EP0557194B1

EP0557194B1 - Distributeur à moteur électrique

Info

Publication number: EP0557194B1
Application number: EP93400407A
Authority: EP
Inventors: Jean-Louis Bougamont; Pierre Amiel; Hervé Lompech
Original assignee: S O F A B; Sofab SA
Current assignee: S O F A B; Albea Le Treport SAS
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1993-02-18
Publication date: 1996-09-25
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: DE69304949D1; EP0557194A1; DE69304949T2

Description

Pour délivrer avec précision des débits de liquide suffisamment continus, de préférence ajustables, on a conçu de nombreux types de pompes doseuses mues par des moteurs électriques, en particulier des pompes à piston de course rectiligne, généralement entraînées par un embiellage en un mouvement quasi-sinusoïdal, à l'écart près de la loi et des jeux de la transmission.
Il arrive aussi que l'on désire seulement débiter sous l'effet d'une commande extérieure, en particulier à moteur électrique, une quantité donnée d'un fluide tel que désinfectant, parfum ... ; l'objectif est généralement d'opérer de façon brève mais précise et régulière, notamment pour obtenir une projection franche du produit, et tout particulièrement sa pulvérisation 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 sinusoïde donc une commande plus sèche et un jet plus bref sous pression plus élevée.
Dans ce cadre, on a envisagé l'emploi d'actionneurs, souvent équipés d'un levier qui permet en particulier de renvoyer et de réduire la course en accroissant la force disponible. Ils peut s'agir de simples électro-aimants renvoyés en position de repos par un ressort ; cette option a toutefois pour inconvénient d'exiger un effort de poussée accrû sans garantir un retour assez rapide en position de repos. On peut donc préférer des actionneurs alternatifs de types bien connus semblables notamment aux vibreurs qui équipent en particulier les rasoirs électriques. Tous peuvent être alimentés à partir d'une source continue qui les rend indépendants, ceci à l'aide de hacheurs à commande électronique fournissant un signal en escalier dont la forme rectangulaire ou seulement abrupte correspondra bien à l'impulsion énergique recherchée et dont les paliers et la fréquence seront faciles à ajuster pour modifier le débit ; le fonctionnement est avantageusement commandé par un relais à temps ou à comptage d'impulsions.
Dans la plupart des cas, les dispositifs ainsi conçus seront aptes à employer des recharges et utiliseront en particulier à cette fin un boîtier recevant l'un des conditionnements bien connus équipés d'une pompe miniature qu'emploie l'industrie des parfums ou cosmétiques, médicaments, insecticides ... Cette pompe est en général pourvue d'une tige de piston qui sert de gicleur alimentant sa tête de distribution ; montée axialement, généralement fixée par une collerette, sur l'ouverture du récipient destiné à enfermer le produit, elle permet donc par exemple de sceller de façon étanche et aseptique un flacon de médicament. Elle peut être de tout type classique utilisé en grande série sur ces distributeurs miniatures, et usuellement d'un modèle dit à précompression, employant fréquemment une soupape d'admission à bille et une soupape d'echappement 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.
Ces dispositifs profitent souvent de ce que les pompes qui les équipent sont commandées par un poussoir et possèdent leur propre ressort de renvoi, qui les maintient au repos en position étanche, pour n'employer qu'un mécanisme à simple action permettant l'arrêt en position haute ; mais ici encore il parait préférable de solidariser pompe et mécanisme. Un dispositif distributeur de produits liquides associant sur un même boîtier un conditionnement interchangeable à réservoir équipé d'une pompe miniature axiale pourvue d'une tige de piston servant de gicleur vers sa tête distributrice, et un mécanisme de commande électrique est notamment connu du document DE-A-2 736 532.
Un emploi majeur est celui d'appareils aisément transportables, utilisables en particulier pour disperser sur une très courte période une dose suffisamment précise quoique minime d'un produit : on peut par exemple souhaiter permettre ainsi à un patient d'inhaler sur le temps d'une inspiration une dose d'un médicament des voies respiratoires. Le volume du réservoir nécessaire ne dépassera alors pas quelques millilitres ce qui permettra de disposer d'un ensemble compact et léger, tenant dans la main et apte à constituer un appareil de poche ou de sac.
De fait les solutions proposées ne donnent que des résultats imparfaits : même avec les pompes à précompression qui sont d'usage général on observe en montant en fréquence, et dès 20 Hz, irrégularités puis pertes de débit, pulvérisation inégale et même détérioration des pompes. Les actionneurs en particulier ne donnent pas les résultats attendus.
L'invention a donc pour objet de proposer un dispositif de ce genre, associant un mécanisme moteur convenable à un conditionnement muni d'une pompe miniaturisée d'un volume externe qui pourra descendre au dessous d'un centimètre cube, assemblée sur un récipient de volume approprié, ce dispositif alliant grande simplicité, faible coût, faible encombrement et autonomie suffisante mais étant exempt des inconvénients cités.
Elle propose à cette fin de recourir à une pompe à commande des soupapes d'admission et d'échappement positive, c'est-à-dire provoquée directement par le piston et non par équilibre avec les forces hydrauliques, et typiquement une pompe dans laquelle le piston fait lui-même directement office de tiroir ; mieux, cette pompe sera à corps déformable, ou plus précisément à corps radialement élastique, en particulier à section transversale polylobée, comme celles décrites par la publication de brevet EP-A-0 330 530 : on constate alors une amélioration spectaculaire du fonctionnement.
A titre d'explication, il est à penser que les vitesses de fonctionnement recherchées, quoique modérées, interdisent de raisonner en termes purement statiques comme on avait l'habitude de le faire, et qu'on rencontrait jusqu'alors des phénomènes d'inertie tels qu'affolement des clapets, turbulences, cavitations et coups de bélier. Or les pompes proposées ici se distinguent par un volume de pompage bien déterminé grâce à la commande positive de leurs soupapes et à la simplicité de leur structure ; mais en même temps leur élasticité en pratique exclusivement radiale atténue les phénomènes de surpression. S'ajoutent bonne facilité d'amorçage et faibles frottements, possibilité d'arrêt en position quelconque sur les modèles sans reprise d'air et surtout de travailler sur une course faible avec une précision acceptable, en particulier, dans la mesure où leurs clapets coopèrent avec des orifices latéraux, sur une course partielle et en ajustant les durées respectives des phases de fonctionnement par le biais des positions de ces orifices.
Elles coopèrent ainsi de façon spécialement efficace avec les diverses motorisations proposées jusqu'ici : la pompe reste capable de suivre le moteur, sur la totalité de sa course comprise entre la pleine ouverture de l'admission et la pleine ouverture de l'échappement jusqu'à des fréquences d'oscillation relativement élevées, pouvant aller jusqu'à 30 Hz en mouvement sinusoïdal. Un actionneur alternatif permettrait de monter encore en vitesse mais sans vrai bénéfice car l'inertie des pièces impose en pratique une loi similaire, empêchant en tout état de cause la pompe de suivre exactement la loi des impulsions de courant et rapprochant son mouvement d'une oscillation pseudo-sinusoïdale ; or il est en particulier plus lourd et plus bruyant.
Ainsi, dans une version préférée, la pompe sera mue par un moteur rotatif à courant continu entraînant une came, commodément un excentrique, montée directement en bout d'arbre et travaillant sans jeu dans la direction de l'ce de la pompe ; cette solution est simple, compacte, peu coûteuse, plus silencieuse et la répartition des efforts plus favorable ; il est facile de régler la vitesse du moteur en modifiant sa tension d'alimentation. On peut donc aisément ajuster le débit, d'une façon régulière sinon entièrement linéaire : une pompe de 25 µl de capacité nominale fonctionnant à une fréquence de 30 Hz fournit alors un débit voisin de 2 l/h soit encore de 0,5 ml/sec ou, si l'on préfère, pulvérise finement une goutte de produit en un dixième de seconde.
Si la solidarisation joue dans les deux sens, on obtient 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 ; celle-ci peut donc être rendue exempte de toute pièce métallique interne.
La tête de la pompe, qui peut être de structure classique, portant par exemple une buse de pulvérisation, ou même être reliée par un conduit souple à une buse de sortie montée fixe sur le boîtier s'il n'en résulte pas un volume mort excessif, servira commodément à solidariser en translation tige de gicleur et organe mobile du mécanisme moteur.
L'invention sera illustrée ci-dessous dans le cadre d'un triple exemple, en référence 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 de l'entraînement préféré,
figure 6 : un détail selon VI-VI de la figure 5,
figure 7 : une coupe-élévation d'une pompe avantageuse,
figure 8 : une coupe selon VIII-VIII de la figure 7.

Dans leurs grandes lignes, les dispositifs montrés sur les figures 1 à 6 sont connus mais seront, conformément à l'invention, dotés d'une pompe spécifique,dont un exemple avantageux sera montré sur les figures 7 et 8. Ils peuvent servir par exemple à délivrer des doses données, finement pulvérisées d'un médicament des voies respiratoires.
Celui de la figure 1 comprend un pulvérisateur constitué d'un récipient 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 pulvérisation 5a. L'ensemble forme un conditionnement homogène et stérile.
Ce pulvérisateur est introduit dans un boîtier 6 classiquement formé de deux demi-coquilles à emboîtement, éventuellement articulées. Comme le montre mieux la figure 2, il s'y trouve retenu par les parois contre des butées telles que des nervures 6a ; simultanément il est pris entre leurs épaulements 6b et le plancher 6c du boîtier.
Le boîtier 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 ferromagnétique 9 articulé sur le boîtier par son axe 10 placé dans le plan de symétrie de l'armature.
L'électro-aimant de l'actionneur 7 est alimenté par un hacheur électronique 11, à partir de piles ou d'accumulateurs rechargeables 12, sous la commande d'un contacteur 13 ; pour ne pas encombrer la figure, les connexions électriques ont été omises. En un à cinq dixièmes de seconde par exemple, à une fréquence préréglable susceptible d'atteindre et de dépasser 20 Hz mais de préférence inférieure à 40 Hz, le hacheur sera capable de délivrer en réponse 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 déporté par rapport au plan médian, porte un ergot 8c, qui se déplace 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 latéralement s'emboîter sur l'ergot 8c au moment de la mise en place du pulvérisateur sur le boîtier. Si la tête 5 elle-même est solidement fixée 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 supprimé.
L'ensemble du dispositif ne sera pas décrit 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 l'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 périodique 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 mécanisme actionneur parmi d'autres peut travailler sans ressorts 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 électrique donc plus raide. Emettant des impulsions alternatives ajustables en durée et en période, la commande électronique peut alors se charger d'arrêter le noyau 9 en position basse ; celui-ci s'y trouvera retenu par son aimentation permanente au contact du pôle 7d de l'électro-aimant : si la commande mécanique agit aussi bien en traction qu'en compression sur la tête de pompe 5, ce qui accélère la remontée du piston, permettant d'augmenter au besoin la fréquence des coups de pompe, l'électro-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, qui crée un anneau ouvert. L'oreille 5b porte elle-même sur chacune de ses deux faces un logement circulaire pour l'un des ergots, raccordé à une encoche chanfreinée 5d. Le conditionnement peut ainsi être mis en place latéralement après fermeture du boîtier, par l'ouverture 6d de celui-ci, dont les bords le retiendront élastiquement, la tête 5 étant amenée horizontalement en prise entre les deux branches du bras 8b. L'interchangeabilité s'en trouve améliorée.
La figure 5 donne le schéma d'un entraînement direct par un moteur tournant. A partir des piles 12 et par l'intermédiaire d'un relais 14 associé à un régleur 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 2000 tours/min. De tels moteurs peuvent être munis d'un arrêt en position haute.
Comme le montre la figure 6, 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, de façon semblable à celle montrée par la figure 1 pour l'ergot 8c du levier 8. L'excentrique joue donc le rôle d'une came à double action, la tête 5 et le piston du distributeur se trouvant ainsi entraînés en oscillation sinusoïdale à la vitesse désirée.
En raison certainement des phénomènes mécaniques et hydrauliques, cette solution conduit à un ensemble plus léger, moins brutal et plus adaptable, sang perte visible des qualités de pulvérisation. C'est pourquoi la préférence lui est donnée dans le cadre de l'invention.
La figure 7 donne un exemple particulièrement avantageux d'un distributeur utilisant le principe de cette invention. Sa pompe comporte un corps 20 renfermant un piston 21 capable dans son mouvement de va-et-vient de masquer puis de démasquer 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 entraînée positivement dans chaque sens par le mécanisme auquel elle sera associée, elle est dépourvue de tout ressort interne, ce qui peut être avantageux vis-à-vis du produit utilisé et pourra faciliter les opérations de tri en vue du recyclage des constituants en matières synthétiques. Elle est aussi dépourvue d'évent de reprise d'air 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 indéformable dans la direction longitudinale, ce qui garantit une commande précise du fonctionnement interne, dont le choix des positions des orifices permet d'ajuster les phases successives. Mais la figure 8 montre que la section transversale de sa partie médiane 20a du corps 20 est polylobée, ce qui lui confère une déformabilité transversale suffisante pour amortir les coups de bélier aux vitesses envisagées et cependant une raideur telle que ses parois suivent la cadence imposée.
La pompe ci-dessus ou ses variantes possibles ne seront pas décrites ici de façon plus détaillée car il suffira au lecteur de se reporter à la publication EP-A-0 330 530 précitée pour en prendre connaissance.
Il est enfin à remarquer que l'exemple de distributeur donné ci-dessus n'est pas incompatible avec l'emploi d'un mécanisme de commande dépourvu de rappel en position haute tel que celui décrit en liaison avec la figure 5 car il n'existe à aucun moment de communication directe possible entre le réservoir et l'extérieur, ni par un évent extérieur, ni par l'intérieur de la pompe, les orifices 22 et 23 ne s'ouvrant pas simultanément vers le gicleur 24.

Claims

Dispositif distributeur de produits liquides associant sur un même boîtier un conditionnement interchangeable à 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 mécanisme de commande électrique, caractérisé en ce que ladite pompe (2) est à commande positive des soupapes d'admission et d'échappement.
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (4) lui-même, faisant directement 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).
Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de pompe possède une partie (20a) de section non circulaire, donc élastiquement déformable en direction radiale.
Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite partie déformable possède une section transversale polylobée.
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le piston (4, 21) porte une tête (5) qui le rend solidaire à la montée comme à la descente de l'organe mobile, à double action, du mécanisme de commande.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mécanisme est exempt d'arrêt en position haute et que la pompe est une pompe sans reprise d'air.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (4) est dépourvu de ressort de renvoi.
Dispositif selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que la tête (5) de la pompe est commandée par une came (18 a) à partir d'un moteur tournant (17).
Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la came est un excentrique situé directement en bout d'arbre d'un moteur à courant continu.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mécanisme de commande comprend un actionneur alternatif à double action (7), alimenté par une commande électronique (10) en un courant d'impulsions rectangulaires ajustées en durées et en périodes.