Brevet FR2337614A1 — publié le 19770805

L'invention concerne un appareil de coupe et, notamment, un appareil de coupe par vibrations ultrasonores, destiné àsectionner des fibres ou des fils. Un tel appareil permet notamment de réaliser la coupe des fils dans les machines à coudre industrielles. Lors de ces applications, un coupe-fil est destiné à sectionner le fil d'aiguille et le fil d'alimentation lorsque le piquage d'un tissu est achevé, ou à sectionner les bouts de fil pendant le surjetage. Dans le premier cas, on utilise généralement un coupe-fil ou, avantageusement, un coupe-fil placé sous le plateau de la machine à coudre supportant le tissu. Dans le second cas, on utilise un dispositif destiné a couper les bouts de fil pendant le surpiquage.Les coupe-fil placés sous le plateau de la machine sont actuellement de deux types, à savoir un premier type comportant un couteau à grande vitesse, destiné à couper les fils par contact, et un second type fonctionnant par cisaillement, à la manière de ciseaux. Dans les deux cas, les fils d'aiguille et d'alimentation sont déplacés d'une position normale vers une position de coupe par un "taquet", de manière que des longueurs suffisantes de fil restent à l'aiguille et à la bobine. La complexité mécanique relative de ces coupe-fil à couteau à grande vitesse constitue l'un de leurs inconvénients. Cette complexité augmente le coat de ces dispositifs et soulève des problèmes d'entretien et de réglage, notamment lorsque les caractéristiques du fil varient. De même, un dispositif de coupe fonctionnant par cisaillement et réalisant un déplacement rotatif, rectiligne ou pivotant entre deux arrêtes de coupe est généralement complexe et, par conséquent, ne présente pas la sûreté de fonctionnement souhaité table. De plus, son entretien est comateux. Par exemple, les réglages et l'entretien de la finesse des aretes sont critiques dans ces dispositifs. L'invention concerne un appareil de coupe par ultrasons de fils et de bouts de fil. L'appareil selon ltinventior comprend un élément flexible en forme de U, comportant deux branches opposées, un dispositif de coupe monté sur ces branches, et un générateur d'ultrasons relié à 12 élément flexible et destiné à transmettre des vibrations ultrasonores au dispositif de coupe. tes branches opposées de l'élément flexible comportent avantageusement des saillies se faisant face, de manière que les branches s'entrechoquent en vibrant et produisent des vibrations secondaires qui s'ajoutent aux vibrations primaires produites par le générateur d'ultrasons. Ce dernier comprend un support résonnant qui présente une extrémité fermée et qui loge un cristal piézo-électrique, céramique et tubulaire, et un organe de liaison entre une extrémité duquel et l'extrémité fermée du support est fixé et comprimé le cristal. L'organe de liaison traverse l'extrémité fermée du support et est fixé à l'élément flexible. L'invention concerne donc un appareil de coupe de fils, de bouts de fil, d'étoffes, et d'autres matières et, notamment, un appareil ds coupe de fils et de bouts de fil en mouvement, destiné aux machines à coudre. Appareil selon l'invention est simple, efficace et sûr. Il réalise une coupe par ultrasons et ne nécessite donc pas la présence d'un bloc de coupe. Il produit divers modes de vibrations afin de réaliser une coupe par ultrasons. L'appareil selon l'invention comporte également un générateur d'ultrasons. L'appareil perfectionné selon l'invention, destiné à la coupe de fils, s'applique avantageusement à divers types de machines à coudre et à piquer. Il comporte avantageusement un élément flexible en forme de U, excité par ultrasons, comprenant deux branches opposées sur lesquelles sont montés des organes destinés à cisailler par contact toute matière convenable, par exemple des fils. L'appareil comprenMégalement un bloc de montage, un générateur d'ultrasons fixé à ce bloc, l'élément flexible en U, relié au générateur d'ultrasons et excité par ce dernier, et des organes de coupe montés sur l'élément en U et destinés à entrer en contact avec une matière pour la cisailler.L'appareil de coupe par ultrasons selon l'invention est destiné à etre associé à un mécanisme tirant la matière à couper pour la faire porter contre les organes de coupe, et avec1 une machine à coudre ou à piquer dans laquelle la matière à couper par ultrasons est le fil de couture ou des bouts de fil. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue partielle en perspective de l'appareil selon l'invention monté dans une machine à coudre partiellement représentée ; la figure 2 est une coupe longitudinale de l'appareil de coupe de la figure 1 la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2 la figure 4 est une vue en plan de l'élément flexible et de l'élément de commande de l'appareil selon l'invention les figures 5a et 5b sont des coupes suivant la ligne 5-5 de la figure 4 et représentent deux variantes de détails de l'appareil selon l'invention la figure 6 est une vue en perspective d'une variante de l'élément flexible de l'appareil selon l'invention ; et les figures 7 à 10 sont des vues en plan simplifiées de variantes d'éléments de l'appareil selon l'invention. la figure 1 représente une forme avantageuse de l'appareil 12 de coupe selon l'invention, incorporé à une machine à surjeter (non représentée). La figure représente une partie du socle moulé 14 de la machine à surjeter , sur laquelle les divers éléments de l'appareil 12 sont montés. En particulier, un élément 16 de commande est fixé au socle 14 par un bloc 18 de montage lui-meme fixé au socle par des vis introduites dans des trous 20 et 22 et traversant une plaque 23 placée sur le socle 14. L'élément de commande est un transducteur piézo-électrique à ultrasons, représenté plus en détail sur les figures 2 et 3. La figure 2 représente l'élément 16 de commande.Ce dernier comprend un support résonnant et replié 25, un cristal céramique, piézoélectrique et tubulaire 26, et un organe compressible 27, reliant dynamiquement le cristal 26 et le support 25 à un élément flexible 36. En particulier, le support résonnant 25 est une pièce métallique tubulaire d'une longueur et dtune inertie données, comprenant une paroi mince 28a et une paroi épaisse 28b, sensiblement plus courte que la paroi mince. Le support résonnant est fixé dans le bloc 18 par son point nodal (c'est-à-dire le point soumis aux vibrations de plus faible amplitude).A cet effet, le bloc 18 entoure étroitement le support, comme représenté sur la figure 3, et présente une fente 19 au moyen de laquelle la force de serrage peut être exercée. t'extrémité du support située à l'extérieur du bloc de montage est fermée par une paroi 29 comportant une bague taraudée 30 dans laquelle passe une longue vis 31 de liaison. Un écrou 33 est vissé sur une extrémité de cette vis et comprime une rondelle 32 contre une extrémité du cristal 26 pour faire porter à force l'autre extrémité de ce dernier contre la paroi extrême 29. te cristal 26, le support résonnant et la vis de liaison, ainsi que la rondelle et ltécrou montés sur cette dernière, forment un ensemble vibratoire soumis à une excitation dynamique par la réponse piézo-électrique du cristal lorsque ce dernier est parcouru par un courant électrique convenable.Le cristal céramique, qui peut être réalisé en zirconate-titanate de plomb, est argenté à ses surfaces interne et externe (non représentées), de manière à permettre l'établissement de contacts électriques avec un conducteur 70. La vis de liaison, qui dépasse la paroi extrême 29, est vissée sur un côté de l'élément flexible 36. L'élément flexible, mentionné ci-dessus, se présente sous la forme d'un diapason comprenant deux branches 38 et 39 qui présentent deux surfaces surélevées et opposées 40 et 41, voisines de deux embouts 42 et 43 de coupe. tes embouts 42 et 43 de coupe sont fixés aux extrémités des branches de 11 élément flexible, de manière à former une gorge 44 de coupe entre eux. Les surfaces opposées 40 et 41 des deux branches par lesquelles ces dernières entrent en contact lorsque l'élément flexible vibre, produisent des vibrations secondaires qui s'ajoutent aux vibrations commandées. Ces vibrations secondaires ont une amplitude supérieure à celle des vibrations commandées ou primaires et il semble qu'elles participent à la traction du fil entre les embouts 42 et 43 et qu'elles améliorent donc le fonctionnement de l'appareil. De plus, la durée de vie des embouts de coupe est également augmentée, car les surfaces surélevées interdisent toute usure de ces embouts. Un dispositif destiné à tirer les bouts de fil dans la gorge 44 de coupe est également monté sur le socle 14 de la machine de piquage. Ce dispositif comprend un élément d'aspiration qui présente un orifice 45 voisin d'une ouverture 46 de guidage du fil, présentée par une plaque 50 de la machine à coudre. L'ouverture de guidage se rétrécit vers un point situé au-dessus de l'orifice 45 d'aspiration et de la gorge 44 de coupe, de manière que les bouts de fil, suivant ou précédant l'étoffe piquée, soient aspirés automatiquement dans la gorge de coupe par l'ouverture lorsque le bord de l'étoffe piquée passe au-dessus de cette gorge de coupe. L'élément d'aspiration comporte également un tube54 dont une extrémité constitue l'orifice 45. Ce tube descend de l'ouverture de guidage en passant sous l'élément flexible, puis il contourne l'élément de commande en suivant plusieurs coudes et il s'élève vers une encoche 60 du socle où il est fixé à un raccord 62 à vide. Ce raccord 62 est luì-meme relié à un autre tube 63 qui aboutit à une source (non représentée)capable de pro duire une dépression suffisante pour maintenir l'aspiration souhaitée. L'appareil selon l'invention comporte également une enceinte (non représentée) constituée de plusieurs parois et entourant l'élément flexible pour le protéger contre toute détér;ora- tion. Diverses plaques sont montées sur le socle 14 de la machine à piquer, la plaque 23 étant située approximativement au-dessus de l'appareil de coupe par ultrasons et portant la plaque 50 qui présente ltouverture de guidage du fil. Une plaque mobile 68, ne faisant pas partie de l'appareil selon l'invention, porte un certain nombre de griffes d'entraînement en forme de dents de scie (non représentées), situées à sa surface supérieure. Cette plaque présente également plusieurs encoches dans lesquelles des aiguilles peuvent exécuter des mouvements alternatifs, par exemple une aiguille de surjetage et une aiguille réalisant une couture de protection. Une caractéristique importante de l'appareil selon l'invention concerne l'élément flexible en U et ses divers modes de fonctionnement. Cet élément, représenté sur les figures 4 à 10, se présente sous la forme d'un diapason comprenant deux branches opposées. Un élément de commande produit des vibrations ultrasonores d'une fréquence comprise entre 15000 et 100 000 Hz environ et, avantageusement, entre 20 000 et 40 000 Hz. Les branches opposées de l'élément flexible sont avantageusement distantes l'une de l'autre de manière que leurs surfaces surélevées et opposées s'entrechoquent pendant I'excitation de cet élément. De plus, un embout de coupe est fixé à proximité de chaque surface, sur l'extrémité de chaque branche de l'élément flexible. Les surfaces surélevées et opposées des deux branches assument deux fonctions extrêmement importantes. La première de ces fonctions consiste à engendrer, sous l'effet des chocs mutuels des deux branches, des vibrations supplémentaires ou secondaires favorisant la coupe et participant à la traction du fil dans la gorge. il est probable que certaines de ces vibrations secondaires ont des amplitudes supérieures à celles des vibrations primaires, ce qui facilite l'introduction du fil entre les embouts de coupe. La seconde fonction de ces deux surfaces en saillie est la protection des embouts de coupe contre toute usure. En l'absence de ces surfaces ou saillies, les embouts de coupe risquent de s'user rapidement. L'appareil de coupe selon l'invention représenté sur la figure 4 comporte un élément flexible 102 en U, comprenant deux branches 104 et 106 qui présentent à leur surface interne des saillies 110 et 112 destinées à s'entrechoquer. L'élément 114 de commande, mentionné précédemment, se présente sous la forme d'une tige prolongeant l'élément flexible et/fixée à ce dernier en un emplacement décrit ci-après. les extrémités libres des branches 104 et 106 portent deux embouts 116 ,et 118 de coupe qui présentent des arêtes semicirculaires, orientées vers l'avant et vers l'intérieur, destinées à guider la matière à couper entre les deux embouts. La zone com prise entre les deux arêtes semi-circulaires constitue la gorge 120 de coupe. Bien que les embouts de coupe puissent prendre avantageusement deux formes différentes, ces embouts peuvent être symétriques. La figure 5a est une coupe transversale de deux embouts appelés dans ce mémoire embouts d'écrasement". Ils comprennent un embout 126 assumant la fonction de matrice et présentant une rainure 128 à sa face parallèle à l'axe des branches, et un embout 1 30 assumant la fonction de poinçon et présentant une nervure 132 alignée sur la rainure 128 et destinés se loger dans cette dernière lorsque les embouts entrent en contact. La figure 5b est une coupe transversale d'une variante de deux embouts appelés, dans ce mémoire, "embouts de cisaillement". l'un de ces embouts présente une rainure rectangulaire 134, et l'autre embout comporte une nervure 136, de section transversale également rectangulaire, destinée à s'emboîter dans la rainure lorsque les embouts entrent en contact, afin d'assumer la fonction de ciseaux. Ces deux formes de réalisation d'embouts peuvent être mises en oeuvre avantageusement suivant différents modes de fonctionnement et pour diverses matières. Bien que la forme avantageuse de réalisation de l'appareil de coupe selon l'invention, représentée sur les figures 1 et 2, comporte un élément de commande décalé par rapport à l'axe de symétrie de 11 élément flexible, cet élément de commande peut être placé dans toute position souhaitée par rapport à l'élément flexible. tes modes et amplitudes des vibrations et de l'excitation de l'élément flexible diffèrent suivant la disposition et les dimensions du dispositif, ainsi que suivant sa forme et l'inclinai- son des branches. De plus, il est possible de courber les branches de l'élément fLexible dans un autre plan, sous un angle souhaité, comme représenté sur la figure 6. Dans cette forme de réalisation, les branches, bien que restant parallèles, comme indiqué précédemment, sont courbées suivant leur grand axe. le mode de fonctionnement de cette forme de réalisation ne diffère pas de celui de l'élément flexible mentionné ci-dessus. Par conséquent, il est possible de courber cet élément suivant les critères d'encombrement de l'appareil dans lequel le dispositif de coupe doit être monté. il est connu, dans la technique des corps solides soumis à des vibrations ultrasonores, que la longueur, la forme, la matière et la fréquence sont interdépendantes et qulil doit être tenu compte de divers facteurs pour obtenir des vibrations de formes et d'amplitudes souhaitées. Aussi, les figures 7 à 10 représentent diverses formes de l'élément flexible 102 et de son élément 114 de commande. La figure 9 représente le dispositif de la figure 4 dans lequel l'élément flexible et son élément de commande ont une résonance composite et une excitation ou une commande vibratoire symétriques. La figure 7 représente une autre forme de réalisation dans laquelle la longueur de l'élément de commande est égale à la moitié de la période de la vibration symétrique résonnante de commande.La figure 8 représente une autre forme de réalisation du dispositif de coupe dans laquelle l'élément de commande est relié à l'élément flexible de manière à être perpendiculaire à l'axe de symétrie de cet élément flexible. Ainsi, ce dispositif assume la fonction d'un corps auto-résonnant, comprenant une partie flexible, un prolongement et une commande symétrique. De même, la forme de réalisation représentée sur la figure 10 diffère de celle de la figure 8 par le fait que la longueur de l'élément de commande n'engendre pas une résonance dans cet élément et dans l'élément flexible, mais fait apparaître plutôt une résonance composite. L'expression "résonance composite" s'applique à la résonance présentée par l'élément flexible et l'élément de commande lorsqu'ils forment une seule pièce. le fonctionnement de l'appareil selon l'invention donne d'excellents résultats et s'applique à la coupe de fils, de bouts de fil, d'étoffes, de papiers et de plusieurs autres matières. L'élément flexible et la gorge de coupe permettent de placer le transducteur de commande de manière que son axe longitudinal inscrive tout angle souhaité avec la direction du mouvement de la matière à cpuper. Dans une forme avantageuse d'application, par exemple dans le montage de l'appareil sur certaines machines à coudre et à piquer classiques, cette possibilité d'orienter l'axe longitudinal du transducteur parallèlement à la direction du mouvement de la matière à travailler permet une installation simple et très pratique de 11 appareil de coupe dans une machine à coudre. De plus, il n'est pas nécessaire d'utiliser une matrice fixe de coupe. En effet, la coupe s'effectue dans la gorge comprise entre les embouts des branches de l'élément flexible. Ces deux branches sont avantageusement soumises à des vibrations déphasées de 180 , c'est-à-dire que les deux branches se rapprochent simultanément et s'éloignent simultanément l'une de l'autre en vibrant. La disposition et le rapprochement des branches vibrantes permet à leurs surfaces opposées de s'entrechoquer et de faire apparaître des vibrations secondaires s'ajoutant aux vibrations primaires ou entretenues. L'élément flexible décrit ci-dessus se présente donc sous la forme dSun diapason dont les deux branches présentent l'extrémité ouverte. il peut être avantageusement réalisé de manière que sa longueur soit supérieure au double de la longueur d'onde, et de manière qu'il soit auto-résonnant ou soumis à une résonance composite lorsqu'il est soumis aux vibrations de commande. il est possible de calculer la longueur d'onde d'un élément flexible présentant une section transversale faible par rapport à la longueur (ce qui permet de négliger les effets de rotation initiale) par l'équation suivante Longueur d'onde = constante dans laquelle CS est la vitesse d'une onde longitudinale, t est l'épaisseur présentée par la section transversale dans la direction des déplacements par flexion, et f est la fréquence des vibrations. En général, dans le cas d'éléments métalliques d'une épaisseur de 2,5 mm et soumis à des vibrations dune fréquence de 25 kHz, la longueur d'onde est comprise entre 25 et 32 mm environ. De plus, le rapport entre l'amplitude et les vibrations des extrémités des branches de l'élément flexible et l'amplitude des vibrations du point de commande, c'est-à-dire du point de liaison entre l'élément flexible et l'élément de commande, dépend de la position de ce point de commande. 10rsqutaucune charge n'est appliquée aux branches vibrantes, ce rapport d'amplitude est d'environ 1,4, le point de commande correspondant à un ventre des vibrations de l'élément flexible. Le rapport augmente lorsque le point de commande ne correspond pas à un ventre. De plus, le rapport entre les amplitudes peut être affecté par l'amincissement des branches de l'élément flexible suivant leur axe. Une meilleure compréhension de ces diverses considérations peut être obtenue à la lecture de l'article "Vibration Analysis Tables", de R.E. Bishop et D.C. Johnson (Cambridge Univ. Press. 1956). Une caractéristique importante du fonctionnement de l'appareil selon l'invention résulte de l'entrechoquement des branches vibrantes, qui fait apparaître des vibrations à basse fréquence dont certaines ont une amplitude supérieure à celle des vibrations de commande. Cet entrechoquement augmente sensiblement l'efficacité de la coupe effectuée par le dispositif. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de coupe par ultrasons, caractérisé en ce qu'il comporte un élément flexible en U comprenant deux branches opposées, un élément de commande relié à l'élément flexible pour l'exciter et produisant des ultrasons, et'des organes de coupe montés face à face sur les branches de ltélément flexible et destinés à couper la matière placée entre ces organes. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches présentent des surfaces en saillie orientées l'une vers l'autre et légèrement espacées l'une de l'autre, ces surfaces entrant en contact et s'entrechoquant lorsque des vibrations ultrasonores sont communiquées à ltélément flexible, de manière que cet entrechoquement fasse apparaetre des vibrations secondaires dans l'élément flexible. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commande comprend un support résonnant relié à l'élément flexible, un cristal piézo-électrique monté dans le support et produisant des vibrations ultrasonores lorsqu'il est soumis à une excitation électrique, et un organe de liaison reliant le cristal au support en les comprimant l'un contre l'autre. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le cristal piézo-électrique est un tube, le support présentant une extrémité fermée contre laquelle porte une première extrémité dudit cristal, ledit support étant replié sur le cristal, l'organe de liaison maintenant à force la seconde extrémité du cristal contre ladite extrémité fermée du support, de manière que les vibrations dudit cristal soient transmises à ce support. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un socle sur lequel un bloc de montage fixe ledit support par un point nodal de ce dernier, une plaque, montée au-dessus du socle, présentant une ouverture voisine des organes de coupe, et un dispositif d'aspiration étant fixé au-dessous de la plaque et communiquant avec l'ouverture de cette dernière pour appliquer une aspiration à la matière placée au-dessus de ladite ouverture, de manière que cette matière soit tirée en contact contre les organes de coupe. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes de coupe comprennent un premier embout monté sur une première des deux branches de l'élément flexible, et un second embout monté sur l'autre de ces deux branches et opposé audit premier embout. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que L'élément de commande fait vibrer les deux branches en opposition de phase. 8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de commande fait vibrer les deux branches avec un décalage de 1800. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commande est relié à l'élément flexible, parallèlement à l'axe de symétrie de ce dernier. 10. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite plaque et ledit socle font partie d'une machine à coudre. 11. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier embout de coupe comprend une matrice qui présente une rainure rectangulaire, le second embout de coupe comprenant une embase sur laquelle fait saillie une nervure rectangulaire opposée à ladite rainure. 12. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier embout de coupe comprend une matrice qui présente une rainure, le second embout de coupe comprenant une embase de laquelle fait saillie une arête opposée à ladite rainure. 13. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commande est relié à un point de l'élément de flexion correspondant approximativement à un ventre de vibration. 14. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de commande est relié à l'élément flexible en un point correspondant approximativement à un noeud de vibration. I 15. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de liaison est relié à l'élément flexible de manière à inscrire un certain angle avec l'axe de symétrie de ce dernier. 16. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun des embouts de coupe présente un bord avant semicirculaire, ces bords étant inclinés l'un vers l'autre et vers l'intérieur, de manière à former une gorge de coupe entre eux. 17. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de choc destinés à entrer en contact par intermittence avec au moins l'une des branches pour engendrer des vibrations secondaires dans ltélément flexible lorsque ce dernier est soumis à des vibrations ultrasonores. 18. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des organes de choc montés sur au moins l'une des branches, et des organes fixes, montés à proximité des organes de choc et engendrant des vibrations secondaires dans l'élément flexible lorsque ce dernier est soumis à des vibrations ultrasonores.