Brevet FR2689036A1 — publié le 19931001

I1 existe de nombreuses circonstances où l'on souhaite pouvoir délivrer avec précision des debits de liquides suffisamment continus, de preference ajustables. On a conçu a cette fin, et notamment lorsqu'il s'agit de faibles débits, de l'ordre de 0,1 à 100 l/h, de nombreux types de pompes doseuses mues par des moteurs électriques, en particulier des pompes a pistons de course rectiligne, généralement entraînées par un embiellage en un mouvement quasi sinuso7dal, a l'écart pres de la loi et des jeux de la transmission. I1 existe aussi des cas ou l'on desire seulement débiter a l'aide d'une commande a moteur électrique, périodiquement ou a l'initiative d'un operateur, une quantité donnée d'un fluide tel que desinfectant, parfum ... ; l'objectif est alors généralement d'operer de façon precise en quantité et en debit, notamment pour obtenir une projection franche du produit, et tout particulièrement sa pulvênsation fine en une ou plusieurs impulsions. On a alors proposé toutes sortes de transmissions, excentriques ou cames plus complexes ... et même échappements et gâchettes permettant d'obtenir une loi de mouvement moins progressive que la simple sinusolde donc une commande plus sèche et un jet plus bref sous pression plus elevée. Dans ce cadre, une solution simple et appropriée parait bien etre l'emploi d'actionneurs alternatifs de types bien connus semblables aux vibreurs qui équipent en particulier les rasoirs électriques, notamment aux vibreurs a aimants permanents dont chacun connait la compacite et la relative légèreté. Leurs mécanismes sont souvent équipés d'un levier qui permet en particulier de renvoyer et de réduire la course en accroissant la force disponible ; ils peuvent être alimentes en courant continu a partir d'accumulateurs qui les rendent independants, ceci a l'aide de hacheurs a commande électronique fournissant un signal en escalier dont la forme rectangulaire ou seulement abrupte correspond bien l'impulsion energique recherchée et dont les paliers et la frequence sont faciles a ajuster pour modifier le débit. Le volume du reservoir pourrait être de l'ordre du litre, assurant une durée de fonctionnement de l'ordre de l'heure par exemple, mais un emploi majeur est celui d'appareils aisément transportables, de faible poids, utilisables en particulier pour dispenser sur une très courte période une dose minime mais suffisamment précise d'un produit tel qu'un medicament : on peut notamment souhaiter permettre ainsi a un patient d'inhaler sur le temps d'une inspiration une dose d'un médicament des voies respiratoires. Le volume du reservoir necessaire ne depasse alors pas quelques millilitres ce qui permet de disposer d'un ensemble compact et léger, tenant dans la main. Le fonctionnement est avantageusement commandé par un relais à temps ou a comptage d'impulsions. Dans la plupart des cas, les dispositifs ainsi conçus sont aptes a employer des recharges et utilisent en particulier a cette fin un boîtier recevant l'un des conditionnements bien connus équipés d'une pompe miniature utilises dans l'industrie des parfums ou cosmetiques, médicaments, insecticides ... Celle-ci est en general pourvue d'une tige de piston qui sert de gicleur alimentant sa tête de distribution montee axialement, généralement fixee par une collerette, sur l'ouverture du récipient destine à renfermer le produit, elle permet donc par exemple de sceller de façon etanche et aseptique un flacon de medicament. Elle peut être de tout type classique utilise en grande serie sur ces distributeurs miniatures, et usuellement d'un modèle dit a précompression, employant en règle generale une soupape d'admission à bille et une soupape d'échappement à manchon rappelé par un ressort, dont la construction est censée permettre de ne libérer le fluide que sous une pression minimale et améliore la pulvérisation. Pouvant ainsi devenir des appareils de poche ou de sac, aisés à transporter, ces dispositifs profitent en général de ce que les pompes qui les equipent sont commandes par un poussoir car elles possèdent leur propre ressort de rappel, qui les maintient au repos en position étanche, pour n'employer qu'un actionneur à simple action, de construction très simple ; cette option a toutefois pour inconvénient d'exiger un effort de poussée accrû sans garantir un retour aussi rapide en position de repos. De fait les solutions proposées ne donnent que des résultats imparfaits : même avec les pompes dites à précompression qui sont d'usage général on observe en montant en fréquence, et dès 20 Hz, irregularites puis pertes de debit, pulvérisation inégale et même détérioration des pompes. L'invention a pour objet de proposer un dispositif de ce genre, alliant grande simplicite, faible coût, faible encombrement et autonomie suffisante mais exempt des inconvénients cités ;.ce dispositif associera donc un mecanisme moteur convenable à une pompe miniaturisee, d'un volume externe pouvant descendre au dessous d'un centimetre cube, assemblée sur un réservoir de volume approprié. Selon une caractéristique, il convient à cette fin de recourir a une pompe à commande positive des soupapes d'admission et d'échappement et typiquement dans laquelle le piston fait lui-même office de tiroir mieux, cette pompe sera à corps déformable, ou plus précisément à corps radialement élastique, en particulier à section transversale polylobé, telle que celles decrites par la publication de brevet FR-A-2 626 253 on constate alors une amélioration spectaculaire du fonctionnement. A titre d'explication, il est à penser que les vitesses de fonctionnement recherchees, quoique modérées, interdisent de raisonner en termes purement statiques comme on avait l'habitude de le faire, et qu'on rencontre habituellement des phénomènes d'inertie tels qu'affolement des clapets, turbulences et coups de bélier. Or les pompes proposes ici se distinguent par un volume de pompage bien détermine grâce specialement à la fermeture et l'ouverture positives des soupapes tant d'echappement que d'admission, la possibilite de travailler sur une course faible avec une precision acceptable et en particulier sur une course partielle, en ajustant les durees respectives des phases de fonctionnement par le biais des positions des orifices, une bonne facilité d'amorçage et de faibles frottements ; mais en même temps leur elasticite en pratique exclusivement radiale attenue les phénomènes de surpression. Elles coopèrent ainsi de façon spécialement efficace avec les diverses motorisations proposes jusqu'ici : jusqu'à des fréquences de vibration relativement élevées, pouvant aller jusqu'à 30 Hz en mouvement sinusoldal, voire 60 Hz sur un actionneur par ajustement des durees respectives des phases de montée et descente, la pompe reste capable de suivre le moteur sur la totalite de sa course comprise entre la pleine ouverture de l'admission et la pleine ouverture de l'échappement. On peut ainsi facilement régler le debit, d'une façon régulière sinon entièrement linéaire, en fonction de la fréquence de commande ; une pompe de 25 p1 de capacité nominale fonctionnant à une frequence de 30 Hz fournit ainsi un débit voisin de 2 l/h soit encore de 0,5 ml/sec ou, si l'on préfère, pulverise finement une goutte de produit en un dixieme de seconde. Dans une première version, cette pompe sera associee à un actionneur alternatif agissant directement ou indirectement sur la tige qui lui sert de gicleur, et qui sera de preference d'un modèle à noyau mobile porteur d'aimants permanents, son armature montée solidaire d'un boîtier apte à recevoir le conditionnement ; cette solution conduit en principe à des pulvérisations très fines. Le bobinage sera alors lui-même alimenté de préférence en courant haché ou alternatif non sinusoldal, au moyen d'un oscillateur, au besoin à partir d'une source de courant continu, pile ou accumulateur rechargeable ; il faut cependant noter qu'aux frequences les plus élevees, son inertie empêche en tout etat de cause la pompe de suivre exactement la loi des impulsions de courant, rapprochant son mouvement d'une oscillation pseudo-sinusoTdale. Ainsi, dans une seconde version, la pompe sera mue par un moteur rotatif à courant continu entraînant une came, de préférence un excentrique travaillant sans jeu axial, monte soit directement en bout d'arbre soit par I'intermédiaire d'un réducteur, en particulier à vis cette solution est simple, peu coûteuse, plus silencieuse et il est facile de regler la vitesse du moteur en ajustant sa tension d'alimentation. On obtient ainsi des commandes à double action autonomes, peu encombrantes et suffisamment puissantes sur la faible course nécessaire, qui permettent accessoirement d'éliminer le ressort de rappel de la pompe si la solidarisation joue dans les deux sens ; cette pompe peut donc être rendue exempte de toute pièce metallique interne. La tête de la pompe, qui peut être de structure classique, portant par exemple une buse de pulvérisation, ou même être reliee par un conduit souple à une buse de sortie montee fixe sur le boitier s'il n'en resulte pas un volume mort excessif, servira commodément à solidariser en translation tige de gicleur et organe mobile du mecanisme moteur. L'invention sera illustrée ci-dessous par un triple exemple, en reference aux dessins qui montrent : - figure 1 : une coupe schématique d'un dispositif complet, - figure 2 : une coupe selon II-II de la figure 1, - figure 3 : une coupe d'un autre agencement général, - figure 4 : une coupe selon IV-IV de la figure 3, figure 5 : un schéma d'un entraînement rotatif, - figure 6 : une coupe-élevation d'une pompe utilisable, - figure 7 : une coupe selon VII-VII de la figure 6. Le dispositif montre sur la figure 1 peut servir par exemple à délivrer des doses connues, finement pulvérisées, d'un medicament des voies respiratoires. Il comprend un pulverisateur constitué d'un recipient 1 dont l'ouverture reçoit une pompe 2 retenue en place de façon étanche par une collerette 3. Cette dernière laisse passer le gicleur axial 4a qui sert de tige au piston 4 de la pompe et porte lui-même une tête 5 dont il alimente la buse de pulverisation 5a. L'ensemble forme un conditionnement homogène et sterile. Ce pulvérisateur est introduit dans un boitier 6 classiquement forme de deux demi-coquilles à emboitement, éventuellement articulees. Comme le montre mieux la figure 2, il s'y trouve retenu par les parois contre des butees telles que des nervures 6a ; simultanément, il est pris entre leurs epaulements 6b et le plancher 6c du boitier. Le boitier 6 renferme un actionneur 7 comprenant une armature 7a porteuse d'un bobinage 7b et devant les deux pôles 7c et 7d de laquelle peut osciller un levier 8 à noyau ferromagnetique 9 articulé sur le boitier par son axe 10 place dans le plan de symetrie de l'armature. L'électro-aimant de l'actionneur 7 est alimente par un hacheur electronique 11, à partir de piles ou d'accumulateurs rechargeables 12, sous la commande d'un contacteur 13 ; pour ne pas emcombrer la figure, les connexions électriques ont éte omises. En un dixieme à cinq dixièmes de seconde par exemple, à une fréquence prêréglable susceptible d'atteindre et de depasser 20 Hz mais de préférence inferieure à 40 Hz, le hacheur sera capable de delivrer en reponse à toute action sur ce contacteur une série d'impulsions raides et brèves plus ou moins proches. Au repos, dans la position représentée, le bras 8a du levier est rappelé vers la droite par le jeu de deux ressorts 14 ; comme le montre la figure 2, son bras 8b, à 90 et légèrement déporte par rapport au plan médian, porte un ergot 8c, qui se deplace ainsi sur une faible course, de l'ordre de 3 mm par exemple, dans une direction pratiquement verticale. La tête 5 porte une oreille 5b percée d'un trou 5c qui vient lateralement s'emboiter sur l'ergot 8c au moment de la mise en place du pulvérisateur sur le boîtier. Si la tête 5 elle-même est solidement fixee sur le gicleur, par exemple à frottement dur ou même par soudage sous ultrasons, et si les tolérances sont bien étudiées, on voit que le levier démultiplicateur 8 rappelle ainsi le piston 4 de la pompe vers le haut, en position d'étanchéité, indépendamment de l'action du ressort de renvoi interne de ce piston ; ce dernier ressort peut ainsi être supprime. L'ensemble du dispositif ne sera pas decrit ici de façon plus complète car il n'emploie qu'un mécanisme bien connu des fabricants de petits moteurs, semblable par exemple à diverses commandes de rasoirs électriques. Il en existe de nombreuses variantes et on pourrait employer en fonction des courses, de l'encombrement etc. des solutions sans renvoi d'angle, ou à noyau mobile en translation et susceptible d'attaquer directement la tête de la pompe, ou encore à commande periodique mise en route par un interrupteur. La figure 3 montre ainsi, sous les mêmes repères, une version à noyau mobile porteur d'aimants permanents. Un tel mecanisme actionneur parmi d'autres peut travailler sans ressort de rappel semblables aux ressorts 14 de la première version, ce qui lui confère une courbe de fonctionnement plus proche de celle de l'impulsion electrique donc plus raide. Emettant des impulsions alternatives ajustables en durée et en période, la commande electronique peut alors se charger d'arrêter le noyau 9 en position basse ; celui-ci s'y trouvera retenu par son aimantation permanente au contact du pôle 7d de l'electro-aimant : si la commande mecanique agit aussi bien en traction qu'en compression sur la tête de pompe 5, ce qui accélère la remontee du piston, permettant d'augmenter au besoin la fréquence des coups de pompe, l'electro-aimant restera capable de maintenir en outre l'étanchéité au repos même en l'absence de tout ressort de renvoi du piston à l'intérieur de la pompe. Comme le montre mieux la figure 4, le bras 8b du levier est double, revêtant la forme d'une courte fourchette qui crée un anneau ouvert pourvu de deux ergots symétriques 8c . L'oreille 5b porte elle-même sur chacune de ses deux faces un logement circulaire pour l'un des ergots, raccorde à une encoche chanfreinee 5d. Le conditionnement peut ainsi être mis en place latéralement après fermeture du boitier, par l'ouverture 6d de celui-ci, dont les bords le retiendront élastiquement, la tête 5 etant amenee horizontalement en prise entre les deux branches du bras 8b. L'interchangeabilité s'en trouve améliorée. La figure 5 donne le schéma d'un entrainement direct par un moteur tournant. A partir des piles 12 et par l'intermédiaire d'un relais 14 associé à un regleur de tension 15, le contacteur 13 permet d'alimenter un moteur à courant continu 17 dont l'arbre 18, perpendiculaire à l'axe de la pompe 2, peut ainsi tourner à des vitesses allant par exemple de 500 à 2 000 tours/mn. De tels moteurs peuvent être munis d'un arrêt en position haute. L'oreille 5b de la tête 5 du conditionnement est percée d'un orifice 5c de forme oblongue s' emboîtant sans jeu vertical appréciable sur un excentrique 18a situé à l'extrémité de l'arbre 18, d'une façon semblable à celle montrée par la figure 1 pour l'ergot 8c du levier 8. cet excentrique joue donc le rôle d'une came à double action, la tête 5 et le piston du distributeur se trouvant ainsi entraines en oscillation sinusoidale à la vitesse desirée. La figure 6 donne un exemple d'un distributeur utilisable selon l'invention. Sa pompe comporte un corps 20 renfermant un piston 21 capable dans son mouvement de va-et-vient de masquer puis de demasquer tour à tour les orifices des canaux d'admission 22 le raccordant au tube de prise et d'échappement 23 vers le gicleur 24 dont il est porteur. Destinée à être entrainée positivement dans chaque sens par l'actionneur auquel elle se trouvera associée, elle est pourvue de tout ressort interne, ce qui peut être avantageux vis-à-vis du produit utilise et pourra faciliter les operations de tri en vue du recyclage des constituants en matières synthetiques. Elle est aussi pourvue d'event et se trouve ainsi enfermée de façon étanche par une collerette 25 sur une poche 26 destinée à renfermer le produit, à l'intérieur d'un étui 27. Le corps 20 est virtuellement indeformable dans la direction longitudinale ce qui garantit une commande de fonctionnement positive et prise, dont le choix des positions des orifices permet d'ajuster les phases successives. Mais la figure 7 montre que la section transversale de sa partie mediane 20a est polylobée, ce qui lui confère une déformabilité transversale suffisante pour amortir les coups de belier aux vitesses envisagees et cependant une raideur telle que ses parois suivent la cadence impose. La pompe ci-dessus ou ses variantes possibles ne seront pas decrites ici de façon plus détaillée car il suffira au lecteur de se reporter à la publication de brevet FR-A-2 626 253 precitee pour en prendre connaissance. Il est enfin à remarquer que l'exemple de distributeur donne ci-dessus n'est pas incompatible avec l'emploi d'un mécanisme de commande depourvu de rappel en position haute car il n'existe à aucun moment de communication directe possible entre le reservoir et l'extérieur, ni par un évent exterieur, ni par l'intérieur de la pompe, les orifices 22 et 23 ne s'ouvrant pas simultanément vers le gicleur 24. Revendications 1. Dispositif distributeur de produits liquides associant sur un même boitier un réservoir équipé d'une pompe doseuse alternative, en particulier un conditionnement équipé d'une pompe miniature axiale pourvue d'une tige de piston servant de gicleur vers sa tête distributrice, et un mecanisme de commande électrique, caractérise en ce que ladite pompe (2) est à commande positive des soupapes d'admission et d'echappement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (4, 21) lui-même, faisant office de tiroir à l'intérieur du corps de pompe (20), en masque et démasque tour à tour les orifices d'admission (22) et d'échappement (23). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce que le corps de pompe possède une partie (20a) de section non circulaire, donc élastiquement déformable en direction radiale. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie déformable dudit corps possède une section transversale polylobée. 5. Dispositif selon la revendication 3, caracterise en ce que la tête de la pompe est commandée par une came (18a) à partir d'un moteur tournant. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la came est un excentrique situé directement en bout d'arbre d'un moteur à courant continu (17). 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérise en ce que le mecanisme de commande comprend un actionneur alternatif (7). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le noyau mobile de l'actionneur est porté par un levier demultiplicateur (8). 9. Dispositif selon la revendication 7, caracterise en ce que l'actionneur possède un noyau mobile à aimants permanents (9) depourvu de ressorts de rappel. 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'actionneur est alimente par une commande électronique (10) en un courant d'impulsions rectangulaires ajustees en duree et en periode. 11. Dispositif selon l'une des revendications 3 àîO, caractérisé en ce que le piston (4) est depourvu de ressort de renvoi mais porte une tête (5) qui le rend solidaire à la montee comme à la descente de l'organe mobile, à double action, du mécanisme de commande. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le conditionnement s'introduit latéralement dans le boitier (6) et que la tête du piston s'emboite de même sur l'organe mobile du mécanisme de commande.