Brevet FR2635710A1 — publié le 19900302

1. La présente invention a trait à un outil à couper ou à serrer comportant deux branches reliées l'une à l'autre au moyen d'un joint pivotant, chaque branche comprenant une partie de travail, une partie de joint et une partie de manipulation, la partie de travail étant réalisée en un matériau dur adapté au travail pour lequel l'outil est destiné, la partie de manipulation étant réa- lisée de telle façon que sa partie venant en contact avec la main de l'utilisateur soit constituée d'un matériau et/ou ait une forme ménageant physiquement la main de l'utilisateur. Les outils visés auxquels la présente invention apporte une amélioration sont des outils du type sécateurs, pinces etc. Les outils du type mentionné ci-dessus comportent en général deux branches croisées qui sont reliées l'une à l'autre au moyen d'un boulon ou d'un autre moyen adéquat au niveau du croisement des branches de façon à ce qu'un pivotement relatif entre les deux parties de manipulation, généralement appelées poignée, provoque un pivotement similaire des deux parties de travail, à savoir des deux lames accouplées ou des deux têtes d'une pince. 2. Afin de rendre plus agréable la manipulation de ces outils pour la main de l'utilisateur on sait envelopper les parties de manipulation des deux branches avec un matériau plastique, en lui donnant en plus une forme s'accommodant mieux à l'anatomie de la main. Les outils améliorés de cette façon sont nettement plus agréables à manipuler. Toutefois, ils n'apportent pra- tiquement aucune amélioration en ce qui concerne le poids total de l'outil. Un but de la présente invention est de créer un outil du type mentionné ci-dessus, dont le poids est considérablement réduit sans pour autant compromettre sa tenacité et sans augmenter son coût. Un autre but de la présente invention est de crier un outil pour le protéger contre la rouille lors d'un séjour aux intempéries. Ce but est atteint selon la présente invention avec un outil du type mentionné ci-dessus qui est caractérisé en ce que les deux tranches entières ou au moins leurs parties de manipulation sont entièrement constituées par des matériaux composites comportant une matrice en polymère incorporant un matériau de renfort. Dans le cas o les branches entières sont constituées en matériaux composites, les branches peuvent être formées en une pièce de matériau unique, ou les parties de travail, les joints et les poignées peuvent être fabriqués en dif- férents matériaux composites. Dans ce deuxième cas et dans le cas o seules les parties de manipulation sont en matériau composite la partie de manipulation de chaque branche est reliée à la partie de joint de cette branche par un moyen d'assujettissement disposé dans une zone de chevauchement entre la partie de manipulation et entre la partie de joint de chaque branche, la longueur de cette zone correspondant essentiellement à la longueur du moyen d'assujettissement, la longueur des parties de manipulation étant un multiple de la longueur ladite de zone de chevauchement. Dans le cas o les branches entières sont fabriquées en matériau composite, les lames de la partie de travail sont 3. exécutées en céramique à matrice organique ou inorganique renforcée de fibres de carbone, trichites, de bore, de carbure de silicium et/ou de fibres métalliques. La présente invention est basée sur le principe de substituer les branches métalliques ou au moins les poignées d'un outil traditionnel constituées chacune par. une âme métallique faisant partie intégrale de sa branche et étant surmoulée d'une couche plus ou moins mince d'un matériau polymère mou par un matériau composite essentillement homogène et présentant une tenacité suffisante pour résister aux efforts de la main de l'uti- lisateur sollicitant les deux poignées l'une vers l'autre. La substitution du métal des branches entières ou la suppression complète de la partie métallique qui, dans les outils classiques s'enfile à l'intérieur de la poignée de façon axiale plus ou moins sur la totalité de sa longeur permet d'obtenir une économie maximale de poids. Selon la présente invention il est proposé de choisir un matériau composite présentant une tenacité suffisante, tout en gardant un poids total considérablement réduit par rapport aux poignées en métal, matériau qui permet de fixer les poignées aux parties des joints des branches à l'aide d'un moyen d'assujettissement dont l'extension longitudinale par rapport à la poignée peut être réduite sur une longueur de l'ordre de 1 à 2 cm sans provoquer la fracture de la poignée à ce niveau. Un matériau composite qui répond aux exigences mentionnées ci-dessus en ce qui concerne la tenacité et son poids spécifique comporte une matrice en matériau thermoplastique et/ou thermodurcissable, le matériau de renfort étant des fibres et/ou des poudres. Selon la tenacité requise du matériau composite, sa composition peut comporter 5 à 98% en poids du matériau de la matrice et de 2 à 95 % en poids du matériau de renfort. Certains matériaux de renfort étant considérablement onéreux on choisira le contenu de ce matériau de renfort dans le matériau de composite de façon 4. à obtenir les propriétés désirées du matériau composite sans augmenter la concentration de ces matériaux onéreux au-delà de ce qui est nécessaire. Selon des formes de réalisation préférées de la présente invention le matériau de la matrice est un membre choisi dans le groupe des polymères thermoplastiques suivants: polyamide, polyamide semi-aromatique, polyamide aromatique, polyarylamide, polyamide-imide, polyéthersulfone, polyétheréthercétone, polysulfure de phénylène, polymères à cristaux liquides et polyétherimide, et/ou du groupe des thermodurcissables comportant: époxyde, phénoplastes, poly-imides, polyphosphazènes, polyesters insaturés et polystyril-pyridine. Pour la fabrication des lames coupantes d'un sécateur ou autre outil coupant, le matériau de la matrice organique est situé avantageusement entre les poly-imides et les polyamide-imides, une matière inorganique étant avantageusement en carbone Dans les formes de réalisation de la présente invention le matériau de renfort pour la matrice organique du matériau composite de la poignée peut comporter un ou plusieurs membres du groupe comportant du carbone en poudre, des fibres de carbone, des fibres de verre et des fibres d'aramide, les matériaux de renfort pour la matrice organique ou inorganique du matériau composite de la partie de travail étant au moins une fibre choisie parmi les fibres de carbone, de carbure de silicium, de trichite, de métal et de bore. La tenacité d'un outil traditionnel à couper ou S serrer avec poignée métallique ou poignée à âme métalli- que surmoulée d'un plastique mou étant de l'ordre de 100 à kg maximum applicable aux extrémités des parties de manipulation, l'outil selon la présente invention comportant des poignées én matériau composite comme défini ci-dessus et ayant des dimensions de section et de longueur comparable aux dimensions des parties de manipulation traditionnelles présente une tenacité de manipulation entre 100 et 200 kg, de préférence entre 160 et 180 kg. Les fibres constituant le matériau de renfort 5. peuvent être de la catégorie longue et/ou courte, les fibres de moins d'un centimètre étant généralement considérées comme fibres courtes et les fibres mesurant plus d'un centimètre comme fibres longues. En utilisant les matériaux composites tels que décrits ci-dessus le moyen d'assujettissement liant la partie de manipulation d'une branche à sa partie du joint peut être constitué d'au moins deux boulons, les parties de manipulation et de joint comportant des extrémités coopérant l'une avec l'autre et ayant des surfaces plates opposées l'une à l'autre et orientées essentiellement parallèlement à la dimension longitudinale de la branche respective; ces surfaces plates étant traversées par les boulons. Le principe de la présente invention peut être appliqué avantageusement à tous les outils à couper ou à serrer qui sont sujets à l'application d'une force manuelle élevée, notamment des sécateurs ou des pinces. Dans le cas des sécateurs, on envisage une exécution soit en différents matériaux composites pour la partie de travail et la poignée ou la substitution en composite de la poignée uniquement, alors que pour les pinces une exécution en matériaux composites uniques pour les branches entières peut être souhaitable. Les parties de travail des deux branches d'un tel outil sont généralement capables de pivoter relativement l'une par rapport à l'autre dans un plan géométrique qui est fixe par rapport à l'outil, et selon une forme de réalisation particulière de la présente invention une des deux parties de manipulation se trouve également placée et orientée essentiellement dans ce même plan, la partie de manipulation de l'autre branche se trouvant orientée dans une direction non parallèle à ce plan fixe. Une telle orientation des deux parties de manipulation s'adapte mieux au mouvement anatomique de la main de l'utilisateur. L'invention va être décrite maintenant en détail en se référant aux dessins dont la: 6. Fig 1 représente un sécateur réalisé selon la présente invention, Fig 2 illustre un détail de sécateur au niveau du joint entre la partie de manipulation en matériau composite et la partie métallique, Fig 3 est une vue du sécateur selon la figure 1 prise de la direction III indiquée en figure 1, vue dont la partie de joint est partiellement en coupe, et Fig 4 est une section d'une partie de manipulation d'un outil traditionnel. En se référant à la figure 1 on a illustré un sécateur comportant deux branches 1 et 2 se croisant et reliées l'une à l'autre au niveau du point de croisement au moyen d'un boulon 7. La branche 1 comporte une partie de travail 6 métallique formée en une pièce avec une partie centrale 16a et une partie de joint 8, cette dernière étant reliée à la partie de manipulation 3 au moyen de deux boulons 12, 13. La deuxième branche 2 cormporte similairement une partie métallique de travail 5 formne en une pièce avec une partie centrale 16 et une partie de joint 9 qui est reliée à la partie de manipulation 4 au moyen de deux boulons 12', 13'. De façon connr.ue un ressort 19 est disposé entre les deux parties de joint 8 et 9 de façon à solliciter les deux branches 1 et 2 dans leur position d'ouverture maximale, un moyen de blocage non illustré étant prévu pour bloquer les deux branches dans leur position de fermeture comme illustré dans la figure 1. La connexion entre chaque partie de manipulation 3 ou 4 et entre les parties de joint 8 ou 9 respectivement est effectuée au moyen d'un certain chevauchement entre chaque partie de manipulation et la partie des joints de la rême branche, de sorte que les parties de manipulation 3 et 4 comportent à leur extrémité opposée à la partie de joint un épaulement formant une surface plate 10 (indiquée en figure 2) qui est mise en contact avec la surface plate 11 de la partie de joint 8, les boulons 12 et 13 traversant la partie de manipulation 3 et la partie de 7. joint 8 perpendiculairement aux surfaces 10 et 11. La longueur du chevauchement de surface 10 et 11 ou bien la longueur de chevauchement entre la partie de manipulation et la partie de joint correspondant essentiellement à la distance des deux boulons 12 et 13 est considérablement moins longue que Ia dimension longitudinale des parties de manipulation 3 et 4. Comme indiqué dans la figure 4, la partie de manipulation d'une branche d'un sécateur traditionnel comporte une âme métallique 22 solidaire de la partie de joint 21, âme qui comporte une partie rétrécie 24, ainsi qu'une partie de diamètre supérieur 23 et qui est surmoulé d'une couche 20 de plastique mou. Une telle poignée est constituée essentiellement du métal des lames, et son poids correspond à ce matériau. En comparaison respectivement avec les parties de manipulation 3 et 4 de la figure 1 il est évident que toute la partie de manipulation est constistuée du matériau composite comme défini plus haut, matériau dont la densité spécifique est sensiblement inférieure à la densité du métal des lames. Selon une forme de réalisation particulière de la présente invention, les parties de manipulation 3 et 4 sont diposées d'une façon anatomiquement avantageuse, comme illustré dans la figure 3. La vue du sécateur selon la figure 3 est prise de la direction de la flèche III indiquée dans la figure 1 o les parties de travail 5 et 6 des deux branches 1 et 2 se présentent par leur côté mince. Le pivotement autour de l'axe du boulon 7 des parties de travail 5 et 6 lors de l'actionnement du sécateur s'effectue dans un plan qui se trouve perpendiculaire au plan de dessin de la figure 3, la partie de manipulation 3 étant agencée et orientée d'une façon essentiellement parallèle à ce plan. La partie de manipulation 4 est par contre orientée en biais par rapport à ce plan. On a trouvé que cette orientation de la partie de manipulation 4 par rapport à la partie de 8. manipulation 3 est anatomiquement avantageuse de façon à faciliter la manipulation. L'exécution des parties de manipulation 3 et 4 en matériau composite tel que défini plus haut ayant une densité spécifique de l'ordre de 1,4 gr/cm3 permet de réaliser un sécateur plus léger tout en offrant une tenacité comparable ou supérieure aux poignées traditionnelles comme illustré dans la figure 4. Le matériau composite pouvant être constitué d'une composante de matrice et d'une composante de renfort comre décrit plus haut, ce qui suit est un exemple d'une réalisation particulière d'un tel matériau composite et de la fabrication d'une poignée en ce matériau. Exemple: Le matériau composite est constitué de 47% en poids de polyarylamide, un polymère thermoplastique, de % en poids de fibres de verre comportant 96, 5% SIO2 et de 3% de fibres de carbone. Ce mélange est injecté dans une forme représentant une pcignée au moyen d'une presse à injecter de la marque SANDRETTO à 90 tonnes de fermeture, la température de la masse injectée étant de 275 C correspondant à la température de fusion du polyarylamide, la pression d'injection étant de 1500 bars. Le cycle d'injection est le suivant: - injection: 5 secondes, - maintien sous pression: 15 secondes, - refroidissement et stabilisation: 65 secondes et - ouvertures, éjection, refermeture du moule: 5 secondes. Le moule utilisé est un moule à quatre empreintes dont la température est maintenue constante à une valeur de 170 C. On a décrit l'invention au moyen d'une forme de réalisation possible d'un sécateur et d'un exemple particulier du matériau composite sans pour autant être limité par ces formes de réalisation données à titre exemples. De nombreuses modifications, notamment dans l'exécution de la fixation entre la poignée en matériau composite et la partie métallique du sécateur ou autres 2 35710 9. outils à couper ou serrer peuvent être apportées par l'homme du métier, ainsi que des modifications des composantes du matériau composite. La présente invention étant décrite plus haut au moyen d'un exemple dans lequel seules les parties de manipulation ont été exécutées en matériau composite, il est cependant bien clair que la protection de la présente demande de brevet couvre également les outils à couper ou à serrer dont les branches entières incluant les parties de travail à savoir, des lames à couper ou les têtes ou becs de pinces, sont fabriqués en un seul ou plusieurs matériaux composites. Les matériaux composites qui sont susceptibles d'être utilisés pour les parties de travail, notamment pour les lames à couper d'un sécateur, sont des composites céramiques à matrice organique ou inorganique, la définition des céramiques étant le fait qu'ils résistent à une température de 1000 C sans perdre leur propriété mécanique, en particulier leur tenacité. 2g35710 10. REVENDICATIONS 1 - Outil à couper ou à serrer comportant deux branches (1,2) reliées l'une à l'autre au moyen d'un joint pivotant (7), chaque branche comportant une partie de travail (5,6), une partie de joint (8,9) et une partie de manipulation (3,4), la partie de travail (5,6) étant réalisée en un matériau adapté au travail pour lequel l'outil est destiné, la partie de manipulation (3,4) étant réalisée de telle façon que sa partie venant en contact avec la main de l'utilisateur soit constituée d'un matériau et/ou ait une forme ménageant physiquement la main de l'utilisateur, caractérisé en ce que les deux branches entières ou au moins les parties de manipulation (3,4) sont entièrement constituées d'un matériau composite comportant une matrice en polymère incorporant un matériau de renfort. 2 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de manipulation (3,4) de chaque branche (1,2) étant reliée ê la partie de joint (8,9) de cette branche par un moyen d'assujettissement (12,13) disposé dans une zone de chevauchement (30) entre la partie de manipulation (3,4) et entre la partie de joint (8,9) de chaque branche (1, 2), la longueur de la zone de chevauchement (30) correspondant essentiellement à l'extension longitudinale du moyen d'assujettissement (12,13), la longueur des parties de manipulation (3,4) étant un multiple de la longeur de ladite zone de chevauchement (30). 3 - Outil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau composite comporte une matrice en matériau thermoplastique ou thermodurcissable et le matériau de renfort comporte des fibres et/ou une poudre. 4 - Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la composition du matériau composite comporte 5 à 98% en poids du matériau de la matrice et 2 à 95% en 11. poids du matériau de renfort. - Outil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau de la matrice est au moins un matériau choisi du groupe des thermoplastiques comportant les: polyamides, polyamides semi-aromatiques, polyamides aromatiques, polyarylamides, polyamide-imides, polyéthersulfones, polyéther-éthercétones, polysulfures de phenylènes, polymères à cristaux liquides et polyéther- imides et/ou le groupe des thermodurcissables comportant: époxyde, phénoplaste, poly-imide, polyphosphazène, polyésthers insaturés et polystyril-pyridine. 6 - Outil selon l'une des revendications 3, 4 ou , caractérisé en ce que le matériau de renfort est au moins un matériau choisi le groupe comportant: carbone en poudre, fibres de carbone, fibres de verre et fibres d'aramide. 7 - Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau composite ayant des dimensions de section et de longueur comparables aux dimensions des parties de manipulation traditionnelles présente une tenacité de manipulation comprise entre 100 et 200 kg, de préférence entre 160 et 180 kg. 8 - Outil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fibres de renfort sont des fibres longues et/ou des fibres courtes. 9 - Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'assujettissement (12,13) liant la partie de manipulation (3,4) d'une branche (1,2) à sa partie de joint (8,9) est constituée d'au moins deux boulons (12,13), les parties de manipulation (3,4) et de joint (8,9) comportant des extrémités coopérantes l'une avec l'autre ayant des surfaces plates (10,11) opposées l'une à l'autre et orientées essentiellement parallèlement à la dimension longitudinale de la branche respective, ces surfaces plates (10,11) étant traversées par les boulons (12,13). - Outil selon l'une quelconque des 26 35710 12. revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un sécateur ou une pince. Il - Outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les parties de travail (5,6) sont capables de pivoter l'une par rapport à l'autre dans un plan fixe par rapport à l'outil, l'une des parties de manipulation (3) se trouvant orientée essentiellement parallèlement à ce même plan, l'autre partie de manipulation (4) se trouvant orientée dans une direction non parallèle à ce plan. 12 - Outil à couper comportant des parties de manipulation (3,4) en matériaux composites selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les parties de travail (5,6) et/ou les parties de joint (16,16a,8,9) sont fabriquées en un matériau composite céramique comportant une composante de matrice organique choisie parmi les poly-imides, renforcée de fibres de carbone, de trichites, de bore, de carbure de silicium et/ou de fibres métalliques, ou une matière inorganique à base de carbonne renforcée de fibres de la même sorte. 13 - Outil à serrer selon la revendication 5, caractérisé en ce que les parties de travail, les parties de joint et les parties de manipulation sont exécutées en matériau composite, chaque branche formant une seule pièce.