wirksam elektrisch isoliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dielektrisches Material Diamant verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als leitendes Material ein Metall verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Titan verwendet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelrohling (16) in Form eines Parallelepipeds (15) hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Parallelepiped mit quadratischem Querschnitt hergestellt wird.

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7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nadelrohling (16) zwecks Maskierung der einen Querschnittshälfte in eine einen der diagonalen Querschnittshälfte des Nadelrohlings genau angepaßten Querschnitt aufweisende Nut (25) eines Trägers (24) gesetzt wird.
8. Verfahren zum Herstellen einer kapazitiven Aufnahmenadel, bei dem ein Diamant in eine Scheibe (1O) vorgegebener Dicke (11) geschnitten wird und die beiden gegenüberliegenden Hauptflächen (12) der Scheibe poliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a. die polierte Scheibe (13) in Parallelepipede (15) mit quadratischem Querschnitt und mit einem Paar einander gegenüberliegender polierter Flächen (17, 18) auf der Länge des Körpers aufgeschnitten wird;

b. eine der diagonalen Querschnittshälften des Parallelepipeds (15) maskiert wird;

c. die freiliegende Hälfte des Parallelepipeds (15) mit einem elektrisch leitenden Material sprühbeschichtet (26) und dadurch eine leitende Schicht (27, 31) auf der freiliegenden Fläche erzeugt wird;

d. die beschichtete polierte Fläche (17) des Parallelepipeds als Rückseite und die unbeschichtete polierte Fläche (18) als Vorderseite der fertigen Aufnahmenadel orientiert wird;

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e_e in ein Längsende des Parallelepipeds eine Spitze (18) eingearbeitet wird und dabei eine auf der Rückseite der Nadel bis zu deren Spitze durchgehende Schicht des leitenden Materials erhalten wird; und

f. sämtliches auf die anderen Oberflächen des Parallelepipeds aufgebrachte leitende Material in einem für das Isolieren der Nadelspitze ausreichenden Abstandsbereich entfernt wird.