Brevet FR2634579A1 — publié le 19900126

"Potentiomètre commandable par une contrainte mécanique réduite" L'invention est relative aux potentiomètres, c'est â-dire aux appareils comportant - des organes statiques, constitués par une piste résistive, un collecteur conducteur et des connexions, à savoir en général deux premières connexions reliées aux extrémités de la piste résistive et une troisième connexion reliée au collecteur conducteur; et - un organe mobile constitué par un curseur qui commande la mise en contact électrique du collecteur avec une zone réduite de la piste résistive, zone qui est en correspondance avec la position du curseur. Suivant un montage classique, les deux premières connexions sont soumises à une différence de potentiel déterminée, fixe ou variable, tandis que sur la troisième connexion est disponible une tension qui est une fraction de cette différence de potentiel, fraction qui dépend de la position de ladite zone sur la piste résistive et donc de la position du curseur. De ce fait un potentiomètre peut servir par exemple d'organe de commande, d'organe de réglage, de capteur de position ou de capteur de déplacement. La fiabilité et la durée de vie d'un potentiomètre classique à curseur frottant sont limitées par le frottelent du curseur et l'usure que ce frottement entrain. Par ailleurs il est difficile de réaliser un poten tiométre étanche de ce type, du fait de la nécessité de permettre un déplacement du curseur et de la coflande de ce déplacement, à moines de mettre en oeuvre l'effet Hall ou des moyens opto-électroniques,qui présentent d'autres inconvénients. Ces deux inconvénients des potentiomètres classi ques peuvent être palliés par la mise en oeuvre de la demande de brevet français publiée n 2.578.321 de la demanderesse décrivant, en particulier, un capteur potentiométrique dont la piste résistive est protégée par une membrane portant la piste collectrice. Les deux pistes sont appliquées l'une contre l'autre par un élément qui peut être soit le doigt humain, soit un curseur solide, soit un jet de fluide. Cette structure, qui définit un "potentiomètre à membrane", nécessite, pour mettre en contact électrique les deux pistes, la mise en oeuvre d'une certaine contrainte mécanique, dépassant la valeur de 0,1 N et le plus souvent plusieurs N. On notera également que les potentiomètres de la technique antérieure présentent un certain "bruit" électrique, qui résulte des variations de la résistance de contact entre collecteur et piste résistive dans la zone de contact, et un manque de régularité de la tension de sortie par la troisième connexion, qui est la tension de sortie utile du potentiomètre. La présente invention vise à pallier ces inconvénients des potentiomêtres des techniques antérieures (de type classique ou de type à membrane selon la demande de brevet n 2.578.321) en permettant de réaliser un potentiomètre qui est commandable par une contrainte mécanique réduite, qui présente un bruit électrique réduit, qui détermine une tension de sortie régulière, qui est fiable, qui présente une longue durée de vie, gracie â une usure très faible des composants, et qui peut être rendu étanche ou pour le moins aisément protégé contre les agressions extérieures, telles que poussières. Ces objets sont atteints avec le potentiomètre selon l'invention qui comprend une piste résistive avec une connexion électrique à chaque extrémité, un collecteur conducteur avec une troisième connexion et un curseur, caractérisé en ce que le collecteur est constitué par une bande de tissu conducteur de l'électricité. Ce tissu peut etre réalisé soit en fibres conduc trices, soit en fibres non conductrices rendues conductrices, par un traitement de surface approprié, sur la tota lité ou une partie de leur surface. Avantageusement le tissu peut être constitué par - un tissu en fibres de polyester recouvertes par une pellicule mince de nickel; - un tissu en fibres d'acier inoxydable; - un tissu en fibres de cuivre; - un tissu en fibres de carbone conducteur. L'invention pourra etre bien comprise à laide du complément de description qui suit, ainsi que.des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout & titre d'indication. La figure 1 est une vue, en perspective, d'un potentiomètre selon l'invention. La figure 2 est une vue éclatée, également en perspective, de ce potentiomètre. Les figures 3 et 4 sont des coupes, & échelle agrandie, respectivement par III-III et par IV-IV de la figure 1. Selon l'invention et plus spécialement selon celui de ses nodes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un potentiomètre commandable par une contrainte mécanique réduite, on s'y prend conte suit ou d'une lanière analogue. En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on voit qu'un potentiomètre selon l'invention comporte tout d'abord, å la manière connue:une piste résistive 1 avec deux connexions électriques 2,3 reliées électriquement respectivement aux extrémités 2a et 3a de la piste 1; un col lecteur conducteur 4 avec une troisième connexion 5 reliée électriquement à ce collecteur conducteur; et un curseur 6 (visible sur la figure 1 et non pas sur la figure 2). Conformément & la caractéristique essentielle de l'invention, le collecteur conducteur 4 est constitué par une bande de tissu 8 conductrice de l'électricité. En particulier, comme visible sur les figures 3 et 4, le tissu 8 constituant le collecteur conducteur 4 est constitué par des fibres entrecroisées 8a et 8b. Un des avantages des tissus sur les pellicules massives, pour constituer le collecteur conducteur, est leur bien plus grande souplesse, qui peut être encore mieux exploitée s'ils sont utilisés suivant leur biais; en outre les tissus travaillent, en réponse à une pression appliquée par le curseur, en flexion et non pas å la traction, comme c'est le cas pour une pellicule massive, d'où une plus grande déformation élastique et reversible exigeant une contrainte mécanique réduite sur le curseur. L'espace de hors-contact entre la piste résistive 1 et le tissu conducteur 8 constituant le collecteur 4 peut etre obtenu aux deux extrémités latérales visibles sur les figures 2 et 3 au moyen de deux bandes 9 auto-adhésives sur leurs deux faces, ayant une épaisseur comprise entre environ 0,01 mm et environ 5 mm. Ces bandes 9 sont portées par un support 10, visible également sur les figures et réalisé en une matière isolante de l'électricité; ce support 10 porte également la piste résistive 1. Au passage du curseur 6 et sous la pression exercée par celui-ci, les fibres 8a,8b du tissu 8 se redressent au niveau de leurs multiples coudes et s'allongent en travaillant à la flexion et non pas à la traction. Sur la figure 3 on a illustré les angles et ss de deux coudes et, du fait de cet allongement à la flexion, on a ss > u, l'angle a correspondant à une extrémité des fibres 8a portée par un ruban 9. En outre chaque coude convexe du zig-zag de chaque fibre 8a,8b est susceptible de constituer un contact électrique avec la piste résistive 1, d'où une multiplicité de contacts effectifs avec cette piste, qui croit avec le nombre de mailles de fibres au centimètre. Il y a donc intérêt å avoir une maille aussi petite que possible. Le grand nombre de points de contacts entre une fibre conductrice 8a,8b et la piste résistive 1 assure une faible résistance électrique de contact.Cette résistance peut encore hêtre réduite et stabilisée grâce à un revêtement de métal noble (or, argent, platine, palladium ou un alliage de deux ou plusieurs de ces étaux) sur le tissu 8, une couche inter iédiaire de nickel étant éventuellement disposée entre le tissu et le revêtement en métal noble. Le tissu 8 est réalisé soit en fibres conductrices, soit en fibres non conductrices rendues conductrices, par un traitement approprié, sur la totalité ou une partie de leur surface. Avantageusement le tissu 8 peut être constitué par - un tissu "tergal" en fibres de polyester recouvertes par une pellicule mince de nickel, du type commercialisé sous la désignation "Metalen" et fabriqué par la "Fabrique Zurichoise de Gazes à Bluter", Ruschlikon (Suisse); - un tissu en fibres d'acier inoxydable du type conercialisé sous la désignation "Bopp-SD" par la société "Fabrique de Toiles Métalliques Bachmannweg M de Zurich (Suisse); - un tissu en fibres de cuivre; - un tissu en fibres de carbone conducteur. On notera qu'il est possible d'imperméabiliser le tissu 8, qui constitue le collecteur conducteur 4, en bouchant partiellement les mailles sans en couvrir les convexités 8c des coudes dirigées vers la piste résistive 1 (qui doivent rester conductrices), par application d'un enrobage ou d'une pellicule plastique, référencé 7 sur les figures 3 et 4, apte à conserver sa souplesse au tissu; en particulier on peut réaliser l'imperméabilisation en utilisant une émulsion ou une pellicule de photoresist suivant les techniques bien connues dans l'art sérigraphique. Cette imperméabilisation permet de protéger le contact, entre piste t et tissu 8 au niveau du curseur 6, des poussières et des fluides et/ou de réaliser le curseur sous la forme d'un jet liquide ou gazeux mobile. On va donner ci-après des exemples de mises en oeuvre de l'invention. EXEMPLE 1 La piste résistive 1 est en une matière plastique thermodurcissable chargée de carbone conducteur, ayant une résistance de 376 QJ a , de largeur 8 mm, déposée sur un substrat 10 en polyimide. Le collecteur conducteur 4 est constitué par une toile (ou tissu) 8 en acier inoxydable Bopp-SD 180 mesh (71 mailles/cm, par de la trame 140 ijm, épaisseur 90 pm) nickelée et dorée, appliquée sans tension mécanique suivant le droit fil. Les deux bandes 9 sont auto-adhésives sur leurs deux faces et ont les dimensions suivantes: largeur 6 mm, épaisseur 0,1 mm; ces bandes sont disposées à un intervalle de 7 mm l'une de l'autre (distance m sur la figure 3). Le curseur 6 en V est réalisé en polyéthylène haute densité et il a les dimensions suivantes : rayon de l'arête 0,5 mm et largeur de 0,9 mm (distance n sur la figure 3). Sous une force pressante de 0,012 N (soit 1r2 gramme-force) le nombre de points de contacts entre le tissu ou toile 8 constituant le collecteur conducteur 4 et la piste résistive 1 est de 12 à 18. On obtient ainsi un contact électrique de résistance constante égale à 200 ohms environ. Dans le tableau I ci-après on indique la résistance de contact en ohms en fonction de la force pressante en mN. EXEMPLE 2 La piste résistive 1 est également en un plastique conducteur et elle a une résistance de 960 fl/O et une largeur de 8 mm. Le collecteur conducteur 4 est un tissu ou toile 8 d'acier inoxydable Bopp 350 nesh (138 mailles/cm, pas de la trame 85 pm, @ fil 25 m, épaisseur 60 um), ni nickelée, ni dorée. Les bandes adhésives 9 et le curseur 6 sont réalisés de la même manière que dans l'exemple 1. On obtient un nombre de points de contacts de l'ordre de 60 et la résistance de contact est de 1200 ohms. Dans le tableau I on a donné pour l'exemple 2, comme pour l'exemple 1, les valeurs de la résistance de contact en ohms en fonction de la force pressante en mN. T A B L E A U I Force pressante Résistance de contact en mN en # t 6 1 > 106 | 6 720 1 7,2 1 460 | | 1 8,4 1 287 t I 1 9,6 1 254 1 EXEMPLE 1 I 1 10,8 1 234 | I 1 12 | 227 1 18 t 188 | | 24 200 t 6 1 > 106 1 6 1 1420 1 t 7,2 1300 8,4 1345 1 9,6 1 1290 1 EXEMPLE 2 1 10,8 1218 t 12 1 1240 t t 18 I 1155 1 I 24 1150 EXEMPLE 3 La piste résistive a une résistance de 801,3 ohms/O et une largeur de 10 mm. Le collecteur est réalisé en un tissu à fibres d'acier inoxydable Bopp 180 mesh (71 mailles/cm, pas de la trame 140 m, fil 45 um, épaisseur 90 m), nickelé et doré, appliqué sans tension mécanique suivant le droit fil. Les bandes auto-adhésives ont une largeur de 4 mm et une épaisseur de 0,023 mm. L'intervalle m de la figure 3 étant de 7,5 mm. Le curseur 6 a la forme d'un V avec un rayon de l'arête de 0,5 mm et une largeur n sur la figure 3 de 1,8 mm. Avec une -force pressante de 0,024 N (2,4 grammesforce) le nombre de points de contact est de l'ordre de 30. Le tableau II ci-après indique, en fonction de la force pressante en mN, la résistance de contact dynamique (RCD) en ohms, le bruit et la régularité de la tension de sortie (RTS) également désignés sous l'appellation américaine de "output smoothness". T A B L E A U I I Force pressante | RCD I Bruit I RTS I en mN # 10-4 2,4 2000 2000 I 5,9 1 500 1 400 | I | 8,2 1 300 1 150 1 6 I 1 11,8 1 200 1 100 1 5 I 1 17,7 1 150 1 60 | I 23,5 120 45 4 On rappelle que la résistance de contact dynamique est mesurée en entrainant le curseur du potentiomètre, en particulier à une vitesse de 30 mm par seconde, le bruit correspondant aux variations de la résistance de contact dynamique lors de cet entraînement du curseur.Quant à la RTS (également pour une vitesse de déplacement du curseur de 30 mm/s), elle correspond au dixième de la variation maximale (en mV) en fonction de la course électrique/10O. Si on veut comparer la contrainte mécanique réduite ou force pressante qui peut etre mise en oeuvre avec un potentiomètre selon l'invention à celles dans les potentiomètres de la technique antérieure, il y a lieu de noter que dans ce dernier cas elle est exceptionnellement inférieure à 60 grammes-force, soit 0,6 N, mais généralement beaucoup plus élevée. Comme il va de soi, l'invention ne se limite nullement aux modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. On peut ainsi prévoir - de revêtir d'un agent de glissement (lubrifiant solide ou liquide) la face du tissu 8 dirigée vers le curseur 6 afin de réduire l'usure du curseur et du tissu sous l'effet du déplacement du curseur et de réduire la force nécessaire pour réaliser ce déplacement; - de maintenir mécaniquement le tissu 8 non pas sur ses deux côtés par deux bandes 9 auto-adhésives sur leurs deux faces, mais d'un seul côté par une telle bande 9, le tissu étant empêché de toucher spontanément (en l'absence de la pression du curseur) la piste conductrice 1 soit du fait qu'il présente une forme incurvée qui l'en écarte, soit en s'appuyant sur l'autre côté sur une bande non adhésive; et/ou - de réaliser, comme évoqué précédemment, le curseur sous la forme d'un jet, liquide ou gazeux, mobile. REVENDICATIONS 1. Potentiomètre commandable par une contrainte mécanique réduite, comprenant une piste résistive (1) avec une connexion électrique (2,3) à chaque extrémité (2a,3a), un collecteur conducteur (4) avec une troisième connexion (5), et un curseur (6), caractérisé en ce que le collecteur (4) est constitué par une bande de tissu (8) conducteur de l'électricité. 2. Potentiomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tissu (8) est réalisé en fibres (8a,8b) conductrices. 3. Potentiomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tissu (8) est en fibres d'acier inoxydable. 4. Potentiomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tissu (8) est en fibres de cuivre. 5. Potentiomètre selon la revendication 2, caracté-. risé en ce que le tissu (8) est en fibres (8a,8b) de carbone conducteur. 6. Potentiomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tissu (8) est réalisé en fibres (8a,8b) non conductrices rendues conductrices par un traitement de surface. 7. Potentiomètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tissu (8) est en fibres (8a,8b) de polyester recouvertes par une pellicule mince de nickel. 8. Potentiomètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le curseur (6) est réalisé en un matériau solide et en ce que la face du tissu (8) dirigée vers le curseur (6) est revêtue d'un agent de glissement. 9. Potentiomètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le curseur (6) est réalisé sous la forme d'un jet, liquide ou gazeux mobile. 10. Potentiomètre selon l'une quelconque des reven dications 2 à 8, caractérisé en ce que le tissu (8) est rendu imperméable au moyen d'un enrobage partiel ou pellicule (7), les convexités (8c) des coudes des fibres (8a,8b) qui peuvent venir en contact avec la piste conductrice 1 n'étant pas revêtues de l'enrobage ou pellicule. 11. Potentiomètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux bandes (9) de ruban auto-adhésif sur les deux faces disposées sur les deux côtés entre la piste résistive (1) et le collecteur conducteur (4) pour assurer une séparation entre ceux-ci. 12. Potentiomètre selon l'une quelconque des revendications 1 & 10, caractérisé en ce qu'il comporte une seule bande (9) de ruban, auto-adhésif sur les deux faces, sur un côté, entre la piste résistive (1) et le collecteur conducteur (4) t pour assurer une séparation entre ceux-ci de ce côté, des moyens, tels que forme incurvée du tissu ou bande non adhésive sur laquelle s'appuie le tissu de l'autre côté, empêchant le contact spontané, en l'absence de la pression du curseur (6), du tissu (8) et de la piste résistive (1).