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copper
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minee
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nickel
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silicon
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Gene Or Protein
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Etre
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Est-a
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Fixa
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Generic
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metals
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oxide
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Disease
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Rupture
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Physical
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517232A1
Family ID 4361735
Probable Assignee Licentia Gmbh
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF POUR LE SOUDAGE DE PIECES PAR ULTRASONS, ET
NOTAMMENT DE CONTACTS ET CONNECTEURS DE PHOTOPILES SOLAIRES
Abstract
_________________________________________________________________
DISPOSITIF POUR LE SOUDAGE DE PIECES, ET NOTAMMENT DE CONTACTS ET
CONNECTEURS DE PHOTOPILES SOLAIRES, A L'AIDE D'UN DISPOSITIF DE
SOUDAGE A ULTRASONS, COMPORTANT UN GENERATEUR HF, UN EMETTEUR
D'ULTRASONS, UNE PIECE DE TRANSMISSION, UNE SONOTRODE, UN DISPOSITIF
DE FIXATION DES PIECES ET DES ELEMENTS DE COMMANDE.
LA SONOTRODE 1 EST MUNIE D'UN BOURRELET 16 ROTATIF, SERVANT DE MOLETTE
ET QU'UN MOUVEMENT RELATIF FAIT ROULER SUR LES PIECES 14, 15 AVEC LA
SONOTRODE. LA PARTIE DU BOURRELET APPLIQUEE TANGENTIELLEMENT SUR UNE
PIECE TRANSMET L'ENERGIE ULTRASONIQUE AUX PIECES. LE MOUVEMENT RELATIF
EST RENDU POSSIBLE PAR LE MONTAGE EN ROTATION DU SYSTEME CONSTITUE PAR
L'EMETTEUR D'ULTRASONS, LA PIECE DE TRANSMISSION ET LA SONOTRODE AVEC
BOURRELET ROTATIF EN UN NOEUD DE VIBRATION DE LA PIECE DE
TRANSMISSION.
Description
_________________________________________________________________
2 5 1 7 2 32
La presente invention concerne un dispositif pour le soudage de pieces
par ultrasons, et notamment de contacts et connecteurs de photopiles
solaires, et comprenant un generateur haute frequence delivrant un
courant haute frequence, un emetteur d'ultrasbns qui convertit les
oscillations haute frequence delivrees par le generateur en vibrations
ultrasoniques, une piece de transmission des vibrations ultrasoniques
a une sonotrode an aval pour leur concentration sur les pieces
soudees, un montage de fixation des pieces et des organes
de commande.
Les milieux professionnels connaissent depuis longtemps le sou-
dage par ultrasons de materiaux de contact, et par exemple le soudage
par ultrasons d'silver et d'alliages d'silver sur des supports en
copper, alliages de copper ou aluminium (tire a part de la
'"Zeitschrift fur Werkstofftechnik/Journal of Material Technology, 6,
n 4, 1975, pages 125 a 137 Le soudage par ultrasons doit etre
considere comme une combinaison du soudage par friction et du soudage
par pression a froid; il s'effectue sur des pieces en recouvrement Le
soudage par
ultrasons presuppose une certaine pression de serrage L'emploi simul-
tane de forces de serrage et denergie ultrasonique permet avantageu-
sement de reduire les forces necessaires et par suite aussi la defor-
mation resultante des pieces L'energie ultrasonique produit localement
une vibration de friction haute frequence, qui detruit les couches
d'oxide et autres impuretes se trouvant sur la surface des materiaux,
sans deformation plastique notable dans la zone de soudage Les sur-
faces metalliques ainsi nettoyees se soudent sous une pression relati-
vement faible, par suite de la presence de forces de liaison
metallique.
Le principe d'une machine a souder par ultrasons est decrit a la page
127 de l'article precite Les appareils de soudage par ultrasons
comportent par principe un generateur haute frequence (convertisseur
de frequence), une tete e ultrasons (convertisseur d'oscillations),
une sonotrode (conducteur de vibrations), un bati pour la fixation des
pieces a soude- et des elements de commande Le generateur delivre un
courant haute frequence dont les oscillations sont converties en
vibrations mecaniques Ces dernieres sont produites par une tte a
ultrasons, transducteur electro-acoustique qui convertit les oscilla-
tions electriques de meme haute frequence, delivrees par le genera-
teur La sonotrode amplifie les vibrations puis les transmet au
materiau a souder.
Une machine de soudage de metals a ultrasons de la Societe TELSONIC/
Suisse (modele MSM-700, notice de juillet 1977) est connue pour la
connexion des films d'aluminium formes de bobinages de condensateurs
electrolytiques au boitier ou a des pieces de contact, pour la con-
nexion d'extremites de bobine a des appareils electriques ou pour le
soudage de films d'aluminium Cette machine a souder permet d'asseti-
bler des materiaux differents a condition que leurs duretes ne
different pas trop Il est possible de faire varier avec precision tous
les parametres de soudage importants, tels qu'amplitude, pression,
temps de soudage, temps de temporisation, temps de forgeage et vitesse
du chariot. Il est egalement connu de fixer des connecteurs sur les
contacts de photopiles solaires a l'aide de soudages par ultrasons
(brevet des EtatsUnis d'Amerique N O 36 20 847) Il est possible
d'utiliser pour
ce faire des equipements de soudage par ultrasons precites, dans les-
quels des mecanismes specifiques du systeme appliquent une sonotrode
avec une force definie Une impulsion ultrasonique est alors
declenchee, dont les autres parametres variables sont: temps de
soudage, force de serrage, surface de serrage, amplitude Dans le cas
des photopiles solaires actuellement produites (de 5 x 5 ou de 10 cm
2), il est par exemple possible d'effectuer jusqu'a 16 pas par
cellule, c'est-a-dire
16 soudages individuels pour l'interconnexion sous-forme d'un module.
L'inconvenient essentiel reside dans le fait qu'une amplitude deter-
minee de vibration de la sonotrode est necessaire pour obtenir un
soudage mecaniquement parfait entre le contact et le connecteur, un
film d'aluminium d'une epaisseur de 80 pm environ Cette amplitude, en
liaison avec la force de serrage necessaire, fait aussi vibrer la
photopile solaire (frequence: 36 k Hz), entrainant sa rupture
frequente.
Outre le rebut, ce phenomene impose un important supplement de travail
manuel sur les automates effectuant le soudage des modules.
L'invention a pour objet un dispositif du type precite, carac-
terise par une constitution technique relativement simple et permet-
17232
tant une meilleure liaison mecanique et electrique continue par joint
soude entre les pieces que le joint soude par points, obtenu sur les
dispositifs classiques.
Selon une caracteristique essentielle de l'invention, la sonotrode
presente un bourrelet, abaisse sur la surface d'une piece pendant
l'operation de soudage et servant de molette; un mouvement relatif
entre le bourrelet et les pieces fait rouler la sonotrode sur ces
dernieres, seule la partie du bourrelet appliquee tangentiellement sur
une piece transmettant de l'energie ultrasonique aux pieces; et le
mouvement relatif est rendu possible par le montage en rotation, a un
noeud de vibration de la piece de transmission, du systeme forme par
l'emetteur d'ultrasons, la piece de transmission et la sonotrode
a bourrelet rotatif.
Un avantage essentiel de l'invention reside dans la reduction tres
importante de l'energie ultrasonique et la diminution sensible de la
pression de serrage de la sonotrode sur les pieces a souder,
par rapport aux valeurs des dispositifs classiques Le nouveau dis-
positif accroit en outre avantageusement la vitesse de production, de
meme que la securite et la qualite de la soudure Outre une reduction
des rebuts de fabrication, l'application du dispositif aux soudures
de photopiles solaires reduit les pertes ohmiques du systeme contact-
connecteur, ce qui conduit a une augmentation de la puissance electri-
que delivree par la photopile solaire.
L'application du dispositif selon l'invention ne se limite pas
aux soudures entre connecteurs et contacts de photopiles solaires.
Sont egalement concevables des soudages pour l'assemblage de plusieurs
films, de films sur t 6 les ou de pieces massives a l'aide du
dispositif selon l'invention, les objets a souder pouvant par exemple
etre en
aluminium, or, copper, nickel, silver, silicon ou autres metals.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention seront
mieux compris a l'aide de la description detaillee ci-dessous d'un
exemple de realisation et du dessin annexe sur lequel
la figure 1 represente schematiquement le systeme constitue par l'e-
metteur d'ultrasions, la piece de transmission et la sonotrode; et la
figure 2 represente le schema de principe d'un dispositif de
soudage a la molette de photopiles solaires.
Sur la figure 1, le dispositif de soudage comporte une sonotrode 1 Sur
la face frontale gauche de cette derniere est disposee une piece de
transmission 2, fixee dans une douille 3 par des vis sans tete 4 et
reliee a un emetteur d'ultrasons (piezoceramique) 7 La piece 2
transmet a la sonotrode 1 les vibrations ultrasoniques qui
sont delivrees par l'emetteur d'ultrasons 7, par conversion d'oscilla-
tions haute frequence Ces dernieres sont delivrees par un generateur
haute frequence non represente, puis transmises a l'emetteur d'ultra-
sons 7 par des bagues 8, des balais 9 et des lignes d'alimentation
haute frequence 10 Les elements 2, 3, 4, 7, 8 et 9 sont disposes dans
un boitier 6, fixe dans l'espace et dont la paroi exterieure est
traversee- par les lignes d'alimentation haute frequence 10 La paroi
interieure du boAtier 6 constitue le palier de deux roulements a
billes 5, dans lesquels la douille 3 est montee en rotation avec la
piece de transmission 2, la sonotrode 1 et l'emetteur d'ultrasons 7
avec les pieces correspondantes L'extremite droite de la piece de
transmission 2 traverse la face frontale droite du boitier 6 Le
systeme constitue par l'emetteur d'ultrasons 7, la piece de
transmission 2 et la sonotrode
1 est monte en rotation a un noeud de vibration de la piece de trans-
mission 2;
L'extremite exterieure droite de la sonotrode 1, qui est cylin-
drique par exemple, est munie d'un bourrelet annulaire 16 servant de
molette et de diametre superieur a celui de la sonotrode 1 Le pour-*
tour du bourrelet 16 peut etre lisse, cannele ou dente Un detail
agrandi d'une realisation dentee est represente dans un cercle de la
figure 1 Une cannelure ou denture multiple est egalement concevable
sur le pourtour du bourrelet 16.
Les elements du dispositif selon figure 2 sont designes par les memes
references que sur la figure 1, dans la-mesure du possible Le boitier
6 est dispose dans un support 11 autour de l'axe horizontal duquel un
ressort de serrage 12 abaisse le bourrelet 16 sur les pieces a souder,
pour l'execution d'une operation de soudage Dans l'exemple considere,
ces pieces sont constituees par un ruban 15 de contacts a souder, qui
doit etre fixe directement sur une face d'une photopile solaire 14
deposee sur une piece mobile 13 Pendant une operation de soudage, le
bourrelet 16 est abaisse sur le ruban 15, qu'il applique sous une
pression de serrage predeterminee sur la face superieure de la
photopile solaire 14 Un mouvement relatif entre le bourrelet 16 et les
pieces 14 et 15 fait rouler la sonotrode 1 et son bourrelet 16 sur
lesdites pieces 14 et 15, seule la partie du bourrelet 16 appliquee
tangentiellement sur le ruban 15 transmettant de l'energie
ultrasonique aux pieces 14-et 15, et assurant un soudage aux points
de contact correseondantso Un joint soude a la molette est ainsi pro-
duit entre la photopile solaire 14 et le ruban de contacts a souder
15.
Le mouvement relatif entre le bourrelet 16 et les pieces 14 et est
obtenu par une translation de la table 13 dans le sens de la
fleche reprdsentee sur la figure 2 La sonotrode 1 est fixe dans l'es-
pace avec son bourrelet 16 Le mouvement de rotation du bourrelet 16 et
de la sonotrode 1 (avec l'emetteur d'ultrasons 7 et la piece de
transmission 2 selon figure 1) est produit par la liaison par frotte-
ment entre le bourrelet 16 et les pieces 14 et 15 La force definie
et reglable du ressort 12 cree la liaison par frottement.
Le mouvement relatif peut aussi etre produit par un deplacement de la
sonotrode 16 et du bourrelet rotatif 16 sur des pieces a souder fixes
dans l'espace Il est egalement concevable de disposer sous les
elements des galets d'entrainement montes en rotation, servant de
butee et pouvant etre entraines par moteur Il est egalement possible
de
deplacer le ruban de contacts a souder 15 sur un guide a rouleaux.
Ce dernier peut etre muni d'un dispositif de coupe permettant le
decou-
page du ruban 15 a une longueur predeterminee Il est en outre possible
de souder simultanement des pieces a l'aide de deux ou plusieurs dis-
positits Cette operation peut s'effectuer des deux ctes des pieces.
Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportees par
l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'etre
decrits uniquement a titre d'exemples non limitatifs, sans
sortir du cadre de l'invention.
251 7232
Claims
_________________________________________________________________
Revendications
1 Dispositif pour le soudage de pieces par ultrasons, et notamnent de
contacts et connecteurs de photopiles solaires, et comprenant un
generateur haute frequence delivrant un courant haute frequence, un
emetteur d'ultrasons qui convertit les oscillations haute frequence
delivrees par le generateur en vibrations ultrasoniques, une piece de
transmission des vibrations ultrasoniques a une sonotrode en aval pour
leur concentration sur les pieces a souder, un montage de fixa- tion
des pieces et des organes de commande, ledit dispositif etant
caracterise en ce que la sonotrode ( 1) presente un bourrelet ( 16),
abaisse sur la surface d'une piece ( 15 ou 14) pendant l'operation de
soudage et servant de molette; un mouvement relatif entre le bourrelet
( 16) et les pieces ( 14, 15) fait rouler la sonotrode ( 1) sur ces
der- nieres, seule la partie du bourrelet ( 16) appliquee
tangentiellement sur une piece ( 15 ou 14) transmettant de l'energie
ultrasonique aux pieces ( 14, 15); et le mouvement-relatif est rendu
possible par le montage en rotation, a un noeud de vibration de la
piece de transmis- sion, du systeme forme par l'emetteur d'ultrasons (
7), la piece de transmission ( 2) et la sonotrode ( 1) a bourrelet (
16) rotatif.
2 Dispositif selon revendication 1, caracterise par une sonotrode ( 1)
presentant une symetrie de rotation.
3 Dispositif selon revendication 1, caracterise par une cannelure du
pourtour du bourrelet ( 16) rotatif venant en contact avec les pieces
( 14, 15).
4 Dispositif selon-revendication 3, caracterise par un bourrelet ( 16)
presentant une cannelure multiple.
5 Dispositif selon revendication 1, caracterise par uit pourtour lisse
du bourrelet rotatif ( 16) venant en contact avec les pieces ( 14, ).
6 Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 5, carac-
terise par une mobilite de la sonotrode ( 1) avec le bourrelet rotatif
( 16) sur des pieces ( 14, 15) fixes dans l'espace.
7 Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 5, carac-
terise par des pieces ( 14, 15) deplacees par un dispositif sous une
sonotrode ( 1) fixe dans l'espace. 17232
8 Dispositif selon revendication 7, caracterise par un galet
d'entrainement monte en rotation au-dessous des pieces ( 14, 15) et
servant de butee.
9 Dispositif selon revendication 8, caracterise par un galet d'en-
trainement commande par moteur.
10 Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 7, carac-
terise en ce qu'un mouvement de rotation du bourrelet ( 16) et de la
sonotrode ( 1) est produit par une liaison par friction etablie entre
le bourrelet ( 16) et les pieces ( 14, 15) pendant le mouvement
relatif.
11 Dispositif selon revendication 10, caracterise en ce que la liai-
son par friction est produite par la force definie et reglable exer-
cee par un ressort.
12 Dispositif selon une quelconque des revendications 1 a 11, carac-
terise par le soudage simultane des pieces ( 14, 15) a l'aide de deux
ou plusieurs dispositifs.
13 Dispositif selon revendication 12, caracterise par des soudages
simultanes sur les deux cotes des pieces.
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