Brevet FR2726045A1 — publié le 19960426

De nombreux types de pompes miniatures ont été proposés pour équiper des conditionnements de produits cosmétiques ou pharmaceutiques et permettre de les distribuer commodément par doses successives. Leur encombrement est usuellement inférieur au centimètre cube. La plupart comprennent un corps cylindrique possédant une prise basse équipée d'une soupape d'admission, en particulier à bille retombant sous son propre poids, o une collerette enferme un piston mobile contre l'action d'un ressort de renvoi; traversant cette collerette, 1e la tige de commande creuse du piston forme un conduit d'évacuation ou gicleur à canal interne axial que ferme une soupape d'échappement tarée par un organe de rappel élastique, et recevra un poussoir portant normalement aussi la buse émettrice du produit.. Une difficulté accrue par l'extrême miniaturisation des pièces, en particulier lorsqu'on recherche une pulvérisation, est d'obtenir une émission franche et précise: les solutions les plus simples et les plus anciennes proposaient l'emploi d'une soupape d'échappement à clapet interne, placé par le haut dans la tige du piston. La faible section disponible conduisait à des ressorts de rappel très faibles et on a longtemps préféré l'emploi d'un manchon externe combinant les rôles de clapet et de garniture d'étanchéité du piston sur le corps. Pour avoir un fonctionnement plus franc ce clapet pouvait avantageusement travailler en tiroir, ne s'ouvrant qu'après une certaine course morte; mais, surpris par l'impression de double détente qui en résultait, le comportement de l'utilisateur défie quelque peu les espoirs des concepteurs. L'objet de l'invention est de parvenir à un meilleur compromis en conciliant douceur et précision, se fondant sur le fait que le perfectionnement des techniques de fabrication et notamment de la précision d'exécution des pièces permet aujourd'hui de revenir à l'emploi d'un clapet interne en supprimant à la fois ses inconvénients initiaux et l'impression de double détente créée par une course morte excessive. Selon l'invention, le piston est en deux pièces, avec d'une part, un gicleur qui possède en partie haute un épaulement interne, son extrémité inférieure s'élargissant au contraire en un collet et, d'autre part, une douille qui, emboîtée sur ce collet par son bord supérieur, sert extérieurement de garniture d'étanchéité, délimitant une chambre intérieure o le clapet d'échappement se trouve logé, son culot percé d'un orifice axial servant de siège annulaire audit clapet, dont le ressort de rappel, introduit avec lui par le bas, se place à l'intérieur du gicleur. Le siège revêt la forme en cuvette dont l'assise se raccorde par un congé arrondi à une ceinture évasée; le clapet possède une forme en cloche à lèvre assez mince tournée vers le bas, d'arête ayant à l'état libre un périmètre sensiblement égal ou à peine supérieur celui du congé et portant au repos sur le culot, appliquée de façon étanche sur l'assise et dans l'angle de la cuvette sous l'effet du ressort de rappel du clapet. La surface active du clapet est alors minimale. L'arête aura de préférence une courbure plus forte que celle dudit congé. Lorsque l'opérateur agit sur le bouton poussoir, le clapet d'admission se ferme: la pression augmente dans la pompe et plaque d'abord la lèvre contre la ceinture de la cuvette, renforcçant son étanchéité; au delà d'un certain seuil, elle tend à soulever le clapet d'échappement, repoussant son étanchéité vers l'angle: ce dernier effet provoque une augmentation de la surface de ce clapet soumise à la pression assez notable, en raison des faibles dimensions de la pompe, pour faire céder brusquement son ressort de rappel. L'élasticité limitée de la lèvre du clapet ne permet alors à celle-ci de s'élargir pour suivre la paroi évasée de la cuvette que sur une distance très faible, inférieure à la hauteur totale de la ceinture; aussitôt qu'elle quitte cette paroi, elle revient presque à son périmètre initial car la majeure partie de la pression se transmet sur la buse émettrice, et le clapet tend à redescendre, offrant à l'écoulement du produit le long de la ceinture oblique un passage latéral étroit dont la section varie avec sa levée résiduelle; ce passage est précédé d'un convergent qui repousse en aval les pertes de charge, centrant le clapet d'échappement et stabilisant à la fois sa position et la pression disponible sur l'orifice de la buse. Le fait de placer le clapet dans la chambre élargie formée par la douille sous le collet du gicleur permet de lui donner au repos une section efficace minimale au moins égale à celle du canal du gicleur et levé, une section efficace maximale au moins double, de l'ordre du tiers ou au moins du quart de celle du piston dans le corps de pompe, de sorte qu'il devient possible de doter la soupape d'échappement d'un ressort raisonnablement fort; l'évasement de la ceinture minimise les effets peu maîtrisables des frottements; le déplacement du piston nécessaire à l'ouverture du clapet est environ trois fois plus faible que le sien propre donc presque négligeable. Il résulte de cette construction une souplesse de fonctionnement qui évite des réactions nuisibles de l'utilisateur et permet le cas échéant une pulvérisation très franche. l0 La hauteur totale de la cuvette n'a pas à dépasser la levée du clapet, à savoir quelques dixièmes de millimètre, pour une pente d'évasement moyenne proche de 0,3 et croissant de préférence du raccord du congé vers le haut pour donner à sa paroi un profil en S. Le faible encombrement latéral disponible comme le souci de réduire les i5 volumes morts et d'éviter de brusques variations des sections de passage conduisent avantageusement à placer sa ceinture à l'aplomb ou presque de la paroi latérale de la chambre, également circulaire, pour former un canal s'évasant légèrement vers le haut. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description d'un exemple avantageux, donnée ci-dessous en référence aux dessins. Ceux-ci montrent: -figure I:une coupe d'ensemble d'une pompe selon l'invention, - figure 2: un détail de la soupape d'échappement montrant les profils de son siège en cuvette et de la lèvre de son clapet. - figure 3: un détail d'une variante de la soupape d'échappement. La pompe de la figure 1 possède un corps 1 doté d'une prise inférieure munie d'un tube de prise 11 et commandée par une soupape d'admission dont le clapet à bille 12 est prisonnier d'une cage 13 porteuse de butées internes 14 et d'une portée supérieure 15 à saignées radiales. Le piston est constitué d'une douille 2 assemblée sur une tige creuse 3. La paroi latérale de la douille 2 fait étanchéité sur le corps de pompe par l'intermédiaire de deux lèvres souples 21 tournées en sens opposés et son culot 22, percé d'un orifice axial 23, crée sur sa face supérieure une portée annulaire 24 en cuvette à ceinture évasée. La tige creuse 3 porte à sa partie inférieure un collet 30 qui, dans l'exemple représenté, est formé de deux brides concentriques 31 et 32 que sépare une saignée o le bord supérieur 25 de la douille vient s'emboîter. Cette tige forme gicleur et, engendrant intérieurement un épaulement 33, son extrémité supérieure se rétrécit extérieurement à un diamètre normalisé permettant d'y emboîter un poussoir de type courant, non représenté, usuellement équipé d'une buse pulvérisatrice. Le culot 22 délimite vers le bas à l'intérieur de la douille 2, sous le collet 30, une chambre 26 qui reçoit un clapet d'échappement 4 en forme de cloche à lèvre 40 tournée vers le bas. Un ressort de rappel 41 placé dans le canal interne de la tige ou gicleur 3 en appui sur son épaulement 33 applique la cloche 40 sur le fond de la cuvette 24 située sur la face supérieure du culot 22. Un ressort 5, comprimé entre deux portées antagonistes de la cage 13 et de la douille 2 renvoie le piston vers le haut. Une collerette 6 enferme l'ensemble de ce mécanisme à l'intérieur du corps de pompe, laissant passer le gicleur 3; sur la figure il s'agit d'une coupelle métallique sertie sur le rebord 16 du corps; elle sera ensuite sertie une seconde fois, par le conditionneur, son joint 61 en serrage étanche sur un flacon, non représenté, contenant le produit. Le ressort 5 plaque le piston contre la collerette 6; dans l'exemple actuel le jeu interne laissé par le joint 61 et des saignées 17 sur le rebord 16 du corps 1 ménagent un évent entre le récipient et l'atmosphère le long du gicleur 3; c'est l'épaulement formé par le collet de celui-ci qui vient faire étanchéité en butée sur un joint 62; toute action sur le poussoir ouvrira cette communication pour rééquilibrer la pression. On notera que le clapet possède deux broches axiales opposées qui facilitent le montage. La broche supérieure 42 réduit les volumes morts et guide le ressort 41; à sa naissance, une portée 43 supporte ce dernier, de préférence rainurée pour faciliter aussi le passage du produit, elle peut servir de butée. La broche inférieure 44 vient en fin de course basse du piston, un peu avant le culot 22, buter contre la portée 15 de la cage 13, provoquant de façon classique l'ouverture forcée du clapet 4 pour faciliter l'amorçage en début d'utilisation, le retour du piston en position de repos provoquant ensuite une aspiration de produit dès que le ressort 41, à nouveau libre, referme l'échappement. La structure de la soupape d'échappement apparaît mieux sur la figure 2 qui, agrandie soixante-quinze fois, permet d'en comprendre le fonctionnement. Sur le culot 22 de la douille 2, la cuvette 24 dessine autour de l'orifice 23, d'un diamètre de 1,6 mm, une étroite assise annulaire 27 io qu'un congé 28 de 0,2 mm de rayon dessinant un tore de 2 mm de diamètre moyen raccorde à une ceinture évasée 29 au profil en arc de cercle d'une hauteur de 0,4 mm; du bas vers le haut la pente de cette ceinture croît de 0,25 à 0,7 environ. La lèvre 40 du clapet 4 se termine par une arête en demi-cercle de 0,15 mm de rayon dessinant un tore de 2,1 mm de diamètre moyen qui, à l'état libre vient toucher la paroi au bas de la ceinture, son centre dans la position repérée A représentée en traits pleins. Clapet au repos sur le siège formé par la cuvette, cette lèvre s'écrase dans une position basse, schématisée en B (en traits interrompus longs fins), avec un léger serrage dans l'angle de la cuvette. Lorsque la pompe est mise en action, l'augmentation de la pression sous le clapet la plaque en appui sur la paroi latérale, dans une position C (représentée en traits interrompus longs forts), légèrement décalée vers l'extérieur. Quand le ressort de rappel du clapet commence à céder, le produit s'infiltre rapidement sous la lèvre, l'étanchéité ne subsistant qu'à hauteur de la ceinture: il en résulte que l'effort sur le ressort double et que la résistance de celui-ci s'effondre entièrement. La lèvre 40 remonte aussitôt le long de la paroi mais son élasticité ne lui permet pas de la suivre au delà d'une position D (représentée en traits mixtes), sa course n'atteint alors pas 0,4 mm ce qui, négligeant les effets de l'élasticité, correspond à une course de piston de l'ordre de 0,1 mm seulement. La lèvre 40 décolle alors, la soupape livrant passage à l'écoulement: étant donné la faiblesse des volumes morts la chute de pression s'équilibre aussitôt entre l'orifice qu'elle vient d'ouvrir et celui de la buse pulvérisatrice, de sorte que la lèvre se resserre et que le clapet redescend jusqu'à une position d'équilibre E (représentée en pointillés) qui laisse en regard de la ceinture évasée 29 un col étroit vers lequel l'écoulement converge pour ensuite diverger progressivement. En fin d'utilisation elle reste d'abord ouverte sous l'effet de la broche 44 et ne reviendra en position B que lorsque l'utilisateur interrompra son effort. Le trajet à l'intérieur de la cuvette 24 est un cycle schématisé en F avec des pointillés. La figure 3 donne un exemple de variante acceptable, dans lequel la ceinture 29 a une pente constante de 0,3 et l'assise 27 une o forme conique accroissant au repos la surface de contact, compensée par un angle intérieur abattu sur l'arête de la lèvre 40. Elle conduit à une levée de soupape un peu supérieure mais permet aussi un fonctionnement doux et une pulvérisation très franche. REVENDICATIONS 1. Pompe miniature comprenant un corps cylindrique (1) à prise basse équipée d'une soupape d'admission (12), o une collerette (6) enferme contre l'action d'un ressort de renvoi (5) un piston mobile muni d'un gicleur traversant la collerette, à canal axial fermé par une soupape d'échappement à clapet interne (4), tarée par un ressort (41), caractérisée en ce que le gicleur (3) possède en partie haute un l0 épaulement interne (33), son extrémité inférieure s'élargissant au contraire sous la collerette en un collet (30) sur lequel s'emboîte par son bord supérieur (25) une douille (2) qui sert extérieurement de garniture d'étanchéité du piston, délimitant sous le collet du gicleur une chambre intérieure (26) o le clapet d'échappement se trouve logé, son culot (22) percé d'un orifice axial (23) servant de siège annulaire audit clapet dont le ressort de rappel (41), introduit avec lui par le bas, se place à l'intérieur du gicleur. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le clapet d'échappement (4) possède une section efficace minimale au moins égale à celle du canal du gicleur (3) et maximale au moins double. 3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le clapet possède une section efficace maximale au moins égale au quart de celle du piston dans le corps de pompe. 4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège revêt la forme en cuvette (24) dont l'assise (27) se raccorde par un congé arrondi (28) à une ceinture évasée (29), le clapet possédant une forme de cloche à lèvre assez mince (40) tournée vers le bas, de périmètre à l'état libre sensiblement égal ou à peine supérieur à celui du congé, qui porte au repos sur le culot (22), appliquée de façon étanche sur l'assise et dans l'angle de la cuvette sous l'effet du ressort de rappel du clapet. 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élasticité de la lèvre ne permet à celle-ci de suivre la paroi évasée de la ceinture (29) que sur une distance inférieure à la hauteur totale de celle- ci. 6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la cuvette (24) a une hauteur de quelques dixièmes de millimètre pour une pente d'évasement moyenne de sa ceinture proche de 0,3. 7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que la pente de la ceinture (29) croît du raccord du congé (28) vers le haut, pour donner à sa paroi un profil en S. 8. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'arête de la lèvre (40) a une courbure plus forte que celle dudit congé (28). 9. Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'assise (27) de la cuvette possède une forme conique.