Source: https://patents.google.com/patent/CH689836A5/en
Timestamp: 2019-09-19 12:02:31+00:00
Document Index: 100396128

Matched Legal Cases: ['art 64', 'art 64', 'art 38', 'art 36', 'art 64', 'art 164', 'art 164', 'art 164']

CH689836A5 - Micropump. - Google Patents
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CH689836A5
CH689836A5 CH00117/94A CH11794A CH689836A5 CH 689836 A5 CH689836 A5 CH 689836A5 CH 00117/94 A CH00117/94 A CH 00117/94A CH 11794 A CH11794 A CH 11794A CH 689836 A5 CH689836 A5 CH 689836A5
CH00117/94A
Lintel Harald T G Van
Westonbridge Int Ltd
1994-01-14 Application filed by Westonbridge Int Ltd filed Critical Westonbridge Int Ltd
1994-01-14 Priority to CH00117/94A priority Critical patent/CH689836A5/en
1999-12-15 Publication of CH689836A5 publication Critical patent/CH689836A5/en
La présente invention concerne une micropompe comportant au moins une plaquette de baser et une seconde plaquette accollée à la plaquette de base et constituée en un matériau susceptible d'être usiné de manière à définir une chambre de pompage, au moins un organe de contrôle d'entrée du fluide pour relier la chambre de pompage à au moins une entrée de la micropompe, et au moins un organe de contrôle de sortie du fluide pour relier la chambre de pompage à au moins une sortie de la micropompe, la chambre de pompage comportant une paroi mobile usinée dans la seconde plaquette et susceptible d'être déplacée suivant deux sens opposés lors de l'aspiration d'un fluide de l'entrée dans la chambre de pompage ou lors de l'expulsion de ce fluide de la chambre de pompage vers la sortie, The present invention relates to a micropump comprising at least a base wafer and a second wafer accollée to the base plate and made of a material capable of being machined so as to define a pumping chamber, at least one control member of fluid inlet for connecting the pumping chamber with at least one inlet of the micropump, and at least one output control member of the fluid for connecting the pumping chamber with at least one outlet of the micropump, the pumping chamber having a movable wall machined in the second plate and capable of being moved in two opposite directions during suction of a fluid entering the pumping chamber or during the expelling of this fluid from the pumping chamber to the exit,
des moyens d'actionnement étant prévus pour déplacer ladite paroi mobile pour provoquer une diminution et une augmentation périodique du volume de la chambre de pompage, la micropompe comportant un volume interne comprenant le volume de la chambre de pompage, le volume d'un espace de liaison de la chambre de pompage à l'organe de contrôle d'entrée et le volume d'un espace de liaison de la chambre de pompage à l'organe de contrôle de sortie. actuating means being provided for moving said movable wall to cause a decrease and an increment of the volume of the pumping chamber, the micropump having an internal volume comprising the volume of the pumping chamber, the volume of a space connecting the pumping chamber to the inlet control member and the volume of a connection space of the pumping chamber to the outlet control member.
De telles pompes peuvent être utilisées notamment pour l'administration in situ de médicaments, la miniaturisation de la pompe permettant à un malade de la porter sur soi, voire éventuellement de recevoir une pompe directement implantée dans le corps. Such pumps can be used notably for the in situ administration of drugs, the miniaturization of the pump allowing a patient to carry around, or possibly receive a pump directly implanted in the body.  Par ailleurs, de telles pompes permettent le dosage de faibles quantités de fluide à injecter. Furthermore, such pumps allow dosing of small amounts of fluid to be injected.
Dans un article intitulé "A piezoelectrtic micropump based on micromachining of silicon" paru dans "Sensors and Actuators" No. 15 (1988) pages 153 à 167, H. Van Lintel et al. In an article entitled "A piezoelectrtic micropump is based micromachining of silicon" published in "Sensors and Actuators" No. 15 (1988) pages 153 to 167, H. Van Lintel et al.  donnent une description de deux formes de réalisation d'une micropompe, comportant chacune un empilement de trois plaquettes, c'est-à-dire une plaquette en silicium usiné disposée entre deux plaquettes en verre. provide a description of two embodiments of a micropump each comprising a stack of three wafers, that is to say a machined silicon plate placed between two glass wafers.
La plaquette en silicium est gravée pour former une cavité, qui avec l'une des plaquettes en verre définit la chambre de pompage, un clapet d'entrée ou d'aspiration et au moins un clapet de sortie ou de refoulement mettant la chambre de pompage en communication respectivement avec un canal d'entrée et un canal de sortie. The silicon wafer is etched to form a cavity, which with one of the glass wafers defines the pumping chamber, an inlet valve or inlet and at least one outlet valve or pressure keeping the pump chamber respectively in communication with an inlet channel and an outlet channel.  La partie de la plaquette formant une paroi de la chambre de pompage peut être déformée par un élément de commande constitué par exemple par une pastille ou un cristal piézoélectrique. The portion of the wafer forming a pumping chamber wall can be deformed by a control element consisting for example of a tablet or a piezoelectric crystal.  Celle-ci est équipée de deux électrodes qui, lorsqu'elles sont raccordées à une source de tension électrique, provoquent la déformation de la pastille et, par suite, la déformation de la plaquette, ce qui provoque une variation du volume de la chambre de pompage. It is equipped with two electrodes which, when connected to an electrical voltage source, cause deformation of the pellet and, therefore, the deformation of the wafer, which causes a variation in the volume of the chamber pumping.  Cette paroi mobile ou déformable de la chambre de pompage peut ainsi être déplacée entre deux positions. This movable or deformable wall of the pumping chamber can thus be moved between two positions.
Le fonctionnement de la micropompe est le suivant. The operation of the micropump is as follows.  Lorsqu'aucune tension électrique n'est appliquée à la pastille piézoélectrique, les clapets d'entrée et de sortie sont en position fermée. When no electric voltage is applied to the piezoelectric chip, the inlet and outlet valves are in the closed position.  Lorsqu'une tension électrique est appliquée, il se produit une augmentation de pression dans la chambre de pompage qui provoque l'ouverture du clapet de sortie. When an electric voltage is applied, there occurs an increase in pressure in the pump chamber which causes the opening of the outlet valve.  Le fluide contenu dans la chambre de pompage est alors refoulé vers le canal de sortie par le déplacement de la paroi déformable d'une première position vers une seconde position. The fluid contained in the pumping chamber is then discharged to the outlet channel by the displacement of the deformable wall from a first position to a second position.  Pendant cette phase, le clapet d'entrée est maintenu fermé par la pression régnant dans la chambre de pompage. During this phase, the inlet valve is kept closed by the pressure in the pumping chamber.
Au contraire, lorsque l'on fait décroître la tension électrique, la pression dans la chambre de pompage diminue. Rather, when making decrease the voltage, pressure in the pumping chamber decreases.  Ceci provoque la fermeture du clapet de refoulement et l'ouverture du clapet d'entrée. This causes the closure of the delivery valve and opening of the inlet valve.  Il y a alors aspiration de fluide dans la chambre de pompage par le canal d'entrée par suite du déplacement de la paroi déformable de la seconde position vers la première position. There is then suction fluid into the pumping chamber through the inlet channel as a result of displacement of the deformable wall from the second position to the first position.
Le fonctionnement de ce type de micropompe est fortement influencé par la compressibilité du fluide contenu dans le volume interne et en fait une telle micropompe ne fonctionne pas si elle contient trop d'air; The operation of this type of micropump is strongly influenced by the compressibility of the fluid in the inner volume and made such a micropump does not work if it contains too much air;  le débit pompé est ainsi diminué très fortement, voire réduit à zéro. pumped flow is thus reduced greatly or even zero.
De même, l'amorçage de telles pompes est compliqué et requiert un appareillage important, tels que pompe à vide, enceinte d'amorçage ou dispositif d'injection. Similarly, priming these pumps is complicated and requires a large apparatus such as vacuum pump chamber priming or injection device.  De ce fait, l'amorçage ne peut être effectué que dans un établissement spécialisé ou en usine lors de la fabrication. Thus, priming can be performed in a facility or in the factory during manufacture.
Certaines micropompes sont en outre munies d'un dispositif de protection contre les surpressions à l'entrée, ce qui empêche un amorçage par l'application d'une surpression. Some micropumps are further provided with a protective device against the overpressure at the inlet, thereby preventing ignition by applying an overpressure.
Le but de la présente invention est de créer une pompe entièrement auto-amorçante et qui fonctionne également de façon correcte lorsque de l'air ou un autre gaz ou fluide compressible entre dans le volume interne de la micropompe. The object of the present invention is to provide a fully self-priming pump and that also works correctly when air or another gas or compressible fluid enters the internal volume of the micropump.
La micropompe est caractérisée à cet effet par le fait que la chambre de pompage et les deux espaces de liaison sont conformés de façon que la diminution du volume interne de la micropompe due à la diminution du volume de la chambre de pompage est telle qu'un gaz contenu dans le volume interne de la micropompe est comprimé au moins à une pression suffisante pour provoquer l'ouverture de l'organe de contrôle de sortie du fluide de façon que la micropompe est auto-amorçante. The micropump is for this purpose characterized in that the pumping chamber and the two connection areas are formed so that the decrease in internal volume of the micropump due to the decrease of the pumping chamber volume is such that gas contained in the internal volume of the micropump is compressed at least at a pressure sufficient to cause opening of the output control member of the fluid so that the micropump is self-priming.
Ainsi, il est possible d'amorcer la micropompe sans appareillage particulier de façon rapide et automatique, considérant que l'air contenu dans le volume interne est évacué par l'effet de pompage même de la micropompe. Thus, it is possible to initiate the micropump without special equipment quickly and automatically, whereas the air in the internal volume is evacuated through the same pumping effect of the micropump.
Avantageusement, ladite diminution du volume de la chambre de pompage est comprise entre 30 et 95% dudit volume interne de préférence entre 50 et 90%, les volumes desdits espaces de liaisons de la chambre de pompage aux organes de contrôle d'entrée et de sortie étant inférieurs à 30% du volume interne, de préférence inférieur à 15%. Advantageously, said decrease of the pumping chamber volume is between 30 and 95% of said internal volume, preferably between 50 and 90%, the volume of said pumping chamber connecting spaces to the input control and output members being less than 30% of the internal volume, preferably less than 15%.
On obtient ainsi un amorçage et une évacuation de l'air particulièrement efficace. Thus, a boot and an evacuation of the air particularly effective.
Selon un mode d'exécution préféré, la paroi mobile comprend une partie centrale rigide entourée d'une bordure élastique d'épaisseur plus faible venue d'une pièce avec la partie centrale rigide, cette dernière faisant saillie par rapport à la face de la paroi mobile qui est opposée à la chambre de pompage et étant destinée à coopérer avec lesdits moyens d'actionnement. According to a preferred embodiment, the movable wall includes a central rigid part surrounded by a resilient edge of smaller thickness came in one piece with the central rigid part, the latter protruding with respect to the face of the wall mobile which is opposite to the pumping chamber and being designed to cooperate with said operating means.
Une telle construction permet une évacuation très favorable de la chambre de pompage, donc un amorçage fiable. Such construction permits a very favorable evacuation of the pumping chamber, so a reliable boot.  La partie centrale rigide de la paroi mobile assure un déplacement précis de cette paroi, comparable au mouvement d'un piston. The rigid central portion of the movable wall ensures accurate movement of this wall, comparable to the movement of a piston.  Des différences de pression dans la chambre de pompage n'engendrent qu'un faible changement de volume grâce à la plus faible surface de la bordure élastique entourant la partie centrale rigide. Pressure differences in the pump chamber only causes a small change in volume due to the lower surface of the elastic border around the rigid central part.
Favorablement la micropompe présente au moins une troisième plaquette accolée à la seconde plaquette, les moyens d'actionnement comportent un organe moteur monté de façon mobile sur la troisième plaquette, une pièce intermédiaire étant disposée entre ladite porte centrale rigide et l'organe moteur. Favorably the micropump has at least one third plate adjoining the second plate, the actuating means comprise a motor member mounted movably on the third platelet, an intermediate part being disposed between said central rigid door and the drive member.
Cette construction donne l'avantage d'un actionnement efficace. This construction gives the advantage of an effective actuation.  Des variations dans la forme et dans la déformation de l'organe moteur, de préférence un élément piézoélectrique n'ont pas d'influence sur la forme de la paroi déformable. Variations in the shape and in the deformation of the drive member, preferably a piezoelectric element does not have any influence on the shape of the deformable wall.
De manière avantageuse, la pièce intermédiaire comporte une face inférieure destinée à entrer en contact avec ladite partie centrale rigide présentant une surface similaire à celle de la partie centrale rigide. Advantageously, the intermediate part has a lower face intended to come into contact with said central rigid part exhibiting a surface similar to that of the rigid central portion.
L'application du mouvement d'actionnement est effectuée sur toute la largeur de la pièce centrale rigide qui ne subit donc aucune déformation, ce qui permet une évacuation très précise de la chambre de pompage. The application of the actuating movement is performed over the entire width of the rigid central part which therefore undergoes no deformation, allowing a very precise discharge of the pumping chamber.
Selon une variante avantageuse, les organes de contrôle d'entrée et/ou de sortie du fluide sont constitués par au moins un clapet comportant deux membranes usinées dans la seconde plaquette de façon à constituer une forme en V dans la position fermée du clapet, ces membranes étant susceptibles de se séparer pour former une ouverture médiane dans la position ouverte du clapet. According to an advantageous variant, the inlet and / or outlet of the fluid control members are constituted by at least one valve including two membranes machined in the second plate so as to form a V-shape in the closed position of the valve, these membranes being capable of separating to form a medial opening in the open position of the valve.
Ce genre de clapet ou de valve peut être de très petite taille de sorte que l'espace reliant le clapet à la chambre de pompage présente un volume extrêmement réduit, ce qui permet de renforcer très fortement l'effet d'autoamorçage de la micropompe. This kind of valve or valve can be very small so that the space between the valve to the pump chamber has an extremely small volume, thereby greatly enhancing the bootstrap effect of the micropump.
L'invention concerne également une utilisation en tant que micropompe susceptible d'être implantée dans le corps d'un patient. The invention also relates to a use as a micropump which can be implanted in the body of a patient.
D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détails à l'aide de dessins qui représentent schématiquement et à titre d'exemple quatre modes d'exécution. Other advantages apparent from the characteristics expressed in the dependent claims and the description below exposing the invention in detail using drawings which show schematically and by way of example four embodiments.
La fig. Fig.  1 illustre un premier mode d'exécution de l'invention en coupe selon la ligne II de la fig. 1 illustrates a first embodiment of the invention in section along line II of FIG.  2. 2.
La fig. Fig.  2 est une vue en coupe horizontale selon la ligne II-II de la fig. 2 is a horizontal sectional view along the line II-II of FIG.  1. 1.
La fig. Fig.  3 représente un second mode d'exécution en coupe. 3 shows a second embodiment in section.
La fig. Fig.  4 représente un troisième mode d'exécution en coupe. 4 shows a third embodiment in section.
La fig. Fig.  5 représente un quatrième mode d'exécution en coupe selon la ligne VV de la fig. 5 shows a fourth embodiment in section along the line VV in fig.  6. 6.
La fig. Fig.  6 est une vue en coupe horizontale selon la ligne VI-VI de la fig. 6 is a horizontal sectional view along the line VI-VI of FIG.  5. 5.
Les fig. FIGS.
7a) à 7d) illustrent un type particulier de clapet utilisé, représenté en coupes transversales et en vues de dessous pour les positions ouvertes et fermées. 7a) to 7d) illustrate a particular type of valve used, shown in cross section and bottom views for open and closed positions.
Sur les fig. In FIGS.  1 à 6, un même élément représenté sur plusieurs figures est désigné sur chacune de celles-ci par la même référence numérique. 1 to 6, the same element shown on several figures is designated on each of them by the same reference numeral.  Dans les modes d'exécution qui vont être décrits, la micropompe est équipée d'un ou plusieurs clapet d'entrée ou d'un limitateur de débit et d'un clapet de sortie. In the embodiments to be described, the micropump is provided with one or more inlet valve or flow restrictor and an outlet valve.  Il convient de noter toutefois que l'invention s'applique également à des micropompes comportant plusieurs clapets disposés entre la chambre de pompage et la sortie. It should be noted that the invention also applies to micropumps having several valves arranged between the pump chamber and the outlet.  La micropompe peut également être munie d'une pluralité de sorties. The micropump may also be provided with a plurality of outputs.  Les clapets d'entrée et de sortie pourront être remplacés par tout autre organe de contrôle d'entrée ou de sortie du fluide, tel que des limitateurs de débit. The inlet and outlet valves can be replaced by any other input or control body fluid outlet, such as flow restrictors.
Il est à noter que, par souci de clarté, les épaisseurs de diverses plaquettes composant la micropompe ont été fortement exagérées sur les dessins. Note that, for clarity, the thicknesses of the various wafers forming the micropump have been greatly exaggerated in the drawings.
En référence aux fig. Referring to Fig.  1 et 2, la micropompe selon le premier mode d'exécution comporte une plaquette de base 2, en verre de préférence. 1 and 2, the micropump according to the first embodiment comprises a base plate 2, preferably made of glass.  Cette plaquette de base 2 est percée de deux canaux 4, 5 formant les conduits d'entrée et de sortie de la pompe. This base plate 2 is pierced by two channels 4, 5 forming the inlet and the pump outlet.
Le conduit d'entrée 4 peut être raccordé à un réservoir non illustré dans lequel se trouve la substance liquide à pomper, par exemple un médicament à administrer avec un dosage précis. The inlet duct 4 may be connected to an unillustrated tank wherein the liquid substance is to be pumped, for example a medicament for administration with a precise dosage.  Dans cette application, la micro- pompe peut être portée sur le corps du patient, voire être implantée. In this application, the micro-pump may be worn on the patient's body or be implanted.  Le conduit de sortie 5 peut être branché à une aiguille d'injection (non représentée) par exemple. The outlet conduit 5 can be connected to an injection needle (not shown) for example.
La plaquette de base 2 est surmontée d'une plaquette intermédiaire 6 en silicium ou en un autre matériau usinable par gravure à l'aide de techniques photolithographiques. The base plate 2 is surmounted by an intermediate wafer 6 made of silicon or another machinable material by etching using photolithographic techniques.  Elle est accolée à la plaquette de base 2 par des techniques de liaison connues, telle que la technique connue sous le terme anglais "anodic bonding" ou soudure anodique comportant un échauffement à environ 300 DEG C et l'application d'une différence de potentiel d'environ 500 V entre les plaquettes. It is contiguous to the base board 2 by known bonding techniques, such as the technique known by the English term "anodic bonding" or anodic bonding comprising heating to about 300 DEG C and applying a potential difference about 500 V between the platelets.
Une plaquette supérieure 8, de préférence en verre, est accolée par les mêmes techniques à la plaquette intermédiaire 6. An upper plate 8, preferably made of glass, is joined by the same techniques to the intermediate plate 6.
A titre d'exemple, la plaquette intermédiaire 6 en silicium peut avoir une orientation cristalline <100>, afin de se prêter avec succès à la gravure. For example, the intermediate silicon wafer 6 may have a crystal orientation <100>, in order to lend successfully burning.  Les plaquettes 2, 6 et 8 sont de préférence soigneusement polies. The wafers 2, 6 and 8 are preferably highly polished.  Ces plaquettes 2, 6, et 8 sont ensuite avantageusement rendues hydrophiles, en particulier dans le cas où la substance utilisée dans la micropompe est une solution aqueuse. These wafers 2, 6, and 8 are then advantageously rendered hydrophilic, particularly where the substance used in the micropump is an aqueous solution.  La plaquette en silicium 6 peut à cette fin être plongée dans du HNO3 bouillant. The silicon wafer 6 can for this purpose be immersed in boiling HNO3.
Pour fixer les idées, les épaisseurs des plaquettes 2, 6 et 8 peuvent respectivement être d'environ 1 mm, 0,3 mm et 0,8 mm pour une dimension en surface des plaquettes de l'ordre de 15 par 20 mm. To fix ideas, the thicknesses of the wafers 2, 6 and 8 can respectively be about 1 mm, 0.3 mm and 0.8 mm for a surface dimension of platelets of the order of 15 by 20 mm.
Les conduits d'entrée ou d'aspiration 4 et de sortie ou de refoulement 5 sont principalement reliés par trois clapets d'entrée 12, une chambre de pompage 14 et un clapet de sortie 16. The inlet ducts 4 or suction and outlet or discharge 5 are mainly connected by three inlet valves 12, a pumping chamber 14 and an outlet valve 16.
Les clapets d'entrée 12 sont illustrés plus particulièrement en référence aux figues 7a) à 7d) et comportent chacune deux membranes 18 usinées dans la plaquette en silicium 6 de façon à constituer une forme en V dans la position fermée du clapet (fig. 7c) et d)). The inlet valves 12 are illustrated more particularly with reference to figs 7a) to 7d) and each comprise two membranes 18 machined in the silicon wafer 6 so as to constitute a V-shape in the closed position of the valve (fig. 7c ) and D)).  Les membranes 18 sont susceptibles de se séparer à leur jonction pour former une ouverture médiane 20 dans la position ouverte du clapet (fig. 7a) et b)). The membranes 18 are likely to separate where they meet to form a central opening 20 in the open position of the valve (fig. 7a) and b)).  Ce type de valve ou clapet obtenu par micro-usinage est plus particulièrement décrit par L. Smith and B. Hök dans un article intitulé "A silicon selfaligned non reverse valve" paru dans "Transducers 91, Digest of Technical papers, pp. 1049.1051 IEEE catalog number 91CH2817-5, IEEE, piscataway, NJ (1991). This type of valve or valve obtained by micromachining is more particularly described by L. Smith and B. Hök in an article titled "A silicon selfaligned not reverse valve" appeared in "Transducers 91, Digest of Technical Papers, pp. 1049.1051 IEEE catalog number 91CH2817-5, IEEE, Piscataway, NJ (1991).
Ces valves permettent une construction de très petite taille et ne nécessitent qu'un espace de liaison 22 de très faible volume pour le raccord à la chambre de pompage. These valves allow construction of very small and require only a connection space 22 of very low volume for connection to the pumping chamber.  Le phénomène de microcavitation qui apparat dans les valves du type habituel présentant un clapet coopérant avec un siège est évité. Microcavitation the phenomenon that appears in the valves of conventional type having a valve interacting with a seat is avoided.  En effet, dans ces valves du type habituel, une forte diminution de la pression est observée très localement au niveau du siège de valve au moment de la séparation du clapet de son siège. Indeed, in these valves of conventional type, a sharp decrease in the pressure was observed very locally at the valve seat at the time of separation of the valve seat.  Cette diminution de pression peut donner naissance à la formation de microbulles de gaz, lorsque la pression à cet endroit du liquide devient inférieure à la tension de vapeur de celui-ci. This reduction in pressure can give rise to the formation of gas microbubbles when the pressure at this point of the liquid falls below the vapor pressure of it.
Cet inconvénient ne peut pas apparaître avec le présent type de clapet 12 à membranes en V du fait que l'écartement des deux membranes se fait de manière glissante avec écoulement du fluide le long des deux membranes. This disadvantage can not occur with this type of valve 12 to V-membrane that separation of the two membranes is slidably with fluid flow along the two membranes.
Du fait de la dimension très faible des trois clapets, l'espace de liaison 22 situé sous les trois clapets d'entrée 12 présente un volume très restreint et se raccorde immédiatement à la chambre de pompage 14. Due to the very small size of three flaps, the connecting space 22 located under the three inlet valves 12 has a very small volume and is connected immediately to the pumping chamber 14.
Cette dernière est reliée au clapet de sortie 16 par un second espace de liaison 24 qui entoure la nervure annulaire 26 de ce clapet de sortie 16. Ce second espace de liaison 24 est de préférence également d'un volume aussi restreint que possible. The latter is connected to the outlet valve 16 by a second connecting space 24 which surrounds the annular rib 26 of the outlet valve 16. This second connecting space 24 is preferably also of a volume as small as possible.
Le clapet de sortie 16 de type conventionnel est de même usiné dans la plaquette en silicium 6 et comporte une membrane 28 portant la nervure annulaire 26 revêtue d'une couche d'oxyde 27 conférant à la membrane 28 une précontrainte sollicitant le sommet de la nervure 26 contre la plaquette inférieure 2 qui sert de siège de clapet. The outlet valve 16 of conventional type is likewise machined into the silicon wafer 6 and comprises a membrane 28 bearing the annular rib 26 covered with an oxide layer 27 giving the membrane 28 a preload biasing the top of the rib 26 against the lower plate 2 which serves as a valve seat.  Des couches d'oxyde 30 appliquées de l'autre côté de la membrane 28 renforcent cette précontrainte. oxide layers 30 applied on the other side of the membrane 28 reinforce this pretension.  La nervure 26 délimite un compartiment 32 extérieur à la nervure 26 communiquant avec le conduit de sortie 5. The rib 26 defines a compartment 32 outside the rib 26 communicating with the outlet conduit 5.
Il est bien entendu que l'on pourra également prévoir d'autres types d'organes de contrôle de sortie du fluide, tels que des clapets du type à membrane en V ou par exemple des limitateurs de débit. It is understood that we can also provide other types of output control bodies of the fluid, such as membrane type valves V or, for example, flow restrictors.
La chambre de pompage 14 est de forme sensiblement circulaire. The pumping chamber 14 is of substantially circular shape.  Son volume est modulé par une membrane de pompage 36 constituant une paroi mobile ou déformable de la chambre de pompage 14. Cette paroi mobile est usinée dans la plaquette de silicium 6 et comporte une partie centrale rigide 38 relativement large par rapport à la largeur totale de la membrane de pompage 36. Le diamètre de cette partie centrale 38 varie entre 20 et 90% du diamètre de la membrane de pompage 36, de préférence entre 50 et 80%. Its volume is modulated by a pumping membrane 36 constituting a movable or deformable wall of the pumping chamber 14. The movable wall is machined in the silicon wafer 6 and includes a rigid central portion 38 relatively large in relation to the total width of the pump membrane 36. the diameter of the central portion 38 varies between 20 and 90% of the pumping membrane 36 diameter, preferably between 50 and 80%.  Cette partie centrale rigide 38 comporte une épaisseur nettement plus grande que le bord annulaire 40 de la membrane de pompage. The rigid central portion 38 has a substantially greater thickness than the annular edge 40 of the pumping membrane.
Pour fixer les idées, le bord 40 présente une épaisseur entre 10 et 100 mu m, tandis que la partie centrale rigide 38 présente une épaisseur qui et de 10 à 50 mu m inférieure à l'épaisseur totale de la plaquette 6, ce qui donne par exemple une épaisseur de 300 mu m. To fix ideas, the edge 40 has a thickness between 10 and 100 mu m, while the central rigid portion 38 has a thickness and from 10 to 50 mu m less than the total thickness of the wafer 6, which gives for example a thickness of 300 mu m.
Cette membrane de pompage 36 comporte sur sa surface inférieure en regard de la plaquette 2 des zones 42 munies d'une fine couche d'oxyde de silicium permettant d'éviter un collage de la membrane 36 à la plaquette 2. Une fine couche d'oxyde de silicium 44 similaire est prévue sur la surface supérieure de la partie centrale rigide 38 dans un but identique. This pumping membrane 36 comprises on its lower surface facing the wafer 2 zones 42 provided with a thin silicon oxide layer to prevent sticking of the membrane 36 to the plate 2. A thin layer of similar silicon oxide 44 is provided on the upper surface of the rigid central portion 38 for the same purpose.  Des couches d'oxyde de silicium 46, 48 appliquées des deux côtés du bord annulaire 40 sont destinées à conférer à la membrane une certaine précontrainte (non visible) vers le haut à la fig. silicon oxide layers 46, 48 applied on both sides of the annular rim 40 are intended to confer to the membrane a certain prestress (not shown) upwardly to the Fig.  1. La partie centrale rigide 38 et la plaquette supérieure 8 avec laquelle elle coopère constituent des éléments de butée limitant le mouvement d'aspiration de la membrane de pompage 36. 1. The rigid central portion 38 and the upper plate 8 with which it cooperates constitute abutment elements limiting the movement of suction of the pumping membrane 36.
Un dispositif d'actionnement 50 de la membrane de pompage 36 comporte un organe moteur sous forme d'un élément piézoélectrique 52 pourvu d'électrodes 54, 56 branchés à un générateur 58 destiné à fournir une tension alternative. An actuator 50 of the pump membrane 36 includes a drive member in the form of a piezoelectric element 52 provided with electrodes 54, 56 connected to a generator 58 for supplying an alternating voltage.  Cet élément peut être celui commercialisé par la société Philips sous la dénomination PXE-52. This element can be marketed by Philips under the name PXE-52.  Il est fixé par tous moyens adéquats tels que collage ou soudure, sur une lame élastique 60 en métal, silicium ou en matière plastique. It is fixed by any suitable means such as gluing or welding, on a resilient blade 60 of metal, silicon or plastic.  Cette lame 60 est montée par l'intermédiaire d'un élément d'espacement 62 sur la plaquette supérieure 8. Cet élément d'espacement 62 pourra être constitué par un anneau de support en matière plastique, métallique ou silicium. This blade 60 is mounted via a spacer member 62 on the upper plate 8. This spacing member 62 may be constituted by a plastic support ring, metal or silicon.  Il pourrait également être formé par une épaisseur prédéterminée de colle ou par du verre venu d'une pièce avec la plaquette 8. It could also be formed by a predetermined thickness of adhesive or by glass of one piece with the plate 8.
Une pièce intermédiaire 64 en forme de punaise peut être rendue solidaire par sa tête plate 66 par tous moyens adéquats, tel que collage ou soudure, de la lame élastique 62. Elle agit sur la partie centrale rigide 38 de la membrane de pompage 36 grâce à sa tige verticale 68 traversant la plaquette supérieure par un perçage 69. Il peut par ailleurs exister un faible jeu ou une contrainte mécanique entre la tige verticale 68 et la membrane de pompage 36, lorsque la pompe est au repos. An intermediate part 64 pushpin can be made integral by its flat head 66 by any suitable means, such as gluing or welding, the elastic blade 62. It acts on the rigid central portion 38 of the pumping membrane 36 through the vertical rod 68 extending through the upper plate by a bore 69. It can also be a small clearance or a mechanical stress between the vertical rod 68 and the pumping membrane 36, when the pump is at rest.
Le dispositif d'actionnement 50 comprenant un élément piézoélectrique 52 et une lame élastique 60, pourra également être remplacé par un dispositif comprenant deux ou plusieurs plaquettes piézoélectriques accolées ou des disques piézocéramiques et métalliques combinés. The actuating device 50 comprising a piezoelectric element 52 and a resilient blade 60, may also be replaced by a device comprising two or more piezoelectric plates side by side or combined piezoceramic and metal discs.
Ainsi, l'élément piézoélectrique 52 est indépendant de la membrane de pompage 36. Des effets d'hystérésis de l'élément piézoélectrique 52 ("piézocreep") ou des variations ou détériorations de cet élément n'ont pas d'influence sur la forme de la membrane de pompage 36 considérant que cette dernière est indépendante de l'élément piézoélectrique 52 et mise en mouvement grâce à la pièce intermédiaire 64. Cette construction permet d'obtenir un grand volume de fluide déplacé pour un diamètre donné de la mem brane de pompage, considérant que la partie centrale rigide 38 agit à la manière d'un piston. Thus, the piezoelectric element 52 is independent of the pump membrane 36. hysteresis of the piezoelectric element 52 effects ( "piézocreep") or variations or deteriorations of this element does not have influence on the form the pumping membrane 36 whereas the latter is independent of the piezoelectric element 52 and set in motion through the intermediate part 64. this construction provides a large volume of fluid displaced for a given diameter of the mem brane pumping, whereas the rigid central portion 38 acts as a piston.  Les parties usinées de la micropompe peuvent être davantage miniaturisées tout en conservant un dispositif d'actionnement d'une taille quelconque, relativement grande. The machined parts of the micropump can be further miniaturized while maintaining an actuator of any size relatively large.  Cette miniaturisation des parties usinées permet d'abaisser les coûts de revient. This miniaturization of machined parts lowers production costs.
La micropompe décrite comporte un volume interne (Vi) comprenant le volume (Vp) de la chambre de pompage 14, le volume (Ve) de l'espace de liaison 22 délimité d'un côté par les clapets d'entrée 12 et relié de l'autre côté à la chambre de pompage 14, et le volume (Vs) de l'espace de liaison 24 vers le clapet de sortie, y compris sa partie annulaire entourant la nervure annulaire 26. Les moyens d'actionnement 50 déplacent la paroi mobile 26 pour provoquer une variation périodique ( DELTA Vp), diminution puis augmentation du volume (Vp) de la chambre de pompage 14. The described micropump comprises an internal volume (Vi) including the volume (Vp) of the pumping chamber 14, the volume (Ve) of the area of ​​connection 22 bounded on one side by the inlet valves 12 and connected the other side to the pump chamber 14 and the volume (Vs) of the connecting space 24 to the outlet valve, including the annular part surrounding the annular rib 26. the actuating means 50 move the wall mobile 26 to cause a periodic variation (DELTA Vp), decrease then increase in volume (Vp) of the pumping chamber 14.
La diminution du volume interne (Vi) de la micropompe due à la diminution du volume (Vp) de la chambre de pompage est telle qu'un gaz, par exemple de l'air, ou tout autre fluide compressible contenu dans le volume interne de la micropompe est comprimé au moins à une pression suffisante pour provoquer l'ouverture du clapet de sortie 16 de façon que cet air puisse être chassé de la micropompe qui est alors auto-amorçante. The decrease in the internal volume (Vi) of the micropump due to the decrease of the volume (Vp) of the pumping chamber is such that a gas, for example air or other compressible fluid contained in the internal volume of the micropump is compressed at least at a pressure sufficient to cause opening of the outlet valve 16 so that air can be expelled from the micropump which is then self-priming.
Pour obtenir cet effet, il est nécessaire que la variation ou diminution ( DELTA Vp) du volume de la chambre de pompage 14, provoquée par le mouvement de la paroi mobile 36 ne soit pas beaucoup plus faible que le volume (Vp) de la chambre de pompage. For this purpose, it is necessary that the variation or decrease (Vp DELTA) the volume of the pumping chamber 14, caused by the movement of the movable wall 36 is not much lower than the volume (Vp) of the chamber pumping.  En outre, le volume (Ve et Vs) des espaces de liaison 22 et 24 doit être aussi faible que possible, ce qui peut être obtenu par micro-usinage. In addition, the volume (Ve and Vs) of the connecting spaces 22 and 24 should be as small as possible, which can be obtained by micromachining.
Avantageusement, la variation ou diminution ( DELTA Vp) est comprise entre 30 et 95% du volume interne (Vi), de préférence entre 50 et 90%. Advantageously, the variation or decrease (DELTA Vp) is between 30 and 95% of the internal volume (Vi), preferably between 50 and 90%.
Le volume (Ve et Vs) des deux espaces de liaison 22 et 24 ensemble est avantageusement inférieur à 30% du volume interne (Vi) et de préférence inférieur à 15% de ce volume interne. The volume (Ve and Vs) of the two connecting areas 22 and 24 together is advantageously less than 30% of the internal volume (Vi) and preferably less than 15% of the internal volume.
Pour fixer les idées, le mode d'exécution pourra présenter une paroi mobile 36 d'un diamètre de 7 mm avec une partie centrale rigide d'un diamètre de 5 mm et un déplacement vertical de 10 micromètres. To fix ideas, the embodiment may present a movable wall 36 with a diameter of 7 mm with a rigid central part with a diameter of 5 mm and a vertical displacement of 10 micrometers.  La variation ou diminution du volume ( DELTA Vp) de la chambre de pompage 14 sera alors approximativement de 0.28 mm<3>. The change or reduction in the volume (DELTA Vp) of the pumping chamber 14 will be approximately 0.28 mm <3>.  Le volume (Vp) de la chambre de pompage étant de 0,38 mm<3>, celui (Ve) de l'espace de liaison vers les clapets d'entrée 22 de 0,015 mm<3>, celui (Vs) de l'espace de liaison 24 vers le clapet de sortie de 0,03 mm<3>. The volume (Vp) of the pump chamber being of 0.38 mm <3>, the (Ve) of the connecting space to the inlet valves 22 to 0,015 mm <3>, that (Vs) of binding space 24 to the outlet valve of 0.03 mm <3>.  Le volume interne (Vi) sera approximativement de 0,43 mm<3>. The internal volume (Vi) will be approximately 0.43 mm <3>.
Ainsi la variation ou diminution ( DELTA Vp) sera d'environ 65% du volume interne (Vi) et le volume (Ve + Vs) des deux espaces de liaison 22, 24 ensemble ne sera que de 10% environ du volume interne (Vi) de la micropompe. Thus the variation or decrease (DELTA Vp) will be approximately 65% ​​of the internal volume (Vi) and the volume (Vs + Ve) of the two connecting areas 22, 24 together will be only about 10% of the internal volume (Vi ) of the micropump.
En admettant que la micropompe au repos, non amorcée, est remplie d'air à une pression d'un bar et que l'on comprime ensuite cet air à un volume de 35% du volume à l'origine, une pression supérieure à 2,5 bar est générée dans le volume interne (Vi) de la micropompe. Assuming that the micropump break, unprimed, is filled with air at a pressure of one bar and which is then compresses this air to a volume of 35% of the volume originally a pressure greater than 2 , 5 bar is generated in the internal volume (Vi) of the micropump.
Etant donné qu'une pression interne de 1,5 bar est nécessaire pour provoquer l'ouverture du clapet de sortie 16, la pression générée à l'intérieur de la micropompe est largement suffisante pour rendre cette dernière entièrement auto-amorçante. Since an internal pressure of 1.5 bar is required to cause opening of the outlet valve 16, the pressure generated inside the micropump is largely sufficient to make it fully self-priming.  Grâce à la pièce centrale rigide 38 d'un diamètre large fonctionnant à la manière d'un piston et aux espaces de liaison 22 et 24 très petits, il est possible d'obtenir des pressions suffisantes à l'intérieur de la micropompe pour permettre un auto-amorçage. Thanks to the rigid central part 38 of a large diameter functioning as a piston and connecting spaces 22 and 24 very small, it is possible to obtain sufficient pressure inside the micropump to enable self-priming.
Ceci n'est pas le cas dans les micropompes connues qui comportent généralement un espace d'un volume assez considérable du côté intérieur du clapet d'entrée. This is not the case in the known micropumps which generally comprise a space of a considerable volume of the inside of the inlet valve.  Ainsi, le volume interne est généralement de l'ordre de 3 mm<3>, tandis que la variation de volume due au mouvement de pompage est d'environ 0,1 mm<3> avec une membrane de pompage classique d'un diamètre de 7 mm. Thus, the internal volume is generally of the order of 3 mm <3>, while the volume change due to the pumping movement is about 0.1 mm <3> with a conventional pumping membrane diameter 7 mm.  Une telle micropompe ne peut en l'occurence pas fonctionner dès qu'un gaz remplit partiellement on entièrement son volume interne. Such a micropump can not function in this case when a gas is partially filled entirely its internal volume.  Cet inconvénient majeur du fonctionnement et de l'amorçage est entièrement évité grâce à la présente invention. The major drawback of the operation and the boot is completely avoided by the present invention.
De même, lors de la montée complète de la membrane de pompage 36, l'augmentation du volume interne (Vi) de la micropompe due à l'augmentation du volume (Vp) de la chambre de pompage 14 est telle que le gaz, à savoir l'air, restant dans le volume interne de la micropompe après la fermeture du clapet de sortie 16 est décomprimé à une pression suffisamment basse pour provoquer l'ouverture du ou des clapets d'entrée 12. Similarly, when the full rise of the pump membrane 36, increasing the internal volume (Vi) of the micropump due to the increase of the volume (Vp) of the pump chamber 14 is such that the gas, namely air remaining in the internal volume of the micropump after the closure of the outlet valve 16 is decompressed to a pressure sufficiently low to cause the opening or inlet valves 12.
La pièce centrale rigide 36, plus épaisse, destinée à entrer en contact avec la plaquette supérieure 8, lorsque la membrane de pompage 56 est actionnée, forme un élément de butée opposé aux éléments de butée constitués par les zones à oxydes de silicium 42 entrant en contact avec la plaquette de base 2. The rigid central part 36, which is thicker, intended to come into contact with the upper plate 8, when the pump membrane 56 is pressed, forms a stop element opposite to the abutment elements constituted by areas with silicon oxides 42 entering contact with the base plate 2.
Les mouvements d'aspiration et d'expulsion de la membrane de pompage 26 sont ainsi mécaniquement contrôlés du côté supérieur et inférieur. The suction movement and expulsion of the pumping membrane 26 are thus mechanically controlled upper and lower side.  Ceci permet d'obtenir une quantité de substance pompée très précise à chaque aller retour de la membrane. This provides an amount of substance pumped very specific to each round trip of the membrane.  La partie centrale rigide 36 est comparable à un piston dont le mouvement est bien défini. The rigid central portion 36 is like a piston whose movement is well-defined.  Etant donné que le bord annulaire 40 de la membrane de pompage 36 présente une surface relativement petite par rapport à la surface totale de la membrane de pompage 36, des différences de pression dans la chambre de pompage 14 n'engendrent que de faibles changements de volume sous la membrane de pompage 36. Since the annular edge 40 of the pumping membrane 36 has a relatively small surface compared to the total area of ​​the pump membrane 36, the pressure differences in the pumping chamber 14 generate only small changes in volume under the pumping membrane 36.
En outre, les zones à oxyde 42 évitent un effet de collage ou de succion de la membrane de pompage 36, lorsque cette dernière se déplace de sa position la plus basse vers le haut. In addition, the oxide regions 42 avoid a sticking effect or suction of the pump membrane 36, when the latter moves from its lowest position up.
Des contacts électriques ou électrodes non illustrés peuvent être disposés en regard l'un de l'autre sur la partie centrale rigide 38 et sur la surface inférieure de la plaquette supérieure 8. Ces contacts sont alors prolongés vers l'extérieur de la pompe et connectés à un circuit électrique non illustré permettant de contrôler le fonctionnement de la membrane de pompage 36 et l'aspiration du fluide. Electrical contacts or electrodes not shown may be arranged opposite one another on the central rigid portion 38 and on the lower surface of the upper plate 8. These contacts are then extended outwardly of the pump and connected to an unillustrated electric circuit for controlling operation of the pumping membrane 36 and the suction of the fluid.  Des circuits adéquats sont par exemple décrits dans la demande de brevet européen No. 0 498 863. Appropriate circuits are described for example in European Patent Application No. 0,498,863.
Le mode général de fonctionnement de cette pompe est semblable à celui décrit dans l'article de H. Van Lintel et al. The general mode of operation of this pump is similar to that described in the article by H. van Lintel et al.  intitulé: "A piezoelectric micropump based on micromachining of silicon" paru dans "Sensor and Actuators" No. 15 (1988) pages 153 à 167. entitled "A piezoelectric micropump is based micromachining of silicon" published in "Sensor and Actuators" No. 15 (1988) pages 153-167.
Par rapport à ce type de micropompe connu, la micropompe conformément à la présente invention permet donc d'obtenir un auto-amorçage sûr et fiable. Compared to this type of micropump known, the micropump according to the present invention provides a safe and reliable self-priming.  En outre, la micropompe présente un dosage très précis à chaque mouvement alternatif, un dosage qui est pratiquement indépendant de la pression régnant dans les conduits d'entrée et de sortie, de la performance de l'élément piézoélectrique et des détériorations et phénomènes d'hystérésis connus pour ce genre de dispositif d'actionnement. Furthermore, the micropump has a very accurate dosing at each reciprocation, a dosage which is substantially independent of the pressure in the conduits of input and output, performance of the piezoelectric element and damage and phenomena hysteresis known for this kind of actuator.  En outre, le mouvement de la membrane de pompage est contrôle de façon précise autant par la pièce intermédiaire rigide 38 que les zones à oxyde 42. Le débit est donc défini par les caractéristiques d'usinage de la membrane de pompage 36 et par la fréquence du dispositif d'actionnement. In addition, the movement of the pumping membrane is controlled accurately both by the rigid intermediate piece 38 to the oxide regions 42. The flow rate is defined by the machining characteristics of the pumping membrane 36 and by the frequency of the actuator.
Ce type de pompe permet l'utilisation d'éléments piézoélectriques possédant des variations assez larges dans leurs caractéristiques. This type of pump allows the use of piezoelectric elements with relatively large variations in their characteristics.  En outre, il n'est pas nécessaire de calibrer les pompes pour chaque élément utilisé. In addition, it is not necessary to calibrate the pumps used for each element.
Du fait de la fixation extérieure de l'élément, ce dernier peut être aisément remplacé en cas de défectuosité. Because of external fixation of the element, it can be easily replaced if found defective.
Il est bien entendu que le mode d'exécution décrit ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et qu'il peut recevoir toutes modifications désirables à l'intérieur du cadre tel que défini par la revendication 1. En particu lier, la construction des clapets et l'agencement des clapets et des conduits de sortie et d'entrée, ainsi que de la chambre de pompage pourra être très différent. It is understood that the embodiment described above presents no limiting and can receive any desirable modifications within the scope defined by claim 1. In particu link, construction of valves and the arrangement of valves and the outlet ducts and inlet as well as the pumping chamber may be very different.  Le clapet de sortie pourra également être de type à deux membranes en V. La distribution des zones à oxyde pourra être adaptée aux précontraintes souhaitées pour les clapets et le pompage. The outlet valve may also be of the type with two membranes V. The distribution of oxide areas can be adapted to the prestressing desired for the valves and pumping.  Le dispositif d'actionnement pourra présenter un organe moteur d'un autre type qu'un élément piézoélectrique. The actuating device may present a driving member of a type other than a piezoelectric element.
La pièce intermédiaire 64 pourrait être venue d'une pièce avec la lame élastique 60 ou encore avec l'élément piézoélectrique. The intermediate part 64 may be formed integrally with the elastic blade 60 or with the piezoelectric element.  Elle pourrait également être librement disposée entre la lame élastique et la membrane de pompage. It could also be freely disposed between the elastic blade and the pump membrane.
La pompe pourra en outre présenter une ou plusieurs vis traversant la plaquette supérieure 8 et coopérant par leur extrémité avec la partie centrale rigide 38. Ces vis constituent ainsi des éléments de butées réglables permettant d'ajuster l'amplitude de mouvement d'aspiration. The pump may further have one or more screws passing through the upper plate 8 and cooperating at their end with the rigid central portion 38. These screws thus constitute elements of adjustable stops for adjusting the magnitude of suction movement.
Des vis de réglage pourront également être montées sur la lame 60. En outre, il serait possible de monter des vis de réglage dans la tête plate 66 de la pièce intermédiaire. Adjustment screws can also be mounted on the blade 60. In addition, it would be possible to mount adjustment screws in the flat head 66 of the intermediate part.
Le deuxième mode d'exécution illustré à la fig. The second embodiment shown in FIG.  3 diffère du premier mode d'exécution uniquement par la constitution du dispositif d'actionnement. 3 differs from the first embodiment only in the constitution of the actuator.  De ce fait, des éléments analogues aux deux modes d'exécution portent les mêmes chiffres de référence et ne seront plus décrits en détails. Therefore, elements similar to both embodiments have the same reference numbers and will not be described in detail.
Ce second mode d'exécution comporte également une plaquette de base 2 percée de conduits d'entrée 4 et de sortie 5 et une plaquette supérieure 8. Entre ces plaquettes 2 et 8 est intercalée la plaquette intermédiaire 6 en silicium usinée par des techniques photolitographiques pour obtenir un ou plusieurs clapets d'entrée 12 et de sortie 16 et une chambre de pompage 14. This second embodiment also includes a base board 2 breakthrough inlet ducts 4 and Release 5 and a top plate 8. Between the plates 2 and 8 is interposed intermediate the wafer 6 made of silicon machined by photolithographic techniques to obtain one or more inlet valves 12 and outlet 16 and a pumping chamber 14.
Des fines couches d'oxyde 27, 30, 46, 48 permettent d'obtenir des précontraintes prédéterminées dans la membrane en silicium usinée. Thin oxide layers 27, 30, 46, 48 permit obtaining predetermined prestress in the membrane machined silicon.
La chambre de pompage 14 est de forme sensiblement circulaire et reliée par deux espaces de liaison 22, 24 aux clapets d'entrée et de sortie. The pumping chamber 14 is substantially circular in shape and connected by two connecting areas 22, 24 to the inlet and outlet valves.  Usinée dans la plaquette de silicium 6, la membrane de pompage 36 sous forme d'une paroi mobile, déformable comprend une partie centrale rigide 38 plus épaisse. Machined in the silicon wafer 6, the pumping membrane 36 as a movable deformable wall includes a rigid central portion 38 thicker.
Le dispositif d'actionnement 150 présente une lame métallique élastique 160 présentant des bords recourbés 162 formant des éléments d'espacement collés à la surface supérieure de la plaquette 8. Un organe moteur sous forme d'un élément piézoélectrique 152 est fixé par soudure ou collage à la lame 160. Il agit grâce à une pièce intermédiaire 164 sur la partie centrale rigide 38 de la membrane de pompage 36. Cette pièce intermédiaire 164 présente une section droite et une surface inférieure similaire à celle de la partie centrale rigide 38 et est fixée à cette dernière par tous moyens adéquats, tel que la soudure anodique ou le collage. The actuator 150 has an elastic metal blade 160 having curved edges 162 forming spacers glued to the upper surface of the wafer 8. A drive member in the form of a piezoelectric element 152 is fixed by welding or gluing to the blade 160. It is through an intermediate part 164 of the central rigid portion 38 of the pump membrane 36. the intermediate part 164 has a straight section and a lower surface similar to that of the rigid central portion 38 and is secured to the latter by any suitable means, such as anodic bonding or gluing.  Grâce à cette pièce intermédiaire 164 d'un diamètre considérable, la membrane de pompage 36 est déplacée verticalement sans provoquer de déformation sur la plus grande partie de sa surface. Thanks to this intermediate part 164 of a large diameter, the pump diaphragm 36 is vertically moved without causing deformation on the greater part of its surface.
L'évacuation de la chambre de pompage 14 est donc particulièrement efficace, ce qui renforce encore davantage l'effet d'auto-amorçage de la microvalve pour une géométrie donnée du volume interne (Vi). The evacuation of the pumping chamber 14 is therefore particularly effective, which further enhances the effect of priming the microvalve for a given geometry of the internal volume (Vi). En outre, la construction et le montage sont simples, ce qui permet de baisser le prix de revient de la micropompe.
Le troisième mode d'exécution représenté à la fig. 4 diffère du premier et second mode d'exécution principalement par la constitution du clapet de sortie 216 et du dispositif d'actionnement 250. De ce fait, des éléments analogues aux trois modes d'exécution portent les mêmes chiffres de référence et ne seront plus décrits de façon détaillée.
Ce troisième mode d'exécution comporte également une plaquette de base 2 munie de conduit d'entrée 4 et de sortie 5 et une plaquette supérieure 8. Entre ces plaquettes 2 et 8 est intercalée la plaquette intermédiaire 6 en silicium usinée par des techniques photolitographiques pour obtenir un ou plusieurs clapets d'entrée 12 et de sortie 216 et une chambre de pompage 14. Des fines couches d'oxyde 227, 230, 46 et 48 permettent d'obtenir des précontraintes prédéterminées dans la membrane en silicium usinée.
La chambre de pompage est également de forme circulaire et reliée par des espaces de liaison 22 et 24 aux clapets d'entrée et de sortie.
La plaquette supérieure 208 en verre est dans ce mode d'exécution d'une épaisseur faible de l'ordre de 0,2 mm de façon à pouvoir être déformée élastiquement par l'élément piézoélectrique 252, qui est fixé par collage à sa surface supérieure. L'élément piézoélectrique 252 agit par déformation élastique de la plaquette en verre sur la partie centrale rigide 38 pour obtenir le mouvement de pompage.
Cette construction ne nécessite pas de perçage de la plaquette en verre, donc un montage plus rapide et aisé.
Le clapet de sortie 216 comporte une membrane non percée 228 présentant une nervure annulaire 226 disposée autour du canal de sortie 5 et recouvert d'une fine couche d'oxyde de silicium 227.
Ce mode d'exécution comprend en outre une chambre 229 disposée entre la membrane 228 et la plaquette supérieure 208. Cette chambre 229 pourra être reliée au conduit d'entrée 4 et constituer une protection contre des surpressions à l'entrée de la microvalve fermant le conduit de sortie 5 en cas de surpression. Elle pourra également être reliée à des organes de détection du fonctionnement de la valve. Finalement, elle pourra aussi être scellée ou reliée à l'air ambiant. Cette construction nécessite un très bon alignement entre la nervure annulaire 226 et le conduit de sortie 5 qui doit présenter un faible diamètre.
Le quatrième mode d'exécution représenté aux fig. 5 et 6 comprend une plaquette de base 2 comportant des conduits d'entrée 4 et de sortie 5 et une plaquette 6 en silicium usinée, accolée à la plaquette de base.
Le conduit d'entrée 4 est muni d'un raccord 311 connecté à un tuyau 313 lui-même raccordé à un réservoir 315 dans lequel se trouve la substance à pomper. Le réservoir 315 est obturé par un capuchon percé 317. Un piston mobile 319 isole le volume utile du réservoir 315 de l'extérieur.
Le conduit de sortie 5 comporte un raccord 321 qui peut être connecté à une aiguille d'injection (non représentée) grâce à un tuyau 323.
Au lieu d'un clapet d'entrée, ce mode d'exécution présente en tant qu'organe de contrôle du fluide d'entrée, un limitateur de débit 312 formé par un conduit de très faible section reliant le conduit d'entrée 4 directement à la chambre de pompage 14. L'espace de liaison entre ces deux éléments présente donc ici un très faible volume, ce qui est particulièrement favorable pour l'auto-amorçage. Le clapet de sortie 316 est similaire à celui du troisième mode d'exécution et comprend une membrane 328 non percée avec une nervure annulaire 326 entourant le conduit de sortie 5. La nervure annulaire 326 est recouverte d'une couche fine 327 en oxyde de silicium destinée à induire une précontrainte dans la membrane 328 sollicitant la nervure annulaire 326 contre la plaquette de base 2 qui lui sert de siège de clapet.
Le dispositif d'actionnement 350 est constitué par un élément piézoélectrique 352 collé directement sur la membrane de pompage 336 et connecté à un générateur 58 destiné à fournir une tension alternative. L'élément piézoélectrique 352 sollicite la membrane de pompage 336 en direction de la surface supérieure de la plaquette de base 2 pour obtenir une compression rapide de fluide ou gaz contenu dans la chambre de pompage 14 et donc une élévation rapide de la pression qui est suffisante pour ouvrir le clapet de sortie et pour chasser ce fluide ou gaz par la canal de sortie 5.
La fréquence d'actionnement de l'élément piézoélectrique est dans ce mode d'exécution à limitateur de débit plus élevé, à savoir entre 10 et 100 Hertz au lieu de 1 à 10 Hertz pour les modes d'exécution à clapets d'entrée. Considérant cette fréquence plus élevée et la faible section de flux du limitateur de débit 312, il s'installe un courant d'auto-amorçage susceptible d'évacuer le gaz contenu dans le volume interne (Vi) de la micropompe vers le conduit de sortie. Il est bien entendu que dans ce mode d'exécution également, la variation ( DELTA Vp) du volume de la chambre de pompage 14 ne doit pas être beaucoup plus faible que le volume (Vp) de la chambre de pompage et le volume interne (Vi) de la micropompe.
Les volumes (Ve et Vs) des espaces de liaison 322 et 324 vers le limitateur et vers le clapet de sortie 316 doivent être aussi faibles que possible pour obtenir un auto-amorçage efficace.
Ainsi, les quatre modes d'exécution décrits permettent, grâce à un effet d'auto-amorçage, d'évacuer l'air entrant dans la pompe en observant uniquement une diminution temporaire du débit de pompage jusqu'à ce que l'ensemble de l'air ait été entraîné vers le conduit de sortie de la micropompe.
Les modes d'exécution décrits sont particulièrement adaptés pour l'administration de médicaments et pour une implantation dans le corps d'un patient.
1. Micropompe comportant au moins une plaquette de base (2) et une seconde plaquette (6) accollée à la plaquette de base et constituée en un matériau susceptible d'être usiné de manière à définir une chambre de pompage (14), au moins un organe de contrôle d'entrée du fluide (12) pour relier la chambre de pompage à au moins une entrée (4) de la micropompe, et au moins un organe de contrôle de sortie du fluide (16) pour relier la chambre de pompage (14) à au moins une sortie (5) de la micropompe, la chambre de pompage (14) comportant une paroi mobile (36) usinée dans la seconde plaquette et susceptible d'être déplacée suivant deux sens opposés lors de l'aspiration d'un fluide de l'entrée dans la chambre de pompage ou lors de l'expulsion de ce fluide de la chambre de pompage vers la sortie, des moyens d'actionnement (50) étant prévus pour déplacer ladite paroi mobile (36) 1. A micropump including at least one base plate (2) and a second wafer (6) accollée to the base plate and made of a material machinable so as to define a pumping chamber (14), at least an input control member of the fluid (12) for connecting the pumping chamber with at least one inlet (4) of the micropump, and at least one output control member of the fluid (16) for connecting the pumping chamber (14) to at least one outlet (5) of the micropump, the pumping chamber (14) having a movable wall (36) machined in the second plate and capable of being moved in two opposite directions during suction of a fluid entry into the pumping chamber or during the expelling of this fluid from the pumping chamber to the outlet, actuation means (50) being provided for moving said movable wall (36)
pour provoquer une diminution et une augmentation périodique du volume de la chambre de pompage (14), la micropompe comportant un volume interne (Vi) comprenant le volume (Vp) de la chambre de pompage (14), le volume (Ve) d'un espace de liaison (22) de la chambre de pompage à l'organe de contrôle d'entrée (12) et le volume (Vs) d'un espace de liaison de la chambre de pompage à l'organe de contrôle de sortie (16), caractérisée en ce que la chambre de pompage (14) et les deux espaces de liaison (22, 24) sont conformés de façon que la diminution du volume interne de la micropompe due à la diminution ( DELTA Vp) du volume de la chambre de pompage est telle qu'un gaz contenu dans le volume interne de la micropompe est comprimé au moins à une pression suffisante pour provoquer l'ouverture de l'organe de contrôle de sortie (16) du fluide de façon que la micropompe est auto-amorçante. to cause a decrease and an increment of the volume of the pumping chamber (14), the micropump having an internal volume (Vi) including the volume (Vp) of the pumping chamber (14), the volume (Ve) of a connecting space (22) of the pumping chamber to the inlet control member (12) and the volume (Vs) of a connecting space of the pumping chamber to the outlet control member ( 16), characterized in that the pumping chamber (14) and two connecting areas (22, 24) are shaped so that the decrease in internal volume of the micropump due to the decrease (Vp DELTA) the volume of the pumping chamber is such that a gas contained in the internal volume of the micropump is compressed at least at a pressure sufficient to cause opening of the outlet control device (16) of fluid so that the micropump is self -amorçante.
2. Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de pompage (14) et les deux espaces de liaison (22, 24) sont conformés de façon que l'augmentation du volume interne de la micropompe due à l'augmentation du volume de la chambre de pompage est telle que le gaz restant dans la micropompe après la fermeture de l'organe de contrôle de sortie (16) du fluide est décomprimé à une pression suffisamment basse pour provoquer l'ouverture de l'organe de contrôle d'entrée du fluide (12). 2. A micropump according to claim 1, characterized in that the pumping chamber (14) and two connecting areas (22, 24) are shaped so that the increase in internal volume of the micropump due to the increase in volume of the pumping chamber is such that the gas remaining in the micropump after the closure of the output control member (16) of the fluid is decompressed to a pressure sufficiently low to cause the opening of the control member entry of the fluid (12).
Micropompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite diminution du volume ( DELTA Vp) de la chambre de pompage est comprise entre 30 et 95% dudit volume interne (Vi), de préférence entre 50 et 90%, les volumes (Ve et Vs) desdits espaces de liaisons de la chambre de pompage (14) aux organes de contrôle d'entrée (12) et de sortie (16) étant inférieurs à 30% du volume interne (Vi), de préférence inférieur à 15%. Micropump according to Claim 1 or 2, characterized in that said decrease of the volume (Vp DELTA) of the pumping chamber is comprised between 30 and 95% of said internal volume (Vi), preferably between 50 and 90%, the volumes ( ve and Vs) of said pumping chamber of connecting spaces (14) to the input control means (12) and outlet (16) being less than 30% of the internal volume (Vi), preferably less than 15% .
4. Micropompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi mobile (36) comprend une partie centrale rigide (38) entourée d'une bordure élastique (40) d'épaisseur plus faible venue d'une pièce avec la partie centrale rigide (38), cette dernière faisant saillie par rapport à la face de la paroi mobile qui est opposée à la chambre de pompage (14) et étant destinée à coopérer avec lesdits moyens d'actionnement (50). 4. A micropump according to one of the preceding claims, characterized in that the movable wall (36) comprises a rigid central portion (38) surrounded by a resilient rim (40) of smaller thickness formed integrally with the rigid central portion (38), the latter protruding with respect to the face of the movable wall which is opposite to the pumping chamber (14) and being intended to cooperate with said actuating means (50).
Micropompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que la largeur de ladite partie centrale rigide (38) varie entre 20 et 90% de la largeur de la paroi mobile (36), de préférence entre 50 et 80%. A micropump according to claim 4, characterized in that the width of said central rigid part (38) varies between 20 and 90% of the width of the movable wall (36), preferably between 50 and 80%.
6. Micropompe selon la revendications 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle présente au moins une troisième plaquette (8) accolée à la seconde plaquette (6), les moyens d'actionnement (50) comportent un organe moteur (52) monté de façon mobile sur la troisième plaquette, une pièce intermédiaire (64) étant disposée entre ladite partie centrale rigide (38) et l'organe moteur (52). 6. A micropump according to claim 4 or 5, characterized in that it comprises at least a third platelet (8) contiguous to the second board (6), the actuating means (50) comprise a motor member (52) mounted movably on the third platelet, an intermediate part (64) being disposed between said rigid central portion (38) and the drive member (52).
7. Micropompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'organe moteur (52) est monté de façon mobile sur la face extérieure de ladite troisième plaquette (8), ladite pièce intermédiaire (64) traversant cette troisième plaquette (8) par une ouverture (69). 7. A micropump according to claim 6, characterized in that the drive member (52) is movably mounted on the outer face of said third platelet (8), said intermediate piece (64) extending through this third platelet (8) an opening (69).
Micropompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'organe moteur est un élément piézoélectrique (52) qui est monté par l'intermédiaire d'un élément d'espacement (62) sur la face extérieure de la troisième plaquette (8). Micropump according to Claim 7, characterized in that the motor member is a piezoelectric element (52) which is mounted via a spacer member (62) on the outer face of the third platelet (8).
9. Micropompe selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la pièce intermédiaire (64) comprend une tête plate (66) solidaire de l'élément piézoélectrique (52) et une tige (68) traversant la troisième plaquette (8) et agissant par son extrémité sur la paroi mobile (36). 9. A micropump according to claim 7 or 8, characterized in that the intermediate piece (64) comprises a flat head (66) integral with the piezoelectric element (52) and a rod (68) extending through the third platelet (8) and acting through its end on the movable wall (36).
10. Micropompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que la pièce intermédiaire (164) comporte une face inférieure destinée à entrer en contact avec ladite partie centrale rigide (38) présentant une surface similaire à celle de la partie centrale rigide (38). 10. A micropump according to claim 7, characterized in that the intermediate piece (164) has a lower face intended to come into contact with said central rigid part (38) having a surface similar to that of the rigid central portion (38).
Micropompe selon la revendication 4, caractérisée en ce qu telle comporte une troisième plaquette (208) présentant une épaisseur telle qu'elle puisse être déformée élastiquement par les moyens d'actionnement (250) qui sont montés sur la face extérieure de la troisième plaquette (208), la face intérieure de cette troisième plaquette étant susceptible de coopérer avec la partie centrale rigide (38) pour déplacer la paroi mobile (36). A micropump according to claim 4, characterized in that this comprises a third plate (208) having a thickness such that it can be elastically deformed by the actuating means (250) mounted on the outer face of the third wafer ( 208), the inner face of this third platelet being capable of cooperating with the central rigid part (38) for moving the movable wall (36).
12. Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'actionnement (350) comprennent un élément piézoélectrique (352) monté directement sur ladite paroi mobile (336). 12. A micropump according to claim 1, characterized in that the actuating means (350) comprises a piezoelectric element (352) mounted directly on said movable wall (336).
Micropompe selon la revendication 4 et 6, caractérisée en ce que la partie centrale rigide (38) est agencée de façon à entrer en contact avec ladite troisième plaquette (8) pour constituer un élément de butée limitant le mouvement d'aspiration du fluide de la paroi mobile (36). Micropump according to Claim 4 and 6, characterized in that the rigid central portion (38) is arranged to come into contact with said third platelet (8) to form a stop member limiting movement of the suction fluid movable wall (36).
14. Micropompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la face de la paroi mobile (36) qui est dirigée vers l'intérieur de la chambre de pompage (14) est destinée à venir buter contre la plaquette (2) située en regard pour limiter le mouvement d'expulsion du fluide. 14. A micropump according to one of the preceding claims, characterized in that the face of the movable wall (36) which is directed inwardly of the pump chamber (14) is adapted to abut against the plate (2) located opposite to limit the movement of expulsion of the fluid.
15. Micropompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que les faces de la paroi mobile (36) comprennent des zones (42, 44) constituées dans un matériau destiné à éviter un collage de ladite face contre la plaquette (2, 8) située en regard. 15. A micropump according to claim 7, characterized in that the faces of the movable wall (36) comprise areas (42, 44) made in a material to prevent sticking of said face against the plate (2, 8) located next.
Micropompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les organes de contrôle d'entrée et/ou de sortie du fluide sont constitués par au moins un clapet (12) comportant deux membranes (18) usinées dans la seconde plaquette (6) de façon à constituer une forme en V dans la position fermée du clapet, ces membranes (18) étant susceptibles de se séparer pour former une ouverture médiane (20) dans la position ouverte du clapet. Micropump according to one of the preceding claims, characterized in that the input control organs and / or outlet of the fluid are constituted by at least one valve (12) including two membranes (18) machined in the second platelet (6 ) so as to constitute a V-shape in the closed position of the valve, these membranes (18) being capable of separating to form a medial opening (20) in the open position of the valve.
17. Micropompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe de contrôle d'entrée du fluide est constitué par un limitateur de débit (312) présentant une section de flux restreinte. 17. A micropump according to one of the preceding claims, characterized in that the input control member of the fluid comprises a flow restrictor (312) having a restricted flow section.
Micropompe selon la revendication 6 ou 11, caractérisée en ce que l'organe de contrôle de sortie du fluide comprend une membrane de clapet (228) présentant une nervure annulaire (226) sollicitée contre une plaquette (2) située en regard et entourant la sortie (5) de la micropompe, cette dernière comportant au moins une chambre (229) délimitée par la face de la membrane de clapet (228) opposée à la nervure annulaire (226) et la troisième plaquette (208), cette chambre (229) étant destinée à former une cavité active ou de contrôle de la micropompe. Micropump according to Claim 6 or 11, characterized in that the fluid outlet control member includes a valve membrane (228) having an annular rib (226) biased against a plate (2) facing and surrounding the outlet (5) of the micropump, the latter comprising at least one chamber (229) delimited by the side of the valve membrane (228) opposite the annular rib (226) and the third plate (208), this chamber (229) being intended to form a cavity or active control of the micropump.
19. Utilisation d'une micropompe selon l'une des revendications 1 à 18 pour l'administration de médicaments en tant que micropompe susceptible d'être implantée dans le corps d'un patient. 19. Use of a micropump according to one of claims 1 to 18 for the administration of drugs as micropump can be implanted in the body of a patient.
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