DE2839046C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Speicherelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein magnetisches Speicherelement dieser Gattung ist aus der DE-OS 26 01 916 bekannt. Es besteht aus einer Schicht magne­ tischen und isotropen Materials, die senkrecht zur Schicht­ oberfläche magnetisiert werden kann und auf einem Träger weichmagnetischen isotropen Materials aufgebracht ist.

Das magnetische Speicherelement kann verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise die Form einer Trommel, eines Bandes oder einer Platte. Zum Aufzeichnen von Informationen auf dem magnetischen Speicherelement wird die Schicht hart­ magnetischen Materials mittels eines Elektromagneten örtlich magnetisiert, um eine Vielzahl kleiner magnetischer Gebiete zu erzeugen. Die senkrechte Magnetisierung der Schicht hat den Vorteil, daß ein relativ schwacher Strom zur Erregung des Elektromagneten bzw. magnetischen Schreibkopfes aus­ reicht. Der Aufzeichnungskopf besitzt einen Magnetkern, auf den eine Spule aufgewickelt ist und der einen Aufzeichnungs­ pol sowie einen Rückflußpol aufweist, durch den das Magnet­ feld geschlossen wird. Der Querschnitt des Rückflußpoles ist deutlich größer als der des Aufzeichnungspoles. Die zwei Pole liegen in der Nähe der Oberfläche der magnetischen Schicht. Der Magnetkern des Aufzeichnungskopfes und die Schicht aus hartmagnetischem isotropen Material bilden auf diese Weise einen geschlossenen Magnetkreis mit zwei Luft­ spalten, so daß die magnetische Induktion senkrecht zur Oberfläche der Schicht durch die zwei Luftspalte verläuft. Da der Querschnitt des Aufzeichnungspols deutlich kleiner als der des Rückflußpoles ist, weist die magnetische Induk­ tion im Luftspalt des Aufzeichnungspoles einen Wert auf, der ausreicht, um die Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht zu bewirken, während die Induktion im Luftspalt des Rückflußpoles nicht ausreicht, diese Schicht zu magnetisie­ ren oder die Informationen zu stören, die zuvor dort gespei­ chert wurden.

Es wurde gefunden, daß bei einem solchen Speicherelement die magnetisierten Bereiche nicht optimal scharf abgegrenzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisches Speicherelement der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auf der Schicht aus hartmagnetischem Mate­ rial die magnetisierten Bereiche scharf abgegrenzt sind.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Speicherelement erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Aus der US-PS 34 59 517 ist an sich bereits ein magnetisches Speicherelement bekannt, das zwei dünne, übereinanderliegen­ de magnetische Schichten aufweist, welche mittels einer nichtmagnetischen Zwischenschicht voneinander getrennt sind. Nachdem im Laufe der Herstellung dieses Speicherelementes die beiden magnetischen Schichten in Anwesenheit eines Ma­ gnetfeldes, welches parallel zur Oberfläche dieser Schicht ausgerichtet war, aufgebracht wurden, weisen diese beiden Schichten eine magnetische, einachsige Anisotropie auf, so daß sich die Magnetisierung der Schichten vorzugsweise par­ allel zur Oberfläche der Schichten orientiert. Je nachdem, ob die Magnetisierung der beiden Schichten in der einen oder anderen Richtung entsprechend der Magnetisierungsachse aus­ gerichtet ist, entspricht die jeweilige Magnetisierungsrich­ tung der Aufzeichnung einer Binärzahl "0" oder "1".

Diese beiden permanentmagnetisierten Schichten des bekannten Speicherelementes können nicht aus weichmagnetischem Mate­ rial bestehen. Die unmagnetische Zwischenschicht liegt zwi­ schen zwei hartmagnetischen anisotropen Schichten, während bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungselement die unmagne­ tische Zwischenschicht zwischen einem Träger auf weichmagne­ tischem Material und einer hartmagnetischen isotropen Schicht angeordnet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Speicherelement sind die in der Schicht hartmagnetischen Materials aufgezeichneten magneti­ schen Bereiche sehr scharf abgegrenzt. Das Speicherelement läßt sich einfach und reproduzierbar unter Anwendung eines Verfahrens herstellen, bei dem die auf den Träger dieses Speicherelements aufgebrachten Materialien keiner chemischen Umwandlung unterworfen werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein magnetisches Speicherelement nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht zur Veranschaulichung des Prinzips der transversalen Magnetisierung eines magnetischen Speicherelements nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Darstellung der Verteilung eines magnetischen Pulvers auf einem bekannten magnetischen Spei­ cherelement, wenn dieses Speicherelement trans­ versal magnetisiert worden ist und

Fig. 4 eine Darstellung der Verteilung eines magneti­ schen Pulvers auf einem magnetischen Speicher­ element nach der Erfindung, wenn dieses Speicher­ element transversal magnetisiert worden ist.

Das in Fig. 1 dargestellte magnetische Speicherelement bildet einen Teil einer magnetischen Druckmaschine, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, da sie von der Erfindung nicht betroffen wird. Das in dieser Ma­ schine verwendete Speicherelement ist nach Fig. 1 von einer sich drehenden Magnettrommel 10 gebildet. Es sei jedoch bemerkt, daß dieses Speicherelement auch eine andere Form als die in Fig. 1 dargestellte Form haben kann; es kann beispielsweise von einem magnetischen Speicherband gebildet sein. Unabhängig von seiner Form enthält dieses magnetische Speicherelement einen Träger aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise aus Eisen oder aus kohlenstoffarmem Stahl. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist dieser Träger von einem Zylinder 11 aus kohlenstoffarmem Stahl ge­ bildet. Dieser Träger ist mit einer Schicht 12 aus un­ magnetischem Material überzogen, von der noch die Rede sein wird; diese Schicht 12 ist ihrerseits mit einer Schicht 13 aus magnetischem Material überzogen. Die in Fig. 1 dargestellte Magnettrommel 10 wird von einem Elektromotor in Drehung versetzt. Die Informations­ aufzeichnung auf dieser Trommel wird mit Hilfe eines Aufzeichnungsorgans 15 bewirkt, das im beschriebenen Beispiel aus einer Anordnung mit mehreren Aufzeichnungs­ köpfen 16 besteht, die seitlich nebeneinander parallel zur Drehachse der Trommel in einer Linie angeordnet sind; diese Aufzeichnungsköpfe sind dicht bei der Oberfläche der Trommel angebracht. Einer dieser Auf­ zeichnungsköpfe ist in Fig. 2 genau dargestellt. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, enthält dieser Kopf einen Magnetkern 17, auf den eine Spule 18 gewickelt ist; diese Spule ist an eine externe elektrische Erregungs­ schaltung 19 angeschlossen. Der Magnetkern 17 hat ein solches Profil, daß er an seinen zwei Enden einen Auf­ zeichnungspol 20 und einen Flußschließungspol 21 bil­ det. Diese zwei Pole sind nach Fig. 2 dicht bei der Ober­ fläche der Magnettrommel 10 angebracht, so daß der Magnetkern 17, der Träger 11 und die zwei Bereiche 100 und 101, die zwischen dem Kern und dem Träger liegen und jeweils senkrecht zu den Polen 20 und 21 verlau­ fen, einen geschlossenen Magnetkreis bilden. Nach Fig. 2, in der der Magnetkern 17 die Magnetschicht 13 nicht berührt, besteht jeder dieser Bereiche 100 und 101, (der in der Figur durch eine gestrichelte Linie begrenzt ist) aus drei Zonen, nämlich:

• - einer in der Luft liegenden Zone 22 oder 23, die eine schwache magnetische Permeabilität aufweist;
• - einer Zone 32 oder 33 in der Magnetschicht 13 senkrecht zum jeweils zugehörigen Pol 20 und 21;
• - einer Zone 42 oder 43 in der unmagnetischen Schicht 12 senkrecht zum jeweils zugehörigen Pol 20 und 21.

In einer anderen Ausführungsform könnten die Pole 20 und 21 auch in Kontakt mit der Oberfläche der Magnet­ trommel 10 angebracht sein, so daß die Bereiche 100 und 101 jeweils nur zwei Zonen aufweisen würden; die Zonen 22 und 23 wären dabei weggelassen. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Breite d des Aufzeichnungs­ pols 20 sehr klein im Vergleich zur Breite D des Fluß­ schließungspols 21. Wenn unter diesen Bedingungen die elektrische Erregungsschaltung 19 einen Strom mit der Stärke I durch die Wicklung 18 schickt, dann erzeugt dieser Strom im Magnetkern 17 ein Magnetfeld, dessen mittlere Kraftlinie durch die unterbrochene Linie 24 dargestellt ist. Im Bereich 100 des Aufzeichnungskopfs 20 verläuft dieses Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche der Magnetschicht 13, so daß die Magnetisierung dieser Schicht transversal erfolgt. In der Zone 32 ist die vom Aufzeichnungskopf 16 hervorgerufene magnetische Induk­ tion größer als die Sättigungsinduktion der Magnetschicht 13, so daß in dieser Zone das Auftreten eines Elementar­ magnets hervorgerufen wird, der auch dann fortbesteht, wenn anschließend kein Strom mehr durch die Spule 18 fließt. Auf Grund der Tatsache, daß die Breite des Flußschlies­ sungspols 21 größer als die Breite des Aufzeichnungs­ pols 20 ist, und daß als Folge davon der gerade Quer­ schnitt des magnetischen Kreises in der Zone 33 größer als in der Zone 32 ist, ist im Gegensatz dazu der Wert der magnetischen Induktion in der Zone 33 viel kleiner als die Sättigungsinduktion der Magnetschicht 13, so daß der Flußschließungspol 21 weder eine Informations­ aufzeichnung in der Schicht 13 noch eine Änderung be­ reits in dieser Schicht aufgezeichneter Informationen hervorrufen kann.

Wenn nach einer in der eben beschriebenen Weise durch­ geführten Magnetisierung der Magnetschicht 13 auf diese Schicht mittels einer bekannten Vorrichtung beispielsweise der in der FR-PS 22 09 322 beschriebenen Vorrichtung, ein aus magnetischen Teilchen bestehendes Pulver aufgebracht wird, dann wird dieses Pulver von den magnetisierten Abschnitten der Schicht 13 angezogen und bildet auf der Oberfläche der Schicht ein Bild, das den Magnetisierungszustand dieser Schicht 13 wiedergibt. In Fig. 4 ist als Beispiel dargestellt, wie dieses Pul­ ver P verteilt ist, wenn es auf ein Speicherelement auf­ gebracht ist, das mit einer Schicht 12 aus unmagnetischem Material überzogen ist, die ihrerseits wieder auf einem Träger 11 aus einem Material mit hoher magnetischer Per­ meabilität angebracht ist; die Magnetschicht 13 ist da­ bei zuvor transversal mit Hilfe des in Fig. 2 darge­ stellten Magnetkopfs so magnetisiert worden, daß auf dieser Schicht 13 eine Reihe von Elementarmagneten A 1, A 2 und A 3 erzeugt wurden, deren Magnetisierungsachsen mit M 1, M 2 und M 3 angegeben sind. Fig. 4 zeigt, wie dieses Pulver verteilt ist, wenn es auf ein Speicherelement auf­ gebracht ist, das exakt in der gleichen Weise wie das Speicherelement von Fig. 3 magnetisiert worden ist, das jedoch im Unterschied zum Speicherelement von Fig. 4 keine unmagnetische Schicht enthält. Aus diesen zwei Figuren ist zu erkennen, daß im Fall von Fig. 3 die Bereiche, in denen das Pulver P lokalisiert bleibt, nicht sauber begrenzt sind, während im Fall von Fig. 4 diese Grenzen ohne weiteres erkennbar sind. Daraus er­ gibt sich, daß bei der Verwendung des hier beschriebenen Speicherelements in einer Maschine zum magnetischen Drucken die gedruckten Schriftzeichen besonders sauber erscheinen.

Diese Vorteile können jedoch nur dann erhalten werden, wenn die Schicht aus unmagnetischem Material, die zwi­ schen die Magnetschicht und den Träger aus Material mit hoher magnetischer Permeabilität eingefügt ist, eine ausreichende Dicke aufweist. Es hat sich gezeigt, daß die Dicke der Schicht aus unmagnetischem Material min­ destens 20 µm betragen muß, damit die Magnetisierungs­ bereiche der Magnetschicht gut begrenzt sind. Im be­ schriebenen Beispiel ist das zur Bildung dieser un­ magnetischen Schicht gewählte Material Kupfer, doch kann diese Schicht natürlich auch aus anderen un­ magnetischen Materialien wie Aluminium, Silber, Gold, Zink oder auch aus einem geeigneten synthetischen Material gebildet sein, beispielsweise aus dem Ma­ terial, das sich aus der Polymerisation des Isolier­ lacks ergibt, der in der FR-PS 20 98 620 beschrieben ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese un­ magnetische Schicht nicht aus einem Eisenmaterial wie Eisenoxid hergestellt werden kann, da ein solches Ma­ terial nicht mit einer magnetischen Schicht bedeckt werden könnte, ohne daß es verändert würde und eine Streuung in das Innere dieser Magnetschicht und damit eine Änderung ihrer Eigenschaften erfolgen würde. Da­ mit die Magnetschicht 13 richtig magnetisiert werden kann und damit die auf Wirbelströme zurückzuführenden unerwünschten Wirkungen vermieden werden, darf die Dicke der unmagnetischen Schicht 12 einen vorbestimm­ ten Grenzwert nicht überschreiten, der im Fall der aus Kupfer bestehenden Schicht 12 mit einem Wert von 40 µm gefunden wurde.

Die Magnetschicht 13, die anschließend auf dieser un­ magnetischen Schicht 12 angebracht wird, muß ein hohes Koerzitivfeld und eine Dicke von wenigstens 10 µm haben. Im beschriebenen Beispiel besteht diese Magnetschicht aus einer Legierung aus Kobalt, Nickel und Phosphor, wobei die Anteile dieser verschiedenen Legierungsbe­ standteile so gewählt sind, daß der Wert des Koerzitiv­ feldes dieser Schicht über 15 920 A/m (200 Oersted) liegt und sogar 71 640 A/m (900 Oersted) erreichen kann.

Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines magneti­ schen Speicherelements beschrieben, bei dem nach einer transversalen Magnetisierung ausgezeichnet abgegrenzte Magnetbereiche erhalten werden können. Dieses Ver­ fahren wird in seiner Anwendung bei der Herstellung einer Magnettrommel beschrieben, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.

Zur Herstellung einer solchen Magnettrommel wird von einem Zylinder aus Eisen oder aus kohlenstoffarmem Stahl ausgegangen, der zunächst einer vorbereitenden Behandlung unterzogen wird, die folgende Behandlungs­ stufen umfaßt:

• - eine chemische Entfettung mit Hilfe von kochendem Trichloäthylen für eine Dauer von etwa 5 Minuten;
• - eine elektrolytische Entfettung mit Hilfe einer Lösung, die Natriumcyanid, Natriumhydroxid oder Natri­ umcarbonat enthält, wobei diese Entfettung für die Dauer von etwa 1 Minute mit einer Stromdichte in der Größenordnung von 15 A/dm² durchgeführt wird;
• - eine Spülung mit fließendem Wasser;
• - eine Aktivierung mit Hilfe einer 50%igen Salzsäure­ lösung für die Dauer einer Minute;
• - eine Spülung mit fließendem Wasser.

Der dieser Vorbereitungsbehandlung unterzogene Zylinder ist dann für den Empfang einer Kupferauflage bereit, die in folgender Weise erhalten wird:

• - zunächst wird auf dem Zylinder eine alkalische Ver­ kupferung mit dem Zylinder als Katode unter An­ wendung einer Elektrolytlösung angebracht, die Kupfercyanid, Natriumcyanid, Natriumcarbonat, Natriumhydroxid, Seignettesalz (Doppelsalz der Weinsäure von Natrium und Kalium) enthält, wobei diese Behandlung für die Dauer von etwa 2 Minuten bei einer Temperatur von 35°C mit einer Stromdichte von 3,5 A/dm² durchgeführt wird; unter diesen Be­ dingungen ergibt sich eine Kupferschicht mit einer Dicke von etwa 2 µm.

Anschließend wird der mit dieser Schicht überzogene Zylinder in fließendem Wasser gespült und dann während etwa 10 Sekunden einer Neutralisierung mit Hilfe einer 10%igen Salzsäurelösung unterzogen;

• - nach einem erneuten Spülvorgang wird der mit einer dünnen Kupferschicht überzogene Zylinder erneut verkupfert, wobei ein saures Elektrolytbad verwendet wird, das Kupfersulfat, Schwefelsäure und Phenol enthält; diese Behandlung wird etwa für die Dauer von 1 1/2 Stunden bei der Umgebungstemperatur und bei einer Stromdichte in der Größenordnung von 5 A/dm² durchgeführt; unter diesen Bedinungen ergibt sich eine Kupferschicht mit einer Dicke von etwa 80 µm;
• - nach einem Spülvorgang wird die Kupferschicht mecha­ nisch geschliffen, so daß ihre Dicke einen Wert zwischen 20 und 40 µm aus den oben angegebenen Gründen erhält. Im beschriebenen Beispiel ist diese Dicke mit einem Wert von 30 µm gewählt. Der auf diese Weise mit Kupfer beschichtete Zylinder wird erneut einer Vorbereitungsbehandlung unterzogen, die der oben beschriebenen Behandlung gleicht, wobei jedoch im Unterschied dazu die Aktivierung mit einer 10%igen Salzsäurelösung anstelle einer 50%igen Salzsäure­ lösung durchgeführt wird. Dann erfolgt eine erneute alkalische Verkupferung entsprechend der oben be­ schriebenen Verkupferung, woran sich ein Spülvor­ gang anschließt. Nach diesem Spülvorgang wird der auf diese Weise vorbereitete Zylinder vorgewärmt und in einen Elektrolysebehälter eingelegt, der ein Bad enthält, mit dessen Hilfe auf dem Zylinder eine Magnetschicht mit einer Dicke von wenigstens 10 µm erzeugt werden kann, die ein Koerzitivfeld von wenigstens 15 920 A/m (200 Oersted) aufweist. Im beschriebenen Beispiel besteht dieses Bad aus einer wässrigen Lösung, die Nickel- und Kobaltsalze, Natriumhyposphit, Ammoniumchlorid und Borsäure enthält; das Aufbringen einer Magnetschicht aus einer Kobalt-Nickel-Phosphor-Legierung erfolgt bei der Temperatur von 40°C im Verlauf von 25 Minuten mit einer Stromdichte in der Größenordnung von 3,5 A/dm². Auf diese Weise ergibt sich eine Schicht aus einer Nickel-Kobalt-Legierung, deren Dicke etwa 16 µm beträgt und die ein Koerzitivfeld in der Größenordnung von 47 760 A/m (600 Oersted) aufweist.

Die auf diese Weise auf der unmagnetischen Schicht aufge­ brachte Magnetschicht wird dann poliert. Danach kann diese Magnetschicht mit einer geeigneten Schutzschicht überzogen werden, damit sie einerseits gegen die oxidierende Wirkung der Luft und andererseits gegen die Korrosionswirkung der Feuchtigkeit und verschiedener Säuren geschützt wird, die sich in der Atmosphäre be­ finden. Diese Schutzschicht kann beispielsweise aus einer Schicht aus einer Nickel-Zinn-Legierung bestehen, wie sie in der FR-PS 20 51 927 beschrieben ist.

Claims (5)

1. Magnetisches Speicherelement mit einer Schicht aus hart­ magnetischem und isotropem Material, die dazu bestimmt ist, in einer zur Oberfläche der Schicht senkrechten Richtung magnetisiert zu werden und die auf einem Träger aus weichmagnetischem und isotropem Material aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger (11) und der Schicht (13) aus hartmagnetischem Material eine Schicht (12) aus unmagnetischem Nichteisenmaterial eingefügt ist, und daß die Dicke der Schicht (12) aus unmagnetischem Nichteisenmaterial zwischen 20 µm und einem Grenzwert liegt, oberhalb dem die Wirkungen der Wirbelströme unerwünscht werden.

2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (12) aus unmagnetischem Nicht­ eisenmaterial zwischen 20 und 40 µm beträgt.

3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das unmagnetische Nichteisenmaterial Kupfer ist.

4. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (13) aus hartmagnetischem Material, die auf der Schicht (12) aus unmagnetischem Nichteisenmaterial angebracht ist, ein Koerzitivfeld von wenigstens 15 920 A/m (200 Oersted) und eine Dicke von wenigstens 10 µm aufweist.

5. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11), auf den die Schicht (12) aus unmagnetischem Nichteisenmaterial aufgebracht ist, von einem Zylinder aus Eisen oder kohlenstoffarmem Stahl gebildet ist.