EP0737273A1 - Micropompe - Google Patents

Abstract

La micropompe comprend deux plaquettes en verre (2, 8) entre lesquelles est intercalée de manière étanche une plaquette (6) en silicium usinée. Un clapet d'entrée (12), une chambre de pompage (50) et un clapet de sortie (28) sont agencés entre un conduit d'entrée (10) et de sortie (4). Une membrane de pompage (56) formant une paroi de la chambre de pompage comporte une partie centrale plus épaisse (58) destinée à coopérer avec la plaquette supérieure (8) pour former une butée limitant le mouvement d'aspiration de la membrane (50) et des éléments de butée inférieurs (60) limitant le mouvement de la membrane à l'expulsion du fluide. Une pastille piézoélectrique (72) agit au moyen d'une pièce intermédiaire (84) sur la membrane de façon à effectuer le mouvement de pompage précisément défini vers le haut et vers le bas par les butées. On obtient ainsi un débit précisément défini et constant qui est indépendant des variations de performances de la pastille piézoélectrique.

Description

  
 



   MICROPOMPE
 La présente invention concerne une micropompe comportant au moins une plaquette de base, au moins une plaquette supérieure et une plaquette intermédiaire intercalée entre les deux autres plaquettes 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 avec au moins une entrée de la micropompe, et au moins un organe de contrôle de sortie du fluide pour relier la chambre de pompage avec au moins une sortie de la micropompe, la chambre de pompage comportant une paroi mobile usinée dans la plaquette intermédiaire 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 étant prévus pour déplacer ladite paroi mobile pour provoquer une variation périodique du volume de la chambre de pompage.



   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. Par ailleurs, de telles pompes permettent le dosage de faibles quantités de fluide à injecter.  



   Dans un article intitulé "A piezoelectric micropump based on micromachining of silicon" paru dans "Sensors and
Actuators" No 15 (1988), pages 153 à 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 usinée disposée entre deux plaquettes en verre.



   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. 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.



  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. Cette paroi mobile ou déformable de la chambre de pompage peut ainsi être déplacée entre deux positions.



   Le fonctionnement de la micropompe est le suivant.



  Lorsque aucune tension électrique n'est appliquée à la pastille piézo-lectrique, les clapets d'entrée et de sortie sont en position fermée. 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. 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. Pendant cette phase, le clapet d'entrée est maintenu fermé par la pression régnant dans la chambre de pompage.



   Au contraire, lorsque   l'on    fait décroître la tension électrique, la pression dans la chambre de pompage diminue. Ceci provoque la fermeture du clapet de refoulement et l'ouverture du clapet d'entrée. 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.



   Comme on l'a déjà indiqué, ces micropompes sont utilisées notamment pour l'administration de médicaments. Il est donc important que le débit de la micropompe soit bien déterminé, de manière que le médicament à injecter soit dosé de manière très précise. Or, les micropompes connues présentent sur ce point certaines imperfections.



   En effet, le débit de la micropompe dépend de la variation de volume de la chambre de pompage entre les deux positions de la paroi déformable. Cette variation de volume dépend de plusieurs paramètres, parmi lesquels la tension électrique appliquée à la pastille piézoélectrique et les caractéristiques physiques de la pastille piézoélectrique (épaisseur, diamètre, constante diélectrique) et de la paroi déformable (matériau, épaisseur). Ainsi, une même tension électrique appliquée à des micropompes en apparence identiques pourra provoquer des déformations différentes des chambres de pompage de ces micropompes qui, par suite, présenteront des débits différents.  



   Par ailleurs, pour une même micropompe, le débit pourra évoluer au cours du temps à cause du vieillissement des matériaux de la pastille piézoélectrique et de la colle avec laquelle elle est fixée. Enfin, le débit de la micropompe dépend de la pression dans les canaux de sortie et d'entrée.



   H. van Lintel et al. ont décrit dans l'article déjà cité une micropompe dotée d'un clapet supplémentaire qui permet de rendre le débit moins dépendant de la pression dans le canal de sortie. Cependant, cette micropompe ne permet pas de résoudre les autres inconvénients évoqués plus haut.



   L'invention a pour but de résoudre les inconvénients mentionnés et d'obtenir une micropompe dont le débit est très précis et constant, indépendant des variations dans les performances et du vieillissement de l'élément moteur et indépendant des pressions dans le conduit d'entrée ou de sortie.



   L'invention est caractérisée à cet effet, en ce que la micropompe comprend des premiers et seconds éléments de butées agencés de façon à délimiter l'amplitude du mouvement de la paroi mobile suivant lesdits deux sens opposés, des premiers éléments de butée limitant le mouvement d'aspiration du fluide dans la chambre de pompage et des seconds éléments de butée limitant le mouvement d'expulsion du fluide de la chambre de pompage.



   Par la limitation de l'amplitude du mouvement dans les deux sens opposés, le volume de substance pompée à chaque mouvement alternatif de la paroi mobile ou membrane de pompage est clairement défini et reste constant. Il ne dé  pend pas de variations dans les performances de l'organe moteur qui est de préférence une pastille piézoélectrique.



  Un vieillissement ou une autre détérioration de cette pastille piézoélectrique n'influence pas le débit de substance pompée. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir un circuit de compensation des performances en fonction du temps dans la commande de la micropompe.



   Une calibration de la micropompe en fonction des variations des performances de la pastille piézoélectrique utilisée ne s'avère pas non plus nécessaire.



   Le débit de substance pompée est également sensiblement indépendant de la pression régnant dans le conduit d'entrée et de sortie. Il dépend uniquement de l'usinage de la micropompe et de la fréquence de pompage.

 

   Selon une variante avantageuse 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 destinée à entrer en contact avec la plaquette qui est disposée en regard d'elle pour constituer lesdits premiers éléments de butée limitant le mouvement d'aspiration de fluide de la paroi mobile.



   La partie centrale rigide de la paroi mobile assure un déplacement précis de cette paroi, comparable au mouvement d'un 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.  



   Selon un mode préféré, les moyens d'actionnement comportent un organe moteur monté de façon mobile sur l'une des plaquettes de base ou supérieure et une pièce intermédiaire disposée entre la paroi mobile et l'organe moteur.



   Avantageusement, l'organe moteur est monté de façon mobile sur la face extérieure de ladite plaquette supérieure, ladite pièce intermédiaire traversant la plaquette supérieure par une ouverture.



   Considérant que l'organe moteur, de préférence une pastille piézoélectrique, n'est pas directement collée sur la membrane, des variations dans la forme et dans la déformation de la pastille piézoélectrique n'ont pas d'influence sur la forme de la paroi déformable, donc sur le débit.



   Selon une variante avantageuse, la paroi mobile est constituée par une membrane présentant une pièce centrale faisant saillie de façon à constituer avec la plaquette supérieure lesdits premiers éléments de butée, cette pièce centrale étant entourée par un élément piézoélectrique fixé à la membrane et présentant un alésage central permettant le passage de la pièce centrale.



   Cette disposition permet une construction simple, tout en obtenant une double limitation des mouvements de la paroi déformable.



   Finalement, selon une autre variante favorable, les premiers éléments de butée sont constitués par une vis réglable traversant la plaquette supérieure et dont une extrémité est disposée en regard de la paroi mobile.



   Dans ce type de micropompe, le volume de substance pompée à chaque mouvement alternatif de la paroi mobile,  donc le débit, peut être réglé en agissant sur un des éléments de butée constitués par la vis.



   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 trois modes d'exécution et une variante.



   La figure 1 illustre un premier mode d'exécution de l'invention en coupe selon la ligne I-I de la figure 2.



   La figure 2 est une vue en coupe horizontale selon la ligne II-II de la figure 1.



   La figure 3 représente un second mode d'exécution de l'invention en coupe selon la figure III-III de la figure 4.



   La figure 4 est une vue en coupe horizontale selon la ligne III-III de la figure 3.



   La figure 5 représente un troisième mode d'exécution de l'invention en coupe selon la ligne V-V de la figure 6.



   La figure 6 est une vue en coupe horizontale selon la ligne VI-VI de la figure 5.



   La figure 7 illustre une variante du premier mode d'exécution.



   Sur ces figures, un même élément représenté sur plusieurs figures est désigné sur chacune de celles-ci par la même référence numérique. Dans les modes de réalisation qui vont être décrits, la micropompe est équipée d'un clapet d'entrée et d'un clapet de sortie. Il convient de noter toutefois que l'invention s'applique également à des micropompes comportant plusieurs clapets disposés entre l'entrée et la chambre de pompage et/ou plusieurs clapets  disposés entre la chambre de pompage et la sortie. La micropompe peut également être munie d'une pluralité d'entrées et d'une pluralité de sorties. 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.



   Il est à noter que, par souci de clarté, les épaisseurs de diverses plaquettes composant la micropompe ont été fortement exagérées sur les dessins.



   En référence aux figures 1 et 2, la micropompe selon le premier mode d'exécution comporte une plaquette de base 2, en verre de préférence. Cette plaquette de base 2 est percée d'un canal 4 formant le conduit de sortie de la pompe. Ce conduit peut par exemple être branché à une aiguille d'injection (non représentée).



   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. 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 3000C et l'application d'une différence de potentiel d'environ 500V entre les plaquettes.



   Une plaquette supérieure 8, de préférence en verre, est accolée par les mêmes techniques à la plaquette intermédiaire 6. Elle est percée d'un canal d'entrée 10 qui 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. Dans cette  application, la micropompe peut être portée sur le corps du patient, voire être implantée.



   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. Les plaquettes 2, 6 et 8 sont de préférence soigneusement polies. 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. La plaquette en silicium 6 peut à cette fin être plongée dans du HNO3 bouillant.



   Pour fixer les idées, les épaisseurs des plaquettes 2, 6 et 8 peuvent respectivement être d'environ   1mm,    0,3mm et 0,8mm pour une dimension en surface des plaquettes de l'ordre de 10 par 20mm.

 

   Les conduits d'entrée ou d'aspiration 10 et de sortie ou de refoulement 4 sont principalement reliés par un premier clapet 12 d'entrée, une chambre de pompage 50 et un second clapet 28 de sortie.



   Le premier clapet 12 est du type anti-retour usiné dans la plaquette en silicium 6 et formé par une membrane 14 de forme générale circulaire portant une nervure annulaire 16. Cette dernière sépare deux compartiments 18,20 prévus sur la partie supérieure de la membrane 14 et coopère, à cet effet, avec la surface inférieure de la plaquette supérieure 8.



   Le premier compartiment 18 est sous forme annulaire et en communication avec le conduit d'entrée 10. Le second compartiment 20 occupe une position sensiblement centrale.



  Il communique par l'intermédiaire d'un orifice 22 légère  ment décentré avec un troisième compartiment 24 situé sous la membrane 14.



   La nervure 16 est revêtue d'une fine couche d'oxyde 26 obtenue également par des techniques de photolithographie et confère à la membrane 14 une précontrainte ou prétension sollicitant le sommet de la nervure 16 contre la plaquette supérieure 8 en verre qui sert de siège de clapet.



   Bien entendu, d'autres types de valves connues ou encore des limitateurs de débit pourront être utilisés à la place du clapet décrit.



   Le clapet de sortie 28 est également usiné dans la plaquette en silicium 6 et comporte une membrane 30 portant une nervure annulaire 32 revêtue d'une couche d'oxyde 34 conférant à la membrane 30 une précontrainte sollicitant le sommet de la nervure 32 contre la plaquette inférieure 2 qui sert de siège de clapet. Des couches d'oxydes 33 appliquées de l'autre côté de la membrane 30 renforcent cette précontrainte.



   La nervure 32 délimite un quatrième comportement 36 communiquant avec le conduit de sortie 4 et un cinquième compartiment 38 extérieur à la nervure de forme sensiblement annulaire. Un sixième compartiment 40 est situé audessus de la membrane 30 et est en communication avec l'extérieur de la pompe par l'intermédiaire d'une ouverture 42. Des contacts électriques ou électrodes 44,46 sont disposés en regard   l'un    de l'autre sur la plaquette supérieure 8 et sur une partie en saillie 48 de la membrane 30. Ces contacts permettent un contrôle adéquat de l'expulsion du fluide. Il est bien entendu que d'autres types de valves connues ou encore des limitateurs de débit pour  ront remplacer le clapet de sortie 28.



   La chambre de pompage 50 est de forme sensiblement circulaire et reliée par deux passages 52 et 54 d'une part au troisième compartiment 24 du premier clapet 12 et d'autre part au cinquième compartiment 38 du deuxième clapet 28. La membrane de pompage 56 constituant une paroi mobile ou déformable de la chambre de pompage 50 est usinée dans la plaquette de silicium 6 et comporte une partie centrale rigide 58 relativement large par rapport à la largeur totale de la membrane de pompage 56. Le diamètre de cette partie centrale 58 varie entre 20 et 90% du diamètre de la membrane de pompage 56, de préférence entre 50 et 80%. Cette partie centrale rigide 58 comporte une épaisseur nettement plus grande que le bord annulaire 61 de la membrane de pompage.

  Pour fixer les idées, le bord 61 présente une épaisseur entre 10 et 100   um,    tandis que la partie centrale rigide 58 présente une épaisseur qui est de 10 à 50   um    inférieure à l'épaisseur totale de la plaquette 6, ce qui donne par exemple une épaisseur de 300   um   
 La membrane de pompage 56 comporte sur sa surface inférieure en regard de la plaquette de base 2, des éléments de butée 60, qui sont par exemple au nombre de trois. Ces éléments de butée 60 font saillie sur la surface inférieure de membrane et peuvent être constitués par une couche d'oxyde de silicium. Ils sont destinés à entrer en contact avec la surface supérieure de la plaquette de base 2 pour limiter le mouvement d'expulsion ou de refoulement de la membrane de pompage 56.

  De même, la partie centrale rigide 56 plus épaisse est destinée à entrer en contact  avec la plaquette supérieure 8, lorsque la membrane de pompage 56 est actionnée, pour former des éléments de butée opposés aux éléments de butée 60 afin de limiter le mouvement d'aspiration de la membrane de pompage 56.



  Ainsi, le mouvement de cette dernière est mécaniquement contrôlé du côté supérieur et inférieur. Ceci permet d'obtenir une quantité de substance pompée très précise à chaque aller-retour de la membrane. La partie centrale rigide 56 est comparable à un piston dont le mouvement est bien défini. Etant donné que le bord annulaire 61 de la membrane de pompage 56 présente une surface relativement petite par rapport à la surface totale de la membrane de pompage 56, des différences de pression dans la chambre de pompage 50 n'engendrent que de faible changement de volume sous la membrane de pompage 56.



   En outre, les éléments de butée 60 en oxyde évitent un effet de collage ou de succion de la membrane de pompage 56, lorsque cette dernière se déplace de sa position la plus basse vers le haut.



   Des contacts électriques ou électrodes 62,64 sont disposés en regard   l'un    de l'autre sur la partie centrale rigide 58 et sur la surface inférieure de la plaquette supérieure 8. Ces contacts 62,64 sont prolongés vers l'extérieur de la pompe par une ouverture 66 et connectés à un circuit électrique non illustré permettant de contrôler le fonctionnnement de la membrane de pompage 56 et l'aspiration du fluide. Des circuits adéquats sont par exemple décrits dans la demande de brevet européen No 0.498.863.



  Dans le mode d'exécution décrit, ce sont plus précisément ces contacts électriques qui forment les éléments de butée  limitant le mouvement d'aspiration de la membrane de pompage 56.



   Cette dernière comporte en outre des deux côtés des zones 65 recouvertes d'oxyde de silicium. Ces zones à oxyde 65 confèrent à la membrane une certaine précontrainte (non illustrée) vers le haut à la figure 1.



   Un dispositif d'actionnement 70 de la membrane de pompage 56 comporte un organe moteur sous forme d'une pastille piézoélectrique 72 pourvue d'électrodes 74,76 branchées sur un générateur 78 destiné à fournir une tension alternative. Cette pastille peut être celle commercialisée par la société Philips sous la dénomination PXE-52. Elle est fixée par tous moyens adéquats tels que collage ou soudure, sur une lame élastique 80 en métal, silicium ou en matière plastique. Cette lame 80 est montée par l'intermédiaire d'un élément d'espacement 82 sur la plaquette supérieure 8. Cet élément d'espacement 82 pourra être constitué par une rondelle en matière plastique, métallique ou silicium. Il pourrait également être formé par une épaisseur prédéterminée de colle ou par du verre venu d'une pièce avec la plaquette 8. 

  Lors du collage de la lame élastique 80 sur la plaquette supérieure 8, une tension peut être appliquée aux électrodes de la pastille piézoélectrique 72 de façon que cette dernière se courbe vers le bas en direction de la plaquette supérieure 8 pendant le durcissement de la colle. Une pièce intermédiaire 84 en forme de punaise peut être rendue solidaire par sa tête plate 86 par tous moyens adéquats, tel que collage ou soudure, de la lame élastique 82. Elle agit sur la partie centrale rigide 58 de la membrane de pompage 56 grâce à sa  tige verticale 88 traversant la plaquette supérieure par un perçage 89. Il peut par ailleurs exister un faible jeu entre la tige verticale 88 et la membrane de pompage 56, lorsque la pompe est au repos. Ce jeu ou une contrainte mécanique entre la tige 88 et la membrane de pompage 56 peut être déterminé par la courbure lors du durcissement de la colle.



   Le dispositif d'actionnement 70 comprenant une pastille piézoélectrique 72 et une lame élastique 80, pourra également être remplacé par un dispositif comprenant deux ou plusieurs plaquettes piézoélectriques accolées ou des disques piézocéramiques et métalliques combinés.



   Ainsi, la pastille piézoélectrique 72 est indépendante de la membrane de pompage 56. Des effets d'hystérésis de la pastille piézoélectrique 72 ("piézocreep") ou des variations ou déteriorations de cette pastille n'ont pas d'influence sur la forme de la membrane de pompage 56 considérant que cette dernière est indépendante de la pastille piézoélectrique 72 et mise en mouvement grâce à la pièce intermédiaire 84. Cette construction permet d'obtenir un grand volume de fluide déplacé pour un diamètre donné de la membrane de pompage, considérant que la partie centrale rigide 58 agit à la manière d'un piston. Les parties usinées de la micropompe peuvent être davantage miniaturisées tout en conservant un dispositif d'actionnement d'une taille quelconque, relativement grande. Cette miniaturisation des parties usinées permet d'abaisser les coûts de revient.



   Le mode général de fonctionnement de cette pompe est semblable à celui décrit dans l'article de 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.



   Par rapport à ce type de micropompe connu, la micropompe conformément à la présente invention permet donc d'obtenir 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, et un dosage qui est pratiquement indépendant de la performance de la pastille piézoélectrique et des détériorations et phénomènes d'hystérésis connus pour ce genre de dispositif d'actionnement. En outre, le mouvement de la membrane de pompage est contrôlé de façon précise autant par la pièce intermédiaire rigide 58 que les butées 60. Le débit est donc défini par les caractéristiques d'usinage de la membrane de pompage 56 et par la fréquence du dispositif d'actionnement.



   Ce type de pompe permet l'utilisation de pastille piézoélectriques possédant des variations assez larges dans leurs caractéristiques. En outre, il n'est pas nécessaire de calibrer les pompes pour chaque pastille utilisée.



   Du fait de la fixation extérieure de la pastille, cette dernière peut être aisément remplacée en cas de défectuosité.



   Jusqu'à une certaine fréquence de pompage, le débit est indépendant de la viscosité. Grâce à la partie centrale rigide et aux contacts électriques 62,64, il est possible de détecter la fin de l'aspiration du fluide et d'obtenir ainsi une information additionnelle relative au  fonctionnement de la micropompe.



   Il est bien entendu que le mode d'exécution décrit cidessus 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 particulier, l'agencement des clapets et des conduits de sortie et d'entrée, ainsi que de la chambre de pompage pourra être très différent. La distribution des zones à oxydes pourra être adaptée aux précontraintes souhaitées pour les clapets et le pompage. Le dispositif d'actionnement pourra présenter un organe moteur d'un autre type qu'une pastille piézoélectrique.



   La pièce intermédiaire 84 pourrait être venue d'une pièce avec la lame élastique 80 ou encore avec la pastille piézoélectrique. Elle pourrait également être librement disposée entre la lame élastique et la membrane de pompage.



   Les éléments de butée 60 proprement dit pourraient manquer. La chambre de pompage présenterait alors une faible hauteur telle que la surface supérieure de la   plà-    quette de base 2 sert d'élément de butée contre lequel la membrane de pompage 56 vient buter à chaque mouvement alternatif. Les électrodes de contrôle 44,46 et/ou 62,64 pourraient être constituées de façon différente ou être supprimées dans une variante simplifiée.



   Conformément à la figure 7, la pompe pourra en outre présenter une ou plusieurs vis 90 traversant la plaque 8 et coopérant par leur extrémité avec la partie centrale rigide 58 ou avec le contact électrique 62. Ces vis 90 constituent ainsi des éléments de butées réglables permet  tant d'ajuster l'amplitude de mouvement d'aspiration. Le contact 64 de la figure 1 sera alors remplacé par la vis 90 en matière métallique.



   Des vis de réglage pourront également être montées sur la lame 80. En outre, il serait possible de monter des vis de réglage dans la tête plate 86 de la pièce intermédiaire.



   Le deuxième mode d'exécution illustré aux figures 3 et 4 diffère du premier mode d'exécution uniquement par la constitution de la chambre de pompage et du dispositif d'actionnement. De ce fait, des éléments analogues aux deux modes d'exécution portent les mêmes chiffres de référence et ne seront plus décrits en détails.



   Ce second mode d'exécution comporte également une plaquette de base 2 et une plaquette supérieure 8 percées de conduits d'entrée 10, respectivement de sortie 4. Entre ces plaquettes 2 et 8 est intercalée la plaquette intermédiaire 6 en silicium usinée par des techniques photolitographiques pour obtenir un clapet d'entrée 12 et de sortie 28 et une chambre de pompage 50.



   Des fines couches d'oxyde 26,33,34 permettent d'obtenir des précontraintes prédéterminées dans la membrane en silicium.



   La chambre de pompage 50 est de forme sensiblement circulaire et reliée par deux passages 52 et 54 aux clapets d'entrée et de sortie. Usinée dans la plaquette de silicium 6, la membrane de pompage 156 sous forme d'une paroi mobile, déformable comprend une partie centrale rigide 158 plus épaisse pour former un élément de butée destiné à coopérer avec la surface inférieure de la pla  quette supérieure 8 afin de limiter le mouvement d'aspiration de la membrane de pompage 156. Cette dernière possède sur sa surface inférieure un élément de butée inférieur central 160. De préférence, cet élément limitant le mouvement d'expulsion de la membrane de pompage est constitué par une faible surépaisseur en silicium ou par une couche d'oxyde de silicium. Ainsi, le mouvement de la membrane de pompage 156 est arrêté de façon précise des deux côtés vers le haut et vers le bas.

  Ceci permet d'obtenir une quantité de substance pompée exacte à chaque aller-retour de la membrane de pompage.



   Le dispositif d'actionnement 170 est constitué par une pastille piézoélectrique 172 présentant un trou central 173. La pastille est fixée par soudure ou collage sur la membrane de pompage 156. Des contacts électriques 174,176 permettent le branchement de la pastille à un générateur 78 destiné à fournir une tension alternative.

 

   Des électrodes 162,164 sont disposés en regard   l'un    de l'autre sur la partie centrale 158 et sur la surface inférieure de la plaquette supérieure 8. Ces électrodes sont prolongés vers l'extérieur de la pompe par une ouverture 166 et permettent de contrôler l'aspiration du fluide et le fonctionnement de la membrane de pompage 156. Cette dernière peut en outre être munie de zones à oxydes de silicium 65 permettant d'induire une certaine précontrainte dans la membrane de silicium.



   Ce type de construction à éléments de butées 160 et 158 limitent de façon exacte le mouvement de la membrane de pompage 156 suivant les deux directions opposées permet également un dosage précis de la quantité de substance  pompée à chaque mouvement alternatif. Le débit du pompage dépend uniquement des caractéristiques d'usinage de la membrane de pompage et de la fréquence du dispositif d'actionnement. Des variations ou des détériorations des performances de la pastille piézoélectrique dans certaines limites n'influencent pas le débit de la micropompe. Il n'est pas nécessaire de calibrer la micropompe, un assemblage précis suffit. La construction de ce mode d'exécution est plus simple que celle du premier mode d'exécution.



   Le troisième mode d'exécution représente aux figures 5 et 6 diffère également du premier et second mode d'exécution principalement par la constitution de la membrane de pompage et du dispositif d'actionnement. 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 et une plaquette supérieure 8 munies de conduits d'entrée 10, respectivement de sortie 4. Entre ces plaquettes 2 et 8 est intercalée la plaquette intermédiaire 6 en silicium usinée par des techniques photolithographiques pour obtenir un clapet d'entrée 12 et de sortie 28 et une chambre de pompage 50. Des fines couches d'oxyde 26,33,34,65 permettent d'obtenir des précontraintes prédéterminées dans la membrane en silicium.



   La chambre de pompage est également de forme circulaire et reliée par des passages 52 et 54 aux clapets d'entrée et de sortie. Usinée dans la plaquette de silicium 6, la membrane de pompage 256, sous forme d'une paroi  mobile de la chambre de pompage, présente une épaisseur sensiblement uniforme et comporte sur sa surface inférieure un élément de butée inférieur 260 pour limiter le mouvement d'expulsion. De préférence, cet élément de butée est constitué par une zone de petite taille en silicium ou en oxyde de silicium. Il est disposé sous le dispositif d'actionnement comprenant une pastille piézoélectrique 270 fixée par soudure ou collage sur la surface supérieure de la membrane de pompage 256 et reliée par des connexions 274,276 à un générateur 78 destiné à fournir une tension alternative.



   Un organe à butée supérieure réglable 258 destiné à limiter le mouvement d'aspiration est constitué par une pièce annulaire 261 insérée et fixée par collage dans un alésage de la plaquette supérieure 8. Cette pièce annulaire 261 comporte un alésage taraudé 263 suseptible de recevoir une vis 265 qui elle forme la butée réglable en hauteur destinée à coopérer avec la pastille piézoélectrique 270. La pièce annulaire 261 et la vis 265 sont de préférence en matière métallique.



   Ainsi, le mouvement de la membrane de pompage 256 est limité de façon précise vers le haut et le bas. En outre, il est possible de régler l'amplitude de ce mouvement en agissant sur la vis 265. Cette construction permet donc d'obtenir une quantité de substance pompée très précise à chaque mouvement alternatif de la membrane de pompage tout en autorisant un réglage de la quantité pompée. Des variations ou des détériorations des performances de la pastille piézoélectrique dans certaines limites n'influencent pas le débit de la micropompe. Un contact électrique 264  prévu sur la vis métallique 265 permet, ensemble avec la connection supérieure 276 de la pastille piézoélectrique, de contrôler le mouvement d'aspiration du fluide de la membrane de pompage 256.

 

   Avantageusement, la vis 265 pourra être constituée en un matériau susceptible de compenser les variations de forme de la paroi mobile 256 dues à des effets de température, car de telles variations sans compensation peuvent influencer le volume du fluide pompé. Une telle compensation pourrait également être obtenue grâce aux vis 90 décrites en référence à la figure 7.



   Les modes d'exécution décrits sont particulièrement adaptés pour l'administration de médicaments sous forme de micropompes susceptibles d'être implantées dans le corps d'un patient. 

Claims

REVENDICATIONS

1. Micropompe comportant au moins une plaquette de base (2), au moins une plaquette supérieure (8) et une plaquette intermédiaire (6) intercalée entre les deux autres plaquettes (2,8) et constituée en un matériau susceptible d'être usiné de manière à définir une chambre de pompage (50), au moins un organe de contrôle d'entrée du fluide (12) pour relier la chambre de pompage avec au moins une entrée (10) de la micropompe, et au moins un organe de contrôle de sortie du fluide (28) pour relier la chambre de pompage (50) avec au moins une sortie (4) de la micropompe, la chambre de pompage (50) comportant une paroi mobile (56, 156,

256) usinée dans la plaquette intermédiaire (6) et susceptible d'être déplacée suivant deux sens opposés lors de l'aspiration d'un fluide de l'entrée (10) dans la chambre de pompage (50) ou lors de l'expulsion de ce fluide de la chambre de pompage vers la sortie (4), des moyens d'actionnement (70, 170, 270) étant prévus pour déplacer ladite paroi mobile (56, 156, 256) pour provoquer une variation périodique du volume de la chambre de pompage (50), caractérisée en ce que la micropompe comprend des premiers et seconds éléments de butées agencés de façon à délimiter l'amplitude du mouvement de la paroi mobile (56,156,256) suivant lesdits deux sens opposés, des premiers éléments de butée (58,62,64;158,162,164;258,270) limitant le mouvement d'aspiration du fluide dans la chambre de pompage (50) et des seconds éléments de butée (2,60;2,160;

;2,260) limitant le mouvement d'expulsion du fluide de la chambre de pompage (50).

2. Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi mobile (56) comprend une partie centrale rigide (58) entourée d'une bordure élastique d'épaisseur plus faible (61) venue d'une pièce avec la partie centrale rigide (58), cette dernière faisant saillie par rapport à la face de la paroi mobile (56) qui est opposée à la chambre de pompage (50) et destinée à entrer en contact avec la plaquette (2,8) qui est disposée en regard d'elle pour constituer lesdits premiers éléments de butée limitant le mouvement d'aspiration de fluide de la paroi mobile (56).

3. Micropompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur de ladite partie centrale rigide (58) varie entre 20 et 90% de la largeur de la paroi mobile (56), de préférence entre 50 et 80%.

4. Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face de la paroi mobile (56) qui est dirigée vers l'intérieur de la chambre de pompage (50) comporte une ou plusieurs élévations (60,160,260) constituant, avec la plaquette (2) située en regard, les seconds éléments de butée limitant le mouvement d'expulsion du fluide.

5. Micropompe selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens d'actionnement (70) comportent un organe moteur (72) monté de façon mobile sur l'une des plaquettes de base ou supérieure (2,8) et une pièce intermédiaire (84) disposée entre la paroi mobile (56) et l'organe moteur (72).

6. Micropompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'organe moteur (72) est monté de façon mobile sur la face extérieure de ladite plaquette supérieure (8), ladite pièce intermédiaire (84) traversant la plaquette supérieure (8) par une ouverture (89).

7. Micropompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'organe moteur est un élément piézoélectrique (72,80) qui est monté par l'intermédiaire d'un élément d'espacement (82) sur la face extérieure de la plaquette supérieure (8).

8. Micropompe selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la pièce intermédiaire (84) comprend une tête plate (86) solidaire de l'élément piézoélectrique (72,80) et une tige (88) traversant la plaquette supérieure (8) et agissant par son extrémité sur la paroi mobile (56).

9. Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des électrodes (62,64; 162,164; 262,264) disposés en regard l'un de l'autre sur la paroi mobile (56;156;256) et sur la plaquette supérieure (8), ces électrodes étant connectées à un circuit permettant de contrôler le fonctionnement de la paroi déformable (56;156;256).

10. Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi mobile (156) est constituée par une membrane présentant une pièce centrale (158) faisant saillie de façon à constituer avec la plaquette supérieure (8) lesdits premiers éléments de butée, cette pièce centrale étant entourée par un élément piézoélectrique (172) fixé à la membrane et présentant un alésage central (173) permettant le passage de la pièce centrale (158).

11. Micropompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers éléments de butée sont constitués par une vis réglable (90,265) traversant la plaquette supérieure (8) et dont une extrémité est disposée en regard de la paroi mobile (56,256).

12. Micropompe selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'un élément piézoélectrique (270) est intercalé entre ladite extrémité de la vis (265) et la paroi mobile (256) et rendue solidaire de cette dernière.

13. Micropompe selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que la ou les vis (90,265) sont constituées en un matériau susceptible de compenser les variations de forme de la paroi mobile (56,256) dues à des effets de température.

14. Micropompe selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend des secondes électrodes (44,46) disposées l'une en regard de l'autre, l'une (44) de ces secondes électrodes étant montée sur une paroi mobile disposée en aval de la chambre de pompage (50) de façon à contrôler l'expulsion du fluide de la micropompe.

15. Utilisation d'une micropompe selon l'une des revendications 1 à 14 pour l'administration de médicaments en tant que micropompe susceptible d'être implantée dans le corps d'un patient.