Brevet FR2862232A1 — publié le 20050520

La présente invention concerne un engin de loisir qui permet d'évoluer en descente de manière droite ou curviligne en contrôlant sa vitesse sur un terrain en pente à la surface irrégulière, situation que l'on trouve dans les prés, en sous bois ou en station de ski quand la neige a fondu. La pratique de l'activité liée à l'invention nécessite l'utilisation de chaussures à coques rigides et de bâtons type bâtons de ski de descente. L'invention permet d'effectuer des courbes de différents rayons en fonction de l'impulsion de l'utilisateur. Un rappel par ressorts complété d'une indexation élastique donne le sens de roulage naturel du patin qui est la ligne droite. Il existe déjà des engins roulants adaptés pour un usage tout-terrain qui se pratiquent debout mais 10 nombre d'entre eux ne sont que des déclinaisons grandes roues du matériel à vocation macadam existant. Quelques engins comportant un patin indépendant de l'autre sous chaque pied et spécifiques à cet usage dans la pente sont limités par le diamètre de leurs roues ou ne permettent pas de réaliser de vrais virages ou alors nécessitent un système de freins pour le contrôle de la vitesse. Le principe de l'invention permet un choix entre une trajectoire rectiligne ou des virages de rayons variables sur un terrain à la surface grossière avec une conception forçant le roulage naturel en ligne droite sans action volontaire de l'utilisateur. Les roues de grand diamètre rejetées en avant et en arrière du pied permettent une pratique sur des sols irréguliers. Le fonctionnement naturel du patin est la ligne droite. Cette caractéristique est liée à la conjonction de 3 phénomènes: En premier lieu, la position naturelle des pieds qui se rapproche de deux lignes parallèles. En second lieu, chacun des deux bras arrières (Bod), (Bog) de chaque patin est maintenu en position ligne droite par une indexation élastique réglable en dureté permettant un échappement sous contrainte (Vbd), (Cid). Tout ceci est complété d' un maintien en position médiane par des ressorts (Rrd), (Rrg) de la semelle (Se) qui peut pivoter d'une vingtaine de degrés autour de son axe avant (Api). Le déclenchement du virage est produit par le pratiquant qui agit par la rotation de son corps en effectuant un vissage des épaules dans le sens du virage. Cette impulsion engendre une rotation des pieds qui sont chacun maintenus sur la semelle (Se), celle ci pivote dans le même sens autour de son axe avant (Api), entraîne un câble (Câ) fixé sous sa partie arrière qui part dans le plan de celle-ci et perpendiculairement à son axe. Chaque extrémité de ce câble (Câ) est reliée respectivement à chacun des deux bras oscillants arrières (Bod)(Bog) ; le milieu du câble (Câ) étant fixé sur l'arrière de la semelle (Se) afin que celui-ci soit perpendiculaire à l'axe du patin (Alj). Chaque moitié de câble circule respectivement dans la gorge de poulies (Pod)(Pog) montées en saillies chacune sur un axe (Apo) lié au châssis supérieur (Chs) de part et d'autre de la semelle (Se), ce renvoi d'un quart de tour vers l'arrière oriente le câble (Câ) parallèlement à l'axe longitudinal du patin (Alj) jusqu'à son extrémité qui est maintenue solidairement aux supports de roue arrière (Prg) et (Prd) par la vis (VI). La rotation de la semelle (Se) vers l'extérieur du virage, rotation à droite du plan P1 pour un virage à gauche et à gauche du plan PI pour un virage à droite, exerce une traction sur le demi-câble (Câ) qui, via son passage dans la gorge de la poulie (Pog) ou (Pod), entraîne le bras oscillant (Bog) ou (Bod) en translation vers l' avant dans le plan P2 suivant l'axe (Alj). Simultanément, par l'intermédiaire des deux doubles charnières (Dcg),(Dcd) et du basculeur (Ba) monté sur l'axe (Aba) solidaire du châssis (Chi), ((Chs) l'autre bras oscillant est entraîné vers l'arrière dans le plan P2 suivant l'axe (Alj) par effet de balancier. Fig 1 représente de profil un engin de loisir permettant d'évoluer en descente sur un sol à la surface grossière. Fig 1 b est une vue de dessus d'un engin de loisir dont la demie partie supérieure représente le patin en position en ligne et la demie partie inférieure le patin en position braquée. Fig 2 définit les plans de références des mouvements internes et externes de chaque patin: P1 représente le plan longitudinal du patin dans lequel se situe le sens de roulage naturel. P2 est un plan parallèle au sol passant par les axes des roues (Arr),(Arv) dans lequel se produit la translation des bras arrières (Bog),(Bod) et sécant au plan PI par l'axe (Alj). P3 est un plan qui passe par l'axe de rotation de la roue arrière (Arr) et qui représente le braquage de cette roue par rotation du plan P3 par rapport au plan P1 suivant l'axe (Abr). P4 est un plan passant par l'axe longitudinal de la semelle. Il définit le mouvement de rotation de la semelle par rapport au caisson. Il pivote autour de l'axe (Api). Fig 3 et 4 montrent le principe et les éléments relatifs au fonctionnement et à la commande des deux bras arrières, à la rotation de la semelle, à la fonction des câbles, poulies, charnières et basculeur. Le schéma représente à gauche le patin en position naturelle (fig 3a et 4a) et à droite le patin en position braqué (fig 3b et 4b). Fig 3a et 3b représentent l'ensemble roues arrières + axes + roulements, les deux bras oscillants + supports de roue arrière, les doubles charnières et le basculeur. Fig 4a et 4b représentent l'ensemble roues arrières + axes + roulements + supports de roues arrières, le cheminement du câble guidé par les deux poulies, la semelle et sa butée d'appui pour les ressorts de rappels qui participent à l'orientation en ligne droite de la roue arrière donc du patin lui-même. Fig 5 est une section suivant un plan parallèle à P3, sécant par l'axe (Api) et perpendiculaire au plan Pl. Elle montre le principe et les éléments relatifs à l'ensemble de guidage avant des bras oscillants englobant le principe, l'implantation et les éléments du pivot de semelle. Fig 6 montre le principe et les éléments relatifs au guidage arrière des bras oscillants et au système d'indexation élastique Fig 7 montre le principe et les éléments relatifs à l'ensemble doubles charnières + basculeur 5 qui régit le renvoi de translation des bras arrières. Plus généralement, l'engin de loisir représenté par les fig 1, 1b, 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 5, 6 et 7 est destiné à être utilisé pour évoluer en descente sur un sol à la surface grossière Pour des commodités de compréhension, les descriptifs de fonctionnements qui vont suivre seront relatifs à un seul patin sachant que sa construction est identique quelque soit sa position sous le pied droit ou gauche de l'utilisateur. De même, chaque patin est symétrique par rapport au plan PI. Selon le présent exemple de réalisation, l'engin de loisir est composé de: Une roue avant (Rav) de gros diamètre équipée d'un pneu à chambre dont la pression de gonflage est modulable. Cette roue fixe ne tourne que dans le plan P1 autour de son axe (Arv). Elle est bridée sur un arbre (Aav) d'axe (Arv) qui prend place dans son moyeu et qui est muni d'un roulement à billes (Rbv) en montage axe tournant sur chacune de ses extrémités. Les cages extérieures de chaque roulement prennent place respectivement dans des alésages usinés dans les deux bras avants (Bvg) et (Bvd) où elles sont bridées par pincement radial. Deux bras parallèles (Bvg) et (Bvd), qui prennent place entre le châssis supérieur et l' inférieur (Chs), (Chi) suivant leur plus grande longueur et qui remplissent une quadruple fonction: -Ils contribuent à la rigidité du caisson en étant utilisés comme des poutres à l'aplomb du pied. -Ils participent au positionnement des bras oscillants arrières (Bog) et (Bod) quand le patin est orienté en ligne droite; Dans ce cas là, ceux-ci sont en appui sur chacun des coussinets latéraux (Clr) fixés sur l'intérieur de chaque bras. -Ils supportent l'arbre de la roue avant. Pour la présente invention, l'ensemble du patin est du type rigide; La partie avant peut néanmoins comporter sur tout ou partie des bras avants une zone de déformation élastique ou un système d'amortissement autorisant des mouvements limités de la roue avant dans le plan Pl. -Ils permettent enfin de fermer le caisson sur ses parois latérales en protégeant les glissières et roulements internes des agressions extérieures. Deux plaques parallèles au plan P2 (Chs) et (Chi) enserrant les deux bras avants et bridées sur ceux-ci; l'ensemble plaques + bras avants formant le caisson du patin, l'épaisseur des plaques est suffisante pour en assurer la rigidité, au même titre que les bras avants. Leur parallélisme garantit un guidage correct des bras oscillants lors des braquages; la distance qui les sépare est suffisante pour laisser un jeu permettant le bon fonctionnement des glissières de bras oscillant, c'est à dire une cote supérieure à l'épaisseur des empilements: coussinet supérieur (Csv) + glissière à billes (Gbv) + bras oscillant (Bod) + coussinet inférieur (Civ) pour la partie avant et coussinet supérieur (Csr) + glissière à bille (Gbr) + bras oscillant (Bod) + coussinet inférieur (Cir) pour la partie arrière. Cette cote est également dimensionnée pour permettre la rotation des roulettes avants (Rld) et (Rlg) autour de l'axe (Alv) dont la fonction combine l'orientation et le guidage externe des bras oscillants. Comme les bras oscillants perdent leur parallélisme lors des virages, l'axe de roulette (Alv) est légèrement décalé par rapport au plan de section de la fig 5. Ces deux plaques aux formes identiques (Chi) et (Chs) possèdent les axes (Aba), 2 X (Alv) et (Api) en commun. La plaque inférieure (Chi) sert de support aux éléments intervenant dans le guidage des bras oscillants suivants: Les coussinets avants, 2 X (Civ), l'extrémité inférieure des arbres de roulettes (Rld) et (Rlg) ainsi que la douille cylindrique (Piv) ajustée dans la plaque inférieure (Chi) par son plus grand diamètre suivant l'axe (Api)et dans laquelle s'articule le pivot de la semelle (Pse); ceci pour la partie avant de la plaque donc du caisson. A l'opposé sont fixés sur la plaque inférieure les coussinets repérés (Cir) supportant la partie arrière des bras oscillants (Bog) et (Bod) et à l'extrémité arrière l'arbre du basculeur (Ba) 20 d'axe (Aba). La plaque supérieure (Chi) sert de support aux éléments intervenant dans le guidage des bras oscillants suivants (éléments à lintérieur du caisson) : Les coussinets (Csv) sur lesquels la cage supérieure des glissières à billes (Gbv) coulissent autour des tenons formant pivots (Tav). L'extrémité supérieure des roulettes (Rld) et (111g). La douille (Psv) centrée sur l'axe (Api) qui sert de guidage supérieur pour le pivot (Pse), les douilles enserrent l'entretoise (Env) et la cage intérieure du roulement (Rpv); ceci pour la partie avant. L'arrière de la plaque (Chi) reçoit les coussinets (Csr) sur lesquels coulisse la glissière à billes (Gbr); le mouvement de la cage supérieure de la glissière 30 (Gbr) est stoppée par des butées dans un sens parallèle à pi et libre dans un sens parallèle à P3. Sont également installées en saillies sur la plaque (Chs) à l'extérieur du caisson: -les deux poulies (Pod) et (Pog) d'axes (Apo) montées libres en rotation pour guider le câble (Cà). -les ressorts (Rrd) et (Rrg) qui assurent le centrage de la semelle (Se) en position ligne droite par actions réciproques et antagonistes sur la butée (Bus). -les 2 vis à billes (Vbd) qui contribuent à l'indexation ligne droite du patin en se positionnant dans le trou de la came (Cid), en complément de l'action des ressorts. L'extrémité arrière de la plaque reçoit le haut du basculeur (Ba) centré sur (Aba). Tous les éléments référencés comme des coussinets (Clr, Csr, Cir, Csv, Civ) ainsi que la came (Cid) sont réalisés dans un matériau qui présente de bonnes caractéristiques de frottement dynamique. Pour résumer, les éléments intervenant dans le guidage des bras oscillants à l'intérieur du caisson formé de l'assemblage des deux plaques (Chs), (Chi) et des deux bras avants (Avg) et (Avd) sont les suivants: Pour la partie avant: Les deux roulettes (Rld), (Rlg) sur les faces extérieures Les coussinets (Civ) sur les faces inférieures Le roulement à billes (Rpv) sur les faces intérieures L'ensemble formé par l'empilage glissière à billes (Gbv) + tenon (Tav) + coussinet (Csv) sur les faces supérieures Pour la partie arrière: Les coussinets (Clr) sur les faces extérieures des bras lorsque le patin est en 15 position en ligne. Les coussinets (Cie) pour les faces inférieures. L'ensemble formé par l'empilage glissières à billes (Gbr) + les coussinets (Csr) sur les faces supérieures. Une came (Cid) en matériau antifriction percée d'un trou dans lequel vient s'indexer la vis à bille (Vbd) solidaire du châssis sur (Chs) en fonctionnement ligne droite. Lors d'un virage, les bras arrières perdant leur parallélisme; la forme de la glissière de part et d'autre du trou central sur (Cid) guide le bras oscillant en fonction de cette perte de parallélisme sur la totalité de sa course. Dans le cas de l'invention, le défaut cumulé est de l'ordre de 3.5 mm pour les deux bras. Une semelle (Se) équipée de fixations du commerce dans lesquelles sont maintenues en place les chaussures à coques rigides de l'utilisateur C'est en premier lieu par l'intermédiaire de cette semelle que va être transmise l'impulsion conduisant à réaliser des courbes avec ces patins. En position naturelle, l'axe longitudinal de la semelle est élément du plan P4 et P1, orienté dans cette position par l'action des ressorts (Rrd) et (Rrg) sur la butée (Bus). L'avant de la semelle est fixé sur un arbre (Pse) d'axe (Api); celui ci prend place dans les douilles (Psv) et (Piv) également d'axe (Api) pour former un pivot qui autorise le mouvement de la semelle suivant un basculement du plan P4 de part et d'autre du plan Pl autour de l'axe (Api). La compression complète de l'un des ressort intervient comme une butée à ce mouvement de rotation. La semelle repose sur le caisson par l'intermédiaire du pivot (Pse) dans sa partie avant et par l'intermédiaire d'un sabot glissant fixé sous la semelle à l'arrière afin que la semelle et la plaque supérieure du caisson soient parallèles. A l'arrière de cet ensemble, un câble (Câ) est fixé par son milieu sous la semelle de telle manière que chaque demi brin se situe dans le même plan parallèle à P3. Ce point milieu bascule de part et d'autre du plan P1 autour de l'axe (Api) conjointement à la semelle (Se) lors des déclenchements de virages; ce principe est utilisé pour commander le mouvement des bras arrières (Bog) et (Bod). Lors d'un virage, le point milieu du câble suit une trajectoire circulaire centrée sur l'axe (Api). La dimension du rayon de courbure qui est supérieure à la longueur d'un pied chaussé conjuguée à la faible portion d'arc utilisée correspondant à une vingtaine de degrés conduit à considérer que le point milieu du câble (Câ) se déplace en translation rectiligne suivant l'axe longitudinal du câble dans un plan parallèle à P3 de part et d'autre du plan Plet perpendiculairement à celui ci. En considérant que la semelle bascule sur la droite du plan P1, donc sens trigonométrique si l'on regarde le patin de dessus suivant l'axe (Api); le câble (Câ) effectue une translation sur la droite dans le sens de son axe longitudinal parallèlement au plan P3; en conséquence, on considère le demi brin droit du câble (Câ) comme poussé et le demi brin gauche comme tiré. La course du brin tiré est égale à autant de déplacement du bras arrière correspondant; dans le cas présent, pour un décalage de la semelle vers la droite, c'est le bras gauche (Bog) qui est soumis à la traction du demi câble. Sur la plaque (Chs) sont montées en saillies deux poulies libres en rotation (Pod) et (Pog) dont la fonction est le renvoi de l'action de traction du câble, c'est à dire qu'elles orientent la translation du câble sous la semelle d'un sens parallèle à l'axe (Arr) vers une translation de sens parallèle à l'axe (Alj), le renvoi étant d'un quart de tour vers l'arrière du patin. Les deux poulies sont implantées afin de recevoir le câble tangentiellement à leur gorge extérieure pour la portion de celui-ci parallèle à l'axe (Arr) et afin de renvoyer les deux extrémités du câble (Câ) centrées au dessus de la partie terminale des bras arrières parallèlement au plan P1 où elles sont bridées sur chacun des porte roues (Prd) et (Prg) par la vis (VI). Ainsi, si l'on reprend l'exemple précédent, (basculement de la semelle vers la droite), le brin tiré du câble (Câ) agit sur le bras oscillant arrière gauche (Bog) qui ainsi se déplace vers l'avant suivant l'axe (Alj) dans le plan P2 d'une course équivalente au décalage de la semelle (Se) par rapport au plan Pl en étant guidé par l'ensemble des éléments mécaniques cités par ailleurs: roulement, coussinets, glissières à billes et roulette. Les deux bras oscillants sont reliés mécaniquement sur leur partie arrière par l'intermédiaire de l'ensemble basculeur (Ba) et des deux double charnières (Dcg) et (Dcd). Le rôle de cet ensemble est la transmission du mouvement de translation inversée dans le plan P2 d'un bras arrière vers l'autre lors des virages. C'est à dire que lorsque (Bog) avance, (Bod) recule et réciproquement. Le basculeur (Ba) est monté à l'arrière du châssis entre les deux plaques (Chi) et (Chs) avec un degré de liberté en rotation autour de l'axe (Aba). La double charnière (Dcg) est constituée de trois segments rigides reliés par des articulations. Son extrémité interne est fixée sur le basculeur et son extrémité externe est bridée sur la face intérieure du bras arrière (Bog). Si l'on reprend encore l'exemple déjà adopté (cas du virage à gauche): le bras gauche (Bog) avance en translation dans le plan P2; ainsi par l'intermédiaire de la charnière (Dcg), le mouvement se transforme en une rotation du basculeur (Ba)autour de son axe (Aba) inverse au sens trigonométrique. Le mouvement du basculeur se transmet vers la charnière droite (Dcd) qui par conséquent engendre une translation vers l'arrière du bras droit (Bod) dans le plan P2 parallèlement à l'axe (Alj) suivant les éléments de guidages précédemment cités. Pour résumer, tout se passe comme si l'ensemble bras+charnières+ basculeur se comportait comme une double liaison bielle-manivelle à commandes alternées. Le système de double charnières+basculeur peut être substitué par un autre principe de renvoi à obstacle comme une transmission pignon crémaillère, dans ce cas là, le pignon se substitue au roulement (Rpv) et une crémaillère est montée solidaire sur la face intérieure des bras oscillants. C'est à l'extrémité arrière des deux bras oscillants (Bog) et (Bod) que prennent place les porte roues (Prd) et (Prg), qui eux même supportent l'essieu de la roue arrière (Aar). Les porte roues sont bridés sur les bras arrières. Ils possèdent chacun un alésage d'axe (Arr) dans lequel est maintenu par pincement radial un roulement à rotule (Rrr); c'est lui qui permet la combinaison de roulage et de braquage de la roue arrière (Rar). On peut également envisager de séparer le roulage et le braquage en remplaçant les roulements à rotules par deux articulations sur roulements ou paliers lisses à axes orthogonaux remplissant la même fonction de liberté en rotation pour le roulage et le braquage. Un arbre (Aar) élément du plan P3 formant l'essieu de la roue arrière et dont les extrémités reçoivent chacune le roulement à rotule (Rrr). Cet arbre d'axe (Arr) oscille autour de l'axe (Abr) en fonction de la commande émanant de la semelle pour effectuer un virage. C'est à dire pour un virage à gauche: La semelle (Se) pivote vers la droite, elle entraîne en translation vers l'avant le bras gauche (Bog) par le biais du câble (Cà); en avançant, le bras gauche fait pivoter le basculeur (Ba) sens inverse trigonométrique entraînant via la charnière droite (Dcd) le bras droit en translation vers l'arrière. Le principe est symétriquement identique par rapport au plan Pl pour un virage à droite. Ainsi la liaison porte roues (Prd),(Prg)/ arbre (Arr) conduit celui ci à basculer autour de (Abr) en fonction du décalage des bras oscillants qui correspond au double de la course d'un bras arrière ou au double du décalage de la semelle (Se) par rapport au plan P1. Une roue arrière (Rar) similaire à la roue avant, montée de manière rigide sur l'arbre (Aar), dont le sens de rotation naturel s'effectue dans le plan Pl. Sa position centrale sur l'arbre (Aar) lui permet un basculement autour de l'axe (Abr) en fonction de la commande issue de la semelle (Se) comme décrit ci-dessus. On constate ainsi que la roue arrière pivote sur une vingtaine de degrés, ce qui donne pour un patin complet une courbe de 4 mètres de rayon en cas de braquage maximum. La construction de l'objet en référence est du type rigide, les irrégularités du sol étant seulement amorties par une pression de gonflage modérée des roues. Il est possible d'adapter des systèmes amortisseurs sur les bras arrière soit en leur prévoyant une zone de déformation élastique soit en utilisant un principe bras articulés + amortissement en compression ou détente avec ressorts métalliques ou élastomères. REVENDICATIONS 1. Engin de loisir pour évoluer en descente sur un sol à la surface grossière, qui s'utilise debout similairement aux patins à roues, par paire, le pratiquant muni de chaussures à coques rigides et équipé de bâtons type bâtons de ski. Chaque patin repose sur deux roues à pneus de gros diamètres positionnées respectivement à l'avant du châssis et dans le prolongement de celui ci pour la roue avant et à l'arrière du châssis et dans le prolongement de celui ci pour la roue arrière caractérisé en ce que la roue arrière est directrice. 2. Engin de loisir suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la roue arrière directrice braque sens horaire ou sens trigonométrique autour d'un axe vertical perpendiculaire et 10 sécant à son axe de rotation pour le roulage. 3. Engin de loisir suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que la roue arrière est implantée entre deux bras parallèles qui translatent à l'inverse dans le sens de leur plus grande longueur suivant un axe parallèle à l'axe longitudinal du patin. 4. Engin de loisir selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fonctionnement naturel de l'engin de loisir est la ligne droite selon un dispositif d'indexation élastique et de rappel par ressort orientant la rotation de la roue arrière dans le même plan que la roue avant pour le roulage. 5. Engin de loisir selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la roue arrière directrice est montée sur un arbre afin que la liaison entre l'arbre de roue dont l'axe de rotation est confondu avec l'axe de roulage de la roue arrière et l'extrémité arrière des bras oscillants est une liaison autorisant au minimum deux degrés de liberté en rotation, en l'occurrence roulage et braquage de la roue arrière selon 2 axes perpendiculaires et sécants éléments du plan de braquage de l'arbre de roue arrière dont l'un représente l'axe de rotation du roulage de la roue arrière et le second l'axe de braquage de l'arbre de roue par rapport à un plan parallèle au plan d'orientation des bras arrières donc parallèle à l'axe longitudinal du patin. 6. Engin de loisir selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que la semelle sur laquelle est maintenue la chaussure de l'utilisateur oscille vers la droite ou vers la gauche autour d'un pivot axé verticalement sous l'avant du pied de l'utilisateur par rapport à l'axe longitudinal du patin donc celui du châssis. La course de décalage de l'arrière de la semelle par rapport à l'axe longitudinal du patin correspond à autant de déplacement pour chacun des bras arrières avec respectivement un déplacement en translation vers l'avant du patin suivant un axe parallèle à l'axe longitudinal du patin de l'un des bras arrières et un déplacement en translation vers l'arrière du patin Suivant un axe parallèle à l'axe longitudinal du patin du bras arrière opposé. 7. Engin de loisir selon la revendication 6 caractérisé en ce que le décalage de la semelle génère une course perpendiculaire à l'axe longitudinal du patin dont le renvoi et l'effort de traction inhérent appliqués sur le bras arrière correspondant entraînent pour celui ci un déplacement en translation vers l'avant suivant un axe parallèle à l'axe longitudinal du patin identique en valeur absolue à la course de décalage. 8. Engin de loisir selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le déplacement en translation du bras arrière soumis à l'effort de traction issu du décalage de la semelle agit par un principe intermédiaire de basculeur en inversant le mouvement du bras arrière opposé en une translation vers l'arrière suivant un axe parallèle à l'axe longitudinal du patin dont la course en valeur absolue est égale à celle du bras menant donc celle du décalage de la semelle.