DE2909280A1

DE2909280A1 - Magnetkopf fuer die aufnahme und wiedergabe von signalen sowie verfahren zur herstellung des magnetkopfs

Info

Publication number: DE2909280A1
Application number: DE19792909280
Authority: DE
Inventors: Shinichi Aotsu; Yoshiteru Urino; Hisashi Watanabe
Original assignee: Akai Electric Co Ltd
Current assignee: Akai Electric Co Ltd
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-10-11
Also published as: US4409633A; US4285894A; NL7901988A; JPS54121108A; NL182255B; DE2909280C2; NL182255C; GB2022306A; GB2022306B

Description

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Die Erfindung betrifft einen Magnetkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist hinreichend bekannt, daß Einkristal1ferrite, und zwar insbesondere Mn-Zn-Einkristal1ferrite, gern als Magnetkernmaterialien für die Magnetköpfe von Aufnahme- und Wiedergabegeräten, wie z.B. Audio- und Videorekordern, verwendet werden, weil die Einkristal T-Ferrite den Vorteil eines außerordentlich hohen Abriebwiderstandes sowie außerordentlicher magnetischer Eigenschaften, wie z.B. Sättigungsmagnetisierung, Koerzitivkraft und Permeabilität, besitzen. Außerdem haben sie im Vergleich zu bekannten Legierungen wie Permalloy oder Sendust sehr gute Hochfrequenz-Eigenschaften.

Derartige Einkristal 1-Ferrite haben jedoch von Natur aus den Nachteil, daß sie ein charakteristisches Rauschen erzeugen, das beim Reiben gegen ein Magnetband, entsteht, das sogenannte "Ferrit-Rauschen". Dieses "Ferrit-Rauschen" entsteht, wenn die Einkristall-Ferritköpfe mit einem laufenden Magnetband in Berührung kommen. Hierdurch entsteht insbesondere bei der Wiedergabe eines Signals eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses .

Um diesen Nachteil des "Ferrit-Rauschens", das den Einkristal 1-Ferritköpfen innewohnt, auszuschalten, wurde bereits vorgeschlagen, Mn-Zn-Einkristall-Ferritköpfe mit geringem Rauschen vorzusehen (vergl. Kanadisches Patent No. 949 777 sowie den Aufsatz von Hisashi Watanabe et al "Low Noise Magnese-Zinc Single Crystal Ferrite Heads" in IEEE Transaction on Magnetics, Bd. 8, Nr. 3, Sept.1972, S.497-500).In den genannten Veröffentlichungen ist dargelegt, daß das in den Mn-Zn-Einkristall-Ferritköpfen erzeugte Ferritrauschen merk-

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lieh reduziert wird, wenn verschiedene Phasen, wie z.B. die SnOp-Phase, in.einem Mn-Zn-Einkristal1 Ferriten gleichmäßig verteilt ausgefällt werden, so daß in dem Kristall Pseudo-Körner enstehen, deren Durchmesser weniger als 30 yum beträgt. In diesem Zusammenhang sei auf einen technischen Bericht mit dem Titel "Growth and Properties of Manganese Zinc Tin Ferrite Single Crystals" von Hisashi Watanabe in Journal de Physique, Bd. 38, April 1977, Seiten C1-51 bis Cl-55 sowie auf die japanischen Patente Nr. 894 305 und 894 306 hingewiesen, wo ausführlich ein Verfahren zur Ausfällung von gewünschten Mengen der verschiedenen Phasen von SnO₂ in den Mn-Zn-EinkristalT-Ferriten beschrieben ist.

Obgleich der Nachteil des "Ferrit-Rauschens", das dem Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopf von Natur aus innewohnt, durch die Ausfällung der verschiedenen Phasen, z.B. der SnOp-Phasen, in den Ferritkristall ausgeglichen wird, hat eine solche Ausfällung ein anderes Problem aufgeworfen, welches darin besteht, daß das Ausgangssignal des Kopfes vermindert wird, und zwar auf Grund der Erniedrigung der effektiven Permeabilität im Magnetpfad des Kopfkerns, die durch die verschiedenen Phasen, die homogen im ganzen Magnetpfad des Kopfkerns ausgefällt werden, hervorgerufen wird. Die Mn-Zn-Einkristall-Ferrite, in denen die verschiedenen Phasen gleichmäßig ausgefällt werden, wurden bis jetzt vielfach als Material für den magnetischen Kopfkern verwendet, weil solche Mn-Zn-Einkristal1-Ferritköpfe mit geringem Rauschen im Bereich der magnetischen Tonaufzeichnung und -Wiedergabe sehr gefragt sind, obgleich die Permeabilität des Kopfkerns etwas beeinträchtigt wird. Dies heißt, daß ein implizites Problem

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der Permeabilität in den verbesserten rauscharmen Mn-Zn-Einkristal1-Ferritköpfen noch ungelöst ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen rauscharmen Magnetkopf mit verbesserten magnetischen Eigenschaften herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der experimentell erhärteten Erkenntnis, daß die verschiedenen Phasen nicht homogen in dem ganzen Ferritkopfkern ausgefällt werden müssen, um das "Ferrit-Rauschen" zu reduzieren, sondern daß die verschiedenen Phasen, die nur in dem Mittelbereich des Kopfs, wo sich der Luftspalt befindet und wo ein laufendes Magnetband Kontakt hat, vorgesehen sind, für den Zweck der Rauschminderung ausreichen und daß der magnetische Widerstand in dem Magnetpfad des Ferritkopfkerns sehr viel stärker reduziert wird, wenn die verschiedenen Phasen lokal nur in dem genannten Bereich ausgefällt werden als wenn sie homogen in den gesamten Ferritkern ausgefällt wurden. Es liegt auf der Hand, daß eine solche Abnahme des magnetischen Widerstands eine Zunahme der effektiven Permeabilität des Ferritkopfkerns und des Signalausgangspegels des Kopfs bedeutet.

Im Hinblick auf den beschriebenen Sachverhalt umfaßt der erfindungsgemäße Mn-Zn-Einkristall-Ferritkopfkern einen Kopfkern, von dem wenigstens ein Vorderteil oder Kernoberteil an der Stelle, wo sich der Luftspalt befindet, aus Mn-Zn-Einkristall-Ferriten hergestellt ist, in welche verschiedene Phasen nur in dem Bereich mit dem Luftspalt,

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d.h. im mittleren Teil, wo das vorbei laufende Magnetband anliegt, lokal ausgefällt werden. Der erfindungsgemäße Ferritkopf wird dabei nach einem Verfahren hergestellt, bei dem ein Maskierungsfilm aus Metall oder Oxydmaterialien über der gesamten Oberfläche des Ferritkopfkerns, mit Ausnahme des oben angegebenen Bereichs, ausgebreitet wird und der Kopfkern bei einer Temperatur von ca. 1000 ⁰C bis 1300⁰C bei einer sauerstoffangereicherten Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil von weniger als 20% behandelt wird.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß ein Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopf mit geringem Rauschen und hoher Permeabilität im Magnetpfad des Ferritkopfkerns ermöglicht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig.l eine perspektivische Darstellung eines Kopfkerns des erfindungsgemaßen Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopfs, wobei die Darstellung schematisch und nicht ganz maßstabsgetreu ist; 25

Fig.2A eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens für das örtliche Ausfällen der verschiedenen Phasen in dem Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopf, nämlich eine Vorderansicht des Mn-Zn-Einkristal1 Ferritblocks, der im Schnitt eine Ε-Form hat und der so ausgebildet ist, daß zwei dieser Blöcke durch Verbinden, Schneiden und Teilen die Kernspitze des Kopfs bilden;

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Fig. 2B eine Schnitt-Darstellung des in der Fig.ZA gezeigten Ferritblocks nach der Beendigung der Maskierung;

Fig. 2C die gleiche Ansicht wie in Fig.2B, wobei das Abscheiden der verschiedenen Phasen im Ferritblock dargestellt ist.

Die Fig.l zeigt einen Kopfkern 10 eines erfindungsgemäßen Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopfs, der einen vorderen oder oberen Kern 12 aus Mn-Zn-Einkristall-Ferriten und einen hinteren oder Haupt-Kern 14 aus geeigneten und bekannten Materialien mit hoher Permeabilität, wie z.B. polykristallinen Ferriten, Nickel-Eisen-Legierungen oder Eisen-Silizium-Aluminium-Legierungen aufweist. Der vordere Kern 12 und der hintere Kern 14 sind mit Hilfe an sich bekannter Mittel fest miteinander verbunden. Im vorderen Teil des Kerns 12 ist ein Luftspalt 16 vorgesehen, wo ein laufendes Magnetband 18 beim Aufnahme- und Wiedergabe-Vorgang eines nicht dargestellten Bandgeräts aufliegt. Bei der vorliegenden Erfindung werden verschiedene Phasen, wie beispielsweise die SnOp-Phase 20, die schematisch mittels kleiner Punkte dargestellt sind, nur lokal in einem Be- reich niedergeschlagen, der in seiner Mitte den Luftspalt 16 enthält, wo das laufende Band 18 aufliegt.

Der Kopfkern 10 in Fig.l wird auf folgende Weise hergestelIt:

Wie die Fig.2A zeigt, wird ein Kernblock 22 in Form eines E aus einem Rohblock des Mn-Zn-Einkristall-Ferrits, der Sn enthält, herausgeschnitten, nämlich das Sn-substituierte Mn-Zn-Einkristall-Ferrit. Der Ferritkopfkernblock 22 wird dann mit einem Schutz-

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oder Maskierungsfiim 24 überzogen, so wie es in der Fig. 2B gezeigt ist. Dieser Film besteht aus Metallen oder Oxydmaterialien und maskiert die ganze Oberfläche des Kopfkernblocks 22, mit Ausnahme des Bereichs 22a, wo der Luftspalt 16 entsteht, wenn der vordere Kern 12, wie in der Fig.l gezeigt, endgültig hergestellt ist. Der Ferritkern-Block 22, der mit dem Maskierungsfilm 24 überzogen ist, wird dann einer Hitzebehandlung bei einer Temperatur von 1000⁰C bis 1300 C in sauerstoffhai tiger Atmosphäre ausgesetzt, wobei die Sauerstoffdichte weniger als 20% beträgt. Durch diese Hitzebehandlung werden verschiedene Phasen 26 von SnO^₅ welche in der Fig..2C gepunktet dargestellt sind, nur im Bereich 22a, wo kein Maskierungsfilm vorhanden ist, ausgefällt. Danach werden zwei Ferritkopfkernblöcke 22 miteinander verbunden, indem beispielsweise eine bekannte Methode zum Verschmelzen von Glas, wie es in der Fig.2A gezeigt ist, zur Anwendung kommt. Einer der beiden Blöcke ist in der Fig.2A als Scheinbild 22' dargestellt. Der zusammengesetzte Kernblock, der aus den beiden Blöcken 22 und 22' besteht, wird entlang einer gestrichelten Linie χ aufgeschnitten und in zwei Einheiten unterteilt. Jede Einheit der zusammengesetzten Kernblöcke wird geschliffen und poliert, so daß sie eine konvexe. Vorderseite erhält, was mittels der gestrichelten Linie y angedeutet ist.

Die Ferritkern-Einheit wird dann in der gewünschten Stärke in Scheiben geschnitten, und zwar entsprechend der Spurbreite des Magnetbandes. Schiießlich erhält man den vorderen Kern 12 der Fig.l, indem man den mittleren hinteren Bereich zwischen den Linien ζ und z¹ eines in Scheiben geschnittenen Kerns herausschnei-

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det. Die Verfahren zur Herstellung des Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopfs sollen im folgenden noch näher beschrieben werden.

In einem Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wurden alle Oberflächen des E-förmigen Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopfkerns, welche Zinn enthalten, mit einem SiO₂-FiIm 24 mit einer Stärke von.1-6 um überzogen. Der SiO₂-FiIm 24 wurde mit Hilfe des bekannten Zerstäubungsverfahrens hergestellt. Sodann wurde der mit der SiO^-Schicht 24 bedeckte E-förmige Kopfkern 22 bei einer Temperatur von HOO⁰C - 1200⁰C einer stickstoffhaltigen Atmosphäre mit einer Sauerstoffdichte von 3% ausgesetzt. Das Ergebnis dieser Behandlung bestand darin, daß die verschiedenen Phasen des SnOp 26 nur in dem Bereich ausgefällt wurden, wo der SiO₂-MaskierungsfiIm 24 nicht vorhanden war.

Die Versuche zeigten, daß die Eindringtiefe der SnO₂-Phasen, gemessen von der Oberfläche des nicht überzogenen Bereichs 22a des Ferritkopfkerns 22, in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,5 mm steuerbar ist, und zwar in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen bei der Hitzebehandlung und dem Sauerstoffanteil in der Atmosphäre, in der die Hitzebehandlung stattfindet.

Die effektiven Permeabilitäten und Koerzitivkräfte H in dem Bereich, in dem die verschiedenen SnOp-Phasen ausgefällt werden sowie in den anderen Bereichen, in denen die verschiedenen Phasen nicht vorkommen, waren die folgenden:

(1) Die effektive Permeabilität und die effektive Koerzitivkraft in dem Bereich, wo die verschiedenen SnO₂-Phasen ausgefällt werden*: yu = 930 (bei einer Frequenz

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von 10 kHz); H = 0,37 Oersted.

(2) Die effektive Permeabilität und die effektive Koerzitivkraft in dem anderen Bereich, in dem keine verschiedenen Phasen auftreten: μ - 2 390 (bei einer Frequenz von 10 kHz); H = 0,10 Oersted.

Das Ergebnis war, daß der Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopf, der die nach dem oben beschriebenen Verfahren . vorderen Kerne verwendet, eine Vergrößerung seines Ausgangssignals von 2 dB erreichte, weil das Ferrit-Rauschen auf einem niedrigen Wert gehalten wurde, und zwar im Vergleich zu dem herkömmlichen Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopf, der die vorderen Kerne verwendet, in denen die verschiedenen Phasen auf dem ganzen magnetischen Pfad homogen ausgefällt werden.

Bei einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren wurde Chrom als Überzugs- oder MaskierungsfiTm anstelle des SiOp verwendet. Die Oberfläche des E-förmigen und in der Fig.2A dargestellten Mn-Zn-Einkristal1-Ferritkopfkerns 22 wurde mit Hilfe der Zerstäubungsmethode mit Chrom überzogen, so daß ein Maskierungsfilm 24 entstand (Fig.2B), dessen Stärke auf der ganzen Oberfläche des Kopfkerns 22, mit Ausnahme des Bereichs 22a, 1,5 yum betrug. Der mit dem Chromfilm überzogene Ferritkopfkern 22 wurde dann der gleichen Wärmebehandlung ausgesetzt, wie sie bei dem ersten Beispiel durchgeführt und oben beschrieben wurde. Das Ergebnis war, daß die SnOp-Phasen etwa 1,2 mm tief, gemessen von der oberen Fläche des Bereichs 22a, in diesem Bereich 22a ausgefällt wurden. In diesem Beispiel wurden die SnO^-Phasen auch außerhalb des Bereichs 22a des Kopfkerns 22 ausgefällt, doch betrug die Tiefe der Ausfällung, gemessen von der äußeren Fläche des

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Kopfkerns, nur ca. 0,2 mm. Somit hat sich gezeigt, daß auf Grund der Tatsache, daß es einen beträchtlichen Unterschied zwischen der Tiefe der SnOp-Phasen-Ausfällung in dem Bereich 22a des Kopfkerns 22 und der Ausfällung in den übrigen Bereichen gibt, auch Chrom als Maskierungsfilm 24 brauchbar ist. Tatsächlich betrug die effektive Permeabi1itat bei einer Frequenz von 10 kHz außerhalb des Bereichs 22a 1190, was ein wesentlich günstigerer Wert zur Steigerung der magnetischen Eigenschaften ist als der Wert von 930 in dem Fall, wo die verschiedenen Phasen in dem Ferritkopfkern homogen ausgefällt werden.

Die Bedingungen für die Temperaturen von HOO⁰C bis 1200⁰C und für den Sauerstoffantei1 von weniger als 3% in der sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Atmosphäre bei der Wärmebehandlung der oben beschriebenen Verfahren wurden durch Versuche so ausgewählt, daß die Verschlechterung sowie die Veränderungen der Eigenschäften des SnO^ oder des Chrom-Oberzugs möglichst gering gehalten und eine Oxydierung in dem Ferritkern unterdrückt wurde, um die effektive Permeabilität zu erhöhen.

Es ist festzuhalten, daß der Oberzug für die Maskierung des Ferritkopfkerns zur lokalisierten Ausfällung der verschiedenen Phasen nicht auf SiO„ oder Cr, die mit Hilfe des Zerstäubungsverfahrens aufgetragen werden, beschränkt ist. Verschiedene andere Metalle, wie z.B.

Platin, können ebenfalls als Oberzugsmaterialien verwendet werden. Außerdem kann mit Hilfe eines Verdampfungsverfahrens anstelle des Zerstäubungsverfahrens ein überzug auf dem Ferritkopfkern aufgetragen werden.

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Claims

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AKAI ELECTRICCO., LTD. No. 12-14, 2-chome Higashi-Kojiya
Ohta-ku, Tokio, Japan

Magnetkopf für die Aufnahme und Wiedergabe von Signalen sowie Verfahren zur Herstellung des Magnetkopfs

Patentansprüche

Magnetkopf für die Aufnahme und Wiedergabe von Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kopfkern (10) vorgesehen ist, der wenigstens teil v/eise aus Mn-Zn-Einkristal1-Ferriten besteht, wo ein Luftspalt (16) gebildet ist, und. daß verschiedene Phasen nur in dem den Luftspalt (16) enthaltenden Bereich (20) niedergeschlagen sind.
2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich^net » daß der Luftspalt (16) an einer mittleren Stelle des mit verschiedenen Phasen versehenen Gebiets angeordnet ist, wo ein sich bewegendes Magnetband (18) eines Magnetbandgeräts aufliegt.
3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mn-Zn-Einkristall-Ferrite mit Sn substituierte Mn-Zn-Einkristall-Ferrite sind.
4. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Phasen SnO-Phasen sind

nachträglich geändert

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5. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfs nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- es wird ein Oberzug auf die gesamte Oberfläche eines Mn-Zn-Ei η kristall-Ferritkopfkernblocks aufgetragen, mit Ausnahme desjenigen Teils, wo der Luftspalt (16) entstehen soll;

- der Ferritkopfkernblock wird bei ca. 1 100 ⁰C bis 1 200⁰C und bei einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 3% behandelt, so daß verschiedene Phasen im wesentlichen nur in dem erwähnten Bereich ausgefällt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Metallen wie Chrom oder Platin besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Oxydmaterialien wie z.B. SiOp besteht.

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