Brevet FR2470753A1 — publié le 19810612

La présente invention concerne le domaine du scellement des céramiques, et elle vise plus particulièrement un procédé et un dispositif perfectionnés pour la délivrance de verre à souder fritté utilisable pour sceller entre elles des pièces en verre ou en céramique. Les compositions de verre de scellement telles que les suspensions de verres à souder frittés sont généralement dénommées "frittes" dans l'industrie et sont utilisées dans la fabrication. de nombreuses sortes d"as- semblages comportant des pièces en céramique, des enveloppes en verre pour dispositifs électriques, des com posants en vitrocérame pour ébauches de miroirs de te- lescopes et; des supports en céramique pour circuits élec- triques.Une application majeure de la fritte dans la réalisation de scellements est la fabrication dlenvelop- pes pour tubes cathodiques de télévision couleur et si- miliaires. De telles enveloppes sont réalisées par scellement mutuel dune pièce formant cone et d'une pièce formant fond ou panneau frontal par utilisation d'une fritte qui est normalement appliquée par extrusion sous la forme d'un ruban ou cordon continu sur l'une au moins des surfaces conjuguées ou surfaces de scellement pre vues sur le panneau frontal et sur le canez Ces pièces sont ensuite réunies et soumises à une cuisson destinée à donner un ensemble d'un seul tenant dans lequel la fritte réalise un scellement hermétique mécaniquement robuste. Dans le passé, il était de pratique courante d'appliquer un cordon d'une telle fritte au bord de scel- lement d'un article à sceller au moyen d'un réservoir du type à cylindre vertical présentant un orifice situé à proximité de son fond et contenant, sous une pression pneumatique constante, une charge de la fritte à délai vrer.Cependant, vu que la viscosité de la fritte non tenue dans ce genre de cylindres varie en fonction du temps et de la température et que la hauteur du niveau de la fritte sous pression pneumatique varie à mesure que celle-ci s'épuise, la quantité de fritte déposée par de tels distributeurs tend à varier dans de larges limites, en donnant de ce fait des scellements mécaniquement non satisfaisants en raison d'un manque ou bien d'un excès de fritte. Par ailleurs, en vue d'obtenir une section transversale profilée présentant davantage de fritte sur l'intérieur de la structure scellée après cuisson, pour obtenir ainsi un scellement plus résistant, ainsi qu'en vue d'empêcher la fritte de déborder du bord de scellement de l'article en verre, il estsouhaitable de délivrer une fritte assez visqueuse à section profilée. Cependant, les distributeurs classiques à pression constante ne permettent pas de délivrer commodément les frittes ayant la forte viscosité voulue car les fortes pressions exigées ont simplement pour effet de souffler un trou au centre de la pâte de fritte dans la région des orifices de délivrance. Un procédé et un dispositif de délivrance de fritte perfectionnés qui écartent la plupart des inconvénients ci-dessus mentionnés des distributeurs de fritte classiques sont décrits dans la demande de brevet des E.U.A. ne 936 343 aux noms de BARBER et al. intitulée "Method and Apparatus for Dispensing Frit having a nydraulically Actuated Piston", dont la présente Demanderesse est cessionnaire. Le dispositif décrit comporte une distribution volumétrique qui est incorporée dans l'ensemble hydraulique, situé à une certaine distance de la tête de distribution de fritte.La taille du cylindreréservoir de fritte décrit dans cette demande de brevet et le fait que le cylindre hydraulique soit raccordé directement à ce cylindre imposent pratiquement au cylindre d'entre placé à une certaine distance de la tete de distribution, la distribution s'effectuant directement à partir du cylindre-réservoir de fritte. Cependant, un autre problème se pose lorsqu'on utilise une fritte thixotropique telle que celle décrite dans la demande de brevet des E,U.A, n0 934 348 aux noms de CORBETT et ai. intitulée "Gelled Solder Glass Suspensions for Sealing Glass or Ceramic Parts", à savoir celui du notable accroissement de la viscosité de cette fritte thixotropique lorsqu'elle se trouve au repos, comme c'est le cas entre des délivrances de fritte périodiques.La fritte demeurant dans la canalisation reliant le cylindre-réservoir à la tête distributrice, de meme que celle se trouvant à l'intérieur de la teAte distributrice elle-meme dans un tel appareil, devient très ferme lorsqu'elle se trouve au repos entre les délivrances, et elle nécessite l'application de pressions additionnelles pour pouvoir être remise en écoulement. Toutefois, une fois que l'écoulement est rétabli et qu'il se produit un cisaillement de la fritte au cours de cet écoulement, la fritte repasse à une viscosité comprise dans une gamme normale. Les pressions initiales plus élevées nécessaires pour établir l'écoulement dans un tel dispositif donnent cependant lieu à un débit de fritte excessif et incontrôlé au début de chaque cycle de délivrance. Ainsi, la présente invention apporte des perfectionnements au dispositif faisant l'objet de la demande de brevet des E.U.Â. nO 936 343 ci-dessus citée, perfectionnements qui remédient aux comportements particuliers qui se manifestent dans la délivrance d'une fritte thixotropique. Le but fondamental de la présente invention est par conséquent de proposer un procédé et un dispositif permettant de délivrer une quantité uniforme d'une fritte thixotropique pour scellement d'articles en verre et en vitrocérame, indépendamment de sa température ou de sa viscosité au repos, par mise en oeuvre de moyens volumétriques à déplacement réglable faisant intervenir un refoulement ou extrusion préliminaire de la fritte thixotropique la faisant passer d'un cylindre-réservoir à un cylindre distributeur de façon à lui appliquer des forces de cisaillement et à ramener sa viscosité dans une gamme de valeurs normales pour la faire délivrer par le cylindre distributeur. Dans ses dispositions les plus fondamentales, la présente invention vise un procédé et un dispositif permettant de délivrer de la fritte thixotropique pour scellement mutuel d'articles en verre et en vitrocérame d'une façon uniforme et dosée afin de procurer des caractéristiques de scellement améliorées. Le dépôt d'un cordon de fritte non uniforme sur un bord de scellement peut rendre impossible d'obtenir un scellement hermétique dans les régions où la quantité de fritte déposée est insuffisante, et on obtient un renflement disgracieux et une discontinuité de contraintes du verre dans les regions où la quantité de fritte déposée sur la surface de scellement est excessive. Un procédé fondamental de mise en oeuvre de la présente invention consiste à remplir un cylindreréservoir de matière thixotropique à délivrer en rétractant un piston prévu à l'intérieur de ce cylindre. Le piston est ensuite avancé afin de refouler cette matière dans un cylindre distributeur de dimensions relativement faibles comparativement au diamètre beaucoup plus grand du cylindre-réservoir, ceci afin d'agir sur la viscosité de la matière thixotropique par application à celle-ci de forces de cisaillement pendant ce refoulement pour amener sa viscosité dans une gamme normale de viscosites de delivrance. Ensuite, pendant que la viscosité de la matière thixotropique est encore comprise dans cette gamme normale, un piston situé à l'intérieur du cylindre distributeur est avancé. à une allure constante de façon à délivrer la matière thixotropique sous un débit constant par un orifice désiré à l'effet d'obtenir un écoulement uniforme de la fritte du début à la fin de la délivrance par le cylindre distributeur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus amplement de la aescription detaillée qui est donnee ci-après à titre d'exemple en référence aux figures annexees sur lesquelles la figure 1 est une representation schématique en coupe d'une forme de réalisation préférée d'un dispositif selon l'invention destiné à délivrer de la fritte sous un débit dosé et avec une configuration désirée par mise en oeuvre d'un déplacement à volume constant et d'un refoulement ou extrusion préliminaire de cette fritte dans un cylindre distributeur destinée à en modifier la viscosité; et la figure 2 est une vue schématique partielle prise suivant la ligne 2-2 de la figure i qui représente la tête distributrice et sa plaque perforée. On se reportera à présent aux figures qui représentent un dispositif distributeur de fritte 10 comportant un cylindre hydraulique 12, un cylindre-réservoir 14 et un cylindre distributeur 16. Le cylindre ou vérin hydraulique 12 et le cylindre-réservoir 14 comportent des portions terminales adjacentes respectives 18 et 20 qui sont solidarisées entre elles de façon étanche et comportent une tige de piston commune 22 qui les traverse et est reliée à un piston 24 dans le cylindreréservoir 14 et à un piston 26 dans le cylindre hydraulique 12.Le cylindre hydraulique 12 comporte un capu chon terminal postérieur 28 qui fait face à la portion terminale antérieure adjacente 18 et est pourvu d'une canalisation hydraulique 30 qui communique avec l?inté rieur du cylindre 12 en arrière du piston 26 par un orifice 32 formé dans le capuchon terminal 28 Dgune façon similaire, la portion terminale antérieure 18 du cylindre hydraulique 12 est pourvue d'une canalisation hydrau- lique 34 qui lui est raccordée et communique avec 1 'in- térieur de ce cylindre devant le piston 26 par un orifice 36 formé dans la portion terminale 18 La portion terminale adjacente 20 du cylindre réservoir 14 comporte une canalisation de mise à l'air libre 38 qui lui est raccordée et communique avec l'intérieur du cylindre 14 en arrière du piston 24 par un orifice 40 formé dans la portion terminale 20. L'extrémité antérieure du cylindreréservoir 14 comporte un capuchon terminal 42 qui est pourvu d'un bouchon amovible 44 pour permettre de charger de la fritte dans le cylindre-réservoir 14. Le cylindre réservoir 14 est relié au cylindre distributeur 16 au moyen d'un conduit 46 tel qu'un tuyau flexible à haute pression étanche aux vapeurs en série avec lequel est montée une vanne appropriée telle qu'une vanne sphérique 48. A son extrémité antérieure, le cylindre distributeur 16 comporte une tête distributrice 50 traversée par un orifice de sortie 52. Le conduit 46 part d'un passage de sortie 45 ménagé dans le capuchon terminal 42 du cylindre-réservoir 14 et aboutit à un passage d'admission 47 formé dans la tête distributrice 50 du cylindre distributeur 16. L'extrémité postérieure du cylindre distributeur 16 est munie d'un capuchon terminal 54 pourvu d'un piston en forme de tige 56 qui traverse ce dernier à coulissement.A l'extrémité exterieure du piston en forme de tige 56 est fixé un dispositif à écrou fendu 58 qui est actionné par un vérin pneumatique non représenté de façon à coopérer périodiquement avec un arbre fileté 60 qui est monté rotatif dans des paliers 62 et 63 et est entrainé par un moteur électrique à vitesse variable 64. L'orifice de sortie 52 est pourvu d'une plaque perforée 66 du type à guillotine ou coupe-jet comportant un orifice 68 de profil désiré. L'orifice profilé 68 de la plaque à guillotine 66 peut coulisser de façon à venir en coincidence et hors de coincidence avec l'orifice de sortie 52 de la tête distributrice 50 grâce à une tige de pivot 70 et à une tringle d'accouplement 72 qui est elle-meme cine- matiquement accouplée à un vérin pneumatique non repré senté. Autour du dispositif 10 sont disposés plusieurs interrupteurs de fin de course destinés à en coordonner le fonctionnement. Un interrupteur de fin de course LS-1 coopère avec la vanne 48 de façon que cette dernière agisse par sa position sur l'interrupteur LS-1, qui commande luimeAme un vérin pneumatique en lui faisant ouvrir et fermer l'écrou fendu 58. Un interrupteur de fin de course LS-2 a pour fonction de couper l'excitation du moteur électrique à vitesse variable 64, tandis qu'un interrupteur de fin de course DS-3 met fin à l'application de la pression hydraulique par la canalisation 30 au cylindre hydraulique 12.Enfin, un interrupteur de fin de course LS-4 qui est commandé par la position de la tige de pivot 70 provoque l'excitation du moteur électrique 64 et par conséquent l'entrainement de l'arbre fileté 60. Les divers pistons et tiges de piston sont munis de joints glissants usuels comme schématisé en 74. En fonctionnement, le piston en forme de tige 56 du cylindre distributeur 16 étant dans sa position avancée tandis que l'alimentation du moteur électrique 64 est coupée par l'interrupteur de fin de course LS-2 avec lequel l'écrou fendu 58 est en contact, le robinet à boisseau 48 est amené dans sa position d'ouverture dans la canalisàtion 46.Lorsque la vanne 48 est amenée dans sa position d'ouverture, l'interrupteur de fin de course LS-1 se trouve actionné, et il agit sur le vérin pneumatique de façon à lui faire ouvrir l'écrou fendu 58, et le filetage de ce dernier cesse de ce fait d'engrener avec l'arbre fileté 60. Du fluide hydraulique est ensuite appliqué sous pression à l'extrémité postérieure du cylindre hydraulique 12 par la canalisation 30, le capuchon terminal 28 et le passage 32 de façon à déplacer le piston 26 vers l'avant. A mesure que le piston 26 se déplace vers l'avant, le fluide hydrauli- que contenu dans la partie antérieure du cylindre 12 se trouve refoulé par le passage 36 et la canalisation hydraulique 34. De plus, du fait que le piston 26 du cylindre hydraulique 12 et le piston 24 du cylindreréservoir 14 sont mutuellement accouplés par la tige de piston commune 22 le déplacement du piston 26 vers l'avant donne lieu à un déplacement vers l'avant simultané du piston 24, en soumettant ainsi la fritte contenue dans le cylindre-réservoir 14 à une extrusion qui la fait pénétrer dans le cylindre distributeur 16 par le conduit 46 et le robinet ouvert 48.. On notera que pendant le chargement du cylindre distributeur 16, la plaque à guillotine 66 occupe une position de fermeture de I1 orifice de sortie 58 de la tête distributrice 50. Lorsque la fritte thixotropique est chassée par extrusion du cylindre-réservoir 14 dans le cylindre distributeur 16, elle se trouve soumise à-des forces de cisaillement qui ramènent sa viscosité à une valeur normale de la délivrance. De plus, lorsque la fritte est extrudée dans le cylindre distributeur 16, la force exercée par la fritte admise sur le piston en forme de tige 56 pousse celui-ci en direction de sa position rétractée, de sorte que lorsque le cylindre distributeur 16 se trouve rempli de fritte, l'écrou fendu 58 relié à l'extré- mité extérieure du piston en forme de tige 56 vient en contact avec l'interrupteur de fin de course LS-3, ce qui met fin à l'admission de fluide hydraulique dans le cylindre hydraulique 12 par la canalisation 30. La vanne 48 est ensuite ramenée dans sa position fermée représentée sur la figure 1, et l'interrupteur de fin de courseLS-1- se trouve actionné de façon à agir sur le vérin pneumatique afin de lui faire fermer l'écrou fendu 58 autour de l'arbre fileté 60. De plus, le vérin pneumatique accouplé à la tringle 72 est actionné de façon à faire venir l'orifice profilé 68 de la plaque à guillotine 66 en alignement avec l'orifice de sortie 52.L'interrupteur de fin de course LS4 se trouve alors actionné par la tringle 70 de façon à exciterle moteur électrique à vitesse variable 64, lequel fait tourner 11 arbre fileté 60 en provoquant ainsi l'entraSnement de l'écrou fendu 58 le long de ce dernier et le déplacement du piston en forme de tige 56 vers l'avant à une vitesse bien déterminée à l'intérieur du cylindre distributeur 16 de façon à délivrer la fritte à viscosité modifiée contenue dans celui-ci en la faisant sortir par l'orifice profilé 68. Au terme de l'ex- trusion, l'écrou fendu 58 vient en contact avec l'interrupteur de fin de course LS-2 pour désexciter le moteur électrique 64 et mettre fin à l'extrusion. Lorsquton désire regarnir le cylindre-réservoir 14, on en enlève le couvercle amovible 44, on place une nouvelle charge de fritte par-dessus l'ouverture et on admet du fluide hydraulique dans la canalisation 34 pour rétracter les pistons 26 et 24 au moyen de la tige de piston commune 22 et faire alors entrer par aspiration la nouvelle charge de fritte disposée par-dessus l'ouverture du cylindre réservoir. On vient de décrire la forme de réalisation actuellement préférée de l'invention, mais il sera évident pour le spécialiste que diverses modifications et variantes peuvent être apportées aux dispositions décri tes et représentées sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention tel que défini par les revendications ciannexéeso RiVENDICA2IONS 1. Procédé de délivrance de fritte thixotropique sous un debit constant pour sceller des articles en verre, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à charger de la fritte thixotropique à délivrer dans l'une des extrémités d'un cylindre-réservoir, à faire passer par extrusion ladite fritte thixotropi que dudit cylindre-réservoir dans un cylindre distributeur et à soumettre simultanément ladite fritte à des forces de cisaillement afin d'en modifier la viscosité pour l'amener dans une gamme normale de viscosités de délivrance et, pendant que la viscosité de la fritte se trouve encore dans ladite gamme normale, à faire délivrer ladite fritte thixotropique sous un débit constant par le cylindre distributeur à travers un orifice de configuration désirée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à déplacer un piston vers l'avant à une vitesse constante à l'intérieur dudit cylindre distributeur pour délivrer la fritte thixotropique, et à déplacer ledit piston vers l'arrière en réaction à la force exercée par la fritte thixotropique chassée par extrusion dudit cylindre-réservoir dans ledit cylindre distributeur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à déplacer un piston vers l'avant à l'intérieur dudit cylindre-réservoir pour en chasser la fritte thixotropique par extrusion, et à entrainer le déplacement dudit piston de l'extérieur dudit cylindre-réservoir. 4. Procédé selon la revendication 3, carac merise en ce qu'il comprend les opérations consistant à déplacer ledit piston vers l'arrière à l'intérieur dudit cylindre-réservoir à l'effet d'aspirer par une ouverture de chargement de la fritte thixotropique à délivrer, et à entraîner le déplacement dudit piston de l'extérieur dudit cylindre-réservoir. 5. Dispositif de délivrance sous un débit constant de fritte thixotropique pour scellement d'ar-- ticles en verre, caractérisé en ce qu'il comprend : un cylindre hydraulique (12), un cylindre-réservoir (14) et un cylindre distributeur (16); un premier piston (24) disposé à l'intérieur dudit cylindre-réservoir (14) et actionné par un deuxième piston (26) disposé à l'intérieur dudit cylindre hydraulique pour chasser par extrusion de la fritte thixotropique dudit cylindre-réservoir dans ledit cylindre distributeur afin, simultanément, de modifier la viscosité de ladite fritte en l'amenant dans une gamme normale de viscosités de délivrance et de déplacer vers l'arrière dudit cylindre distributeur un troisième piston (56) situé à l'intérieur dudit cylindre distributeur (16); et des moyens moteurs (64) propres à déplacer ledit troisième piston vers l'avant à l'intérieur dudit cylindre distributeur à une vitesse constante afin d'assurer la délivrance de la fritte thixotropique à viscosité modifiée par ledit cylindre distributeur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit (10) stéten- dant entre ledit cylindre-réservoir (14) et ledit cylindre distributeur (16), un organe de vannage (48) inséré sur ledit conduit et adapte à être ouvert pour permettre à la fritte de passer par extrusion dudit cylindreréservoir (14) audit cylindre distributeur (16) et à hêtre fermé pour empêcher ladite fritte de retourner dudit cylindre distributeur audit cylindre réservoir lorsque ledit troisième piston est déplacé vers l'avant pour délivrer de la fritte 7.Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens moteurs comprennent un arbre fileté (60), un moteur électrique à vitesse variable (64) destiné à faire tourner ledit arbre fileté et un mécanisme à écrou fendu (58) relié audit troisième piston (56) de manière à coopérer cinématiquement de façon périodique avec ledit arbre fileté. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit cylindre distributeur (16) comporte une tête distributrice, un orifice de sortie formé dans ladite tête distributrice (50) et une plaque à guillotine (66) traversée par un orifice (68) profilé et montée sur ladite tête distributrice de manière à communiquer sous commande avec ledit orifice de sortie. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit cylindre hydraulique et ledit cylindre-réservoir sont adjacents et en alignement axial mutuels, et en ce que ledit premier piston (24) et ledit deuxième piston (26) sont reliés par une tige de piston (22) commune s'étendant entre ledit cylindre hydraulique et ledit cylindre-réservoir. 10. Dispositif selon la revendication 5, caracterisé en ce que ledit cylindre-réservoir est pourvu d'un couvercle amovible (44) destiné à permettre d'alimenter ledit cylindre-réservoir par introduction d'une charge de fritte thixotropique, et en ce que ledit premier piston est adapté à assurer une aspiration de ladite charge en se rétractant.