Brevet FR2130186A1 — publié le 19721103

L'invention concerne l'assemblage ultrasonore de feuilles ou bandes thermoplastiques. Le soudage des feuilles thermoplastiques par vibrations mécaniques à fréquence ultrasonore est une technique bien connue, d'unemanière générale. Si 5 on réunit de manière usuelle une feuille thermoplastique portant une couche conductrice, de nickel, d'aluminium ou d'argent par exemple, à une autre feuille thermoplastique, la couche conductrice de la première feuille étant tournée vers la seconde feuille, on constate la disparition de la conductivité électrique dans les zones de jonction, si bien qu'il est impossible de faire traverser par 10 un courant électrique la zone de jonction. Le but essentiel de l'invention est de fournir une technique d'assemblage par vibrations ultrasonores pour réunir deux feuilles ou bandes thermoplastiques dont l'une au moins porte notamment une couche conductrice de l'électricité tournée vers l'autre, sans disparition de la conductivité électrique dans 15 la zone de jonction. L'invention a principalement pour objets : - un poste d'assemblage ultrasonorè de feuilles ou bandes thermoplastiques par martelage des feuilles pa r un doigt vibrant à fréquence ultrasonore se déplaçant relativement aux feuilles ou bandes à réunir posées sur une enclume, 20 caractérisé en ce que cette enclume porte au moins une série de stries placées sous le trajet du doigt et orientées transversalement au déplacement relatif ; et - un procédé d'assemblage de feuilles ou bandes thermoplastiques dans lequel on utilise une enclume ainsi striée en coopération avec un doigt vibrant à fréquence ultrasonore, appliqué sur les feuilles ou bandes superposées à réu- 25 nir, la puissance fournie au doigt vibrant étant plus petite que celle qu'il faut fournir en l'absence des stries pour obtenir la jonction. d'assemblage. Suivant un mode de réalisation du poste / les stries forment deux rangées parallèles et la surface balayée par la base du doigt recouvre les stries. Dans ce mode de réalisation, il est avantageux-d'utiliser un doigt four-30 chu présentant plusieurs surfaces de travail, où chaque surface est disposée de manière à balayer une série de stries. On peut ainsi réunir plusieurs zones en même temps. Un tel poste __ convient plus particulièrement, pour confectionner des poches ou des ampoules. Au dessin annexé donné seulement à titre d'exemple : 35 - La Fig. 1 est une vue en plan montrant une enclume et un doigt vi brant à fréquence ultrasonorg,disposés pourréunir deux feuilles ou bandes superposées, suivant un mode de réalisation de l'invention ; - La Fig. 2 est urecoupe, suivant la ligne 2-2 de la Fig.l, montrant les feuilles ou bandes superposées à réunir ; 40 - La Fig. 3 est une vue en plan d'un poste suivant l'invention, 72 08741 2 2130186 montrant le doigt et l'enclume de la Fig. 1 et le mécanisme de déplacement relatif du doigt et l'enclume ; - La Fig. 4 est une vue latérale, avec coupe partielle, du poste de la Fig. 3, la coupe étant faite suivant la ligne 4-4 de cette figure ; 5 - La Fig. 5 est une vue de profil de ce poste , représenté vu par la droite de la Fig. 3 ; et - La Fig. 6 est une vue en détail montrant un couple crémaillère et pignon servant à la commande d'un poste ________ suivant un mode de réalisation un peu différent de celui que représentent les Fig. 3 et 5. 10 On voit aux Fig. 1 et 2.une enclume de matière dure, par exemple une enclume en acier inoxydable, ayant deux rangées 13, 15 gravées sur sa surface, correspondant aux zones de jonction. On obtient des résultats satisfaisants avec des stries parallèles, longues de 3,18 ma, larges de 2,54 nm, profondes de 0,051 tnm environ et écartées 15 de 0,81 mm environ, ces stries sont perpendiculaires à la direction du déplacement relatif du doigt vibrant et de l'enclume. On peut choisir d'autres dimensions et un autre écartement des stries. Un doigt associé à un générateur de vibrations ultrasonores, ayant deux surfaces 19 et 21 de travail, est placé, en position initiale, à une extré-20 mité de l'enclume 11 et peut par exemple être déplacé, manuellement ou mécaniquement, en balayant l'enclume. L'ensemble du doigt et du générateur est désigné par le référence 17. Les surfaces de travail sont larges de 5,54 mm et sont écartées de 20,62 mm environ ; elles sont cintrées suivant un axe commun et présentent un rayon de courbure de 12,7 mm environ. Les lignes 22, en trait dis-25 continu, indiquent les trajets des bords de ces surfaces les plus éloignés l'un de l'autre, sur l'enclume 11. Avant la jonction; les feuilles ou bandes à réunir sont placées sur l'enclume comme le montre la Fig. 2 ; la feuille 23 qui porte une couche 25 conductrice de l'électricité est posée sur une feuille 27, déposée elle-même 30 sur l'enclume 11 ; la couche 25 porte sur :1a feuille 27. Les feuilles peuvent être maintenues en place par suction, à travers des trous non représentés, ou bien par des masses aimantées, comme il est bien connu. Le doigt 17, excité par un générateur ultrasonore, du type "piézoélectrique ou du type magnétostrictif, vibre à une fréquence habituellement comprise entre 20 kHz et 40 kHz ou même 35 plus grande ; on déplace par exemple ce doigt sur lés feuilles superposées, les surfaces 19, 21 portant constamment sur ces feuilles, ce qui réunit les feuilles 23, 27s la couche 25 restant intacte et conductrice dans les parties situées entre les stries. Chaque surface 19, 21 passe alternativement sur une strie et sur une 40 partie plane de l'enclume, sépaant deux stries. Suivant le mode de réalisation 3 7130186 72 08741 décrit, les surfaces 19, 21 ont une largeur plus grande que la longueur des stries, si bien qu'une partie de chaque surface est toujours supportée par une partie plane continue de l'enclume. On peut donc considérer ces parties des surfaces de travail comme portant toujours sur un plateau continu. Pote éviter de joindre les feuilles 23 et 27 dans les régions portant sur les plats de l'enclume situées entre deux stries et dans les régions qui reposent sur les parties de l'enclume ne comprenant pas de stries, on maintient la puissance à une valeur plus petite que la puissance nécessaire pour réunir les feuilles dans ces régions, c'est-à-dire à une puissance moindre que celle ^ nécessaire pour joindre les feuilles si l'enclume n'est pas striée. Les feuilles ou bandes sont réunies dans ces conditions sans perte de la conductivité électrique entre les parties de la feuille 23 situées de part et d'autre de la zone de jonction. Il semble que la face "aval" de chaque strie, c'est-à-dire la face re-15 couverte en second par la surface de travail, condense l'énergie, ce qui augmente la densité volumique d!ênergie jusqu'à dépasser un seuil en dessous duquel la jonction ne se produit pas en l'absence de stries. Cette explication n'est qu'une hypothèse indépendante de la valeur de l'invention. Le fait pratique est qu'on peut régler la puissance à une valeur suffisante pour produire la réunion sur 20 les faces "aval" des stries, mais insuffisante pour produire cette jonction en dehors des stries. L'ensemble d'un poste suivant un mode de réalisation de 1'invention sera décrit maintenant en se référant aux Fig. 3, 4 et 5. L'enclume 11 est placée horizontalement et présente deux rangées 13 25 15 de stries, les feuilles ou bandes sont posées sur l'enclume, de manière à recouvrir ces rangées. A chaque extrémité de l'enclume se trouve un couple de chemins de roulement, situés à un niveau un peu plus haut que l'enclume. Ces chemins de roulement portent les références 31, 33 (à la droite de la Fig. 3), d'une part, et 69,71 (à la gauche de cette figure), d'autre part ; ces deux chemins de 30 roulement 31, 33 d'une part, ou 69, 71 d'autre part, sont séparés par une petite dépression. Dans la position représentée à la Fig. 3, qui est, par exemple, la position en début d'opération, comme il sera précisé dans la suite, un porte-outil 39 muni de roues 35, 37 repose sur les chemins 31, 33 de roulement. Le générateur de vibrations ultrasonores et le doigt fourchu, ayant deux surfaces 35 19, 21 de travail appliquant ces vibrations, sont désignés, ensemble, par la référence 17. Les surfaces 19, 21 du doigt sont situées à un niveau un peu plus bas que les points les plus bas des roues 35, 37 et aussi plus bas que les chemins de roulement. Le porte-outil 39 est entraîné par un chariot 51, par exemple automoteur, par un bras 41 ; le porte-outil 39 est articulé sur le bras 41 par un 40 pivot 45 dont l'axe coupe celui de l'ensemble 17 ( qui présente une forme générale U 08741 * 2,30,86 cylindrique)si bien que cet ensemble peut osciller un peu autour d'une position moyenne, pendant qu'il traverse l'enclume pour que les surfaces 19, 21 portent constamment et uniformément sur les feuilles ou bandes à réunir. Ce levier est articulé sur le chariot 51 par un pivot 49 parallèle à la direction de déplace-5 ment. Une masse 48 charge l'ensemble 17 ; cette masse est placée à l'extrémité du bras 41 : elle est telle que la force appliquée au doigt soit de l'ordre de 18 N. le chariot 51 se déplace parallèlement aux rangées 13, 15 ; à cet effet, il présente deux trous 53, 55 et est enfilé sur deux tiges 57, 59 cylindriques fixes, parallèles aux rangées 13, 15 si bien que le chariot 51, le bras 41, le 10 porte-outil 39 et l'ensemble 17 peuvent se déplacer en même temps dans les deux sens en coulissant sur ces tiges 57, 59. Il est clair qu'au lieu de déplacer le doigt on peut mouvoir l'enclume. Suivant le mode de réalisation représenté aux Fig. 3, 4 et 5, le chariot 51 est muni d'un moteur 60, dont l'arbte porte une poulie 61 ; un câble 15 63, fixé à ses extrémités dans un cadre 65 est enroulé sur cette poulie, si bien que la rotation du moteur déplace le chariot le long des tiges 57, 59. Suivant un autre mode de réalisation, l'entraînement par câble et poulie est remplacé par un entraînement à pignon 66 et crémaillère 64, la crémaillère étant solidaire du cadre 65. Cette variante est représentée à la Fig. 6. 20 Quand on met en fonctionnement le moteur 60 et le générateur ultra sonore qui fait vibrer le doigt, les feuilles ou bandes 23, 27 à réunir étant posées sur l'enclume 11 ;le porte-outil roule sur les chemins 31, 33 puis l'ensemble 17 se déplace sur les rangées 13, 15 de stries en joignant les deux feuil les ou bandes au-dessus des stries uniquement ; en fin de course, le porte-ou-25 til roule sur les chemins 69, 71. On enlève les feuilles ou bandes jointes, et on les remplace par un nouveau couple de feuilles ou bandes à assembler. La soudure se fait pendant le retour du chariot à sa position initiale, en inversant le sens de rotation du moteur 60. On peut aussi mettre en fonctionnement uniquement le moteur, la mise 30 en marche du générateur ultrasonore étant déclanchée et arrêtée par des interrup teurs automatiques, aux moments où le chariot quitte ou atteint les chemins de roulement. Comme on l'a exposé, les plans des chemins 31, 33, 69, 71 sont un peu plus élevés que la surface de l'enclume 11, et une petite dépression est ménagée 35 entre les chemins de roulement situés à une même extrémité du poste, si bien que, lorsque l'opération est terminée, les roues portent sur les chemins de roulement et éloignent l'ensemble 17de tout ce qui est susceptible de l'endommager. Pendant la jonction proprement dite, les roues ne touchent ni l'enclume ni les feuilles ou bandes à réunir, l'ensemble 17 flottant, en quelque 40 sorte, sur les feuilles ou bandes en cours de la jonction. 72 0374, ' 2130,86 d'assemblage Le procédé / décrit ci-dessus convient bien pour la plupart des feuilles ou bandes de matières plastiques relativement dures et rigides telles que des supports photographiques en poly(téréphtalate d'éthylèneglycol). Si l'une des feuilles ou bandes est faite d'une matière relativement molle et 5 flexible, par exemple en polyuréthanne, la jonction en une seule passe risque de produire un glissement, qui est cumulatif, si bien qu'on obtient alors un renflement à la fin de l'opération. On évite ce défaut en joignant la moitié seulement des parties à unir par un déplacement de l'ensemble 17 à partir de l'extrémité de sa course ; on s'arrête à mi-course ; on soulève l'ensemble 17 10 pour le déplacer jusqu'à l'autre extrémité de sa course, et on termine l'opération en sens inverse depuis la seconde extrémité jusqu'au milieu de la partie à joindre. Le procédé de soudage suivant 1'invention permet de réunir des feuil-ou bandes thermoplastiques de même nature ou de natures différentes. Il permet 15 d'obtenir des raccordements satisfaisants, même quand il est nécessaire de conser ver la conductivité électrique à travers les zones de jonction. Bien entendu, d'autres modes de réalisation du poste de soudage suivant l'invention sont possibles ; en particulier, l'enclume peut être verticale ; on peut même placer l'ensemble 17 en dessous de l'enclume, par retournement de 20 l'appareil. Il est clair qu'avec de telles orientations, il est nécessaire de faire porter l'ensemble 17 sur l'enclume par autre chose que la simple pesanteur par exemple par un dispositif à ressort ou à pression de fluide. Des exemples de matériaux pouvant être assemblés suivant l'invention sont, notamment, les feuilles ou bandes minces de polyuréthanne ou de polyamide 25 qu'on unit à une feuille ou bande de poly(téréphtalate d'éthylèneglycol) portant une couche conductrice de l'électricité. Les stries présentées par l'enclume peuvent avoir une fonction auxiliaire quand on utilise une dépression pour maintenir les feuilles ou bandes en position sur l'enclume, car elles peuvent servir à répartir la dépression unifor 30 mément. 72 08741 2130186 REVENDICATIONS 1 - Poste d'assemblage de feuilles ou bandes thermoplastiques par martelage des feuilles ou bandes avec un doigt vibrant sous l'action du générateur de vibrations ultrasonores et mobile relativement aux feuilles ou bandes à réu-5 nir posées sur une enclume, poste caractérisé en ce que cette enclume pré sente des stries placées sous le trajet du doigt vibrant et orientées transversalement au déplacement relatif. 2 - Poste conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ces stries sont parallèles et proches les unes des autres. 10 3 - Poste conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les stries forment au moins deux rangées parallèles et que la surface de travail du doigt recouvre lors de son déplacement simultanément des stries de chacune des rangées. 4 - Poste conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le doigt vibrant 15 est fourchu et présente des surfaces de travail adaptées, chacune, à l'une des rangées. 5 - Poste conforme à l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'en semble du doigt et du générateur de vibrations est monté sur un porte-outil par l'intermédiaire d'un pivot, de manière à pouvoir basculer suivant un 2o axe parallèle aux rangées de stries et situé entre celles-ci à distance de ces dernières et en ce que ce porte-outil est associé à un chariot qui le déplace parallèlement aux rangées de stries. 6 - Poste conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le chariot est 25 placé en dehors de l'enclume, et en ce que le porte-outil est articulé sur ce chariot suivant un axe parallèle à la direction de déplacement et en ce que des chemins situés à un niveau plus élevé que la surface de l'enclume portant les stries sont disposés aux extrémités des rangées pour recevoir le porte-outil de manière que la distance séparant le doigt de l'enclume soit 3Q augmentée. 7 - Poste conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le doigt vibrant peut être mis en vibration quel que soit le sens de son déplacement de manière à permettre le fonctionnement du poste dans les deux sens de déplacement du chariot. 35 8 - Procédé d'assemblage de feuilles ou bandes thermoplastiques placées en superpositions entre une enclume et un doigt vibrant à fréquence ultrasonore, caractérisé en e qu'on dispose ces feuilles ou bandes sur une enclume présentant des stries, en ce qu'on déplace relativement enclume et doigt pour que ce dernier se meuve sur les feuilles ou bandes superposées qui couvrent les stries et en ce qu'on applique au doigt une énergie moindre que celle néces-saire à la jonction des feuilles ou bandes à l'absence des stries. 7 2130186 72 08741 9 - Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé enœ qu'on fait, dans un premier temps, une partie de l'assemblage en déplaçant le doigt depuis une extrémité de sa course jusque vers le milieu de sa course, en ce qu'on soulève le doigt pour qu'il achève sa course sans faire de jonction, et qu'on fait dans un second temps 1'autre partie de 1'assemblage en faisant décrire au doigt un trajet en sens opposé pour réunir la partie non précédemment jointe. 10 - Application du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'on utilise pour assembler des feuilles ou bandes thermoplastiques dont l'une au moins est munie d'une couche conductrice de l'électricité sans détruire la conductivité sur la zone de jonction.