Brevet FR2969025A1 — publié le 20120622

Outil de frappe à main permettant de réduire les vibrations, et son procédé de fabrication Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un outil de frappe à main, à savoir susceptible d'être utilisé sans moteur. Au sens de l'invention un tel outil est notamment, mais 10 non exclusivement, un marteau, une massette, une masse ou encore un maillet. État de la technique 15 De façon habituelle, un outil de frappe de type marteau se compose d'une poignée, permettant la prise en main par l'utilisateur, à laquelle est raccordée une tête de frappe. On conçoit que, lors d'actions répétées, un tel outil génère des vibrations substantielles se répercutant directement sur l'opérateur. Ceci s'accompagne de troubles musculo-squelettiques, tels des 20 douleurs au niveau du canal carpien ou une perte de sensation au bout des doigts. Ces troubles peuvent entraîner des arrêts de travail ponctuels, voire une perte durable de l'intégrité physique de l'opérateur. Afin de remédier à ce problème d'apparition de vibrations, la société 25 STANLEY a proposé un marteau forgé en une seule pièce. Un tel marteau définit une tige, reliant la poignée et la tête, laquelle tige est revêtue d'un matériau absorbant les vibrations. Cette même société a proposé un système de diapason, prévu au bout du manche, permettant de concentrer les vibrations. 30 Il a cependant été constaté que les solutions, présentées ci-dessus, n'apportent pas une solution satisfaisante au problème vibratoire, survenant lors de l'utilisation des outils de frappe. Objet de l'invention Dans ces conditions, l'invention vise à proposer un outil de frappe qui, tout en présentant une efficacité satisfaisante et un coût raisonnable, permet de 10 réduire significativement les vibrations, par rapport aux outils de l'état de la technique. L'outil selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend en outre une tige intermédiaire prolongeant le manche et supportant la tête, en ce que le 15 manche comprend un tube dans lequel s'étend partiellement la tige, cette tige et ce tube étant réalisés en un premier et un second matériaux rigides, présentant une première gamme de dureté, cette tige possédant une zone d'appui radial contre le tube, avec interposition d'une pièce de liaison, d'absorption des vibrations, réalisée en un matériau souple, présentant une 20 seconde dureté nettement inférieure à la première dureté, ainsi qu'une zone terminale libre, non recouverte par la pièce de liaison, espacée radialement des parois du tube de façon à pouvoir vibrer librement dans un volume interne du tube. 25 L'interposition de la pièce de liaison souple entre la tige et le tube, tous deux rigides, permet tout d'abord de casser le pont de vibrations. De plus, étant donné que la région terminale de la pointe est libre à l'intérieur du tube, ceci permet à la tige de vibrer dans une zone d'air réservée à cet effet, contribuant ainsi à isoler les vibrations. Enfin la rigidité de la tige tend à 30 augmenter la fréquence des vibrations, pour partie au-delà du seuil perçu par l'être humain, de sorte que le ressenti global de l'utilisateur est amélioré.5 D'autres caractéristiques techniques peuvent être utilisées isolément ou en combinaison : les matériaux rigides présentent une dureté comprise entre 30 et 60 Rockwell C, le premier matériau formant la tige présentant notamment une dureté comprise entre 42 et 50 Rockwell C, alors que le second matériau formant le tube présente notamment une dureté comprise entre 38 et 42 Rockwell C, ces matériaux rigides étant notamment métalliques, en particulier un acier le matériau souple présente une dureté comprise entre 60 et 80 Shore D, notamment entre 65 et 75 Shore D, ce matériau souple étant notamment une matière plastique, en particulier du polypropylène les parois en regard, d'une part de la zone d'appui et de la pièce de liaison, d'autre part de la pièce de liaison et du tube, sont en contact serré il existe un jeu fonctionnel entre les parois en regard de la zone d'appui et de la pièce de liaison, au niveau d'au moins une face frontale de l'outil au niveau d'au moins une face frontale de l'outil, la pièce de liaison est échancrée ou présente une bande d'un matériau mou, possédant une dureté comprise entre 0 et 50 Shore A la pièce de liaison comprend un fourreau entourant ladite zone d'appui ainsi qu'un col destiné à être intercalé axialement entre la poignée et la tige la poignée, la pièce de liaison et la tige sont fixées mutuellement par un organe de fixation s'étendant selon un noeud de vibrations de l'outil. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un outil tel que ci-dessus, caractérisé en ce qu'on solidarise mutuellement la tête et la tige, puis on place la pièce de liaison sur la tige dans la position définitive qu'elles doivent adopter, et enfin on emmanche la tige et la pièce de liaison à l'intérieur du tube. Selon une caractéristique avantageuse, on solidarise la tête et la tige par sertissage d'un fût de la tige dans un logement de la tête, et on effectue au préalable une opération de trempe et revenu sur l'ensemble de la tige, à l'exception du fût. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention 10 donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue de face, illustrant de façon éclatée les différents éléments constitutifs d'un outil selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe longitudinale, illustrant un outil selon 15 l'invention, une fois monté, la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III à la figure 2, les figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale, analogues à la figure 3, illustrant deux variantes de réalisation de l'invention, et 20 la figure 6 est une vue de face, illustrant plus particulièrement les noeuds de vibration auxquels est soumis, en service, un outil selon l'invention. Description d'un mode préférentiel de l'invention 25 Les différentes figures représentent un exemple d'outil de frappe selon l'invention, lequel est en l'occurrence un marteau. Cet outil 1 se compose essentiellement d'une tête de frappe 10, d'une tige intermédiaire 20, d'une pièce de liaison 30 destinée à amortir les vibrations, ainsi que d'une poignée de préhension 40. 30 La tête 10 est de structure classique, adaptée à la fonction souhaitée du marteau. Dans l'exemple elle est de forme allongée, en étant pourvue de griffes 12 permettant d'arracher des pointes ou des clous. Cette tête est en outre percée d'un logement 14 permettant l'insertion de la tige. La tige 20, qui s'étend dans le prolongement du manche 40, relie ce dernier à la tête 10. Elle est réalisée en un premier matériau dit rigide, qui est notamment métallique, en particulier de l'acier. Cette tige 20 possède un corps 21, terminé par un fût 22 destiné à être serti à l'intérieur du logement 14 précité. A l'opposée de ce fût le corps est prolongé, via un épaulement 23, par une pointe 24 destinée à pénétrer dans un tube appartenant à la poignée. Ce premier matériau rigide, formant la tige, possède une première gamme de dureté, comprise à titre indicatif entre 42 et 50 HRC (Hardness Rockwell C, ci-après « Rockwell C »). Cette valeur concerne l'ensemble de la tige à l'exception de son fût, qui est soumis à un traitement thermique différent comme on le verra ci-après. La pièce de liaison 30 est réalisée en un matériau dit souple, qui est notamment une matière plastique, en particulier du polypropylène. Ce matériau possède une seconde gamme de dureté, comprise à titre indicatif entre 60 et 80 Shore D. Cette pièce de liaison 30 comprend tout d'abord un col 32, destiné à venir en butée contre l'épaulement 23 de la tige 20, ainsi qu'un fourreau 34 destiné à s'étendre à la périphérie d'une partie de la pointe 24 de cette tige. Enfin la poignée 40 comprend tout d'abord un tube intérieur 42, formé d'un second matériau rigide identique ou similaire à celui constitutif de la tige 20. Ce second matériau rigide présente une dureté, comprise à titre indicatif entre 38 et 42 Rockwell C. Le tube 42 est entouré par un manchon 44, formé en tout matériau approprié en vue d'une prise en main satisfaisante. On notera que la tige, la pièce de liaison, le tube et le manchon sont percés de différents orifices 51 à 54, permettant le passage d'un organe de fixation. En vue du montage de l'outil, on sertit tout d'abord la tige 20 sur la tête. De façon avantageuse, on réalise au préalable une opération de trempe et revenu sur la tige, afin de lui conférer une résistance accrue à l'égard des flexions de l'outil. Cependant, on préfère que le fût 22 ne soit pas soumis à cette trempe afin de faciliter l'étape de sertissage. On met ensuite en place la pièce de liaison 30 sur la tige 20, de sorte que le col 32 vient en butée contre l'épaulement 23. Puis on emmanche, à l'intérieur du tube 42, l'ensemble formé par la tête 10, la tige 20 et la pièce de liaison 30. Enfin, on met en place un organe de fixation approprié 60, par exemple du type boulon ou analogue, au travers des différents orifices 51 à 54. Au terme de ce montage, le col 32 est intercalé axialement entre l'épaulement 23 et l'extrémité en regard du manchon 44. De plus, comme cela va être détaillé dans ce qui suit, la pointe 24 pénètre dans le volume intérieur du tube 42, avec interposition partielle du fourreau 34. En référence notamment à la figure 2, on note L42 la longueur du tube 42, et L24 la profondeur de pénétration de la pointe 24 dans le tube 20. De plus, on note 25 la zone dite d'appui de la pointe 24 recouverte par le fourreau, prenant appui radialement contre le tube, ainsi que 26 la zone dite libre de cette pointe, qui n'est pas recouverte. On note enfin L25 et L26 les longueurs respectives de ces deux zones, ainsi définies. On donne ci-après, de façon non limitative, différentes valeurs numériques : la profondeur de pénétration L24 est comprise entre 50 et 100 mm, notamment entre 60 et 70 mm. Une pénétration de longueur substantielle, de la tige dans le tube, est avantageuse car elle permet de reprendre l'effort de frappe jusqu'au bout du manche. le rapport L24/L42 entre la profondeur de pénétration et la longueur du tube est compris entre 0.22 et 0.45, notamment entre 0.26 et 0.32, en particulier voisin de 0.28. la longueur L25 de la zone d'appui radial est supérieure à 40 mm. 5 - la longueur L26 de la zone libre est supérieure à 15 mm. le rapport L25/L24 entre la longueur de la zone d'appui 25 et la profondeur de pénétration est compris entre 0.63 et 0.79, notamment entre 0.71 et 0.78, en particulier voisin de 0.75. 10 On fait maintenant référence à la figure 3, qui est une coupe transversale de l'outil au niveau de la zone d'appui 25. On note L et T les axes respectivement longitudinal et transversal, qui correspondent à l'orientation de la tête. On conçoit que l'essentiel des efforts de frappe s'exercent selon l'axe longitudinal. On appelle f les faces frontales de l'outil, en référence à 15 l'axe L, ainsi que I ses faces latérales. Dans l'exemple illustré les faces en regard, d'une part de la zone d'appui 25 de la tige 20 et du fourreau 34, d'autre part du fourreau et du tube 42, sont en contact serré. En d'autres termes, il n'existe aucun jeu fonctionnel entre ces 20 différents organes mécaniques. Cependant, à titre de variante représentée à la figure 4, on peut prévoir de ménager au moins un jeu fonctionnel entre la zone d'appui 125 de la tige 120 et le fourreau 134. De façon préférée, ce jeu J est présent uniquement au niveau d'au moins une face frontale f, mais en revanche pas au niveau des faces latérales I, ni entre le fourreau 134 et le 25 tube 142. Selon une variante supplémentaire représentée à la figure 5 le fourreau 234, interposé entre la zone d'appui 225 de la tige 220 et le tube 242, est formé de quatre bandes 2341 à 2344. Du côté des faces latérales I, les bandes 30 diamétralement opposées 2341 et 2342 sont réalisées en un matériau souple, tel que défini ci-dessus. En revanche les deux autres bandes 2343 et 2344, placées sur les faces frontales f, sont réalisées en un matériau mou. Ce dernier, qui possède une troisième gamme de dureté, comprise à titre indicatif entre 0 et 50 Shore A, est par exemple un élastomère. Enfin, dans une autre variante non représentée, le fourreau est échancré, à savoir que les deux bandes frontales 2343 et 2344 de matériau mou sont supprimées. Dans ce cas les faces en regard de la tige et du fourreau sont séparées par deux espaces vides, placés de façon frontale. En référence notamment aux figures 2 à 5, lors de l'utilisation de l'outil, la présence du fourreau souple 34, 134, 234 entre la tige 20, 120, 220 et le tube 42, 142, 242, tous deux rigides, contribue à casser le pont de vibrations. De plus, dans sa zone libre terminale 26, la tige est susceptible de vibrer dans un volume d'air réservé à cet effet. Ce volume, noté V sur la figure 2, est délimité par une partie du tube. Enfin on notera que la présence du manchon 44 en matériau élastomère est avantageuse, car elle contribue à amortir les vibrations de hautes fréquences. La figure 6 illustre les noeuds de vibration N1 et N2, associés à l'outil lors de son utilisation. Par nature, les modes de vibrations d'un outil de frappe le font osciller autour de deux axes sensiblement immobiles, lesquels forment les noeuds précités. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on ménage les orifices 51 à 54 à l'endroit du noeud inférieur N2, à savoir celui distant de la tête. L'organe de fixation 60 s'étend alors également selon ce noeud N2. Ceci permet de désolidariser la poignée par rapport à la tige, contribuant ainsi à réduire l'intensité vibratoire globalement ressentie par l'utilisateur. Selon une variante avantageuse, non représentée, on prévoit d'obstruer la 30 partie basse du tube 42 au moyen d'un bouchon en matière plastique. Ceci permet tout d'abord d'empêcher le polypropylène, constitutif du manchon 44, de pénétrer dans le tube lors de la mise en oeuvre par injection. Par ailleurs, on peut prévoir de conférer à ce bouchon toute forme appropriée, en vue de réduire les vibrations dans le tube. A titre non limitatif, ce bouchon peut notamment être plein ou de forme annulaire, ou bien être cruciforme ou cruciforme fendu en son milieu. REVENDICATIONS1. Outil de frappe à main, notamment de type marteau, comprenant un manche de préhension (40), ainsi qu'une tête de frappe (10), caractérisé en ce que cet outil comprend en outre une tige intermédiaire (20) prolongeant le manche (40) et supportant la tête (10), en ce que le manche comprend un tube (42) dans lequel s'étend partiellement la tige, cette tige et ce tube étant réalisés en un premier et un second matériaux rigides, présentant une première gamme de dureté, cette tige possédant une zone d'appui radial (25 ; 125 ; 225) contre le tube, avec interposition d'une pièce de liaison (30), d'absorption des vibrations, réalisée en un matériau souple, présentant une seconde dureté nettement inférieure à la première dureté, ainsi qu'une zone terminale libre (26), non recouverte par la pièce de liaison (30), espacée radialement des parois du tube (42) de façon à pouvoir vibrer librement dans un volume (V) interne du tube (42). 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux rigides présentent une dureté comprise entre 30 et 60 Rockwell C, le premier matériau formant la tige (20) présentant notamment une dureté comprise entre 42 et 50 Rockwell C, alors que le second matériau formant le tube (42) présente notamment une dureté comprise entre 38 et 42 Rockwell C, ces matériaux rigides étant notamment métalliques, en particulier un acier. 3. Outil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau souple présente une dureté comprise entre 60 et 80 Shore D, notamment entre 65 et 75 Shore D, ce matériau souple étant notamment une matière plastique, en particulier du polypropylène. 1030 4. Outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parois en regard, d'une part de la zone d'appui (25) et de la pièce de liaison (30), d'autre part de la pièce de liaison (30) et du tube (42), sont en contact serré. 5. Outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il existe un jeu fonctionnel (J) entre les parois en regard de la zone d'appui (125) et de la pièce de liaison (130), au niveau d'au moins une face frontale (f) de l'outil. 6. Outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, au niveau d'au moins une face frontale (f) de l'outil, la pièce de liaison (230) est échancrée ou présente une bande (2343, 2344) d'un matériau mou, possédant une dureté comprise entre 0 et 50 Shore A. 7. Outil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pièce de liaison (30) comprend un fourreau (34) entourant ladite zone d'appui (25), ainsi qu'un col (32) destiné à être intercalé axialement entre la poignée (40) et la tige (20). 8. Outil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la poignée 20 (40), la pièce de liaison (30) et la tige (20) sont fixées mutuellement par un organe de fixation (60) s'étendant selon un noeud (N2) de vibrations de l'outil. 9. Procédé de fabrication d'un outil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on solidarise mutuellement la tête (10) et 25 la tige (20), puis on place la pièce de liaison (30) sur la tige dans la position définitive qu'elles doivent adopter, et enfin on emmanche la tige et la pièce de liaison à l'intérieur du tube (42). 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on 30 solidarise la tête (10) et la tige (20) par sertissage d'un fût (22) de la tigedans un logement (14) de la tête, et en ce qu'on effectue au préalable une opération de trempe et revenu sur l'ensemble de la tige, à l'exception du fût.