Brevet FR2512905A1 — publié le 19830318

1. La présente invention concerne une suspension à deux dimensions pour corps mobiles qui se déplace par translation dans un plan. Une suspension à deux dimensions (appelée ci- après suspension à 2 D) sert à suspendre un corps mobile se déplaçant sous une commande de position à deux dimen- sions En particulier, dans le cas d'une tête de lecture optique d'informations, le corps mobile doit être suspen- du sans fluctuation rotatoire pendant la commande de sui- vi de piste et de focalisation, car les performances opti- ques sont réduites par un basculement de l'axe optique dû à une fluctuation rotatoire du corps mobile. Il est classiquequ'un ressort à lames parallè- les soit généralement utilisé pour suspendre un corps mobi- le sans rotation Le ressort emploie généralement deux la- mes de même longueur et deux parois rigides Chacune de ses parois rigides fixe chaque extrémité des ressort à lames suivant un angle droit, à une certaine distance l'une de l'autre, de façon à ne pas se trouver dans le même plan. En d'autres termes, la vue de côté du ressort classique à lames parallèles est rectangulaire L'une des parois rigi- des est fixée à un bloc de fixation, et l'autre au corps mobile Le ressort à lames parallèles a une élasticité élevée lors d'une translation dans une direction spécifiée et présente une faible élasticité pour d'autres mouvements. Par conséquent, le ressort à lames parallèles peut être uti 2. lisé pour la suspension d'un corps mobile qui se déplace par translation suivant un arc sans rotation Lorsqu'un corps mobile se déplace par translation dans un plan, il peut être suspendu par deux ressorts à lames parallèles classiques qui sont accouplés en série. Cependant la suspension à 2 D décrite ci-des- sus souffre d'au moins l'un des défauts suivants: a) l'élément de liaison des ressorts à lames parallèles est si lourd que sa résonance interfère avec le mouvement du corps mobile; b) la liaison des ressorts à lames parallèles est compliquée; c) le corps mobile se déplace en translation dans un plan incurvé car le lieu de translation par les lames élastiques parallèles individuelles est un arc. Un objet de la présente invention est une sus- pension à 2 D pour corps mobiles, pouvant être utilisée pour un système de commande de position, en particulier pour un système à tête de lecture optique d'informations. Un autre objet de la présente invention est une suspension à 2 D pour corps mobiles, présentant une stabilité élevée exempte de l'interférence de la résonan- ce de la suspension à 2 D. Un autre objet de la présente invention est une suspension à 2 D pour corps mobile, capable de main- tenir le corps mobile à ces deux côtés de manière symé- trique ce qui permet d'obtenir une stabilité élevée. Un autre objet de la présente invention est une suspension à 2 D pour corps mobile, dont la résistan- ce mécanique, la conductibilité thermique et la stabilité ont une valeur élevée. Une suspension à 2 D de la présente invention comprend une série de ressorts à lames parallèles rhombi- ques Un ressort à lames parallèles rhombiques comprend une pluralité de ressorts à lames qui sont distants les uns des autres et deux parois rigides pour la fixation 3. des deux extrémités de chaque ressort à lames suivant un angle qui n'est pas égal à 900 En d'autres termes, la vue de côté du ressort à lames parallèles rhombiques a la forme d'un losange Un ressort à lames parallèles rhombiques exécute la même fonction que le ressort à la- mes parallèles classique Plusieurs ressorts à lames pa- rallèles rhombiques sont placés en série en reliant les parois rigides de façon que les faces de tous les res- sorts à lames soient perpendiculaires à un plan imagi- naire et que les angles de fixation des ressorts à la- mes du ressort à lames parallèles rhombiques rendu conti- gu par l'intermédiaire de la paroi rigide de liaison par rapport à celuici soient différents de manière à ne pas être en ligne droite Comme tous les ressortsdu ressort à lames parallèles rhombiques sont perpendiculaires au plan imaginaire, le lieu de translation du corps mobile est un plan parallèle au plan imaginaire La suspension à 2 D de la présente invention comprend au moins deux res- sorts à lames parallèles rhombiques placés en série Si le nombre de ressorts à lames parallèles rhombiques re- liés en série augmente, les dimensions de la suspension à 2 D peuvent être réduites dans une direction. Le ressort à lames parallèles rhombiques com- porte au moins deux ressorts à lames Si le nombre de res- sorts à larmes utilisés dans le ressort à lames parallèles rhombiques augmente, la section en coupe totale des res- sorts à lames croit proportionnellement au nombre de ces ressorts pour une élasticité et une longueur constantes. Par conséquent, il est utile d'augmenter le nombre de res- sorts à lames dans le but d'accroître la conductibilité thermique et la résistance mécanique de la suspension à 2 D de la présente invention. En outre, la suspension à 2 D de la présente invention peut maintenir un corps mobile à ses deux côtés de façon symétrique par rapport au centre de gravité du corps sans aucune force restrictive en disposant la série 4. de ressorts à lames parallèles rhombiques aux deux cô- tés du corps mobiles d'une manière telle que les plans imaginaires cités ci-dessus soient parallèles Cette suspension symétrique à 2 D est très pratique grâce à sa stabilité supérieure. Comme cela a été décrit brièvement ci-dessus, la présente invention permet d'obtenir une suspension à 2 D, qui peut être utilisée en particulier pour un sys- tème de commande de position. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: les figures 1 (A), 1 (B) et 1 (C) sont des vues en coupe d'une suspension à deux dimensions selon la pré- sente invention respectivement, avec aucune force exté- rieure, avec une force extérieure dirigée vers la droite du dessin, et avec une force extérieure dirigée vers le bas du dessin; les figures 2, 3, 4 et 5 sont des vues en coupe d'autres modes de réalisation de la présente in- vention; les figures 6 (A) et 6 (B) sont des vues en plan d'autres modes de réalisation d'une suspension à 2 D de la présente invention; et la figure 7 est une vue en projection obli- que d'un mode de réalisation de la présente invention ap- pliqué à un actionneur de tête de lecture optique d'in- formations. La figure 1 (A) est une vue de côté en coupe d'une suspension à 2 D comprenant deux ressorts à lames parallèles rhombiques Le premier ressort à lames paral- lèles rhombiques est constitué de deux ressorts à lames 2 a et 2 b de même longueur, d'une paroi rigide 4 et d'un bloc de fixation 1 qui fonctionne comme autre paroi rigi- de Le second ressort à lames parallèles rhombiques est constitué de deux ressorts à lames 2 c et 2 d de même lon- s. gueur, de la paroi rigide 4 et d'un corps mobile 3 qui fonctionne comme autre paroi rigide Le bloc de fixation 1 fixe une extrémité de chaque ressort X et 2 b suivant le même angle 61 La paroi rigide 4 fixe de la même ma- nière l'autre extrémité de chaque ressort à lames 2 a et 2 b Le premier ressort à lames parallèles rhombiques for- me alors un losange lorsqu'il n'y a application d'aucune force extérieure Lorsqu'une force extérieure agit sur le premier ressort à lames parallèles rhombiques, les res- sorts à lames 2 a et 2 b subissent la même flexion, et la paroi rigide 4 se déplace dans un mouvement de transla- tion comme un ressort à lames parallèles classique Alors le corps mobile 3 se déplace par translation dans le sens de la flèche X du dessin. D'autre part, le corps mobile 3 et la paroi rigide 4 fixent de la même manière les ressorts à lames 2 c et 2 d suivant le même angle O 2 Lorsqu'une force exté- rieure agit sur le second ressort à lames parallèles rhombiques, le corps mobile 3 se déplace dans un mouve- ment de translation dans le sens de la flèche Y du des- sin de la même manière qu'indiqué ci-dessus. Les ressorts à lames parallèles rhombiques provoquent le déplacement par translation du corps mo- bile suivant un arc, et non suivant une ligne droite. Malgré la non-linéarité des ressorts à lames -parallè- les rhombiques individuels, le corps mobile est soumis à une translation dans un plan qui est parallèle au pa- pier du dessin, car tous les ressorts à lames 2 a, 2 b, 2 c et 2 d sont perpendiculaires à un plan imaginaire qui est parallèle au papier du dessin. Les figures 1 (B) et 1 (C) représentent chacu- ne un aspect réel du cas o la suspension à 2 D de la fi- gure 1 (A) est soumise à une flexion par une force extérieu- re F La figure 1 (A) représente le cas o les angles 01 et 02 ont des signes opposés Dans ce cas, lorsqu'une force extérieure F agit dans la direction horizontale du dessin 2 $ 129 o 5 6. (figure 1 (B)), les deux ressorts à lames parallèles rhom- biques fléchissent de la même manière Lorsqu'une force ex- térieure F agit dans la direction verticale du dessin (fi- gure 1 (C)), les premier et second ressorts à lames paral- lèles rhombiques fléchissent dans des directions opposées. Une élasticité CO de la suspension à 2 D de la figure 1 (A) pour la force extérieure F qui agit sur le corps mobile 3 peut s'exprimer par l'expression suivante: CO = C 1 cos 2 o C 1 et C 2 sont les élasticités des premier et second res- sorts à lames parallèles rhombiques dans les directions X et Y, respectivement IO est l'angle de la force extérieu- re F par rapport au vecteur N normal à la paroi rigide 4. si c 1 = C 2 = Cr et O, 62 = +w/2, l'équation ( 1) donne: C O = C r ( 2) L'équation ( 2) -signifie que l'élasticité globale de la sus- pension à 2 D est indépendante de la direction dans le plan parallèle au plan imaginaire lorsque les deux élasticités des premier et second ressorts à lames parallèles rhombi- ques sont égales et l'angle entre un ressort à lames du premier ressort à lames parallèles rhombiques et un ressort à lames du second ressort à lames parallèles rhombiques est un angle droit La figure 2 représente un exemple de sus- pension à 2 D qui est indépendant de la direction comme ce- la a été décrit ci-dessus. La figure 3 représente un autre mode de réalisa- tion d'une suspension à 2 D comprenant quatre ressorts à lames parallèles rhombiques qui sont reliés en série par des parois rigides 4 a, 4 b, et 4 c Cette suspension peut avoir une hauteur inférieure à celle de la suspension com- prenant deux ressorts à lames parallèles rhombiques Comme la fonction de cette suspension à 2 D est théoriquement la même que celle représentée en figure 1 (A), une description plus complète n'en sera pas faite. La figure 4 représente un autre mode de réali- sation d'une suspension à 2 D comprenant deux ressorts à 7. lames parallèles rhombiques L'un ou l'autre de ces res- sorts comprend quatre ressorts à lames 2 En général, une élasticité C d'un porte-à-faux dont la section en coupe est rectangulaire est donnée par: C = 493/(Ebh 3) o E est le module de Young,ú la longueur, b la largeur de la section en coupe et h la hauteur de cette section. Comme un ressort à lames 2 dans un ressort à lames paral- lèles rhombiques est fixé à ses deux côtés, son élastici- té C' dans le ressort à lames parallèles rhombiques est donnée par: C' = Q /(Ebh 3) Ainsi l'élasticité Cr du ressort à lames parallèles rhombi- ques est C = 93/(N Ebh 3) ( 3) r o N est le nombre de ressorts à lame utilisés dans le ressort à lames parallèles rhombiques L'équation ( 3) montre que h est en relation inverse avec N 1/3 lorsque Cr, E, Z et b sont constants Ainsi, dans ce cas, la section totale en coupe des ressorts à lames 2 est pro- portionnelle à N 2/3 Comme la résistance mécanique et la conductibilité thermique d'un ressort à lames parallèles rhombiques sont proportionnelles à la section totale en cou- pe, le ressort à lames parallèles rhombiques représenté en figure 4 présente de l'intérêt lorsqu'il doit être-renfor- cé ou lorsque le corps mobile comporte une source de cha- leur qui doit être refroidie. La figure 5 représente un autre mode de réali- sation d'une suspension à 2 D qui maintient le corps mobi- le à ses deux côtés de manière symétrique Lorsque des plans imaginaires de la série de ressorts à lames paral- lèles rhombiques sont parallèles,ils ne se gênent pas, car une série de ressorts à lames parallèles rhombiques déplace par translation le corps mobile dans un plan qui n'est pas incurvé Dans ce cas, le centre de la force de maintien coïncide avec le centre de gravité, de sorte qu'un 8. petit couple se produit entre la force de maintien et la force d'inertie Ainsi, la suspension à 2 D de la figure 5 per- met d'obtenir une stabilité élevée. La figure 6 (A) représente un autre mode de réa- lisation d'une suspension à 2 D comprenant deux ressorts à lames parallèles rhombiques L'un ou l'autre de ces res- sorts représentés en figure 6 (A) comprend deux ressorts à lame Ces ressorts à lame ne se chevauchent pas dans une vue qui leur est perpendiculaire La figure 6 (B) représente une variante de la figure 6 (A) Dans ce cas, chacun des ressorts à lame 2 b et 2 d de la figure 6 (A) est divisé en deux parties de façon à être symétrique Dans ces cas, la suspension à 2 D peut être facilement moulée dans un moule métallique constitué de deux coquilles Il va sans dire que les res- sorts à lame 2 a et 2 c de la figure 6 (A) peuvent être divi- sés au lieu d'être des ressorts à lame 2 b et 2 d. De cette façon, la suspension à 2 D pour corps mobile de la présente invention qui se déplace en transla- tion dans un plan permet d'obtenir une faible résonance mé- canique, une valeur élevée de la résistance mécanique, de la conductibilité thermique et de la stabilité En particu- lier, la suspension à 2 D de la présente invention peut être utilisée pour une tête de lecture optique dtinforma- tions car le système de commande de suivi de piste néces- site généralement un actionneur qui déplace le corps mobi- le dans une translation à deux dimensions avec une faible résonance et une stabilité élevée. Un exemple d'actionneur de tête de lecture op- tique d'informations utilisant une suspension à 2 D de la présente invention est représenté en figure 7 Cet action- neur déplace par translation une lentille de mise au point 6 qui focalise un spot lumineux de lecture sur une piste d'un support d'informations La lentille 6 est maintenue dans un support 5 dans lequel sont fixées des bobines de suivi de piste 7 a et 7 b et une bobine de focalisation 10. Le corps mobile est constitué de la lentille 6, du support 9. de lentille 5, des bobines de suivi de piste 7 a et 7 b de la bobine de focalisation 10 Le corps mobile est sus- pendu par la suspension à 2 D qui est constituée de deux paires de ressorts à lames parallèles rhombiques Une paire de ressorts à lames parallèles rhombiques est cons- tituée de ressorts à lame 2 a et de parois rigides 4 a, 4 b et 4 c L'autre paire de ressorts à lames parallèles rhom- biques est constituée de ressorts à lame 2 b et de parois rigides 4 d, 4 e et 4 f Les parois rigides 4 a et 4 d sont fi- xées au support de lentille 5 et les parois rigides 4 c et 4 f sont maintenues par un bloc de fixation (non représen- té) La bobine de suivi de piste 7 a est placée dans l'en- trefer d'un circuit magnétique comprenant des armatures magnétiques 8 a et des aimants 9 a L'autre bobine de suivi de piste 7 b est placée dans l'entrefer d'un circuit magné- tique comprenant des armatures magnétiques 8 b et des ai- mants 9 b Les bobines 7 a et 7 b commandent le corps mobi- le avec l'aide des circuits magnétiques La bobines de fo- calisation 10 est placée dans l'entrefer de deux circuits magnétiques comprenant des armatures magnétiques lla ou llb et un aimant 12 a ou 12 b de façon à commander le corps mobile dans le sens de la focalisation La suspension à 2 D de la figure 7 permet au corps mobile de se déplacer par translation dans un plan parallèle au sens de suivi de pis- te et au sens de focalisation et les autres mouvements sont empêchés. Comme cet actionneur est construit en symétrie rotatoire autour de l'axe optique de la lentille de focali- sation, il permet d'obtenir une stabilité élevée De plus, la stabilité de l'actionneur sera améliorée si celui-ci est symétrique dans le plan En outre l'actionneur est davantage stable s'il présente à la fois symétrique rota- toire et dans le plan. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de varian- tes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 Suspension à deux dimensions, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une série de ressorts à lames parallèles rhombiques comprenant chacun: plusieurs ressorts à lame ( 2 a) de même longueur distants les uns des autres; deux parois rigides ( 1, 4; 3, 4) pour la fixa- tion des deux extrémités des ressorts à lame suivant un angle de fixation choisi de façon à ne pas être droit et à être différent d'angles de fixation d'autres ressorts à la- Q mes parallèles rhombiques, ces ressorts à lames parallèles rhombiques étant places en série par liaison des parois rigides d'une manière telle que les faces de tous les res- sorts à lame soient presque perpendiculaires à un plan ima- ginaire. 2 Suspension selon la revendication l,caracté- risée en ce que la série de ressorts à lames parallèles rhombiques est constituée de deux ressorts à lames paral- lèles rhombiques ayant presque la même élasticité, et les ressorts à lame ( 2 a, b) de l'un des deux ressorts à lames 2 Q parallèles rhombiques sont perpendiculaires aux ressorts à lame de l'autre ( 2 c, d) 3 Suspension selon la revendication l,caracté- risée en ce que la série de ressorts à lames parallèles rhombiques comprend au moins trois ressorts à lames paral- lèles rhombiques, et les angles de fixation des ressorts à lame des deux ressorts à lames parallèles rhombiques con- tigus sont inversés par rapport à la direction perpendicu- laire à la paroi rigide. 4 Suspension selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le ressort à lames parallèles rhombiques ( 2) comporte au moins trois ressorts à lame. Suspension selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les ressorts à lame ( 2 a, d) ne se chevau- chent pas à partir d'une vue perpendiculaire à l'un quel- conque de ces ressorts, 6, Suspension selon la revendication l,caractéri- sée en ce que 1 l série de ressorts à lames parallèles rhom- 1 i. rhombiques maintient un corps mobile ( 3) à ses deux ex- trémités de façon symétrique par rapport au centre de gravité du corps mobile.