DE3007175A1

DE3007175A1 - Magnetwandlerkopf und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3007175A1
Application number: DE19803007175
Authority: DE
Inventors: Kazuo Nozawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-26
Publication date: 1980-09-11
Also published as: NL8001217A; JPS55117723A; US4361860A

Description

TER MEER · MÜLLER · STElNM.ErST£R

Sony Corporation -S8 0P31

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Magnetwandlerkopf oder Magnetkopf für magnetische Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegeräte und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Sie ist insbesondere gerichtet auf einen Magnetwandlerkopf mit einem Kernblockpaar aus einer magnetischen Legierung, einem wirksamen Magnetspalt zwischen den Kernblöcken, einer Glasverbindung zwischen den Blöcken und einer Wicklung um mindestens einen der Kernblöcke,

Herkömmliche Magnetwandlerköpfe, die für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräte verwendet werden, beispielsweise für Video-Bandaufzeichnungsgeräte, sind in der in der Fig. 1 dargestellten Weise aufgebaut und umfassen ein Paar von Magnetkernblöcken 1a und 1b, die derart miteinander verbunden sind, daß sich auf einer einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, wie einem Magnetband, gegenüberliegenden Oberfläche 6 ein Magnetspalt g ergibt. Das Verbinden der Blöcke 1a und 1b wird dadurch erreicht, daß man ein Verbindungsmaterial 3 in Nuten 2 einführt, die an beiden Seiten des Spaltes g angeordnet sind und sich längs der Richtung der Spalttiefe erstrecken und die die Spaltlänge begrenzen. Aus der Fig. 1 ist zu erkennen, daß der eine Kernblock 1a eine Nut 4 aufweist, durch die eine Wicklung 5 um den Block 1a unter Bildung einer Spule herumgeführt ist. Bei einem Magnetwandlerkopf dieses Aufbaus ist es dann, wenn die Kernblöcke 1a und 1b aus magnetischem Ferrit gebildet sind und man als Verbindungsmaterial 3 ein Glas verwendet, möglich, die Maßnahme des Verbindens gut durchzuführen und einen Magnetwandlerkopf mit hoher Fertigungsgenauigkeit herzustellen. Der in dieser Weise hergestellte Magnetkopf ist gegenüber Temperaturänderungen stabil und übersteht gut die mechanische Bearbeitung, wie das Schneiden, Schleifen oder Polieren.

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In jüngster Zeit ist es erforderlich geworden,₍als Material für Kernblöcke magnetische Legierungen mit höherer magnetischer Sättigungsinduktion als dec Ferrit, wie Sendust-Legierungen (Fe-Al-Si-Legierungen), Super-Sendust-Legierungen (Fe-Al-Si-Ni-Legierungen) , Alperm-Legierungen (Fe-Al-Legierungen) oder Permalloys (Fe-Ni-Legierungen) zu verwenden, um den Anforderungen einer höheren magnetischen Aufzeichnungsdichte zu entsprechen. Im Fall der Verbindung von Kernblöcken aus solchen Legierungen unter Verwendung von Glas als Bindemittel ergibt sich der Nachteil, daß sich bei der mechanischen .

Bearbeitung, wie dem Schneiden oder dem mechanischen Polieren der verbundenen Kernblöcke, Risse in dem Glas ausbilden. Daher werden üblicherweise für die Verbindung von aus diesen Legierungen hergestellten Kernblöcken organische Klebstoffe oder metallische Lote verwendet. Jedoch sind die organischen Klebstoffe gegenüber Temperaturänderungen nicht stabil und zeigen eine Verschlechterung ihrer Eigenschaften beim Altern, während die metallischen Lote ein elektrisch leitendes Material darstellen, das durch Wirbelstrom-Verluste zu Leistungseinbußen Anlaß gibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen verbesserten Magnetwandlerkopf für magnetische Aufzeichnungen hoher Dichte, der als Kernmaterial eine der oben angesprochenen Magnetlegierungen aufweist, die mit Hilfe eines Glases verbunden sind, und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird nun durch den Magnetwandlerkopf gemäß Hauptanspruch und das Verfahren zu seiner Herstellung gemäß Anspruch 7 gelöst.

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Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Magnetwandlerkopfes und des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung betrifft somit einen Magnetwandlerkopf mit einem Kernblockpaar aus einer magnetischen Legierung, einem wirksamen Magnetspalt zwischen den Kernblöcken, einer Glasverbindung zwischen den Blöcken und einer Wicklung, die um mindestens einen der Kernblöcke herumgeführt ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Obergangsschicht aus einem Metall, das von einem Oxid dieses Metalls begleitet wird, zwischen einer Oberfläche der Kernblöcke und dem Glas aufweist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetwandlerkopfs, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Paar von Kernblöcken aus einer magnetischen Legierung bildet, eine Vielzahl von parallel verlaufenden Nuten auf einer Oberfläche mindestens eines der Kernblöcke ausbildet, auf einer Oberfläche mindestens eines der Kernblöcke eine Nut erzeugt, die sich im wesentlichen quer zu der Vielzahl der Nuten erstreckt, eine Metallschicht in den Nuten abscheidet, das Kernblockpaar derart anordnet, daß sich ein Spalt zwischen der genannten Oberfläche ergibt, die Kernblöcke durch Ausfüllen der Vielzahl der Nuten mit einem Glas verbindet, die verbundenen Kernblöcke zu einer Vielzahl von Kernelementen aufteilt und eine Wicklung durch die Nut um die Kernelemente herumführt.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Magnetwandlerkopfes; 030037/0712

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Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Magnetwandlerkopfs; und

Fig. 3 bis 5 perspektivische Darstellungen, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Magnetwandlerkopfes verdeutlichen.

Erfindungsgemäß ist jede der Kernhälften 11a und 11b, die in der Fig. 2 dargestellt sind, aus einer magnetischen Legierung, wie einer Fe-Al-Si-Legierung (die auch als Sendust-Legierungen bezeichnet werden), einer Fe-Ni-Al-Si-Legierung (die auch als Super-Sendust-Legierungen bezeichnet werden) einer Fe-Al-Legierung (einer sogenannten Alperm-Legierung), einer Fe-Ni-Legierung (einer sogenannten Permalloy-Legierung) gebildet oder aus einer dieser Legierungen, die zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit zusätzlich Chrom enthält, oder die eine geringe Menge zusätzlicher Elemente enthält, um verschiedene Eigenschaften der Legierungen zu verbessern.

Die Kernhälften 11a und 11b werden durch Verschmelzen mit Hilfe des Glases 13 derart verbunden, daß sich ein Betriebsmagnetspalt G an einer Seite der Oberfläche bildet, an der das Band vorbeigeführt wird. Zwischen den Kernblöcken 11a und 11b und dem Glas 13 ist erfindungsgemäß eine Übergangsschicht 14 aus einem Metall und einem Oxid des Metalls angeordnet. Auf einer Oberfläche des Kernblocks, der mit dem Glas verbunden werden soll, beispielsweise auf der Oberfläche, in der die spurbreitenbegrenzenden Nuten 12 an beiden Seiten des Magnetspaltes G angeordnet sind, und auf der Oberfläche in der Nut zur Anordnung der Wicklung 16, die in einem der Kernblöcke 11a vorgesehen ist, wird eine Metallschicht abgeschieden und bei der Wärmebehandlung zum Verbinden mit dem Glas in das Glas 13 und die Kernhälften 11a und 11b

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eindiffundiert. Dabei wird die Übergangsschicht 14 aus dem Metall, das von dem Oxid des Metalls begleitet wird, zwischen den Kernhälften 11a und 11b und dem Glas 13 erzeugt. Es ist wesentlich, daß das die übergangsschicht 14 bildende Metall gut von dem Glas benetzt wird. Es ist weiterhin erwünscht, daß die Metallschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 200 · 10 /⁰C aufweist, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der magnetischen Legierungen entspricht, und daß das Metall eine Mbhssche Härte von nicht weniger als 3,0 aufweist. Beispiele für geeignete Metalle sind Chrom, Kupfer, Molybdän, Eisen, Titan, Wolfram und Nickel. Der Grund dafür, daß die Mohssche Härte des Metalls nicht weniger als 3,0 betragen sollte, ist darin zu sehen, eine lokalisierte Abnützung der Metallschicht auf der Oberfläche zu verhindern, an der beim Betrieb des magnetischen Aufzeichnungsmediums das Band vorbeigeführt wird. Die Metallschicht kann durch Aufspritzen, durch Aufdampfen im Vakuum, durch Ionenbeschuß, galvanisch oder durch stromlose Abscheidung aufgebracht werden. Die Dicke der Metallschicht liegt im Bereich von 50 nm (500 Ä) bis 50 um, und noch bevorzugter im Bereich von 100 nm (1000 A) bis 5 um. Wenn die Dicke der Metallschicht zu gering ist, diffundiert die Metallschicht bei der Wärmebehandlung während der Verbindung der Kernhälften mit dem Glas in das Glas 0 und die Kerne, so daß keine Übergangsschicht zurückbleibt, die die Bindung zwischen den Kernen und dem Glas erhöht. Wenn die Dicke der Metallschicht zu groß ist, verbleibt eine zu dicke Metallschicht zwischen den Kernen und dem Glas nach der Verbindung der Kerne mit dem Glas, so daß die Gefahr einer ungleichmäßigen Abnützung an der Bandvorbeiführungsoberfläche besteht als Folge des Unterschieds der Härte des Kernmaterials und des Metalls. Weiterhin leitet die Metallschicht den

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elektrischen Strom, wodurch sich Wirbelstromverluste ergeben. Die Metallschicht ist nicht auf eine einzige Metallschicht beschränkt, sondern kann aus mehreren übereinanderliegenden Schichten bestehen, beispielsweise einer ersten Schicht aus Kupfer auf dem Kern und einer zweiten Schicht aus Nickel, die auf der Kupferschicht ausgebildet ist.

Weiterhin ist es erwünscht, ein Glas zu verwenden, das ein zusätzliches Material enthält, das durch chemische Bindung mit Sauerstoff in dem Glas Oxidniederschläge ergibt. Die feinen Niederschläge können Spannungen in dem Glas verteilen und die Festigkeit des Glases steigern. Als zusätzliche Materialien dieser Art kann man Kupfer, Kupfer(I)-oxid (Cu₂O), Antimon, Molybdän, Zinn und Lanthan verwenden. Diese Additive werden vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% des Glases, eingesetzt. Das dem Glas zugesetzte zusätzliche Material wird vorzugsweise aus einem Material ausgewählt, das das gleiche chemische Element wie das die Übergangsschicht bildende

25 Metall enthält.

Die Bezugsziffer 17 der Fig. 2 steht für eine Spule, die durch die Nut 16 geführt ist.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

. Wie in der Fig. 3 dargestellt, bereitet man ein Paar von Kernblöcken 21a und 21b aus einer magnetischen Legierung, wie einer Sendust-Legierung. Dann formt man

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auf mindestens einer der einander gegenüberliegenden Oberflächen 22a und 22b der Kernblöcke 21a und 21b eine Vielzahl von Nuten 12, die parallel zueinander verlaufen und die Spurbreite begrenzen. Wie in der Fig. 3 dargestellt, werden die Nuten 12 bei dieser bevorzugten Ausführungsform auf beiden Oberflächen an korrespondierenden Positionen angeordnet. Auf der Oberfläche 22a des Kernblocks 21a wird eine Nut 16 für die Wicklung ausgebildet, die sich quer zu den Nuten 12 erstreckt.

Diese Nuten können durch mechanische Bearbeitung, durch elektrolytisches Ätzen und dergleichen gebildet werden. Anschließend wird, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist, eine Metallschicht 15 aus Kupfer mit einer Dicke von 3 μπι durch chemische Abscheidung in den Nuten, die die Spurbreite 12 begrenzen, und der Nut für die Wicklung 16 abgeschieden.

Anschließend wird eine Schicht aus einem nichtmagnetischen Material, wie SiO₂/ mit vorbestimmter Dicke durch

Aufspritzen auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen 22a oder 22b, die die Spaltlänge der Magnetwandlerköpfe definieren, aufgebracht, wenngleich dies in der Fig. 4 nicht dargestellt ist. Anschließend werden die Kernblöcke 21a und 21b zusammengefügt, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist, und es wird ein Glasstab 18 in die Nut 16 eingeführt. Der Glasstab kann aus einem Glas bestehen, das 30 Gew.-% PbO, 15 Gew.-% 10 Gew.-% ZnO, 40 Gew.-% SiO₂ und 5 Gew.-% Al₃O₃ enthält. Der Glasstab wird dann beispielsweise unter einer Stickstoffatmosphäre bei 800 ⁰C geschmolzen, wodurch er in die die Spurbreite begrenzenden Nuten 12 fließt, und dann abgekühlt. In dieser Weise werden die Blöcke

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mit Hilfe des Glases miteinander verbunden. Zwischen den Kernen und dem Glas ergibt sich eine Übergangsschicht aus dem Metall, das von einem Oxid des Metalls begleitet wird. Anschließend werden die Blöcke längs der gestrichelten Linien a durch die die Spaltbreite begrenzenden Nuten 12 zerteilt, um einzelne Kopfkerne zu bilden. Dann wird eine Wicklung durch die Nut 16 geführt und es wird die Bandlaufoberfläche poliert, um den erfindungsgemäßen Magnetwandlerkopf fertigzustellen, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist.

Der in dieser Weise hergestellte erfindungsgemäße Magnetwandlerkopf zeigt stabile Eigenschaften, da beide Kernblöcke 21a und 21b oder beide Kernhälften 11a und 11b fest mit Hilfe des Glases (13) miteinander verbunden sind, so daß bei der mechanischen Bearbeitung, wie dem Schneiden oder dem Polieren nach dem Schmelzverbinden mit Hilfe des Glases keine Verschiebung der Kernhälften 11a und 11b und kein Abreiben des Glases zu beobachten ist. Der Grund für die feste Verbindung der Kernblöcke ist die gegenseitige Diffusion des Kernmaterials und des Kupfers der Metallschicht 15 an der Grenzfläche zwischen den Kernhälften 11a und 11b und der Metallschicht 15 und das Diffundieren des Kupfers in das Glas an der Grenzfläche zwischen dem Glas 13 und der Metallschicht 15, wodurch eine aufgerauhte Grenzfläche mit feiner Rauhigkeit gebildet wird, wodurch die Verbindung gefestigt wird.

Beispiel 2

Man wiederholt die Verfahrensweise von Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß man einen Glasstab 18 aus einem anderen Material zum Verbinden der Kernhälften verwendet.

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Der in diesem Beispiel verwendete Glasstab 18 wird dadurch gebildet, daß man ein Glas aus 3 0 Gew.-% PbO, 15 Gew.-% B₃O₃, 10 Gew.-% ZnO, 40 Gew.-% SiO₂ und 5 Gew.-% Al₃O₃ mit 10 Gew.-% pulverförmigem Kupfer versetzt und unter einer Stickstoffatmosphäre schmilzt. Der in dieser Weise hergestellte Glasstab 18 wird in die Nut 16 eingeführt und man bewirkt das Verbinden der Kernhälften unter einer Stickstoffatmosphäre bei 800 ⁰C, worauf der Magnetwandlerkopf aus den verbundenen Blöcken herausgeschnitten wird. Die Kernhälften des in dieser Weise gebildeten Magnetwandlerkopfes sind noch fester miteinander verbunden. Es ergibt sich eine Übergangsschicht aus metallischem Kupfer und Cu₂O-Teilchen an der Grenzfläche zwischen den Kernen und dem Glas. Weiterhin sind in dem Glas feine Kupferoxidteilchen dispergiert, deren Konzentration mit zunehmendem Abstand von dem Kern abnimmt. Es wird angenommen, daß die Übergangsschicht und die ausgefällten Kupferoxidteilchen in wirksamer Weise die Spannungen in dem Glas verteilen, die sich bei der mechanischen Bearbeitung der durch Verschmelzen mit dem Glas verbundenen Kernhälften ergeben.

Wie bereits erwähnt, ist es bei der erfindungsgemäßen Herstellung des Magnetwandlerkopfes durch Verbinden der Kernhälften 11a und 11b mit dem Glas möglich, die Nachteile der herkömmlichen Magnetköpfe zu überwinden, wie die Temperaturunbeständigkeit bei der Verbindung der Kernhälften mit Hilfe organischer Klebstoffe oder die Wirbelstromverluste, die dann auftreten, wenn man die Kernhälften mit metallischem Lot verbindet.

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Wenngleich die Erfindung anhand des Verbindens eines Paars von Kernblöcken unter Bildung eines Magnetkreises

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erläutert worden ist, ist die Erfindung auch auf das Glasverbinden von Magnetkopfelementen und einem Maskierungskern für magnetische Abschirmungen anwendbar.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Lehre auch darauf anwendbar, Platten aus einer magnetischen Legierung
mit Hilfe des Glases zu Schichtgefügen zu verbinden.

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Claims

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Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Oflico Mandatalres agrees pres !'Office european des brevets

DipL-Chem, Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister ESÄt * ^MÜII

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD

Case: S80P31 26. Februar 1980

SONY CORPORATION

7-35 Kitashinagawa 6-chome, Shinagawa-ku Tokyo 141, Japan

Magnetwandlerkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Priorität: 28. Februar 1979, Japan, Nr. 22659/79

PATENTANSPRÜCHE

Magnetwandlerkopf mit einem Kernblockpaar aus einer magnetischen Legierung, einem wirksamen Magnetspalt zwischen den Kernblöcken, einer Glasverbindung zwischen den Blöcken und einer Wicklung um mindestens einen der Kernblöcke, gekennzeichnet durch eine Übergangsschicht (14) aus einem Metall und einem Oxid des Metalls zwischen der Oberfläche der

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Kernblöcke und dem Glas.
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2. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem Glas gefüllte Nut (12) an einem Ende des Spalts in Richtung einer Spurbreite, die sich längs der Tiefe des Spalts erstreckt.
3. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall einen

Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 200 · 10~⁷/°C und .
als 3,0 aufweist.

200 · 10 /⁰C und eine Moh'sche Härte von nicht weniger
4. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die Chrom, Kupfer, Molybdän, Eisen, Titan, Wolfram und Nickel umfaßt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Magnetwandlerkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein Paar von Kernblöcken aus einer magnetischen Legierung herstellt,

b) auf einer Oberfläche mindestens eines der Kernblöcke eine Vielzahl von parallel zueinander ver-0 laufenden Nuten bildet,

c) auf einer Oberfläche mindestens eines der Kernblöcke eine Nut bildet, die im wesentlichen quer zu der Vielzahl der Nuten verläuft,

d) eine Metallschicht in den Nuten abscheidet,

e) das Paar der Kernblöcke unter Bildung eines Spalts zwischen der genannten Oberfläche einander gegenüber anordnet,

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f) die Kernblöcke durch Ausfüllen der Vielzahl der Nuten mit einem Glas verbindet,

g) die verbundenen Kernblöcke zu einer Vielzahl von Kernelementen auftrennt und

h) eine Wicklung durch die Nut um die Kernelemente

bildet.
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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß man die Metallschicht unter Verwendung eines Metalls mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 200 · 1 θ" /⁰C und einer Mohsschen Härte von nicht weniger als 3,0 bil

det.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß man das Metall aus

der Gruppe auswählt, die Chrom, Kupfer, Molybdän, Eisen, Titan, Wolfram und Nickel umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß man die Metallschicht mit einer Dicke im Bereich von 50 nm (500 K) bis 50 μπι bildet.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Glas verwendet, das Additive aus der Gruppe enthält, die Kupfer,

Kupfer(I)-oxid (Cu-O), Antimon, Molybdän, Zinn und Lanthan umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet, daß man ein Glas verwen

det, das ein Additiv enthält, das das gleiche chemische Element enthält wie die Metallschicht.

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