DE3424651A1

DE3424651A1 - Magnetwandlerkopf

Info

Publication number: DE3424651A1
Application number: DE19843424651
Authority: DE
Inventors: Nan-Hsiung Bloomington Minn. Yeh
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1983-11-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1985-05-15
Also published as: GB8418238D0; AU3119784A; JPS60103509A; GB2149186A; FR2554624A1

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig

Control Data Corporation Minnepolis, Minn._; V.St.A.

Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentamt

Dr phil. G Henke!. München Dipl.-Ing J Pfenning. Berlin Dr. rer. nat. L Feiler. München Dipl.-Ing. W. Hänzel. München Dipl.-Phys. K. H. Meinig. Berlin Dr. Ing. A. Butenschön. Berlin Dipl.-Ing. D. Kottmann, München Möhlstraße 37
D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramm: ellipsoid Telefax (Gr.2+3): 089/981426

CDC 817-WG/wa

4. Juli 1984

Magnetwandlerkopf Hagnetwandlerkopf

Die Erfindung betrifft einen Magnetwandlerkopf, speziell zur Verwendung bei einem Zweischicht-Aufzeichnungsträger,

Für die magnetische Datenaufzeichnung wird derzeit gewöhnlich ein Magnetwandlerkopf für das Einschreiben von Daten in einen Aufzeichnungsträger und das Auslesen von Daten aus ihm verwendet. Ein solcher Magnetwandlerkopf weist eine kleine Magnetflußstrecke in Form eines typischerweise aus Ferrit oder einem abgelagerten bzw. aufgedampften magnetischen Material bestehenden Kerns mit einem in diesem vorgesehenen Luft-Spalt sowie einer kleinen Wicklung auf, durch welche beim Daten-Einschreiben ein elektrischer Signalstrom geleitet und von welcher beim Daten-Auslesen ein Signalstrom abgenommen wird. Die neben dem Spalt befindlichen Abschnitte des Kerns werden häufig als Pole oder Polspitzen und die an letzteren anschließenden Abschnitte als Polstücke oder -schenkel bezeichnet. Für den Einschreibvorgang wird ein beträchtlicher Wicklungsstrom benötigt, um einen Magnetfluß zu erzeugen, der für das Aufprägen des magnetischen Musters auf den Aufzeichnungsträger groß genug ist. Typischerweise wird die Magnetflußstrecke

gO bzw. der Kern des Magnet(wandler)kopfes beim Einschreibvorgang sehr dicht an die magnetische Sättigung herangesteurt. Eine Sättigung des Kernmaterials ist jedoch unerwünscht, weil dadurch das eingeschriebene Muster gestört wird.

Bei einer neuen Art der magnetischen Aufzeichnung wird eine vertikale Orientierung der auf dem Aufzeichnungsträger erzeugten magnetischen Muster, im Gegensatz zum bisherigen, derzeit nahezu allgemein angewandten horizontalen magnetischen Muster bzw. Magnetisierungsmuster, angewandt. Der bei einem solchen Vertikalaufzeichnungsverfahren verwendete Aufzeichnungsträger weist zwei Lagen oder Schichten auf, nämlich eine Außenschicht, in welcher die eigentlichen Daten aufgezeichnet werden, und eine Innenschicht, die eine Magnetflußstrecke zur Vervollständigung des Magnetkreises zwischen den Polen des Magnetkopfes bildet. Zur Vermeidung einer Sättigung des Kerns ist es nötig, daß die Einschreib-Polstückspitzen vergleichsweise lang sind. (Üblicherweise entspricht die Länge eines Fluß- oder Luftspalts (flux gap) dem Abstand zwischen den Polen. Konsequenterweise wird die Polstückspitzenlänge in derselben Richtung gemessen wie die Spaltlänge.)

Es ist nun bekannt, daß ein Magnetkopf mit einer vergleichsweise langen Polstückspitze für das Einschreiben von vertikal aufgezeichneten Daten mit außerordentlich großer Dichte benutzt werden kann, solange die Polspitzen nicht in Sättigung gehen und die (in Bewegungsrichtung) hintere Ecke oder Kante der nachlaufenden Polstückspitze sehr scharf definiert ist. Lange Polstückspitzen sind jedoch für das Wiederauslesen nicht zufriedenstellend, weil die Auflösung dicht gepackter Daten schwierig wird. Eine sehr nützliche Erläuterung dieser Gegebenheiten findet sich in IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 23, Nr. 5, Oktober 1980, S. 2148-2149, "Design of Separately Optimized Thin Film Read/Write Magnetic Recording Heads". Die in dieser Arbeit vorgeschlagene Lösung besteht darin, Lese- und Einschreib-

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(magnet)köpfe, die jeweils für ihre betreffende Aufgabe optimiert sind, nebeneinander auf einem Substrat oder Träger anzuordnen und sodann einfach die gesamte Wandleranordnung je nachdem, ob ausgelesen oder eingeschrie .ben werden soll, radial zu verschieben. Ändere, für die zu beschreibende Erfindung relevante Veröffentlichungen sind IBM TDB, Band 14, Nr. 4, September 1971, S. 1283-1284, "Composite Read/Write Recording Head", sowie die ÜS-PSen 3,399,393, 3,881,191 und 4,277,809.

Ein Magnetkopf mit sowohl langen als auch kurzen Polstückspitzen gewährleistet in vorteilhafter Weise sowohl die Vermeidung von Sättigung beim Einschreiben als auch hohe Auflösung beim Auslesen. Ein Magnetkopf mit dem Aufbau gemäß der Erfindung umfaßt somit einen Magnetkern mit einer mehr oder weniger herkömmlichen Rückflußstrecke, zwei äußere Polstücke, die einen ununterbrochenen Magnetkreis mit der Rückflußstrecke (back path) festlegen und deren vergleichsweise lange Spitzen unter Bildung eines Fluß- oder Luftspalts für das Einschreiben voneinander beanstandet sind. Zwischen die beiden äußeren Polstücke ist ein mittleres Polstück eingefügt, das ebenfalls mit der Rückflußstrecke einen ununterbrochenen Magnetkreis bildet, aber mittig dazu angebracht ist, und dessen Spitze sich zwischen den Spitzen der beiden äußeren Polstücke, etwa in derselben Ebene wie diese liegend, befindet. Die mittlere Polstückspitze ist wesentlich kürzer (schmäler) als die Spitzen der äußeren Polstücke. Um jede Magnetflußstrekke aus einem der äußeren Polstücke und dem mittleren Polstück ist je eine Wicklung herumgelegt. Vorzugsweise sind diese Wicklungen in entgegengesetztem Sinn bzw. gegenpolig miteinander verbunden, so daß dann, wenn sich der durch das mittlere Polstück fließende Signal-

magnetfluß durch die Rückflußstrecke aufteilt, die dadurch in den Wicklungen erzeugten Signale einander verstärken .
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Beim Einschreiben läßt sich der vergleichsweise große, durch den großen Einschreibstrom in den Wicklungen erzeugte Magnetfluß das mittlere Polstück schnell in Sättigung gehen, so daß es für den Magnetfluß im wesentliehen durchlässig wird. Das Einschreiben erfolgt daher nur an der nachlaufenden Ecke der vergleichsweise langen, nachlaufenden äußeren Polstückspitze. Das Auslesen erfolgt zwischen der vergleichsweise kurzen mittleren Polstückspitze und den beiden äußeren PoI-stückspitzen, wodurch eine hohe Auflösung des in der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers enthaltenen Magnetdatenmusters erreicht wird. Bei Verwendung des Zusammen schaltpunkts zwischen den Wicklungen als Nullpunkt können die freien Enden der Wicklung(en) gleichzeitig ^an denselben Anschluß einer zweipoligen Stromquelle zur Erzeugung des Einschreibmagnetflusses im Kern angeschlossen werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Magnetwandlerkopfes mit einem Kern, der beim Einschreibvorgang nicht in Sättigung geht und der eine hohe Auflösung beim Auslesen gewährleistet.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Magnetwandlerkopfes unter Verwendung eines bipolaren bzw. zweipoligen Einschreibsignals, speziell die Schaffung eines Magnetwandlerkopfes mit unterschiedlichen Lese- und Schreibpolen, die sämtlich einen Teil desselben Kerns und derselben Magnetflußstrecke bilden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines vereinfachten Wandlers zur Veranschaulichung der wesentlichen Merkmale der Erfindung in übertriebener Darstellung,

Fig. 2a und 2b eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Magnetwandlerkopfes gemäß einer Ausfüh-

.,. rungsform der Erfindung bzw. eine Projektions-

darstellung der Wandlerfläche bei diesem Magnetwandlerkopf und

Fig. 3a und 3b den Fig. 2a bzw. 2b ähnelnde Darstel-

lungen einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargeteilte Wandler oder Magnetwandlerkopf umfaßt einen Kern 10 mit einer Rückflußstrecke 19,

an deren Enden sich jeweils ein äußeres Polstück oder 25

-schenkel 11 und 14 befindet. Die Polstücke 11 und 14 bilden mit der Rückflußstrecke 19 einen durchgehenden oder ununterbrochenen Magnetkreis, und sie weisen an ihren Enden Polspitzen 15 bzw. 17 auf, die voneinander

entfernt sind und einen Fluß- oder Luftspalt (flux gap) 30

einer durch ihren gegenseitigen Abstand bestimmten

Länge (Maß L gemäß Fig. 1) festlegen. An der Rückflußstrecke 19 ist ein zentrales oder mittleres Polstück 9 mit einer Polspitze 16, die sich zwischen den Polspitzen 15 und 17 befindet und im wesentlichen in derselben 35

Ebene wie diese liegt, angeordnet. Die Länge der Polspitze 16 (in derselben Richtung wie die Länge des Luftspalts gemessen) ist wesentlich kleiner als die der Polspitzen 15 und 17; dies stellt ein wesentliches und kritisches Merkmal der Erfindung dar. Zweckmäßigerweise besitzen die Polspitzen 15 und 17 jeweils gleiche Länge. Zwei die Rückflußstrecke 19 umschließende Wicklungen 12 und 13 umfassen, wie dargestellt, jeweils Wicklungs- oder Windungssegmente 12b bzw. 13a, die wie durch die Symbole "x" angegeben - in der Zeichnungs ebene vom Betrachter hinweg gerichtet sind, sowie Windungssegmente 12a bzw. 13b, die - wie durch die Symbole "·" bezeichnet - in der Zeichnungsebene zum Betrachter hin gerichtet sind. Windungssegmente 12a, 12b und 12c sowie Windungssegmente 13a, 13b und 13c bilden jeweils eine Wicklung 12 bzw. 13. Ein Leiterzug 18 verbindet die Wicklungen 12 und 13 gegensinnig (with opposite hahdedness), so daß sie beim Einschreiben ein zweipoliges Signal liefern. Die Windungssegmente 12c und 13c bilden mithin freie Enden der Wicklungen 12 bzw. 13 für den externen Anschluß.·

Bei Verwendung des Magnet^andlerkopfes gemäß Fig. 1 für das Einschreiben werden die Wicklungen 12 und 13 bevorzugt als einzige Wicklung mit Mittelanzapfung benutzt. Der Leiterzug 18 ist mit dem einen Anschluß einer Stromquelle verbunden, und die Verbindung oder Anschaltung des anderen Stromquellenanschlusses wird elektronisch zwischen den Segmenten 12c und 13c an den freien Enden umgeschaltet. Hierdurch wird eine Umkehrung des Magnetflusses durch die Strecke aus dem Polstück 11, der Rückflußstrecke 19, dem Polstück 14 und dem Luftspalt zwischen den Spitzen 15 und 17 hervorgebracht. Da die kleinste Querschnittsfläche der Polstücke 11 und 14

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bedeutend größer ist als diejenige des Polstücks 9, fließt nahezu der gesamte Magnetfluß durch die Polstücke 11 und 14, wobei das Einschreiben auf herkömmliche Weise an der nachlaufenden Außenkante des Kerns 10 stattindet. Durch die vergleichsweise große Fläche der Polstücke 11 und 14 wird eine magnetische Sättigung des Kerns durch den Stromfluß in den Wicklungen 12 und 13 verhindert. Beim Lesevorgang wird ein Signalstromfluß in den Wicklungen durch Vorbeibewegen eines bereits eine Aufzeichnung enthaltenden Aufzeichnungsträgers an den Polstückspitzen 15, 16 und 17 erzeugt, wobei in den Wicklungen 12 und 13 ein Signal(strom) induziert wird. Aufgrund der äußerst kleinen Länge (oder Weite) der Polstückspitze 16 wird die Auflösung beim (Wieder-)Auslesen unter Heranziehung der ziemlich kurzen Polstückspitze 16 am Ende des Polstücks 9 erheblich, verbessert. Die zentrale Lage des Polstücks 9 und der Umstand, daß der Magnetfluß aus dem Polstück 9 herausfließt und sich ^auf di^e Polstücke 11 und 14 aufteilt und umgekehrt, hat die Erzeugung des Signals in den Wicklungen 12 und 13 beim Auslesen zur Folge. Da sich der Signalmagnetfluß im mittleren Polstück 9 in nahezu gleichen Anteilen über die Rückflußstrecke 19 aufteilt, führt die gegensinnige Schaltung der Wicklungen 12 und 13 beim Auslesen zu einem über die Wicklungsenden 12c und 13c anliegenden Signal, das etwa der Summe aus den Signalen in jeder Wicklung 12 und 13 entspricht.

3Q In den Fig. 2a und 2b ist eine erste betriebliche Ausführungsform der Erfindung als auf einem magnetischen Ferrit-Substrat oder -Träger 20, der ein Polstück (entsprechend dem Polstück 11 gemäß Fig. 1) der Magnetwandlerkopfanordnung bildet, ausgebildet dargestellt. Ein mittleres Polstück 22 bildet einen ununterbrochenen

Magnetkreis mit dem Träger 20 in der Nähe einer Rückflußstrecke 40. Auf ähnliche Weise bildet ein äußeres Polstück 24 einen ununterbrochenen Magnetkreis mit dem mittleren Polstück 22 sowie mit dem Träger 20, einschließlich der Rückflußstrecke 40. Das Muster (footprint) der Polstücke 22 und 24 auf dem Träger 20 kann eine beliebige Form besitzen.

Gemäß der in Fig. 2b dargestellten Projektion der Wandlerfläche wird durch eine Isolierschicht 21 ein Flußspalt 28 zwischen Träger 20 und Polstück 22 festgelegt. Die Isolierschicht 21 dient auch zur Isolierung von im Schnitt dargestellten Windungssegmenten 25a 25c einer ersten Wicklung 25 voneinander und vom Polstück 22. Die Wicklung 25 ist zwischen den Träger 20 und das mittlere Polstück 22 eingefügt, und sie umschließt die Magnetflußstrecke aus dem mittleren Polstück 22, einem Rückflußspalt (back gap) 40 und dem Träger 20, und zwar im wesentlichen in der Ebene des Rückflußspalts 40. Die Isolierschicht 21 kann die in Fig. 2a dargestellte unterbrochene Form besitzen; es ist jedoch wahrscheinlicher, daß sie sich ununterbrochen über im Schnitt von Fig. 2b bzw. 2a nicht dargestellte Bereiche erstreckt. Auf ähnliche Weise bildet eine Isolierschicht 23 einen zweiten Fluß- oder Luftspalt 30 (in der Projektion der Wandlerfläche dargestellt) zwischen den Polstücken 22 und 24, wobei sie auch die Windungssegmente 26a - 26c der Wicklung 26 gegeneinander und gegen die Polstücke 22 und 24 isoliert. Die Isolierschicht 23 ist ebenfalls nicht durchgehend dargestellt, und sie kann auf diese Weise ausgebildet sein, doch ist sie in der Praxis bevorzugt in Bereichen, die in der Schnittansicht von Fig. 2b bzw. 2a nicht dargestellt sind, in sich und mit der Isolierschicht

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zusammenhängend. Die einzelnen Isolierschichten 21 und 23 sind typischerweise durch mindestens zwei getrennte Aufdampf- oder Beschichtungsschritte ausgebildet. Die B Wicklung 26 umschließt die Magnetflußstrecke aus dem mittleren Polstück 22, dem Rückflußspalt 40 und dem äußeren Polstück 24. Ein Leiter 32 dient zur elektrischen Verbindung des Innenendes jedes Wicklungssegments 25b und 26b zwecks Herstellung einer entgegengesetzten Polung zwischen den Wicklungen 25 und 26. (Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Symbole "x" an den Wicklungssegmenten 25b und 26a weggelassen.) Es ist darauf hinzuweisen, daß auch ein elektrischer Zugang zum Leiter 32 erforderlich ist und bei der Herstellung ohne weiteres vorgesehen werden kann. Elektrische Anschlüsse liegen somit zur Mittelanzapfung (Leiter) 32 sowie zu den Endanzapfungen der Wicklungen 25 und 26, durch die Enden der Windungssegmente 25c bzw. 26c gebildet, vor.

In Fig. 2b sind die Maße L₁ - L_n- der Wandlerfläche angegeben. L_? und L₄ stehen für die Längen der Fluß- oder Luftspalte 28, 30, die beliebige zweckmäßige Größen besitzen können. Die für die Realisierung der Erfindung kritischen Maße sind die Kelativgrößen der Abmessungen oder Maße L₁, L₃ und L₅. Die Länge L₃ der mittleren Polstückspitze 30 muß erheblich kleiner sein als L₅ entsprechend der Dicke des Trägers 20 ("Lange" der Polstückspitze 27), die eines der äußeren Polstücke darstellt, sowie L₁ entsprechend der Länge der Spitze 31 des anderen äußeren Polstücks 23. Wie in Verbindung mit der Anordnung nach Fig. 1 erwähnt, werden durch diese Ausgestaltung eine Sättigung des Kerns während des Einschreibens vermieden und aufgrund des Vorhandenseins einer kurzen Polstückspitze eine höhere Auflösung beim Auslesen erzielt.

In den Fig. 3a und 3b ist eine der Anordnung nach Fig. 2a und 2b ähnliche Ausführungsform dargestellt, wobei jedoch der Träger 34 nicht-magnetisch ist, weshalb auf diesem zunächst eine magnetische Schicht 35 ausgebildet werden muß, und wobei ebenfalls ein erstes äußeres Polstück mit einer Polstückspitze 36 einer Länge L- vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise wird ein symmetrischeres Lesesignal erhalten, wenn L. = L₅ gilt, wie dargestellt. In jeder anderen Hinsicht entspricht diese Ausführungsform derjenigen nach Fig. 2a und 2b, so daß die entsprechenden Ausführungsformen auch dafür gelten.

Die Magnetwandlerköpfe gemäß Fig. 2a und 3a arbeiten auf dieselbe Weise wie der Magnetwandlerkopf gemäß Fig. 1. Beim Einschreiben sättigt der vergleichsweise große Einschreibstrom das mittlere Polstück 22, und das Einschreiben bzw. Aufzeichnen kann an der nachlaufenden Kante des Polstücks 24 stattfinden. Beim Auslesen verbessert die wesentlich kürzere mittlere Polstückspitze 29 die Auflösung der ausgelesenen Daten.

Bei einem typischen, auf die beschriebene Weise ausgebildeten Magnetwandlerkopf der Art gemäß Fig. 2a, 2b und 3a, 3b können die Maße L₁ = 6 μπι, L₃ =0,1 μηι und L₅ =6 um betragen. Derzeit werden eine Länge der äußeren Polstückspitze im Bereich von 1 - 10 um und eine Länge der mittleren Polstückspitze im Bereich von 0,05 - 1 um bevorzugt. Das Verhältnis L../L₃, d.h. zwischen der kürzeren äußeren Polstückspitze und der mittleren Polstückspitze, sollte in allen Fällen mindestens etwa 5 betragen, um die angestrebten Verbesserungen bezüglich der Vermeidung einer Polstückspitzensättigung beim Einschreiben und der Verbesserung der Auflösung beim Auslesen zu erreichen. Die tatsächlichen Größen von L₉

-vC-

und L₄ sind nicht kritisch; typischerweise sind sie jedoch sehr viel kleiner als L₃, um eine hohe Auflösung beim Auslesen zu gewährleisten.

Claims

Patentansprüche

1. Magnetwandlerkopf mit einer Rückflußstrecke und zwei äußeren Polstücken oder -schenkein, die mit der Rückflußstrecke einen ununterbrochenen Magnetkreis bilden und deren Polstückspitzen zur Festlegung eines Fluß- oder Luftspalts einer vorbestimmten Länge voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittleres Polstück (9; 22) vorgesehen ist, das mit der Rückflußstrecke einen ununterbrochenen Magnetkreis bildet und dessen Spitze (16) zwischen die Spitzen (15, 17) der äußeren Polstücke (11, 14) so eingefügt ist, daß sie zwischen sich und letzteren jeweils einen Fluß- oder Luftspalt bildet, und daß die mittlere Polstückspitze wesentlich kürzer bzw. schmäler ist als die Spitzen der äußeren Polstücke.

2. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Wicklungen, die jeweils die Magnetflußstrecke aus dem mittleren Polstück und einem der beiden äußeren Polstücke umschließen, und durch eine Verbindung zwischen den Wicklungen.

3. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Wicklungen eine gegensinnige Polung in der Wicklungsorientierung herstellt.

4. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der äußeren Polstücke

jeweils gleich lang sind.

5. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn-5 zeichnet, daß mindestens eine äußere Polstiickspitze eine Länge im Bereich von 1 - 10 um besitzt.

6. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des mittleren Polstücks

10 eine Länge im Bereich von 0,05 - 1 um besitzt.

7. Magnetwandlerkopf nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis zwischen der kürzeren äußeren Polstückspitze und der mittleren

15 Polstückspitze mindestens etwa 5 beträgt.