Brevet FR3045134A1 — publié le 20170616

PIECE OPTIQUE EN MATERIAU THERMOPLASTIQUE CONDUCTEUR THERMIQUE L'invention a trait au domaine de la signalisation lumineuse et/ou de l'éclairage, en particulier pour les véhicules automobiles. Le document de brevet publié FR 2 987 102 Al divulgue une pièce de projecteur pour véhicule automobile, comprenant une surface réfléchissante destinée à réfléchir des rayons provenant du soleil lorsque le véhicule est stationné à l'extérieur suivant une orientation favorable à la pénétration des rayons du soleil. En effet, dans certaines configurations où le véhicule est orienté en direction du soleil et où celui-ci est relativement bas dans le ciel, notamment juste au-dessus de la ligne d'horizon, les rayons solaires peuvent pénétrer le projecteur et, via son système optique, se concentrer en une zone du projecteur et provoquer une augmentation de température susceptible de dégrader la zone en question lorsque celle-ci, en particulier lorsqu'elle est en matériau plastique. Or l'utilisation de matériau plastique pour des pièces optiques est avantageuse d'un point de vue coût de production, en particulier lorsqu'il s'agit de pièces avec des formes complexes. Cet enseignement prévoit comme solution à ce problème de « brûlage » par les rayons solaires de disposer un revêtement réfléchissant sur la zone en question de manière à réfléchir les rayons solaires convergeant vers ladite zone. Cette solution est intéressante en ce qu'elle permet d'utiliser des matières plastiques pour les pièces sujettes au phénomène de « brûlage » par les rayons solaires. Cependant, en fonction de la configuration du projecteur, de l'orientation du véhicule et de la position du soleil, la pièce ou les pièces plastiques sujettes à ce phénomène sont susceptibles de s'échauffer en raison d'une absorption partielle et inévitable des rayons solaires. Il est alors nécessaire de prévoir un matériau plastique du type thermodurcissable résistant à un tel échauffement. Or l'utilisation de matériaux plastiques thermodurcissables impose, après moulage, certaines opérations d'amélioration de la surface extérieure des pièces, comme par exemple un ébavurage au niveau du plan de joint du moule et/ou encore un vernissage. Ces opérations sont cependant coûteuses et potentiellement incompatibles avec le design désiré. 3045134 2 L'invention a pour objectif de proposer une solution palliant le problème susmentionnée, en particulier une solution permettant la réalisation d'une pièce optique compatible avec le phénomène de « brûlage » par les rayons solaires, et ce de manière économique. 5 L'invention a pour objet une pièce optique pour un dispositif lumineux, notamment de véhicule automobile, comprenant : un corps en matériau thermoplastique ; une surface réfléchissante sur le corps ; remarquable en ce que le matériau thermoplastique est un matériau conducteur thermique avec une conductivité thermique supérieure à 1 W/mK. 10 Selon un mode avantageux de l'invention, la conductivité thermique du matériau conducteur thermique est supérieure à 5 W/mK, préférentiellement à 10 W/mK. Selon un mode avantageux de l'invention, le matériau conducteur thermique comprend une matrice thermoplastique et une charge comprenant du graphite, des fibres de carbone et/ou du nitrure de bore. La charge peut être sous forme de fibres. 15 Selon un mode avantageux de l'invention, la proportion, en masse, de la charge par rapport au matériau conducteur thermique est comprise entre 10% et 50%, préférentiellement entre 15% et 40%. Selon un mode avantageux de l'invention, la matrice thermoplastique est l'un des matériaux suivants : polycarbonate, polyéthylène, polypropylène, acrylique, vinyle, 20 polyamide et polytéréphtalate de butylène. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface réfléchissante présente un coefficient de réflexion supérieur à 80%, préférentiellement 85%. Selon un mode avantageux de l'invention, la surface réfléchissante comprend un revêtement métallique appliqué directement sur le matériau thermoplastique 25 conducteur thermique. Le revêtement métallique peut comprendre de l'aluminium et/ou de l'argent. Selon un mode avantageux de l'invention, le matériau thermoplastique conducteur thermique a une surface extérieure sous le revêtement métallique présentant une rugosité Ra inférieure à 50nm. 3045134 3 Selon un mode avantageux de l'invention, la rugosité Ra inférieure à 50nm de la surface extérieure du matériau thermoplastique conducteur thermique est obtenue par injection plastique dans un moule suivant une technologie comprenant un chauffage et un refroidissement dudit moule. Par chauffage du moule, on entend un 5 chauffage autre que celui naturellement provoqué par l'injection de la matière plastique chaude. Par refroidissement du moule, on entend un refroidissement autre que le refroidissement naturel après injection de la matière plastique. Il s'agit donc de chauffage et de refroidissement forcés. L'invention a également pour objet un module lumineux pour dispositif de 10 signalisation et/ou d'éclairage de véhicule automobile, comprenant : une source lumineuse apte à émettre des rayons lumineux ; un système optique apte à dévier les rayons lumineux pour former un faisceau lumineux, ledit système comprenant une pièce optique avec une surface réfléchissante ; remarquable en ce que la pièce optique est selon l'invention. 15 Selon un mode avantageux de l'invention, la surface réfléchissante de la pièce optique est une première surface réfléchissante configurée pour recevoir des rayons du soleil, ladite pièce optique comprenant une deuxième surface réfléchissante participant à la formation du faisceau lumineux. Les deux surfaces réfléchissantes sont avantageusement non coplanaires et peuvent former un angle moyen 20 d'inclinaison relative supérieur à 20°, préférentiellement 30°, plus préférentiellement 50°. Selon un mode avantageux de l'invention, la pièce optique comprend un bord de coupure du faisceau, située entre les première et deuxième surfaces réfléchissantes. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce optique 25 comprenant les étapes suivantes : moulage de la pièce par injection plastique dans un moule ; et application d'un revêtement réfléchissant en vue de former une surface réfléchissante sur la pièce moulée ; remarquable en ce que la pièce optique est selon l'invention et en ce que l'étape de moulage comprend le chauffage, préférentiellement au moyen de vapeur d'eau circulant dans des canaux du moule 30 et/ou par induction, d'une portion de moule correspondant à la surface réfléchissante, et ce avant l'injection de la matière plastique. 3045134 4 Selon un mode avantageux de l'invention, l'étape de moulage comprend, en outre, le refroidissement, préférentiellement au moyen d'eau circulant dans des canaux du moule, de la portion de moule correspondant à la surface réfléchissante, et ce après l'injection de la matière plastique. 5 Les mesures de l'invention sont intéressantes en ce qu'elles permettent de réaliser de manière économique une pièce optique d'un module lumineux, sujette à échauffement, notamment dû au phénomène de « brûlage » par les rayons solaires. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins parmi lesquels : 10 - La figure 1 est une représentation d'un module d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile, le module étant conforme à l'invention ; - La figure 2 est une représentation schématique du principe de fonctionnement du module de la figure 1 et illustrant le phénomène de « brûlage » par les rayons solaires ; 15 - La figure 3 est une représentation en perspective d'une pièce optique du module des figures 1 et 2, conforme à l'invention. La figure 1 illustre un module d'éclairage pour projecteur de véhicule automobile. Le module 2 illustrée à la figure 1 est un module double, c'est-à-dire comprenant deux sous-modules essentiellement identiques et disposés côte-à-côte. Il est toutefois 20 entendu que ce module peut être un module simple, un module triple, ou plus encore. Le module 2 comprend deux sources lumineuses non visibles à la figure 1. Ces sources peuvent être du type diode à électroluminescence. Chacune de ces sources est recouverte par un premier réflecteur 4 en forme de demi-coquille. Ces réflecteurs 25 peuvent comprendre des surfaces réfléchissantes de révolution avec un profil elliptique. Chacune de ces surfaces réfléchissantes comprend alors un premier foyer correspondant à l'emplacement de la source lumineuse et un deuxième foyer situé au niveau du bord 61 de la pièce support 6. Un deuxième réflecteur 8 est disposé de manière à réfléchir les rayons ainsi produits en un faisceau lumineux. La surface 30 réfléchissante de ce deuxième réflecteur 8 est avantageusement de profil 3045134 5 parabolique avec un foyer correspondant au deuxième foyer de la surface réfléchissante du premier réflecteur 4. Le bord 61 forme un bord de coupure en ce qu'une partie des rayons émis par la source lumineuse et réfléchis par le réflecteur 4 sont réfléchis par la surface 5 réfléchissante située en amont, suivant le chemin optique, du bord de coupure 61. Ces réflexions ont pour effet de « couper » horizontalement le faisceau produit en ce que ces rayons, s'ils n'étaient pas réfléchis à proximité du bord de coupure, seraient réfléchis par le deuxième réflecteur 8 pour former une partie supérieure du faisceau. En étant réfléchis au niveau du bord de coupure 61, ces rayons sont renvoyés vers 10 une partie supérieure du deuxième réflecteur 8, pour alors former une partie basse du faisceau et ainsi réaliser une « coupure » dudit faisceau. Le principe optique qui vient d'être décrit est en soi bien connu de l'homme de métier. La figure 2 illustre de manière schématique le principe de fonctionnement du module de la figure 1 ainsi que celui du phénomène de « brûlage » par les rayons solaires. 15 Cette figure correspond à une vue en coupe longitudinale d'un des sous-modules du module double de la figure 1. On peut observer le parcours d'un rayon, illustré en trait pointillé, émis par la source lumineuse 3, réfléchis par le premier réflecteur 4, passant devant le bord de coupure 61, et ensuite réfléchis par le deuxième réflecteur 8 pour former le faisceau 20 d'éclairage. Toujours à la figure 2, on peut également observer les parcours de rayons émis par le soleil 10, représentés en traits continus, en direction du module 2. Ces rayons sont inclinés vers le haut par rapport à l'axe optique du module correspondant essentiellement à l'axe du faisceau d'éclairage, cet axe correspondant 25 essentiellement à l'horizontale sur la figure 2. Ces rayons solaires rencontrent par conséquent la surface réfléchissante du réflecteur 8 avec des angles d'incidence différents, en l'occurrence plus grands, que ceux des rayons émis par la source lumineuse 3 et réfléchis par cette même surface en vue de former le faisceau d'éclairage. Les rayons solaires sont alors réfléchis et convergent vers la zone 63 de 30 la pièce optique 6, qui ne participe pas à la formation du faisceau d'éclairage. Cette zone 63 est une surface réfléchissante de manière à réfléchir une majeure partie des rayons solaires qui y convergent. Le taux de réflexion de la surface est 3045 134 6 avantageusement supérieur ou égal à 90%. En raison du caractère imparfait de cette surface, une partie du faisceau, en l'occurrence comprise entre 0% et 10%, est absorbée par la surface réfléchissante 63. Cette dernière va donc subir un échauffement. 5 A cet effet, la pièce 6 est réalisée en matériau thermoplastique présentant une conduction thermique supérieure ou égale à 1 W/mK, préférentiellement supérieure ou égale à 5 W/mK, plus préférentiellement encore supérieure ou égale à 10 W/mK. Une telle conductivité thermique peut être atteinte avec une matrice thermoplastique par ajout d'une charge comprenant du graphite et/ou du nitrure de bore. De tels 10 matériaux sont par ailleurs commercialement disponibles notamment auprès de la société Cool Polymers, sous le nom commercial CoolPoly® de la série E et de la série D. Leur conductivité thermique va de 1 W/mK à 100 W/mK. La matrice thermoplastique peut comprendre un ou plusieurs des matériaux suivants : polycarbonate, polyéthylène, polypropylène, acrylique, vinyle, polyamide 15 et polytéréphtalate de butylène. La charge peut être sous forme de particules, granulés ou encore fibres. Elle présente une proportion massique par rapport au matériau final qui est comprise entre 10% et 50%, préférentiellement entre 15% et 40%. Un renfort, tel que des fibres de verre, peut être présent. Un agent de démoulage 20 peut également être présent, en l'occurrence dans une moindre proportion, comme par exemple moins de 5%, préférentiellement moins de 2% en masse. Le matériau conducteur thermique peut être utilisé sous forme de granulés et être injecté dans un moule de mise à forme. A cet effet, l'injection plastique peut utiliser la technologie « Heat & Cool ». Cette technologie consiste à préchauffer le moule 25 avant l'injection de la matière plastique et ensuite à refroidir le moule, dans l'objectif d'obtenir une surface particulièrement lisse. Le préchauffage du moule peut être réalisé par la circulation de vapeur d'eau au travers de canaux situés à proximité de portion de moule formant la surface en question et/ou par induction dans des zones situées à proximité de la portion de moule en question, et ce avant l'injection de la 30 matière plastique. Celle-ci peut alors s'écouler plus facilement, grâce à une viscosité plus faible, le long de la portion du moule formant la surface en question de la pièce. 304 5 1 34 7 Le refroidissement peut être réalisé par l'écoulement d'un fluide, tel que de l'eau, au travers des canaux en question. Le refroidissement forcé, après injection de la matière plastique, permet de conserver l'état de surface lisse atteint par l'injection de la matière plastique le long du moule préchauffé. Il en résulte un état de surface 5 présentant une rugosité Ra très faible, en l'occurrence inférieure à 25nm. La pièce optique 6 comprend une deuxième surface réfléchissante 62 disposée directement en amont (suivant le parcours de rayons émis par la source lumineuse) du bord de coupure 61. En référence à la description ci-avant de la figure 1, cette surface sert à réfléchir une partie des rayons provenant de la source lumineuse, de 10 manière à « couper » essentiellement horizontalement le faisceau d'éclairage. La pièce optique 6 peut être réalisée par le procédé susmentionné en vue de présenter une rugosité particulièrement faible sur les zones 62 et 63. Ces surfaces peuvent alors être recouvertes d'un revêtement métallique appliqué directement sur la pièce, en vue de réaliser les surfaces réfléchissantes. 15 La figure 3 illustre en perspective la pièce optique 6, en l'occurrence pour un des deux sous-modules du module de la figure 1, étant entendu que la pièce optique en question peut être dédoublée pour en former un seule pour le module double. En référence à la figure 3, la pièce optique 6 comprend un corps 64 réalisé en matériau thermoplastique conducteur thermique, préférentiellement au moyen du 20 procédé d'injection susmentionné, et un revêtement réfléchissant 65. Une première zone correspondant à celle où convergent les rayons solaires en cas d'exposition défavorable telle qu'illustrée à la figure 2 forme la surface réfléchissante 63. Similairement, la zone disposée le long et en amont (suivant le parcours des rayons) du bord de coupure 61 forme la surface réfléchissante 62. 25 Le corps 64, de par sa conductivité thermique, peut alors diffuser la chaleur reçue des rayons solaires vers le reste de son étendue, en l'occurrence vers la partie supportant la deuxième surface réfléchissante 62. Le corps sert ainsi de réservoir et de diffuseur de chaleur, ce qui va lui éviter d'atteindre des températures critiques, comme par exemple à partir de 100°C. La pièce optique 6 peut par ailleurs 30 comprendre des ailettes de refroidissement, avantageusement sur sa face opposées à celle comprenant les première et/ou deuxième surfaces réfléchissantes. 304 5 134 8 Les premier et deuxième surfaces réfléchissantes 63 et 62 peuvent être réalisées avec le même revêtement, préférentiellement lors d'une même opération. Elles peuvent également être réalisées séparément, éventuellement avec des revêtements différents. Le taux de réflexion de la première surface 63 peut être 5 inférieur à 95%, préférentiellement compris entre 85 et 90%, afin d'absorber une partie des rayons solaires. Cela évite de réfléchir la totalité ou quasi-totalité (compte tenu de l'imperfection inévitable d'une surface hautement réfléchissante) vers le deuxième réflecteur. La deuxième surface 62 présente avantageusement un taux de réflexion le plus élevé, comme par exemple supérieur ou égal à 95%. 10 Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, le dispositif optique comprend deux réflecteurs, l'un de profil ellipsoïdal et l'autre de profil parabolique, et la pièce optique comprend un bord de coupure. Il est toutefois entendu que l'invention s'applique également à d'autres configurations optiques, comme notamment une configuration comprenant un seul réflecteur et une lentille, par exemple une lentille 15 plan-convexe. Dans ce cas, la pièce optique peut comprendre une configuration quelque peu différente, comme notamment une variation d'angle entre la première et la deuxième surface qui est plus importante, comme par exemple comprise entre 60° et 120°. REVENDICATIONS1. Pièce optique (6) pour un module lumineux (2), notamment de véhicule automobile, comprenant : un corps (64) en matériau thermoplastique ; une surface réfléchissante (62, 6) sur le corps ; caractérisée en ce que le matériau thermoplastique est un matériau conducteur thermique avec une conductivité thermique supérieure à 1 W/mK. 2. Pièce optique (6) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conductivité thermique du matériau conducteur thermique est supérieure à 5 W/mK, préférentiellement à 10 W/mK. 3. Pièce optique (6) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le matériau conducteur thermique comprend une matrice thermoplastique et une charge comprenant du graphite, des fibres de carbone et/ou du nitrure de bore. 4. Pièce optique (6) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la proportion, en masse, de la charge par rapport au matériau conducteur thermique est comprise entre 10% et 50%, préférentiellement entre 15% et 40%. 5. Pièce optique (6) selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la matrice thermoplastique est l'un des matériaux suivants : polycarbonate, polyéthylène, polypropylène, acrylique, vinyle, polyamide et polytéréphtalate de butylène. 6. Pièce optique (6) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la surface réfléchissante (62, 6) présente un coefficient de réflexion supérieur à 80%, préférentiellement 85%. 7. Pièce optique (6) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la surface réfléchissante (62, 6) comprend un revêtement métallique appliqué directement sur le matériau thermoplastique conducteur thermique. 3045134 10 8. Pièce optique (6) selon la revendication 7, caractérisée en ce que le matériau thermoplastique conducteur thermique a une surface extérieure sous le revêtement métallique présentant une rugosité Ra inférieure à 50 nm. 9. Pièce optique (6) selon la revendication 8, caractérisée en ce que la rugosité 5 Ra inférieure à 50nm de la surface extérieure du matériau thermoplastique conducteur thermique est obtenue par injection plastique dans un moule suivant une technologie comprenant un chauffage et un refroidissement dudit moule. 10.Module lumineux (2) pour dispositif de signalisation et/ou d'éclairage de 10 véhicule automobile, comprenant : une source lumineuse (3) apte à émettre des rayons lumineux ; un système optique (4, 6, 8) apte à dévier les rayons lumineux pour former un faisceau lumineux, ledit système comprenant une pièce optique (6) avec une surface réfléchissante (62, 63) ; 15 caractérisé en ce que le pièce optique est selon l'une des revendications 1 à 9. 11.Module lumineux (2) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la surface réfléchissante de la pièce optique (6) est une première surface réfléchissante (63) configurée pour recevoir des rayons du soleil, ladite pièce 20 optique (6) comprenant une deuxième surface réfléchissante (62) participant à la formation du faisceau lumineux. 12. Module lumineux (2) selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pièce optique (6) comprend un bord de coupure (61) du faisceau, située entre les première et deuxième surfaces réfléchissantes (63, 62). 25 13. Procédé de fabrication d'une pièce optique (6) comprenant les étapes suivantes : moulage de la pièce (64) par injection plastique dans un moule ; et application d'un revêtement réfléchissant en vue former une surface réfléchissante (63, 62) sur la pièce moulée (64) ; caractérisé en ce que la pièce optique (6) est selon l'une des revendications 1 à 9 et en ce que l'étape de moulage comprend le chauffage, 3045134 11 préférentiellement au moyen de vapeur d'eau circulant dans des canaux du moule et/ou par induction, d'une portion de moule correspondant à la surface réfléchissante, et ce avant l'injection de la matière plastique. 14.Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que 5 l'étape de moulage comprend, en outre, le refroidissement, préférentiellement au moyen d'eau circulant dans des canaux du moule, de la portion de moule correspondant à la surface réfléchissante, et ce après l'injection de la matière plastique.