DE69632877T2 - Magnetische walze und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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    • G06K1/12Methods or arrangements for marking the record carrier in digital fashion otherwise than by punching
    • G06K1/125Methods or arrangements for marking the record carrier in digital fashion otherwise than by punching by magnetic means

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das magnetische Aufzeichnen und insbesondere auf einen mit einem sehr hohen Feld magnetisierten Mikrowalzenrecorder für sich wiederholendes oder codiertes Aufzeichnen sowie auf das Verfahren zur Herstellung desselben.
  • Die Verwendung einer Magnetwalze zum Aufzeichnen sich wiederholender oder codierter Information ist bekannt. Ein bekannter magnetischer Walzenrecorder besteht aus einem nicht magnetischen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 50 mm (2 Zoll) mit 204 NdFeB-Miniaturstabmagneten, die um den Umfang des Zylinders herum angeordnet sind. Diese diskreten Stabmagnete, die in radialer Richtung eine Dicke von 3,3 mm (0,130 Zoll) aufweisen, vergrößern bei Anordnung auf dem Umfang des Zylinders den Radius der Walze nur um etwa 13%, wobei die Positionierung der Magnete um den Umfang von 150 mm (6 Zoll) herum durchaus machbar ist. Bei Herstellung eines Mikrocodierers mit kleinem Walzendurchmesser ist die vorstehend beschriebene Technik jedoch nicht durchfühbar. Bei einer Mikrowalze mit einem Durchmesser von 3,3 mm (0,130 Zoll) würde der Versuch einer Verwendung von 3,3 mm (0,130 Zoll) dicken diskreten Magneten den Walzendurchmesser in unakzeptabler Weise verdreifachen, und eine Verringerung der Dicke der Magnete würde nicht nur ihre magnetische Wirkung verringern, sondern auch ihre physische Stabilität einschränken. GB-A-1 436 711 (London Transport Executive) vom 26. Mai 1976 (26.5.1976) beschreibt eine magnetische Codiervorrichtung mit einer Walze zum magnetischen Codieren von Markierungen auf Aufzeichnungsmedien. Dabei ist eine Vielzahl diskreter, entfernbarer Permanentmagnete in axialen Schlitzen angeordnet, die entlang mindestens eines Umfangsrand der Walze ausgebildet sind.
  • Für die Magnetisierung einer aus einem Zylinder aus magnetischem Material hergestellten Walze wurden bisher Vorrichtungen verwendet, die in der Weise hergestellt wurden, dass man dicken Draht durch Öffnungen in einem Block aus Phenol- oder anderem geeigneten isolieren den Material einzog. Dieses Einziehen von Draht durch die Öffnungen erfolgt in einem schlangenlinienförmigen Muster, wodurch bei Anlegen eines starken Stromimpulses durch die Vorrichtung die alternierenden Pole der Magnetwalze erzeugt werden. Bisher wurden nur bescheidene Anforderungen hinsichtlich der Anzahl der Pole und des Polabstandes gestellt. Typische Magnetwalzen für Kopierer weisen zum Beispiel 6 bis 10 Pole auf, wobei die Pole einen Umfangsabstand in der Größenordnung von 5 mm (0,2 Zoll) aufwiesen. Bei einer Walze mit 20 Polen und einem Durchmesser von nur 3,3 mm (0,130 Zoll) müsste der Polabstand 0,5 mm (0,02 Zoll) betragen, was die Packdichte der magnetisierten Pole gegenüber der Packdichte, die durch die bekannten Magnetisiervorrichtungen erreicht wird, um den Faktor 10 erhöht.
  • Die Erfindung beschreibt einen Mikromagnetwalzenrecorder mit sehr hohem Feld und mit 20 Polen, der einen Walzendurchmesser von nur 3,3 mm (0,130 Zoll) aufweist, und ferner das Verfahren zur Herstellung eines solchen Mikromagnetwalzenrecorders. Dabei wird der Ausdruck "sehr hohes Feld" im Sinne des erfindungsgemäßen Mikrowalzenrecorders als Oberflächenfeldstärke von mindestens 1000 Oe definiert.
  • Statt bei der Herstellung eines Mikromagnetwalzenrecorders diskrete Magnete um den Umfang einer nicht magnetischen Walze herum anzuordnen, beschreibt die Erfindung die Verwendung eines magnetisierbaren Zylinders aus einem energiereichen magnetischen Material, etwa NdFeB, SmCo5 oder Ba Ferrit, der mit Hilfe einer Vorrichtung, die gemäß nachfolgender Beschreibung hergestellt wurde, in einem Muster auf dem Umfang angeordneter Pole bis zur Sättigung magnetisiert wird.
  • Ein massiver leitfähiger Zylinder wird in axialer Richtung geschlitzt, um ein schlangenlinienförmiges leitfähiges Muster zu erzeugen, an das leitfähige Drähte angelötet werden. Der Zylinder wird mit Epoxymaterial ausgegossen und zur Aufnahme der zu magnetisierenden energiereichen Magnetwalze kleinen Durchmessers mittig durchbohrt. Zum Magnetisieren des Polmusters der Walze wird eine geladene Kondensatorbank, die sorgfältig so bemessen ist, dass sie einen Stromimpuls liefert, der das energiereiche magnetische Material ohne Gefahr des Berstens der Vorrichtung vollständig sättigt, durch die Windung der Vorrichtung hindurch entladen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Mikrowalze, in der die Polpositionen am Walzenumfang zu erkennen sind;
  • 2 eine Ansicht der Polpositionen einer Mikrowalze, bei der die Polpositionen ein binäres Muster aufweisen;
  • 3 eine halbfertige erfindungsgemäße Vorrichtung;
  • 4 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Ausgießen und Kernbohren der Vorrichtung; und
  • 5 eine Darstellung, die das Verständnis der Erfindung erleichtern soll.
  • In 1 ist eine Mikromagnetwalze 10 zum Aufzeichnen eines sich wiederholenden Musters mit 20 Polen alternierender Magnetisierungsrichtung, zum Beispiel den Polen 12, 14, 16, die typische äußere Feldlinien aufweisen, zum Beispiel Feldlinien 18, 20, 24, magnetisiert. Die Walze 10 besteht aus dem energiereichem Material NdFeB, das ein magnetisches Energieprodukt (BH)max von 4–20 MGOe aufweist. Zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) nicht magnetischen Welle für die Betätigung des Walzenrecorders ist eine axiale Öffnung 26 vorgesehen. Die dargestellte Mikrowalze 10 weist die folgenden typischen Abmessungen auf Außendurchmesser = 3,3 mm (0,130''), Innendurchmesser = 1,4 mm (0,055'') und Länge = 1,5 mm (0,059''). Der Walzenrecorder gemäß 1 weist ein Oberflächenfeld von bis zu 4000 Oe auf und ist in der Lage, durch direkten rollenden Kontakt ein Arbeitsmedium mit einer Koerzitivität von 4000 Oe zumindest teilweise zu magnetisieren.
  • Gemäß 2 weist ein zum Aufzeichnen von Information ausgebildeter Walzenrecorder 28 Vorkehrungen für 20 Pole auf, aber anders als bei der periodischen Walze gemäß 1 sind die 20 Pole nicht durchgehend alternierend angeordnet. Zum Beispiel sind im Segment 30 fünf benachbarte Polpositionen in derselben Richtung magnetisiert, und im Segment 32 sind weitere drei Polpositionen ebenso magnetisiert. Dadurch wird von der Walze ein spezieller Binärcode erzeugt. Durch Vorwahl der Magnetisierungsrichtungen der 20 Polpositionen können bis zu 220 Sequenzen codiert werden.
  • In 3 besteht die erfindungsgemäße Magnetisiervorrichtung aus einem massiven leitfähigen Zylinder 34, vorzugsweise aus Kupfer, mit axial verlaufenden Schlitzen, die im Abstand zueinander um den Umfang des Zylinders 34 herum angeordnet sind. Jeweils alternierende Schlitze, zum Beispiel die Schlitze 36, 38, durchbrechen die gegenüberliegenden Enden des Zylinders 34, so dass um den Umfang des Zylinders 34 herum ein schlangenlinienförmiges leitfähiges Muster entsteht. Der Abstand der Schlitze ist so bemessen, dass die dazwischen liegenden Stege, zum Beispiel die Stege 40, 42, die gleiche Breite aufweisen wie die Schlitze, etwa die Schlitze 36, 38. Ein Schlitz 44 durchbricht beide Enden des Zylinders 34 und teilt dessen Umfang, wodurch Anschlussenden für den Magnetisierkreis geschaffen werden, wobei zur Herstellung einer Strombahn in die Vorrichtung hinein Leiter 46, 48 an den Anschlussenden befestigt sind.
  • Anschließend wird der Zylinder 34 mit einem isolierenden Epoxymaterial ausgegossen, und die Mitte des Zylinders 34 wird axial durchbohrt (4), um einen Hohlraum 50 zu schaffen, in den der zu magnetisierende Magnet mit geringem Spiel passt.
  • Der elektrische Aufbau der Vorrichtung nach dem Kernbohren des Zylinders 34 ergibt sich aus 5, in der die aus Kupfer bestehende Vorrichtung der Klarheit halber ohne Epoxybeschichtung dargestellt ist. Ausgehend vom Schlitz 44, der den Umfang des Kerns teilt, ist der Hohlraum 50 von einer schlangenlinienförmigen Windung umgeben, wobei in dieser Windung fließende Ströme in aufeinanderfolgenden Stegen, zum Beispiel den Stegen 40, 42, in entgegengesetzten Richtungen in dieser Windung fließen und demzufolge durch den durch die aufeinanderfolgenden Stege fließenden Strom entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder erzeugt werden. Diese Felder magnetisieren das im Hohlraum 50 befindliche magnetische Material entsprechend, wobei jeder Steg um den Umfang herum jeweils einen Pol der Walze magnetisiert.
  • Wie dies bereits vorstehend für die Mikrowalze beschrieben wurde, kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie eine Walze mit codierten Daten magnetisiert, indem der Zylinder selektiv entsprechend der binären Wiedergabe der zu codierenden Information geschlitzt wird.
  • Die Erfindung richtet sich auf das Magnetisieren von Walzen hoher Koerzitivität. Um eine Sättigung des magnetischen Materials zu erreichen, muss das magnetisierende Feld höher sein als die Koerzitivität des zu magnetisierenden Materials. Dies erfordert, dass ausreichend Strom in der Magnetisiervorrichtung fließt, um das erforderliche Feld zu erzeugen. Andererseits kann ein zu hoher Strom zu elektromagnetisch induzierten Spannungen führen, die so stark sein können, dass die Vorrichtung gesprengt wird. Zum Magnetisieren der vorstehend genannten Mikrowalze aus NdFeB mit einer Koerzitivität von etwa 4000 Oe, einem Außendurchmesser von 3,5 mm (0,139 Zoll), einem Innendurchmesser von 1,4 mm (0,055 Zoll) und einer Länge von 0,5 mm (0,02 Zoll) mit 20 Polen wurde die Kondensatorbank einer Magnetisiervorrichtung Modell 8500 der Magnetic Instrumentation Inc. auf die Größe der Vorrichtung abgestimmt. Die auf 200–400 Mikrofarad eingestellte Kondensatorbank der Magnetisiervorrichtung wurde auf 1000 V geladen und durch ein Ignitron durch die Vorrichtung hindurch entladen. Stromimpulse in der Größenordnung von 50.000 A mit einer Dauer von etwa 50–100 Mikrosekunden sättigen die NdFeB-Walze, ohne die Vorrichtung zu beschädigen.
  • Bei einem alternativen Verfahren zum Magnetisieren der Mikrowalze wird eine Walze mit sehr hohem Feld mit einem Durchmesser von 50 mm (2 Zoll) verwendet, die ein Oberflächenfeld von etwa 10.000 Oe aufweist, und durch Abrollen auf dem Umfang der Mikrowalze mit einer Koerzitivität von 4.000 Oe wird das Magnetmuster der 50 mm-Walze (2 Zoll) direkt auf der Mikrowalze aufgezeichnet.
  • Die Erfindung wurde vorstehend im einzelnen unter besonderer Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, es versteht sich jedoch, dass Abwandlungen und Modifikationen möglich sind, ohne von dem in den beiliegenden Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können entsprechend der Lehre der Erfindung magnetische Materialien mit Energieprodukten von ungefähr 1 MGOe in Mikrowalzenrecordern verwendet werden.

Claims (12)

  1. Mikromagnetischer Walzenrecorder mit: a) einer magnetisierbaren Zylinderwalze (10) aus einem energiereichen magnetischen Material, b) einer Vielzahl von im magnetischen Material magnetisierten Polen (12, 14, 16), die um die Umfangsfläche der Walze (10) herum angeordnet sind, c) wobei das Material ein Energieprodukt von mindestens 1 × 106 GOe aufweist, und d) wobei die Walze (10) einen Durchmesser von weniger als 12,5 mm (0,5 inch) aufweist.
  2. Mikromagnetischer Walzenrecorder nach Anspruch 1, der mindestens 20 Pole (12, 14, 16) aufweist.
  3. Mikromagnetischer Walzenrecorder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Material entweder aus NdFeB, SmCo5, oder Ba Ferrit besteht.
  4. Mikromagnetischer Walzenrecorder nach Anspruch 1, mit einem oberflächenmagnetischen Feld von mindestens 1000 Oe.
  5. Verfahren zum Magnetisieren eines Polmusters auf einem magnetischen Mikrowalzenrecorder mit den Schritten: a) Schlitzen der Umfangsfläche eines leitfähigen Zylinders (34) zum Nachbilden des Polmusters als schlangenlinienförmige leitfähige Bahn, die einen Anfangspunkt und einen Endpunkt hat, wodurch am Anfangspunkt eintretender Strom durch die leitfähige Bahn strömt und am Endpunkt wieder austritt, b) Verbinden einer ersten leitfähigen Zuleitung (46) mit dem Anfangspunkt und einer zweiten leitfähigen Zuleitung (48) mit dem Endpunkt, c) Ausgießen des geschlitzten leitfähigen Zylinders (34) mit einem isolierenden Gießmaterial, d) axiales Kernbohren des Zylinders (34), um einen Hohlraum (50) zu schaffen, der einen Durchmesser von weniger als 12,5 mm (0,5 inch) zum Aufnehmen des Walzenrecorders aufweist. e) Einsetzen des Walzenrecorders in den Hohlraum (50) zur Magnetisierung, und f) Fließen lassen eines Stroms durch die schlangenlinien-förmige leitfähige Bahn durch die erste und die zweite leitfähige Zuleitung hindurch, wodurch Magnetfelder erzeugt werden, die bewirken, dass die Polmuster auf dem Walzenrecorder magnetisch aufgezeichnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Zylinder (34) aus Cu besteht.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießmaterial aus einem Epoxymaterial besteht.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließen lassen eines Stroms das Erzeugen eines Stromimpulses umfasst durch Entladen einer Kondensatorbank, die auf einen ausgewählten Spannungswert geladen ist, durch die schlangenlinienförmige leitfähige Bahn.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorbank zwischen 200 und 400 Microfarad liegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählte Spannung mindestens 800 Volt beträgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Stromimpulses etwa 50–100 Microsekunden beträgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenstrom des Stromimpulses mindestens bei 50000 Ampere liegt.
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