Brevet FR2886174A1 — publié le 20061201

La présente invention concerne les dispositifs de pulvérisation dans lesquels les gouttelettes sont générées par les vibrations d'une membrane perforée, solidaire d'un vibreur piézoélectrique. Il existe plusieurs façons connues de solidariser la membrane perforée au 5 vibreur. La demande internationale WO 00/53337 divulgue un procédé dans lequel la membrane perforée est rendue solidaire d'un anneau en matériau piézoélectrique par soudage. Un inconvénient de ce procédé réside dans le risque de dépolarisation de la céramique en cas de dépassement de son point de Curie. Dans ce cas, une repolarisation après soudure s'avère nécessaire, ce qui génère un coût supplémentaire. En outre, le soudage réclame un état de surface de la céramique particulièrement propre et il existe un risque d'obturation des orifices de la membrane par des résidus de soudure. Il est également connu de solidariser la membrane perforée à l'anneau par collage. Néanmoins, la colle utilisée peut s'avérer incompatible avec le produit à 15 pulvériser, notamment dans le cas de parfums. De plus, le collage est délicat à mettre en oeuvre car le joint de colle doit être particulièrement fin tout en assurant une continuité mécanique suffisante pour transmettre les vibrations à la membrane perforée. Enfin, l'opération de collage peut s'accompagner de difficultés liées au positionnement de la membrane perforée, à la durée de séchage, à la nécessité d'une pression de contact suffisante entre la membrane perforée et l'anneau, et présente également des risques de coulure. Le brevet US 4 533 082 décrit un dispositif de pulvérisation dans lequel l'anneau en matériau piézoélectrique est collé à la membrane perforée. Le brevet US 5 518 179 décrit un dispositif de pulvérisation dans lequel 25 l'anneau en matériau piézoélectrique est fixé sur un support annulaire portant la membrane perforée. L'invention vise à améliorer encore les dispositifs de pulvérisation piézoélectriques. Selon l'un de ses aspects, l'invention a pour objet un dispositif de pulvérisation comportant un anneau réalisé au moins partiellement en matériau piézoélectrique et une membrane perforée mise en vibration par l'anneau, dispositif dans lequel la membrane perforée est maintenue dans l'anneau par serrage. Grâce à l'invention, les inconvénients précités liés au soudage ou au collage, rencontrés dans l'art antérieur, sont évités sans nuire pour autant au fonctionnement du dispositif de pulvérisation piézoélectrique. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le matériau piézoélectrique 5 est une céramique, par exemple une céramique en zirconate (PZT), en métaniobate (PN), en titanate de baryum ou en oxyde de zinc. Toujours dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la membrane perforée présente une forme non plane. Cette forme peut résulter de contraintes mécaniques liées au serrage de la membrane dans l'anneau. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la membrane perforée est dépourvue de rebord à sa périphérie. En variante, la membrane perforée peut comporter un rebord à sa périphérie et ce rebord peut avantageusement venir en appui axialement contre une face de l'anneau. Cela peut faciliter le positionnement de la membrane perforée relativement à l'anneau lors de son montage et améliorer sa fixation sur l'anneau. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la membrane perforée comporte une lèvre annulaire venant radialement en appui contre l'anneau. Cette lèvre, comme le rebord précité, peut être formée par exemple par emboutissage, électroformage ou gravure chimique. La membrane perforée peut être ajourée par exemple uniquement dans une région centrale ou en variante à la fois dans une région centrale et dans une région périphérique, ce qui peut permettre par exemple d'obtenir une diffusion plus large des gouttelettes. Le nombre d'ouvertures de la membrane est par exemple supérieur à 100, par exemple compris entre 100 et 300, par exemple de l'ordre de 200. La membrane perforée présente par exemple une épaisseur inférieure ou égale à 100 m, mieux inférieure ou égale à 50 m, par exemple comprise entre 20 et 40 m. La membrane perforée présente par exemple, avant montage, un diamètre extérieur compris entre 3 et 7 mm, voire entre 4 et 6 mm, notamment entre 4,5 et 5,5 mm. Le jeu négatif entre l'anneau et la membrane, avant son montage, est par exemple supérieur ou égal à 0,025 mm, étant par exemple d'environ 0,5 mm, de manière à permettre l'obtention d'un serrage suffisant de la membrane dans l'anneau. La membrane perforée peut présenter par exemple un diamètre extérieur de 5,1 mm avant montage dans 2886174 3 l'anneau et ce dernier un diamètre intérieur de 5 mm, ce qui correspond à un jeu négatif de 0,05 mm. La membrane peut ne venir en appui radialement contre l'anneau qu'en des emplacements angulairement espacés. Cela peut faciliter l'obtention d'un serrage efficace, permettant par exemple d'accroître le jeu négatif entre la membrane et l'anneau. La membrane comporte par exemple à sa périphérie une pluralité d'encoches, lesquelles peuvent par exemple présenter une forme arrondie, concave vers l'extérieur, par exemple une forme demi-circulaire, par exemple de rayon compris entre 0,2 et 0,3 mm, par exemple voisin de 0,25 mm. L'écart angulaire entre les encoches est par exemple compris entre 20 et 25 , par exemple voisin de 22,5 . Dans le cas où la membrane ne vient pas en appui par toute sa circonférence sur l'anneau, le jeu négatif entre la membrane et l'anneau peut être plus important, par exemple supérieur ou égal à 0,1 mm. Le diamètre extérieur de la membrane est par exemple de 5,2 mm et le diamètre intérieur de l'anneau de 5 mm. Le dispositif de pulvérisation piézoélectrique peut comporter, dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, au moins une cale de retenue de la membrane perforée, disposée d'un côté de celle-ci et, dans un exemple particulier, deux cales situées de part et d'autre de la membrane perforée. La membrane peut venir axialement en butée contre l'une de ces cales au moins. La ou les cales peuvent être solidaires d'un boîtier contenant l'anneau en matériau piézoélectrique. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'anneau présente une surface radialement intérieure épaulée. La membrane peut venir axialement en appui contre 25 l'épaulement, ce qui peut faciliter son positionnement et son maintien. Le dispositif piézoélectrique peut comporter un récipient pour alimenter la membrane perforée en produit à pulvériser et ce récipient contient par exemple un produit cosmétique ou un médicament, notamment un parfum, un produit de maquillage, d'aromathérapie ou de soin. Le dispositif piézoélectrique peut comporter une source de courant alternatif pour exciter l'anneau en matériau piézoélectrique, par exemple à une fréquence supérieure ou égale à 100 kHz, notamment de l'ordre de 125 kHz. Le dispositif peut être de construction tenant dans la main, et être alimenté par exemple par des piles, éventuellement rechargeables. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de pulvérisation, par exemple d'un produit cosmétique, au moyen d'un dispositif de pulvérisation piézoélectrique tel que défini plus haut. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fixation d'une membrane perforée sur un anneau réalisé au moins partiellement en matériau piézoélectrique, procédé dans lequel la membrane perforée est insérée à force dans l'anneau. Le matériau piézoélectrique précité est par exemple une céramique. La membrane perforée peut être initialement plane et se déformer hors de son plan lors du montage dans l'anneau. La membrane perforée peut être amenée axialement en butée contre une face de l'anneau au terme de son montage, par exemple par un rebord ou une bordure annulaire entourant une lèvre s'appliquant radialement sur l'anneau. La membrane perforée peut encore être amenée en butée contre un épaulement de la surface radialement intérieure de l'anneau. Une ou plusieurs cales peuvent être disposées d'un côté au moins de la membrane, et cette dernière peut venir axialement en appui contre une cale au moins. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif de pulvérisation piézoélectrique comportant un anneau en matériau piézoélectrique et une membrane perforée s'appliquant au moins partiellement sur une surface radialement intérieure de l'anneau. La membrane peut notamment s'appliquer sur l'anneau sur moins d'une circonférence complète, par exemple en raison de la présence d'encoches à la périphérie de la membrane. Cela peut permettre d'obtenir un serrage efficace de la membrane. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un schéma en blocs d'un dispositif de pulvérisation piézoélectrique réalisé conformément à l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale, schématique et partielle, d'un exemple de dispositif, - les figures 3 à 8 sont des coupes axiales, schématiques, illustrant différentes possibilités de montage de la membrane perforée sur l'anneau, et - la figure 9 représente isolément, de dessus, une variante de réalisation de la membrane. Le dispositif de pulvérisation piézoélectrique 1 représenté à la figure 1 comporte une alimentation électrique 2, un générateur électrique 3 délivrant à un vibreur piézoélectrique 4 un signal électrique entretenant celui-ci en vibration, afin de pulvériser des gouttelettes d'un liquide contenu dans un réservoir 5. Le vibreur 4 comporte, comme on peut le voir à la figure 2, un anneau 6 d'axe X réalisé au moins partiellement en un matériau piézoélectrique, agencé de manière à solliciter mécaniquement en vibration une membrane perforée 7, afin de permettre la formation de gouttelettes 8 de produit. L'anneau 6 est par exemple en céramique, notamment du zirconate (PZT), du métaniobate (PN), du titanate de baryum ou de l'oxyde de zinc. Des électrodes permettent d'exciter électriquement la céramique, de manière à créer des vibrations de la membrane perforée selon l'axe X de l'anneau. L'anneau 6 est par exemple commercialisé sous la référence 27121 par la société danoise Ferroperm, le matériau étant du type PZ27. Le matériau piézoélectrique de l'anneau 6 est par exemple polarisé dans la direction de son épaisseur, c'est-à-dire selon l'axe X, de telle sorte que l'application d'un potentiel sur ses faces principales 10 et 11, au moyen de conducteurs électriques 35 et 36 reliés au générateur 3, provoque une vibration de l'anneau 6 dans la direction radiale qui tend à réduire le diamètre intérieure de l'anneau 6. La membrane perforée 7 étant au contact de la surface radialement intérieure de l'anneau 6, la force exercée va provoquer un très léger bombage de la membrane perforée 7, permettant de créer en son centre la vibration axiale nécessaire à la formation des gouttelettes 8. Le générateur 3 fournit par exemple une tension alternative de 20 V crête à crête et de fréquence 125 kHz. La fréquence peut être fixe, mais en variante le générateur 3 peut être agencé de manière à adapter la fréquence de façon à maximiser par un phénomène de résonance l'amplitude des vibrations de la membrane perforée 7. La membrane perforée 7 comporte, dans sa région centrale, des ouvertures 13 dont la dimension et le nombre sont adaptés à la granulométrie des gouttelettes et au débit que l'on souhaite générer. Les ouvertures 13 sont par exemple disposées concentriquement à l'axe X, étant par exemple regroupées au sein d'un cercle. Dans l'exemple illustré, la membrane perforée 7 vient s'appliquer par son bord libre 15 contre la surface radialement intérieure 16 de l'anneau 6, cette surface radialement intérieure étant par exemple cylindrique de révolution d'axe X. La membrane perforée 7 présente une forme de disque plan avant son montage et prend après celui-ci une forme légèrement bombée en raison des contraintes mécaniques liées au serrage de la membrane perforée 7 contre l'anneau 6. Dans l'exemple considéré, le montage s'effectue par le côté 17, de sorte que la membrane perforée 7 prend une forme convexe du côté extérieur 18 vers lequel sont pulvérisées les gouttelettes 8. Le diamètre extérieur de la membrane perforée 7, avant son montage dans l'anneau 6, est légèrement supérieur au diamètre intérieur de celui-ci, de manière à procurer le serrage recherché. Par exemple, la membrane perforée 7 peut présenter un diamètre extérieur de 5,1 mm, avant son montage dans l'anneau 6, pour une épaisseur de 30 m, et l'anneau 6 peut présenter par exemple un diamètre extérieur de 10 mm, un diamètre intérieur de 5 mm et une épaisseur de 1 mm. La membrane perforée est par exemple un disque de nickel électroformé ou obtenu par gravure chimique. Les ouvertures 13 peuvent présenter une section constante ou une section diminuant en direction de la sortie des gouttelettes. La membrane 7 comporte par exemple 200 trous cylindriques de 30 m de diamètre, répartis dans un cercle de 2 mm de diamètre. Une telle membrane est par exemple obtenue par gravure chimique. L'alimentation en produit de la membrane perforée 7 s'effectue par exemple par capillarité, au moyen d'une mèche 38 plongeant dans le réservoir 5, comme illustré à la figure 2, ou de la manière décrite dans le brevet US 5 518 179 ou dans la demande internationale WO 00/53337. Les figures 3 à 8 illustrent des variantes de fixation de la membrane perforée 7 sur l'anneau. Dans l'exemple de la figure 3, la membrane perforée 7 comporte une lèvre 20 annulaire, d'axe X, qui s'applique avec serrage sur la surface radialement intérieure 16 de l'anneau 6. La lèvre présente par exemple une hauteur supérieure à 0,5 mm. La membrane perforée 7 comporte une bordure annulaire 21, radialement extérieure à la lèvre 20, qui s'applique contre la face 10 de l'anneau. La présence de la lèvre 20 et de la bordure 21 permet un montage de la membrane perforée 7 dans l'anneau 6 assurant le positionnement axial de celle-ci. La lèvre 20 peut être formée par emboutissage de la membrane perforée 7 ou par électroformage. Dans l'exemple de la figure 4, un rebord 22 est formé à la périphérie de la membrane perforée 7. Ce rebord comporte un montant 23 qui s'applique avec serrage contre la surface radialement intérieure 16 de l'anneau 6 et vient en butée axialement contre la face 11 de l'anneau. On obtient là aussi un positionnement axial de la membrane perforée 7 relativement à l'anneau 6. Le rebord 22 est par exemple formé par emboutissage ou électroformage. Dans l'exemple de la figure 5, la membrane perforée 7 comporte, tout comme dans l'exemple de la figure 4, un rebord 22 s'appliquant sur la face 11 de l'anneau. A la différence de la figure 4, la membrane perforée 7 présente une forme bombée vers le côté extérieur 18, avec des ouvertures 13 dans une région centrale et des ouvertures 24 dans une région périphérique, de manière à obtenir une diffusion plus large des gouttelettes 8. L'exemple de la figure 6 diffère de celui de la figure 4 par la forme de la membrane perforée 7, laquelle est tronconique, les ouvertures 13 étant formées dans une région supérieure de la membrane perforée 7, sensiblement plane et perpendiculaire à l'axe X. Notamment lorsque la membrane perforée 7 ne vient pas en butée axialement contre l'une des faces d'extrémité 10 ou 11 de l'anneau, ce qui est le cas de l'exemple de la figure 2, il peut s'avérer utile de prévoir un moyen permettant de positionner axialement la membrane perforée 7 relativement à l'anneau 6, non seulement lors de son montage mais également pour éviter un déplacement de la membrane perforée 7 au cours du fonctionnement du dispositif, sous l'effet des vibrations. Le vibreur 4 peut comporter par exemple au moins une cale 30, en l'espèce deux cales 30 et 31 dans l'exemple de la figure 7, venant s'appliquer sur la membrane perforée 7 de part et d'autre de celle-ci. Les cales 30 et 31 sont par exemple fixées sur le boîtier 48, logeant le vibreur 4. Afin de ne pas gêner les vibrations de la membrane 7, les cales 30 et 31 ont par exemple une épaisseur inférieure ou égale à 0,5 mm. Le diamètre intérieur de l'anneau 6 est ainsi réduit de 1 mm au maximum. L'anneau en matériau piézoélectrique peut présenter une forme différente, et 5 notamment une surface radialement intérieure épaulée, afin de faciliter le positionnement axial de la membrane, comme illustré à la figure 8. La membrane 7 peut alors venir en appui contre l'épaulement 39 de l'anneau 6. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. On peut notamment donner à la membrane perforée d'autres formes encore et prévoir, dans les exemples des figures 3 à 6, le maintien axial du rebord contre l'anneau au moyen d'une cale ou d'une rondelle en appui sur la face inférieure de la membrane 7, en veillant à ne pas empêcher outre mesure la membrane de vibrer. Bien que la membrane perforée ait été représentée monolithique dans les exemples illustrés, on ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque cette membrane est réalisée de manière non monolithique, par exemple par assemblage de plusieurs matériaux ou avec des ouvertures agencées différemment. La membrane 7 peut venir en appui radialement contre l'anneau 6 sur moins d'une circonférence complète, en raison par exemple de la présence d'encoches 40 à sa périphérie, comme illustré à la figure 9. Sur cette figure, on n'a représenté que deux encoches 40 dans un souci de clarté, ainsi qu'une partie seulement des ouvertures 13. Les encoches 40 sont par exemple chacune de forme demi-circulaire, par exemple de 0,5 mm de diamètre, les centres de deux encoches consécutives étant espacés angulairement d'un angle a égal à 22,5 dans l'exemple illustré. Un appui non continu sur toute une circonférence peut faciliter l'obtention d'un serrage efficace dans l'anneau 6, en permettant par exemple de réaliser la membrane 7 avec un diamètre plus important, par exemple de 5,2 mm pour un diamètre intérieur de l'anneau de 5 mm. L'alimentation en produit de la membrane pourrait s'effectuer autrement 30 qu'avec une mèche. L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pulvérisation comportant un anneau (6) réalisé au moins partiellement en matériau piézoélectrique et une membrane perforée (7) mise en vibration par l'anneau (6), dispositif dans lequel la membrane perforée (7) est maintenue dans l'anneau (6) par serrage. 2. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau piézoélectrique est une céramique. 3. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le 10 fait que la membrane perforée (7) présente une forme non plane. 4. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la membrane perforée (7) est dépourvue de rebord à sa périphérie. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la membrane perforée (7) comporte un rebord (22) à sa périphérie. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le rebord (22) vient en appui axialement contre une face de l'anneau. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la membrane perforée (7) comporte une lèvre annulaire (20) 20 venant radialement en appui contre l'anneau (6). 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la lèvre (20) est formée par emboutissage. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la lèvre (20) est formée par électroformage ou gravure chimique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la membrane perforée (7) est ajourée seulement dans une région centrale. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la membrane perforée est ajourée à la fois dans une région centrale et dans une 30 région périphérique. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la membrane perforée (7) présente une épaisseur inférieure ou égale à 100 m, mieux inférieure ou égale à 50 m, notamment comprise entre 20 et 40 m. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la membrane perforée (7) présente avant son montage dans l'anneau (6) un diamètre extérieur compris entre 3 et 7 mm, voire entre 4 et 6 mm, notamment entre 4,5 et 5, 5 mm. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'anneau (6) présente une surface radialement intérieure épaulée. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 10 lequel la membrane (7) ne vient radialement en appui sur l'anneau qu'en des emplacements angulairement espacés. 16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel la membrane comporte à sa périphérie des encoches (40). 17. Dispositif selon la revendication 16, dans lequel les encoches sont demi-15 circulaires. 18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17, dans lequel les centres de deux encoches consécutives sont espacés de 22,5 . 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la membrane (7) présente un diamètre extérieur supérieur d'au moins 0,1 mm 20 environ au diamètre intérieur de l'anneau. 20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une cale (30; 31) de retenue de la membrane perforée, disposée d'un côté de celle-ci. 21. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte deux cales (30, 31) situées de part et d'autre de la membrane perforée (7). 22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un récipient (5) pour alimenter la membrane perforée (7) en produit. 23. Procédé de fixation d'une membrane perforée (7) sur un anneau (6) réalisé 30 au moins partiellement en matériau piézoélectrique, procédé dans lequel la membrane perforée est insérée à force dans l'anneau. 24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé par le fait que le matériau piézoélectrique précité est une céramique. 25. Procédé selon la revendication 23 ou 24, caractérisé par le fait que la membrane perforée est initialement plane et se déforme hors de son plan lors du montage dans l'anneau. 26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, caractérisé par le fait que la membrane perforée est amenée axialement en butée contre une face ou un épaulement de l'anneau au terme de son montage. 27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé par le fait que la membrane 10 perforée est amenée axialement en butée par un rebord (22) contre une face ou un épaulement de l'anneau au terme de son montage. 28. Procédé selon la revendication 26, caractérisé par le fait que la membrane perforée est amenée axialement en butée contre une face ou un épaulement de l'anneau, au terme de son montage, par une bordure annulaire (21) entourant une lèvre (20) s'appliquant radialement sur l'anneau. 29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 28, dans lequel la membrane vient radialement en appui contre l'anneau en des emplacements angulairement espacés.