EP1955832A1 - Vibrating cutting device - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un nouveau dispositif de coupe comportant un élément de coupe longiligne vibrant, du type lame de coupe vibrante. Cet élément de coupe longiligne vibrant peut selon le cas comporter un bord de coupe effilé et coupant, ou comporter un bord de coupe non effilé et apte à coopérer avec un autre élément comportant un bord effilé coupant. Le dispositif de coupe de l'invention trouve par exemple, mais non exclusivement, son application comme outil de coupe manuel, notamment dans le domaine agroalimentaire.The present invention relates to a novel cutting device comprising a vibrating slender cutting element of the vibrating cutting blade type. This vibrating slender cutting element may, as the case may be, comprise a tapered and cutting cutting edge, or comprise an untapered cutting edge capable of cooperating with another element comprising a sharp tapered edge. The cutting device of the invention finds, for example, but not exclusively, its application as a manual cutting tool, particularly in the food industry.
Il est à ce jour connu d'utiliser des dispositifs de coupe comportant une lame vibrante, et de préférence une lame vibrante ultrasonore, et pouvant être utilisés pour trancher ou découper différents matériaux.It is known today to use cutting devices comprising a vibrating blade, and preferably an ultrasonic vibrating blade, and can be used to slice or cut different materials.
Un premier type de dispositif de coupe, utilisé par exemple dans le domaine agroalimentaire, met en oeuvre des lames de coupe verticales, et des moyens de mise en vibration permettant de créer des vibrations verticales dans les lames. Dans ces dispositifs de coupe, la mise en vibration de la lame est relativement simple car la lame de coupe vibre essentiellement suivant un axe unique (axe vertical). Néanmoins, ces dispositifs de coupe, comportant une lame vibrante selon un axe vibratoire unique, sont généralement montés sur des machines de tranchage, et ne sont pas adaptés pour réaliser des outils de coupe manuels, c'est-à -dire des outils de coupe destinés à être tenus en main par un utilisateur lors de l'opération de coupe.A first type of cutting device, used for example in the food industry, uses vertical cutting blades, and vibrating means for creating vertical vibrations in the blades. In these cutting devices, the vibration of the blade is relatively simple because the cutting blade vibrates essentially along a single axis (vertical axis). Nevertheless, these cutting devices, comprising a vibrating blade along a single vibratory axis, are generally mounted on slicing machines, and are not suitable for producing manual cutting tools, that is to say cutting tools. intended to be handled by a user during the cutting operation.
On a déjà proposé des outils de coupe manuels à lame vibrante, par exemple dans les demandes de brevet internationales
Dans la demande de brevet internationale
Dans une variante particulière de réalisation, le dispositif de coupe, divulgué dans la demande de brevet internationale
Un inconvénient de ce dispositif de coupe réside dans la formation de noeuds de vibration dans la lame, ce qui se traduit par la formation, au niveau du bord de coupe de la lame, de zones statiques dans lesquelles la lame ne vibre pas ou quasiment pas. Ces noeuds de vibration dans la lame sont préjudiciables à la qualité de la coupe, et rendent cette solution adaptée uniquement pour des lames très courtes.A disadvantage of this cutting device lies in the formation of vibration nodes in the blade, which results in the formation, at the cutting edge of the blade, of static zones in which the blade does not vibrate or almost not . These vibration nodes in the blade are detrimental to the quality of the cut, and make this solution suitable only for very short blades.
L'invention vise à proposer un nouveau dispositif de coupe comportant un outil de coupe vibrant perfectionné, qui permet d'améliorer la qualité de la vibration de la lame, et de ce fait la qualité de la coupe, et dont la fabrication est plus simple que pour le dispositif de coupe de la demande de brevet internationale
L'invention a ainsi pour premier objet un outil de coupe monobloc destiné à être assemblé avec des moyens de mise en vibration, en sorte de constituer l'outil de coupe vibrant d'un dispositif de coupe. Cet outil de coupe est connu, notamment par la demande de brevet internationale
De manière caractéristique selon l'invention, l'outil de coupe monobloc comporte une première encoche qui est réalisée au moins en partie dans le bord de coupe longitudinal de l'élément de coupe, et une deuxième encoche, qui est réalisée dans une partie de l'élément de coupe diamétralement opposée au bord de coupe longitudinal, et qui est décalée par rapport à la première encoche, selon l'axe longitudinal (A) de l'élément de coupe et en direction de l'extrémité libre distale de l'élément de coupe.According to the invention, the one-piece cutting tool comprises a first notch which is formed at least partly in the longitudinal cutting edge of the cutting element, and a second notch, which is made in a part of the cutting element diametrically opposed to the longitudinal cutting edge, and which is offset relative to the first notch along the longitudinal axis (A) of the cutting element and toward the distal free end of the cutting element.
Il a été constaté que la mise en oeuvre de ces deux encoches diamétralement opposées et décalées suivant l'axe longitudinal de l'élément de coupe permettait d'améliorer le comportement vibratoire de l'outil de coupe. En particulier, en dimensionnant judicieusement ces encoches, il est possible d'éviter la formation de noeud de vibration (d'amplitude nulle ou quasiment nulle), au niveau au moins du bord longitudinal de coupe de l'élément de coupe longiligne, dans une zone distale qui s'étend depuis l'extrémité distale (c'est-à -dire l'extrémité libre de la lame opposée au barreau) et sur une longueur très importante de l'élément de coupe longiligne.It was found that the implementation of these two notches diametrically opposed and offset along the longitudinal axis of the cutting element made it possible to improve the vibratory behavior of the cutting tool. In particular, by judiciously dimensioning these notches, it is possible to avoid the formation of a vibration node (of zero or almost zero amplitude), at least at the longitudinal cutting edge of the elongate cutting element, in a distal zone that extends from the distal end (that is to say the free end of the blade opposite the bar) and over a very long length of the elongate cutting element.
De préférence, mais de manière facultative selon l'invention, l'outil de coupe comporte les caractéristiques techniques additionnelles ci-après, prises isolément ou en combinaison :
- la deuxième encoche est réalisée dans la partie distale de l'élément de coupe qui s'étend entre la première encoche et l'extrémité distale de l'élément de coupe ;
- dans une variante de réalisation, la première encoche s'étend en totalité dans l'élément de coupe ; dans une autre variante de réalisation, la première encoche s'étend dans le barreau, dans la zone de transition et dans l'élément de coupe ;
- l'outil de coupe comporte une troisième encoche qui s'étend en tout ou partie dans le barreau, et qui est réalisée dans une partie de l'outil de coupe diamétralement opposée au bord de coupe longitudinal ;
- les première et deuxième encoches, et le cas échéant la troisième encoche, présentent des profils longitudinaux en forme de U, l'invention n'étant toutefois pas limitée à cette forme en U particulière ;
- l'élément de coupe est constitué par une lame de coupe plate ;
- l'élément de coupe est centré par rapport au barreau ;
- la plus grande dimension (I) de l'élément de coupe, mesurée dans le plan de coupe longitudinal (Y,Z) suivant l'axe (Y) perpendiculaire à l'axe longitudinal (A) de l'élément de coupe, est inférieure ou égale à la dimension (D2) de la section transversale du barreau mesurée dans le plan de coupe longitudinal (Y,Z) suivant ce même axe (Y) ;
- la longueur (L) de l'élément de coupe est supérieure à 5 cm, de préférence supérieure à 10 cm, et plus préférentiellement encore supérieure à 20 cm.
- the second notch is formed in the distal portion of the cutting element which extends between the first notch and the distal end of the cutting element;
- in an alternative embodiment, the first notch extends entirely into the cutting element; in another variant embodiment, the first notch extends in the bar, in the transition zone and in the cutting element;
- the cutting tool comprises a third notch which extends wholly or partly in the bar, and which is formed in a portion of the cutting tool diametrically opposite the longitudinal cutting edge;
- the first and second notches, and if necessary the third notch, have longitudinal U-shaped profiles, the invention is however not limited to this particular U-shape;
- the cutting element is constituted by a flat cutting blade;
- the cutting element is centered with respect to the bar;
- the largest dimension (I) of the cutting element, measured in the longitudinal section plane (Y, Z) along the axis (Y) perpendicular to the longitudinal axis (A) of the cutting element, is less than or equal to the dimension (D 2 ) of the cross section of the bar measured in the longitudinal section plane (Y, Z) along the same axis (Y);
- the length (L) of the cutting element is greater than 5 cm, preferably greater than 10 cm, and more preferably still greater than 20 cm.
L'invention a également pour autre objet un dispositif de coupe comportant un outil de coupe monobloc vibrant visé précédemment et des moyens de mise en vibration. Les moyens de mise en vibration permettent de créer, dans le barreau de l'outil de coupe, des vibrations longitudinales, qui sont orientées suivant l'axe longitudinal (A) de l'élément de coupe, et qui permettent une mise en vibration de l'élément de coupe (102) dans le plan de coupe longitudinal (Y,Z) de cet élément de coupe et avec au moins une composante vibratoire transversale qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal (A) de l'élément de coupe.The invention also has for another object a cutting device comprising a vibrating monobloc cutting tool referred to above and vibrating means. The vibrating means make it possible to create, in the bar of the cutting tool, longitudinal vibrations, which are oriented along the longitudinal axis (A) of the cutting element, and which allow a vibration of the cutting element. the cutting element (102) in the longitudinal cutting plane (Y, Z) of this cutting element and with at least one transverse vibratory component which is perpendicular to the longitudinal axis (A) of the cutting element.
De préférence, les encoches de l'outil de coupe sont réalisées en sorte d'obtenir une mise en vibration de l'élément de coupe dans ledit plan de coupe longitudinal (Y,Z), sans formation de noeud de vibration au niveau au moins du bord longitudinal de coupe de l'élément de coupe, et dans une zone distale (Z') qui s'étend depuis l'extrémité libre distale de l'élément de coupe et sur au moins les trois quart de la longueur (L') de l'élément de coupe entre cette l'extrémité libre distale et la première encoche. Plus préférentiellement encore, ladite zone distale (Z'), exempte de noeud de vibration, s'étend depuis l'extrémité libre distale de l'élément de coupe et jusqu'à la première encoche.Preferably, the notches of the cutting tool are made so as to obtain a vibration of the cutting element in said longitudinal cutting plane (Y, Z), without vibration node formation at least the longitudinal cutting edge of the cutting element, and in a distal zone (Z ') extending from the distal free end of the cutting element and at least three quarters of the length (L'). ) of the cutting element between this distal free end and the first notch. More preferably still, said distal zone (Z '), devoid of vibration node, extends from the distal free end of the cutting element to the first notch.
Plus particulièrement, les moyens de mise en vibration sont conçus pour créer, dans le barreau de l'outil de coupe, des vibrations longitudinales avec une fréquence prédéfinie (f) supérieure à 10KHz, et de préférence supérieure ou égale à 20 KHz.More particularly, the vibrating means are designed to create, in the bar of the cutting tool, vibrations longitudinal with a predefined frequency (f) greater than 10KHz, and preferably greater than or equal to 20 KHz.
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre, laquelle description est faite uniquement à titre d'exemple non limitatif et non exhaustif de l'invention, et en référence au aux figures annexées parmi lesquelles :
- la
figure 1 est une vue de côté d'un dispositif de coupe vibrant, conforme à une première variante de réalisation de l'invention, - les
figures 2 et 3 sont respectivement des vues de dessus et de dessous du dispositif de coupe de lafigure 1 , - la
figure 4 est une représentation en perspective du dispositif de coupe desfigures 1 à 3 , - la
figure 5 représente une déformée (exagérée) de l'outil de coupe desfigures 1 à 4 , - les
figures 6 à 12 représentent respectivement les déformées (exagérées) de sept variantes de réalisation d'un outil de coupe, qui ne sont pas conformes à l'invention et dont le comportement vibratoire n'est pas satisfaisant, - la
figure 13 représente une déformée (exagérée) d'une deuxième variante de réalisation d'un outil de coupe conforme à l'invention, - la
figure 14 est une vue de côté d'un dispositif de coupe vibrant, conforme à une troisième variante de réalisation de l'invention, - les
figures 15 et 16 sont respectivement des vues de dessus et de dessous du dispositif de coupe de lafigure 14 , - la
figure 17 est une représentation en perspective du dispositif de coupe desfigures 14 à 16 , - la
figure 18 représente une déformée (exagérée) d'un outil de coupe comportant les mêmes encoches que l'outil de coupe desfigures 14 à 17 , - la
figure 19 représente une déformée (exagérée) d'une quatrième variante de réalisation d'un outil de coupe conforme à l'invention
- the
figure 1 is a side view of a vibrating cutting device, according to a first embodiment of the invention, - the
Figures 2 and 3 are respectively top and bottom views of the cutting device of thefigure 1 , - the
figure 4 is a perspective representation of the cutting device ofFigures 1 to 3 , - the
figure 5 represents a (exaggerated) distortion of the cutting tool of theFigures 1 to 4 , - the
Figures 6 to 12 respectively represent the (exaggerated) deformations of seven embodiments of a cutting tool, which are not in accordance with the invention and whose vibration behavior is not satisfactory, - the
figure 13 represents a deformed (exaggerated) of a second variant embodiment of a cutting tool according to the invention, - the
figure 14 is a side view of a vibrating cutting device according to a third embodiment of the invention, - the
Figures 15 and 16 are respectively top and bottom views of the cutting device of thefigure 14 , - the
figure 17 is a perspective representation of the cutting device ofFigures 14 to 16 , - the
figure 18 represents an (exaggerated) distortion of a cutting tool having the same notches as the cutting tool ofFigures 14 to 17 , - the
figure 19 represents an (exaggerated) distortion of a fourth variant embodiment of a cutting tool according to the invention
On a représenté aux
Ce dispositif de coupe 1 comporte un outil de coupe monobloc 10 d'axe central longitudinal A, qui est assemblé avec des moyens de mise en vibration 11. Cet outil de coupe monobloc 10 est par exemple en métal, et notamment en acier inoxydable ou en titane.This
L'outil de coupe monobloc 10 comporte un barreau 100 et une lame de coupe plate 102, qui est située dans le prolongement du barreau 100, et est reliée au barreau 100 par une zone de jonction 101. La lame de coupe 102 définit un plan de coupe longitudinal référencé (Y, Z) sur les
Dans l'exemple particulier illustré, le barreau 100 est de forme cylindrique. Cette forme particulière n'est pas limitative de l'invention, le barreau 100 pouvant présenter une toute autre géométrie en section transversale [plan(X,Y)]) et par exemple une section transversale carrée, rectangulaire, ovale, etc....In the particular example illustrated, the
A son extrémité proximale 100a opposée à la lame 102, le barreau 100 est fixé solidement aux moyens de mise en vibration 11. Ces moyens de mise en vibration 11 permettent de générer dans le barreau 100 des vibrations longitudinales, c'est-à -dire des vibrations orientées dans la direction parallèle à l'axe longitudinal A du barreau 100. La structure et le fonctionnement de ces moyens de mise en vibration 11 sont connus et ne seront donc pas détaillés. Il est simplement rappelé que ces moyens de mise en vibration 11 comportent de manière usuelle un transducteur piézoélectrique alimenté électriquement, et un élément de couplage entre ce transducteur piézoélectrique et le barreau 100, cet élément de couplage permettant l'amplification des vibrations longitudinales générées par le transducteur piézoélectrique. Dans l'exemple particulier illustré sur les
La lame de coupe 102 est formée dans une plaque de longueur (L), de largeur (I) et de faible épaisseur (e). En référence aux
De préférence, tel qu'illustré, la largeur (I) de la lame [plus grande dimension de la lame 102 dans le plan de coupe longitudinal (Y,Z)] est inférieure ou égale à la dimension D2 correspondante du barreau 100 dans ce même plan, de telle sorte que l'outil de coupe 10 peut être facilement fabriqué par simple usinage avec enlèvement de matière d'un barreau initial qui présente la même section transversale que le barreau 100, et dont la longueur correspond à la longueur totale de l'outil de coupe 10. De préférence également, mais non nécessairement, la lame de coupe 102 est centrée sur le barreau 100 dans le plan transverse (X,Z) (
En référence à la
De préférence, mais non nécessairement, le bord longitudinal 103 de la lame, qui forme le bord de coupe, présente un profil courbe sur une portion distale 103a qui s'étend depuis l'extrémité libre distale 102a de la lame 102 (extrémité libre de la lame la plus éloignée du barreau 100). Cette portion courbe distale 103a est la portion de la lame qui est principalement utilisée pour la coupe d'un matériau.Preferably, but not necessarily, the
De préférence, mais non nécessairement, le bord de coupe 103 de la lame 102 peut être aminci, au moins dans sa portion distale 103a (
De préférence également, mais non nécessairement, l'extrémité distale 102a de la lame forme sensiblement une pointe, facilitant l'insertion de la lame dans le matériau lors de la découpe.Also preferably, but not necessarily, the
Conformément à une première caractéristique de l'invention, l'outil de coupe 10 comporte une première encoche longitudinale 104 et une deuxième encoche longitudinale 105.According to a first characteristic of the invention, the cutting
La première encoche 104 est constituée par une découpe qui est réalisée au moins en partie dans le bord longitudinal de coupe 103 de la lame 102. Dans l'exemple particulier illustré, cette découpe 104 est réalisée sur toute l'épaisseur (e) de la lame 102 (
Dans l'exemple illustré (
Dans l'exemple particulier des
La deuxième encoche 105 est constituée par une découpe qui est réalisée dans le bord longitudinal 106 de lame, diamétralement opposé au bord de coupe 103, et qui est décalée , par rapport à la première encoche 104, suivant l'axe longitudinal A et en direction de l'extrémité distale 102a de lame 102. Dans l'exemple particulier illustré, cette découpe 105 est également réalisée sur toute l'épaisseur (e) de la lame 102 (
Plus particulièrement, en référence à la
Dans l'exemple particulier illustré, la deuxième encoche 105 est réalisée dans la partie distale de la lame 102 qui s'étend entre la première encoche 104 et l'extrémité distale 102a de lame 102, les deux encoches 104 et 105 étant espacées l'une de l'autre, suivant l'axe longitudinal A, d'une distance (d) non nulle (
En fonctionnement, lorsque les moyens de mise en vibration 11 sont actifs, ils génèrent des vibrations longitudinales à au moins une fréquence (f) prédéfinie permettant d'exciter au moins un mode propre de vibration de l'outil de coupe 10. Cette fréquence d'excitation (f) est fonction de la géométrie de l'outil de coupe 10, et dépend notamment de la longueur L de la lame de coupe 102. De préférence, l'outil de coupe 10, et notamment la lame de coupe 102, est dimensionnée de telle sorte que cette fréquence (f) est supérieure à 10KHz, et plus préférentiellement supérieure à 20KHz, en sorte de rendre les vibrations inaudibles pour l'oreille humaine (vibrations ultrasonores). Les moyens de mise en vibration 11 peuvent également être conçus pour générer des vibrations multifréquences, présentant plusieurs (au moins deux) fréquences différentes.In operation, when the vibrating means 11 are active, they generate longitudinal vibrations at least one predetermined frequency (f) for exciting at least one own mode of vibration of the
Lesdites vibrations longitudinales se propagent dans le barreau 100 en direction de la lame 102, l'outil 10 faisant office de résonateur. Sous l'effet de ces vibrations, la lame 102 vibre dans son plan de coupe longitudinal (Y,Z), avec un mouvement de vibration comportant deux composantes vibratoires : une composante longitudinale suivant l'axe Z et une composante transversale suivant l'axe Y.Said longitudinal vibrations propagate in the
Tel que cela apparaît plus clairement sur la
L'amplitude de vibration de l'outil de coupe 10 dans le plan de coupe (Y , Z) (c'est-à -dire la résultante des composantes vibratoires en Y et en Z) n'est pas identique en tout point de l'outil, et notamment en tout point de la lame de coupe 102. On a symbolisé sur la
La déformée de la
A titre de comparaison, on a représenté sur les
Sur la
Sur la
Sur la
Sur la
Sur la
Sur la
Sur la
Dans les réalisations des
Dans la réalisation de la
En outre, sur les
On a représenté sur la
On a représenté sur les
On a représenté sur la
On a représenté sur la
L'invention n'est pas limitée aux exemples particuliers de réalisation qui viennent d'être décrits en référence aux figures annexées, mais s'étend à tout dispositif de coupe défini dans les revendications annexées.The invention is not limited to the particular embodiments which have just been described with reference to the appended figures, but extends to any cutting device defined in the appended claims.
En particulier, et de manière non exhaustive, l'invention n'est pas limitée à la géométrie particulière de la lame de coupe 102 des figures annexées, et en particulier au profil courbe particulier du bord de coupe 103 de cette lame 102, ladite lame plate pouvant être d'une manière générale réalisée dans toute plaque de faible épaisseur (e), et le bord de coupe 103 pouvant par exemple être rectiligne sur tout sa longueur ou pouvant présenter un profil curviligne différent de celui des figures annexées.In particular, and in a non-exhaustive manner, the invention is not limited to the particular geometry of the
Plus généralement encore, dans le cadre de l'invention, la lame de coupe 102 peut être remplacée par tout élément de coupe longiligne qui est situé dans le prolongement du barreau 100, qui définit un plan de coupe longitudinal (Y,Z) perpendiculaire au plan (X,Z) de la section transversale du barreau, et dont la dimension (e) en section transversale et dans la direction (Z) perpendiculaire à ce plan de coupe (Y,Z) est inférieure à la dimension (D1) correspondante en section transversale du barreau 100. Par exemple, et de manière non exhaustive, la lame de coupe 102 peut être remplacée par une tige de coupe cylindrique qui présente en section transversale un diamètre plus faible que le diamètre du barreau 100, et qui est reliée au barreau 100 par une zone de transition tronconique.More generally still, in the context of the invention, the
L'invention n'est pas limitée à la forme et aux dimensions particulières des encoches 104, 105 et 107 en U des figures annexées. Il revient à l'homme du métier d'adapter la forme et les dimensions des encoches 104, 105, 107, les positions longitudinales des encoches 104 et 105 dans la lame 102, et le cas échéant la position longitudinale de l'encoche 107 dans la partie distale 100b du barreau 100, en fonction de la géométrie et des dimensions de l'outil de coupe 10, en sorte d'obtenir au niveau du bord de coupe longitudinal 103, une zone de vibration Z' étendue, qui ne comporte pas de noeud de vibration, et dans laquelle les amplitudes de vibrations sont importantes et de préférence sensiblement homogènes.The invention is not limited to the shape and the particular dimensions of the
Dans les variantes de réalisation des figures annexées, l'élément de coupe 102 (lame) comporte un bord longitudinal de coupe 103 qui est relativement fin et de préférence effilé en sorte d'être coupant. Ceci n'est pas limitatif de l'invention. Dans une autre variante de l'invention, le dispositif de coupe peut comporter un autre élément longiligne coupant (fixe ou mobile) apte à coopérer avec l'élément de coupe 102 vibrant et permettant une découpe par cisaillement entre ces deux éléments de coupe. Dans ce cas par exemple, il n'est pas nécessaire que le bord de coupe 103 de l'élément de coupe 102 vibrant soit fin et coupant.In the alternative embodiments of the accompanying figures, the cutting element 102 (blade) has a
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