Brevet FR2124504A1 — publié le 19720922

La présente invention concerne la fabrication des projecteurs å bloc optique scelle, c'est-à-dire des projecteurs dans lesquels la source lumineuse est contenue dans une ampoule hermétiquement scellée formée par un élément optique transparent et par un réflecteur, l'atmosphère intérieure de l'ampoule étant sensiblement exempte de vapeur d'eau, et de préférence d'oxygène. Un projecteur classique à bloc optique scellé compr'end généralement un verre optique transparent et un réflecteur en verre aluminise soudés l'un à l'autre à leurs périphéries. Les techniques classiques de soudage par fusion ne conviennent cependant pas à ltassemblage de certaines formes de projecteur, et limitent le choix des matériaux constitutifs. La présente invention a pour objet un procédé nouveau de fabrication d'un projecteur à bloc optique scellé. Le procédé de la présente invention permet de réieer un projecteur à bloc optique scellé à partir d'un élément optique transparent et d'un réflecteur complémentaire portant une source lumineuse. Ce procédé consiste à appliquer un adhésif sur les surfaces de contact de ltélément optique et/ou du réflecteur, à assembler les deux éléments, à chauffer l'ensemble pour provoquer le durcissement de l'adhésif et le collage de l'élément transparent sur le réflecteur, puis à remplacer à une température supérieure au point de rosée de l'atmosphère ambiante l'air contenu dans l'ampoule ainsi formée, par une atmosphère sensiblement exempte de vapeur d'eau, l'orifice de remplacement de l'atmosphère étant ensuite hermétiquement scellé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels La figure 1 est une coupe fragmentaire schématique de l'élément transparent et du réflecteur d'un projecteur à bloc optique scellé au début de l'assemblage par le procédé de l'invention. La figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 mais montrant l'élément transparent et le réflecteur à un stade ultérieur de la fabrication. Les figures 3, 4 et 5 sont des vues de détail de variantes du joint d'assemblage de la figure 1. Sur les figures 1 et 2, un projecteur à bloc optique scellé comprend un élément optique transparent 11, en verre moulé, dont la forme intérieure est généralement concave. La périphérie de l'élément transparent 11 se termine en une bride radiale 12 dirigée vers l'extérieurdont le rebord périphérique forme une nervure 13. Le réflecteur 14 est également en verre moulé avec une bride circonférentielle extérieure 15. Le bord périphérique de la bride 15 comporte une rainure circonférentielle 16 dont la forme est complémentaire de celle de la nervure 13 de façon à permettre l'assemblage de l'élément optique transparent 11 sur le réflecteur. L'assemblage des projecteurs à bloc optique scellé se fait de la manière suivante : La surface concave du réflecteur moulé 14 est recouverte d'une couche réflectrice 17 d'aluminium par les techniques classiques de métallisation sous vide. La couche 17 d'aluminium assure à la surface concave de l'élément 14 un pouvoir réfléchissant élevé. Un ou plusieurs filaments de tungstène sont montés dans le réflecteur sur des supports formés de tiges conductrices relativement rigides fixées au réflecteur. Ces tiges conductrices traversent la paroi du réflecteur et aboutissent à des bornes conductrices fixées sur la surface extérieure de ce dernier. Les bornes, les tiges conductrices et la paroi du réflecteur constituent des traversées étanches aux gaz. Le réflecteur comporte en outre, au voisinage des tiges conductrices, un tube de purge ou "queusot" qui fait communiquer l'intérieur du réflecteur avec l'atmosphère ambiante. On applique une couche d'adhésif, de préférence à base de résine epoxy, sur la bride 15 et la rainure 16 du réflecteur 17 et/ou sur la bride 12 et la nervure 13 de l'élément transparent 11. L'élément transparent Il et le réflecteur 14 sont ensuite appliqués ltun contre l'autre de façon que la bride 12 et sa nervure 13 soient en contact avec la bride 15 et sa rainure 16, la résine epoxy formant une couche intermédiaire entre les deux. On porte ensuite l'ensemble à une température supérieure à environ 100oC pour faire durcir l'adhésif et assembler définitivement l'élément transparent 11 sur le réflecteur 14. L'ensemble constitue donc une enceinte hermétique à l'exception du queusot qui est toujours ouvert à l'atmosphère ambiante. Après durcissement complet de l'adhésif, et avant que l'ampoule se refroidisse en-dessous d'environ 100OC, l'air qu'elle contient est évacué par le queusot et remplacé par une atmosphère inerte d'argon et d'azote introduite par le queusot. On scelle ensuite le queusot de façon o rendre totalement hermétique l'ampoule formée par l'élément transparent Il et le réflecteur 14.Pendant l'introduction de l'atmosphère inerte dans l'ampoule, on fait de préférence passer un courant électrique dans les filaments pour provoquer la cristallisation et, d'une manière générale, conditionner les filaments de tungstène. Cette opération peut évidemment se faire après le scellement de l'ampoule, mais il est avantageux de la faire avant en cas de défaillance d'un ou plusieurs filaments. Parmi les résines epoxy utilisables pour coller l'élément transparent sur le réflecteur, on peut citer la résine A.V. 100 et son durcisseur H.V. 100 fabriqués par Ciba (ARL) Limited, dont le durcissement se fait antre 120 et 1802C. On peut également utiliser l'adhésif X.83-329 de Ciba (ARL) Limited, dont le durcissement se fait entre 150 et 180OC ou les adhésifs Evode 7131 A et B qui durcissent également entre 120et 180OC. On utilisera de préférence l'adhésif Ciba - Geigy X.D 566 dont les propriétés sont voisines de celles de l'adhésif X.83-329 et dont les propriétés de durcissement rendent l'emploi plus simple. Les temps de durcissement de ces diverses résines sont les suivants à 120oC à 150-0C à 180 C A.V. 100 + H.V. 100 3a minutes - 7 - 10 minutes Evode 7131 A et B 30 minutes - 7 - 10 minutes X.83-329 et X.D. 566 - 20 minutes 7 minutes On peut également utiliser l'adhésif Eccobond Paste 88 fabriqué par Emersan et Cumming Inc. qui n'est pas, à la connaissance de la Demanderesse, une résine epoxy. L'expérience a montré qu'en vidant d'air l'ampoule dès que possible après durcissement de la résine, et de préférence avant qu'selle se soit refroidie en-dessous d'environ 100oC, on obtenait les meilleurs résultats On pense généralement que si le remplacement de l'atmosphère se fait à une température inférieure à environ 1002C. une Partie des vapeurs dégagées par la résine epoxy se condeçs4u an contaminant la surface interne de l'ampoule et n'est pas éliminée par le changement d'atmosphère. il est an outre probable que l'atmosphère inerte ultérieurement introduite risque d'être contaminée par ces vapeurs lorsque les filaments chauffent, ce qui a pour effet de réduire le rendement lumineux du projecteur. On considère que la principale substance contaminante est la vapeur d'eau qui, Si elle se mndense sur le réflecteur, finit par détériorer la surface réflectrice. En remplaçant l'atmosphère de l'ampoule par un mélange sec argon-azote, soit en faisant le vide dans l'ampoule et en la remplissant avec le mélange gazeux, soit en la balayant avec un courant de gaz à environ îOO2C, on élimine pretiquement toute la vapeur d'eau. il va de soi que l'on peut obtenir des résultats satisfaisants à des tempérqtures plus basses à condition de ne pas descendue en-dessous du point de rosée de l'atmosphère ambiante de façon que la vapeur ne se condense pas sur les surfaces réflectrices.On peut en outre stocker les ampoules après durcissement de l'adhésif, et avant remplacement de leurs atmosphères, à condition que la condensation ne puisse se produire. Les chimistes considèrent généralement que les adhésifs è base de résines epoxy dégagent en outre des composés aminés, de l'oxyde de carbone, du gaz carbonique et de l'hydrogène.Si ces gaz restent dans l'ampoule, il est probable qu'au contact du filament de tungstène chaud, l'oxyde de carbone seraréduit par l'hydrogbne pour donner du carbone et de la vapeur d'eau. Le carbone peut ensuite réagir avec le tungstène du filament pour produire du carbure de tungstène fregile et une autre réaction entre la vapeur d'eau et le filament peut provoquer un transfert de tungstène du filament aux surfaces du verre optique et du réflecteur. Ces deux réactions risquent évidemment d'abaisser le rendement du projecteur. La figura 3 représente une forme différente du brod du réflecteur et de l'élément transparent, et les figures 4 et 5 illustrent des variantes avantageuses par rapport av modesde réalisation des figures 1 et 3. Les bords périphériques des figures 1 et 3 sont de forme relativement simple et faciles à réaliser, mais ils ant l'inconvénient de laisser la tranche de la couche d'adhésif exposée à I'etmosphère intérieure de ampoule. Les formes des figures 4 et 5 comportent des faces intérieures en contact direct, alqrs que leurs parties extérieures forment un vide 18 destiné à recevoir l'adhésif.Les modes de réalisation des figures 4 et 5 permettent donc de réduire la surface de contact entre l'atmosphère de l'ampoule et l'adhésif de façon à réduire les risés de contamination mentionnés plus haut. Pour minimiser les risques de porosité de la couche adhésive, il est préférable d'utiliser une résine epoxy chargée, par exemple de particules d'aluminium, ce qui a en outre l'avantage diaméliorer l'aspect de la couche adhésive visible à travers la périphérie de l'élément transparent. Il va de soi que le procédé de fabrication d'un projecteur à bloc optique scellé décrit ci-dessus est applicable à n'importe quel type d'ampoule, alors que les techniques classiques de soudage par fusion de la périphérie du réflecteur et de l'élément transparent, limitaient le choix des formes. Le réflecteur 14 a été décrit ci-dessus comme un élément monobloc dans lequel les filaments sont supportés par des tiges conductrices traversant la paroi. Le réflecteur peut cependant étre en deux parties, un corps réflecteur concave ayant à son sommet une ouverture recevant un support de source lumineuse qui peut etre fixé par un adhésif à base de résne epoxy. Par exemple, onpeut réaliser en verre l'optique transparente et le corps du réflecteur, ce dernier étant aluminizé sur sa surface concave. Le corps du réflecteur comporte à son sommet une ouverture dans laquelle se fixe un support de source lumineuse en matière céramique.Le support est de forme complémentaire de celle de ltouverture et porte d'un cbté les filaments de tungstène et, à l'extérieur de l'ampoule, les bornes de connexion. Dans un tel mode de réalisetion, la séquence des opérations d'assemblage peut débuter par le positionnement et le collage à la résine epoxy du support de source lumineuse sur le corps du réflecteur. Le réflecteur et la source lumineuse sont alors prts à recevoir optique transparente, comme décrit précédemment. il est évidemment possible de durcir l'adhésif qui fixe le support de source lumineuse au corps du réflecteur en méme temps que l'adhésif qui fixe le réflecteur à l'optique transparente. Les plans de joints du support et du corps du récepteur peuvent en outre avoir les formes précédemment décrites pour minimiser la surface de contact de la résine et de l'atmosphère interne de l'ampoule. La séquence d'assemblage précédente n'est qu'illustrative et on peut commencer par durcir l'adhésif qui fixe le support au réflec- teur avant de mettre en place l'optique transparente. Du fait que dans un tel assemblage la surface du réflecteur est exposée, la concentration en substance contaminante au voisinage de sa surface reste faible, comparée à une ampoule dont le queusot est la seule communication avec ltextérieur. L'ensemble source lumi neuse-réflecteur peut donc entre stocké pendant des périodes prolongées sans conditions particulières. De même, lorsque le réflecteur et optique transparente sont assemblés avant le montage du support de source lumineuse, l'ouverture relativement grande de l'ampoule permet la circulation de l'air et réduit la concentration en substance contaminante. sur la surface réflectrice.L'ensemble optique transparente-réflecteur sans support de source Lamineuse peut entre stocké sans précaution particulière pendant des périodes relati vement longues après son collage. il est évident que, bien que le collage de l'optique trans parente sur le réflecteur soit un procédé particulièrement utile lorsque ces deux éléments sont en verre et ont des formes rendant le soudage difficile, il est également applicable auxprojecteurs dont les réflecteurs sont en métal ou en résine synthétique et dont les optiques transparentes sont en résine synthétique. Par ailleurs, bien que dans les exemples ci-dessus la source lumineuse comporte un ou plusieurs filaments nus, elle-peut éga lement etre une ampoule tungstène-halogène, auquel cas la qualité de l'atmosphère intérieure -est moins importante que pour un filament nu. Après durcissement de l'adhésif, on peut remplacer l'atmosphère contaminée par de ltair sec, mais il est quand mame préférable d'utiliser un mélange gazeux exempt d'oxy-gène et de vapeur d'eau. Revendications 1. Procédé de fabrication d'un projecteur à bloc optique scellé à partir d'un élément optique transparent et d'un réflecteur de forme complémentaire portant'une source lumineuse, ledit procédé consistant à appliquer un adhésif sur les surfaces de contact de l'élément optique et/ou du réflecteur, à les appliquer l'un contre l'autre, à provoquer le dùrcissement de l'adhésif pour coller de manière hermétique l'élément optique sur le réflecteur, à remplacer après durcissement de l'adhésif et à une température supérieure au point de rosée de ltatmosphère ambiante, l'atmosphère intérieure de l'ampoule ainsi formée par une atmosphère sensiblement exempte de vapeur d'eau, puis à sceller ltorifice par lequel ltatmosphère a été remplacée pour réaliser une ampoule totalement hermétique. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'adhésif est durci à une température d'environ 1002C et en ce que l'atmosphère de l'ampoule est remplacée avant qu'elle ne se refroidisse en-dessous du point de rosée de l'atmosphère ambiante. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le remplacement de l'atmosphère se fait à une température de ltensemble de l'ordre de 100ex, 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé en ce que l'adhésif est une résine epoxy. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le réflecteur et l'optique transparente sont en verre. 6. Procédé selon l'uns quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le réflecteur est en métal. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou 6, caractérisé en ce que l'optique transparente est en résine synthétique transparente. 8.Procédé de fabrication d'un projecteur à bloc optique scellé à partir d'un élément optique transparent et d'un réflecteur de forme complémentaire portant une source lumineuse, ledit procédé consistant à appliquer un adhésif sur la périphérie de l'élément optique et/ou du réflecteur, à mettre en contact la périphérie de l'élément optique avec celle du réflecteur, à chauffer l'ensemble à une température supérieure à environ 1DONC pour provoquer le durcissement de l'adhésif et coller de manière hermétique les périphéries de 1'é16ment optique et du réflecteur, à vider d'air l'ampoule ainsi formée après le durcissement de l'adhésif et avant que la température de l'ensemble ne descende en-dessous d'environ 100OC1 à introduire une atmosphère inerte dans l'ampoule, puis à sceller orifice d'introduction de l'atmosphère inerte pour réaliser une ampoule totalement hermétique. 9. Procédé de fabrication d'un projecteur à bloc optique scellé à partir d'un élément optique transparent, d'un corps de réflecteur et d'un support de source lumineuse, ledit procédé consistant à appliquer un adhésif sur les surfaces complémentaires de l'élément optique et/ou du corps de réflecteur, à mettre-en contact lesdites surfaces, à provoquer le durcissement de l'adhésif de façon à coller de manière hermétique l'élément optique au corps de réflecteur, à appliquer un adhésif sur les surfaces complémentaires du corps de réflecteur et/ou du support de source lumineuse, à mettre en contact lesdites surfaces complémentaires, à provoquer le durcissement de l'adhésif de façon à coller hermétiquement corps de réflecteur et le support de source lumineuse, à remplacer l'air contenu dans l'ampoule formée par l'élément optique, le corps de réflecteur et le support de source lumineuse, après durcissement de l'adhésif et à une température de l'ensemble supérieure au point de rosée de l'atmosphère ambiante, puis à obturer l'orifice par lequel l'atmosphère inerte a été introduite pour réaliser une ampoule totalement hermétique. 10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que le support de source lumineuse et le corps de réflecteur sont collés l'un à l'autre par un adhésif durci, avant que le corps de réflecteur soit assemblé avec l'élément optique transparent. 11. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que la corps de réflecteur et l'élément optique transparent sont collés l'un à l'autre par un adhésif durci avant que le support de source lumineuse soit assemblé avec le corps de réflecteur. 12. Procédé selon la revendication 9 caractérisé an ce que l'adhésif qui sert à coller le support de source lumineuse sur le corps de réflecteur et l'adhésif qui sert à coller le corps de réflecteur sur l'élément optique, sont durcis simultanément. 13. Procédé selon l'une queFonquedes revendications 1 à 12 caractérisé en ce que ladite source lumineuse est un filament nu exposé à l'atmosphère intérieure de lf ampoule. 14. Procédé selon-l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que la source lumineuse est une ampoule tungstène halogène. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que l'adhésif utilisé pour la fixation de l'élément optique sur le réflecteur contient une charge. 16. Procédé selon la revendication 15 caractérisé en ce que ladite charge est constituée de particules d'aluminium. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 caractérisé en ce que l'atmosphère qui est introduite dans l'ampoule est un mélange sec et sensiblement exempt d'oxygène contenant de 11 azote et de l'argon. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les surfaces complémentaires du réflecteur et de l'élément optique transparent ont une forme telle que leurs parties intérieures soient en contact direct, leurs parties exté rieures comportant un vide destiné à recevoir la couche d'adh-ésif de façon à minimiser la surface d'adhésif qui est exposé à l'atmosphère interne de l'ampoule. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le réflecteur est en deux parties et comprend un corps de réflecteur sur lequel est rapporté un support de source lumineuse.