Brevet FR2604812A1 — publié le 19880408

- 1 - ELEMENT D'AFFICHAGE La présente invention concerne un élément d'affichage comprenant au moins un organe pivotant de faible moment d'inertie ayant plusieurs faces principales de couleurs différentes et un moteur pas à pas rotatif agencé pour faire tourner l'organe pivotant d'un angle déterminé inférieur à 15 , à 5 chaque pas. De tels éléments d'affichage sont bien connus et il en existe de nombreuses réalisations industrielles de formes et de dimensions variées. Ils permettent de réaliser en particulier de grandes unités d'affichage utilisées pour 10 indiquer, par exemple, l'heure dans les bâtiments ou dans la rue, la température ou. encore les horaires dans les gares ou les aéroports. La demande de brevet européen, publiée sous le N 0 093 600, par exemple, décrit en détail un élément à organe pivotant destiné à entrer dans la 15 composition d'une unité d'affichage matriciel pouvant avoir des dimensions importantes. Dans cette réalisation, l'organe pivotant a la forme d'un cylindre de section carrée. Il est directement monté sur l'arbre d'un moteur pas à pas qui le fait tourner autour de son axe de symétrie de 90 à chaque pas. Le cylindre comporte quatre faces principales, perpendiculaires deux à 20 deux, qui viennent successivement se placer, à chaque pas du moteur, devant une ouverture pratiquée dans un cache frontal. Une des faces principales a la même couleur que le côté visible du cache, tandis que les autres faces ont deux couleurs différentes. Une unité d'affichage formée de tels éléments permet ainsi de représenter à volonté des signes, des chiffres ou 2 6 0 4 8 12 -2- lettres par exemple, en trois couleurs différentes, ou bien elle peut rester neu- tre. Dans cette construction, la plus grande partie de la masse de l'organe pivotant 5 se trouve à la périphérie, ce qui entraîne un moment d'inertie élevé. D'autre part, cet organe tourne d'un angle important à chaque pas du moteur. Il en résulte des pertes d'énergie importantes à chaque rotation du cylindre qui augmen- tent rapidement avec ses dimensions. Pour vaincre ces pertes et assurer un fonctionnement fiable de l'élément d'affichage, le moteur doit fournir une éner- 10 gie importanteentraînant une consommation électrique élevée. Les exemples d'application cités précédemment concernaient des installations fixes, souvent complexes, qui étaient alimentées en énergie par le réseau. La consommation de l'affichage dans de telles conditions n'a qu'une importance 15 secondaire, même s'il est souhaitable de l'avoir aussi faible que possible. C'est pourquoi, dans aucun des affichages connus à organe mobile, la consommation n'atteint des valeurs très faibles. Or, les progrès récents faits dans le domaine de la microélectronique et des 20 batteries permettent d'envisager actuellement des installations à alimentation autonome. En effet, les circuits intégrés réalisés, par exemple, selon la techno- logie CMOS, semi-conducteur oxyde métal à symétrie complémentaire, ont une très faible consommation tout en ayant une densité d'intégration élevée permet- tant de réaliser des fonctions complexes. Typiquement, la consommation est de l'or- 25 dre de 100 .uA et peut descendre en-dessous de I .uA dans les circuits horlo- gers. D'autre part, les batteries au lithium récemment développées présentent une grand énergie spécifique et surtout une auto-décharge très faible permet- tant à ces batteries de fonctionner pendant dix ans ou plus. 30 Parmi les informations qu'il serait intéressant d'afficher, on peut citer la tem- pérature, l'heure exacte, toute autre information transmissible par radio à un récepteur faisant partie intégrante de l'affichage. Ainsi, par exemple, une distribution de l'heure à l'échelle d'une ville, d'une région ou même d'un pays serait parfaitement réalisable à l'aide d'un réseau d'horloges digitales, auto- 35 nomes en énergie, synchronisées par des signaux radio, s'il existait un affi- chage de dimensions suffisantes consommant peu d'énergie. Il est évident qu'une 2604812 -3- telle distribution de l'heure présenterait, par rapport aux distributions utili- sant des horloges non autonomes, de multiples avantages résultant d'une ins- tallation facile et de l'absence de tout entretien ou surveillance. 5 S'il n'existe pas d'affichage à organe pivotant de grandes dimensions ou consom- mant peu d'énergie, il faut signaler que dans les autres types d'affichages connus, la situation est analogue. Cela est évident pour les affichages actifs. car ils nécessitent une forte énergie lumineuse qui est en outre obtenue avec un rendement faible. Pour les affichages à cristaux liquides, la consommation 10 est de l'ordre de 15 nA sous 3V par mm2 de cristal liquide excité. Un affichage à sept segments de 10 cm de haut et de 6 cm de large, ayant une surface ac- tive de 12 cm2, consomme ainsi une énergie de 54 juW. Cette consommation peut être considérée comme exagérée, surtout pour un affichage qui ne pré- sente pas une grande fiabilité dans des conditions de fonctionnement sévères. 15 L'objet principal de l'invention est de fournir un élément d'affichage à organe pivotant de grandes dimensions consommant peu d'énergie. Pour atteindre cet objectif, l'élément d'affichage selon l'invention est caractérisé 20 en ce que le moteur entraîne l'organe pivotant par l'intermédiaire d'un organe élastique répartissant dans le temps les accélérations du moteur pas à pas. Selon une forme de réalisation préférée, I'organe pivotant est un volet de faible épaisseur, présentant deux faces principales parallèles de forme sensiblement 25 rectangulaire. Avantageusement, le volet est obtenu à partir d'une feuille de métal mince ou par thermoformage d'une matière synthétique. Selon une autre forme de réalisation, l'organe élastique est de préférence une bande de fil métallique. 30 D'une façon avantageuse le moteur pas à pas est un mouvement d'horlogerie. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant, 26048 1 2 - 4 - à titre d'exemple explicatif mais nullement limitatif, une forme avantageuse de réalisation d'un élément d'affichage à organe pivotant. Sur ce dessin, o les éléments analogues portent les mêmes références 5- la fig. 1 est une vue partielle en perspective d'une forme de réalisation pré- férée d'un élément d'affichage selon l'invention; - la fig. 2 est une vue en plan d'un exemple d'une unité d'affichage utilisant sept segments d'affichage selon l'invention; et 10 - les fig. 3A et 3B sont des vues respectivement en plan et en élévation d'une forme possible de réalisation du mécanisme d'entraînement de deux volets contigus de l'unité d'affichage représentée sur la fig. 2. 15 Une forme de réalisation préférée d'un élément d'affichage selon l'invention est représentée en perspective et partiellement en coupe sur la fig. 1. On dis- tingue, sur cette figure, une partie d'un cache I ayant une face visible 2 et une ouverture 3 délimitée par une paroi latérale 4. Dans l'ouverture 3, légère- ment en retrait, se trouve un organe pivotant 5, dont seule la partie inférieure 20 est représentée. Dans cette exécution, l'organe pivotant a la forme d'un volet sensiblement rectangulaire ayant deux faces principales opposées 6, 6', dont seule la face 6 est visible. Les extrémités latérales du volet sont biseautées dans cet exemple, mais d'autres formes de réalisations peuvent être envisagées. Le vo- let 5 présente un axe de symétrie longitudinal a-a' autour duquel il peut pivo- 25 ter. Dans ce but, chaque extrémité du volet porte un arbre qui pivote dans un palier pratiqué dans un bras solidaire d'un cadre non représenté, ce cadre supportant également le cache 1. Sur la fig. 1, seul l'arbre 7 et le bras 8 sont re- présentés, mais un autre arbre et un autre bras similaires se trouvent du côté de l'autre extrémité du volet. L'arbre 7 traverse le bras 8 et, à son extrémité 30 libre, est fixé une roue dentée 9. Cette roue dentée engrène avec un pignon 10 porté par un arbre 11 qui pivote dans un palier pratiqué dans le bras 8 et dans un autre palier pratiqué dans un second bras 12 également solidaire du cadre non représenté. 35 Un moteur pas-à-pas 13, comprenant un arbre 14 et une bobine d'excitation 15, est disposé sous le bras 12 de façon que l'axe de l'arbre 14 vienne dans 2 6 0 4 8 1 2 - 5 - le prolongement de l'axe de l'arbre 11. Le moteur 13 est fixé au cadre par des moyens non représentés, et les arbres 11 et 14 sont reliés entre eux par un or- gane élastique 16 ayant la forme, dans cette exécution, d'une lame métallique, mais d'autres moyens de liaison entre les deux arbres peuvent bien entendu être 5 utilisés, comme par exemple un ressort ou un tube en matière synthétique sou- ple. Enfin, le moteur 13 est mis en mouvement en appliquant des impulsions électriques de commande aux bornes A et B de la bobine 15. A chaque impul- sion électrique, l'arbre 14 du moteur effectue alors une rotation d'un angle dé- terminé, généralement de 180 . La rotation est effectuée toujours dans le même 10 sens si le moteur est du type unidirectionnel ou bien dans un sens ou dans le sens opposé si le moteur est du type bidirectionnel. Dans ce dernier cas, le moteur, au lieu d'être monophasé et de ne comporter qu'une seule bobine, peut avantageu- sement être biphasé ou polyphasé et comporter deux bobines ou plus. 15 Le fonctionnement de l'élément d'affichage représenté sur la fig. 1 est le sui- vant. A chaque impulsion électrique de commande appliquée sur les bornes A et B, l'arbre 14 du moteur effectue, par exemple, un demi-tour. Ce mouvement est transmis, par l'intermédiaire de l'organe élastique 16, à l'arbre 1l1, puis à l'arbre 7 grâce à un engrenage formé de la roue dentée 9 et du pignon 10. 20 Le diamètre de la roue dentée étant supérieur à celui du pignon, l'engrenage réduit la vitesse de rotation de l'arbre 7 et, par conséquent, du volet 5 par rapport à celle de l'arbre 14. Dans ces conditions, pour que le volet 5 tourne d'un demi-tour, le moteur 13 doit effectuer plusieurs pas. 25 Une des faces principales du volet 5, par exemple la face 6, a la même couleur que la face visible 2 du cache 1, tandis que l'autre face principale 6' a une couleur différente. Lorsque c'est la face principale 6 qui est vue au tra- vers du cache 1, le volet ne se distingue guère de la face visible 2. L'élément d'affichage présente alors un aspect sensiblement uniforme. Par contre, si c'est 30 la face 6' qui est visible, ayant une couleur différente, le volet 5 se différencie nettement du cache 1. Ce changement d'aspect de l'élément d'affichage cons- titue un élément d'information. Pour que cette information puisse être obtenue avec le minimum de dépense 35 d'énergie électrique, il faut que le moment d'inertie de l'ensemble des pièces mobiles et leur accélération angulaire durant la rotation soient aussi faibles 2 6 0 4 8 1 2 - 6 - que possible. La faible inertie est obtenue en utilisant un volet fabriqué à par- tir d'une feuille mince en métal ou en matière synthétique theriloforillée ou encore à partir d'une plaque en mousse synthétique. A l'état de repos, la posi- tion du volet 5 est généralement telle que ses faces principales 6, 6' sont sen- 5 siblement verticales. Le volet ne peut alors se déformer sous l'effet de son pro- pre poids quelle que soit l'orientation de son axe a-a' dans le plan vertical. Pen- dant la rotation, par contre, si l'axe a-a' est horizontal, le volet pourra fléchir lorsque les faces principales seront également horizontales. Une déformation modérée est cependant parfaitement acceptable durant le mouvement. La climninution des accélérations du volet 5 produite par le moteur 13 est obtenue. dec son côté, d'une part, grâce à l'organe élastique 16 qui absorbe les brusques va- riations de la vitesse angulaire de l'axe 14 et, d'autre part, grâce à l'engrenage formé de la roue dentée 9 et du pignon 10. Il en résulte une rotation plus régu- lière et plus lente du volet, facteur favorable à une faible consommation d'é- 15 nergie. Le rapport de réduction de l'engrenage formé de la roue dentée 9 et du pignon 10 résulte d'un compromis entre l'énergie absorbée par le volet 5 durant une rotation qui est au plus de 180 et le temps maxiimumi acceptable pour effectuer ce 20 mouvement. Selon la dimension du volet, ce rapport peut varier sans toutefois être inférieur à 12, valeur correspondant à un angle de rotation de 15 par pas du moteur. La souplesse de l'organe élastique 16, de son côté, est déterminée en fonction du moment d'inertie des organes mobiles ramenés sur l'axe 1 1 et le couple du moteur 13. Plus le couple est faible, plus la souplesse de l'organe 25 élastique devra être grande. Des moteurs pas-à-pas de très faible puissance, par exemple entre I et 100 ,"W, peuvent ainsi être utilisés pour entraîner le volet, la puissance dépendant de la dimension du volet, du rapport de réduction de l'engrenage et de la souplesse 30 de l'organe élastique. Or, de tels moteurs sont largement utilisés en horlogerie, dans les montres et les pendulettes analogiques. Produits en très grandes quan- tités, ces moteurs sont bon marché. Ceci a une influence favorable sur le prix de revient de l'élément d'affichage selon l'invention qui ne contient, par ail- leurs, aucun organe coûteux puisque tous ont une forme simple et une struc- 35 ture légère. L'élément d'affichage à très faible consommation qui vient d'être décrit peut 260 4812 - 7 - être utilisé pour former des unités d'affichage permettant de représenter des informations plus complexes. Un exemple d'une telle unité est montré sur la fig. 2, sous la forme d'un affichage bien connu à sept segments a, b, c, d, e, f et g. Cette unité est formée d'un cache 20 ayant sept ouvertures 21 et de 5 sept volets 22 disposés dans ces ouvertures. Les volets sont identiques aux vo- lets 5 de la fig. 1 et chaque volet est commandé par un moteur séparé. Dans cet exemple, les volets sont positionnés de façon à faire apparaître le chiffre trois, c'est-à-dire que les segments e et f sont de même couleur que le cache 20, alors que les segments a, b, c, d et g ont une couleur différente. 10 La consommation d'un tel affichage, haut de 10 cm et indiquant par exemple les unités de seconde, peut descendre en dessous de- 10 ,uW. Cette valeur est à comparer au 54 ,\W de l'affichage" à cristaux liquides de même dimension déjà mentionné. 15 Bien entendu, l'élément d'affichage selon l'invention peut avantageusement être utilisé pour former des unités d'affichage ayant un plus grand nombre de seg- ments ou bien dans la composition d'unités d'affichage du type matriciel, ou chaque segment a une forme sensiblement carrée. 20 Pour que le mécanisme d'entraînement des volets ne déborde pas du cache 20, les moteurs pas-à-pas ne peuvent pas être disposés dans le prolongement des volets correspondants, comme dans la fig. 1. 25 Une construction plus compacte de ce mécanisme est représentée en plan et en élévation respectivement sur les fig. 3A et 3B dans le cas des volets conti- gus formant les segments e et d de la fig. 2. Le volet 22 du segment d, par exemple, est fixé, par une de ses extrémités, à un arbre 25 tournant dans un palier pratiqué dans un support 26 solidaire du cache 20 non représenté sur 30 ces figures. L'arbre 25 est entraîné, par un moteur pas-à-pas 27 analogue au moteur 13 de la fig. 1, par un engrenage formé d'une roue dentée conique 28 solidaire de cet arbre et d'un pignon conique 29 fixé sur l'arbre du moteur. Cet engrenage, en permettant de disposer l'arbre du moteur perpendiculairement à l'arbre 25, réduit sensiblement la place prise par le mécanisme d'entraînement 35 du volet. La commande de l'autre volet est analogue à celle qui vient d'être décrite. Bien entendu, d'autres dispositions peuvent être utilisées et le renvoi - 8 - 2604812 à angle droit peut aussi bien être obtenu à l'aide d'une vis sans fin au lieu de roues coniques. Il est évident que l'élément d'affichage qui vient d'être décrit peut subir 5 différentes modifications et se présenter sous d'autres variantes évidentes pour l'homme de l'art sans sortir du cadre de la présente invention. 2604812 -9- Revendications 1. Elément d'affichage comprenant au moins - un organe pivotant (5) de faible moment d'inertie, ayant plusieurs faces principales (6, 6') de couleurs différentes; - un moteur pas à pas rotatif (13) agencé pour faire tourner l'organe 5 pivotant (5) d'un angle déterminé, inférieur à 15 degrés, à chaque pas, caractérisé en ce que ledit moteur (13) entraîne l'organe pivotant (5) par l'intermédiaire d'un organe élastique (16) répartissant dans le temps les accélérations du moteur pas à pas. 10 2. Elément d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe pivotant (5) est un volet de faible épaisseur présentant deux faces principales (6, 6') parallèles de forme sensiblement rectangulaire. 3. Elément d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le 15 volet est obtenu à partir d'une feuille de métal mince. 4. Elément d'affichage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le volet est réalisé par thermoformage d'une matière synthétique. 20 5. Elément d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe élastique (16) est une boucle de fil métallique. 6. Elément d'affichage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur pas à pas est un mouvement d'horlogerie.