Brevet FR2732264A1 — publié le 19961004

DISPOSITIF DE SOUDAGE PAR ULTRASONS. NOTAMMENT POUR LE CONDITIONNEMENT SOUS FORME DE SAC OU DE FILM L'invention est relative à un dispositif de soudage par ultrasons, notamment pour le conditionnement sous forme de sac ou de film, comprenant une sonotrode émettrice de vibrations ultrasoniques à haute fréquence, ladite sonotrode étant disposée en regard d'une enclume avec interposition d'un intervalle de travail dans lequel est engagée une ou des pièces thermoplastiques à assembler par thermosoudure ou thermofusion. Le principe bien connu du soudage par ultrasons utilise les phénomènes de friction et d'agitation moléculaire engendrés par les vibrations ultrasoniques pour produire un échauffement au niveau du joint des pièces ou feuilles à assembler. L'effet de thermosoudure convient particulièrement pour les matières thermoplastiques ou colles thermofusibles, et les dispositifs de soudage conventionnels font généralement usage d'une enclume rigide métallique, par exemple en acier. La coopération de la sonotrode avec une enclume rigide donne des résultats satisfaisants à condition de respecter certaines conditions relatives à la géométrie, et à l'emplacement de l'assemblage. Ces conditions sont indispensables pour obtenir une bonne transmission des vibrations dont dépend la qualité du joint thermosoudé.Une pince de soudage à ultrasons équipée d'une enclume rigide convient parfaitement pour l'obturation d'un sac à valve à manchon externe, mais pas pour un manchon interne. Le choix de la soudure par ultrasons nécessite alors un sac à valve, qui est plus onéreux que les sacs à valve à manchon interne. L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif de soudage par ultrasons permettant d'obtenir une transmission optimum des vibrations, indépendamment de la géométrie et de l'emplacement de l'assemblage. Le dispositif de soudage selon l'invention est caractérisé en ce que l'extrémité active de la sonotrode présente une surface discontinue, et que l'enclume comporte une chape en matière polymère prenant appui sans jeu sur une embase métallique, la dureté de la chape étant inférieure à celle de l'embase. La chape de l'enclume peut être réalisée avantageusement en un matériau à base de silicone, ou de polytétrafluroéthylène. L'emploi d'une telle chape permet d'obtenir un thermosoudage optimum, même pour des sacs à valves à manchons internes. Selon une caractéristique de l'invention, la surface discontinue de la sonotrode peut comporter une structure à empreintes multiples, ou être agencée sur une molette. La chape en polymère peut être collée sur l'embase de l'enclume, ou y être encastrée au moyen d'une languette d'ancrage faisant partie intégrante de la chape, et introduite dans une rainure de forme conjuguée, ménagée dans l'embase métallique. L'encastrement de la chape améliore la transmission des vibrations, et facilite son remplacement en cas d'usure. Selon un mode de réalisation préférentielle, une pince de soudage à mâchoires mobiles comporte: -un vérin de commande porté par l'une des mâchoires, et ayant une tige mobile d'actionnement coopérant avec un levier articulé sur la partie intermédiaire de l'autre mâchoire, - une paire de pignons montés à engrenage sur deux axes parallèles pour assurer le pivotement synchronisé et en sens contraire des mâchoires lors du passage de la pince de l'état fermé vers l'état ouvert, et vice-versa, - et des moyens de butée pour ajuster l'intervalle de travail entre la sonotrode portée par l'une des mâchoires, et l'enclume agencée sur l'autre mâchoire. L'usage d'une chape en polymère sert en même temps de butée anti-rebond, de manière à éviter la destruction de la sonotrode lors de la fermeture brusque de la pince en l'absence de matières dans l'intervalle de travail. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une pince équipée du dispositif de soudage par ultrasons selon l'iunvention, la pince étant représentée dans l'état ouvert; - la figure 2 est une vue identique de la figure 1 dans l'état fermé de la pince; - la figure 3 montre une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2; - la figure 4 représente une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la figure 2; - la figure 5 est une vue de détail , à échelle agrandie du dispositif de soudage à ultrasons de la figure 1; - la figure 6 est une vue identique de la figure 5 d'une variante de réalisation. Sur les figures 1 à 4, un dispositif de soudage 10 par ultrasons est agencé aux extrémités d'une paire de mâchoires 12,14 mobiles conformées selon une pince 16 articulée. L'entraînement des deux mâchoires 12,14 s'effectue au moyen d'un vérin 18 à mouvement de translation assujetti à la mâchoire 12 supérieure. La tige 22 de commande du vérin 18 coopère avec un levier 20 articulé sur la partie intermédiaire de la mâchoire 14 inférieure, de manière à provoquer l'écartement et le rapprochement des deux mâchoires 12,14 pendant l'opération de soudage. Les deux mâchoires 12,14 sont montées à pivotement sur deux axes 24,26 parallèles, agencés entre deux flasques 28,30 d'un châssis fixe. Le mouvement de pivotement en sens contraire des deux mâchoires 12,14 est synchronisé au moyen d'une paire de pignons 32,34 montés à engrenage respectivement sur les axes 24,26. Le dispositif de soudage 10 se trouve à l'opposé des pignons 32,34 et comporte une sonotrode 36 solidaire de la mâchoire 12 supérieure. La sonotrode 36 est associée à un dispositif amplificateur 38, de manière à produire des vibrations ultrasoniques pouvant avoir des fréquences comprises entre 20 khz et 50 khz. L'extrémité active 40 de la sonotrode 36 est placée en regard d'une enclume 42 fixée sur la mâchoire 14 inférieure. Des moyens de butée 44 de fin de course comportent une vis 46 à longueur ajustable au moyen d'un contre écrou 48 de blocage pour définir avec précision l'intervalle de travail entre la sonotrode 36 et l'enclume 42 dans la position fermée de la pince 16. La dimension de l'intervalle de travail dépend de l'épaisseur des feuilles 48 ou pièces thermoplastiques à assembler. L'amplitude des vibrations de la sonotrode 36 est réglée par l'amplificateur 38 en fonction de la nature du matériau des feuilles 48. La friction et l'agitation moléculaire engendrées par les vibrations ultrasoniques produisent un échauffement au niveau du joint des feuilles 48 à assembler, de manière à assurer une thermosoudure homogène. Ce procédé de thermosoudure convient pour toutes les sortes de matériaux thermoplastiques, notamment du polycarbonate, polystyrène, polypropylène, polyamide, polyéthylène, ainsi que de papiers enduits de matériaux réactivables à chaud, etc.... En référence à la figure 5, I'extrémité active 40 de la sonotrode 36 présente une surface discontinue à dentures 50 saillantes linéaires constituant une structure à empreintes multiples. L'enclume 42 est constituée par une chape 52 en matière polymère ayant des propriétés élastiques, et apte à résister à des températures de l'ordre de 200cl. La face inférieure de la chape 52 est dotée d'une languette 54 d'ancrage en forme de tenon encastré dans un rainure 56 continue d'une embase 58 métallique ayant une dureté supérieure à celle de la chape 52. La languette 54 est rectiligne, et la chape 52 prend appui sans jeu sur l'embase 58. La face supérieure 59 de la chape 52 est sensiblement plane, et coopère avec les dentures 50 de la sonotrode 36 avec interposition des feuilles 48 à assembler. La présence de la chape 52 en matière polymère permet d'obtenir un thermosoudage optimum, notamment à l'occasion de la fermeture d'un sac à valve à manchon interne. Un exemple de matériau utilisé pour réaliser la chape 52 peut être à base de silicone. L'effet élastique de ce matériau sert en même temps de butée antirebond, et évite la destruction de la sonotrode 36 lorsque la pince 16 est fermée brusquement en l'absence de feuilles 48 dans l'intervalle de travail. Tout autre matériau polymère peut être utilisé pour la chape 52, notamment du polytétrafluoroéthylène. Après un certain nombre d'opérations de thermosoudures, on peut enlever la chape 52 usée pour la remplacer par une nouvelle chape introduite dans la rainure 56 de l'embase 58 par sa languette 54. Selon une variante (non représentée) , la chape 52 est dépourvue de languette d'ancrage 54, et est directement collée sur l'embase 58 métallique plane. Sur la figure 6, la languette 54 est conformée selon une queue d'aronde coopérant avec une mortaise conjuguée de l'embase 58. La structure à dentures 50 de la sonotrode 36 est remplacée par une molette 60 striée déplaçable au moyen d'un bras 62 manipulateur, ou de tout autre moyen d'actionnement. Un tel dispositif est particulièrement avantageux pour réaliser des soudures verticales. Le dispositif de soudage 10 peut être utilisé dans tout le domaine de l'emballage sous forme de films, notamment; - la sacherie (sachet, sac sortie de caisse, sac poubelle, sac de grande contenance à gueule ouverte, sac à valve), - le conditionnement automatique avec remplissage du type FFS, - le houssage sous film rétrécissable ou étirable. REVENDICATIONS 1) Dispositif de soudage par ultrasons notamment pour le conditionnement sous forme de sac ou de film, comprenant une sonotrode (36) émettrice de vibrations ultrasoniques à haute fréquence, ladite sonotrode étant disposée en regard d'une enclume (42) avec interposition d'un intervalle de travail dans lequel est engagée une ou des pièces thermoplastiques à assembler par thermosoudure, caractérisé en ce que l'extrémité active (40) de la sonotrode (36) présente une surface discontinue, et que l'enclume (42) comporte une chape (52) en matière polymère prenant appui sans jeu sur une embase (58) métallique, la dureté de la chape (52) étant inférieure à celle de l'embase (58). 2) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface discontinue de la sonotrode (36) comporte une pluralité de dentures (50) saillantes formant une structure à empreintes multiples. 3) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface discontinue de la sonotrode (36) est agencée sur une molette 60 striée déplaçable par des moyens d'actionnement. 4) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chape (52) comporte une face (59) plane du côté de l'intervalle de travail, et à l'opposé une languette (54) d'ancrage encastrée dans une rainure (56) de forme conjuguée, ménagée dans l'embase (58) métallique. 5) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 4, caractérisé en ce que la languette (54) d'ancrage comprend un tenon rectiligne. 6) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 4, caractérisé en ce que la languette (54) d'ancrage est conformée en queue d'aronde. 7) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chape (52) est directement collée sur l'embase (58) métallique. 8) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 1, et disposé sur une pince (16) de soudage ayant une paire de mâchoires (12,14) mobiles susceptibles d'occuper une position d'écartement et une position de rapprochement correspondant respectivement à l'état ouvert et à l'état fermé de la pince (16), caractérisé en ce que la pince (16) comporte de plus:: - un vérin (18) de commande porté par l'une des mâchoires (12), et ayant une tige (22) mobile d'actionnement coopérant avec unlevier (20) articulé sur la partie intermédiaire de l'autre mâchoire (14), - une paire de pignons (32,34) montés à engrenage sur deux axes (24,26) parallèles pour assurer le pivotement synchronisé et en sens contraire des mâchoires (12,14) lors du passage de la pince (16) de l'état fermé vers l'état ouvert, et vice-versa, - et des moyens de butée (44) pour ajuster l'intervalle de travail entre la sonotrode (36) portée par l'une des mâchoires (12), et l'enclume (42) agencée sur l'autre mâchoire (14). 9) Dispositif de soudage par ultrasons selon la revendication 8, caractérisé en ce que la sonotrode (36) est associée à un amplificateur (38) destiné à régler l'amplitude des vibrations ultrasoniques en fonction de la matière du matériau à assembler. 10) Dispositif de soudage par ultrasons selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la chape (52) de l'enclume (40) est réalisée avec un matériau à base de silicone, ou de polyétafluoréthylène.