Brevet FR2069893A1 — publié le 19710910

- i - 2069893 La présente invention a pour objet un perfectionnement aux circuits logiques à fluide. On connait des circuits logiques dans lesquels des éléments logiques commandés par un fluide, sont sus-5 ceptibles d'effectuer des opérations logiques, comme les dispositifs basés sur l'électronique. Par ailleurs, certains circuits logiques comprennent des relais à fluide comportant des éléments mobiles, tels que des relais à bascules, des relais à une ou plusieurs 10 membranes, des relais à tiroir. Ces relais comportent un certain nombre d'avantages communs, notamment une grande puissance du signal obtenu, un faible rapport entre le fluide moteur consommé et la puissance fournie, une insensibilité aux impuretés du fluide 15 utilisé et une stabilité de la fonction mémoire (par accrochage mécanique dans le dispositif à tiroir). Cependant ces dispositifs présentent également de nombreux inconvénients. En effet, les relais de type connu, prê-20 sentent un temps de réponse relativement faible par rapport aux dispositifs statiques. Par ailleurs, les dimensions des relais à éléments mobiles sont plus importantes que les dimensions des cellules statiques et ces relais sont inadaptés à la construc-25 tion de circuits plats. Enfin la conception de relais à éléments mobiles, implique un empilage de plusieurs pièces moulées qui comportent des canaux et qui forment des enceintes, ce qui entraîne un coût plus élevé que celui des éléments statiques et 30 des dispositifs électriques et électroniques. Le but de la présente invention est d'obtenir un perfectionnement aux dispositifs de relais à fluide à éléments mobiles, qui permette d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus. 35 Les circuits logiques perfectionnés sui 69 41589 2069893 - 2 - vant l'invention permettent d'obtenir des relais rapides, de construction simple et susceptibles d'être intégrés dans des circuits plats et miniaturisés par rapport aux relais existants. Conformément à la présente invention, les 5 circuits sont constitués d'éléments plats empilés dans lesquels est ménagé un réseau de conduits de fluide, et qui sont conformés pour constituer les organes mobiles des relais. L'utilisation d'un même élément pour l'organe mobile du relai et pour constituer le réseau de conduits de lO fluide, permet par des moyens simples de constituer des circuits logiques plats, similaires aux circuits imprimés utilisés en électricité. Par ailleurs, l'utilisation de circuits plats permet une grande densité de relais par unité de surface et une diminution des longueurs de conduits entre les relais, ce qui pro-15 voque une diminution des volumes parasites et respectivement une amélioration du temps de réponse. Enfin les éléments qui constituent les relais peuvent être réalisés au moyen de pièces métalliques embouties ou découpées, de plaques de caoutchouc découpées et de diaphragmes moulés, il est ainsi possible d'obtenir 20 des circuits logiques d'un prix de revient relativement bas. D '-autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, description faite en référence aux dessins annexés, 25 sur lesquels ; - La figure 1 est une vue en perspective d'un circuit logique plat comprenant quatre éléments NI munis chacun de deux entrées. - La figure 2 est une vue en coupe raon-30 trant des conduits de circulation conformés dans l'épaisseur des éléments plats constituant le dispositif. - La figure 3 est une vue en coupe d'un clapet anti-retour. - La figure 4 est une vue en coupe d'un 35 élément à fonction OU avec retour asymétrique. BAD ORIGINAL 69 41589 - 3 - 2069893 - La figure 5 est une vue en coupe en position ouverte d'un relais à plusieurs fonctions et à amplification du signal d'entrée. - La figure 6 est une vue en coupe du re-5 lais de la figure 5 en position fermée. - La figure 7 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'un relais en position ouverte. - La figure 8 est une vue en coupe du relais de la figure 7 en position fermée. 10 - La figure 9 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'un relais fonctionnant suivant le même principe que les précédents. - La figure 10 est une représentation schématique d'un relais avec des liaisons qui déterminent la 15 fonction NON. - La figure 11 est une représentation schématique d'un élément OU avec retour asymétrique. - Les figures 12a à 12d. représentent une combinaison de deux relais et d'un élément OU qui assure la fonc- 20 tion d'une mémoire bascule déclenchée par des signaux successifs provenant de la même entrée. - La figure 13 est une représentation schématique d'une autre combinaison d'éléments qui joue le rôle d'additionneur sans retenue et d'élément logique OU exclusif. 25 A la figure 1, on a représenté un de réalisation d'un circuit logique perfectionné suivant 7 'invention, qui comprend deux plaques rigides 1 et 2 entre lesquelles sont maintenus serrés, par des moyens connus, des éléments plats en matière élastique tels que 3 et 4 constitués notamment par 30 des couches de caoutchouc. Comme représenté à la figure 2, les couches de matière élastique 3 et 4 sont découpées pour présenter des conduits de circulation du fluide 5 et 6 suivant une forme prédéterminée d'un réseau de conduits. 35 Suivant lin autre mode de réalisation (fi 69 41589 - 4 - 2069893 gure 1), il est possible d'obtenir des conduits tels que 7 par la conformation en relief d'au moins l'une des plaques rigides 1, 2, par une opération d'emboutissage. De cette manière il est possible d'obtenir un passage du fluide entre la plaque rigide I et la couche de matière élastique 3 qui sont maintenues en contact étanche. Il est également possible de réaliser de la même manière en conformant les plaques 1 et 2, des enceintes 8 pour des relais qui seront décrits ultérieurement. Dans les couches de matière élastique 3 et 4, il est possible de prévoir, conformément à l'invention, un découpage permettant d'obtenir en dehors des conduits de circulation du fluide, des organes mobiles de relais ou de clapet anti-retour, comme représenté à la figure 3. Ce clapet anti-retour permet de relier de façon unilatérale un conduit 9 à un conduit 10 et il comporte « dans la partie 11 de la couche 3 qui repose sur la partie 12 de la couche 4, un orifice 13 situé en regard d'une enceinte 8 conformée dans la plaque rigide 1, ladite enceinte étant en communication avec le conduit 10. Lorsque le fluide sous pression est appliqué au conduit 9, il soulève par déformation élastique le bord -jt II de la couché 3 et passe par l'orifice 13, pour pénétrer par l'intermédiaire de l'enceinte 8 dans le conduit de sortie 10. Lors d'une brusque diminution de presssion dans le conduit 9 d'entrée, la différence .de pressionÀp entre l'enceinte 8 et le conduit 9, agit sur la partie 11 de la couche 3 qui reste en contact avec la couche 4, interdisant ainsi le passage du fluide de l'orifice de sortie lO vers le conduit 9 d'entrée. A la figure 4, on a représenté un relais permettant de réaliser la fonction OU et qui comprend deux plaques rigides 1 et 2 entre lesquelles sont disposées trois couches de matière élastique 14, 15 et 16. Dans les couches 14 et 16 sont prévus respectivement deux conduits 17, 18, et dans la couche médiane 15 69 41589 _5_ 2069893 un conduit 19. Une partie mobile 20 de la couche médiane 15 est en appui contre deux parties décalées 21, 22, des couches 14 et 16. Pour réaliser la fonction OU, le relais 5 est branché de la manière suivante : - le signal de commande (a) est branché à la conduite 18 - le signal de commande (b) est branché à la conduite 17 - la sortie (S) est branchée à la conduite 19. 10 a b S Fonctionnement du relais. 0 0 0 Relais non alimenté. 15 0 1 1 Le fluide sous pression dans le conduit 17 appuie la partie 20 de la couche 15 vers le bas et l'air passe dans le conduit 19. Le passage dans le conduit 18 est empêché par la pression exercée au-dessus de la couche 15 pressée contre la partie 22 de la couche 16. 20 1 0 1 Fonctionnement similaire. 1 1 1 Fonctionnement similaire. La fonction la plus remarquable de ce re-25 lais est le retour non symétrique. Dans le cas d'une '.nenta-tion en fluide par le conduit 17» si on coupe cette alimentation par sa mise à l'échappement, le fluide qui se trouve dans le conduit de sortie 19 s'échappe par le conduit 18 et non par le conduit 17. Cette caractéristique de l'élément OU peut être 30 utilisée pour réaliser des schémas extrêmement simples de mémoire basculée par des signaux successifs dans une seule entrée. Aux figures 5 et 6, on a représenté un relais à fluide avec clapet anti-retour commandé. Ce relais comprend deux plaquas rigides 23 et 24, entre lesquelles sont cis-35 posées trois couches en matière élastique 25, 26 et 27. La pla BAD ORIGINAL1 69 41589 - 6 - 2069893 que 23 présente une enceinte 28 susceptible de communiquer avec des conduits 29 et 30 prévus dans la couche élastique 25, alors que la plaque 24 comporte une enceinte 31 dans laquelle peut se déplacer un diaphragme 32 muni de bourrelets 35, 36 et conformé dans la couche 27, ladite enceinte 31 étant susceptible d'être mise en communication avec un conduit 33 prévu dans la couche élastique 27. Par ailleurs, il est prévu un conduit 34 dans la couche médiane 26 qui peut être mis en communication avec les conduits 29 et 30. A la figure 5, on a représenté la position des organes mobiles du relais lorsqu'il n'y a pas de signal de commande au-dessous du diaphragme 32 (position de repos)„ La figure 6 représente la position des organes mobiles déplacés sous l'action du fluide comprimé admis au-dessous du diaphragme 32 (position de travail). « Dans la position de repos du relais (figure 5), les conduits 29 et 30 sont en communication, alors que dans la position de travail (figure 6), la communication entre les conduits 29 et 30 est interrompue par l'action du bourrelet 35 sur la couche élastique 26. Par ailleurs, la communication entre les conduits 29 et 34 est coupée dans la position de repos du relais par l'action du clapet anti-retour identique à celui de la figure 3. Dans la position de travail (figure 6), le bourrelet 36 qui présente une forme pointue appuie.sur une plaquette rigide 37 intercalée entre les couches élastiques 25 et 26, et sous l'action de cet appui, l'atanchéité entre les conduits 30 et 34 est rompue. Ce relais (figures 5 et 6) peut effectuer les différentes fonctions logiques suivantes : S = a Dans ce cas, le relais est branché comme BAD ORIGINAL FONCTION NON suit : 69 41589 2069893 10 15 20 25 30 35 _ le conduit 29 est branché à l'alimentation (Al) - l'enceinte 28 est branchée à la sortie (S) - le conduit 34 est branché vers l'atmosphère (At) - le conduit 33 est branché vers le signal de commande (a). A un haut niveau de pression, correspond un niveau de signal discontinu 1 et à un bas niveau de pression correspond un niveau de signal discontinu O. La fonction logique correspondante est : Le fonctionnement du relais dans les deux différents états est le suivant : - Lorsque le signal de commande (a) qui agit au-dessous du diaphragme 32 est O, la pression d'alimentation dans la chambre 28 déplace les couches 25 et 26 vers le bas (figure 5) et dans la sortie (S) reliée à l'enceinte 28 le signal est 1. Le passage du fluide comprimé par le conduit 30 vers l'atmosphère est empêché par le fonctionnement des couches 25 et 26 comme clapet anti-retour. - Lorsque le signal de commande (a) est 1, le diaphra- ir 32 soumis à la pression de commande (a) se déplace vers 1s haut et par 1'intermédiaire du bourrelet 35 maintient en appui les couches 25 et 26 contre la face plate de la plaque rigide 23. De cette manière, la communication entre le conduit 29 et l'enceinte 28 est interrompue. Simultanément, le diaphragme 32 appuie sur la plaque rigide 37, de telle sorte que la plaque 37 étant déplacée vers le haut, elle crée un jeu entre les couches 25 et 26, et met en communication l'enceinte 28 et l'atmosphère par le conduit 34. Le fluide qui se trouve dans l'enceinte 28 s'échappe et le signai de sortie (S) devient 0. BÂD ORIGINAL1 69 41589 2069893 La fonction d'amplification existe grâce à la différence de surface entre le diaphragme 32 (grande surface) et les bourrelets 35, 36 (petite surface) de contact avec la couche élastique 26. FONCTION MEMOIRE Pour utiliser le relais (figure 5) décrit ci-dessus comme mémoire, il suffit de brancher le conduit lO 34 vers le signal (a) , le conduit 29 vers, la sortie (S) et le conduit 33 vers le signal de commande (b). Le conduit 29 et l'enceinte 28 sont reliés de façon permanente. a b S Fonctionnement du relais. 0 0 0 Le relais n'est pas alimenté. 1 0 1 Le fluide comprimé passe par le clapet anti-retour et par l'orifice 30 vers la sortie 29. O 0 1 Quand la pression dans l'entrée 34 baisse, le clapet se ferme et la pression dans la sortie 29 maintient son niveau. 0 1 0 La pression sous le diaphragme 32 l'actionne vers le haut et l'air s'échappe par le j conduit 34. O O 0 Le relais n'est pas alimenté. 30 Il faut remarquer que le signal de sortie est maintenu en son état initial, même si 1'alimentation a été coupée. 69 41589 2069893 FONCTION ET S = a.b Pour la réaliser, le relais est branché de la manière suivante : - le signal de commande (a) est branché à l'enceinte 28. - la sortie (S) est branchée à la conduite 34 - le signal (b) est branché à la conduite 33 - l'atmosphère est branchée à la conduite 29. 10 15 20 25 a b S Fonctionnement du relais. 0 0 0 Relais non alimenté. 0 1 0 Relais nott^alimenté. 1 0 0 La pression dans l'enceinte 28 est haute, la pression au-dessous du diaphragme est basse, le clapet anti-retour est fermé et le signal (a) s'échappe vers l'atmosphère par le conduit 29. 1 1 1 La pression au-dessous du diaphragme est haute, le passage entre le signal (a) et l'atmosphère est coupé, le fluide sous pression de l'enceinte 28 passe par l'orifice 30 et se dirige vers la sor nie 34. FONCTION S = b. a 30 Cette fonction représente un relais avec fonction NON dans laquelle l'alimentation est considérée comme signal de commande (b). j FONCTION NI 35 1 BAD ORIGINAL 69 41589 2069893 Cette fonction est obtenue par la jonction de la sortie d'un relais OU à deux entrées avec le conduit 33 du relais (figure 5) qui effectue la fonction NON. De cette manière, on a démontré que le relais faisant l'objet de la présente invention, a des fonctions logiques multiples. Si on considère un circuit logique d'automatisme, il faut noter que les différents relais élémentaire peuvent être réunis au moyen des plaques rigides 23, 24, et des couches élastiques 25, 26, 27, communes. Les conduits sont exécutés selon les nécessités des circuits dans les couches élastiques sans communication externe, ainsi qu'il est représenté aux figures 1 et 2. Un schéma réalisé de cette manière est donc équivalent à un "circuit intégré" en électronique. Aux figures 7 et 8, on a représenté un autre mode de réalisation d'un relais qui comprend trois plaques rigides 38, 39 et 40, des couches élastiques 41, 42, 43, disposées entre les plaques 38 et 39, un diaphragme 44 muni de deux bourrelets 45, 46, dont les bords sont maintenus entre les plaques 39 et 40 et un cylindre rigide 47. La plaque 40 est conformée pour présenter une enceinte 48 dans laquelle se déplace le diaphragme 44. Le relais représenté aux figures 7 et 8 peut assurer toutes les fonctions logiques décrites pour le relais des figures 5 et 6; à titre d'exemple on décrit ci-dessous la fonction NON pour illustrer le fonctionnement de ce relais. Dans ce cas, le relais est branché comme suit : - l'alimentation est branchée au conduit 49 - la sortie (S) est branchée au conduit 50 - le signal de commande (a) est branché à la conduite 52 - l'atmosphère (At) est branchée à l'enceinte 48 au-dessus du diaphragme 44 BAD ORIGINAL 69 41589 2Q69893 - lorsque le signal de commande (a) est 0, le fluide sous pression venant du conduit 49 déplace les couches élastiques 42, 43 et passe par le conduit 50 vers la sortie. Le passage du fluide comprimé par l'orifice 51 est empêché par le fonction- 5 nement des couches 42 et 43 agissant comme clapet anti-retour. - Lorsque le signal de commande (a) est 1, le diaphragme 44 soumis à la pression de commande (a) se déplace vers le haut et par l'intermédiaire de deux bourrelets 45, 46, assure simultanément les deux rôles suivants : 10 1'un des bourrelets 45 coupe le passage du fluide entre les conduits 49 et 50 et l'autre bourrelet 46 rompt la fonction anti-retour des couches 42 et 43, de telle sorte que le fluide qui se trouve dans le conduit de sortie 50 passe par les orifices 53 et 51 pour s'échapper vers l'atmosphère. 15 A la figure 9, on a représenté un au tre mode de réalisation d'un relais dont le fonctionnement est similaire à celui du relais des figures 7 et 8 décrit ci-dessus. Ce relais comprend trois plaques rigides 54, 55 et 56, une couche élastique 57 maintenue entre les 20 plaques 54 et 55, un diaphragme 58 dont les bords sont maintenus entre les plaques 55, 56, ainsi qu'une couche élastique 59. Le diaphragme 58 présente deux bourrelets 60, 61, qui agissent sur la couche élastique 57 par des ouvertures prévues dans la plaque 55. Des conduits 62, 63, sont 25 conformés dans la plaque rigide 54. A la figure 10, on a représe .^té un relais avec un branchement qui détermine une fonction logique précise et dans lequel Al correspond à l'alimentation en fluide, S à la sortie, At à la liaison avec l'atmosphère, et_e au signal 30 de commande. La figure 11 représente un élément OU branché en e._l à un signal de commande, en e._2 à un autre signal et en S à la sortie. Aux figures 12a, 12b, 12c:, 12d, on a 35 associé deux relais 64, 65, et un élément OU 66 qui sont bran • ORIGINAL1 69 41589 2069893 chés de manière à effectuer une mémoire bascule qui a la fonction logique suivante : 1 0 1 O 1 1 o o 10 Dans la position représentée à la fi gure 12_a, le signal e est égal à JL et le relais 64 étant en position de repos, le signal passe par le relais 64 et l'élément OU 66 vers la sortie. Le relais 65 est en position de travail sans alimentation avec sortie = O. 15 Dans la position représentée à la fi gure 12b, on coupe le signal & qui devient égal à 0, le signal de la sortie de l'élément 66 ne pouvant s'échapper par le relais 64, en raison du fonctionnement non symétrique de l'élément OU 66, le signal de la sortie S.L est dirigé vers la commande du 20 relais 64 par le relais 65 qui se trouve au repos. On obtient ainsi l'échappement complet du relais 64 et le signal S = 1 est maintenu. Dans la position de la figure 12c, un nouveau signal émis par l'entrée e = 1, ne peut passer par le 25 relais 64 qui est en position de travail et le relais 65 permet l'échappement vers l'atmosphère du fluide de la sortie S. La pression d'alimentation de l'élément 65 est maintenue et le signal S = O. Enfin dans la position de la figure 30 12d pour laquelle aucun signal d'entrée e n'est émis, on provoque l'échappement de la commande du rélais 65 et l'alimentation du relais 64. La quantité de fiuide emprisonnée dans la commande du relais 64 et l'alimentation de 65, se répand dans la capacité de sortie, diminuant la valeur de la pression au-dessous 35 de la valeur de la pression minimale du signal de commande. 69 41589 - 13 - 2069893 Cette mémoire n'a pas un rythme de fonctionnement imposé, le temps pendant lequel le signal de commande prend la valeur O ou 1 peut être différent sans limite. Cette mémoire qui a l'avantage d'être une mémoire statique, per-5 met au système de rester dans l'état initial après coupure de 1'alimentation. A la figure 13, on a représenté un autre schéma dans lequel on associe deux relais 67 et 68 et un élément OU 69, pour obtenir une fonction d'additionneur sans re-10 tenue. La fonction logique de ce schéma est la suivante : e._l e. 2 S 0 0 o 0 1 1 1 0 1 1 1 0 20 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre au contraire toutes les variantes. 69 41589 - 14 - 2069893 REVENDICATIONS 1) Perfectionnement aux circuits logiques à fluide comprenant un réseau de conduits de circulation du fluide et des relais pour exécuter les fonctions logiques, caractérisé en ce que les circuits sont constitués d'éléments plats empilés dans lesquels est ménagé un réseau de conduits de fluide, et qui sont conformés pour constituer les organes mobiles des relais. 2) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque circuit comprend au moins deux plaques rigides embouties ou découpées entre lesquelles sont disposés des éléments plats constitués par des couches de matière élastique qui sont découpées pour présenter des ouvertures correspondant aux conduits de passage du fluide et des organes constituant les relais qui sont utilisés en combinaison avec des diaphragmes. 3) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les plaques rigides sont conformées pour présenter des canaux correspondant aux conduits de fluide et des enceintes correspondant aux relais. 4) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des éléments du circuit logique comprend un clapet anti-retour constitué d'au moins une couche de matière élastique disposée entre deux plaques rigides? l'une des couches élastiques présentant un conduit et une autre couche élastique ou l'une des plaques comportant un orifice normalement fermé par la paroi de l'autre couche disposée au-dessous d'une enceinte conformée dans l'une des plaques rigides et en communication permanente avec 1'un des conduits. 5) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le relais pour réaliser la fonction logique OU à retour non sy- BAD original 69 41589 - 15 - 2069893 métrique est constitué d'au moins une couche de matière élastique disposée entre deux plaques rigides, les deux plaques ou couches extérieures comportant chacune un conduit d'entrée et la couche médiane un conduit de sortie, ladite couche médiane corn™ 5 portant une partie mobile en appui contre deux parties décalées des couches extérieures. 6) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant l'une des revendications 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que les relais avec des fonctions logiques sont constitués 10 d'au moins deux plaques extérieures rigides et d'un empilage de couches flexibles ou d'un empilage de couches flexibles et rigides, qui comportent au moins un passage entre deux conduits susceptibles d'être interrompu par l'action d'une surface localisée d'un diaphragme et au moins un clapet anti-retour susceptible 15 d'être commandé par d'autres surfaces localisées du même diaphragme . 7) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que 1'un des relais est. constitué de trois couches élastiques 20 disposées entre deux plaques rigides dont 1'une comporte une enceinte susceptible de communiquer avec deux conduits prévus dans l'une des couches élastiques extérieures et dont l'autre comporte une enceinte dans laquelle est susceptible de se déplacer un diaphragme soumis sur l'une de ses faces à l'action du fluide 25 provenant d'un conduit prévu dans l'autre couche élastic■ extérieure, ledit diaphragme présentant deux bourrelets si" .ceptibles de venir en contact avec la couche élastique médiane qui comporte également un conduit. 8) Perfectionnement aux circuits logi-30 ques, suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que 1'un des relais comprend deux plaques rigides entre lesquelles sont disposées trois couches élastiques comportant différents conduits, une plaque rigide et un diaphragme, l'une des couches élastiques extérieures comportant un cylindre rigide 35 susceptible d§- vçnir en cofitqic^ ;a;vec desr couçhçs.îélasti- "Mf 69 41589 - 16 - 2069893 ques et le diaphragme comportant deux bourrelets susceptibles de venir en contact avec l'une des couches élastiques par des ouvertures prévues dans la plaque rigide intermédiaire. 9) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'un des relais comprend deux plaques rigides entre lesquelles sont disposés dans l'ordre une couche élastique comportant des conduits, une plaque rigide, un diaphragme muni de deux bourrelets et une plaque rigide extérieure. 10) Perfectionnement aux circuits logiques, suivant les revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'on associe deux relais et un élément OU pour obtenir une mémoire bascule à partir d'une seule alimentation.