Brevet FR2765649A1 — publié le 19990108

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ENGRENAGE ROTATIF EN MATIERE THERMOPLASTIQUE ET ENGRENAGE AINSI OBTENU La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un engrenage rotatif, tel que par exemple une roue dentée ou un pignon conique, en matière thermoplastique, cet engrenage ayant une denture externe et une partie axiale d'accrochage toutes deux rigides et donc relativement dures. L'invention se rapporte aussi à un engrenage rotatif obtenu par ce procédé. La figure I jointe, qui est une illustration de l'art connu, montre un classique ensemble arbre-pignon qui est obtenu par surmoulage, sur un arbre métallique 1 classiquement muni d'entailles longitudinales d'ancrage 2, d'une roue dentée 5 en matière plastique injectée. Les entailles 2 sont localisées, sur la périphérie de l'arbre 1, dans la zone de réception du pignon plastique surmoulé 5. A l'autre extrémité de l'arbre 1 est par exemple prévu, pour raccorder le produit à entraîner, tel qu'un balai d'essuie-glace de véhicule automobile par exemple, un tronc de cône moleté 3, suivi d'un cylindre fileté 4. Un inconvénient bien connu des chaînes cinématiques qui utilisent des roues dentées en matière plastique, telle que la roue 5 de la figure 1, réside dans le bruit qui est provoqué par de tels engrenages Un exemple particulièrement typique réside dans les dispositifs d'entraînement des balais des essuie-glaces d'automobiles. Si l'on considère l'ensemble de la figure 1, il s'agit alors d'un arbre métallique 1 qui est entraîné en rotation par la roue dentée 5 en matière plastique. Les forces transmises par la roue dentée 5 à l'arbre 1 peuvent être considérables, et il est donc nécessaire que l'ancrage 2 de cette roue 5 sur l'arbre 1 soit extrêmement solide. La matière dont est constituée cette roue 5 doit en conséquence être une matière plastique très dure, typiquement une matière chargée de fibres de verre. Typiquement, la roue dentée 5 est entraînée par un ou plusieurs autres plus petits pignons en matière plastique (non représentés) qui sont eux-mêmes entraînés par une vis-sans-fin fixée sur l'arbre du moteur d'entraînement. C'est généralement à l'engrenage de ces petits pignons sur la roue dentée 5 que se produit le bruit rédhibitoire. Comme état de la technique peut être cité le document EP-A0.303.113, où il est proposé de résoudre cette difficulté en prévoyant d'utiliser deux matériaux synthétiques différents pour réaliser une roue dentée semblable à la roue 5 précédente un premier matériau thermoplastique en matière dure, qui assure l'ancrage rigide souhaité sur un arbre métallique semblable à l'arbre 1 précédent et qui s'étend sur une portion limitée du diamètre de la roue, . un deuxième matériau thermoplastique en matière moins dure, mais présentant des qualités d'amortissement des vibrations, qui entoure le halo central formé par le premier matériau et qui forme le reste de la roue dentée, denture externe comprise. Cette solution présente néanmoins deux inconvénients . Il est nécessaire de réaliser un solide accrochage de la deuxième partie de roue dentée, ou partie périphérique, sur la première partie, ou partie centrale. Pour ceci, il faut prévoir cette partie centrale rigide avec une denture externe d'accrochage de la partie périphérique, ce qui rend l'opération de fabrication délicate, d'autant plus qu'il peut se poser des problèmes d'incompatibilité entre le matériau dur constituant cette partie centrale et le matériau moins dur constituant la partie périphérique. Tout ceci renchérit le prix de revient d'un tel engrenage. La denture externe d'entraînement présente ipso-facto des qualités de résistance mécaniques limitées, de sorte que l'usure d'une telle roue dentée est plus rapide que celle d'une roue selon la figure 1 entièrement constituée d'une matière thermoplastique dure. Dans le cas particulier des dispositifs d'entraînement des essuie-glaces des vitres arrière des véhicules automobiles, il est aussi connu de diminuer les bruits d'engrenage en utilisant une roue dentée unique dont la partie centrale est garnie de découpes et ouvertures. Une telle solution n'est pas valable pour les essuie-glaces des vitres avant où la grande roue dentée est entraînée par un ou plusieurs pignons plastiques réducteurs, ce qui n'est pas le cas pour les essuieglaces arrière où la roue dentée unique est entraînée directement par la vis-sans-fin. En outre, les essuie-glaces arrière sont moins sollicités. Comme état de la technique en matière de réduction du bruit dans les roues dentées peut encore être cité le document EP-A-0.340.812 qui décrit une roue dentée formée de deux moitiés assemblables par vis selon un plan de jonction qui est orthogonal à l'axe de la roue. Pour amortir les vibrations, deux évidements conjugués sont prévus de manière à former, après assemblage, une cavité interne, cette cavité recevant deux amortisseurs viscoélastiques à plaque de contrainte, bien connus en soi, en particulier dans le domaine des skis. On comprend aisément que cette solution, si elle peut s'avérer satisfaisante sur le plan du résultat, ne l'est pas vraiment sur le plan industriel, en raison de sa complexité et donc de son coût de fabrication élevé. La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients. Elle se rapporte à cet effet à un procédé de fabrication d'un engrenage rotatif en matière thermoplastique, cet engrenage présentant une denture externe et une partie axiale de transmission de mouvement, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser cet engrenage par coinjection, à travers une même buse d'injection, de deux matières thermoplastiques de caractéristiques mécaniques différentes: une première matière thermoplastique présentant de hautes performances de dureté qui est injectée en tout premier lieu dans l'orifice commun d'injection, de manière à former l'enveloppe de l'engrenage, cette enveloppe comprenant sa partie axiale d'entraînement ainsi qu'au moins la croûte externe de la denture, et une deuxième matière thermoplastique, qui est injectée ensuite et sans attendre, conformément à la technique de co-injection en soi connue, à l'intérieur de cette enveloppe non encore solidifiée, cette deuxième matière possédant des qualités d'amortissement des vibrations, et étant de ce fait moins dure que la première. L'invention sera bien comprise, et ses avantages et caractéristiques ressortiront mieux, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation en référence au dessin schématique annexé dans lequel La figure 1, déjà décrite ci-dessus, représente un ensemble roue dentée plastique + arbre d'entraînement métallique qui est réalisé selon la technique antérieure. La figure 2 montre comment est réalisé, par co-injection, un même ensemble similaire, mais conforme à l'invention. La figure 3 est une demi-coupe longitudinale de l'ensemble roue arbre ainsi obtenu . La figure 4 est une vue de détail en coupe selon IV-IV de la figure 3. En se référant à la figure 2, il s'agit de fabriquer un ensemble qui comportera, à l'instar de celui de la figure 1 précédemment décrite, un arbre métallique 1 portant une roue dentée 5 en matière thermoplastique qui est, de moulage, fermement ancrée sur cet arbre au moyen d'entailles longitudinales d'ancrage 2. Comme précédemment, l'arbre métallique 1 est destiné à être relié aux balais d'essuie-glace par l'intermédiaire d'un tronc de cone moleté 3 suivi d'un cylindre fileté 4. Pour, conformément à l'invention, réaliser un tel ensemble 1, 5 en une seule opération de technique d'injection et de façon à obtenir une roue dentée 5 qui soit à la fois très dure dans sa zone centrale d'accrochage 20 et sur sa denture externe 6, et amortissante et donc plus souple à coeur, il est utilisé un moule en deux parties 8, 9 dont le couvercle 9 est percé d'une buse ou canal d'injection 10 qui débouche axialement dans la cavité interne 11 du moule. La buse 10 est verticale, et elle est coaxiale à un canal 12, percé dans la base 8 du moule, qui sert de canal de mise en place et de maintien de l'arbre métallique 1. L'invention utilise, pour réaliser la roue dentée 5 et la fixation par surmoulage sur l'arbre 1, la technique dite de co-injection qui est actuellement utilisée pour la réalisation économique de boîtes en matière plastique pour lesquelles on veut avoir une enveloppe externe en matière plastique noble, et une partie interne des parois qui est constituée d'une matière de remplissage bon marché. Sur le couvercle 9 du moule est en conséquence appliquée une unité d'injection 13 identique à celles construites pour la réalisation de ces boîtes par coinjection, et comprenant de ce fait dans un meme corps un premier fourreau d'injection 14 équipé d'une vis d'Archimède 15 destinée à faire avancer la matière plastique en fusion, et débouchant dans un canal de sortie 16, lui-même coaxial et contigu au canal d'injection 10. un deuxième fourreau d'injection 17, orthogonal au premier 14, et donc ici horizontal, qui comporte également une vis d'Archimède 18 coaxiale à un canal de sortie 29 qui lui-même vient déboucher dans le canal de sortie 16 du fourreau 14. Conformément à l'invention, le fourreau vertical 14 est alimenté par les composants en fusion d'une matière thermoplastique dure 19, par exemple une matière chargée en fibres de verre. En revanche, le fourreau horizontal 17 est alimenté par les composants d'une matière thermoplastique moins dure 21, mais possédant des propriétés d'amortissement des vibrations, par exemple un Polyéthylène, de l'A.B.S chargé de Silicone, ou une matière chargée P.T.F.E. Selon la technique de co-injection, on commence à faire tourner tout d'abord la vis 15 seule, ce qui fait avancer les composants de la matière dure en fusion dans le canal de sortie 16 et dans le canal d'injection 10. Cette matière avance alors à l'intérieur de la cavité 1 1 en fonction de la vitesse d'injection préalablement programmée. Le flot de matière se plaque aux parois. La différence de température entre le moule de cette matière a tendance à figer cette matière dans sa partie externe, et à la transformer en une sorte de ballon élastique que ne demande qu'à se remplir. On arête alors la rotation de la vis 15, et l'on met en route la vis 18. Les composants de la matière amortissante en fusion 21 sont alors injectés à leur tour dans les canaux 16 et 10, puis dans la cavité 11, et ils passent à l'intérieur de l'enveloppe élastique formée par l'autre matière 19, pour gonfler celle-ci comme on gonfle un ballon. Finalement, la matière dure 19 vient se plaquer aux parois de la cavité 11 et vient remplir les entailles d'accrochage 2, tandis que la matière amortissante 21 vient remplir le cour de la cavité, entouré donc de cette enveloppe de matière dure 19. A noter que l'arbre 1 est inséré dans la cavité 1 1 du moule 8, 9 de manière à ne pas traverser celle-ci pour laisser libre passage aux deux matières thermoplastiques 19, 21, mais toutefois de sorte que les entailles (ou profils) d'accrochage 2 soient totalement placées à l'intérieur de cette cavité 11. De la sorte, c'est bien la matière dure 19 qui vient remplir et entourer ces entailles d'accrochage, selon un des deux objectifs de la présente invention. Après refroidissement, démoulage, et ébavurage, le résultat obtenu est celui représenté sur les figures 3 et 4, où l'ensemble pignon-arbre 5, 1 comporte une roue dentée 5 dont la partie d'accrochage axial 20 est en matière plastique mécaniquement très dure et donc résistante, où la denture externe 6 possède de mêmes caractéristiques de dureté et résistance, tandis que le coeur de la roue dentée 5 est constitué d'une matière amortissante 21, ce qui finalement a permis, à moindre coût, car en une seule opération de co-injection, de réaliser un engrenage ayant des propriétés d'amortissement des vibrations et donc du bruit, tout en gardant des propriétés de résistance mécanique et dureté aussi bien dans sa partie axiale d'accrochage que sur sa denture extérieure. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi que les épaisseurs relatives des matériaux dur 19 et amortissant 21 peuvent être autres que celles représentées sur les figures 3 et 4. Elles peuvent par exemple être réglées, à l'aide des paramètres d'injection, pour que les dents de la denture extérieure 6 soient totalement constituées en matériau dur 19, et non pas seulement en surface comme représenté en figure 4. C'est ainsi également que les entailles d'accrochage 2 pourraient être remplacées par d'autres profils d'accrochage, éventuellement des profils protubérants que la matière dure 19 viendrait alors simplement entourer. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un engrenage rotatif en matière thermoplastique, cet engrenage présentant une denture externe (6) et une partie axiale de transmission de mouvement (20), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser cet engrenage par coinjection, à travers une même buse d'injection (16, 10), de deux matières thermoplastiques de caractéristiques mécaniques différentes: une première matière thermoplastique (19) présentant de hautes performances de dureté qui est injectée en tout premier lieu dans l'orifice commun d'injection (16, 10), de manière à former l'enveloppe de l'engrenage, cette enveloppe comprenant sa partie axiale d'entraînement (20) ainsi qu'au moins la croûte externe de la denture (6), et une deuxième matière thermoplastique (21), qui est injectée ensuite et sans attendre, conformément à la technique de co-injection en soi connue, à l'intérieur de cette enveloppe non encore solidifiée, cette deuxième matière (21) possédant des qualités d'amortissement des vibrations, et étant de ce fait moins dure que la premiére. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on place, dans le moule d'injection (8, 9), l'arbre coaxial (1) sur lequel doit être fixé ledit engrenage, en positionnant cet arbre (1) de manière à ce qu'il laisse libre passage, dans la cavité de moulage (11) aux deux matières thermoplastiques (19, 21), mais toutefois de sorte que les profils d'accrochage (2) de l'engrenage (5) sur cet arbre (1) soient totalement placés à l'intérieur de cette cavité (11) de façon que ce soit la matière dure (19) qui vienne remplir et/ou entourer ces profils d'accrochage (2). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite matière externe dure est une matière plastique chargée en fibres de verre. 4. Engrenage rotatif en matière thermoplastique réalisé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sa surface externe, ou enveloppe, comprenant la denture (6) et sa partie axiale de transmission de mouvement (20), est constituée d'une matière thermoplastique relativement dure (19), telle qu'une matière chargée en fibres de verre, tandis que sa partie interne, ou coeur, est constituée d'une matière thermoplastique moins dure (21) et présentant des propriétés d'amortissement des vibrations. 5. Engrenage rotatif selon la revendication 4, réalisé par le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est fixé sur un arbre métallique (1) muni de profils d'accrochage (2), ladite matière dure (19) remplissant et/ou entourant ces profils d'accrochage.