Brevet FR2497124A1 — publié le 19820702

La présente invention se rapporte à un appareil particulièrement adapté au nettoyage par ultra-sons de pièces telles que les prothèses dentaires, les bijoux, les appareils audiométriques, de petites pièces électroniques et dans les hopitaux, les seringues et aiguilles,etc Il existe sur le marché des appareils comportant une cuve de traitement, généralement métallique, destinée à recevoir la ou les pièces à nettoyer baignant dans un liquide et au fond de laquelle est fixé un émetteur piezo-électrique. La Demanderesse a constaté que ce type d'appareil présentait l'inconvénient d'un mauvais rendement en raison de l'amortissement considérable de la puissance ultra-sonore du aux contraintes, notamment à celles créées par l'emboutissage, les formes géométriques des cuves et leurs masses. I1 s'ensuit l'alternative selon laquelle ou le générateur électronique est surdimensionné pour que la puissance ultra-sonore amortie soit encore suffisante, ou ce générateur est de puissance limitée et alors l'appareil est inefficace. Dans les modèles existants la cuve de traitement est solidaire d'un bottier dissimulant le générateur électronique. La petitesse de cette cuve interdisant d1y monter une vanne, sa vidange ne peut s'effectuer quten retournant l'ensemble de l'appareil, ce qui est peu commode, notamment pour des personnes âgées dans le cas d'appareils de nettoyage de prothèse dentaire. Il est évident que pour les applications para-médicales, il y aurait intérêt à pouvoir nettoyer les cuves en machine, voire à les stériliser. Or, dans les appareils existants ces possibilités sont exclues, puisque émetteur piezo-électrique relié au générateur, reste fixé à la cuve qui, elle-même, reste solidaire du bottier. L'invention vise des appareils de nettoyage par ultra-sons dans lesquels la cuve serait amovible, de sorte que le même appareil pourrait utiliser une pluralité de cuves de meme nature ou de natures différentes( verre, plastique, acier inoxydable etc...). Elle vise également à créer un appareil de nettoyage par ultrasons dont le rendement soit considérablement accru par rapport aux appareils classiques. L'invention a donc pour objet un appareil de nettoyage de pièces par ultra-sons, comportant une cuve destinée à recevoir les pièces à nettoyer ainsi qu'un liquide dans lequel lesdites pièces sont plongées, un châssis supportant ladite cuve et contenant un générateur électronique, un émetteur ultra-sonore constitué par une céramique piezoélectrique connectée au générateur, caractérisé en ce que ladite céramique est réalisée sous la forme d'une plaque solidaire d'un disque métallique en contact direct avec le liquide, l'ensemble constitué par la plaque céramique et le disque ayant une fréquence de résonances adaptée à la fréquence du générateur électronique et étant disposé dans une monture destinée à être placée sur ladite cuve. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre Au dessin annexe, donné Uniquement à titre d'exemple La figure 1 est une vue schématique, en coupe, de l'émetteur ultra-sonore d'un appareil de nettoyage suivant l'invention. La figure 2 est une vue e n élévation d'un premier mode de réalisa- tion d'un appareil de nettoyage suivant l'invention. La figure 3 est une vue en élévation d'un second ode de réal sation de l'appareil de nettoyage suvant l'invention. La figure 4 est un schéma électrique du gérérateur électronique de l'appareil de nettoyage suivant l'invention. L'émetteur d'ultra-sons représenté à la figure 1, comporte une mon@ure 1 et forme de boîtier qui présente une collerette périphérique 2 permettant de poser la monture 1 directement sur une cuve C représentée en tirette et destinée a contenir un liquide dans lequel sont plongés les objets à nettoyer. La monture comporte une jupe 3 ouverte vers le bas à l'extrémité de laquelle est dispose une plaque 4 de céramique piezo-électrique rendue solidaire d'un disque métallique 5. le montage de l'ensemble plaque de céramique 4, disque métallique 5 à l'extrémité ouverte de la jupe 3, est assuré par un joint d'étanchéité souple 6 destiné à permettre les vibrations transversales de la céramique 4 et du disque métallique 5, pratiquement sans amortir ces vibrations. L'émetteur représenté à la figure 1 est particulier du fait que c'est un émetteur du type "plongeur" Ainsi qu'on peut le voir à la figure 1, la -céramique 4 est alimentée par des conducteurs 7 connectes à sa face opposée au liquide et destinés à être reliés à un générateur électronique qui sera décrit en référence à la figure 4. L'épaisseur et le diamètre du disque métallique 5 dont est rendue solidaire la céramique 4 sont déterminés de façon, d'une part que la fréquence de résonance de l'ensemble céramique 4-disque métallique 5 soit adaptée à la fréquence d'excitation et d'autre part que l'on obtienne un accord de résonance parfait entre la céramique et le disque. Ainsi que le montre la figure 1, la vibration de l'ensemble céramique 4 - disque 5, est une vibration en mode radial alors que la plupart des émetteurs connus vibrent en ondes longitudinales. Le dispositif de nettoyage par ultra-sons représenté à la figure 2, comporte un socle 8 sur lequel est monté un générateur électronique 9 enferme dans un bottier 10 et à la partie supérieure duquel est articulé en 11 un couvercle 12 dans lequel est monté un émetteur d'ultra-sons 13 du type décrit en référence à la figure 1. Dans la position représentée à la figure 2, le couvercle 12 se trouve en position de fonctionnement dans laquelle l'émetteur 13 est engagé dans une cuve C contenant les objets à nettoyer et disposée sur une plate-forme 14 qui fait partie du bottier 10. On constate aisément que grâce au montage de l'émetteur 13 sur un couvercle oscillant 12 il est possible, en soulevant le couvercle, de retirer la cuve G afin d'y prendre les objets après leur nettoyage, les remplacer par des objets à nettoyer, changer le liquide, procéder à la stérilisation de la cuve et en général, se livrer à toutes opérations éventuellement nécessaires au bon nettoyage des objets à traiter. L'appareil représenté à la figure 3 comporte également un socle 15 contenant le générateur électronique 16 connecté par un conducteur 17 à un émetteur d'ultra-sons 18. Mais ce dernier, au lieu d'être monté sur un couvercle articulé comme dans le cas de la figure 2, est totalement indépendant dù socle 15, ce qui permet de le placer tour à tour sur plusieurs cuves telles que C1, C2 disposées sur le socle 15, ces cuves pouvant par exemple contenir des produits différents. L'émetteur 18 peut etre posé sur ces différentes cuves selon un cycle de nettoyage prédéterminé. Le générateur électronique que l'on trouve dans les modes de réalisation des fig. 2 et 3 va maintenant être décrit en référence à la figure 4. Il s'agit d'un auto-oscillateur de puissance à adaptation automatique à la fréquence de résonance de l'émetteur d'ultra-sons. Ce circuit comporte quatre parties principales: a) un filtre anti-parasites 19 b) une alimentation 20 c) un amplificateur push-pull 21 d) un circuit oscillateur à large bande 22. Le filtre anti-parasites 19 comprend un filtre 23 proprement dit associé à trois condensateurs 24, 25, 26. Le condensateur 24 est connecté en parallèle sur le filtre, tandis que les condensateurs 25 et 26 sont connectés chacun entre une borne du condensateur 24 et la masse. Aux bornes d'entrée du filtre 23 est en outre connecté un condensateur 28 dont une borne est connectée à une première borne d'entrée du filtre par l'intermédiaire d'une diode 29 et dont l'autre borne est connectée à la seconde borne d'entrée du filtre 23 par l'intermédiaire d'un interrupteur 30 à commande d'ouverture temporisée et une résistance de limitation de courant 31. Le condensateur 28 est destiné à être connecté directement au secteur d'alimentation en courant alternatif. Le filtre 23 et les condensateurs 24, 25, 26 et 28 ont été parfaitement définis de mani3re à assurer le blocage partiel des harmoniques qui pourraient etre renvoyés au réseau. Après plusieurs mesures en laboratoire, il a été prouvé que les harmoniques ne dépassent pas 50 dB à 100 HKz et moins de 40 dB à partir de 500 KHZ pour baisser progressivement à moins de 30 dB aux environs de 3 MHza répondant ainsi aux exigences des normes d'utilisation telles que VDE et autres. Le circuit d'alimentation 20 est du type à redressement à simple alternance assuré par la diode 29. Il comporte en outre la résistance 31 de limitation qui est une résistance à coefficient de température négatif. Cette résistance assure la limitation du courant du condensateur de filtrage 32 connecté aux bornes du condensateur 24, lors de la mise en marche du générateur et permet ainsi un démarrage progressif. L'amplificateur 21 se compose essentiellement de deux transistors de puissance 33 et 34. Ceux-ci sont choisis en tenant compte d'une part de la fréquence de travail et, d'autre part, de la puissance disponible et de la tension appliquée entre l'émetteur et le collecteur de chacun d'eux en considérant le signal alternatif inverse. Sachant que la tension du réseau qui est de 220 volts (majoré de 10 Z) que multiplie r, cela définit une tension crête de 342 volts ; la tension VCEO des transistors est donc égale à 400 volts. Des résistances 35,36 et 37,38 connectées par paires en série entre collecteur, émetteur et base du transistor 33,34 respectivement, maintiennent la polarisation de ces transistors, de telle sorte que le courant minimum de fuite permette le démarrage en oscillation. Des résistances d'émetteur 39 et 40 stabilisent le rendement de chaque transistor à des valeurs identiques. Des diodes et résistances 41,42 et 43,44 détectent les tensions négatives passant dans des condensateurs 45 et 46, les tensions positives étant, elles, absorbées par les transistors qui sont du type NPN. Le circuit oscillateur 22 est du type circuit parallèle à basse impédance. I1 se compose d'une part d'un transformateur à circuit de ferrite comprenant un primaire 47 et deux secondaires 48 et 49, lesquels sont inversés l'un par rapport à l'autre,le secondaire 49 étant inversé par rapport au primaire 48 et d'autre part d'une self 50 à inductance constante et d'un condensateur 51 de mise en fréquence compte tenu de la relation : dans laquelle L1 et L2 sont en inductances du primaire 47 et de la self 50, tandis que C est la capacité du condensateur 51.Sachant que l'inductance L1 du primaire 47 peut légèrement se modifier en fonction des courants délivrés par les secondaires 48 et 49, la self 50 permet de maintenir le réglage de la fréquence de résonance du circuit et évite ainsi à l'ensemble d'avoir tendance à démarrer sur un harmonique, tout en conservant un signal parfaitement sinusoïdal au niveau des bases des transistors 33 et 34, réduisant ainsi la vitesse de montée des crénaux du signal de sortie appliqué à la charge. Ce signal doit avoir une tendance rectangulaire pour éviter un échauffement intempestif. Car le circuit électronique est placé dans ur. tot- tier nen ventilé et relativement étanche pour l'utilisation en salle de bain. La réduction de vitesse de montée des crénaux évite d'engendrer des trains d'ondes sur les sommets du signal. Le point de jonction de la self 50 et du condensateur 51 constitue une borne de sortie du générateur dont l'autre borne est constituée par le point de jonction de deux condensateurs 52, 53 connectés en série aux bornes du condensateur de filtrage 32. Le fonctionnement du générateur qui vien@ d'être décrit est le suivant. A la mise sous tension, le courant position de fuite eu à la pola- risation du transistor 33 a se partager entre le passage dans le transistor 34 et le primaire 47 et et la self 5C avec le condensateur 51 en parallèle dont l'impédance est dans l'immédiat voisine de zéro. Il passe ensuite par la charge piézo-électrique 4 qui, dans cet ins- tant, se comporte comme un condensateur pour se refermer sur le pôle négatif de l'alimentation au travers du condensateur 53. Le passage du courant dans le primaire 47 engendre elors une tension négative sur le secondaire 49 et le condensateur 45 que bloque le transistor 33, celui-ci s'arrêtant alors de conduire. Dans lu borne temps, une tension positive supérieure 2 celle de la polarisation apparaît sur le secondaire 48 et le condensateur 46 qui, à son tour, commande le transistor 34. Celui-ci se met done à "conduire" un courent: positif qui passe d'abord par le condensateur 52, puis dans la charge 47, 50 et 51, dans le sens inverse que précédemment décrit A cet instant, la charge piézo-électrique 4 se met- à vibrer sur elle-même et ne laisse passer dans le temps suivant qu'un courant de forme et de durée identiques à celles propres à sa résonance. Ce courant, à son tour se retrouve inversé. C'est donc ces inversions simultanées qui engendrent dans les secondaires 48 et 49 des inversions de tension et de courant, bloquant et commandant alternativement les transistors 33 et 34 à des niveaux progressant sans cesse, jusqu'à concurrence du maximum de courant permis par l'impédance en résonance de l'émetteur. L'appareillage qui vient autre décrit présente des performances nettement accrues par rapport aux appareils de nettoyage classiques de même puissance. Les performances de cet appareillage ont été établies en soumettant au rayonnement de l'émetteur de minces feuilles d'alumi nium tendues sur un cadre. Une feuille d'aluminium de 50 mm de diamètre est d'abord placée dans un appareil de nettoyage ultra-sonore classique à une distance de 15 mm de la face active de l'émetteur. Elle est soumise au rayonnement ultra-sonore pendant une période de 2 minutes et subit une légère performation Les opérations sont recommencées avec un appareil suivant l'invention associé à un générateur électronique de même puissance. Le résultat obtenu sur la feuille d'aluminium est sa destruction totale sur un diamètre de 35 mm. On constate donc que l'utilisation d'une ceramique plane associée à une plaque émettrice métallique directement en contact avec le liquide de la cuve permet d'obtenir une puissance de rayonnement ultra-sonore considérablement accrue par rapport aux systèmes dans lesquels la céramique est par exemple fixée à l'extérieur du fond d'une cuve contenant les objets à nettoyer. L'appareil de nettoyage suivant l'invention, grâce à la mobilité de l'émetteur par rapport à son socle, permet l'utilisation de plusieurs cuves interchangeables, ce qui facilite considérablement son emploi car il rend possibles toutes opérations de nettoyage, rinçage ou autres, en multipliant le nombre de cuves et de bains de traitement. REVENDICATIONS 1 - Appareil de nettoyage de pièces par ultra-sons, comportant une cuve destinée à recevoir les pièces à nettoyer ainsi qu'un liquide dans lequel lesdites pièces sont plongées, un châssis supportant ladite cuve et contenant un générateur électronique, un émetteur ultra-sonore constitué par une céramique piézo-électrique connectée au générateur, caractérisé en ce que ladite céramique (4) est réalisée sous la forme d'une plaque solidaire d'un disque métallique (5) en contact direct avec le liquide, l'ensemble constitué par la plaque céramique (4) et le disque métallique (5) ayant une fréquence de résonance adaptée à la fréquence du générateur électronique (9,16) et étant disposé dans une monture (3) destinée à être placée sur ladite cuve(C; C1, C2). 2 - Appareil de nettoyage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs cuves (C; C1, C2) amovibles et en ce que ledit émetteur ultra-sonore (13; 18) est monté déplaçable par rapport au châssis ou socle (8;16) supportant ladite cuve (C;C1,C2). 3 - Appareil de nettoyage suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que ledit ensemble plaque en céramique (4) disque métallique (5) est monté dans ladite monture par des moyens d'étanchéité élastiques. 4 - Appareil de nettoyage suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit émetteur ultra-sonore (13) est monté sur un support oscillant ( formant couvercle articulé sur le socle (8) de l'appareil, ledit socle comportant une plate-forme (14) destinée à recevoir la cuve (C). 5 - Appareil de nettoyage suivant ltune quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit émetteur ultra-sonore (18) est indépendant du socle (15) de l'appareil et n'est relié à celui-ci que par un conducteur électrique (17) assurant sa connexion au générateur électronique (16) contenu dans ledit socle, celui-ci comportant des emplacements pour plusieurs cuves (Clg C2) sur lesquelles l'émetteur (18) peut être posé successivement. 6 - Appareil de nettoyage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit générateur électronique (9;16) est constitué par un auto-oscillateur de puissance s'adaptant automatiquement à la fréquence de résonance. de l'émetteur (13,18). 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit générateur électronique comporte principalement un étage (19) d'anti-parasitage connecté directement au secteur alternatif et auquel est associé un circuit d'alimentation (20) comportant des moyens de limitation de courant (31) et à la sortie duquel est connecté un amplificateur de puissance (21) auquel est associé un auto-oscillateur (22).