Brevet FR2551587A1 — publié le 19850308

-1- PROCEDE DE REALISATION D'UN CORPS MOULE EN MATIERE PLASTIQUE REVETU D'UNE COUCHE METALLIQUE, ET ANTENNE PLANE AINSI REALISEE L'invention concerne un procédé de réalisation d'un corps moulé en matière plastique revêtu d'une couche métallique et trouve son application dans la fabrication d'antennes planes hyperfréquences composées d'éléments rayonnants à lignes micro05 rubans associées à un substrat diélectrique. De telles antennes sont décrites dans les demandes de brevet français N 82 18 700 et N 83 06 650 déposées par la Demanderesse respectivement le 8 Novembre 1982 et le 22 Avril 1983. Pour la réception ou la transmission d'un signal présen10 tant une seule polarisation, ces antennes sont constituées de deux plaques métalliques dans lesquelles sont pratiquées, d'une part, des ouvertures dirigées vers le milieu de propagation, constituant les élnéments rayonnants, et d'autre part, un réseau de connelures destiné à recevoir des conducteurs centraux Ces derniers, portés 15 par un film diélectrique enserré entre les deux plaques métalliques, constituent avec les éléments rayonnants et les cannelures, le réseau d'alimentation de l'antenne La surface totale de ces antennes peut aller de quelques centimètres carrés à plusieurs mètres carrés. De telles antennes présentent un intérêt grandissant du fait qu'elles trouvent leur application dans la réception d'émissions de télévision relayées par satellites De nombreuses autres structures d'antennes planes ont été proposées au cours de ces dernières années, mais ces structures ne répondent pas aux conditions 25 imposées par les spécifications du C C I R (Comité Consultatif International de Radio) alors que les antennes planes réalisées selon les demandes de brevet citées présentent des faibles pertes, un gain élevé et une large bande passante dans le domaine de longueur d'onde concerné. Dans ces conditions, il est impératif de mettre au -2 2 551587 point un procédé de fabrication permettant la réalisation de telles antennes, en grande quantité, avec un faible coût En effet, les applications dans le domaine de la réception de télévision impliquent toujours des fabrications en grande série pour une gamme de 05 produits présentant un rapport satisfaisant entre la qualité et le prix. C'est pourquoi, il est intéressant de remnplacer, dans la fabrication de ces antennes, les plaques métalliques par des plaques en plastique métallisé, tout en imposant à l'ensemble une 10 grande résistance à l'usage et aux intempéries. A cet effet, la présente invention concerne, de façon plus précise, un procédé de réalisation d'un corps moulé en matière plastique revêtu d'une couche métallique, selon lequel, une couche intermédiaire destinée à faciliter le démoulage ayant été préala15 blement formée à la surface du moule, la couche métallique est déposée dans le moule avant l'introduction de la matière plastique. Or il est connu par le brevet anglais N 11 il 67 690, publié le 22 Octobre 1969, de fabriquer de tels corps en plastique métallisé La méthode proposée par ce document consiste à revêtir 20 un moule en bois d'une première couche de vinyle destinée à favoriser le démoulage et qui sera éliminée lors de cette opération. Puis une couche métallique est pluvérisée sur le vinyle dans le moule ainsi préparé et le corps plastique est moulé par injection. Il suffit ensuite de dissoudre la couche de vinyle pour obtenir le 25 corps en plastique revêtu de la couche métallique. Une telle méthode présente l'inconvénient, d'ailleurs cité dans ce document, de ne permettre la réalisation que d'un petit nombre de pièces En outre, la couche de vinyle, dont le but est d'éviter l'adhérence de la couche métallique sur le moule, ne 30 permet pas d'obtenir une bonne précision sur la dimension des détails de la pièce moulée En effet, elle ne présente pas une épaisseur uniforme sur l'ensemble d'une grande surface Enfin la méthode décrite dans le document cité ne permet pas de réaliser des pièces de grandes dimensions; Le but de la présente invention est donc de remédier aux _ 3 _ 2551537 inconvénients présentés par la méthode décrite dans le document cité en proposant un procédé de fabrication tel que défini dans le préambule, remarquable en ce que, d'abord, le moule est métallique et que la couche intermédiaire est formée par passivation du métal, 05 en ce que ensuite la couche métallique de revêtement est déposée dans le moule par électrolyse et la matière plastique introduite dans le moule ainsi préparé, et en ce que enfin, après durcissement de la matière plastique, le démoulage est effectué en pratiquant simultanément un traitement thermique fonction des coefficients de 10 dilatation respectifs des matériaux constituant le moule et la matière plastique. Dans une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le moule est réalisé par usinage d'une pièce métallique massive, et sa surface est polie électrolytiquement. Dans une autre mise en oeuvre du procédé selon l'invention le moule est réalisé en t 8 le emboutie. Dans l'une ou l'autre de ces mises en oeuvre du procédé selon l'invention le plastique peut être une résine thermodurcissable et être coulé dans le moule Le plastique peut également 20 être une résine thermoplastique et être injecté à chaud dans le moule. Dans une mise en oeuvre du procédé selon l'invention le moule est fait en un alliage fer-nickel-chrome, il est passive chimiquement, et le traitement thermique employé pour le démoulage est 25 un refroidissement. Dans une autre mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le moule est en aluminium, passive par une couche d'oxyde, et le traitement thermique employé pour le démoulage est un réchauffement. Dans chacune de ces mises en oeuvre du procédé selon l'invention, la couche métallique de revêtement peut être en un composé de cuivre, ou argent, ou or, et de nickel. Dans ces conditions, du fait de l'emploi d'un moule conducteur, les opérations de polissage et de dépôt métallique peuvent 35 être faites par une méthode électrolytique, ce qui permet de -4 2 2551587 fabriquer d'une part, des pièces de grandes dimensions et d'autre part de nombreuses pièces à la fois. Mais il est surtout notable que la couche de passivation du métal du moule ne change pas les dimensions de ce dernier et que, dans ce cas, la précision sur les dimensions des détails de la pièce moulée est la même que la précision sur la réalisation du moule En effet, la couche formée par passivation du métal du moule, ne constitue pas une couche intermédiaire ajoutée entre le moule et le moulage, mais fait partie intégrante du moule Par 10 conséquent, et particulièrement dans le cas d'un moule usiné, la précision obtenue pour la pièce moulée peut être extrêmement grande, ce qui peut être demandé lors de la réalisation de certains types d'antennes hyperfréquences Enfin, les moulages réalisés à partir d'un même moule sont extrêmement répétitifs. Ainsi, par le procédé selon l'invention, la qualité des pièces est améliorée, et la fabrication en est simplifiée et accélérée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de ces modes de réalisation, appliqués à la fabrica20 tion d'une antenne plane hyperfréquence, prise comme exemple non limitatif, et illustrés schématiquement par les figures ci-après annexées. La figure la représente en coupe schématique un élément rayonnant d'antenne plane tel que décrit dans la demande de brevet 25 N 82 18 700 déposée par la Demanderesse le 8 Novembre 1982. La figure lb représente en coupe schématique une ligne d'alimentation d'une telle antenne. La figure lc représente, vue de dessus, une partie d'une telle antenne. Les figures 2 a et 2 b représentent en coupe schématique les plaques d'antenne obtenues par le procédé selon l'invention. Les figures 3 a et 3 b représentent, en coupe schématique, le moulage de ces plaques d'antenne dans le cas o le moule utilisé est en métal usiné. Les figures 4 a et 4 b représentent, en coupe schématique, -5- 2 5 51587 le moulage de ces plaques d'antenne dans le cas o le moule utilisé est en tôle emboutie. Tel que représenté sur les figures la et lc, l'élément rayonnant d'antenne plane est composé de deux plaques métalliques 05 40 et 50 dans lesquelles sont pratiquées les ouvertures 41 et 51 en regard l'une de l'autre Ces deux plaques enserrent la feuille de diélectrique 20 supportant le conducteur central 30 L'évasement 61 est destiné à améliorer le gain et le plan réflecteur 71 est destiné à améliorer l'adaptation Les conducteurs centraux 30 pro10 gressent vers la sortie d'antenne dans les cannelures 42 et 52 pratiquées dans les plaques 40 et 50 respectivement, et représentées en coupe sur la figure lb. Toutes les surfaces de l'antenne le long desquelles se propage le signal à transmettre ou à émettre doivent être métal15 lisées La seule surface qu'il n'est pas indispensable de métalliser est done la face postérieure de l'antenne qui n'est pas taurnée vers le milieu de propagation Pour la plaque 40 par exemple, il est nécessaire de métalliser les surfaces 14 et 16, alors que pour la plaque 50, il suffit de métalliser la surface 15, comme il 20 est montré sur les figures 2 a et 2 b. La fabrication de l'antenne plane à l'aide du procédé selon l'invention est mise en oeuvre de la façon illustrée par les figures 3 et 4 Cette fabrication eomprend la réalisation des deux plaques 40 et 50 à l'aide de moules specifiquement prévus pour cha25 cune de ces pièces. Chacun de ces moules peut être obtenu à partir d'une pièce métallique massive usinée, ce qui est montré sur la figure 3, ou bien à partir d'une t 8 le emboutie ce qui est montré sur la figure 4 L'emploi d'un matériau métallique pour la fabrication du 30 moule est rendu nécessaire du fait que la plupart des opérations effectuées sur le moule, selon la présente invention, sont préférentiellement du type électrolytique. Dans une première mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le moule est usiné Pour la réalisation de la plaque 35 40, il comprend deux parties 1 et 2 comme il est montré sur la -6- 2 551587 figure 3 a Après usinage, chacune des parties constituant le moule est polie par un procédé de préférence électrolytique Puis ces parties 1 et 2 sont passivées, en sorte que la couche métallique, qui y est déposée ultérieurement, ne peut y adhérer A titre d'exemple, si le métal choisi pour réaliser le moule est un acier, la passivation est obtenue par l'action de l'acide nitrique chaud. Si le métal choisi est l'aluminium, la passivation est faite par oxydation anodique. Chaque partie du moule ainsi préparée reçoit un dépôt 10 métallique, de préférence par électrolyse, à l'aide d'un métal possédant des propriétés électrolytiques d'une part et étant compatible avec le fonctionnement d'une antenne hyperfréquence d'autre part C'est pourquoi un composé de cuivre, ou argent, ou or avec le nickel est choisi de préférence. On notera que la couche métallique réalisée par une méthode électrolytique se dépose aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du moule Afin de diminuer l'usure du bain électrolytique, il est préférable de recouvrir l'extérieur du moule d'une couche de vernis par exemple, permettant d'éviter ce dépôt. Dans chacune des mises en oeuvre du procédé selon l'invention, les méthodes électrolytiques sont employées de préférence à toutes autres conmme donnant les meilleurs résultats sur les grandes surfaces présentées par les antennes Le décapage électrolytique permet d'une part d'obtenir un excellent état de surface sur 25 de très grandes pièces, et le dépôt électrolytique d'autre part fournit des couches particulièrement uniformes et homogènes, sur ces mêmes pièces De plus ces résultats sont parfaitement répétitifs dans le cas d'une fabrication en grande série Enfin de nombreuses pièces peuvent être traitées à la fois, ce qui est 30 également favorable à une fabrication en série. Une matière plastique ou résine est ensuite introduite entre les pièces 1 et 2 du moule Cette résine peut être du type thermodurcissable ou thermoplastique, et suivant le cas, elle peut être moulée ou injectée Pour le moulage et/ou le durcissement 35 d'une telle résine, il n'est jamais nécessaire d'élever la température du moule jusqu'à la température de fusion de la -7 2 551587 métallisation, laquelle ne risque donc pas d'être détériorée. Après durcissement de la résine, le démoulage a lieu par séparation des pièces 1, 40 et 2 Si le matériau métallique constituant le moule présente un coefficient de dilatation inférieur à 05 celui de la résine, le démoulage est obtenu à l'aide d'un traitement thermique consistant en un refroidissement des pièces, et qui provoque un retrait des dimensions du corps plastique Ce dernier est éjecté, entraînant la méetallisation avec lui Ce type d'opératirn est employé dans le cas o le matériau métallique utilisé pour le moule est par exemple un alliage fer-nickel-chrome du type INVAR. Au contraire, si le matériau métallique constituant le moule présente un coefficient de dilatation supérieur à celui de la résine, ce qui est le cas si le moule est en aluminium par exemple, 15 le dÉmoulage est obtenu à l'aide d'utn traitement thermique consistanot en un réchauffement qui provoque une dilatation du moule, et le décolement du corps plastique qui est éjecté entraînant la metallisation avec lui. Un autre avantage de cette méthode réside dans le fait 20 que l'on peut réutiliser les moules un grand nombre de fois. Pour la fabrication de la plaque 50 à l'aide d'un moule usiné, ce dernier comprend deux parties 3 et 4, eomme il est montré sur la figure 3 b La surface 15 du corps 50 devant seule être tallise, il n'y a que la pièce 4 du moule qui reçoive la métal L at n La pi-ce 3 peut être constitue par n'importe quel mat eriu;,ntallique ou non: tel que sa surface 17 n'adhère pas à la p_èce 50 en résine Si cette surface adhérait à la résine, elle pc i y rester collée et ne nuirait en rien au fonctionnement de l'ar- tenne Mais on devrait alors prévoir une partie 3 du moule nouvelle, pour chaque antenne Fabriquée, ce qui n'est pas souhaiteé, de mcière à ne pas augmenter le cort de fabrication La pièce 3 du mouie pent done core ovue en tfion par exemple, ou bien et.al Iique et enduite d'un vernis. Le moulage et le démoulage de la pièce 50 de l'antenne ' ont l::, décruits lal mm 9 :,az -a econduits de la me façon qu'il a ete décrit pour la piece 40 -8 2551587 Dans un second exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les moules peuvent être réalisés par emboutissage d'une tôle, conmme il est montré sur les figures 4 a et 4 b Cette dernière technique présente un certain nombre d'avantages supplé05 mentaires En premier lieu, il est utilisé un poids moins grand de matériau métallique pour réaliser les moules, ce qui en réduit le coût et en facilite la mise en oeuvre dans le cas de grandes pièces, peu aisées à manipuler D'autre part l'emboutissage est une opération plus simple et moins coûteuse que l'usinage En effet, 10 dans le cas d'une fabrication en grande série, un grand nombre de moules est nécessaire, et un faible coût de fabrication des moules est recherché au même titre qu'un faible coût des pièces elles-mêmes De plus la t 8 le emboutie présente un état de surface suffisamment bon pour éviter l'opération de polissage Enfin la 15 tôle emboutie est souple et facilite le démoulage. En dehors des simplifications et des particularités exposées ci-dessus, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention à l'aide de moules en tôle emboutie est conduite comme il a été décrit pour le moulage à l'aide de moules usinés. L'une ou l'autre méthode est choisie en fonction de la précision recherchée. Il est à noter que dans bien des cas, on pourra employer un moule embouti à la place d'un moule usiné plus précis En effet, la précision perdue sur le moule embouti est gagnée sur le moulage, 25 puisque la couche intermédiaire destinée à faciliter le démoulage a, dans le procédé selon l'invention, une épaisseur négligeable, étant une simple couche de passivation. Il est manifeste que, d'une part l'application de l'invention à la fabrication de pièces d'antenne plane hyperfréquence 30 n'est pas limitative et que l'invention peut s'appliquer à la fabrication d'autres types d'antenne ou à celle d'autres sortes de pièces en plastique moulées et métallisées, et que d'autre part de nombreuses variantes sont possibles notamment dans le choix des formes et des matériaux, sans sortir du cadre de la présente inven35 tion, tel que défini par les revendications ci-après annexées. -9- REVENDICATIONS 1 Procédé de réalisation d'un corps moulé en matière plastique revêtu d'une couche métallique, selon lequel, une couche intermédiaire destinée à faciliter le démoulage ayant été préalable05 ment formée à la surface du moule, la couche métallique est déposée dans le moule avant l'introduction de la matière plastique, caractérisé en ce que d'abord, le moule est métallique et la couche intermédiaire est formée par passivation du métal, en ce que ensuite la couche métallique de revêtement est déposée par électrolyse et 10 la matière plastique introduite dans le moule ainsi préparé et en ce que, enfin, après durcissement de la matière plastique, le démoulage est effectué en pratiquant un traitement thermique. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moule métallique est réalisé par usinage d'une pièce métallique 15 massive et sa surface polie électrolytiquement. 3 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moule est en tôle emboutie. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le plastique est une résine thermodurcissable eoulée dans 20 le moule. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le plastique est une résine thermoplastique injectée à chaud dans le moule. 6 Procédé selon l'une des revendication 1 à 5 caractérisé en ce que le moule est en alliage fer-nickel-chrome passivé chimiquement et en ce que le traitement thermique utilisé pour le démoulage est un refroidissement. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le moule est en aluminium passivé par une couche d'oxyde 30 et en ce que le traitement thermique utilisé pour le démoulage est un réchauffement. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la couche métallique est en un composé de cuivre, ou argent, ou or, et de nickel. 9 Antenne plane hyperfréquence du type à lignes -10 2551587 microrubans associées à un support diélectrique caractérisé en ce que les parties destinées à former les cavités des éléments rayonnants ou celles des lignes d'alimentation sont réalisées par un procédé selon l'une des revendications 1 à 8.