Brevet FR2670121A1 — publié le 19920612

i La présente invention concerne un manche de club de golf en matériaux composites et particulièrement un manche de forme complexe. Les manches de clubs de golf classiquement utilisés sont généralement réalisés en acier, alliages métalliques ou matériaux composites Ils ont une forme légèrement conique et présentent une variation de section continue dont le maxima est mesuré au niveau du "grip" ou poignée et le minima, au niveau du cou o est solidarisé la tête du club Cette géométrie de manche reste la plus couramment utilisée. Si l'on souhaite faire varier les caractéristiques mécaniques du manche, à 1 o savoir le moment d'inertie et la déformée en torsion et flexion notamment, les possibilités sur de tels manches sont assez limitées L'addition de masselottes ou de renforts à différents endroits du manche ne constitue pas une solution satisfaisante car on alourdit une partie du club; ce qui n'est généralement pas souhaitable Un exemple d'une telle réalisation est donnée dans le brevet JP 1- i 5 259 879 qui décrit la fabrication d'un manche en matériaux composites comportant des zones de renfort se traduisant par l'adjonction de pièces composées de couches de nappes de fibres imprégnées de résine sur le corps du manche Un second inconvénient dans ce type de construction provient de l'absence de continuité des nappes de fibres à ces endroits de renfort, ce qui 2 o nuit particulièrement à la reproductibilité des caractéristiques mécaniques d'un manche à l'autre et donc limite leur utilisation par les professionnels. De même, le brevet GB 256, 049 décrit un club de golf muni d'un manche métallique sur lequel sont constituées des zones de rétrécissements, flexibles, de façon à modifier la courbe de déformation en flexion et à améliorer ainsi la réponse élastique du club Si les caractéristiques de flexion sont ici maîtrisées et optimisées, les caractéristiques de torsion, en particulier, sont mal contrôlées, en raison principalement de la nature homogène et non fibreuse du matériau utilisé. Un des buts de l'invention est donc de remédier aux inconvénients précités, dûs essentiellement à la structure et à la nature des matériaux utilisés, en proposant un manche de club de golf de conception nouvelle Pour cela, le manche de la présente invention est tubulaire et réalisé de couches pour l'essentiel continues de nappes de fibres imprégnées de résines de matière plastique; le dit manche est muni sur sa longueur d'au moins une zone de renflement et/ou de rétrécissement et se caractérise par le fait que la courbe d'évolution du diamètre interne du manche en fonction de la longueur, à partir du point de diamètre interne le plus petit, et s'étendant vers l'une au moins des extrémités du manche, admet au moins une portion décroissante. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et ses caractéristiques ressortiront mieux des modes de réalisation ci-après décrits à titre non limitatif illustrés par les dessins suivants dont: La figure 1 représente un club de golf sur lequel est monté un manche de l'art antérieur. La figure 2 représente un club de golf sur lequel est monté un manche de l'invention. La figure 3 représente une vue en coupe d'un manche selon un mode de réalisation de l'invention. 1 o La figure 4 représente une courbe d'évolution du diamètre interne du manche en fonction de la longueur de celui-ci. Les figures 5, 7 et 9 sont des vues similaires à celle de la figure 3 selon des variantes de réalisation. Les figures 6, 8 et 10 représentent les courbes d'évolution du diamètre 1 5 interne du manche en fonction de la longueur, des variantes respectives des figures 5, 7 et 9. La figure Il représente schématiquement une vue en coupe d'un manche traditionnel encastré pour la réalisation d'essais de flexion. La figure 12 représente une vue comparable à celle de la figure 11 mais 2 o d'un manche traditionnellement renforcé. La figure 13 représente une vue comparable à celle de la figure 11 mais pour un manche de l'invention identique à celui illustré à la figure 2. Les figures 14 à 19 représentent les différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication de manches selon l'invention. Comme le montre la figure 1, un club de golf 1 comprend généralement une tête 2, un manche 3, un grip" ou poignée 4 et éventuellement une partie intermédiaire 5 appelée "hosel" servant principalement à renforcer la liaison tête/manche Le manche 3 ou "shaft" est classiquement un objet tubulaire conique dont la plus faible section se situe du côté o est solidarisée la tête 2 du club Cette extrémité s'appelle généralement l'extrémité en "tip" 31, l'autre étant le "butt" 32. La figure 2 illustre un club de golf 1 sur lequel est monté un manche 3 de l'invention Dans ce mode de réalisation préféré, le manche 3 est réalisé en matériaux composites et plus particulièrement de couches continues de nappes de fibres imprégnées de résine Parmi les matériaux fibreux utilisés, on peut noter les fibres de carbone et/ou de verre Les résines sont généralement thermodurcissables de type époxyde par exemple Ce manche présente une forme légèrement conique s'évasant vers la poignée et interrompue par un renflement 6. La figure 3 illustre en coupe longitudinale le manche de la figure 2 Il est muni sur sa longueur d'une zone de renflement 6, venant interrompre l'évolution légèrement conique de la forme générale Le diamètre interne le plus petit du manche se situe en "tip" 31, c'est à dire à l'extrémité qui est solidarisée à la tête 2 du club. La figure 4 représente la courbe d'évolution du diamètre interne du manche en fonction de la longueur On peut remarquer que la zone de renflement 6 se caractérise sur la courbe par une portion décroissante 61 précédée d'une portion croissante 62 Par ailleurs, la pente de la portion i o croissante 62 est supérieure à la pente moyenne de la courbe en dehors de la zone de renflement 6 Le manche admettant une légère conicité générale, la courbe, en dehors de la zone de renflement 6 est croissante et de faible pente vers l'extrémité du manche supportant la poignée Les portions croissantes 62 et décroissantes 61, sur l'exemple de la figure 3 et 4, sont raccordées par une i 5 portion de raccordement 63 de pente sensiblement égale à celle de la courbe de la zone de renflement 6 La pente de cette portion 63 peut aussi avantageusement être sensiblement nulle. Enfin, le manche de la figure 3 est constitué d'un empilage de couches successives continues de nappes de fibres pour l'essentiel d'une extrémité à l'autre du manche dont l'épaisseur varie peu le long du manche. Dans le mode de réalisation illustré par les figures 5 et 6, le manche tubulaire 3 admet à partir de l'extrémité en "tip" 31 de plus faible diamètre, une première portion conique, illustrée par une faible pente croissante sur la figure 6 à partir du point de diamètre minimum (Dmin), puis un brusque rétrécissement 7 sur le manche s'étendant vers l'extrémité en "butt" 32 illustrée sur la courbe par une portion fortement décroissante 71 suivie d'une portion sensiblement constante 72. Un autre mode de réalisation de l'invention illustré par les figures 7 et 8 fait apparaître un manche 3 muni sur sa longueur d'une zone de rétrécissement 7 Cette zone se caractérise sur la courbe par une portion décroissante 71 qui précède une portion croissante 73 Par ailleurs, la pente de la dite portion croissante 73 est supérieure à la pente moyenne de la courbe en dehors de ladite zone de rétrécissement 7 Enfin, la portion décroissante 71 et la portion croissante 73 se raccordent avantageusement par une portion de raccordement 74 de pente sensiblement nulle ou égale à celle de la courbe en dehors de la zone de rétrécissement 7. Bien entendu, on peut prévoir que les portions croissante 73 et décroissante 71 se raccordent directement sans portion de raccordement. On peut prévoir également que la zone de renflement 6 soit réalisée par une forme de manche bi conique comme l'illustre la figure 9 L'évolution de la courbe de la figure 10 fait apparaître une première portion croissante 62 à laquelle se raccorde une seconde portion décroissante 61 De plus, les portions, 61, 62 sont avantageusement sensiblement linéaires. Afim de bien comprendre les caractéristiques mécaniques particulièrement avantageuses des manches de l'invention, il est aisé, par modélisation, de comparer à titre d'exemple les modules de flèches f correspondant au déplacement vertical de l'extrémité en tip 31 d'un manche encastré, de 1 o longueur D, sollicité par une force F prédéterminée L'encastrement est effectué en "butt" sur une longueur dl. Exemple I: (figure 11) Il concerne un manche classique réalisé en une succession de 11 couches de nappes de fibres carbone pré-imprégnées T 300 et M 40 commercialisées par la i 5 société TORAY dont les caractéristiques sont les suivantes: T 300 M 40 module (G Pa) 118 196 épaisseur (mm) 0, 17 0,11 densité 1,54 1,54 Parmi les 11 couches, 5 sont orientées à O' par rapport à l'axe (I, I') longitudinal du manche, 3 sont orientées à + 450 et 3 à 45 (l'ordre à partir de l'intérieur du manche étant:0, + 45, -45, 0, + 45, -45, 0, + 45, -45, 0, 0). La conicité du manche par rapport à l'axe I, I' est de 0,210. dl est égal à 102 mm (longueur encastrée) pour une longueur totale du manche de 1057,3 mm. F est égal à 29,6 N en flexion pure. Résultats: la flèche f est égale à 149,3 mm pour une masse calculée de manche égale à 75,6 g. Exemple Il: (Figure 12) 3 l concerne un manche classique identique à celui de l'exemple I auquel est rajouté une surépaisseur de 2 couches de nappes de fibres imprégnées créant une zone de renflement 8 externe Cette technique est celle traditionnellement réalisée pour le renfort de manches tel que décrit dans le brevet JP 1 259-879 par exemple La surépaisseur 8 est de deux couches soit égale à 0,34 mm Elle est localisée à d 2 égal à 298,2 mm de l'extrémité en butt 32 et a une longueur d 3 égale à 303,3 mm. Pour une force de flexion F identique à l'exemple I (soit 29,6 N) on calcule une flèche de 125,8 mm pour une masse de manche de 81,8 g. Exemple III: (Figure 13) Il illustre l'exemple selon un mode de réalisation de l'invention Le manche comporte un renflement 6 et est constitué de 11 couches de nappes de fibres disposées et orientées comme dans l'exemple I et dont les caractéristiques sont identiques Le renflement 6 se situe au même endroit que dans l'exemple II (d 2, d 3 identiques à l'exemple II). La longueur totale du manche est également identique aux deux exemples précédents. L'augmentation du rayon interne du manche dans la zone de renflement 6 est constante et est de 1,44 mm par rapport au rayon interne dans la même i o zone du manche à l'exemple II. On calcule ainsi une flèche f de 125,8 mm, c'est à dire équivalente à celle de l'exemple Il mais la masse totale du manche est de 78,4 g, soit inférieure à la masse du manche de l'exemple II. On peut dire que l'on obtient à raideur constante en flexion un manche i 5 allégé par rapport à la technique traditionnellement connue de création de renfort. Bien entendu, une solution dans la technique traditionnelle, pour modifier la raideur en flexion sans obtenir un gain de masse consisterait à modifier le taux pondérai de fibres par rapport à la résine ou matrice du pré-imprégné ou encore à changer de caractéristiques de fibres (réf T 700 au lieu de T 300 de chez TORAY) mais ces solutions sont onéreuses par rapport à la solution apportée par l'invention. Un procédé particulièrement avantageux de fabrication des manches de l'invention peut être donné à titre d'exemple nullement limitatif dans un but de clarté de compréhension de l'invention concernant sa mise en oeuvre. Ce procédé permet notamment la fabrication de manches de forme complexe en couches continues de nappes de fibres. Il consiste à effectuer le moulage du manche tubulaire en fibres imprégnées de résine en exerçant une pression interne dans le volume intérieur du manche de façon à conformer celui-ci sur une empreinte externe. Ainsi, comme le montre la figure 14 le procédé consiste à réaliser préalablement à l'étape de moulage, une vessie fine en latex sur un gabarit 10 par trempage de celui-ci dans un bain 11 de nitrate de calcium puis de latex. Après coagulation, la vessie 9 subit une étape de cuisson d'environ 10 minutes entre 70 et 800 c Après refroidissement, la vessie est disposée sur un mandrin 12, comme illustré figure 15, dont la longueur est au moins égale à celle du manche à obtenir Cette technique permet d'obtenir des vessies d'épaisseur faible, de l'ordre de 0,2 à 0,3 mm. L'étape suivante, figure 16, consiste à habiller le mandrin 12 revêtu de sa vessie 9 de nappes de fibres 13 pré-imprégnées de résines synthétiques par enroulement en plusieurs couches, continues de préférence On obtient ainsi une structure composite en forme de tronc de cône On obtient un complexe tel qu'illustré figure 17 avant moulage Bien entendu, on obtiendrait des résultats similaires par enroulement filamentaire d'un (ou plusieurs) fil(s) préalablement imprégnés de résine. Ensuite, figure 18, le mandrin 12 est disposé dans un moule 14 dont l'empreinte 15 va déterminer la forme finale du manche à réaliser Ainsi, par 1 o exemple, la courte zone i Sa du moule 14 a une section plus importante dans sa partie centrale de façon à constituer le renflement 6 du manche final 3 tel que représenté figure 2 ou 3. L'opération de moulage est exercée en chauffant le moule 14 et en appliquant une pression interne s'exerçant, par l'introduction d'un gaz à i 5 l'intérieur de la vessie élastique 9 de façon à compacter la structure composite 13 sur l'empreinte 15 du moule. Le cycle de moulage varie, bien entendu, selon la nature et la réactivité des matériaux imprégnés utilisés. L'homme du métier saura déterminer les paramètres intervenants dans le cycle sans difficultés particulières. L'air comprimé sera utilisé préférentiellement comme gaz de moulage à une pression comprise entre 2,5 et 3 bars environ Le complexe est ensuite refroidi, puis le démoulage s'effectue sans effort particulier étant donné le jeu important obtenu entre le diamètre interne du manche 3 et le mandrin 12 après compactage D'autre part, aucun traitement de surface particulier n'est nécessaire sur le manche ainsi fmi avec cette technique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation ainsi décrits et comprend tous les équivalents techniques pouvant entrer dans l'étendue des revendications suivantes. REVENDICATIONS 1 Manche de club de golf, tubulaire, réalisé en matériaux composites de nappes de fibres imprégnées de résine en matière plastique et muni sur sa longueur d'au moins une zone de renflement ( 6) et/ou de rétrécissement ( 7) caractérisé en ce que la courbe d'évolution du diamètre interne du manche en fonction de la longueur: à partir du point du diamètre interne le plus petit, et s'étendant vers l'une au moins des extrémités du manche, admet au moins une portion décroissante ( 61, 71). i O 2 Manche de club de golf selon la revendication 1 caractérisé en ce que les nappes de fibres sont constituées de couches successives continues, pour l'essentiel, d'une extrémité à l'autre du manche. 3 Manche de club de golf selon la revendication 1 caractérisé en ce que le point de diamètre interne le plus petit se situe à l'extrémité 31 qui est i 5 solidarisée à la tête ( 2) du club de golf. 4 Manche de club de golf selon la revendication 1 ou 3 caractérisé en ce que la courbe en dehors de(s) la zone(s) de renflement ( 6) et/ou de rétrécissement ( 7) est croissante et de faible pente vers l'extrémité du manche supportant la poignée. 5 Manche de club de golf selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que la portion décroissante ( 61) est précédée d'une portion croissante ( 62) de façon à former une zone de renflement ( 6), la pente de la dite portion croissante ( 62) étant supérieure à la pente moyenne de la courbe en dehors de la dite zone de renflement 6. 6 Manche de club de golf selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que la portion décroissante ( 71) précède une portion croissante ( 73) de façon à former une zone de rétrécissement ( 7), la pente de ladite portion croissante ( 73) étant supérieure à la pente moyenne de la courbe en dehors de ladite zone de rétrécissement ( 7). 7 Manche de club de golf selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que la portion décroissante ( 61, 71) ou/et la portion croissante ( 62, 73) se raccordent par une portion de raccordement( 63, 74) de pente sensiblement nulle ou égale à celle de la courbe en dehors de la zone de renflement ( 6) ou de rétrécissement ( 7). 8 Manche de club de golf selon la revendication 1 ou 3 caractérisé en ce que la courbe d'évolution du diamètre interne en fonction de la longueur admet une première portion croissante ( 62) auquel se raccorde une seconde portion décroissante ( 61). 9 Manche de club de golf selon la revendication 8 caractérisé en ce que les portions ( 61, 62) sont sensiblement linéaires. Manche de club de golf selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est constitué de fibres de carbone et/ou de verre. Il Manche de club de golf selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les fibres sont imprégnées de résine thermodurcissable de type époxyde. r