L'invention concerne une micropompe et son procédé de fabrication, cette 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 usinable de manière à définir une chambre de pompage, au moins un organe de contrôle d'entrée d'un fluide pour relier la chambre de pompage avec au moins une entrée de la micropompe, et au moins un organe de contrôle de sortie dudit fluide pour relier la chambre de pompage avec au moins une sortie de la micropompe, la chambre de pompage comprenant une paroi mobile usinée dans la plaquette intermédiaire, ladite paroi mobile étant apte à se déplacer suivant deux sens opposés lors de l'aspiration ou de l'expulsion dudit fluide dans la chambre de pompage, la plaquette supérieure étant munie d'au moins un orifice reliant une cavité avec au moins une partie de la paroi mobile, des moyens d'actionnement fixés sur la face libre de la plaquette supérieure étant prévus pour déplacer ladite paroi mobile afin de provoquer une variation périodique du volume de la chambre de pompage, lesdits moyens d'actionnement comprenant une plaquette d'actionnement constituée d'un matériau usinable de manière à définir une zone mobile.
Dans certaines micropompes de l'art antérieur que l'on nomme "PIN-TYPE", un des éléments des moyens d'actionnement est constitué par une pièce intermédiaire qui est destinée à mettre en contact le dispositif piézoélectrique avec la paroi mobile de la chambre de pompage. La fabrication par micro-usinage de cette pièce intermédiaire et son montage dans le dispositif de micropompe requièrent une grande précision afin d'obtenir une micropompe fonctionnant de façon sûre et régulière.
Une telle micropompe est décrite, par exemple, dans la demande internationale WO 9518307 de la Société WESTONBRIDGE. La figure 1 représente un des modes de réalisation de la micropompe décrite dans le document précité. Cette micropompe comprend une plaquette de base 82, une plaquette intermédiaire 86, une plaquette supérieure 88, des éléments d'actionnement 87 destinés à coopérer avec le dispositif piézoélectrique 80 et une pièce intermédiaire 84 en forme de punaise reliée par sa tête plate aux éléments d'actionnement 87.
On comprend que l'utilisation d'une telle pièce intermédiaire 84, nécessaire au bon fonctionnement de la micropompe, entraîne des complications importantes lors de la fabrication de cette micropompe.
L'objectif de la présenté invention est de fournir une micropompe présentant une pièce intermédiaire dont la fabrication soit simplifiée tout en permettant d'obtenir une micropompe fonctionnant de façon fiable et constante.
Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce au fait que ladite plaquette d'actionnement est constituée d'un matériau usinable de manière à définir ladite cavité, une pièce intermédiaire usinée dans la plaquette supérieure étant fixée sur la plaquette d'actionnement de façon à établir un contact avec la paroi mobile.
On comprend que la fabrication de la pièce intermédiaire à partir de la plaquette supérieure évite de fabriquer la pièce intermédiaire indépendamment de tous les autres éléments de la micropompe de sorte que cette pièce intermédiaire s'intègre parfaitement dans la micropompe comme il sera expliqué par la suite.
L'invention sera mieux comprise et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description de deux modes de réalisation donnés ci-dessous à titre d'exemple.
Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels :
Les coupes partielles et schématiques des deux modes préférentiels de réalisation d'une micropompe illustrées sur les figures 1 et 2 représentent uniquement la partie centrale d'une micropompe telle qu'elle est délimitée par la zone A de la figure 1.
Si l'on se reporte à la figure 2, la partie centrale de cette micropompe comprend une plaquette de base 1 et une plaquette supérieure 2 qui sont, de préférence, en verre tel que du Pyrex. Entre ces deux plaquettes 1 et 2 est intercalée la plaquette intermédiaire 3 qui délimite, avec la plaquette de base 1, la chambre de pompage 4. La partie centrale de la plaquette intermédiaire 3 constitue une paroi mobile 5 destinée à permettre la variation du volume de la chambre de pompage 4 sous l'action d'un dispositif piézoélectrique 6 surmontant la micropompe.
Une plaquette d'actionnement 7 est intercalée et fixée entre le dispositif piézoélectrique 6 et la plaquette supérieure 2 en créant une cavité 8 entre la plaquette d'actionnement 7 et la plaquette supérieure 2.
Une face libre 9 de la plaquette supérieure 2 est fixée, de préférence, par soudage anodique à une portion de la plaquette d'actionnement 7, de part et d'autre de la cavité 8. Du côté opposé à la cavité 8, la face libre 10 de la plaquette d'actionnement 7 est reliée au dispositif piézoélectrique, dans le prolongement de la partie centrale de la cavité 8. Entre le dispositif piézoélectrique 6 et la partie centrale de la cavité 8, la partie centrale de la plaquette d'actionnement 7 constitue une zone mobile 11.
La cavité 8 se prolonge au niveau de la plaquette supérieure 2 par un orifice de liaison 12 de forme annulaire entourant une pièce intermédiaire 13 réalisée à partir de la même pièce d'origine que la plaquette supérieure 2.
La cavité 8 possède également une forme annulaire et entoure une portion de la zone mobile 11 fixée à la pièce intermédiaire 13. A la périphérie de l'orifice de liaison 12, la plaquette supérieure 2 est en contact simple, sans fixation, avec la paroi mobile 5 (zone 16 formant butoir) de façon à bloquer tout mouvement de la paroi mobile 5 au-delà de cette zone de contact. Cette fixation est de préférence évitée grâce à une couche isolante recouvrant la zone 16 formant butoir de la plaquette supérieure 2, cette couche étant par exemple en oxyde de silicium.
On distingue également une cavité intermédiaire 14 annulaire entre la plaquette supérieure 2 et la plaquette intermédiaire 3, cette cavité intermédiaire étant issue du retrait de matière de la plaquette intermédiaire 3, se trouvant dans le prolongement d'une portion de la cavité 8, de l'autre côté de la plaquette supérieure 2, et placée à l'extérieur par rapport à l'orifice de liaison 12.
De la même façon que la zone 16 formant butoir limite le mouvement ascensionnel de la paroi mobile 5, des butées 17, fixées sur la face de la paroi mobile 5 située en regard de la chambre de pompage 4, limitent le mouvement de descente de la paroi mobile 5.
Il est à noter que la plaquette supérieure 2 et la plaquette intermédiaire 3 sont fixées, de préférence par soudage anodique, l'une à l'autre dans les zones de contact situées à l'extérieur par rapport à la cavité intermédiaire 14. Les plaquettes intermédiaires 3 et d'actionnement 7 sont, de préférence, constituées en un semi-conducteur tel que le silicium.
De préférence, les moyens d'actionnement, se composant notamment du dispositif piézoélectrique 6, la pièce intermédiaire 13 et la paroi mobile 5 sont centrées autour d'un même axe.
Du fait que la pièce intermédiaire 13 et la plaquette supérieure 2 proviennent de la même plaquette initiale, on comprend que la fabrication du dispositif de micropompe est considérablement simplifiée, que les problèmes de tolérance et de compatibilité entre les différents éléments constitutifs de cette micropompe sont fortement minimisés, voire éliminés. En effet, l'épaisseur de la pièce intermédiaire 13 étant forcément identique à l'épaisseur de la plaquette supérieure 2, lors de l'assemblage, l'ajustage entre les pièces du dispositif de micropompe est alors possible avec un haut degré de précision.
Le premier mode de réalisation préférentiel illustré à la figure 2 prévoit que la plaquette intermédiaire 3 et la plaquette d'actionnement 7 délimitent un espace étanche, composé de la cavité 8, de l'orifice de liaison 12 et de la cavité intermédiaire 14, un vide partiel pouvant être instauré au sein de cet espace étanche.
L'étanchéité de l'espace précité est rendue possible par l'ajustage de très grande précision entre les pièces composant la micropompe (zone mobile 11 de la plaquette d'actionnement 7, plaquette supérieure 2, pièce intermédiaire 13, et paroi mobile 5). L'identité stricte entre l'épaisseur de la pièce intermédiaire 13 et la plaquette supérieure 2 est une caractéristique très importante pour obtenir un bon ajustement entre les pièces, ce qui permet l'étanchéité de l'espace précité.
Selon une caractéristique avantageuse, la présence d'un vide partiel dans l'espace étanche 8, 12, 14 permet de tirer la paroi mobile 5 de la chambre de pompage 4 en direction de la plaquette supérieure 2.
Si un vide partiel est instauré dans l'espace étanche 8, 12, 14, il est préférable de ne pas fixer la pièce intermédiaire 13 à la paroi mobile 5 afin de ne pas créer de contraintes résiduelles au niveau de cette fixation.
Selon un deuxième mode de réalisation préférentiel représenté à la figure 3, l'espace étanche 8, 12, 14 ne peut pas être mis sous vide partiel mais un conduit 15 relie cette espace étanche à l'extérieur de la micropompe. De façon préférentielle, ce conduit 15 est réalisé dans la partie supérieure de la plaquette d'actionnement 7 et communique avec la cavité 8 en reliant celle-ci avec l'extérieur de la partie de la micropompe représentée sur la figure 3 de sorte que l'espace défini précédemment présente une pression égale à celle de l'espace extérieur dans lequel le conduit 15 débouche, cette pression pouvant être la pression atmosphérique.
Dans le cas où l'on prévoit un conduit 15 reliant l'espace étanche 8, 12, 14 avec l'extérieur de la pompe, si l'on souhaite tirer la paroi mobile 5 en direction de dispositif piézoélectrique 6, il est nécessaire de fixer la pièce intermédiaire 13 à la paroi mobile 5, cette fixation pouvant être réalisée par soudage anodique.
Trois procédés de fabrication préférentiels d'une micropompe selon l'invention telle qu'elle a été décrite précédemment vont maintenant être présentés.
Quel que soit le procédé de fabrication parmi les trois procédés qui vont être présentés, on doit tout d'abord fournir une plaquette d'actionnement 7, une plaquette supérieure 2, un dispositif d'actionnement et un ensemble plaquette intermédiaire 3 - plaquette de base 1 dans lequel la plaquette intermédiaire 3 est fixée à la plaquette de base 1, une chambre de pompage 4 étant formée entre ces deux plaquettes, par exemple par usinage préalable de la plaquette intermédiaire 3.
Selon un premier procédé de fabrication d'une micropompe selon l'invention, on effectue les étapes suivantes :
Une solution favorable tant qu'à la technique de fabrication prévoit, dans le cas du premier procédé de fabrication, que l'usinage de l'orifice de liaison 12 est obtenu par procédé d'usinage électro-érosif ou EDM (Etectro Discharge Machining), par procédé d'usinage aux ultrasons ou UD (Ultrasonic Drilling) ou par attaque chimique du verre.
Selon un deuxième procédé de fabrication d'une micropompe, il est possible, par un usinage de l'orifice de liaison 12 et de la pièce intermédiaire 13 en deux étapes, d'obtenir une meilleure précision sur les côtes des différents éléments de la micropompe afin que celle-ci présente un fonctionnement plus fiable.
Selon ce deuxième procédé de fabrication, on effectue les étapes suivantes :
Il est ici avantageusement possible que l'usinage partiel de la plaquette supérieure 2 soit pratiqué par procédé d'usinage électro-érosif (EDM) ou par procédé d'usinage aux ultrasons (UD).
Il est par ailleurs possible que l'achèvement de la création de l'orifice de liaison 12 et de la pièce intermédiaire 13 soit pratiqué par attaque chimique de la plaquette supérieure 2.
D'autre part, comme il est illustré sur les figures 4A à 4D, dans le cadre du deuxième procédé de fabrication de la micropompe, il est possible de déposer une ou plusieurs couches métalliques sur une face de la plaquette supérieure 2 avant d'entamer la création de l'orifice de liaison 12 et de la pièce intermédiaire 13 (étape b) par usinage de cette face. En fait, la ou les couches métalliques peuvent se situer sur l'une ou l'autre des deux faces de la plaquette supérieure 2 : sur la face subissant la création partielle de l'orifice 12 et de la pièce 13 ou sur la face usinée lors de l'achèvement de la création de cet orifice mais dans tous les cas cette ou ces couches métalliques sont du côté opposé à la plaquette d'actionnement 7.
Comme illustré sur la figure 4A, on dépose une couche de chrome 2a, suivie d'une couche de cuivre 2b, sur la plaquette supérieure 2. Ensuite, (figure 4B), on usine la plaquette supérieure 2 de façon à créer partiellement l'orifice de liaison 12 de la pièce intermédiaire 13, cet usinage partiel ne portant pas sur toute l'épaisseur de la plaquette supérieure 2. Comme on le voit sur la figure 4C qui correspond à l'étape c) du deuxième procédé de fabrication, la plaquette d'actionnement 7, déjà usinée et présentant la cavité 8, est fixée à la plaquette supérieure 2, par exemple par soudage anodique du côté opposé à celui portant les couches métalliques. La figure 4D illustre l'étape d) du deuxième procédé de fabrication et montre qu'un usinage supplémentaire de la plaquette supérieure 2 permet d'achever la création de l'orifice de liaison 12 annulaire entourant la pièce intermédiaire 13 de sorte que l'orifice de liaison 12 communique avec la cavité 8 et que la pièce intermédiaire 13 soit solidaire de la plaquette d'actionnement 7 au niveau de la zone centrale de la zone mobile 11.
Un troisième procédé de fabrication d'une micropompe permettant de minimiser les tolérances d'épaisseur, notamment au niveau de la plaquette supérieure 2 et de la pièce intermédiaire 13, va maintenant être présenté en relation avec les figures 5A à 5F.
Selon ce troisième procédé de fabrication, on effectue les étapes suivantes :
Dans ce troisième procédé de fabrication, la couche de maintien 18 permet la réalisation par usinage en une seule étape de l'orifice de liaison 12 et de la pièce intermédiaire 3 tout en permettant que la plaquette supérieure 2 et la pièce intermédiaire 13 restent tout à fait alignées au cours du processus de fabrication.
De façon préférentielle, la couche de maintien est un polymère ou un métal et les plaquettes constituant le dispositif de micropompe sont fixées entre elles, le cas échéant, par soudage anodique.
Les trois procédés de fabrication qui viennent d'être décrits conviennent à la réalisation du premier ou du deuxième mode de réalisation de la micropompe telles qu'elles sont représentées sur les figures 2 et 3.
Dans le cas du premier mode de réalisation de micropompe représenté à la figure 2, en plus des étapes de procédé mentionnées précédemment, de façon préférentielle mais non obligatoire, on instaure un vide partiel au sein de l'espace étanche constitué de la cavité 8, de l'orifice de liaison 12 et de la cavité intermédiaire 14.
Dans le cas du deuxième mode de réalisation représenté à la figure 3, en plus des étapes de procédé mentionnées précédemment, on usine un conduit 15 reliant l'espace étanche formé par la cavité 8, l'orifice de liaison 12 et la cavité intermédiaire 14, cet espace étant délimité par la plaquette intermédiaire 3 et la plaquette d'actionnement 7, à l'extérieur de la micropompe. De façon préférentielle, lors de la fixation de l'ensemble plaquette supérieure 2 - plaquette d'actionnement 7 à l'ensemble plaquette intermédiaire 3 - plaquette de base 1, on fixe la pièce intermédiaire 13 sur la paroi mobile 5, par exemple par soudage anodique.