Brevet FR2758170A1 — publié le 19980710

Dispositif de suspension d'un organe mobile. La présente invention concerne un dispositif de liaison d'un organe mobile selon une direction axiale avec un support fixe. Le domaine d'application est celui du guidage d'un organe mobile sur une course limitée, avec une grande précision et de faibles frottements, avec une force de rappel en une position de repos. I1 s'agit par exemple des suspensions de l'élément mobile dans un capteur de haute qualité à transformateur différentiel, pour la mesure de déplacements de quelques millimètres avec une précision de l'ordre du micron, ou encore de moteurs de haut-parleurs. On connaît dans l'état de la technique des dispositif de suspension mettant en oeuvre des membranes ajourées ou des membranes ondulées ou des lame ressorts. Ces dispositifs selon l'état de la technique sont caractérisés par une raideur déterminée dans la direction axiale, c 'est-a-dire dans la direction du déplacement recherché. Ces suspensions ne sont toutefois pas toujours conçues pour résister à des forces parasites selon des directions transversales. Les suspensions à lame ressort par exemple présentent une raideur transversale faible qui e e dégrade rapidement lorsque le lame se déforme sous l'effet du déplacement axial de l'organe mobile. Les membranes ondulées présentent une bonne raideur transversale, mais cette raideur est obtenue au détriment de la course de l'organe mobile. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a proposé dans l'état de la technique d'augmenter le rapport dimension transversale/course de l'organe mobile afin de retarder l'apparition de phénomènes parasites. Certaines applications ne permettent toutefois pas d'étendre l encombrement transversal. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de liaison entre un organe mobile dans une direction axiale et un support fixe assurant un guidage précis, présentant à la fois un encombrement transversal réduit, une amplitude de déplacement axial élevée et une excellente résistance aux efforts parasites selon les directions transversales. A cet effet, le dispositif selon l'invention est constitué par au moins deux bras plan imbriqués réalisés en un matériau déformable élastiquement perpendiculairement au plan desdits bras, lesdits bras présentant chacun une forme générale de spirale dont une extrémité est liée à l'organe mobile et l'autre extrémité est liée au support fixe. Avantageusement, les bras présente une épaisseur constante. Selon une variante préféré, le dispositif est constitué dau moins trois bras imbriqués en forme de spirales, dont les extrémités centrales sont prolongées par une zone de liaison avec l'organe mobile, et dont les extrémités opposées sont solidaires d'une partie périphérique. Avantageusement, les bras présentent des formes identiques, et sont décalées angulairement d'un pas constant. De préférence, les bras présentent une largeur (constante, au moins 7 fois supérieure à leur épaisseur et de préférence 9 à 15 fois supérieure à leur épaisseur. Selon une autre variante préférée, l'angle enroulement des bras en forme de spirale est de l'ordre de Û;o Selon une variante de réalisation avantageuse, les bras sont prolongées par des zones élargies assurant la liaison avec la partie périphérique, de préférence de forme tubulaire. Selon une variante, la zone centrale de raccordement des bras présente une trou non circulaire pour la liaison avec l'élément mobile. Les bras peuvent être découpées dans une lame mince. Selon une variante, le dispositif est constitué par une superposition de plusieurs bras en forme de spirale, sLventuellement décalés angulairement, et de préférence séparées par une entretoise mince évitant les frottements des bras superposés les uns sur les autres. L'invention concerne également un capteur ou actionneur comportant un organe mobile raccordé à la partie fixe par l'intermédiaire d'un tel dispositif de liaison. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la a description qui suit, faisant référence aux dessins annexés relatifs à un exemple non limitatif de réalisation, où - la figure 1 représente une vue en perspective d'unwdispositif selon l'invention - la figure 2 représente une vue schématique de la distribution des contraintes. La figure 1 représente une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un dispositif de suspension uivant l invention. Le dispositif est constitué de trois bras (1, 2, 3) se rejoignant dans l'exemple décrit au centre en une zone de raccordement (4). Ces bras (1 à 3) sont prolongés à l'extrémité extérieure par des pattes de raccordement (5 à 7) élargie venant se raccorder radialement sur une partie tubulaire (8). La partie centrale constituée par les bras (1 à la la zone centrale (4) et les pattes de raccordement (5 à 7) sont découpées dans une feuille plane d'acier à ressort d norme générale circulaire, d'une épaisseur de l'ordre de 0,1 millimètres. Le matériau choisi est d'un type qui .autorise une déformation relative (rapport de la contrainte maximale au module d'Young) élevée, approchant 0,1 % à sa limite d'élasticité. il s'agit avantageusement d'un acier à ressort, d'un bronze à haute limite élastique (alliage cuivre-nickel par exemple), un matériau utilisant des fibres de carbone, ou tout matériau équivalent. La découpe peut entre réalisée par découpage chimique, par découpe laser, ou encore à laide d'une presse. Les bras (1 à 3) présentent la forme de bras piralés imbriqués. Les trois bras présentent des formes identiques, de largeur constante d'environ 0,9 millimètres et d'un angle d'enroulement de l'ordre de 3600. La distance radiale entre deux bras est de l'ordre de 0,2 millimètres. Ils sont décalés de 1200 et se rejoignent au centre par une zone de raccordement discale (4) percée par un trou (9) d'un diamètre d'environ 1 millimètres pour faciliter la liaison du dispositif à un organe mobile par une vis, ou pour permettre le passage d'un axe. Les extrémités des bras (1 à 3) forment des arcs concentriques élargis (5 à 7) s'étendant sur un angle d'environ 300. Ces extrémités élargies sont soudées par soudure laser ou collées sur une partie tubulaire (8) d'un diamètre de 12 millimètres assurant la liaison avec le support fixe. Le dispositif selon l'invention autorise en régime quasi-statique un déplacement linéaire correspondant à au moins 50% de son diamètre, soit un déplacement d'une amplitude de 6 millimètres correspondant à + 3 millimètres par rapport à la position de repos dans laquelle les bras (1 3) 3) et la zone centrale de raccordement (4) sont coplanaires. Selon une variante de réalisation, les bras (1 à 3) sont précontraints au repos. La partie centrale ne dépasse dans ce cas jamais la position dans laquelle elle est coplanaire avec les bras, les déplacements se faisant sans contraintes alternées. Dans ce cas, l'organe mobile est maintenu entre deux dispositifs agissant en opposition. L'organe mobile peut être simplement coincé entre les deux parties centrales, par l'intermédiaire de pivots de centrage dans les trous desdites parties centrales de raccordement. Dans cette variante, la raideur axiale est de 0,2 N/mm et la raideur transversale de 26 N/mm, soit 130 fois plus élevée que la raideur axiale. Ce rapport reste constant sur toute la course, ce qui permet d'accepter des efforts transversaux parasites importants. A titre d'exemple, un effort transversal de 2,6 Newton engendre un déplacement radial de 0,1 mm seulement, et l'effort axial engendrant l'amplitude crête de 2,6 mm n'est que de 0,52 Newton. Avantageusement, le rapport course statique / diamètre extérieur est de l'ordre de 50%. Toutefois, si on dispose de contraintes dimensionnelles moins sévères, il est -ossible d'atteindre une raideur transversale au moins 200 fois plus élevée que la raideur axiale. La figure 2 représente une distribution de contrainte aux bords des parties déformables, simulées par la méthode des éléments finis. Les parties les plus sombres correspondent aux parties soumises à des contraintes faibles, les parties les plus claires correspondant aux contraintes les plus élevées. On constate qu'au centre, au niveau de la zone de raccordement (4), la contrainte est très faible. L'organe mobile peut être liés par collage ou vissage. De même, les zones de liaison (20, 21, 22) avec le support fixe sont soumises à des contraintes faibles. Pour des diamètres extérieurs de l'ordre de 40 à 50 mm, il est possible de mettre en oeuvre 4 ou 5 bras imbriqués pour améliorer la fiabilité en cas de rupture de l'un des bras. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. L'homme du Métier sera à même de réaliser différentes variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVEND I C A T IONS 1 - Dispositif de liaison d'un organe mobile selon une direction axiale avec un support fixe caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins deux bras (1 à 3) imbriqués réalisés en un matériau déformable élastiquement perpendiculairement au plan des bras (1, 2) et présentant des formes générales de spirales dont une extrémité (4) est liée avec l'organe mobile et l'autre extrémité est liée au apport fixe. 2 - Dispositif de liaison selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bras (1, 2, 3) sont découpés dans une même lame déformable élastiquement. 3 - Dispositif de liaison selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité de bras superposés. 4 - Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins trois bras (1, 2, 3) en forme de spirales imbriquées, dont les extrémités centrales sont prolongées par une zone de liaison avec l'organe mobile, et dont les extrémités opposées sont solidaires d'une partie périphérique. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les bras (1, 2, 3) présentent des formes identiques, et sont décalées angulairement d'un pas constant. 6 - Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les bras (1, 2, 3) présentent une largeur constante, au moins 7 fois supérieure à leur épaisseur et de préférence 9 à 15 fois supérieure à leur épaisseur. 7 - Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'angle d'enroulement des bras (1, 2, 3) en forme de spirale est de l'ordre de 360". 8 - Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les bras (1, 2, 3) sont prolongées par des zones élargies assurant la liaison avec la partie périphérique. 9 9 - Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il résente une partie périphérique de forme tubulaire (8). 10 - Dispositif de liaison selon l'une qllelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il présente dans la zone centrale une trou non circulaire 11 - Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les bras (1 à 3) sont précontraints. 12 - Capteur ou actionneur comportant un organe mobile suspendu caractérisé en ce que l'organe mobile est raccordé à la partie fixe par l'intermédiaire d'un dispositif de liaison conforme à l'une au moins des revendications précédentes.