Brevet FR2605382A1 — publié le 19880422

Valve asservissable électriquement La présente invention concerne une valve asservissable électriquement, notamment pour fluides gazeux, dans laquelle un élément de valve est disposé en vis-à-vis d'une plaque de valve munie d'un certain nombre de découpures, et l'élément de valve et la plaque de valve peuvent, par un dispositif d'entraîne:nent à faible course, coulisser l'un par rapport à l'autre perpendiculairement à la surface de la plaque en dégageant plusieurs lignes d'étanchéité. Les valves, notamment celles utilisées pour la commande de l'écoulement de fluides gazeux dans des appareils médicaux, sont soumises à des exigences très sévères. Il faut d'une part que la résistance à l'écoulement à l'état ouvert soit minimale. D'autre part, il est important que l'étanchéification à l'état fermé soit totale. En outre, la puissance nécessaire à l'actionnement de la valve doit être faible. Afin de maintenir les plus faibles possibles les chocs engendrés par le déplacement de la valve et le bruit produit, les masses déplacées doivent être maintenues les plus petites possibles. C'est notamment au vu de la dernière de ces exigences qu'ont été introduits des types de valves dans lesquelles deux éléments constitutifs sensiblement en forme de plaques, dénommables respectivement "plaque de valve" et "élément de valve", se trouvent à une distance mutuelle relativement faible. La plaque de valve présente des découpures qui à l'état fermé de la valve sont recouvertes par l'élément de valve. Les lignes d'étanchéité sont donc pour l'essentiel formées par les lignes périphériques des découpures. Pour l'actionnement de la valve, il est prévu un entraînement à faible course qui déplace l'élément et la plaque de valve l'un par rapport à l'autre. Habituellement, la plaque de valve est montée fixe, et l'entraînement à faible course, dont la longueur de course n'est que d'une fraction du diamètre de la plaque, déplace l'élément de valve perpendiculairement à la surface de la plaque. Une valve de ce type est par exemple connue par la demande de brevet allemand N 30 06 298. La plaque de valve fixe y présente deux nervures annulaires entre lesquelles se trouve un canal annulaire dans lequel peut pénétrer le fluide à commander par l'intermédiaire d'une conduite annulaire correspondante. L'élément de va've possède deux nervures annulaires en vis-à-vis des nervures annulaires de la plaque de valve, de sorte qu'à l'état fernmé les nervures annulaires de l'élément de valve et de la plaque de valve s'appuient les uns contre les autres et constituent les lignes d'étanchéité. L'élément de valve est déplacé par un entraînement piézo-électrique. Dans les valves connues, la faible longueur de course permet.d'obtenir une faible puissance d'actionnement et un déplacement peu bruyant. Du fait de la superficie de section relativement grande de la plaque de valve et des découpures qu'elle contient, la résistance à l'écoulement reste relativement faible en dépit de cette faible longueur de course. Toutefois, des dépenses considérables sont nécessaires pour obtenir une étanchéité suffisante, étant considéré les lignes d'étanchéité nécessairement longues. C'est pour cela que les distributeurs plans de ce type n'ont pas pu jusqu'à présent s'imposer dans la pratique, notamment pour des valves de petite taille. La présente invention a donc pour but d'améliorer une valve du type décrit en introduction afin d'obtenir, pour un coût de fabrication relativement faible, d'une part une faible résistance à l'écoulement et d'autre part une très bonne étanchéification. Il doit notamment être possible de réaliser sous la forme de distributeurs plans (c'est-à-dire de valves à plaques) même des valves relativement petites telles que celles qui sont souvent nécessaires pour des app!ications concernant des appareillages médicaux. Selon l'invention, ce but est, pour une valve du type mentionné en introduction, atteint par le fait que la plaque de valve munie de plusieurs découpures est dotée d'une structure superficielle selon laquelle des canaux d'écoulement, ouverts vers le côté de l'élément de valve et débouchant sur le bord de la plaque de valve, sont présents entre des parties saillantes constituant des surfaces d'appui pour l'élément de valve, les découpures étant situées à l'intérieur de ces parties saillantes, et que l'élément de valve présente, au moins dans les régions situées en vis-à-vis des découpures, des surfaces d'appui planes vis-à-vis de la plaque de valve. La plaque de valve de la valve selon l'invention peut être fabriquée aisément. Ce faisant, les découpures sont opportunément prévues coniques, à savoir en forme de cônes tronqués ou de pyramides tronquées. Elles peuvent être par exemple produites dans la plaque de valve par fraisage ou poinçonnage. Les canaux d'écoulement sont avantageusement formés par des procédés connus d'enlèvement de matière. De préférence, on utilise pour la réalisation de la plaque de valve une technique de décapage avec masquage, telle qu'elle est connue pour la fabrication de semiconducteurs. Cela permet notamment de fabriquer des plaques de valves de relativement petite taille avec une précision très élevée, en grandes séries et relativement bon marché. Une telle plaque de valve est de préférence réalisée en un matériau semiconducteur, et notamment en silicium. Les parties saillantes, qui constituent les surfaces d'appui pour l'élément de valve et dans lesquelles se trouvent les découpures, peuvent présenter des formes diverses. La forme donnée est fonction d'une part de la nécessité d'assurer un parcours de flux le plus favorable possible et d'autre part de la volonté d'obtenir une fabrication simple. Ce qui convient particulièrement bien, ce sont des parties saillantes oblongues, dans chacune desquelles se trouvent plusieurs découpures, et entre lesquelles sont disposés des canaux d'écoulement également oblongs. De telles parties saillantes peuvent notamment se présenter la forme de barrettes oblongues. Pour l'étanchéité de la valve selon l'invention, il est important qu'à l'état fermé, la plaque et l'élément de valve s'appuient l'un sur l'autre à plat sur la totalité de leur surface. C'est pourquoi l'entraînement à faible course est de préférence assemblé par l'intermédiaire d'un élément de jonction à l'élément de valve (ou encore à la plaque de valve si cette dernière est déplacée avec l'élément de valve), élément de jonction permettant d'ajuster la position de la plaque déplacée par rapport à la plaque fixe. L'élément de jonction est de préférence du type articulation à rotule; dans la pratique, l'emploi d'une articulation à ressort s'est avéré particulièrement satisfaisant. L'entraînement à faible course peut être obtenu de diverses manières, par exemple par modification de longueur piézoélectrique ou magnétostrictive. Mais on préfère tout particulièrement un entraînement à faible course basé sur la dilatation thermnique. Il présente à cet effet une partie extensible chauffable par résistance électrique, partie qui est assemblée d'un côté à l'élément ou encore la plaque de valve. La partie extensible peut être tubulaire, et montée d'un côté solidairement au carter dans un support mou élastique; elle peut aussi être filiforme, et l'élément de valve placé sous la précontrainte d'un élément élastique qui pousse l'élément de valve en position d'isolement. Selon une nouvelle forme de réalisation de l'invention. L'élément de valve est disposé contre une membrane annulaire, et une broche de transmission est montée en force entre cette membrane annulaire et une partie extensible en forme de roue à rayons. Enfin, selon une dernière forme de réalisation de l'invention, un dispositif de mesure est prévu pour la mesure capacitive du déplacement entre l'élément et la plaque de valve. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés schématiquement sur le dessin annexé, dans lequel: Figure 1 est une représentation en coupe d'une valve d'équerre Figure 2 est une vue en coupe transversale d'une partie de l'élément de valve et de la plaque de valve; Figures 3 et 4 sont des vues de dessus, respectivement du côté inférieur et du côté supérieur, d'une forme de réalisation de la plaque de valve; et Figures 5 et 6 sont des représentations en coupes d'autres formes de réalisation de l'invention. La valve représentée à la figure 1 présente un carter ou corps de valve I essentiellement tubulaire, avec un raccord 2 rapporté latéralement qui est également tubulaire. A l'extrémité inférieure du carter 1 se trouve un orifice d'admision 3, et un orifice d'évacuation 4 est prévu dans la tubulure de raccordement 2. Un élément de fixation tubulaire 5 est inséré et monté de manière étanche aux gaz dans le carter 1, à l'extrémité inférieure de ce dernier, à l'aide par exemple d'un joint brasé 6. Le long du joint brasé 6, l'élément de fixation 5 présente la forme d'un tube rond, qui se transforme en un tube carré vers la plaque de valve 7. Cela permet un brasage affleuré de l'élément de fixation 5 avec le bord de brasage 45 de la plaque de valve 7. Un élément de valve mobile 8 est prévu au-dessus de cette plaque de valve 7, élément qui est constitué d'une plaque d'étanchéité à surface plane 9 et d'un élément de support 10 assemblé à cette dernière, et qui à l'état fermé s'appuie sur la plaque de valve 7. L'élément de valve 8 est assemblé par l'intermédiaire d'une articulation à rotule 11 avec une plaque terminale inférieure 12 d'un entraînement à faible course 13. La plaque terminale inférieure 12 sert simultanément d'élément de guidage dans l'évidement du carter. L'entratnement à faible course 13 comprend comme partie extensible un tube à parois minces 14, sur lequel est fixée une plaque terminale supérieure 15. A la plaque terminale inférieure 12 et à la plaque terminale supérieure 15 sont respectivement fixées des conduites d'alimentation 16 et 17, à l'aide desquelles une tension de chauffage peut, à partir d'une source d'alimentation en tension non représentée, être appliquée au tube à parois minces 14. La plaque terminale supérieure 15 est appuyée contre un ressort de compression 20 à l'aide de deux parties de coque 18, 19 réalisées en un matériau électriquement isolant. Ce faisant, ce ressort de compression 20 s'appuie d'un côté, par l'intermédiaire de la partie de coque 19, contre un couvercle vissé 21 qui est vissé sur le carter 1. La plaque terminale supérieure 15 peut coulisser dans la partie de coque inférieure 18 à l'encontre de la précontrainte du ressort. Grâce à ce montage de la plaque terminale supérieure, on obtient d'une part une bonne fixation de l'entraînement à faible course 13 lorsque la valve est ouverte, et on obtient d'autre part, à la position de fermeture, une sécurité contre la surcharge par l'affaissement de la plaque terminale supérieure 15. La représentation en coupe fortement agrandie de la figure 2 permet de distinguer la structure de la plaque de valve 7 et de la plaque d'étanchéité 9. On distingue dans la plaque de valve 7 des parties saillantes 22 formant des surfaces d'étanchéité et des évidements rainurés 23 servant de canaux d'écoulement, qui s'étendent jusqu'au bord de la surface d'appui de la plaque de valve 7. A l'intérieur des parties saillantes 22 se trouvent des découpures coniques 24. La surface 25 de la plaque d'étanchéité 9, qui est tournée vers la plaque de valve 7, présente une configuration plane. Toutefois, pour des cas d'application particuliers, il peut être opportun de structurer non seulement la plaque de valve 7, mais aussi l'élément de valve 8, soit donc la surface 25 de sa plaque d'étanchéité 9. Cela permet d'obtenir des parcours de flux agrandis à la position ouverte. Dans un tel cas toutefois, les régions de la surface de l'élément de valve 8 qui sont en vis-à-vis des surfaces des parties saillantes 22 de la plaque de valve présentent elles-aussi une surface plane, afin d'assurer à la position de fermeture une étanchéification vis-à-vis de ces régions saillantes. La figure 3 présente le côté inférieur de la plaque de valve 7, qui est tourné vers l'orifice d'admission 3. Les découpures coniques présentent une section sensiblement carrée. Un bord de brasage 45 mis en place par galvanisation permet de réaliser l'assemblage brasé entre la plaque de valve 7 et l'élément de fixation 5. Le côté supérieur de la plaque de valve 7, qui est tourné vers la plaque d'étanchéité 9, est représenté à la figure 4: il présente des parties saillantes 26 en forme de barrettes, munies chacune de plusieurs découpures 24. Les évidements rainurés 23 s'étendent ici entre les parties saillantes en forme de barrettes, et sont parallèles à ces dernières. La plaque de valve est opportunément réalisée par une technique de masquage. On 5roduit ainsi des découpures 24 et des évidements rainurés 23, respectivement de section conique et de section cunéiforme. Les évidements rainurés 23 sont dégagés par décapage à partir d'un côté de la plaque, tandis que les découpures le sont à partir de l'autre côté. Comme les structures produites lors du décapage s'étendent parallèlement entre elles, on obtient une plaque de valve de poids relativement faible et de stabilité suffisante. Comme matériau pour la plaque de valve 7, on emploie opportunément du silicium. Mais on peut éventuellement employer d'autres matériaux semiconducteurs décapables, tels que du verre photochimiquement activable, du carbure de silicium ou du nitrure de silicium. La valve en équerre représentée à la figure 1, qui est munie d'une plaque de valve selon les figures 2 à 4, se trouve -à l'état désactivé, c'est-àdire, le tube 27 n'étant pas chauffé, ouverte par la formation d'une fente entre l'élément de valve 8 et la plaque de valve 7. Dans la pratique, on a constaté qu'une course de valve de seulement 0,05 mm suffisait déjà pour dégager à l'état ouvert, grâce à la structuration de la plaque de valve, des parcours de flux fournissant une résistance à l'écoulement suffisamment faible de la valve ouverte. Lorsqu'on fait passer du courant et que le tube 14 est ainsi chauffé, l'élément de valve 8 est pressé contre la plaque de valve 7, et la valve est ainsi fermée. L'articulation à rotule 11 permet un appui entièrement plan'entre les surfaces de l'élément de valve 8 et de la plaque de valve 7 à la position de fermeture. Si la valve selon l'invention est munie d'une plaque de valve 7 flexible, la plaque de valve doit toujours être placée du côté sollicité par la pression du fluide en attente lorsque la valve est fermée. Lors de l'ouverture de la valve, la plaque de valve 7 est légèrement bombée en direction de l'écoulement du fluide. A l'état fermé, ce bombement est compensé par la pression d'application de l'élément de valve 8 à surface plane, et on a constaté qu'on obtenait avec un tel agencement une étanchéification particulièrement satisfaisante. Dans la valve représentée à la figure 5, l'élément de valve 8 est fixé sur une membrane annulaire 27. La membrane annulaire est fixée de manière étanche sur la paroi intérieure du carter I par son bord extérieur. L'intérieur du carter est ainsi divisé en deux chambres partielles, la chambre d'écoulement 28 et la chambre de commande 29. La chambre de commande 29 peut être'reliée par l'intermédiaire d'une ouverture 30 à un dispositif de commande pneumatique, de sorte que la valve peut être en outre commandée pneumatiquement. Afin de séparer électriquement la partie supérieure du carter, conductrice du courant, de la partie inférieure du carter, une bague isolante 32 est intercalée entre les deux parties du carter. Comme partie extensible de l'entraînement à faible course, on utilise ici une roue à rayons 31 de forme conique, laquelle est réalisée à partir d'une mince plaque métallique, et présente un moyeu central, une jante fixée sur le carter, et des rayons entre le moyeu et la jante. Si une tension est; par l'intermédiaire des conduites 16 et 17, appliquée entre le moyeu et la jante, l'échauffement des rayons engendre une extension en direction du sommet du cône. Le déplacement du moyeu 31a de la roue à rayons est, par l'intermédiaire d'une broche de transmission 33 montée en force, transmis à l'élément de valve 8, de sorte que ce dernier se décolle de la plaque de valve 7 sous l'action de la précontrainte de la membrane losque la roue à rayons 31 est traversée par du courant: la valve s'ouvre donc. La figure 6 représente une valve droite, dont le raccord de sortie 34 est disposé coaxialement au carter tubulaire 1. L'élément de valve 8 est précontraint par l'intermédiaire d'un ressort de compression conique 35 en direction de la plaque de valve 7. On utilise comme partie extensible un fil chauffant 36 courbé sensiblement en V, dont le milieu passe par un oeillet de guidage 37 de l'élément de valve 8. Les deux branches du fil chauffant 36 sont, à l'aide de manchons de torsion 38 et 39, montées dans une partie de couvercle 40 en matériau isolant. La longueur du fil chauffant 36 est choisie de telle sorte qu'à la température normale, la valve reste ouverte à l'encontre de la précontrainte du ressort de compression 35. L'application de la tension de chauffage sur le fil chauffant 36 engendre une extension du fil, de sorte que la valve se ferme. Avec une telle valve, et en particulier avec la valve selon la forme de réalisation représentée à la figure 6, il est possible de réaliser une mesure capacitive de déplacement, afin de déterminer la distance d'ouverture entre l'élément de valve 8 et la plaque de valve 7. A cet effet, il est prévu dans la forme de réalisation selon la figure 6 une rondelle de guidage 41 en matériau isolant qui est mobile avec l'élément de valve 8, rondelle qui isole l'élément de valve 8 vis-à-vis du carter I et qui présente des évidements traversants 42. La plaque d'étanchéité 9 de l'élément de valve 8 est également réalisée en matériau isolant, par exemple en céramique. Les parties métalliques de l'élément de valve 8 sont reliées électriquement au fil chauffant 36. On peut ainsi déterminer la capacité du condensateur constitué de l'élément de valve 8 et de la plaque de valve 7 qui se trouve au potentiel de masse. Pour la mesure, on utilise un dispositif connu 43 de mesures de capacité. La valeur mesurée de capacité constitue une mesure de la distance entre l'élément de valve 8 et la plaque de valve 7. REVENDICATIONS 1. Valve asservissable électriquement, notamment pour fluides gazeux, dans laquelle un élément de valve (8) est disposé en vis-à-vis d'une plaque de valve (7) munie d'un certain nombre de découpures (24), et l'élément de valve et la plaque de valve peuvent, par un dispositif d'entraînement à faible course, coulisser l'un par rapport à l'autre perpendiculairement à la surface de la plaque en dégageant plusieurs lignes d'étanchéité, caractérisée en ce que la plaque de valve (7) munie de plusieurs découpures (24) est dotée d'une. structure superficielle selon laquelle des canaux d'écoulement (23), ouverts vers le côté de l'élément de valve (8) et débouchant sur le bord de la plaque de valve (7), sont présents entre des parties (22) saillantes constituant des surfaces d'appui pour l'élément de valve, les découpures (24) étant situées à l'intérieur de ces parties saillantes (22) , et en ce que l'élément de valve (8) présente, au moins dans les régions situées en vis-à-vis des découpures (24), une surface d'appui plane vis-à-vis de la plaque de valve. 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque -de valve (7) présente des découpures produites par masquage. 3. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que la plaque de valve (7) est réalisée en un matériau semiconducteur. 4. Valve selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau semiconducteur est du silicium. 5. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une découpure (24) est disposée dans chaque partie saillante (22). 6. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parties saillantes (26) sont réalisées en forme de barrettes, présentent un certain nombre de découpures (24) successives dans le sens longitudinal des parties saillantes, et forment des canaux d'écoulement (23) entre les parties saillantes voisines. 7. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que les découpures (24) sont configurées en cônes dans la plaque de valve (7). 8. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de valve (8) ou la plaque de valve (7) présente un élément de jonction (11, 33, 37) vers l'entraînement à faible course, élément qui permet une orientation de position vis-à-vis de la plaque de valve. 9. Valve selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément de jonction est du type articulation à rotule. 10. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entraînement à faible course présente une partie extensible (14, 31, 36) chauffable par résistance électrique, partie qui est assemblée d'un côté à l'élément de valve (8) ou la plaque de valve (7). 11. Valve selon la revendication 10, caractérisée en ce que la partie extensible (14) est tubulaire. 12. Valve selon la revendication 10, caractérisée en ce que la partie extensible (36) est filiforme, et en ce que l'élément de valve est placé sous la précontrainte d'un élément élastique (35) qui pousse l'élément de valve (8) en position d'isolement. 13. Valve selon la revendication 11, caractérisée en ce que la partie extensible tubulaire (14) est montée d'un côté solidairement au carter dans un support mou élastique (18, 19, 20). 14. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de valve est disposé contre une membrane annulaire (27), et en ce qu'une broche de transmission (33) est montée en force entre cette membrane annulaire (27) et une partie extensible (31) en forme de roue à rayons. 15. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un dispositif de mesure (42) est prévu pour la mesure capacitive de déplacement entre l'élément de valve (8) et la plaque de valve (7).