DE2605615C2

DE2605615C2 - Werkstoff für den Kern eines Magnetkopfes

Info

Publication number: DE2605615C2
Application number: DE2605615A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Fujishima; Kazuo Tokio/Tokyo Ohya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1975-02-15
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE2659820C2; DE2605615A1; DE2659820A1; US4079430A; JPS5194211A

Description

eines Magnetkopfes mit mindestens einer auf dem ringförmigen Kern angeordneten Magnetspule und mindestens einem am Kern von innen nach außen sich erstrekkenden Spalt, in weichem ein Distanzstück angeordnet ist und dieser Bereich des Kerns in Kontakt steht mit einem relativ zu<n Magnetkopf bewegbaren, magnetisierbarer. Aufzeichnungsträger, wobei der Werkstoff für den Kern aus einer weichmagnetischen Legierung besteht.

Der Kern solcher Magnetköpfe b-;stcht üblicherweise aus Permalloy (78.5% Nickel, 21.5% Eisen), da sich Permalloy durch seine hervorragenden magnetischen Eigenschaften auszeichnet. Es ist bekannt, bei solchen binären Legierungen, insbesondere bei solchen mit einem hohen Nickelanteil, die Anfangs- und Maximalpcrmeabilität sowie die Koerzitivfeldstärke zu verbessern, indem die Schmelze rasch abgekühlt wird. Das Gefügte bleibt dabei jedoch kristallin, was sich durch das Auftreten innerer Spannungen verdeutlicht. Neben diesen bive den Einsatz dieser Legierungen für Magnetkopf kerne zweifelhaft erschcirx*n, da sie bei Übertragungen den Klirrfaktor ungünstig beeinflussen. Daß sich mit solchen amorphen Legierungen die Härte des Materials günstig

ίο beeinflussen läßt, ist an keiner Stelle erwähnt.

F.S besteht die Aufgabe, einen Magnetkopf zu schaffen, welcher neben einer hohen Verschließfestigkeil gute magnetische und gute Hochfrequenz-Eigenschaften aufweist, wobei die Nachteile der konventionellen Per-

_)■> malloy- und Ferritmagnetköpfe vermieden werden sollen.

Gelöst wird diese Aufgabe mil den Merkmalen des Anspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Es wurde gefunden, daß eine amorphe Metallegierung magnetische und hochlirequesite Eigenschaften aufweist, welche besser oder mindestens gleich denjenigen des konventionellen Permalloy ist. Es wurde weiterhin gefunden, daß die Verschleißfestigkeit gleich hoch

nären Legierungen sind Mehrstofflegicrungen bekannt. 4^r> ist wie diejenige von Ferrit.

bei denen durch weitere metallische Legicrungszusätzc wie beispielsweise Cr, Mo, Co. Cu und Al bestimmte magnetische Eigenschaften verbessert werden können. Auch hier liegt jeweils ein kristallines Geliigc vor.

Die vorgenannten Legierungen haben alle den Nachteil, daß die Verschlcißeigcnschaftcn nicht besonders gut sind. Werden aus solchen Legierungen Kerne für Magnetköpfe hergestellt, tritt stets der Nachteil auf. daß die durch mechanische Bearbeitung hervorgerufenen Spannungen und Veränderungen der magnetischen Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung beseitigt werden müssen. Hierbei ist eine spanbildcnde Bearbeitung weitgehend ausgeschlossen, da sie zur Bildung von Löchern und Rissen an der bearbeitenden Oberfläche führt.

Es ist weiterhin bekannt, solche wcichmagnctischen Materialien pulvermetallurgisch herzustellen, indem Eisen-NicKclpulver oberflächlich oxydiert und sodann vermischt wird mit Nickel- oder Zinkoxidpulver, worauf sich ein Sinterprozeß anschließt. Hierbei ist nachteilig. daß die sich ergebenden relativ maßtingcnaucn Sinterkörper nur durch Schleifen bearbeitbar sind.

Als Material für die Kerne von Magnclköpfcn ist Eine amorphe Substanz isl im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur unkristallinisch ist. Zur Unterscheidung einer amorphen Substanz und einer kristallinen Substanz wird üblicherweise eine Rönigenstruhlbcugungsnicssung durchgeführt. Eine amorphe Metallegierung erzeugt ein Beugungsprofil, welches sich geringfügig mit dem Bcugungswinkel verändert, weist jedoch keine scharfen Beugungsspitzen auf. wie sie von den Gitterebenen von Kristallen reflektiert werden. Es ist daher möglich, das Verhältnis der beobachteten .Spitzenhöhen in bezug auf die theoretischen Höhen der bekannten Standardspitzen von Kristallen zu errechnen, wobei der amorphe Anteil ausgedrückt wird in Größen dieses Verhältnisses.

Es wurde ermittelt daß eine amorphe Metallegierung, welche zumindest 50%, vorzugsweise nicht weniger als 75% amorph ist, folgende Eigenschaften aufweist:

Eine Koerzitivkraft (lic) von nicht mehr als 0,2 Oersted,

eine maximale Magncifluüdichtc (Bm) von nicht weniger als ^r>500Gauß. vorzugsweise nicht weniger als 8700 Gaiill.

einem spezifischen Widersland (φ) von nicht weniger als 150 · 10-" Ω — cm.

eine Anfangspermcabililät (μ») von nicht weniger als 20· t Ο'und
eine Vickershärte (Hv) von nicht weniger als 600.

Im Vergleich hierzu sind die Eigenschaften von Pernalloy wie folgt:

Hc

μ₀

0.006. Bm
7 ·

7900,{Ρ= 55 - ΙΟ-".
Fv= 150.

Die Eigenschaften von gesinterten Ferriten sind

Hc = 1,5. Bm = 2500. φ = 10⁷.
μο = 200 und Hv = 400.

Die Eigenschaften eines Ferritkristalls sind

Hc= 0,1,Bm = 4000, <p> 1,
μο = 2 - 10³ und Hv = 400.

Demgemäß ist eine amorphe Legierung für die Verwendung in Magnetköpfen sehr gut geeignet. Ein Wirbelstromverlust, welcher entgegengesetzt ist den hochfrequenten Eigenschaften, wird bestimmt durch folgende Gleichung:

Hierbei ist /"die Frequenz des durch die Spule fließenden Stroms, welche um den Magnetkörper herum angeordnet ist, wobei der Magnetkörper die Form eines geschlossenen Magnetkreises bildet. Der Wirbelstromverlust S ist proportional zu fip. Der Wirbelstromverlust eines amorphen Metalls ist daher im Vergleich zu demjenigen von Permalloy etwa 60% geringer mit dem Ergebnis, daß ein Magnetkopf unter Verwendung einer amorphen Metallegierung bessere Aufzcichnungs- und Wiedergabeempfindlichkeiten aufweist als ein Magnetkopf unter Verwendung von Permalloy.

Weiterhin ist die Magnetflußdichte Bin einer amorphen Legierung beträchtlich höher als diejenige von Ferrit, wobei diese Magnetflußdichte etwa gleich derjenigen ist von Permalloy. Der Aufzeichnungsträger, welcher in Verwendung mit einem Magnetkopf aus einer amorphen Legierung verwandt wird, kann daher aus einem Material bestehen, dessen Koerzitivkraft höher als 1000 Oe ist.

Weiterhin ist die Härte der amorphen Legierung gleich derjenigen von Ferrit. Infolge dieser Härte ist die Betriebsdauer eines Magnetkopfes mit einer amorphen Legierung gleich derjenigen eines Magnetkopfes mit einem Kern aus Ferrit. Überraschenderweise wurde gefunden, daß in bezug auf die Lebensdauer ein Magnetkopf mit einem Kern aus einer amorphen Legierung sogar günstiger ist, da infolge der Viscoelastizität der amorphen Metallegierungen sich keine Defekte, wie beispielsweise Löcher oder Risse, bilden.

Diese zuvor beschriebenen Eigenschaften machen eine amorphe Metallegierung besonders geeignet zur Verwendung als Kern eines Magnetkopfes.

Eine amorphe Legierung mit den gewünschten Eigenschaften ist beispielsweise Co;gP2i.

Die amorphe Metallegierung kann erzeugt werden durch irgendwelche geeigneten Verführen, bei denen die geschmolzene Metallegierung ausreichend rasch abgekühlt wird, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von ΙΟ⁶— WC/sek, wobei ein Erstarren ohne Kristallisation eintritt und eine glasige Substanz erhalten wird. Solche Verfahren bestehen beispielsweise aus der KoI-

^r> benmethode, bei welcher ein Tropfen der flüssigen Legierung zwischen zwei gegenüberliegenden Kolbenflächen zusammengedrückt wird, die mit hoher Geschwindigkeit aufeinander bewegt werden, aus dem Doppelrollenverfahren, bei welcher die flüssige Metallegierung

ίο zwischen zwei sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rollen zusammengepreßt wird, sowie aus dem Zentrifugalverfahren, bei welcher der Legierungstropfen auf die innere Fläche eines mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Zylinders geblasen wird, der sich beispielsweise mit 5000 bis 10 000 Umdrehungen pro Minute dreht.

Es ist bekannt, daß eine amorphe Metallegierung sich beim Erhitzen auf hohe Temperatur in eine kristalline Metallegierung verändert. Bei den vorgeschlagenen Zusammensctzungon liegt diese Temperatur im Bereich zwischen 350 und 450°C.

Die Zahl der bei einem Magnetkopf ver-vendeten Tonköpfe hängt ab von der Zahl der Spulen, üblicherweise 1, 2, 4 oder 8, sowie von den Funktionsarten.

denen die Tonköpfe zugeordnet sind. Jeder Tonkopf beispielsweise kann außer dem zuvor erwähnten Kern und der zuvor erwähnten Spule Befestigungsmittel aufweisen, mit welchen der Kern am Gehäuse des Magnetkopfes befestigbar ist. Der Kern kann die Form eines

jo regelmäßigen oder unregelmäßigen Ringes aufweisen, bei welchem die Magnetflußlinien durch den Magnetical! hindurchgehen. Die Innen- und Außenform des Rings kann beliebig sein, d. h. der Querschnitt des Rings kann kreisförmig, rechteckig, quadratisch, oval oder

j5 rechteckig mit verrundeten Kanten sein. Der Kern sollte mindestens einen Spait aufweisen, bei welchem ein Teil des durch den Spalt wandernden Magnetflusses auf den Bereich eines Aufzeichnungsträgers austritt, welcher in Kontakt steht mit dem Kern im Bereich des Spaltes. Die Kerne sind üblicherweise durch zwei Spalte geteilt in zwei symmetrische Teile. Die Spalte werden ausgefüllt durch einen Einsatz, bestehend beispielsweise aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung, Titan oder Kunstharz. Der in Kontakt mit dem Kern stehend·-· Auf-

4") zeichnungsträger bewegt sich üblicherweis-; in bezug auf den feststehenden Magnetkopf. Es sind jedoch auch bewegliche Magnetköpfe bekannt, um eine höhere Aufzeichnungsdichte zu erreichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Bei dem Beispiel werden die Ausgangsmaterialien zuerst gesintert. Da die Ausgangsmaterialien als Pulver mit hoher Reinheit vorliegen, wird dieser Sinterprozeß durchgeführt, um zu vermeiden, daß während des Herstellverfahrens irgendwelche

Vi Unreinheiten zu den Materialien gelangen.

Beispiel

Eine amorphe Metallegierung von Co8gPi2 wurde M) durch folgendes Verfahren erzeugt: Elektrolytisch gewonnenes Kobaltpulver und rotes Phösphorpulver wurden gemischt im Anteil von 88 und 12 GewichUteilen. Das Mischpulver wurde sodann gepreßt bei einem Druck von 35 kg/mm², wodurch ein Grünling erhalten h^r> wird. Dieser Grünling VvVrde mit einer Geschwindigkeit /on 30"C/Siunde bis auf 500"C erhitzt und wurde auf diese Temperatur von 500⁰C über 24 Stunden lang gehalten. Hierdurch wird eine Sinterreaktion bewirkt. Der

so behandelte Grünling wurde sodann crhil/l iiuf 800"C über eine Zeitdauer von 48 Stunden, wodurch sich ein Sinterkörper ergab. Dieser Sinterkörper wurde sodann von Zimmertemperatur erhitzt auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes. Die geschmolzene Legie- ι rung mit einer Temperatur von 1200"C wurde abgeschreckt mit einer Geschwindigkeit von 10""CVsCCdUrCh Versprühen auf die innere Oberfläche eines mit 5000 Umdrehungen/min rotierenden Zylinders. Das erhalte-ITj Metallblatt wies eine Dicke von 100 μ auf. Bei der κι Röntgenstrahlbeugungsmessung zeigte sich, dall die Legierung zu 75% amorph und zu 25% kristallin war.

Sechs Metallblättcr wurden auf diese Weise erzeugt. Ein Film eines Epoxyhaizes mit einer Dicke von I μ wurde zwischen jeweils zwei Metallblättcr aufgebracht. r> Das Laminarteil 1 nach Fig. I. bestehend aus sechs Metallblättern, wurde sodann vier Stunden lang auf I4TC erhitzt, so daß die Meiallblättcr 2 fest miteinander verbunden waren. Die Dicke h des Lammarkorpcrs betrug b00 μ. Der Laminarkörper nach F i g. 1 wurde mit einer ?n Ausnehmung 3 versehen. Hierdurch wird eine Hälfte eines ringförmigen Körpers erzeugt. Auf die gleiche Weise wurde eine zweite Hälfte eines ringförmigen Körpers hergestellt. Die so erzeugten Liiminarkörpcr wurden miteinander verbunden über Einsätze 5 aus r> Kupfer-Beryllium-Legierung mit einer Dicke f? von 2 Mikron, wodurch sich ein Tonkopf 4 gemäß F i g. 2 ergab, der in ein konventionelles Gehäuse eines Magnetkopfes eingesetzt wurde. Der so hergestellte Magnetkopf wurde einem Verschleißtest unterworfen. Bei w dem Verschleißtest betrug der Kontaktdruck 3.4 gr/ mm², die Umgebungstemperatur betrug 23 ± I⁰C. und die Luftfeuchtigkeit lag bei b5 ± 5%. Die Laufgeschwindigkeit eines Magnetbandes betrug 19cm/scc, und die Dauer des Versuchs betrug 2500 Stunden. Der π bei diesem Test festgestellte Verschleiß am Kern betrug 7 μ.

Zu Vergleichszwcckcn wurden Magnetköpfe getestet, deren Kerne bestanden aus 8 CNi-20 Fe Permalloy, gesintertem Mn-Zn-Fcrrit und einem Einkristall aus Mn-Zn-Ferrit. wobei der Verschleiß 400 μ bei Permalloy und 10 μ bei den Ferritkernen betrug. Die Magnetköpfe nit Kernen aus gesintertem Ferrit und dem Ferriteinkristall verloren ihre ursprünglichen Laufeigenschaften nach 1500 Stunden infolge der sich bildenden 4^r> Löcher und Risse an der Kontaktoberfläche der Kerne. Der Laminarkörper aus Blättern eines amorphen Legierungsmetalls wurde weiterhin bezüglich der magnetischen und elektrischen Eigenschaften getestet. Das Resultat ist in der Tabelle angegeben. w

Tabelle

Koerzitivkraft (Oe)	0.06
maximale magnetische Flußdichte (G)	5500
spezifischer Widerstand (μ Ω — cm)	150
Härte (Hv)	700
Prüfbedingungen beim Verschleiß
Laufgeschwindigkeit des Bandes
(cm/sec)	19
Dauer (Stunden)	2500
Verschleiß in μ	8
amorpher Anteil (ⁿ/o)	65
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Werkstoff für den Kern eines Magnetkopfes mit mindestens einer auf dem ringförmigen Kern angeordneten Magnetspule und mindestens einem am Kern von innen nach außen sich erstreckenden Spalt, in welchem ein Distanzstück angeordnet ist und dieser Bereich des Kerns in Kontakt s}cht mit einem relativ zum Magnetkopf bewegbaren, magnetisierbaren Aufzeichnungsträger, wobei der Werkstoff für den Kern aus einer weichmagnetischen Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff eine weichmagnetische Legierung

ίο auch die Verwendung von Ferriteinkristalten bekannt Ein Einkristall aus Ferrit weist eine hohe Verschleißfestigkeit auf, jedoch sind die Magneteigenschaften schlechter als diejenigen von Permalloy. Weiterhin ist der Nachteil vorhanden, daß eine spanlose Bearbeitung, wie beispielsweise Stanzen eines Kerns aus einem Ferriteinkristall nicht möglich ist, so daß teuere Arbeitsverfahren, wie beispielsweise Sägen, Fräsen und Schleifen erforderlich sind. Hierdurch wird sowohl die AnzaM der Herstellstufcn als auch die Kosten eines solchen Magnetkopfes erhöht.

Da der zuvor erwähnte Fcrritcinkristall eine besondere kristalline Orientierung bzw. Ausrichtung aufweisen soll, damit sich eine optimale Verschleißfestigkeit

verwendet wird, welche zumindest 50% amorph ist 15 ergibt, ist es erforderlich, die Materialien mit dieser spe

ziellen Orientierung auszuwählen.

Es wurden weiterhin amorphe Legierungen bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften untersucht mit dem Ergebnis, daß deren Einsatz für verschiedene magnetisehe Vorrichtungen, wie Transformatorenkerne, Verzögerungsleitungen und vielliecht auch Motoren und Ge-

ncratorcn als möglich erscheint. Die Curietemperatur

der dort angegebenen Legierungen liegen jedoch in einem Temperaturbereich, der deren Verwendung entge-Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für den Kern 25 gensteht. Auch lassen die Sprünge in der Hystcresekur-

und die weichmagnetische Legierung aus CoP besteht, wobei der Prozentanteil in Atomgewichtsprozenten bei Co zwischen etwa 60 und etwa 95 und bei P zwischen etwa 5 und etwa 40 liegt, wobei die Summe gleich 10ß ist.