DISPOSITIF D'APPLICATION D'UN LIQUIDE A UN OBJET, APPLICATION AU BRASAGE D'UN MATERIAU SOLIDE DANS UN
PORTE-ECHANTILLON.
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif d'application d'un liquide à un objet. Elle s'applique tout particulièrement au brasage d'un matériau solide dans un porte-échantillon.
Etat de la technique antérieure
Dans le domaine de la caractérisation de matériaux pour composants hyperfrequence, on est amené à mesurer avec précision la permittivité diélectrique et la perméabilité magnétique complexes de ces matériaux sur une large gamme de fréquences à l'aide d'un analyseur de réseau.
Les matériaux à mesurer sont solides. Il peuvent être de type minéral, organique, céramique ou composite.
La notice de la Société Hewlett Packard livrée avec l'analyseur de réseau HP 8510 commercialisé par cette Société décrit la façon de pratiquer ce type de mesure dans une ligne coaxiale ou dans un guide rectangulaire .
Un échantillon est mesuré dans un porte- échantillon dont les interfaces sont compatibles avec les adaptateurs coaxiaux pour les mesures dans une ligne coaxiale et les guides d'ondes pour les mesures dans un guide rectangulaire.
Dans tous les cas, il faut que l'échantillon soit parfaitement ajuste aux dimensions du porte-échantillon.
Cette opération est plus facile à réaliser dans un guide rectangulaire que dans un guide coaxial.
La présence du eu nécessaire au montage de l'échantillon induit inéluctablement des erreurs de mesure .
Ces erreurs ont été minimisées grâce au procédé de mesure utilisant un brasage, qui est divulgué par le document suivant :
(1) Demande internationale PCT/FR93/01104 publiée le 26 mai 1994 sous le numéro WO 94/11746 et intitulée "PROCEDE DE MESURE DE PARAMETRES DIELECTRIQUES ET MAGNETIQUES D'UN MATERIAU SOLIDE, UTILISANT UN BRASAGE DE CE MATERIAU SUR UN PORTE-ECHANTILLON, ET DISPOSITIFS DE MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE", invention de Jacques Authesserre, René Carrera, et Jean-Marie Maquin.
Ce document est intégré à la présente description par référence.
Ce procède utilise un connecteur résultant d'une modification du connecteur coaxial qui est commercialisé par la Société AMPHENOL et dont il est question dans le document (1).
On voit sur la figure 1 des dessins annexes
(qui correspond a la figure 1 du document (1)) un échantillon 2 d'un matériau, tel que le titanate de baryum par exemple, dont on veut mesurer la permittivite diélectrique et la perméabilité magnétique .
L'échantillon 2 a une forme annulaire et il est brasé à température ambiante dans un porte- échantillon composé d'un noyau central 4 et d'une bague 6. Ensuite ce porte-échantillon muni de l'échantillon 2 est monté dans le connecteur coaxial mentionné plus haut qui est une adaptation d'un connecteur coaxial connu de type APC7 (marque déposée) , commercialisé par la Société AMPHENOL et décrit dans le document suivant auquel on se reportera :
(2) - Brevet français n° 1 535 389 demandé le 1er septembre 1967, délivré le 24 uin 1968, "Connecteur électrique universel" (Amphenol Corporation) .
L'échantillon 2, de forme annulaire, a des dimensions adaptées à celles de la ligne coaxiale utilisée, à savoir un diamètre extérieur compris entre 6,99mm et 7,00mm et un diamètre intérieur compris entre
3, 04mm et 3, 05mm.
L'épaisseur de cet échantillon est choisie en fonction des propriétés électromagnétiques estimées du matériau étudié. Le noyau central 4 du porte-échantillon a la forme d'un cylindre dont le diamètre est inférieur de 0,1mm au diamètre intérieur de l'échantillon 2 (et vaut ainsi 2,94 + 0,01mm).
La bague 6 du porte-échantillon a un diamètre intérieur qui est supérieur de 0,1mm au diamètre extérieur de l'échantillon et vaut ainsi
7,1 + 0, 01mm.
Le jeu entre l'échantillon et le porte- échantillon ne doit pas être trop élevé : il doit être de l'ordre de quelques centièmes de millimètre au maximum. Le diamètre extérieur de la bague 6 sert au centrage de l'ensemble constitué par le porte- échantillon et l'échantillon 2 brasé dans ce dernier, par rapport à l'axe de la ligne coaxiale.
Ce diamètre extérieur est fixé à 14,85 + 0,01mm pour que la bague 6 puisse s'ajuster dans le manchon fileté du connecteur coaxial utilisé.
En tant que matériau métallique pour réaliser le noyau central 4 et la bague 6, on choisit de préférence le laiton pour les raisons mentionnées dans le document (1) .
La brasure 12 à température ambiante, qui est utilisée, est réalisée à l'aide d'un mélange ternaire d'mdium, de gallium et d'étam dont la composition nominale en poids est la suivante : Indiu : 22%, gallium : 69°0, étain : 9%.
Ce mélange ternaire est obtenu dans un- creuset a environ 130°.
Le mélange obtenu est liquide à la température ambiante (environ 20°C) . II est à noter que, dans l'art antérieur exposé dans le document (1), la mise en oeuvre du brasage nécessite une opération préalable de frottement des surfaces destinées à recevoir la brasure par avec une feuille d'mdium. On indique des a présent que ceci n'est pas nécessaire dans la présente invention.
Exposé de 1 ' invention
La présente invention a pour objet un dispositif d'application de la brasure liquide mentionnée plus haut à l'échantillon 2 ainsi qu'aux deux éléments 4 et 6 du porte-échantillon correspondant avant la mise en place de l'échantillon brasé du porte-echantillon dans le connecteur modifié mentionné plus haut .
Plus généralement, la présente invention concerne un dispositif d'application d'une brasure liquide à au moins un objet.
De manière encore plus générale, la présente invention concerne un dispositif d'application d'un liquide a un objet ayant au moins une paroi latérale.
De façon précise, la présente invention a pour objet un dispositif d'application d'un liquide à au moins un objet ayant au moins une paroi latérale, ce dispositif étant caractérise en ce qu'il comprend : - des moyens de maintien de l'objet,
- des moyens de déplacement de ces moyens de maintien suivant des première et deuxième directions qui sont coplanaires et perpendiculaires l'une a l'autre,
- un réservoir de liquide, - des moyens d'application du liquide a la paroi latérale de l'objet, ces moyens d'application étant rendus solidaires du réservoir et communiquant avec celui-ci, et
- des moyens de déplacement du réservoir, et donc des moyens d'application, suivant une troisième direction qui est perpendiculaire aux première et deuxième
directions, la paroi latérale de l'objet étant parallèle à cette troisième direction.
La présente invention a également pour objet un dispositif d'application d'une brasure liquide à au moins un objet ayant au moins une paroi latérale, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de maintien de l'objet,
- des moyens de déplacement de ces moyens de maintien suivant des première et deuxièmes directions qui sont coplanaires et perpendiculaires l'une à l'autre,
- un réservoir de brasure,
- les moyens d'application de la brasure a la paroi latérale de l'objet, ces moyens d'application étant rendus solidaires du réservoir et communiquant avec celui-ci, et
- des moyens de déplacement du réservoir, et donc des moyens d'application, suivant une troisième direction qui est perpendiculaire aux première et deuxième directions, la paroi latérale de l'objet étant parallèle à cette troisième direction.
Selon un mode de réalisation préféré du dispositif d'application d'une brasure liquide objet de l'invention, les moyens d'application comprennent :
- une aiguille creuse dont le fond est fermé, qui est parallèle à la troisième direction et qui comprend des perçages périphériques s ' étendant parallèlement à cette troisième direction, et
- des moyens de réglage de l'arrivée de la brasure à 1 ' aiguille . Les moyens de réglage peuvent comprendre :
- un tube souple qui relie le réservoir à l'aiguille, et
- des moyens de pincement de ce tube souple.
Les moyens de pincement peuvent comprendre :
- un vérin dont la tige est terminée par une première butée, et
- une deuxième butée qui reste fixe par rapport au vérin, le tube souple étant compris entre les première et deuxième butées.
Le dispositif peut comprendre en outre des moyens de rotation du réservoir et donc des moyens d'application de la brasure.
De préférence, ce dispositif comprend en outre des moyens de pressurisation du réservoir par un gaz ne réagissant pas avec la brasure. De préférence également, ce dispositif comprend en outre des moyens de chauffage du réservoir de brasure.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de maintien de l'objet comprennent un plateau comportant un logement pour chaque objet, un espace étant conçu pour permettre l'introduction des moyens d'application de la brasure dans ce logement.
De préférence, le dispositif comprend en outre des moyens de maintien par aspiration de chaque objet dans le logement correspondant
Brève description des dessins
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnée ci-après, à titre purement indicatif et
nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, déjà décrite, montre schématiquement un porte-échantillon utilisable pour y braser un échantillon à étudier,
- la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de 1 ' invention,
- la figure 3 est une vue schématique d'une partie de ce dispositif, comprenant un réservoir tournant associé à une aiguille creuse pourvue de perçages périphériques,
-la figure 4 est une vue en coupe schématique de cette aiguille, et - la figure 5 est une vue de dessus schématique d'un plateau motorisé faisant partie du dispositif de la figure 2.
Exposé détaillé de modes de réalisation particuliers
Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur les figures 2 à 5, est destiné à l'application d'une brasure liquide aux deux parois latérales de l'échantillon 2 de la figure 1 ainsi qu'à la paroi latérale du noyau 4 du porte-échantillon correspondant et à la paroi latérale interne de la bague 6 de ce porte-échantillon.
Ce dispositif des figures 2 à 5 comprend :
- des moyens 14 aptes à maintenir l'échantillon 2 ainsi que les deux éléments 4 et 6 du porte-échantillon,
- des moyens 16 de déplacement des moyens de maintien 14 suivant deux directions X et Y qui sont coplanaires et perpendiculaires l'une à l'autre,
- un réservoir 18 de brasure,
- des moyens 20 d'application de la brasure aux diverses parois latérales, ces moyens d'application 20 étant rendus solidaires du réservoir et communiquant avec celui-ci, et
- des moyens 22 de déplacement du réservoir 18 et donc des moyens d'application 20 suivant une direction Z qui est perpendiculaire aux directions X et Y.
Les moyens d'application 20 comprennent : - une aiguille creuse 24 dont le fond 26 est fermé et qui comprend des perçages périphériques 28 (quatre dans l'exemple représenté) qui s'étendent sur une certaine longueur de l'aiguille 24, et
- des moyens 30 de réglage de l'arrivée de la brasure à l'aiguille 24.
Ces moyens 30 de réglage comprennent :
- un tube souple 32 qui relie le réservoir 18 à l'aiguille 24, et
- des moyens 34 de pincement de ce tube souple 32. Les moyens 34 de pincement comprennent :
- un vérin 36 dont la tige mobile 38 est terminée par une première butée 40, et
- une deuxième butée 42 qui reste fixe par rapport au vérin 36, ledit tube souple 32 étant compris entre les butées 40 et 42 comme on le voit sur la figure 3.
Le dispositif des figures 2 à 5 comprend aussi des moyens 44 de rotation du réservoir autour d'un axe Ul parallèle à la direction Z (l'aiguille 24 étant donc mobile en rotation autour de cet axe Ul) . Le dispositif des figures 2 à 5 comprend aussi des moyens 46 de pressurisation du réservoir 18
par un gaz ne réagissant pas avec la brasure comme par exemple l'argon.
On voit aussi sur la figure 3 des moyens 48 de chauffage du réservoir et donc de la brasure que celui-ci est destiné à contenir.
Comme on le voit sur les figures 2 et 5, les moyens 14 de maintien de l'objet comprennent un plateau 50 comportant un logement 52 destiné à recevoir l'échantillon 2, un autre logement 54 destiné à recevoir le noyau central 4 et encore un autre logement 56 destiné à recevoir la bague 6.
Comme on le voit sur la figure 5 qui est une vue de dessus du plateau 50, il existe un espace entre la paroi latérale de chacun des logements 52 et 54 et la paroi latérale du composant 2 ou 4 correspondant à ce logement pour l'introduction de l'aiguille 24 dans cet espace afin de déposer la brasure sur la paroi latérale souhaitée.
Dans le cas de chacun des composants 2 et 6, on voit qu'on peut aussi introduire l'aiguille 24 dans le logement correspondant pour déposer la brasure sur la paroi latérale interne du composant considéré.
On voit également sur la figure 2 que des moyens 58 sont prévus dans le plateau 50 pour maintenir par aspiration chaque composant dans le logement correspondant .
On revient maintenant de manière plus détaillée sur les différents éléments du dispositif des figures 2 à 5 et sur leur disposition relative. On voit sur la figure 3 le réservoir étanche 18 destiné à contenir la brasure préalablement élaborée .
Ce réservoir 18 est fermé de façon étanche grâce à un couvercle supérieur 59 muni d'un joint d'étanchéité torique 60.
Ce couvercle 59 est maintenu contre le réservoir 18 grâce à une bride appropriée 62 et d'un écrou 64 prévu pour serrer cette bride.
Les moyens 22 de déplacement suivant la direction Z comprennent une potence 65 à crémaillère qui est parallèle à la direction Z (direction verticale dans l'exemple représenté).
Cette potence 65 est munie d'un bras 66 parallèle à la direction X (ce bras étant horizontal dans l'exemple représenté).
Un moteur non représenté permet le déplacement du bras 66 suivant la direction Z.
Comme on le voit sur la figure 3, ce bras 66 supporte le réservoir 18.
Ce réservoir 18 est monté tournant autour de l'axe Ul sur le bras 66 grâce à un roulement à billes 68.
Le bras 66 porte également les moyens 44 de mise en rotation du réservoir 18 autour de l'axe Ul .
Ces moyens 44 comprennent un moteur 70 apte à entraîner en rotation un pignon 72 autour d'un axe U2 parallèle à la direction Z.
A la base du réservoir 18 est fixée une roue dentée 74 dont l'axe est l'axe Ul .
Cette roue dentée est elle-même animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe Ul grâce au pignon 72 qui la commande par l'intermédiaire d'une courroie crantée 76.
On voit que le pignon 72, la roue dentée 74 et la courroie 76 se trouvent dans un logement 78 du bras 66.
Dans ce logement 78, au-dessous de la roue dentée 74 et donc du réservoir 18, se trouvent les moyens de chauffage 48 comprenant un enroulement chauffant 80 dans lequel on fait passer un courant électrique par des moyens non représentés.
Le bras 66 comprend également, au-dessous du logement 78, le vérin 36 dont la tige 38 est perpendiculaire à la direction Z et donc à l'axe Ul comme on le voit sur la figure 3.
La butée 42 est fixée au bras 66.
Une extrémité du tube souple 32 est enfilée sur une partie inférieure du réservoir 18 comme on le voit sur la figure 3.
La partie supérieure de l'aiguille 24 est enfilée dans l'autre extrémité du tube souple 32.
Des moyens non représentés permettent de commander les déplacements de la tige 38 du vérin et donc ceux de la butée mobile 40.
On est ainsi capable de régler le débit d'alimentation de l'aiguille 24.
En effet, lorsque la tige 38 et donc la butée 40 sont en position rétractée, le tube souple est libre (non pincé) et donc l'aiguille a une position parallèle à l'axe Z, la brasure étant ainsi capable de s'écouler à travers les perçages périphériques 28 de l'aiguille 24. Au contraire, en avançant la tige 38 et donc la butée 40 d'une distance choisie, on est capable de comprimer plus ou moins le tube souple 32 entre les butées 40 et 42 et donc de régler le débit de brasure
liquide et l'on est même capable de pincer suffisamment le tube souple 32 pour arrêter l'écoulement de brasure liquide en provenance du réservoir 18.
Des moyens de commande non représentés permettent la mise en rotation du moteur 70 et donc celle du réservoir 18 et de l'aiguille 24 autour de l'axe Ul.
Les moyens 46 de pressurisation du réservoir 18 comprennent une arrivée d'argon 82 reliée à un réservoir d'argon non représenté.
Cette arrivée d'argon 82 permet l'introduction d'argon sous pression dans le réservoir 18.
On voit également sur la figure 3 un raccord 84 qui communique de façon étanche avec l'intérieur du réservoir 18 et qui est destiné à être raccordé à des moyens de contrôle de pression non représentés qui permettent de contrôler la pression dans le réservoir 18. L'argon, en légère surpression (par exemple de l'ordre de 10 Pa) dans le réservoir 18, permet d'éviter l'oxydation des constituants de la brasure liquide, oxydation qui risquerait d'altérer la composition initiale de cette brasure. Les résistances chauffantes 80 permettent de maintenir le réservoir et donc la brasure que celui-ci contient à une température constante par exemple de l'ordre de 20°C à 22°C.
Le plateau 50, qui est parallèle aux directions X et Y (ce plateau étant horizontal dans l'exemple représenté), est monté sur des moyens classiques 16 permettant le déplacement de ce plateau suivant les directions X et Y.
Ces moyens de déplacement classiques 16 comprennent un moteur pas à pas à commande numérique (non représenté) dont les déplacements s'effectuent sur des glissières à billes par vis à billes. Ces moyens 16 de déplacement du plateau 50 sont montés sur le socle 86 de la potence 65.
Des moyens de commande non représentés, comprenant un ordinateur, sont prévus pour commander les déplacements du bras 66 de la potence suivant la direction Z et les déplacements du plateau 50 suivant les directions X et Y.
Les déplacements du plateau 50 suivant ces directions X et Y permettent à celui-ci de décrire des mouvements adaptés à la forme des surfaces latérales à braser, par exemple des mouvements circulaires pour l'échantillon 2, le noyau 4 et la bague 6.
On peut aussi obtenir des mouvements rectangulaires pour des échantillons de forme rectangulaire (par exemple des échantillons à mesurer en bande X) .
La potence motorisée (commandée par l'ordinateur) permet le déplacement vertical de l'aiguille 24 suivant un mouvement adapté à l'épaisseur de l'échantillon 2. La ou les parois latérales de chacun des composants 2, 4 et 6 sont parallèles à la direction Z.
La face supérieure de chacun des composants 2, 4 et 6 maintenus dans leurs logements affleure à la surface du plateau 50. Comme on le voit sur la figure 2, le fond de l'aiguille ne touche pas le fond du logement dans lequel cette aiguille est introduite pour déposer la
brasure contre la paroi latérale souhaitée du composant qui se trouve dans ce logement.
De plus, lorsque l'aiguille 24 est positionnée pour l'application de la brasure, les perçages périphériques 28 de l'aiguille dépassent à peine la surface supérieure du plateau 50.
Etant donné que les déplacements du plateau 50 suivant les directions X et Y et que les déplacements du bras 66 de la potence 64 suivant la direction Z sont programmables, on peut positionner à la fois sur le plateau 50, l'échantillon 2, le noyau 4 et la bague 6 pour leur appliquer successivement la brasure .
On précise que les coordonnées relatives aux logements 52, 54 et 56 sont déterminées avec précision pour la programmation de l'ordinateur.
On explique ci-après la mise en oeuvre du dispositif des figures 2 à 5.
Après avoir nettoyé le porte-échantillon (noyau 4 et bague 6) et l'échantillon 2 avec de l'éthanol, on les dispose dans les logements prévus à cet effet dans le plateau 50 où ils sont maintenus par aspiration .
Après s'être assuré que la brasure s'écoule à travers l'aiguille 24 avec le débit souhaité, on met en rotation l'ensemble réservoir 18-aiguille 24, et l'on règle convenablement la hauteur du bras 66 de la potence 64 de manière que l'aiguille vienne en appui sur la face ou paroi latérale sur laquelle on veut déposer la brasure.
On commande alors les déplacements du plateau 50 suivant les directions X et Y de manière
appropriée (programmée) ainsi que l'ouverture du tube souple 32 pour l'application de la brasure.
Il convient de s'assurer d'une bonne régularité du dépôt de brasure sur la face latérale considérée.
En fin de déplacement, lorsque la brasure a été appliquée, on commande l'écrasement du tube souple 32 grâce au vérin 36 pour cesser l'écoulement de brasure . On commande le déplacement du bras 66 pour remonter l'aiguille 24.
On répète bien entendu ces opérations pour chaque face latérale à braser.
Lorsque la brasure a été déposée sur toutes les faces latérales, on assemble manuellement l'échantillon 2 dans son porte-échantillon à une température de l'ordre de 20°C ou supérieure à 20°C.
On enlève si nécessaire l'excédent de brasure avec de l'éthanol avant la mise en place de l'échantillon et du porte-échantillon dans le connecteur .
Le dispositif objet de l'invention permet de mieux maîtriser l'opération de brasage que le procédé divulgué par le document (1) et d'assurer une parfaite reproductibilité de ce brasage.
La mise en oeuvre de la brasure est facilitée par la présente invention.
En effet, avec l'invention, on peut supprimer l'opération préalable de dépôt d'indium sur les faces latérales à braser.
De plus, la conservation de la brasure sous atmosphère d'argon permet de garantir la composition de cette brasure dans le temps.
Le dispositif objet de l'invention est adaptable à toutes les formes d'échantillons que l'on peut avoir besoin d'utiliser (par exemple une forme cylindrique ou une forme rectangulaire) . A titre d'exemple, le dispositif objet de l'invention peut servir à appliquer une brasure liquide à l'échantillon 46 et au porte-échantillon correspondant 40 qui sont mentionnés dans le document (1) et représentés sur les figures 3 et 4 de ce document (1) .
La présente invention n'est pas limitée à l'application d'une brasure liquide à des faces latérales d'objets comme ceux qui sont représentés sur la figure 1. L'invention s'applique aussi au dépôt d'un liquide sur une face latérale d'un objet par exemple au dépôt de liquides utilisables pour faire des collages de pièces ou d'échantillons.