Deux brevets ont créé l’empreinte cruciforme, et aucun ne parle de cam-out

Phillips a bien son propre brevet sur l’empreinte. Il s’agit de US 2,046,343, déposé le 3 juillet 1934 et délivré le 7 juillet 1936, dont l’en-tête indique « Henry F. Phillips, Portland, Oreg., assignor, by mesne assignments, to Phillips Screw Company, Wilmington, Del. » Les deux documents ont été lus en entier pour cette page. Ensemble, ils comptent six pages imprimées, cinq revendications et une longue argumentation sur l’emboutissage.

Le brevet de 1933 est un argumentaire sur le coût de fabrication

Le premier paragraphe énonce l’objet : une vis munie d’une ouverture qui permet à un seul outil de vissage d’entraîner des vis de tailles diverses. Le deuxième explique pourquoi les parois convergent vers l’extérieur jusqu’à une arête vive : cela rend possible l’emploi de machines automatiques pour produire des vis en quantité à un coût raisonnable. Le texte s’attaque ensuite aux solutions concurrentes.

Des ouvertures cruciformes avaient déjà été proposées et s’étaient révélées peu praticables. Plusieurs types proposés exigeaient le moulage, si coûteux qu’il rend les coûts de fabrication prohibitifs. D’autres exigeaient le brochage, et le brochage pousse le métal devant l’outil et perturbe la répartition du métal au point de rendre la tête de vis extrêmement fragile. Face à cela, le brevet place la pratique établie : les vis ordinaires sont taillées, roulées ou estampées sur machines automatiques et ne coûtent que quelques cents la centaine à fabriquer.

Le but, tel que le document l’énonce, est donc de permettre l’emploi de machines automatiques en modifiant l’ouverture cruciforme proposée de sorte que les machines habituelles puissent servir avec de légères modifications et que le coût de fabrication n’augmente que dans une mesure négligeable. Les avantages cités sont une tête plus résistante près de son bord extérieur, une ouverture plus petite et un produit d’un aspect plus soigné.

Le constat négatif, dit simplement

Le mot cam n’apparaît pas dans US 1,908,080. Aucune phrase n’y décrit le tournevis qui remonte hors de l’empreinte, se dégage, glisse ou limite le couple. Les quatre revendications sont de la géométrie et rien d’autre : des ailes, des parois latérales convergeant radialement vers des arêtes vives et convergeant vers le bas jusqu’à un point commun sur l’axe de la vis. Le couple n’est un terme d’aucune d’entre elles.

Cela vaut dans les deux sens. L’histoire populaire selon laquelle l’empreinte aurait été conçue pour glisser ne trouve aucun appui dans le document fondateur. Notre propre phrase antérieure, selon laquelle le brevet revendiquait l’absence de tendance au cam-out, était tout aussi infondée. Un brevet qui ne traite pas d’un comportement ne peut être cité par aucun des deux camps dans un débat sur ce comportement.

Le même silence se retrouve côté outil. Dans la partie consultable publiquement de la norme ISO qui dimensionne la pointe du tournevis, le mot cam n’apparaît pas non plus, et il n’est fait mention d’aucun couple auquel la pointe serait censée quitter l’empreinte.

La phrase à laquelle on pense sans doute date de 1936

Le brevet de Phillips lui-même contient un passage proche de ce que le débat sur le cam-out cherche sans cesse. Parmi les objets de l’invention :

Un verrouillage positif et un stabilisateur sous toutes les conditions de charge, ce n’est pas le langage d’un mécanisme de glissement délibéré. Si quelque chose dans l’un ou l’autre document exprime une intention de conception quant au maintien du tournevis en place, c’est ce passage, et il vaut la peine de savoir qu’il existe.

Il vaut aussi la peine de savoir ce qu’il est. C’est un paragraphe d’objets de l’invention, la partie d’un brevet où le déposant dit à quoi sert la chose. Ce n’est pas une revendication, ce n’est pas une mesure, et ce n’est pas l’affirmation que l’empreinte tiendra à un couple quelconque. L’unique revendication de US 2,046,343 décrit des rainures, des parois de fond planes, des arêtes d’angle parallèles et leurs angles. Elle ne dit rien non plus de la charge. Citer le paragraphe des objets comme si le brevet avait démontré quoi que ce soit sur le comportement sous couple reviendrait à commettre la même erreur que la première fois, dans l’autre sens.

D’où viennent les angles

Le brevet de 1936 explique bien comment la géométrie de l’empreinte a été obtenue, et la réponse surprend. La relation angulaire de toutes les parois entre elles, et en particulier par rapport à la profondeur de l’empreinte, a été soigneusement calculée et déterminée lors d’essais spécialement menés pour analyser l’action de poinçons de diverses formes angulaires dans la production d’empreintes de ce type particulier.

Les essais cités dans le document sont des essais de poinçons. La variable énoncée est la forme angulaire du poinçon, et le résultat énoncé est une empreinte qu’une simple opération d’emboutissage, avec un déplacement correct et égal du métal, permet de produire. L’angle de flanc qu’un lecteur moderne connaît comme la cause du cam-out est présenté ici comme le résultat d’une recherche sur la mise en forme, et le brevet ne propose aucun exposé distinct d’un choix fait en fonction du comportement du tournevis.

Une autre conséquence de l’emboutissage est revendiquée, et elle est d’ordre mécanique. L’action de refoulement et de déplacement du poinçon comprime une partie de la matière de la tête, ce qui engendre un durcissement du métal, et le brevet en fait une caractéristique importante parce que ce durcissement produit une tête d’une résistance bien supérieure à ce qui était possible jusque-là. L’écrouissage de la paroi de l’empreinte, revendiqué comme un avantage, en 1936.

Comment lire ce type de source

Les brevets ont deux registres, faciles à confondre. Les objets et la description relèvent de la persuasion : ils expliquent pourquoi l’invention mérite d’être brevetée, et souvent d’être achetée. Les revendications constituent la frontière juridique, et elles sont généralement plus étroites et plus arides que la prose qui les précède. Le récit autour d’un produit célèbre se construit presque toujours à partir de la persuasion, parce que c’est la partie lisible.

• Vérifier quel nom figure sur le document. La cession est normale et ne dit rien de mal de personne, mais inventeur et cessionnaire sont des rôles différents, et les récits populaires perdent la distinction
• Chercher le mot exact dans le texte réel avant de répéter qu’un document dit quelque chose. Deux de ces trois pages existent parce que nous ne l’avions pas fait
• Distinguer une revendication d’un objet. Les revendications des deux brevets sont de la pure géométrie : aucun des deux brevets ne fait la moindre assertion juridique sur le couple
• Traiter le silence comme un silence. Ne pas mentionner le cam-out n’est pas le nier, et ce n’est pas non plus le vouloir

Notre page sur ce qui se passe réellement dans une empreinte cruciforme sous couple a été corrigée pour correspondre à ce que disent ces documents. La mécanique exposée sur cette page – la géométrie, l’effort axial et la différence avec l’empreinte JIS – n’est pas affectée, car elle n’a jamais reposé sur les brevets.

Cet article traite de l’étape 4 : empreinte. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

Qui a inventé la vis Phillips ?

Le brevet de 1933 habituellement cité pour l’empreinte, US 1,908,080, désigne John P. Thompson, de Portland (Oregon), comme inventeur, et indique qu’il a été cédé, par cessions directes et intermédiaires, à H. F. Phillips, de Portland (Oregon). Henry Phillips a déposé son propre brevet sur une empreinte améliorée le 3 juillet 1934, délivré sous le numéro US 2,046,343 le 7 juillet 1936 et cédé à la Phillips Screw Company. Les deux documents sont consultables sous forme de fac-similés auprès de l’USPTO.

Le brevet Phillips dit-il que la vis a été conçue pour le cam-out ?

Non. Le mot cam n’apparaît ni dans US 1,908,080 ni dans US 2,046,343. Aucun des deux documents ne décrit le tournevis qui remonte hors de l’empreinte, glisse ou limite le couple, et les revendications de l’un comme de l’autre sont purement géométriques. Le brevet de 1933 porte sur le coût de fabrication, sur le moulage et le brochage, et sur la résistance de la tête.

Le brevet dit-il que la vis a été conçue pour éviter le cam-out ?

Il ne le dit pas non plus, et cette page l’affirmait auparavant. Le passage le plus proche se trouve dans le brevet Phillips de 1936, qui compte parmi ses objets des rainures et parois latérales offrant des surfaces d’appui maximales et un autocentrage, servant de verrouillage positif et de stabilisateur entre vis et tournevis pendant toutes les opérations de vissage et sous toutes les conditions de charge. C’est un énoncé d’objets de l’invention, et non une revendication ou une mesure.

Pourquoi l’empreinte cruciforme a-t-elle été inventée ?

D’après le document de 1933, pour trois raisons qu’il énonce lui-même. Un seul outil de vissage pouvait entraîner des vis de nombreuses tailles, puisque toutes les ouvertures ont sensiblement la même conicité. L’ouverture à ailes pouvait être réalisée sur des machines automatiques ordinaires avec de légères modifications, là où les propositions cruciformes antérieures exigeaient moulage ou brochage. Et l’emboutissage déplaçait beaucoup moins de métal que le brochage d’une ouverture à extrémités carrées, qui, selon le brevet, rendait les têtes de vis extrêmement fragiles.

Comment les angles de l’empreinte Phillips ont-ils été choisis ?

US 2,046,343 indique que la relation angulaire de toutes les parois entre elles, et en particulier par rapport à la profondeur de l’empreinte, a été soigneusement calculée et déterminée lors d’essais spécialement menés pour analyser l’action de poinçons de diverses formes angulaires dans la production d’empreintes de ce type. La variable testée était le poinçon. Le brevet ne donne aucun exposé distinct d’un choix des angles en fonction du comportement du tournevis.

Le brevet mentionne-t-il un durcissement de la tête de vis ?

Le brevet de 1936, oui. Il indique que l’action de refoulement ou de déplacement du poinçon, avec la compression qui en résulte dans certaines parties de la matière de la tête, engendre un durcissement du métal, et en fait une caractéristique importante de l’invention parce qu’elle produit une tête d’une résistance bien supérieure à ce qui était possible jusque-là.

Références

• US 1,908,080, « Screw », John P. Thompson, cédant à H. F. Phillips. Déposé le 20 mai 1932, Serial No. 612,555 ; délivré le 9 mai 1933. Description complète et quatre revendications
• US 2,046,343, « Screw », Henry F. Phillips, cédant à la Phillips Screw Company. Déposé le 3 juillet 1934, Serial No. 733,623 ; délivré le 7 juillet 1936. Description complète et une revendication

Les deux brevets ont été téléchargés sous forme de fac-similés PDF depuis le service de textes intégraux et d’images de l’USPTO. Aucun ne comporte de couche texte ; tous deux ont donc été convertis en images à 200 points par pouce et lus page par page. Chaque citation ci-dessus est transcrite de ces fac-similés, et les liens Google Patents sont donnés parce qu’ils proposent le même fac-similé à une adresse publique stable. L’absence du mot cam est un constat négatif issu de la lecture des six pages imprimées des deux documents ; ce n’est pas une recherche automatique dans une couche texte, puisqu’il n’existe aucune couche texte à interroger. La demande concomitante sur les tournevis mentionnée au début de US 2,046,343 n’a pas été lue pour cette page et rien n’en est cité. Cette page ne répartit pas le mérite de l’invention entre l’inventeur nommé et le cessionnaire nommé, et ne compare aucun des deux documents à un brevet ultérieur. Notre propre affirmation antérieure, selon laquelle la demande de 1933 revendiquait l’absence de tendance du tournevis au cam-out, provenait d’une notice d’encyclopédie et non du brevet, n’est pas étayée par le document et a été supprimée.