Brevet FR3019118A1 — publié le 20151002

Indicateur de tableau de bord à montage arrière et aiguille indicatrice illuminée Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des indicateurs analogiques destinés par exemple à équiper un tableau de bord automobile, ou ferroviaire ou aéronautique, ou encore industriel. L'invention concerne plus particulièrement les modules comportant une fonction d'éclairage de l'aiguille indicatrice. Etat de la technique L'état de la technique comprend tout d'abord le brevet EP1660843 de la demanderesse. Ce document décrit un actionneur électrique de tableau de bord constitué par un moteur électrique entraînant un indicateur caractérisé en ce que le moteur électrique présente un axe de sortie creux, 20- débouchant sur deux faces opposées du moteur sans former de protubérance par rapport aux dites faces opposées et en ce que ledit indicateur présente un organe d'accouplement mâle présentant une section complémentaire à la section intérieure dudit axe de sortie creux du moteur, l'une des faces du moteur 25 présentant des moyens de connexion de type mâle ou femelle perpendiculaires à ladite face. La demande de brevet W02010010777 décrit un autre exemple de structure éclairante d'indicateur. Un boîtier contient un rotor, un mécanisme de rotation et d'entraînement 30 comprenant 'un pignon intermédiaire et un pignon de sortie. Le mécanisme de rotation et d'entraînement transmet au pignon de sortie un mouvement de rotation entraînant l'indicateur. Une source de lumière est placée pour éclairer l'indicateur - 2 composé d'un matériau permettant la transmission de la lumière provenant de la source de lumière. Dans ces solutions, le moteur présente un sous-composant à axe creux permettant l'insertion de l'axe de l'aiguille formant un ensemble optique unique avec la partie indicatrice de l'aiguille. La zone frontale arrière de l'axe de l'aiguille est éclairée par le faisceau lumineux émis par une diode électroluminescente montée sur la surface extérieure de la partie arrière du boîtier du moteur. D'autres documents de l'art antérieur, tels les brevets japonais JP09101182 ou JP11311547 décrivent des solutions où une source lumineuse, généralement une LED, éclaire l'axe de rotation de l'aiguille. On a également proposé dans l'état de la technique une solution équivalente décrite dans la demande de brevet PCT/EP2011/056163 concernant un moteur incorporant un guide de lumière formant un chemin optique replié sur 180°, logé à l'intérieur même du moteur. Ce document décrit une solution dont l'objectif est d'augmenter l'espace disponible sur le tableau de bord, autour du moteur. Cet effet technique est très discutable, dans la mesure où l'intégration d'un guide optique conduit probablement à une augmentation de la dimension transversale du moteur, et l'encombrement global est donc sans doute très proche de celui des solutions où le guide de lumière est extérieur au moteur. Inconvénient de l'art antérieur La solution proposée par la demande de brevet 30 PCT/EP2011/056163 présente plusieurs inconvénients. En premier lieu, il est nécessaire de prévoir une ouverture au niveau de la face avant du boîtier pour permettre la transmission de la lumière produite par la source lumineuse. Les tolérances de fabrication conduisent à un risque de pénétration de particules solides (poussières, particules métalliques ou minérales,...) dans le moteur, ce qui constitue une source majeure de pertes de performances et de précision. Un deuxième inconvénient est la diminution de l'espace disponible pour loger le train d'engrenage et les composants électromagnétiques (bobines, rotor). Le volume occupé par le guide de lumière oblige de concevoir un moteur présentant une section transversale réduite, ou à élargir la section transversale du boîtier contenant le moteur et le guide de lumière. Un autre inconvénient de la solution de l'art antérieur proposée par le brevet PCT/EP2011/056163 concerne la dissipation de la chaleur produite par la source d'éclairage. Compte tenu du confinement de la source lumineuse placée dans le moteur, cette solution oblige l'utilisation de diodes électroluminescentes de faible puissance ou de forte efficacité énergétique, donc couteuses. Solution apportée par l'invention Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale un module indicateur de tableau de bord comprenant un moteur pas-à-pas apte à entraîner une aiguille éclairée et un circuit imprimé supportant au moins une source lumineuse, le moteur présentant des connections électriques directement soudées sur le circuit imprimé, caractérisé en ce que la source lumineuse d'éclairage de l'aiguille est soudée sur le circuit imprimé en une zone située à l'extérieur de la surface du circuit imprimé couverte par le moteur et en ce qu'il comporte un guide optique transmettant la lumière produite par la source jusqu'à l'ouverture frontale arrière du moteur, coaxiale avec l'axe creux de la roue de sortie dudit moteur destiné à recevoir - 4 - ladite aiguille éclairée, ledit guide optique comportant des moyens pour transmettre un faisceau directif coaxial à l'axe de ladite aiguille éclairée. La « surface du circuit imprimé couverte par le 5 moteur » correspond à la surface déterminée par la projection de la section transversale du stator de l'actionneur sur le plan définie par la surface du circuit imprimée. De préférence, ledit guide de lumière est formé d'un bloc transparent monolithique, présentant au moins un 10 prisme présentant des prolongements latéraux s'étendant à l'extérieur de la section du chemin optique, lesdits prolongements assurant le positionnement et la tenue mécanique dudit guide de lumière par rapport au boîtier du moteur. Selon un mode de réalisation préféré, la zone 15 d'entrée dudit guide de lumière présente une jupe de collimation présentant des surfaces intérieure et extérieure polies miroir, entourant une lentille. Avantageusement, les surfaces extérieures entourant le chemin optique sont polies miroir, et ne sont en contact 20 avec aucun élément porteur à l'exception de la zone de sortie et desdits prolongements latéraux. De préférence, la zone de sortie dudit guide de lumière est entourée par une zone de couplage mécanique avec le boîtier dudit moteur, présentant un trou entourant 25 l'interface optique de sortie et une surface annulaire périphérique complémentaire de la surface entourant l'orifice axial arrière du boîtier du moteur. Selon un mode de réalisation particulier, ladite zone de couplage mécanique est prolongée par au moins un ergot 30 de positionnement par rapport à des zones de guidage complémentaires prévues sur le boitier du moteur, et un ergot de clipsage assurant le verrouillage de la zone dé sortie sur le boîtier du moteur. Avantageusement, ledit circuit imprimé comporte en 35 outre au moins une source lumineuse additionnelle, dirigée en direction opposée à la source éclairant ledit guide de lumière. Ces sources sont utilisées pour l'illumination des témoins lumineux ou pour l'illumination de l'aiguille par une LED dont le corps passe par un perçage circuit imprimé et éclaire le guide de lumière. La présente invention concerne aussi un guide de lumière pour assurer la transmission de lumière entre une source lumineuse et un moteur d'un module indicateur de tableau de bord pour illuminer une aiguille entraînée, caractérisé en ce qu'il présente une zone d'entrée dudit guide de lumière présente une jupe de collimation présentant des surfaces intérieure et extérieure polies miroir, entourant une lentille, en ce que les surface extérieures entourant le chemin optique sont polis miroir, et ne sont en contact avec aucun élément porteur à l'exception de la zone de sortie et desdits prolongements latéraux et en ce que la zone de sortie dudit guide de lumière est entourée par une zone de couplage mécanique avec le boîtier dudit moteur, présentant un trou entourant l'interface optique de sortie et une surface annulaire périphérique complémentaire de la surface entourant l'orifice axial arrière du boîtier du moteur. Description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation d'un module selon l'invention L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à des exemples non limitatifs de réalisation illustrés par les dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue schématique, en coupe selon un plan axial, d'un module selon l'invention - la figure 2 représente une vue en perspective d'un guide de lumière selon l'invention - la figure 3 représente une vue en trois-quarts arrière du guide de lumière après insertion dans le boitier dudit module - la figure 4 représente une vue en coupe 5 longitudinale du module - la figure 5 détaille l'interface d'insertion et de tenue du guide lumière dans la pièce de liaison - la figure 6 représente une vue de l'assemblage moteur et guide qui permet de mettre en avant les surfaces 10 autorisant une limitation de la pollution lumineuse créée par la source lumineuse et le guide de lumière. Le module représenté en figure 1 est composé : - d'un actionneur (1) à axe creux pour l'insertion de l'axe 15 transparent (2) de l'aiguille indicatrice (3). Un prisme (4) renvoie la lumière traversant l'axe (2) dans la direction perpendiculaire, selon la direction de l'aiguille indicatrice (3). - d'un circuit imprimé (5) sur lequel sont montés 20 directement l'actionneur (1), une source de lumière de type diode électroluminescente (6) et optionnellement une ou plusieurs sources de lumière de type diodes électroluminescente (7) additionnelles. - Un guide de lumière (8) transmettant la lumière émise par 25 la diode électroluminescente (6) jusqu'à la surface frontale (10) située à l'arrière de l'axe (2). Le boîtier de l'actionneur (1) présente en regard de cette surface frontale (10) un trou permettant le passage du faisceau lumineux provenant du guide de lumière (8). 30 L'actionneur (1) est par exemple un actionneur décrit dans le brevet européen EP1660843 de la demanderesse. L'actionneur est monté sur la face arrière du 35 circuit imprimé (5) (montage « Rear-Mount »). La face arrière - 7 désigne, au sens du présent brevet, la face opposée au coté où se trouve l'aiguille indicatrice (3). La source lumineuse (6) est montée, sur la face arrière dans l'exemple décrit, à l'extérieur du boîtier de l'actionneur (1). L'actionneur (1) peut ainsi être conçu et réalisé pour optimiser le fonctionnement mécanique et électro-magnétique, sans qu'il ne soit nécessaire de chercher à loger en outre un organe optique à l'intérieur du boîtier de l'actionneur. Pour amener la lumière vers le centre de l'axe (2) de l'aiguille (3), on utilise un guide de lumière (8), assurant la déviation du faisceau issu de la source lumineuse (6) de 180° par rapport à l'angle d'incidence initial. Toutefois, cet angle de 180° n'est pas limitatif. Il est possible d'utiliser une source lumineuse dont le faisceau lumineux s'étend selon une direction perpendiculaire à l'axe (2). Dans ce cas, une déviation du faisceau de 90° suffit. Une autre solution concerne l'ajout d'un prisme additionnel pour former un angle de 270° total. Le guide de lumière (8) est protégé par un capot Le module présenté dans la suite de ce document permet d'assurer : - Le mouvement en rotation de l'aiguille (3) via un couple mécanique transmis à l'axe (2) inséré dans un sous- 25 composant à axe creux de l'actionneur (1) - Un assemblage en face arrière du circuit imprimé (5) - L'illumination de l'iguille (3) ainsi que la stabilité de cette illumination lors du mouvement en rotation de l'aiguille (3) 30 - Une intégration simple et robuste du guide lumière (8) avec le couvercle de l'actionneur Une protection contre la pollution lumineuse liée l'usage des sources lumineuses de type LED et à l'intégration d'un guide lumière extérieur à l'actionneur - 8 - Ces cinq fonctions sont les fonctions essentielles de la présente invention. Par ailleurs, la configuration optique du guide lumière revêt une grande importance, puisqu'elle sera le garant de la quantité de lumière acheminée depuis la source lumineuse vers l'aiguille. Les configurations possibles de guide lumière sont multiples, autant par l'étendue des sections possibles et de leur forme, ou encore par les différentes matières considérées (PMMA, L'objectif principal reste l'optimisation du rendement du guide tout en conservant l'encombrement minimum pour le moteur. La figure 2 représente une vue en perspective d'un guide de lumière selon l'invention. La configuration d'entrée du guide de lumière, i.e. la partie la plus proche de la source lumineuse, doit agir comme un collimateur et permettre d'obtenir un faisceau directif dans la première section droite du guide. Il est important de capter un maximum de lumière issue d'une source qui peut diffuser pour les sources lumineuses de type LEDs classiques jusqu'à 120°. A cet effet, le guide de lumière présente un premier tronçon (20) cylindrique dont l'axe de symétrie est perpendiculaire au plan du circuit imprimé (5). Ce tronçon 25 présente une jupe (22) périphérique, s'ouvrant par un orifice de section annulaire entourant la zone d'effet de la source lumineuse. La zone frontale du tronçon (20) à l'intérieur de la jupe (22) présente une surface bombée formant une lentille de collimation (21). 30 La forme du collimateur est optimisé de manière à obtenir une illumination quasi-identique lors de l'utilisation de LEDs avec ou sans lentilles. Le concept optique est le suivant : le premier angle de 45° (24) permet, à partir d'un rayon incident dans 35 l'axe du guide lumière (8), de réfléchir ce même rayon avec un - 9 angle de 90° par rapport au rayon incident. Le second angle de 45° (25) permet de réaliser la même action, et d'avoir ainsi en sortie de guide lumière (8) un faisceau concentré en centre de guide, directif, de manière à optimiser l'illumination de l'aiguille (3) et d'assurer une stabilité de l'illumination lors de la rotation de ladite aiguille. Le diamètre du guide de lumière (8) et notamment du premier tronçon (20) doit être suffisant pour capter l'ensemble de la lumière émise par les LEDs habituellement utilisées dans ce genre d'application, et suffisamment faible pour en limiter le poids et l'encombrement. Idéalement, il présente une section comprise entre 4 et 8 mm. Le premier tronçon (20) présente une surface extérieure tubulaire polie miroir. On entend notamment par « polie miroir » le fait que la surface ne présente aucun défaut, aucune rayure n'est visible au microscope optique, les défauts résiduels ayant une taille inférieure au micromètre. Ce premier tronçon (20) est prolongé par un deuxième tronçon (23) s'étendant perpendiculairement, de 20 section transversale sensiblement trapézoïdale. La surface extérieure est également polie miroir. Chaque extrémité longitudinale présente une paroi (24, 25) inclinée à 45° et formant un miroir réflechissant le faisceau lumineux provenant du premier tronçon (20) de 90°, 25 afin de diriger le faisceau de sortie en direction d'une zone circulaire de sortie (26) polie. Le guide de lumière (8) présente deux zones fonctionnelles d'appui (30 ;31) qui servent au positionnement précis du guide de lumière par rapport au circuit imprimé (5), 30 au boîtier de l'actionneur (1) et à la source de lumière de type LED (6). La platine arrière (30) prévue au niveau du premier tronçon (20) présente deux pattes latérales (32, 33) s'étendant dans un plan orthogonal à l'axe du premier tronçon 35 (20). - 10 - La platine avant (31) prévue au niveau de la zone de sortie (26) présente deux pattes latérales (34, 35) s'étendant dans un plan parallèle aux pattes latérales (32, 33) du premier tronçon (20). La platine avant (31) présente une découpe correspondant à la zone de sortie (26) et est prolongée dans l'axe du deuxième tronçon (23) par une languette (36). Le guide de lumière (8) est inséré, comme présenté dans la figure 3, dans une pièce de liaison (40) présentant deux glissières latérales (41, 42) coopérant à l'arrière avec les pattes latérales (32 ; 33) de la platine arrière (30) et à l'avant avec les deux pattes latérales (34, 35) de la platine avant (31). L'intégration mécanique s'effectue via un système 15 de glissière : le guide (8) présente des pattes latérales (32, 33, 34, 35) qui viennent s'insérer dans les glissières (41, 42) prévues à cet effet dans la pièce de liaison (40). La partie supérieure de la pièce de liaison (40), avec glissières (41, 42), a pour but l'intégration du guide de 20 lumière (8), ainsi L'assemblage présente pattes latérales (32, une face externe de office respectivement 25 zone de maintien lors que sa protection « physique ». également des surfaces planes sur les 33) de la platine arrière (30) et sur la pièce de liaison (40), qui feront de zone d'application de forces et de de l'intégration mécanique du guide (8) dans la pièce de liaison (40). La figure 4 représente une vue en coupe du module. La source de lumière (6), la lentille d'entrée (21) et le premier tronçon (20) sont centrés par rapport à l'axe optique 30 d'entrée (50). La face inclinée à 45° (24) formant un prisme est centrée par rapport à cet axe optique d'entrée (50) pour réflechir le faisceau lumineux selon l'axe longitudinal (51) formant un angle de 90° par rapport au l'axe optique d'entrée (50). Ce faisceau est à nouveau réflechi de 90° par la deuxième face inclinée à 45° (25), selon une direction (52) parallèle au faisceau incident (50), coaxiale avec l'axe de symétrie de l'axe (2) de l'aiguille indicatrice et passant par le centre de la zone de sortie (26). Afin d'assurer un maintien mécanique sans jeu du guide de lumière (8) par rapport au boîtier du moteur, la languette (36) coopère par clipsage avec une fente (45) prévue sur la face avant du boîtier de liaison (40). Le guide de lumière (8) est bloqué dans les trois directions de l'espace en x, y et z. Le guide de lumière (8) présente à son extrémité une languette (36) qui permet un clipsage effectif du guide (8) avec la pièce de liaison (40), et dessinée de sorte qu'aucune particule ne puisse s'infiltrer jusqu'à l'interface optique de l'aiguille (3). Ce dispositif permet de s'assurer que les surfaces d'entrée et de sortie du guide (8) sont correctement positionnées en x par rapport d'un côté à la source lumineuse de type LED (6) et de l'autre à l'interface optique qu'est l'aiguille (3) - En y : La tenue du guide en y est assurée au niveau des glissières (41, 42), dans la pièce de liaison (40). Les glissières (41, 42) ainsi que la languette (36) permettent un guidage et une tenue effective du guide de lumière (8) lors de l'insertion dudit guide dans la pièce de liaison (40). - En z : Le comportement de l'ensemble formé par l'actionneur (1) et le guide (8) lors d'une sollicitation extérieure de type vibration est un facteur relativement important caractérisant la robustesse et le risque de phénomène de résonnance du système. Pour ce faire, les glissières (41, 42) présentent une section définie telle que la surface inférieure est perpendiculaire aux axes optiques - 12 - (50, 52) sur toute la longueur de la glissière, cette surface inférieure faisant office de zone de glissement pour les pattes latérales (32, 33 ; 34, 35) du guide de lumière (8), et la surface supérieure de ladite glissière présentant au moins un décrochement, comme visible en figure 5, permettant une réduction progressive du jeu admissible en z du guide par rapport à la pièce de liaison (40). Le boîtier de liaison (40) présente par ailleurs des raidisseurs (47) disposés à l'avant pour assurer une 10 surface d'appui nécessaire lors de l'insertion de l'aiguille (3) dans l'actionneur (1). Lors de l'insertion de l'aiguille (3), la surface d'appui est soumise à un niveau de contrainte important, raison pour laquelle des renforts latéraux (47) sont ajoutés pour la rigidifier. 15 La figure 6 représente l'assemblage de l'actionneur (1) avec le guide de lumière (8), en mettant plus particulièrement l'accent sur les interfaces de réduction de la pollution lumineuse inhérentes à l'usage d'une source de 20 lumière de type LED (6) et d'un guide (8) situé à l'extérieur de l'actionneur (1). La languette (36) se situant dans la continuité du faisceau directif suivant l'axe optique (51) après réflexion du faisceau incident suivant l'axe (50) sur le premier angle de 45° (24), une certaine quantité de lumière 25 ressort par l'extrémité de ladite languette. L'ajout d'un monticule (60) sur le capot (11) permet d'arrêter ce faisceau, et ainsi d'éviter qu'il ne vienne polluer l'espace situé à proximité du moteur, évitant ainsi d'incommoder l'usager du véhicule ou porter préjudice au bon fonctionnement des 30 différentes interfaces optiques permettant par exemple l'illumination des témoins lumineux. Pour les mêmes raisons, une surface tubulaire (61), liée à l'actionneur (1), vient entourer en partie le tronçon 35 cylindrique (20) du guide lumière (8) ainsi que la source - 13 - lumineuse (6), permettant ainsi d'assurer une pollution lumineuse minimale de l'ensemble formé de l'actionneur (1), du guide de lumière (8) et de la source lumineuse (6) vis-à-vis de l'espace se situant à proximité dudit ensemble.5 REVENDICATIONS1 - Module indicateur de tableau de bord comprenant un actionneur électrique (1) apte à entraîner une aiguille éclairée (3) et un circuit imprimé (5) supportant au moins une source lumineuse (6), le moteur présentant des connections électriques fixé sur le circuit imprimé (5), caractérisé en ce que la source lumineuse (6) d'éclairage de l'aiguille (3) disposée en une zone située à l'extérieur de la zone couverte par l'actionneur (1) et en ce qu'il comporte un guide optique (8) transmettant la lumière produite par la source lumineuse (6) jusqu'à l'ouverture frontale arrière du actionneur (1), coaxiale avec l'axe creux (2) de la roue de sortie dudit actionneur (1) destiné à recevoir ladite aiguille éclairée (3), ledit guide optique (8) comportant des moyens pour transmettre un faisceau directif coaxial à l'axe de ladite aiguille éclairée (3). 2 - Module indicateur de tableau de bord selon la revendication principale caractérisé en ce que ledit guide de lumière (8) est formé d'un bloc transparent monolithique, présentant au moins un prisme (24, 25) présentant des prolongements latéraux (32, 33 ; 34, 35) s'étendant à l'extérieur de la section du chemin optique, lesdits prolongements (32, 33 ; 34, 35) assurant le positionnement et la tenue mécanique dudit guide de lumière (8) par rapport au boîtier de l'actionneur (1). 3 - Module indicateur de tableau de bord selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la zone d'entrée dudit guide de lumière (8) présente une jupe de collimation (22) présentant des surfaces intérieure et extérieure polies miroir, entourant une lentille (21).- 15 - 4 - Module indicateur de tableau de bord selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les surfaces extérieures entourant le chemin optique sont polies miroir, et ne sont en contact avec aucun élément porteur à l'exception de la platine de fixation (31) et desdits prolongements latéraux (32, 33 ; 34, 35 ; 36). 5 - Module indicateur de tableau de bord selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la zone de sortie (26) dudit guide de lumière (8) est entourée par une zone de couplage mécanique (31) avec le boîtier dudit actionneur (1), présentant un trou entourant l'interface optique de sortie (26) et une surface annulaire périphérique complémentaire de la surface entourant l'orifice axial arrière du boîtier de l'actionneur (1). 6 - Module indicateur de tableau de bord selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'actionneur (1) présente des interfaces (60) et (61) de réduction de la pollution lumineuse, caractérisées en ce que la surface (60) soit située dans le prolongement de la languette (36) du guide de lumière (8) suivant l'axe optique (51), et que l'interface tubulaire (61) entoure en partie le guide de lumière (8) ainsi que la source lumineuse (6) 7 - Module indicateur de tableau de bord selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite zone de couplage mécanique est prolongée par au moins un ergot (32, 33 ; 34, 35 ; 36) de positionnement par rapport à des zones de guidage complémentaires prévues sur le boitier de l'actionneur (1), et un ergot de clipsage (36) assurant le verrouillage de la zone de sortie sur le boîtier de l'actionneur (1). 8 - Module indicateur de tableau de bord selon 35 l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en- 16 - ce que ledit circuit imprimé (5) comporte en outre au moins une source lumineuse additionnelle (7), dirigée en direction opposée à la source éclairant ledit guide de lumière. 9 - Guide de lumière (8) pour assurer la transmission de lumière entre une source lumineuse (6) et un actionneur (1) d'un module indicateur de tableau de bord pour illuminer une aiguille (3) entraînée, caractérisé en ce qu'il présente une zone d'entrée dudit guide de lumière présente une jupe de collimation (22) présentant des surfaces intérieure et extérieure polies miroir, entourant une lentille (21), en ce que les surfaces extérieures entourant le chemin optique sont polies miroir, et ne sont en contact avec aucun élément porteur à l'exception de la platine de fixation (31) et desdits prolongements latéraux (32, 33, 34, 35, 36) et en ce que la zone de sortie (26) dudit guide de lumière est entourée par une zone de couplage mécanique (31) avec le boîtier dudit actionneur, présentant un trou entourant l'interface optique de sortie et une surface annulaire périphérique complémentaire de la surface entourant l'orifice axial arrière du boîtier de l'actionneur.