Brevet FR2641344A1 — publié le 19900706

DISPOSITIF DE FIXATION D'UN OBJET FRAGILE TEL QU'UN MIROIR. DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif permettant de fixer un objet fragile tel qu'un miroir nécessitant un positionnement précis, tout en pouvant être soumis à des gradients de températures et à des charges mécani- ques transitoires élevés. Un tel dispositif de fixation peut notamment être utilisé sur un satellite artificiel, pour fixer sur le satellite un miroir en silice ou en verre dont la mas- se peut atteindre environ 20 kg. En effet, entre ses conditions d'utilisation dans l'espace et au sol, un tel miroir est soumis à des températures qui peuvent varier entre -269 C et +180 C. De plus, il doit supporter des accélérations et des vibrations importantes, notamment durant la phase de Lancement, sans subir de dégradations ni de déformations notables de sa surface active. Parmi les dispositifs de fixation d'un objet fragile tel qu'un miroir connus actuellement, aucun ne satisfait pleinement à ces différentes exigences. Ainsi, par exemple, la technique connue consis- tant à coller des patins à même le substrat du miroir, qui ne présente pas ou peu d'inconvénient dans une plage de températures inférieures à 40 C, conduit à un risque de rupture du film de colle ou du substrat pour de-très grandes plages de températures, en raison des surcontraintes engendrées dans le substrat du miroir par les dilatations différentielles. L'invention a précisément pour objet un dispo- sitif de fixation d'un objet fragile tel qu'un miroir, dont la conception particulière lui permet de supporter de telles dilatations différentielles sans induire de surcontraintes dans le substrat du miroir, et aussi de supporter des charges transitoires éLevées tout en pré- servant une bonne précision de positionnement et prati- quement sans engendrer de déformations. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un dispositif de fixation d'un objet fragile tel qu'un miroir, caractérisé par le fait qu'il comprend: - au moins une rainure à section en forme de queue d'a- ronde formée dans ledit objet, ladite rainure compor- tant deux extrémités non débouchantes; - au moins une paire de lardons de section trapézoldale aptes à être montés dans ladite rainure, de telle sorte que chaque lardon soit en contact avec une face latéra- le plane et inclinée de la rainure; - un patin de supportage placé en face de ladite rainure et portant au moins un organe de verrouillage apte à venir se placer entre les lardons pour les maintenir contre lesdites faces latérales inclinées; - des vis par Lesquelles chacun des lardons est fixé au patin de supportage; et - au moins une rondelle élastique interposée entre ledit patin de supportage et la tête de chaque vis. Dans ce dispositif, le caractère non débouchant de la rainure en queue d'aronde formée dans l'objet à fixer permet de ne pas fragiliser ce dernier à l'emplace- ment de la rainure. La forme donnée aux lardons permet de les introduire dans la rainure et de les en extraire, tout en assurant une fixation efficace lorsque l'organe de verrouillage est placé entre les lardons. Les rondel- les élastiques associées aux vis permettent le rattrapage du jeu dû aux dilatations différentielles des matériaux en présence, lors des montées et descentes en températu- re, sans que la tension de serrage des vis varie de façon appréciable. L'effort de serrage des vis est réglé afin qu'à tout moment, c'est-à-dire notamment sous l'effet de la gravité et lors du lancement, les efforts appliqués sur le miroir soient repris par frottement. Dans un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, l'organe de verrouillage est constitué par une partie en saillie du patin de supportage, présentant des faces planes inclinées formant avec les faces latérales de La rainure deux logements à section en forme de trapè- zes isocèles, dans lesquels sont placés les deux lardons. Afin que les efforts de serrage de la vis soient appliqués sur une surface aussi grande que possi- ble de l'objet à fixer, chaque lardon présente avantageu- sement une face plane apte à être appliquée contre l'une des faces latérales de la rainure et une face convexe, par exemple approximativement en arc de cercle, apte à être appliquée contre l'une des faces planes inclinées de l'organe de verrouillage. De préférence, le dispositif selon l'invention comprend deux rainures parallèles et de mêmes dimensions formées dans l'objet, une paire de lardons étant logée dans chacune des rainures, et tous les lardons étant re- liés à un patin de supportage unique. Dans ce cas, les deux lardons les plus à l'intérieur du dispositif sont réalisés en un premier matériau tel que de l'acier inoxydable ayant un coefficient de dilatation élevé par rapport à un deuxième matériau tel que de l'invar dans lequel sont réalisés les deux autres lardons et le patin de supportage. Dans le cas o le dispositif comprend deux rai- nures parallèles, le patin de supportage unique porte de préférence, entre les rainures, un pion de positionne- ment apte à être reçu pratiquement sans jeu dans un loge- ment cylindrique formé dans l'objet. Pour éviter, lors du serrage, l'écaillage des micro-aspérités de surface de l'objet et, par conséquent, la naissance de micro-fissures pouvant ensuite se propa- ger jusqu'à la rupture de ce dernier, une feuiLle fine en un-matériau malléable tel que de l'or est placée avan- tageusement entre l'objet et chacune des parties du dis- positif avec lesquelles il est en contact, c'est-à-dire le patin, les lardons et le pion de positionnement Lors- qu'il existe. Un mode de réalisation préféré de l'invention va à présent être décrit, à titre d'exemple non limita- tif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face, en coupe partielle selon la ligne I-I de la figure 2, représentant un dispositif de fixation conforme à l'invention; - La figure 2 est une vue de oessus, en coupe partielle selon la ligne II-II de la figure 1, du dispo- sitif de fixation; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne IIIIII de la figure 1, en l'absence des vis de fixation des lardons sur le patin; - la figure 4 est une vue représentant à plus grande échelle et- en coupe la fixation de l'un des lar- dons du dispositif sur le patin; et - la figure 5 est une vue représentant à plus grande échelle et en coupe le pion permettant de posi- tionner le patin sur le miroir. Le dispositif de fixation selon l'invention, illustré sur les figures 1 à 4, est destiné à assurer la fixation d'un miroir 10 en un matériau fragile tel que de la silice sur une structure porteuse appropriée (non représentée) d'un satellite artificiel. Le miroir 10 a la forme d'un disque plan dont le diamètre peut être, par exemple, voisin de 600 mm et dont la masse peut être d'environ 20 kg. Pour tenir compte des efforts appliqués au mi- roir aussi bien au sol (gravité) que dans l'espace (lan- cement), qui sont essentiellement orientés selon des directions tangentielLes au miroir, la fixation du miroir est assurée par au moins trois dispositifs de fixation tels que le dispositif 12, coopérant avec Le bord circon- férentiel 10a du miroir 10. S A l'emplacement de chacun des dispositifs de fixation 12, ce bord circonférentiel circulaire 10a du miroir 10 présente un méplat lOb, de forme rectangulaire, qui ne s'étend pas jusqu'aux faces avant et arrière du miroir, comme l'illustrent en particulier Les figures 2 et 3. La semelle 14a, rectangulaire et plane, d'un patin de supportage 14 du dispositif de fixation 12 est appliquée sur ce méplat 10b. Plus précisément, la semelle du patin 14, de forme rectangulaire, présente une lon- gueur approximativement égale à la longueur circonféren- 1i tielle du méplat 10b et une largeur légèrement inférieure à la largeur de ce méplat. Le patin de supportage 14 comporte également une nervure 14b qui fait saillie à partir de la semelle 14a du côté opposé au miroir 10, selon une direction parallèle aux faces de ce dernier. Cette nervure 14b est traversée en son milieu par un trou 16 orienté parallèle- ment à l'axe du miroir et permettant la fixation du patin 14 sur une structure de supportage (non représentée) pré- vue à cet effet sur le satellite. Cette fixation peut être réalisée à l'aide de tout moyen approprié tel qu'un boulon 17 représenté partiellement en traits mixtes sur la figure 3. Le dispositif de fixation 12 selon l'invention comprend également deux rainures parallèLes 18, à section en forme de queue d'aronde (figure 1), qui sont usinées dans le méplat 10b selon une direction parallèle à l'axe du miroir 10, à proximité de chacune des extrémités cir- conférentielles de ce méplat 0lob. Comme le montre bien la figure 3, les rainures 18 comportent des extrémités qui ne débouchent pas sur les faces latérales du miroir 10. Cette caractéristique est essentielle, car elle per- met de préserver la forme circulaire du miroir à proximi- té de chacune de ses faces, ce qui évite la formation de zones de fragilité dans lesquelles des amorces de rupture pourraient se produire. Chacune des rainures en queue d'aronde 18 pré- sente deux faces latérales 18a planes et inclinées, fai- sant face au fond de la rainure et formant avec ce der- nier un angle voisin de 60 . Les rainures 18, de même que le méplat 10b, sont usinées directement dans le mi- roir 10, par exemple par fraisage. Dans chacune des rainures 18 sont placés deux Lardons 20 et 22 présentant approximativement en section la forme de trapezes isocèles. Les dimensions de ces lar- dons 20 et 22 sont telles qu'ils peuvent être introduits et extraits de la rainure 18 correspondante et placés côte à côte dans cette rainure de telle sorte que chacun d'entre eux soit en contact avec l'une des faces latéra- les 18a, comme l'illustre la figure 1. De façon plus précise, les figures 1 à 4 font apparaître que chacun des lardons 20 et 22 présente une face plane inclinée respectivement 20a et 22a apte à venir en appui contre la face latérale 18a correspondante de la rainure 18 dans laquelle sont placés ces lardons. Le patin de supportage 14 présente également, sur la face de la semelle 14a tournée vers le miroir 10, deux parties en saillie 14c, en forme de coins, qui vien- nent se placer entre les lardons 20 et 22 montés dans chacune des rainures 18 lorsque le patin 14 est mis en place. Les parties en saillie 14c constituent ainsi des organes de verrouillage contre lesquels sont également en appui les lardons 20 et 22. De façon plus précise, chacune des parties en saillie 14c comporte deux surfaces planes inclinées 14c1, tournées vers le fond de la rainure 18 correspondante et formant avec ce dernier le même angle que les faces latérales inclinées 18a. Les parties en saillie 14c déli- mitent ainsi, à l'intérieur de la rainure correspondante 18, deux logements à section en forme de trapèzes isocé- les, dans lesquels sont emprisonnés chacun des Lardons et 22. Afin de garantir un contact satisfaisant entre les faces planes inclinées 20a et 22a des lardons et Les faces latérales planes 18a des rainures, les faces 20b et 22b des lardons 20 et 22 qui sont en contact avec les faces inclinées 14c1 des parties en saillie 14c présen- tent en section des formes convexes, à section en arc de cercle (figure 4) . Une partie en creux peut également être prévue sur ces faces 20b et 22b, afin notamment d'alléger les lardons. Comme l'illustrent les figures I et 2, chacun des lardons 20 et 22 est fixé à la semelle du patin 14 par des vis 24, par exemple au nombre de trois pour chacun des lardons. Ces vis 24 traversent librement la semelle du patin 14 et leur extrémité est vissée dans Le lardon correspondant. Comme l'illustre plus en détail la figure 4, la tête de chacune des vis 24 est en appui, par l'inter- médiaire d'une rondelle 26 d'appui et de centrage, sur un empilement de rondelles élastiques telles que des rondelles Belleville 28. Les rondelles Belleville 28-sont elle-mémes en appui sur le fond d'un lamage formé sur la face extérieure de la semelle 14a du patin 14, par l'intermédiaire d'une rondelle 30. Lorsque les vis 24 sont vissées dans Les Lar- dons 20 et 22, ces derniers sont plaqués avec une force déterminée contre Les faces latérales 18a des rainures 18 et contre les faces inclinées 14c1 des parties en saillie 14c du patin. La force ainsi appliquée au tra- vers des vis 24 est déterminée afin que la fixation du miroir 10 puisse supporter les accélérations et les vi- brations auxquelles est soumis le satellite, notamment au cours de la phase de lancement. L'interposition des rondelles élastiques 28 entre les vis 24 et le patin 14 permet de compenser Les dilatations différentielles qui se produisent entre les différents matériaux lorsque le dispositif est soumis à des variations de températures importantes. De plus, les caractéristiques des rondelles élastiques permettent, en dépit de ce rattrapage, de maintenir l'effort de ser- rage appliqué sur les lardons a une valeur relativement constante. De préférence, le patin 14 ainsi que les lar- dons 20 situés vers l'extérieur du dispositif sont réali- sés en un matériau présentant un coefficient de dilata- tion très faible, tel que l'invar. Au contraire, les lardons 22 situés vers l'intérieur du dispositif sont réalisés en un matériau présentant un coefficient de dilatation plus élevé, tel que l'acier inoxydable. Ce choix de matériaux permet d'obtenir un déplacement simul- tané et de valeur voisine des lardons 20 et 22 soit vers le patin 14 lors d'un abaissement de la température, soit en éloignement de ce patin dans le cas d'un accroissement de la température. Il est à noter que les angles d'incti- naison des faces latérales 18a des rainures (voisins de ) sont optimisés de façon à permettre ce déplacement relatif. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, on a représenté le cas d'un dispositif de fixa- tion 12 permettant te maintien d'un positionnement très précis du miroir 10, dans le cas o ce dernier est soumis à des cyclages thermiques. Pour assurer ce positionne- ment, et comme l'illustre plus en détail la figure 5, la semelle 14a du patin 14 porte en son centre un pion de positionnement 32 qui fait saillie dans un logement cylindrique 34 usiné au centre du méplat 10b du miroir, entre les deux rainures 18. La partie du pion 32 située à l'intérieur du logement cylindrique 34 présente une forme tronconique dont le diamètre va en augmentant en allant vers le fond du logement. Une bague fendue 36 formée par exemple de trois secteurs circulaires est logée entre cette partie tronconique du pion 32 et la paroi cylindrique du loge- ment 34. La bague fendue 36 présente une surface inté- rieure tronconique complémentaire de celle de la partie tronconique du pion 32 et une surface extérieure cylin- drique. Par conséquent, lorsque le pion 32 est déplacé vers le patin 14, la bague 36 est plaquée contre la paroi cylindrique du logement 34. Un tel effort de traction peut notamment être appliqué sur le pion de positionne- ment 32 par une vis (non représentée) prenant appui sur La face supérieure de la semelle 14a du patin 14 et vis- sée dans un trou taraudé 32a formé à cet effet dans le pion 32. Lorsque la position du pion 32 correspond à un plaquage satisfaisant de la bague 36 contre la paroi cylindrique du logement 34, une pièce de blocage 38 appa- raissant sur les figures 2 et 5 est fixée dans la semelle du patin 14, par exemple au moyen de vis 40. Comme l'il- lustre la figure 2, cette pièce de blocage 38 est placée dans un évidement 41 formé à cet effet dans la semelle 14a du patin 14 et elle comporte une partie en saillie dont l'extrémité vient prendre appui sur un côté du pion 32 pour le bloquer dans la semelle. De préférence, une fine feuille 42 en un maté- riau malléable tel que de l'or fin recuit est interposée entre le miroir 10 et chacune des pièces en contact avec ce dernier. Ainsi, une feuille d'or est placée entre la semelle 14c du patin et le méplat O10b formé sur le mi- roir, entre les faces latérales 18a des rainures et les faces 20a et 22a des lardons, et entre les secteurs 36 et l'évidement cylindrique 34. Comme l'illustrent notamment Les figure 1 et 4, une feuille d'or 42 peut également être placée entre chacune des parties en saillie 14c du patin 14 et les lardons 20 et 22. Ces différentes feuilles d'or 42 permettent d'éviter l'écaillage des micro-aspérités de surfaces du miroir lors du serrage, en répartissant l'effort de ser- rage sur la totalité des surfaces en contact. De cette manière, on empêche la naissance de micro-fissures qui pourraient ensuite se propager et conduire à la rupture du miroir. Le dispositif de fixation 12 qui vient d'être décrit permet de supporter sans dommage des variations de températures pouvant être comprises ertre 269 C et +180 C. De plus, il supporte des charges transitoires éventuellement supérieures à 20g avec une précision de positionnement de quelques microns, lors de l'utilisation du miroir. Enfin, les déformations de la surface active du miroir sont inférieures à 0,1 micron. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. En premier lieu, on comprendra aisément que le dispositif de fixation selon l'invention peut être utilisé pour fixer des objets fragiles autres que des miroirs et dont la forme peut être différente. L'emplace- ment du dispositif de fixation peut également être diffé- rent de celui qui a été décrit. Par ailleurs, dans certaines applications, le pion de centrage peut être supprimé. Lorsque les efforts et les chocs supportés par l'objet sont moins importants, une seule rainure compara- ble aux rainures 18 peut être réalisée dans l'objet. Les 1 1 deux lardons reçus dans cette rainure, ainsi que le patin sur tequel ils sont fixés, sont alors réalisés en un même matériau présentant un faible coefficient de dilatation, tel que l'invar. i5 La forme des lardons peut également être diffé- rente de celle qui a été décrite, notamment en ce qui concerne leurs faces tournées vers l'organe de verrouil- lage 14c, ce dernier pouvant d'ailleurs être réalisé séparément du patin 14 et mis en place après ce dernier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation d'un objet fragile tel qu'un miroir (10), caractérisé par le fait qu'il comprend: - au moins une rainure (18) à section en forme de queue d'aronde formée dans ledit objet, ladite rainure com- portant deux extrémités non débouchantes; - au moins une paire de lardons (20,22) de section trapé- zo;dale aptes à être montés dans ladite rainure, de telle sorte que chaque lardon soit en contact avec une face latérale plane et inclinée (18a) de la rainure; - un patin de supportage (14) placé en face de ladite rainure et portant au moins un organe de verrouillage (14c) apte à venir se placer entre les lardons pour les maintenir contre lesdites faces latérales incli- nées; - des vis (24) par lesquelles chacun des lardons (20,22) est fixé au patin de supportage; et - au moins une rondelle élastique (28) interposée entre ledit patin de supportage et la tête de chaque vis. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que ledit organe de verrouillage est constitué par une partie en saillie (14c) du patin de supportage (14), présentant des faces planes inclinées formant avec les faces latérales (18a) de la rainure deux logements à section en forme de trapèzes isocèles, dans lesquels sont placés les deux lardons (20,22). 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que chaque lardon (20,22) présente une face plane (20a, 22a) apte à être appliquée contre l'une des faces latérales (18a) de la rainure et une face convexe (20b,22b) apte à être appliquée contre l'une des faces planes inclinées de l'organe de verrouillage (14c). 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'une feuille (42) en un matériau malléable est placée entre l'objet et te patin et entre l'objet et les lardons. 5. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications I à 4, caractérisé par le fait qu'une feuille (42) en un matériau malléable est placée entre l'organe de verrouillage (14c) et les lardons (20,22). 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend deux rainures (18) parallèles et de mêmes dimen- 0 sions formées dans ledit objet, une paire de lardons (20,22) étant logée dans chacune des rainures, tous les lardons étant reliés à un patin de supportage unique (14). 7. Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé par le fait que les deux lardons (20,22) les plus à L'intérieur du dispositif sont réalisés en un premier matériau ayant un coefficient de dilatation élevé par rapport à un deuxième matériau dans lequel sont réalisés les deux autres lardons (20) et le patin de supportage (14). 8. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé par le fait que le premier matériau est de l'acier inoxydable et le deuxième matériau de l'invar. 9. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 6 à 8, caractérisé par le fait que le patin de supportage unique (14) porte, entre les rainures (18), un pion de positionnement (32) apte à être reçu pratique- ment sans jeu dans un logement cylindrique (34) formé dans Ledit objet. 10. Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé par le fait qu'une feuille en un matériau malléa- ble (42) est placée entre l'objet et le pion de position- nement. 11. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 4, 5 et 10, caractérisé par le fait que Ledit matériau malléable est de l'or.