FR1465833A

FR1465833A - Procédé et appareil pour former des soudures par ultra-sons

Info

Publication number: FR1465833A
Application number: FR45338A
Authority: FR
Original assignee: Union Special Machine Co
Current assignee: Union Special Machine Co
Priority date: 1965-01-13
Filing date: 1966-01-10
Publication date: 1967-01-13
Also published as: DE1629192A1; JPS5321904B1; DE1629192C3; US3405024A; DE1629192B2; GB1130443A

Description

Procédé et appareil pour former des soudures par ultra-sons.
La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil permettant de réunir des pièces de matière et elle concerne plus particulièrement un procédé et un appareil permettant de réunir les pièces de matière à l'aide de techniques des ultra-sons.
Rien qu'étant d'une application générale. les procédés et appareils de soudage ultrasonore du type auquel 'la présente invention se rapporte, sont particulièrement bien appropriés pour réunir des pièces de matière thermoplastique à l'aide d'un transducteur qui a pour effet d'appliquer une énergie vibratoire à un marteau en forme de pavillon ou autre élément vibrant qui a une fréquence de résonance mécanique naturelle. Cette fréquence de résonance est habituellement supérieure à la gamme supérieure du spectre audible et, dans un exemple illustratif, elle est comprise entre environ vingtmille cycles par seconde et plusieurs centaines de milliers de cycles par seconde ou même plus. Le transducteur est alimenté en courant alternatif pour engendrer des vibrations du type à énergie ondulatoire de compression dans le marteau.Une partie de ces vibrations est réfléchie par des barrières telles que des interfaces pour produire des dessins d'ondes stationnaires qui comprennent ou plusieurs zones ou n u̇ds de mouvement minimum à intervalles d'une demi-longueur d'onde, et d'autres zones ou ventres de mouvement maximum à des distances de un quart de longueur d'onde des n u̇ds ajdacents. Pour réduire au minimum les déperditions d'énergie par absorption, le marteau est généralement fixé en un n u̇d et sa dimension longitudinale est telle que sa petite extrémité se termine au niveau d'un ventre pour produire des vibrations d'amplitude maximum.
Jusqu'à présent, les procédés et appareils du type indiqué ci-dessus présentaient divers inconvénients. A titre illustratif, pour obtenir le rendement optimum, la fréquence de courant alternatif fourni au transducteur correspond avantageusement d'aussi près que possible à la fréquence de résonance naturelle du marteau et il est donc souhaitable de maintenir au minimum les variations de la fréquence de résonance. Toutefois, avec un marteau d'une configuration et d'une matière prédéterminées, la fréquence de résonance est sujette à varier en réponse aux variations de la température qui résultent principalement de la charge physique du marteau.Dans le soudage des matières thermoplastiques, pour former une soudure relativement longue, par exemple, la température des marteaux du type employé antérieurement croissait fréquemment d'une façon sensible pendant la formation de la soudure en raison des effets de conduction et également en raison des pertes internes.
Cet accroissement de la température engendrait une dilatation longitudinale du marteau, laquelle affectait défavorablement la stabilité de sa fréquence de résonance et altérait la correspondance entre la fréquence du marteau et celui de la source de courant alternatif. En outre, l'accroissement de la longueur du marteau se traduisait par un rétrécissement de l'intervalle, avec accroissement correspondant de la pression appliquée à la soudure, ce qui produisait ainsi une soudure non uniforme et nécessitait une plus forte entrée de puissance.. Par ailleurs, et ceci présentait une importance particulière dans les cas où la soudure était formée à une vitesse relativement rapide, on se heurtait jusqu'à présent à des difficultés pour former des joints étanches satisfaisants, en, particulier sur des sacs en matières thermoplastiques et autres récipients remplis.
Les buts de l'invention sont de fournir :
Un procédé et un appareil nouveau et économique pour souder des pièces de matière par utilisation des techniques ultrasonores; Un procédé et un appareil dans lesquels les varia.
tiens de la température de l'élément vibrant et, par conséquent, les variations de sa fréquence de résonance naturelle, sont maintenues au minimum; Un procédé et un appareil du type indiqué, permettant de produire un joint extrêmement régulier entre les pièces de matière qu'il s'agit de réunir; Un procédé qui facilite la formation des joints par ultrasons sur les sacs en matière thermoplastique et autres récipients remplis; Un nouvel appareil perfectionné servant à réunir des pièces en matière, qui soit économique à fabriquer et d'un fonctionnement parfaitement sûr.
Dans une forme illustrative de réalisation de l'invention, on dispose les pièces de matière à réunir dans un outil vibrant ultrasonore, entre deux mâchoires formées par un élément fixe et par un mateau en forme de pavillon ou cône. Des moyens spéciaux de réglage de la température sont employés pour porter le marteau à une température prédéterminée. Le marteau est mis en vibration à une fréquence de résonance ultrasonore pour transmettre l'énergie vibratoire aux pièces et former ainsi un joint uniforme et régulier entre ces pièces.
Suivant une caractéristique de l'invention, dans plusieurs formes de réalisation particulièrement avantageuses, on interrompt l'apport de chaleur au marteau avant le moment où le marteau est mis en vibration pour former le joint ultrasonore. Pendant la formation du joint. le dispositif de réglage de 'la température entre en action pour refroidir le marteau et pour le maintenir ainsi à une température réglée. Avec cet agencement, les effets défavorables des variations de la température sur la fréquence de résonance naturelle du marteau sont réduits au minimum.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans certains dispositifs de qualité supérieure, la température prédéterminée du marteau avant le soudage est sensiblement égale à la température sur laquelle il est réglé pendant l'application de l'énergie vibratoire aux pièces à réunir. L'agencement est tel que le marteau soit maintenu à une température sensiblement constante aussi bien avant que pendant le soudage pour réduire encore la possibilité de variations de sa fréquence de résonance naturelle.
Suivant une autre caractéristique de certaines formes de réalisation de l'invention, les pièces à réunir sont préalablement conditionnées avant la formation du joint par accroissement de leur température. L'emploi de ce conditionnement préalable est particulièrement efficace dans le soudage des sacs ou autres récipients remplis, par exemple, ou dans les cas où l'on désire former les joints à grandes vitesses.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisation de l'invention.
Sur ces dessins : La figure 1 est une vue en élévation de côté de l'appareil pour le soudage ultrasonore de pièces de

de l'invention, certaines parties étant représentées en coupe et d'autres étant arrachées; La figure 2 est une vue en élévation en bout de l'appareil, supposé vu de la droite de la figure 1, certaines parties étant représentées en coupe et d'autres étant omises pour la clarté du dessin; La figure 3 est une vue en coupe horizontale de l'appareil, prise suivant la ligne 3-3 de la figure 1; La figure 4 est une vue en élévation de côté d'une partie de l'appareil, certaines parties étant représentées arrachées et en coupe; La figure 5 est une représentation schématique d'un circuit électrique permettant de régler le fonctionnement de l'appareil;La figure 6 est une vue analogue d'une façon générale à une partie de la figure 1 mais représentant l'appareil suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
Sur les figures 1 et 2 du dessin, on a représenté un appareil de soudage aux ultrasons de morceaux de feuille thermoplastique, qui comprend un outil vibrant ultrasonore désigné dans son ensemble par la référence 10. L'outil 10 comprend deux mâchoires opposées 11 et 12 qui sont espacées et à la verticale l'une de l'autre pour définir entre elles un intervalle. La mâchoire 11 est constituée par un élément ou marteau en forme de pavillon allongé, qui est disposé avec un axe vertical et agencé pour décrire un mouvement vibratoire dans un mode longitudinal. Le marteau est de forme sensiblement conique mais il est évasé à son extrémité supérieure étroite pour former une surface horizontale sensiblement plane 14 qui se trouve en face d'une surface adjacente 15 située à l'extrémité inférieure de la mâchoire 12.Dans les formes de réalisation de l'invention représentées sur les dessins, le marteau est du type exponentiel bien que.. dans d'autres agencements avantageux, on emploie également avec de bons résultats des marteaux d'un type non exponentiel et dépourvus de la partie extrême évasée.
En outre, certaines formes avantageuses de réalisa. tion comprennent une série de petites protubérances fnon visibles sur les fig. 1 et 2) sur les surfaces 14 et 15 qui se font face pour permettre de former la soudure ultrasonore dans des zones locales préalablement choisies entre ces surfaces.
L'extrémité supérieure du marteau 11 traverse une ouverture 16 formée dans une table horizontale 17 qui sert de support au pièces de matière à réunir. La surface 14 est à l'affleurement de la surface supérieure de la table.
Un élément transducteur 20 en forme de disque est fixé solidairement à l'extrémité inférieure large du marteau 11. Bien que, dans certaines formes de réalisation de l'invention, on emploie avec de bons résultats des transducteurs du type à magnétostriction, dans la forme représentée le transducteur 20 est avantageusement constitué par un cristal piézoélectrique qui porte un revêtement d'argent ou matière analogue sur ses surfaces opposées. Le cristal est fixé au marteau par un adhésif approprié tel qu'une colle époxy, par exemple, dans laquelle sont distribués des granules d'argent pour faciliter la transmission de l'énergie électrique au marteau.
Le marteau 11 est dimensionné de façon à produire une fréquence de résonance mécanique naturelle dans la gamme ultrasonore. La réflexion d'une partie des vibrations par les surfaces limites du marteau produit des dessins d'ondes stationnaires ayant un ventre ou zone de mouvement maximum à proximité de son extrémité supérieure étroite. Ce ventre est situé à un quart de longueur d'onde au-dessus d'un n u̇d situé entre les extrémités du marteau et qui ne présente qu'un mouvement vibratoire faible ou nul.
Le marteau 11 est porté au niveau du n u̇d par un support 22. Comme on peut mieux le voir sur les figures 3 et 4, l'élément comprend une plaque horizontale 23 conductrice de l'électricité, de forme générale annulaire et qui est munie de trois vis pointues 24 qui font saillie vers l'intérieur. Ces vis sont agencées pour mordre dans la face latérale du marteau au niveau du n u̇d et pour donner par conséquent à ce dernier un appui rigide sans effet sensible sur le mouvement vibratoire du marteau. Trois pattes 26 qui font corps avec la plaque s'étendent vers 'l'extérieur à partir de cette plaque 23 et portent à leurs extrémités libres des rondelles de caoutchouc 28 ou d'une autre matière non conductrice. Les rondelles 28 reçoivent des boulons correspondants 30 qui relient la plaque 23 à une plaque porteuse 31 de forme générale rectangulaire.Cette dernière plaque est agencée parallèlement et au-dessous de la plaque 23 et elle est munie d'une ouverture centrale élargie que le marteau traverse. La plaque support 31 est fixée entre les extrémités de quatre montants verticaux 33 par des vis 34, Les montants sont soudés ou fixés d'une autre façon à un socle 35 et ils sont munis de panneaux latéraux 39 qui enferment sensiblement le marteau 11. Les extrémités supérieures des montants servent à supporter la table horizontale 17 (fig.. 1).
La température du marteau 11 est réglée par une soufflerie désignée dans son ensemble par la référence 40. L'appareil 40 est supporté par une ferrure 41 (fig. 2) qui est elle.même fixée à une colonne verticale 43. Cette colonne est montée sur le socle 35 à une certaine distance du marteau 11. L'appareil 40 comprend un conduit cylindrique de sortie 45 qui traverse horizontalement une ouverture circulaire 47 formée dans l'un des panneaux 39.
L'extrémité de sortie du conduit 45 est disposée très près du marteau 11, entre le support 22 et la table 17. Le panneau latéral 39 situé sur le côté du marteau qui est à l'opposé de celui adjacent au conduit 45 est muni d'une série d'ouvertures 48 pour assurer la libre circulation de l'air qui sort du conduit et qui entoure le marteau. Un élément chauffant 50 est prévu dans le conduit et agencé pour fournir de la chaleur à l'air mis en circulation en certains points prédéterminés du cycle de fonctionnement.
L'élément chauffant 50 est mis en action sous la commande d'un circuit électrique représenté schématiquement sur la figure 5. Une extrémité de l'élément 50 est reliée par un conducteur 51 à la prise centrale d'un rhéostat de commande 53.
Le rhéostat 53 conduit. à travers un conducteur 54, à une borne d'une source 55 de courant alternatif.
L'autre borne de cette source est connectée par un conducteur 57, un interrupteur 60 normalement fermé, et un conducteur 61 à l'extrémité opposée de l'élément 50. L'interrupteur 60 est commandé par une pédale 62 de telle façon que lorsqu'on abaisse la pédale à partir de la position représentée, l'interrupteur s'ouvre pour interrompre le circuit d'alimentation de l'élément 50.
La pédale 62 sert également à régler l'alimentation de 'l'énergie vibratoire au marteau 11 par l'élément transducteur 20, grâce au fonctionnement d'un interrupteur 65 normalement ouvert. Une borne de l'interrupteur 65 est connectée à un conducteur dérivé 66 qui est relié à travers le conducteur 57 à un côté de la source 55 de courant alternatif tandis que la borne opposée est connectée par l'intermédiaire d'un conducteur 67 à l'une des bornes d'entrée d'un circuit de commande 70. L'autre borne d'entrée du circuit 70 est reliée à travers un conducteur 72 et le conducteur 54, au côté opposé de la source 55. L'agencement est tel que lorsqu'on actionne la pédale 62 pour ouvrir l'interrupteur 60 et déconnecter ainsi l'élément chauffant 50, l'interrupteur 65 se ferme pour appliquer un signal de courant alternatif émis par la source 55 au circuit 70.
Le signal reçu par le circuit de commande 70 est amplifié par un amplificateur 74. Le. signal est ensuite envoyé au circuit 70 et apparaît sous la forme d'un signal de sortie qui est envoyé à l'élément transducteur 20 par deux conducteurs 76 et 77.
Rien que l'on puisse utiliser une grande diversité de circuits de commande pour produire le signa! qui est envoyé au transducteur, un circuit particulièrement avantageux pour cette fonction est décrit, par exemple, dans la demande de brevet français déposée le même jour que la présente au nom de la même demanderesse et intitulée Circuit de com- mande pour dispositif vibratoire électromécanique, .
Le conducteur de sortie 76 mène du circuit de commande 70 à une prise 80. Comme on peut mieux le voir sur la figure 4., la prise 80 est reliée par une liaison conductrice de l'électricité à une plaque circulaire en laiton 81. Cette plaque est supportée à une certaine distance de la surface inférieure de l'élément transducteur 20 par un élément diélectrique 83 qui est suspendu à la plaque annulaire 23 par des pattes 84 conductrices de l'électricité. Ainsi qu'on l'a décrit plus complètement, par exemple dans la demande de brevet français déposée le même jour que la présente au nom de la même demanderesse -et intitulée : Appareil vibrant , un enchevêtrement de fils métalliques 85 repose sur la plaque 81 et sert à relier électriquement la plaque à l'élément transducteur 20.
Le conducteur de sortie 77 (fig. 5) mène du circuit de commande 70 à une prise 87 qui est montée sur l'élément diélectrique 83 directement au-dessus de la prise 80. La prise 87 est connectée par un conducteur 88 à l'une des pattes 84 qui pendent de la plaque 23. II s'établit ainsi un circuit conducteur de l'électricité partant de la prise- 87. passant par le conducteur 88, la branche 84, la plaque 23 et les vis pointues 24, et aboutissant au marteau exponentiel 11.
La -mâchoire 12 (fig. 1 et 2) a la forme d'une enclume et est juxtaposée au marteau 11 avec un certain écartement: La mâchoire 12 est fixée en position réglable à la colonne 43 par des éléments de blocage 90. Cet ensemble comprend un bras latéral 91 qui est fixé à la colonne 43 par des éléments de blocage 93. Après avoir desserré les éléments de blocage 93, on peut faire monter ou descendre le bras 91 pour déterminer des mouvements correspondants de la mâchoire 12. La ferrure est sensiblement enfermée à l'intérieur d'une jupe 94 qui est dans une position fixe par rapport au bras.
Lne crémaillère 95 qui peut se déplacer verticalement dans les deux sens est portée dans un guide (non visible sur les fig. 1 et 2) qui coopère avec elle et qui est adjacent à la partie du bras 91 qui s'étend vers l'intérieur. La crémaillère 95 est en prise avec un pignon relié à un bouton moleté 97 pour permettre d'imprimer manuellement à la crémaillère 95 un mouvement dans une direction verticale par rapport au bras 91. Pendant l'opération de soudage, ce mouvement est bloqué par deux vis à oreilles 98 qui serrent la crémaillère sur le bras 91. Une plaque plane horizontale 99 est fixée à l'extrémité supérieure de la crémaillère 95- et est munie d'une butée réglable 100 qui part de cette plaque vers le bas jusqu'à proximité de la surface supérieure du bras 91.La butée 100 sert à limiter le mouvement de descente de la crémaillère par rapport au bras. La crémaillère est sollicitée vers le bas par rapport au bras par un ressort hélicoïdal 100 de grande longueur. L'extrémité inférieure de ce ressort porte contre la surface horizontale du bras tandis que son extrémité supérieure est connectée à la surface inférieure de la plaque 99.
Lorsqu'on desserre les vis à oreilles 98, le ressort 101 attire la crémaillère vers le bas à partir de sa position extrême supérieure (position représentée) jusqu'à ce que l'élément 100 entre en contact avec le bras, La crémaillère 95 supporte une tête 102 qui a la forme générale d'un C. Les branches 103 et 104. de la tête 102 s'étendent horizontalement au-dessus du marteau exponentiel 11 et sont percées d'ouvertures 105 et 106 respectivement qui sont centrées l'une sur l'autre. Ces ouvertures reçoivent une tige 108 qui peut se déplacer verticalement dans les deux sens et qui est fixée à la mâchoire 12 par son extrémité inférieure. Une bague 110 est fixée à la tige 108 entre les branches 103 et 104 et supporte l'extrémité inférieure d'un ressort hélicoïdal 112 relativement fort.Le ressort 112 entoure la tige et son extrémité supérieure est fixée à la surface inférieure de la branche 103 pour solliciter la tige et la mâchoire fixée à cette tige de haut en bas.
L'agencement est tel que, lorsque le ressort 112 est dans sa position d'extension totale, la face inférieure de la mâchoire soit maintenue à une certaine distance de la surface horizontale 14 du marteau 11.
Pour former un joint ou une soudure entre les morceaux de matière à réunir, on ajuste initialement l'appareil pour établir un intervalle approprié entre le marteau 11 et l'enclume 12. Cet intervalle dépend en majeure partie de l'épaisseur des pièces de matière à réunir. On effectue un réglage grossier de l'intervalle en desserrant les éléments de blocage 93 et en faisant coulisser le bras 91 vers le haut ou vers le bas par rapport à la colonne 43 pour déplacer de la même façon la crémaillère 95. la tête 102, le ressort 112, la tige 108 et l'enclume 12 par rapport au marteau 11. Pour procéder au réglage précis de l'enclume 12 par rapport au marteau 11, on desserre les vis à oreilles 98 et on tourne le bouton moleté 97 pour déplacer la crémaillère et l'enclume dans une direction verticale par rapport au marteau pour fixer l'intervalle.Ensuite. on règle la butée filetée 100 pour empêcher l'enclume de se rapprocher du marteau à une distance inférieure au réglage, de l'intervalle désiré.
Avant la formation de la soudure. on met la soufflerie 40 en action pour diriger un courant d'air du conduit de sortie 45 sur la surface du marteau 11. Simultanément, on connecte l'élément chauffant 50 aux conducteurs 51 et 61 (fig. 5) qui sont reliés à la source 55 de courant alternatif. pour accroître la température de l'air qui passe sur le marteau 11. Le réglage de la prise centrale du rhéostat 53 est tel que l'air chauffé qu'on envoie sur le marteau 11 le maintient à une température élevée prédéterminée.
Dans certaines formes de mise en oeuvre de l'invention, les pièces de matières à réunir sont placées manuellement dans l'outil entre le marteau 11 et l'enclume 12. Au contraire, dans d'autres formes de réalisation, les pièces sont entraînées côte à côte, en contact entre elles, le long de la table 17, par deux courroies transporteuses sans fin 120 et 121. Lorsque ces courroies sont entraînées, la matière se déplace à une vitesse uniforme à travers l'intervalle compris entre le marteau 11 et l'enclume 12 et sa position est fixée entre ces deux éléments.
Lorsqu'on actionne la pédale 62 (fig. 5), l'apport de chaleur au marteau 11 est interrompu et le marteau est mis simultanément en vibration à sa fréquence de résonance ultrasonore. L'actionnement de la pédale a pour effet de ferme l'interrupteur 65 et de produire ainsi aux bornes de sortie du circuit de commande 70 un signal en courant alternatif qui a une fréquence correspondant à la fréquence de résonance du marteau. Ce signal suit un circuit qui part du conducteur de sortie 76, passe par la prise 80, la plaque de 'laiton 81 (fig. 4) et le tampon métallique 85 pour aboutir au cristal piézo-électrique 20 fixé à la surface inférieure du marteau. Le circuit revient à travers les vis 24, la plaque annulaire 23, la branche 84, le conducteur 88, la prise 87 et le conducteur 77 au circuit de commande 70.Le cristal 20 transforme l'énergie électrique qui lui est fournie en énergie mécanique pour faire vibrer le marteau 11 à sa fréquence de résonance naturelle. L'énergie vibratoire qui est fournie au marteau est transmise aux pièces de matière qui sont entraînées le long de la table 17 pour former une soudure régulière et uniforme entre ces pièces.
Le mouvement vibratoire du marteau exponentiel 11 tend à produire un chauffage additionnel de ce marteau en raison des effets de conduction et également par suite des pertes internes. En l'absence d'un dispositif pour régler la température du marteau, sa dimension longitudinale croîtrait pour produire une variation relativement sensible de sa fréquence de résonance naturelle. La dilatation du marteau rétrécirait l'intervalle de fonctionnement pour produire une plus forte pression sur le joint, produire un joint irrégulier et déterminer un accroissement de la puissance absorbée.
La man u̇vre de la pédale 62 pour fermer l'interrupteur 65 et appliquer ainsi une énergie vibratoire au marteau 11 a également pour effet d'ouvrir l'interrupteur 60 et par suite d'interrompre le circuit d'alimentation de l'élément chauffant 50. L'applicat i̇on de chaleur est donc ainsi interrompue simultanément avec la transmission de l'énergie vibratoire aux pièces de matière à réunir. Toutefois, la soufflerie 40 reste en action et dirige un jet d'air de refroidissement sur le marteau. Cet air circule librement du conduit de sortie 85 du ventilateur aux ouvertures 48 formées dans le panneau latéral 39 en passant sur le marteau. L'agencement est tel que le marteau est maintenu à une température réglée pendant tout le temps de l'application de l'énergie vibratoire aux pièces à réunir.
La position de la manette du rhéostat de réglage 43 est ajustée de façon que la température prédéterminée 11 avant le soudage soit sensiblement égale à la température réglée du marteau pendant l'application de l'énergie vibratoire. La température particulière à laquelle le marteau est maintenu tant avant que pendant le soudage est influencée par divers facteurs, comprenant la fréquence de résonance ultra-sonore pour laquelle l'appareil est conçu.
Toutefois, dans diverses formes avantageuses de réalisation, la variation de température du marteau est limitée à un intervalle d'environ 10 [deg]C et le marteau vibre continuellement dans les limites d'une gamme de fréquence d'environ 10 cycles par seconde autour de sa fréquence de résonance théorique. Le marteau est ainsi maintenu dans un accord relativement juste pendant la formation de la soudure.Etant donné que la fréquence de résonance naturelle du marteau et la fréquence du signal de courant alternatif qui lui est envoyé doivent être très proches l'une de l'autre et ne doivent pas avoir un écart dépassant certaines limites particulières, en maintenant la fréquence de résonance du marteau relativement constante, la fréquence du signal qui lui est appliquée peut varier dans ces limites avec une qualité de commande supérieure à celle que !'on considérait jusqu'à présent comme possible.
Dans d'autres agencements avantageux, en particulier dans les cas où la mise en correspondance de la fréquence de résonance du marteau et celle du signal appliqué n'a pas à être aussi précise que dans les formes de réalisation indiquées plus haut, on peut laisser la température du marteau et sa fréquence de résonance à l'extérieur des intervalles cités plus haut.
Pendant la vibration du marteau 11, la résistance au mouvement du ressort hélicoïdal 112 est suffisante pour maintenir l'enclume 12 dans une position fixe. Toutefois, dans les cas où l'amplitude de l'extrémité supérieure du marteau est portée par inadvertance à une valeur supérieure à son amplitude théorique, ou bien si l'intervalle compris entre le marteau et l'enclume a été mal réglé, par exemple, le ressort 112 permet à l'enclume de décrire un mouvement d'élévation limité. Avec cet agencement, on réduit considérablement le risque de grave usure ou autre détérioration de l'appareil.
Lorsque l'opération de soudage est terminée, on relâche la pédale 62 pour ouvrir l'interrupteur 65, en arrêtant ainsi le mouvement vibratoire du marteau Il. et pour fermer l'interrupteur 60. A la fermeture de l'interrupteur 60. l'élément chauffant 50 est à nouveau connecté aux bornes de la source de courant alternatif 55 et le ventilateur 40 entre en action pour projeter de l'air chaud sur le marteau afin de le maintenir à sa température élevée.
Dans diverses formes avantageuses de réalisation.
les pièces à réunir sont préconditionnées par application de chaleur pendant qu'elles se déplacent le long de la table 17 avant d'être introduites dans l'intervalle compris entre le marteau 11 et l'enclume 12. Dans la forme de réalisation des figures 1-5, par exemple, il est prévu deux éléments chauffants opposés 125 et 126 sur la table 17. Ces éléments présentent des surfaces sensiblement planes qui sont juxtaposées avec les faces opposées de la matière.
Les éléments 125 et 126 servent à chauffer la matière sur le côté d'entrée de l'intervalle pour la porter à une température prédéterminée et ils sont particulièrement efficaces dans les cas où l'on désire augmenter la vitesse du soudage tout en améliorant encore la régularité de la soudure. En outre, dans les cas où des sacs de polyéthylène, par exemple, doivent être fermés après avoir été remplis d'une matière étrangère, ou dans d'autres cas où la matière comprend une matière étrangère sur l'une ou chacune de ses surfaces, le préconditionnement de la matière antérieurement au soudage élimine sensiblement l'effet défavorable exercé sur la régularité de la soudure et qui pourrait se produire en l'absence de préconditionnement.
La figure 6 représente une variante d'agencement pour préchauffer les pièces avant leur insertion entre les mâchoires 11 et 12 de l'outil. Dans cette forme de réalisation, il est prévu deux éléments 128 et 129 conducteurs de l'électricité qui sont respectivement juxtaposés aux surfaces opposées de la matière. Les éléments 128 et 129 sont supportés par la table 17 et ont chacun, la forme générale d'un U. Les branches des éléments 128 et 129 sont reliées entre elles par des fils métalliques formant résistance, 131 et 132 respectivement, qui s'étendent dans des directions parallèles à la direction du mouvement de la matière.Ces fils sont alimentés par une source de courant appropriée (non représentée sur la fig. 6) pour chauffer la matière avant la formation de la soudure.
Bien que l'outil de soudage ultrasonore soit efficace pour l'assemblage d'une grande diversité de matières, on obtient des résultats particulièrement bons dans le soudage des matières polymères thermoplastiques synthétiques sous forme de pellicules ou sous forme tissée. En outre, dans certains cas, on peut réunir par soudage par [les ultra-sons des morceaux de matières naturelles telles que. par exemple, un tissu de coton, grâce à l'emploi d'intercalaires thermoplastiques fixés de façon appropriée à leurs bords adjacents.L'appareil est particulièrement bien approprié pour réunir diverses matières du type du polyéthylène tel que le téréphtalate de polyéthylène par exemple, dont un exemple est la matière qu'on peut se procurer dans le commerce auprès de E.I. Dupont de Nemours & Co,. Wilmington.. Delaware, Etats-Unis d'Amérique, et qui est vendue sous la marque de Mylar .
D'autres matières polymères avec lesquelles l'appareil est particulièrement utilisable comprennent les polymères de polyamides, tels que par exemple le Nylon , les polycarbonates, les polymères vinyliques, tels que le fluorure de polyvinyle ou le polytétrafluoroéthylène, par exemple et le vinylidène. Des exemples représentatifs de polymères appropriés, de cette dernière classe sont les polymères de bromure de vinylidène, de chlorobromure de vinylidène, de cyanure de vinylidène et d'halocyanure de vinylidène. Cee monomères ainsi que d'autres peuvent également être copolymérisés pour former des copolymères tels que le chlorure de vinylidène-chlorure de vinyle.
Naturellement, il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans pour cela sortir de son cadre.

Claims

RÉSUMÉ I. Procédé de soudage par les ultra-sons, caractérisé par les points suivants, pris séparément ou en combinaisons :

1. On place les pièces à réunir en position dans un outil vibrant ultra-sonore, on porte cet outil à une température prédéterminée puis on le fait vibrer à une fréquence ultra-sonore pour transmettre l'énergie vibratoire auxdites pièces et former ainsi une liaison entre ces pièces et on refroidit il'outil pendant qu'il vibre pour le maintenir à une température déterminée pendant l'application de l'énergie vibratoire auxdites pièces;

2. Après avoir porté l'outil à une température prédéterminée, on arrête la transmission de chaleur à cet outil et on le fait ensuite vibrer;

3. Le mouvement vibratoire de l'outil est propre à tendre à déterminer un échauffement supplémentaire de cet outil;

4. L'outil vibrant ultra-sonore comprend deux mâchoires et au lieu de chauffer, de faire vibrer et de refroidir l'outil, on chauffe, on fait vibrer et on refroidit une première mâchoire;

5. On préconditionne des pièces en accroissant leur température;

6. Pour refroidir l'outil ou la mâchoire, on projette de l'air de refroidissement sur cet outil ou sur cette mâchoire;

7. La température prédéterminée de l'outil ou mâchoire avant la soudure des pièces est sensiblement égale à la température déterminée de cet outil ou de cette mâchoire pendant la transmission de l'énergie vibratoire;

8. L'outil comprend un élément fixe et un marteau en forme de pavillon qui constitue ladite mâchoire;

9. La fréquence ultra-sonore de vibration de l'outil ou de!la mâchoire est sa fréquence de résonance;

10. Les pièces sont des feuilles de matière thermoplastique;

11. L'élément fixe est une enclume et l'élément vibrant est un marteau en forme de pavillon;

12. On arrête la transmission de chaleur à l'élément mobile ou mâchoire en même temps que l'on commence à transmettre l'énergie vibratoire aux pièces. II. Appareil pour le soudage de pièces par les Ultra-sons caractérisé par les points suivants, pris séparément ou en combinaisons :

1. Il comprend un outil vibrant ultra-sonore qui comprend lui-même deux mâchoires opposées entre elles, des moyens pour placer les pièces à réunir en position entre les mâchoires, des moyens de réglage de la température qui sont juxtaposées à l'une des mâchoires pour la chauffer et la porter à une température prédéterminée, des moyens qui sont associés à l'une des mâchoires pour lui transmettre des oscillations vibratoires dans la direction qui la rapproche ou qui t'éloigne de l'autre mâchoire et une fréquence ultra-sonore, pour transmettre l'énergie vibratoire auxdites pièces et établir un joint entre elles par ce moyen, le mouvement vibratoire de la première mâchoire tendant à produire un échauffement additionnel de cette mâchoire, et des moyens pour commander les moyens de réglage de la température de façon à refroidir ladite première mâchoire lorsqu'elle vibre;

2. Les moyens de réglage de la température comprennent un élément chauffant;

3. Les moyens associés à la première mâchoire pour lui imprimer les oscillations vibratoires sont constitués par un transducteur;

4. Les moyens pour commander les moyens de réglage de la température agissent en réponse à la vibration de la mâchoire;

5. La fréquence ultra-sonore est la fréquence de résonance de la mâchoire vibrante;

6. Les moyens de commande des moyens de réglage de la température sont aptes à maintenir ladite première mâchoire à une température déterminée pendant l'application de l'énergie vibratoire aux pièces, la température prédéterminée de ladite première mâchoire avant le soudage étant sensiblement égale à la température déterminée de ladite première mâchoire pendant l'application de l'énergie vibratoire;

7. Les moyens de commande des moyens de réglage de température ont pour effet d'arrêter le fonctionnement de l'élément chauffant et de refroidir ladite mâchoire pendant qu'elle vibre;

8. L'une desdites mâchoires est mobile dans le sent qui lui permet de se rapprocher ou de s'éloigner de l'autre mâchoire et l'appareil comprend des moyens portés par ledit outil pour tendre à mettre la mâchoire mobile en contact élastique aveu l'une des pièces à réunir;

9. Ladite première mâchoire est constituée par un marteau vibrant en forme de pavillon;

10. L'appareil comprend des moyens pour placer des pièces à réunir dans l'outil à proximité de ladite première mâchoire;

11. Les moyens de commande de la température comprennent un élément chauffant qui est situé à une certaine distance de ladite première mâchoire;

12. Le transducteur est relié à la mâchoire vibrante;

13. Les moyens qui commandent les moyens de réglage de la température sont constitués par des interrupteurs;

14. Ces interrupteurs sont actionnés simuiltanément avec la mise de ladite première mâchoire en vibration ;

15. Les moyens de commande des moyens de réglage de la température servent à arrêter le fonctionnement de l'élément chauffant et à projeter de l'air de refroidissement sur la mâchoire vibrante;

16. L'appareil est prévu pour le soudage de pièces thermoplastiques;

17. L'appareil comprend des moyens pour placer les pièces entre les mâchoires;

18. L'appareil comprend un premier élément chauffant situé à proximité des pièces pour préchauffer ces dernières avant leur mise en position entre les mâchoires et les moyens de réglage, de la température comprennent un deuxième élément chauffant juxtaposé à la première mâchoire;

19. Les moyens commandés en réponse à la vibration de la première mâchoire pour commander les moyens de réglage de la température sont constitués par un circuit;

20. L'appareil comprend des moyens qui comportent un dispositif interrupteur pour déclencher le fonctionnement du transmetteur pour faire vibrer la première mâchoire et pour actionner simultanément le circuit pour arrêter le fonctionnement du deuxième élément chauffant;

21. Les moyens de réglage de la température comprennent une soufflerie d'air et un élément chauffant qui sont juxtaposés à la première mâchoire pour porter cette dernière à une température prédéterminée;

22. Le transducteur est connecté électriquement à ladite première mâchoire;

23. La soufflerie est capable de projeter un jet d'air de refroidissement sur ladite première mâchoire pendant que celle-ci vibre;

24. Suivant une forme d'exécution, l'appareil comprend un outil vibrant ultra-sonore comprenant lui-même une enclume, et un marteau constitué par un pavillon à profil exponentiel, ces mâchoires étant disposées l'une en face de l'autre à une certaine distance mutuelle, des moyens de réglage pour déplacer l'enclume par rapport à un marteau pour établir un intervalle prédéterminé entre ces deux éléments des moyens pour placer les pièces de matières à réunir en position dans cet intervalle, des moyens comprenant un premier et un, deuxième élémens chauffants qui sont respectivement disposés à proximité des sens opposés de ladite matière pour préchauffer cette matière avant de faire passer les pièces dans ledit intervalle, des moyens de réglage de la température qui comprennent un troisième élément chauffant juxtaposés au marteau pour chauffer ce dernier à une température prédéterminée: des moyens associés au marteau pour lui imprimer des oscillations vibratoires qui le rapprochent et l'éloignent de l'enclume à une fréquence de résonance ultra-sonore, afin de transmettre l'énergie vibratoire aux pièces de matières préchauffées et former une liaison entre ces pièces, le mouvement vibratoire du marteau tendant à l'échauffer, des moyens qui agissent en réponse à la vibration du marteau pour commander les moyens de réglage de la température, pour arrêter le fonctionnement du troisième élément chauffant et pour refroidir le marteau pendant qu'il vibre, les moyens de réglage de la température maintenant le marteau à une température déterminée pendant l'application de l'énergie vibratoire aux pièces. 'la température prédéterminée du marteau avant le soudage des pièces étant sensiblement égale à la température prédéterminée du marteau pendant l'application de l'énergie vibratoire;

25. Lesdits moyens de réglage comprennent des moyens pour déterminer -le réglage grossier et le réglage fin de la position de l'enclume par rapport au marteau, et une butée servant à empêcher l'enclume de se rapprocher du marteau plus près qu'une position qui établit ledit intervalle prédéterminé.