DE3208833C2 - Abtastnadel mit einer Elektrode - Google Patents

Abstract

Die Abtastnadel besteht aus einem Schaft (6) aus Leitmaterial und einem in dem Schaft teilweise eingebetteten Diamanten (7); dieser steht vom Ende des Schaftes nach unten vor. Durch Läppen wird an der Nadel eine Grundfläche (9) zum Aufsetzen auf den Aufzeichnungsträger ausgebildet, sowie zwei gegenüber der Achse (x) geneigte Rückflächen (11a, 11b). Diese bilden zwischen sich eine Elektrodenbildungsfläche (10), die von der Grundfläche teilweise bis in den Schaft reicht und gegen die Achse um einen Winkel (c) geneigt ist, so daß das untere Ende dieser Fläche beim Abtasten vor dem oberen Ende liegt und einen solchen Spitzenwinkel (a) besitzt, daß bei dem Läppvorgang kein Kantenausbruch erfolgt. Eine die Elektrodenbildungsfläche überdeckende Leitschicht (13) bildet eine elektrische Verbindung mit dem Schaft zur Weiterleitung der erfaßten Signale zu einer externen Schaltung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastnadel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Abtastnadeln (Japanische Patentschrift 57-34 575) wurden entwickelt, um Informationen zu erfassen, die auf einer Aufzcichnungsplatic als Kapazitätsänderungen in Form von Grübchen längs spiralförmiger oder konzentrischer Spuren mit sehr großer Aufzeichnungsdichte aufgezeichnet sind. Die üblichen Nadeln enthalten einen harten, dielektrischen Körper, beispielsweise Diamant oder Saphir, und eine an einer Rückfläche des dielektrischen Körpers angebrachte Elektrode. Diese Elektrode reicht bis zur Grundseite des dielektrischen Körpers, der auf der mit 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 und ihre Breite im wesentlichen der Spurbreite entsprechen. Eine ähnliche Anordnung mit einem Abtaststift, der eine eine Elektrode tragende Fläche aufweist, die mit dem Schaft des Abtaststifts einen Winkel bildet, ist aus der DE-OS 27 41 163 bekannt.

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 Diamantobcrfläche auf Hochglanz poliert wird, um eine feste Verbindung der beiden Materialien miteinander zu erreichen, wodurch sich eine verhältnismäßig lange I lersicllungszcit ergibt. Da die schmale Elektrode praktisch nur in Piinktberührung mit der Leitschicht am Diamanten steht, kann eine Unterbrechung im Leitweg auftreten.

oder der elektrische Widerstand des Leitweges kann sich erhöhen, falls die Nadel Stößen oder Schlagen ausgesetzt ist.

Aus der US-PS 41 62 510 ist ein Abtaststift aus einem dielektrischen Material bekannt, dessen die Elektrode tragende Fläche in einer Ebene mit der Rückseite des dielektrischen Schafts liegt. Die gesamte Rückseite des Abtaststifts ist hierbei mit einer leitenden Schuht bedeckt, die die Elektrode bildet Die Rückseite muß, dato mit die Elektrode aufgebracht werden kann, in einem verhältnismäßig langen Arbeitsvorgang auf Hochglanz poliert werden.

Der Erfindung liegt dit Aufgabe zugrunde, eine gatfingsgemäße Abtastnadel zu schaffen, die einfach und schnell zu fertigen ist und die die Weiterleitung der erfaßten Signale sicherstellt, wobei der Leitweg für die erfaßten Signale vor Beschädigung durch Stöße oder Schläge gut geschützt ist

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei einer derartigen Abtastnadel besitzt die die Elektrode tragende Fläche an ihrem unteren Ende einen geeigneten Winkel, so daß beim Läppen der Rückflächen von Schaft und Diamant keine Fehlerstellen hervorgerufen werden. Die die Elektrode tragende Fläche ist vollständig mit eis ir Leitschicht bedeckt, so daß eine elektrische Verbindung mit dem leitenden Schaft besteht, wobei dieser zur Weiterleitung der durch die Elektrode erfaßten Signale dient Da der leitende Schaft den größten 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 verhältnismäßig gut gegen Beschädigungen geschützt

Vorieilhafterwcisc sind der Schaft und der Diamant mit einem metallischen Lötmittel miteinander verbunden, wobei der Schaft vorzugsweise aus Titan oder Hafnium gebildet ist.

Es ist an sich bekannt. Tonabnehmernadel mit Edelsteinspitze aus Titan oder Zirkon herzustellen, bei de nen die Edclsteinspitze durch Hartlöten an der Nadel befestigt ist (DE-AS 10 97 159). Bei derartigen Tonabnehmernadeln wird Titan oder Zirkon wegen der guten mechanischen und thermischen Eigenschaften verwendet, wodurch im Gegensatz zu Eisen die bleibenden herstellungsbcdingicn Spannungen vermindert sind, so daß eine sichere Befestigung des Edelsteins und eine gute Wiedergabe der hohen Frequenzen gesichert ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen

Fig. la und 1 b eine Vorder- bzw. Seitenansicht einer bekannten Abtastnadel.

F i g. 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 F i g. 2.

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

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

Vor der Beschreibung einer erfindungsgemäßen Aushl führung wird zunächst unhand der Fig. la und Ib zum besseren Verständnis der Erfindung eine herkömmliche Kapa/.itätserfassungs-Abtastnadcl erläutert. Diese Abtastnadel wird aus einem Diamanten t mit quadrati-

schem Querschnitt und ebener Rückfläche la 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 Elektrodenfläche 2 bestimmen. Weiter werden zwei geneigte Frontflächen 4a und 4b gebildet (von denen nur die Fläche 4a in F i g. 1 b 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 la 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 S reicht, während die Leitschicht an der Rückfläche la zur Verbindung der Elektrode mit einer externen Schaltung dient.

Die Elektrodenfläche 2 wird durch Läppen der entsprechenden Diamantenseite auf solche Weise erzeugt, daß ein Spitzenwinkel a (Fig. la) 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 Läppvorgangs leicht ausbricht, wenn die geläppte Fläche in diesem Winkelbereich liegt.

Um dieses Problem zu überwinden, wird bisher die ElcktrodenfRche 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 la liegt.

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

Da zur Herstellung des Spiegclglanzes eine beträchtliche Zeit gebraucht wird, vvird die Gesamtherstellungszeit der Nadel in unerwünschtem Ausmaß bei gleichzeitiger Kostensteigerung erhöht. Die Herstellkostcn 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 erfindungsgernäße Ausgestaltung der Abtastnadel vermieden.

In den F i g. 2a und 2b ist eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Ablastr.r.del 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.

Das Einsetzen des Diamanten 7 wird dadurch erreicht, daß eine Mittelbohrung 6a in üem 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 F i g.<2a und 2b ίο gezeigte Form gebracht. Das zur Verbindung des Diamanten 7 mit dem Schaft 6 benutzte Silberlot erscheint nach dem Läppen ais Lotschicht 8 in F i g. 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 Be-Schreibung ein Schaft 6 aus Titan r,:Is. kreisförmigem Querschnitt typischerweise mit einer Large von 2 mm und einem Durchmesser von 0,3 mm vorausgesetzt. Der Diamant 7 besitzt einen quadratischen Querschnitt beispielsweise mit einer Seitenlänge von 0,15 mm und eine Höhe vf.n 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 Elektrodenjo fläche 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 Elektrodenflächc 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 die Nadelachse χ um einen Winkel c geneigte Rückfläche A entsteht (F i g. 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 116 ausgebildet werden, die miteinander einen Winkel b von typischerweise 70" bilden; dabei bildet sich eine Elektrodenfläche 10 zwischen diesen Flächen an der Rückfläche A in der Weise, daß so die Elektrodcnfiäch·.! 10 einen Winkel a von typischerweise 6" bestimmt. Auf diese Weise wird der Winkelbereich vermieden, der zu einem Ausbrechen der Kristalls.rukiur des Diamanten während des Läppvorganges neigt. Die Elekirodenfläche 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 Y i g. 2a schraffiert dargestellt. Nach dem eben genannien Läppv^rgang werden zwei geneigte Frontflächen 12a und 126 (nur Fläche 12a in Fig.2b dargebo stellt) durch Läppen ausgebildet, die ebenfalls den Schaft 6 und den Diamant 7 anschneiden

Dann wird mit einem Kathodenzerstäubungsverfahren Titan auf der Elcktrodenfläche 10 so abgeschieden, daß eine als ElektroJe 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, Wb, 12a und 126 leicht überlappt um etwa dort abgeschiedenes uner-

SS. Uö

wünschtes Leitmaterial zu entfernen. Dann wird das untere Ende des Diamanten zur Ausbildung der Berührungsfläche 9 zum Aufsetzen auf die Auf/.eichnungsplattc geläppt; die Elektrode 13 reicht dann bis zu einer Kante dieser Berührungsfläche 9. ί

Alternativ kann die Leitschicht 13 an der Elcktrodcnfläche 10 vor der Ausbildung der Rückflächen 11a und Mb und der Frontflächen 12a und 126erzeugt werden.

Da die Elektrode 13 den Schaft zumindest teilweise überdeckt und ebenso die Zwischenschicht aus dem mctallischen Lötmittel überdeckt, ergibt sich für das durch die Elektrode 13 erfaßte Signal ein Leilweg 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 Diamarüaritci! benötigt wird, wnhei 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abtastnadel zur Erfassung von auf einer Aufzeichnungsplatte in Form von Grübchen längs Spuren als Kapazitätsänderungen aufgezeichneten Signalen mit einem Diamant, der eine Grundfläche zur Herstellung einer Glettberührung mit der Aufzeichnungsplatte, eine vordere und eine hintere Seile in bezug auf die Drehrichtung der Aufzcichnungsplatte hat, und dessen hintere Seite eine Fläche besitzt, die eine Elektrode zur Erfassung der Signale trägt, wobei die die Elektrode tragende Fläche sich nach unten und vorwärts unter einem spitzen Winkel in bezug auf die vertikale Achse der Abtastnadel erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitender Schaft (6) mit dem Diamanten (7) zu einem einheitlichen Bauteil verbunden ist. daß das einheitliche Bauteil mit einem Paar von Seitenflächen {Us-. Ub) zu jeder Seite der Elektrode (13) vorgesehen ist, und daß die Elektrode (13) sich vom unteren Ende des Diamanten (7) teilweise in die Oberfläche des Schaftes (6) erstreckt, um die erfaßten Signale durch den Schaft (6) zu leiten.

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.