Brevet FR2849258A1 — publié le 20040625

PLAQUE A MODIFICATION DE SURFACE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine des plaques ayant une surface susceptible d'être modifiée de façon commandée, la plaque comportant un ou plusieurs éléments de modification de sa surface De 10 telles plaques sont notamment employées dans les plaques de touche ou interface tactile pour communiquer des informations par exemple dans le domaine de l'automobile ou celui des objets communiquants, par exemple les téléphones portables ou les souris 15 d'ordinateur ou encore à des aveugles. L'invention s'applique aussi dans le domaine de la réalité virtuelle, par exemple pour reproduire la sensation d'une texture. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Le brevet US 6 159 013 décrit un capteur optique portable pour aveugles Le dispositif comporte une plaque de touche munie de trous dans lesquels des éléments de modification de la surface de la plaque constitués dans ce cas par des tiges sont mobiles La 25 position des tiges est commandée de façon électromagnétique. Un circuit d'adressage associé à des moyens de commande de l'adressage recevant les données tactiles à afficher, détermine la circulation de courants dans des 30 bobines de commande de la position des tiges. B 14169 3 GB Selon sa position, une tige émerge ou non d'une surface de touche de la plaque de touche La commande de chacune des tiges permet ainsi de former des motifs sur la plaque. Il existe aussi des interfaces tactiles basé sur des actionneurs thermiques notamment des alliages à mémoire de forme (AMF) utilisant uniquement des fils en tant qu'actionneurs Le débattement de la partie actionnée par les fils est faible Diverses solutions 10 ont été proposées pour amplifier le mouvement de la partie mobile, notamment par utilisation de bras de levier et de ressorts de rappel Cependant dès que l'on veut augmenter la résolution de la plaque de touche, c'est à dire augmenter le nombre d'éléments de 15 modification par unité de surface de la plaque, l'assemblage de la plaque et des éléments devient très compliqué et le système devient volumineux. Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont en eux même connus Il s'agit d'alliages capables de 20 transformer une énergie thermique qui leur est fournie en un travail mécanique Ils peuvent alors restituer des déformations de l'ordre de 6 à 8 % et générer des efforts relativement importants lorsqu'ils sont chauffés En outre, les AMF sont en général peu coteux 25 et la mise en oeuvre physique de l'actionnement par chauffage peut être réalisée simplement Lorsqu'une pièce réalisée en AMF passe d'une première à une seconde température, sa forme mécanique change et passe d'une première à une seconde forme Des effets double 30 sens peuvent aussi être obtenus Pour cela on donne au matériau une première forme On le chauffe dans cette première forme On le refroidit, il garde sa première B 14169 3 GB forme On lui fait subir ensuite un traitement par cycles thermiques dans une deuxième forme Après ce traitement le matériau a, à chaud, la première forme et à froid, la seconde forme. Il est connu également que des lames constituées par deux couches solidaires l'une de l'autre et ayant des coefficients de dilatation thermique différents l'une de l'autre se déforment lorsqu'elles sont chauffées La couche ayant le plus 10 fort coefficient s'allonge davantage que la couche ayant le coefficient le plus faible De ce fait la lame, par exemple plane à la température initiale se courbe lorsqu'elle est chauffée La concavité de la courbure est dirigée du côté de la lame ayant le 15 coefficient de dilatation le plus faible. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention vise une plaque ayant une surface susceptible d'être modifiée de façon commandée, la plaque comportant un ensemble de parties 20 mobiles d'éléments de modification de la surface qui soit simple à réaliser, d'un encombrement réduit La présente invention vise également à une plaque ayant une grande résolution de modification Lorsqu'il est parlé de plaque, cela ne signifie pas nécessairement 25 que la plaque a une forme plane Il peut s'agir d'une surface par exemple cylindrique au sens géométrique Il peut également s'agir d'une ou plusieurs couches déposées sur un substrat par des technologies utilisées en micro électronique. Selon l'invention ces buts sont atteints par le fait que la plaque est réalisée en matériau à B 14169 3 GB mémoire de forme ou comporte au moins une sous plaque réalisée dans un tel matériau, ou encore par le fait que la plaque est réalisée en deux sous plaques de matériau solidaires l'une de l'autre, les sous plaques 5 ayant des coefficients de dilatation thermique différents l'un de l'autre, et en ce que l'ensemble de parties mobiles d'éléments de modification de la plaque est constitué par un ensemble de une ou plusieurs lame(s) solidaire(s) de façon monolithique de la plaque 10 par un ou plusieurs bras solidaire(s) de façon monolithique de la lame et de la plaque, un ou plusieurs évidement(s) de libération de lame(s) étant présent(s) sur une partie d'un périmètre de la lame, la lame ayant une première position à une première 15 température et une seconde position à une seconde température. Pour passer de la première à la seconde forme, il suffit d'appliquer un chauffage local à la lame ou de préférence à un bras de liaison de la lame au reste 20 de la plaque Pour revenir de la seconde à la première position de la lame, il suffit de laisser refroidir On peut aussi refroidir activement, par exemple au moyen d'une cellule de Pelletier. Selon une première forme avantageuse de 25 réalisation dans laquelle la plaque est en matériau à mémoire de forme, le retour à la première forme est obtenu par le fait que la plaque a subit un traitement thermique permettant un double sens Dans ce cas un premier chauffage d'une partie de la plaque entraîne un 30 changement de forme de cette partie d'une première forme à une seconde forme Un refroidissement de cette même partie entraîne le retour à la première forme. B 14169 3 GB Cette première forme de réalisation permet un contrôle du temps de pose d'un motif réalisé sur la plaque. Selon une seconde forme de réalisation dans laquelle la plaque est en matériau à mémoire de forme, 5 la lame est reliée à la plaque par plusieurs bras Un (ou des) premier(s) bras a, (ont) une forme mémorisée, qu'il(s) retrouve(nt) par chauffage, et un (ou des) second(s) bras n'ont pas subit de traitement thermique local Le retour de la lame à la première forme est 10 assuré ou accéléré par le fait que le ou les seconds bras exercent une force élastique de rappel sur les premiers bras pour ramener la lame à sa position initiale. Selon une variante de cette seconde forme de 15 réalisation o le retour à la première forme est effectué par des moyens élastiques, la plaque est formée de deux sous plaques assemblées l'une à l'autre par exemple par soudage ou collage de façon à ne former qu'une seule plaque Une première sous plaque est en un 20 matériau A à mémoire de forme Une seconde sous plaque est en un matériau B élastique Une partie chauffée de la première sous plaque en matériau A va entraîner une déformation de cette partie par déformation du matériau A entraînant une déformation élastique du matériau B. 25 Lorsque du fait du refroidissement naturel ou actif du matériau A, le matériau A est moins rigide, le retour du matériau B à sa forme initiale par effet élastique entraîne un retour à la première forme des matériaux A et B. Selon une troisième forme de réalisation, dans laquelle la plaque est en matériau à mémoire de forme, la plaque est constituée par deux sous plaques en B 14169 3 GB matériau à mémoire de forme, un matériau A et un matériau C, identiques ou différents l'un de l'autre, par exemple sous forme de deux sous plaques soudées ou collées l'une à l'autre pour former une plaque unique. 5 Des parties de la sous plaque en matériau A ont une première forme à froid et une seconde forme à chaud. Des parties correspondantes de la sous plaque en matériau C ont une première forme à froid et une seconde forme à chaud La seconde forme à chaud de la 10 partie correspondante en matériau C est telle que dans cette forme la sous plaque revient à sa première forme. Le fonctionnement est le suivant: Une partie de la sous plaque en matériau A par exemple, est déformée par chauffage et retrouve sa 15 forme mémorisée La déformation de la partie en matériau A entraîne une déformation mécanique de la partie correspondante de la sous plaque en matériau C. Si à ce stade on chauffe l'alliage C, l'alliage C retrouve sa forme mémorisée en sorte que l'ensemble des 20 deux alliages retrouve la forme initiale. De préférence dans ce troisième mode de réalisation les deux couches de matériau A et C sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une couche d'isolation thermique On peut ainsi chauffer 25 les couches de matériau A et C de façon indépendante. Cette troisième forme de réalisation permet, comme la seconde forme, un contrôle du temps de pose d'un motif réalisé sur la plaque. L'invention peut en particulier être incorporée dans les dispositifs comportant un interface tactile. B 14169 3 GB BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Des exemples de réalisation de l'invention seront maintenant décrits en référence aux dessins annexés dans lesquels les mêmes numéros de référence 5 sont employés pour des éléments identiques ou ayant même fonction. La figure 1 représente une plaque comportant un ensemble d'éléments de modification de la surface de la plaque. La figure 2 représente un premier exemple de réalisation de l'un des éléments de modification de la plaque en vue de dessus sur une partie A et en vue en coupe selon la ligne BB de la partie A, dans une partie B. La figure 3 représente une vue de dessus d'une seconde forme de réalisation de l'invention La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'une plaque selon une variante de réalisation du deuxième mode de réalisation de 20 l'invention. La figure 5 comporte des parties A à F. La partie A représente une vue en coupe transversale d'une plaque selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La partie B représente une vue de dessus d'une première sous plaque d'un troisième exemple de réalisation de l'un des éléments de modification de la plaque, la partie C représente une vue de dessous 30 d'une seconde sous plaque du troisième exemple de réalisation de l'un des éléments de modification de la plaque, B 14169 3 GB la partie D représente une vue de dessus du troisième exemple de réalisation de l'un des éléments de modification de la plaque, les première et seconde sous plaques étant assemblées. Les parties E et F représentent respectivement des coupes selon les lignes EE et FF des parties B et C de la forme mémorisée des première et seconde sous plaques respectivement. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE R ALISATION PARTICULIERS La figure 1 représente une plaque 10 ayant une surface supérieure 10 a comportant un ensemble d'éléments 25 de modification de la surface 10 a de la plaque 10 Chaque élément 25 a été représenté sous la forme d'une partie, par exemple un rectangle, de la 15 totalité de la surface de la plaque 10 a Des exemples de tels éléments seront commentés plus loin Sur la figure 1 ces éléments 25 ont été représentés disposés selon une forme matricielle en lignes et colonnes. Cette disposition n'est pas obligatoire La plaque 10 20 est selon une première alternative une plaque comportant au moins une sous plaque en matériau à mémoire de forme Il sera vu plus loin, lors de la description des éléments 25, que la plaque 10 peut comporter par exemple une couche formant une sous 25 plaque en matériau à mémoire de forme et une couche en matériau élastique, chaque couche formant une sous plaque et les deux sous plaques étant solidaires l'une de l'autre Elle peut également comporter deux sous plaques solidaires l'une de l'autre en matériau à 30 mémoire de forme Selon une seconde alternative la B 14169 3 GB plaque 10 est formée par deux sous plaques 11, 12 solidaires l'une de l'autre, les matériaux formant les sous plaques 11 et 12 ayant des coefficients de dilatation différents l'un de l'autre Sur la figure 1 5 on a représenté en traits pleins le cas o la plaque 10 comporte un matériau à mémoire de forme conformément à la première alternative, et on a représenté les sous plaques 11, 12 en matériau à coefficients de dilatation différents l'un de l'autre, séparées par une ligne 10 pointillée Dans les deux termes de l'alternative la plaque 10 se présente sous la forme d'un continuum. Des exemples de réalisation d'éléments 25 de modification de la plaque 10 seront maintenant commentés en liaison avec les figures 2 à 4. la figure 2 comporte une partie A et une partie B La partie A représente une vue de dessus schématique d'un élément 25 de modification de la surface l Oa de la plaque 10 La partie B représente une coupe transversale de ce même élément selon la ligne BB 20 de la partie A L'élément 25 est une partie en forme de rectangle d'une plaque 10 réalisée en un matériau à mémoire de forme ayant subit un traitement pour le rendre à double sens Une lame 23 est obtenue par une découpe de la plaque 10 formant autour de la lame 23 un 25 évidement 14 Cet évidement 14 est présent sur le périmètre entier de la lame 23, à l'exception d'une partie de raccordement de la lame 23 à un bras 13, reliant la lame 23 au continuum de la plaque 10 Le bras 13 a dans une première forme mémorisée une 30 direction parallèle au plan de la plaque 10 comme représenté en trait plein en partie B Lorsque la température d'une partie du bras représentée B 14169 3 GB schématiquement en 21 est élevée au dessus d'une température prédéterminée, il prend une deuxième forme mémorisée représentée en pointillés en partie B Dans cette deuxième forme mémorisée il forme un angle non 5 nul avec le plan de la plaque 10 en sorte que la lame 23 est soulevée Lorsque le bras 13 est refroidit, il revient à la première forme mémorisée et la lame 23 se retrouve à nouveau dans le plan de la plaque 10 Dans la forme représentée figure 2, il y a un seul bras 13. 10 Naturellement il pourrait y avoir plusieurs bras 13, par exemple deux bras obtenus par un évidement longitudinal du bras 13 représenté figure 2, cet évidement allant de la lame 23 au continuum de la plaque 10 Le matériau sera par exemple un nickel15 titane ou un alliage cuivreux à mémoire de forme, par exemple, Cu Zn Al ou Cu Al Ni ou Cu Al Be. La forme de l'élément 25 représentée figure 2 convient aussi lorsque l'invention est réalisée selon sa seconde forme alternative Dans ce cas le chauffage 20 de la partie 21, entraîne une déformation du bras 13, provoquant comme expliqué plus haut une courbure de celui-ci et un soulèvement de la lame 23, comme représenté en partie B Sur la partie B on a représenté cette seconde alternative par le fait que l'élément 25 25 représenté en coupe est formée de deux sous plaques 11, 12 dont le plan de délimitation est représenté par une ligne pointillée. Dans la forme de réalisation représentée figure 3, le matériau à mémoire de forme constituant la 30 plaque 10 est un matériau simple sens La lame 23 est reliée au continuum de la plaque par des premier 13 et second 15 bras Un, comme représenté figure 3, ou B 14169 3 GB plusieurs premiers bras 13 ont une première forme à froid et une seconde forme à chaud Un ou plusieurs seconds bras 15 subissent lors du passage des premiers bras 13 de leur forme à froid à leur forme mémorisée, 5 une déformation élastique Du fait de cette déformation élastique une force de rappel est créée qui contribue à ramener la lame 23 à sa première forme lorsqu'elle est refroidie. Selon une variante de ce premier mode de 10 réalisation un élément 25 de la plaque 10 a en vue de dessus la forme commentée cidessus en relation avec la figure 2 Dans cette variante la plaque est formée de deux sous plaques 16, 17 assemblées l'une à l'autre par exemple par soudage ou collage de façon à ne former 15 qu'une seule plaque comme représenté figure 4 Une première sous plaque 16 est en un matériau A à mémoire de forme Une seconde sous plaque 17 est en un matériau B élastique Le matériau B peut par exemple être de l'acier ressort ou un alliage cuivre béryllium ou 20 encore un matériau plus dur comme le silicium utilisé en micro électronique Dans cette configuration le bras 13 et la lame 23 ayant en vue de dessus la forme représentée en figure 2 sont comme le reste de la plaque 10 formés de deux sous plaques 16, 17 25 superposées l'une à l'autre Le bras 13 comporte ainsi deux parties superposées 13 a et 13 b respectivement. Lorsqu'on chauffe une partie par exemple 28, de la partie supérieure 13 a du bras 13 de la première sous plaque en matériau A, cela va entraîner une 30 déformation de cette partie par déformation du matériau A entraînant une déformation élastique de la partie 13 b du bras 13 en matériau B Lorsque du fait du B 14169 3 GB refroidissement naturel ou actif du matériau A, le matériau A est moins rigide, le retour du matériau B à sa forme initiale par effet élastique entraîne un retour à la première forme des matériaux A et B. Ainsi dans cette forme de réalisation et dans sa variante, des éléments 25 de modification de la surface 10 a de la plaque 10 comportant le matériau à mémoire de forme, incorporent des éléments élastiques 15, 13 b mécaniquement connectés d'une part à la plaque 10 10 et d'autre part à l'élément 25 de modification de la surface 10 a de la plaque 10 auquel ils appartiennent ces éléments élastiques exerçant une force de rappel sur l'élément 25 de modification de la surface de la plaque pour le ramener de la seconde à la première 15 forme. Selon une troisième forme de réalisation représentée figure 5 partie A, la plaque 10 est formée de deux sous plaques 16, 19 assemblées l'une à l'autre par exemple par soudage ou collage de façon à ne former 20 qu'une seule plaque 10 Dans le mode préféré de cette forme de réalisation, les deux sous plaques 16, 19 sont adhérentes l'une à une face supérieure et l'autre à une face inférieure d'une couche intermédiaire 18 en matériau thermiquement isolant Une première sous 25 plaque 16 est en un matériau A à mémoire de forme Une seconde sous plaque 19 est en un second matériau C à mémoire de forme présentant une forme mémorisée différente de la forme mémorisée du premier Un exemple de réalisation d'un élément 25 de modification est 30 représenté en vue de dessus figure 5, partie B Sur cette vue seule une partie 25 a de l'élément 25 réalisée dans la sous plaque supérieure 16 est apparente Une B 14169 3 GB lame 23 a est obtenue dans la sous plaque 16 au moyen de deux évidements 14, un premier 14 ayant une forme en U entourant la lame 23 a sur trois de ses côtés, et un second 14 a ayant une forme de cercle situé sensiblement 5 du côté de la partie ouverte du U L'évidement 14 a en forme de cercle a un diamètre inférieur à la distance séparant les deux bras parallèles du U en sorte que deux bras 13 a joignent la lame 23 a au reste du continuum de la plaque. La figure 5 partie C représente une vue de dessous de l'élément 25 Sur cette vue seule une partie 25 c de l'élément 25 réalisée dans la sous plaque 19 est apparente Une lame 23 c est obtenue par réalisation d'un évidement 14 tout autour de la lame, à l'exception 15 d'un bras central 13 c joignant la lame 23 c au reste du continuum de la plaque Sur les figures 5 partie B et C, on a représenté des parties grisées a et c respectivement sur lesquelles le chauffage pour changement de forme est appliqué. Le chauffage peut être appliqué par tout moyen connu Il peut aussi être appliqué par irradiation par un rayon laser balayant sur commande la zone à chauffer. L'assemblage des parties 25 a et 25 c est 25 représenté en vue de dessus figure 5 partie D On voit sur cette figure que la sous partie 25 a d'un élément 25 de modification de la surface 10 a de la plaque 10 formée dans la sous plaque 16 a sa partie évidée 14 a présente au dessus de la sous partie pleine 13 c formant 30 dans le cas représenté le bras 13 c de la sous partie c de l'autre sous plaque 19 Cette disposition est avantageuse en ce sens que l'on peut avec un seul laser B 14169 3 GB commandé en balayage, chauffer soit la partie déformable représenté en a figure 5 partie B de la sous plaque supérieure 16 ou alternativement la partie déformable 13 c de la sous plaque inférieure 19. Le fonctionnement est le suivant: La partie a de la sous plaque 16 en matériau A par exemple, est déformée par chauffage et retrouve sa forme mémorisée Cette forme est représentée en coupe transversale figure 5 partie E Du fait de cette 10 déformation la lame 23 se soulève et n'est plus affleurante au plan de la plaque 10 La déformation de la partie a en matériau A entraîne une déformation mécanique de la partie correspondante de la sous plaque 19 en matériau C Si à ce stade on chauffe l'alliage C, 15 au niveau du bras 13 c, l'alliage C retrouve sa forme mémorisée Cette forme mémorisée est représentée en figure 5 partie F Il s'agit dans ce cas d'une forme plane qui ramène dans le plan de la plaque 10 la lame 23 en sorte que l'ensemble des deux alliages A et C 20 retrouve la forme initiale. B 14169 3 GB REVENDICATIONS 1 Plaque ( 10) ayant une surface ( 10 a) susceptible d'être modifiée de façon commandée, la 5 plaque comportant un ensemble d'éléments ( 25) de modification de la surface ( 10 a) caractérisée en ce que la plaque ( 10) est réalisée en matériau à mémoire de forme ou comporte au moins une sous plaque réalisée en matériau à mémoire de 10 forme, ou est réalisée en deux sous plaques ( 11, 12) solidaires l'une de l'autre le coefficient de dilatation de l'une ( 11) des sous plaques étant différent du coefficient de l'autre ( 12) des sous plaques, et en ce que l'ensemble d'éléments ( 25) de 15 modification de la surface ( 10 a) de la plaque ( 10) est constitué par un ensemble de une ou plusieurs lame(s) ( 23) solidaire(s) de façon monolithique de la plaque ( 10) par un ou plusieurs bras ( 13) solidaire(s) de façon monolithique de la plaque ( 10), un ou plusieurs 20 évidement(s) ( 14) de libération de lame(s) étant présent(s) sur une partie d'un périmètre de la lame ( 23), la lame ( 23) ayant une première position à une première température et une seconde position à une seconde température. 2 Plaque ( 10) en matériau à mémoire de forme selon la revendication 1 caractérisée en ce que le matériau à mémoire de forme constituant la plaque ( 10) est un matériau double sens ayant une première forme à chaud et une seconde forme à froid. 3 Plaque ( 10) en matériau à mémoire de forme selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que des éléments ( 25) de modification de la surface B 14169 3 GB ( 10 a) de la plaque ( 10) incorporent des éléments élastiques ( 15, 13 b) mécaniquement connectés d'une part à la plaque ( 10) et d'autre part à l'élément ( 25) de modification de la surface de la plaque auquel ils 5 appartiennent ces éléments élastiques ( 15, 13 b) exerçant une force de rappel sur l'élément ( 25) de modification de la surface de la plaque ( 10) pour le ramener de la seconde à la première forme. 4 Plaque ( 10) en matériau à mémoire de forme 10 selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est formée de deux sous plaques ( 16,17; 16, 19) solidaire l'une de l'autre par une surface principale commune. Plaque ( 10) en matériau à mémoire de forme selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'une 15 des sous plaques ( 16) est en matériau à mémoire de forme. 6 Plaque ( 10) en matériau à mémoire de forme selon la revendication 4 caractérisée en ce que les deux sous plaques ( 16, 19) sont en matériau à mémoire 20 de forme. 7 Plaque ( 10) en matériau à mémoire de forme selon la revendication 6 caractérisée en ce que une sous partie ( 25 a) d'un élément ( 25) de modification de la surface ( 10 a) de la plaque ( 10) formée dans l'une 25 des sous plaques ( 16) a une partie évidée ( 14 a) présente au dessus d'une partie ( 13 c) d'une sous partie pleine ( 25 c) de l'autre sous plaque ( 19). 8 Plaque ( 10) en matériau à mémoire de forme selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisée en 30 ce que une couche ( 18) en matériau thermiquement isolant est interposée entre les deux sous plaques ( 16, 19) en matériau à mémoire de forme. B 14169 3 GB 9 Dispositif comportant un interface tactile formé par une plaque selon l'une des revendications précédentes. B 14169 3 GB