EP0951617A1 - Micropompe avec piece intermediaire integree - Google Patents

Micropompe avec piece intermediaire integree

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EP0951617A1
EP0951617A1 EP97954671A EP97954671A EP0951617A1 EP 0951617 A1 EP0951617 A1 EP 0951617A1 EP 97954671 A EP97954671 A EP 97954671A EP 97954671 A EP97954671 A EP 97954671A EP 0951617 A1 EP0951617 A1 EP 0951617A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
upper plate
micropump
actuation
machining
Prior art date
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Granted
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EP97954671A
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German (de)
English (en)
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EP0951617B1 (fr
Inventor
Gilles Rey-Mermet
Harald Van Lintel
Didier Maillefer
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Debiotech SA
Original Assignee
Westonbridge International Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0951617A1 publication Critical patent/EP0951617A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0951617B1 publication Critical patent/EP0951617B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • F04B43/046—Micropumps with piezoelectric drive

Definitions

  • the invention relates to a micropump and its manufacturing method, this micropump comprising at least one base plate, at least one upper plate and an intermediate plate interposed between the two other plates and made of a material capable of be machined so as to define a pumping chamber, at least one fluid inlet control member for connecting the pumping chamber with at least one inlet of the micropump, and at least one outlet control member for said fluid to connect the pumping chamber with at least one outlet of the micropump, the pumping chamber comprising a movable wall machined in the intermediate plate, said movable wall being capable of moving in two opposite directions during aspiration or expulsion of said fluid in the pumping chamber, the upper plate being provided with at least one orifice connecting a cavity with at at least part of the movable wall, actuation means fixed on the free face of the upper plate being provided for moving said movable wall in order to cause a periodic variation in the volume of the pumping chamber.
  • one of the elements of the actuation means is constituted by an intermediate part which is intended to bring the piezoelectric device into contact with the movable wall of the chamber pumping.
  • the fabrication by micro-machining of this intermediate part and its mounting in the micropump device require great precision in order to obtain a micropump operating in a safe and regular manner.
  • FIG. 1 represents one of the embodiments of the micropump described in the aforementioned document.
  • This micropump comprises a base plate 82, an intermediate plate 86, an upper plate 88, actuating elements 87 intended to cooperate with the piezoelectric device 80 and an intermediate piece 84 in the form of a push pin connected by its flat head to the elements d actuation 87.
  • the objective of the present invention is to provide a micropump having an intermediate part whose manufacture is simplified while making it possible to obtain a micropump operating in a reliable and constant manner.
  • the actuation means are formed by an actuation plate made of a material capable of being machined so as to define a mobile zone and said cavity, a part. intermediate obtained from the upper plate being fixed on the actuating plate so as to establish contact with the movable wall.
  • the manufacture of the intermediate piece from the upper plate avoids manufacturing the intermediate piece independently of all the other elements of the micropump so that this intermediate piece integrates perfectly into the micropump as will be explained later .
  • FIG. 2 shows schematically and partially, in section, a first embodiment of the micropump according to the invention
  • FIG. 3 is a figure similar to Figure 2 showing a second embodiment of the micropump according to the invention
  • FIG. 4A to 4D show certain stages of manufacturing a micropump according to a preferred manufacturing process
  • FIG. 5A to 5F show the different stages of the manufacturing process of a micropump according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 represent only the central part of a micropump as it is delimited by zone A of FIG. 1.
  • the central part of this micropump comprises a base plate 1 and an upper plate 2 which are preferably made of glass such as Pyrex. Between these two plates 1 and 2 is interposed the intermediate plate 3 which defines, with the base plate 1, the pumping chamber 4.
  • the central part of the intermediate plate 3 constitutes a movable wall 5 intended to allow the variation of the volume of the pumping chamber 4 under the action of a piezoelectric device 6 surmounting the micropump.
  • An actuating plate 7 is interposed and fixed between the piezoelectric device 6 and the upper plate 2 by creating a cavity 8 between the actuating plate 7 and the upper plate 2.
  • a free face 9 of the upper plate 2 is fixed, preferably, by anodic welding to a portion of the actuating plate 7, on either side of the cavity 8.
  • the free face 10 of the actuating plate 7 is connected to the piezoelectric device, in the extension of the central part of the cavity 8.
  • the central part of the actuating plate 7 constitutes a mobile zone 11.
  • the cavity 8 is extended at the level of the upper plate 2 by a connecting orifice 12 of annular shape surrounding an intermediate part 13 produced from the same original part as the upper plate 2.
  • the cavity 8 also has an annular shape and surrounds a portion of the movable zone 11 fixed to the intermediate piece 13.
  • the upper plate 2 is in simple contact, without fixing, with the wall mobile 5 (zone 16 forming a stopper) so as to block any movement of the mobile wall 5 beyond this contact zone.
  • This fixing is preferably avoided by virtue of an insulating layer covering the zone 16 forming a stopper of the upper plate 2, this layer being for example made of silicon oxide.
  • the zone 16 forming a stopper limits the upward movement of the movable wall 5, stops 17, fixed on the face of the movable wall 5 located opposite the pumping chamber 4, limit the downward movement of the movable wall 5.
  • the upper plate 2 and the intermediate plate 3 are fixed, preferably by anodic welding, to one another in the contact zones located outside with respect to the intermediate cavity 14.
  • the intermediate 3 and actuating wafers 7 are preferably made of a semiconductor such as silicon.
  • the actuation means, consisting in particular of the piezoelectric device 6, the intermediate piece 13 and the movable wall 5 are centered around the same axis.
  • the intermediate part 13 and the upper plate 2 come from the same initial plate, it is understood that the manufacture of the micropump device is considerably simplified, that the problems of tolerance and compatibility between the various constituent elements of this micropump are strongly minimized or even eliminated. Indeed, the thickness of the intermediate part 13 being necessarily identical to the thickness of the upper plate 2, during assembly, the adjustment between the parts of the micropump device is then possible with a high degree of precision.
  • the first preferred embodiment illustrated in FIG. 2 provides that the intermediate plate 3 and the actuation plate 7 delimit a sealed space, composed of the cavity 8, the connection orifice 12 and the intermediate cavity 14, a partial vacuum that can be set up within this sealed space.
  • the sealing of the aforementioned space is made possible by the very high precision adjustment between the parts making up the micropump (mobile zone 11 of the actuating plate 7, upper plate 2, intermediate part 13, and mobile wall 5) .
  • the strict identity between the thickness of the intermediate piece 13 and the upper plate 2 is a very important characteristic for obtaining a good fit between the pieces, which allows the aforementioned space to be sealed.
  • the presence of a partial vacuum in the sealed space 8, 12, 14 makes it possible to pull the movable wall 5 of the pumping chamber 4 in the direction of the upper plate 2. If a partial vacuum is established in the sealed space 8, 12, 14, it is preferable not to fix the intermediate piece 13 to the movable wall 5 so as not to create residual stresses at this fixing.
  • the sealed space 8, 12, 14 cannot be placed under partial vacuum but a conduit 15 connects this sealed space outside the micropump.
  • this duct 15 is produced in the upper part of the actuating plate 7 and communicates with the cavity 8 by connecting the latter with the outside of the part of the micropump shown in FIG. 3 so that the 'space defined above has a pressure equal to that of the outer space into which the conduit 15 opens, this pressure may be atmospheric pressure.
  • EDM Electro Discharge Machining
  • UD Ultrasonic Drilling
  • a second method of manufacturing a micropump it is possible, by machining the connecting orifice 12 and the intermediate piece 13 in two stages, to obtain better precision on the ribs of the various elements of the micropump. so that it presents a more reliable operation.
  • the following steps are carried out: a) machining of the actuating plate 7 so as to create the cavity 8, b) machining of the upper plate 2 so as to partially create the connection orifice 12 and the intermediate piece 13, c) fixing of the actuation plate 7 to the upper plate 2, d) machining of the upper plate 2 so as to complete the creation of the connection orifice 12 and the intermediate part 13, e ) fixing of the upper plate assembly 2 - actuation plate 7 to the intermediate plate assembly 3 - base plate 1, and f) fixing of an actuation device, such as piezoelectric 6, to the plate of actuation 7.
  • an actuation device such as piezoelectric 6
  • the partial machining of the upper plate 2 is carried out by an electro-erosive machining process (EDM) or by an ultrasonic machining process (UD).
  • EDM electro-erosive machining process
  • UD ultrasonic machining process
  • connection orifice 12 and of the intermediate part 13 are practiced by chemical attack on the upper plate 2.
  • step b in the context of the second method of manufacturing the micropump, it is possible to deposit one or more metal layers on one face of the upper plate 2 before starting the creation of the connecting orifice 12 and the intermediate part 13 (step b) by machining this face.
  • the metal layer or layers can be located on one or the other of the two faces of the upper plate 2: on the face undergoing the partial creation of the orifice 12 and of the part 13 or on the machined face upon completion of the creation of this orifice but in all cases this or these metallic layers are on the side opposite to the actuation plate 7.
  • FIG. 4A a layer of chromium 2a, followed by a layer of copper 2b, is deposited on the upper plate 2.
  • FIG. 4B the upper plate 2 is machined so as to partially create the connection orifice 12 of the intermediate part 13, this partial machining not relating to the entire thickness of the upper plate 2.
  • FIG. 4C which corresponds to step c) of the second manufacturing process, the actuating plate 7, already machined and having the cavity 8, is fixed to the upper plate 2, for example by anodic welding on the side opposite to that carrying the metal layers.
  • FIG. 4C which corresponds to step c) of the second manufacturing process
  • 4D illustrates step d) of the second manufacturing process and shows that additional machining of the upper plate 2 makes it possible to complete the creation of the annular connection orifice 12 surrounding the intermediate piece 13 so that the connection orifice 12 communicates with the cavity 8 and that the intermediate piece 13 is integral with the actuating plate 7 at the level of the central zone of the mobile zone 11.
  • a third method of manufacturing a micropump making it possible to minimize the thickness tolerances, in particular at the level of the upper plate 2 and of the intermediate piece 13, will now be presented in relation to FIGS. 5A to 5F.
  • the following steps are carried out: a) deposition of a retaining layer 18 on one face of the upper plate 2 (FIG. 5B), b) machining of the upper plate 2 on the face opposite to the face in contact with the retaining layer 18 so as to create the connection orifice 12 and the intermediate piece 13, the retaining layer 18 which can also be machined (FIG. 5C), but only partially, c) fixing of the actuating plate 7 on the face of the upper plate 2 which is opposite to the face in contact with the retaining layer 18 ( FIG.
  • the retaining layer is a polymer or a metal and the plates constituting the micropump device are fixed to each other, if necessary, by anodic welding.
  • the three manufacturing methods which have just been described are suitable for producing the first or the second embodiment of the micropump as shown in FIGS. 2 and 3.
  • a partial vacuum is established within the sealed space formed by the cavity 8, of the connection orifice 12 and of the intermediate cavity 14.
  • a pipe 15 is connected connecting the sealed space formed by the cavity 8, the connection orifice 12 and the intermediate cavity 14 , this space being delimited by the intermediate plate 3 and the actuation plate 7, outside the micropump.
  • the intermediate part 13 is fixed to the movable wall 5, for example by welding anodic.

Abstract

La micropompe comporte au moins une plaquette de base (1), au moins une plaquette supérieure (2) et une plaquette intermédiaire (3) intercalée entre les deux autres plaquettes (1, 2) et définissant une chambre de pompage (4) reliée avec au moins une entrée de la micropompe et au moins une sortie de la micropompe, la chambre de pompage comprenant une paroi mobile (5) usinée dans la plaquette intermédiaire (3), la plaquette supérieure étant munie d'au moins un orifice (12) reliant une cavité (8) avec au moins une partie de la paroi mobile (5), des moyens d'actionnement (6, 7, 13) fixés sur la face libre (9) de la plaquette supérieure (2) étant prévus pour déplacer ladite paroi mobile (5) afin de provoquer une variation périodique du volume de la chambre de pompage (4). Selon l'invention, les moyens d'actionnement (6, 7, 13) sont formés par une plaquette d'actionnement (7) constituée d'un matériau susceptible d'être usiné de manière à définir une zone mobile (11) et ladite cavité (8); une pièce intermédiaire (13), obtenue à partir de la plaquette supérieure (2), étant fixée sur la plaquette d'actionnement (7) de façon à établir un contact avec la paroi mobile (5).

Description

MICROPOMPE AVEC PIECE INTERMEDIAIRE INTEGREE 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 susceptible d'être usiné 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 susceptible de 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.
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 présente 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 les moyens d'actionnement sont formés par une plaquette d'actionnement constituée d'un matériau susceptible d'être usiné de manière à définir une zone mobile et ladite cavité, une pièce intermédiaire obtenue à partir de 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 : - la figure 1 , précédemment décrite, représente la coupe d'une micropompe de l'art antérieur ;
- la figure 2 représente schématiquement et partiellement, en coupe, un premier mode de réalisation de la micropompe selon l'invention ;
- la figure 3 est une figure analogue à la figure 2 représentant un deuxième mode de réalisation de la micropompe selon l'invention ;
- les figures 4A à 4D représentent certaines étapes de fabrication d'une micropompe selon un procédé de fabrication préférentiel ; et
- les figures 5A à 5F représentent les différentes étapes du procédé de fabrication d'une micropompe selon l'invention.
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. II 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 : a) usinage de la plaquette d'actionnement 7 de façon à créer la cavité 8, b) fixation de la plaquette d'actionnement 7 à la plaquette supérieure 2, c) usinage de la plaquette supérieure 2 de façon à créer l'orifice de liaison 12 et la pièce intermédiaire 13, d) fixation de l'ensemble plaquette supérieure 2 - plaquette d'actionnement 7 à l'ensemble plaquette intermédiaire 3 - plaquette de base 1 , et e) fixation d'un dispositif d'actionnement, tel que piézoélectrique 6, à la plaquette d'actionnement 7.
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 (Electro 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 : a) usinage de la plaquette d'actionnement 7 de façon à créer la cavité 8, b) usinage de la plaquette supérieure 2 de façon à créer partiellement l'orifice de liaison 12 et la pièce intermédiaire 13, c) fixation de la plaquette d'actionnement 7 à la plaquette supérieure 2, d) usinage de la plaquette supérieure 2 de façon à achever la création de l'orifice de liaison 12 et la pièce intermédiaire 13, e) fixation de l'ensemble plaquette supérieure 2 - plaquette d'actionnement 7 à l'ensemble plaquette intermédiaire 3 - plaquette de base 1 , et f) fixation d'un dispositif d'actionnement, tel que piézoélectrique 6, à la plaquette d'actionnement 7.
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 : a) dépôt d'une couche de maintien 18 sur une face de la plaquette supérieure 2 (figure 5B), b) usinage de la plaquette supérieure 2 sur la face opposée à la face en contact avec la couche de maintien 18 de façon à créer l'orifice de liaison 12 et la pièce intermédiaire 13, la couche de maintien 18 pouvant être également usinée (figure 5C), mais que partiellement, c) fixation de la plaquette d'actionnement 7 sur la face de la plaquette supérieure 2 qui est opposée à la face en contact avec la couche de maintien 18 (figure 5D), d) retrait de la couche de maintien 18 (figure 5E), e) fixation de l'ensemble plaquette supérieure 2 - plaquette d'actionnement 7 à l'ensemble plaquette intermédiaire 3 - plaquette de base 1 (figure 5F), et f) fixation d'un dispositif d'actionnement, tel que piézoélectrique
6, à la plaquette d'actionnement 7.
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.

Claims

REVENDICATIONS
1. Micropompe comportant au moins une plaquette de base (1), au moins une plaquette supérieure (2) et une plaquette intermédiaire (3) intercalée entre les deux autres plaquettes (1 ,2) et constituée en un matériau susceptible d'être usiné de manière à définir une chambre de pompage (4), au moins un organe de contrôle d'entrée d'un fluide pour relier la chambre de pompage (4) avec au moins une entrée de la micropompe, et au moins un organe de contrôle de sortie du dit fluide pour relier la chambre de pompage (4) avec au moins une sortie de la micropompe, la chambre de pompage comprenant une paroi mobile (5) usinée dans la plaquette intermédiaire (3), la dite paroi mobile (5) étant susceptible de se déplacer suivant 2 sens opposés lors de l'aspiration ou de l'expulsion du dit fluide dans la chambre de pompagne (4), la plaquette supérieure étant munie d'au moins un orifice (12) reliant une cavité (8) avec au moins une partie de la paroi mobile (5), des moyens d'actionnement (6,7,13) fixés sur la face libre (9) de la plaquette supérieure (2) étant prévus pour déplacer la dite paroi mobile (5) afin de provoquer une variation périodique du volume de la chambre de pompage (4), caractérisée par le fait que les moyens d'actionnement (6,7,13) sont formés par une plaquette d'actionnement (7) constituée d'un matériau susceptible d'être usiné de manière à définir une zone mobile (11) et la dite cavité (8) ; une pièce intermédiaire (13), obtenue à partir de la plaquette supérieure (2) étant fixée sur la plaquette d'actionnement (7) de façon à établir un contact avec la paroi mobile (5).
2. Micropompe selon la revendication 1 , caractérisée par le fait que la pièce intermédiaire (13) est fixée à la paroi mobile (5).
3. Micropompe selon la revendication 1 , caractérisée par le fait que la plaquette intermédiaire (3) et la plaquette d'actionnement (7) délimitent un espace étanche (8,12,14)
4. Micropompe selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'on instaure un vide partiel au sein de l'espace étanche (8,12,14).
5. Micropompe selon la revendication 2, caractérisée par le fait qu'un conduit (15) relie l'espace étanche (8,12,14) avec l'extérieur de la micropompe.
6. Micropompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que des moyens (16,17) limitent le déplacement de la paroi mobile (5).
7. Micropompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les moyens d'actionnement
(6,7,13) se composent notamment d'un dispositif piezo-électrique (6).
8. Micropompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les plaquettes de base (1) et supérieure (2) sont constituées en verre tel que pyrex.
9. Micropompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les plaquettes intermédaires (3) et d'actionnement (7) sont constituées en un métal tel que le silicium.
10. Micropompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les moyens d'actionnement (6), la pièce intermédiaire (13) et la paroi mobile (5) sont centrés autour d'un même axe.
11. Procédé de fabrication d'une micropompe telle que décrite dans la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : a) Usinage de la plaquette d'actionnement (7) de façon à créer la cavité (8), b) Fixation de la plaquette d'actionnement (7) à la plaquette supérieure (2), c) Usinage de la plaquette supérieure (2) de façon à créer l'orifice de liaison (12) et la pièce intermédiaire (13), d) Fixation de l'ensemble plaquette supérieure (2)-plaquette d'actionnement (7) à l'ensemble plaquette intermédiaire (3)-plaquette de base (1), et e) Fixation d'un dispositif d'actionnement, tel que piezo- électrique (6), à la plaquette d'actionnement (7).
12. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé par le fait que l'usinage de l'orifice de liaison (12) est obtenu par procédé d'usinage électro-érosif ou EDM (Electro Discharge Machining), par procédé d'usinage aux ultrasons ou UD (Ultrasonic Drilling) ou par attaque chimique du verre.
13. Procédé de fabrication d'une micropompe telle que décrite dans la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : a) Usinage de la plaquette d'actionnement (7) de façon à créer la cavité (8) b) Usinage de la plaquette supérieure (2) de façon à créer partiellement l'orifice de liaison (12) et la pièce intermédiaire (13) c) Fixation de la plaquette d'actionnement (7) à la plaquette supérieure (2) d) Usinage de la plaquette supérieure (2) de façon à achever la création de l'orifice de liaison (12) et la pièce intermédiaire (13). e) Fixation de l'ensemble plaquette supérieure (2)-plaquette d'actionnement (7) à l'ensemble plaquette intermédiaire (3) - plaquette de base (1 ) f)) Fixation d'un dispositif d'actionnement, tel que piezo- électrique (6), à la plaquette d'actionnement (7)
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'usinage partiel de la plaquette supérieure (2) est pratiqué par procédé d'usinage électro-érosif EDM (Electro Discharge Machining) ou par procédé d'usinage aux ultrasons ou UD (Ultrasonic Drilling).
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé par le fait que l'achèvement de la création de l'orifice de liaison (12) et de la pièce intermédiaire (13) est pratiqué par attaque chimique de la plaquette supérieure (2).
16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'on dépose une ou plusieurs couches métalliques (2a, 2b) 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), la ou les couches métalliques étant retirées après avoir créé l'orifice de liaison (12) et la pièce intermédiaire (13).
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la ou les couches métalliques sont déposées sur la face de la plaquette supérieure (2) subissant la création partielle de l'orifice de liaison (12) et de la pièce intermédiaire (13).
18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la ou les couches métalliques sont déposées sur la face de la plaquette supérieure (2) usinée lors de l'achèvement de la création de l'orifice de liaison (12) et de la pièce intermédiaire (13).
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé par le fait que l'on dépose une couche de chrome (2a) suivie d'une couche de cuivre (2b).
20. Procédé de fabrication d'une micropompe telle que décrite dans la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : a) Dépôt d'une couche de maintien (18) sur une face de la plaquette supérieure (2), b) Usinage de la plaquette supérieure (2) sur la face opposée à la face en contact avec la couche de maintien (18) de façon à créer l'orifice de liaison (12) et la pièce intermédiaire (13), la couche de maintien (18) pouvant être également usinée, mais que partiellement, c) Fixation de la plaquette d'actionnement (7) sur la face de la plaquette supérieure (2) qui est opposée à la face en contact avec la couche de maintien (18), d) Retrait de la couche de maintien (18), e) Fixation de l'ensemble plaquette supérieure (2)-plaquette d'actionnement (7) à l'ensemble plaquette intermédiaire (3) -plaquette de base (1), et f) Fixation d'un dispositif d'actionnement, tel que piezo-électrique
(6), à la plaquette d'actionnement (7).
21. Procédé selon la revendication 18, caractérisé par le fait que la couche de maintien (18) est un polymère ou un métal.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 19, caractérisé par le fait que les plaquettes sont fixées par soudage anodique.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 20, caractérisé par le fait que 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).
24. Procédé selon la revendication 21 caractérisé par le fait que l'on usine un conduit (15) reliant l'espace étanche (8,12,14) délimité par la plaquette intermédiaire (3) et la plaquette d'actionnement (7) avec l'extérieur de la micropompe.
25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 22, caractérisé par le fait que l'on instaure un vide partiel au sein de l'espace étanche (8,12,14).
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