WO2012084033A1 - Ensemble de micro pompe - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a pump assembly.
- a pump for injecting or aspirating a very small volume of liquid This quantity may in particular be of the order of one millionth or one billionth of a cubic millimeter (10 -9 mm 3 ) Such a pump is then called a micro-pump or a nano-pump.
- a pump according to the invention can be used in the medical field.
- medicinal products such as drugs or other treatments
- a "micro-dose” or a "nano-dose” instantaneously it is necessary to proceed with a significant dilution, for example with water, of the low dose. of the product to be administered and to make a long injection of the large quantity of diluted product, which notably increases the lengths of hospitalization (s) necessary (s).
- a micro-volume or nano-volume is administered at a fixed rate.
- the pump assembly according to the invention for pumping a liquid is characterized in that it comprises at least: a capillary cylinder, supplied with liquid, whose inside diameter is less than or equal to half a millimeter (0.5 mm);
- a rotary motor for driving the rotation of the drive wheel of the rack
- a gearbox for transmitting the rotational movement of the output shaft of the motor to the drive wheel of the rack.
- the drive motor is an electric stepper motor
- the assembly comprises a control unit for the stepping motor
- the stepper motor can rotate at a rate of about one degree of angle per second;
- the gearbox is of the wheel and pinion type comprising at least one input pinion which is rotatably connected to the output shaft of the motor, and comprising at least one output wheel linked in rotation to the drive wheel of the House warming party ;
- the cylinder is a capillary cylinder whose inside diameter is less than or equal to half a millimeter;
- the cylinder and the piston are flexible
- the flow rate is of the order of one cubic nano millimeter
- the assembly comprises at least two cylinder-piston-rack assemblies and at least two associated reducers, and the two respective input gears of the two reducers are connected in rotation to the output shaft of a common motor; -
- the two racks are driven simultaneously in the same direction or in opposite directions, and at the same speed or at different speeds.
- FIG. 1 shows schematically, without limitation, an exemplary embodiment of a pump assembly which is illustrated in side view
- FIG. 2 is a detailed representation of a geared motor assembly for simultaneously driving two racks of a pump assembly according to the invention with two pumps.
- FIG. 1 shows a pump 10, itself, comprising a cylinder 12 and a piston 14.
- the cylinder 12 is for example a flexible hollow tube made of plastic material, or any other synthetic material.
- the tube is of the capillary type with an internal diameter of very small size.
- the piston 14 is for example a flexible solid wire made of plastic or any other synthetic material.
- the outer diameter of the piston wire 14 is complementary to the internal diameter of the cylinder 12 to form a pump 10 of the pump-syringe type.
- the piston slides sealingly, in both directions, to cause the displacement of a quantity of liquid contained in the cylinder 12.
- the free end, on the left considering the figure, of the cylinder 12 is open and, according to means of known general design and not shown, the cylinder can be connected to a reservoir of liquid to be discharged or sucked, for example in the manner of a master cylinder brake assembly.
- a free end 16 of the piston 14 is received in the cylinder 12. To the right, its other opposite end is integral in axial translation with a drive rod in both directions which is a rack 18 for controlling the movements of the piston 14 in the cylinder 12.
- the pump assembly For the control of the axial displacements in both directions of the rack 18 (and therefore of the piston 14), the pump assembly according to the invention comprises a motor reduction unit 20 comprising a rotary drive motor 22 and a gearbox 24 to transmit the rotational movement of the motor output shaft to the rack 18.
- a motor reduction unit 20 comprising a rotary drive motor 22 and a gearbox 24 to transmit the rotational movement of the motor output shaft to the rack 18.
- the motor 22 is an electric stepper motor which is associated with a control unit (not shown) and electrical power supply means, such as, for example, a power supply battery. continued.
- the control unit can thus cause the rotational rotation of the output shaft of the motor 22 at a pitch equal to a degree of angle and at a rate of one stroke (one step) per second.
- the gearbox 24 makes it possible to reduce the angular travel of the output shaft of the motor 22 in order to drive a wheel 26 for driving the rack 18 in rotation.
- the output wheel 26 which drives the rack has a diameter of about 25 millimeters, its perimeter or developed is equal to about 78.5 millimeters for one turn or 360 degrees of angle, that is to say 0.785 millimeter for 3.6 degrees of angle.
- a rotation of 3.6 degrees in 360 seconds angle of the wheel 26 corresponds to about 0.0022 mm (22.10 "4 mm 1 of displacement of the rack per second.
- the external diameter of the piston is, for example, equal to 0.3 millimeters, its cross section is equal to 0.07065 mm 2 and the volume then displaced per second is equal to approximately 0.07065 mm 2 ⁇ 0.0021 mm, ie 0, 0015 mm 3 (15.10 "4 mm 3) per second.
- the rate of rotation of the motor may also vary, for example between 0.2 and 2 strokes per second.
- FIG. 2 diagrammatically shows a motor-reduction unit 20 with two consecutive stages of gear reduction.
- the assembly is double for the simultaneous drive of two racks and therefore two pumps (not shown in Figure 2).
- the electric motor 22 has an output shaft 28 which is rotatably connected to an output pinion 30 which therefore rotates at the same speed as that of the shaft 28.
- the pinion 30 has for example ten teeth and it attacks a first gear wheel 32 which includes for example one hundred teeth and which is rotatably mounted about an axis 34 parallel to the axis of rotation 36 of the output shaft 28 motor 22 and pinion 28.
- the wheel 32 is rotatably connected to an intermediate gear 38 which comprises for example ten teeth.
- the intermediate gear 38 rotates the output gearwheel 26 of the gearbox 24, which is also the drive wheel of the associated rack 18.
- the wheel 26 has for example one hundred teeth and the two stages (30-32 and 38- 26) achieve a multiplication of one hundred.
- the reduction unit is "doubled" for the simultaneous driving of a second rack 18 'by means of the common motor 22.
- the shaft 28 is rotatably connected to a second output gear 30 'which cooperates with a second wheel 32'.
- the wheel 32 ' is connected in rotation with a second intermediate gear 38' which cooperates with a second output wheel 26 'which drives a second rack 18'.
- Two racks can still be driven simultaneously at different speeds depending on the number of teeth of the respective drive wheels.
- the pinions and wheels can be toothed or cooperate by friction without play.
- a pinion can cooperate with the toothed convex outer periphery of a wheel (as shown), or alternatively cooperate with the inner concave toothed periphery of a wheel.
- All components can be very small to achieve a compact and space-saving package.
- the axial thickness of the pinions and wheels is for example of the order of five to eight tenths of a millimeter (0.5 to 0.8 mm). It is thus possible to produce a complete motor-gear unit 40 to 50 millimeters in outside diameter and with an axial thickness of the order of 4 to 5 millimeters.
- Such an assembly can be implanted in the patient for long-term treatments.
- the reservoir then containing the product to be implanted may itself be implanted in the body of the patient or may be an external reservoir connected to the implanted pump assembly.
- the engine can also be a wristwatch engine that is particularly reliable, compact, and accurate.
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Abstract
Ensemble de pompe pour pomper un liquide comportant au moins un cylindre (12) et un piston (14), une crémaillère (18) de commande du piston (14), une roue (26) d'entraînement de la crémaillère (18); un moteur pas à pas (22) et un réducteur (24) pour transmettre le mouvement de rotation de l'arbre de sortie (28) du moteur (22) à la roue (26) d'entraînement de la crémaillère (18).
Description
"Ensemble de Micro Pompe"
La présente invention concerne un ensemble de pompe. DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
Elle concerne notamment une pompe pour l'injection ou l'aspiration d'un très petit volume de liquide. Cette quantité peut notamment être de l'ordre de un millionième ou un milliardième de millimètre cube (10"9 mm3). Une telle pompe est alors appelée une micro-pompe ou une nano-pompe.
Par exemple, une pompe selon l'invention peut être utilisée dans le domaine médical. Pour l'administration de produits à usage médical, tels que des médicaments ou autres traitements, il peut être nécessaire de fournir, de manière répétitive ou non, une très faible dose d'un liquide, et ceci pendant une période de temps très longue. Si l'on ne dispose pas de moyens permettant d'administrer "instantanément" une "micro-dose" ou une "nano- dose", il faut alors procéder à une dilution importante, par exemple à l'eau, de la faible dose de produit à administrer et procéder à une injection longue de la grande quantité de produit dilué, ce qui augmente notamment les durées d'hospitalisation(s) nécessaire(s).
C'est notamment le cas pour des traitements de chimiothérapie localisée ou pour l'injection régulière et régulée d'insuline. Un micro-volume ou un nano-volume est administré selon une cadence déterminée.
RESUME DE L'INVENTION
L'ensemble de pompe selon l'invention pour pomper un liquide est caractérisé en ce qu'il comporte au moins :
- un cylindre capillaire, alimenté en liquide, dont le diamètre intérieur est inférieur ou égal à un demi millimètre (0,5 mm) ;
- un piston monté coulissant axialement de manière étanche dans le cylindre ;
- une crémaillère de commande des déplacements du piston dans le cylindre qui est liée en translation axiale avec le piston ;
- une roue d'entraînement de la crémaillère ;
- un moteur rotatif pour l'entraînement en rotation de la roue d'entraînement de la crémaillère ;
- un réducteur pour transmettre le mouvement de rotation de l'arbre de sortie du moteur à la roue d'entraînement de la crémaillère.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- le moteur d'entraînement est un moteur électrique pas à pas ;
- l'ensemble comporte une unité de commande du moteur pas à pas ;
- le moteur pas à pas peut tourner à un régime de l'ordre de un degré d'angle par seconde ;
- le réducteur est du type à roues et pignons comportant au moins un pignon d'entrée qui est lié en rotation à l'arbre de sortie du moteur, et comportant au moins une roue de sortie liée en rotation à la roue d'entraînement de la crémaillère ;
- le cylindre est un cylindre capillaire dont le diamètre intérieur est inférieur ou égal à un demi millimètre ;
- le cylindre et le piston sont souples ;
- le débit est de l'ordre de un nano millimètre cube ;
- l'ensemble comporte au moins deux ensembles cylindre- piston-crémaillère et au moins deux réducteurs associés, et les deux pignons d'entrée respectifs des deux réducteurs sont liés en rotation à l'arbre de sortie d'un moteur commun ;
- les deux crémaillères sont entraînées simultanément dans le même sens ou dans des sens opposés, et à la même vitesse ou à des vitesses différentes. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 représente de manière schématique, à titre non limitatif, un exemple de réalisation d'un ensemble de pompe qui est illustré en vue latérale ; et
- la figure 2 est une représentation détaillée d'un ensemble moto-réducteur pour l'entraînement simultané de deux crémaillères d'un ensemble de pompe selon l'invention à deux pompes.
On a représenté à la figure 1 une pompe 10, proprement dite, comportant un cylindre 12 et un piston 14.
Le cylindre 12 est par exemple un tube creux souple en matière plastique, ou en tout autre matériau synthétique. Le tube est du type capillaire avec un diamètre interne de très petite dimension.
Le piston 14 est par exemple un fil plein souple en matière plastique ou en tout autre matériau synthétique.
Le diamètre externe du fil-piston 14 est complémentaire du diamètre interne du cylindre 12 pour constituer une pompe 10 du type pompe-seringue. Le piston coulisse de manière étanche, dans les deux sens, pour provoquer le déplacement d'une quantité de liquide contenue dans le cylindre 12.
L'extrémité libre, à gauche en considérant la figure, du cylindre 12 est ouverte et, selon des moyens de conception générale connue et non représentés, le cylindre peut être relié à
un réservoir de liquide à refouler ou à aspirer, par exemple à la manière d'un ensemble de mâitre-cylindre de freinage.
Une extrémité libre 16 du piston 14 est reçue dans le cylindre 12. A droite, son autre extrémité opposée est solidaire en translation axiale avec une tige d'entraînement dans les deux sens qui est une crémaillère 18 de commande des déplacements du piston 14 dans le cylindre 12.
Pour la commande des déplacements axiaux dans les deux sens de la crémaillère 18 (et donc du piston 14), l'ensemble de pompe selon l'invention comporte un sous ensemble moto- réducteur 20 comportant un moteur rotatif d'entraînement 22 et un réducteur 24 pour transmettre le mouvement de rotation de l'arbre de sortie du moteur à la crémaillère 18.
A titre d'exemple, le moteur 22 est un moteur électrique pas à pas qui est associé à une unité de commande (non représentée) et à des moyens d'alimentation en énergie électrique, tels que par exemple une batterie d'alimentation en courant continu.
L'unité de commande peut ainsi provoquer la rotation au coup par coup de l'arbre de sortie du moteur 22 selon un pas égal à un degré d'angle et selon une cadence de un coup (un pas) par seconde.
Le réducteur 24 permet de démultiplier la course angulaire de l'arbre de sortie du moteur 22 pour entraîner en rotation une roue 26 d'entraînement de la crémaillère 18.
En démultipliant la transmission du mouvement de rotation par le réducteur comportant un ou plusieurs étages, on peut obtenir des débits dix, cent ou mille fois plus faibles avec par exemple un, deux ou trois étages de démultiplication par dix.
On obtient ainsi aisément des débits de l'ordre de un millionième ou de un milliardième de mm3 par pas du moteur, soit 10"9 mm3 par seconde.
Par exemple, si l'arbre de sortie tourne au pas de un degré d'angle par seconde, après deux étages de démultiplication, chacun dans un rapport égal à dix, on obtient une rotation de 3,6 degrés d'angle en 360 secondes, etc.
Si la roue de sortie 26 qui entraîne la crémaillère a un diamètre d'environ 25 millimètres, son périmètre ou développé est égal à environ 78,5 millimètres pour un tour soit pour 360 degrés d'angle, c'est-à-dire encore 0,785 millimètre pour 3,6 degrés d'angle.
Une rotation de 3,6 degrés d'angle en 360 secondes de la roue 26 correspond ainsi à environ 0,0022 millimètre (22.10"4 mm1 de déplacement de la crémaillère par seconde.
Si le diamètre externe du piston est par exemple égal à 0,3 millimètre, sa section est égale à 0,07065 mm2 et le volume alors déplacé par seconde est égal à environ 0,07065 mm2 x 0,0021mm, soit 0,0015 mm3 (15.10"4 mm3) par seconde.
Trois étages supplémentaires de réduction dans un rapport à chaque fois de dix (0,0036 degré d'angle en 360 secondes), permettent d'obtenir un débit de 0,00000015 mm3 par seconde, etc.
D'autres paramètres de réglage des volumes et des débits sont possibles, tels que par exemple le diamètre du piston 14. La cadence de rotation du moteur peut aussi varier, par exemple entre 0,2 et 2 coups par seconde.
On a représenté schématiquement à la figure 2 un ensemble moto-réducteur 20 à deux étages consécutifs de démultiplication.
De plus, l'ensemble est double pour l'entraînement simultané de deux crémaillères et donc de deux pompes (non représentées à la figure 2).
Le moteur électrique 22 comporte un arbre de sortie 28 qui est lié en rotation avec un pignon de sortie 30 qui tourne donc au même régime que celui de I'arbre28.
Le pignon 30 comporte par exemple dix dents et il attaque une première roue 32 de démultiplication qui comporte par exemple cent dents et qui est montée à rotation autour d'un axe 34 parallèle à l'axe de rotation 36 de l'arbre de sortie 28 du moteur 22 et du pignon 28.
La roue 32 est liée en rotation à un pignon intermédiaire 38 qui comporte par exemple dix dents. Le pignon intermédiaire 38 entraîne en rotation la roue dentée de sortie 26 du réducteur 24, qui est aussi la roue d'entraînement de la crémaillère associée 18. La roue 26 comporte par exemple cent dents et les deux étages (30-32 et 38-26) réalisent ainsi une démultiplication de cent.
A gauche de la figure 2, l'ensemble réducteur est "doublé" pour l'entraînement simultané d'une deuxième crémaillère 18' au moyen du moteur commun 22.
A cet effet, l'arbre 28 est lié en rotation à un deuxième pignon de sortie 30' qui coopère avec une deuxième roue 32'. La roue 32' est liée en rotation avec un deuxième pignon intermédiaire 38' qui coopère avec une deuxième roue de sortie 26' qui entraîne une deuxième crémaillère 18'.
A titre d'exemple, et si les rapports de démultiplication sont les mêmes, les deux crémaillères 18 et 18', et donc les deux pompes (non représentées), sont entraînées simultanément à la même vitesse.
Ceci peut permettre deux injections simultanées, mais aussi une injection et une aspiration simultanée pour prélever en un point d'un patient par exemple la même quantité de liquide que celle qui est injectée simultanément en un autre point d'un patient.
Les connaissances générales dans le domaine des réducteurs permettent de nombreuses variantes dans le cadre de l'invention, et notamment quant aux rapports de démultiplication et/ou aux sens de déplacement des crémaillères.
Les crémaillères peuvent aussi être entraînées simultanément dans des sens opposés (c'est à dire une pour aspirer et l'autre pour refouler), soit en les montant de manière opposée, soit au moyen d'une roue supplémentaire d'inversion.
Bien entendu, lorsque le moteur tourne en sens inverse, le travail d'une pompe entraînée est lui aussi inversé.
Deux crémaillères peuvent encore être entraînées simultanément à des vitesses différentes en fonction du nombre de dents des roues respectives d'entraînement.
Les pignons et roues peuvent être dentées ou coopérer par frottement sans jeu.
Un pignon peut coopérer avec la périphérie externe convexe dentée d'une roue (tel que représenté), ou en variante coopérer avec la périphérie interne concave dentée d'une roue.
Tous les composants peuvent être de très petites dimensions pour réaliser un ensemble compact et peu encombrant.
L'épaisseur axiale des pignons et roues est par exemple de l'ordre de cinq à huit dixièmes de millimètre (0,5 à 0,8 mm). On peut ainsi réaliser un ensemble moto-réducteur complet de 40 à 50 millimètres de diamètre extérieur et d'une épaisseur axiale de l'ordre de 4 à 5 millimètres.
Un tel ensemble peut être implanté dans le patient pour des traitements de longue durée. Le réservoir contenant alors le produit à implanter peut être lui-même implanté dans le corps du patient ou bien être un réservoir externe relié à l'ensemble de pompe implanté.
Le moteur peut aussi être un moteur de montre bracelet qui est particulièrement fiable, compact, et précis.
Claims
1. Ensemble de pompe pour pomper un liquide comportant au moins :
- un cylindre capillaire (12), alimenté en liquide, dont le diamètre intérieur est inférieur ou égal à un demi millimètre (0,5 mm) ;
- un piston (14) monté coulissant axialement de manière étanche dans le cylindre (12) ;
- une crémaillère (18) de commande des déplacements du piston (14) dans le cylindre (12) qui est liée en translation axiale avec le piston (14) ;
- une roue (26) d'entraînement de la crémaillère (18) ;
- un moteur rotatif (22) pour l'entraînement en rotation de la roue d'entraînement (26) de la crémaillère (18) ;
- un réducteur (24) pour transmettre le mouvement de rotation de l'arbre de sortie (28) du moteur (22) à la roue (26) d'entraînement de la crémaillère (18).
2. Ensemble de pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (22) d'entraînement est un moteur électrique pas à pas.
3. Ensemble de pompe selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande du moteur (22) pas à pas.
4. Ensemble de pompe selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le moteur (22) pas à pas peut tourner à un régime de l'ordre de un degré d'angle par seconde.
5. Ensemble de pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réducteur (24) est du type à roues et pignons comportant au moins un pignon d'entrée (30) qui est lié en rotation à l'arbre de sortie (28) du moteur (22) et au moins une roue de sortie (32) liée en rotation à la roue d'entraînement (26) d'entraînement de la crémaillère (18).
6. Ensemble de pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre (12) et le piston (14) sont souples.
7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son débit est de l'ordre de un nano millimètre cube (10"9 mm3).
8. Ensemble de pompe selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux ensembles cylindre-piston-crémaillère et au moins deux réducteurs associés, et en ce que les deux pignons d'entrée respectifs (30, 30') des deux réducteurs sont liés en rotation à l'arbre de sortie (28) d'un moteur (22) commun.
9. Ensemble de pompe selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux crémaillères sont entraînées simultanément dans le même sens ou dans des sens opposés et à la même vitesse ou à des vitesses différentes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2010/070512 WO2012084033A1 (fr) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Ensemble de micro pompe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2010/070512 WO2012084033A1 (fr) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Ensemble de micro pompe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2012084033A1 true WO2012084033A1 (fr) | 2012-06-28 |
Family
ID=43595583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2010/070512 Ceased WO2012084033A1 (fr) | 2010-12-22 | 2010-12-22 | Ensemble de micro pompe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2012084033A1 (fr) |
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