Brevet FR2230013A1 — publié le 19741213

ta présente invention se rapporte à des structures proches des sphères devant être montées rotatives ou fixes sur d'autres structures, et elle concerne, plus particulièrement, des nouvelles struetures-perfeetionnées proches des sphères, présentant une forte solidité, une bonne durabilité et un aspect excellent pour des roulettes, d'autres types de roues, des boutons de portes, des boutons de manettes de commande, des jouets, et différentes autres applications. Dans la présente demande, le terme "proche des sphères englobe des sphères et des figures dont la forme ne s1 éloigne pas trop de celle des sphères, et dont on peut citer comme exemples des ellipsoldes, d'autres sphéroîdes, des ovales et des ovalotdes. On a depuis peu tendance à utiliser, pour des rou lettes modernes, des roues sphériques, à cause de l'universalité de leur direction de roulement et de leurs charges superficielles relativement faibles. Les roues sphériques connues antérieure- ment étaient cependant de construction interne massive, moulées dans des matières telles que des résines synthétiques. En conséquence, il fallait de grandes quantités de ces matières, et cela entraînait des coûts de matière élevés et un poids élevé pour chaque sphère. En outre, ces roues sphériques présentaient différents problèmes, tels que des concavités de la surface de paroi intérieure de leurs alésages de palier ou de tourillon d'essieu, par suite de-l'effet de contraction dA au retrait au moment du moulage par inJection de ces roues. En outre > lorsqu'on utilise une roue en résine synthétique dure sur une surface de plancher molle, il est fa cile de détériorer la surface du plancher. MAeme lorsque la roue est en résine synthétique molle, il faut toujours un noyau sphérique du type décrit ci-dessus, de sorte que les problèmes précités demeurent et donnent lieu à des difficultés de fabrication. En outre, la liaison de rotation entre une roue sphérique et l'essieu qui la supporte présente de nombreuses difficultés. Un agencement classique courant dans ce but com prend un alésage de palier comportant une extrémité ouverte et un fond fermas, et prévu au centre de la roue, une bille d'acier insérée dans cet alésage reposant en rotation sur son fond l'essieu étant monté rotatif dans l'alésage de support, son bout reposant en rotation sur la bille d'acier de façon à effectuer une rotation régulière à faible frottement sous charge, et des moyens tels qu'une bague de serrage pour retenir L'essieu dans l'al age de palier. Cependant, un agencement du type décrit ci-dessus présente de nombreuses difficultés, par exemple la nécessité d'utiliser de nombreuses pièces telles que la bille d'acier et une bague de retenue, la nécessité de beaucoup de main d'oeuvre en cours de fabrication, et le prix de revient élevé qui en résulte, On rencontre les difficultés ci-dessus dans le cas de roues sphériques massives comportant des alésages de montage devant recevoir des essieux en porte-à-faux et également dans le cas de roues sphériques massives comportant des trous ou alésages les traversant de part en partS destinés à recevoir des essieux les traversant de part en part, supportés à leurs deux extrémités. On rencontre également ces difficultés dans le cas de boutons massifs de forme sphérique pour portes, leviers de commande et éléments analogues. L'invention a pour objet des structures proches des sphères de construction creuse impliquant une quantité de matière minimale et un nombre de pièces minimal, faciles à fabriquer, ne subissant pas de déformation après façonnage, mécaniquement résistantes et légères, pouvant être produites pour votre vendues à bas prix, présentant un excellent aspect extérieure et pouvant ebtre conçues pour Autre supportées sur des structures à arbres en porte-à-faux ou sur des structures a' arbres débouchant des deux cotés supportés à leurs deux extrémités. Selon un premier aspect de l'invention, brièvement résumé, une structure creuse proche des sphères comprend une première moitié d'enveloppe sphérique dans laquelle est formé un siège de tourillon d'un seul tenant avec elle > et comportant une cuvette, et une seconde moitie d'enveloppe creuse dans laquelle un cylindre de tourillon est formé d'un seul tenant avec elle et est traversé coaxialement par un alésage de palier destiné à recevoir une structure d'arbre, les deux moitiés d'enveloppe étant réunies suivant leurs bords pdriphéri- quels, une extrémité du cylindre de tourillon s'emboîtant dans la cuvette du siège de palier, et unvpassage faisant communiquer l'intérieur creux de la structure proche d'une sphère avec l'alésage de palier. Selon un second aspect de l'invention, un article fini proche d'une sphère consiste en la combinaison de la structure proche d'une sphère décrite ci-dessus et d'une couche extérieure enveloppant cette structure. Les figures du dessin annexé, sur lesquelles des éléments semblables sont désignés par des références numériques semblables, feront bien comprendre comment l'invention peut autre réalisée. La figure 1 est une vue en élévation et en coupe suivant un plan par l'axe de tourillon d'essieu d'une structure centrale sphérique creuse d'une roulette sphérique selon l'invention. Les figures 2 à 4 sont des coupes semblables, représentant respectivement les hémisphères supérieur et inférieur de la structure représentée sur la figure 1. Les figures 3 et 5 sont des vues en plan représentant respectivement les hémisphères des figures 2 et 4 vus par leurs faces terminales ouvertes. La figure 6 est une vue en élévation, avec arrachement partiel et en coupe partielle, représentant un exemple d'assemblage d'une roue sphérique comportant une struc ture centrale du type représenté sur les figures 1 à 5 dans une roulette. La figure 7 est une autre élévation latérale ce la mê- meroulette, vue dans une direction perpendiculaire à la direction d'observation de la figure 6. Les figures 8 à 12 sont des vues semblables aux figures 1 à 5 respectivement, représentant les détails d'un autre exemple de la structure centrale d'une structure sphérique selon l'invention. Les figures 13 à 17 sont des vues, également semblables aux figures 1 à 5 > respectivement, représentant les détails d'un autre exemple de la structure centrale d'une structure sphérique selon l'invention > dans laquelle on a formé un trou débouchant des deux cotés jouant le rôle de support d'essieu. La figure 18 est une élévation représentant un exemple d'assemblage de structure sphérique comportant la structure centrale représentée sur les figures 13 à 17, sons la forme d'une roue faisant partie d'un ensemble de roue et de support. Les figures 19a, 19b et 19c sont respectivement une vue en persZctivev une vue en pen ective et une vueen éléovation, représentant quelques exemples d'utilisation de structures proches d'une sphère selon l'invéntion, dans des applications autres que les roues. En se référant en premier aux figures 1 à 5, la structure sphérique qui y est désignée par la référence numérique i constitue une structure centrale sphérique et comprend un hémisphère supérieur (ou une moitié supérieure) 2 et un hémisphère inférieur (ou une moitié inférieure )), constitués tous deux par une résine synthétique moulée dans une forme hémispherique, et combinées pour former la structure centrale creuse. L'hémisphère inférieur 3 comporte > en alignement central, un siège de tourillon 5 comportant une cuvette de tourillon 4 et formé d'un seul tenant avec l'hémisphère inférieur. Les surfaces du fond et de la paroi latérale de cette cuvette de tourillon comportent une rainure continue 6 de mise en communication avec ltatmosphère. L'hémisphère supérieur 2 comporte en alignement central un manchon ou cylindre de tourillon 7 comportant un alésage de palier 8 et formé d'un seul tenant avec l'hémisphère supérieur. L'extrémité inférieure du cylindre de tourillon 7 présente des dimensions et une forme extérieures telles qu'elle s'ajuste de façon serrée dans la cuvette 4 du siège de palier de l'hémisphère inférieur, lorsque les deux hémisphères sont assemblés. L'alésage de palier 8 du cylindre de tourillon 7 est couvert à son extrémité supérieure, et il comporte à son extrémité inférieure un fond conique concave comportant un trou 9 de mise en communication avec l'atmosphère le traversant de part en part, communiquant avec la rainure 6 précitée, lorsque l'extrémité du cylindre 7 s'emboite dans la cuvette 4. Les rebords périphériques des hémisphères supérieur et inférieur 2 et 3 comportent respectivement des épaulements en gradins 10 et 11 formés sur leur périphérie de façon à s'emboiter pour former un joint annulaire à feuillure ou un joint à rotule lorsque les deux hémisphères, sont assemblés, et former ainsi une structure centrale 1 de surface lisse à la jonction entre les deux hémisphères. Chacun des hémisphères supérieur et inférieur, respectivement 2 et 3, comporte sur sa surface sphérique extérieure un certain nombre (six, dans l'exemple représenté-) de saillies ou arêtes de renforcement 12. Après avoir assemblé les deux hémisphères 2 et 3-de la façon décrite pour former la structure centrale 1, on enveloppe la structure centrale d'une couche extérieure 13 d'épaisseur uniforme, d'une matière telle que SB résine synthétique ou du caoutchouc élastique, pour former une structure sphérique à propriétés élastiques. On peut adapter une structrure sphérique de la construction creuse décrite ci-dessus selon l'invention, de façon qu'elle joue le rôle de roue dans une roulette du type représenté par un exemple conforme aux figures 6 et 7. Dans cette application, la structure sphérique est montée rotative sur un essieu en porte-à-faux 15 inséré dans l'alésage 8, pour supporter à son bout intérieur extrême, une bille d'acier 15a placée préalablement sur le fond conique de l'alésage 8. L'extrémité extérieure de l'essieu 15 est fixée rigidement et perpendiculairement à la partie extérieure d'un support pivotant 76 de montage de roue, entre lequel support et la roue sphérique se trouvent des moyens d'appui tels qu'un palier à billes 15b entourant la partie de pied de l'essieu 15. Le support 16 est supporté pivotant sur sa partie intérieure par un élément de support de pivot 14 pour être fixé à une structure 3Odevtetre munie de roulettes. L'élément de support 14 est, dans cet exemple, une cheville filetée, vissée verticalement dans un taraudage correspondant (non représenté de la structure 30. Le support 16 est ainsi libre de pivoter autour d'un axe de pivotement qui, dans le présent exemple, est vertical et coincide avec l'axe de la cheville 14. L'essieu 15 présente des angles d'inclinaison appropriés pour pivoter par rapport à l7axe de la cheville de support 14, comme le montrent les figures 6 et 7, et le support pivotant 16 est coudé corrélativement, de façon que ses parties reliées à l'arbre 15 et la cheville 14 lui soient res pectiverent perpendiculaires. Plus particulièrement, la figure 6 est une élévation, vue dans une direction perpendiculaire è un plan vertical passant par l'axe de la cheville de support î4 et par le pied de l'essieu 15 fixé au support pivotant 16, tandis que la figure 7 est une élévation perpendiculaire à la figure 6, ctest-à-dire une élévation de l'ensemble de roulette, vue du côté droit sur la figure 6. L'essieu 15 est orienté de façon que son axe soit à une inclinaison D soIgneussent calculée par rapport à l'axe de la cheville 14, comme le montre la figure 6, et à un angle d'inclinaison E soigneusement calculé par rapport à ltaxe de la cheville 14 > comme le montre la figure 7. Cette double inclinaison de roulement de l'essieu 15 élimine les situations de point mort au cours du fonctionnement de la roulette et permet un roulement sûr. Un procédé pour assurer cette orientation de l'essieu 15 consiste à utiliser une plaque initialement plane pour le support pivotant 16 et à la courber suivant une ligne de pliage qui fait un angle non nul avec une ligne joignant la cheville 14 et le pied de 11 essieu 15 (en vue en plan). Lors de la fabrication de la structure sphérique ayant l'agencement décrit ci-dessus, selon l'invention, on moule séparément la moitié supérieure 2 et la moitié inférieure 3 > puis on les assemble, le cylindre de tourillon 7 de l'hémisphère 2 étant emboité dans la cuvette 4 du siège de tourillon 5 de l'hémisphère 3, et les épaulements à gradins 10 et il étant emboîtés, de façon à former la structure centrale 1. Dans le cas où l'on doit utiliser directement cette structure sphérique 1, telle queNe,sans couche extérieure , on colle la jonction à feuillure suivant les épaulements 10 et 11 au moyen d'un adhésif. Dans le cas où l'on doit utiliser cette structure 1 comme structure centrale, elle est enveloppée par une couche extérieure 13 de matière élastique molle par n'importe quel procédé approprié, tel que le moulage ou la coulée. Au cours de ce stade, l'air contenu dans le volume creux compris entre les parois extérieures des hémisphères 2 et 3 et la combinaison du cylindre 7 et du siège de support 5 sera comprimé, pour provoquer la déformation de la structure sphérique, s'il ne peut s'échapper. Une caractéristique de l'invention réside dans la présence de la rainure 6 et du trou d'évent 9, permettant à cet air de se dilater et de s'échapper dans l'alésage 8, et de celui-ci dans l'atmosphère, ce qui empêche la défor maton de parties de la structure centrale et de la structure sphérique. Bien que la rainure 6 soit formée dans la surface de paroi intérieure du siège de tourillon 5 dans l'exemple décrit ci-dessus > il va de soi qu'on peut le former, en variante, à la surface extérieure de la partie terminale inférieure du cylindre de tourillon 7. L'agencement décrit ci-dessus de la structure sphérique selon l'invention présente d'autres caractéristiques avantageuses. Dans la construction de la structure > le cylindre de tourillon central 7 est ajusté de façon serrée dans la cuvette 4 du siège de tourillon 5 pour former une structure centrale très rigide destinée à recevoir un essieu, un arbre ou un levier, et les parties périphériques de lthémisphère sont solidarisées par UL-t joint à feuillure annulaire et forment une enveloppe extérieure d'un seul tenant, faisant corps aveo la structure centrale rigide.En conséquence, cette structure creuse est très solide, mais elle est beaucoup plus légère et elle implique un coût en matière inférieur à celui d'une structure massive, En outre, la fabrication de la structure centrale à partir de deux parties hémisphèriques facilite fortement le processus de fabrication visant à former une structure sphérique creuse > qui est difficile dans la plupart des autres procédés. Ainsi, on peut facilement obtenir des structures spheriques creuses d'excellent aspect extérieur, sans déformation. Selon une variante représentée sur les figures 8 à 12 de l'exemple précédent de l'invention, la construction générale de la structure spherique 1 est semblable à celle de l'exemple précédent, sauf en ce qui concerne les parties relatives à la jonction entre le cylindre de tourillon 7 et le siège de tourillon 5. Plus particulièrement, la partieterminieinfE cylindre de tourillon 7 a un diamètre réduit pour former un épaulement à gradin 17 devant entrer en contact avec la surface du rebord supérieur, 5a, du siège de support 5, ltextré- mité inférieure de diamètre réduit du cylindre de support étant ajustée de façon serrée flans la cuvette 4 du siège de support 5 lorsque les deux hemispheres 2 et 3 sont assembles. Un joint annulaire à feuillure est ainsi formé entre le cylindre 7 et le siège 8. L'extrémité inférieure du cylindre 7 est réduite intérieurement pour former un étranglement tronconique 18 comportant un rebord inférieur entourant une auverture inférieure de l'alésage de palier 8 formée centralement dans le cylindre de tourillon 7. Le rebord inférieur de cet étranglement 18 est conçu pour s'emboiter dans une rainureannAake ç famée sur le pourtour d'un essieu (arbre,ou levier) 15 au voisinage de son extrémité, lorsqu'on l'insère dans l'alésage 8. La partie inférieure de l'essieu 15 au-dessous de la rainure 19 a une forme de bulbe avec un boutenoelnconique 15a pour faciliter le passage à force de ce bout au-delà du bord inférieur de-l'étranglement 18 du cylindre de tourillon 7, le rebord étant dilaté élastiquement et provisoirement au cours de ce passage du bout de l'essieu et se contractant aprèe accouplement avec la rainure annulaire 19* L'extrémité de l'essieu 15 est ainsi bloquée et empochée d'entre extraite. Lorsqu'il le faut l'étranglement 18 peut comporter des entailles faites à l'extérieur, du rebord inférieur, pour faciliter ainsi sa dilatation élastique précitée. Pour empêcher un déplacement axial ultérieur de essieu 15 le faisant pénètrer dans l'alésage de tourillon 8, c'est-à-dire pour munir l'essieu 15 de moyens de butée, on donne à l'essieu 15 une partie de diamètre agrandi 20 conçue pour toucher et glisser sur une surface terminale ouverte 8a formée sur l'hémisphère supérieur 2 à l'extrémité supérieure de l'alésage de palier 8. Ainsi, la construction décrite ci dessus offre un procédé de montage simple, selon lequel il surfit de monter la structure sphérique sur l'essieu 15 et de la mettre en place par emboîtement, et selon lequel il nlysa plus lieu d'utiliser une bille acier, comme dans l'exemple précédent. En conséquence, cet agencement permet une fabrication et un montage simples et peu coûteux. Dans la structure centrale 1 décrite ci-dessus, on forme de plus une rainure dans le siège 5 pour détendre la pression d'air interne au cours du moulage d'une couche extérieure 13 sur la structure centrale, de façon à empêcher la déformatim de la structure sphérique. Pour le reste, les détails et carac téristiques de cette structure centrale sont semblables à ceux de la structure de l'exemple précédent. Dans encore un autre mode d'exécution de l'invention, représenté sur les figures 13 à 18, la structure sphèrique selon l'invention est conçue de façon à être montée rotative sur un essieu 23 débouchant des deux côtés qui est supporté à ses deux extrémites, contrairement aux essieux en porte-à-faux 15 des deux exemples précédents. La structure sphérique elle-mAeme présente pratiquement la même construction que celles des exemples précédents, comprenant une structure centrale i de construction creuser se composant de deux hémisphères 2 et 3a et d'une couche extérieure 13 d'une matière telle qu'une résine synthétique ou un caoutchouc. Comme dans les exemples précédents, en particulier le premier exemple, un hémisphère 2 comporte un cylindre de tourillon central 7 ajusté de façon serrée à son extrémité dans une cuvette de support 4 pratiquée dans un siège de support 5 formé dans l'autre hémisphère 3a et comportant une rainure de communication avec l'atmosphère 6. L'autre hémisphère 3a diffère cependant des hémisphères inférieurs 2 des exemples précédents, en ce qu'il comporte un trou 21 débouchant des deux cotés à l'ex- térieur et constituant un prolongement coaxial de l'alésage de palier 8 formé à travers le cylindre de tourillon 7. Le trou de passage 21 et l'alésage de palier 8 ont le même diamètre et, dans l'étant assemblé de la structure centrale, ils constituent un support d'un seul tenant constituant un palier pour l'essieu 23 qui lestraversent. L'essieu 23 sortant des deux cotés est supporté à ses deux extrémités par les bras à fourche d'un bâti de support d'essieu 22 qui est fixé à une structure (non représentée) telle qu'un chaise ou un autre meuble. Cette structure sphérique présente également les différentes caractéristiques avantageuses exposées à propos des exemples précédents. Bien que l'on ait décrit l'invention ci-dessus à propos d'exemples où des structures stériques sont surtout conçues pour jouer le rôle de roues il va de soi que l'invention s'applique également très efficacement à des structures semblables à des sphères autres que des roues. Quelques exemples de ces applications sont représentés sur la figure 19a représentant une structure semblable à une sphère Al selon l'invention, utilisée comme bouton de porte, sur la figure 19b représentant une structure semblable à une sphère A2 utilisée comme bouton à extrémité distale d'un levier de commande, et sur la figure 19c représentant des structures sphériques A3 de l'invention .utilisées dans un jouet à percussion. En outre,onpeut,comme on l'a mentionné précédemment, utiliser les structures creuses semblables à des sphères selon l'invention directement à l'état assemblé, sans ajouter de matière telle qu'une couche extérieure, ou bien on peut les utiliser comme structures centrales enveloppées par des couches extérieures. REVENDICATIONS 1.- Structure creuse semblable à une sphère, caractériséeen ce qu'elle comprend une première moitié d'enveloppe creuse hémisphèrique dans laquelle un siège de support est formé d'un seul tenant avec elle sur sa surface intérieure et comportant une cuvette dirigée radialement au centre de la moitié d'enveloppe, une seconde moitié d'enveloppe hémisphèrique creuse dans laquelle un cylindre de tourillon est formé dtun seul tenant avec elle sur sa surface inférieure et comportant un alésage de palier la traversant radialement en son centre pour recevoir une stu ture d'arbre de l'extérieur de ladite structure, les deux moitiés étant assemblées le long de leurs rebords périphériques et ltextrémité libre du cylindre de tourillon s r emboitant coaxialement dans la cuvette du siège de palier ainsi que des moyens formant un passage entre l'intérieur creux de la structure proche d'une sphère et l'alésage de palier. 2.- Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche extérieure, les moitiés assemblées constituant une structure centrale d'article proche d'une sphère. 3.- Structure selon la revendication 2, carac térisi en ce qu'elle estEpherique. 4.- Structure selon la revendication 2, carac térisi en ce qu'elle est ellipsoidale. 5.- Structure selon la revendication 2, carac tériseen ce qu'elle est sphdroidale. 6.- Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle a une forme d'ovoide. 7.- Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un essieu en porte-à-faux dans l'alésage de palier, un support pivotant de roulette auquel l'extrémité de pied supérieure dudit essieu est fixée, et des moyens se trouvant sur ledit support pour le supporter de façon qu'il pivote autour d'un axe de pivotement, l'axe de l'essieu étant incliné par rapport à l'axe de pivotement, suivant une vue en élévation dans deux directions mutuellement orthogonales. 8.- Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que 11 extrémité du cylindre de tourillon comporte un rebord dirigé vers l'intérieur, se terminant par une bordure et conçu pour ;'emboîter une rainure annulalre formee sur le pourtour d'une structure d'arbre insérée dans l'alésage de palier. 9.- Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche extérieure, les moitiés assemblées constituant une structure centrale de l'article creux proche d'une sphère. 10.- Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première moitié creuse comporte un alésage de palier central allant du fond de la cuvette à l'extérieur de ladite moitié et aligné avec l'alésage de palier traversant le cylindre de tourillon, de sorte qu'un trou débouchant des deux côtés, dans lequel peut tourillonner une structure d'arbre, est formé par des alésages de palier. 11.- Structure selon la revendication 5, carac térisée en ce qu'elle comprend une couche extérieure, les moitiés assemblées constituant une structure centrale de l'article creux proche d'une sphère.