DE2141738C3

DE2141738C3 - Magnetkopfsystem mit einem, an einem Schwebeschuh angeordneten Magnetkopf

Info

Publication number: DE2141738C3
Application number: DE2141738A
Authority: DE
Inventors: Anthonie Emmasingel Eindhoven Walraven (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-08-29
Filing date: 1971-08-20
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2141738B2; DE2141738A1; NL7012826A; GB1347728A; US3732552A; FR2106085A5; BE771914A; CA934872A; JPS527930B1; IT943413B

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetkopfsystem mit einem Magnetkopf, der im Betrieb auf einer Luft- oder Flüssigkeitsschicht schwebt, die von der Oberfläche eines schnell rotierenden magnetischen Aufzeichnungsträgers, wie Trommel oder Scheibe, mitgedreht wird, wobei das Magnetkopfsystem einen mit den erforderlichen Freiheitsgraden federnd aufgehängten, eine Schwebefläche aufweisenden Sehwebeschuh, der den Magnetkopf trägt, und ein Vorspannungselement enthält

Es ist bekannt, daß in drehenden Scheiben- und Trommelspeichern das Prinzip »hydro«-dyiiamischer Schmierung angewandt werden kann, um einen sehr kleinen und konstanten Abstand zwischen der wirksamen Oberfläche eines Magnetkopfes und der mit einer magnetisierbaren Schicht versehenen Oberfläche der verwendeten als Aufzeichnungsträger dienenden Scheibe oder Trommel zu realisieren. Dazu wird der Magnetkopf in einem Träger oder Schwebeschuh angeordnet, der derart aufgehängt ist, daß die erforderlichen Freiheitsgrade des Magnetkopfsystems nicht beeinträchtigt werden.

Aus der US-PS 31 83 516 ist bekannt, den Magnetkopf an einem Schwebeschuh mit einer planen Schwebefläche zu befestigen und diesen mit einem oder mehreren electrostictiven Lagerarmen zu verbinden. Diese Lagerarme werden durch Anlegen einer Spannung aus ihrer gestreckten Lage in eine zum Aufzeichnungsträger gekrümmte Lage gebracht Dadurch wird der Magnetkopf lediglich von seiner Ruhelage in seine vorbestimmte Arheitslage verschwenkt. Eine Krümmung der Schwebefläche erfolgt dabei nicht.

Durch die Relativbewegung zwischen Aufzeichnungsträger und der Schwebefläche wird diese in einem bestimmten Winkel zum Aufzeichnungsträger eingestellt, der unter anderem von der Drehgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers und von der Viskosität des Mittels abhängt, das sich zwischen Aufzeichnungsträger und Schwebefläche befindet.

Weiterhin hat es sich durch Versuche sowie durch Berechnungen herausgestellt, daß das viskose Mittel durch den Staudruck vom Aufzeichnungsträger mitgeführt wird, der sich in dem verengten Raum zwischen Schwübefläche des Schwebeschuhes und Aufzeichnungsträger aufbaut. Eine durch diesen Druck auf die Schwebefläche ausgeübte Kraft wird durch ein Vorspannungselement im Gleichgewicht gehalten, wozu oft eine Blattfeder oder eine Membran (US-PS 32 49 701) benutzt wird. Auf diese Weise gleitet der Schwebeschuh mit seiner Schwebefläche gleichsam über ein Luft- oder Flüssigkeitskissen, das als verhältnismäßig starre Feder wirkt. Dadurch vermag er etwaigen Unebenheiten der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers zu folgen, ohne daß sich der Abstand zwischen dem in dem Schwebeschuh angeordneten Magnetkopf und der magnetisierbaren Schicht des Aufzeichnungsträgers wesentlich ändert.

Obschon es aus Herstellungsgründen Vorteile bietet, die Schwebefläche vollkommen flach auszubilden, hat es sich als vorteilhaft ergeben, Schwebeflächen zu verwenden, die mit einer im wesentlichen zylinderförmig oder sphärisch gekrümmten Fläche versehen sind, wobei der Krümmungsradius einige Meter betragen kann. Um Schwebeabstände von 2 bis 4 μπι zu erhalten, werden beispielsweise zylinderförmig profilierte Schwebeflächen mit einem Krümmungsradius von etwa 6 m verwendet.

Zum Betrieb wird der Magnetkopf in eine gewünschte Lage über dem Aufzeichnungsträger eingestellt. Dazu wird der Schwebeschuh aus einer verhältnismäßig großen Höhe (nicht wirksamen Ruhelage) in die Schwebelage (wirksame Arbeitslage) gebracht, was als

sogenanntes »Landen« bezeichnet wird. In bekannten Aufzeichnungssystemen werden dazu meist Motorlösungen verwendet, beispielsweise ein Bimetallmotor, bei dem die Ausdehnung eines Bime'allstreifens bei Erwärmung genutzt wird (US-PS 31 80 944), oder der > »Fluid-Motor«, der den Schwebeschuh mittels eines Gases unter Druck in die wirksame Lage bringt (NL-PS 1 25 181), oder der Schwebeschuh ist mit einem als electrostrictiver Streifen ausgebildeten Lager verbunden (US-PS 31 83 516). Derartige Lösungen weisen den i< > Nachteii auf, daß sie durch ihre Trägheit eine Beschränkung im Aufzeichnungssysterr. bilden.

Außerdem werden in der Computertechnik immer kleinere Schwebeabstände gefordert, insbesondere Abstände um S 1 μητ. Derartige kleine Schwebeabstände sind beim Landen des Schwebeschuhs problematisch. Es ist schwierig, infolge von Einschwingvorgängen den Schwebeschuh sicher in die Schwebelage zu bringen, so daß unerwünschte Berührungen der Aufzeichnungsoberfläche auftreten, die eine Beschädigung der magnetischen Schicht bedingen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetkopfsystem der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, daß die genannten Nachteile vermieden werden und ein sanftes Landen auch bei äußerst 2> geringen Auflagehöhen erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch ein in den Ansprüchen gekennzeichnetes Magnetkopfsystem in besonders einfacher Weise gelöst Dabei soll die Anpassung an die gewünschte Abstandsbzw. Schwebehöhe praktisch trägheitslos erfolgen. 3«

Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß in dem zwischen einem Aufzeichnungsträger und einer Schwebefläche mit verhältnismäßig kleinem Krümmungsradius bestehenden Spalt ein großer Staudruck aufgebaut wird, während bei verhältnismäßig großem r> Krümmungsradius der Schwebefläche in diesem Spalt ein kleiner Druck entsteht Wird also bei einer, auf die Schwebefläche eines Schwebeschuhs ausgeübten konstanten Anpreßkraft eine Vergrößerung des Krümmungsradius vorgenommen, so wird der Schwebeschuh dichter über dem Aufzeichnungsträger schweben.

Es sei bemerkt, daß eine Änderung des Krümmungsradius der Schwebefläche an sich verschiedenartig auf elektrischem Wege realisierbar ist. Besonders vorteilhaft sind jedoch piezoelektrische Materialien. Es ist bekannt, daß diese Materialien unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes ihre Form ändern. So wird eine flache Platte -ius piezo-elektrischem Material mit einer Polarisationsrichtung senkrecht zur Hauptfläche der Platte, sobald Elektroden an der Ober- und an der so Unterseite mit einer Spannungsquelle verbunden werden, ein gewisses Ausmaß an Ausdehnung bzw. Einschrumpfung aufweisen unabhängig von der Größe und der Polarität der angelegten Spannung. Auf einem passiv verformbaren Träger angeordnet, wird auf diese Weise ein Biegeelement mit elektrisch veränderbarem Krümmungsradius gebildet. Ein derartiges Biegeelement mit piezo-elektrischem Material ist bereits dazu verwendet worden, einen Magnetkopf um seine Querachse zu drehen, um dadurch eine Spursynchroni- to sation zu erreichen, wie es !.yi'pielsweise bei Stereoaufnahmen oder -wiedergaben erforderlich wird (Control, luni 1967, Seiten 293 bis 296).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden b5 näher beschrieben. Es zeigen

Fig. I und Fig. 2 einen Schnitt durch einen Schwebeschuh in unterschiedlichen Schwebezuständen, F i g. 3 und F i g. 4 einige Beispiele zum Verbinden der Elektroden der piezoelektrischen Biegeelemente mit einer Spannungsquelle,

F i g. 5 und F i g. 6 eine Darstellung, wie die Polarisation der Platten in den in F i g. 3 bzw. 4 dargestellten Fällen sich ändert,

Fig.7 eine Darstellung der Krümmungsradiusänderung eines frei aufgehängten Schwebeschuhs,

Fig.8 eine Darstellung eines auseinandergezogenen aus drei Schichten bestehenden Schwebeschuhs nach der Erfindung und eine Darstellung der Aufhängung.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Schwebeschuh 1, der über einer mit einer magnetisierbaren Schicht 3 versehenen Scheibe 2 als Aufzeichnungsträger schwebL Die Scheibe 2 dreht sich in Richtung des Pfeiles /·. Bei der Drehung der Scheibe 2 wird ein Druckberg 4 zwischen der Schwebefläche 5 mit dem Krümmungsradius Äi des Schwebeschuhes 1 und der Oberfläche 6 der Scheibe 2 aufgebaut. Auf den Schwebeschuh I wird eine durch den Pfeil P dargestellte Anpreßkraft ausgeübt, wodurch der Schwebeschuh in der Höhe h\ schweben bleibt

Fi g. 2 zeigt einen Schnitt durch denselben Schwebeschuh 1, wobei der Krümmungsradius Ri der Schwebefläche 5 in diesem Fall jedoch größer ist als R\. Die durch den Pfeil P dargestellte Anpreßkraft und die durch den Pfeil F dargestellte Drehung der Scheibe 2 sind ebenso groß wie in der in F i g. 1 dargestellten Situation. Infolge des größeren Krümmungsradius der Schwebefläche 5 wird jedoch ein Druckberg 7 aufgebaut, der niedriger ist als der Druckberg 4 in Fig. 1. Dadurch schwebt der Schwebeschuh 1 in einer Höhe h₂ gegenüber der Oberfläche 6 der Scheibe 2, welche Höhe kleiner ist als die Höhe h\ in F i g. 1.

Zur Änderung des Krümmungsradius der Schwebefläche 5 eines Schwebeschuhs 1 können piezoelektrische Biegeelemcnte verwendet werden. In F i g. 3 wird ein Schwebeschuh mit einer Trägerplatte 8, der beispielsweise aus keramischem Material hergestellt sein kann, dargestellt, auf der ein Magnetkopf 9 befestigt ist. Auf beiden Seiten der Trägerplatte 8 sind Platten aus piezoelektrischem Material 10 bzw. 11 befestigt. Die Platte 10 ist mit der Elektrode 12 versehen und verbunden mit dem Punkt 14 und die Platte 11 ist mit der Elektrode 15 versehen und mit dem Punkt 13 verbunden. Der Anschluß der Spannungsquelle Verfolgt derart, daß die Platten 10 und 11 parallelgeschaltet sind. Die in den Platten 10 und 11 gezeichneten Pfeile geben die Vorpolarisationsrichtungen derselben an. Wird die Spannung der Spannungsquelle Verhöht, so wird, wie in Fig.5 dargestellt ist, die Größe der Polarisation der Platte 11 zunehmen, wodurch diese Platte sich dehnt und die Größe der Polarisation der Platte 10 wird abnehmen, so daß diese Platte schrumpft. Die Größe dieser Krümmung läßt sich durch Änderung der Spannung regeln. Auf diese Weise ist es also möglich, durch Anlegung einer hohen Spannung (der eine starke Krümmung, d. h. ein kleinerer Krümmungsradius entspricht) den Schwebeschuh in verhältnismäßig großer Höhe schweben zu lassen und wenn danach die Spannung verringert wird (dem eine geringere Krümmung, d. h. ein größerer Krümmungsradius entspricht) den Schwebeschuh in die gewünschte Schwebelage (wirksame Lage) zu bringen.

In einer bestimmten Ausführungsform betrug die Dicke jeder der Platten 8, 10 und 11 0,33 mm und der Elastizitätsmodul der keramischen Trägerplatte 8 entsprach dem der Platten 10, 11 aus piezoelektrischem

Material. Für das letztere wurde ein unter dem Namen Piezooxyd 5, ein modifiziertes Bleizirkonaltitanat, erhältliches piezoelektrisches keramisches Material verwendet mit einer piezoelektrischen Ladungskonstante

_ mechanische Spannung in x-Richtung\ lkh Fld h J

elektrisches Feld in ^-Richtung J

Diese trilaminare Konstruktion wurde frei aufgehängt (siehe Fig. 7). Es stellte sich heraus, daß eine den Elektroden zugeführte Spannung V von 118 Volt eine einem Krümmungsradius R von 6 Meter entsprechende Biegung verursachte. Durch Verringerung dieser Spannung auf 71,5 V wurde der Krümmungsradius R= 10 m.

Es sei bemerkt, daß für ein trilaminares Element, wie dies obenstehend beschrieben wurde, die folgende Beziehung gilt:

K=-

/t²

wobei Λ der Gesamtdicke des Elementes entspricht.

Es sei weiter bemerkt, daß bei Verwendung einer geringeren Erregungsspannung, eine Anzahl (dünnerer) Planen aus piezoelektrischem Material elektrisch parallelgeschaltet werden muß.

In Fig.4 wird ebenfalls ein trilaminares Element dargestellt. Dabei sind die Platten aus piezoelektrischem Material 10 und 11 jedoch an einer metallenen Trägerplatte 16, zugleich als Kopfträgerplatte wirksam, befestigt. Die Platte 16 ist als Elektrode für die beiden Platten 10 und 11 wirksam. Um ebenso wie in dem in F i g. 3 dargestellten Fall, die Platten parallelzuschalten, müssen die Elektroden 16, 17, 18 auf die angegebene Weise mit der Spannungsquelle V verbunden werden. Die in den Platten 10 und 11 gezeichneten Pfeile geben wieder die Richtung an, in der die Platten vorpolarisiert sind.

In Fig. 6 wird der Effekt einer Spannungserhöhung dargestellt: die Platte 11 dehnt sich, während die Platte 10 schrumpft. Dies wird eine Krümmung der trilaminaren Konstruktion als Ganzes zur Folge haben.

Fig.8 zeigt als Beispiel eine Darstellung einer auseinandergezogenen Sonderausführung einer trilaminaren Schwebeschuhkonstruktion nach der Erfindung.

κι Die Aufhängung des Schwebeschuhes wird durch zwei je einen rechten Winkel bildende Blattfedern 19 und 20 gebildet. Diese geben dem Schwebeschuh die Freiheit, sich im Betrieb gegenüber dem (nicht dargestellten) scheibenförmigen Aufzeichnungsträger einzustellen, und zwar dadurch, daß Drehung um die Achsen A-A und B-B und eine Translation in der Richtung C-Cmöglich ist. Die Blattfedern 19 und 20, die in einem bestimmten Fall aus Phosphorbronze hergestellt worden waren und eine Dicke von 0,07 mm und eine Breite von 2 mm hatten, sind zugleich als Elektroden der Platten aus piezoelektrischem Material 10 und 11 wirksam. Damit eine zylinderförmige Krümmung des Schwebeschuhs verwirklichbar ist, sind die Federn 19 und 20 derart hergestellt, daß sie je zwei längliche parallele Enden 21, 22 bzw. 23, 24 aufweisen, die an den Platten 10 bzw. 11 befestigt sind. Die Trägerplatte 16, an der der Magnetkopf 9 befestigt ist, der durch ein Loch 25 in der Platte 11 hindurchragt, besteht aus Metall und ist zugleich als Elektrode wirksam, und zwar auf die Art

i<> und Weise, wie in F i g. 4 dargestellt ist. Dadurch, daß die elektrischen Anschlüsse 28 und 29 mit dem einen Pol einer Spannungsquelle und der Anschlüsse 30 mit dem anderen Pol verbunden wird, ist es möglich, die elektrische Feldstärke in den Platten 10 und 11 zu ändern. Das Vorspannungselement wird durch eine Blattfeder 26 gebildet, die über einen zugespitzen Stift 27 eine gewisse Kraft auf die obere Platte 10 der Schwebekonstruktion ausübt. Die Größe dieser Kraft wird durch den Abstand bestimmt, mit dem man den Schwebeschuh über der Scheibe schweben lassen will. Bei einem zylinderförmig profilierten Schwebeschuh mit einem Krümmungsradius von 6 m einer Drehgeschwindigkeit der Scheibe von 3—12 m/s und Anpreßkräften von 10—140 g können auf diese Weise 3 Schwebeabstände von 0,5—1,6 μπι erreicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetkopfsystem mit einem Magnetkopf, der im Betrieb auf einer Luft- oder Flüssigkeitsschicht schwebt, die von der Oberfläche eines schnell rotierenden magnetischen Aufzeichnungsträger;, mitgedreht wird, wobei das Magnetkopfsystem einen mit den erforderlichen Freiheitsgraden federnd aufgehängten, eine Schwebefläche aufweisen- ι ο den Schwebeschuh, der den Magnetkopf trägt, und ein Vorspannungselement enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein verformbarer, mit elektrisch steuerbaren Mitteln versehener Schwebeschuh (1) zur reproduzierbaren Veränderung des Krümmungsradius (R) der Schwebefläche (5) in einer Weise vorgesehen ist, daß die Schwebefläche (5) unter Beibehaltung ihrer zum Aufzeichnungsträger (2, 3) gerichteten Krümmung zum Schweben des Magnetkopfes (9) über dem Aufzeichnungsträger (2, 3) in einer ersten Höhe (h 1), einen ersten Krümmungsradius (R 1) und in einer zweiten geringeren Höhe (h 2), einen zweiten Krümmungsradius (R 2) einnehmen kann, der größer ist als der erste Krümmungsradius (R 1).

2. Magnetkopfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebeschuh aus einer Trägerplatte (8,16) besteht, an deren an mindestens einer Seite eine Platte (11) aus piezoelektrischem Material befestigt ist, die mit mindestens zwei mit jo einer Spannungsquelle (V) zu verbindenden Elektroden (14, 15 16', 18) versehen ist zum Ändern der elektrischen Feldstärke in der Platte und damit der Krümmung des Ganzen.

3. Magnetkopfsystem nach Anspruch 2, dadurch i^r, gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Trägerplatte (8,16) je eine Platte (10,11) aus vorpolarisiertem piezoelektrischem Material befestigt ist, wobei die Polarisationsrichtung dieser Platten (10, 11) und ihre elektrische Verbindung untereinander derart ist, daß bei Verbindung mit einer äußeren Spannungsquelle (V)d\e elektrischen Feldstärken in den Platten (10,11) sich in entgegengesetztem Sinne ändern.

4. Magnetkopfsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (16) 4^r> aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist und als Elektrode wirksam sein kann.

5. Magnetkopfsystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer der Seiten jeder Platte (10, 11) aus piezoelektri- ^r>u schem Material zwei längliche Elektroden parallel zueinander angeordnet sind.

6. Magnetkopfsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Spannungsquelle (V) zu liefernde Spannung von π einer Größe, wie Kapazität oder Schmierfilmdruck, abhängig ist, welche Größe selbst vom Abstand zwischen dem Magnetkopf und dem Aufzeichnungsträger abhängig ist.

bO