Brevet FR2010983A1 — publié le 19700220

La présente invention concerne un procédé"d6enlèvement de matière d'une pièce à traiter conductrice, par étincelage à l'aide d'un élément piézo-électrique qui oscille par rapport à la pièce à traiter de sorte que des étincelles se produisent entre 5 une électrode solidaire de l'élément piézo-électrique et la pièce à traiter. Un procédé de ce genre est connu et est décrit dans le brevet néerlandaise n° 6.511.616. connu Selon ce procédé, une électrode élastique est rendue oscil--10 lante par rapport à un plan de la matière à traiter, l'amplitude de l'oscillation étant choisie de telle façon, comparativement à la valeur maximum de la différence de potentiel entre l'électrode et le plan, qu'une étincelle se produise entre l'électrode et le plan, la matière ne s'enlevant que par l'effet d'érosion 15 provoqué par la décharge de l'étincelle. De préférence, l'organe imprimant une oscillation à l'électrode est un élément piézoélectrique. Cet élément piézo-électrique est rendu lui-même oscillant par un générateur spécial d'ondes rectangulaires tandis qu'un circuit de relaxation constante de temps SC est connecté 20 entre l'électrode et la pièce à traiter*. Si le travail de la pièce à traiter doit se faire avec grande précision, 1 "électrode ne peut jamais toucher la pièce à traiter» Le procédé connu a poux-inconvénient qu'il n'est pas possïble d'éviter entièrement un tel attouciiement parce que la distance minimum entre l'électrode 25 et la pièce à traiter est déterminée par la plané!té du porte-pièce se déplaçant au-dessous de l'électrode, par la planéSté de la pièce à traiter elle-même, la reproductibilité de l'élément piézo-électrique et de ses oscillations, la gamme de tensions du générateur d'ondes rectangulaires et la mobilité de l'électrode 30 par rapport à sa fixation. Bien que l'électrode soit,montée de façon élastique afin d'empêcher que la pièce à traiter ne puisse être déformée par martelage et aussi d'empêcher 1 *endommagement de l'extrémité de l'électrode, il faut cependant prévoir un guidage spécial tout autour de l'électrode afin d'empêcher des 35 écarts latéraux. Un autre inconvénient du procédé réside en ce que, de préférence, le temps de relaxation de la charge et de la décharge dcdb être égal à la période d'oscillation de l'élément piézo-électrique. La présente invention "a pour "but de supprimer les inconvé- 40 nients précités et apporte une amélioration notable en particu- f - BAt) ORIGINAL 69 -:990: ?J.*r> dans les cas où le travail doit être effectué avec une :.ide précision. Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce que 1'élément piézo-électrique décrit une oscillation de 5 relaxation dont le temps de relaxation est déterminé par le scuraat fourni à un condensateur qui est constitué au moins par les revêtements mécaniques d© l'élément piézo-électrique et par la charge établie entre l'électrode et la pièce à traiter, cette charge s'échappant du condensateur via l'étincelle. 10 Pour la mise en pratique du procédé selon la présente inven tion, on peut utiliser un dispositif qui comprend un porte-pièce 3 un élément piézo-électrique oscillant à commande électri que et une source de tension à résistance interne, de façon à produire des étincelles entre une électrode de l'élément piézo-15 électrique et la pièce à traiter.Un dispositif de ce genre est caractérisé en ce que l'électrode est reliée à un des revêtements métalliques, en ce que la couche conductrice est reliée à l'autre revêtement métallique et en ce que la source de tension qui produit le courant pour le condensateur est connectée 20 aux deux revêtements. L'invention est décrite ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins schématiques annexést dans lesquels : La fig. 1 est une vue schématique d'un dispositif. La fig. 2 représente uae forme d'exécution particulière 25 d'une partie du dispositif selon la présente invention. Sur la figure 1,la pièce à traiter consiste en une couche conductrice 11 qui peut être déposée sur un corps isolant. La pièce à traiter 11 est placée dans un récipient 12 contenant un fluide diélectrique 13» Le récipient 12 est placé - 30 sur une table de travail 1. L'élément piézo-électrique 6 est placé à une hauteur déterminée au-dessus de la couche conductrice 11 à l'aide d'un crémaillère à roue dentée 5 logée dans une colonne d'appui 2. Là colonne d'appui 2 est fixée sur la table de travail 1 et 35 peut être déplacée dans un plan horizontal à l'aide des molettes 3 et 4. L'élément piézo-électrique b consiste ici en un bimétal comme celui décrit dans la revue "Electronics" du 19 juillet .'.963, page 80, sais peut être conforme au orevet américain numéro 2o5^Q.187* figures 1 à 10, de façou que son extrémité "'-0 vibre puisse décrire un mouvement inioôrtant dans le olan verti- 2010983 QmnHNAL 69 19903 3 2010983 cal lorsqu'une tension variable est appliquée aux revêtements 7 et 8 ; il est pourvu, près de son extrémité libre, d'un porte-électrode 9 qui contient une électrode 10. la tension variable appliquée entre les revêtements est produite par un courant de 5 charge provenant d'un dispositif à bornes de sortie 21 et 22 qui comprend une source de tension 15 et une résistance 14, cette résistance se composant de la résistance interne propre de la sourcil5 et éventuellement d'une résistance réglable, la tension ainsi produite fait se déplacer l'élément piézo-électrique 10 avec l'électrode 10 dans la direction de la couclie conductrice 11. Cette couche est reliée au revêtement 8 tandis que l'électrode 10 est reliée électriquement au revêtement 7» Si la tension appliquée entre revêtements est suffisamment élevée, la distance entre l'électrode 10 et la couche conductrice 11 peut être ren- l'étincelle 15 due sufisamment petite pour faire eclater/entre les deux, la capacité formée entre les revêtements se déchargeant par l'intermédiaire de l'étincelle. De ce fait, la tension appliquée entre les revêtements diminue fortement et l'extrémité de l'élément piézoélectrique décrit un mouvement de retour par élasticité. Le cou-20 rant de charge fait à nouveau augmenter la tension aux bornas de la capacité entre revêtements et, par conséquent, l'extrémité libre du bimétal 6 ainsi que l'électrode 10 se rapprochent à nouveau de la couche conductrice 11 de sorte qu'une nouvelle décharge se produit. On obtient ainsi une oscillation de relaxation 25 sans que l'électrode ne vienne en contact avec la couche conductrice. Une électrode ayant une extrémité très fine n'est donc pas endommagée et peut être combinée avec une énergie d'étincelle précise de façon à former dans des surfaces des traces extrêmement fines. 30 Un avantage spécial du procédé selon la présente inven tion réside er-ce que les tolérances de planéïté relatives au mouvement de la pièce à traiter au-dessous de l'électrode et dues aïK guidages de la colonne d'appui et au manque de planéïté de la pièce à traiter, sontcompensées sans que l'électrode ne vienne 35 toucher la pièce à traiter. Il est même admissible que la pièce à traiter soit profilée dans une certaine mesure. Ceci a cependant pour effet d'influencer l'énergie de l'étincelle et la période d'oscillation mais ces deux paramètres peuvent être maintenus constants grâce à un dispositif de réglage 40 qui sera décrit plus e n détail avec référence à la figure 2, laquelle représente une forme d'exécution spéciale du dispositif 69 19903 k 2010983 de mise en pratique du procédé de l'invention. Chaque fois que la tension de décharge ou de disruption entre électrode et pièce à traiter est atteinte, l'électrode est incapable de se rapprocher davantage de la surface de la pièce 5 à traiter parce que la tension croissante qui force finalement l'électrode à s'approcher de la surface, diminue par décharge au travers de l'étincelle formée, jusqu'à extinction de cette étincelle. L'énergie ainsi libérée sert à travailler la couche conductrice et dépend fortement de la capacité chargée et de la 10 différence entre les carrés de la tension d'amorçage et de la tension d'extinction. Lorsque la capacité entre les revêtements de l'élément est trop faible, un condensateur supplémentaire 18 peut être mis en parallèle sur les revêtements 7 et 8. Ceci peut être utile lorsqu'on désire, par exemple, former une trace 15 profonde avec une énergie d'étincelle plus grande. On peut, en outre, régler la distance initiale entre électrode et pièce à traiter, c'est-à-dire en l'absence de tension sur l'élément piézo-électrique, afin d'obtenir une tension d'amorçage plus basse ou plus élevée, ce qui permet de régler 20 l'énergie obtenue par étincelle. La fréquence d'amorçage de l'étincelle et la vitesse de déplacement de l'électrode par rapport et le long de la pièce a traiter définissent aussi la profondeur de pénétration et la structure des parois de la trace formée. Si des conditions spécia-25 les sont imposées à ces deux paramètres, il est souhaitable que la fréquence de récurrence de l'étincelle soit réglable. Dans ce cas, le courant de charge doit être réglable. A cet effet, on choisira une source de courant réglable pour le circuit de tension 15, 1^, cette source produisant un courant 30 constant réglable, ou bien on peut rendre la résistance interne 14 de la source de tension 15 réglable elle-même. Dans le cas de travaux très précis, l'énergie de l'étincelle peut encore être trop grande. Pour la diminuer,la capacité entre revêtements devrait être encore beaucoup plus petite. 35 Comme le montre la figure 2 qui représente une partie du dispositif, on ajoute à celui-ci une self-induction 16 et un condensateur 17 ayant, par exemple, respectivement une valeur de 50 microhenrys et une valeur de 50 picofarads. Le condensateur 17 est relié à la pièce à traiter 11 et l'électrode 10, et fournit ^O l'énergie d'étincelle pour chaque étincelle. 69 19903 5 2010983 La self-induction 16 est connectée entre le reyêtement 8 et la pièce à traiter 11, le courant de charge de la capacité entre revêtements traverse ce circuit pour atteindre le condensateur 17, celui-ci étant chargé périodiquement jusqu'à la tension d'amorçage d'étincelle. L'énergie accumulée dans le condensateur entre revêtements n'est pas dissipée cette fois dans une étincelle mais sous la forme d'une série de petites étincelles de décharge d'une durée tellement courte que l'élément piézo-électrique reste immobile. Si la pièce à traiter n'est pas plane mais possède un profil déterminé alors que l'on désire cependant former ou graver des traces présentant un certain degré de précision et de qualité, le dispositif décrit avec référence à la figure 1 peut être pourvu, en outre, d'un moyen de réglage qui, selon la présente invention, est caractérisé en ce que son entrée est raccordée à la capacité entre revêtements tandis que sa sortie est reliée à un dispositif qui commande de telle façon la distance moyenne entre l'élément piézo-électrique et la pièce à traiter que l'énergie d'étincelle reste en substance constante indépendamment du profil de la pièce à traiter. Comme le dispositif de réglage est relié par son entrée à la capacité entre révêtements, il est possible de contrôler la tension de crête aux bornes de la capacité au moyen d'une détection de pointe par diode, en comparant cette tension de pointe avec une tension de référence réglable. Le signal différence peut éventuellement après amplification, être utilisée pour commander un moteur qui attaque la roue dentée 5 de la figure 1 afin que l'élément piézo-électrique se maintienne en substance toujours à la même distance moyenne de la pièce à traiter, suivant ainsi le profil de la pièce. La figure 2 représente une forme d'exécution spéciale du dispositif qui permet de maintenir constante la distance moyenne entre électrode et pièce à traiter. Dans ce cas, le dispositif de réglage 20 est relié aux bornes 21 et 22 et l'élément piézo-électrique 6 est pourvu, à côté des revêtements 7 et 8, d'une électrode milieu 19 à laquelle une borne de sortie du dispositif de réglage 20 est reliée tandis que l'autre borne de sortie est électriquement reliée au revêtement 7» La tension appliquée via les bornes 21 et 22 aux revêtements 7 et 8 a pour effet que la plaque 6a de l'élément 6 se raccourcit et s'allon- 6 2010983 1 "ternativement tandis que la plaque 6b réagit en sens v,^'.jâé c'est-à-dire qu'elle s'allonge et se raccourcit, de sorte que l'électrode 10 se déplace par rapport à la pièce à traiter 11. La tension de sortie V du dispositif de réglage 20 est 5 une mesure de l'écart entre la tension de pointe entre les bornes 21, 22 et la valeur de référence a pour effet que la longueur de la plaque 6b varie plus ou moins, de sorte que la distance moyenne entre électrode 10 et pièce à traiter 11 reste indépendamment de la non planéxté ou du profil de la pièce à 10 traiter. la présente invention ressortent le plus clairement lorsqu'on doit fabriquer une grille optique. Une telle grille optique se compose d'un support transparent portant une mince couche conduc- 15 trice de l'électricité opaque. De petites parties doivent être enlevées de cette couche opaque afin de laisser passer la lumière. Les traces qui peuvent être dessinées dans la couche à cet effet peuvent avoir une largeur inférieure à 10 microns tandis que la distance entre traces peut être de la même valeur. 20 En utilisant le dispositif décrit, on peut obtenir des traces ayant des bords de bonne qualité non effrangés tout en maintenant les largeurs et les distances demandées. Les avantages du procédé utilisant un dispositif selon 69 19903 7 2010983 REVENDICATIONS: 1. Procédé d'enlèvement de matière d'une pièce conductrice à traiter, par étincelage à l'aide d'un élément piézo-électrique décrivant des oscillations par rapport à la pièce à traiter 5 de sorte que des étincelles puissent être produites entre une électrode de l'élément et la pièce à traiter, caractérisé en ce que l'élément piézo-électrique décrit une oscillation de relaxation dont le temps de relaxation est déterminé par le courant fourni à une capacité formée au moins par les revêtements 10 métalliques de l'élément piézo-électrique ainsi que par le courant qui se décharge de la capacité précitée par l'intermédiaire de l'étincelle se produisant entre l'électrode et la pièce à traiter. 2. Dispositif pour la mise en pratique du procédé suivant 15 la revendication 1 comprenant un porte-pièce, un élément piézoélectrique oscillant à commande électrique permettant la production d'étincelles entre une électrode de l'élément et la pièce à traiter ainsi qu'une source de tension avec résistance interne, caractérisé en ce que l'électrode est reliée à un des revête-20 ments métalliques, en ce que la pièce à traiter est reliée à l'autre revêtement métallique et en ce que la source de tension fournissant le courant pour la capacité est connecté aux deux revêtements. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce 25 qu'un condensateur est connecté entre électrode et pièce à "traiter et en ce que le circuit de courant contenant le condensateur et l'électrode est pourvu d'une self-induction. 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un dispositif de réglage est relié par son entrée à la 30 capacité entre revêtements tandis que sa sortie est reliée à un dispositif qui commande la distance moyenne entre l'élément piézo-électrique et la pièce à traiter de telle façon que l'énergie d'étincelle soit maintenue en substance constante indépendamment du profil de la pièce a traiter. 35 5• Dispositif suivant la revendication 4 dans lequel l'élé ment piézo-électrique se compose de deux plaques en une mâtière piézo-électrique comportant entre elles une électrode milieu, tandis que les plaques extérieures sont recouvertes des revête- 69 19903 2010983 précités, la tension alternative appliquée aux revêtements ments/ayant pour effet qu'une plaque s'allonge et se raccourcit alternativement tandis que l'autre plaque se raccourcit et s'allonge, caractérisé en ce que le dispositif de réglage préci té applique une tension de sortie au dispositif précité qui est 5 constitué par la capacité entre l'électrode milieu et un revête ment. 6. Produit, par exemple une grille optique, fabriqué selon le procédé suivant une des revendications 1 à 5«