FR2574990A1 - Lampe a decharge sous haute pression - Google Patents

Abstract

LA LAMPE A DECHARGE SOUS HAUTE PRESSION SELON LA PRESENTE INVENTION COMPREND UN TUBE A ARC DONT AU MOINS UNE DES PORTIONS D'EXTREMITE A UNE CONFIGURATION ET DES DIMENSIONS TELLES QU'ELLE SATISFAIT A L'EQUATION:S P D (12-511), O X 1115OU D EST LE DIAMETRE INTERIEUR (MM) DU TUBE A ARC DANS SA PARTIE PRINCIPALE CYLINDRIQUE, X EST LE QUOTIENT D'UNE DISTANCE "X" (MM) PAR LEDIT DIAMETRE INTERIEUR, LA DISTANCE "X" ETANT CELLE ENTRE UNE EXTREMITE DE LADITE PARTIE PRINCIPALE CYLINDRIQUE ET UN POINT AXIALEMENT EXTERIEUR, ET S EST LA SUPERFICIE (EN MM) DE LA SECTION DU TUBE A LA DISTANCE "X". CETTE DISPOSITION PERMET DE REDUIRE L'APPARITION DU PHENOMENE DE RESONANCE ACOUSTIQUE QUI NUIT A LA FORMATION DE L'ARC DE DECHARGE.

Description

Lampe à décharge sous haute pression La présente invention concerne les

lampes à décharge sous haute pression qui sont allumées au moyen d'une source de courant électrique haute fréquence. On peut améliorer le rendement en lumière des lampes à décharge du type mentionné en les allumant par application d'une tension de plusieurs KHz au moyen d'une source de courant électrique haute fréquence, afin qu'on puisse les utiliser efficacement comme source d'éclairage de longue

durée, de la même façon qu'une lampe à halogénure métallique.

Des lampes à décharge sous haute pression classiques comprennent, d'une façon générale, par exemple un tube à arc en quartz ou analogue logé dans un tube rempli de gaz et une paire d'électrodes montées dans le tube à arc dans lequel sont enfermés hermétiquement un gaz rare et une substance luminescente. On sait que, en plus du meilleur rendement en lumière que l'on obtient en allumant de telles lampes avec une source de courant électrique haute fréquence, on peut fabriquer sous une forme électronique le circuit d'allumage de celle-ci afin de pouvoir réduire à un minimum les dimensions et le poids du stabiliseur nécessaires et

même de diminuer les pertes.

Par contre, dans ces lampes à décharge sous haute pression, il existe un inconvénient sérieux en ce sens que, quand la fréquence naturelle du tube à arc coïncide avec la variation de pression se manifestant à l'intérieur du tube

par suite de l'allumage, il apparaît alors une onde station-

naire qui donne naissance à un phénomène de résonance acoustique qui amène la colonne d'arc de décharge engendré dans le tube à se cambrer, vaciller ou finalement s'éteindre ou bien provoque même une destruction du tube ou un accident analogue, et on a cherché à améliorer les lampes à cet égard. Pour tenter d'éliminer l'inconvénient ci-dessus, on a suggéré diverses mesures dont des exemples sont le brevet U.S 4 373 146 et la demande de brevet japonais publiée N 48095/1981. Le brevet U.S. décrit une lampe à décharge

de forte intensité qui est commandée par un courant alterna-

tif de sortie d'un convertisseur recevant une onde carrée

maintenue à 20-30 KHz ou 25-50 KHz et provenant d'un géné-

rateur d'onde carrée en vue d'une modulation de fréquence tandis que la demande de brevet japonais décrit une lampe à décharge sous haute pression basée sur une idée technique similaire à celle du brevet U.S. mais dans laquelle, de façon spécifique, la fréquence de sortie d'une source de courant haute fréquence est modifiée par un modulateur dans une zone comprenant une zone d'allumage stable de la lampe à décharge. Bien que ces suggestions soient efficaces pour éliminer dans une certaine mesure le phénomène de résonance acoustique, elles soulèvent encore un problème résidant dans le fait que, quand les zones dans lesquelles le phénomène de résonance acoustique apparaît (zones que l'on appellera par la suite simplement"la zone instable") sont considérées comme

étant basées, par exemple, sur deux fonctions d'une fré-

quence centrale de 30-60 KHz et une plage de fréquence de modulation de 010 KHz lors de l'allumage de la lampe au moyen d'une source de courant haute fréquence,î'obtention d'une zone suffisamment large dans laquelle le phénomène de résonance acoustique peut être évité (zone que l'on appellera par la suite simplement "la zone évitable") exige un circuit électronique très compliqué,ce qui fait que les coûts nécessaires pour éviter le phénomène de résonance acoustique

deviennent extrêmement élevés.

C'est pourquoi, un objet principal de la présente invention est de fournir une lampe à décharge sous haute pression qui permet de réduire dans une grande mesure la zone instable de manière que l'on obtienne une zone évitable qui est suffisamment large et efficace pour abaisser les coûts nécessaires pour éviter le phénomène de résonance acoustique. Selon la présente invention, on atteint cet objectif en réalisant une lampe à décharge sous haute pression logée dans une enveloppe extérieure et allumée à l'aide d'un courant modulé en fréquence en provenance d'une source de

courant haute fréquence pour éviter le phénomène de réso-

nance acoustique, le tube à arc satisfaisant à l'équation: S - t D2(1/2 5/11 X)2, o < 11/15 (1) o D est le diamètre intérieur (en mm) du tube à arc dans sa partie principale cylindrique, X est le quotient de la distance "x" (mm) par le diamètre intérieure D (mm), la distance "x" étant la distance entre une extrémité de la partie principale cylindrique et un point axialement extérieur, et S est la superficie (mm2) de la section du

tube à la distance "x".

D'autres objets et avantages de la présente

invention apparaîtront dans la description donnée ci-après

en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma pour expliquer le phénomène

de résonance acoustique qui a lieu dans un tube à arc connu -

destiné à la lampe à décharge sous haute pression; la figure 2 montre un exemple d'un circuit d'allumage de lampe haute fréquence du type à modulation de fréquence utilisé pour observer le phénomène de résonance acoustique; les figures 3a à 3f sont des vues schématiques de divers tubes à arc destinés à la lampe-à décharge sous

haute pression selon la présente invention et dans les-

quels le phénomène de résonance acoustique peut être évité; les figures 4a à 4c sont des vues schématiques d'exemples de tubes à arc dans lesquels le phénomène de résonance acoustique ne peut pas être évité; la figure 5 est un graphique montrant la presence ou l'absence du phénomène de résonance acoustique représenté sur un plan de coordonnéesdont les abscisses et les ordonnées représentent, respectivement, la fréquence centrale (CP) et la plage de modulation de fréquence (FM), le phénomène ayant été observé dans le cas o le tube à arc de la figure 1 était utilisé; les figures 6a et 6b sont, respectivement, une vue schématique du tube à arc dans un autre mode de réalisation selon la présente invention et un graphique similaire à celui de la figure 5 et destiné à montrer le phénomène de résonance acoustique observé dans le cas du tube à arc de la figure 6a; la figure 7 est une vue schématique montrant un autre mode de réalisation du tube à arc destiné à la lampe selon la présente invention; les figures 8a, 9a, lOa et lla sont des vues schématiques d'autres modes de réalisation encore du tube à arc selon la présente invention; les figures 8b, 9b, lob et llb sont des graphiques similaires à celui de la figure 5 et destinés à montrer le phénomène de résonance acoustique observé respectivement dans le cas de chacun des tubes à arc des figures 8a, 9a, lOa et lla; la figure 12 montre schématiquement un autre mode de réalisation encore du tube à arc selon la présente invention; les figures 13 à 15 sont des graphiques destinés à expliquer les caractéristiques de fonctionnement d'autres modes de réalisation de la lampe à décharge sous haute pression selon la présente invention; les figures 16a et 16b sont respectivement une vue en élévation schématique d'un autre mode de réalisation du tube à arc destiné à la lampe selon la présente invention et un graphique similaire à celui de la figure 5 pour montrer le phénomène de résonance acoustique observé dans le cas du tube de la figure 16a; la figure 17 est un graphique montrant la variation

du pourcentage de zonaeinstablesen fonction de la çQonfigu-

ration et des dimensions d'une portion d'extrémité du tube à arc de la lampe à décharge sous haute pression; les figures 18a, 19a, 20a et 21a montrent schémati- quement d'autres modes de réalisation encore du tube à arc destiné: à la lampe selon la présente invention; les figures 18b, 19b, 20b, 21b sont des graphiques similaires à celui de la figure 5 et destinés à montrer le phénomène de résonance acoustique observé respectivement dans le cas de chacun des divers tubes à arc des figures 18a, 19a, 20a et 21a; la figure 22 est une vue schématique agrandie du tube à arc des figures 19 à 21 pour expliquer ses dimensions; la figure 23 est un graphique similaire à celui de

la figure 17 et destiné à montrer la variation du pourcen-

tage de zoneeinstables en fonction de la portion d'extrémité du tube de la figure 22; les figures 24 à 32 sont des vues partielles d'une des portions d'extrémité d'autres modes de réalisation du tube à arc destiné à la lampe à décharge sous haute pression selon la présente invention, le croquis (a) étant une vue en élévation et le croquis (b) étant une vue de dessus; la figure 33 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation différent du tube à arc destiné à une petite lampe à décharge sous haute pression selon la présente invention; la figure 34 est une vue en élévation schématique d'un autre mode de réalisation du tube à arc selon la présente invention; la figure 35 est un graphique similaire à celui de la figure 5 et destiné à montrer le phénomène de résonance acoustique observé dans le cas du tube à arc de-la figure 34; la figure 36 est un graphique similaire à celui de la figure 17 pour montrer le taux de la zone instable en fonction des dim ensions et de la configuration dans la portion d'extrémité de tube à arc de la figure 34; les figures 37a et 37b sont une vue en élévation et une vue en plan de dessus schématiques d'un autre mode de réalisation du tube à arc destiné à la lampe selon la présente invention; - les figures 38a et 38b sont respectivement une vue en élévation schématique d'un mode de réalisation différent du tube à arc destiné à la lampe selon la présente invention et un graphique similaire à celui de la figure 5 pour montrer le phénomène de résonance acoustique observé dans le cas du tube à arc de la figure 38a; les figures 39 et 40 sont des vues schématiques d'autres modes de réalisation différents du tube à arc destiné à la lampe selon la présente invention; les figures 41 à 43 sont des vues en coupe schématiques d'autres modes de réalisation différents du tube à arc destiné à la petite lampe à décharge sous haute pression selon la présente invention; les figures 44a, 45a et 46a sont des vues schématiques de modes de réalisation différents du tube à arc selon la présente invention; les figures 44b, 45b et 46b sont des graphiques similaires à celui de la figure 5 et destinés à montrer le phénomène de résonance acoustique observé respectivement dans le cas de chacun des différents tubes lumineux des figures 44a, 45a et 46a; les figures 47a à 47d sont des graphiques similaires également à celui de la figure 5 et destinés à montrer le phénomène de résonance acoustique observé respectivement dans le cas de quatre densités de vapeur de mercure différentes obtenues dans un tube à arc représenté sur la figure 49 et conforme à la présente invention; la figure 48 est un graphique montrant la variation du pourcentage de la zone instable en fonction des différentes densités de vapeur de mercure utilisées pour les graphiques de la figure 47; la figure 49 est une vue schématique du tube à arc utilisé pour les observations de la figure 47; la figure 50 est un graphique montrant la variation du pourcentage de la zone instable en fonction de l'intensité du champ de la colonne d'arc de décharge dans le cas d'un mode de réalisation différent du tube à arc destiné à la lampe selon la présente invention; les figures 51a à 51d sont des graphiques similaires à celui de la figure 5, les figures 51a à 51c montrant le phénomène de résonance acoustique observé dans le cas du tube à arc de la figure 49 dont la puissance de sortie est 400W, et la figure 51d montrant le phénomène similaire dans le cas d'un tube à arc représenté sur la figure 52 et dont la puissance de sortie est aussi de 400W; et la figure 52 est une vue en élévation schématique du tube à arc dans un mode de réalisation encore différent réalisé selon la présente invention et utilisé pour l'observation du phénomène de résonance acoustique représenté

sur la figure 51d.

Il est bien entendu que les modes de réalisation préférés représentés sur les figures ci-dessus ne sont

donnés qu'à titre purement illustratif et non limitatif.

Selon une caractéristique remarquable de la présente invention, dans la lampe à décharge sous haute pression allumée au moyen d'une source d'énergie haute fréquence soumise à une modulation de fréquence (FM), on obtient le phénomène de résonance acoustique se produisant généralement dans la lampe ainsi allumée en faisant en sorte qu'une portion d'extrémité du tube à arc logé dans une enveloppe

remplie d'un gaz satisfasse à l'équation précédente (1).

Pour une meilleure compréhension de la présente invention, on va tout d'abord décrire le phénomène de résonance acoustique (que l'on appellera par la suite simplement le "phénomène RA") que concerne la présente invention. Le phénomène RA est provoqué par une onde stationnaire qui apparaît lors de la coincidence de la fréquence naturelle, déterminée par la configuration du tube à arc et les substances qui y sont chargées, avec la variation de pression se manifestant à l'intérieur du tube à arc en raison de la variation dans le temps de cette pression sous l'effet de l'application au tube d'un courant

d'entrée provenant d'une source de courant haute fréquence.

On suppose ici que, comme représenté sur la figure 1, le tube à arc LT a une forme cylindrique et qu'un système de coordonnées cylindriques doit être établi avec une direction iadiale"r",uiedirection circonférencielle "O" et une direction axiale "z". Dans ce cas, les fréquences fondamentales Fr, Fe et Fz du phénomène RA dans les directions respectives r, O et z sont: résonance dans la direction r: Fr = 3, 83C/2ftR résonance dans la direction e: Fe = 1,84C/2" R résonance dans la direction z: Fz = C/21 o L est la longueur totale du tube à arc LT, R est le rayon du tube, et C est la vitesse du son à l'intérieur du tube telle que déterminée par la température régnant dans ce tube. En d'autres termes, C = <-T/M, o Y' est le rapport "chaleur spécifique à une pression constante/chaleur spécifique à un volume constant", P est la constante du gaz, T est la température régnant à l'intérieur du tube à arc, et M est le poids atomique moyen des substances chargées dans

le tube.

Le phénomène RA se produit en fait à l'intérieur du tube à arc aux fréquences correspondant à un multiple entier des fréquences fondamentales ci-après et l'énergie d'un tel phénomène RA a une influence nuisible sur la propre force de maintien d'une décharge stable d'une colonne d'arc elle-même établie entre les électrodes f et f' à l'intérieur du tube à

arc LT pendant son allumage.

Selon une des caractéristiques de la présente

invention, on évite efficacement le phénomène RA en aplatis-

sant sensiblement au moins une des extrémités du tube à arc destiné à être utilisé dans la lampe à décharge sous haute pression. En d'autres termes, les auteurs de la présente invention ont remarqué que la configuration du tube à arc contribue à l'apparition du phénomène RA dans ce tube et, en mesurant de façon extensive le phénomène RA dans le cas de tubes à arc ayant des configurations diversement modifiées, ils ont constaté que l'on peut éviter le phénomène RA en aplatissant de façon notable au moins une des portions d'extrémité du tube à arc. Pour effectuer la mesure du phénomène RA, on a utilisé un circuit d'allumage tel que celui représenté sur la figure 2,à titre d'exemplepour la lampe à décharge sous haute pression, circuit dans lequel une paire d'éléments de commutation 11 et lla sont montés

en série avec une source 10 de courant continu et en paral-

lèle avec des condensateurs 12 et 12a, un circuit série comprenant un élément 13 de limitation de courant et une lampe 14 à décharge sous haute pression est disposée entre une jonction de la paire d'éléments de commutation 11 et lla et une jonction de la paire de condensateurs 12 et 12a, et un modulateur 15 de fréquence est relié à sa borne de sortie aux bases respectives des éléments de commutation 11 et lla pour fournir un courant haute fréquence modulé en fréquence à la lampe 14 à décharge sous haute pression. En outre, on a réglé la fréquence centrale du courant fourni de manière qu'elle présente une valeur comprise entre 20 et 100 KHz afin

d'éviter la zone de fréquence audible et les ondes électro-

magnétiques de rayonnement.

En se référant aux figures 3 et 4, on voit que l'on y a représenté des tubes à arc de diverses configurations utilisés pour déceler la présence ou l'absence du phénomène RA, le tube à arc LT des figures 3a a 3f dont au moins une des portions d'extrémité a été notablement aplatie ayant prouvé que le phénomène RA peut être évité dans un nombre considérable de zones, tandis que les tubes représentés sur les figures 4a à 4c dont la forme n'a été modifiée que dans une certaine mesure n'ont pas permis d'éviter efficacement l'apparition du phénomène pour autant que leurs deux portions d'extrémité sont restées arrondies. Ici, l'expression "portion d'extrémité" désigne une partie du tube à arc qui est concernée par les caractéristiques de configuration et de dimension de la présente invention, à l'exclusion des petites saillies SP qui sont situées en bout et qui existent de façon inhérente pour supporter de manière hermétique les

queues des électrodes formant filaments f et f', c'est-à-

dire la fraction de la distance Lr qui est indiquée sur la figure 1 et qui est définie comme étant de 3 + 2 mm ou 6 + 5 mm comme décrit de façon détaillée à propos des modes de réalisation de la présente invention. En outre, l'expression "partie principale cylindrique" désigne la partie ou corps principal du tube à arc qui s'étend entre "les deux poitions d'extrémité", de sorte que "l'extrémité" de la "partie principale cylindrique" doit désigner la limite entre la partie principale cylindrique et les portions d'extrémité respectives. Dans le cas du tube a arc de la figure 3b, en particulier, le tube est pourvu, en plus de portions d'extrémité notablement aplaties, d'une plaque PP qui fait saillie radialement vers l'intérieur et qui s'étend le long

de la surface intérieure de la partie principale cylindrique.

On a effectué la mesure du phénomène RA en ce qui concerne à la fois le tube à arc de la figure 1 qui est arrondi ou sphérique en ses deux portions d'extrémité et le tube à arc représenté sur la figure 6a (sensiblement le même gue celui de la figure 3a) aplati notablement à ses deux extrémités. Les mesures relatives à ces tubes représentées sur les graphiques des figures 5 et 6b o l'axe des abscisses il représente la fréquence centrale (CF), l'axe des ordonnées représente la plage de modulation de fréquence (FM) pendant l'allumage du tube à arc, et le symbole en folrme de cercle "0" ainsi que le symbole en forme de croix "x" représente les zones o le phénomène RA pourrait être évité (la zone évitable) et ne pourrait pas être évité (la zone instable), respectivement. Il apparaît clairement en comparant les deux graphiques l'un avec l'autre que, dans le tube à arc notablement aplati dans ses deux portions d'extrémité, on peut éviter de façon remarquable le phénomène RA dans de nombreuses zones de la fréquence centrale au-dessus de KHz et de la plage de modulation de fréquence de 0 à 10 KHz. Dans le tube à arc de la figure 3b dans lequel se trouve la plaque en saillie PP, les zones évitables sont encore plus nombreuses. Dans le cas o une plaque plate FT est disposée à l'intérieur du tube à arc en étant supportée par un moyen approprié au voisinage d'une (f')des électrode4danbmier à être perpendiculaire à l'axe du tube, comme représenté sur la figure 7, on peut obtenir sensiblement le même effet que

dans le tube à arc notablement aplati à ses portions d'extré-

mité. Selon une autre caractéristique de la présente invention, diverses autres modifications et configurations

sont suggérées pour la portion d'extrémité du tube à arc.

En se référant à la figure 8a, on voit que l'on y a repré-

senté, à titre d'exemple, un tube à arc dont les deux

portions d'extrémité sont courbées axialement vers l'inté-

rieur, grâce à quoi les zones évitables réparties à peu près comme sur la figure 6b peuvent être obtenues comme

indiqué sur la figure 8b.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, il est suggéré également pour éviter de façon efficace le phénomène RA,de modifier la configuration du

tube à arc de manière à obtenir une différence de tempé-

rature entre les deux portions d'extrémité de la partie

- 2574990

principale cylindrique. Dans un tube à arc tel que celui représenté sur la figure 9a, la longueur axiale est plus grande eue celle de n'importe quel tube ordinaire et une des électrodes a une queue de forme allongée de manière à être plus longue que l'autre électrode, tandis que la distance séparant les deux électrodes est maintenue à la même valeur que celle dans un tube à arc classique, ce qui fait qu'une des portions d'extrémité située derrière l'électrode est plus longue que l'autre. Cette conception assure efficacement une différence de température entre les électrodes et on peut obtenir un grand nombre de zones évitables, comme indiqué sur la figure 9b,d'une façon

efficace dans une plage plus large. Selon une autre carac-

téristique de la présente invention, le tube à arc est réalisé de manière à comporter à la fois des portions d'extrémité notablement aplaties et la forme modifiée assurant la différence de température entre les deux électrodes. En se référant à la figure 10a, on voit cue la partie principale cylindrique de ce tube à arc comprend une partie ayant un plus grand diamètre D1 et une partie ayant un plus petit diamètre D2 continuant cette première partie, le rapport de D1 à D2 étant de 1:0,6, tandis que la partie de plus grand diamètre a une longueur Ls plus petite que la longueur LL de la partie de plus petit diamètre, LS et LL étant choisis de manière à présenter un rapport de 1:2. Dans cette conception, les deux portions d'extrémité du tube à arc sont notablement aplaties et la température régnant dans la partie de plus grand diamètre du côté de l'électrode f' est plus faible que celle régnant dans la partie de plus petit diamètre du côté de l'autre électrode f, grâce à quoi on peut obtenir des zones évitables dans une plage plus large que celle représentée sur la figure lob. La figure lla montre un autre tube à arc qui comprend des parties à diamètres différents similaires à celles de la figure lOa mais dont les positions sont inversées de sorte que la température inférieure est atteinte du côté de l'électrode supérieure f, la mesure de la zone évitable de ce tube à arc étant représentée sur la figure llb. Toutefois, comme on le voit clairement auand on compare les figures lOb et llb l'une avec l'autre, le tube à arc de la figure lOa permet d'obtenir de meilleurs résultats que ceux du tube "inversé" de la figure lia. Dans un autre mode de réalisation de la figure 12, une portion d'extrémité du tube à arc, située sur le côté de l'électrode supérieure f,est revêtue sur sa surface extérieure d'une pellicule calorifuge HI en une matière telle que l'oxyde de zirconium ou analogue de sorte que, quand le tube fonctionne avec un courant haute fréquence modulé en fréquence, le tube peut établir une différence de température entre les électrodes f et f' de

manière que les zones évitables soient atteintes efficace-

ment dans une large plage.

En outre, quand on commande le tube à arc d'une lampe à décharge sous haute pression avec une fréquence élevée par l'intermédiaire d'une modulation de fréquence, la haute fréquence peut être modulée davantage pour réduire la possibilité d'apparition du phénomène RA dans le tube à

arc afin d'obtenir de façon favorable les zones évitables.

Pendant l'allumage par haute fréquence du tube à arc avec un courant d'entrée IP présentant une fréquence élevée constante, come représenté sur la figure 13a, l'onde stationnaire doit apparaître, en général, lors de la coïncidence de la variation de la pression intérieure, laquelle est due à la variation de la pression dans le temps sous l'effet de l'application du courant d'entrée IP, avec la fréquence naturelle du tube déterminée par sa configuration et les substances qui y sont chargées et, quand cette onde stationnaire SP augmente avec le temps qui s'écoule, comme on le voit sur la figure 13b, au point de dépasser un niveau de pression sonore critique indiqué en traits interrompus sur le graphique, la colonne d'arc engendrée entre les électrodes dans le tube se trouve de ce

fait néfastement influencée. Pour contrecarrer cette influ-

ence, on module le courant d'entrée IP avec une fréquence de modulation constante MF telle que celle représentée sur la figure 14b de manière qu'il apparaisse comme indiqué sur la figure 14a et que l'onde stationnaire SP risque moins de

dépasser le niveau critique représenté sur la figure 14c.

On peut réduire davantage cette croissance de l'onde sta-

tionnaire en modulant encore le courant d'entrée IP modulé en fréquence avec ce que l'on appelle une double fréquence de modulation DMF qui est représentée sur la figure 15b et que l'on obtient en modulant la fréquence de modulation MF avec une autre fréquence de modulation constante de manière que le courant d'entrée IP apparaisse comme représenté sur la figure 15a, grâce à quoi on atténue de façon remarquable coNme représenté sur la figure 15c, l'onde stationnaire SP

qui a tendance à croître et on peut ainsi éviter efficace-

ment le phénomène RA.

Une autre modification de la portion d'extrémité de la partie principale cylindrique du tube à arc est suggérée conformément à la présente invention. En se référant à la figure 16a, on voit que la partie principale cylindrique prend doucement une forme sphérique mais avec une courbure considérablement plus faible que celle du tube à arc de la

figure 1 par exemple, de manière à être plus ou moins plate.

La figure 16b montre le résultat des mesures qui prouvent que ce tube à arc permet d'obtenir les zones évitables dans une plage suffisamment large. A ce sujet, comme on peut le

voir sur le graphique de la figure 17, la courbe du pourcen-

tage des zones instables observéesdans le tube de la figure 16a a été tracée en fonction du quotient de la longueur Lr de la partie d'extrémité légèrement sphérique du tube à arc par le diamètre intérieur 2R du tube et on a obtenu une courbe FMR. Sur le dessin, un symbole "x" représente le résultat d'une mesure obtenue à propos du tube à arc connu de la figure 1. On a constaté que, dans le cas du tube à arc de la figure 16a, le rapport entre la dimension de la portion d'extrémité du tube et le diamètre intérieur de la partie principale cylindrique, c'est-à-dire le rapport DTE/ID, doit être de 3 + 3/15 ou, de préférence, de 3 + 2/15. Dans une variante, le tube à arc peut être réalisé de manière à être légèrement sphériaue dans.une des portions d'extrémité de la partie principale du tube, comme dans le cas de la figure 16a, mais de manière à être platedans l'autre portion d'extrémité, comme représenté sur la figure-18a, et dans ce cas, on peut éviter le phénomène RA dans une large plage telle que celle représentée sur la figure 18b de la même manière que pour la

figure 16b.

Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, les portions d'extrémité du tube à arc sont réalisées de manière à faire saillie linéairement vers l'extérieur, dans leur vue en élévation, de manière à être coniques conme représenté sur la figure 22. En se référant à la figure 19a à 21a, on voit que les portions d'extrémité coniques ont été modifiées de manière à présenter trois hauteurs différentes. La mesure des zones évitables observées dans ces tubes à arc est représentée dans chacune des figures 19b à 21b, et on voit que l'on peut éviter d'une façon exc-ellente le phénomène RA dans une plage extrêmement

large avec ces tubes à arc. Dans le présent cas, le pourcen-

tage des zones instables observées dans ces tubes est repré-

senté sur la figure 23 par une courbe SLF en fonction du quotient de la longueur axiale Lr2 des portions d'extrémité coniques (voir figure 22) du tube par le diamètre intérieur 2R de la partie principale cylindrique de ces tubes. Sur le dessin, un symbole "x" représente le résultat d'une mesure

obtenue en ce qui concerne le tube à arc connu de la figure 1.

On s'est aperçu que, dans le cas d'un tube à arc comportant des portions d'extrémité coniques linéaires, le rapport entre la dimension de la portion d'extrémité et le diamètre intérieur de la partie principale cylindrique (DTE/ID)

devrait être 6 + 6/15 ou, de façon souhaitable, 6 + 5/15.

Dans les mesures ci-dessus représentées graphiquement sur les figures l7et 23,on a utilisé comme lampe à décharge sous haute pression un tube à arc ayant un diamètre 2R de 15 mm, une distance Lp entre-électrodesde 55 mm et une puissance

de sortie de 250W.

Selon la présente invention, diverses modifications des portions d'extrémité coniques du tube à arc peuvent être apportées comme représenté sur les figures 24 à 32 o la paroi périphérique de la partie d'extrémité est encore linéaire dans la vue en élévation latérale. En se référant à ces figures plus particulièrement, on voit que le tube à arc des figures 24a et 24b comporte une portion d'extrémité coniaue dont le sommet est excentré par rapport à l'axe de la partie principale cylindrique, le tube des figures 25a et b a la forme d'un prisme quadrangulaire dans la partie de

corps principal et la forme d'une pyramide à base quadran-

gulaire dans la portion d'extrémité, le tube des figures 26a et 26b est cylindrique dans la partie de corps principale mais a la forme d'une pyramide à base quadrangulaire dans la portion d'extrémité, le tube des figures 27a et 27b a la forme d'un cône circulaire dans la portion d'extrémité et la forme d'un prisme hexagonal dans la partie de corps principale,

le tube des figures 28a et 28b comporte une portion d'extré-

mité tronconique et une partie de corps cylindrique, le tube des figures 29a et 29b comporte une portion d'extrémité tronconique dont la face supérieure est excentrée et une partie de corps cylindrique, le tube des figures 30a et 30b comporte une portion d'extrémité tronconique dont la face supérieure est inclinée et excentrée par rapport à la partie de corps cylindrique, le tube des figures 31a et 31b comporte une portion d'extrémité globalement tronconique dont la face supérieure fait saillie axialement vers l'extérieur, et le tube des figures 32a et 32b comporte une portion d'extrémité globalement tronconique dont la face supérieure est en retrait axialement vers l'intérieur. Le tube dont les portions d'extrémité ont des configurations telles que celles représentées sont efficaces pour éviter respectivement le phénomène RA dans une large plage. Sur les figures 24 à 32,

les saillies axiales servant à supporter de façon hermé-

tique l'électrode ont été omises.

Selon un autre aspect de la présente invention, la partie d'extrémité précitée faisant saillie linéairement est utilisée dans le tube à arc destiné à une petite lampe à décharge sous haute pression de. puissance de sortie inférieure à 250W, tout en évitant efficacement le phénomène RA. Dans le cas d'une telle petite lampe à décharge sous haute pression, on utilise un tube à arc dont la forme est

conique aux deux portions d'extrémité d'une partie cylin-

drique relativement courte, comme on peut le voir par exemple sur la figure 33, le rapport DTE/ID de ce tube étant choisi de manière à être de préférence de 6 + 5/15. Ce tube à arc permet d'éviter le phénomène RA sensiblement dans la même mesure que dans la lampe précitée à décharge sous haute

pression d'une puissance de 250W.

Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, le tube à arc est réalisé de manière à comporter deux portions d'extrémité sensiblement coniques dont la surface périphérique est incurvée plut6t vers l'intérieur de manière à augmenter efficacement les zones évitables. En se référant à la figure 34, on voit que les deux portions d'extrémité du tube àarc présentant cette caractéristique ont la forme de cornes dans la vue en élévation latérale de telle sorte que la partie centrale faisant saillie vers l'extérieur se resserre brusquement, grâce à quoi on peut obtenir la présence de zones évitables sur sensiblement toute la plage de fonctionnement, conme représenté par le graphique de la figure 35. En ayant modifié de façon différente la longueur Lr2 des portions d'extrémité d'un tel tube à arc, c'est-à-dire en ayant réalisé une pluralité de tubes à arc comportant les portions d'extrémité en forme de cônes ayant des courbures différentes, on a observé les zones évitables ainsi obtenues et on a constaté que le pourcentage des zones instables portées sur un graphique en fonction du quotient (DTE/ID) de la longueur Lr2 par le diamètre intérieur 2R du tube indiquait un résultat tel que celui représenté par la courbe FMR de la figure 36. Dans le cas du tube à arc comportant les portions d'extrémité en forme de cornes, il est préférable que le rapport DTE/ID soit supérieur à 0,07. Pour exécuter mesuresde la figure 36, on a utilisé des tubes àarc dont

le diamètre intérieur 2R était de 15 mm, la distance entre-

électrode L était de 55 mm et la puissance de sortie de 250W en vue d'une utilisation dans la lampe

à décharge sous haute pression de 250W.

Comme il apparaît clairement sur les figures 17 et 23 ainsi que sur la figure 36, la longueur Lr aux portions d'extrémité du tube à arc est fixée de manière que le

pourcentage des zones instables soit, comme il est souhai-

table, inférieur à 50 % et, de façon optimale inférieur à %, les zones instables pouvant, dans ce dernier cas, être maintenues dans la pratique à une valeur inférieure à 50 % en dépit de la présence des tolérances de fabrication, telles que les fluctuations affectant les dimensions du tube à arc, les constantes du circuit d'allumage, etc. En outre, selon une autre caractéristique de la présente invention, on peut même éviter de façon efficace le phénomène RA en réalisant la ou les portions d'extrémité du tube à arc de manière à respecter l'équation suivante (1) uniquement dans une partie locale sur un seul côté de l'axe du tube dans un plan situé à l'extrémité de la partie principale cylindrique, tandis que l'on peut réaliser l'autre côté de la portion d'extrémité d'une manière connue, par exemple, en la courbant vers l'extérieur. Comme représenté sur les figures 37a et 37b, on peut aplatir sensiblement les portions d'extrémité,uniquement sur un des côtés de l'électrode,en faisant en sorte que la partie de la périphérie de ladite portion soit courbée vers l'intérieur, comme représenté sur la figure 37a. En outre les parties aplaties localement peuvent se trouver sur les deux portions d'extrémité soit symétriquement

par rapport au centre, comme sur la fiaure 37a, soit symétri-

auement par rapport à l'axe transversal,commelafig.38aet dansce 1o dernier cas également, les zones instables peuvent être

inférieures à 50 % comme on peut le voir sur la figure 38b.

Dans le cas des portions d'extrémité en forme de cornes, comme par exemple sur la figure 34, o la périphérie de la portion d'extrémité est aplatie sensiblement, en partie circonférenciellement, la partie centrale ou la partie marginale périphérique de la portion d'extrémité peut en outre être arrondie comme représenté sur les figures 39 et 40. Quand le tube à arc destiné spécifiquement à la petite lampe à décharge sous haute pression comporte des portions d'extrémité en forme de cornes, les deux électrodes appariées peuvent être placées dans la position centrale du tube, comme représenté sur la figure 41, en étant maintenues hermétiquement par la même portion d'extrémité. Dans le cas o les électrodes sont placées de façon excentrée par rapport à l'axe du tube, c'est-à-dire au point de symétrie comme représenté sur les figures 42 et 43, la longueur des portions d'extrémité courbées ou coniques du tube destiné à la petite lampe à décharge sous haute pression peut être suffisamment longue. C'est pourquoi, il est possible de maintenir la température aux portions d'extrémité à une valeur élevée, et d'éviter efficacement le phénomène RA sans détérioration

du rendement lumineux ni de la couleur de la lumière.

De plus, comme on l'a partiellement mentionné à propos des figures 24 à 32, il est également efficace que les sommets des deux portions d'extrémité arrondies soient excentrés. En d'autres termes, quand le sommet est déporté sur un côté par rapport à l'axe du tube, comme représenté sur la figure 44a, on peut obtenir d'une façon très favorable les zones évitables,comme représenté sur la figure 44b. A ce sujet, une seule des portions d'extrémité peut être arrondie de manière cue son sommet soit déporté et, quand cette portion d'extrémité dont le sommet est déporté se trouve à l'extrémité inférieure, conme représenté sur la figure 45a, on peut obtenir, comme représenté sur la figure 45b, les zones évitables dans une plage plus- large que dans le cas o la portion d'extrémité dont le sommet est déporté se trouve à l'extrémité supérieure, comme représenté sur la

figure 46a, les mesures relatives à ces zones étant repré-

sentées sur la figure 46b.

Les tubes à arc ci-dessus, expliqués à propos des figures 1 à 46, ont été décrits comme étant allumés alors qu'ils sont montés verticalement, la colonne de l'arc étant ainsi engendrée verticalement. Quand ces tubes sont allumés alors qu'ils sont placés horizontalement, une force de

flottement agit sur la colonne d'arc engendrée horizontale-

ment et la stabilise, toute influence du phénomène RA sur la

colonne d'arc se trouvant réduite. Par conséquent, l'appli-

cation des dispositions mentionnées ci-dessus et conformes à la présente invention à des tubes à arc allumés alors qu'ils sont horizontaux a pour effet de rendre la zone instable quasi négligeable. Dans la pratique, la présente invention peut être appliquée à n'importe quel tube à arc, qelle que soit leur position d'allumage, que cette position

soit verticale, horizontale et même inclinée.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, on peut obtenir efficacement les zones évitables en diminuant la densité de vapeur du mercure de manière

qu'elle atteigne une valeur inférieure à une valeur pré-

déterminée. Les figures 47a à 47d montrent les zones évitables et les zones instables observées dans un tube à arc dont on a augmenté la densité de la vapeur de mercure tout en maintenant constant le courant d'entrée. La mesure du pourcentage des zones instables portée sur un graphique en fonction du poids volumique de la vapeur de mercure présente dans le tube à arc a donné une courbe DM telle que celle représentée sur la figure 48. On voit, d'après cette courbe, que, lorsque le poids volumique de la vapeur de mercure est inférieur à 7,5 mg/cm3, le pourcentage de zones instables peut être inférieur à 50 %. Pour cette mesure, on a utilisé des tubes à arc qui ont la forme de ce]lui de la figure 49, lequel est similaire à celui des f:;umes 21a ou 22, et qui ont tous un diamètre intérieur de 15 mm et une longueur de portion d'extrémité de 6 mm mais des distances entre-électrode différentes mesurant mm pour la figure 47a, 60 mm pour la figure 47b, 40 mm

pour la figure 47c et 20 mm pour la figure 47d.

Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, on atteint effectivement les zones évitables en limitant l'intensité du champ électrique de la colonne d'arc de manière que cette intensité soit inférieure à une valeur prédéterminée. Avec le tube à arc de la figure 49 que l'on a utilisé en faisant varier la distance entre électrode;, on a porté sur un graphique les pourcentages mesurés des zones instables et on a obtenu les

résultats représentés par une courbe EF sur la figure 50.

On comprendra, d'après cette courbe, que, lorsque l'inten-

sité du champ électrique de la colonne d'arc est inférieure à 40 V/cm, le pourcentage des zones instables peut être

inférieur à 50 %.

Même lorsque la présente invention est appliquée à une lampe à décharge sous haute pression telle que celle de 400W, on peut atteindre sensiblement les mêmes taux de zones évitables. On va se référer maintenant aux figures 51a à 51d, parmi lesquelles les figures 51a à51c montrent les résultats des mesures relatives aux zones évitables et instables, respectivement, dans le cas de tubes à arc identiques à celui de la figure 49 et ayant tous un diamètre

intérieur de 18 mm et une distance entre électrodesde 75.

mais une longueur de portion d'extrémité différente mesurant 3 mm, 6 mm et 9 mm; on comprendra, d'après cette f4r'--e, que dans chaque cas des zones instables sont infêiîeu-. s à 12 %. Par contre, la figure 51b montre la mesure relative au cas du tube à arc de la figure 52 qui est sir.ire à celui de la figure 34 et qui a un diamètre intérieur de 18 mm, une distance entre électrode de 75 mm et une longueur c; portion d'extrémité de 6 mm; on voit que les zones instables sont quasi négligeables. Dans toutes les mesures relatives aux figures 51a à 51d, les tubes à arc utilisés pour ces mesures ont été maintenus dans des conditions telles que poids volumique de la vapeur de mercure à l'intérieur du

tube était de 2,3 mg/cm3 et que l'intensité du champ élec-

trique de la colonne d'arc était de 14,9 V/cm.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Lampe à décharge sous haute pression comportant un tube à arc logé dans une enveloppe exiérieureetallumée à lb d'un courant modulé en fréquence provenant d'une source de courant haute fréquence en vue d'éviter le phénomène de résonance acoustique, caractérisée par le fait qu'au moins une partie de l'une ou des deux portions d'extrémité dudit tube à arc satisfait à l'éauation: S - Il D2(1/2-5/llX)2, O<X = 11/15 oR D est le diamètre intérieur (mm) du tube à arc dans sa partie principale cylindrique, X est le quotient d'une distance "x" (mm) par ledit diamètre intérieur, la distance "x" étant celle entre une extrémité de ladite partie principale cylindrique et un point axialement extérieur, et S est la superficie (en mm2) de la section du tube à la

distance "x".

2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'au moins une desdites portions d'extrémité du

tube à arc est sensiblement plate.

3. Lampe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le quotient précité est égale à la longueur desdites portions d'extrémité du tube à arc divisée par ledit diamètre intérieur du tube, ce quotient étant

(2 + 2)/15.

4. Lampe selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'au moins une desdites portions d'extrémité du tube à arc, vue en élévation latérale, a une paroi

périphérique linéaire.

5. Lampe selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le quotient précité est égal à la longueur desdites portions d'extrémité du tube à arc divisé par ledit diamètre intérieur du tube, ce quotient étant

(6 + 5)/15.

6. Lampe selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'au moins une desdites portions d'extrémité du tube à arc comporte une partie courbée vers l'intérieur

par rapport à l'axe du tube.

7. Lampe selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le quotient précité est égal à la longueur desdites portions d'extrémité du tube à arc divisée par ledit diamètre intérieur du tube, ce quotient étant

(6 + 5)/15.

8. Lampe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le sommet desdites portions d'extrémité du

in tube à arc est excentré par rapport à l'axe du tube.

9. Lampe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tube à arc présente une masse volumicue de vapeur de mercure maintenue une valeur inférieure à

7,5 mg/cm3.

10. Lampe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tube à arc présente une intensité de champ électrique de la colonne d'arc maintenue à une valeur

inférieure à 40 V/cm.