Domaine de l'invention
[0001] L'invention concerne les micro-pompes obtenues par micro-usinage et activables au
moyen d'un actuateur tel que élément piézo-électrique.
Etat de la technique
[0002] De tels dispositifs sont décrits notamment dans la demande de brevet internationale
WO 2006/056967.
[0003] De manière générale, ces dispositifs se présentent sous forme d'un empilement , soit
d'une plaque de support, d'une couche intermédiaire jouant le rôle de membrane flexible,
d'une chambre de pompage et d'une plaque de fermeture, la chambre de pompage communiquant
avec l'extérieur, p.ex. au travers de la plaque de support. Une partie de la membrane
est rendue solidaire d'un élément piézo-électrique disposé à l'extérieur du dispositif.
La liaison entre ces deux éléments est réalisée par l'intermédiaire d'au moins un
élément, p.ex. un bloc obtenu par micro-usinage dans la plaque support.
Exposé général de l'invention
[0004] Le problème que la présente invention se propose de résoudre réside dans la difficulté
d'assurer un lien performant entre une membrane et un actuateur qui se déforme lorsqu'il
est activé.
[0005] Dans l'invention, la solution du problème précité consiste en une micro-pompe se
présentant sous forme d'un empilement comprenant successivement une plaque de support,
une couche intermédiaire jouant le rôle de membrane flexible, une chambre de pompage
et une plaque de fermeture, ladite chambre de pompage communiquant avec l'extérieur
de la micro-pompe, p.ex. au travers de la plaque de support, ladite membrane étant
rendue solidaire d'un actuateur disposé à l'extérieur de la micro-pompe, la liaison
étant réalisée au travers d'un passage traversant la plaque support.
[0006] L'actuateur peut être choisi parmi les bi-morphes piézo-électriques, les multi-morphes
piézo-électriques, les bi-morphes thermiques ou des poutres en alliage à mémoire de
forme,
[0007] Malgré son faible encombrement, ce type d'actuateur peut exercer des forces importantes,
typiquement de l'ordre de 0.1 N à 100 N.
[0008] En outre, ce type d'actuateur peut exercer un mouvement de faible amplitude le long
d'une trajectoire non rectiligne, par exemple sur un arc de cercle. La longueur de
la trajectoire peut être inférieure à 1 mm.
[0009] L'invention se caractérise par le fait que la membrane est rendue solidaire de l'actuateur
par l'intermédiaire d'au moins un élément se présentant sous la forme d'une bande,
rigide selon son axe principal et flexible selon la direction perpendiculaire à son
axe principal. La rigidité permet de transmettre la force de l'actuateur dans un mouvement
linéaire de la membrane alors que la flexibilité assure la transmission latérale de
cette force.
[0010] De préférence, l'actuateur est une lame bi-morphe piézo-électrique.
[0011] Avantageusement, l'actuateur comporte une extrémité fixe et une extrémité libre,
cette dernière étant disposée en porte-à-faux à la sortie du passage. Une des extrémités
de la bande étant fixée à ladite extrémité libre.
[0012] De préférence, la bande est fixée par collage à l'élément piézo-électrique.
[0013] Selon une variante de l'invention, la bande est en contact direct avec la membrane.
Dans cette configuration, la bande est de préférence fixée par collage à la membrane.
[0014] Afin de renforcer le collage, l'extrémité de la bande qui est fixée à la membrane
comporte de préférence des trous ou un contour crénelé.
[0015] La bande peut être constituée en n'importe quel matériau permettant d'atteindre l'objectif
visé. Avantageusement elle est en acier inox.
[0016] Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément piézo-électrique comporte
des contacts électriques disposés à proximité de ladite extrémité fixe.
[0017] Une configuration particulièrement intéressante consiste à fixer la micro-pompe sur
une pièce rigide, pièce sur laquelle est également fixée ladite extrémité fixe de
l'élément piézo-électrique. Les éléments constitutifs de cet ensemble forment ainsi
une boucle fermée.
[0018] Lors de l'assemblage de ces éléments, des variations de géométrie ou des défauts
d'alignement peuvent toutefois se produire et s'additionner, entraînant de la sorte
des erreurs inacceptables ou des hyper-statismes lorsque la dernière fixation est
réalisée
[0019] De préférence, on réalise dès lors le collage entre la membrane de la micro-pompe
et l'élément flexible en dernier. De cette façon ces deux éléments sont fixés dans
leur position relative par les autres éléments et fixations de la boucle.
[0020] La dernière fixation (p.ex. collage) permet donc d' absorber les variations de géométrie
et éviter les hyper-statismes en figeant cette position relative.
Exposé détaillé de l'invention
[0021] L'invention est décrite plus en détail ci-après au moyen d'exemples illustrés par
les figures suivantes :
La figure 1 présente un type de micro-pompe pouvant être utilisée dans le cadre de
la présente invention.
La figure 2 représente une variante de réalisation selon l'invention.
La figure 3 représente une manière de fixer la bande à la membrane.
[0022] Les références numériques suivantes sont utilisées dans la présente demande:
- 1. Plaque de support
- 2. Membrane flexible
- 3. Plaque de fermeture
- 4. Chambre de pompage
- 5. Elément piézo-électrique
- 6. Bande
- 7. Passage
- 8. Extrémité fixe de l'élément piézo-électrique
- 9. Extrémité libre de l'élément piézo-électrique
- 10. Extrémité supérieure de la bande
- 11. Pièce rigide
- 12. Plaque de base
- 13. Bloc de transmission
- 14. Extrémité inférieure de la bande
- 15. Contact électrique
[0023] La micro-pompe illustrée sur la figure 1 est formée d'éléments préférentiellement
en silicium et en verre. Elle est réalisée au moyen de technologies de micro-usinage
connues en soi. Elle comprend notamment une plaque de base 12 en verre, une plaque
de support 1 en silicium, une membrane flexible 2 en silicium, une chambre de pompage
4 et une plaque de fermeture 3 en verre, la chambre de pompage 4 étant définie entre
la membrane 2 et la plaque de fermeture 3. Une description plus détaillée de la structure
et du fonctionnement d'une telle pompe est décrite dans le brevet
US 5,758,014.
[0024] Un élément piézo-électrique 5 (non-illustré sur la figure 1) est rendu solidaire
d'un bloc de transmission 13 usiné dans la plaque de support 3.
[0025] La figure 2 illustre schématiquement une vue en coupe d'une variante de l'invention.
[0026] La tension électrique appliqué a l'extrémité fixe 8 d'un élément piézo-électrique
5 induit sa contraction, contraction qui se traduit en un mouvement circulaire de
son extrémité libre 9. Le déplacement maximal de l'élément piézo-électrique 5 se situe
donc au niveau de son extrémité libre 9. Plusieurs contacts électriques 15 sont placés
de telle façon qu'en appliquant une tension sur chacun d'entre eux, le déplacement
se produit soit dans un sens, soit dans l'autre et/ou en augmentant le déplacement.
[0027] L'extrémité libre 9 de l'élément piézo-électrique est attachée à une l'extrémité
supérieure 10 d'une bande 6 disposée selon une direction verticale, à l'intérieur
d'un passage de forme cylindrique 7. La bande 6, constituée p.ex. d'acier inox, présente
donc une flexibilité horizontale(latérale). Elle peut donc se déplacer selon cette
direction lorsqu'une force horizontale agit sur elle, ce qui se produit dans le cas
présent avec l'élément piézo-électrique 5.
[0028] II convient de relever à ce stade que les systèmes de l'état de la technique consistent
à absorber la contrainte horizontale par des points pivot, par intégration de pièces
à mouvements rotatifs.
[0029] L'invention consiste principalement à utiliser comme élément de liaison 6 une bande,
facilement déformable horizontalement. Par ailleurs, la bande 6 est suffisamment rigide
et résistante le long de son axe principal de manière à transmettre le mouvement de
l'élément piézo-électrique à la membrane 2.
[0030] La variante illustrée sur la figure 2 présente les caractéristiques suivantes :
- a) Une micro-pompe est fixée a une pièce rigide 11.
- b) Un fluide est aspiré ou refoulé en fonction du déplacement de la bande 6.
- c) Des contacts électriques 15 sont disposés à proximité du point fixe 8 de l'élément
piézo-électrique 5.
- d) La bande flexible 6 est fixée à l'extrémité 9 de l'élément piézo-électrique 5 et
à la membrane 2.
Lorsqu'une tension électrique est appliquée sur un des contacts de l'élément piézo-électrique
5, cette tension provoque une contraction qui se traduit par un mouvement angulaire,
le plus grand déplacement se situe à l'extrémité libre 9 de l'élément piézo-électrique
5.
- e) Le mouvement induit par l'élément piézo-électrique 5 tire ou pousse la bande 6
selon un axe vertical, les déplacements non verticaux sont absorbés par une déformation
de la bande 6.
- f) Une extrémité 14 de la bande 6 est fixée par collage à la membrane 2 (voir figure
3), l'autre extrémité 10 étant fixée par collage sur l'élément piézo-électrique 5.
- g) La matière de la bande 6 est de préférence en acier inox, d'épaisseur 0,05mm. Elle
est découpée et pliée .
- h) Afin d'obtenir un bon collage entre la bande 6 et la membrane 2, des cavités sont
découpées (formation de créneaux) sur l'extrémité concernée de la bande (voir figure
4 qui représente l'extrémité inférieure de la bande 6 selon un plan perpendiculaire
aux plans des autres figures).
- i) L'élément piézo-électrique 5 est de préférence une lame bi-morphe comportant 3
contacts électriques.
- j) La pièce rigide 11 est soumisse aux efforts transmis par la déformation de l'élément
piézo-électrique 5. Afin d'assurer une rigidité suffisante au bon fonctionnement de
la pompe , la pièce rigide 11 est réalisée de préférence en céramique.
- k) La membrane 2 est délicate, la liaison avec la bande 6 est réalisée de préférence
par une goute de colle, une distance de sécurité entre les pièces empêche d'endommager
la membrane 2. Des variations d'épaisseur de la pièce rigide ou de la longueur de
la bande sont compensées par une pénétration plus ou moins profonde dans la goutte
de colle.
- l) La bande 6 est dimensionnée suffisamment rigide pour pousser et tirer la membrane
2, mais aussi suffisamment déformable par flambage dans la limite d'élasticité si
une surpression due à une occlusion génère une force supérieure, de cette façon on
empêche de causer des dommages sur la pompe.
[0031] Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples précités.
1. Micro-pompe se présentant sous forme d'un empilement comprenant successivement, une
membrane flexible (2), une chambre de pompage (4) et une plaque de fermeture (3),
ladite chambre de pompage (4) communiquant avec l'extérieur, p.ex. au travers de la
membrane flexible (2) ; ladite membrane (2) étant par ailleurs rendue solidaire d'un
actuateur (5) disposé à l'extérieur de la micro-pompe caractérisé par le fait que ladite membrane (2) est rendue solidaire de l'actuateur (5) par l'intermédiaire d'au
moins un élément se présentant sous la forme d'une bande (6), rigide selon son axe
principal et flexible selon la direction perpendiculaire à son axe principal.
2. Micro pompe selon la revendication 1 dans laquelle l'actuateur (5) est un bi-morphe
ou multi-morphe piézo-électrique.
3. Micro-pompe selon la revendication 1 dans laquelle l'actuateur (5) est un bi-morphe
thermique.
4. Micro-pompe selon la revendication 1 dans laquelle l'actuateur (5) est un alliage
à mémoire de forme.
5. Micro-pompe selon l'une des revendications précédentes, fixée sur une plaque de support
rigide (11).
6. Micro-pompe selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'actuateur (5)
comporte une extrémité fixe (8) et une extrémité libre (9), cette dernière étant disposée
à une certaine distance de ladite membrane (2), une des extrémités (10) de la bande
(6) étant fixée à ladite extrémité libre (9).
7. Micro-pompe selon la revendication précédente dans laquelle la bande (6) est fixée
par collage à l'actuateur (5).
8. Micro-pompe selon la revendication 6 ou 7 dans laquelle la bande (6) est en contact
direct avec la membrane (2).
9. Micro-pompe selon la revendication 8 dans laquelle la bande (6) est fixée par collage
à la membrane (2).
10. Micro-pompe selon la revendication 9 dans laquelle l'extrémité (14) de la bande (6)
fixée à la membrane (2) comporte un contour crénelé de manière à renforcer le collage.
11. Micro-pompe selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la bande (6)
est en acier inox.
12. Micro-pompe selon l'une des revendications 2 à 11 dans laquelle l'actuateur (5) comporte
des contacts électriques (15) disposés à proximité de ladite extrémité fixe (8).
13. Micro-pompe selon la revendication précédente dans laquelle l'actuateur (5) est une
lame multi-morphe.
14. Micro-pompe selon l'une des revendications 5 à 13 dans laquelle l'actuateur (5) comporte
une extrémité fixe (8) fixée sur ladite plaque de support rigide (11).
15. Micro pompe selon les revendications 9 et 14 dans laquelle la bande (6) ne vient pas
en contacte directe avec la membrane (2) malgré les variations de dimensions des pièces
dues à leur fabrication et malgré les variations de leur position relative pendant
l'assemblage.
16. Micro pompe selon la revendication 15 dans laquelle l'espacement entre la bande (6)
et la membrane (2) est rempli par la colle.