Brevet FR2681716A1 — publié le 19930326

TETE MAGNETIQUE POUR PISTES MAGNETIQUES ET PROCEDE DE FABRICATION L'invention concerne les têtes magnétiques d'écriture et/ou de lecture pour pistes magnétiques et plus particulièrement pour pistes magnétiques à fort champ coercitif. Afin d'améliorer la sécurité des enregistrements magnétiques digitaux, en particulier dans le domaine de la monétique, il est apparu des couches magnétiques ayant un champ coercitif élevé. Ces derniers ont progressivement évolué vers des valeurs très importantes, généralement supérieures à 20 000 A/m. Ce type de support magnétique est particulièrement difficile à saturer et, de ce fait, nécessite des têtes magnétiques d'enregistrement d'un type spécial. En effet, la géométrie habituellement exploitée pour la construction des têtes ne peut être remise totalement en cause puisque le principe de l'enregistrement magnétique consiste à exploiter un circuit magnétique permettant la concentration d'un champ magnétique dans une section restreinte dudit circuit. Cette zone, appelée entrefer, de très faible longueur et de perméabilité de l'ordre de 1, présente une réluctance importante qui favorise l'épanouissement du champ magnétique en dehors du circuit. Cette zone est donc génératrice de "fuites" qui assurent la polarisation magnétique de la couche constituant la piste d'enregistrement, laquelle est plus ou moins en contact avec cette zone de la tête d'enregistrement. Généralement, le circuit magnétique favorisant cette concentration de champ (créé par le passage d'un courant dans une bobine placée sur ledit circuit) est réalisé dans un matériau magnétique dont les caractéristiques sont adaptées à cette application. La perméabilité magnétique est choisie aussi élevée que possible afin d'assurer une bonne canalisation du flux magnétique créé par le passage du courant dans la bobine d'excitation. De plus, il est recherché une bonne induction à saturation afin de minimiser le courant d'excitation. En raison de l'application en fréquence, il est recherché des matériaux qui présentent de faibles pertes en fonction de la fréquence (pertes par courants de Foucault, et pertes par hystérésis). Les matériaux les mieux adaptés, dont les caractéristiques intrinsèques répondent correctement à ces trois grandeurs, sont généralement des matériaux frittés du type ferrite qui, de par leur structure garantissent un bon compromis de celles-ci. Cependant, pour l'application à forts champs coercitifs, ces matériaux n1 ont pas une induction à saturation suffisamment élevée pour assurer une bonne saturation de la couche d'enregistrement . Généralement, les faibles sections mises en oeuvre dans la zone de fuite (région de l'entrefer) entraident une saturation prématurée du matériau de concentration et, de ce fait, ne permettent pas de travailler à des champs très élevés tels que ceux nécessaires pour assurer la saturation d'une piste d'enregistrement dont le champ coercitif peut atteindre 40 000 A/m et davantage. Afin d'assurer la saturation de couches magnétiques dont les champs coercitifs sont supérieurs à 20 000 A/m, il a été proposé des têtes magnétiques mettant en oeuvre des matériaux magnétiques métalliques. Ces matériaux magnétiques métalliques se présentent alors sous la forme soit d'empilages de tôles, soit de blocs massifs. Une tête magnétique complète comprend une partie active constituée de deux éléments magnétiques métalliques en regard l'un de l'autre et séparés par un entrefer, au moins un élément de fermeture du circuit magnétique reliant, du côté opposé à l'entrefer, les deux éléments magnétiques métalliques de la partie active si ceux-ci ne peuvent être reliés directement, une ou deux bobines selon l'utilisation que l'on désire faire de la tête magnétique et divers éléments permettant de fixer les différentes pièces citées ci-dessus dans un même boitier. La technologie habituellement utilisée pour la fabrication des parties actives des têtes magnétiques métalliques consiste à découper des profils, par exemple en forme de C, soit par découpe mécanique, soit par découpe photochimique. il est ensuite procédé à l'empilage de ces profils jusqu'à l'obtention de la largeur voulue pour chaque masse polaire. Deux masses polaires sont alors mises en regard l'une de l'autre, avec interposition de la cale d'entrefer afin de constituer une partie active. Les alliages magnétiques utilisés pour la fabrication de ces masses polaires ont des caractéristiques magnétiques très pointues (perméabilité, induction à saturation, champ coercitif). Ces dernières peuvent être détérioriées de façon importante par des contraintes mécaniques, telles que celles générées au cours des opérations d'usinage ou bien encore celles provoquées lors du montage en boitier de toutes les pièces constitutives de la tête. L'invention ne présente pas ces inconvénients. L'invention a pour objet une tête magnétique de lecture et/ou d'écriture comportant une partie active comprenant deux pièces polaires séparées par un entrefer, caractérisée en ce que ladite partie active comporte deux éléments de fixation des pièces polaires entre elles, lesdits éléments de fixation enserrant les deux pièces polaires et s'étendant transversalement à la direction de l'entrefer. La direction de l'entrefer est définie par l'axe Al A2 en figure lB. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la fabrication de parties actives de têtes magnétiques comprenant deux barreaux magnétiques séparées par un entrefer caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments de fixation de ces barreaux entre eux, lesdits éléments de fixation enserrant les deux barreaux et s'étendant transversalement à la direction de l'entrefer. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication de têtes magnétiques de lecture et/ou d'écriture caractérisé en ce qu'il comporte une première étape incluant la fabrication de deux barreaux magnétiques et d'une lame non magnétique, une deuxième étape incluant l'assemblage des deux barreaux magnétiques et de la lame non magnétique dans un même bloc solide à l'aide de deux plaques non magnétiques enserrant lesdits barreaux magnétiques et la lame non magnétique, lesdites plaques non magnétiques s'étendant transversalement à la direction de l'entrefer, et une troisième étape permettant la découpe du bloc solide réalisé lors de la deuxième étape en parties actives élémentaires. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation préférentiel, faite avec référence aux figures ci-annexées dans lesquelles: - Les figures tA et lB représentent la partie active d'une tête magnétique de lecture et/ou d'écriture selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. - Les figures 2 à 7 représentent les différentes étapes du procédé de fabrication de la partie active d'une tête magnétique de lecture et/ou d'écriture selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. - La figure 8 représente le dispositif destiné à la fabrication de parties actives de têtes magnétiques de lecture et d'écriture selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. La figure 1A représente une vue en perspective de la partie active d'une tête magnétique de lecture et/ou d'écriture selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. Deux pièces polaires t et 2 séparées par un entrefer 3 sont rendues solidaires l'une de l'autre à l'aide de deux éléments métalliques non magnétiques 4. Chaque pièce polaire est constituée soit d'un empilage de plaques magnétiques métalliques soit d'un seul élément magnétique métallique massif. Les alliages métalliques magnétiques utilisés peuvent être choisis, par exemple, dans la liste suivante: fer-nickel, fer-nickel-chrome, fer-nickel-molybdène, fer-nickelchrome-molybdène, fer-nickel-chrome-vanadium, fer-silicium, fer-cobalt. De très bonnes performances sont obtenues avec un alliage fer-nickel comprenant 52% de fer et 48% de nickel. L'entrefer 3 est constitué d'une feuille réalisée dans un matériau tel que, par exemple, le mica, le verre, le bronze au beryllium ou encore un matériau organique. Les deux éléments métalliques non magnétiques 4 sont réalisés en alliages à base de cuivre ou en céramique conductrice. La figure 1B représente la vue de dessus de la partie active de la tête magnétique de lecture et/ou d'écriture. C'est une vue de la face destinée à être en contact avec une piste magnétique. Dans la suite de la description on désignera cette face sous le terme de "face active". La longueur de cette face active est L. L'axe Al A2 définit la direction de l'entrefer. La figure 2 représente un barreau magnétique métallique 5 constitué par un empilage de plaques magnétiques métalliques 6. Ces plaques sont réalisées, par exemple, à partir de l'un quelconque des alliages métalliques mentionnés plus haut. L'empilage des plaques métalliques 6 est réalisé de manière que sa hauteur h soit égale à la largeur de la face active finale. L'empilage est exécuté sous pression, avec interposition entre chaque plaque 6 d'une matière organique adhésive et isolante, afin que le barreau magnétique résultant 5 se comporte mécaniquement, après cette opération, comme un élément massif. Plusieurs empilages de mêmes caractéristiques géométriques et magnétiques sont alors réalisés en nombre pair. Chaque empilage subit une opération de rectification sur l'une de ses faces latérales F. La figure 3 représente l'opération qui consiste à emprisonner une lame non magnétique 7, d'épaisseur e, entre deux empilages 5, les faces en contact avec ladite lame étant les faces latérales F précédemment rectifiées. Cet assemblage est réalisé de préférence sans interposition d'un adhésif quelconque, afin que l'épaisseur de la lame corresponde précisément à la longueur mécanique de l'entrefer que l'on souhaite réaliser pour la face active finale. La figure 4 décrit l'assemblage, selon le mode de réalisation préférentiel choisi, de l'ensemble constitué par les deux barreaux 5 et la lame non magnétique 7. Cet assemblage est réalisé en mettant en pression d'une part les deux barreaux 5 sur la lame non magnétique 7 et d'autre part deux plaques non magnétiques 8 sur l'ensemble constitué par les barreaux 5 et la lame non magnétique 7. Selon le mode de réalisation préférentiel, un élément organique adhésif permet aux plaques 8 d'adhérer à l'ensemble constitué des deux barreaux 5 et de la lame non magnétique 7. Les plaques 8 sont mises en pression non seulement afin d'assurer une bonne répartition de l'adhésif entre les éléments en cours d'assemblage, mais encore pour assurer une très bonne régularité de la géométrie de l'ensemble. Après polymérisation de l'adhésif, l'ensemble mécaniquement solide constitué des deux barreaux magnétiques métalliques 5, de la lame non magnétique 7 et des deux plaques non magnétiques 8 est retiré des systèmes mécaniques qui le maintenaient en pression. Les plaques non magnétiques 8 sont réalisées, par exemple, en alliage métallique non magnétique à base de cuivre, ou en céramique conductrice. La figure 5 représente le dispositif 9 obtenu après l'assemblage décrit en figure 4. Le dispositif 9 se présente comme un bloc parallélépipédique. C'est dans ce bloc que sont découpées différentes parties actives. Pour ne pas charger le dessin, seul le profil d'une partie active 10 est représentée en pointillés sur la figure 5. De même, le hachurage horizontal représentant les différentes plaques constitutives d'un même barreau magnétique a-til été supprimé pour la même raison. La découpe du dispositif 9 comprend une étape de réalisation des faces actives. La découpe des faces actives est faite, par exemple, à l'aide d'une machine d'électroérosion à fil dont le programme de pilotage est choisi en fonction des profils à réaliser. C'est un avantage de l'invention de pouvoir réaliser simplement des profils différents de la face active. L'exemple présenté ici correspond à un profil cylindrique il pour la partie de la face active qui sera ultérieurement au contact de la piste magnétique. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la méthode de découpe au profil par électroérosion à fil n'engendre pas de contraintes mécaniques sur les masses polaires. A l'opposé de la face active ll se situent deux faces planes 13 et 14 séparées, une fois la pièce réalisée, par un évidement 12. La figure 6 représente un ensemble de parties actives de têtes magnétiques montées sur un même support 15 dans le but de rectifier les faces planes 13, 14 de chacune des parties actives obtenues à l'issue de l'opération décrite en figure 5. Cette opération de rectification est nécessaire afin d'assurer un bon contact mécanique avec le circuit magnétique de fermeture supportant le bobinage de la tête magnétique. La figure 7 représente un ensemble de parties actives de têtes magnétiques montées sur un même support cylindrique 16 dans le but d'exécuter une rectification puis un polissage des faces actives 11 desdites parties actives obtenues à l'issue de l'opération décrite en figure 6. En fonction des profils à réaliser, d'autres moyens mécaniques peuvent être utilisés pour réaliser les opérations décrites aux figures 6 et 7. Les barreaux magnétiques métalliques 5 ont été décrits comme constitués d'empilages de plaques magnétiques métalliques. 1l est évident, pour l'homme de l'art, que des barreaux métalliques massifs peuvent tout aussi bien être utilisés. Dans l'application choisie à fort champ coercitif, il est nécessaire de mettre en oeuvre des matériaux magnétiques métalliques. 1l faut noter que l'invention concerne aussi la réalisation de têtes magnétiques d'écriture et/ou de lecture pour des pistes magnétiques ayant des champs coercitifs plus faibles que celles concernées par le mode de réalisation préférentiel. Ainsi des matériaux frittés du type ferrite peuvent-ils aussi être utilisés à la place des barreaux magnétiques métalliques cités. D'autre part, pour certaines applications, dont les têtes magnétiques exploitées indifféremment en lecture ou en écriture, dites têtes de lecture et d'écriture, il est nécessaire de réaliser des faces actives de largeur variable. Ce type de faces actives est alors découpé dans un ensemble composé comme décrit en figure 8. Sur cette figure, un barreau magnétique métallique 5 résultant d'un empilage de plaques magnétiques métalliques ou bien étant un élément massif, comme cela a été mentionné précédemment, est séparé par une lame non magnétique 7 d'une deuxième masse polaire 17, en forme de T, obtenue par un usinage de précision d'un bloc magnétique métallique massif, ledit usinage garantissant la forme et les côtes mécaniques souhaitées. Deux plaques latérales 18 et 19 réalisées dans un matériau non magnétique conducteur enserrent l'ensemble constitué par le barreau magnétique 5, la lame non magnétique 7 et la deuxième masse polaire 17. Ces éléments sont tous assemblés comme cela a été décrit précédemment. De même, ltensemble mécaniquement solide 20 représenté en figure 8 est-il découpé comme cela a été décrit précédemment afin de constituer un certain nombre de parties actives destinées à être intégrées à des têtes magnétiques de lecture et d'écriture. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique de lecture et/ou d'écriture comportant une partie active comprenant deux pièces polaires (1, 2) séparées par un entrefer (3), caractérisée en ce que ladite partie active comporte deux éléments (4) de fixation des pièces polaires entre elles, lesdits éléments (4) enserrant les deux pièces polaires et s'étendant transversalement à la direction de l'entrefer. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments (4) de fixation des pièces polaires entre elles ont la forme de plaques. 3. Tête magnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les plaques sont planes. 4. Tête magnétique selon la revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les plaques de fixation (4) des pièces polaires (1, 2) recouvrent en totalité les faces latérales des pièces polaires (1, 2), lesdites faces latérales s'étendant transversalement à la direction de l'entrefer. 5. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments de fixation (4) sont constitués d'un alliage à base de cuivre ou de tout autre alliage conducteur non magnétique. 6. Tête magnétique selon ltune quelconque des revendications tà 4, caractérisée en ce que les éléments (4) de fixation des pièces polaires entre elles sont constitués à partir de céramique conductrice. 7. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entrefer (3) est constitué d'une feuille de mica, de verre, de bronze au beryllium ou d'un matériau organique. 8. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que au moins une des deux pièces polaires (1, 2) est constituée par un élément métallique massif. 9. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que au moins une des deux pièces polaires (1, 2) est réalisée par un empilage de plaques métalliques. 10. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que au moins une des deux pièces polaires (1, 2) est réalisée par un élément en ferrite. 11. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'une des deux pièces polaires (1) est réalisée par un empilage de plaques métalliques, l'autre pièce polaire (2) étant réalisée par un élément métallique massif. 12. Tête magnétique selon la revendication 11, caractérisée en ce que la pièce polaire (2) réalisée par un élément métallique massif a un profil en forme de T. 13. Tête magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments (4) de fixation des pièces polaires entre elles sont collés sur lesdites pièces polaires. 14. Dispositif pour la fabrication de parties actives de têtes magnétiques de lecture et/ou d'écriture caractérisé en ce qu'il comprend deux barreaux magnétiques (5) séparés par un entrefer (7) et deux éIéments (8) de fixation de ces barreaux entre eux, lesdits éléments de fixation (8) enserrant les deux barreaux et s'étendant transversalement à la direction de l'entrefer. 15. Procédé de fabrication de têtes magnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - Assemblage de deux barreaux magnétiques (5) et d'une lame non magnétique (7) dans un même bloc solide (9) à l'aide de deux plaques non magnétiques (8) enserrant lesdits barreaux magnétiques et la lame non magnétique, lesdites plaques non magnétiques s'étendant transversalement à la direction de l'entrefer. - Découpe du bloc solide (9) en plusieurs pièces dont chacune constitue la partie active d'une tête magnétique.