Brevet FR2765927A1 — publié le 19990115

L'invention concerne un embrayage rotatif unidirectionnel du type à ressort spirale, tel qu'on en utilise notamment dans les machines bureautiques. Les embrayages à ressort sont connus pour transférer un couple d'un organe moteur à un organe entraîné. Les dispositifs d'embrayage à ressort sont choisis comme mécanismes de transmission de couples, notamment quand les conditions de surpassement peuvent être rencontrées, c'est à dire lorsque l'organe entraîné atteint une vitesse de rotation supérieure à celle de l'organe moteur. Par conséquent, un débrayage est nécessaire afin d'éviter la rotation de l'organe moteur lorsque les inerties sont importantes ou, au contraire, de faciliter la rotation libre de l'organe entraîné pour des inerties peu importantes. Un dispositif d'embrayage à ressort permet également de transmettre une rotation dans une direction seulement, d'où l'appellation de dispositif d'embrayage rotatif unidirectionnel. Un tel embrayage est donc un dispositif permettant de transmettre un couple de rotation dans une direction unique et d'assurer un désaccouplement quand le couple d'entraînement est inversé. Un tel embrayage est donc habituellement fixé en sortie de l'organe moteur et à l'entrée de l'organe entraîné. De manière générale, un embrayage rotatif unidirectionnel comporte deux moyeux coaxiaux destinés à être respectivement accouplés à deux organes d'entrée et de sortie et munis de deux surfaces cylindriques de diamètres sensiblement égaux. Ces surfaces cylindriques ont des bords axialement en regard qui sont à proximité immédiate l'un de l'autre, avec un écartement axial qui correspond en pratique à des jeux de montage et à d'éventuels chanfreins. Un ressort spirale coopère avec ces deux surfaces cylindriques ; plus précisément, ce ressort spirale comporte un premier tronçon formé de spires coopérant avec la surface cylindrique de l'un des moyeux et un second tronçon formé de spires (à même sens d'enroulement) coopérant avec la surface cylindrique de l'autre des moyeux. Dans une première catégorie d'embrayage rotatif unidirectionnel, les moyeux sont creux et les premier et second tronçons du ressort spirale sont engagés à force à l'intérieur de ces moyeux creux. Un exemple de tel embrayage est décrit dans le document EP-0374769. Dans une seconde catégorie d'embrayage, les spires des premier et second tronçons du ressort sont engagées à force autour des surfaces cylindriques de moyeux en principe pleins. On comprend que pour une configuration donnée, il y a un sens de rotation du moyeu destiné à être relié à l'élément moteur qui tend à améliorer le contact entre le premier tronçon et la surface cylindrique correspondante et entre le second tronçon et la surface cylindrique de l'organe mené, ce qui correspond à une configuration d'entraînement ; par contre, lorsque le moyeu d'entrée tourne en sens inverse, il y a une tendance pour les spires du premier tronçon à s'écarter de la surface cylindrique, de sorte qu'il n'y a plus d'entraînement. En règle générale, les ressorts utilisés sont principalement du type à spires jointives et sont réalisés à partir de fils métalliques à section rectangulaire en sorte d'optimiser la surface de contact entre la surface cylindrique du moyeu et les spires; ceci a pour effet une meilleure transmission de couples entre les deux moyeux. Cependant, ces ressorts ayant une tenue tangentielle importante, les moyeux d'entrée et de sortie doivent être parfaitement coaxiaux : une légère variation peut entraîner une transmission dégradée voire nulle d'un éventuel couple moteur. De plus, la fabrication de fils à section rectangulaire, nécessaire pour de tels ressorts, augmente sensiblement les coûts de production. Ces inconvénients sont encore plus marqués avec un ressort du type décrit dans le docuemnt EP-0374769 précité, dont la géométrie est très particulière. Un ressort à spires jointives et de section circulaire a par contre un contact linéique (donc moindre) sur les moyeux. De plus, dans le cas d'un couple transmis depuis un moyeu d'entrée jusqu'à un moyeu de sortie, la simple inertie de l'organe entraîné tend à accroître le contact du ressort avec les surfaces cylindriques. II y a alors le risque que l'une des spires du ressort vienne s'engager à force dans l'interstice qui existe entre les tranches en regard des deux moyeux d'entrée et de sortie. Cet interstice peut exister en principe soit à cause d'un jeu d'assemblage des deux moyeux, soit en raison de l'existence de chanfreins ménagés auprès de ces tranches en regard en vue de faciliter l'engagement à force des premier et second tronçons de ressort sur, ou dans, les surfaces cylindriques des moyeux. Cet engagement à force peut entraîner une déformation irréversible de la spire et donc du ressort dans son ensemble, ce qui correspond à une dégradation rédhibitoire de l'embrayage rotatif unidirectionnel dans son ensemble. Ce risque existe tout particulièrement avec un ressort réalisé à partir d'un fil de section ronde, pourtant bien meilleur marché que les ressorts à fil de section carrée ou rectangulaire, puisque cette section ronde favorise l'introduction dans l'interstice entre les moyeux. II paraît donc a priori nécessaire pour lutter contre ce risque de choisir, pour réaliser le ressort d'un embrayage rotatif unidirectionnel, un fil de section carrée ou rectangulaire. On peut bien sûr penser à augmenter le diamètre du fil, mais cela a notamment pour inconvénient d'augmenter la taille des moyeux, de rendre plus difficile l'engagement à force du ressort dans ou sur les moyeux, et d'augmenter les efforts, notamment lors des frottements, mis en jeu lors du déplacement relatif entre l'un des moyeux et le ressort. II peut en découler une usure trop rapide des pièces constitutives de l'embrayage. On peut enfin, bien sûr, envisager de minimiser l'interstice entre les moyeux, mais cela impose des contraintes sévères quant à la fabrication, d'une part, et à la mise en place, d'autre part, des moyeux ; en outre, I'existence des chanfreins, qui contribue grandement à faciliter l'engagement à force du ressort sur, ou dans, les surfaces cylindriques, constitue nécessairement un début d'interstice, guidant le fil jusque dans ce dernier. Il apparaît en conséquence qu'il manque actuellement une configuration d'embrayage rotatif unidirectionnel qui se prête, sans difficultés particulières de montage, à une production en série, sans contraintes trop sévères quant aux dimensions de fabrication et de montage, et qui puisse être aidément mis en oeuvre y compris pour des petites tailles, par exemple pour des moyeux de quelques millimètres de diamètre (on comprend aisément que le diamètre des fils utilisables pour cette taille de moyeu ne peut être vraiment supérieure au jeu, augmenté par les chanfreins, qui existe nécessairement, axialement entre les deux moyeux, à moins d'imposer des contraintes de dimensionnement et de montage très sévères). L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités, et ce quelque soit la forme choisie pour la section du fil. L'invention propose à cet effet un embrayage rotatif unidirectionnel comportant: - deux moyeux coaxiaux destinés à être respectivement accouplés à un organe d'entrée et à un organe de sortie et munis de deux surfaces cylindriques de diamètres sensiblement égaux, ces surfaces ayant des bords axialement en regard ; et - un ressort spirale comportant un premier tronçon formé de spires et coopérant avec la surface cylindrique de l'un des moyeux et un second tronçon formé de spires et coopérant avec la surface cylindrique de l'autre des moyeux, caractérisé en ce que ce ressort comporte en outre un troisième tronçon reliant les premier et second tronçons l'un à l'autre et disposé radialement en regard desdits bords des surfaces cylindriques, ce troisième tronçon étant formé d'au moins une portion de spire dont le pas est au moins le double du pas des spires des premier et second tronçons et est supérieur à l'écart axial entre lesdits bords. On appréciera que plus le pas de la spire considérée (complète ou non) est important, plus l'angle que forme le fil de ce troisième tronçon par rapport aux tranches des moyeux est important, et plus le risque d'un engagement à force de ce fil dans l'interstice entre les tranches des moyeux est faible. C'est ainsi que de manière préférée, le pas de ladite spire (complète ou non) du troisième tronçon vaut au moins cinq fois le pas des spires des premier et second tronçons. Bien entendu, un tel angle substantiel du fil par rapport aux tranches en regard des moyeux n'est vraiment utile que lors du franchissement axial de sorte qu'il n'est pas nécessaire que ce troisième tronçon comporte une spire complète: il peut par exemple n'être formé que d'une demi-spire ou de 3/4 de spire ; à l'inverse il peut comporter plus d'une spire (nombre entier, ou non, de spires). Pour des raisons de symétrie, il est avantageux que les spires des premier et second tronçons aient des pas sensiblement égaux. D'autre part, pour assurer un contact maximum entre le ressort d'une part et les surfaces cylindriques, pour une dimension axiale donnée de ces surfaces cylindriques, il est préférable que les spires des premier et second tronçons soient sensiblement jointives. Une telle configuration d'embrayage rotatif unidirectionnel se révèle permettre une minimisation du risque de l'engagement à force du ressort dans l'interstice entre les moyeux, même en choisissant pour les spires du fil à section ronde. L'invention s'applique tout particulièrement au cas où le ressort (quelque soit le tronçon concerné) est disposé autour, radialement, des surfaces cylindriques des moyeux. Cette solution paraît correspondre à un encombrement minimum. Bien entendu, I'invention s'applique également au cas d'un ressort engagé à force à l'intérieur de deux moyeux creux. Ce ressort peut, comme dans les configurations déjà connues, comporter à l'une de ses extrémités une portion orientée radialement destinée à coopérer avec une butée indépendante des moyeux. II peut de même y avoir, selon la disposition connue précitée destinée à favoriser l'engagement à force du ressort, un chanfrein raccordant le bord des surfaces cylindriques aux tranches en regard des deux moyeux. L'invention couvre bien entendu la combinaison de l'embrayage rotatif unidirectionnel précité et des organes d'entrée et de sortie, ou organe menant et organe mené, auxquels les moyeux d'entrée et de sortie sont destinés à être fixés. Sans que cela soit d'une quelconque manière exclusif, I'invention est tout particulièrement intéressante lorsqu'elle est intégrée à une machine bureautique, comportant par exemple un système d'entraînement de feuilles, tel qu'un dispositif de retournement de feuilles, lorsque l'on souhaite assurer, de façon discontinue, la rotation d'un arbre de ce système. Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue de côté d'un embrayage rotatif unidirectionnel conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue de côté du ressort que comporte l'embrayage de la figure 1; - la figure 3 est un schéma de principe, en perspective éclatée, représentant le fonctionnement d'un embrayage du type de la figure 1 - la figure 4 est une vue en perspective schématique éclatée montrant une variante de réalisation de l'embrayage schématisé aux figures 1 et 3; - la figure 5 est une vue schématique d'une machine bureautique comportant un système de retournement de feuilles ; et - la figure 6 est une vue de détail, avec arrachement partiel du ressort, montrant le dispositif d'entraînement d'un arbre de ce dispositif de retournement de feuilles, comportant un embrayage conforme à l'invention. La figure 1 représente un embrayage rotatif unidirectionnel désigné sous la référence générale 1. Cet embrayage rotatif comporte essentiellement deux moyeux coaxiaux repérés 2 et 3, destinés à être respectivement accouplés à deux organes d'entrée et de sortie respectivement schématisés sous les références A et B. Dans l'exemple considéré, A correspond par exemple à un arbre tandis que B est une roue dentée entourant une partie du moyeu 3. Les moyeux 2 et 3 sont munis de deux surfaces cylindriques 4 et 5 de diamètres sensiblement égaux, ces surfaces ayant des bords 4A et 5A disposés axialement en regard, à proximité immédiate l'un de l'autre ou non. Un ressort spirale 6, représenté à titre isolé à la figure 2, comporte un premier tronçon 7 formé de spires coopérant avec la surface cylindrique 4 du moyeu 2 et un second tronçon 8 formé de spires coopérant avec la surface cylindrique 5 du moyeu 3. Selon l'invention, ce ressort 6 comporte en outre un troisième tronçon repéré 9 reliant les premier et second tronçons 7 et 8 I'un à l'autre et disposé radialement au regard, conjointement desdits bords 4A et 5A des surfaces cylindriques. Ce troisième tronçon 9 est formé d'au moins une portion d'une spire dont le pas P est au moins le double du pas p des spires des premier et second tronçons 7 et 8 ; ce pas P est ici supérieur à l'écart axial entre lesdits bords 4A et 5A. Ce qui importe est que cette portion de spire (ici une spire sensiblement complète) forme un angle substantiel par rapport aux tranches en regard des moyeux, lors de leur franchissement. En variante, ce tronçon peut comporter plus d'une spire (multiple entier ou non). Dans l'exemple représenté, les spires des premier et second tronçons 7 et 8 ont des pas p sensiblement égaux ; en outre, pour assurer un contact optimum avec les surfaces cylindriques 4 et 5, ces spires sont sensiblement jointives. On observe sur les figures 1 et 2 que le pas P est très nettement supérieur au pas p : ce pas P vaut de préférence au moins cinq fois le pas p des spires des premier et second tronçons 7 et 8 : grâce à l'inclinaison substantielle du fil par rapport aux tranches en regard des moyeux, le risque que cette portion de spire du tronçon 9 puisse s'emmancher à force dans l'interstice axial séparant les bords 4A et 5A est minimisé. On observe que le ressort est réalisé avec du fil (métallique, le plus souvent de l'acier à ressort) de section ronde. Bien entendu, I'invention se généralise à toute autre forme, ovale voire polygonale tel que carrée ou rectangulaire. Les tronçons 7 et 8 sont ici engagés à force autour des surfaces cylindriques 4 et 5. On comprend toutefois que, en variante de réalisation non représentée, ces tronçons peuvent être engagés à force à l'intérieur de moyeux creux. En fait, I'interstice séparant les bords 4A et 5A est formé, d'une part par une fente d'épaisseur e séparant les tranches en regard des moyeux 2 et 3, et d'autre part par les dimensions axiales de deux chanfreins 4B et 5B destinés à faciliter l'engagement à force des tronçons 7 et 8 sur les surfaces cylindriques. On comprend à l'examen de la figure schématique 3 que, lorsque le ressort est engagé par ses tronçons extrêmes 7 et 8 sur les moyeux 2 et 3, un mouvement de rotation du moyeu 2 selon la flèche blanche (inverse du sens d'enroulement des spires) provoque par frottement entre les spires du tronçon 7 et la surface cylindrique 4 du moyeu 2, un effet de resserrement des spires autour de cette surface cylindrique, et un phénomène similaire entre les spires du tronçon 8 sur la surface cylindrique 5 du moyeu 3 : on aboutit en conséquence à une bonne transmission de couple du moyeu 2 au moyeu 3: ce moyeu 3 est entraîné en rotation dans le même sens que le moyeu 2. Si par contre le moyeu 2 est entraîné en rotation (par rapport au moyeu 3) dans le sens inverse indiqué par la flèche noire, ce sens de rotation tend, par frottement, à élargir les spires du tronçon 7, ce qui a pour effet de désaccoupler les moyeux 2 et 3 : aucun couple n'est donc transmis à ce moyeu 3. La figure 4 montre une variante de réalisation du mécanisme d'embrayage rotatif unidirectionnel représenté aux figures 1 à 3. Les éléments de ce second mode de réalisation qui sont similaires à ceux du mécanisme des figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes références que précédemment, avec toutefois adjonction d'un indice ' . Ce second mécanisme comporte donc deux moyeux coaxiaux 2' et 3' munis de deux surfaces cylindriques 4' et 5' sur lesquelles est engagé à force un ressort 6' comportant un premier tronçon 7', un deuxième tronçon 8', et un tronçon intermédiaire 9' comportant au moins une portion d'une spire (il peut bien sûr y en avoir plusieurs) qui a un pas très supérieur au pas des spires de préférence jointives des premier et second tronçons. Ce mode de réalisation diffère de celui des figures 1 à 3 par le fait que l'extrémité libre du ressort, du côté du premier tronçon 7' coopérant avec le premier moyeu 2' comporte une saillie radiale 10 tandis que l'autre extrémité libre de ce ressort, du côté du second tronçon 8', comporte une saillie radiale il coopérant avec un perçage radial 12 ménagé dans la surface cylindrique 5'. L'extrémité radiale 10 est adaptée, à volonté, à coopérer avec une butée circonférentielle représentée de manière générale par la référence 13 appliquée à une flèche schématisant la réaction que peut appliquer cette butée. On comprend que, tant qu'il n'y a pas contact entre la saillie radiale 10 et la butée 13 (cela correspond généralement à un escamotage de cette butée 13), le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est tout à fait similaire à celui des figures 1 à 3, à ceci près qu'il y a, grâce à la coopération de l'ergot radial 11 avec le perçage 12 du moyeu de sortie 3', une retenue angulaire entre ces deux éléments : il y a, selon que le moyeu d'entrée est commandé en rotation dans un sens ou dans l'autre, transmission ou non d'un couple depuis ce moyeu 2' vers le moyeu 3'. Si, par contre, on amène la butée 13 dans une configuration propre à venir bloquer en rotation la saillie radiale 10, le phénomène précité de serrage des spires du tronçon 7' autour de la surface cylindrique 4' (rotation dans le sens de la flèche noire à gauche) ne peut plus se produire, de sorte qu'il y a une déconnexion forcée du moyeu de sortie vis-à-vis du moyeu d'entrée, tandis que ce moyeu de sortie 5' est bloqué en rotation du fait de l'appui de la saillie 10 contre la butée 13 et de l'accouplement angulaire réalisé par la pénétration de l'ergot Il dans le perçage 12. Bien entendu, ce phénomène de blocage ou de déblocage de la possibilité d'embrayage unidirectionnel assuré par la saillie radiale 10 coopérant ou non avec la butée 13, est obtenu également en l'absence de la saillie radiale Il pénétrant dans l'orifice 12. Il apparaît toutefois souvent utile de conserver une référence angulaire précise en ce qui concerne le moyeu de sortie 3'. On appréciera que, si le moyeu 2' est bloqué en rotation, le moyeu 3' pourra tourner librement dans le sens contraire de l'enroulement des spires du ressort mais sera empêché de tourner dans le même sens. Les figures 5 et 6 décrivent à titre d'exemple l'application d'un embrayage rotatif unidirectionnel dans une machine bureautique, repérée 20 dans son ensemble. Cette machine 20 comporte un dispositif d'entraînement ou de manipulation de feuilles repéré 21, par exemple chargé d'effectuer un retournement de feuilles. Cette machine bureautique 20 comporte un organe de traitement 22. Selon la nature de la machine bureautique, L'organe de traitement 22 peut être un organe d'impression (cas d'un appareil de formation d'images ou d'une imprimante), un organe de lecture dans le cas d'un scanner, ou un organe de lecture combiné à un organe d'impression dans le cas par exemple d'un télécopieur. Cette machine bureautique 20 comporte de façon classique des galets 23 de prise de feuilles et d'entraînement de celles-ci vers le (ou les) organe(s) de traitement 22. D'autres galets de convoyage 24 forment un premier moyen de mise en mouvement et un chemin de feuille menant au dispositif de retournement de feuilles 21. Ce dispositif de retournement de feuilles 21 comporte deux arbres 25 et 26 munis de galets d'entraînement, et ce dispositif 21 est adapté à tourner dans son ensemble autour d'un axe, par exemple confondu avec l'axe de rotation de l'un des arbres précités. Ainsi que cela ressort de la figure 6, cet arbre, ici l'arbre 25, se termine axialement par un pion présentant une surface cylindrique repérée 27, disposée axialement au regard d'une portion de moyeu 28 délimitée radialement par une surface cylindrique 29, cette portion de moyeu étant accouplée à une roue dentée 31. Pour assurer une bonne coaxialité des moyeux, cette portion de moyeu 28 est montée, de manière libre en rotation, sur un palier de centrage 30 qui est ici constitué par une saillie axiale s'étendant à partir du pion de l'arbre 25 qui présente la surface cylindrique 27. Sur les surfaces cylindriques 27 et 29 est engagé, par ces tronçons extrêmes, un ressort repéré 32 comportant une portion médiane, disposée en regard de l'interface entre les moyeux, et comportant des spires (il y en a en fait une seule) de pas sensiblement supérieur au pas des spires des portions extrêmes. Autour du moyeu 28 est disposée une bague creuse repérée 33 et comportant une denture externe. Cette bague dentée 33 comporte en outre, sur sa tranche droite 35, une encoche repérée 34 dans laquelle pénètre l'extrémité libre droite 36 du ressort, recourbée radialement. La roue dentée 31 coopère avec un mécanisme d'entraînement non représenté. Lorsque que cette roue dentée 31 tourne dans un sens de rotation contraire au sens d'enroulement des spires, et à la condition que la bague 33 ne soit pas bloquée et ne bloque donc pas l'extrémité radiale 36 du ressort, il y a transmission de couple depuis cette roue 31 vers l'arbre 25. En cas de rotation de sens contraire, il n'y a pas de transmission de couple. Si par contre, sous l'action d'un organe de manoeuvre non représenté, la bague 33 est immobilisée en rotation, celle-ci immobilise en conséquence l'extrémité libre 36 du ressort, de sorte qu'il y a neutralisation de l'accouplement réalisé par le ressort, c'est à dire qu'aucun couple n'est transmis à l'arbre 25 quelque soit le sens de rotation de la roue dentée 31. REVENDICATIONS 1. Embrayage rotatif unidirectionnel comportant: - deux moyeux coaxiaux (2,3 ; 2',3') destinés à être respectivement accouplés à un organe d'entrée (A,31) et un organe de sortie (B,25) et munis de deux surfaces cylindriques (4,5 ; 4',5'; 27,28) de diamètres sensiblement égaux, ces surfaces ayant des bords (4A, 5A) axialement en regard ; et - un ressort spirale (6, 6', 32)comportant un premier tronçon (7,7') formé de spires et coopérant avec la surface cylindrique de l'un des moyeux et un second tronçon (8, 8') formé de spires et coopérant avec la surface cylindrique de l'autre des moyeux, caractérisé en ce que ce ressort comporte en outre un troisième tronçon (9, 9') reliant les premier et second tronçons l'un à l'autre et disposé radialement en regard desdits bords des surfaces cylindriques, ce troisième tronçon étant formé d'au moins une portion de spire dont le pas (P) est au moins le double du pas (p) des spires des premier et second tronçons et est supérieur à l'écart axial entre lesdits bords. 2. Embrayage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les spires des premier et second tronçons ont des pas sensiblement égaux. 3. Embrayage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les spires des premier et second tronçons sont sensiblement jointives. 4. Embrayage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pas de ladite portion de spire du troisième tronçon vaut au moins 5 fois le pas des spires des premier et second tronçons. 5. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les spires sont à section ronde. 6. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les premier, second et troisième tronçons sont disposés autour radialement des surfaces cylindriques des moyeux. 7. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ce troisième tronçon comporte une spire sensiblement complète. 8. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'un des premier et second tronçons comporte à l'opposé axialement des bords des surfaces cylindriques une extrémité orientée radialement (10, 36) coopérant avec une butée circonférentielle (13, 34) indépendante de ce tronçon. 9. Embrayage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyeux comportent des tranches axialement en regard qui se raccordent auxdits bords des surfaces cylindriques par des chanfreins (4B, 5B). 10. Dispositif d'entraînement en rotation comportant un organe menant (A,31) et un organe mené (B,25) et un embrayage rotatif unidirectionnel selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Machine bureautique comportant un système d'entraînement de feuille comportant un élément moteur (31) et un arbre d'entraînement (25), ce moteur et cet arbre d'entraînement étant accouplés par un embrayage rotatif unidirectionnel selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.