INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Enfin, comme l’illustre la , une couche mince d’encapsulation 47 peut être déposée de manière à recouvrir la portion cristalline semiconductrice 10 ainsi que la structure de déformation 20. Elle peut être réalisée en silicium amorphe d’une épaisseur de quelques dizaines de nanomètres déposé par PECVD.
En fonctionnement, la source électrique génère un signal électrique de commande, ici une tension de polarisation entre les deux électrodes inférieure 31 et supérieure 32. Un champ électrique est alors généré au sein des bras 23.1 de la couche mince structurée 23, dont les lignes de champ s’étendent de manière sensiblement parallèle à l’axe vertical Z. Le champ électrique induit une déformation des bras 23.1 suivant l’axe vertical Z, et également, par effet Poisson, une déformation dans le plan XY et donc suivant l’axe principal X du fait de la forme allongée des bras 23.1 suivant cet axe. La déformation des bras 23.1 suivant l’axe principal X entraîne donc celle de la portion cristalline semiconductrice 10 suivant le même axe. Notons que l’intensité de la déformation est proportionnelle à celle du champ électrique et donc à celle du signal électrique de commande.
Aussi, l’actionneur électromécanique est en mesure de déformer la portion cristalline semiconductrice 10, à la demande (de manière contrôlée et réversible). La gamme de déformation des bras 23.1 et donc de la portion cristalline semiconductrice 10 peut être importante, par exemple de l’ordre de plusieurs pourcents, avec une tension de commande de l’ordre de la dizaine à quelques dizaines de volts, par exemple de l’ordre de 10 à 20V. Le dispositif optoélectronique 1 présente une architecture permettant une intégration élevée des différents éléments sur une surface réduite du substrat support 21. Elle permet également de réaliser un couplage optique efficace entre la portion cristalline semiconductrice 10 et le guide d’onde 2. Tout ceci est obtenu notamment par le fait que la structure de déformation 20 comporte des couches minces réalisées par les techniques classiques de la microélectronique (dépôt, lithographie, gravure…). De plus, comme décrit par la suite, il peut être réalisé à partir de substrat de type silicium sur isolant (SOI) ou de type germanium sur isolant (GeOI), avec éventuellement une étape de report et de collage (ici par thermocompression).
A titre d’exemple, les bras 23.1 peuvent présenter une largeur lb2 constante de 50µm sur une longueur de 300µm environ. La portion cristalline semiconductrice 10 peut présenter une partie centrale 11 ayant une largeur constante lpc de 1.5µm sur une longueur Lpc de 8µm environ. Les parties d’extrémité 12 qui reposent sur les bras 23.1 peuvent présenter une longueur de 20µm environ et une largeur constante de 40µm environ. La partie centrale 11 de la portion cristalline semiconductrice 10 peut présenter des contraintes en tension non nulles en l’absence d’une tension de commande appliquée par l’actionneur électromécanique (U=0V), par exemple de l’ordre de -1.5% pour la déformation uniaxiale ε xx en raison des contraintes résiduelles présentes dans les matériaux des empilements et qui se trouvent libérées lors de la sous-gravure. Des études par simulation numérique, de type méthode des éléments finis, réalisées à l’aide de l’outil COMSOL Multiphysics montrent que la partie centrale 11 de la portion cristalline semiconductrice 10 peut atteindre des déformations en tension de 3% environ avec des taux de déformation très importants, par exemple ici de l’ordre de 0.2% par volt appliqué.
Dans le cas ici où le dispositif optoélectronique 1 est une diode laser, la modification à la demande de l’état de contraintes mécaniques de la portion cristalline semiconductrice 10, et en particulier celui de la partie centrale 11, permet d’accorder de manière contrôlée le gap du matériau et donc la longueur d’onde de la bande d’émission. Il est alors possible de décaler la zone de gain optique sur une plage importante de longueur d’onde et donc d’accorder ou désaccorder celle-ci avec la distribution spectrale des modes permis de la cavité. Par ailleurs, l’apport des porteurs libres dans le milieu à gain peut être effectué par pompage optique ou par pompage électrique. Dans ce dernier cas, la partie centrale 11 comporte une jonction semiconductrice, par exemple de type pin, et des électrodes sont en contact électrique avec celle-ci.
Dans le cas où le dispositif optoélectronique 1 est un photodétecteur, la partie centrale 11 de la portion cristalline semiconductrice 10 comporte une jonction semiconductrice, par exemple de type pin. Sa déformation par l’actionneur électromécanique permet de moduler de manière contrôlée la longueur d’onde de coupure. Du fait de son architecture, le dispositif optoélectronique 1 peut occuper une surface très réduite, par exemple sur un substrat de silicium, bien inférieure à celle des spectromètres classiques macroscopiques. Il est alors possible de retrouver la forme du spectre du rayonnement incident sur la base de la mesure de la photoconductivité de la portion cristalline semiconductrice 10 éclairé et sous traction mécanique croissante. Le dispositif optoélectronique 1 forme alors un spectromètre d’une technologie différente de celles de type FTIR (analyse dans l’espace réciproque du spectre) ou de type réseau (diffraction dans l’espace réel des composantes de la lumière suivant leur fréquence).
Notons enfin que le dispositif optoélectronique 1 peut être un modulateur optique. Le matériau de la portion cristalline semiconductrice 10 peut être rendu opaque à la longueur d’onde du mode guidé, du fait d’une diminution de son énergie de bande interdite du fait d’une déformation suffisante au moyen de l’actionneur électromécanique. Le modulateur optique peut se comporter, à titre d’exemple, comme un interrupteur optique, commandable par actuation de la déformation des bras 23.1 et donc de la portion cristalline semiconductrice 10.
Les figures 2A et 2B sont des vues schématiques et partielles, en coupe transversale ( ) et en vue de dessus ( ), d’un dispositif optoélectronique 1 selon le deuxième mode de réalisation, où la déformation de la portion cristalline semiconductrice 10 est induite par une dilatation thermique des bras 23.1 contrôlée par l’actionneur électromécanique. La est une vue en perspective du dispositif optoélectronique 1 où certains éléments sont omis par souci de clarté.
Dans cet exemple, le dispositif optoélectronique 1 est également une diode laser, mais le guide d’onde 2 est un guide intégré situé dans le substrat support 21. Il appartient à un circuit photonique intégré comportant des guides d’onde et éventuellement des éléments optiques actifs et/ou passifs.
Ici, la structure de déformation 20 est similaire à celle du premier mode de réalisation en ce qu’il comporte également un substrat support 21, une couche mince intercalaire 22 délimitant une cavité dans le plan XY, et une couche mince structurée 23 comportant les bras 23.1 suspendus au-dessus de la cavité.
Le substrat support 21 est similaire à celui de la et s’en distingue en ce qu’il comporte le guide d’onde intégré 2. Celui-ci peut être réalisé à partir d’une couche mince de silicium, de préférence monocristallin et présentant une tension résiduelle. Il est entouré d’une gaine réalisée en un oxyde de silicium. Le substrat support 21 peut ainsi être formé à partir d’un substrat SOI en contrainte ( Strained SOI ). Par ailleurs, la couche mince intercalaire 22 est ici identique à celle de la . L’empilement 21, 22 et 23 peut également être réalisé à partir d’un substrat GeOI.
La couche mince structurée 23 est ici réalisée en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est suffisant pour imposer une déformation voulue de la portion cristalline semiconductrice 10. De plus, il présente des propriétés optiques, par exemple en termes d’indice de réfraction à la longueur d’onde du mode optique, permettant le couplage optique entre la portion cristalline semiconductrice 10 et le guide d’onde intégré 2. Il peut aussi être adapté à réaliser la portion cristalline semiconductrice 10 par épitaxie. Ainsi, dans cet exemple, la portion cristalline semiconductrice 10 est réalisée par épitaxie à partir du matériau de la couche mince structurée 23. Celle-ci peut ainsi être en germanium Ge, et la portion cristalline semiconductrice 10 peut être en germanium étain GeSn.
L’actionneur électromécanique est ici adapté à générer une dilatation thermique des bras 23.1, et donc une déformation de ces derniers suivant l’axe principal X, ce qui induit en conséquence une déformation de la portion cristalline semiconductrice 10 suivant le même axe principal X.
Pour cela, la source électrique est ici adaptée à générer un courant électrique de commande, et le circuit électrique comporte ici des pistes métalliques 35 s’étendant sur et en contact thermique avec les bras 23.1. Ces pistes métalliques 35 sont réalisées en un matériau métallique, par exemple en Pt ou en TiN d’une épaisseur de 200 nm, et sont connectés à la source électrique par des plots de contact 36. Une couche mince 24 est située entre la couche mince structurée 23 d’une part, et les pistes métalliques 35 et les électrodes 36 d’autre part. Elle est réalisée en un matériau isolant électrique et conducteur thermique, par exemple de l’AlN. La portion cristalline semiconductrice 10 peut être recouverte par celle-ci. La circulation du courant électrique de commande dans les pistes métalliques 35 se traduit par un échauffement de celles-ci par effet Joule, et donc des bras 23.1, ce qui entraîne leur dilatation thermique suivant, notamment, l’axe principal X. Autrement dit, la circulation du courant électrique de commande génère un champ de température dans les bras 23.1 qui induit une dilatation thermique de ces derniers. La dilatation thermique des bras 23.1 suivant l’axe principal X entraîne donc la déformation de la portion cristalline semiconductrice 10 suivant le même axe.
Le plancher d’écoulement de la goulotte de lubrification peut présenter sur sa surface de fond une pluralité de nervures longitudinales entrecroisant les nervures transversales, de manière à former des cavités de rétention de particules présentes dans le lubrifiant.
Les nervures longitudinales peuvent être orientées sensiblement parallèlement au sens de circulation du lubrifiant. Les nervures longitudinales peuvent être orientées sensiblement parallèlement aux parois de guidage.
Les nervures longitudinales peuvent s’étendre de la paroi d’entrée à la paroi de fermeture de la goulotte. En variante, les nervures longitudinales peuvent s’étendre sur seulement une partie de la longueur de la goulotte.
Toutes les nervures transversales peuvent être entrecroisées avec des nervures longitudinales. En variante, seulement une partie des nervures transversales est entrecroisée avec des nervures longitudinales.
L’entrecroisement peut prendre la forme d’un quadrillage. La section du quadrillage des nervures peut être plus ou moins fine. Toutes les nervures peuvent avoir la même épaisseur. En variante, les nervures transversales et longitudinales peuvent avoir une épaisseur différente.
Les nervures transversales et longitudinales peuvent avoir la même hauteur. En variante, les nervures transversales peuvent avoir une hauteur différente des nervures longitudinales. Les nervures transversales et longitudinales peuvent être d’une hauteur comprise entre 0,5 et 5 mm, mieux entre 1 et 3 mm, mieux entre 1 et 2 mm.
Les nervures longitudinales peuvent être rectilignes.
Les nervures transversales et longitudinales peuvent être formées d’un seul tenant avec la surface de fond du plancher d’écoulement.
Les couloirs de circulation du lubrifiant peuvent tous présenter des nervures transversales ou un entrecroisement de nervures transversales et longitudinales. En variante, au moins un des couloirs de circulation ne présente pas de nervures, pour accélérer l’acheminement de lubrifiant vers un orifice de déversement situé dans le couloir de circulation ou à son extrémité. Au moins un couloir de circulation peut ne pas présenter de nervures et au moins un couloir de circulation peut présenter des nervures.
Les cavités de rétention formées par l’entrecroisement des nervures permettent de retenir par décantation les particules transportées par le lubrifiant lors de son écoulement dans la goulotte. Réaliser des cavités de rétention par un entrecroisement de nervures est plus simple que de fabriquer des cavités en décrochement du plancher de la goulotte. Cela limite l’encombrement de la goulotte et cela permet de rigidifier la structure de la goulotte et de limiter les effets des vibrations dues au fonctionnement du réducteur.
La surélévation des rebords d’un ou plusieurs des orifices de déversement peut être supérieure ou égale à la hauteur des nervures transversales et/ou longitudinales, notamment égale à la hauteur des nervures transversales et/ou longitudinales. La surélévation importante des rebords des orifices de déversement forme une dernière barrière avant le déversement et permet ainsi de retenir par décantation les particules qui n’auraient pas été retenus précédemment par les nervures.
Le plancher d’écoulement de la goulotte peut s’étendre sur un seul niveau. En variante, la goulotte peut comprendre au moins une paroi interne, de part et d’autre de laquelle le niveau du plancher est différent, de sorte que les couloirs de circulation du lubrifiant ménagés par cette paroi sont sensiblement décalés en hauteur.
Le décalage des couloirs de circulation permet de séparer plus facilement le flux du lubrifiant entrant dans la goulotte en plusieurs flux.
La différence de niveau du plancher de part et d’autre des parois internes peut être comprise entre 5 et 20 mm, mieux entre 6 et 15 mm, mieux entre 7 et 10 mm, par exemple de l’ordre de 8,5 mm.
En particulier, la goulotte peut comprendre une paroi interne ménageant deux couloirs de circulation avec les parois de guidage, et le plancher d’écoulement peut avoir un niveau différent de part et d’autre de la paroi interne de sorte que les deux couloirs de circulation du lubrifiant sont sensiblement décalés en hauteur.
La goulotte peut comprendre plusieurs parois internes, de part et d’autre desquelles le niveau du plancher est différent, de sorte que les couloirs de circulation du lubrifiant ménagés part cette paroi sont sensiblement décalés en hauteur.
La illustre une presse d’emboutissage avec un outillage d’emboutissage selon l’invention.
La montre une portion de partie inférieur d’outillage d’emboutissage selon l’invention.
La est une vue en plan d’un support de montage dans un outillage d’emboutissage selon l’invention.
La est un diagramme d’un procédé d’emboutissage de tôle selon l’invention.
Dans la description qui suit, le terme « comprendre » est synonyme de « inclure » et n’est pas limitatif en ce qu’il autorise la présence d’autres éléments dans l’outillage d’emboutissage ou d’autres étapes dans le procédé d’emboutissage auquel il se rapporte. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut les termes « consister en ».
Dans la présente description, les égalités entre les valeurs ne sont pas à entendre au sens strict dans la mesure où chaque égalité autorise une variation d’au plus 10%, préférentiellement au plus 5%, plus préférentiellement au plus 2%, entre ces valeurs.
Dans la présente description, les caractéristiques techniques sont définies dans la configuration de montage de l’outillage d’emboutissage, à moins que le contraire ne soit mentionné explicitement.
La représente une presse d’emboutissage 10. La presse d’emboutissage 10 est apte à mettre en forme une tôle 12, telle une tôle d’acier ou d’aluminium. D’autres alliages sont envisagés.
La presse d’emboutissage 10 est intégrée dans une installation d’emboutissage comptant d’autres presses d’emboutissage (non représentées) effectuant d’autres opérations de mise en forme de la tôle 12. En effet, une pièce issue d’emboutissage est généralement produite en plusieurs opérations à partir d’une tôle plane et brute, généralement appelée flan de tôle. Un tel flan de tôle est couramment issu d’une bobine.
Afin de mettre en forme la tôle 12 selon une géométrie prédéfinie, la presse d’emboutissage 10 reçoit un outillage d’emboutissage 14. L’outillage d’emboutissage 14 est interchangeable. L’outillage d’emboutissage 14 est monté entre un bâti inférieur 18 et un bâti supérieur 16. Le bâti supérieur 16 est mobile entre une position basse définissant une position fermée de l’outillage d’emboutissage 14, et une position haute définissant une position ouverte de l’outillage d’emboutissage 14. La position ouverte permet l’introduction de la tôle 12, la position fermée son emboutissage. Le bâti supérieur 16 est avantageusement entraîné par un vérin hydraulique 20. L’emboutissage est une opération de mise en forme à froid. Elle comprend au moins : un étirage local, un pliage, une découpe ; ou leur combinaison.
L’outillage d’emboutissage 14 comprend une partie supérieure 22 fixée au bâti supérieur 16 et une partie inférieure 24 fixée au bâti inférieur 18. La partie supérieure 22 peut être un poinçon. La partie inférieure 24 peut former une matrice. La partie inférieure 24 présente une empreinte de la forme à réaliser. La partie supérieure 22 et la partie inférieure 24 comprennent des surfaces en regard l’une de l’autre. Ces surfaces sont complémentaires. Elles présentent toutefois un jeu correspondant à l’épaisseur de la tôle 12. A titre d’exemple, l’épaisseur de la tôle est comprise entre 0.50 mm et 1.00 mm. Grâce à leurs surfaces complémentaires, la partie supérieure 22 et la partie inférieure 24 parviennent à emboutir la tôle 12 dans une presse d’emboutissage 10 selon une forme cible.
La partie inférieure 24 comprenant un corps d’emboutissage 26 avec une face inférieure 28, une face supérieure 30 sur laquelle est posée la tôle 12 à emboutir. Le corps d’emboutissage 26 forme un bloc. Il est métallique. Il peut généralement former une plaque avec des renfoncements et des protrusions. Le corps d’emboutissage 26 comprend en outre un passage vertical 32 le traversant de la face supérieure 30 à la face inférieure 28. Le passage vertical 32 est débouchant.
La partie inférieure 24 comprend en outre un dispositif de détection optique 34 de tôle à fibre optique droite. Le dispositif de détection optique 34 est un capteur de présence. Il est logé et abrité dans le passage vertical 32. Ainsi, le dispositif de détection optique 34 est protégé. Selon une option, la partie inférieure 24 comprend plusieurs dispositifs de détection optiques 34 agencés dans plusieurs passages verticaux 32 qui sont répartis sous l’étendue de la tôle. Une unité de commande (non représentée) de la presse d’emboutissage 10 autorise ou non la fermeture de l’outillage d’emboutissage 14 en fonction d’un critère de détection de tôle 12 par l’ensemble des dispositifs de détection optique 34.
Selon une option de l’invention, l’outillage d’emboutissage 14 est un outillage de reprise.
L’outillage d’emboutissage 14 peut comprendre un ou plusieurs presseurs. Les presseurs maintiennent la tôle 12 avant et pendant l’emboutissage. Ils permettent de contrôler le glissement de la tôle 12 pendant son étirement.
L’outillage d’emboutissage 14 comprend : une unité de poinçonnage, une unité de découpe, ou une unité de pliage (non représentés). Ces unités sont avantageusement combinées afin de découper le tour d’une pièce, de la percer localement, et d’y former des pattes inclinées en une seule opération de fermeture de l’outillage d’emboutissage 14.
La tôle emboutie permet de former un élément de structure de véhicule automobile. Par exemple, la tôle permet de former une doublure d’ouvrant, telle une doublure de capot ou de porte latérale. Elle peut former une partie de longeron ou de traverse, ou encore un élément de plancher. La tôle peut être un élément de carrosserie.
La présente une partie inférieure 24 d’outillage d’emboutissage. L’outillage d’emboutissage correspond à celui présenté en relation avec la . La partie supérieure n’est pas représentée par soucis de clarté.
Une tôle 12 ayant subi au moins une première opération d’emboutissage préalable, est posée sur la partie inférieure 24. La tôle 12 recouvre le passage vertical 32. La tôle 12 est une tôle ébauchée 36. La tôle ébauchée 36 présente au moins une courbure, par exemple une forme en bassin générée par un étirement selon deux directions sécantes. La partie inférieure 24 peut comprendre un guide 38. Le guide 38 est également appelé pilote. Il permet de guider la tôle 12 à sa position d’emboutissage contre la face supérieure 30. Le dispositif de détection optique 34 est verticalement à distance du guide 38, ce qui augmente l’écart entre la tôle 12 et le dispositif de détection optique 34.
Le dispositif de détection optique 34 comprend au moins une fibre optique droite 40 ; préférentiellement au moins deux fibres optiques droites 40. Le dispositif de détection optique 34 comprend une tête optique 42 recevant chaque fibre optique droite 40, notamment leurs extrémités supérieures. La tête optique 42 améliore l’orientation de chaque fibre optique droite 40 dans le passage vertical 32, et donc vers la tôle 12. La direction d’émission et de détection des fibres optiques droites 40 est selon leur direction d’entrée dans la tête optique 42.
La tête optique 42 comprend un axe optique 44 agencé suivant le passage vertical 32. L’axe optique 44 est l’axe selon lequel se propagent les rayons lumineux hors et dans les fibres optiques droites. L’axe optique 44 est parallèle au passage vertical 32, ou incliné d’au plus 20°, préférentiellement d’au plus 10°, plus préférentiellement d’au plus 5° par rapport au passage vertical 32. L’axe optique 44 est selon chaque fibre optique droite 40. Il correspond à la direction d’entrée et/ou de sortie de rayon lumineux, également appelé faisceau lumineux 54 dans les fibres optiques droites 40.
Le dispositif de détection optique 34 améliore la compacité puisque les fibres optiques droites 40 sont rectilignes, si bien qu’elles ne nécessitent que peu de place pour être intégrées dans la l’outillage d’emboutissage. Ainsi, le diamètre interne du passage vertical 32 restent limité. Le diamètre de chaque fibre optique droite est inférieur ou égal à 2.00, préférentiellement 1.00 mm. Il peut être inférieur ou égal à l’épaisseur de la tôle.
L’outillage d’emboutissage comprend en outre un support de montage 46 de la tête optique 42 dans le passage vertical 32. Le support de montage 46 permet un positionnement précis de la tête optique 42 par rapport à la partie inférieure 24, et donc par rapport à une position théorique de la tôle 12. Ainsi, la précision de détection du dispositif de détection optique 34 est optimale. En complément, le support de montage 46 facilite le démontage de la tête optique 42 puisqu’il apporte d’autres interfaces de montage. Ainsi, le dispositif de détection optique 34 peut être remplacé sans démonter tout l’outillage d’emboutissage; et donc sans imposer de nouveaux réglages.
Le support de montage 46 comprend un logement inférieur 48 pour la tête optique 42 ; et un conduit supérieur 50 s’étendant verticalement depuis le logement inférieur 48. La tête optique 42 est reliée à une fibre optique d’émission 52 apte à émettre un faisceau lumineux 54 vers la tôle 12 via le conduit supérieur 50, et une fibre optique de détection 56 apte à recevoir un faisceau lumineux 54 via le conduit supérieur 50. Ce conduit supérieur 50 est un conduit optique commun.
Le support de montage 46 comprend un corps cylindrique 58 avec une surface supérieure 60 et une surface inférieure 62. La tête optique 42 est agencée du côté de la surface inférieure 62. La fibre optique d’émission 52 et la fibre optique de détection 56 s’étendent du côté de la surface inférieure 62 vers le bas. La tête optique 42 fait saillie sous la surface inférieure 62.
Le passage vertical 32 comprend une portion supérieure 64 avec un premier diamètre 66, et une portion inférieure 68 avec un deuxième diamètre 70 inférieur au premier diamètre 66. Cet agencement permet un positionnement et une retenue du support de montage 46, ou plus généralement du dispositif de détection optique 34. Le support de montage 46 est maintenu dans le passage vertical 32 grâce à des moyens de serrage 72.