Brevet FR2629448A1 — publié le 19891006

La présente invention se rapporte d'une façon générale au travail de matières dures et fragiles et elle a trait plus particulièrement à un appareil ou machine pour découper des pièces en matières dures telles que du verre et de la céramique. En général, une pièce dure comme une plaque de verre ou de céramique était découpée par le passé dans une opération qui consistait à former d'abord une ligne incisle ou une rainure fine en correspondance à la forme à découper sur une surface de la pièce au moyen d'un outil de coupe comme un outil de coupe à pointe de diamant, à saisir avec les deux mains les bords de la pièce sur les côtés opposés de la ligne incisée et à exercer un moment de flexion sur la pièce le long de la ligne incisée en produisant ainsi une rupture de la pièce le long de la ligne incisée. Avec cette technique de coupe connue qui est fonction d'une contrainte de flexion exercée directement, on peut aisément découper des pièces ou des matières relativement minces mais, dans le cas de grosses pièces, en particulier de plaques épaisses, par exemple, des plaques de verre d'une épaisseur de 15 mm ou plus, il se pose des problèmes comme une difficulté extrême ou pratiquement une impossibilité d'exécution de l'opération de coupe. En fonction des problèmes décrits ci-dessus, un objet de cette invention est de créer un appareillage pour découper une pièce formée de verre, de céramique ou d'un matériau semblable, qui soit d'une construction et d'un fonctionnement relativement simples et au moyen duquel on puisse découper commodément, rapidement et en grande quantité des pièces ayant même une grande épais- seur. Conformément à cette invention, il est créé un appareillage pour découper une pièce, comme défini ci-dessus, sur une surface de laquelle une ligne incisée de découpage a été formée au préalable, ledit appareil- lage comprenant: une structure de bâti; un élément d'appui supporté par la structure de bâti et fonction- nant de façon à supporter à l'arrière la pièce placée contre lui de telle sorte que sa surface portant la ligne incisée soit en contact avec l'élément d'appui, cet élément d'appui ayant un module de Young inférieur à celui de la pièce; un dispositif. d'application de force supporté par la structure de bâti et pouvant opérer pour exercer une force de pression localisée sur la surface de la pièce directement à l'opposé de la ligne incisée; et un mécanisme d'avancement supporté par la structure de bâti et pouvant opérer pour faire avancer la pièce, par rapport au dispositif d'applica- tion de force, dans la direction de la ligne incisée en faisant ainsi en sorte que la force de pression localisée soit exercée le long de la ligne incisée sur la surface opposée de la pièce afin d'appliquer un moment de flexion à la pièce le long de la ligne incisée et de découper la pièce sur sa longueur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue en perspective schématique permettant d'expliquer le principe de découpage par l'appareillage conforme à cette invention; la Figure 2 est une vue de face d'un exemple de l'appa- reillage pour découper des pièces en verre ou en un matériau analogue conformément à l'invention; et la Figure 3 est ure vue latérale de l'appareillage représenté sur la Figure 2. Le principe du découpage de verre et de maté- riau analogue conformément à cette invention va d'abord être décrit en relation avec la Figure 1. ( On se référera également à la description de la demande de brevet japonais n' 22718/1987, qui a été faite par la Demanderesse). Comme indiqué sur la Figure 1, une plaque plane 3 formée d'une résine synthétique ayant un module de Young E2 qui est inférieur au module de Young E1 d'une plaque de verre 2 à soumettre à une opération de découpage est placée sur une plaque surfacique 1. Ensui- te la plaque de verre 2 à découper est mise en place sur la plaque plane 3. Dans le processus de découpage, une rainure fine ou ligne incisée N correspondant à la ligne de découpage envisagé est d'abord réalisée au préalable sur la surface inférieure de la plaque de verre 2 au moyen d'un outil, tel qu'un outil de coupe à pointe de diamant. La plaque de verre est ensuite mise en place sur la plaque plane 3 de telle sorte que sa surface portant la ligne incisée N soit en contact avec la surface supérieure de la plaque plane 3. Ensuite, sur la surface supérieure de la plaque de verre 2 ainsi mise en place, on dispose un élément d'application de pression 4 en forme de bande, constitué d'une résine synthétique, de manière qu'il suive supérieurement la ligne incisée formée dans la surface inférieure de la plaque de verre 2. Ensuite une charge de pression W dirigée vers le bas est exercée sur cet élément d'application de pression 4 au moyen d'un dispositif d'application de charge ( non représenté), afin de découper la plaque de verre 2 le long de la ligne incisée. Plus spécifiquement, puisque la plaque plane 3, supportant la plaque de verre 2, est constituée d'un matériau ayant un module de Young E2 qui est inférieur au module de Young E1 de la plaque de verre 2, quand une charge est exercée vers le bas sur.l'élément d'applica- tion de pression 4 reposant sur la surface supérieure de la plaque de verre 2, la plaque de verre 2 est soumise à une compression localisée le long de la ligne incisée N. En conséquence, la plaque plane 3 est également soumise à une compression locale et, dans la plaque plane 3, la partie soumise à la compression loca- le est fortement comprimée et se contracte plus dans le sens de l'épaisseur que les autres parties. Pour cette raison, un moment de flexion proportionnel à la charge de pression W est engendré dans la plaque de verre 2 et la contrainte de tension résultant de ce moment de flexion atteint un maximum dans la partie comportant la ligne incisée. Il en résulte qu'une rupture se produit S15 dans la plaque de verre 2 le long de la ligne incisée, plus précisément le long du plan vertical de coupe dans lequel est située la ligne incisée N, de telle sorte que la plaque de verre 2 soit découpée de la manière envisa- gee. Le principe de découpage de verre décrit ci- dessus est utilisé dans cette invention pour la concep- tion et la construction d'un appareillage pratique servant au découpage mécanique de verre et de matériaux analogues et qui va maintenant être décrit en référence aux Figures 2 et 3 à titre d'exemple sous la forme d'une machine de découpage de verre. Cette machine de découpage de verre comporte un bâti 18 servant de structure de base pour supporter les différents composants opérationnels qui vont être décrits dans la suite au moyen de quatre colonnes portantes 19, de consoles et d'autres parties structura- les. Dans cette machine il est prévu un rouleau 5 d'application de pression horizontale à la place de l'élément d'application de pression 4 de la Figure 1 et trois rouleaux d'appui horizontal 6 à la place de la plaque plane 3. Entre ces rouleaux 5 et 6 qui sont mutuellement parallèles est bloquée une pièce à découper, par exemple une plaque de verre 7. Le rouleau 5 d'application de pression est pourvu, autour de sa surface circonférentielle extérieu- re, d'une nervure ou moulure d'application de pression 8, de forme annulaire. Cette nervure 8 agit de manière à exercer une charge de pression d'une façon concentrée sur la plaque de verre 7, ainsi bloquée entre les rouleaux 5 et 6, à savoir sur la surface de la plaque de verre 7 qui est opposée à celle portant la ligne incisée N et dans une position située immédiatement au-dessus de cette ligne N. En conséquence, lorsque la plaque de verre 7 est avancée entre et au delà des rouleaux 5 et 6, la nervure 8 exerce la charge de pression le long de la surface supérieure de la plaque de verre immédiate- ment au-dessus de la ligne incisée N et le long de celle- ci. Chaque rouleau d'appui 6 est formé d'une résine synthétique dure ayant un module de Young E2 qui est inférieur au module de Young E1 de la plaque de verre 7 à découper. Des rebords de guidage 6a servant à empêcher un mouvement latéral de la plaque de verre 7 peuvent être prévus aux deux extrémités latérales du groupe de rouleaux d'appui 6. Le rouleau d'application de pression est formé d'un alliage d'aluminium. La plaque de verre 7 est déplacée horizontale- ment dans la direction de la ligne incisée N en étant supportée sur et par un rouleau porteur horizontal 10, en contact avec sa surface inférieure sur laquelle la ligne incisée N est formée, et par des rouleaux horizon- taux de guidage 11 prévus aux extrémités d'entrée et de sortie du trajet de la plaque de verre 7 dans la machine. Le rouleau porteur 10 est fixé sur un arbre horizontal d'avancement 12a à une extrémité duquel est fixée une poignée de manoeuvre 12. L'arbre 12a, qui est supporté de façon tournante dans la structure de bâti 18, est accouplé au moyen d'un mécanisme de transmission comprenant une chaîne sans fin 13, des pignons 14,' 15, d'autres pignons, des engrenages et une chaîne sans fin 16, avec un rouleau oscillant de pression 17.. Ce rouleau de pression 17 est monté de façon tournante à l'extré- mité distale ou libre d'un levier 17a qui est lui-même supporté de façon pivotante à son extrémité proximale sur l'arbre du pignon 15. En conséquence, le rouleau 17 est supporté de manière à pouvoir tourner et osciller. Avec cet agencement mécanique, quand la poignée de manoeuvre 12 est tournée manuellement, le rouleau porteur 10 fixé sur le même arbre 12a tourne et en même temps cette rotation est transmise, par l'intermédiaire du mécanisme de transmission mentionné ci-dessus, au rouleau de pression 17. Il est évident qu'il est possible d'utiliser à la place de la poignée de manoeuvre 12 tout moyen d'entraînement motorisé, comme un moteur. En tout cas, puisque le rouleau porteur 10 et le rouleau de pression 17 sont obligés de tourner dans des directions mutuelle- ment opposées, la plaque de verre 7, du fait qu'elle est bloquée élastiquement entre eux, est progressivement entraînée dans la direction de la ligne incisée N formée sur elle. Les rouleaux d'appui 6, le rouleau porteur 10, les rouleaux de guidage 11 et d'autres parties tournantes sont supportés à rotation par des éléments comme des consoles prévues sur la structure de bâti 18. Le rouleau 5 d'application de pression décrit ci-dessus est fixé sur une partie intermédiaire d'une broche ou arbre horizontal. Cet arbre est supporté de façon tournante à ses extrémités par des consoles 21 et 22 fixées sur une tête de pression 20. Cette tête de pression 20 est supportée de façon coulissante par quatre colonnes portantes verticales 19, qui sont elles-mêmes supportées en positiors fixes par leurs extrémités infé- rieures sur la structure de bâti 18 de façon à former une partie structurale intégrante de celle-ci. Une tête de blocage horizontal 23 est supportée en position fixe par les extrémités supérieures des quatre colonnes 19 et, dans une partie située verticalement au-dessus du rouleau 4 d'application de pression, elle est reliée par vissage avec une tige filetée verticale 24 qui s'étend au-dessus et en dessous de ia tête de blocage 23. L'extrémité inférieure de la tige filetée 24 est adaptée pour être accouplée de façon tournante à la tête de pression 20 tandis que l'extrémité supérieure de la tige filetée 24 supporte en position fixe une poignée de pression 25. Par une rotation de cette poignée de pression 25, on fait monter ou descendre la tête de pression 20. A la place de la poignée de pression 25, on pourrait prévoir un moteur ou analogue pour faire tourner la tige filetée 24. En variante, on pourrait utiliser un dispositif d'actionnement tel qu'un cylindre hydraulique pour appliquer directement la force requise à la tête de pression 20. Il est également possible d'interposer une jauge annulaire de mesure de contrain- tes 26 entre l'extrémité inférieure de la tige filetée 24 et la tête de pression 20 afin de mesurer et de détecter la force de pression exercée sur la tête de pression 20. Dans une autre modification possible, les positions de montage des rouleaux d'appui 6 et du rouleau de pression 5 sont inversées et, avec la ligne incisée N placée sur le c8té supérieur de la plaque de verre 7, la force de pression est exercée vers le haut à partir du bas contre la plaque de verre 7 le long de la ligne incisée N. On va maintenant décrire le fonctionnement de l'exemple d'appareillage de coupe conforme à cette invention qui a été représenté sur les Figures 2 et 3. En premier lieu, la ligne N est incisée dans une surface de la plaque de verre 7 en correspondance aux dimensions, à la forme et au contour imposés. La plaque de verre 7 ainsi préparée au préalable est alors mise en place, avec la ligne incisée N située sur le côté inférieur, sur les rouleaux d'appui 6 et sur les rouleaux de guidage 11. La nervure d'application de pression 8 du rouleau d'application de pression 5 est ensuite placée sur la surface supérieure de la plaque de verre 7 dans une position o la nervure 8 roulera relativement le long de la partie supérieure de la ligne incisée N. La poignée de pression 25 prévue en haut de la machine est ensuite tournée, ou bien un moyen d'entraî- nement prévu dans le même but est actionné, afin de faire descendre la tête de pression 20 dans un mouvement de glissement le long des colonnes 19 et de produire l'application d'une contrainte localisée, par l'inter- médiaire de la nervure d'application de pression 8, sur la plaque de verre 7 le long de la ligne incisée N. La plaque de verre 7 est ainsi découpée à la forme et aux dimensions désirées. En particulier dans le cas o la plaque de verre 7 doit être découpée le long d'une ligne droite comme indiqué dans l'exemple considéré de la présente invention, après que la nervure d'application de pression 8 a été appliquée contre la surface de la plaque de verre 7 au-dessus de la ligne incisée N, la poignée de manoeu- vre 12 est actionnée pour faire tourner le rouleau porteur 10. En même temps, cette rotation est transmise par le mécanisme de transmission décrit ci-dessus, comprenant les pignons 14 et 15 et les chaînes 13 et 16, pour faire tourner le rouleau oscillant de pression 17 dans la direction opposée à celle du rouleau porteur 10. Ce rouleau oscillant de pression 17 est continuellement poussé de façon à descendre sous l'effet de son propre poids et sous l'effet d'une force de pression exercée séparément. En conséquence, la plaque de verre bloquée entre ce rouleau oscillant de pression 17 et le rouleau porteur 10 est progressivement entraînée dans la direc- tion de la ligne incisée N par la rotation des rouleaux précités 17 et 10 et par l'intermédiaire d'une transmis- sion d'énergie par frottement. Il en résulte que la plaque de verre 7 est découpée d'une manière continue le long de la ligne incisée N. Plus spécifiquement, les rouleaux d'appui 6 servant à supporter et soutenir la plaque de verre 7 sont formés d'un matériau, comme une résine acrylique, dont le module de Young E2 ( par exemple E2 340 kg f/mm2) est inférieur au module de Young E1 ( par exemple E1 - 7 000 kg f/mm2) de la plaque de verre 7. Pour cette raison, lorsqu'une force de pression est exercée vers le bas sur le rouleau d'application de pression 5 placé sur la.surface supérieure de la plaque de verre 7, cette plaque de verre 7 est soumise à une force de compression concentrée et localisée qui est exercée par la nervure d'application de pression B le long de la ligne incisée N. En correspondance, le rouleau d'appui 6,ayant la disposition décrite cidessus et qui est situé immédiatement en dessous du rouleau d'applica- tion de pression 5, est également soumis à une force de compression localisée et la partie de ce rouleau 6 qui est soumise à cette force de compression localisée est comprimée plus fortement que les autres parties du rouleau 6. Il en résulte qu'un moment de flexion propor- tionnel à la charge de pression est engendré à l'inté- rieur de la plaque de verre 7 et produit une contrainte de tension s'exerçant sur le côté en tension, c'est-à- dire le côté inférieur, cette contrainte atteignant une valeur maximale le long de la ligne incisée N. En con- séquence, la plaque de verre 7 se rompt le long de la ligne incisée N formée au préalable et on réalise un découpage continu de la plaque de verre. En particulier, même des pièces épaisses ( par exemple de 20 à 40 mm d'épaisseur) comme des plaques de verre, qui ne pourraient pas être découpées par un simple processus de flexion comme cela a été utilisé en pratique par le passé, peuvent être facilement découpées en augmentant de façon appropriée la charge de pression. Par exemple, dans le cas d'une plaque de verre d'une épaisseur de 40 mm, une charge de pression W d'environ 1 040 kg.f est suffisante. Comme cela a été décrit ci-dessus, conformément à cette invention, une force de pression est exercée par un mécanisme actionné manuellement ou bien un dispo- sitif d'entraînement sur une pièce pourvue au préalable d'une ligne incisée qui servira de ligne de découpage et qui est placée sur un ou plusieurs rouleaux d'appui, la force de pression étant par conséquent appliquée d'une manière concentrée et localisée le long de la ligne incisée de façon à produire mécaniquement et d'une maniè- re continue à l'intérieur de la pièce un moment de flexion proportionnel à la force de pression en consé- quence d'une différence entre les modules de Young des matériaux constituant respectivement la pièce et les rouleaux d'appui. En particulier, conformément à cette invention, on utilise un nouveau principe selon lequel la contrainte de tension engendrée à l'intérieur de la pièce sous l'effet du moment de flexion atteint un maximum le long de la partie incisée, de sorte qu'un découpage de pièces épaisses, qui ne pourrait pas être réalisé par un simple processus de flexion comme dans l'art antérieur, peut être aisément effectué. En outre, puisque ce découpage par l'appareil- l1 lage conforme à cette invention peut être effectué mécaniquement et d'une manière continue, il n'y a pas production de bruit ou génération de copeaux et de poussière du fait du découpage et en outre les surfaces de coupe peuvent être réalisées de façon à avoir un fini spéculaire. Une autre caractéristique souhaitable consiste en ce que, puisque le découpage est effectué mécaniquement, il y a peu de danger pour l'utilisation de l'appareillage et il est possible d'effectuer une - production en grande quantité ( en série). Une autre caractéristique avantages de l'appareillage considéré consiste en ce qu'il n'est pas limité à un découpage en ligne droite mais, en modifiant la direction d'avancement de la plaque de verre, il est possible de découper une plaque rectangulaire épaisse en diagonale de façon à produire des prismes. En outre, par utilisation de l'appareillage conforme à cette invention, il est possible de découper non seulement des pièces planes mais également des pièces comportant des surfaces incurvées et/ou des contours relativement complexes. REVENDICATIONS 1. Appareillage pour découper une pièce en verre, en céramique ou en un matériau analogue sur une surface sur laquelle une ligne incisée a té formée au préalable le long d'une ligne de coupe envisagée, caractérisé en ce qu'il comprend: - une structure de bâti rigide (18); - un élément d'appui (6) supporté sur ladite structure de bâti (18) et fonctionnant de façon à supporter en arrière ladite pièce (7) placée contre lui, avec ladite surface comportant ladite ligne incisée (N) en contact avec ledit élément d'appui (6), cet élément d'appui (6) ayant un module de Young plus petit que celui de la pièce (7); - un dispositif d'application de force (5) supporté par la structure. de bâti (18) et pouvant opérer pour exercer une force de pression localisée sur la surface de la pièce (7) qui est opposée à ladite surface pourvue de ladite ligne incisée (N) dans une direction opposée à la ligne incisée; et - un mécanisme d'avancement (10) supporté par la struc- ture de bâti (18) et pouvant opérer pour faire avancer la pièce (7), par rapport audit dispositif d'applica- tion de force, dans la direction de la ligne incisée de manière que ladite force de pression localisée soit exercée le long de la ligne incisée (N) sur ladite surface opposée de la pièce (7), afin d'appliquer à la pièce un moment de flexion dans la zone avoisinant la ligne incisée, et de rompre ainsi et de découper la pièce le long d'une section de celle- ci dans laquelle est située la ligne incisée. 2. Appareillage selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit dispositif d'application de force comprend une tête de pression (20) supportée et guidée par une partie de ladite structure de bâti (18) de façon à pouvoir être rapprochée et éloignée de la pièce (7) ainsi placée contre l'élément d'appui ( 6), un rouleau d'application de pression (5) supporté de façon tournante par ladite tête de pression (20) et comportant, autour de sa surface circonférentielle extérieure, une nervure annulaire (8) d'application de pression servant à exercer ladite force de pression localisée, et un dispositif générateur de force supporté par la structure de bâti (18) et pouvant opérer pour exercer sur ladite tête de pression (20) une force orientée dans l'une ou l'autre de deux directions respectives en vue de déplacer ladite tête de pression (20) vers la pièce ou bien d'écarter la tête de pression (20) de la pièce (7). 3. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément d'appui comprend plusieurs rouleaux d'appui coaxiaux (6) supportés de façon tournante sur ladite structure de bâti (18) et ayant un axe de rotation orienté parallèlement à l'axe de rotation dudit rouleau d'application de pression (5). 4. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mécanisme d'avancement comprend un rouleau porteur (10) fixé coaxialement sur un arbre d'entraînement (12a) et positionné de manière à entrer en contact avec une surface de la pièce (7), l'axe dudit rouleau porteur (10) étant perpendiculaire à ladite direction de la ligne incisée (N), ledit arbre d'entraînement (12a) étant supporté de façon tournante sur ladite structure de bâti (18), un rouleau de pression (17) supporté de façon tournante de manière à être appliqué contre la surface de là pièce (7) qui est directement opposée à ladite surface qui est en contact avec ledit rouleau porteur (10), et un mécanisme rotatif de transmission d'énergie pour transmettre la rotation dudit arbre d'entraînement (12a) audit rouleau de pression (17) afin de faire tourner en synchronisme le rouleau porteur et le rouleau de pression à la même vitesse tangentielle mais dans des sens de rotation opposés. 5. Appareillage selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les rouleaux d'appui (6) sont formés d'une résine acrylique. 6. Appareillage selon la revendication 2, carac- térisé en ce que ledit rouleau d'application de pression (17) est formé d'un alliage d'aluminium.