Brevet FR2450493A1 — publié le 19800926

Le brevet a pour objet un dispositif à mémoire magnétique comportant un support d'enregistrement cons titué par un disque mémoire à surface magnétåsable entraîné en rotation à vitesse élevée, de l'ordre de 3000 à 12000 tr/mn dans un milieu gazeux, par un arbre vertical entraîné par-une machine tournante et comportant un ensemble transducteur constitué par une pluralité de têtes de lecture de pistes circulaires du disque. On connaît des mémoires magnétiques de ce type, dans lesquelles les capacités de stockage d'informations sont importantes, mais sont néanmoins limitées pour au moins deux raisons. La première raison est due à l'erreur de position- nement de têtes de lectures mobiles la seconde raison est due aux jeux mécaniques et aux écarts de vitesses de l'équipage tournant, Pour ces raisons la capacité de stockage de ces mémoi- res est pratiquement limitée à 50 à 100 bits par mm de piste (environ 2000 b.p.i.). Le but principal de l'invention est de proposer une nouvelle mémoire à disque magnétique d'une précision mécanique exclusive de jeux, erreurs et vibrataons telle que la capacité de stockage par piste puisse être multipliée par dix ou vingt, au point d'atteindre 1 bit par m (environ25000 b.pei.). Un autre but de l'invention est d'obtenire, à capacité de stockage égale, un très petit dimensionnement de mémoire . Un autre avantage, non négligeable dans de très grandes installations, sera d'obtenir une moindre consommation d'énergie. Ces buts sont atteints, selon l'invention, dans un dispositif du type décrit au début par le fait qu'il comporte un support fixe ayant une surface annulaire plane polie tournée vers le haut et coaxiale à l'arbre vertical entraînant le disque, que le disque est monté normalement axiàlement libre au-dessus de ladite surface annulaire plane polie, vis-à-vis de laquelle il présente une surface plane polie. On entend par surface plane polie la surface d'un matériau homogène, ayant subi ou non un traitement de polissage, ayant une qualité de surface miroir, c'est-à-dire une précision de l'ordre de 0,1 Fm. Par ce premier moyen on obtient de façon surprenante, et à condition que la vitesse soit suffisante, une sustentation du disque sur un véritable coussin gazeux de 0,2 à 0,5 Zm se formant entre les deux surfaces planes polies. Le dåsque-plane alors littéralement au-dessus de la surface annulai- re sur un palier gazeux spontanément établi avec une épaisseur fonction de la masse, du moment inertiel et de la vitesse de rotation de la masse tournante en sustentation.On obtient ainsi ltélimination des vibrations et un bon positionnement des pistes du disque par rapport aux têtes de lecture et d'enregistre- ment, qui seront appelées, pour simplifier, têtes de lectures. Il convient, à ce stade de ltexposé de souligner que les moyens de l'invention sont très différents de ceux qui sont connus comme paliers aérostatiques, tels que celui qui est décrit dans le brevet français N 2 278 128, nécessitant un moyen auxiliaire de production d'air ou de gaz comprimé et présentant un disque normalement non axialement libre puisqu'ål est normalement soumis à la force dlune pression gazeuse. La mise e;; oeuvre de l'invention ne nécessite nullement un tel moyen auxiliaire compliqué,grâce au fait que le poli miroir des deux surfaces en présence offre un moyen nouveau de créer un coussin gazeux relativement rigide par son infime épaisseurs constante à vitesse donnée, aussi faible que 0,2 à 0,5 m, alors que le palier gazeux du brevet précité est de l'ordre de 10 pm, ctest- à-dire trop elastique pour une précision axiale recherchée de l'ordre de 0,1 pm. D'autre part, le dåspositif du brevet fran çais précité ne peut pas se combiner avec les autres moyens de l'invention qui seront décrits par la suite. Selon une autre caractéristique åmportante de ltinvention l'ensemble transducteur est fixez On élimine ainsi radåcalement les causes d'erreurs dont il fallait alors tenir compte pour fixer la capacité maximale d'un disque, pUi8- qu'on obtiens une précision de positionnement en tous sens de l'ordre de 0,1 pm. Il est avantageux que ltensemble transduc- teur comporte autant de bêtes de lectures que de pistes à enrebistrer et/ou à lire sur le disque, ces têtes de lectures soient dåstribuées circulaårement sur une pluralité de supports de bête et ques vis-à-vis-de l'ensemble transducteur, le disque présente une surface plane polie ayant la m1eme précision de poli miroir. Pour stabiliser le coussin gazeux de sustentation au-dessus de la surface annulaire plane polie, il est conforme à l'invention que l'une des deux surfaces planes polies vis-à-vis présente des échancrures radiales. Sans qu'il soit possible, ni nécessaire, d'en donner une explication scientifå- que, le demandeur a pu constater qu'use telle conformation est très favorable à une grande précision de l'intervalle dans lequel stétablit le coussin gazeux. Il est conforme à l'invention que l'ensemble transducteur oit disposé fixe sur le support fixe que les têtes de lectures, portées par des supports, soient dirigées vers le haut et que leurs extrémités affleurent dans le plan de la surface annulaire polie. Si, comme ce sera le plus éCODOmi- que à réaliser, le plan de la surface magnétisable est obtenu par polissage unique avec le plan du disque vis-à-vis de la sur- face annulaire plane polie du support, on obtient alors que les têtes soient écartées du disque d'un écart exactement égal à l'intervalle créé par le coussin d'air, c'est-à-dire 0,2 à 0,5 m. Il est en outre avantageux que chaque tête de lecture émerge, par son extrémité, d'environ 0,1 à 0a3 mm audessus de son support, lequel doit donc être fixé en retrait du même écart par rapport au plan de la surface annu laire polie. De cette façon on évite tout effet porteur parasite par coussin d'air parasite au droit des supports de têtes, effet qui tendrait à écarter l'un de l'autre l'ensemble transducteur du disque par soulèvement ou flexion du disque. Il est encore conforme à l'invention que le dispositif comporte un moyen de sécurité par soulèvement du disque en écartement de la surface annulaire polie du support et que ce moyen de sécurité par soulèvement du disque comprenne un organe sensible à une insuffisance de vitesse de rotation du disque et/ou de la machine tournante. I1 est avantageux que la machine tournante comporte un palier central tubulaire sec comportant une fusée fixe et un boîtier tournant avec un jeu de l'ordre de 4 à 10 Sm et que l'extrémité supérieure du palier central tubulaire soit en communication par au moins un conduit avec le voisinage de la surface du disque. Il est avantageux que le dispositif de l'ånvention soit disposé dans une enceinte étanche et contenant un gaz de faible masse volumique apparente, tel que gaz rare ou air raréfié. Bes frottements sont alors très réduits et il est possible, avec peu d'énergie de faire tourner un moteur électrique, d'entrainement du disques du type asynchrone syn- chronisé à 12000 tr/mn en l'alimentant à 200 ou 400 Hz selon le nombre de piles, D'autres caractérlstiques et avantages ressortiront de la descriptiom qui sera donnée ci-après, unique- ment à titre d'exemple d'un mode de réalisation de l'invention. On se réfèra à cet effet au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un appareil selon l'invention, dont on a retiré les supports de têtes de lectures pour simplifier l'exposé, - la figure 2 est une vue en perspective partielle de la surface annulaire plane polie ensiblement/selon B de la figure 18 - la figure 3 est une vue partielle à plus grande éhelle d'un support de 80 ou 120 têtes de lecture pour l'appareil de la figure 1. UD disposltjf selon l'i vention est conss- trust pour entraîner en rotation à 12000 tr/mn un disque en graphite 1 de 155 mm de diamètre extérieur et 12 mm d'Epaisseur. Ce disque 1 en matière non magnétique est revêtu, sur sa face inférieure 2, au moins sur une bande annulaire 3 dressée et polie à 0,1 m près, d'une couche magnétisable 23 obtenue par un procédé connu, tel que la pulverisation cathodique d'oxyde magnétique. Sur cette même face inférieure est prévu un an- neau périmétrique 4 parfaitement poli et dressé en coplanéité, et avec la même précision, avec la bande 3. Pratiquement, la totalité de la surface inférieure du disque aura été rectifiée, dressée et polie d'un seul tenant. Le disque 1 dont la masse en rotation fera fonction de volant d'inertie est dynamiquement équilibré avec un moment dynamique inférieur à 0X1 g/cm. Il comporte une ouverture centrale 5 permettant de le monter sur un moyeu 6 bloqué par un joint torique 7 engagé à frottement dans une gorge circulaire dudit moyeu 60 On évite rigoureusement tout moyen mécanique de serrage pour éviter des déformations par contrainte.Le moyeu 6 fait partie de l'équipage tournant 14 d'un moteur électrique 7 asynchrone synchronisé dont le stator 8 est monté bloqué par des vis 20 à l'intérieur d'un support creux 9 iDtérieUrement cylindrique ou polygonal et dont l'induit 15 est constitue par un fourreau 16 en ferrite monté par des bagues de serrage 18 sur un manchon 17 de l'équipage tournant 14 prolongeant vers le bas le moyeu 6.Le manchon 17 est monté axialement coulissant sur une $usée fixe verticale 190 Un joint tournant 10 logé dans une gorge circulaire 11 du moyeu 6 est intercalé entre le moyeu et le support creux 90 Le support creux 9 présente, à sa partie supérieure, un plateau annulaire 12 de 155 mm de diamètre, pré sentant, en légère surélévation, sur sa péråphéråe, une surface annulaire plane 13, analogue à un listel, dressée et polie å 0,1 m et dirigée vers le haut.Dans un montage parfaitement coaxial de l'équipage tournant 14/avec un centrage parfait du disque 1, son anneau périmétrique 4 est vis-à-vis de la surface annulaire plane polie et serait en parfaite coincidence de COD- tact si le disque 1, c'est-à-dire så l'ensemble du disque et de l'équipage mobile 14 axialement coulissant sur la fusée 19 D'était pas autrement soutenu en butée. Lorsque le disque tourne à une vitesse in- férieure à une vitesse prescrite par exemple 4000 tr/mn il est soulevé par un moyen de sécurité de telle sorte que son anneau 4 soit en écartement de la surface annulaire 13. Ce moyen sera décrit plus loin. De disque n'étant pas soulevé par le moyen de sécurité au-delà de la vitesse prescrite, on constate que pour une telle vitesse, et au-delà de cette vitesse, le disque, au lieu de venir en contact par son anneau périmétrique 4 sur la surface annulaire 13, plane littéralement sur un véritable coussin gazeux qui s'établit spontanément dans l'interstice qui se stabilise entre les deux surfaces annulaires vis-à-visO Il s'agit d'un véritable effet de sustentation ne nécessitant aucun moyen particulier d'inåection de gaz, tel que ceux qu'on utili- se dans les dispositifs dits à palier gazeux ou palier fluide. On conçoit que l'équipage mobile, avec son disque, dont la masse tournant à grande vitesse constitue volant inertiel tourne alors sans la plus petite vibration. On a pu constater, moyennant un bon équilibrage dynamique à q > g/cm près de l'équipage tournant avec le disques une précision de position radiale et circonférentielle de l'ordre de 0,2 à 0,5 pm. Selon une seconde caractéristique importante de l'invention, ltensemble transducteur est fixe, ce qui permet alors d'obtenir sur le disque une densité considérable de 1000 bits par mm par piste (25 400 bop.i.). A cet effet le plateau annulaire 12 comporte des logements 21, par exemple huit ou douze logements 21, pour y fixer des supports de têtes de lectures 22 dont les têtes 24 sont dirigées vers la surface de la bande annulaire 3 revêtue de la couche magnétisable 23.Si le disque a neuf-cent-soixante pistes circulaires, il y aura au- tant de têtes réparties sur huit ou douze supports, chaque supports ayant alors cent-vingt ou quatre-vingts têtes se succédant pour un support donné, de huit en huit ou de douze en douze. Le demandeur a pu constater que l'intersti- ce entre l'anneau périmétrique 4 et la surface annulaire 13 du disQue était d'une très grande constance si l'un des deux pré sente des échancrures radiales. C'est pourquoi la surface annuladre plane polie 13 du support fixe présente huit échancrures radiales 25 de 10 mm de largeur régulièrement réparties et ayant un profil arrondi avec un creux de 0,1 à 1 mm, Pour éviter un effet parasitaire de coussin d'air entre les supports de tête 22 et le disque, il est prévu que les têtes 24 dépassent d'environ 0,1 à 0,3 mm de la surface supérieure de leur support finition. Les support de tête sont montés dans leuzslogements avant/de la surface annulaire plane 13 et avant finition de leurs extrémitésO C'est alors simultanément qu'on finit, par exemple au lapidaire, la surface annulaire plane 13 polie et les extrémités des têtes pour assurer par super finition, une coplanéité parfaite à 0,1 pm pres du plan des têtes de lecture avec la surface annulaire plane 13. Pour éviter un contact dommageable du dis- que 1, et plus particulièrement de son anneau périmétrique poli 4, avec la surface annulaire 13, le dåspositif comporte un moyen de sécurité par soulèvement du disque 1 en écartement de la surface annulaire plane polie 13 du support 9. A cet effet la fusée fixe 19 est axialement percée cylindriquement de bout en bout pour loger, Sans contact, une tige 26, dont l'extrémité inférieure porte sur une crapaudine 50 offrant une portée constituée par une couronne de quatre ou cinq billes 28 supportant centralement une autre bille 29 de même calibre, La tige 26 porte, à sa partie supérieure, un moyeu 27 prenant place, sans contact, dans un évidement central 28 du moyeu 140 Le moyeu 27 présente exterieurement, en partant de l'extrémité supérieure une zone cylindrique 29 continuée par une zone tronconique 30 s'élargissant vers le bas. Tl'ensemble de la tige 26 et du moyeu 27 constitue une butée axiale 31 calée sur la crapaudine 50. Vis- à-vis du moyeu 27 le moyeu 14 porte use calotte centrale 32 évidée cylindriquement en 33 de façon à présenter vers le bas une surface annulaire 34 vis-à-vis de la zone tronconique 3o. Un anneau torique 35 en fil d'acier à ressort spiralé est pOsé sur la surface tronconique 30. La force de serrage de l'anneau est telle que lorsque ltéquipage 14 est immobile, ål en supporte la masse sans s'affaisser sur les flancs coniques du moyeu 27, mais que servant de moyen d'entrainemept en rotation de la butée axiale 31 lors de la mise en rotation de ltéquipage mobile, la force centrifuges s'ajoutant à la masse de l'équipage, agit progressivement sur lui au point de ltélar- gir ; il staffaisse alors par glissement sur les flancs coniques 30 jusqu'à ce qu'il cesse pratiquement de soutenir l'ensemble de l'équipage 14 avec le disque 1 dès que la sustentation de cet ensemble est assurée par le coussin gazeux apparu entre les surfaces 13 et 40 Il prend alors un niveau d'équilibre le maintenant en simple contact de frottement pour l'entraînement en rotation de la tige 26 avec son moyeu 27. Pour un parfait centrage de l'équipage tournant les surfaces concentriques du manchon 17 et de la fusée 19 sont rectifiées avec une précision de l'ordre du pm pour laisser entre elles un Jeu contrôlé de 4 à 10 pm. On obtient ainsi un excellent palier sec 36 à fusée centrale fixe et à boîtier tournant qui, à l'expérience, se comporte comme un palier gazeux,à la seule condition qu'on ne fasse pas régner le vide autour de lui. Pour favoriser une légère circulation gazeuse sur le pa- lier 36, son extrémité inférieure débouche librement dans le bottier 9 et son extrémité supérieure débouche dans le manchon 17 au voisinage d'au moins un conduit 37 traversant obliquement le moyeu 6 et débouchant sous la face inférieur 2 du disque 1. L'action centrifuge de la surface du disque sur le gaz ambiant crée, par dépression, une circulation gazeuse dans l'interstice du palier fluide 36 et, par pression, une circulation gazeuse en direction de l'interstice entre les surfaces 13 et 140 L'ensemble du dispositif est hermétiquement clos grSce à une enveloppe en cloche 38 fixée de façon étanche par une bride circulaire 39 à une bride circulaire 40 prévue autour du support 9. Les deux brides 39 et 40 comportent des ouvertures alignées 41 et 42 pour une pièce 43 de traversée étanche de raccords 44 pour la liaison à des broches 45 de cartes enSichables de programmation. Un autre passage étanche 46 est prévu dans le support pour un raccord étanche 47 d'alimenta tion électrique du moteur 7. Pour Saciliter la circulation gayeuse entre la partie périphérique et la partie centrale du dispositi$ le bottier 9 comporte des canaux de passage 48 fai sant communiquer l'extérieur du support, dans la zone intérieure à l'enveloppe 38, avec l'intérieur. Pour réduire les frottements, on utilisera avantageusement pour remplir l'enceinte étanche, de l'argon, de l'hélium, ou de l'air raréfié par exemple à une pression de 0X5 bar. Pour ses propriétés conductrices de la chaleurs l'hé- lium sera préféré. L'enveloppe 38 comporte en outre un vérin à vis 49 de calage de l'équipage mobile pour transports Un anneau étanche 51 monté intérieurement au manchon 17 sert de piège à huile au ás où en cours de transport, le peu d'huile de la crapaudine 50 viendraib à se répandre. On remarquera que, sur la face du disque 1 opposée à celle qui porte la couche magnétisable, il a été prévu une zone 3'. Dans la pratique, et pour un meilleur équilibra- ge du disque, il sera, en effet, recommandé de dresser, polir et magnétiser les deux faces p allèles-^ Au montage, on tournera vers l'ensemble transducteur la plus parfaite des deux, l'autre étant alors inutilisée. REVENDICATIONS 1) Dispositif à mémoire magnétique comportant un support d'enregistrément constitué par un disque mémoire à surface magnétisable entraîné en rotation à vitesse élevée, de l'ordre de 3000 à 12000 tr/mn, dans un milieu gazeux, par un arbre vertical entraîné par une machine tournante et comportant un ensemble transducteur constitué par une pluralité de têtes de lecture de pistes írculaires du disque, caractérisé en ce qu'il comporte un support fixe (9) ayant une surface annulaire plane polie (13) tournée vers le haut et coaxiale audit arbre vertical (17), que le disque (1) est monté normalement axiale- ment libre au-dessus de ladite surface annulaire plane polie (13) vis-à-vis de laquelle il présente une surface plane polie (4). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble transducteur (22) est fixe. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble transducteur (24 comporte au-' tant de têtes de lectures (24) que de pistes à enregistrer et/ou à lire sur le disque (1). 4) Dispositif selon la revendication 3, ca ractérisé en ce que les têtes de lecture (24) sont distribuées circulairement sur une pluralité de supports de têtes (22). 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, vis-à-vis de l'ensemble transducteur (22) le disque (1) présente une surface plane polie (3)0 6) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lune des deux surfaces planes polies (4, 13) porte vis-à-vis de l'autre des échancrures radiales (25). 7) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface annulaire plane polie (13) du support (9) a un diamètre extérieur sensiblement égal au diamè- tre du disque (1). 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le disque (1) est rigide et la surface magnétisable (23) est une surface plane polie. 9) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'ensemble transducteur (22) est disposé fixe sur le support fixe (9), les têtes de lectures (24) por- tées par des supports (22) sont dirigées vers le haut et leurs extrémités affleurent dans le plan de la surface annulaire plane polie (13). 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque tête de lecture (24) émerge, par son extrémité, d'environ 0,1 à 0,3 mm au-dessus du plan de son support (22) lequel est en retrait du même écart par rapport au plan de la surface annulaire plane polie (13). 11) Dispositi$ selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de sécurité par soule- vexent du disque (1) en écartement de la surface annulaire polie (13) du support (9) 12) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen de sécurité par soulèvement du disque comprend un organe sensible(35) à use insuffisance de vitesse de rotation du disque (1) et/ou de la machine tournan- te (8). 13) Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que l'ensemble de l'équipage mobile (14) de la machine tournante (7), avec le disque (1) coaxialement entrat- né, est monté axialement libre par rapport à la partie fixe (8) et traversé axialement par un corps central coaxial (26 27) , présentant- extérieurement une zone tronconique (30) évasée verS le bas, libre en rotation et calé en butée axiale (29) ledit équipage mobile (14) présente, vis-å-vås de la zone tronconique (30) du corps central coaxial (26 27) une surface annulaire centrale (54) de portée verticale et le moyen de soulèvement est constitué par un anneau (35) à serrage élastique embrassant la zone tronconique (30) du corps central (26 27) et sur lequel porte à frottement la surface annulaire centrale (34) de portée verticale, 14) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine tournante comporte un palier central-tubulaire sec comportant upe fusée fixe (19) et un boî- tier (17) tournant avec un jeu de l'ordre de 4 à 10 m. 15) Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du palier central tubulaire est en communication par au moins un conduit (37) avec le voisinage de la surface inférieure du disque (1). 16) Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 15 caractérisé en ce qu'il est disposé dans une enceinte étanche (38) contenant un gaz de faible masse volumique apparente, tel que gaz rare ou air raréfié-. 17) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 caractérisé en ce que la machine tournan- te (7) est un moteur électrique asynchrone synchronisé tournant à 12000 tr/mn. 18) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractéråsé en ce que le disque (1) est fixé à l'équipage tournant (14) par des moyens (7) excluant tout serrage mécanique. 19) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 caractérisé en ce que le disque (1) a une dimension en épaisseur au moins égale à un dizième de son diamètre environ 20) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérise en ce que le disque (1) est en graphite.