Brevet FR2605548A1 — publié le 19880429

- La présente invention concerne la jonction de deux ou plusieurs couches juxtaposées d'un matériau en feuille dont l'une des couches au moins contient un matériau thermo- plastique au moyen d énergie ultrasonore et elle est plus particulièrement relative à un appareil pour souder-un tel matériau en feuille suivant un motif désiré et pour découper ensuite le matériau ainsi soudé à partir du matériau envi- ronnant. Plus particulièrement la présente invention concerne un appareil pour souder par ultrasons deux ou plusieurs couches superposées de matériau en feuille en utilisant un résonateur ou sonotrode à résonance ultrasonore opérant conjointement avec un tambour enclume à motifs, et en employant un second tambour opérant en combinaison avec le tambour enclume. le. second tambour ayant une surface de coupe à motifs prati- quement identiques aux motifs du tambour enclume afin de découper les portions soudées. lesquelles sont soudées suivant les motifs, à partir du matériau environnant de la feuille. L'utilisation de tambours enclumes à motifs en combinaison avec un ou plusieurs résonateurs ultrasonores, dans le but de souder un matériau en feuille suivant un motif prédéterminé. est bien connue dans la technique et on peut se reporter par exemple aux brevets US-3 733 238 et 4 430 148 Le motif en saillie sur le tambour enclume éta- blit l'emplacement o le matériau en feuille est soudé et il est généralement configuré de manière à fournir une appa- rence agréable. Le brevet US-3 562 041 décrit une disposition dans laquelle un tambour (figure 4) est pourvu, le long de sa périphérie, de brides définissant un motif. Chaque bride définissant le motif est exposée à l'action d'un résonateur ultrasonore vibrant afin de provoquer le soudage d'un maté- riau textile en feuille interposé entre la surface de sortie résonante du résonateur et la surface en saillie de la bride à motif. Le brevet décrit, à titre d exemple la fabrica- tion de poignets de manches de chemise. Le matériau soudé. tel qu'un poignet de manche de chemise, est découpé à partir du matériau environnant à l'endroit d'un poste de coupe suivant et séparé comportant un outil de coupe. L'utilisation d'un poste de coupe séparé afin de découper le matériau en feuille soudé à partir du'matérieu environnant est évité dans une disposition telle que décrite dans le brevet US 3 939 033. Dans ce brevet le tambour est pourvu de surfaces en saillie agissant en tant que surfaces de soudage mais en plus il est prévu des surfaces de coupe adjacentes aux surfaces de soudage. ces surfaces de coupe étant légèrement surélevées par rapport au niveau des surfa- ces de soudage I1 en résulte que le matériau en feuille alimenté à travers la zone de pincement entre la surface externe du résonateur et le tambour est scellé et découpé simultanément en une seule passe à travers la zone de pince- ment. Un second poste de coupe séparé n'est plus nécessaire. La pratique de cette technique a montré qu'avec cette der- nière disposition la surface de coupe est sujette à usure par suite de la force d'impact élevée répétitive du résone- teur sur la surface de coupe relativement étroite et aiguë. Suivant l'application et le matériau considérés l'usure peut apparaître très rapidement. ce qui rend l'appa- reil impropre à l'usage après quelques heures d'utilisation seulement. La présente invention concerne un dispositif amélio ré utilisant un montage è deux tambours ces tambours tour- nant l'un contre l'autre. Un premier tambour est pourvu de surfaces en saillie correspondant aux motifs et le long desquelles un matériau en feuille, alimenté à travers la zone de pincement entre la surface externe d'un résonateur et du premier tambour, doit être soudé. Un second tambour tournant contre le premier tambour est prévu avec des surfa- ces de coupe en saillie qui correspondent, au moins en partie, aux motifs du premier tambour. Lorsque le matériau en feuille soudé sort de la zone de pincement entre le réso- nateur et le premier tambour, ce matériau est amené autour du premier tambour, jusqu'à une seconde zone de pincement entre le premier tambour et le second tambour. et tandis que le matériau passe à travers cette seconde zone de pincement. le matériau est découpé par la coopération entre les motifs présents sur le premier tambour et les surfaces de coupe à motifs en regard sur le second tambour. Ainsi la surface de coupe n'est pas soumise à l'impact de la surface de sortie du résonateur. En prévoyant la surface de soudage du premier tambour avec un évidement ou une gorge qui correspond à la face frontale de la surface de coupe du second tambour, le matériau en feuille interporsé est découpé d'une manière sûre à partir du matériau environnant. L'un des buts principaux de l'invention est de four- nir un nouvel appareil perfectionné pour souder entre elle. par ultrasons, des couches juxtaposées de matériau en feuil- le et pour découper ensuite le matériau soudé à partir du matériau environnant. Un autre but important de l'invention est de fournir un nouvel appareil perfectionné pour souder par ultrasons et découper un matériau en feuille en utilisant un premier tambour pour découper le matériau en feuille suivant un motif prédéterminé et un second tambour pour découper le matériau soudé à partir du matériau environnant formant déchet. Un autre but important de la présente invention est de fournir un appareil pour souder entre elles des couches juxtaposées de matériau en feuille en utilisant un résona- teur ultrasonore fonctionnant en combinaison avec un premier tambour présentant, le long de se périphérie, un ensemble de surfaces de soudage et un second tambour coopérant avec le premier tambour et comportant un ensemble de surfaces de coupes venant en regard de l'ensemble des surfaces de souda- ge si bien que, tandis que les tambours tournent l'un contre l'autre, le matériau soudé est découpé à la suite du passage du matériau en feuille soudé à travers la zone de pincement entre les premier et second tambours. Un autre but important de l'invention est de four- nir un appareil de soudage et de coupe par ultrasons pour un matériau en feuille, qui ne soit pas sujet à une usure ex- cessive et qui assure ainsi une fiabilité élevée et une longue durée de vie. On décrira ci-après,h titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en élévation schématique de l'appareil suivant l'invention. La figure 2:est une vue de profil de l'appareil. La figure 3 est une vue en coupe. à plus grande échelle, illustrant les surfaces de soudage et de coupe en regard. Si on se réfère maintenant aux figures et en parti- culier aux figures 1 et 2 du dessin. on voit que les réfé- rences 10 et 12 désignent une paire de tambours montés à rotation lesquels tournent l'un contre l'autre en synchro- nisme, en étant entrainé à partir d'un dispositif d'entrai- nement 14, par l'intermédiaire de dispositifs de liaison mécaniques 16 et 18. Le tambour 10 est pourvu, le long de sa périphérie, d'un ensemble de surfaces de soudage en sail- lie 20, dans l'exemple considéré des surfaces annulaires. afin de produire, par exemple, des filtres en forme de disques soudés entre eux à leur périphérie. Un ensemble complémentaire de surfaces de coupe 22 est prévu sur le tambour 12 et les deux ensembles de surfaces et les deux tambours sont disposés de manière à amener une partie du l'ensemble des surfaces de soudage du tambour 10 à venir se trouver en regard d'une partie respective de l'ensemble des surfaces de coupe 22 du tambour 12, tandis que les tambours et 12 tournent en synchronisme à la suite du fonctionne- ment du dispositif d'entraînement 14. Une corne ou un résonateur 24, dimensionné de maniè- re à résonner à une fréquence ultrasonore prédéterminée, a une surface de sortie 26 qui est disposée en regard de la surface du tambour 10. Le résonateur peut être construit d'une manière typique ainsi qu'il est décrit dans le brevet précité US-3 562 041 et dans le brevet US-3 113 225. Des résonateurs de ce type sont bien connus dans la technique et ils sont habituellement appelés résonateurs en forme de lame. Les résonateurs de ce type sont utilisés soient indi- viduellement soit en un ensemble de résonateurs lorsqu'une feuille de matériau large doit être soudée (voir le brevet US-3 733 238). La surface de sortie 26 forme, conjointement avec la périphérie du tambour 10, une zone de pincement à travers laquelle passent des couches juxtaposées de matériau en feuille M. Pour effectuer le soudage de ces feuilles de matériau, il est nécessaire que l'une au moins des couches superposées de matériau en feuille contienne une matière thermoplastique. Lorsque le résonateur 24 est rendu résonant à une fréquence ultrasonore et que sa surface de sortie 26 effectue un mouvement vibratoire en direction de la périphé- rie du tambour 10 et en s'éloignant de cette périphérie. le matériau en feuille M est déplacé à travers la zone de pin- cement entre le tambour et le résonateur. Les surfaces de soudage en saillie 20 forment des surfaces enclumes pour le matériau en feuille. La dissipation de l'énergie ultrasonore dans les couches de matériau a pour effet que ces couches sont soudées les unes aux autres en suivant le tracé des surfaces de soudage 20, comme il est largement décrit dans la technique antérieure. Pour amener le résonateur à la résonance, ce résonateur est couplé à un convertisseur élec- tro-acoustique qui est excité avec une énergie électrique provenant d'un générateur électrique à haute fréquence (voir le brevet US-3 113 225). Dans le présent appareil, après avoir passé à tra- vers la zone de pincement entre le résonateur 24 et le tam- bour 10, le matériau M est amené, en restant autour de la périphérie du tambour 10, à une seconde zone de pincement formée entre les tambours 10 et 12 (voir la figure 2). Tandis que le matériau passe à travers cette seconde zone de pincement, le matériau soudé est découpé par suite de la coopération des surfaces en regard, à savoir des surfaces de soudage 20 sur le tambour 10 et des surfaces de coupe 22 sur le tambour 12. Les pièces découpées Ml1 tombent lors dans un bac 30. La figure 3 représente une forme d'exécution typique et préférée des surfaces de soudage et de coupe disposées autour de la périphérie des tambours respectifs et elle illustre la coopération de ces surfaces. La référence 20' indique une portion du tracé d'une surface de soudage qui est en regard d'une portion 22' du tracé d'une surface de coupe. La surface de soudage plane en saillie est pourvue d'une gorge 21 qui est généralement disposée au centre par rapport à la largeur de la surface de soudage. D'une manière complémentaire la surface de coupe 22' est conformée de manière à présenter un bord coupant pénétrant dans la gorge 21. Le matériau en feuille M étant interposé entre ces sur- faces, une action de coupe est obtenue afin de séparer ef- fectivement le matériau soudé M. Dans l'agencement illustré il est à remarquer que la surface de coupe n'est pas soumise à une force d'impact élevée répétitive par le résonateur ultrasonore et par conséquent la surface de coupe reste affutée pendant une longue période de temps. Suivant une variante d'exécution la gorge 21 peut être disposée à l'endroit du bord externe de la surface de soudage. I1 résulte de l'utilisation des deux tambours com- plémentaires que le procédé de soudage et de coupe d'un matériau en feuille se déroule d'une manière régulière et continue. Cependant il est clair que pendant le fonctionne- ment des portions respectives de l'ensemble des surfaces de soudage 20 sur le tambour 10 doivent venir se placer en regard de portions complémentaires de l'ensemble des surfa- ces de coupe 22 sur le tambour 12. si bien que ces surfaces s'engagent les unes dans les autres de la manière illustrée. La rotation synchronisée des deux tambours est obtenue à partir du dispositif d'entraînement 14. REVENDICATIONS 1.- Appareil pour souder entre elles deux ou plu- sieurs couches juxtaposées de matériau.en feuille, l'une au moins de ces couches contenant un matériau thermoplastique, suivant un motif désiré, caractérisé en ce qu'il comprend un premier tambour (10) monté à rotation et portant un ensemble de surfaces de soudage en saillie (20) le long de sa surfa- ce, cet ensemble correspondant au motif désiré, un second tambour (12) monté à rotation, portant sur sa surface un ensemble de surfaces de coupe en saillie (22) correspondant au moins en partie à l'ensemble des surfaces de soudage (20), ce second tambour (12) étant monté en regard du pre- mier tambour (10) de manière à délimiter entre eux une zone de pincement pour le passage du matériau en feuille à tra- vers elles à la suite de la rotation des tambours (10,12), si bien que des portions des surfaces de coupe se trouvent être disposées successivement en regard de portions respec- tives des surfaces de soudage (20), et un résonateur (24) capable de produire des vibrations dans la gamme des fré- quences ultrasonores à l'endroit d'une surface de sortie, ce résonateur étant monté de manière que sa surface de sortie (26) et le premier tambour (10) forment une zone de pince- ment à travers laquelle les couches juxtaposées de matériau en feuille sont amenées à la suite de la rotation du premier tambour (10), si bien que, lorsque le résonateur est amené à résonner et à être déplacé en direction de l'ensemble des surfaces de soudage (20) et que le matériau en feuille est alimenté à travers la zone de pincement entre la surface de sortie (26) et le premier tambour (10), les couches juxtapo- sées sont soudées les unes aux autres suivant le motif de l'ensemble des surfaces de soudage (20) et que, lorsque le matériau est amené à travers la zone de pincement entre le premier tambour (10) et le second tambour (12), les couches soudées sont découpées suivant le motif de l'ensemble des surfaces de coupe (22) du second tambour (12). 2.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (14,16,18) pour entraîner les deux tambours (10,12) en synchronisme. 3.- Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que le résonateur (24) est conformé en lame. 4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que les surfaces de soudage (20) sont pourvues d'une gorge (21) et les surfaces de coupe (22) s'engagent dans la gorge (21) pour assurer le découpage des couches soudées de matériau en feuille. 5.- Appareil suivant la revendication 4 caractérisé en ce que les surfaces de soudages en saillie (20) compor- tent une surface supérieure plane, la gorge (21) étant dipo- sée sensiblement au centre dans le sens de la largeur de cette surface plane. 6.- Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes caractérisé en ce que le matériau en feuille est alimenté en premier lieu à travers la zone de pincement entre la surface externe (26) et le premier tam- bour (10), puis il passe autour d'une portion du premier tambour (10) et enfin à travers la zone de pincement entre les premier et second tambours (10,12).