Brevet FR2286403A1 — publié le 19760423

L'invention concerne la fabrication des lampes à éclair utilisées en photographie, communément appelées lampes photoflash, et plus particulièrement de celles qui comprennent des fils conducteurs et des moyens destinés à prévenir tout court-circuit pouvant survenir entre les conducteurs après l'ignition. Be lampes de ce type engendrent une lumière actinique par combustion d'un matériau énergétique,tel que zirconium, hafnium ou aluminium en fil ou en ruban, dans un gaz favorisant la combustion, tel que l'oxygène. Dans certaines lampes photoflash actuelles actionnées électriquement, les moyens d'ignition comprennent une paire de fils conducteurs fixés à l'aide d'un pied pressé à l'une des extrémités de l'enveloppe tubulaire en verre,disposés parallèlement et maintenus espacés grâce à une perle de verre coulée sur les fils, tel que décrit dans le brevet américain 3 739 166. Un filament de tungstène est disposé entre les extrémités internes des deux fils conducteurs, les dites extrémités étant recouvertes aux points de jonction avec le filament d'une couche de matière fulniinante, tel qu'un mélange à base de zirconium en poudre. Un autre dispositif d'ignition est représenté sur la figure 1 du brevet américain 3 770 362. Dans ce dernier dispositif, les conducteurs émergeant du pied pressé pénètrent dans l'enveloppe près des flancs opposés de cette dernière et sont inclinés l'un par rapport à l'autre de manière à rester pratiquement parallèles sur une grande partie de leur longueur à l'intérieur de l'envel- loppe, en particulier vers les extrémités sur lesquelles est fixé le filament. Dans ces deux dispositions, les moyens d'ignition occupent à l'intérieur de la lampe environ 40; de la longueur interne de l'enveloppe. Quand une tension est appliquée aux extrémités des fils conducteurs à l'extérieur de l'enveloppe, le filament est porté à l'incandescence, provoquant l'ignition de la matière fulminante qui, à son tour,provoque l'ignition dans la lampe du matériau combustible, de manière à produire une quantité de lumière prédéterminée. La pression initiale de l'oxygène à 1' intérieur de la lampe est élevée, par exemple de l'ordre de 8 atmosphères. Durant ltéclaiN L'oxygène s' échauffe et la pression atteint une valeur de pointe qui peut dépasser de 62% sa valeur initiale. Au m8me moment,des gouttelettes de métal fondu et des oxydes provenant de la combustion actinique sont projetées avec force sur la paroi interne de 12 enveloppe en verre qu'elles risquent de détériorer. Dans ces conditions, pour renforcer l'enveloppe de verre, il est courant d'appliquer sur la surface extérieure de l'enveloppe de la lampe une couche de laque protectrice,telle que l'acétate de él lulo8e Comme il a été indiqué précédemment, la pression à l'tinté rieur de la lampe atteint une valeur élevée au début du cycle d'ignition (13-20 millisecondes). A partir de ce moment, au cours de la réaction chimique, la pression diminue progressivement à l'intérieur de l'enveloppe pour atteindre environ une atmosphère en 160 millisecondes. On constate ainsi que le coefficient de résistance à la rupture de la lampe dépend du temps puisqu'elle est déterminée par la différence entre la pression à l'intérieur de l'enveloppe et la pression atmosphérique.Des impuretés et les tolérances de fabrication peuvent toutefois également provoquer une augmentation anormale de la pression dans certaines lampes. C'est pourquoi il est usuel d'introduire une quantité supplémentaire du matériau compustible,supérieure au coefficient stoichiométrique, par exemple un excédent de 5 à 10%, pour utiliser plus complètement l'oxygène dans les enveloppes des lampes, ce qui a aussi pour effet d'étouffer l'éclair et de ramener la pression à l'intérieur de la lampe à une valeur voisine de la pression atmosphérique.lors du refroidissement. Toutefois, dans certains des plus récents modèles de lampes, des revêtements protecteurs perfectionnés plus épais, et/ou l'utilisation de verres plus résistants ont permis la fabrication de lampes réalisant ltéquili- bre stoichiométrique ou s'en approchant, de manière à obtenir un meilleur rendement lumineux.En plus de l'utilisation d'une perle de verre assurant un écartement correct des conducteurs, dans certains autres types de lampes, tels que ceux décrits dans le brevet américain 3 816 054, il est également employé un manchon de verre disposé sur une partie de l'un des fils conducteurs comme un isolant, s'étendant de la perle de verre jusqu'au filament pour éviter tout risque de court-circuit entre les fils conducteurs après l'ignition. Cette disposition est nécessaire pour assurer le fonctionnement correct de certains circuits en série pour commander des lampes flash disposées en ligne. Par exemple, dans une telle disposition en ligne de lampes photoflash commercialisées,si un courtcircuit se produit entre les lils conducteurs fondus dans la première lampe (ou une autre à sa suite) qui doit être commandée par le circuit en série, toutes les lampes de la rangée deviennent inutilisadles. Bien qu'elle permette une isolation efficace des conducteurs, l'utilisation de manchons isolants de verre augmente sensiblement le cott de fabrication des lampes. tar exemple, selon une méthode actuellement utilisée pour le montage des structures,les fils conducteurs sont initialement en forme d'épingle à cheveu, puis la perle de verre est coulée,et l'opération nécessite ensuite deux rotations de 10O de ltensenble; une grande habileté est requise pour l'opérateur.Un inconvénient de ce dispositif massif à manchon et perles est qu'il limite sensiblement le volume interne de la lampe, ce qui est grave dans le cas des lampes subminiature dont le volume intérieur est inférieur à un centimètre cube; d1autre part, il entraîne une pression initiale supérieure, et augmente les difficultés pour assurer une répartition correcte du contenu de l'enveloppe.En outre, il est apparu que les structures à perles et/ou -- manchon pour lampes subminiature diminuent le rendement lumineux de l'éclair de 10 à 15% par rapport aux autres types de structures du fait que celles-ci absorbent de la chaleur lors de la réaction. La présente invention a pour objet une lampe photoflash à commande électrique ayant un rendement lumineux élevé, lampe dans laquelle sont prévus des moyens permettant d'assurer l'ouverture du circuit après production de l'éclair; la lampe ne possddant ni manchon ni perle de verre. La relative simplicité de la lampe selon l'invention permet de réduire sensiblement le prix de revient d'une telle lampe, tout en remédiant aux inconvénients précités. On comprendra mieux les caractéristiques et avantages de l'invention en se référant à la description suivante et au destin annexé donnant à titre non limitatif une forme de réalisation d'une lampe flash suivant l'invention. L'unique figure du dessin représente à grande échelle en élévation coupe partielle une lampe flash à commande électrique Cette lampe est constituée par une enveloppe de verre tubulaire 10 hermétiquement scellée, terminée à une de ses extrémités par un pied pressé 12 et à l'autre par une partie en pointe 14. L'enveloppe 10 inclut. une certaine quantité de matière combustible 16 telle que zirconium ou hafnium en fil ou en rubans. Elle inclut également un gaz favorisant la combustion,tel que l'oxygène, dans une proportion dépassant la quantité requise pour la réaction chimique stoichiométrique avec le matériau combustible 16. La proportion déterminée d'oxygène et sa raison d'être constituent une des caractéristiques de l'invention, analysée en détail au cours de la description qui suit. De plus, suivant l'invention, le dispositif d'ignition comprend une paire de conducteurs 18 et 20 scellés dans le pied pressé 12 et pénétrant à l'intérieur de l'enveloppe. Un filament 22 relie entre eux les conducteurs 18 et 20 au voisinage de leurs extrémités respectives . Ces dernières portent sur leur partie se faisant face aux points de jonction du filament avec les conducteurs un grain de matière fulminante 2 respectivement 24 et 26. On notera que le pied pressé prévu à une des extrémités de l'enveloppe 10 assure à lui seul l'écartement relatif requis entre celle-ci et les conducteurs. Ces derniers sont formés de fil métallique dont le coefficient de dilatation thermique est égal sensiblement à celui de l'enveloppe de verre 10,de manière à réaliser un ensemble parfaitement étanche. ;ár exemple, si l'enveloppe de la lampe est composée d'un verre dur de borosilicate dont le coefficient de dilatation thermique linéaire varie de O à 300oC dans une plage allant de 40 à 50 x par par degré centigrade, les conducteurs peuvent être constitués dans un alliage de fer, nickel et cobalt, tel que le "Kovar" , qui a un coefficient moyen de dilatation thermique d'environ 50 x 10 7 par degré centigrage , pour des températures comprises entre 25 C et 300QC o Les parties de conducteur comprises à l'intérieur de la lampe émergeant du pied pressé 12 de chaque c8té de l'enveloppe, non loin des parois internes de celle-ci,sont inclinées l'une vers l'autre sur pratiquement toute leur longueur. Pour réduire au minimum la partie du dispositif d'ignition introduite à l'intérieur de l'enveloppe, la longueur des conducteurs pénétrant à l'intérieur de celle-ci en partant du pied pressé ne doit pas dépasser le quart ou le cinquième de la longueur intérieure de l'enveloppe. Suivant l'invention, la proportion d'oxygène contenu dans l'enveloppe, et qui dépasse la quantité requise pour assurer la réaction chimique de celui-ci avec le matériau combustible 16 doit suffire pour que lors de la production de l'éclair la dite matière combustible soit complètement consumée et que les parties de conducteurs 18 et 20 disposées à l'intérieur de l'enveloppe soient suffisamment brtlées pour déterminer l'ouverture du circuit. Pour permettre d'obtenir une combustion complète des conducteurs à l'intérieur de l'enveloppe,un calcul théorique indique qu'il faut environ 0,25 atmosphères d'oxygène par milligramme de matériau combustible par centimètre cube de volume d'enveloppe.Cependant, en pratique, on a constaté qu'une quantité supplémentaire d'oxygène au moins de 20% , et de préférence comprise entre 25 et 50%,suffit pour provoquer 11 ouverture du circuit après ltéclair. On procédera maintenant à un examen complet concernant la stoichiométrie de l'ensemble, en combinant le poids d matériau combustible 16 et le poids de matériau conducteur à l'intérieur de l'enveloppe de la lampe de manière à déterminer la quantité d'oxygène requise dans l'enveloppe pour obtenir le résultat avantageux indiqué ci-dessus. Comme il est bien connu dans l'art ,une stoichiométrie de 100% correspond à une réaction chimique idéale entre le métal combustible et l'oxygène de la lampe comprenant un nombre d'atomes d'oxygène suffisant pour se combiner aux atomes de métal; ainsi, dans le cas où le métal est l'hafnium, la réaction peut s'écrire Hf * 02= EfO2- La formule ordinaire donnant le rapport entre les moles d'oxygène et les moles du métal à brûler est la suivante : W= PV dans laquelle W est le poids du contenu de l'enveloppe en milligrammes, P la pression en centimètres cubes de mercure,V le volume de la lampe en centimètres cubes et K une constante, fonction du métal utilisé, e'est-à-dire du poids atomique du métal, de la constante de gaz et du rapport des moles de métal et d'oxygène contenus dans l'oxyde résultant. Par exemple, on a déterminé que K est égal environ à 20,4 pour l'alliage de "Eovar", 20,4 pour le zirconium et 10,4 pour l'hafnium. Dans ces conditions, on peut résoudre l.é- quation ci-dessus par rapport au poids du contenu W de la lampe, pour déterminer la quantité de métal requise pour assurer la complète concommation de l'oxygène à l'intérieur de la lampe, ou bien on peut la résoudre par rapport à P, pour déterminer la pression d'oxygène requise pour assurer la combustion totale du métal contenu dans la lampe. On appelle ce rapport stoichiométrie à 100 cp. Par exemple, une lampe typique suivant l'invention peut comprendre une enveloppe de verre tubulaire en borosilicate pourvue d'un pied pressé et de conducteurs en "Eovarw ou en "Rodar", comme représenté sur la figure. Quatre couches d'acétate de cellulose recouvrent la surface extérieure de l'enveloppe. Les dimensions de cette dernière, revêtement compris, sont les suivantes : diamètre extérieur environ 7,112 mm, diamètre intérieur 5,08 mm et longueur intérieure environ 17,46 mm. Les conducteurs pénètrent à l'intérieur de l'enveloppe sur une longueur d'environ 3,175 mm à partir du pied pressé 12. L'écart entre les conducteurs dans ce dernier est d'environ 4,762 mm , et la distance séparant les extrémités des conducteurs à l'intérieur de l'enveloppe est de 1,587 mm.enviFon. Le diamètre des conducteurs est d'environ 0,355 mm et il peut varier entre 0,254 mm et 0,406 mm. suivant les différents types de lampes. Comme représenté sur la figure, les conducteurs 18 et 20 en "Eovar" ou en "Rodar" portent à leur extrémité un filament de tungstène 22 et des grains de matière fulminante 24 et 26. Le volume intérieur de l'enveloppe est d'environ 0,35 centimètres cubes et le matériau combustible 16 est constitué par un enchevêtrement de fils d'hafnium. La surface de la section transversale de chacun des fils d'ha@nium est d'environ 0,000645mm2 mais celle-ci peut varier jusqu'à 0,00129 mm2 suivant les différents types de lampes. Pour déterminer la valeur de la pression d'oxygène en atmosphères, on peut utiliser la formule suivante dérivée de la formule ci-dessus t P = WK V . 76cm I1 a été indiqué précédemment que la lampe suivant l'invention doit contenir de l'oxygène en quantité suffisante pour permettre la réaction chimique stoichiométrique 100% requise1 avec un excédent permettant la combustion des conducteurs de manière à déterminer l'ouverture du circuit.L'excédent d'oxygène à prévoir doit être au moins égal à 20% de la quantité requise pour la réaction chimique précitée. Une quantité d'oxygène dépassant 5A, diminue l'efficacité de l'ensemble.@ne quantité comprise entre 25 et 50% permet d'obtenir des résultats favorables. Dans un exemple particulier défini ci-après,il est utilisé un excédent de 50% d'oxygène. Le poids des conducteurs est d'environ 5 milligrammes. La constante K pour les matériaux constituant les conducteurs, tels que "Kovar" et "Rodar", représente approximativement le double de celle de lthafniua, de telle sorte que en utilisant seulement 50% de l'oxygène en excédent par rapport au matériau des conducteurs on égalise à peu près la valeur des deux constantes. L'équation finale donnant la quantité d'oxygène nécessaire est la suivante P = il KI + 0,5 W2 K2 V . 76cm V . 76 cm dans laquelle E1 est le poids de l'hafnium dans la lampe ;W2 le poids du matériau conducteur à l'intérieur de la lampe,Kl la constante pour l'hafnium (10,4) et K2 la constante du "KovarX (20,4). Gomme 0,5 K2 égale à peu près 10,2, lui-même à peu près égal à KI, pn peut simplifier la formule : P = (W1 + W2) K V.76 cm. en remplaçant les différentes lettres par leur valeur,on a : P (26 + 6 ) (10,4) = 12 atmosphères (0,35) (76) La lampe prise en exemple cpntient environ 12 atmosphères d'oxygène pour assurer un éclair suffisant en mEme temps que la 'combustion des conducteurs déterminant la coupure du circuit. En outre, étant donné que la surface de la section transversale des fils conducteurs est de beaucoup supérieure à la surface moyenne de section des fils d'hafnium, il est bien évident que ces derniers brdleront en premier en produisant un éclair efficace, et que les conducteurs brûleront ensuite à la fin du cycle de l'éclair. En résumé , l'invention en s'appuyant sur des considérations stoichiométriques prévoit d'introduire une quantité déterminée supplémentaire d'oxygène dans l'enveloppe de la lampe pour un but bien spécifique, à savoir une combustion des parties de conducteur à l'intérieur de l'enveloppe, suffisante pour déterminer l'ouverture du circuit après l'éclat lumineux. De la disposition avantageuse et simplifiée des éléments d'allumage résultent un gain de place à l'intérieur de l'enveloppe et une diminution de la pression qui y règne, une amélioration de 1'éclat lumineux permettant de diminuer la quantité de matière combustible. Par voie de conséquence, il en résulte également une simplification dans la méthode de fabrication des lampes et une réduction sensible du prix de revient de ces dernières. I1 est bien entendu que toutes variantes et modifications apportées au mode de réalisation donné en exemple et s'inspirant de celui-ci ne sortiraient pas du cadre de l'invention. REVEKDICADIOUS 1. Lampe à éclair pour usage photographique,à commande d'allumage électrique, du type comprenant une enveloppe transparente, étanche, à l'intérieur de laquelle sont inclus une certaine quantité de matériau combustible et un gaz facilitant la combustion, une paire de conducteurs pénétrant à l'intérieur de l'enve- loppe, caractérisée en ce que la dite lampe comprend :: - une paire de fils conducteurs dont les parties respectivement incluses à l'intérieur de l'enveloppe sont inclinées lune vers l'autre sur toute leur longueur, tandis que les autres parties, respectivement à l'extérieur de l'enveloppe sont fixées à une extrémité de cette dernière dans un pied pressé constituant support et guide de ces conducteurs; - un filament connectant les parties respectives des dits conducteurs incluses à l'intérieur de l'enveloppe, au voisinage de leurs extrémités ; - une matière fulminante disposée aux points de jonction du filament et des conducteurs à l'intérieur de l'enveloppe ; - un certain enchevetrement de matériau combustible en fils ou en rubans - une quantité de gaz facilitant la combustion,tel que oxygène, dépassant de 20 à 50% la quantité requise pour la réaction chimique. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau combustible est constitué par des fils ou rubans enchevêtrés dont la surface de section transversale moyenne est très inférieure à celle des conducteurs 3. Lampe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface moyenne de la section transversale de chacun des fils constituant le matériau combustible est comprise entre 0,00065 et 0,0013 mm2 et le diamètre du fil conducteur est comprise entre 0,254 mm. et 0,406 im. 4. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les conducteurs sont constitué par des fils métalliques ayant un coefficient de dilatation thermique sensiblement égal à celui du verre de l'enveloppe. 5. lampe selon la revendication 1, caractérises en ce que la longueur de Z partie des conducteurs pénétrant à l'inté- rieur de l'enveloppe est approximativement égale au quart ou au cinquième de la longueur intérieure de l'enveloppe.