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PROCEDE POUR FERMER L'AMPOULE CERAMIQUE DES LAMPES A DECHARGE A HAUTE PRESSION ET, EN PARTICULIER, DES LAMPES AU SODIUM, AINSI QUE LAMPES FABRIQUEES SUIVANT CE PROCEDE
DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé permettant de fermer l'ampoule céramique.l'enceinte de décharge) située a une extrémité des lampes a decharge a haute pression et, en particulier, des lampes sodium, en utilisant le matériau, propre de ces ampoules pour la fermeture, l'extrémiste ouverte de l'ampoule étant réunie par emaillage au disque céramique supportant les amenées de courant.
La présente invention concerne, en outre, les lampes a décharge a haute pression fabriquées suivant ce procédé et, en particulier, les lampes au sodium, qui comportent une ampoule céramique située une extrémité fermée avec sa matière propre contenant des matières d'apport et un remplissage de gaz rare, et un disque céramique fixé a cette ampoule par emaillage et supportant les amenees de courant.
Dans les modes de réalisation déjà connus des lampes a decharge a haute pression, ainsi que pour la fabrication de celles-ci, 1a diminution des dimensions ou des puissances donne lieu a des problèmes généralement bien connus au moment de l'extraction simultanée des gaz et du scellement du corps luminescent,
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dus au fait que les lampes A décharge à haute pression conçues sans tube d'aspiration donnent lieu à des difficultés pour maintenir la temperature requise de
1200-15000C pour assurer la fusion de l'email dans la zone de soudure de l'enceinte de decharge et dans le disque de céramique fermant celui-ci,
tout en assurant simultanément une temperature inferieure A 80 C à 11 au- tre extrémité du corps luminescent dont les dimensions sont réduites toujours davantage, afin d'empecher l'eva- poration de la substance d'apport.
Le gradient de température nécessaire peut difficilement être réalisé, même dans le cas de corps luminescents ayant une puissance nominale de 35W et une longueur d'environ 35 mm, vue que le matériau ceramique se trouve déjà à la limite de tolerance du gradient de température. Les variantes ccnportant un tube d'aspiration ne donnent par lieu A de telles difficultds, mais le tube d'aspiration de dimensions relativement importantes provoque néanmoins une perte de chaleur excessive, et le point froid extérieur nécessite une surchauffe des pieces en céramique.
Les solutions connues nécessitent, pour obtenir la température requise du point froid, d'utiliser, par exemple, des brides de réflexion thermique particulierement larges, qui diminuent sensiblement le rendement lumineux des lampes.
Pour diminuer les dimensions du corps luminescent et pour pouvoir supprimer simultanément le tube d'aspiration, une publication japonaise n"60-127634 a proposé une lampe a décharge qui comporte à l'une de ses extrémités une ampoule céramique de forme aplatie semblable aux lampes ä métal et halogènes, réalisée en céramique fixée par soudure, et un corps de ceramique servant A fermer l'extrenmité ouverte de l'ampoule, supportant rigidement les amenees de courant et reliée a l'ampoule par un joint d'email annulaire.
La fabrication de lampes à haute pression presentant cette disposition n'est toutefois pas réalisable éoonamiquement.
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Pour assurer la jonction de l'ampoule avec l'é1ément de fermeture, l'anneau d'email doit évidemment être fondu. La chaleur transmise provoque une augmentation de la pression du gaz remplissant l'ampoule et ce gaz"souffle"a travers l'email fondu, c'est-à-dire que, au cours de la fabrication, une partie du gaz de remplissage est perdue tandis que le gaz sortant déplace l'email de sa position normale.
La présente invention a donc pour objet de fermer l'ampoule des lampes comportant une ampoule céramique fixée par soudure d'un seul côté, suivant un procédé qui ne presente pas les inconvénients décrits ci-dessus, c'est-a- dire qui permet de conserver dans l'ampoule la totalité du gaz de remplissage qui s'y trouve, au cours de la formation du joint d'émail entre l'ampoule de céramique et l'element de fermeture en céramique.
On s'est rendu compte que le disque pouvait être facilement placé sur l'ampoule au cours du montage et que la fabrication de la lampe était simplifiée si l'element de fermeture était constitue par un disque en céramique dont la section est plus grande que la section intérieure de l'ampoule et est égale, de préférence, à la section exterieure de cette ampoule. 0n s'est également rendu compte que, si l'on place une bague d'étanchéité métallique à l'étant plastique a un point de fusion élevé entre le disque et la surface frontale de l'extremiste ouverte de l'ampoule, cette bague d'étanchéité exerce une action de fermeture en exerçant une force de compression appropriée au cours de la formation du joint d'email entre le disque et l'ampoule.
Cette fermeture, assurée par la bague métallique, permet de conserver dans l'ampoule la charge de gaz qui s'y trouve, dont la pression augmente au cours de la formation du jpint d'email. La charge de gaz ne peut pas "barboter" à travers l'email fondu, ni déplacer l'email de sa position. Pour obtenir une fermeture étanche appropriée au moyen de la bague métallique, celle-ci doit etre plastique, afin qu'elle
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appuie d'une manière stable tant sur la face frontale de l'ampoule que sur le disque.
Cette caractéristique plastique élastique reste assurée avec cette bague, meme à la température de fusion de l'email.
D'autre part, le coefficient de dilatation thermique de la bague doit être adapte auxcoefficientsde dilatation thermique des matériaux de l'ampoule. La bague doit être , en outre, résistante a l'effet de corrosion du a la charge de gaz se trouvant dans l'ampoule. Ces exigences sont satisfaites de manière optimale au moyen d'une bague métallique continue, réalisée en niobium. Si les materiaux se trouvant dans l'enceinte de decharge ont un effet corrosif sur le métal, la bague d'étanchéité doit être pourvue d'une couche resistant a la corrosion sur sa face tournée vers l'enceinte de décharge.
Ces constatations ont permis de concevoir un procédé permettant de fermer une ampoule de céramique fermée a une extrémité par sa propre matiere et, de preference, une ampoule en oxyde d'aluminium utilisée pour les lampes à décharge a haute pression et, en particulier, les lampes à sodium. Pendant l'utilisation de ce procédé, un disque de céramique et, de preference, un disque d'oxyde d'aluminium, est fixé par soudure a l'extrémité ouverte de l'ampoule, à l'aide d'une bague d'émail fondue sous l'effet de la chaleur et solidifiée ensuite par refroidissement approprié, ce disque supportant, par exemple, de manière étanche au vide, les amenées de courant qui le traversent.
Au sens de la présente invention, ce procédé peut être également perfectionné en disposant sur la face frontale de l'extremiste ouverte de l'ampoule une bague d'étanchéité uintérieure - c'est-à-dire située en direction de l'Interieur de l'ampoule-continue et réalisée en métal plastique élastique et une bague d'émail extérieure concentrique a la bague précédente, c'est-à-dire ne venant pas au contact de l'enceinte intérieure de l'ampoule, tandis qu'un disque supportant les amenées de
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I courant est disposé sur cette bague, que la section du disque est supérieure a la section intérieure de l'ampoule et correspond, de preference, a la section exterieure de l'ampoule,
que l'ampoule comportant une substance d'apport et une charge de gaz noble et le disque sont comprimés avec une force requise pour provoquer la déformation de la bague d'étanchéité et egale, de préférence à 0, 5-1000 N, tandis que le maintien de la force de compression permet de réaliser la jonction émaillée au moyen de la bague d'émail se trouvant entre l'ampoule et le disque, la force de compression étant ensuite supprimée. Dès ce moment, le disque et l'ampoule sont joints l'un a l'autre de manière étanche. La lampe A décharge terminée peut également être utilisée sans ampoule extérieure, mais peut, toutefois, être aussi pourvue d'une ampoule extérieure fermée d'une manière étanche au vide.
L'enceinte située entre la lampe à decharge et l'ampoule extérieure est, soit mise sous. vide, soit remplie d'une charge de gaz rare.
L'importance de la force de compression a été rapportée à un centimetre de longueur du bord de la bague d'étanchéité, le long duquel la bague d'étanchéité vient en contact avcec la face frontale de l'ampoule.
Quand on fabrique des lampes a decharge à haute pression, on utilise, de préférence, une ampoule céramique avec une section circulaire ou circulaire aplatie, ce que l'on appelle une section en forme de"stade", avec un disque céramique ayant une section adaptée a la section de l'ampoule, c'est-à-dire circulaire ou circulaire aplatie comme, par exemple, une section en forme de"stade", avec adjonction d'une bague d'étanchéité présentant la meme forme, la fermeture étant assurée par une bague d'email.
L'avantage de l'ampoule présentant une section circulaire consiste en ce. que sa fabrication peut être facilement réalisée, tandis que la section circulaire aplatie, c'est-à-dire les ampoules en forme dite de"stade"
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permettent de disposer avantageusement les électrodes et d'assurer ainsi une répartition plus uniforme de la chaleur et un effet de stabilisation des parois.
Comme bague d'étanchéité on peut utiliser, de préférence, une bague de niobium ayant une section essentiellement carrée Cette bague est disposée de manière a ce que ses bords diagonaux reposent sur le disque de céramique et sur la face frontale de l'ampoule de céramique.
De cette manière, on peut réaliser un joint étanche au vide en exerçant une force de compression plus faible.
On peut également utiliser, de préférence, comme bague d'étanchéité une bague de niobium continue, formée dans une plaque. Cette bague est disposée entre les nervures concentriques faisant saillie sur la face frontale de l'ampoule et sur le disque, si bien que ces nervures retiennent la bague d'étanchéité. Un avantage essentiel de cette disposition est dû au fait que la bague en niobium peut être fabriquée de manière relativement économique, en partant d'une plaque, et que la continuité est assurée de ce fait.
S'il faut fermer une ampoule contenant une charge constituée d'un halogénure métallique, on peut utiliser une bague en niobium comme bague d'étanchéité, qui est pourvue, sur sa face au contact de l'enceinte intérieure de l'ampoule, d'une couche connue en soi, résistant aux halogènes, comme par exemple, une couche d'un mélange d'oxyde de terre rare.
Cette couche peut constituer simultanément le matériau pour la jonction émaillée si la bague d'émail est également réalisée en un matériau d'émail résistant aux halogènes.
Pour éviter que l'échauffement nécessaire pour réaliser la jonction émaillée ne détache les amenées de courant fixées au disque par émaillage et ne détruise ainsi l-'étanchéité du disque, il est intéressant que les amenées de courant soient fixées au disque avec un émail dont le point de fusion est supérieur au point de fusion de la bague d'émail
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utilisee pour souder l'ampoule au disque.
Pour empecher la fusion de l'email fixant les amenées de courant dans le disque, on peut également procéder de façon à éliminer de la chaleur par les amenées de courant déjà soudées, et ceci permet alors de fixer les amenées de courant, par exemple, avec un émail equivalent au matériau utilisé pour la bague d'émail.
Conformément a l'invention, il est également avantageux d'utiliser un disque supportant les amenées de courant et réalisé en un matériau tel que la temperature de service puisse supporter sans dommages l'action de l'atmosphere extérieure. Les amenées de courant de ce genre peuvent etre, par exemple, des amenées de courant en acier inoxydable.
La lampe à décharge ainsi fermée peut egalement être disposée, si on le souhaite, dans une ampoule extérieure réalisée, de préférence, en verre. Dans l'enceinte entre la lampe à décharge et l'ampoule extérieure, on réalise le vide ou on introduit une charge de gaz rare et l'ampoule extérieure est fermée de manière étanche au vide.
Les lampes a décharge comportant une ampoule exterieure peuvent comporter, de préférence, des amenées de courant en tantale. Dans ce cas, le matériau des electrodes est également, de préférence, du tantale, ce qui permet d'éliminer les jonctions par soudure reliant les électrodes aux amenées de courant qui seraient, sinon, indispensables.
Quand une utilise une électrode en tantale, il est avantageux d'utiliser un matériau d'activation cathodique à base de tantalate.
La présente invention se rapporte également aux lampes à décharge à haute pression fabriquées suivant le procédé décrit ci-dessus et, en particulier, des lampes au sodium. La lampe a décharge à haute pression et, en particulier, la lampe au sodium, presente a l'une de ses extrémités, une ampoule de céramique fermée par sa propre matière et, de préférence, une ampoule en oxyde d'aluminium, ainsi qu'a
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j l'extrémité ouverte de l'ampoule, un disque céramique, de preference en oxyde d'aluminium, fixé a l'extrémité ouverte de l'ampoule par une jonction émaillée annulaire, ce disque étant relie de manière étanche aux amenées de courant qui le traversent.
Cette lampe a été perfectionnée, conformément a la présente invention, du fait qu'une bague d'étanchéité intérieure en métal plastique 61astique continue et disposée concentriquement à la bague d'émail, est placée entre la surface frontale de l'extrémiste ouverte de l'ampoule et le disque dont la section est superieure ci la section intérieure de l'ampoule et correspond, de préférence, à la section extérieure de l'ampoule.
La section de l'ampoule de la lampe a décharge à haute pression réalisée conformément à la présente invention présente, de préférence, une forme circulaire ou circulaire aplatie, par exemple, en forme de "stade". Bien évidemment, les formes de la bague d'étanchéité, de la bague d'email et du disque doivent être adaptées a la-section de l'ampoule.
Dans un mode de réalisation préféré de la lampe à décharge propre a la présente invention, la bague d'étanchéité est constituée d'une bague continue en niobium ayant une section essentiellement carrée. Cette bague en niobium repose par ses bords diagonaux sur la surface frontale et sur le disque. Quand on réalise le joint etanche, cette bague s'aplatit le long de ses bords, c'est pourquoi cette forme préférée de la bague d'étanchéité est appelée "section essentiellement carrée".
Dans un mode de realisation de la lampe a décharge de la presente invention, la bague d'étanchéité est constituée d'une bague de niobium formée dans une plaque, qui est insérée de part et d'autre entre les nervures concentriques faisant saillie de la surface frontale et du disque.
Dans un autre mode de réalisation préféré de la lampe à decharge de la présente invention, les amenées de
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courant sont soudées dans le disque avec un émail dont le point de fusion est supérieur à celui du matériau de la
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bague d'email. Le matérial d'email contient 2 a 10% en masse de terre rare et de l'aluminate de calcium modifié par l'oxyde de strontium et/ou l'oxyde de baryum.
Suivant la modification choisie, le point de fusion de l'émail se trouve modifié.
Dans un mode de réalisation de la lampe à décharge ci haute pression de la présente invention et comportant une ampoule extérieure, tant les amenées de courant que les electrodes sont réalisées en tantale. Les amenées de courant en tantale présentent un avantage du fait que leur coefficient de dilatation thermique est adapte au coëfficient de dilatation thermique du matériau du disque.
Il est également avantageux d'utiliser une variante de la lampe à decharge de la présente invention dans laquelle les amenées de courant traversant le disque en direction de l'enceinte extérieure sont en mesure de résister sans dommages a l'action de l'air z la température de service, c'est-à-dire qu'elles peuvent résister a l'atmosphere extérieure. Dans ce cas, la lampe z décharge peut être réalisée sans ampoule extérieure et etre utilisee de cette manière.
Dans ce cas, toutefois, le matériau des amenées de courant soudées dans le disque ne peut pas etre identique au matériau des amenées de courant faisant saillie du disque, mais les deux métaux doivent être assemblee l'un à l'autre en dehors de l'ampoule, à proximite du disque et par soudage. Le coefficient de dilatation thermique du métal pouvant supporter sans dommage l'action de l'air ne correspond pas, en effet, au coefficient de dilatation thermique du matériau du disque, si bien qu'une amenée de courant en acier inoxydable, par exemple, ne pourrait pas être soudée dans le disque.
L'invention sera décrite plus en détail ci-après ci l'aide d'exemples de réalisation préférés et en se
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référant aux figures en annexe, qui représentent respectivement :
La figure 1, une coupe schématique a travers un exemple de réalisation de la lampe a décharge à haute pression de la présente invention,
La figure 2, une vue laterale d'une coupe d'une lampe a décharge à haute pression présentant une section circulaire aplatie, ainsi qu'une vue par le dessus,
La figure 3, une coupe schématique d'un mode de réalisation de la lampe à décharge à haute pression de la présente invention, qui est pourvue d'une bague d'étanchéité réalisée dans une plaque,
La figure 4,
une coupe schématique d'un exemple de réalisation d'une lampe a decharge à haute pression métal halogène.
Les figures comportent les mêmes chiffres de référence pour les éléments de construction identique.
Les amenées de courant 6,7 constituant un ensemble avec les électrodes 9, 10, sont insérées dans des ouvertures d'un disque préfabriqué 5 et sont soudées dans celui-ci avec de l'email, si bien que le disque en céramique est fermé de manière hermétique. On introduit dans l'ampoule 1 tournee vers le bas, une substance d'apport qui peut etre, en premier lieu, un alliage de sodium/mercure, ou bien un amalgame de sodium, ou encore un halogénure métallique correspondant à la technique des sources lumineuses, ou tout autre matériau approprié du point de vue de la physique des décharges. Dans ce cas, une couche 11, resistant aux habogènes,'est disposee sur la surface de la bague d'étanchéité au contact de l'enceinte de décharge et l'émail utilisé pour réaliser la soudure doit également résister aux halogènes.
Sur la surface frontale 2 de l'ampoule 1 sont appliqueesla bague d'étanchéité 3 et la bague d'émail 4, puis le disque 5 supportant les amenées de courant 6,7 est monté sur cette bague et l'on crée le vide
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f puis un gaz rare est introduit dans l'ampoule 1. Ensuite, l'ampoule 1 et le disque 5 sont presses ensemble dans la direction des flèches représentées à la figure, de façon a ce que la bague d'étanchéité 3 soit déformée et crée un joint étanche. La force de compression est comprise entre 0, 5 et 1000 N rapportée à un centimètre de longueur du bord de la bague d'étanchéité qui est au contact de la surface frontale de l'ampoule.
La force de compression restant maintenue, la bague d'email 4 est fondue par chauffage et la lampe a decharge assemblee de cette manière est refroidie en fonction de la structure cristalline souhaitée et de l'étant de tension de la bague d'email 4. De ce fait, l'ampoule 1 est assemblée par soudure au disque 5 de maniere étanche au vide, c'est-a-dire que la jonction émaillée se trouve réalisée. A la fin de cette opération, on supprime la force de compression rapprochant les pièces. La bague d'étanchéité 3 empêche que la pression élevée existant dans l'ampoule 1 ne chasse, pendant la formation de la jonction émaillée, le matériau fondu de la bague d'émail hors de sa position et que la substance d'apport ou le gaz rare ne
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s'échappe de l'ampoule 1.
Dans le procédé ainsi décrit, le, point de fusion de l'email 8 est superieur au point de fusion de la bague d'email 4, ce qui permet de conserver 1 ' étanchéité du disque 5.
Si le matériau de l'email 8 doit correspondre au matériau de la bague d'émail 4, il est nécessaire d'évacuer de la chaleur par les amenées de courant 6,7 pendant la creation de la jonction émaillée, pour empêcher la fusion de l'email 8. La lampe à decharge disposée conformément à la présente invention peut être pourvue d'une ampoule extérieure, de préférence, une ampoule de verre, comme on en utilise généralement pour les lampes à haute pression.
Dans l'espace intermédiaire entre la lampe à décharge et l'ampoule extérieure, on peut faire le vide ou introduire
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un gaz rare.
Le procédé de la présente invention permettant de fermer l'ampoule convient particulierement bien pour la fabrication de lampes à décharge a haute tension de faible puissance, mais peut toutefois etre utilise egalement pour la fabrication de sources lumineuses de grande puissance dont la puissance est de l'ordre de grandeur du kilowatt.
L'utilisation du procédé de la présente invention met fin a la pratique suivant laquelle la limite de résistance du materiau céramique est totalement utilisée par rapport au gradient de température au cours de la fabrication, vu que la seule extremite de l'ampoule ayant un joint fiable peut être fermee en une seule Operation.
Les lampes à décharge a haute pression fabriquées suivant le procédé de la présente invention présentent à l'une de leurs extrémités une ampoule 1 en oxyde d'aluminium ayant un fond forme de sa matière propre. La forme de l'ampoule 1 peut être analogue à celle de l'ampoule de verre des lampes a incandescence pourvues d'une ampoule cylindrique mais peut également présenter une section aplatie (voir figure 2). La surface frontale plane 2 se raccorde par la bague d'étanchéité intérieure 3 et la bague d'émail extérieure 4 au disque d'oxyde d'aluminium 5. Comme on le voit aux figures 1 et 4, la bague d'étanchéite 3 peut être constituée d'une bague de niobium continue ayant une section essentiellement carrée.
Les bords diagonaux déformés de la bague d'étanchéité reposent sur l'ampoule 1 et sur le disque 5. Entre la surface frontale 2 de l'ampoule 1 et le disque 5 est également disposée, concentriquement avec la bague d'étanchéité 3, une bague d'émail 4 qui assure la jonction proprement dite entre l'ampoule 1 et le disque 5 de la lampe à decharge.
Les amenées de courant 6,7 sont insérées à travers le disque 5. Leur matÉriau est, à l'extremiste opposée a l'enceinte intérieure de l'ampoule (figure 1), un
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I metal, à savoir de l'acier inoxydable, qui résiste à l'atmosphère extérieure à la température de fonctionnement de la lampe à décharge. Les amenées de courant 6,7 sont fixées par soudure dans le disque 5 au moyen de l'émail 8, dont le point de fusion est supérieur au point de fusion de la bague d'émail 4.
La lampe suivant figure 4 implique également que l'email résiste le mieux possible aux halogènes. Les amenées de courant 6,7 traversant le disque 5 sont disposées parallelement l'une à l'autre, tandis que les pointes des électrodes 9,10 sont opposées l'une à l'autre par suite d'un cintrage à 90 . Les électrodes 9,10 ne contiennent pas de radiateurs. Il n'existe naturellement aucun obstacle ci l'utilisation de radiateurs si ceci était nécessaire. Le matériau des amenées de courant 6,7 et le matériau des électrodes 9,10 ne sont pas toujours identiques, c'est pourquoi ceux-ci doivent etre assemblés l'un ä l'autre, dans ce cas, par soudure, suivant un procédé connu.
Si l'ampoule 1 présente une forme circulaire aplatie comme, par exemple, une section. en forme de "stade" (figure 2), la bague d'étanchéité 3, la bague d'émail 4 et le disque 5 doivent présenter également une section circulaire aplatie correspondant à celle de l'ampoule 1.
Pour des dimensions.. et des puissances déterminées, les électrodes 9,10 doivent être disposees dans l'ampoule de façon à ce que la lampe à decharge puisse profiter d'un effet de stabilisation des parois.
La lampe à décharge réalisée conformément à l'invention peut être utilisée partout, de preference, lorsque l'on a besoin de lampes de faible puissance ou de faibles dimensions. Ces lampes peuvent etre utilisées, par exemple, avec un circuit électronique supplementaire approprié, à la place des lampes à incandescence usuelles.
On sait, d'une manière generale, que la charge se trouvant dans l'ampoule peut attaquer l'email, si bien que, après
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une période déterminée, la jonction ne peut plus remplir son role, tandis que les lampes a décharge construites conformement à l'invention, présentent une durée de vie plus élevée que les lampes usuelles ne comportant qu'une jonction par email, vu que les matériaux se trouvant dans l'enceinte à décharge ne peuvent pas venir directement au contact de l'émail à cause de l'interposition d'une bague d'étanchéité métallique.
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PROCESS FOR CLOSING THE CERAMIC BULB OF HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMPS AND, IN PARTICULAR, SODIUM LAMPS, AS WELL AS LAMPS MANUFACTURED ACCORDING TO THIS PROCESS
DESCRIPTION
The present invention relates to a method for closing the ceramic bulb (the discharge vessel) located at one end of the high pressure discharge lamps and, in particular, sodium lamps, using the material, clean of these bulbs for closing, the open end of the bulb being joined by enameling to the ceramic disc supporting the current leads.
The present invention further relates to high pressure discharge lamps manufactured by this process and, in particular, sodium lamps, which have a ceramic bulb located at one end closed with its own material containing filler materials and a filling of rare gas, and a ceramic disc fixed to this bulb by enameling and supporting the current leads.
In the already known embodiments of high pressure discharge lamps, as well as for the manufacture thereof, the reduction in dimensions or powers gives rise to problems generally well known at the time of the simultaneous extraction of gases and sealing of the luminescent body,
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due to the fact that high pressure discharge lamps designed without a suction tube give rise to difficulties in maintaining the required temperature of
1200-15000C to ensure the fusion of the enamel in the soldering zone of the discharge vessel and in the ceramic disc closing it,
while at the same time ensuring a temperature below 80 ° C. at 11 at the other end of the luminescent body, the dimensions of which are always reduced, in order to prevent the evaporation of the filler substance.
The necessary temperature gradient can hardly be achieved, even in the case of luminescent bodies having a nominal power of 35W and a length of about 35 mm, since the ceramic material is already at the tolerance limit of the temperature gradient. The variants including a suction tube do not give rise to such difficulties, but the relatively large suction tube nevertheless causes excessive heat loss, and the external cold point requires overheating of the ceramic parts.
Known solutions require, in order to obtain the required cold spot temperature, the use, for example, of particularly wide thermal reflection flanges, which significantly reduce the light output of the lamps.
To reduce the dimensions of the luminescent body and to be able to simultaneously remove the suction tube, a Japanese publication No. 60-127634 has proposed a discharge lamp which has at one end a flattened ceramic bulb similar to the lamps metal and halogen, made of ceramic fixed by welding, and a ceramic body used to close the open end of the bulb, rigidly supporting the current leads and connected to the bulb by an annular email seal.
The manufacture of high pressure lamps having this arrangement is however not feasible eoonamically.
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To ensure the junction of the bulb with the closing element, the email ring must obviously be melted. The heat transmitted causes an increase in the pressure of the gas filling the bulb and this gas "blows" through the molten enamel, that is to say that, during manufacture, part of the filling gas is lost while the outgoing gas moves the email from its normal position.
The object of the present invention is therefore to close the bulb of lamps comprising a ceramic bulb fixed by welding on one side, according to a process which does not have the drawbacks described above, that is to say which allows to keep in the bulb all of the filling gas therein, during the formation of the enamel seal between the ceramic bulb and the ceramic closing element.
We realized that the disc could be easily placed on the bulb during assembly and that the manufacture of the lamp was simplified if the closing element was constituted by a ceramic disc whose section is larger than the interior section of the bulb and is preferably equal to the exterior section of this bulb. We have also realized that, if we place a metal sealing ring with a plastic element having a high melting point between the disc and the front surface of the open end of the bulb, this ring sealing exerts a closing action by exerting an appropriate compressive force during the formation of the email seal between the disc and the bulb.
This closure, provided by the metal ring, keeps the gas charge therein, the pressure of which increases during the formation of the email jpint, in the bulb. The gas charge cannot "bubble" through the molten email, nor move the email from its position. To obtain a suitable watertight closure by means of the metal ring, it must be plastic, so that it
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presses in a stable manner both on the front face of the bulb and on the disc.
This elastic plastic characteristic remains assured with this ring, even at the melting temperature of the email.
On the other hand, the coefficient of thermal expansion of the ring must be adapted to the coefficients of thermal expansion of the materials of the bulb. The ring must also be resistant to the effect of corrosion due to the gas charge in the bulb. These requirements are optimally met by means of a continuous metal ring, made of niobium. If the materials in the discharge vessel have a corrosive effect on the metal, the sealing ring must be provided with a corrosion-resistant layer on its side facing the discharge vessel.
These findings made it possible to design a method for closing a ceramic bulb closed at one end by its own material and, preferably, an aluminum oxide bulb used for high pressure discharge lamps and, in particular, sodium lamps. During the use of this process, a ceramic disc and, preferably, an aluminum oxide disc, is fixed by welding to the open end of the bulb, using a ring of enamel melted under the effect of heat and then solidified by appropriate cooling, this disc supporting, for example, in a vacuum-tight manner, the current leads passing through it.
Within the meaning of the present invention, this process can also be improved by placing on the front face of the open end of the bulb an inner sealing ring - that is to say located towards the interior of the bulb-continuous and made of elastic plastic metal and an outer enamel ring concentric to the previous ring, that is to say not coming into contact with the inner enclosure of the bulb, while a disc supporting the leads of
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I current is arranged on this ring, that the section of the disc is greater than the interior section of the bulb and preferably corresponds to the exterior section of the bulb,
that the ampoule comprising a filler and a charge of noble gas and the disc are compressed with a force required to cause the deformation of the sealing ring and equal, preferably at 0.5-1000 N, while maintaining the compressive force makes it possible to produce the enameled junction by means of the enamel ring located between the bulb and the disc, the compressive force then being eliminated. From this moment, the disc and the bulb are tightly joined to each other. The discharge complete lamp can also be used without an external bulb, but can, however, also be provided with an external bulb closed in a vacuum-tight manner.
The enclosure located between the discharge lamp and the external bulb is either placed under. empty, or filled with a rare gas charge.
The importance of the compressive force has been reported at a centimeter in length from the edge of the sealing ring, along which the sealing ring comes into contact with the front face of the bulb.
When manufacturing high pressure discharge lamps, it is preferable to use a ceramic bulb with a circular or flattened circular section, a so-called "stadium" section, with a ceramic disc having a section adapted to the section of the bulb, that is to say circular or flattened circular like, for example, a section in the form of a "stage", with the addition of a sealing ring having the same shape, the closure being ensured by an email ring.
The advantage of the bulb having a circular section is this. that its manufacture can be easily carried out, while the flattened circular section, that is to say the bulbs in the form of "stadium"
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advantageously provide the electrodes and thus ensure a more uniform distribution of heat and a stabilizing effect on the walls.
As a sealing ring, it is possible to use, preferably, a niobium ring having an essentially square section. This ring is arranged so that its diagonal edges rest on the ceramic disc and on the front face of the ceramic bulb. .
In this way, a vacuum-tight seal can be produced by exerting a lower compressive force.
It is also possible, preferably, to use as a sealing ring a continuous niobium ring formed in a plate. This ring is disposed between the concentric ribs projecting from the front face of the bulb and from the disc, so that these ribs retain the sealing ring. An essential advantage of this arrangement is due to the fact that the niobium ring can be produced relatively inexpensively, starting from a plate, and that continuity is ensured thereby.
If a bulb containing a charge consisting of a metal halide has to be closed, a niobium ring can be used as a sealing ring, which is provided, on its face in contact with the interior enclosure of the bulb, a layer known per se, halogen resistant, such as a layer of a mixture of rare earth oxide.
This layer can simultaneously constitute the material for the enameled junction if the enamel ring is also made of an enamel material resistant to halogens.
To avoid that the heating necessary to carry out the enameled junction detaches the current leads fixed to the disc by enameling and thus destroys the sealing of the disc, it is advantageous that the current leads are fixed to the disc with an enamel whose the melting point is higher than the melting point of the enamel ring
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used to solder the bulb to the disc.
To prevent the fusion of the email fixing the current leads in the disc, we can also proceed in order to eliminate heat by the already welded current leads, and this then makes it possible to fix the current leads, for example, with an enamel equivalent to the material used for the enamel ring.
According to the invention, it is also advantageous to use a disc supporting the current leads and made of a material such that the operating temperature can withstand the action of the external atmosphere without damage. Current feeds of this kind can be, for example, stainless steel current feeds.
The discharge lamp thus closed can also be arranged, if desired, in an external bulb, preferably made of glass. In the enclosure between the discharge lamp and the outer bulb, a vacuum is created or a charge of rare gas is introduced and the outer bulb is closed in a vacuum-tight manner.
The discharge lamps comprising an external bulb may preferably include tantalum current leads. In this case, the material of the electrodes is also preferably tantalum, which makes it possible to eliminate the junctions by welding connecting the electrodes to the current leads which would otherwise be essential.
When using a tantalum electrode, it is advantageous to use a tantalate-based cathodic activating material.
The present invention also relates to high pressure discharge lamps manufactured according to the process described above and, in particular, sodium lamps. The high-pressure discharge lamp and, in particular, the sodium lamp, has at one of its ends a ceramic bulb closed by its own material and, preferably, an aluminum oxide bulb, as well as 'at
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j the open end of the bulb, a ceramic disc, preferably aluminum oxide, fixed to the open end of the bulb by an annular enameled junction, this disc being tightly connected to the current leads which cross it.
This lamp has been improved, in accordance with the present invention, because an inner sealing ring made of continuous plastic plastic metal and disposed concentrically with the enamel ring, is placed between the front surface of the open end of the 'bulb and the disc whose section is larger than the inner section of the bulb and preferably corresponds to the outer section of the bulb.
The bulb section of the high pressure discharge lamp produced in accordance with the present invention preferably has a circular or flattened circular shape, for example, in the form of a "stage". Obviously, the shapes of the sealing ring, the email ring and the disc must be adapted to the section of the bulb.
In a preferred embodiment of the discharge lamp specific to the present invention, the sealing ring consists of a continuous niobium ring having an essentially square section. This niobium ring rests by its diagonal edges on the front surface and on the disc. When the waterproof seal is made, this ring flattens along its edges, which is why this preferred form of the sealing ring is called "essentially square section".
In one embodiment of the discharge lamp of the present invention, the sealing ring consists of a niobium ring formed in a plate, which is inserted on either side between the concentric ribs projecting from the frontal and disc surface.
In another preferred embodiment of the discharge lamp of the present invention, the leads of
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current are welded into the disc with an enamel whose melting point is higher than that of the material of the
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email ring. The email material contains 2 to 10% by mass of rare earth and calcium aluminate modified by strontium oxide and / or barium oxide.
Depending on the chosen modification, the melting point of the enamel is modified.
In one embodiment of the high pressure discharge lamp of the present invention and comprising an external bulb, both the current leads and the electrodes are made of tantalum. The tantalum current leads have an advantage in that their coefficient of thermal expansion is adapted to the coefficient of thermal expansion of the disc material.
It is also advantageous to use a variant of the discharge lamp of the present invention in which the current leads passing through the disc in the direction of the external enclosure are able to withstand without damage the action of air z the service temperature, that is to say that they can withstand the outside atmosphere. In this case, the discharge lamp can be produced without an external bulb and be used in this way.
In this case, however, the material of the current leads welded into the disc cannot be the same as the material of the current leads protruding from the disc, but the two metals must be joined together outside the bulb, near the disc and by welding. The coefficient of thermal expansion of the metal which can withstand without damage the action of air does not correspond, in fact, to the coefficient of thermal expansion of the material of the disc, so that a current supply in stainless steel, for example, could not be welded into the disc.
The invention will be described in more detail below with the aid of preferred embodiments and in
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referring to the appended figures, which respectively represent:
FIG. 1, a schematic section through an exemplary embodiment of the high pressure discharge lamp of the present invention,
FIG. 2, a side view of a section of a high-pressure discharge lamp having a flattened circular section, as well as a view from above,
FIG. 3, a schematic section of an embodiment of the high pressure discharge lamp of the present invention, which is provided with a sealing ring made in a plate,
Figure 4,
a schematic section of an embodiment of a high pressure halogen metal discharge lamp.
The figures include the same reference numbers for elements of identical construction.
The current leads 6,7 constituting an assembly with the electrodes 9, 10, are inserted into openings of a prefabricated disc 5 and are welded in it with email, so that the ceramic disc is closed hermetically. Is introduced into the bulb 1 turned downwards, a filler which may be, firstly, a sodium / mercury alloy, or a sodium amalgam, or a metal halide corresponding to the source technique luminous, or any other material appropriate from the point of view of the physics of the discharges. In this case, a layer 11, resistant to the habogen, is placed on the surface of the sealing ring in contact with the discharge vessel and the enamel used to make the weld must also resist halogens.
On the front surface 2 of the bulb 1 are applied the sealing ring 3 and the enamel ring 4, then the disc 5 supporting the current leads 6, 7 is mounted on this ring and a vacuum is created
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f then a rare gas is introduced into the bulb 1. Then, the bulb 1 and the disc 5 are pressed together in the direction of the arrows shown in the figure, so that the sealing ring 3 is deformed and creates a tight seal. The compression force is between 0.5 and 1000 N relative to a centimeter in length from the edge of the sealing ring which is in contact with the front surface of the bulb.
The compression force remaining maintained, the email ring 4 is melted by heating and the discharge lamp assembled in this way is cooled according to the desired crystal structure and the tension being of the email ring 4. As a result, the bulb 1 is assembled by welding to the disc 5 in a vacuum-tight manner, that is to say that the enameled junction is made. At the end of this operation, the compression force bringing the parts together is eliminated. The sealing ring 3 prevents the high pressure existing in the bulb 1 from driving, during the formation of the enameled junction, the molten material of the enamel ring out of its position and that the filler or the rare gas does
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escapes from bulb 1.
In the process thus described, the melting point of the email 8 is greater than the melting point of the email ring 4, which allows the disc 5 to be sealed.
If the material of the enamel 8 must correspond to the material of the enamel ring 4, it is necessary to evacuate heat by the current leads 6,7 during the creation of the enameled junction, to prevent the fusion of email 8. The discharge lamp arranged in accordance with the present invention may be provided with an external bulb, preferably a glass bulb, as is generally used for high pressure lamps.
In the intermediate space between the discharge lamp and the external bulb, one can evacuate or introduce
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a rare gas.
The method of the present invention for closing the bulb is particularly suitable for the manufacture of low-voltage high-voltage discharge lamps, but can however also be used for the manufacture of high-power light sources whose power is l order of magnitude of the kilowatt.
The use of the process of the present invention puts an end to the practice according to which the limit of resistance of the ceramic material is totally used with respect to the temperature gradient during manufacturing, since the only end of the bulb having a seal reliable can be closed in one operation.
The high pressure discharge lamps manufactured according to the process of the present invention have at one of their ends a bulb 1 made of aluminum oxide having a bottom formed from its own material. The shape of the bulb 1 can be similar to that of the glass bulb of incandescent lamps provided with a cylindrical bulb but can also have a flattened section (see FIG. 2). The flat front surface 2 is connected by the inner sealing ring 3 and the outer enamel ring 4 to the aluminum oxide disc 5. As can be seen in FIGS. 1 and 4, the sealing ring 3 can consist of a continuous niobium ring having an essentially square section.
The deformed diagonal edges of the sealing ring rest on the bulb 1 and on the disc 5. Between the front surface 2 of the bulb 1 and the disc 5 is also arranged, concentrically with the sealing ring 3, a enamel ring 4 which provides the proper connection between the bulb 1 and the disc 5 of the discharge lamp.
The current leads 6,7 are inserted through the disc 5. Their material is, at the extremity opposite the inner enclosure of the bulb (figure 1), a
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I metal, namely stainless steel, which withstands the outside atmosphere at the operating temperature of the discharge lamp. The current leads 6,7 are fixed by welding in the disc 5 by means of the enamel 8, the melting point of which is higher than the melting point of the enamel ring 4.
The lamp according to figure 4 also implies that the email is as resistant as possible to halogens. The current leads 6,7 passing through the disc 5 are arranged parallel to each other, while the tips of the electrodes 9,10 are opposite to each other as a result of bending at 90. The electrodes 9,10 do not contain radiators. There is of course no obstacle to the use of radiators if this were necessary. The material of the current leads 6,7 and the material of the electrodes 9,10 are not always identical, this is why these must be joined to each other, in this case, by welding, according to a known process.
If the bulb 1 has a flattened circular shape such as, for example, a section. in the form of a "stage" (FIG. 2), the sealing ring 3, the enamel ring 4 and the disc 5 must also have a flattened circular section corresponding to that of the bulb 1.
For determined dimensions and powers, the electrodes 9, 10 must be placed in the bulb so that the discharge lamp can take advantage of a stabilizing effect on the walls.
The discharge lamp produced in accordance with the invention can be used everywhere, preferably, when lamps of low power or small dimensions are required. These lamps can be used, for example, with a suitable additional electronic circuit, instead of the usual incandescent lamps.
It is generally known that the charge in the bulb can attack the email, so that after
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a determined period, the junction can no longer fulfill its role, while the discharge lamps constructed in accordance with the invention have a longer lifespan than conventional lamps comprising only a junction by email, since the materials located in the discharge vessel cannot come directly into contact with the enamel because of the interposition of a metal sealing ring.