Brevet FR2898468A1 — publié le 20070921

Dispositif de pulvérisation à élément piézoélectrique, et son utilisation en cosmétologie et en parfumerie. La présente invention est relative aux dispositifs 5 de pulvérisation à élément piézoélectrique, ainsi que leur utilisation en cosmétologie et en parfumerie. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de pulvérisation comprenant : - un élément piézoélectrique, 10 - une sonotrode comportant une base couplée à l'élément piézoélectrique et une trompe plus étroite que la base, s'étendant selon un axe longitudinal depuis la base jusqu'à un pavillon plus large que la trompe, ledit pavillon présentant une face avant orientée à l'opposé de 15 la trompe, -un circuit de commande adapté pour faire vibrer l'élément piézoélectrique, - et un dispositif d'alimentation en produit à pulvériser, ce dispositif d'alimentation étant adapté pour 20 amener le produit à pulvériser jusqu'à la face avant du pavillon. Le document US-A6 601 581 décrit un exemple d'un tel dispositif de pulvérisation. Les dispositifs de pulvérisation à élément 25 piézoélectrique connus sont généralement de taille importante, souvent associés à une source d'énergie encombrante, ce qui, en raison de cette taille, exclue certaines utilisations. La présente invention a notamment pour but de 30 perfectionner les dispositifs connus de ce type pour en améliorer l'efficacité et notamment pour en diminuer la consommation électrique. La présente invention a également pour but de réaliser un dispositif de diffusion fonctionnant sur ce 35 principe, compatible pour un appareil à main. 2 A cet effet, selon l'invention, un dispositif de pulvérisation du genre en question est caractérisé en ce que la sonotrode vibre selon un mode parallèle à l'axe longitudinal, le pavillon étant dimensionné pour se déplacer essentiellement selon ledit axe longitudinal sans fléchir lorsque le circuit de commande fait vibrer l'élément piézoélectrique. Grâce à ces dispositions, on optimise l'efficacité de la sonotrode en optimisant le couplage entre l'élément piézoélectrique et le pavillon, et en mettant à profit toute la surface du pavillon qui fonctionne alors comme un piston. On peut ainsi diminuer, par la même occasion, la puissance électrique consommée par le dispositif de pulvérisation, pour un débit donné de produit pulvérisé. Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - le circuit de commande est adapté pour faire vibrer l'élément piézoélectrique à une fréquence de fonctionnement comprise entre 20 et 200 kHz, de préférence entre 40 et 100 kHz, et de façon encore plus préférée entre 50 et 80 kHz ; - la sonotrode est dimensionnée pour que le pavillon se déplace avec une amplitude supérieure à 0,01 mm lorsque le circuit de commande fait vibrer l'élément piézoélectrique ; - la sonotrode s'inscrit dans un volume cylindrique inférieur à 1,5 cm3 ; - le circuit de commande alimente l'élément 30 piézoélectrique avec une puissance électrique inférieure à 1 W ; - le dispositif d'alimentation en produit à pulvériser est relié à un réservoir contenant le produit à pulvériser, qui présente une viscosité dynamique à 20 C 35 comprise entre 1 et 200 mPa.s, de préférence entre 3 et 50 mPa.s ; - l'élément piézoélectrique présente une forme de disque avec un diamètre inférieur à 15 mm et une épaisseur inférieure à 2mm ; - la sonotrode présente une forme de révolution autour de l'axe longitudinal, avec un diamètre extérieur et une longueur totale tels que le rapport de ladite longueur totale sur ledit diamètre extérieur soit inférieur à 2 ; -l'élément piézoélectrique et la trompe présentent des diamètres tels que le rapport du diamètre de l'élément piézoélectrique sur le diamètre de la trompe soit compris entre 5 et 10 ; - l'élément piézoélectrique et le pavillon présentent des diamètres tels que le rapport du diamètre de l'élément piézoélectrique sur le diamètre du pavillon soit compris entre 1 et 2 ; - le pavillon présente un diamètre et une épaisseur tels que le rapport du diamètre du pavillon sur l'épaisseur du pavillon soit inférieur à 5 ; - la sonotrode est réalisée en au moins un matériau choisi parmi l'aluminium, l'acier, le titane et leurs alliages ; - le dispositif d'alimentation comporte une mèche ayant une extrémité en contact avec le pavillon de la 25 sonotrode ; - l'extrémité de la mèche comprend une partie annulaire en contact avec une face avant dudit pavillon de la sonotrode et entourant une partie centrale de ladite face avant. 30 Par ailleurs, l'invention a également pour objet une utilisation d'un dispositif tel que défini ci-dessus, pour pulvériser un liquide ayant une viscosité dynamique comprise entre 1 et 200 mPa.s, de préférence comprise entre 3 et 50 mPa.s. 35 Le liquide ainsi pulvérisé forme une sorte de 3 4 brume, comportant des gouttelettes de très petites tailles, de l'ordre de quelques dizaines de micromètres, notamment comprises entre 30 pm et 50 pm. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit liquide est une composition cosmétique. L'utilisation du dispositif selon l'invention est particulièrement avantageuse pour les produits cosmétiques, notamment pour les produits de soins cosmétiques. Ces produits diffusés ainsi vers la peau sous forme d'une brume flottant dans l'air, procure une sensation de grande fraîcheur et de bien-être. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit liquide est une composition parfumante, telle qu'une eau-de-toilette, un parfum ou une eau-de-cologne. L'utilisation selon l'invention pour ce type de composition est également particulièrement appréciée par les utilisateurs, car elle contribue à mettre en valeur les fragrances. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation et d'une de ses variantes, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif de pulvérisation selon une forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe verticale du dispositif de la figure 1, - la figure 3 est une vue de détail montrant l'élément piézoélectrique et la sonotrode du dispositif des figures 1 t 2, - et les figures 4 et 5 sont respectivement des vues de face et de côté de la sonotrode équipée d'une mèche 35 selon une variante de réalisation de l'invention. 30 Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 représente un dispositif de pulvérisation 1 qui peut par exemple présenter une forme générale sensiblement cylindrique de révolution centrée sur d'un axe vertical, comprenant un réservoir 2 surmonté d'une tête de pulvérisation 3, laquelle peut comprendre par exemple un bouton d'actionnement 4 sur sa face supérieure 3a et une ouverture de sortie 5 pour le produit pulvérisé, sur sa face latérale cylindrique. Comme on peut le voir sur la figure 2, la tête de pulvérisation 3 peut être emboîtée sur la partie supérieure du réservoir 2, lequel contient une réserve 6 de produit liquide à pulvériser, par exemple un produit cosmétique aqueux ou non, un produit dermatologique ou autre. Le produit à pulvériser peut présenter par exemple une viscosité dynamique à 20 C comprise entre 1 et 200, de préférence 3 et 50 mPa.s. Des exemples de composition de produits pouvant être pulvérisés par le dispositif de pulvérisation 1 sont donnés ci-après, ainsi que leur viscosité respective donnée en mPa.s à 20 C. Les mesures de viscosité ont été effectuées sur un appareil Brookfield LV (Low Viscosity) avec l'aiguille N 1 (référence constructeur): a) Lait parfumé pour le corps Dimethicone 6 % Alcool 5 % Parfum 3.5% Diethylhexylcyclohexanoate 5 % Glycérine 2.5% Sterayl dimethicone 1.5 % Alcool cétylique 1.1% Alcool Stearylique 1.1 % Steareth 21 0.7 % Steareth 2 0.3% Methyl paraben 0.4% Acétate de tocopheryl 0.1% Carbomère 0.1% hydroxyde de sodium 0.05% Eau Qsp 100% Viscosité : 150 mPa.s Mesure effectuée à une vitesse de 30 tours/min b) Eau de toilette Alcool à 96.2 78 % Concentré de parfums 20% Benzophenone-3 0.2% Eau 1.8 % Viscosité : 5 mPa.s Mesure effectuée à une vitesse de 60 tours/min c) Lotion Alcool 5% Glycérine 2% Butylène glycol 1% Huile de ricin Peg-60 hydrogénée 1% PEG 32 0.5% Phenoxyéthanol 0.5% Parabens 0.3 % Parfum 0.05% Eau QSP 100 Viscosité : 50 mPa.s Mesure effectuée à une vitesse de 60 tours/min d) Sérum soins Cyclopentosiloxane 24 % Butylène glycol 4% Polymethyl methacrylate 3% Glycérine 3% 7 Alcool 2.5% Polysorbate 20 1.5% Huile de ricin Peg-60 hydrogénée 1% Polyacrylamide 0.6% Polymère réticulé Acrylates/C10-30 alkylacrylate 0.2% Parfum 0.2% Ingrédient actif 0.2% Xanthane 0.05% Carbomère 0.05% Cellulose 0.05% hyaluronate de sodium 0.05% Eau Qsp 100. Viscosité : 100 mPa.s Mesure effectuée à une vitesse de 30 tours/min Le réservoir 2 comporte en outre un dispositif d'alimentation en produit à pulvériser qui permet de transporter du produit à pulvériser vers la tête de pulvérisation 3. Dans l'exemple représenté ici, ce dispositif d'alimentation comprend une mèche 7 fonctionnant par capillarité et dont l'extrémité supérieure 8 fait saillie hors du réservoir 2 en pénétrant dans la tête de pulvérisation 3, comme il sera expliqué ci-après. La tête de pulvérisation 3, quant à elle, comporte un compartiment de commande 9 dans lequel est logé un circuit électronique de commande 10 alimenté par au moins une pile ou batterie électrique 11. Le circuit électronique de commande 10 comporte un interrupteur 12 actionnable au moyen du bouton d'actionnement 4, lequel bouton peut par exemple se présenter sous la forme d'une portion souple de la face supérieure 3a de la tête de pulvérisation. Plus particulièrement, la tête de pulvérisation 3 peut comporter une coque extérieure en matière plastique sensiblement rigide qui comporte un évidement au niveau de l'interrupteur 12, lequel évidement est obturé par une paroi souple en élastomère formant le bouton 4 susmentionné. Le circuit électronique de commande 10 est adapté pour faire vibrer un élément piézoélectrique ultrasonore 13, en céramique ou similaire, qui est couplé à une sonotrode 14 réalisée par exemple en aluminium, acier, titane ou leurs alliages (la sonotrode 14 peut être réalisée en un ou plusieurs matériaux). L'élément piézoélectrique 13 et la sonotrode 14 sont emboîtés dans un logement de sonotrode 16, ménagé dans la tête de pulvérisation 3. Ce logement de sonotrode présente par exemple une forme sensiblement cylindrique de révolution et communique avec l'ouverture de sortie 5 par l'intermédiaire d'un conduit divergent 16 dans l'exemple représenté ici. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, la sonotrode 14, comme l'élément piézoélectrique 13, peut présenter une forme de révolution autour d'un axe longitudinal X. Ladite sonotrode 14 comporte une base 17 couplée à l'élément piézoélectrique 13 et une trompe 18 plus étroite que la base, qui s'étend selon l'axe longitudinal X depuis ladite base jusqu'à un pavillon 19 plus large que la trompe 18. La face avant 21 du pavillon est au contact de l'extrémité supérieure 8 de la mèche 7, de façon que le produit à pulvériser soit amené par capillarité jusqu'à ladite face avant (voir figure 2). Ainsi, lorsqu'un utilisateur appuie sur le bouton d'actionnement 4, le circuit de commande 10 fait vibrer l'élément piézoélectrique 13, de préférence à une fréquence de fonctionnement ultrasonore. Cette fréquence de fonctionnement peut être comprise entre 20 et 200 kHz, de préférence entre 40 et 100 kHz, et de façon encore plus préférée entre 50 et 80 kHz. Les vibrations de l'élément piézoélectrique 13 sont transmises au pavillon 20 par l'intermédiaire de la base 17 35 et de la trompe 18, de façon à pulvériser le produit 9 liquide acheminé jusqu'à la face avant 20 du pavillon par la mèche 7. Compte tenu de la fréquence de fonctionnement relativement basse susmentionnée, notamment lorsque cette fréquence est inférieure à 100 kHz, les pertes énergétiques dans la sonotrode sont limitées, ce qui contribue à limiter la puissance électrique consommée par le dispositif de pulvérisation. Selon l'invention, la sonotrode 14 est dimensionnée pour vibrer essentiellement selon un mode longitudinal parallèle à l'axe X, le pavillon 19 étant dimensionné pour se déplacer selon l'axe longitudinal X sans fléchir lorsque le circuit de commande fait vibrer l'élément piézoélectrique aux fréquences susmentionnées. On optimise ainsi l'efficacité de la sonotrode, puisqu'il s'avère que les vibrations de ladite sonotrode selon le mode longitudinal optimise le couplage entre l'élément piézoélectrique 13 et le pavillon 19. Au sens du présent texte, l'absence de flexion du pavillon signifie l'absence de déformations perpendiculaire au flexion du pavillon piston rigide, en du pavillon dans la direction plan du pavillon. Ainsi, l'absence de permet de le faire fonctionner comme un mettant à profit toute la surface du pavillon pour pulvériser le produit liquide. La sonotrode 14 peut par exemple être dimensionnée pour s'inscrire dans un volume cylindrique inférieur à 1,5 cm3 et elle est alimentée par exemple avec une puissance électrique inférieure à 1 W tout en permettant une amplitude de vibration supérieure à 0,01 mm au niveau du pavillon 19, ce qui permet de pulvériser le produit jusqu'à une distance comprise entre 100 et 300 mm hors de la tête 3, suivant le produit à pulvériser. Comme représenté sur la figure 3, dans l'exemple particulier considéré ici, l'élément piézoélectrique 13 est par exemple une céramique résonante multicouche, de préférence en zircono-titanates de plomb (PZT), par exemple une céramique vendue sous la référence C 202 par la Société Fuji Ceramics Co, qui présente une forme de disque ayant un diamètre Dl inférieur à 15 mm (par exemple de l'ordre de 8 à 10 mm) et une épaisseur el inférieure à 1 mm (par exemple de l'ordre de 0,3 mm). Par ailleurs, s'agissant de la sonotrode 14, celle-ci peut être réalisée en aluminium ou en alliage d'aluminium dans l'exemple considéré. La base 17 de la sonotrode peut comporter : - une première partie 17a en forme de disque, accolée à l'élément piézoélectrique 13 (l'élément piézoélectrique 13 est par exemple collé à ladite première partie 17a), et pouvant présenter un diamètre D2 inférieur à 15 mm (par exemple de l'ordre de 10 mm) et une épaisseur e2 inférieure à 2 mm (par exemple de l'ordre de 1,7 mm), - une deuxième partie 17b en forme de disque, plus mince et plus large que la première partie 17a et prolongeant ladite première partie 17a vers la trompe 18 ; cette deuxième partie en forme de disque peut présenter un diamètre D'2 inférieur à 15 mm (par exemple de l'ordre de 14 mm) et une épaisseur e'2 inférieure à 1 mm (par exemple de l'ordre de 0,3 mm) ; la périphérie de la deuxième partie 17b peut en outre comporter des moyens de fixation 17d tels que des trous de fixation permettant de fixer la sonotrode dans la tête de pulvérisation 3, - une partie de transition 17c reliée à la trompe 18 et prolongeant la deuxième partie 17b en forme de disque ; la partie de transition 17c présente un diamètre d'extrémité D"2 inférieur à 5 mm (par exemple de l'ordre de 3 mm) vers la trompe 18 ; cette partie de transition 17c peut se raccorder à la deuxième partie 17b en forme de disque par un congé de rayon R1 inférieur à 2 mm (par exemple de l'ordre de 1 mm), et présenter une épaisseur e"2 sensiblement égale audit rayon du congé. La trompe 18 présente une forme sensiblement cylindrique de diamètre extérieur D3 inférieur à 2 mm (par exemple de l'ordre de 1 mm) et une longueur 1 comprise entre 4 et 6 mm (par exemple de l'ordre de 5 mm). Cette trompe 18 peut se raccorder à la partie de transition 17b et au pavillon :19 par des congés de rayon inférieur à 1 mm (par exemple de l'ordre de 0,5 mm). Le pavillon 19 présente la forme d'un disque de diamètre extérieur D4 inférieur à 8 mm (par exemple de l'ordre de 5 mm) et d'épaisseur e3 inférieur à 2 mm (par exemple inférieur à 1 mm). Avantageusement, le diamètre extérieur maximum de la sonotrode 14, en l'occurrence le diamètre D'2, et la longueur totale L de la sonotrode sont tels que le rapport L/D'2 de ladite longueur totale sur ledit diamètre extérieur maximal soit inférieur à 2. Par ailleurs, le rapport Dl/D3 du diamètre de l'élément piézoélectrique 13 sur le diamètre de la trompe 18 est de préférence compris entre 5 et 10. De plus, le rapport du D4/e3 du diamètre du pavillon sur l'épaisseur du pavillon est de préférence inférieur à 5. Enfin le rapport Dl/D4 entre le diamètre de l'élément piézoélectrique 13 et le diamètre du pavillon 19 25 est de préférence compris entre 1 et 2. Dans la variante des figures 4 et 5, l'extrémité supérieure 8 de la mèche comprend une partie annulaire 8a en contact avec une face avant 20 du pavillon de la sonotrode et entourant une partie centrale de ladite face 30 avant 20, ce qui s'avère particulièrement efficace pour transporter le produit à pulvériser jusqu'à la face avant 20 du pavillon. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pulvérisation comprenant : - un élément piézoélectrique (13), - une sonotrode (14) comportant une base (17) couplée à l'élément piézoélectrique (13) et une trompe (18) plus étroite que la base (17), s'étendant selon un axe longitudinal (X) depuis la base (17) jusqu'à un pavillon (19) plus large que la trompe (18), ledit pavillon (19) présentant une face avant (20) orientée à l'opposé de la trompe (18), - un circuit de commande (10) adapté pour faire vibrer l'élément piézoélectrique (13), - et un dispositif d'alimentation (7) en produit à 15 pulvériser, ce dispositif d'alimentation (7) étant adapté pour amener le produit à pulvériser jusqu'à la face avant (20) du pavillon, caractérisé en ce que la sonotrode (14) vibre selon un mode parallèle à l'axe longitudinal (X), le pavillon (19) étant 20 dimensionné pour se déplacer essentiellement selon ledit axe longitudinal (X) sans fléchir lorsque le circuit de commande (10) fait vibrer l'élément piézoélectrique (13). 2. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 1, dans lequel le circuit de commande (10) 25 est adapté pour faire vibrer l'élément piézoélectrique (13) à une fréquence de fonctionnement comprise entre 20 et 200 kHz, de préférence entre 40 et 100 kHz, et de façon encore plus préférée entre 50 et 80 kHz. 3. Dispositif de pulvérisation selon la 30 revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la sonotrode (14) est dimensionnée pour que le pavillon (19) se déplace avec une amplitude supérieure à 0,01 mm lorsque le circuit de commande (10) fait vibrer l'élément piézoélectrique (13). 35 4. Dispositif de pulvérisation selon l'unequelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonotrode (14) s'inscrit dans un volume cylindrique inférieur à 1,5 cm3. 5. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de commande (10) alimente l'élément piézoélectrique (13) avec une puissance électrique inférieure à 1 W. 6. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'alimentation (7) en produit à pulvériser est relié à un réservoir (2) contenant le produit à pulvériser, qui présente une viscosité dynamique à 20 C comprise entre 1 et 200 mPa.s., de préférence entre 3 et 50 mPa.s. 7. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément piézoélectrique (13) présente une forme de disque avec un diamètre (Dl) inférieur à 15 mm et une épaisseur (el) inférieure à 2mm. 8. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonotrode (14) présente une forme de révolution autour de l'axe longitudinal (X), avec un diamètre extérieur (D2) et une longueur totale (L) tels que le rapport (L/D2) de ladite longueur totale sur ledit diamètre extérieur soit inférieur à 2. 9. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément piézoélectrique (13) et la trompe (18) présentent des diamètres (Dl, D3) tels que le rapport (Dl/D3) du diamètre de l'élément piézoélectrique sur le diamètre de la trompe soit compris entre 5 et 10. 10. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément piézoélectrique et le pavillon présentent des diamètres (Dl, D4) tels que le rapport (D1/D4) du diamètrede l'élément piézoélectrique sur le diamètre du pavillon soit compris entre 1 et 2. 11. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pavillon (19) présente un diamètre (D4) et une épaisseur (e3) tels que le rapport (D4/e3) du diamètre du pavillon sur l'épaisseur du pavillon soit inférieur à 5. 12. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonotrode (14) est réalisée en au moins un matériau choisi parmi l'aluminium, l'acier, le titane et leurs alliages. 13. Dispositif de pulvérisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'alimentation comporte une mèche (7) ayant une extrémité en contact avec le pavillon (19) de la sonotrode. 14. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 13, dans lequel l'extrémité (8) de la mèche comprend une partie annulaire (8a) en contact avec une face avant (20) dudit pavillon de la sonotrode et entourant une partie centrale de ladite face avant (20). 15. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour pulvériser un liquide ayant une viscosité dynamique comprise entre 1 et 200 mPa.s, de préférence entre 3 et 50 mPa.s. 16. Utilisation selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit liquide est une composition cosmétique. 17. Utilisation selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit liquide est une composition 30 parfumante.