Brevet FR2790617A1 — publié le 20000908

Etat de la technique La présente invention concerne un actionneur pié- zo-électrique, notamment pour actionner des soupapes de com- mande ou des injecteurs de véhicules automobiles, comprenant un corps d'actionneur formé par un ensemble laminé à couches multiples, avec une superposition de couches de matières pié- zo-électriques et une interposition de couches métalliques ou électriques conductrices servant d'électrodes, les surfaces d'extrémités du corps d'actionneur ayant chacune une plaque de fond du côté de la soupape et une plaque de tête du côté opposé. On connaît un tel actionneur piézo-électrique par exemple selon le document DE-196 50 900- A1 de la société ROBERT BOSCH GmbH. Un tel actionneur formé par une pile lami- née de couches piézo-électriques avec interposition de cou- ches formant des électrodes constituant un actionneur à plusieurs couches, piézo-électriques, doit entre autres être monté sous précontrainte mécanique, car sinon il éclaterait lors de son actionnement. Dans le document DE-196 50 900-A1 rappelé ci- dessus il est proposé de coller le corps de l'actionneur pié- zo-électrique à plusieurs couches, par chacune de ses faces frontales soit à une plaque de fond soit à une plaque de tête. La précontrainte nécessaire est appliquée par des res- sorts rubans situés des deux côtés dans la direction longitu- dinale du corps de l'actionneur et assure la compression de la plaque de fond et de la plaque de tête. Comme une couche de colle présente toujours une certaine élasticité, le collage de la face frontale de l'actionneur influence de manière négative la rigidité de l'ensemble du système. Comme le corps de l'actionneur doit être fixé à la plaque de fond et à la plaque de tête, il faut appliquer des techniques de fixation évitant l'inconvénient du manque de rigidité de l'ensemble du système. But et avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer un actionneur piézo-électrique dont le corps puisse être fixé sans collage à la plaque de fond et à la plaque de tête oppo- sée. A cet effet l'invention concerne un actionneur du type défini cidessus caractérisé en ce que: - le corps d'actionneur présente à ses surfaces d'extrémités chaque fois une couche de recouvrement piézoinactive, et - les surfaces de raccordement de la plaque de fond et de la plaque de tête adjacentes aux surfaces d'extrémités du corps d'actionneur comportent des éléments de fixation en- tourant les couches de recouvrement, pour assurer au moins une fixation par une liaison de force des couches de recou- vrement du corps d'actionneur. Ces éléments de fixation qui entourent par une liaison de force, mais aussi éventuellement par une liaison de forme, les couches de recouvrement piézo-inactives du corps de l'actionneur peuvent être des cavités selon un exem- ple de l'invention, cavité prévue respectivement dans la pla- que de fond et dans la plaque de tête pour réaliser la liaison de force, ces cavités étant adaptées aux dimensions des surfaces d'extrémités adjacentes du corps de l'actionneur ou de sa couche de recouvrement piézo-inactive. De telles ca- vités peuvent être formées avantageusement par matriçage de la plaque de fond et de la plaque de tête. Un tel matriçage peu coûteux permet également de réaliser une cavité de con- tour carré ou rectangulaire ce qui permet d'utiliser avanta- geusement un corps d'actionneur piézo-électrique ayant un contour extérieur rectangulaire ou carré pour le placer par une liaison de forme et de force dans les cavités. On peut également avoir des cavités circulaires pour fixer un corps d'actionneur à contour extérieur circu- laire ou encore s'il faut une liaison par la force, avec un contour extérieur carré dans la plaque de fond et dans la plaque de tête. Une cavité circulaire coopère par une liaison de forme avec les arêtes d'un corps d'actionneur à section carrée. Selon un autre exemple de réalisation, les élé- ments de fixation comprennent chacun un anneau de fixation dont la dimension intérieure est adaptée à la dimension exté- rieure de la couche de recouvrement adjacente du corps d'actionneur sur la surface de raccordement de la plaque de fond et la plaque de tête. Lorsqu'on utilise de tels anneaux de fixation il est avantageux que les couches de recouvrement du corps de l'actionneur soient légèrement plus épaisses. Les anneaux de fixation peuvent également avoir des contours intérieurs différents par exemple de forme car- rée ou rectangulaire, ou encore circulaire, ovale ou ellipti- que. Des anneaux de fixation à contour intérieur circulaire peuvent également s'utiliser pour fixer un corps d'actionneur à contour extérieur carré si on renonce à un blocage en rota- tion; les anneaux de fixation à contour intérieur ovale ou elliptique peuvent servir à fixer les corps d'actionneur à contour extérieur rectangulaire si l'on renonce à un blocage en rotation. Dans ce cas les anneaux de fixation coopèrent par une liaison de force entre leur contour intérieur et les arêtes du corps de l'actionneur à contour carré ou rectangu- laire. Comme les moyens de serrage élastiques proprement dits pour la mise en précontrainte de l'actionneur à plu- sieurs couches ne font pas partie de la présente invention ils ne seront pas détaillés. Il convient simplement de remar- quer qu'un tel actionneur à plusieurs couches peut être pré- contraint également par des ressorts " Belleville " ou des ressorts hélicoïdaux cylindriques appliqués de manière cen- trée sur la plaque de tête ou la plaque de fond, au lieu d'utiliser les rubans à ressorts décrits dans le document DE- 196 50 901-A1 rappelé ci-dessus, latéralement sur le corps de l'actionneur entre la plaque de tête et la plaque de fond. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre schématiquement une coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation d'un actionneur piézo- électrique selon l'invention. - les figures 2A et 2B montrent chacune schématiquement se- lon une coupe longitudinale partielle et une coupe trans- versale, un second exemple de réalisation d'un actionneur piézoélectrique selon l'invention. Exezrmples de réalisations La coupe longitudinale schématique de la figure 1 montre un corps d'actionneur piézo-électrique 10 composé d'un ensemble laminé à plusieurs couches comprenant des couches stratifiées de matières piézo-électriques avec interposition de couches métalliques ou conductrices d'électricité consti- tuant des électrodes; par ces surfaces d'extrémités, ce corps d'actionneur est placé entre une plaque de fond 11 et une plaque de tête 12 opposée. La face frontale du corps 10 de l'actionneur, adjacente à la plaque de fond 11 et celle adjacente à la plaque de tête 12 sont munies chacune d'une couche de recouvrement 13, 14 piézo-inactive. Pour fixer le corps d'actionneur 10 ainsi réalisé, la plaque de fond 11 et la plaque de tête 12 ont chacune une cavité 16, 17 dont les dimensions sont adaptées à celles de la surface d'extrémité correspondante c'est-à-dire de la couche de recouvrement pié- zo-inactive 13, 14 respective. Les cavités 16, 17 peuvent avantageusement être réalisées par exemple par matriçage ou érosion dan la plaque de fond 11 et la plaque de tête 12. Le corps d'actionneur piézo-électrique 10 pénètre avec ses surfaces d'extrémités c'est-à-dire la couche de recouvrement piézo-inactive respec- tive 13, 14 au moins par une liaison de force dans les cavi- tés matricées 16, 17 correspondantes. L'avantage de cavités 16, 17 matricées est que cette opération permet de réaliser non seulement une cavité de contour circulaire ou ovale mais également carré ou rectangulaire et cela de manière simple et peu coûteuse. Cela permet par exemple de fixer un corps d'actionneur 10 de section rectangulaire ou carrée par une liaison de forme dans les cavités 16, 17. Ainsi les cavités 16, 17 servant de moyens de fixation dans le premier exemple de réalisation pour fixer le corps d'actionneur 10 par une liaison de forme, évitent la couche de colle usuelle selon l'état de la technique et qui du fait de son élasticité influencerait de manière négative la rigidité de l'ensemble du système. Il est clair que l'on peut également bloquer en rotation un corps d'actionneur 10 à section carrée dans des cavités circulaires 16, 17 par une liaison par la force si l'on veille à ce que le bord intérieur des cavités 16, 17 coopère par une liaison de forme avec les arêtes des couches de recouvrement piézo-inactives 13, 14 de forme carrée. Les figures 2A et 2B montrent un second exemple de réalisation d'un actionneur piézo-électrique selon l'invention; seul est représenté le segment du corps d'actionneur 10 adjacent à la plaque de fond 11 (partie infé- rieure de la figure 2A). La couche de recouvrement pièzo- inactive 13 adjacente à la plaque de fond 11 est de préfé- rence plus épaisse que la couche de recouvrement piézo- inactive 13 du premier exemple de réalisation de la figure 1 dans le cas de l'exemple de réalisation des figures 2A et 2B. Selon les figures 2A et 2B, pour fixer le corps d'actionneur , on utilise un anneau de fixation 18 solidarisé à la pla- que de fond 11 et dont la dimension intérieure est adaptée à la dimension extérieure de la surface d'extrémité adjacente du corps d'actionneur 10. Il est évident que l'élément de fixation qui agit de façon bloquante sur la surface d'extrémité opposée du corps d'actionneur coopère avec une couche de recouvrement piézo-inactive également prévue à cet endroit, avec un anneau de fixation de même type. Comme cela apparaît notamment clai- rement à la figure 2B, l'anneau de fixation 18 agit par sa surface annulaire intérieure contre les arêtes du corps d'actionneur 10 ayant par exemple dans ce cas une section carrée (les points de fixation 19- 22). De façon analogue avec d'autres anneaux de fixation qui ont un contour intérieur ovale ou elliptique, on bloque un corps d'actionneur 10 à contour extérieur rectangulaire. Les anneaux de fixation 18 utilisés pour le blo- cage du corps d'actionneur 10, selon les figures 2A et 2B as- surent la même fonction que les cavités 16, 17 utilisées dans le premier exemple de réalisation en ce que ces anneaux re- lient le corps d'actionneur 10 à la plaque de fond et à la plaque de tête correspondante sans utiliser de couche de colle. La suppression de la couche de colle des faces fronta- les augmente la rigidité de l'ensemble du système. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Actionneur piézo-électrique, notamment pour actionner des soupapes de commande ou des injecteurs de véhicules automobi- les, comprenant un corps d'actionneur (10) formé par un en- semble laminé à couches multiples, avec une superposition de couches de matières piézo-électriques et une interposition de couches métalliques ou électriques conductrices servant d'électrodes, les surfaces d'extrémités du corps d'actionneur (10) ayant chacune une plaque de fond (11) du côté de la sou- pape et une plaque de tête (12) du côté opposé, caractérisé en ce que - le corps d'actionneur (10) présente à ses surfaces d'extrémités chaque fois une couche de recouvrement piézo- inactive (13, 14), et - les surfaces de raccordement de la plaque de fond (11) et de la plaque de tête (12) adjacentes aux surfaces d'extrémités du corps d'actionneur (10) comportent des élé- ments de fixation (16, 17; 18) entourant les couches de recouvrement, pour assurer au moins une fixation par une liaison de force des couches de recouvrement (13, 14) du corps d'actionneur (10). 2 ) Actionneur piézo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de fixation possèdent chaque fois une cavité (16, 17) adaptée aux dimensions extérieures de la couche de recouvrement (13, 14) adjacente du corps d'actionneur (10), cette cavité étant réalisée dans la surface de raccordement de la plaque de fond (11) et de la plaque de tête (12). ) Actionneur piézo-électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cavités (16, 17) sont réalisées respectivement par matri- çage et/ou par érosion dans la surface de raccordement de la plaque de fond (11) et de la plaque de tête (12). 4 ) Actionneur piézo-électrique selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les cavités ont un contour circulaire. ) Actionneur piézo-électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les cavités ont un contour rectangulaire ou carré. 6 ) Actionneur piézo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de fixation comprennent chacun un anneau de fixation (18) dont la dimension intérieure est adaptée à la dimension extérieure de la couche de recouvrement adjacente (13, 14) du corps d'actionneur (10) sur la surface de raccor- dement de la plaque de fond (11) et la plaque de tête (12). 7 ) Actionneur piézo-électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les anneaux de fixation (18) ont un contour intérieur carré ou rectangulaire. 8 ) Actionneur piézo-électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les anneaux de fixation (18) ont un contour intérieur circu- laire. 9 ) Actionneur piézo-électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les anneaux de fixation (18) ont un contour intérieur ovale ou elliptique.