ITMI20091255A1 - Supporto per elementi filiformi contenenti un materiale attivo - Google Patents
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Description
“SUPPORTO PER ELEMENTI FILIFORMI CONTENENTI UN MATERIALE
ATTIVO”
La presente invenzione èinerente a supporti per elementi filiformi contenenti un materiale attivo, comprendenti dei mezzi di ancoraggio dei supporti e dei mezzi per il bloccaggio dell’ elemento filiforme.
Tale tipologia di supporti trova impiego nelle lampade, con particolare ma non esclusivo riferimento alle cosiddette lampade fluorescenti a bassa pressione di mercurio, note nel settore come FL, dall’inglese Fluorescent Lamps, e a lampade nelle quali è presente il cosiddetto bruciatore, ossia lampade a scarica ad alta pressione (anche note come lampade a scarica ad alta intensità).
Tali tipologie di lampade, nonostante la diversa natura e caratteristiche, presentano un problema comune, ossia l’introduzione all’interno della lampada di un materiale attivo, diverso per tipologia di lampada.
In particolare nelle lampade FL il problema principaleèil dosaggio del mercurio, e come problema secondario si ha la necessiti di introdurre anche un materiale getter all’interno della lampada. Alcune soluzioni, quali quella illustrata nella domanda intemazionale WO 98/53479 a nome della richiedente, mostrano l’impiego di elementi filiformi contenenti un composto per il rilascio di mercurio che possono venir fissati direttamente su degli elementi della lampada.
La domanda di brevetto intemazionale WO 2006090423, a nome della richiedente, mostra soluzioni per introdurre materiali getter (necessari per la rimozione di impurezze gassose che possono pregiudicare il funzionamento) in lampade per minimizzare eventuali effetti di oscuramento della luce emessa, mentre invece la domanda di brevetto RM2008A000334, non ancora pubblica alla data di presentazione della presente domanda, mostra un modo per disporre elementi filiformi all’interno della lampada.
Tutte le precedenti soluzioni, pur essendo atte all’introduzione dell’elemento filiforme nelle lampade, presentano tuttora degli inconvenienti.
Un primo inconveniente è legato al fatto che il processo pù semplice per fissare l’elemento filiforme nella lampada prevede un processo di saldatura, tipicamente elettrica mediante il cosiddetto processo di spot-welding, od eventualmente laser, che comporta un riscaldamento locale che prò portare alcune porzioni dell’elemento filiforme a temperature molto elevate, che in taluni casi possono superare i 50CPC.
Questo riscaldamento prò comportare diversi inconvenienti, a seconda delle tipologia di polveri che costituiscono il materiale attivo contenuto nell’elemento filiforme; in particolare nel caso di materiali getter, tale riscaldamento piò portare ad una loro prematura attivazione durante fasi intermedie del processo produttivo della lampada, ad esempio prima della sua chiusura ermetica, con conseguente riduzione della capacit a seguito dell’ossidazione del materiale. Nel caso invece in cui siano presenti materiali per il rilascio di mercurio, il riscaldamento localizzato piò portare all’emissione indesiderata di mercurio in fasi intermedie di processo con conseguenti aspetti legati alla contaminazione dovuta alla perdita di mercurio, oltre che ad una diminuzione della resa nel rilascio di questo elemento, anche in questo caso legata a fenomeni di ossidazione. In alcuni tipi di lampade l’elemento filiforme contiene sia polveri per rilasciare mercurio, sia polveri getter, per cui in questo caso è possibile la presenza di entrambi i fenomeni di deterioramento nelle caratteristiche del dispositivo.
E’ importante ribadire che tale deterioramentoè quindi associato al riscaldamento al di fuori del normale processo di attivazione del materiale attivo, che avviene nella fasi finali di produzione della lampada, e tipicamente consiste in un riscaldamento a temperature comprese tra 40CP e 90CPC per tempi variabili tra una quindicina di secondi e qualche minuto, a seconda del materiale attivo utilizzato.
Oltre a questi aspetti è presente anche una problematica di natura industriale legata agli aspetti dimensionali delle lampade, nell’ ottica della progressiva miniaturizzazione delle stesse, associato a problemi legati all’aumento di precisione richiesto per fissare gli elementi filiformi, di dimensioni sempre pùridotte, ad elementi delle lampade.
Scopo della presente invenzione è fornire un supporto per poter introdurre elementi filiformi contenti un materiale attivo nelle lampade, in grado di poter essere facilmente installato su un elemento o componente gà esistente della lampada ed in grado di evitare il riscaldamento localizzato di una o pù sue parti in conseguenza dell’operazione di introduzione e fissaggio.
Questi risultati vengono ottenuti mediante la presente invenzione che in un suo primo aspetto consiste in un supporto per elementi filiformi contenenti un materiale attivo in forma di polveri, comprendente mezzi di bloccaggio di ciascun elemento filiforme su detto supporto, mezzi per l’ancoraggio di detto supporto, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di bloccaggio esercitano una compressione sull'elemento filiforme non superiore a 90 MPa.
L’invenzione verri illustrata nel seguito con riferimento alle seguenti figure, dove:
• In figura 1 è mostrata una possibile forma realizzativa per un supporto secondo la presente invenzione,
• In figura 2èmostrata una forma di realizzazione preferita per un supporto secondo la presente invenzione,
• In figura 3 è mostrata una forma realizzativa alternativa di un supporto per elementi filiformi,
• in figura 4 viene mostrata una vista in sezione di una lampada contente un supporto per elementi filiformi contenti un materiale attivo realizzato secondo la presente invenzione.
Nelle figure le dimensioni ed i rapporti dimensionali dei vari elementi non sono corretti ma in alcuni casi sono stati alterati al fine di favorire la comprensibili^ delle figure, ad esempio le polveri del materiale attivo non vengono rappresentate in quanto tali, ma il materiale attivo nella varie figure viene raffigurato mediante una colorazione piena.
Per quanto concerne la definizione di materiale attivo, questo in generale è costituito da una miscela di polveri, che possono essere polveri di una plurali†! di composti per il rilascio di mercurio, una pluralilìdi polveri di materiali getter, o loro miscele.
Gli inventori, nello studiare una soluzione per poter introdurre gli elementi filiformi contenenti un materiale attivo in forma di polveri all’interno delle lampade, si sono dovuti confrontare con la peculiari lì di tale dispositivo, derivante dal processo produttivo utilizzato per la sua produzione.
Infatti come descritto in WO 98/53479 in merito a dispensatori di mercurio filiformi, il singolo elemento tipicamente viene prodotto a partire da un elemento di lunghezza superiore mediante un’azione di taglio. Questo permette di semplificare il processo di produzione industriale e selezionare la quanti†! di mercurio e/o materiale getter voluta mediante opportuna scelta della lunghezza dell’elemento filiforme. Come menzionato in WO 98/53479 risulta esser preferito un processo di taglio meccanico, perché questo crea un’azione di compressione delle polveri che favorisce la loro ritenzione all’interno del dispositivo filiforme, con riferimento alle aperture laterali che si vengono a formare a seguito dell’azione di taglio.
Un’altra tipologia di elemento filiforme ed il relativo processo produttivo sono descritti nella domanda intemazionale WO 01/67479, a nome della richiedente. Anche per questo dispositivo è prevista un’azione di taglio per la formazione del singolo elemento filiforme.
Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, con elemento filiforme si intende un elemento a struttura allungata, con riferimento al rapporto tra la sua lunghezza e la dimensione laterale che deve essere almeno 2. Tipicamente la dimensione laterale risulta essere inferiore a 1.5 mm. Nel caso di elementi filiformi con sezioni laterali di forma complessa (ad esempio trapezoidale), il rapporto si riferisce alla dimensione laterale maggiormente ampia.
Inoltre è possibile che opzionalmente l’elemento filiforme presenti una fenditura su un lato, tale fenditura ha lo scopo di migliorare le caratteristiche funzionali, ad esempio favorendo il rilascio di mercurio, o nel caso le polveri che costituiscono il materiale attivo comprendano un materiale getter, aumentando la superficie direttamente a contatto con l’esterno dell’elemento filiforme per favorire l’azione di assorbimento di impurezze gassose.
Quindi da qui la criti citi della struttura del dispositivo e di eventuali sistemi di bloccaggio, che non solo non devono macroscopicamente intaccare la struttura dell’elemento filiforme, ma non devono esercitare forze che portino alla perdita di polveri del materiale attivo.
In particolare gli inventori hanno trovato che è possibile utilizzare supporti vincolanti per gli elementi filiformi, ma che questi non devono esercitare una significativa azione di compressione sull’elemento filiforme, che deve essere non superiore a 90 MPa, limite superato il quale si arriva a compromettere la funzionali^ dell’elemento filiforme. Preferibilmente la compressione cui viene sottoposto l’elemento filiforme è non superiore a 55 MPa, valore a cui si inizia a riscontrare una visibile perdita di particelle.
Dal punto di vista delle caratteristiche geometriche dell’elemento filiforme, una volta montato sul supporto questo deve presentare una riduzione dell’area della sezione in corrispondenza dell’elemento di bloccaggio inferiore all’ 8% e preferibilmente inferiore al 5% per garantire che le polveri all’interno del dispositivo non siano sottoposte ai valori critici di compressione precedentemente citati.
Nel caso di elementi di bloccaggio in corrispondenza delle estremiti dell’elemento filiforme, che è la soluzione preferita, questo corrisponde ad avere tale limite sulla riduzione dell’area laterale all’ estremiti dell’elemento filiforme, rispetto all’area della sezione centrale o pùin generale di una porzione dell’elemento filiforme non in corrispondenza degli elementi di bloccaggio.
In figura 1 è rappresentato un supporto 10, per elementi filiformi 11, contenenti polveri di un materiale attivo 12, su cui sono presenti dei mezzi di bloccaggio 13, 13’, e dei mezzi di ancoraggio 14 per vincolare il supporto ad un elemento della lampada (non mostrato).
Nella realizzazione preferita mostrata in figura 1 la struttura dei mezzi di ancoraggio 14èdel tipo plug-in a pressione, per poter essere facilmente installata su un elemento cilindrico della lampada, quale ad esempio nel caso di lampade a scarica, all’elemento metallico di sostegno del bruciatore. Un altro modo alternativo per la realizzazione dei mezzi di ancoraggio è mediante crimpatura di un opportuno elemento metallico presente sul supporto.
Inoltre l’elemento filiforme 11 presenta una fenditura 15 nella parte superiore, ma, come precedentemente citato, il supporto dell’invenzione si applica anche ad elementi filiformi che non presentano una fenditura sul lato. Inoltre l’elemento filiforme 11 prò essere disposto in maniera tale che la fenditura non sia necessariamente rivolta vero la parte superiore del supporto, ma questa prò trovarsi rivolta ovunque, anche verso la base del supporto.
Queste considerazioni in merito alla presenza e disposizione della fenditura dell’elemento filiforme si applicano anche alle seguenti figure.
Una prima forma realizzativa alternativa di questo supporto prevede un unico mezzo di bloccaggio posto in corrispondenza della porzione centrale dell’elemento filiforme.
In una realizzazione preferita, quale quella mostrata in figura 2, i mezzi di bloccaggio del supporto 20 sono funzionalmente caratterizzati da due parti, una 13 che esercita l’azione di blocco mediante compressione sulla superficie laterale dell’elemento filiforme, mentre la parte terminale 23 dei mezzi di bloccaggio è ripiegata verso la porzione laterale dell’elemento filiforme: CD fa a che questo sia trattenuto sul supporto non solo per l’azione della forza esercitata dagli elementi di bloccaggio sulla superficie dell’elemento filiforme, ma anche grazie all’azione di vincolo geometrico.
In figura 2 non sono stati indicati esplicitamente gli elementi in comune con la figura 1, inoltre le piegature della parte terminale 23, del mezzo di bloccaggio 13, sono presenti anche sull’elemento 13’ (piegature 23’). La figura 2 mostra una tipologia di supporto secondo la presente invenzione con piegatura della parte terminale dei mezzi di bloccaggio, in particolare con piegatura di due alette laterali, ma lo stesso effetto si potrebbe ottenere anche con un'unica aletta, o pù genericamente con la piegatura di una o pùparti dell’elemento di bloccaggio.
Inoltre in figura 2 è stata raffigurata una piegatura a 9CP, ma anche piegature ad angoli inferiori possono assolvere alla stessa funzione, purché l’area all’ estremiti della sezione dei mezzi di bloccaggio dopo la piegatura sia inferiore all’area della sezione dell’elemento filiforme.
In questo caso risulta preferibile che i mezzi di bloccaggio non coprano pùdel 60% dell’area alle estremiti dell’elemento filiforme, per non compromettere la sua funzionali^, ossia impedire o limitare il rilascio di mercurio e/o limitare la funzionali^ getter con particolare riferimento alla velociti di assorbimento.
In una modalitirealizzativa alternativaè anche possibile che i mezzi di bloccaggio non esercitino alcuna pressione sulla superficie laterale dell’elemento filiforme: in questo caso gli elementi di bloccaggio sono del tipo raffigurato in figura 2, e la sezione racchiusa della parte 13, 13’ dell’elemento di bloccaggio è leggermente superiore a quella dell’elemento filiforme; l’elemento filiforme viene vincolato sul supporto per la sola azione di vincolo geometrico della parte 23, 23’ dei mezzi di bloccaggio.
In questo caso è preferibile che l’area racchiusa dalla sezione 13, 13’ dell’elemento di bloccaggio sia non superiore al 20% dell’area della sezione dell’elemento filiforme, per non avere problemi di eccessivo ingombro del supporto, con possibilitìdi schermare l’emissione luminosa delle lampade in cui trova impiego, o rendere il dispositivo incompatibile con i vincoli geometrici imposti, soprattutto nel caso di lampade miniaturizzate.
In figura 3 è mostrata una realizzazione alternativa 30 per un supporto per elementi filiformi secondo la presente invenzione: in questo caso, un supporto 20, come ad esempio quello raffigurato in figura 2, presenta anche delle estensioni laterali metalliche 31, 3Γ, che hanno la funzione di intercettare meglio il campo elettromagnetico che tipicamente viene utilizzato per il riscaldamento durante il processo di attivazione del materiale attivo, ossia per il rilascio di mercurio, attivazione del materiale getter, o entrambi.
Nel caso di applicazione in FL, le estensioni laterali metalliche possono essere utilizzate, oltre che per favorire il processo di attivazione del materiale attivo dell’elemento filiforme, per creare la cosiddetta configurazione a schermo per gli elettrodi delle lampade, sia esso formato ad anello intorno all’elettrodo o posizionato come cappello sopra l’elettrodo stesso, tipicamente posto ad una distanza di qualche mm; distanza che in taluni casi piòanche essere dell’ordine della decina di mm.
Materiali utili alla realizzazione del supporto realizzato secondo la presente invenzione sono, ad esempio, ferro nichelato, acciaio laminato a freddo, acciaio inossidabile; in una realizzazione preferita il materiale del supporto è lo stesso del materiale metallico dell’elemento filiforme.
Tra i materiali getter maggiormente interessanti per la realizzazione dell’invenzione, vi sono quelli descritti nei brevetti US 3.203.901 (leghe zirconioalluminio), US 4.306.887 (leghe zirconio-ferro) e US 5.961.750 (leghe zirconiocobalto-terre rare). Per l’assorbimento di idrogeno, particolarmente ad alte temperature, è anche noto l’impiego di ittrio o sue leghe, come descritto per esempio nel brevetto GB 1.248.184 e nelle domanda di brevetto internazionale WO 03/029502 e WO 2007/099575.
Nel caso in cui il materiale attivo comprenda polveri per il rilascio di mercurio, queste sono preferibilmente costituite dai composti descritti nel brevetto US 3657589, ossia composti TixZryHgzdove x ed y variano tra 0 e 13, con la condizione che la loro somma sia compresa tra 3 e 13 e z sia 1 o 2. In particolare risulta essere preferito l’impiego di Ti3Hg. Questi composti possono essere utilizzati anche in combinazione con promotori che massimizzano il rilascio di mercurio. Tali promotori sono costituiti da rame congiuntamente con almeno un secondo elemento scelto tra stagno, indio e argento, come descritto nel brevetto EP0669639, oppure da rame e silicio, come descritto nel brevetto EP0691670, oppure da rame, stagno e terre rare, come descritto nel brevetto EP0737995.
Alternativamente, possono essere utilizzati composti a rilascio di mercurio comprendenti una percentuale in peso di titanio compresa tra 10% e 42%, di rame tra 14% e 50%, di mercurio tra 20% e 50% ed una percentuale in peso compresa tra 1% e 20% di uno o pùtra stagno, cromo e silicio, come descritto nella pubblicazione di brevetto internazionale WO 2006/008771, oppure composti ternari titanio-ramemercurio, quali quelli descritti nel brevetto GB2056490.
Il materiale attivo, oltre a un composto con mercurio, piò comprendere vantaggiosamente un materiale getter, ad esempio una lega Zr-Al al 16% in peso di alluminio, descritta nel brevetto US 3203901, o una lega Zr-Co-MM, in cui MM indica Y, La, Ce, Pr, Nd, metalli delle terre rare o miscele di questi elementi, comprendente circa l'80% in peso di zirconio, il 15% di cobalto ed il rimanente di MM. In questo caso sia il composto a rilascio di mercurio che il materiale getter sono presenti nell'elemento filiforme in forma di polveri miscelate tra loro ed aventi generalmente una granulometria inferiore a 125pm
Tipicamente il rapporto in peso tra le polveri del composto per il rilascio di mercurio e le polveri di materiale getter risulta essere compreso tra 8:2 e 1 :9.
Per quanto concerne il metodo produttivo di un supporto per elementi filiformi contenti un materiale attivo secondo la presente invenzione, questo preferibilmente vede l’impiego di una materia prima, costituita da un nastro metallico (preferibilmente acciaio o ferro nichelato), che piò anche presentare un eventuale rivestimento metallico oppure polimerico, con il fine di ottimizzarne le propri eh meccaniche, estetiche o di resistenza ai fenomeni corrosivi. Il nastro viene formato attraverso due operazioni successive, automatizzate, rispettivamente di stampaggio e piegatura. L’eventuale operazione finale di rivettatura permette il fissaggio di detto elemento di supporto sull’elemento filiforme contenente il materiale attivo.
In un suo secondo aspetto l’invenzioneè inerente ad una lampada contenente un supporto per elementi filiformi contenenti un materiale attivo in forma di polveri, comprendente mezzi di bloccaggio dell'elemento filiforme su detto supporto, mezzi per l’ancoraggio di detto supporto, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di bloccaggio esercitano una compressione sull'elemento filiforme non superiore a 90 MPa.
In figura 4 viene mostrata una vista in sezione di una lampada che prò contenere il supporto secondo la presente invenzione. In particolare viene mostrata una vista in sezione di una generica lampada a scarica ad alta pressione 40, del tipo in cui i connettori elettrici sono da un lato solo della lampada; che è formata da un bulbo esterno, 41, generalmente in vetro o quarzo, al cui interno è presente il cosiddetto bruciatore, 42, costituito da un contenitore generalmente sferico o cilindrico di allumina translucida o quarzo; a due estremili del bruciatore sono presenti due elettrodi 43, 43’, e al suo interno èpresente un gas di riempimento e uno o pùmetalli o composti in forma di vapore o vaporizzabili all’accensione della lampada (non mostrati), che sono il mezzo in cui avviene la scarica; quando sono di quarzo, le due estremiti 44, 44’ del bruciatore sono chiuse tramite compressione a caldo. Il bruciatore è mantenuto in posizione da due parti metalliche di supporto, 45, 46 che hanno anche la funzione di collegare elettricamente gli elettrodi e di cui una tipicamente ha una parte che è disposta parallelamente alla struttura del bruciatore.
Nella realizzazione mostrata in figura 4, sul supporto 46 è presente il supporto 20 per elementi filiformi, realizzato secondo la presente invenzione, disposto tra l’elemento 46 ed il bulbo 41, parallelamente all’elemento 46, in maniera tale da causare il minor oscuramento possibile dell’emissione luminosa della lampada.
La struttura della lampadeèpoi completata dai contatti esterni 47, 47’, i passanti metallici 48, 48’ e una sezione di chiusura del bulbo 49.
In una realizzazione preferita gli elementi di ancoraggio vincolano elasticamente il supporto per elementi filiformi ad uno degli elementi costitutivi della lampada, quali ad esempio fili di supporto del bruciatore (come rappresentato in figura 4) o passanti elettrici in lampade a scarica ad alta pressione oppure fili di supporto del filamento di tungsteno, denominati lead-wires, o fili addizionali, noti con il nome di terzo elettrodo, per il sostegno di elementi schermanti in FL.
Nel caso di lampade FL il materiale attivo comprende polveri di composti per il rilascio di mercurio, e opzionalmente polveri di materiali getter; nel caso di lampade a scarica ad alta intensitàil materiale attivo comprende polveri di materiali getter.
In una particolare forma realizzativa, la lampada comprende un supporto per elementi filiformi che presenta delle estensioni laterali, supporto che viene fissato ad uno dei lead-wires della lampada o al cosiddetto terzo elettrodo mediante i mezzi di ancoraggio. Eventualmente le estensioni laterali aventi opportuna lunghezza possono essere piegate e conformate in modo da ottenere uno schermo ad anello chiuso o semichiuso intorno all’elettrodo oppure come precedentemente menzionato essere posto sopra all’elettrodo, ad una opportuna distanza.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI Supporto (10; 20; 30) per elementi filiformi contenenti un materiale attivo in forma di polveri (12), comprendente mezzi di bloccaggio (13, 13’; 23, 23’) di ciascun elemento filiforme su detto supporto, mezzi per l’ancoraggio di detto supporto (14), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di bloccaggio esercitano una compressione sull'elemento filiforme non superiore a 90 MPa. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui detta compressione è inferiore a 55 MPa. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui Γ area della sezione dell’elemento filiforme in corrispondenza ai mezzi di bloccaggio è ridotta rispetto all’area della sezione dell’elemento filiforme non in corrispondenza a detti mezzi di bloccaggio, con una riduzione inferiore all'8%. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui detti mezzi di ancoraggio sono a tenuta per crimpatura o unicamente per forza elastica. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui detti mezzi di bloccaggio sono presenti sulla parte terminale dell’elemento filiforme e presentano una sezione terminale ripiegata. Supporto secondo la rivendicazione 5 in cui detta sezione terminale ripiegata copre non pùdel 60% dell’area all ’ estremiti dell’ elemento filiforme. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui sono presenti delle estensioni laterali (31, 3Γ). Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui il materiale utilizzato per la realizzazione del supportoè ferro nichelato oppure acciaio. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui detto elemento filiforme presenta una fenditura su una superfìcie laterale. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui detto elemento filiforme contiene polveri di uno o pùmateriali getter. Supporto secondo la rivendicazione 1 in cui detto elemento filiforme contiene polveri di uno o pùcomposti per il rilascio di mercurio. Supporto secondo la rivendicazione 11 in cui detto elemento filiforme contiene anche polveri di uno o pùmateriali getter. Lampada comprendente un supporto per elementi filiformi contenenti polveri di un materiale attivo secondo la rivendicazione 1. Lampada secondo la rivendicazione 13 in cui detta lampada è una lampada a bassa pressione di mercurio. Lampada secondo la rivendicazione 14 in cui detto materiale attivo comprende polveri di uno o pùcomposti per il rilascio di mercurio. Lampada secondo la rivendicazione 15 in cui detto materiale attivo comprende polveri di uno o pùmateriali getter. Lampada secondo la rivendicazione 13 in cui detta lampada comprende un bruciatore. Lampada secondo la rivendicazione 17 in cui detto materiale attivo comprende polveri di uno o pùmateriali getter.
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