Brevet FR2683369A1 — publié le 19930507

DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un patin de vol de type catamaran El Le trouve une application dans la lecture et/ou l'écriture d'informations sur un support magnétique. Etat de La technique antérieure Les dispositifs d'enregistrement magnétique comprennent, de manière très générale, un support d'enregistrement (disque, bande, etc) et un moyen de lecture et/ou d'écriture constitué d'un patin de vol muni d'une ou plusieurs têtes de lecture et/ou d'écriture. Dans la présente invention il sera plus spécialement question de patins de vol ayant une forme particulière dite en catamaran Cette forme est obtenue par deux rails en relief disposés sur les bords laté- raux du patin La surface de ces rails est tournée vers le support et subit la pression de l'air lorsque le support est en rotation C'est cette pression qui assure le "vol" du patin au-dessus du support. Chaque rail en relief peut supporter une tête magnétique sur la tranche arrière Ces têtes magnétiques sont soit déposées en couches minces, soit rapportées par collage La longueur du patin se trouve en général déterminée par l'épaisseur du matériau dans lequel est réalisé Le support qui est par exemp Le en alumine ou ferrite et le façonnage est effectué mécaniquement. La figure 1 montre ainsi une plaquette 10 sur laquelle sont déposées des têtes en couches minces 24, 25. La figure 2 montre un patin 20 avec ses deux rails en relief 21 et 22 et ses deux têtes 24, Des chanfreins 26, 27 sont pratiqués à l'avant de chaque rail en relief, pour permettre le décollage du patin lorsque le support magnétique atteint une certaine vitesse de rotation Cette technique du chan- frein est toujours utilisée pour les patins de vol de type catamaran non silicium. Les modes et les temps d'accès à une piste d'enregistrement ayant évolué rapidement dans le passé il a fallu prévoir des dispositifs s'accomodant d'accé- lération de plus en plus rapide Dans le cas de disque, le patin ne se trouve plus alors dans une position parallèle à la piste pour tous les diamètres du disque. Il peut présenter un angle positif ou négatif suivant le rayon de la piste utilisée. C'est ce que représente la figure 3 o l'on voit un disque dur 30 avec une tête T placée dans trois positions différentes T-, T , T+ par rapport à la direction tangentielle de la piste L'existence d'un décalage angulaire entre l'axe longitudinal du patin et la direction de la piste va provoquer un basculement latéral du patin autour du point de main- tien du patin (point pivot) Ce décalage angulaire va également provoquer des variations de hauteur de vol. Pour remédier à cet inconvénient, les rails peuvent être chanfreinés sur les côtés, le long de l'axe longitudinal. La figure 4 montre ainsi un patin 35 avec deux rails 36 et 37, leurs chanfreins avant 38, 39 ainsi que leurs chanfreins latéraux, respectivement 41, 42 pour le rail 36 et 43, 44 pour le rail 37. Ce type de patin est décrit dans le document US-A-4 673 996. Une variante de cette technique est représen- tée figure 5 o les chanfreins longitudinaux ont été remplacés par des décrochements longitudinaux référen- cés 51, 52 pour le rail 50 et 55, 56 pour le rail 54. Cette technique, dite du TPC ("Transverse Pressure Contour"), est décrite dans le document US-A- 4 870 519 Elle confère une stabilité de la hauteur de vol pour des rayons d'écriture et/ou de lecture différents Mais elle ne vise pas à résoudre les pro- blèmes des écarts de hauteur de vol en fonction de l'augmentation de la vitesse dans le cas o il n'y a pas, dans le même temps, déplacement angulaire. Par ailleurs, elle nécessite toujours la réalisation de chanfreins sur le bord avant des reliefs. On connaît également des patins de vol dans lesquels une rainure a été pratiquée transversalement dans chaque relief, comme illustré sur la figure 6 o ces rainures portent les références 61, 62. Un tel patin est décrit dans l'article de G CLIFFORD et D HENZE intitulé "An Air Bearing Mini- mizing the Effects of Slider Skew Angle" dans "IEEE Transactions on Magnetics", vol 25, n 5, Sept 1989. Par ailleurs, il existe des patins de vol de type catamaran pouvant être réalisés dans du sili- cium De tels patins sont illustrés dans le brevet US-A-4 698 708 Les têtes magnétiques associées à ces patins sont disposées sur les faces inférieures des patins et portent de ce fait, la dénomination de "têtes planaires" Pour améliorer le décollage et l'atterrissage de ces patins, ces derniers peuvent comporter, en face avant, des reliefs, des décroche- ments comme décrit dans le document FR-A-2 629 247. Si ces dispositifs (patins non-silicium ou patins silicium) sont satisfaisants à certains égards, ils présentent encore des inconvénients car les contraintes de fonctionnement deviennent de plus en plus sévères Aujourd'hui, les conditions de vol d'un patin doivent être parfaitement maîtrisées non seulement pour des angles nuls, mais aussi pour des angles positifs ou négatifs pouvant aller jusqu'à degrés Par ailleurs, l'accès très rapide avec reconnaissance de pistes exige une grande stabilité du patin De plus, les temps de contact doivent être réduits au minimum pour assurer la longévité du couple tête-support Enfin, les faibles hauteurs de vol ren- contrées (de l'ordre du 1/10 ème de micron) doivent subir de faibles variations, pour des vitesses qui vont jusqu'à 15 m/s. Exposé de L'invention La présente invention a justement pour but de remédier aux inconvénients de l'état de la tech- nique et de proposer un patin de vol avec têtes planai- res qui permet d'obtenir ces hautes performances A cette fin, elle préconise de réaliser, autour de chaque relief et sur la totalité de la périphérie de ceux-ci, un décrochement de hauteur constante Un tel décroche- ment se présente donc aussi bien sur les bords longitu- dinaux (selon un axe y) des reliefs qu'à l'avant et à l'arrière de ceux-ci En conséquence, il n'y a plus de chanfrein sur le bord avant. Chaque partie du décrochement (à l'avant, sur les côtés, à l'arrière) joue un rôle particulier dans le comportement du patin de vol, qu'on peut résu- mer ainsi: la surface dégagée à l'avant du relief détermine le décollage et l'atterrissage du patin et l'inclinaison pendant le vol; la longueur selon l'axe y de cette zone avant est de l'ordre de 40 à 500 pm et la profondeur selon un axe zdu décrochement de 0,2 à 4 pm et de préférence entre 0,7 et 2 lm; les surfaces dégagées sur les côtés longi- tudinaux des reliefs permettent d'éviter le basculement latéral du patin autour de son point de pivot, ainsi que les varia- tions de hauteur de vol lorsque la direc- tion du patin fait un angle avec la piste; en modifiant les longueurs selon un axe x de ces surfaces de chaque côté longitudinal du relief, on peut obtenir, en cas de vol avec angle par rapport à la piste, une dépression qui augmente avec la vitesse et avec l'angle, ce qui permet de limiter l'élévation de la hauteur de vol selon un axe z; le Demandeur a observé que pour des longueurs de 40 à 500 pm et des profondeurs de 0,2 à 4 pm, on obtenait une bonne stabilité dans les déplacements latéraux selon l'axe x, et une variation de la hauteur de vol de la tête ne dépas- sant pas 20 nm; mais cette bonne qualité dans les déplacements ne sera obtenue que pour des profondeurs selon l'axe z de 0,2 à 4 pm; la surface dégagée à l'arrière du relief intervient pour stabiliser cette partie arrière; on peut rappeler à cet égard, que, pour les têtes classiques non planai- res, l'élément magnétique se trouvant sur Le flanc arrière du relief, l'accès à la surface à l'arrière des reliefs est impossible; en revanche, pour les têtes planaires en particulier sur silicium, les éléments magnétiques sont à environ 500 pim de l'arrière sur les faces des reliefs en regard du support; on a donc intérêt, d'une part, à mettre en retrait la surface arrière du relief pour ne pas avoir un point plus bas que la tête magné- tique par rapport au support, et d'autre part, à utiliser cette surface arrière en retrait pour créer une dépression; cette dépression augmente avec la vitesse et permet de limiter la variation de la hauteur de vol; cette dépression contribue également à la détermination de l'inclinai- son pendant le vol; le Demandeur a obtenu de bons résultats pour des variations importantes de la vitesse linéaire (la tête étant toujours tangentielle à la piste) Pour une variation de la vitesse conjointement avec une variation d'angle le retrait de la surface arrière, contribue avec les décrochements latéraux à améliorer la stabilité du vol A titre d'exemple, une gravure de largeur selon l'axe y de 40 à 500 pm peut être réalisée à l'ar- rière sur une profondeur selon l'axe z de 0,2 à 4 pm. Brève description des dessins la figure 1 montre une plaquette avec diverses têtes en couches minces, la figure 2 montre un patin de vol avec têtes sur les flancs arrière du patin, la figure 3 illustre l'angle fait par un patin avec la piste, en fonction du rayon de celle-ci, la figure 4 illustre un patin avec chan- freins avant et chanfreins latéraux, la figure 5 illustre un patin avec chan- freins avant et décrochements latéraux, la figure 6 montre un patin avec chanfreins avant et rainures transversales, la figure 7 montre un patin de vol selon l'invention, avec décrochement périphérique autour des reliefs, les figures 8, 9, 10 et 11 montrent quatre modes de réalisation du patin selon l'in- vention, la figure 12 montre un cas particulier o l'évidement central a comme profondeur la hauteur du décrochement périphérique, la figure 13 illustre un mode particulier de réalisation du patin selon l'invention. Exposé détaillé de modes de réalisation Sur la figure 7, le patin de vol représenté porte la référence générale 70 Ce patin, en forme de catamaran, comprend deux rails en relief 71 et 72 séparés par un évidement 74 Autour de chaque relief 71, 72, on trouve un décrochement, respectivement 76, 78, de profondeur selon l'axe z constante sur toute la périphérie des reliefs Sur la figure 7, on voit que l'évidement central présente selon l'axe z une profondeur P et Les décrochements une hauteur h se Lon l'axe z. La figure 7 indique également sous la réfé- rence 80 et en tireté, La position de La tête magnéti- que de Lecture et/ou d'écriture Une tête magnétique peut être disposée sur un seul des reliefs ou respecti- vement sur chaque relief. Les figures 8, 9, 10 et 11 montrent diffé- rents modes de réalisation du patin de L'invention, dans lesquels Les reliefs 71 et 72 ont des formes diverses, notamment arrondies (figures 8, 10, 11), et o les décrochements sont assymétriques (figures 8, 9, 10, 11). Ces différentes formes permettent, en fonc- tion des conditions d'utilisation, de contrôler les dépressions ou les pressions à l'avant, à l'arrière et sur les côtés du patin, de façon à obtenir une optimisation de sa stabilité en vol. Dans les patins de vol connus, l'évidement entre les reliefs est de l'ordre de 70 plim à 100 lipm de profondeur selon l'axe z Le Demandeur a observé que les caractéristiques du vol ne sont pas modifiées pour des profondeurs réduites à environ 15 pim Pour des valeurs inférieures, plus particulèrement entre 2 pm et 10 im, cet évidement va provoquer une dépres- sion lors des vols angulaires par rapport à la piste. Cette dépression va permettre également de contrôler la hauteur de vol du relief comportant la tête d'écri- ture-lecture. L'invention porte donc aussi sur un patin de vol dans lequel Les reliefs sont séparés par un évidement de profondeur P inférieure à 15 plim Pour certaines applications, la valeur de la profondeur P de l'évidement entre les reliefs peut être identique à la hauteur h du décrochement ménagé à la périphérie des reliefs selon l'invention Alors, le patin ne comportera qu'une seule surface en retrait par rapport aux faces inférieures des reliefs. C'est ce qui est représenté sur la figure 12 o l'évidement est référencé 74 et les décrochements respectivement 76 et 78 La profondeur commune (P, h) peut être de l'ordre de quelques microns (par exemple 2 pim). Des profondeurs aussi faibles sont possibles notamment dans le mode de fabrication par gravure collective qui permet d'obtenir une précision suffi- sante. Le patin de vol qui vient d'être décrit peut être réalisé par des opérations de photogravure diverses A titre d'exemple non limitatif, la figure 13 illustre un procédé comprenant les opérations sui- vantes: a) sur une plaquette 80 (par exemple en silicium), on dépose une résine photosen- sible 82 (partie a); b) on effectue ensuite une insolation de cette résine à travers un masque définis- sant la surface à graver (partie b); c) après insolation, on effectue une révéla- tion de la résine insolée pour dégager les parties à graver (reliefs en résine 86) (partie c); d) on effectue ensuite une gravure ionique réactive du silicium pour réaliser les reliefs 88; cette opération est réalisée en contrôlant la profondeur (h); e) on enlève la résine par un procédé chi- mique; on obtient ainsi les reliefs 88; f) par des opérations analogues, on forme un masque en résine 90 sur le sommet des reliefs 88 (partie f), et éventuelle- ment au fond de l'évidement pour définir les décrochements à paver; g) on grave la périphérie des reliefs pour former les décrochements 92 (partie g) de profondeur comprise entre 0,2 et 4 vm (de préférence entre 0,7 et 2 pm). Lorsque P = h, un seul masque 84 de forme appropriée suffit pour définir à la fois les reliefs et les décrochements (l'évidement étant confondu avec les décrochements). REVENDICATIONS 1 Patin de vol de type catamaran pour enre- gistrement magnétique, comprenant une face destinée à être placée en regard d'un support d'enregistrement magnétique, cette face présentant deux rails en relief ( 71,72) dont l'un au moins est muni de moyens ( 80) de lecture et/ou d'écriture ces deux rails en relief ( 71,72) étant séparés l'un de l'autre par un évidement ( 74), ce patin étant caractérisé par le fait que chaque rail ( 71,72) présente sur la totalité de sa périphérie un décrochement ( 76,78) ayant une hauteur (h) qui est constante sur toute la périphérie. 2 Patin de vol selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la hauteur (h) du décroche- ment est comprise entre 0,2 et 4 pim. 3 Patin de vol selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la hauteur (h) du décroche- ment est comprise entre 0,7 et 2 pm. 4 Patin de vol selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'évidement ( 74) entre les deux rails en relief ( 71,72) a une profondeur (P) égale à la hauteur (h) des décrochements ( 76,78).