CA2224816C - Ultrasonic cutting device - Google Patents

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Abstract

An ultrasonic cutting device with an ultrasonic generator having a given natural frequency and being coupled to a cutting tool. The cutting tool is a revolving disc (5) and the ultrasonic generator (10, 11) is coupled to a central portion (4) of the disc (5) via a coupling means (30, 40), said central portion (4) being arranged on an amplitude antinode of the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic generator (10, 11).

Description

DISPOSITIF DE DECOUPAGE PAR ULTRASONS
La présente invention a pour objet un dispositif de découpage par ultrasons comportant un générateur d'ultrasons présentant une fréquence propre donnée, couplé à un outil de découpe.
Le découpage industriel, en particulier de produits alimentaires, peut être réalisé à l'aide d'un certain nombre de techniques disponibles incluant des dispositifs traditionnels, tels que les dispositifs de découpe à guillotine, ou bien encore des dispositifs qui ont fait l'objet de développements relativement récents, tels que la découpe des aliments au jet d'eau supersonique. Cette dernière technique fait en.
particulier l'objet d'un Article de Jean-Luc BOUTONNIER, publié dans la Revue des ENIL (n 163), pages 5 à 12.
Une autre technique connue et relativement récente est celle du couteau à ultrasons. En particulier, une unité de découpage qui est décrite dans la Demande de Brevet japonais n 4-75898, déposée par la Société NIGATA
et publiée le 10 mars 1992, met en oeuvre des couteaux à
ultrasons qui sont animés de mouvements alternatifs, chaque couteau étant mis en vibrations par un générateur d'ultrasons qui est simplement couplé à une extrémité de la lame du couteau de manière à faire vibrer celle-ci.
Une technique similaire est décrite dans la Demande de Brevet japonais JP-122 2892, également de la Société
NIGATA, publiée le 6 septembre 1989.
La technique de découpage par lames vibrantes par ultrasons permet d'assurer une découpe propre, mais au détriment de la rapidité, étant donné que la vitesse linéaire de déplacement des produits et donc la vitesse linéaire de découpage est limitée à une vitesse qui ne dépasse guère en pratique un mètre par minute.
La présente invention a pour objet un dispositif de découpage par ultrasons ne comportant pas l'inconvénient précité, et qui permet en particulier
ULTRASOUND CUTTING DEVICE
The present invention relates to a ultrasonic cutting device having a ultrasonic generator having a natural frequency given, coupled to a cutting tool.
The industrial division, particularly food products, can be achieved with the aid of a number of available techniques including traditional devices, such as guillotine cutting, or else devices that have been the subject of relatively recent developments, such as cutting food with a water jet supersonic. This last technique is done in.
particularly the object of an article by Jean-Luc BOUTONNIER, published in the ENIL Review (No. 163), pages 5 to 12.
Another known and relatively recent is that of the ultrasonic knife. In particular, a cutting unit which is described in the Application for Japanese Patent No. 4-75898, filed by NIGATA Company published on 10 March 1992, uses knives to ultrasounds that are animated by alternative movements, each knife being vibrated by a generator ultrasound that is simply coupled to one end of the blade of the knife so as to vibrate it.
A similar technique is described in the Application for Japanese Patent JP-122 2892, also of the Company NIGATA, published on 6 September 1989.
The technique of cutting with vibrating blades ultrasound allows to ensure a clean cut, but at the expense of speed, given that speed linear displacement of products and therefore the speed linear cutting is limited to a speed that does not hardly exceeds one meter per minute in practice.
The present invention relates to a ultrasonic cutting device not including the aforementioned drawback, and which in particular

2 d'atteindre des vitesses linéaires de découpage de plusieurs mètres par minute, et pouvant atteindre 10 mètres/minute.
Un autre objet de l'invention est un dispositif de découpage permettant un découpage sans enlèvement de matière.
Un autre objet de l'invention est un dispositif de découpage qui puisse être utilisé pour des produits réputés difficiles à découper, tels que la pâtisserie, le pain ou bien encore le pain de mie, se trouvant à l'état chaud à la sortie d'un four de cuisson.
Un autre objet de l'invention est un dispositif de découpage qui puisse être facilement nettoyé, et qui en particulier puisse être nettoyé en continu, de manière à permettre un découpage dans des conditions de propreté élevées.
Un autre objet de l'invention est un dispositif de découpage présentant un couplage amélioré
entre le générateur d'ultrasons et l'outil de découpage.
Le dispositif selon l'invention présente un outil de découpage qui est un disque entraîné en rotation, et le générateur d'ultrasons est couplé à une région centrale du disque par l'intermédiaire d'un moyen de couplage, ladite région centrale étant disposée sur un ventre d'amplitude des vibrations ultrasonores produites par le générateur d'ultrasons selon un mode donné.
Le dispositif de découpage selon l'invention utilise donc un générateur d'ultrasons classique, et le moyen de couplage selon l'invention a pour fonction de transformer un mouvement dirigé selon l'axe du disque en un mouvement mettant en vibrations la surface du disque perpendiculairement à cet axe, soit dans un mode radial, soit de préférence dans un mode de flexion.
Le moyen de couplage comporte un barreau dont la longueur est avantageusement égale à la moitié de la longueur d'onde (;~) correspondant, pour le matériau qui
two to achieve linear cutting speeds of several meters per minute, and up to 10 meters / minute.
Another object of the invention is a cutting device for cutting without removal of material.
Another object of the invention is a cutting device that can be used for products known to be difficult to cut, such as pastry, bread or even bread, found in the hot state at the exit of a baking oven.
Another object of the invention is a cutting device that can be easily cleaned, and which in particular can be cleaned in continuously, so as to allow division into high cleanliness conditions.
Another object of the invention is a cutting device having improved coupling between the ultrasound generator and the cutting tool.
The device according to the invention has a cutting tool that is a disk driven into rotation, and the ultrasound generator is coupled to a central region of the disc through a medium coupling, said central region being disposed on a amplitude belly of ultrasonic vibrations produced by the ultrasound generator according to a given mode.
The cutting device according to the invention therefore uses a conventional ultrasonic generator, and the coupling means according to the invention has the function of transform a movement directed along the axis of the disc into a movement that vibrates the surface of the disc perpendicular to this axis, either in a radial mode, preferably in a bending mode.
The coupling means comprises a bar whose the length is advantageously equal to half of the corresponding wavelength (; ~) for the material

3 compose le barreau, à la fréquence propre f du générateur d'ultrasons. Ledit barreau a une extrémité amont couplée au générateur d'ultrasons, ainsi qu'une extrémité aval couplée au disque, le barreau ayant une section non constante et décroissante de l'amont vers l'aval. Le barreau présente de préférence une région amont de longueur a./4, une région aval de longueur X/4, la région aval ayant une section constante, inférieure à celle, également constante, de la région amont.
Le moyen de couplage comporte également un élément de couplage de longueur î,/2 qui prolonge le barreau. Cet élément de couplage peut être un résonateur cylindrique, la région centrale du disque étant alors disposée sur un ventre d'amplitude longitudinale, de manière à permettre le mode préféré d'excitation- du disque par des vibrations de flexion. Selon un mode de réalisation préféré, la région centrale du disque est avantageusement disposée en sandwich entre l'extrémité
aval du barreau et l'extrémité amont de l'élément de couplage.
L'invention concerne également un dispositif caractérisé en ce que l'unité de découpe comporte une pluralité de disques comportant au moins un disque amont couplé à l'extrémité aval du barreau et un disque aval couplé à l'extrémité amont dudit élément de couplage, l'élément de couplage ayant une extrémité aval libre, et en ce que les disques sont espacés entre eux par des entretoises de couplage intermédiaires de manière à être disposés sur des ventres de vibrations induisant leur déplacement en mode flexion.
L'invention concerne enfin un dispositif caractérisé en ce que l'unité de découpe comporte une pluralité de disques comportant au moins un disque amont couplé à l'extrémité aval du barreau et un disque aval couplé à l'extrémité amont dudit élément de couplage, l'élément de couplage ayant une extrémité aval libre, et
3 dials the bar, at the natural frequency f of the generator ultrasound. Said bar has a coupled upstream end to the ultrasound generator, as well as a downstream end coupled to the disc, the bar having a non-section constant and decreasing from upstream to downstream. The bar preferably has an upstream region of length a./4, a downstream region of length X / 4, the region downstream having a constant section, less than that, also constant, from the upstream region.
The coupling means also comprises a coupling element of length λ / 2 which prolongs the bar. This coupling element may be a resonator cylindrical, the central region of the disc being then placed on a belly of longitudinal amplitude, to allow the preferred mode of excitation-disc by bending vibrations. According to a mode of preferred embodiment, the central region of the disk is advantageously arranged sandwiched between the end downstream of the bar and the upstream end of the coupling.
The invention also relates to a device characterized in that the cutting unit comprises a plurality of disks having at least one upstream disk coupled to the downstream end of the bar and a downstream disc coupled to the upstream end of said coupling element, the coupling element having a free downstream end, and in that the discs are spaced apart by intermediate coupling spacers so as to be arranged on bellies of vibrations inducing their displacement in bending mode.
The invention finally relates to a device characterized in that the cutting unit comprises a plurality of disks having at least one upstream disk coupled to the downstream end of the bar and a downstream disc coupled to the upstream end of said coupling element, the coupling element having a free downstream end, and

4 en ce que les disques sont espacés entre eux par des entretoises de couplage intermédiaires de manière à être disposés avec un pas p sensiblement égal à un quart de la longueur d'onde et décalés d'un huitième de longueur d'onde par rapport à des ventres de vibrations induisant leur déplacement en mode flexion.
Il est particulièrement avantageux que l'unité
de découpe comporte un axe central sur lequel sont montés les entretoises et le générateur d'ultrasons et un dispositif de serrage coopérant avec l'axe pour serrer les disques positionnés entre les entretoises.
Les disques peuvent présenter des évidements en anneau conservant la symétrie de révolution des disques. Ceci permet d'en réduire le poids sans altérer les performances du dispositif.
L'unité de découpe peut comporter un dispositif d'ajustement, de préférence individuel, de la force de serrage des disques.
Le dispositif peut être caractérisé en ce qu'il comporte n dites unités de découpe ayant chacune une pluralité de disques espacés entre eux de n x a et qui sont décalés l'un par rapport à l'autre de manière à
produire des découpes d'égale épaisseur a.
Ledit mode donné est, de préférence, essentiellement dépourvu de mise en flexion du ou des éléments de couplage, notamment des entretoises.
Selon une deuxième variante relative à une excitation du disque par des vibrations radiales, l'élément de couplage est une pièce profilée dont le diamètre est de préférence sensiblement égal àk/2 et la région centrale du disque est disposée sur un ventre d'amplitude radiale, c'est-à-dire sur un noeud d'amplitude longitudinale. En particulier, la région centrale du disque peut être disposée entre deux régions d'égale longueur de la pièce profilée, ces dites régions d'égale longueur pouvant alors être symétriques par rapport au disque, et présenter un diamètre allant en diminuant lorsque la distance au disque augmente.
L'invention concerne également une utilisation du dispositif telle que défini ci-dessus, pour la découpe
4 in that the discs are spaced apart by intermediate coupling spacers so as to be arranged with a pitch p substantially equal to a quarter of the wavelength and shifted one-eighth of a length wave compared to bellies of inducing vibrations their displacement in flexion mode.
It is particularly advantageous that the unit cutter has a central axis on which are mounted the spacers and the ultrasound generator and a clamping device cooperating with the axle to tighten the discs positioned between the spacers.
Discs may have recesses in ring retaining the symmetry of revolution of the discs. This allows to reduce the weight without altering the performance of the device.
The cutting unit may comprise a adjustment device, preferably individual, of the clamping force of the discs.
The device can be characterized in that that it has n said cutting units each having a plurality of discs spaced apart from each other by nxa and which are shifted relative to one another so as to produce cuts of equal thickness a.
Said given mode is preferably essentially free of flexing of the coupling elements, especially spacers.
According to a second variant relating to a excitation of the disk by radial vibrations, the coupling element is a profiled part whose diameter is preferably substantially equal to k / 2 and the central region of the disc is arranged on a belly of radial amplitude, that is to say on a node of longitudinal amplitude. In particular, the region central disk can be arranged between two regions of equal length of the profiled part, these so-called regions of equal length can then be symmetrical by compared to the disc, and present a diameter ranging decreasing as the distance to the disk increases.
The invention also relates to a use of the device as defined above, for cutting

5 de produits tels que du pain, du pain de mie ou de la pâtisserie plus particulièrement à l'état chaud, notamment lors de la sortie du four de ces produits. Le dispositif selon l'invention peut être également utilisé
en particulier pour la découpe de produits carnés, crus ou cuits, ou bien de produits de salaison.
La fréquence du générateur d'ultrasons est avantageusement comprise entre 20 et 40 KHz et la vitesse dé rotation du disque entre 100 et 800 tours/minute.
L'amplitude vibratoire du disque est avantageusement comprise entre 15 et 25 .
La vitesse linéaire de déplacement du produit à découper est avantageusement comprise entre 2 et 10 mètres/minute, ce qui assure des cadences industrielles nettement améliorées par rapport aux outils de découpe à
ultrasons connus, mettant en oeuvre un couteau ou une scie alternative.
L'invention concerne également un procédé de découpe par ultrasons d'un produit, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un dispositif tel que défini ci-dessus. Selon un mode de réalisation préféré, la découpe est réalisée sur un produit sortant du four et à l'état chaud, la découpe étant suivie d'un conditionnement du produit, ce qui permet d'obtenir une très grande qualité
de propreté. En particulier, pour des produits tels que du pain de mie, on peut éviter l'étape précédemment nécessaire de refroidissement et de ressuage qui implique un temps assez long au cours duquel le produit est exposé
à l'air libre d'où une contamination microbienne, une perte de poids du produit, une perte de moelleux de celui-ci, et la nécessité de soumettre le produit avant
5 products such as bread, bread, or bread.
pastry especially in the hot state, especially when leaving the oven of these products. The device according to the invention can also be used especially for the cutting of raw meat products or cooked, or cured products.
The frequency of the ultrasound generator is advantageously between 20 and 40 KHz and the speed rotation of the disc between 100 and 800 revolutions / minute.
The vibratory amplitude of the disc is advantageously between 15 and 25.
The linear speed of product displacement to be cut is advantageously between 2 and 10 meters / minute, which ensures industrial rates significantly improved compared to cutting tools at known ultrasounds, using a knife or a reciprocating saw.
The invention also relates to a method of ultrasonic cutting of a product, characterized in that that it implements a device as defined above.
above. According to a preferred embodiment, the cutting is carried out on a product coming out of the oven and in the state the cutting is followed by a conditioning of product, which makes it possible to obtain a very high quality of cleanliness. In particular, for products such as bread, we can avoid the step previously necessary cooling and bleeding that involves a long time during which the product is exposed in the open where microbial contamination, weight loss of the product, a mellow loss of this one, and the need to submit the product before

6 séchage à une étape spécifique de décontamination permettant d'assurer sa conservation ultérieure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins ci-annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement le procédé selon l'invention appliqué à la fabrication de pain de mie ;
- les figures 2a et 2b représentent respectivement un générateur d'ultrasons et les diagrammes respectifs de contrainte et d'élongation ;
- la figure 2ç représente le générateur d'ultrasons de la figure 2a auquel est adjoint un barreau amplificateur servant à amplifier l'amplitude des vibrations ultrasoniques, cette figure représentant également les diagrammes des contraintes et des amplitudes correspondants ;
- les figures 3a, 3b et 3ç représentent respectivement un mode de réalisation préféré du dispositif de découpage selon l'invention, mettant en oeuvre une excitation d'un disque par flexion, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention mettant en oeuvre une excitation radiale du disque, et enfin les diagrammes illustrant les amplitudes longitudinales et radiales le long du dispositif de découpage précité ;
- les figures 4a et 4b représentent deux variantes d'unités de découpe multilames selon l'invention, - la figure 5 représente un premier mode de réalisation d'une unité de découpe multilames selon l'invention, - et la figure 6 représente un mode de réalisation préféré d'une unité de découpe multilames selon l'invention.
6 drying at a specific decontamination stage to ensure its subsequent conservation.
Other features and benefits of the invention will appear better on reading the description which will follow, given as an example not in the drawings annexed hereto, in which :
- Figure 1 shows schematically the process according to the invention applied to the manufacture of soft bread ;
FIGS. 2a and 2b represent respectively an ultrasound generator and the respective diagrams of stress and elongation;
- Figure 2c represents the generator of ultrasound of FIG. 2a to which is attached a bar amplifier for amplifying the amplitude of ultrasonic vibrations, this figure representing also the diagrams of the constraints and corresponding amplitudes;
FIGS. 3a, 3b and 3c represent respectively a preferred embodiment of cutting device according to the invention, flexion excitation of a disk, a mode of embodiment of the device according to the invention, a radial excitation of the disc, and finally the diagrams illustrating the longitudinal and radial along the aforementioned cutting device;
FIGS. 4a and 4b show two multilane cutting unit variants according to the invention, FIG. 5 represents a first mode of realization of a multi-blade cutting unit according to the invention, - and Figure 6 represents a mode of preferred embodiment of a multi-blade cutting unit according to the invention.

7 L'invention a donc pour objet un dispositif de découpage qui soit utilisable dans des conditions de découpage relativement difficiles, en particulier dans le cas de pâtisserie ou de pain de mie sortant chaud du four. On sait qu'il est particulièrement difficile, par exemple, de découper des tranches minces dans un pain de mie qui vient d'être cuit. Dans la pratique, il faut laisser celui-ci reposer, lors d'une étape dite de ressuage, pouvant atteindre 24 heures et au cours de laquelle le pain de mie perd une partie de son humidité.
Le pain de mie est ensuite découpé et mis en sachet.
Cette opération présente l'inconvénient, outre d'exposer le produit à l'air libre et de le contaminer, de conduire à un produit moins moelleux que s'il avait pu être découpé immédiatement et, bien qu'il soit soumis à une étape spécifique de décontamination, dont la durée de conservation est relativement limitée. Comme on le montrera dans la suite de la description, le fait de découper le produit à l'état chaud et de l'ensacher immédiatement après, permet d'éviter tous les inconvénients précités et conduit à un produit dont les qualités organoleptiques sont améliorées et dont la durée de conservation est notablement augmentée.
Les difficultés de découpage peuvent être expliquées de la manière suivante.
Quand une lame entre dans un matériau avec une certaine vitesse et une certaine masse, on peut considérer qu'il se produit essentiellement deux types de phénomènes qui ont été décrits par les auteurs DAURSKIJ
et MATCHIKHINE :
- établissement d'une contrainte qui déforme le produit, puis provoque sa rupture, - contact entre deux entités animées de mouvements relatifs opposés, d'où apparition de forces de frottement qui tendent à ralentir l'entrée de l'outil dans le produit.
7 The subject of the invention is therefore a device for cutting that is usable under conditions of relatively difficult cutting, especially in the case of pastry or sandwich bread coming out hot from oven. We know that it is particularly difficult example, to cut thin slices into a bread of which has just been cooked. In practice, you have to let it rest, during a step called bleeding, up to 24 hours and during which the bread looses some of its moisture.
The bread is then cut and put in sachet.
This operation has the disadvantage, besides exposing the product in the open and contaminate it, to drive to a less mellow product than if it could have been cut off immediately and, although subject to specific decontamination step, the duration of which conservation is relatively limited. As we will show in the following description, the fact of cut the product in the hot state and bag it immediately afterwards, avoids all disadvantages mentioned above and leads to a product whose organoleptic qualities are improved and the duration conservation is significantly increased.
Cutting difficulties can be explained as follows.
When a blade enters a material with a certain speed and some mass, we can consider that there are essentially two types of phenomena that have been described by the authors DAURSKIJ
and MATCHIKHINE:
- establishment of a constraint that distorts the product, then causes it to break, - contact between two animated entities of opposite relative movements, hence the appearance of friction that tend to slow the entry of the tool in the product.

8 Le découpage d'un matériau solide est obtenu à
la suite de trois phénomènes intervenant successivement, à savoir une déformation élastique, une déformation plastique et la propagation d'une ligne de rupture.
Trois notions sont donc essentielles pour décrire les différents comportements de déformation des matériaux solides .
- déformation élastique . la déformation est réversible, - déformation plastique ou visqueuse . la déformation est irréversible et le matériau s'écoule par glissement des couches les unes sur les autres. Pour la plupart des matériaux solides, ce phénomène se traduit par un écoulement à partir d'un certain séu'il dé
contrainte supérieur à la limite de leur phase élastique, - rupture : si on continue d'augmenter la contrainte ou la déformation du matériau alors qu'il est dans sa phase plastique ou visqueuse, on augmente le glissement des couches les unes par rapport aux autres, et il arrive un moment où certaines couches ne se touchent plus et où une fissure apparaît. Cette fissure dont la propagation se fait suivant des lois très complexes conduit à la rupture sur toute l'épaisseur du matériau.
Aboutir à la rupture contrôlée d'un matériau est l'objectif du découpage.
Dans la phase élastique, l'énergie est emmagasinée et elle est complètement restituée dès que la contrainte s'annule de sorte que le matériau récupère sa forme initiale.
Dans la phase visqueuse ou plastique, l'énergie est utilisée pour déformer le matériau par glissement des couches les unes sur les autres et elle est donc consommée pour vaincre les forces de frottement et la déformation persiste quand la contrainte ou la déformation cesse.

WO 97/0015
8 The cutting of a solid material is obtained at following three phenomena occurring successively, namely an elastic deformation, a deformation plastic and the propagation of a breaking line.
Three notions are therefore essential for describe the different deformation behaviors of solid materials.
- elastic deformation. the deformation is reversible, - plastic or viscous deformation. the deformation is irreversible and the material flows through sliding layers on each other. For the most of the solid materials, this phenomenon is reflected by a flow from a certain number of stress greater than the limit of their elastic phase, - break: if we continue to increase the strain or deformation of the material while it is in its plastic or viscous phase, the sliding of the layers relative to each other, and there comes a time when some layers do not touch more and where a crack appears. This crack whose propagation is done according to very strict laws complex leads to break through the entire thickness of the material.
Achieve controlled breaking of a material is the goal of cutting.
In the elastic phase, energy is stored and it is completely restored as soon as the constraint vanishes so that the material recovers its initial form.
In the viscous or plastic phase, energy is used to deform the material by sliding layers on each other and she is therefore consumed to overcome the frictional forces and the deformation persists when the stress or deformation ceases.

WO 97/0015

9 PCT/FR96/00932 Dans la phase de rupture, l'énergie est utilisée pour faire progresser la fissure et elle est donc complètement consommée par la création de nouvelles surfaces.
Quand on réalise un découpage, on applique au matériau, pendant un temps très court, une contrainte supérieure à sa résistance à la rupture. On ne prend pas toujours en compte les paramètres caractérisant la phase élastique parce qu'elle est souvent négligeable devant la phase plastique et ceci d'autant plus que les déformations sont rapides. Les paramètres les plus importants sont ceux qui caractérisent la phase d'écoulement du matériau.
En pratique, les trois phases, élastique, plastique et rupture, se succèdent toujours lorsque l'on réalise la découpe d'un matériau solide, mais leur manifestation est plus ou moins visible suivant la nature du matériau. Par exemple, la gélose a essentiellement un comportement élastique, le beurre a essentiellement un comportement plastique et le chocolat a essentiellement un comportement de propagation de fracture.
Dans la plupart des matériaux, on a souvent une combinaison de ces trois comportements types.
Lors d'un découpage, on veut rester maître de la géométrie du trait de coupe pour obtenir des morceaux de forme voulue. Or, il arrive que pour un matériau donné, on ne maîtrise pas toujours sa déformation pour un niveau de contrainte donné. Ceci est d'autant plus vrai pour les produits alimentaires dont de nombreuses caractéristiques évoluent dans le temps avant d'atteindre un état d'équilibre. De plus, l'apparition des fissures au sein du matériau reste assez aléatoire. Pour éviter cela, on pratique généralement le découpage par érosion ou abrasion, c'est-à-dire qu'on utilise un outil tranchant dont le meilleur exemple est la scie. Le tranchant est usiné perpendiculairement à l'outil et l'on procède ainsi par déformation en surface de petites quantités de matériau, ce qui est plus facile à
maîtriser, mais il y a alors découpage avec enlèvement de matière.
5 Avec un outil tranchant, on applique donc très rapidement au matériau une contrainte supérieure à sa résistance à la rupture et il se produit en chaque point situé sur le trait de coupe une succession de trois phases de déformation, élastique, plastique et rupture,
9 PCT / FR96 / 00932 In the breakup phase, energy is used to advance the crack and she is so completely consumed by creating new surfaces.
When making a cut, we apply to material, for a very short time, a constraint greater than its breaking strength. We do not take always consider the parameters characterizing the phase elastic because it is often negligible in front of the plastic phase and this especially as the deformations are fast. The most parameters important are those that characterize the phase flow of the material.
In practice, the three phases, elastic, plastic and rupture, always succeed one another when one performs the cutting of a solid material, but their manifestation is more or less visible depending on the nature of the material. For example, agar has essentially a elastic behavior, butter has essentially a plastic behavior and chocolate has basically a fracture propagation behavior.
In most materials, you often have a combination of these three typical behaviors.
When cutting, we want to remain master of the geometry of the cut line to get pieces of desired shape. Now, it happens that for a material given, one does not always control its deformation for a given level of constraint. This is all the more true for many food products characteristics evolve over time before reaching a state of equilibrium. In addition, the appearance of cracks within the material remains quite random. To avoid this is usually done by erosion or abrasion, that is, using a tool cutting edge whose best example is the saw. The cutting edge is machined perpendicular to the tool and one thus proceeds by surface deformation of small amounts of material, which is easier to mastering, but then there is cutting with removal of material.
5 With a sharp tool, we therefore apply very quickly to the material a stress greater than its breaking strength and it occurs at every point located on the cut line a succession of three phases of deformation, elastic, plastic and rupture,

10 mais pendant la durée du découpage, ces trois phases coexistent dans toute l'épaisseur du matériau.
Si l'on s'en tient au cas du pain de mie sortant du four, on constate que ce produit est difficile à découper en tranches minces en raison du fait qu'il tend à devenir collant et à engendrer des fractures irrégulières par blocs.
L'intérêt de la technique de découpage par ultrasons selon l'invention telle que décrite ci-après est de modifier ce comportement et de permettre, grâce à
la mise en oeuvre d'un outil, circulaire de préférence, dépourvu de dents, et mis en vibrations, d'arriver à un écartement régulier de la matière à découper et à un découpage franc du produit de préférence sans enlèvement de matière. Le découpage étant effectué par un disque qui est toujours en rotation évite les inconvénients des couteaux à ultrasons qui, étant donné qu'ils sont soumis à un mouvement alternatif, présentent une vitesse propre qui s'annule à chaque inversion du sens du mouvement, ce qui constitue un inconvénient majeur dans le cas de produits "collants" qui tendent rapidement à encrasser la lame du couteau, laquelle ne peut être nettoyée sans interrompre le découpage.
Conformément à la figure 1, des produits tels que des pains de mie, désignés par le repère général 1, sont cuits dans un four 2 puis sont ensuite amenés sur un dispositif d'avancée 3, tel qu'un tapis roulant, se
10 but during the duration of the division, these three phases coexist throughout the thickness of the material.
If we stick to the case of sandwich bread out of the oven, we see that this product is difficult to be sliced thin because of the fact that tends to become sticky and cause fractures irregular by blocks.
The interest of the cutting technique ultrasound according to the invention as described below is to change this behavior and allow, thanks to the implementation of a tool, circular preferably, devoid of teeth, and put into vibration, to arrive at a regular spacing of the cutting material and a free cutting of the product preferably without removal of matter. The cutting is performed by a disc which is always rotating avoids the disadvantages of ultrasonic knives which, given that they are subject to a reciprocating movement, have a proper speed which vanishes with each reversal of the direction of movement, this which constitutes a major disadvantage in the case of products "sticky" that tend to quickly foul the blade of the knife, which can not be cleaned without interrupt the cutting.
In accordance with Figure 1, products such that breads, designated by general reference 1, are cooked in an oven 2 then are brought on a advance device 3, such as a treadmill, is

11 déplaçant longitudinalement dans le sens de la flèche F1 jusqu'à une installation de coupe comportant un ou plusieurs disques 5 entraînés en rotation dans le sens de la flèche F2 autour de leur partie centrale 4.
L'installation comporte éventuellement un dispositif de découpe à guillotine 6 actionné dans le sens de la flèche F3 et destiné à réaliser un tranchage transversal en amont ou, comme représenté, en aval du disque 5. Le produit découpé à l'état chaud est ensuite disposé sur un deuxième dispositif d'amenée 7 vers une installation d'ensachage 9 au cours de laquelle les produits 1 sont conditionnés dans des sachets 8.
Le disque rotatif 5 est soumis à des vibrations ultrasoniques engendrées par un dispositif qui va être décrit ci-après et qui permet d'atteindre des vitesses linéaires élevées du dispositif de transport 3, tout en permettant un découpage de tranches minces dans des pains de mie sortant du four.
On remarquera également que le disque n'étant en contact avec le produit à découper que sur une partie de sa circonférence, il peut être nettoyé et/ou désinfecté en permanence par un dispositif 50 connu en soi.
La figure 2a représente un émetteur d'ultrasons connu en soi, désigné par le repère général 10. Il est constitué d'un sandwich de céramiques piézoélectriques 11, composé par exemple de deux disques, en précontrainte entre deux masses métalliques, à savoir un pavillon 12 et une contre-masse 14. L'ensemble vibre en résonance mécanique avec l'excitation électrique fournie par le générateur 11. On applique à cet effet aux céramiques une tension alternative dV à laquelle correspond une variation alternative de champ électrique dE, d'où résulte une variation alternative d'épaisseur des céramiques dT. A chaque variation d'épaisseur dT
correspond alors une variation de pression dP.
11 moving longitudinally in the direction of arrow F1 to a cutting installation with one or several discs 5 rotated in the direction of the arrow F2 around their central part 4.
The installation may include a device for guillotine cut 6 actuated in the direction of the arrow F3 and intended to perform a transverse slicing in upstream or, as shown, downstream of the disk 5.
product cut in the hot state is then placed on a second feeding device 7 to an installation bagging 9 during which products 1 are packaged in sachets 8.
The rotary disk 5 is subjected to ultrasonic vibrations generated by a device that will be described below and which makes it possible to reach high linear speeds of the transport device 3, while allowing a slice of thin slices in bread rolls coming out of the oven.
It will also be noted that the disk being in contact with the product to be cut only on a part of its circumference, it can be cleaned and / or permanently disinfected by a device 50 known in itself.
Figure 2a shows a transmitter ultrasound known per se, designated by the general reference 10. It consists of a ceramic sandwich piezoelectric 11, consisting for example of two disks, prestressing between two metal masses, namely a roof 12 and a counter-mass 14. The whole vibrates in mechanical resonance with electrical excitation supplied by generator 11. For this purpose, ceramics an alternating voltage dV to which corresponds an alternative variation of electric field dE, resulting in an alternative thickness variation ceramics dT. With each variation of thickness dT
corresponds then a pressure variation dP.

12 L'application d'une tension alternative dV aux bornes de l'émetteur ainsi constitué induit des ondes de pression qui, à partir des deux disques de céramique, se réfléchissent aux extrémités 16 et 18 de l'émetteur.
Si on dimensionne la longueur d'un barreau à
une valeur telle que la fréquence des vibrations longitudinales de celui-ci correspondent exactement à la fréquence f d'excitation électrique, le barreau devient le siège d'ondes stationnaires et vibre en résonance avec l'excitation électrique. Cette condition est obtenue pour un barreau 10 dont la longueur totale, comprise entre les faces d'extrémité 16 et 18, est égale à~,/2, k désignant la longueur d'ondes dans le barreau correspondant à la fréquence f. Les céramiques 11 sont disposées au centre et le pavillon 12 et la contre-masse 13 sont disposés symétriquement de part et d'autre des céramiques 11.
Comme les vibrations de l'émetteur 11 que l'on peut obtenir en pratique sont de l'ordre de 10 à 14 crête à crête suivant le type de générateur utilisé, il faut procéder à une amplification de ces vibrations pour obtenir des amplitudes suffisantes.
A cet effet et comme représenté à la figure 2ç, on fixe à l'émetteur un barreau métallique de longueur k/2 accordé à la fréquence propre de l'émetteur soit par exemple 20KHz. Le barreau 20 comporte un premier tronçon 22 de longueur X/4 présentant une section constante S1 qui est plus importante que la section également constante S2 du deuxième tronçon 24, également de longueur k/4. La face 26 du tronçon 22 est accolée à
la face 18 de la contre-masse 14. Le diagramme des amplitudes et des contraintes est représenté à la figure 2ç, sur laquelle le mouvement de la face 16 est représenté par la courbe x0, le mouvement des faces 18 et 26 par la courbe x1 et le mouvement de la face 28 du tronçon 24 par la courbe x2.
12 The application of an alternating voltage dV to the terminals of the transmitter thus formed induces pressure waves which, from the two ceramic discs, reflect at the ends 16 and 18 of the transmitter.
If we size the length of a bar to a value such as the frequency of vibrations longitudinal lines of it exactly correspond to the frequency f of electrical excitation, the bar becomes the stationary wave seat and vibrates in resonance with electrical excitation. This condition is obtained for a bar 10 whose total length, between end faces 16 and 18, is equal to ~, / 2, k designating the wavelength in the bar corresponding to the frequency f. Ceramics 11 are arranged in the center and the flag 12 and the counter-mass 13 are arranged symmetrically on both sides of ceramics 11.
Like the vibrations of the transmitter 11 that one can get in practice are in the range of 10 to 14 crest to peak depending on the type of generator used, it amplification of these vibrations for obtain sufficient amplitudes.
For this purpose and as shown in FIG.
2c, we attach to the transmitter a metal bar of length k / 2 tuned to the natural frequency of the transmitter for example 20KHz. The bar 20 comprises a first section 22 of length X / 4 having a section constant S1 which is more important than the section also constant S2 of the second section 24, also of length k / 4. The face 26 of the section 22 is contiguous to the face 18 of the counter-mass 14. The diagram of amplitudes and constraints is shown in the figure 2c, on which the movement of the face 16 is represented by the curve x0, the movement of the faces 18 and 26 by the curve x1 and the movement of the face 28 of the section 24 by the curve x2.

13 On a vu précédemment que l'ensemble émetteur-amplificateur produit des vibrations ultrasoniques longitudinales. Le disque 5 ne pouvant être excité qu'à
partir de son centre 4, c'est-à-dire de son axe de rotation, il faut impérativement transformer le mouvement axial initial en mouvement radial orienté dans le plan du disque.
Suivant l'invention, deux modes de réalisation sont envisagés.
Conformément à la figure 3_çi, le disque 5 est monté en sandwich entre la face 28 du tronçon 24 et la face 32 d'un résonateur 30 qui est un barreau cylindrique de longueur k/2 qui se termine par une face terminale.
libre 34. Le barreau 30 fait office de résonateur et son rôle est d'assurer le retour d'ondes dans les conditions de résonance mécanique de l'ensemble. La transformation de mouvement est assurée par le fait que le disque 5 est situé, comme le montre la courbe al d'amplitude longitudinale, sur un ventre d'amplitude longitudinale vl. Il vibre selon un mode de flexion indépendamment de son diamètre. En pratique, son épaisseur reste comprise entre 2 et 4 mm afin de rester le plus proche possible du point théorique de ventre d'amplitude longitudinale Vl et de permettre une déformation maximale en flexion. On a représenté en encadré le profil agrandi du bord du disque 5. Au voisinage du bord du disque, l'épaisseur diminue au fur et à mesure que l'on se rapproche du bord du disque, étant entendu que, pour une découpe sans enlèvement de matière, le profil est lisse et dépourvu de dents.
Le mode de réalisation de la figure 3b met en oeuvre un élément 40 destiné à assurer la transformation du mouvement axial en mouvement radial. Il est fixé au voisinage d'un ventre d'amplitude radiale Vr correspondant à un noeud d'amplitude axiale. L'élément 40 est de forme généralement cylindrique et présente un tronçon amont 46 dont la face 42 est accolée à la face 28
13 We have seen previously that the transmitter-amplifier produces ultrasonic vibrations longitudinal. The disc 5 can not be excited unless from its center 4, that is to say from its axis of rotation, it is imperative to transform the movement axial axis in radial motion oriented in the plane of disk.
According to the invention, two embodiments are envisaged.
According to Figure 3_ci, disk 5 is sandwiched between the face 28 of the section 24 and the face 32 of a resonator 30 which is a cylindrical bar of length k / 2 which ends with an end face.
34. The bar 30 acts as a resonator and its role is to ensure the return of waves under the conditions mechanical resonance of the whole. The transformation of movement is ensured by the fact that the disc 5 is located, as shown by the amplitude al curve longitudinal, on a belly of longitudinal amplitude vl. It vibrates according to a bending mode regardless of its diameter. In practice, its thickness remains between 2 and 4 mm in order to stay as close as possible to theoretical point of belly of longitudinal amplitude Vl and to allow maximum deformation in flexion. We have represented in box the enlarged profile of the edge of the disc 5. In the vicinity of the edge of the disc, the thickness decreases as you get closer to the edge of the disc, it being understood that for cutting without removal of material, the profile is smooth and devoid of teeth.
The embodiment of FIG.
implement an element 40 intended to ensure the transformation axial movement in radial motion. It is fixed at neighborhood of a belly of radial amplitude Vr corresponding to a node of axial amplitude. The element 40 is generally cylindrical in shape and has a upstream section 46 whose face 42 is contiguous to the face 28

14 du tronçon 24 et un tronçon aval 48 présentant une face libre 44. Le disque 5 est disposé au centre de l'élément 40 entre deux régions de couronne 45 et 47 de diamètre plus grand que celui des régions 46 et 48 auxquelles elles se raccordent par des profils arrondis 41 et 43.
Les régions 46 et 48 ont un diamètre supérieur à celui de la région 24, et dans l'exemple représenté, sensiblement égal à celui de la région 22. La longueur de l'élément 40, comprise entre ces faces 42 et 44 est égale àX/2 et le disque 5 est donc disposé à une distance A/4 de la face 28. Dans ces conditions, il est fixé au voisinage d'un ventre d'amplitude radiale Vr, comme le montre la courbe ar de la figure 3ç. En pratique; un profil conique devrait être adopté pour une épaisseur à la base de l'ordre de 10 mm. Les régions 45 et 47 de l'élément 40 présentent un diamètre voisin de X/2, ce qui crée ainsi radialement des conditions de résonance. C'est ce qui permet d'obtenir une amplitude radiale suffisante pour exciter le disque 5.
En ce qui concerne les matériaux, les pièces 12, 14, 20 et 30 peuvent être avantageusement réalisées en alliage de titane TA6V qui présente d'excellentes propriétés élastiques et qui, étant biocompatible, est donc chimiquement inerte vis à vis des produits à
découper. En outre, cet alliage est inoxydable, facilement usinable et de coût abordable pour les applications à envisager.
En ce qui concerne le disque 5, l'alliage précité peut être bien entendu préconisé mais, il est préférable d'utiliser pour cette pièce d'usure qui est susceptible d'être remplacée, un alliage moins coûteux tel qu'un alliage d'acier inoxydable du type utilisé pour les outils de découpe classiques, en particulier l'alliage Z200C13 qui réunit l'ensemble des qualités recherchées à savoir . inertie chimique, usinabilité, dureté élevée et coût acceptable. Ses propriétés élastiques sont inférieures à celles de l'alliage de titane précité, mais sont suffisantes pour l'application à envisager.
A titre indicatif, on rappelera que la vitesse 5 du son dans l'alliage TA6V est 4900 mètres/seconde alors qu'il est de 5200 mètres/seconde dans l'acier inoxydable Z200C13.
Les essais effectués montrent que les systèmes qui fonctionnent selon le mode flexion (figure 3a) ont 10 une fréquence résonnante d'ensemble imposée par le résonateur terminal 30. De ce fait, le diamètre du disque 5 influe peu sur la fréquence d'ensemble. Son épaisseur doit par contre être prise en compte puisqu'elle fait partie intégrante de l'empilage axial, émetteur, . 10,
14 of the section 24 and a downstream section 48 having a face 44. The disk 5 is arranged in the center of the element 40 between two crown regions 45 and 47 in diameter larger than that of regions 46 and 48 to which they are connected by rounded profiles 41 and 43.
Regions 46 and 48 are larger in diameter than region 24, and in the example shown, substantially equal to that of region 22. The length of the element 40, between these faces 42 and 44 is equal to X / 2 and the disc 5 is therefore disposed at a distance A / 4 from the 28. In these circumstances, it is fixed in the neighborhood a belly of radial amplitude Vr, as shown in curve ar of Figure 3c. In practice; a conical profile should be adopted for a thickness at the base of the order of 10 mm. Regions 45 and 47 of element 40 have a diameter close to X / 2, which creates radially resonance conditions. That is what makes it possible to obtain a sufficient radial amplitude for excite the disc 5.
With regard to materials, parts 12, 14, 20 and 30 can be advantageously realized made of titanium alloy TA6V which presents excellent elastic properties and which, being biocompatible, is therefore chemically inert with respect to products cut. In addition, this alloy is stainless, easily machinable and affordable for applications to consider.
With regard to disc 5, the alloy mentioned above can of course be advocated but, it is better to use for this wear part which is likely to be replaced, a less expensive alloy such as a stainless steel alloy of the type used to classic cutting tools, especially the Z200C13 alloy that combines all the qualities sought to know. chemical inertness, machinability, high hardness and acceptable cost. Its properties elastics are lower than those of the alloy of titanium but are sufficient for the application to consider.
As an indication, it will be recalled that the speed 5 of the sound in TA6V alloy is 4900 meters / second then that it is 5200 meters / second in stainless steel Z200C13.
The tests carried out show that the systems which operate in the flexion mode (Figure 3a) have 10 a resonant frequency set imposed by the terminal resonator 30. As a result, the diameter of the disk 5 has little influence on the overall frequency. Its thickness should be taken into account as it is integral part of the axial stack, transmitter,. 10

15 amplificateur 20 et résonateur 30.
En mode flexion, un disque de découpe de diamètre 600 mm permet de découper un produit de 280 mm de hauteur. Il est possible de découper des produits encore plus hauts, au détriment de la finesse de découpe, étant donné que dans ce cas, il faut augmenter l'épaisseur de la lame.
A l'inverse du montage flexion, le montage en mode radial, représenté sur la figure 3b, présente une fréquence de résonance qui dépend du diamètre du disque 5. Par exemple, le diamètre résonnant à 40KHz se situe autour de 200 mm.
Les figures 4a et 4b représentent deux variantes de machines permettant plus particulièrement de trancher des produits de panification ou des viennoiseries, par exemple pour trancher un pain de mie dont la hauteur est d'environ 120 mm, l'épaisseur a des tranches à réaliser étant de 12 mm 1 mm.
En pratique, il faut une vingtaine de lames.
Cette configuration est cependant difficile à
mettre en oeuvre car une lame de diamètre 300 mm et d'épaisseur 2mm a une masse de l'ordre du kilogramme
Amplifier 20 and resonator 30.
In bending mode, a cutting disc of diameter 600 mm can cut a product of 280 mm height. It is possible to cut products even higher, to the detriment of cutting finesse, since in this case, it is necessary to increase the thickness of the blade.
In contrast to the flexural assembly, the assembly radial mode, shown in FIG. 3b, presents a resonance frequency that depends on the diameter of the disc 5. For example, the resonant diameter at 40KHz is around 200 mm.
Figures 4a and 4b show two machine variants allowing more particularly slicing bread products or Viennese pastries, for example for slicing a sandwich bread whose height is approximately 120 mm, the thickness has slices to achieve being 12 mm 1 mm.
In practice, it takes about twenty blades.
This configuration is however difficult to implement because a 300 mm diameter blade and 2mm thick has a mass of about one kilogram

16 pour 20 lames il faut mettre en vibration 20 kg qui vont se répartir sur le diamètre.
Deux possibilités sont envisagées à titre d'exemple selon l'invention :
- disposer de plusieurs systèmes de lames (61 à 64) équipés d'autant de générateurs ultrasoniques (65 à
68) avec un intervalle inter-lames de 12 mm (figure 4a), - disposer de n systèmes de lames (71 à 75) équipés d'autant de générateurs ultrasoniques (76 à 80) avec un intervalle inter-lames de n x 12 mm (figure 4b où
n = 5).
Dans le premier cas (figure 4a), il n'y a pas de décalage du front de coupe entre chaque tranche. Cette solution présente cependant un problème de mise en oeuvre ultrasonore car la distance inter-lames de 12 + 1 mm est en relation directe avec la fréquence de l'excitation du système. Ceci amène pour cet entre-axe de 12 mm à une fréquence supérieure à 100 kHz, fréquence trop élevée pour assurer un transfert de puissance vibratoire efficace sur les lames qui sont des disques 5.
Dans le cas préféré (figure 4b), les lames (disques 5) étant décalées, le front de coupe n'est plus parallèle et peut poser des difficultés lors de l'engagement du produit. Cependant, l'écartement entre les disques 5 permet d'utiliser une fréquence plus basse davantage compatible avec les dimensions des disques 5.
Les difficultés qui pourraient se présenter lors de l'engagement du pain ne sont pas importantes. Les essais sur le prototype mono-disque ont montré une pénétration de la lame dans le pain nettement améliorée par la présence des ultrasons. Pour des systèmes suffisamment imbriqués, le pain ne se sépare pas intempestivement. De plus, les ultrasons diminuent fortement le coefficient de frottement apparent de la matière sur les disques en vibration donc a priori les disques 5 n'ont pas tendance à retenir le pain lors de son passage.
16 for 20 blades you have to vibrate 20 kg that go spread over the diameter.
Two possibilities are envisaged as example of the invention:
- have several blade systems (61 to 64) equipped with as many ultrasonic generators (65 to 68) with an inter-blade gap of 12 mm (Figure 4a), - have n blade systems (71 to 75) equipped with as many ultrasonic generators (76 to 80) with an inter-blade gap of nx 12 mm (Figure 4b where n = 5).
In the first case (Figure 4a), there is no offset the cutting edge between each slice. This solution, however, presents a problem of implementation ultrasound because the inter-blade distance of 12 + 1 mm is in direct relation with the frequency of the excitation of the system. This brings this inter-axis of 12 mm to a frequency above 100 kHz, frequency too high to ensure a vibratory power transfer effective on blades that are disks 5.
In the preferred case (Figure 4b), the blades (discs 5) being staggered, the cutting edge is no longer parallel and may pose difficulties when the commitment of the product. However, the gap between the discs 5 allows to use a lower frequency more compatible with the dimensions of the disks 5.
Difficulties that may arise during the commitment of bread are not important. Attempts on the single-disc prototype showed a penetration of the blade in the bread significantly improved by the presence of ultrasound. For systems with sufficient nested, the bread does not separate untimely. Of Moreover, ultrasound greatly reduces the coefficient of apparent friction of the material on the discs vibration so a priori the disks 5 have no tendency to remember the bread during its passage.

17 Aussi bien dans le cas de la figure 4a, que de la figure 4b, l'ensemble des disques 5 de chaque unité
de découpe est couplé à un même axe mis en vibration par un générateur d'ultra-sons. Les disques 5 sont positionnés à un ventre de vibrations longitudinales (ou près d'un ventre de vibrations). Il convient de régler la force de serrage des disques 5 de manière à assurer un bon couplage des ultrasons et en particulier une amplitude de déplacement homogène sur tous les disques, qui peut être avantageusement obtenue par un réglage individuel du serrage des disques 5, par exemple les collerettes 92 sont filetées et peuvent être serrées sur la région de centrage 98 elle-même filetée.
Comme le montre la figure 5, les disques sont montés sur un axe 97 par l'intermédiaire d'entretoises 90 qui coulissent le long de l'axe 97 et qui viennent prendre les disques 5 en sandwich, un serrage de l'ensemble étant prévu grâce à un bouchon 99 de manière à
obtenir un bon maintien des disques 5 et une surface de transmission augmentée au contact des disques 5.
Il existe plusieurs modes permettant de faire travailler les disques 5 en flexion. Pour une distance inter-lames de 60 mm, un premier mode se situe vers 30kHz et permet à partir d'un bon déplacement en translation au niveau des entretoises 90 d'induire un mouvement de flexion des disques 5.
Le second mode, qui se situe vers 36 kHz met en oeuvre par contre la flexion même des entretoises 90 en contact avec les disques 5.
Or, par expérience, on observe que lorsque la transmission des ultrasons s'effectue par l'intermédiaire d'interfaces mises en flexion, la transmission est de qualité inférieure. En effet, comme la liaison n'est pas parfaite, les différentes parties ne sont plus intimement liées.
17 In the case of Figure 4a, as well as FIG. 4b, the set of disks 5 of each unit of cutting is coupled to the same axis set in vibration by an ultrasound generator. The discs 5 are positioned at a belly of longitudinal vibrations (or near a belly of vibrations). It is necessary to regulate clamping force of the discs 5 so as to ensure a good ultrasound coupling and in particular a homogeneous displacement amplitude on all disks, which can be advantageously obtained by a setting individual tightening of the disks 5, for example the flanges 92 are threaded and can be tightened on the centering region 98 itself threaded.
As shown in Figure 5, the disks are mounted on an axis 97 via spacers 90 that slide along axis 97 and that come take the discs 5 sandwich, a tightening of the assembly being provided by means of a plug 99 so as to get a good hold of the discs 5 and a surface of increased transmission in contact with disks 5.
There are several modes to do work the discs 5 in bending. For a distance inter-blades 60 mm, a first mode is around 30kHz and allows from a good displacement in translation to level of the spacers 90 to induce a movement of bending of disks 5.
The second mode, which is around 36 kHz, in contrast, the bending of the spacers 90 in contact with the discs 5.
From experience, it can be seen that when the ultrasound transmission is via bending interfaces, the transmission is lower quality. Indeed, as the link is not perfect, the different parts are not intimately linked.

18 C'est donc le mode autour de 30 kHz qui est essentiellement dépourvu de mise en flexion de l'interface 90 qui est préféré.
On constate qu'à entretoise identique, le mode exploité pour un système 2 à 4 lames reste inchangé
quasiment à la même fréquence. On peut observer qu'un système conçu pour un nombre pair (ou impair) de lames reste utilisable pour un nombre supérieur ou inférieur de lames dès l'instant où ce nombre reste pair (ou impair).
La forme de la lame a une certaine influence sur la fréquence : plus elle est légère et.surtout plus élastique, plus la baisse en fréquence est appréciable.
Le diamètre de la lame étant fixé à 300 mm, on peut alléger le disque 5 en l'évidant régulièrement suivant des anneaux 101 (voir encadré de la figure 5). La lame en forme de disque reste à symétrie de révolution.
L'épaisseur de la lame de 2,5 mm au départ, est fixée à 2 mm pour des raisons de masse à faire vibrer et d'élasticité améliorée.
En ce qui concerne l'influence de la distance inter-lames, on observe les points suivants :
- avec les lames envisagées (0 300 -épaisseur 2 mm), on peut travailler sans trop de problème avec une distance interlames de 48 mm (soit un pas de 50 mm), - plus la distance inter-lames est petite, plus la dissymétrie de l'entretoise est à prendre en compte . les deux extrémités de l'entretoise se rapprochent l'une de l'autre et il est plus difficile de placer un noeud (équilibre) à égale distance de ces dernières, - plus la distance inter-lames est petite, plus le nombre de lames à mettre en oeuvre par système est important. L'amortissement et les pertes non pris en compte dans les calculs peuvent devenir prépondérants et
18 So the mode around 30 kHz is essentially devoid of bending of the interface 90 which is preferred.
It is found that identical spacer, the mode operated for a 2- to 4-blade system remains unchanged almost at the same frequency. We can observe that system designed for even (or odd) number of blades remains usable for a higher or lower number of blades as soon as this number remains even (or odd).
The shape of the blade has some influence on the frequency: the more it is light and more importantly elastic, the lower the frequency is appreciable.
The diameter of the blade being fixed at 300 mm, one can lighten the disc 5 by regularly evading next rings 101 (see box in Figure 5). The blade in disc shape remains symmetrical of revolution.
The blade thickness of 2.5 mm at the beginning, is set at 2 mm for mass reasons to vibrate and improved elasticity.
Regarding the influence of distance inter-blades, we observe the following points:
- with the envisaged blades (0 300 -thickness 2 mm), we can work without much problem with an interlam distance of 48 mm (a step of 50 mm) - the smaller the inter-blade distance, more dissymmetry of the spacer is to take in account. both ends of the spacer move closer to each other and it is harder to place a node (equilibrium) equidistant from these past, - the smaller the inter-blade distance, the number of blades to be used per system is important. Depreciation and losses not taken in account in the calculations can become preponderant and

19 risquent d'induire un dysfonctionnement important des lames extrêmes.
On pourra en pratique utiliser des entretoises 90 ayant des formes tubulaires droites, munies à leurs extrémités de collerettes complémentaires 91 et 92 se centrant l'une sur l'autre et centrant également les disques 5 (figure 5). Les lames 5 en forme de disques sont régulièrement espacées de manière à se situer à des ventres de vibrations, correspondant à une mise en vibration des disques 5 en mode flexion.
I1 est particulièrement avantageux de découpler mécaniquement le générateur d'ultrasons (11, 12, 14) et l'ensemble porte-outils (97, 90, 5) de la partie maintien et mise en rotation de l'unité de-découpe, par exemple en couplant le dispositif de maintien et de mise en rotation au boîtier du transducteur de génération d'ultrasons. De la sorte, la partie mise en excitation est beaucoup plus courte, l'excitation ultra-sonore est plus directe, ce qui permet de minimiser la perte d'ultrasons dans les supports (tels que les paliers et les courroies) entre le dispositif excitateur et les disques 5, et en outre le démontage est facilité tant pour le nettoyage que pour la réparation.
Le cas d'un nombre impair (5 lames) implique des modifications dimensionnelles sur la première 94 et la dernière 95 entretoises qui sont, de toute façon, géométriquement différentes des autres de par leur appui côté générateur ultrasonore (14, 11, 12) et côté bouchon 99 (extrémité de l'outil).
L'ensemble excitateur + outil se compose - d'un moteur ultrasonore (14, 11, 12, cf.
Fig.3a), - d'une partie mécanique d'adaptation (amplificateur) 24, - d'un axe 97 qui vient se fixer dans l'amplificateur 24, - de 5 lames en forme de disques 5, - d'une entretoise 94 côté générateur ultrasonore, - de 4 entretoises 90 assurant un écartement 5 de lames de 48 mm bord à bord (50 mm centre à centre), - d'une entretoise 95 côté bouchon qui peut être intégrée au bouchon 99, cette entretoise étant dimensionnée pour assurer le retour d'onde, - d'un bouchon 99 qui se vise sur l'axe 97 10 permettant le serrage de l'ensemble.
La fréquence nominale de fonctionnement est 32,2 kHz.
Sur toutes ces pièces sont prévus des éléments de centrage, des états de surface et des tolérances 15 rigoureux de façon à permettre la meilleure qualité de montage et d'assemblage.
L'identification d'un plan nodal 21 dans la partie amplificateur 22 permet de venir fixer si besoin est, une plaque inox qui permettra d'isoler la zone de
19 risk of causing a significant malfunction of the extreme blades.
It will be possible in practice to use spacers 90 having straight tubular shapes, provided with their ends of complementary collars 91 and 92 centering on each other and also centering the discs 5 (Figure 5). The blades 5 shaped discs are regularly spaced so as to be within bellies of vibrations, corresponding to a vibration of the disks 5 in bending mode.
It is particularly advantageous to mechanically decouple the ultrasound generator (11, 12, 14) and the tool carrier (97, 90, 5) of the maintaining and rotating part of the cutting, for example by coupling the device of maintaining and rotating in the housing of the ultrasonic generation transducer. In this way, the part put in excitement is much shorter, the ultrasound excitation is more direct, which allows to minimize the loss of ultrasound in the media (such bearings and belts) between the device exciter and disks 5, and further disassembly is easy for both cleaning and repair.
The case of an odd number (5 blades) implies dimensional changes on the first 94 and the last 95 spacers that are, anyway, geometrically different from others by their support ultrasonic generator side (14, 11, 12) and plug side 99 (end of the tool).
The exciter + tool set is composed an ultrasonic motor (14, 11, 12, cf.
Fig.3a) - a mechanical adaptation part (amplifier) 24, - an axis 97 which is fixed in the amplifier 24, - 5 disc-shaped blades 5, a spacer 94 on the generator side ultrasound, - 4 spacers 90 ensuring spacing 5 blades of 48 mm edge to edge (50 mm center to center), a plug-side spacer 95 which can be integrated in the plug 99, this spacer being dimensioned to ensure the return of wave, - a plug 99 which is on the axis 97 10 allowing the clamping of the assembly.
The nominal operating frequency is 32.2 kHz.
On all these parts are provided elements centering, surface finishes and tolerances 15 rigorous in order to allow the best quality of assembly and assembly.
The identification of a nodal plane 21 in the 22 amplifier part allows to come fix if needed is, a stainless steel plate that will isolate the area of

20 tranchage pour des questions d'ultra-propreté.
On peut envisager de travailler par exemple avec des unités de 7 lames de diamètre extérieur 210 mm avec une distance inter-lames de 36 mm ou bien encore avec des unités de 11 lames de diamètre extérieur égal à
150 mm avec une distance inter-lames de 24 mm, les fréquences étant dans ces deux cas par exemple comprises entre 35 et 40 kHz pour un pas des lames sensiblement égal à une demi-longueur d'onde.
Un mode de réalisation permettant d'abaisser la fréquence de fonctionnement consiste à disposer les lames ou disques 5 avec un pas constant p sensiblement égal à un quart de longueur d'onde, ceux-ci étant à cet effet décalés longitudinalement d'environ un huitième de longueur d'onde (X/8) par rapport aux ventres de vibrations longitudinales (voir fig. 6). Avec un pas de
20 slicing for ultra-cleanliness issues.
We can consider working for example with units of 7 blades of outer diameter 210 mm with an inter-blade distance of 36 mm or even with units of 11 blades of outside diameter equal to 150 mm with an inter-blade distance of 24 mm, the frequencies being in both cases for example included between 35 and 40 kHz for a pitch of the blades substantially equal to half a wavelength.
An embodiment for lowering the operating frequency consists of arranging the blades or discs 5 with a constant pitch p substantially equal to a quarter of a wavelength, these being at this longitudinally offset effect of about one-eighth of wavelength (X / 8) compared to the bellies of longitudinal vibrations (see Fig. 6). With a step

21 50 mm, la fréquence est de l'ordre de 22kHz, pour l'exemple représenté à la figure 5.
Pour déterminer une unité multi-lames, on choisit le diamètre des lames, leur pas et les caractéristiques géométriques des pièces qui la composent (entretoises, etc...). Un calcul par exemple par la méthode des éléments finis, permet de déterminer la valeur de la longueur d'onde X correspondant à la structure. Cette longueur d'onde ~ dépend de la configuration des pièces, c'est-à-dire que dans sa détermination intervient un facteur de forme. En particulier, l'unité de découpe représentée à la figure 5 met en oeuvre des entretoises 90 tubulaires et une tige 97 serrée par un bouchon 99, cette situation influant sur la valeur de la longueur d'onde.
21 50 mm, the frequency is of the order of 22 kHz, for the example shown in FIG.
To determine a multi-blade unit, one chooses the diameter of the blades, their pitch and the geometric characteristics of the parts that compose it (spacers, etc ...). A calculation for example by the finite element method, allows to determine the value of the wavelength X corresponding to the structure. This wavelength ~ depends on the parts configuration, that is to say that in its determination occurs a form factor. In in particular, the cutting unit shown in FIG.
uses tubular struts 90 and a rod 97 tightened by a plug 99, this situation affecting the value of the wavelength.

Claims (19)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de découpage par ultrasons comportant au moins une unité de découpe comportant un générateur d'ultrasons présentant une fréquence propre donnée, couplé à au moins un outil de découpe, unité de découpe dans laquelle l'outil de découpe est un disque (5) entraîné en rotation, et en ce que le générateur d'ultrasons (10, 11) est couplé à une région centrale (4) du disque (5) par l'intermédiaire d'un moyen de couplage (30, 40), ladite région centrale (4) étant disposée sur un ventre d'amplitude des vibrations ultrasonores produites par le générateur d'ultrasons (10, 11), selon un mode donné ou au voisinage dudit ventre, caractérisé
en ce que le moyen de couplage comporte un barreau (20) dont la longueur (.lambda./2) est égale à la moitié de la longueur d'onde (M correspondant à la fréquence propre F
du générateur d'ultrasons (10, 11), et ayant une extrémité amont (26) couplée au générateur d'ultrasons (10, 11) et une extrémité aval (28) couplée au disque (5), le barreau (20) ayant une section non constante et décroissante de l'amont vers l'aval et en ce que le moyen de couplage comporte également un élément de couplage (30, 40, 95) de longueur .lambda./2 qui prolonge le barreau de manière à assurer le retour d'ondes.
1. Ultrasonic cutting device comprising at least one cutting unit comprising a ultrasonic generator having a natural frequency given, coupled to at least one cutting tool, unit of cutting in which the cutting tool is a disk (5) driven in rotation, and in that the generator ultrasound (10, 11) is coupled to a central region (4) of the disc (5) via a coupling means (30, 40), said central region (4) being disposed on an ultrasonic vibration amplitude belly produced by the ultrasonic generator (10, 11), according to a given mode or in the vicinity of said belly, characterized in that the coupling means comprises a bar (20) whose length (.lambda./2) is equal to half of the wavelength (M corresponding to the natural frequency F
of the ultrasonic generator (10, 11), and having a upstream end (26) coupled to the ultrasonic generator (10, 11) and a downstream end (28) coupled to the disc (5), the bar (20) having a non-constant section and decreasing from upstream to downstream and in that the means coupling also comprises a coupling element (30, 40, 95) of length .lambda./2 which extends the bar of so as to ensure the return of waves.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau (20) présente une région amont (22) de longueur .lambda./4 et une région aval (24) de longueur .lambda./4, la région aval (24) ayant une section constante inférieure à celle, également constante, de la région amont (22). 2. Device according to claim 1, characterized in that the bar (20) has a region upstream (22) of length .lambda./4 and a downstream region (24) of length .lambda./4, the downstream region (24) having a section constant less than that, also constant, of the upstream region (22). 3. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de couplage (30) est un résonateur cylindrique et en ce que la région centrale (4) du disque (5) est disposée sur un ventre d'amplitude longitudinale, en sandwich entre l'extrémité

aval (28) du barreau (20) et l'extrémité amont de l'élément de couplage (30).
3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the coupling element (30) is a cylindrical resonator and in that the region center (4) of the disc (5) is arranged on a belly of longitudinal amplitude, sandwiched between the end downstream (28) of the bar (20) and the upstream end of the coupling element (30).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'unité de découpe comporte une pluralité de disques (5) comportant au moins un disque amont couplé à l'extrémité aval (28) du barreau (20) et un disque aval couplé à l'extrémité amont dudit élément de couplage (95), l'élément de couplage (30) ayant une extrémité aval libre, et en ce que les disques sont espacés entre eux par des entretoises de couplage intermédiaires (90) de manière à être disposés sur des ventres de vibrations induisant leur déplacement en mode flexion. 4. Device according to claim 3, characterized in that the cutting unit comprises a plurality of discs (5) comprising at least one disc upstream coupled to the downstream end (28) of the bar (20) and a downstream disc coupled to the upstream end of said element coupling element (95), the coupling element (30) having a free downstream end, and in that the discs are spaced apart by coupling spacers intermediaries (90) so as to be arranged on antinodes of vibrations inducing their displacement in mode bending. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'unité de découpe comporte une pluralité de disques (5) comportant au moins un disque amont couplé à l'extrémité aval (28) du barreau (20) et un disque aval couplé à l'extrémité amont dudit élément de couplage (95), l'élément de couplage (30) ayant une extrémité aval libre, et en ce que les disques sont espacés entre eux par des entretoises de couplage intermédiaires (90) de manière à être disposés avec un pas p sensiblement égal à un quart de longueur d'onde et décalés de sensiblement un huitième de longueur d'onde par rapport à des ventres de vibrations induisant leur déplacement en mode flexion. 5. Device according to claim 3, characterized in that the cutting unit comprises a plurality of discs (5) comprising at least one disc upstream coupled to the downstream end (28) of the bar (20) and a downstream disc coupled to the upstream end of said element coupling element (95), the coupling element (30) having a free downstream end, and in that the discs are spaced apart by coupling spacers intermediaries (90) so as to be arranged with a pitch p substantially equal to a quarter wavelength and shifted by substantially one eighth of a wavelength compared to antinodes of vibrations inducing their displacement in flexion mode. 6. Dispositif selon une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'unité de découpe comporte un axe central (97) sur lequel sont montées les entretoises (90) et le générateur d'ultrasons (11, 12, 14) et un dispositif de serrage (99) coopérant avec l'axe (97) pour serrer les disques (5) positionnés entre les entretoises (90). 6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the cutting unit comprises a central axis (97) on which are mounted the spacers (90) and the ultrasonic generator (11, 12, 14) and a clamping device (99) cooperating with the axis (97) to clamp the discs (5) positioned between the spacers (90). 7. Dispositif selon une des revendications 4 à
6, caractérisé en ce que les disques (5) présentent des évidements en anneau conservant la symétrie de révolution des disques.
7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the discs (5) have ring recesses retaining rotational symmetry some discs.
8. Dispositif selon une des revendications 4 à
7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (99) d'ajustement, de préférence individuel, de la force de serrage des disques (5).
8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that it comprises a device (99) adjustment, preferably individual, of the strength of tightening the discs (5).
9. Dispositif selon une des revendications 4 à
8, caractérisé en ce qu'il comporte n dites unités de découpe ayant chacune une pluralité de disques espacés entre eux de n x a et qui sont décalés l'un par rapport à
l'autre de manière à produire des découpes d'égale épaisseur a.
9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that it comprises n said units of blank each having a plurality of spaced discs between them of nxa and which are staggered one with respect to the other so as to produce cutouts of equal thickness a.
10. Dispositif selon une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que ledit mode donné est essentiellement dépourvu de mise en flexion du ou des éléments de couplage. 10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that said given mode is essentially devoid of bending of the coupling elements. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de couplage est une pièce profilée (40) s'étendant radialement et en ce que la région centrale (4) du disque (5) est disposée sur un ventre d'amplitude radiale et en ce que la région centrale (4) du disque (5) est disposée entre deux régions d'égale longueur de la pièce profilée (40). 11. Device according to claim 1, characterized in that the coupling element is a part profile (40) extending radially and in that the central region (4) of the disc (5) is arranged on a belly of radial amplitude and in that the region center (4) of the disc (5) is arranged between two regions of equal length of the shaped piece (40). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites deux régions d'égale longueur sont symétriques par rapport au disque (5) et présentent un diamètre allant en diminuant lorsque la distance au disque augmente. 12. Device according to claim 11, characterized in that said two regions of equal length are symmetrical with respect to the disc (5) and have a diameter that decreases when the distance to the disc increases. 13. Dispositif selon une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la pièce profilée (40) a un diamètre sensiblement égal à .lambda./2. 13. Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the profiled part (40) has a diameter substantially equal to .lambda./2. 14. Utilisation du dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le produit à découper est du pain, du pain de mie, ou de la pâtisserie, plus particulièrement à l'état chaud. 14. Use of the device according to one of the preceding claims, characterized in that the product to be cut is bread, sandwich bread, or pastry, especially when hot. 15. Utilisation du dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le produit à découper est un produit carné cru ou cuit, ou bien un produit de salaison. 15. Use of the device according to one of the preceding claims, characterized in that the product to be cut is a raw or cooked meat product, or quite a curing product. 16. Utilisation selon une des revendications 14 ou 15, caractérisée en ce que la fréquence du générateur d'ultrasons (10, 11) est comprise entre 20 et 40KHz, et en ce que la vitesse de rotation du disque est comprise entre 100 et 800 tours/minute. 16. Use according to one of the claims 14 or 15, characterized in that the frequency of the ultrasound generator (10, 11) is between 20 and 40KHz, and in that the disk rotation speed is between 100 and 800 rpm. 17. Utilisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'amplitude vibratoire du disque (5) est comprise entre 15 et 25 microns. 17. Use according to claim 16, characterized in that the vibratory amplitude of the disk (5) is between 15 and 25 microns. 18. Utilisation selon une des revendications 16 ou 17, caractérisée en ce que la vitesse linéaire de déplacement du produit à découper (1) est comprise entre 2 et 10 m/mn. 18. Use according to one of the claims 16 or 17, characterized in that the linear speed of movement of the product to be cut (1) is between 2 and 10 m/min. 19. Procédé de découpage par ultrasons d'un produit, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un dispositif selon une des revendications 1 à 13, et en ce que le découpage est réalisé sur un produit sortant du four et à l'état chaud et en ce que le découpage est suivi d'un conditionnement du produit avant son refroidissement. 19. Ultrasonic cutting process of a product, characterized in that it implements a device according to one of claims 1 to 13, and in that that the cutting is carried out on a product leaving the oven and in the hot state and in that the cutting is followed by packaging of the product before its cooling.
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