Brevet FR2935370A1 — publié le 20100305

Domaine de l'invention La présente invention concerne une micropompe notamment pour délivrer des matières médicales actives telles que de l'insuline ou un calmant comportant au moins une soupape ayant une chambre de soupape et une chambre de pompe. Etat de la technique On connaît dans leur principe des micropompes qui contrôlent et débitent de manière très précise de l'insuline. Les micropompes actuelles ont toutefois l'inconvénient d'être réalisées par des procédés de fabrication complexes, utilisant de nombreuses étapes de procédé non-standards. Les nombreuses étapes de procédé, spéciales selon l'état de la technique, rendent de telles micropompes coûteuses et réduisent le rendement de la fabrication. De plus, les micropompes connues ne délivrent pas des quantités suffisamment précises de matières actives. Les micropompes de distribution d'insuline doivent fonctionner de manière très précise avec une très grande exactitude du dosage et cela sans nécessiter de capteurs compliqués pour saisir les quantités d'insuline débitées. Il est très délicat de faire une mesure active du débit d'insuline car cette matière réagit à une élévation de température telle que celle liée à des capteurs à film chaud servant à mesurer un débit. En outre, un inconvénient grave des micropompes actuelles est son manque de sécurité : par exemple, dans le cas de micropompes selon l'état de la technique, la quantité d'insuline débitée dépend de la pression en amont dans le réservoir d'insuline mis mécaniquement en pression dans le cas d'une poche souple. Par exemple, lorsque le patient s'assoit ou se couche sur le réservoir de la micropompe à insuline, cela peut se traduire par une distribution accidentelle d'insuline ou à une augmentation accidentelle de la dose débitée. Ce risque doit être à tout prix évité étant donné le danger que représente une surdose d'insuline. C'est pourquoi, la Demanderesse a développé une micropompe améliorée pour distribuer de l'insuline. Cette micropompe fait l'objet de la demande DE 10 2008 00 37 92.3. La micropompe perfectionnée se caractérise en ce que ses éléments fonctionnels sont 2 réalisés exclusivement par la mise en structure dans une direction évitant les états intermédiaires fragiles dans la fabrication de la micropompe ce qui permet d'éviter les films de support, etc.. dans la fabrication et crée ainsi des conditions permettant une fabrication en grande série de la micropompe. Il existe des tendances à optimiser les micropompes pour qu'elles puissent se remplir automatiquement et qu'elles acceptent des bulles de gaz. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une micropompe à remplissage automatique et acceptant les bulles de gaz notamment pour la distribution de matières médicales actives de préférence de l'insuline. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une micropompe du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que la chambre de soupape comporte au moins un élément de structure fixe, réduisant le volume de la chambre de soupape. L'invention a reconnu que le rapport de compression d'une micropompe était une mesure de la tolérance de la micropompe vis-à-vis des bulles de gaz et dans un sens plus large, de sa capacité à se remplir d'elle-même. Le rapport de compression d'une micropompe est le rapport entre le volume actif de la pompe et son volume total ; en d'autres termes, il s'agit du rapport entre le volume actif de la pompe et la somme de son volume actif et de son volume mort. Pour avoir un rapport de compression aussi élevé que possible, et une tolérance vis-à-vis des bulles de gaz, ainsi qu'une capacité à se remplir d'elle-même, l'invention prévoit de réduire le volume mort d'une micropompe comme indiqué ci-dessus, en ayant dans une chambre de soupape, au moins une soupape de la micropompe avec au moins un élément de structure fixe réduisant le volume de la chambre de soupape. En d'autres termes, l'invention réside dans l'idée consistant à réduire le volume mort de la micropompe par au moins un élément de structure au niveau de la chambre de soupape, cet élément de structure réduisant le volume de la chambre de soupape par rapport à celui d'une micropompe sans 3 élément de structure. Cette réduction correspondant à un volume mort, permet à la micropompe de pomper des gaz tels que par exemple de l'air. Le montage fixe d'au moins un élément de structure diminue exclusivement le volume mort ce qui n'influence en aucune manière la rigidité de la soupape réalisée de manière correspondante ainsi que son fonctionnement. D'une manière particulièrement avantageuse dans une forme de réalisation de la micropompe, à la fois au moins une soupape d'entrée et au moins une soupape de sortie, et de façon io particulièrement préférentielle, toutes les soupapes, selon le concept de l'invention, sont réalisées avec au moins un élément de structure, fixe, réduisant le volume de la chambre de soupape (volume mort). La nature et la forme de l'élément de structure peuvent se choisir en principe librement. De manière préférentielle, au moins un élément de structure 15 est aussi grand que possible pour réduire aussi fortement que possible le volume mort sans pour autant avoir une influence négative non voulue sur le fonctionnement et la fiabilité de la soupape. Selon un développement avantageux de l'invention, au moins un élément de structure est prévu sur un côté muni d'un 20 revêtement antiadhésif, tourné vers la membrane mobile délimitant la chambre de soupape et/ou en ce qu'entre une telle membrane et l'élément de structure, il y a un espace libre. Comme l'élément de structure n'est pas relié à la membrane ou ne fait pas corps avec celle-ci, on n'augmente pas inutilement l'inertie du système ce qui se 25 répercute de manière avantageuse sur la dynamique de la soupape. Grâce à un élément de structure qui rigidifie la membrane, on pourra avoir des tensions mécaniques plus élevées qui, dans le cas extrême, auraient pu même conduire à la rupture de la membrane. Selon un développement de l'invention, sur le côté de 30 l'élément de structure non tourné vers la membrane, il est prévu un revêtement antiadhésif et on réalise un intervalle par rapport à la couche de support, en particulier rigide, de la micropompe. En d'autres termes, selon un mode de réalisation préférentiel, la hauteur de la chambre de soupape suivant l'axe de déplacement de l'organe de 4 soupape est supérieure à l'extension de l'élément de structure dans cette direction. On peut également envisager une forme de réalisation dans laquelle au moins un élément de structure est constitué par la couche de support ou est fixé à celle-ci. Il est important que l'élément de structure ne soit pas relié à la membrane en regard de la couche de support ou fasse corps avec celle-ci. D'une manière particulièrement préférentielle, la micropompe est réalisée de façon qu'au moins un élément de structure, soit situé dans la zone entre la paroi périphérique de préférence en forme d'enveloppe intérieure de cylindre creux, qui délimite extérieurement la chambre de soupape et un organe de soupape mobile notamment en forme de poinçon de soupape. L'élément de structure maintient de préférence une distance par rapport à l'organe de soupape notamment réalisé sous forme de poinçon de soupape, pour ne pas influencer de manière négative la dynamique du système par une masse mobile, supplémentaire. Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel de la micropompe, au moins un élément de structure qui minimise le volume mort est relié solidairement à la paroi périphérique délimitant extérieurement la chambre de soupape dans la direction radiale ou est réalisé en une seule pièce avec cette paroi donnant une soupape très robuste. D'une manière particulièrement avantageuse, radialement entre au moins un élément de structure de préférence entre les différents éléments de structure voisins dans la direction périphérique et l'organe de soupape, on forme un canal notamment un canal annulaire, par lequel le fluide à débiter pourra entrer ou sortir (selon la réalisation de la soupape suivant qu'il s'agit de la soupape d'entrée ou de la soupape de sortie). D'une manière particulièrement préférentielle, selon une forme de réalisation de la micropompe, l'organe de soupape réalisé de préférence comme poinçon de soupape (piston de soupape) est suspendu élastiquement à au moins un ressort notamment sous forme de ressort spirale. D'une manière particulièrement préférentielle, plusieurs ressorts spirale sont côte-à-côte dans la direction périphérique portant l'organe de soupape de manière élastique en étant fixés à la paroi périphérique de la chambre de soupape. Pour ne pas influencer de manière négative la dynamique 5 de l'organe de soupape suspendu élastiquement, un développement de l'invention prévoit avantageusement qu'au moins un élément de structure soit installé à distance d'au moins un ressort spirale. De façon préférentielle, selon une forme de réalisation, au moins un élément de structure est installé entre deux ressorts spirale voisins dans la direction périphérique. D'une manière particulièrement préférentielle, plusieurs éléments de structure sont prévus et entre chaque fois deux éléments de structure voisins dans la direction périphérique, on a chaque fois au moins un ressort spirale de préférence exclusivement un unique ressort qui relie de préférence l'organe de soupape à la paroi périphérique intérieure de la chambre de soupape. D'une manière particulièrement préférentielle, la soupape dont l'organe de soupape est suspendu élastiquement par un ressort spirale, est la soupape d'entrée de la micropompe. Pour ne pas gêner le débit à travers la micropompe, c'est- à-dire le flux d'entrée ou le flux de sortie du liquide à débiter, dans la direction de la soupape ou dans la direction s'éloignant de la soupape, un développement de l'invention prévoit avantageusement qu'au moins un élément de structure ne se trouve pas dans la zone d'entrée ou de sortie de la chambre de soupape; la zone d'entrée ou la zone de sortie de la chambre de soupape est réalisée sans élément de structure. D'une manière particulièrement préférentielle, la soupape de la micropompe qui comporte l'élément de structure est la soupape d'entrée. En plus ou en variante, il est avantageux qu'une soupape munie d'un élément de structure constitue la soupape de sortie. Selon un développement de l'invention, il est avantageux que tous les éléments fonctionnels de la micropompe, à l'exclusion des éléments de structure, soient réalisés à partir d'une direction. En d'autres termes, on réalise la micropompe par une mise en structure notamment d'un matériau semi-conducteur, de préférence par gravure, en procédant seulement dans une direction. 6 De manière préférentielle, la mise en structure se fait en partant de la face avant d'une couche de support. En d'autres termes, il est proposé de fabriquer la micropompe à partir d'au moins un support intégral, à savoir une première couche de support dont le côté avant comporte plusieurs couches parmi lesquelles au moins une couche est mise en structure pour fabriquer les éléments fonctionnels tels que les soupapes et/ou au moins une membrane et cela en ne partant pas du côté arrière de la couche de support servant d'appui mais en partant du côté avant de la couche de support, en procédant dans la direction de la première couche de support. Ainsi la première couche de support reste de préférence non structurée au cours de la fabrication des éléments fonctionnels et elle garantit ainsi l'étanchéité absolue entre la face avant de la première couche de support et le côté arrière de la couche de support qui soutient la couche de support pour la fabrication de la micropompe, sur le mandrin du poste de fabrication ou de l'installation de fabrication. De manière particulièrement préférentielle, on enlève la couche de support avant de terminer la micropompe. Comme lorsqu'on réalise les éléments fonctionnels, la couche de support est présente de préférence sans être endommagée, on évite avantageusement les étapes intermédiaires, délicates, dans la fabrication de la micropompe. On évite ainsi l'utilisation de films d'appui ou autres, pour la fabrication ce qui crée les conditions appropriées pour une fabrication en grande série de la micropompe. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective incomplète, montrant les éléments principaux d'une micropompe comprenant une soupape d'entrée, une chambre de pompe et une soupape de sortie, - la figure 2 montre les éléments principaux de la micropompe de la figure 1 selon une vue de dessous, - la figure 3 est une vue à échelle agrandie de la soupape d'entrée des figures 1 et 2 en vue en perspective de dessus, 7 - la figure 4 est une vue en perspective de dessous de la soupape d'entrée, - la figure 5 est une vue en coupe de la soupape d'entrée, - la figure 6 est une vue en perspective vue de dessus de la soupape de sortie de la micropompe des figures 1 et 2, - la figure 7 est une vue en perspective de dessous de la soupape de sortie, - la figure 8 est une vue en coupe de la soupape de sortie. Description de modes de réalisation de l'invention Les différentes figures, utilisent les mêmes références pour désigner les mêmes éléments ou des éléments ayant la même fonction. Les figures 1 et 2 donnent une représentation incomplète d'une micropompe 1 réalisée comme pompe à insuline. On remarque une couche fonctionnelle 2 d'une épaisseur de l'ordre de 15 �m jusqu'à 24 �m dans laquelle sont réalisés éléments fonctionnels de la micropompe 1 sous la forme d'une première soupape 3 constituant la soupape d'entrée ainsi que d'une seconde soupape 4 constituant la soupape de sortie. Une chambre de pompe 5 se trouve dans la zone entre les deux soupapes 3, 4. Les soupapes 3, 4 ainsi que la chambre de pompe 5 sont délimitées au niveau du côté inférieur selon la figure 1, par une couche de base servant de membrane 6. Cette membrane est représentée en vue de dessous à la figure 2 et pour une meilleure compréhension, dans la zone sous les soupapes 3, 4 et sous la chambre de pompe 5 ; la membrane est représentée comme étant transparente à la figure 2. Pour le fonctionnement de la micropompe 1, dans la zone située sous la membrane 6, au niveau des soupapes ainsi que sous la chambre de pompe 5 on peut avoir un actionneur notamment réalisé sous d'un actionneur constitué par une pile d'éléments piézoélectriques; on peut également envisager une forme de réalisation associant un actionneur exclusivement à la première soupape 3 et à la chambre de pompe 5. Sur le côté de la couche fonctionnelle 2, à l'opposé de la membrane 6, la micropompe 1 comporte une seconde couche de support non représentée pour des raisons de simplification. Cette 8 seconde couche de support est traversée par un canal d'entrée 7 représenté schématiquement et servant à alimenter la première soupape 3 en insuline ainsi que d'un canal de sortie 8 pour la sortie de l'insuline passant par la seconde soupape 4. Une première couche de support également non représentée ainsi qu'une couche d'arrêt sur cette première couche de support ont été enlevées après la fabrication de la micropompe 1. La fabrication commence par une première couche de support constituée par une plaquette de silicium, en procédant dans la direction de la seconde couche de support également non représentée pour des raisons de simplification du dessin. A l'aide des figures 3 et 4, on décrira ci-après la structure de la première soupape 3 constituant à la soupape d'entrée, la figure 4 montre la première soupape 3 vue de dessous. La membrane 6 dans la zone sous la première chambre de soupape 9 de la première soupape 3 ainsi que la zone sous la chambre de pompe 5 n'ont pas été représentées pour des raisons de simplification. Il apparaît un premier organe de soupape, central, réalisé sous la forme d'un poinçon cylindrique de soupape non solidaire de la membrane 6, mais mobile par rapport à celle-ci. Le premier organe de soupape 10 est suspendu par trois ressorts spirale 11 répartis régulièrement en périphérie à une première paroi périphérique 12 en forme de surface enveloppe de cylindre intérieur creux de la première soupape 3 ainsi qu'à une structure 13 de régulation du débit de fluide de la première chambre de soupape 9 vers la chambre de pompe 5. Les ressorts spirale 11 partant du premier organe de soupape 10 s'étendent à la fois dans la direction radiale et dans la direction périphérique. Le volume de la première chambre de soupape 9, c'est-à-dire le volume mort de la micropompe 1 est réduit au minimum par en tout trois premiers éléments de structure 14 situés dans la zone comprise entre la première paroi périphérique 12 et le premier organe de soupape 10. Dans le cas présent, les éléments de structures 14 font corps avec la première paroi périphérique 12 ; cela signifie qu'ils sont réalisés dans la même couche et s'entendent à partir de cette paroi radialement vers l'intérieur; entre la périphérie intérieure des premiers éléments de structure 14 et la périphérie extérieure de l'organe de 9 soupape 10, il subsiste un intervalle sous la forme d'un canal. Les premiers éléments de structure 14 sont écartés des ressorts spirale 11 s'étendant dans la direction radiale dans la zone comprise entre chaque fois deux premiers éléments de structure 14 pour arriver jusqu'à la paroi périphérique intérieure 12. Comme cela apparaît en outre à la figure 4, chacun des éléments de structure 14 est installé respectivement entre deux ressorts spirale 11 voisins dans la direction périphérique. La combinaison des vues des figures 3 et 4 montre que les premiers éléments de structure 14 ne s'appuient pas sur la membrane 6, mais sont écartés de celle-ci. De même, les premiers éléments de structure 14 ne sont écartés de la seconde couche de support, non représentée, de sorte que partant du canal formé entre les premiers éléments de structure 14 et le premier organe de soupape 10, dans la direction radiale, la première chambre de soupape 9 s'étend dans des zones au-dessus et en dessous des éléments de structure 14. Cela apparaît particulièrement bien à la figure 5 qui montre la seconde couche de support 15 formant une sorte de couvercle pour la micropompe 1. En outre, selon la figure 5, la couche de support 15 est traversée par le canal d'entrée 7. La figure 5 montre également qu'à la fois les éléments de structure 14 et le premier organe de soupape 10 sont écartés de la membrane 6 lorsque la micropompe 1 est au repos. Cette figure ne montre pas l'actionneur notamment réalisé sous la forme d'une pile d'éléments piézo-électriques sous la membrane 6. Les figures 6 à 8 montrent la soupape 4 servant de soupape de sortie selon la figure 2. Entre la chambre de pompe 5 et une seconde chambre de soupape 16 de la seconde soupape 4, des éléments de structure 13 servent à régulariser l'écoulement. Les éléments de structure 13 sont solidaires de la membrane 6. Il apparaît en outre que comme pour la soupape d'entrée décrite précédemment, la zone située entre la chambre de pompe 5 et la seconde chambre de soupape 16 ne comporte pas d'élément de structure fixe. Les éléments de structure 13 représentés à la figure 6 devant la seconde soupape 4 sont reliés solidairement à la membrane 6 comme la première soupape 3 fonctionnant comme soupape d'entrée. 10 La combinaison des figures 6 et 8 montre que la seconde couche de support 15 qui apparaît uniquement à la figure 8, est traversée par le canal de sortie 8 par lequel sort le fluide débité par la micropompe 1. Comme le montrent les figures 6 à 8, radialement entre un second organe de soupape 17 réalisé sous la forme d'un poinçon cylindrique de soupape, et une seconde paroi périphérique intérieure 18 de la seconde chambre de soupape 16, il y a un second élément de structure 19 en forme de partie d'anneau de cercle pour diminuer le volume mort de la seconde soupape 4. Le second élément de structure 19 comme le premier élément de structure 14 est installé pour laisser un canal constitué ici par un canal annulaire entre l'organe de soupape, ici le second organe de soupape 17, et le second élément de structure 19. Le second élément de structure 19 écarté de la membrane 6 est directement adjacent par le côté non tourné vers la membrane 6, à la seconde couche de support 15 (voir figure 8). La seconde chambre de soupape 16 s'étend ainsi du canal en forme de canal annulaire entre le second organe de soupape 17 et le second élément de structure 19, dans la direction radiale d'une zone intérieure sous le second élément de structure 19, c'est-à-dire dans une zone comprise entre le second élément de structure 19 et la membrane 6. REVENDICATIONS1 °) Micropompe notamment pompe pour délivrer des matières médicales actives de préférence pompe à insuline ou pompe à calmant comportant au moins une soupape (3, 4) ayant une chambre de soupape (9, 16) et une chambre de pompe (5), caractérisée en ce que la chambre de soupape (9, 16) comporte au moins un élément de structure (14, 19) fixe, réduisant le volume de la chambre de soupape. 2°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de structure (14, 19) est prévu sur une membrane (6), mobile, délimitant la chambre de soupape (9, 16) et/ou sur la face opposée munie d'un revêtement antiadhésif et/ou à distance de la membrane (6) 3°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de structure (14, 19) est prévu sur une face munie d'un revêtement anti-adhérant, tournée vers une couche de support (15) fixe délimitant la chambre de soupape (9, 16) et/ ou à distance de la couche de support (15). 4°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de structure (14, 19) est prévu dans une zone entre une paroi périphérique (12, 18) délimitant extérieurement la chambre de soupape (9, 16) et ayant de préférence une forme d'enveloppe intérieure de cylindre creux et un organe de soupape (10, 17) réglable, réalisé notamment sous la forme d'une tige de soupape. 5°) Micropompe selon la revendication 4 caractérisée en ce que 12 l'élément de structure (14, 19) est relié à la paroi périphérique (12, 18) ou comme extension de la paroi périphérique (12, 18) dirigée radialement vers l'intérieur. 6°) Micropompe selon la revendication 4 ou 5 caractérisée par un canal notamment réalisé comme canal annulaire radialement entre l'élément de structure (14, 19) et l'organe de soupape (10, 17). 7°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe de soupape (10, 17) est suspendu élastiquement par au moins un ressort, notamment un ressort, spirale (11). 8°) Micropompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'élément de structure (14, 19) est prévu entre deux ressorts spirale (11) voisins dans la direction périphérique. 9°) Micropompe selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que l'élément de structure (14, 19) est écarté du ressort spirale (11). 10°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de structure (14, 19) est exclusivement écarté d'une zone d'entrée ou de sortie de la chambre de soupape (9, 16). 11°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins une soupape (3, 4) est réalisée comme soupape d'entrée. 12°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins une soupape (3, 4) est réalisée comme soupape de sortie. 513 13°) Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que tous les éléments fonctionnels de la micropompe (1) sont réalisés uniquement par une mise en structure dans une direction. 10