Brevet FR3033008A1 — publié le 20160826

DISPOSITIF DE FIXATION ETANCHE PAR VISSAGE DE DEUX ELEMENTS STRUCTURELS. Domaine de l'invention La présente invention se rapporte aux dispositifs de fixation par vissage de deux éléments structurels, et concerne plus particulièrement un tel dispositif de fixation étanche. Arrière-plan de l'invention L'utilisation de systèmes de fixation par vissage de deux éléments structurels est particulièrement courante dans le domaine automobile, notamment pour solidariser le boîtier d'un bloc optique d'éclairage à des organes internes de ce bloc optique. L'étanchéité aux liquides et aux gaz est souvent requise au niveau d'une telle fixation afin d'éviter le phénomène de corrosion ainsi que l'apparition de buée sur la face interne de l'écran d'un tel bloc optique d'éclairage. Pour obtenir une telle étanchéité, il est connu de manchonner une rondelle en élastomère sur la tige filetée de la vis, préalablement aux opérations de vissage. Lors du vissage, cette rondelle est compressée entre la tête de la vis et la face supérieure du premier élément traversé ce qui entraine une diminution de son épaisseur et une augmentation de son diamètre. Malheureusement, ces rondelles en élastomères ont tendance à se 25 détériorer d'une manière plus ou moins rapide en fonction des conditions environnementales (température, pression, niveaux d'exposition aux rayons du soleil et d'agressivité des fluides avec lesquels elles sont en contact). Cette détérioration inéluctable des rondelles ne permet donc pas 30 de préserver un niveau d'étanchéité optimal sur l'ensemble de la durée de vie du véhicule, cette perte d'étanchéité se traduisant par l'infiltration de liquides et/ou de gaz à l'intérieur du boîtier via les micro-espaces présents entre les filets de la vis et le trou taraudé du boîtier dans lequel la tige de la vis est vissée. 3033008 2 Afin de garder une bonne étanchéité au cours du temps, la demande de brevet américaine US 5,281,065 divulgue une rondelle comprenant une base annulaire élastique et une capsule annulaire déchirable surmontant cette base annulaire et renfermant un agent 5 durcisseur tel que du silicone à séchage rapide. Le diamètre interne de cette capsule est inférieur à celui de la base, tandis que son bord périphérique interne présente une fine portion inclinée s'étendant radialement et vers le haut depuis la base. La rondelle est manchonnée sur la tige filetée de la vis 10 préalablement aux opérations de vissage et de sorte à ce que la capsule se positionne contre la tête de cette vis. Lors du vissage, la tête de la vis comprime la capsule contre la base. La capsule se rompt au niveau de sa portion la plus fine du fait de cette compression, ce qui provoque libération de l'agent durcisseur qui 15 se déverse dans l'espace formé entre le bord périphérique interne de la base et la tige filetée de la vis. L'agent durcisseur va ensuite s'écouler le long de la tige de la vis et combler les micro- espaces présents entre les filets de la vis et le trou taraudé de l'élément structurel. En séchant au contact de l'air, cet agent durcisseur va ainsi 20 empêcher les liquides et gaz de pénétrer à l'intérieur de l'élément structurel. L'ajout d'une telle rondelle entraine une complexification des opérations d'assemblage (nécessité de respecter un sens d'insertion afin que la capsule soit au contact de la tête de vis) ainsi qu'une augmentation non négligeable des coûts de revient (de l'ordre de plusieurs centimes par rondelle). Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à proposer un dispositif de 30 fixation par vissage à la fois simple, économique et assurant un excellent maintien du niveau d'étanchéité au cours du temps. Elle propose à cet effet, un dispositif de fixation par vissage de deux éléments structurels comportant une vis métallique munie d'une tête circulaire à face inférieure plane et d'un corps fileté apte à 3033008 3 traverser un orifice circulaire pratiqué dans un premier élément structurel puis à être vissé dans un second élément structurel ; caractérisé en ce que ledit dispositif de fixation comporte également une nervure annulaire venue de moulage d'une seule pièce 5 avec ledit premier élément structurel à partir d'un matériau thermoplastique, ladite nervure étant agencée le long du pourtour périphérique dudit orifice depuis la face extérieure dudit premier élément pour coopérer par frottements avec la face inférieure plane de ladite tête circulaire de la vis lors de son vissage. 10 Les forces de frottements s'exerçant entre la nervure et la face inférieure de la tête de vis entrainent un échauffement de l'extrémité libre de cette nervure dont l'intensité dépend notamment de la vitesse de rotation de la vis. Ainsi, lorsque le vissage est réalisé à haute vitesse à l'aide d'un outil de vissage électrique tel qu'une visseuse, 15 l'échauffement est suffisamment important pour entrainer le ramollissement puis le fluage de la partie supérieure de la nervure dont la surface de son extrémité libre se déforme pour correspondre parfaitement à la celle de la face inférieure de la tête de vis, de sorte à obtenir au terme du vissage un contact parfait et donc étanche entre 20 cette nervure et la tête de vis empêchant toute pénétration de liquides et/ou de gaz au niveau de la zone de fixation. Selon des caractéristiques préférées du dispositif de fixation selon l'invention, prises seules ou en combinaison : - ladite nervure présente un diamètre interne supérieur ou 25 égal à celui dudit orifice et un diamètre externe inférieur à celui de ladite tête de vis ; - ladite nervure présente une hauteur comprise entre 0.3 et 0.8 mm ; - ladite nervure présente une épaisseur comprise entre 0.5 et 1.5 mm ; - ladite nervure s'étend suivant une direction transversale au plan dudit orifice ; - l'extrémité supérieure libre de ladite nervure est affinée ; 3033008 4 - ledit premier élément structurel et la dite nervure sont réalisés en Polycarbonate, en Acrylonitrile Butadiène Styrène ou dans un mélange de ces deux polymères ; - le filetage du corps de ladite vis est de type auto- 5 taraudant ; - la tête de ladite vis est pourvue d'une empreinte de type Torx® ou AllenC). L'invention vise également sous un deuxième aspect, un bloc optique d'éclairage pour véhicule automobile comportant un boîtier 10 abritant des organes internes, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits organes internes est fixé audit boîtier à l'aide d'un ou plusieurs de ces dispositifs de fixation par vissage. Brève description des dessins 15 L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1, 3 et 5 sont des vues de coupe d'une zone 20 d'assemblage de deux éléments structurels à l'aide du dispositif de fixation par vissage selon l'invention, illustrant trois étapes successives des opérations de vissage ; et - les figures 2, 4 et 6 sont des agrandissements des détails II, IV et VI des figures 1, 3 et 5. 25 Description détaillée d'un mode de réalisation Les figures 1, 3 et 5 montrent une zone d'assemblage par vissage entre deux éléments structurels en matériau thermoplastique, constitués en l'espèce par un boîtier 2 de bloc optique d'éclairage et par un 30 réflecteur optique 5 devant être monté à l'intérieur de ce boîtier 2. Le dispositif de fixation selon l'invention comporte une vis métallique 10 apte à traverser un orifice circulaire 3 pratiqué dans une 3033008 5 paroi 4 du boîtier 2, puis à être vissée dans un perçage borgne de réception 6 ménagé dans le réflecteur 5. La vis 10 comporte un corps 11 comprenant une tige 12 et un filetage externe 13 de type auto-taraudant. Cette vis 10 comporte 5 également une tête 14 de forme circulaire surmontant le corps 11 et pourvue d'une empreinte 15 (de préférence de type Torx® ou AllenC) ou autre) apte à recevoir l'extrémité correspondante d'un outil de vissage. Comme illustré sur les figures 1, 3 et 5, le perçage borgne 6 ménagé dans le réflecteur 5 présente un diamètre compris entre celui 10 de la tige 12 et celui du filetage 13. L'orifice 3 pratiqué dans le boîtier 2 présente quant à lui un diamètre légèrement supérieur à celui de ce filetage 13. Selon l'invention, la tête 14 de la vis 10 présente une face inférieure plane 14A destinée à coopérer lors des opérations de vissage 15 avec une nervure annulaire 7 agencée le long du pourtour périphérique de l'orifice 3 depuis la face extérieure 4A de la paroi 4 du boîtier 2 (celle située à l'opposée du réflecteur 5) et suivant une direction transversale au plan de cet orifice 3. La nervure 7 est venue de moulage d'une seule pièce avec le 20 boîtier 2 à partir d'un matériau thermoplastique tel que le PC (Polycarbonate), l'ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) ou encore le PC/ABS (mélange de Polycarbonate et d'Acrylonitrile Butadiène Styrène). Cette nervure 7 dont l'extrémité supérieure libre 7A est de préférence affinée (arrondie, biseautée ou en pointe), présente un 25 diamètre interne supérieur ou égal à celui de l'orifice 3 et un diamètre externe inférieur à celui de la tête 14 de vis 10. Sa hauteur et son épaisseur sont de préférence respectivement comprises entre 0.3 et 0.8 mm, et entre 0.5 et 1.5 mm. On va maintenant décrire en détails les opérations d'assemblage 30 par vissage à l'aide des figures 1 à 6. Lors des opérations d'assemblage par vissage du réflecteur 5 sur le boîtier 2 d'un bloc optique d'éclairage, le corps fileté 11 de la vis 10 est tout d'abord introduit dans l'orifice circulaire 3 pratiqué dans le boîtier 2. 3033008 6 Du fait que cet orifice 3 présente un diamètre légèrement supérieur à celui du filetage 13, le corps 11 de la vis 10 va le traverser sans que l'opérateur n'ait à exercer le moindre effort de vissage, et jusqu'à ce que la vis 10 atteigne l'entrée du perçage borgne 6 ménagé 5 dans le réflecteur 5. Le filetage 13 du corps 11 étant de type auto-taraudant, l'entrainement à rotation de cette vis 10 à l'aide d'un outil de vissage électrique va entrainer le taraudage du perçage borgne 6 dont le diamètre est légèrement supérieur à celui de la tige 12 de ce corps 11 10 de la vis mais inférieur à celui de son filetage 13 (figure 1). La tête circulaire 14 de la vis 10 surplombant la nervure 7 (figure 2) va ainsi se rapprocher progressivement de cette dernière jusqu'au moment où sa face inférieure 14A va entrer en contact avec l'extrémité supérieure libre 7A de cette nervure 7 (figures 3 et 4). 15 La poursuite de l'entrainement à rotation à haute vitesse de la vis 10 va alors induire, du fait des forces de frottement s'exerçant entre la nervure 7 et la face inférieure 14A de la tête de vis 14, un échauffement important localisé au niveau de l'extrémité libre de cette nervure 7. Par le terme « haute vitesse », on entend ici une vitesse de 20 rotation de la vis au moins égale à 900 tours par minute. Cet échauffement va progressivement entrainer le ramollissement puis le fluage (déformation lente sous contrainte constante inférieure à la limite d'élasticité) de la partie supérieure de la nervure 7 dont la surface de son extrémité libre se déforme pour 25 correspondre parfaitement à la celle de la face inférieure 14A de la tête de vis 14. Au terme du vissage, ce fluage de la nervure 7 permet ainsi d'obtenir un contact parfait et étanche entre cette nervure 7 et la face inférieure de la tête de vis 14 (figures 3 et 6). 30 D'une manière générale, l'invention peut être mise en oeuvre dans n'importe quel domaine technique pour l'assemblage étanche par vissage de deux éléments structurels, du moment que celui traversé en premier par la vis est constitué dans un matériau thermoplastique apte 3033008 7 à fluer sous l'action des forces de frottement s'exerçant lors du vissage de la vis. De la même manière, les dimensions de la nervure (notamment sa hauteur et son épaisseur) peuvent être modifiées sensiblement en 5 fonction de la vitesse de rotation de la vis et/ou des caractéristiques mécaniques du matériau thermoplastique constituant le premier élément traversé. Selon des variantes de réalisation non représentées, l'orifice pratiqué dans le premier élément structurel traversé présente un 10 également un diamètre compris entre celui de la tige et celui du filetage de la vis, son bord annulaire étant préalablement taraudé ou ce taraudage étant réalisé par le filetage du corps d'une vis auto-taraudeuse telle que 10 lors des opérations de vissage. Selon d'autres variantes de réalisation non représentées, le 15 perçage borgne ménagé dans le second élément est déjà taraudé, de sorte que l'emploi d'une vis auto-taraudeuse n'est pas nécessaire. Enfin, on rappelle que la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais qu'elle englobe toute variante d'exécution à la portée de l'homme du métier. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif de fixation par vissage de deux éléments structurels (2, 5) comportant une vis métallique (10) munie d'une tête circulaire (14) à face inférieure plane (14A) et d'un corps fileté (11) apte à traverser un orifice circulaire (3) pratiqué dans un premier élément structurel (2) puis à être vissé dans un second élément structurel (5) ; caractérisé en ce que ledit dispositif de fixation comporte également une nervure annulaire (7) venue de moulage d'une seule pièce avec ledit premier élément structurel (2) à partir d'un matériau thermoplastique, ladite nervure (7) étant agencée le long du pourtour périphérique dudit orifice (3) depuis la face extérieure dudit premier élément (2) pour coopérer par frottements avec la face inférieure plane (14A) de ladite tête circulaire (14) de la vis (10) lors de son vissage. 2. Dispositif de fixation par vissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite nervure (7) présente un diamètre interne supérieur ou égal à celui dudit orifice (3) et un diamètre externe inférieur à celui de ladite tête de vis (14). 3. Dispositif de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite nervure (7) présente une hauteur comprise entre 0.3 et 0.8 mm. 4. Dispositif de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite nervure (7) présente une épaisseur comprise entre 0.5 et 1.5 mm. 5. Dispositif de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite nervure (7) s'étend suivant une direction transversale au plan dudit orifice (3). 6. Dispositif de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure libre (7A) de ladite nervure (7) est affinée. 7. Dispositif de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit premier élément structurel (2) et la dite nervure (7) sont réalisés en Polycarbonate, en 3033008 9 Acrylonitrile Butadiène Styrène ou dans un mélange de ces deux polymères. 8. Dispositif de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le filetage (13) du corps 5 (11) de ladite vis (10) est de type auto-taraudant. 9. Dispositif de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tête (14) de ladite vis (10) est pourvue d'une empreinte (15) de type Torx® ou AllenC). 10. Bloc optique d'éclairage pour véhicule automobile 10 comportant un boîtier (2) abritant des organes internes, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits organes internes (5) est fixé audit boîtier (2) à l'aide d'un ou plusieurs dispositifs de fixation par vissage selon l'une des revendications 1 à 9.