Brevet FR2233708A1 — publié le 19750110

La présente invention concerne les lampes à décharge pour l'éclairage électrique et plus particulièrement une structure spéciale de lampe à décharge dans une vapeur métallique à basse ou moyenne pression et son procédé de fabrication. Essentiellement,une lampe à décharge comporte une enceinte étanche à l'intérieur de laquelle sont fixées deux électrodes de décharge espacées l'une de l'autre et fixées a ladite enceinte par des scellements assurant leur traversée étanche au travers de chacune des zones de la paroi intéressée par le scellement. L'enceinte est usuellement faite d'un matériau vitreux, ce qui offre le double avantage de pouvoir,d'une part, réaliser un scellement de traversée étanche entre le verre et le matériau métallique de l'électrode et,d'autre part, permettre la transmission du rayonnement émis par la décharge aux fins d'éclairage. Aussi, les lampes d'éclairage du type à décharge à basse pression que l'on trouve dans le commerce comportent un ballon ou un tube de verre constituant l'enceinte de décharge. Un scellement verre-metal classique assure le scellement de traversée des électrodes de décharge et/ou des amenées de courant.Lorsque l'on utilise de telles lampes comme sources d'éclairage directif, dans une pièce par exemple, on est amené à les inclure dans un appareil d'éclairage dont le rôle est à la fois de proteger l'enceinte de verre du risque de casse et d'assurer la directivité souhaitée de ltéclairement. Un appareil de plafond aura ,par exemple ,des parois opaques dans la direction ascendante dont l'éclairement est inutile et dans les directions transversales latérales tandis qu'il présentera une paroi diffusante dans la direction verticale descendante pour favoriser l'éclairement désiré des objets situés au-dessous de lui. Parmi les performances que les fabricants de lampes à décharge en vapeur métallique à basse ou moyenne pression tentent7améliorer, celle qui exprime le flux lumineux par unité de longueur du tube à décharge est d'une particulière importance. Elle signifie un rendement lumineux en fonction des dimensions d'en combrement. Les fabricants ont par divers moyens amélioré cette performance. On a remarque en particulier,ainsi que le décrit la demande de brevet fran çais nO 71 38 970-déposee le 29 Octobre 1971,que l'on augmente considérablement le flux lumineux obtenu par unité de longueur de tube en disposant à l'intérieur de l'enceinte à décharge, entre les électrodes, des chicanes coopérant avec l'enceinte pour procurer un allongement du chemin de la décharge. Il a été montré que pour allonger le chemin- de décharge dans les tubes à décharge peu importe la nature du matériau dont sont constituées les chicanes en question. En particulier, on a décrit des chicanes qui, réalisées en métal conducteur, se sont révélées d-'un emploi favorable pour allonger le chemin de décharge. Expérimentalement,la décharge à l'intérieur du tube se comporte exactement de la meme manière,que l'arrangement des chicanes soit fait d'un matériau isolant électrique ou bien qu'il soit réalisé en un matériau conducteur. A la suite de ces expériences et des résultats obtenus, on a conclut que l'interposition dans la décharge d'un corps conducteur n'avait pas pour effet de court-circuiter le plasma conducteur. Aussi, on en est venu à penser que l'on pourrait monter des tubes à décharge directement dans une énceinte faite d'un matériau conducteur a la seule condition de ménager un isolement adéquat des traversées de courant. Ces prévisions ont été confirmées par I'expérience. C'est pourquoi la présente invention prévoit- une lampe à décharge dans une vapeur métallique à basse ou moyenne pression comportant,à l'interieur d'une enceinte fermée,étanche,au moins deux electrodes scellees au travers de ladite enceinte dans deux zones espacées l'une de l'autre; cette lampe est remarquable en ce que l'enceinte est faite au moins partiellement d'un matériau métallique, les zones de scellement des électrodes de décharge étant de préférence incluses dans la partie métallique de ltenceinte.- Selon une autre caractéristique,la lampe à décharge est encore remarquable en ce que l'enceinte comporte au moins une fenetre faite en un matériau translucide, tel le verre, le mica, le plexiglass... Selon une autre caractéristique de l'invention, la lampe à décharge comporte à l'intérieur de son enceinte des moyens pré-établis, disposés entre les électrodes de déeharge,pour procurer l'allongement du chemin de la décharge, lesdits moyens coopérant avec l'enceinte pour constituer une structure alvéolée. Selon un autre trait caractéristique, le matériau de réalisation des chicanes d'allongement du chemin de décharge de la lampe à décharge selon l'invention est, soit un matériau isolant électrique tel le verre, le mica..., soit un matériau conducteur tel un métal comme le nickel, l'aluminium, ... Selon une autre caractéristique de l'invention,l'enceînte de la lampe à décharge est revêtue d'un dépôt fluorescent ,éventuellement riaecteur pour certaines longueurs d'onde. Enfin l'invention a encore pour -jet une structure constituant un appareil d'éclairage,caractérisee en ce qu'elle comporte pour l'essentiel une lampe à décharge dans une vapeur métallique selon le type visé par l'in- vention,dans laquelle des moyens d'allongement de chemin de la décharge ont été ménagés en méandres de manière à former une source lumineuse dont la surface s'étend entre deux points d'alimentation éloignés l'un de l'autre et forme une source unique d'éclairage,~d'aire et de forme prédéterminées. L'invention a encore pour objet le procédez de fabrication de ladite lampe ou moyenne à décharge à basse pression. Le procédé est remarquable en ce qu'il comporte la préparation d'un bôitier métallique comportant une ouverture pour recevoir une fenêtre translucide, l'émaillage par apport d'une couche du meme matériau que la fenetre et la liaison de cette couche aux bords métalliques du boitier destinés à recevoir ladite fenetre, les scellements étanches et isolés des deux électrodes dans au moins une paroi du boitier, enfin l'assemblage fenetre-boitier et le remplissage de la lampe en atmosphère contrôlée, ces derniers résultats étant obtenus à la température de ramollissement du matériau translucide. D'autres caracteristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure la représente la vue en perspective d'une première forme de réali- sation selon l'invention. La figure lb represente une. vue en coupe transversale de la lampe de la figure précédente. La figure 2 représente une vue en élévation d'une seconde forme de realisa- tion, Sur la figure la, la lampe à enceinte partiellement metallique est représentée en perspective. Elle est constituée par une enceinte allongée 5 en forme de paralle-lipipede rectangle dont cinq côtés, faits d'un matériau métallique eo',ti ou soudé, constituent une boite ouverte 2. La boite est fermée par une sixième paroi constituée par une plaque 3 faite d'un matériau translucide.La paroi frontale a été ouverte " en arrache pour permettre de distinguer les électrodes de décharge 6 et 7, scellées aux deux extrémités de la lampe respectivement dans chacune des parois terminales de la boite 2. Le scellement des passages isolés des électrodes se fait selon une technique de scellement verre-métal éprouvée. Pour réaliser l'enceinte i on a choisi un métal apte à se souder au matériau translucide choisi pour réaliser la entre de la lampe. On réalise par exemple la boite en "DILVER", métal classique dans l'industrie des lampes ou il est exploite pour sa soudabilité parfaite à un verre spécial, le verre 747.01 commercialisé par Sovirel.La plaque est donc prévue en verre spécial pour le soudage au Diluer. La figure 1h donne une vue en coupe qui montre comment les bords ouverts de la boite 2 ont été préalablement rabattus à lthorizontale et émaillés à l'aide d'une poudre de verre spécial alliée as four. La couche émaillée est visible en 9. La plaque de verre 3 est placée sur une souche de graphite parfaitement plane 10 ; on amene les surfaces émaillées 9 des bords 8 au contaet-de la plaque 3; on charge au besoin l'assemblage ainsi monte- et on le traite au four à la tempé- ratures de ramollissement du verre.Le remplissage de la lampe au moyen d'une atmosphère contrôlée est fait à la pression souhaitée a l'aide d'un gaz rare, tel l'argon, le néon, ou un mélange de gaz selon un proce-de-, connu en soi,par l'in- termédiaire d'une ouverture en queusot. Préalablement a sa fermeture, le tube a été chargé en métal à vaporiser, sodium mercure, ou encore en composés metaili.- ques . halogénures etc... selon un procédé classique. Eventuellement un revête- ment intérieur de poudres fluorescentes est déposé sur les parois du tube.Son adhérence est smliorée par le dépôt préalable d'une sous-couche qui peut présenter des qualités déflectrices pour certaines longueurs d'onde. On peut encore effectuer l'assemblage du boitier et de la fenêtre dans l'atmosphère de remplissage, lorsque le gaz de remplissage est comptatible avec les exigences de cette opération a double effet Les électrodes de décharge étant situes dans une position alignée selon l'axe de symétrie longitudinal du tube, aucun obstacle n te-tant par hypothèse interposé sur le trajet linéaire de la décharge le long de la distance D qui sépare les électrodes, le fonctionnement de la lampe est apparemment en tous points comparable à celui d'un tube a décharge à basse pression fonctionnant sous enceinte de verre, toutes choses égales par allleurs. La décharge est linéaire, le plasma s'écoule entre les électrodes 6 et T sur les distances D. On ne note aucun phénomène perturbateur lié à la conduction électrique de l'enceinte. Un tel résultat ouvre la voie å une multitude d'applications pour l'homme de l'art. A titre exemple, quelques unes seulement d'entre elles seront énumérées ici. Dès lors que l'utilisation de -conducteurs dans la proximité d'une décharge à basse pression ne court-circuite pas 1 ltécoulement du plasma mais est évitée par le cheminement de celui-ci, les corps conducteurs électriques peuvent être valablement utilisés a proximité d'une zone de déchargepour étrangler la section du flux du plasma, pour canaliser son écoulement,pour allonger son chemin, en un mot pour le façonner de façon prédéterminée ou encore pour constituer son enveloppe. C'est ainsi que toute application mettant en jeu cette proximité ressort de l'invention elle-même. En particulier, on a pu en conservant la forme extérieure de la lampe illustrée par la figure la, amplifier ses performances par introduction de chicanes entre les électrodes d-'extrémitéX À l'envie on peut alors allonger le chemin de la décharge tout en conservant fixe la distance D inter-électrodes. On a pu ainsi obtenir un rendement lumineux par unité de longueur beaucoup plus éleve. On peut encore prévoir toute forme quelconque pour l'enceinte. Le résultat obtenu n'est lié en aucune façon a la forme. On a pu re-aliserdes tubes å déeharge à grande sur-face d'eelairement en disposant des cloisons partielles entre les électrodes incluses dans un boitier de larges dimensions de maniere à ménager à la décharge un trajet serpentant entre les me-andres formés par ces cloisons partielles, La figure 2 illustre un exemple de réalisation d'une telle lampe a grande surface Le boitier métallique de la lampe est vu- par la trace de son contour 22. Les électrodes 26 et 27 peuvent être disposées sur une meme paroi métallique, visible par sa trace 24 dans le plan de la figure. Des cloisons partielles 21, 21', 21" .... 21n ménagent entre les parois latérales 24 et 25 un cheminement serpentant entre les compartiments partiels de la boite. Ce cheminement est ma térialise sur la figure par le tracé en pointillé 28. On peut obtenir n'importe quelle configuration. Le dimensionnement d'une telle source lumineuse peut s'étendre considérablement au-deRa de ce que la fabrication sous enceinte de verre pouvait permettre au constructeur. Il est possible de poudrer intérieurement les parois de l'enceinte avec des matières fluorescentes comme cela se pratique pour les lampes à enceinte de verre. Une sous-couche d'oxyde de titane, de zircone ou autre oxyde améliore, d'une part, l'adhérence au métal et d'autre part ménage une couche réflectrice pour I ' ultra-violet. Les éléments de circuit d'alimentation de la lampe ainsi que ceux qui ont pour fonction de faciliter le démarrage de la décharge demeurent naturellement à I'extérieur de l'enceinte. Il est évident que dans le domaine de ltéclairage les applications de la lampe selon l'invention peuvent etre développées de façon extensive. Une telle source peut remplacer les éclairages de plafond qui comportent encore actuellement tant de servitudes ; lampes proprement dites,appareil d'éclairage pour protéger et canaliser ltéclairement, réflecteprs, surfaces diffusantes etc. Il s'agit d'une source qui est,à elle-meme,son tube lumineux, son appareil d'éclai- rage, son support. La souplesse que permet l'utilisation des métaux pour l'en- ceinte et les chicanes supprime les limitations liées au façonnage du verre et des isolants.La partie translucide peut encore etre faite d'un matériau cristallisé comme le mica, voire d'un matériau polymérisé supportant une forte élé- vation de température. Cette partie translucide peut etre diffusante, sa surface externe peut etre lisse ou rugueuse, travaillée ou non. La simplification dfusinage a pour conséquence une réduction du prix de revient sur la lampe elle même et,à plus forte raison,pour l'installation complète puisqu'elle s'accompagne de la réduction du nombre des pièces d'habillage de la source lumineuse : appareils d'éclairage, diffusants, reflecteurs etc... L'-amélioration du rendement lumineux est proportionnelle à l'allongement des chemins. La directivité de ltéclairement est est~maltrisee à ltetape de la fabrication. Ces avantages techniques et économiques et d'autres encore non énumérés,man- trent assez le grand nombre d'applications que l'invention est appelée à recevoir. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre'd'exemple -et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Lampe à décharge du-type à basse ou moyenne pression comportant à l'inté- rieur d'une enceinte fermée, étanche, au moins deux électrodes scellées au travers de cette enceinte dans deux zones espacées l'une de l'autre, caractérisée en ce que ladite enceinte est faite, au moins partiellement, d'un matériau métallique, les zones de scellement des électrodes de décharge étant de préférence incluses dans la partie métallique de l'enceinte. 2. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enceinte faite partiellement d'un matériau métallique comporte au moins une fenetre faite d'un matériau translucide. 3. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ce que, à l'in térieur de son enceinte, elle comporte des moyens pré-établis disposés en chicanes entre les électrodes de décharge pour procurer l'allongement du chemin de la décharge, lesdits moyens coopérant-avec l'enceinte pour constituer une structure alvéolée. 4. Lampe à décharge selon la revendication 3, caractérisée en ce que le ma tériau de réalisation desdites chicanes est indiffferemment un matériau isolant comme le verre, le mica, ou un matériau conducteur comme le nickel, l'aluminium,... 5. Lampe à décharge dans une vapeur métallique à basse ou moyenne pression selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens d'allongement de la décharge sont ménagés en méandres (zig zag) entre deux points d'alimentation des électrodes,éloignés l'un de l'autre et non nécessairement co-alignés avec l'axe de symétrie de la lampe, de manière à consituer une source lumineuse étendue, d'aire et de formè prédéterminées. 6. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est revêtue intérieurement d'un dépôt fluorescent dont l'adhérence à l'enceinte est favorisée par une sous-couche d'oxyde de titane, de zircone,... ou autre oxyde, éventuellement apte à servir de couche réflectrice. 7. Procéde de fabrication d'une lampe à décharge dans une vapeur métallique à basse ou moyenne pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend les opérations suivantes - on prépare un boitier matallique comprenant une ouverture destinée à etre obturée par une fenêtre faite d'un matériau translucide, tel le verre. - on émaille les bords métalliques de ladite ouverture sur le contour destiné à recevoir la fenêtre à l'aide d'une poudre faite du même matériau que la fe netre, - on scelle de façon étanche et isolée Electriquement les deux électrodes de décharge dans au moins l'une -des parois du boitier, - on assemble la fenêtre au boitier dans l'atmosphère de remplissage de la lampe a la température de ramollissement du matériau translucide à la pression prédéterminée lorsque cette atmosphère est compatible avec L'opération d'assem blaguez - dans le cas contraire, apres l'assemblage fenetre-boitier, on opère le remplis- sage de la lampe de façon classique par l'intermédiaire d'un queusot et on la ferme