<Desc/Clms Page number 1>
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,
<Desc/Clms Page number 2>
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.
<Desc/Clms Page number 3>
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
<Desc/Clms Page number 4>
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
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
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"
<Desc/Clms Page number 6>
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
<Desc/Clms Page number 7>
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
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
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
<Desc/Clms Page number 9>
courant sont soudées dans le disque avec un émail dont le point de fusion est supérieur à celui du matériau de la
EMI9.1
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
<Desc/Clms Page number 10>
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
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
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
EMI11.2
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
<Desc/Clms Page number 12>
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
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
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
<Desc/Clms Page number 14>
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.