Procédé et appareil pour former des capsules contenant une matière de charge
La présente invention se rapporte à un procédé et un appareil pour former des capsules contenant une matière de charge.
On connaît des appareils particulièrement utiles pour produire en série de telles capsules. Ces appareils comprennent un corps cylindrique creux pouvant tourner autour d'un axe vertical et comportant une bande d'orifices disposés concentriquement qui traversent sa paroi extérieure. Pendant la rotation du corps, le milieu liquide destiné à former la capsule lui est amené de façon à former des pellicules successives de ce milieu en travers de l'extrémité intérieure de chaque orifice, et la matière constituant la charge est amenée aux pellicules se trouvant en travers des orifices. La vitesse de rotation du corps cylindrique est telle que la force centrifuge résultante surmonte les forces d'adhérence du milieu se trouvant aux orifices de sorte qu'il enveloppe la matière de la charge et est séparé et projeté vers l'extérieur depuis les orifices.
A mesure que chaque capsule est ainsi séparée, une autre pellicule se forme en travers de l'orifice afin de recevoir la matière de la charge. Le milieu liquide est ensuite solidifié par n'importe quel moyen approprié, tel qu'un bain de durcissement disposé autour du corps afin de recevoir les capsules humides.
Dans une variante de ce type général d'appareil, le milieu ou la matière formant la capsule est amené à un orifice par un ajutage monté sur un corps, qui peut également tourner autour d'un axe vertical afin de former des pellicules successives du milieu en travers de l'extrémité intérieure de l'orifice. Dans cette variante, la matière de la charge est amenée aux pellicules du milieu destiné à former les capsules au moyen d'un conduit s'étendant à l'intérieur de l'ajutage pour aller jusqu'à un point très rapproché de l'extrémité intérieure de l'orifice. Ici à nouveau, on fait tourner l'ajutage à une vitesse suffisante pour former la capsule, la séparer et la projeter par l'extrémité extérieure de l'orifice.
En supposant que l'orifice a un diamètre donné, les dimensions de la capsule produite par un tel appareil suivant l'une ou l'autre de ses variantes sont une fonction de la vitesse de rotation de la tête de formation des capsules. Plus particulièrement, les dimensions de la capsule varient en raison inverse de la vitesse de rotation de la tête, de sorte que pour produire des capsules de grandes dimensions, il faut faire tourner la tête à une vitesse relativement faible. Bien que l'un des avantages principaux présentés par cet appareil centrifuge de formation de capsules soit sa capacité à produire en série des capsules relativement petites, il se présente des cas où il serait avantageux de l'utiliser pour produire des capsules de plus grandes dimensions.
Cependant, au cours d'une marche type en utilisant un appareil de ce type, on a trouvé impossible de former des capsules atteignant un diamètre de 1500 microns et même pour des diamètres moindres de l'ordre de 1000 microns, les capsules produites par cet appareil présentaient une qualité peu satisfaisante.
La présente invention a pour objet un procédé pour former des capsules contenant une matière de charge, caractérisé en ce qu'on alimente par l'intérieur en milieu formateur des capsules, à l'état liquide, une tête tournant autour d'un axe vertical, présentant une cavité et comportant au moins un orifice traversant sa paroi et incliné vers le bas de son extrémité interne vers son extrémité externe, de manière à former des pellicules successives de ce milieu en travers de l'extrémité interne de l'orifice pendant la rotation de la tête, on amène la matière de la charge contre la face intérieure des pellicules et on fait tourner la tête à une vitesse telle que la résultante des vecteurs dus à la force centrifuge et à la force de la pesanteur agissant sur la capsule se trouve sensiblement dans l'alignement de l'axe de l'orifice,
de façon à provoquer l'enveloppement de portions successives de matière de charge par les pellicules, en engendrant des capsules qui sont éjectées à l'extérieur par ledit orifice.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend une tête pouvant tourner autour d'un axe vertical présentant une cavité et comportant au moins un orifice traversant sa paroi, un moyen servant à introduire le milieu formateur des capsules dans cette cavité et à l'amener à l'entrée de l'ori- fice, un moyen pour amener la matière de charge par ladite cavité, jusqu'à la face intérieure des pellicules formées à l'extrémité interne de l'orifice, et un moyen pour faire tourner la tête, l'axe de l'orifice étant disposé suivant un angle et incliné vers le bas de l'extrémité interne vers l'extrémité externe de l'orifice.
La présente invention est décrite ci-après en regard du dessin annexé qui donne deux formes de réalisation de l'appareil.
Sur ce dessin:
La fig. 1 représente d'une manière partiellement schématique un appareil dans lequel la tête de formation des capsules comprend un corps cylindrique rotatif.
La fig. 2 est une coupe à grande échelle du corps cylindrique, et
la fig. 3 est une coupe d'un appareil, dans lequel la tête de formation des capsules comprend un corps rotatif sur lequel est monté un ajutage.
En se reportant aux fig. 1 et 2, la matière de la charge A et le milieu B de formation des capsules sont amenés à l'intérieur du corps cylindrique creux 10 à partir de sources 11 et 12, respectivement. Plus particulièrement, le milieu de formation des capsules s'écoule vers le bas depuis sa source en traversant un conduit 13 pour être amené aux extrémités supérieure et inférieure du corps à travers des conduits dérivés 14 et 15. La valeur de ce débit est réglée par un robinet monté sur le conduit 13. Lorsqu'on fait tourner le corps, d'une manière qui sera décrite plus loin, le milieu qui lui est fourni est contraint de s'écouler vers l'extérieur vers la paroi extérieure 16 du cylindre et de s'étaler ensuite d'une manière uniforme sur la surface intérieure de cette paroi extérieure.
Ceci forme une pellicule en travers de l'extrémité intérieure de chacun des orifices 17 qui traversent la paroi et qui sont disposés suivant une bande concentrique autour de l'axe de rotation du corps.
La matière de la charge, d'autre part. s'écoule vers le bas depuis sa source 1 1 en traversant un conduit 18 pour aller sur un disque propulseur 19 monté concentriquement à l'intérieur du cylindre et pouvant tourner coaxialement par rapport à lui. Ici, également, le débit de la matière de la charge est réglé par un robinet monté sur la canalisation 18. Comme décrit plus loin, lorsqu'on fait tourner le disque, la matière de la charge qui est sous forme liquide est projetée vers l'extérieur contre les pellicules se trouvant en travers des orifices 17, soit sous la forme de particules distinctes, soit sous la forme d'une feuille mince. La force centrifuge qui agit sur les pellicules leur fait entourer la matière de la charge, les sépare et les projette vers l'extérieur depuis les extrémités extérieures des orifices 17.
Comme on le voit, le corps cylindrique 10 est monté sur un arbre 20 qui est mis en rotation au moyen d'un moteur 21 qui lui est relié à l'aide d'une courroie 22. Le disque propulseur 19 est disposé concentriquement par rapport au corps et est monté sur un arbre 23 coaxial par rapport à une ouverture centrale de l'arbre 20 et traversant celle-ci, afin d'être relié au moyen d'une courroie 24 à un moteur 25. Ceci permet de faire tourner à des vitesses différentes le disque propulseur et le corps cylindrique.
En se reportant aux détails de la fig. 2, l'arbre 20 est relié à la paroi extérieure 16 du corps 10 au moyen d'une âme ou voile 26. Une joue 27 s'étend radialement vers l'intérieur depuis la paroi inférieure 16 et présente une surface horizontale 28 sur laquelle le milieu de formation des capsules peut être introduit par l'extrémité courbée 29 du conduit 15. Lorsque le cylindre tourne, le milieu de formation des capsules est contraint par la force centrifuge de s'écouler vers l'extérieur vers la surface intérieure 30 de la paroi 16. Comme on peut le voir sur la fig. 2, cette surface est inclinée vers le haut et vers l'extérieur de sorte que le milieu de formation des capsules est libre de s'étaler vers le haut le long de cette paroi et de traverser les orifices 31 formés dans l'âme 26.
Un creux annulaire 32 est formé sur la surface intérieure 30 et est séparé de la bande d'orifices 17 par une retenue ou déversoir 33, ce qui maintient le milieu à un niveau relativement uniforme pendant qu'il se déverse par-dessus les orifices.
De même, le milieu de formation des capsules qui est introduit par le conduit 14 tombe sur une aile 34 disposée au-dessous de l'extrémité inférieure du conduit et qui sert à le dévier radialement vers l'extérieur dans le creux annulaire 35 formé sur la surface intérieure 30 de la paroi 16. Ce creux est séparé de la bande d'orifices par une retenue ou déversoir 36 qui, de même que la retenue 33, maintient le courant du milieu de formation des capsules à un niveau uniforme. En se déversant pardessus les retenues 33 et 36, ledit milieu s'écoule dans la partie d'entrée de la surface intérieure 30 qui va aux orifices 17 et qui est formée par des parois 37 et 38 qui convergent vers l'extérieur.
Comme on le voit également sur la fig. 2, la surface supérieure 39 du disque propulseur 19 présente un creux central dans lequel est introduite par le conduit 18 la matière de la charge. De ce creux, cette matière est amenée par suite de la rotation de la roue mobile radialement vers l'extérieur le long de la surface supérieure 39 du disque. Depuis le bord extérieur de la surface 39, les particules distinctes ou une feuille mince de la matière de charge est projetée contre la pellicule du milieu de formation des capsules se trouvant en travers de la bande d'orifices 17.
Lorsque les capsules sont contraintes par la force centrifuge due à la rotation du corps 10 de se former aux extrémités extérieures des orifices 17 et ensuite de se séparer et d'être projetées vers l'extérieur depuis ces derniers, elles sont saisies par un bain de durcissement ou un bain analogue destiné à solidifier le milieu de formation des capsules qui est humide.
L'axe de chaque orifice 17 s'étend vers le bas et vers l'extérieur depuis son extrémité intérieure vers son extrémité extérieure. Plus particulièrement, comme on le voit schématiquement sur la fig. 2, chacun de ces axes fait un angle fi formé entre une ligne perpendiculaire à l'axe de rotation du cylindre et une ligne correspondant à la force résultante Fr due à la force centrifuge Fe et à la force de la pesanteur F agissant sur la capsule.
Bien qu'il ne soit pas extrêmement critique que l'axe de l'orifice fasse cet angle 0, on obtient des résultats nettement meilleurs lorsque l'axe fait sensiblement cet angle. En se reportant encore à la représentation schématique des vecteurs de force résultants de la fig. 2, le vecteur F de la force centrifuge est égal au carré de la vitesse périphérique de l'orifice divisé par le rayon de rotation de l'orifice et multiplié par la force de la pesan teur. Ainsi, dans un calcul type, où le rayon de rotation des orifices est de 10cm, et où le corps tourne à 180 tours/minute, le vecteur Fe de la force centrifuge est égal à 3,68 fois le vecteur F g de la force de la pesanteur.
Par suite:
Tg* = 1/3,68 = 0,271 de sorte que: = 150 10'
Avec un corps cylindrique dont les orifices sont disposés comme décrit, il a été possible de produire des capsules de bonne qualité dont les diamètres étaient plus grands que ceux qu'on pouvait obtenir avec les appareils connus.
Par exemple, après des tentatives infructueuses de produire des capsules d'environ 2200 microns de diamètre par des orifices de 3 mm de diamètre formés dans un appareil antérieur, il a été possible de produire des capsules satisfaisantes de cette même dimension suivant un régime d'environ 2,5 capsules par orifice par seconde avec un appareil construit comme exposé ci-dessus et dont les spécifications étaient les suivantes:
:
Rayon de rotation des orifices 10,0cm
Nombres d'orifices - 90
Vitesse de rotation du cylindre 200 tours par minute
Angle B de l'axe de l'orifice 10,50
Diamètre du disque propulseur 8,75 cm
Vitesse de rotation du disque
propulseur 600 tours par minute
Dans les capsules ainsi formées avec l'appareil construit comme décrit ci-dessus, la matière de la charge était constituée par des essences minérales inodores et le milieu formant les capsules comprenait les ingrédients suivants:
:
1,6 /o alginate de sodium (Marine Colloid's XRB-300)
3,5 O/o alcool polyvinylique (Elvanol 70-05 de Du Pont)
0,5 O/o gélatine pour capsules dures (Atlantic Gelatin)
5 o/o glycérol 89,4 /o eau
Cet exemple particulier montre la souplesse avec laquelle on peut disposer l'angle des orifices. C'est ainsi que bien qu'à la vitesse indiquée, la résultante de la force centrifuge et de la force de la pesanteur fasse un angle e de 120 environ, on a obtenu des résultats satisfaisants avec un angle e de 10,50. Ceci bien entendu augmente la souplesse de tout l'appareil du fait qu'elle permet de faire tourner le corps à des vitesses quelque peu différentes pour produire d'autres capsules.
Dans le mode de réalisation préféré du cylindre de formation de capsules représenté sur la fig. 2, les surfaces coniques 37 et 38 sont symétriques par rapport aux orifices 17, c'est-à-dire que chacune de ces surfaces fait un angle aigu égal avec l'axe de l'orifice. De plus, le rebord qui entoure l'extrémité extérieure de chaque orifice 17 est symétrique par rapport à l'axe de l'orifice du fait que la partie 40 de la surface extérieure 41 de la paroi extérieure 16 qui entoure chacune de ces extrémités extérieures est perpendiculaire à l'axe de l'orifice. Comme on peut le voir sur la fig. 2, la partie 40 de la surface extérieure est formée sur des parties convergeant vers l'extérieur 42 et 43 de la paroi extérieure, de sorte que la capsule n'éprouve qu'une tendance minimale à descendre le long de la paroi extérieure lorsqu'elle sort de l'orifice.
Dans l'appareil représenté sur la fig 3, le corps 44 est monté sur un arbre 46 afin de tourner autour d'un axe vertical et il porte un ajutage 45 sur l'un de ses côtés. L'ajutage comprend un élément rapporté 48 qui ferme une chambre 47 du corps et il est traversé par un orifice 49. On peut faire tourner l'arbre 46 de n'importe quelle manière appropriée.
Un bouchon 50 est vissé à l'intérieur de l'élément rapporté 48 de manière à former une chambre intérieure 51 à l'intérieur de la chambre 47. L'élément rapporté présente une surface intérieure 53 qui est conique vers l'extérieur et qui forme une entrée symétrique à l'extrémité intérieure de l'orifice 49. L'extrémité extérieure du bouchon 50 comporte une paroi 54 de même forme conique très rapprochée de la surface 53 et ménageant un espace annulaire entre elles. La position du bouchon peut être réglée suivant l'axe de l'élément rapporté et de l'orifice 49 de manière à régler les dimensions de cet espace.
Le milieu liquide de formation des capsules est introduit par un conduit extérieur 55 et un canal 56 dans le corps, dans la chambre 47. De cette chambre, ce milieu s'écoule à travers des orifices 57 formés dans le bouchon 50 pour aller dans l'espace annulaire séparant le bouchon et l'élément rapporté 48. Lorsqu'on fait tourner le corps, le milieu de formation des capsules s'écoule radialement vers l'extérieur en traversant l'espace annulaire pour former une pellicule en travers de l'extrémité intérieure de l'orifice 49. Le milieu est introduit dans le conduit extérieur 55 suivant un taux réglé au moyen d'un conduit latéral 58 qui est relié à une source appropriée (non représentée).
La matière de la charge est introduite à partir d'une source appropriée (non représentée) à travers un conduit intérieur 59 qui descend en traversant le conduit extérieur 55 et qui est relié à son extrémité inférieure avec un conduit 60 s'étendant vers l'extérieur. Ce dernier conduit à son tour s'étend jusqu'à un point très rapproché de l'extrémité extérieure du bouchon 50 où se trouve une ouverture 61 le traversant axialement, cette ouverture étant alignée sur l'orifice 49. De préférence, et comme on le voit sur la fig. 3, le conduit 60 est également aligné axialement sur l'ouverture 61 du conduit 49. A mesure que la matière de la charge s'écoule vers le bas à travers le conduit 59 et dans le conduit 60, elle est contrainte de prendre la forme de particules distinctes sous l'action de la force centrifuge qui s'exerce sur elle.
Comme on le voit, l'extrémité du conduit est biseautée pour faciliter la rupture des particules.
A volonté, on peut appliquer de l'air comprimé à travers l'ouverture 62 de l'arbre 46 et par le canal 63 à la surface intérieure de la pellicule pour aider à former une capsule uniforme. Cet air est contraint de s'écouler à travers le bouchon 50 et à travers l'ouverture 61 de l'extrémité du bouchon au moyen d'une bague torique 64 qui entoure le bouchon et qui vient en contact étanche avec un fraisage formé à l'extrémité intérieure de la chambre 47 du corps 45.
Dans cette forme d'exécution, comme dans la forme d'exécution représentée et décrite pour les fig. 1 et 2, l'axe de l'orifice 49, ainsi que les axes alignés de l'ouverture 61 et du conduit 60, s'étendent vers le bas et vers l'extérieur depuis leurs extrémités intérieures vers leurs extrémités extérieures. Plus particulièrement, ces axes font des angles qui correspondent sensiblement aux vecteurs de force résultants formés par le vecteur de la force centrifuge et le vecteur de la force de la pesanteur agissant sur les capsules formées sur l'orifice 49.