Brevet FR2842354A1 — publié le 20040116

Domaine de l'invention La présente invention concerne un composant piézoélectrique comprenant un actionneur piézo-électrique muni d'un revêtement en élastomère. Etat de la technique On connaît un tel composant piézo-électrique selon le document DE 198 60 001 Ai. Ce composant est utilisé comme actionneur d'un injecteur de moteur à combustion interne, notamment d'un moteur Diesel équipant un véhicule automobile. Le composant piézo-électrique connu, formé d'un empilage monolithique de couches piézo-céramiques avec interposition de couches d'électrodes pour former l'actionneur piézo-électrique, présente sur sa surface supérieure de la matière plastique constituant une couche de protection. Cette couche est formée d'un élastomère de silicone et sa fonc15 tion consiste à protéger la surface supérieure piézo-électrique active sensible de l'actionneur piézo-électrique contre les endommagements, l'encrassage ou l'effet de l'humidité et des carburants. Le revêtement du composant piézo-électrique connu a néanmoins l'inconvénient de ne pas permettre d'évacuer suffisamment la chaleur de déperdition de l'actionneur piézo-électrique. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un composant piézo-électrique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'élastomère est un élastomère conducteur de chaleur avec une charge à base d'oxyde d'aluminium, de dioxyde de titane, de nitrure de bore, de nitrure d'aluminium ou de carbure de silicium et/ou de préférence de dioxyde de silicium. Ce composant piézo-électrique a l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique d'améliorer l'évacuation de la chaleur de déperdition de l'actionneur en matière céramique. En effet, grâce à la charge, on a une meilleure conductivité thermique du revêtement. On peut, de plus, supprimer les moyens supplémentaires d'isolation électrique de l'actionneur. L'expression " revêtement " doit être comprise dans son sens le plus large. Ainsi, le revêtement peut être une couche d'élastomère ap35 pliquée directement sur l'actionneur ou encore d'une masse d'élastomère coulée dans laquelle on noie l'actionneur. L'élastomère peut être un élastomère au silicone enrichi par la charge. En particulier, si le revêtement est une masse coulée, l'élastomère est de préférence un élastomère de silicone réactif vulcanisé tel qu'un organopolysiloxane enrobant la charge. Un élastomère de silicone est élastique de sorte que les contraintes mécaniques agissant sur l'actionneur céramique peuvent être réduites à un niveau très faible. Le revêtement appliqué au moins par zones sur la surface de l'actionneur céramique sert à protéger celui-ci contre les endommagements, l'encrassage et l'effet de l'humidité de l'air et de l'action du carburant; il forme également une isolation électrique. Le revêtement peut être appliqué de manière simple sur l'actionneur céramique. Le composant piézo-électrique selon l'invention peut s'utiliser par exemple comme injecteur dans une installation d'injection à rampe commune d'un moteur à combustion interne Diesel d'un véhicule automobile. Dans ce cas, il est avantageux d'utiliser comme matrice de la matière de remplissage ou charge, un élastomère de silicone ayant une 1 5 élasticité suffisante dans une plage de températures comprises entre C et +1500C. L'élastomère de silicone est par exemple du diméthylsiloxabes silicones sont des réseaux réticulés en trois dimensions permettant de distinguer entre deux types de réticulations, à savoir la réticulation par addition et celle par condensation. Dans le cas de la réticu20 lation par addition qui joue un rôle avantageux dans le cas présent, on ne rencontre pas de dégagement de produits auxiliaires. En outre, l'élastomère prend indépendamment de l'épaisseur de la couche. L'élastomère peut avoir une épaisseur inférieure à 200 Mm. Il est avantageux que la charge présente une granulométrie comprise entre 0,1 pim et 100 Mm, de préférence entre 1 pim et 15 Mm. La teneur en charge de l'élastomère, selon un mode de réalisation avantageux du composant piézo-électrique de l'invention, est comprise entre un pourcentage pondéral de 20 % et de 79 % et de préférence entre 50 et 60 %. Pour augmenter l'accrochage du revêtement sur l'actionneur en céramique, on peut ajouter à l'élastomère un agent d'accrochage; cet agent d'accrochage lui-même est de préférence un silicone à base d'un système réticulé par condensation, par exemple à base d'alkoxysilanes. En particulier, l'agent adhésif permet d'améliorer encore la protection de l'actionneur contre l'humidité. L'agent adhésif peut être ajouté directement à l'élastomère ou encore être appliqué par une étape distincte sur l'actionneur céramique formant le substrat (primaire). L'élastomère peut être un système à un ou à deux composants; dans le cas d'un système à un composant on a des avantages de fabrication car on évite les erreurs de mélange et de logistique. Les systèmes à deux composants conviennent dans la me5 sure o ils réagissent dès que les deux composants, c'est-à-dire le polymère et l'agent de réticulation, sont réunis. En augmentant la température, on accélère la réticulation. En principe on peut également avoir une réticulation à la température ambiante. Les systèmes à un composant forment des systèmes freinés io dont la vitesse de réaction est diminuée par des inhibiteurs pour avoir une stabilité de stockage suffisante. Lorsqu'on atteint une certaine température, par exemple une température de 1000C, on détruit l'action des inhibiteurs et on permet la réticulation. En principe, la réticulation des systèmes utilisés dépend 1 5 fortement de la température. Par exemple, on aura une réticulation à une température de 80'C en 30 minutes; à une température de 120'C, elle se fera en 8 minutes et à une température de 150'C elle se fera en minutes. L'élastomère est appliqué avantageusement par un procédé par immersion, un procédé de coulée ou un procédé de pulvérisation sur l'actionneur céramique. L'application peut se faire à la température ambiante. Pour réticuler la matière appliquée on augmente la température et dans le cas d'un système à deux composants on choisira une température entre par exemple 80'C et 150'C; dans le cas d'un système à un compo25 sant on chauffera à une température comprise entre 30'C et 150'C. La réticulation se fait suivant la température choisie entre 4 et 39 minutes. L'utilisation de ce procédé permet de réaliser une épaisseur de couche de revêtement de l'actionneur céramique comprise entre pim et 200 Mim et le cas échéant inférieure à 100 Mm. Si le revêtement est une masse coulée, on enveloppe l'actionneur céramique par application sans pression ou assistée avec la pression comme la coulée, la projection ou la compression d'une matière liquide ou pâteuse dans le volume de l'actionneur à remplir en position de montage, avec la masse coulée. Le volume est rempli ou partiellement rempli, de préférence dans le sens montant, c'est-à-dire avantageusement par l'introduction de la matière sans pression ou encore dans le sens descendant et alors en appliquant la pression. Le volume à remplir est défini par les pièces de l'injecteur, en particulier la chambre en céramique, un manchon en métal entourant l'actionneur, la matière plastique, la céramique ou analogue. En procédant ainsi on garantit une enveloppe solide de la matière céramique et le cas échéant on assure la liberté nécessaire des volumes ouverts dits volumes d'expansion. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un composant piézoélectrique selon l'invention représenté schématiquement dans le dessin annexé dans lequel l'unique figure montre un actionneur céramique et son revêtement. Description de l'exemple de réalisation L'unique figure montre un composant piézo-électrique 10 constituant un actionneur piézo-électrique d'un injecteur non détaillé ici d'une installation d'injection à rampe commune d'un moteur à combus15 tion interne Diesel. Le composant piézo-électrique 10 comprend un actionneur céramique 11 formé par un empilage de couches de céramique piézoélectriques avec interposition de couches formant des électrodes. L'actionneur piézo-électrique 11 est muni d'un revêtement 12 appliqué de façon que les deux extrémités de l'actionneur céramique 11 ne soient pas revêtues. Le revêtement 12 est formé d'un élastomère composé d'un élastomère de silicone, notamment de diméthylsiloxane, auquel on ajoute une charge fabriquée à base de dioxyde de silicium. La charge a une gra25 nulométrie d'environ 10 im. La proportion de la charge par rapport à l'élastomère est de préférence de l'ordre de 55 % en poids. Le revêtement 12 de l'exemple de réalisation choisi a une épaisseur de couche d'environ 150,um. Le revêtement 12 a une conductivité thermique suffisante permettant de bien évacuer la chaleur dégagée par l'actionneur céramique 11. R E V E N D I C A T I O N S ) Composant piézo-électrique comprenant un actionneur piézo-électrique (11) muni d'un revêtement (12) en élastomère, caractérisé en ce que s l'élastomère est un élastomère conducteur de chaleur avec une charge à base d'oxyde d'aluminium, de dioxyde de titane, de nitrure de bore, de nitrure d'aluminium ou de carbure de silicium et/ou de préférence de dioxyde de silicium. 20) Composant piézo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge a une granulométrie comprise entre 0, 1 pm et 1 00 jm et de préférence entre 1 pm et 15 Mim. 30) Composant piézo-électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la charge représente une teneur pondérale comprise entre 20 et 79 % et de préférence entre 50 et 60 % de l'élastomère. 40) Composant piézo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élastomère contient un agent adhésif. ) Composant piézo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement (12) a une épaisseur inférieure à 200 gam.