Brevet FR2743856A1 — publié le 19970725

La présente invention se rapporte à un dispositif de positionnement angulaire d'une masse par rapport à un axe horizontal de support, et en particulier à un dispo- sitif de positionnement d'une coupole d'éclairage d'un appareil d'éclairage pour salle d'opération. Elle se rapporte également à un appareil d'éclai- rage équipé d'un tel dispositif. On connaît des dispositifs de positionnement angulaire d'une masse par rapport à un axe horizontal de support, du type comprenant un bras de soutien destiné à porter ladite masse et monté angulairement déplaçable autour dudit axe de support, et un organe d'équilibrage dudit bras relié à celui-ci et coopérant avec un organe élastique de rappel adapté pour appliquer sur un point solidaire du bras de soutien un moment d'équilibrage de la masse s'opposant au moment engendré par le poids de celle-ci. Dans des appareils d'éclairage équipés de tels dispositifs, l'organe d'équilibrage est constitué par une chaîne reliée par une de ses extrémités au bras de soutien et par son autre extrémité à l'organe élastique de rappel. L'organe élastique de rappel est constitué par un ressort fixe dont l'axe général est disposé de façon perpendiculaire à l'axe de support. Le dispositif est en outre équipé d'un renvoi d'angle constitué par un galet sur lequel s'appuie la chaîne, de sorte que l'effort exercé par celle-ci sur le ressort soit parallèle à l'axe longitudinal du ressort quelle que soit la position du bras de soutien. De par leur construction, les dispositifs de ce type n'autorisent pas un positionnement angulaire stable de la coupole autour de son axe horizontal de support sur 360 . En effet, lorsque la chaîne en appui sur le galet forme un angle inférieur à environ 160 , les frottements entre les maillons constitutifs de la chaîne et le galet augmentent, ce qui tend à déséquilibrer le bras de sou- tien. Par ailleurs, la position limite de la coupole est atteinte lorsque la chaîne forme un angle de 1800, c'est-à-dire est rectiligne. En effet, au-delà de cette position, la chaine n'est plus en contact avec le galet et exerce dès lors un effort selon une direction angulai- rement décalée de l'axe longitudinal du ressort, ce qui tend également à rendre l'équilibrage peu efficace. Les dispositifs de ce type engendrent en outre un déplacement irrégulier du bras de soutien autour de son axe de support provoqué par le déplacement irrégulier de la chaîne contre le galet. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de positionnement angulaire d'une masse par rapport à un axe horizontal de support permet- tant un déplacement angulaire régulier de la masse ainsi qu'un équilibrage de celle-ci quelle que soit sa position angulaire. Elle a donc pour objet un dispositif de position- nement angulaire d'une masse par rapport à un axe hori- zontal de support du type précité, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par l'organe d'équilibrage et l'organe élastique de rappel est monté oscillant sur un axe d'oscillation, parallèle à l'axe de support et situé à une distance fixe de celui-ci, de façon à s'orienter en permanence vers ledit point lors des déplacements angu- laires du bras de soutien. L'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'organe élastique de rappel comporte un ressort disposé au moins en partie dans un boîtier monté oscillant sur ledit axe d'oscillation et muni d'un fond délimitant une surface d'appui pour une zone d'extrémité du ressort, dont la zone d'extrémité opposée coopère avec l'organe d'équilibrage du bras de soutien; - l'organe d'équilibrage comporte une tige rectiligne traversant un orifice ménagé dans le fond du boitier et axialement déplaçable dans celui-ci sous la commande du bras de soutien; - l'ensemble constitué par l'organe d'équilibrage et l'organe élastique de rappel est disposé dans un carter, ledit axe d'oscillation étant constitué de deux ergots s'engageant dans deux paliers respectifs, ménagés les uns dans la paroi externe du boitier et les autres dans la paroi interne du carter; - l'axe de soutien est constitué par un arbre se prolongeant axialement par un maneton excentré sur lequel est articulé sur l'organe d'équilibrage; - l'arbre se prolonge radialement en direction du maneton selon une direction sensiblement perpendiculaire- ment au bras de soutien en vue d'exercer sur celui-ci, sous l'action de l'organe d'équilibrage, un moment d'équilibrage maximum lorsque le bras de soutien est dans une position horizontale et un moment d'équilibrage minimum lorsque le bras de soutien est dans une position verticale; l'extrémité de l'arbre opposée au maneton est solidaire du bras de soutien; - le carter est intégré au bras de soutien, l'extrémité de l'arbre opposée au maneton étant solidaire d'un organe de soutien pour ledit bras; - le ressort est un ressort de compression à rondelles coniques de type "Belleville"; - le ressort est un ressort de compression à gomme visco-élastique; - l'ensemble constitué par l'organe d'équilibrage et l'organe élastique de rappel est en outre monté angulairement déplaçable autour d'un axe de pivotement perpendiculaire audit axe d'oscillation; - la masse est constituée par une coupole d'é- clairage montée angulairement déplaçable sur le bras de soutien. L'invention a également pour objet un appareil d'éclairage pour salle d'opération comprenant un bras de suspension d'une coupole d'éclairage à prismes articulé sur un plafonnier et sur lequel est montée angulairement déplaçable ladite coupole d'éclairage, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de positionnement angulaire d'une masse telle que définie ci-dessus en vue du posi- tionnement angulaire et de l'équilibrage de la coupole par rapport au bras de suspension. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple et sans caractère limitatif, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un appareil d'éclairage pour salle d'opération, équipé d'un dispositif selon l'invention, dans différentes positions angulaires de la coupole d'éclairage; - la figure 2 est une vue de dessus agrandie d'un détail de l'appareil d'éclairage de la figure 1, avec coupes partielles, montrant le dispositif de positionne- ment angulaire de la coupole; - la figure 3 est une vue en coupe de profil, suivant la ligne III-III, du dispositif de la figure 2; - la figure 4 représente l'appareil d'éclairage de la figure 1 ayant subi une rotation de 180" par rapport à son axe vertical de pivotement; et - la figure 5 illustre un autre mode de réalisa- tion du dispositif de positionnement angulaire de la coupole d'éclairage. Sur la figure 1 on a représenté un appareil d'éclairage pour salle d'opération, désigné par la référence numérique 10, destiné à positionner précisément un volume de lumière sur un patient allongé sur une table d'opération 11. L'appareil d'éclairage 10 comporte un bras de suspension 12, en forme de manivelle, d'une coupole d'éclairage 14, du type à prismes. Le bras 12 peut pivoter autour d'un axe principal X-X articulé sur un plafonnier 16, lui-même fixé sur le plafond 17 de la salle d'opération au moyen de tiges filetées. La coupole d'éclairage 14 est reliée au bras de suspension 12 par un dispositif de positionnement angu- laire de la coupole 14 par rapport à un axe horizontal de support O1 perpendiculaire au plan de la figure 1. Ce dispositif de positionnement angulaire, désigné par la référence numérique 18, permet à un chirurgien de positionner la coupole d'éclairage 14, dans les limites imposées par le plafond 17, en tout point d'un cercle d'axe 01, et en particulier de déplacer la coupole d'éclairage 14 de sa position P1 représentée en trait plein sur la figure 1 vers les positions P2 et P3 représentées en pointillés, suivant le type d'opération chirurgicale devant être réalisée. Le dispositif de positionnement angulaire 18 de la coupole 14 comporte un bras de soutien 20 monté angulairement déplaçable sur le bras de suspension 12, autour de l'axe 01, et sur lequel la coupole d'éclairage 14 est articulée autour d'un axe horizontal 15 perpendi- culaire au bras 20, et un organe d'équilibrage du bras , non visible sur cette figure 1. La description précise du dispositif de position- nement angulaire 18 de la coupole d'éclairage 14 va maintenant être faite en référence à la figure 2 et à la figure 3 sur laquelle le bras 20 a été schématisé par son axe 20-1 qui correspond à la position P1. On voit sur ces figures, et en particulier sur la figure 2 sur laquelle le bras 20 a été fictivement tronqué, que le dispositif angulaire 18 de la coupole est constitué du bras 20, de l'organe d'équilibrage 22 et d'un organe élastique de rappel 24. L'organe d'équili- brage et l'organe élastique de rappel 24 sont disposés dans un carter 26, fixé sur le bras de suspension 12 et sur lequel est monté angulairement déplaçable le bras de soutien 20, par rapport à l'axe horizontal de soutien 0. L'organe d'équilibrage 22 est constitué par une tige rectiligne articulée, autour d'un axe d'articulation M, sur un maneton 28 s'étendant parallèlement à l'axe de support 0O et radialement décalé par rapport à celui-ci, comme cela sera décrit plus en détail par la suite. L'extrémité de la tige 22 opposée au maneton 28 comporte une zone filetée 30 sur laquelle est vissé un écrou 32 complémentaire constituant une tête sur laquelle s'appuie l'organe élastique de rappel 24. On voit également sur ces figures que l'organe élastique de rappel 24 comporte un ressort 34 disposé au moins en partie dans un boîtier cylindrique 36 muni d'une tranche d'extrémité 38 ouverte et d'un fond 40 percé d'un orifice 42 pour le passage de la tige filetée 22. Le ressort est comprimé de façon réglable entre le fond 40 et l'écrou 32. Dans l'exemple représenté, le ressort 34 est un ressort de compression à rondelles coniques de type "Belleville", mais d'autres types de ressorts peuvent également être utilisés, par exemple un ressort de compression à gomme visco-élastique. Le boitier 36 est monté oscillant dans le carter 26 sous la commande du maneton 28. A cet effet, la paroi interne du carter 26 est munie de deux paliers coaxiaux 44, dans lesquels s'enga- gent deux ergots, tels que 46, en saillie radiale sur la paroi externe du boîtier 36, avec interposition de roulements à billes tels que 48, par exemple des roule- ments combinés palier-butée. On va maintenant décrire la structure de la liaison entre le bras de soutien 20 et, d'une part, le carter 26 et, d'autre part, le maneton 28. En vue de son déplacement angulaire par rapport à l'axe de support 01, le bras 20 est solidaire d'une extrémité 52 d'un arbre 50 définissant l'axe de support 01. Cet arbre 50 s'étend perpendiculairement au bras 20 en direction de l'organe d'équilibrage 22 et de l'organe élastique de rappel 24 et se prolonge axialement par son autre extrémité 54, perpendiculairement au bras 20, par le maneton excentré 28. L'arbre 50 tourillonne dans un prolongement cylindrique 56 du carter 26 coaxial à cet arbre, au moyen d'un ensemble de roulements à billes 58. Avantageusement, l'axe 50 est percé de conduits pour le passage de conducteurs électriques d'alimenta- tion de la coupole d'éclairage, non représentés et de type connu. Comme mentionné précédemment, et comme représenté en détail sur la figure 3, l'arbre 50 se prolonge au niveau de son extrémité 54 par le maneton 28, sur lequel est articulée la tige rectiligne 22 et qui définit l'axe d'articulation M. On conçoit donc que l'arbre 50 constitue une manivelle provoquant au cours de sa rotation le déplace- ment de la tige 22, angulaire et suivant son propre axe, dans le boîtier 36. La liaison entre la tige rectiligne 22 et le maneton 28 est assurée de la façon suivante. L'extrémité de la tige rectiligne 22 située au voisinage du maneton 28 comporte un filetage 62 pour le vissage d'un embout 64 généralement cylindrique et percé d'un orifice transversal 66 dans lequel est inséré le maneton 28. En vue de la rotation de l'embout 64 par rapport au maneton 28, il est prévu un ensemble de roulements 68, constitués par exemple de roulements combinés palier- butée. La liaison entre l'embout 64 et le maneton 28 est complétée par des moyens de retenue axiale du maneton 28 dans l'embout 64, désignés par la référence 70 et de type connu (figure 2). On voit sur la figure 3 que le carter 26 comporte un capot 72 fixé au corps 74 du carter 26 par des moyens de fixation 76 de vis. On conçoit que l'ensemble qui vient d'être décrit, dans une position qui correspond à la position Pl de la figure 1, constitue un ensemble bielle-manivelle, la manivelle étant constituée par l'arbre 50 et son maneton 28, comme mentionné précédemment, et la bielle étant constituée par la tige rectiligne 22 équipée de son embout 64. Dans cette position Pl, le bras 20 forme un angle a par rapport à l'horizontale voisin de 10 (figure 1) et la droite joignant l'axe de support O1 et l'axe d'articu- lation M (figure 3) forme également cet angle a par rapport à la verticale. On conçoit que le poids de la coupole 14 fixée sur le bras de soutien 20 exerce un moment sur l'axe de soutien 01, qui dépend de façon connue de l'angle que forme ce bras de soutien avec l'horizontale, c'est-à-dire avec la droite définie par l'axe horizontal de support OX et l'axe d'oscillation 02 défini par les ergots 46 du boîtier 36 reçus dans les paliers 44. Ce moment est maximal lorsque le bras 20 est dans l'une des positions horizontales et nul lorsque ce bras est situé dans une position verticale, c'est-à-dire perpendiculairement à la droite joignant les deux axes 01 et O2. Par ailleurs, la tige 22, coopérant avec le ressort 34, exerce un moment antagoniste d'équilibrage s'opposant au moment engendré par la coupole 14. De façon connue, ce moment antagoniste est proportionnel au raccourcissement du ressort 34, c'est-à-dire fonction linéaire de la distance entre les axes 02 et M (figure 3). Du fait de la construction particulière de l'arbre 50, et en particulier de son prolongement excen- tré 28 au voisinage de l'extrémité 54 perpendiculairement au bras 20, ce moment d'équilibrage est maximal lorsque l'angle a de la figure 3 est nul, ce qui correspond à une position horizontale du bras de soutien 20. En outre, ce moment est minimal lorsque la tige est située suivant la droite définie par les axes 01 et 02, c'est-à-dire lorsque le bras 20 est dans une position verticale (position P2). Lorsque le bras de soutien 20 est déplacé de sa position P1 vers sa position P2, l'arbre 50 provoque la rotation du maneton 28 dans le sens désigné par la flèche F1 sur la figure 3 et le déplacement de la tige rectili- gne 22 vers une position suivant la droite joignant les axes O1 et O2, c'est-à-dire horizontalement, ce qui provoque la compression du ressort 34. Il est à noter que dans cette position P2 le ressort 34 se situe dans une position dans laquelle sa compression est la plus importante. Cependant, comme mentionné précédemment, le moment exercé par la tige 22 est nul. Elle n'exerce donc aucun effort sur le bras de soutien 20, qui est dans une position verticale stable. Lorsque le bras de soutien 20 est déplacé de sa position P2 vers sa position P3, le maneton 28 est à nouveau déplacé dans le sens de rotation désigné par la flèche F1 et le dispositif se situe dans une position symétrique, par rapport à l'horizontale, de celle repré- sentée sur la figure 3. Lorsque le bras de soutien 20 est à nouveau déplacé, de la position P3, dans le sens de la flèche F1, vers une position instable verticale (non représentée), la tige rectiligne est à nouveau déplacée de manière à être positionnée horizontalement et le ressort se situe dans une position dans laquelle sa compression est minimale. Dans cette position, le moment nul exercé par la tige rectiligne 22 sur le bras de soutien 20 combiné au taux de compression minimum du ressort 34 permet de maintenir le bras 20 dans sa position verticale instable. Au cours des différents déplacements mentionnés précédemment, la tige rectiligne 22 oscille par rapport à son axe d'oscillation 02. Ainsi, l'ensemble constitué par la tige rectiligne 22 et l'organe élastique de rappel 24 s'oriente en permanence, quel que soit le déplacement angulaire du bras de soutien 20, suivant la droite définie par l'axe d'oscillation 2 et l'axe d'articulation M de la tige rectiligne 22. On conçoit donc qu'il est possible, en choisis- sant le ressort 34 en fonction des efforts à développer sur le bras de soutien 20, et en réglant sa compression en ajustant la position de l'écrou 32, d'équilibrer en permanence, c'est-à-dire quelle que soit la position angulaire de la coupole 14 autour de l'axe de support 01, les moments antagonistes de manière à stabiliser la position du bras 20. Le dispositif qui vient d'être décrit permet donc de positionner et de stabiliser en permanence le bras de soutien 20 sur 3600 par rapport à l'axe de soutien 01. Toutefois, on voit sur la figure 1 que le débat- tement angulaire du bras 20 dans les positions les plus hautes est limité par la présence du plafond de la salle d'opération. On peut cependant envisager de doter le disposi- tif d'un bras de soutien de longueur plus faible pour éviter cette limitation, mais ceci s'accompagne d'une limitation du débattement latéral. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, le débattement latéral de la coupole d'éclairage 14 a été préféré au débattement vers le haut, afin de pouvoir couvrir une surface d'éclairage plus importante. Afin d'améliorer encore ce débattement latéral, le carter 26 est articulé autour du second axe de pivote- ment vertical Y-Y (figure 3) du bras de suspension 12, cet axe Y-Y étant décalé d'une distance d de l'axe de soutien 01. Il est ainsi possible d'obtenir une translation d'une distance égale à 2 x _d au moyen d'une rotation de du châssis 26 par rapport au bras de suspension 12, comme représenté sur la figure 4. On conçoit ainsi que les déplacements angulaires du bras de suspension 12 par rapport au plafonnier 16, du bras de soutien 20 par rapport d'une part à l'axe de support horizontal O1 et d'autre part à l'axe vertical de pivotement Y-Y, permettent de déplacer le volume de lumière engendré par la coupole d'éclairage 14 dans un espace relativement important, pour chaque position angulaire donnée du bras de suspension 12. En outre, le déplacement de la coupole entre deux positions quelconques s'effectue de façon régulière et précise, puisque tous les mouvements sont guidés directe- ment par des roulements interposés entre les organes constituant le dispositif de positionnement 18. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit en référence aux figures 2 et 3, l'ensemble constitué par l'organe d'équilibrage et l'organe élasti- que de rappel est monté oscillant dans le carter sur lequel est articulé le bras de soutien. Selon un autre exemple de réalisation, représenté sur la figure 5, l'organe d'équilibrage et l'organe élastique de rappel, de construction similaire & ceux décrits précédemment et désignés par la référence numéri- que 80, sont montés oscillants dans le bras de soutien 82. Le bras de soutien 82 est monté angulairement déplaçable autour d'un arbre 84 solidaire par une de ses extrémités d'un organe de soutien 86 pour le bras, relié au bras de suspension de l'appareil d'éclairage. Le bras de soutien 82 est angulairement déplaça- ble par rapport à l'organe de soutien 86 et, comme précédemment, l'extrémité de l'arbre 84, opposée à l'organe de soutien 86, se prolonge axialement par un maneton excentré 88 sur lequel s'articule l'organe d'équilibrage 80. Ce mode de réalisation, qui ne diffère du mode de réalisation des figures 2 et 3 que par le positionnement des organes d'équilibrage et élastique de rappel, fonc- tionne de manière similaire et permet également le déplacement régulier et l'équilibrage de la coupole quelle que soit sa position angulaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de positionnement angulaire d'une masse (14) par rapport à un axe horizontal de support (01), comprenant un bras de soutien (20;82) destiné à porter ladite masse (14) et monté angulairement déplaça- ble autour dudit axe de support (01), et un organe d'équilibrage (22;80) dudit bras (20;82) relié à celui-ci et coopérant avec un organe élastique de rappel (24) adapté pour appliquer sur un point solidaire du bras de soutien (20;82) un moment d'équilibrage de la masse s'opposant au moment engendré par le poids de celle-ci, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par l'organe d'équilibrage (22;80) et l'organe élastique de rappel (24) est monté oscillant sur un axe d'oscillation (02) parallèle à l'axe de support (O1) et situé à une distance fixe de celui-ci, de façon à s'orienter en permanence vers ledit point (M) lors des déplacements angulaires du bras de soutien (20;82). 2. Dispositif de positionnement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'organe élastique de rappel (24) comporte un ressort (34) disposé au moins en partie dans un boîtier (36) monté oscillant sur ledit axe d'oscillation (02) et muni d'un fond (40) délimitant une surface d'appui pour une zone d'extrémité du ressort (34), dont la zone d'extrémité opposée coopère avec l'organe d'équilibrage (22) du bras de soutien (20). 3. Dispositif de positionnement selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que l'organe d'équilibrage (22;80) comporte une tige rectiligne (22) traversant un orifice ménagé dans le fond du boîtier et axialement déplaçable dans celui-ci sous la commande du bras de soutien (20;82). 4. Dispositif de positionnement selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé que l'ensemble consti- tué par l'organe d'équilibrage et l'organe élastique de rappel est disposé dans un carter (26), ledit axe d'os- cillation (0z) étant constitué de deux ergots s'engageant dans deux paliers respectifs, ménagés les uns dans la paroi externe du boîtier (36) et les autres dans la paroi interne du carter (26). 5. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'axe de soutien (01) est constitué par un arbre (50;84) se prolongeant axialement par un maneton (28;88) excentré sur lequel est articulé sur l'organe d'équili- brage (22;80). 6. Dispositif de positionnement selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que l'arbre (50;84) se prolonge radialement en direction du maneton (28;88) selon une direction sensiblement perpendiculairement au bras de soutien (20;82) en vue d'exercer sur celui-ci, sous l'action de l'organe d'équilibrage (22;80), un moment d'équilibrage maximum lorsque le bras de soutien (20;82) est dans une position horizontale et un moment d'équilibrage minimum lorsque le bras de soutien (20;82) est dans une position verticale. 7. Dispositif de positionnement selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'extrémité de l'arbre (50) opposée au maneton (28) est solidaire du bras de soutien (20). 8. Dispositif de positionnement selon l'une des revendications 5 et 6 dépendantes de la revendication 4, caractérisé en ce que le carter est intégré au bras de soutien (82), l'extrémité de l'arbre (84) opposée au maneton (88) étant solidaire d'un organe de soutien pour ledit bras (82). 9. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le ressort (34) est un ressort de compression à rondelles coniques de type "Belleville". 10. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le ressort (34) est un ressort de compression à gomme viscoélastique. 11. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par l'organe d'équilibrage (22) et l'organe élastique de rappel (24) est en outre monté angulairement déplaçable autour d'un axe de pivotement (Y-Y) perpendiculaire audit axe d'oscillation (02). 12. Dispositif de positionnement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la masse est constituée par une coupole d'éclairage (14) montée angulairement déplaçable sur le bras de soutien (20). 13. Appareil d'éclairage pour salle d'opération comprenant un bras de suspension (12) d'une coupole d'éclairage à prismes (14) articulé sur un plafonnier (16) et sur lequel est montée angulairement déplaçable ladite coupole d'éclairage (14), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de positionnement angulaire d'une masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 en vue du positionnement angulaire et de l'équilibrage de la coupole (14) par rapport au bras de suspension (12).