DE3208833A1 - Abtastnadel nach dem kapazitaets-erfassungsprinzip mit elektrisch leitendem schaft - Google Patents

Description

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Die Erfindung b.etrifft eine Abtastnadel vom Kapazitäts- Erfassungstyp.

Abtastnadeln vom Kapazitäts-Erfassungstyp wurden entwickelt, um sehr dichte Informationen als KapazitätsändGrungcn zu. erfauison, die auf einer Aufzeichnungsplatte in Form von Grübchen liinqs spiralförmiger oder konzentrische Spuren aufgezeichnet sind. Die üblichen Nadeln enthalten einen harten, dielektrischen Körper, beispielsweise Diamant oder Saphir, und eine an einer Rückfläche des dielektrischen Körpers angebrachten Elektrode. Diese Elektrode reicht bis zur Grundseite des dielektrischen Körpers, der auf der mit beträchtlich hoher Geschwindigkeit umlaufenden Aufzeichnungsplatte gleitend aufsitzt. Da die Nadelelektrode als kritisches Element für die Erfassung der aufgezeichneten Signale dient, sollte ihre Stärke etwa der Länge der aufgezeichneten Bit-Werte entsprechen und ihre Breite im wesentlichen der Spurbreite

Um eine Weiterleitung für die durch die Elektrode erfaßten Signale zu ermöglichen, wird die Oberfläche des Diamanten normalerweise mit einer Leitschicht bedeckt und mit der Elektrode verbunden. Eine derartige Bedeckung erfordert jedoch, daß die Diamantoberfläche auf Spiegelglanz poliert wird, um eine feste Verbindung der beiden Materialien miteinander zu erreichen. Dadurch ergibt sich eine beträchtlich ausgedehnte Herstellungszeit. Da die schmale Elektrode praktisch nur in Punktberührung mit der Leitschicht am Diamanten steht, kann eine Unterbrechung im Leitweg auftreten, oder der elektrische Widerstand des Leitweges kann sich erhöhen, falls die Nadel Stoßen oder Schlägen ausgesetzt ist.

Erfindungsgemäß wird eine Abtastnadel geschaffen, die einen leitfähigen Schaft und einen teilweise fest so in dem Schaft eingebetteten Diamant umfaßt, daß der Diamant von einem Ende des Schaftes nach unten absteht. Der Diamant enthält eine Grundfläche zur Herstellung eines Gleitkontaktes mit der Aufzeichnungsplatte, und Schaft wie Diamant werden mit zwei gemeinsamen,

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L)OZu(J 1.1 ob der Nadelachse geneigten Rückflächen ausgebildet, .•ίο <l,iB i>\no l·: I okLrodonbildungsflache zwischen diesen Rück-IMächen gebildet wird. Die Elektrodenbildungsfläche reicht von der Grundfläche des Diamanten teilweise bis in die Oberfläche des Schaftes und ist mit Bezug auf die Nadelachse so geneigt, daß das untere Ende der Elektrodenbildungsfläche weiter vorne (bezogen auf die relative Bewegungsrichtung) gelegen ist als das obere Ende der Elektrode.· Dadurch ist es möglich, daß die Elektrodenbildungsfläche einen angemessenen Winkel an ihrem unteren Ende besitzt, ohne Fehlerstellen beim Läppen der Rückflächen von Schaft und Diamant hervorzurufen. Die Elektrodenbildungsfläche ist vollständig mit einer Leitschicht so bedeckt, daß eine elektrische Verbindung mit dem Schaft besteht, so daß dieser zur Weiterleitung der durch die Elektrode erfaßten Signale dient. Da der leitfähige Schaft den größeren Teil der Nadel bildet, und die Elektrode sich teilweise bis in die Oberfläche des Schaftes hinein erstreckt, besitzt die Nadel insgesamt einen niedrigen elektrischen Widerstand und ist gegen Beschädigungen relativ gesichert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1a und 1b Eine Vorder- bzw. Seitenansicht einer bekannten Abtastnadel,

Fig. 2a und 2b eine Vorder- bzw. Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abtastnadel,

Fig. 3a und 3b perspektivische Darstellungen des leitfähigen Schaftes und des Diamanten zur Ausbildung einer Nadel nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Schaftes mit eingebettetem Diamanten vor dem Läppvorgang, und

Fig. 5a und 5b eine Vorder- bzw. Seitenansicht des Schaftes mit eingebettetem Diamant nach einem ersten Läppvorgang.

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Vor der Beschreiblang einer erfindungsgemäßen Ausführung wird zunächst anhand der Fig. 1a und 1b zum besseren Verständnis der Erfindung eine herkömmliche Kapazitätserfassungs-Abtastnadel erläutert. Diese Abtastnadel wird aus einem Diamanten 1 mit quadratischem Querschnitt und ebener Rückfläche 1a gebildet, die in die Ablaufrichtung der Aufzeichnungsplatte gewendet ist. Der untere Endabschnitt des Diamanten wird durch Läppen so geformt, daß zwei geneigte Rückflächen 3a, 3b entstehen, die dazwischen eine Elektrodenbildungsfläche 2 bestimmen. Weiter werden zwei geneigte Frontflächen 4a und 4b gebildet (von denen nur die Fläche 4a in Fig. 1b gezeigt ist) und eine Berührungsfläche 5 an der Unterseite des Diamanten, die auf dem Aufzeichnungsträger, d.h. der Kapazitätsplatte aufsitzt. Die Elektrodenbildungsfläche 2 reicht so bis zu der Grundseite des Diamanten. Die Rückfläche 1a und die Elektrodenfläche 2 werden mit einer dünnen Schicht aus leitfähigem Material so bedeckt, daß die Leitschicht an der Fläche 2 als die Nadelelektrode dient, deren unteres Ende bis zur Berührungsfläche 5 reicht, während die Leitschicht an der Rückfläche 1a zur Verbindung der Elektrode mit einer externen Schaltung dient.

Die Elektrodenbildungsfläche 2 wird durch Läppen der entsprechenden Diamantenseite auf solche Weise erzeugt, daß ein Spitzenwinkel a (Fig. 1a) von typischerweise unter 10° entsteht. Vom Gesichtspunkt der Nadel-Lebensdauer her ist es erwünscht, daß die Breite der Nadelelektrode so gering wie möglich gehalten wird, um diese Breite während einer langen Betriebszeit im wesentlichen konstant zu halten, auch wenn der Diamant durch Berührungsabrieb an der Aufzeichnungsplatte verkürzt wird. Andererseits ergibt sich durch diese Bedingung, d.h. durch Erzeugung eines kleinen Winkels a,eine außerordentlich lange Elektrode mit einem beträchtlich hohem Widerstandswert und dementsprechend geringem Ausgangssignalpegel. Dieses Problem wird weiter dadurch erschwert, daß es erhebliche Winkelbereiche gibt, in denen die Kristallstruktur des Diamanten dazu führt, daß der Diamant während des Läppvorganges leicht ausbricht, wenn die geläppte Fläche in diesem Winkelbereich liegt.

Um dieses Problem zu überwinden, wird bisher die Elektrodenbildungsfläche 2 mit einem Winkel c, bezogen auf die Achse χ der Nadel, so ausgebildet oder geläppt, daß das am weitesten unten gelegene Ende an einer Stelle sitzt, die (in Ablaufrichtung des Aufzeichnungsträgers gesehen) vor der Ebene der Rückfläche 1a liegt.

Damit die Leitschicht fest mit der Diamantoberfläche verbunden ist, muß die Rückfläche 1a und die Elektrodenbildungsfläche 2 auf Spiegelglanz poliert werden. Wenn kein perfekter Spiegelglanz erreicht wird, tritt sehr leicht eine Diskontinuität zwischen der Elektrode und der Leitschicht an der Rückfläche 1a auf.

Da zur Herstellung des Spiegelglanzes eine beträchtliche Zeit gebraucht wird, wird die Gesamtherstellungszeit der Nadel in unerwünschtem Ausmaß bei gleichzeitiger Kostensteigerung erhöht. Die Herstellkosten für die Abtastnadel werden auch dadurch sehr hoch, daß bisher die gesamte Nadel aus einem Diamantkörper mit quadratischem Querschnitt gefertigt wird. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß infolge der Ausbildung der Elektrode als Leitschicht über die Gesamtlänge der Nadel eine Beschädigung dieser Leitschicht sehr leicht erfolgt, wodurch infolge der erzeugten Erhöhung des Widerstandes der Elektrode eine Absenkung des Ausgangssignalpegels auftritt.

Diese Nachteile werden nun durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Abtastnadel vermieden.

In den Fig. 2a und 2b ist eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Abtastnadel dargestellt. Es ist hier ein Schaft 6 aus einem elektrisch leitfähigem Material vorgesehen, und ein (wesentlich kleinerer) Diamant ist teilweise fest in den unteren Endabschnitt des Schaftes 6 eingebettet.

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Das Einsetzen des Diamanten 7 wird dadurch erreicht, daß eine Mittelbohrung 6a in dem Schaft 6 erzeugt wird (Fig. 3a)| ein Diamant 7 wird mit einem Silberlot oder einem Silberkupferlot in die Bohrung eingesetzt und der Schaft bis zum Aufschmelzen des Silberlotes erhitzt. Der so entstandene zusammengesetzte Körper wird dann durch Läppen in die in Fig. 2a und 2b gezeigte Form gebracht. Das zur Verbindung des Diamanten 7 mit dem Schaft 6 benutzte Silberlot erscheint nach dem Läppen als Lotschicht 8 in Fig. 2a und 2b.

Für den Schaft 6 wird ein Metall mit einer guten Affinität zu Diamant verwendet, beispielsweise Titan oder Hafnium. Für die Herstellung des Diamantkörpers 7 können Naturdiamanten oder auch künstliche Diamanten verwendet werden.

Der Schaft 6 kann kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt besitzen, jedoch wird bei der weiteren Beschreibung ein Schaft 6 aus Titan mit kreisförmigem Querschnitt typischerweise mit einer Länge von 2mm und einem Durchmesser von 0,3mm vorausgesetzt. Der Diamant 7 besitzt einen quadratischen Querschnitt beispielsweise mit einer Seitenlänge von 0,15 mm und eine Höhe von 0,45mm. In Fig. 2b ist der Umriß des Diamanten 7 gestrichelt eingezeichnet.

Der Diamant 7 wird nun so ausgeformt, daß sich eine Berührungsfläche 9 an der Unterseite zum Aufsetzen auf die Aufzeichnungsplatte ergibt und eine Elektrodenbildungsfläche 10, die mit einem Winkel c (Fig. 2b) von typischerweise 20° oder weniger (vorzugsweise 15 ) zur Längsachse χ des Schaftes 6 geneigt ist. An der Elektrodenbildungsfläche 10 wird eine Leitschicht abgeschieden oder aufgebracht, die elektrisch mit dem elektrisch leitenden Schaft 6 so in Verbindung steht, daß dieser zur Weiterleitung zu einer externen Schaltung dient.

Der aus Schaft 6 und Diamant 7 bestehende zusammengesetzte Rohkörper wird zunächst an einem Ende so geläppt, daß eine gegen

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die Nadelachse χ um einen Winkel c geneigte Rückfläche A entsteht (Fig. 5b). Wie gezeigt, wird dabei ein Teil des Diamantkörpers 7 so abgeschnitten, daß innerhalb der schrägliegenden Seitenfläche A des Schaftes eine rechtwinklige Diamant-Einschnittsfläche freigelegt wird.

Der Schaft 6 wird weiter geläppt, so daß zwei geneigte Rückflächen 11a und 11b ausgebildet werden, die miteinander einen Winkel b von typischerweise 70° bilden; dabei bildet sich eine Elektrodenbildungsfläche 10 zwischen diesen Flächen an der Rückfläche A in der Weise, daß die Elektrodenbildungsfläche 10 einen Winkel a von typischerweise 6° bestimmt. Auf diese Weise wird der Winkelbereich vermieden, der zu einem Ausbrechen der Kristallstruktur des Diamanten während des Läppvorganges neigt. Die Elektrodenbildungsfläche 10 liegt in einer Ebene, die sich von der Diamantspitze über die Silberlotschicht 8 bis zur Oberfläche des Schaftes 6 erstreckt; diese Fläche ist in Fig. 2a schraffiert dargestellt. Nach dem eben genannten Läppvorgang werden zwei geneigte Frontflächen 12a und 12b (nur Fläche 12a in Fig. 2b dargestellt) durch Läppen ausgebildet, die ebenfalls den Schaft 6 und den Diamant 7 anschneiden.

Dann wird mit einem Kathodenzerstäubungsverfahren Titan auf der Elektrodenbildungsfläche 10 so abgeschieden, daß eine als Elektrode dienende Leitschicht 13 ausgebildet wird. Diese Elektrode reicht von der Grundseite der Nadel bis zum Schaft 6 und überdeckt teilweise den Schaft. Daraufhin werden die Flächen 11a, 11b, 12a und 12b leicht überläppt um etwa dort abgeschiedenes unerwünschtes Leitmaterial zu entfernen. Dann wird das untere Ende des Diamanten zur Ausbildung der Berührungsfläche 9 zum Aufsetzen auf die Aufzeichnungsplatte geläppt ; die Elektrode 13 reicht dann bis zu einer Kante dieser Berührungsfläche 9.

Alternativ kann die Leitschicht 13 an der Elektrodenbildungsfläche 10 vor der Ausbildung der Rückflächen 11a und 11b und der Frontflächen 12a und 12b erzeugt werden.

Da die Elektrode 13 den Schaft zumindestens teilweise überdeckt und ebenso die Zwischenschicht aus dem metallischen Lötmittel überdeckt, ergibt sich für das durch die Elektrode 13 erfaßte Signal ein Leitweg mit geringem Widerstand durch den den größten Teil der Nadel bildenden Schaft 6 und es ist sehr unwahrscheinlich, daß eine Unterbrechung oder Auftrennung zwischen Elektrode 13 und Schaft 6 auftritt.

Damit ist zu sehen, daß für diese Ausbildung der Nadel nur ein geringer Diamantanteil benötigt wird, wobei dieser entweder ein Naturdiamant oder ein künstlicher Diamant sein kann, und daß der Läppvorgang sehr erleichtert ist, wodurch sich eine erhebliche Reduzierung der Herstellungszeit ergibt.

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Leerseite

Claims (3)

Patentansprüche

1.) Abtastnadel zur Erfassung von auf einer Aufzeichnungsplatte in Form von Grübchen längs Spuren aufgezeichneten Signalen als Kapazitätsänderungen, mit einem Diamant, der eine zwischen zwei Rückflächen bestimmte Elektrodenbildungsfläche besitzt, welche mit einem Winkel gegenüber der Nadelachse so geneigt ist, daß das untere Ende der Elektrodenbildungsfläche vor dem oberen Ende liegt, wobei der Diamant so geformt ist, daß er eine Grundfläche zur Herstellung einer Gleitberührung mit der Aufzeichnungsplatte bildet, und eine Leitschicht die Elektrodenbildungsfläche vollständig überdeckt und als Elektrode zur Erfassung der Signale wirkt, dadurch gekennzeichnet , daß ein elektrisch leitender Schaft (6) vorgesehen ist, in dem der Diamant (7) teilweise fest so eingebettet ist, daß der Diamant von

einem Ende des Schaftes nach tonten absteht, und daß die Elektrodenbildungsfläche (10) sich teilweise bis in die Oberfläche des Schaftes (6) hinein erstreckt, um eine elektrische Verbindung mit diesem herzustellen, so daß der Schaft zur Weiterleitung für die durch die Elektrode erfaßten Signale dient.

2. Abtastnadel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schaft und der Diamant mit einem metallischen Lötmittel (8) miteinander verbunden sind.

3. Abtastnadel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (6) aus Titan oder Hafnium gebildet ist.