DE4030188C2 - Magnetkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der Literaturstelle "IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 24, Nr. 2, März 1988, Seiten 1802 bis 1804" ist ein entsprechender Magnetkopf bekannt mit einer ersten und einer zweiten Kernhälfte, die jeweils aus einem magnetischen Oxyd hergestellt sind und in Gegenüberstellung eine erste bzw. zweite Gegenfläche haben, einem Legierungs-Film, der an der ersten und/oder zweiten Gegenfläche der ersten bzw. zweiten Kernhälfte angebracht ist, einem ersten und einem zweiten Magnetmetallfilm, die jeweils an der ersten und zweiten Gegenfläche einschließlich des an mindestens einer der Gegenfläche angeordneten Legierungs-Films angebracht sind, und einem an mindestens einem Teilbereich eines zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetmetallfilm gebildeten Zwischenraums ausgebildeten Kopfspaltteil, wobei ein nahe dem Kopfspaltteil gelegener Teil des Legierungs-Films im wesentlichen parallel zum Kopfspaltteil verläuft.

Ferner ist in der JP 58-141 354 A bzw. in der JP 57-149 440 offenbart, daß die Abrieb- bzw. Abnutzungseigenschaften des Magnetkopfes, insbesondere einer FeNi-Schicht des Magnetkopfes, durch Zusetzen von Nb wesentlich verbessert werden können.

Darüberhinaus ist aus der US 47 64 832 ein Magnetkopf bekannt, bei dem die Dicke des Legierungs-Films (NiFe) auf eine Schichtdicke zwischen 0.005 und 2.0 µm eingestellt wird, wodurch besonders günstige Testergebnisse erzielt werden konnten.

Derartige Magnetköpfe mit Metall im Kopfspalt sind jedoch noch insofern mangelhaft, als wegen einer Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 500 bis 600°C bei einem Schritt zum Schmelzen von Glas, welcher ein unerläßlicher Prozeß für die Herstellung von Magnetköpfen ist, an der Grenzfläche zwischen dem ferromagnetischen Oxid und dem Magnetmetallfilm eine Diffusionsreaktion auftritt, wodurch ein Reaktionshemmfilm mit verschlechterten weichmagnetischen Eigenschaften entsteht. Der Reaktionshemmfilm wirkt als Quasi-Kopfspalt bzw. falscher Kopfspalt, der infolge der Interferenz mit dem Magnetfluß im echten Kopfspaltbereich falsche bzw. unechte Scheitelwerte ergibt. Dadurch werden in einer Frequenzgangkurve von Wiedergabesignalen Ausbauchungen bzw. Wellen gebildet, so daß ein sog. Kontureffekt entsteht. Dieses Problem wurde herkömmlich durch Nutzung eines Azi­ mutheffekts gelöst, im einzelnen durch Bilden von Azimuth­ winkeln in der Weise, daß ein Stoßstellenbereich, der als falscher Spalt wirken würde, und der Kopfspaltbereich nicht zueinander parallel verlaufen. Bei dieser Gestaltung ist es jedoch erforderlich, einen dicken Magnetmetallfilm anzubrin­ gen. Beispielsweise muß bei dem Herstellen von Magnetköpfen für Stehbild-Videokameras oder Videobandgeräte, die eine Spurbreite im Bereich von 10 bis 60 µm haben, ein Magnetme­ tallfilm mit einer Dicke von 20 bis 30 µm aufgebracht wer­ den. Wenn die Dicke nicht in diesem Bereich liegt, entsteht ein Problem dadurch, daß wegen des Abblätterns von Filmen die Produktionsausbeute verringert ist oder die Filmablage­ rung lange Zeit beansprucht, was die Produktivität herab­ setzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auch bei einer Wärmebehandlung wie dem Schmelzen von Glas, keine Beeinträchtigung der Wiedergabeeigenschaften des Magnetkopfes auftritt und somit ein hochwertiger Magnetkopf einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Legierungs-Film aus FeNiNb besteht und daß der FeNiNb- Legierungs-Film ein Film mit weichmagnetischen Eigenschaften ist und durch eine Zusammensetzung Fe_aNi_bNb_c ausgedrückt ist, wobei a, b und c die prozentualen Anteile der jeweiligen Komponenten in Gewichtsprozenten sind und den folgenden Bedingungen genügen:

5 a 29; 70 b 85; 1 c 15; und a + b + c = 100

Durch diese besondere Zusammensetzung des Legierungs-Films entsteht an dieser weichmagnetischen Schicht kein Quasi- Kopfspalt, weshalb die Verwendung von Azimuth-Winkeln zwischen Haupt- und Nebenspalten überflüssig wird und ein Magnetkopf mit hervorragenden Wiedergabeeigenschaften entsteht, der auf einfache Weise und damit kostengünstig hergestellt werden kann.

In den Unteransprüchen 2 bis 8 sind vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Ansicht, die den Aufbau nahe einem Kopfspaltbereich eines Magnetkerns eines Magnetkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Magnetkerns,

Fig. 3 eine Kurve, die den Wiedergabesig­ nal-Frequenzgang des in Fig. 1 und 2 gezeigten Magnetkopfs veranschaulicht,

Fig. 4 eine Kurve, die den Wiedergabesig­ nal-Frequenzgang eines Magnetkopfs veranschaulicht, welcher im Vergleich zu dem Magnetkopf gemäß Fig. 1 und 2 keinen Reaktionssperrfilm hat.

Die Fig. 1 ist eine vergrößerte Draufsicht, die die Gestal­ tung des Magnetkopfs gemäß einem Ausführungsbeispiel um dessen Kopfspaltbereich herum zeigt, während die Fig. 2 eine perspektivische Gesamtansicht eines in Fig. 1 gezeigten Magnetkopfes ist.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Magnetmetallfilm bzw. ein Film aus magnetischem Metall bezeichnet, welcher als ein hauptsächliches Kernelement dient. Bei diesem Ausführungs­ beispiel wird zur Herstellung des Magnetmetallfilms 1 als weichmagnetische Legierung eine Sendust-Legierung verwendet. Mit 2 ist ein zusätzliches Kernelement aus einem magneti­ schen Oxid bezeichnet. Als ferromagnetisches Oxid, das ein Beispiel für das magnetische Oxid 2 ist,wird ein MnZn-Ferrit verwendet. Zwischen dem Magnetmetallfilm 1 und dem magneti­ schen Oxid 2 ist ein Reaktionssperrfilm 3 gebildet. Als Reaktionssperrfilm 3 wird ein Film aus einer FeNiNb-Legie­ rung verwendet. Der Reaktionssperrfilm 3 hat eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 2 µm, vorzugsweise von 0,1 bis 1 µm.

Mit 4 ist ein Kopfspaltelement aus Siliciumdioxid bezeich­ net. Mit 5 ist Schweißglas bezeichnet, während mit g ein Kopfspaltbereich bzw. Kopfspalt zwischen einander gegenüber­ gesetzten Flächen von Kernhälften 10 eines Paars von Magnet­ kernhälften bezeichnet ist. Es werden zwei Kernhälften 10 benutzt, die aus dem magnetischen Oxid 2 hergestellt sind und an ihren Oberflächen jeweils mit drei Schichten, nämlich dem Reaktionssperrfilm 3, dem Magnetmetallfilm 1 und dem Kopf­ spaltelement 4 in dieser Aufeinanderfolge versehen sind. Die mit den drei Schichten versehenen beiden Kernhälften 10 werden einander an ihren Gegenflächen über die Schichten 3, 1 und 4 hinweg gegenübergesetzt und mit dem geschmolzenen Schweißglas 5 miteinander verbunden, wodurch ein Magnetkern 9 ausgebildet wird. Auf diese Weise ist der Magnet­ kern 9 des Magnetkopfs gemäß diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen symmetrisch aufgebaut und enthält die beiden Kernhälften 10, die beiden Legierungsfilme 3, die beiden Magnet­ metallfilme 1 und die beiden Kopfspaltelemente 4. Als Kopfspalt­ element 4, mit dem der Kopfspalt g geformt ist, wird Silici­ umdioxid verwendet. An den beiden Enden des Kopfspalts g werden an einer Gleitfläche 10a der Kernhälften 10 Spurnuten 6 ausgebildet. Die Spurnuten 6 begrenzen die Spurbreite des Kopfspalts g. Die Spurbreite ist gleich der durch einen Kopfspalt bestimmten Breite einer Aufzeichnungsspur. An einem mittleren Bereich einer jeden der Gegenflächen der Kernhälften 10 ist eine Wickelnut 7 ausgebildet. In jede der Wickelnuten wird eine (nicht gezeigte) Spulenwicklung einge­ legt.

An den Gegenflächen der Kernhälften 10 werden beiderseits Glasnuten 8a und 8b ausgebildet. Der Magnetkern 9 wird dadurch hergestellt, daß das Schweißglas 5 in die Glasnuten 8a und 8b eingefüllt wird, die beiden Kernhälften 10 einander gegenübergesetzt angeordnet werden und die beiden Kernhälf­ ten 10 miteinander über das Kopfspaltelement 4 hinweg verbunden werden. In dem Magnetkopf gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Magnetkern 9 in Form eines Kerns mit Metall im Kopfspalt 9 bzw. Verbundkerns gemäß der vorangehenden Be­ schreibung gestaltet, dessen Aufbau um den Kopfspalt g herum in Fig. 1 dargestellt ist, in welcher ein Pfeil die Richtung der Gleitbewegung an einem Magnetaufzeichnungsträger zeigt.

An den dem Kopfspalt g zugewandten Gegenflächen der Kern­ hälften 10 aus dem magnetischen Oxid 2 ist jeweils der Magnetmetallfilm 1 gebildet, der eine hohe Sättigungsmagnet­ flußdichte hat.

Derjenige Teil des Reaktionssperrfilms 3, der an einer Stirnfläche nahe dem Kopfspalt g zwischen dem magnetischen Oxid 2 und dem Magnetmetallfilm 1 liegt ist im wesentlichen zum Kopfspalt g parallel.

Für den Einsatz in Stehbild-Videokameras und Videobandgerä­ ten geeignete Verbund-Magnetköpfe können dadurch hergestellt werden, daß ein hergestelltes Vorprodukt für den Magnetkern 9 in eine Vielzahl von gesonderten Kopfplättchen gemäß der vorangehenden Beschreibung zerschnitten wird.

Zum Untersuchen der Wiedergabesignal-Frequenzgänge der jeweils auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellten Magnetköpfe wurden auf einer Legierungsplatte in Konstant­ stromaufzeichnung Signale mit Frequenzen von 1 bis 12 MHz aufgezeichnet und dann mit dem vorstehend beschriebenen Verbund-Magnetkopf die Wiedergabe von der Platte vorgenom­ men. Die Fig. 3 zeigt eine grafische Darstellung einer Kurve, die ein Beispiel für den Frequenzgang von Wiedergabesignalen darstellt. Versuchsergebnisse haben bestätigt, daß mit dem Magnetkopf, der mit dem Reaktionssperrfilm 3 in Form eines FeNiNb-Legierung-Films in einer Dicke von 0,5 µm versehen ist, die Pegelkonturänderung bzw. Pegelwelligkeit auf 0,2 db oder darunter verringert werden kann und daß der Magnetkopf gute Wiedergabeeigenschaften aufweist.

Zum Vergleich wurde ein Verbund-Magnetkopf auf gleiche Weise wie beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme hergestellt, daß der Reaktionssperrfilm 3 weggelassen wurde, und dieser Vergleichsmagnetkopf hinsicht­ lich seiner Wiedergabeeigenschaften bzw. Wiedergabesignal- Frequenzgänge untersucht. Die in Fig. 4 dargestellten Ver­ suchsergebnisse zeigen, daß die Schwankungsbreite bzw. die Welligkeit Werte von 5 bis 7 dB erreicht.

Daraus ist ersichtlich, daß gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Magnetkopf für das Aufzeichnen und Wiedergeben durch das Einfügen eines FeNiNb-Legierung-Films als Reaktions­ sperrfilm 3 zwischen das magnetische Oxid 2 und den Magnet­ metallfilm 1 und durch das im wesentlichen zu dem Kopfspalt g parallele Anordnen des nahe dem Kopfspalt g gelegenen Teils der Zwischenfläche zwischen dem magnetischen Oxid 2 und dem Magnetmetallfilm 1 die folgenden beiden Vorteile erzielbar sind: Der erste Vorteil dieses Magnetkopfs liegt darin, daß die Wiedergabeeigenschaften des Magnetkopfs nach einer Wärmebehandlung wie dem Schmelzen von Glas nicht verschlechtert sind. Der zweite Vorteil besteht darin, daß der Magnetkopf sowohl bei der Aufzeichnung als auch bei der Wiedergabe gute Eigenschaften zeigt.

Es können daher Magnetköpfe hergestellt werden, die insofern einen sehr einfachen Aufbau haben, als die Flächen, auf denen Filme gebildet werden, zu dem als Magnetspaltbereich dienenden Anschlußbereich parallel liegen, im Gegensatz zu herkömmlichen Magnetköpfen, bei denen Azimuthwinkel in der Weise vorgesehen sind, daß der als falscher Spalt wirkende Verbindungsbereich und der echte Kopfspaltbereich nicht zueinander parallel sind; weiterhin können derartige Magnetköpfe mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwar beide Magnetkernhälften aus einem magnetischen Oxid 2 und einem Magnetmetallfilm 1 hergestellt, jedoch ist es auch möglich, nur eine aus einem magnetischen Oxid 2 und einem Magnetmetallfilm 1 hergestellte Magnetkernhälfte zu verwenden und die andere Magnetkernhälfte durch eine mit einem davon verschiedenen Aufbau zu ersetzen.

Als nächstes werden auf konkrete Weise anhand von nachste­ hend aufgeführten Versuchsbeispielen die Gründe dafür erläu­ tert, daß in dem Verbund-Magnetkopf gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Dicke des aus dem FeNiNb-Legierung-Film bestehenden Reaktionssperrfilms 3 zu einem Wert in dem Bereich von 0,05 bis 2 µm gewählt wurde.

Beispiel 1

Als erstes wurde der Reaktionssperrfilm 3 in einer Dicke von nicht mehr als 0,05 µm gebildet. In diesem Fall wurde wäh­ rend des Schrittes für das Verschweißen mit dem Schweißglas und während der nachfolgenden Schritte an der Grenzfläche zwi­ schen dem ferromagnetischen Oxid bzw. Ferrit 2 und dem Reaktionssperrfilm 3 das Auftreten eines Reaktionshemmfilms beobachtet, der die weichmagnetischen Eigenschaften ver­ schlechtert hat. Dies wurde daher dahingehend bewertet, daß bei einer Dicke von nicht mehr als 0,05 µm der FeNiNb- Legierung-Film nicht auf zufriedenstellende Weise als Reak­ tionssperrfilm 3 wirkt.

Beispiel 2

Unter Verwendung von mehreren Verbund-Magnetköpfen mit Reaktionssperrfilmen 3 in Form von FeNiNb-Legierung-Filmen in unterschiedlichen Dicken im Bereich von 0,05 bis 5 µm wurden Verschleißprüfungen über eine Laufdauer von 1000 Stunden ausgeführt. Als Ergebnis wurde im Vergleich zu einem Magnetkopf ohne Reaktionssperrfilm 3 eine ungleichmäßige Abnutzung beobachtet, wenn der Reaktionssperrfilm 3 ein FeNiNb-Legierung-Film in einer Dicke von mindestens 2 µm war; ferner war dabei der Abrieb des Verbund-Magnetkopfs mit dem Aufbau gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungs­ beispiel erhöht. Wenn andererseits die Dicke des Reaktions­ sperrfilms 3 1 bis 2 µm betrug, wurde eine geringfügige ungleichmäßige Abnutzung beobachtet, jedoch war der Abrieb des Verbund-Magnetkopfs mit dem Aufbau gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gleich demjenigen dieses Magnetkopfs mit einer Filmdicke von mindestens 2 µm. Wenn der Reaktionssperrfilm 3 eine Dicke von höchstens 1 µm hatte, ergab der Verbund-Magnetkopf eine Abriebmenge gleich derjenigen bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel mit der Filmdicke von mindestens 2 µm, während keine ungleichmäßige Abnutzung beobachtet wurde.

Aus den Versuchsergebnissen gemäß den Beispielen 1 und 2 ist festzustellen, daß in dem Verbund-Magnet­ kopf mit dem vorangehend beschriebenen Aufbau die Dicke des aus dem FeNiNb-Legierung-Film gebildeten Reaktionssperrfilms 3 in einem Bereich von vorzugsweise 0,05 bis 2 µm und noch günstiger in einem Bereich von 0,1 bis 1 µm liegt.

Als nächstes ist es erforderlich, den Bereich der Zusammen­ setzung eines als Reaktionssperrfilm 3 in den Verbund- Magnetköpfen akzeptablen Reaktionssperrfilms 3 einzugrenzen, da dieser Film selbst als falscher Kopfspalt wirkt, falls der Film mit einer Dicke in dem vorangehend genannten Be­ reich weichmagnetische Eigenschaften in einem bestimmten Ausmaß aufweist. Infolgedessen hat der Reaktionssperrfilm 3 vorzugsweise eine Zusammensetzung gemäß einer Formel Fe_aNi_bNb_c, wobei a, b und c die prozentualen Anteile der jeweiligen Komponenten in Gewichtsprozenten sind und den nachstehenden Bedingungen genügen:

5 ≦ a ≦ 29,

70 ≦ b ≦ 85,

1 ≦ c ≦ 15 und

a + b + c = 100

Bei den vorstehenden Bedingungen ist der Bereich 70 ≦ b ≦ 85 ein Bereich, in welchem die magnetische Permeabilität µ außerordentlich hoch ist und die Koerzitivkraft Hc gering ist, so daß sich gute Eigenschaften zeigen. Die Sättigungs­ magnetflußdichte Bs hängt hauptsächlich von dem Fe-Anteil ab, so daß sie daher im Bereich von c < 15 oder a < 5 ver­ schlechtert ist. Der Bereich c < 1 ist ungeeignet, da in diesem Bereich Grenzflächenreaktionen zwischen dem Reak­ tionssperrfilm 3 und dem ferromagnetischen Oxid 2 auftreten und durch Beobachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop Ni- Diffusion beobachtet wurde. Aus diesen Gründen ist der durch die Formel ausgedrückte Bereichsumfang der Zusammen­ setzung als der beste anzusehen. Ferner können zu der durch die vorangehend genannte Formel beschriebenen Zusammenset­ zung zum Erhöhen der Härte, zum Verbessern der Verbindungs­ festigkeit an Korngrenzen, zur Bildung von feineren Kristal­ len oder zu anderen Zwecken ein Zusatzelement oder mehrere Zusatzelemente wie Si, Ti, Cr, Mn, Co, Mo, Ta, W oder der­ gleichen hinzugefügt werden, sofern deren Menge auf eine Spurenmenge begrenzt ist.

Claims (8)

1. Magnetkopf mit einer ersten und einer zweiten Kernhälfte (10), die jeweils aus einem magnetischen Oxid (2) hergestellt sind und in Gegenüberstellung eine erste bzw. zweite Gegenfläche haben,
einem Legierungs-Film (3), der an der ersten und/oder zweiten Gegenfläche der ersten bzw. zweiten Kernhälfte angebracht ist,
einem ersten und einem zweiten Magnetmetallfilm (1), die jeweils an der ersten und zweiten Gegenfläche einschließlich des an mindestens einer der Gegenfläche angeordneten Legierungs-Films (3) angebracht sind, und
einem an mindestens einem Teilbereich eines zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetmetallfilm (1) gebildeten Zwischenraums ausgebildeten Kopfspaltteil (4) wobei ein nahe dem Kopfspaltteil (4) gelegener Teil des Legierungs-Films (3) im wesentlichen parallel zu dem Kopfspaltteil (4) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungs-Film (3) aus FeNiNb besteht und daß der FeNiNb-Legierungs-Film (3) ein Film mit weichmagnetischen Eigenschaften ist und durch eine Zusammensetzung Fe_aNi_bNb_c ausgedrückt ist, wobei a, b und c die prozentualen Anteile der jeweiligen Komponenten in Gewichtsprozenten sind und den folgenden Bedingungen genügen: 5 a ϑ 29,70 b 85,1 c 15 unda + b + c = 100.

2. Magnetkopf nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der FeNiNb-Legierungs-Film (3) eine Dicke in einem Bereich von 0,05 bis 2 µm hat.

3. Magnetkopf nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Kernhälfte (10) aus einem ferromagnetischen Oxid (2) besteht.

4. Magnetkopf nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Oxid (2) ein MnZn- Ferrit ist.

5. Magnetkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetmetallfilm (1) aus einer Legierung mit weichmagnetischen Eigenschaften hergestellt ist.

6. Magnetkopf nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung (1) mit den weichmagnetischen Eigenschaften eine Sendust-Legierung ist.

7. Magnetkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfspaltteil (4) ein erstes und ein zweites Kopfspaltelement aufweist, die zumindest an einem Teilbereich Bereiche haben, die im wesentlichen zueinander parallel sind.

8. Magnetkopf nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Kopfspaltelement (4) aus Siliciumdioxid bestehen.