Brevet FR2998625A1 — publié le 20140530

La présente invention concerne un dispositif de fixation d'un élément à un support et un équipement comportant un tel dispositif. Il est connu des satellites d'observation embar- quant un équipement optique non climatisé. L'équipement optique, par exemple un télescope, comporte des éléments optiques, dont un miroir, qui sont montés sur un support permettant de déplacer certains des éléments optiques les uns par rapport aux autres, par exemple pour pouvoir ba- layer une portion de la surface terrestre. Les performances de l'équipement optique dépendent, d'une part, de la qualité de fabrication des éléments optiques et, d'autre part, des contraintes qui seront exercées sur les éléments optiques une fois le sa- tellite en orbite, de telles contraintes pouvant engen- drer des déformations, voire des détériorations, des éléments optiques. D'une manière générale, lorsque des performances élevées sont recherchées, le miroir de l'équipement est généralement réalisé en verre dont les possibilités de polissage sont supérieures à celles des autres matériaux utilisés pour fabriquer des miroirs. Le miroir en verre est alors collé sur son support qui lui est généralement en métal. Cependant, dans un équipement optique non clima- tisé embarqué dans un satellite, la température varie de la température au sol, soit entre 10°C et 40°C en moyenne selon le lieu et la saison, jusqu'à la température du milieu spatial soit environ 80 K. Le verre ayant un coeffi- cient de dilatation thermique faible voire nul et son support en métal ayant un coefficient de dilatation thermique relativement important, il en résulte des dilatations thermiques différentielles dont l'ampleur engendrerait des contraintes élevées dans la colle et dans le mi- roir, contraintes qui pourraient aboutir à une rupture du film de colle ou à une déformation du miroir nuisible aux performances de l'équipement optique. Les miroirs métal- liques sont donc préférés aux miroirs en verre pour ces applications, ceux-ci offrant des possibilités de fixation mécaniques mieux adaptées à ces contraintes. Cependant, comme indiqué plus haut, la qualité optique maxi- male qu'il est possible d'obtenir avec des miroirs métalliques est inférieure à celle des miroirs en verre. Un but de l'invention est de fournir un moyen 10 pour la fixation à un support d'un élément sensible aux dilations thermiques différentielles. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif de fixation d'un élément à un support, compor- tant au moins un tenon solidaire de l'élément et une ba- 15 gue de liaison au support entourant le tenon pour exercer un effort de serrage du tenon, la bague de liaison comportant une bague interne en contact avec le tenon et une bague externe destinée à être reliée au support, les bagues interne et externe, coaxiales au tenon, coopérant 20 l'une avec l'autre et étant pourvues de moyens de compen- sation d'au moins une partie de dilatations thermiques différentielles de telle manière que l'effort de serrage soit sensiblement constant sur une plage prédéterminée de températures. 25 Ainsi, la bague interne est en contact avec le tenon et la bague externe est en contact avec le support, les bagues coopérant l'une avec l'autre et avec les moyens de compensation pour absorber les dilatations différentielles. De la sorte, l'effort de serrage est cons- 30 tant sur une plage prédéterminée de températures. Selon un mode de réalisation préféré, la bague externe comporte deux portions séparées l'une de l'autre par une fente axiale et est pourvue d'au moins un organe de serrage circonférentiel réunissant lesdites portions 35 en traversant la fente et, de préférence, l'organe de serrage prend appui sur l'une desdites portions par un élément élastique. L'élément élastique est particulièrement utile lorsqu'il existe des incertitudes des dilatations thermi- ques différentielles sur toute la plage thermique, notam- ment si les dilatations thermiques différentielles varient de façon non linéaire. Selon un mode de réalisation préféré, la bague interne est pourvue de fentes radiales agencées pour fa- voriser une dilatation radiale de la bague interne et, de préférence, la bague interne comprend une première série de fentes radiales s'étendant depuis une circonférence externe de la bague interne et une deuxième série de fentes radiales s'étendant depuis une circonférence interne de la bague interne et les fentes radiales de la bague interne sont symétriquement réparties par paires de telle manière que chaque paire de fentes adjacentes de la première série de fentes radiales sépare l'une de l'autre deux paires de fentes radiales de la deuxième série de fentes radiales. L'invention a également pour objet un équipement optique comportant un élément optique fixé à un support par au moins un dispositif du type ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue est une vue partielle en perspective d'un équipement optique selon l'invention, - la figure 2 est une vue de détail de la zone II de la figure 1 montrant plus particulièrement le dispositif de fixation de l'invention, - la figure 3 est une vue partielle de la bague interne et de la bague externe de la bague de liaison de l'invention. L'équipement optique selon l'invention est par exemple un télescope destiné à être embarqué dans un sa- tellite. L'équipement optique n'est pas climatisé et est donc amené à supporter une température de l'ordre de 10°C à 40°C au sol et une température de 80 K en orbite. Il s'agit d'une diminution de température sensiblement continue entre ces deux extrêmes. En référence aux figures, l'équipement optique comporte un élément optique, ici un miroir 1, fixé à un support 2 par trois dispositifs de fixation généralement désignés en 3. Le miroir 1 est réalisé en verre et plus particulièrement un verre du type de celui produit sous la marque ZERODUR par la société SCHOTT. Un tel verre présente la particularité d'avoir un coefficient de dilatation thermique sensiblement nul. Chaque dispositif de fixation 3 comprend un tenon 4, de forme cylindrique, solidaire du miroir 1. Les te- nons 4 s'étendent en saillie radiale de la périphérie du miroir 1 et sont répartis symétriquement en périphérie du miroir 1. Les tenons 4 s'étendent à 120° les uns des autres et sont réalisés d'une seule pièce avec le miroir 1. Chaque dispositif de fixation comporte une bague, généralement désignée en 5, de liaison au support 2, entourant le tenon 4 pour exercer un effort de serrage du tenon 4. La bague de liaison 5 comporte une bague interne 6 en contact avec le tenon 4 et une bague externe 7 des- tinée à être reliée au support 2. La bague interne 6 et la bague externe 7 sont coaxiales au tenon 4. La bague interne 6 est pourvue de fentes radiales agencées pour favoriser une dilatation radiale de la ba- gue interne 6. La bague interne 6 comprend plus précisé- ment une première série de fentes radiales 6.1 s'étendant depuis une circonférence externe de la bague interne 6 et une deuxième série de fentes radiales 6.2 s'étendant depuis une circonférence interne de la bague interne 6. Les fentes radiales 6.1, 6.2 de la bague interne sont symé- triquement réparties par paires de telle manière que chaque paire de fentes adjacentes de la première série de fentes radiales 6.1 sépare l'une de l'autre deux paires de fentes radiales de la deuxième série de fentes radia- les 6.2. La bague externe 7 comporte deux portions 7.1, 7.2 séparées l'une de l'autre par une fente 8 axiale et est pourvue de deux organes de serrage circonférentiel réunissant lesdites portions 7.1, 7.2 en traversant la fente 8 et les portions 7.1, 7.2. Les organes de serrage sont des vis 9 ayant une tête prenant appui contre la portion 7.1 et une extrémité filetée engagée dans un écrou 10 prenant appui contre la portion 7.2 par un élément élastique tel qu'un ressort 11. Le ressort 11 peut être un ressort hélicoïdal de compression ou un empile- ment de rondelles élastiquement déformables de type Belleville. La bague externe 7 est pourvue symétriquement de deux méplats 7.3 pour la fixation sur chacun d'une extré- mité d'un bras du support 2. Les bras s'étendent ici sen- siblement à 120° l'un de l'autre et ont une structure connue en elle-même. Le matériau de la bague interne 6 a ici un coef- ficient de dilatation thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique du matériau de la bague externe 7. La bague interne 6 est en acier et la bague externe 7 est en un métal à faible coefficient de dilatation thermique. Le métal en question est par exemple un alliage de fer et de nickel en relativement forte proportion, tel que celui commercialisé sous la marque INVAR par la so- ciété IMPHY ALLOYS. Lorsque l'équipement optique est soumis à la baisse de température, la bague externe 7 et la bague in- terne 6 tendent à se rétracter tandis que le ressort 11 absorbe la variation de longueur de la bague externe 7 de sorte que l'effort de serrage exercé sur le tenon 4 soit sensiblement constant sur la plage prédéterminée de températures. Ceci résulte d'une compensation des dilatations thermiques différentielles qui est permise par les fentes radiales 6.1, 6.2 de la bague interne 6 et par le ressort 11. L'agencement des fentes radiales 6.1, 6.2 permet d'éviter que la contraction de la bague interne 6 n'engendre un couple parasite sur le tenon 4 et/ou la ba- gue externe 7. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, l'invention est adaptée à la fixation de tout élément optique, miroir, lentille, capteur, et plus généralement de tout élément dont la géométrie et/ou le positionnement doivent être peu sensibles aux dilatations thermiques différentielles. L'invention peut donc être utilisée hors du domaine optique pour la fixation de tout type d'élément à un autre. La bague externe peut être serrée sur la bague interne par un organe de serrage différent de ceux décrits. L'élément élastique peut en outre être omis lors- que les variations de dilatation différentielle sont connues sur toute la plage thermique. La bague de liaison peut avoir une structure différente de celle décrite et comprendre par exemple des bagues interne et externe coopérant par des surfaces tronconiques de telle manière que l'effort de serrage et la compensation des dilatations thermiques différentielles résultent de l'enfoncement relatif de la bague interne dans la bague externe, l'effort d'enfoncement étant exercé par un organe élastique à précontrainte réglable. L'invention peut être adaptée à des plages ther- miques différentes de celle décrite. REVENDICATIONS1. Dispositif de fixation d'un élément à un support (2), comportant au moins un tenon (4) solidaire de l'élément et une bague de liaison (5) au support entou- rant le tenon pour exercer un effort de serrage du tenon, la bague de liaison comportant une bague interne (6) en contact avec le tenon et une bague externe (7) destinée à être reliée au support, les bagues interne et externe, coaxiales au tenon, coopérant l'une avec l'autre et étant pourvues de moyens de compensation d'au moins une partie de dilatations thermiques différentielles de telle manière que l'effort de serrage soit sensiblement constant sur une plage prédéterminée de températures. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans le- quel la bague externe (7) comporte deux portions (7.1, 7.2) séparées l'une de l'autre par une fente (8) axiale et est pourvue d'au moins un organe de serrage (9,10) circonférentiel réunissant lesdites portions en traver- sant la fente. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'organe de serrage (9, 10) prend appui sur l'une desdites portions par un élément élastique (11). 4. Dispositif selon la revendication 1, dans le- quel la bague interne (6) est pourvue de fentes radiales (6.1, 6.2) agencées pour favoriser une dilatation radiale de la bague interne. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la bague interne (6) comprend une première série de fentes radiales (6.1) s'étendant depuis une circonférence externe de la bague interne et une deuxième série de fentes radiales (6.2) s'étendant depuis une circonférence interne de la bague interne. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans le- quel les fentes radiales (6.1, 6.2) de la bague internesont symétriquement réparties par paires de telle manière que chaque paire de fentes adjacentes de la première série de fentes radiales sépare l'une de l'autre deux paires de fentes radiales de la deuxième série de fentes ra- diales. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, l'élément étant en verre, le tenon (4) est en verre, la bague interne (6) est en acier et la bague externe (7) est en acier fortement allié en nickel. 8. Dispositif selon la revendication 1, dans le- quel la bague externe (7) est pourvue d'au moins un méplat (7.3) pour la fixation d'une extrémité d'un bras support. 9. Equipement optique comportant un élément opti- que (1) fixé à un support (2) par au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Equipement selon la revendication 9, dans lequel l'équipement optique est un miroir (1) en verre pourvu d'une pluralité de tenons (4) répartis symétrique- ment en périphérie du miroir et réalisés d'une seule pièce avec le miroir.