Brevet FR2574017A1 — publié le 19860606

l La présente invention se rapporte à un procédé et un appareil de coupe et de "fixation" par ultrasons, et, plus précisément, à un procédé et un appareil de coupe et de fixation par ultrasons pour un matériau textile en feuille qui est amené de façon continue à un poste de coupe et de fixation pour fournir simultanément un bord coupé et fixé sur le matériau afin d'éviter l'effilochement des fils ou la formation d'un bord effrangé. L'utilisation de l'énergie ultrasonique pour couper et fixer simultanément le bord d'un matériau plastique ou textile est bien connu dans l'état de la technique. Les brevets énumérés ci-après sont représentatifs de cet état de la technique: Balamuth Brevet des E.U. N 3 254 402 7 juin 1966 Deans Brevet des E.U. N 3 308 003 - 7 mars 1967 Sulzer Brevet suisse No 439 158 30 juin 1967 Obeda Brevet des E.U. N 3 378 429 16 avril 1968 Sager Brevet des E.U. No 3 657 033 18 avril 1972 Reifenhauser Brevet des E.U. N 3 681 176 ler août 1972 Obeda Brevet des E.U. N" 3 697 357 10 octobre 1972 Obeda Brevet des E.U. N 3 737 361 5 juin 1973 Ries Allemagne GM 7 401 580 2 mai 1974 Parry Brevet des E.U. N 3 852 144 3 décembre 1974 Calemard Brevet des E.U. Ne 4 097 327 27 juin 1978 Le principal avantage du procédé de coupe et de fixation par ultrasons est que le bord du matériau textile, lorsqu'il est coupé, est simultanément fixé par la dissipation d'énergie ultrasonique, ce qui empêche de ce fait la présence d'un bord effrangé ou l'effilochement des fils sur ce matériau. 257401'7 Afin d'appliquer le procédé ultrasonique aux matériaux textiles avec succès, il est nécessaire que le matériau textile contienne une proportion significative de fibres thermoplastiques, typiquement 50 % ou plus. Le maté- riau thermoplastique, sous l'influence de l'énergie ultra- sonique, se ramollit et coule, après quoi il se rigidifie quand il n'est plus soumis à l'énergie ultrasonique, laissant alors une surface fondue dans une zone marginale étroite adjacente à la ligne de coupe. Un objet principal de cette invention est donc d'offrir un procédé et un appareil de coupe et de fixation par ultrasons améliorés pour un matériau en feuille qui est caractérisé par une teneur en thermoplastique relativement faible ou qui comporte une texture relativement lâche, ou qui est fait en fibre naturelle, par exemple en coton. Un autre objet important de cette invention est d'offrir un procédé et un appareil de coupe et de fixation par ultrasons pour un matériau en feuille, dans lesquels un filament est fondu au matériau en feuille dans une zone marginale adjacente à la ligne de coupe. Un autre objet important de la présente invention est d'offrir un appareil de coupe et de fixation par ultra- sons pour réaliser un bord fixé sur un matériau en feuille afin que le bord soit amélioré et présente une plus grande résistance à l'usure et à la déchirure. Un autre objet encore de la présente invention est encore d'offrir un doigt à ultrasons comportant des moyens pour fournir et guider un matériau en filament au-dessus du matériau textile dans la zone o la coupe et la fixation du matériau textile doivent se produire. Comme il a été indiqué jusqu'à présent, le procé- dé décrit ci-dessus ne peut pas être utilisé avec succès quand la teneur en fibre thermoplastique descend en dessous de la valeur requise ou quand le matériau en feuille est d'une texture relativement lâche. 257401 7 Selon un premier de ses aspects, l'invention propose un procédé pour fournir un bord fini sur un matériau en feuille, utilisant un appareil de coupe et de fixation par ultrasons, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: mettre en oeuvre un poste de coupe et de fixation par ultrasons comportant une molette et un doigt lui faisant face adapté pour être résonant à une fréquence ultrasonique; faire passer un matériau en feuille dans ledit poste pour que ce matériau disposé entre ladite molette et ledit doigt soit coupé et fixé simultanément dans une zone marginale adjacente à ladite ligne de coupe en réponse au fait que ledit doigt est résonant et en contact avec le matériau en feuille passant sur ladite molette; amener au moins un filament adapté pour fondre en réponse à la dissipation d'énergie ultrasonique délivrée par ledit doigt, le matériau en feuille entre ladite molette et ledit doigt étant simultanément dans une position telle que ledit filament fonde et fusionne avec le matériau en feuille dans ladite zone marginale, et enlever la portion de matériau en feuille coupée et fixée du poste de coupe et de fixation. Selon un second de ses aspects, l'invention propose un appareil de coupe et de fixation par ultrasons pour matériau en feuille comportant un poste de coupe et de fixation sous la forme d'une molette et d'un doigt lui faisant face adapté pour être résonant à une fréquence ultrasonique pour délivrer sur sa surface de sortie de l'énergie ultrasonique au matériau en feuille amené sur ladite molette, caractérisé en ce qu'en outre des moyens sont prévus pour amener le matériau en feuille dans ledit poste la molette possède une surface de coupe et une surface de fixation adjacente des moyens sont prévus pour amener un filament, adapté pour fondre en réponse a la dissipation d'énergie ultrasonique délivrée par ledit doigt, simultanément avec le matériau en feuille entre ladite molette et ledit doigt, ce grâce à quoi ladite surface de coupe va couper le matériau en feuille en réponse au fait que ledit doigt est résonant et en contact avec le matériau en feuille et ledit filament va fondre et devenir fondu avec le maté- riau en feuille dans une zone marginale adjacente à la ligne de coupe définie par ladite surface de fixation. Autrement dit, l'invention propose l'utilisation d'un fil ou d'un filament, de préférence en matériau thermo- plastique, qui est amené en même temps que le matériau en feuille au poste de coupe et de fixation par ultrasons pour provoquer la fusion du filament et son imprégnation dans le matériau en feuille dans la zone marginale adjacente à la ligne de coupe. De cette façon, le matériau en feuille, s'il est d'une texture lâche, voit son bord'renforcé, ce qui produit de ce fait un bord amélioré de façon significa- tive et qui est caractérisé par une meilleure résistance à la déchirure et à l'usure, et, dans les cas o le matériau contient moins de fibres thermoplastiques que la teneur requise, ou contient principalement des fibres naturelles, telles que des fibres de coton, l'addition du filament thermoplastique accroît la teneur en thermoplastique au niveau du bord à un point tel qu'un bord fixé puisse être réussi. Comme il va ressortir de la- description ci-après, le filament, de préférence en matériau thermoplastique, peut être soit un monofilament, soit un multifilament, et peut être soit de la même couleur que le matériau en feuille, soit d'une couleur différente de celle du matériau en feuille pour donner, dans ce dernier cas, une apparence décorative. L'avantage d'ajouter un filament relativement fin réside dans le fait que le fil s'écoule dans les inters- tices du matériau en feuille et par conséquent n'ajoute rien à l'épaisseur du matériau en feuille de base comme c'est le cas, par exemple, dans le brevet suisse mentionné ci-dessus, dans lequel un large ruban de ligature est employé pour couvrir les bouts de fils coupes. De plus, le procédé et l'appareil de l'invention sont particulièrement indiqués pour fournir un bord fini sur un matériau en feuille non tissé o les fibres sont orientées au hasard. Le procédé et l'appareil de l'invention sont également applicables à des matériaux tissés fabriqués sur des métiers sans navette, sur lesquels on obtient un bord non fini, ce bord devant être rogné et fini avant que le matériau en feuille soit prêt à la vente. En outre, l'invention propose une amélioration dans l'approvisionnement du filament dans la zone située en dessous du doigt à ultrasons pour le contact avec le matériau textile. Le filament, bien qu'étant relativement fin, doit être positionné avec une extrême précision dans la zone située en dessous du doigt à ultrasons, en face duquel se trouve une molette possédant les surfaces de coupe et de fixation. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le doigt est réalisé avec une rainure ou avec un perçage incliné à l'extrémité de sortie du doigt à ultrasons, la rainure ou le perçage s'étendant selon une direction angulai- re du côté du doigt jusqu'à une terminaison sur la face infé- rieure du doigt qui forme la surface de sortie en contact avec le matériau en feuille à couper et fixer. Le perçage est dimensionné pour guider le matériau en filament et pour garantir que le filament reste à tout moment localisé avec précision par rapport aux surfaces de coupe et de fixation de la molette. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit dans laquelle on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un appareil caractéristique de coupe et de fixation par ultrasons; la figure 2 est une vue en élévation d'un poste caractéristique de coupe et de fixation par ultrasons; la figure 3 est une représentation schématique d'un matériau textile possédant une zone marginale adjacente à la ligne de coupe fixée par ultrasons conformément à la présente invention; la figure 4 est une représentation montrant la coupe et la fixation du matériau textile, lequel matériau est disposé entre un doigt à ultrasons et une molette; la figure 5 est une représentation montrant unee disposition du matériau textile et du filament disposés entre un doigt à ultrasons et une molette avant la coupe et la fixation; la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, mais montrant une disposition différente; la figure 7 est une représentation similaire à la figure 5 dans laquelle deux filaments sont utilisés comme il peut être nécessaire dans le cas d'un appareil de refente par ultrasons; la figure 8 montre une autre réalisation dans laquelle le filament est guidé par une rainure dans le doigt à ultrasons; la figure 9 est une vue le long de la ligne 9-9 de la figure 8; la figure 10 montre un autre mode de réalisation des présents procédé et appareil, et la figure 11 est une vue schématique d'encore un autre mode de réalisation de l'appareil de coupe et de fixation par ultrasons selon la présente invention. Si l'on se réfère à présent aux figures, et en particulier à la figure 1, la référence numérique 10 désigne l'extrémité d'un métier à tisser d'o émerge une feuille 12 de matériau textile qui est entraînée d'une façon continue par des moyens de mécanismes d'entraînement adéquats et bien connus 14 et 16 à travers un poste de coupe et de fixation par ultrasons, globalement désigné par la référence numérique 18. Le matériau en feuille coupé et fixé est collecté sur un rouleau de stockage 20 tandis que la lisière 22 est rejetée. Le poste de coupe et de fixation par ultrasons 18 comporte essentiellement un support 24 (voir aussi figure 2), qui supporte une unité de conversion à ultrasons 26 qui reçoit de l'énergie électrique à haute fréquence d'un généra- teur 28 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 30. L'unité de conversion 26 contient un matériau transducteur piézoélectrique pour délivrer, en réponse à une alimentation électrique d'entrée à haute fréquence, des vibrations mécani- ques à un doigt 32 dimensionné de façon à être résonant le long de son axe longitudinal à une haute fréquence prédéter- minée. L'unité de conversion 26 et le doigt 32 sont conçus pour être résonants à une haute fréquence ultrasonique, les fréquences de travail caractéristiques étant 20 kHz et kHz. Les autres fréquences convenables se situent dans une fourchette comprise entre 16 et 100 kHz. La surface de sortie 34 du doigt est située en face d'une molette 36 qui va être décrite plus en détail ci- après. La molette peut être tournante, ou, telle qu'elle est utilisée dans la présente invention, bloquée-en rotation par une vis disposée en son centre, et elle est indexée pour présenter au doigt une nouvelle portion de surface périphé- rique à chaque fois qu'une portion de surface précédemment exposée est devenue émoussée ou abîmée. Soit la molette est montée sur ressort comme montré dans le brevet US 4 097 327 mentionné ci-dessus, soit l'unité de conversion est poussée contre la molette par un ressort comme montré dans le brevet US 3 734 805,. Le poste de coupe et de fixation, comprenant le support 24, l'unité de conversion 26 le doigt 32 et la molette 36 ainsi que le générateur électrique 28, est une unité commercialisée et se trouve disponible sous le nom de "On-Loom Ultrasonic Slitter" (Refendeuse à ultrasons sur métier à tisser) chez Branson Sonic Power Company, Eagle Road, Danbury, Connecticut 06810, Etats-Unis d'Amérique, et elle est décrite dans le Branson Data Sheet PW-36 (Fiche technique Branson PW-36). Une unité similaire est également exposée dans les brevets CH 439 158 et US 4 097 327 mentionnés ci-dessus. Dans la présente invention, un filament 40, qui est de préférence un filament thermoplastique, soit un monofilament, soit un multifilament, est déroulé d'une bobine 42 et délivré par l'intermédiaire des rouleaux de guidage 44, 46 et 48 au poste de coupe et de fixation par ultrasons 18 conjointement avec le matériau en feuille 12 pour être fondu avec le matériau en feuille dans la zone marginale adjacente à la ligne de coupe. La figure 3 montre le résultat de la présente disposition. La référence numérique 12 désigne le matériau en feuille, par exemple un tissage lâche ou une feuille de fibres orientées au hasard, qui a été coupé pour produire un bord 50. La zone marginale 52 adjacente à la ligne de coupe est remplie avec le matériau thermoplastique 41 du filament 40 et toute la zone 52 est fondue en conséquence de la dissipation de l'énergie ultrasonique délivrée par le %: doigt 32. En réponse à la dissipation d'énergie ultrasonique, les fibres thermoplastiques du matériau en feuille 12 et le filament thermoplastique ajouté 40 ramollissent, coulent sous l'influence de la pression exercée, après quoi i-ls durcissent quand ils s'éloignent du poste de coupe et de fixation pour former ainsi une matière fusée. La zone margi- nale fondue est une zone relativement étroite et offre un bord fini qui n'est pas sujet à une apparence effrangée ni à l'effilochement des fils. Ce phénomène a été décrit en détail dans le brevet US 3 378 429 mentionné ci-dessus. La figure 4 montre les détails structuraux du doigt et de la molette qui lui fait face avec le matériau en feuille qui est intercalé durant le processus de coupe et de fixation. La molette 36 possède deux surfaces de fixa- tion tronconiques 54 et 56 et une surface de coupe surélevée située centralement 58 sous la forme d'une arête centrale. Les surfaces de la molette font face à la surface de sortie plate 34 du doigt 32. Comme il est dit précédemment, la molette et le doigt sont pressés l'un contre l'autre par des moyens de pression adéquats, tels que la pression d'un ressort ou la combinaison des pressions d'un ressort et d'un fluide, et, de plus, la surface frontale du doigt, quand celui-ci est rendu résonant, effectue un mouvement alternatif en se rapprochant et en s'éloignant de la molette, lequel mouvement est responsable du phénomène de coupe et de la dissipation d'énergie, qui se transforme en chaleur dans le matériau en feuille 12 pour provoquer le ramollissement et la fusion du matériau thermoplastique. Comme on le voit dans la figure 4, le matériau en feuille exposé à la surface de fixation 54 de la molette 36 présente une forte quantité de matériau fondu due à l'addition d'un filament 40, tandis que le matériau en feuille 12 en contact avec la surface de fixation 56 présente une plus faible quantité de matériau fondu du fait que seul le contenu de fibres thermoplastiques du matériau en feuille prend un état fondu. Le matériau 12 sur la surface de fixation 56 est rejeté avec la lisière 22. I1 apparaîtra aisément que le présent dispositif dans lequel un filament de matériau thermoplastique est ajouté est éminemment adapté pour réali3er un bord coupé et fixé sur un matériau textile qui ne contient qu'une faible proportion de fibres thermoplastiques ou quand un tissage lâche doit être coupé et fixé, du fait que, dans ce dernier cas, le filament thermoplastique ajouté dans le poste de fixation sera pressé dans les interstices du matériau en feuille, remplissant les espaces avec du matériau thermo- plastique, et produisant par conséquent une zone marginale renforcée adjacente à la ligne de coupe. De plus, la présente invention peut aussi être utilisée pour réaliser un bord coupé et fixé sur un matériau en feuille comprenant princi- palement des fibres naturelles, telles que du coton, lesquel- les fibres ne sont pas sujettes au ramollissement ni à la fusion sous l'influence de l'énergie ultrasonique. La figure 5 montre le doigt à ultrasons 32 et la molette 36 qui lui fait face séparés l'un de l'autre avant la coupe et la fixation par ultrasons. Le filament 40 est délivré sur la surface de fixation 54 de la molette 36 et il est en contact avec le matériau en feuille 12 (par contraste avec la figure 1, la bobine 42 et le rouleau de guidage 44 sont disposés sous le matériau en feuille 12). Sur la figure 6 la disposition correspond à la représentation de la figure 1 dans laquelle le filament 40 est disposé entre le matériau en feuille 12 et la surface de sortie 34 du doigt 32. Réagissant aux moyens de pression (non repré- sentés) et à l'application de l'énergie ultrasonique par le doigt 32, l'état fondu montré en figure 4 est provoqué, donnant au matériau en feuille un bord coupé et fixé comme représenté en figure 3. La figure 7 montre une autre modification. Deux filaments 40A et 40B sont amenés sur la molette 36, chaque filament étant en contact avec une surf&ee de fixation respective 54 et 56. De cette façon, le matériau en feuille de chaque côté du bord de coupe 50, en figure 3, aura une zone marginale fixée 52, comme cela peut être nécessaire dans un appareil à refendre dans lequel un matériau en feuille large est refendu en des rubans plus étroits et le bord de chaque ruban doit présenter une apparence finie. A la figure 10, un filament 40 est amené sur la surface de coupe centrale 58 de la molette 36, fournissant ainsi des quantités sensiblement égales du matériau thermo- plastique ajouté de chaque côté de l'arête de coupe en conséquence du ramollissement du matériau qui est écrasé des deux côtés. Les figures 8 et 9 montrent une autre modifica- tion dans laquelle le filament 40 est amené par l'intermé- diaire de moyens de guidage 60 dans la surface de sortie du doigt 32 aux surfaces de coupe et de fixation. Les moyens de guidage comportent une rainure disposée sur la surface inférieure du doigt. I1 faut noter que le filament ajouté au matériau en feuille au niveau de la zone fixée peut être soit de la même couleur que le matériau en feuille, soit d'une couleur différente afin de donner une apparence décorative. En outre, le matériau en feuille peut être en une seule couche comme représenté, ou peut être en plusieurs couches qui deviennent alors soudées ensemble au niveau du bord coupé et dans la zone marginale adjacente à la ligne de coupe réagissant à la dissipation d'énergie ultrasonique et à la fonte et à la fusion du matériau thermoplastique. La figure 11 montre une autre réalisation diffé- rente de l'invention. Un doigt 32A est couplé au convertis- seur 26, faisant apparaître les vibrations méaeniques sur la surface de sortie 34A du doigt. Comme représenté en figure 11, l'extrémité frontale ou extrémité de sortie du doigt 32A est une partie d'un embout amovible 66 qui est vissé au doigt par un boulon 68. L'embout 66, comme cela apparait aisément, est facilement remplaçable quand il est usé ou quand il est nécessaire de le changer. L'embout 66 est réalisé avec un perçage 70 qui est incliné par rapport à l'axe longitudinal du doigt 32A pour permettre au filament 40 d 'être amené depuis l1extérieur du doigt sur la pièce à travailler 12, Le perçage se termine sur la surface de sortie 34A du doigt. Dans un exemple carâctéristisue, le matériau 12 est un mélange de fibres de polyester ou de fibres naturelles et le matériau du filament 40 est du nylon, du polypropylène, du polyéthylène ou du polyester, ayant un diameètre compris entre 0,13 et 0,4 mm. Le perçage 70 a une section transver- sale circulaire pour recevoir un filament rondo L'embout remplaçable 66 possède l'avantage que plusieurs embouts peuvent être prévus afin de s'adapter à différents diamètres de filaments et le perçage possède l'avantage qu'un guidage extrêmement précis du filament est réalisé. Comme on peut le voir en figure 11, le matériau en feuille est passé dans l'interstice entre le doigt et la molette suivant la direction indiquée par la flèche. La portion de filament fondue au matériau en feuille 12 provoque l'avancement de matériau de filament neuf à travers le perça- ge 70 à mesure que le matériau en feuille avance dans l'interstice. L'axe central 78 du doigt 32A est légèrement décalé par rapport à l'axe 80 de la molette en forme de disque pour permettre au filament 40 d'être amené au-dessus de la molette en avant du point de compression maximale, et, par conséquent, du point de dissipation maximale d'énergie, c'est-à-dire la zone o l'espacement entre la surface de sortie 34A et la molette 36 est minimal. Cette disposition permet d'assurer que le filament soit d'abord amené sur le matériau en feuille et ensuite fondu avec le matériau en feuille lorsque le matériau passe dans le poste de coupe et de fixation. Alors que l'on a décrit et représenté ici plusieurs modes de réalisations préférés de l'invention et que certai- nes modifications ont été indiquées, il sera évident pour l'homme de l'art que l'on peut encore effectuer de plus amples changements et modifications sans différer de l'étendue de l'applicabilité de la présente invention. -13- REVENDICATIONS 1. Appareil de coupe et de fixation par ultrasons pour matériau en feuille comportant un poste de coupe et de fixation sous la forme d'une molette et d'un doigt lui faisant face adapté pour être résonant à une fréquence ultrasonique pour délivrer sur sa surface de sortie de l'énergie ultrasonique au matériau en feuille amené sur ladite molette, caractérisé en ce qu'en outre: des moyens sont prévus pour amener le matériau en feuille dans ledit poste; la molette possède une surface de coupe et une surface de fixation adjacente; des moyens sont prévus pour amener un filament, adapté pour fondre en réponse à la dissipation d'énergie ultrasonique délivrée par ledit doigt, simultanément avec le matériau en feuille entre ladite molette et ledit doigt, ce grâce à quoi ladite surface de coupe va couper le matériau en feuille en réponse au fait que ledit doigt est résonant et en contact avec le matériau en feuille et ledit filament va fondre et devenir fondu avec le matériau en feuille dans une zone marginale adjacente à la ligne de coupe définie par ladite surface de fixation. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filament est amené disposé entre ladite molette et le matériau en feuille. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filament est amené disposé entre ledit doigt et le matériau en feuille. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le doigt comporte des moyens sur sa surface de sortie pour guider le filament sur le matériau en feuille. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour guider le filament comportent une rainure. -14- 6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour guider le filament comportent un perçage s'étendant du côté du doigt, incliné selon une direction angulaire par rapport à l'axe longitudinal dudit doigt, jusqu'à la surface de sortie dudit doigt pour guider le filament sur le matériau en feuille. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la molette possède une paire de surfaces de fixation et une surface de coupe disposée centralement, et en ce que deux filaments sont délivrés dans une position telle qu'elle provoque le traitement d'un filament res- pectif par une surface de fixation respective. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le doigt est résonant à une fréquence prédéter- minée dans la fourchette allant de 16 KHz à 100 KHz. 9. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le perçage est disposé dans un embout monté de façon à pouvoir être remplacé formant une partie dudit doigt. 10. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le perçage est de section transversale circu- laire. 11. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la molette comporte au moins une surface de fixa- tion et une surface de coupe, ledit perçage se terminant pour amener le filament sur la portion de matériau en feuille disposée au-dessus de ladite surface de fixation.