Brevet FR2689228A1 — publié le 19931001

FLECHE POUR ARC ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention a pour objet une flèche pour arc et son procédé de fabrication. Une flèche comprend, de façon connue en soi, un corps allongé de forme générale cylindrique, le plus souvent tubulaire, dont l'extrémité avant est équipée d'une pointe destinée à protéger le corps et à assurer l'équilibrage de la flèche, et dont I'extrémité arrière est équipée d'un embout comportant une encoche permettant son engagement sur la corde de l'arc. Juste en avant de l'embout comportant l'encoche, sont montés sur le corps de la flèche des ailerons de stabilisation de celle-ci. La nature d'une flèche varie suivant son utilisation et suivant la morphologie de l'archer. Plus l'archer est grand et puissant, plus la flèche utilisée doit être rigide. A l'origine, les flèches ont été fabriquées en bois. Toutefois, l'absence d'uniformité du bois, et la variation des propriétés de celui-ci dans le temps ne permettent pas de remplir les exigences du tir à l'arc moderne. De ce fait, à ce jour, 90 % des flèches comportent un corps en tube d'aluminium, et 10 % sont constituées par des flèches en bois pour une utilisation de bas de gamme, des flèches en fibres de verre dont les performances sont limitées par le poids de la fibre de verre, et des flèches en fibres de carbone. Les flèches comportant des fibres de carbone sont réalisées suivant diverses structures. Selon une première possibilité, le tube est de section constante, et les fibres de carbone le constituant sont unidirectionnelles et continues. Ce type de flèche n'offre pas une bonne résistance à l'écrasement, un impact sur une surface dure se traduisant par une fissuration immédiate, ce qui impose une épaisseur de paroi importante rendant impossible tout allégement de la flèche par diminution de l'épaisseur du tube. Selon une autre forme d'exécution décrite notamment dans le document US-A-4 234 190, un tube de flèche de section tubulaire constante comprend des fibres orientées de part et d'autre de l'axe d'au moins 300 par rapport à l'axe de la flèche, ces fibres étant mises en oeuvre par drapage autour d'un mandrin. La technique de réalisation de tels tubes est si difficile que ceux-ci n'existent pas sur le marché. Selon une autre possibilité, le corps de flèche est constitué par un tube en aluminium qui est recouvert de fibres de carbone orientées longitudinalement, comme décrit dans le document DE-A-3 128 092. Ces fibres de carbone peuvent s'étendre, soit sur toute la longueur de la flèche, soit sur une partie de la longueur de celle-ci, et plus spécialement dans la partie centrale de la flèche, pour augmenter l'inertie de celle-ci dans la zone où elle travaille le plus. Toutefois, ce type de flèche, s'il offre une bonne résistance à l'écrasement, met en oeuvre des matériaux différents, ce qui se traduit par des coûts de production élevés, le comportement différent des matériaux nuisant également à la stabilité de la flèche dans le temps, notamment en raison des coefficients de dilatation différents de l'aluminium et des fibres de carbone. Le but de l'invention est de fournir une flèche pour arc qui possède une excellente rigidité tout en étant d'un poids réduit, dont la stabilité dans le temps soit aussi bonne que possible, et dont la technique de fabrication soit simple afin de permettre l'obtention d'une flèche dans des conditions économiques avantageuses. A cet effet, la flèche selon l'invention, du type comportant un corps tubulaire réalisé à partir de fibres de matière synthétique, telles que des fibres de carbone, est caractérisée en ce qu'elle comprend, de l'intérieur vers l'extérieur, une première couche comportant au moins deux fibres longitudinales continues s'étendant sur toute la longueur du corps de la flèche, une seconde couche com portant des fibres continues formant un angle par rapport à l'axe du corps et s'étendant sur toute la longueur de celui-ci, et une couche extérieure constituée de fibres unidirectionnelles continues, qui s'étendent au moins dans la partie centrale de la flèche, les zones d'extrémité de la flèche possédant un diamètre inférieur à celui de la partie centrale, chaque zone d'extrémité présentant un diamètre constant ou une forme conique d'angle au sommet inférieur à 5 qui s'étend sur environ 10 à 40 % de la longueur du corps de la flèche. Les deux zones d'extrémité de la flèche peuvent posséder le même diamètre ou être de diamètres différents. Le diamètre intérieur du corps tubulaire de cette flèche est avantageusement constant. Le corps est constitué de fibres synthétiques, telles que des fibres de carbone, noyées dans une résine thermodurcissable ou thermoplastique. La couche intermédiaire est constituée de fibres continues, une ou plusieurs fibres, enroulées selon un enroulement faisant un angle 8 avec l'axe du tube, et éventuellement selon un second enroulement faisant un angle -O par rapport à l'axe du tube. Cette couche intermédiaire peut également être constituée par des fibres continues tressées. A l'intérieur de la couche tressée peuvent être incluses des fibres unidirectionnelles continues. La couche intermédiaire s'étendant sur toute la longueur du tube permet une reprise des efforts en compression axiale, et augmente la résistance à la propagation des fissures, évitant les inconvénients que l'on trouve dans les tubes comprenant seulement des fibres unidirectionnelles. Le fait de disposer de fibres longitudinales à l'extérieur du tube et dans la partie centrale de celuici, considérée dans le sens de la longueur, permet d'augmenter l'inertie de la flèche et sa rigidité tout en béné ficiant d'un faible poids, puisque plus les fibres longitudinales sont disposées à une distance importante de l'axe de la flèche, plus la rigidité de celle-ci augmente. Selon une autre caractéristique de l'invention, cette flèche est obtenue par une technique de pultrusion qui permet d'obtenir des profilés de section constante à partir de fibres unidirectionnelles continues imprégnées de résine thermoplastique ou thermodurcissable. Après imprégnation de ces fibres, par la résine, celles-ci passent dans un élément de conformation à sections extérieure et intérieure désirées, en l'occurrence cylindriques pour la flèche. Le procédé de pultrusion permet de disposer la seconde couche de fibres de façon inclinée en mettant en oeuvre un élément de guipage ou une tresseuse à axe horizontal entre les postes d'imprégnation et de conformation des fibres unidirectionnelles. Après obtention d'un tube de diamètre extérieur constant, celui-ci peut être usiné, par exemple par meulage de la couche extérieure, au moins dans les zones d'extrémité de la flèche, pour obtenir un diamètre qui est inférieur dans les zones d'extrémité à celui de la partie centrale de la flèche. L'essentiel, au cours de cet usinage, est de n'atteindre que la couche extérieure, tout en laissant la couche intermédiaire intègre sur la totalité de la longueur du tube. Dans la mesure où la couche extérieure est usinée dans les zones d'extrémité du corps de la flèche, elle peut être usinée sur toute ou partie de son épaisseur, de telle sorte que ces zones d'extrémité possèdent un diamètre constant sur une longueur d'environ 10 à 40 % de la longueur totale du tube, ces deux zones d'extrémité de diamètre constant étant raccordées à la partie centrale qui est elle-même de diamètre constant par deux parties de forme générale tronconique. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette flèche Figure 1 en est une vue en perspective Figures 2 et 3 en sont deux vues très schématiques en coupe longitudinale au cours de deux phases de sa réalisation Figures 4 et 5 en sont deux vues en coupe transversale et à échelle agrandie selon les lignes IV-IV et V V respectivement de figure 1 ; Figure 6 est une vue en perspective, partiellement arrachée, d'un tronçon de cette flèche. La flèche représentée à la figure 1 comporte un corps tubulaire 2, dont l'extrémité avant est équipée d'une pointe 3 et dont l'extrémité arrière est équipée d'un embout 4 comportant une encoche destinée à l'engagement de la corde de l'arc. En avant de cette encoche, est monté sur le corps de la flèche un aileron 5 de stabilisation. Comme montré au dessin, cette flèche comprend trois couches de fibres de matière synthétique superposées, telles que des fibres de carbone imprégnées de résine thermodurcissable ou thermoplastique. Il s'agit tout d'abord d'une couche intérieure 6 comportant des fibres longitudinales unidirectionnelles qui sont au moins au nombre de deux. Cette couche intérieure délimite une cavité centrale 7 de diamètre constant sur toute la longueur de la flèche. Une seconde couche 8 ou couche intermédiaire s'étendant également sur toute la longueur de la flèche est réalisée à partir de fibres continues formant un angle par rapport à l'axe du tube. Ces fibres peuvent être enroulées selon un enroulement ou selon deux enroulements opposés sur la première couche, ou être constituées par une tresse. Le corps de la flèche comprend une troisième couche, ou couche extérieure, 9 réalisée à partir de fibres unidirectionnelles continues. Un tube de section constante sur toute sa longueur, comprenant ces trois couches superposées est obtenu par une technique de pultrusion. Ce tube est schématisé à la figure 2. Afin de procurer à la flèche d'excellentes qualités, notamment une grande inertie et une grande rigidité tout en réduisant le poids, il est possible d'usiner les zones d'extrémité de la flèche sur une partie au moins de l'épaisseur de la troisième couche 9. Dans ce cas, comme montré au dessin, la flèche comprend une zone centrale 10 de diamètre important correspondant au diamètre du tube obtenu après l'opération de pultrusion et représentée à la figure 2, cette zone 10 étant raccordée par deux zones tronconiques 12 à deux zones d'extrémité respectivement avant 13 et arrière 14 de diamètre constant, mais inférieur au diamètre de la zone 10. La longueur des deux zones d'extrémité 13 et 14 est d'environ 10 à 40 % de la longueur totale du tube. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant une flèche d'un faible poids possédant d'excellentes qualités de rigidité et d'inertie, tout en étant obtenue par une technique de fabrication économique. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette flèche, ni au seul procédé pour sa fabrication décrits ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que, dans les zones d'extrémité de la flèche, la couche extérieure 9 pourrait être usinée sur toute son épaisseur, c'est-à-dire totalement supprimée, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATION8 1. Flèche pour arc, du type comprenant un corps tubulaire réalisé à partir de fibres de matière synthétique, telles que des fibres de carbone, caractérisée en ce qu'elle comprend, de l'intérieur vers l'extérieur, une première couche (6) comportant au moins deux fibres longitudinales continues s'étendant sur toute la longueur du corps de la flèche, une seconde couche (8) comportant des fibres continues formant un angle par rapport à l'axe du corps et s'étendant sur toute la longueur de celui-ci, et une couche extérieure (9) constituée de fibres unidirectionnelles continues, qui s'étendent au moins dans la partie centrale (10) de la flèche, les zones d'extrémité (13, 14) de la flèche possédant un diamètre inférieur à celui de la partie centrale (10), chaque zone d'extrémité (13, 14) présentant un diamètre constant ou une forme conique d'angle au sommet inférieur à 50 qui s'étend sur environ 10 à 40 % de la longueur du corps de la flèche. 2. Flèche selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde couche (8) ou couche intermédiaire est constituée de fibres continues enroulées hélicoïdalement en formant au moins un angle avec l'axe du tube. 3. Flèche selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde couche (8) ou couche intermédiaire est constituée de fibres continues tressées. 4. Flèche selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'à l'intérieur de la couche tressée sont incluses des fibres unidirectionnelles continues. 5. Procédé de fabrication d'une flèche pour arc selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un corps de flèche possédant une section constante sur toute sa longueur par une technique de pultrusion. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans le cas où les zones d'extrémité (13, 14) possèdent un diamètre inférieur à celui de la zone cen trale (10), il consiste à réaliser les réductions de diamètre par usinage de la troisième couche ou couche extérieure seulement.