Brevet FR2809984A1 — publié le 20011214

La présente invention concerne une sonotrode, notamment de révolution, en un matériau permettant la propagation d'ondes ultrasonores, comportant un barreau axial destiné à être animé de vibrations longitudinales sous l'effet d'un émetteur d'ultrasons et une partie active reliee au barreau et destinée à être animée de vibrations radiales. La présente invention concerne en outre un dispositif de soudage à ultrasons comportant une sonotrode de genre. La présente invention se rapporte également un ensemble de deux feuilles, bandes ou rubans soudés l'un à l'autre par un dispositif de soudage à ultrasons suivant l'invention. Les deux feuilles ou rubans sont notamment constituées d'une part d'une bande en un matériau thermoplastique dont sont issus des crochets et d'autre part, d'un film plastique ou élastique, l'ensemble étant utilisé notamment dans la fabrication d'éléments auto- agrippants dans le domaine des couches-culottes. D'autres domaines d'application possible pour l'invention sont le domaine des voiles légers ou très légers de type non woven (film non tissé pour les industries de l'agriculture et de la protection médicale), le domaine de la confection de vêtements de protection à base de tissu technique thermofusible, le domaine de l'assemblage de films plastiques avec insertion de fil de cuivre (assemblage de câble plat), le domaine du raboutage, par exemple la préfixation de produit thermofusible, ainsi que d'autres domaines analogues. Du document DE-A-1.704.178 publié le 22 Avril 1971, on connaît déjà une sonotrode de révolution du genre mentionné précédemment. A la figure 2 de ce document, par exemple, la sonotrode est constituée d'un barreau axial fixé à l'une de ses extrémités (A) à un moteur à ultrasons destiné à lui faire subir des vibrations longitudinales et d'une partie active (K) animée de vibrations radiales. Compte tenu de la géométrie de la sonotrode, la largeur utile de la partie active, c'est-à-dire la dimension dans le plan transversal parallèle à l'axe du barreau, est petite, ne dépassant pas quelques millimètres, au maximum 8 à 9 millimètres. En outre, à la figure 3 de ce document, il est représenté également un barreau axial relié à son extrémité (A) à un moteur produisant des vibrations axiales et une partie active (K) animée de vibrations radiales. La largeur utile de la partie active est également très petite, ne dépassant pas quelques millimètres. La sonotrode dans son ensemble, compte tenu de sa géométrie, est très fragile. Notamment, pour des vibrations trop importantes, elle peut se casser. Cela est encore plus accentué par le fait qu'elle n'est fixée à un moteur qu'à une de ses extrémités, en porte à faux. La structure de la sonotrode de la figure 3 permet, par rapport à celle de la figure 2, d'obtenir des composantes radiales de la vibration de la partie active plus prononcées, et donc une partie active ayant des vibrations radiales plus importantes et donc un soudage meilleur. Cependant, cela est obtenu, par rapport à la structure de la figure 2, au détriment de la solidité de la sonotrode dans son ensemble, et la partie active ne peut avoir que de petites largeurs utiles. La présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur mentionnés précédemment en proposant une sonotrode ayant à la fois une grande largeur utile de sa partie active et une grande robustesse. Suivant l'invention, la sonotrode, notamment de révolution, en un premier matériau de propagation d'ondes ultrasonores, notamment en métal, comporte un barreau axial et une partie active reliée au barreau, et est caractérisée en ce que le barreau s'étend de manière ininterrompue sur toute l'étendue axiale de la sonotrode, et un espace, en un second matériau ne permettant pas une transmission des ondes à ultrasons du premier matériau vers le second matériau est interposé entre le barreau et la partie active. En prévoyant ainsi que le barreau axial s'étende sur toute l'étendue axiale de la sonotrode, on s'assure par rapport à l'art antérieur et notamment par rapport à la figure 3 du document cité précédemment que la sonotrode est très robuste et peut supporter des vibrations radiales de grande amplitude. Dans l'art antérieur, soit le barreau s'étendait de manière ininterrompue sur l'axe et on avait une grande robustesse mais de faibles amplitudes des vibrations radiales et donc une petite largeur, soit on faisait en sorte que les vibrations axiales ou longitudinales soient transférées en totalité vers la partie active par des barreaux de petites sections transversales en empêchant le transfert de toutes vibrations longitudinales le long du barreau axial au-delà de la partie active et on obtenait ainsi de grandes vibrations radiales mais une robustesse de l'ensemble très médiocre de sorte qu'il n'était pas non plus possible de prévoir une largeur utile de la partie active permettant de grandes largeurs de soudure. La demanderesse, en se rendant compte pour la première fois qu'il n'était pas nécessaire de transférer toutes les ondes longitudinales vers la partie active et que l'on pouvait laisser se propager une partie des ondes axiales par le centre en conservant l'aspect continu ininterrompu du barreau axial, a permis pour la premiere fois d'obtenir une sonotrode du genre mentionné précédemment ayant une largeur utile de la partie active très grande. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la largeur utile de la partie active supérieure à 10 mm, notamment supérieure à 25 mm et de préférence notamment supérieure à 40 mm. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention lui donnant encore plus de solidité, la sonotrode comporte des moyens de fixation de chacune de ses extrémités un moteur produisant des vibrations axiales ou longitudinales ultrasonores. Suivant un perfectionnement de l'invention, la partie active et les moyens de liaison du barreau axial à la partie active ont, en coupe transversale longitudinale, la forme d'un T. On obtient ainsi un transfert particulièrement bon des vibrations longitudinales en des vibrations radiales tout en ayant une excellente robustesse de la sonotrode. Suivant un perfectionnement de l'invention, le T constitué d'une hampe et d'une barrette, a, aux extrémités de la barrette, une masselotte. Suivant un mode de réalisation préféré l'invention, la section transversale des moyens de liaison de la partie active au barreau axial est sensiblement égale à la section transversale axiale du barreau axial. La présente invention vise également un dispositif de soudure à ultrasons comportant une sonotrode suivant l'invention, reliée à un ou à ses deux extrémités à moteur producteur d'ultrasons, avec éventuellement interposition d'un amplificateur ou booster, les deux feuilles destinées à être soudées par ultrasons étant interposées entre la partie active de la sonotrode et la surface extérieure d'une molette. La présente invention se rapporte également à un ensemble de deux feuilles, bandes ou rubans soudés par une soudure par ultrasons le long d'une première direction, la soudure s'étendant aussi dans une seconde direction perpendiculaire à la première direction sur une moindre longueur que dans la première direction, caractérisé en que la soudure s'étend, sans discontinuité ni interface dans la seconde direction sur plus de 10 mm, notamment plus de 25 et de préférence plus de 40 mm. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'une des deux feuilles est une bande en matériau thermoplastique dont sont issus des crochets, et la seconde feuille est un film en matériau élastique. Ainsi, l'ensemble de deux feuilles soudées, a poids très faible, par exemple inférieur à 20 g/m2, voire inférieur à 15 g/m2. La présente invention se rapporte également à couche culotte comportant une partie auto-agrippante dont la partie mâle comporte un ensemble de deux feuilles, bandes ou rubans suivant l'invention. Aux dessins, donnés uniquement à titre d'exemple, on décrit maintenant des modes de réalisation préférés d'une sonotrode suivant l'invention. Aux dessins, la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'une sonotrode de révolution suivant l'invention, suivant une vue en coupe transversale longitudinale ; la figure 2 est une vue en coupe transversale longitudinale d'un second mode de réalisation d'une sonotrode suivant l'invention ; la figure 3 représente un ensemble de deux feuilles soudées par une soudure à ultrasons suivant l'invention ; la figure 4 représente une couche-culotte comportant une partie auto-agrippante comportant un ensemble de deux feuilles suivant l'invention ; et la figure 5 représente en coupe une partie mâle de la partie auto-agrippante de la figure 4. La figure 1 est une vue en coupe transversale longitudinale génératrice d'une sonotrode de révolution suivant l'invention. La sonotrode S est constituée d'un barreau 2 cylindrique circulaire d'axe 1 en métal, par exemple en acier, permettant la propagation d'ondes ultrasons. A ses deux extrémités, le barreau 2 comporte deux embouts de plus grand diamètre que le reste du cylindre 2. Ces embouts 3 sont reliés à un émetteur d'ultrasons non représenté à la figure mais bien connu de la technique. Entre l'émetteur d'ultrasons et les embouts 3 on peut également prévoir l'interposition d'un booster ou amplificateur des vibrations ultrasonores. La sonotrode S comporte en outre une partie active 4, en le même matériau que celui du barreau 2. Cette partie active a une forme annulaire circulaire. Dans le plan de la figure, surface extérieure 5 qui est la surface utile de la partie active est une droite. D'autres formes pourraient éventuellement être prévues, notamment légèrement incurvées ou de forme sinusoïdale. La partie 4 active a une épaisseur inférieure à l'épaisseur du barreau 2 axial. La partie 4 active est reliée aux embouts 3 du barreau 2 axial par des parties 6 et 7 de liaison, en le même matériau que celui du barreau 2. Ces parties 6 et 7 de liaison sont également de révolution par rapport à l'axe 1 de la figure. La première partie 7 de liaison est un cylindre circulaire d'axe parallèle à l'axe 1 du barreau, tandis que la seconde partie 6 de liaison est un tronc de cône. En section transversale longitudinale, c'est-à-dire dans le plan de la figure 1, la seconde partie 6 de liaison est inclinée par rapport à la premiere partie 7 de liaison. La seconde partie 6 de liaison est également inclinée par rapport à la partie 4 active. La partie 4 active, les parties 6 et 7 de liaison et le barreau 2 axial, définissent une chambre 8 intérieure séparant le barreau 2 axial de la partie 4 active. La chambre 8 peut être vide ou emplie d'un matériau ne permettant pas la transmission d'ondes ultrasonores partir du matériau du barreau 2 vers le matériau en question, notamment emplie d'air. Les vibrations ultrasonores produites par l'émetteur à ultrasons se propagent axialement dans la sonotrode. Les noeuds de la vibration se situent au niveau des embouts du barreau 2 axial et sensiblement au niveau du milieu de la partie 4 active, la sonotrode fonctionnant ainsi en demi longueur d'onde, sa longueur totale correspondant à 3 demi-longueurs d'onde de la fréquence des ondes ultrasonores utilisées, chaque noeud d'amplitude étant un ventre de dilatation radial (effet de compression- extension). On aurait pu prévoir également un nombre supérieur de demi-longueurs d'onde, par exemple 5 ou 7, etc.. Les ondes longitudinales ou axiales se propagent par les parties 6 et 7 de liaison et sont transformées en vibrations radiales (voir les flèches issues de la partie 4 à la figure 1), qui vont permettre d'effectuer une soudure par ultrasons (dégagement d'énergie thermique) au niveau de la partie 4 active entre deux feuilles 9 et 10 (voir la figure 3) que l'on fait passer sur la partie 4 active avec l'aide d'une mollette (non représentée) qui appuie sur les deux feuilles pour les mettre en contact entre elles et avec la partie 4 active. Le diamètre du barreau 2 axial dans sa partie mince centrale est de 13,5 mm. Le diamètre des deux embouts 3 est de 20 mm. L'épaisseur dans le plan de la figure 1 de la partie 7 de liaison est de 6 mm. L'épaisseur de la partie 6 de liaison est de 8 mm. L'épaisseur de la partie 4 active est 5 mm. L'angle formé entre la première partie 7 de liaison et seconde partie 6 de liaison est d'environ 125 . Le diamètre extérieur de l'anneau circulaire formé par la partie 4 active est de 70 mm. La largeur utile de la partie 4 active, c'est-à-dire la dimension parallèlement à l'axe 1 longitudinal, est de 40 mm. Suivant un autre mode de réalisation possible, la partie 4 active a la forme d'un cube ou d'un parallélépipède rectangle. De même, le barreau 2 axial peut également avoir une section transversale carrée ou rectangulaire. La figure 2 représente un second mode de réalisation préféré de l'invention. Les mêmes références numériques désignent des parties identiques, notamment le barreau 2 axial, les parties 3 d'embout et la partie 4 active. La partie 4 active est reliée au cylindre 2 axial par une partie 11 de liaison issue du cylindre 2 axial et perpendiculaire à celui-ci. La partie 4 active et la partie 11 de liaison en forme de disque forment un tore plein dont la section en coupe transversale longitudinale a la forme d'un T. Les deux extrémités 12, 13 de la barrette du T comportent des parties de prolongement formant masselotte 14, 15. Ces deux parties 14 et 15 de prolongement forment des anneaux circulaires de diamètre plus petit que le diamètre de l'anneau circulaire formant la partie 4 active. I1 est formé entre le barreau 2 axial et la barrette du T un espace 8 vide, qui pourrait éventuellement être empli d'un matériau ne permettant pas la transmission d'ondes du barreau vers le matériau en question. Le barreau 2 axial s'étend axialement sur 100 mm dont 35 mm d'extension axiale des deux embouts 3. Le disque 11 de transfert a une épaisseur (dimension parallèlement à l'axe 1) de 10 mm et un diamètre extérieur de 78 mm. Les deux masselottes ont chacun un diamètre exterieur de 60 mm et un diamètre intérieur de 50 mm. Le diamètre extérieur du barreau 2 au niveau de sa partie centrale plus mince est de 20 mm tandis que les embouts 3 ont un diamètre de 23,5 mm. Des moyens de fixation 17, par exemple sous la forme d'un trou taraudé pour permettre l'introduction d'un arbre d'un moteur, sont prévus aux deux extrémités du barreau ou moyeu 2 axial. Les coins formés entre le disque 11 de transfert et le barreau 2 axial peuvent être arrondis pour aider à la propagation des ondes ultrasonores. De même, les coins formés à l'intersection hampe du T - barrette du T peuvent être arrondis. Enfin, les coins formés entre les masselottes et la barrette peuvent également être arrondis dans le même but. Suivant un autre mode de réalisation possible, la partie 4 active a la forme d'un cube ou d'un parallélépipède rectangle et la partie 11 de liaison a la forme d'un parallélépipède rectangle ou carré, la section en coupe transversale de l'ensemble ayant aussi une forme en T. A la figure 3 il est représenté deux feuilles oblongues soudées l'une à l'autre par un dispositif de soudure que décrit précédemment. Les deux feuilles 20 et 21 sont soudées au niveau de la soudure 22 (délimitée par les pointillés). La soudure 22 s'étend sur toute la longueur des deux feuilles et s'étend également sur une partie de la largeur des deux feuilles. L'étendue en largeur de la soudure est plus petite que son étendue en longueur. L'étendue en largeur de la soudure est supérieure à 10 mm, de préférence supérieure à 25 mm et encore plus de préférence supérieure à 40 mm. En coupe transversale parallèlement à la largeur de la soudure, il n'existe, le long de la soudure, aucune discontinuité ni interface. La soudure est continue sur toute sa largeur. La figure 4 représente une couche-culotte (C) ayant un dispositif auto-agrippant comportant une partie 30 femelle boucle et une partie 40 mâle. La partie 40 mâle comporte une bande en matériau thermoplastique 41 dont sont issus des crochets et soudée par ultrasons à un film 42 élastique. La figure 5 représente la bande 41 comportant des crochets, thermosoudés sur une de ses faces au film 42 élastique. La bande 41 est en matériau thermoplastique, par exemple en polyéthylène. Le film 42 est par exemple un tissu non tissé, un feutre, un jersey, un velours ou un matériau élastique. R E V E N D I C A T I O N S 1. Sonotrode (S), notamment de révolution, en un premier matériau de propagation d'ondes ultrasonores, notamment en métal, comportant un barreau (2) axial et une partie (4) active reliée au barreau (2) axial, caractérisée en ce que le barreau s'étend de manière ininterrompue sur toute l'étendue axiale de la sonotrode, et un espace (8), en un second matériau ne permettant pas la transmission des ondes à ultrasons du premier matériau vers le second, le second matériau étant notamment l'air ou le vide, est interposé entre le barreau (2) et la partie (4) active. 2. Sonotrode (S) suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur utile de la partie (4) active est supérieure à 10 mm, notamment supérieure à 25 mm, de préférence supérieure à 40 mm. 3. Sonotrode (S) suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'il est prévu des moyens de fixation de chacune des extrémités de la sonotrode à un moteur produisant des vibrations axiales ou longitudinales ultrasonores. 4. Sonotrode (S) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section transversale des moyens (6, 7, 11) liaison de la partie (4) active au barreau (2) axial est sensiblement égale à la moitié de celle du barreau (2) axial. 5. Sonotrode (S) suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie (4) active et les moyens (11) de liaison du barreau (2) axial à la partie (4) active forment un tore dont la section transversale a la forme d'un T. 6. Sonotrode (S) suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu' est issu de chaque extrémité (13, 14) de la barrette du T une masselotte (14, 15). 7. Dispositif de soudage à ultrason, comportant une sonotrode suivant l'une des revendications précédentes, au moins un moteur à ultrasons étant fixé à au moins une des deux extrémités du barreau (2) axial, avec interposition éventuelle d'un amplificateur. 8. Ensemble de deux feuilles, bandes ou rubans soudés par une soudure par ultrasons le long d'une première direction, la soudure s'étendant aussi dans une seconde direction, perpendiculaire la première direction, sur une moindre distance que dans la première direction, caractérisé en ce que la soudure, sans discontinuité, ni interface, s'étend dans la seconde direction sur plus de 10 mm, notamment plus de 25 mm et de préférence plus de 40 mm. 9. Ensemble suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'une des deux feuilles est une bande en matériau thermoplastique dont sont issus des crochets et l'autre feuille un film (42) élastique. 10. Couche-culotte comportant un dispositif auto agrippant constitué d'une partie mâle et d'une partie femelle, la partie mâle comportant un ensemble suivant la revendication 9.