194431. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kopásálló mágneses felvevő és/vagy lejátszó fejek előállítására
1 194.431 2 A találmány tárgya eljárás kopásálló mágneses felvevő és/vagy lejátszó fejek előállítására, amelynek során nagy mágneses permeabilitisú, meghatározott alakú félpólus lemezeket készítünk, a lemezekből félpólusokat állítunk össze, a félpólusokat fejjé egyesítjük, miközben közöttük egy nem mágnesezhető anyaggal kitöltött vékony fejrés képződik. A szokásos és legáltalánosabban használt mágneses fejek vasmagja lágyvasból készített, a fejprofilnak megfelelő alakban kivágott lemezekből áll, és a lemezekből képzett kötegben a mágneses információ hordozó közeggel kapcsolódó szakaszon fej rés található. A vasmagon tekercs van elrendezve, amely a felvételi és/vagy lejátszó áramkörökhöz csatlakozik. Az ilyen fejek általában valamilyen kiképzésű fejtartóban helyezkednek el és a fej körül mágneses árnyékolás található. Az így kialakított fejek viszonylag elfogadható villamos átviteli tulajdonságokkal rendelkeznek (legalábbis a hangrögzítés területén) és gyártásuk is gazdaságos. Alapvető hátrányként jelentkezik azonban az a körülmény, hogy a lemezek keménysége nem kielégítő és a szalag által kifejtett koptató hatás eredményeként élettartamuk viszonylag rövid. A technika fejlődésével elterjedten használnak már króm-dioxid és metall anyagú szalagokat, amelyek koptató hatása fokozott keménységük miatt lényegesen nagyobb a vasoxid alapanyagú szalagokénál. A lemezeit vasmagú fejek ilyen szalagokhoz egyálta'u!. nem használhatók. Ismert már olyan megoldás, amelynél a lemezeit vasmagú fejek fejtükrén kemény bevonatot létesítettek és ennek hatására a felületi keménység megfelelő értékűre növekedett. Az ilyen keménységnövelő megoldás hátrányos abból a szempontból, hogy a bevonat jelenléte miatt a hatásos légrés a rétegvastagság kétszeresének megfelelő mértékben növekszik és ezáltal a fej felső határfrekvenciája lényegesen lecsökken. A fejek egy másik fő típusát a ferrit vagy üvegkerámia anyagok alkalmazása képviseli. Ezek az anyagok kopásállósága megfelelő és frekvenciaátviteli tulajdonságaik is kedvezőek. Hátrányként említendő azonban, hogy viszonylag alacsony permeabilitásuk miatt az általuk szolgáltatott villamos jelek szintje kisebb az egyéb típusú fejeknél megszokott szintnél. Legnagyobb nehézség azonban gyártásuk során jelentkezik. Az ilyen kemény anyagok alakítása vagy megmunkálása szinte lehetetlen, gyártásuk ezért költséges és viszonylag magas selejtveszteséggel jár. A porkohászati úton előállított anyagok hővezetőképessége rossz és üzem közben a szalagsúrlódás hatására helyi felmelegedési centrumok képződhetnek, a hő konduktív úton nehezen távozik. A magas hőmérséklet hatására átkristályosodás következhet be az üveg és a ferrit határfelületén, és ez megnöveli a hatásos légrést és rontja a frekvenciaátviteli tulajdonságokat. A kialakuló hőmérsékleti szigetek esetenként repedésekhez vezethetnek, ami a fej tönkremenetelével egyenértékű. A könnyen gyártható és kedvező villamos jellemzőkkel bíró lemezeit szerkezetű fejek kopásállóságát kemény kiegészítő anyagok használatával már régóta próbálták növelni. A sokféle így született megoldás egyike sem tudott a gyakorlatban széleskörűen elterjedni, a javaslatok elsősorban elméleti szinten maradtak. Ezek közül a legkorábbiként az US. 2.850.582 lajstromszámú szabadalmi leírásban ismertetett megoldás említhető, ahol a fejet több gyűrűalakban körbefutó lágyvas lemez képezte, amelyen elektrolitikus úton felvitt keménykróm bevonat volt kiképezve. A fejrés a napjainkban szokásos mikron nagyságrendű résekhez képest rendkívül széles volt, mert a rést a gyűrűalakú összefüggő lemezanyag elvágásával képezték ki. A DE 1.931.003 számú közzétételi iratban, amelynek közzétételi időpontja 1977-ben volt, a majd húsz évvel korábbi említett US szabadalmat hátrányosnak értékelték, miután az ott ismertetett megoldásnál a puha lemez és a közötte lévő keménykróm a fejtükörig érve a szalaggal közvetlenül érintkezett. Azt tapasztalták, hogy a puha vasanyag kikopik és a kernénykróm rétegek közül, hosszirányú kráterek képződnek és ezáltal a szalagon hosszirányú kopási csíkok alakulnak ki, amelyek a szalag élettartamát csökkentik és a fejet alkalmatlanná teszik. A DE közzétételi irat ehelyett a lemezek és a közöttük lévő rétegek ferde kialakítását javasolta, amelynél a szalag a haladási irányával nem párhuzamosan, hanem merőlegesen keresztezi a kemény réteget. Ez a megoldás a valóságban légrésnövelő hatású, a fejrés közelében megnövekszik a szórás és a fej átviteli tulajdonságai romlanak. A ferde elrendezés komoly gyártástechnikai nehézségeket is támaszt, amelyeket a közzétételi irat nem említ. A kemény bevonatot oxidkerámiából vagy kemény fémből javasolták kialakítani. A 342.884 lajstromszámú AT szabadalmi leírásban a különálló lemezből és bevonatból összerakható technológiával szakítva olyan szendvicsszerkezet gyártását javasolták, amely egymásra helyezett lágyvas lemezből és vékony üvegréteg közbenső réteg többszörözéséből áll, és a szendvicsszerkezet egyetlen közös és szétszedhetetlen tömböt képez. A probléma itt az üveg és a fém különböző hőtágulási együtthatójából, a nehéz hőkezelések alkalmazásából és abból a tényből adódik, hogy a fejhez szükséges pólustestet a nagyméretű tömb aprításával lehet csak kiképezni. A megoldás gyakorlati alkalmazását az itt említett körülmények nehezítik és az aprítás során nem zárható ki az üveg és a fém elválása. Az üveget egyébként finoman porlasztott gömböcskék formájában, ragasztóba ágyazva kenik fel a lemezfelületre és így a keletkezett üvegréteg nem ad összefüggő felületet. A szabadalom célja nem a keménység megnövelése, hanem a lemezstruktúrára jellemző örvényáramú veszteségek elkerülése volt, a szerkezetnek éppen a nem összefüggő üvegfelület miatt keménységnövelő hatása nincs, hiszen a koptató hatás a ragasztóba ágyazott üveggömböcskéket a lemezek közül kisodorja. Az 1980-ban kiadott US 4.242.711 lajstromszámú szabadalmi leírásban ismét réteges szendvics struktúra van javasolva, de itt a lágyvas és a kemény réteget porkohászati úton, szintereléssel kívánja megvalósítani, hogy a lágyvas ferritanyaggal kívülről körülveszi a közbeékelt kemény rétegeket. A probléma itt abban van, hogy a kemény réteg többezer °C hőmérsékletet igénylő olvadási pontja és a ferritanyag néhányszáz fokos olvadási pontja között olyan nagy a hőlépcső, hogy a gyártás csak különleges technológiai feltételek mellett valósítható meg. A kapott szerkezet a ferritkerámia fejekhez hasonlóan nem alakítható, ezért egyből a végleges méretre készített gyártásra van szükség. A porkohászati előállítás miatt a hővezetés itt sem jó, így a korábban említett hőmérsékleti szigetek és a velük járó problémák az így 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
