Brevet FR2191042A1 — publié le 19740201

La présente invention concerne les oscillateurs à fluide capables de créer des pulsations périodiques dans un fluide, en particulier une seringue dentaire comprenant un tel oscillateur. On a mis au point des oscillateurs à fluide QA mettent en oeuvre les effets dynfAmiques d'un fluide, par exemple l'interaction de courants et le réglage d'une couche limite pour créer un courant pulsé de fluide sans aucune partie mobile. En pratique, il faut réaliser ces dispositifs avec des tolérances très serrées pour qu'ils donnent satisfaction, et leur prix est en général élevé. Selon l'invention, l'inertie d'un courant de fluide assure la commande d'une soupape, par exemple d'un diaphragme, placée dans le courant de fluide. Dans un mode simple de réalisation de l'invention, un boiter comporte un canal d'entrée de fluide relié à une réserve sous pression, et deux canaux de sortie qui sont reliés au canal d'entrée. Un diaphragme est disposé de manière à commander le passage du fluide du caral d'entrée au premier canal de sortie. Le second canal de sortie est relié au canal d'entrée en amont du diaphragme, mais de manière que le fluide passe par la première sortie iorsqae le diaphragme est en position d'ouverture. Lorsque le diaphragme est en position de fermeture, le fluide passe dans le second canal de sortie. Le premier canal de sortie débouche à l'atmosphère et ses dimensions sont telles qu'il crée un effet d'inertie dans le fluide qui circule.Lorsque le diaphragme passe en position de fermeture (de façon tres brutale), il existe momentanément un vide partiel dans le premier canal de sortie, et ce vide favorise le maintien ferme du diaphragme en position de fermeture. après la disparition de l'essentiel de l'effet d'inertie, la force du fluide, exercée sur le diaphragme, suffit à ramener celui--ci en position d'ouverture, si bien que le fluide recommence a s'écouler par le premier canal de sortie. Le canal d'entrée a de préférence la forme d'un venturi à pr-oximité de son raccord avec le second canal de sortie. De cette manière, il existe une cer-taine aspiration dans le second canal de sortie lorsque le fluide circule par le pre mier canal de sortie, et lorsque le courant de fluide passe brutalement dans le second canal de sortie, il existe dans le fluide une élévation instantanée de la pression ou un coup de bélier dans le second canal de sortie. La durée de cette élévation de pression est très courte, et la pression tombe ensuite à une valeur qui correspond à celle de la réserve de fluide. Les oscillateurs de l'invention sont relativement simples à réaliser, et les tolérances sont relativement importantes dans les passages de fluide. L'augmentation instantanée de pression due à l'oscillateur de l'invention rend ce dispositif particulièrement intéressant dans divers types d'appareils de nettoyage, par exemple les machines à laver la vaisselle. D'autres applications sont les arroseurs de gazon, les pompes (par exemple à incendie) et analogues. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiont mieux de la description qui va suivre d'une seringue dentaire qui est un exemple d'application de l'oscillateur à fluide de l'invention. Sur les dessins - la figure J est une coupe schématique d'un oscillateur à fluide selon l'invention - la figure 2 est un diagramme donnant en ordonnée la variation de la pression du fluide dans le canal de sortie en fonction du temps, porté en abscisse - la figure 3 est une vue en plan d'une seringue dentaire comprenant un oscillateur à fluide de l'invention - la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3 - la figure 5 est une élévation latérale, avec des parties arrachées, de la buse et de la tuyauterie associée, destinées à être utilisées avec la seringue dentaire - la figure 6 est une vue en plan de la moitié inférieure du carter de la seringue de la figure - la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6 - la figure 8 est une vue en plan de la face inférieure de la moitié supérieure du bottier de la figure 2 ; et - la figure 9 est une coupe suivant la ligne 9-9 de la figure 8. Sur les dessins, tm oscillateur à fluide 10 comprend un bottier il formé de deux parties supérieure et inférieure 11a et 11b. La partie 11b comporte un canal 12 d'entrée qui peut titre reli à une réserve de fluide sous pression, et deux canaux 13 et 14 de sortie. Une soupape 15 constituée par un fin diaphragme souple est disposée entre les parties 11a et 11b. Ces parties 11a et 11b ont chacune un trou central qui forme une chambre 16, lorsque les deux parties sont fixées l'une à l'autre. Un siège annulaire 17 de soupape est disposé dents la chambre 16 et son orifice central 18 communique avec le canal 12. La partie centrale du siège 17 est en retrait, comme représenté. Le canal 12 comporte une gorge 19 de diamètre réduit assurant la création d'une dépression. Juste en amont de la gorge 19 se trouve une cavité conique 20 qui relie cette gorge 19 à l'orifice 18 du siège 17. L'extrémité interne du canal 13 est reliée à la chambre 16 au niveau du raccord 21 et un tube 22 de longueur déterminée est fixé au canal 13 de sortie qu'il poursuit. L'extrémité externe du tube 22 peut etre exposée à l'atmosphère. L'extrémité interne du canal 14 rejoint pratiquement à angle droit le canal 12 à proximité de la gorge 19, et l'extrémité externe du canal 14 peut comporter un rétrécissement 23 destiné à régler la pression du fluide sortant par le canal 14. Le diaphragme 15 peut strie constitué par une matière fine et élastique quelconque, capable de supporter la pression maximale à laquelle elle est soumise. De telles matières sont le néoprène, le caoutchouc et les matières élastiques analogues. Comme décrit en détails dans la suite du présent mémoire, le diaphragme 15 peut se déplacer entre une position d'ouverture dans laquelle il existe un petit espace entre le diaphragme et le siège 17, si bien que le fluide peut passer par le siège 17 et dans le canal 13, et une position de fermeture dans laquelle le diaphragme 15 coopère étroitement avec le bord annulaire externe du siège 17 et empoche le passage du fluide vers le canal 13. Le diaphragme 15 est repoussé par un ressort 24 disposé dans la partie 11a et prenant appui contre une face du diaphragme 15, sur la face opposée à celle qui coopère avec le siège 17. On peut régler la tension du ressort 24 par tout dispositif convenable, par exemple une vis 25 associée à un bouton manuel 26 de réglage. Lors du fonctionnement, si on suppose que le diaphragme occupe la position représentée sur la figure 1, le fluide sous pression qui pénètre dans le canal 12 peut s'écouler pratiquement librement jusqu'à la chambre 16 et il sort par le canal 13 et le tube 22. Du fait de l'effet produit par la gorge 19 qui fonctionne comme un venturi, il existe une certaine aspiration dans le canal 14. Le force qu'exerce le ressort 24 sur le diaphragme, lorsqu'il est comprimé est telle que le diaphragme 15 commence à se déplacer vers le siège 17. Lorsque la distance entre le diaphragme 15 et le siège 17 diminue, la section de passage est réduite, si bien que le débit diminue vers la chambre 16, la pression diminuant dans celle-ci.Cette réduction de pression favorise l'aspiration du diaphragme 15 vers le siège 17 et le diaphragme 15 finit par venir se serrer contre le siège 17 en empêchant tout passage de fluide dans la chambre 16. Cependant, simultanément, le déplacement de la colonne de liquide du tube 22 s'est accéléré. Du fait de l'inertie du fluide, la fermeture brutale du diaphragme 15 ne peut interrompre immédiatement l'écoulement dans le tube 22, et du fait de l'inertie du fluide dans le tube 22, il se crée dans la chambre 16 un vide partiel, qui peut être très élevé et qui contribue encore plus à serrer le diaphragme 15 contre le siège 17.Dans cette position, le courant de fluide passe brutalement vers le canal 14 et la pression dans celui-ci s 'élève fortement, depuis une pression très faible à une pression instantanée qui peut être bien supérieure à celle du fluide pénétrant par le canal 12. La pression transitoire n'existe que pendant un temps relativement court, et la pression dans le second canal 14 tombe alors à une valeur qui correspond à celle du fluide dans le canal 12. Après un temps prédéterminé qui dépend entre autres du volume de la partie de la chambre 16 qui se trouve entre le siège 17 et le diaphragme 15 et celui du canal 13 et du tube 22, ainsi que de la constante élastique du ressort 14 et de la rigidité du diaphragme 15, l'effet d'inertie a pratiquement disparu et la pression dans la partie précitée de la chambre redevient la pression ambiante. A ce momentS la force exercée par le fluide contre le diaphragme 15 est supérieure à celle qui est exercée de l'autre cwsté par le ressort 24 qui est détendu, si bien que le diaphragme 15 commence à s'éloigner du siège 17 en comprimant le ressort 24.Lorsque le diaphragme 15 commence à s'ouvrir, le courant de fluide pénétrant dans la chambre 16 accrort la force exercée contre le diaphragme 15 si bien que celui-ci stéloi- gne encore plus vite du siège 17. En conséquence, la pression dans le second canal 14 tombe brutalement à une valeur qui peut entre inférieure à la pression ambiante, car la totalité du courant de fluide passe maintenant dans le canal 13 et le tube 22. Les dimensions du canal 14 ne sont pas primordiales. Celles de la gorge 19 et de la cavité 20 sont telles que ces éléments créent l'effet maximal de venturi permettant une perte minimale de charge au niveau du venturi. Le rétrécissement 23 du canal 14 peut aussi etre modifié le cas échéant, de manière que la pression de sortie ait la valeur nécessaire. Le second canal 14 peut meme Btre court-circuité ou fermé par un dispositif fonctionnant sous une pression hydraulique, par exemple dans le cas d'une brosse à dents commandée par un fluide. Dans certains applications, la pression de la ré- serve peut varier entre des limites éloignées, et elle peut alors influer sur le fonctionnement de l'oscillateur 10. Pour que celui-ci soit relativement peu sensible à de telles variations de pression, on peut utiliser un dispositif à réaction. Comme-le montre la figure 1, un étroit canal portant la référence a est disposé entre les deux parties de la chambre 16 séparées par le diaphragme 15. La réaction est proportionnelle à la pression, si bien que l'ensemble est autorégulé et que le fonctionnement de l'oscillateur 10 est très peu sensible aux variations de pression.Il n'est pas souhaitable d'utiliser une réaction trop importante car elle aurait tendance à réduire l'amplitude des impulsions de fluide et à les élargir, Le diagramme de la figure 2 représente un certain nombre de cycles de fonctionnement de l'oscillateur 10. La ligne de référence t représente la pression ambiante et la ligne 31 la pression d'alimentation, c'est-à-dire celle du fluide pénétrant dans le canal 12. Les pics de pression audessus de la ligne 31 apparaissent sur la figure 2 et ils représentent l'accroissement instantané de pression dans le canal 14 juste après la fermeture du diaphragme 15 sur le siège 17, et le passage du fluide dans le canal 14. Juste avant chaque élévation transitoire, il faut noter que la pression dans le second canal 14 est légèrement inférieure à la pression ambiante représentée par l'axe 30. L'oscillateur décrit peut être utilisé dans une seringue dentaire comme décrit. Sur les figures 3 à 9 et en particulier sur les figures 3 et 4, une seringue 32 comprend un boîtier 33 'ayant deux parties 33a et 33b supérieure et inférieure. La partie 33a comporte un raccord 34 destiné à être fixé à un robinet du type couramment utilisé sur les lavabos. Au centre, dans le raccord 34 et dans un trou 36 de la partie 33a est disposé un éjecteur 37, comportant un trou 38 constituant à son extrémité inférieure une gorge-de section relativement faible, destinée à créer un effet de venturi. Un récepteur 39 est disposé à l'autre extrémité du trou 36 et est tourné contre l'extrémité inférieure de l'éjecteur 37 ; l'extrémité supérieure du récepteur 39 comporte un évidement conique et un trou central 40 est disposé d'une extrémité à l'autre. En conséquence, l'eau pénétrant dans la partie 33a passe par l'éjecteur 37 et le récepteur 39 et pénètre dans la cavité cylindrique 41 formée à l'extrémité inférieure du récepteur 39. Un-diaphragme 42 analogue à celui décrit précédemment est disposé entre les parties 33a et 33b. L'extrémité inférieure du récepteur 39 est annulaire et constitue unsiège destiné à coopérer avec le diaphragme 42. Le récepteur 39 est disposé dans une chambre 43 de la partie 33a. Un premier canal 44 de sortie est relié à une extrémité à la chambre 43, et, comme représenté sur les figures 6 et 8, le canal 44 est délimité par des cavités de la partie supérieure 33a et de la partie inférieure 33b. au tube Aucun tube séparé analogue/22 de la figure 1 n'existe dans ce mode de réalisation, car le canal 44 a une longueur suffisante pour créer l'effet voulu d'inertie. L'extrémité externe du canal 44 est reliée à un orifice 45 de la partie 33b, si bien que l'eau passant par le canal 44 peut être évacuée. Le premier canal 44 peut faire deux tours le cas échéant, le diaphragme 15 comportant alors un orifice reliant les cavités de la partie supérieure 33a et de la partie inférieure 33b. Le diaphragme 42 est repoussé par un ressort 46 dont la tension peut être réglée par un écrou fileté 47. L'extrémité interne du ressort 46 porte contre un disque 48 disposé entre le ressort 46 et le diaphragme 42. Un second canal 49 est disposé dans les parties 33b et 33a, et l'extre- mité interne du canal 49 communique avec le trou 36 au voisinage de l'extrémité inférieure de l'éjecteur 37. Un robinet 50 est disposé dans le second canal 49 de manière à régler le débit d'eau dans le canal 49, et il peut être commandé par un bouton 51 comme représenté sur la figure 3. Un réservoir 52 peut être formé dans la face supérieure de la partie 33a de manière à contenir de l'eau dentifrice. Le réservoir 52 est relié au canal 49 par des orifices 53 disposés en regard dans les parties 33a et 33b, et un robinet 54 commandé par un bouton 55 est disposé dans l'orifice 53 de manière à régler le passage de l'eau dentifrice du réservoir 52 au canal 49. Un raccord 56 pour tuyauterie souple est vissé à l'extrémité interne de la partie 33b, et il comporte un trou central relié au canal 49. Un tube allongé 57 peut être fixé à une extrémité du raccord 56, et l'autre extrémité du tube'57 comporte une buse 58 du type couramment utilisé dans les seringues dentaires de ce type.La buse a un orifice d'un diamètre tel qu'elle peut former un courant de liquide de faible section, la buse ayant de préférence une forme permettant à l'eau d'être dirigée contre les dents et les gencives de manière à chasser les particules de nourriture et à masser les tissus des gencives. Le fonctionnement de l'oscillateur de la seringue représentée est identique à celui du mode de réalisation de la figure 1. Cependant, dans ce cas, comme indiqué précédemment, aucun tube 22 n'est nécessaire pour introduire l'effet d'inertie. Le second canal 44 est solidaire des parties 33a et 33b, si bien'que l'ensemble est net et peu encombrant. Dans le présent mémoire, on a utilisé le terme "fluide". il faut noter que ltoscillateur de l'invention fonctionne avec des fluides de poids spécifique suffisant pour que l'effet d'inertie nécessaire soit obtenu. En particulier, l'oscillateur est destiné à fonctionner à une fréquence relativement faible et à transmettre des impulsions dans le CQU- rant de liquide. il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVEtSICATIOtTS 1. Oscillateur à fluide destiné à créer des pulsations dans un courant de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier ayant un canal d'entrée destiné à Btre relié à une réserve de fluide sous pression et deux canaux de sortie, une soupape placée entre le canal d'entrée e-t le premier canal de sortie de manière à commander le débit de fluide entre le canal d'entrée et le premier canal de sortie, la soupape étant commandée par la pression du fluide de manière à s'ouvrir et se fermer alternativement et de cette manière à permettre et à empêcher le passage du fluide dans le premier canal de sortie, le second canal de sortie étant relié au canal d'entrée en amont de la soupape, le fluide circulant dans le premier canal de sortie lorsque la soupape est ouverte et étant dévié vers le second canal de sortie lorsque le fluide ne peut pas circuler dans le premier canal de sortie, le premier canal de sortie ayant des dimensions telles qu'il crée un effet d'inertie dans le fluide qui y circule de manière que, lorsque la soupape est fermée, il se crée un vide partiel dans le premier canal de sortie, la soupape étant destinée à s'ouvrir après la disparition de l'effet d'inertie et étant rappelée vers sa position de fermeture après avoir atteint sa position d'ouverture, la soupape oscillant, sous l'action de l'effet d'inertie, entre ses positions d'ouverture et de fermeture et créant ainsi des pulsations dans le fluide. 2. Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de fluide reliée au canal d'entrée et à un premier raccord, un siège placé dans la chambre et disposé de manière à séparer celle-ci en deux parties, le premier canal de sortie étant relié à une extrémité à la seconde partie de la chambre, l'autre extrémité du premier canal de sortie étant ouverte à l'atmosphère, le second canal de sortie étant relié au canal d'entrée au niveau d'un second raccord qui est en amont du premier raccord, la soupape comprenant un diaphragme placé en travers de la chambre et du siège de soupape et mobile de manière que, en position d'ouverture, il reste un espace entre le diaphragme et le siège pour que le fluide puisse s'écouler de la première partie de la chambre à la seconde et que, dans la position de feri;;ieture, le diaphragme soit maintenu contre le siège et que le fluide ne puisse pas circuler de la première partie de la chambre à la seconde, le diaphragme ayant une première face tournée vers le siège et une seconde face opposée à la première, un ressort étant destiné à exercer une force prédéterminée contre la seconde face du diaphragme, la pression dans le second canal de sortie étant inférieure à celle qui règne dans le canal d'entrée lorsque le diaphragme est dans a position d'ouverture. 3. Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ressort et comprimé lorsque le diaphragme est dans sa position d'ouverture et détendu lorsque le diaphragme est dans sa position de fermeture, la force exercée sur le diaphragme par le ressort lorsqu'il est comprimé étant supérieure à la force totale exercée par le fluide contre la première face du diaphragme, et la force exercée sur le diaphragme par le ressort lorsqu'il est détendu étant inférieure à la force totale exercée par le fluide sur la première face lorsque l'effet d'inertie a pratiquement disparu. 4. Oscillateur selon l'une des revendications 2. et 3, caractérisé en ce que le canal d'entrée a une configuration telle, au voisinage du second raccord, qu'il crée un effet de venturi dans le second canal de sortie lorsque le fluide circule dans le premier canal de sortie. 5. Oscillateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de réglage de la force exercée par le ressort. 6. Oscillateur selon l'une des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que la chambre est cylindrique et en ce que le siège est annulaire. 7. Seringue dentaire, caractérisée en ce qu'elle comprend un oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le fluide étant de l'eau, et une buse reliée à la sortie du second canal de sortie et ayant un orifice de diamètre tel qu'il forme un courant d'eau de petite section, la buse étant destinée à permettre le passage de l'eau qui y circule vers les dents et les gencives, de manière à chasser les particules de nourriture et à masser les tissus des gencives.