Brevet FR2051837A1 — publié le 19710409

L'invention concerne un procédé.permettant la fabrication d'une tête de magnétophone pour enregistrer, reproduire et/ou effacer de l'information magnétique avec un entrefer utile présentant des dimensions déterminées douanière précise,, ce procédé comportant les stades 5 suivants s - la formation d'une première et d'une deuxième pièce polaire en matériau magnétique, - l'adaptation d'une surface de chacune de ces pièces polaires de telle façon que cette surface puisse servir de face limitant l'entrefer, 10 - l'élaboration d'une première couche, d'épaisseur déterminée, sur la face limite d'entrefer de la première et de la deuxième pièce polaire, - l'élaboration d'une deuxième couche, d'épaisseur déterminée, sur au moins une des premières couches précitées, la somme des épaisseurs des couches élaborées sur les deux faces limites d'entrefer étant détermi- 15 nantes pour la longueur de l'entrefer, - l'assemblage des faces limites d'entrefer munies de couches précitées et appartenant aux deux pièces polaires, pour former une liaison durable. Lors de la fabrication de têtes de magnétophone destinées à convertir des signaux à haute fréquence eon« ceux utilisés dans 20 l'appareillage d'enregistrement et de reproduction de signaux vidéo et de signaux digitaux, le degré de précision de la fabrication de l'entrefer utile â dimensions très réduites est très important. Par "entrefer utile", il y a lieu d'entendre ici le vide en matériau non magnétisable dans le noyau magnétisable d'uïie tête de magnétophone utilisée pour la conversion 25 de signaux électriques en signaux magnétiques, et inversement. On sait que le verre est un matériau qui convient très bien pour servir de matériau de remplissage de l'entrefer, étant donné que le verre, sous condition d'être utilisé de manière correcte, permet la réalisation d'espaces d'entrefers relativement petits présentant des 30 dimensions de l'ordre de quelques microns. Par ailleurs, le verre convient du fait qu'il peut servir à coller l'une â l'autre les pièces polaires et en outre être choisi de façon à «voir une usuxe qui approche celle du matériau constituant les pièces polaires. Bénéralement, ces dernières sont fabriquées en matériau ferromagnétique polycristallin, qui 35 est préformé, fritté et ensuite traité pour obtenir sa forme finale. Comme matjSriÊu^constituant les têtes de magnétophone, il est également possible d'utiliser des ferrites monocristallins» Ces derniers matériaux sont obtenus par la mise en oeuvre de procédés usuels d* croissance cristalline, par exemple la fusion à la flamme, (technique de Verneuil). 40 La technique usuelle pour la fabrication de 70 26160 2 2051837 J têtes de magnétophone dont les parties sont cimentées l'une à l'autre à l'aide de verre, consiste dans la production du ferrite approprié, et dans la fabrication et le polissage de ce genre de matériau, pour obtenir des pièces moulées de dimensions appropriées, assemblées de façon à former 5 un seul ensemble par la mise en oeuvre d'un procédé de cimentage de verre at divisées ensuite en morceaux distincts pour être polies ensuite pour former les pièces polaires finales pour les têtes de magnétophone. Dans cette technique de fabrication, le stade critique est le cimentage des pièces moulées en ferrite à l'aide de verre, car 10 simultanément, on détermine alors la longueur de l'entrefer. Par "longueur de l'entrefer", il y a lieu d'entendre ici la dimension de l'entrefer utile dans la direction suivant laquelle le porteur d'enregistrement se déplace par rapport à la tête. Un procédé conventionnel pour le cimentage à l'aide de verre consiste dans l'élaboration d'une mince feuille de verre 15 entre deux pièces polaires, 1® chauffage d» 1*«astable jusque la température de ramollissement du verre, la compression des pièces polaires et le refroidissement de l'ensemble pour que le verre reprenne son état solide. Ce procédé a l'inconvénient qu'il est difficile d'obtenir un irem-plissage complet et uniforme de l'entrefer, tandis que la longueur d'entre-20 fer susceptible d'être réalisée par ce procédé est relativement grande, spâ&ilement lorsqu'il s'agit d'entrefers de têtes de magnétophone utilisées pour l'enregistrement de signaux de fréquences élevées. Suivant un autre procédé, on met à profit le phénomène de l'absorption capillaire. Les pièces polaires préformées sont alors 25 placées l'une contre l'autre â l'aide d'intercalaires, de façonà formar l'espace réservé à l'ertoefer. Ensuite, une fibre d* vim «st. posé# contre ouverture dudit espace formé entre les pièces polaires. L'ensemble est alors porté à une température qui pxevoqae la fusion du verra qui par l'effet capillaire de l'entrefer est aspiré vers l'intérieur. 30 L'entrefer se remplit alors uniformément de verre qui après le refroidissement des deux pièces moulées en ferrite relie celles-ci de façon Bolide. Les constituants de la construction ainsi formée, qui comportent les intercalaires utilisés, sont ensuite sciés et enlevés. Le reste de la construction peut être divisé en parties distinctes et être usiné pour 35 l'obtention de pièces polaires de forme requise. Toutefois, ce procédé a l'inconvénient qu'une partie du matériau se perd un cours de la fabrication, et qu'il existe une limite à la longueur des entrefers susceptibles d'être réalisées par ce procédé. En outre, la nécessité d'utiliser des intercalaires pour définir la longueur d'entrefer présente des inconvé-40 nients relatifs aux dimensions très réduites de ces intercalaires et les BAD ORIGINAL 70 26160 3 2051837 critères sévères à poser en ce gui concerne les tolérances. Un procédé qui élimine les inconvénients inhérents aux procédés décrits ci-dessus, en particulier là où il s'agit de la fabrication de têtes de magnétophone présentant de très courtes longueurs d'en-5 trefer pour enregistrer des signaux de fréquences élevées, comporte l'utilisation du procédé de pulvérisation cathodique. Un tel procédé est décrit par exemple dans le brevet français N0 1.492.718. Pour former l'entrefer d'une tête de magnétophone, le brevet précité préconise un procédé suivant lequel, â l'aide d'une pulvérisation cathodique effectuée à radio-10 fréquence, une première couche de verre, d'épaisseur prédéterminée, est élaborée sur chacune des faces limites d'entrefer d'une tête de magnétophone, après quoi, à l'aide de la même technique, une deuxième couche de verre est élaborée sur au moins une de ces premières couches. La température de ramollissement du verre constituant cette deuxième couche est choisie 15 suffisamment inférieure â celle du verre constituant la première couche. Ensuite, par les faces limites d'entrefer recouvertes ainsi de couches de verre, les constituants de la tête de magnétophone sont ensuite posés l'un contre l'autre, et l'ensemble est porté à la température.de ramollissement du verre constituant la deuxième couche, pour causer ainsi la fusion 20 simultanée des deux couches de verre. Etant donné que la pulvérisation cathodique permet de rester très précisément maître de l'épaisseur des couches déposées, elle permet de réaliser des entrefers présentant des longueurs définies de manière très précise. Par l'emploi de ce procédé, la première couche de 25 verre a repris la fonction des intercalaires utilisés précédemment, tandis que la deuxième couche de verre sert de produit adhésif» A remarquer que le brevet américain N° 3-369»991 décrit un dispositif permettant la mise en oeuvre de la pulvérisation cathodique de matériaux diélectriques solides, par exemple des verras de compositions différentes, l'oxyde d'alu-30 minium, le nitrure de bore, etc. Dans certains autres dispositifs connus, on met en oeuvre des procédés de dépôt par évaporation pour précipiter dans une enceinte à vide, sur les faces d'entrefer de têtes de magnétophone, de minces films, métalliques ou non, par exemple un film en protoxyde de 35 silicium. Ces procédés de dépôt par évaporation mis en oeuvre dans une enceinte à vide ont toutefois certains inconvénients et restrictions» il est par exemple très difficile d'élaborer des couches de matériaux amorphes , par exemple les différentes sortes de verre. Par ailleurs, le dépôt par évaporation dans une enceinte â vide introduit des problèmes à 40 l'égard du réglage de la composition exacte du matériau à. déposer. La BAD ORIGNAL 70 26160 4 2051837 pulvérisation cathodique, effectuée à radiofréquence, ne présente pas ces inconvénients et offre la possibilité de déposer tant du verre que d'autres matériaux non métalliques, ainsi que des métaux. L'emploi de verre présentant une température de ramollissement élevée (verre dur), 5 destiné & constituer la première couche permet en outre d'obtenir un entrefer résistant à l'usure. Or, l'invention repose sur l'idée que dans le cas où l'on utilise dans des têtes de magnétophone le verre comme matériau d'entrefer, il n'est pas seulement important de prendre des précautions pour 10 garantir les dimensions exactes de l'entrefer util* en ce qui concerne sa géométrie (ce qui se rapporte donc â la résistance â l'usure de l'entrefer en conditions de fonctionnement), mais qu'il est également important de prendre des mesures pour garantir la précision des dimensions de l'entrefer utile en ce qui concerne son comportement magnétique (ce qui 15 se rapporte donc à "l'intégrité" de l'entrefer, et en particulier la re-productibilité pendant la fabrication). En effet, on a pu constater que dans certaines conditions, le verre peut entrer en interaction avec le ferrite. Pendant la fabrication de la tête de magnétophone, il est ainsi possible que du ferrite constituant les pièces polaires, s* dissolve dans le 20 verre constituant 1*entrefer, de sert» qu'au point de vue »a§nétique, il produit un agrandissement de l'entrefer. La présente invention concerne un procédé suivant lequel on empêche le contact entre le verre et le ferrite du fait que l'on 25 élabore en premier lieu une couche de protection sur les faces limites d'entrefer, c'est-à-dire une couche formée par un matériau n'entrant pas en interaction avec le ferrite, et qu'ensuite on élabore comme produit adhérent une couche de verre, de préférence à bas point de fusion. Le procédé conforme à l'invention est remarquable en 30 ce que»sur les pièces polaires, on élabore une première couche en matériau bon magnétisable,(un oxyde métallique, un borure, un nitrure ou un ferrite non magnétisable â la température ambiante), et qu'on élabore sur cette couche une couche de verre. De cette façon, après l'assemblage des pièces polaires, oh obtient une tête de magnétophone dont l'entrefer est formé 35 par plusieurs couches; cette tête ne présente pas seulement des propriétés excellentes à l'égard de l'usure, mais également "l'intégrité" de l'entrefer de la tête est garantie. Suivant un premier mode de réalisation préféré du procédé conforme à l'invention, la couche élaborée en premier lieu est formée 40 par au moins un des oxydes de Be, Mg, Al, Si, Ti, Zr, Sn ou Ta. 70 26160 5 2051837 Suivant un deuxième mode de réalisation préféré du procédé conforme à l'invention, la couche élaborée en premier lieu est en nitrure de bore ou de silicium. Suivant un troisième mode de réalisation préféré du 5 procédé conforme à l'invention, la couche élaborée en premier lieu est en chrome. Sur les couches «Élaborées en premier lieu, on établit de préférence une couche de verre présentant une température de ramollissement comprise entre 450 et 650®G. 10 Les matériaux précités sont appliqués de préférence par pulvérisation cathodique, effectuée à radiofréquence. L'invention concerne également une tête de magnétophone, obtenue par la mise en oeuvre d'au moins un.des procédés précités. Une telle tête de magnétophone est particulièrement 15 remarquable en ce que les couches de matériau non magnétisable qui forment l'entrefer utile sont formées par au moins deux couches de métal, d'oxyde de métal, de borure, de nitrure ou de ferrite non magnétisable à la température ambiante, entre lesquelles se trouve une couche de verre. Les description suivante, en regard du dessin annexé, 20 le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 montre un bloc de ferrite au stade initial. La fig. 2 montre une pièce polaire usinée. 25 Les figures 3A et 3B montrent les couches mises en place pour former l'entrefer utile. Les figures 4A et 4B montrent les couches mises en place pour la formation de l'entrefer arrière. La fig. 5 montre les pièces polaires assemblées de 30 façon â former une tête de magnétophone. La fig. 6 montre une tête de magnétophone munie de sa surface de roulement. La fig. 7 montre la tête de magnétophone finalement obtenue. 35 La fig. 8 illustre le procédé de fabrication utilisé. A l'aide des techniques habituels, un bloc de matériau (fig. 1) en ferrite polycristallin (fritté) ou en ferrite monocristallin, est usiné de façon â acquérir la forme illustrée sur la fig. 2. Comme le montre cette fig. 2, le bloc présente deux rainures 14 et 16, 40 alors que les surfaces 18, 20 et 22 sont polies de façon â pouvoir servir 70 26160 6 2051&37 de face limitant l'entrefer. Par la mise en oeuvre des procédés connus de masquage et de dépôt, on élabore les premières couches 24 et 26 sur les surfaces 18 et 21. (fig. 3A). I»a surface centrale 20 reste exempte de dépôt du 5 fait qu'elle est recouverte d'un masque. Lesdites premières couches doivent être en matériau non magnétisable n'entrant pratiquement pas en interaction avec le ferrite. A ce sujet, on connaît comme matériau appropriés certains nitrures et borures. (par exemple le nitrure de bore, le nitrure de silicium), les métaux (par exemple le chrome), les oxydes 10 métalliques (par exemple les oxydes de Be, Mgf Al, Si, Ti, Zr, Sn ou Ta) et le ferrite non magnétisable à la température ambiante, la plupart de ces i imàtériaux pouvant être déposés facilement par pulvérisation cathodique. A remarquer que l'oxyde d'étain peut être appliqué par 15 i'emploi d'un procédé de projection, par exemple en partant de la substance SnCl^, effectué à une température de 500°C. Pour élaborer convenablement une mince couche de SiO^, il est également possible d'utiliser le procédé d'évaporation dit réactif. A un four maintenu à une température de + 400°C et renfermant les pièces 20 polaires, on fournit alors un mélange de SiH^ et 0^. ïïne couche homogène en SiOg se forme ainsi sur les pièces polaires. Sur les premières couches 24 et 26, on élabore ensuite les deuxièmes couches 28 et 50, par exemple formées par du verre présentant une température de ramollissement relativement faible» Oh 25 tel verre répond par exemple â la composition gravimétrique suivante 1 6056 de PbO, 1de Si02, 14$ âe B?05 et 10$ de ZnO. La somme des épaisseurs des couches 24 et 28 est déterminante pour la longueur d'entrefer finalement obtenue. De la même façon que décrite ci-dessus, on élabore les premières et les deuxièmes couches 30 sur une deuxième pièce polaire (Fig. 3B). Ces couches sont munies des mêmes indices que sur les couches correspondantes de la fig. 3A. A un stade suivant de la mise en oeuvre du procédé, (fig. 4A et 4B), les couches élaborées sur les pièces polaires sont recouvertes d'un masque, alors que les surfaces non recouvertes 20 sont 35 munies de couches pour former l'entrefer arrière. Pour ce faire, on utilise de préférence un matériau présentant une perméabilité relativement grande (yu y 1), de sorte que l'on obtient un entrefer arrière présentant une réluctance qui est considérablement inflfeieure à celle de l'entrefer utile. 40 Ensuite, par leurs couches de verre, les pièces polaires 70 26160 7 2051837 sont placées l'une contre l'autre (fig. 5) et chauffées dans un four â une température suffisamment élevée pour ramollir le verre. ( De préférence on choisit une sorte de verre telle que cette température soit comprise entre 450 et é50°C). Les pièces polaires sont appliquées l'une contre 5 l'autre avec une pression de 40 à 50° k/cm2 . Après r«froidissaraent, les pièces polaires forment un ensemble solide et peuvent ensuite être usinées pour l'obtention d'une tête de magnétophone de forme voulue. L'ensemble peut par exemple être travaillé et poli de façon que l'on obtienne la construction illustrée sur la fig. 6 et" munie d'une surface 10 de roulement. Comme le montre la fig. 7» l'ensemble ainsi formé peut à son tour être subdivisé en segments distincts dont chacun forme une tête de magnétophone, 70 26160 8 2051837 REVENDICATIONS 1. Procédé permettant la fabrication d'une tête de magnétophone pour enregistrer, reproduire et/ou effacer de l'information magnétique avec un entrefer utile présentant des dimensions 5 déterminées de manière précise, ce procédé comportant les stades suivants : - la formation d'une première et une deuxième pièce polaire en matériau magnétique, - l'adaptation d'une surface de chacune de ces pièces polaires de 10 telle façon que cette surface puisse servir de face limitant l'entrefer, - l'élaboration d'une première couche, d'épaisseur déterminée, sur la face limite d'entrefer de la première et de la deuxième pièce polaire, 15 -l'élaboration d'une deuxième couche, d'épaisseur déterminée, sur au moins une des premières couches précitées, la somme des épaisseurs des couches élaborées sur les deux faces limites d'entrefer étant déterminantes pour la longueur de l'entrefer, - l'assemblage des faces limites d'entrefer munies de couches pré-20 citées et appartenant aux deux pièces polaires, pour former une liaison durable, caractérisé en ce que la première couche est formée par un métal non magnétisable, un oxyde métallique, un borure, un nitrure ou un ferrite non magnétisable à la température ambiante, alors que 25 la deuxième couche est en verre. 2. Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que la couche élaborée en premier lieu est formée par au moins un des oxydes de Be, Mg, Al, Si, Ti, Zr, Sn ou Ta. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 30 que la couche élaborée en premier lieu est en nitrure de bore ou de silicium. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche élaborée en premier lieu est en chrome. 5. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, 35 caractérisé en ce que la deuxième couche est en verre dont la température de ramollissement est comprise entre 450 et 650°C. G. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'au moins une des couches sur les faces limites d'entrefer des pièces polaires est élaborée à l'aide d'une 40 pulvérisation cathodique, effectuée à radiofréquence. 70 26-160 9 2051837 7. Tête de magnétophone, obtenue par la mise en oeuvre d'au moins un des procédés selon l'une des revendications 1, 2, 3, 5 ou 6. 8. Tête de magnétophone comportant un noyau en maté- 5 riau magnétisable comportant un entrefer utile formé par plusieurs couches différentes en matériau non magnétisable, caractérisé en ce que ces couches sont formées par au moins deux couches de* métal, d'oxyde de métal, de borure, de nitrure ou de ferrite non magnétisable à la température ambiante, entre lesquelles se 10 trouve une couche de verre..