Brevet FR2539551A1 — publié le 19840720

UTILISATION D'UN PRODUIT PLAT A AIMANT PERMANENT ET A FORCE D'ATTRACTION DISSYMETRIQUE POUR UNE LIAISON INTERMITTENTE ET PROCEDE DE FABRICATION L'invention se rapporte à l'utilisation d'un produit plat a aimanta-tion permanente et à force d'attraction dissymétrique pour une liaison intermittente et à un procedé de fabrication. Dans un grand nombre d'applications, on assure la fixation intermit- tente diun élément de nature quelconque-sur un autre élément ferro magnétique par l'intermédiaire d'un aimant permanent fixe rigidement à l'élément de nature quelconque. C'est le cas, par exemple de fer metures -de portes, de l'accrochage de panneaux verticaux ou de plafonds, de touches de claviers informatiques ou de telecommunica- tions, etc... Ces aimants peuvent présenter des geometries extrémemènt diverses, mais, le plus Fouvent ils se presentent sous la forme de produits plats tels que disques, rondelles, bandes, feuilles découpées, etc.. possédant une aimantation uniforme ou non dans le sens de lsepais- seur. Ces aimants sont, de preferencea constitués de poudres ferromagnétiques coercitives assembles par un liant organique. Quand les deux éléments sont ferromagnêtiques (on les designe alors par armatures) et que la fixation permanente de l'aimant sur l'un des éléments ferromagnetiques, appele armature fixe, est assurée uniquement par l'attraction magnetique de celui-ciS celle-ci doit être suffisante pour s'opposer à tout arrachement lors de l'utilisation ou encore sous l'effet d'actions extérieures anormales telles que chocs, vibrations. Dans ce cas, la force d'attraction exercee par l'autre face qui assure la fixation intermittente sur l'armature mobile doit être inferieure à celle de la face opposée qui assure la liaison permanente sur l'armature fixe. Dans le texte qui suit, nous designerons par - aimant isotrope : un aimant dont les direction d'aimantation pre férues du matériau qui le constitue, possèdent une distributior aléatoire et équiprobable autour d'un point donne.Un tel aimant n'a pas de direction de polarisation magnétique priviligiée ; - aimant anisotrope : aimant dans lequel, par une technique d'orien tation (mécanique ou electromagnétique), on a rassemblé les direc- tions d'aimantation préférentielles du matériau le constituant enune ou plusieurs direction(s) priw1égiée(s).Si l polarisation:est a effec- tuee dans le sens de la (ou des) direction(s) priviligiée(s), ses performances magnétiques sont exhaltees (par rapport à l'aimant isotrope) ; - aimantation uniforme : opération de polarisation consistant à placer un aimant dans un champ magnétique uniforme en direction, sens et intensité pour tout son volume ; il en résulte l'appari tion obligatoire de deux pôles N et S (aimantation bipolaire) ; - aimantation multipolaire : opération de polarisation consistant à créer un nombre de pôles supérieur a deux - aimantation multipolaire uniforme : opération de polarisation où l'aimantation est uniforme en direction dans l'ensemble de l'aimant mais de sens opposé dans des zones voisines de l'aimant, par exem ple sur des bandes parallèles ; - aimantation curviligne : opération de polarisation réalisée par saturation dans un champ magnétique d'intensité et/ou de directions variables. On peut réaliser la différence d'attraction entre les armatures fixe et mobile soit par une armature mobile presentant une épaisseur nettement plus faible et/ou-une surface d'appui inférieure à celle de l'aimant à aimantation uniforme, multipolaire ou non, soit par une aimantation dissymetrique ou même unilaterale de l'aimant plat. Cependant, il est connu que, lors du contact direct et prolongé de l'aimant sur l'armature mobile, on risque le "collage" de celui-ci et, par consequent, des difficultés de fonctionnement de la fixation intermi tente recherchée. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient. Le dispositif est constitué par un aimant plat dont au moins l'une des faces, située du côté armature mobile, est revêtue par une couche d'un matériau amagnétique tel que peinture, vernis, revêtement métallique, film de papier ou de matière plastique, etc... adherant intimement à cette face de l'aimant, tandis que l'autre face, magnetiquement active pour l'attraction sur l'armature fixe, est conservée de préférence vierge, mais peut être eventuellement revêtue par un dépôt bien plus mince que sur l'autre face. Cette couche joue un rôle essentiel d'intercalaire qui interdit le contact direct de l'aimant et de l'armature mo- bile et, donc, élimine le risque d'adhesion de celui-ci sur celle-ci. Cependant, elle confère simultanément les avantages suivants 1/ elle crée (dans le cas dflaimantation bi ou multipolaire) ou modifie (dans le cas d'aimantation non uniforme) la différence d'attraction entre les deux faces de l'aimant ; 2/ elle permet, par son aspect différent (couleur, aspect superficiel), d'individualiser uné des faces, ce qui constitue un reperage très important pour le montage correct du produit (c'est-à-dire dans le bon sens) dans les dispositifs d'utilisation, en particulier dans le cas de fabrication a l'aide de machines automatiques 3/ dans le cas d'aimantation uniforme, elle permet d'utiliser une ar mature mobile dont la surface est égale ou superieure à celle de la face d'appui de l'aimant et/ou dont l'épaisseur est égale ou même supérieure à celle de l'armature fixe, ce qui conduit à une simplification de la construction ou du montage du dispositif. Bien sûr, ce (ou cés) dépôt(s) peuvent être réalisés par tout moyen connu. Le dépôt unique (ou le plus épais) est, de préférence, réalisé sur la face la moins attractive de l'aimant, quand elle existe, par exemple, après aimantation multipolaire curvil4gne. Bien que des dispositifs à structure analogue aient été decrits anté- rieurernent, par exemple dans le brevet français 3. 375 716, qui comporte un aimant en caoutchouc magnétique recouvert d'un caoutchouc non magnétiquement dur, ou hien encore dans le brevet français 1 443 123 qui comporte un caoutchouc magnétique recouvert d'une couche protec-. trice, dans aucun des cas, cette structure n'a éte utilisée en tant que liaison intermittente entre deux armatures, la couche non magné- tiquement dure n assurant ici qu'une fonction de protection et non une fonction antiadhésive intentionnelle. De même, dans la réalisation d'une touche de clavier de commande de dispositifs électriques ou électroniques décrite dans la demande de brevet français n 2 443 130, l'aimant composite constitué d'elasto- mère magnétique (14) fixé a une feuille mince de matériau isolant (16) n'est pas fixé magnétiquement sur la plaque métallique (13), mais par collage (p. 4, ligne 8). Ce système n'assure donc pas la fonction de liaison magnétique permanente sur :' 'armature fixe et, d'autre part, le matériau (16) fait partie intégrante du réseau électroconducteur (15) dont le rôle est différent de celui d'un entrefer intentionnel. L'invention concerne également un procédé d'obtention d'aimants plats à attraction dissymétrique utilisables dans les dispositifs de liai son intermittente, par exemple les touches de clavier. I1 consiste a calendrer simultanément deux bandes d'élastomères magnétiques à base de poudres magnétiquement dures assembles par un liant organique, en général de la famille des élastomères, l'une étant magnétiquement isotrope, l'autre magnétiquement anisotrope.Les matériaux actue71e- ment connus, réduits à l'étant de-poudres comme les poudres d'hexaferrites de Ba et/ou de Sr et/ou Pb, les poudres d'AI Ni Co, les poudres de terres rares-metaux de transition-D sont aptes à constituerD selon leur nature et l'application souhaitée, la charge en poudres magnétiquement dures de la bande anisotrope ou de la bande isotrope. Cependant, le moins onéreux apparaît par l'emploi de poudres d'hexafer= rites que l'on peut, en agissant sur le degré d'agrégation des particules constitutives,utiliser simultanément pour les deux variantes nécessaires. La bande ainsi obtenue est ensuite polarisez soit dans un champ uniforme dans le sens de l'epa,sseur9 ou mieux encore, par aimantation multipolaire curviligne telle que celle obtenue en mettant en oeuvre la méthode décrite dans le brevet-fransais n0 80 03758.On obtient ainsi une bande magnétique dont la face "anisotrope" possède au moins dans le cas de charges de nature identique, comme les poudres d'hexaferrites, une attraction supérieure à la face "isotro- pe", la séparation physique entre les deux couches restant cependant indiscernable. L'invention sera mieux comprise a l'aide des exemples et figures suivants. : La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un dispositif suivant l'invention. La figure 2b représente un autre exemple de réalisation d'un dispositif suivant l'invention, utilisable dans une touche de clavier de télécommunication, comparativement à la figure 2a représentant l'art antérieur. La figure 3 représente un aimant obtenu selon le procédé revendiqué. La figure 4 représente la courbe d'attraction d'un aimant déterminé en fonction de l'épaisseur de la couche amagnétique. La figure 1 represente en coupe transversale un aimant plat (1) uniformément polarise, chargé d'exercer une liaison intermittente entre deux armatures (4) et ( 3)s et recouverte, sur la face en regard de l'armature (3) que l'on veut rendre plus facilement mobile par rapport à l'aimant, par une couche (2) amagnétique. A titre exemple, sur la figure 4 est reportez la force d'arrachement qu'il faut exercer sur l'armature ( 3) pour la décoller de l'aimant en fonction de l'intervalle créé par la couche.Ici, l'aimant plat est une pastille de diamètre 20 nini et d'épaisseur 3 mm, réalisé avec une charge de 91 % en poids d'une poudre très anisotrope d'hexaferrite de baryum liée par un élastomère nitrile ; le materiau présente une rémanence de 0,226 tesla et une coerctivité1nrinséquede 220 000 amperes par mètre, quand il est polarisé selon son axe préférentiel de l'épaisseur de la pastille. Les armatures sont en acier magneti- que doux d'épaisseur 4 mm et sont de-surfaces bien plus grandes que l'aimant, pour éviter la saturation magnétique. La couche amagnétique (2) est un papier cellulosique collé sur l'aimant et dont on peut faire varier facilement l'épaisseur.On constate bien que l'-introduc- tion du papier intercalaire réduit immédiatement la force d'attraction et crée la dissymétrie, et que l'on peut donc separer specifiquement l'armature mobile (3) tout en assurant le maintien de l'autre armature (4) dite fixe sur l'aimant plat. Une utilisation d'un tel dispositif dissymétrique peut être, à titre d'exemple, la fermeture de portes d'armoires frigorifiques, le côté Sud étant du côté du bâti (4), et le côte Nord, face a la porte (3). La figure 2 représente une touche de clavier qui comprend essentiellement une touche (10) solidaire d'une armature mobile (11) par l'intermédiaire d'une tige (12), cette armature etant attirée et maintenue par un aimant (13) lequel est fixé magnétiquement par sa face supérieure contre la plaque de base (14) jouant le rôle d'armature fixe. Dans le cas de l'art antérieur, l'aimant (13), sous forme de rondelles, présente une aimantation bipolaire uniforme à un pôle par face ou une aimantation multipolaire uniforme, a plusieurs pôles par face, en général deux pâles opposés comme représenté sur la figure 2a, et l'armature mobile (11) a une surface inférieure à celle de l'aimant (13). Selon l'invention (fig. 2b), d'une part,l'aimant (13) est muni d'une couche de vernis (15) côté armature mobile et, d'autre part, présente une aimantation multipolaire curviligne, comme schématisé sur cette figure. A titre d'exemple, une touche de clavier a été réalisée, comportant un aimant plats dans le même matériau anisotrope qu'indiqué plus haut à titre illustratif de la figure 1. Sa forme était celle d'une bague, de diamètres extérieur 14 mm, intérieur 7 nnm et d'épaisseur 2 mm. Cet aimant est destiné a adhérer constamment sur une plaque de base constituant l'armature fixe et a assurer une liaison intermittente avec une armature mobile, par déplacement à volonté d'un poussoir. Les deux armatures étaient réalisées en acier magnétiquement doux, d'épaisseur 0,8 mm pour l'armature fixe et 0,5 mm pour l'armas ture mobile. Dans le cas d'une aimantation uniforme a un pôle par face, la masse nécessaire au déplacement du poussoir etait de 60 grammes pour l'aimant sans revêtement côte armature mobile, et de 40 grammes pour l'aimant revêtu d'un vernis épais de 0,05 mm. Mais, ce deuxième cas s'est montré très sensible en grandeur à de petites fluctuations de l'épaisseur du vernis, de l'état de surface de l'aimant plat et de sa planéité toujours difficile à assurer pour des élastomères magnétiques, intrinsèquement souples. Cet inconvenient est particulièrement génant en déclenchant des déplacements involontaires des touches, sous de petites sollicitations extérieures. Dans le cas d'une aimantation multipolaire uniforme a deux pôles équivalents par face, comme schématise sur la figure 2a, les masses necessaires au déplacement du poussoir s'étaient elevees à 110 grammes pour l'aimant revêtu du même vernis et un diamètre d'armature mobile identique au diamètre extérieur de l'aimant, pouvant se reduire a 80 grammes ou moins en diminuant le diametre de cette arma turne, ce qu) rend quand même plus difficile le positionnement sur cette armature des organes commandés par le poussoir. Cependant, cette masse de 110 grammes est aussi très fluctuante pour les mêmes raisons, et elle n'est que peu différente de la masse de 120 grammes.nécessaire à l'arrachement de l'aimant de l'armature fixe. Ces inconvénients sont supprimées, ou largement reduitsçparl'invention avec l'utilisation d'un aimant plat revetu d'une couche amagnéti- que et recevant l'aimantation multipolaire curviligne, comme illustré sur la figure 2b9 et realisée avec un dispositif de polarisation tel que décrit dans le brevet français 80 037580 La masse nécessaire au deplacement du poussoir est maintenant de 120 grammes et l'aimant résiste à une force d'arrachement exercée par une masse égale ou su- périeure à 140 grammes.De plus, cette dissymétrie des forces exer cées par l'aimant s'est révélée beaucoup moins sensible aux perturbations diverses rappelées plus haut, rendant ainsi plus aisée la fabrication fiable et régulière de touches, même soumises à des perturbations brutales, comme des chocs auxquels ne résistaient pas les dispositifs conçus selon l'art antérieur et qui prévoyaient donc nécessairement une fixation mécanique ou un collage de l'aimant sur l'armature fixe.On a même pu réduire jusqu' 0,01 mm l'épaisseur du vernis qui, tout en maintenant un faible intervalle contribuant à la dissymétrie des forces d'attraction, joue aussi un rôle important de repérage de l'une des deux faces, facilitant ainsi la mecanisation des operations de réalisation de l'aimant et de la touche. La figure 3 représente schématiquement, en coupe~transversale, la structure d'un aimant en bande obtenu selon le procéde revendique. Il est constitué de deux bandes I et II,-la bande I étant anisotrope et la bande Il isotrope. A titre d'exemple, on a préparé une bande I d'aimant anisotrope en calandrant un mélange de 91 % en poids de matériau d'hexaferrite de .baryum finement broye en grains indépendants ayant une forme de plaquette mince de plus grande dimension voisine de 1 micron, et de 9 % d'un liant élastomère. Cette opération de calandrage introduit une orientation mécanique des grains independants et conduit à un aimant anisotrope, a polarisation préférée selon l'épaisseur ; il est, par exemple, caractérisé par une rémanence B r = 0,226 tesla, une coercitivité intrinsèque HCJ = 220 000 ampères par mètre.La tr,éme opération, appliquée au même matériau mais grossièrement broyé à l'état de grains fortement agrégés selon des orientations au hasard, conduit à un aimant isotrope, sans direction préférée de polarisa tion, mais à intensite magnétique plus faible et qui constitue la bande II. Un tel matériau a une rémanence de l'ordre de B r = 0,150 tesla et une coercitivitê intrinsèque Hcj = 250000 ampères parcmètre. Les deux bandes sont ensuite assembles par tout moyen convenable, le plus simple consistant encore à une opération de calandrage simultane qui assure une bonne cohesion par interpénétration locale des couches superficielles. En réalisant la même bague aux mêmes dimensions que celle décrite plus haut, avec une épaisseur totale de 2 mm répartie approximativement en 1,5 mm de bande I pour le côté de l'armature fixe, et 0,5 mm de bande II revêtue d'une couche amE- gnétique pour le côte de l'armature mobile, il a éte trouvé necessai- re d'appliquer des masses de 90 et 135 grammes pour déplacer l'armatu- re mobile ou arracher l'aimant de l'armature fixe, dans les condi- tions de l'expérience qui avaient conduit précédemment a 120 et 140 grammes. On a donc considérablement creusé l'écart tout en maintenant une adhérence élevée et les avantages de régularité des réponses. REVENDICATIONS l - Utilisation, dans une liaison intermittente de deuxanmatures(3,4)- (11, 14) par attraction magnétique, d'un produit plat à aimantation permanente dont les forces d'attraction des deux faces sont differentes, constitué d'un aimant plat (1, 13), dont au moins l'une des faces est recouverte d'une couche (2 > 15) d'un matériau amagnétique. 2/ - Utilisation d'un produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant possède une aimantation uniforme bi ou multipolaire dans le sens de l'épaisseur. 3/ - Utilisation d'un produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant possède une aimantation non uniforme dans l'epaisseur (dissymétrique ou unilaterale). 4/ - Utilisation d'un produit selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche la plus épaisse est situee du côté de la face de l'aimant la moins attractive. 5/ - Procede pour obtenir un aimant à aimantation dissymetrique,. caractérisé en ce que on calandre simultanement deux bandes (I, II) d'élastomère magnetique, dont l'une est isotrope et l'autre anisotrope, avant aimantation finale. 6/ - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'aimantation se fait dans un champ transversal uniforme. 7/ - Procéde selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'aimantation finale est dissymétrique ou unilatérale, le champ magnétique étant globalement plus intense côté "anisotrope". 8/ - Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que seule la face la moins attractive à l'aimant est recouverte d'une couche de materiau amagnetique. 9/ - Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la face la moins attractive de l'aimant est recouverte d'une couche amagnetique plus épaisse que celle de l'autre côté.