Brevet FR2798015A1 — publié le 20010302

L'invention concerne un dispositif de raccordement à poser sur les fiches mâles de raccordement d'un composant piézoélectrique, comprenant un corps de support en matière isolante qui porte deux éléments conducteurs dont chacun comporte une section de mise en contact, à mettre en appui sur une fiche mâle de raccordement associée, et une section qui est en saillie vis-à-vis du corps porteur et constitue un élément de contact pour une connexion électrique extérieure. Un domaine préféré d'application de l'invention est constitué par les actionneurs piézoélectriques qui sont par exemple utilisables pour commander les injecteurs faisant partie de systèmes d'injection de carburant sur des moteurs à combustion interne. La connexion électrique entre les fiches mâles de raccordement d'un composant piézoélectrique (d'un composant individuel ou de tout un groupe) et un autre dispositif est dans de nombreux cas réalisée au moyen de connecteurs à enfichage. En effet, les fiches mâles de raccordement prévues sur le composant électrique par le fabricant ne conviennent pas la plupart du temps pour servir directement d'éléments de contact pour une connexion par enfichage, soit parce qu'elles ne possèdent pas la résistance mécanique nécessaire, soit parce que, par leur forme et leur agencement, elles ne sont pas adaptées aux éléments de contact complémentaires d'une autre moitié de connecteur à enfichage. Pour cette raison, on utilise souvent un dispositif intermédiaire qui réalise la transition des fiches mâles de raccordement à des éléments de contact adaptés qui peuvent alors être assemblés par enfichage avec les éléments de contact complémentaires de l'autre moitié de connecteur. De tels dispositifs de raccordement qui peuvent être posés sur les fiches mâles de raccordement d'un composant électrique contiennent en général un corps de support en matière isolante, telle que par exemple une matière plastique, qui porte des éléments conducteurs dont chacun comporte une section de mise en contact à mettre en appui sur une fiche mâle de raccordement respectivement associée. Une autre section de chaque élément conducteur qui est en saillie vis-à-vis du corps de support constitue un élément de contact pour le raccordement d'une connexion électrique extérieure associée. Pour l'utilisation sur des composants électriques qui sont soumis à des influences défavorables de l'environnement, il est judicieux, après l'avoir posé sur le composant électrique, de pourvoir le dispositif de raccordement mentionné d'une enveloppe isolante en matière plastique, obtenue par injection, qui constitue également en même temps un boîtier de connecteur servant à l'emboîtement et à un appui sûr d'une moitié de connecteur à enfichage à raccorder. Pendant la réalisation de l'enveloppe par injection, on doit avoir l'assurance que la masse d'injection chaude ne progresse pas directement, par des interstices situés le long des fiches mâles de raccordement, jusqu'au composant électrique et n'endommage pas celui-ci. On peut minimiser cette possibilité en prenant des mesures appropriées d'étanchéité. Lorsque le composant électrique est un élément piézoélectrique, par exemple un actionneur piézoélectrique servant à actionner la valve de commande d'un injecteur de carburant situé sur un moteur à combustion interne, la pression élevée et également la chaleur de la masse d'injection peuvent alors provoquer des dommages supplémentaires sur le composant, plus précisément sous l'effet de l'établissement d'une charge ou tension électrique d'une valeur élevée excessive entre les électrodes de l'élément piézoélectrique. Une situation analogue est à craindre lorsque, pendant le transport ou le stockage ou lors du montage, il se présente des variations de la sollicitation mécanique à laquelle le composant piézoélectrique est soumis et/ou des variations de la température environnante. La tension électrique qui s'établit de ce fait peut entraîner une modification du comportement du composant lorsqu'il est en service ou même un endommagement pouvant aller jusqu'à la destruction du composant. La solution jusqu'à présent apportée à ce problème prévoyait un moyen de court-circuit au moyen d'une mise en contact direct provisoire des deux bornes d'électrodes du composant. Dans un cas dans lequel ces bornes contenaient des torons de câble, ceux-ci étaient torsadés entre eux mécaniquement. Dans les cas o des fiches mâles de raccordement rigides étaient prévues, celles-ci étaient mises directement en court-circuit, par exemple au moyen d'une liaison par pincement. Lorsque le composant est en service, le court-circuit doit bien entendu être de nouveau ôté. Ces solutions ont l'inconvénient que le fait de prévoir un court-circuit provisoire et de l'ôter est complexe. Egalement sur le composant monté à l'état définitif et pourvu d'un dispositif de raccordement, il convenait, dès que la connexion électrique extérieure était ôtée ou ouverte, de réinsérer le court-circuit, afin de réaliser une sécurité de manipulation. Le but de la présente invention consiste à agencer un dispositif de raccordement, du type générique défini en introduction, d'une manière telle que des influences dommageables sur le composant sous l'effet d'un établissement de charge non souhaité soient écartées d'une manière permanente ou au moins maintenues minimales. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de raccordement, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce qu'il est prévu une résistance en pont qui relie les deux éléments conducteurs et qui, d'une part, présente une valeur ohmique suffisamment élevée pour ne pas nuire au fonctionnement du composant piézoélectrique, mais, d'autre part, possède une conductivité suffisante pour protéger le composant d'une mise en charge électrique pouvant l'endommager. L'intégration, conforme à l'invention, d'une résistance ohmique, dimensionnée d'une manière appropriée, en pont entre les éléments conducteurs et située dans le corps de support du dispositif de raccordement permet d'obtenir une unité structurelle de faible encombrement et d'une manipulation sûre. Ceci s'applique notamment lorsque, suivant une forme avantageuse de réalisation de l'invention, le corps de support est constitué d'une enveloppe en matière plastique, obtenue par injection, qui entoure les éléments conducteurs et la résistance en pont (et qui laisse bien entendu libres les éléments de contact et les sections de mise en contact prévues pour venir en contact sur les fiches mâles raccordement) Après son montage sur l'actionneur piézoélectrique, l'unité structurelle ainsi agencée protège cet actionneur d'une manière durable vis- à-vis d'un endommagement qui, dans le cas contraire, serait à craindre sous l'effet d'une charge électrique, due à une action mécanique ou thermique, qui ne pourrait pas être supprimée. Le dispositif de raccordement conforme à l'invention peut aussi présenter la particularité suivant laquelle la résistance en pont est un élément non verni. L'invention a également pour objet un composant piézoélectrique comportant des fiches mâles de raccordement sur lesquelles est posé un dispositif de raccordement électrique conforme à l'invention qui est, en commun avec au moins une partie du composant, enveloppé de matière plastique appliquée par injection, en préservant l'accessibilité aux éléments de contact. L'invention est exposée ci-après en détail à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre qui ne sert qu'à l'illustration et ne doit pas être considéré comme limitatif. La figure 1 représente, en vue en perspective, de dessous, et à plus grande échelle, un dispositif de raccordement conforme à l'invention; la figure 2 représente le dispositif de raccordement de la figure 1 suivant une vue en perspective, de dessus, le corps de support étant indiqué en vue fantôme en lignes en trait mixte, afin de permettre l'observation des parties situées à l'intérieur; la figure 3 représente le dispositif de raccordement en perspective, suivant la même direction d'observation qu'à la figure 2, mais approximativement à l'échelle; les figures 4 et 5 sont deux vues, suivant des directions différentes d'observation et avec des arrachements partiels, d'un composant piézoélectrique comportant, posé sur lui, un dispositif de raccordement conforme aux figures 1 à 3. Sur les figures, le repère 10 désigne un corps de support qui est réalisé en une matière plastique isolante. Le corps de support 10 est une pièce de forme moulée par coulée qui enveloppe deux éléments conducteurs a, 20b à partir de chacun desquels une section en forme de patte 22a, 22b respective se dresse latéralement hors du corps de support 10. Une autre section de chaque élément conducteur 20a, 20b constitue une patte 21a, 21b respective qui se dresse vers le haut à partir du corps de support 10. Pour chacune de ces pattes 21a, 21b, un trou 23a ou 23b respectif traversant le corps de support s'étend d'une manière directement adjacente à la patte considérée. Les sections d'extrémité 24a, 24b des éléments conducteurs 20a, 20b qui sont situées à l'opposé des pattes 22a, 22b sont reliées l'une à l'autre, par exemple par soudage ou brasage, par une résistance en pont 25 à valeur ohmique relativement élevée, de par exemple 200 kOhms. Deux manchons lia, 11b qu'il est convenu d'appeler "dômes", qui sont orientés vers le bas, sont réalisés au formage sur la face inférieure du corps de support 10, l'espace intérieur libre de ces manchons ayant approximativement la même forme de section transversale et le même diamètre que les trous 23a, 23b, en étant dans l'alignement de ceux-ci. Les manchons lla, llb et les trous 23a, 23b sont conçus pour le passage de fiches mâles de raccordement 31a, 31b qui sont situés sur un composant piézoélectrique 30, qui est, dans le cas d'exemple représenté, un actionneur piézoélectrique et dont on ne voit essentiellement que le boîtier extérieur aux figures 4 et 5. Lorsqu'on enfile le corps de support d'une manière appropriée sur les fiches mâles de raccordement 31a, 31b, ces dernières viennent au contact des pattes 21a, 21b, afin de réaliser un contact avec les éléments conducteurs 20a, 20b; cette connexion par contact est assurée au moyen d'un procédé quelconque approprié de soudage une fois le corps de support 10 posé. La réalisation du corps de support 10 peut s'effectuer en immobilisant d'abord les éléments conducteurs 20a, 20b, y compris la résistance en pont 25 fixée à ceux-ci d'une manière conductrice, dans un moule d'injection qui correspond à la configuration du corps de support 10 et qui est alors rempli d'une masse d'injection de matière plastique. La résistance 25 est de préférence non vernie, afin d'empêcher, lors de cette opération d'injection, une décomposition de vernis qui pourrait entraîner la création d'un pont formant court- circuit à faible valeur ohmique. Pour l'assemblage avec le composant piézoélectrique , on pose le corps de support 10, avec les parties 20a, b, 25 qui y sont enfermées à la coulé, sur le composant piézoélectrique 30, d'une manière telle que les manchons lia, llb coulissent sur les fiches mâles de raccordement 31a, 31b jusqu'à ce que ces dernières sortent du corps de support 10 vers le haut à l'endroit des trous 23a, 23b et viennent en contact avec les pattes à souder 21a, 21b. Une plaque de tête 40 est disposée à l'extrémité supérieure du composant 30, à l'endroit o les fiches mâles de raccordement 31a, 31b sortent du composant, cette plaque de tête 40 étant de préférence réalisée en une matière plastique isolante et comportant deux passages 41a, 4lb par lesquels les fiches mâles de raccordement 31a, 31b font saillie. Le diamètre intérieur de ces passages 41a, 41b est considérablement plus grand que le diamètre des fiches mâles de raccordement 31a, 31b, de sorte qu'un intervalle annulaire se présente entre chaque fiche mâle de raccordement 31a, 31b et la paroi intérieure du passage 41a, 41b associé qui l'entoure. Le diamètre de ces intervalles annulaires est dimensionné d'une manière telle que les manchons lia, llb peuvent y pénétrer lorsqu'on enfile le corps de support vers le bas et que, pour chacune des fiches mâles de raccordement 31a, 31b, le manchon respectif constitue un moyen d'étanchéité entre la face supérieure de la plaque de tête 40 et l'espace situé à la base de la fiche mâle de raccordement considérée. La plaque de tête 40 est agencée et montée de manière à recouvrir hermétiquement la face supérieure du composant piézoélectrique 30, à l'exception des emplacements des intervalles annulaires indiqués. Le corps de support 10 est poussé jusqu'à un point tel que les extrémités des pattes 22a, 22b occupent une position prescrite par rapport au bord inférieur du composant piézoélectrique 30. Cela permet de compenser les tolérances du composant 30 en longueur: dans le cas de composants plus courts, il est possible d'enfiler les manchons lia, llb dans les passages 41a, 41b de la plaque de tête 40 plus loin que dans le cas de composants plus longs. La longueur des manchons lia, llb est donc dimensionnée d'une manière telle que, dans un premier cas extrême, à savoir dans le cas d'un composant de longueur maximale et donc d'une introduction plus réduite des manchons lia, llb dans les passages 41a, 41b, la profondeur de pénétration suffit encore pour obtenir une action d'étanchéité adéquate et que, dans l'autre cas extrême, à savoir dans le cas d'un composant de longueur minimale et donc d'une profondeur maximale de pénétration des manchons lia, llb, les extrémités des manchons ne viennent pas buter sur le composant lui-même. Après l'opération de pose, on soude les fiches mâles de raccordement 31a, 31b aux pattes 21a, 21b des éléments conducteurs 20a, 20b et on enveloppe d'une masse de matière plastique 50, par injection, l'extrémité supérieure du composant piézoélectrique 30, y compris le corps de support 10 posé sur celui-ci. Cet enveloppement par injection 50 permet d'obtenir une protection efficace vis-à-vis d'influences de l'environnement. Dans le cas représenté, l'enveloppement par injection 50 constitue en même temps un boîtier de connecteur à enfichage 51 qui entoure les pattes 22a, 22b et est conçu pour l'introduction et le maintien d'un connecteur à enfichage complémentaire (non représenté) qui comporte des éléments de contact qui viennent coopérer avec les pattes 22a, 22b et permettent ainsi d'assurer le raccordement du composant piézoélectrique 30 à d'autres dispositifs. L'étanchéité réalisée au moyen des manchons lla, llb permet d'empêcher d'une manière efficace que, pendant cet enveloppement par injection, la masse d'injection, chaude et se trouvant sous pression, ne progresse jusqu'au composant piézoélectrique 30 lui-même. Dans les intervalles très étroits qui se présentent encore éventuellement entre les faces extérieures des manchons l1a, llb et les parois intérieures des passages 41a, 41b de la plaque de tête, il se présente une "auto- étanchéité": la masse d'injection fluide ayant éventuellement pénétré se solidifie sur les parois des intervalles et obture ainsi ces intervalles avant que la masse ne puisse progresser dans l'espace situé à la base des fiches mâles de raccordement 31a, 31b. L'action décrite d'étanchéité empêche également que la pression de la masse d'injection ne soit transmise sur le composant piézoélectrique. Etant donné que, par ailleurs, du fait de la solidarisation par soudure entre les pattes 21a, 21b et les fiches mâles de raccordement 31a, 31b, le corps de support 10 est immobilisé vis-à-vis du composant piézoélectrique 30, la pression de la masse d'injection ne peut pas non plus provoquer un déplacement du corps de support 10 et donc des manchons lla, 11b. La résistance en pont 25 située entre les éléments conducteurs 20a, 20b est dimensionnée de manière, d'une part, à présenter une valeur ohmique suffisante pour ne pas nuire d'une manière notable au fonctionnement du composant 30 lors de l'application d'une tension d'actionnement piézoélectrique sur les pattes 22a, 22b et, d'autre part, à laisser toutefois passer suffisamment le courant pour limiter, ou supprimer en un temps adéquat, une mise en charge électrique non envisagée, telle qu'il peut par exemple s'en présenter dans le cas de sollicitations mécaniques ou sous l'effet d'une action thermique. La valeur ohmique optimale de la résistance en pont dépend de valeurs caractéristiques du composant piézoélectrique et des conditions auxquelles il faut s'attendre lors de la fabrication, du transport, du stockage, du montage et du fonctionnement du composant. Ces conditions peuvent se prévoir. Il a été constaté que la résistance devrait de préférence être dimensionnée d'une manière telle que le produit de sa valeur de résistance par la capacité électrique propre que présente chaque fois le composant piézoélectrique considéré donne une constante de temps dans une fourchette d'environ 0,4 à environ 2,0 secondes. Dans le cas d'un composant typique qui a été conçu pour l'utilisation en tant qu'actionneur piézoélectrique sur un injecteur de carburant, cette capacité a varié de 3 microfarads à l'état totalement hors sollicitation et à la température ambiante) jusqu'à environ 10 microfarads (à l'état de sollicitation thermique et mécanique maximale pendant l'utilisation). C'est ainsi que conviendrait, pour ce composant, une résistance en pont dont la valeur de résistance serait comprise entre 133 et 200 kOhms. Il s'est alors également avéré dans la pratique que, pour le cas indiqué, une résistance en pont de 200 kOhms fournissait effectivement le résultat souhaité. Bien entendu, outre la forme de réalisation précédemment décrite et représentée aux dessins, d'autres formes de mise en oeuvre de l'invention sont également possibles. C'est ainsi que l'invention n'est pas limitée à des réalisations particulières de l'étanchéité. Egalement, les éléments de contact 22a, 22b qui sortent du corps de support n'ont pas impérativement à être des pattes de contact destinées à la pose d'un connecteur à enfichage, mais ils peuvent tout aussi bien présenter un autre agencement, par exemple sous forme de lames de contact ou de pattes à braser. De même, l'invention convient non seulement pour des actionneurs piézoélectriques dans le domaine d'utilisation précédemment décrit, mais elle est également utilisable avantageusement dans le cas de composants piézoélectriques quelconques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de raccordement à poser sur les fiches males de raccordement (31a, 31b) d'un composant piézoélectrique (30), comprenant un corps de support (10) en matière isolante qui porte deux éléments conducteurs (20a, 20b) dont chacun comporte une section de mise en contact (21a, 21b), à mettre en appui sur une fiche mâle de raccordement (31a, 31b) associée, et une section qui est en saillie vis-à-vis du corps porteur (10) et constitue un élément de contact (22a, 22b) pour une connexion électrique extérieure, caractérisé en ce qu'il est prévu une résistance en pont (25) qui relie les deux éléments conducteurs (20a, b) et qui, d'une part, présente une valeur ohmique suffisamment élevée pour ne pas nuire au fonctionnement du composant piézoélectrique (30), mais, d'autre part, possède une conductivité suffisante pour protéger le composant (30) d'une mise en charge électrique pouvant l'endommager. 2. Dispositif de raccordement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de support (10) est constitué d'une enveloppe en matière plastique, obtenue par injection, qui entoure les éléments conducteurs (20a, 20b) et la résistance en pont (25) et qui laisse libres les éléments de contact (22a, 22b) et les sections de mise en contact (21a, 21b). 3. Dispositif de raccordement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance en pont (25) est un élément non verni. 4. Composant piézoélectrique (30) comportant des fiches mâles de raccordement (31a, 31b) sur lesquelles est posé un dispositif de raccordement électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 qui est, en commun avec au moins une partie du composant (30), enveloppé de matière plastique (50) appliquée par injection, en préservant l'accessibilité aux éléments de contact (22a, 22b).