FR2910826A1 - Dispositif pour la production de vibrations ultrasoniques - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de production de vibrations acoustiques longitudinales ultrasoniques dans un élément utilisateur, comprenant, au moins, un convertisseur électro-acoustique dont les céramiques piézo-électriques (21) vibrent en mode radial et un élément intermédiaire (30), qui est placé entre le convertisseur et l'élément utilisateur et est attaché, d'un coté, de façon solidaire à la face distale (31) du convertisseur en une zone de contact localisée autour d'un ventre d'amplitude de vibration de la face distale et, de l'autre coté, à l'élément utilisateur par une surface d'extrémité plane, tout point de la surface d'extrémité étant animé d'une vibration homogène orthogonale à ladite surface.

Description

DISPOSITIF POUR LA PRODUCTION DE VIBRATIONS ULTRASONIQUES L'invention

concerne le domaine technique général des dispositifs et des procédés pour la génération d'ultrasons.

PRESENTATION GENERALE DE L'ART ANTERIEUR

Il a déjà été proposé des dispositifs et des procédés pour la génération d'ultrasons. Ces dispositifs comprennent généralement un élément producteur d'ultrasons, associé à un élément utilisateur lequel transmet les ultrasons à un substrat pour un effet technique donné : soudage, nettoyage, destruction de cellules ou encore découpe de produits alimentaires mous. Les éléments utilisateurs, leurs forme et caractéristiques en fonction du substrat et de l'effet technique recherché sont bien connus de l'homme du métier, comme les éléments producteurs d'ultrasons. La génération d'ultrasons de puissance se fait couramment à partir de céramiques piézo-électriques ou plus précisément de convertisseurs électro-acoustiques 20 de type triplet de Langevin . Un convertisseur électro-acoustique permet de transformer l'énergie électrique haute fréquence d'un générateur électronique 10 en vibrations mécaniques. En référence à la figure la, un convertisseur électro-acoustique comprend deux céramiques piézo-électriques montées en précontrainte entre deux pièces métalliques cylindriques 23, 25 : le pavillon 23 disposé sous les deux céramiques 21, et la contre-masse 25 disposée sur les deux céramiques 21. Il sera entendu dans la suite que lorsqu'une pièce A est mentionnée comme étant sur une pièce B, celle-ci peut être directement sur la pièce B, ou peut être située au dessus de la pièce B et séparée de ladite pièce B par une ou plusieurs pièces intermédiaires. 30 Il sera également entendu que lorsqu'une pièce A est mentionnée comme étant sur une pièce B, celle-ci peut couvrir toute la surface de la pièce B, ou une portion de ladite pièce B. Les céramiques piézo-électriques 21 sont en général en forme de disque d'épaisseur faible par rapport à leur diamètre, ou en forme de tore de section rectangulaire ou approchante. Les différents types de convertisseurs électro-acoustiques de puissance sont largement décrits dans des ouvrages tels que Modem Ceramic Engineering de Richerson , Marcel Dekker Inc., page 284, figure 7.24, ou High Intensity Ultrasonics de Brown and Goodman , Iliffe Books Ltd 1965, ou encore dans le livre de Crowford Engineering de Frederick and Co. Ces convertisseurs sont utilisés dans l'industrie, principalement pour la soudure des thermoplastiques, ou pour le nettoyage de pièces complexes en optique, électronique ou encore en mécanique. Les convertisseurs électro-acoustiques tels que décrits ci-dessus peuvent utiliser deux modes distincts de vibration des céramiques piézo-électriques : - le mode produisant des variations alternatives de leur épaisseur (mode dit dans l'épaisseur des céramiques ) et - le mode produisant des variations alternatives de leur diamètre (mode dit dans le plan des céramiques , ou plan , ou radial ). Le mode de vibration des céramiques piézo-électriques 21 dit dans l'épaisseur engendre des vibrations longitudinales dans le pavillon 23 de sorte que chaque point de la face distale plane 24 du pavillon 23 c'est-à-dire la face opposée à la face du pavillon en regard de la céramique - est animé d'une vibration homogène et orthogonale à ladite face 24.

Ce mode permet de propager des vibrations longitudinales de haute intensité au travers de dispositifs vibrant en résonance avec le convertisseur électro-acoustique et le générateur associé 10, appelés de façon générique sonotrodes et attachés à la face distale 24 du pavillon 23, le contact s'effectuant sur toute l'étendue de ladite face distale, selon l'art antérieur. Dans ce cas, les céramiques piézo-électriques sont alimentées par un générateur fournissant un signal électrique dont la bande passante est resserrée (100 ou 200 Hz) et qui est centré sur une fréquence qui doit être éloignée de la fréquence propre de résonance des céramiques piézo-électriques dans leur mode radial de vibration. Le mode de vibration dit dans l'épaisseur des céramiques est utilisé dans la plupart des applications industrielles des ultrasons de puissance comme, par exemple, le soudage, la pulvérisation, la destruction de cellules ou encore la découpe de produits alimentaires mous, tel que du foie gras. Il est bien connu de l'homme du métier que les dimensions de tels convertisseurs électro-acoustiques 20 de puissance utilisant le mode de vibration dit dans l'épaisseur des céramiques, varient de façon inversement proportionnelle à la fréquence utilisée. En pratique la longueur de ce type de convertisseur électro-acoustique 20 sera de l'ordre d'une demi-longueur d'onde alors que son diamètre sera largement inférieur au quart de longueur d'onde afin d'éviter la superposition d'une vibration transversale au mode préférentiel de vibration, la superposition des deux vibrations pouvant aboutir à la destruction des céramiques. Ainsi, audelà de 40 kHz, le diamètre des céramiques se réduit considérablement ce qui limite significativement la puissance admissible, de sorte que, par exemple, à 80 kHz, ce diamètre est d'environ 15 mm avec une puissance utile en fonctionnement permanent limitée à environ 20 Watt. Un inconvénient de tels dispositifs est donc le fait qu'ils sont impropres à transmettre une puissance utile significative, c'est-à-dire de l'ordre de 100 Watt minimum, aux fréquences supérieures ou égales à 60 kHz, à un élément utilisateur et ne sont donc pas utilisables dans le cas des applications industrielles requérant de tels couples puissance/fréquence. Le second mode de vibration des céramiques piézo-électriques, dit plan ou radial, est obtenu en choisissant leurs dimensions, ainsi que les caractéristiques piézo-électriques de leur matière, de telle façon que leur fréquence propre, selon ce mode de vibration, soit égale à celle du générateur. L'homme du métier sait que, dans le cas de céramiques toriques, cette fréquence propre F est donnée par la formule suivante : F = C / (Dext - Dint), dans laquelle : C est le coefficient de vibration radiale du matériau utilisé, Dext est le diamètre extérieur des céramiques, Dint est le diamètre intérieur des céramiques.

Les dimensions des convertisseurs électro-acoustiques, dont les céramiques vibrent en mode plan ou radial, peuvent être beaucoup plus grandes que celles de convertisseurs dont les céramiques vibrent en mode dans l'épaisseur, à fréquence égale, en raison de leurs modes de vibration respectifs.

Ainsi, il est courant de trouver, par exemple, des convertisseurs électro-acoustiques dont les céramiques vibrent en mode plan, de 100 kHz de fréquence propre, présentant des céramiques piézo-électriques de diamètre de l'ordre de 40 mm et autorisant un niveau de puissance largement supérieur aux convertisseurs de même fréquence mais travaillant en mode dans l'épaisseur des céramiques. Ce mode de vibration des céramiques engendre des vibrations de flexion au niveau de la face distale 24 du pavillon 23. Ainsi ce type de convertisseur est spécifiquement destiné à la mise en vibration selon le mode de flexion, de grandes surfaces planes particulièrement recherchées pour le nettoyage par ultrasons. Dans ce cas, plusieurs convertisseurs électro-acoustiques sont en général directement fixés au bac de nettoyage, ou collés à l'intérieur d'un boîtier étanche immersible, par l'intermédiaire de la totalité de leur face distale 24 d'extrémité du pavillon 23 afin de transmettre au liquide contenu dans le bac l'énergie vibratoire ultrasonique nécessaire au processus de nettoyage par ultrasons.

Les convertisseurs électro-acoustiques sont alors reliés électriquement en parallèle pour former un ensemble présentant une courbe d'impédance électro-acoustique en fonction de la fréquence large et très aplatie et alimentés électriquement par un générateur à balayage de fréquence, couvrant une large fourchette de fréquences (plusieurs kHz) autour de la fréquence cible. L'homme de métier qui connaît, d'une part, le besoin existant dans l'industrie de générer des vibrations ultrasoniques longitudinales dans un élément utilisateur à des fréquences supérieures ou égales à 60 kHz et à des puissances supérieures ou égales à 100 Watt et, d'autre part, l'existence des convertisseurs électro-acoustiques, dont les céramiques vibrent en mode dit plan ou radial et la face distale en mode flexion, et qui sont capables de fonctionner à de tels couples puissance/fréquence, est alors amené à se poser le problème suivant : comment utiliser de tels convertisseurs pour générer les vibrations ultrasoniques longitudinales ainsi recherchées ? Un but de l'invention est d'apporter une solution à ce problème.

PRESENTATION DE L'INVENTION

A cet effet, on prévoit donc d'utiliser la capacité des convertisseurs électro-acoustiques 20, tels que décrits ci-dessus et dont les céramiques piézo-électriques 21 vibrent en mode dit plan ou radial et la face distale 24 en mode flexion, de transmettre aux fréquences recherchées une puissance élevée. Le mode flexion est un mode de déformation de la matière bien connu de l'homme du métier dans lequel la face distale se courbe en réponse à une contrainte. 30 La vibration en mode flexion de la face distale 24 du convertisseur est bien illustrée par les figures lb et 1c. A titre d'exemple, le convertisseur représenté sur les figures 1 est calculé pour vibrer à 80 kHz dans ce mode de vibration des céramiques ; le diamètre de son pavillon cylindrique 23 est de 41 mm. La courbe de la figure 1d représente l'amplitude de la vibration de chaque point de la face distale 24 du pavillon 23 en fonction de sa distance au centre de la face. Cette courbe fait ressortir que la vibration de flexion de la face distale présente deux ventres d'amplitude, situés respectivement au centre et au bord extérieur de ladite face ; ces deux ventres sont séparés par un noeud d'amplitude situé sur un cercle concentrique à ladite face et d'environ 26 mm de diamètre. Le ventre d'amplitude central est beaucoup plus marqué que le ventre d'amplitude périphérique. Au voisinage de chaque ventre, la courbe d'amplitude est aplatie, de sorte que dans une petite zone 26 autour de chaque ventre, l'amplitude est constante en première approximation. Ainsi, dans un disque 26a concentrique à la face distale d'environ 6 mm de diamètre, l'amplitude est en tout point supérieure à 90% de l'amplitude au ventre central ; dans ce cas, le rapport du rayon du disque 26a au rayon de la face distale est de 3/20,5 = 14,6%. De même, dans une couronne 26b concentrique à la face distale, située à sa périphérie et d'environ 2,5 mm de largeur, l'amplitude est en tout point supérieure à 90% de l'amplitude au ventre périphérique ; dans ce cas le rapport entre la largeur de la couronne 26b et le rayon de la face distale est de 2,5/20,5 = 12,2%. Ces deux rapports sont situés entre 10 et 15%. Un premier aspect du dispositif selon l'invention consiste à utiliser cette caractéristique particulière pour récupérer l'énergie vibratoire produite par le convertisseur par l'intermédiaire d'au moins une de ces zones où la vibration est en première approximation homogène et de forte amplitude. On va alors placer une liaison solidaire entre, d'une part, une de ces zones 26a ou 26b et, d'autre part, soit un élément intermédiaire 30, soit directement un élément utilisateur 40, 50. Ceci permet de générer les vibrations longitudinales souhaitées dans l'élément utilisateur, aux couples puissance/fréquence souhaités et d'apporter ainsi au problème posé la solution recherchée.

En associant le cas échéant plusieurs convertisseurs électro-acoustiques 20 et plusieurs éléments intermédiaires 30, la présente invention permet notamment de produire, dans un élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50) dont la fréquence propre de vibration est accordée à celle des convertisseurs, des vibrations longitudinales de haute intensité nécessaires pour atteindre, dans le cas des fréquences élevées supérieures ou égales à 60 kHz, le niveau de puissance requis pour les applications industrielles telles que pulvérisation, soudage, usinage, traitement de liquides, découpe, etc.

D'autres aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants : - la fréquence propre de vibration en mode radial des céramiques piézo-électriques 21 du convertisseur et la fréquence propre de vibration de l'élément intermédiaire 30 sont accordées à la même fréquence ultrasonique F ; - le convertisseur 20 est alors relié à un générateur 10 capable de produire un signal électrique alternatif de bande passante de largeur resserrée et comprise entre 100 et 300 Hz autour de ladite fréquence ultrasonique F ; - dans un premier mode de réalisation, un élément intermédiaire 30 est attaché au convertisseur de façon solidaire par la zone de contact 26a localisée au centre de la face distale ; cet élément intermédiaire peut comprendre un barreau cylindrique métallique destiné à venir en contact avec l'élément utilisateur 40, 50 par l'intermédiaire de la surface plane d'extrémité 31, laquelle est animée en tous points d'une vibration homogène orthogonale à la surface ; - dans un deuxième mode de réalisation, l'élément intermédiaire 30 et le pavillon 23 du convertisseur piézo-électrique sont réalisés d'une seule pièce ; - dans un troisième mode de réalisation, l'élément intermédiaire 30 et l'élément utilisateur 40 sont réalisés d'une seule pièce, de sorte que l'élément utilisateur 40 est directement attaché au convertisseur de façon solidaire par la zone de contact 26a localisée au centre de la face distale ; - dans un quatrième mode de réalisation, l'élément intermédiaire 30 est attaché au convertisseur de façon solidaire par la zone de contact 26b localisée à la périphérie de la face distale ; cet élément intermédiaire peut comprendre un cylindre métallique comportant un évidement, la face 32 du cylindre comportant l'évidement étant destinée à venir en regard de la face 24 du convertisseur électro- acoustique, de façon à permettre aux deux faces en regard 32 et 24 de vibrer librement sans se toucher mutuellement ; - dans un cinquième mode de réalisation, une pluralité de convertisseurs électro-acoustiques 20 sont associés à l'élément intermédiaire 30 ; cet élément intermédiaire peut, par exemple, être en forme de disque épais à la périphérie duquel les convertisseurs sont fixés solidairement de façon régulièrement espacée, les axes des convertisseurs étant orthogonaux à l'axe du disque et la surface 31 d'extrémité étant parallèle à l'axe du disque; D'autres aspects préférés du dispositif selon l'invention sont les suivants : - la fréquence ultrasonique F est comprise entre 20 kHz et 400 kHz, préférentiellement 40 kHz et 200 kHz, et encore plus préférentiellement entre 80 kHz et 200 kHz, - la puissance ultrasonique délivrée par le générateur 10 est comprise entre 50 et 10000 Watt, - au moins une face d'extrémité 31 de l'élément intermédiaire 30 est plane, les vibrations en tout point de cette face étant homogènes et orthogonales à ladite face d'extrémité, - le convertisseur est disposé dans une chambre étanche dans laquelle circule un gaz ou un liquide de refroidissement, - le dispositif comprend en outre un élément utilisateur comprenant une pièce 40 ou un ensemble de pièces 50 disposé au niveau de la face d'extrémité 31 de l'élément intermédiaire 30.

Selon une première variante, l'élément utilisateur 40 comprend une sonotrode formée d'une tige cylindrique 41.

Selon une deuxième variante, l'élément utilisateur 50 comprend un transformateur de vitesse 52, et/ou une tige cylindrique 51, et/ou une sonotrode 54, 58, 59. Dans un cas préféré, mais non limitatif, les différents composants de l'élément utilisateur 40, 50 pris séparément, présentent une fréquence propre de vibration accordée à celle du générateur 10.

Selon une troisième variante, la sonotrode 53 mise en oeuvre comprend un barreau axial 57 autour duquel est agencée une couronne radiale 56 disposée autour du barreau 57 orthogonalement à l'axe du barreau. Le barreau vibre longitudinalement et la couronne radialement, le rayon extérieur de la couronne 56 étant déterminé pour comprendre un nombre entier de demi-longueurs d'onde en mode radial de vibration de la couronne 56 à la fréquence F.

La vibration de la surface 55 qui constitue le bord extérieur de la couronne 56 permet, par exemple, la pulvérisation de liquide, ce qui permet la réalisation de dispositifs d'atomisation. Dans un tel cas, le dispositif selon l'invention peut être avantageusement situé pour partie à l'intérieur d'une enceinte 61 étanche, la pénétration se faisant au niveau d'un noeud 511 de la vibration. Un tel dispositif permet, par exemple, d'atomiser des alliages métalliques en fusion, les gouttelettes ainsi formées donnant en se refroidissant dans l'enceinte des poudres métalliques à granulométrie resserrée.

Selon une quatrième variante, l'élément intermédiaire 30 est en forme de couronne à la périphérie de laquelle une pluralité de convertisseurs 20 sont fixés solidairement de façon régulièrement espacée, les axes des convertisseurs étant orthogonaux à l'axe de la couronne et la surface 31 est constituée par une partie de la couronne. L'élément utilisateur 40 est un tube creux de révolution dont l'axe est le même que celui de la couronne, dont la longueur est choisie pour qu'il vibre en résonance à la fréquence F et qui est fixé solidairement à la surface 31. Le tube peut préférentiellement être en deux parties 45 et 46, de part et d'autres de la couronne 30.

L'invention concerne également un procédé de production de vibrations acoustiques ultrasoniques longitudinales comprenant les étapes de : -conversion d'un signal électrique alternatif en vibrations mécaniques radiales de céramiques piézo-électriques qui sont les constituants d'un transducteur ultrasonique, - transformation des vibrations mécaniques radiales des céramiques en vibration de flexion de la face distale du transducteur, - utilisation de l'énergie vibratoire de la face distale du transducteur, pour engendrer des vibrations mécaniques 30 longitudinales dans un élément utilisateur par le moyen d'un élément intermédiaire.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : • La figure la illustre une vue schématique en perspective d'un convertisseur électro-acoustique du type triplet de Langevin de l'art antérieur; • Les figures lb et 1c illustrent, en coupe, une modélisation en fonctionnement dans le mode d'excitation des céramiques piézo- électriques dit radial ou plan, dans les deux positions d'amplitude maximum qui sont en opposition de phase du convertisseur électro-acoustique illustré à la figure la ; • La figure 1d présente l'amplitude de la vibration de chaque point de la face distale du convertisseur électro-acoustique illustré à la figure la, en fonction de son éloignement de l'axe de révolution ; • Les figures 2 à 13 illustrent différents modes de réalisation du dispositif selon l'invention.

DESCRIPTION DE L'INVENTION Comme on l'a décrit précédemment, les dimensions des convertisseurs électro-acoustiques excités selon le second mode d'excitation de leurs céramiques piézo-électriques, c'est-à-dire dont les céramiques vibrent en mode plan (ou radial), peuvent être beaucoup plus grandes que celles de convertisseurs excités selon le premier mode, c'est-à-dire dont les céramiques vibrent en mode dans l'épaisseur.

Toutefois et comme illustré aux figures lb et 1c, un convertisseur électro-acoustique dont les céramiques vibrent en mode plan (ou radial) produit une vibration de flexion de la face distale 24 du pavillon 23 -c'est-à-dire la face opposée à la face du pavillon en regard de la céramique. Or, ceci ne permet pas de mettre en vibration en mode longitudinal un élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50) fixé à ladite face distale 24 selon les mêmes procédés que ceux qui sont utilisés dans le cas de céramiques vibrant en mode dans l'épaisseur, et encore moins de lui transmettre une puissance ultrasonique utile significative. Ceci est vrai même lorsque la fréquence propre de vibration de l'élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50) est accordée à celle du convertisseur 20. En effet, il est connu de l'homme de l'art que pour qu'une telle puissance ultrasonique significative soit transmise à l'élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50), vibrant en mode longitudinal, il faut que chaque point de la face plane distale 24, qui est à l'interface entre le pavillon 23 (source des vibrations) et l'élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50) des vibrations, vibre de façon homogène et orthogonale à la face distale 24. Pour pallier cet inconvénient, l'invention propose un dispositif de production de vibrations acoustiques ultrasoniques tel qu'illustré aux figures 2 à 13. Ce dispositif comprend : - au moins, un convertisseur électro-acoustique 20, tel qu'illustré à la figure la et comportant une paire de céramiques piézo-électriques 21, dont les céramiques 21 vibrent en mode radial et la face distale 24 en mode flexion, tel qu'illustré aux figures lb et 1c, un élément utilisateur 40, 50, - un élément intermédiaire 30, qui est placé entre le convertisseur 20 et l'élément utilisateur 40, 50 et est attaché, d'un coté, de façon solidaire à la face distale 24 du convertisseur 20 en une zone de contact 26 localisée autour d'un ventre d'amplitude de vibration de la face distale 24 et, de l'autre coté, à l'élément utilisateur 40, 50 par sa surface d'extrémité plane 31, tout point de la surface d'extrémité 31 étant animé d'une vibration homogène orthogonale à ladite surface.

En référence à la figure 2a, on a illustré un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif comprend un générateur 10, un convertisseur électro-acoustique 20, et un élément intermédiaire 30. Le générateur 10 permet la génération d'un signal électrique alternatif de fréquence ultrasonique F. Le générateur 10 est relié électriquement au convertisseur électro- acoustique 20 de manière connue par l'homme de métier. Le convertisseur électro-acoustique 20 est de type triplet de Langevin .

Ce convertisseur 20 comporte deux céramiques piézo-électriques 21a, 21b contiguës. Les deux céramiques 21a, 21b sont disposées entre une première pièce métallique 23 - dénommée ci-après pavillon - solidaire de l'une 21a des deux céramiques, et une deuxième pièce métallique 25 - dénommée ci-après contre-masse - solidaire de l'autre céramique 21b. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2a, le pavillon 23 et la contre-masse 25 sont de forme cylindrique, et les deux céramiques 21a, 21b de forme torique à section rectangulaire. Toutefois, le pavillon 23, la contre-masse 25, et/ou les céramiques 21a, 21b peuvent présenter d'autres formes que celles illustrées à la figure 2a. Les céramiques 21a, 21b sont aptes à vibrer en mode radial. Plus particulièrement, les caractéristiques piézo-électriques de la matière constituant les céramiques et les dimensions des céramiques 21a, 21b sont choisies de sorte que la fréquence F du générateur 10 corresponde à leur fréquence de résonance (ou fréquence propre) dans le mode de vibration radial.

La vibration des céramiques 21a, 21b dans le mode radial induit des vibrations de flexion au niveau de la face distale 24 du pavillon 23. Dans le mode de réalisation illustré aux figures la à 1d, la face distale 24 du pavillon 23 comprend deux ventres de vibration : un ventre central 26a, localisé au centre de la face distale 24, et un ventre périphérique 26b, localisé à la périphérie de la face distale 24. On entend, dans le cadre de la présente invention, par ventre de vibration , une région de la face distale 24 où l'amplitude de déplacement de la face distale 24 du pavillon 23 est maximale lorsque les céramiques 21 vibrent en mode radial.

Le ventre central 26a et le ventre périphérique 26b sont séparés par une région nodale de la face distale 24 correspondant à un cercle, comme illustré aux figures lb à 1d. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2a, l'élément intermédiaire 30 est solidaire du pavillon 23 en une zone de contact 26a, en forme de disque concentrique à la face distale 24 et donc localisée au ventre central de ladite face. Avantageusement, le rayon de cette zone de contact est comprise entre 10% et 15% du rayon de la face distale 24, de sorte que, selon la figure 1d, l'amplitude de la vibration en tout point de ladite zone est supérieure à 90% de l'amplitude de la vibration au centre. L'élément intermédiaire 30 illustré à la figure 2a est constitué d'un barreau cylindrique métallique coaxial avec le pavillon 23, dont la matière et les dimensions ont été choisies pour qu'il présente un mode propre de vibration, en mode longitudinal, en résonance à la fréquence F.

Il est fixé au pavillon 23 par l'intermédiaire d'un petit cylindre coaxial au barreau, dont la section présente la même dimension que la zone de contact 26a et la hauteur est d'environ 1 mm ; cette disposition permet de limiter le contact entre les deux pièces à la zone de contact 26a souhaitée. Les moyens de fixation de l'élément intermédiaire 30 au pavillon 23 peuvent être de toute nature connue de l'homme de métier comme : vissage, soudage, collage, sertissage, frettage, ... Dans une réalisation particulière non limitative de l'invention, l'élément intermédiaire 30 et le pavillon 23 sont d'une seule pièce. L'élément intermédiaire 30 comprend par ailleurs une face d'extrémité 31 plane. Cette face d'extrémité correspond à la face de l'élément intermédiaire 30 opposée à la zone de contact entre l'élément intermédiaire 30 et le pavillon 23. Un élément utilisateur 40, 50 peut être fixé à la face d'extrémité 31 de l'élément intermédiaire 30. Le principe de fonctionnement du dispositif illustré à la figure 2a est le suivant. Le générateur 10 génère un signal électrique alternatif de fréquence ultrasonique F qui met en vibration les céramiques piézo-électriques 21a, 21b du convertisseur 20. Les céramiques vibrent en mode radial.

Ce mode de vibration des céramiques 21 induit des variations alternatives de leurs diamètres qui excitent la vibration du pavillon 23 en un mode de flexion au niveau de sa face distale 24. L'élément intermédiaire 30, qui est solidaire du pavillon 23 au niveau de la zone de contact 26a localisée au ventre central de la face distale 24, est excité par la vibration dudit pavillon 23. L'amplitude de la vibration de la face distale 24 dans la zone de contact est quasi homogène, puisqu'en tout point de ladite zone, l'amplitude est comprise entre 90% et 100% de l'amplitude au centre de la zone. Ceci permet de mettre en vibration l'élément intermédiaire 30 à la fréquence F selon son mode propre longitudinal, de sorte que tout point de sa face d'extrémité 31 est alors animé d'une vibration homogène et orthogonale à ladite face.

Tout élément utilisateur 40, 50 attaché à la face d'extrémité 31 peut alors être mis en vibration en mode longitudinal à la fréquence F, dès lors qu'il a été conçu, selon l'art antérieur, pour ce faire. Ainsi,l'invention propose un dispositif de production de vibrations longitudinales homogènes utilisable dans la plupart des applications industrielles comme le soudage, la pulvérisation et la découpe industrielle permettant de transmettre une puissance utile significative supérieure ou égale à 100 Watt. En référence à la figure 2b, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans ce mode de réalisation particulier, l'élément intermédiaire 30 est intégré à l'élément utilisateur 40, qui en l'espèce est une sonotrode de l'art antérieur ; pour le reste, le dispositif est identique à celui présenté en figure 2a.

En référence à la figure 3, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans le cas présenté par la figure 3, la zone de contact 26 entre le pavillon 23 et l'élément intermédiaire 30 est située au niveau du ventre périphérique de la face distale 24.

L'élément intermédiaire 30 et le pavillon 23 sont deux pièces distinctes fixées par vissage, soudage, collage, sertissage ou frettage ou encore tout autre moyen connu de l'homme du métier permettant d'assurer une liaison rigide entre le pavillon 23 et l'élément intermédiaire 30. L'élément intermédiaire 30 comprend un premier cylindre métallique de diamètre sensiblement égal au diamètre du pavillon 23, et destiné à venir en contact avec le pavillon 23 au niveau du ventre périphérique de la face distale 24, la zone de contact 26b étant en forme de couronne. Avantageusement, la largeur de cette couronne est comprise entre 10% et 15% du rayon de la face distale 24, de sorte que, selon la 30 figure 1d, l'amplitude de la vibration en tout point de ladite zone est supérieure à 90% de l'amplitude de la vibration en périphérie. Le premier cylindre comprend un évidement dont la profondeur est prévue suffisante pour que la face distale 24 du pavillon 23 et la face en regard 32 de l'élément intermédiaire 30 puissent vibrer librement dans leurs modes respectifs sans se toucher ailleurs que dans la zone de contact 26b. Ceci permet le découplage des vibrations de ces deux faces qui vibrent en opposition de phase l'une par rapport à l'autre. Plus généralement, la géométrie de l'élément intermédiaire 30 est choisie pour que le contact entre l'élément intermédiaire 30 et le pavillon 23 n'ait lieu qu'au niveau de la zone de contact 26 retenue, lorsque le dispositif est en fonctionnement, de sorte à ne pas gêner la vibration de ces deux pièces selon leur mode propre de résonance. La matière (par exemple aluminium, titane, ...) de l'élément intermédiaire 30 est choisie, et sa géométrie est calculée, de sorte qu'il entre en vibration en résonance à la même fréquence F et que la face d'extrémité plane 31 de l'élément intermédiaire 30 soit animée en tout point d'un mouvement de vibration homogène orthogonal à ladite face d'extrémité 31.

Le principe de fonctionnement du mode de réalisation illustré à la figure 3 est similaire à celui du mode de réalisation illustré à la figure 2. Le générateur 10 génère un signal électrique alternatif de fréquence ultrasonique F qui met en vibration les céramiques en mode radial.

La vibration des céramiques 21a, 21b excitent la vibration du pavillon 23 en un mode de flexion au niveau de sa face distale 24. L'élément intermédiaire 30, qui est solidaire du pavillon 23 au niveau de la zone de contact 26b localisée au ventre périphérique de la face distale 24, est excité par la vibration dudit pavillon 23.

L'amplitude de la vibration de la face distale 24 dans la zone de contact est quasi homogène, puisqu'en tout point de ladite zone, l'amplitude est comprise entre 90% et 100% de l'amplitude au centre de la zone. Ceci permet de mettre en vibration l'élément intermédiaire 30 à la fréquence F selon son mode propre, de sorte que tout point de sa face d'extrémité 31 est alors animé d'une vibration homogène et orthogonale à ladite face.

En référence à la figure 4, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'élément intermédiaire 30 comprend une platine circulaire et au moins une protubérance cylindrique s'étendant vers l'extérieur de la platine, et concentrique avec l'axe de révolution de la platine, l'extrémité de la protubérance formant la face d'extrémité plane 31 de l'élément intermédiaire 30 destinée à recevoir l'ensemble utilisateur. Le matériau et les caractéristiques géométriques de la platine sont soigneusement choisis pour qu'elle présente un mode propre de vibration en résonance à la fréquence F tel que la platine circulaire vibre en mode radial et que la protubérance 31 vibre en mode longitudinal en opposition de phase (effet Poisson) selon l'art antérieur, tel que décrit, par exemple dans le brevet US 3,696,259 du 03/10/1972. Une pluralité de convertisseurs 20 identiques est associée à la platine par l'intermédiaire de zones de contact 26a situées au ventre central de la face distale 24 de chaque convertisseur 20. Ces convertisseurs 20 sont fixés à l'extérieur de la platine et font saillie radialement, de sorte que l'axe de révolution de la platine est orthogonal aux axes de révolution des convertisseurs 20.

Les convertisseurs 20 sont régulièrement espacés autour de la platine, et reliés au même générateur 10, de sorte que tous les convertisseurs vibrent en phase à la fréquence F du générateur. Bien évidemment, la géométrie de l'élément intermédiaire 30 de la figure 4 est déterminée pour que le contact en fonctionnement entre l'élément intermédiaire 30 et chaque convertisseur 20 n'ait lieu qu'au niveau de la zone de contact 26 retenue, c'est-à-dire au niveau du ventre central ou du ventre périphérique de la face distale 24 du pavillon 23 de chaque convertisseur électro-acoustique 20. Ainsi, les pavillons 23 des convertisseurs électro-acoustiques vont vibrer au niveau de leur face distale 24 en phase en mode flexion ; par l'intermédiaire des zones de contact 26 où la vibration est homogène, ils vont exciter la vibration de la platine dans son mode propre, de sorte qu'elle sera, elle, animée d'une vibration radiale. Le principe de fonctionnement du mode de réalisation illustré à la figure 4 est le suivant.

Le générateur 10 génère un signal électrique alternatif de fréquence ultrasonique F qui met en vibration les céramiques des convertisseurs 20 en mode radial. La vibration des céramiques 21a, 21b excitent la vibration du pavillon 23 de chaque convertisseur 20 en un mode de flexion au niveau de sa face distale 24. L'élément intermédiaire 30, qui est fixé aux pavillons 23 des convertisseurs au niveau des ventres centraux 26a ou périphériques 26b des faces distales 24, est excité par les vibrations des pavillons 23. Les vibrations des pavillons 23 induisent la contraction et la dilatation de la platine, celle-ci induisant la contraction et la dilatation de la protubérance en opposition de phase (effet Poisson). Ainsi, la platine vibre radialement et la protubérance vibre longitudinalement à la même fréquence. De fait, la surface d'extrémité 31, à laquelle l'ensemble utilisateur 40, 50 est attaché de façon solidaire, permet de mettre en vibration en mode longitudinal cet ensemble. Le mode de réalisation présenté à la figure 4 permet d'obtenir une puissance acoustique particulièrement élevée, par la mise en parallèle des convertisseurs électro-acoustiques 20, qui fonctionnent tous en phase. L'élément intermédiaire 30 illustré à la figure 4, réalise ainsi simultanément : - la mise en parallèle de plusieurs convertisseurs électro-acoustiques 20 vibrant en phase, - la transformation du mode de vibration des convertisseurs piézo-électriques 20, en un mode radial de la platine, - la transformation du mode de vibration radial de la platine en un mode longitudinal au niveau de la face d'extrémité 31, - la transformation de l'amplitude des vibrations. En choisissant opportunément le nombre de convertisseurs électro-acoustiques et leur géométrie, on peut ainsi couvrir une plage de fréquence allant de 20 à 400 kHz et une plage de puissance allant de 50 à 10000 Watt. En référence à la figure 5, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, le dispositif selon l'invention illustré par la figure 2a est disposé dans une chambre étanche 60 dans laquelle circule un gaz ou un liquide de refroidissement. En effet, le (cas des figures 2 et 3), ou les (cas de la figure 4), convertisseur(s) électro-acoustique(s) dégagent en fonctionnement de la chaleur ce qui entraîne l'élévation de leur température.

Cette élévation de la température des convertisseurs peut conduire à leur destruction. Pour pallier cet inconvénient, on peut placer le (ou les) convertisseur(s) électro-acoustique(s) à l'intérieur d'une chambre de refroidissement 60, le moyen de refroidissement étant fourni par une circulation d'air, de gaz ou d'eau circulant, dans ce dernier cas, dans une enveloppe étanche, ou encore par tout autre moyen envisageable. Dans le cas de la figure 5, le refroidissement est assuré par une circulation d'air comprimé entrant par l'ouverture 601 et sortant par l'ouverture 602.

La jonction de sortie du dispositif selon l'invention et la chambre de refroidissement 60 se fait en un noeud d'amplitude 33 de la vibration de l'élément intermédiaire 30.

On peut ensuite attacher solidairement, selon des principes bien connu de l'homme de métier, à la face d'extrémité 31, un élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50), qui va être mis en vibration ultrasonique à la même fréquence que les pièces précédentes, les vibrations créées dans la partie en contact avec la face d'extrémité 31 étant longitudinales et se propageant dans l'élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50) par plans d'égale phase, au moins dans sa partie initiale. Les liaisons entre le pavillon 23 et l'élément intermédiaire 30, d'une part, et entre l'élément intermédiaire 30 et l'élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50), d'autre part, peuvent être réalisées, selon l'art antérieur, par tout moyen approprié tel que vissage, soudage, collage, sertissage, frettage ou encore tout autre moyen mécanique approprié assurant une liaison rigide.

A cet égard, une variante du mode de liaison entre deux pièces consécutives consiste à les réaliser d'une seule pièce, dans le même bloc de matière. Sans que la présente invention se limite aux cas suivants, l'élément utilisateur (la pièce 40, ou suivant le cas, chaque pièce constituant l'ensemble de pièces 50) peut être préférentiellement choisie de sorte qu'elle présente une fréquence propre de vibration accordée à la fréquence propre F commune au générateur 10, au convertisseur électro-acoustique 20 et au élément intermédiaire 30, les assemblages ainsi composés constituant un ensemble vibrant en résonance à la fréquence F du signal électrique délivré par le générateur 10. L'élément utilisateur (pièce 40 ou ensemble de pièces 50) peut comprendre une sonotrode, ou une lame de coupe, ou un pulvérisateur, ou un réacteur ultrasonique, ou encore tout autre ensemble résonant en fonction de l'application visée : soudage, usinage, découpe, pulvérisation, traitement de liquides et de mélanges solides/liquides comme homogénéisation, dispersion, désagrégation, destruction de cellules biologiques, dégazage.

Par suite, la présente invention trouve avantageusement application dans toutes les applications industrielles des ultrasons de puissance et notamment le soudage, l'usinage, la découpe, la pulvérisation, le nettoyage, le tamisage, le traitement des liquides, etc...

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite ci-après d'un certain nombre de modes particuliers de réalisation de la présente invention. Les figures 6 à 8 portent sur la mise en vibration de sonotrodes simples. La figure 6 représente une sonotrode 40 dont la géométrie peut être adaptée à tout usage particulier. Elle comprend une barre cylindrique 41 à section circulaire qui est fixée solidairement à la face d'extrémité 31 de l'élément intermédiaire 30.

L'invention permet la propagation dans la barre cylindrique 41 de vibrations ultrasoniques longitudinales qui se propagent le long de la génératrice de la barre cylindrique par plans d'égale phase. La figure 7 met en oeuvre un ensemble utilisateur 50, constitué d'un transformateur de vitesse 52 - aussi appelé communément par l'homme de métier booster - et d'une sonotrode 58, qui peut, par exemple, être utilisée pour l'agitation/homogénéisation d'un liquide ; les deux extrémités du booster 52 sont raccordées aux autres éléments de l'ensemble utilisateur au voisinage de ventres d'amplitude de déplacement de la vibration.

La figure 8 met en oeuvre un ensemble utilisateur 50, constitué d'un transformateur de vitesse ou booster 52 et d'une sonotrode 59, qui peut, par exemple, être utilisée pour la découpe des matières molles ou fragiles (foie gras, mille-feuille, etc.). Les figures 9 à 11 portent sur des dispositifs de pulvérisation de substances liquides ou de mélanges solides/liquides conformes à l'invention.

La figure 9a met en oeuvre un dispositif de mise en vibration d'un ensemble utilisateur 50 comprenant successivement une tige cylindrique 51 fixé à la face plane d'extrémité 31 de l'élément intermédiaire 30 et de longueur égale à un multiple entier de demi- longueurs d'onde (mode de vibration longitudinal), un transformateur de vitesse 52 ou booster et une sonotrode de pulvérisation 53. La sonotrode 53, qui est illustrée de façon détaillée à la figure 9b, comporte un disque 56 et des excroissances cylindriques de révolution 57 concentriques à l'axe du disque 56 et s'étendant de part et d'autre de ce dernier. La matière et la géométrie de la sonotrode 53 sont choisies de sorte que les excroissances cylindriques 57 vibrent longitudinalement en résonance à la fréquence du générateur 10 et que le disque 56 vibre radialement en résonance à la même fréquence.

Le rayon du disque est ainsi précisément déterminé pour qu'à la fréquence F, la vibration radiale qui l'anime comprenne un nombre entier de demi-longueurs d'onde. La face externe 55, qui constitue le bord du disque 56, est animée d'une vibration orthogonale à ladite face externe 55, ce qui permet la pulvérisation de liquide par cette face externe 55 de façon homogène et industriellement productive. Le brevet européen EP 0 588 609 décrit une telle sonotrode 53 Le rayon du disque 56 peut, dans des réalisations particulières de la présente invention, être plus ou moins important, dès lors qu'il permet une vibration radiale dudit disque 56 en résonance à la fréquence F du générateur et que, par ce fait même, la vibration qui l'anime comprend un nombre entier de demi-longueurs d'ondes. La figure 10 met en oeuvre l'ensemble de pulvérisation de la figure 9 monté à l'intérieur d'une enceinte étanche 61 dans laquelle toute atmosphère appropriée peut être établie, des points de vue de la composition, de la température et de la pression, dans le but de constituer un dispositif d'atomisation de type atomisation solidification (spray cooling), ou de type atomisation séchage (spray drying), ou encore de tout autre type. Dans le cas de la figure 10, la pénétration du dispositif selon l'invention à l'intérieur de l'enceinte étanche 60 se fait en un noeud d'amplitude 511 de la vibration de la tige cylindrique 51. L'atomiseur de la figure 10, dans lequel on a établi une circulation d'un gaz froid, permet, par exemple, de produire des poudres d'alliage métallique présentant un spectre granulométrique fin et resserré par atomisation solidification.

Cet alliage métallique, porté au préalable à une température supérieure à son point de fusion, est atomisé au sein de l'atomiseur en fines gouttelettes. Ces gouttelettes se refroidissent ensuite en tombant au sein de l'enceinte et se solidifient de façon à produire les poudres recherchées.

A titre d'exemple, un ensemble conforme aux figures 9 et 10, et fonctionnant à 80 kHz, de puissance nominale 350 Watt, sera décrit ci-après de façon détaillée. Cet ensemble comprend un convertisseur électro-acoustique 20, équipé de deux céramiques 21 de diamètres 38 mm extérieur / 12 mm intérieur et d'épaisseur 6 mm excitées en mode dit radial ou plan. Ce convertisseur 20 est raccordé, par l'intermédiaire d'un élément intermédiaire 30, à une tige de couplage cylindrique droite 51 de diamètre 15mm, réalisé en alliage de titane TA6V d'une longueur correspondant à 6 demi-longueurs d'onde, soit 300 mm.

Cet ensemble comprend en outre un booster 52, de rapport 2,25, qui permet d'obtenir une vibration crête à crête de l'ordre de 2 à 6 microns au niveau de son point de fixation (ventre de vibration) à la sonotrode de pulvérisation 53. La sonotrode de pulvérisation est du type révélé par la figure 9b et vibrant en résonance avec l'ensemble décrit précédemment.

Cet ensemble permet la production de poudre sphérique d'alliage métallique fusible à base d'étain ayant un diamètre moyen de l'ordre de 30 microns sous un débit d'alliage de l'ordre de 100 kg/h. Le dispositif illustré en figure 11 met en oeuvre un élément utilisateur 50 comprenant successivement une tige cylindrique 51 fixée à la face d'extrémité plane 31 de l'élément intermédiaire 30, un booster 52 et une sonotrode de pulvérisation 54 comportant un barreau cylindrique à section circulaire dont la face libre (i.e. la plus éloignée du convertisseur 20) 55 permet la pulvérisation d'un liquide.

Une gaine 62 entoure l'élément utilisateur 50, lequel pénètre dans la gaine en un noeud d'amplitude 511 de la vibration de la tige cylindrique 51. Cette gaine 62 permet l'amenée du liquide à pulvériser sur la sonotrode 54 par l'intermédiaire d'un orifice 63.

En référence à la figure 12, on a illustré un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, permettant de constituer un réacteur ultrasonique tubulaire. Dans ce mode de réalisation, l'élément intermédiaire 30 est en forme d'anneau.

Une pluralité de convertisseurs 20 identiques sont associés à l'anneau par l'intermédiaire de zones de contact 26a situées au ventre central de la face distale 24 de chaque convertisseur 20. Ces convertisseurs 20 sont fixés à l'extérieur de l'anneau et font saillie radialement, de sorte que l'axe de révolution de l'anneau est orthogonal aux axes de révolution des convertisseurs 20. Les convertisseurs 20 sont régulièrement espacés autour de l'anneau, et reliés au même générateur 10, de sorte que tous les convertisseurs vibrent en phase à la fréquence F du générateur. Aux couronnes 31 internes à l'anneau, sont fixés de part et d'autre de l'anneau 30, deux tubes 45 et 46, qui peuvent être, dans une réalisation préférentielle mais non limitative, intégrés, avec l'anneau 30, dans une pièce unique.

Les matériaux et les caractéristiques géométriques de l'anneau 30 et des tubes 45, 46, constituant ensemble l'élément utilisateur 40, sont choisis de sorte que, à la fréquence F, l'anneau vibre en résonance en mode radial et les tubes en mode longitudinal.

Le fonctionnement du dispositif selon l'invention illustré à la figure 12 est alors le suivant. Les convertisseurs 20 vibrent en phase à la fréquence F délivrée par le générateur et mettent en vibration l'anneau 30 en mode radial. Par effet Poisson de l'anneau, les tubes 45 et 46 sont mis en vibration en mode longitudinal. Un liquide qui circule au sein des tubes reçoit alors l'énergie ultrasonique. Enfin, la figure 13 met en oeuvre un réacteur ultrasonique mis en vibration par des convertisseurs électro-acoustique 20 et leurs éléments intermédiaires 30. Le brevet européen EP0567579 révèle un tel réacteur ultrasonique, constitué d'un corps métallique tubulaire 43 et d'un renflement annulaire 42 dans la partie médiane du tube 43, vibrant chacun en résonance à la même fréquence ultrasonique.

La figure 13 selon la présente invention reprend le schéma général révélé par ce document : il comprend un corps métallique tubulaire 43 et le renflement annulaire 42, réalisés en une seule pièce 40. Dans le cas particulier représenté par la figure 13, seuls deux convertisseurs 20 sont représentés, mais une pluralité de convertisseurs également répartis autour du renflement annulaire 42 peut aussi être mise en oeuvre. La liaison entre chaque convertisseur électro-acoustique 20 et son élément intermédiaire 30 associé est disposée, dans le cas de la figure 13, au ventre d'amplitude périphérique 26b, mais pourrait aussi bien se situer au ventre d'amplitude central 26a. Le lecteur appréciera que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite ci-dessus sans sortir matériellement des enseignements du présent document. Par exemple, la face distale 24 du convertisseur électro-acoustique peut comprendre plus de deux ventres de vibration, la zone de contact, dont le rayon (cas d'un disque central) ou la largeur (cas d'une couronne périphérique) a été présenté comme étant de préférence comprise entre 10% et 15% du rayon de la face distale peut plus petite ou plus grande. Enfin, la forme de l'élément intermédiaire 30 peut varier. Par exemple, le cylindre comportant l'évidement tel qu'illustré à la figure 3 peut comporter des encoches au niveau de sa paroi externe.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de production de vibrations acoustiques ultrasoniques longitudinales dans un élément utilisateur (40, 50), comprenant, au moins, un convertisseur électro-acoustique (20), comportant une paire de céramiques piézo-électriques (21), caractérisé en ce que les céramiques piézo-électriques (21) du convertisseur vibrent en mode radial et sa face distale (24) en mode flexion, un élément intermédiaire (30) est placé entre le convertisseur (20) et l'élément utilisateur (40, 50), l'élément intermédiaire est attaché, d'un coté, de façon solidaire à la face distale (24) du convertisseur (20) en une zone de contact (26) localisée autour d'un ventre d'amplitude de vibration de la face distale (24), l'élément intermédiaire (30) est attaché, de l'autre coté, à l'élément utilisateur (40, 50) par sa face d'extrémité plane (31), et tout point de la face d'extrémité (31) est animé d'une vibration homogène selon une direction orthogonale à ladite surface.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur électro-acoustique (20) et l'élément intermédiaire (30) sont en une seule pièce.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément intermédiaire (30), d'une part, et l'élément utilisateur (40) ou une partie de l'ensemble utilisateur (50), d'autre part, sont en une seule pièce.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone de contact (26) est localisée au centre (26a) de la face distale (24) du convertisseur (20).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayon de la zone de contact (26a) est compris entre 10 et 15% du rayon de la face distale (24) du convertisseur (20).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone de contact (26) est localisée à la périphérie (26b) de la face distale (24) du convertisseur (20). 10

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la largeur de la zone de contact (26b) est comprise entre 10 et 15% du rayon de la face distale (24) du convertisseur (20).

8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément 15 intermédiaire (30) comprend un cylindre métallique comportant un évidement, la face du cylindre comportant l'évidement étant destinée à venir en regard du convertisseur électro-acoustique.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce 20 que l'étendue de la zone de contact (26) est telle qu'en chacun de ses points, l'amplitude de la vibration est supérieure à 90% de l'amplitude au ventre autour duquel se situe la zone de contact (26). 25

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de convertisseurs électro-acoustiques (20) associés à l'élément intermédiaire (30), l'élément intermédiaire (30) étant en forme de disque et les convertisseurs (20) étant fixés solidairement de façon 30 régulièrement espacée à la périphérie de celui-ci, les axes des convertisseurs étant orthogonaux à l'axe du disque et la surface d'extrémité 31 étant parallèle au disque.5

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le (ou les) convertisseur(s) (20) est(sont) relié(s) à un générateur (10) de signal électrique alternatif de fréquence ultrasonique F, la fréquence propre de vibration en mode radial des céramiques piézo-électriques (21) du convertisseur et la fréquence propre de l'élément intermédiaire (30) étant accordées à la fréquence ultrasonique F du générateur (10) et la bande passante dudit générateur étant de largeur comprise entre 100 et 300 Hz autour de la fréquence F.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la fréquence ultrasonique F est comprise entre 20 kHz et 400 kHz, préférentiellement 40 kHz et 200 kHz, et encore plus préférentiellement entre 80 kHz et 200 kHz.

13. Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la puissance ultrasonique délivrée par le générateur (10) est comprise entre 50 et 10000 Watt.

14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le (ou les) convertisseur(s) (20) est(sont) disposé(s) dans une chambre étanche (60) dans laquelle circule un gaz ou un liquide de refroidissement.

15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'ensemble utilisateur (50) comprend un transformateur de vitesse (52), et/ou une tige cylindrique (51), et/ou une sonotrode (53).

16. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que l'élément utilisateur (40), ou chaque pièce de l'ensemble 25 30utilisateur (50) prise séparément, présente une fréquence propre accordée à la fréquence ultrasonique F du générateur (10).

17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'ensemble utilisateur (50) comprend au moins une sonotrode (53) constituée d'un barreau axial (57) autour duquel est agencée une couronne radiale (56), disposée autour du barreau (57) orthogonalement à l'axe du barreau, le barreau (57) vibre longitudinalement et la couronne radialement, le rayon extérieur de la couronne (56) étant déterminé pour comprendre un nombre entier de demi-longueurs d'onde en mode radial de vibration de la couronne (56) à la fréquence F. 15

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'un liquide est pulvérisé par la vibration de la surface (55) situé sur le bord extérieur de la couronne (56).

19. Dispositif selon une des revendications 11 à 16, pouvant être 20 utilisé comme unité modulaire de réacteur ultrasonique, dans lequel l'élément intermédiaire (30) en forme de disque est une couronne évidée en son centre, la surface (31) est en deux parties qui se situent respectivement 25 de part et d'autre de l'élément (30) et sont ellesmêmes en forme de couronne intérieure concentrique à l'élément (30), l'élément utilisateur (40) est un tube en deux parties (45) et (46), chacune fixée respectivement à une des deux parties de la surface (31), tube dont les caractéristiques sont choisies pour qu'il 30 entre en résonance en mode de vibration longitudinal, à la fréquence F. 10 510

20. Procédé de production de vibrations acoustiques ultrasoniques longitudinales comprenant les étapes de : conversion d'un signal électrique alternatif en vibrations mécaniques radiales de céramiques piézo-électriques qui sont les constituants d'un transducteur ultrasonique, transformation des vibrations mécaniques radiales des céramiques en vibration de flexion de la face distale du transducteur, utilisation de l'énergie vibratoire de la face distale du transducteur, pour engendrer des vibrations mécaniques longitudinales dans un élément utilisateur par le moyen d'un élément intermédiaire.