TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung betrifft Magnetwandlerköpfe im Allgemeinen,
insbesondere einen zusammengesetzten Metall- und Ferrit-
Magnetvideowandlerkopf, bei dem zum Ausbilden seiner
Kernschenkel aufgesputterte Streifen verwendet werden.
DER ERFINDUNG ZUGRUNDELIEGENDER ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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Die Leistungsfähigkeit eines Magnetband-
Datenaufzeichnungsgeräts hängt stark von den Eigenschaften
des zur Herstellung der Aufzeichnungköpfe und -bänder
verwendeten Materialien und von der strukturellen Anordnung
dieser Materialien, die ihre magnetischen Eigenschaften
beeinflußt, ab. Hauptsächlich werden magnetisch harte
Materialien, die durch ihre hohe Remanenz, hohe
Koerzitivkraft und geringe Permeabilität gekennzeichnet
sind, bei der Herstellung des Aufzeichnungsbandes oder
anderer verwandter Aufzeichnungsmedien verwendet.
Andererseits werden magnetisch weiche Materialien, die eine
geringe Koerzitivkraft, geringe Remanenz und eine relativ
hohe Permeabilität aufweisen, allgemein verwendet, um die
magnetischen Kerne für die Köpfe herzustellen, welche das
Mittel sind, durch welches elektrische Signale auf das
Magnetband aufgezeichnet werden und von diesem
wiedergegeben werden.
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Der typische ringartige Magnetkopf ist aus zwei
Magnetkernen hoher Permeabilität zusammengesetzt und weist
eine nichtmagnetische Spaltzwischenlage und eine Spule auf,
mit der die Signalinformation verbunden ist. Der
Aufzeichnungskopf ist ein Meßumformer bzw. Wandler, der die
elektrische Energie von dem Signalsystem in ein
magnetisches Feld umwandelt, das von einem physikalischen
Spalt im Kopf emittiert wird, welches ein dem elektrischen
Signal proportionales, magnetisches Muster auf das
Magnetband aufprägt. Umgekehrt ist der Wiedergabekopf ein
Meßumformer bzw. Wandler, der den Fluß von dem magnetischen
Band über einen physikalischen Spalt sammelt und in ein
elektrisches Signal wandelt, das proportional zum
aufgezeichneten Fluß ist.
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Herkömmlicherweise wurden Ferritmaterialien als das
magnetische Material bei Videoköpfen verwendet. Das
Aufkommen von hochauflösenden Videoband-
Aufzeichnungsgeräten, digitalen Computerdaten-
Speichereinrichtungen und dergleichen mit der daraus
resultierenden Verwendung von Aufzeichnungsmedien mit hoher
Koerzitivkraft, wie z. B. Metallpulvermedien, verdampfter,
metallischer Medien usw., haben den Trend in Richtung eines
Aufbaus mit hoher Dichte zum Aufzeichnen von noch größeren
Mengen von Informationen beschleunigt. Als Teil dieser
Evolution besteht der resultierende Bedarf, die Dichte der
auf dem Medium aufgezeichneten Informationssignale zu
erhöhen. Bei der Bereitstellung der gewünschten Kennwerte
zur Erzielung der erforderlichen Leistungsfähigkeit für
diese Anwendungen, weisen herkömmliche Ferrite
beträchtliche Beschränkungen auf.
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Bei Ferritköpfen treten Leistungsfähigkeitsprobleme auf,
insbesondere wenn solche Köpfe bei Magnetbändern mit hoher
Koerzitivkraft verwendet werden und insbesondere während
des Aufzeichnungsprozesses. Bei Magnetbändern mit hoher
Koerzitivkraft werden beim Aufzeichnen höhere Signale als
bei herkömmlichen Magnetbändern benötigt. Das Problem ist
nicht schwerwiegend bei der Verwendung eines Ferritkopfes
während der Wiedergabevorgänge, da die Höhe der Signalpegel
von dem Band sehr viel niedriger sind. Bei höheren
Aufzeichnungssignalen neigen die Signale dazu, die
Ferritköpfe in die Sättigung zu treiben. Während der
Wiedergabe oder dem "Wiederabspielen" wurde ebenfalls
beobachtet, daß ein beträchtlicher Rauschpegel vorhanden
ist, der aus dem Kontakt von solchen Magnetbändern mit
hoher Koerzitivkraft mit den Ferritköpfen resultiert, was
wiederum höhere Wirkungsgrade der Köpfe erfordert, um das
akzeptierbare Signal/Rauschverhältnis zu erreichen. Massive
Metallköpfe haben gleichfalls Nachteile bei der
Leistungsfähigkeit, prinzipiell dadurch, daß sie eine
schlechte Hochfrequenzantwort aufweisen.
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Die obigen Überlegungen führten zur Verwendung anderer
kommerziell verfügbarer, magnetischen Materialien, die eine
höhere Flußdichtesättigung aufweisen, bei einer
umfangreichen Zahl von Aufzeichnungsköpfen, wobei solche
Materialien Kobalt-Zirkon-Niob-Legierungen (KZN-
Legierungen), Eisen-Aluminium-Silicium-Legierungen
einschließen, einschließlich Alfesil, Sendust, Spinalloy
oder Vacodur, die alle eine nominelle Zusammensetzung von
85% Eisen, 6% Aluminium und 9% Silicium aufweisen, sowie
ebenfalls amorphe Materialien einschließen.
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Neben den magnetischen Eigenschaften der verwendeten
Kopfkernmaterialien sind es kritische Aufbauüberlegungen,
die die Leistungsfähigkeit der Köpfe diktieren, wie die
Spurbreite, die Spaltlänge, die Spalttiefe und die
Kernabmessungen (z. B. Weglänge) . Jeder dieser Parameter
muß gemäß den Entwicklungskriterien des Magnetband-
Aufzeichnungsgeräts ausgewählt werden, während gleichzeitig
die Effizienz des Kopfes so hoch wie möglich gehalten
werden muß.
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Beim Verkleinern der Wandler ist die Signalkopplung extrem
wichtig und ein großer Anteil des Wirkungsgrades ist durch
den magnetischen Spalt-/Kern-Widerstand festgelegt, d. h.
E = Rg/ (Rg+Rc). Falls der magnetische Widerstand des Kerns
gegenüber dem magnetischen Widerstand des Spalts
vernachlässigbar ist, nähert sich der Wirkungsgrad der
Eins. Bei vielen Beispielen von miniaturisierten Wandlern
sind Anpassungsumwandler zur Impedanzanpassung und
Verstärkung für den Vorverstärkerschaltkreis erforderlich.
Solche Anpassungsumformer fügen dem Signal jedoch ein
zusätzliches Rauschelement hinzu. Falls beim Wandler ein
Wickelraum für die Wicklungen (bzw. ein Wickelfenster)
einfach größer gemacht wird, um mehr Wicklungen
unterzubringen, so vergrößert der größere Wickelraum die
magnetische Weglänge und vermindert umgekehrt den
Wirkungsgrad des Kopfes. Um dieser Verringerung des
Wirkungsgrads entgegenzuwirken, kann eine
Spalttiefenverringerung durchgeführt werden; dies wiederum
reduziert jedoch die Lebensdauer des Kopfes oder Wandlers.
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Versuche wurden unternommen, um Wandler mit besseren
Abnutzungskennwerten und mit einer längeren Lebensdauer zu
versehen, z. B. durch Plasmabogen-Sputtern einer Alfesil-
Schicht auf die bandberührende Oberfläche eines
Ferritkernwandlers, wie dies im U.S.-Patent Nr. 3.566.045,
vom 23. Februar 1971 von Paine beschrieben und gezeigt
wurde.
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Beim U.S.-Patent Nr. 2.711.945 vom 28. Juni 1955, das
Kornei erteilt wurde, wird ein Kern eines magnetisch
weichen Materials mit metallischen Polschuhen mit hoher
Permeabilität vorgesehen, die zur Kontaktierung bzw.
Berührung des sich bewegenden Bandes angeordnet sind, wobei
mit den Polen beabsichtigt wird, einen scharf definierten,
engen Wandlerspalt vorzusehen, um dadurch die damit
verbundenen Abnutzungsnachteile des weichen Kernmaterials,
welches bei einem Ausführungsbeispiel ein Ferrit- oder
Eisenpulver ist, zu vermeiden.
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Zusammengesetzte Videokopfwandler, wie den Kornei-Wandler,
gibt es seit Mitte der 50er Jahre. Andere solcher
zusammengesetzter Wandler verwendeten Platten oder Blöcke
eines Materials, welches in einer Seite-an-Seite-Beziehung
mit dem Ferrit-Kemmaterial zusammenhaftet. Z. B. schließt
ein solcher Wandler einen torusförmigen Ferritkern ein, bei
dem sich eine erste und eine zweite Alfenol-Metallpolspitze
mit einer Spaltzwischenlage dazwischen gegenüberstehen und
die mit einer lateralen Fläche eines geschlitzten
Ferritringkerns in Berührung stehen, wobei sich die
Polspitzen über den Umfang des Ferritringkerns hinaus in
eine Ebene, die an die Seitenfläche angrenzt, erstrecken.
Ein weiterer solcher zusammengesetzter Kopf schließt einen
ersten und einen zweiten ungefähr planaren Alfesil-
Kernblock auf, die zusammengeschweißt sind, wobei ein
Ferrit-Kernelement kürzerer Länge an eine Seite der
zusammengeschweißten Kombination anstößt und wobei die
Alfesil-Kernblöcke über die Länge des Ferritkernelements
hinausragen. Bei beiden Wandlern kontaktiert der
überstehende Teil das Band während der Verwendung.
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Es besteht daher ein beträchtlicher Bedarf nach einem
verbesserten Hochfrequenzmagnetwandler mit einer optimalen
Anzahl von Signalwicklungen mit einem kurzen magnetischen
Weg, um den Kernmagnetwiderstand zu reduzieren, um die
Wirkungsgrade der Köpfe von der Permeabilität des in den
magnetischen Kernen verwendeten magnetischen Materials
weniger abhängig zu machen und um die Notwendigkeit eines
Umwandlers zu beseitigen. Zusätzlich sollten Verluste
minimiert, magnetische Widerstandslecks verringert und das
Kemmaterial sollte nicht in die Sättigung getrieben
werden, wenn es bei normalen Aufzeichnungssignalpegeln
verwendet wird. Die Herstellung eines solchen Wandlers
sollte eine hohe Stückzahl, hohe Genauigkeit sowie geringe
Kosten aufweisen und einen höheren Grad an Einheitlichkeit
erreichen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese
Bedürfnisse und sieht weitere damit verbundene Vorteile
vor.
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Die Erfindung ist in den Ansprüche definiert, wobei die
Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche auf der JP-A-58-
220232 basieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des vollständig
zusammengesetzten Metall- und Ferritwandlers gemäß der
Erfindung;
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den zusammengesetzen
Metall- und Ferritwandler von Fig. 1;
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Fig. 3 ist eine Vorderansicht des zusammengesetzten
Metall- und Ferritwandlers von Fig. 1;
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines
Wandlerkopfabschnitts, der zusammen mit einem gleichen
Abschnitt verwendet wird, um den Körper des Wandlers von
Fig. 1 auszubilden;
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Fig. 5 bis 8 sind perspektivische Ansichten, die
aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zeigen, die bei der
Herstellung und beim Zusammenbau der Abschnitte des
Wandlers von Fig. 1 verwendet werden;
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Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht des
zusammengesetzten Metall- und Ferritwandlers von Fig. 1
nach weiterer Bearbeitung zur Verwendung bei einer
Rotationskopfeinrichtung; und
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Fig. 10 ist eine diagrammartige Teildraufsicht des
verarbeiteten Wandlers von Fig. 9.
ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nimmt man nun auf die Zeichnungen und besonders auf die
Fig. 1 bis 4 bezug, so wird dort ein Kopf oder Wandler
dargestellt, der generell mit 10 bezeichnet wird, wobei der
Wandler 10 aus einer ersten und einer zweiten
zusammengesetzten Kernhälfte ausgebildet ist, die allgemein
mit 12 und 12' bezeichnet werden, die, wie dies aus der
Beschreibung ihrer Herstellung ersichtlich wird, identisch
konfigurierte Hälften sind, wobei beide gleichzeitig
ausgebildet werden können, falls dies erwünscht ist. Der
Wandler 10, so wie er aufgebaut ist, ist aus einem ungefähr
plattenförmigen Element mit geringem Querschnitt
ausgebildet, das z. B. durch Trennen aus zwei
Blockanordungen von Wandlerhälften ausgebildet ist, nachdem
die beiden Blöcke ausgerichtet und miteinander verbunden
werden. Der Wandler 10 ist als ein zusammengesetztes
Ferritblockteil 15, 15' und eine dünne, nichtmagnetische
Aufsatzschichtstruktur oder eine Blockteilstruktur 16, 16'
ausgebildet und schließt einen ersten und einen zweiten
ungefähr identischen Abschnitt oder eine erste und zweite
Kernhälfte 12, 12' ein, welche, wenn sie in einer sich
gegenüberstehender Lage miteinander verbunden wurden, einen
Wandler ausbilden, der ausgerichtete Wickelraumaussparungen
13, 13' am Rand und eine zentral angeordnet ausgebildete
Wickelraumöffnung 19b, 19b' aufweist, die angrenzend an die
Polspitzen zum Spalt 31 ausgerichtet ist. Die
Wicklungsöffnung und die Aussparungen sind so angeordnet,
um durchlaufende Schlaufen bzw. Windungen einer Signalspule
32 aufzunehmen und um die Spule 32 auf einer Linie
vorzusehen, die ungefähr senkrecht zum Spalt 31 des
Wandlers 10 und in dessen nächster Nähe ist, wobei die
Kernschenkel 18, 18' aus zwei Streifen magnetischen
Legierungsmaterials hoher Permeabilität ausgebildet sind,
wie z. B. Alfesil-Material, oder dergleichen, das auf
gegenüberstehenden Kanten einer Fläche des zusammengesetzen
Substrats abgeschieden oder aufgesputtert ist. Bei dem
momentanen Ausführungsbeispiel wird das Aufsputtern des
Alfesil-Materials bevorzugt.
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Jeder Kernabschnitt oder jede Kernhätfte 12, 12' ist als
ein Teil eines länglichen, zusammengesetzten Ferrit- und
nichtmagnetischen Materialblocksubstrats 20 ausgebildet
(siehe Fig. 5 bis 8), das aus einem ersten Ferritblock 15
und aus einem Aufsatzblock eines damit verbundenen,
nichtmagnetischen Materials 16 ausgebildet ist, wobei der
Ferritblock 15 eine wesentlich größere Abmessung und ein
größeres Volumen als der nichtmagnetische Aufsatzblock 16
aufweist. Wie dies am besten in Fig. 4 dargestellt ist, ist
der Kernabschnitt 12 als eine dünne, plattenartige oder
blockartige Struktur eines Ferrit-Materials 15 ausgebildet,
das mit einem oberen, flachen oder dünnen Block eines
nichtmagnetischen Materials 16 überzogen und damit
verbunden ist, der die gleiche Breite und Länge aufweist,
wobei die zusammengesetzte Struktur eine erste ungefähr
planare Außenkante 17 aufweist, wobei optional in
unmittelbarer Nähe zum Übergang der beiden Materialien und
leicht dazu nach unten versetzt eine Aussparung 13 darin
ausgebildet ist. Die gegenüberliegende Kante, die allgemein
mit 19 bezeichnet wird, schließt einen engen,
streifenförmigen Steg oder eine Polfläche 19a und eine V-
förmige Nut 19b, die sich in einer Richtung quer zur Fläche
19a und zwischen den äußeren ebenen Seitenflächen 21, 21a
erstreckt, ein. Auf jeder Seite der Polfläche 19a sind nach
hinten konische Abschnitte 22a, 22b vorhanden, mit gleichen
Abmessungen und Winkeln zur Polfläche 19a, die von den
Abschnitten 22a, 22b leicht nach außen heraussteht, wobei
die Breite der Polfläche 19a die Spurbreite definiert, die
in den verschiedenen Figuren als TW bezeichnet ist. Die
Spitze der V-förmigen Nut 19b ist innerhalb des
Ferritmaterials 15 ausgebildet und ist ungefähr zur Mitte
der Aussparung 13 ausgerichtet, wobei sich die obere
Endkante der Nut 19b in die nichtmagnetische Aufsatzschicht
oder den Block 16 erstreckt. Der Kernschenkel 18 wird durch
eine Abscheidung, wie z. B. durch Sputtern, eines
magnetischen Legierungsrnaterials mit einer hohen
Permeabilität auf den Flächen des Stegs oder der Polfläche
19a, den konischen Abschnitten 22a, 22b und der V-förmigen
Wicklungsnut 19b ausgebildet.
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Nimmt man nun auf die Fig. 2 bis 5 bezug, so wird das
Substrat 20 am Anfang durch den Beginn mit einem Block 15
eines Ferritmaterials ausgebildet, mit dem eine
Aufsatzschicht oder ein Block 16 eines nichtmagnetischen
Materials verbunden wird, wobei die Abmessung und das
Volumen des Blocks 15 wesentlich größer als die des
Aufsatzblocks 16 sind. Der Aufsatzblock 16 weist die
gleiche Länge und Breite wie die Fläche der Oberfläche des
Blocks 15 auf. Das zusammengesetzte Substrat 20 wird dann
einleitend geformt, um sich gegenüberstehende, längliche
Glasverbindungskerben 26 (an der unteren Kante des
Ferritblocks 15), 28 (an der oberen Kante des
nichtmagnetischen Aufsatzblocks 16) an gegenüberliegenden,
langen Ecken oder Kanten einer Vorder- oder gemeinsamen
Fläche 22 und eine längliche Wicklungsnut 19b in nächster
Nähe und ungefähr parallel zur Oberseite des nicht
magnetischen Aufsatzblocks 16 vorzusehen. Danach wird am
Werkstück eine Anordnung oder ein Vielzahl von
gleichbeabstandeten, V-förmigen, Spurbreiten-definierenden
Nuten 40a-40j vorgesehen, die in einer Richtung senkrecht
zur Wicklungsnut 19b ausgerichtet sind. Die
Spurbreitennuten 40a-40j weisen eine solche Tiefe auf, die
ausreichend ist, um eine Vielzahl von nebeneinander
liegenden, ungefähr parallelen Kernabschnitten vorzusehen,
wobei die Breite des Stegs 19a die Spurbreite TW definiert.
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Eine dünne Chrom-Haftschicht (nicht dargestellt) wird auf
der Fläche 22 mit Nuten (einschließlich der Stege 19a und
der konischen Abschnitte 22a, 22b) und in die Wicklungsnut
19b hinein abgeschieden und danach eine Kernschicht, die
allgemein mit 18 bezeichnet wird, eines magnetischen
Materials mit hoher Permeabilität, wie z. B. ein Alfesil-
Material. Alternativ kann eine Kobalt-Zirkon-Niob-Legierung
verwendet werden, aber beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird Alfesil verwendet. Auf der Alfesil-Schicht der Fläche
22 mit Nuten wird dann eine zweite, dünne Chrom-Haftschicht
(nicht dargestellt) abgeschieden, auf die eine
Isolations- oder Spaltschicht eines geeigneten Materials folgt (nicht
dargestellt), wie z. B. Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid.
Die Chrom-Haftschicht und die dünne, isolierende
Spaltschicht sind in den Figuren aufgrund der relativen
Dünne der Schichten nicht dargestellt und das Hinzufügen
der Darstellung solcher Schichten würde die Figuren
unnötigerweise komplizierter gestalten. Zwei solche
Werkstücke 20, 20' werden dann in eine gegenüberliegende,
ausgerichtete, aneinanderstoßende Ausrichtung gebracht und
eine Glasverbindung wird unter Verwendung der beiden Nuten
bewirkt, wobei die Nuten durch die zwei Paare der sich
gegenüberstehenden Verbindungskerben 26, 28 ausgebildet
werden. Zur Glasverbindung werden die Temperatur und die
Fließzeit des Glases 57 gesteuert, um auszuschließen, daß
das Glas in die Wickelräume für die Windungen hineinfließt.
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Für das Zusammenbauen und die Herstellung werden nun die
aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte beschrieben, die
bei der Herstellung eines jeden der Kernabschnitte oder
Kernhälften 12, 12' des magnetischen Wandlers 10 der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. Nimmt man speziell
auf Fig. 5 bezug, so ist der Startpunkt des Verfahrens die
Verwendung eines im allgemeinen länglichen, dünnen
Blocksubstrates oder Werkstücks 20, das aus einem ersten
Block 15 eines Ferrit-Materials ausgebildet ist, auf
welches ein dünnerer Block 16 eines geeigneten
nichtmagnetischen, nichtleitenden Materials, wie z. B.
Calziumtitanat, andere keramische Materialien oder
vergleichbare dielektrische Materialien, aufgesetzt werden.
Das Substrat oder Werkstück 20 weist am Anfang mindestens
eine erste und eine zweite, zueinander senkrechte Flächen
auf, die allgemein mit 22 und 24 bezeichnet werden, wobei
die Fläche 22 im folgenden als Verbindungsfläche und die
Fläche 24 im folgenden als Kopfkantenfläche bezeichnet
werden. Das Substrat oder Werkstück 20 wird dann durch
herkömmliche Bearbeitungsverfahren oder durch ein reaktives
lonenstrahlätzen (RIBE - Reactive Ion Beam Etching)
geformt, um eine erste und eine zweite Verbindungskerbe
auszubilden, die sich länglich erstrecken und die
rechtwinklig angeordnet sind, allgemein mit 28 bzw. 26
bezeichnet werden und die in der oberen bzw. unteren (wie
in den Figuren dargestellt) länglichen Kanten des Substrats
liegen. Die Kerben 28, 26 sind ungefähr gleich tief (in
einer Richtung senkrecht zur Verbindungsfläche 22) und so
ausgebildet, daß eine Fläche davon ungefähr senkrecht zur
Verbindungsfläche 22 liegt. Eine Spulenwicklungsfurche oder
nut 19b ist in der Verbindungsfläche 22 des Substrats
ausgebildet, angrenzend an deren obere Kante, gerade
unterhalb des Übergangs der Blöcke 15 und 16 und in
unmittelbarer Nähe zur oberen Verbindungskerbe 28 aber zu
dieser versetzt. Die Wicklungsnut 19b kann irgendeine
geeignete Konfiguration annehmen, z. B. V-förmig, U-förmig
oder halbrund geformt sein, wobei die primäre Funktion, die
die Anordnung und die Tiefe der Nut 19b definiert, die ist,
daß sie eine ausreichende Abmessung aufweist, um die
Spulenwicklung 32 aufzunehmen, wenn sie mit einem anderen
Abschnitt verbunden wird, wie noch beschrieben wird, und
weiter, daß die Nut so angeordnet ist, daß die obere Spitze
in die Aufsatzschicht 16 hineinragt.
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Das teilweise bearbeitete Werkstück 20 wird dann mit einer
Vielzahl von gleichbeabstandeten Spurbreitenkerben 40a-40j
versehen, wobei sich die Kerben 40a-40j in einer Richtung
senkrecht zur Kantenfläche 24 erstrecken und deren Tiefe
ungefähr die Hälfte der Tiefe der Verbindungskerben 26, 28
beträgt. Die Spurbreitenkerben können durch irgendein
geeignetes Verfahren ausgebildet werden, d. h., durch
herkömmliche Verarbeitungstechniken oder durch reaktives
lonenstrahlätzen, aber in jedem Fall läßt das Ausbilden die
Stege 19a in einer stabförmigen Anordnung stehen, d. h.,
gegenüberliegende Kanten der Stege 19a sind parallel
zueinander. Die Spurbreitenkerben 40a-40j sind in der
horizontalen Ebene symmetrisch, d. h., sie sind im
Querschnitt vorzugsweise V-förmig, woraus folgt, daß die
Polspitzen 19a nach dem Trennen, wie dies unten beschrieben
wird, in ihrem Querschnitt ungefähr Trapez-förmig sind
(siehe Fig. 2 und 4), wobei die Breite der nach vorne
stabförmigen Kanten des Trapezes die Spurbreite definiert,
die als TW bezeichnet ist und die ungefähr 0,002 Inch
beträgt. Zur Fertigstellung des Werkstücks 20 wird die der
Fläche 22 gegenüberliegende Fläche 25 mit Nuten oder Kerben
über ihre Länge versehen, an einer Position gerade
unterhalb des Übergangs der beiden Blöcke 15 und 16, um die
wicklungsaufnehmende Aussparung 13 auszubilden. Die
Aussparung 13 ist für die Erfindung nicht notwendig aber
sie sieht eine Vereinfachung für das Wickeln der Spule 32
vor.
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Nach dem Ausbilden und Formen des Substrats oder Werkstücks
20 wird eine Haftschicht (nicht dargestellt) einer
geeigneten Substanz, wie z. B. Chrom, auf die Fläche 22
abgeschieden und danach eine Kernschicht 18 eines
geeigneten magnetischen Legierungmaterials mit hoher
Permeabilität, wie z. B. Alfesil, welches eine Eisen-
Aluminium-Silicium-Legierung mit einer nominellen
Zusammensetzung von 85% Eisen, 6% Aluminium und 9% Silicium
ist. Die Alfesil-Kernschicht 18 wird in die Spurkerben
hinein gesputtert, d. h., sie beschichtet die konischen
Abschnitte 22a, 22b genauso wie den Steg 19a, um eine
zusammengesetzte Metall- und Ferrit-Kernhälfte auszubilden,
wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, wobei ein enge
magnetische Kopplung zwischen der Schicht 18 und dem
Ferritblock 15 auftritt. Die Wahl der Zusammensetzung der
Haftschicht wird durch die Kompatibilität mit der
Zusammensetzung der beiden Materialien des Substrats 20
oder Werkstücks sowie durch die Kompatibilität mit der
Zusammensetzung der Kernschicht 18 diktiert. Die
Chromschicht und die Alfesil-Kernschicht 18 können durch
irgendein geeignetes Mittel abgeschieden werden, wie z. B.
Sputtern, wobei die Dicke der Chromschicht extrem nominell
ist und in der Größenordnung von 1 bis 20 Mikroinches
liegt. Die Kernschicht 18 weist ein Dicke von 0,0005 bis
0,001 Inch auf und bildet im Wesentlichen den Kern des
Kopfes 10. Beim Abscheiden der Chrom-Haftschicht und der
Kernschicht 18 werden die Verbindungskerben 28, 26 auf
irgendeine geeignete Weise geschützt, um das Abscheiden von
Material darauf zu vermeiden, wie z. B. durch eine
Maskentechnik oder dergleichen.
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Danach werden zusätzliche Schichten abgeschieden: zuerst
wird ein zweite, dünne Haftschicht (nicht dargestellt) von
ungefähr 1 bis 2 Mikroinches Chrom abgeschieden, gefolgt
von einer Isolations- oder Spaltschicht (nicht
dargestellt), wobei diese Dicke der Spaltschicht die Hälfte
des gewünschten Spurspaltabstands beträgt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist die Spaltschicht ungefähr 4
Mikroinches dick, was zu einem Spaltabstand von 12
Mikroinches führt. Die Chrom-Haftschicht ist optional und
kann weggelassen werden - vorausgesetzt, daß beim
verwendeten Herstellungsprozeß eine geeignete Haftung
zwischen der Isolations- oder Spaltschicht und der
Kernschicht 18 vorhanden ist.
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Wie dies in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, sind die
beiden Kernhälften 12, 12' (siehe Fig. 1) Teile der beiden
gleichen Blöcke 20, 20', die in einer einander
gegenüberstehenden Beziehung angeordnet werden, wobei die
Polflächen der einzelnen Blöcke in einer gegenüberstehenden
Beziehung oder einer Flächen-gegenüberstehenden Beziehung
ausgerichtet sind. Die Polflächen der einzelnen Blöcke 20,
20' sind im wesentlichen die verbleibenden,
aneinanderstoßenden Teile der Fläche 22, auf denen die
zuvor beschriebenen Schichten nacheinander abgeschieden
wurden. Der mit 20' bezeichnete Block ist identisch mit dem
Block 20 und zur Vereinfachung der Beschreibung werden
deren einander entsprechende Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet, gefolgt von einem
Anführungsstrich (') . Wie zusehen ist, wird, wenn die
Blöcke 20, 20' in einer sich gegenüberstehenden,
aneinanderstoßenden Beziehung stehen, ein Kasten-förmiger
oder ungefähr Diamant-förmiger Wickelraum 30 für Wicklungen
ausgebildet, der aus der sich gegenüberstehenden
Nebeneinanderstellung der beiden Wicklungsnuten 19b, 19b'
ausgebildet wird. Eine obere und eine untere Verbindungsnut
oder ein oberer und eine unterer Kanal wird durch das obere
Paar von Verbindungskerben 28, 28' und das untere Paar von
Verbindungskerben 26, 26' ausgebildet. Zum Verbinden werden
dann die beiden Blöcke 20, 20' auf geeignete Weise
zusammengeklammert.
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Beim Verbinden bzw. Zusammenkitten der Blöcke 20, 20'
mittels einer Glasverbindungstechnik bzw. Glasklebetechnik
muß sorgfältig vorgegangen werden, um den Eintritt von
Glasverbindungsmaterial in den Wickelraum für die
Wicklungen zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird ein Zwei-
Schritt-Verbindungsverfahren verwendet. Nach dem
Glasverbinden werden dann die oberen, aneinandergrenzenden
Flächen 24, 24' längs der Linie L-L (gezeigt in Fig. 8)
fein geschliffen. Wie dies in den Fig. 1 bis 3 dargestellt
ist, werden dann einzelne Wandler 10 durch Schneiden oder
Trennen des Substratblocks 20, 20' längs der Schnittlinien
60 erhalten, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Diese
Schnittlinien 60 würden normalerweise unter einem Winkel ∅
bezüglich der Seite des Substratblocks 20, 20' stehen, um
den gewünschten Winkel zum azimuthalen Aufzeichnen zu
erzeugen. Während der einzelne Wandler 10 Stück für Stück
abgeschnitten werden kann, wäre es normale Praxis, alle
Wandler 10 gleichzeitig in einem einzigen Durchgang zu
Trennen (Mehrfach-Sägen bzw. Gatter-Sägen) . Die so
verbundenen und getrennten Wandler würden das Aussehen des
in Fig. 1 gezeigten Wandlers aufweisen (ohne die
Spulenwicklung 32).
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Fig. 9 zeigt den Wandler 10 nach Weiterverarbeitung für die
Verwendung bei einer Rotationskopfeinrichtung. Wie
dargestellt, ist die Kopffläche des Wandlers 10 abgerundet
oder profiliert, wobei die Kopfgeometrie durch Entfernen
von Teilen weiter modifiziert ist, um die seitlichen Kerben
oder Schulterteile 24a, 24b auszubilden, welche mit dem
Übergang zwischen dem Block 15 und der Aufsatzschicht oder
dem Block 16 zusammenfallen, wodurch ein enger Rückenteil
24c entsteht, auf dem sich das Band bewegt. In seinen
Abmessungen ist der Radius so, daß an seinem höchsten
Punkt, der mit der Position des Spalts 31 zusammenfällt,
die Abmessung zwischen 0,0035 und 0,040 Inch liegt, während
die Breite des engen Rückenteils 24 ungefähr 0,004 Inch
beträgt. Diese Bandkontaktfläche ist im nichtmagnetischen
Material des Blocks 16 ausgebildet, der außerordentliche
Abnutzungseigenschaften als Attribut aufweist. In der
Praxis wird während des Aufbaus diese Profilierung und
Kerbenbildung vor dem Trennen der Substratblöcke 20, 20'
ausgeführt. Die erste Kopffläche 24 wird profiliert; dann
werden Nuten geeigneter Breite an den Schnittlinien 60
ausgebildet (siehe Fig. 7); dann wird der Block am
Mittelpunkt zwischen diesen Nuten getrennt, um die in Fig.
9 und 10 dargestellte Anordnung vorzusehen, wobei die
Spurbreite TW ungefähr 0,002 Inch, die Dicke W des Wandlers
ungefähr 0,008 Inch und die Dicke X des resultierenden
Rückens 24c ungefähr 0,004 Inch beträgt, wobei der Rücken
bezüglich der Dicke des Wandlers ungefähr mittig angeordnet
ist.
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Der Wandler 10 der vorliegenden Erfindung ist ein dreifach
zusammengesetzter Aufbau, d. h., drei verschiedene
Materialien werden für verschiedene Zwecke in einem
zusammengesetzten Aufbau verwendet. Der größere Teil der
Masse des Wandlers 10 ist das Ferrit-Material 15, das einen
geringen magnetischen Widerstand aufweist und magnetische
Wege effizient koppelt; das zweite verwendete Material ist
das nichtmagnetische Material 16, welches die
Aufsatzschicht ausbildet und eine Abnutzungsbeständigkeit
oder einen Abnutzungswiderstand vorsieht für einen Kopf-zu-
Band-Kontakt mit hoher Geschwindigkeit bei einem Magnetband
mit hoher Koerzitivkraft; und das dritte Material ist das
Material, welches das Metall im Spalt vorsieht, welches die
aufgesputterten Kernschenkel 18, 18' eines magnetischen
Materials mit hoher Permeabilität sind.
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Nimmt man auf Fig. 10 Bezug, so ist die Oberseite oder
Bandkontaktfläche, welche überwiegend die Schicht 16 ist,
dargestellt, wobei zwei Sätze vertikaler Linien, die mit
"TC" und "MM" bezeichnet sind, dargestellt sind, wobei
diese die Bandkontaktabmessung TC, die ungefähr 0,050 bis
0,060 Inch ist, bzw. die magnetische Materialabmessung MM,
die in der Mitte ungefähr 0,001 Inch ist, darstellen. Das
Verhältnis der Bandkontaktabmessung TC zur magnetischen
Materialabmessung ist ungefähr 50 oder 60 zu 1, was als
Längenverhältnis bezeichnet wird. Aus Abnutzungsgründen ist
dies deswegen eine wichtige Überlegung, weil dies das
Verhältnis des Bandkontakts zwischen dem härteren,
nichtmagnetischen Material 16 und dem Metallmaterial 18 des
Spalts anzeigt, d. h., für den überwiegenden Teil steht das
Band im wesentlichen mit dem nichtmagnetischen Material 16
in Berührung. Bezugnehmend auf diese Figur wohnt der
vorliegenden Erfindung weiterhin ein weiterer wichtiger
Vorteil - zusätzlich zum dreifach zusammengesetzten
Materialaufbau - in der Tatsache inne, daß nicht nur die
Polflächen 19a mit dem magnetischen Material hoher
Permeabilität zum Ausbilden der Kernschenkel 18
aufgesputtert werden, sondern ebenso die angrenzenden,
konischen Abschnitte 22a, 22b (siehe ebenso Fig. 4) mit dem
magnetischen Material hoher Permeabilität beschichtet
werden. Dies erhöht die Querschnittsfläche des magnetischen
Materials der Kernschenkel 18 effizient, wodurch der
magnetische Widerstand des magnetischen Wegs zwischen dem
magnetischen Band und dem Ferrit-Material sowie den
Wicklungen 32 effizient verringert wird. Da der magnetische
Widerstand eines Magnetaufbaus R=l/Aµ beträgt, ist der
magnetische Widerstand direkt proportional zur Weglänge
("l") und umgekehrt proportional zur effektiven
Querschnittsfläche des magnetischen Materials (A), und
durch Vergrößerung dieser Fläche wird der magnetische
Widerstand entsprechend verringert.
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In der Gesamtbetrachtung und als Beispiel würde die Länge
und Breite eines einzelnen Wandlers 10 in der Größenordnung
von 0,100 bis 0,125 Inch liegen, während die Dicke in der
Größenordnung von 0,008 Inch liegen würde. Unter Bezugnahme
auf Fig. 2 liegt die Spaltabmessung, bezeichnet als "A", in
der Größenordnung von ungefähr 12 Mikroinches, und unter
Bezug auf Fig. 3, beträgt die Abmessung "B" vom Boden des
Wicklungsfensters für Wicklungen bis zur Oberseite des
Aufsatzblocks 16 ungefähr 0,0098 Inch und beträgt die
Abmessung von "C" ungefähr 0,002 Inch, das ist das
Eindringen der oberen Spitze des Wicklungsraums für
Wicklungen in den Aufsatz oder die Blockschicht 16, wobei
der Abstand E zwischen dieser oberen Spitze und der oberen
Bandkontaktfläche 24 ungefähr 0,001 Inch beträgt. Die
Signalspulenwicklungsgröße in vertikaler Richtung ist
ungefähr 0,0088 Inch. Der Abstand "D", welcher der
vertikale Abstand von der oberen Spitze des Wickelraums 30
für Wicklungen bis zum Boden des Wandlers ist, beträgt
ungefähr 0,107 Inch.
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Folglich kann die Spule 32 eine größere Anzahl von
Wicklungen aufnehmen, wobei ihr magnetischer Weg primär im
Ferritmaterial 15 liegt, jedoch aufgrund des minimalen
Abstands zwischen der oberen Spitze des Wickelraums 30 für
Wicklungen, der bis in die nichtrnagnetische Aufsatzschicht
oder den Block 16 übersteht, dicht angrenzend an die
Bandkontaktfläche, wobei der Wickelraum 30 für Wicklungen
(ausgebildet durch die Nuten 19b, 19b') im wesentlichen mit
den Windungen der Spulen 32 aufgefüllt ist und wobei die
Spule 32 längs einer Linie liegt, die im allgemeinen
parallel zur Fläche 24 in einem Abstand von ungefähr
0,00175 bis 0,002 Inch vom Weg der Fläche des magnetischen
Mediums oder Bandes liegt. Wie dies am besten in Fig. 3
gezeigt wird, ist der durch die Nuten 19b, 19b' gebildete
Wickelraum ungefähr quadratisch, wobei der Winkel β der Nut
19b, 19b' ungefähr 45 Grad beträgt.
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Bei einem solchen Wandler 10 mit Metall im Spalt trifft der
magnetische Weg auf zwei Spalte, den vorderen und den
hinteren Spalt. Der vordere Spalt ist der Teil der sich
gegenüberstehenden, aneinanderstoßenden Kernschenkel 18,
18', die zwischen der oberen Spitze des Wickelraums 30 für
Wicklungen (gebildet aus den sich gegenüberstehenden Paaren
von Kerben 19b, 19b') und der oberen Fläche 24 liegt, wobei
der hintere Spalt der Teil der sich gegenüberstehenden,
aneinanderstoßenden Kernschenkel 18, 18' ist, der zwischen
der unteren Spitze des Wickelraums 30 für Wicklungen und
der unteren Fläche der an den Wandler angrenzenden Kerbe 26
liegt. Durch die große Oberfläche der dem Spalt
gegenüberstehenden Flächen im hinteren Spalt bezüglich der
Fläche der dem Spalt gegenüberstehenden Fläche des vorderen
Spalts, der mit dem hinteren Spalt, der vollständig im
Bereich des Ferritmaterials des Blocks 15 eingeschlossen
ist, gekoppelt ist, sieht im Vergleich zum vorderen Spalt
(welcher vollständig innerhalb des Bereichs des
nichtmagnetischen Materials des Blocks 16 eingeschlossen
ist) der hintere Spalt einen Weg mit extrem geringem
magnetischen Widerstand vor, woraus folgt, daß die
Flußkonzentration am vorderen Spalt in unmittelbarer Nähe
zur Spule 32 liegt. Durch die kleine Größe des Wandlers 10,
der gemäß der momentanen Erfindung aufgebaut ist, ist die
Induktivität pro Windung der Wicklungen der Spule 32
ebenfalls verringert, was bei einer vorgegebenen
Resonanzfrequenz mehr Windungen erlaubt, was wiederum zu
einer höheren Ausgangsspannung am Kopf führt, ohne daß ein
Anpassungsumwandler benötigt wird.
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Die kleine physikalische Größe des magnetischen Kerns führt
zu einer kurzen magnetischen Weglänge. Durch den extrem
kurzen magnetischen Weg, wird der magnetische Widerstand
des Kerns weniger abhängig von der Permeabilität des Kerns,
was zu beträchtlichen Verstärkungen der Flußeffizienz im
Hochfrequenzbereich führt, z. B. im 100 bis 150 MHz-
Frequenzbereich. Der gesamte Wandler 10 wird durch eine
Produktion mit hoher Stückzahl hergestellt, mit einer
extrem hohen Genauigkeit und mit Techniken mit geringen
Kosten, wie z. B. Materialabscheidungsprozesse und
Sputterprozesse. Durch eine Stapelfertigung wird das
gesamte magnetische Kernmaterial für eine große Anzahl von
Wandlern 10 während des gleichen Verarbeitungsschritts
abgeschieden und alle Spalte des Wandlers werden
gleichzeitig ausgebildet. Dies führt zu einem hohen Maß an
Gleichförmigkeit aller Wandler 10. Im Gegensatz zu Nur-
Ferrit-Köpfen ähnlicher Abmessungen, zeigt der Wandler 10
mit Metall im Spalt der vorliegenden Erfindung eine
beträchtliche Verbesserung bei den Signalpegeln im
interessierenden Frequenzbereich und eine beträchtliche
Verringerung des Rauschpegels, der mit dem Kontakt des
Bandes mit dem Wandler zusammenhängt. Zusätzlich zur
zusammengesetzten Kopfstruktur kann das nichtmagnetische
Material gemäß der Abnutzungskennwerte für die Einheit
ausgewählt werden.
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Der Aufbau des Wandlers 10 ist ökonomisch, einfach,
unkompliziert und einzigartig in seiner Einfachheit. Der
Wandler 10 der vorliegenden Erfindung wird im wesentlichen
aus zwei aufgesputterten Kernschenkeln auf den
ausgebildeten, sich gegenüberstehenden Kanten eines
zusammengesetzten Substrats gebildet. Die
Herstellungstechniken sind einfach und unkompliziert, was
zu einer preiswerten Einheit mit hoher Flußeffizienz führt,
bei der herkömmliche, fertig verfügbare
Herstellungseinrichtungen verwendet werden.