Brevet FR2368794A1 — publié le 19780519

La présente invention concerne un parafoudre pentapolaire notamment pour équipements téléphoniques et comportant, en dehors d'une électrode de masse solidaire d'un bottier métallique cylindrique, quatre électrodes dites actives traversant de façon étanche des perles de verre en céramique soudées dans des ouvertures du pied dudit boîtier, dont l'atmosphère intérieure est constituée par au moins un gaz rare de l'air sous faible pression absolue. Un tel parafoudre est largement utilisé dans les circuits comportant quatre fils de ligne et dits à paires symétriques, tels qu'en en rencontre, par exemple, dans les installations téléphoniques utilisant la technique de modulation par impulsions et codage, et cela pour assurer leur protection contre les surtensions d'origine atmosphérique ou autres (inductions ou contacts dûs aux câbles de distribution du réseau d'électricité ou d'alimentation propre des circuits). On connaît un parafoudre pentapolaire de la sorte - qui sera décrit plus loin - et qui présente le double inconvénient, d'une part d'entre d'un prix de revient élevé, en raison notamment du coût des matériaux qu'il utilise, d'autre part et surtout d'être dangereux pour le personnel lers de sa fabrieation, de son approvisionnement et de son utilisation, du fait que le mélange gazeux qu'il renferme comporte l'addition d'un radio-élément artificiel, particulièrement nocif quand il est ingéré par Il organisme humain lors de sa libét ration pour une raison quelconque, élément fournissant dansl'espace inter-électrodes les électrons-germes permettant d'amorcer la décharge dans un temps réduit. La présente invention a pour but de concevoir un parafoudre pentapolaire qui puisse se substituer à celui de l'art antérieur que l'on vient de décrire, c'est-à-dire ne nécessite aucune modification des matériels existants (socle d'enfichage) et présente des performances au moins égales au regard des spécifications d'emploi, mais soit affranchi des défauts signalés, notamment de celui relatif à la radio-activité. A cette fin, un parafoudre pentapolaire du type initialement défini se caractérise suivant Invention en ce que ledit boîtier constituant par lui-même l'électrodè de masse incorpore un fond supérieur dont la face interne, plane, est disposée à distance calibrée d'un plan commun aux faces frontales des quatre électrodes actives en forme de cylindres métalliques pleins, emmanchées sur des broches, en ce que ladite face interne du fond supérieur du boîtier est au préalable revêtue ou garnie, dans au moins une gorge de forme géométrique régulière et coaxiale, d'au moins un matériau en luimême connu à faible travail de sortie des électrons, st en ce que le pied du boîtier est une pièce distincte en un matériau, tel qu'alliage fer-nickel-cobalt dit KOVAR, pernlettant les traversées étanches à l'air desdites perles par lesdites broches, ainsi que la fermeture étanche du bottier Cette structure présente, on dehors de la suppression de la radio activité, les intérets suivants - la disparition de J'électrode centrale constitue une réduction du nombre des composants, donc une simplification - l'emploi d'un matériau à faible travail de sortie des électrons permet, en l'absence de matériau radioactif, de retrouver auminimum les performances que permettait ce dernier - la fermeture du composant, par le pied et non plus par la tête, permet d'effectuer l'assemblage correspondant sans risque de disperser dans tout le boîtier ledit matériau à faible travail de sortie des électrons - la destruction par contact entre unè face frontale libre d'électrode et la face interne du fond du boîtier permet de retrouver la mise en courtweircuit par ramollissement de la perle de verre correspondante, à la manière déjà décrite par la demande e brevet français PV 74 24548 du 15 juillet 1974 anx noms du Commissariat à l'Energie Atomique et de E LE COQUIL, J. BOHIN et J.M. PERSON, intitulée "Micro-parafoudre à gaz ionisant". Avantageusement - lesdites ouvertures du pied du boîtier sont constituées par des puits cylindriques faisant saillie à l'intérieur du bottier à partir d'une plaque de pied, on arrive ainsi à pouvoir réaliser la brasure de fermeture du composant par chauffage haute fréquence au niveau de la plaque de pied sans risquer de ramollir les perles de verre, se plaçant à un niveau nettement différent - la gorge, de préférence circulaire, du fond supérieur du boîtier ou la plus petite de ces gorges a son bord intérieur d'un diamètre nettement inférieur à celui du cylindre fictif s'inscrivant dans les quatre électrodes actives ceci a pour but de faciliter la dispersion de matériau à faible travail de sortie des électrons, non seulement sur les faces frontales des électrodes mais également sur les portions de surfaces latérales de celles-ci tournées vers l'axe géométrique du boîtier, ceci afin de rendre le composant aussi efficace en cas de surtension excessive entre électrodes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descriptien qui suit d'un exemple préféré de réalisation de parafoudre pentapolaire suivant l'inventien et à l'examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - les figs. lA et 1B sont respectivement une vue en coupe axiale d'un parafoudre pentapolaire de l'art antérieur et une vue en perspective du socle correspendant t - les figs. 2 et 3 sont des vues en coupes suivant respectivement les lignes II-II de la fig. 3 et III-III de la fig. 2, dtun parafoudre pentapolaire suivant l'invention. Tel qutil est décrit à la fig. 1A, un parafoudre pentapolaire largement répandu de l'art antérieur est constitué par un bottier 61, obtenu par emboutissage profond d'une feuille en alliage fer-nickel-cobalt dit KOVÂR, dans le pied (fond d'emboutissage) 62 @uquel sent seudées les perles de verre ou céramique de traversée des quatre broches porteuses des électrodes actives (deux seulement, 631-634, étant visibles à la Fig. 1A) elles-mêmes constituées chacune par un rond de KOVAR auquel on a soudé un tube de molybdène d'environ 1/10 n d'épaisseur.L'électrode de masse 64 constituée par une tôle de molybdène enroulée sur elle-meme, est disposée suivant l'axe du composant et fixée à un fond métallique rapporté 65 fermant le bottier du côté opposé à son pied 62. Le bottier est rempli d'un gaz sous pression réduite et fait appel à au moins une substance radio-active capable de fournir en permenence les électrons-germes permettant l'amorcage. Ce parafoudre est destiné à être enfiché dans un s'de (représenté à la fig. 1B) 71 en matière plastique moulée porteuse extérieurement d'un disque métallique de masse 72 lié à deux contacts latériaux inté- rieurs (un seul, 721, étant visible à la figure) et de quatre fiches 731-734 liées à autant de douilles intérieures (non visibles). Tel qu'il est représenté aux figs. 2 et 3, un parafoudre pentapolaire suivant l'invention comporte quatre électrodes 11-14 cylindriques, économiquement réalisées pleines en un matériau tel que fer, nickel, acier au carbone, alliage fer-nickel-cobalt (dit KOVAR) suivant les performances exigées du composant. Ces électrodes 11-14 sont emmanchées sur quatre tiges rectili- gnes 111-114, respectivement, en alliage fer-nickel-cobalt dit KOVAR, immobilisées comme on le verra plus loin de façon que les axes géométriques des électrodes 11-14 soient orientées suivant les arêtes latérales d'un prisme à base carrée. L'ensemble des électrodes 11-14 est coaxialement entouré par un boîtier 2 de forme générale cylindrique ayant une paroi latérale 21 et une seule paroi frontale ou fond 22 relativeluent épais; les électrodes 11~14 sont disposées comme on le verra plus loin de façon telle que leurs faces frontales libres soient dans un même plan espacé de la face intérieure du fond 22 d'une très faible distance (couramment de l'ordre de 0.7 mm), cela grâce à un épaulement annulaire 21a du bord libre du boîtier. Le bottier 2 est économiquement réalisé en un matériau tel que fer, acier doux, aluminium, par exemple par décolletage ou emboutissage. Pour bien faire, le boîtier 2 est revêtu - intérieurement, d'un métal à faible travail de sortie des électrons tel que nickel, magnésium, molybdène - extérieurement, d'un métal de protection contre la corrosion tel que nickel, cadmium. Mais, en tout cas, le fond 22 du bottier est, avant assemblage et traitement du composant, muni d'un garnissage en un matériau 23 à travail de sortie des électrons encore plus faible que le précédent, matériau choisi dans un ensemble comprenant notamment magnésium, alliage de baryum et aluminium (dit barral) ou de fer et manganèse, carbonate d'un ou de plusieurs métaux alcalino-terreux tels que baryum, strontium, calcium. Ce prégarnissage peut être réalisé par simple badigeonhage du fond, ou mieux par compactage dans une ou plusieurs gorges circulaires coaxiales 24 de ce fond d'un tel matériau fritté. La ou les gorges 24 sont disposées de façon que le bord circulaire intérieur de la plus petite de ces gorges soit d'un diamètre inférieure à celui du cylindre fictif inscriptible dans les électrodes 11140 Ceci a pour but de permettre, lors de la préformation, vue plus loin, du composant, une dispersion du matériau 23 (ou des oxydes provenant de la décomposition du carbonate) non seulement sur les faces frontales des électrodes 11-14 mais aussi stir les portions des surfaces latérales de celles-ci tournées vers l'axe géométrique du composant; cette dispersion, représentée en trait gras 24' à la figo 2, a pour effet de réaliser, d'une part une sorte de "rodage" stabilisant l'amorçage du composant, d'autre part une "symétrisation électrique" du composant. Le boîtier 2 a sa face frontale opposée au fond 22 fermée par un pied 3 en alliage fer-nickel-cobalt dit KOVAR et est constitué par une plaque circulaire 31 à quatre puits cylindriques saillants intérieurement (deux seulement 321, 323 étant visibles à la fig. 2) dont les axes géométriques correspondent àceux des quatre électrodes 11-14, plaque qui s 'appuie dans l'épaulement annulaire 21 a -précité du bord libre de la paroi latérale 21 du boîtier 2. Les tiges 111-114 précitées traversent coaxialement lesdits puits 321-324 et y sont immobilisées au moyen de perles (deux seulement, 41-43 étant visibles à la fig. 2) d'un matériau tel que verre, céramique, ou tout autre compatible (en soudage) avec l'alliage KOVAR, constituant à la fois le pied 3 et les tiges 111~114. Celles-ci font saillies à l'extérieur du composant pour constituer les broches d'enfichage du composant dans le socle du type décrit dans l'introduction. La liaison étanche entre le bottier 2 et le pied 3 est assurée par un jonc annulaire 5, par exemple en eutectique Ag-Cu dont le point de fusion est inférieur à la température de ramollissement des perles 41-44* L'atmosphère interne du parafoudre est constituée par un gaz rare de l'air tel qu'argon (ou un mélange d'au moins deux de ses gaz rares), sans aucune addition de corps radioactifs et sous une pression absolue relativement faible (couramment de l'ordre de 150 torrs d'argon pur dans le cas où l'amorçage statique doit se faire à 230 V). En cas de fonctionnement prolongé du parafoudre, l'une au moins des électrodes 11-14 est soumise à des contraintes thermiques qui provoquent un échauffement suffisant pour que, la perle 4 correspondante se ramollissant, l'électrode soit ehassée par la pression atmosphérique Jusqu'à prendre contact avec le fond 22 du bottier 2. Il en résulte un court-circuit franc pouvant supporter des intensités considérables et permettant, une fois la cause du fonctionnement disparue, d'assurer automatiquement la signalisation au central de la destruction du composant. Un mode de fabrication industrielle du parafoudre ainsi décrit peut être le suivant. On travaille, pour bien faire, sur une machine multiposte munie de t o-u- équipements accessoires voulus et à plateau tournant. Toutes les pièces étant supposées avoir subi au préalable une désoxydation et un premier dégazage, on commence par positionner les quatre tiges 111-114 sur un mandrin, on les coiffe d'un pied 3 et on met en place des perles 41-44 par exemple de verre. On fait passer l'ensemble à un poste de chaiffage (par éxemple chalumeaux ou source haute fréquence) pour réaliser simultanément les quatre soudures "métal-verre-métal" par les perles de verre. On procède à un décapage chimique des tiges 111-114, on enfile les électrodes 1i-14 sur ces tiges et on les fixe par sertissage à la pince: les alésages borgnes des électrodes prennent alors une section elliptique facilitant leur vidage On renverse l'ensemble que l'on introduit dans un bottier 2 renversé tout préparé, c'est-à-dire muni d'un garnissage, par exemple de barrai ou de carbonate: l'épaulement 21a du boîtier fait que les faces frontales libres des électrodes 11-14 se placent alors à une distance, par exemple de 0,7 + 0,1 nm, de la face intérieure du fond 22 du boîtier.On met en place le jono Si On effectue sous enceinte le vidage du composant suivi d'un remplissage de gaz, par exemple d'argon, à la pression définitive voulue. ainsi que la fermeture du pied par chauffage localisé du jonc 5 sous atmosphère controlée. On soumet le composant à un cycle électrique assurant sa formation définitive, après q.oi il peut passer aux opérations de contrôle. EXEMPLE Doiuiées electrodes actives fer doux Matériau de garnissage de gorges Alliage dit BARAL Espacement des plans d'amorcage 7/10 mm Fond du boîtier/électrodes nature argon Atmosphère Pression absolue 150 torrs Performances Tension d'amorcage statique 230 V Tension d'amorcage dynamique sur un front d1ondc de pente 5kV/ s 600-700 v (dans le modèle antérieur, la tension correspondante était de 700-900 V)O REVENDICATIONS 1 - Parafoudre pentapolaire notamment pour équipements téléphoniques et comportant, en dehors d'une électrode de masse salicaire d'un boîtier métallique cylindrique, quatre électrodes dites actives traversant de façon étanche des perles de verre ou céramique soudées dans des ouvertures du pied dudit boftier, dont l'atmosphère intérieure est constituée par au moins un gaz rare de l'air sous faible pression absolue, exempt de tout composé radioactif, caractérisé en ce que ledit boîtier constituant par lui-même 11 électrode de nasse incorpore un fond stpérieur dont la face interne, plane, est disposée à distance calibrée d'un plan connun aux faces frontales des quatre électrodes actives en forme de cylindres métalliques pleins, emman- chés sur des broches, en ce que ladite face interne de fond supérieur du boîtier est au préalable revêtue ou garnie, dans au moins une gorge de forme géométrique régulière et coaxiale, d'au rejoins un matériau en lui-même connu à faible travail de sortie des électrons, et en ce que le pied du boîtier est une pièce distincte en un riare riau tel qu'alliage fer-nickel-cobalt dit KOVAR, permettant les traversées étanches à ltair desdites perles par lesdites broches, ainsi que la fermeture étanche du boîtier. 2 - Parafoudre pentapolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites ouvertures du pied du boîtier sont constituées par des puits cylindriques faisant saillie à l'intérieur du bottier à partir d'une plaque de pied 3 - Parafoudre pentapolaire selon l'une des revendicaticns 1 et 2, caractérisé en ce que la gorge du fond supérieur du bottier ou la plus petite de ces gorges a son bord intérieur d'un diamètre nettement inférieur à celui du cylindre fictif inscriptible dans les quatre électrodes actives0