Brevet FR2777793A1 — publié le 19991029

ROUE DE PATIN COMPRENANT UNE BANDE ETIREE L'invention se rapporte à une roue de patin, plus particulièrement de patin en ligne ainsi qu'à une méthode de fabrication d'une telle roue. Depuis quelques années, le patin à roulette en ligne est une discipline sportive qui connaît un fort succès et une grande popularité avec un nombre de pratiquants aujourd'hui estimé à environ 30 millions. La discipline est aussi représentée lors d'événements populaires ou sportifs de plus en plus nombreux et organisés. La pratique a atteint récemment un niveau de maturité qui permet d'identifier différentes spécialités dont les plus connues sont: la course de vitesse ou de distance, l'approche récréationnelle ou " fitness ", la pratique de rue ou de " skate park >> pour " l'aggressive " et enfin le hockey. Le patin en ligne est apparenté au patinage sur glace et reprend sensiblement les mêmes mouvements ou manoeuvres tels que la poussée latérale lors du patinage, le virage croisé, le virage serré, le dérapage, la godille, etc. Dans le cas du patin en ligne, le contact avec le sol se fait par des roues orientées selon un axe sensiblement longitudinal qui ont à supporter de nombreuses sollicitations telles que des déformations par compression et des déformations latérales entraînant le phénomène de dérive lors de la prise de virages. Ainsi par exemple, l'aptitude à la déformation latérale conditionne la capacité de braquage et la stabilité de la roue. Une certaine déformabilité est donc demandée pour faciliter l'engagement du virage, les manoeuvres d'arrêt, ainsi que pour améliorer le confort de roulage. Il est aussi exigé de la roue qu'elle soit la plus résiliente possible. La résilience d'une roue se traduit par sa capacité à restituer le maximum d'énergie qui lui est transmise. Ceci s'apprécie facilement par l'effet de rebond de la roue qui joue un rôle propulseur en phase de patinage, par exemple. Une roue fortement résiliente favorise donc la vitesse car elle est capable de restituer une part importante de l'énergie lors de la détente de la roue qui suit sa compression. Une roue peu résiliente va absorber beaucoup de cette énergie et la dissiper sous forme de chaleur; ce qui réduira donc la vitesse. La déformabilité de la roue ne doit pas non plus dépasser un certain seuil sans quoi la capacité de roulement s'en trouve diminuée en raison, d'une part, des frottements engendrés par une surface de contact plus importante avec le sol; d'autre part, de la perte d'hystéresis correspondant à l'énergie dissipée lors de la déformation de la roue. Une trop grande déformabilité favorise aussi le risque de déjantage. A l'heure actuelle, la plupart des roues sont faites en élastomère du type polyuréthanne, dont les principales propriétés sont (entre autres): une bonne résilience, une bonne résistance à l'abrasion, un bon grip sur sol sec, un aspect attractif (bonne transparence et bonne capacité de coloration), la facilité de mise en oeuvre qui utilise la coulée, l'injection ou le moulage sur le moyeu et un choix dans une large gamme de duretés. Ce matériau a pourtant aussi des inconvénients. Il a tendance à s'user rapidement surtout dans les grades souples. Il ne présente pas une bonne tenue sur sol mouillé; ce qui limite la pratique du patin aux conditions de sol parfaitement sec. Un autre inconvénient vient de la difficulté à maintenir la bande de roulement sur le moyeu et à éviter les risques de déjantage. Ainsi, pour favoriser l'accrochage, l'intérieur des moyeux est garni d'une structure d'accrochage telle que des renforts ajourés mais cela complique la conception et la fabrication des moyeux. Il est aussi connu de réaliser des roues pleines en caoutchouc. A partir d'un certain seuil minimal de résilience acceptable, ces roues ont l'inconvénient de présenter une très faible durabilité, en particulier une faible résistance à l'abrasion. De plus l'adhérisation du caoutchouc est aussi difficile à réaliser, en particulier sur certains moyeux, comme les moyeux plastiques. Il n'a donc pas été présenté, à la connaissance du demandeur, une roue de patin possédant à la fois des caractéristiques mécaniques optimales; en particulier, une bonne résilience et à la fois une bonne tenue sur une structure de moyeu de conception simple et économique. De plus, il a été constaté qu'il n'existe pas non plus de roue ayant véritablement une bonne adhérence sur tout type de sol, y compris sur sol humide qui puisse rendre la pratique du patin possible quelles que soient les conditions climatiques. Il existe donc un besoin pour une roue qui présente des propriétés supérieures de résilience, une excellente résistance à l'abrasion et qui puisse être assemblée facilement et de manière économique sur un moyeu, lui-même de conception simple. Il existe aussi un besoin de proposer une roue capable de rouler sur un sol humide tout en gardant les propriétés susmentionnées. La présente invention se propose donc de répondre à l'ensemble de ces besoins non entièrement satisfaits. Pour cela, l'invention concerne une roue de patin comprenant: un moyeu destiné à tourner autour d'un axe de rotation; le moyeu comprenant une surface de réception sensiblement annulaire; un bandage entourant ledit moyeu au contact de ladite surface de réception. Le bandage comprend au moins une couche comprenant un matériau polymère cristallisable dont au moins une partie est dans une configuration étirée selon une direction radiale par rapport à l'axe de rotation du moyeu. En effet, on constate que dans certaines conditions, l'étirement au moins partiel d'une couche, formant tout ou partie du bandage, apporte une augmentation des propriétés de résilience par rapport à une couche se trouvant dans une configuration de repos sur le moyeu; c'est-à- dire non étirée radialement. Dans les mêmes conditions, on constate aussi une augmentation des caractéristiques de résistance à l'abrasion. Dans les mêmes conditions, on favorise le maintien d'au moins une partie du bandage sur le moyeu. Ceci a pour conséquence de donner plus de liberté et de simplicité dans la conception et la fabrication des moyeux. De préférence, la couche est amenée dans une configuration étirée suffisante pour atteindre une valeur d'allongement correspondant à un état de cristallisation du matériau polymère. En effet, une fois le seuil de cristallisation du polymère atteint par étirement de la couche, on obtient une brusque augmentation des propriétés de résilience du matériau. La cristallisation apparaît comme un phénomène microstructurel qui tend à orienter les chaînes moléculaires et aboutit à une augmentation du module élastique du matériau. A l'inverse, la viscoélasticité, qui est la capacité à absorber l'énergie par les chocs, décroît de sorte que moins d'énergie est dissipée lors du patinage et davantage d'énergie est restituée pour favoriser l'effet de rebond. Toutefois, le confort peut être maintenu à un seuil satisfaisant par le choix d'un matériau dans un grade de dureté approprié. Le montant d'élongation atteint par au moins une partie de la couche est préférablement d'au moins 200 % d'allongement, plus préférablement, d'au moins 300 % afin d'atteindre le seuil de cristallisation du matériau. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, le matériau est à base de caoutchouc naturel. Le caoutchouc naturel a la capacité de fortement cristalliser après élongation du fait de sa structure en chaînes linéaires. Il est très résistant et possède une excellente adhérence sur sol humide. Il possède aussi la capacité à générer un très faible échauffement sous sollicitations dynamiques alternées. Toutefois, l'emploi d'autres matériaux ayant de bonnes propriétés de cristallisation lors d'un allongement peut être envisagé; de manière isolée ou en mélange à d'autres ingrédients tels que des accélérateurs, protecteurs, charges, plastifiants, agents de vulcanisation, etc. Un autre aspect de l'invention se rapporte à la méthode de fabrication de la roue selon l'invention. Elle comprend les étapes suivantes: on dispose d'un moyeu ayant une surface de réception sensiblement annulaire de section déterminée; on dispose d'au moins une bande continue de forme torique dont le diamètre interne initial est inférieur au diamètre dudit moyeu; on applique un effort d'allongement radial sur ladite bande jusqu'à étendre sa section interne au moins au delà du diamètre de la surface de réception dudit moyeu; et, l'on met en place ladite bande autour de ladite surface de réception de sorte que le diamètre final de ladite bande soit supérieur au diamètre initial. Dans une configuration préférentielle, les dimensions initiales de ladite bande sont prédéterminées de façon à ce qu'une fois en place autour de ladite surface de réception, une partie au moins de la bande atteint le seuil de cristallisation. Selon un autre aspect de l'invention, la méthode de fabrication d'une roue de patin comprend les étapes suivantes: on dispose d'un moyeu; on dispose d'au moins une bande continue de forme torique dans une configuration de repos; on applique un effort d'allongement radial sur ladite bande; on met en place ladite bande autour dudit moyeu dans une configuration étirée; ladite bande comprenant au moins une ligne concentrique ayant un diamètre initial dans la configuration de repos de la bande qui est prédéterminé de façon à ce qu'une fois en place autour du moyeu dans sa configuration étirée; la ligne concentrique atteint un diamètre final correspondant à une quantité d'allongement de ladite ligne d'au moins 200 % par rapport au diamètre initial. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description détaillée des dessins qui suivent dans lesquels: la figure I est une vue en coupe transversale d'une roue selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique de l'opération de montage de la roue avant étirement de la bande; la figure 3 est une vue schématique de l'opération de montage lors de l'étirement de la bande et le positionnement sur le moyeu; la figure 4 est une variante de la roue de la figure 1 la figure 5 est une autre variante de la roue de la figure 1 la figure 6 est un graphe qui montre l'évolution de la contrainte en traction en fonction de l'allongement pour certains matériaux caoutchouc. En référence à la figure 1, la roue I se compose d'un moyeu 2 et d'un bandage 3. Le moyeu a la forme générale d'un cylindre s'étendant selon un axe longitudinal 1-I'. Il comprend un corps principal creux 20 à l'intérieur duquel sont destinés à se loger des roulements et un axe de roue (non représentés). Le corps principal comprend une surface externe de réception 23 sensiblement annulaire. A chaque extrémité du moyeu se prolongent radialement des rebords périphériques 21, 22 qui forment avec la surface de réception une cuvette annulaire pour le logement et le maintien latéral du bandage. En section transversale, le moyeu présente l'avantage de procurer un bon maintien latéral du bandage qui limite sa déformation en fléchissement latéral et l'empêche de quitter accidentellement le moyeu. Les rebords sont munis avantageusement de bossages latéraux internes 210, 220 qui assurent une fonction de pincement localisé de la base du bandage pour une meilleure tenue dans le moyeu. Dans un premier exemple, le moyeu 2 comprend un bandage muni d'une unique couche 30 en matériau polymère cristallisable qui se trouve dans des conditions d'étirement sur le moyeu. Plus précisément, la couche 30 qui vient en contact sur la surface 23 du moyeu est étirée suffisamment pour lui permettre d'atteindre un niveau de cristallisation de sa structure polymérique qui modifie certaines de ses caractéristiques mécaniques. En fonction de la nature et de la dureté du matériau, le niveau d'allongement nécessaire à l'obtention des bénéfices désirés peut varier de façon significative. Le point de départ de la cristallisation et le taux de cristallisation peuvent varier en fonction de certains paramètres comme le taux d'allongement du matériau et la température. Dans le cas de l'invention, l'élongation de la couche est obtenue en entourant le moyeu, ayant un certain diamètre externe D, d'une bande de diamètre interne initial inférieur. Au delà d'un certain seuil, on obtient la cristallisation d'au moins une partie du matériau constitutif de la bande. Pour obtenir dans une zone au moins du bandage de la roue un taux de cristallisation satisfaisant susceptible d'engendrer une augmentation des caractéristiques mécaniques dans cette zone, on a constaté qu'une partie au moins de la couche doit préférablement être étirée d'au moins 200 % par rapport à sa taille initiale; plus préférablement, d'au moins 300 %. On considère qu'une partie de la couche atteint cet état lorsqu'il est possible d'identifier à l'intérieur de la matière formant la couche au moins une ligne concentrique O autour de l'axe I-I' dont l'allongement entre son diamètre initial 1 (figure 2) et son diamètre final L (figure 1) atteind les valeurs d'allongement déterminées. Le diamètre initial I peut être obtenu par la formule suivante: dans laquelle x (en pourcentage) représente la quantité d'allongement à produire; (L-l)/l = x/100 De préférence, la couche est choisie parmi les matériaux élastomériques cristallisables du groupe suivant: caoutchouc naturel, polyisoprène synthétique, caoutchouc silicone, polychloroprène, et les caoutchoucs thermoplastiques cristallisables. Le caoutchouc naturel est le polymère préféré pour ces propriétés particulières dans le cadre de l'invention. Le caoutchouc naturel possède une bonne aptitude à cristalliser. Il est connu sous la dénomination chimique de polyisoprène cis 1,4. Il est dérivé de 1' Hevea Brasiliensis. Il s'agit d'un polymère à longues chaînes linéaires comprenant des séquences répétées d'unités isopréniques (C5H8). Sa densité est d'environ 0.93 g/cc à 20 C. Sa masse moléculaire moyenne (en nombre: Mn) est comprise entre 250.000 et 2.700.000. Il est disponible dans une large plage de duretés. Dans l'application de l'invention, une bande de roulement en caoutchouc naturel possède un bon pouvoir d'adhésion sur sol mouillé et une très bonne résistance à l'usure. Le caoutchouc naturel est disponible dans des tons clairs (crêpes blancs) et peut être facilement mélangé à d'autres matériaux. Sa plage d'utilisation en température est large puisqu'elle varie de - 50 à + 70 C. Enfin, il s'agit d'un produit écologique non dérivé des produits pétroliers. Le graphe de la figure 6 illustre l'allure générale de la courbe de l'évolution de la contrainte en traction (en ordonnée) en fonction de l'allongement (en abscisse). Dans le cas d'un caoutchouc naturel représenté par la courbe A, on observe une remontée de type exponentielle de la contrainte à partir d'une valeur déterminée d'allongement correspondant à l'atteinte du seuil de cristallisation du matériau. En comparaison, dans le cas d'un caoutchouc non cristallisable tel qu'un SBR, représenté par la courbe B, la courbe présente une allure progressive du type logarythmique sans brusque remontée de la valeur de la contrainte. Les bénéfices de l'invention seront donc recherchés dans la portion exponentielle de la courbe A. Le matériau formant la couche étirée est préférablement choisi dans un grade de dureté relativement faible à moyenne; entre 35 et 90 shore A, de façon à obtenir après étirement une bande apportant un bon confort et aussi une facilité de posage de la bande sur le moyeu tout en gardant une capacité de rebond importante. Il est entendu que l'étirement se fait préférentiellement dans la direction radiale de la roue c'est-à-dire, dans la direction du plan longitudinal médian P. L'étirement est une déformation à volume constant entraînant des modifications géométriques et dimensionnelles du profil du bandage. Il est entendu que les caractéristiques mécaniques vont varier de façon significative selon les différentes directions et ne vont pas être homogènes quelle que soit la direction considérée. L'étirement de la couche 30 exerce une contrainte de serrage sur le moyeu qui a pour but de réaliser la tenue du bandage sur le moyeu. Pour cela, l'invention propose de combiner un moyeu à section en U avec un bandage dans une configuration étirée. Un moyen d'adhésion n'est en principe pas nécessaire. Toutefois, on peut prévoir une couche de colle entre le moyeu et la bande 30 de façon à réduire encore le risque de déjantage. Les figures 2 et 3 illustrent la méthode de montage de la bande sur le moyeu. On dispose d'une bande initiale 30a continue ayant une forme torique dont le diamètre interne d est inférieur au diamètre D de la surface de réception 23 du moyeu. La bande possède préférentiellement une surface interne destinée à s'appliquer contre la surface 23 du moyeu. Un effort d'allongement radial sur la bande est appliqué dans la direction des flèches " " jusqu'à ce que l'extension de la bande atteigne une valeur de diamètre suffisante pour permettre le passage du moyeu. L'extension de la bande peut être produite au moyen d'un cône d'expansion 4 positionné de façon adjacente sur l'un des côtés du moyeu 2. On applique un effort latéral " F " dirigé sensiblement perpendiculairement au plan longitudinal médian P. L'application de cet effort fait glisser la bande le long du cône d'expansion; ce qui fait augmenter son diamètre jusqu'à atteindre un diamètre suffisant; supérieur au diamètre des rebords 21, 22. La bande est ensuite mise en place autour de la surface annulaire de réception 23. Dans le cas du caoutchouc naturel, la bande torique initiale est obtenue par le mélange d'une formulation, la mise en moule et la cuisson pour activer la vulcanisation pendant environ 15 à 20 minutes. Des quantités en série de bandes peuvent être obtenues par l'emploi de moules multi-empreintes. La figure 4 montre une variante de l'invention dans laquelle le bandage 3 comprend une bande interne 31 recouverte d'une bande externe 32. Dans un premier mode possible, la bande interne 31 est dans une configuration étirée alors que la bande externe 32 est une bande de recouvrement non étirée. La bande externe peut être mise en place par moulage, coulée ou injection au contact de la bande interne. La bande externe peut être en matériau polyuréthanne, par exemple, ou autre. Une telle configuration peut avoir les avantages d'une structure multicouches dans la recherche de fonctions dissociées par couches. Par exemple, la couche interne peut favoriser la résilience alors que la couche externe aura plus un rôle de protection contre les agressions extérieures (coupures, abrasion,...). Bien entendu, le cas inverse o la couche préétirée est externe et la couche moulée ou injectée est interne peut être envisagé. Dans un autre mode envisageable, les deux couches 31, 32 sont formées d'un matériau préétiré. Le matériau peut être identique ou différent selon les cas. Les matériaux peuvent être collés ou simplement assemblés sans couche d'adhésion. Une telle structure, en plus de certains avantages des précédentes, peut être nécessaire pour faciliter la mise en place sur le moyeu du fait de la moindre épaisseur à étirer. Cela peut permettre aussi de faire varier le taux d'allongement entre les couches et donc la raideur de la couche afin d'obtenir un gradient radial de raideur. La figure 5 montre une variante de conception du moyeu dans laquelle le moyeu 2 est formé de plusieurs pièces différentes assemblées de façon à faciliter le montage du bandage. Plus précisément, le moyeu comprend le corps principal 20 muni de sa surface de réception annulaire 23 sur laquelle prend position le bandage 3. Les rebords 21, 22 sont solidaires d'éléments latéraux séparés 24, 25 du corps 20. Ces éléments sont rapportés sur le corps après la mise en place du bandage. La fixation des éléments latéraux 24, 25 sur le corps principal 20 peut se faire par vissage, par exemple. Pour cela, chaque élément possède une portion cylindrique 26, 27 munie d'un filetage qui coopère avec un filetage complémentaire 28 ménagé sur les bords du corps principal 20. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et illustrés à titre préférentiel mais elle comprend tous les modes de réalisation possibles couverts par les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Roue de patin comprenant: un moyeu (2) destiné à tourner autour d'un axe de rotation (I-I'); le moyeu comprenant une surface de réception (23) sensiblement annulaire; un bandage (3) entourant ledit moyeu au contact de ladite surface de réception (23), caractérisée en ce que, le bandage (3) comprend au moins une couche (30) comprenant un matériau polymère cristallisable dont au moins une partie est dans une configuration étirée selon une direction radiale par rapport à l'axe de rotation (I-I') du moyeu. 2. Roue de patin selon la revendication 1, caractérisée en ce que, au moins une partie de ladite couche (30) est dans une configuration étirée suffisante pour atteindre une valeur d'allongement correspondant à un état de cristallisation du matériau polymère. 3. Roue de patin selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que, au moins une partie de ladite couche (30) est dans une configuration étirée d'au moins 200 % d'allongement. 4. Roue de patin selon la revendication 3, caractérisée en ce que, au moins une partie de ladite couche (30) est dans une configuration étirée d'au moins 300 % d'allongement. 5. Roue de patin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, le matériau constituant ladite couche (30. est choisi parmi le groupe comprenant: le caoutchouc naturel, le polyisoprène synthétique, le caoutchouc silicone, le polychloroprène et les caoutchoucs thermoplastiques cristallisables. 6. Roue de patin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, le matériau a une dureté initiale comprise entre 35 et 90 shore A. 7. Roue de patin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, le bandage (3) comprend au moins deux couches (31, 32) dont l'une (31) est dans une configuration étirée; l'autre (32) étant dans une configuration non étirée. 8. Roue de patin selon la revendication 7, caractérisée en ce que, la bande (31) formée dans un matériau étiré est interne et recouverte par une couche (32) externe formée par coulée, moulage ou injection directement sur la couche interne (31). 9. Roue de patin selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, le bandage (3) comprend au moins deux couches (31, 32) concentriquement disposées autour du moyeu (2) dans une configuration étirée; chaque couche ayant une quantité d'allongement différente de l'autre de façon à créer un gradient radial de raideur autour dudit moyeu. 10. Méthode de fabrication d'une roue de patin, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes suivantes: on dispose d'un moyeu (3) ayant une surface de réception (23) sensiblement annulaire de diamètre déterminé (D); on dispose d'au moins une bande continue (30a) de forme torique dont le diamètre interne initial (d) est inférieur au diamètre (D) dudit moyeu; on applique un effort d'allongement radial sur ladite bande (3) jusqu'à étendre son diamètre interne (d) au moins au delà du diamètre de la surface de réception dudit moyeu (D); et, l'on met en place ladite bande autour de ladite surface de réception (23) de sorte que le diamètre interne final de ladite bande soit supérieur au diamètre interne initial (d). 11. Méthode de fabrication d'une roue de patin selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend l'application d'un effort d'allongement radial au moyen d'un cône d'expansion (4) positionné sur le côté du moyen en appliquant sur la bande continue un effort dirigé sensiblement perpendiculairement au plan longitudinal médian (P) de façon à faire glisser ladite bande le long du cône jusqu'à sa mise en place contre la surface de réception (23) du moyeu. 12. Méthode de fabrication d'une roue selon les revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que, les dimensions et la géométrie initiales de ladite bande sont prédéterminées de façon à ce qu'une fois en place autour de ladite surface de réception (23), une partie au moins de la bande atteint un seuil de cristallisation. 13. Méthode de fabrication d'une roue selon l'une quelconque des revendications 10, 1 1 ou 12, caractérisée en ce que, ladite bande comprend au moins une ligne concentrique (O) dont le diamètre initial (1) est prédéterminé de façon à ce qu'une fois en place autour de ladite surface de réception (23), le diamètre final (L) de celle ligne atteint une valeur correspondant à un allongement d'au moins 200 %. 14. Méthode de fabrication d'une roue de patin, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes suivantes: on dispose d'un moyeu (3); on dispose d'au moins une bande continue (30a) de forme torique dans une configuration de repos; on applique un effort d'allongement radial sur ladite bande (3); on met en place ladite bande autour dudit moyeu dans une configuration étirée; ladite bande comprenant au moins une ligne concentrique (O) ayant un diamètre initial (1) dans la configuration de repos de la bande qui est prédéterminé de façon à ce qu'une fois en place autour du moyeu dans sa configuration étirée; la ligne concentrique (O) atteint un diamètre final (L) correspondant à une quantité d'allongement de ladite ligne (O) d'au moins % par rapport au diamètre initial (1).