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WO2004048787A1 - Microactionneur pyrotechnique double effet pour microsysteme et microsysteme utilisant un tel microactionneur - Google Patents

Microactionneur pyrotechnique double effet pour microsysteme et microsysteme utilisant un tel microactionneur Download PDF

Info

Publication number
WO2004048787A1
WO2004048787A1 PCT/FR2003/003404 FR0303404W WO2004048787A1 WO 2004048787 A1 WO2004048787 A1 WO 2004048787A1 FR 0303404 W FR0303404 W FR 0303404W WO 2004048787 A1 WO2004048787 A1 WO 2004048787A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
membrane
microactuator
chamber
pipe
fluid
Prior art date
Application number
PCT/FR2003/003404
Other languages
English (en)
Inventor
Patrick Broyer
Bruno Colin
Denis Roller
Original Assignee
Snpe Materiaux Energetiques
Biomerieux
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Snpe Materiaux Energetiques, Biomerieux filed Critical Snpe Materiaux Energetiques
Priority to AU2003295019A priority Critical patent/AU2003295019A1/en
Priority to EP03786011A priority patent/EP1563193A1/fr
Priority to JP2004554601A priority patent/JP4568606B2/ja
Priority to US10/531,947 priority patent/US7134445B2/en
Publication of WO2004048787A1 publication Critical patent/WO2004048787A1/fr

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    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C5/00—Manufacture of fluid circuit elements; Manufacture of assemblages of such elements integrated circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y10T137/1632—Destructible element
    • Y10T137/1647—Explosive actuation

Definitions

  • microactuators intended to fulfill mechanical, chemical, electrical, thermal or fluidic functions in microsystems, for microelectronic applications such as chips, or biomedical applications such as analysis cards incorporating microfluidics or synthesis chemical like microreactors.
  • Microactuators are miniaturized objects, produced in solid supports which can be semiconductor or insulating, with the aim of forming microsystems such as, for example, microvalves or micropumps in fluid microcircuits, or microswitches in electronic microcircuits.
  • microactuators using electrostatic, piezoelectric, electromagnetic and bimetallic effects have been around for some time. ' A new generation of microactuators is starting to appear: those using the pyrotechnic effect.
  • patent WO 98/22719 describes a miniature valve for filling the reservoir of a transdermal administration device. The operating principle of this valve is based on the fragmentation of a substrate caused by the combustion gases of a pyrotechnic charge, said substrate initially separating a reserve of fluid and an empty reservoir.
  • This microvalve can, according to another alternative embodiment, be used with an inflatable envelope. The combustion gases first cause the substrate to rupture and then the envelope to swell in order to push a fluid in order to evacuate it.
  • These microvalves have double disadvantage of emitting fragments of substrate in the microcircuit and mixing the combustion gases with the fluid that they are supposed to release.
  • US patent 4,111,221 describes a non-miniaturized valve making it possible to interrupt once, the flow of a fluid between three concurrent pipes.
  • This valve system includes a gas generator that inflates a bladder that comes to interpose at the intersection between the three pipes to completely close the fluid circuit.
  • Various variants, in particular using a piston deforming the bladder under the action of gas are also presented in this document.
  • the microactuators involved in the microcircuits must be efficient in terms of the forces they deliver, maintain a reduced bulk and remain a whole and autonomous entity during their operation, without the possibility of breaking up to avoid emitting particles. in the microcircuit in which they are integrated, and without the possibility of seeing the combustion gases pollute said microcircuit.
  • the contribution of pyrotechnics allows the microactuators to generate pressure forces 100 to 1000 times higher than those produced by microactuators operating from a piezoelectric or electrostatic source.
  • the gases emitted by the combustion of the pyrotechnic charge can also be used to heat a fluid or part of a micromechanism without mixing with it.
  • microactuators can be reactivated in reverse, for example, in the case of a microvalve, after opening or closing of a fluid circuit, to obtain respectively the reopening or a new closure of this fluid circuit.
  • the object of the invention is therefore to propose an efficient microactuator, of reduced bulk, remaining a whole and autonomous entity during its operation and being able to be activated in the opposite direction.
  • a microactuator comprising a so-called main chamber, produced in a solid support and containing a pyrotechnic charge, said main, said main chamber being hermetic and delimited on the one hand by solid walls of the support and on the other hand by a deformable membrane, so that the gases emitted by the combustion of the main pyrotechnic charge make it possible to increase the volume of said main chamber by deformation of said membrane, while keeping the solid walls of the main chamber intact, this microactuator being characterized in that it comprises means for evacuating the gases from the main chamber.
  • the gases emitted by the combustion of the pyrotechnic charge have no influence on the geometry of the solid part of the chamber, whether by deformation of the walls or by their fragmentation.
  • the means for evacuating the gases emitted by the combustion of the pyrotechnic charge are activated when the membrane is deformed.
  • the reduction in the deformation of the membrane then caused by the evacuation of a quantity of gas should be sufficient to activate in the opposite direction the microsystem in which the microactuator according to the invention is used.
  • These evacuation means can be actuated on command or according to a variant, when for example a threshold pressure is reached in the main chamber.
  • the gas evacuation means comprise an evacuation pipe opening at one end into the main chamber and at another end towards the outside of the support, the pipe being initially closed during the deformation of the membrane, the evacuation means also comprising means for opening the pipe, actuated to allow the evacuation of gases by the pipe from the main chamber towards the outside of the support and thus causing the return of the membrane in its initial position if it is elastic.
  • the gas evacuation means comprise at least one evacuation pipe opening at one end into the main chamber and at another end into another chamber, called secondary, hermetic, the evacuation pipe being initially closed during the deformation of the membrane, the evacuation means also comprising means for opening the pipe, actuated to allow the evacuation of gases by the pipe from the main chamber to the secondary chamber and thus reduce the deformation of the membrane sufficient to activate in the opposite direction the microsystem in which the microactuator according to the invention is used.
  • the implementation of the microactuator according to these two embodiments makes it possible to obtain a closing or an opening of the fluid microcircuit followed respectively by an opening or a closing of this fluid microcircuit .
  • the gas evacuation pipe is formed in the support.
  • the secondary chamber is produced in the support.
  • the evacuation pipe is closed by a plug.
  • the plug consists of a pyrotechnic charge.
  • another pyrotechnic charge is housed in one of the two chambers, this secondary pyrotechnic charge being able to allow during its initiation, after the reduction of the deformation of the membrane caused by the gas evacuation in the secondary chamber, a new deformation of the membrane. Thanks to this secondary pyrotechnic charge, the actuator can be reactivated again.
  • microactuator as defined above and having this latter feature, makes it possible for example to obtain the closing of a microcircuit of fluid followed by an opening, followed by a new closing of the microcircuit.
  • the reverse cycle, opening / closing / opening can also be obtained by adapting the device.
  • the different pyrotechnic charges that is to say the main, the secondary and that constituting the plug, are each deposited on a conductive heating track with for example a thickness of deposit less than 200 ⁇ m.
  • each of the pyrotechnic charges, main or secondary coats a heating conductive wire passing through the chamber where it is located, the diameter of said wire being between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the heating conductive track is deposited on the pyrotechnic charge by means of techniques widely proven in the field of microcircuits such as, for example, the deposition of a paint or a conductive ink. by screen printing or ink jet, so as to avoid any direct contact between said heating track and the substrate.
  • each of the pyrotechnic charges, main or secondary may have the form of a film covering a cavity dug in the support.
  • the configuration to best solve the problem related to thermal losses by conduction therefore consists in depositing the pyrotechnic charge in the form of a film on a cavity of the support and in ensuring its initiation by a conductive heating track itself deposited on said charge. In this way, the direct contacts between the heating track and the support are zero and those between the load and said support are almost non-existent. Due to the miniaturization of pyrotechnic charges, their initiation system must itself be compact, while remaining highly reliable.
  • a pyrotechnic charge by other means, and in particular those involving either a piezoelectric crystal or a rough, provided that they meet the double requirement of miniaturization and reliability, either by a laser beam, the light energy then being able to be brought to the pyrotechnic charge by a waveguide or an optical fiber.
  • the pyrotechnic charges, main, secondary as well as that constituting the plug are constituted by a composition based on nitrocellulose.
  • the pyrotechnic charge is made up of glycidyl polyazide.
  • the volume of the main bedroom is less than 1 cm 3 .
  • the charge density which is the ratio of the mass of the pyrotechnic charge to the volume of the chamber is between 0.01 ⁇ g / mm 3 and 0.1 mg / m 3 .
  • the membrane is flexible and liable to swell under the effect of the gases emitted by the pyrotechnic charge.
  • the membrane may have more or less marked extensibility properties.
  • the membrane is flexible and folded in said chamber, said membrane being able to unfold under the effect of the gases emitted by the pyrotechnic charge.
  • the membrane can either be folded back on itself, or be folded back into the chamber.
  • the final volume of the chamber is greater than its initial volume.
  • the membrane is made of plastic and / or elastic material, for example teflon or latex.
  • the membrane can be entirely or partially covered with a conductive material.
  • microactuators can alone perform functions within a microcircuit, such as exerting pressure on a fluid to help move it to evacuate it, but they are more generally intended to be included in microsystems.
  • a microsystem is a miniaturized multifunctional device whose maximum dimensions do not exceed a few millimeters.
  • a microsystem may, for example, be a microvalve or a micropump, and in the context of an electronic microcircuit a microswitch or a microswitch.
  • the microactuators are produced in semiconductor supports, such as those in silicon for example, when it is a microelectronic application. They can be designed in other materials, such as polycarbonate, for other applications and in particular in the biomedical field.
  • the conformation of the chamber is such that under the effect of the gases emitted by the combustion of the pyrotechnic charge, it increases its volume.
  • the chamber may contain several pyrotechnic charges, not for the purpose of increasing the internal pressure of said chamber by means of a simultaneous ignition of said charges, but so as to maintain a pressure level which is more or less constant over time, for to overcome any premature relaxation of the chamber, in particular in the case of micropumps.
  • the initiation of the charges is carried out sequentially, at predetermined time intervals.
  • said chamber defines an airtight space once it has expanded. In other words, once the combustion is complete, the chamber remains in a configuration corresponding to a state of maximum expansion.
  • the invention therefore also relates to a microsystem including a microactuator according to the invention, this microsystem being characterized in that it comprises a solid part, the deformation of the membrane causing the displacement of the solid part.
  • the gases emitted by the combustion of the pyrotechnic charge create an overpressure in the chamber which will tend to expand by deformation of the membrane.
  • the membrane then comes into contact with a part placed near the microactuator and when the pressure forces reach a threshold value, they cause said part to move.
  • the solid part is capable of obstructing a fluid pipe, following the pivoting of said part under the effect of the combustion gases.
  • the microsystem can be likened to a closing microvalve.
  • the solid part initially obstructs a fluid pipe and the displacement of said piece by pivoting causes said pipe to open.
  • the microsystem can be compared to an opening microvalve.
  • the microactuator also comprises means for evacuating gases making it possible to reduce the deformation of the membrane.
  • the opening of the evacuation pipe allows the evacuation of gases to the outside of the support or to a secondary chamber. The reduction in the deformation of the membrane is sufficient to cause, according to the first embodiment, the reopening of the fluid microcircuit, or, according to the second embodiment, a new closure of the fluid microcircuit.
  • one of the chambers can contain another pyrotechnic charge.
  • This second pyrotechnic charge is intended to be initiated after the reduction of the deformation of the membrane, that is to say after the reopening of the fluid microcircuit in the case of the first embodiment or after the new closing of the fluid microcircuit in the case of the second embodiment.
  • the initiation of this second charge creates an overpressure of gas in the two chambers, these being connected by the evacuation pipe which is open since the rupture of the plug.
  • This overpressure creates a new deformation of the membrane which then moves the solid part again so that the latter, in the case of the first embodiment, closes the microcircuit of fluid or, in the case of the second embodiment, opens the microcircuit again.
  • the solid part which obstructs the fluid pipe is surmounted by a flexible protuberance to ensure good sealing at the level of the closure of said pipe, said protuberance being comparable to a plug.
  • a flexible membrane is located in an annular space similar to a groove and constituting the main chamber
  • the pyrotechnic charge is located in an annular space comparable to a groove of smaller dimension than that in which the flexible membrane is situated and positioned concentrically with respect thereto, the two grooves communicating with each other by at least one opening
  • a flat solid part comes to bear against the support by covering the annular space in which the flexible membrane is located, said part itself being covered by an elastic membrane and obstructing a fluid channeling, so that the gases emitted by the combustion of the charge cause the deployment of the flexible membrane located in the annular space and cause the displacement of the flat part, inducing a suction of fluid in the space that the elastic membrane creates by moving away from the support.
  • the microsystem can be compared to a vacuum micropump and the use of several pyrotechnic charges with sequential ignition can appear to be particularly appropriate, so as to maintain a minimum threshold pressure level for a certain time, and therefore to avoid premature natural reflux of the fluid.
  • the use of means for evacuating gases to the secondary chamber can make it possible to reduce the deformation of the membrane.
  • the initiation of a second pyrotechnic charge located in one of the two chambers makes it possible to create an overpressure in the two chambers connected by the evacuation pipe. This overpressure causes a new deformation of the membrane and thus a new suction of fluid in the space that the membrane creates by moving away from the support.
  • the microactuator according to the invention can be used in electronic microcircuits by contributing to the production of microsystems such as microswitches or microswitches.
  • the membrane which partially delimits the chamber and which is entirely or partially covered with a conductive material can swell or deploy so as to close or open an electric microcircuit.
  • the microactuator according to the invention provided with a flexible non-conductive membrane can move a solid conductive part so as to close or open an electric microcircuit or ensure the double function consisting first of opening an electric microcircuit then, then , to close another.
  • the great variability of the pyrotechnic compositions which can be integrated into the microactuators according to the invention makes it possible to obtain a very wide range of stresses. This thus makes it possible to use the microactuators according to the invention in a large number of configurations.
  • Figure 1 is a longitudinal axial sectional view of a microactuator according to the invention.
  • FIG. 2 is a view in longitudinal axial section of a microvalve making it possible to carry out a closing / opening / closing cycle and operating from an improved microactuator according to the invention.
  • FIG. 3 is a view in longitudinal axial section of a closing microvalve operating from a pyrotechnic microactuator as shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a top view of the closing valve of the microvalve of FIG. 3.
  • Figure 5 is an axial sectional view longitudinal of an opening microvalve operating from a pyrotechnic microactuator as shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a sectional view along the plane VI-VI of the opening microvalve of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view in longitudinal axial section of a micropump using a pyrotechnic microactuator as shown in FIG. 1, said microactuator having not yet operated.
  • FIG. 8 is a top view of the solid flat part to be moved and belonging to the micropump presented in FIG. 7.
  • Figure 9 is a longitudinal axial sectional view of the micropump of Figure 7, the microactuator having operated.
  • FIG. 10 is a view in longitudinal axial section of a second alternative embodiment of a micropump using a microactuator according to the invention, said microactuator having operated.
  • a microactuator 1 comprises a chamber 2 made in a support 3 of polycarbonate and having a cylindrical shape.
  • Said support 3 results from a stack of polycarbonate sheets glued to each other.
  • this stacking technique can be used.
  • Said chamber 2 which is therefore delimited by the support 3 has a circular face closed by a flexible membrane 4, for example made of latex or teflon, fixed for example by gluing in said support 3.
  • Said chamber 2 is traversed by a heating wire 5 coated with a layer of pyrotechnic composition 6 based on nitrocellulose.
  • the diameter of the heating wire can be for example between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the operating mode of this actuator 1 is as follows. An electric current is delivered in the heating wire 5 whose temperature rises until reaching the ignition temperature of the pyrotechnic composition 6. The combustion of said composition 6 causes the production of gases which create an overpressure in the chamber 2 The membrane 4 which is thus stressed reacts by swelling.
  • the pyrotechnic charge can be deposited directly on a conductive heating track with a deposit thickness of less than 200 ⁇ m.
  • the conductive heating track can be deposited on the load so as to avoid any direct contact between said heating track and the substrate on which the load is deposited.
  • These heat losses by conduction could also be reduced, for example by covering a cavity dug in the support with the aid of the load.
  • the load will then be for example in the form of a film and the conductive track will be directly deposited on the load. In this configuration, it is noted that the direct contacts between the heating track and the support are zero and those between the load and said support are almost non-existent due to the presence of the cavity.
  • the microactuator 7 represents an improved microactuator 7 making it possible to obtain a deformation of the membrane as described with reference to FIG. 1 and a reduction of this deformation.
  • this microactuator 7 plays the role of a microvalve in a fluid microcircuit.
  • the microactuator 7 according to 1 • invention consists of four superimposed layers 71, 72, 73 and 74, called respectively first layer, second layer, third layer and fourth layer.
  • the second, third and fourth layers 72, 73, 74 constitute the support and are for example made of polycarbonate.
  • the first layer 71 is made of plastic and / or elastic material, for example teflon or latex.
  • On the first layer 71 of the microactuator 7 is present a fifth layer 75 constituting the fluid microcircuit.
  • This fifth layer 75 formed by the microcircuit of fluid is crossed transversely by two pipes 750 and 751.
  • the two pipes 750 and 751 have one end opening into a recess 752 formed on the face 753 of this fifth layer 75, called the lower face, located vis-à-vis the first layer 71 of the microactuator 7.
  • the two pipes 750 and 751 therefore communicate by means of the recess 752.
  • a first pipe 750 constitutes for example a fluid inlet towards the recess 752 and the second pipe 751 constitutes a fluid outlet from the recess 752.
  • the first layer 71 of the microactuator constitutes a deformable membrane 710 such as that described under reference 4 in FIG. 1.
  • the membrane 710 being fixed to the underside 753 of the fifth layer 75, for example by bonding, the deformation of the membrane 710 is only possible in the recess 752 of the fifth layer 75. This deformation may be due, for example, to inflation.
  • the second layer 72 consists of a sheet pierced transversely with two holes and a thickness for example equal to 0.5 mm.
  • the side walls of a first hole define with the first layer 71 situated above and with the third layer 73 situated below, the main combustion chamber 720 of the microactuator as described with reference to FIG. 1.
  • This chamber 720 main therefore includes the pyrotechnic charge 721, said main allowing to obtain the deformation of the membrane 710.
  • This main pyrotechnic charge 721 can be initiated according to one of the modes presented above, that is to say with the using a heating wire or a conductive track (not shown in Figure 2).
  • the main chamber 720 will for example have a diameter of 0.8 mm.
  • the side walls of a second hole define with the first layer 71 located above and with the third layer 73 located below a secondary chamber or reservoir 722 whose role will be explained below.
  • This secondary chamber 722 will for example have a diameter equal to 2 mm.
  • the third layer 73 consists of a sheet through which a U-shaped pipe 730 is formed, each of whose ends opens into one of the chambers 720 and 722 of the second layer 72.
  • This pipe 730 consists of a channel 733 hollowed out on the face of the third layer 73 located opposite the fourth layer 74 and covered by the fourth layer 74 of the microactuator 7.
  • Each end of the channel 733 is extended perpendicularly by a conduit 731 and 732, each of the conduits 731 and 732 opening into a chamber 720 and 722 of the second layer 72 of the microactuator.
  • This fourth layer 74 consists of a sealing film covering the pipe 730.
  • the conduit 731 of the pipe 730 opening into the main chamber 720 is initially closed in a sealed manner, for example by a plug 723. Communication between the two chambers 720 and 722 is therefore impossible.
  • a microvalve as shown in Figure 2 operates as follows. An electric current is delivered in the heating wire or the conductive track until the temperature reached is sufficient for the ignition of the main pyrotechnic charge 721 contained in the main chamber 720. The combustion of the main pyrotechnic charge 721 causes the production of gas in the main chamber 720 so as to create an overpressure in this chamber 720. The overpressure causes the deformation of the membrane 710. The deformation of the membrane 710 in response to the pressure of the gases is only possible in the direction of the recess 752 formed in the fifth layer 75. The membrane therefore swells until it comes to settle at the bottom of the recess 752 and thus is interposed between the two pipes 750 and 751.
  • the microcircuit of fluid is therefore closed and this closure is maintained by the pressure of the gases contained in the main chamber 720 on the deformable membrane 710.
  • the pressure of the gases contained in the main chamber 720 is sufficient to press the membrane 710 at the bottom of the recess 752 and greater than the back pressure exerted on the membrane 710 by the fluid contained in the microcircuit so as to maintain the membrane 710 at the bottom of the recess 752.
  • the plug 723 always closes the pipe 730 connecting the two chambers 720 and 722.
  • This plug 723 consists for example of a pyrotechnic charge which is deposited on the third layer 73, in front of the entry of the conduit 731 of the evacuation pipe 730.
  • This pyrotechnic charge can be initiated by the different modes presented above. The initiation of this charge makes it possible to clear the inlet from the pipe 730 connecting the two chambers 720 and 722.
  • the gases generated by the combustion of the pyrotechnic charge constituted by the plug 723 are added to the gases already present coming from the combustion of the main pyrotechnic charge 721.
  • the secondary chamber 722 being at a pressure lower than the pressure prevailing in the main chamber 720, the gases contained in the main chamber 720, that is to say those originating from the combustion of the main pyrotechnic charge 721 and those originating from the pyrotechnic charge constituted by the plug 723, can spread through the pipe 730 in the secondary chamber.
  • the volume of the secondary chamber 722 is sufficient to obtain a gas pressure between the two chambers 720, 722 which is less than the back pressure exerted on the membrane 710 by the fluid included in the microcircuit.
  • a reduction in the deformation of the membrane 710 is obtained which is sufficient to release the orifices formed by the pipes 750, 751 from the microcircuit of fluid.
  • This deformation of the membrane 710, towards the outside of the recess 752 causes the valve to open and therefore the two pipes 750 and 751 of the fluid microcircuit to be placed in communication.
  • the membrane 710 if it is elastic, returns to its initial position.
  • the initiation of the pyrotechnic charge constituting the plug 723 can be carried out on the command of an operator and / or when a threshold pressure is reached in the main chamber 720.
  • another pyrotechnic charge 724 can be placed in one of the chambers, main 720 or secondary 722.
  • the secondary pyrotechnic charge 724 is placed in the secondary chamber 722.
  • This charge pyrotechnic 724 can be initiated according to one of the modes presented above, that is to say using a heating wire or a conductive track.
  • the initiation of this new pyrotechnic charge 724 will create an overpressure of gas inside the two chambers 720 and 722, which are now communicating.
  • This gas overpressure inside the two chambers 720 and 722 causes a new deformation of the membrane 710.
  • the deformation of the membrane 710 is only possible at the level of the recess 752 created in the fifth layer 75.
  • the the membrane therefore swells inside the recess under the pressure of the gases until it is pressed into the bottom of the recess 752 and plugs the end of the pipes 750 and 751 opening into the recess 752.
  • the pressure gas inside the two chambers 720, 722 is again sufficient to deform the membrane 710 and greater than the back pressure exerted on the membrane 710 by the fluid contained in the microcircuit.
  • the pyrotechnic charges 721 and 724, main and secondary, used must be placed in the chambers in sufficient quantity to allow deformation of the membrane and avoid material deterioration. They will for example be deposited on the third layer 73 and initiated according to one of the modes presented above.
  • the mass of the main pyrotechnic charge 721 will depend on the volume of the main chamber 720 in which it is located, on the volume of gas necessary for the deformation of the membrane 710 and on the back pressure exerted on the membrane 710 by the contained fluid. in the microcircuit.
  • the mass of the secondary pyrotechnic charge 724 will depend on the volume of the two chambers 720 and 722, on the mass of the main pyrotechnic charge 721 as well as on the mass of the pyrotechnic charge constituting the plug 723. These two charges as well as that constituting the plug 723 are deposited on the third layer, for example each on a separate cavity to avoid thermal losses by conduction.
  • the invention it is also possible to provide a certain number of other chambers, of the type of the secondary chamber 722, connected to the main chamber 720 by a pipe initially closed by a pyrotechnic charge, this number depending on the number of cycles. closing / opening that one wishes to achieve.
  • the volume of these chambers must be increasing so as to always be able to obtain, when one of them is opened, a gas pressure in all the communicating chambers which is less than the back pressure exerted on the membrane 710 by the fluid contained in the microcircuit.
  • a closing microvalve 10 is produced in a polycarbonate support and comprises a microactuator 1 similar to that described with reference to FIG. 1 and located near a microcircuit of fluid 11.
  • This microcircuit of fluid 11 comprises a straight line 12 passing through a cylindrical chamber 14 situated in the extension of the cylindrical chamber 2 of the microactuator 1, and having approximately the same diameter, the two chambers 2.14 being separated from each other by the membrane 4 of the microactuator 1.
  • the chamber 14 which is traversed by the pipe 12 is filled with fluid and contains a valve 15 for closing.
  • the valve 15 is constituted by a flat solid piece pierced transversely with a circular hole.
  • Two perpendicular branches 18 integral with the solid part follow two diameters of the hole. At the intersection of these two branches 18 is placed a rounded part 16.
  • the fluid can circulate between the membrane 4 and the pipe 12 passing between the branches of the solid part supporting the rounded part 16.
  • Said rounded part 16 which is produced made of flexible material, such as rubber, is therefore not in direct contact with the membrane 4.
  • the volume of the chamber 2 is 0.3 mm 3 and the mass of the pyrotechnic charge 6 is 0.5 ⁇ g.
  • the operating mode of this closing microvalve 10 is as follows.
  • the ignition of the pyrotechnic charge 6 causes an overpressure in the chamber 2 which then causes the displacement in translation of the valve 15 in the chamber 14 filled with fluid. This displacement takes place until the flexible part 16 comes to be embedded in the pipe 12 interrupting the circulation of fluid.
  • the part of the pipe intended to receive the flexible part 16 is slightly flared so as to ensure a tight closure of the pipe.
  • the valve 15 does not return to its initial position, since the chamber 2 defines a hermetic space.
  • an evacuation of gases to the outside or to a secondary chamber of the type described with reference to FIG. 2 can also be envisaged for this embodiment.
  • a second pyrotechnic charge may be provided inside one of the chambers so as to obtain, after its initiation, a new deformation of the membrane 4. The initiation of this second pyrotechnic charge makes it possible to create a new overpressure in the two communicating chambers and therefore obtain a new deformation of the membrane 4.
  • the microvalve 10 will be able to carry out a closing / opening / closing cycle of the pipe 12.
  • an opening microvalve 20 is produced in a polycarbonate support and comprises a microactuator 1 similar to that described in the paragraph relating to FIG. 1 and located near a microcircuit of fluid.
  • a flexible polycarbonate strip 21 secured to the support made of the same material.
  • the flexible strip 21 is a flat piece of constant thickness, having a rounded body 22 extended by a narrower elongated part 23 having a rounded end.
  • the strip 21 is secured to the support by means of a tab 24, of smaller thickness.
  • This tongue 24 connects more precisely said support to the end of the rounded body 22 of the strip 21, the furthest from the rounded end of the narrower part 23 which extends it.
  • the rounded end of said narrow portion 23 carries a flexible protuberance 25 of approximately hemispherical shape, said protuberance 25 closing a pipe 26. The effort necessary to maintain the seal, even in the event of back pressure due to the the pipe 26 is obtained by an initial bending of the strip 21.
  • the operating mode of this opening microvalve 20 is as follows.
  • the ignition of the pyrotechnic charge 6 leads to an overpressure in the chamber 2 which then causes the swelling of the membrane 4 which abuts against the flexible strip 21.
  • the inflated membrane 4 is shown in dotted lines in FIG. 5.
  • the pressure forces exerted on said strip 21 cause it to pivot around the tongue 24 which connects it to the support, allowing the opening of the pipe 26 initially closed by the protuberance 25 of said strip 21.
  • the strip 21 remains rigid without deforming and therefore plays the role of a pivoting valve.
  • an evacuation of gases to the outside or to a secondary chamber of the type described with reference to FIG. 2 can also be envisaged for this embodiment.
  • a vacuum micropump 40 comprises a microactuator 60 according to the invention, produced in a support 61 made of polycarbonate, for example by stacking and gluing of sheets, and comprising a flexible membrane 62 situated in an annular space 63 similar to a throat. More specifically, said membrane 62 lines the bottom of the groove 63 while being fixed to said groove 63 at its upper part.
  • a pyrotechnic charge is located in an annular space similar to a groove of smaller dimension than that 63 in which the membrane 62 is located and positioned relative to the latter 63 concentrically, the two grooves communicating with each other by four regularly openings spaced on a circular wall separating the two grooves.
  • the groove enclosing the pyrotechnic charge is buried in the support 61 while the groove 63 which is covered by the flexible membrane 62 is open at its upper part.
  • a sheet 64 of the support 61 in polycarbonate covers said groove 63.
  • On the other side of the sheet 64 is formed, in the support 61, a cylindrical free space 65 whose diameter is greater than that of said sheet 64, said space 65 having two vents 66.
  • the sheet 64 is covered with an elastic membrane 67, of circular shape, and of diameter greater than that of the free space 65 situated beyond said sheet 64. Said elastic membrane 67 is fixed in said space free 65, in its part closest to the sheet 64.
  • a fluid pipeline 68 hollowed out in the support 61 at the level of the central part of the groove containing the pyrotechnic charge, opens into the free space 65 of said support 61.
  • said sheet 64 is cut so that it consists of a strip annular 80 flat, peripheral, connected to a central flat disc 81 by means of four deformable strands 82 in the form of an S.
  • the central disc 81 completely covers the annular groove 63. Between said central flat disc 81 and the peripheral annular band 80 remains an empty annular space 83.
  • the operating mode of this type of vacuum micropump is as follows. Referring to FIGS. 7, 8 and 9, the combustion of the pyrotechnic charge generates gases which invade, through the four openings, the external groove 63 lined with the flexible membrane 62 which, immediately, begins a reversal phase to finish by emerge from said groove 63 in which it was, in the form of a pneumatic bead 69 shown in FIG. 9. The formation of this bead 69 causes the disc 81 of the sheet 64 to move. The movement of said disc
  • a second alternative embodiment of a micropump 100 using a microactuator according to the invention differs from the micropump described above only at the level of the sheet.
  • the sheet 102 is in the form of a flat disc
  • an evacuation of gases to the outside or to a secondary chamber of the type described with reference to FIG. 2 can also be envisaged in these two variants of micropump 40 and 100.
  • a pipe connects the annular chamber 63 has a secondary chamber. The pipe is closed during the first deformation of the membrane 62 creating the suction of the fluid.
  • the evacuation of gases to the outside or the expansion of the gases caused by the communication between the annular chamber and the secondary chamber will cause the membrane 62 to deflate and therefore reduce its deformation.
  • a second pyrotechnic charge may be provided 1 * inside 1 • one of the rooms so as to obtain after its initiation, a new deformation of the membrane 62.
  • the initiation of the second pyrotechnic charge makes it possible to create a new overpressure in the two chambers in communication and therefore to obtain a new swelling of the membrane 62.
  • the swelling of the membrane 62 induces a new aspiration of fluid into the space that the elastic membrane 67 creates by moving away from the support 61.
  • the micropump 40 and 100 will be able to carry out two successive aspirations of liquid.

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Abstract

Le domaine technique de l'invention est celui des microactionneurs destinés à remplir des fonctions mécaniques, chimiques, électriques ou thermique dans des microsystèmes, pour des applications microélectroniques comme les puces, ou biomédicales comme les cartes intégrant la microfluidique. La présente invention concerne un microactionneur (1,60,7) comprenant une chambre (2,63,720), dite principale, réalisée dans un support solide (3) et contenant une charge pyrotechnique (6,721), dite principale, ladite chambre (2,63,720) principale étant hermétique et délimitée d'une part par des parois solides du support et d'autre part par une membrane (4,62,710) déformable, de sorte que les gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique (6, 721) principale permettent d'accroître le volume de ladite chambre (2,63, 720) principale par déformation de ladite membrane (4,62, 710), tout en maintenant intactes les parois solides de la chambre (2,63, 720) principale, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'évacuation des gaz de la chambre (720) principale.

Description

Microactionneur pyrotechnique double effet pour microsγstème et microsvstème utilisant un tel microactionneur
Le domaine technique de 1 ' invention est celui des microactionneurs destinés à remplir des fonctions mécaniques, chimiques, électriques, thermiques ou fluidiques dans des microsystèmes, pour des applications microélectroniques comme les puces, ou biomédicales comme les cartes d'analyse intégrant la microfluidique ou synthèse chimique comme les microréacteurs.
Les microactionneurs sont des objets miniaturisés, réalisés dans des supports solides pouvant être semiconducteurs ou isolants, dans le but de former des microsystèmes comme, par exemple, des microvannes ou des micropompes dans des microcircuits de fluide, ou des microinterrupteurs dans des microcircuits électroniques.
Des microactionneurs utilisant des effets électrostatique, piézoélectrique, électromagnétique et bimétallique existent depuis quelque temps déjà.' Une nouvelle génération de microactionneurs commence à faire son apparition : ceux utilisant l'effet pyrotechnique. A ce sujet, le brevet WO 98/22719 décrit une vanne miniature pour le remplissage du réservoir d'un appareil d'administration transdermique. Le principe de fonctionnement de cette vanne repose sur la fragmentation d'un substrat provoqué par les gaz de combustion d'une charge pyrotechnique, ledit substrat séparant initialement une réserve de fluide et un réservoir vide. Cette microvanne peut, selon une autre variante de réalisation, être utilisée avec une enveloppe gonflable. Les gaz de combustion provoquent d'abord la rupture du substrat puis le gonflement de 1 • enveloppe dans le but de pousser un fluide afin de l'évacuer. Ces microvannes présentent le double inconvénient d'émettre des fragments de substrat dans le microcircuit et de mélanger les gaz de combustion avec le fluide qu'elles sont censées libérer.
Le brevet US 4,111,221 décrit une valve non miniaturisée permettant d'interrompre une seule fois, le débit d'un fluide entre trois canalisations concourantes. Ce système de valve comporte un générateur de gaz permettant de gonfler une vessie venant s • interposer au niveau de 1 • intersection entre les trois canalisations pour fermer complètement le circuit de fluide. Différentes variantes utilisant notamment un piston déformant la vessie sous l'action de gaz sont également présentées dans ce document. De façon générale, les microactionneurs qui interviennent dans les microcircuits doivent être performants au niveau des forces qu'ils délivrent, conserver un encombrement réduit et demeurer une entité entière et autonome durant leur fonctionnement, sans possibilité de se morceler pour éviter d'émettre des particules dans le microcircuit dans lequel ils sont intégrés, et sans possibilité de voir les gaz de combustion polluer ledit microcircuit. Dans le cas d'un microcircuit de fluide, l'apport de la pyrotechnie permet aux microactionneurs d'engendrer des forces de pression 100 à 1000 fois plus élevées que celles produites par des microactionneurs fonctionnant à partir d'une source piézoélectrique ou électrostatique. De plus, les gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique peuvent également servir à chauffer un fluide ou une partie d'un micromécanisme sans se mélanger à lui.
Dans certaines applications, il pourra également s'avérer intéressant de disposer de microactionneurs. pouvant être réactivés en sens inverse, par exemple, dans le cas d'une microvanne, après une ouverture ou une fermeture d'un circuit de fluide, pour obtenir respectivement la réouverture ou une nouvelle fermeture de ce circuit de fluide.
Le but de l' invention est donc de proposer un microactionneur performant, d'encombrement réduit, demeurant une entité entière et autonome durant son fonctionnement et pouvant être activé en sens inverse.
Ce but est atteint par un microactionneur comprenant une chambre, dite principale, réalisée dans un support solide et contenant une charge pyrotechnique, dite principale, ladite chambre principale étant hermétique et délimitée d'une part par des parois solides du support et d'autre part par une membrane déformable, de sorte que les gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique principale permettent d'accroître le volume de ladite chambre principale par déformation de ladite membrane, tout en maintenant intactes les parois solides de la chambre principale, ce microactionneur étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'évacuation des gaz de la chambre principale.
Autrement dit, les gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique sont sans aucune influence sur la géométrie de la partie solide de la chambre, que ce soit par déformation des parois ou par fragmentation de celles-ci.
Selon une particularité, les moyens d'évacuation des gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique sont activés lorsque la membrane est déformée. La diminution de la déformation de la membrane provoquée alors par l'évacuation d'une quantité de gaz devra être suffisante pour activer en sens inverse le microsystème dans lequel est utilisé le microactionneur selon l'invention. Ces moyens d' évacuation pourront être actionnables sur commande ou selon une variante, lorsque par exemple une pression seuil est atteinte dans la chambre principale. Selon un premier mode de réalisation, les moyens d'évacuation des gaz comportent une canalisation d'évacuation débouchant à une extrémité dans la chambre principale et à une autre extrémité vers l'extérieur du support, la canalisation étant initialement obturée lors de la déformation de la membrane, les moyens d'évacuation comportant également des moyens d'ouverture de la canalisation, actionnés pour permettre l'évacuation des gaz par la canalisation de la chambre principale vers l'extérieur du support et provoquer ainsi le retour de la membrane dans sa position initiale si celle-ci est élastique.
Selon une deuxième mode de réalisation, les moyens d'évacuation des gaz comportent au moins une canalisation d'évacuation débouchant à une extrémité dans la chambre principale et à une autre extrémité dans une autre chambre, dite secondaire, hermétique, la canalisation d'évacuation étant initialement obturée lors de la déformation de la membrane, les moyens d'évacuation comportant également des moyens d'ouverture de la canalisation, actionnés pour permettre l'évacuation des gaz par la canalisation de la chambre principale vers la chambre secondaire et ainsi réduire la déformation de la membrane de manière suffisante pour activer en sens inverse le microsystème dans lequel est utilisé le microactionneur selon l'invention.
La mise en oeuvre du microactionneur selon ces deux modes de réalisation, par exemple sur un microcircuit de fluide, permet d'obtenir une fermeture ou une ouverture du microcircuit de fluide suivie respectivement d'une ouverture ou d'une fermeture de ce microcircuit de fluide. Selon une particularité de ces deux modes, la canalisation d'évacuation des gaz est formée dans le support.
Selon une particularité du deuxième mode, la chambre secondaire est réalisée dans le support.
Selon une autre particularité de ces deux modes de réalisation, la canalisation d'évacuation est obturée par un bouchon.
Selon une particularité, le bouchon est constitué d'une charge pyrotechnique.
Selon un mode de réalisation amélioré, une autre charge pyrotechnique, dite charge pyrotechnique secondaire, est logée dans l'une des deux chambres, cette charge pyrotechnique secondaire pouvant permettre lors de son initiation, après la réduction de la déformation de la membrane provoquée par l'évacuation des gaz dans la chambre secondaire, une nouvelle déformation de la membrane. Grâce à cette charge pyrotechnique secondaire, l'actionneur peut être réactivé une nouvelle fois.
La mise en oeuvre d'un microactionneur tel que défini ci-dessus et présentant cette dernière particularité, permet d'obtenir par exemple la fermeture d'un microcircuit de fluide suivie d'une ouverture, suivie d'une nouvelle fermeture du microcircuit. Le cycle inverse, ouverture/fermeture/ouverture, pourra également être obtenu en adaptant le dispositif.
Selon un premier mode de réalisation, les différentes charges pyrotechniques, c'est-à-dire la principale, la secondaire et celle constituant le bouchon, sont déposées chacune sur une piste conductrice chauffante avec par exemple une épaisseur de dépôt inférieure à 200μm.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, chacune des charges pyrotechniques, principale ou secondaire, enrobe un fil conducteur chauffant traversant la chambre où elle se situe, le diamètre dudit fil étant compris entre 10 μm et 100 μm.
Bien que ces deux modes d' initiation permettent dans la plupart des cas, l'allumage de la charge pyrotechnique considérée, il a quand même été constaté dans certaines configurations un problème lié à des pertes thermiques par conduction, dû à la mise en contact de 1 'élément conducteur chauffant avec le support, ces pertes nécessitant un surcroît d'énergie pour parvenir à l'allumage de la charge, s ' accompagnant généralement d'un réchauffement significatif du microactionneur non souhaitable systématiquement. Donc selon un troisième mode de réalisation de l'invention, la piste conductrice chauffante est déposée sur la charge pyrotechnique au moyen de techniques largement éprouvées dans le domaine des microcircuits comme, par exemple, le dépôt d'une peinture ou d'une encre conductrice par sérigraphie ou jet d'encre, de façon à éviter tout contact direct entre ladite piste chauffante et le substrat.
Selon une particularité, chacune des charges pyrotechniques, principale ou secondaire, peut avoir la forme d'un film recouvrant une cavité creusée dans le support.
Ainsi, en isolant la charge pyrotechnique de tout support solide conducteur de chaleur, on parvient à réduire voire éliminer les pertes thermiques par conduction. Pour cette dernière configuration, on peut utiliser des matériaux énergétiques possédant une capacité filmogène comme, par exemple, le collodion.
La configuration pour résoudre au mieux le problème lié aux pertes thermiques par conduction, consiste donc à déposer la charge pyrotechnique sous forme de film sur une cavité du support et à assurer son initiation par une piste conductrice chauffante elle-même déposée sur ladite charge. Par ce biais, les contacts directs entre la piste chauffante et le support sont nuls et ceux entre la charge et ledit support sont quasi-inexistants. En raison de la miniaturisation des charges pyrotechniques, leur système d'initiation doit lui-même être d'encombrement réduit, tout en demeurant d'une grande fiabilité. De façon plus générale, il est également possible d'initier une charge pyrotechnique par d'autres moyens, et notamment ceux impliquant soit un cristal piézoélectrique, soit un rugueux, à condition qu'ils répondent à la double exigence de miniaturisation et de fiabilité, soit par un faisceau laser, l'énergie lumineuse pouvant alors être amenée jusqu'à la charge pyrotechnique par un guide d'onde ou une fibre optique. De façon avantageuse, les charges pyrotechniques, principale, secondaire ainsi que celle constituant le bouchon, sont constituées par une composition à base de nitrocellulose.
En effet, en raison de la très petite taille des charges pyrotechniques utilisées, leur masse n'excédant pas quelques microgrammes, il est particulièrement souhaité d'employer des compositions homogènes.
Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la charge pyrotechnique est constituée par du polyazoture de glycidyle.
De façon préférentielle, le volume de la chambre principale est inférieur à 1 cm3. Avantageusement, la densité de chargement qui est le rapport de la masse de la charge pyrotechnique sur le volume de la chambre est compris entre 0,01 μg/mm3 et 0,1 mg/m 3. Pour un volume de chambre donné, il est tout à fait possible de définir une charge pyrotechnique en terme de masse, géométrie et composition, apte à produire une énergie donnée.
Préférentiellement, la membrane est souple et susceptible de se gonfler sous 1 ' effet des gaz émis par la charge pyrotechnique. Suivant les besoins liés à l'utilisation de l'actionneur, la membrane peut présenter des propriétés d'extensibilité plus ou moins marquées.
Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la membrane est souple et repliée dans ladite chambre, ladite membrane étant apte à se déplier sous l'effet des gaz émis par la charge pyrotechnique. Selon les configurations, la membrane peut être soit repliée sur elle-même, soit être repliée dans la chambre. De façon avantageuse, une fois que la membrane s'est dépliée sous l'effet des gaz, le volume final de la chambre est supérieur à son volume initial.
De façon préférentielle, la membrane est en matériau plastique et/ou élastique par exemple en téflon ou en latex. Avantageusement, pour des applications microélectroniques, la membrane peut être entièrement ou partiellement recouverte d'un matériau conducteur.
Ces microactionneurs peuvent à eux seuls assurer des fonctions au sein d'un microcircuit, comme par exemple, exercer une pression sur un fluide pour contribuer à le déplacer pour l'évacuer, mais ils sont plus généralement destinés à être inclus dans des microsystèmes. Un microsystème est un dispositif multifonctionnel miniaturisé dont les dimensions maximales n'excèdent pas quelques millimètres. Dans le cadre d'un microcircuit de fluide, un microsystème peut, par exemple, être une microvanne ou une micropompe, et dans le cadre d'un microcircuit électronique un microinterrupteur ou un microcommutateur. Les microactionneurs sont réalisés dans des supports semiconducteurs, comme ceux en silicium par exemple, lorsqu'il s'agit d'une application microélectronique. Ils peuvent être conçus dans d'autres matériaux, comme du polycarbonate, pour d'autres applications et notamment dans le domaine biomédical. La conformation de la chambre est telle, que sous l'effet des gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique, elle accroît son volume. La chambre peut contenir plusieurs charges pyrotechniques, non pas dans le but d'augmenter la pression interne de ladite chambre au moyen d'un allumage simultané desdites charges, mais de façon à maintenir un niveau de pression à peu près constant dans le temps, pour pallier une éventuelle relaxation prématurée de la chambre, notamment dans le cas des micropompes. Dans ce cas, l'initiation des charges s'effectue de façon séquentielle, à des intervalles de temps prédéterminés. Préférentiellement, ladite chambre définit un espace hermétique une fois qu'elle s'est expansée. Autrement dit, une fois la combustion terminée, la chambre demeure dans une configuration correspondant à un état d'expansion maximum.
L'invention porte donc également sur un microsystème incluant un microactionneur selon l'invention, ce microsystème étant caractérisé en ce qu'il comporte une pièce solide, la déformation de la membrane provoquant le déplacement de la pièce solide. En effet, les gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique créent une surpression dans la chambre qui va avoir tendance à s'expanser par déformation de la membrane. La membrane vient alors au contact d'une pièce placée à proximité du microactionneur et lorsque les forces de pression atteignent une valeur seuil, elles provoquent le déplacement de ladite pièce. Selon un premier mode de réalisation préféré d'un microsystème selon l'invention, la pièce solide est susceptible de venir obstruer une canalisation de fluide, suite au pivotement de ladite pièce sous l'effet des gaz de combustion. Pour cette configuration où le microactionneur est utilisé dans le cadre d'un microcircuit de fluide, le microsystème peut être assimilé à une microvanne à fermeture.
Selon un deuxième mode de réalisation préféré d'un microsystème selon l'invention, la pièce solide obstrue initialement une canalisation de fluide et le déplacement de ladite pièce par pivotement entraîne l'ouverture de ladite canalisation. Pour cette configuration, le microsystème peut être assimilé à une microvanne d ' ouverture. Selon l'invention, le microactionneur comporte également des moyens d'évacuation des gaz permettant de réduire la déformation de la membrane. Préférentiellement, l'ouverture de la canalisation d'évacuation permet l'évacuation des gaz vers l'extérieur du support ou vers une chambre secondaire. La réduction de la déformation de la membrane est suffisante pour provoquer, selon le premier mode de réalisation, la réouverture du microcircuit de fluide, ou, selon le second mode de réalisation, une nouvelle fermeture du microcircuit de fluide.
Selon l'invention, l'une des chambres peut contenir une autre charge pyrotechnique. Cette seconde charge pyrotechnique est destinée à être initiée après la réduction de la déformation de la membrane, c'est-à-dire après la réouverture du microcircuit de fluide dans le cas du premier mode de réalisation ou après la nouvelle fermeture du microcircuit de fluide dans le cas du second mode de réalisation. L'initiation de cette seconde charge crée une surpression de gaz dans les deux chambres, celles-ci étant reliées par la canalisation d'évacuation qui est ouverte depuis la rupture du bouchon. Cette surpression crée une nouvelle déformation de la membrane qui vient alors de nouveau déplacer la pièce solide pour que celle-ci, dans le cas du premier mode de réalisation, referme le microcircuit de fluide ou, dans le cas du second mode de réalisation, ouvre de nouveau le microcircuit.
Avantageusement, la pièce solide qui vient obstruer la canalisation de fluide est surmontée d'une protubérance souple pour assurer une bonne étanchéité au niveau de la fermeture de ladite canalisation, ladite protubérance étant assimilable à un bouchon.
Selon un troisième mode de réalisation préféré d'un microsystème selon l'invention, i) une membrane souple est située dans un espace annulaire assimilable à une gorge et constituant la chambre principale, ii) la charge pyrotechnique est située dans un espace annulaire assimilable à une gorge de plus petite dimension que celle dans laquelle est située la membrane souple et positionnée de façon concentrique par rapport à celle-ci, les deux gorges communiquant entre elles par au moins une ouverture, iii) Une pièce solide plate vient en appui contre le support en coiffant l'espace annulaire dans lequel est situé la membrane souple, ladite pièce étant elle-même recouverte par une membrane élastique et obstruant une canalisation de fluide, de sorte que les gaz émis par la combustion de la charge entraînent le déploiement de la membrane souple située dans 1 ' espace annulaire et provoquent le déplacement de la pièce plate, en induisant une aspiration de fluide dans l'espace que la membrane élastique crée en s 'éloignant du support.
Pour cette configuration, le microsystème peut être assimilé à une micropompe à dépression et l'utilisation de plusieurs charges pyrotechniques à allumage séquentiel peut apparaître comme particulièrement appropriée, de façon à maintenir un niveau de pression seuil minimum pendant un certain temps, et donc à éviter un reflux naturel prématuré du fluide.
Selon l'invention, l'utilisation de moyens d'évacuation des gaz vers la chambre secondaire peut permettre de réduire la déformation de la membrane. Après cette réduction de la déformation de la membrane, l'initiation d'une seconde charge pyrotechnique située dans l'une des deux chambres permet de créer une surpression dans les deux chambres reliées par la canalisation d'évacuation. Cette surpression provoque une nouvelle déformation de la membrane et ainsi une nouvelle aspiration de fluide dans l'espace que la membrane crée en s 'éloignant du support.
Le microactionneur selon 1 • invention peut être utilisé dans des microcircuits électroniques en contribuant à la réalisation de microsystèmes tels que des microinterrupteurs ou des microcommutateurs. En effet, la membrane qui délimite partiellement la chambre et qui est recouverte entièrement ou partiellement d'un matériau conducteur peut se gonfler ou se déployer de manière à venir fermer ou ouvrir un microcircuit électrique. De même, le microactionneur selon l'invention muni d'une membrane souple non conductrice, peut déplacer une pièce solide conductrice de manière à fermer ou ouvrir un microcircuit électrique ou assurer la double fonction consistant d'abord à ouvrir un microcircuit électrique puis, ensuite, à en fermer un autre.
Les microactionneurs pyrotechniques selon
1 ' invention ont 1 ' avantage d ' être performants et fiables tout en restant propres. Ils sont propres à deux titres ; d'abord, ils demeurent intacts durant toute leur phase de fonctionnement sans risque d'être fragmentés, évitant de libérer des particules solides parasites dans le microcircuit, ensuite, les gaz émis par la charge pyrotechnique sont emprisonnés dans la chambre qui délimite un espace hermétique, sans aucune possibilité d'envahir le microcircuit. De plus, les microactionneurs pyrotechniques selon 1 ' invention sont simples. Une chambre avec membrane, une charge pyrotechnique et un système d'allumage sont leurs seuls éléments constitutifs et les phénomènes physico- chimiques qu'ils engendrent restent basiques.
Enfin, pour un volume de chambre donné, la grande variabilité des compositions pyrotechniques pouvant être intégrées dans les microactionneurs selon l'invention, permet d'obtenir une gamme très étendue de sollicitations. Ceci permet ainsi d'utiliser les microactionneurs selon 1 • invention dans un grand nombre de configurations.
On donne ci-après une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un microactionneur selon
1 ' invention ainsi que de trois modes de réalisation préférés d'un microsystème utilisant un microactionneur selon l'invention, en se référant aux figures 1 à 10.
La figure 1 est une vue en coupe axiale longitudinale d'un microactionneur selon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe axiale longitudinale d'une microvanne permettant de réaliser un cycle de fermeture/ouverture/fermeture et fonctionnant à partir d'un microactionneur amélioré selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe axiale longitudinale d'une microvanne de fermeture fonctionnant à partir d'un microactionneur pyrotechnique tel que représenté en figure 1.
La figure 4 est une vue du dessus du clapet de fermeture de la microvanne de la figure 3.
La figure 5 est une vue en coupe axiale longitudinale d'une microvanne d'ouverture fonctionnant à partir d'un microactionneur pyrotechnique tel que représenté en figure 1.
La figure 6 est une vue en coupe selon le plan VI- VI de la microvanne d'ouverture de la figure 5.
La figure 7 est une vue en coupe axiale longitudinale d'une micropompe utilisant un microactionneur pyrotechnique tel que représenté en figure 1, ledit microactionneur n'ayant pas encore fonctionné.
La figure 8 est une vue du dessus de la pièce plate solide à déplacer et appartenant à la micropompe présentée à la figure 7.
La figure 9 est une vue en coupe axiale longitudinale de la micropompe de la figure 7 , le microactionneur ayant fonctionné.
La figure 10 est une vue en coupe axiale longitudinale d'une seconde variante de réalisation d'une micropompe utilisant un microactionneur selon l'invention, ledit microactionneur ayant fonctionné.
En se référant à la figure 1, un microactionneur 1 selon l'invention comprend une chambre 2 réalisée dans un support 3 en polycarbonate et ayant une forme cylindrique. Ledit support 3 résulte d'un empilement de feuilles en polycarbonate collées les unes aux autres. Dans tous les modes de réalisation présentés ci-dessous, cette technique d'empilement pourra être utilisée. La description qui sera faite ci-après en référence à la figure 2 met plus particulièrement en avant cette technique. Ladite chambre 2 qui est donc délimitée par le support 3 présente une face circulaire obturée par une membrane 4 souple par exemple en latex ou en téflon, fixée par exemple par collage dans ledit support 3. Ladite chambre 2 est traversée par un fil chauffant 5 enrobé d'une couche de composition pyrotechnique 6 à base de nitrocellulose. Le diamètre du fil chauffant pourra être compris par exemple entre 10 μm et 100 μm.
Le mode de fonctionnement de cet actionneur 1 est le suivant. Un courant électrique est délivré dans le fil chauffant 5 dont la température s'élève jusqu'à atteindre la température d'inflammation de la composition pyrotechnique 6. La combustion de ladite composition 6 entraîne la production de gaz qui créent une surpression dans la chambre 2. La membrane 4 qui est ainsi sollicitée réagit en se gonflant.
Comme décrit ci-dessus, d'autres modes d'initiation peuvent bien entendu être envisagés. En effet, la charge pyrotechnique peut être déposée directement sur une piste conductrice chauffante avec une épaisseur de dépôt inférieure à 200 μm.
Comme écrit dans la partie introductive de cette description, certaines pertes thermiques peuvent survenir dues à la mise en contact de l'élément conducteur chauffant avec le support. Dans ce cas, la piste conductrice chauffante pourra être déposée sur la charge de façon à éviter tout contact direct entre ladite piste chauffante et le substrat sur lequel la charge est déposée. Ces pertes thermiques par conduction pourront également être réduites par exemple en recouvrant une cavité creusée dans le support à 1 • aide de la charge. La charge sera alors par exemple sous forme de film et la piste conductrice sera directement déposée sur la charge. Dans cette configuration, on remarque que les contacts directs entre la piste chauffante et le support sont nuls et ceux entre la charge et ledit support sont quasi-inexistants du fait de la présence de la cavité. La figure 2 représente un microactionneur 7 amélioré permettant d'obtenir une déformation de la membrane comme décrit en référence à la figure 1 et une réduction de cette déformation. Sur la figure 2, ce microactionneur 7 joue le rôle d'une microvanne dans un microcircuit de fluide. Le microactionneur 7 selon 1 • invention est constitué de quatre couches superposées 71, 72, 73 et 74, dite respectivement première couche, deuxième couche, troisième couche et quatrième couche. Les deuxième, troisième et quatrième couches 72, 73, 74 constituent le support et sont par exemple en polycarbonate. La première couche 71 est en matériau plastique et/ou élastique, par exemple en téflon ou en latex. Sur la première couche 71 du microactionneur 7 est présente une cinquième couche 75 constituant le microcircuit de fluide. Cette cinquième couche 75 constituée par le microcircuit de fluide est traversée transversalement par deux canalisations 750 et 751. Les deux canalisations 750 et 751 comportent une extrémité débouchant dans un évidement 752 formé sur la face 753 de cette cinquième couche 75, dite face inférieure, située en vis-à-vis de la première couche 71 du microactionneur 7. Les deux canalisations 750 et 751 communiquent donc par 1 ' intermédiaire de 1 ' évidement 752. Une première canalisation 750 constitue par exemple une arrivée de fluide vers l' évidement 752 et la deuxième canalisation 751 constitue une sortie de fluide hors de l' évidement 752.
La première couche 71 du microactionneur constitue une membrane 710 déformable telle que celle décrite sous la référence 4 à la figure 1. La membrane 710 étant fixée sur la face inférieure 753 de la cinquième couche 75, par exemple par collage, la déformation de la membrane 710 n'est possible que dans l' évidement 752 de la cinquième couche 75. Cette déformation pourra être due par exemple à un gonflage. La deuxième couche 72 est constituée d'une feuille percée transversalement de deux trous et d' épaisseur par exemple égale à 0,5 mm. Les parois latérales d'un premier trou délimitent avec la première couche 71 située au-dessus et avec la troisième couche 73 située au-dessous, la chambre 720 de combustion principale du microactionneur telle que décrite en référence à la figure 1. Cette chambre 720 principale comporte donc la charge pyrotechnique 721, dite principale permettant d'obtenir la déformation de la membrane 710. Cette charge pyrotechnique 721 principale pourra être initiée selon l'un des modes présentés ci-dessus, c'est-à-dire à l'aide d'un fil chauffant ou d'une piste conductrice (non représenté (e) sur la figure 2) . La chambre principale 720 aura par exemple un diamètre de 0,8 mm. Les parois latérales d'un deuxième trou délimitent avec la première couche 71 située au-dessus et avec la troisième couche 73 située au-dessous une chambre secondaire ou réservoir 722 dont le rôle sera explicité ci-dessous. Cette chambre secondaire 722 aura par exemple un diamètre égal à 2 mm.
La troisième couche 73 est constituée d'une feuille à travers laquelle est formée une canalisation 730 en forme de U dont chacune des extrémités débouche dans une des chambres 720 et 722 de la deuxième couche 72. Cette canalisation 730 est constituée d'un canal 733 creusé sur la face de la troisième couche 73 située en vis-à- vis de la quatrième couche 74 et recouvert par la quatrième couche 74 du microactionneur 7. Chaque extrémité du canal 733 se prolonge perpendiculairement par un conduit 731 et 732, chacun des conduits 731 et 732 débouchant dans une chambre 720 et 722 de la deuxième couche 72 du microactionneur. Cette quatrième couche 74 est constituée d'un film d'étanchéité recouvrant la canalisation 730. Le conduit 731 de la canalisation 730 débouchant dans la chambre principale 720 est initialement obturé de manière étanche par exemple par un bouchon 723. La communication entre les deux chambres 720 et 722 est donc impossible.
Une microvanne telle que représentée en figure 2 fonctionne de la manière suivante. Un courant électrique est délivré dans le fil chauffant ou la piste conductrice jusqu'à ce que la température atteinte soit suffisante pour l'inflammation de la charge pyrotechnique 721 principale contenue dans la chambre principale 720. La combustion de la charge pyrotechnique 721 principale entraîne la production de gaz dans la chambre principale 720 de sorte à créer une surpression dans cette chambre 720. La surpression entraîne la déformation de la membrane 710. La déformation de la membrane 710 en réponse à la pression des gaz n'est possible qu'en direction de l' évidement 752 formé dans la cinquième couche 75. La membrane vient donc se gonfler jusqu'à venir se plaquer au fond de l' évidement 752 et ainsi s'interposer entre les deux canalisations 750 et 751. Le microcircuit de fluide est donc fermé et cette fermeture est maintenue grâce à la pression des gaz contenus dans la chambre principale 720 sur la membrane 710 déformable. La pression des gaz contenus dans la chambre principale 720 est suffisante pour plaquer la membrane 710 au fond de 1* évidement 752 et supérieure à la contre-pression exercée sur la membrane 710 par le fluide contenu dans le microcircuit de manière à maintenir la membrane 710 au fond de 1 ' évidement 752.
Le bouchon 723 obture toujours la canalisation 730 reliant les deux chambres 720 et 722. Ce bouchon 723 est par exemple constitué d'une charge pyrotechnique qui est déposée sur la troisième couche 73, devant l'entrée du conduit 731 de la canalisation d'évacuation 730. Cette charge pyrotechnique peut être initiée par les différents modes présentés ci-dessus. L'initiation de cette charge permet de dégager 1 ' entrée de la canalisation 730 reliant les deux chambres 720 et 722. Les gaz générés par la combustion de la charge pyrotechnique constituée par le bouchon 723 viennent s'ajouter aux gaz déjà présents issus de la combustion de la charge pyrotechnique 721 principale. La chambre secondaire 722 étant à une pression inférieure à la pression régnant dans la chambre principale 720, les gaz contenus dans la chambre principale 720, c'est-à-dire ceux issus de la combustion de la charge pyrotechnique 721 principale et ceux issus de la charge pyrotechnique constituée par le bouchon 723, peuvent se répandre par la canalisation 730 dans la chambre secondaire. Le volume de la chambre secondaire 722 est suffisant pour obtenir une pression des gaz entre les deux chambres 720, 722 qui soit inférieure à la contre-pression exercée sur la membrane 710 par le fluide compris dans le microcircuit. Ainsi, lors de la détente des gaz, on obtient une réduction de la déformation de la membrane 710 suffisante pour libérer les orifices formés par les canalisations 750, 751 du microcircuit de fluide. Cette déformation de la membrane 710, vers l'extérieur de l' évidement 752, provoque l'ouverture de la vanne et donc la mise en communication des deux canalisations 750 et 751 du microcircuit de fluide.
Selon une variante de réalisation, il serait également possible de purger les gaz contenus dans la chambre principale 720 directement vers l'extérieur du dispositif en mettant la chambre principale 720 en communication avec l'air libre. Selon cette variante, la membrane 710, si elle est élastique, revient dans sa position initiale. Selon l'invention, l'initiation de la charge pyrotechnique constituant le bouchon 723 peut être réalisée sur commande d'un opérateur et/ou lorsqu'une pression seuil est atteinte dans la chambre principale 720.
Selon l'invention, une autre charge pyrotechnique 724, dite secondaire, peut être placée dans l'une des chambres, principale 720 ou secondaire 722. Sur la figure 2, la charge pyrotechnique secondaire 724 est placée dans la chambre secondaire 722. Cette charge pyrotechnique 724 pourra être initiée selon l'un des modes présentés ci-dessus, c'est-à-dire à l'aide d'un fil chauffant ou d'une piste conductrice.
Selon l'invention, après la mise en communication des deux chambres 720 et 722, l'initiation de cette nouvelle charge pyrotechnique 724 va créer une surpression de gaz à l'intérieur des deux chambres 720 et 722, désormais communicantes. Cette surpression de gaz à l'intérieur des deux chambres 720 et 722 provoque une nouvelle déformation de la membrane 710. La déformation de la membrane 710 n'est possible qu'au niveau de l' évidement 752 créé dans la cinquième couche 75. La membrane se gonfle donc à 1 ' intérieur de l' évidement sous la pression des gaz jusqu'à venir se plaquer dans le fond de l' évidement 752 et obturer l'extrémité des canalisations 750 et 751 débouchant dans l' évidement 752. La pression des gaz à l'intérieur des deux chambres 720, 722 est à nouveau suffisante pour déformer le membrane 710 et supérieure à la contre- pression exercée sur la membrane 710 par le fluide contenu dans le microcircuit.
Selon l'invention, les charges pyrotechniques 721 et 724, principale et secondaire, utilisés devront être disposés dans les chambres en quantité suffisante pour permettre une déformation de la membrane et éviter une détérioration du matériel. Elles seront par exemple déposées sur la troisième couche 73 et initiées selon l'un des modes présentées ci-dessus.
La masse de la charge pyrotechnique 721 principale sera fonction du volume de la chambre principale 720 dans laquelle elle se trouve, du volume de gaz nécessaire à la déformation de la membrane 710 et de la contre-pression exercée sur la membrane 710 par le fluide contenu dans le microcircuit. De même, la masse de la charge pyrotechnique 724 secondaire sera fonction du volume des deux chambres 720 et 722, de la masse de la charge pyrotechnique 721 principale ainsi que de la masse de la charge pyrotechnique constituant le bouchon 723. Ces deux charges ainsi que celle constituant le bouchon 723 sont déposées sur la troisième couche par exemple chacune sur une cavité distincte pour éviter les pertes thermiques par conduction.
Selon l'invention, il est également possible de prévoir un certain nombre d'autres chambres, du type de la chambre secondaire 722, reliées à la chambre principale 720 par une canalisation initialement obturée par une charge pyrotechnique, ce nombre dépendant du nombre de cycle fermeture/ouverture que l'on souhaite réaliser. Le volume de ces chambres devra être croissant de manière à pouvoir toujours obtenir lors de l'ouverture de l'une d'elles, une pression des gaz dans toutes les chambres communicantes qui soit inférieure à la contre-pression exercée sur la membrane 710 par le fluide contenu dans le microcircuit. Les masses des charges pyrotechniques, contenues dans les chambres et permettant d'obtenir, après une ouverture du microcircuit, une nouvelle déformation de la membrane 710, devront également être croissantes de manière à pouvoir toujours générer la quantité nécessaire de gaz pour obtenir, dans les chambres communicantes, une pression suffisante pour provoquer la nouvelle déformation de la membrane 710 et supérieure à la contre-pression exercée sur la membrane 710 par le fluide contenu dans le microcircuit. En se référant à la figure 3, une microvanne de fermeture 10 est réalisée dans un support en polycarbonate et comprend un microactionneur 1 analogue à celui décrit en référence à la figure 1 et situé à proximité d'un microcircuit de fluide 11. Ce microcircuit de fluide 11 comporte une canalisation 12 rectiligne traversant une chambre cylindrique 14 située dans le prolongement de la chambre cylindrique 2 du microactionneur 1, et ayant approximativement le même diamètre, les deux chambres 2,14 étant séparées l'une de l'autre par la membrane 4 du microactionneur 1. La chambre 14 qui est traversée par la canalisation 12 est remplie de fluide et contient un clapet 15 de fermeture. En se référant à la figure 4, le clapet 15 est constitué par une pièce solide plane percée transversalement d'un trou circulaire. Deux branches 18 perpendiculaires solidaires de la pièce solide suivent deux diamètres du trou. A l'intersection de ces deux branches 18 est placée une pièce arrondie 16. Le fluide peut circuler entre la membrane 4 et la canalisation 12 en passant entre les branches de la pièce solide supportant la pièce arrondie 16. Ladite pièce 16 arrondie qui est réalisée en matériau souple, comme du caoutchouc, n'est donc pas en contact direct avec la membrane 4. Le volume de la chambre 2 est de 0,3 mm3 et la masse, de la charge pyrotechnique 6 est de 0,5 μg.
Le mode de fonctionnement de cette microvanne 10 de fermeture est le suivant. La mise à feu de la charge pyrotechnique 6 entraîne une surpression dans la chambre 2 qui provoque alors le déplacement en translation du clapet 15 dans la chambre 14 remplie de fluide. Ce déplacement s'effectue jusqu'à ce que la pièce souple 16 vienne s'encastrer dans la canalisation 12 interrompant la circulation de fluide. La partie de la canalisation destinée à recevoir la pièce souple 16 est légèrement évasée de façon à assurer une fermeture étanche de la canalisation. Une fois la combustion de la charge pyrotechnique 6 terminée, le clapet 15 ne revient pas à sa position initiale, puisque la chambre 2 définit un espace hermétique. Selon l'invention, une évacuation des gaz vers l'extérieur ou vers une chambre secondaire du type de celle décrite en référence à la figure 2 peut également être envisagée pour ce mode de réalisation. Dans ce cas, comme dans la microvanne représentée en figure 2, l'évacuation des gaz vers l'extérieur du support ou la détente des gaz provoquée par la mise en communication de la chambre principale 2 et d'une chambre secondaire provoquera, sous la pression du fluide contenu dans le microcircuit, une réduction suffisante de la déformation de la membrane 4 et ainsi la réouverture de la canalisation 12. Dans le cas où l'évacuation des gaz est effectuée vers une chambre secondaire, comme dans le mode de réalisation décrit en référence à la figure 2, une seconde charge pyrotechnique pourra être prévue à 1 ' intérieur de 1 'une des chambres de manière à obtenir après son initiation, une nouvelle déformation de la membrane 4. L' initiation de cette seconde charge pyrotechnique permet de créer une nouvelle surpression dans les deux chambres en communication et donc d'obtenir une nouvelle déformation de la membrane 4. Cette nouvelle déformation aura lieu jusqu'à l'encastrement de la pièce arrondie 16 dans la partie évasée de la canalisation 12 pour l'obturer de nouveau. Avec ces modifications, la microvanne 10 sera apte à réaliser un cycle de fermeture/ouverture/fermeture de la canalisation 12. Comme décrit ci-dessus, pour cette microvanne 10, il est également possible de prévoir un certain nombre d'autres chambres du type de la chambre secondaire 722, ce nombre dépendant du nombre de cycles fermeture/ouverture que l'on souhaite réaliser.
En se référant à la figure 5, une microvanne d'ouverture 20 est réalisée dans un support en polycarbonate et comprend un microactionneur 1 analogue à celui décrit au paragraphe relatif à la figure 1 et situé à proximité d'un microcircuit de fluide. A proximité immédiate dudit microactionneur 1 et plus particulièrement de sa membrane 4 , est placée une lamelle 21 flexible en polycarbonate solidaire du support fait du même matériau. En se référant à la figure 6, la lamelle flexible 21 est une pièce plate d'épaisseur constante, présentant un corps arrondi 22 prolongé par une partie 23 allongée plus étroite ayant une extrémité arrondie. La lamelle 21 est solidaire du support par l'intermédiaire d'une languette 24, de plus faible épaisseur. Cette languette 24 relie plus précisément ledit support à l'extrémité du corps arrondi 22 de la lamelle 21, la plus éloignée de l'extrémité arrondie de la partie 23 plus étroite qui la prolonge. L'extrémité arrondie de ladite partie étroite 23 porte une protubérance 25 souple de forme approximativement hémisphérique, la dite protubérance 25 obturant une canalisation 26. L'effort nécessaire au maintien de l'étanchéité, même en cas de contre-pression due au fluide de la canalisation 26, est obtenu par une flexion initiale de la lamelle 21.
Le mode de fonctionnement de cette microvanne 20 d' ouverture est le suivant. La mise à feu de la charge pyrotechnique 6 entraîne une surpression dans la chambre 2 qui provoque alors le gonflement de la membrane 4 qui vient en appui contre la lamelle 21 flexible. La membrane 4 gonflée est représentée en pointillés sur la figure 5. Les forces de pression exercées sur ladite lamelle 21 provoquent son pivotement autour de la languette 24 qui la relie au support, permettant l'ouverture de la canalisation 26 initialement obturée par la protubérance 25 de ladite lamelle 21. Durant son déplacement, la lamelle 21 demeure rigide sans se déformer et joue donc le rôle d'un clapet pivotant. Selon l'invention, une évacuation des gaz vers l'extérieur ou vers une chambre secondaire du type de celle décrite en référence à la figure 2 peut également être envisagée pour ce mode de réalisation. Dans ce cas, comme dans la microvanne représentée en figure 2 , l'évacuation ou la détente des gaz provoquera une réduction de la déformation de la membrane 4 et donc dans ce cas, à 1 • inverse de la microvanne présentée en référence à la figure 3, une nouvelle fermeture de la canalisation 12. De même, comme dans le mode de réalisation de la figure 2 et de la figure 3, une seconde charge pyrotechnique située dans la chambre secondaire formée dans le support, pourra être initiée afin d'obtenir une nouvelle déformation de la membrane 4. Cette nouvelle déformation de la membrane provoque une réouverture de la canalisation 26. Avec ces modifications, la microvanne 20 sera apte à réaliser un cycle de ouverture/fermeture/ouverture de la canalisation 26.
Comme décrit ci-dessus, pour cette microvanne 20, il est également possible de prévoir un certain nombre d'autres chambres du type de la chambre secondaire 722, ce nombre dépendant du nombre de cycles ouverture/fermeture que l'on souhaite réaliser. En se référant à la figure 7, une micropompe 40 à dépression comprend un microactionneur 60 selon l'invention, réalisé dans un support 61 en polycarbonate, par exemple par empilement et collage de feuilles, et comportant une membrane souple 62 située dans un espace annulaire 63 assimilable à une gorge. De façon plus précise, ladite membrane 62 tapisse le fond de la gorge 63 en étant fixée à ladite gorge 63 au niveau de sa partie supérieure. Une charge pyrotechnique est située dans un espace annulaire assimilable à une gorge de plus petite dimension que celle 63 dans laquelle est située la membrane 62 et positionnée par rapport à celle-ci 63 de façon concentrique, les deux gorges communiquant entre elles par quatre ouvertures régulièrement espacées sur une paroi circulaire séparant les deux gorges. La gorge enfermant la charge pyrotechnique est enfouie dans le support 61 alors que la gorge 63 qui est tapissée par la membrane 62 souple est ouverte à sa partie supérieure. Une feuille 64 du support 61 en polycarbonate coiffe ladite gorge 63. De l'autre côté de la feuille 64 est ménagé, dans le support 61, un espace libre 65 cylindrique dont le diamètre est supérieur à celui de ladite feuille 64 , ledit espace 65 possédant deux évents 66. La feuille 64 est recouverte d'une membrane élastique 67, de forme circulaire, et de diamètre supérieur à celui de l'espace libre 65 situé au delà de ladite feuille 64. Ladite membrane élastique 67 est fixée dans ledit espace libre 65, dans sa partie la plus proche de la feuille 64. Une canalisation 68 de fluide, creusée dans le support 61 au niveau de la partie centrale de la gorge contenant la charge pyrotechnique, débouche dans l'espace libre 65 dudit support 61.
En se référant à la figure 8, ladite feuille 64 est découpée de sorte qu'elle est constituée par une bande annulaire 80 plate, périphérique, reliée à un disque plat central 81 au moyen de quatre brins déformables 82 en forme de S. Le disque central 81 recouvre intégralement la gorge annulaire 63. Entre ledit disque- plat central 81 et la bande annulaire périphérique 80 subsiste un espace annulaire vide 83.
Le mode de fonctionnement de ce type de micropompe à dépression est le suivant. En se référant aux figures 7, 8 et 9, la combustion de la charge pyrotechnique engendre des gaz qui envahissent, par les quatre ouvertures, la gorge 63 externe tapissée par la membrane souple 62 qui, aussitôt, entame une phase de retournement pour finir par émerger de ladite gorge 63 dans laquelle elle se trouvait, sous la forme d'un bourrelet pneumatique 69 représenté en figure 9. La formation de ce bourrelet 69 entraîne le déplacement du disque 81 de la feuille 64. Le déplacement dudit disque
81 est rendu possible grâce aux quatre brins déformables
82 en forme de S qui se tendent sans se rompre pour maintenir une liaison avec la bande annulaire 80. Ledit déplacement induit une aspiration de fluide dans l'espace que la membrane élastique 67 crée en s 'éloignant du support 61. La membrane élastique 67 assure une bonne étanchéité de l'espace dans lequel est aspiré le fluide. L'air de l'espace situé derrière la membrane élastique 67 s'évacue par les deux évents 66 de l'espace libre 65 dont le volume ne cesse de décroître.
En se référant à la figure 10, une seconde variante de réalisation d'une micropompe 100 utilisant un microactionneur selon 1 ' invention ne diffère de la micropompe décrite ci-dessus qu'au niveau de la feuille
102 et de la membrane 101 qui la recouvre. En effet, la feuille 102 se présente sous la forme d'un disque plat
103 élargi dont le diamètre est sensiblement égal à l'espace libre cylindrique correspondant à celui désigné par le repère 65 sur la figure 7 et situé de l'autre côté de ladite feuille 102. Ledit disque 103 est relié au support 104 au moyen de quatre brins déformables 105 en forme de S. De cette manière, la membrane 101 qui recouvre la feuille 102 est fixée dans ledit espace libre cylindrique, de sorte qu'elle _tapisse intégralement ledit espace, aussi bien le fond que la paroi latérale interne. Ladite membrane 101 est fixée dans ledit espace au niveau de sa paroi latérale interne à sa partie la plus éloignée de ladite feuille 102. Le principe de fonctionnement d'une telle micropompe 100 est analogue à celui décrit pour la première variante. L'avantage technique octroyé par une telle configuration est un gain de volume de 1 ' espace dans lequel est aspiré le fluide, puisque cet espace est sensiblement celui qui existe au-delà de la feuille 102 avant que le microactionneur n'ait fonctionné.
Selon l'invention, une évacuation des gaz vers l'extérieur ou vers une chambre secondaire du type de celle décrite en référence à la figure 2 peut également être envisagée dans ces deux variantes de micropompe 40 et 100. Dans ce cas, une canalisation relie la chambre annulaire 63 à une chambre secondaire. La canalisation est obturée lors de la première déformation de la membrane 62 créant l'aspiration du fluide. Selon l'invention, l'évacuation des gaz vers l'extérieur ou la détente des gaz provoquée par la mise en communication de la chambre annulaire et de la chambre secondaire provoquera le dégonflement de la membrane 62 et donc une réduction de sa déformation. De même, comme dans le mode de réalisation de la figure 2, dans le cas où 1 • évacuation d' au moins une partie des gaz est effectuée vers une chambre secondaire, une seconde charge pyrotechnique pourra être prévue à 1 * intérieur de 1 •une des chambres de manière à obtenir après son initiation, une nouvelle déformation de la membrane 62. L'initiation de la seconde charge pyrotechnique permet de créer une nouvelle surpression dans les deux chambres en communication et donc d'obtenir un nouveau gonflement de la membrane 62. Le gonflement de la membrane 62 induit une nouvelle aspiration de fluide dans l'espace que la membrane élastique 67 crée en s 'éloignant du support 61. Avec ces modifications, la micropompe 40 et 100 sera apte à réaliser deux aspirations successives de liquide. Comme décrit ci-dessus, pour ces deux variantes de micropompe 40 et 100, il est également possible de prévoir un certain nombre d'autres chambres du type de la chambre secondaire 722, ce nombre dépendant du nombre d'aspirations que l'on souhaite réaliser.

Claims

Revendications
1. Microactionneur (1,60,7) comprenant une chambre (2,63,720), dite principale, réalisée dans un support solide (3) et contenant une charge pyrotechnique (6,721), dite principale, ladite chambre (2,63,720) principale étant hermétique et délimitée d'une part par des parois solides du support et d'autre part par une membrane (4,62,710) déformable, de sorte que les gaz émis par la combustion de la charge pyrotechnique (6, 721) principale permettent d'accroître le volume de ladite chambre (2,63, 720) principale par déformation de ladite membrane (4,62, 710), tout en maintenant intactes les parois solides de la chambre (2,63, 720) principale, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'évacuation des gaz de la chambre (720) principale.
2. Microactionneur (1, 60, 7) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d ' évacuation des gaz sont actionnables sur commande.
3. Microactionneur (7) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation des gaz comportent une canalisation (730) d'évacuation débouchant à une extrémité dans la chambre principale (720) et à une autre extrémité vers l'extérieur du support, la canalisation (730) étant initialement obturée lors de la déformation de la membrane (710) , les moyens d'évacuation comportant également des moyens d'ouverture de la canalisation (730), actionnés pour permettre l'évacuation des gaz par la canalisation (730) de la chambre principale (720) vers l'extérieur du support.
4. Microactionneur (7) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d ' évacuation des gaz comportent au moins une canalisation (730) d'évacuation débouchant à une extrémité dans la chambre (720) principale et à une autre extrémité dans une autre chambre (722) , dite secondaire, hermétique, la canalisation (730) d'évacuation étant initialement obturée lors de la déformation de la membrane (710) , les moyens d'évacuation comportant également des moyens d'ouverture de la canalisation (730) , actionnés pour permettre l'évacuation des gaz par la canalisation (730) de la chambre (720) principale vers la chambre (722) secondaire.
5. Microactionneur (7) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la canalisation (730) d'évacuation est obturée par un bouchon (723) .
6. Microactionneur (7) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bouchon (723) est constitué d'une charge pyrotechnique.
7. Microactionneur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'une autre charge pyrotechnique, dite charge pyrotechnique (724) secondaire, est logée dans l'une des deux chambres (720, 722) .
8. Microactionneur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacune des charges pyrotechniques (6,721,723,724) est déposée sur une piste conductrice chauffante avec une épaisseur de dépôt inférieure à 200μm.
9. Microactionneur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que chacune des charges pyrotechniques (721, 724) , principale ou secondaire, a la forme d'un film recouvrant une cavité creusée dans le support (3) .
10. Microactionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 , caractérisé en ce que le support est constitué d'un empilement de plusieurs couches (71,72,73,74) .
11. Microactionneur selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les charges pyrotechniques (6,721,723,724) sont constituées par une composition à base de nitrocellulose.
12. Microactionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le volume de la chambre (2,63, 720) principale est inférieur à 1 cm3.
13. Microactionneur selon la revendication 12 , caractérisé en ce que la densité de chargement qui est le rapport de la masse de la charge pyrotechnique (6, 721) principale sur le volume de la chambre (2,63, 720) principale est compris entre 0,01 μg/mm3 et 0,1 mg/mm3.
14. Microactionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (62) est souple et repliée (62) dans ladite chambre (63) , ladite membrane (63) étant apte à se déplier sous l'effet des gaz émis par la charge pyrotechnique (6) .
15. Microactionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 , caractérisé en ce que la membrane (4,62,710) est en téflon.
16. Microsystème incluant un microactionneur (1,60) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce solide, la déformation de la membrane (4,62) provoquant le déplacement de la pièce solide (15,21,64).
17. Microsystème selon la revendication 16, caractérisé en ce que la pièce solide (15) pivote sous l'effet des gaz de combustion et vient obstruer une canalisation de fluide (12).
18. Microsystème incluant un microactionneur (60) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que i) une membrane souple (62) est située dans un espace annulaire (63) assimilable à une gorge et constituant la chambre principale, ii) la charge pyrotechnique est située dans un espace annulaire assimilable à une gorge de plus petite dimension que celle dans laquelle est située la membrane souple (62) et positionnée de façon concentrique par rapport à celle-ci, les deux gorges communiquant entre elles par au moins une ouverture, iii) une pièce solide plate (64) vient en appui contre le support (61) en coiffant l'espace annulaire (63) dans lequel est situé la membrane souple (62) , ladite pièce (64) étant elle-même recouverte par une membrane élastique
(67) et obstruant une canalisation de fluide (68), de sorte que les gaz émis par la combustion de la charge entraînent le déploiement de la membrane souple (62) située dans l'espace annulaire (63) et provoquent le déplacement de la pièce plate (64) , en induisant une aspiration de fluide dans l'espace que la membrane élastique (67) crée en s'éloignant du support (61).
19. Microsystème incluant un microactionneur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la membrane (4) se déforme sous l'effet des gaz de combustion pour venir obturer une canalisation de fluide.
20. Procédé de mise en oeuvre d'un microactionneur tel que défini dans la revendication 3 ou 4 , pour obtenir une fermeture ou une ouverture d •un microcircuit de fluide, suivie respectivement d'une ouverture ou d'une fermeture du microcircuit de fluide.
21. Procédé de mise en oeuvre d'un microactionneur tel que défini dans la revendication 7 , pour obtenir une fermeture ou une ouverture d'un microcircuit de fluide, suivie respectivement d'une ouverture ou d'une fermeture du microcircuit de fluide, suivie respectivement d'une nouvelle fermeture ou d'une nouvelle ouverture du microcircuit de fluide.
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