Brevet FR2124462A1 — publié le 19720922

i 2124462 La présente invention concerne une lampe à éclairs miniature, • du type entièrement en verre, dont l'enveloppe contient une charge de brins de matériau combustible, essentiellement de l'hafnium, et un gaz comburant sous forte pression, de l'oxygène par exemple. 5 A leur introduction sur le marché, les lampes à éclairs com merciales miniatures, telle la lampe à éclairs entièrement en verre bien connue sous la dénomination AGI, utilisaient des brins de zircorium et de 1'oxygène contenus dans une enveloppe en verre 3 clair de moins de 2 cm , étaient d'un fonctionnement sûr, ne se 10 brisaient pas et produisaient une quantité intégrée ou totale de lumière de l'ordre de 6 500 lumens-seconde par cm de volume d' ampoule. De telles lampes sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 982 119. Ces lampes ont été perfectionnées, tout en conservant leur sûreté de fonctionnement, afin de produire, 15 dans le cas des lampes utilisées dans des montures cubiques à lampes multiples connues sous le nom anglais de "flashcubes", une 3 quantité totale de lumière de 7 400 lumens-seccnde par cm de volume d'ampoule ; dans le cas des lampes à éclairs connues dans le commerce scus la dénomination AG3, on obtient une quantité de lu- O 20 mière supérieure, de l'ordre de 8 400 lumens-seconde par cm . On a obtenu une augmentation de la quantité de lumière émise par unité de volume, tout en maintenant la sûreté de fonctionnement de la lampe, en utilisant des brins de zirconium et de l'oxygène scus forte pression, contenus dans une enveloppe en verre au borcsili-25 cate possédant un faible coefficient de dilatation et une forte résistance à la chaleur. Ces lampes sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 506 385 et peuvent produire des quantités totales de lumière de 12 500 lumens -seconde par cm'. Bien que les lampes décrites précédemment utilisent comme matériau 30 combustible des brins de zirconium, on peut utiliser d'autres métaux combustibles tels l'aluminium, l'hafnium et le thorium, comme cela a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 303 674. La présente invention permet d'augmenter sensiblement la 35 quantité totale de lumière émise par des lampes à éclairs miniatures, tcut en conservant une sécurité de fonctionnement absolue. Ln utilisant des charges denses formées d'un matériau combustible composé de brins d' hafnium uniformément dispersés, en même temps que les pressions elevées de gaz comburant, dans une ampoule en 72 03716 2 2124462 verre de forte résistance à la chaleur, de faible coefficient de dilatation et d'un type établissant une excellente liaison étan-che avec les moyens d'allumage, il a été possible d'obtenir des lampes à éclairs de puissance considérablement accrue produisant 5 des quantités totales de lumière de 14 000 lumens-seconde/cm à 32 50G lumer.s -seconde/cm et dans certains cas plus élevée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : 10 la figure 1 est une vue d'une lampe à éclairs entièrement en verre, suivant l'invention, qui contient une charge de brins d' nafnium uniformément repartie ; la figure 2 représente une lampe à éclairs entièrement en verre, analogue à celle de la figure 1, mais possédant un culot 15 du type AGI ; la figure 3 représente une lampe à éclairs entièrement en verre analogue à celle de la figure 1 mais possédant des moyens d'allumage du type à percussion ; la figure 4 représente une lampe à éclairs entièrement en 20 verre utilisée dans la technique antérieure et comprenant ur. remplissage de brins ; la figure 5 montre la disposition des brins de matériau combustible, pouvant être utilisés dans les lampes à éclairs des figures 1 à 3 et qui sont bouclés ou plies suivant un des aspects 25 de réalisation de l'invention ; la figure 6 représente une monture cubique dans laquelle les lampes des figures l, 2 ou 3 sont montées ; la figure 7 est un graphique illustrant la forte augmentation de puissance d'éclairement obtenue par les lampes à éclairs 30 suivant l'invention par rapport aux lampes à éclairs classiques ; la figure 8 est-une comparaison des courbes d'émission instantanée de lumière par unité de volume d'ampoule des lampes à éclairs classiques et des lampes à éclairs suivant l'invention. La lampe â éclairs 10 de la figure 1 comprend une enveloppe 35 scellée ou ampoule 11 en verre clair étiré, possédant un volume 3 interne de moins de 1 cm , et qui est fermée à une extrémité par un joint de scellement à pincement ou queusot 12 et à l'autre extrémité par un bout d'échappement 13. Des brins de matériau combustible 14 sont dispersés à l'intérieur de l'ampoule de lampe 72 03716 3 2124462 et réagissent chimiquement avec un gaz comburant, tel de"l'oxygène, lors de l'allumage de la lampe afin de produire un éclair de luirière actinique. La lampe comporte des moyens d'allumage convenables qui, S dans le cas de la lampe de la figure 1, sont des fils d'entrée 15 scellés dans le queusot 12 et reliés à proximité de leurs extrémités internes par un filament 16 formé d'un court fil de tungstène de 0,015 mm environ de diamètre. Des cordons formés d'un matériau d'amorçage 17, placés aux extrémités des fils d'entrée 10 15 et en contact avec le filament 16, sont enflammés par la chaleur émise par ce filament parcouru par un courant électrique, et amorcent l'inflammation des brins combustibles 14. Un support isolant 18, tel qu'une masselotte de verre par exemple, relie les deux fils d'entrée 15 et contribue à les supporter à l'intérieur 15 de l'ampoule. Les extrémités prolongées 19 des fils d'entrée sortant du queusot 12 servent à maintenir la lampe à éclairs dans ur.e monture cubique classique 20 représentée à la figure 6, et servent également de fils de connexion électrique pour la lampe à éclairs. 20 La figure 2 représente une lampe à éclairs du type AGI dans laquelle le queusot 12 peut être élargi et muni d'un sillon transversal 21, les extrémités des fils d'entrée 19 étant repliées vers le queusot 12 de façon que leurs bouts libres pénètrent de nouveau et soient encastrées dans le queusot, afin de former un 25 culot de lampe permettant de monter celle-ci dans une douille. Une telle configuration de culot est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 016 727. La figure 3 représente une autre disposition des moyens d' allumage, dite à percussion. Une tige 22 formant enclume et pos-30 sédant sur une partie de sa longueur un revêtement 23 d'un matériau d'amorçage inflammable par percussion est disposée au centre d'un tube métallique déformable 24 scellé à une extrémité de l'ampoule de lampe 10, le tube étant fermé à son extrémité externe. La lampe de la figure 3 est allumée par percussion à 35 l'aide d'ur. marteau ou ressort qui vient frapper le tube 24 dans une zone opposée au matériau d'amorçage 23 afin d'enflammer ce matériau qui s'échappe alors par l'extrémité interne ouverte du tube dans l'ampoule de la lampe et enflamme le matériau combustible. On peut incorporer les lampes à éclairs du type à allumage 72 03716 4 2124462 par percussion à une monture cubique en utilisant des percuteurs élastiques à fonctionnement mécanique, comme cela est bien conru. On peut utiliser d'autres moyens pour allumer les lampes à éclairs, par exemple des cristaux piézoélectriques ou des lasers. 5 L'agencement général des lampes à éclairs représentées aux figures 1, 2 et 3 est bien connu. Suivant l'invention, les paramètres de couception et la construction ont été modifiés afin de réaliser des lampes à éclairs émettant une quantité plus forte de lumière, pour une dimension d'enveloppe donnée, cette quantité 10 de lumière étant au moins doublée. L'invention s'applique en particulier aux lampes à éclairs miniatures entièrement en verre où le volume interne d'ampoule est inférieur à 1 cm . Suivant l'invention, l'ampoule de lampe 11 de volume infé- -3 rieur à 1 cmJ est en verre au borosilicate dont le faible coeffi-15 cient de dilatation thermique lui permet de résister au choc thermique et mécanique produit par l'allumage de la lampe, tout en réalisant une liaison hermétique avec les fils d'entrée 15. Leé fils d'entrée 15 sont formés d'ur. métal ou alliage adapté a la dilatation du verre, par exemple un alliage fer-nickel-co-20 balt. Un verre convenable est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 506 385 mentionné précédemment. Il est constitué des éléments suivants dont les compositions sont données en poids: 60 à 75% de SiO^ ; 10 à 25% de O3 ; 1 à 10% de A^O-,, au total 4 à 10% d'oxydes alcalins, et 0 à 5% de BaO. Le coefficient moyen 25 de dilatation thermique linéaire de ce verre est compris, de 0 à _7 300 degres, entre 40 et 5C.10 par degré C. Indépendamment de la composition des verres au borosilicate, les épaisseurs des tubes de verre à partir desquels sont réalisées les ampoules 11, sont comprises entre 0,25 mm et 1,25 mm. 30 . L'ampoule 11 est remplie de brins combustibles 14 d'hafnium ou d'un alliage essentiellement composé d'hafnium. Ces brins sont obtenus d'une manière bien connue des spécialistes en découpant dans une feuille mince d'hafnium dont l'épaisseur est comprise entre 0,013 mm et 0,038 mm, des bandes dont la largeur est com-35 prise entre 0,013 mm et 0,076 mm. La quantité de brins en matériau combustible à introduire dans l'ampoule de lampe varie de 60 à 3 200 milligrammes par cm de volume d'ampoule. Afin d'assurer une distribution extrêmement uniforme et dense des brins d'hafnium à l'intérieur de l'ampoule, ces brins 72 03716 5 2124462 sont fortement pliés ou frisés dans leur longueur avec des angles aigus de l'ordre de 6C°. Cette technique est déjà connue. Par exemple, un brin de 10 cm de longueur est plié à angle vif en 20 à 4 0 endroits séparés par des intervalles de 3 mm environ. 5 Ce pliage a lieu après le découpage des brins dans la feuille mince c 1 hafnium et avant leur insertion dans l'ampoule de lampe. Les bri-.s ont une apparence touffue ou crêpée comme on peut le voir en 25 à la figure 5. Après introduction dans une ampoule 11, les brins pliés sont en contact ponctuel avec la surface interne 10 de l'ampoule (figures 1, 2, 3). Cela n'était pas le cas pour les filaments 2 6 de types connus (figure 4) qui étaient plus longs et formaient des boucles plus grandes graduellement incurvées. Le résultat du frisage décrit ci-dessus est que l'effet de ralentissement exercé par la paroi d'ampoule sur la vitesse de com-15 bustion est réduit et que l'efficacité de la combustion est accrue, ce qui se traduit par une émission plus importante de lumière. 'En outre, la distribution uniforme et la densité de remplissage permises par le pliage à angle vif et le frisage des brins améliorent la réaction avec l'oxygène dans toute l'ampoule 2 0 et la progression uniforme de la combustion dans la masse de matériau combustible. On suppose que le frisage des brins diminue 1'auto-absorption de la lumière émise par les brins combustibles contenus dans l'enveloppe et, lors de l'inflammation, une plus grande quantité de lumière est disponible. 25 on introduit dans l'ampoule avant de la sceller un gaz comburant, de l'oxygène par exemple, en quantité et sous une pression permettant d'obtenir de 80% à 150% de la quantité stoechio-métrique nécessaire pour la réaction chimique Hf + = RfC„. Les pressions de gaz nécessaires sont comprises entre 8 et 30 atmos-30 phères. Avec l'hafnium, la combustion progresse relativement moins vite dans les 5 à 10 millisecondes suivant l'inflammation a mesure que la réaction entre l'oxygène et l'hafnium de poids moléculaire élevé augmente d'intensité. Lorsque cette combustion s'accélère, le frisage. des brins augmente le rendement de la 35 réaction chimique et donne lieu à une forte émission de lumière pendant tout le cycle de combustion de la lampe. Il en résulte que l'émission instantanée de lumière par unité de volume des lampes suivant la présente invention est sensiblement identique a celle des lampes de la technique antérieure utilisées dans les 72 03716 6 2124462 montures cubiques, pendant environ les 13 premières millisecondes suivant le passage de courant dans le filament d"allumage 16. On peut le voir sur la figure 3 où la courbe désignée par lampe-type A représente une lampe à éclairs construite suivant la pré-5 sente invention. Cela signifie que les lampes à éclairs suivant l'invention peuvent être utilisées dans des appareils photographiques ayant des caractéristiques nécessitant l'emploi des lampes connues antérieurement, par exemple la monture cubique à éclairs ou "flashcube" dont la courbe d'émission de lumière est représentée 10 à la figure 8. L'hafnium, et l'oxyde d'hafnium formé lors de la production de l'éclair, ont des points d'ébullition d'environ 5 40C°C à la pression atmosphérique. Du fait des pressions de gaz plus élevées à l'intérieur de l'ampoule, la température d'ébullition augmente 15 suivant des lois physiques bien connues de sorte que l'augmentation d'intensité thermique et d'émission de lumière de la réaction hafnium-oxygène se déroulant à l'intérieur de l'ampoule de verre au- borosilicate permettent une émission accrue de lumière dans les lampes à éclairs de fabrication industrielle sans cassure 2 0 de 1'ampoule. Les lampes à éclairs réalisées suivant l'invention émettent une quantité totale de lumière d'au moins 14 000 lumens -seconde 3 par cm de volume de lampe, et dans certains cas jusqu'à 32 500 3 lumens -seconde par cm . 25 Plusieurs milliers de lampes à éclairs ont été construites suivant l'invention et ont donné entière satisfaction. Leurs caractéristiques et leurs performances sont réunies dans le tableau suivant. Ces lampes ont été réparties en quatre groupes A, B, C, D 30 et utilisent toutes des filaments d'hafnium. Afin d'accroître la protection de l'ampoule contre une cassure lors de l'émission de l'éclair, l'ampoule est munie par trempage, pulvérisation ou une autre méthode, d'un revêtement de haute résistance mécanique et thermique, par exemple un vernis 35 d'acétate de cellulose. Dans des cas appropriés, ce revêtement peut être constitué par un matériau colorant destiné à réduire ou corriger le rayonnement émis lors de l'éclair afin de donner une coloration convenable au film photographique en cours d'exposition . Epaisseur approximative de paroi en mm Volume interne 3 en cm Poids de filaments en mg A 0,76 0,55 à 0, 65 42 à 52 B 0,76 0,3 â 0, 35 28 à 36 0,76 0,3 à 0, 35 42 à 46 0, 84 0,22 à 0,26 36 à 44 K> Pression de gaz en atmosphères 10 à 12 13 à 17 Emission de lumière lm.s/cm3 O U> "-4 O 14 00C £ 17 000 (moyenne 15 500) 17 000 £ 21 400 (moyenne 19 400) 17 à 20 21 800 è 26 600 (moyenne 24 200) 20 à 26 26 500 s. 32 500 (moyenne 29 500) ro .ta» O-K5 72 03716 2124462 10 15 20 25 La figure 7 montre l'accroissement d'émission de lumière des lampes à éclairs miniatures A, B, C, D suivant l'invention par rapport aux lampes classiques des types n° 5, M3, AGI et "flash-cube". Les lampes utilisées sont toutes dépourvues de vernis ou de revêtements colorants. Les courbes représentent les quantités totales de lumière en fonction du temps. Les valeurs moyennes des quantités de lumière émise sont données dans le tableau suivant. Type de lampe Lampe n 5 Me AGI Flashcube Lampe Type A Lampe Type B Lampe Type C Lampe Type D Quantité totale de lumière lm.s/cm3 à 25 millisecondes 625 2 300 5 000 6 600 12 500 16 500 20 500 21 000 Quantité totale de lumière lm.s/cm3 à 40 millisecondes 800 2 700 6 550 7 400 15 500 19 400 24 200 29 500 30 En résumé, les lampes à éclairs miniatures réalisées suivant l'invention émettent, avec une excellente sécurité de fonctionnement, des quantités de lumière par unité de volume d'ampoule de 2 à 5 fois supérieures à celles des lampes à éclairs classiques. Le terme "ampoule" doit être interprété comme définissant une enveloppe pouvant être revêtue ou non d'un revêtement, suivant l'utilisation de la lampe. Dans les deux tableaux précédents, on a représenté des quantités intégrées de lumière rapportées à 40 millisecondes, qui est le temps normal d'utilisation de la lampe; toutefois, on peut voir sur la figure 7 qu'on peut obtenir une très' petite quantité supplémentaire de lumière à usage photographique pendant une période de 10 millisecondes^jusqu'à environ 50 millisecondes. 72 03716 9 2124462 REVENDICATIONS 1.- Lampe à éclairs caractérisée en ce qu'elle comprend une ampoule en verre transmetteur de lumière ayant un coeffi- — 7 cient de dilatation thermique de 40 à 50.10 par degré C, le o 5 volume de l'ampoule étant inférieur à 1 cmJ, une quantité de 28 à 52 me de matériau combustible contenant de l'hafnium, découpé en brins et réparti à l'intérieur de l'ampoule, un gaz comburant à l'intérieur de ladite enveloppe en quantité correspondant â 80% à 150% de la quantité stoechioxnétrique nécessaire 10 pour la réaction chimique avec le matériau combustible, et des moyens d'allumage pour enflammer ledit matériau combustible découpé en brins, et en ce que la quantité totale de lumière émise est de 14 000 à 32 500 lumens—seconde par centimètre cube de volume d'ampoule. 15 2.- Lampe à éclairs suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits brins de matériau combustible sont frisés par pliage à angle vif en de multiples endroits répartis sur la longueur des brins. 3.- Lampe à éclairs suivant l'une des revendications 1 et 2, 20 caractérisée en ce que le volume de l'ampoule est compris entre 0,55 et 0,65 cmJ, en ce que la quantité de matériau combustible est comprise entre 42 et 52 mg, en ce que la pression du gaz comburant est comprise entre 10 et 12 atmosphères, et que la quantité totale de lumière émise par cmJ de volume d'ampoule est de 14 000 25 à 17 000 lumens-seconde. 4.- Lempe â éclairs suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le volume d'ampoule est compris entre 0,3 et 0,35 cm", en ce que la quantité de matériau combustible est comprise entre 28 et 36 me, en ce que la pression du gaz d'entre- 30 tien de combustion est comprise entre 13 et 17 atmosphères et en ce que la quantité intégrée de lumière émise par cm" de volume d'ampoule est de 17 000 à 21 400 lumens-seconde. 5.- Lampe à éclairs suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que. le volume d'ampoule est compris entre 0,3 35 et 0,35 cm3, en ce que la quantité de matériau combustible est comprise entre 42 et 46 mg, en ce que la pression du gaz d'entretien de combustion est comprise entre 17 et 20 atmosphères et en 3 ce que la quantité intëgree de lumière émise par cm de volume d'ampoule est de 21 8C0 à 26 660 lumens -seconde. 72 03716 2124462 6.- Lampe à éclairs suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le volume d'ampoule est compris entre 0,22 3 et 0,26 cm , en ce que la quantité de matériau combustible est comprise entre 36 et 44 mg, en ce que la pression du gaz d'entretien de combustion est comprise entre 20 et 26 atmosphères et en ce que la quantité intégrée de lumière émise par cm de volume d'ampoule est de 26 500 à 32 500 lumens-seconde.