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Nagnetisches Aufzeichnungsmaterial
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Die Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial und
insbesondere ein magnetisches Aufzeichnungsmaterial, das einen hohen Ausgangspegel
und eine hohe Signaldichte bei einem hohen Rausch- oder Störabstand (high signal
to noise ratio) liefert und das für eine senkrechte magnetische Aufzeichnung (perpendicular
magnetic recording) brauchbar ist.
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Materialien mit einer hohen Koerzitivkraft (Hc) und mit glatten Oberflächen
wurden als gute Materialien für eine Aufzeichnung in hoher Dichte angesehen. Als
Aufzeichnungsmaterialien für diesen Zweck wurden Aufzeichnungsmaterialien auf der
Basis von magnetischen Pulvern und Aufzeichnungsmaterialien auf der Basis von dünnen
Netallfilmen, welche durch Verdampfung, Metallplattierung oder nach anderen Arbeitsweisen
gebildet wurden, verwendet.
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Jedoch leiden beide Arten von Aufzeichungsmaterialien unter dem Mangel
an Stabilität, da sie zum Oxidieren neigen, und Versuche, sie der praktischen Verwendung
zuzuführen, waren nicht erfolgreich.
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In den letzten Jahren wurden für die Erzielung von hohen Ausgangspegeln
von Aufzeichnungssystemen im kurzwelligen Bereich Aufzeichnungssysteme vorgeschlagen,
welche 1. die vertikale Komponente des für die Aufzeichnung verwendeten magnetischen
Feldes oder 2. eine senkrechte magnetische Aufzeichnung ausnutzen (which utilize
1. the vertical component of the magnetic field used for recording or 2.
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perpendicular magnetic recording).
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Obgleich diese Systeme im Prinzip ausgezeichnet sind, sind ausgezeichnete
Aufzeichnungsmaterialien, die hierin brauchbar sind, nicht erhältlich.
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Insbesondere wurde die Verwendung eines magnetischen Materials, das
aus üblichen nadelförmigen magnetischen Teilchen mit einer willkarlichen oder beliebigen
Orientierung hergestellt war, vorgeschlagen. Jedoch liefert ein derartiges Material
keinen ausreichenden Ausgang aufgrund der niedrigen relativen Dichte der Vertikalkomponente,
welche in der senkrechten Richtung orientiert ist.
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Ferner wurde die Verwendung von nadelförmigen magnetischen Teilchen,
welche zu der Ebene der magnetischen Schicht senkrecht orientiert sind, vorgeschlagen,
und es wurde auch eine Reihe von Arbeitsweisen zur Orientierung derartiger magnetischer
Teilchen ebenfalls vorgeschlagen.
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Eine ausreichende Orientierung wurde jedoch mit diesen Arbeitsweisen
nicht erreicht, da die anfänglich vertikal orientierten nadelförmigen Teilchen sich
zu einer Ebene parallel der Oberfläche der magnetischen Schicht beim Zusammenziehen
des magnetischen Überzugs in seiner Dickenrichtung beim Trocknen nach unten neigen.
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Außerdem wurden magnetische Aufzeichnungsmaterialien, die einen durch
Aufsprüh- oder Aufd#znpfarbeitsweisen gebildeten dünnen Metallfilm aufweisen, für
eine senkrechte magnetische Aufzeichnung vorgeschlagen. Jedoch sind diese Materialien
im Hinblick auf chemische Stabilität, Magnetkopfabriebsbeständigkeit und Haltbarkeit
ungenügend.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Naterials, das
für die senkrechte magnetische Aufzeichnung geeignet ist und die vorstehend geschilderten
Nachteile und Mängel nicht aufweist, sowie die Schaffung eines Aufzeichnungsmaterials
zum Gebrauch in einem Aufzeichnungssystem unter Ausnützung der vertikalen Nagnetisierungskomponente.
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Somit ist ein Zweck der Erfindung die Schaffung eines magnetischen
Aufzeichnungsmaterials, welches eine vertikale magnetische Komponente von hoher
Dichte liefert, sowie die Schaffung eines Verfahrens zum Orientieren der Achse der
leichten Nagnetisierung von einzelnen magnetischen Teilchen in einer Richtung, die
senkrecht zur der magnetischen Schicht vorliegt.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet die Angabe
senkrechte magnetische Aufzeichnung" (perpendicular magnetic recording) das Aufzeichungsverfahren,
bei welchem ein Magnetkopf in der in Fig. 1 gezeigten Weise verwendet wird; ein
derartiges Verfahren ist in Television Gakkaishi, Band 32, Nr. 5, Seite 399 (1978),
oder IEEE Transactions on Magnetics 1980 (1), Band NAG-16, 1. November, Seite 71,
beschrieben.
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Andererseits bezeichnet der Ausdruck "das Aufzeichnungssystem unter
Ausnützung der vertikalen Komponente der Magnetisierung" (the recording system utilizing
the vertical component of magnetization) das Aufzeichnungssystem, in welchem die
Vertikalkomponente eines mittels eines Ringkopfes auf der Oberfläche einer magnetischen
Schicht erzeugten magnetischen Feldes, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist, ausgenutzt
wird. Ein derartiges System ist IEEE Transactions on Magnetics, Band 15, Nr. 6,
November 19?9, beschrieben. Bei Verwendung eines Kopfes mit einem dünnen oder engen
Spalt wird das Aufzeichnen im allgemeinen sehr wirksam ausgeführt.
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Diese Zwecke der Erfindung werden dadurch erreicht, daß man ein magnetisches
Material verwendet, welches plättchenförmige Teilchen enthält, und indem man die
Ebenen
der einzelnen Plättchen parallel zu der magnetischen Schicht
orientiert. Der hier verwendete Ausdruck ~plättchenförmige magnetische Teilchen"
bezeichnet solche Teilchen, die Achsen einer leichten Magnetisierung in der Richtung
senkrecht zu der individuellen oder jeweiligen Hauptplattenebenen der Teilchen aufweisen,
wie e.B. he:agonales Bariumferrit; sie umfassen nicht solche Teilchen, die Achsen
der leichten Magnetisierung lediglich in einer Richtung parallel zu den individuellen
Hauptplattenebenen der Teilchen haben.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufzeichnungskopf
und ein beim vertikalen magnetischen Aufzeichnen verwendetes Aufzeichnungsmaterial.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Aufzeichnungssystem,
bei welchem die Vertikalkomponente eines magnetischen Feldes ausgenutzt wird.
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In den Figuren bezeichnen das Bezugszeichen 1 einen Hauptpol für die
senkrechte magnetische Aufzeichnung, das Bezugszeichen 2 einen Träger für den Hauptpol,
das Bezugszeichen 3 eine magnetische Schicht, das Bezugszeichen 4 einen Träger für
die magnetische Schicht, das Bezugszeichen 5 einen Hilfskopf für die senkrechte
magnetische Aufzeichnung, das Bezugszeichen 6 eine Signalerzeugungsspule oder Signalerzeugungswicklung,
das Bezugszeichen 7 einen Teil eines Ringkopfes, das Bezugszeichen 8 ein durch den
Ringkopf
erzeugtes magnetisches Feld, das Bezugszeichen 9 ein aufgezeichnetes magnetisches
Feld und das Bezugszeichen 10 den Streufluß (leakage flux).
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Ein aus plättchenförmigen magnetischen Teilchen hergestelltes magnetisches
Material, welches gemäß der Erfindung verwendet werden kann, ist ein solches, welches
die folgende Beziehung
erfüllt, worin K die magnetische Anisotropiekonstante in senkrechter Richtung zu
der Ebene der einzelnen Teilchen pl#ttchen, Ms die Sättigungsmagnetisierung und
# das Verhältnis von Kreisumfang zu seinem Durchmesser bedeuten.
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Derartige magnetische Materialien umfassen Bariumferrit und andere
hexagonale Ferrite, die durch die folgenden allgemeinen Formeln dargestellt werden:
N0.6Fe203, BaM2Fe16027, Ba2M2Fe12022, Ba3M2Fe24041, welche bekannte Materialien
sind. In den vorstehend aufgeführten Formeln bedeutet M ein zweiwertiges Metallion,
wobei Metalle aus den Gruppen II, IV, V, VIa und VIb des Periodensystems verwendet
werden können. Spezifische Beispiele für derartige Elemente umfassen Fe, Mn, Co,
Ni, Zn, Mg, Ca, Cu, Si, Ge, Ti, Zr, P, (Li+ + Fe3+)/2 oder dergleichen. Die vorstehend
angegebenen Ferrite können solche Metallionen bis zu etwa 20 Atom-% anstelle der
Ba-Ionen und/oder der Fe-Ionen enthalten.
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Viele andere hexagonale Ferrite können ebenfalls gemäß der Erfindung
zur Anwendung gelangen.
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Die gemäß der Erfindung verwendeten plättchenförmigen magnetischen
Teilchen besitzen keinerlei besondere Beschränkung hinsichtlich ihrer Größe. Jedoch
sollte die Größe in Abhängigkeit von der aufzuzeichnenden Wellenlänge, vorzugsweise
kürzer als 1/2 der Wellenlänge, und von dem erforderlichen Rausch- oder Störabstand
gewählt werden. Im allgemeinen werden Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von
0,1 /um bis 5 /tm verwendet,und solche mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 /#ini
bis 2 /um sind besonderes wirksam. Auch Teilchen mit einem Verhältnis von Durchmesser
zu Dicke von etwa 2 : 1 bis etwa 30 1, vorzugsweise 4 : 1 bis 30 : 1, können im
allgemeinen verwendet werden. Die Xoerzitivkraft derselben wird ebenfalls in Abhängigkeit
von dem Aufzeichnungszweck bestimmt. Jedoch wird im allgemeinen eine Koerzitivkraft
im Bereich von 300 Oe bis 3000 Oe bevorzugt.
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Ein Versuch zur Verwendung von magnetischen Materialien wie vorstehend
beschrieben ist in der US-PS 3 023 166 beschrieben. Jedoch beschreibt diese Patentschrift
lediglich ein gebräuchliches Aufzeichnungssytem, da die Achsen der leichten Magnetisierung,
welche den magnetischen Teilchen eigen sind, in paralleler Susrichtung zu der Oberfläche
der magnetischen Schicht orientiert sind. Außerdem ergibt ein derartiges System
nur Achsen der leichten Magnetisierung mit einer ungenügenden Orientierung in den
zu der Oberfläche der magnetischen Schicht parallelen Ebenen, da, wie im Falle der
vorstehend beschriebenen vertikalen Orientierung von nadelförmigen magnetischen
Teilchen,diese Platten sich nach unten zu Ebenen, welche parallel zu der Oberfläche
der magnetischen Schicht vorliegen, während der Trocknung neigen.
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Gemäß einer Ausfülirungsform der Erfindung werden die plättchenförmigen
magnetischen Teilchen in einem Bindemittel und einem Lösungsmittel, gegebenenfalls
zusammen mit Zusätzen, wie sie üblicherweise in Abhängigkeit von dem Endgebrauchszweck
des Materials verwendet werden, dispergiert. Derartige Zusätze sind z.B. in der
US-PS 4 135 018 beschrieben. Das so hergestellte magnetische Uberzugsmaterial wird
auf einen nicht-magnetischen Träger als Überzug aufgebracht, und anschließend wird
ein magnetisches Feld auf die Überzugsschicht in der Richtung senkrecht zu der Überzugsschicht
angelegt, um die Achsen der leichten Magnetisierung entlang der Richtung des magnetischen
Feldes zu orientieren, und dann wird die sich ergebende Schicht getrocknet. Anschließend
wird die Oberfläche der magnetischen Schicht gewünschtenfalls einer Glättungsbehandlung
unterworfen, wie dies in der US-PS 4 135 018 beschrieben ist. Je höher die Glätte
ist, um so besser ist der Rausch- oder Störabstand, d.h., das S/N-Verhältnis, wobei
jedoch eine übermäßige Glattheit bisweilen die Laufeigenschaften und die Haltbarkeit
des magnetischen Aufzeichnungsmaterials nachteilig beeinflussen kann.
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Beim Trocknen erfährt die magnetische Schicht ein Zusammenziehen,
wodurch eine starke Kraft in der Dickenrichtung erzeugt wird, und die Plättchen
werden durch die Kraft in einer solchen Richtung geneigt, daß sie zu der Oberfläche
der magnetischen Schicht mehr parallel werden, und infolgedessen wird die Orientierung
der Magnetisierung in der senkrechten Richtung zu der Oberfläche der magnetischen
Schicht weiter verbessert. Aufgrund dieses Orientierungseffektes wird die Orientierung
durch ein angelegtes magnetisches Feld nicht immer unbedingt ausgeführt. Das Trocknen
kann unter Bedingungen, wie in der US-PS 4 135 018 be-
schrieben,
bewirkt werden.
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Die Bindemittel, Lösungsmittel und die nicht-megnetischen Träger,
welche gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangen können, umfassen die üblicherweise
in dicser Technik verwendeten Materialien, wie sie auch in der US-PS 4 135 018 beschrieben
sind.
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Beispiele für Bindemittel umfassen thermoplastische Harze, hitzehärtende
Harze und durch Reaktion härtbare Harze.
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Beispiele für Lösungsmittel umfassen sowohl polare als auch nicht-polare
Lösungsmittel, z.B. Ester, Ather, Ketone, Alkohole, aliphatische Kohlenwasserstoffe,
aromatische Kohlenwasserstoffe oder dergleichen, wie Methyläthylketon, Methylisobutylketon
(MIBE), Toluol, Cyclohexanon, Dimethylformamid, Tetrahydrofuran, Atuylacetat, Propylacetat,
Butylacetat oder dergleichen. Diese Lösungsmittel werden häufig in Form einer Nischung
von zwei oder mehreren hiervon verwendet. Wasser wird gewöhnlich als Lösungsmittel
eingesetzt, wenn wasserlösliche Harze als Bindemittel verwendet werden.
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Zusätze, welche gegebenenfalls zur Anwendung gelangen, umfassen gebräuchliche
Dispergiermittel, Schmiermittel, Ruß, Schleifmittel oder dergleichen, und sie werden
in Abhängigkeit von dem Endgebrauchszweck des hergestellten Aufzeichnungsmaterials
zugegeben.
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Als Träger werden gewöhnlich Aluminium, Glas, Polyester oder Cellulosederivate
verwendet. Jedoch ist der Träger gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf diese
Naterialien beschränkt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des folgendes Beispiels und
Vergleichsbeispiels näher erläutert.
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Beispiel Eine Überzugsmasse, welche plättchenförmige magnetische
Bariumferritteilchen (die eine mittlere Teilchengröße von 1,1 /um, eine mittlere
Dicke von 0,12 /um, einen Hc-Wert von 1200 Oe und einen e8-Wert von 56,0 emu/g besaßen)
in einer Menge, wie in der nachstehenden Tabelle I angegeben, und andere Bestandteile
wie in der nachstehenden Tabelle I in den in dieser Tabelle I angegebenen Mengen
enthielt, wurde in eine Glasperlenmühle eingebracht und geknetet und dispergiert.
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Die sich ergebende Dispersion wurde durch ein Filter mit einer mittleren
Porengröße von 2 /um filtriert und dann auf einen 20/um dicken Polyäthylenterephthalatfilm
als Überzug aufgebracht. Vor dem Trocknen wurde das sich ergebende Material durch
das Durchführen durch den Spalt zwischen dem N-Pol und dem S-Pol eines Elektromagneten
orientiert. Die Stärke des angelegten magnetischen Feldes betrug 3000 Gauß, und
dessen Richtung war senkrecht zu der Oberfläche des Polyäthylenterephthalatfilms.
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Das Material wurde dann bei 100 N während einer Minute getrocknet
und anschließend einem Superkalandrieren unterworfen, um eine Glättung der Oberfläche
herbeizuführen. Das Material wurde dann zu Bändern einer Breite von 1,27 cm (1/2
inch) geschlitzt. Das so erhaltene Band wurde mit Probe I bezeichnet.
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Ein weiteres Band wurde in der gleichen Weise wie Probe I
mit
der Abänderung hergestellt, daß der nicht-getrocknete magnetische Überzug der Orientierung
mit Hilfe des angelegten magnetischen Feldes nicht unterworfen wurde.
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Das so erhaltene Band wurde mit Probe II bezeichnet.
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Vereleichsbeispiel Zum Vergleich mit der Probe I und der Probe II
wurde ein weiteres Band in der gleichen Weise wie Probe II mit der Abänderung hergestellt,
daß ein mit Kobalt modifiziertes magnetisches Eisenoxid mit einer mittleren axialen
Länge von 0,3 /um und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 15 : 1
als magnetisches Material in der Überzugsmasse anstelle des plättchenförmigen Bariumferrits
verwendet wurde und daß außerdem d as das Mischungsverhältnis der Bestandteile in
der Überzugsmasse geändert wurde, wie dies in der nachstehenden Tabelle II gezeigt
ist. Das so erhaltene Band wurde mit Vergleichsprobe bezeichnet.
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Die statischen Eigenschaften und die magnetischen Eigenschaften der
Proben I und II sind in der nachstehenden Tabelle III zusammen mit den entsprechenden
Eigenschaften der Vergleichsprobe gezeigt. Die magnetischen Eigenschaften wurden
unter Verwendung der Aufzeichnungssysteme A und 3, wie nachstehend erläutert, geprüft.
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In beiden Systemen A und B wurden hohe Ausgangspegel unter Verwendung
der Proben I und II gemäß der Erfindung erhalten. Außerdem wurden hohe Rausch- oder
Störabstände (S/N-Verhältnisse) in dem System B unter Anwendung der Proben I und
II gemäß der Erfindung erzielt.
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Tabelle I Gewichtsteile Plättehenförmige magnetische Teilchen 100
Mit Alkohol modifiziertes Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymeres (VAGH, ein Produkt
von Union Carbide Co., Ltd.) Polyurethan (Nipporan 2301, ein Produkt von Nippon
Polyurethan Co., Lt~d.) 7 Polyisocyanat (Coron#e L, ein Produkt von Nippon Polyurethan
Co., Ltd.) 2 Sojalecithin 0,5 MIBE 300 Anmerkung: Polyisocyanat wurde nach Vervollständigung
der Dispergierung zugegeben.
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Tabelle II Gewichtsteile Nadelförmige magnetische Teilchen 100 Mit
Alkohol modifiziertes Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymeres 10 Polyurethan (Nipporan
2301, ein Produkt von Nippon Polyurethan Co., Ltd.) 10 Polyisocyanat (Coronate L,
ein Produkt von Nippon Polyurethan Co., Ltd.) 3 SoJalecithin 1 MIBK 300 Anmerkung:
Polyisocyanat wurde nach Vervollständigung der der Dispergierung zugegeben.
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Aufzeichnungssystem A ... Senkrechte magnetische Aufzeichnung Ein
Magnetkopf, wie in Fig. 1 gezeigt, wurde verwendet, d.h., ein Hauptpol, hergestellt
durch Abdichten oder Versiegeln von Permalloy (Eisen-Nickel-Legierung mit 36 bis
81 eS Nickel), welches auf einen Glasträger als 0,8 /um dicker Film aufgedampft
worden war, in einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt und Polieren, bis dessen Breite
1,27 cm (1/2 inch) erreichte, und ein Hilfskopf, hergestellt aus Mn-Zn-Ferrit,mit
einer Breite von 1,27 cm (1/2 inch) und einer Dicke von 5 mm wurden verwendet.
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Die aufgezeichneten Wellenlängen wurden auf 4 /um, 1 /um und 0,3 /um
durch Festlegen der Laufgeschwindigkeit des Bandes bei 4,25 cm/sec und durch Anwendung
von Aufzeichnungsfrequenzen von 10 kHz, 40 kHz bzw. 140 kHz eingestellt. Der elektrische
Aufzeichnungsstrom wurde in Angaben eines relativen Wertes zu dem optimalen Strom
bei 40 kHz der Vergleichsprobe, der mit 100 % angegeben wurde, bezeichnet. In den
Proben I und II war der Ausgangspegel nicht gesättigt, selbst bei maximalem Strom
(150 %) des Aufzeichnungsverstärkers, und daher sind die Werte dieser Proben, wie
in Tabelle III gezeigt, solche, die bei einem Aufzeichnungsstrom von 150 % erhalten
wurden.
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Die Wiedergabe wurde ausgeführt unter Verwendung eines Ferritkopf
es mit einer wirksamen Sp itbreite von etwa 0,2 /um und einer Spurbreite von 50
/um, und die Verhältnisse der Ausgänge der Proben gemäß der BrSindung zu denwenigen
der Vergleichsprobe bei jeder aufgezeichneten Wellenlänge wurden gemessen.
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Aufzeichnungssystem B ... Aufzeichnungssystem unter Ausnutzung der
vertikalen Komponeunte der Magnetisierung Ausgangsmessungen wurden durchgeführt,
wobei ein Ringkopf mit einer wirksamen Spaltbreite von etwa 0,2 /um und einer Spurbreite
von 50 /um in einem Gerät (deck), dessen Kopfgeschwindigkeit auf die Hälfte durch
Umbau verringert war, und eines Standard-VHS-Systems unter Verwendung von Aufzeichnungsfrequenzen
von 0,7 MHz, 2,9 MHz und 9 tEz verwendet wurden, so daß die Aufzeichnungswellenlängen
auf 4 /um, 1 /um und 0,3 #um jeweils eingestellt werden konnten.
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Der Rausch- oder Störabstand jeder Probe wurde als Träger/ Rausch-Verhältnis
(C/N-Verhältnis) durch Durchfahren des Ausgangssignals durch einen begrenzten Verstärker,
anschließendes Einführen desselben in einen Spektrumanalysator und Messen der Höhe
des Trägersignals bei 4 MHz und der Höhe des Rauschsignals bei 3 MHz gemessen Das
C/N-Verhältnis wird als Verhältnis dieser Signalpegel darsgestellt.
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Sowohl die Ausgänge als auch das C/N-Verhältnis der Proben gemäß der
Erfindung, wie in Tabelle III angegeben, sind Relativwerte, die unter Zugrundelegung
dcs Wertes der Vergleichsproben als Standardwerte bewertet larden.
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Tabelle III Band charakteristik Magnetische Eigenschaften
| Probe Probe Vergleichs- |
| Messungen I II probe |
| Aufzeichungsstrom 150 150 100 |
| Aufzeichnungs- |
| wellenlänge |
| System Ausgang 4 µm -0,5 -4,0 0 |
| A | (dB) 1 µm 2,0 2,0 0 |
| 0,3 µm | 5,2 4,3 0 |
| Aufzeichnungsstrom 205 210 100 |
| Aufzeichnungs- |
| wellenlänge |
| System Ausgang |
| B | (dB) 4 µm -3,2 -3,0 0 |
| 1 µm 3,2 2,0 0 |
| 0,3 µm 6,2 | 5,4 | 0 |
| C/N-Verhältnis (dB) 5,9 | 5,2 | 0 |
Magnetische Charakteristik
| Messungen Probe Probe Vergleichs- |
| I II probe |
| Parall e Hc (Oe) 1210 1210 755 |
| SQ 0,40 0,52 0,73 |
| Vertikal Hc (Oe) 1190 1200 490 |
| SQ 0,65 0,55 0,22 |
L e e r s e i t e