L' invention concerne une pompe volumétrique miniature à faible encombrement constituée d'au moins deux pistons à mouvement alternati f pour la distribution précise et à débit variable de liquide, de médicament, d'aliment, de détergent, de produit cosmétique, de composé chimique ou tout autre type de fluide, gel ou gaz.

L'art antérieur

Il existe différents types de pompes volumétriques à pistons alternatifs tels que décrits dans les brevets US5639220, US 15 16032, GB 157692 dont le principe consiste à actionner deux pistons linéaires en opposition pour déplacer le l iquide entre les ports d 'entrée et sortie de la pompe. Ces systèmes actionnent les pistons par des éléments mécaniques complexes placés à l'extérieur des pistons ce qui les rend inadaptés pour la réal isation de micro pompe de dosage pour des systèmes implantables ou placés sur le corps car leur encombrement est trop important. De plus le nombre de pièces constituant ces systèmes est élevé, ce qui rend leur coût de fabrication trop cher.

Description de l'invention

La présente invention concerne une micro pompe performante composée de deux pistons alternatifs avec un système d'entraînement simple.

Cette invention résout les problèmes exposés précédemment et permet une mise au point simplifiée pour la production à très grande échel le de pompes avec un élément en contact avec le fluide pompé préférablement en plastique jetables bon marché. La pompe comprend au moins deux pistons, en opposition, placés dans au moins une cavité, préférablement cylindrique et circulaire, possiblement sous la forme d'un tore, d 'un corps de pompe avec au moins un port d'entrée et au moins un port de sortie, étant en liaison avec au moins une chambre de pompage formée par les extrémités des pistons et la cavité. Les pistons sont préférablement entraînés directement sur leur corps par axe excentrique fixé sur le rotor d'un actuateur préférablement sous la forme d'un moteur. Le principe de pompage consiste à entraîner au moins un piston de manière à successivement ouvrir/rempl ir au moins une chambre de pompage lorsque celle-ci est en liaison avec au moins un port d'entrée, puis de déplacer la chambre remplie de fluide, entre les ports d'entrée et sortie, et fermer/vider la chambre lorsque celle-ci est en liaison avec au moins un port de sortie.

La pompe se prête bien au dosage de micro volumes et la réalisation de dispositif implantable ou patch disposé sur le corps nécessitant un faible encombrement.

La pompe est particul ièrement bien adaptée pour une production à faible coût étant donné qu'elle est formée principalement de pièces facilement injectables en plastique et assemblables automatiquement.

Description des dessins

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description des exemples donnés, à titre purement indicatif et nullement l imitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 est une vue d 'ensemble de la pompe sans le corps de pompe supérieur La figure 2 est une vue de côté de la pompe

La figure 3a est une vue de dessus de la pompe

La figure 3b est une vue de dessous de la pompe

La figure 4 est d'ensemble de la pompe en éclaté

La figure 5a est une coupe longitudinale selon la l igne A-A de la figure 2 lors de la première phase de pompage

La figure 5b est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 2 lors de la première phase de pompage

La figure 5c est une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 3a lors de la première phase de pompage

La figure 6a est une coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 2 lors de la seconde phase de pompage

La figure 6b est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 2 lors de la seconde phase de pompage

La figure 6c est une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 3a lors de la seconde phase de pompage

La figure 7a est une coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 2 lors de la troisième phase de pompage

La figure 7b est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 2 lors de la troisième phase de pompage

La figure 7c est une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 3a lors de la troisième phase de pompage

La figure 8a est une coupe longitudinale selon la l igne A-A de la figure 2 lors de la quatrième phase de pompage La figure 8b est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 2 lors de la quatrième phase de pompage

La figure 8c est une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 3a lors de la quatrième phase de pompage

- La figure 9 est une vue d'un second mode d'exécution de l ' invention

La figure 10 est une vue de dessus du second mode d'exécution

La figure 1 1 est une coupe longitudinale selon la l igne A-A de la figure 1 0

La figure 1 2 est une vue de côté du second mode d'exécution

- La figure 13 est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 12

- La figure 14 est une vue en perspective de dessus d'un troisième mode d'exécution de l'invention

La figure 1 5 est une vue en perspective de dessous du troisième mode d'exécution La figure 1 6 est une vue de côté du troisième mode d'exécution

La figure 17 est une vue de dessus du troisième mode d'exécution

- La figure 18 est une coupe longitudinale selon la l igne A-A de la figure 1 7

La figure 19a est un vue de dessus de la prem ière phase de pompage du troisième mode d'exécution

La figure 1 9b une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 1 a

La figure 20a est un vue de dessus de la deuxième phase de pompage du troisième mode d'exécution

La figure 20b une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 20a

La figure 21 a est un vue de dessus de la troisième phase de pompage du troisième mode d'exécution

La figure 2 1 b une coupe longitudinale selon la l igne C-C de la figure 21 a La figure 22a est un vue de dessus de la quatrième phase de pompage du troisième mode d'exécution

La figure 22b une coupe longitudinale selon la ligne C-C de la figure 22a La figure 23 est une vue en perspective de dessus d'un quatrième mode d'exécution de l' invention

La figure 24 est une vue en perspective de dessus du quatrième mode d'exécution de l'invention en transparence

La figure 25 est une vue de côté du quatrième mode d'exécution

La figure 26 est une vue de face du quatrième mode d'exécution

- La figure 27 est une coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 25

La figure 28 est une coupe longitudinale selon la ligne B-B de la figure 26 La figure 29 est une vue d'ensemble d'un cinquième mode d'exécution de l' invention La figure 30 est une vue d'ensemble du cinquième mode d'exécution en transparence La figure 31 est une vue de dessus du cinquième mode d'exécution

- La figure 32 est une coupe longitudinale selon la l igne A-A de la figure 3 1

Selon les figures 1 , 2, 3b, 4 et 5c, la pompe ( I ) se compose d'un corps de pompe supérieur (2') et d'un corps de pompe inférieur (2) ayant chacun respectivement une demi-cavité (2 ,21) circulaire formant une cavité (22) en forme de tore, préférablement de section circulaire, lorsque les deux corps de pompe supérieur et inférieur (2',2) sont joints l'un avec l'autre. Un élément d'entraînement (30) se compose d'un rotor ( 10) ayant un axe excentré ( 12) traversant une ouverture ( 16), préférablement sous la forme d'un oblong, situé sur le piston (3) de manière à pouvoir tourner en appui sur les supports ( 14, 14') aux extrémités de l'entraînement (30). Un élément de guidage ( 1 1 ), préférablement sous la forme d'un palier ou d'un roulement, est optionnellement placé autour de l 'axe excentré ( 1 2) de manière à se loger dans l 'ouverture (40), située entre les deux extrémités du piston (3), de manière à entraîner le piston (3) lors de la rotation de l'élément d'entraînement (30) par un actuateur, préférablement sous la forme d'un moteur non représenté. Le piston (3) préférablement arqué, se compose préférablement de quatre rainures ( 17, 17', 17", 17' ") dans lesquelles viennent se loger des éléments d'étanchéité (23 et 23',23",23' " non illustrés), préférablement sous la forme de joints O-rings ou joints spécifiques. Le piston (4) préférablement arqué, se compose préférablement de deux rainures (20,20') dans lesquelles viennent se loger des éléments d'étanchéité (23"" et 23"" ' non illustrés), préférablement sous la forme de joints O-rings ou joints spécifiques. Les extrémités des pistons (3,4) se composent préférablement d'encoches ( 18, 1 8', 19, 19') de manière à former un petit espace lorsque les pisons (3,4) sont en contact afin de faciliter le passage du fluide entre les chambres de pompage (3 1 ,32) et les ports d'entrée et sortie (5, 5 ', 6,6').

Selon les figures 1 et 5b, 6a, 7b et 8a les deux pistons (3,4) sont placés à l'intérieur de la cavité de manière à former deux chambres de pompage (3 1 ,32), chacune située de part et d'autre des extrémités des pistons (3,4), en liaison alternativement avec les ports d'entrée (5,5') et les ports de sortie (6,6'). Les éléments d'étanchéité (23,23 ',23",23" \ 23 " ", 23""') assurent l'étanchéité entre les ports d'entrée (5,5') et les ports de sortie (6,6').

Selon la figure 5c, les ports de sortie (6,6') sont rel iés à un canal de sortie (7). Selon al figure 3b, les ports d'entrée (5,5') sont en liaison avec un réservoir ou un canal d'entrée commun non représenté. Selon les figures 5a, 6a, 7a et 8a, la rotation de 360° du rotor ( 10) a pour effet de déplacer le piston (3) de manière alternative, ce qui correspond à un cycle de pompage complet. Les phases successives du cycle de pompage se composent de la manière suivante: selon la figure 5a, lorsque le piston (3) est en appui sur le piston (4), la chambre de pompage (3 1 ) est ouverte et en liaison avec le port de sortie (6). La chambre de pompage (32) est fermée et en liaison avec le port d'entrée (5'), le rotor ( 10) est en position 0. Selon la figure 6a, lorsque le rotor ( 10) tourne de 0 à 90°, le piston (3) se déplace dans le sens al ler et appuie sur le piston (4) de manière à le déplacer et à fermer/vider la chambre de pompage (3 1 ) tout en expulsant le fluide vers le port de sortie (6). Le déplacement du piston (3) a également pour effet d'ouvrir et remplir la chambre de pompage (32) qui est en liaison avec le port d'entrée (5'). Selon la figure 7a, lorsque le rotor ( 10) tourne de 90° à 210°, le piston (3) se déplace dans le sens aller et appuie sur le piston (4) de manière à le déplacer et mettre la chambre de pompage (32) en l iaison avec le port de sortie (6'). Selon la figure 8a, lorsque le rotor ( 10) tourne de 210° à 250°, le piston (3) se déplace dans le sens retour et vient fermer/vider la chambre de pompage (32) tout en expulsant le fluide par le port de sortie (6'). Le déplacement du piston (3) a également pour effet d'ouvrir et rempl ir la chambre de pompage (31 ) en liaison avec le port d'entrée (5). Selon la figure 5a, lorsque le rotor ( 10) tourne de 250° à 360°, le piston (3) se déplace dans le sens retour et appuie sur le piston (4) de manière à la déplacer et à positionner la chambre de pompage (3 1 ) à nouveau en l iaison avec le port de sortie (6), complétant ainsi le cycle de pompage. Les corps de pompe supérieur et inférieur (2',2) peuvent être remplacés par des demi-corps de pompe latéraux avant-arrière ou droite-gauche selon l 'orientation de la pompe. Seconde variante

Selon les figures 9, 11, 13, la pompe (101) se compose de deux corps de pompe (102,102') ayant chacun une cavité (122,122') préférablement sous forme de trou circulaire, placés face à face de manière à former deux chambres de pompage (131,132) lorsque les pistons (103,104) sont placés dans les cavités (122,122'). Les pistons (103,103') sont préférablement formés d'un support (160) ayant au moins une partie entourant les corps de pompe (102,102') et permettant de mettre les extrémités du piston (104) en opposition aux pistons (103, 103') de manière à former les deux chambres de pompage (131,132). Les cavités (122,122') sont préférablement opposées coaxiales et linéaires. Les ports d'entrée (105,105') et sortie (106,106') sont placés sur les corps de pompe (102,102') de manière à être en liaison avec les chambres de pompage (131,132). Les ports d'entrée (105,105') et sortie (106,106') peuvent être communiquant respectivement dans les deux corps de pompe (102,102'). Deux éléments de guidage (111,111 '), préférablement sous forme de roulements ou paliers, sont placés sur un axe excentré (112) situé sur un rotor (110) fixé à un actuateur (150), préférablement sous forme d'un moteur. L'élément de guidage (111') est placé dans l'ouverture (140), préférablement sous la forme d'un oblong, située sur le support (160) entre aux pistons (103,103') de manière à déplacer les pistons (103, 103') lors de la rotation du rotor (110). L'élément de guidage (111) est placé dans l'ouverture (116) située entre les deux extrémités du piston (104) de manière à déplacer le piston (104) lors de la rotation du rotor (110). L'ouverture (116) est préférablement sous la forme d'un oblong ayant un profil spécifique, comprenant des rayons (170,170') sur les faces perpendiculaires à l'axe du piston (104) et ayant un espace (116') avec l'élément de guidage (III) calculés de manière à entraîner et commander le piston (104) en retard/décalage avec le mouvement des pistons (103,103') pour réaliser les mêmes séquences de pompage que précédemment décrites dans la première variante de l'invention. Les éléments d'étanchéité ( 123 et autres non numérotés) placés sur les pistons ( 103, 103', 104) sont préférablement sous la forme d'O-rings.

Les déplacements angulaires de l 'élément du rotor ( 10, 1 10), correspondants aux phases de pompage, sont donnés à titre indicatif et peuvent être adaptés en fonction de la géométrie et la taille de la pompe.

Les éléments de guidage ( 1 1 1 , 1 1 1 ') peuvent être formés par un seul élément de guidage ( 1 1 1 ) placé dans les deux ouvertures ( 1 1 6, 140).

Troisième variante Selon les figures 14, 1 5, 17 et, 1 8 la pompe (201 ) se compose d'un corps de pompe (202) ayant une cavité (222) préférablement sous forme de trou cylindrique formant une chambre de pompage (231 ) lorsque les pistons (203,204) sont placés dans la cavité (222). Le port d'entrée (205) et le port de sortie (206) sont placés sur le corps de pompe (202) de manière à être en liaison avec la chambre de pompage (231 ). Deux éléments de guidage (21 1 ,21 1 '), préférablement sous forme de roulements ou paliers, sont placés sur un axe excentré (212) situé sur un rotor (210) fixé à un actuateur (250), préférablement sous forme d'un moteur. L'élément de guidage (21 Γ) est placé dans l'ouverture (240), préférablement sous la forme d'oblong, située sur le support (260) à une extrémité du piston (203) de manière à déplacer linéairement le piston (203) selon son axe lors de la rotation du rotor (2 1 0). L'élément de guidage (21 1 ) est placé dans l'ouverture (216) située à une extrémité du piston (204) de manière à déplacer linéairement le piston (204) selon son axe lors de la rotation du rotor (210). Les ouvertures (216, 240) sont préférablement sous la forme d'oblong. L'ouverture (216) est préférablement sous la forme d'un oblong, ayant un profil spécifique, comprenant des rayons (270,270') sur les faces perpendiculaires à l 'axe du piston (204) et ayant un espace (216') avec l'élément de guidage (21 1 ) calculés de manière à entraîner et commander le piston (204) en retard/décalage avec le mouvement du piston (203) pour réaliser les séquences de pompage similaires aux variantes précédemment décrites.

Selon les figures 19a à 22a et 19b à 22b, la rotation de 360° du rotor (210) a pour effet de déplacer les pistons (203, 204) de man ière alternative, ce qui correspond à un cycle de pompage complet. Les phases successives du cycle de pompage se composent de la manière suivante: selon les figures 22a et 22b, lorsque le piston (203) est en appui sur le piston (204), la chambre de pompage (23 1 ) est fermée et en liaison avec le port de sortie (6). Le rotor (210) est en position 0.

Selon les figures 19a et 19b, lorsque le rotor (2 1 0) tourne de 0 à 120°, le piston (204) se déplace dans le sens aller et appuie sur le piston (203) de manière à le déplacer et à fermer/vider la chambre de pompage (23 1 ). La chambre de pompage (23 1 ) se déplace vers le port d'entrée (205) tout en restant fermée. Selon les figures 20a et 20b, lorsque le rotor (210) tourne de 120° à 210°, le piston (204) se déplace dans le sens retour ce qui a pour effet d'ouvrir la chambre (23 1 ) et d'aspirer le fluide dans la chambre (23 1 ) depuis le port d'entrée (205). Le piston (203) reste en position fixe durant une partie du déplacement du piston (204).

Selon la figure 21 a et 21 b, lorsque le rotor (210) tourne de 210° à 300°, le piston (203) se déplace dans le sens retour en même temps que le piston (204), ce qui a pour effet de déplacer la chambre (231 ) ver^ le port de sortie (206). Selon la Figure 22a et 22b, lorsque le rotor (2 10) tourne de 300° à 360°, le piston (204) se déplace dans le sens aller ce qui a pour effet de fermer/vider la chambre (23 1 ) vers le port de sortie (206). Lorsque le piston (204) est en appui sur le piston (203) le cycle de pompage est terminé.

Les éléments d'étanchéité (223 et autres non numérotés) placés sur les pistons (203, 204) sont préférablement sous la forme d'O-rings.

Les éléments de guidage (21 1 ,21 Γ) peuvent être formés par un seul élément de guidage (21 1 ) en placés dans les deux ouvertures (216,240).

Quatrième variante Selon les figures 23 à 28 la pompe (301 ) se compose d'un corps de pompe (302) ayant une cavité (322) préférablement sous forme de trou circulaire formant une chambre de pompage (33 1 ) lorsque les pistons (303,304) sont placés dans la cavité (322). Le port d'entrée (305) et le port de sortie (306) sont placés sur le corps de pompe (302) de manière à être en liaison avec la chambre de pompage (33 1 ). Un élément de guidage (3 1 1 ), préférablement sous forme de roulement ou palier, est placé sur un axe excentré (3 1 2) situé sur un rotor (3 10) fixé à un actuateur (350), préférablement sous forme d'un moteur. L'élément de guidage (3 1 1 ) est placé dans l 'ouverture (340), préférablement sous la forme d'oblong, située à sur un support d'entraînement (360) maintenant préférablement le piston (303) par l ' intermédiaire d'un axe ou pin (353) fixé(e) au support d'entraînement (360), de manière à déplacer l inéairement le piston (303) selon son axe lors de la rotation du rotor (3 10). Un second axe ou pin (354) fixé(e) au support d'entraînement (360) est placé(e) dans une ouverture (3 1 6) située à une extrémité du piston (304) de manière à déplacer linéairement le piston (304) selon son axe lors de la rotation du rotor (3 10). L'ouverture (316) est préférablement sous la forme d'un oblong ayant ainsi un espace (316') avec l 'axe ou pin (354) calcu lés de manière à entraîner et commander le piston (304) en retard/décalage avec le mouvement du piston (303) pour réaliser les séquences de pompage similaires aux variantes précédemment décrites. L'actuateur (350), le rotor (3 10) et le support d'entraînement sont préférablement fixé sur un support de pompe (352) de manière à pouvoir recevoir le corps de pompe (302) sous forme d'élément amovible.

Les éléments d'étanchéité (323 et autres non numérotés) placés sur les pistons (303, 304) sont préférablement sous la forme d'O-rings.

Cinquième variante

Selon les figures 29 à 32 la pompe (401 ) se compose d'un corps de pompe (402) ayant une cavité (422) préférablement sous forme de trou cylindrique formant une chambre de pompage (43 1 ) lorsque les pistons (403,404) sont placés dans la cavité (422). Le piston 404 est commandé par un axe de commande (480) co-axial au piston (403). L'étanchéité entre l 'axe de commande (480) et le piston (403) est assuré par un joint d'étanchéité (425), préférentiellement sous le forme d'un O-ring. Le port d'entrée (405) et le port de sortie (406) sont placés sur le corps de pompe (402) de manière à être en liaison alternativement avec la chambre de pompage (431 ) selon la position des pistons (403,404). Un axe excentré (412), préférablement sous forme de came à trois lobes, est placé sur un rotor (410) fixé à un actuateur (450), préférablement sous forme d'un moteur. L'axe excentré (41 2) est placé dans les ouvertures (416,440), préférablement sous la forme d'oblongs ayant un profil spécifique, comprenant des rayons (470,470') sur les faces perpendiculaires à l'axe piston (404) et ayant un espace (416) avec l'axe excentré (412), de manière à déplacer l inéairement respectivement les pistons (404, 403) selon leur axe lors de la rotation du rotor (410).

Le profil de l'axe (4 12) correspond préférablement à une came à trois lobes, et un espace (416) sont calculés de manière à entraîner et commander le piston (404) en retard/décalage avec le mouvement du piston (403) pour réaliser les séquences de pompage similaires aux variantes précédemment décrites. La came à trois lobes et les arrondis (490,490') permettent de déplacer de manière contrôlée et sans jeu le piston (404) indépendamment de la friction due au joint (425) entre l'axe de commande (480) et le piston (404).

Le piston (403) est préférablement creux de manière recevoir l'axe de commande (480) du piston (404) et former une partie de la chambre de pompage (43 1 ) par la différence des diamètres des pistons (403,404), réduisant ainsi la tai l le du système.

Les éléments d'étanchéité (423 et autres non numérotés) placés sur les pistons (403, 404) sont préférablement sous la forme d'O-rings.

Dans une autre variante (non illustrée) les cavités ( 122, 122') peuvent être parallèles excentrées de manière à réduire l 'encombrement de la pompe.

Dans une autre variante (non i l lustrée) la cavité (22) peut être réalisée sous la forme d'un tore creux placé sur l'un des corps de pompe (2,2').

L'actuateur peut être sous la forme de n' importe quel système électromécanique convertissant une énergie électrique en un mouvement mécanique actionnant le rotor. L'actuateur peut être adapté de manière à actionner le rotor selon un mouvement séquentiel non continu comme par exemple un électro-aimant. Le mouvement du rotor peut alors être piloté de manière à réaliser tout ou partie de la séquence de pompage lors de l'actionnement de l'actuateur de manière à dél ivrer des doses prédéfinies de fluide communément appelé « bolus ».

Dans une variante (non illustrée), le réservoir de la pompe peut être intégré à l 'un des corps de pompe de manière à réduire l'encombrement de la pompe et le récipient contenant le fluide à pomper. Le réservoir peut être, par exemples, sous la forme d'un cylindre avec un bouchon/piston amovible ou d'une poche souple. Le réservoir peut être pré-rempli de manière à former avec le corps de pompe un ensemble amovible destiné à un usage unique sous forme de cartouche venant se loger sur un élément durable comprenant tout ou partie de l 'élément de guidage, tout ou partie du rotor et tout ou partie de l'actuateur. Dans une autre variante,; non il lustrée, l 'actuateur peut être réal isé sous la forme d'un actuateur mécanique sans moteur tel qu'un mouvement à ressort ou un entraînement à actionnement manuel comme un bouton poussoir, un cliquet, une gâchette ou tout autre mécanisme entraînant le rotor ou l'élément de guidage. Ce type d'entraînement sans moteur permet de réaliser par exemple une pompe-patch col lée sur le corps ou une pompe portable à usage unique pour la diffusion de médicament en continu ou en dosage manuel sans élément électronique, ni batterie. Cette variante peut également se composer d 'un réservoir intégré, lui-même pouvant être prérempli.

L'étanchéité entre les parties mobiles est préférablement réalisée grâce à un élastomère, un joint surmoulé ou tout autre élément d'étanchéité. Toutefois, il est possible de réaliser la pompe sans joint d'étanchéité par ajustement par exemple. Ce type d'ajustement peut être réalisé en pièces céramiques ou métall iques communément uti lisées dans les pompes sans joints. Les éléments constituant la pompe sont préférablement en plastique et jetables. La pompe peut être stérilisée pour la distribution d'aliment ou de médicament par exemple. Le choix des matériaux n'est cependant pas limité aux plastiques.

Il est possible de contrôler et/ou actionner l 'actuateur de la pompe par n' importe quel moyen électronique embarqué et/ou piloté par une télécommande sans fi l.

Il est possible d'ajouter des capteurs ou éléments de capteurs sur l 'un ou pl usieurs composants de la pompe afin de mesurer et/ou contrôler différents paramètres liés à son utilisation tels que par exemples: la température, la pression du fluide pompé, l 'humidité ambiante, les vibrations, les déplacements ou la position des pièces mobi les.

Bien que l'invention soit décrite selon plusieurs modes de réalisation, il existe d'autres variantes et/ou combinaisons de variantes qui ne sont pas présentées. La portée de l ' invention n'est donc pas limitée aux modes de réalisation et variantes décrits précédemment.