Brevet FR2408911A1 — publié le 19790608

L'invention se rapporte d'une manière générale aux sources lumineuses dites "lampes à décharge", qui comprennent essentiellement une ampoule transparente scellée renfermant un gaz rare et/ou une vapeur métallique dont ltexcita- tion par un arc électrique établi entre des électrodes provoque l'émission de lumière par électroluminescence Plus particulièrement, l'invention concerne les lampes dites "fluorescentes", dont l'ampoule tubulaire présente une section circulaire constante et une très grande longueur relative, et est intérieurement revêtue d'une mince couche de poudres fluorescentes ayant pour rôle de convertir le flux ultraviolet émis par la décharge en lumière visible. Ces tubes fluorescents sont devenus d'un emploi très général, en raison des économies d'énergie qu'assure leur très grande efficacite lumineuse - au moins double de celle des meilleurs lampes à incandescence -, de l'uníformite d'éclairement que permettent leur forme linéaire et leur faible luminance, et du libre choix du spectre de la lumière émise par le mélange de poudres. Enfin, ces tubes sont capables d'une très longue durée de service lorsqu'ils sont mis en oeuvre dans des conditions techniquement convenables. Ces avantages sont toutefois contrebalancés par des inconvénients relatifs, qui tiennent d'une part, au fait que ces tubes doivent être alimentés par l'intermédiaire d'un dispositif dit "ballast" ayant pour double rôle d'assurer l'amorçage de l'arc puis sa stabilisation, et d'autre part, au fait que le flux lumineux émis est modulé en fonction de la fréquence du secteur, et crée des effets stroboscopiques source de fatigue visuelle. Ces inconvénients restent néanmoins mineurs, puisque les ballasts sont par construction très fiables et dans la plupart des cas peu onéreux, et puisque le montage de deux tubes en "duo" rétablit la constance apparente du niveau d'éclairement. Par contre, les tubes fluorescents présentent d'autres inconvénients a priori irrémédiables puisqu'inhérents à la mise en oeuvre d'une décharge dans un gaz, à savoir l'émission d'un large spectre de parasites radio-électriquest notamment lors de l'amorçage, et la difficulté de la gradation de l'éclairage, notamment aux taibles niveaux. Ces inconvénients sont certes peu gênants dans la plupart des cas d'emploi, mais peuvent interdira l'utilisation des tubes fluorescents dans certaines applications, par exemple pour l'éclairage d'un laboratoire renfermant des appareils électroniques sensibles aux parasites et des écrans de visualisation a faible brillance, ou plus simplement pour créer un éclairage d'ambiance au voisinage d'un poste de télévision ou radioditfusion. L'invention a en conséquence pour but d'éliminer ces inconvénients en associant à un tube fluorescent des moyens essentiellement destinés à étouffer l'enission de parasites radio-électriques, et de surcroît susceptibles de faci- liter l'amorçage instantané du tube et de permettre le réglage de sa luminosite jusqu'à extinction totale. A.cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé pour assurer l'antiparasitage d'un tube fluorescent ou autre lampe à décharge comportant une ampoule tubulaire de grande longueur relative, caractérisé en ce qu'il consiste à entourer étroitement ladite ampoule d'une structure concentrique formant cage de Faraday, qui agit pour arrêter la propagation vers l'extérieur des parasites radio-électriques engendrés au sein de l'ampoule par l'arc luimeme comme par le bombardement ionique des électrodes. Cette structure, par sa présence même au contact de l'ampoule, facilite l'établissement de l'arc à la manière d'une bande d'amorcage, ce qui supprime tout besoin de starter ou autre organe d'allumage à rupteur susceptible d'engendrer des parasites, et permet de réduire la surtension d'amorçage elle-même à l'origine de parasites, Enfin, la présence de cette structure - si elle est localement opaque peut être mise à profit pour assurer, en coopération avec une structure complémentaire relativement mobile, la gradation de la lumière émise par occultation progressive jusqu'à extinction complète, de la manière décrite dans la demande de brevet français NO 2.348.43o LEN 76/11.082) déposée le 14 Avril 1976 au nom de Monsieur Laurent VEDRES. L'invention a encore pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un manchon en matière isolante transparente qui entoure étroitement l'ampoule et sur la face interne duquel est plaquée une garniture de matériau conducteur disposé en couche mince, lacunaire ou bien continue selon qu'il est opaque ou transparent. Cette garniture se prête à de nombreux modes de réalisation, et peut être constituée notamment par un fourreau en grillage métallique ou tôle perforée inséré entre l'ampoule et son manchon, par un réseau ou une nappe de fils ou rubans métalliques rapportés sur sa face interne par collage, soudureouín- crustation, par un ensemble connexe de plages conductrices opaques formées en place par un processus électrochimique ou photochimique, ou enfin par un revê- tement conducteur transparent déposé par exemple par métallisation sous vide ou par centrifugation. Pour la gradation de la lumière, le dispositif peut en outre comprendre un second manchon monté tournant ou coulissant sur le premier cité et dont la paroi transparente comporte des zones opaques complémentaires de celles de la garniture précitée et/ou de zones opaques autrement formés sur le premier r-an- chon, par exemple par collage de bandes ou plaques sur sa face externe. Dans tous ces modes de réalisations comme dans tout autre pouvant être imaginé en variante, la garniture conductrice est avantageusement reliee la masse, lpar exemple par l'intermédiaire des culots métalliques de la lampe et de la réglette ou autre boîtier renfermant le ballast. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et se réfère au dessin annexé sur lequel La Figure 1 illustre schématiquement le montage d'un tube fluorescent ou d'une lampe à décharge tubulaire, dont une fraction est montrée entourée d' un manchon d'antiparasitage selon l'invention; Les Figures 2 et 3 donnent des schemas classiques d'alimentation, amor çage et stabilisation-pour des tubes fluorescents de types différents; et Les Figures 4 et 5 représentent schématiquement deux modes de realisa- tion du dispositif conforme à l'invention. Le montage classique pour tube fluorescent montre sur la Figure 1 com- prend une règlette R formant à la fois support de fixation par exemple au plafond d'un local, et boîtier pour le logement d'un organe d'amorçage A tel qu' un starter, d'un ballast B incluant essentiellement une inductance de stabilisation, et éventuellement d'un condensateur C de compensation. A chacune de ses extrémités, la règlette R porte au moins un doigt D en saillie sur sa face inférieure, sur le flanc interne duquel est agencée une douille pour le maintien meranique et la connexion électrique de l'un des culots formes en bout de 1' ampoule tubulaire d'une lampe L à décharge électroluminescente.Cette lampe est dans le cas le plus usuel un tube fluorescent' mais pourrait aussi bien être une lampe à vapeur de mercure et ampoule de quartz utilisée pour l'action germicide-de son rayonnement ultraviolet, ou pour provoquer à distance des effets de fluorescence par exemple dans une vitrine de magasin ou sur une scène de theatre ou encore pour permettre le bronzage de personnes. I1 pourrait aussi s'agir d' une lampe à vapeur de sodium utilisée pour l'éclairage de la voie publique ou de locaux industriels. Les lampes à décharge et à ampoule linéaire de ces différents types sont an effet toutes concernées par-l'invention puisqu'elles ont comme caracéristique commune de mettre en oeuvre un arc électrique de grande longueur, dont l'amorçage et le maintien requièrent des tensions relativement élevées de l'ordre -de plusieurs dizaines de volts au moins, et dont l'intensité en service -est de l'ordre de l'ampère en valeur efficace, mais atteint en crête des valeurs plus elevées, notamment lors des phénomènes transitoires de résanance à haute fréquence se produisant à l'amorçage et lors du rallumage de l'arc au début de chaque alternance du courant d'alimentation. Ces lampes sont en conséquence la source dtintenses parasites radio- électriques engendrés par la nature même des phénomènes physiques mis à profit pour produire la lumière ou autre rayonnement utile, et dont l'existence peut être constate en approchant d'une telle lampe un recepteur radio portatif. Cette émission de parasites a son origine non seulement dans l'arc lui-même, qui s'étend sur toute la longueur de l'ampoule, mais encore au voisinage des electrodes soumises à un intense bombardement ionique freiné par la charge spa-tiale qui les entoure, et - lors de l'amorçage - dans le starter ou autre dispositif à rupture de contact, dont le cycle de fonctionnement doit souvent être répété plusieurs fois avant que l'arc soit effectivement établi. La Figure 2 illustre ces faits de manière plus concrète, par référence au schéma des circuits d'alimentation, amorçage et stabilisation ordinairement associés à un tube fluorescent L1 du type le plus usuel dit "standard", équipé de culots à deux broches portant des cathodes K1 dites "activées", constituées par un filament chauffant imprégné d'oxydes alcalino-terreux ou autres sels. Ces cathodes KI sont montées en série, d'une part avec un starter Al comprenant par exemple une lame de contact bimétallique enfermée dans une capsule emplie de gaz inerte, et d'autre part avec un ballast B1 dans ce cas formé par une simple inductance de stabilisation, l'ensemble étant branché en parallèle avec un condensateur de compensation C1 aux bornes du secteur S. A la mise sous tension, le starter froid et ouvert est chauffé par 1 ionisation du gaz de la capsule, et se ferme pour donner passage au courant de préchauffage des cathodes. Au bout d'un laps de temps suffisant pour que ces dernisres soient portées à leur température de service, le starter refroidi en l'absence d'ionisation s'ouvre brusquement pour couper le courant de préchauf fage.- ce qui engendre d'intenses parasites symbolisés par des lignes brisées et ainsi créer dans le ballast une surtension assez élevée pour provoquer 1' amorçage de l'arc entre les cathodes - ce qui engendre des parasites non moins intenses au sein de l'ampoule.Dès que l'arc est établi, l'intensité du courant devient suffisante pour que d'une part l'inductance B1 réduise la tension aux bornes de la lampe à sa valeur d'entretien et pour que d'autre part le bombae- denent ionique maintienne les cathodesà.bwne température; par ailleurs, le starter AI reste ouvert puisque la tension à ses bornes est désormais insuffisante pour entraîner l'ionisation du gaz de la capsule. Seuls subsistent donc en service les parasites engendrés au sein de la lampe L1. Conformément à l'invention et comme montré sur la Figure 1, ces parasites peuvent être efficacement étouffés en entourant la lampe L d'un manchon M formant une cage de Faraday reliée à la masse, et bien sur laissant passage à la lumière. En pratique, ce manchon est fait d'une matière transparente isolante telle que le verre ou une résine sythetique appropriee, et porte sur sa face interne une garniture G en matériau conducteur, lacunaire ou bien continue selon que ce matériau est opaque ou transparent dans les conditions où il est mis en oeuvre. Des exemples concrets de réalisation de cette garniture conductrice G seront ultérieurement décrits. L'expérience a montré que la présence de cette garniture conductrice G au voisinage immédiat de l'ampoule de la lampe en facilite considérablement 1' amorçage, surtout lorsque la continuité électrique de ladite garniture est assurée sur toute la surface de l'ampoule, comme l'exige sa fonction primordiale d'antiparasitage. Cet effet est semblable à celui procuré par les bandes d'amor- çage prévues de construction sur certains types de tubes fluorescents et se justifie par les mêmes phénomènes physiques de conditionnement du champ électrique et des charges spatiales, auxquels s'ajoutent peut être des effets de résonance capacitive et de guide d'onde en accroissant l'efficacité. En pratique, l'allumage du tube est obtenu quasi-instantanément, et-en tous cas avant que le starter ait eu le temps d'agir.En consequence et comme c'est le cas pour les tubes spéciaux à bande d'amorçage, il est possible de purement et simplement supprimer le starter, et par suite les parasites qu'il engendre. Dans ces conditions, les cathodes sont encore froides - et donc non protégées par une charge spatiale - lors de l'allumage du tube, ce qui risque d'en abréger la durée de service. Cet inconvénient possible reste toutefois sans grande importance dans beaucoup de cas d'emploi, où l'antiparasitage du tube et/ou son allumage instantané presentent un intérêt primordial. Il pourrait d'ailleurs être éliminé soit en assurant le chauffage permanent des cathodes d' un tube "standard" expose à de fréquents cycles allumage/extinction, soit en lui substituant un tube à cathodes froides, comme montre sur la Figure 3 Les cathodes K2 d'un tel tube L2 sont constituées par une pie ce simple par exemple en tungstène portée par un culot à une seule broche ou autre connexion.Ces cathodes sont montées en série avec un ballast comprenant non seulement une inductance de stabilisation 82 mais encore un auto-transformateur B'2 alimenté par le secteur S, et éventuellement avec un condensateur de compensation C2. Llauto-transformateur, d'un type à fuites ou à carcasse saturable, est conçu pour fournir la surtension d'amorçage de l'arc à la mise sous tension. On remarquera que l'invention est particulierement appropriée à son usage en combinaison avec un tel tube à cathodes froides, puisque d'une part ltémission des parasites est confinée au sein de l'ampoule et donc totalement étouffée, et puisque d'autre part la réduction de la surtension d'amorçage nécessaire permet de simplifier considérablement le ballast, par comparaison avec ceux normalement associés aux tubes du type indiqué. il ressort de la description qui précède que l'invention, essentiellement conçue pour assurer l'antiparasitage d'une lampe à décharge, assure de manière corollaire l'allumage instantané de la lampe et la simplification de ses circuits d'alimentation, dont l'encombrement et le prix sont réduits en consé- quence. C'est dire que selon les cas d'application, llun ou l'autre de ces avantages pourra être prédominant pour justifier la mise en oeuvre de l'invention. On va maintenant décrire plusieurs exemples concrets de réalisation du dispositif selon l'invention : La Figure 4 montre que ce dispositif peut être simplement constitué par un manchon M en matiere transparente, rigide et isolante, de diametre intérieur à peine supérieur au diamétre de l'ampoule de la lampe L et de même longueur au moins, et par une garniture indépendante G formée par un fourreau de grillage métallique inséré entre l'ampoule et le manchon. La nature et le calibre des fils constituant le grillage, comme la structure et le maillage de ce dernier, peuvent faire l'objet de multiples variantes assurant à la fois un excellent étouffement des parasites et une bonne transparence à la lumière. Une réalisation semblable pourrait faire emploi d'un manchon en tôle perforée, ou bien obtenu par enroulement d'un ruban isolant enrobant des fils conducteurs comme le suggère la Figure 1. Une autre réalisation possible - non illustrée - consisterait à rapporter sur la face interne d'un manchon isolant transparent un réseau ou une nappe de fils ou rubans conducteurs interconnectés, fixés par exemple par collage, soudure thermoplastique ou incrustation. Une solution équivalente consisterait & former en place sur la face interne du manchon un ensemble connexe de conducteurs ou plages conductrices par enduction de sillons ou dépressions, par enlèvement sélectif d'une couche continue de matériau conducteur préalablement formée par exemple par vaporisation ou centrifugation, ou encore par un processus de masquage de type électrochimique ou photochimique. La Figure 4 illustre cette dernière solution et un avantage supplémentaire de l'invention : La lampe à décharge L est entourée d'un premier manchon MI dont la face interne porte une garniture G1 formée de segments conducteurs de mêmes développement et espacement angulaires interconnectés par des bagues d'extrémité; les plages conductrices ainsi réparties sont supposées faites d'un matériau opaque, de préférence superposé à une sous-couche réflectrice 3ur ce premier manchon est enfilé un second manchon S2 de semblable structure, monté de manière à permettre sa rotation relative et par suite l'occultation progressive du flux lumineux depuis sa valeur maximale jusqu'à l'extinction complète, obtenue pour la position angulaire relative représentée des deux manchons, qui d'ailleurs assure l'étouffement complet des parasites émis par la lampe, notam- ment au droit des cathodes. C'est dire que la présente invention - qui concerne essentiellement 1' antiparasitage des lampes à décharge et de manière corollaire leur facilité d' amorçage - peut en outre se combiner avantageusement aux dis?ositions décrites dans la demande de brevet français h 2.348.433 déje mentionnée pour assurer la gradation de la lumière émise La combinaison de ces avantages pourrait d'ailleurs être aussi bien obtenue en dissociant les fonctions électriques et optiques, par exemple en revêtant la face interne d'un manchon transparent d'une couche conductrice con tinue obtenue notamment par metallisation sous vide, et donc également transparente ou semi-transparente, et en rapportant sur la face externe de ce manchon et sur un manchon transparent concentrique des plages opaques complémentaires formées notamment par collage de motifs découpés dans une feuille adhésive. A ce dernier égard, on remarquera que les plages opaques ainsi formées pourraient être rendues conductrices, par exemple par une charge de poudre me- tallique ou de graphite puvérulent, et pourraient suffire à assurer l'antiparasitage, sinon à faciliter l'amorçage. C'est dire que la garniture conductrice G quoique disposée de préférence au contact immédiat de la surface de l'ampoule, pourrait dans certains cas être reportée sur la face externe du manchon. D'une manière plus générale et bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et illustrés, mais au contraire comprend tous les moyens techniquement équivalents à ceux mentionnés, mis en oeuvre séparément ou en combinaison dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour assurer l'antiparasitage d'un tube fluorescent ou autre lampe à décharge comportant une ampoule tubulaire de grande longueur relative, caractérisé en ce qu'-il consiste à entourer étroitement ladite ampoule d'une structure concentrique formant cage de -Faraday. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure précitée fait office de bande d'amorçage supprimant tout besoin de starter ou autre organe d'allumage à rupteur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la structure précitée étant localement opaque est utilisée, en coopé- ration avec une structure complémentaire relativement mobile, pour assurer la gradation de la lumière émise. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un manchon en matière isolante transparente qui entoure étroitement l'ampoule et sur la face interne duquel est plaquée une garniture de matériau conducteur disposé en couche mince lacunaire ou continue selon qu'il est opaque ou transparent. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la garniture précitée est constituée par un fourreau tubulaire en grillage métallique ou tôle perforée inseré entre l'ampoule et son manchon. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la garni- ture précitée est constituée par un réseau ou une nappe de fils ou ruban - métal- liques rapportés sur la face interne du manchon. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la garniture précitée est constituée par un ensemble connexe de plages conductrices opaques formées en place sur la face interne du manchon. ô. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la garniture précitée est constituée par un revêtement conducteur transparent déposé sur la face interne du manchon. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un second manchon monté tournant ou coulissant sur le premier cité et dont la paroi transparente comporte des zones opaques complémentaires de celles de la garniture précitée et/ou de zones opaques autrement formées sur le premier manchon. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que la garniture précitée est électriquement reliée à la masse.