Brevet FR2255705A1 — publié le 19750718

La présente invention concerne de façon générale des lampes fluorescentes. Des lampes fluorescentes sont communément utilisées pour l'illumination notamment pour l'illumination d'originaux que 1 t on cherche à copier au moyen d'un appareil électrostatographique. En relation avec la plupart des utilisations des lampes fluorescentes pour obtenir une illumination et, en particulier, en relation avec leur utilisation dans un appareil électrostatographique utilisé pour effectuer des copies, il est de façon générale considéré comme important d'obtenir une sortie lumineuse la plus forte possible à partir des lampes fluorescentes ainsi utilisées de façon à minimiser le nombre de telles lampes qui doivent être utilisées et à faire un usage efficace de l'alimentation requise pour éclairer les lampes. Dans les dispositifs électrostatographiques, une grande quantité d'éclairement est généralement souhaitable, pour un fonctionnement convenable du dispositif. Les lampes fluorescentes fournissent leur plus forte intensité lumineuse pour une pression interne de vapeur de mercure op timale d'environ 6,5 x 10 3 torr. On estime que si la pression de va peur est trop forte il y a trop d'absorption de résonance pour obtenir une sortie lumineuse maximale. Une pression de vapeur plus faible ne fournit pas de densité de vapeur de mercure suffisante pour réaliser une activation maximale. Une pression de vapeur de 6,5 x 10 3 torr coïncide dans les lampes fluorescentes à une température de lampe d'environ 380C.A une telle température, les lampes fluorescentes fournissent un rendement supérieur à 95 %. A des températures de l'ordre d'environ IOOC, la pression de vapeur de mercu re est d'environ 0,5 x 10 ) torr et le rendement de lampe est d'environ 40 %. Des températures de lampe d'environ 80"C fournissent -une pression de vapeur de mercure d'environ 50 x 10 ) torr et un rendement de lampe d'environ 80 %. Une forte intensité lumineuse peut être obtenue à partir d'une lampe fluorescente en commandant la température de lampe, mais des inconvénients dans les procédés et appareils proposés pour obtenir un contrôle de température adéquat des lampes fluorescentes ont été rencontrés. Le contrôle de température des lampes fluorescentes pour obtenir une température de lampe d'environ 38oC et une sortie lumineuse maximale,a précédemment été obtenu au moyen d'un manchon chauf fant thermostatiquement commandé qui est situé autour d'une partie de la périphérie de la lampe fluorescente. Le manchon chauffant comprend de façon générale des fils électriquement résistifs disposés entre des couches de matériaux électriquement isolants et conducteurs pour la chaleur. Le manchon chauffant peut être utilisé avec des lampes fluorescentes qui sont utilisées dans des dispositifs électrostatographiques. De telles lampes comprennent un revêtement luminescent classique tel que des composés de gallate fluorescent autour de la plus grande partie de leur périphérie interne et une ouverture non revêtue qui s'étend selon la longueur axiale de la lampe et à travers laquelle la plupart de la lumière est émise. Le manchon chauffant est adapté sur une partie ou toute la périphérie de la lampe sauf l'ouver- ture. Toutefois, un inconvénient inhérent à un tel manchon est qu'il nty a pas de contact intime avec la lampe le long de sa longueur de chauffage effectif, mais plutat qu'il le touche par points. Le transfert de chaleur à partir du manchon vers la lampe est aux points de contact plutôt que sur de larges zones de la surface de la lampe entraînant une indésirable inertie thermique élevée. De façon idéale, toutes les parties de la lampe devraient être également chauffées; mais, le manchon chauffant tend à laisser relativement froides les zones entre les points de contact et la lampe répond préférentiellement aux effets d'abaissement de pression des zones froides.Ainsi, le manchon chauffant a une inertie thermique élevée, c'est-à-dire que cela prend un temps indésirablement long de chauffer la lampe à la température à laquelle une sortie lumineuse maximale est obtenue. Egalement, les manchons chauffants présentent l'inconvénient d'être encombrants et de nécessiter la fabrication et l'assemblage de deux éléments séparés. Le brevet américain nO 3.248.533 décrit un procédé dans lequel l'environnement d'une lampe fluorescente peut être chauffé au moyen d'un élément de chauffage électrique dans ltenvironnement situé autour de la lampe. Une chambre suffisante pour créer un environnement occupe un espace indésirablement grand dans un dispositif électrostatographique. En outre, l'élément de chauffage présente les mê- mes inconvénients d'inertie de chauffage que le manchon chauffant mentionné précédemment. Le brevet américain "de R?issue" 25.891 et le brevet américain nO 2.887.567 décrivent l'utilisation de revêtements réflecteurs et de revêtements réflecteurs métalliques sur des lampes et des montages de lampes et le brevet américain n" 2.887.567 décrit l'utilisation d'une couche réflectrice en dessous du revêtement luminescent classique sur 2350 autour de la lampe. Mais, les revêtements décrits dans ces brevets ne concernent pas le chauffage de la lampe ou l'obtention d'un rendement de lampe accru en commandant la température de la lampe. En conséquence, un objet de la présenté invention est de prévoir une lampe fluorescente perfectionnée. Selon la présente invention, il est prévu une lampe fluorescente ayant une faible inertie thermique et capable d'être maintenue à une température qui fournit un rendement d'éclairement élevé, cette lampe comprenant un tube fluorescent muni d'un revêtement résistif supporté par le tube auquel un courant de chauffage peut être appliqué. - le revêtement résistant peut être du type qui devient moins résistant et moins producteur de chaleur quand une température souhaitée est approchée. D'autre part, le tube fluorescent chauffé peut être muni d'un thermostat pour contrôler le flux de courant de chauffage dans le revetement résistif en relation avec la température re du tube. La lampe fluorescente chauffée selon la présente invention a une faible inertie thermique, fournissant une forte intensité lumineuse qui est rapidement atteinte. La lampe peut être compacte en dimension et est adaptée à être utilisée dans ies dispositifs électrostatographiques. Une lampe fluorescente selon la présente invention va maintenant être décrite en relation avec des modes de réalisation dans la description suivante, faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels La figure 1 représente une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 représente sehématiquement un procédé de con nezion de la lampe fluorescente chauffée à des bornes d'alimentation électriques. La figure 3 représente en coupe un autre mode de réalisation de lampe fluorescente chauffée selon la présente invention. La figure 4 représente schématiquement une lampe fluorescente chauffée dans laquelle le courant de chauffage est commandé thermostatiquement. La figure 5 est une vue en coupe'd'un autre mode de réalisation de tubes fluorescents chauffés selon la présente invention; et La figure 6 représente schématiquement l'utilisation d'un tube fluorescent chauffé dans un appareil électrostatographique. En se référant plus particulièrement maintenant à la figure 1, il y est représenté en-coupe une lampe fluorescente comprenant un tube en verre transparent allongé 1 muni sur sa périphérie interne d'un revêtement luminescent classique 2 qui,dans le mode de réalisation décrite, est un composé de gallate fluorescent, et un revêtement réflecteur translucide blanc classique 3. Sur la périphérie externe du tube 1, est disposé un revetement résistif 4 qui, dans une application pratique, peut être une couche à base de métal. La couche luminescente 2, la couche réflectrice 3 et la couche résistive 4 sont disposées pour définir une ouverture 5 à travers laquelle la radiation sort du tube. Tout revêtement électriquement résistif convenable peut être utilisé. Typiquement, un revêtement résistif comprend des parti cules conductrices dispersées à la facon d'une peinture dans un mi- lieu porteur de sorte que le revêtement est solide après avoir été placé sur la lampe fluorescente. Tout milieu porteur approprié peut être utilisé. Des solutions de résine ou de polymère dans de l'huile ou de l'eau sont typiques de tels milieux. Un revêtement résistif peut contenir toute particule conductrice convenable. Des exemples dè telles particules sont des métaux tels que l'argent, l'aluminium, le nickel, le cuivre et leurs mélanges. L'argent et l'aluminium sont préférés en raison du fait que leur couleur aide à la réflexion de la lumière. Les particules conductrices peuvent également comprendre du carbone tel que du noir de carbone, du carbone amorphe, du graphite et leurs mélanges. Des résultats particulièrement satisfaisants ont été obtenus avec des peintures au graphite. Pour tout revêtement résistif donné, la résistivité augmente linéairement de façon générale quand la concentration des particules conductrices diminue. Pour un revêtement donné, la résistivité totale souhaitée sur la lampe peut être obtenue en modifiant l'épais- seur du revetement résistif comme cela sera décrit en détail ci-dessous. Le revêtement résistif peut recouvrir une partie principale d'une lampe fluorescente comme le fait le revêtement 4 en figure 1 ou la zone résistive peut être déposée de façon à recouvrir beaucoup moins que la surface totale de la lampe. Un revêtement qui recouvre une partie principale de la surface de la lampe est plus souhaitable car il permet l'application de la chaleur sur une plus grande partie de la surface totale. Un revêtement typique peut être une bande recouvrant la longueur du tube fluorescent et d'environ 30 ffi à environ 95 % de sa surface interne ou externe. Si le revêtement résistif recouvre moins de 30 % de la surface totale de la lampe, l'inertie thermique de la lampe augmente, augmentant le temps requis pour le chauffage de la lampe. Un revêtement recouvrant plus de 95 % de la surface totale de la lampe fluorescente chauffera la lampe rapidement, mais permettra à une quantité réduite de lumière de s'échapper par l'ouverture définie par le revêtement. Un équilibre préféré entre un chauffage rapide et une sortie lumineuse élevée est atteint quand le revêtement résistif recouvre entre environ 75 ffi et environ 90 ss de la surface totale de la lampe fluorescente.Un équilibre optimal survient quand le revêtement recouvre environ 80 % de la surface totale de la lampe fluorescente. Tout procédé convenable peut être utilisé pour appliquer le revêtement résistif au tube fluorescent. Des exemples de tels procédés sont, par exemple, la peinture avec une dispersion colloïdale de particules conductrices dans une résine et une'solution porteurliant dans l'huile. Un procédé préféré consiste à peindre parpul- vérisation la partie du tube que l'on cherche à recouvrir à l'aide d'une dispersion des types décrits ci-dessus en raison de la planéité ainsi atteinte du revêtement. Les lampes fluorescentes commercialement disponibles sont généralement munies d'un revêtement de graisse de silicone sur leur périphérie externe. Si lton cher t à placer le revêtement résistif à l'extérieur du tube de verre comme cela est représenté en figure 1, la couche de graisse doit, de préférence, être d'abord enlevée de sorte que le revêtement résistif adhèrera facilement au verre. Le revêtement résistif peut avoir toute configuration conve nable sur le tube fluorescent. Des configurations convenables comprennent des revetements solides et des motifs tels que des motifs en écran et des configurations non linéaires qui peuvent être continues ou discontinues et qui permettent à un courant électrique de passer à travers la couche entre les bornes fournissant le courant de chauffage. Par exemple, de telles configurations sont disposées le long de la lampe fluorescente de sorte que la chaleur soit également distribuée sur toute la longueur de la lampe. De telles conrigurations sont typiquement des couches qui coencident avec des parties aussi importantes que possibles du tube qui ne doit pas permettre à la lumière de s'éloigner de la lampe.L'épaisseur du revêtement résistif dépend de la tension utilisée, de la puissance souhaitée, de la résistivité du revêtement, de la zone recouverte par le revêtement, et de la vitesse à laquelle on souhaité chauffer la lampe. L'interconnexion de ces facteurs est représentée par les exemples décrits dans les paragraphes suivants. L'épaisseur convenable pour le revêtement résistif d'une lampe fluorescente peut être calculée une fois que la tension à utilisér est déterminée et que l'alimentation que l'on cherche à utiliser est choisie. Par exemple, en utilisant la formule Résistance = Tension2 Puissance quand une puissance de 200 watts et une tension de 200 Volts sont utilisées, la résistance doit être de 200 ohms. La résistance de tout revêtement résistif donné dépendra de la concentration des particules conductrices.Par exemple,-avec un revêtement à base de métal résistif, tel qu'unie peinture contenant des particules d'aluminium qui a une résistance de 1.000 ohms par élément de forme carrée et une épaisseur de 25 microns, l'épaisseur nécessaire pour réaliser la résistance souhaitée par élément de forme carrée peut être calculée Comme cela est bien connu, la résistance par carré est indépendante de la dimension du carré. Ainsi, si la résistance désirée totale est de 200 ohms et que la peinture à l'aluminium décrite ci-dessus recouvre 6 carrés (par exemple une bande large de 5 cm sur sensiblement toute la longueur d'une lampe longue de 30 cm) la résistance requise par carré pour obtenir une résistance totale de 200 ohms est 200 ohms = 33,3 ohms par carré. L'épaisseur requise pour fournir une résistance totale de 200 ohms peut alors être calculée comme 0,025 mm x 1.000 ohms 33,3 ohms/carre - 0,075 mm Une fois que la résistance par carré pour un revêtement résistif donné a été déterminée, ltépaisseur d'un revêtement appliqué sous forme rectangulaire à un tube fluorescent peut être déterminée LN par la formule LwN, où L est la longueur de revêtement appliqué, N l'épaisseur qui fournit une résistance de 1 ohm par carré, W l'épais- seur du revêtement appliqué et n la résistance totale. Dans l'exemple décrit précédemment, l'épaisseur pour une LN résistance totale de 200 ohms sera 200 Xss soit quand = 25 mm 300 mm x 25 mm = 0,75 mm 200 ohms x 50 mm L'épaisseur de revêtement, non rectangulaire, peut également être calculée en utilisant les principes fondamentaux des résistances en parallèle dans lesquelles la résistance spécirique a trait à la résistance qu'un revetement résistif d'un centimètre cube préser te au passage d'électricité, le courant étant perpendiculaire à deux faces parallèles. Une telle relation peut être identifiée par l'èxpn L sion R = PA où R est la résistance du conducteur uniforme, L la lon- gueur, A la surface en coupe et p sa résistivité (la résistance pour un cube élémentaire). Une lampe ayant un revêtement résistif sur sa circonférence externe, tel que représenté en figure 1, est se en ce qui coincez ne son contact quand elle est en fonctionnement si la tension est ma: tenue en dessous de 30 volts en valeur moyenne. Par exemple, un revêt tement ayant une résistance totale de 10 ohms fonctionnant à 30 Volt: valeur moyenne, sera sflr au contact et dissipera 90 watts. De meme, tu couche, ayant une résistance totale d'environ 60 ohms,-dissipera environ 15 watts et un revêtement ayant une résistance totale d'environ 5 ohms dissipera environ 180 watts. S'il est souhaitable d'utiliser une tension plus élevée qu'environ 30 volts en valeur moyenne, le revêtement résistif sur la périphérie externe de la lampe peut être rendu sûr au contacten le recouvrant de toute couche isolante électriquement appropriée. Des couches qui sont adaptées pour de tels buts d'isolation peuvent également être efficaces pour empêcher la migration indésirable du métal à partir de la couche résistive a' base de métal vers la couche de matériau luminescent. De telles couches isolantes sont formées de vernis, shellac, cellulose, polypropylène, acétate de cellulose a leurs mélanges.Des revetements isolants typiques sont efficaces à d épaisseurs relativement faibles et peuvent être appliques, par exemp par pulvérisation, peinture ou par application de bandes de matériau En se référant plus particulièrement maintenant à la fgu- re 2, celle-ci représente schématiquement un mode de réalisation de lampe fluorescente chauffée selon la présente invention au moyen de bornes électriques 6 qui lui sont fixées près de ses extrémités pour fournir un courant de chauffage au revêtement résistif 4. Dans ce mode de réalisation, les bornes électriques 6 sont des colliers élastiques métalliques conducteurs qui peuvent également servir à maintenir la lampe fluorescente en position de fixation. Des contacts électriques 7 sont prévus pour fournir du courant à la lampe fluorescente.Dans le mode de réalisation représenté en figure 2, le revêtement résistif 4 est disposé de façon à permettre à la lumière produite par la lampe de passer à partir de la lampe par l'ouverture 5. Le revêtement résistif peut agir comme son propre thermostat quand il est choisi de façon à être une résistance à coefficient de température généralement élevé. Par exemple, en figure 2, le revêtement résistif 4 peut être une peinture à base d'aluminium ayant une résistance totale à 100C de 10,57 ohms et un coefficient de température de 40,47. En appliquant une tension constante de 40 Volts au revêtement 4, par l'intermédiaire des bornes électriques 6, la lampe fluorescente chauffée est sûre au contact. Un tel revêtement résistif dissipera initialement 150 watts. Comme-le coefficient de température de la résistance l'amène à augmenter sa valeur quand la température augmente, la puissance dissipée chutera à > 0 watts à environ 40"c, car, la résistance de la couche s'élève à 160 ohms à cette température.Ainsi, le revêtement résistif peut agir comme son propre thermostat. En se référant plus particulièrement à la figure 3, il est représenté en coupe un autre mode de réalisation de la présente invention dans lequel un tube de verre allongé 1 est revêtu sur sa périphérie interne complète d'une couche luminescente classique 2 et sur environ 50 % de sa périphérie externe d'un revêtement résistif 4. Le revêtement résistif 4 définit l'ouverture 5 à travers laquelle la lumière en provenance de la lampe fluorescente est émise. En se référant à la figure 4, il est représenté schématiquement un autre mode de réalisation de la lampe fluorescente chauffée selon la présente invention dans laquelle le courant circule dans le revêtement résistif 4 au moyen des bornes électriques 6. Les bornes sont des soudures qui lient le moyen d'alimentation de courant 8 au revêtement résistif 4. Un thermocouple 9 est également fixé à la lampe et commande un commutateur 10 de sorte que le courant de chauf fage peut être appliqué chaque fois que la température de la lampe est inférieure à environ 380C et peut être coupé chaque fois que la température de la lampe stélève au-dessus de sensiblement3800. En se référant maintenant plus particulièrement à la figur 5, il est représenté-en coupe un autre mode de réalisation d'un tube fluorescent chauffé selon la présente invention dans lequel le revêtement résistif 4 se trouve entre la couche de phosphore classique 2 et le tube de verre transparent allongé 1. Dans ce mode de réa lisation, la couche luminescente classique 2 et le revêtement résistif 4 recouvrent environ 90 ffi de la surface interne du tube 1 de façon à définir une ouverture 5à travers laquelle la lumière est ém se et le revêtement résistif 4, qui, dans ce mode de réalisation, est choisi comme une couche à base de métal, agit également comme ré flecteur.Dans un tel mode de réalisation, il est préféré que le revêtement résistif 4 soit recouvert d'un revêtement isolant transparent au moins à son interface avec la couche luminescente classique de façon à empêcher la contamination et ltobscurcissement du matéria luminescent par le métal. En se référant maintenant à la figure 6, celle-ci représente schématiquement un appareil électrostatographique dans lequel on cherche à copier un original 11. Les lampes fluorescentes chauffées 12 fournissent une illumination de 11 original ll qui se réfléchit par l'intermédiaire du dispositif optique 13 pour frapper un élément de formation d'image 14, tel qu'une couche isolante photoconductrice qui a été uniformément chargée par un corotxu 15. Les zones frappées par la lumière de la couche isolante 15 sont déchar- gées par les zones de lumière de l'image réfléchie au niveau du poste d'exposition 16 et sont développées au niveau du poste de dévelop pement 17 tandis que le photorécepteur 14 tourne dans le sens représenté par la flèche. L'image développée est alors transférée pour un enregistrement sur un moyen de réception 18, qui peut être du papier ordinaire au niveau d'un poste de transfert 19. Les lampes fluorescentes chauffées 12 sont maintenues à une température d'environ 380C de façon à fournir un éclairement maximal qui fournit une image clai re et nette au niveau du poste d'exposition 16. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indi quées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaetront à l'homme de l'art. Par exemple, la lampe fluorescente chauffée selon la présente invention peut être utilisée dans des appareils fixes d'éclairage ambiant ' ou pour éclairer efficacement un environnement froid tel que l'intérieur d'une enceinte réfrigérée. REVENDICATIONS 1 - lampe fluorescente ayant une faible inertie thermique et pouvant etre maintenue à une température qui fournit un rendement d'illumination élevé, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube fluorescent muni d'un revêtement résistif supporté par le tube auquel un courant de chauffage peut être appliqué. 2 s 2 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement résistif est disposé à l'extérieur du tube. 3 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement résistif est disposé à l'intérieur du tube. 4 - Lampe selon la revendication 1 caractérisée en ce que le revêtement résistif couvre entre environ 30 % et environ 95 ffi de la surface du tube. 5 - Lampe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le revêtement résistif couvre entre environ 75 ffi et environ 90 % de la surface du tube. 6 - Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le revêtement résistif couvre entre environ 80 % de la zone de la surface du tube. 7 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement résistif est soutenu par le tube selon une bande s'étendant sensiblement d'une extrémité du tube à l'autre. 8 - Lampe selon la revendication 1 > caractérisée en ce que le revêtement résistif comprend un porteur additionné de particules conductrices. 9 - Lampe selon la revendication 8, caractérisée en ce que les particules conductrices sont métalliques. 10 - Lampe selon la revendication 9, caractérisée en ce que les particules conductrices sont sélectionnées parmi le groupe comprenant l'aluminium, l'argent, le nickel, le cuivre et leurs mélanges. 11 - Lampe selon la revendication 10, caractérisée en ce que les particules métalliques sont en aluminium. 12 - Lampe selon la revendication 8, caractérisée en ce que les particules conductrices sont du carbone. 13 - Lampe selon la revendication 12, caractérisée en ce que les particules conductrices sont sélectionnées parmi le groupe comprenant le noir de carbones le carbone amorphe, le graphite et leurs mélanges. 14 - Lampe selon la revendication 1), caractérisée en ce que les particules de carbone sont du graphite. 15- Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement résistif est disposé pour recouvrir un arc de circonférence du tube fluorescent sensiblement identique à celui du re vêtema?t luminescent du tube, définissant ainsi une partie d'ouverture non revêtue du tube. 16 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une partie du tube fluorescent est munie d'un revêtement réflectéur. -17 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un thermostat pour commander le flux du courant électrique dans le revêtement résistif. 18 - Lampe selon la revendication 17, caractérisée en ce que le thermostat maintient la température de la lampe à environ 38"C. 19 - Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une couche isolante recouvrant au moins en partie la surface du revêtement résistif. 20 - Lampe selon la revendication 19, caractérisée en ce que la couche isolante est choisie parmi le groupe de matériaux comprenant le vernis, le shellac, la cellulose, le polypropylène, l'acétate de cellulose et leurs mélanges. 21 - Application d'une lampe selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 à ltéclairement d'une image originale dans un appareil à copier électrostatographique.