DE1193552B - Magnetische Datenspeichervorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-37/60

N22461IXc/21al
11. Dezember 1962
26. Mai 1965

Die Erfindung betrifft eine magnetische Datenspeichervorrichtung aus einem nichtmagnetischen, elektrisch leitenden, insbesondere aus Phosphorbronze oder einer Kupferberylliumlegierung bestehenden Träger, auf dem eine ferromagnetische Schicht mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife aufgebracht ist.

In einer von Jan A. Rajchman stammenden Veröffentlichung, die unter dem Titel »Computer Memories: A Survey of the State-of-the-Art« in der Zeitschrift »Proceedings of the IRE« vom Januar 1961 erschienen ist, sind im wesentlichen sämtliche der verschiedenen Typen von Vorrichtungen kurz beschrieben worden, die bisher zur Verwendung in elektronischen Rechnern und Datenverarbeitungsanlagen für die Datenspeicherung und für die Herstellung logischer Verknüpfungen vorgeschlagen wurden. Somit sind magnetische Datenspeicher- und logische Vorrichtungen bekannt, die in einem bevorzugten magnetischen Flußweg binäre Informationen speichern können.

Bekannt sind fefner verschiedene Typen von magnetischen Vorrichtungen, die eine langgestreckte Raumform aufweisen und eine leichte bzw. bevorzugte Magnetisierungsrichtung besitzen, die in einem bestimmten Winkel zu der Längsachse der Vorrichtung verläuft.

In der genannten Veröffentlichung wird auch dargelegt, daß Koinzidenzströme sehr gut geeignet sind, um ein Speichern von Informationen in der in der Speichervorrichtung vorhandenen bevorzugten Magnetisierungsrichtung zu bewirken, und zwar ohne Rücksicht auf die winkelmäßige Ausrichtung der bevorzugten Magnetisierungsrichtung in bezug auf die Längsachse der genannten Vorrichtung.

Außerdem sind in der genannten Veröffentlichung verschiedene Verfahren angegeben, mit denen die unter verschiedenen möglichen Winkeln verlaufende magnetische Vorzugsrichtung auf der Vorrichtung erzielt wird, und zwar durch das Erzeugen einer durch eine permanente Torsionsspannung bewirkte Anisotropie in einer ferromagnetischen Schicht, die auf einem langgestreckten, elektrisch leitenden Träger galvanisch abgelagert wird, wobei die Torsionsspannung bewirkt, daß eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung innerhalb der Schicht längs des den größten mechanischen Druck aufweisenden Weges entsteht; durch das Anlegen einer Torsionsspannung an die Enden eines langgestreckten elektrisch leitenden Trägers vor und während der galvanischen Ablagerung der ferromagnetischen Schicht auf demTräger, während nach dem Ablagerungsvorgang die Torsionsspannung

Magnetische Datenspeichervorrichtung

Anmelder:

The National Cash Register Company,

Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. A. S'tappert, Rechtsanwalt,

Düsseldorf-Nord, Feldstr. 80

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Dezember 1961
(158 885)

weggenommen wird, so daß sich der Träger seinem ursprünglichen, unbeanspruchten Zustand nähern

as kann, wodurch wieder längs des den größten Druck aufweisenden Weges eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung entsteht; durch Ablagern der ferromagnetischen Schicht auf dem Träger in Gegenwart eines magnetischen Feldes derart, daß die herzustellende bevorzugte Magnetisierungsrichtung die gleiche Richtung wie das angelegte magnetische Feld erhält; durch Herstellen sehr feiner schraubenförmiger Vertiefungen oder Erhöhungen auf dem Träger vor der Ablagerung der ferromagnetischen Schicht, wodurch eine mechanische, harte Magnetisierungsrichtung erreicht wird, die eine leichte Magnetisierungsrichtung in der Ablagerung bewirkt, die in derselben Richtung wie beispielsweise die Vertiefungen oder Rillen im Träger verläuft; und durch Anwendung eines eine bestimmte Ionenkonzentration enthaltenden galvanischen Bades. Fast alle der oben beschriebenen Vorrichtungen sind nach ihrer Herstellung sehr empfindlich gegen mechanische Spannungen. Werden diese Vorrichtungen derart gebogen, verdreht oder auf andere Weise verformt, daß die dabei auftretenden Spannungen die Elastizitätsgrenze des Trägermaterials überschreiten, dann treten Änderungen der magnetischen Eigenschaften der ferromagnetischen Schicht auf. Um diese Nachteile zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, einen Träger aus Phosphorbronze oder aus einer Kupferberylliumlegierung zu verwenden, auf dem dann eine ferromagnetische Schicht mit annähernd

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rechteckiger Hysteresisschleife abgelagert wird. Obwohl orientierten Kupferschicht auf der Oberfläche des durch die Verwendung dieser Materialien als Träger- Trägers vor dem Aufbringen der ferromagnetischen material das genannte Problem im wesentlichen Schicht nicht kritisch ist, und es kann auch ein begelöst wurde, besteht ein bisher noch nicht gelöstes liebiges anderes bekanntes Verfahren zum Herstellen Problem darin, daß diese Speichervorrichtung noch 5 eines blanken Kupferüberzuges mit dem gleichen nicht über ihre ganze Länge gleich gute magnetische Erfolg angewandt werden. Die einzige Einschränkung Eigenschaften, beispielsweise eine konstante Koer- liegt darin, daß die Kupferschicht feinkörnig und zitivkraft, aufweisen. Aus diesem Grunde war bisher wahllos orientiert sein muß und dick genug ist, um eine Massenherstellung dieser magnetischen Vor- alle epitaxialen Erscheinungen in der auf dem Träger richtungen nicht wirtschaftlich, d. h., für Speicher- io abgelagerten Schicht zu beseitigen,
vorrichtungen guter Qualität waren die Kosten viel Eine als Beispiel gewählte Galvanisierungslösung

zu hoch. zur Ablagerung einer ferromagnetischen Schicht auf

Die Erfindung bringt eine magnetische Daten- dem kupferbeschichteten Träger setzt sich aus folgenspeichervorrichtung, bei der die Nachteile bekannter den Bestandteilen zusammen, deren Konzentration Vorrichtungen beseitigf sind. 15 jeweils in Gramm pro Liter der wäßerigen Lösung

Die erfindungsgemäße magnetische Datenspeicher- angegeben ist:
vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich auf

dem Träger eine Schicht aus metallischem Kupfer mit FCmChIOrId(FeCI₃-OH₂O) 8 g/l

feinkörniger, wahllos orientierter Oberfläche befindet, Nickelchlorid (NiCl₂ · 6H₂O) 20 g/l

auf der die ferromagnetische Schicht aufgebracht ist. so Ammoniumchlorid(NH₄Cl) .'Z'.'.'.'.'.'.'.'. 50g/l

Von Vorzug ist weiter, daß der Trager der Daten- . ^₁ . „

speichervorrichtung gemäß der Erfindung die Gestalt " Ammonmmzrtrat [(NBUJEICaO₇] 40 g/l

eines steif-elastischen Drahtes aufweist; dieser draht- Ammoniumheptamolybdat

artige Faden kann entweder aus Phosphorbronze oder [(NH₄)HMo₇O₂₄ · 4H₂O] 5 g/l

einer Kupferberylliumlegierung mit kreisförmigem 25

Querschnitt und einem Durchmesser von etwa 0,05 Nachdem die obige Galvanisierungslösung vor-

bis 1,25 mm bestehen. bereitet und ihr pH-Wert durch Zugabe von annähernd

Erfindungsgemäß wird zur Herstellung der Daten- 40 cm³/l Ammoniumhydroxyd (NH₄OH) auf 8.6 speichervorrichtung die Schicht aus metallischem eingestellt wurde, wird deren Temperatur auf etwa Kupfer vorzugsweise galvanisch abgelagert. 3° 88 bis 90⁰C gebracht, obgleich die Galvanisierung

Vor der Ablagerung der magnetischen Schicht wird mit Erfolg auch bei Zimmertemperatur durchgeführt der Träger zunächst gründlich gereinigt, beispielsweise werden kann. Anschließend wird die Galvanisierungsmit einer der herkömmlichen Lauge-Säure-Wasser- lösung in ein mit einem Kunststoff ausgekleidetes Verfahren, die in der Galvanisierindustrie allgemein Galvanisiergefäß oder in einen gleichwertigen korrobekannt sind. Vorzugsweise wird der Träger einem 35 sionsbeständigen Behälter eingeführt,
bekannten kathodischen, alkalischen Reinigungsvor- Bei der Herstellung magnetischer Vorrichtungen in

gang unterworfen, bei dem der Träger als Kathode in Form eines Twistors ist es erwünscht, eine relativ eine geeignete alkalische Reinigungslösung einge- dünne Ablagerung in der Größenordnung von etwa taucht wird. Der Träger wird etwa 7 bis 10 Sekunden 25 μ auf dem Träger aufzubringen, so daß während lang in der Reinigungslösung gehalten, wobei dieser, 4° des Arbeitens der Vorrichtung in dieser Schicht entwie schon erwähnt, als Kathode dient, und zwar bei stehende Wirbelstromverluste auf ein Mindestmaß einer Stromdichte von 2 bis 5 A/dm². Nach Heraus- beschränkt werden; doch muß die Schicht noch so nehmen aus dem Reinigungsbad wird der Träger dick sein, daß ein ausreichend starkes Ausgangssignal gründlich mit destilliertem Wasser abgespült und erzeugt und das Zerbrechen der Schicht bei nachdann etwa 7 bis 10 Sekunden in eine 18- bis 50%ige 45 träglich angewandter Torsionsspannung vermieden Hydrochlorsäurelösung· getaucht, wodurch eine ge- wird. Demzufolge ist es zweckmäßig, daß der bereits gebenenfalls auf der Oberfläche des Trägers be- beschriebene kupferbeschichtete Träger etwa 60 Sefindliche Oxydschicht entfernt und die Oberfläche künden lang bei einer Stromdichte von 50 A/dm^a aktiviert wird. Anschließend wird der Träger erneut der Kathodenfläche als Kathode der Galvanisierungsgründlich mit destilliertem Wasser abgespült. 5<> lösung ausgesetzt wird. Es hat sich als zweckmäßig

Unmittelbar nach dem soeben beschriebenen Reini- erwiesen, den als Kathode wirkenden Träger unter gungsvorgang wird der Träger als Kathode für ein Ausübung einer minimalen mechanischen Spannung elektrolytisches Verfahren in eine wäßerige Galvani- fortlaufend mit konstanter Geschwindigkeit durch die sierungslösung gebracht, die auf Zimmertemperatur Galvanisierungslösung zu ziehen, wobei der Träger gehalten wird und Kupfersulfat (CuSO₄ · 5H₂O) und 55 ständig in elektrischem Kontakt mit der Galvanisierkonzentrierte Schwefelsäure (H₈SO₄) jeweils in einem stromquelle gehalten wird, um den erforderlichen Mengenverhältnis von etwa 150 bzw. 60 g/l enthält. konstanten Galvanisierstrom zuzuführen. Desweiteren Der Träger wird als Kathode bei einer Stromdichte ist es zweckmäßig, den Träger innerhalb der Galvanivon etwa 23 A/dm^a etwa 50 Sekunden in der Galvani- sierungslösung mit einer schraubenförmigen Anode sierungslösung belassen. Während dieser Zeit lagert ^6o mit einem Windungsdurchmesser von etwa 25 mm sich eine feinkörnige ,Kupferschicht galvanisch auf koaxial zu umgeben. Die schraubenförmige Anode der Oberfläche ab. Die Größenordnung des Korn- besteht vorzugsweise aus Molybdändraht mit einem durchmessers der Kupferschicht wurde mit etwa 0,1 Durchmesser von etwa 1,25 mm.
bis 1,0 μ ermittelt. Die Kupferkörner sind beliebig Es sei darauf hingewiesen, daß das hier beschriebene,

wahllos orientiert, so daß eine isotrope Kupferschicht 65 spezielle Galvanisierungsverfahren zum Ablagern einer gebildet wird. ..." sättigbaren ferromagnetischen Schicht auf den kupfer-

Es sei bemerkt, daß" das soeben beschriebene Ver- beschichteten Kupferberyllium- oder Phosphorbronzefahren zum Ablagern- einer feinkörnigen, wahllos träger nur als Beispiel gewählt wurde.

Beim Heraustreten aus dem galvanischen Bad wird das ferromagnetische Element abgespült und getrocknet. Es ist nun fertig, um als Koinzidenzstrom-Twistor in folgender Weise für die Datenspeicherung Verwendung zu finden:

Der mit der ferromagnetischen Schicht versehene Träger wird gedehnt und verdreht, wonach seine Enden derart festgehalten werden, daß die Spannung im ferromagnetischen Element erhalten bleibt. Infolge der in dem Speicherelement vorhandenen Zug- und Torsionsspannung wird in der Schicht eine leichte Magnetisierungsrichtung hergestellt, die annähernd parallel zur Längsachse des Trägers gleichmäßig schraubenförmig um den Träger verläuft. Da die ferromagnetische Schicht eine positive und negative magnetische Remanenz sowie eine annähernd rechteckige Hysteresesschleife aufweist, können ausgewählte Längsabschnitte des Twistors den einen oder den anderen von zwei stabilen Zuständen, d. h. den Zustand positiver oder negativer magnetischer Remanenz, annehmen. Ein parallel zur leichten Magnetisierungsrichtung angelegtes magnetisches Feld von ±H Oersted schaltet einen ausgewählten Längsabschnitt des Twistors von dem einen remanenten Zustand in den anderen, während ein Feld von άζΗ/2 Oersted nur vernachlässigbare Änderungen in der magnetischen Remanenz hervorruft. Mehrere gleichartige Spulen werden durch einen kleinen Abstand voneinander getrennt um den beschichteten drahtartigen Träger gewickelt, so daß dadurch eine entsprechende Anzahl mit einer schraubenförmigen magnetischen Vorzugsrichtung versehener Längsabschnitte des sättigbaren ferromagnetischen Materials definiert wird. Das Speichern einer binären Information in einem ausgewählten Längsabschnitt der Schicht wird durch gleichzeitiges Anlegen jeweils eines »Halbwählstromes« an den leitenden Träger und an eine ausgewählte der auf dem Twistor befindlichen Spulen bewirkt, wobei der resultierende Flußvektor aus den beiden durch die genannten koinzidenten Halbwählströme erzeugten magnetischen Felder einen Betrag von ± AT Oersted besitzt und parallel zur leichten Magnetisierungsrichtung verläuft.

Zum Ablesen eines ausgewählten Längsabschnittes der Schicht wird die entsprechende Spule mit einem »Vollauswähl-Stromimpuls« erregt, um ein magnetisches Feld von ± H Oersted in der entgegengesetzten Richtung wie beim Speichern oder Schreiben zu erzeugen. Durch das Anlegen des Leseimpulses tritt an den Enden des leitenden Trägers entweder ein Signal auf oder nicht, abhängig davon, ob vorher in den betreffenden Längsabschnitt der Schicht die binäre Information »L« oder »0« eingespeichert wurde.

In der nachfolgenden Tabelle sind die elektrischen Betriebskennwerte einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten magnetischen Datenspeichervorrichtung, in diesem Falle eines Twistors, angegeben:

Verdrehung des Trägers ,

Anzahl der Windungen jeder

Wicklung ,

Halbwählschreibstrom im Träger
Halbwählschreibstrom in den

Wicklungen ,

7°/cm

20
64 mA

32 mA

60 Vollauswähllesestrom in den

Wicklungen 20OmA

Halbwähl-Störsignal an den Enden

des Trägers 10 bis 15 mV

Signalausgang an den Enden des

Trägers 100 bis 150 mV

Signal-Stör-Verhältnis 10

Schaltzeit <0,3 μ sec

Durchmesser des Trägers 0,08 mm

Rechteckigkeit der Hysteresis-

schleife annähernd 99

Magnetische Koerzitivkraft <2 Oersted

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten magnetischen Vorrichtungen besitzen nicht nur die oben aufgeführten magnetischen Eigenschaften, sondern diese Eigenschaften sind auch auf der ganzen Länge des Trägers gleichmäßig vorhanden und lassen sich auch mit großer Genauigkeit für jede magnetische Vorrichtung wiederholen. Demgemäß ist ein solches Galvanisierverfahren hervorragend geeignet für ein fortlaufendes Verfahren, in dem sich mehrere hundert Meter des drahtartigen Trägers anfangs auf einer geeigneten Spule befinden und von da aus fortlaufend durch die verschiedenen oben beschriebenen Reinigungs- und galvanischen Lösungen gezogen werden, wodurch eine Massenherstellung der magnetischen Vorrichtungen ermöglicht wird und die Herstellungskosten auf ein Mindestmaß herabgedrückt werden.

Obwohl nur ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen erläutert wurde, sind für den Fachmann verschiedene Abweichungen und Änderungen naheliegend. Während im vorangegangenen die großen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung neuer und verbesserter Twistor-Typen für die Datenspeicherung und die Realisierung logischer Verknüpfungen beschrieben wurde, ist dieses Verfahren nicht nur für die Herstellung der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Vorrichtung, sondern auch für die Herstellung anderer ähnlicher Speicherelemente anwendbar.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Magnetische Datenspeichervorrichtung aus einem nichtmagnetischen, elektrisch leitenden, insbesondere aus Phosphorbronze oder einer Kupferberylliumlegierung bestehenden Träger, auf dem eine ferromagnetische Schicht mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife aufgebracht ist, d adurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Träger eine Schicht aus metallischem Kupfer mit feinkörniger, wahllos orientierter Oberfläche befindet, auf der die ferromagnetische Schicht aufgebracht ist.

2. Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger die Gestalt eines steif-elastischen Drahtes aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus metallischem Kupfer galvanisch abgelagert wird.

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