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Verfahren und Einrichtung zur Herstellung magnetischer Aufzeichnungsträger
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Aufzeichnungsträgers,
bei welchem eine flüssige Schicht aus einem Bindemittel, in dem magnetisierbare
Teilchen suspendiert sind, auf eine Unterlage aufgetragen, die Unterlage mit der
noch flüssigen Schicht einem magnetischen Feld ausgesetzt und die Schicht dann verfestigt
wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Einrichtung zur Herstellung
solcher magnetischer Aufzeichnungsträger.
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Magnetische Aufzeichnungsträger, wie sie zur Aufzeichnung von Ton-
und Fernsehsignalen sowie in Speichern von Rechenmaschinen usw. verwendet werden,
bestehen im allgemeinen aus einem flexiblen Band oder aus starren Scheiben oder
Trommeln, von denen eine Fläche mit einer Schicht überzogen ist, die magnetisierbare
Teilchen in einem Bindemittel enthält. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung derartiger
Aufzeichnungsträger besteht darin, eine Oberfläche eines Trägers mit einer Flüssigkeitsschicht
zu
überziehen, die die magnetisierbaren Teilchen und das Bindemittel enthält,
und anschließend den Überzug zu verfestigen.
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Es ist auch bereits bekannt, daß man die Speichereigenschaften derartiger
Aufzeichnungsträger dadurch verbessern kann, daß man den Überzug vor der Verfestigung
einem magnetischen Gleichfeld aussetzt, d. h. einem magnetischen Feld, das
in Größe und Richtung praktisch konstant ist. Magnetische Gleichfelder dieser Art
können durch Permanentraagneten erzeugt werden oder dadurch, daß man einen Gleichstrom
in einer Spule fließen läßt. Zum Einwirkenlassen des magnetischen Gleichfeldes hat
man bisher eine große Anzahl verschiedener Anordnungen und Aufbauten verwendet.
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Der Zweck des magnetischen Gleichfeldes besteht dabei immer darin,
die magnetische Vorzugsachse der Teilchen parallel zur vorgesehenen Laufrichtung
des Aufzeichnungsträgers in bezug auf die Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe auszurichten.
Bei der Herstellung von MagnetNändern läßt man beispielsweise das flexible Trägerband
durch eine Einrichtung laufen, in der ein flüssiger Überzug, der das Magnetmaterial
enthält, aufgebracht und das Band vor der Verfestigung des Überzuges an einem oder
mehreren Permanentmagneten oder Elektromagneten vorbeigeführt wird, die längs dein
laufenden Band angeordnet sind und in der flüssigen Schicht ein magnetisches Gleichfeld
in der gewünschten Richtung in bezug auf die Wanderungsrichtung der flüssigen Schicht
erzeugen. Im allgemeinen ist es erwünscht, die magnetischen Achsen der Teilchen
parallel zu der Richtung auszurichten, in der im Betrieb die Aufnahme- oder Abnahmeköpfe
das Aufzeichnungsmedium abtasten.
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Es ist auch bereits ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen
Aufzeichnungsträgers bekannt, bei dem die magnetisierbare Schicht durch Aufdampfen
im Vakuum gebildet wird. Um eine gleichmäßige Größe und Anordnung der aufgedampften
Teilchen zu erreichen, wird der bandförmige Träger während des Bedampfens mit Ultraschall
behandelt. Die Teilchen sollen sich dabei im Rhythmus der Frequenz des Schallgebers
orientieren.
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Die Herstellung von Aufzeichnungsträgern durch Bedampfen im Vakuum
erfordert einen hohen apparativen Aufwand. Die gewünschten magnetischen Eigenschaften
der Schicht lassen sich bei getrennter Herstellung der Partikeln viel leichter reproduzieren
als bei Bildung der magnetisierbaren Teilchen durch Aufdampfen im Vakuum. Die Ultraschallbehandlung
dient offenbar nur dazu, das Entstehen größerer Y,ristallite zu verhindern; eine
Umordnung der Teilchen
unter der Wirkung der Ultraschallbehandlung
ist nicht möglich, da sich die aufgedampften Teilchen nicht bewegen können, sondern
fest auf der Unterlage haften oder abfallen. Außerdem sind Ultraschallgeneratoren
verhältnismäßig teuer und störanfällig, ein gleichbleibender akustischer Kontakt
zwischen dem Schwinger und einem beweglichen Körper ist praktisch nicht zu erreichen.
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Durch die Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Verfahren und
Einrichtungen zur Herstellung magnetischer Aufzeichnungsträger vermieden werden.
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Die Erfindung besteht in der Verwendung eines magnetischen Wechselfeldes.
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Die Richtung des magnetischen Wechselfeldes steht vorzugsweise annähernd
senkrecht auf der Ebene der flüssigen Schicht. Jedoch auch andere Richtungen des
magnetischen Wechselfeldes ergeben Verbesserungen gegenüber Schichten, bei deren
Herstellung kein Magnetfeld zur Einwirkung gebracht worden war.
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Anscheinend vermindern die durch das magnetische Wechselfeld hervorgerufenen
Bewegungen der magnetisierbaren Teilchen den Einfluß der Umgebung auf die Teilchen
soweit oder heben diese Einflüsse ganz auf, so daß die Teilchen sich selber frei
orientieren können. Wenn nur ein magnetisches Wechselfeld zur Einwirkung gebracht
wird, lagern sich die Teilchen selbst in Kettenform aneinander und bilden Wege geringen
Widerstandes für den magnetischen Fluß in der allgemeinen Richtung parallel zur
Oberfläche der Schicht. Zusätzlich streben die Teilchen infolge der Wechselwirkung
ihrer magnetischen Eigenfelder dazu, ihre magnetischen Achsen in einer gemeinsamen
Richtung auszurichten.
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Gleichzeitig mit dem magnetischen Wechselfeld kann auch noch ein magnetisches
Gleichfeld zur Einwirkung auf die Schicht gebracht werden, dessen Richtung wenigstens
annähernd mit der Richtung zusammenfällt, in der sich im Betrieb Aufzeichnungsträger
und Magnetköpfe gegeneinander bewegen. Dadurch wird die Bildung von Ketten weiter
beschleunigt und sowohl die Teilchen als auch die von ihnen gebildeten Ketten parallel
zum magnetischen Gleichfeld ausgerichtet.
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Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
mit einer Vorrichtung zum Transport einer Unterlage von einer Vorrichtung zum Auftragen
einer Schicht gewünschter Dicke aus einer Suspension magnetisierbarer Teilchen in
einem flüssigen Bindemittel zu einer Vorrichtung zum Trocknen bzw. Verfestigen der
Schicht ist in Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Vorrichtung zum Auftragen der flüssigen Schicht und der Vorrichtung zum Verfestigen
der Schicht eine mit Wechselstrom gespeiste Magnetspule so angeordnet ist, daß das
von der Spule erzeugte magnetischeWechselfeldpraktisch senkrecht zur Ebene der Schicht
verläuft.
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Bei einer Einrichtung mit einer gleichstromgespeisten Spule, durch
die eine bandförnüge Unterlage parallel zur Spulenachse geführt wird, soll die wechselstromgespeiste
Spule völlig innerhalb der Gleichstromspule liegen.
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Die Gleichstromspule dient zur Herstellung eines magnetischen Gleichfeldes
bestimmter Richtung bezüglich der Oberfläche der flüssigen Schicht, vorzugsweise
parallel zu der Richtung, in der sich im Betrieb die Köpfe in bezug auf das Aufzeichnungsmedium
bewegen.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellte Einrichtung
zur Herstellung eines Magnetbandes gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
durch die Einrichtung nach Fig. 1 längs der Schnittebene 2-2; Fig.
3 a, 3 b, 4 und 5 zeigen perspektivische Ansichten eines Magnetbandes,
einer Scheibe und einer Trommel, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden..
Dabei sind die Richtungen eingezeichnet, in der vorzugsweise das magnetische Wechselfeld
und das magnetische Gleichfeld zur Einwirkung gebracht wird. Die Richtung des magnetischen
Gleichfeldes ist dabei gleichzeitig die Richtung, in der sich die Köpfe in bezug
auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums bewegen sollen.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung
zur Herstellung von Magnetbändem unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Ein flexibles Band 21 aus einem geeigneten Material läuft von einer Vorratstrommel
23 ab, dann weiter entlang der Bearbeitungsstrecke und wird schließlich auf
einer Aufwickelspule 25 wieder aufgewickelt. Die Bearbeitung erfolgt in verschiedenen
Stufen. Auf seinem Weg von der Vorratstrommel 23
zur Aufwickelspule
25 läuft das Band 21 zuerst über einen Tisch 27 unterhalb einer Abstreifklinge
29
durch, deren nach unten zeigende Schneide quer zur Laufrichtung des Bandes
21 liegt. Auf die der Vorratstrommel 23 zugewandte Seite der Abstreifklinge
29 wird das flüssige überzugsmaterial, das magnetisierbare Teilchen und ein
Bindemittel enthält, gebracht. Die Schneide der Abstreifklinge 29 befindet
sich in einem gewünschten Abstand oberhalb des Tisches 27, so daß der überschuß
an Überzugsflüssigkeit von dem Band abgestreift wird, wodurch der überzug die gewünschte
Dicke bekommt. Beim Durchziehen unter der Abstreifklinge 29 wird also das
Band 21 mit einer dünnen, gleichmäßigen Schicht 33 des Überzugsmaterials
31 in der gewünschten Dicke überzogen; der überzug haftet auf dem Träger.
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Bei einem typischen Verfahren dieser Art wird ein etwa 0,04 mm dickes
und
1.2,5 mm breites Band aus Celluloseacetat mit einer Geschwindigkeit von
etwa
100 cm/min unter der Abstreifklinge
29 durchgezogen, wobei sich
eine flüssige überzugsschicht von etwa
0, 18 mm Dicke bildet. Die überzugslösung
kann folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) haben:
| Magnetisierbare Teilchen .......... 25 |
| Vinylchlorid-Acetat-Kopolymer ..... 10 |
| Synthetischer Kautschuk (Kopolymer |
| von Butadien und Acrylnitril) .... 2,5 |
| Methylisobutylketon als Lösungsmittel 62,5 |
Das Band 21 mit der flüssigen Schicht
33 läuft dann zwischen Führungen 41
über eine mit Wechselspannung gespeiste Spule
35. Die Spule enthält eine
Wicklung
37 und einen zylindrischen Kein
39, der genau in die Innenbohrung
der Spule paßt. Die Spule wird mit einer regelbaren Wechselspannung gespeist. Die
Spule
35 ist bezüglich der Schicht
33 so angeordnet, daß das erzeugte
magnetische Wechselfeld annähernd
senkrecht durch die Ebene der
Schicht
33
gerichtet ist. Die Richtung des magnetischen Wechsel-"feldes ist
durch den Pfeil 42 angegeben.
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Die wechselstromgespeiste Spule 35 ist von einer kernlosen
Gleichstromspule 43 mit größerem Durchmesser derart umgeben, daß die Spule
35 sich vollständig innerhalb der Gleichstromspule befindet. Die Gleichstromspule
43, deren Klemmenspannung einstellbar ist, wird mit Gleichstrom gespeist. Die Gleichstromspule
ist in bezug auf die überzugsschicht so angeordnet, daß die Richtung 44 des durch
sie erzeugten magnetischen Gleichfeldes praktisch parallel zur Laufrichtung der
Schicht 33 liegt.
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Das überzogene Band 21 läuft dann durch einen Trockenofen 45, in dem
die Schicht 33 durch Entfernung des Lösungsmittels und bis zu einem gewissen
Grade auch durch im Bindemittel stattfindende Reaktionen verfestigt wird. Der Trockenofen
45 besteht aus einer ungefähr 3 in langen Kammer 47, der durch einen Einlaß
49 Luft mit einer Temperatur von ungefähr 80' C zugeführt wird, die die Kammer
durchströmt und durch einen Auslaß 51 entweicht. Das die trockene verfestigte
Schicht tragende Band wird dann auf der Spule 25 aufgewickelt.
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Tabelle I zeigt Vergleichswerte, die bei Untersuchungen von Magnetbändern
erhalten wurden, die als magnetisierbare Teilchen azikulares Gamma-Eisenoxyd enthielten.
Zum Vergleich wurden der Gleich- und Wechselstromspule verschiedene Spannungen zugeführt,
so daß Felder verschiedener Stärke vorlagen. Die Größen der während des überzugs
zur Einwirkung gebrachten Felder sind in Oersted (0e) in den ersten beiden Spalten
der Tabelle angegeben. Zum Vergleich der magnetischen Eigenschaften der durch die
verschiedenen Verfahren erhaltenen Bänder ist in der dritten Spalte das Verhältnis
von remanenter Feldstärke B,. zum Maximalwert des verwendeten Aufzeichnungsfeldes
B,.", also BIB., angQ-geben. Das bei dieser Versuchsreihe zur Aufzeichnung
verwendete magnetische Feld betrug etwa 1000 Oersted, die Frequenz war
60 Hz. Das remanente magnetische Feld B, und das induzierte magnetische Feld
bei maximaler Aufzeichnungsfeldstärke B. wurden gemessen, und das Verhältnis B,IB.
wird errechnet. Dieses Verhältnis B"lB. ist in der dritten Spalte der Tabelle
1 angegeben. Man kann dieses Verhältnis als relatives Maß für die Qualität
eines Bandes benutzen, da das Feld, das zur Erzeugung eines bestimmten Aufzeichnungspegels
benötigt wird, um so kleiner sein kann, je größer das Verhältnis BIB" ist,
während gleichzeitig bei einem bestimmten Aufzeichnungspegel das bei derWiedergabe
gewonnene Signal entsprechend größer ist.
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Tabelle
1 zeigt, daß bei Einwirkung eines magnetischen Wechselfeldes
während des überziehens ein verbessertes Magnetband erhalten wird, verglichen mit
Bändern, bei denen während des Aufzeichnens kein Magnetfeld zur Einrichtung gebracht
worden war. Ferner sieht man, daß durch gleichzeitige Einwirkung eines Gleich- und
eines Wechselfeldes während des überzugsvorganges ein Band erhalten wird, das besser
ist als Bänder, bei denen während des überziehens nur ein Feld einer Art vorhanden
war und daß ein Optimalwert für die Kombination von Gleich- und Wechselfeld existiert,
der das größte B,/B.-Verhältnis liefert. Die Werte der zur Einwirkung gebrachten
magnetischen Gleich- und Wechselfelder in den Tabellen
1, 11 und III wurden
mit einem Flußmeter gemessen, dessen Meßsonde sich an der Stelle in den Spulen befand,
die das Band bei der Orientierung einnimmt.
| Tabelle 1 |
| Magnetbänder mit azikularem Gamma-Eisenoxyd |
| Gleich- 1 Wechsel- B,IB. Mechanische Güte |
| feld (Oersted) bei 1000 0,-- der Schicht |
| 0 0 0,592 gut |
| 0 350 0,553 gut |
| 0 -500 0,695 gut |
| 1100 0 0,785 gut |
| 1100 350 0,789 gut |
| 1100 500 0,810 gut |
| 1850 0 0,791 großeoffeneBereiche |
| 1850 350 0,802 kleineoffeneBereiche |
| 1850 500 0,805 gut |
| 1850 1500 0,840 gut |
| 2800 0 0,796 großeoffeneBereiche |
| 2800 350 0,798 kleineoffeneBereiche |
| 2800 500 0,800 gut |
Tabelle II zeigt Werte für Magnetbänder, die in der oben beschriebenen Art hergestellt
wurden, das Magnetmaterial bestand dabei aus nicht azikularen Ferritteilchen, der
ungefähren molaren
Zusammen-
setzung 0,20 MnO
- 0,05 ZnO
- 0,75 Fe203.
| Tabelle 11 |
| Magnetbänder mit nichtazikularen Ferriten |
| Gleich- 1 Wechsel- BrIBM Mechanische Güte |
| feld (Oersted) bei 1000 0. der Schicht |
| 0 0 0,512 gut |
| 0 350 0,553 gut |
| 0 500 0,594 gut |
| 0 1500 0,639 gut |
| 1100 0 0,635 Poren |
| 1100 350 0,654 gut |
| 1100 500 0,691 gut |
| 1100 1000 0,716 gut |
| 1100 1500 0,720 gut |
| 1850 0 0,655 großeoffeneBereiche |
| 1850 350 0,655 kleineoffeneBereiche |
| 1850 500 0,692 Poren |
| 1850 1500 0,730 gut |
| 2800 0 0,647 großeoffeneBereiche |
| 2800 350 0,655 kleineoffeneBereiche |
| 2800 , 500 0,664 Poren |
Tabelle III enthält Werte für Magnetbänder, die, wie oben angegeben, hergestellt
wurden, wobei das Magnetmaterial aus azikularen Ferritteilchen der Zusammensetzung
0, 10 Zii
0 - 0190 Fe2
0, bestand.
| Tabelle IH |
| Magnetbänder mit azikularem Zink-Eisenferrit |
| Gleich- i Wechsel- BIIB. Mechanische Güte |
| feld (Oersted) bei 1000 0, der Schicht |
| 2800 0 0,740 schlechte, löcherige |
| Schicht |
| 2800 1500 0,850 gut |
Eine Untersuchung der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Magnetbänder
ergab, daß die Teilchen und Teilchengruppen während des Überziehens sich in in Laufrichtung
des Bandes orientierten Ketten anordneten. Je stärker die unmittelbar nach dem überziehen
einwirkenden magnetischen Felder sind, um so klarer ausgeprägt und gerader sind
diese Ketten.
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Eine voll befriedigende Erklärung für die durch das oben angegebene
Verfahren erreichten Verbesserungen steht noch aus. Zur Erleichterung des Verständnisses
mag jedoch die folgende Hypothese dienen. Man kann annehmen, daß die Teilchen durch
die Einwirkung des Wechselfeldes die Viskositätskräfte der Flüssigkeit und die Reibungskräfte
gegenüber anderen Teilchen überwinden können, so daß sie sich in der viskosen Bindemittellösung
bewegen können. Infolge dieser Beweglichkeit können sich die Magnetteilchen zu Ketten
ordnen, wodurch praktisch eine magnetische Anisotropie entsteht. Die Ketten werden
sowohl durch die von außen zur Einwirkung gebrachten Magnetfelder als auch durch
das von den Teilchen selbst erzeugte magnetische Gleichfeld gebildet und zusammengehalten.
Man erhält eine im Endeffekt größere magnetische Anisotropie bei Verwendung azikularer
Teilchen, was aus der Tatsache ersichtlich ist, daß man mit solchen Teilchen größere
Werte für das Verhältnis von B"lB. erreichen kann. Beim Vorliegen einer Anisotropie
ermöglicht die den Teilchen durch das Wechselfeld verliehene Beweglichkeit diesen,
sich mit ihrer Vorzugsrichtung in Richtung des anliegenden magnetischen Gleichfeldes
einzustellen.
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Die Fig. 3 a, 3 b, 4 und 5 zeigen einige mögliche
Formen für magnetische Aufzeichnungsträger: Bänder (Fig. 3 a und
3 b), eine magnetische Scheibe (Fig. 4) und eine Magnettrommel (Fig.
5). In allen Fällen ist ein Teil der Oberfläche eines Trägers 61
mit
einer Schicht 63 überzogen, die magnetisierbare Teilchen in einem Bindemittel
enthält. Die Aufzeichnungsträger werden dabei in allen Fällen durch überziehen der
betreffenden Oberflächenteile des Trägers 61 mit einer flüssigen Mischung,
die die magnetisierbaren Teilchen und das Bindemittel enthält, hergestellt. Ein
magnetisches Wechselfeld wird jeweils in Richtung der Pfeile 65 zur Einwirkung
gebracht. Gewünschtenfalls kann zusätzlich ein magnetisches Gleichfeld in der Richtung
des Pfeiles 67 vorhanden sein. Ein geeignetes Verfahren, das magnetische
Gleichfeld zur Einwirkung zu bringen, besteht darin, ein ruhendes magnetisches Gleichfeld
parallel zur Tangente des Pfeiles 67 zu erzeugen und den beschichteten Träger
in Richtung des Pfeiles 67 zu bewegen. Die Richtung dieses Pfeiles
67 stellt gleichzeitig die bevorzugte Richtung dar, mit der sich im Betrieb
Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe in bezug zur Schicht bewegen können. Die Gegenrichtung
ist natürlich gleichwertig.
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Der Träger kann aus irgend einem beliebigen, ge-
eigneten Material
bestehen ' wie er für magnetische Aufzeichnungsträger bekannt ist. Beispiele
sind Papier, Polyester, Äthylcellulose, Polyvinylchlorid, Kunstharze auf Aldehydbasis,
Porzellan, Glas Messing oder Aluminium. Als magnetisierbare Teilchen können irgendwelche
üblichen Magnetmaterialien verwendet werden, wie Gamma-Eisenoxyd, Magnetit, Ferrite
und Metalle. Das Bindemittel soll mit den Magnetteilchen und dem Träger verträglich
sein. Die Mengenverhältnisse und die Herstellung der Schicht können sich mit Ausnahme
der oben angegebenen Maßnahmen im. Rahmen der bekannten Techniken halten.