Brevet FR2570294A1 — publié le 19860321

2S70294 La présente invention concerne les distributeurs de gouttelettes et plus précisément un distributeur de vo- lumesde fluide inférieursà 20 mm3, sous forme de gouttelet- tes minuscules, permettant ainsi la distribution précise de volumes inférieurs à 5 mm3, pouvant atteindre un demi millimètre cube. Certains modes de réalisation conviennent à des pipettes. On a déjà utilisé de nombreux types de distributeurs de gouttelettes, -et de nombreux d'entre eux ont été destinés à distribuer avec précision de petites quantités de liquide. Ils comportent en général des dispositifs volumétriques com- prenant des plongeurs destinés à chasser la quantité voulue de fluide. Le problème posé par ces dispositifs est que leur fabrication est coûteuse et ils doivent donc être réutili- sables; lorsqu'ils sont réutilisés, ils présentent un risque de contamination. L'un des principaux problèmes posés par la distri- bution de petites quantités de fluide est dû aux phénomènes physiques de capillarité et de tension superficielle. Ces deux phénomènes, considérés seuls ou en combinaison (on ne peut parfois pas faire la différence entre eux) provoquent l'expulsion de la gouttelette du distributeur avec une di- mension qui augmente jusqu'à ce que sa masse dépasse la force de cohésion due à la tension superficielle du liquide, avant que la gouttelette ne se sépare du distributeur. Cette dimen- sion de gouttelette dépend de nombreux facteurs et elle est souvent supérieure à la quantité de liquide qui doit être distribuée dans le nouveau fluide. Diverses tentatives ont été consacrées à la réalisation de distributeurs permettant la séparation de petites gouttelettes de l'extrémité du dis- tributeur, mais en général sans grand succès. L'invention concerne la résolution de ce problème et permet la distri- bution de gouttelettes très petites. L'invention concerne un distributeur de gouttelettes minuscules qui est commandé par un volume d'air. Ce distri- buteur comporte un tube allongé ayant une extrémité de dis- tribution du tube qui a un petit trou de diamètre constant compris entre 0,3 et 1,0 mm, sur un quart environ de la lon- gueur du tube. L'extrémité de distribution du corps du tube, entourant le trou de diamètre constant, est effilée, et le trou de diamètre constant aboutit à une partie formant un angle très aigu afin que le matériau entourant l'extrémité de distribution soit réduit. L'autre extrémité du tube a un trou interne de diamètre accru, nettement supérieur au diamètre constant du trou du tube. Cette partie du tube ayant un trou de plus grand diamètre joue le râle d'un réservoir du fluide à distribuer par le distributeur. Le fluide est chassé à l'extrémité par un distributeur volumétrique pneuma- tique commandé avec précision, placé derrière le réservoir. L'extrémité est fixée au distributeur pneumatique. L'invention concerne un distributeur de gouttelettes minuscules qui permet la distribution de petites gouttelettes de fluide d'une manière précise, en quantité faible et mesu- rée avec précision e Elle concerne aussi un tel distributeur de gouttelet- tes minuscules qui peut être fabriqué d'une manière peu coû- teuse par des techniques de moulage par injection à grande vitesse, si bien que les distributeurs peuvent être jetables. Elle concerne aussi un tel distributeur qui permet la transmission de quantités relativement grandes de fluide, mais qui interrompt la distribution du fluide d'une manière très précise afin que des quantités précises de fluide soient distribuées lorsque la quantité se rapproche des limites de distribution. Elle concerne aussi un distributeur de fluide ayant une partie effilée extérieurement formant un angle d'environ 10 à son extrémité afin que la quantité de matière entourant l'extrémité de distribution soit réduite et afin que les forces de tension superficielle appliquées au fluide distribué par l'extrémité soient réduites. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: 257 0 2 9 4' la figure 1 est une élévation latérale d'un distri- buteur de gouttelettes minuscules selon l'invention; la figure 2 est une vue de bout du distributeur de la figure 1; et la figure 3 est une coupe en élévation latérale, suivant la ligne 3-3 de la figure 2. La présente invention concerne un distributeur de gouttelettes minuscules qui comporte essentiellement un tube allongé 11 ayant.un diamètre variable. Une première extrémité du tube a un trou 13 de petit diamètre constant, formé sur le quart environ de la longueur du tube. L'expression 'petit trou" se rapporte à la dimension de la gouttelette de fluide qui est distribuée à l'extrémité d'un compte-gouttes ordi- naire de verre qui, dans le cas de l'eau ou d'un fluide aqueux, peut dépasser parfois 3 mm de diamètre. Le distributeur selon l'invention est particulière- ment adapté à une distribution précise de volumes de fluide compris entre 0,5 et 200 mm3. Le petit trou a un diamètre compris entre 0,3 et 1,0 mm, la valeur optimale pour l'eau étant d'environ 0,6 mm. La longueur du distributeur est d'en- viron 6,5 cm et le trou de diamètre constant a une longueur d'environ 1,5 cm. La variation de la longueur et du diamètre du trou dépend de la nature du fluide à utiliser dans le distributeur, les diamètres plus petits et les plus courtes longueurs étant utilisés pour des fluides très volatils de faible masse spécifique, ayant des coefficients réduits de tension superficielle alors que les trous relativement gros et les longueurs relativement grandes sont utilisés pour des fluides relativement peu volatils et à tension superfi- cielle élevée. Le corps du tube qui entoure le trou de diamètre constant a une partie de diamètre externe sensiblement cons- tante près d'une partie effilée formée à l'extrémité 15. Il existe probablement une corrélation entre la quantité minimale de matière présente à l'extrémité du distributeur et la réduction de l'affinité de l'extrémité au fluide dis- tribué. Ainsi, le bout effilé réduit la quantité de matière entourant l'orifice d'évacuation à laquelle le fluide dis- tribué peut adhérer. En conséquence, les phénomènes de capil- larité paraissent réduits et les gouttelettes sont distribuées par l'extrémité avec la dimension la plus faible possible. Plus la gouttelette est petite et plus un fluide peut être mesuré ou distribué avec précision. On a constaté qu'un angle de 10 était optimal compte tenu de la relation entre la résistance mécanique de l'extrémité et la quantité minimale de la matière. Un diamètre externe décroissant donne de la résis- tance mécanique au distributeur et nécessite en outre une moindre quantité de matière lors de la fabrication. En con- séquence, l'autre extrémité du tube 17, opposée à l'extré- mité 15, a une dimension plus importante nettement supérieure au diamètre constant du trou formé à l'extrémité de distri- bution. Le trou interne de plus grand diamètre non seulement augmente la résistance mécanique mais permet la formation d'un réservoir de fluide à distribuer par le trou de diamètre constant de l'extrémité. Dans un mode de réalisation préféré, ce trou de diamètre interne plus grand a un diamètre qui diminue à partir de 7 mm environ, vers la transition entre le trou de grand diamètre et le trou de diamètre constant 13, afin que le trou interne ait un diamètre variable et des parois latérales d'épaisseur relativement constante. Une transition entre les épaisseurs de parois peut être formée à un niveau déterminé de mesure permettant un remplissage précis du tube par un certain volume de fluide. Une configuration externe effilée présente l'incon- vénient, dans le cas des matériaux translucides, de rendre difficilement visible le niveau des fluides transparents dans le tube, si bien qu'une configuration externe de diamètre constant dans la partie à trou de diamètre constant du tube est préférable. Cependant, pour les dimensions considérées et les matières plastiques disponibles, un tube à paroi mince de diamètre constant de très grande longueur n'a pas la résis- tance mécanique suffisante pour rester bien droit après mou- lage, si bien qu'une configuration effilée dans la partie formant le réservoir de fluide du distributeur, raccordée à une partie rectiligne de base plus courte constitue un compromis nécessaire compte tenu des matériaux actuellement disponibles. L'extrémité plus grosse du tube a un diamètre externe d'environ 0,7 cm alors que l'extrémité de distribution a un diamètre externe d'environ 1,8 mm. Cette configuration effilée à l'intérieur et à l'ex- térieur facilite aussi la fabrication du distributeur. La configuration externe du mode de réalisation préféré de dis- tributeur a des nervures longitudinales 21 de renforcement placées à la surface externe de l'extrémité relativement grosse du tube. Un dégagement circulaire ou une transition du diamètre externe 23 est formé dans la paroi de la partie ayant le trou relativement gros dans le tube afin qu'un ménis- que de mesure du fluide soit formé dans le distributeur. Ce dégagement est formé au niveau de la transition du dianè- tre externe de mesure. On a constaté que cette configuration du distributeur, pour une raison physique quelconque, paraissait permettre la distribution de gouttelettes minuscules lors du fonction- nement, à l'extrémité, et constituait une configuration pou- vant être facilement fabriquée par moulage par injection à grande vitesse, les distributeurs étant alors jetables étant donné leur faible coût de fabrication. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Distributeur de gouttelettes, caractérisé en ce qu'il comprend un tube allongé ayant un réservoir (19) de fluide à une première extrémité et une extrémité de distri- bution à l'autre extrémité, l'extrémité de distribution ayant un trou de diamètre constant (13) dont le diamètre interne est d'environ 0,6 mm, avec une configuration externe effilée (15) correspondant à un angle d'environ 10 . 2. Distributeur de gouttelettes minuscules, caracté- risé en ce qu'il comprend un tube allongé, l'extrémité de distribution du tube ayant un petit trou (13) de diamètre constant compris entre 0,3 et 1, 0 mm, sur le quart environ de la longueur du tube, le diamètre externe de l'extrémité de distribution (15) du tube s'effilant suivant un angle aigu afin que la quantité de matière entourant l'extrémité de distribution soit réduite, l'autre extrémité (17) du tube ayant un trou interne évasé de diamètre plus grand destiné à contenir du fluide, son diamètre étant nettement supérieur à celui du trou de diamètre constant. 3. Distributeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que son diamètre externe diminue sur une partie (21) de sa longueur, depuis l'extrémité de plus grand diamètre externe vers la partie du tube contenant le petit trou de diamètre constant, cette dernière partie ayant un diamètre externe constant jusqu'à l'extrémité effilée (15) du distri- buteur, l'angle du bout étant d'environ 10 . 4. Distributeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre du trou de plus grand diamètre interne (19) diminue vers la partie du tube ayant le trou de diamètre constant. 5. Distributeur de gouttelettes minuscules, caracté- risé en ce qu'il comprend: un tube allongé, une première extrémité du tube ayant un trou (13) de diamètre constant sur le quart environ de la longueur du tube, le diamètre externe de l'extrémité de distribution (15) se terminant par une partie effilée suivant un angle aigu afin que la quantité de matière entourant l'ex- trémité de distribution soit réduite, l'angle du bout étant d'environ 10 , le diamètre externe du reste de la longueurde la partie de diamètre constant du bout ayant un diamètre constant, l'autre extrémité du tube ayant un trou interne (19) de diamètre accru, nettement supérieur au diamètre cons- tant du trou de diamètre constant afin qu'il contienne du fluide, le trou interne de plus grand diamètre ayant un dia- mètre qui diminue vers la partie du tube ayant le trou de diamètre constant, et le corps du tube entourant les trous internes a un diamètre externe qui diminue, sur une partie de la longueur du tube, de l'extrémité qui a le trou de plus grand diamètre versla partie du tube contenant le trou de diamètre constant, le diamètre constant du trou de la partie de diamètre cons- tant du tube étant d'environ 0,6 mm, la partie de diamètre constant ayant une longueur d'environ 1,5 cm.