Brevet FR2467315A2 — publié le 19810417

FR 2467315 A2 19810417 FR 7924980 A 19791008 La présente invention concerne un dispositif de freinage et plus particulierement de blocage d'éléments tubulaires télescopiques coulissant les uns dans les autres, applicable plus particulièrement à une suspension plafonniere de microscope pour opérations chirurgicales et notamment au déplacement et au blocage rigide dudit microscope au-dessus d'une table d'opération. La demande principale décrit un dispositif de freinage et de blocage d'éléments tubulaires télescopiques coulissant les uns dans les autres suivant un mouvement de translation axiale dont la mise en mouvement est obtenue par des moyens électriques, lesdits éléments tubulaires étant réalisés dans un matériau magnétique.Un tel dispositif,placé dans chaque élément tubulaire est essentiellement constitué, d'une part, par au moins un ensemble comportant au moins deux couronnes de guidage préchargées prenant appui sur sa paroi latérale externe et solidarisées à la paroi latérale interne de l'élément tubulaire a n- térleur duquel il se déplace, et, d'autre part, une ventouse magnétique, disposée en regard de sa paroi latérale interne, ladite ventouse étant constituée par au moins un aimant permanent dont la face latérale terminale se trou ve en regard de la paroi latérale externe de l'élément tubulaire, ledit aimant permanent étant entouré d'un bobinage électrique relié à un circuit de l'appareillage d'entrainement en deplaeementaxial de l'élément tubulaire.Ce bobinage est disposé de manière à engendrer lorsqu'il est sous tension un champ magnétique égal et de sens contraire à celui de l'aimant permanent, provoquant ainsi l'annula- tion de ce dernier, et par suite, le déblocage de l'élé- ment tubulaire. Par ailleurs, un organe élastique est interposé entre ledit aimant et la paroi interne de l'élé- ment a l'intérieur duquel se déplace l'élément mobile ledit organe élastique agissant comme ressort de rappel de l'aimant, en vue de l'écarter dudit élément mobile rendant ainsi possible son déplacement. Le dispositif de freinage et de blocage d'un élément tubulaire mobile télescopiquement présentant les Ca- ractéristiques ci-dessus indiquées permet effectivement un blocage efficace dudit élément, mais permet seulement de freiner et/ou de bloquer le- mouvement de translation axiale dudit élément mais ne permet pas de bloquer un mouvement de rotation dtun tel élément autour de son axe longitudinal, Dans le cas où, par exemple, un microscope chirurgical placé au-dessus d'une table d'opération et disposé à l'extrémité d'un bras horizontal est articulé en rotation autour d'un axe vertical fixe par rapport à lui, ce bras horizontal, qui est généralement le.-dernier élément d'un ensemble d'éléments horizontaux articulés en rotation les uns par rapport aux autres autour d'axes verticaux, et dont le premier est articulé en rotation sur une colonne verticale télescopique, et qui le-plus souvent est entrainé manuellement, n'est pas toujours rigoureusement stable du fait qu'en- dépit de la précision élevée avec laquelle le matériel correspondant est réalisé, il existe toujours un jeu qui si.faLble soit-il qui se traduit par un débatement angulaire. de très faible valeur, mais qui, au niveau du microscope, c'est-à-dire à l'extrémité se traduit par un déplacement, qui bien que très faible en soi, prend neanmoins une grande importancé du fait qu'il est transmis au microscope avec tous les inconvénients qui en résultent pour la qualité de l'observation. La présente invention obvie à cet inconvénient en fournissant un dispositif de freinage et de blocage d'un équipage mobile formé généralement d'une pluralité d'éléments horizontaux articulé les uns par rapport aux autres autour d1axes verticaux, -un des éléments d'extrémité formant, par exemple le bras horizontal porte-microscope chirurgical d'un ensemble d'observation suspendu au-dessus d'une table d'opération 'autre élément d'extrémité étant articulé en rotation autour de l'axe vertical d'une colonne télescopique.Un tel dispositif permet de maintenir, par le blocage simultané de tous les éléments de l'équipage par rapport à leurs axes verticaux de-rotation, l'axe optique du microscope rigoureuse- ment fixe dans la position désirée, de rendre ainsi particulièrement stable le champ d'observation et, par suite, d'amener ledit axe optique en coincidence avec tout point désiré du champ opératoire. Le dispositif, selon l'invention, de freinage et de blocage simultané de toutes les articulations autour de leurs axes verticaux respectifs de rotation des différents éléments dsun équipage mobile terminé par un bras horizontal à l'extrémité libre est essentiellement caractérisé par le fait que chaque articulation en rotation autour de l'axe vertical correspondant comporte . au moins un palier coopérant avec une butée correspondante ménagée sur un arbre vertical, réalisé en un matériau ferromagnétique et solidaire de la pièce autour de laquelle l'équipage est mobile et un arbre autour de l'axe longitudinal duquel il se meut en rotation ; au moins une couronne de galets de guidage préchargés, prenant appui à force sur la paroi latérale externe dudit arbre ; et, au moins une ventouse magnétique disposée en regard d'un épaulement ménagé sur l'arbre ou d'un plateau horizontal faisant corps avec celui-ci, ladite ventouse magnétique étant constituée par au moins un aimant permanent dont la face transversale terminale est horizontale et disposée en regard de la face horizontale de lié- paulement ménagé sur ledit arbre ou la face horizontale du plateau qui en est solidaire, ledit aimant étant entouré d'un bobinage électriquement relié à un circuit de l'appareil d'entrainement en rotation du bras horizontal, lequel bobinage est disposé de manière à engendrer, lorsqu'il est sous tension, un champ magnétique égal et de sens contraire à celui de l'aimant permanent et qui provoque alors l'annulation de ce dernier. De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention comporte au moins deux couronnes de galets préchargés de guidage de la rotation de l'équipage mobile autour de l'arbre, et chaque couronne est constituée par un ensemble d'au moins trois galets disposés angulairement de manière régulière autour de l'axe longitudinal de l'arbre autour duquel s'effectue la rotation, les axes de rotation desdits galets étant parallèles à l'axe longitudinal dudit arbre. Selon une-forme de réalisation possible, chaque ventouse magnétique est constituée par une pluralité d'aimants permanents d'axes parallèles à l'axe longitudinal de l'arbre autour duquel tourne ledit équipage, régulièrement espacés entre eux et disposés dans un plan passant par.cet axe longitudinal et dont les faces transversales utiles d'extrémité sont coplanaires et perpendiculaires audit axe longitudinal, lesdits aimants étant réunis entre eux par un support commun, ledit support étant solidaire de l'extrémi- té d'un organe élastique extensible dont l'autre extrémité est solidaire dudit équipage mobile. Selon une autre forme de réalisation possible, chaque ventouse comporte une pluralité de ventouses magnétiques disposées angulairement de manière régulière autour de l'axe longitudinal de l'arbre autour duquel tourne ledit équipage mobile. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description faite ci-après à titre d'exemple non limitatif en regard des dessi.ns annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue d'ensemble d'un bloc opératoire muni d'un microscope chirurgical porté par l'extrémité du bras horizontal d'un ensemble de suspension plafonnière télescopique.muni d'un dispositif selon l'invention d'articulation freinablè et blocable en rotation dudit bras horizontal. - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe axiale d'une articulation de bras horizontal support de microscope muni d'un dispositif selon l'invention de freinage et de blocage de sa rotation ; et - les figures 3, 4 et 5 représentent respectivement des vues en coupe transversale du dispositif selon l'invention suivant les lignes III-III, IV-IV et V-V de la figure 2. Sur ces figures, les mêmes références représentent les mêmes éléments. En se référant aux dessins : le dispositif selon l'invention destiné à freiner et bloquer la rotation d'une pièce autour d'un axe est décrit ci-après dans une de ses applications particulières possible, à savoir, la rétention d'un équipage, constitué par au moins un bras horizontal, articulé à l'une de ses extrémités autour de l'extrémité inférieure de l'axe horizontal vertical X-X commun aux différents éléments d'une colonne télescopique 1 dont l'extré- mité porte ledit bras horizontal 2, l'extrémité libre de ce dernier formant le support d'un microscope binoculaire chirurgical 3, élément terminal de la suspension plafon nière 4 formée par l'ensemble des élément ci-dessus, et placé au-dessus d'une table d'opération et mobile au-dessus de celle-ci. L'extrémité articulée du bras 2 est formée par un corps d'articulation 2a, dont la configuration intérieure, de révolution autour de l'axe X-X épouse la configuration extérieure de l'extrémité inférieure d'un arbre 5 vertical d'axe longitudinal coaxial audit axe X-X de la colonne telescopique, lequel arbre 5 forme lui-même-l'extrémité .in sérieuse de ladite colonne. Le corps d'articulation 2a, et, par suite le bras 2, est suspendu à l'arbre 5 par l'intermédiaire d'au moins un palier 6 formant butée solidaire de l'arbre 5 et faisant saillie hors de lui dans un logement ménagé à cet effet dans ledit corps d'articulation 2a. De Cette manière, le bras 2, peut se mouvoir en rotation autour de l'axe X-X, lorsqu'il est entraîné à cet effet au. moyen d'un ensemble moteur (non représenté) alimenté en énergie électrique. Lorsque, par exemple, le bras 2 constitue, comme dit plus haut, le bras horizontal support d'un microscope chirurgical 3 placé au-dessus de la table d'opération 7, il est nécessaire d'obtenir une stabilité totale, indispensable à une observation correcte et précise. de tout point du champ opératoire. Pareille stabilité nécessite, en particulier, un blocage efficace. Ce blocage est, selon l'invention, avantageusement obtenu par des moyens électromagnétiques, l'arbre 5 d'axe X-X autour duquel le bras 2 se met en rotation étant, à cet effet, réalisé en un matériau ferromagnétique, et conformé de la manière ciaprès décrite. En premier lieu, le dispositif de blocage ou de rétention de la rotation du bras 2 par rapport à l'arbre 5 comporte, disposés à l'intérieur du corps d'articulation des moyens pour son guidage en rotation autour dé l'axe X-X, ces moyens sont avantageusement constitués par, au moins une; mais de préférence deux ou plusieurs couronnes de galets guides8 disposés autour del'arbre 5, dans chacune desquelles les galets, tous de mêmes dimensions, sont angulairement espacés entre eux et qu'à cet effet, leurs axes de rotation y-y sont parallèles à l'axe X-X, placés chacun à la même distance de cet axe et espacés angulairement de manière régulière, les centres des galets d'une même couronne étant disposés dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X.De préférence, le nombre des galets d'une couronne est de trois,leursespacements angulaires4tant ainsi -de 1200. Dans chacune de ces couronnes, l'-axe de rotation de chacun des galets est rendu solidaire par tout moyen connu approprié, du corps d'articulation 2a du bras 2, tandis que sa bande de roulement- prend appui sur la face latérale de l'arbre 5.Ces galets sont préchargés par tous moyens connus appropriés et prennent appui à force;-par lgintermedìaire de leurs bandes de roulement contre-la paroi latérale externe de l'arbre fixe- 5, lesdits galets étant alors entra- nés en rotation autour de leurs axes y-y respectifs lorsque le bras 2 est entraîné en rotation autour de l'axe X-X. Les couronnes. de galets guides 8 tournant autour dudit arbre 5 peuvent être disposées soit à l'aplomb, les unes des autres, soit décalées angulairement les unes par rapport aux autres, par exemple, de 600. A ce dispositif de guidage de la rotation du bras 5 est associé au moins un dispositif de retenue par résistan- ce passive de frottement, constitué par, au moins un, mais- de préférence une pluralité d'aimants permanents 9 formant chacun une ventouse magnétique. Chacun de ces aimants permanents est rendu solidaire, comme ci-après- indiqué, du corps 2a de la partie du bras 2 articulée sur l'arbre 5 et est entouré d'un- bobina- ge placé sous tension lorsque les mécanismes d'entraînement en rotation dudit bras sont eux-memes sous tension, e'cst-à-dire lorsqu'il est en mouvement.Chacun des ai mants permanents est disposé de manière que sa face terminale mobile en même temps que le corps 2a de la partie articulée du bras, vienne en position de blocage de ce dernier s'appliquer contre la face transversale d'un épaulement Sa ou d'un plateau solidaire de l'arbre 5 ménage sur ce dernier ou faisant corps avec celui-ci, comme représenté sur la figure 2 et réalisé en un matériau ferromagnetique. 2n outre, chacun de ces aimants permanents est entouré d'un bobinage 10 normalement sous tension lorsque le bas 2 est en mouvement par rapport à l'arbre 5, et le sens d'enroulement du bobinage de chaque aimant tel que lorsqu'il est parcouru par le courant, le champ magnétique auquel il donne naissance soit égal en valeur absolue mais de sens contraire à celui dudit aimant permanent, si bien que pendant toute la durée du mouvement de rotation, la résultante des deux champs magnétiques est nulle, que les ventouses magnétiques ainsi constituées sont alors entièrement neutre du point de vue magnétique et qu'en l'absence de champ magnétique lesdites ventouses n'apportent aucune entrave au déplacement en rotation du bras 2 par rapport à l'arbre 5.Les enroulements de ces ventouses ne se trouvent sous tension que lorsque les éléments précités sont en mouvement l'un par rapport à l'autre, la mise hors tension se produisant dès que le mouvement cesse et réciproquement, c'est-à-dire que dès que les enroulements se trouvent hors tension, soit de manière voulue, soit acci clentellement, les champs magnétiques induits dans les ventousses et opposes aux champs des aimants permanents sont annulés, que seuls, ces derniers subsistent et que, par suite, lesdits aimants permanents viennent s'appliquer contre la paroi transversale de l'épaulement ou du plateau en matériau magnétique ménagé à cet effet sur l'arbre 5, ce qui permet d'obtenir la rétention du bras 2 sur ledit arbre 5. Compte tenu de la valeur du champ magnétique créé par chaque aimant permanent et de l'effort minimum à exercer pour obtenir le blocage efficace du bras 2 par rapport à l'arbre 5, il peut être nécessaire de disposer plusieurs ventouses en regard de la face du plateau sur laquelle elles viennent s'appliquer et qui avantageusement peuvent être alignées radialement et horizontalement les unes par rapport aux autres. Afin que les ventouses magnétiques solidaires du bras 2 puissent se déplacer librement en rotation en même temps que lui en regard de la face plane du plateau solidaire de l'arbre fixe 5 lorsqu'elles sont hors service, c 'est-à-dire démagnétisées on laisse subsister entre leurs faces transversales planes terminales actives et ladite face plane du plateau un interstice de faible épaisseur, obtenu au moyen de l'agencement ci-après indiqué. Lesdites ventouses magnétiques, sont reliées entre elles rigidement et alignées radialement par tout moyen connu approprié formant support, ledit support étant réalisé en un matériau non magnétique et qui peut, par exemple, être constitué par un ou plusieurs barreaux ou réglettes horizontales 11 le long duquel ou desquelles les aimants sont solidarisés entre eux par tout moyen connu approprié et régulièrement espacés les uns des autres.Ces barreaux, et par suite lesdits aimants, sont solidarisés au corps 2a de la partie articulée par l'intermédiaire d'un organe élastique 12 extensible et qui peut, avantageusement être constitué par un ressort à boudin ou une pluralité de tels ressorts dont une extrémité est solidaire du ou des barreaux porte-aimants permanents et l'autre est solidaire de la paroi transversale dudit corps 2a parallèle à la face transversale du plateau 5a sur laquelle lesdits aimants permanents peuvent venir s'appliquer. Ces organes élastiques sont bien entendu, choisis quant à leurs caractéristiques dynamiques de telle manière que lorsque les enroulements sont hors tension et que par suite chacune des ventouses fonctionne en aimant permanent, celles-ci viennent s'appliquer contre la partie fixe de l'articulation, c'est-à-dire contre la face du plateau en matériau magnétique placée en regard desdites ventouses, pour bloquer le bras 2, l'attraction due aux champs créés par les aimants permanents s'exerçant alors à l'encontre de la réaction antagoniste des organes élastiques extensibles, tandis que, lorsque les enroulements entourant les aimants permanents sont sous tension et que, par suite, comme dit plus haut, la résultante des champs en présence est nulle, les ventouses sollicitées par les organes élastiques agissant comme organes de rappel sont écartées de l'élément fixe sur lequel elles étaient appliquées et par rapport auquel, l'élément mobile auquel elles sont liées, peut alors se déplacer en rotation. Il est clair que, compte tenu des dimensions et du poids des éléments mobiles dont on cherche à provoquer la rétention ou le blocage et en fonction de ces données, il est possible d'y adapter aussi bien le nombre d'aimants permanents formant ventouses magnétiques reliées entre elles dans un même ensemble, que le nombre de ces ensembles que l'on répartit alors tout autour de l'articulation du bras mobile. Il est clair également que plusieurs dispositifs de blocage ou de freinage de la rotation d'un bras horizontal autour d'un axe vertical tels que ci-dessus décrits peuvent être montés sur un bras horizontal comportant plusieurs éléments ou tronçons horizontaux articulés les uns par rapport aux autres par l'intermédiaire de tels dispositifs, l'un desdits tronçons étant alors muni à l'extré- mité correspondante d'un arbre fixe par rapport à lui, analogue à l'arbre 5 ci-dessus mentionné, le tronçon adjacent correspondant mobile autour celui portant alors les éléments constitutifs du dispositif de blocage et freinage tels que galets de guidage et ventouses magnétiques. Un bras horizontal porte microscope chirurgical simple ou multiple tel que ci-dessus décrit, muni d'une ou plusieurs articulations, et dont l'élément ou les éléments constitutifs sont blocables et immobilisables simultanément les uns par rapport aux autres au moyen du dispositif selon l'invention, permet ainsi d'amener le microscope exacte ment à 1' aplomb de toute partie du champ opératoire choisie à volonté et de le maintenir stablement fixe et immobile dans la position choisie pendant toute la durée de llobservation. * On a décrit ci-dessus un dispositif de blocage et de freinage d'un bras horizontal dont les éléments constitutifs essentiels tels que galets de guidage et ventouses magnétiques sont supportées par l'extrémité correspondante dudit bras horizontal, mais il est clair que le même résultat pourrait être obtenu avec les mêmes moyens disposes différemment C'est ainsi, notamment, que l'arbre 5 pourrait etre porté par l'extrémité du bras horizontal et être fixe par rapport à lui,. tandis que les éléments essentiels constitutifs de l'articulation et du dispositif de guidage et de blocage -tel que galets et ventouses ma gnétiques seraient alors disposés sur l'extrémité du bras télescopique vertical 1 et fixes par rapport à lui. D'une manière plus générale, il est bien entendu que la présente invention n'a Eté decrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter des équivalences techniques à ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention,-tel que ci-après revendiqué. REVENDICATIONS 1. Dispositif de freinage et de blocage simultané de toutes les articulations autour de leurs axes verticaux respectifs de rotation des différents éléments d'un équipage mobile terminé par un bras horizontal à extrémité-libre c2- ractéris par le fait que chaque articulation en rotation autour de l'axe vertical correspondant comporte :au moins un palier coopérant avec une butée correspondante ménagée sur un arbre vertical, réalisé en un matériau ferromagnétique solidaire de la pièce autour de laquelle l'équipage est mobile et un arbre autour de l'axe longitudinal duquel il se meut en rotation ; au moins une couronne de galets de guidage precharges, prenant appui à force sur la paroi latérale externe dudit arbre ; et, au moins une ventouse magnétique disposée en regard d'un épaulement ménagé sur l'arbre ou d'un plateau horizontal faisant corps avec celui-ci, ladite ventouse magnétique étant constituée par au moins un aimant permanent dont la face transversale terminale est horizontale et disposée en regard de la face horizontale de l'épaulement ménagé sur ledit arbre ou la face horizontale du plateau qui en est solidaire, ledit aimant etant entouré d'un bobinage électriquement relié à un circuit de l'appareil d'entraînement en rotation du bras horizontal, lequel bobinage est disposé de manière à engendrer, lorsqu'il est sous tension, un champ magnétique égal et de sens contraire- à celui de l'aimant permanent et qui provoque alors l'annulation de ce dernier. 2. Dispositif de freinage et de blocage d'un équipage mobile en rotation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux couronnes de gales rechargés de guidage de la rotation de l'équipage mobile autour de l'arbre, et que chaque couronne est constituée par un ensemble d'au moins trois galets disposés angulairement de manière régulière autour de l'axe longitudinal de l'arbre autour duquel s'effectue la rotation, les axes de rotation desdits galets étant parallèles à l'axe longitudinal dudit arbre. 3. Dispositif de freinage et de blocage d'un équipage mobile en rotation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque ventouse magnétique est constituée par une pluralité d'aimants permanents, d'axes parallèles à l'axe longitudinal de l'arbre autour duquel tourne ledit équipage, régulièrement espa cés entre eux et disposés dans un plan passant par cet axe longitudinal et dont les faces transversales utiles d'ex trémité sont coplanaires et perpendiculaires audit axe longitudinal, lesdits aimants étant réunis entre eux par un support commun, ledit support étant solidaire de l'ex trémité d'un organe élastique extensible dont l'autre ex trémité est solidaire dudit équipage mobile. 4. Dispositif de freinage et de blocage d'un équipage mobile en rotation selon la revendication .3/caracté- risé par le fait qu'il comporte une pluralité de ventouses magnétiques disposées angulairement de manière régulière autour de l'axe longitudinal de 11 arbre autour duquel tourne ledit équipage mobile.