DE2934969A1

DE2934969A1 - Magnetkopf

Info

Publication number: DE2934969A1
Application number: DE19792934969
Authority: DE
Inventors: Hideo Fujiwara; Takeshi Kimura; Mitsuhiro Kudo; Noriyuki Kumasaka; Kiminari Shinagawa; Yoshihiro Shiroishi; Nobuyuki Sugishita; Teizou Tamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DE2934969C2; JPS6218968B2; US4316228A; JPS55125519A

Description

29349Ö9

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf für ein Magnetaufzeichnungsgerät (im folgenden einfach "Magnetkopf") genannt. Im einzelnen richtet sie sich auf einen Magnetkopf mit einem Magnetkern, bei dem zwei Magnetblöcke hoher Permeabilität einander gegenüberliegen und einen Spalt zwischen sich in einem Abschnitt einschließen, der einem magnetischen Aufzeichnungsmedium zugekehrt ist, wobei wenigstens einer der Magnetblöcke aus einem Einkristallferrit aufgebaut ist.

Es besteht heutzutage ein sehr starkes Bedürfnis, die Magnetaufzeichnungstechnik voran treiben, insbesondere im Hinblick auf eine Erhöhung der magnetischen Schreibdichte. Für eine Befriedigung dieses Bedürfnisses sind ausgeprägte Verbesserungen der Aufzeichnungscharakteristik und Wiedergabeempfindlichkeit des Magnetkopfes wichtige Punkte, zusammen mit einer Erhöhung der Koerzitivfeldstärke sowie der magnetischen Flußdichte und einer Verminderung des Rauschens des magnetischen Aufzeichnungsmediums.

Ein Beispiel eines gegenwärtig oft verwendeten Magnetkopfes ist in Figur 1 gezeigt. Ein Magnetkern ist so aufgebaut, daß Blöcke 11 und 11' aus magnetischem Werkstoff hoher Permeabilität über einen Spalt 12 verbunden sind und ein Wicklungsfenster 10 definieren. Wicklungen 13 und 13' sind auf den Magnetkern gewickelt. Es ist allgemein bekannt, daß man insbesondere bei Verwendung eines Einkristallferrits für das den Magnetkern bildende hochpermeable magnetische Material einen Magnetkopf erhält, der sowohl in seinem Hochfrequenzverhalten als auch hinsichtlich seiner Verschleißfestigkeit ausgezeichnete Eigenschaften hat. Üblicherweise wird als Einkristallferrit ein Mn-Zn-Ferrit mit kubischer Struktur verwendet. Abhängig von der Zusammensetzung aus den Bestand-

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teilen zeigt dieser Ferrit eine magnetische Anisotropie, bei welcher die <100>-Richtung oder die <111>-Richtung eine leichte Magnetisierungsachse ist.

Hinsichtlich der Art und Weise, wie die Kristallachsen im Magnetkern des Magnetkopfes anzuordnen sind, gibt es keine gesicherten Richtlinien, da viele Punkte bisher noch nicht untersucht worden sind.

Es versteht sich, daß die Leistung des Magnetkopfes von der Verteilung der magnetischen Widerstände im Magnetkern abhängt. Es ist jedoch schwierig, genaue Informationen über die Lage der Veränderungen der magnetischen Eigenschaften zu gewinnen, die auf die Oberflächenbearbeitung des Ferrits, insbesondere die Bearbeitung von in der Nähe des Spalts liegenden Teilen, die die Eigenschaften des Magnetkopfs stark beherrscht, zurückgehen. Es ist sehr schwierig, die Bearbeitungsbedingungen und die Anordnung der Kristallorientierungen vorherzusagen, unter denen eine bestimmte Verteilung der magnetischen Widerstände verwirklicht ist. Ferner ist es, auch wenn sie vorhersagbar sind, selbst mit derzeitigen Rechnern hoher Leistungsfähigkeit extrem schwierig zu berechnen, wie die Achsen der magnetischen Anisotropie im Spaltbereich angeordnet sein müssen, damit die Schreib- und Leseeigenschaften bestmöglich werden. Der Hauptgrund dafür, daß die wünschenswerte Anordnung der Kristallachsen im Magnetkern unbestimmt ist, liegt, so kann man sagen, letztlich in diesem Punkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Magnetkopf mit ausgezeichneten Schreib- und Leseeigenschaften durch geschicktes Ausnützen der magnetischen Anisotropie eines den Magnetkern bildenden Ferrits zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Magnetkopf gemäß der Erfindung so aufgebaut, daß zwei Magnetblöcke hoher Permeabilität, die einander mit einem dazwischen vorliegenden Spalt gegenüberliegen, vorgesehen sind, daß wenigstens einer der Magnetblöcke hoher Permeabilität aus einem Einkristall-Mn-Zn-Ferrit aufgebaut ist, daß die {H0}-Ebene des wenigstens einen Einkristall-Mn-Zn-Ferrits im wesentlichen zu einer

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einen Hauptmagnetkreis enthaltenden Ebene parallel ist, während ein zwischen der <100>-Richtung in der {11O}-Ebene und einer den Spalt bildenden Ebene definierter Winkel Θ, d.h. ein Winkel Θ zwischen der <100>-Richtung in der {110}- Ebene des Ferrits und der Schnittlinie der den Spalt bildenden Ebene und der den Hauptmagnetkreis enthaltenden Ebene, 5° bis 40° oder 80° bis 120° ist, und daß ein Glas mit einem bei Absenkung der Temperatur von der Glaserstarrungstemperatur unter dem des Mn-Zn-Ferrits liegenden Kontraktionsgrad durch Aufschmelzung auf wenigstens denjenigen Oberflächen der Magnetblöcke hoher Permeabilität aufgebracht ist, die nahe bei den Seiten des Spalts liegen.

Damit ergibt sich ein Magnetkopf, der weitaus bessere Schreib- und Leseeigenschaften als bekannte Magnetköpfe der gleichen Art hat.

Der Einkristall-Mn-Zn-Ferrit hat eine Magnetokristallanisotropiekonstante von -2 · 10 bis 1-10 erg/cc, und

4 bevorzugt eine Magnetokristallanisotropiekonstante von -1,5 · 10 bis 8 · 10 erg/cc. Das Wesentliche des Magnetkopfs gemäß der Erfindung bestehen darin, daß Glas mit einem unter dem des Ferrits liegenden Kontraktionsgrad auf wenigstens die Ferritflüchen in der Umgebung des Spaltabschnitts (mit Ausnahme der dem magnetischen Aufzeichnungsmedium zugekehrten Fläche und der spaltbildenden Fläche) aufgeschmolzen und aufgebracht wird, wodurch eine Zugspannung im Ferrit in der Umgebung des Spalts erzeugt wird, daß die Magnetanisotropie durch das Vorhandensein der Zugspannung gesteuert wird und daß die Schreib- und Leseeigenschaften durch Ausnutzung dieser gesteuerten magnetischen Anisotropie verbessert werden. Wenn jedoch die Magnetokristallanisotropiekonstante aus dem oben angegebenen Bereich fällt, läßt sich die gewünschte magnetische Anisotropie selbst bei Vorhandensein der Zugspannung und damit die gewünschte Wirkung nicht erreichen.

Um einen Zug auf eine Ferritebene auszuüben und damit eine einachsige Anisotropie innerhalb der Ebene hervorzurufen, muß diese Ebene parallel zur {11O}-Ebene sein. Übt man

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eine Druckspannung aus, dann wird die einachsige Anisotropie auch bei einer anderen Ebene hervorgerufen. Ein Ausüben dieser Druckspannung durch aufgeschmolzenes und aufgebrachtes Glas ist jedoch in der Praxis schlecht, weil dann eine Zugspannung auf das Glas mit der Gefahr von Sprüngen wirkt. Die Ferritfläche, auf der das Glas geschmolzen und angebracht wird, besteht hauptsächlich aus im wesentlichen der den Hauptmagnetkreis enthaltenden Ebene bzw. Fläche. Schließlich muß für das Ausüben eines Zugs auf eine Ferritebene und damit für das Hervorrufen der einachsigen Anisotropie innerhalb der Ebene die den Hauptmagnetkreis enthaltende Ebene im wesentlichen parallel zur {110}-Ebene sein. Dies ist der Grund dafür, warum bei dem Magnetkopf gemäß der Erfindung die {110}-Ebene des Einkristall-Mn-Zn-Ferrits im wesentlichen parallel zu der den Hauptmagnetkreis enthaltenden Ebene gemacht ist.

Die oben erwähnten Seiten "im Bereich des Spaltes" sollen hauptsächlich aus Seitenflächen bestehen, die im wesentlichen parallel zu der den Hauptmagnetkreis enthaltenden Ebene sind, und Bereiche bezeichnen, die Radien von ungefähr d bis ungefähr 10 d um die Schnittpunkte zwischen den Seitenflächen und der Schnittlinie der dem Magnetaufzeichnungsmedium zugekehrten Ebene mit der spaltbildenden Ebene haben. Hierbei bezeichnet d die Tiefe der spaltbildenden Ebene und ist in Figur 3 dargestellt. Wenn das Glas durch Schmelzen auf die Seitenflächen, die in diesem Reichweitebereich von der spaltbildenden Ebene liegen, aufgebracht wird, läßt sich die magnetische Anisotropie des Ferrits so steuern, daß die Leistung des Magnetkopfs sich in ausreichendem Maße verbessert. Ferner entspricht der Bereich der Seite des Spalts der Seite eines bekannten, die verengte Spurbreite bestimmenden Abschnitts im magnetischen Abschnitt.

Der Magnetkopf gemäß der Erfindung weist zwei Magnetblöcke hoher Permeabilität auf, die einander über den Spalt gegenüberliegen, wobei wenigstens einer der Magnetblöcke als Einkristall-Mn-Zn-Ferrit ausgebildet ist. Da, wie oben angegeben, der Einkristall-Mn-Zn-Ferrit ein ausgezeichnetes Magnetkernmaterial ist, ist es gewöhnlich wünschenswert, daß beide Blöcke hoher Permeabilität als Einkristall-Mn-Zn-Ferrit aus-

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gebildet sind. Ähnlich muß beim Magnetkopf gemäß der Erfindung wenigstens einer der Blöcke aus Einkristall-Mn-Zn-Ferrit die geforderte Kristallorientierung haben, es wird aber bevorzugt, daß beide Blöcke aus Einkristall-Mn-Zn-Ferrit diese geforderte Kristallorientierung haben.

Das durch Aufschmelzen nahe der Seiten des Spalts aufzubringende Glas wird üblicherweise in die weggeschnittenen Teile des Magnetkerns gepackt, die in an sich bekannter Weise in diesem Abschnitt vorgesehen sind. Üblicherweise sind die weggeschnittenen Abschnitte zu dem Zweck, die Spurbreite zu verengen, ausgebildet.

Der im Bereich zwischen 5° und 40° oder 80° und 120° liegende Winkel Θ verbessert die Schreib- und Leseeigenschaften des Magnetkopfs gemäß der Erfindung gegenüber denjenigen bekannter Magnetköpfe, wobei dies in verstärktem Maße bei einem Winkel Θ zwischen 10° und 35° oder 85° und 115°, in noch verstärkterem Maße bei einem Winkel Θ zwischen 20 und 30° oder 95° und 105° gegeben ist und die günstigsten Ergebnisse mit einem Winkel Θ von ungefähr 25° oder ungefähr 100° erzielt werden. Kenn der Winkel Θ außerhalb des Bereichs von 5° bis 40° oder 80° bis 120° liegt, ergeben sich Schreibund Leseeigenschaften, die gleich oder schlechter als die bekannter Köpfe sind.

Wenn der Kontraktionsgrad des Glases niedriger als der des verwendeten Einkristall-Mn-Zn-Ferrits ist, sind bessere Schreib- und Leseeigenschaften als bei bekannten Köpfen zu erwarten. Wenn im Gegensatz dazu der Kontaktionsgrad des Glases gleich oder höher als derjenige des Ferrits ist, sind diese verbesserten Eigenschaften nicht zu erwarten. Wenn der unterschied im Kontraktionsgrad von Glas und Ferrit 1,3 * 1O oder größer ist, entstehen in der Umgebung des Spalts manchmal Sprünge bzw. Risse, so daß bei der Herstellung mit einem größeren Ausschuß zu rechnen ist. Es ist daher günstiger, wenn der Kontaktionsgrad des Glases niedriger als derjenige des Ferrits ist und die Differenz zwischen beiden Kontaktionsgraden weniger als 1,3 · 10 beträgt. Das Glas kann jede be-

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liebige Zusammensetzung haben, sofern sein Kontraktionsgrad im angegebenen Bereich liegt und es daneben andere bekannte Aufbaubedingungen erfüllt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines bekannten Magnetkopfs,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines bekannten Magnetkopfs sowie einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 3 eine Vorderansicht und eine Draufsicht einer Ausführungsform des Magnetkopfs gemäß der Erfindung; Figur 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Winkel Θ und dem Kopf-Ausgangssignal für einen Magnetkopf, der ein Glas verwendet, dessen Kontraktionsgrad ungefähr gleich dem Kontraktionsgrad eines Ferrits ist,
Figur 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Winkel Θ und dem Kopf-Ausgangssignal für einen Magnetkopf, der ein Glas verwendet, dessen Kontraktionsgrad

einen Unterschied 3 von -0,7 · 10 bzw. 0 zum Kontraktionsgrad eines Ferrits zeigt, Figur 6 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Differenz 8 bzw. dem Wärmeausdehnungskoeffizienten α eines Füllglases bei einem Magnetkopf, bei weichem der Winkel Θ 25° ist, und

Figur 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Magnetkopfs gemäß der Erfindung. Die Erfindung geschah in Anbetracht der Situation, wie sie sich durch den Stand der Technik darbot und als Ergebnis der ausprobierweisen Herstellung einer großen Anzahl von Magnetköpfen mit verschiedenen Kristallorientierungen bei Einkristall-Mn-Zn-Ferrilen verschiedener Zusammensetzungen und unter Untersuchung der Beziehungen zwischen den Schreib- und Leseeigenschaften der hergestellten Magnetköpfe und den Umständen der Anordnung der Kristallachsen der Ferriten in der Umgebung

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der Spalte. Im besonderen wird eine Zugspannung im Ferrit in der Umgebung des Spaltabschnitts eines Magnetkerns bewirkt, um die Verteilung der leichten Magnetisierungsachsen der magnetischen Anisotropie in der Umgebung des Spaltab-Schnitts zu vereinfachen und die Orientierung der leichten Magnetisierungsachsen auf beiden Seiten des Spalts zu optimalisieren, in der Absicht, einen Magnetkopf mit ausgezeichneten Schreib- und Leseeigenschaften zu schaffen.

Wie bereits ausgeführt, wird die Funktion eines Magnetkopfs insbesondere durch die magnetischen Eigenschaften der Umgebung des Spaltabschnitts stark beherrscht. Die Tendenz, daß die Funktion des Magnetkopfs durch die magnetischen Eigenschaften der Umgebung des Spaltabschnitts stark beherrscht wird, wird in zunehmendem Maße deutlich bei einem Magnetkopf, wie er in Figur 2 gezeigt ist und mit einer Form, bei der die von der Umgebung des Spalt verschiedenen Teile die Dicke des Magnetkerns so groß wie möglich machen, um unter Beibehaltung einer bestimmten mechanischen Festigkeit die Spurbreite extrem zu verschmälern und auch um den magnetischen Gesamtwiderstand des Magnetkerns so niedrig wie beispielsweise bei einem Magnetkopf eines Video-Recorders für den Hausgebrach zu machen. Dementsprechend sollten sich die Eigenschaften des Magnetkopfs sehr stark in Abhängigkeit von den Richtungen der leichten Magnetisierungsachsen und damit von den Umständen der Orientierung der Kristallachsen des Einkristalls in der Umgebung des Spaltabschnitts ändern. In Figur 2 bezeichnet 20 ein Wicklungsfenster, 21 und 21' Ferritblöcke, 22 einen Spalt, 23 und 23* Wicklungen und 24 ein Füllglas.

Obwohl der Einkristall-Mn-Zn-Ferrit, der üblicherweise für den

Magnetkopf verwendet wird, eine kleine mittlere Magnetostriktionskonstante zeigt, sind die Magnetostriktionskoeffizienten in <100>-Richtung und <111>-Richtung, bezeichnet mit ^_1Q_ und λ-j-j^f beide von der Größenordnung 3 bis 10 · 1O~⁶, nur mit entgegengesetzten Vorzeichen. Es ist bekannt, daß

eine deformierte Schicht mit einer Tiefe von einigen Hundert Nanometern bis einigen Mikrometern in einer miteinem herkömmlichen Verfahren, mit anderen Worten mit einem Außenklingenscheiben-

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schneider (outer blade slicer), einer Chipschneidemaschine (dicing machine), einer Drahtsäge oder dergleichen, bearbeiteten Ferritoberfläche erzeugt wird und daß sich wegen dieser Deformationsschicht eine Zugspannung innerhalb des Ferrits ausbildet. Genaue Daten darüber, in welchem Ausmaß sich die Zugspannung wirklich ausbildet, sind noch nicht gewonnen worden. Ferner ist diejenige Fläche des Magnetkopfs, die dem Aufzeichnungsmedium zugekehrt ist, üblicherweise mit einem Läppband geläppt und außerdem berührt diese Fläche nicht nur bei einem Magnetbandgerät, sondern auch bei einem Schwebekopf-Magnetplattengerät unausweichlich das Aufzeichnungsmedium. Auf das Läppen und die Berührung zurückgehende Bearbeitungseffekte sind ebenfalls nicht vernachlässigbar. Wie also die magnetischen Anisotropieachsen in der Umgebung des Spaltabschnitts im Betriebszustand des Magnetkopfs, der aus einem Einkristall-Mn-Zn-Ferrit aufgebaut ist, wirklich verteilt sind, kann üblicherweise nur vermutet werden, obwohl dies auch von der Größe der Magnetokristallanisotropxe des verwendeten Ferrits abhängt.

Tatsächlich wurde eine Scheibe aus Einkristall-Mn-Zn-Ferrit (mit einer Zusammensetzung von Fe-O., 54 Mol-%, MnO 27 Mol-% und ZnO 19 Mol-% und mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 1,17 · 10 Grad ), bei welcher die {110}-Ebene eine große Fläche war nach obigem Bearbeitungsverfahren hergestellt und die magnetischen Permeabilitäten in der Ebene gemessen. Dabei hat sich ergeben, daß die Permeabilitäten eine ausgeprägte Anisotropie in der 180°-Symmetrie zeigen und daß die Richtung der maximalen Permeabilität sich abhängig von den Meßfrequenzen ändert.

Im einzelnen wird auf der Niederfrequenzseite die Permeabilität in der <110>-Richtung in der {11O}-Ebene maximal und in der dazu senkrechten bzw. der <100>-Richtung minimal. Diese Beziehung kehrt sich auf der Seite höherer Frequenzen um. Diese Tatsache zeigt an, daß, wenn die Ferritscheibe in der {110}-Ebene beobachtet wird, die leichten Magnetisierungsachsen in der <110>-Richtung in der Ebene induziert werden. Die Magnetokristallanisotropiekonstante K₁ des Materials der

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Ferritscheibe ist positiv und von der Größenordnung 2 bis 4

10 erg/cc. Wenn kein Bearbeitungseffekt vorhanden ist, sollte die zur <110>-Richtung senkrechte <100>-Richtung die leichte Magnetisierungsachse sein. Das Verhältnis zwischen der bei der Ferritscheibe beobachteten Maximal- und Minimalpermeabilität zeigt beispielsweise Werte von 2 bis 5 in einem Frequenzbereich von 3 bis 5 MHz. Wenn Magnetköpfe, wie sie in Figur 2 gezeigt sind, aus einem solchen Material und nach dem oben beschreibenen Bearbeitungsverfahren hergestellt werden, hängen ihre Schreib- und Leseeigenschaften natürlich deutlich von der Orientierung der Kristallachsen im Spaltbereich ab. Basierend auf diesem Wissen wurden Magnetkerne, wie sie in Figur 3 gezeigt und in Tabelle 1 angegeben sind, unter Verwendung von Einkristallferritblöcken mit der gleichen Zusammensetzung wie der vorgenannte Einkristall-Mn-Zn-Ferrit hergestellt,und die Schreib- und Leseeigenschaften von Magnetköpfen gemessen, bei welchen die Wicklungen auf diesen Magnetkernen vorgesehen waren. Das heißt, die Schreib- und Leseeigenschaften der Magnetköpfe wurden verglichen und abgeschätzt, wobei die Magnetköpfe Magnetkerne verwendeten, bei welchen die den Hauptmagnetkreis bildenden Flächen 32 und 32' der Magnetkerne mit den verschiedenen in Tabelle 1 aufgelisteten Abmessungen die {110}-Ebene waren und der Winkel Θ zwischen der in der Ebene des Hauptmagnetkreises enthaltenen <100>-Richtung und einer spaltbildenden Ebene 33 in verschiedener Weise geändert wurde.

	Tabelle	1	mm
			mm
I	0,20	mm
W	2,33	mm
h	1,75
t	0,14	pm
Φ	30°
d	50

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1? -

In Figur 3 bezeichnet 34 ein Füllglas, 36 und 36' Ferritblöcke und 35 ein Wicklungsfenster.Bei der Herstellung der Magnetköpfe wurde das Glas 34 zum Schütze des Spaltabschnitts auf beiden Seiten des Spalts eingelassen· Als Füllgas 34 wurde ein GaIs mit dem gleichen Ausmaß des Kontraktsionsgrades wie der Einkristall-Mn-Zn-Ferrit vorgenannter Zusammensetzung und mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungefähr von 1,05 · 10 Grad" verwendet, damit eine auf Unterschiede des Kontraktionsgrades von Ferrit und Füllglas zurückgehende Spannung im Ferrit nicht entstehen kann. Ein Verfahren für die Herstellung des Füllglases 34 wird weiter unten angegeben. Die Abschätzungsergebnisse für die Schreib- und Leseeigenschaften der so hergestellten Magnetköpfe sind in Figur 4 dargestellt. Figur 4 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem durch die <100>-Richtung in der {110}-Ebene, die parallel zu den den magnetischen Hauptkreis bildenden Ebenen 32 und 32' ist, und die spaltbildende Ebene 33 definiert den Winkel, d.h. Θ (in Grad) aus Figur 3,und dem Ausgangssignal des Magnetkopfs (Relativwerte in willkürlichen Einheiten) wiedergibt. Die Messung wurde dabei mit einer Schreibwellenlänge von 1,4 ym und einer Frequenz von 4 MHz durchgeführt.

Wie aus Figur 4 ersichtlich,sinkt bei einem Winkel Θ um 60° herum die Charakteristik etwas ab, an den anderen Werten von Θ jedoch ist das Ausgangssignal des Kopfes nicht wesentlich von Θ abhängig. Dies zeigt an, daß die magnetischen Anisotropien, die der Ferrit in der Umgebung des Spaltabschnitts haben sollte, aus irgendeinem Grund ausgemittelt sind.

Das Herstellungsverfahren für die Versuchsmagnetköpfe ist ein Verfahren, das allgemein und überlicherweise durchgeführt wird, mit Ausnahme der Art und Weise wie die Kristallorientierung eingestellt wird. Es ist ebenfalls sehr üblich, ein Füllglas 34 zu verwenden, das das gleiche Ausmaß für den Kontraktionsgrad wie der Ferrit hat. Dies bedeutet, daß die magnetische Anisotropie, die der Einkristallferrit haben sollte bei dem auf bekannte Weise hergestellten Einkristallferrit-

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Magnetkopf nicht voll ausgenützt ist.

Die Erfindung bringt damit die grundlegende Idee, eine innere Spannung in der Umgebung des Spalts absichtlich zu erzeugen und damit die magnetische Anisotropie in der Umgebung des Spalts eindeutig zum Vorschein zu bringen, sowie die Achsenorientierungen der magnetischen Anisotropie zu optimalisieren und so den Effekt der magnetischen Anisotropie voll zur Verbesserung der Schreib- und Leseeigenschaften des Magnetkopfes auszunützen.

Im folgenden wird nun eine Ausführungsforra der Erfindung beschrieben.
Beispiel:

Auf der Basis der oben beschriebenen grundlegenden Idee waren Magnetköpfe des in Figur 2 gezeigten Aufbaus die gleichen wie die Köpfe der Ausprobierherstellung, nur daß das Füllgas variiert wurde, um vielfältige Wärmeausdehnungskoeffizienten (d.h. vielfältige Kontraktionsgrade) zu haben. Die Beziehung zwischen dem durch die <100>-Richtung in der {110}-Ebene, die parallel zu den den Hauptmagnetkreis bildenden Flächen und 32' ist, und die spalterzeugende Ebene 33 definierten Winkel, d.h. Θ in Figur 3, und dem Aufzeichnungswiedergabeausgangssignal des Magnetkopfes wurde ausgewertet. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten a(Mittelwerte von Normaltemperatur bis 6 23 K (35O⁰C)) der verwendeten Füllgläser waren 74 ■ 10"⁷ Grad*"¹ (-1,3 · 10~³) , 80 · 10~⁷ Grad"¹ (-1,0 · 10~³) , 87 · 10~⁷ Grad"¹ (-0,7 · 1θ"³), 96 - 10~⁷ Grad"¹ (-0,4 · 10~³), 101 · 10~⁷ Grad""¹ (-0,2 · 1θ"³) und 105 · 1θ"⁷ Grad"¹ (0), wobei die Erstarrungstemperatur ungefähr 723 K (450 C) in allen Fällen betrug. Die Werte in Klammern sind ß-Werte, die man erhält, indem man den Kontraktionsgrad des Ferrits vom Kontraktionsgrad des entsprechenden Füllglases abzieht.

Die Füllgläser 34 ergaben sich derart ,daß ein Glas mit

einer Zusammensetzung aus 27 % ZnO, 8 % Na₀O, 8 % BaO,

-7 -1 16 % SiO₂ , 4 % Al₃O₃ und 37 % B₃O₃, dessen α 74 · 10 Grad und dessen B -1,3 * 10 betrug, und ein Glas mit einer Zusammensetzung aus 29 % ZnO, 3 % Na₃O, 8 % K„0, 14 % BaO, 4 % CaO, 4 % SrO, 9 % SiO₂, 23 % B₃O₃, 5 % TiO₃ und 1 %

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sowie Premdstoffen, dessen α 107 * 1O~" Grad und dessen β 0,1 · 10~ betrug, in Verhältnissen gemischt wurden, die die oben erwähnten Werte für α und β herstellten. Die Glaszusammensetzungen sind in Gew.-% angegeben.

Meßergebnisse sind in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Figur 5 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Kopfausgangssignal (Relativwerte in willkürlichen Einheiten) und dem Winkel Θ (in Grad). 51 bezeichnet eine Kurve für den Fall der Verwendung eines Glases, dessen α 87 · 10

Grad"¹ (ß = -0,7 - 10~³) betrug, und 52 eine Kurve für den

-7 -1

Fall der Verwendung eines Glases, dessen α 105 · 10 Grad (ß = 0) betrug. Figur 6 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Kopfausgangssignal (Relativwerte in willkürlichen Einheiten) und dem Koeffizienten α sowie der Differenz β für den Fall eines Winkels Θ von 25°. Die in den Figuren 5 und 6 gezeigten Aufzeichnungswiedergabecharakteristiken wurden bei einer Aufzeichnugnswellenlänge von 1,4 pm und einer Frequenz von 4 MHz gewonnen.

Die Auswahl des Koeffizienten α in diesem Beispiel geschah so, daß die bei einer Temperaturänderung während der Schmelzaufbringung des Füllglases entstehende Spannung in der Grenzfläche zwischen der Umgebung der Seite des Spaltabschnitts und des Füllglases eine Zugspannung in Bezug auf die Ferritkernseite wurde, um die Spannung infolge der deformierten Schicht des Ferrits in der Umgebung der Seite zu fördern und dadurch die magnetische Anisotropie in der Umgebung der Seite des Spaltabschnitts zu verstärken.

Entgegen der Erwartung zeigt die θ-Abhängigkeit der Aufzeichnungswiedergabecharakteristik des Magnetkopfs gemäß der Erfindung eine sehr deutliche vierstellige Symmetrie.

Wichtiger ist, daß man durch die so erfolgte Verstärkung der magnetischen Anisotropie in der Umgebung des Spaltabschnitts und durch das Legen des Winkels Θ in einem geeigneten Bereich einen Magnetkopf mit außergewöhnlich günstigen Eigenschaften erhält, die mit bekannten Magnetköpfen nicht erreicht werden können. Die in Figur 5 gezeigten Aufzeichnungswiedergabeeigenschaften entsprechen einer Aufzeichnungswellenlänge von 1,4 um

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und einer Frequenz von 4 MHz, man stellt eine solche G-Abhängigkeit aber auch in einem Aufzeichnungswellenlängenbereich von 1 bis 20 ym und einem Frequenzbereich von 0,3 bis 6 MHz fest, wobei die Charakteristik ähnlich derjenigen in Figur 5 wird, nur daß sich das Verhältnis zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Kopfausgangssignals etwas unterscheidet. Verwandte man verschiedene Aufzeichnungsmedien mit Koerzitivfeidstärken von 300 bis 1700 Oe, ergaben sich in allen Fällen ähnliche Charakteristiken.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, bringen Werte für den Winkel Θ im Bereich von 5° bis 40° oder 80° bis 120° günstige Aufzeichnungswiedergabecharakteristiken hervor, ein bevorzugter Bereich für Θ ist 10° bis 35° oder 85° bis 115°,insbesondere 20° bis 30° oder 95° bis 105°, wobei ein Wert für Θ für ungefähr 25° oder ungefähr 100° die besten Ergebnisse erzeugt. Ein Magnetkopf, bei welchem der die günstigsten Resultate hervorbringende Winkel Θ nahe 25° liegt, und ein Magnetkopf, bei welchem dieser Winkel nahe 100 liegt, werden symmetrisch bezüglich des Wertes von Q. Das heißt, in einem Frequenzbereich von 1 bis 6 MHz wird Q maximal mit Θ nahe 25° und minimal mit Θ nahe 100°.

Unter den Magnetköpfen der beschriebenen Ausführungsform

traten bei einigen Proben des Magnetkopfs, der ein Füllglas

—7 —1 —3

mit einem α von 74 · 10 Grad (ß = -1,3 · 10 ) verwendet, Risse in der Umgebung des Spalts auf. Es zeigt sich, daß der Ausschuß bei der Fertigung der Magnetköpfe zunimmt, wenn β kleiner als dieser Wert ist.

Die Zugspannung σ,von der vermutet wird," daß sie sich in der Mitte der Seiten (den Grenzflächen zwischen dem Füllglas 34 und den Ferritblöcken 36, 36') des Spalts des Magnetkopfs entwickelt, beträgt bei der beschriebenen Ausführungsform höchstens 2 bis 3 kp/mm . Die Magnetostriktionskonstanten und X₁₁₁ des üblicherweise verwendeten Mn-Zn-Ferrits betragen -5 · 10~⁶ bis 10 - 1O~⁶ bzw. 3 · 10~⁶ bus 7 · 1O~⁶. Damit die <110>-Richtung in der {110}-Ebene des Einkristallferrits mit solchen Magnetostriktionskonstanten durch Anlegen der Zug-

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spannung von 2 bis 3 kp/mm an die {110}-Ebene zur leichten Magnetxsierungsachse gemacht werden kann, muß die Magnetokristallanisotropiekonstante K- des Einkristallferrits in einem bestimmten Bereich liegen. Im Prinzip ist auch das Vorzeichen der Konstanten K₁ beteiligt. Für K₁ > 0 ist der Effekt in einem Bereich von K₁, der sich ausdrückt durch K₁ < 3(A₁₁₁ a\ , und für K₁ < 0 in einem Bereich von K₁, der sich ausdrückt durch IK₁I < 3|(λ - X₁₁₁)Ol, zu erwarten. Bei Verwendung der erwähnten Werte für λ,,_,_, X₁₁. und σ wird der Bereich für K,-

Ί OU Ί Ί Ί _,ι

Werte, bei welchen der Effekt zu erwarten ist, -2 * 10 erg/cc bis 1 ·10 erg/cc. Dieser Bereich von K₁-Werten ignoriert das Vorhandensein einer Anisotropiekonstante K_?, von der aber gilt, daß sie bei gewöhnlichen Ferriten klein ist. Wenn das Vorhandensein von K₉ und ein Sicherheitsbereich berücksichtigt

^z

werden, wird ein bevorzugter Bereich für K₁ zwischen -1,5 · erg/cc bis 8 · 10 erg/cc. Die Konstante K₁ des Mn-Zn-Ferrits zeigt eine Tendenz zu steigen, wenn der Fe₃O₃-GeIIaIt im Falle beispielsweise einer Zusammensetzung, bei der der Gehalt an Fe₃O₃ nahe 50 Mol-% liegt, gesteigert wird.

Wie aus Figur 6 ersichtlich, wird der erfindungsgemäße Effekt beobachtet, wenn der Wert der Differenz β negativ ist, wobei sich günstigere Resultate ergeben, wenn dieser Wert nicht größer als -0,2 · 10 ist. Wie weiter oben ausgeführt, beobachtet man kein Auftreten von Sprüngen und lassen sich gute Resultate erzielen, wenn der Wert der Differenz β nicht kleiner als -1,3 · 10 ist. Dementsprechend liegt ein bevorzugter Bereich für ß-Werte zwischen -0,2 · 10 ^J und -1,3 · 1O Die in den Figuren 4, 5 und 6 dargestellten Meßergebnisse wurden für Magnetköpfe gewonnen, die einen Einkristall-Mn-Zn-Ferrit mit einer Zusammensetzung aus 54 Mol-% Fe₃O₃, 27 Mol-% MnO und 19 Mol-% ZnO verwendeten. Ähnliche Experimente zu den obigen wurden unter Verwendung von Einkristall-Mn-Zn-Ferriten mit den in Tabelle 2 aufgelisteten verschiedenen Zusammensetzungen durchgeführt. Für alle Ferritzusammensetzungen ließen sich in den vorgenannten Bereichen für Θ und β Magnetköpfe mit Schreib- und Leseeigenschaften erzielen, die über den

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besten Ergebnissen bekannter Köpfe lagen. Die Experimente wurden mit K₁~Werten zwischen -1,5 · 1O⁴ und 2 · 1O erg/cc durchgeführt. In dieser Hinsicht wurde mit -1,5 · 10 erg/cc ein Einbringungseffekt für eine innere Spannung erzielt, der ungefähr dem mit 8 · 10 erg/cc entsprach. Es läßt sich daher sagen, daß die die Ferrite der Zusammensetzungen der Tabelle 2 verwendenden Experimente gezeigt haben, daß sich gute Ergebnisse in einem Bereich für K. zwischen -1,5 und 8 · 10 erg/cc erwarten lassen.

10-

	Fe 0 (Möl-%)	Tabelle	2	MnO (Mol-%)	ZnO (Mol-%)	^K1 (erg/cc)	10³
	55,0		27,5	17,5	1 ·	10³
Probe	53,5	28,5	18,0	<1 ·	10³
21	51,0	30,0	19,0	— 1 *	10³
22	54,0	29,0	17,0	2 ·	• 10⁴
23	52,5	35,5	12,0	-1/5
24
25

Alle oben beschriebenen Charakteristiken der Magnetköpfe wurden für Magnetköpfe gewonnen, bei welchen sich der Abfaswinkel Φ des Wickelfensters 35 und die Länge ί des verschmälerten Teils des Spaltabschnitts, wie sie in Figur 3 gezeigt sind, auf die in Tabelle 1 angegebenen Werte beschränken. Wenn Experimente mit Magnetköpfen durchgeführt wurden, bei welchen der Winkel Φ und die Länge I in ihren zugehörigen Bereichen von 60° bis 30° und 50 bis 500 ym, wie in Tabelle 3 angegeben, in verschiedener Weise geändert wurden, ergaben sich Kopiausgangscharakteristiken mit Θ-Abhängigkeiten ähnlich den oben erhaltenen.

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Tabelle 3

Probe Nr.	I	Φ
31	100 pm	45°
32	200 pm	45°
33	500 pm	45°
34	200 pm	30°
35	200 pm	6O°

Ferner hatten die bei den oben angegebenen Messungen verwendeten Magnetköpfe, wie in Figur 3 gezeigt, eine zweiseitig asymmetrische Form des Wickelfensters 35, Meßergebnisse für Magnetköpfe, bei denen, wie in Figur 7 gezeigt, die Form symmetrisch war, entsprachen jedoch dem vorstehenden. In Figur 7 bezeichnet 70 ein Wickelfenster, 71 und 71' Ferritblöcke, 72 einen Spalt, 73 und 73¹ Wicklungen und 74 ein Füllglas.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Magnetkopf die den Hauptmagnetkreis bildende Ebene wirklich durch die {11O}-Ebene, wie oben beschrieben, gebildet ist, erhält man natürlich den oben angegebenen ausgezeichneten Effekt. Nahezu entsprechende Eigenschaften erhielt man jedoch auch mit Magnetköpfen, bei denen die den Hauptmagnetkreis bildende Ebene in einem Bereich von ungefähr -15° bezüglich der {110}-Ebene geneigt war.

Bei obigen Ausführungsformen waren beide einander mit dem Spalt dazwischen gegenüberliegenden Magnetblöcke aus Mn-Zn-Einkristallferrit und die Kristallachsen der Einkristalle so angeordnet, daß sie im wesentlichen symmetrisch bezüglich der spalterzeugenden Ebene waren. Wie aus der bisherigen Beschreibung ersichtlich, läßt sich ein ähnlicher Effekt selbst dann erwarten, wenn die Orientierung der Kristallachsen asymmetrisch ist, indem der Winkel Θ, der zwischen der <1OO>Richtung beider Kristalle und der spaltbildenden Ebene de-

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finiert ist, auf den vorgenannten Bereich eingegrenzt wird. Auch wenn die Bedingung für den Winkel Θ nur für einen der Ferrite erfüllt ist oder wenn nur einer der Magnetblöcke aus dem Einkristall-Mn-Zn-Ferrit besteht un- dort die Bedingung für den Winkel Θ erfüllt ist, läßt sich die erfindungsgemäße Wirkung erwarten.

Dr.Ki/üg

3 0 0 3 9/0575

■to-

Leerseite

Claims

SCHIFF V. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINQHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3. MDNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95Ο16Ο, D-800O MÖNCHEN 95

HITACHI, LTD. 29. August 1979

DEA-5979

Magnetkopf

PATENTANSPRÜCHE

Magnetkopf, gekennzeichnet durch zwei Magnetblöcke (21, 21'; 71, 71') hoher Permeabilität, die einander mit einem dazwischen vorliegenden Spalt (22; 72) gegenüberliegen, wobei wenigstens einer der Magnetblöcke hoher Permeabilität aus einem Einkristall-Mn-Zn-Ferrit aufgebaut ist, eine {110}-Ebene des wenigstens einen Einkristall-Mn-Zn-Ferrits im wesentlichen parallel zu einer einen Hauptmagnetkreis bildenden Ebene ist, ein Winkel Θ zwischen einer <100>-Richtung in der {110}-Ebene und einer den Spalt bil-

denden Ebene 5° bis 4O° oder 80° bis 120° ist, ein Glas (24ι 74) durch Aufschmelzen auf wenigstens Oberflächen des hochpermeablen Magnetblocks in der Umgebung der Seiten des Spalts aufgebracht ist und der Kontraktionsgrad des Glases bei Absenken der Temperatur von der Glaserstarrungstemperatur auf Raumtemperatur kleiner als derjenige des Ferrits ist.

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2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Θ 10° bis 35° oder 85° bis 115° beträgt.
3. Magnetkopf nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Θ 20° bis 30° oder 95° bis 105° beträgt.
4. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Θ ungefähr 25° oder ungefähr 100° beträgt.
5. Magnetkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Abziehen des Kontraktionsgrades des Ferrits vom Kontraktionsgrad des Glases bei Absenken der Temperatur von der Glaserstarrungstemperatur auf Raumtemperatur gewonnener Wert ungefähr -0,2 · 10~³ bis -1,3 · 1θ"³ ist.
6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetokristallanisotropiekonstante K₁ des Einkristall-Mn-Zn-Ferrits zwischen

-2 · 10⁴ bis 1 · 10⁴ erg/cc liegt.
7. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Magnetokristallanisotropiekonstante K- des Einkristall-Mn-Zn-Ferrits zwischen

10³ erg/cc liegi

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-1,5 · 10⁴ und 8 · 10³ erg/cc liegt.