DE3910171A1

DE3910171A1 - Magnetkern fuer fliegenden verbund-magnetkopf

Info

Publication number: DE3910171A1
Application number: DE3910171A
Authority: DE
Inventors: Ryo Goto; Tadafumi Tomitani; Fumio Nitanda; Manabu Toyoda; Makoto Ushijima
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1989-10-19
Also published as: KR920002613B1; JPH0827898B2; KR890015199A; US4999726A; DE3910171C2; JPH01248303A; US4999726B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkern für einen flie genden Verbund-Magnetkopf zur Anwendung in einer Magnetplat ten-Antriebseinheit, so daß der Kopf geringfügig über einem magnetischen Aufzeichnungsmedium schwimmt bzw. schwebt.

Als Magnetköpfe zum Schreiben und Lesen von Information in Magnetplattengeräten finden weithin sogenannte "fliegende" Magnetköpfe Anwendung, wie sie im US-Patent 38 23 416 sowie in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnum mer 57-569 dargestellt sind. Ein solcher fliegender Magnetkopf ist aus einem Gleitstück aufgebaut, von dem ein auslaufendes Ende mit einem magnetischen Spalt versehen ist. Der Gesamtkör per des Gleitstücks ist aus einem magnetischen Oxid-Material mit hoher Permeabilität hergestellt.

Der fliegende Magnetkopf steht aufgrund einer Federkraft in leichtem Kontakt mit einer Magnetplatte, wenn sich die Magnetplatte im stationären Zustand befindet; wenn sich die Magnetplatte jedoch dreht, wird auch die Luft über der Magnet platte in Drehung versetzt, so daß sie eine nach oben gerich tete Kraft auf eine Unterfläche des Gleitstücks ausübt, wo durch der Magnetkopf über der Magnetplatte "schwimmt" bzw. schwebt. Wenn die Magnetplatte sich zu drehen beginnt oder an hält, kommt der Magnetkopf in Gleitkontakt mit der Platte. Im folgenden wird der Kontakt des Magnetkopfes mit der Magnet platte bei einem Anhalten der Platte im einzelnen erläutert. Zuerst wird die Strömung der Oberflächenluft allmählich lang samer, wenn die Drehgeschwindigkeit der Magnetplatte verrin gert wird. Wenn der Magnetkopf seine Schwimmkraft verliert, kollidiert er mit der Plattenoberfläche, springt aufgrund sei ner Reaktion nach oben und fällt anschließend wieder auf die Plattenoberfläche. Eine derartige Bewegung wiederholt sich, und der Magnetkopf gleitet bis zum endgültigen Anhalten auf der Platte. Dementsprechend sollte der Magnetkopf derartige Stöße zum Start- und Stop-Zeitpunkt aushalten. Solche Eigen schaften werden manchmal als "CSS-Charakteristika" (Contact Start Stop Characteristics) bezeichnet.

Fliegende Magnetköpfe aus Ferrit, das ein magnetisches Oxid-Material mit hoher Permeabilität ist, haben relativ gute CSS-Eigenschaften, wobei das Ferrit jedoch eine geringe Sätti gungsmagnetflußdichte aufweist, so daß bei Aufzeichnungsmedien mit hohen Koerzitivkräften keine hinreichend hohen Aufzeich nungsdichten erzielt werden können. Konkret beträgt selbst bei einem Mn-Zn-Ferrit mit einer relativ hohen Sättigungsmagnet flußdichte Bs der Bs-Wert höchstens 5000 G.

Man fand anschließend heraus, daß zur Erzielung eines Bs- Wertes von 8000 G oder mehr ein Magnetkopf vorzugsweise mit einer dünnen magnetischen Metallschicht in seinem magnetischen Spalt versehen wird. In der offengelegten japanischen Patent anmeldung Nr. 58-14 311 wird beispielsweise ein fliegender Magnetkopf vorgeschlagen, der aus Ferrit hergestellt und mit einer magnetischen Metallschicht mit hoher Sättigungsmagnet flußdichte nur in seinem magnetischen Spaltbereich versehen ist. Bei diesem Magnetkopf hat jedoch ein magnetischer Trans formationsteil nach dem Vorsehen von Spulenwicklungen eine ho he Induktion, so daß sich eine niedrige Resonanzfrequenz er gibt, was bei der Aufzeichnung und Wiedergabe mit hohen Fre quenzen nachteilig ist. Die hohe Induktion ist hier auf die Tatsache zurückzuführen, daß der gesamte Magnetkopf aus einem magnetischen Material aufgebaut ist. Um eine niedrige Induk tion zu erzielen, sollte daher ein magnetischer Kreis klein gemacht werden. Ausgehend von diesem Gesichtspunkt beschreibt das US-Patent 35 62 444 einen fliegenden Verbund-Magnetkopf, bei dem ein Magnetkern in ein nicht-magnetisches Gleitstück eingebettet und daran befestigt ist, so daß nicht der gesamte Magnetkopf aus einem magnetischen Material gebildet ist.

Die Erfinder haben weiterhin in der japanischen Patentan meldung mit der Offenlegungsnummer 61-1 99 219 einen fliegenden Magnetkopf vorgeschlagen, bei dem ein Magnetkern in ein nicht magnetisches Gleitstück eingebettet ist.

Aus obigen Erkenntnissen ergab sich, daß zur Erzielung eines fliegenden Verbund-Magnetkopfes, der gute Aufzeichnungs eigenschaften für Aufzeichnungsmedien mit hoher Koerzitivkraft sowie eine geringe Induktion aufweist, ein magnetischer Kern aus einem Mn-Zn-Ferritsubstrat mit einer hohen Sättigungs magnetflußdichte Bs aufgebaut und mit einer dünnen magneti schen Schicht mit einem hohen Bs-Wert in seinem magnetischen Spaltbereich beschichtet werden sollte; ein solcher Magnetkern sollte in ein nicht-magnetisches Gleitstück eingebettet wer den. Ein Beispiel für derartige Magnetköpfe ist in der japani schen Patentanmeldung der Erfinder mit der Offenlegungsnummer 60-1 54 310 dargestellt.

In der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs nummer 61-1 99 217 wird daneben ein Magnetkopf vorgeschlagen, bei dem der magnetische Spaltbereich eines Magnetkerns eine X- Form hat. In diesem X-förmigen magnetischen Spalt hat jedoch jedes Kernstück einen scharfen Spitzenbereich, der mit einer magnetischen Dünnschicht mit hohem Bs-Wert beschichtet und pa rallel geschliffen ist, um den magnetischen Spalt festzulegen. Um eine gewünschte Spurbreite zu erzielen, sollte daher die magnetische Dünnschicht mit hohem Bs-Wert eine etwas größere Dicke haben.

Als Magnetkern ohne eine solche Beschränkung wurde ein sogenannter Parallel-Magnetkern vorgeschlagen, der aus einem Paar von Kernstücken mit glatten einander gegenüberstehenden Oberflächen aufgebaut ist und eine mit einer Kerbe versehene Spurfläche hat, um die Spurbreite des Magnetkerns zu beschrän ken. Der Parallel-Magnetkern ist im allgemeinen aus einem I- förmigen Kernstück und einem C-förmigen Kernstück aufgebaut, wobei däs I-förmige Kernstück gewöhnlich mit einer dünnen magnetischen Metallschicht aus Fe-Al-Si usw. versehen ist. Der Parallel-Magnetkern ist insofern vorteilhaft, als ein magne tischer Spalt leicht gebildet werden kann.

Da jedoch die dünne magnetische Metallschicht und das Kernstück im allgemeinen stark unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, neigt die dünne magnetische Metallschicht dazu, sich von dem Kernstück abzulösen, oder die Kernstücke neigen zum Springen aufgrund der inneren Spannung in einem Verbindungsbereich mit der dünnen magnetischen Schicht, wenn die Kernstücke miteinander durch Glas verbunden werden oder der Magnetkern an einem nicht-magnetischen Gleit stück befestigt wird. Wenn eine dünne magnetische Metall schicht in einem Fensterbereich des Magnetkerns für eine Wick lung gebildet wird, löst sich diese dünne magnetische Metall schicht zum Zeitpunkt des Wickelns leicht ab.

Um die oben genannten Probleme zu lösen, wurden die ver schiedensten Versuche unternommen. Um die Probleme des Ablö sens und des Springens aufgrund der Differenz in den thermi schen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Kernstücken und der dünnen magnetischen Metallschicht zu verhindern, wurde beispielsweise die Verdünnung der Metallschicht in Betracht gezogen. Es ist jedoch nicht vorteilhaft, die Metallschicht extrem dünn zu machen, da das zu einer Verschlechterung ihrer magnetischen Eigenschaften führt. Weiterhin könnte es möglich sein, die dünne magnetische Metallschicht nur in einem magne tischen Spalt und einem Rück- bzw. Gegenspalt auszubilden; es ist jedoch im allgemeinen extrem schwierig, die dünne magne tische Metallschicht mit hoher Präzision durch ein Sputterver fahren nur im Bereich des magnetischen Spaltes und des Gegen spaltes eines sehr kleinen Magnetkerns zu bilden.

Weiterhin wird die Bildung der dünnen magnetischen Me tallschicht auf einem Teil eines Kernstücks des Magnetkerns gewöhnlich unter Verwendung einer Maske durchgeführt, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Die Maske 91 hat eine in Fig. 9 ge zeigte Struktur und deckt einen in einem Halter 93 gehaltenen Ferrit-Kernblock 92 ab. Fig. 10 zeigt im einzelnen die Maske 91, die auf dem im Halter 93 befindlichen Kernblock 92 ange ordnet ist. In diesem Zustand wird die dünne magnetische Me tallschicht durch Sputtern ausgebildet. Aufgrund eines Schat teneffekts oder aufgrund des Phänomens, daß sich die Maske 91 geringfügig anhebt, werden damit die Endbereiche der sich er gebenden dünnen Schicht 94 dünner, wie in den Fig. 11(a) und (b) dargestellt. Diese verdünnten oder verjüngten Endbe reiche der Dünnschicht 94 führen zu dem Problem, daß die Länge eines magnetischen Spaltes in Richtung der Endbereiche der Dünnschicht größer wird, wodurch sich die Eigenschaften des Magnetkerns ändern.

Die generelle Aufgabe der Erfindung liegt darin, die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere soll ein Magnetkern für einen flie genden Verbund-Magnetkopf angegeben werden, der dünne magneti sche Metallschichten ohne die oben genannten Probleme hat.

Als Ergebnis intensiver Forschungsarbeiten ausgehend von der genannten Aufgabenstellung fanden die Erfinder heraus, daß es durch Beschränkung der Länge der in dem magnetischen Spalt gebildeten dünnen magnetischen Metallschicht auf einen be stimmten Bereich möglich ist, einen Magnetkern mit guten Eigenschaften zu schaffen, der jedoch nicht daran leidet, daß sich die dünne magnetische Metallschicht ablöst oder die Kern stücke springen. Darauf basiert vorliegende Erfindung.

Ein erfindungsgemäßer Magnetkern für einen fliegenden Verbund-Magnetkopf weist folgende Elemente auf: ein Paar von Kernstücken; einen Glasbereich zur Verbindung dieser Kernstücke; und eine dünne magnetische Metallschicht, die zumindest auf einer der gegenüberstehenden Oberflächen der Kernstücke gebildet ist. Von einem Scheitelpunkt eines durch die Kern stücke festgelegten magnetischen Spaltes aus erstreckt sich die dünne magnetische Metallschicht über eine Länge von 10 µm oder mehr, wobei ihr inneres Ende um einen Betrag von 15 µm oder mehr innerhalb eines inneren Endes des verbindenden Glas bereiches liegt. Der Magnetkern kann eine zweite dünne magne tische Metallschicht aufweisen, die zumindest auf einer der gegenüberstehenden Oberflächen der Kernstücke gebildet ist, wobei das innere Ende dieser zweiten magnetischen Metall schicht zwischen -50 µm und +100 µm entfernt von einem inneren Ende eines Gegenspaltes der Kernstücke liegt.

Im Falle des Sputterns unter Verwendung einer herkömmli chen Maske hat die sich ergebende dünne magnetische Metall schicht Endbereiche, deren Dicke allmählich abnimmt, wobei je der der sich allmählich verdünnenden (verjüngenden) Endberei che eine Länge von etwa 10 µm hat. Um die Verschlechterung der Eigenschaften aufgrund der Verdünnung (Verjüngung) der Metall schicht zu verhindern, ist es daher erforderlich, die dünne magnetische Metallschicht in dem magnetischen Spalt länger zu machen. Gleichzeitig sollte die dünne magnetische Metall schicht ausgehend von jedem Spalt eine Länge haben, die nicht über die hinausgeht, bei der die dünne Schicht anfängt, sich abzulösen. Unter diesem Gesichtspunkt ist es durch Beschrän kung der Ausdehnungslänge der dünnen magnetischen Metall schichten auf den gewünschten Bereich, wie oben beschrieben, möglich, das Ablösen der dünnen Schichten sowie das Springen der Kernstücke zu verhindern, wodurch der resultierende Magnetkopf gute Charakteristika aufweist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen be schrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines fliegenden Ver bund-Magnetkopfes mit einem Magnetkern nach einem Ausführungs beispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Magnetkerns zur Anordnung in dem fliegenden Verbund-Magnetkopf nach Fig. 1;

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht des erfindungsge mäßen Magnetkerns;

Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht eines magnetischen Spaltbereichs des in Fig. 3 gezeigten Magnetkerns;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten Kernblöcke, wobei in dem Fenster für die Spulenwicklung ein Glasstab zur Verbindung der Kernblöcke vorgesehen ist;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, in der der Schritt der Befestigung des Magnetkerns an einem Gleitstück mit einem zweiten Glasstab dargestellt ist, um den fliegenden Verbund- Magnetkopf nach Fig. 1 herzustellen;

Fig. 7 und 8 grafische Darstellungen der Beziehungen zwischen Schreibstrom und reproduzierter Ausgangsspannung;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Maskeneinrich tung für eine teilweise Ausbildung einer dünnen magnetischen Metallschicht auf Kernblöcken;

Fig. 10 eine Ansicht, bei der eine Maske auf dem jeweili gen Kernblock angeordnet ist; und

Fig. 11(a) und (b) Schnittansichten einer auf einem mit einer Maske abgedeckten Kernblock ausgebildeten dünnen magnetischen Metallschicht.

Fig. 1 zeigt die Gesamtstruktur eines fliegenden Ver bund-Magnetkopfes mit dem Magnetkern nach einem Ausführungs beispiel der Erfindung. Der fliegende Verbund-Magnetkopf weist folgende Elemente auf: ein nicht-magnetisches Gleitstück 11, ein Paar Seitenschienen 12, 13, die auf beiden seitlichen En den des Gleitstücks 11 verlaufen, einen Schlitz 14, der in der einen Seitenschiene 13 verläuft, einen Magnetkern 15, der in den Schlitz 14 eingebettet ist, und einen Glasbereich 16 zum Befestigen des Magnetkerns 15 in dem Schlitz 14. Das Gleit stück 11 ist vorzugsweise aus einer nicht-magnetischen Kera mik, wie CaTiO₃, mit einem thermischen Ausdehnungs koeffizienten von 105 bis 115×10^-7/°C und einer Porosität von 0,5% oder weniger hergestellt.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Magnetkerns 15. Der Magnetkern 15 ist aus einem C-förmigen Kernstück 21 und einem I-förmigen Kernstück 22 aufgebaut, die beide aus Mn-Zn-Ferrit hergestellt sind. Auf dem I-förmigen Kernstück 22 ist eine erste dünne Fe-Al-Si-Schicht 23 ausge bildet. Das I-förmige Kernstück 22 kann auch mit einer zweiten dünnen Fe-Al-Si-Schicht 23′ versehen sein. Der Kern weist einen Freiraum 24, genannt "Fenster", für eine Spulenwicklung auf, der durch das C-förmige Kernstück 21 und das I-formige Kernstück 22 festgelegt ist, wobei ein oberer Bereich des Spu lenwicklung-Fensters 24 mit einem ersten Glasteil 25 zur Ver bindung des C-förmigen Kernstücks 21 und des I-förmigen Kern stücks 22 gefüllt ist.

Der Magnetkern 15 ist in seiner Spurfläche mit einer Ein kerbung bzw. Ausnehmung 26 versehen, die in Längsrichtung des Magnetkerns 15 verläuft, um die Spurbreite Tw zu beschränken. Mit dieser Ausnehmung 26 kann die Spurbreite Tw eines magneti schen Spalts 27 beliebig festgesetzt werden. Der magnetische Spalt 27 ist übrigens mit einer die Spaltlänge bestimmenden Schicht versehen, beispielsweise einer durch Sputtern gebilde ten SiO₂-Schicht oder ähnlichem.

In Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Magnetkerns dargestellt, die die Beziehungen zwi schen den Kernstücken 21, 22 und den dünnen magnetischen Schichten 23, 23′ sowie dem Verbindungsteil 25 deutlich macht. Dieser Magnetkern hat im allgemeinen eine durch folgen de Abmessungen bestimmte Form:

Spurbreite Tw\|13-20 µm
Magnetspaltlänge Gl	0,5-0,8 µm
Magnetspalttiefe Gd	2-15 µm
Kernbreite	150-170 µm

Die erste dünne magnetische Metallschicht 23 in dem magnetischen Spalt 27 hat gewöhnlich eine Dicke von etwa 2 bis 4 µm und verläuft über eine Länge A von einem inneren Ende (Scheitelpunkt) 30 des magnetischen Spalts 27 nach innen, wo bei ihr inneres Ende um einen Betrag B innerhalb des inneren Endes des Glas-Verbindungsteils 25 liegt. Nach vorliegender Erfindung sollte aus den unten im einzelnen ausgeführten Grün den der Wert A mindestens 10 µm, der Wert B mindestens 15 µm betragen.

Fig. 4 zeigt einen magnetischen Spalt 27, in dem die dünne Schicht 23 keine hinreichende Länge hat. Da in diesem Fall die dünne Schicht 23 vom Scheitelpunkt 30 des C-förmigen Kernstückes 21 aus über eine Länge A verläuft, die kürzer als 10 µm ist, reicht der sich allmählich verdünnende bzw. verjün gende Endbereich der dünnen Schicht 23 ins Innere des magneti schen Spaltes 27. Der magnetische Spalt 27 hat daher eine Spaltlänge G 1, die zwischen ihrem inneren Ende und ihrem äuße ren Ende unterschiedlich ist. Im einzelnen hat der durch die dünne SiO₂-Schicht 31 festgelegte magnetische Spalt an sei nem äußeren Endbereich die gewünschte Länge G 1, während die Spaltlänge in Richtung des inneren Endbereiches des magneti schen Spalts 27 auf den Wert G 1′ zunimmt. Der Magnetkopf zeigt daher nicht die normalen Charakteristika. Der Grund dafür be steht eindeutig darin, daß die dünne magnetische Metallschicht 23 einen Endbereich 29 aufweist, der sich in Richtung der In nenseite des Magnetkerns allmählich verdünnt. Da bei Anwendung eines Masken-Sputterverfahrens die Länge X des sich allmählich verjüngenden Endbereichs 29 gewöhnlich etwa 10 µm beträgt, sollte die Länge A ausgehend vom Scheitelpunkt 30 mindestens 10 µm betragen.

Die von dem magnetischen Spalt 27 ausgehende magnetische Dünnschicht 23 sollte durch den Glas-Verbindungsbereich 25 vollständig abgedeckt werden. Aufgrund der Hitze zum Zeitpunkt der Verbindung der Kernstücke oder zum Zeitpunkt der Befesti gung des Magnetkerns an dem Gleitstück besteht ansonsten die Neigung, daß sich die dünne magnetische Schicht 23 ablöst und die Kernstücke springen. Diese Tendenz kann durch den Glas- Verbindungsteil 25 unterdrückt werden. Der Abstand B zwischen dem inneren Ende der dünnen magnetischen Schicht 23 und dem inneren Ende des Glas-Verbindungsteils 25 muß im allgemeinen 15 µm oder mehr betragen. Ist der Abstand kleiner als 15 µm, ist die Wirkung des Glas-Verbindungsteils 25 nicht ausrei chend, um das Ablösen der dünnen Schicht 23 zu verhindern. Im Falle eines Magnetkerns mit den Abmessungen 1,4 mm×1,6 mm× 0,16 mm beträgt der Abstand zwischen dem inneren Ende des Glas-Verbindungsteils und dem Scheitelpunkt 30 etwa 0,2 bis 0,3 mm.

Der Magnetkern kann eine zweite dünne Metallschicht 23′ in einem Rück- bzw. Gegenspalt aufweisen. Diese zweite dünne magnetische Metallschicht 23′ verläuft von dem Gegenspalt aus über eine Länge C, die im allgemeinen zwischen -50 µm und 100 µm liegt. Wenn C geringer als -50 µm ist, d.h. wenn in dem Ge genspalt 28 aufgrund der verringerten Dicke der zweiten dünnen magnetischen Metallschicht 23′ ein Freiraum besteht, hat der Magnetkern einen verringerten Kreiswirkungsgrad. Da jedoch die Länge des Gegenspalts 28 gewöhnlich etwa 400 µm beträgt, also erheblich mehr als die Magnetspalttiefe Gd, führt ein geringer Freiraum mit einer Länge unter 50 µm zu keinerlei wesentlichen Problemen. Wenn andererseits die dünne magnetische Schicht 23′ von dem Gegenspalt 28 aus über mehr als 100 µm verläuft, löst sie sich leicht ab. Die bevorzugte Länge C beträgt 0 bis 70 µm. Wenn die zweite magnetische Schicht 23′ als ein Gegenspalt vorgesehen ist, steht das C-förmige Kernstück 21 mit dem I-förmigen Kernstück 22 mit einem sehr kleinen Spalt in Kon takt.

Dieser Magnetkopf kann mit folgenden Verfahrensschritten hergestellt werden: Zuerst werden Ferritblöcke für die Her stellung des I-förmigen Kernstücks und des C-förmigen Kern stücks vorbereitet. Diese Ferritblöcke sind vorzugsweise aus einem Mn-Zn-Ferrit hergestellt, das einen hohen Bs-Wert und eine extrem hohe Permeabilität bei hohen Frequenzen aufweist. Um Hohlräume bzw. Blasen in dem Glas zu verringern, wie sie leicht während des Glasverbindungsprozesses auftreten, wird den Ferritblöcken vorzugsweise auch mittels eines isostati schen Heißpreßverfahrens (HIP) eine hohe Dichte gegeben. Vor zugsweise wird ein polykristallines Mn-Zn-Ferrit mit folgenden Kennwerten verwendet: B ₁₀=4700-5400 G, Hc=0,1-0,2 Oe, einer Permeabilität von 800 bis 1300 bei 5 MHz, einer Porosität von 0,5% oder weniger und einem thermischen Ausdehnungskoef fizienten von 105 bis 130×10^-7/°C. Statt des polykristal linen Ferrits kann jedoch auch ein einkristallines Ferrit verwendet werden.

Eines der Kernstücke wird mit einer dünnen magnetischen Metallschicht versehen. Der Einfachheit halber wird die Me tallschicht auf dem I-förmigen Kernstück ausgebildet. Die be vorzugte dünne magnetische Metallschicht ist eine durch Sput tern gebildete Fe-Al-Si-Dünnschicht. Für die Sputterbedingun gen ist ein Ar-Gasdruck von 5 bis 12 mTorr wünschenswert, um eine stabile Entladung zu halten. Um das Springen eines Tar gets aus einer Fe-Al-Si-Legierung aufgrund eines Temperaturan stiegs zu verhindern und um eine Geschwindigkeit von etwa 80 nm/min. bei der Bildung des Dünnfilms zu erzielen, ist im Falle eines Targets mit einem Durchmesser von 150 mm eine elektrische Leistung von 600 bis 1200 Watt wünschenswert. Um eine hohe Permeabilität zu erzielen, wird vorzugsweise folgen de Zusammensetzung der Fe-Al-Si-Schicht gewählt: 83 bis 86 Gew.-% Fe, 5 bis 8 Gew.-% Al und 8 bis 11 Gew.-% Si. Um eine kleine Magnetostriktionskonstante zu erhalten, wird vorzugs weise eine Zusammensetzung mit 83,5 bis 85 Gew.-% Fe, 5 bis 7 Gew.-% Al und 9 bis 10,5 Gew.-% Si gewählt. Um die Korrosions beständigkeit zu verbessern, kann die Fe-Al-Si-Dünnschicht eine kleine Menge von Zusätzen enthalten. Vorzugsweise werden in diesem Fall 2 Gew.-% oder weniger Ti, Ru, Cr usw. zugegeben und zwar alleine oder in Kombination.

Die Bildung der dünnen Fe-Al-Si-Schicht auf einem Teil des I-förmigen Kernstücks erfolgt unter Anwendung eines Mas ken-Sputterverfahrens. Wie in den Fig. 9 bis 11 darge stellt, wird dieses Verfahren im allgemeinen unter Verwendung einer Kombination aus einem Kernblock-Halter 93 und einer Mas ke 91 durchgeführt, wobei die Maske 91 Öffnungen aufweist, durch die dünne magnetische Metallschichten auf den jeweili gen Ferrit-Kernblöcken 92 gebildet werden. Die Abmessungen und die Position jeder Öffnung in der Maske werden in Abhängigkeit von den Abmessungen und der Position der jeweiligen Metall schicht bestimmt, die auf dem Kernblock gebildet werden soll.

Wie in Fig. 5 dargestellt, wird anschließend der mit den dünnen Fe-Al-Si-Schichten 53, 53′ beschichtete I-förmige Kern block 52 mit dem C-förmigen Kernblock 51 in Kontakt gebracht, und ein Glasstab 55 wird in das sich ergebende Fenster 54 für die Spulenwicklung eingeführt und darin geschmolzen. In diesem Fall sollte das Verbindungsglas vorzugsweise einen Erwei chungspunkt von 540-630°C sowie einen thermischen Ausdehnungs koeffizienten von 94-103×10^-7/°C aufweisen.

Für ein Verbindungsglas (erstes Glas), das solche Charak teristika zeigt, kommen viele Kombinationen bzw. Verbindungen mit PbO-SiO₂ als Hauptkomponenten und verschiedenen weiteren Komponenten in Frage. Die experimentellen Untersuchungen der Erfinder ergaben, daß folgende Glaszusammensetzungen geeignet sind: (a) eine Glaszusammensetzung mit PbO-SiO₂ und einem oder mehreren Alkalimetalloxiden (K₂O, Li₂O, Na₂O usw.); (b) eine Glaszusammensetzung mit PbO-SiO₂-B₂O₃ und einem oder mehreren Alkalimetalloxiden; und (c) eine Glaszusammen setzung mit PbO-SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃ und einem oder meh reren Alkalimetalloxiden. Bei den Gläsern (a) und (b) betragen die bevorzugten Zusammensetzungen in Gewichtsprozent 28-49% SiO₂, 44-59% PbO und 7-13% von zumindest einem Alkalimetall oxid für das Glas (a) oder 28-49% SiO₂, 5-15% B₂O₃, 7-13% von zumindest einem Alkalimetalloxid und als Ausgleich im wesentlichen PbO für das Glas (b). Für das Glas (c) wird vorzugsweise folgende Zusammensetzung gewählt: 28-49% SiO₂, 5-15% B₂O₃, 5-12% Al₂O₃, 7-13% von zumindest einem Alkalimetalloxid und als Ausgleich im wesentlichen PbO. Ein besonders bevorzugtes Beispiel des ersten Glases hat in Ge wichtsprozent eine Zusammensetzung von 40 PbO-37 SiO₂-13 B₂O₃-10 Na₂O; dieses Glas hat einen Erweichungspunkt von 560°C und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 95× 10^-7/°C. Wenn die Magnetkernstücke mit einem solchen ersten Glas verbunden werden, beträgt die Bindefestigkeit des Magnetkerns 5 kg/mm², ohne daß irgendeine Korrosion der Fe-Al-SiDünnschicht hervorgerufen wird.

SiO₂ hat die Funktion, die Korrosion des Glases unter sehr feuchten Bedingungen zu verhindern. Wenn jedoch der SiO₂-Anteil zu hoch wird, nimmt die Benetzbarkeit der Fe-Al-Si-Dünnschicht oder des Ferritkerns durch das Glas ab, was in einer unzureichenden Bindefestigkeit resultiert. Al₂O₃ hat die Funktion, die Verfärbung des Glases bei einer hohen Temperatur zu verhindern. Wenn sein Anteil jedoch zu hoch ist, hat das Glas einen zu hohen Erweichungspunkt, was es für ein einfaches Verbinden ungeeignet macht. Alkalimetall oxide haben daneben die Funktion, die Fließfähigkeit des Gla ses einzustellen.

Die Verbindung der Kernblöcke mit einem solchen Glas wird bei 700 bis 760°C durchgeführt. Durch Schneiden der verbunde nen Blöcke und Versehen eines jeden geschnittenen Stückes mit einer Einkerbung bzw. Ausnehmung zur Beschränkung der Spur breite Tw erhält man einen Magnetkern.

Im folgenden wird die Befestigung dieses Magnetkerns im Schlitz des Gleitstückes beschrieben. Fig. 6 zeigt eine per spektivische Ansicht eines Zustands, in dem der verbundene Magnetkern 63 in einem Schlitz 62 des Gleitstücks 61 und ein Glasstab 68 auf dem Gleitstück 61 über dem Schlitz 62 angeord net ist. Da eine Ausnehmung 65 des Magnetkerns 63 in Richtung der Außenseite 64 des Gleitstücks 61 zeigt, gibt es Spalte 67, 69 zwischen dem Magnetkern 63 und den Innenflächen des Schlit zes 62, selbst wenn sich der Magnetkern 63 in Zwangskontakt mit der Innenfläche des Außenseitenbereichs 64 befindet. Die vorläufige Befestigung des Magnetkerns 63 in dem Schlitz 62 wird leicht durch ein Federelement 66 erzielt, das unter Kraftaufwendung in einen Spalt zwischen einer Seite des Magnetkerns 63 und der gegenüberliegenden Innenfläche des Schlitzes 62 eingeführt wird. Der Glasstab 68 dient dazu, einen zweiten Glasbereich für die Befestigung des Magnetkerns 63 am Schlitz 62 zu bilden. Als solches zweites Glas wird vorzugsweise ein Glas mit einem thermischen Ausdehnungskoef fizienten von 87 bis 96×10^-7/°C und einem Erweichungspunkt von 370 bis 480°C verwendet. Eine Glaszusammensetzung, die derartige Eigenschaften zeigt, besteht aus 70 bis 83 Gew.-% PbO, 3 bis 10 Gew.-% Al₂O₃, 4 bis 10 Gew.-% SiO₂ und 4 bis 10 Gew.-% B₂O₃. Durch Erhitzen dieses Glasstabes 68 auf eine Temperatur von 500 bis 580°C fließt das Glas in die Spalte 67, 69.

Ein Beispiel einer besonders bevorzugten Glaszusammenset zung für den zweiten Glasbereich ist 80 PbO-7 Al₂O₃-6 SiO₂-7 B₂O₃ (in Gewichtsprozent). Dieses Glas hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 93×10^-7/°C und einen Erweichungspunkt von 440°C. Erfolgt die Befestigung des Magnetkerns mit diesem zweiten Glas bei 530°C, kann eine Be festigung ohne Sprünge erzielt werden.

Nach der Befestigung des Magnetkerns 43 in dem Schlitz 42 wird die Luftlager-Oberfläche des Magnetkopfes geschliffen und hochglanzpoliert.

Nach der Befestigung des Magnetkerns am Gleitstück wird eine Luftlager-Oberfläche des Magnetkopfes geschliffen und ge läppt, um den Magnetkopf fertigzustellen.

Im folgenden werden konkrete Beispiele der Erfindung be schrieben.

Beispiel 1

Um einen Magnetkern mit der in Fig. 2 gezeigten Struktur herzustellen, wurden ein C-förmiger Kernblock und ein I-förmi ger Kernblock aus einem polykristallinen Mn-Zn-Ferrit herge stellt. Das polykristalline Mn-Zn-Ferrit wurde mit einem iso statischen Heißpreßverfahren so verdichtet, daß es eine Poro sität von 0,1% aufwies. Es hatte folgende magnetische Eigen schaften: B ₁₀=5100 G, Hc=0,15 Oe, Permeabilität bei 5 MHz= 950. Sein thermischer Ausdehnungskoeffizient betrug 115× 10^-7/°C.

Sowohl der C-förmige Kernblock als auch der I-förmige Kernblock wurde unter Verwendung eines Umfangs-Scheibenschnei ders gebildet, mit einer flachen Schleifmaschine geschliffen und dann geläppt. Nach dem Läppen wurde jeder Kernblock in Trichlorethylen gekocht und dann einer Ultraschallreinigung in Trichlorethylen, Aceton bzw. Alkohol unterzogen. Anschließend wurden die Blöcke in Freon gekocht und abschließend in einem Freondampf gewaschen.

Auf dem I-förmigen Kernblock wurden dünne Fe-Al-Si- Schichten mit verschiedenen Breiten mit einer Magnetron-Sput tervorrichtung an Positionen entsprechend einem magnetischen Spalt und einem Gegenspalt gebildet. Die elektrische Leistung der Magnetron-Sputtervorrichtung betrug 0,8 kW, ihr Argon- Druck 8 mTorr und ihre Substrattemperatur 200°C. Die dünne Fe-Al-Si-Schicht hatte eine Zusammensetzung von 85 Gew.-% Fe, 6 Gew.-% Al und 9 Gew.-% Si sowie eine Dicke von 2,9 µm. Diese dünne Schicht hatte die folgenden Kenngrößen: Bs=11000 G, Hc=0,3-0,5 Oe, Permeabilität bei 5 MHz=1000-2000, Magneto striktionskonstante =+1×10^-6.

Anschließend wurde der mit den Fe-Al-Si-Dünnschichten versehene I-förmige Kernblock in einer Hochfrequenz-Sputter vorrichtung angeordnet, um bei einer elektrischen Leistung von 0,3 kW, einem Argon-Druck von 5 mTorr und einer Substrattempe ratur von 150°C auf der Fe-Al-Si-Dünnschicht eine die Spalt länge bestimmende SiO ₂-Schicht mit einer Dicke von 0,5 µm zu bilden.

Ein erstes Glas zur Verbindung des C-förmigen Kernstücks und des I-förmigen Kernstücks hatte folgende Zusammensetzung:

PbO
40 Gew.-%
SiO₂	37 Gew.-%
B₂O₃	13 Gew.-%
Na₂O	10 Gew.-%

Dieses erste Glas hatte einen Erweichungspunkt von 560°C und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 95× 10^-7/°C. Die Verbindung der Kernblöcke mit dem ersten Glas wurde durchgeführt, indem diese Komponenten in einem mit Stickstoffgas gefüllten elektrischen Ofen bei einer Erhit zungsgeschwindigkeit von 300°C/h auf 700°C erhitzt und für 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wurden.

Die so verbundenen Kernblöcke wurden mit einer flachen Schleifmaschine geschliffen, dann geläppt und abschließend mit einer Drahtsäge in die einzelnen Magnetkerne mit einer Dicke von 152 µm geschnitten.

Um die Spurbreite Tw des sich ergebenden Magnetkerns zu beschränken, wurde dieser anschließend mit einem Zerteiler (Dicer) hoher Steifigkeit in einer Breite von 138,5 µm und einer Tiefe von 200 µm ausgenommen bzw. eingekerbt.

Der so ausgenommene Magnetkern hatte folgenden Aufbau:

Bei dem so hergestellten Magnetkern wurden die Bezie hungen zwischen einer Länge A der ersten dünnen magnetischen Schicht und der Genauigkeit der Abmessungen der Länge des magnetischen Spaltes G 1, die Beziehungen zwischen einer Länge B der ersten dünnen magnetischen Schicht und dem Ablösen der ersten magnetischen Schicht sowie dem Springen der Kernstücke und weiterhin die Beziehungen zwischen einer Länge C der zwei ten dünnen magnetischen Schicht und dem Ablösen der zweiten magnetischen Schicht sowie dem Springen der Kernstücke unter sucht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 darge stellt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Wie aus den obigen Ergebnissen deutlich wird, sollte die Länge A 10 µm oder mehr, die Länge B 15 µm oder mehr und die Länge C 100 µm oder weniger betragen.

Beispiel 2

Ein aus einer CaTiO ₃-Keramik hergestelltes Gleitstück mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 108× 10^-7/°C und einer Porosität von 0,15% wurde an einem Ende einer seiner Seitenschienen mit einem Schlitz von 1,5 mm Länge und 220 µm Breite versehen, und der magnetische Kern wurde in diesem Schlitz vorläufig mit einer Blattfeder fixiert. Er wur de anschließend mit einem zweiten Glas folgender Zusammenset zung befestigt:

PbO
78 Gew.-%
SiO₂	6 Gew.-%
Al₂O₃	7 Gew.-%
B₂O₃	7 Gew.-%

Das zweite Glas hatte einen thermischen Ausdehnungs koeffizienten von 91×10^-7/°C und einen Erweichungspunkt von 440°C. Dieses Glas wurde in einem mit N ₂ gefüllten elektrischen Ofen bei einer Erhitzungsrate von 300°C/h erhitzt und für 30 Minuten auf einer Temperatur von 540°C gehalten, so daß es in Spalte zwischen dem Magnetkern und den Innenflächen des Schlitzes floß. Der so hergestellte Magnetkopf wurde auf seiner Luftlager-Oberfläche mit einer Hochglanz-Schleifmaschi ne beziehungsweise einer Läppmaschine geschliffen und geläppt, womit sich ein fliegender Verbund-Magnetkopf ergab. Durch die se Schleif- und Läppvorgänge hatte die Ausnehmung schließlich eine Tiefe D von 75 µm. Die Tiefe des magnetischen Spaltes Gd betrug nach dem Schleifen und Läppen der Luftlager-Oberfläche 5 µm. Die Spalte zwischen den Innenflächen des Schlitzes und beiden Seiten des Magnetkerns betrugen 68 µm bzw. 138,5 µm.

An diesem Magnetkopf wurden die reproduzierten Ausgangs kennwerte bei 5 MHz (Beziehungen zwischen Schreibstrom und Ausgangsspannung) unter Verwendung einer 5,25-Inch-Magnetplat te mit einer gesputterten Co-Ni-Aufzeichnungsschicht (Hc=1150 Oe) bei einer Schwebehöhe von 0,3 µm und einer Umfangsge schwindigkeit von 12,1 m/Sekunde gemessen. Der Magnetkopf hat te übrigens eine Wicklung mit 48 Windungen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

Aus den obigen Vergleichsbeispielen wird klar, daß der Magnetkopf hervorragende reproduzierte Ausgangskennwerte zeigt, wenn die Länge A 10 µm oder mehr beträgt. In einem Fall, in dem die zweite dünne magnetische Schicht verwendet wird, beträgt die Länge C zwischen -50 µm und +100 µm.

Da der erfindungsgemäße Magnetkern, wie oben im einzelnen beschrieben, mit dünnen magnetischen Metallschichten versehen ist, deren Abmessungen innerhalb bestimmter Bereiche liegen, zeigt er gute Charakteristika, jedoch kein Ablösen der magne tischen Schichten und kein Springen der Kernstücke.

Claims

1. Magnetkern für einen fliegenden Verbund-Magnetkopf, ge kennzeichnet durch ein Paar von Kernstücken (21, 22); einen Glasbereich (25) zum Verbinden der Kernstücke (21, 22); und eine dünne magnetische Metallschicht (23), die auf zumindest einer von gegenüberstehenden Oberflächen der Kernstücke (21, 22) gebildet ist; wobei die dünne magnetische Metallschicht (23) von einem Scheitelpunkt (30) eines durch die Kernstücke (21, 22) bestimmten magnetischen Spaltes (27) über eine Länge (A) von mindestens 10 µm verläuft und ein inneres Ende hat, das um einen Betrag (B) von mindestens 15 µm innerhalb eines inneren Endes des Verbindungs-Glasbereiches (25) liegt.

2. Magnetkern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite dünne magnetische Metallschicht (23′), die auf zumin dest einer von gegenüberstehenden Oberflächen der Kernstücke (21, 22) gebildet ist und deren inneres Ende zwischen -50 µm und +100 µm von einem inneren Ende eines Gegenspaltes (28) der Kernstücke (21, 22) entfernt liegt.

3. Magnetkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Paar von Kernstücken ein I-förmiges Kernstück (22) und ein C-förmiges Kernstück (21) aufweist, und daß die dünnen magnetischen Metallschichten (23, 23′) aus einer Fe-Al-Si-Legierung hergestellt sind.