FR3092495A1 - Dispositif d’injection sans aiguille - Google Patents

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Abstract

Dispositif d’injection sans aiguille Dispositif (1) d’injection sans aiguille comportant un piston (13) mis en mouvement par au moins un actuateur électromagnétique (20) alimenté en courant électrique, l’actuateur comportant une structure stationnaire (21) interagissant magnétiquement avec un élément mobile (22) pour exercer une force sur celui-ci lors de l’injection, l’un au moins de l’élément mobile (22) et de la structure stationnaire (22) ayant par construction des propriétés magnétiques variant dans la direction de déplacement de l’élément mobile de façon à générer une force d’intensité prédéfinie sur l’élément mobile durant le déplacement de celui-ci relativement à la structure stationnaire. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif d’injection sans aiguille
La présente invention concerne les dispositifs d’injection utilisés pour injecter une substance dans le corps humain ou animal, et plus particulièrement les dispositifs d’injection sans aiguille.
Les dispositifs d’injection sans aiguilles opèrent en créant au moyen d’un piston se déplaçant dans un réservoir un jet de fluide ou de poudre sous très forte pression qui pénètre la peau. Le profil de la force exercée par le piston peut se décomposer en une première phase de courte durée où l’intensité de la force doit être importante pour que le jet atteigne une vitesse qui lui permette de percer la peau et une deuxième phase plus longue et de moindre intensité qui assure l’injection de la quantité souhaitée à la profondeur voulue. La quantité de produit injecté est typiquement, lorsque le produit est un agent de comblement, de 20 à 100 microlitres et la profondeur d’injection est la jonction entre le derme et l’épiderme.
Il a été proposé de générer la pression au moyen d’un piston entraîné par un ressort, un gaz comprimé, un élément pyrotechnique ou un actuateur piézoélectrique.
Un inconvénient de ces dispositifs connus est la difficulté à maîtriser l’évolution de la pression au cours du temps, et donc les paramètres d’injection.
Des dispositifs d’injection électromagnétiques ont ainsi été développés permettant de contrôler plus précisément la pression exercée sur le piston dans le temps.
Un exemple d’un tel dispositif est décrit dans la demande US 2007/0191758. L’actuateur électromagnétique comporte un élément mobile comportant une bobine et une structure stationnaire présentant une aimantation permanente, avec laquelle l’élément mobile interagit. La bobine est alimentée de façon active par un circuit de contrôle à micro-processeur.
La demande US 2017/0143906 divulgue un injecteur dans lequel le mouvement de l’élément mobile résulte de la force exercée par un ressort d’une part et par un actuateur électromagnétique d’autre part.
L’invention vise à perfectionner les dispositifs d’injection sans aiguille, afin notamment d’obtenir le profil de force recherché sans circuit de contrôle complexe ou pour améliorer la précision d’injection.
L’invention vise à répondre à cet objectif et a pour objet, selon un premier de ses aspects, un dispositif d’injection sans aiguille comportant un piston mis en mouvement par au moins un actuateur électromagnétique alimenté en courant électrique, l’actuateur comportant une structure stationnaire interagissant magnétiquement avec un élément mobile pour exercer une force sur celui-ci lors de l’injection, l’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire ayant par construction des propriétés magnétiques variant dans la direction de déplacement de l’élément mobile de façon à générer une force d’intensité prédéfinie sur l’élément mobile durant le déplacement de celui-ci relativement à la structure stationnaire.
Par « ayant par construction » il faut comprendre que l’actuateur est réalisé pour générer le profil de force recherché indépendamment d’un contrôle actif de l’intensité du courant électrique qui l’alimente.
L’invention permet ainsi d’éviter l’emploi d’un circuit de contrôle à microcontrôleur, complexe et coûteux. L’alimentation électrique de l’actuateur peut rester relativement simple, par exemple être choisie parmi plusieurs niveaux d’intensité ou de tension, sans nécessité d’un contrôle actif en fonction de la position de l’élément mobile.
Néanmoins, en présence d’un tel circuit de contrôle, l’invention présente l’avantage de permettre un contrôle plus précis encore du profil de force, en permettant par exemple d’assurer une partie de la variation de force recherchée de par la construction de l’actuateur. L’amplitude de la variation de force liée au contrôle actif peut être réduite de ce fait, rendant le circuit de contrôle plus facile à réaliser, notamment avec des composants moins puissants et moins coûteux.
De préférence, l’élément mobile se déplace selon un axe. Un déplacement rectiligne de l’élément mobile est préféré, mais l’invention peut encore mettre en œuvre un déplacement autre de l’élément mobile, notamment en rotation.
L’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire est de préférence bobiné et/ou alimenté électriquement de façon non homogène, notamment selon la direction de déplacement de l’élément mobile.
Par exemple, l’un au moins de la structure stationnaire et de l’élément mobile comporte au moins un premier bobinage et un deuxième bobinage disposé dans le prolongement du premier, le premier et le deuxième bobinage différant par l’un au moins du nombre de spires par unité de longueur et de l’intensité du courant les parcourant.
Par exemple, les deux bobinages sont réalisés avec des fils conducteurs de diamètres différents. Ainsi, celui réalisé avec le fil de plus grand diamètre peut être alimenté avec un courant d’intensité plus forte, et donc produire un champ magnétique plus intense.
Les deux bobinages peuvent être alimentés électriquement en série ou en parallèle.
On peut avoir plus de deux bobinages, par exemple trois bobinages, avec un nombre de spires par unité de longueur croissant d’un bobinage à l’autre ou une section du fil croissante d’un bobinage à l’autre. Ces bobinages peuvent être alimentés électriquement en parallèle. On a par exemple une variation du nombre de spires par unité de longueur d’au moins 10%, mieux de plus de 20%, encore mieux plus de 30%, voire 50% ou plus, dans la direction de déplacement de l’élément mobile, en partant par exemple du plus grand nombre de spires par unité de longueur. On peut encore avoir une section du fil variant d’au moins 10%, mieux de plus de 20%, encore mieux plus de 30%, voire 50% ou plus, dans la direction de déplacement de l’élément mobile, en partant par exemple de la section la plus importante.
En variante, l’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire comporte au moins deux bobinages alimentés sélectivement au cours de l’avancement de l’élément mobile. Cela peut permettre de créer une force d’intensité variable au cours de l’avancement de l’élément mobile.
L’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire peut comporter une aimantation permanente variant dans la direction d’avancement de l’élément mobile. Par exemple, l’un de l’élément mobile et de la structure stationnaire comporte une succession d’aimants permanents d’aimantation variant selon la direction de déplacement de l’élément mobile.
Par exemple, on utilise des aimants ayant une densité de flux magnétique qui varie. On peut utiliser par exemple des aimants réalisés en des matériaux différents, ayant des densités de flux magnétiques différentes. Par exemple, la densité de flux magnétique varie de plus de 12000 gauss à moins de 10000 gauss d’une extrémité à l’autre de la structure stationnaire ou de l’élément mobile qui comporte ces aimants. On a par exemple une variation de la densité de flux magnétique de plus de 10%, mieux de plus de 20%, encore mieux plus de 30%, voire 50% ou plus, dans la direction de déplacement de l’élément mobile du fait de l’utilisation d’aimants permanents différents, en partant par exemple de la densité la plus élevée. On peut encore interposer entre les aimants des matériaux magnétiques plus ou moins saturés, pour faire varier les propriétés magnétiques dans la direction de déplacement.
L’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire peut comporter un noyau magnétique de section transversale variant dans la direction de déplacement de l’élément mobile. On a par exemple une section variant d’au moins 10%, mieux de plus de 20%, encore mieux plus de 30%, voire 50% ou plus, dans la direction de déplacement de l’élément mobile, en partant par exemple de la section la plus grande. Cette variation de section est par exemple obtenue grâce à la présence d’un évidement au sein de l’élément mobile.
L’entrefer entre la structure stationnaire et l’élément mobile peut varier selon la direction de déplacement de l’élément mobile. On a par exemple un entrefer variant d’au moins 10%, mieux de plus de 20%, encore mieux plus de 30%, voire 50% ou plus, dans la direction de déplacement de l’élément mobile, en partant par exemple de l’endroit là où l’entrefer est le plus grand.
On peut encore réaliser l’élément mobile ou la structure stationnaire avec des rétrécissements locaux de la section offerte au passage du flux magnétique, de façon à obtenir une saturation par le flux magnétique et une diminution de la force d’interaction magnétique entre l’élément mobile et la structure stationnaire à partir d’un certain déplacement de l’élément mobile relativement à la structure stationnaire.
L’élément mobile peut être agencé pour percuter le piston avec une vitesse non nulle. Cela permet d’accumuler une énergie cinétique qui est transmise au moins partiellement au piston lors de l’impact, et ainsi une pression de forte intensité, utile pour percer la peau. De préférence, la force exercée par la structure stationnaire sur l’élément mobile pour le propulser est maximale au moment de l’impact.
De préférence, l’actuateur électromagnétique est agencé pour exercer une force suffisamment longtemps après l’impact de l’élément mobile contre le piston pour éviter et/ou limiter le rebond de l’élément mobile sur le piston. L’invention permet de générer plus facilement le profil de force qui convient tout en ayant une force d’intensité suffisante pour percer la peau.
De préférence, la mise en mouvement de l’élément mobile pour l’injection s’effectue du seul fait de l’alimentation électrique de l’actuateur électromagnétique. Toutefois, on ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque le mouvement de l’élément mobile est assisté par un moyen mécanique additionnel tel qu’un ressort ou un gaz comprimé par exemple.
De préférence, seule la structure stationnaire est alimentée électriquement. Dans ce cas l’élément mobile est par exemple réalisé avec un ou plusieurs aimants permanents. Cela peut accroître la fiabilité mécanique du dispositif d’injection. Cela peut aussi augmenter l’inertie de l’élément mobile et la quantité d’énergie accumulée sous forme cinétique avant l’impact avec le piston. En variante, l’élément mobile est alimenté électriquement, voire à la fois la structure stationnaire et l’élément mobile sont alimentés électriquement.
Comme indiqué ci-dessus, l’actuateur est avantageusement alimenté électriquement sans contrôle de l’intensité en fonction de la position de l’élément mobile au cours de son déplacement. Le cas échéant, on peut prévoir plusieurs niveaux de tension d’alimentation, en fonction par exemple de la nature du produit à injecter et/ou de la quantité à injecter. Cela permet de simplifier du point de vue électronique le dispositif d’injection. Toutefois, on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque l’actuateur est commandé électriquement de façon plus complexe, avec le cas échéant un contrôle de l’intensité d’alimentation en fonction du déplacement. Dans ce cas, le contrôle tient compte de la modification de la force exercée qui résulte de la variation des propriétés magnétiques obtenues par construction.
L’invention a encore pour objet un procédé d’injection dans les matières kératiniques humaines, dans lequel on injecte une composition dans lesdites matières à l’aide d’un dispositif d’injection selon l’invention, tel que défini plus haut.
représente de façon schématique et partielle un dispositif d’injection conforme à un exemple de mise en œuvre de l’invention,
illustre l’évolution de la force exercée sur l’élément mobile au cours du déplacement de celui-ci,
illustre une variante de réalisation de l’actuateur,
est une vue analogue à la figure 3 illustrant une variante de réalisation de l’actuateur,
est une vue analogue à la figure 3 illustrant une variante de réalisation de l’actuateur, et
est une vue analogue à la figure 3 illustrant une variante de réalisation de l’actuateur.
Description détaillée
On a illustré à la figure 1 un dispositif d’injection 1 selon l’invention, comportant un réservoir 11 contenant un produit P à injecter, une buse d’injection 12, un piston 13 et un actuateur électromagnétique 20 pour agir sur le piston 13. Le produit P est par exemple à visée cosmétique, à base d’acide hyaluronique ou de collagène, mais peut encore être à visée médicale, étant par exemple un vaccin. Le réservoir 11 est par exemple une capsule préremplie, équipée du piston 13 et jetable. Le diamètre de la buse va par exemple de 50 à 300 microns.
L’actuateur comporte une structure stationnaire 21 et un élément mobile 22, qui peut se déplacer selon un axe X, lequel coïncide dans l’exemple considéré avec la direction selon laquelle le jet de produit P est émis lors de l’injection.
L’élément mobile 22 se déplace, depuis une position initiale, sur une certaine distance avant de percuter le piston 13. Il accompagne ensuite le mouvement du piston 13 pour délivrer la quantité de produit voulue.
On a représenté sur la figure 2 la force exercée sur l’élément mobile 22. La force exercée aux abscisses négatives correspond à l’accélération de l’élément mobile précédant l’impact. De préférence, la force est maximale au moment de l’impact, comme illustré. Elle décroit ensuite assez rapidement jusqu’à une abscisse x1, puis reste sensiblement constante jusqu’à une abscisse x2.
L’actuateur est réalisé de telle sorte que la force exercée sur l’élément mobile ne s’annule qu’après un déplacement relativement important de celui-ci, tout en ayant une diminution assez rapide de la force après l’impact. Cela permet d’éviter d’exercer une force d’intensité élevée trop longtemps après l’impact, ce qui pourrait nuire au bon contrôle de l’injection, notamment de la profondeur d’injection.
Pour obtenir ce profil d’évolution de la force en fonction de x, on peut réaliser l’un au moins de la structure stationnaire et de l’élément mobile avec des propriétés magnétiques inhomogènes selon l’axe X.
Par exemple, comme illustré sur la figure 1, la structure stationnaire 21 peut être bobinée de façon non homogène en fonction de x.
Par exemple, la structure stationnaire peut comporter au moins deux bobinages se succédant selon l’axe X, par exemple trois bobinages 30a, 30b et 30c. Ces bobinages produisent des champs magnétiques respectifs différents, et la force de Lorentz résultante sur l’élément mobile évolue ainsi en fonction de x de façon correspondante.
Les bobinages 30a à 30c diffèrent par exemple par le nombre de spires par unité de longueur. On a par exemple un plus grand nombre de spires pour le bobinage 30a et un plus faible nombre pour le bobinage 30c, de telle sorte que la force exercée sur l’élément mobile 22 décroisse quand l’élément se déplace en direction du piston 13.
On peut encore réaliser la structure stationnaire avec au moins deux bobinages qui sont réalisés avec des fils de sections différentes, mais par exemple avec le même nombre de spires par unité de longueur. Le fait d’alimenter électriquement les bobinages en parallèle et d’utiliser des sections différentes de fils pour les réaliser, induit un courant plus élevé dans le bobinage formé avec le fil de plus grande section, donc un champ magnétique plus élevé. On peut par exemple alimenter les bobinages 30a, 30b et 30c en parallèle et les réaliser avec des fils de diamètres respectifs décroissants, avec un même nombre de spires par unité de longueur.
On peut aussi jouer sur le caractère inhomogène des propriétés magnétiques de l’élément mobile 22 pour obtenir un résultat similaire, voire jouer à la fois sur le caractère inhomogène des propriétés magnétiques de l’élément mobile et de la structure stationnaire.
A titre d’exemple, on a représenté de façon schématique et partielle sur la figure 3 une variante d’actuateur 20 dans laquelle l’élément mobile 22 est réalisé avec une succession d’aimants permanents 401, … 40n (avec n>1), choisis pour avoir une densité de flux magnétique qui varie selon l’axe X.
Par exemple, l’aimant 40nle plus proche du piston 13 a une densité de flux magnétique plus forte que l’aimant 401qui en est le plus éloigné, de par le choix des matériaux de ces aimants par exemple.
En lien avec un élément mobile ayant des propriétés magnétiques inhomogènes, la structure stationnaire peut présenter des propriétés homogènes selon l’axe X, ou en variante des propriétés inhomogènes, la structure stationnaire 21 étant par exemple telle que décrite en référence à la figure 1.
On peut encore obtenir des propriétés magnétiques inhomogènes en réalisant l’élément mobile 22 avec un noyau en matériau magnétique, par exemple du fer doux ou une ferrite, de section variable selon l’axe X. Par exemple, l’on réalise l’élément mobile 22 avec un évidement 50 débouchant sur l’extrémité de l’élément mobile 22 la plus éloignée du piston 13, cet évidement ayant une section qui décroit en direction du piston 13.
On peut encore, notamment lorsque l’élément mobile 22 est bobiné, comme illustré à la figure 5, réaliser la structure stationnaire 21 avec des propriétés magnétiques variant selon l’axe X, par exemple en empilant selon l’axe X des aimants permanents 60a, 60b et 60c de densités de flux magnétique respectives différentes.
Une autre possibilité, qui peut se cumuler aux autres, est de jouer sur la largeur d’entrefer entre l’élément mobile 22 et la structure stationnaire 21 en fonction de l’abscisse x, comme illustré à la figure 6. Pour obtenir cette variation d’entrefer, on peut par exemple prévoir une section intérieure de la structure stationnaire 21 qui varie selon l’axe X. En variante ou additionnellement, c’est la section extérieure de l’élément mobile 22 qui varie selon l’axe X.
Dans l’exemple de la figure 6, la section intérieure de la structure stationnaire 21 diminue en éloignement du piston 13, de telle sorte que l’entrefer augmente quand l’élément mobile 21 se déplace vers le piston.
Dans une variante, on équipe l’élément mobile 22 de contacts électriques qui assurent une alimentation sélective de bobinages au cours de son déplacement selon l’axe X. Par exemple, l’élément mobile 22 est muni de contacts électriques à frotteurs qui assurent l’alimentation de toutes les bobines de la structure stationnaire 21 au début de la course de déplacement de l’élément mobile 22, puis d’une partie seulement d’entre elles après un certain déplacement en direction du piston 13, ce qui entraîne une diminution de la force de Lorentz exercée par la structure stationnaire 21 sur l’élément mobile 22. Toutefois, on préfère réaliser la structure stationnaire et l’élément mobile sans de tels contacts électriques à frotteur pour des questions d’usure de ces derniers.
Le dispositif d’injection peut comporter un ressort de rappel du piston et/ou de l’élément mobile, non représenté.
Dans les exemples non illustrés, le piston est non solidaire du piston, puisque l’élément mobile est agencé pour percuter le piston. Dans des variantes non illustrées, le piston est solidaire de l’élément mobile.

Claims (16)

  1. Dispositif (1) d’injection sans aiguille comportant un piston (13) mis en mouvement par au moins un actuateur électromagnétique (20) alimenté en courant électrique, l’actuateur comportant une structure stationnaire (21) interagissant magnétiquement avec un élément mobile (22) pour exercer une force sur celui-ci lors de l’injection, l’un au moins de l’élément mobile (22) et de la structure stationnaire (22) ayant par construction des propriétés magnétiques variant dans la direction de déplacement de l’élément mobile de façon à générer une force d’intensité prédéfinie sur l’élément mobile durant le déplacement de celui-ci relativement à la structure stationnaire.
  2. Dispositif selon la revendication 1, l’élément mobile (22) se déplaçant selon un axe (X).
  3. Dispositif selon la revendication 1, l’un au moins de l’élément mobile (22) et de la structure stationnaire (21) étant bobiné et/ou alimenté électriquement de façon non homogène dans la direction de déplacement de l’élément mobile.
  4. Dispositif selon la revendication 3, l’un au moins de la structure stationnaire (21) et de l’élément mobile (22) comportant au moins un premier bobinage et un deuxième bobinage disposé dans le prolongement du premier, le premier et le deuxième bobinage différant par l’un au moins du nombre de spires par unité de longueur et de l’intensité du courant les parcourant.
  5. Dispositif selon la revendication 4, les deux bobinages étant réalisés avec des fils conducteurs de diamètres différents.
  6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, les deux bobinages étant alimentés électriquement en série ou en parallèle.
  7. Dispositif selon la revendication 3, l’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire comportant au moins deux bobinages alimentés sélectivement au cours de l’avancement de l’élément mobile.
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire comportant une aimantation permanente variant dans la direction d’avancement de l’élément mobile.
  9. Dispositif selon la revendication 8, l’un de l’élément mobile et de la structure stationnaire comportant une succession d’aimants permanents (401, … 40n) d’aimantation variant selon la direction de déplacement de l’élément mobile, notamment ayant des densités de flux magnétique variant.
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’un au moins de l’élément mobile et de la structure stationnaire comportant un noyau magnétique de section transversale variant dans la direction de déplacement de l’élément mobile.
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’entrefer entre la structure stationnaire et l’élément mobile variant selon la direction de déplacement de l’élément mobile.
  12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’élément mobile (22) étant agencé pour percuter le piston (13) avec une vitesse non nulle.
  13. Dispositif selon la revendication 12, l’actuateur électromagnétique étant agencé pour exercer une force suffisamment longtemps après l’impact de l’élément mobile et du piston pour éviter et/ou limiter le rebond de l’élément mobile sur le piston.
  14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la mise en mouvement de l’élément mobile pour l’injection s’effectuant du seul fait de l’alimentation électrique de l’actuateur électromagnétique (20).
  15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, seule la structure stationnaire (21) étant alimentée électriquement.
  16. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’actuateur (20) étant alimenté sans contrôle de l’intensité en fonction de la position de l’élément mobile au cours de son déplacement.
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