DE3242692C2

DE3242692C2 -

Info

Publication number: DE3242692C2
Application number: DE3242692T
Authority: DE
Inventors: Harold J Hamilton
Original assignee: Censtor Corp
Current assignee: Censtor Corp
Priority date: 1981-05-06
Filing date: 1982-05-06
Publication date: 1993-09-02
Also published as: EP0077832A1; WO1982003938A1; DE3277946D1; JPH0522286B2; GB2111741B; EP0077832B1; EP0077832A4; DE3242692T1; JPS58501151A; GB2111741A; GB8300278D0; NL8220214A; US4423450A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Aufzeich nungs- und Wiedergabekopf nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Ver fahren zur Herstellung eines solchen Magnetkopfes.

Der Bedarf an erhöhter Arbeitsleistung und Kapazität von mit bewegten magnetischen Speichermedien arbeitenden Datenspeicher systemen zur Verwendung in Verbindung mit Computern hat dazu ge führt, daß die Grenzen der konventionellen Aufzeichnungstechno logie analysiert wurden. Beim konventionellen longitudinalen Aufzeichnen erfolgte die Aufzeichnung durch Magnetisieren des magnetischen Aufzeichnungsmediums (z. B. Eisenoxid) in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Trägers des Mediums. Gene rell wird ein ringartiger Aufzeichnungskopf verwendet, bei dem das Aufzeichnen dadurch erfolgt, daß das Medium über den Pol spalt bewegt wird. Die Grenzen dieser Technologie beziehen sich insbesondere auf Probleme der zunehmenden Entmagnetisierung der Aufzeichnungsmedien mit steigender Aufzeichnungsdichte (d. h. Bitdichte) und des sehr niedrigen Energiewirkungsgrades konven tioneller Ringköpfe. Wenn auch bei der Entwicklung extrem dünner Aufzeichnungsmedien und Dünnschichtköpfe in den letzten Zeiten erhebliche Fortschritte erzielt worden sind, bleiben die obigen Probleme für die grundsätzlichen Beschränkungen konventioneller longitudinaler Aufzeichnungsverfahren ursächlich.

Bei der senkrechten bzw. rechtwinkligen Aufzeichnung wird das Aufzeichnungsmedium in einer zur Mediumebene normalen Richtung magnetisiert. Im wesentlichen der gesamte in den Polen des Aufzeichnungskopfes erzeugte Kraftfluß durchdringt das Medium und führt zu einer sehr hohen Energieausnutzung. Trotz der großen Möglichkeiten der senkrechten Aufzeichnungs technologie verhinderten eine Reihe von Problemen die Weiter entwicklung dieser Technologie. Insbesondere fehlten zum senk rechten Aufzeichnen geeignete Medien und eine praktische Kopf konstruktion, insbesondere eine Mehrfachkopfanordnung.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Anfangsentwicklung der senkrechten Aufzeichnungstech nologie wurde ein Kopf ähnlich dem konventionellen ringartigen Longitudinalaufzeichnungskopf verwendet, d. h. ein Kopf mit zwei Aufzeichnungspolen und dazwischenliegendem Luftspalt. Ein sol cher Kopf ist in der US-PS 34 54 727 (Siera u. a.) gezeigt. Um in rechtwinkliger bzw. senkrechter Weise aufzuzeichnen, wird das Aufzeichnungsmedium durch den Spalt zwischen den Polen be wegt. Ein solches Erfordernis ruft beträchtliche Probleme in bezug auf den Transport und die Mediumkonstruktion hervor. Be kannte Versuche zur Überwindung dieses Problems haben zur Ent wicklung neuer Kopfkonstruktionen geführt, die mit einem modi fizierten Aufzeichnungsmedium zusammenarbeiten. Eine Ausfüh rungsform eines modifizierten Aufzeichnungsmediums besteht aus einer magnetisierbaren Schicht, die einem Substrat hoher Perme abilität aufgelegt ist. Ein modifizierter Aufzeichnungskopf weist einen schmalen Aufzeichnungspol und einen langen, den Magnetfluß schließenden Pol auf. Die Kombination aus dem modi fizierten Magnetkopf und Aufzeichnungsmedium bildet einen Mag netkreis, wobei das Substrat hoher Permeabilität einen Rück flußweg niedriger Reluktanz von einem Pol des Kopfes zum anderen bildet. Beim Aufzeichnen wird ein starkes Magnetfeld an die magnetisierbare Schicht des Mediums in der unter dem Aufzeichnungspol liegenden Zone angelegt. Der Kraftfluß durch läuft dann das Substrat und fließt durch den langen, den Fluß weg schließenden Pol zum Aufzeichnungspol zurück. Dadurch er gibt sich ein geschlossener magnetischer Kreis, in welchem der Induktionsfluß im Medium direkt unter den Polen des Kopfs recht winklig zur Ebene des Aufzeichnungsmediums orientiert ist. Die Querschnittsfläche des langen, den magnetischen Weg schließen den Pols ist wesentlich größer als diejenige des schmalen Auf zeichnungspols, wodurch sichergestellt ist, daß die Flußdichte an dem den Flußweg schließenden Pol zum Magnetisieren des Mediums unzureichend ist. Aufzeichnungssysteme dieser Art sind in den US-PS 28 40 440 (McLaughlin u. a.) und 41 38 702 (Magnet) sowie in der JP-A 52-78 403 (Iwasawa) und 54-59 108 (Nakagawa) beschrieben. Andere Druckschriften, die sich auf senkrechtes Aufzeichnen beziehen und zum vollständigen Verständnis der vor liegenden Erfindung berücksichtigt werden sollten, sind die fol genden: S. Iwasaki, Y. Nakamura und K. Ouchi, Perpendicular Magnetic Recording with a Composite Anisotropy Film, in IEEE Transactions on Magnetics, Band 15 Nr. 6, November 1979; Robert I. Potter und Irene A. Beardsley, Self-Consistent Computer Calculations for Perpendicular Magnetic Recording, IEEE Transactions on Magnetics, Band 16, Nr. 5, September 1980; US-PS 42 51 842 (Iwasaki u. a.); JP-A 51-51 574 und 51-1 06 506, offengelegt am 11. November 1977 als ungeprüfte Patentanmel dungen unter der Nummer 1 34 706/77 und am 25. März 1978 unter der Nummer 32 009/78 sowie US-PS 42 53 127 (T. Kodama und T. Yanagida).

Neben der Entwicklung eines geeigneten einheitlichen Magnet kopfs begegnet der senkrechten Aufzeichnungstechnologie eben so wie der longitudinalen Technologie die Schwierigkeit der Herstellung von Mehrfachkopfanordnungen mit hoher Spurdichte. Um die höchstmögliche Aufzeichnungsdichte zu erreichen, ist es erwünscht, so viele Spuren wie möglich bei vorgegebener Breite des Aufzeichnungsmediums zu erhalten. Die Reduktion des Kopfs auf den Kopfabstand bei solchen Mehrfachkopfanordnungen war durch die Notwendigkeit beschränkt, einen angemessenen Abstand zwischen benachbarten Polen für die Herstellung von Lese/Schreib-Wicklungen und deren Leitern zu schaffen. Sowohl die US-PS 28 40 440 als auch die US-PS 41 38 702 zeigen Mehrfach spurköpfe, bei denen eine getrennte Lese/Schreib-Spule für jeden Kopf verwendet wird. Gemäß US-PS 41 38 702 wird die Spurdichte dadurch verdoppelt, daß zwei Kopfanordnungen vorge sehen sind, die gegeneinander um einen Abstand entsprechend der Hälfte des Abstandes zwischen Einzelköpfen versetzt sind jede Kopfanordnung zeichnet auf gegenseitig beabstandeten Spuren auf das Aufzeichnungsmedium auf.

Zusätzlich zur physikalischen Kopfkonstruktion ist die Be triebsweise eines Kopfes für die Erzielung einer Maximaldichte von Bedeutung. Mit zunehmender Aufzeichnungsdichte wird es schwieriger, die aufgezeichnete Information zu lesen. Konven tionelle magnetische Leseköpfe tasten die durch die Bewegung des Mediums gegenüber den Polspitzen des Kopfes hervorgerufene zeitliche Änderung des magnetischen Flusses ab. Bei zunehmender Geschwindigkeit des Mediums während des Vorbeilaufs an den Polspitzen nimmt die Arbeitsleistung zu, da die induzierte Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses zunimmt.

Es wurden verschiedene Kopfkonstruktionen entwickelt, bei denen der Kopf auf die Intensität des induzierten Flusses und nicht auf die Änderungsgeschwindigkeit des Flusses anspricht. Derartige fluß-gesteuerte Köpfe sind in den US-PS 33 75 332 (Geyder), 32 42 269 (Pettengill), 34 44 331 und 34 44 332 (Brown, jun.), 36 96 218 (Eumura), 41 23 790, 4 136 371, 41 36 370 und 41 82 987 (Moeller), 41 20 011 (Kolb, jun.), 41 37 554 (McClure) und 41 64 770 (Jeffers) beschrieben. Eine übliche Art von fluß-empfindlichem Kopf wird als Fluß-Gatekopf bezeichnet und ist durch periodisches Sättigen eines Teils des hoch-permeablen Kerns eines Magnetkopfes wirksam, wodurch die Reluktanz des magnetischen Kreises rasch auf einen hohen Wert erhöht wird und ein plötzlicher Abfall des Flusses im Magnetkreis auf einen sehr niedrigen Pegel erreicht wird. Das Flußtor kann einmal pro Bitperiode (zum Zeitpunkt der maximalen Flußintensität) aktiviert werden, wodurch eine rasche Flußänderung im Magnetkreis und eine EMK in der Lese wicklung erzeugt werden, deren Amplitude und Polarität der In tensität und Polarität des aufgezeichneten Bits entsprechen. In alternativer Ausführung kann das Flußtor einige Male inner halb jeder Bitperiode aktiviert werden, wodurch ein Wechsel stromsignal erzeugt wird, dessen Amplitude sich entsprechend der vom Medium erzeugten Flußintensität ändert und dessen Phase (relativ zum Flußtorstrom) der Polarität des Restflusses im Medium entspricht. Die Bewegung des Mediums spielt in jedem Falle keine wesentliche Rolle bei der Erzeugung des Lesesignals.

Fluß-empfindliche Magnetköpfe zur Verwendung beim senkrech ten Aufzeichnen sind in den US-PS 34 54 727 (Siera u. a.) und 36 51 502 (Flora) beschrieben. Die US-PS 34 54 727 be schreibt einen mehrspurigen Fluß-Gate-Kopf, bei dem die Fluß- Tor-Erregung oder der Sättigungsstrom an jeden Pol des Kopfes angelegt wird (d. h. jeder Pol wird gleichzeitig gesättigt). In dem aus der US-PS 36 51 502 bekannten Kopf findet eine Fluß-Gate-Anordnung nicht Verwendung. Statt dessen wird ein Vormagnetisierungssignal an den Kopf angelegt und am Ausgang des Kopfes abgetastet. Die Konstruktion des Kopfes ist so, daß die Stärke des Ausgangssignals reduziert wird, wenn ein Magnetfeld in dem gerade gelesenen Teil des Aufzeichnungs mediums vorhanden ist, da das Magnetfeld des Aufzeichnungs mediums den durch Anlegen des Vormagnetierungssignals an den Kopf hervorgerufenen Magnetfluß aufhebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Magnetkopf so auszubilden, daß unerwünschte Wechselwirkungen durch induktive Kopplung zwischen dem Hauptmagnetfluß zuverlässiger als bisher vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Magnet kopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäße Magnetkopf ermöglicht aufgrund der Ent kopplung von Steuer- und Hauptmagnetfeldern eine optimale Spur- und lineare Aufzeichnungsdichte und ein hohes Signal/Rauschver hältnis. Die Vorteile der senkrechten Aufzeichnungstechnik kön nen optimal genutzt werden. Mehrfachkopfanordnungen können mit sehr hoher Spurdichte und gemeinsamen Lese/Schreibwicklungen für alle Köpfe hergestellt werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge kennzeichnet.

Besonders hohe Linear- und Spuraufzeichnungsdichten lassen sich mit einem Magnetkopf erzielen, der nach dem Verfahren gemäß Pa tentanspruch 28 hergestellt ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung, die nicht maßstabsgerecht ist:

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines bekannten Aufzeich nungskopfes zur senkrechten Aufzeichnung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht mit Darstellung der Feld verteilung zwischen dem Hauptpol und dem Medium bei dem Kopf gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 ist ein Kurvendiagramm, das die Wirkung des Fluß tors bei einer Art der Aufzeichnung mit dem Kopf gemäß Fig. 3 zeigt;

Fig. 5a und 5b sind graphische Darstellungen der Wir kung des Flußtors beim Lesen von Information mit einem statio nären bzw. bewegten Medium;

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 7 und 17 sind perspektivische Ansichten auf einen mehrspurigen Wandler mit einer gemeinsamen Treiber/Abtast- Wicklung;

Fig. 8 zeigt die Verwendung eines Hochpaßfilters zur Ver besserung des Signal/Rausch-Verhältnisses bei Fluß-Tor-Köpfen und mehrspurigen Wandlern;

Fig. 9 stellt die Verwendung von Mehrfach-Fluß-Tor-Erreger quellen bei verschiedenen Frequenzen zusammen mit geeignet ab gestimmten Filtern zum gleichzeitigen Lesen auf mehreren Spuren eines mehrspurigen Wandlers mit gemeinsamer Wicklung dar;

Fig. 10-16 zeigen einen Kopf der in Fig. 3 dargestell ten Art bei verschiedenen Stufen des Herstellungsverfahrens.

Detailbeschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist ein bekannter Aufzeichnungskopf für senkrechte Aufzeichnung ähnlich demjenigen in den Magnet- und McLaughlin u. a. Patentschriften gezeigt. Der Aufzeichnungskopf besteht aus hochpermeablem Material, z. B. Ferrit, und weist einen langen, den Magnetkreis schließenden Pol 10, einen kurzen Hauptpol 12 von einer Länge L und eine Lese/Schreib-Spule 14 auf. Das Aufzeichnungsmedium enthält eine magnetisierbare Schicht 16, dem ein hochpermeables Substrat 18 niedriger Reluk tanz als Träger dient. Zur Aufzeichnung wird Strom durch die Spule 14 geleitet, wodurch der Flußweg 20 aufgebaut wird. Die Feldstärke im Medium 16 unterhalb des Hauptpols 12 ist rela tiv hoch und reicht zum Magnetisieren der Schicht 16 unter dem Hauptpol zum Zwecke der Informationsaufzeichnung aus. Der den Flußweg schließende Pol 10 bildet einen Rückflußweg nie driger Reluktanz zum Hauptpol 12 und, was noch wichtiger ist, eine Kopplung niedriger Flußdichte über das Substrat 18 durch die Schicht 16 und den Luftspalt zwischen dem Medium und dem Aufzeichnungskopf. Dies ist während des Aufzeichnungsbetriebs wichtig, um einerseits die Möglichkeit des Überschreibens und andererseits der Änderung der Art der zuvor aufgezeichneten Information auszuschließen. Zu diesem Zweck muß die magnetische Feldstärke in der Zone unterhalb des den Flußweg schließenden Pols 10 deutlich unter der Koerzitivkraft des Aufzeichnungs mediums 16 liegen. Der Energiewirkungsgrad eines solchen Systems kann in der Größenordnung von 80% oder mehr liegen, während die Wirkungsgrade konventioneller ringartiger Longitudinalauf zeichnungsköpfe im Vergleich dazu in der Größenordnung von einem Prozent liegen.

Experimentelle und theoretische Untersuchungen haben gezeigt, daß Köpfe der in Fig. 1 gezeigten Art (teilweise als Einzelpol köpfe bezeichnet) in der Lage sind, auf senkrecht orientierten Medien mit sehr hohen Dichten (deutlich über 100 000 Bits pro Zoll) aufzuzeichnen. Die Fähigkeit solcher Köpfe zum Lesen von mit hoher Dichte aufgezeichneter Information, d. h. zum Auflösen eng beabstandeter Flußübergänge bei minimaler Bitverschiebung ist dagegen weniger zufriedenstellend. In der US-PS 42 51 842, die im Abschnitt "Stand der Technik" genannt worden ist, wird von der Verwendung konventioneller Ringköpfe zum Lesen von mit Einzelpolköpfen bei hoher Dichte erzeugten Aufzeichnungen be richtet. Die Druckschrift von Potter und Beardsley, auf die auch im Abschnitt "Stand der Technik" Bezug genommen worden ist, hat gezeigt, daß konventionelle Köpfe mit engem Luftspalt (Ring- oder Dünnschichtköpfe) sowohl zum Aufzeichnen als auch zum Lesen von Daten auf rechtwinklig bzw. senkrecht orientier ten Medien verwendet werden können und daß für äquivalente Konstruktionsparameter und Kopf-Medium-Trennung von 0,25 µm die Auflösung und die Bit-Verschiebecharakteristiken solcher Köpfe etwas besser als die Arbeitsweise von einpoligen Köpfen sind. Trotzdem ist klar, daß die Möglichkeiten des Lesens solcher Aufzeichnungen den Möglichkeiten der extrem hohen Aufzeichnungsdichte auf senkrecht orientierten Medien nicht angemessen entsprechen und daß eine weitere Reduktion des Kopf-Medium-Abstands bis zur Grenze des physikalischen (glei tenden) Kontakts wesentlich ist, wenn das volle Potential der senkrechten Aufzeichnungstechnologie realisiert werden soll. Ein Betrieb des Kopfs unter Kontakt mit dem Medium würde die Mediumgeschwindigkeit beträchtlich einschränken (zur Vermei dung übermäßiger Abnutzung des Kopfes und des Mediums und zur Gewährleistung eines engen Kontakts), und hierdurch würden konventionelle Köpfe ausgeschlossen, welche die zeitliche Flußänderung abtasten, da die Signalamplitude und das Signal/Rausch-Verhältnis in solchen Köpfen von der Mediumgeschwindig keit abhängig sind. Dadurch ergab sich ein Bedarf an Wandlern, die in der Lage sind, die Intensität und Polarität des Rest flusses in einem senkrecht orientierten Medium unabhängig von der Mediumgeschwindigkeit abzutasten. Da eine Verringerung der Mediumgeschwindigkeit zu niedrigeren Datenfrequenzen führt, wären Mittel zur Vermeidung dieser Reduktion der Datenfrequenz und vorzugsweise zum erheblichen Erhöhen der Geschwindigkeit und Flexibilität der Kommunikation mit dem Datenspeichersystem sehr erwünscht. Die Art und Weise, in der dies erfindungsgemäß erreicht wird, wird weiter unten in der Beschreibung erläutert.

Der oben erwähnte relative Nachteil des Einzelpolkopfs in bezug auf die Auflösung beim Lesen und die Bit-Verschiebe charakteristiken geht auf die schädlichen Effekte von Rand feldern zurück welche vom Medium zu den Seiten des Hauptpols entsprechend der Darstellung in Fig. 2 verlaufen. In dem Maße, in welchem die Randfelder einen beträchtlichen Beitrag zur dem im Hauptpol induzierten Gesamtfluß leisten, erscheint der Hauptpol länger als seine physikalische Länge, so daß er we niger geeignet zur Auflösung von eng beabstandeten Flußüber gängen ist. In ähnlicher Weise bestimmen die Randfelder in gewissem Ausmaß die Position oder die Zeitgabe eines Fluß übergangs und daher das Ausmaß von Bitverschiebungen in Mehr fachübergängen. Je enger der Kopf-Medium-Abstand und je größer die Permeabilität der Polspitze ist, umso geringer ist der Beitrag der Randfelder an dem Gesamtfluß, der in dem Hauptpol induziert wird. Wenn daher der Kopf-Medium-Abstand verschwindend klein gemacht wird (unter der Annahme einer relativ großen wirksamen Permeabilität an der Polspitze), werden die Randfelder weniger wirksam, und die Leseauflösung und Bit-Verschiebecharakteristiken werden optimiert. Es sollte außerdem beachten werden, daß die Seitenauflösung des Kopfes in ähnlicher Weise verbessert wird, wenn der Kopf-Medium-Ab stand verringert wird, wodurch die Einstreuung zwischen be nachbarten Spuren verringert und eine beträchtliche Zunahme der Spurdichte erreicht wird.

Die wesentlichen Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbei spiels der vorliegenden Erfindung, welche einige der zuvor erörterten Probleme ausräumt und die Erfindungsaufgabe löst, sind in Fig. 3 schematisch dargestellt. Der Wandler besteht aus einem den Magnetfluß schließenden Pol 30 aus Material hoher Permeabilität, z. B. Ferrit, einem mit letzterem ver bundenen Fluß-Tor-Hauptpol 36 aus einem Material 52 hoher Permeabilität und niedriger Leitfähigkeit, z. B. Permalloy, das einen nicht-magnetischen Leiter 38 hoher Leitfähigkeit, z. B. aus Kupfer, über praktisch die gesamte Höhe gleichmäßig umgibt. Eine Treiber-Abtast-Wicklung 40 ist mit dem von dem Hauptpol 36, dem Luftspalt 42 zwischen dem Hauptpol und dem Medium, dem senkrecht orientierten Medium 32 (das eine hohe Koerzitivkraft und Restmagnetisierung hat), dem hoch permeablen Substrat oder der Schicht 34 unter dem Medium, dem Luftspalt 44 zwischen dem Medium und dem den Flußweg schließenden Pol und dem den Flußweg schließenden Pol 30 ge bildeten magnetischen Kreis gekoppelt.

Die Länge (in Bewegungsrichtung des Mediums) des Hauptpols bestimmt die lesbare Bit-Mindestlänge und daher die lineare Bitdichte. Daher wäre ein Hauptpol von 1 um Länge geeignet, etwa 10 000 Bits/cm (25 000 Bits/Zoll) aufzuzeichnen und zu lesen. Die Höhe des Hauptpols wird durch die Notwendigkeit bestimmt, daß die Höhe gegenüber der Länge des Hauptpols groß sein muß, um eine angemessene Arbeitsleistung des Fluß-Tors zu gewährleisten (vorzugsweise die zwanzigfache Länge des Hauptpols) und durch die räumlichen Erfordernisse bei der Herstellung der Treiber-Abtast-Wicklung. In typischer Ausfüh rung ist die Höhe des Hauptpols in der Größenordnung von 50 µm. Der Abstand vom Hauptpol zu dem den Flußkreis schließen den Pol ist vergleichbar der Höhe des Hauptpols. Die Länge des den Flußkreis schließenden Pols muß eine Größenordnung oder mehr größer als die des Hauptpols sein, wie zuvor er läutert wurde. Die Dicke des Mediums 32 ist in der Größenord nung von einem µm, und die Dicke der darunterliegenden hoch permeablen Substratschicht 34 (in der Größenordnung von 1 µm) ist so gewählt, daß ein Weg niedriger Reluktanz für den zum Pol 30 laufenden Fluß gebildet wird.

Die Aufzeichnung von Information erfolgt durch Schließen des flußgesteuerten Hauptpols 36 (Hauptpol ungesättigt) und Bestromen (bei geeigneten Polaritätsumkehrungen) der Treiber wicklung 40 derart, daß das Medium 32 senkrecht zur Ebene des Mediums gesättigt wird. Der Strom durch die Treiberwicklung 40, der zum Sättigen des Mediums 32 notwendig ist, wird durch die Koerzitivkraft des Mediums (in typischer Ausführung 1000 bis 2000 Oersted), die Dicke des Mediums 32, die Weite des Luftspalts 42 zwischen dem Medium und dem Hauptpol und die Anzahl der Windungen in der Treiberwicklung 40 bestimmt. In typischer Ausführung ist eine magnetomotorische Kraft in der Größenordnung von 0,5 Amperewindungen zur Sättigung des Mediums ausreichend. Die Flußdichte im Hauptpol 36 und in allen anderen Elementen des magnetischen Kreises liegt deutlich unterhalb der Sättigungspegel der zugehörigen Materialien, und die Feld stärke in dem Medium unterhalb des den Flußweg schließenden Pols ist weit geringer als die Koerzitivkraft des Mediums, so daß sie keinen Einfluß auf den Magnetisierungszustand des Mediums in dieser Zone ausüben.

Bei einer alternativen Art der Aufzeichnung wird die Auf zeichnungszone des Mediums zunächst gelöscht (gleichmäßig in einer Richtung magnetisiert), worauf das Flußtor geöffnet (Hauptpol 36 gesättigt) und die Polarität des Treiberstroms umgekehrt wird. Das Aufzeichnen geschieht sodann in einem nachfolgenden Zyklus durch Schließen und Öffnen des Flußtors in geeigneten Intervallen, wobei die Magnetisierungspolarität des Mediums an den gewünschten Stellen umgekehrt wird. Wenn der Hauptpol gesättigt ist, ist die Feldstärke in dem unter halb des Hauptpols liegenden Medium deutlich unterhalb der Koerzitivkraft des Mediums und reicht daher nicht aus, um eine Magnetisierungsumkehr herbeizuführen. Wenn der Flußtorstrom abgeschaltet und der Hauptpol 36 nicht mehr gesättigt ist, so steigt die Feldstärke im Medium unterhalb des Hauptpols 36 rasch an und bewirkt die Magnetisierung des Mediums zur Umkehr dessen Polarität. Ein Vorteil dieser Aufzeichnungsmethode be steht darin, daß ein relativ kleiner Flußsteuerstrom zur Steue rung des Aufzeichnungsverfahrens verwendet werden kann, wo durch eine beträchtliche Stromverstärkung und eine Verein fachung der Aufzeichnungsschaltung realisierbar ist. Die Be ziehung des Flußsteuerstroms, des Treiberstroms und der Medium magnetisierung ist für dieses Aufzeichnungsverfahren in den Kurven gemäß Fig. 4 veranschaulicht.

Bei der Erfindung wird die im Medium gespeicherte Informa tion mit Hilfe des Flußtors des Hauptpols 36 gelesen. Die Intensität und Polarität des im magnetischen Kreis von der Restmagnetisierung im Medium unterhalb des Hauptpols induzierten Flusses werden dadurch abgetastet (das Medium ist entweder stationär oder bewegt sich in bezug auf den Wandler), daß das Flußtor rasch geschlossen und ge öffnet wird, wodurch der Fluß im magnetischen Kreis rasch zum Ansteigen und Abfallen gebracht und in der Abtastwicklung eine elektromotorische Kraft erzeugt wird. Das Flußtor des Hauptpols 36 wird dadurch geschlossen, daß der Strom 46 vom zentralen Leiter 38 entfernt wird. Das Flußtor wird dadurch geöffnet, daß ein Strom 46 durch den zentralen Leiter 38 im Hauptpol 36 geleitet wird, der ein Magnetfeld 48 hervorruft, das den Hauptpol über die Gesamthöhe in den Sättigungsbereich treibt. Tatsächlich wird der Hauptpol entfernt (oder offengeschaltet). (Mittel zum Anlegen des Luft spaltstroms sind in der vereinfachten Schemadarstellung gemäß Fig. 3 nicht gezeigt.) Es ist zu beachten, daß das Sättigungs feld 48 im Hauptpol um den zentralen Leiter 38 geschlossen ist und orthogonal zu dem im Hauptpol durch die Restmagnetisierung im Medium induzierten Fluß 50 verläuft. Demzufolge gibt es keine unerwünschte Wechselwirkung zwischen den beiden magne tischen Kreisen. Die Beziehung des Lesesignals zur Flußinten sität im Hauptpol, zum Flußsteuerstrom und zur Mediummagneti sierung bei Verwendung des Flußtors zum Lesen bei stationärem und bewegtem Medium ist in den Kurven gemäß den Fig. 5a bzw. 5b dargestellt. Eine "1" unterscheidet sich von einer "0" durch die Phase der induzierten EMK′s in der Abtastwicklung in bezug auf den angelegten Flußsteuerstrom, wie im Stande der Technik bekannt ist.

Die Signalamplitude, der Wellenverlauf, das Signal/Rausch- Verhältnis und die Bit-Verschiebecharakteristiken werden opti miert, wenn die Restmagnetisierung des Mediums groß, der Kopf-Medium-Abstand minimiert, die Reluktanz des ungesättigten Hauptpols gering und das Verhältnis der Reluktanzen in den gesättigten und ungesättigten Zuständen sehr hoch ist, wenn die zum Öffnen und Schließen des Flußtors erforderliche Zeit sehr gering, die Resonanzfrequenz der Ab tastwicklung und zugehörigen Schaltung relativ zu dem von der Abtastwicklung aufgrund der Wirkung des Flußtors er zeugten Signalfrequenzen hoch und die Frequenz der Fluß toraktivierung mehrfach größer als die Bit-Folgefrequenz ist, so daß die Intensität der Restmagnetisierung im Medium an oder nahe der Maximalintensität abgetastet wird. Diese Bedingungen werden der Reihe nach untersucht.

Derzeit verfügbare Medien (mit einer Koerzitivkraft in der Größenordnung von 1300 Oersted und einer Restmagnetisierung von 500-600 E.M.E./cm³) auf Permalloy-Substraten erfüllen die Erfordernisse hoher Dichte bei senkrechter Aufzeichnung. Der Kopf-Medium-Abstand (lichte Höhe) in der Größenordnung von 0,25 µm ermöglicht lineare Aufzeichnungsdichten in der Größenordnung von 20 000 Bits/cm (50 000 Bits/Zoll). Wesentlich höhere lineare Dichten (40 000 Bits/cm oder mehr) sind möglich, wenn der Kopf im Gleitkontakt mit einem relativ langsam be wegten Medium betrieben wird.

Die Reluktanz des ungesättigten Hauptpols kann bei Ver wendung von Materialien wie Permalloy mit einer wirksamen Permeabilität in der Größenordnung von 1000 geeignet niedrig gemacht werden. Da der Hauptpol über praktisch die gesamte Höhe gesättigt wird, kann seine Reluktanz um zwei oder mehr Größenordnungen erhöht werden, wodurch der mit der Abtast wicklung verkettete Fluß auf einen sehr niedrigen Pegel ver mindert werden kann. Der zum Sättigen des Hauptpols erforder liche Strom wird durch die Koerzitivkraft des hochpermeablen Materials, die Länge des magnetischen Weges (etwa der zwei fachen Spurbreite) und das Verhältnis des von dem zentralen Leiter geführten Gesamtstroms bestimmt. Das Verhältnis des Stroms durch den zentralen Leiter sollte groß (80% oder mehr) sein, um den zum Sättigen des Hauptpols erforderlichen Strom zu minimieren. Da das Verhältnis der Leitfähigkeit von Kupfer und Permalloy in der Größenordnung von 20 : 1 ist, führt ein zentraler Leiter einer Dicke von 20% derjenigen des Hauptpols (der Rest ist Permalloy) angenähert 80% des Gesamtstroms. Daher kann beispielsweise ein Hauptpol von 1 µm Dicke und 10 µm Breite aus Permalloy (mit einer Koerzitivkraft von 0,1 Oersted oder weniger) mit einem zentralen Kupferleiter von 0,2 µm Dicke von einem ihn durchfließenden Strom von 2-5 mA gesättigt werden.

Die Schaltzeit des Flußtors bzw. Luftspalts, d. h. die zum Sättigen oder Entsättigen des Hauptpols erforderliche Zeit, kann sehr kurz (in der Größenordnung von 10 Nanosekunden oder weniger) gemacht werden, wenn das hochpermeable Material (durch bekannte Mittel) in solcher Weise niedergeschlagen wird, daß die leichte Achse der Magnetisierung mit der Rich tung des Sättigungsfeldes 48 (Fig. 3) zusammenfällt, so daß die Bildung von Domänenwänden und mit der Domänenwandbewegung verbundene Zeitverzögerungen vermieden werden. Die Sättigung geschieht durch gleichzeitige Rotation von Elektronenspins durch das hochpermeable Material. Die Geschwindigkeit, mit der der Hauptpol auf Flußintensitätsänderungen im Medium anspricht, ist sehr groß, da es wie im Falle von Dünnschichtköpfen keine mit der Schließbewegung von Domänen verbundene Zeitverzögerung gibt. Dieses Problem ist für konventielle Dünnschichtköpfe von R. E. Jones jun. in "Domain Effects in the Thin Film Head", IEEE Transadtions on Magnetics, Band 15, Nr. 6, November 1979 erörtert.

Die Resonanzfrequenz der Wandler der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist weitgehend bestimmt durch Faktoren, die sich nicht direkt auf die Betriebsweise des Wandlers beziehen, z. B. die Streuinduktivität des Wandlers, die Induktivität und Kapa zität der Signalleiterpaare und die Eingangskapazität des Leseverstärkers. Wandler mit Einzelwindungs-Treiber/Abtast wicklung und kurzen Leiterpaaren, die mit gering rauschenden Leseverstärkern verbunden sind, können eine Resonanzfrequenz in der Größen von 10⁹ Hz haben, die deutlich über den durch die Wirkung des Flußtors erzeugten Signalfrequenzen liegt.

Schließlich machen es die hohe Schaltgeschwindigkeit und der relativ niedrige Flußtor- bzw. -steuer-Strom möglich, das Flußtor sehr rasch (in der Größenordnung von 50 MHz) zu erregen (Ein- und Auszuschalten), wodurch das Abtasten der Flußintensität an oder nahe des Maximalpegels beim Durch lauf der Bits unter dem Hauptpol ermöglicht wird.

Zu beachten ist, daß Wandler ähnlich dem Prinzip gemäß Fig. 3 und innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung unter Ver wendung der herkömmlicheren Flußtorform gemäß Fig. 6 konstru iert werden können, wobei ein Strom 60 über den Leiter 66, durch ein Loch im Hauptpol 62 geleitet wird, wodurch ein Sättigungsfeld 64 entsprechend der Darstellung in Fig. 6 ent steht. Derartige Konfigurationen ergeben jedoch generell ein niedrigeres Reduktanzverhältnis in den offenen und geschlossenen Zuständen und sind in Mikrominiaturform schwer herzustellen.

Wenn auch die Realisierung einer extrem dichten Aufzeichnung ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, besteht eine gleich wichtige oder sogar wichtigere Aufgabe darin, eine flexiblere und raschere Kommunikation mit Massendaten-Speichersystemen unter Verwendung von mehrspurigen Wandlern zu erleichtern. Derartige Wandler ermöglichen die Herstellung von festen Kopf- pro-Spur-Massendaten-Speichersystemen, praktisch augenblick liche Adressierung von Spuren und gleichzeitige Kommunikation mit vielen Spuren des Mediums, wodurch die Datenstromfrequenz zu und von Massenspeichersystemen wesentlich erhöht wird. Dieser Aufgabe wurde bisher wenig Beachtung geschenkt, da die Herstellung von hochdichten mehrspurigen Wandlern unter Ver wendung konventioneller Aufzeichnungstechnologie schwierig und kostspielig ist. Die Entwicklung von Dünnschichtköpfen hat in den letzten Jahren die Herstellung von mehrspurigen Wandlern erleichtert. Der Platzbedarf zwischen benachbarten Köpfen für die Herstellung einzelner Wicklungen und Leiterpaare beschränkte jedoch beträchtlich die Dichte (Zahl von Köpfen pro cm) bei der artigen Anordnungen. Dieses Problem macht die Herstellung von Kopfanordnungen mit mehrere Windungen aufweisenden Treiber/Abtast-Wicklungen besonders schwierig. Ein ähnliches Problem existiert beim Aufbau von Anordnungen aus Einzelpolköpfen für die senkrechte Abtastung (der in Fig. 1 dargestellten Art), da individuelle Wicklungen und Leiterpaare für jeden Hauptpol erforderlich sind.

Die Verwendung von fluß-gesteuerten Hauptpolen der in Fig. 3 gezeigten Art macht die Verwendung einer gemeinsamen Treiber/Abtast-Wicklung (Schreib/Lese-Wicklung) in Mehrspurwandlern möglich, wodurch die Notwendigkeit von Zwischenräumen zwischen benachbarten Polen für die Herstellung einzelner Wicklungen und Leiterpaare entfällt und die Fabrikation solcher Wandler beträchtlich vereinfacht wird. Dieser wesentliche Vorteil re sultiert aus der Tatsache, daß Hauptpole (Spuren) durch Schalten von magnetischen Kreisen anstatt von Abtastwicklungskreisen adressiert werden können und daß die Flußtor(Adressen-)Leiter (38 - Fig. 3, 73 - Fig. 7) mit den Hauptpolen ausgerichtet sind. Durch Verwendung der Flußtore zur Sättigung aller Haupt pole 70 bis auf einen, wird der Wandler gemäß Fig. 7 im Ergebnis auf den Einzelpolkopf gemäß Fig. 3 zurückgeführt.

Bei dem schematisch in Fig. 7 gezeigten mehrpoligen (mehr spurigen) Wandler sind flußgesteuerte Hauptpole 70 mit einem gemeinsamen Fluß-Schließ-Pol 72 verbunden. Dadurch werden mehrere, unabhängige Magnetkreise mit dem Medium 74 und dem darunterliegenden Substrat 76 hoher Permeabilität gebildet. Jeder Magnetkreis ist durch die gemeinsame Treiber/Abtast- Wicklung 78 verkettet. Dauerzustandsströme (bezeichnet durch Pfeile 73) durch alle Hauptpole 70, bis auf einen, sättigen die (nicht-adressierten) Hauptpole. (Mittel zum Anlegen der Fluß-Tor- bzw. -Steuer-Ströme sind in der Zeichnung nicht dargestellt.) Information in der adressierten Spur kann danach dadurch rasch gelesen werden, daß der Strom (dargestellt durch Pfeil 75) durch den adressierten Hauptpol rasch ein- und abge schaltet wird. Das Aufzeichnen geschieht in ähnlicher Weise wie bei dem Wandler gemäß Fig. 3. Daher dienen die Flußtore in den Hauptpolen 70 dem doppelten Zweck der Adressierung der gewünschten Spur und der Steuerung der Abtastung der Polarität und Intensität der Restmagnetisierung in der adressierten Spur des Mediums. Außerdem kann das Flußtor in der weiter oben beschriebenen Weise zur Steuerung der Informationsaufzeichnung in der adressierten Spur verwendet werden.

Ideal wäre es, wenn die Reluktanz aller nicht-adressierten Hauptpole sich unendlich nähern würde, um Streusignale in der ge meinsamen Abtastwicklung zu minimieren, die sich aus dem Ab tasten von Flußübergängen (Änderungsgeschwindigkeit des Flusses) in nicht-adressierten Spuren ergeben. Wenn auch die Reluktanz dieser Magnetkreise sehr groß ist, ist sie doch nicht unendlich, und eine sehr kleine Flußübergang-induzierte EMK wird durch jeden nicht-adressierten Hauptpol erzeugt, wobei sich die EMK′s algebraisch addieren und ein Rauschen in der Abtastwicklung erzeugen können. Wenn auch diese EMK′s in der Regel zu einer statistischen gegenseitigen Kompensation neigen, besteht doch die Möglichkeit, daß sie sich in der Weise additiv ergänzen, daß sie ein unannehmbar hohes Stör- bzw. Rauschsignal je nach Amplitude der einzelnen EMK′s und der Gesamtanzahl der Pole in der Anordnung erzeugen. Für den Fall einer relativ niedrigen Mediumgeschwindigkeit (und damit extrem niedrigen Flußüber gangs-induzierten EMK′s) und relativ kleinen Anordnungen (d. h. wenigen Polen), stellt das Flußübergangs-erzeugte Rauschen kein Problem dar. Im Falle einer relativ hohen Mediumgeschwin digkeit und großer Anordnungen können jedoch Mittel zur Ver ringerung dieses Rauschens auf annehmbare Pegel erforderlich werden. Eine Möglichkeit hierzu gibt die Verwendung eines Hoch paßfilters im Lesekreis, welches das durch die Wirkung des Flußtors im adressierten Pol erzeugte Signal überträgt, jedoch Signale bei niedrigeren Frequenzen sperrt (Fig. 8). Signale von einer Mehrkopfanordnung mit gemeinsamer Wicklung bestehen aus relativ niederfrequenten Komponenten 160, die aus dem Ab tasten von Flußübergängen in nicht-adressierten Spuren resul tieren und dem durch die Wirkung des Flußtor- bzw. -Steuer stroms 164 im adressierten Pol erzeugten Hochfrequenzsignal 162 überlagert sind. Ein Hochpaßfilter 166 läßt nur das ge wünschte Flußtorsignal 162 durch, das danach in herkömmlicher Weise verarbeitet werden kann. Derartige Mittel sind besonders wirksam, wenn das Flußtor bei einer der mehrfachen Bitfolge frequenz entsprechenden Frequenz erregt wird, und dies ist daher eine bevorzugte Methode des Flußtorbetriebs.

Die Verwendung von abgestimmten Filtern in Verbindung mit einer Impulsansteuerung von Flußtoren in Mehrkopfanordnungen mit gemeinsamer Wicklung ermöglicht das simultane Lesen von mehr als einer Spur. Dies kann durch Verwendung von Erreger quellen bei verschiedenen Frequenzen und geeigneten scharf ab gestimmten Filtern geschehen, wobei das zusammengesetzte Signal in der gemeinsamen Wicklung in verschiedene Einzelsignale aufge teilt wird, von denen jedes auf einen bestimmten Kopf abgestimmt ist (Fig. 9). Signale aus der gemeinsamen Wicklung der Mehr kopfanordnung, bei der jeder Pol gleichzeitig durch Flußtor ströme 170 unterschiedlicher Erregerfrequenzen f₁, f₂, f₃ und f₄ erregt wird, sind dann ein Signalgemisch, das sich aus der Wirkung der Flußtore, überlagert (Rausch-)Signalen, aufgrund der Abtastung von Flußübergängen an jeder Spur ergibt. Schmalband filter 172 lassen Signale 174 für die nachfolgende Signalverar beitung durch und sperren alle Signale bei Frequenzen außerhalb des zugehörigen Schmalbandes.

Beim Aufzeichnen kann der Hauptpol 70 (Fig. 7) in der Anord nung einfach durch Anlegen von Sättigungsströmen an die Fluß tore aller nicht-adressierten Pole adressiert werden, wodurch verhindert wird, daß der Aufzeichnungsstrom in der gemeinsamen Wicklung 78 in der Spitze dieser Pole ein Magnetfeld erzeugt, das eine zur Änderung der Restmagnetisierung des Mediums in den zugehörigen Spuren ausreichende Größe hat. In alternativer Ver fahrensweise können Sättigungsströme an die Flußtore aller Pole gleichzeitig mit dem Anlegen eines Gleichstroms geeigneter Polarität an die gemeinsame Aufzeichnungswicklung angelegt werden. Das Aufzeichnen auf einer ausgewählten Spur kann dann dadurch erfolgen, daß zu geeigneten Zeiten der Sätti gungsstrom vom Flußtor im adressierten Pol entfernt wird, wodurch der relativ kleine Flußtorstrom in die Lage versetzt wird, den Schreibprozeß in der weiter oben beschriebenen Weise zu steuern. Solche Mittel zum Aufzeichnen erfordern eine anfängliche Löschoperation, da die Polarität des Auf zeichnungsstroms fest ist.

Zu beachten ist, daß der mehrspurige Wandler gemäß Fig. 7 auch in der herkömmlicheren Weise unter Abtasten der Ände rungsgeschwindigkeit des Flusses anstelle der Flußintensität betrieben werden kann, wobei die Flußtore nur zum Adressieren der gewünschten Spur dienen. Bei dieser Lesemethode bleibt der Hauptpol auf der adressierten Spur ungesättigt, wodurch das Abtasten von Flußübergängen (in herkömmlicher Weise) in dieser Spur ermöglicht wird. Jedoch begrenzt das durch Fluß übergänge in den nicht-adressierten Spuren erzeugte Rauschen die Größe (Anzahl von Spuren) derartiger Anordnungen.

Wandler der in den Fig. 3 und 7 gezeigten Ausführungs form können am Ende von Ferritscheibchen (einer Dicke von 150 µm oder mehr) aufgebaut werden, wobei die Bodenfläche der Scheibchen als den Kraftlinienweg schließender Pol 80 (Fig. 10) dienen kann. Der Treiber/Abtast-Wicklungs-Leiter 82 (der der Einfachheit halber als Einzelwindungswicklung gezeigt ist) besteht aus Aluminium und ist in einer Ausnehmung am Ende des Scheibchens derart eingebettet, daß die Oberfläche des Leiters 82 nach dem Läppen und der Ferrit 83 entsprechend der Darstellung in Fig. 10 in einer Ebene liegen. Leiterpaare 84 für die Treiber/Abtast-Wicklung 82 und Flußtor-Verbindungs leiter 86 und 88 aus Aluminium sind auf der Oberseite des Scheibchens angeordnet. Der Aluminium-Treiber/Abtast-Leiter 82 wird sodann anodisiert, und die Poren in der Oxidschicht werden verschlossen, wodurch eine dünne Isolierschicht 90 aus Aluminiumoxid über den gesamten freiliegenden Oberflächen des Leiters 82 entsprechend der Darstellung in Fig. 11 ge bildet wird. Fig. 11 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 11-11 in Fig. 10. In alternativer Ausführung können andere nicht-magnetische Leitermaterialien, z. B. Kupfer, und andere Isolierstoffe, z. B. SiO₂ oder organische Materialien zur Herstellung und Isolierung der Treiber-Abtast leiter 82 verwendet werden.

Der Hauptpol 92 wird danach auf der Oberseite der Isolier schicht 90 (über der Treiber/Abtast-Wicklung 82) und der Ferritbrücke 83 aufgebaut, wobei ein elektrischer Kontakt mit dem Flußtor-Verbindungsleiter 86 auf der Oberseite unter Erstreckung zur Bodenseite hergestellt wird. Bei der Her stellung des Hauptpols werden eine Haftschicht 85 (z. B. Titan) und eine Plattierungsbasisschicht 87 (z. B. Permalloy) auf dem Ende des Scheibchens niedergeschlagen, worauf das Scheibchenende mit Ausnahme eines schmalen, für die Ausbildung des Hauptpols vorgesehenen Streifens entsprechend der Dar stellung in Fig. 12 mit Photolack 89 beschichtet wird. Eine Schicht 91 aus Permalloy wird durch die Photolackmaske 89 in Gegenwart eines transversalen Magnetfeldes (Pfeil 97) plattiert, worauf die Oberseite der Permalloyschicht 91 mit einer Schicht 93 aus Kupfer überzogen wird (Fig. 13). Danach wird die Photo lackmaske entfernt und die dünne Plattierungsbasisschicht 87 und die Haftschicht 85 werden selektiv weggeätzt (ausgenommen unterhalb des Hauptpols). Das Ende des Scheibchens wird wiede rum mit Photolack überzogen und derart behandelt, daß der Photolack einen dünnen Streifen (von 5 bis 10 µm Breite) über dem Leiter 93 an seiner unteren Extremität bildet. Die Einheit wird wiederum in ein Permalloy-Überzugsbad eingesetzt, und die Oberseite und die Umfangskanten der Kupferschicht 93 werden mit einer Permalloyschicht 95 der gleichen Schichtstärke wie die Schicht 91 überzogen. Dadurch wird der Kupferleiter 93 vollständig mit einer gleichmäßigen Schicht aus Permalloy ein geschlossen (Fig. 14) mit Ausnahme der unteren Extremität des Hauptpols gemäß Darstellung in Fig. 15, die eine Schnitt ansicht entlang der Schnittlinie 11-11 in Fig. 10 zeigt. So wohl die Zusammensetzung als auch die Stärke des hochpermeablen Materials, das den zentralen Leiter umgibt, werden einheitlich gemacht, um eine gleichmäßige Sättigung des Hauptpols bei dessen Bestromung zu gewährleisten. Die Dicke der einzelnen Permalloyschicht 91 an der unteren Spitze des Hauptpols be stimmt die Hauptpollänge und damit die minimale lesbare Bit länge. Schließlich wird der Flußtor-Verbindungsleiter 94 her gestellt, der den Hauptpol 92 an seiner unteren Extremität mit dem Flußtor-Verbindungsleiter 88 auf der Oberseite (Fig. 16) verbindet. Der Weg des Flußtor-bzw. Flußsteuerstroms ist durch die Pfeile 96 veranschaulicht.

Der in Fig. 17 gezeigte mehrspurige Wandler wird in ähn licher Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß Rückführ-Ver bindungsleiter 88 (Fig. 16) entfällt, da die Richtung des Flußtorstroms von einem zum nächstfolgenden Pol abwechselt, wodurch mehrere Rückführstrompfade entsprechend den Pfeilen 98 in Fig. 17 gebildet werden. Dauerzustands-Flußtorströme geeigneter Polarität werden an die Hauptpole 100 (nicht- adressierte Spuren) angelegt und bewirken deren Sättigung, während der Flußtorstrom im Hauptpol 102 rasch ein- und abge schaltet wird (Pfeil 106), wodurch dieser Hauptpol periodisch gesättigt und eine EMK in der gemeinsamen Abtastwicklung 104 hervorgerufen wird, deren Amplitude und Phase der Intensität und Polarität der Restmagnetisierung im Medium (nicht gezeigt) unterhalb des Hauptpols 102 entsprechen.

In der vorausgegangenen Beschreibung wurden die Treiber/Abtast-Wicklungen als Leiter mit einer Wicklung dargestellt, um sowohl die Darstellungen als auch die Beschreibung zu ver einfachen. Es ist klar, daß die Verwendung einer gemeinsamen Treiber/Abtast-Wicklung in mehrspurigen Wandlern besondere Bedeutung für die Herstellung von Treiber/Abtast-Wicklungen mit mehreren Windungen hat, da letztere noch mehr Raum bei der Herstellung der Leiter und Zuleitungen beanspruchen. Wenn auch der zuvor beschriebene Wandler in gleitendem Kon takt mit einem langsam bewegten Medium betrieben werden kann, wobei zahlreiche Funktionsvorteile erzielt werden, kann er auch über (nicht in Kontakt mit) dem rasch bewegten Medium in herkömmlicher Weise gehaltert werden. Wenn auch die Arbeitsweise dieser Wandler bei Verwendung in Verbindung mit rechtwinklig bzw. senkrecht orientierten Medien, die hochpermeablen Substraten aufgelegt sind, optimiert ist, sind derartige zusammengesetzte oder doppelschichtige Medien für die Funktion derartiger Wandler nicht wesentlich.

Claims

1. Magnetischer Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf, der mit ei nem magnetischen Aufzeichnungsmedium (32) zusammenwirkt und einen den Magnetfluß schließenden Körper (30), einen mit diesem magnetisch gekoppelten und zu einem Hauptmagnetkreis gehörigen langgestreckten Hauptpol (36) zur Begrenzung eines magnetischen Hauptflusses (50) entlang der Hauptpolhöhe und Wicklungsmittel (40) aufweist, die mit dem Aufzeichnungskopf unter Wechselwir kung mit dem Hauptfluß im Hauptpol gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Höhe des Hauptpols (36) Mittel (38, 46) zur Er zeugung eines Steuer-Magnetfeldes (48) angeordnet sind, das zur Änderung der Reluktanz des Hauptpols sowie des Haupt flusses (50) im Hauptpol geeignet ist, und im wesentlichen orthogonal zur Ebene des Hauptmagnetkreises und zur Richtung des Hauptmagnetflusses (50) verläuft und vom Hauptfluß (50) entkoppelt worden ist.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptpol (36) und die Mittel zur Änderung der Reluktanz einen Mantel (52) aus magnetischem Material und einen von diesem eingeschlossenen dünnen Leiter (38) aufweisen.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (38, 46) zur Veränderung der Reluktanz des Hauptpols in einer Zeitbeziehung zu einer Datenfolgefrequenz derart gesteuert sind, daß Wechselwirkungen zwischen Haupt flußänderungen und den Wicklungsmitteln (40) bei der Datenfol gefrequenz stattfinden.

4. Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung des Kopfes zur Reproduktion die Wicklungsmittel eine Änderung des Hauptflusses abtasten, wenn die Reluktanz von einem hohen auf einen niedrigen Pegel überwechselt, so daß der Kopf auf den Magnetfluß anspricht.

5. Magnetkopf nach Anspruch 3, der zum Aufzeichnen einem gleichmäßig vormagnetisierten Medium zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsmittel (40) mit einem solchen konstanten Schreibstrom beaufschlagt sind, daß sie das Medium (32) in der entgegengesetzten Richtung zu magnetisieren suchen und daß die Reluktanzänderungen das aufgezeichnete Muster auf dem Medium bestimmen.

6. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Höhe des Hauptpols (36) wenigstens 20mal größer als dessen Länge in Längsrichtung des Mediums (32) ist und daß die Mittel (38) zur Änderung der Reluktanz in Richtung der Höhe des Hauptpols wirksam sind.

7. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Länge des den Magnetfluß (50) schließen den Körpers (30) in Längsrichtung des Mediums mehr als 10mal größer als die Länge des Hauptpols (36) in derselben Richtung ist und daß der Weg des Hauptflusses (50) zu einem wesent lichen Teil über das Medium geschlossen ist.

8. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Hauptpol (36) Teil eines Magnetweges zur senkrechten Aufzeichnung und Wiedergabe auf ein und von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium ist, daß der Magnetweg aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität und niedriger Reluktanz besteht, das den wirksamen Durchtritt des Magnetflusses in einer ersten Richtung über den Magnetweg erleichtert und daß die Mittel zur Erzeugung des Steuer- Magnetfeldes (48) ein mit dem Magnetweg gekoppeltes Flußtor zur Erzeugung des Steuer-Magnetfeldes orthogonal zur Ebene des Hauptmagnetkreises aufweisen.

9. Magnetkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußtor einen von einem Teil (52) des Magnetweges umgebenen Leiter (38) aufweist, dessen Stromflußrichtung im wesentlichen parallel zur Magnetflußrichtung in dem Magnetweg verläuft.

10. Magnetkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetweg (50) wenigstens zu der Nähe des Leiters (38) magnetisch in einer solchen Richtung angeordnet ist, daß er leicht sättigbar und entsättigbar ist.

11. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußtor einen zentralen Leiter (38) aufweist, der senkrecht zum Aufzeichnungsmedium (32) ver läuft, und daß der Magnetpol (36) als Mantel um den zentralen Leiter (38) ausgebildet ist.

12. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Magnetwege aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität und niedrigerer Reluktanz zum senkrechten Aufzeichnen und Wiedergeben auf ein und von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium vorgesehen sind, daß die Mittel zur Erzeugung eines magnetisches Feldes mit jedem der Magnetwege gekoppelte Schaltmittel zum selektiven Schalten eines der magnetischen Wege von einer niedrigen Reluktanz auf eine hohe Reluktanz aufweisen und daß eine kontinuierliche Leiteranordnung nahe mehreren magnetischen Wegen zum Abtasten des Magnetflusses durch die magnetischen Wege angeordnet ist.

13. Magnetkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein mit jedem der magnetischen Wege gekoppeltes Flußtor zum selektiven Erzeugen eines Magnetfeldes in den Magnetwegen aufweist und daß das so erzeugte Magnetfeld orthogonal zur Ebene des Hauptmagnetkreises verläuft.

14. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptpol hochpermeables Material enthält, daß der den Flußweg schließende Körper einen Pol aus hochpermeablem Mate rial und einen daran anschließenden Brückenbauteil aufweist, wobei der Hauptpol, der weitere Pol und das Brückenbauteil Bestandteile eines magnetischen Kreises bilden, und daß die Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes eine Flußtoreinrich tung zum selektiven Sättigen wenigstens eines Teils des mag netischen Kreises derart aufweist, daß der magnetische Fluß durch den Hauptpol mit der und von der Abtastwicklung wirksam gekoppelt bzw. entkoppelt werden kann.

15. Magnetkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußtoreinrichtung wenigstens einen Teil des Hauptpols zum selektiven Sättigen wenigstens eines Bereichs des Hauptpols bildet.

16. Magnetkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptpol ein längliches Leiterelement aufweist, das über wenigstens einen Teil seiner Höhe von einer Schicht aus hoch permeablem Material umgeben ist.

17. Magnetkopf nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich net, daß der den Magnetfluß schließende Pol aus einem Scheib chen aus hochpermeablem magnetischem Material mit einer End fläche, einer Bodenfläche und einer Oberseite besteht, wobei die Bodenfläche einem magnetischen Medium benachbart angeord net ist, daß der Hauptpol an der Endfläche angeordnet und aus aufeinanderfolgenden dünnen Schichten aus einem magnetischen Material, einem leitenden Material und einem magnetischen Material besteht, wobei die Schichten aus magnetischem Mate rial die Schicht aus dem leitenden Material umschließen und der dem Medium benachbarte Abschnitt des Hauptpols von der Endfläche magnetisch isoliert ist.

18. Magnetkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht aus magnetischem Material an einer Stelle endet, die von dem magnetischen Medium weiter entfernt ist als die Endstelle der ersten Schicht aus magnetischem Material, wobei sich letztere bis zu einer Stelle in unmittelbarer Nähe des magnetischen Mediums erstreckt.

19. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf mehrere Pole aufweist, die in einer vorgegebenen Ebene in gegenseitigem Abstand angeordnet sind, und daß die Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit allen Hauptpolen gekoppelte Mittel zur Änderung der Reluktanz in wählbaren Kombinationen aufweisen, wobei die Kombinationen derart einstellbar sind, daß jeweils nur bestimmte Hauptpole als Wandler wirksam sind.

20. Magnetkopf nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß, die Mittel zur Änderung der Reluktanz innerhalb der Hauptpole verlaufende Innenleiter sind.

21. Magnetkopf nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich net, daß jeder Hauptpol als Wandler für eine getrennte Spur auf dem magnetischen Aufzeichnungsmedium vorgesehen ist.

22. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeich net durch:
ein Scheibchen aus hochpermeablem Material mit einer Frontfläche und Ober- und Unterseiten, wobei die Unterseite des Scheibchens einen den Magnetfluß schließenden Pol bildet,
eine Abtastwicklung mit wenigstens einer Schicht aus einem leitenden Material, die sich quer über die Frontfläche des Scheibchens erstreckt und einen unteren Abschnitt der Front fläche überdeckt,
wenigstens zwei jeweils eine Schicht aus leitendem Materi al enthaltende Wicklungszuleitungen, die mit der Abtastwick lung verbunden sind und sich von der Frontfläche über eine Oberfläche des Scheibchens nach hinten erstrecken,
eine die Abtastwicklung von einem Hauptpol isolierende Isolierschicht,
einen fluß-gesteuerten Hauptpol, der an der Frontfläche des Scheibchens angeordnet ist und eine von der Oberseite zur Unterseite des Scheibchens verlaufende erste Schicht aus hoch permeablem Material, eine über der ersten Schicht liegende Schicht aus elektrisch leitendem Material und eine zweite, der leitenden Schicht aufgelegte Schicht aus hochpermeablem Mate rial, die eine bis zur ersten Schicht reicht aufweist, wobei die ersten und zweiten Schichten aus hochpermeablem Material den Hauptpol bilden, der von der Abtastwicklung durch die Isolierschicht getrennt ist, und
Flußtor-Verbindungsleiter, die mit dem Flußtor-Hauptpol elektrisch verbunden sind.

23. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeich net durch:
ein Scheibchen aus hochpermeablem Material mit einer Frontfläche und Ober- und Unterseiten, wobei letztere einen gemeinsamen, den Magnetfluß schließenden Pol bilden,
eine Abtastwicklung, die wenigstens eine sich über die Frontfläche des Scheibchens erstreckende und einen unteren Abschnitt der Frontfläche überziehende Schicht aus einem lei tenden Material aufweist,
wenigstens zwei Wicklungszuleitungen, von denen jede eine mit der Abtastwicklung verbundene Schicht aus leitendem Mate rial enthält,
eine die Abtastwicklung gegenüber dem Hauptpol isolierende Isolierschicht,
mehrere in gegenseitigem Abstand angeordnete flußgesteuer te Hauptpole an der Frontfläche des Scheibchens, die jeweils eine sich im wesentlichen von der Oberseite zur Bodenseite des Scheibchens erstreckende erste Schicht aus hochpermeablem Material, eine der ersten Schicht aus hochpermeablem Material aufgelegte Schicht aus leitendem Material und eine der leiten den Schicht aufgelegte zweite Schicht aus hochpermeablem Mate rial aufweisen, die sich bis zur ersten Schicht erstreckt, wobei die ersten und zweiten Schichten den Hauptpol bilden und der Hauptpol durch die Isolierschicht gegenüber der Abtast wicklung isoliert ist,
mehrere Flußtor-Verbindungsleiter aus leitendem Material, die über einer der Oberflächen des Scheibchens angeordnet sind, wobei jeder der Flußtor-Leiter mit der leitenden Schicht des Hauptpol-Flußtors verbunden ist, und
einen Sammelleiter aus leitendem Material, der mit der leitenden Schicht jedes Hauptpols in der Nähe der Bodenseite verbunden ist.

24. Magnetkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibchen aus Ferrit besteht, der Hauptpol eine Nickel- Eisen-Legierung enthält und die Abtastwicklung, die Wicklungs zuleitungen, das Flußtor und die Flußtor-Leiter aus Kupfer bestehen.

25. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der ersten Schicht des Hauptpols in der Nähe der Unterseite unter demselben Ende der zweiten Schicht des Hauptpols verläuft, so daß die Länge der ersten Schicht die effektive Länge des Hauptpols bestimmt.

26. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsstromquelle mit dem Kopf zum selektiven Anlegen eines gepulsten Steuerstroms an jeden zu adressierenden Hauptpol verbunden ist und daß ein Bandpaßfil ter, welches ein die Frequenz des impulsförmigen Steuerstroms umfassenden Frequenzbereich durchläßt, mit den Wicklungszulei tungen des Kopfes gekoppelt ist, wobei die Stromquelle und das Bandpaßfilter das Signal/Rausch-Verhältnis des Kopfs erhöhen.

27. Magnetkopf nach einem der ,Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stromimpulsquellen mit dem Kopf verbunden sind, die impulsförmige Steuerströme bei unter schiedlichen Frequenzen an die Hauptpole des Kopfs anlegen, und daß mehrere abgestimmte Filter mit den Wicklungszuleitun gen des Kopfs gekoppelt sind, wobei jedes Filter einen unter schiedlichen Frequenzbereich durchläßt und jeder Frequenzbe reich die Frequenz eines der impulsförmigen Steuerströme ent hält, wobei die Stromquellen und die abgestimmten Filter das Signal/Rausch-Verhältnis des Kopfs erhöhen und ein gleichzei tiges Lesen unterschiedlicher Spuren durch den Kopf ermög lichen.

28. Verfahren zur Herstellung eines zum senkrechten Aufzeichnen geeigneten Magnetkopfes, gekenn zeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Ausbildung eines Scheibchens aus hochpermeablem Ma terial mit oberen und unteren Flächen und einer Frontfläche;
b) Ausbildung einer Verlängerung im zentralen oberen Abschnitt der Frontfläche des Scheibchens;
c) Aufbringen einer Schicht aus leitendem Material über der Frontfläche und der oberen Fläche des Scheibchens;
d) Entfernen eines Teils des leitenden Materials auf der oberen Fläche des Scheibchens zur Ausbildung von zwei Wicklungszuleitungen und wenigstens eines Flußsteuerleiters, wobei sich der Flußsteuerleiter von der Verlängerung nach hinten erstreckt;
e) Entfernung der leitenden Schicht von der Frontfläche der Verlängerung des Scheibchens, wobei das restliche leitende Material eine Abtastwicklung bildet und mit den Wicklungszu leitungen verbunden wird;
f) Aufbringen einer Isolationsschicht auf dem unteren Abschnitt der Frontfläche und auf einem Teil der unteren Fläche des Scheibchens; und
g) Ausbildung wenigstens eines Hauptpols an der Front kantenfläche des Scheibchens, wobei der Hauptpol eine erste Schicht aus hochpermeablem magnetischem Material enthält, die sich von der Oberseite zur Unterseite der Frontfläche er streckt und einen Flußsteuer-Verbindungsleiter kontaktiert, ferner eine zentrale Schicht aus leitendem Material, die über der ersten Schicht angeordnet ist, und eine zweite Schicht aus hochpermeablem magnetischen Material, die der zentralen Schicht aufgelegt ist und einen geschlossenen Weg aus magne tischem Material mit der ersten Schicht bildet.