FR2759623A1 - Procede de thermoformage de pots en matiere plastique, pioncon mis en oeuvre dans ce procede et pot obtenu par ce procede - Google Patents

Abstract

Procédé dans lequel une feuille de matière plastique préchauffée est étirée par un poinçon en appui sur la feuille de matière plastique par une pluralité de moyens d'appui de surface réduite, puis refroidie et retirée du moule après retrait du poinçon.La course du poinçon est inférieure à la profondeur du moule et, après l'arrivée du poinçon en fin de course, sans contact avec le fond du moule, on procède à un soufflage d'air sous pression en direction de la portion de matière comprise entre les moyens d'appui du poinçon.

Description

PROCEDE DE THERMOFORMAGE nii POTS EN MATIERE PLASTIQUE,
POINÇON MIS EN OEUVRE DANS CE PROCEDE ET POT OBTENU PAR CE
PROCEDE.

La présente invention concerne la fabrication de pots en matière plastique destinés à contenir des produits liquides ou pâteux tels que des denrées comestibles, produits laitiers, jus de fruits, etc... ou des denrées non comestibles, par exemple des produits d'entretien, shampoing, lessives, etc...

Ces pots en matière plastique sont usuellement fabriqués par thermoformage en déformant à l'aide d'un poinçon une feuille de matière plastique chauffée et pincée entre un contre-moule et un moule dans lequel est formée une empreinte en creux correspondant à la forme du pot qui doit être fabriqué.

Le poinçon descend jusqu'au fond du moule en emmenant et en étirant la matière plastique de manière à lui faire prendre la forme de l'empreinte.

Le problème principal qui se pose lors de la formation par thermoformage d'un pot est celui de la non uniformité de l'épaisseur des parois due au fait que la matière n'est pas uniformément étirée.

En effet, dès que la matière plastique est en contact avec une partie du poinçon, elle est refroidie et ne peut plus être étirée dans de bonnes conditions.

C'est pour résoudre ce problème que de très nombreux dispositifs ont été proposés.

Les premiers poinçons, de forme et de dimensions telles qu'ils remplissent quasi-totalement l'empreinte du moule, sont très complexes à mettre en oeuvre car la portion de matière qu'ils contactent au début de leur descente n'est pratiquement pas étirée, alors que la portion de matière plastique comprise entre les moyens d'appui du poinçon et le rebord supérieur pincé entre le moule et le contre-moule est très étirée. Les pots ainsi obtenus ont une paroi périphérique très mince et donc très peu résistante.

Bien que ces poinçons sont conçus de manière à favoriser le glissement de la matière le long de la périphérie de leur face d'extrémité, on constate que la matière reste devant la face d'extrémité dudit poinçon et ne se déplace pas vers l'extérieur pour contribuer à la formation des parois périphériques du pot. I1 est alors impossible de contrôler la quantité de matière emmenée à l'avant du poinçon, celle-ci étant de plus variable en fonction de la température de la matière plastique.

De manière à améliorer la mise en forme du pot, il a également été proposé des poinçons dont la paroi périphérique est telle qu'elle ne touche pas la matière au cours de la descente (voir par exemple le poinçon à parois verticales évidées décrit dans le brevet FR 73 03314). A la fin de la descente du poinçon, lorsque celui-ci a atteint le fond de l'empreinte, on souffle de l'air comprimé à la périphérie du poinçon, entre celui-ci et la matière plastique, de manière à plaquer la matière contre les parois de l'empreinte. Bien que présentant une paroi périphérique d'épaisseur plus uniforme que les précédents du fait que la matière n'est pas figée au contact de la paroi périphérique du poinçon, les pots obtenus avec ces poinçons ne sont pas assez résistants.

Deux solutions sont classiquement utilisées pour améliorer la résistance de la paroi périphérique des pots soit on utilise une feuille de matière plastique d'épaisseur plus importante, soit on profite de la résistance de l'étiquette qu'il est prévu de disposer autour du pot au cours d'une opération de banderolage.

Ces solutions entraînent une augmentation notable du coût de fabrication des pots.

L'observation des pots obtenus par thermoformage a permis de constater que, au cours de la descente du poinçon, la matière plastique plaquée contre la face d'extrémité de celui-ci ne glisse pas le long de la surface du poinçon et ne s'étire pas : elle est poussée vers le fond de 'empreinte sans être déformée. Seule la matière plastique disposée entre le bord du poinçon et le bord supérieur de l'empreinte est étirée.

On a alors tenté d'augmenter la température à laquelle la feuille de matière plastique est chauffée avant son formage afin que la matière en contact avec la face d'extrémité du poinçon garde malgré son refroidissement une température telle qu'elle puisse subir un certain étirage au cours du soufflage.

I1 est toutefois impossible d'augmenter la température de formage à un niveau assez haut pour permettre de conserver à la matière plaquée contre le poinçon une température suffisante pour autoriser un étirage de grande ampleur et l'on obtient toujours un pot dont la partie centrale du fond du pot reste d'épaisseur beaucoup plus importante que le reste du pot.

Cette augmentation de la température de formage ne permet qu'unie très faible réduction de l'épaisseur du fond du pot et est par ailleurs néfaste en ce qui concerne la qualité des parois périphériques du pot. On constate même que la quantité de matière entraînée devant le poinçon augmente lorsque l'on augmente la température de chauffage et qu'il se produit alors des ruptures de continuité dans la matière destinée à former les parois périphériques.

En effet, la matière est ramollie lors d'un chauffage trop important ce qui ne permet pas un étirage régulier de la matière comprise entre le bord externe du poinçon et le bord supérieur de ltempreinte.

Le brevet FR 73 03314 précité propose d'améliorer l'opération de thermoformage des pots en prévoyant un doigt disposé axialement dans le poinçon qui est déplacé vers l'avant du poinçon. Ce doigt est destiné à éviter le placage de la matière contre la face d'extrémité du poinçon et à garder à la matière sa capacité d'étirage. Lorsque le doigt entre en contact avec le fond de l'empreinte, le poinçon continue sa course jusqu'à être lui aussi en contact avec le fond tandis que le doigt est rétracté.

Cependant, au cours de cette rétraction du doigt mobile, la matière tend à reprendre sa forme initiale ce qui annule pratiquement l'étirage réalisé par le doigt mobile. De plus, ce type de poinçon ne résout pas totalement le problème de la non-uniformité d'épaisseur des parois du pot car la matière glisse très peu sur la périphérie de la face d'extrémité du poinçon, l'étirage provoqué par le doigt rétractable n1 apporte donc que très peu d'amélioration.

D'autres dispositifs ont par ailleurs été proposés pour tenter d'améliorer la qualité des pots obtenus par thermoformage.

Le brevet FR 74 38821, par exemple, propose de conformer le poinçon de telle sorte qu'il soit expansible radialement. Le poinçon est constitué d'un grand nombre de lames articulées disposées autour d'un point central de manière à former une sorte d'entonnoir. Lorsque le poinçon est descendu dans l'empreinte en entraînant devant lui la feuille de matière plastique, les lames pivotent de manière à augmenter le rayon du cercle formé par leurs extrémités libres, jusqu'à être en contact avec le pourtour du fond de l'empreinte. Ce faisant, les lames étirent la matière initialement poussée par le poinçon.

Ce dispositif permet effectivement de mieux étirer la matière plastique et d'obtenir sa meilleure répartition contre les parois de l'empreinte. Il présente toutefois l'inconvénient d'être très fragile et de ne pas permettre des cadences élevées de travail en raison du nombre de pièces mobiles qu'il comporte. I1 est de plus onéreux à fabriquer.

D'autres dispositifs ont été proposés, tels que ceux décrits dans le brevet FR 94 11581 dans lesquels l'extrémité avant du poinçon est conformée de manière à limiter les zones de contact du poinçon sur la feuille de matière plastique à des lignes ou à des points tandis que le diamètre du poinçon est inférieur à celui de la matrice de sorte que le poinçon n'est en contact avec la matière qu'au niveau des points définissant la couronne inférieure du poinçon.

De ce fait la matière n'est refroidie que sur ces points de contact de surface extrêmement réduite ce qui permet de réduire la température de chauffage de la feuille de matière plastique et d'obtenir un étirage plus régulier de la matière comprise entre le poinçon et le bord supérieur de l'empreinte, et donc des pots dont les parois sont moins fragiles.

Cependant, bien que l'on ait prévu de recouvrir les extrémités du poinçon en contact avec la matière d'un revêtement destiné à permettre le glissement de la matière, on a constaté, en réalité, que ce glissement est presque inexistant. L'épaisseur de la portion de matière définie par les extrémités du poinçon en contact avec la matière ne varie donc pratiquement pas. De ce fait, même avec ce poinçon on obtient des pots pour lesquels la capacité théorique d'étirage de la matière n'est pas mise en oeuvre, seule la matière comprise entre l'extrémité du poinçon et le bord externe de l'empreinte étant en fait étirée.

Avec les procédés connus, on n' utilise donc qu'une faible partie de la capacité d'étirage de la matière entraînée par le poinçon, une partie significative de celle-ci (la portion disposée à l'avant de la face d'extrémité du poinçon et comprise entre les moyens d'appui de celui-ci) n'étant pratiquement pas étirée.

La présente invention a pour but de procurer un procédé de thermoformage qui permette d'utiliser au maximum la capacité d'étirage de la surface de matière sur laquelle agit le poinçon et d'obtenir un récipient dont l'épaisseur soit sensiblement uniforme sur toute sa surface (parois périphériques et fond).

Ce procédé est de plus adapté à être mis en oeuvre à des cadences élevées dans les machines usuellement appelées "form-fill-seal" dans lesquelles les pots sont formés à partir d'une feuille de matière plastique, remplis et fermés à la cadence de 30 pots par minute et par empreinte de thermoformage.

A cet effet, le procédé selon l'invention dii type dans lequel une feuille de matière plastique préchauffée est pincée entre un moule et un contre-moule puis étirée par un poinçon en appui sur la feuille de matière plastique par une pluralité de moyens d'appui de surface réduite, puis refroidie et retirée du moule après retrait du poinçon est caractérisé en ce que la course du poinçon est inférieure à la profondeur du moule et en ce que, après l'arrivée du poinçon en fin de course, sans contact avec le fond du moule, on procède à un soufflage d'air sous pression en direction de la portion de matière définie par les moyens d'appui du poinçon.

Le procédé selon l'invention est encore remarquable en ce que
- la matière plastique formant la portion de matière comprise entre les moyens d'appui du poinçon constitue le fond du pot et la partie inférieure des parois périphériques du pot jusqu'à un plan disposé à une distance du fond de l'empreinte sensiblement égale à la hauteur du point le plus bas atteint par le poinçon au cours de son déplacement, tandis que la matière plastique constituant la couronne disposée entre les moyens d'appui du poinçon et la paroi périphérique de l'empreinte forme quant à elle la paroi périphérique du pot située entre ledit plan et le haut du pot,
- lorsque le poinçon mis en oeuvre comporte un doigt mobile qui est disposé à l'avant du poinçon pour étirer la matière plastique constituant la portion définie par les moyens d'appui, puis est rétracté avant qu'il ne touche le fond de l'empreinte, le procédé est tel que le soufflage d'air sous pression en direction dc la matière comprise entre les moyens d'appui et détendue par le doigt mobile, est commandé au moment où le doigt mobile est rétracté,
- lorsque le poinçon mis en oeuvre comporte un doigt mobile qui, en s'étendant vers l'avant dii poinçon au cours de sa course de descente dans l'empreinte, permet d'étirer la matière plastique constituant la portion de matière comprise entre les moyens d'appui, le procédé est tel que:
- pendant la course du poinçon vers le fond de l'empreinte, le doigt mobile est déplacé vers l'avant par rapport au corps de poinçon puis rétracté avant que ledit doigt ne touche le fond de l'empreinte,
- le soufflage d'air sous pression en direction de la portion de matière définie par les moyens d'appui et détendue par le doigt mobile, est commandé au moment où le sens de déplacement du doigt mobile est inversé,
- le corps du poinçon poursuit sa course en direction du fond de l'empreinte après la commande du soufflage de manière à poursuivre l'accompagnement de la matière vers le fond de l'empreinte au cours du soufflage,
- l'air sous pression est soufflé dans un canal d'injection d'air débouchant dans la face d'extrémité du poinçon,
- le canal d'injection d'air est un canal unique situé au centre du poinçon,
- le canal d'injection d'air est constitué par plusieurs canaux débouchant en différents points de la face d'extrémité du poinçon.

L'invention propose également un poinçon pour la mise en oeuvre du procédé de thermoformage de pots par étirage et soufflage d'une feuille de matière plastique, pincée entre un moule et un contre-moule, entraînée par les moyens d'appui dudit poinçon lors de sa course en direction du fond du moule, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser un étirage de la portion de matière comprise à l'intérieur des moyens d'appui du poinçon, tels que ladite portion de matière forme non seulement le fond mais aussi la partie inférieure des parois du pot.

Le poinçon selon l'invention est encore remarquable en ce que
- ses paramètres constructifs sont en combinaison le coefficient d'étirage de la matière plastique utilisée, la profondeur du pot à fabriquer, un contact par surface réduite des moyens d'appui du poinçon sur la matière et un soufflage en direction de la portion de matière définie par lesdits moyens d'appui,
- il est constitué d'une queue et d'un disque portant des doigts à extrémités arrondies qui sont répartis sur la circonférence du disque, et comporte un canal d'injection d'air s'étendant axialement dans la queue et débouchant dans le disque,
- il comporte une jupe périphérique dont l'extrémité avant est découpée de manière à former des parties en retrait qui ne touchent pas la feuille de matière plastique et des parties constituant les moyens d'appui de surface réduite, et un canal d'injection d'air s'étendant axialement dans la queue et débouchant à l'intérieur de la jupe périphérique,
- il comporte un noyau rapporté sur une tige et qui porte des ailettes, maintenues en place par une bague vissée sur ce noyau et réparties sur sa périphérie, dont les extrémités libres dépassent à l'avant dii noyau de manière à former les moyens d'appui à surface réduite, ladite bague étant traversée par des canaux verticaux disposés entre les ailettes et destinés à assurer une circulation d'air sous pression en direction de l'extrémité avant du poinçon,
- le noyau porte plusieurs couronnes de pointes disposées de plus en plus loin de la face d'extrémité dudit noyau et réparties sur des cercles de rayons différents, le rayon diminuant à mesure que l'on s'écarte du noyau,
- il comporte un doigt mobile porté par une tige montée coulissante dans un alésage du noyau, ledit doigt mobile étant positionné au centre de la face d'extrémité du poinçon et mobile en translation par rapport au noyau,
- le doigt mobile est monté sur le poinçon de manière telle que dans sa position de repos, son extrémité soit dans le même plan que les extrémités des moyens d'appui de manière à entrer en contact avec la feuille de matière plastique au même moment que lesdits moyens d'appui,
- le doigt est monté sur le poinçon de manière à dépasser à l'avant des pointes d'extrémité des ailettes,
- le doigt mobile comporte des ailettes ou des pointes réparties sur un cercle de faible diamètre,
- sa surface externe porte un bourrelet destiné à venir en contact avec la matière étirée entre les moyens d'appui du poinçon et le bord supérieur de l'empreinte afin de participer à l'étirage de cette matière,
- il porte des bourrelets répartis sur sa paroi, lesdits bourrelets ayant des encombrements différents allant en croissant du bourrelet situé le plus près de ai lettes vers le bourrelet situé le plus loin desdites ailettes.

L'invention concerne encore un pot obtenu par la mise en oeuvre du procédé et du poinçon selon l'invention, caractérisé en ce qu'il présente des zones d'épaisseur un peu supérieure à l'épaisseur du reste de la paroi périphérique au niveau d'un plan disposé à distance du fond du pot, lesdites zones étant constituées par la matière refroidie au contact des moyens d'appui du poinçon.

La paroi périphérique présente au moins un anneau de matière un peu plus épaisse.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels
- les figures la à îc montrent schématiquement les étapes du procédé selon l'invention dans une première forme de mise en oeuvre,
- les figures 2 et 3 montrent deux formes de réalisation de la face d'extrémité du poinçon utilisé dans le procédé suivant l'invention,
- les figures 4a à 4f montrent schématiquement les étapes du procédé selon l'invention lorsqu'il est mis en oeuvre avec un poinçon à doigt mobile,
- la figure 5 est une vue en coupe d'une première forme de réalisation d'un poinçon à doigt mobile pouvant être mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention,
- la figure 6 est une vue schématique d'un poinçon à doigt mobile suivant une seconde forme de réalisation.

Sur la figure 1 sont représentés schématiquement le moule 1 comportant une empreinte 10, le contre-moule 2 et le poinçon 3 mis en oeuvre pour la réalisation d'un pot à partir de la feuille de matière plastique 12 préalablement chauffée et pincée entre lesdits moule et contre-moule.

Dans ces schémas, on n'a représenté que l'encombrement général du poinçon et non les détails de sa constitution. C'est ainsi que l'on ne voit pas les moyens d'appui de surface réduite par lesquels il entre en contact avec la feuille de matière plastique, mais uniquement l'encombrement qu'ils occupent.

Les flèches P et A représentent respectivement le sens de déplacement du poinçon et l'injection d'air sous pression.

Lors de la première étape d'étirage, le poinçon 3 est déplacé en direction du fond de l'empreinte 10, au cours de cette étape, le poinçon 3 arrive au contact de la feuille de matière plastique 12 par l'extrémité de ses moyens d'appui, puis pousse cette feuille.

Suivant l'invention, la course du poinçon 3 est inférieure à la profondeur de l'empreinte 10 du moule, ce déplacement est ainsi arrêté avant que le poinçon ne touche le fond de l'empreinte 10.

Lorsque ledit poinçon est ainsi situé à une hauteur
H au-dessus dudit fond de l'empreinte, l'on exécute la seconde étape du procédé suivant l'invention, représentée à la figure lb, consistant en un soufflage d'air sous pression en direction de la matière comprise entre les moyens d'appui du poinçon.

Dans l'exemple schématisé au dessin, le soufflage est réalisé à travers le canal 30 du poinçon.

Le canal 30 d'injection d'air débouche dans la face d'extrémité du poinçon de manière à agir en direction de la portion de matière comprise entre les moyens d'appui du poinçon. Dans la suite de la présente description, cette portion de matière pourra être appelée disque 121 bien que les moyens d'appui du poinçon disposés à l'avant dudit poinçon puissent ne pas être disposés selon une circonférence mais suivant tout autre contour. Dans l'exemple représenté au dessin, l'air est injecté par un canal 30 unique situé au centre du poinçon, ce canal peut en variante être remplacé par plusieurs canaux débouchant en différents points de la face d'extrémité du poinçon.

L'injection d'air sous pression permet, de manière connue en soi, de terminer l'étirage de la matière plastique et de la plaquer contre les parois de l'empreinte.

L'injection ayant lieu, selon l'invention, en direction de la matière disposée à l'avant du poinçon, celle-ci est la première concernée par le soufflage ce qui permet d'obtenir un étirage de celle-ci.

Cette disposition permet également d'étirer la matière plastique de manière uniforme à partir d'un point central.

Suivant une variante non représentée au dessin, le soufflage peut être réalisé sur la périphérie du poinçon, à l'extérieur des moyens d'appui de celui-ci, il agit alors sur le bord de la matière entraînée à l'avant des moyens d'appui. L'air est envoyé parallèlement à l'axe du poinçon.

On constate que la matière plastique formant le disque 121. de matière défini par les moyens d'appui du poinçon forme le fond du pot et la partie inférieure des parois périphériques du pot jusqu'à un plan P disposé à une distance du fond de l'empreinte sensiblement égale à la hauteur H du point le plus bas atteint par le poinçon au cours de son déplacement.

Ceci peut être constaté sur un pot obtenu selon l'invention par le fait qu'il présente, au niveau du plan
P, des zones d'épaisseur un peu supérieure à l'épaisseur du reste de la paroi périphérique constituées par la matière refroidie au contact des moyens d'appui du poinçon.

La matière plastique constituant la portion de matière disposée entre les moyens d'appui du poinçon et la paroi périphérique de l'empreinte, que nous appelerons ici la couronne 120, forme quant à elle la paroi périphérique du pot située entre le plan P et le haut du pot.

Le procédé de thermoformage selon l'invention permet d'obtenir un étirage de toute la matière plastique entraînée par le poinçon : tant celle du disque 121 que celle de la couronne 120.

L'épaisseur des parois des pots obtenus suivant le procédé de l'invention est sensiblement constante ce qui confère auxdits pots une bonne résistance mécanique.

Par ailleurs, la matière du disque 121 étant autant étirée que la matière de la couronne 120, il est possible d'une part de réduire la quantité de matière utilisée pour la fabrication de chaque pot et d'autre part d'adapter la dimension du disque 121, et en conséquence le diamètre d du poinçon, ou plus exactement de la couronne formée par les moyens d'appui, en fonction des dimensions du pot à obtenir.

En effet, à partir des dimensions (hauteur, diamètre, épaisseur de la paroi) du récipient que l'on veut former et de la capacité d'étirage de la matière plastique utilisée, on peut déterminer la quantité de matière nécessaire autour du poinçon (couronne 120) pour constituer les parois périphériques et la quantité de matière (disque 121) nécessaire pour constituer le fond et le bord inférieur des parois périphériques.

Ceci permet de réduire très sensiblement l'épaisseur des feuilles de matière plastique mises en oeuvre de même que l'encombrement (diamètre pour un poinçon cylindrique) du poinçon par rapport aux poinçons connus.

Comme visible au dessin, le diamètre d du poinçon peut alors être très largement inférieur au diamètre D du pot à réaliser.

A l'heure actuelle, les pots usuellement utilisés pour le conditionnement de laitages ont une hauteur d'environ 65 mm et un diamètre d'environ 55 mm.

Ces pots sont actuellement formés à partir de feuilles de matière plastique de 90/100ème de millimètre d'épaisseur.

Grâce au procédé selon l'invention, ces pots peuvent être formés avec des feuilles de 70/100ème d'épaisseur en mettant en oeuvre un poinçon dont les moyens d'appui sont disposés sur un cercle de 38 millimètres de diamètre dont la course de descente s'arrête .\ 8 millimètres du fond de l'empreinte.

Le poinçon permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention est ainsi un poinçon comportant des moyens pour réaliser un étirage de la portion de matière comprise à l'intérieur des moyens d'appui du poinçon, tels que ladite portion de matière forme non seulement le fond mais aussi la partie inférieure des parois du pot.

Les paramètres constructifs d'un tel poinçon sont en combinaison : le coefficient d'étirage de la matière plastique utilisée, la profondeur du pot à fabriquer, un contact par surface réduite des moyens d'appui du poinçon sur la matière et un soufflage en direction de la portion de matière définie par lesdits moyens d'appui.

A titre d'exemples non limitatifs, les figures 2 et 3 représentent deux formes de réalisation du poinçon. Ces poinçons sont semblables à ceux décrits dans le
FR 94 11581.

Ils diffèrent toutefois des poinçons décrits dans le document précité en ce qu'ils comportent pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention un canal 30 d'injection d'air débouchant dans leur face d'extrémité et en ce que leur dimension est adaptée aux dimensions du pot à former.

Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2, le poinçon est constitué d'une queue 31 et d'un disque 32 portant des doigts 33 à extrémités arrondies.

Les doigts 33 sont répartis sur la circonférence du disque 32 et constituent les moyens d'appui à surface réduite.

Le canal 30 d'injection d'air s'étend axialement dans la queue 31 du poinçon et débouche dans le disque 32 de manière à agir sur la matière plastique repoussée à l'avant du poinçon lors de sa descente dans l'empreinte 10 du moule.

Le poinçon représenté à la figure 3 comporte une jupe périphérique 34 dont l'extrémité avant est découpée de manière à former des parties 36 en retrait qui ne touchent pas la feuille de matière plastique et des parties 35 constituant les moyens d'appui de surface réduite. La découpe de la jupe périphérique 34 peut bien entendu être réalisée suivant des ondulations comme représenté au dessin, ou suivant toute autre forme telle que des pointes.

Le canal 30 d'injection d'air s'étend axialement dans la queue 31 et débouche à l'intérieur de la jupe périphérique 34.

Suivant une variante particulièrement intéressante, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre avec un poinçon comportant un doigt mobile qui, en s'étendant vers l'avant du poinçon, permet d'améliorer encore l'étirage de la matière plastique constituant le disque 121 défini par les moyens d'appui.

Un tel poinçon 4 à moyens d'appui 43 de surface réduite et doigt mobile 41 est schématisé aux figures 4a à 4f qui montrent les différentes étapes du procédé de thermoformage. Sur ces schémas, les flèches P1 et P2 représentent respectivement les déplacements des moyens d'appui 43 et du doigt mobile 41.

Dans sa position de repos l'extrémité 42 du doigt mobile 41 est, dans l'exemple représenté au dessin, dans le même plan que les extrémités des moyens d'appui 43 de manière à entrer en contact avec la feuille de matière plastique au même moment que lesdits moyens d'appui 43.

Suivant une variante non représentée, ledit doigt peut avoir son extrémité 42 disposée à l'avant des moyens d'appui 43 du poinçon de manière à entrer en contact avec la matière plastique avant lesdits moyens 43 et à assurer ainsi un premier étirage du disque 121 de matière défini par lesdits moyens d'appui.

Lorsque le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre avec un poinçon à doigt mobile comme représenté à la figure 4, le poinçon 4 débute sa course en direction du fond de l'empreinte 10 jusqu'à être au contact de la feuille de matière plastique 12 (figure 4a). Dans cette première étape, le doigt mobile 41 n'est pas déplacé par rapport au corps du poinçon portant les moyens d'appui 43.

Comme visible aux figures 4b et 4c, le poinçon 4 poursuit sa course vers le fond de l'empreinte tandis que le doigt mobile 42 est déplacé vers l'avant par rapport au corps de poinçon.

Ce déplacement vers l'avant du doigt mobile 42 permet d'étirer le disque 121 de matière entraîné à l'avant du poinçon 4 par les moyens d'appui de surface réduite 43 en le transformant en un cône 123.

Lorsque l'extrémité du doigt mobile 42, dans sa position la plus éloignée des moyens d'appui 43, est parvenue près du fond de l'empreinte (figure 4d), mais avant qu'elle ne touche ledit fond de l'empreinte, le sens de déplacement P2 du doigt mobile est inversé afin qu'il revienne vers sa position initiale de repos à l'intérieur du corps du poinçon 4.

Suivant le procédé de l'invention, le soufflage d'air sous pression A en direction de la matière définie par les moyens d'appui 43 et détendue en cône 123 par le doigt mobile 42, est commandé au moment où le sens de déplacement du doigt mobile est inversé.

Le fait d'injecter l'air à cet instant précis permet d'agir sur la matière détendue du cône 123 avant qu'elle ne se rétracte, on profite ainsi du fait que la matière a étd détendue par le doigt pour l'étirer plus facilement en vue de son placage contre le fond de l'empreinte.

L'air injecté, repoussant la matière en direction du fond de l'empreinte au moment de l'inversion du sens de déplacement du doigt mobile, permet d'éviter qu'elle soit entraînée par le doigt mobile au moment de son retrait.

Comme représenté à la figure 4e, le corps du poinçon 4 poursuit sa course en direction dii fond de l'empreinte jusqu'à parvenir à la distance H au-dessus dudit fond. Cette étape permet de poursuivre l'accompagnement de la m

Le poinçon ainsi parvenu en fin de course est alors rappelé dans sa position initiale (figure 4f).

En résumé, le procédé suivant l'invention consiste à commander le doigt mobile de manière telle qu'il effectue une course aller-retour vers l'avant des moyens d'appui au cours de la course du poinçon, l'injection d'air étant commandée au moment de l'inversion de la course du doigt mobile, les courses du doigt mobile et des moyens d'appui étant arrêtées à distance du fond de l'empreinte.

Suivant une variante de mise en oeuvre, le doigt mobile 41 est disposé dans sa position pour laquelle il est en bout de course de sortie à l'avant du poinçon avant que le poinçon soit amené dans l'empreinte. La matière est alors étirée à l'avant des moyens d'appui du poinçon avant que ceux-ci n' entrent en contact avec la feuille de matière plastique.

Le poinçon est descendu dans l'empreinte et le doigt mobile est (comme précédemment) rétracté avant qu'il ne touche le fond de l'empreinte tandis que le soufflage de l'air est commandé.

A titre d'exemple, des essais ont été effectués au cours desquels la course de descente du corps de poinçon s'effectue en 3/10 ème de seconde, le doigt mobile effectuant son déplacement aller-retour en 2/10 ème de seconde au cours de la descente du poinçon.

La mise en oeuvre du procédé selon l'invention suivant cette deuxième forme de réalisation permet d'obtenir des pots de qualité encore améliorée.

L'épaisseur des parois des pots obtenus par ce procédé présente des variations inférieures à 2/100 ème de millimètre.

Grâce à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui permet d'obtenir une bonne répartition de la matière sur les surfaces de l'empreinte, il est possible de prévoir de manière précise la quantité de matière nécessaire à la formation du pot et de réduire la consommation de matière plastique.

L'épaisseur de la feuille de matière plastique utilisée est adaptée de manière précise aux récipients à former.

Les pots obtenus sont également plus résistant mécaniquement à la compression du fait de l'uniformité de l'épaisseur de leurs parois ce qui permet de disposer sur les palettes de transport une couche supplémentaire de pots. Il est alors possible de transporter plus de pots au cours d'un voyage ce qui engendre des économies importantes.

La figure 5 montre un exemple de réalisation d'un poinçon à doigt mobile particulièrement adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Dans l'exemple représenté à la figure 5, le contremoule du dispositif de thermoformage est réalisé en deux parties 210 et 211. La partie inférieure 210 de ce contremoule est traversée par un alésage 213 tandis que la partie supérieure 211 est traversée par un alésage 212.

Le poinçon est positionné dans le contre-moule, avec sa tige 431 dans l'alésage 212 et sa tete dans l'alésage 213.

La tige 431 du poinçon est adaptée à coulisser dans l'alésage 212 sous l'action de moyens de commande non représentés au dessin.

Des joints 214 assurent le guidage de ladite tige 431 et l'étanchéité du dispositif.

Le poinçon représenté est un poinçon du type à ailettes, c'est-à-dire un poinçon portant des moyens d'appui de surface réduite constitués par les extrémités de languettes disposées à l'extrémité du poinçon.

Ce poinçon comporte un noyau 432 qui est rapporté par exemple par vissage sur la tige 431 et qui porte des ailettes 433 réparties sur sa périphérie.

Dans l'exemple représenté au dessin, ces ailettes sont planes, positionnées dans des rainures du noyau 432 et maintenues en place par une bague 434 vissée sur ce noyau 432.

Les extrémités libres des ailettes 433 dépassent à l'avant du noyau 432 de manière à former les moyens d'appui à surface réduite.

Les extrémités des ailettes sont, dans l'exemple représenté, terminées par des pointes 435 afin que le contact du bout de chaque ailette avec la feuille de matière plastique soit ponctuel.

Les ailettes sont métalliques et sont de préférence réalisées en acier inoxydable à ressort de manière à limiter leur usure pour que les pointes 435 ne s'émoussent pas.

Suivant une forme de réalisation non représentée au dessin, le noyau 432 peut porter plusieurs couronnes de pointes disposées de plus en plus loin de la face d'extrémité dudit noyau et réparties sur des cercles de rayons différents, le rayon diminuant à mesure que l'on s'écarte du noyau 432.

Une canalisation 215 permet l'introduction d'air sous pression dans l'alésage 213 du contre-moule pour plaquer la matière plastique contre les parois de l'empreinte.

Comme visible au dessin, la surface externe de la bague 434 porte un bourrelet 441 et une virole 442 dont les diamètres externes sont adaptés A réaliser la fermeture étanche de l'alésage 213.

La bague 434 est traversée par des canaux verticaux 443 disposés entre les ailettes 433 et destinés à assurer la circulation de l'air sous pression, pénétrant dans le contre moule par la canalisation 215, en direction de l'extrémité avant du poinçon pour réaliser l'opération de placage de la matière plastique contre les parois de l'empreinte.

On peut noter qu'un poinçon ne comportant que ces éléments peut bien entendu être mis en oeuvre pour former un pot en mettant en oeuvre la première forme du procédé selon l'invention schématisé à la figure 1.

De manière à être utilisé dans le procédé schématisé à la figure 4, le poinçon comporte un doigt mobile 438 porté par une tige 436 montée coulissante dans un alésage 437 du noyau 432.

La tige 436 est plus longue que le noyau 432 et s'étend en partie dans l'alésage interne 439 de la tige 431 du poinçon.

Dans la forme de réalisation représentée à la figure 5, le doigt 438 est mont sur le poinçon de manière à être dans le même plan que les pointes d'extrémité des ailettes.

Le doigt 438 est positionné au centre de la face d'extrémité du poinçon et est mobile en translation par rapport au noyau 432, et donc aux pointes 435 qu'il porte.

Des moyens non représentés au dessin assurent le déplacement de la tige 436 portant le doigt 438 par rapport au noyau 432. Ils peuvent s'étendre en partie dans l'alésage 439 de la tige de poinçon afin de commander l'extrémité élargie de ladite tige 436. Un ressort 404 rappelle ladite tige 436 et le doigt 438 vers le haut.

Les moyens de commande en déplacement de la tige 436 n'ont pas été représentés afin de ne pas surcharger le dessin et peuvent être de tout type. Ils sont de préférence tels qu'ils utilisent le déplacement du poinçon afin d'asservir le mouvement de la tige 436 au mouvement du poinçon.

Suivant une variante de réalisation non représentée, le doigt mobile 438 peut ne pas être une pointe unique comme représenté au dessin mais comporter des ailettes ou des pointes réparties sur un cercle de faible diamètre.

Comme décrit plus haut, le procédé selon l'invention rend possible la réduction du diamètre externe du poinçon par le fait que toute la matière est convenablement étirée, tant celle du disque central 121 que celle de la couronne 120.

La réduction du diamètre du poinçon est particulièrement avantageuse lors de la fabrication de pots décorés pour lesquels le support décoré est disposé dans l'empreinte du moule avant la formation du pot car elle permet d'éviter l'entraînement dudit support par le poinçon au cours de sa descente.

Il permet également de répartir la matière de manière très uniforme sur les parois de l'empreinte par le fait que celle-ci est convenablement emmenée vers le fond de l'empreinte et étirée.

Cette capacité à emmener et à répartir la matière permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour le thermoformage de pots de grande hauteur.

De premiers essais ont permis de réaliser des pots dont la hauteur est le double de ceux actuellement utilisés pour le conditionnement de produits laitiers, soit environ 130 mm, le diamètre restant de 55 mm.

Ces pots ont été formés à partir d'une feuille de matière plastique de 140/100ème d'épaisseur, avec un poinçon dont les ailettes sont réparties sur un diamètre de 28 mm, la course du doigt mobile à l'avant des ailettes est de 20 mm et la descente du poinçon est arrêtée à 15 mm du fond de l'empreinte.

La cadence habituelle de formage des pots de 30 cycles par minute usuellement mise en oeuvre dans les machines "form-fill-seal" a été respectée au cours de ces essais.

Le bourrelet 441 de la bague 434 a un second rôle particulièrement utile lors de la réalisation d'étirages profonds qui consiste à venir en contact avec la matière étirée entre les moyens d'appui du poinçon et le bord supérieur de l'empreinte afin de participer à l'étirage de cette matière.

L'entraînement de la matière par le bourrelet 441 permet de réduire la pression d'appui des ailettes et d'éviter le déchirement de la matière.

Par ailleurs, la matière est refroidie lors de sa mise en contact avec le bourrelet 441 ce qui crée sur la paroi périphérique du pot un anneau dans lequel la matière est un peu plus épaisse. Cet anneau constitue alors une ceinture de rigidification du pot lui conférant une bonne résistance mécanique.

Le poinçon représenté schématiquement à la figure 6 constitue une variante de réalisation du poinçon de la figure 5 particulièrement destiné à des tirages très profonds.

Sa bague 434 ne porte pas un bourrelet 441 mais trois bourrelets 441, 451 et 461 répartis sur sa paroi.

Ces trois bourrelets ont des diamètres différents, les diamètres étant croissants du bourrelet 441 situé le plus près de ailettes 433 vers le bourrelet 461. situé le plus loin desdites ailettes.

A titre d'exemple, le bourrelet 441. est disposé environ 15 mm au-dessus des ailettes 433, puis les autres bourrelets sont disposés au-dessus du bourrelet 441, l'espace entre deux bourrelets consécutifs étant d'environ 15 à 20 mm.

La mise en oeuvre de ce poinçon pour réaliser un étirage profond permet d'étirer uniformément la matière en répartissant les efforts sur les ailettes et sur les bourrelets au fur et à mesure de la descente du poinçon.

Grâce au procédé selon l'invention, la demanderesse envisage de former des recharges à parois fines, ayant par exemple environ 140 mm de hauteur et 35 mm de diamètre, destinées à être positionnées dans un support et surmontées d'un bouchon portant une tétine pour commercialiser des boissons pour enfants prêtes à l'emploi ou d'un bouchon verseur pour commercialiser des produits d'entretien.

Comme visible à la figure 6, les extrémités des ailettes 433 peuvent être chamfreinées sur leur bord externe de manière à être moins agressives vis-à-vis de la matière plastique.

Les poinçons pouvant être mis en oeuvre suivant l'invention peuvent bien entendu présenter d'autres variantes de réalisation que celles décrites ci-dessus.

A titre d'exemple non limitatif, il est possible de modifier les poinçons représentés aux figures 2 et 3 en ajoutant un doigt mobile et/ou des bourrelets périphériques pour les adapter en vue de leur mise en oeuvre pour des étirages très profonds.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. - Procédé dc thermoformage de pots en matière plastique du type dans lequel une feuille de matière plastique (12) préchauffée est pincée entre un moule (1) et un contre-moule (2) puis étirée par un poinçon (3, 4), en appui sur la feuille de matière plastique par une pluralité de moyens d'appui de surface réduite (33, 35, 433), puis refroidie et retirée du moule après retrait du poinçon, caractérisé en ce que la course du poinçon (3, 4) est inférieure à la profondeur du moule et en ce que, après l'arrivée du poinçon en fin de course, sans contact avec le fond du moule, on procède à un soufflage d'air sous pression en direction de la portion (121) de matière comprise entre les moyens d'appui du poinçon.

2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière plastique formant la portion (121) de matière comprise entre les moyens d'appui du poinçon constitue le fond du pot et la partie inférieure des parois périphériques du pot jusqu'à un plan (P) disposé à une distance du fond de l'empreinte sensiblement égale à la hauteur < H) du point le plus bas atteint par le poinçon au cours de son déplacement, tandis que la matière plastique constituant la couronne (120) disposée entre les moyens d'appui du poinçon et la paroi périphérique de l'empreinte forme quant à elle la paroi périphérique dii pot située entre le plan (P) et le haut du pot.

3. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le poinçon mis en oeuvre comporte un doigt mobile (42) qui est disposé à l'avant du poinçon (4) pour étirer la matière plastique constituant la portion (121) définie par les moyens d'appui (43), puis est rétracté avant qu'il ne touche le fond de l'empreinte (10), caractérisé en ce que le soufflage d'air sous pression en direction de la matière (121) définie par les moyens d'appui, et détendue par le doigt mobile, est commandé au moment où le doigt mobile est rétracté.

4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le poinçon mis en oeuvre comporte un doigt mobile (42, 438) qui, en s'étendant vers l'avant du poinçon (4) au cours de sa course de descente dans l'empreinte (10), permet d'étirer la matière plastique constituant la portion (121) définie par les moyens d'appui (43), caractérisé en ce que

- pendant la course du poinçon vers le fond de l'empreinte (10), le doigt mobile (42, 438) est déplacé vers l'avant par rapport au corps de poinçon (4) puis rétracté avant que ledit doigt ne touche le fond de l'empreinte (10),

- le soufflage d'air sous pression en direction de la portion (121) de matière définie par les moyens d'appui, et détendue par le doigt mobile, est commandé au moment où le sens de déplacement du doigt mobile est inversé.

5. - Procédé selon la revendication 3 ou selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps du poinçon (4) poursuit sa course en direction du fond de l'empreinte après la commande du soufflage de manière à poursuivre l'accompagnement de la matière vers le fond de l'empreinte au cours du soufflage.

6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air sous pression est soufflé dans un canal (30) d'injection d'air débouchant dans la face d'extrémité du poinçon.

7. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le canal (30) d'injection d'air est un canal unique situé au centre du poinçon.

8. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le canal (30) d'injection d'air est constitué par plusieurs canaux débouchant en différents points de la face d'extrémité du poinçon.

9. - Poinçon pour la mise en oeuvre dii procédé de thermoformage de pots par étirage et soufflage d'une feuille de matière plastique, pincée entre un moule (1) el; un contre-moule (2), entraînée par les moyens d'appui (33, 35, 43) dudit poinçon (3, 4) lors de sa course en direction du fond du moule, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser un étirage de la portion (121) de matière comprise à l'intérieur des moyens d'appui du poinçon, tels que ladite portion de matière forme non seulement le fond mai aussi la partie inférieure des parois du pot.

10. - Poinçon selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une queue (31) et d'un disque (32) portant des doigts (33) à extrémités arrondies qui sont répartis sur la circonférence du disque (32), et comporte un canal (30) d'injection d'air s'étendant axialement dans la queue (31) et débouchant dans le disque (32).

11. - Poinçon selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une jupe périphérique (34) dont l'extrémité avant est découpée de manière à former des parties (36) en retrait qui ne touchent pas la feuille de matière plastique et des parties (35) constituant les moyens d'appui de surface réduite, le canal (30) d'injection d'air s'étendant axialement dans la queue (31) et débouchant à l'intérieur de la jupe périphérique (34).

12. - Poinçon selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau (432) rapporté sur une tige (431) et qui porte des ailettes (433), maintenues en place par une bague (434) vissée sur ce noyau (432) et réparties sur sa )ériphérie, dont les extrémités libres dépassent à l'avant du noyau (432) de manière à former les moyens d'appui à surface réduite, ladite bague (434) étant traversée par des canaux verticaux (443) disposés entre les ailettes (433) et destinés à assurer une circulation d'air sous pression en direction de l'extrémité avant du poinçon.

13. - Poinçon selon la revendication 12, caractérisé en ce que le noyau (432) porte plusieurs couronnes de pointes disposées de plus en plus loin de la face d'extrémité dudit noyau el; réparties sur des cercles de rayons différents, le rayon diminuant à mesure qu l'on s'écarte du noyau (432).

14. - Poinçon selon la revendication 12 ou selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un doigt mobile (438) porté par une tige (436) montée coulissante dans un alésage (437) du noyau (432), ledit doigt mobile (438) étant positionné au centre de la face d'extrémité du poinçon et mobile en translation par rapport an noyau (432).

15. - Poinçon selon la revendication 14, caractérisé en ce que le doigt mobile est monté sur le poinçon de manière telle que dans sa position de repos, son extrémité soit dans le même plan que les extrémités des moyens d'appui de manière à entrer en contact avec la feuille de matière plastique au même moment que lesdits moyens d'appui.

16. - Poinçon selon la revendication 14, caractérisé en ce que le doigt (438) est monté sur le poinçon de manière à dépasser à l'avant des pointes d'extrémité des ailettes.

17. - Poinçon selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le doigt mobile (438) comporte des ailettes ou des pointes réparties sur un cercle de faible diamètre.

18. - Poinçon selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce que sa surface externe porte un bourrelet (441) destiné à venir en contact avec la matière étirée entre les moyens d'appui du poinçon et le bord supérieur d( l'empreinte afin de participer à l'étirage de cette matière.

19. - Poinçon selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il porte des bourrelets (441, 451, 461) répartis sur sa paroi, lesdits bourrelets ayant des diamètres différents allant en croissant du bourrelet (441) situé le plus près de ailettes (433) vers le bourrelet (461) situé le plus loin desdites ailettes.

20. - Pot obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 à 8, caractérisé en ce qu'il présente des zones d'épaisseur un peu supérieure à l'épaisseur du reste de la paroi périphérique au niveau d'un plan (P) disposé à distance du fond du pot, lesdites zones étant constituées par la matière refroidie au contact des moyens d'appui du poinçon.

21. - Pot obtenu par la mise en oeuvre d'un poinçon selon la revendication 18 ou selon la revendication 19 caractérisé en ce que sa paroi périphérique présente aii moins un anneau de matière un peu plus épaisse.