Brevet FR2497988A1 — publié le 19820716

"Dispositif servant à l'enregistrement et la reproduction magnétiques de signaux et tête de transmission magnétique conçue pour ce dispositif". L'invention concerne un dispositif servant à l'enregis- trement et/ou la reproduction magnétiques de signaux sur un porteur d'enregistrement flexible muni d'une tête de trans- mission magnétique et de moyens de déplacements et de guida- ge pour la mise en contact mécanique de pièces successives d'un porteur d'enregistrement flexible avec une face de la tête, face qui présente une certaine courbure et un entre- fer de transmission non magnétique. Pour l'enregistrement et la reproduction convenables de signaux sur des porteurs d'enregistrement flexibles, no- tamment aux densités élevées, comme celles se produisant par exemple dans le dispositif d'enregistrement vidéo et pour données digitales, il importe, pour réduire la perte de si- gnaux au minimum, que dans la région de l'entrefer de trans- mission la distance comprise entre la tète de transmission et le fluide d'enregistrement soit minimale, de préférence égale à zéro. La région o cette dernière exigence est sa- tisfaite (la soi-disante face de contact) est définie comme la région o la distance comprise entre la tète et le porteur d'enregistrement est inférieure à environ 3x la rugositc com- binée de leurs surfaces. La tête de transmission est du genre à contact mécanique. Aux valeurs plus élevées, il est ques- tion d'un film d'air entre les surfaces. Dans ce cas, la tè- te de transmission est du genre à coussinet à fluide. Dans les dispositifs servant à l'enregistrement et la reproduction de signaux fonctionnant à l'aide de fluides d'enregistrement flexibles, l'interaction d'un grand nombre de paramètres influe notablement sur les possibilités de prédire et de maintenir une telle distance minimale entre la tête et le fluide d'enregistrement. Les paramètres qui influent sur cette distance comprennent entre autres le contour de la face de la tête opposée au fluide d'enregis- trement, la vitesse relative entre la tête de transmission et le fluide d'enregistrement, la force de tension de la bande et les paramètres du fluide, comme l'épaisseur, le module d'élasticité et la contraction transversale (constan- te de Poisson), qui déterminent la résistance à la flexion. Les têtes magnétiques les plus fréquemment utilisées jusqu'à présent présentent des profils circulaires à rayon constant. L'épaisseur h du film d'air entre la surface de la tête et le fil d'enregistrement peut être décrite de la façon suivante à l4aide de la théorie de A. Eshel et H.G. Elrod jr (voir: "The Theory of the Infinetely Wide, Perfectly Flexible Foil Bearing, Journal of Basic Engineering, Transactions A.S.M.E., série D, Volume 87, 1965, pages 831 à 836): h 6 - U 2/3 o __ _v_ _ _ -_ _ R H T expression dans laquelle: n7 désigne la viscosité du fluide dans lequel se déplace le fluide d'enregistrement (le plus souvent de l'air), U la vitesse relative du porteur d'enregistrement par rapport à la tête, T force de tension de bande (force de traction/largeur de bande), R rayon du profil de la tête, KH constante de modèle, suivant l'angle de virement, lar- geur et résistance à la flexion du porteur d'enregistre- ment. Une méthode pour réduire au minimum h dans un dispo- sitif d'enregistrement et de reproduction donné et dans le cas d'utilisation d'une bande magnétique donnée comme porteur d'enregistrement (la viscosité 79 du fluide dans lequel se déplace le fluide d'enregistrement, la vitesse U, la force de tension T de la bande et la constante KH étant invariables) consiste à réduire le rayon de courbure R, ce qui a cepen- dant des conséquences. Pour des profils à symétrie de révolution, la pression de contact p peut être écrite comme p = T/R expression dans laquelle p désigne la pression de contact locale, T la force de tension de la bande, R rayon du profil. Cela implique si le rayon du profil décroît, la pression de contact p augmente, ce qui implique que la vitesse d'u- sure qui peut être décrite comme ST = K,(p - Po) expression dans laquelle h désigne profondeur d'usure locale, 1 longueur de bande passée (U x temps) P pression de contact locale, K eto contact optimal entre la tête et le porteur d'enregistre- ment. La profondeur de l'entrefer est l'un des paramètres les plus importants qui varie pendant le processus d'usure. Pour une fonction de transmission maximale, il faut une petite profondeur d'entrefer. Plus la vitesse d'usure est élevée, plus la profondeur d'usure dépasse la profondeur de l'entre- fer, de sorte que la tête est devenue inutile. La durée d'utilisation maximale de la tête peut être prolongée. Si l'on part, pour la conception, d'une plus grande profondeur d'entrefer, mais cela s'obtient il est vrai, au détriment de la qualité. En résumé, il est apparemment impossible de minimiser indépendamment, tant l'épaisseur du film d'air que la pres- sion de contact avec un degré de liberté (le rayon R). L'invention fournit un dispositif du genre mentionné dans le préambule comportant une tête de transmission per- mettant de résoudre les susdits problèmes d'une façon nouvel- le étonnante. Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce que le rayon de courbure de la face de contact entre la tête de transmission et le porteur d'enregistrement, à l'endroit de l'entrefer de transmission, présente une valeur maximale et diminue de façon continue à partir de l'entrefer de transmission vers tant la partie du porteur d'enregistre- ment s'étendant vers l'entrefer de transmission, que vers la partie du porteur d'enregistrement s'écartant de l'entrefer de transmission, au moins à partir d'un poids déterminé, de sorte qu'à l'endroit de l'entrefer, la pression de contact est inférieureà celle se produisant aux endroits les plus é- loignés de l'entrefer. De préférence, le rayon de courbure diminue de façon continue à partir de lentreferdetransmission. Cette forme unique du profil de la tète permet d'at- teindre que la pression de contact à l'endroit de l'entre- fer de transmission est minimale; de sorte que la vitesse d'usure y est minimale, alors qu'à l'extérieur de la région d'entrefer, au bord de la région de contact o l'usure joue un r8le plus petit, la pression de contact est élevée. On a constaté que, grâce à ce gradient (élevé) dans la pression de contact, le film d'air à l'endroit de l'entrefer s'affais- se, ce qui assure une bonne application du porteur d'enre- gistrement contre la tête, malgré la faible pression de con- tact locale. De plus, l'application d'une bonne pression de contact à l'extérieur de la région d'entrefer (sur les "é- paules") implique que ce n'est qu'après un certain laps de temps que la région d'usure atteint l'entrefer et qu'il se produit une diminution de la longueur de l'entrefer. Dansla situation idéale, la durée de vie requise de la tête doitse situer dans cette durée de temps, de sorte que le dispositif servant à l'enregistrement et la reproduction de signaux peut fonctionner avec une qualité de transmission maximale pendant la durée de vie requise. La description ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre une réalisation connue d'une tête magnétique dont l face de contact de bande présente un rayon de courbure constant. La figure 2 montre schématiquement les variations de la face de bande de contact d'une tête magnétique notable- ment appropriée à un dispositif conforme à l'invention. La figure 3 montre la grandeur du rayon de courbure R dans diverses régions d'une tête magnétique présentant un profil selon la figure 2. La figure 4 montre la pression de contact dans diverses régions d'une tête magnétique présentant un profil selon la figure 2. La figure 5 montre l'écart d'un profil de tête conforme à l'invention par rapport à la parabole la plus proche. La face de contact 1 pour la bande de la tête magnéti- que connue 2 représentée en vue latérale sur la figure 1 pré- sente un rayon de courbure constant R. Au centre de la face de contact 1 se trouve un entrefer de transmission 3. Un porteur d'enregistrement magnétique 4 (dans ce cas une bande magnétique) est transporté à partir d'une bobine de déroulement 5 vers une bobine d'enroulement 6, des moyens de guidage de bande 7, 7' assurent le contact entre la bande magnétique 4 dans le secteur désigné par a, b sur un angle de virement 2 *é avec la face de contact 1. Le profil de la face de contact 1 est circulaire à rayon de courbure cons- tant Ri. Pour un contact optimal entre la bande et la tête (pour la transmission magnétique) il est désirable qu'aucun film d'air (lubrification aérodynamique) ne soit présent entre la bande et l'entrefer. Cela implique qu'un contact optimal se traduit en principe toujours par de l'usure. Une réduction de la vitesse d'usure par une réduction de la pression de contact n'est admissible que si ladite exigence reste satisfaite. Dans le cas d'un profil circu- laire, cela peut être réalisé par agrandissement du rayon. Toutefois, au-dessus d'un certain rayon, il se forme un certain film d'air. Lorsque l'influence des forces de frottement est négli- gée, et que l'on a l'approximation suivante pour de petits angles de virement 1 - d2w R'(x) dx2 Expression dans laquelle R désigne rayon de courbure local, w mesure dans laquelle la bande quitte son trajet x la coordonnée la pression de contact p(x) peuvent être écrites comme p(x) = T d2--w dx dx2 expression dans laquelle p(x) désigne la répartition de la pression de contact, w(x) le profil de la face de contact, E hf3 D =(212(1-2) représente la résistance à la flexion, 12(1-v 2) T la force de tension de bande, ou T p(x) = R(x) d2 ( 1 - D R(x) dx2 Avec la susdite approximation, un profil circulaire à rayon R peut être approché par w(x) : w2x expression dans laquelle w2 I - 2R et T p(x) - R= constant. Entre la demi-longueur de contact L et le demi-angle de virement -,, il s'applique la relation suivante dw I_ = tg ou dx L = R tg & v R Q. On peut en déduire un rayon maximal. L Rmax max max m. min expression dans laquelle 2 Lmax désigne la longueur de contact maximale (par exemple la largeur de la tête) 2 0min l'angle de virement minimal. EXEMPLE Pour une largeur de tête de 8 mm, ce qui veut dire Lax = 4 mm et un angle de virement de 10 = 0,2 radian, max il résulte R = 20 mm max 0,2 De plus, il y a lieu de noter que, lors du processus d'usure, la longueur de contact augmente et l'angle de vire- ment décroît, de sorte que le rayon augmente et, de ce fait, le film d'air. Dans le cas d'un profil à courbure variable, il est en principe possible de prescrire indépendamment la longueur de contact, l'angle de virement et la pression de contact exer- cée sur l'entrefer. Un profil continu arbitraire peut être décrit comme suit: w(x) = i=o i w. x Dans le cas d'un profil symétrique, il en résulte que w. = O pour i impair. Les coefficients du profil, wi, i = pair, peuvent être déterminés à partir des conditions marginales. En limitant à 3 conditions marginales: (1) dw(L) = tg o dx (2) p (0) = p0 (3) w(o) = O il suffit d'utiliser un profil présentant la forme w(x) = w + w2 x2 + w4 x4 expression dans laquelle w = O o w = - 2 2L W4 - - ;4I -p L3 + 6D tg Q 6D + TLZ ) poL + Ttg 0 6D + TL 6D + TL2 Le rayon de courbure local est alors 1*1 1 R (X) -- - (x) 2w2 + 12w4xz et la pression de contact correspondante p (x) 'v (12w4T)x2 = (24w4D-2w2T) Exemple: Pour p_ =-1670 N/m2 -o L = 1 mm o -= 10 = 0,2 radiaal T = 0,5 N/o,000635 m hf = 26 micron E = 7 xlO9 N/m2 Il résulte w4 = W2 = R(o) 2,44 x 107 1/m3 52,5 1/m =-9,652 x 10-3m; p(o) =-1670 N/m2 R(2) =-5,64 x 10-3 m; p(L = -7433 N/m2 2O2 R(L) =-2,67xlO-3; p(L) =-24725 N/m2 Un profil présentant la susdite forme est désignée par sur la figure 2. Le rayon de courbure local de ce profil est désigné par le chiffre 11 sur la figure 3 et la pression de contact locale par le chiffre 1 sur la figure 4. Il en ressort nettement que la structure présente deux maxima de pression à c8té de la position d'entrefer x = O et un mini- mum de pression à l'endroit de la position de l'entrefer. Un profil présentant une courbure variable peut être caractérisé de deux façons par rapport à un profil circu- laire: 1) par l'écart du cercle le plus proche pour spécifier la précision de la forme 2) par le film d'air et la longueur de contact dans le cas d'utilisation d'un cercle à rayon R = T/po. Ecart du cercle le Dlus Droche Pour simplifier les calculs, nous utilisons la parabole la plus proche, ce qui est admis pour de petits angles de virement, du fait que dans ces cas, la différence entre une parabole et un cercle est négligeable. Nous définissons g(x) = go + g2 x2 comme la parabole la plus proche suivant le critère: 1 fL Cw(x) - g (xj 2dx o Les coefficients go ry g2 ressortent des conditions -J =0 =JO o j -Jg 0 Sg2 de sorte que 3 L4 go 35 w4 L g2= w2 + 7 w4 L Pour analyser les écarts, nous définissons la fonction différentielle ^(x) = w (x) - g (x) = w4 x4 + (w2 -g2) x2 -go Il s'avère que la fonction différentielle présente les points zéro suivants: 2 g2 -w2 W2 g2 go x 2 w4 2 w4 W4 6 L2 4 L2 6 14 4 4 Il s'avère que les dérivées présentent les propriétés sui- vantes: F2 +w =4 w 4 x w4 x2 2 w 2 2 12 w4 x + 2 (w2 - g2) x2 - =0 pour x= 0 j x x = g2w2 14 2 w4 d2à2 d =2 w 6 L2 ( 0 pour x = 0 =-2 w4. 7r _ 24 w L2 > 0 pour x = + L\f6 7 4 14 qui veut dire dans l'intervalle - L - x 4 L, h (x) minimum global x = + L V6/14 = 245 w4- maximum local x = 0a = 3 w4 L4 4 maximum global aux bords: x=L = 8 L4 w4 Pour l'exemple choisi, on obtient (voir la figure 5): x = 0 e(0) = 2,1 x 10-6 m xsl = 0,34 x 10-3 m (X) = Xe = 0,655 x 10-3 (x=2,4x10 m Xs2 = 0, 86 x 10- m e(x2) 0 x = L = 10- m a (L) = 5,6 x 106 m Pour une longueur de contact de 1 mm, le profil w(x) présente un écart de ' 2, 1; 2, 4 et 6 microns par rapport au cercle le plus proche avec R C4 7 mm (le cas échéant parabole g(x) = -2, 1 x 10-6 + 73,4 x2 tl/m]). et ce un un un il REVENDICATIONS 1.- Dispositif servant à l'enregistrement et/ou la re- production magnétiques de signaux sur un porteur d'enregis- trement flexible muni d'une tête de transmission magnétique et de moyens de déplacement et de guidage pour la mise en contact mécanique de pièces successives d'un porteur d'enre- gistrement flexible avec une face de la tête, face qui pré- sente une certaine courbure et un entrefer de transmission non magnétique, caractérisé en ce que le rayon de courbure (R) de la face de contact (10) , à l'endroit de l'entrefer de transmission, présente une valeur maximale et diminue de façon continue à partir de l'entrefer de transmission tant vers la partie du porteur d'enregistrement s'étendant vers l'entrefer de transmission, que vers la partie du porteur d'enregistrement s'écartant de l'entrefer de transmission, au moins à partir d'unpoint déterminé, de sorte qu'à l'en- droit de l'entrefer, la pression de contact est inférieure à celle se produisant aux endroitsles plus éloignés de l'en- trefer. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de courbure (R) diminue de façon conti- nue à partir de l'entrefer de transmission. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que dans la région de l'entrefer de transmission la pression de contact est égale à au maximum la moitié de celle se produisant aux endroits les plus éloignés de l'en- trefer. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur auquel diminue le rayon de courbure se situe entre 2 et 10. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de courbure diminue d'une valeur d'au maximum 20 mm à une valeur d'au minimum 2 mm. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décroissance du rayon de courbure du côté de la partie du porteur d'enregistrement s'étendant vers l'en- trefer de transmission diffère de la décroissance du côté de la partie du porteur s'écartant de l'entrefer de trans- mission. 7.- Tête magnétique présentant une face de contact courbée pour la bande et un entrefer de transmission pour un dispositif selon la revendication 1 à 6, caractérisé en ce que le rayon de courbure de la face de contact pour la bande diminue à partir d'une valeur maximale à l'entrefer de transmission.