Brevet FR2234112A1 — publié le 19750117

la présente invention se rapporte à des têtes de gravure appropriées pour former des motifs représentatifs d'un signal topographique sur un moyen d'enregistrement tel qu'un disque, et plus particulièrement à une tete de gravure appropriée pour fournir un déplacement uniforme, sensible à un signal, du style ou aiguille de gravure, sur une bande relativement Large de fréquences, pouvant être employée dans un système de disque vidéo fréquence. Des tetes de gravure sont connues pour enregistrer de façon topographique une information de signal , en particulier dans le domaine des enregistrement phonographiques audio-fréquence. Dans le procédé d'enregistrement de disques audio-fréquence, un motif topographique, représentatif d'une information de signal audio-fréqu#ence,est gravé, avec une tête de gravure, dans un disque enduit de laque le disque enduit de laque, comportant l'information topographique est alors copié , par exemple, dans du nickel. La copie en nickel comporte une information topographique formée suivant un contour opposé à celui du disque enduit de laque, et peut être utilisée pour presser des enregistrements audio-fréquence , par exemple , en substance vinylique ou thermoplastique. Des têtes de gravure utilisées pour enregistrer des signaux audio-fréquence ont, de façon type, une courbe de fréquence relativement plate, sur environ 20 kHz, et, par conséquent, de façon type, elles possèdent des modes résonnants indésirables. Cette courbe de fréquence est appropriée pour enregistrer des disques audio-fréquence en temps réel, c'est-à-dire, le même temps que celui utilisé pour l'audition du disque, mais elle n'est pas appropriée pour un enregistrement en temps réel de signaux vidéo-fréquence ayant une largeur de bande beaucoup plus importante, par exemple, de l'ordre de 4 mégahertz. Si l'on désire enregistrer des signaux vidéofréquence avec une tête de gravure audio-fréquence, l'informatìon vidéo-fréquence doit être arrangée de façon que la composante la plus élevée de fréquence ,c'est-à-dire 4 megahertz, soit transformée dans la gamme de capacité de la texte de gravure, c'est-à-dire 20 kilohertz.Cette translation de fréquence, c'est-à-dire de 4 megshertz à 20 kilohertz, peut être accomplie en enregistrant photographiquement l'image désirée ou l'information vidéo sur un film d'images anime##, puis en passant le film à une vitesse fortement réduite, par exemple 1/200 de la vitesse normale du film, tout en explorant et en détectant électroniquement l'information sur le film, à une meme vitesse réduite. l'information de signal dérivée sur le détecteur est alorseffectivement translatée ou transformée en fréquence, de façon que les fré#quences du signal détecté soit égales à 1/200 des valeurs de fréquences, qui seraient détectées pour des vitesses de film et d'exploration normales. Si le signal vidéo-fréquence à enregistrer est ralenti jusqu'à 1/200 du temps réel, il faudra environ 100 heures de temps d'enregistrement pour enregistrer 30 minutes d'information de signal vidéo-fréquence en temps réel. Ce temps d'enregistrement exceptionnellement long n'est pas pratiquable, et il est onéreuse pour produire des disques enregistrés avec une information vidéo-fréquence. Il est, par conséquent, désirable de diminuer le temps d'enregistrement autant que possible. Une diminution du temps d'enregistrement peut etre-réalisée en augmentant la largeur de bande de la tete de gravure. Par exemple, si la largeur de bande de la tette de gravure est augmentée de 20 kilohertz à 200 kilohertz, le temps d'enregistrement peut être diminue'# #roportionnellement de 1/200 du temps réel à 1/20 du temps réel. Il est donc désirable de créer une tête de gravure ayant une courbe de réponse aussi large que possible, de façon à diminuer, de façon appropriée le temps d'enregistrement. les modes résonnants des têtes de gravure connues, qui servent à limiter leur courte de fréquence, se rapportent, au moins partiellement, aux dimensions physiques des dispositifs, et à leurs structures de montage. C'est-à-dire que, lorsque les dimensions de la structure correspondent à 1/2 ou 1/4 longueur d'onde de l'information de signal traversant ou étant accouplée à une telle structure, une condition de résonance non désirée peut être produite, empêchant ainsi la réponse uniforme désirée de la tette de gravure à des signaux sur ou près de cette longueur d'onde ou de cette fréquence. Tandis que, la réduction des dimensions d'une tête de gravure sert à augmenter de telles fréquences de résonance , et, ainsi, offre la perspective d'une courbe de fréquence plus élevée, on atteint une limite par le faitque la stabilité structurelle, la dissipationde chaleur, et le mouvement du style de gravure, par rapport à son support (et par conséquent la profondeur de gravure d'un sillon) sont limités à des petites structures Selon la présente invention, une tête de gravure appropriée pour former un motif topographique représentatif d'un signal dans un disque et ayant une largeur de bande relativement importante, comporte un support de style ayant une région de base, et une région adaptée pour recevoir un style de gravure. Un élément piézoélectrique ayant des premier et second cotés opposés, est accouplé rigidement entre le support du style et une base ayant des premier et second côtés opposés, de différentes aires de surface. le premier côté de l'élément ~piézoélectrique est adjacent au premier côté de la base , et le second coté de l'élément piézoélectrique est adjacent à la base du support du style.La base, l'élément piézoéleetrique et le support du style sont formés pour créer une structure ayant des surfaces externes non parallèles. Des moyens sont prévus pour appliquer des signaux électriques à élément piézoélectrique, et des moyens supplémentaires sont prévus pour fixer le second côté de la base à une patte de fixation. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre en se reportants aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention -et dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation latérale de la tête de gravure du disque vidéo-fréquence selon la présente invention , avec les connexions électriques représentées schématiquement ; et - la figure 2 est une vue en plan de dessous, en regardant dans la direction de la ligne 2- 2 de la figure 1, les connexions électriques étant enlevées. En se reportant aux dessins, un ensemble formant tete de gravure 10, comporte un style ou aiguille 12 de gravure, en un matériau dur, rigide (tel que du diamant), ayant une pointe de style 14. le style 12 a un diamètre de tige proportionné, par rapport à sa longueur de tige, pourfOupnir une résistance de structure désirée. le style 12 est monté dans un support 16 qui, dans l'agencement illustré, est de forme pyramidale, triangulaire tronquée. le support 16 du style comporte un orifice central de montage 18, pour y monter rigidement le style, et une base 20 pour fixation, par exemple, -au moyen d'une combinaison de ciment époxy conducteur et non conducteur#, à une face d'un élément piézoélectrique 22. le ciment époxy conducteur est utilisé pour créer une connexion électrique entre le support 16 du style et l'élément piézoélectrique 22, tandis que le ciment époxy non conducteur est utilisé pour créer une résistance de structure. le support 16 du style est construit en un matériau qui est relativement peu élastique, et de faible densité comme cela sera expliqué ci-dessous. Des signaux électriques représentatifs de l'information à enregistrer sont appliqués à l'élément piézoélectrique 22, au moyen des connexions électriques 38 et 40. L'élément piézoélectrique 22 est sensible a#signaux électriques, et fonctionne dans le mode d33, c'est-à-dire que le déplacement du style 12 est effectué dans la même direction que le champ électrique appliqué. Par conséquent, le champ électrique est appliqué entre les faces parallèles 24, 25 de l'élément 22, dans la directiondu mouvement désiré du style 12. L'élément piézoélectrique 22 comporte des côtés 26 , et il est de forme triangulaire en plan, correspondant# à la forme d'une base 28 de support, sur laquelle il est monté.Bien que l'élément piézoélectrique 22 soit illustré avec des côtés verticaux (voir figure 1), les côtés de cet c ciment peuvent également etre en pente, pour former une structure tronquée semblable, en forme, à la base 28. Des substances piézoélectriques types, qui sont appropriées pour l'élément 22 sont du type au titanate de zirconium de plomb et se trouvent à la cavité Corporation , sous forme de substances PZT-8 ou PZT-4. La base de support 28 comporte une surface 30 couplée de façon rigide à la surface parallèle 25 de l'élément 22, par une combinaison de ciment époxy conducteur et non conducteur , tel que celui utilisé pour fixer 1'été ment 22 au support 16 du style. la base 28 a une forme pyramidale triangulaire tronquée, ayant une section transversale triangulaire semblable en forme aux sections transversales de l'élément piézoélectrique 22 et du support 16 du style. L'ensemble formant tete de gravure est supporté par une patte de fixation 32, formée de façon type, en aluminsum ou en acier, et elle estsséccouplée de cette patte de fixation au moyen d'une substance d'amortissement 34 placée entre la base 35 de la base ou piedestal de support 28, et la patte de fixation 32. la substance d'amortissement 34 peut comporter des-couches relativement minces d'un matériau flexible, séparées par des couches d'un matériau rigide, tel que du "Eaptont', disponible à la Dupont# Corporation. les couches minces de substance flexible peuvent être en caoutchouc de silicone, ou en cellulose, du type fabriqué par l'American Viscose Company, Markus Hook, iennsylvania, sous le nomde "Viscoloid" la substance dramortissement sur la base 35 du piedestal ou support 28 empêche la réflexion des ondes engendré es par l'élément piézoélectrique 22 dans le piedéstal 28. Un élément chauffant 36 est enroulé autour de la pointe du style 12, et aide à la gravure d'une topographie représentative d'un signal dans un disque (non représenté) enduit de laque, en chauffant le style 12 de gravure. Une connexion électrique 40 est couplée au piedestal 28 pour fournir, avec la connexion 58, les signaux électriques nécessaires à l'élément piézoélectrique 22. Lors de la construction du dispositif illustré, un support 16 de style, qui est relativement peu élastique , par exemple, ayant un module de Young "E" élevé, et une faible densité est désiré, de façon à transmettre avec précision au style 12, le déplacement de l'élément iézoélectrique 22, sur une large gamme de fréquence. La répon se de déplacement du style 12, par rapport à la-base 20, est régie par la vitesse de propagation d'un déplacement applique sur la base 20, qui parcourt la substance du support 16 vers le style 12.Une grande vitesse de propagation C dans la substance du support 16 du style, permet au style 12 de suivre un mouvement à relativement haute fréquence de la base 20. La vitesse de propagation C est donnée par l'équation Donc, des substances ayant une vitesee de propagation C élevée , ont un rapport E à P important, c'est-à-dire un module de Young élevé et une densité faible. Des substances telles que l'aluminium, le magnésium, le beryllium, ou le saphir , sont relativement peu élastiques ont une densité faible, et produisent de bonnes performances, lorsqu'elles sont utilisées pour le support 16 du style. Un E important fourni un accouplement style PZT rigide. De façon à obtenir un déplacement maximal du style, en réponse à l'excitation électrique de I'élément piézoélectrique 22, il est nécessaire de maintenir la surface 25 de l'élément piézoélectrique 22,# aussi stationnaire que possible,permettant à la surface parallèle 24 de fournir presque tout le déplacement. De façon à maintenir la surface 25 de l'élément piézoélectrique 22 aussi stationnaire que possible, la surface 30 du piedestal 28 devra présenter une impédance mécanique relativement élevée au mouvement de l'élément 22. Cela est accompli en faisant le piedestal du support 28 en une substance ayant une densité V relativement élevée, et une vitesse de proparagtion C relativement élevée. Cela fourni une 5 pédante mécanique spécifique importante x xC. Etant donné que la vitesse de propagation C est-proportionnelle à la racine carrée du module de Young E, une substance ayant un module de Young élevé est désirable, ainsi qu'une substance ayant une densité relativement élevée. L'acier ou le tungstène sont des substances appropriées. Bien que le tamgstnne donne une largeur de bande légèrement plus importante, il est beaucoup plus difficile à fabriquer. On a trouve qu'un piedestal en acier donnait des performances appropriées, bien que d'autres substances qui sont très peu élastiques et qui ont une densité relativement élevée puisse être utilisées. La dimension relativement importante du piedestal 28 fournit, de plus, une bonne dissipation de chaleur pour l'élément piézoélectrique relativement petit, rendant possible le fonctionnement de l'ensemble formant tête de gravure 10, à un niveau de signal relativement élevé, sans rencontrer de dépolarisation ou d'échappement thermique de l'élément piézoélectrique. Comme on peut le voir par rapport aux figures 1 et 2, les surfaces externes de la tete de gravure assemblée, sont sous la forme générale d'une pyramide triangulaire et, comme telle, elles offrent- des voies de transmission parallèles pour les ondes qui se propagent. entre des points sur des surfaces externes différentes. Donc, les risques que des résonances importantes se produisent dans la structure de la tete de gravure sont diminués, à des fréquences ou 1/2 et 1/4 longueur d'onde des ondes se propageant sont égales ou plus courtes que les dimensions externes variées de la tête de gravure. Dans un exemple spécifique, et non limitatif, la tête de gravure 10 a fourni une réponse de déplacement de style uniforme à + t dB, sur une gamme de fréquence de 2 à 330 Miz. Une tension de signal à niveau constant fut appliquée aux connexions 38 et 40, et fournissait un déplacement de style sensible au signal pouvant atteindre 0,250 de crete à cette. le support du style et le piedestal de support en forme pyramidale triangulaire tronquée, ont des pentes latérales de 450 et des angles, à la base de la pyramide, comme illustré sur la figure 2, d'environ 560, avec un angle au sommet de la pyramide de 680. les angles du piedestal de support, de l'élément piézoélectrique et du support de style étaient alignés, comme- illustré sur la figure 2. le support du style est en aluminium, et le piedestal de support était en acier laminé à froid. le piedestal de support avait environ 20 mm sur le plus grand côté de la base, tandis que l'élément piézoélectrique et le support de style avaient environ 5,6 mm sur le plus long côté de la base. La substance élastique d'amortissement entre le piedestal de support et la patte de fixation, consistait en deux couches de 0,127 mm de Eapton, collées ensemble, par du Visboloid, ou une substance d'amortissement semblable. l'élément piézoélectrique triangulaire était du titanate de zirconium,de plomb ayant une épaisseur de 1,27 mm entre ses surfaces parallèles. la hauteur du support du style était de 1,27 mm, et la hauteur du piedestal de support était de 3,88 mm.Avec un signal efficace de 500 Volts, appliqué par les conducteurs électriques de la tete de gravure, une réponse de fréquence pouvant atteindre 380 kEz était produite,- avant de rencontrer des modes résonnants. Bien que la tete de gravure ait été décrite, jusqu'à maintenant en termes d'une structure de forme pratiquement pyramidale, d'autres structures ayant des côtés non parallèles peuvent fournir des performances satisfaisantes. Par exemple , la tête de gravure illustrée sur les figures 1 et 2, peut être formée en forme pratiquement conique, chacun des éléments constituant ayant une section circulaire, plutôt que triangulaire. Des tetes de gravure formées dans une configuration pratiquement conique peuvent offrir certains avantages de construction, créant des économies de production. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exenple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEND ICÂT TONS 1.- Dispositif pour fournir le déplacement d'un style ou aiguillede gravure, en réponse à des signaux électriques, et adapté pour fixation à une patte, caractérisé par un piedestal ayant des premier et second côtés opposés ayant des aires de surface différentes, un style de gravure, un support de style ayant une région de base et étant adapté pour recevoir ledit style de gravure, un élément piézoélectrique ayant des premier et second côtés opposés, ledit premier c8té dudit élément étant adjacent et rigidement accouplé à un premier côté dudit piedestal, et ledit second côté dudit élément étant adjacent et rigidement accouplé à ladite région de base dudit support du style, ledit piedestal, ledit élément piézoélectrique, et ledit support de style, formant une structure ayant des surfaces externes non parallèles, des moyens pour appliquer des signaux électriques audit élément p#iézoélectrique ; et un moyen pour fixer ledit second côté dudit piedestal à ladite patte. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen précité pour fixer le second côté précité du piedestal précité sur la patte précitée comporte une substance d'amortissement interposée entre ledit second côté et ladite patte, ladite substance d'amortissement étant adaptée pour accoupler, de façon adhésive, ledit piedestal à ladite patte. 3.- Dispositif selon la revendication~1 ou 2, caractérisé en ce que le piedestal précité est fait en une substance ayant un module de Toung relativement élevé , et une densité relativement élevée. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piedestal précité est fait en une substance choisie dans le groupe de substances consistant en acier et tungstène. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support de style précité est fait en une substance ayant un module de Young relativement élevé, et une densité relativement faible. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, cara#térisé en ce que le support de style précité est fait en une substance choisie dans le groupe de substances consistant en aluminium, magnésium, berallium et saphiri 7.- Dispositif selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piedestal précité et le support de style précité sont des pyramides triangulaires tronquées, et que l'élément Piézoélectrique précité est de section transversale triangulaire, les formes pyramidales stéfilant vers le style de gravure précité à partir de la patte précitée. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément piézoélectrique précité est une pyramide triangulaire tronquée, s'éfilant vers le style précité. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications t à 6, caractérisé- en ce que le piedestal précité, le support de style précité, et l'élément piézoélectrique précité, sont des eones tronqués, de forme conique s'éfilant vers le style précité . 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen précité pour appliquer des signaux électriques à ltéleent piézoélectrique précité comporte des premier et second éléments électriquement conducteurs, respectivement accouplés au piedestal précité et au support de style précité; et une substance de support conductrice interposée entre des côtés adjacents dudit élément piézoélectrique et dudit piedestal et dudit support de style.