DE2109218C3 - Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes, dessen Magnetkreis aus wenigstens zwei Kernteilen besteht, die unter Bildung eines Nutzspaltes durch nichtmagnetisierbares Material miteinander verbunden sind, wobei zwei Kernteile unter unter Verwendung von Abstandsstücken mit einer der gewünschten Spaltbreite entsprechenden Dicke zusammengeklemmt werden und wobei eine gewisse Menge Spaltfüllmaterial durch Erhitzen im flüssigen Zustand durch Kapillarkräfte in den zwischen die Kernteile gebildeten Spaltraum gesaugt wird, worauf das Gebilde abgekühlt wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 12 15 764 bekannt. Darin wird ein Verfahren beschrieben, bei dem vor dem Erhitzungsprozeß nichtmagnetisierbares Material in Form einer Glasfiber derart auf den Kernteilen aus gesintertem oxydischem, ferromagnelischem Material (hiernach »Ferrit« genannt) vorgesehen wird, daß es mit seiner Gesamtlänge an der Mündung des Spaltraumes anliegt. Das Ganze wird dann auf eine solche Temperatur erhitzt, daß das Glas flüssig wird und durch die Kapillarwirkung des Spaltes nach innen gesaugt wird. Es entsteht dann eine homogene Glasfüllung, die nach Abkühlung die beiden Kernteile fest miteinander verbindet.

Mit der erwähnten Technik lassen sich, was die Homogenität der Spaltfüllung betrifft, sehr gute Resultate erzielen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß insbesondere beim Bilden von Spalten mit einer relativ großen geometrischen Breite (beispielsweise mehr als 20 Mikron), manchmal blasenförmige Gaseinschlüsse

:, entstehen. Wenn derartige »Blasen« einmal gebildet sind, können sie angesichts der Viskosität des Glases bei der Einfließtemperatur und der Länge des Fluchtweges nur durch eine langwierige Temperaturbehandlung entfernt werden. Eine derartige zeitraubende Behand lung ist während des Produktionsverfahrens im allgemeinen nicht möglich. Nicht entfernte »Blasen« können jedoch beim Bearbeiten der Lauffläche eines Kopfes aufgeschliffen, bzw. aufpoliert werden. Die so entstandenen Kavitäten beeinflussen die Lebensdauer dta Kopfes im ungünstigen Sinne.

Es wird bemerkt, daß Köpfe mit einer relativ großen geometrischen Spaltbreite, beispielsweise als Löschkopf, in professionellen Tonbandgeräten (geometrische Spaltbreite 100 Mikron) und als Kopf für magnetische Kartenaufzeichnung (geometrische Spaltbreite 50 Mikron), verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Blasenbildung zu einem großen Teil einer Reaktion von Glas mit Ferrit zuzuschreiben ist, wodurch sowohl die Kristallite als auch die Kristallgrenzen des Ferrits angeätzt werden. Die in dem Ferrit befindlichen Poren können durch dieses Anätzen geöffnet werden, und etwaige in diese Poren eingeschlossene Gase können dann entfliehen. Das infolge dieser Glas-Ferrit-Reak tion entweichende Gas wird dann in Form von Blasen im Glas zurückgefunden werden.

Aus der AT-PS 2 47 020 ist ein Verfahren zum Herstellen von Magnetköpfen aus Ferrit bekannt, bei dem zur Vermeidung von Blasenbildung im glasartigen

Material bei dessen Anschmelzen an Ferrit, die Ferritteile mit einer konzentrierten wässerigen Lösung

einer nicht-oxydierenden starken Säure vorbehandelt werden.

In der Praxis werden bei der Herstellung von

Magnetköpfen vorzugsweise Glasarten verwendet, deren Erweichungsstrecke bei relativ niedrigen Temperaturen liegt (sogenannte Emaillen), um eine zu starke Erhitzung des Ferrits — wodurch die magnetischen Eigenschaften nachteilig beeinflußt werden können — soweit wie möglich zu verhindern. Es hat sich herausgestellt, daß besonders derartige »niedrigschmelzende« Glase eine ätzende Wirkung auf das Ferrit haben. Das in vielen derartigen Glaszusammensetzungen auftretende PbO verhält sich beispielsweise dem Ferrit gegenüber besonders aggressiv. Diese Auswirkung ist um so nachteiliger, weil bei der erwähnten Meihode zur Herstellung von Magnetköpfen das Glas während des ganzen Erwärmungs-, Schmelz- und Abkühlzyklus mit dem Ferrit in Kontakt steht.

ss Zweck der Erfindung ist es, die Ätzwirkung so gering wie möglich zu halten. Eine Maßnahme, die sich als sehr zweckmäßig erwiesen hat, ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Spaltfüllmaterial separat so lange erhitzt

(m wird, bis es blasenfrei ist und danach auf Einfließtemperatur gebracht wird, und daß die zwei Kernteile auf die Einfließtemperatur erhitzt werden.

Mit Einfließtemperatur wird hier diejenige Temperatur gemeint, bei der die Viskosität des Spalifüllmaterials

1« so niedrig ist, daß die kapillare Ansaugung innerhalb einiger Minuten vollständig stattfindet. Dies bedeutet, daß die Viskosität vorzugsweise zwischen 10' und \0'¹ poises liegen muß.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß das Spaltfüllmaterial erst bei der Einfließtemperatur mit dem Ferrit in Kontakt gebracht wird, wodurch das Auftreten einer Reaktion mit dem Ferrit während des Erwärmungs-Schmelzzyklusses verhindert wird.

Es wird bemerkt, daß in der Praxis oft Glasarten mit einer Erweichungsstrecke bei relativ hohen Temperaturen verwendet werden, um. nachdem die Kernteile damit aneinander gekittet sind, auch andere Kopfteile aus Glas mit emer Erweichungsstrecke bei niedriger Temperatur (wie die soeben erwähnten Emaillen) kitten zu können, ohne daß der Zusammenhang zwischen den Kernteilen durchbrochen wird. Es hat sich herausgestellt, daß die zur Verwendung in Betracht kommenden »hochschmelzenden« Glase (vor allem die Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten des Glases an den des Ferrits ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, siehe beispielsweise US-PS 3024 318) auch ohne Kontakt mit Ferrit beim Schmelzen oft eine beträchtliche Gasentwicklung aufweisen. Diese Form der Gasentwicklung, wohl auch »reboiling« genannt, kann also nicht dem Aufätzen der Poren zugeschrieben werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, das Glas zunächst so lange in einem Schmelztiegel zu erhitzen, bis keine Blasen mehr darin auftreten und es erst danach, also nach einem etwaigen »Reboiling«, in den Spaltraum zu geben.

Auf einfache Weise kann optisch kontrolliert werden (beispielsweise mit einem Binokular), ob die Glasschmelze blasenfrei ist. In der Praxis hat sich erwiesen, daß man dazu oft viele Stunden auf der gewünschten Temperatur erhitzen muß.

Nachdem das Spaltfüllmaterial in flüssiger Form in den Spalt gebracht ist, d. h. nachdem es in Spaltnähe gebracht und durch Kapillarkräfte eingesaugt worden ist, muß das Werkstück abgekühlt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach dem Einsaugen des Spaltfüllmaterials in den Spaltraum Kernteile und Spaltfüllmaterial zwangsweise einer Abkühlung unterzogen. Die ätzende Wirkung des Spaltfüllmaterials auf das Ferrit ist dann minimal.

Mit »erzwungenem Kühlen« ist in diesem Zusammenhang das schnelle Bringen des Werkstückes von der Einfließtemperatur auf wenigstens die höchste Entspannungstemperatur des Glases gemeint. Es wird bemerkt, daß die optimale Abkühlungsgeschwindigkeit in hohem Maße durch die Abmessungen des Werkstückes und durch die Vorrichtung, in der die Kernteile aneinander gedruckt gehalten werden, bestimmt wird. Mit Abkühlungsgeschwindigkeiten von 8°C/Min. werden mit der noch zu beschreibenden Anordnung gute Resultate erzielt. Vorzugsweise beträgt die Abkühlungsgeschwindigkeit I0°C/Min.

Es gibt verschiedene Arten zur Anordnung der Kernteile. Es ist beispielsweise möglich, die Kernteile so anzuordnen, daß die spaltbegrenzenden Flächen in horizontalen Ebenen liegen. Ein Tropfen flüssigen Glases kann dann an einem Stift aufgenommen werden, indem dieser in die Glasschmelzung getaucht wird. Dadurch, daß der Tropfen am Spalt entlang gezogen wird, wird das Glas in den Spalt gesaugt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kernteile jedoch so angeordnet, daß die spaltbegrenzenden Flächen in vertikalen Ebenen liegen und ein Tropfen des Spaltfüllmaterials auf die 5jaltmündung gesetzt wird.

F.in Vorteil dieses Verfahrens ist. daß sich der Tropfen unter Einfluß der Schwerkraft am Spalt entlang bewegen kann, was das Einsaugen erleichtert. Außerdem bietet dieses Verfahren die Möglichkeit, die an einer Reihe von Stiften gleichzeitig aufgenommenen Tropfen mit nur einer Bewegung auf die entsprechende Anzahl der Spaltmündungen zu setzen. Hierbei kann beispielsweise an die Spaltmündungen des Vor- und Rückspaltes nur eines Kopfes, an die Spaltmündungen des Schreibe- und Lesespalts eines digitalen Kopfes und

ίο an die Spaltmündungen einer Reihe von verschiedenen Köpfen gedacht werden. Hinzu kommt der Vorteil, daß das Aufsetzen eines Glastropfens auf eine Spaltmündung weniger Sorgfalt erfordert, als das Legen und Halten einer Glasfiber mit einem Durchmesser von etwa 100 Mikron an die betreffende Stelle während des Erwärmungs-Schmelzzyklus, wie es bei der bisher üblichen Technik erforderlich war.

Als nicht magnetisierbares Spaltfüllmaterial können außer Glas auch bestimmte Metallegierungen (Lot) verwendet werden. Ein Beispiel hie>-^f<'ir ist ein aus 72 Gew. Vo Ag und 28 Gew. % Cu bestenendes Lot. Bei der Verwendung dieser Materialien können sich gleichartige Probleme ergeben wie bei der Verwendung von Glasen. Insbesondere entsteht bei Erhitzung in siner oxydierenden Umgebung des erwähnten Lots O12O, das eine aggressive Wirkung hat. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch beim Gebrauch metallischer Spaltfüllmaterialien Vorteile bieten.

Die Erfindung betrifft jedoch inrbesondere die Verwendung von Glas und Email als Spaltfüllmaterial, da die dafür erforderlichen Temperaturen oftmals bedeutend höher sind und demzufolge die ätzende Wirkung auf das Ferrit oft stärker ist. Bekanntlich weisen die mit Glas gekitteten Köpfe bezüglich Haftung

.15 und Abnutzung besonders gute Eigenschaften auf.

Daher wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Glas oder Email als nichtmagnetisierbares Spaltfüllmaterial verwende'..

Aus dem vorhergehenden ist ersichtlich, daß die soeben beschriebenen Verfahren sich im Rahmen der Erfindung nicht nur zum Verkitten von Kernteilen eines Magnetkopfes zur Bildung eines Nutzspaltes eignen, sondern daß sie auch bei der Zusammensetzung weiterer Magnetkopfteile angewendet werden können.

Insbesondere wenn Abschirmplatten festgekittec werden müssen, bei denen die Kittnähte in der endgültigen Lauffläche des Kopfes zu liegen kommen, kann das erfindungsgemäße Verfahren — insbesondere unter Verwendung einer Glasart mit einer Erweichungstemperatur, die unterhalb der des für den Nutzspalt verwendeten Glases liegt — vorteilhaft angewendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es 2<5'gt

Fig. la und Ib zwei Kernteile mit im wesentlichen rechteckiger Form,

F i g. 2 die Art und Weise, wie diese beiden Kernteile aneinander geklemi.it werden,

no Fig.3 eine alternative Art zum Zusammenklemmen der Kernteile, wobei der eine Kernteil etwas vr>r dem anderen vorragt,

Fig.4 die beiden Kernteile, nachdem sie mit Hilfe einer Glastechnik nach dem Verfahren der Erfindung

ι«, aneinander geheftet siwd und nachdem beiderseits eine Abrundung vorgesehen ist,

F i g. 5 einen einzelnen kompletten Magnetkopf,

F i g. 6 eine Graphik, in der die Anzahl der Luftblasen,

die pro Minute in dem Glas entstehen, als Funktion der Temperatur dargestellt ist.

Die Kernteile I und 2 (F i g. I) bestehen aus Ferrit und sind in ihrer Längsrichtung mit einer Nut 3 bzw. 4 versehen. Die Oberflächen 5 und 6 bzw. 7 und 8 werden poliert und dienen als spaltbegrenzenden Flächen. Auf den Kernteil 1 werden die Abstandstückchen 9, 9', 9" und 9'" mit der gewünschten, dem Nutzspalt entsprechenden Dicke gelegt (beispielsweise Stücke Nickelbar-.d mit einer Dicke von 50 Mikron).

Danach werden die Kernteile t und 2 in einer nicht dargestellten Klemmvorrichtung festgeklemmt (F i g. 2), deren Druckkraft durch die Pfeile K dargestellt ist.

Eine bestimmte Menge Glas (Zusammensetzung beispielsweise l6Gew.-% SiO₂; 14% B₂O,; 10% ZnO; 60% PbO) wird in einem Platinschmelztiegel auf eine solche Temperatur gebracht und gehalten, daß die Blasen aus der Schmelze entweichen. Im Falle einer in dem Beispiel gegebenen Giaszusammenseizung beirägi diese Temperatur etwa 85O°C.

Das Verhalten des erwähnten Glases, wenn es in Form einer Fiber oder einer Folie in Kontakt mit Ferrit erhitzt wird, ist in der Graphik nach Fig.6 näher erläutert. Es entstehen Blasen in dem Glas. Die Anzahl der Blasen, die pro Minute entsteht, ist als Funktion der Temperatur dargestellt. Es hat sich erwiesen, daß in einem Temperaturbereich um 600⁰C herum, bei dem deutlich ein Fließen des Glases auftritt, die Anzahl der pro Minute entstehenden Blasen maximal ist. Es wird bemerkt, daß die Höhe des Maximums für andere Glasarten anders ist. Das Auftreten von Blasen bei dieser Temperatur wird einerseits dem Umstand zugeschrieben, daß fremde — von dem Ferrit herrührende — Ionen in das Glas aufgenommen werden, wodurch auf spontane Weise Blasen entstehen. Andererseits können beim Erhitzen auch Blasen entstehen, ohne daß das Glas in Kontakt mit Ferrit kommt. Dies ist auch eine Folge des Umstandes, daß sich in dem Glas während oder nach der Formgebung zu Fiber oder Folie Gas(e) zu denen auch Wasserdampf gerechnet werden muß, auflösen können.

Über 700⁰C nimmt die Anzahl der Blasen, die pro Minute entstehen, infolge des Anätzens des Ferrits zu. Dabei werden Poren an der Oberfläche geöffnet, so daß das eingeschlossene Gas in die Glasschmelze entfliehen kann. Die für das Blasenfreimacheri der Glasschmelze in dem Tiegel erforderliche Zeit hängt von der verwendeten Glasart ab, während bei Glasbrocken eine schnellere Entgasung auftritt (Dauer von Stunden), als

bei Glasfibern (Dauer von Tagen).

Während das bei 85O⁰C entgast wird, werden die eingeklemmten Kernteile auch auf ungefähr diese Temperatur vorerhitzt. Für die als Beispiel gewählte Glasart beträgt die optimale Einfließtemperatur etwa 72O°C. Sobald die Glasschmelze und die eingeklemmten Kernteile auf diese Temperatur abgekühlt sind, wird das Glas auf den Spalt gebracht. Hierzu kommen zwei Methoden besonders in Frage.

a) Tropfmethode. Hierzu eignet sich die Anordnung der Kernteile 1 und 2, wie dargestellt in F i g. 2. An jedem der Zinken einer Platingabel, wobei der Abstand der Zinken dem Abstand der Spalten 10 und 11 entspricht, wird durch Eintauchen in die Glasschmelze ein Tropfen aufgenommen. Die Größe des Tropfens hängt von der Temperatur der Schmelze und dem Durchmesser der Gabelzinken ab. Mit Hilfe der Gabe! wird auf die Spalten 10 und 11 gleichzeitig ein Tropfer geicgi, der sich unter Einfluß der Schwerkraft am Spsü entlang hinabbewegt und dabei durch die Kapillarwirkung des Spalts eingesaugt wird. Bei einer Lange der Kernteile von / 5 cm und einer geometrischen Spaltbreite von 50 Mikron beträgt die Einsaugzeit ungefähr 2 Minuten.

b) Streichmethode. Hierzu eignet sich die Anordnung der Kernteile 1 und 2 wie in F i g. 3 dargestellt. An einem Platinstift, der kräftig genug sein muß (Durchmesset vorzugsweise mehr als 1,5 mm) wird durch Eintauchen in die Glasschmelze ein Tropfen aufgenommen. Mil Hilfe des Stifts wird der Tropfen dann mit nur einei Bewegung über die Oberfläche 12 gestrichen, mit dei der Kernteil 1 über den Kernteil 2 hinausragt.

Für beide Methoden gilt, daß nach einer ausreichen den Einsaugung des Glases in den Spalt das Ganze innerhalb von IO Minuten auf eine Temperatur vor 600⁰C (erzwungen) abgekühlt wird. Danach kanr langsamer auf Zimmertemperatur abgekühlt werden ir beispielsweise zwei Stunden.

Nach dem Abkühlen werden die dann aneinandei gehefteten Kernteile 1 und 2 beiderseits mit einei Abrundung für die Laufflächen 13 bzw. 14 versehen wobei gleichzeitig der Höhe h des Glasspaltes dei gewünschte Wert gegeben wird (F i g. 4). Die Konstruk tion wird danach längs der Linie A-A in zwei Halfter gesägt und in eine Anzahl von Kopfteilen mit der Dicki c/geteilt.

Ein derartiger Kopfteil wird mit einem Schließteil 1! und einer Wicklung 16 (F i g. 5) versehen und bildet dant einen Magnetkopf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes, dessen Magnetkreis aus wenigstens zwei Kernteilen besteht, die unter Bildung eines Nutzspaltes durch nicht magnetisierbares Material miteinander verbunden sind, wobei zwei Kernteile unter Verwendung von Abstandsstücken mit einer der gewünschten Spaltbreite entsprechenden Dicke zusammengeklemmt werden, und wobei eine gewisse Menge Spaltfüllmaterial durch Erhitzen im flüssigen Zustand durch Kapillarkräfte in den zwischen die Kernteile gebildeten Spaltraum gesaugt wird, worauf das Gebilde abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Spaltfüllmaterial separat so lange erhitzt wird, bis es blasenfrei ist und danach auf Einfließtemperatur gebracht wird, und daß die zwei Kernteile auf die Einfließtemperatur erhitzt werden.

2. Verfahre« nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dein Einsaugen des Spaltfüllmaterials in den Spaltraum Kernteile und Spaltfüllmaterial zwangsweise einer Abkühlung unterzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit bis zur höchsten Entspannungstemperatur des Spaltfüllmaterials zwischen 10°C/Min. und 20°C/Min. liegt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die K=rnteile derart angeordnet werden, daß die spaltbegrenzenden Flachen in vertikalen Ebenen liegen und daß das Spalttüllmaterial in Form eines Tropfens auf die Spaltzündung gesetzt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltfüllmaterial Glas oder Email ist.